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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung eines abschaltbaren
feien magnetischen Feldes.
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Es
sind Anordnungen zur Erzeugung eines freien magnetischen Feldes
bzw. magnetischen Streufeldes bekannt. Derartige Anordnungen werden beispielsweise
eingesetzt, um in Filteranlagen kleine Partikel abzuscheiden. Derartig
starke freie magnetische Felder werden bislang durch Permanentmagnete
erzeugt. Diese haben den Nachteil, dass sich die magnetischen Felder
nicht abschalten lassen. Allenfalls kann der Permanentmagnet mechanisch
bewegt werden, um einen vorbestimmten Bereich oder Abschnitt einer
Anlage in den Bereich des magnetischen Feldes zu bringen oder das
magnetische Feld von diesem Bereich wegzubewegen.
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Die
elektromagnetische Erzeugung eines freien magnetischen Feldes hat
den Nachteil, dass große
elektrische Leistungen erforderlich sind, um ein ausreichend starkes
magnetisches Feld zu erzeugen.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine kompakte Anordnung zur Erzeugung
eines abschaltbaren freien magnetischen Feldes mit möglichst
geringem Energieverbrauch zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch
eine Anordnung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen ge löst. Bevorzugte
Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
zur Erzeugung eines abschaltbaren freien magnetischen Feldes ist
eine Hybridanordnung bestehend aus einem Permanentmagneten sowie
einer Spule zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes. Dazu weist
die Anordnung einen Kern auf, welcher von zumindest einem Permanentmagneten
umgeben ist. Diese Anordnung ist im Inneren einer ringförmigen Spule
platziert, so dass die Spule den Permanentmagneten und den Kern
umgibt. Die Spule ist derart bestrombar, dass das von dem Permanentmagneten erzeugte
magnetische Feld sowie das von der Spule erzeugte elektromagnetische
Feld gleichgerichtet sind und einander verstärken. Gemeinsam erzeugen der
Permanentmagnet sowie die Spule das gewünschte starke elektromagnetische
Streufeld. Wenn die Spule abgeschaltet wird, verbleibt nur noch das
von dem Permanentmagneten erzeugte magnetische Feld. Das insgesamt
erzeugte magnetische Feld wird somit durch Abschalten der Spule
derart verringert, dass der gewünschte
Einfluss in einer Anlage, beispielsweise einem Filter, nicht mehr
gegeben ist. Das magnetische Feld ist somit praktisch abgeschaltet,
da es nicht mehr die gewünschte
Wirkung hat. So kann das magnetische Feld beispielsweise zur Reinigung
oder Wartung eines Filters durch Abschalten der Spule abgeschaltet
werden. Durch die Kombination von Permanentmagneten und Spule kann
zum einen eine sehr kompakte Anordnung geschaffen werden und gleichzeitig
eine leichte Abschaltbarkeit des magnetischen Feldes erreicht werden.
Gegenüber
einem rein elektromagnetisch erzeugten Feld ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung
der Energiebedarf deutlich reduziert. Die Anordnung von Permanentmagneten
und Elektromagneten wird vorzugsweise so optimiert, dass die beiden
magnetischen Kreise, d.h. der permanentmagnetische sowie der elektromagnetische
Kreis, optimal ausgenutzt werden.
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Die
Spule ist vorzugsweise von zumindest einem zu einer Stirnseite der
Spule geöffneten
Jochelement umgeben. Das Jochelement ist dabei vorzugsweise so ausgebildet,
dass an einer Stirnseite der Spule das Jochelement mit dem Kern
verbunden ist, während
an der anderen Stirnseite der Spule das Jochelement und der Kern
als freie Enden ausgebildet und nicht miteinander verbunden sind.
D.h. an dieser Stirnseite ist das Joch offen ausgebildet und der
von der Spule erzeugte magnetische Kreis wird durch die Luft bzw.
ein anderes umgebendes Medium geschlossen. An dieser Seite der Spule
wird ein freies magnetisches Streufeld erzeugt. Gleichzeitig ist der
Permanentmagnet so auf dem Kern angeordnet, dass auch durch den
Permanentmagneten an derselben Seite des Kerns ein freies magnetisches
Feld erzeugt wird, so dass das permanentmagnetische und das elektromagnetische
Feld sich zu einem gemeinsamen magnetischen Streufeld mit dem gewünschten
hohen Gradienten addieren. Durch Abschaltung der Spule kann das
so entstehende Gesamtfeld weitgehend abgeschaltet und auf das von
dem Permanentmagneten erzeugte Feld reduziert werden.
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Das
Jochelement ist bevorzugt topfförmig ausgebildet
und der Kern zentral im Inneren des Jochelementes derart angeordnet,
dass sich die Seitenwandungen des Jochelementes zu der geöffneten Seite
des Jochelementes hin parallel zu dem Kern erstrecken. Bei dieser
Ausgestaltung ist die Spule an ihrem Außenumfang vollständig von
den ringförmig ausgebildeten
Seitenwandungen des Jochelementes umgeben. Ferner ist das Jochelement
an einer Stirnseite der Spule geschlossen ausgebildet, so dass die Verbindung
von der Seitenwandung zu dem zentral angeordneten Kern hergestellt
wird. An der entgegengesetzten Seite der Spule ist das Jochelement
offen ausgebildet, d.h. der Kern und die Seitenwandungen sind nicht
miteinander verbunden, so dass zwischen ihnen ein freies elektromagnetisches
Feld bei Bestromung der Spule entsteht.
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Besonders
bevorzugt ist das Jochelement rotationssymmetrisch ausgebildet.
Dies begünstigt eine äußerst kompakte
Anordnung mit großer
magnetischer Feldstärke.
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Der
Permanentmagnet ist ebenfalls bevorzugt ringförmig, insbesondere kreisringförmig ausgebildet.
Dabei kann der Permanentmagnet den Freiraum zwischen dem Innenumfang
der Spule und dem Kern optimal ausfüllen, so dass eine sehr kompakte Anordnung
geschaffen werden kann.
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Der
Permanentmagnet kann in einer speziellen Ausführungsform auch aus mehreren
Segmenten ausgebildet sein. Diese Segmente sind am Umfang des Kernes
verteilt angeordnet und bilden vorzugsweise gemeinsam eine ringförmige Anordnung.
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Zur
Erzielung eines optimierten magnetischen Feldes ist der Permanentmagnet
zumindest teilweise, vorzugsweise überwiegend radial magnetisiert.
Auf diese Weise kann gemeinsam mit der Spule ein besonders starkes
freies magnetisches Feld geschaffen werden.
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Bevorzugt
kann der Permanentmagnet aus mehreren, vorzugsweise ringförmigen Teilen
mit unterschiedlicher Magnetisierungsrichtung aufgebaut sein. Durch
Zusammenfügen
mehrerer Teile mit unterschiedlicher Magnetisierungsrichtung zu
einem Permanentmagneten kann das magnetische Feld des Permanentmagneten
optimiert werden, um in Zusammenwirkung mit der Spule die gewünschte magnetische
Feldstärke
zu erzeugen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figur
beschrieben.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
umfasst ein rotationssymmetrisches Joch bzw. einen rotationssymmetrischen
Eisenkreis 2, welcher einen ge schlossen Boden 4 und
eine ringförmige
Seitenwandung 6 aufweist, so dass ein topfförmiges Joch
geschaffen wird. Im Inneren des Joches 2 erstreckt sich ausgehend
von dem Boden 4 parallel zu den Seitenwandungen 6 ein
kreiszylindrischer Kern 8, welcher vorzugsweise einstückig mit
den übrigen
Teilen des Eisenkreises 2 ausgebildet ist. Die Seitenwandungen 6 und
der Kern 8 bilden ein zu einer Seite, d.h. der dem Boden 4 abgewandten
Seite, geöffnetes
Joch. Im Inneren des Eisenkreises 2 ist benachbart zu der Seitenwandung 6 eine
ringförmige
Spule 10 angeordnet. Im Inneren der Spule 10,
in dem Freiraum zwischen der Spule 10 und dem Kern 8 ist
ein ebenfalls ringförmiger
Permanentmagnet 12, welcher den Kern 8 umgibt,
angeordnet.
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Der
Permanentmagnet 12 erzeugt einen magnetischen Fluss, welcher
schematisch durch die Feldlinie 14 dargestellt ist. Das
von dem Permanentmagneten 12 erzeugte magnetische Feld
verläuft durch
den Kern 8 und an dessen freien Ende durch die Luft. Wenn
die Spule 10 bestromt wird, wird ein magnetisches Feld
erzeugt, wie es durch die gestrichelte Feldlinie 16 angedeutet
ist. Der von der Spule 10 erzeugte magnetische Fluss verläuft durch
den Eisenkreis 2 und den Kern 8 und ausgehend
von den freien Enden der Seitenwandung 2 und des Kernes 8 durch
die Luft. Die magnetischen Felder 14, 15 von dem
Permanentmagneten 12 und der Spule 10 sind gleich
gerichtet, so dass sie einander verstärken. Wenn die Spule 10 bestromt
ist, wird gemeinsam mit dem Permanentmagneten 12 am offenen
Ende des Eisenkreises 2 somit in der Luft ein freies magnetisches
Streufeld erzeugt, welches auch noch im Abstand von mehreren Zentimetern
vom freien Ende des Kernes 8 eine ausreichende Stärke aufweist.
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Wenn
die Bestromung der Spule 10 abgeschaltet wird, wird somit
auch das elektromagnetische Feld 16 abgeschaltet, so dass
nur das von dem Permanentmagneten erzeugte Feld 14 verbleibt.
Auf diese Weise wird das Gesamtmagnetfeld, welches sich durch Addition
der gleichgerich teten Felder von Permanentmagneten und Elektromagneten
ergibt, weitgehend abgeschaltet.
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- 2
- Eisenkreis
- 4
- Boden
- 6
- Seitenwandung
- 8
- Kern
- 10
- Spule
- 12
- Permanentmagnet
- 14
- Feld
des Permanentmagneten
- 16
- Feld
der Spule