DE2920084A1 - Impulsgeber fuer die abfrage durch ummagnetisierung - Google Patents
Impulsgeber fuer die abfrage durch ummagnetisierungInfo
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Description
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- Impulsgeber für die Abfrage durch Ummagnetisierung
- Die Erfindung betrifft einen Impulsgeber für die Abfrage durch Ummagnetisierung.
- Bekannt ist es, hohe Spannungsimpulse durch schnelle Ummagnetisierung kristalliner weichmagnetischer Werkstoffe mit rechteckförmiger Hystereseschleife zu erzeugen. Die Höhe des Spannungsimpulses ist dabei proportional der zeitlichen Änderung des magnetischen Flusses. Verwendet wurden für diesen Zweck bisher kristalline Metallegierungen auf der Basis Nickel-Eisen mit 45 bis 81 ffi Nickel oder auf Kobalt-Eisen-Basis mit etwa 50 ffi Kobalt. Die Rechteckschleife wird bei diesen in Form von dünnen Bändern vorliegenden Werkstoffen entweder durch Wahl der Legierungskomponenten (Magnetostriktion X in Vorzugsrichtung gegen Null), durch kristallografische Texturen und/oder durch geeignete Wärmebehandlungen, beispielsweise in einem magnetischen Feld cingestellt. Nachteilig hat sich jedoch die hohe Empfindlichkeit dieser Werkstoffe gegen eine Verformung nach Einstellung der magnetischen Eigenschaften durch eine Wärmebehandlung erwiesen. Schon leichte Verformungen der schlußgeglühten dünnen Bänder oder der aus diesen gewickelten Bandkerne können dabei zu einer erheblichen Schädigung der magnetischen Eigenschaften führen.
- Aufgabe der Erfindung ist es, einen Impulsgeber für die Abfrage durch Ummagnetisierung anzugeben, der aus einem gegen Verformungen relativ unempfindlichen Werkstoff besteht.
- Dies wird bei einem Impulsgeber der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß er aus einem draht-beziehungsweise bandförmigen Stück einer amorphen weichmagnetischen Legierung und einer Sensorspule besteht.
- Falls der Impulsgeber ortsfest angeordnet ist oder lediglich innerhalb einer durch Zuleitungen überbrückbaren Entfernung liegt, kann das draht- beziehungsweise bandförmige Stück aus einer amorphen weichmagnetischen Legierung vorteilhaft von der Sensorspule umgeben sein.
- Amorphe weichmagnetische Legierungen in Form von dünnen Drähten oder Bändern sind als relativ unempfindliche Werkstoffe gegen Verformungseinflüsse bekannt. Ferner weisen amorphe weichmagnetische Legierungen herstellungsbedingt bereits weitgehend rechteckförmige Hystereseschleifen auf. Dabei liegt ihre Streckgrenze so hoch, daß sie wesentlich unempfind licher gegen Verformungseinflüsse und damit gegen eine Schädigung ihrer magnetischen Eigenschaften sind als kristalline weichmagnetische Werkstoffe. Durch Untersuchungen konnte nun die hervorragende Eignung von amorphen weichmagnetischen Legierungen für Impulsgeber festgestellt werden.
- Besonders ausgeprägt ist die Rechteckigkeit der Hystereseschleife bei amorphen weichmagnetischen Legierungen mit niedriger Magnetostriktion (vgl.zum Beispiel DE-OS 25 46 676).
- Für Impulsgeber für die Abfrage durch Ummagnetisierung können vorzugsweise insbesondere amorphe weichmagnetische Legierungen t werden, deren Magnetostriktion 0 # 2 verwendet werden, deren Magnetostriktion 0 t 2 10 beträgt, d. h., deren Magnetostriktionswerte im Bereich von -2 io6 bis +2 106 liegen. Beispielsweise weisen Legierungen mit der Zusammensetzung Co70Fe5Sil5B1O oder (Co Fe Ni)78Si8B14 eine nahezu verschwindende Magnetostriktion auf. Mit Vorteil kann der Impulsgeber aber auch aus einer unter Zugspannung stehenden amorphen weichmagnetischen Legierung mit positiver Magnetostriktion bestehen.
- Die erfindungsgemäßen Impulsgeber können vorteilhaft als Sensorelemente beispielsweise für Positions-, Drehzahl- und Stellungsgeber verwendet werden. Bei dieser Anwendung ist eine direkte Ansteuerung von Logikelementen von Steuer- oder Regelsystemen möglich.
- Amorphe Legierungen können bekanntlich dadurch hergestellt werden, daß man eine Schmelze entsprechender Zusammensetzung so rasch abkühlt, daß eine Erstarrung ohne Rekristallisation eintritt. Die Legierungen werden dabei gleich bei ihrer Entstehung in Form dünner Bänder gewonnen, deren Dicke beispielsweise einige hundertstel Millimeter und deren Breite beispielsweise einige Millimeter bis mehrere Zentimeter betragen kann. Je nach den Herstellungsbedingungen können die amorphen Legierungen vollständig oder teilweise amorph sein.
- Im allgemeinen wird eine Legierung als amorphe Legierung bezeichnet, wenn der amorphe Anteil überwiegt. Die Zusammensetzung der bisher bekannten amorphen weichmagnetischen Legierungen kann mit der allgemeinen Formel TrM1oo y beschrieben werden, wobei T wenigstens eines der Übergangsmetalle wie Eisen, Kobalt oder Nickel und M wenigstens eines der kristallisationsverzögernden netalloiden Elemente wie Kohlenstoff, Bor, Silizium oder Phosphor bedeutet und y in der Regel zwischen 60 und 95 liegt. Zusätzlich zu den mit T bezeichneten Metallen können die amorphen Legierungen auch noch weitere Metalle, insbesondere Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Pd, Pt, Cu, Ag oder Au enthalten, während zusä+ lich zu den metalloiden Elementen M oder gegebenenfalls auch an Stelle von diesen, die Elemente Al, Ga, In, Ge, Sn, As, Sb, Bi oder Be vorhanden sein können. Die genannten Legierungen können bereits nach ihrer Herstellung so günstige weichmagnetische Eigenschaften aufweisen, daß im allgemeinen zur Einstellung einer Rechteckschleife keine Magnetfeldtemperung mehr erforderlich ist. Vielfach können aber auch die weichmagnetischen Eigenschaften der genannten Werkstoife durch eine unterhalb der Kristallisationstemperatur und unterhalb der Curietemperatur durchgeführte Wärmebehandlung, beispielsweise in einem magnetischen Längsfeld, noch weiter verbessert werden.
- Anhand einiger Figuren und Ausführungsbeispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden.
- Figur 1 zeigt schematisch eine Meßanordnung zur Bestimmung der Amplitude, der Form und des Einsetzzeitpunktes des Spannungsimpulssignals bei einem anmeldungsgemäßen Impulsgeber.
- Figur 2 A und 2 B zeigen schematisch einen Drehzahlgeber unter Verwendung eines anmeldungsgemäßen Impulsgebers.
- Figuren 3 A bis D sowie 4 A bis D zeigen schematisch Stellung geber unter Verwendung eines anmeldungsgemäßen Impulsgebers sowie zugehörige Impulsdiagramme.
- Die Impulsmessungen an draht- beziehungsweise bandförmigen Stückchen aus amorphen weichmagnetischen Legierungen wurden mit Hilfe der in Figur 1 dargestellten Meßanordnung durchgeführt. Ein etwa 75 mm langes Probenstück 11, beispielsweise aus einer amorphen weichmagnetischen Legierung der Zusammensetzung Co71Fe5S i8B16, wurde innerhalb einer etwa 15 - langen Sensorspule 12 mit 1000 Windungen angeordnet, die sich wiederum innerhalb einer 60 mm langen Erregerspule 13 mit 120 Windungen befand. Als Kompensationsspule diente ebenfalls ein Aufbau mit einer Erregerspule 16 und einer innerhalb dieser angeordneten Sensorspule 15. Beide Erregerspulen 13 und 16 waren in Reihe geschaltet und an einer Wechselspannungsquelle 14 angeschlossen, die es erlaubte, die Frequenz des erregenden sinusförmigen Feldes beispielsweise auf 0,1 beziehungsweise 1 kHz einzustellen. Die beiden Sensorspulen 12 und 15 waren an einen Oszillographen 17 zur Messung der Höhe und Dauer des Spannungsimpulssignals angeschlossen.
- Die Ergehnisse der Untersuchungen an verschiedenen amorphen weichnagnetischen Legierungen sind in den Tabellen 1 und II zusammengefaßt. In Tabelle I sind in den einzelnen Spalten die Probennummern, die Zusammensetzung der verschiedenen amorphen weichmagnetischen Legierungen sowie deren Magnetostriktionswerte zu angegeben. In Tabelle II sind die Ergebnisse der Untersuchungen an den in Tabelle I aufgeführten Legierungen zusammengefaßt. In der ersten Spalte sind dabei die der Tabelle I entsprechenden Frobennummern angegeben. Die untersuchten amorphen weichmagnetischen Legierungen mit positiver Magnetostriktion lagen in Form dünner Bänder mit einer Dicke von etwa 0,04 nm und einer Breite von etwa 1,1 mm vor. Der genaue Querschnitt Qpe der Meßproben ist in Spalte 2 angegeben.
- In den weiteren Spalten sind folgende Meßwerte aufgeführt: die Frequenz f des erregenden sinusförmigen Feldes (0,1 beziehungsweise 1 kHz), der durch die Erreger- und Sompensationsspule fließende Strom in A, die Amplitude H der magnetischen Feldstärke H in A/cm, die Spannungsimpulse U in V, 5 die bei der Ummagnetisierung auftraten, die relativen U Spannungsimpulse Us/qFe, schließlich noch die Gesamtdauer #t und die Anstiegszeit # t des Impulssignals, die die Zeitdauer bis zum Erreichen des Impulsmaximums angibt.
- Tabelle I Proben-Nr. Zusammensetzung Magnetostriktion # 1 Fe60Ni21B19 + 20 . 10-6 2 Fe40Ni40P14B6 + 11 . 10-6 3 Co71Fe8 Si4B17 + 2 . 10 66 4 C071Fe5Si8B16 + 0,1 . 10-6 Tabelle II Proben- qFe f i H Us Us/qFe #t #t s Fe Nr. mm2 kllz A A/cm V/mm2 µs 1 0,060 0,1 2 40 2,5 42 50 30 1,0 0,2 4 2,8 47 50 30 2 0,044 0,1 2 40 1,7 39 30 20 1,0 0,2 4 2,0 45 30 20 3 0,040 0,1 2 40 3,0 75 30 8 1,0 0,2 4 4,0 100 25 10 4 0,035 0,1 2 40 3o0 86 25 20 1,0 0,2 4 4,2 120 20 15 Aus Tabelle I in Verbindung mit Tabelle II ist zu erkennen, daß sich insbesondere durch amorphe weichmagnetische Legierungen mit verschwindender Magnetostriktion (zum Beispiel Legierungsprobe 4) relativ hohe Spannungsimpulssignale erzielen lassen. So ist beispielsweise bei der mit einem sinusförmigen Feld von 1 kHz erregten Legierungsprobe 4 ein relatives Spannungsimpulssignal von 120 V/mm2 gemessen worden.
- Dieser Wert ist um mehr als den Faktor 2 größer als das entsprechende Signal der Legierung 2, deren Magnetostriktion 11 106 beträgt. Hervorzuheben ist ferner, daß bei Verwendung von amorphen weichmagnetischen Legierungen mit niedriger Magnetostriktion, vorzugsweise von solchen mit einer Magnetostriktion von 0 + 2 10 10-6, sowohl die Gesamtimpulsdauer des Spannungssignals als auch die Dauer des Spannungsimpulses bis zum Erreichen des Maximums (Impulsanstiegszeit) erheblich kürzer sind und somit die Ummagnetisierung schneller abläuft als bei amorphen Legierungen mit einer von Null sehr stark abweichenden Magnetostriktion.
- Die Figuren 2 A und 2 B zeigen eine bevorzugte Anwendungsform des erfindungsgemäßen Impulsgebers bei einem Drehzahlgeber mit rotierendem Dauermagneten. Ein Dauermagnetkörper 21, beispielsweise ein quaderförmiges Stückchen aus einer Kobalt-Samarium-Legierung, ist am Umfang einer sich drehenden Scheibe 22 befestigt, beispielsweise aufgeklebt. Dreht sich nun der Dauermagnetkörper 21 an einem Impulsgeber vorbei, der aus einem von einer Sensorspule 23 umgebenen Streifenelement 24 einer amorphen weichmagnetischen Legierung besteht, so wird das Streifenelement 24 kurzzeitig ummagnetisiert und an den Enden der Sensorspulenwicklung entsteht eine Impulsspannung, deren Dauer und Höhe von der Größe des Schaltfeldes abhängen. Ab einer gewissen Mindestgeschwindigkeit der rotierenden Scheibe 22 kann mit Hilfe der in Figur 2 dargestellten Anordnung die Drehzahl, beispielsweise eines Motors oder eines Mengenzählers, bestimmt werden.
- Neben der Ummagnetisierung des Streifenelementes durch Annäherung eines geeigneten Dauermagnetkörpers kann dieses auch durch eine stromdurchflossene Erregerspule ummagne+isiert werden. In den Figuren 3 und 4 sind schematisch weitere Anwendungsformen des Impulsgebers dargestellt, die beispielsweise für einen Stellungsgeber verwendet werden können. Der Impulsgeber ist hierbei, wie in Figuren 3 A und 3 C gezeigt, zusätzlich von einer Erregerspule 33 umgeben und relativ zu einem Dauermagnetkörper 34 beweglich. Wird das Streifenelement 31 aus der amorphen weichmagnetischen Legierung mit sinusförmiger Feldstärke und genügend hoher Amplitude erregt, gibt die Sensorspule 32 positive und negative Spannungsimpulse ab. Der zeitliche Verlauf des Signals der Sensorspule ist je nach Lage des Dauermagnetkörpers 34 in den Figuren 3 B und 3 D dargestellt. Wird nun ein Dauermagnetkörper 34 dieser Anordnung genähert, wie dieses schematisch in Figur 3 C dargestellt ist, wird das Streifenelement 31 magnetisch gesättigt und die Sensorspule 32 kann keine Impulse mehr abgeben (Figur 3 D).
- Eine Abwandlung des Impulsgebers nach Figur 3 ist in den Figuren 4 A und 4 C dargestellt. Der Impulsgeber ist wiederum von einer Erregerspule 43 umgeben. Benachbart hierzu ist ein geeigneter Dauermagnetkörper 44 angeordnet, wobei diese Anordnung dann relativ zu einer zwischen Dauermagnetkörper 44 und Impulsgeber einschiebbaren magnetischen Abschirmung 45 beweglich ist. Bei eingeschobener Abschirmung 45 und Erregung mit sinusförmigem Feld von 1 kHz ergibt sich schematisch der in Figur 4 D gezeigte zeitliche Verlauf des Impulssignals.
- Ohne Abschirmung 45 ist das Streifenelement 41 magnetisch gesättigt und die Sensorspule 42 kann kein Signal abgeben (Figur 4 B).
- Der erfindungsgemäße Impulsgeber eignet sich außer für die aufgezeigten Anwendungsfälle beispielsweise auch für Codiersysteme, bei denen Karten, die Streifen aus amorphen Legierungen enthalten, mit definierter Geschwindigkeit mit Motorantrieb an einem die Sensorspule enthaltenden Lesekopf vorbeigeführt werden.
Claims (7)
- Patentansprüche cy Impulsgeber für die Abfrage durch Ummagnetisierung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß er aus einem draht- beziehungsweise bandförmigen Stück (24) einer amorphen weichmagnetischen Legierung und einer Sensorspule (23) besteht.
- 2. Impulsgeber nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Sensorspule (23) das draht-beziehungsweise bandförmige Stück (24) aus einer amorphen weichmagnetischen Legierung umgibt.
- 3. Impulsgeber nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß er aus einer weichmagnetischen Legierung mit einer Magnetostriktion 0 # 2 10-6 besteht.
- 4. Impulsgeber nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß er aus einer unter Zugspannung stehenden weichmagnetischen Legierung mit positiver Magnetostriktion besteht.
- 5. Verwendung eines Impulsgebers nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei einem Drehzahlgeber mit rotierendem Dauermagneten(21).
- 6. Verwendung eines Impulsgebers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, für einen Stellungugeber, bei dem der Impulsgeber zusätzlich von einer Erregerspule (33) umgeben und relativ zu einem Dauermagneten (34) bewegbar ist.
- 7. Verwendung eines Impulsgebers nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für einen Stellungsgeber, bei dem der Impulsgeber zusätzlich von einer Erregerspule (43) umgeben und benachbart dazu ein Dauermagnet (44) angeordnet ist und wobei diese Anordnung relativ zu einer zwischen Dauermagnet (44) und Impulsgeber einschiebbaren magnetischen Abschirmung (45) bewegbar ist.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3133040A1 (de) * | 1980-08-29 | 1982-04-29 | Aisin Seiki K.K., Kariya, Aichi | "impulsleistungs-steuersystem" |
| DE3133044A1 (de) * | 1980-08-29 | 1982-05-19 | Aisin Seiki K.K., Kariya, Aichi | "impulsleistungs-steuersystem" |
| FR2520122A1 (fr) * | 1982-01-20 | 1983-07-22 | Commissariat Energie Atomique | Systeme pour determiner la vitesse de rotation d'un corps notamment d'une turbine appartenant a un debitmetre |
| DE3405130A1 (de) * | 1984-02-14 | 1985-09-05 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Impulsgeber |
| US4668911A (en) * | 1985-11-26 | 1987-05-26 | Halliburton Company | Apparatus for making non-contact angular deflection measurements |
| EP0218042A3 (en) * | 1985-10-02 | 1988-01-27 | Werner Turck Gmbh & Co. Kg | Magnetic-field-dependent electronic proximity switch |
| US4823594A (en) * | 1988-03-14 | 1989-04-25 | Halliburton Company | Container for a fluid to be tested under pressure |
| US6640451B1 (en) * | 2000-01-28 | 2003-11-04 | Visteon Global Technologies, Inc. | System and method for sensing the angular position of a rotatable member |
| WO2002069452A3 (de) * | 2001-02-24 | 2005-02-10 | Marquardt Gmbh | Einrichtung zur drehwinkeleinstellung |
-
1979
- 1979-05-18 DE DE19792920084 patent/DE2920084A1/de not_active Ceased
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| US7015688B2 (en) | 2001-02-24 | 2006-03-21 | Marquardt Gmbh | Device for adjustment of rotation angles |
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