DE1120594B

DE1120594B - Electromagnet with soft magnetic core made of pressure-, shock- or impact-sensitive material of high initial permeability

Info

Publication number: DE1120594B
Application number: DES55590A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Schmidt; Dipl-Ing Guenther Schertel
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1957-10-19
Filing date: 1957-10-19
Publication date: 1961-12-28
Also published as: CH366101A

Description

Elektromagnet mit weichmagnetischem Kern aus druck-, stoß- oder schlagempfindlichem Werkstoff hoher Anfangspermeabilität Weichmagnetische Magnetkern-Werkstoffe hoher Anfangspermeabilität verdanken ihre guten magnetischen Eigenschaften einer besonderen Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Herstellungsart u. dgl. Zu diesen Stoffen gehören die bekannten Nickel-Eisen-Aluminium-Legierungen mit bestimmter Wärmebehandlung, Stoffe, die von besonders reinen Pulvern oder Pulvergemischen auso">ehen, gesinterte Kerne mit Metall- oder Oxydcharakter. Magnetisch weiche Stoffe sind beispielsweise unter den Warenzeichen Ferrit, Permalloy usw. auf dem Markt.Electromagnet with a soft magnetic core made of pressure-, shock- or impact-sensitive Material with high initial permeability Soft magnetic magnetic core materials with higher Initial permeability owe their good magnetic properties to a special one Composition, heat treatment, method of manufacture and the like. These substances include the well-known nickel-iron-aluminum alloys with a certain heat treatment, Substances that consist of particularly pure powders or powder mixtures are sintered Cores with a metallic or oxide character. Magnetically soft materials are for example under the trademarks of Ferrite, Permalloy, etc. on the market.

Es ist eine eigenartige Erscheinung, daß weichmagnetische Werkstoffe hoher Anfangspermeabilität gegen mechanische Beanspruchungen sehr empfindlich sind. Bei Druck, Stoß oder Schlag verlieren sie großenteils ihre guten magnetischen Eigenschaften. Dies ist besonders bei Elektromagneten mit weichmagnetischem Kern nachteilig, namentlich bei Zählern und Meßgeräten hoher Genauigkeit, bei denen unbedingt für eine dauernd genaue Einhaltung der magnetischen Eigenschaften und der geometrischen Lage der Magnetteile gesorgt werden muß, weil sich sonst Meßfehler ergeben. Auch sind Magnetkörper aus derartigen Werkstoffen schlecht zu bearbeiten. Man ist deshalb bei der Foringebung auf einfache geometrische Formen angewiesen und wird Befestigungslöcher usw. vermeiden.It is a strange phenomenon that soft magnetic materials high initial permeability are very sensitive to mechanical stresses. They largely lose their good magnetic properties in the event of pressure, impact or impact. This is particularly disadvantageous in the case of electromagnets with a soft magnetic core in counters and measuring devices of high accuracy, in which necessarily for a permanent exact compliance with the magnetic properties and the geometric position of the Magnetic parts must be taken care of, otherwise measurement errors will result. There are also magnetic bodies difficult to machine from such materials. That is why one is in the foreground relies on simple geometric shapes and will avoid mounting holes etc.

Es ist auch schon eine Reihe von Maßnahmen bekannt, um die Magnetkerne von Elektromagneten vor mechanischen Beanspruchungen zu schützen. Beispielsweise sind aus einem Magnetband gewickelte Magnetkerne mit Paraffin oder Lack getränkt worden, so daß jede Bandwindung allseitig von Paraffin bzw. Lack eingehüllt ist; diese Maßnahme ist aber bei Verwendung von Paraffin schon wegen des niedrigen Schmelzpunktes des Paraffins oft nicht anwendbar, und der Lack kann bei Erwärmung seinerseits einen mechanischen Druck auf das Magnetband ausüben. Eine andere bekannte Maßnahme ist, den Magnetkern in ein starres Gehäuse einzusetzen, wobei er in dem Gehäuse von Schaumstoff oder einem anderen nachgiebigen Werkstoff umhüllt sein kann. Beispielsweise ist ein mit einer Wicklung bewickelter Ringbandkern, insbesondere für Stromwandler, bekannt, der vor dem Aufbringen der Wicklung (Sekundärwicklung) mit einer mechanisch starren Hülle derart versehen ist, daß die Wicklung insbesondere in Richtung auf die Bandfläche keinen Druck auf den Kern ausübt. Solche Gehäuse oder Hüllen bedingen aber einen zusätzlichen Raumbedarf, der bei einem Elektromagnet oft nicht vertretbar ist. Da außerdem das Gehäuse bzw. die Hülle, um mechanisch starr zu sein, eine hierfür ausreichende Wandstärke haben muß, wird bei einem Elektromagnet der Abstand zwischen dem Kern und seiner ihn umschließenden Erregerspule durch das Dawischenkommen der Gehäuse- bzw. Hüllenwand unter Umständen so vergrößert, daß hierdurch die Energie des Elektromagneten geschwächt wird. Dies ist besonders dann der Fall, wenn ein Zwischenraum zwischen dem Magnetkern und der Gehäusewandung noch mit elastischem Stoff ausgefüllt ist. Besonders aber sind solche starren Gehäuse oder Hüllen kein ausreichender Schutz gegen mechanische Beanspruchungen, die durch Stoß oder Schlag auf dem Transport usw. auftreten können. Solche Stöße oder Schläge sind unvergleichlich stärker als irgendwelche mechanischen Drücke, die durch innere Spannungen im Kein oder benachbarten Teilen beim Einbau oder auch nach dem Einbau auftreten können. Wollte man auch Stoß- oder Schlageinwirkungen mit einem Schutzgehäuse abschirmen, so müßte dieses beispielsweise eine besonders dicke elastische Polstereinlage erhalten oder mit anderweitigen zusätzlichen Schutzmaßnahmen versehen werden, die in jedem Fall die obengenannten Nachteile von Schutzgehäusen noch vergrößern.A number of measures are already known for the magnetic cores to protect electromagnets from mechanical stress. For example are magnetic cores wound from a magnetic tape soaked with paraffin or varnish so that each winding of the tape is encased on all sides by paraffin or varnish; However, this measure is necessary when using paraffin because of the low melting point of the paraffin is often not applicable, and the varnish itself can cause a exert mechanical pressure on the magnetic tape. Another known measure is insert the magnetic core in a rigid housing, wherein it is in the housing of foam or another flexible material can be coated. For example is a toroidal tape core wound with a winding, especially for current transformers, known that before applying the winding (secondary winding) with a mechanical rigid sheath is provided in such a way that the winding in particular in the direction of the tape surface does not exert any pressure on the core. Such housings or sheaths require but an additional space requirement, which is often not justifiable with an electromagnet is. In addition, since the housing or the shell, in order to be mechanically rigid, is one for this must have sufficient wall thickness, the distance between an electromagnet the core and its surrounding excitation coil through the coming of the Housing or shell wall may be enlarged so that the energy of the electromagnet is weakened. This is especially the case when a The space between the magnetic core and the housing wall is still elastic Substance is filled out. But such rigid housings or sheaths are not particularly Adequate protection against mechanical stresses caused by shock or impact can occur during transport, etc. Such bumps or blows are incomparable stronger than any mechanical pressures caused by internal tensions in the no or adjacent parts during installation or after installation. If you also wanted to shield impacts or impacts with a protective housing, so this would have to receive, for example, a particularly thick elastic padding insert or be provided with other additional protective measures that are in each Case increase the above-mentioned disadvantages of protective housings.

Erwähnt sei, daß es auch Elektromagnete gibt, bei denen ein Magnetkern und seine Erregerwicklung räumlich voneinander getrennt angeordnet sind- Es handelt sich dabei um Solenoidmagnete, bei denen ein Magnetkem lose und vielfach berührungsfrei in eine Solenoidspule hineintaucht und wobei einer dieser beiden Teile, also entweder die Spule oder der Kern, derart beweglich ist, daß durch Erregung der Solenoidspule eine Relativbewegung der beiden Teile stattfindet, die zur Verrichtung einerArbeit, beispielsweise eines Schaltvorganges, nutzbar gemacht wird. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird aber hiermit nicht berührt, denn für Solenoidmagnete kommt Kernmaterial der eingangs genannten Art praktisch nicht in Frage, da es für solche Magnete keine Vorteile gegenüber einfachem Magnetwerkstoff, z. B. Eisen, bietet und außerdem schon wegen seiner vergleichsweise hohen Gestehungskosten keine Anwendung finden wird.It should be mentioned that there are also electromagnets in which a magnetic core and its excitation winding are spatially separated from each other - These are solenoid magnets in which a magnetic core is loosely and often without contact dipping into a solenoid coil and with one of these two parts, i.e. either the coil or the core is movable in such a way that, by exciting the solenoid coil, a relative movement of the two parts takes place, which is made usable for performing a work, for example a switching operation. The object on which the invention is based is not affected by this, because core material of the type mentioned above is practically out of the question for solenoid magnets, since there are no advantages for such magnets over simple magnetic material, e.g. B. iron, and also because of its comparatively high production costs will not be used.

Die Erfindung erreicht einen Schutz der Magnetkeine, der alle aufgeführten Nachteile vermeidet und insbesondere auch Stoß- und Schlagbeanspruchungen gewachsen ist.The invention achieves protection of the magnetic none of the listed Avoids disadvantages and, in particular, has grown shock and impact loads is.

Die Erflndung bezieht sich auf einen Elektromagnet mit gegenüber seiner Erregerspule räumlich fest angeordnetem weichmagnetischem Kern aus druck-. stoß- oder schlagempfindlichem Werkstoff hoher Anfangspermeabilität, vorzugsweise für Relais, Elektrizitätszähler, Meßgeräte, Meßwandler u. ä., bei dem die Beeinträchtigung durch mechanische Einwirkungen verhütet werden soll. Erfindungsgemäß i"t ein solcher Elektromagnet dadurch gekennzeichnet. daß der Magnetkern und die Erregerspule bzw. deren Träger je für sich gehaltert sind, und zwar derzirt, daß sie keine unmittelbare mechanische Verbindung miteinander haben. Am besten ist es, wenn Kern und Spule bzw. Wicklungsträger auf einem gemeinsamen, am TraggesteH des betreffenden Gerätes angebrachten Zwischenträger getrennt befestigt sind. Dabei kann die Spule bzw. deren Wicklungsträger und..'oder der Kern z. B. am Zwischenträger einstellbar befestigt sein. Der Luftspalt zwischen Kern und Spule bzw. Wicklungsträger ist vorteilhaft größer als die Strecke, um die sich die Teile des Elektromagneten infolge einer elastischen Verformung durch Stoß oder Beschleunigung gegeneinander verschieben können.The invention relates to an electromagnet with a magnetically soft core made of pressure and which is spatially fixed in relation to its excitation coil. Shock-sensitive material of high initial permeability, preferably for relays, electricity meters, measuring devices, transducers and the like, in which the impairment by mechanical influences is to be prevented. According to the invention, such an electromagnet is characterized in that the magnetic core and the excitation coil or their carrier are each held separately, namely in that they have no direct mechanical connection to one another. It is best if the core and coil or The coil or its winding carrier and ... 'or the core, for example, can be adjustably attached to the intermediate carrier. The air gap between core and coil or winding carrier is advantageously greater than the distance by which the parts of the electromagnet can move against one another as a result of elastic deformation due to impact or acceleration.

Aber auch in diesem Fall kann er bedeutend kleiner sein als ein Abstand zwischen Kern und Erregerspule, wie er bei Verwendung eines den Kern umcrebenden Schutzgehäuses erforderlich ist.But even in this case it can be significantly smaller than a distance between the core and the excitation coil, as it would when using a core umcrebenden Protective housing is required.

Erwähnt sei im Hinblick auf eine gewisse Ähnlichkeit mit dem Erfindungsgegenstand noch ein bekannter Wechselstrom-Elektromag-net mit Kurzschlußring. wobei letzterer derart frei und unabhängig vom Magneten feststehend im Raum gelagert ist, daß er ledig-C, im lich in Schlitze des feststehenden Magnetkerns hineinracrt. ohne selbst mit diesem in Berührung zu kommen. Hierbei handelt es sich aber um eine ganz andere Aufgabe als beim vorliegenden Erfindungsgegenstand, denn bei dem bekannten Magnet soll nicht der Magnetkern vor mechanischen Einwirkungen geschützt werden, sondern die Kurzschlußwicklun-. die im Betrieb elektrodynamisch großen Beanspruchungen ausgesetzt ist und die sich hierdurch bei festem Einpressen in die Magnetpolflächen lockern und herausfallen oder unter Umständen so-ar bre-C chen könnte. Außerdem befindet sich hier der Luftspalt zwischen Magnetkem und Kurzschlußwicklung. während er sich beim Erfindungsge-enstand zwischen Maanetkern und Erregerwicklung befindet. Der vorerwähnte Elektromagnet ist also gegenüber dem Erfindungso, genstand auch in der Lösung verschieden. e C Schließlich aber sind bei Elektromagneten, deren Mac,netkem aus einem weichmagnetischen Werkstoff der der Erfindung zugrunde liegenden Art hergestellt ist, die in der Erregerwicklung etwa wirksamen elektrodynamischen Kräfte so gering, daß sie praktisch überhaupt nicht in Erscheinung treten und daher auch keinerlei Abwehrinaßnahmen erfordern. Die erwähnte gewisse Ähnlichkeit des vorgenannten bekannten Elektromagneten mit dem Erfindungsgegenstand ist also nur äußerlich gegeben, indem zufällig in beiden Fällen an einem Magnetkern ein Luftspalt vorgesehen ist, doch an unterschiedlicher Stelle und aus -anz verschiedenem Grunde.In view of a certain similarity with the subject matter of the invention, a known alternating current electromagnet with a short-circuit ring should be mentioned. the latter being so freely and independently of the magnet fixedly mounted in the room that it single-C, in the Lich into slots of the fixed magnet core. without coming into contact with it. However, this is a completely different task than with the present subject matter of the invention, because in the known magnet, it is not the magnetic core that is to be protected from mechanical effects, but the short-circuit winding. which is exposed to high electrodynamic stresses during operation and which as a result, when pressed firmly into the magnetic pole surfaces, could loosen and fall out or possibly break in this way. The air gap between the magnet core and the short-circuit winding is also located here. while in the subject of the invention it is located between the Maanet core and the excitation winding. The above-mentioned electromagnet is therefore different from the object of the invention, also in the solution. e C. Finally, there are at electromagnets whose Mac, netkem underlying type is made of a soft magnetic material of the invention which require the excitation winding as effective electro-dynamic forces so low that they do not occur in practice in appearance and therefore have no Abwehrinaßnahmen . The aforementioned certain similarity between the aforementioned known electromagnet and the subject of the invention is therefore only given externally, in that an air gap is provided on a magnetic core in both cases, but at a different point and for different reasons.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung dargestellt.Embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing shown.

Fig. 1 und 2 zeigen teilweise im Schnitt eine Befestigungsart für einen Strommagneten eines Zählertriebsystems; Fig. 3 und 4 zeigen eine ähnliche Anordnung teilweise im Schnitt in zwei verschiedenen Ansichten. Ein gesinterter, U-förmiger Strommagnet 1 wird durch eine Stromspule2 erregt. Beide Teile sind getrennt auf einem winkeligen Zwischenträger 3 befestio gt, der mit Flanschen 4 an einem Zählertrag-Ge , stell und Gehäusesockel 5 angeschraubt wird. Die Teile 1 und 2 sind auf dem Teil 3 starr befestigt, z. B. durch eine kunststoffgetränkte Bandage oder mit Metallklebern, wie den an sich bekannten Epoxyharzen, oder auch auf andere Weise. Die Teile 1 und 2 sind durch einen umlaufenden Luftspalt6 voneinander getrennt. Der Luftspalt hat eine solche Größe, daß in keinem Fall, vor allem auch nicht bei elastischen Verforrnungen durch äußere oder Massenkräfte, eine Berührung eintreten kann. Statt einer Klebung kann für einen oder beide Teile auch eine Verschraubung oder Klemmung treten. Dies gilt namentlich für die Spule oder den Wicklungsträger, der ja nicht druckempfindlich ist. Dagegen wird man den empfindlichen Magnetkern so befestfizen, daß er mechanisch nicht beansprucht wird. 1 and 2 show, partially in section, a type of fastening for a current magnet of a meter drive system; 3 and 4 show a similar arrangement partly in section in two different views. A sintered, U-shaped current magnet 1 is excited by a current coil 2. Both parts are fastened separately on an angled intermediate support 3, which is screwed with flanges 4 to a counter support Ge , stell and housing base 5 . Parts 1 and 2 are rigidly attached to part 3, e.g. B. by a plastic-soaked bandage or with metal adhesives, such as the epoxy resins known per se, or in another way. Parts 1 and 2 are separated from one another by a circumferential air gap6. The size of the air gap is such that in no case, especially not in the case of elastic deformations due to external or inertial forces, contact can occur. Instead of gluing, one or both parts can also be screwed or clamped. This applies in particular to the coil or the winding carrier, which is not pressure-sensitive. On the other hand, the sensitive magnetic core will be fastened in such a way that it is not mechanically stressed.

Während in Fig. 1 die mit Kunststoff umgossene oder umkleidete Spule2 mit dem Zwischenträger3 verbunden ist, sitzt bei der Ausführungsform nach Fig. 2 die Spule 2 in einem Spulenkörper 20., der niittels Fortsätzen 21 an einem T-förrnigen Zwischenträger 40 festgeschraubt ist. Der Kern 1. ist wieder angeklebt.While in FIG. 1 the plastic-encapsulated or encased coil 2 is connected to the intermediate carrier 3, in the embodiment according to FIG. The core 1. is stuck on again.

In Fig. 3 und 4 sind für entsprechende Teile wieder die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 und 2 verwendet. Hier ist die Spule 2 einstellbar an dem Zwischenträger 3 durch Schrauben 7 befestigte die in Langlöchern 8 des Teils 3 sitzen.In FIGS. 3 and 4, the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2 are again used for corresponding parts. Here, the coil 2 is adjustable and fastened to the intermediate carrier 3 by screws 7 which sit in elongated holes 8 of the part 3.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electromagnet with spatially fixed, soft magnetic material opposite its excitation coil, not made of pressure-, shock- or impact-sensitive material of high initial permeability, preferably for relays, electricity meters, measuring devices, transducers, etc., characterized in that the magnetic core (1) and the excitation coil (2) or its carrier (20) are each held individually, in such a way that they have no direct mechanical connection with one another.

2. Electromagnet g according to claim 1, characterized in that the core (1) and coil (2) or

Winding support (20) are fastened separately on a common intermediate support (3) attached to the support frame (5) of the device in question. 3. Electromagnet according to claim 1 and 2, characterized in that the coil (2) or its winding carrier (20) and / or the None (1) z. B. on the intermediate carrier (3) is adjustable (Fig. 3 and 4).

4. Electromagnet according to claim 1 to 3, characterized in that the air gap (6) between core (1) and coil (2) or winding carrier (20) is greater than the distance by which the parts (1, 2, 20, 4) of the electromagnet can move against each other as a result of elastic deformation due to impact or acceleration forces. Considered publications: German patent application C 6412 VIII c / 21 g (published on February 9 , 1956); S 21109 VIII c / 21 g (published May 8 , 1952); R 7512 VIII c / 21 g (announced on December 17, 1953); U.S. Patent Nos. 1721995, 2,121,321 .