DE1257283B

DE1257283B - Electromagnetic converter

Info

Publication number: DE1257283B
Application number: DE1959T0017431
Authority: DE
Inventors: Raymond Winslow Tibbetts; George Cooper Tibbetts
Original assignee: Tibbetts Industries Inc
Current assignee: Tibbetts Industries Inc
Priority date: 1959-11-05
Filing date: 1959-11-05
Publication date: 1967-12-28

Description

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.Electromagnetic transducer The invention relates to an electromagnetic transducer Converter with a coil, in the interior of which there is a strip-shaped coil opening on both coil openings protruding armature is arranged, and with on the coil outer sides in the armature plane arranged permanent magnets, the magnetic axis of which is perpendicular to the armature plane runs, as well as with yoke pieces that rest on the pole faces of the magnets and the poles of the same name of the permanent magnets around the front and rear coil openings connect around, the part of the armature protruding from the one coil opening is firmly clamped and the armature end protruding from the other coil opening can swing freely between the parallel surfaces of the yoke pieces.

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.In such electromagnetic transducers that an older proposal and also by doubling a known transducer, which is known per se can be obtained, the yoke pieces have the shape of strips running along the pole faces of the permanent magnets run and then approximately at right angles to are bent towards the end sections of the armature so that they frame the coil, but do not cover. The magnetic flux is from these yoke pieces to the air gap delimiting parallel surfaces fed only from the sides. If a shield against external interference is required, the whole arrangement must be in a special one Shielding can be used.

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.The aim of the invention, on the other hand, is to create a transducer of the type indicated at the outset, which is completely against the outside world without additional parts Interfering fields is shielded, and in addition, the supply of the magnetic field to the air gap is improved.

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.According to the invention, this is achieved in that the yoke pieces are designed and shaped as essentially full-surface sheet metal parts, that the coil with the armature of the permanent magnets and the metal sheets essentially is completely enclosed and that by embossing the metal sheets in front of the coil openings Gaps delimited by parallel surfaces - on the one hand for fastening and on the other hand as the swing arm of the anchor - arise.

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.In the converter designed according to the invention, the coil and the armature is completely shielded from the outside by the yoke pieces and the permanent magnets, without the need for additional shielding parts. This not only does that Production simplified and cheaper, but also a saving in weight and space requirements, which is important for many applications. As a result of her Training, the yoke pieces also lead the magnetic flux to the parallel air gap delimitation surfaces not only from the sides, but also across the entire width of the space between the permanent magnets from the front, and the signal flow generated by the coil runs in the yoke pieces for the most part perpendicular to that of the permanent magnets generated bias flux.

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.Since the sheet metal parts forming the two yoke pieces and the permanent magnets the coil substantially completely enclose, special fastening parts can omitted for the coil. According to a preferred embodiment of the invention is therefore the coil is held by the two sheet metal parts.

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.There are various options for clamping the anchor. In one embodiment of the invention it takes place in that the anchor is the longitudinal web of a T-shaped sheet metal part, the crosspiece of which is between the parallel surfaces of the two sheet metal parts is clamped.

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.Another embodiment is that the two permanent magnets are divided into two halves in the longitudinal direction along the anchor plane, and that the anchor is the middle leg of an E-shaped sheet metal part, both of which Outer legs clamped between the two halves of a permanent magnet are.

In beiden Fällen ist es möglich, den den Anker bildenden Blechteil zusätzlich zur magnetischen Justierung zu verwenden.In both cases it is possible to use the sheet metal part forming the armature to be used in addition to the magnetic adjustment.

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.In the first case, this is done in that the two ends of the transverse web for the formation of magnetic adjustment parts over the space between the parallel Surfaces protrude. In the second case it can have a corresponding effect can be achieved in that the free ends of the two outer legs to form of magnetic adjustment parts protrude beyond the permanent magnets.

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.Embodiments of the invention are shown in the drawing. In it, F i g. 1 is a top view of a transducer according to a first embodiment; F i g. Figure 2 is an end view of the transducer of Figure 2. 1, seen from the left, F i G. 3 is a side view of the transducer of FIG. 1, Fig. 4 is an end view of the Converter of FIG. 1, seen from the right, FIG. 5 a section along the line 5-5 of FIG. 3, fig. 6 shows a section along the line 6-6 of F i g.1, F i g. 7 is a perspective view of the transducer of FIG. 1, partially broken, F i g. 8 shows a section corresponding to FIG. 5 to show a modified Embodiment, FIG. 9 is a top view of a transducer according to a second embodiment; 10 shows a section along the line 10-10 from FIG. 9, fig. 11 is an end view of the converter of FIG. 9, seen from the right, and F i g. 12 a perspective Representation of the converter from FIG. 9 to 11, partly broken open.

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.The in F i g. 1 to 7 includes electromagnetic transducers shown a coil 1 and a strip-shaped armature 2, which passes through the central opening 3 of the Coil is guided and protrudes on both sides. Run parallel to the anchor along the two outer sides of the coil 1, two permanent magnets 6 and 7 symmetrically to the anchor plane. These permanent magnets are polarized so that their magnetic axis perpendicular to the anchor plane, as indicated by the letters N and S in FIG. 2 and 4 is indicated. Thin sheet metal parts 8 and 9 made of magnetically soft material essentially bridge the entire space between the pole faces both sides of the coil 1. The coil can be attached to one of the two sheet metal parts, for example be attached by means of adhesive '; in the illustrated embodiment, the Sheet metal parts shaped so that they fit snugly against the coil and this is in the correct position Hold position.

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).The sheet metal parts 8 and 9 run to the armature on the two narrow sides towards each other both in the longitudinal direction and in the transverse direction, see above that they form parallel surfaces that are parallel to the armature at a small distance this run away. At the in F i g. 3 and 6 on the right are non-magnetic spacers 11 and 12 inserted between the sheet metal parts and the armature, and the parts are by means of a screw 13 firmly connected to one another. On the left side the limit parallel surfaces 14 and 16 an air gap in which the armature end swing freely can (Fig. 6).

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.To transmit vibrations to or from the armature, a web 17 is provided, in the forked end of which the armature is firmly pinched. The web protrudes through an opening 18 in the sheet metal part 8 to the outside.

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.At the clamped end, the armature is T-shaped by a transverse web. The protruding ends 19 and 20 of this crosspiece can be bent towards the sheet metal part 8 or the sheet metal part 9, so that the magnetic flux absorbed by them is changed. As a result, the magnetic fluxes that flow between the armature and each of the pole faces 14 and 16 can be balanced. The ends of the coil 1 are connected to insulated terminals 21 .

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.The entire arrangement is essentially held together by the screw 13. In addition, a non-magnetic U-shaped bracket 23 can be pushed over the sections of the sheet metal parts 8 and 9 which form the parallel surfaces, as shown in FIG. 8 is shown. Furthermore, the sheet metal parts 8 and 9 can be attached to the permanent magnets 6 and 7 and optionally also to the coil 1 by means of a suitable cement, for example by means of a flowable epoxy resin with an amine-based hardener. The clamp 23 is used to determine the thickness of the air gap very precisely. Furthermore, this eliminates the need to extend the pole faces beyond the free end of the armature so that they can be attached to one another. This reduces the length of the unit, which is essential in miniature devices.

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.The in F i g. The embodiment shown in FIGS. 9 to 12 is that of FIG F i g. 1 to 7 are similar, which is why parts that correspond to one another have the same reference numerals are provided. In this case, however, the strip-shaped anchor is the central leg 22 of an E-shaped sheet metal part which also has two outer legs 24 which are connected to the center leg 22 via a web 23. Furthermore, each is a permanent magnet divided along the armature plane into two magnets 26 and 27, between which each one of the two outer legs 24 of the armature plate part is located. The magnets 26 and 27 are shortened so that the end sections 29 and 30 of the two outer legs above it protrude. These end sections can be used to balance the magnetic fluxes as required to the sheet metal parts 8 and 9 are bent.

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.In both embodiments, the coil 1 is completely shielded from magnetic interference fields by the permanent magnets 6 and 7 or 26 and 27 and by the sheet metal parts 8 and 9. Furthermore, the pole faces 14 and 16 and the corresponding pole faces at the right end (Figs. 1, 3 and 6) are supplied with the bias flux from three sides, namely in the longitudinal direction of the armature from the inside and from both sides in the transverse direction. Furthermore, since the permanent magnets supply the bias flux to the longitudinal sides of the sheet metal parts 8 and 9, whereas the signal flux generally flows through the sheet metal parts in the longitudinal direction, the field directions of the signal flow and the bias flux run over most of the sheet metal parts with the exception of the sections near the Pole faces and in the vicinity of the longitudinal axis of symmetry approximately perpendicular to one another. This is advantageous because the alternating permeability of the material for the signal flow is much less reduced by a bias flux whose field direction is perpendicular to a signal flux than if the same bias flux is superimposed on the signal flux in the same field direction. Overall, this design reduces the bias flux density in the sections of the sheet metal parts close to the air gaps, and reduces the effect of the bias flux on the alternating permeability of the sheet metal material for the signal flow in a large part of the rest of the sheet metal parts. Therefore, the thickness of the sheet material can be reduced considerably compared to the otherwise conventional designs, which leads to a noticeable reduction in eddy current losses and a smaller structure.

Claims

Claims: 1. Electromagnetic transducer with a coil, in the interior of which is a strip-shaped armature protruding from both coil openings is arranged, and with arranged on the coil outer sides in the armature plane Permanent magnets, the magnetic axis of which is perpendicular to the plane of the armature, as well as with yoke pieces that rest on the pole faces of the magnets and that have the same name Connect the poles of the permanent magnets around the front and rear coil openings, wherein the part of the armature protruding from the one coil opening is firmly clamped is and the armature end protruding from the other coil opening between the parallel Surfaces of the yoke pieces can swing freely, d a -characterized in that the yoke pieces are designed and shaped as essentially full-surface sheet metal parts, that the coil with the armature of the permanent magnets and the metal sheets essentially is completely enclosed and that by embossing the metal sheets in front of the coil openings Gaps delimited by parallel surfaces - on the one hand for fastening and on the other hand as the oscillation space of the armature - arise.

2. Converter according to claim 1, characterized in that that the coil is held by the two sheet metal parts.

3. Converter according to claim 1 or 2, characterized in that the sheet metal parts to the delimiting the column Surfaces both from the permanent magnets and from the coil are arcuate converge.

4. Converter according to one of claims 1 to 3, characterized in that that over the opposing sections forming the parallel surfaces A U-shaped clip made of non-magnetic material is pushed onto the two sheet metal parts is.

5. Transducer according to one of claims 1 to 4, characterized in that the anchor is the longitudinal web of a T-shaped sheet metal part, the transverse web of which is between the parallel Surfaces of the two sheet metal parts is clamped.

6. Converter according to claim 5, characterized characterized in that the two ends of the transverse web to form magnetic Adjustment parts protrude beyond the space between the parallel surfaces.

7. Converter according to one of claims 1 to 4, characterized in that the two permanent magnets are divided into two halves along the armature plane in the longitudinal direction, and that the armature is the middle leg of an E-shaped sheet metal part, the two outer legs of which between the two Halves of a permanent magnet are each clamped. B. converter according to claim 7, characterized in that the free ends of the two outer legs protrude beyond the permanent magnets to form magnetic adjustment parts. Documents considered: German Patent No. 511229; German Auslegeschrift No. 1086 748; British Patent No. 806,305; Swiss patents No. 217 613, 270 577; U.S. Patent Nos. 1333 247, 1719 192, 2511114.