DE1197938B - Halleffektgeraet zur Verwendung als Modulator oder Demodulator - Google Patents

Halleffektgeraet zur Verwendung als Modulator oder Demodulator

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Publication number
DE1197938B
DE1197938B DEA42674A DEA0042674A DE1197938B DE 1197938 B DE1197938 B DE 1197938B DE A42674 A DEA42674 A DE A42674A DE A0042674 A DEA0042674 A DE A0042674A DE 1197938 B DE1197938 B DE 1197938B
Authority
DE
Germany
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electrodes
prism
output
hall effect
legs
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Pending
Application number
DEA42674A
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English (en)
Inventor
Robert Keith Portway Galpin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Associated Electrical Industries Ltd
Original Assignee
Associated Electrical Industries Ltd
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Publication date
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Publication of DE1197938B publication Critical patent/DE1197938B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03DDEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D1/00Demodulation of amplitude-modulated oscillations
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03CMODULATION
    • H03C1/00Amplitude modulation
    • H03C1/48Amplitude modulation by means of Hall-effect devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Description

  • Halleffektgerät zur Verwendung als Modulator oder Demodulator Die Erfindung bezieht sich auf ein Halleffektgerät zur Modulation oder Demodulation elektrischer Schwingungen und ist eine Weiterentwicklung oder Abänderung eines in einer älteren deutschen Patentanmeldung des gleichen Erfinders niedergelegten älteren Vorschlags.
  • Gegenstand dieser älteren Patentanmeldung ist ein kompaktes Halleffektgerät, das einen solchen Magnetisierungsaufbau aufweist, daß in einem durch den Aufbau begrenzten Bereich zwei sich schneidende Magnetfelder erzeugt werden, die im wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen, das ferner ein Halleffektprisma aufweist, das in diesem Bereich so angeordnet ist, daß es diesen sich schneidenden Magnetfeldem ausgesetzt wird, das ferner zwei Paare von Eingangselektroden aufweist, die auf entsprechenden senkrecht zueinander und in einer durch diesen Bereich hindurchgehenden Ebene verlaufenden Linien liegen, sowie ein Paar von Ausgangselektroden, die auf einer quer zu dieser Ebene verlaufendtn Linie liegen.
  • Bei bestimmten Ausführungsbeispielen eines solchen Gerätes, welche in der erwähnten älteren Patentanmeldung aufgezählt sind, hat der Magnetisierungsaüfbau die Form eines Magnetkörpers mit zwei Paaren von vorspringenden Polstücken, die auf senkrecht zueinander verlaufenden Linien angeordnet sind, wobei die Polstücke jedes Paares sich in Richtung aufeinander zu erstrecken, jedoch dicht voreinander enden, und wobei der Bereich, in welchem das Halleffektprisma angeordnet ist, durch die inneren Enden dieser Polstücke begrenzt wird. Das Halleffektprisma ist ein Würfel und bringt als solcher den Nachteil mit sich, daß der Wirkungsgrad des Gerätes begrenzt wird durch den großen Luftspalt, der im Magnetisierungsaufbau notwendig ist, um denWürfel aufzunehmen. Es besteht weiterhin die Schwierigkeit, den Eingangsstrom auf wirkungsvolle Weise dem würfelförmigen Halleffektprisma zuzuführen. Dieses letztere Problem macht einen Kompromiß erforderlich, weil die Eingangselektroden einerseits zwar groß genug sein sollen, um hohe Stromkonzentrationen im Prisma in der Nähe dieser Elektroden zu vermeiden, aber doch nicht so groß, um als Nebenschlüsse zu wirken, denn es soll der Eingangsstrom möglichst nicht zwischen Elektroden verschiedener Paare fließen, sondern möglichst nur zwischen Elektroden des gleichen Paares. Eine weitere Schwierigkeit besteht in der Bestimmung einer Höchstabmessung für die Ausgangsspannungselektroden.
  • Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wird durch die vorliegende Erfindung ein Halleffektgerät geschaffen, das einen Magnetisierungsaufbau der obenerwähnten Form hat und bei welchem das Halleffektprisma einen kreuzförmigen Querschnitt aufweist, mit zwei Paaren von Elektroden, die jeweils an den oder in der Nähe der äußeren Enden von sich gegenüberliegenden Schenkeln des Prismas angeordnet sind, und ein weiteres Paar von Elektroden, die an den sich gegenüberliegenden Flächen des Prismas in der Schnittlinie der Schenkel angeordnet sind.
  • Bei einem Halleffektprisma von kreuzförmigem Querschnitt kann der Magnetisierungsaufbau des Gerätes mit seinen Polstücken sich bis in die Bereiche zwischen benachbarten Schenkeln des Prismas erstrecken. Auf diese Weise kann der Luftspalt zwischen den Polstücken nunmehr bedeutend kleiner sein als der Luftspalt, der erforderlich ist, wenn das Prisma würfelförmig ausgebildet ist. Der magnetische Stromkreis des Aufbaues wird dadurch verbessert. Darilber hinaus wird die Verteilung des Stromes im Prisma verbessert, der numnehr eine im wesentlichen lineare Verteilung zwischen Paaren sich gegenüberliegender Schenkel erfährt. Dies gestattet die Verwendung eines relativ großflächigen Kontaktes mit geringem übergangswiderstand als Eingangskontakt am äußeren Ende eines jeden Schenkels, was nur eine geringe Gefahr dafür bedeutet, daß der nach dem einen Kontakt übermittelte Eingangsstrom durch den Kontakt an einem benachbarten Schenkel nebengeschlossen wird. Für eine gegebene Stärke des elektrischen und magnetischen Eingangs nach dem Halleffektgerät bringen daher diese beiden Verbesserungen eine erhöhte Magnetflußdichte und Stromkonzentration im Bereich des Prismas zwischen den als Ausgangselektroden dienenden Elektroden mit sich: Da der Hallspannungsausgang an diesen Elektroden direkt proportional dem Produkt aus Magnetflußdichte und Stromstärke in diesem Bereich ist, wird auf diese Weise der Wirkungsgrad des Gerätes wesentlich verbessert.
  • Die Erfindung wird nunmehr an Hand der sie als beispielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlicher beschrieben, und zwar zeigt Fig. 1 in perspektivischer Darstellung ein Ha-II-effektgerät, das ein erfindungsgemäßes Halleffektprisma von kreuzförmigem Querschnitt aufweist, die F i g. 2 und 3 in entsprechend vergrößerter Darstellung ein Halleffektprisma von kreuzförmigem Querschnitt, wobei zwei mögliche alternative Wege aufgezeigt werden, wie an den Ausgangselektroden jede magnetische Streukomponente, die vom Wechselstromeingang herrührt, vermindert wird, während F i g. 4 eine Alternativausführungsform, des Halleffektprismas wiedergibt.
  • Das in F i g. 1 dargestellte Halleffektgerät weist als Magnetisierungsaufbau einen rechteckigen Magnetkörper 1 mit Magnetisierungswicklungen 2 auf. Dieser Magnetkörper 1, der auch schon in der genannten älteren Patentaruneldung dargestellt ist, weist nach innen vorstehende Polstücke 3 auf, die dazu dienen, ein rotierendes Magnetfeld, welches bei Erregung der Spulen 2 erzeugt wird, in Richtung auf ein Halleffektprisma 4 von kreuzförinigem Querschnitt zu konzentrieren. Um das rotierende Magnetfeld in der Mitte des Prismas 4 zu konzentrieren, haben die Polstücke 3 jeweils Endpolschuhe 5, die in den Bereichen zwischen benachbarten Schenkeln des Prismas 4 sitzen. An Stelle solcher zugeordneter Polschuhe können die Polstücke selbst auch so ausgebildet sein, daß sie sich in diese Bereiche hinein erstrecken. Eingangselektroden ip 1, ip l' und ip 2, ip 2' sind an den Enden von sich diagonal gegenüberliegenden Schenkeln des Prismas 4 befestigt, während Ausgangselektroden op, op' (wovon die letztere in der Zeichnung nicht sichtbar ist) in der Mitte des Prismas 4 an sich gegenüberliegenden Flächen befestigt sind, welche senkrecht zu den Eingangselektroden liegen.
  • Wo separate Endpolschuhe für die Polstücke eines solchen Magnetkörpers vorgesehen sind, kann das Halleffektprisma von kreuzförmigem Querschnitt mit diesen Polschuhen an Ort und Stelle in den Bereichen zwischen seinen benachbarten Schenkeln in einem geeigneten Schutzmaterial eingebettet werden, um eine verkapselte Einheit zu bilden, die in den Magnetkörper einsetzbar ist. Verbindungsdrähte würden natürlich vor der Verkapselung an den Eingangs-und Ausgangselektroden befestigt werden.
  • In jeder der F i g. 2 und 3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Halleffektprismas 4 dargestellt, wobei jede Streukomponente des magnetischen Eingangssignals, welches an den Ausgangselektroden op, op' erscheint, durch entsprechende Anordnung der Ausgangsverbindungen, wie diese in jeder dieser Figuren dargestellt sind, vermindert werden kann. Bei den Ausgangsverbindungen gemäß F i g. 2, für welche das Prisma 4 mit einer kleinen Bohrung a versehen ist, die sich zwischen den Ausgangselektroden op, op' erstreckt, ist ein Ausgangsleiter w durch die Bohrung a hindurchgesehraubt und mit der Ausgangselektrode op' verbunden. Dieser Leiter w ist durch die andere Ausgangselektrode op, welche die Form eines Ringes hat, der die Bohrung a umgibt, hindurchgeführt, jedoch gegenüber dieser isoliert. Ein zweiter Ausgangsleiter w' ist mit der Ringelektrodeop verbunden. Vorzugsweise hat der Leiter w'. die Form einer Hülle bzw. eines Mantels, die bzw. der den Leiter w außerhalb des Prismas 4 umgibt. Auf diese Weise wird der Leiter w zunächst durch das Prisma 4 und dann durch den Mantelleiter w' abgeschirmt, so daß jedes Signal, welches in ihm vom magnetischen Eingang her induziert wird, als gering angesehen werden kann. Diese Ausgangsverbindungen sind auch bereits in der genannten älteren Patentanmeldung vorgeschlagen.
  • Im Gegensatz zu den in F i g. 2 dargestellten Ausgangsverbindungen, die dazu beitragen, die im Leiter w induzierte EMK auf einem Minimum zu halten, dienen die in F i g. 3 dargestellten Ausgangsverbindungen dazu, die induzierte EMK dadurch auszugleichen, daß der mit dem Kontakt op' verbundene Leiter vier parallele Drähte 1 aufweist, die in jeweils einer Ecke zwischen den Schenkeln des Prismas 4 geführt sind und Doppelschleifen bilden, in welchen die EhlK im entgegengesetzten Sinn induziert wird. Auch diese Art der Ausgangsverbindung wurde bereits in der erwähnten älteren Patentanmeldung vorgeschlagen.
  • Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, kann eine Streuung des Eingangsstromes auf den Ausgang auch dadurch auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden, daß man bereits ein erstes regelbares Potentiometer zwischen die Eingangselektroden ip 1, ip I' für die eine Phase des übermittelten Signalstromes schaltet und ein zweites veränderliches Potentiometer an die Eingangselektroden ip 2, ip 2' für die andere gegen die erste um 901 verschobene Phase des übermittelten Signalstromes legt, wobei die einstellbaren Anzapfungen dieser beiden Widerstände an einer der Ausgangselektroden op oder op' zusammengeschlossen sind. Auch diese Art der Verminderung der Streuung des Eingangsstromes auf den Ausgang ist bereits in der erwähnten älteren Patentanmeldung vorgeschlagen.
  • Bei dem zuvor beschriebenen Halleffektaerät hat das Halleffektprisma Eingangs- und Ausgangselektroden, die die Verwendung des Gerätes für Modulationszwecke ermöglichen, z. B. in der Weise, wie, in der erwähnten deutschen Patentanmeldung des gleichen Erfinders bereits vorgeschlagen wurde. Das Gerät kann aber auch für Demodulationszwecke, wie ebenfalls schon in der erwähnten älteren deutschen Patentanmeldung vorgeschlagen, verwendet werden, und zwar so, daß die vorhandenen Ausgangsspannungselektroden mit Stromeingangselektroden, und umgekehrt, vertauscht werden. Damit können an den beiden nunmehr vorgesehenen Paaren von Ausgangsspannungselektroden Spannungen erhalten werden, die. eine gegenseitige Phasenverschiebung von 90' aufweisen. Wenn es erforderlich ist, kann also das Halleffektgerät entweder für Modulation oder Demodulation eingesetzt werden. Das Halleffektprisma soll, im Idealfall, in allen drei Dimensionen symmetrisch sein, um jegliche Störung des Stromes zwischen Eingangselektroden durch die Ausgangsspannungselektroden auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Dementsprechend kann das Prisma von kreuzförnügem Querschnitt die in F i g. 4 dargestellte Form annehmen, wobei das in dieser Figur dargestellte Prisma drei wechselseitig senkrecht zueinander stehende Paare von Schenkeln L mit einer Elektrode e an oder in der Nähe des äußeren Endes jedes Schenkels aufweist. Ein solches Prisma ist völlig bzw. allseitig symmetrisch, und die Elektroden e jedes Schenkelpaares können je nach Erfordernis als Spannungsausgangs- oder Stromeingangselektroden dienen.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Halleffektgerät zur Verwendung als Modulator oder Demodulator mit einem Magnetisierungsaufbau, welcher bei Magnetisierung in einem vom Aufbau begrenzten Magnetfeldbereich zwei sich schneidende Magnetfelder erzeugt, die im wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen, und welcher zwei Paare von vorspringenden Polstücken aufweist, die auf senkrecht zueinander verlaufenden Linien angeordnet sind, wobei sich die Polstücke eines jeden Paares nach innen in Richtung aufeinander zu erstrecken, jedoch kurz voreinander enden und mit ihren Innenenden den Magnetfeldbereich begrenzen, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß im Magnetfeldbereich ein Halleffektprisma (4) kreuzförmigen Querschnitts vorgesehen ist, welches zwei Paare von Elektroden (!p 1, ip Y, ip 2, ip 2'), die jeweils an oder nahe den Außenenden von sich gegenüberliegenden Schenkeln des Prismas (4) angeordnet sind, sowie ein weiteres Paar von Elektroden (op, op') aufweist, die auf sich gegenüberliegenden Flächen des Prismas (4) in der Schnittlinie der Schenkel angeordnet sind.
  2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke die Bereiche zwischen benachbarten Schenkeln des kreuzförmigen Prismas weitgehend ausfüllen. 3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Endabschnitte der Polstücke innerhalb des genannten Bereiches als Polschuhe, getrennt vom übrigen Teil des Magnetisierungsaufbaus, ausgebildet sind. 4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma zusammen mit den Polschuhen als eine in einem Schutzmaterial verkapselte Einheit ausgebildet ist. 5. Gerät nach Anspruch 1 bis 4, bei welchem die beiden Paare von Elektroden Stromeingangselektroden und das weitere Paar von Elektroden Spannungsausgangselektroden bilden, dadurch gekennzeichnet, daß das Halleffektprisma mit einer Bohrung versehen ist, die sich zwischen den Ausgangselektroden erstreckt, wobei mit der einen der Ausgangselektroden ein erster Ausgangsleiter verbunden ist, der sich durch die Bohrung hindurch erstreckt, und wobei die andere, Ausgangselektrode die Form eines Ringes hat, welcher die Bohruno, umgibt und mit welchem ein anderer Ausgangsleiter in Form eines Mantels verbunden ist, der den ersten Leiter außerhalb des Prismas umgibt. 6. Gerät nach Anspruch 1 bis 4, bei welchern. die beiden Paare von Elektroden Stromeingangselektroden und das weitere Paar von Elektroden Spannungsausgangselektroden bilden, dadurch gekennzeichnet, daß mit der einen dieser Ausgangselektroden vier parallele Drähte verbunden sind, die in jeweils einer Ecke zwischen den Schenkeln des Prismas geführt sind. 7. Gerät nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma von kreuzförmigem Querschnitt drei wechselseitig zueinander senkrecht stehende Paare von Schenkeln aufweist und daß eine Elektrode am oder in der Nähe des äußeren Endes jedes Schenkels angebracht ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1187 688.
DEA42674A 1962-03-22 1963-03-21 Halleffektgeraet zur Verwendung als Modulator oder Demodulator Pending DE1197938B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2806283A2 (de) 2013-05-22 2014-11-26 Micronas GmbH Dreidimensionaler hallsensor zum detektieren eines räumlichen magnetfeldes

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1187688B (de) * 1961-12-20 1965-02-25 Ass Elect Ind Modulator mit Ausnutzung des Halleffektes

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EP2806283A2 (de) 2013-05-22 2014-11-26 Micronas GmbH Dreidimensionaler hallsensor zum detektieren eines räumlichen magnetfeldes
DE102013209514A1 (de) 2013-05-22 2014-11-27 Micronas Gmbh Dreidimensionaler Hallsensor zum Detektieren eines räumlichen Magnetfeldes

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