DE1278620B - Permanent magnet systems with reduced temperature dependence of induction - Google Patents
Permanent magnet systems with reduced temperature dependence of inductionInfo
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Description
Dauermagnetsysteme mit verringerter Temperaturabhängigkeit der Induktion Die Erfindung betrifft Dauermagnetsysteme, die mit Dauermagneten aus einem Werkstoff mit stark negativem Temperaturkoeffizienten der Induktion ausgerüstet sind, bei denen aber höchstens eine geringe Temperaturabhängigkeit der Induktion zulässig ist. Dauermagnetwerkstoffe mit stark negativem Temperaturkoeffizienten der Induktion sind beispielsweise Bariumferrit, Bleiferrit und Strontiumferrit.Permanent magnet systems with reduced temperature dependence of induction The invention relates to permanent magnet systems with permanent magnets made of one material are equipped with a strongly negative temperature coefficient of induction which, however, allow at most a slight temperature dependence of the induction is. Permanent magnet materials with a strongly negative temperature coefficient of induction are for example barium ferrite, lead ferrite and strontium ferrite.
Bariumferrit der chemischen Zusammensetzung Ba0 - 6 Fe20g hat sich als Dauermagnetwerkstoff auf vielen Gebieten der Dauermagnettechnik durchgesetzt, wobei wirtschaftliche Gesichtspunkte von entscheidender Bedeutung waren. Insbesondere wegen der starken Temperaturabhängigkeit der magnetischen Eigenschaften des Werkstoffes sind gewisse Anwendungsgebiete dem Bariumferrit bisher verschlossen geblieben. Ein Beispiel solcher Anwendungsgebiete sind Meßinstrumente, insbesondere auf Drehspulbasis, ferner die Elektrizitätszähler und Tachometer.Barium ferrite of chemical composition Ba0 - 6 Fe20g has become established as a permanent magnet material in many areas of permanent magnet technology, whereby economic considerations were of crucial importance. In particular because of the strong temperature dependence of the magnetic properties of the material Certain areas of application have so far remained closed to barium ferrite. A Examples of such areas of application are measuring instruments, especially those based on moving coils, also the electricity meters and tachometers.
Bei diesen werden unter Verwendung der sehr viel weniger temperaturabhängigen Alnico-Magnete die Temperaturfehler durch Nebenschlüsse mit Werkstoff bestimmter bekannter Temperaturabhängigkeit der Permeabilität verringert. Zu erwähnen sind auch einige Anwendungen von Haftmagnetsystemen. Da die Haftkraft bei nicht zu großen Luftspalten proportional dem Quadrat der Induktion ist und der Temperaturkoeffizient der Haftkraft dabei etwas mehr als doppelt so groß ist wie der der Induktion, sind solche Haftmagnetsysteme einer starken Temperaturabhängigkeit unterworfen. Diese Temperaturabhängigkeit ist für die meisten Haftmagnetsysteme ohne Bedeutung. Es gibt aber auch Fälle, in denen Haftmagnetsysteme in einem sehr großen Temperaturbereich arbeiten müssen. In solchen Fällen hat man bisher Alnico-Magnete eingesetzt.These are made using the much less temperature-dependent Alnico magnets the temperature errors caused by shunts with material certain known temperature dependence of the permeability is reduced. Mention should be made also some applications of holding magnet systems. Since the adhesive force is not too great Air gaps is proportional to the square of the induction and the temperature coefficient the adhesive force is slightly more than twice as great as that of induction such holding magnet systems are subject to a strong temperature dependence. These Temperature dependence is irrelevant for most holding magnet systems. It but there are also cases in which holding magnet systems operate in a very large temperature range have to work. Alnico magnets have hitherto been used in such cases.
Die Induktion der Bariumferrit-Dauermagnete nimmt mit zunehmender Temperatur ab und umgekehrt. Diese Temperaturabhängigkeit ist angenähert linear und beträgt 2%a/° C Temperaturänderung. Zum Vergleich sei erwähnt, daß bei den gleichfalls in großem Umfange verwendeten Alnico-Dauermagnetwerkstoffen der Temperaturkoeffizient nur ein Zehntel bis ein Zwanzigstel des angegebenen Wertes hat.The induction of barium ferrite permanent magnets increases with increasing Temperature and vice versa. This temperature dependence is approximately linear and amounts to 2% a / ° C temperature change. For comparison it should be mentioned that the same applies to Alnico permanent magnet materials widely used the temperature coefficient has only one tenth to one twentieth of the specified value.
Der stark negative Temperaturkoeffizient der Induktion von Bariumferrit ist bekannt. Ferner ist der Vorschlag bekannt, bei Magnetsystemen mit Dauermagneten aus Bariumferrit eine Temperaturausgleichsvorrichtung mit magnetischem Nebenschluß vorzusehen, bei der ein Körper aus einer Wärmelegierung, der bei Temperaturzunahme seinen magnetischen Widerstand erhöht, im Bereich einer Verengungsstelle des magnetisch weichen, den Nutzfluß leitenden Körpers angeordnet ist. Durch diese Anordnung soll die Wirksamkeit der Wärmelegierung erhöht werden, da die Kraftliniendichte im Bereich der Verengung des Nutzfiußleiters größer ist als an den nicht verengten Stellen. Es ist jedoch bei diesem Vorschlag nicht vorgesehen, den Flußleiter so stark zu belasten, daß die Maximalpermeabilität überschritten und der Streufiuß vergrößert wird.The strongly negative temperature coefficient of the induction of barium ferrite is known. The proposal is also known for magnet systems with permanent magnets made of barium ferrite a temperature compensation device with magnetic shunt to provide a body made of a heat alloy that resists when the temperature increases its magnetic resistance increases, in the area of a constriction of the magnetic soft, the useful flow conducting body is arranged. This arrangement is intended to The effectiveness of the heat alloy will be increased as the density of force lines in the area the narrowing of the Nutzfiußleiter is greater than at the non-narrowed points. However, this proposal does not provide for the flow guide to be so strong burden that the maximum permeability is exceeded and the scattered fiow increases will.
Nach einem anderen bekannten Vorschlag sollen die Polplatten und Polschuhe eines Magnetsystems aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, die so gewählt werden, daß die Permeabilitäten unter dem Einfluß der jeweils herrschenden Induktionen einem Maximum zustreben. Auch durch geeignete Bemessung der Querschnitte der Polplatten und Polschuhe soll dieses Ziel erreicht werden. Aber auch bei diesem Vorschlag soll die Maximalpermeabilität nicht überschritten werden, da gerade die Vermeidung von Verlusten durch Streufiuß angestrebt wird.According to another known proposal, the pole plates and pole shoes of a magnet system consist of different materials, which are selected in such a way that that the permeabilities under the influence of the prevailing inductions one Strive for the maximum. Also by suitable dimensioning of the cross-sections of the pole plates and pole shoes aim to achieve this goal. But even with this proposal should the maximum permeability must not be exceeded, since precisely the avoidance of Losses through litter is sought.
Die Erfindung bezweckt, dem Bariumferrit und anderen Dauermagnetwerkstoffen mit stark negativem Temperaturkoeffizienten der Induktion solche neuen Verwendungszwecke zu erschließen, bei denen höchstens eine geringe Temperaturabhängigkeit der Induktion zulässig ist. Dieser Zweck wird durch mit Dauermagneten aus derartigen Dauermagnetwerkstoffen ausgerüstete Dauermagnetsysteme erreicht, bei denen erfindungsgemäß die Querschnitte der Eisenleitteile so gering bemessen sind, daß unter dem Einfluß der in ihnen herrschenden magnetischen Feldstärke die Maximalpermeabilität überschritten ist. Diese Bemessung der Eisenleitteile, z. B. der Polschuhe, ist von der üblichen verschieden, da in der Regel der im Dauermagnet vorhandene Fluß möglichst verlustlos weitergeleitet werden soll und Verluste durch Streuung nach Möglichkeit zu vermeiden sind. Bei einer bestimmten Flußstärke ist der Verlust durch Streuung um so größer, je niedriger die Permeabilität der Eisenleitteile ist. Die Permeabilität im Eisen nimmt oberhalb der Maximalpermeabilität je nach Eisensorte mit zunehmender Induktion ab; die Streuung nimmt hierbei stark zu. Bei der magnetischen Sättigung nimmt die Permeabilität des Eisens den Wert 1 an. Eisen wirkt dann wie Luft und verliert seine gute Leitfähigkeit für den magnetischen Fluß. Aus diesem Grund wird beim Bau von Magnetsystemen zur Verringerung des magnetischen Streuflusses die Induktion in den Eisenleitstücken unter 12 000 G bemessen. In Sonderfällen, insbesondere bei Haftmagnetsystemen, ist man zwar mit der Induktion auch höher gegangen. Hierbei war jedoch die Volumenersparnis und nicht die Temperaturabhängigkeit der Induktion von praktischer Bedeutung.The invention aims, the barium ferrite and other permanent magnet materials with a strongly negative temperature coefficient of induction such new uses to develop where at most a low temperature dependence of the induction is permissible. This purpose is achieved by using permanent magnets made from such permanent magnet materials Equipped permanent magnet systems achieved in which, according to the invention, the cross-sections of the iron parts are so small that they are influenced by the ruling ones magnetic field strength the maximum permeability is exceeded. These Dimensioning of the iron guide parts, e.g. B. the pole piece, is different from the usual one, since the flux present in the permanent magnet is usually passed on with as little loss as possible and losses due to scattering are to be avoided as far as possible. at For a given flux strength, the lower the loss due to scattering, the greater the loss is the permeability of the iron conducting parts. The permeability in iron increases above the maximum permeability, depending on the type of iron, with increasing induction; the scatter increases strongly here. In the case of magnetic saturation, the permeability of the decreases Iron to the value 1. Iron then acts like air and loses its good conductivity for the magnetic flux. For this reason, when building magnet systems, the Reduction of the magnetic leakage flux the induction in the iron conductor pieces dimensioned below 12,000 G. In special cases, especially with holding magnet systems, one also went higher with induction. Here, however, was the volume saving and not the temperature dependence of induction of practical importance.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, durch eine Erhöhung des magnetischen Streuflusses, die durch eine Verminderung der Querschnitte der Eisenleitteile erzielt wird, die starke Temperaturabhängigkeit der Induktion bei Dauermagnetsystemen, die mit Dauermagneten mit stark negativem Temperaturkoeffizienten der Induktion bestückt sind, weitgehend zu beseitigen.The invention is based on the idea of increasing the magnetic leakage flux, which is caused by a reduction in the cross-section of the iron conducting parts is achieved, the strong temperature dependence of induction in permanent magnet systems, those with permanent magnets with a strongly negative temperature coefficient of induction are equipped, largely to be eliminated.
Dabei soll zweckmäßig die Induktion in den Eisenleitstücken bei Raumtemperatur größer als 14 000 G oder sogar größer als 17 000 G sein. Bei der starken Temperaturabhängigkeit der Induktion des Bariumferrits und anderer Dauermagnetwerkstoffe wird mit zunehmender Temperatur die Induktion in den Eisenleitstücken und damit auch der Streufluß verringert. Bei niedriger Temperatur geht wegen der hohen Induktionswerte in den Eisenleitstücken ein großer Teil des vom Dauermagneten an die Eisenleitstücke abgegebenen Flusses als Streufluß verloren. Mit zunehmender Temperatur wird dieser Verlust erniedrigt, da mit abnehmendem Fluß in den Dauermagneten auch der Fluß und damit die Induktion in den Eisenleitstücken abnehmen und die Permeabilität zunimmt.In this case, the induction in the iron conductor pieces should expediently at room temperature be greater than 14,000 G or even greater than 17,000 G. With the strong temperature dependence the induction of barium ferrite and other permanent magnet materials increases with Temperature reduces the induction in the iron conductors and thus also the leakage flux. At low temperature it works because of the high induction values in the iron conductors a large part of the flux given off by the permanent magnet to the iron conductors lost as leakage flux. This loss is reduced with increasing temperature, because with decreasing flux in the permanent magnet, so does the flux and thus the induction decrease in the iron conductors and the permeability increases.
Die Erfindung soll an Hand von drei Magnetsystemen nach der Zeichnung, in denen die Querschnitte der Eisenleitteile verschieden groß sind, erläutert werden.The invention is based on three magnet systems according to the drawing, in which the cross-sections of the iron guide parts are of different sizes are explained.
Die Magnetsysteme bestehen aus einem quaderförmigen Dauermagnet A
(aus Bariumferrit in den Abmessungen 33 - 23. 10 mm) und sind in Richtung der kleinsten
Abmessung magnetisiert, wie die Polbezeichnungen N, S erkennen lassen. An den geschliffenen
Polflächen im Maß 33 - 23 mm sind zwei Eisenleitstücke B in den Abmessungen
40 - 23 - X mm lose, aber praktisch luftspaltlos in der Weise angebracht,
daß der Dauermagnetfluß durch den Eisenquerschnitt X - 23 mm= verläuft, wie die
Bezeichnungen N und S an den Enden der Eisenleitstücke B
andeuten.
Die Eisenleitstücke B sind jeweils durch einen Eisenanker C, der mit einer Spule
Sp umwickelt ist, kurzgeschlossen. Die Enden der Spule Sp sind an einen Flußmesser
M angeschlossen. Durch Herausziehen der Dauermagnete A aus den Systemen wurde bei
Temperaturen zwischen 20 und 80° C der magnetische Fluß 0 in Maxwell mit dem Flußmesser
M gemessen. Durch Division der gemessenen Flüsse -P durch die magnetischen Querschnitte
der Eisenleitstücke B wurde die Induktion B in Gauß in diesen Eisenleitstücken
errechnet. Ferner wurde auch das Produkt B - (P als Maß für die Haftkraft des Systems
auf dem Anker C rechnerisch ermittelt. Die Messungen wurden an drei Systemen durchgeführt,
bei denen die Stärke X der Eisenleitstücke 4, 2 und 1 mm betrug. Die Ergebnisse
sind in der folgenden Zahlentafel wiedergegeben, die auch den mittleren Temperaturkoeffizienten
(TK) in 0/",/'C zwischen 20 und 80° C angibt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und erläuterten Dauermagnetsysteme beschränkt. Sie bezieht sich vielmehr auch auf Systeme, deren Dauermagnete aus anderen Werkstoffen als Bariumferrit, z. B. Bleiferrit oder Strontiumferrit, bestehen, die einen stark negativen Temperaturkoeffizienten der Induktion aufweisen. Die übernormale Induktion der Eisenleitteile soll über 12 000 G, beispielsweise über 14 000 G, liegen und kann zur Erzielung einer noch größeren Wirkung auch über 17 000 G hinausgehen. Es genügt auch, die Eisenleitteile nur an einer oder mehreren Stellen stark zu verjüngen und so die Induktion an diesen Stellen der Eisenleitteile über 12 000 G, vorzugsweise über 14 000 G oder mehr zu erhöhen.The invention is not limited to the permanent magnet systems shown and explained limited. Rather, it also refers to systems whose permanent magnets come from others Materials as barium ferrite, e.g. B. lead ferrite or strontium ferrite exist that have a strongly negative temperature coefficient of induction. The supernormal Induction of the iron conducting parts should be over 12,000 G, for example over 14,000 G and can go beyond 17,000G for an even greater effect. It is also sufficient to strongly taper the iron guide parts only in one or more places and so the induction at these points of the iron conducting parts above 12,000 G, preferably to increase over 14,000 G or more.
Zur Erhöhung des Streuflusses können außer der Verringerung der Eisenleitquerschnitte auch andere Maßnahmen ergriffen werden. Beispielsweise kann man jeweils den Teil der Eisenleitstücke B des dargestellten Magnetsystems, der an den Eisenanker C angrenzt und den Dauermagnet A nicht berührt, vergrößern.To increase the leakage flux, in addition to reducing the iron conductor cross-sections other measures are also taken. For example, can man each part of the iron conducting pieces B of the illustrated magnet system that is attached to the Iron anchor C is adjacent and does not touch permanent magnet A, enlarge it.
Man kann auch die Eisenleitstücke B breiter und länger als die Dauermagnetquader A machen, so daß sie über die Kanten des Dauermagnets A überstehen. Auch auf diese Weise kann der Streufluß verstärkt werden.The iron conductor pieces B can also be wider and longer than the permanent magnet cuboids Make A so that they protrude over the edges of permanent magnet A. Also on this In this way, the leakage flux can be increased.
Um die Erfindung praktisch auszuwerten, bedient man sich zweckmäßigerweise des Flußgesetzes des magnetischen Kreises, nach dem bei Vernachlässigung der magnetischen Streuung der Fluß 0", = B", - q", (Induktion mal Querschnitt) im Dauermagnet gleich dem Fluß OF, = BF, ' qF, im Eisenleitstück ist. Da man B und q im Dauermagnet in den meisten praktischen Fällen kennt und auch über Erfahrungswerte des Streuverlustes verfügt, kann man q"" so wählen, daß nach der Erfindung BF, Werte von über 12 000, beispielsweise von über 14 000 oder sogar 17 000 G annimmt. Zum mindesten erhält man mit den Gesetzen des magnetischen Kreises einen ersten Hinweis für die Wahl der Eisenquerschnitte nach der Erfindung, der aber oftmals noch durch den Aufbau von Versuchssystemen mit etwas größeren und kleineren Querschnitten im Vergleich zur Berechnung zu korrigieren ist.In order to evaluate the invention in practice, the flux law of the magnetic circuit is expediently used, according to which, if the magnetic scattering is neglected, the flux 0 ", = B", - q ", (induction times cross section) in the permanent magnet is equal to the flux OF, = BF 'is qF in Eisenleitstück. Since one B and q in the permanent magnet in most practical cases knows and also has experience of the scattering loss can q "" be selected so that the invention BF, values in excess of 12, 000, for example, of over 14,000 or even 17,000 G. At least the laws of the magnetic circuit provide a first indication of the choice of iron cross-sections according to the invention, which is often compared with the construction of test systems with slightly larger and smaller cross-sections to be corrected for the calculation.
Um eine vollständige Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Magnetsysteme nach der Erfindung zu erzielen, können zusätzlich auch in bekannter Weise Nebenschlüsse mit Werkstoffen, die einen negativen Temperaturkoeffizienten der Permeabilität aufweisen, angeordnet werden.To fully compensate for the temperature dependence of the magnet systems To achieve according to the invention, shunts can also be used in a known manner with materials that have a negative temperature coefficient of permeability, to be ordered.
Claims (2)
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