DE2024997A1

DE2024997A1 - Einrichtung zur Erfassung von magne tischen Feldern

Info

Publication number: DE2024997A1
Application number: DE19702024997
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl Ing 8520 Er langen Langweiler
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1970-05-22
Filing date: 1970-05-22
Publication date: 1972-01-27
Also published as: DE2024997B2; DE2024997C3; FR2090217A1; ES391424A1; GB1320857A; FR2090217B1; AT311490B

Description

Einrichtung zur Erfassung von magnetischen Feldern

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung von magnetischen Feldern mit zwei permanentmagnetisch vorgespannten und gegensinnig aussteuerbaren Feldplatten, welche als hochempfindliche Feldsonde oder als berührungslos arbeitender Indikator zur Erfassung von Bewegungen oder Kräften verwendet werden kann.

Bei einer bekannten Feldsonde dieser Art sind die beiden Feldplatten symmetrisch zur neutralen Achse im Rückschlußkreis eines Permanentmagneten so angeordnet, daß der von dem Fremdfeld hervorgerufene Fluß parallel über die beiden durch-den Permanentmagneten magnetisch vorgespannten Feldplatten geführt ist. Die bekannte Anordnung ist daher sehr empfindlich gegen Fertigungs-f toleranzen der Feldplattenspalte und muß andererseits aus . ; Symmetriegrtinden bezüglich ihrer Abmessungen im Vergleich zu, · denen des Permanentmagneten relativ groß bemessen sein. Sie ist ferner auch nur zur Erfassung von Feldern geeignet, deren Ausdehnungen mindestens in der Größenordnung der Dimensione.Q des ; Permanentmagneten liegen.

Diese Nachteile lassen sich erfindungsgemäß vermeiden durch einen Permanentmagneten umfassende Flußleitstücke, zwischen denen jeweils symmetrisch zu der magnetischen Achse des Permanentmagneten ein Luftspalt und die beiden Feldplatten angeordnet sind. Grundgedanke der Erfindung ist es also, den von

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dem Fremdfeld herrührenden Fluß mit Hilfe von Flußleitstücken hintereinander über die beiden Feldplatten zu führen, so daß hier Fertigungstoleranzen bezüglich der Feldplattendicke keine Rolle spielen, da durch sie keine unterschiedliche Beaufschlagung durch den Fremdlluß zustandekommt. Die erfindungsgemäße Anordnung kann weiterhin wesentlich kompakter ausgeführt werden, wobei bereits Felder von einer Ausdehnung, welche der Luftspaltbreite.entspricht, mit ihr erfaßbar sind.

Die Erfindung samt ihrer weiteren Ausgestaltungen, welche in den Unteransprüchen gekennzeichnet sind, soll im folgenden anhand der Figuren näher veranschaulicht werden.

Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen mechanischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Feldsonde, Ein· quad erfö'rmiger Permanentmagnet 1 mit seinen beiden mit N und S bezeichneten Polen ist an vier Umfangsseiten von Flußleitstücken 2-, 3 und 4 umfaßt, wobei diese zumindest an den Polflächen formschlüssig anliegen,. Zwischen den Flußleitstücken 2 und 3 befindet sich symmetrisch "zu der den Hord-r und Südpol verbindende^ magnetischen Achse 5 des Permanentmagneten^ ein luftspalty zwischen den Flußleitstücken 2 und 4 bzw. 3 und 4 sind ebenfalls symmetrisch zu der magnetischen Achse 5 zwei mit 6 xtnd 7 bezeichnete Feldplatten angeordnet. Der Permanentfluß durchsetzt die Feldplatten 6 und 7 in der jeweils gestrichelt eingezeichneten Richtung, so daß der durch die Flußleitstücke abgelenkte Teil des zu erfassenden Feldes F den von dem Permanentmagneten 1 verursachten Feldplattenfluß verstärkt und in gleichem Ausmaße den von den Permanentmagneten 1 in der Feldplatte 7 hergerufenen Fluß vermindert. E3 ändern sich also die elektrischen Widerstände der Feldplatte 6 und 7 gegeneinnig zueinander. '" ^:-:

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Damit der von dem zu erfassenden Fremdfeld hervorgerufene Fluß in der Feldsonde möglichst nur in den Flußleitstücken 2 bis 4 verläuft, ist es zweckmäßig, wenn diese aus einein weichmagnetischen Material bestehen und der Permanentmagnet 1 magnetisch nicht leitend, beispielsweise ein keramischer Oxyd- oder Sintermagnet ist. Um den Fluß des Magneten 1 vollständig zur magnetischen Vorspannung der Feldplatten 6 und 7 auszunutzen ist es weiterhin zweckmäßig, diese wie dargestellt in der mit 8 bezeichneten neutralen Achse des Permanentmagneten 1 anzuordnen. Unter der neutralen Achse eines Magneten wird dabei diejenige Achse verstanden, längs der auf einen magnetischen Dipol gleich Kräfte vom Nord- und Südpol des Permanentmagneten 1 ausgeübt würden. Im dargestellten Beispiel der Fig. 1 ist also die neutrale Achse diejenige Symmetrieachse des Permanentmagneten, welche mit seiner magnetischen Achse 5 einen Winkel von 90° bildet.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung zur Auswertung der von dem zu erfassenden Feld F hervorgerufenen Widerstandsänderungen der Feldplatten 6 und 7, die in zwei Zweigen einer von einer Gleichoder Wechselspannung U gespeisten Widerstandsbrücke angeordnet sind, in deren beiden anderen Zweigen ein mit 9 bezeichneter Justierwiderstand und ein weiterer Widerstand 10 von gleicher Größenordnung liegen. Beide Feldplatten 6 und 7 befinden sich durch die von den Permanentmagneten 1 hervorgerufene magnetische Vorspannung auf demselben Arbeitspunkt, so daß deren Widerstände bei fehlendem Fremdfeld von gleicher Größe sind. Etwaige Unterschiede bezüglich des magnetischen Widerstandes der über die Flußleitstücke 2 bis 4 sowie über die Feldplatten 6 und 7 verlaufenden Flußwege können durch eine entsprechende Veränderung des Justierv/iderstandes 9 '

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berücksichtigt werden, so daß für den Fall, daß kein Fremdfeld vorhanden ist, die in Fig. 2 dargestellte Brücke stets abgeglichen v/erden kann und demzufolge bei diesem Zustand an deren Ausgangsklemmen 11 und 12 die Spannung Null erscheint. Beim Auftreten eines Fremdfeldes werden, wie zuvor erwähnt, die Feldplatten 6 und 7 gegensinnig ausgesteuert, so daß an den Klemmen 11 und 12 eine Spannung U-, auftritt, deren Betrag ein Maß für die Größe der senkrecht zum Luftspalt und parallel zur Polfläche verlaufenden Feldkomponente ist und deren Vorzeichen der Richtung dieser Feldkomponente entspricht.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der erfindungsgemaßen Feldsonde, welche vorzugsweise zur Erfassung von räumlich ausgedehnten Feldern verwendet werden kann und darin besteht, daß die Flußleitstücke 2 und 3 mit Flußfangblechen 13 und 14 versehen sind. Ein befriedigender Kompromiß zwischen der Forderung nach gutem magnetischen Rückschluß des der Vorspannung dienenden Permanentmagneten 1 und der Forderung nach einem relativ großen magnetischen Widerstand im Luftspalt relativ zu dem sich für das Fremdfeld über die Flußleitstücke 2 bis 4 anbietenden Flußweg ergibt sich, wenn die dem Luftspalt zugeordneten Enden der Flußleitstücke 2 und 3 abgeschrägt sind.

Wie zuvor erwähnt, bewirkt ein vorhandenes Fremdfeld dann eine maximale Aussteuerung der Feldplatten, wenn seine Richtung senkrecht zum Luftspalt und parallel der diesem zugeordneten PoIf] iiche des Permanentmagneten verläuft. Dieser Effekt kann zur FeldrichtungsbeStimmung ausgenutzt werden, wobei es zweckmäßig ist, die gesamte Feldsonde drehbar um Symmetrieachsen des Luftspaltes anzuordnen. Ist z.B. schon die Ebene bekannt, in der dae zu bestimmende Fremdfeld verläuft, so braucht die FeId-

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sonde nur bezüglich einer Achse drehbar gelagert zu werden, wie dies in Pig. 3 durch das Zapfenlager 15 angedeutet ist. Die Feldsonde würde hierbei solange um die Achse 5 gedreht werden, bis sich ein Maximum der Feldplattenaussteuerung - ausgewertet durch die Anordnung gemäß Fig. 2 - ergibt. Für den allgemeinen Fall der von vornherein völlig unbekannten Fremdfeldorientierung müßte noch die Möglichkeit der Drehung um die mit 16 bezeichnete Symmetrieachse des Luftspaltes sowie eine, bei der Darstellung gemäß Fig. 3 senkrecht zur Zeichenebene und durch den Schnittpunkt der Achsen 5 und 16 verlaufende, weitere Achse 17 vorgesehen werden. . . · '

Zur Abfrage von nahe beieinanderliegenden magnetischen Impulsen, d.h. Feldern sehr kleiner räumlicher Ausdehnung, wie sie z.B. bei Magnetogrammen oder bei Winkelschrittgebern vorkommen, zeigt Fig. 4 eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. Das Fremdfeld soll hierbei in dichter räumlicher Folge seine Polarität von jeweils +F nach -F und umgekehrt ändern. Es muß nun vermieden werden, daß das Feld des Permanentmagneten 1 durch den Luftspalt heraustritt und die Magnetspur in unerwünschter Weise beeinflußt, d.h. magnetisiert. Hierzu ist die dem Luftspalt zwischen den Flußleitstücken 2 und 3 zugeordnete Polfläche des Permanentmagneten 1 mit einer V-förmigen, symmetrisch zur magnetischen Achse 5 verlaufenden Nut 18 versehen, wodurch sichergestellt ist, daß der Fluß des Permanentmagneten 1 nicht in den von den Flußleitstücken 2 und 3 gebildeten Luftspalt einstreut und die abzufragende Magnetspur beeinflußt. Die Forderung nach einem guten Rückschluß des Permanentmagneten und einem schmalen Abfrageluftspalt wird hier in besonders hohem Maße erfüllt.

Anstelle des Permanentmagneten kann selbstverständlich auch ein geeignet gestalteter Elektromagnet verwendet werden.

10 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

ί 1.)Einrichtung zur Erfassung von magnetischen Feldern mit zwei permanentmagnetisch vorgespannten und-gegensinnig aussteuerbaren Feldplatten, gekennzeichnet durch einen Permanentmagneten (1) umfassende Flußleitstücke (2,3,4), zv/ischen denen jeweils symmetrisch zu der magnetischen Achse (5) des Permanentmagneten ein luftspalt und die· beiden Feldplatben (6,7) angeordnet sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Permanentmagnet aus magnetisch nicht leitendem Material und die Flußleitstücke aus magnetisch gut leitendem Material verwendet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldplatten in der neutralen Achse (8) des Permanentmagneten angeordnet sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet ein keramischer Oxydmagnet ist.
5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bia 4, dadurch gekennzeichnet, daß.die dem Luftspalt zugeordneten Enden der Flußleitstücke abgeschrägt sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch parallel zur neutralen Achse (8) des Permanentmagneten verlaufende Flußfangbleche (13,14).

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7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6 zur Feldrichtungsbestiminung, dadurch gekennzeichnet, daß sie um mindestens eine Symmetrieachse des Luftspaltes drehbar angeordnet ist.
8. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, insbesondere zur Abfrage von Magnetogrammeη, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet im Bereich des Luftspaltes eine symmetrisch zu seiner magnetischen Achse (5) verlaufende, insbesondere V-förmige Nut aufweist.
9. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Peldplatten in zwei Diagonalzweigen einer elektrischen Widerstandsbrücke angeordnet sind.
10. Einrichtung nach Anspruch 9» gekennzeichnet durch einen .Justierwiderstand (9) in mindestens einem Brückenzweig.

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