DE2149265B2

DE2149265B2 - Bauelement mit steuerbarem magnetischem fluss

Info

Publication number: DE2149265B2
Application number: DE2149265A
Authority: DE
Inventors: Vishnuprakash Dr. Bangalore Joshi (Indien)
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1971-10-02
Filing date: 1971-10-02
Publication date: 1975-03-27
Also published as: AU4717172A; AU468213B2; DE2149265A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit Steuerbarem magnetischem Fluß, mit Mitteln zur Erzeugung eines magnetischen Flusses zwischen zwei Magnetpolen, wobei diese Magnetpole durch einen Nebenschluß aus hochpermeablem Material miteinander verbunden sind, und mit Mitteln zur Erzeugung eines weite- +5 ren magnetischen Flusses durch das hochpermeable Nebenschlußmaterial, durch den der magnetische Fluß im Luftspalt zwischen den beiden Polen veränderbar ist.

Durch die schweizerische Patentschrift 236 118 sowie durch die deutsche Offenlegungsschrift 1 589 570 ist eine Anordnung bekannt, bei der die beiden Polstücke eines Dauermagneten durch einen Nebenschluß aus hochpermeablem Material miteinander verbunden und Mittel zur Erzeugung eines magnetisehen Flusses durch das hochpermeable Nebenschlußmateria! vorgesehen sind, durch den der magnetische Fluß im Luftspalt zwischen den beiden Polen veränderbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem magnetfeldabhängigen Bauelement eine Verstärkung schwacher Magnetfelder, insbesondere für Meß-, Steuer- und Schaltzwecke, zu ermöglichen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung vorgcschlagen, daß das hochpermeable Nebenschlußmaterial aus mehreren Schichten besteht, wobei die Permeabilität der Schichten von Schicht zu Schicht mit wachsendem Abstand von den Magnetpolen zunimmt, und daß im Luftspalt zwischen den beiden Magnetpolen ein magnetfeldabhängtges Bauelement angeordnet ist.

Das magnetfeldabhängige Bauelement ist beispielsweise ein Halleffektbauelement, ein magnetfeldabhängiger Halbleiterwiderstand, eine Magnetdiode oder ein Magnettransistor.

Die Pole werden von dem hochpermeablen Nebenschlußmaterial vorzugsweise durch eine Zwischenschicht sehr kleiner Permeabilität isoliert. Eine derartige Zwischenschicht besteht beispielsweise aus Keramik.

Mit Hilfe der Anordnung nach der Erfindung lassen SH h schwache magnetische Felder so verstärken, daß eine exakte Messung der magnetischen Feldstärke möglich ist. Zur Messung der Feldstärke wird in den Luftspalt zwischen den beiden Magnetpolen ein magnetfeldabhängiges Bauelement gescha!'-? Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Hall-Sonde handeln, die an ein Meßgerät angeschlossen ist. welches die Spannungsänderung an der Hall-Sonde unter dem Einfluß des gesteuei ten magnetischen Flusses anzeigt. Es kann aber auch ein Bauelement in dem Luftspalt angeordnet werden, dessen Widerstand oder Strom magnetfeldabhängig ist. Dies sind beispielsweise magnetfeldabhängige Hdlbleiterwiderstände oder Feldplatten, Magnettransistoren oder Magnetdioden. Bei bekannten Magnetdioden wird der durch die Diode fließende Strom unter dem Einfluß des Magnetfeldes mehr oder weniger stark durch eine am Rande des Diodenhalbleiterkörpers angeordnete Rekombinationszone geführt, in der die Ladungsträger teilweise rekombinieren und somit keinen Beitrag zum Stromfluß mehr liefern.

Die Anordnung kann auch zur Strom-, Spannungsoder Widerstandssteuerung mi· sehr schwachen magnetischen Feldern herangezogen werden, da schwache Feldänderungen im Steuerzweig des Bauelementes zu starken Feldänderungen im Luftspalt zwischen den beiden Polen führen, durch die dann in den im Luftspalt angeordneten magnetfeldabhängigen Bauelementen eine entsprechende und erkennbare Änderung des Widerstandes, der Spannung oder des Stromes bewirkt wird.

Die Anordnung läßt sich in einem Ferritkörper integrieren, so daß sich beispielsweise sehr kleine Schaltelemente für Datenverarbeitungsanlagen realisieren lassen.

Die Erfindung wird anschließend an Hand der Zeichnung erläutert. E^ zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 ein charakteristisches Kennlinienfeld.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird das steuerbare magnetische Feld im Luftspalt durch Dauermagnete erzeugt. Das Joch 1 besteht beispielsweise aus Weicheisen, Die beiden Pole 2 und 3 bestehen vorzugsweise aus Bariumferrit, das eine sehr hohe Koerzitivfeldstärke besitzt. Die beiden Pole sind über dem Luftspalt durch eine dünne Schicht 5 mit niedriger Permeabilität miteinander verbunden. Diese Schicht S besteht beispielsweise aus Keramik. Auf der Keramikschicrtt ist ein Körper 6 mit hoher Permeabilität und sehr kleinem magnetischem Widerstand angeordnet. Hierbei handelt es sich beispielsweise um hochpermeable Eisen-Nickel-Legierungen. Dieser Körper 6 bildet für den magnetischen Fluß zwischen

«Jen beiden Polen 2 und 3 einen Nebenschluß, so daß der Luftspalt bei nicht von außen magnetisch gesättigtem Körper 6 feldfrei oder nahezu feldfrei ist.

Der Körper 6 besteht aus mehreren übereinander ungeordneten Schichten 7 und 8 unterschiedlicher Permeabilität, wobei die Permeabilität von Schicht zu Schicht mit wachsendem Abstand von den Polen zunimmt. Der Körper bzw. die Schicht 6 aus hochpermeablem Material ist mit einem Polstück 10 verbunden, das beispielsweise aus einem magnetischen Material mit vernachlässigbar kleinen Hysteresisverjusten bei hohen Frequenzen besteht und dessen magnetischer Widerstand gegenüber dem des Körpers 6 relativ groß ist. Ein Magnetfluß durch das Polstück 10, den Körper 6 und das Joch 1 des Dauermagnetkreises wird beispielsweise durch eine das Polstück umgebende Spule 9 erzeugt. Hierbei handelt es sich um ein variables Gleich- oder Wechselfeld.

Im Luftspak zwischen den Polen 2 und 3 ist ein magnetfeldabhängiges Bauelement 11 angeordnet, beispielsweise eine Hall-Sonde oder eine Magnetdiode. Wenn durch eine Änderung dei Spannung U, an der Spule 9 der Magnetfluß durch das Polstück 10 geändert wird, ändert sich auch die magnetische Sättigung des hochpermeablen Körpers 6, so daß die Feldlinien zwischen den Polen 2 und 3 aus dem Körper 6 mehr oder weniger stark in den Luftspalt zwischen den beiden Polen abgedrängt werden. Durch eine kleine Änderung des Magnetfeldes im Polstück 10 kann somit bei entsprechender Dimensionierung des Körpers 6 und hoher Koerzitivfeldstärke des Dauermagneten eine sehr viel größere Feldänderung im Luftspalt erzeugt werden. Diese Änderung des Feldes 4 wild durch das magnetfeldabhängig? Bauelement 11 in eine Spannung*-, Strom- oder Widerstandsänderung umgewandelt, die gemessen oder weiterverwertet werden kann.

Die Venvendung von Dauermagneten hat den

Vorteil, daß die Anordnung keine Betriebsspannungsquelle benötigt. An Stelle von Dauermagneten kann aber selbstverständlich, wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist, im Bedarfsfall auch ein Elektromagnet verwendet werden, dessen Joch 1 in diesem Fall von

ίο einer Magnetisierungsspule 12 umgeben ist. Das auf den hochpermeablen Körper 6 einwirkende Steuerfeld kann auch ein äußeres Feld H_g sein. Auch bei der Anordnung gemäß Fig. 2 besteht das Prinzip darin, daß durch eine kleine Änderung des äußeren Magnetfeldes H eine wesentlich größere Magnetfeldänderung im Luftspalt, verursacht durch die geänderte magnetische Sättigung der hochpermeablen Schicht 6, hervorgerufen wird.

In der Fig. 3 ist ein charakteristisches Kennlinien-

^n feld der Anordnung dargestellt. Wenn das äußere Feld H₁, gleich NjII ist, kann im Luftspr.lt nur ein sehr kleines Magnetfeld registriert werden, .ia der größte Teil des Magnetflusses durch den Nebenschluß fließt. Bei anwachsendem äußeren Steuerfeld Hg nimmt die Feldstärke im Luftspalt mehr und mehr zu. Hieraus ergibt sich ein Kennlinienfeld, das den Kennlinienfeldern V(ViI Transistoren entspricht.

Die Anordnung kann so dimensioniert bzw. geeicht werden, daß beispielsweise bei der Verwendung einer Hall-Sonde 11 bei einem äußeren Magnetfeld /Y₁, = (I die an der Hall-Sonde entstehende Hall-Spannung gleichfalls Null ist und daß die Hall-Spannung bei einem Magnetfeld H_x > 0 mit wachsendem Magnetfeld ausgehend vom Nullpunkt zunimmt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung mit steuerbarem magnetischem Fluß, mit Mitteln zur Erzeugung eines magnetisehen Flusses zwischen zwei Magnetpolen, wobei diese Magnetpole durch einen Nebenschluß aus hochpermeablem Material miteinander verbunden sind, und mit Mitteln zur Erzeugung eines weiteren magnetischen Flusses durch das hoch- ^t0 permeable Nebenschlußmaterial, durch den der magnetische Fluß im Luftspalt zwischen den beiden Polen veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das hochpermeable Nebenschlußmaterial aus mehreren Schichten besteht, '5 wobei die Permeabilität der Schichten von Schicht zu Schicht mit wachsendem Abstand von den Magnetpolen zunimmt und daß im Luftspalt zwischen den beiden Magnetpolen ein magnetfeldabhängiges Bauelement angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetfeldabhängige Bauelement ein Halleffektbauelement, ein magnetfeldabhängiger Halbleiterwiderstand, eine Magnetdiode oder ein Magnettransistor ist.

3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das hochpermeable Nebenschlußmaterial durch eine Zwischenschicht mit niedriger Permeabilität von den Polen isoliert ist.

4. Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zv. ischen chicht aus Keramik besteht.