DE1773303C3 - Vorrichtung zum Erfassen von Magnetfeldern - Google Patents

Description

I 773 303

halb der Ringspulen, welche so geschaltet sind, daß gerade eine Kompensation der gegenseitigen Magnetfelder eintritt. Durch die magnetische Kopplung des Kernes mit den Ringspulen erzeugt die Anwesenheit eines äußeren Magnetfeldes eine Zusatzinduktion in den vorher kompensierten Ringspulen, was durch die phasengerechte Verstärkung der Spannung an den Ringspulen aufgezeigt werden kann. Ebenso bewirkt eine Bewegung des Kernes innerhalb der Ringspulen eine Änderung des magnetischen Flusses, wodurch die Richtungsänderung des Rahmens bezüglich des Kernes, d. h. vorzugsweise gegenüber der Horizontalen festgestellt werden kann. Durch einen geringeren Fertigungsaufwand durch den Verzicht einer Umwicklung des Kernes kann die Vorrichtung insgesamt billiger ausgeführt werden.

In einer bevorzugten Ausführung ist der beweg liche Kern ein Toroid-Kern mit rechteckigem Querschnitt, der innerhalb der Ringspulen gelagert ist, welche ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Dadurch ergibt sich eine symmetiische und gleichmäßige magnetische Kopplung, ungeachtet von der Relativbewegung zwischen dem Kern und dem Rahmenteil mit den Ringspulen.

Der Rahmen Il besteht aus einem hohlzylindrischL-n Grundteil mit rundem Deckel und Boden aus nichtmagnetischem Material. Diese Rahmenform ist den äußeren Abmessungen von Ringspulen und Kern angepaßt und läßt sich leicht herstellen und gegenüber Umwelteinflüssen gut abdichten.

Die Aufhängung des beweglichen Kernes erfolgt über Elemente einer Miniaturgelenkkupplung mittels Kugellager, wobei das erste Element in der Mitte des Deckels angeordnet ist und das zweite Element über eine Trägerplatte mit Abstandsschrauben und einer Kernhalterung den Toroid-Kern trägt. Dadurch kann sich der Kern in bestimmten Grenzen innerhalb der Ringst, jlen frei bewegen und kann auch bei Lageänderung des Rahmens in seiner horizontalen Lage verbleiben.

Die Träger bzw. Halterungs- und Befestigungsteile des beweglichen Kernes bestehen vorzugsweise aus nichtmagnetischem Material, wie z.B. Messing. Dadurch werden Meßfehler auf Grund der Magnetisierung von Träger oder Befestigungsteüen ausgeschlos

Am zweiten Element der Miniaturkupplung, welches über die Trägßrelemente den beweglichen Kern trägt, sind Ausgleichsschrauben angeordnet. Dadurch ist ek,e Justierung der Kernhalterung mit dem beweglichen Kern möglich, um Ungenauigkeiten in der Fertigung auszugleichen oder eine Eichung bezüglich der magnetischen Kopplung vorzunehmen.

Der Rahmen bzw. der Hohlkörper, welcher die Ringspulen und den beweglichen Kern aufnimmt, ist so weit mit Flüssigkeit gefüllt, daß mindestens die Trägerplatte des beweglichen Kernes eintaucht. Dadurch wird eine Dämpfung der Bewegung des Kernes erreicht, um Flackern oder Nachschwingen bei schnellen Bewegungen der Vorrichtung zu vermeiden. Vorteilhaft ist es weiterhin, daß der Rahmen mit Flüssigkeit gefüllt ist, auf welcher der Magnetkern schwimmt, wobei Abstandselemente gegenüber den Ringspulen vorgesehen sind. Dadurch kann auf eine Aufhängung des Kernes über eine Gelenkkupplung verzichtet werden. Durch das Schwimmen auf der Flüssigkeit ist der Kern in der Lage, in einer von der Schwerkraft vorgegebenen Lage zu verbleiben. Die Konstruktion und Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung wird nun an Hand der folgenden BescKteibung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert.

F i g. I zeigt eine Aufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit abgenommenem oberen Deckel;

Fig.2 zeigt eine Seitenansicht der Vorrichtung von F i g. I mit Ansicht des Spuleninneren;
Fig.3 stellt eine Schnittansicht längs der Linie

xo 3-3 von F i g. I dar;

F i g. 4 stellt eine auseinandergenomroene isometrische oder Perspektivansicht der in Fig. 1,2 und 3 veranschaulichten Kern- und Spulenanordnung dar; F i g. 5 stellt eine mit F i g. 3 vergleichbare Schnitt-

IS ansicht dar, bei der jedoch das Grundteil und die Spulen geneigt sind.

In den Zeichnungen wird dargestellt, daß an Trägerelementen ein ringförmiger Kern horizontal aufgehängt ist, welcher mit einer oder mehreren Pri-

^2ü märwicklungen und einer oder mehreren Sekundärwicklungen magnetisch gekoppelt ist. Andere Anordnungen von Kern und Spulen können jedoch verwendet werden und kommen in den Bezieh der Erfindung. Die Vorrichtung enthält ein hohlzylindrisches

»5 Cirundteil 10, an welchem ein runder Deckel 12 und ein Boden 13 befestigt sind, um das Grundteil 10 zu schließen bzw. abzudichten. Der Körper 11, der Dekkel 12 und der Boden 13 sind aus einem geeigneten, nichtmagnetischen Material hergestellt, wie beispielsweise aus Kunststoff. Als Aufhängevorrichtung ist ein Satz von Kardanringen oder eine Gelenkkupplung vorgesehen. Diese Aufhängungsvorrichtung enthält ein erstes Element 16, welches derart an einem zweiten Element 17 angebracht ist, daß die zwei EIemente 16 und 17 relativ zueinander mit sehr kleiner Reibung geschwenkt werden können. Die in den Zeichnungen dargestellte Anordnung sind Elemente 16 und 17, welche durch Kugellager 18 miteinander verounden sind, um eine freie Schwenkbewegung ausführen zu können. Auch hier ist es vorgesehen, daß die Aufhängevorrichtung 15 aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist, wie z. B. Messing. Das erste Element 16 der Aufhängevorrichtung 15 ist durch geeignete Hilfsmittel, wie z. B. Schrauben 35 vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Material an dem Deckel 12 befestigt. Das zweite Element 17 ist an diesem ersten Element 16 durch eine Miniaturgelenkkupplung verbunden, um sich frei relativ zum ersten Element 16 und dem Grundteil 10 bewegen zu

so können. Ein Magnetkern 21, der in der Zeichnung als ein Toroid dargestellt und aus einem geeigneten magnetischen Material hergestellt ist, wie beispielsweise Permalloy, ist in einer horizontalen Ebene auf dem zweiten Element 17 der Aufhängevorrichtung 15 befestigt. Für diese Befestigung des Kernes 21 ist eine Kernhalterung 22 vorgesehen, die ebenfalls aus cirem nichtmagnetischen Material besteht, wie bei spielsweise Messing. Die Kernhalterung 11 wird an den Magnetkern 21 geklebt oder ruf andere Weise daran befestigt. Die Kernhalterung 22 wird ihrerseits durch ein Paar Schrauben aufgenommen, welche ebenfalls aus nichtmagnetischem Material bestehen und auf einem gemeinsamen Durchmesser relativ zu der Aufhängevorrichtung 15 symmetrisch angeordnet werden.

Diese Schrauben 23 sind in eine nichtmagnetische Platte 24 geschraubt, welche durch eine Verlängerung 25 des zweiten Elementes 17 an diesem befe-

stigt ist. Die Verlängerung 25 ist dabei durch Gewinde an dem zweiten Element 17 befestigt. Durch diese Anordnung ist ersichtlich, daß das Hauptteil 10 und sein Deckel 12 das erste Element 16 der Aufnahmevorrichtung 15 aufnimmt und das frei beweg- s bare und schwenkbare zweite Element 17 der Aufhängevorrichtung 15 den ringförmigen Kern 21 trägt.

Sn der dargestellten Ausführungsform ist angenommen, daß eine Primärwicklung 3· und zwei Sätze von Sekundärwicklungen 31, jeder Satz mit zwei Wicklungen, mit dem Kern 21 gekoppelt sind. Die Primärwicklung 30 und die Sekundärwicklung 31 sind auf eine ringförmige Spulenform 32 gewickelt, die aus einem geeigneten, nichtmagnetischen Material hergestellt ist, wie beispielsweise Kunststoff, wobei die Spulenform 32 horizontal in einen oberen Teil 33 und einen unteren Teil 34 geteilt ist. Dadurch ist es möglich, den Kern 21 und seine Halterung innerhalb der Spulenform 22 anzubringen. Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß die Spulenform 32 ausreichend *o große innere Querschnittsabmessungen aufweist, um eine freie Bewegung des Kernes 21 zu gestatten. Die Spulenform 32 ist z.B. mit nichtmagnetischen Schrauben 35 und Abstandsstücken 38 an dem Dekkel 12 befestigt. Die Spulenform 32 mit ihren Wick- »5 lungen 30 und 31 ist dadurch an dem Grundteil 10 befestigt und kann sich bewegen, ohne die Bewegung des Magnetkernes 21 zu behindern. Der untere Teil 34 der Spulenform 32 weist öffnungen 36 auf, um die Halteschrauben 23 für den Kern 21 durchzuführen. Die öffnungen 36 sind dabei so bemessen, daß die Konstruktion eine verhältnismäßig große Bewegung des Kernes 21 erlaubt, ohne von der Spulenform 32 behindert zu werden oder an diese anzustoßen.

Die Wicklungen 30 und 31 sind in gewünschter Form auf die Spulenform 32 gewickelt, wobei es in manchen Fällen bevorzugt ist, wie dargestellt, daß diese Wicklungen 30 und 31 symmetrisch auf der Spulenform 32 angeordnet sind. Hier kann ein Kornpromiß geschlossen werden zwischen der Dichte der Kopplung zwischen den Wicklungen 30 und 31 und dem Kern 21 und zwischen der Freiheit der Bewegung des Kernes 21 innerhalb der Spulenform 32. In jedem Fall muß jedoch gesichert werden, daß die Wicklungen magnetisch mit dem Kern 21 gekoppelt sind. Die Leitungen für die Wicklungen 30 und 31 werden nach außen geführt und mit Anschlüssen verbunden. Es sind sechs Leitungen dargestellt, zwei für die Primärwicklung 30 und zwei für jeden der zwei Sätze von Sekundärwicklungen 31.

Beim Zusammenbau der Anordnung nach F i g. 4 werden der Magnetkern 21 und seine daran befestigte Halterung 22 in einem der Teile 33 und 34 der Spulenform 32 angebracht und der andere Teil daran befestigt, um die Spulenform 32 mit dem dort befindlichen Magnetkern 21 zu vervollständigen. Die Wicklungen 31 und 30 werden auf die Spulenform 32 gewickelt, wobei sichergestellt wird, daß die verschiedenen öffnungen, besonders die öffnung 36 in dem unteren Teil nicht verdeckt werden. Die Spulenform 32 und die Wicklungen 30 und 31 werden dann an dem Deckel 12 des Grundteiles 10 befestigt. Dann werden die Schrauben 23 auf der Platte 24 des zweiten Elementes in die Halterung 22 des Magnetkernes geschraubt oder darin befestigt, um den Magnetkern 21 mechanisch mit der Platte 24 und der Vcrlängcrung 25 zu verbinden. Dann wird die Verlängerung 25 mit der Platte 24 und den anderen Teilen an dem zweiten Element 17 der Aufhängevorrichtung 15 befestigt und schließlich wird die Aufhängevorrichtung 15 an dem Deckel 12 des Grundteiles 10 angebracht. Der Deckel 12 wird an dem zylindrischen Körper 11 befestigt, und die Vorrichtung geprüft, besonders auf Gleichgewicht und Ausrichtung. Wenn der Magnetkern 21 die Platte 24 des zweiten Elementes und die Verlängerung 25 so aufgehängt sind, daß sich der Ebene befindet, werden Ausgleichsschrauben 40 einMagnetkern 21 nicht in der vorherbestimmten gestellt, um den Schwerpunkt der bewegbaren Konstruktion in die gewünschte Stellung zu verschieben. Dann wird der Boden 13 an dem Grundteil 10 befestigt, um die Anordnung zu vervollständigen. Somit wird eine geschlossene und abgedichtete Konstruktion geschaffen, welche dem Aufbau mit den Spulen erlaubt, sich zu bewegen und zur gleichen Zeit dem Magnetkern 21 erlaubt, in seiner vorherbestimmten Ebene in diesem Fall der horizontalen Ebene, zu verbleiben.

Fig. 5 stellt eine Schnittansicht entsprechend der Fig. 3 dar, entlsng der Schrauben 23 und 35, wobei das Grundteil 10 und seine daran befestigten Teile um einen Winkel von etwa 15° relativ zu dem Magnetkern 21 geneigt sind. Bis dieser Winkel erreicht ist, berührt kein Bauteil außer der Haltering den Magnetkern 21. Größere Neigungswinkel ohne Berührung können durch Vergrößern der notwendigen Spielräume erreicht werden. Die Bewegung des Magnetkernes 21 kann durch· ein geeignetes Mittel gedämpft werden, wie beispielsweise Öl. welches in den hohlzylindrischen Körper 10 eingefüllt wird, um die Bewegung der Verlängerung 25 und somit die Bewegung des Magnetkernes 21 zu dämpfen.

Obwohl die dargestellte mechanische Aufhängung des Magnetkernes 21 bevorzugt wird, ist es möglich. die Spulenform 32 flüssigkeitsdicht zu machen und >ie mit einer Flüssigkeit zu füllen, auf welcher dei Magnetkern 21 schwimmen kann. Der Kern verbleibl so in einer vorherbestimmten Ebene, ungpichtet dei Bewegung, welche die Halterungen und" die Spuler ausführen. Ferner isoliert die Anordnung die Spul« physikalisch von dem Kem, um das Spulengewich und den mechanischen Widerstand der Leitung zi eliminieren, welcher auf bisher bekannten Magnet kernen mit direkt daraufgewickelten Spülen vorhan den war. Wenn die Spulen gleichmäßig und symme irisch um die Spulenform gewickelt sind, wird sym metrische, magnetische Kopplung zwischen den Spu len und dem Kern erreicht. Es können aber auch an dere Kerne oder andere Formen verwendet werdei und die Kerne können in einer anderen Ebene als de veranschaulichten horizontalen Ebene aufgehänf oder befestigt werden. Ebenfalls können andere Aul nahmekonstmktionen zwischen dem Kern und dei zweiten bewegbaren Element der Aufnahmeanorc nung verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. _x 2

   3 277 706 bekannt. Durch die Anordnung eines von einer Spule umgebenen beweglichen Kernes aus nm-SsSm Material innerhalb von R.ngspulen in

   1. Vorrichtung zum Erfassen von Magnetfei- inem Rjlwyi I«»**«£ g^SSÄ dem mit einem ringförmigen Kern aus magnet.- 5 ^^de^f_ßn ^beJ_rff/J_n%ⁿ _a ^g _durc_h werden derartige Vo:- schero Material, der von einer Spule umgeben RwOT»lw erfasse«. u«w™ _{ßf h}, _{h verwen}. und beweglich bezüglich eines Rahmens angeord- ncjungen ιnderA « «ⁿ» ™£ ^r _{z> B}, _{eines Flugkßr}. net ist, dadurch gekennzeichnet, daß det, um die Lage «ws uera«es . ^, . der Kern (21) innerhalb von Ringspulen (30 31), pers, mit "^^J^ii^S^^ ^A"-die im Rahmen (11) fest angeordnet sind derart xo zu einem Btz«gjgg^ ²^_{65 w er}mitte'n, wie frei beweglich gelagert ist, daß er mit den Spulen Ordnung ^.^s. ^''p^nichrift 3 226 984 bekannt in magnetischer Kopplung steht. dies durch die USA.-Patentscnnu

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- ist. ^„,vhninaen wird durch die Spule kennzeichnet, daß als beweglicher Kern (21) ein Bei bekannten Vomchtengen wrao ur π ρ Toroid-Kern mit rechteckigem Querschnitt vor- * um den beweglichen Kam m diesem JJJJJ gesehen ist, der innerhalb der Ringspulen (30, ™"Μ^^Γ%™ί Erregung ändert.

   gesehen ist, der innerhalb der Ringspulen (30, sa;er Flu ^J%%

   31) gelagert ist, wekhe ebenfalls einen rechteck,- des^Kernmaenals je na«* Art ^ JJ^ ^

   gen Querschnitt aufweisen. In den Kingspuien «i Kompensa-

   * Vrih h Ah I ddurch ge Spannung die »*J^ »^u ^°

   en Querschnitt aufweisen. In den Kingspuien « Kompensa-

   3. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch ge- Spannung die »*J^ »^u ^°_{ufhoht Bei An}_ kennzeichnet, daß der Rahmen (11) aus einem *o uonsschaltung ^dl*^s" ^"'^cn _M^_etf_eldes ergibt sich hohlzylindrischeu Grundteil (10) mit rundem Wesenheit «^«^Ä Spannungen, Deckel (12) und Boden (13) aus nichtmagnet,- aber «ne Ph«*n-\ de_r Größe und Richtung ^des schem Material besteht. welche proportional ae uro> _angezeigt wer-

   4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Magnetfeld«na und über Ve«J^^l^ _des kennzeichnet, daß die Aufhängung des bewegli- ,5 den kann. Ebenso w.rd κ _{t ume}ebenchen Rahmens (21) über Elemente (16, 17) einer beweglichen Kernes, welcner von Miniaturgelenkkupplung mittels Kugellager (18) den Spule ««gt «^ '" Jen ^^P^Uf ^d^ vorgesehen ist, wobei ein erstes Element 16) in mens ^e'^_t ^SP^an"^U _r ^ng _Rf_n ^d"p^ _so die Veränder Mitte des Deckels (12) angeordnet .st und t.onsschaltung der R.ngspulen Ka

   das zweite Element (17) über eine Trägerplatte 30 derung des ™³|"£^β™[^ _des Kernes Erfaßt

   (24) mit AbstaMsschrauben 23) und eine Kern- änderung des ^™™™™^™?*

   halterung (22) den Toroid-Kern (21) trägt. und über Verstarker aufg ze»g «f "»"·

   5. Vorrichtung nach Anspru,:, 4, dadurch ge- Die Bewegung des beweg ichen Kernes nnernam kennzeichnet, daß die Träger u-d Befestigungs- der Ringspulen wird ^{aber du}£^h^

   teile zur Halterung des beweglici^en Kernes aus 35 der ihn umgebenden ^SP.^ul^_n ⁿ^^s.^

   nichtmagnetischem Material bestehen. ist insbesondere bei schnellen oder x ^n a

   6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge- geveränderungen ^d«. ^Rah™^en* Jf^jSej ^₅ kennzeichnet, daß am Element (17) der Miniatur- lieh. Die Spule erhöht außerdem d. Trag«,.de _fe,enkku_PpIun_g Ausgleichsschrauben (40) vor_ge- Kernes waszu ^^S .

   "^Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- fen kann. Weiterhin treten bei der«ung des kennzeichnet, daß der Rahmen (11) so weit mit beweglichen Kernes mit einer Spule sola ,o„₅pro Flüssigkeit gefüllt ist, daß mindestens die Träger- bleme auf, welche zu e.nem Ausfall der vorricniun_ö platte (24) des beweglichen Kernes eintaucht. führen können. Vorrich-

   8. Vorrichtung nach Anspruch?, dadurch ge- 45 Aufgabe der Erfindung ,st es 1bei einer V omch kennzeichnet, daß der Rahmen (11) mit Flüssig- tung zum Erfassen von Magnetfeldern rm^«nem bc^ keil gefüllt ist, auf welcher der Magnetkern weglichen Kern innerhalb ^v°" ^^£^"^"2 schwimmt, wobei Abstandselemente gegenüber Rahmen, die Trägheit ^s „^b,^e^^e _e ^gJh_ani"chem Widc"-den Ringspulen vorgesehen sind. Grund von Spulengew.cht und ^me.^C _p ^h~'^^^

   ⁶ 50 stand der Spulenzuleitungen zu beseitigen den De

   wcolichen Kern physikalisch von der Spule zu isolieren und dadurch eine frei bewegliche Aufhängung

   des Kernes innerhalb der Ringspulen zu schaffen, um

   den Verbleib des Kernes in einer bestimmten, vor-55 zugsweise horizontalen Ebene, zu gewährleisten. Di Lö d Aufgabe bei«»neiJ°™^ch^

   55 zugsweise horizontalen E g

   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Er- Die Lösung der Aufgabe bei«»neiJ°™^ch^ ^ά«

   Mtfld it i ringförmigen ingangs genannten Art ge ingt ^daf"^rch'°^{ali de}

   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Er Die Lösung dr g J^

   fassen von Magnetfeldern mit einem ringförmigen eingangs genannten Art ge ingt ^daf"^rch'.°^ali _f ^de

   Kern aus magnetischem Material, der von einer Kern innerhalb von Ringspulen, die m Rahmen fest

   Spule umgeben und beweglich bezüglich eines Rah- angeordnet sind, derart ret beweg ch ge^jert «st

   mens angeordnet ist. 60 daß er mit den Spulen in magnet.scher Kopplung i Vrih

   mens angeordnet ist.

   Derartige Vorrichtungen, die z. B. aus den USA.- steht. tim^irWlnntr He« beweeli-Patentschriften 2 389 146 oder 2 815 499 bekannt Dadurch kann auf die Umwertung ^s beweg,, sind, dienen zur Erfassung von Magnetfeldern, bzw. chen Kernes mit «^ner„^S£^te ™*^^ zum Messen des magnetischen Flusses von externen verzichtet werden Der Kern ^au^ ^maS"^etl™. ^od^ Magnetfeldern, z.B. de» Magnetfeldes der Erde. 65 permanentmagnetischem Materia wird durch die Ein! ähnliche Vorrichtung, die zur Anzeige von Ringspulen in seinem Magnetfeld beeinflußt AnWindrichtung und/oder Windgeschwindigkeit ver- ^d«erseits induz.ert die Bewegung des permanent mawendet wird, ist durch die USA.-Patentschrift gnetischen beweglichen Kernes eine Spannung inner-