CH700571A2 - Hysteresearmer Sensor. - Google Patents

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CH700571A2
CH700571A2 CH00318/10A CH3182010A CH700571A2 CH 700571 A2 CH700571 A2 CH 700571A2 CH 00318/10 A CH00318/10 A CH 00318/10A CH 3182010 A CH3182010 A CH 3182010A CH 700571 A2 CH700571 A2 CH 700571A2
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Dr Witold Pieper
Burkard Kraus
Dr Joachim Gerster
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Vacuumschmelze Gmbh & Co Kg
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Abstract

Ein Sensor (1) umfasst eine Magnetfeldquelle (3), zumindest ein flussführendes weichmagnetisches Element (2), der zumindest einen Luftspalt (4) aufweist, und zumindest einen Magnetfeldsensor (5), das im Luftspalt (5) angeordnet ist und eine Änderung des Magnetfelds der Magnetfeldquelle (3) misst. Das flussführende weichmagnetische Element (2) besteht aus einer Legierung, die aus 35 Gew.-% ≤ Ni ≤ 50 Gew.-%, 0 Gew.-% ≤ Co ≤ 2 Gew.-%, 0 Gew.-% ≤ Mn ≤ 1,0 Gew.-% 0 Gew.-% ≤ Si ≤ 0,5 Gew.-% sowie 0,5 Gew.-% ≤ Cr ≤ 8 Gew.-% und/oder 0,5 Gew.-% ≤ Mo ≤ 8 Gew.-%, wobei (Mo+Cr) ≤ 8 ist, Rest Eisen sowie unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.

Description


  [0001]    Die Erfindung betrifft einen hysteresearmen Sensor, zum Beispiel einen Stromsensor und einen Positionssensor, wobei der Strom bzw. die Position durch die Änderung eines erzeugten magnetischen Felds im offenen Magnetkreis gemessen wird.

  

[0002]    Sensoren können Änderungen eines magnetischen Feldes messen, die von einem zu messenden Ereignissen erzeugt werden. Das erzeugte magnetische Feld wird mit einem oder mehreren flussführenden weichmagnetischen Elementen an eine Magnetfeldsonde konzentriert, die sich in einem Luftspalt im flussführenden weichmagnetischen Element befindet. Auf Grund des Luftspalts ist der Magnetkreis offen.

  

[0003]    Das magnetische Feld kann beispielsweise durch einen Strom oder eine Bewegung eines Dauermagneten erzeugt werden. Abhängig von der Quelle des erzeugten magnetischen Feldes kann der Sensor ein Stromsensor oder ein Positionssensor sein. Die DE 10 011 047 A1 offenbart einen Stromsensor und die DE 19825 433 A1 einen Positionssensor, die jeweils auf diesem Messprinzip basieren.

  

[0004]    Diese Art von Sensoren weisen jedoch den Nachteil auf, dass auf Grund der Werkstoffhysterese des flussführenden weichmagnetischen Elements die Genauigkeit der Messung begrenzt ist.

  

[0005]    Die DE 4 229 948 A1 offenbart einen Stromsensor, bei dem diese Hysterese vermieden wird, um die Genauigkeit der Messung zu verbessern. Dieser Stromsensor umfasst einen einzigen geschlossenen weichmagnetischen Magnetkern mit einer Primärwicklung, die vom Messstrom durchgeflossen wird, und eine Sekundärwicklung, die mit der Primärwicklung über den Magnetkern magnetisch gekoppelt ist.

  

[0006]    Der Magnetkern wird periodisch bis in die Sättigung ummagnetisiert und der Spannungsabfall abgetastet, wobei dieser Spannungsabfall der Sekundärstromstärke proportional ist. Aus dem aktuellen und dem vorhergehenden Messwert des Spannungsabfalls wird ein Mittelwert gebildet, wobei sich die Beiträge des zusätzlichen Magnetisierungsstroms gegenseitig aufheben. Durch diese periodische Ummagnetisierung des Magnetkerns bis in die Sättigung, unabhängig vom zu messenden Primärstrom, sind die magnetischen Verhältnisse bei der Abtastung unabhängig von der Vorgeschichte des Kerns. Es tritt somit keine Hysterese auf.

  

[0007]    Dieser Sensor hat jedoch den Nachteil, dass sein Aufbau sowie sein Betrieb kompliziert ist.

  

[0008]    Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen Sensor anzugeben, der einen einfachen Aufbau aufweist sowie eine genauere Messung eines magnetfelderzeugenden Ereignisses, beispielsweise eines elektrischen Stroms oder der Bewegung eines Dauermagneten, ermöglicht.

  

[0009]    Gelöst wird dies mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

  

[0010]    Erfindungsgemäss wird ein Sensor angegeben, der eine Magnetfeldquelle, zumindest ein flussführendes weichmagnetisches Element mit zumindest einem Luftspalt, und zumindest einen Magnetfeldsensor umfasst. Der Magnetfeldsensor ist im Luftspalt angeordnet und misst eine Änderung des Magnetfelds der Magnetfeldquelle. Das flussführende weichmagnetische Element besteht teilweise oder alle aus einer Legierung, die aus 35 Gew.-% <= Ni <= 50 Gew.-%, 0 Gew.-% <= Co <= 2 Gew.-%, 0 Gew.-% <= Mn <= 1,0 Gew.-% 0 Gew.-% <= Si <= 0,5 Gew.-% sowie 0,5 Gew.-% <= Cr <= 8 Gew.-% und/oder 0,5 Gew.-% <= Mo <= 8 Gew.-%, wobei (Mo+Cr) <= 8 ist, Rest Eisen sowie unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.

  

[0011]    Die Änderung des magnetischen Flusses der Magnetquelle wird von einem zu messenden Ereignis erzeugt. Das erzeugte Magnetfeld wird mit dem flussführenden weichmagnetischen Element an den Magnetfeldsensor im Luftspalt konzentriert. Dieses zu messende Ereignis kann beispielsweise ein fliessender Strom, im Falle eines Stromsensors, oder eine Bewegung eines Dauermagneten, im Falle eines Positionssensors, sein.

  

[0012]    Für eine abnehmende Koerzitivfeldstärke wird die Werkstoffhysterese des flussführenden weichmagnetischen Elements und folglich die Sensorhysterese zunehmend reduziert. Als Folge erhöht sich die Linearität des Sensors. Eine niedrige Sensorhysterese und eine erhöhte Sensorlinearität ermöglichen eine genauere Messung des magnetischen Flusses, der beim Verschieben oder beim Drehen des Dauermagneten in Bezug auf das flussführende weichmagnetische Element bzw. beim Fliessen des Stroms entsteht. Die Genauigkeit des Sensors wird durch die Verwendung dieser Legierung für das flussführenden weichmagnetischen Element verbessert.

  

[0013]    Die Verwendung einer weichmagnetischen 80% NiFe Permalloylegierung hat den Nachteil einer sehr niedrigen Sättigung unter 0,8T und hohen Materialkosten aufgrund des hohen Ni-Gehaltes. Der erfindungsgemässe Sensor enthält mindestens in Teil mit einer Werkstoff Sättigung von grösser als 0,85 T. Um einem Abfall der Sättigung des Werkstoffs bei erhöhten Betriebstemperaturen gering zu halten, sollte die Curie Temperatur Tc nicht zu niedrig liegen.

  

[0014]    Die Curie Temperatur des flussführenden weichmagnetischen Elements im Bereich über 200[deg.]C ermöglicht den Betrieb des Sensors bei 125[deg.]C. Diese Temperatur entspricht der Obergrenze des Umgebungstemperaturbereichs von -40[deg.]C bis zu 125[deg.]C, der typischerweise bei Sensoren für Automobilanwendungen gewünscht ist.

  

[0015]    Die Legierung des flussführenden weichmagnetischen Elements weist somit eine Kombination von Eigenschaften auf, die für Sensoren wie Positionssensoren und Stromsensoren besonders geeignet ist, da die Werktoffhysterese reduziert und die Genauigkeit des Sensors erhöht wird.

  

[0016]    Die Verunreinigungen können O, N, C, S, Mg oder Ca oder Mischungen zweier oder mehrerer dieser Elemente sein, wobei die Verunreinigungen unterhalb der folgenden Grenzen liegen: Ca <= 0,0025 Gew.-%, Mg <= 0,0025 Gew.-%, S <= 0,01 Gew.-%, 0 <= 0,01 Gew.-%, N <= 0,005 Gew.-% und C <= 0,02 Gew.-%.

  

[0017]    Das Verunreinigungsniveau kann zum Beispiel durch eine Cer-Desoxidation oder VIM (Vacuum Induction Melting), VAR (Vacuum Are Remelting), ESU (Electro-Schlacke-Umschmelz-Verfahren) und oder mit anderen an sich bekannten Verfahren niedrig gehalten werden.

  

[0018]    Ein zunehmender Chromgehalt oder ein zunehmender Molybdängehalt kann erfindungsgemäss zu einer weiteren Senkung der Koerzitivfeldstärke führen. Der Effekt ist jedoch abhängig vom Nickelgehalt. Wenn der Nickelgehalt zu hoch oder zu niedrig ist, wird keine deutliche Senkung der Koerzitivfeldstärke erreicht. Folglich weist neben Eisen die erfindungsgemässe Legierung einen Nickelgehalt im Bereich von 35 bis zu 45 Gewichtsprozent und einen Chromgehalt und/oder einen Molybdängehalt von 0,5 bis zu 8 Gewichtsprozent auf.

  

[0019]    Die Summe der zwei Elemente Mo und Cr wird unterhalb von 8 Gewichtsprozent gehalten, damit die Sättigung nicht zu weit absinkt.

  

[0020]    In weiteren Ausführungsbeispielen ist der Nickelgehalt näher definiert und beträgt 38 Gew.-% <= Ni <= 45 Gew.-% oder 38 Gew.-% <= Ni <= 42 Gew.-%.

  

[0021]    In weiteren Ausführungsbeispielen ist 1 Gew.-% <= Cr <= 8 Gew.-% und/oder 1 Gew.-% <= (Cr+Mo) <= 8 Gew.-%.

  

[0022]    In einem weiteren Ausführungsbeispiel besteht die Legierung aus 35 Gew.-% <= Ni <= 45 Gew.-%, 0 Gew.-% <= Co <= 2 Gew.-%, O Gew.-% <= Mn <= 1,0 Gew.-% 0 Gew.-% <= Si <= 0,5 Gew.-% sowie 0,5 Gew.-% <= Cr <= 8 Gew.-% und/oder 0,5 Gew.-% <= Mo <= 8 Gew.-%, wobei (Mo+Cr) <= 8 ist, Rest Eisen sowie unvermeidbaren Verunreinigungen.

  

[0023]    Die Legierung kann auch Mn und/oder Si aufweisen, wobei O Gew.-% <= Mn <= 0,5 Gew.-%, 0 Gew.-% <= Si <= 0,2 Gew.-%. Mn und Si können der Desoxidation dienen und insbesondere können sie bei höheren Chromgehalten verwendet werden.

  

[0024]    In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Legierung ferner Co auf, wobei 0 Gew.-% <= Co <= 0,5 Gew.-%. Co kann die Sättigung erhöhen.

  

[0025]    In einem ersten Ausführungsbeispiel weist die Magnetfeldquelle einen Gleichstrom oder einen Wechselstrom auf, der ein Magnetfeld erzeugt, wenn er durch einen Leiter fliesst. Die Grösse des erzeugten magnetischen Feldes ist proportional zu der Grösse des fliessenden Stroms. Der Sensor kann ferner zumindest eine Wicklung aufweisen, die um das flussführende weichmagnetische Element herum gewickelt ist. Der zu messende Strom fliesst durch diese Wicklung.

  

[0026]    In einem zweiten Ausführungsbeispiel weist die Magnetfeldquelle einen Dauermagneten auf, der im Bezug auf das flussführende weichmagnetische Element bewegbar ist. Die Grösse der Änderung des erzeugten magnetischen Flusses ist proportional zu der Grösse der Positionsänderung des Dauermagneten. Folglich kann die Position des Dauermagneten aus der Änderung des magnetischen Flusses bestimmt werden. Der Dauermagnet kann mit einem Gegenstand verbunden werden, dessen Position zu messen ist. Dies kann eine relative lineare oder eine Rotationsbewegung sein, die mit dem Sensor ermittelt wird.

  

[0027]    Der Dauermagnet kann eine Vielzahl von Bereichen aufweisen, die alternierende Magnetisierungsrichtungen aufweisen. Diese Bereiche können mit einer Vielzahl von Magneten vorgesehen werden, die auf einem Joch montiert sind. Alternativ kann der Dauermagnet einstückig sein und Bereiche aufweisen, die unterschiedlich magnetisiert sind.

  

[0028]    Das flussführende weichmagnetische Element kann verschiedene Gestalten aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel wird ein einziges U flussführendes weichmagnetisches Element vorgesehen, wobei der Abstand zwischen den Armen der U-Form den Luftspalt vorsieht. In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das flussführende weichmagnetische Element mehrere getrennte Teile auf, wobei ein Luftspalt zwischen den Teilen entsteht. Das flussführende weichmagnetische Element kann einen oder mehrere Schlitze aufweisen, die jeweils einen Luftspalt vorsehen.

  

[0029]    In einem Ausführungsbeispiel wird der erzeugte magnetische Fluss kontaktlos mit einem Magnetfeldsensor in Form einer Hallsonde gemessen. Alternativ kann der Magnetfeldsensor einen Streifen aus amorphem weichmagnetischem Material aufweisen.

  

[0030]    Ein geeignetes Material ist kommerziell, unter dem Handelsnamen VITROVAC von der Firma Vaccumschmelze GmbH und Co KG, erhältlich. Ein Magnetsensor aus diesem Material ist in der EP 0 294 590 A2 offenbart.

  

[0031]    In einem Ausführungsbeispiel sind zwei oder drei Magnetfeldsensoren vorgesehen.

  

[0032]    Ausführungsbeispiele werden nun anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
<tb>Fig. 1<sep>zeigt eine schematische Ansicht eines Sensors nach einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem flussführenden weichmagnetischen Element aus einer erfindungsgemässen Legierung,


  <tb>Fig. 2<sep>zeigt eine schematische Ansicht eines Sensors nach einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einem flussführenden weichmagnetischen Element aus einer erfindungsgemässen Legierung,


  <tb>Fig. 3<sep>zeigt das gemessene Koerzitivitätsfeld für Legierungen mit 47 Gew.-% oder 37 Gew.-% Ni und verschiedenen Chromgehalten,


  <tb>Fig. 4<sep>zeigt das gemessene Koerzitivitätsfeld für Legierungen mit 40 Gew.-% Ni und verschiedenen Chrom- oder Molybdängehalten, und


  <tb>Fig. 5<sep>zeigt das gemessene Koerzitivitätsfeld für weitere erfindungsgemässe Legierungen.

  

[0033]    Die Fig. 1 und 2 zeigen zwei Sensoren 1 und 1, die jeweils ein flussführendes weichmagnetisches Element 2 aus einer weichmagnetischen Legierung aufweisen, die eine Koerzivitätsfeldstärke von weniger als 100 mA/Cm aufweist.

  

[0034]    Fig. 1 zeigt einen Sensor 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel, der als Stromsensor ausgebildet ist. Fig. 2zeigt einen Sensor 1 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, der als Positionssensor ausgebildet ist. Beide Sensoren 1, 1 weisen die folgenden Teile auf.

  

[0035]    Die Sensoren 1 und 1 umfassen jeweils eine Magnetfeldquelle 3, ein flussführendes weichmagnetisches Element 2 mit einem Luftspalt 4 und einen Magnetfeldsensor 5, der im Luftspalt 4 angeordnet ist und eine Änderung des Magnetflusses der Magnetfeldquelle 3 misst. Der Magnetfeldsensor 5 kann zum Beispiel eine Hallsonde sein. Die zwei Sensoren 1 und 1 unterscheiden sich durch die Quelle des Magnetfeldes.

  

[0036]    Im Sensor 1 des ersten Ausführungsbeispiels wird ein Magnetfeld von einem Strom 6 erzeugt, der durch einen elektrisch leitenden Kreis fliesst, der durch einen Draht oder ein Kabel gebildet wird. Dieses Magnetfeld wird mit dem flussführenden weichmagnetischen Element 2 geführt und am Magnetfeldsensor 5 konzentriert, der im Luftspalt 4 angeordnet ist. Das erzeugte Magnetfeld hängt von der Stromstärke ab, so dass die Stromstärke aus dem gemessenen erzeugten Magnetfeld ermittelt werden kann. Der Sensor 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel, ist somit ein Stromsensor.

  

[0037]    Im Sensor 1, nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, wird das Magnetfeld von einem Dauermagneten 7 erzeugt. Der Dauermagnet 7 weist eine Vielzahl von Bereichen 8 auf, die alternierende Magnetisierungsrichtungen 9 aufweisen. Die Magnetisierungsrichtung 9 ist mit den Magnetpolen Nord (N) und Süd (S) in Fig. 2 dargestellt.

  

[0038]    Im Sensor 1 des zweiten Ausführungsbeispiels wird der Dauermagnet 7 von einem nicht dargestellten Gegenstand bewegt. In Fig. 2 ist damit eine lineare oder rotatorische Bewegung möglich.

  

[0039]    Die Bewegung des Dauermagneten 7 erzeugt ein geändertes Magnetfeld, das mit dem flussführenden weichmagnetischen Element 2 auf den Magnetfeldsensor 5 im Luftspalt 4 konzentriert wird. Die Grösse der Änderungen des Magnetfeldes hängen vom Umfang der Bewegungen des Dauermagneten 7 ab. Die Position des Gegenstandes, der mit dem Dauermagnet 7 verbunden ist, kann aus diesem gemessenen Magnetfeld ermittelt werden. Der Sensor 1 ist, nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, somit einen Positionssensor.

  

[0040]    Das flussführende weichmagnetische Element 2 des Stromsensors 1 sowie des Positionssensors 1 besteht aus einer Legierung mit einer Zusammensetzung, die mit der folgenden Formel 35 Gew.-% <= Ni <= 45 Gew.-%, O Gew.-% <= Co <= 2 Gew.-%, O Gew.-% <= Mn <= 0,5 Gew.-% O Gew.-% <= Si <= 0,2 Gew.-% sowie 0,5 Gew.-% <= Cr <= 8 Gew.-% und/oder 0,5 Gew.-% <= Mo <= 8 Gew.-%, wobei (Mo+Cr) <= 8 ist, Rest Eisen sowie unvermeidbaren Verunreinigungen beschrieben wird.

  

[0041]    Diese Legierung ist eine Eisen-Nickel basierte Legierung mit Chrom und/oder Molybdän. Die Elemente Chrom und Molybdän können die Koerzivitätsfeldstärke deutlich gegenüber der reinen NiFe-Legierung reduzieren, während die Sättigung oberhalb von 0,85 T liegt und damit höher, als bei dem 80% NiFe Permalloy Legierungen ist. Diese Kombination der Eigenschaften führt zu einer reduzierten Werkstoffhysterese. Folglich kann ein Sensor 1 bzw. 1 hergestellt werden, der eine reduzierte Sensorhysterese und eine erhöhte Sensorlinearität aufweist. Die Genauigkeit des Sensors 1 bzw. 1 wird somit erhöht.

  

[0042]    Fig. 3 zeigt die gemessene Koerzitivitätsfeldstärke für Legierungen mit 47 Gew.-% und 37 Gew.-% Ni und einem Chromgehalt von 1 Gew.-% bis zum 6,65 Gew.-%.

  

[0043]    Die Zusammensetzungen, das gemessene Koerzivitätsfeld und die Induktion, bei H = 10 A/cm (B(10)) dieser Legierungen sind in der Tabelle 1 und 2 zusammengefasst. Die Zusammensetzungen sind jeweils in Gewichtsprozent angegeben.
<tb><sep><sep><sep><sep>1150[deg.]C/H2<sep>


  <tb><sep>Fe<sep>Ni<sep>Cr<sep>Hc (mA/cm)<sep>Bio (T)


  <tb>93/4759<sep>Rest<sep>47,4<sep>0,96<sep>24<sep>1,39


  <tb>93/4760<sep>Rest<sep>47,45<sep>1,67<sep>26<sep>1,33


  <tb>93/4867<sep>Rest<sep>47,4<sep>2,17<sep>35<sep>1,31


  <tb>93/4868<sep>Rest<sep>47,4<sep>3,14<sep>28<sep>1,228


  <tb>93/4869<sep>Rest<sep>47,4<sep>4, 10<sep>34<sep>1,146


  <tb>93/4870<sep>Rest<sep>47,4<sep>5, 05<sep>46<sep>1,08


  <tb>93/4525<sep>Rest<sep>47,6<sep>6, 04<sep>31<sep>0, 99Tabelle 1
<tb><sep><sep><sep><sep><sep><sep>1150[deg.]C/H2<sep>


  <tb><sep>Fe<sep>Ni<sep>Cr<sep>Mn<sep>Si<sep>Hc (mA/cm)<sep>Bio(T)


  <tb>93/4444<sep>Rest<sep>36,95<sep>2,10<sep>0,50<sep>0,21<sep>72<sep>1,17


  <tb>93/4443<sep>Rest<sep>36,95<sep>4,15<sep>0,5<sep>0,2<sep>60<sep>1


  <tb>93/4442<sep>Rest<sep>36,95<sep>6,65<sep>0,5<sep>0,22<sep>42<sep>0,81Tabelle 2

  

[0044]    Im Vergleichsbeispiel der Tabelle 1 weist die Legierung ungefähr 47 Gew.-% Ni auf. Bei diesem Nickelgehalt zeigt sich kein Zusammenhang zwischen dem Chromgehalt und dem Koerzivitätsfeld. Bei einem niedrigeren Nickelgehalt von ungefähr 37 Gew.-% sinkt das Koerzitivitätsfeld bei zunehmendem Chromgehalt von über 70 mA/cm auf ungefähr 40 mA/cm ab.

  

[0045]    Fig. 4 zeigt zwei Ausführungsbeispiele einer Legierung für das flussführende weichmagnetische Element 2 des Sensors 1 bzw. 1, die jeweils 40 Gew.-% Nickel aufweisen. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird 2 Gew.-% und 4 Gew.-% Chrom und bei dem zweiten Ausführungsbeispiel 2 Gew.-% und 4 Gew.-% Mo zugefügt. In beiden Ausführungsbeispielen sinkt die Koerzivitätsfeldstärke bei zunehmenden Chrom- und Molybdängehalt ab.

  

[0046]    Tabelle 3 fasst die Zusammensetzungen sowie die Werte von B10, Hc und Tc (die Curie Temperatur) für weitere Legierungen zusammen, aus denen das flussführende weichmagnetische Element 2 des Sensors 1 bzw. 1 bestehen kann. Die Werte der Koerzivitätsfeldstärke Hc dieser Legierungen sind auch in Fig. 5 graphisch dargestellt.
<tb>Fe<sep>Ni<sep>Cr<sep>Mo<sep>Bio<sep>Hc<sep>Tc


  <tb><sep>(Gew.-%)<sep>(Gew.-%)<sep>(Gew.-%)<sep>(T)<sep>(mA/cm)<sep>([deg.]C)


  <tb>Rest<sep>36,1<sep>2,1<sep><sep>1,05<sep>72,9<sep>164


  <tb>Rest<sep>38,0<sep>3,3<sep><sep>1,10<sep>59,3<sep>184


  <tb>Rest<sep>40,1<sep>2,1<sep><sep>1,33<sep>51<sep>248


  <tb>Rest<sep>40,0<sep>4,5<sep><sep>1,09<sep>37,4<sep>208


  <tb>Rest<sep>40,0<sep>5, 8<sep><sep>0,99<sep>32<sep>187


  <tb>Rest<sep>40,0<sep>7,1<sep><sep>0,87<sep>30,2<sep>164


  <tb>Rest<sep>43,0<sep>5,8<sep><sep>1,02<sep>31,1<sep>248


  <tb>Rest<sep>44,0<sep>4,5<sep><sep>1,15<sep>32, 6<sep>291


  <tb>Rest<sep>44,0<sep>5,8<sep><sep>1,05<sep>35,5<sep>270


  <tb>Rest<sep>44,0<sep>7,1<sep><sep>0, 95<sep>38,7<sep>248


  <tb>Rest<sep>40,0<sep><sep>1,9<sep>1,30<sep>36,5<sep>279


  <tb>Rest<sep>39,9<sep><sep>4,3<sep>1,15<sep>31,5<sep>277


  <tb>Rest<sep>41,7<sep><sep>5,5<sep>1,12<sep>36,5<sep>316


  <tb>Rest<sep>40,0<sep>2,2<sep>2, 1<sep>1,12<sep>30,6<sep>243Tabelle 3

  

[0047]    Der Luftspalt 4 im flussführenden weichmagnetischen Element 2 führt zu einer Scherung des magnetischen Kreises, d. h. die am flussführenden weichmagnetischen Element 2 gemessene Hystereseschleife wird flacher je breiter der Luftspalt 4 ist.

  

[0048]    Die Koerzitivfeldstärke Hc des weichmagnetischen Werkstoffs bestimmt die Remanenz der Schleife im offenen Magnetkreis. Die Remanenz geht direkt in die Hysterese und damit die Genauigkeit des Sensors 1 bzw. 1 ein. Durch die Verwendung eines er-findungsgemässen FeNiCr-Werkstoffs mit niedriger Koerzitivfeldstärke lässt sich die Sensorhysterese reduzieren.

  

[0049]    In Sensoranwendungen dienen weichmagnetische Werkstoffe z. B. als flussführende weichmagnetische Elemente oder Flusskonzentratoren. Sensoren sollen in der Regel einen Eingangswert möglichst linear in ein Sensorsignal abbilden. Für den weichmagnetischen Werkstoff bedeutet das eine niedrige Koerzitivfeldstärke und damit eine schwache Hysterese.

  

[0050]    Durch die Umgebungstemperaturen der Sensoranwendung, z. B. für Automobilsensoren von -40 bis 125[deg.]C, sollte die Sättigung zwischen Raumtemperatur und Maximaltemperatur nicht mehr als um 30% abfallen.

Bezugszeichenliste

  

[0051]    
<tb>1<sep>Stromsensor


  <tb>1<sep>Positionssensor


  <tb>2<sep>Flussführendes weichmagnetisches Element


  <tb>3<sep>Magnetfeldquelle


  <tb>4<sep>Luftspalt


  <tb>5<sep>Magnetfeldsensor


  <tb>6<sep>Strom


  <tb>7<sep>Dauermagnet


  <tb>8<sep>Bereich des Dauermagnets


  <tb>9<sep>Magnetisierungsrichtung

Claims (16)

1. Sensor (1; 1) umfassend:
eine Magnetfeldquelle (3), zumindest ein flussführendes weichmagnetisches Element (2), das zumindest einen Luftspalt (4) aufweist, und zumindest einen Magnetfeldsensor (5), der im Luftspalt (5) angeordnet ist und eine Änderung des Magnetfeldes der Magnetfeldquelle (3) misst, dadurch gekennzeichnet, dass das flussführende weichmagnetische Element (2) aus 35 Gew.-% <= Ni <= 50 Gew.-%, O Gew.-% <= Co <= 2 Gew.-%, O Gew.-% <= Mn <= 1,0 Gew.-% O Gew.-% <= Si <= 0,5 Gew.-% sowie 0,5 Gew.-% <= Cr <= 8 Gew.-% und/oder 0,5 Gew.-% <= Mo <= 8 Gew.-%, wobei (Mo+Cr) <= 8 ist, Rest Eisen sowie unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
2. Sensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldquelle (3) einen Gleichstrom (6) oder einen Wechselstrom aufweist, der ein Magnetfeld erzeugt.
3. Sensor (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ferner zumindest eine Wicklung (6) aufweist, die um das flussführende weichmagnetische Element (2) herum gewickelt ist.
4. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) ein Stromsensor ist.
5. Sensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldquelle (3) einen Dauermagnet (7) aufweist, der in Bezug auf das flussführende weichmagnetische Element (2) bewegbar ist.
6. Sensor (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet (7) an einem Stab befestigt ist.
7. Sensor (1) nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet (7) eine Vielzahl von Bereichen (8) umfasst, die alternierende Magnetisierungsrichtungen (9) aufweisen.
8. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1, und 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) ein Positionssensor ist.
9. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flussführende weichmagnetische Element (2) einen magnetischen Kreis mit mindestens einem Luftspalt bildet.
10. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flussleiter (2) einen oder mehrere Schlitze aufweist, die jeweils einen Luftspalt (4) vorsehen.
11. Sensor (1; 1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch 38 Gew.-% <= Ni <= 45 Gew.-%.
12. Sensor (1; 1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch 1 Gew.-% <= (Cr+Mo) <= 8 Gew.-%.
13. Sensor (1; 1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch O Gew.-% <= Co <= 0,5 Gew.-%.
14. Sensor (1; 1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor einen Streifen aus amorphen weichmagnetischem material aufweist.
15. Sensor (1; 1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (5) eine Hallsonde ist.
16. Sensor (1; 1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder drei Magnetfeldsensoren (5) vorgesehen sind.
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