DE10014980A1 - Angular sensor includes Hall element whose characteristic curve is influenced by soft magnetic rotor - Google Patents
Angular sensor includes Hall element whose characteristic curve is influenced by soft magnetic rotorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln der Position eines Objektes mit Mitteln zum Erzeugen eines Ma gnetfeldes und mit Mitteln zum Beeinflussen des Magnetfel des, indem die Mittel zum Beeinflussen und die Mittel zum Erzeugen relativ zueinander bewegbar sind.The invention relates to a device for determining the Position of an object with means for generating a measure magnetic field and with means for influencing the magnetic field des by the means to influence and the means to Generate are movable relative to each other.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist beispielsweise aus der EP 0 512 282 B1 bekannt. Hier ist ein Winkelaufnehmer zur berührungsfreien Bestimmung der Drehung einer Welle offen bart. Das Magnetfeld wird durch eine Spulenanordnung er zeugt, welche auf einem Stator angeordnet ist. Durch die Drehung eines Rotors ändern sich die Induktivitäten der Spu len. Somit läßt sich über die Induktivitätsänderung die Än derung der Winkelstellung ermitteln. Im Zusammenhang mit der Vorrichtung des Standes der Technik ist bereits erkannt wor den, daß eine geeignete Formgebung des Rotors einen positi ven Einfluß auf das Meßsignal haben kann. Beispielsweise wird vorgeschlagen, daß der Rotor Bereiche mit konstant an steigendem Radius hat, zum Beispiel entsprechend einer ar chimedischen Spirale. A generic device is for example from the EP 0 512 282 B1 known. Here is an angle sensor for non-contact determination of the rotation of a shaft open beard. The magnetic field is created by a coil arrangement testifies, which is arranged on a stator. Through the Rotation of a rotor changes the inductances of the spu len. The Än can thus be changed via the change in inductance Determine the change in the angular position. In connection with the Prior art device has already been recognized that that a suitable shape of the rotor a positive ven can have an influence on the measurement signal. For example it is proposed that the rotor areas with constant increasing radius, for example corresponding to an ar chimedian spiral.
Bei einem anderen Meßprinzip, welches über die Beeinflussung des Magnetfeldes arbeitet, wird nicht die Induktivitätsände rung einer Spulenanordnung ausgenutzt; vielmehr wird die Veränderung eines von einem Permanentmagneten erzeugten Ma gnetfeldes durch einen Magnetfeldsensor, zum Beispiel durch ein Hall-Element, gemessen.Another measuring principle, which is based on the influence of the magnetic field does not change the inductance tion of a coil arrangement used; rather, the Changing a Ma generated by a permanent magnet gnetfeldes by a magnetic field sensor, for example a Hall element measured.
Um möglichst zuverlässige Meßergebnisse zu erhalten, soll eine Meßanordnung möglichst im linearen Bereich betrieben werden. Bei den Winkelaufnehmern des Standes der Technik en det dieser näherungsweise lineare Bereich bei etwa 180°. Weiterhin ist festzustellen, daß die abstandssensitiven Ver fahren im Hinblick auf Störgrößen, die in Sensierrichtung liegen, empfindlich sind. Bei einer Winkelmessung verursacht beispielsweise ein radiales Spiel ein entsprechendes Störsi gnal. Bei Wegsensierungen, das heißt bei Ermittlung der Po sition eines Objektes, welches eine Translationsbewegung ausführt, zeigen der Abstand des Magneten zum Magnetfeldsen sor einen stark nicht-linearen Zusammenhang. Daher können Wegsensierungen nur in einem relativ kleinen Meßbereich durchgeführt werden. Zusätzlich ist festzustellen, daß bei großen Wegen und somit großen Abständen zwischen dem Magnet feldsensor und dem bewegbaren Objekt die Signalausbeute sehr gering ist.To get the most reliable measurement results possible a measuring arrangement operated as possible in the linear range become. With the angle sensors of the prior art this approximately linear range at approximately 180 °. It should also be noted that the distance-sensitive Ver drive with regard to disturbance variables that are in the sensing direction lying, are sensitive. Caused by an angle measurement for example a radial play a corresponding Störsi gnal. With displacement sensors, i.e. when determining the bottom sition of an object, which is a translational movement shows the distance between the magnet and the magnetic field sor a strongly non-linear relationship. Therefore can Displacement sensors only in a relatively small measuring range be performed. In addition, it should be noted that at large distances and thus large distances between the magnet field sensor and the movable object the signal yield very is low.
Die Erfindung baut gemäß Anspruch 1 auf der gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch auf, daß Änderungen des Magnetfeldes durch einen Magnetfeldsensor nachweisbar sind und daß die Kennlinie des Magnetfeldsensors durch die geometrische Ge stalt der Mittel zum Beeinflussen festlegbar ist. Es hat sich herausgestellt, daß insbesondere beim Nachweis der Po sitionsänderung und somit der Magnetfeldänderung durch einen Magnetfeldsensor die geometrische Gestalt der Mittel zum Be einflussen des Magnetfeldes einen starken Einfluß auf die Kennlinie der Anordnung nimmt. Durch geeignete Wahl der geo metrischen Gestalt ist es so möglich, daß bei Winkelsensie rungen der Meßbereich deutlich über 180° erweitert werden kann; dies geschieht über eine Linearisierung des funktiona len Zusammenhangs zwischen Winkel und Ausgangssignal durch entsprechende Gestaltung der Geometrie. Bei einer Wegsensie rung ist durch entsprechende Gestaltung der Geometrie des sich bewegenden Objektes der Meßbereich in weiten Grenzen wählbar.The invention is based on the generic type according to claim 1 Device characterized in that changes in the magnetic field are detectable by a magnetic field sensor and that the Characteristic curve of the magnetic field sensor by the geometric Ge stalt the means of influencing can be determined. It has it turned out that especially when detecting the Po change of position and thus the magnetic field change by a Magnetic field sensor the geometric shape of the means for loading influence the magnetic field a strong influence on the Characteristic curve of the arrangement takes. By choosing the right geo metric shape it is possible that with angular senses The measuring range can be expanded significantly over 180 ° can; this is done by linearizing the function len relationship between angle and output signal appropriate design of the geometry. With a path sensor tion is by appropriate design of the geometry of the moving object the measuring range within wide limits selectable.
Vorzugsweise ist der Magnetfeldsensor ein Hall-Element. Hall-Elemente haben sich bei der Messung von Magnetfeldern bewährt, insbesondere aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit. Die geeignete geometrische Gestaltung hat hier einen starken Einfluß auf die Kennlinie.The magnetic field sensor is preferably a Hall element. Hall elements have been used in the measurement of magnetic fields proven, especially due to its high sensitivity. The suitable geometric design has a strong one here Influence on the characteristic.
Vorzugsweise umfassen die Mittel zum Erzeugen eines Magnet feldes einen Magneten und einen weichmagnetischen Rück schlußbügel, wobei der Magnet und der Magnetfeldsensor an entgegengesetzten Enden des Rückschlußbügels angeordnet sind. Die Mittel zum Beeinflussen des Magnetfeldes können somit zwischen den Enden des Rückschlußbügels angeordnet werden und durch ihre Bewegung in effizienter Weise den Luftspalt und somit die magnetische Flußdichte beeinflussen.The means for producing a magnet preferably comprise field a magnet and a soft magnetic back closing bracket, with the magnet and the magnetic field sensor on arranged opposite ends of the yoke are. The means for influencing the magnetic field can thus arranged between the ends of the yoke through their movement in an efficient way Air gap and thus influence the magnetic flux density.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Mittel zum Beeinflussen des Magnetfeldes als weichmagnetischer Rotor ausgelegt, wobei sich der Radius des Rotors in Umfangsrich tung verändert. Ordnet man diesen Rotor zwischen den Enden des Rückschlußbügels an, wobei ein Ende den Magneten und das andere Ende den Magnetfeldsensor trägt, so ändern sich die Luftspalte an beiden Enden des Rückschlußbügels mit der Dre hung des Rotors. Bei geeigneter Formgebung der Außenlinie des Rotors kann über einen großen Winkelbereich ein nahezu linearer Kennlinienverlauf erzeugt werden.In a preferred embodiment, the means for Influencing the magnetic field as a soft magnetic rotor designed, the radius of the rotor in the circumferential direction tion changed. If you arrange this rotor between the ends of the yoke, with one end of the magnet and the other end carries the magnetic field sensor, so the change Air gaps at both ends of the yoke with the dre hung the rotor. With a suitable shape of the outline of the rotor can almost over a large angular range linear characteristic curve can be generated.
Dabei ist besonders bevorzugt, wenn sich der Radius R des
Rotors gemäß der Gleichung
It is particularly preferred if the radius R of the rotor is in accordance with the equation
ändert, wobei
R0 der minimale Radius ist,
α der Drehwinkel gemessen zum Ort des minimalen Radius
R0 ist,
K eine Konstante ist und
x eine Konstante < 1 ist.changes where
R0 is the minimum radius,
α is the angle of rotation measured to the location of the minimum radius R0,
K is a constant and
x is a constant <1.
Mit einem solchen Radiusverlauf, welcher eine spiralförmige Umfangslinie bedeutet, kann in guter Näherung eine lineare Kennlinie erzeugt werden.With such a radius course, which is a spiral Circumferential means can be a linear approximation Characteristic curve are generated.
Es kann ebenfalls vorteilhaft sein, wenn die Mittel zum Be einflussen des Magnetfeldes als Rotor ausgelegt sind, wobei sich die Dicke eines sich axial erstreckenden weichmagneti schen Kragens in Umfangsrichtung verändert. Dieser Kragen kann zum Beispiel zwischen die Enden eines U-förmig geboge nen Rückschlußbügels ragen, auf dessen Innenseiten der Ma gnetfeldsensor bzw. der Magnet an entgegengesetzten Enden sitzen. Durch Drehung des Rotors wird der Luftspalt zwischen dem Magneten und dem Magnetfeldsensor beeinflußt, so daß der Magnetfeldsensor ein Signal in Abhängigkeit der Winkelstel lung ausgibt. Durch einen geeigneten funktionalen Zusammen hang zwischen der Dicke des Kragens und der Winkelstellung läßt sich die Kennlinie wiederum nahezu linear gestalten, was zu einem großen Winkelmeßbereich führt.It can also be advantageous if the means for loading influence the magnetic field are designed as a rotor, wherein the thickness of an axially extending soft magnet collar changed in the circumferential direction. This collar can for example be bent between the ends of a U-shape protruding a yoke, on the inside of which Ma Magnetic field sensor or the magnet at opposite ends sit. By turning the rotor, the air gap between affects the magnet and the magnetic field sensor, so that the Magnetic field sensor a signal depending on the angular position output. Through a suitable functional combination slope between the thickness of the collar and the angular position the characteristic curve can in turn be designed almost linearly, which leads to a large angle measuring range.
Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Mittel zum Be einflussen des Magnetfeldes als weichmagnetischer Stab aus gelegt, dem eine Translationsbewegung zuführbar ist, wobei sich die Abmessung des Stabes senkrecht zur Bewegungsrich tung ändert. Die Erfindung dient also nicht nur zum Messen von Winkelstellungen, sondern auch zum Messen von linearen Bewegungen. Es können sehr große Wege sensiert werden, da nur die Änderung der Abmessung des Stabes funktional von Be deutung ist. Durch entsprechende Festlegung der Kontur kann eine Linearisierung oder ein Kennlinienverlauf entsprechend den Anforderungen realisiert werden.In a further embodiment, the means for loading influence the magnetic field as a soft magnetic rod placed to which a translational movement can be supplied, wherein the dimension of the rod is perpendicular to the direction of motion tung changes. The invention is therefore not only used for measuring of angular positions, but also for measuring linear ones Movements. Very long distances can be sensed there only the change in the dimension of the rod functional from Be interpretation is. By defining the contour accordingly a linearization or a characteristic curve accordingly the requirements can be realized.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß sich der Kennlinienverlauf durch die geometrische Ge staltung von Mitteln zum Beeinflussen eines Magnetfeldes in der Weise festlegen läßt, daß der Meßbereich der Anordnung erheblich vergrößert wird. Beispielsweise kann der Kennlini enverlauf linearisiert werden; durch andere Formgebung kann aber gegebenenfalls auch ein nicht-linearer Kennlinienver lauf erzeugt werden, falls dies erwünscht ist. Die Erfindung eignet sich gleichermaßen zur Messung von Winkelstellungen als auch zur Messung von linearen Bewegungen.The invention is based on the surprising finding that the characteristic curve through the geometric Ge design of means for influencing a magnetic field in the way can determine that the measuring range of the arrangement is significantly enlarged. For example, the characteristic be linearized over time; through other shapes but possibly also a non-linear characteristic curve ver run can be generated if desired. The invention is equally suitable for measuring angular positions as well as for measuring linear movements.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitende Zeich nung anhand von Ausführungsformen beispielhaft dargestellt. The invention will now be described with reference to the accompanying drawings tion exemplified using embodiments.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer ersten Rotorstellung; Fig. 1 shows an inventive device with a first rotor position;
Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung aus Fig. 2 mit einer zweiten Rotorstellung; FIG. 2 shows the device according to the invention from FIG. 2 with a second rotor position;
Fig. 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung; Fig. 3 shows a further device according to the invention;
Fig. 4a und Fig. 4b zeigen die erfindungsgemäße Vorrich tung nach Fig. 3 mit Blick auf die in Fig. 3 mit A-A ge kennzeichnete Schnittebene, wobei die Fig. 4a und 4b un terschiedliche Rotorstellungen darstellen; . Fig. 4a and 4b show the invention Vorrich processing of Figure 3 with a view to ge in Figure 3 with the cutting plane AA marked, wherein Figures 4a and 4b represent the un terschiedliche rotor positions...;
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungs gemäßen Vorrichtung; Fig. 5 shows a further embodiment of a device according to the Invention;
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungs gemäßen Vorrichtung; Fig. 6 shows a further embodiment of a device according to the Invention;
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungs gemäßen Vorrichtung; Fig. 7 shows a further embodiment of a device according to the Invention;
Fig. 8a und Fig. 8b zeigen die erfindungsgemäße Vorrich tung nach Fig. 7 mit Blick auf die in Fig. 7 mit A-A ge kennzeichnete Schnittebene, wobei die Fig. 8a und die Fig. 8b zwei unterschiedliche Translationsstellungen zeigen. FIG. 8a and FIG. 8b show the Vorrich invention processing of FIG. 7 in view of the ge in Fig. 7 with AA marked sectional plane, FIG. 8a and, Figs. 8b two different translational positions.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer ersten Rotorstellung. Ein Magnet 10 und ein Magnetfeldsensor 12 sind an den entgegengesetzten Enden eines weichmagneti schen Rückschlußbügels 14 angeordnet. Zwischen den Enden des Rückschlußbügels 14 befindet sich ein weichmagnetischer Ro tor 16. Der Rotor hat eine Außenkontur f = f(α), insbesondere einen sich mit dem Winkel ändernden Radius. In der in Fig. 1 dargestellten Winkelstellung des Rotors 16 liegt zwischen dem Magnetfeldsensor 12 und dem Rotor 16 ein Luftspalt L1 vor; zwischen dem Magneten 10 und dem Rotor 16 befindet sich ein Luftspalt L2. Der wirksame Spalt L1 für die Berechnung des Sensorsignals ist strenggenommen unter Einbeziehung der Dicke des Magnetfeldsensors 12, beispielsweise eines Hall- Elementes, zu ermitteln. Fig. 1 shows an inventive device with a first rotor position. A magnet 10 and a magnetic field sensor 12 are arranged at the opposite ends of a soft magnetic yoke 14 . Between the ends of the yoke 14 there is a soft magnetic ro tor 16th The rotor has an outer contour f = f (α), in particular a radius that changes with the angle. In the angular position of the rotor 16 shown in FIG. 1, there is an air gap L1 between the magnetic field sensor 12 and the rotor 16 ; There is an air gap L2 between the magnet 10 and the rotor 16 . Strictly speaking, the effective gap L1 for the calculation of the sensor signal is to be determined taking into account the thickness of the magnetic field sensor 12 , for example a Hall element.
Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung aus Fig. 2
mit einer zweiten Rotorstellung. Der Rotor 16 ist bezüglich
der Stellung aus Fig. 1 um einen Winkel α gedreht, so daß
nunmehr die Spalte zwischen dem Magneten 10 und dem Rotor
bzw. zwischen dem Magnetfeldsensor 12 und dem Rotor L2' bzw.
L1' betragen. Folglich hat sich die Summe der Luftspalte ge
ändert, was zu einer Erhöhung der Flußdichte und somit zu
einer Erhöhung der Hall-Spannung des Magnetfeldsensors 12
führt. Nimmt man an, daß der Rotor in seiner Außenkontur ei
ner mathematischen Spirale mit konstanter Steigung folgt und
nimmt man ferner an, daß die Hall-Spannung umgekehrt propor
tional zum Luftspalt zunimmt, so kann man näherungsweise den
funktionalen Zusammenhang zwischen dem Winkel α und der Aus
gangsspannung wie folgt beschreiben:
FIG. 2 shows the device according to the invention from FIG. 2 with a second rotor position. The rotor 16 is rotated by an angle α with respect to the position from FIG. 1, so that the gaps between the magnet 10 and the rotor or between the magnetic field sensor 12 and the rotor amount to L2 'or L1'. Consequently, the sum of the air gaps has changed, which leads to an increase in the flux density and thus to an increase in the Hall voltage of the magnetic field sensor 12 . Assuming that the rotor in its outer contour follows a mathematical spiral with a constant pitch and further assuming that the Hall voltage increases in inverse proportion to the air gap, one can approximate the functional relationship between the angle α and the off Describe the output voltage as follows:
wobei
R0 der minimale Radius ist,
α der Drehwinkel gemessen zum Ort des minimalen Radius
R0 ist und
K eine Konstante ist.in which
R0 is the minimum radius,
α is the angle of rotation measured to the location of the minimum radius R0 and
K is a constant.
Hieraus ergibt sich für die Längen der Luftspalte L1 bzw.
L2:
This results in the lengths of the air gaps L1 and L2:
wobei
A der Abstand der Rotationsachse des Rotors 16 zum
Magnetfeldsensor ist, wie sich Fig. 1 entnehmen
läßt.in which
A is the distance between the axis of rotation of the rotor 16 and the magnetic field sensor, as can be seen in FIG. 1.
Geht man davon aus, daß sich die Hall-Spannung UH näherungs
weise proportional zur Breite der Luftspalte verhält, so er
gibt sich für diese:
If one assumes that the Hall voltage U H is approximately proportional to the width of the air gaps, then there is:
Allgemein ergibt sich als Forderung für die Geometrie der
Außenkontur:
In general, there is a requirement for the geometry of the outer contour:
wobei
B eine Konstante ist,
C eine Konstante ist und
C0 eine Konstante ist.in which
B is a constant
C is a constant and
C0 is a constant.
Die letzte Gleichung sagt aus, daß eine Funktion f(α) in der
Weise zu bestimmen läßt, daß sich ein linearer funktionaler
Zusammenhang C . α + C0 zwischen der Ausgangsspannung und dem
Winkel α ergibt. Diese letzte Gleichung wird näherungsweise
durch eine Spiralfunktion erfüllt, wenn man den Winkel α mit
einem Exponenten x versieht, welcher kleiner ist als 1, al
so:
The last equation states that a function f (α) can be determined in such a way that a linear functional relationship C. α + C0 between the output voltage and the angle α results. This last equation is approximately fulfilled by a spiral function if the angle α is given an exponent x, which is smaller than 1, al so:
Fig. 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung. Ein Rotor 16 ist in zwei verschiedenen Stellungen dargestellt, einmal durch eine durchgezogene Linie und einmal durch eine unterbrochene Linie. Der Rotor 16 hat einen umlaufenden Kra gen 18, dessen Dicke sich in Umfangsrichtung ändert. Der Kragen 18 ragt in einen U-förmigen Rückschlußbügel 14. Auf grund der variablen Dicke des Kragens 18 ändert sich die Dicke des weichmagnetischen Materials, welches den Luftspalt in dem Rückschlußbügel beeinflußt. Wiederum ist die Funktion f = f(α) für die Kontur des Kragens so wählbar, daß sich ein erwünschter Kennlinienverlauf, beispielsweise ein linearer Verlauf, ergibt. Fig. 3 shows a further device according to the invention. A rotor 16 is shown in two different positions, one by a solid line and one by a broken line. The rotor 16 has a circumferential Kra gene 18 , the thickness of which changes in the circumferential direction. The collar 18 protrudes into a U-shaped yoke 14 . Due to the variable thickness of the collar 18 , the thickness of the soft magnetic material changes, which affects the air gap in the back yoke. Again, the function f = f (α) can be selected for the contour of the collar so that a desired characteristic curve, for example a linear curve, results.
Fig. 4a und Fig. 4b zeigen die erfindungsgemäße Vorrich tung nach Fig. 3 mit Blick auf die in Fig. 3 mit A-A ge kennzeichnete Schnittebene, wobei die Fig. 4a und 4b un terschiedliche Rotorstellungen darstellen. FIG. 4a and FIG. 4b show the invention Vorrich processing of FIG. 3 with a view of the in Figure 3 ge AA featured cutting plane., Figs. 4a and 4b un terschiedliche rotor positions represent.
In Fig. 4a ist die Stellung des Rotors 16 dargestellt, wel che der durchgezogenen Linie in Fig. 3 entspricht. Der Ro tor 16 weist einen unmagnetischen Körper 20 auf, an dem sich der weichmagnetische Kragen 18 anschließt. In dem Bereich, welcher in den Raum zwischen dem Magneten 10 und dem Magnet feldsensor 12 eindringt, welche endseitig innen an dem Rück schlußbügel 14 befestigt sind, weist der Kragen 18 eine Dic ke D1 auf. Hierdurch kommt es zwischen dem Magnetfeldsensor 12 und dem Kragen 18 zu einem Abstand La, und zwischen dem Kragen und dem Magneten kommt es zu einem Abstand L1.In Fig. 4a the position of the rotor 16 is shown, which che corresponds to the solid line in Fig. 3. The ro tor 16 has a non-magnetic body 20 to which the soft magnetic collar 18 connects. In the area which penetrates into the space between the magnet 10 and the magnetic field sensor 12 , which are fastened on the inside to the rear closing bracket 14 , the collar 18 has a thickness D1. This results in a distance La between the magnetic field sensor 12 and the collar 18 , and a distance L1 between the collar and the magnet.
In Fig. 4b ist der Rotor 16 um den in Fig. 3 mit α be zeichneten Winkel gedreht worden, so daß die Darstellung ge mäß Fig. 4b der unterbrochenen Linie in Fig. 3 entspricht. Da der zwischen dem Magneten 10 und dem Magnetfeldsensor 12 liegende Bereich des Kragens 18 nunmehr die wesentlich grö ßere Dicke D2 aufweist, haben sich die entsprechenden Luftspalte L1 zwischen Magnet 10 und Kragen 18 und La zwi schen Magnetfeldsensor 12 und Kragen 18 verringert. Folglich wird in der Situation gemäß Fig. 4b eine größere Hall- Spannung erzeugt als in der Situation gemäß Fig. 4a.In Fig. 4b, the rotor 16 has been rotated by the angle shown in Fig. 3 with α be, so that the representation ge according to Fig. 4b corresponds to the broken line in Fig. 3. Since the region of the collar 18 lying between the magnet 10 and the magnetic field sensor 12 now has the substantially greater thickness D2, the corresponding air gaps L1 between the magnet 10 and the collar 18 and La between the magnetic field sensor 12 and the collar 18 have been reduced. Consequently, a larger Hall voltage is generated in the situation according to FIG. 4b than in the situation according to FIG. 4a.
Wählt man nun die Dickenänderung des Kragens 18 in geeigne ter Weise als Funktion des Winkels α, so läßt sich wiederum der Kennlinienverlauf in gewünschter Weise beeinflussen, das heißt er läßt sich vorzugsweise linear wählen. Aufgrund des konstanten Gesamtluftspaltes wirkt sich ein radiales Spiel des Rotors nur wenig auf die Qualität des Meßergebnisses aus.If one now selects the change in the thickness of the collar 18 in a suitable manner as a function of the angle α, the course of the characteristic curve can in turn be influenced in the desired manner, ie it can preferably be selected linearly. Due to the constant total air gap, radial play of the rotor has little effect on the quality of the measurement result.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungs gemäßen Vorrichtung. Bei dieser Ausführungsform wird die Er findung zur Messung einer Translationsbewegung verwendet. Zu diesem Zweck ist ein Stab 22 vorgesehen, welcher eine in Ab hängigkeit der Koordinate S veränderliche Dicke hat, allge mein gesprochen eine Außenkontur f = f(S) aufweist. Der Stab 22 ist in zwei verschiedenen Stellungen dargestellt, ver schoben um die Meßstrecke S0. Ein Rückschlußbügel 14 mit an seinen Enden angebrachtem Magneten 10 und Magnetfeldsensor 12 ist der schrägen Seite des Stabes 22 zugewandt angeord net. Um der Schräge Rechnung zu tragen, sind die Kopfflächen von Magnet 10 und Magnetfeldsensor 12 um den Betrag A gegen einander versetzt. Verschiebt man nun den Stab 22 um die Meßstrecke S0, so verändern sich die Luftspalte von L1 auf L1' bzw. von L2 auf L2'. Die Änderung der Luftspalte führen zu einer Flußänderung, was das Ausgangssignal des Magnet feldsensors 12 verändert. Im Fall einer Hall-Sonde ändert sich die Hall-Spannung. Durch geeignete Wahl der Außenkontur f = f(S) des Stabes 22 ist wiederum eine gewünschte Kennlinie realisierbar, welche vorzugsweise einen vom Weg S abhängigen linearen Verlauf hat. Fig. 5 shows a further embodiment of a device according to the Invention. In this embodiment, the invention is used to measure translation movement. For this purpose, a rod 22 is provided, which has a variable thickness as a function of the coordinate S, generally speaking has an outer contour f = f (S). The rod 22 is shown in two different positions, shifted ver around the measuring section S 0 . A yoke 14 with attached at its ends magnet 10 and magnetic field sensor 12 is the oblique side of the rod 22 facing angeord net. In order to take account of the slope, the top surfaces of magnet 10 and magnetic field sensor 12 are offset by an amount A from one another. If the rod 22 is now moved by the measuring distance S 0 , the air gaps change from L1 to L1 'or from L2 to L2'. The change in the air gaps leads to a change in flow, which changes the output signal of the magnetic field sensor 12 . In the case of a Hall probe, the Hall voltage changes. By a suitable choice of the outer contour f = f (S) of the rod 22 , a desired characteristic curve can again be realized, which preferably has a linear course dependent on the path S.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungs gemäßen Vorrichtung. Diese Ausführungsform ähnelt der Aus führungsform in Fig. 5, außer daß der Rückschlußbügel 14 mit Magnet 10 und Magnetfeldsensor 16 anders zu dem Stab 22 angeordnet ist. Nunmehr sind die Kopfflächen des Magneten 10 bzw. des Magnetfeldsensors 12 im wesentlichen parallel zu der schrägen Seite des Stabes 22 angeordnet. Fig. 6 shows a further embodiment of a device according to the Invention. This embodiment is similar to the embodiment in Fig. 5, except that the yoke 14 with magnet 10 and magnetic field sensor 16 is arranged differently to the rod 22 . Now the head surfaces of the magnet 10 or the magnetic field sensor 12 are arranged essentially parallel to the oblique side of the rod 22 .
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungs gemäßen Vorrichtung. Auch hier wird ein Stab 22 zur Messung einer Translationsstellung verwendet. In diesem Fall dringt der Stab 22 zwischen die Schenkel eines U-förmigen Rück schlußbügels 14, an deren Innenseite der Magnet 10 bzw. der Magnetfeldsensor 12 an entgegengesetzten Enden befestigt sind. Fig. 7 shows a further embodiment of a device according to the Invention. Here, too, a rod 22 is used to measure a translation position. In this case, the rod 22 penetrates between the legs of a U-shaped rear closing bracket 14 , on the inside of which the magnet 10 or the magnetic field sensor 12 are attached at opposite ends.
Fig. 8a und Fig. 8b zeigen die erfindungsgemäße Vorrich tung nach Fig. 7 mit Blick auf die in Fig. 7 mit A-A ge kennzeichnete Schnittebene, wobei die Fig. 8a und die Fig. 8b zwei unterschiedliche Translationsstellungen zeigen. Hier sind die beiden Positionen des Stabes 22, welche in Fig. 7 mit durchgezogener Linie 22a bzw. mit unterbrochener Linie 22b dargestellt sind, im Hinblick auf die Anordnung des Sta bes 22 bezüglich des Magneten 10 und des Magnetfeldsensors 12 dargestellt. Der Stab 22 ist so geformt, daß der Abstand zwischen dem Magnetfeldsensor 12 und dem Stab 22 bei dem Wert La konstant bleibt, unabhängig davon, ob sich die Dicke D1 (Fig. 8a) oder die Dicke D2 (Fig. 8b) in dem Zwischen raum zwischen Magnet 10 und Magnetfeldsensor 12 befindet. Der Abstand zwischen dem Stab 22 und dem Magneten 10 ändert sich jedoch bei einer Translation des Stabes 22, so daß aus dem Luftspalt L1 gemäß Fig. 8a ein schmalerer Luftspalt L2 gemäß Fig. 8b wird. Folglich ändert sich das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors; im Falle einer Hall-Sonde erhöht sich die Hall-Spannung. Analog zur Ausbildung nach der Fig. 4 wirkt sich hier eine Bewegung des Stabs 22 in Y-Richtung nicht störend auf das Meßsignal aus, da der das Meßsignal bestimmende Gesamtluftspalt konstant bleibt. FIG. 8a and FIG. 8b show the Vorrich invention processing of FIG. 7 in view of the ge in Fig. 7 with AA marked sectional plane, FIG. 8a and, Figs. 8b two different translational positions. Here are the two positions of the rod 22 , which are shown in Fig. 7 with a solid line 22 a and a broken line 22 b, with regard to the arrangement of the rod bes 22 with respect to the magnet 10 and the magnetic field sensor 12 . The rod 22 is shaped so that the distance between the magnetic field sensor 12 and the rod 22 remains constant at the value La, regardless of whether the thickness D1 ( FIG. 8a) or the thickness D2 ( FIG. 8b) is in the intermediate space between magnet 10 and magnetic field sensor 12 is located. However, the distance between the rod 22 and the magnet 10 changes when the rod 22 is translated, so that the air gap L1 according to FIG. 8a becomes a narrower air gap L2 according to FIG. 8b. As a result, the output signal of the magnetic field sensor changes; in the case of a Hall probe, the Hall voltage increases. Analogous to the design according to FIG. 4, movement of the rod 22 in the Y direction does not have a disruptive effect on the measurement signal, since the total air gap determining the measurement signal remains constant.
Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele ge mäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Mo difikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.The preceding description of the exemplary embodiments ge according to the present invention is for illustrative purposes only Purposes and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and mo are within the scope of the invention differences possible without the scope of the invention as well to leave their equivalents.
Claims (7)
ändert, wobei
R0 der minimale Radius ist,
α der Drehwinkel gemessen zum Ort des minimalen Radius R0 ist,
K eine Konstante ist und
x eine Konstante < 1 ist.5. The device according to claim 4, characterized in that the radius R of the rotor according to the equation
changes where
R0 is the minimum radius,
α is the angle of rotation measured to the location of the minimum radius R0,
K is a constant and
x is a constant <1.
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