DE2938771A1 - Electromechanical transducer using rotating magnets - comprising flat toroids with magnetisation perpendicular to flat faces - Google Patents
Electromechanical transducer using rotating magnets - comprising flat toroids with magnetisation perpendicular to flat facesInfo
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Abstract
Description
Elektrisch-mechanischer WandlerElectro-mechanical converter
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch-mechanischen Wandler mit rotierenden dauermagnetischen Bereichen mit abwechselnd entgegengesetzter Magnetisierungsrichtung, die koaxial zur Rotationsachse angeordnet sind. Den Polen der magnetischen Bereiche ist jeweils ein Pol schuh eines magnetischen Rückschlußkerns zugeordnet, der mit einer Induktionsspule versehen ist.The invention relates to an electrical-mechanical converter with rotating permanent magnetic areas with alternately opposite directions of magnetization, which are arranged coaxially to the axis of rotation. The poles of the magnetic realms is each assigned a pole shoe of a magnetic yoke core, which is with an induction coil is provided.
Es sind elektrische Maschinen bekannt, bei denen die Wicklung koaxial in einem Maschinenteil aus dauermagnetischem Werkstoff angeordnet ist. Durch einen rotierenden Anker mit Zähnen wird der magnetische Fluß des Dauermagneten in ständigem Wechsel geschlossen und unterbrochen. In dieser Anordnung ist innerhalb der Spule kein Richtungswechsel des Magnetflusses möglich, sondern der Fluß ändert sich nur mit der Größe der Induktion. In einer verbesserten Ausführungsform der elektrischen Maschine enthält deshalb der Magnetkreis eine flache Magnetscheibe aus dauermagnetischem Oxidwerkstoff, die in axialer Richtung magnetisiert ist.Electrical machines are known in which the winding is coaxial is arranged in a machine part made of permanent magnetic material. Through a rotating armature with teeth, the magnetic flux of the permanent magnet is in constant Change closed and interrupted. In this arrangement it is inside the coil no change of direction of the magnetic flux possible, but the flux only changes with the magnitude of the induction. In an improved embodiment of the electrical Machine therefore contains the magnetic circuit a flat magnetic disk made of permanent magnet Oxide material, which is magnetized in the axial direction.
Diese Magnetscheibe enthält auf ihrem Umfang verteilt mehrere Pole wechselnder Richtung. Die Wicklung der Maschine ist koaxial zu der Ringscheibe aus Dauermagneten angeordnet. Der Magnetkreis ist durch relativ zur Ringscheibe rotierende Pol schuhe aus magnetisch leitendem Material geschlossen, die so geformt sind, daß sie den Magnetfluß jeder einzelnen Polarität abwechselnd durch die Spule und um die Spule herumfuhren. In einer Ausführungsform enthält der Ständer zu jedem Magnetpol des Läufers einen Polschuh, von denen jeder mit einer Wicklung versehen ist, die entweder im Inneren der Ringscheibe oder an deren Umfang angeordnet sein kann. Die Anordnung der Wicklung ist jedoch verhältnismäßig kompliziert (DE-AS 1 052 538).This magnetic disk contains several poles distributed around its circumference changing direction. The winding of the machine is made coaxial with the washer Permanent magnets arranged. The magnetic circuit is rotating relative to the washer Pole shoes made of magnetically conductive material closed, which are shaped so that they alternate the magnetic flux of each polarity through the coil and around move the coil around. In one embodiment, the stator includes a magnetic pole for each the rotor has a pole piece, each of which is provided with a winding that can be arranged either inside the annular disk or on its circumference. the However, the arrangement of the winding is relatively complicated (DE-AS 1 052 538).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannte Vorrichtung zu vereinfachen und zu verbessern, insbesondere soll der Wirkungsgrad der Maschine erhöht werden.The invention is based on the object of this known device to simplify and improve, in particular, the efficiency of the machine increase.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine ringförmige Anordnung von flachen Dauermagneten mit senkrecht zu ihren Flachseiten verlaufender Magnetisierung vorgesehen ist, deren Polflächen jeweils ein Polschuh derart zugeordnet ist, daß gleichnamige Pole über ihren Polschuh den Magnetfluß in der gleichen Richtung durch einen gemeinsamen Rückschlußkern führen.This object is achieved according to the invention in that an annular Arrangement of flat permanent magnets with perpendicular to their flat sides Magnetization is provided, the pole faces of which are each assigned a pole piece in this way is that poles of the same name carry the magnetic flux in the same direction via their pole pieces lead through a common inference core.
In dieser Ausführungsform des Wandlers mit jeweils einem getrennten Polschuh auf den beiden Flachseiten der dauermagnetischen Bereiche des Läufers wird der Rückschlußkern mit der Läuferdrehung von einem Magnetfluß durchsetzt, der seine Richtung ändert, sobald sich die einzelnen Magneten unter dem folgenden Pol schuh des Rückschlußkerns bewegen. In der Induktionsspule wird somit ein Strom wechselnder Polarität erzeugt. Der Generator hat nur eine geringe Ausdehnung und einen einfachen Aufbau. Bei Verwendung hochwertiger Magnete für die magnetischen Bereiche des Läufers, beispielsweise Magnete auf der Basis von Samarium und Kobalt SmCo5, erhält man eine weitere Verkleinerung und damit eine Miniaturausführung des Wandlers bei gleicher Ausgangsleistung.In this embodiment of the converter with one separate each Pole shoe on the two flat sides of the permanent magnetic areas of the rotor the yoke core permeated with the rotor rotation by a magnetic flux, which his Direction changes as soon as the individual magnets move under the following pole shoe of the inference core move. In the induction coil is thus a Generates current of alternating polarity. The generator only has a small size and a simple structure. When using high quality magnets for the magnetic Areas of the runner, for example magnets based on samarium and cobalt SmCo5, you get a further reduction and thus a miniature version of the Converter with the same output power.
Als Lagerung des Läufers kann vorzugsweise eine magnetische Schwebelagerung vorgesehen werden, um Reibungsverluste gering zu halten.A magnetic levitation mounting can preferably be used as the mounting of the rotor be provided in order to keep frictional losses low.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der verschiedene AusfUhrungsbeispiele eines elektrisch-mechanischen Wandlers nach der Erfindung schematisch veranschaulicht sind.To further explain the invention, reference is made to the drawing taken, in the various exemplary embodiments of an electro-mechanical Converter according to the invention are illustrated schematically.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Wandler mit einem Zahnradantrieb für den Läufer. In Figur 2 ist die Anordnung der magnetischen Bereiche des Läufers dargestellt. Figur 3 zeigt eine besondere Ausführungsform des Wandlers mit zwei Magnetspulen. In Figur 4 ist eine Ausführungsform des Wandlers mit einer besonderen Gestaltung des Läufers veranschaulicht. In Figur 5 ist die Anordnung der Magnete in der Ausführungsform nach Figur 4 dargestellt.Figure 1 shows a cross section through a converter with a gear drive for the runner. In Figure 2 is the arrangement of the magnetic areas of the rotor shown. Figure 3 shows a particular embodiment of the converter with two Solenoids. In Figure 4 is an embodiment of the transducer with a particular one Design of the runner illustrated. In Figure 5 is the arrangement of the magnets shown in the embodiment according to FIG.
In der Ausführungsform des elektrisch-mechanischen Wandlers nach Figur 1 ist ein Läufer mit 2 bezeichnet, der als magnetische Bereiche Dauermagnete 3 und 8 enthält, die vorzugsweise aus magnetischem Material auf der Basis von Samarium und Kobalt bestehen können. Die Dauermagnete 3 und 8 sind flach gestaltet und mit entgegengesetzter Magnetisierungsrichtung senkrecht zur Ebene ihrer Flachseiten in Richtung der Rotationsachse 11 des Wandlers magnetisiert, was in der Figur durch die Bezeichnung der Nord- und Südpole mit N bzw. S angedeutet ist. Den Polflächen der Dauermagnete 3 und 8 ist jeweils ein Polschuh zugeordnet, der über einen Steg derart mit einem der Enden eines zylindrischen Rückschlußkerns 20 verbunden ist, daß die den Nordpolen N zugeordneten Polschuhe 12 und 14 den magnetischen Fluß der Dauermagnete 3 und 8 über ihre Stege 16 bzw. 18 dem einen Ende des Rückschlußkerns 20 zuführen.In the embodiment of the electrical-mechanical converter according to FIG 1, a rotor is designated with 2, the permanent magnets 3 and as magnetic areas 8 contains, which are preferably made of magnetic material based on samarium and cobalt can exist. The permanent magnets 3 and 8 are designed flat and with opposite direction of magnetization perpendicular to the plane of their flat sides magnetized in the direction of the axis of rotation 11 of the transducer, which is shown in the figure by the designation of the north and south poles is indicated by N and S, respectively. The pole faces the permanent magnets 3 and 8 are each assigned a pole piece, which has a web is connected in such a way to one of the ends of a cylindrical yoke core 20, that the north pole N associated pole pieces 12 and 14 the magnetic flux of Permanent magnets 3 and 8 via their webs 16 and 18, respectively, to one end of the yoke core 20 feed.
Der Kreis wird über das andere Ende des Rückschlußkerns 20, weiter über die Stege 17 und 19 sowie die Polschuhe 13 bzw. 15 über die Südpole der Dauermagnete 3 und 8 geschlossen. Koaxial zum Rückschlußkern 20 ist eine Induktionsspule 22 angeordnet, deren elektrische Anschlußleiter zur Vereinfachung in der Figur nicht dargestellt sind.The circle continues over the other end of the yoke core 20 via the webs 17 and 19 and the pole shoes 13 and 15 via the south poles of the permanent magnets 3 and 8 closed. An induction coil 22 is arranged coaxially to the yoke core 20, their electrical connection conductors are not shown in the figure for the sake of simplicity are.
Der Läufer 2 besteht aus nichtmagnetischem Material und ist an dem oberen Ende des magnetischen flückschlusses 20 drehbar gelagert. Er kann beispielsweise an seinem Umfang mit einem Zahnkranz 24 versehen sein, der zu einem Zahnradantrieb 26 gehört. Das Zahnrad 24 wird durch ein weiteres Zahnrad 28 angetrieben, das mit einer Antriebswelle 30 versehen ist.The rotor 2 is made of non-magnetic material and is on the upper end of the magnetic yoke 20 rotatably mounted. For example, he can be provided on its circumference with a ring gear 24, which becomes a gear drive 26 heard. The gear 24 is driven by a further gear 28, which with a drive shaft 30 is provided.
Die zur Verfügung stehende Energie, insbesondere ergonomische Energie, kann direkt der Antriebswelle 30 zugeführt werden. Sie wird jedoch vorzugsweise aus einem entsprechend dimensionierten mechanischen Speicher, beispielsweise einer Spiral-, Kegel-, Gummi-, Druck-, Blatt- oder auch Luftfeder, durch Auslösen einer Verriegelung über den Antrieb 26 dem Läufer 2 des Wandlers geliefert.The available energy, especially ergonomic energy, can be fed directly to the drive shaft 30. However, it is preferred from a correspondingly dimensioned mechanical memory, for example one Spiral, conical, rubber, pressure, leaf or air spring, by triggering a Locking supplied via the drive 26 to the rotor 2 of the converter.
Die magnetischen Bereiche des Läufers 2 bestehen nach Figur 2 aus beispielsweise 8 Dauermagneten, die mit jeweils abwechselnder Magnetisierungsrichtung in Richtung der Rotationsachse 11 magnetisiert sind und in der Figur mit 3 bis 10 bezeichnet sind. Die an der gleichen Flachseite des Läufers 2 angeordneten Polschuhe des magnetischen Rückschlußkerns 20 befinden sich jeweils abwechselnd über einem Nordpol und einem Südpol. Mit der Drehung des Läufers wird dem Rückschlußkern 20 somit jeweils ein Magnetfluß wechselnder Richtung zugeführt, der in der Induktionsspule 22 elektrische Impulse wechselnder Polarität erzeugt.According to FIG. 2, the magnetic areas of the rotor 2 consist of for example 8 permanent magnets with alternating direction of magnetization are magnetized in the direction of the axis of rotation 11 and in the figure with 3 to 10 are designated. The pole shoes arranged on the same flat side of the rotor 2 of the magnetic yoke core 20 are located alternately above one North Pole and a South Pole. With the rotation of the rotor, the yoke core 20 thus in each case a magnetic flux in alternating directions is supplied to that in the induction coil 22 electrical impulses of alternating polarity are generated.
In der besonderen Ausführungsform eines elektrischmechanischen Wandlers nach Fig. 3 mit einem besonders kompakten Aufbau ist oberhalb des Läufers 2 noch eine zusätzliche Induktionsspule 24 angeordnet, die ebenfalls von einem magnetischen Rückschlußkern 26 durchsetzt ist. In dieser Ausführungsform des Wandlers schließt sich der aus der oberen Polfläche des Magneten 3 austretende Magnetfluß über den Polschuh 12, den Steg 16, den Rückschlußkern 26 und den Steg 17 sowie den Polschuh 15 zum Magneten 8. In gleicher Weise wird der magnetische Fluß von den unterhalb des Läufers 2 angeordneten Polschuhen 13 und 14 mit Hilfe ihrer Stege 17 und 18 über den Magnetkern 20 der unteren Induktionsspule 24 zugeführt. Die Induktionsspulen 22 und 24 können beispielsweise elektrisch hintereinandergeschaltet sein, was in der Figur nicht dargestellt ist.In the special embodiment of an electro-mechanical converter according to Fig. 3 with a particularly compact structure is above the rotor 2 still an additional induction coil 24 is arranged, also by a magnetic Inference core 26 is penetrated. In this embodiment the converter closes the emerging from the upper pole face of the magnet 3 magnetic flux over the Pole shoe 12, the web 16, the yoke core 26 and the web 17 and the pole shoe 15 to the magnet 8. In the same way, the magnetic flux from the below of the rotor 2 arranged pole pieces 13 and 14 with the help of their webs 17 and 18 The lower induction coil 24 is supplied via the magnetic core 20. The induction coils 22 and 24 can, for example, be connected electrically in series, which is shown in FIG the figure is not shown.
In dieser Ausführungsform kann der Läufer 2 des Wandlers beispielsweise mit einem Antrieb 30 versehen sein, dessen Antriebsachse 32 durch den hohlzylindrisch gestalteten Magnetkern 26 hindurchgeführt ist. Das untere Ende der Antriebswelle 32 kann beispielsweise als Spitzenlager 34 ausgebildet sein. Zu diesem Zweck ist das obere Ende des Rückschlußkerns 20 mit einer entsprechenden Profilbohrung versehen. Dem oberen Ende der Antriebswelle 32 wird die Antriebsenergie zugeführt, was in der Figur lediglich durch ein Handrad 36 angedeutet ist.In this embodiment, the rotor 2 of the converter can, for example be provided with a drive 30, the drive axis 32 through the hollow cylindrical designed magnetic core 26 is passed. The lower end of the drive shaft 32 can be designed as a point bearing 34, for example. To that end is the upper end of the yoke core 20 with a corresponding profile hole Mistake. The drive energy is fed to the upper end of the drive shaft 32, which is only indicated by a handwheel 36 in the figure.
In der Ausführungsform des Wandlers nach Fig. 4 sind die Dauermagneten 43 und 48 mit ihren Flachseiten in Richtung der Rotationsachse 11 derart angeordnet, daß ihre Magnetisierungsrichtung radial zur Rotationsachse 11 verläuft. Den Magnetpolen der Magneten 43 und 48 ist jeweils ein Polschuh zugeordnet, die in der Figur mit 53, 54 sowie 63 und 64 bezeichnet sind. Die den Nordpolen zugeordneten Pol schuhe 53 und 64 führen den magnetischen Fluß jeweils über einen Steg 70 bzw. 72 zum unteren Ende eines Rückschlußkerns 74, der von einer Induktionsspule 76 umgeben ist. In gleicher Weise wird der Magnetfluß vom oberen Ende des Rückschlußkerns 74 über Stege 78 und 80 und die Pol schuhe 54 bzw. 63 zu den zugeordneten Dauermagneten 43 bzw. 48 zurückgeführt.In the embodiment of the transducer according to FIG. 4, the permanent magnets 43 and 48 arranged with their flat sides in the direction of the axis of rotation 11 in such a way that that their direction of magnetization runs radially to the axis of rotation 11. The magnetic pole the magnets 43 and 48 are each assigned a pole piece, which in the figure with 53, 54 and 63 and 64 are designated. The pole shoes assigned to the northern poles 53 and 64 lead the magnetic flux to the lower one via a web 70 and 72, respectively End of a yoke core 74 which is surrounded by an induction coil 76. In in the same way, the magnetic flux from the upper end of the yoke core 74 via webs 78 and 80 and the pole shoes 54 and 63 to the associated permanent magnets 43 and 48 returned.
In dieser Ausführungsform des Wandlers kann der in der Figur lediglich durch die Schnittflächen seiner Dauermagnete 43 und 48 erscheinende Läufer beispielsweise mit einem in der Figur nur angedeuteten Drehkäfigantrieb 81 versehen sein.In this embodiment of the converter, the one in the figure can only Runner appearing through the cut surfaces of its permanent magnets 43 and 48, for example be provided with a rotating cage drive 81, which is only indicated in the figure.
Die Anordnung der Dauermagnete 43 bis 50 als magnetische Bereiche des Läufers 2 mit radialer Magnetisierung und abwechselnder Magnetisierungsrichtung ist der Darstellung nach Fig. 5 zu entnehmen. Den beiden Polen jedes der Dauermagneten 43 bis 50 ist jeweils ein Polschuh zugeordnet, die in der Figur mit 53 bis 68 bezeichnet sind.The arrangement of the permanent magnets 43 to 50 as magnetic areas of the rotor 2 with radial magnetization and alternating direction of magnetization can be found in the illustration according to FIG. 5. The two poles of each of the permanent magnets 43 to 50 are each assigned a pole shoe, denoted by 53 to 68 in the figure are.
Im Ausführungsbeispiel wurde ein Generator zur Umsetzung von mechanischer in elektrische Energie beschrieben. Der Magnetspule 22 kann jedoch auch elektrische Energie zugeführt werden. Dann wird im Kern 20 ein magnetisches Feld erzeugt, das sich den magnetischen Flüssen der Magneten, beispielsweise 3 und 8, über lagert. Die entstehenden magnetischen AbstoBungs- bzw.In the exemplary embodiment, a generator for the implementation of mechanical described in electrical energy. The solenoid 22 can, however, also be electrical Energy can be supplied. Then a magnetic field is generated in the core 20, which the magnetic fluxes of the magnets, for example 3 and 8, superimposed. The resulting magnetic repulsion or
Anziehungskräfte bewirken einen entsprechenden Antrieb des Läufers 2, so daß mit einer derartigen Anordnung elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt werden kann.Attractive forces cause the rotor to be driven accordingly 2, so that with such an arrangement electrical energy into mechanical energy can be converted.
5 Patentansprüche 5 Figuren5 claims 5 figures
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1979
- 1979-09-25 DE DE19792938771 patent/DE2938771A1/en not_active Withdrawn
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