DD270806A1

DD270806A1 - ARRANGEMENT FOR SWITCHES AND BUTTONS WITH MAGNETORESISTIVE SENSOR

Info

Publication number: DD270806A1
Application number: DD31487788A
Authority: DD
Inventors: Fritz Dettmann; Stephan Linke; Uwe Loreit; Peter Pertsch; Joerg Freudenberger; Bernd Jaentsch
Original assignee: Luckenwalde Kontaktbauelemente
Priority date: 1988-04-19
Filing date: 1988-04-19
Publication date: 1989-08-09

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.The invention includes an arrangement for switches and buttons with a magnetoresistive sensor and two magnets whose directions of magnetization lie in planes parallel to the surface of the sensor and form an angle which contains the easy axis of the sensor. To trigger the switching process, at least one of the magnets is moved perpendicular to the surface of the sensor.

Description

Title of the invention Arrangement of switches and buttons with raagnetoresistive sensor Field of application of the invention

Die Erfindung gibt eine neue Grundanordnung für Tasten und Schalter an, die in der elektrischen Nachrichten-, Meß- und Informationstechnik verwendet werden.The invention provides a novel basic arrangement of keys and switches used in electrical communications, measurement and information technology.

Characteristic of the known state of the art

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 GehäusenThe application of magnetoresistive sensors in keys and switches, whose weiterzuverarbeitende to a switching signal Auegangsspannungsänderung by changing a magnetic field acting on the sensor, which is preferably generated by a movable permanent magnet «is known» In the patent OO 237 039 various forms of movement for the approach However, the arrangements described there have the disadvantage that the direction of Eigenmagnetieierung of the magnetoresistive sensor during the movement of the permanent magnet can flip in their opposite direction undefined and thus the time required for realizing the switching operation Auegangsspannungsänderung is not achieved. This is true even in the case that high-quality materials are used as permanent magnets with high field strength. Furthermore, effects of external disturbing magnetic fields, which can occur even at low magnetic field strengths in the range of less than 100 A / m due to the high magnetic field sensitivity of the magnetoresistive sensors, are only avoided by complex magnetic shielding devices according to the invention in the patent DD 237,039. In addition, disadvantageously, the arrangement of suitable holes in these magnetic shields required for achieving a sufficiently large transconductance of the output voltage change with the displacement of the solenoid requires such large dimensions that their packaging in housings

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von Tasten üblicher Abmessungen nicht möglich sein dürfte·keys of conventional dimensions should not be possible ·

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,The patent specification OD 241 342 describes the arrangement of a rotary switch which, compared with the patent cited above, already specifies improvements relating to the unambiguous determination of the magnetic state of the magnetoresistive sensor. However, these are only achieved by the combination of permanent magnets achieved with complicated shaped soft magnetic parts of very high permeability, whose production and assembly leads to elaborate manufacturing steps,

Object of the invention

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·The object of the invention is to provide an arrangement of switches and buttons with magnetoresistive sensor and movable permanent magnet, which is inexpensive to produce due to a simple construction and the use of ferrite magnet relatively low field strength and in magnetic interference fields, as by adjacent arrangements of the same kind or as they occur in electrical and electronic data, perform their function without interference

Explanation of the essence of the invention

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-The invention has for its object to provide switches and buttons with magnetoreeietivem sensor and means for generating and changing a magnetic field acting on this magnetoresistive sensor, in which the direction of Eigenmagnetisie.ung the magnetoresistive sensor and thus the respective switching state are clearly defined, The object is achieved in that in an arrangement of switches and buttons with magnetoresistive sensor according to the invention, the magnetization directions of two permanent magnets in two to the surface of the magnetoresistive sensor could be parallel planes.

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.gene and form an angle which contains the easy axis of the raagnetoresistive sensor and that for triggering the switching operation of at least one of the permanent magnets in the direction perpendicular to the surface of the magnetoresistive sensor is movable · Due to the fact that the arrangement contains two permanent magnets, the magnetoresistive sensor is always In the relatively strong magnetic field of at least one permanent magnet, external disturbing magnetic fields thus become effective only in their relative size to the field of the permanent magnets at the location of the magnetoresistive sensor and are thus insignificant for the switch function, so that no magnetic shielding is required. The intrinsic magnetization of the magnetoresietive sensor. the no effect of a magnet. Feldee can be directed in both directions of the easy axis, is forced by the magnetic fields of the two permanent magnets in the angular range between the magnetization directions thereof, so that a collapse of the magnetization is excluded and so dur by switching state of the device is always clear "When moving the one magnet in Direction perpendicular to the surface of the magnetoresistive sensor, the field direction changes at the place of. Sensor * The direction of its own magnetization is thereby rotated, which leads to the change of its output voltage · A downstream threshold value switch whose switching point lies within the range of this change fixes the output state of the switch or the keys to a certain voltage level.

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,Preferably, the angle between the two magnetization directions of the permanent magnets is about 90 ° and the easy axis of the magnetoresistive sensor points in the direction of the bisector. The magnetoresistive sensor is located between the two permanent magnets and the three centers of which lie in a line one above the other * The lower permanent magnet is fixed directly below the housing of the magnetoresistive sensor and the upper permanent magnet is movable perpendicular to the surface of the magnetoresistive sensor to trigger the switching process · Is located the upper permanent magnet in its upper end position, it is so far away from the magnetoresistive sensor that the lower fixed permanent magnet determines the magnetic field at the location of the sensor alone · It forms with the easy axis an angle of about -45 ° and is stronger than the Anieotropiefeldstärke the sensor,

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·so that its magnetization direction is rotated by almost the same angle to the easy axis · Thus, the output voltage of the sensor is close to the minimum dee the control range · When the upper magnet is in its lower end position, it mainly determines the magnetic field at the location of the sensor This is ensured by the fact that the upper magnet is either closer to the sensor in this position than the lower magnet or that its magnetic field strength exceeds that of the lower magnet by a higher remanence and larger dimensions. It is now about + 45 ° against the easy axis the sensor is rotated, resulting in an output voltage of the sensor near the maximum of the modulation range. The switching point of the threshold value switch is then expediently in the middle of the control range. During the movement of the upper permanent magnet, a strong magnetic field component in the direction of the easy axis of the sensor is constantly present at the location of the sensor, so that the magnetization can not be folded over.

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·In another embodiment of the invention, both permanent magnets are rigidly connected to each other and moved together to Auselösen the switching process in the direction perpendicular to the surface of the sensor · In the upper end position of the permanent magnets, for example, the lower permanent magnet alone determines the magnetic field at the location of the sensor, because he here For the lower end position, the upper permanent magnet alone determines the magnetic field. Since the magnetization directions of both magnets again form an angle of approximately 90 °, the switching process takes place in the manner described above. Same magnets and equal distances to the magnetoelectric sensor can be used for the upper or lower end position of the permanent magnets.

Working Example

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·The invention will be explained in more detail below with reference to a Ausführungsbeispisl. In the accompanying drawing, FIG. 1 shows the top view of a key arrangement with a 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.Resistive sensor 1 and two permanent magnets 2 and FIG. 2 the side view of the same key arrangement. In FIG. 3, the output voltage of the magnetoresistive sensor is shown as a function of the angle between the self-magnetization and the easy axis 5. In FIGS. 1 and 2, there are no mechanical holding and moving devices drawn for the parts shown, since they are not the subject of the invention · The drawings are not to scale.

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*Under the housing 6 of a magnetoresistive sensor 1, a permanent magnet 3 feet is attached · Above the housing 6 is a movable permanent magnet 3 · He is shown in its upper end position and can be approached the housing 6. "The magnetization directions 2 of the permanent magnets 3 form an angle The magnetization directions 2 run in planes parallel to the surface 4 of the magnetoresistive sensor i. The magnetization of the magnetoresistive sensor 1 without the magnetic fields of the permanent magnets 3 would be in the direction of the easy axis 5 lie and point to the left in the drawing *

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 iIf the upper permanent magnet 3 is in its upper end position as shown, the lower fixed permanent magnet 3 essentially determines the magnetic field at the location of the magnetoresistive sensor 1, because it is positioned closer to the magnetoresistive sensor i. Since the field strength of the permanent magnet 3 is greater than the anisotropic field strength of the magnetoresietive sensor 1, its self-magnetization with the easy axis forms an angle of almost -45 °. As can be seen from FIG. 3, then the output voltage value 7 of the sensor occurs at the sensor output upper end position of the upper permanent magnet 3. Now, if the upper permanent magnet 3 is approached the magnetoresistive sensor 1 until it finally reaches its lower end position, determines the upper permanent magnet 3 more and more magnetic field direction and strength at the location of the magnetoresistive sensor 1, since both its volume and its remanence are greater Thus, when the upper permanent magnet approaches, the self-magnetization is continuously rotated until, at the lower end position of the same, it forms an angle of almost + 45 ° with respect to the easy axis 5 and thus at the magnetoresistive 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.the output voltage value θ occurs. A threshold value switch following the magnetoresistive sensor 1 switches the switching state of the key to a different value at the switching voltage 9 which lies approximately in the middle of the output voltage of the magnetoresistive sensor 1 the magnetoresistive sensor 1 always has a relatively large magnetic field generated by the two permanent magnets 3. Thus, sweeter disturbing magnet folders can only become effective relative to their field strength, whereby faulty switching of the key is practically ruled out. Since the magnetoresistive sensor 1 always bears a magnetic field with a strong component in the direction of its own magnetization, it is impossible to fold it over, so that the state of the key is always clearly defined.

Claims

claims

1 arrangement for switches and buttons with oiagnetoreeietivem sensor (1) and means for generating and changing a magnetoresistive on this sensor (1) acting magnetic field «characterized« characterized in that the magnetization directions (2) of two permanent magnets (3) in two to the surface ( 4) of the magnetoresistive sensor (1) lie parallel planes and form an angle which contains the easy axis (5) of the magnetoreeivivn sensor (1) and that for triggering a switching operation of at least one of the permanent magnets (3) in the direction perpendicular to the surface (4 ) of the magnetoresistive sensor (1) is movable ·

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the angle between the two Magnetisierungsrichtungsn (2) is approximately 90 °.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that «the easy axis (5) of the magnetoresistive sensor (1) in the direction of the bisector of the angle between the two magnetization directions (2),

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the surface (4) of the magnetoresistive sensor (1) is located between the two planes in which the two directions of magnetization (2) lie ·

5 - Arrangement according to claim 4, characterized in that the centers of the permanent magnets (3) and the surface (4) of the magnetoresietive sensor (1) are superimposed.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the lower permanent magnet (3) directly under the housing (6) of the magnetoresistive sensor (1) is fixedly arranged and only the upper permanent magnet (3) for triggering the switching operation perpendicular to the surface (4 ) of the magnetoresistive sensor (1) is movable.

7. Arrangement according to claim 5, characterized in that the two permanent magnets (3) rigidly connected to each other and for triggering the Scha.ltvorganges perpendicular to the surface (4) of the magneto-resistive sensor (1) are movable.

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