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Elektromagnetischer Wandler Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen
Wandler mit einer Spule, in deren Innenraum ein streifenförmiger, an beiden Spulenöffnungen
herausragender Anker angeordnet ist, und mit an den Spulenaußenseiten in der Ankerebene
angeordneten Permanentmagneten, deren magnetische Achse senkrecht zur Ankerebene
verläuft, sowie mit Jochstücken, die auf den Polflächen der Magnete aufliegen und
die gleichnamigen Pole der Permanentmagnete um die vordere und hintere Spulenöffnung
herum verbinden, wobei der aus der einen Spulenöffnung herausragende Teil des Ankers
fest eingespannt ist und das aus der anderen Spulenöffnung herausragende Ankerende
zwischen den parallelen Flächen der Jochstücke frei schwingen kann.
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Bei solchen elektromagnetischen Wandlern, die einem älteren Vorschlag
entsprechen und auch durch eine an sich bekannte Verdoppelung eines bekannten Wandlers
erhalten werden können, haben die Jochstücke die Form von Streifen, die entlang
den Polflächen der Permanentmagnete verlaufen und dann annähernd rechtwinklig zu
den Endabschnitten des Ankers hin abgebogen sind, so daß sie die Spule einrahmen,
aber nicht bedecken. Der Magnetfluß wird von diesen Jochstücken zu den den Luftspalt
begrenzenden parallelen Flächen nur von den Seiten her zugeführt. Falls eine Abschirmung
gegen äußere Störfelder erforderlich ist, muß die ganze Anordnung in ein besonderes
Abschirmgehäuse eingesetzt werden.
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Das Ziel der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung eines Wandlers
der eingangs angegebenen Art, der ohne zusätzliche Teile vollständig gegen äußere
Störfelder abgeschirmt ist, und bei dem außerdem die Zuführung des Magnetfeldes
zu dem Luftspalt verbessert ist.
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Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Jochstücke
als im wesentlichen ganzflächige Blechteile derart ausgebildet und geformt sind,
daß die Spule mit dem Anker von den Permanentmagneten und den Blechen im wesentlichen
vollständig umschlossen ist und daß durch Einprägungen der Bleche vor den Spulenöffnungen
von parallelen Flächen begrenzte Spalte - einerseits zur Befestigung und andererseits
als Schwingarm des Ankers - entstehen.
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Bei dem nach der Erfindung ausgeführten Wandler sind die Spule und
der Anker von den Jochstücken und den Permanentmagneten vollständig nach außen abgeschirmt,
ohne daß zusätzliche Abschirmteile erforderlich sind. Dadurch wird nicht nur die
Herstellung vereinfacht und verbilligt, sondern auch eine Einsparung an Gewicht
und Raumbedarf erzielt, was für viele Anwendungsfälle wichtig ist. Infolge ihrer
Ausbildung führen die Jochstücke ferner den Magnetfluß den parallelen Luftspaltbegrenzungsflächen
nicht nur von den Seiten her, sondern auch über die ganze Breite des Zwischenraums
zwischen den Permanentmagneten von vorn zu, und der von der Spule erzeugte Signalfluß
verläuft in den Jochstücken zum größten Teil senkrecht zu dem von den Permanentmagneten
erzeugten Vormagnetisierungsfluß.
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Da die die beiden Jochstücke bildenden Blechteile und die Permanentmagnete
die Spule im wesentlichen vollständig umschließen, können besondere Befestigungsteile
für die Spule entfallen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
daher die Spule von den beiden Blechteilen gehalten.
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Für die Einspannung des Ankers gibt es verschiedene Möglichkeiten.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt sie dadurch, daß der Anker der Längssteg
eines T-förmigen Blechteils ist, dessen Quersteg zwischen den parallelen Flächen
der beiden Blechteile eingespannt ist.
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Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß die beiden Permanentmagnete
entlang der Ankerebene in der Längsrichtung in zwei Hälften unterteilt sind, und
daß der Anker der mittlere Schenkel eines E-förmigen Blechteils ist, dessen beide
Außenschenkel zwischen den beiden Hälften je eines Permanentmagnets eingespannt
sind.
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In beiden Fällen ist es möglich, den den Anker bildenden Blechteil
zusätzlich zur magnetischen Justierung zu verwenden.
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Im ersten Fall geschieht dies dadurch, daß die beiden Enden des Querstegs
zur Bildung von magnetischen Justierteilen über den Zwischenraum zwischen den parallelen
Flächen hinausragen.
Im zweiten Fall kann eine entsprechende Wirkung
dadurch erzielt werden, daß die freien Enden der beiden Außenschenkel zur Bildung
von magnetischen Justierteilen über die Permanentmagnete hinausragen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
Darin zeigt F i g. 1 eine Oberansicht eines Wandlers nach einer ersten Ausführungsform,
F i g. 2 eine Stirnansicht des Wandlers von F i g. 1, von links her gesehen, F i
g. 3 eine Seitenansicht des Wandlers von F i g. 1, F i g. 4 eine Stirnansicht des
Wandlers von F i g. 1, von rechts her gesehen, F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie
5-5 von F i g. 3, F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 von F i g.1, F i g.
7 eine perspektivische Darstellung des Wandlers von F i g. 1, teilweise aufgebrochen,
F i g. 8 einen Schnitt entsprechend F i g. 5 zur Darstellung einer abgeänderten
Ausführungsform, F i g. 9 eine Oberansicht eines Wandlers nach einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 10 einen Schnitt nach der Linie 10-10 von F i g. 9, F i g. 11 eine Stirnansicht
des Wandlers von F i g. 9, von rechts her gesehen, und F i g. 12 eine perspektivische
Darstellung des Wandlers von F i g. 9 bis 11, teilweise aufgebrochen.
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Der in F i g. 1 bis 7 gezeigte elektromagnetische Wandler enthält
eine Spule 1 und einen streifenförmigen Anker 2, der durch die Mittelöffnung 3 der
Spule geführt ist und an beiden Seiten hervorsteht. Parallel zu dem Anker verlaufen
entlang den beiden Außenseiten der Spule 1 zwei Permanentmagnete 6 und 7 symmetrisch
zu der Ankerebene. Diese Permanentmagnete sind so gepolt, daß ihre magnetische Achse
senkrecht zu der Ankerebene steht, wie durch die Buchstaben N und S in F i g. 2
und 4 angedeutet ist. Dünne Blechteile 8 -und 9 aus magnetisch weichem Material
überbrücken im wesentlichen den ganzen Zwischenraum zwischen den Polflächen auf
beiden Seiten der Spule 1. Die Spule kann an einem der beiden Blechteile, beispielsweise
mittels Klebstoff' befestigt sein; bei der dargestellten Ausführungsform sind die
Blechteile so geformt, daß sie eng an der Spule anliegen und diese in der richtigen
Lage halten.
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An den beiden Schmalseiten verlaufen die Blechteile 8 und 9 zum Anker
hin sowohl in der Längsrichtung als auch in der Querrichtung aufeinander zu, so
daß sie parallele Flächen bilden, die in geringem Abstand vom Anker parallel zu
diesem verlaufen. An der in F i g. 3 und 6 rechten Seite sind nichtmagnetische Abstandsstücke
11 und 12 zwischen die Blechteile und den Anker eingelegt, und die Teile sind mittels
einer Schraube 13 miteinander fest verbunden. An der linken Seite begrenzen die
parallelen Flächen 14 und 16 einen Luftspalt, in dem das Ankerende frei schwingen
kann (F i g. 6).
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Zur übertragung von Schwingungen zu oder von dem Anker ist ein Steg
17 vorgesehen, in dessen gegabeltes Ende der Anker fest eingezwickt ist.
Der Steg ragt durch eine Öffnung 18 in dem Blechteil 8 nach außen.
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An dem eingespannten Ende ist der Anker durch einen Quersteg T-förmig
ausgebildet. Die hervorstehenden Enden 19 und 20 dieses Querstegs können zu dem
Blechteil 8 oder dem Blechteil 9 hin gebogen werden, so daß der von ihnen aufgenommene
Magnetfluß verändert wird. Dadurch können die Magnetflösse, die zwischen dem Anker
und jeder der Polflächen 14 und 16 fließen, abgeglichen werden. Die Enden der Spule
1 sind mit isolierten Klemmen 21
verbunden.
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Die ganze Anordnung wird im wesentlichen durch die Schraube 13 zusammengehalten.
Zusätzlich kann eine nichtmagnetische U-förmige Klammer 23 über die die parallelen
Flächen bildenden Abschnitte der Blechteile 8 und 9 geschoben werden, wie in F i
g. 8 gezeigt ist. Ferner können die Blechteile 8 und 9 an den Permanentmagneten
6 und 7 und gegebenenfalls auch an der Spule 1 mittels eines geeigneten Kittes
befestigt werden, beispielsweise mittels eines fließfähigen Epoxydharzes mit einem
Härter auf Aminbasis. Die Klammer 23 dient dazu, die Dicke des Luftspalts sehr genau
festzulegen. Ferner entfällt dadurch die Notwendigkeit, die Polflächen über das
freie Ende des Ankers hinaus zu verlängern, damit sie aneinander befestigt werden
können. Dadurch wird die Länge der Einheit verringert, was bei Miniaturvorrichtungen
von grundlegender Bedeutung ist.
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Die in F i g. 9 bis 12 gezeigte Ausführungsform ist derjenigen von
F i g. 1 bis 7 ähnlich, weshalb einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen sind. In diesem Fall ist der streifenförmige Anker jedoch der Mittelschenkel
22 eines E-förmigen Blechteils, das außerdem zwei Außenschenkel 24 aufweist, die
über einen Steg 23 mit dem Mittelschenkel 22 verbunden sind. Ferner ist jeder Permanentmagnet
entlang der Ankerebene in zwei Magnete 26 und 27 unterteilt, zwischen denen jeweils
einer der beiden Außenschenkel 24 des Ankerblechteils liegt. Die Magnete 26 und
27 sind verkürzt, so daß die Endabschnitte 29 und 30 der beiden Außenschenkel darüber
hervorstehen. Diese Endabschnitte können zum Abgleich der Magnetflüsse nach Bedarf
zu den Blechteilen 8 und 9 hin gebogen werden.
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Bei beiden Ausführungsformen ist die Spule 1
durch die Permanentmagnete
6 und 7 bzw. 26 und 27 und durch die Blechteile 8 und 9 vollständig gegen magnetische
Störfelder abgeschirmt. Ferner wird den Polflächen 14 und 16 sowie den entsprechenden
Polflächen am rechten Ende (F i g. 1, 3 und 6) der Vormagnetisierungsfluß von drei
Seiten zugeführt, nämlich in der Längsrichtung des Ankers von der Innenseite her
und von beiden Seiten in der Querrichtung. Da ferner die Permanentmagnete den Vormagnetisierungsfluß
zu den Längsseiten der Blechteile 8 und 9 zuführen, wogegen der Signalfluß die Blechteile
im allgemeinen in der Längsrichtung durchströmt, verlaufen die Feldrichtungen des
Signalflusses und des Vormagnetisierungsflusses über den größten Teil der Blechteile
mit Ausnahme der Abschnitte in der Nähe der Polflächen und in der Nähe der Längssymmetrieachse
annähernd senkrecht zueinander. Dies ist vorteilhaft, weil durch einen Vormagnetisierungsfluß,
dessen Feldrichtung senkrecht zu einem Signalfluß verläuft, die Wechselpermeabilität
des Materials für den Signalfluß sehr viel weniger herabgesetzt wird, als wenn der
gleiche Vormagnetisierungsfluß dem Signalfluß in der gleichen Feldrichtung überlagert
wird. Insgesamt wird durch diese Ausbildung erreicht, daß die Vormagnetisierungsflußdichte
in den nahe bei den Luftspalten liegenden Abschnitten der Blechteile verringert
wird, und daß die Auswirkung des Vormagnetisierungsflusses auf die Wechselpermeabilität
des Blechmaterials für den Signalfluß in einem großen Teil des Restes der Blechteile
verringert wird. Daher
kann die Dicke des Blechmaterials gegenüber
den sonst üblichen Ausführungen beträchtlich verkleinert werden, was zu einer merklichen
Verringerung der Wirbelstromverluste und zu einem kleineren Aufbau führt.