DE1284099B

DE1284099B - Mechanical-magnetic transmitter

Info

Publication number: DE1284099B
Application number: DE1964I0025594
Authority: DE
Inventors: Luetze; Dipl-Ing Wilhelm
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1964-04-04
Filing date: 1964-04-04
Publication date: 1968-11-28

Description

Die Erfindung-betrifft einen mechanisch-magnetischenMeßumformerm,itdifferentiellemmagnetischem Abgriff nach Art einer magnetischen Weiche mit feststehenden Magnetpolen, von denen unter Bildung gegenläufig veränderlicher Luftspalte über einen mechanisch steuerbaren Nebenschluß magnetische Energie ableitbar ist.The invention relates to a mechanical-magnetic measuring transducer with a differential magnetic Pick-up in the manner of a magnetic switch with fixed magnetic poles, one of which with the formation of oppositely variable air gaps via a mechanically controllable one Shunt magnetic energy can be dissipated.

Anordnungen zur Umformung einer mechanischen Bewegung in Änderungen eines magnetischen Flusses sind in großer Zahl bekannt. Das verwendete Prinzip und die Ausführung der Anordnung richten sich natürlich nach der jeweils zu lösenden technischen Aufgabe. Insbesondere in der Meß-, Steuer' und Regeltechnik wer.den Einrichtungen zur stufen-' losen Änderung des magnetischen Flusses eines mdgnetischen Kreises auf mechanischem Wege benutzt. Sie dienen hier meist -als Abfühleinrichtungen, als Beispiele seien erwähnt pneumatische bzw. akustische Abfühlung, mechanisch-magnetische Endschalter, Annäherungsschalter und Grenzwertgeber, wie sie beispielsweise zur Abfühlung der Kolbenstellung bei Hydraulik- und Pneumatikzylindern verwendet werden.Arrangements for converting a mechanical movement into changes a magnetic flux are known in large numbers. The principle used and the execution of the arrangement depend of course on the one to be solved technical task. Especially in measurement, control and regulation technology Devices for the stepless change of the magnetic flux of a magnetic Circle used in a mechanical way. They mostly serve as sensing devices, Examples include pneumatic or acoustic sensing, mechanical-magnetic sensing Limit switches, proximity switches and limit switches, such as those used for Sensing of the piston position can be used in hydraulic and pneumatic cylinders.

Zum Verändern des Flusses eines magnetischen Kreises ergeben sich mehrere Möglichkeiten. So ist es bekannt, die Erzeugung des Flusses, also die magnetische Spannung dadurch zu ändern, daß die elektrische Erregung geändert wird. Außerdem ergeben sich Regelungsmöglichkeiten eines magnetischen Kreises aus der Abhängigkeit seines magnetischen Widerstandes von der Länge, des Querschnittes und der relativen Permeabilität des verwendeten Kernmaterials. Ein aus diesen Möglichkeiten hervorgegangener und vielfach benutzter Weg, den Fluß eines magnetischen Kreises zu ändern, ist die Anwendung eines magnetischen Nebenschlusses, der von dem zu ändernden Hauptkreis abgezweigt wird und bei dem die Änderung durch eine veränderbare Ableitung in den Nebenschluß erfolgt. Dabei kann der durch die Flußänderung, zu beeinflussende Verbraucher im Nebenschluß oder im Hauptkreis angeordnet sein.To change the flux of a magnetic circuit result more options. So it is known, the generation of the flux, thus the magnetic To change voltage by changing the electrical excitation. aside from that control possibilities of a magnetic circuit result from the dependency its magnetic resistance on the length, the cross section and the relative Permeability of the core material used. One that emerged from these possibilities and a widely used way of changing the flux of a magnetic circuit is this Applying a magnetic shunt to the main circuit to be changed is branched off and in which the change is made by a changeable derivation in the Shunt takes place. The consumer to be influenced by the change in flow can thereby be arranged in the shunt or in the main circuit.

So ist beispielsweise bereits eine Einrichtung zur stufenlosen Änderung des magnetischen Flusses eines einen magnetischen Verbraucher enthaltenden bzw. diesem angehörenden magnetischen Kreises mittels eines auf mechanischem Wege einschaltbaren magnetischen Nebenschlusses bekannt, bei dem die mechanisch verstellbaren Teile als magnetische Weiche ausgebildet sind und diese ein relativ zu ihren Einmündungsstücken von Haupt- und Nebenkreis bewegliches, gemeinsames Weichenstück enthält, vorzugsweise in solcher Ausbildung, daß das Weichenstück an das gemeinsame Ausmündungsstück drehbar anschließt.For example, there is already a facility for continuous change the magnetic flux of a magnetic consumer containing or this associated magnetic circuit by means of a mechanically switched on magnetic shunt known in which the mechanically adjustable parts are designed as a magnetic switch and this one relative to their junction pieces contains moving, common switch piece of main and secondary circle, preferably in such a training that the switch piece rotatable on the common outlet piece connects.

Weiterhin ist eine Einrichtung bekannt, bei der ein Elektro- oder Permanentmagnet ruhend angeordnet ist und seinen Fluß über einen geringen Luftspalt einer oder mehreren angetriebenen, magnetisch leitfähigen Schaltbrücken mitteilt, welche bei ihrer Bewegung längs ihrer Bahn befindliche Schutzrohrkentakte nacheinander betätigen.Furthermore, a device is known in which an electrical or Permanent magnet is arranged at rest and its flux over a small air gap notifies one or more driven, magnetically conductive switching bridges, which thermowell clocks located one after the other as they move along their path actuate.

Andere bekannte Anordnungen sind derart ausgebildet, daß der Verbraucher im Streufeld eines Ma Igneten angeordnet ist. Der bewegliche, den Magnetfluß im Verbraucher steuernde Teil befindet sich i dabei zwischen dem Magneten und dem Verbraucher und bewirkt bei seiner Bewegung eine Verlagerung der auf den Verbraucher einwirkenden Streulinien. Der Erfindung liegt nun, unter Verwendung der bekannten Anordnung zur stuienlosen Änderung des Magnetflusses in einem Verbraucher mit einem beweglichen, als Abgriff dienenden Weichenstück, die Aufgabe zugrunde, die folgenden Eigenschaften zu erzielen. Es sollen möglichst günstige Steuerkennlinien für den den Verbraucher beeinflussenden Magnetfluß erzeugt werden. Insbesondere sollen möglichst große Flußänderungen bei kleinen Bewegungen des Abgriffs erzielt und gleichzeitig, bei sehr _genngern Aufwand, mghrere getrennte Abgriffe auf engem Raum angeord , 6t werden, ohne daß eine störende gegenseitige Beeinflussung stattfindet.Other known arrangements are designed such that the consumer is arranged in the stray field of a magnet. The movable part, which controls the magnetic flux in the consumer, is located between the magnet and the consumer and, when it moves, causes a shift in the stray lines acting on the consumer. The invention is based on the task of achieving the following properties, using the known arrangement for smoothly changing the magnetic flux in a consumer with a movable switch piece serving as a tap. The aim is to generate the most favorable control characteristics for the magnetic flux influencing the consumer. In particular, the largest possible flux changes with small movements are achieved at the same time of the tap and, at very _genngern effort mghrere separate taps in a small space angeord be 6t without a disturbing mutual influencing occurs.

Gemäß der Erfinduncr wird ein mechanisch-magnetischer Meßumfonner mit differentiellen magnetischen Abgriffen vorgeschlagen, derart, daß erfindungsgemäß die Magnetpole nur einen geringen gegenseitigen Luftspalt aufweisen und mehrere parallel angeordnete und unabhängig voneinander steuerbare Nebenschlüsse vorgesehen sind, mit denen jeweils ein Verbraucher gekuppelt ist.According to the invention, a mechanical-magnetic transducer is used proposed with differential magnetic taps, such that according to the invention the magnetic poles have only a small mutual air gap and several shunts arranged in parallel and controllable independently of one another are provided with each of which a consumer is coupled.

Eine besonders.,vorteilhafte Ausführungsforra des mechanisch - magnetischen Meßumformers besteht darin, daß ein aus zwei sich parallel gegenüberstehenden Platten bestehendes Polschuhpaar mit senkrecht zu den « Platten verlaufenden Bohrungen versehen ist, in denen bewegliche, ihren getrennt zugeordneten Verbrauchern ihrer räumlichen Lage entsprechende magnetische Potentiale zuführende Abfühlstifte angeordnet sind. Die Abfühlstifte sind dabei in einfacher Weise am Abfühlort mit em*em fast den Durchmesser der Bohrung aufweisenden weichmagnetischen Bund versehen, dessen Höhe etwas größer als der Luftspalt des Polschuhpaares ist.. A particularly advantageous Ausführungsforra of the mechanical - magnetic transmitter is that a two opposing parallel plates of pole pieces is provided with perpendicular to the "plates extending bores, movable in which their assigned separately consumers their spatial position corresponding magnetic potentials feeding Sensing pins are arranged. The sensing pins are provided in a simple manner at the sensing location with em * em almost the diameter of the bore having a soft magnetic collar, the height of which is slightly greater than the air gap of the pair of pole shoes.

Die mit der erfindungsgernäßen Lösung erzielbaren Vorteile sind der damit erreichbare kleine magnetische Innenwiderstand des Polschuhpaares, durch den eine niederohmige magnetische Quelle gebildet wird, die eine störene gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Abfühlkanäle ünterdrückt.The advantages that can be achieved with the solution according to the invention are thus achievable small internal magnetic resistance of the pole shoe pair, through the a low-resistance magnetic source is formed, which is an interfering mutual Influence on the individual sensing channels suppressed.

Ferner wird durch die Zusammenfassung der magnetischen Spannungsquelle in einem einzigen Polschuhpaar eine wirtschaftliche Erzeugung von vielen zeitlich konstanten magnetischen Einzelfeldern ermöglicht.Furthermore, by combining the magnetic voltage source in a single pair of pole pieces an economic production of many over time constant magnetic individual fields.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der beiden in den Figuren im Prinzip dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.In the following the invention is based on the two in the figures in principle illustrated embodiments explained in more detail.

Das in F i g. 1 -dargestellte Ausführungsbeispiel besteht im wesentlichen aus einem Magnet, dessen Schenkel 8 und 9 die Erregerwicklungen 13 und 14 tragen. Die beiden Schenkel 8 und 9 enden in sich parallel gegenüberstehenden und einen kleinen Luftspalt 7 bildenden Platten 1 und 2. Die Platten 1 und 2 sind mit Bohrungen 3 versehen, deren Anzahl der Zahl der Abfühlstellen entspricht. In diesen Bohrungen 3 sind bewegliche Abfühlstifte 5 angeordnet, die mit einem weichmagnetischen Bund 6 versehen sind, derart, daß sich der Bund in der Ausgangslage der Abfühlstifte 5 im Luftspalt 7 des Polschuhpaares befindet. Jeder Abfühlstift 5 wird in einer Bohrung 11 geführt, die in einem jedem Abfühlstift zugeordneten, aus weichmagnetischera Material bestehenden Leitstück 10 angebracht ist. In den den abgefühlten Magnetfluß führenden Leitstücken 10 sind die jeder Abfühlstelle zuaeordneten magnetischen Verbraucher, im vorliegenden Beispiel Reed-Relais 4, mit einem Ende gelagert. Das andere Ende der Reed- Relais 4 ist in einer für alle gemeinsamen Rückfüh- rung 12 angebracht. Die elektrische Zuleitung zu den Kontakten der Reed-Relais 4 erfolgt über die Anschlüsse 15. Der weichmagnetische Bund 6, der Stift 5 und das zugeordnete magnetische Leitstück 10 bilden zusammen mit dem jeweiligen Reed-Relais 4 und der für alle Verbraucher gemeinsamen magnetischen Rückführung 12 einen magnetischen Nebenschluß.The in Fig. 1 -shown embodiment consists essentially of a magnet, the legs 8 and 9 of which carry the excitation windings 13 and 14. The two legs 8 and 9 extending parallel in opposite and a small air gap 7 forming plates 1 and 2. The plates 1 and 2 are provided with holes 3, whose number corresponds to the number of Abfühlstellen. In these bores 3 movable sensing pins 5 are arranged, which are provided with a soft magnetic collar 6 , such that the collar is in the initial position of the sensing pins 5 in the air gap 7 of the pole shoe pair. Each sensing pin 5 is guided in a bore 11 which is mounted in a guide piece 10 made of magnetically soft material and assigned to each sensing pin. In the conductive pieces 10 carrying the sensed magnetic flux, the magnetic consumers assigned to each sensing point, in the present example reed relays 4, are mounted at one end. The other end of the reed relay 4 is tion in a common for all repatriation 12 attached. The electrical supply to the contacts of the reed relays 4 takes place via the connections 15. The soft magnetic collar 6, the pin 5 and the associated magnetic conductive piece 10 together with the respective reed relay 4 and the magnetic feedback 12 common to all consumers magnetic shunt.

In Abhängigkeit von der jeweiligen Lage eines Stiftes 5 greift der zugehörige weichmagnetische Bund 6 ein bestimmtes Potential von dem im Luftspalt 7 herrschenden magnetischen Feld ab. Mit Hilfe der Erregerspulen 13 und 14 läßt sich durch Steuerung des Erregerstromes das Potentialfeld im Luftspalt 7 der gestellten Aufgabe und den Verbrauchern anpassen. Die einzelnen Stifte bilden demnach differentielle magnetische Abgriffe. Mit Hilfe dieser differentiellen magnetischen Abgriffe läßt sich beispielsweise eine einfache und kontaktsichere Stiftabfühlung für Lochkarten bauen. Für sämtliche Abfühlstellen genügt ein gemeinsames Polschuhpaar mit zwei Polen zur Erzeugung des magnetischen Potentials. Für jeden Abfühlstift 5 ist nur eine Bohrung 3 in dem Polschuhpaar vorgesehen. Der einzelne Abfühlstift greift in dieser Bohrung mit seinem weichmagnetischen Bund 6 je nach Stiftstellung ein bestimmtes magnetisches Potential ab und steuert damit den magnetischen Fluß im zugehörigen Reed-Relais 4. Einen wesentlichen Vorteil stellt der erreichbare kleine magnetische Innenwiderstand des Polschuhpaares dar. Durch diese niederohmige magnetische Quelle wird eine störende gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Abfühlkanäle unterdrückt. Am Luftspalt 7 des Polschuhpaares steht eine relativ große magnetische Spannung. Zusammen mit einer geeigneten Dimensioniel ung des Abtastorgans (Bundstärke am Abfühlstift etwa um den Faktor 1,2 größer als der Luftspalt 7 im Polschuhpaar) ergibt sich dadurch eine sehr große Steilheit der magnetischen Kennlinie als Funktion der mechanischen Bewegung. Das bedeutet eine zuverlässige Ansteuerung der Reed-Relais 4. Durch die erzielbaren großen Flußänderungen werden die Abweichungen der einzelnen Reed-Relais infolge Herstellungstoleranzen im Ansprechwert und infolge Justagefehler weitgehend eliminiert.Depending on the respective position of a pin 5 , the associated soft magnetic collar 6 picks up a certain potential from the magnetic field prevailing in the air gap 7. With the help of the excitation coils 13 and 14, by controlling the excitation current, the potential field in the air gap 7 can be adapted to the task at hand and to the consumers. The individual pins therefore form differential magnetic taps. With the help of these differential magnetic taps, for example, a simple and contact-safe pin sensing device for punch cards can be built. A common pair of pole shoes with two poles is sufficient for all sensing points to generate the magnetic potential. For each sensing pin 5 , only one bore 3 is provided in the pair of pole shoes. The individual sensing pin grabs a certain magnetic potential in this bore with its soft magnetic collar 6 depending on the pin position and thus controls the magnetic flux in the associated reed relay 4. The achievable small internal magnetic resistance of the pole piece pair represents a significant advantage Source, a disruptive mutual influence of the individual sensing channels is suppressed. A relatively large magnetic voltage is present at the air gap 7 of the pair of pole shoes. Together with a suitable dimensioning of the sensing element (collar thickness on the sensing pin about a factor of 1.2 greater than the air gap 7 in the pole shoe pair), this results in a very steep magnetic characteristic curve as a function of the mechanical movement. This means reliable control of the reed relays 4. The large flux changes that can be achieved largely eliminate the deviations of the individual reed relays as a result of manufacturing tolerances in the response value and as a result of adjustment errors.

Die Zusammenfassung der magnetischen Spannungsquelle in einem einzigen Polschuhpaar ermöglicht eine wirtschaftliche Erzeugung von vielen zeitlich konstanten magnetischen Einzelfeldern. Durch Einsatz eines einfachen Urstromreglers kann man zusätzlich die Temperaturabhängigkeit einer derartigen Anordnung auf ein Minimum reduzieren.The combination of the magnetic voltage source in a single one The pair of pole shoes enables the economical generation of many temporally constant magnetic single fields. By using a simple primary current regulator, you can in addition, the temperature dependence of such an arrangement to a minimum to reduce.

Ein weiterer Vorteil bei der gemeinsamen elektrischen Erzeugung des Magnetfeldes besteht in der einfachen Schaltung zum Löschen der in bekannter Weise magnetisch verriegelten Reed-Relais. Ein kurzzeitiges Abschalten des Erregerstromes in einer bzw. in beiden Erre-erspulen 13 und 14 genügt, um alle Reed-Relais sicher in ihre Ausgangslage zu bringen.Another advantage of the common electrical generation of the magnetic field is the simple circuit for extinguishing the reed relays, which are magnetically locked in a known manner. Briefly switching off the excitation current in one or both excitation coils 13 and 14 is sufficient to bring all reed relays safely into their initial position.

Die vorgeschlagene Anordnung ist natürlich nicht an eine Stiftbewegung gebunden, sie kann natürlich sinngemäß auf andere mechanische Bewegungsvorgänge angewandt werden.The proposed arrangement is of course not based on pen movement bound, it can of course analogously to other mechanical movement processes can be applied.

C, So ist beispielsweise in F i g. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel im Prinzip dargestellt. Es sind wiederum nur zwei Abfühlstellen aufgezeichnet. Die beiden Polschuhe 16 und 17 liegen in einem nahezu geschlossenen magnetischen Kreis und bilden einen geringen Luftspalt 18. Die Magnetisierung der Anordnung erfolgt über die beiden Erregerwicklungen 24 und 25. Für jede geplante Abfühlstelle ist ein Mittelschenkel 19 vorgesehen, von denen jeder beispielsweise eine Wicklung 20 trägt, über die das abgegriffene magnetische Potential abgenommen werden kann. Jeder Mittelschenkel 19 trägt an seinem Kopfende ein drehbar gelagertes, weichmagnetisches Weichenstück 21. Das freie Ende des Weichenstücks 21 bewegt sich demnach auf einer Kreisbahn. Zur Erzielung eines differentiellen magnetischen Abgriffs sind das Polschuhpaar und das Kopfstück 22 dieser Kreisbahn angepaßt. Die Abhängigkeit des abgegriffenen Potentials von der mechanischen Bewegung des Weichenstücks 21 läßt sich außer durch das im Luftspalt 18 erzeugte magnetische Potential auch durch die Ausdehnung und Form des Kopfstücks 22 verändern. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird durch die niederohmige magnetische Quelle eine störende gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Abfühlkanäle unterdrückt.For example, in FIG. 2 shows a further exemplary embodiment in principle. Again, only two sensing locations are recorded. The two pole shoes 16 and 17 are in an almost closed magnetic circuit and form a small air gap 18. The arrangement is magnetized via the two excitation windings 24 and 25. A middle leg 19 is provided for each planned sensing point, each of which has a winding 20, for example carries, over which the tapped magnetic potential can be picked up. Each middle leg 19 carries a rotatably mounted, soft magnetic switch piece 21 at its head end. The free end of the switch piece 21 accordingly moves on a circular path. To achieve a differential magnetic tap, the pair of pole shoes and the head piece 22 are adapted to this circular path. The dependence of the tapped potential on the mechanical movement of the switch piece 21 can be changed not only by the magnetic potential generated in the air gap 18 but also by the expansion and shape of the head piece 22. In this embodiment too, the low-resistance magnetic source suppresses a disruptive mutual influence of the individual sensing channels.

Claims

Claims: 1. Mechanical-magnetic measuring transducer with differential magnetic pick-up in the manner of a magnetic switch with fixed magnetic poles, from which magnetic energy can be derived via a mechanically controllable shunt by forming air gaps that can be changed in opposite directions, characterized in that the magnetic poles (1, 2 or 16, 17) have only a small mutual air gap (7 or 18) and several parallel and independently controllable shunts (6, 5, 10 or 22, 21, 19) are provided, with each of which a consumer (4 or . 20) is coupled.

2. Mechanical - magnetic transducer according to claim 1, characterized in that a pair of pole shoes consisting of two parallel opposing plates (1, 2) is provided with bores (3) extending perpendicular to the plates (1, 2), in which movable, Sensing pins (5) which supply magnetic potentials corresponding to their spatial position are arranged in their separately assigned consumers (4). 3. Mechanical - Maanetischer measuring transducer according to claim 2, characterized in that the sensing pins (5) are provided at the sensing location with a soft magnetic collar (6) having almost the diameter of the bore (3) , the height of which is slightly greater than the air gap (7 ) of the pole shoe pair. 4. Mechanical - magnetic transducer according to claim 1, characterized in that the magnetic potential field common to all taps is temporally variable or static.