-
Magnetisch gekoppelte Kern und Spulenanordnung ==========================================================
Die Erfindung betrifft eine magnetisch gekoppelt. Kern- und Spulenanordnung und
besonders eine solche Anordnung die dem Kern erlaubt sich relativ zu der Spule zu
bewegen ohne durch die Spule berührt oder behindert zu werden.
-
In magnetischen Geräten zum Beispiel dem MessfUhler des Magnetfeldes
der Erde, ist es häufig gewünscht oder nötig, daß ein Magnetkern ungeachtet der
Bewegungen der Tragkonstruktion in einer vorher bestimmten Ebene gehalten wird.
In dem rlessfuhler-Beispiel ist diese Ebene horizontal und die Genauigkeit des Messfühlers
hängt in einem großen Ausmaß davon ab, daß der Kern in der horizontalen Ebene verbleibt.
Um den Kern anwenden zu
können, müssen ein oder mehrere Windungen
magnetisch mit dem Kern gekoppelt sein. in bisher bekannten Gerdten, wo der ; sern
vorzugsweise verhdltnismößig leicht und klein ist oder sein muß, hoben die auf den
Kern gewickelten und damit gekoppelten Spulen ein solch beträchtliches Gewicht eingeführt,
daß die kombinierte Trägheit des Kernes und der Spule den Kern und die Spule veranlassen
den Bewegungen der Tragkonstruktion zu folgen, statt in der vorher bestimmten Ebene
zu verbleiben. In diesen bisher bekannten Geräten, besitzen auch die äußeren Luleitungen
der Spulen eine genügende Größe und Trägheit un einen mechanischen Widerstand auszuüben,
sodaß der Kern und die Spule den Bewegungen der Tragkonstruktion folgen, anstatt
in der vorher bestimmten Ebene zu verbleiben.
-
Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte, magnetisch
gekoppelte Kern- und Spulenanordnung zu schaffen.
-
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine magnetisch gekopplte
Kern- und Spulenanordnung zu schaffen, in welcher der Kern ungeachtet der Bewegung
der Tragkonstruktion im wesentlichen in einer vorher bestimmten Ebene verbleiben
kann.
-
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine magnetisch gekoppelte
Kern- und Spulenanordnung zu schaffen, in welcher die Spule nicht die Trägheit des
Kernes erfüllt und in welcher die Spulenleitungen den mechanischen Widerstand nicht
erhöhen.
-
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine magnetisch gekoppelte
Kern- und Spulenanordnung zu schaffen, in welcher die Spule physikalisch von den
Kern isoliert werden kann, um dem Kern zu erlauben in einer vorher bestimmten Ebene
zu verbleiben, und in welcher die Spule gleichzeitig symmetrisch oder gleichmö#ig
magnetisch mit dem Kern gekoppelt werden kann.
-
Diese und andere Aufgaben werden in Ubereinstimmung mit der Erfindung
dach eine Anordnung erreicht, die ein Grundteil aufweist. Eine Gelenkkupplung oder
ein Satz von Kadarnringen ist mit einem seiner Elemente an dem Grundteil befestigt,
sodaß ein Element und das Grundteil frei sind, sich relativ zu den anderen derzwei
Elemente zu bewegen. Der Magnetkern ist in seiner vorbestimmten Ebene an dem anderen
Element befestigt, jedoch so da# sich der Grundteil wnd das eine Element frei bewegen
können, ohne eine Bewegung des Kernes zu verursachen.
-
Eine Spule oder Spulen sind auf dem Grundteil in magnetischer ähe
zu dem Kern, jedoch in einem Abstand dazu befestigt. Somit kann der Kern in seiner
vorher bestimmten ebene verbleiben, ohne durch den mechanischen Widerstand oder
die Trägheit der Spule oder der Spulen und Leitungen ungeachtet der Bewegungen des
Grundteiles behindert zu werden. In einer bevorzugten Ausführungsfor ist der Kern
ein Toroid, das in einer horizontalen Ebene aufgehängt ist, und die Spulen sind
rund um den Querschnitt des loroids angeordnet, um eine symietrische und gleichmößige
magnetische Kopplung, ungeachtet der Bewegung der Spule und des Grundteils vorzusehen.
-
Der Gegenstand der Erfindung wird in den Patentansprüchen besenderb
dargelegt und deutlich beansprucht. Die Konstruktion und Wirkungsweise der vorliegenden
Erfindung zusammen mit weiteren Aufgaben und Vorteilen werden aus der folgenden
Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser verstanden.
-
Figur (1) stellt eine Draufsicht einer Anordnung in Übereintimmung
mit der Erfindung dar, wobei der obere Deckel abgenommen ist.
-
Figur (2) stellt eine Seitenansicht der unordnung von Figur (13 mit
der Klarheit halber gebrochener Seite dar.
-
Figur t3) stellt eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 von Figur
(1) dar.
-
Figur (4) stellt eine auseinandergenommene isometrische oder Perspektivansicht,
der in Figur (1), (2) und (3) veranschaulichten Kern- und Spulenanordnung dar, und
Figur (5) stellt eine mit Figur (3) vergleichbare Schnittansicht dar, bei der jedoch
das Grundteil und die Spulen geneigt sind.
-
Die in den Zeichnungen zum Veranschaulichen der Erfindung dar gestellte
Anordnung hängt einen ringförmigen Ktrn horizontal auf, mit welchem eine oder mehrere
Primdrwicklungen und eine oder mehrere Sekundärwicklungen magnetisch gekoppelt sein
müssen. Andere Anordnungen von Kernen und Spulen können jedoch verwendet werden
und kommen in den Bereich der Erfindung. Die Anordnung enhält ein Grundteil (10)
mit einem zylindrischen Körper (11) an welchem ein runder Deckel (12) und ein Boden
(13) befestigt oder angebracht sind, um das Grundteil (10) zu schließen. Der Kurzer
(11), der Deckel (12) und der Boden (13) sind aus einem geeigneten nicht magnetischen
Material hergestellt, wie beispielsweise aus hitzehörtbarem Kunststoff.
-
Eine vertikal angebrachte Aufhängevorrichtung (15) in der Form eines
Satzes von Kadarnringen oder einer uelenkkupplung ist vorgesehen. Diese Aufhöngevorrichtung
(15) enthalt ein erstes Element (16) welches derart an einem zweiten Element (17)
angebracht ist, daß die zwei Elemente 216) und (11) relativ zueinander mit sehr
kleiner Reibung geschwenkt werden
können. Verschiedene Arten solcher
Aufhängevorrichtungen sind bekannt und in der in den Zeichnungen dargestellten Anordnung
sind diese Elemente (16) und (17) durch Kugellager (18) verbunden, um die freie
Schwenkbewegung zwischen den zwei Elementen (16) und t17) vorzusehen. Diese besondere
Art von Aufhängevorrichtung ist als Miniaturgelenkkupplung bekannt und ist erhältlich
von der Firma F a 1 c o n M A C H I N E a n d T O O L C O M P A ls Y, I N C., o
f N O R T H W I L M I N G T O N, MASSA-CHUSETTS. Es wird natürlich bevorzugt und
ist in manchen Fällen wesentlich, daß die Aufhängevorrichtung (15) aus einem nicht
magnetischen Material hergestellt ist, wie beispielsweise Messing. Das erste Element
(16) der Aufhöngevorrichtung (15) ist durch ein geeignetes Hilfsmittel, wie beispielsweise
Schrauben (19) vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Material an dem Deckel (12)
befestigt. Das erste Element (16) ist an dem Deckel (12) befestigt, das zweite Element
(17) ist frei um sich relativ zu dem ersten Element (16j und dem Grundteil (10)
zu bewegen.
-
Ein Magnetkern (21), der in der Zeichnung als ein Toroid dargestellt
und aus einem gegeigneten magnetischen Material hergestellt ist, wie beispilesweise
Permalloy ist in einer horizontalen Ebene auf dem zweiten Element (17) ist auf einem
zweiten Element (17):der Aufhängevorrichtung (15) befestigt. Diese Befestigung des
Kernes (21) wird durch eine Kernhalterung (22) vorgesehen, die aus einem geeigneten
nicht magnetischen Material hergestellt ist, wie beispielsweise Messing. Die Kernhalterung
(22) wird an den Magnetkern (21) geklebt oder auf andere geeignete Weise daran befestigt.
Die Kernhalterung (22) wird ihrerseits durch ein Paar von Schrauben t23) aufgenommen,
welche aus einem geeigneten nicht magnetischen Material, wie beispielsweise Messing
hergestellt sind, und auf einem gemeinsamen Durchmesser relativ zu der Aufhöngevorrichtung
(15) symmetrisch angeordnet werden. kEine andere Anzahl wie beispeilsweise drei
Schrauben
(23), die um 120 Grad versetzt zueinander angeordnet sind, können verwendet werden).
Diese Schrauben (23) sind in eine nicht magnetische PLatte (24) geschraubt, welche
durch eine Verldngerung (25) des zweiten Elements (1/j an dem zweiten Element (17)
befestigt ist. Die Verlängerung (25) ist beispielsweise durch Gewinde geeignet an
dem zweiten Element (1/) befestigt.
-
Es ist somit zu ersehen daß das Hauptteil t10) und besonders sein
Deckel (12) das erste Element (16) der Aufnahmevorrichtung (15) aufnimmt und das
frei bewegbare und schwenkbare zweite Element (17) der Aufhängevorrichtung (15)
den Ringförmigen Kern (21) aufnimmt.
-
In der dargestellten Ausführungsform ist angenommen worden, daß eine
Primörwicklung (30) und zwei Sätze von Sekundörwicklungen (31), jeder Satz mit zwei
Wicklungen), mit dem Kern (21) gekoppelt sind. Die Primörwicklung (30) und die Sekunddrwicklungen
(31) sind auf eine ringförmie Spulen form (32) gewickelt, die aus einem geeigneten,
night mognetischen Material hergestellt ist, wie beispielsweise Kunststoff, wobei
die Spulenform (32)horizontal in einen oberen Teil (33) und einen unteren Teil (34)
geteilt ist.
-
Die Spulenfor (32) ist in zwei Teile (33) und (34) geteilt, um den
Kern (21) und seiner Halterung zu erlauben, innnerhalb der Spulenform (32) angebracht
zu werden. Wie besonders gut in Figur (3) zu ersehen ist, weist die Spulen form
(32) ausreichend große innere Querschnittsabmessungen auf, um durch den erforderlichen
Abstand von dem Kern (21) getrennt zu sein. Die Spulenform (32) ist durch geeignete
Mittel, wie beispielsweise nicht magnetische Schrauben (35) und Abstandsstucke (38)
an dem Deckel (12) befestigt. Somit ist die Spulenform (32) mit ihren Wicklungen
(30) und (31) si cher an dem Grundteil (10) befestigt, und bewegt sich damit ohne
die bewegung des Magnetkernes (21) zu stören oder zu behindern. Der untere leil
t34) der Spulenform (32) weist Öffnungen (36) auf, um den Halteschrauben (23) fUr
den Kern (21) zu erlauben, sich dahindurch
zu erstrecken und dem
Kern (21j zu erlauben, sich frei zu bewegen. Diese Uffnungen (36) sind so bemessen,
daß die Konstruktion eine verhältnismäßig große Bewegung des Kernes (21) erlaubt,
ohne von der Spulen form (32) behindert zu werden oder an diese anzustoßen.
-
Die Wicklungen 230) und (31) sind in irgendeiner gewünschten Form
auf die Spulen form (32) gewickelt, wobei in manchen Fallen bevorzugt wird (wie
dargetellt), daß diese Wicklungen (30) und (31) symmetrisch um die und auf der Spulenform
(32) angeordnet sind. Es ist natürlich nötig, daß ein Kompromiss geschlossen werden
muß, zwischen dem Grad oder der Dichte der Kopplung, zwischen den Wicklungen (30)
und (31) und dem Kern (21) und zwischen der Freiheit der Bewegung des Kernes (21)
innerhalb der Spulenform (32). Die Anordnung ist jedoch in vielen Anwendungen sehr
brauchbar, solang die Wicklungen magnetisch mit dem Kirn (21)oder ansprechend darauf
gekoppelt sind. Die Leitungen fUr die Wicklungen (30) und (31) werden in einer geeigneten
Weise ausgeführt und wenn gewünscht mit Anschlüssen verbunden. Es sind sechs Leitungen
dargestellt, zwei fUr die Primdrwicklung (30) und zwei fUr jeden der zwei Sätze
von Sekundärwicklungen 231).
-
Beim Zusammenbau der Anordnung (und hierbei sei auf Figur (4) verwiesen)
werden der Magnetkern (21) und seine daran befestig te Halterung (22) in einem der
teile (33) und (34) der Spulenform 232) angebracht und der andere leil daran befestigt,
um die Spulenform (32) mit dem darin befindlichen Magnetkern t21) zu vervollstundigen.
Die Wicklungen (31) und t30) werden auf
die Spulenform (32) gewickelt,
wobei sichergestellt wird, daß die verschiedenen Öffnungen, besonders die Offnungen
(36) in dem unteren leil nicht verdeckt werden. Die Spulenform (32) und die Wicklungen
(30) und (31) werden dann an dem Deckel (12) des Grundteils (10) befestigt. Dann
werden die Schrauben (23) auf der Platte (24) des zweiten Elements in die Halterung
(22) des Magnetkernes geschraubt oder darin befestigt, um den Magnetkern (21) mechanisch
mit der Platte (24) und der Verlängerung (25) zu verbinden. Dann wird die Verlängerung
(25) vit der Platte (24) und den anderen Teilen an dem zweiten Element (17) der
Aufhangevorrichtung (15) befestigt und schließlich wird die Aufhängevorrichtung
(15) an dem Deckel (12) des Grundteils (10) angebracht. Der Deckel (12) wird an
dem zylindrischen Körper (11) befestigt, und die Vorrichtung geprüft, besonders
auf Gleichgesicht und Ausrichtung. Wenn der Magnetkern (21) die Platte (24) des
zweiten Elements und die Verlängerung (25) so aufgehängt sind daß sich der Magnetkern
(21) nicht in der vorherientiten Ebene befindet, werden Ausgleichsschrauben (4.)
eingestellt, um den Schwerpunkt der bewegbaren Konstruktion in die gewunschte Stellung
zu verschieben. Dann wird der Boden (13) an dem Grundteil (10) befestigt, um die
Anordnung zu vervollständigen. Somit wird eine geschlossene und abgedichtete Konstruktion
geschaffen, welche dem Aufbau mit den Spulen erlaubt sich zu bewegen und zur gleichen
Zeit dem Magnetkern (21) erlaubt in seiner vorher bestimmten Ebene in diesem Fall
der horizontalen Ebene zu verbleiben.
-
Figur (5) stellt eine Schnittansicht entsprechen der Figur (3) dar
(jedoch lange der Schrauben (23) und (35) wobei das Grundteil (10) und seine daran
befestigten Teile um einen Winkel von etwa 15 Grad relativ zu dem Magnetkern (21)
geneigt sind. Bis
dieser Winkel erreicht ist, berUhrt kein Bauteil
außer der Halterung den Magnetkern (21). Größere Neigungswinkel ohne Berührung können
durch Vergrößern der notwendigen Spielraume erreicht werden. Es sei vermerkt, daß
die Bewegung des Magnetkerns (21) durch ein geeignetes Mittel gedampft wird, wie
beispielsweise das Eindringen eines Oles in den Boden des Grundteils (10) um die
Bewegung der Verlängerung (25) und somit die Bewegung des Magnetkerns (21) zu dämpfen.
-
Obwohl die dargestellte mechanische Aufhängung des Magnetkernes (21)
bevorzugt wird, ist es möglich die Spulenform (32) flüssigkeitsdicht zu machen und
sie mit einer Flüssigkeit zu füllen, auf welcher der Magnetkern (21) (mit geeignetem
Auftrieb und Schutz) schwimmen kann. Es ist somit zu ersehen, daß die Erfindung
eine verbesserte Anordnung zur Kopplung einer oder mehrerer Spulen oder Wicklungen
mit einem Magnetkern vorsieht, so daß der Kern im wesentlichen in einer vorher bestimmten
Ebene verbleiben kann, ungeachtet der Bewegung, der Halterung und der Spulen. FErner
isoliert die Anordnung die Spule physikalisch von dem Kern um das Spulengewiobt
und den Mechanischen Widerstand der Leitung zu eliminieren, welcher auf bisher bekannten
Magnetkernen mit direkt darauf gewickelten Spulen vorhanden war. Wenn die Spulen
gleichmaßig und symmetrisch um die Spulenform gewickelt sind, wird symmmetrische,
magnetische Kopplung zwischen den Spulen und dem Kern vorgesehen. im Fachgebiet
bewanderte werden ersehen, daß Modifikationen der Erfindung durchgeführt werden
können. zeispielsweise können andere Kerne oder andere Formen verwendet werden und
die Kerne
können in anderen Ebenen als der veanschaulichten, horizontalen
Ebene aufgehängt oder befestigt werden. Andere Aufnahmekonstruktionen zwischen dem
Kern und dem zweiten bewegbaren Element der Aufnanmeanordnung, können anstelle der
Verlöngerung t25) des zweiten Elements und der Platte (24) sowie der Schrauben (23)
verwendet werden. Auch Aufhöngevorrichtungen können neben der dargestellten und
beschriebenen belenkkupplung verwendet werden, sowohl solche als auch andere Modifikationen
werden im Fachgebiet bewanderten einfallen. Obwohl deshalb die Erfindung unter Hinweis
auf eine bestimmte Ausführungsform beschrieben worden ist, versteht es sich, das
Modifikationen durchgeführt werden können, ohne von dem Geist der Erfindung oder
von dem Bereich der Patentansprüche abzuweichen.
-
Patentansprüche