DD270806A1 - Anordnung fuer schalter und tasten mit magnetoresistivem sensor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beinhaltet eine Anordnung fuer Schalter und Tasten mit magnetoresistivem Sensor und zwei Magneten, deren Magnetisierungsrichtungen in zur Oberflaeche des Sensors parallelen Ebenen liegen und einen Winkel bilden, der die leichte Achse des Sensors enthaelt. Zur Ausloesung des Schaltvorganges wird mindestens einer der Magnete senkrecht zur Oberflaeche des Sensors bewegt.

Description

Titel der Erfindung Anordnung für Schalter und Tasten mit raagnetoresistivem Sensor Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung gibt eine neue Grundanordnung für Tasten und Schalter an, die in der elektrischen Nachrichten-, Meß- und Informationstechnik verwendet werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Anwendung von magnetoresistiven Sensoren in Tasten und Schaltern, deren zu einem Schaltsignal weiterzuverarbeitende Auegangsspannungsänderung durch die Veränderung eines auf den Sensor wirkenden Magnetfeldes entsteht, das vorzugsweise durch einen beweglichen Dauermagneten erzeugt wird« ist bekannt» Im Patent OO 237 039 werden diverse Bewegungsformen für die Annäherung des Dauermagneten zu dem Sensor angegeben· Die dort beschriebenen Anordnungen haben jedoch den Nachteil, daß die Richtung der Eigenmagnetieierung des magnetoresistiven Sensors bei der Bewegung des Dauermagneten Undefiniert in ihre Gegenrichtung umschlagen kann und damit die zum Realisieren des Schaltvorganges benötigte Auegangsspannungsänderung nicht erreicht wird. Das gilt selbst für den Fall, daß hochwertige Werkstoffe als Dauermagnete mit hoher Feldstärke eingesetzt werden. Weiterhin werden Wirkungen von äußeren Störmagnetfeldern, die wegen der hohen Magnetfeldempfindlichkeit der magnetoresistiven Sensoren schon bei geringen Magnetfeldstärken im Bereich von weniger als 100 A/m auftreten können, nur durch aufwendige magnetische Abschirmvorrichtungen entsprechend der Erfindung im Patent DD 237 039 vermieden. Hinzu kommt in nachteiliger Weise, daß die zum Erreichen einer genügend großen Steilheit der Ausgangsspannungsänderung mit der Verschiebung des Schaltmagneten vorgesehene Anordnung von geeigneten Löchern in diesen magnetischen Abschirmungen für diese so große Abmessungen erfordert, daß ihre Unterbringung in Gehäusen

2708

von Tasten üblicher Abmessungen nicht möglich sein dürfte·

In der Patentschrift OD 241 342 wird die Anordnung eines Drehbzw, Hubschalters beschrieben, die, verglichen mit dem oben angegebenen Patent, bereits Verbesserungen- die die eindeutige Festlegung des magnetischen Zustandes des magnetoresistiven Sensors betreffen, angegeben· Diese werden jedoch nur durch die Kombination von Dauermagneten mit kompliziert geformten weichmagnetischen Teilen sehr hoher Permeabilität erreicht, deren Fertigung und Montage zu aufwendigen Herstellungeschritten führt,

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, eine Anordnung für Schalter und Tasten mit magnetoresistivem Sensor und dazu beweglichem Dauermagneten anzugeben, die aufgrund eines einfachen konstruktiven Aufbaus und bei Verwendung von Ferritmagneten relativ geringer Feldstärke billig herstellbar ist und die in magnetischen Störfeldern, wie sie durch benachbarte Anordnungen gleicher Art erzeugt werden oder wie sie in elektrischen und elektronischen Ge* raten vorkommen, störungsfrei ihre Funktion ausführt·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schalter und Tasten mit magnetoreeietivem Sensor und Mitteln zur Erzeugung und Veränderung eines auf diesen magnetoresistiven Sensor wirkenden Magnetfeldes zu schaffen, bei denen die Richtung der Eigenmagnetisie.ung des magnetoresistiven Sensors und damit auch der jeweilige Schaltzustand eindeutig festgelegt sind, die in magnetischen Störfeldern ohne aufwendige magnetische Abschirmung sicher funktionieren und die keine Kombinationen von komplizierten hart- und weichmagnetischen Konstruktionselementen benötigen· Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Anordnung für Schalter und Tasten mit magnetoresistivem Sensor erfindungsgemäß die Magnetisierungsrichtungen von zwei Dauermagneten in zwei zur Oberfläche des magnetoresistiven Sensors parallelen Ebenen lie-

gen und einen Winkel bilden, der die leichte Achse des raagnetoresistiven Sensors enthält und daß zur Auslösung des Schaltvorganges mindestens einer der Dauermagnete in Richtung senkrecht zur Oberfläche des magnetoresistiven Sensors bewegbar ist· Dadurch, daß die Anordnung zwei Dauermagnete enthält, befindet sich der magnetoresistive Sensor stets in dem relativ starken Magnetfeld mindestens eines Dauermagneten· Äußere Störmagnetfelder werden so nur in ihrer relativen Größe zum Feld der Dauermagneten am Ort des magnetoresistiven Sensors wirksam und sind damit für die Schalterfunktion unerheblich, so daß keine magnetische Abschirmung benötigt wird· Die Eigenmagnetisierung des magnetoresietiven Sensors, die ohne Wirkung eines Magnet-. feldee in beide Richtungen der leichten Achse gerichtet sein kann, wird durch die Magnetfelder beider Dauermagnete in den Winkelbereich zwischen die Magnetisierungsrichtungen derselben gezwungen, so daß ein Umklappen der Eigenmagnetisierung ausgeschlossen wird und so dur Schaltzustand des Bauelementes stets eindeutig ist« Bei Bewegung des einen Magneten in Richtung senkrecht zur Oberfläche des magnetoresistiven Sensors ändert sich die Feldrichtung am Ort der. Sensors* Damit wird die Richtung seiner Eigenmagnetisierung gedreht, was zur Änderung seiner Ausgangsspannung führt· Ein nachgeordneter Schwellwertschalter, dessen Schaltpunkt im Bereich dieser Änderung liegt, legt den Ausgangszustand des Schalters bzw· der Tasten auf ein bestimmtes Spannungsniveau fest.

Vorzugsweise beträgt der Winkel zwischen den beiden Magnetisierungerichtungen der Dauermagnete etwa 90 ° und die leichte Achse des magnetoresistiven Sensors zeigt in Richtung der Winkelhalbierenden. Der magnetoresietive Sensor liegt zwischen beiden Dauermagneten und die drei Mittelpunkte derselben liegen in einer Linie übereinander* Der untere Dauermagnet ist direkt unter dem Gehäuse des magnetoresistiven Sensors fest angeordnet und der obere Dauermagnet ist zur Auslösung des Schaltvorganges senkrecht zur Oberfläche des magnetoresistiven Sensors bewegbar· Befindet sich der obere Dauermagnet in seiner oberen Endlage, ist er so weit vom magnetoresistiven Sensor entfernt, daß der untere feste Dauermagnet das Magnetfeld am Ort des Sensors allein bestimmt· Es bildet mit der leichten Achse einen Winkel von etwa -45 ° und ist stärker als die Anieotropiefeldstärke des Sensors,

so daß dessen Magnetisierungsrichtung um fast denselben Winkel gegen die leichte Achse gedreht wird· Damit befindet sich die Ausgangsspannung des Sensors nahe dem Minimum dee Aussteuerbereiches· Befindet sich der obere Magnet in seiner unteren Endlage, bestimmt er in der Hauptsache das Magnetfeld am Ort des Sensors· Das ist dadurch gewährleistet, daß eich der obere Magnet entweder in dieser Lage näher am Sensor befindet als der untere Magnet oder daß seine Magnetfeldstärke durch eine höhere Remanenz und größere Abmessungen die des unteren Magneten übertrifft· Es ist jetzt etwa +45 ° gegen die leichte Achse des Sensors gedreht, was zu einer Ausgangsspannung dee Sensors nahe dem Maximum des Aussteuerbereiches führt. Der Schaltpunkt des Schwellwertschalters befindet sich dann zweckmäßigerweise in der Mitte des Aussteuerbereiches· Bei der Bewegung dee oberen Dauermagneten ist ständig am Ort des Sensors eine starke Magnetfeldkomponente in Richtung der leichter Achse des Sensors vorhanden, so daß ein Umklappen der Eigenmagnetisierung ausgeschlossen ist·

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind beide Dauermagnete starr miteinander verbunden und werden zum Auelösen des Schaltvorganges gemeinsam in Richtung senkrecht zur Oberfläche des Sensors bewegt· In der oberen Endlage der Dauermagnete bestimmt beispielsweise der untere Dauermagnet allein das Magnetfeld am Ort des Sensors, weil er hier dem Sensor sehr viel näher liegt als der obere Dauermagnet· Für die untere Endlage bestimmt dann der obere Dauermagnet allein das Magnetfeld« Da die Magnetisierungsrichtungen beider Magnete wieder einen Winkel von etwa 90 ° bilden, erfolgt der Umschaltvorgang in oben beschriebener Weise. Hier können gleiche Magnete und gleiche Abstände zum magnetoreei8tiven Sensor für die obere bzw, untere Endlage der Dauermagnete benutzt werden·

Ausführunqsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einerc Ausführungsbeispisl näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt Figur i die Aufsicht auf eine Tastenanordnung mit einem magneto·

resistiven Sensor 1 und zwei Dauermagneten 2 und Figur 2 die Seitenansicht derselben Tastenanordnung· In Figur 3 ist die Ausgangsepannung dee magnetoresietiven Sensors als Funktion des Winkels zwischen Eigenmagnetisierung und leichter Achse 5 dargestellt· In Figur 1 und Figur 2 sind keine* mechanischen Halte- und Bewegungsvorrichtungen für die dargestellten Teile eingezeichnet, da diese nicht Gegenstand der Erfindung sind· Die Zeichnungen sind nicht maßstäblich.

Unter dem Gehäuse 6 eines magnetoresistiven Sensors 1 ist ein Dauermagnet 3 feet angebracht· Ober dem Gehäuse 6 befindet sich ein beweglicher Dauermagnet 3· Er ist in seiner oberen Endlage dargestellt und kann dem Gehäuse 6 genähert werden« Die Magnetisierungsrichtungen 2 der Dauermagnete 3 bilden einen Winkel von 90 °· Die leichte Achse 5 des magnetoresistiven Sensors 1 ist deeeen Winkelhalbierende· Die Magnetisierungsrichtungen 2 verlaufen in zur Oberfläche 4 des magnetoresistiven Sensors i parallelen Ebenen« Die Eigenmagnetisierung des magnetoresistiven Seneore 1 würde ohne die Magnetfelder der Dauermagnete 3 in Richtung der leichten Achse 5 liegen und in der Zeichnung nach linke zeigen*

Befindet sich der obere Dauermagnet 3 wie gezeichnet in seiner oberen Endlage, so bestimmt der untere feste Dauermagnet 3 am Ort des magnetoresistiven Sensors 1 im wesentlichen allein das Magnetfeld, weil er näher am magnetoresistiven Sensor i positioniert ist. Da die Feldstärke der Dauermagneten 3 größer als die Anisotropiefeldstarke des magnetoresietiven Sensors 1 ist, bildet dessen Eigenmagnetisierung mit der leichten Achse einen Winkel von fast -45 °· Wie aus Figur 3 zu entnehmen ist, tritt dann am Sensorausgang der Ausgangsspannungswert 7 des Sensors bei der oberen Endlage des oberen Dauermagneten 3 auf. Wird nun der obere Dauermagnet 3 dem magnetoresistiven Sensor 1 genähert, bis er schließlich seine untere Endlage erreicht, bestimmt der obere Dauermagnet 3 mehr und mehr die Magnetfeldrichtung und -stärke am Ort des magnetoresistiven Sensors 1, da sowohl sein Volumen als auch seine Remanenz größer sind als die des unteren Dauermagneten 3· Damit wird bei Annäherung dee oberen Dauermagneten die Eigenmagnotisierung kontinuierlich verdreht, bis sie bei der unteren Endlage desselben einen Winkel von fast +45 ° gegen die leichte Achse 5 bildet und so am magnetoresistiven Sensor i

der Ausgangsspennungswert θ auftritt· Ein dem magnetoresistiven Sensor 1 nachgeechalteter Schwellwertschalter schaltet bei der Schaltspannung 9» die etwa in der Mitte des Ausgangsspannungs·· bereichee des magnetoresistiven Sensors 1 liegt, den Schaltzustand der Taste auf einen anderen Wert um· In der gezeigten Anordnung befindet sich der magnetoreeistive Sensor 1 stets in einem relativ großen durch die beiden Dauermagneten 3 erzeugten Magnetfeld· Damit können Süßere Störmagnet· folder nur relativ zu dessen Feldstärke wirksam werden« womit Fehlschaltungen der Taste praktisch ausgeschlossen sind. Da am magnetoreeistiven Sensor 1 immer ein Magnetfeld mit einer starken Komponante in Richtung seiner Eigenmagnetisierung anliegt, ist ein Umklappen derselben unmöglich, so daß der Scha.lt· zustand der Taste immer eindeutig festgelegt ist.

Claims (7)

Patentansprüche

1« Anordnung für Schalter und Tasten mit oiagnetoreeietivem Sensor (1) und Mitteln zur Erzeugung und Veränderung eines auf diesen magnetoresistiven Sensor (1) wirkenden Magnetfeldes« dadurch gekennzeichnet« daß die Magnetisierungsrichtungen (2) von zwei Dauermagneten (3) in zwei zur Oberfläche (4) des magnetoresietiven Sensors (1) parallelen Ebenen liegen und einen Winkel bilden« der die leichte Achse (5) des magnetoreeietivsn Sensors (1) enthält und daß zur Auslösung eines Schaltvorganges mindestens einer der Dauermagnete (3) in Richtung senkrecht zur Oberfläche (4) des magnetoresistiven Sensors (1) bewegbar ist·

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den beiden Magnetisierungsrichtungsn (2) etwa 90 ° beträgt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet« daß die leichte Achse (5) des magnetoresistiven Sensors (1) in Richtung der Halbierenden des Winkels zwischen den beiden Magnetisierungsrichtungen (2) zeigt,

4· Anordnung nach Anspruch 3« dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (4) des magnetoresistiven Sensors (1) sich zwischen den beiden Ebenen befindet, in denen die beiden Magnetisierungsrichtungen (2) liegen·

5· Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunkte der Dauermagnete (3) und der Oberfläche (4) des magnetoresietiven Sensors (1) übereinander liegen.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Dauermagnet (3) direkt unter dem Gehäuse (6) des magnetoresistiven Sensors (1) fest angeordnet ist und nur der obere Dauermagnet (3) zur Auslösung des Schaltvorganges senkrecht zur Oberfläche (4) des magnetoreeistiven Sensors (1) bewegbar ist.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet» daß beide Dauermagnete (3) miteinander starr verbunden und zur Auslösung des Scha.ltvorganges senkrecht zur Oberfläche (4) des magnetoreeistiven Sensors (1) bewegbar sind.

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen