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Rotierende, topfmagnetartige Anordnung zur Steuerung von magnetfeldabhängigen
Schaltelementen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf rotierende magnetische
Anordnungen zur Steuerung von magnetfeldabhängigen Schaltelementen, z. B. Hallgeneratoren
oder magnetfeldabhängigen Widerständen (sogenannten Feldplatten).
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Beispielsweise aus der deutschen Patentschrift Nr. 923 578 ist es
bekannt, für diesen Zweck eine topfmagnetartige Anordnung zu verwenden, die einen
rotationsunsymmetrischen Luftspalt aufweist. In dem Luftspalt sind magnetfeldabhängige
Widerstände feststehend angeordnet; ihre Widerstandsbeträge hängen von der Winkellage
des Topfmagneten ab. Die bekannte Anordnung dient zur Abbildung einer Drehzahl,
z. B. eines Motors, als Frequenz einer Spannung oder eines Stromes; sie kann als
Tachometer verwendet werden. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, eine derartige
Anordnung zur kontaktlosen Steuerung der Wicklungen eines Gleichstrommotors zu verwenden.
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In den F i g. 1 und 2 ist eine rotierende Magnetanordnung, wie sie
im Prinzip bekannt ist, dargestellt. Wie aus dem Schnitt nach F i g. 1 hervorgeht,
besitzt die Anordnung einen Permanentmagneten 1, der in einem becherförmigen weichmagnetischen
Eisenmantel 2 angeordnet ist. Der Magnet 1 ist in der bezeichneten Weise in Achsrichtung
magnetisiert. Auf der Oberseite des Magneten 1 ist eine Polplatte 3, ebenfalls aus
weichmagnetischem Eisen, angeordnet. Zur Erzielung eines erweiterten Teiles 4 a
des Luftspaltes 4 zwischen der Polplatte 3 und dem Mantel 2 sind bei 4 a aus dem
Permanentmagneten 1, dem Eisenmantel 2 und der Polplatte 3 segmentförmige Teile
herausgeschnitten, wie insbesondere auch aus der Draufsicht nach F i g. 2 hervorgeht.
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Im Luftspalt 4 sind magnetfeldabhängige Widerstände 5, 6 und 7 angeordnet.
Hierfür können an sich ebenfalls bekannte Feldplatten verwendet werden, die vorzugsweise
aus Indiumantimonid oder Indiumarsenid bestehen. Man erhält eine besonders hohe
Magnetfeldabhängigkeit, wenn man in einem der genannten Materialien parallel zueinander
ausgerichtete nadelförmige Einschlüsse relativ hoher elektrischer Leitfähigkeit
einbettet, beispielsweise Nadeln aus Nickelantimonid in Indiumantimonid.
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Die magnetische Feldstärke im breiten Luftspaltteil 4 a kann z. B.
500 Gauß, im schmalen Luftspaltteil 4 b etwa 5000 Gauß betragen. Befindet sich eine
der feststehend angeordneten Feldplatten 5, 6 oder 7 im breiten Teil 4 a des Luftspaltes,
so hat sie dort einen niedrigen Widerstand von z. B. 500 Ohm; befindet sie sich
im schmalen Teil 4 b, so kann ihr Widerstand z. B. 2500 Ohm betragen. Durch die
Widerstandsänderung der Feldplatten 5, 6 und 7 kann, z. B. über Transistoren, die
Erregung der Wicklungen eines dreipoligen Gleichstrommotors, dessen Welle in F i
g. 1 mit 15 bezeichnet ist, kontaktlos gesteuert werden. Diese Steuerung ist nicht
Bestandteil der vorliegenden Erfindung.
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Wie aus den F i g. 1 und 2 hervorgeht, besitzt die Magnetanordnung
infolge der bei 4 a weggenommenen Teile eine erhebliche Unwucht, die bei höheren
Drehzahlen nachteilig ist. Man kann die Unwucht beseitigen, indem man die weggenommenen
Teile des Eisenkreises durch unmagnetische Teile etwa gleicher Masse ersetzt; das
erfordert jedoch einen verhältnismäßig hohen Aufwand.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine wesentlich günstigere Lösung des
Unwuchtproblems bei einer rotierenden, topfmagnetartigen Anordnung zur Steuerung
von magnetfeldabhängigen Schaltelementen mit einem Luftspalt, der eine nicht rotationssymmetrische
Feldstärke aufweist und in dem die magnetfeldabhängigen Schaltelemente feststehend
angeordnet sind. Sie besteht darin, daß die Urasymmetrie des Feldes bei im wesentlichen
axialsymmetrischer Massenverteilung des Eisens durch dünne Schlitze im Eisenkreis
erzeugt ist.
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Die F i g. 3 bis 5 zeigen als Ausführungsbeispiel eine topfmagnetartige
Anordnung nach der Erfindung, wobei F i g. 3 eine Draufsicht auf die Anordnung,
F i g. 4 eine Seitenansicht in Richtung des Pfeiles IV in F i g. 3 und F i g. 5
einen Schnitt längs der Linie V-V in F i g. 3 darstellt.
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In den F i g. 3 bis 5 ist der weichmagnetische Eisenmantel mit 20,
die Polplatte mit 21 bezeichnet; 22 ist der Permanentmagnet. Die Teile 20 und 21
bilden einen Luftspalt 23 mit den Teilen 23 a (schwaches Feld) und 23 b (starkes
Feld). Der
Eisenmantel 20 ist im wesentlichen als vollständiger
Zylinder ausgebildet; zur Erzeugung eines feldschwachen Luftspaltteiles 23a ist
er lediglich mit schmalen Schlitzen 24, 25 und 26 versehen. Durch diese Schlitze
ist der Teil 20a des Eisenmantels von dem übrigen Eisenmantel magnetisch weitgehend
isoliert. Entsprechend ist die Polplatte 21 im wesentlichen als vollständige Scheibe
ausgebildet; sie besitzt lediglich Schlitze 27 und 28, durch die der Teil 21 a magnetisch
weitgehend von der übrigen Polplatte isoliert ist. Die Schlitze 24, 25, 26, 27 und
28 haben demnach die Wirkung, daß der Fluß des Magneten 22 im Luftspaltteil 23 a
stark geschwächt und in den Luftspaltteil 23 b gedrängt wird. Das Feldstärkenverhältnis
in den Luftspaltteilen 23 a bzw. 23 b läßt sich durch die Schlitze auf ein Verhältnis
von etwa 1:8 bringen, das nur geringfügig unter dem Feldstärkenverhältnis der Anordnung
nach den F i g. 1 und 2 liegt. Der feldschwache Luftspaltteil 23 a umfaßt im Ausführungsbeispiel
einen Sektor von etwa 120°.
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Zur weiteren Schwächung des Magnetfeldes im Luftspaltteil 23 a kann
der Permanentmagnet 22, wie aus F i g. 5 ersichtlich ist, bei 29 durch Abschleifen
einer dünnen Segmentschicht von der Polplatte 21 abgesetzt sein.
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Die vorgesehenen Schlitze verursachen nur einen geringen Massenverlust
auf der einen Seite der Anordnung, stören daher die Axialsymmetrie der Massenverteilung
nur unwesentlich. Bei einer Anordnung, die für sehr hohe Drehzahlen bestimmt ist,
kann die dadurch hervorgerufene Unwucht in der Weise beseitigt werden, daß an der
gegenüberliegenden Außenseite des Eisenmantels 20 bei 30 ein Segment abgeschliffen
wird, wodurch das Magnetfeld im Luftspalttei123 b nicht wesentlich beeinflußt wird.
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Die gemäß der Erfindung vorgesehenen Schlitze können auf einfache
Weise durch Sägen oder Fräsen, bei der Polplatte 21 auch durch Stanzen, hergestellt
werden. Es besteht auch die Möglichkeit, die Teile 20 und 21 pulvermetallurgisch
durch Sintern herzustellen und dabei die Schlitze unmittelbar mit einzuformen. Der
besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Einführung nichtmagnetischer
Teile zur Beseitigung der Unwucht, die einen erheblichen Fertigungsaufwand bedingt,
nicht erforderlich ist.