DE2250889A1 - Elektromagnetischer vibrator - Google Patents

Description

Mß.

Pie Erfindung betrifft einen elektromagnetischen ¥ib.ratar, Elejitipqpafiietisishe Vibrator en weirdef¹ häufig allep in VoEyiGhtunggsrj wie §c!hwiiitgiin. n, .dig itiife einer Metz frequenz; doppelten IJpfczfrequeriiz arfeeAfcsn* piese Mgfepren ap-

unveränderbar mit kleinen Laffeppal^en ^_nd furzen Hüben. 0ie sßhipalen ^pftspalfce wurden, fiir messen wirksamen Betrieb als

Per ¥ibrat!pr gemäß der Erfindung ?gighnet s.ieh durch ein erstes Sehwingungsteil, ein zweites gungsteil, eine federnde Einrieht«nf, di@ die feile verbindet, um ein" SQhwi.ngunggsys.tem zu. bilden,, @inen

Kreis mit einem an jedem der Teile und auf diese einwirkenden

zwei Wicklungen in dem ferromagnetisehen Kreis

Erregung des- Kreises und wenigstens eineu in einer Sichtung wirkenden Leiter, der parallel zu einer der Wicklungen geschaltet ist.

die Erfindung wird die Wirksamkeit der Energieübertragung in ©ine» elektromagnetischen Vibratormotor dad*ar©h erhöht/ daß ein Gleichetrommagnetfluß, der vorzütgs* weis« größer als der SpitzenwechseletranaiiagnetfX»® ißt, dem Weehsßistropif luß in dem Magnetkreis des Motprs zugefügt wird. Die Quelle des Gleiehstromflusses kann eine Wicklung sein, die mit Gleichstrom oder gleichgerichtetem Wechselstrom gespeist wird. Zweckmäßigerweise wird der Gleichstromfluß dadurch erhalten, daß man einen in einer Richtung wirkenden Leiter zu einer Wicklung de« Magnetkreis·« pw&xi&ifKfonltet. Der Magnetkreis k*mn e<? ausgebildet βφίη, daß #jr nur in einer Richtimg eine od#r pin» Antriebskraft in jeder Richtung in Periode der meeheniicihen Schwingung erzeugt,

Die Erfindung wird.nachstehend anhand der Figuren l bis 8 beispielsweise· .erläutert. ■Beⁱ-»ei^t^:i ■ '^:

Figur l eine vereinfachte Seitenanficht einer typischen SehwingungsaufgftbeTOfrichiuiif Pit einem Motor, der gemäß 'der Erfindung auf gebaut ist,

Figur " 2 «in« schematische Darstellung eines verwendbaren '' ' Magnetkreises, '*

Figur 3 «in Schaltbild einer Anordnunf zum Anschluß der Wicklungen an «ine Energiequelle,

Figuren· 4 und 5' Schaltbilder weiterer Anorittwtifw« ibs>^;Anschluß; der Wicklungen« " · ■ ■■.■■■■ '^::i-^i:

309819/0717

Figur 6 ein Diagramm, aus dem die Beziehung zwischen ν'.:..-· der mechanischen Kraft, die von dem Motor erzeugt wird, und der Magnetflußdichte in den Luftspalten hervorgeht,

Figur 7 eine schematische Darstellung eines elektromagnetischen Antriebs, idler in beiden Richtungen, d.hi an beiden Enden des· mechanischen Hubs arbeitet, und .

Figur 8 ein .schematisches Schaltbild einer Steuerung ähnlich Figur 4, die zur Änderung der Schwinungsamplitude die aus. dem Netz aufgenommene Energie ändert.

Wie Figur 1 schematisch zeigt, besteht eine Schwingungsaufgabevorrichtung gemäß der Erfindung aus einem.Aufgabebehälter 1, der an isolierenden Schwingungsfedern 2 getragen und von einem elektromagnetischen Antriebsmotor angetrieben wird.

Der elektromagnetische Antriebsmotor 3 besteht aus einem ersten U-förmigen geschichteten Kern 4, der an dem Aufgabebehälter befestigt ist, und einem zweiten Kern 5, der an einem Erregergewicht 6 befestigt ist, das mit dem Behälter durch Kopplungsfedern 7 verbunden ist. Die Federkonstante der Kopplungsfedern ist so ausgewählt, daß das Schwingungssystem, das aus dem Behälter als einer Masse und dem Erreger als einer zweiten Masse und den Federn besteht, bei einer Frequenz in Resonanz ist, die etwas höher als die Betriebsfrequenz ist.

Die Kerne 4 und 5 sind mit Wicklungen 8 und 9 versehen. Vorzugsweise sind die Wicklungen so verteilt, daß die eine sich auf dem einen und die andere auf dem anderen Kern befindet, obwohl sich alle Wicklungen auch auf einem Kern befinden können. Bei der bevorzugten Ausführungsform

3 0 9 8 19/0717

der Figur 2 ist die Wicklung 8 in zwei Äfesöbnltte bs:w. Spulen unterteilt, von denen sich eine auf jedem Selaenfcel des U-fornigen Kerns 4 befindet, um die Berstell-uttcf Montage zu erleichtern. Die Wicklung 9 ist in Weise auf dem Kern 5 angeordnet. Gemäß der werden die Wicklungen erregt, um einen Fluß, der die Kerne durchsetzt, und einen überlagerten wechselnden Fluß zu erzeugen, so daß der Gesamtflßß zwischen einem Minimum und einem Maximum schwaiskt, das nahe dem Sättigungspegel der Eisenkerne liegen fcaaru

Es können einige Schaltungsanordnungen vearweadet werden, um die Elektromagnete von einer Wechsels tro^lietaleitiana zu erregen. Bei der ersten Anordnung, die in FIgMr 3 gezeigt ist, fließt Strom von einer Netz leitung |*,,, die an den Wicklungsanschluß Tl angeschlossen ist, äffirefe djLe Wicklung 8 zu dem Anschluß T2. Von dem AsasclilsS T:2 fließt der Strom durch eine Vollweg-Gleichrichtecbriicfce, die aus Dioden Dl, D2, D3 und D4 und der Wicklung 9 iiesfceht, zu der Netzrückleitung L2. Dadurch fließt der Setzleitungsstrom ohne Gleichrichtung durch die Wicklung 8 und nach Gleichrichtung durch die Wie}-lung 9. Wenn die Wicklungen die gleiche Anzahl von Ui ndungen haben und wenn man die Gegeninduktivität vernachlässigt, schwankt die gesamte magnetomotorische Kraft zwischen Null, wenn die Ströme in den Wicklungen einander entgegengesetzt sind, und einem Maximum, wenn die Wicklungen einander unterstützen.

Bei dem tatsächlichen Vibratormotor durchsetzt der Fluß jeder Wicklung die andere Wicklung und erzeugt eine Gegeninduktivität. Dadurch wird eine Spannung in jeder Wicklung erzeugt, die von der Ände rungs ge sefewirnii«itei-t 4es Flusses infolge einer Stromänderung In der saaderefi Wicklung abhängt. Wenn eine Wicklung auf dem Kern fciir»pes.chlossen wird (wenn .ihre Ansch3vi:sse

309813/07 17

22SQ889

dann fließt ein Strom in der Wicklung, der jeder Änderung des Flusses durch die Wicklung entgegenwirkt. Die Diodenbrücke wirkt außer als Gleichrichter des Netzstroms auch als Schalter, um die Wicklung'9 während des induzierten Stromflusses in der einen Richtung kurzzuschließen und die Wicklung zu öffnen, um jeden umgekehrten induzierten Stromfluß zu verhindern.

Dadurch kann sich der Fluß in der Wicklung 9 in der einen Richtung schnell ändern, in der entgegengesetzten Richtung jedoch nur langsam und es kann ein resultierender, im wesentlichen Gleichstrom in der Wicklung und der Gleichrichterbrücke zusätzlich zu dem gleichgerichteten Netzstrom fließen. Bei gleichen Wicklungen auf den Kernen ~ ist die Gleichstromkomponente des induzierten Stromflusses in der Wicklung 9 wesentlich größer als die Komponente des gleichgerichteten Netzstroms. Diese wesentliche Erhöhung der Gleichstromkomponente und des sich ergebenden Magnetflusses erhöht die Wirksamkeit des Antriebsmotors wesentlich.

Es wurde festgestellt, daß die Entfernung einer der Dioden der Diodenbrücke die Leistung des Antriebsmotors erhöht. Diese Wirkung ist auf die resultierende Gleichstromkomponente des Flusses in der Wicklung 8 zurückzuführen. Die Entfernung der Diode D2 der Brückenschaltung der Figur 3 führt zu der in Figur 4 gezeigten Schaltung. Bezugnehmend auf Figur 2 und 3 wird der Kern 5 mit der Wicklung 9 bei voller Energie nahe der Sättigung magnetisiert, während der Kern 4 mit der Wicklung 8 einen wechselnden Fluß führt, so daß der Gesamtfluß über dem Luftspalt und damit die mechanische Kraft sich über und unter dem von dem Kern 5 erzeugten Fluß ändert. Wenn jedoch eine Diode entfernt wird und die Schaltung der der Figur 4 entspricht, dann führt die Wicklung 8 auf dem Kern 4 einen halbwellen-

3 0 9 8 1 ^C3 / 0 7 1 7

D —

gleichgerichteten Strom anstelle eines Wechselstroms. Daher ist die Flußänderung geringer, der Gesamtfluß ist jedoch größer und die tatsächliche Ausgangsleistung erhöht.

Da der größere Teil des Gleichstromflusses in eier Wicklung 9 auf den induzierten Strom zurückgeht, kann die Gleichrichterbrücke weggelassen, die Wicklung 8 direkt mit der Netzleitung verbunden und die Wicklung 9 zu einer Diode D5 parallelgeschalte't werden, wie Figur 5 zeigt. Die Arbeitsweise des Motors ist bei dieser Schaltungsart praktisch die gleiche wie bei der Schaltung der Figuren 3 oder 4. Bei jeder dieser Anordnungen ist die Arbeitsweise des Motors der bei üblicher Schaltung, d.h. mit einer Diode in Reihe zu der den Motor speisenden Netzleitung, überlegen.

Die Leistung, die von einem elektromagnetischen Motor dieses Typs abgegeben wird, der zum Antrieb eines Vibrators verwendet wird, hängt von der Differenz zwischen der Kraft ab, die von dem Magneten ausgeübt wird/ wenn der Luftspalt sich schließt, und der Kraft, wenn der Spalt sich öffnet. Wenn der Luftspalt sich schließt, ist die magnetische Kraft allgemein in Phase mit der relativen Geschwindigkeit zwischen den Teilen und es wird Energie an das Schwingungssystem abgegeben. Wenn sich der Luftspalt öffnet, ist die magnetische Kraft außer Phase mit der Geschwindigkeit und die Energie kehrt von dem mechanischen System zu dem elektrischen System zurück. Der resultierende Energiefluß pro Periode ist isomit der Differenz zwischen der Kraft, die ausgeübt wird, während der Spalt sich schließt, und der Kraft, die bei dessen öffnung ausgeübt wird, proportional. Es ist bekannt, daß, wie Figur 6 zeigt, die Kraft, die an einem Magnetspalt, ausgeübt wird, sich mit dem Quadrat der Flußdichte ändert, Daraus folgt, daß bei einer gegebenen Änderung der Flußdichte die resultierende Änderung der mechanischen Kraft

3098 19/07 17

22S0889

proportional der mittleren Flußdichte ist. Die üblicher Anordnung des elektromagnetischen Motors arbeitet normalerweise auf dem unteren Teil der Kurve. Bei der soeben beschriebeinen Anordnung erhöht die größere Gleichströmkomponente die mittlere Flußdiehte, so daß der Arbeitsbereich auf dem oberen Teil der Kurve liegt _f wo ver*- gleichsweise größere Kraftänderungen bei einer gegebenen Änderung des magnetischen Flusses erhalten werden.

Die meisten elektromagnetischen Vibratoren arbeiten nur in einer Richtung. Das Prinzip der Erfindung kann bei einem elektromagnetischen Motor zur Anwendung gelangen, der entsprechend Figur 7 aufgebaut ist. Bei dieser Anordnung wirkt ein U-fÖrmiger Kern bzw. Anker 11 mit einem T-förmigen Kern 12 zusammen, der mehrere Spülen bzw. Wicklungen 13i 14, 15 trägt. Der T<-förmige Kern 12 ist so orientiert, daß der mittlere T-Steg nahe der Mitte des U des Kerns 11 liegt und der T-Querbalken längs einer Linie zwischen den Enden der Schenkeln des U-förmigen Kerns 11 verläuft und von diesen durch Luftspalte getrennt ist. Die relative Schwingbewegung erfolgt längs der Linie des T*-Querbalkens.

Bei dieser Anordnung wird die Wicklung 13 auf dem T-Steg mit Gleich- bzw. gleichgerichtetem Strom erregt, um eine Gleichstromkomponente des Flusses zu erzeugen, der die Wicklung 13 durchsetzt, den Luftspalt zur Mitte des U-förmigen Kerns überquert, sich dann teilt, wobei jeder Teil einem Teil des U-förmigen Kerns folgt und über die Luftspalte und den benachbarten Teil des Querbalkens des T-förmigen Kerns 12 zurückkehrt. Dies ist der Fluß, der einen Betrieb längs des oberen Teils der Kurve der Figur 6 bewirkt. .

Die Wechselkomponente des Flusses, die sich entweder zu der Gleichstromkomponente addiert oder von dieser subtrahiert, schwankt mit der Plußdichte in den Luft spalt,en,

er tv υ υ υ - 8 -

wobei sich die Flußdichte in dem einen Spalt erhöht, während sie sich in dem anderen vermindert.

Die Wechselflußkomponente wird von dem Stromfluß in den Wicklungen 14 und 15 hervorgerufen, die mit der gleichen Polarität angeordnet sind, d.h. beide Wicklungen erzeugen sowohl in Reihe als auch parallel geschaltet einen Fluß in der gleichen Richtung längs des Querbalkens des T-förmigen Kerns. Die Wicklungen 14 und 15 sind so geschaltet, daß sie den Wechselstrom wie die Wicklung 8 in Figur 3 führen, während die Wicklung 13 über einen Gleichrichter in der gleichen Weise wie die Wicklung 9 in Figur 3 versorgt wird.

Bei dieser Anordnung wird von dem Magneten dem Schwingungssystem Energie zugeführt, wenn sich die schwingenden Teile jedem Ende ihrer Schwingungshübe nähern. Dadurch ist es möglich, die Energiezufuhr des Schwingungssystems zu verdoppeln.

Bei den vorherigen Anordnungen ist keine Steuereinrichtung der dem Motor zugeführten Energie gezeigt. Eine Steuerung kann leicht dadurch geschaffen werden, daß man einen Transformator mit veränderbarem übersetzungsverhältnis zwischen der Netzleitung und den Motorwicklungen verwendet.

Eine Steuerung kann auch dadurch erhalten werden, daß man die Reihendiode in Figur 4 durch einen siliziumgesteuerten Gleichrichter 20 wie in Figur 8 ersetzt. Durch Wahl der Zeit, die der Gleichrichter in jeder Energieperiode gezündet ist, können die effektive Spannung und der Stromfluß in den Wicklungen leicht gesteuert werden. Diese Schaltung kann zufriedenstellend mit der halben Netzleitungsfrequenz betrieben werden, indem das Schwingungssystem auf eine Resonanzfrequenz abgestimmt witd, die etwas größer als die'halbe Netzleitungsfrequehz ist,

3 0 9 8 19/0717

und indem man eine Zündsteuerung 21 vorsieht, um dem Gleichrichter 20 zu einer bestimmten Zeit in jeder Periode der Netzleitungsspannung einen Triggerstrom zuzuführen. Die Steuerung 21 kann eine Halbwellenversion.einer üblichen "Dachschrägen- und Schwarzwertabhebungssteuerung" sein, wie sie in "General Electric SCR Manual", 3. Ausgabe, Abschnitt 8, 4 und 2 gezeigt ist, kombiniert mit einem einfachen 1 : 2-Zähler, der von der Netzspannung getriggert wird und so geschaltet ist, daß er jede zweite Periode des Zeitsteuerkreises unterdrückt.

Bei jeder der verschiedenen Anordnungen wird die Gleichstromkomponente des Magnetflusses vorteilhaft ausgenützt, um die Kraft zu erhöhen, die von der Wechselstromkomponente des Flusses erzeugt wird, und um so die Ausgangsleistung des elektromagnetischen Vibratormotor zu erhöhen. ■

3 Π H .j 1 ü / U 7 1 7

Claims (4)

1. Patentansprüche

   f1J Elektromagnetischer Vibrator, gekennzeichnet durch ein erstes Schwingungsteil, ein zweites Schwingungsteil, eine federnde Einrichtung, die die Teile verbindet, um ein Schwingungssystem zu bilden, einen ferromagnetischen Kreis mit einem an jedem der Teile befindlichen und auf diese einwirkenden Abschnitt, wenigstens zwei Wicklungen in dem ferromagnetischen Kreis zur Erregung des Kreises und wenigstens eine« in einer Richtung wirkenden Leiter, der parallel zu einer der Wicklungen geschaltet ist.
2. 2. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Netzleitungsstrom durch wenigstens zwei Wicklungen des ferromagnetischen Kreises fließt.
3. 3. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in einer Richtung wirkende Leiter und die zugehörige Wicklung von der anderen Wicklung bzw. den anderen Wicklungen elektrisch isoliert sind.
4. 4. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Kreis in zwei Zweige unterteilt ist, daß der eine Zweig mit einer Wicklung gekoppelt ist, daß ein in einer Richtung wirkende Leiter an diese Wicklung angeschlossen ist, und daß eine zweite Wicklung mit jedem Zweig gekoppelt ist, um die Flußverteilung zwischen den Zweigen zu ändern.

   309819/0717