DE19715991A1 - Adjustment detector with magnetic sensor - Google Patents

Adjustment detector with magnetic sensor

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DE19715991A1
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Stefan Garneyer
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Abstract

The detector has a magnetic sensor and is built as one piece with a magnetic field arrangement which faces it and has a variable linear flux density characteristic. The field flux extends over the adjustment path. Relative to the fixed magnetic sensor (3) the magnetic field arrangement (2) secured to the adjustable component (1) is so located that one of its poles (21) is represented by its face which is directed towards the sensor. The other pole (22) is represented by the face turned away from the sensor. The magnetic field arrangement can be adjusted along a linear path along which its magnetisation can be varied.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellungsdetektor für ein über einen Stellweg verstellbares Bauele ment, wobei ein Magnetfeldsensor einer in Richtung des Stellweges sich erstreckenden, über den Stell weg eine sich deutlich verändernde Flußdichte aufweisenden, einstückig ausgebildeten, mit einer eine sich linear verändernde Flußdichtecharakteristik bewirkenden Ausbildung versehenen Magnetfeldanord nung gegenübersteht. The invention relates to a position detector for a management over a travel range adjustable Bauele, wherein a magnetic field sensor extending to a direction of the adjustment path extends over the adjusting path having a significantly changing flux density formed in one piece, provided with a a linearly changing Flußdichtecharakteristik effecting formation Magnetfeldanord voltage is facing.

In Christof Rohrbach: Handbuch für elektrisches Messen mechanischer Größen, VDI-Verlag GmbH Düsseldorf, 1967, S. 209-210 ist ein Stellungsdetektor der genannten Gattung beschrieben. In Christof Rohrbach: Handbook for electrical measurement of mechanical quantities, VDI-Verlag GmbH Dusseldorf, 1967, pp 209-210, a position detector of the type mentioned is described. Durch die Formgebung einer Polfläche der Magnetfeldanordnung kann man die magnetische Flußdichte am Ort des Magnetfeldsensors ändern. By shaping a pole face of the magnetic field arrangement can change the magnetic flux density at the location of the magnetic field sensor. Der Magnetfeldsensor ist etwa zwischen den beiden Polflächen angeord net. The magnetic field sensor is about angeord net between the two pole faces. Man benötigt so besondere Magnetfeldanordnungen, die den Aufbau sehr stark einschränken. so you need special magnetic arrangements that limit the construction very strong.

Aufgabe der Erfindung ist eine flexible Gestaltung der Meßanordnung mit höher Auflösung und Genauigkeit der Stellungserfassung bei Reduzierung der Bauteileanzahl. The object of the invention is a flexible design of the measuring arrangement with higher resolution and accuracy of position detection while reducing the number of components.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die an dem verstellbaren Bauelement gehaltene Magnetfeldanordnung dem ortsfest angeordneten Magnetfeldsensor derart zugeordnet ist, daß einer ihrer beiden Pole ihrem dem Magnetfeldsensor direkt zugewandten Oberflächenbereich und der andere Pol dem davon abgewandten Oberflächenbereich zugehörig ist. This object is achieved according to the invention is that the magnetic field arrangement supported on the movable component is associated with the fixedly arranged magnetic field sensor such that one of its two poles associated with the surface area thereof facing away from their directly facing the magnetic field sensor surface area and the other pole.

Die Erfindung unterscheidet sich insofern vom Stand der Technik, als dem Magnetfeldsensor eine Polfläche zugeordnet. The invention differs from the prior art, as assigned to the magnetic field sensor is a pole face. Die Magnetfeldanordnung kann also sehr freizügig und variabel an das Bauele ment angesetzt werden. The magnetic field arrangement can thus be set to the management Bauele very generous and variable. Da der Magnetfluß im wesentlichen senkrecht aus der Polfläche austritt, ist die magnetische Flußdichte am Ort des Magnetfeldsensors recht groß. Since the magnetic flux substantially perpendicular emerges from the pole face, the magnetic flux density at the location of the magnetic field sensor is quite large.

Eine lineare Erfassung zeichnet sich dadurch aus, daß das Bauelement und damit die Magnetfeld anordnung linear verstellbar sind und daß die Magnetfeldanordnung in ihrer in Verstellrichtung verlau fenden Erstreckung eine sich linear verändernde Magnetisierung, insbesondere eine sich linear verän dernde Dicke aufweist. A linear detection is characterized in that the component and thus the magnetic field arrangement are linearly displaceable and in that the magnetic arrangement comprises a linearly varying magnetization, in particular a linearly changed in its thickness-promoting duri fenden in the adjustment extent.

Eine geometrisch einfache Ausbildung der Magnetfeldanordnung wird dadurch erzielt, daß der dem Magnetfeldsensor zugewandte, dem einen Pol zugehörige Oberflächenbereich gegenüber der Verstell richtung geneigt und der andere Oberflächenbereich parallel zu derselben verläuft. A geometrically simple configuration of the magnetic field arrangement is achieved in that the side facing the magnetic field sensor, one pole associated surface area opposite to the adjusting direction and the other inclined surface portion is parallel to the same.

Eine andere Gestaltung wird dadurch erreicht, daß das Bauelement und damit die Magnetfeld anordnung in ihrer in Verstellrichtung laufenden Erstreckung eine sich linear verändernde Breite auf weist. Another design is achieved in that the component and thus the magnetic assembly in its running in the adjustment direction extending a linearly varying width has.

Zur Erfassung von Drehbewegungen ist vorgesehen, daß das Bauelement und damit die Magnet feldanordnung drehbeweglich gehalten sind und daß die ringförmig ausgeführte Magnetfeldanordnung mit einer in Umfangsrichtung sich linear ändernden Magnetisierung versehen ist. For detection of rotational movements provided that the component and thus the magnetic field arrangement are held rotatably and in that the magnetic field arrangement is provided with a ring-shaped running linearly varying in the circumferential direction of magnetization.

Eine einfache Gestaltung des Magnetfeldes wird dadurch erzielt, daß sich die ringförmig ausge führte Magnetfeldanordnung eine in Umfangsrichtung sich über den gesamten Umfang linear verändern de Ringdicke oder Ringbreite aufweist. A simple configuration of the magnetic field is achieved in that the annular-introduced magnetic field arrangement de thickness ring or ring having a width in the circumferential direction to vary linearly over the entire circumference.

Ausführungsbeispiele werden anhand der Zeichnungen erläutert, in denen darstellen: Embodiments will be explained with reference to the drawings in which represent:

Fig. 1 einen Stellungsdetektor für einen linearen Stellweg, Fig. 1 is a position detector for a linear travel,

Fig. 2 einen Stellungsdetektor für einen kreisförmigen Stellweg, Fig. 2 shows a position detector for a circular travel,

Fig. 3 eine digitale Auswerteschaltung für das Sensorsignal, Fig. 3 is a digital evaluation circuit for the sensor signal,

Fig. 4 eine analoge Auswerteschaltung für das Sensorsignal und Fig. 4 is an analog evaluation circuit for the sensor signal, and

Fig. 5 eine Kennlinie des Hallsensors. Fig. 5 is a characteristic of the Hall sensor.

In Fig. 1 ist durch einen Doppelpfeil 1 der lineare Stellweg eines Bauelements, etwa eines Schie bers oder Schlittens angedeutet. In Fig. 1 of the linear actuating path of a device, such as a slide or carriage bers is indicated by a double arrow 1. Mit dem Bauelement ist ein Dauermagnet 2 gekoppelt, der sich über den zu erfassenden Stellweg erstreckt und dessen Magnetisierung senkrecht zu dem Stellweg ausgerichtet ist. With the device, a permanent magnet 2 is coupled, which extends over the to be detected travel and whose magnetization is oriented perpendicular to the travel range. Der Dauermagnet 2 hat eine sich über den Stellweg ändernde Flußdichte, was durch den sich ändernden Querschnitt des Dauermagneten 2 , insbesondere Breite und/oder Dicke des Dauermagneten angedeutet ist. The permanent magnet 2 has a varying flux density for the whole travel, which is indicated by the changing cross section of the permanent magnet 2, in particular width and / or thickness of the permanent magnet. Die Querschnittsänderung ist nur beispielsweise angegeben. The cross-sectional change is only indicated for example. Es ist auch eine Änderung der Magneti sierung möglich. There is also a change in the Magneti tion possible. Im Idealfall weist die Flußdichte eine lineare Änderung über den Stellweg auf. Ideally, the flux density in a linear change for the whole travel.

Auf den Dauermagneten 2 ist ein Magnetfeldsensor 3 z. To the permanent magnet 2, a magnetic field sensor is 3 z. B. ein Hallsensor ausgerichtet, der die jeweilige Flußdichte des Magentfeldes erfaßt. B. aligned a Hall sensor which detects the flux density of the respective Magentfeldes. Eine Polfläche 21 des Dauermagneten 2 ist auf den Mag netfeldsensor ausgerichtet, die andere Polfläche 22 ist von dem Magnetfeldsensor weggerichtet. A pole face 21 of the permanent magnet 2 is aligned on the field sensor Mag, the other pole face 22 directed away from the magnetic field sensor. Dieses ermöglicht einen freizügigen Einbau des Dauermagneten. This allows a permissive installation of the permanent magnet.

Fig. 2 zeigt ein Bauelement 11 mit einem kreisförmigen Stellweg. Fig. 2 shows a device 11 with a circular adjustment path. An dem Bauelement 11 ist ein ringförmiger Dauermagnet 12 mit radialer Magnetisierung gehalten, dessen Umfangslinie spiralförmig verläuft. To the structural member 11 is an annular permanent magnet 12 is held with radial magnetization, the circumferential line runs in a spiral. Auf den Dauermagneten 12 ist ebenfalls ein Magnetfeldsensor 13 ausgerichtet. On the permanent magnet 12, a magnetic field sensor 13 is also aligned. Die Polfläche 21 ist dem Magnetfeldsensor 13 zugewandt oder zugehörig, die Polfläche 22 ist von dem Magentfeldsensor 13 abgewandt. The pole face 21 facing the magnetic field sensor 13 or associated with, the pole face 22 facing away from the Magentfeldsensor. 13 Im Idealfall ist eine lineare Änderung der Flußdichte über den Umfangswinkel des Stell weges vorhanden. Ideally, a linear change in flux density over the circumferential angle of the control path is present.

Fig. 3 zeigt die Signalverarbeitung. Fig. 3 shows the signal processing. Eine Signalaufbereitung 4 formt das analoge Ausgangssignal des Magnetfeldsensors 3 . A signal conditioning 4 converts the analog output signal of the magnetic sensor. 3 Das Signal wird einer Auswertschaltung 5 zugeleitet. The signal is fed to an evaluation circuit. 5 Es kann sich um einen Mikroprozessor handeln, der das analoge Ausgangssignal direkt verarbeitet. It may be a microprocessor that processes the analog output signal directly. Die Auswerteschaltung 5 kann auch eine Quantisierungsschaltung sein, um das analoge Sensorsignal nach einem festen Code zu quantisieren. The evaluation circuit 5 may also be a quantizing circuit to quantize the analog sensor signal according to a fixed code.

Fig. 4 zeigt eine analoge Signalverarbeitung. Fig. 4 shows an analog signal processing. In der Abgleichstufe 7 kann man Empfindlichkeit und Offset des Sensorsignals abgleichen. In the adjustment stage 7 can synchronize sensitivity and offset of the sensor signal.

Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit der Flußdichte B in Tesla von der Stellung s in mm. Fig. 5 shows the dependence of the flux density B in Tesla of the position of s in mm. Man erkennt aus dieser Kurve eine eindeutige Zuordnung der Flußdichte zur Stellung. It can be seen from this curve an unambiguous assignment of the flux density for the position. Diese Abhängigkeit läßt sich ohne weiteres linearisieren. This dependence can be easily linearized.

Claims (8)

  1. 1. Stellungsdetektor für ein über einen Stellweg verstellbares Bauelement, wobei ein Magnetfeld sensor einer in Richtung des Stellweges sich erstreckenden, über den Stellweg eine sich deutlich verän dernde Flußdichte aufweisenden, einstückig ausgebildeten, mit einer eine sich linear verändernde Fluß dichtecharakteristik bewirkenden Ausbildung versehenen Magnetfeldanordnung gegenübersteht, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem verstellbaren Bauelement ( 1 ) gehaltene Magnetfeldanordnung ( 2 ) dem ortsfest angeordneten Magnetfeldsensor ( 3 ) derart zugeordnet ist, daß einer ihrer beiden Pole ( 21 ) ihrem dem Magnetfeldsensor ( 3 ) direkt zugewandten Oberflächenbereich und der andere Pol ( 22 ) dem davon abgewandten Oberflächenbereich zugehörig ist. 1. Position detector for a, having a travel range adjustable device, wherein a magnetic sensor a in the direction of the adjustment path extending over the whole travel a considerably changed-promoting flux density formed in one piece, provided with a a linearly changing flux density characteristic causing training magnetic assembly confronting , characterized in that on the adjustable component (1) held magnetic arrangement (2) is associated with the fixedly arranged magnetic field sensor (3) such that one of its two poles (21) its the magnetic field sensor (3) directly facing the surface region and the other pole (22) associated with the surface area thereof facing away.
  2. 2. Stellungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement ( 1 ) und damit die Magnetfeldanordnung ( 2 ) linear verstellbar sind und daß die Magnetfeldanordnung ( 2 ) in ihrer in Verstellrichtung verlaufenden Erstreckung mit einer sich linear verändernden Magnetisierung versehen ist. 2. Position detector according to claim 1, characterized in that the component (1) and thus the magnetic field arrangement (2) are linearly adjustable and that the magnetic field arrangement (2) is provided in its extending in the adjustment direction extension with a linearly varying magnetization.
  3. 3. Stellungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement ( 1 ) und damit die Magnetfeldanordnung ( 2 ) linear verstellbar sind und daß die Magnetfeldanordnung ( 2 ) in ihrer in Verstellrichtung verlaufenden Erstreckung eine sich linear verändernde Dicke aufweist. 3. Position detector according to claim 1, characterized in that the component (1) and thus the magnetic field arrangement (2) are linearly adjustable and in that the magnetic arrangement (2) having a linearly varying thickness in their extending in the adjustment extent.
  4. 4. Stellungsdetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Magnetfeldsensor ( 3 ) zugewandte, dem einen Pol zugehörige Oberflächenbereich ( 21 ) gegenüber der Verstellrichtung geneigt und der andere Oberflächenbereich ( 22 ) parallel zu derselben verläuft. 4. position detector according to claim 3, characterized in that the said magnetic field sensor (3) faces, the one pole associated surface portion (21) opposite to the displacement direction and the other inclined surface region (22) runs parallel to the same.
  5. 5. Stellungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauele ment ( 1 ) und damit die Magnetfeldanordnung ( 2 ) in ihrer in Verstellrichtung laufenden Erstreckung eine sich linear verändernde Breite aufweist. 5. position detector according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the Bauele element (1) and thus the magnetic field arrangement (2) in its running in the adjustment direction extension has a linearly varying width.
  6. 6. Stellungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement ( 11 ) und damit die Magnetfeldanordnung ( 12 ) drehbeweglich gehalten sind und daß die ringförmig ausgeführte Magnetfeldanordnung ( 12 ) mit einer in Umfangsrichtung sich linear ändernden, radialen Magnetisierung versehen ist. 6. position detector according to claim 1, characterized in that the component (11) and thus the magnetic field arrangement (12) are rotatably held, and that the magnetic field arrangement annularly executed (12) is provided with a linearly varying in the circumferential direction, radial magnetization.
  7. 7. Stellungsdetektor nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, daß sich die ringförmig ausge führte Magnetfeldanordnung ( 12 ) eine in Umfangsrichtung sich über den gesamten Umfang linear verän dernde Ringdicke aufweist. 7 position detector according to claim 6, characterized in that the annular-introduced magnetic field arrangement (12) has a circumferentially over the entire circumference linearly changed-promoting ring thickness.
  8. 8. Stellungsdetektor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmig ausge führte Magnetfeldanordnung ( 12 ) eine in Umfangsrichtung sich über den gesamten Umfang linear verän dernde Ringbreite aufweist. 8. position detector according to claim 6 or 7, characterized in that the annular-introduced magnetic field arrangement (12) has a linearly changed in the circumferential direction over the entire circumference of ring-promoting width.
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