DE2548439A1

DE2548439A1 - Magnet mit einem paar im abstand voneinander angeordneter polstuecke

Info

Publication number: DE2548439A1
Application number: DE19752548439
Authority: DE
Inventors: Norman John Dionne
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1974-11-01
Filing date: 1975-10-29
Publication date: 1976-05-06
Also published as: BE834817A; NL172496C; NL7512795A; JPS6044780B2; CA1027626A; CH604345A5; JPS5167961A; IT1047775B; DE2548439C2; GB1480716A; FR2290008A1; FR2290008B1; US3924210A; IL48228A; IL48228A0

Description

PATENTANWÄLTE DR.-PHIL. G. N': Cr. -L · L:.-.MG. J. DORNER

;s :·.. '· N C !: ΰ r i 1-5 LANDWEHRSTR. 3.--. · PO3TFACH 104

TEL. (Ο8 11) 55 5719

München, den 28. Oktober 1975 Anwaltsaktenz.: 27 - Pat. 126

Raytheon Company, 141 Spring Street, Lexington, Mass. 02173, Vereinigte Staaten von Amerika

Magnet mit einem Paar im Abstand voneinander angeordneter Polstücke.

Die Eriindung bezieht sich auf einen Magnet mit einem Paar im Abstand voneinander angeordneter Polstücke und insbesondere auf einen Magnet mit Einrichtungen zur Formung des sich zwischen den Polstücken ausbildenden Feldes.

Es ist allgemein bekannt, daß sich zwischen einem Paar einander gegenüberstehender magnetischer Nord- und Südpole ein magnetisches Feld ausbildet, wobei die Pole durch magnetische Feldlinien miteinander verbunden werden können. Allgemein ist festzustellen, daß die magnetischen Feldlinien sich nahe den jeweiligen Magnetpolen eng zusammendrängen, was auf entsprechend hohe magnetische Feldgradienten in der Nähe der Pole hinweist. Außerdem haben die magnetischen Feldlinien in einem mittleren Bereich zwischen den Magnetpolen verhältnismäßig großen Abstand, was auf wesentlich niedrigere Gradienten des magnetischen Feldpotentials in diesem Bereich hinweist.

609819/0912

Hat der Spalt, welcher den magnetischen Nordpol und den magnetischen Südpol voneinander trennt, in Querrichtung wesentlich kleinere Abmessungen als in Längsrichtung, so lassen sich die Polstücke in geeigneter Weise ausbilden, so daß in dem Spalt zwischen den Polen eine gleichförmigere Flußverteilung erreicht wird. Man erhält demzufolge einen gleichförmigeren Verlauf des magnetischen Potentials über den Spalt hinweg. Die geometrische Gestalt der Polstücke kann jedoch die Flußverteilung nur bis zu einer begrenzten Entfernung von den Polstücken beeinflussen. Wenn also die Querabmessung des Spaltes zwischen den Polstücken diese Grenze des Einflusses der Polstücke übersteigt, so müssen zur Beeinflussung des magnetischen Flusses zwischen den Polstücken zur Erzielung einer gewünschten Flußverteilung andere Mittel gefunden werden.

Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, die Verteilung des magnetischen Flusses zwischen einem Paar einander zugeordneter magnetischer Nord- und Südpole so zu beeinflussen, daß sich zwischen den Polstücken ein gewünschter Gradient des magnetischen Feldpotentiales ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Magneten mit einem Paar im Abstand voneinander angeordneter Polstücke, zwischen denen sich ein Nutzraum befindet, in welchem ein Magnetfeld bestimmter Gestalt herrscht, dadurch gelöst, daß zwischen den Polstücken ein magnetischer Nebenschlußwiderstand in solcher Weise angeordnet ist, daß das skalare magnetische Potential im Nutzraum auf dem Weg zwischen den Polstücken nahe denselben jeweils eineü monotonen, nicht linearen Verlauf und daran anschließend einen linearen Verlauf aufweist.

Der die Polstücke miteinander in Verbindung setzende magnetische Nebenschlußwiderstand enthält vorzugsweise zwischen den Polstücken angeordnete, zur Verteilung des Flusses dienende Elemente, welche zur Ableitung bestimmter Anteile des magnetischen

609819/0912

Flusses aus dem Nutzraum längs bevorzugter Wege dienen, insbesondere ist im magnetischen Kreis als Nebenschlußwiderstaud eine Reihe magnetisch weicher Ableitungseleinente gebildet, die zwischen den Polstücken angeordnet und durch dazwischenliegende Elemente aus nichtmagnetischem Material in geeignetem Abstand voneinander gehalten sind, so daß sich längs der Reihe der Ableitungselemente der gewünschte Verlauf des skalaren magnetischen Potentials im Nutzraum ergibt. Es sei darauf hingewiesen, daß selbstverständlich abweichend von dem soeben angegebenen Verlauf des magnetischen Potentials auch ein anderer Verlauf durch entsprechende Ausbildung des magnetischen Nebenschlußwiderstandes erzeugt werden kann.

Nahe dem magnetischen Nebenschlußwiderstand und, bei einer rotationssymmetrischen Anordnung, auch in größerem radialen Abstand von dem magnetischen Nebenschlußwiderstand läßt sich auf diese Weise eine gewünschte Verteilung des magnetischen Flusses einstellen.

Bei einer Ausführungsform ist ein im wesentlichen U-förmiger Magnet vorgesehen, welcher endständige Polstücke aufweist, die einander über einen verhältnismäßig großen Zwischenraum gegenüberstehen. Die Polstücke sind über ein Dauteil niedrigen magnetischen Widerstandes miteinander verbunden, welches als Flußrückleitungseinrichtung dient und dem magnetischen Nebenschlußwiderstand zugeordnet ist, der die Polstücke ebenfalls miteinander verbindet. Der magnetische Nebenschlußwiderstand enthält, : wie oben bereits gesagt, eine Reihe magnetisch weicher Elemente, j

die in dem magnetischen Kreis ein Mittel zur Verteilung des Flusses darstellen. Die magnetisch weichen Elemente haben einen in bestimmter Weise gewählten Abstand von den Polstücken und voneinander und werden durch zwischengelagerte Schichten aus nichtmagnetischem Material in ihrer Stellung gehalten, derart, daß der magnetische Fluß zur Erzeugung einer bestimmten Flußverteilung in dem Nutzrauiu in Richtung der Flußrückleitungseinrichtungen oder zu einem Flußrückweg teilweise abgeleitet wird.

609813/0912

In Endbereichen der Anordnung nimmt der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden magnetisch weichen Elementen fortschreitend ab, ! so daß das skalare magnetische Potential nahe den Polstücken parabolisch abnimmt. Die Feldlinien des magnetischen Flusses treten folglich aus den Polstücken aus und verlaufen dann axial ^; längs der Anordnung über einen bedeutend größeren Abstand hinweg,; als dies normalerweise bei bekannten Anordnungen der Fall ist.
Die Reihe magnetisch weicher Elemente zur Flußableitung kann je- ; weils Zwischenbereiche aufweisen, die zwischen den Endbereichen
und einem Mittelstück der Reihe gelegen sind. Jeder der Zwischen-; bereiche kann entweder ein einziges magnetisch weiches Ablei- '. tungselement enthalten, welches in axialer Richtung Vergleichs- j weise größere Abmessungen als die übrigen Ableitungselemente der ' Reihe hat oder es können mehrere, in geringem Abstand voneinan- j der angeordnete, magnetisch weiche Ableitungselemente vorgesehen; sein. Die soeben beschriebenen Zwischenbereiche erzeugen jeweils ' konstante Vierte des skalaren magnetischen Potentials und damit ' Übergangsbereiche in dem gewünschten Verlauf des Gradienten. Die ι Flußlinien, welche von den Polstücken ausgehen, werden also
längs bevorzugter Wege geführt, die symmetrisch zu der Reihe der | Flußableitungselemente liegen. Von jedem Ende des Mittelberei- j ches der Reihe aus bis zum Mittelpunkt des mittleren Bereiches ί nimmt der Abstand zwischen benachbarten magnetisch weichen Ableitungselementen fortschreitend zu, so daß das skalare magneti- | sehe Potential längs des mittleren Bereiches der Reihe linear ι

abnimmt. Die magnetischen Flußlinien in dem Nutzraum außerhalb

des Magneten werden auf diese Weise mittels der Reihe von Ablei- j

tungselementen in einer gleichförmigen, symmetrischen Anordnung j auf gerade, parallele Wege gezwungen. j

Eine andere Ausführungsform besitzt die Gestalt eines Solenoids,
welches man sich in der Weise entstanden vorstellen kann, daß
der oben beschriebene U-förmige Magnet um eine Achse rotiert,
welche bestimmten radialen Abstand von der Reihe von Ableitungselementen besitzt. Die geringen magnetischen Widerstand

609819/0911

besitzende Flußrückleitungseinrichtungen und die Reihe magnetisch weicher Ableitungselemente werden dann zu einem äuiieren'
bzw. einem inneren koaxialen Zylinderkörper. An den Enden des
Solenoids sind die Zwischenräume zwischen den koaxialen Zylinderkörpern durch ringförmige Magnetstücke abgeschlossen, welche i zueinander gegensinnig in radialer Richtung polarisiert sind. '

Der innere koaxiale Zylinderkörper enthält eine Reihe oder ei- ! nen Stapel aufeinandergelegter Ringe, welcher zwischen den ring-' förmigen Magnetstücken angeordnet ist, wobei die Ringe abwechselnd aus magnetisch weichem Material und aus nichtmagnetischem ₍ Material bestehen. Die aus nichtmagnetischem Werkstoff bestehen- ; den Ringe sind in ihrer Dicke so bemessen, daß sich die gewünschten Abstände der aus magnetisch weichem Werkstoff bestehenden
Ringe sowohl von den ringförmigen Magnetstücken als auch vonein-; ander ergeben, wie dies im einzelnen für die im wesentlichen U- j förmige Magnetanordnung beschrieben wurde. Die Linien des mag- ι netischen Flusses verlaufen also radial nach einwärts und dann '

axial längs des zylindrischen Innenraumes der Anordnung, und
zwar im wesentlichen über das gesamte Volumen hin in gleichförmiger, symmetrischer Ordnung.

In den zentrischen, zylindrischen Innenraum des Magneten kann
ein elektronisches Gerät, beispielsweise eine auf geringe Weite
fokussierende Bildverstärkerröhre, gesetzt werden, wobei das J skalare magnetische Potential linear vom Eingangsende zum Aus- ! gangsende der Röhre abnimmt. Die resultierende Gleichförmigkeit
des magnetischen Feldes ermöglicht es auf diese Weise, ein Elek-| tronenbild auf geringe Weite mittels der Röhre auf den Ausgangs-j

i schirm zu fokussieren. I

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung. Es stellen dar:

Figur 1 einen Axialschnitt durch einen Magnet der
hier vorgeschlagenen Art,

609819/0912

Figur 2 Figur 3

Figur

Figur 5

Figur 6

Figur 7

eine schematische Seitenansicht eines Magneten der bisher bekannten Art,

eine graphische Darstellung der magnetischen Induktion längs einer geraden Linie, welche die Polstücke miteinander verbindet und unmittelbar außerhalb des in Figur 2 gezeigten Magneten verläuft,

eine graphische Darstellung des annähernden Verlaufes des skalaren magnetischen Potentials längs einer geraden Linie, welche die Polstücke des Magneten nach Figur 2 verbindet,

eine schematische Seitenansicht eines Magneten der hier vorgeschlagenen Art in einer anderen Ausführungsform,

eine graphische Darstellung der Komponente der Kraftfluüdichte, welche parallel zu dem von der Reihe der Ableitungselemente gebildeten magnetischen Nebenschlußwiderstand und unmittelbar außerhalb des Magneten nach Figur 5 verläuft und

eine graphische Darstellung des annähernden Verlaufes des skalaren magnetischen Potentials längs der Reihe der Ableitungselemente zwischen den Polen des Magneten nach Figur 5.

In Figur 2 ist ein im wesentlichen U-förmiger Magnet 10 gezeigt, der im Abstand voneinander gelegene Magnetstücke 11 und 13 enthält, welche aus einem geeigneten ferromagnetischen Werkstoff hergestellt sind, beispielsweise aus Samariumkobalt, und mit Bezug aufeinander entgegengesetzt polarisiert sind. An die Magnetstücke 11 und 13 sind Polstücke 12 bzw. 14 angesetzt, welche einander über einen verhältnismäßig großen Zwischenraum 18 gegenüberstehen. Die Magnetstücke 11 und 13 sind über ein geringen magnetischen Widerstand aufweisendes Bauteil l6 miteinander ver-

£09819/0912

i bunden, das als Rückleitungsweg für die magnetischen Kraftfluß- j linien dient, welche von den Polstücken 12 und 14 aus in den ge-ι

nannten Zwischenraum 18 austreten.

Es hat sich gezeigt, daß praktisch sich die Linien des magnetischen Flusses nahe den Polstücken 12 und 14 bogenförmig krümmen, ^; jedoch über den Zwischenraum oder Nutzraum 18 hinweg keineswegs notwendigerweise geradlinig verlaufen. Einige Kraftflußlinien, beispielsweise die Kraftlinien 21 bis 25 und die Kraftlinien 26 j bis 30, reichen nur etwa über die halbe Strecke des Zwischenrau- ! mes 18 und kehren dann über den niedrigen magnetischen Wider- ■ stand aufweisenden Rückleitungsweg 16 zurück. Andere Kraftfluß- ; linien, beispielsweise die Kraftlinien 31 bis 34, reichen zwar i über den Zwischenraum 18 hinweg, sind jedoch im mittleren Teil gekrümmt, und zwar in Richtung auf den geringen magnetischen Widerstand aufweisenden Rückleitungsweg 16 hin. Nur verhältnis- ! mäßig wenige Kraftflußlinien, beispielsweise die Kraftlinie 35> ' reichen über den Zwischenraum 18 hinweg und besitzen einen Mittelbereich, welcher im wesentlichen geradlinig verläuft.

Wenn also die parallel zur Längsachse der Anordnung gerichtete Komponente der magnetischen Kraftflußdichte oder Induktion B über dem Abstand Z längs des Zwischenraumes 18 aufgetragen wird, wie dies in Figur 3 geschehen ist, so ergibt sich eine Kurve 36, welche zwei Hocker 38 und 40 besitzt, die über ein Tal 42 ver- ι bunden sind. Die Höcker 38 und 40 zeigen an, daß der magnetische J Fluß sich in den entsprechenden Abschnitten des Zwischenraumes 18 nahe den Polstücken 12 und 14 jeweils konzentriert. Wenn nun der annähernde Verlauf des skalaren magnetischen Potentials in Vm als Funktion des Abstandes Z über den Zwischenraum 18 hinweg aufgetragen wird, wie in Figur k zu sehen, so ergibt sich etwa die Kurve 44, Diese Kurve führt zu dein Schluß, daß nahe dem Polstück 12 das magnetische Potential rasch von einem maximalen positiven Wert abfällt und nach einem sehr ausgedehnten Teil des Verlaufes nahe der Nullinie wieder rasch einen maximalen negativen Wert nahe dem den Südpol bildenden Polstück 14 er-

609819/0911

<f _. 2543439

reicht. Es ergibt sich somit, daß das durch den bekannten Magneten 10 gemäß Figur 2 erzeugte Magnetfeld in größerem radialen Abstand von den Polstücken 12 und Ik, wie etwa in Figur 2 durch die Linie k6 angedeutet, nicht mehr sehr wirksam ist.

In Figur 5 ist ein Magnet 50 der hier vorgeschlagenen Art gezeigt. Dieser Magnet enthält im Abstand voneinander angeordnete Magnetstücke 51 und 53, welche ebenso wie bei dem Magneten nach Figur 2 aus ferromagnetischera Werkstoff bestehen, beispielsweise aus Samarium-Kobalt, und in geeigneter Weise mit benachbarten Polstücken 52 bzw. 5^ verbunden sind. Die Polstücke 52 und 5^ stehen einander über einen Zwischenraum 58 gegenüber, welcher ! dem Zwischenraum 18 nach Figur 2 entspricht. Die Magnetstücke 51 und 53 sind magnetisch über eine Flußrückleitungseinrichtung miteinander gekoppelt, beispielsweise über ein im wesentlichen balkenförmiges oder U-förmiges Bauteil 56 ähnlich der Gestalt des Bauteiles 16 nach Figur 2. Vorzugsweise ist das zur Flußrückleitung dienende Bauteil 56 aus einem leicht erhältlichen, geringen magnetischen Widerstand aufweisenden Material hergestellt, etwa aus kaltgewalztem Stahl, wobei die Form dieses Bauteils mit Bezug auf die Polstücke 52 und 5^ symmetrisch ist. Das Bauteil 56 kann aber auch aus anderen», hohe Permeabilität aufweisendem Werkstoff hergestellt sein und kann beliebige Gestalt besitzen, um die Polstücke 52 und 5k miteinander magnetisch koppeln zu können.

Das Bauteil 56 bildet einen Flußrückleitungsweg für den magnetischen Kreis, über welchen die Polstücke 52 und 5k miteinander in bestimmter Weise verbunden sind. In dem magnetischen Kreis ist auch als magnetischer Nebenschlußwiderstaiid eine aus magnetischen Ableitungselementen zusammengesetzte, zur Flußverteilung dienende Reihenanordnung 60 vorgesehen, die sich zwischen den Polstücken 52 und 5^ erstreckt. Die Reihenanordnung 60 enthalt abwechselnd Schichten 62 aus nichtmagnetischem Material, beispielsweise Luftschichten und zwischengelagerte Ableitungselemente 64 aus magnetisch weichem Werkstoff, beispielsweise Eisen.

809819/0912

Die Schichten 62 können auch aus einem festen nichtmagnetischen Werkstoff, etwa aus Aluminium, bestehen und beispielsweise durch Klebung oder durch andere Verbindung an den magnetisch weichen AbIeitungselementen 6k der Reihenanordnung 60 befestigt sein. Die Endflächen der durch die Reihe 60 gebildeten, festen Konstruktion sind jeweils Stirnflächen nichtmagnetischer Schichten ,

62, welche an den Polstücken 12 bzw. Ik anliegen und dort befe- j stigt sein können, beispielsweise wieder durch Klebung. Die nichtmagnetischen Schichten 62 und die dazwischenliegenden Ableitungselemente 6k aus magnetisch weichein Werkstoff können ent-! sprechende ^uerschnittsgestalt besitzen wie die Polstücke 52 | und 54 oder sie können in einer anderen yuerschnittsform ausgeführt sein.

Nahe den Polstücken 52 und 54 enthält die Reihenanordnung 60 jeweils Endbereiche 60a, die eine Anzahl magnetisch weicher Ableitungselemente 6k enthalten, deren axiale Dicken innerhalb dieser Endbereiche gleichbleiben. Es ist jedoch auch möglich, die Endbereiche 60a so auszuführen, daß die Ableitungselemente 6k aus magnetisch weichem Material jeweils voneinander verschiedene axiale Dicken besitzen. In jedem Falle aber werden die aus magnetisch weichem Werkstoff bestehenden Ableitungselemente 6k in den Endbereichen 60a in den gewünschten Abständen voneinander und von den Polstücken durch zwischengelagerte nichtmagnetische Schichten 62 gehalten, deren axiale Dicke mit zunehmendem Abstand von den jeweils benachbarten Polstücken stetig abnimmt. In den Endbereichen 60a haben also benachbarte, aus magnetisch weichem Werkstoff gefertigte Ableitungselemente 64 mit zuneh-^- mendem Abstand von den benachbarten Polstücken zunehmend geringeren Abstand voneinander.

Die Reihenanordnung 60 enthält ferner jeweils Zwischenbereiche 60b, welche fluchtend zwischen den jeweiligen Endbereichen 60a und einem Mittelbereich 60c der Reihe gelegen sind. Die Mittelbereiche 60b enthalten jeweils einstückige, magnetisch weiche

S09819/0912

Ableitungselemente 64, die beträchtlich größere axiale Stärke als die magnetisch weichen Ableitungselemente 64 der jeweiligen Endbereiche 60a aufweisen. Gemäß einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform können die Zwischenbereiche 60b jeweils eine größere Zahl verhältnismäßig dünner, aus magnetisch weichem Material bestehender Ableitungselemente enthalten, welche durch zwischengelagerte, ebenfalls verhältnismäßig dünne, nichtmagnetische Schichten 62 voneinander getrennt sind, so daß die Summe der Elemente bezüglich der axialen Länge gleich der Stärke -des einstückigen magnetisch weichen Elementes 64 in diesem Bereich ist. Die Zwischenbereiche 60b sind von den benachbarten Endbereichen 6Oa jeweils durch zwischengelagerte, nichtmagnetische Schichten ■ 62 getrennt, deren axiale Stärke entsprechend der Bemessungsre- j gel gewählt ist, daß die axiale Dicke der nichtmagnetischen Schichten 62 in den jeweiligen Endbereichen 6Oa mit zunehmendem Abstand von den Polstücken fortschreitend abnimmt.

Der mittlere Bereich 60c der Reihenanordnung 60 enthält eine größere Anzahl magnetisch weicher Ableitungselemente 64, deren axiale Dicke aus Gründen einfacherer Herstellung im wesentlichen gleich der axialen Dicke der magnetisch weichen Ableitungselemente 64 in den jeweiligen Endbereich 60a ist. Es lassen sich jedoch auch andere axiale Dicken der magnetisch weichen Ableitungselemente 64 im mittleren Bereich 60c der Reihenanordnung 60 verwenden. Jedenfalls aber sind die magnetisch weiohen Ableitungselemente 64 im mittleren Bereich 6Oo der Reihenanordnung von den benachbarten Zwischenbereichen 60b jeweils duroh zwischengelagerte, nichtmagnetische Schichten 62 getrennt und nach der Mitte zu sind weitere nichtmagnetisch^ Schichten 62 vorgesehen, welche mit zunehmendem Abstand von den benachbarten Zwischenbereichen 60b in Richtung auf den Mittelpunkt des mittleren Bereiches 60c zunehmend größere axiale Stärke besitzen. Es ergibt sich also, daß aufeinanderfolgende, magnetisch weiche Ableitungselemente 64, wenn man von einem Ende des mittleren Bereiches zu dessen Mittelpunkt fortschreitet, zunehmend größeren Abstand voneinander haben, der gegenseitige Abstand dieser EIe-

- 10 -

609819/0912

mente also in Abhängigkeit vom Abstand von den benachbarten Zwi- ' schenbereichen 6Ob zunimmt. '

Die magnetisch weichen Ableitungselemente 6k der Reihenanordnung 6O leiten also den magnetischen Fluß in verhältnismäßig j größeren Abständen von den Polstücken 52 und 5k in den Zwischen- ! raum 58 hinein. Die magnetischen Ableitungselemente 6k sind fer- , ner durch die zwischengelagerten, nichtmagnetischen Schichten 62 ; in solchem Abstand voneinander gehalten, daß sie einen Neben- | Schluß für den magnetischen Fluß über den Rüekleitungsweg 56 in j

solcher Weise bilden, daß sich ein gewünschter Verlauf des ska- '. laren magnetischen Potentials längs der Reihenanordnung 6ü ein- · stellt. Die magnetischen Kraltflußlinien 21a bis 2^a und 26a
bis 29a, welche den Kraftlinien 21 bis 2k und 26 bis 29 nach Figur 1 entsprechen, reichen weiter in den Zwischenraum 58 hinein,
als dies ohne die Reihenanordnung 60 der Ableitungselemente 6k j zu erwarten wäre. Weiter reicht die magnetische Kraftflußlinie ! 30a, welche den beiden Kraftlinien 25 und 30 nach Figur 2 ent- ■ spricht, zusammen mit der Kraftlinie 31a entsprechend der Kraftlinie 31 gemäß Figur 2 geradlinig durch die Reihenanordnung 60
hindurch von dem Polstück 52 zu dem Polstück 54. Weiter verlaufen! die magnetischen Kraftflußlinien 32a bis J>ka, welche den Kraft- j linien 32 bis 3k der Darstellung nach Figur 2 entsprechen, über
den gesamten Zwischenraum zwischen den Polstücken hinweg,verlaufen jedoch im wesentlichen geradlinig. Es ergibt sich also, daß
die Kraftlinien 32a bis 5^a zusammen mit der Kraftlinie 35a,
welohe der Kraftlinie 35 nach Figur 2 entspricht, zusammen in
axialer Richtung geradlinig und im gleichförmigen Abstand voneinander auch noch in größerem radialen Abstand von den Polstücken verlaufen, wie durch die Axiallinie k6 deutlich gemacht
ist. Eine solche Gestalt des magnetischen Feldes ist ohne die
zur Flußverteilung dienende Reihenanordnung 60 des magnetischen
Nebenschlußwiderstandes nicht erreichbar.

- 11 -

j Wird die zur Achsenrichtung parallele Komponente der magnetischen Kraftflußdichte B über dem Abstand Z längs des Zwischenraumes 5ö ! hinweg aufgetragen, soweit es sich um das magnetische Feld außer-; halb der magnetischen Nebenschluß-Reihenanordnung 60 handelt, so '> ergibt sich die in Figur 6 gezeigte Kurve 66, welche ein ausgedehntes Mittelplateau besitzt, woran sich an beiden Enden allmählich abfallende Abschnitte anschließen. Die Kurve 66 läßt erkennen, daß der Ilauptteil des magnetischen Flusses im wesentlichen gleichförmig über einen entsprechenden mittleren Abschnitt des Zwischenraumes 58 zwischen den Polstücken verteilt ist und allmählich zu den jeweiligen Polstücken 52 und 5k hin abnimmt.

Wenn daher das angenäherte skalare magnetische Potential in Vm als Funktion des Abstandes von den Polstücken längs der Reihenanordnung 60 aufgetragen wird, soweit es sich um das Feld unmittelbar außerhalb des Magneten handelt, so ergibt sich die Kurve 68, welche anzeigt, daß das magnetische Potential sich nahe den jeweiligen Polstücken 52 und 5k monoton und nichtlinear ändert. Beispielsweise kann sich nahe den Polstücken des skalare magnetische Potential in Vm parabolisch ändern, nämlich im Quadrat des Abstandes Z von den Polstücken längs der Reihenanordnung abnehmen. Die aus magnetisch weichem Material gefertigten Ableitungselemente 6k in den Endbereichen 60a der Reihenanordnung 60 können auch durch zwischengelagerte, nichtmagnetische Schichten 62 in solchem Abstand voneinander gehalten werden, daß sich ein Verlauf des skalaren magnetischen Potentials ergibt, der sich monoton entsprechend einer anderen nichtlinearen Funktion nahe den jeweiligen Polstücken 52 und 5k ändert, beispielsweise exponentiell. Nach Durchgang durch jeweilige Übergangsbereiche im wesentlichen konstanter Höhe entsprechend den Zwischenbereichen 60b der Reihenanordnung ändert sich das magnetische Potential linear längs des Mittelbereiches entsprechend dem in der Reihenanordnung 60 vorgesehenen mittleren Bereiche. 60c. Aus Figur 5 ist zu ersehen, daß durch das resultierende Feld der Kraftflußlinien im wesentlichen im gleichförmigen Abstand voneinander Äquipotentiallinien 67 verlaufen, welche im mittleren

- 12 -

609819/0912

73 254843S

Bereich der Reihenanordnung 60 im wesentlichen senkrecht auf
diese treffen.

In Figur 1 ist eine Permanentmagnet-Solenoidanordnung 70 gezeigt,

die man sich in der Weise gebildet vorstellen kann, daß der Mag- <

net 50 nach Figur 5 um die Achse 46 rotiert. Die Solenoidanord- ^:

nung 70, welche im wesentlichen die Gestalt eines llohizylinders ' hat, weist im Abstand voneinander gelegene koaxiale innere und

äußere Zylinderkörper 72 bzw. 74 auf, die an den jeweiligen Eu- i den der Solenoidanordnung 70 durch ringförmige Magnetstücke 76

bzw. 78 verbunden sind. Die Magnetstücke 76 und 78 sind aus ei- ; nein geeigneten ferromagnetischen Material, beispielsweise aus

Samarium-Kobalt, gefertigt und gegensinnig zueinander in radia- _;

ler Richtung magnetisiert. Die magnetischen Kraftlinien verlnu- ^; fen also zwischen den jeweiligen Innenrändern der Magnetstücke 76 und 78 in axialer Richtung und kehren über den äußeren Zylinder-j körper 74 zurück. Der äußere Zylinderkörper 74 ist daher aus ' einem geeigneten, geringen magnetischen Widerstand aufweisenden j Werkstoff gefertigt, beispielsweise aus kaltgewalztem Stahl, und ; bilden den Flußrückleitungsweg eines die Magnetstüoke 76 und 78
verbindenden magnetischen Kreises der hier vorgeschlagenen Art. j

Der innere Zylinderkörper 72 bildet die Flußverteilungseinrichtung des magnetischen Kreises und enthält die hier mit 80 bezeichnete Reihenanordnung aus aufeinanderfolgenden Ringen 82
aus nichtmagnetischem Werkstoff, beispielsweise aus Aluminium
und dazwischenliegenden Ringen 84 aus magnetisch weichem Material, beispielsweise aus Eisen. Die Reihenanordnung 80 besitzt
Endbereiche 80a, die jeweils eine größere Anzahl aus magnetisch
weichem Werkstoff bestehender Ringen 84 enthält, die in einem
bestimmtem Abstand von den ringförmigen Magnetstüoken und voneinander durch die zwischengelagerten, nichtmagnetischen Ringe
82 gehalten werden, die mit zunehmendem Abstand von den benachbarten ringförmigen Magnetstücken in ihrer axialen Stärke stetig
abnehmen. Aufeinanderfolgende, aus magnetisch weichem Werkstoff

609819/0912

bestehende Ringe 84 der Endbereiche 80a der Reihenanordnung ha- ; ben folglich mit zunehmendem Abstand von den benachbarten ringförmigen Magnetstücken fortschreitend kleiner werdenden gegenseitigen Abstand.

Auch die Reihenanordnung 80 enthält jeweils Zwischenbereiche 80b, die fluchtend zwischen den Endbereichen 80a und einem Mittelbereich 80c der Reihenanordnung gelegen sind. Vorzugsweise enthalten die Zwischenbereiche 80b jeweils einstückige Ringe 84 aus : magnetisch weichem Werkstoff, deren axiale Stärke wesentlich ; gröi3er als diejenige der Ringe 84 in den jeweiligen Endbereichen
80a der Anordnung ist. Jeder der Zwischenbereiche 80b ist von
dem jeweils benachbarten Endbereich 80a durch einen zwischenge- ; lagerten, nichtmagnetischen Ring 80b getrennt, dessen axiale '■ Stärke entsprechend der Bemessungsregel gewählt ist, daß in den ', Endbereichen 80a der Reihenanordnung mit größer werdendem Ab- j stand von den Polstücken die Dicke der nichtmagnetischen Ringe
80b stetig abnimmt. j

Der Mittelbereich 80c der Reihenanordnung 80 enthält eine größe- ! re Anzahl von Ringen 40 aus magnetisch weichem Ferkstoff, die
von den benachbarten Zwischenbereichen 80b und voneinander durch : zwischengelagerte, nichtmagnetische Ringe 82 in geeignetem Ab- j stand gehalten werden. Im mittleren Bereich 80c sind die nicht- j magnetischen Ringe 82 mit größer werdendem Abstand von den be— | nachbarten Zwischenbereichen 80b zur Mitte des Mittelbereiches

I 80c hin mit jeweils größer werdender axialer Stärke ausgestat- !

tet. Schreitet man also von einem der Zwischenbereiche 80b zur
Mitte des Mittelbereiches 80c fort, so haben benachbarte Ringe 84 aus magnetisch weichem Material zunehmend größer werdenden Abstand voneinander in Abhängigkeit von ihrem jeweiligen
Abstand von dem benachbarten Zwischenbereich 80b.

Das in dem zylindrischen Innenraum des Solenoids 70 erzeugte
Magnetfeld entspricht also dem Magnetfeld des Magneten 50 nach
Figur 5 bei Rotation um die Achse 46. Die magnetischen Kraft-

- 14 -

609819/0912

linien, welche von den ringförmigen Magnetstücken 76 und 7B aus- ! gehen, verlaufen im wesentlichen axial längs der Reihenanordnung j 80 und erfahren eine Querableitung zu dem den magnetischen Huck-j leitungsweg bildenden Zylinderkörper lh hin, ähnlich, wie dies
zuvor im Zusammenhang mit dem Magnet 50 nach Figur 5 beschrieben ί wurde. Der größte Teil des magnetischen Flusses ist daher im we- ■

sentlichen gleichförmig im Mittelbereich innerhalb der zylindri- < sehen Reihenanordnung 80 des Magneten 70 verteilt. >.

Das resultierende angenäherte skalare magnetische Potential, wel-i ches längs der zylindrischen Reihenanordnung 80 herrscht, nimmt \ nahe den jeweiligen ringförmigen Magnetstücken 76 und 78 monoton '. und nichtlinear ab, beispielsweise entsprechend einer paraboli- j sehen Funktion. Längs den jeweiligen Zwischenbereichen 80b der j

i Reihenanordnung 80 bleibt das skalare magnetische Potential im i

wesentlichen konstant. Längs des ausgedehnten Mittelbereiches i

80c der Reihenanordnung 80 nimmt das skalare magnetische Poten- ! tial linear von einem Ende zum anderen Ende des Mittelbereiches

ab. Die in Querrichtung verlaufenden Äquipotentialflächen, wel- j

ehe in Figur 1 nicht eingezeichnet sind, entsprechen den Aqui- j

potentiallinien 67 nach Figur 5 und haben längs der Achse des -J

Solenoids oder Magneten 70 im wesentlichen gleichen Abstand von- ! einander, wobei diese Flächen in dem ausgedehnten Mittelbereich 1 im wesentlichen senkrecht zu der zylindrischen Reihenanordnung 80, stehen, also Radialebenen zu der Längsachse sind. j

Ein elektronisches Gerät, beispielsweise eine Bildverstärkerröhre 90, kann axial in dem mittleren Teil des magnetischen FeI- j des angeordnet werden, das innerhalb des Solenoids oder Magneten 70 erzeugt wird. Die Bildverstärkerröhre 90 kann beispielsweise ein bekanntes Gerät mit Nahfokussierung sein, auf dessen
einer Seite sich ein Eingangsschirm 92 und auf dessen anderer
Seite sich ein Ausgangsschirm 9k befindet, wobei zwischen diesen. Schirmen in an sich bekannter Weise eine Mikrokanalplatte
angeordnet ist. Im Betrieb nimmt der Eingangs schirm 92 ein

- 15 -

609819/0912

sichtbares Bild geringer Helligkeit auf und emittiert ein entsprechendes Elektronenbild, welches elektrostatisch in Richtung j auf die Mikrokanalplatte 96 beschleunigt wird. Während des Durch-j ganges durch die entsprechend ausgerichteten Öffnungen der Mikro-j kanalplatte 96 wird die Elektronendichte des Elektronenbildes J durch Sekundärelektronenemission erhöht. Das resultierende Elek- j tronenbild wird wieder elektrostatisch in Richtung auf den Aus- | gangsschirm 94 beschleunigt und trifft mit ausreichender Energie ) auf diesen Schirm auf, um ein verstärktes sichtbares Bild erzeu- i gen zu können. Man erkennt also, daß · das mit Bezug auf die j

Längsachse symmetrische, gleichförmige Magnetfeld, das im mittle-j ren Teil des Magneten 70 mit Hilfe des magnetischen Nebenschluß- j Widerstandes erzeugt wird, die Möglichkeit bietet, das Elektro- j nenbild innerhalb der Bildverstärkerröhre 90 mit hoher Qualität auf den Ausgangsschirm Sk zu fokussieren.

Vorliegend ist also eine Magnetkonstruktion geschaffen, welche in einem magnetischen Kreis befindliche, im Abstand voneinander angeordnete Polstücke enthält, wobei der magnetische Kreis eine Flußrückleitungseinrichtung und einen magnetischen Nebenschlußwiderstand mit Elementen zur Verteilung des Flusses enthält. Die Mittel zur Verteilung des Flusses sind zwischen den Polstücken angeordnet und enthalten eine Reihenanordnung von aufeinanderfolgenden nichtmagnetischen Schichten und dazwischenliegenden Flußableitungselementen aus magnetisch weichem Werkstoff. Die Flußableitungselemente werden von den genannten, zwischengelagerten, nichtmagnetischen Schichten in solcher Weise in geeignetem Abstand von den Polstücken und voneinander gehalten, daß sich ein gewünschter Verlauf des skalaren magnetischen Fo*rntials auf dem Weg längs der genannten Reihenanordnung und > ν ι sehen den Polstücken einstellt. Der gewünschte Potentialverlauf ist derart, daß das magnetische Potential beispielsweise monoton und nichtlinear in der Nachbarschaft der Polstücke abnimmt und in einem ausgedehnten mittleren Abschnitt des Raumes zwischen den Polstücken einen linearen Abfall zeigt.

- 16 -

009819/0912

Während die Magneten der hier vorgeschlagenen Art in den be- j schriebenen Ausiührungsbeispielen einen magnetischen Kreis mit I Permanentmagneten aufweisen, können Elektromagneten in ganz enfc-| sprechender Weise aufgebaut und ihre Polstücke durch Fluüriickleitungseinrichtungen und magnetische Nebenschlußwiderstiinde der ' oben beschriebenen Art miteinander verbunden werden. Auch lassen
sich die hier angegebenen Gedanken zur Verbindung der Polstücke ;

von Magneten verwenden, welche von der zylindrischen Gestalt ab-i weichende Form besitzen. ■

- 17 -

609819/6912

Claims

Patentansprüche

lj/Magnet rait einem Paar im Abstand voneinander angeordneter Polstücke, zwischen denen sich ein Nutzraum befindet, in welchem ein Magnetfeld bestimmter Gestalt herrscht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Polstücken (52, 54 bzw. 76, 78) ein magnetischer Nebensetilußwiderstand (60 bzw. 80) in solcher Weise j angeordnet ist, daß das skalare magnetische Potential im Nutzraum auf dem Weg zwischen den Polstücken nahe denselben jeweils einen monotonen nichtlinearen Verlauf und daran anschließend einen linearen Verlauf aufweist. j
2. Magnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der monotone nichtlineare Verlauf parabolisch ist.
3. Magnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Flußrückleitungseinrichtungen (56 bzw, 74) aus magnetisch leitendem Material vorgesehen sind, die mit den Polstücken (52, 54 bzw. 76, 78) gekoppelt oder an dieselben angeschlossen sind.
4. Magnet nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Nebenschlußwiderstand (60 bzw, SO) Mittel (62, 64 bzw, 82, 84) zur Verteilung des Flusses enthält, die ausgerichtet zwischen den Polstücken (52, 5^ bzw. 76, 78) angeordnet sind und zur Ableitung bestimmter Anteile des magnetischen Flusses aus dem Nutzraum längs bevorzugter Wege zu den Flußrückleitungseinrichtungen (56 bzw. 74) dienen.
5. Magnet nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verteilung des Flusses eine fluchtende Reihenanordnung (60 bzw. 80) von einander abwechselnden nichtmagnetischen Schich-

J . - 18 - '

609819/0912

ten (62 bzw. 82) und dazwischenliegenden, magnetisch weichen Ab-j leitungselementen (6h bzw. Bk) enthalten. ι
6. Magnet nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Reihenanordnung (6ü bzw, 80) jeweils Endbereiche (60a. , bzw. 8Oa) enthält, in welchen jeweils mehrere magnetisch weiche ! Flußableitungseleraente (6h bzw. 84) angeordnet sind, deren gegenseitiger Abstand mit zunehmender Entfernung von den jeweils '■■ benachbarten Polstücken (52, 5h bzw. 76, 78) fortschreitend klei-i ner wird, !
7. Magnet nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die · Reihenanordnung (60 bzw. 8ü) einen Mittelbereich (60c bzw. BOc) enthält, in welchem mehrere magnetisch weiche Flußableitungseleniente (6h bzw. 8h) vorgesehen sind, deren gegenseitiger Abstand mit zunehmender Entfernung vom benachbarten Ende dieses Mittelbereiches zu dessen Mitte hin fortschreitend größer wird.
8. Magnet nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß fluchtend zwischen den Endbereichen und dem Mittelbereich jeweils Zwischenbereiche (60b bzw. 80b) der Reihenanordnung (60 bzw. bO) vorgesehen sind, welche jeweils mindestens ein magnetisch weiches Flußabieitungselement (6h bzw. 8h) enthalten, das von dein benachbarten Endbereich der Reihenanordnung durch eine zwischengelagerte, nichtmagnetische Schicht (62 bzw. 6h) getrennt ist.
9. Magnet nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetisch weiche Flußableitungselement (6h bzw. 8h) des Zwischenbereiches (60b bzw. 80b) bedeutend größere Stärke als die Flußableitungselemente in den benachbarten Endbereichen der Reihenanordnung hat.
10. Magnet in Solenoidform nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke von einem Paar in axialem Abstand einander gegenüberstehender, ringförmiger Magnet-

- 19 -

609819/0912

stücke (76, 78) gebildet sind, welche in radialer Richtung gegensinnig zueinander polarisiert und über ein axiales magnetisches F_eld miteinander gekoppelt sind, daß ferner die Flußriick- ;

■ 1 leitungseinrichtungen \lh) die Gestalt eines magnetisch leiten- | den äußeren Zylinders haben, dessen Enden jeweils an den Außen- ■ umfang der ringförmigen Magnetstücke angeschlossen sind und daß | die Mittel zur Verteilung des Flusses die Gestalt eines radial j inneren Zylinderkörpers (72) haben, welcher sich zwischen den ', radial inneren Rändern der ringförmigen Magnetstücke erstreckt
und als Flußableitungselemente (84) eine fluchtende Reihenanord- : nung (SO) aufeinandergelegter Ringe aus magnetisch weichem Werk- j stoff enthält, welche durch ringförmige Schichten oder Körper ; (82) aus nichtmagnetischeni Werkstoff voneinander getrennt gehal- j ten sind. I

- 20 -

609819/0912