DE112004000575T5

DE112004000575T5 - Kontaktloser Magnetfühler zur Bestimmung der linearen Position eines beweglichen Objekts

Info

Publication number: DE112004000575T5
Application number: DE112004000575T
Authority: DE
Inventors: Laurent Dufour; Olivier Andrieu
Original assignee: Electricfil Automotive SAS
Current assignee: EFI Automotive SA
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2004-04-07
Publication date: 2006-02-23
Also published as: US7283826B2; FR2853409B1; US20060206285A1; FR2853409A1; WO2004092682A2; WO2004092682A3

Abstract

Magnetfühler zur Bestimmung der Position eines beweglichen Objekts (2), das sich linear entlang einer Translationsachse (T) bewegt, wobei der Fühler umfaßt:
– eine Magnetschaltung, in der mindestens eine magnetische Induktion (I₁, I₂) entlang einer Richtung senkrecht zur Achse erzeugt wird,
– eine Meßzelle, die in der Magnetschaltung montiert und für den Wert des magnetischen Induktionsflusses empfindlich ist und die Variationen des Wertes des magnetischen Induktionsflusses, die auf die Reluktanzvariationen der Magnetschaltung folgen, messen kann, um die lineare Position des beweglichen Objekts (2) entlang der Translationsachse (T) zu bestimmen.
dadurch gekennzeichnet, daß er eine einzige feste Magnetschaltung umfaßt, die zwischen zwei festen Polstücken begrenzt:
– einen Variationsluftspalt (4), in dem mindestens eine magnetische Induktion (I₁, I₂) erzeugt wird, die sich auf einer Länge parallel zur Translationsachse (T) und mindestens gleich dem zu messenden Weg (C) des beweglichen Objekts erstreckt, wobei der Variationsluftspalt (4) dazu angepaßt ist, die...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der kontaktlosen Magnetfühler, die dazu ausgebildet sind, die Position eines beweglichen Objekts zu erfassen, das sich linear entlang einer Translationsachse bewegt.
Der Gegenstand der Erfindung findet besonders vorteilhafte, aber nicht ausschließliche, Anwendung auf dem Gebiet der Kraftfahrzeuge, um verschiedene, sich linear bewegende Elemente auszustatten, deren Position bekannt sein muß, und die beispielsweise Teil eines Automatikgetriebes, einer Aufhängung, einer gesteuerten Kupplung, einer Servolenkung, eines Trimmregelsystems, usw. sind.
Im Stand der Technik sind zahlreiche Fühlertypen vorhanden, die dazu ausgebildet sind, die lineare Position eines beweglichen Objekts, das sich in Translation verschiebt, zu erkennen. Beispielsweise beschreibt die französische Patentanmeldung 2 790 551 einen Magnetfühler zur Messung der Position eines beweglichen Objekts, das sich linear entlang einer Translationsachse verschiebt. Dieser Fühler umfaßt eine oder ganz allgemein zwei Magnetschaltung/en, in denen eine magnetische Induktion erzeugt wird, die sich entlang einer Richtung senkrecht zur Translationsachse erstreckt.
Diese Magnetschaltung/en umfaßt/umfassen einerseits ein festes Polstück und andererseits ein bewegliches Polstück von dreieckiger Form, die einen Luftspalt von konstanter Breite begrenzen, der in Bezug auf die Translationsachse geneigt ist und dessen Position in Bezug auf das feste Polstück für die Position des beweglichen Objekts repräsentativ ist. Dieses bewegliche Polstück ist Teil eines Wagens, der gleitend geführt wird und mit dem beweglichen Objekt, dessen Position zu messen ist, verbunden ist. Ein solcher Fühler umfaßt auch eine Meßzelle, die in der Magnetschaltung montiert ist und die für den Wert des magnetischen Induktionsflusses empfindlich und in der Läge ist, die Variationen des Wertes des magnetischen Induktionsflusses zu messen, die auf die Reluktanzvariationen der Magnetschaltung folgen, wodurch es möglich ist, die lineare Position des beweglichen Objekts entlang der Translationsachse zu bestimmen.
Ein Hauptnachteil dieses Fühlers besteht darin, daß er eine Verbindung zwischen dem beweglichen Teil des Fühlers und dem beweglichen Objekt, dessen Position zu messen ist, erfordert. Überdies hängt die Linearität eines solchen Fühlers direkt einerseits von der konstanten Breite des Luftspalts und andererseits von der Form des beweglichen Wagens ab. Nun stellt es sich in der Praxis als sehr schwierig heraus, einen solchen Luftspalt mit konstanter Breite auszuführen, so daß es ein solcher Fühler nicht ermöglicht, ein lineares Ausgangssignal zu liefern. So erscheint ein solcher Fühler sehr empfindlich für die Positionierung des beweglichen Wagens in Bezug auf die Meßzelle. Schließlich muß ein solcher Fühler, um eine gute Genauigkeit zu bieten, zwei Differentialmagnetschaltungen aufweisen, die jeweils mit einer Meßzelle und ausgeklügelten elektronischen Bearbeitungsschaltungen verbunden sind.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung soll somit die oben erwähnten Nachteile beseitigen, wobei ein kontaktloser Magnetfühler vorgeschlagen wird, um die linearen Positionen eines beweglichen Objekts, das sich in Translation verschiebt, zu bestimmen, ohne größre Veränderungen des beweglichen Objekts oder eine Verbindung mit dem beweglichen Objekt zu erfordern.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung soll einen Positionsfühler von einfacher, wirtschaftlicher Ausführung vorschlagen, der mit zahlreichen Typen von beweglichen Objekten eingesetzt werden kann.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht darin, einen Positionsfühler vorzuschlagen, der dazu ausgeführt ist, ein lineares Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Verschiebung des beweglichen Objekts in Translation zu liefern.
Um solche Ziele zu erreichen, umfaßt der erfindungsgemäße Magnetfühler eine feste Magnetschaltung, die begrenzt:

– eine Magnetschaltung, in der mindestens eine magnetische Induktion entlang einer Richtung senkrecht zur Achse erzeugt wird, und
– eine Meßzelle, die in der Magnetschaltung montiert und für den Wert des magnetischen Induktionsflusses empfindlich ist und die Variationen des Wertes des magnetischen Induktionsflusses, die auf die Reluktanzvariationen der Magnetschaltung folgen, messen kann, um die lineare Position des beweglichen Objekts entlang der Translationsachse zu bestimmen.

Erfindungsgemäß umfaßt der Fühler eine einzige feste Magnetschaltung, die zwischen zwei festen Polstücken begrenzt:

– einen Variationusluftspalt, in dem mindestens eine magnetische Induktion erzeugt wird, die sich auf einer Länge parallel zur Translationsachse und mindestens gleich dem zu messenden Weg des beweglichen Objekts erstreckt, wobei der Variationsluftspalt dazu angepaßt ist, die lineare Verschiebung des beweglichen Objekts zu ermöglichen, das mit Mitteln zur Veränderung der Reluktanz des Variationsluftspalts versehen ist, die mechanisch vom Fühler unabhängig sind, und
– einen Meßluftspalt, in dem die Meßzelle montiert ist.

Nach einem Ausführungsmerkmal, das eine Funktion um den magnetischen Nullpunkt ermöglicht, begrenzt die Magnetschaltung einen Variationsluftspalt, in dem eine erste magnetische Induktion, die sich auf einer gegebenen Länge parallel zur Translationsachse und entlang einer Ausrichtung der Richtung senkrecht zur Achse erstreckt, und eine zweite magnetische Induktion erzeugt wird, die sich neben der ersten Induktion auf einer gegebenen Länge parallel zur Translationsachse und entlang einer Ausrichtung, die zur ersten Induktion entgegengesetzt ist, erstreckt, wobei die Summe der Längen mindestens gleich dem zu messenden Weg des beweglichen Objekts ist.
Vorteilhafterweise sind mindestens ein und vorzugsweise beide Polstück/e mit einem Magneten versehen, der die magnetische Induktion entlang einer Richtung senkrecht zur Achse erzeugt.
Nach einer Ausführungsvariante ermöglicht der Variationsluftspalt die Verschiebung des beweglichen Objekts, dessen Mittel zur Veränderung der Reluktanz von dem Endteil des beweglichen Objekts, der durch sein freies Ende begrenzt ist, gebildet sind.
Nach einer weiteren Ausführungsvariante ermöglicht der Variationsluftspalt die Verschiebung des beweglichen Objekts, dessen Mittel zur Veränderung der Reluktanz von Teilen des beweglichen Objekts gebildet sind, die Querschnitte mit unterschiedlichem Wert aufweisen.
Vorzugsweise ermöglicht der Variationsluftspalt die Verschiebung des beweglichen Objekts, dessen Mittel zur Veränderung der Reluktanz von Teilen gebildet sind, die jeweils einen Umdrehungsquerschnitt aufweisen.
Vorzugsweise ermöglicht der Variationsluftspalt die Verschiebung des beweglichen Objekts, dessen Mittel zur Veränderung der Reluktanz von Zonen mit konstantem Querschnitt gebildet sind, um eine lineare Antwort des Fühlers zu erhalten.
Vorzugsweise ermöglicht der Variationsluftspalt die Verschiebung des beweglichen Objekts, wobei ein Teil des beweglichen Objekts derart positioniert ist, daß er sich auf halbem Weg symmetrisch zur Verbindungslinie zwischen zwei magnetischen Induktionszonen von entgegen gesetzter Richtung erstreckt.
Vorzugsweise ermöglicht der Variationsluftspalt die Verschiebung des beweglichen Objekts, wobei ein Teil des beweglichen Objekts derart vorgesehen ist, daß sich die Verbindungsfront zwischen den Teilen des beweglichen Objekts immer im Inneren der Induktionszone auf dem Weg des beweglichen Objekts erstreckt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung soll eine Vorrichtung vorschlagen, um die Position eines beweglichen Objekts zu bestimmen, das sich linear entlang einer Translationsachse verschiebt, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:

– einen erfindungsgemäßen Fühler, und
– Mittel zur Veränderung der Reluktanz, mit denen das bewegliche Objekt ausgestattet ist.

Verschiedene weitere Merkmale gehen aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor, die als nicht einschränkende Beispiele Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung zeigen.
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fühlers zeigt.
2 ist eine schematische Schnittansicht des in 1 dargestellten Fühlers.
3 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Fühlers zeigt.
4 stellt schematisch eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Fühlers dar.
5 ist eine Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Fühlers darstellt.
Wie genauer aus den 1 und 2 hervorgeht, betrifft der Gegenstand der Erfindung einen Magnetfühler 1, der dazu ausgeführt ist, die Position eines beweglichen Objekts 2 im allgemeinen Sinn, das sich linear entlang einer Translationsachse T bewegt, zu bestimmen. Das bewegliche Objekt 2 ist von jedem Typ von Element gebildet, daß einen linearen Weg hat und vorzugsweise, aber nicht ausschließlich, Teil einer Vorrichtung ist, mit der ein Kraftfahrzeug ausgestattet ist.
Erfindungsgemäß umfaßt der Magnetfühler 1 eine einzige feste Magnetschaltung 3, die einen Variationsluftspalt 4 begrenzt, in dem mindestens eine magnetische Induktion erzeugt wird, die durch die Pfeile I₁ in dem Ausführungsbeispiel der
1 und 2 dargestellt ist. Die magnetische Induktion I₁ ist entlang einer Richtung senkrecht zur Translationsachse T ausgerichtet und erstreckt sich auf einer Länge oder einer gegebenen Zone Z₁ parallel zur Translationsachse T. Die Ausdehnungszone Z₁ der magnetischen Induktion entlang der Translationsachse T ist mindestens gleich und vorzugsweise größer als der zu messende Wirkweg C des beweglichen Objekts 2.
Das bewegliche Objekt 2 ist mit Mitteln 5 versehen, die es ermöglichen, die Reluktanz des Variationsluftspaltes 4 in Abhängigkeit von der Position des beweglichen Objekts 2 entlang der Translationsachse T zu verändern. Mit anderen Worten ist das bewegliche Objekt 2 in Bezug zum Variationsluftspalt 4 derart befestigt, daß die Reluktanz des Variationsluftspaltes in Abhängigkeit von der Position des beweglichen Objekts entlang der Translationsachse T variiert. Nach einem Merkmal der Erfindung sind die Mittel 5 zur Veränderung der Reluktanz mechanisch vom Fühler unabhängig, d.h. nicht mit dem Fühler verbunden. Die Mittel 5 zur Veränderung der Reluktanz, mit denen das bewegliche Objekt 2 ausgestattet ist, bilden mit dem Fühler 1 eine komplette Vorrichtung zur Bestimmung der Position des beweglichen Objekts, das sich linear entlang der Translationsachse T bewegt.
Die feste Magnetschaltung 3 begrenzt auch einen Meßluftspalt 7, in dem eine nicht dargestellte Meßzelle befestigt werden soll, die für den Wert des magnetischen Induktionsflusses empfindlich ist. Der Meßluftspalt 7 ist derart vorgesehen, daß die Zelle die Gesamtheit des magnetischen Induktionsflusses I₁ messen kann, der in der Magnetschaltung zirkuliert. Eine solche Meßzelle, wie beispielsweise eine Zelle mit Halleffekt, kann die Variationen des Wertes des magnetischen Induktionsflusses, der in der Magnetschaltung 3 zirkuliert, messen. Diese Variationen des Wertes des magnetischen Induktionsflusses folgen auf die Variationen der Reluktanz des Variationsluftspaltes 4, die mit dem Eindringungswert des beweglichen Objekts 2 in das Innere der Ausdehnungszone Z₁ verbunden sind, wodurch es möglich ist, die lineare Position des beweglichen Objekts 2 entlang der Translationsachse T zu bestimmen.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Magnetschaltung 3 von zwei festen Polstücken 8 gebildet, die derart montiert sind, daß sie zwischen sich den Variationsluftspalt 4 und den Meßluftspalt 7 definieren. Diese beiden Polstücke 8 sind beispielsweise aus einem weichen magnetischen Material hergestellt. Die Polstücke 8 sind derart montiert, daß sie den Variationsluftspalt 4 begrenzen, der derart ausgeführt ist, daß er die Verschiebung des beweglichen Objekts 2 ermöglicht. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die feste Magnetschaltung 3 einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf, dessen eine Seite dem Variationsluftspalt 4 entspricht, während die gegenüber liegende Seite mit dem Meßluftspalt 7 versehen ist. Nach diesem Beispiel weist jedes Polstück 8 im wesentlichen eine „L"-Form auf, wobei sie sich symmetrisch zueinander zu einer Symmetrieebene erstrecken, die durch die Translationsachse T verläuft. Die beiden Polstücke 8 sind um ein Maß voneinander entfernt, das derart angepaßt ist, daß es die Verschiebung des beweglichen Objekts 2 im Inneren des Variationsluftspalts 4 ermöglicht, ohne daß eine Verbindung zwischen dem beweglichen Objekt 2 und dem Fühler besteht.
Mindestens ein und vorzugsweise beide Polstück/e 8 sind mit einem Magneten 11 versehen, der in dem Variationsluftspalt 4 die magnetische Induktion I₁ entlang der Richtung senkrecht zur Translationsachse T und auf der Ausdehnungszone Z₁ erzeugt. Falls jedes Polstück 8 mit einem Magneten 11 versehen ist, sind beide Magneten 11 auf den Polstücken 8 nach umgekehrten Nord/Süd-Polaritäten montiert, um die Erzeugung der magnetischen Induktion 1i in dem Variationsluftspalt 4 und die Bildung ihrer Rückschleife zwischen den beiden Polstücken 8 zu ermöglichen.
Wie oben erklärt, ist das bewegliche Objekt 2 mit Mitteln 5 versehen, die es ermöglichen, die Reluktanz des Variationsluftspalts 4 in Abhängigkeit von der Position des beweglichen Objekts 2 entlang der Translationsachse T zu verändern.
Zu diesem Zweck ist mindestens der Teil des beweglichen Objekts 2, der dazu bestimmt ist, sich in Bezug zum Variationsluftspalt 4 zu erstrecken, aus einem weichen magnetischen Material hergestellt. Ferner weist der Teil des beweglichen Objekts 2, der dazu bestimmt ist, sich in dem Variationsluftspalt 4 zu erstrecken, mindestens zwei Querschnitte mit unterschiedlichen Werten auf, damit die Reluktanz des Variationsluftspalts 4 in Abhängigkeit vom Eindringniveau des beweglichen Objekts 2 in das Innere des Variationsluftspalts 4 verändert werden kann. In dem in den 1 und 2 dargestellten Beispiel sind die Veränderungsmittel 5 von dem Endteil 2₁ des beweglichen Objekts 2 gebildet, der einen Querschnitt mit konstantem Wert aufweist, auf den über sein freies Ende hinaus ein Querschnitt mit einem Wert gleich Null folgt. Je weiter somit der Endteil 2₁ des beweglichen Objekts in das Innere des Variationsluftspalts 4 eindringt, desto geringer wird die Reluktanz des Variationsluftspalts 4. Mit anderen Worten muß das freie Ende des Endteils 2₁ in der Zone Z₁ angeordnet sein, um eine Positionserfassung zu ermöglichen.
So führt die variable Position des beweglichen Objekts 2 in dem Variationsluftspalt 4 zu einer Veränderung der Reluktanz in diesem Luftspalt, wodurch es zu einer Änderung des magnetischen Induktionsflusses in dem Variationsluftspalt und in der Folge in dem Meßluftspalt 7 kommt. Es ist anzumerken, daß die Zelle die globale Variation der Reluktanz des Variationsluftspalts 4 mißt, d.h. eine sogenannte gestörte Reluktanz, die dem Einführungsteil des beweglichen Objekts 2 in das Innere des Variationsluftspalts entspricht, hinzugefügt zu einer sogenannten nicht gestörten Reluktanz, die dem Rest des Variationsluftspalts entspricht, in dem das bewegliche Objekt 2 nicht vorhanden ist. Daraus folgt, daß die durch die Zelle im Bereich des Meßluftspalts 7 durchgeführte Messung somit von der Position des beweglichen Objekts 2 entlang der Achse T abhängt, wodurch es möglich ist, die Position des beweglichen Objekts 2 entlang der Translationsachse T zu bestimmen. Die Meßzelle liefert somit ein elektrisches Signal, bei dem eines der Merkmale (Spannung, Strom, zyklisches Verhältnis, ...) linear in Abhängigkeit von der Position des beweglichen Objekts 2 entlang der Translationsachse T variiert.
In dem in den 1 und 2 dargestellten Beispiel sind die Veränderungsmittel 5 von dem freien Ende des beweglichen Objekts 2, das sich linear im Inneren des Variationsluftspalts 4 verschiebt, gebildet. Es ist anzumerken, daß die Veränderungsmittel 5 auf unterschiedliche Weise ausgeführt sein können. Beispielsweise können die Veränderungsmittel 5 von zwei unterschiedlichen Teilen gebildet sein, die Querschnitte mit Werten ungleich Null aufweisen. In dem in 3 dargestellten Beispiel umfassen die Veränderungsmittel 5 einen verändernden Teil 5₁ , der sich von einem angrenzenden Teil 5₂ unterscheidet. In dem in 3 dargestellten Beispiel ist der verändernde Teil 5₁ von einem Motiv mit einem größeren Querschnitt im Vergleich mit seinem benachbarten Teil 5₂ mit geringerem Wert gebildet. Natürlich könnte vorgesehen werden, daß der verändernde Teil 5₁ einen Querschnitt mit einem geringeren Wert im Vergleich mit jenem des angrenzenden Teils 5₂ aufweist.
In der vor den beiden Ausführungsbeispielen dargelegten Beschreibung sind die Veränderungsmittel 5 durch Zonen oder Teile des beweglichen Objekts 2 hergestellt, die jeweils einen Querschnitt mit einem konstanten Wert aufweisen (Endteil 2₁ , verändernder Teil 5₁ und benachbarter Teil 5₂ ). Der Einsatz eines beweglichen Objekts 2 mit Zonen mit Querschnitten mit konstanten Werten, die durch eine geradlinige Front getrennt sind, ermöglicht es dem Fühler, ein lineares Ausgangssignal zu liefern. Der Querschnitt oder die Form der Teile des beweglichen Objekts, die dazu bestimmt sind, sich im Inneren des Variationsluftspalts 4 zu erstrecken, beeinflußt nämlich die Linearität der Antwort des Fühlers. So ist es möglich, eine nicht lineare Antwort des Fühlers zu erhalten, wenn die Form des beweglichen Objekts 2 variiert wird, wobei beispielsweise ein Teil mit einem progressiven Querschnitt hergestellt wird. Mit anderen Worten sind die Mittel 5 zur Veränderung der Reluktanz in diesem Fall von mindestens einer Zone mit einem Querschnitt mit nicht konstantem Wert gebildet, um eine nicht lineare Antwort des Fühlers zu erhalten.
Ebenso weist nach einer Ausführungsform das bewegliche Objekt 2 und insbesondere sein Teil, der mit den Veränderungsmitteln 5 versehen ist, eine Umdrehungsform um die Translationsachse T auf, wie in 4 dargestellt. Eine solche Umdrehungsgeometrie für die Teile 5₁ , 5₂ ermöglicht, daß der Fühler wenig für die Lokalisierung des beweglichen Objekts 2 entlang der Achsen senkrecht zur Translationsachse T empfindlich ist und gleichzeitig den Vorteil bietet, daß er für die Winkelposition des beweglichen Objekts um diese Achse unempfindlich ist. Es ist somit möglich, eine Messung der Position in Translation entlang seiner Achse T an einem drehbaren beweglichen Objekt durchzuführen.
Nach einer in 5 dargestellten Ausführungsvariante ermöglicht es der erfindungsgemäße Magnetfühler 1, um den magnetischen Nullpunkt zu funktionieren. Nach dieser Ausführungsvariante weist die Magnetschaltung 3 einen Variationsluftspalt 4 auf, in dem eine zweite magnetische Induktion I₂ erzeugt wird, die sich neben der ersten Induktion I₁ auf einer gegebenen Länge Z₂ parallel zur Translationsachse T und in eine zur ersten Induktion I₁ entgegen gesetzte Richtung erstreckt. Vorzugsweise wird diese zweite magnetische Induktion I₂ durch einen und vorzugsweise zwei Magneten 12 erzeugt, die jeweils auf einem Polstück 8 neben den Magneten 11 angeordnet sind, die die erste magnetische Induktion I₁ erzeugen. Nach dieser Ausführungsvariante ist das bewegliche Objekt 2 derart angeordnet, daß es sich auf halbem Weg symmetrisch zur Verbindungslinie L zwischen den beiden Zonen Z₁, Z₂ der magnetischen Induktionen I₁, I₂ mit entgegen gesetzten Richtungen erstreckt. Mit anderen Worten ist das bewegliche Objekt 2 derart positioniert, daß die Mitte des verändernden Teils 5₁ im Bereich der Verbindungslinie L angeordnet ist, wenn das bewegliche Objekt 2 die Hälfte seines Weges C einnimmt.
Nach einem bevorzugten Ausführungsmerkmal sind die Teile des beweglichen Objekts 2 derart vorgesehen, daß sich die Verbindungsfront zwischen den Teilen 5₁ , 5₂ des beweglichen Objekts immer im Inneren einer Zone Z₁, Z₂ auf dem Weg des beweglichen Objekts 2 befindet. Eine solche Anordnung ermöglicht es, die Randeffekte zu vermeiden, die auftreten können, wenn das Ende eines Teils des beweglichen Objekts in die Nähe eines Endes der Zonen Z₁, Z₂ gelangt.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung hervorgeht, hat der erfindungsgemäße Fühler den Vorteil, daß er die Position eines beweglichen Objekts bestimmen kann, ohne eine Verbindung mit dem Fühler und eine Veränderung des beweglichen Objekts, beispielsweise in Form einer Achse, zu erfordern. Auf Grund seiner Ausführung ist ein solcher Fühler für die Positionierungsfehler des beweglichen Objekts entlang der seitlichen und vertikalen Richtung unempfindlich, d.h. entlang der Richtungen senkrecht zur Translationsachse.
Zusammenfassung
Die Erfindung betrifft einen Magnetfühler zur Bestimmung der Position eines beweglichen Objekts (2), das sich linear entlang einer Translationsachse bewegt, wobei der Fühler eine Meßzelle umfaßt, die in einer Magnetschaltung montiert ist und die Variationen des Wertes des magnetischen Induktionsflusses messen kann, die auf die Reluktanzvariationen der Magnetschaltung folgen.
Erfindungsgemäß umfaßt der Fühler eine feste Magnetschaltung, die zwischen zwei festen Polstücken begrenzt:

– einen Variationsluftspalt (4), in dem mindestens eine magnetische Induktion erzeugt wird, die sich auf einer Länge parallel zur Translationsachse und mindestens gleich dem zu messenden Weg des beweglichen Objekts erstreckt, wobei der Variationsluftspalt (4) dazu angepaßt ist, die lineare Verschiebung des beweglichen Objekts (2) zu ermöglichen, das mit Mitteln zur Veränderung der Reluktanz des Variationsluftspalts versehen ist, die mechanisch vom Fühler unabhängig sind, und
– einen Meßluftspalt (7), in dem die Meßzelle montiert ist.

Claims

Magnetfühler zur Bestimmung der Position eines beweglichen Objekts (2), das sich linear entlang einer Translationsachse (T) bewegt, wobei der Fühler umfaßt: – eine Magnetschaltung, in der mindestens eine magnetische Induktion (I₁, I₂) entlang einer Richtung senkrecht zur Achse erzeugt wird, – eine Meßzelle, die in der Magnetschaltung montiert und für den Wert des magnetischen Induktionsflusses empfindlich ist und die Variationen des Wertes des magnetischen Induktionsflusses, die auf die Reluktanzvariationen der Magnetschaltung folgen, messen kann, um die lineare Position des beweglichen Objekts (2) entlang der Translationsachse (T) zu bestimmen. dadurch gekennzeichnet, daß er eine einzige feste Magnetschaltung umfaßt, die zwischen zwei festen Polstücken begrenzt: – einen Variationsluftspalt (4), in dem mindestens eine magnetische Induktion (I₁, I₂) erzeugt wird, die sich auf einer Länge parallel zur Translationsachse (T) und mindestens gleich dem zu messenden Weg (C) des beweglichen Objekts erstreckt, wobei der Variationsluftspalt (4) dazu angepaßt ist, die lineare Verschiebung des beweglichen Objekts (2) zu ermöglichen, das mit Mitteln (5) zur Veränderung der Reluktanz des Variationsluftspalts versehen ist, die mechanisch vom Fühler unabhängig sind, und – einen Meßluftspalt (7), in dem die Meßzelle montiert ist.
Magnetfühler, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetschaltung (3) einen Variationsluftspalt (4) begrenzt, in dem eine erste magnetische Induktion (I₁), die sich auf einer gegebenen Länge (Z₁) parallel zur Translationsachse (T) und entlang einer Ausrichtung der Richtung senkrecht zur Achse erstreckt, und eine zweite magnetische Induktion (I₂) erzeugt wird, die sich neben der ersten Induktion (I₁) auf einer gegebenen Länge (Z₂) parallel zur Translationsachse und entlang einer Ausrichtung, die zur ersten Induktion entgegen gesetzt ist, erstreckt, wobei die Summe der Längen (Z₁, Z₂) mindestens gleich dem zu messenden Weg (C) des beweglichen Objekts ist.
Magnetfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein und vorzugsweise beide Polstücke (8) mit einem Magneten (11, 12) versehen sind, der die magnetische Induktion entlang einer Richtung senkrecht zur Achse erzeugt.
Magnetfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Variationsluftspalt (4) die Verschiebung des beweglichen Objekts (2) ermöglicht, dessen Mittel (5) zur Veränderung der Reluktanz von Teilen (5₁ , 5₂ ) des beweglichen Objekts gebildet sind, die Querschnitte mit unterschiedlichem Wert aufweisen.
Magnetfühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Variationsluftspalt (4) die Verschiebung des beweglichen Objekts (2) ermöglicht, dessen Mittel (5) zur Veränderung der Reluktanz von dem Endteil (2₁ ) des beweglichen Objekts (2) gebildet sind, der durch sein freies Ende begrenzt ist.
Magnetfühler nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Variationsluftspalt (4) die Verschiebung des beweglichen Objekts (2) ermöglicht, dessen Mittel (5) zur Veränderung der Reluktanz von Teilen gebildet sind, die jeweils einen Umdrehungsquerschnitt aufweisen.
Magnetfühler nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Variationsluftspalt (4) die Verschiebung des beweglichen Objekts (2) ermöglicht, dessen Mittel (5) zur Veränderung der Reluktanz von Zonen (2₁ , 5₁ , 5₂ ) mit konstantem Querschnitt gebildet sind, um eine lineare Antwort des Fühlers zu erhalten.
Magnetfühler nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Variationsluftspalt (4) die Verschiebung des beweglichen Objekts (2) ermöglicht, dessen Mittel (5) zur Veränderung der Reluktanz von mindestens einer Zone mit einem Querschnitt mit nicht konstantem Wert gebildet sind, um eine nicht lineare Antwort des Fühlers zu erhalten.
Magnetfühler nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Variationsluftspalt (4) die Verschiebung des beweglichen Objekts (2) ermöglicht, wobei ein Teil des beweglichen Objekts (2) derart positioniert ist, daß er sich auf halbem Weg symmetrisch zur Verbindungslinie (L) zwischen den beiden magnetischen Induktionszonen (Z₁, Z₂) mit entgegen gesetzten Richtungen erstreckt.
Magnetfühler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Variationsluftspalt (4) die Verschiebung des beweglichen Objekts (2) ermöglicht, wobei ein Teil des beweglichen Objekts (2) derart vorgesehen ist, daß sich die Verbindungsfront zwischen den Teilen (5₁ , 5₂ ) des beweglichen Objekts immer im Inneren der Induktionszone (Z₁, Z₂) auf dem Weg des beweglichen Objekts erstreckt.
Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines beweglichen Objekts (2), das sich linear entlang einer Translationsachse (T) verschiebt, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt: – einen Fühler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und – Mittel (5) zur Veränderung der Reluktanz, mit denen das bewegliche Objekt (2) ausgestattet ist.