DE10123605A1

DE10123605A1 - Rundmagnet

Info

Publication number: DE10123605A1
Application number: DE10123605A
Authority: DE
Inventors: Frank Buerger; Norbert Ludwig
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2002-06-13
Anticipated expiration: 2021-05-17
Also published as: DE10123605B4

Abstract

Diametrale Rundmagnete werden beispielsweise zur berührungslosen Drehwinkelerfassung oder Verstellung von Stellorganen verwendet. Bekannte Rundmagnete weisen eine sinusförmige Feldabwicklung auf, d. h. der sich ändernde Verlauf der Feldstärken am Umfang ist sinusförmig. Der auswertbare Bereich liegt bekanntlich bei ca. +- 45 Winkelgraden. DOLLAR A Hiergegen sieht die vorliegende Lösung vor, einen dünnwandigen, diametralen Ringmagneten (1) bzw. Teilringmagneten (20) für derartige Meßeinrichtungen (10) zu verwenden. Der Magnet (1, 20) weist durch seine Dünnwandigkeit eine lineare Feldabwicklung auf. Der auswertbare Bereich liegt hierbei vorzugsweise bei ca. +- 80 Winkelgraden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rundmagneten.

Magnete, insbesondere diametrale Rundmagnete werden beispielsweise zur berüh rungslose Drehwinkelerfassung der Verstellung von Stellorganen verwendet. Be kannte Rundmagnete weisen eine sinusförmige Feldabwicklung auf, d. h., der sich ändernde Verlauf der Feldstärken am Umfang ist sinusförmig. Über die sich ändern de Feldstärke wird bei Verstellung des Rundmagneten gegenüber einem Sensor ein diese Änderung entsprechendes Signal erzeugt und ausgewertet. Der auswertbare Bereich liegt bekanntlich bei ca. ± 45 Winkelgraden. Zusätzlich wird häufig ein Ei senrückschluß vorgesehen, durch den eine Linearität der Funktion geschaffen wird, um den auswertbaren Bereich geringfügig zu erweitern bzw. zu stabilisieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magneten aufzuzeigen, der einen breiteren, vorzugsweise linearen auswertbaren Bereich anbietet.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Der Erfindung liegt die in mehreren durchgeführten Experimenten gewonnene Er kenntnis zugrunde, daß sich bei einem als Ringmagneten ausgeführten Rundma gneten eine fast lineare Feldabwicklung ergibt, je kleiner die Differenz des Außen durchmesser zum Innendurchmesser eines Magneten ist. Der so verwendete Ring magnet ist ein ringartiger dünnwandiger Magnet. Diese Erkenntnis ist um so wichti ger, als es nun nicht mehr nötig ist, massive Rundmagnete einzusetzen. Die lineare Feldabwicklung ist dabei unabhängig vom Material des Magneten. So können Hart feritte als auch kunststoffgebundener Magnete verwendet werden.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß in einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Lö sung auch ein Teil-, vorzugsweise sogar ein Halbringmagnet diese lineare Feldab wicklung aufweisen kann.

Durch das lineare Feldverhalten der dünnwandigen Ringmagnete wird der auswert bare Bereich auf über 100 Winkelgrade erhöht. Die Linearität des auswertbaren Be reiches stellt zudem eine genauere Auswertung für die Sensoren dar. Insbesondere bei der Verwendung für Drehwinkelerfassungen, Winkeländerungsmessung oder dergleichen in einer entsprechenden Meßeinrichtung für eine Stellorgan wird die Montage des Magneten vereinfacht. Es entfällt eine exakte Feinjustage zwischen dem Magneten, einer Welle des Stellorgans und einem Sensor. Auch ein für die Li nearisierung vorgesehener Eisenrückschluß entfällt hierbei.

Anhand eines Ausführungsbeispieles mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Ringmagneten,

Fig. 2 eine Darstellung der magnetischen Feldabwicklung des Ringmagneten aus Fig. 1.

Fig. 3 eine Darstellung der magnetischen Feldabwicklung bei einem Teil ringmagneten,

Fig. 4a, b eine Darstellung der Verwendungsmöglichkeit des Ringmagneten bzw. des Teilringmagneten in einer Meßeinrichtung.

Fig. 1 zeigt einen dünnwandigen, diametralen Ringmagneten 1, der einen Innen durchmesser d₁ und einen Außendurchmesser d₂ aufweist. Der Innendurchmesser d₁ des Ringmagneten 1 ist hierbei vorzugsweise ein Hohlteil 2, welches auf eine Welle 3 eines hier nicht näher dargestellten Organs aufbringbar ist. Im Querschnitt ist der Ringmagnet 1 rechteckig, wie in Fig. 1 aufgezeigt. Der Außendurchmesser d₂ ist auf den Innendurchmesser d₁ abgestimmt, wobei beide vorzugsweise ein Verhältnis
d₂/d₁ ≈ 1
d. h., gegen 1 erfüllen.

Praktische Versuche haben ergeben, daß bereits bei einem Verhältnis d₂/d₁ von 1,3 die Linearität weiter abnimmt, der brauchbare Winkel wird kleiner.

In der Praxis ist ein Faktor von vorzugsweise 1,1 anzustreben. Bei einem Innen durchmesser d₁ von beispielsweise 32 mm beträgt der Außendurchmesser d₂ somit in idealer Weise 37 mm.

Je dünnwandiger der Ringmagnet 1 ist, desto größer ist der Winkel bei dem die Feldabwicklung linear ist.

Eine derartige Feldabwicklung ist versuchsweise in Fig. 2 dargestellt.

Bei einer Feldabwicklung werden sich am Umfang des Ringmagneten ändernde Feldlinien bzw. die sich ändernde Flußdichte gemessen und einem Winkel, bezogen auf den Umfang, zugeordnet (siehe Fig. 4a, 4b).

Wie der Darstellung aus Fig. 2 gut entnehmbar ist, weist die Feldabwicklung zwi schen 90° und 270° eine lineare Steigung über einen langen Weg bzw. Bereich auf. In diesem Bereich, der in idealer Weise von ± 80° linear ist, sind wegen der Lineari tät des Bereiches der meßbaren Flußdichte exakte Winkel zugeordnet. Das be deutet, daß in diesem Ausführungsbeispiel der gemessenen Flußdichte von 50 mT ein Winkel von 200° zugehörig ist.

Bei einer Winkellageänderung des Ringmagneten 1 durch Verstellung desselben gegenüber einem in Fig. 4a oder Fig. 4b dargestellten Sensor 11 ändert sich die vom Sensor 11 zu messende Feldstärke von 125 mT auf 50 mT, wodurch, bedingt durch das lineare Feldstärkeverhalten des Ringmagnetes 1, sich eindeutig dessen Winkel lageänderung von 240° auf 200° bestimmen läßt.

In Fig. 3 ist eine Feldabwicklung eines Teilringmagneten 20 versuchsweise darge stellt, die bei gleicher Bedingung (d₂/d₁ ≈ 1) gleichfalls ein lineares Verhalten auf weist. Diese Erkenntnis ermöglicht eine kompakte Meßeinrichtung 1 mit einem noch kleineren notwendigen Bauraum für den derartigen Teilringmagnet 20.

In Fig. 4a ist in einer einfachen Darstellung der Ringmagnet 1 in solch einer Meßein richtung 10 integriert. Dem Ringmagneten 1 ist wenigstens ein Sensor 11, beispiels weise ein Hall-Sensor, zugeordnet. Dieser Sensor 11 reagiert in bekannter Art und Weise auf die Veränderung der Feldstärke bei Verstellung des Ringmagneten 1. Da bei steht dem Sensor 11 in dieser Meßeinrichtung 10 vorzugsweise ein auswertbarer Bereich von 120 bis 240 (± 60°) Winkelgrade zur Verfügung. Die jeweils erzeugten Signale werden einer Auswerteeinheit 13 zur Weiterverarbeitung zugeführt.

Der breite auswertbare Bereich bewirkt neben einer guten Auswertbarkeit des Er gebnisses auch eine einfache Montage des Ringmagneten 1 auf einer Welle 12 als auch der Ausrichtung des Sensors 11 zum Ringmagneten 1.

Wie in Fig. 4a aufgezeigt, ist der Innendurchmesser d₁ häufig abhängig vom Außen durchmesser der Welle 3.

Je nach Wunsch ergibt sich die Möglichkeit, diesen Außendurchmesser und damit den Innendurchmesser d₁ durch geeignete Maßnahmen relativ klein zu halten, bei spielsweise durch einen zusätzlichen, den Durchmesser verjüngenden, nicht näher dargestellten Adapter, um dadurch einen Ringmagneten 1 mit geringem Außen durchmesser d₂ verwenden zu können. Besteht jedoch der Wunsch nach einem größeren, dünnwandigen Ringmagneten 1, kann dieser einen große Innendurchmes ser d₁ (als Hohlteil 2) aufweisen, welcher der Welle 12 durch einen gleichfalls nicht näher dargestellten verdickenden Adapter angepaßt werden kann. Wichtig ist, daß das Verhältnis d₂/d₁ vorzugsweise 1,1 eingehalten wird, damit die gewünschte Line arität für den Meßbereich gegeben ist.

In Fig. 4b ist anstelle des Ringmagneten 1 der Teilringmagnet 20 auf der Welle 12 befestigt. Der hierbei zur Verfügung stehende Meßbereich beträgt gleichfalls ± 60° Winkelgrade.

Bekanntlich läßt sich die Feldstärke, d. h. die Flußdichte eines Magneten, durch das Magnetmaterial als auch die Höhe h (Dicke) des Magneten beeinflussen. Die Linea rität wird hierdurch jedoch nicht beeinflußt.

Als Magnetmaterial bietet sich neben Hartferitten auch Selten-Erden-Elemente, wie beispielsweise Neodym-Eisen-Bor-Verbindungen (NdFeB), Samarium-Cobald (SmCo) usw. Durch derartige Magnetwerkstoffe wird die Ausbeute der Feldstärke, d. h. der Feldlinien, bestimmt. Hartferitte haben ein schwaches magnetisches Feld, wohingegen Selten-Erde-Elemente ein größeres Feld aufbauen. Beide Magnetwerk stoffe können auch kunststoffgebunden benutzt werden.

Vorzugsweise ist die Höhe h des dünnwandigen Ringmagneten 1 bzw. Halbringma gneten 20 auf den Sensor 11 abgestimmt, wobei die Höhe h (bzw. Breite) des Ma gneten von vorzugsweise 5 mm nicht unterschritten und von 20 mm vorzugsweise nicht überschritten werden sollte. Dieser Bereich der Höhe h ist für eine Auswertung ausreichend.

Beachtet werden sollte dabei jedoch, daß sich aus der Höhe h des Ringmagneten 1 bzw. Teilringmagneten 20 der bevorzugte Abstand des Sensors 11 zum Ringma gneten 1 bestimmen läßt. Feldmagnetische Änderungen machen sich bei schmaler bzw. geringer Höhe h des Ringmagneten 1 bzw. Teilringmagneten 20 mehr bemerk bar, als bei höheren. Bei höheren Ringmagneten 1 bzw. Teilringmagneten 20 ist der Anstieg des auswertbaren Bereiches flacher und linearer.

Ein solcher Ringmagnet 1 oder Teilringmagnet 20 kann überall dort eingesetzt wer den, wo ein auf magnetische Änderungen reagierender Sensor mit vorzugsweise linearer Auswertcharakteristik benötigt wird. Der Ringmagnet 1 oder Teilringmagnet 20 kann dabei u. a. zur Bestimmung der Klappenstellung beispielsweise einer Dros selklappe oder eines Drosselklappensystems, welches in der nicht vorveröffentlich ten DE 199 28 473.3 offenbart ist, verwendet werden.

Claims

1. Rundmagnet, dadurch gekennzeichnet, daß
dieser als dünnwandiger Ringmagnet (1) ausgeführt ist, wobei
das Verhältnis seines Außendurchmessers (d2) zu seinem Innendurchmesser (d₁) gegen 1 tendiert.

2. Rundmagnet, dadurch gekennzeichnet, daß
dieser als dünnwandiger Teilringmagnet (20) ausgeführt ist, wobei
das Verhältnis seines gedachten Außendurchmessers (d₂) zu seinem ge dachten Innendurchmesser (d₁) gegen 1 tendiert.

3. Rundmagnet nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilringmagnet (20) ein Halbringmagnet ist.

4. Rundmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringmagnet (1) und der Teilringmagnet (20) bei einer Feldabwicklung ein linearer Verlauf der Feldstärke über seinen Umfang bzw. seinen Teilumfang erhalten wird.

5. Rundmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Außendurchmessers (d₂) zum Innendurchmesser (d₁) zwischen 1,01 und 1,3 liegt.

6. Rundmagnet nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Außendurchmessers (d₂) zum Innendurchmesser (d₁) 1,1 beträgt.

7. Rundmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearität der Feldabwicklung einen Bereich von ± 80 Winkelgraden um fassen kann.

8. Rundmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (h) des Magneten (1, 20) in einem Bereich von 5 bis 20 mm liegt.

9. Rundmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein Hartferitt ist.

10. Rundmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein kunststoffgebundener Magnet ist.

11. Rundmagnet nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß dieser in einer Meßeinrichtung (10) integriert ist, wobei dem Ringmagneten (1) oder dem Teilringmagneten (20) umfangsseitig wenigstens ein Sensor (11) zugeordnet ist.

12. Verwendung des Rundmagneten nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 11 zur Bestimmung der Verstellung einer Drosselklappe im Luftansaugbereich ei ner Brennkraftmaschine.

13. Verwendung des Rundmagneten nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 11 zur Bestimmung der Verstellung der Klappen in einem Saugrohr im Luftan saugbereich einer Brennkraftmaschine.

14. Verwendung des Rundmagneten nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 11 zur Bestimmung der Verstellung eines Abgasrückführventils im Abgasbereich einer Brennkraftmaschine.

15. Verwendung des Rundmagneten nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 11 für magnetsensitive Sensoren mit linearer Auswertcharakteristik.