DE2241073A1

DE2241073A1 - Magnetfeldabhaengige widerstandsanordnung

Info

Publication number: DE2241073A1
Application number: DE19722241073
Authority: DE
Inventors: Ulrich Von Borcke; 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: FR2197215A2; FR2197215B2; IT1046704B

Description

SIElEENS AKTIMGESEIiLSCHAPT Erlangen, 1 8. ((J₁ ß?

Berlin und München. . ' Werner-von-Siemens-Straße 50

Unser Zeichen:

VPA 72/7553 Kin/Rd

Magnetfeldabhängige' Widerstandsanordnung.

Zusatz zum Patent (Anmeldung P 20 42 491.3-34;

VPA 70/7539)

Gegenstand des Haüptpatentes (Patentanmeldung P 20 42 491*3-34) ist eine magnetfeldabhängige Widerstandsanordnung zur Erfassung der Größe und Richtung eines äußeren magnetischen Steuerfeldes, das von einem Steuerfeldgeber vorgegeben ist, der relativ zur Widerstandsanordnung "beweglich ist.

In einer besonderen Ausführungsform (Pig.18) ist sie mit zwei Widerstandsanordnungen versehen, die jeweils einen Magnetkreis mit einem Permanentmagneten sowie an dessen Polenden anliegende ferromagnetische Polplatten erhalten, die über einen Rückschlußkörper des Magnetkreises aus ferromagnetischem Material sowie eine als magnetfeldabhängiger Widerstand dienende Feldplatte miteinander verbunden sind. Jeweils eine Polplatte der beiden Y/iderstandsanordnungen und der Rückschlußkörper sind von einem gemeinsamen Steuerfluß durchsetzt, dessen Richtung so gewählt ist, daß die PeIdplatten gegenläufig arbeiten. Eine derartige Ausführungsform einer magnetfeldabhängigen Widerstandsanordnung, welche die Größe und Richtung des Magnetflusses des relativ zur Widerstandsanordnung beweglichen Steuerfeldgebers erfaßt, kann somit beispielsweise als elektronischer Positions-, Schwingungs- und Drehzahlanzeiger sowie als Steuerschalter verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine derartige Widerstandsanordnung zu verbessern. Sie beruht auf der Erkenntnis, daß man mit einem gebündelten Steuerfluß Impulse mit steiler Stirn- und Abfallflanke erhalten kann, deren

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Stirnflanke jeweils einen ausgeprägten Anstieg aus einer Fullage hat.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Steuerflußgeber ein Stabmagnet vorgesehen ist, der mit einem ferromagnetischen Rückschluß versehen ist. Eine Polfläche des Stabmagneten ist den Polplatten der Widerstandsanordnung zugewandt und die andere Polplatte kann zweckmäßig am mittleren Schenkel eines U-förmigen Rückschlußkörpers anliegen. Die Schenkelenden dieses Rückschlußkörpers sind der Widerstandsanordnung zugewandt und liegen neben dem ersten Polschuh.

Der Steuerflußgeber mit seinem Rückschlußkörper kann sowohl mit einer bandförmigen Transporteinrichtung linear bewegt oder auch mit einer scheibenförmigen Transporteinrichtung auf einer Kreisbahn bewegt werden. Die Kreisscheibe kann aus nichtmagnetischem Material, beispielsweise Aluminium, bestehen, auf deren Umfang auch mehrere Steuerflußgeber angeordnet sein können. Ihr Abstand gegeneinander bestimmt dann in Verbindung mit der Drehzahl der Scheibe die Frequenz des Ausgangssignals der Widerstandsanordnung.

In einer besonderen Ausführungsform kann die Transporteinrichtung, beispielsweise die Kreisscheibe, aus einem ferromagnetischen Material bestehen, an deren Rand die als Steuerflußgeber dienenden Magnete jeweils in einer Aussparung angeordnet sind. Dann bilden die dem betreffenden S^euerflußgeber benachbarten Teile der Transporteinrichtung selbst den magnetischen Rückschluß.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen. In Fig.1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Widerstandsanordnung nach der Erfindung mit einem drehbaren Steuerfeldgeber dargestellt. Fig.2 zeigt die Schaltung der ,beiden Feldplatten. In Fig.3 ist das Ausgangssignal einer Widerstandsanordnung nach Fig.1 in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Scheibe des Steuerflußgebers nach Fig.1 in einen

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Diagramm veranschaulicht. In Pig.4 ist eine besondere Ausfünrungsform der Widerstandsanordnung mit mehreren Steuerflußgebern dargestellt.

In Fig.1 ist ein Steuerflußgeber mit 22 und eine magnetfeldabhängige Widerstandsanordnung mit 2 bezeichnet, die bereits in der deutschen Offenlegungsschrift 2042 491 dargestellt ist. Die Widerstandsanordnung enthält im wesentlichen zwei Feldplatten 4 und 5» das sind magnetfeldabhängige Halbleiterwiderstände, sowie zwei Permanentmagnete 7 und 8 und eine gemeinsame hintere Polplatte 10. sowie zwei vordere Polplatten 12 und 13» die aus ferromagnetische!!! Material, vorzugsweise aus Weicheisen, bestehen. Die Feldplatten 4 und 5 befinden sich jeweils in einem Luftspalt zwischen den vorderen Polplatten 12 und 13 und einem Rückschlußkörper 15· Die beiden Magnete 7 und 8 sind jeweils so gepolt und geben den FeIdplatten eine derartige magnetische Vorspannung, daß sie gegenläufig arbeiten. Die magnetischen VorspannungsS-üsse V* und V₂ si*Kl jeweils gestrichelt eingetragen und ihre Richtung ist jeweils durch einen Pfeil angedeutet.

Der Steuerflußgeber 22 enthält einen Stabmagneten 24, dessen Nordpol K der Widerstandsanordnung 2 zugewandt ist. Auf der Polfläche seines Südpols S ruht der mittlere Schenkel eines U-förmigen Rückschlußkörpers 26 aus ferromagnetischem Material, Die beiden nicht näher bezeichneten seitlichen Schenkel des Rückschlußkörpers 26 befinden sich jeweils neben' dem Stabmagneten und ihre Enden sind der Widerstandsan- . Ordnung 2 zugewandt. Der Steuerflußgeber 22 ist in einer Aussparung einer Kreisscheibe 28 angeordnet, die aus einem nichtmagnetischen Material bestehen.kann. Sie kann mittels einer in der Figur nicht dargestellten Antriebsvorrichtung in eine Drehbewegung versetzt werden, die durch einen Pfeil 18 angedeutet ist.

Der Steuermagnet 22 kann auch auf der Scheibe 28 befestigt sein. Ferner können mehrere Steuermagnete 22 auf dem Umfang der Scheibe 28 verteilt sein* Außerdem kann auch der Steuer- "

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magnet 22 ruhend angeordnet sein und die Widerstandsanordnung 2 in ihrer Längsrichtung bewegt werden, beispielsweise an einem Körper befestigt sein, dessen Bewegung erfaßt werden soll.

Die beiden Feldplatten 4 und 5 können nach Pig.2 zweckmäßig als Potentiometer geschaltet sein. Die Reihenschaltung dieser beiden Feldplatten liegt an einer mit IL, bezeichneten Eingangsspannung, die zweckmäßig eine Gleichspannung von beispielsweise 8 V sein kann. Die beiden Feldplatten 4 und 5 liegen jeweils in einem Brückenzweig einer Brückenschaltung, die noch zwei weitere Widerstände 14 und 15 enthält und an deren Brückendiagonale eine Spannung U abgenommen werden kann, die sich verändert, wenn sich der Steuerfeldgeber 22 nach Fig.1 in Richtung des Pfeils 18 bewegt. Von den beiden Widerständen 14 und 15 kann zweckmäßig einer, beispielsweise der Widerstand 14» veränderbar sein. Mit diesem Widerstand kann dann die Brückenschaltung justiert werden.

An der Brückendiagonale der Anordnung nach Fig.2 wird eine Spannung U als Ausgangssignal abgenommen, das in Fig.3 in Abhängigkeit vom Drehwinkels der Steuerscheibe 28 dargestellt ist. Unter der vereinfachenden Annahme, daß sich der Steuerfluß in zwei gleiche Teilflüsse F-, und F₂ aufteilt, schließen sich diese Teilflüsse jeweils über die Widerstandsanordnung 2 und jeweils einen der Schenkel des Rückschlusses 26 des Steuerflußgebers. In der dargestellten Nullstellung verteilt sich der Gesamtfluß gleichmäßig auf die beiden Feldplatten. Die Widerstände der beiden Feldplatten sind in dieser Stellung gleich groß. Bewegt sich der Steuerflußgeber 22 aus der in Fig.1 dargestellten Stellung Ci in der durch den Pfeil 18 angegebenen Drehrichtung nach links, so wird der Fluß in der Feldplatte 4 erhöht und damit auch deren Widerstand entsprechend erhöht. Man erhält somit einen negativen Spannungsimpuls -U-, am Ausgang der Brückendiagonale. Sobald sich der rechte Schenkel des Rückschlußkörpers 2b in einer Stellung Ck, ₁ an der Feldplatte 5 vorbeibewegt hat, sind die beiden Feldplatten im wesentlichen

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nur noch vom Fluß der ■Vorspannungsmagnete. 7 und 9 durchsetzt und man erhält ein Aus gangs signal U , das als. nullstellung "bezeichnet werden kann und das sich während der Drehung der Scheibe 28 nicht ändert, "bis nach fast einer vollen Umdrehung in'der Stellung ^C, ₂ das Ende des linken Schenkels des Rückschlußkörpers 26 der !Feldplatte 4 nähert. In dieser Stellung <X ₂ ¹°^eS^-^rm-^ die Flußerhöhung in der feldplatte 4» weil Steuerfluß F~ und Vorspannungsfluß Y^ in der Feldplatte 4 die gleiche Richtung haben,und mpn erhält einen positiven Spannungsimpuls +U-, als Ausgangssignal der Widerstandsanordnung. Dieser positive Spannungsimpuls ist beendet, sobald sich der Steuerflußgeber 22 in der StellungCk , wieder in der in Fig.1 dargestellten Nullage befindet. Während der weiteren Bewegung erhält man anschließend wieder einen negativen Spannungsimpuls.

Mit der Breite der Polfläche des Steuermagneten 24 in Yerbindung mit dem Abstand ζ der beiden seitlichen Schenkel des Rückschlußkörpers 26 kann die Form der Impulse des Ausgangssignals verändert werden. Mit der Breite ζ des Rückschlußkörpers 26 allein wird die Länge a der Impulse des Ausgangssignals eingestellt. Der Abstand b zweier aufeinanderfolgender Impulse ergibt sich aus dem Abstand der nicht näher bezeichneten magnetischen Achsen der einzelnen Steuerflußgeber 22 auf dem Umfang der Kreisscheibe 28 in Verbindung mit der gewählten Drehzahl der Steuerscheibe 28. Die Nullzone c zwischen den Impulsen ergibt sich aus dem Abstand des Rückschlusses 26 des Steuermagneten 24 zum be- . nachbarten Schenkel des Rückschlusses eines in der Figur nicht dargestellten, mit der Bewegung der Scheibe 28 folgenden Steuerflußgebers. In der in Fig.1 dargestellten Ausführungsform des Positionsgebers ergibt sich der Abstand a der impulse aus dem Gesamtumfang der Steuerscheibe 28.

In der Ausführungsform des Positionsgebers nach Fig.4 soll ' die mit 2 bezeichnete Widerstandsanordnung den gleichen Aufbau wie die Widerstandsanordnung nach Fig.1 haben= Auf dem Umfang einer Steuerscheibe 32, die aus ferromagnetischem

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Material "bestehen soll, sind vier Steuerflußgeber 34 "bis angeordnet, die jeweils nur aus einem Stabmagneten 38 Ms 41 "bestehen sollen. Jeder der Stabmagneten 38 bis 41 ist in einer Aussparung 44 bis 47 der Steuerscheibe 32 angeordnet und mit der Stirnfläche des Südpols am Ende der Aussparung befestigt. Der den einzelnen Magneten benachbarte Teil der Steuerscheibe dient dann jeweils als magnetischer Rückschluß für den betreffenden Steuermagneten· Mit dieser Anordnung erhält man zwar ein Ausgangssignal mit weniger exakt ausgeprägten Impulsen. Die Anordnung kann jedoch wesentlich einfacher hergestellt werden.

Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Widerstandsanordnung nach der Erfindung besteht darin, daß die beiden Magnetkreise der Vorspannungsmagnete 7 und 8 durch einen Spalt 50 voneinander getrennt sind, wie es in Pig.4 dargestellt ist. In dem Spalt befindet sich ein diamagnetisches Medium, vorzugsweise Luft. Er kann aber auch mit einem Kunststoff oder einem magnetisch nichtleitenden Metall, beispielsweise Aluminium oder Messing, gefüllt sein. Durch diese Gestaltung wird die Empfindlichkeit der Gesamtanordnung 2 in einem größeren Abstandsbereich weitgehend unabhängig von dem Zwischenraum Q zwischen der freien Oberfläche der oberen Polplatten 12 und 13 und der Stirnfläche des Nordpols N des Magneten 38. Eine genaue Justierung dieses Abstandes ist somit nicht mehr erforderlich.

Mit einer Widerstandsanordnung, deren Länge der polplatte beispielsweise 3 mm und deren Höhe insgesamt, d.h. Magnethöhe und Polplattendicke,2 mm beträgt und deren Magnet 7 bzw· 8 in der zugeordneten Feldplatte 4 bzw. 5 einen magnetischen Fluß von etwa 0,5 Tesla (5000 Gauss) erzeugt, "bleibt die Empfindlichkeit in einem Abstandsbereich O von etwa 0,3 bis 0,7 mm praktisch unverändert.

4 Patentansprüche
4 Figuren

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Claims

VPA 72/7553 Patentansprüche

1. jtiagnetf eld abhängige Widerstandsanordnung zur Erfassung der

Größe und Richtung eines äußeren magnetischen Steuerfeldes, das von einem Steuerflußgeber vorgegeben ist, der relativ zur Widerstandsanordnung.beweglich ist, mit zwei Widerstandsanordnungen, die jeweils einen Magnetkreis mit einem Permanentmagneten sowie an dessen Polenden anliegende ferromagnetische Polplatten enthalten, die über einen Ruckschlußkörper des Magnetkreises aus ferromagnetische!!! Material sowie eine als magnetfeldabhängiger Widerstand dienende Feldplatte miteinander verbunden sind, und deren jeweils eine Polplatte und deren magnetischer Rückschlußkörper vom gemeinsamen Steuerfluß durchsetzt sind, und deren Feldplatten gegenläufig arbeiten, nach Patent .

(Anmeldung , Anspruch 15-VPA 70/

7539)» dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerflußgeber (22 und 34 bis 37) ein senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung magnetisierter Stabmagnet (24 und 38 bis 41) vorgesehen ist, der mit einem ferromagnetischen Rückschluß (26) versehen ist (]?ig.1).

2. Widerstandsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem von der Widerstandsanordnung (2) abgewandten Polschuh (S) der mittlere Schenkel eines U-förmigen Rückschlußkörpers (26) aufliegt, dessen Schenkelenden sich neben ,dem ersten Polschuh (U) befinden und· der Widerstandsanordnung (2) zugewandt sind.

3. Magnetfeldabhängige Widerstandsanordnung zur Erfassung der G-röße und Richtung eines äußeren magnetischen Steuerfeldes, das von einem Steuerflußgeber vorgegeben ist, der relativ zur Widerstandsanordnung beweglich ist, mit zwei Widerstandsanordnungen, die jeweils einen Magnetkreis mit einem Permanentmagneten sowie an dessen Polenden anliegende ferromagnetische Polplatten enthalten, die über einen Rückschlußkörper des Magnebkreises aus

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ferromagnetische!!! Material sowie eine als magnetfeldabhängiger Widerstand dienende Feldplatte miteinander verbunden .sind, und deren jeweils eine Polplatte und deren magnetischer Rückschlußkörper vom gemeinsamen Steuerfluß durchsetzt sind, und deren Feldplatten gegenläufig arbeiten nach Patent (Anmeldung ,

Anspruch 15 - VPA 70/7539)ι deren Steuerflußgeber in einer Aussparung am Rande eines ferromagnetische, Körpers angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerflußgeber (34 bis 37) ein Stabmagnet (38 bis 41) vorgesehen ist, dessen erster Polschuh (N) der Widerstandsanordnung (2) zugewandt ist und dessen zweiter Polschuh (S) an der Begrenzung einer Aussparung am Umfang des ferromagnetischen Körpers (32) anliegt, und daß der die Aussparung (44 bis 47) umgebende Teil der Scheibe (32) einen Riickschlußkörper für den Fluß des Steuermagneten (38 bis 41) bildet (Fig.4).

4. Magnetfeldabhängige Widerstandsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlußkörper (57158) der Magnetkreise der Widerstandsanordnung (2) durch einen Spalt (50) getrennt sind, der ein diamagnetisches Medium enthält (Fig.4).

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