DE10350000A1

DE10350000A1 - Magnetfeldtranisitor (MFT)

Info

Publication number: DE10350000A1
Application number: DE2003150000
Authority: DE
Inventors: Robert Jaeger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2005-06-02

Abstract

Magnetfeldtransistoren setzen Magnetfelder bzw. Magnetfeldänderungen in elektrische Signale um. Ihr Effekt beruht im wesentlichen auf einem magnetfeldabhängigen magnetischen Widerstand (magnetfeldgesteuerter magnetischer Widerstand = Magnetfeldtransistor).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung elektrischer Signale nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 2 sowie eine Einrichtungen zum Nachweis und Durchführen der Verfahren.
Problembeschreibung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetischen Widerstand durch ein Magnetfeld zu beeinflussen.
Stand der Technik
Bisher sind bekannt:

• Bipolare Transistoren,
• Fototransistoren,
• Feldeffekttransistoren (FET),
• Metall-Oxid-Feldeffekttransistoren (MOSFET)
• Junktion FET Transistoren (JFET) Magnetfeldtransistoren (MFT) sind nach meinem Kenntnisstand bisher nicht bekannt.

Funktionsbeschreibung des Magnetfeldtransistors
Ähnlich dem elektrischen Stromfluss in Leitern wird der magnetische Fluss durch magnetische Leiter (Materialien mit großer relativer Permeabilität) in vorbestimmten Bahnen konzentriert.
Der magnetische Widerstand des magnetischen Leiters (d.h. die relative Permeabilität) hängt dabei von verschiedenen Einflussfaktoren ab.
So können Magnetfelder den magnetischen Widerstand beeinflussen; Der magnetische Fluss durch einen Kanal kann durch ein Magnetfeld nahezu ohne Leistung gesteuert werden.
Ohne Magnetfeld (B 1=0) besitzt der Kanal einen magnetischen Widerstand Rm1 (Bild 1a). Mit einem Magnetfeld B2>0 bekommen die Elementarmagnete eine Vorzugsrichtung und der magnetische Widerstand erhöht sich (Rm2>Rm1, Bild 1b). Ab einer bestimmten Feldstärke, der Abschnürfeldstärke (Pinch Off Feldstärke Bp) kommt es zu einer nahezu vollständigen Abschnürung des Kanals. Der magnetische Widerstand ist maximal, er wird auch bei einer Erhöhung der Feldstärke nicht wesentlich größer (Rm3 = Rm max bei B3 = Bp, Bild 1c). Bp wird hauptsächlich durch die Geometrie und die Materialeigenschaften bestimmt. Die umgekehrte Funktionsweise ist wegen des Superpositionsprinzip bei Feldern möglich (selbstsperrender MFT z.B. durch „Vorspannung" mit einem Gleichfeld).
Schaltbild:
Das Schaltbild des MFT soll auf die galvanische Trennung zwischen dem Magnetfeld B am Gate-Eingang (BG) und den übrigen Anschlüssen hinweisen (Bild 2a, bzw. vereinfacht Bild 2 b, potentialgebundener MFT). Dabei besteht die Möglichkeit einer vollständigen galvanischen Trennung zwischen den einzelnen Kanälen (Bild 2c bzw. vereinfacht Bild 2d, potentialfreier MFT), d.h. zwischen Gate BG, Drain D, Source S und Ausgang A Da das steuernde Magnetfeld am Element auch von einem Dauermagneten stammen kann, ist BG nicht notwendigerweise als physikalischer Anschluß zu verstehen. In diesem Fall soll BG nur kennzeichnen, daß ein steuerndes Magnetfeld vorhanden sein soll (Beipiel: Drehzahlmessung mit Hilfe eines Dauermagneten und eines MFT, siehe Bild 3).
Die Spannung am Drain-Anschluß ist dabei eine Wechselspannung entsprechend UDs = U ^Ds·sin(ωDt)
Daraus folgt ein Strom ID = I ^D·sin(ωDt + φ1)
In den folgenden Kennlinienbildern wird lediglich die Amplitude U ^_Ds gezeichnet. Für die vom Magnetfeld abhängige Ausgangsspannung beim potentialfreien MFT gilt: UAs = U ^As·sin(ωDt + φA)
Auch hier wird nur die Amplitude, d.h. U ^_As gezeichnet.
Unter BG ist die Stärke des steuernden Magnetfeldes zu verstehen, gleichgültig ab es von einem Dauermagneten oder einer Spule stammt. Da vor allem der potentialfreie MFT als technisch interessant erscheint, werden nur dessen Kennlinienfelder dargestellt.
Beispiel: Kennlinienfelder des potentialfreien MFT:
1. Steuerkennlinie
Aus der Steuerkennlinie ist die Abhängigkeit der Ausgangsspannungsamplitude vom steuernden Magnetfeld mit der Amplitude der Versorgungsspannung als Parameter ersichtlich.
2. Ausgangskennlinie
Die Ausgangskennlinie ist weitgehend linear. Als Parameter ist das steuernde Magnetfeld aufgetragen.
Fortschritte der Erfindung
Magnetfeldtransistoren erfüllen die Forderungen nach
hohen Messeffekten bis zur Frequenz=0 der Magnetfeldänderung,
hoher Zuverlässigkeit,
keine Wartung,
kleine und nahezu beliebige Bauformen daher den praktischen Gegebenheiten einfach anpassbar,
geringes Gewicht,
weiter Temperaturbereich (u.a. abhängig von der Curie-Temperatur des verwendeten Materials),
unempfindlich gegen unterschiedliche Belastungen und Störgrößen (wie z.B. Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen, Verschmutzung).
geringen Herstellungskosten,
und sind für viele Zwecke einsetzbar.
Das erfindungsgemäß Neue besteht in der Verwendung eines Übertragungskanals (magnetischer Widerstand), dessen Übertragungseigenschaften von einem Magnetfeld abhängen.
Die denkbar einfachste Ausführung besteht in einem ferromagnetischen Material als Kanal, dessen Widerstand sich mit einem Magnetfeld ändert.
Anwendungsbeispiel:
Zur Drehzahl- und Drehgeschwindigkeits- Messung (Bild 3)
Normale induktive Sensoren sind in vielerlei Hinsicht unbefriedigend. Sie besitzen eine drehzahlabhängige Messgröße sind ungeeignet für niedrige Drehzahlen und besitzen weitere Nachteile. Der MFT erfüllt die Forderung nach
Statische Drehzahlerfassung (d.h. Drehzahl null),
Unabhängig von geringen Luftspaltschwankungen,
geringe Baugröße, geringes Gewicht
Temperaturbeständigkeit,
Drehrichtungserkennung,
Bezugsmarkenerkennung.
Der Messeffekt ist hoch. Die Systeme sind klein, leicht und preiswert.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines magnetischen Widerstandes dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseigenschaften eines magnetisch leitenden Kanals von Magnetfeldern bestimmt wird.
Verfahren zur Steuerung eines magnetischen Widerstandes dadurch gekennzeichnet, dass eine vollständige galvanisch Trennung zwischen dem steuernden Feld dem Ausgangskanal und dem Versorgungssignal erfolgt.
Verfahren zur Erzeugung elektrischer Signale nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass zur Beeinflussung der Übertragungseigenschaften das magnetische Feld eines Dauermagneten verwandt wird.
Verfahren zur Erzeugung elektrischer Signale nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass zur Beeinflussung der Übertragungseigenschaften das magnetische Feld einer Spule verwandt wird.
Einrichtungen zum Nachweis und Durchführen der Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 und 4 dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen einem Eingangssignal und einem Ausgangssignal ein Übertragungskanal befindet, dessen Übertragungseigenschaften (magnetischer Widerstand) durch ein Magnetfeld verändert wird.