DE1011041B - Einrichtung, bei der ein in einem stromdurchflossenen Widerstandskoerper unter dem Einfluss eines Magnetfeldes auftretender Effekt ausgenutzt wird - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es sind Einrichtungen bekannt, bei denen Effekte ausgenutzt werden, die sich durch den Einfluß eines Magnetfeldes auf einen stromdurchflossenen Widerstandskörper ergeben. So ist es beispielsweise bekannt, die Änderung des elektrischen Widerstandes auszunutzen, die ein Germanium- oder ein Wismutkörper durch ein Magnetfeld erfährt, etwa um damit Magnetfelder zu messen oder um damit einen steuerbaren Verstärker herzustellen. Ferner sind Hallspannungserzeuger bekannt.

Da die in den stromdurchflossenen Widerstandskörper» auftretenden Effekte um so größer sind, je stärker das den Widerstandskörper beeinflussende magnetische Feld ist, strebt man einen möglichst starken magnetischen Fluß durch den Widerstandskörper an. Man ist daher bemüht, den magnetischen Streufluß weitgehend herabzusetzen. Dies kann bekanntlich dadurch erreicht werden, daß die Magnetpole in möglichst geringem Abstand angeordnet werden. Die Grenze für die Annäherung der Magnetpole ist jedoch durch die Stärke des zwischen den Magnetpolen anzuordnenden Widierstandskörpers und die Dicke der zwischen Widerstandskörper und Magnetpolen erforderlichen Isolation gegeben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Empfindlichkeit einer derartigen Anordnung, d. h. die am stromdurchflossenen Widerstandskörper auftretenden Effekte bzw. die Änderungen dieser Effekte, möglichst zu vergrößern. Erfindungsgemäß besteht der an den Widerstandskörper angrenzende Teil das. magnetischen Kreises aus einem elektrisch nichtleitenden, ferromagnetischen Werkstoff, z. B. aus Ferrit. Werden etwa die Polenden der Magnetfeldanordnung, zwischen denen sich der Widerstandskörper befindet, aus elektrisch nichtleitendem ferromagnetischem Werkstoff hergestellt, so ist eine zusätzliche Isolation zwischen dem Widerstandskörper und den Magnetpolen nicht mehr erforderlich. Die Polenden können unmittelbar auf den Widerstandskörper aufgesetzt werden, so daß sich der Abstand der Polenden um die Stärke der bei den bekannten Anordnungen erforderlichen Isolationsschicht verringert. Damit verringert sich aber auch der Luftspalt der Anordnung, der Streufluß wird kleiner und der Widerstandskörper wird von einem größeren Anteil des in der Magnetfeldanordnung erzeugten magnetischen Flusses beaufschlagt.

In Sonderfällen können zusätzlich dünne, isolierende Zwischenschichten verwendet werden, beispielsweise zum Ausgleich von Unebenheiten oder zum Verkitten des Widerstandskörpers mit den ferromagnetischen Polenden, um eine gegen Erschütterungen unempfindliche Einrichtung zu erhalten. Statt Ferrit können an sich beliebige nichtleitende ferro-Emrichtung, bei der ein in einem

stromdurchflossenen Widerstandskörper unter dem Einfluß eines Magnetfeldes

auftretender Effekt ausgenutzt wird

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr.-Ing. Georg Sichling, Erlangen,
und Dipl.-Ing. Wilhelm Kafka, Tennenlohe-Turmberg

bei Erlangen,
sind als Erfinder genannt worden

magnetische Werkstoffe verwendet werden. Dabei ist es für das Wesen der Erfindung nicht von Bedeutung, ob die unter dem Einfluß des Magnetfeldes eintretende Widerstandsänderung des Widerstandskörpers oder eine andere magnetfeldabhängige Erscheinung, beispielsweise der Halleffekt, ausgenutzt werden.

Eine weitere Vergrößerung der Empfindlichkeit einer Einrichtung nach der Erfindung kann dadurch erreicht werden, daß der zwischen dem ferromagnetischen, Werkstoff gelagerte Widerstandskörper aus einem Halbleiter mit einer Trägerbeweglichkeit von mindestens 6000 cm²/Vs besteht, da an diesen Halbleitern an sich schon große Änderungen der an ihnen auftretenden Effekte bei Änderungen des Magnetfeldes hervorgerufen werden. Zu den Halbleitern mit derartig hohen Trägerbeweglichkeiten gehören Widerstandskörper aus halbleitenden Verbindungen, insbesondere von der Form A_mB_v, d. h. also Verbindungen eines Elementes A der III. Gruppe mit einem Element B der V. Gruppe des Periodischen Systems. Hierzu gehört beispielsweise Indiumantimonid.

Weiterhin können als Widerstandskörper bereits an anderer Stelle (vgl. Patent 949 246) vorgeschlagene Widerstandskörper verwendet werden, die elektrische Eigenhalbleiter darstellen und die eine an Elektronenlochpaaren verarmte Zone, die sogenannte magnetische Sperrschicht, aufweisen. Auf Grund der magnetischen Sperrschicht erzeugte Widerstandsanderungen lassen

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sich in einem besonders großen Bereich ausnutzen, und für die Steuerungsabhängigkeit ergeben sich einfache und jederzeit reproduzierbare Verhältnisse.

Durch die Erfindung wird gleichzeitig die Verbesserung der mechanischen Stabilität von Anordnungen mit magnetfeldabhängigen Widerstandskörpern erhöht, da eine kompakte mechanische Verbindung zwischen Magnetpol und Widerstandskörper hergestellt werden kann, ohne daß dabei eine Vergrößerung des Widerstandes des magnetischen Kreises in Kauf genommen werden muß, wie dies bei den bisher gebräuchlichen unmagnetischen Isolierschichten der Fall war. Gegenüber der freien Anordnung eines Widerstandskörpers im Luftspalt eines Magneten ergibt sich durch die Erfindung eine Einrichtung, bei der störende Widerstandsbeeinflussungeti durch Überlagerung äußerer mechanischer Erschütterungen vermieden sind, da Magnet und Widerstandskörper eine bauliche Einheit bilden und so Relativbewegungen zwischen diesen Teilen nicht auf· ao treten können.

Es ergibt sich ferner der Vorteil, daß in den elektrisch nichtleitenden ferromagnetischen Magnetkörpern Wirbelstromverluste weitgehend vermieden sind. Dies ist nicht nur dann von Bedeutung, wenn Wechselströme das Magnetfeld erzeugen, sondern auch, wenn Erregergleichströme vorhanden sind, z. B. in der Steuer- und Regeltechnik, die sich sprunghaft ändern. Außerdem wird die Wärmeableitung des Widerstandskörpers bei Verwendung elektrisch nichtleitender anliegender Magnetkörper verbessert. Bei besonders hohen Temperaturbelastungen kann der Magnetkörper zusätzlich mit Kühlrippen versehen sein. Diese können sowohl in die Magnetkörper eingearbeitet sein oder auch aus besonderen auf- oder eingesetzten Metallrippen bestehen. Es ist ferner möglich:, die Magnetköqaer mit Kühlkanälen zu versehen, durch die man ein Kühlmedium strömen lassen kann.

Zur näheren Erläuterung ist in der Zeichnung in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Einrichtung nach der Erfindung dargestellt. Mit 1 ist der Eisenkern einer Magnetfeldanordnung bezeichnet, die durch eine Wicklung 2 erregt wird. An die Polenden, des Eisenkerns ist je ein Polschuh 3 bzw. 4 aus elektrisch nichtleitendem ferromagnetischem Werkstoff angesetzt. Zwischen den Polschuhen 3 und 4 befindet sich ein Widerstandskörper 5, der mit seinen zwei größten Flächen dicht an den Polschuhen anliegt. In jeden der Polschuhe 3 und 4 sind außerdem beispielsweise je zwei Kühlrippen 6 und 9 aus Kupferblech eingesetzt, vorzugsweise eingepreßt oder eingesintert. Von zwei Stromzuleitungen des Widerstandskörpers 5 ist nur eine dargestellt, die mit 10 bezeichnet ist.

Im Gegensatz zum dargestellten Ausführungsbeispiel kann auch der Eisenkern 1 aus elektrisch nichtleitendem Magnetwerkstoff bestehen. Ein Widerstandskörper kann in diesem Falle direkt zwischen den Polenden des Eisenkerns 1 unter Fortfall der Polschuhe 3 und 4 angebracht werden. An Stelle einer elektromagnetisch erregten Magnetfeldanordnung kann auch eine dauermagnetische Magnetfeldanordnung oder auch eine Kombination aus beiden verwendet sein. Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung kann auch, falls ein Dauermagnet vorhanden ist, dieser selbst aus elektrisch nichtleitendem Werkstoff bestehen. Dauermagnetstoffe dieser Art finden sich unter den Bariumeisenoxyd-Sinterwerkstoffen. Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann bei Magnetfeldanordnungen, die gleichzeitig Elektromagneten und elektrisch nichtleitende Dauermagneten enthalten, der Dauermagnet zwischen zwei magnetfeldabhängigen Widerstandskörpern und diese aus drei Teilen bestehende Einheit zwischen den Polen des Elektromagneten angeordnet sein. Bei derartigen Anordnungen zweckmäßig vorhandene Luftspalte zwischen Dauermagnet und Elektromagnet, die eine störende Beeinflussung des Dauermagneten durch den Elektromagneten verhindern sollen, werden _; infolge der vorgenannten Maßnahme durch die ·-■-Widerstandskörper selbst gebildet. Ein zusätzlicher Dauermagnet kann beispielsweise dazu vorgesehen sein, einen nicht linearen Anfangsteil in der Steuer- ' kennlinie des Widerstandskörpers zu eliminieren.

Die Anwendung der Maßnahmen nach der Erfindung beschränkt sich nicht auf Einrichtungen, die ^; nur einen Widerstandskörper im magnetischen Kreis ί einer Magnetfeldanordnung enthalten, sondern ist auch auf solche anwendbar, die mehrere Widerstandskörper enthalten. In Fig. 2 ist eine Säule aus;·■ !beispielsweise fünf magnetfeldabhängigen WiderstaiMskörpern H bis 15 dargestellt, die durch Zwischenschichten 16 bis 19 aus elektrisch nichtleitendem :^: ferromagnetischem Werkstoff voneinander getrennt '■· sind. Die Widerstandskörper 11 bis 15 können bei- : spielsweise, wie dargestellt, elektrisch in-. Reihe ge- :! schaltet sein. Die an die Teile 11 und 19 angrenzende " Magnetfeldanordnung ist bis auf die mit N und S bezeichneten. Polenden nicht mit dargestellt. Für die :;■.. Erfindung ist es an sich gleichgültig, welcher / magnetfeldabhängige Effekt des Widerstandskörpers ausgenutzt ist und in welcher Weise und zu welchem Zweck dies geschieht. '""

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Einrichtung, bei der ein in einem stromdurchfloesenen Widerstandskörper unter dem Ein- :l nuß eines Magnetfeldes auftretender Effekt ausgenutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der an ,;, den Widerstandskörper angrenzende Teil des _: Magnetkreises aus einem elektrisch nichtleitenden, ; ferromagnetischen Werkstoff, z. B. aus Ferrit, , besteht. {

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- ι: kennzeichnet, daß die Polenden der Magnetfeldanordnung, zwischen denen sich der Widerstandskörper befindet, aus ferromagnetischem Werkstoff bestehen. ^;

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstandskörper ein Halbleiterkörper mit einer Trägerbeweglichikeit von etwa 6000 ctn²/Vs- und mehr verwendet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus einer halbteitenden Verbindung, insbesondere von der FormA_mB_v besteht.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandskörper ein elektrischer Eigenhalbleiter mit einer magnetischen Sperrschicht ist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch· gekennzeichnet, daß die Magnetfeldanordnung dauermagnetisch ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Polenden der Magnetfeldanordnung aus dauermagnetischen Polschuhen bestehen.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandskörper vorzugsweise in der Magnet-

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flußrichtung unterteilt ist und daß zwischen den Teilen desselben Schichten aus elektrisch nichtleitendem ferromagmetischem Werkstoff angeordnet sind.

9. Einrichtung nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetisehen Zwischenschichten dauermagnetisch sind.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Widerstandskörper angrenzenden, aus elektrisch nichtleitendem ferromagnetischem Werkstoff bestehenden Magnetkörper mit Kühlrippen versehen sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen aus eingesetzten, vorzugsweise eingepreßten oder eingesinterten Metallrippen bestehen.

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch nichtleitenden Magnetkörper mit Kühlkaniälen zur Aufnahme eines strömenden Kühlmittels versehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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