DE2241072A1

DE2241072A1 - Magnetfeldabhaengige widerstandsanordnung

Info

Publication number: DE2241072A1
Application number: DE19722241072
Authority: DE
Inventors: Helmut Forster; Paul Hini
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-08-21
Filing date: 1972-08-21
Publication date: 1974-03-14
Also published as: IT1046832B; GB1416925A; FR2197214A2; DE2241072B2

Description

Erlangen, 1 B. /$fc Wl Berlin und München Vierner-von-Siemens-Straße

Unser zeichens

VPA 72/7557 Kin/Rd

Magnetfeldabhängige Widerstandsanordnung

Zusatz zum patent ..... (Anmeldung P 20 42 491·5-34?

YPA 70/7539).

Gegenstand des Hauptpatentes ,,,,,., (Patentanmeldung P 20 42 491.3-34} ist eine magnetfeldabhängig© Widerstands»* anordnung zur Erfassung der Größe und Richtung eines ausseren magnetischen Steuerfeldes, das von einem Steuerflußgeber vorgegeben ist,, der relativ zur Widerstandsanordnung beweglich ist. Die Ge samt anordnung ist mit zwei Widerstands,-anordnungen versehen, die jeweils einen Magnetkreis mit ei" nem Permanentmagneten sowie an dessen Polenden anliegende ferromagnetische Polplatten enthalten, die über einen gemeinsamen Rucks chlußk.örp er oder jeweils getrennte Rückschlußkorper des Magnetkreises aus ferromagnetisehem Material sowie eine als magnetfeldabhängiger Widerstand dienende Feld« platte miteinander verbunden sind. Jeweils eine Polplatte der beiden V/iderstandsanordnungen und der gemeinsame oder die beiden Ruckschlußkarper sind vom Steuerfluß durchsetzt. Die Feldplatten arbeiten gegenläufig (Fig.18 der Hauptanmeldung),

Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß diese Widerstandsanordnung mit einer geringen Änderung des gteuerflußgebers als Potentiometer ausgebildet werden kann,

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, die Widerstandsanordnung nach dem Hauptpatent zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Steuerflußgeber ein Dauermagnet vorgesehen ist, dessen lagnetisierungsrichtung senkrecht zur Magnetisierung der Permanentmagnete der beiden. Widerstandsanordnungen gerichtet ist und der um die magnetische Symmetrieachse der beiden

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V/ider stands anordnungen drehbar ist. Die beiden Widerstandsanordnungen können sowohl mit einem gemeinsamen RückschluB-körper als auch jeweils mit einem getrennten Rückschlußkörper versehen sein. Die Mitte des gemeinsamen Rückschlußkörpers bzw. die Mitte zwischen den beiden Ruckschlußkörpera bildet dann die magnetische Symmetrieachse der beiden Widerstandsanordnungen. Wird der diametral magnetisierte Steuerflußgeber, der sowohl ein Stabmagnet sein kann als auch als Scheibe oder als Ring gestaltet sein kann, um diese Symmetrieachse gedreht, so ändert sich die Summe der Magnetflüsse in den beiden Feldplatten der Widerstandsanordnung nach Art.einer Sinusschwingung. Mit dieser Anordnung erhält man somit ein Potentiometer mit einem einfachen Aufbau und ohne bewegliche Kontakte. Sie kann ferner beispielsweise als elektronischer Positionsanzeiger verwendet werden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in Pig.1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Widerstandsanordnung nach der Erfindung schematisch veranschaulicht. Pig.2 zeigt eine Anordnung der beiden Feldplatten in einer Brückenschaltung. Xn Pig.3 ist die Wirkungsweise der Anordnung nach Pig.1 in einem Diagramm veranschaulicht.

In Pig.1 ist eine Gesamtanordnung mit 2 bezeichnet» die zwei Widerstandsanordnungen enthält, in diesen Widerstandsanordnungen sind die Permanentmagnete mit 4 und 6, vordere polplatten aus ferromagnetischem Material mit 8 und 10t hintere Polplatten mit 12 und 14 und die Rückschlußkörper der magnetischen Vorspannungskreise mit 16 und 18 bezeichnet. Zwischen den vorderen Polplatten 8 und 10 und den entsprechenden Rückschlußkörpern 16 und 18 befindet sich jeweils ein magnetfeldabhängiger Halbleiterwiderstand, eine sogenannte Feldplatte, die mit 20 und 22 bezeichnet sind. Oberhalb der Widerstandsanordnung 2 ist ein Steuerflußgeber 24 angeordnet, dessen Magnetisierungsrichtung, die durch einen Nordpol N und einen Südpol S angedeutet ist, senkrecht zur Magnetisierungsrichtung der beiden Vorspannungsmagnete 4 und 6 verläuft. Der

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Steuerflußgeber 24 ist mit einer nicirfc näher bezeichneten Bohrung versehen "und somit als diametral magnetisierter Ringmagnet gestaltet. In seiner Bohrung ist eine Drehachse 26 "befestigt, die mit einer in der Figur nicht dargestellten Antriebsvorrichtung verbunden ist. Die Drehbewegung ist durch einen nicht näher bezeichneten Pfeil angedeutet. Die in der Figur strichpunktiert dargestellte Drehachse 28 bildet zugleich die "magnetische Symmetrieachse der Widerstandsanordnung 2.

Die Magnetisierung der beiden permanentmagne tischen Vorspannungsmagnet eVist jeweils so'gerichtet, daß ihre magnetischen Flüsse 32 bzw. 34 in den "beiden Feldplatten 20 und einander entgegengeriehtet sind. Der vom Steuerflußgeber 24 vorgegebene Magnetfluß 36 überlagert sich in den beiden¹ Feldplatten 20 und 22 jeweils dem Vorspannungsfluß der.Magnete 4 und 6. Die Größe des Steuerflusses 36 und seine Richtung ändern sich in den Feldplatten mit der Drehung des Steuerflußgebers 24. Der Magnetfluß 36 wird somit in Abhängigkeit von der Lage des Steuerflußgebers 24 jeweils den magne- . tischen Gesamtfluß in der einen Feldplatte verstärken und in der anderen schwächen. In der gestrichelten Stellung addiert sich der Steuerfluß 36 in der Feldplatte 20 zum magnetischen Vorspannungsfluß des Magneten 4, und der G-esamtfluß in dieser Feldplatte wird somit entsprechend erhöht. Demgegenüber wird der magnetische Vorspannungsfluß des Permanentmagneten 6 in der Feldplatte 22 durch den Steuerfluß 36 geschwächt und deren Widerstand somit entsprechend vermindert.

Wird der Steuerflußgeber 24 in der Pfeilrichtung gedreht, so wird die Flußerhöhung in der Feldplatte 20 mit der Stellung des Steuerflußgebers 24 abgeschwächt und in gleicher Weise die Flußverminderung in der Feldplatte 22 aufgehoben. Sobald die magnetische Achse des Steuerflußgebers 24 senkrecht zur Zeichenebene der Fig.1 steht, ist der vom Steuerflußgeber den Feldplatten 20 und 22 vorgegebene Magnetfluß praktisch Hull,und er hat somit keinen Einfluß auf den Widerstand der Feldplatten. Wird der Steuerflußgeber 24 weiter gedreht, so

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ist der vom Steuerfluß-geber 24 der Feldplatte 22 vorgegebene Steuerfluß mit dem Vorspannungsfluß des Permanentmagneten 6 gleichgerichtet und der Gesamtfluß in der Feldplatte 22 wird somit entsprechend erhöht, und in gleicher Weise wird der Gesamtfluß in der Feldplatte 20 vermindert. Ist der Steuerflußgeber 24 soweit gedreht, daß der Nordpol N sich auf der linken und der Südpol S sich auf der rechten Seite befindet, so erreicht der Fluß, in der Feldplatte 22 sein Maximum und dementsprechend hat der Gesamtfluß in der Feldplatte 20 sein Minimum.

Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Anordnung nach Fig.1 erhält man dadurch, daß die beiden Rückschlußkörper 16 und 18 in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet werden, so daß ein Spalt 38 entsteht, der mit einem diamagnetischen Medium ge'füllt ist. Als Medium ist vorzugsweise Luft geeignet, es kann aber auch ein diamagnetisches Metall, beispielsweise Messing oder Aluminium, verwendet werden. Diese Gestaltung hat den Vorteil, daß die Empfindlichkeit der Anordnung in einem verhältnismäßig weiten Bereich nahezu unabhängig wird vom Abstand 6 des Steuerflußgebers 24 von der freien Oberfläche der ferromagnetiechen Polplatten 8 und 10 der beiden Magnetkreise. Eine genaue Justierung des Steuerflußgebers 24 ist somit überflüssig.

Zur Vorgabe einer bestimmten Stellung des Steuerflußgebers 24 relativ zu den beiden Feldplatten 20 und 22 kann vorzugs-.weise ein in der Figur nicht dargestelltes Planetengetriebe vorgesehen sein, das mit der Drehachse 26 in Antriebsverbindung steht.

Diese Einstellung von Potentiometern mittels eines Planetengetriebes ist an sich bekannt aus der US-Patentschrift 3411 366. In dieser bekannten Anordnung soll jedoch die Drehbewegung der Antriebswelle durch das Getriebe begrenzt werden. In einem aus der deutschen Auslegeschrift 1957 895 bekannten Stellgetriebe soll ebenfalls die"Überführung des mit der Antriebswelle gekuppelten Betätigungsgliedes in eine

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■vorgewählte Stellung gesteuert werden, und zwar mit Hilfe eines mechanischen Anschlages.

Demgegenüber erhält man mit einem Planetengetriebe als Antriebsvorrichtung für die Drehachse 26 eine sehr genaue Einstellung des Steuerflußgebers.

In der Anordnung nach Pig.2 ist die Schaltung der beiden Feldplatten 20 und 22 jeweils in einem Brückenzweig einer Brückenschaltung-dargestellt, die noch zwei weitere Widerstände 40 und 42 enthält. Mit der Eingangsspannung U der Brückenschaltung, insbesondere einer konstanten Eingangsgleichspannung, und den beiden Feldplatten 20 und 22 als veränderbare Widerstände in jeweils einem Brückenzweig erhält man am Ausgang der Brückenschaltung ein Ausgangssignal TT , das sich mit der Bewegung des Steuerflußgebers 24 und

der entsprechenden Änderung des Widerstandsverhältnisses der Feldplatten 20 und 22.i*i Form einer Sinusschwingung ändert.

Diese Änderung des Ausgangssignals TJ ist in Fig.3 in Abhängigkeit vom Drehwinkel cC der Antriebswelle 26 und damit von der Stellung des Flußgebers 24 relativ zu den Feldplatten 20 und 22 aufgetragen. In der UuIl-Stellung .des Steuerflußgebers 24j das ist die Lage der Magnetisierungsrichtung des Steuerflußgebers 24 senkrecht zur Zeichenebene, soll auch das Ausgangssignal UuIl sein. Im Falle einer weiteren Drehung erhöht sich das Ausgangssignal entsprechend der dargestellten Kurve und erreicht in der Lage des Magnetflusses 36 parallel zu der Zeichenebene, wie es in Fig.1 dargestellt ist, ein Maximum. Mit einer weiteren Viertelumdrehung der Welle 26 ist das Ausgangssignal wiederum Null, wenn sich der Steuerfluß 36 in der Lage senkrecht zur Zeichenebene befindet, Mit der folgenden halben Umdrehung des Steuerflußgebers 24 erhält man ein Ausgangssignal ü mit"entgegengesetzter Po-

Cl

larität, das nach einer Viertelumdrehung sein Maxima er- " reicht und nach einer halben Umdrehung'wieder Null ist.

I^r;t die Antriebswelle Zb beispielsweise mit einem nicht ,

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BAD ORtGiNAU

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dargestellten Planetengetriebe verbunden» so erhält man je nach der Untersetzung des Getriebes eine volle Sinusschwingung des Ausgangssignals der Brückenschaltung nach Pig.2, beispielsweise nach 10 Umdrehungen. Dann ist das Untersetzungsverhältnis 1:10. Wird beispielsweise eine Untersetzung 1:6 gewählt, so erhält man bei einer Umdrehung der Achse des Planetengetriebes einen Ausschnitt von 60° aus dem Sinus des Stellwinkels et» . Mit der Untersetzung des Planetengetriebes kann dieser Ausschnitt nahezu beliebig gewählt werden. Pur ein Potentiometer wird man vorzugsweise den Ausschnitt aus dem etwa geraden Teil der Sinusschwingung beiderseits des Hull-Durchganges wählen.

5 Patentansprüche
3 Piguren

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Claims

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Patentansprüche

7 Magnetfeidabhängige Widerstandsanordnung zur Erfassung der Größe und Richtung eines äußeren magnetischen Steuerfeldes mit einem Magnetkreis, der einen Permanentmagneten mit kleiner Permeabilität, d.h. einen hohen magnetischen Widerstand, sowie an dessen Polenden anliegende ferromagnetische Polplatten enthält, die über einen Rückschlußkörper des Magnetkreises aus ferromagnetischem Material sowie eine als magnetfeldabhängiger Widerstand dienende Feldplatte, miteinander verbunden sind, bei der zwei Widerstandsanordnungen mit gegenläufig, arbeitenden Feldplatten vorgesehen sind, deren jeweils eine Polplatte und deren magnetischer Rückschlußkörper vom gemeinsamen Steuerfluß durchsetzt sind, der von einen äußeren Steuerflußgeber vorgegeben ist, der relativ zu den Yiiderstandsanordnungen beweglich ist, nach Patent (Patentanmeldung P 20 42 491,3-3^, Anspruch 15; VPA 70/7??3), dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerflußgeber (24) ..".r·. Dauermagnet vorgesehen ist, dessen Magnetisierungsrir./:.· tung senkrecht zur Magnetisierung der Permanentmagnete (^,6) der beiden Wiclerstandsanordnungen gerichtet ist und der um die magnetische Symmetrieachse (28) der beiden Widerstar.dsancrdnungen drehbar is"

-4-
2. Widerstandsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als SteuerfluSgober (24) ein diametral magnetisierter scheibenförmiger Dauermagnet (24) vorgesehen ist. . -
3. Widerstandsanordnung nach Ansprach ", dadurch gekennzeichnet, da£ ale iteuerflußgeber (24) ein diametral magnetisierter ringscibeibenförmiger Dauermagnet vorgesehen ist.

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BAD ORIGINAL

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4. Widerstandsanordnung nach, einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (28) des Steuerflußgebers (24) mit einem planetengetriebe in Antriebsverbindung steht.
5. Widerstandsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ■ dadurch gekennzeichnet, daß die beiden magnetischen RUckschlußkörper (16,18) der Wideretandeanordnußgen (2) durch einen Spalt (38) getrennt sind, der mit einem diil·- magnetlachen Medium gefüllt ist.

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