DE2851365C2 - Positionsgeber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Geber zum Erzeugen lageabhängiger elektrischer Signale gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (US-PS 37,^3 249).

Es sind schon derartige Geber bekannt, beispielsweise zur Ansteuerung von elektronischen Zündanlagen in Kraftfahrzeugen, bei denen der Draht vor seiner Anwendung einer aufwendigen mechanischen Behandlung ausgesetzt ist. Durch diese mechanische Behandlung geht die Ummagnetisierung des Drahtes zu einem erheblichen Teil durch große Barkhausensprünge vonstatten. Die Änderungsgeschwindigkeit der magnetischen Polarisation ist dabei unabhängig von der zeitlichen Änderung des magnetischen Feldes dH/dt.

Es hat sich aber gezeigt, daß die so gewonnenen Impulse noch von zu kleiner Amplitude sind. Da aber bei der Anwendung im Kraftfahrzeug und auch in vielen Anwendungsfällen häufig Störsignale auftreten, die Fehlschaltungen auslösen können, kommt es darauf an, daß die Ausgangssignale eine bestimmte Mindestamplitude erreichen. In der Zeitschrift Automotive Engineering vom Februar 1978, Seite 44 bis 48, wird eine asymmetrische Aussteuerung beschrieben, die bewirkt, daß bei der Ummagnetisierung ein Impuls großer Amplitude und ein Impuls in entgegengesetzter Richtung mit sehr kleiner Amplitude abgegeben wird.

Bei dieser asymmetrischen Aussteuerung wird jedoch bei jeder Aussteuerung die volle Sättigungsmagnetisicrung aufgebracht, so daß eine relativ große Ansteuerenergie erforderlich ist. Diese führt ihrerseits zu relativ hohen Würmeverlusten. die sich in thermischen Instabilitäten der Gebcranordnung auswirken können.

Weiterhin gibt es Anwendungsfälle, in denen bipolare

Signale großer Amplituden erzeugt werden müssen. Mit der bekannten Anordnung sind derartige bipolare Signale großer Amplituden nicht erzeugbar.

Auch bei dem in der Druckschrift US-PS 37 S3 249 beschriebenen Karteniesesystem sind keine Amplituden in der gewünschten Größe möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Geber zu schaffen, bei dem bipolare Signale sehr großer Amplituden gewonnen werden können. Dadurch wird der Geber auch in vielen Fällen anwendbar, in- denen Probleme mit Störspannungen auftreten, beispielsweise ist dadurch die Verwendung des Gebers im Kraftfahrzeug ohne weiteres möglich.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bipolare Ausgangssignale sehr großer Amplituden gewonnen werden können. Dadurch ist der Geber auch im Kraftfahrzeug ohne weiteres verwendbar.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in den Ansprüchen angegebenen Gebers möglich.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den erfindungsgemäßen Geber mit elektrischer Aussteuerung,

F i g. 2 die Magnetisierungskurve bei asymmetrischer Aussteuerung, und

F i g. 3 eine schematische Darstellung der abgegebenen Signale, in

F i g. 4 bis 11 sind weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gebers dargestellt, wobei hier Dauermagnete angewendet werden und die Ummagnetisierung durch abschirmende Blenden bewirkt wird.

Besenreibung der Ausführungsbeispiele

Mit Hilfe eines ferromagnetischen Drahtes» bestimmter Zusammensetzung, der einer speziellen mechanischen Behandlung unterzogen wurde, ist es möglich, unter geeigneten magnetischen Aussteuerbedingungen Signale von löOOmV und mehr zu erzeugen. Der Draht wird z. B. in die positive Richtung durch ein äußeres Magnetfeld der Feldstärke Hp > 300 A/cm (Programmierung) bis zur magnetischen Sättigung aufpolarisiert (F i g. 2). Wird nun der Draht laufend durch magnetische Felder der Feldstärke Hx = ± 50 A/cm umpolarisiert, so treten beim Anlegen negativer Feldstärken in einer den Draht umgebenden Abnehmerspule kleine elektrische Signale auf, weil dieser Umpolarisierungsvorgang mit kleinen Barkhausensprüngen 2 verbunden ist, während beim folgenden Anlegen eines positiven Magnetfeldes ein großer Barkhausensprung 1 bei der Umpolarisierung einen großen elektrischen Impuls in der Abnehmerspule erzeugt. Als Beispiel ist in F i g. 2 die Polarisation bis zur Sättigung in Richtung der positiven Feldstärke dargestellt worden, es ist aber auch möglich, daß die Polarisation in Richtung der negativen Feldstärke durchgeführt wird.

Durch geeignete Einwirkung von Magnetsystemen kann der Draht in inehr als eine magnetisch aktive Zone aufgeteilt werden. Als Folge können in der Abnehmerspule eine entsprechende Anzahl von hohen Signalen unterschiedlicher Polarität gleichzeitig oder in gewünschter zeitlicher Reihenfolge erzeugt werden. F i g. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Geber mit einem ferromagnetischen Draht 3, einem Magnetsystem 4 und zwei Abnehmerspulen 5, 6. Das Magnetsystem 4 wird durch die Magnetisierspulen 7, 8 so magnetisch polarisiert, daß in dem Draht 3 zwei Zonen 9,10 entgegengesetzter magnetischer Polarisation auftreten. Dabei wird laut F i g. 3 in den Abnehmerspulen 5,6 je ein Signal 11,

ίο 12 entgegengesetzter Richtung induziert. Bei weiterer Ummagnetisierung treten in den Abnehmerspulen die in F i g. 3 gestrichelt gezeichneten kleinen elektrischen Signale 13, 14 auf. die mit angegeben sind, obwohl sie keine praktische Bedeutung haben. Die dargestellten Signale 11, 12 und 13, 14 geben nicht die Höhe ihrer Amplitude wieder, sondern nur die Lage. Die Signale mit großer Amplitude liegen im Bereich von ä 1000 mV während die kleinen elektrischen Signale eine Amplitude von S 100 mV haben.

In F i g. 4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform des. erfindungsgemäßen Gebers darges; JIt. Der Draht 3 wird zwischen zwei doppeltwirkende D-^uermagnetsysteme 15, 16 mit entgegengesetzter Polarität gebracht. Die Ummagnetisierung des Drahtes 3 erfolgt durch zwei Blenden 17, 18 die abwechselnd zwischen den Draht 3 und das entsprechende Magnetsystem 15, 16 gebracht werden und das entsprechende Magnetfeld abschirmen. Auf dem Draht 3 sitzen wieder zwei Abnehmerspulen, sie sind aber in der F i g. 4 und 5 und in den folgenden Figuren der Einfachheit halber nicht mehr gezeichnet. Vor der Umpolarisation wird der Draht bei Feldstärken von im allgemeinen Hp a 300 A/cm bis zur Sättigung der magnetischen Polarisation aufpolarisiert (»programmiert«) und zwar je hälftig in entgegengesetzter Richtung. Diese einmalige Aufmagnetisierung geschieht dadurch, daß bei durch die Blende 18 abgeschirmtem Magnetsystem 16 der Draht 3 mit Abnehmerspulen so nahe an das Magnetsystem 15 herangebracht wird, daß die zur Sättigung genötigte Feldstärke erreicht wird. Dann wird der Draht 3 wieder in die Mitte zwischen die zwei Magnetsysteme 15 und 16 gebracht. Durch Einführung der Blende 17 und Wegnehmen der Blende 18 wird die Wirkung des Magnetsystems 15 abgeschirmt und es wirkt das andere Magnetsystem 16 ummagnetisierend auf den Draht. Die Abstände der Magnetsysteme 15, 16 werden so gewählt, daß die wirksame Feldstärke bei einseitiger Abschirmung 50 A/cm nicht übersteigt. Nach Einführung der Blende 18 und dem Entfernen der Blende 17 werden die beiden Drahtzonen wieder in die ursprüngliche Programmierrichtung ummagnetisiert. Dabei kommt es zu dem erwünschten Sprung der magnetischen Polarisation, der in den am Draht 3 angebrachten Abnehmerspule:* zu elektrischen Spannungssignalen von

ä 1000 mV führt. Durch wechselseitiges Öffnen und Abblenden in der beschriebenen Weise kann das bipolare Signal beliebig oft abgerufen werden.

Anstelle der gradlinigen Bewegung der Blenden 17 und 18 ist es wie in F i g. 6 gezeigt möglich, die Blenden als rotierenden Hohlzylinder 19 auszuführen, in dessen Achse der Draht 3 liegt und der über seine gesamte Länge eine Aussparung 20 aufweist. Durch die Rotation des Hohlzylinders 19 wirkt abwechselnd das Magnetfeld des Magnetsystems 15 und das Magnetfeld des Magnet-

b5 systems 16, wodurch der Draht stetig ummagnetisiert wird. Eine weitere Ausführungsform des Gebers, die in ähnlicher Weise arbeitet, ist in F i g. 7, 8 und 9 dargestellt. Hier geschieht die abwechselnde Abschirmung

durch zwei kreisförmige Blenden 21,22, die jeweils mindestens eine Aussparung 23 aufweisen. Die Aussparung 23 der Blende 22 und die der Blende 21 sind gegeneinander versetzt, so daß immer nur ein Magnetsystem auf den Draht 3 wirkt. Die Rotationsachse 24 der kreisförmigen Blenden 21,22 liegt senkrecht zur Drahtachse.

Die Prinzipdarstellung der Schaltfolge der Ausführungsformen des Gebers nach Fig.4 bis 9 ist analog zum Geber aus F i g. 1 in F i g. 3 dargestellt. Dabei sollen die durchgezogenen Linien die Blenden repräsentieren. Entsprechend den zwei magnetischen Drahtzonen 9,10 gibt es zwei Schaltfolgen.

In Fig. 10 ist ein Geber gezeigt, bei dem die Magnetsysteme 30, 31. der Draht 3 mit den Abnehmerspulen und die zylinderförmigen Blenden 32, 33. konzentrisch angeordnet sind.

Hier ist im Gegensatz zu den anderen Ausführungsbeispielen der Draht 3 in vier magnetische Zonen 34,35, 36, 37 unterteilt, was durch die gestrichelt dargestellten Magnetfelder des inneren Magnetsystems 31 angedeutet ist. Entsprechend den vier magnetischen Zonen 34, 35, 36, 37 sind auf dem Draht 3 vier Abnehmerspulen angeordnet. Die Blende 32 schirmt den Draht 3 von den Magnetfeldern des äußeren Magnetsystems 30 ab und die Blende33 schirmt die Magnetfelder.die vom inneren Magnetsystem 31 auf den Draht 3 wirken, ab. Dazu werden die Blenden 32, 33 in Richtung ihrer Zylinderachse bewegt. Der dargestellte Geber gibt zwei bipolare Signale ab. Werden, wie in Fig. 10 dargestellt, die Blenden 32, 33 in Teilblenden unterteilt, die zu unterschiedlichen Zeiten bewegt werden, so ist es möglich, zeitlich versetzte Signale zu empfangen.

F i g. 11 zeigt eine für die in F i g. 4 bis 9 gezeigten Geber vereinfachte Ausführungsform der Magnetsysteme 15, 16. Das Feld dieses vereinfachten Magnetsystems genügt noch zur Erzeugung von pipolaren Signalen von > 600 mV unter sonst gleichen Bedingungen.

Werden bei allen angegebenen Ausführungsbeispielen die den magnetischen Zonen 9, 10, 34, 35, 36, 37 zugeordneten Abnehmerspulen gegensinnig gewickelt, aq so werden bei den beschriebenen Magnetisierungsverläufen gleichsinnige, also unipolare elektrische Signale erhalten.

Bei Verdoppelung der Zahl der Aussparungen der Blende 19 in F i g. 6 und der Blenden 21, 22 in F i g. 7 bis 9. wird bei geeigneter Anordnung der Magnetsysteme die Anzahl der Signale verdoppelt.

Durch geeignete Kombination der beschriebenen Möglichkeiten des Gebers kann eine unterschiedliche Anzahl von Signalen aus den getrennt wirksamen Drahtzonen induziert werden. So kann z. B. ein nur einmal je 360⁼ in einer Drahtzone induziertes Signal zur Erkennung verwendet werden, während in der anderen Drahtzone mehrere Nutzsignale induziert werden. Bei unipolar erzeugten Signalen kann das Kennungssignal mit anderer Frequenz unter den Nutzsignalen erscheinen.

Die Betriebsweise für die beschriebenen Geberausführungen sieht vor, nach einmaliger Programmierung des Drahtes in einem hohen Feld die regelmäßige Ummagnetisierung in symmetrischen Feldern wechselnder Polarität durchzuführen.

Durch Wahl geeigneter Magnete und/oder Anordnung des Drahtes 3 außerhalb der Mitte zwischen den Magnetsystemen 15, 16; 30, 31 kann regelmäßig das hohe Programmierfeld H_p und anschließend das Ummagnetisierfeld H_t auf den Draht einwirken. Auf diese Weise ist eine dauernde asymmetrische Aussteuerung mit dem Erfolg der Störungsiinempfindlichkeit durch äußere Magnetfelder zu erreichen.

Um störende Magnetfelder abzuschirmen, ist es auch möglich, den Geber in einen Eisenmantel einzukapseln.

Die bisher beschriebenen Anwendungsbeispiele beziehen ein bi- oder mehrpolares hohes Signal aus der einmaligen Ummagnetisierung zweier oder mehrerer gleichlanger Drahtzonen. Die Höhe des elektrischen Signals hängt u. a. auch vom ummagnetisierten Volumen, d. h. von der Länge der aktiven Drahtzone ab.

Durch den Polabstand eines Magnetsystems kann die Länge der Drahtzonen unterschiedlich eingestellt werden, so daß z. B. ein Kennsignal kleiner zu Gunsten einer größeren Amplitude der Nutzsignale gewählt wird.

Die Höhe des gewonnenen Signales hängt noch von weiteren Parametern z. B. vom Durchmesser der Leiterschleifen und von der Windungszahl ab. Daher sollten die Abnehmerspulen so ausgelegt sein, daß die Winrli.ingsfläi-rhe optimal bestimmt ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Geber zum Erzeugen lageabhängiger elektrischer Signale (11,12,13,14) in Abnehmerspulen bei einer durch Magnete (4; 15, 16; 30, 31) bewirkten Ummangnetisierung eines Wiegand-Drahtes (3), wobei der Wiegand-Draht (3) zunächst durch Aufmagnetisierung mit einer hohen Feldstärke (H_p) in eine Richtung vorbehandelt ist und sodann im Betrieb mit einer geringen Wechselfeldstärke (± H_x) ausgesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf wenigstens zwei in Achsrichtung aufeinanderfolgende unmittelbar aneinandergrenzende Bereiche (9, 10; 34, 35, 36, 37) des Wiegand-Drahts verschiedene Wechselfelder der Feldstärke (±H_X) mit entgegengesetzter Phasenlage einwirken, wobei jedem dieser Bereiche eine Abnehmerspule (5, 6) zugeordnet ist.

2. Geb& zum Erzeugen lageabhängiger elektrischer Si^nsfe '11 12,13,14) in AbnehEnersⁿulen bei einer durch Magnete (4; 15, 16; 30, 31) bewirkten Ummagnetisierung eines Wiegand-Drahtes (3), wobei der Wiegand-Draht (3) im Betrieb durch asymmetrische Aussteuerung abwechselnd mit einer hohen zur Aufmagnetisierung geeigneten Feldstärke (Hp) in einer Richtung und mit einer niedrigen Feldstärke (H_x) in der anderen Richtung beaufschlagt ist. dadurch gekennzeichnet. da3 auf wenigstens zwei in Achsrichtung aufeinanderfolgende, unmittelbar aneinandergrenzende Bereiche (9,10,34,35,36,37) des Wiegand-Drahts verschiedene asymmetrische Aussteuerungen mit entgegengesetzter Phasenlage einwirken, wobei jedem dieser Bereiche eine Abnehmerspule (5,6) zugeordnet ist.

3. Geber nach Anspruch ! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Bereichsgrenzen des Wiegand-Drahtes (3) jeweils ein Pol mindestens eines Magnetsystems (4; 15,16; 30,31) zugeordnet ist.

4. Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 3. unter Verwendung von Permanentmagneten, dadurch gekennzeichnet, daß der Wiegand-Draht (3) sich zwischen einem ersten (15, 30) und einem zweiten Magnetsystem (16, 31) befindet, und magnetische Abschirmmittel vorhanden sind, die den Draht (3) abwechselnd von den Magnetsystemen (15,16; 30,31) abschirmen.

5. Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Wiegand-Draht (3), die Abnehmerspulen (5, 6) und das mindestens eine Magnetsystem (4; 15, 16) gestreckt angeordnet sind

(F ig-5).'

6. Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß der Wiegand-Draht (3), die Abnehmerspulen (5, 6) und das mindestens eine Magnetsystem (30, 31) ringförmig angeordnet sind (Fig. 13).

7. Geber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmmittel eine als rotierender Hohlzylinder ausgebildete Blende (19) aufweisen, der in axialer Richtung mindestens eine Aussparung (20) aufweist und dessen Rotationsachse mit der Drahtachse übereinstimmt (F i g. 6).

8. Geber nach Anspruch 4 und 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmmittel zwei gegenüberlie- b5 gcndc ebene Blenden(17,18) aufweisen.die abwechselnd parallel zur Druhiachse zwischen Wiegand-Draht (3) und die Magnetsysteme (15, 16) einschieb

bar sind (F i g. 4 und 5).

9. Geber nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmmittel zwei gegenüberliegende rotierende kreisförmige Blenden (21,22) aufweisen, die zwischen Wiegand-Draht (3) und jeweiligem Magnetsystem (15,16) liegen (Fig. 9).

10. Geber nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmmittel zwei als Hohlzylinder ausgebildete Blenden (32,33) aufw eisen, die konzentrisch zum Draht (3) angeordnet sind und abwechselnd in Richtung der Zylinderachse zwischen den Wiegand-Draht (3) und die Magnetsysteme (31) einschiebbar sind (F ig. 13).

11. Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß alle Abnehmerspulen gleichsinnig gewickelt sind.

12. Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abnehmerspulen zweier aufeinanderfolgender magnetischer Bereiche gegensinnig gewickelt sind.

13. Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für das mindestens eine Magnetsystem (4; 15, 16; 30, 31) Elektromagnete verwendet werden.

14. Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Drahtzonenbereiche (9,10,34,35,36,37) eine unterschiedliche Länge haben.

15. Geber nach Anspruch 2 und gegebenenfalls 3 bis 14. dadurch gekennzeichnet, daß der Wiegand-Draht (3) an eines der Magnetsysteme angenähert ist.