SE530319C2 - Magnetdetektorarrangemang, hydraulcylinder och fordon med sådant arrangemang - Google Patents

Description

25 30 35 530 315 Ett problem med magnetsensorer är att detektorns känslighet måste öka med ett ökat detekteringsavstánd.

Ett problem med att detektorn är väldigt känslig är att den att ett interfererande magnetfält. Detta kan t.ex. lättare kommer störas av yttre, ske när sensorn ligger nära en starkströmskabel eller en stor transformator. Det är därför föredraget att inte höja känsligheten alltför mycket för detektorn.

Ett problem som uppstàr när magnetfältet ökas genom att använda en större magnet är att magnetfältet inte bara är starkare, det är också mera fördelat i rymden. När en analog detektor används ger detta effekten att upplösningen kommer att försämras beroende pà det inexakta magnetfältet.

En magnetsensor kan t.ex. byggas in i en hydraulcylinder för att ge kolvtoppens position. I ett sådant arrangemang är en magnet monterad pà kolvtoppen och en magnetsensor Denna detekterar magnetens position. integrering av en magnetdetektor i cylindern leder till ett större avstånd mellan magneten och detektorelementet och gör sàledes detektorn känslig för yttre magnetfält.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN; Syftet med uppfinningen är därför att åstadkomma ett förbättrat magnetdetektorarrangemang som är mindre känsligt för inflytandet från ett yttre magnetfält.

Lösningen till detta enligt beskrivs i den kännetecknande delen hos patentkrav 1.

De andra problem uppfinningen patentkraven innehaller fördelaktiga utföringsformer och vidareutvecklingar av magnetdetektorarrangemanget enligt uppfinningen. 10 15 20 25 30 530 319 ett ett magnetsensorelement och ett magnetmedel för att lägga Uppfinningens syfte uppnàs med magnetdetektorarrangemang som innefattar pà ett nmgnetfält pà nßgnetsensorelementet genom att arrangemanget också innefattar medel för magnetisk avböjning som är anordnade för att rikta ett yttre magnetfält i en riktning som är parallell med magnetsensorelementet.

Genom denna första utföringsform av magnetdetektorarrangemanget enligt uppfinningen erhålls en magnetdetektor där känsligheten för ett yttre magnetfält minskas. Detta àstadkoms genom att använda en magnetavböjare som riktar fältlinjerna hos det yttre magnetfältet i en riktning som är parallell med magnetsensorelementet. Detta medger magnetdetektorarrangemang som har en förbättrad motståndskraft mot ett störande yttre magnetfält och/eller en förbättrad upplösning.

I en fördelaktig vidareutveckling av magnetdetektorarrangemanget enligt uppfinningen innefattar magnetmedlet tvâ likadant polariserade magneter som är placerade pá ett fördefinierat avstånd isär bredvid varandra Detta motstàndskraften mot yttre magnetfält ännu mera. med polariseringen i samma riktning. förbättrar upplösningen och/eller I fördelaktiga magnetdetektorarrangemanget vidareutvecklingar av uppfinningen Medlen enligt beskrivs olika. medel för magnetisk avböjning. för magnetisk avböjning kan föreligga i form av en eller flera stavar eller ett rör. Medlen för magnetisk avböjning kan vara placerade i olika positioner. 10 15 20 25 30 35 530 319 KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGAR Uppfinningen kommer att beskrivas mera detaljerat i det följande, med. hänvisning till de witföringsformer som visas pà de bilagda ritningarna, där fig. l visar en känd hydraulcylinder med ett magnetdetektorarrangemang, fig. 2a visar en utföringsform av magnetdetektorarrangemanget enligt uppfinningen, fig. 2b visar en sidovy av utföringsformen i 2a, figurerna 3a, 4a visar ytterligare utföringsformer av magnetdetektorarrangemanget enligt uppfinningen, figurerna 3b, 4b visar en sidovy av utföringsformen i 3a, 4a, figurerna 5, 6, 7 visar ytterligare utföringsformer av magnetdetektorarrangemanget enligt uppfinningen, samt fig. 8 visar en schematisk vy av ett magnetdetektorarrangemang enligt uppfinningen.

SÄTT ATT UTövA UPPFINNINGEN De utföringsformer av uppfinningen med vidareutvecklingar som beskrivs i. det följande skall enbart ses som exempel och skall pà intet sätt begränsa det skyddsomfáng som ges av patentkraven.

Figur 1 visar en känd hydraulcylinder 8 som innefattar ett magnetdetektorarrangemang 1.

Magnetdetektorarrangemanget l ett magnetelement 4 och en magnetsensor 2. Magnetelementet 4 kan innefatta en eller flera magneter och är i denna består av utföringsform en cirkelformig ringmagnet som är monterad på kolvtoppen. Pâ detta sätt kommer magnetelementet att indikera kolvtoppens position.

Positionen detekteras av sensorn sonx är~ monterad jpà cylinderns utsida. Magnetarrangemangets magnetfält 10 15 20 25 30 35 530 319 kommer att påverka sensorns mjukmagnetiska kärna och denna påverkan kan detekteras genom att använda detektorspolen på ett känt sätt. På detta sätt är en kontaktlös positionsdetektering möjlig. Sensorn kan vara analog eller ha ett antal diskreta steg. Sensorn innefattar företrädesvis en linjär spole 9 och åtminstone en mjukmagnetisk kärna 10 som skall mättas.

En sådan linjär magnetsensor är välkänd för fackmannen och beskrivs ej ytterligare.

De cirkelformiga magneterna används eftersom kolvtoppen inte är fixerad i en rotationsriktning inuti cylindern.

I en hydraulcylinder där kolvtoppens rotation är känd eller fixerad är det även möjligt att använda ett som inte magnetarrangemang täcker hela kolvtoppens omkrets.

Hydraulcylindern är ett företrädesvis rostfritt stàl, men också andra icke-magnetiska material, gjord av icke-magnetiskt material, säsom aluminium eller ett kompositmaterial är möjliga, beroende pà t.ex. trycket i cylindern. Kolvstàngen är företrädesvis gjord av härdat stàl. Cylindern har inlopp och utlopp för hydrauloljan. Dessa visas ej i figurerna. En sádan hydraulcylinder med en magnetisk positionsdetektor är också välkänd för fackmannen. Hydraulcylindern kan t.ex. användas för en styrbar bakaxel på en lastbil för att således det indikera kolvtoppens position och styrda hjulets vinkel.

I en första utföringsform av uppfinningen, visad i fig. 2, är en rörformig förlängning monterad pà hydraulcylindern. Denna förlängning är gjord av ett ferromagnetiskt material, t.ex. järn, samt är monterad pá cylinderns sida längs cylinderns längdaxel 12.

Förlängningsröret kan antingen vara öppet vid änden 10 15 20 25 30 35 530 319 eller vara tillslutet med en tätning mot Ändamålet med denna förlängning är att påverka de magnetiska fältlinjerna hos det jordmagnetiska fältet på ett sådant sätt att de magnetiska fältlinjerna att bli mera eller mindre parallella med magnetsensorn. På detta sätt kommer det jordmagnetiska fältet att kolvtoppen. Den stången. tvingas inte påverka positionsdetekteringen av rörformiga förlängningen används således som en magnetavböjare som riktar de magnetiska fältlinjerna i en parallell med Att rikta fältlinjerna det jordmagnetiska fältet parallellt med detektorn kommer att minska känsligheten för störningar från detta yttre riktning som är magnetdetektorn. hos magnetfält och. således att förbättra detektorns noggrannhet. Detta beror på det faktum att magnetsensorelementet inte påverkas av magnetiska fältlinjer som är parallella med detektorspolen i detektorn.

Magnetavböjaren fungerar på följande sätt. De magnetiska fältlinjerna fràn. ett. magnetfält dras mot magnetavböjarmaterialet eftersom magnetavböjaren är gjord av ett ferromagnetiskt material. kommer vissa av de Följaktligen från magnetfältet att ledas genom magnetavböjaren och vissa fältlinjer, ett till kommer att följa samma riktning och kommer således att magnetiska fältlinjerna med avstånd magnetavböjaren, varar parallella med fältlinjerna som passerar genom magnetavböjaren. Genom att placera medlet för magnetisk avböjning symmetriskt i förhållande till magnetsensorn kommer man således att skapa ett magnetfält som är väsentligen parallellt med magnetsensorn. Detta skapar ett område omkring magnetsensorn med ett magnetfält som är väsentligen homogent och riktat parallellt med SGDSOIII.

Magnetiska fältlinjer som passerar i andra 10 15 20 25 30 35 530 379 riktningar genom magnetsensorn kommer således att reduceras markant.

Magnetsensorn är parallell med kolvens rörelseriktning, dvs. sensorn utsträcker sig i samma riktning som kolvens rörelse. Denna längsgående axel betecknas 12 i figurerna. Det är längs denna axel som de magnetiska fältlinjerna hos det yttre magnetfältet riktas med magnetavböjaren. Den rörformiga förlängningens centrum sammanfaller med denna axel 12.

I en andra utföringsform av uppfinningen, visad i fig. tvà parallellt med 3, innefattar magnetdetektorarrangemanget magnetavböjare 7 som är placerade magnetsensorn och symmetriskt mot en symmetriaxel ll som löper genom sensorelementet 2 och magneten 4. Genom att använda magnetavböjare som är placerade omkring magnetelementet i stället för att montera avböjaren som cylindern medges ett vilket är en fördel både en förlängning av kortare hydraulcylinderarrangemang, för vikt och kostnad.

Magnetavböjarna är ett material, sásom järn. Magnetavböjarnas egenskaper väljs gjorda av ferromagnetiskt så att materialet, t.ex. järn, inte mättas av det yttre magnetfältet. det yttre Det yttre magnetfältet kan vara fältet ett ett inducerat av en Magnetavböjarnas egenskaper företrädesvis så att de inte mättas av magnetfält som kan förväntas eller som definieras av t.ex. en standard eller föreskrift. jordmagnetiska och/eller annat magnetfält, t.ex. starkströmskabel. magnetfält väljs I detta dimensionerna 5 x 10 mm, gjorda av järn och utsträcker sig exempel är de tvà magnetavböjarna, med hydraulcylinderns längd. Längden hos en 10 15 20 25 30 35 530 319 magnetavböjare är magnetdetektorn, t.ex. företrädesvis längre än men kan också vara kortare beroende på materialegenskaperna och/eller magnetavböjarens placering. Magnetavböjarna är fastsatta Viå hydraulcylinderns utsida pa ett synmetriskt sätt, såsom visas i fig. 3b.

I ytterligare en utföringsform av uppfinningen, visad i fig. 4, innefattar magnetdetektorarrangemanget tre magnetavböjare 7 som är placerade parallellt med magnetsensorn och symmetriskt mot symmetriaxeln ll som löper genom sensorelementet 2 och magneten 4. I detta exempel är de tre magnetavböjarna fastsatta vid hydraulcylinderns utsida pà ett symmetriskt sätt, med en avböjare motstàende sensorn och de andra två placerade med en förskjutning om 120 grader omkring cylindern, såsom visas i fig. 4b.

Magnetavböjarna behöver ej vara fixerade vid hydraulcylindern. Såsom visas i fig. 5 kan de även vara placerade omkring cylindern i rymden, något på avstånd fràn fördelaktig i. vissa installationer, t.ex. cylindern behöver bytas eller underhållas. cylinderns utsida. Denna placering kan vara när själva Det finns ett antal möjliga kombinationer i fråga om dock viktigt att inte placera en magnetavböjare alltför nära magnetsensorn, att Det är magnetavböjarnas antal och placering. Det är eftersom nmgnetavböjaren kommer störa sensorn om den är monterad för nära. därför fördelaktigt att magnetavböjare såsom beskrivet ovan. använda stavliknande Det är också möjligt att använda en rörliknande magnetavböjare på cylinderns sida och inte bara bredvid cylindern liksom förlängningsröret beskrivet ovan. 10 15 20 25 30 35 530 319 och 7 med en rörliknande nmgnetavböjare som inte kommer att störa Figurerna 6 visar utföringsformer magnetsensorn. I fíg. 6 är magnetavböjaren ett rör med en utskärning som utsträcker sig magnetavböjarens längd. Utskärningen ligger inom. storleksordningen 90 grader och företrädesvis inom omrâdet mellan 60 och 180 grader. I fíg. 7 är magnetavböjaren ett rör' med. en diameter som är tillräckligt stor för att omsluta hela Avståndet mellan röret och sensorn väljs sä att röret ej stör cylindern med magnetdetektorarrangemanget.

SGIISOIII . fördel att de förhindrar att kolvstàngen magnetiseras av det yttre En annan med magnetavböjarna är magnetfältet. Eftersom magnetavböjarna riktar det yttre magnetfältet parallellt med sensorn kommer magnetfältet också. att vara parallellt med kolvstàngen. Eftersom kolvstàngen inte rör sig vinkelrätt mot ett magnetfält kommer magnetiseringen av kolvstángen att minskas i hög grad.

I en fördelaktig utföringsform innefattar magnetelementet 4 två permanentmagneter. En schematisk magnetdetektor visas i. fig. 8. som innefattar tvà permanentmagneter Magneterna har företrädesvis ungefär samma magnetiska egenskaper. Magneterna är likadant polariserade och placerade bredvid varandra pà ett symmetriskt sätt med sina symmetriaxlar parallella och med polariseringen i samma riktning. Avståndet mellan magneterna är litet jämfört med magneternas storlek.

Avståndet mellan magneterna väljs så att magnetfältet är så brett som möjligt med en jämn täthet. Detta är möjligt beroende pà det faktum att magnetfältet fràn magneterna att avseende pà ett plan mellan magneterna när de är placerade nära varandra. kommer deformeras symmetriskt med Genom att göra detta erhålls 10 15 20 25 530 3¶9 10 ett väldefinierat magnetfält. Denna utföringsform medger en förbättrad känslighet hos magnetdetektorarrangemanget.

Det optimala avståndet mellan magneterna beror av olika Det jämfört magnetiska egenskaper hos Optimala litet magneternas tjocklek. magneterna. eller lika Det optimala avståndet för två magneter av keramisk typ med storleken l2*6 mm och 4 mm avståndet är stort med tjocka kan som exempel ligga mellan 0,9 mm till 4 mm när de två planen med storleken 12*6 mm ligger sida vid sida. Det enklaste sättet att erhålla det optimala avståndet är genom empiriska mätningar.

Det optimala avståndet mellan magneterna beror av olika magnetiska egenskaper hos magneterna. Det avståndet är litet jämfört med magneterna. Det optimala avståndet två typ storleken l2*6*4 mm kan som exempel vara ungefär 0,9 mm. Det enklaste sättet att erhålla det optimala avståndet är genom empiriska mätningar. optimala för magneter av keramisk med till antal Uppfinningen skall ej ses som om begränsad utföringsformerna beskrivna ovan, varvid ett ytterligare varianter och modifieringar är möjliga inom ramen för de efterföljande patentkraven.

Magnetarrangemanget kan exempelvis också användas för andra typer av detektorer eller brytare. 10 15 IJ\O(XJ\'IO'\U'IIÄLNRJI-J @..................

P I-J F* IQ 530 319 ll Magnetdetektorarrangemang Magnetsensor Kolvtopp Magnetmedel Kolvstáng Förlängning Magnetavböjare Hydraulcylinder Spole Mjukmagnetisk kärna Symmetriaxel Längdaxel

Claims (9)

1. 0 15 20 25 30 35 530 315 12 PATENTKRAV innefattande ett mag- för att lägga pà ett magnetfält pà magnetsensorelementet (2), l. Magnetdetektorarrangemang, netsensorelement (2) och ett magnetmedel (4) vilket arrangemang även innefattar medel för magnetisk avböjning (7) som är anordnade för att rikta ett yttre magnetfält i en riktning väsentligen parallell med mag- (2), innefattar tvá likadant polariserade netsensorelementet magnetmedlet (4) magneter som är placerade pà ett fördefinierat avstånd kännetecknat av att isär bredvid varandra med polariseringen i samma rikt- ning, varvid var och en av nämnda magneter har en pol- axel nord-syd som sträcker sig huvudsakligen vinkelrätt mot magnetsensorelementet (2).

2. Magnetdetektorarrangemang enligt patentkrav l, kännetecknat av att medlen för magnetisk avböjning (7) är placerade parallellt med magnetsensorelementet (2)-

3. , Magnetdetektorarrangemang enligt patentkrav 1 el- ler 2, kännetecknat av att medlet för magnetisk avböj- ning (7) bestàr av ett rör som är placerat vid ett av detektorarrangemangen med centrumaxeln parallell med magnetsensorn.

4. Magnetdetektorarrangemang enligt något av patent- kraven l till 3, kännetecknat av att medlet för magne- tisk avböjning (7) består av tvà magnetavböjare (7).

5. Magnetdetektorarrangemang enligt något av patent- kraven l till 3, kännetecknat av att medlet för magne- tisk avböjning (7) består av tre magnetavböjare (7).

6. Magnetdetektorarrangemang enligt något av patent- kraven l till 5, kännetecknat av att medlet för magne- 10 530 319 13 tisk avböjning (7) är gjort av ett ferromagnetiskt ma- terial.

7. Hydraulcylinder som innefattar ett magnetdetektor- arrangemang enligt något av patentkraven l till 6.

8. Fordon som innefattar en. hydraulcylinder enligt patentkrav 7.

9. Fordon som. innefattar en. hydraulcylinder enligt patentkrav 8, varvid hydraulcylindern är kopplad till en styrbar axel.