DE3637133A1 - Magnetische sensorvorrichtung zur ueberwachung des magnetfeldes in einem luftspalt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine magnetische Sensorvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Elektromagnetisch gesteuerte Geräte, wie zum Beispiel Relais oder Kontaktgeber benötigen zum Schließen des Ankers eine wesentliche höhere Leistung als für die Aufrechterhaltung des Magnetfeldes bei geschlossenem Anker notwendig ist.

Daraus ergibt sich ein überschüssiger Leistungsverbrauch der sich durch Schwin­ gungen zwischen Anker und Statorkern sowie auch durch Erwärmen der Spule bemerkbar macht. Daher kann bei geschlossenem Anker die Leistung zur Aufrechterhaltung der Schließposition erheblich reduziert und damit Leistung eingespart werden, wobei gleichzeitig eine Verringerung der Schwingungsneigung sowie der Erwärmung gegeben ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine magnetische Sensorvorrichtung zu schaffen mit der die Schließposition des Ankers feststellbar und entsprechend die Erregung der Statorspule steuerbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltung der Erfinung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und

der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Ansicht einer elektromagnetischen Einrich­ tung gemäß der Erfindung.

Fig. 2: eine schematische Ansicht des magnetischen Sensors, wie er in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 Verwendung findet.

Die elektromagnetische Vorrichtung gemäß Fig. 1 erfaßt einen Kontaktgeber 7 und einen elektromagnetischen Kreis, der aus einem Statorkern 9 und einem Anker 11 besteht. Der Kontaktgeber ist mit paarweise angeordneten Kontaktstücken 13 und 15 an Leitungen 17 und 19 versehen und arbeitet mit beweglichen Kontaktstücken 21 und 23 zusammen, die an einem Kontaktbügel 25 angeordnet sind, der seinerseits mit einem Schaft 27 verbunden ist. Das obere Ende des Schaftes ist mit einer Schraubenfeder 29 versehen, mit welcher der Anpreßdruck bei geschlossenen Kontaktstücken eingestellt werden kann.

Der Anker 11 ist am unteren Ende des Schaftes 27 montiert und überbrückt einen U-förmigen Statorkern 9, wobei nach unten weisende Polflächen 31 und 33 mit nach oben weisenden Polflächen 35 und 37 des Statorkernes 9 zusammenwirken.

Im nicht erregten Zustand des Statorkernes wird durch die Wirkung der Feder 29 der Anker 11 vom Statorkern abgehoben, so daß zwischen den Polflächen 31 und

33 einerseits und den Polflächen 35 und 37 andererseits ein Spalt 39 entsteht. Die vom Statorkern abgehobene Position des Ankers 11 ist in Fig. 1 dargestellt.

Wenn der Statorkern 9 über eine Spule 41 erregt wird, wird der Anker 11 angezogen. Die Erregung erfolgt über eine Steuerung 43, die an eine Stromquelle 45 angeschlossen ist. Bei der Erregung entsteht ein magnetisches Feld, dessen Feldlinien 47 durch den Spalt und außerhalb des Spaltes im Spaltbereich verlaufen.

Auf Grund der Kraft der magnetischen Feldlinien wird der Anker angezogen.

Entsprechend wird der Kontaktarm 25 mit den Kontaktstücken 21 und 23 gegen die Kontaktstücke 13 und 15 verschoben, so daß sich diese schließen. Dabei wird die Feder 29 gespannt.

Gemäß der Erfindung ist eine Sensorvorrichtung 49 im Spaltbereich zwischen Statorkern und Anker angeordnet, welche von den Feldlinien 47 durchsetzt wird und dieses ausmißt.

Die von der Sensorvorrichtung abgegebene Spannung ist proportional dem Magnetfeld. Ferner ist eine magnetische Überbrückung in Form eines Weicheisen­ stückes 51 in der Nachbarschaft des Spaltes 39 vorgesehen, wobei dieses Weicheisenstück jedoch weder den Statorkern noch den Anker berührt. Entspre­ chend der Anordnung des Weicheisenstückes wird das zwischen den beiden Polflächen sich ausbreitende Magnetfeld teilweise über die magnetische Über­ brückung geleitet. Dabei ist die von dem Sensor 49 abgegebene Spannung ein Maß für die Größe des Magnetfeldes. Wenn die Spule 41 erregt wird und zwischen Statorkern und Anker ein Luftspalt 39 besteht, gibt der Sensor 49 eine dem Magnetfeld 53 über das Weicheisenstück entsprechende Spannung ab.

Wenn dagegen der Luftspalt geschlossen ist, wird der Sensor 49 von keinem Magnetfeld durchsetzt, so daß auch keine Spannung abgegeben wird. Dies ergibt sich auf Grund der Tatsache, daß nahezu das gesammte Magnetfeld über die aufeinanderaufliegenden Polflächen fließt. Jedoch spricht der magnetische Sensor 49 bereits auf den geringsten Luftspalt an und kann eine Spannung liefern, wenn z. B. der Luftspalt nur eine Größe von 0,05 mm oder weniger hat.

Wenn der Sensor 49 eine Spannung infolge eines über das Weicheisenstück 51 fließenden Magnetfeldes liefert, wird diese Spannung über ein Kabel 55 zur Steuerung 43 übertragen, die ihrerseits die Erregerleistung für die Erregerspule 41 entsprechend anhebt. Der Sensor 49 tastet die magnetische Spannung im Luftspalt zwischen Statorkern und Anker ab und spricht bereits an, wenn der Luftspalt nur wenige Tausendstelmillimeter groß ist; das heißt, auch noch unmittelbar bevor oder nachdem die Kontaktstücke miteinander in Berührung kommen. Wenn der Anker von dem Statorkern 9 auf Grund eines momentanen Leistungsabfalles, mechnischer Störungen oder dergleichen, wegbewegt wird, wird diese Tendenz sofort abgetastet und eine entsprechend höhere Erregerleistung an die Spule 41 angelegt, und zwar solange bis der Anker auf dem Statorkern aufliegt, das heißt der Luftspalt völlig beseitigt ist.

Der Sensor 49 ist zwischen dem Weicheisenstück 51 und vorzugsweise dem Polende des Ankers 11 oder des Statorkernes 9, wie in Fig. 1 dargestellt,

angeordnet. Dabei ist der Sensor vorzugsweise gekapselt und mit einem isolieren­ den Gehäuse 57 gemäß Fig. 2 versehen.

Der Sensor 49 besteht aus einem Halbleiter, zum Beispiel in Form eines Halleffektsensors und ist über das Kabel 55 mit zwei Leitern 59 und 61 zur Leistungsversorgung an eine Stromquelle 63 angeschlossen. Diese Stromversorgung kann auch von der Steuerung 43 aus erfolgen.

Ferner sind in dem Kabel 45 zwei Leitungen 65 und 67 angeordnet, die von gegenüberliegenden Seiten des Halleffekt-Halbleiters ausgehen und über welche die an dem Halbleiter entsprechend der Intensität des Magnetfeldes 53 erzeugte Spannung abgreifbar ist. Diese Leitern 65 und 67 gehen zur Schaltung 69, welche innerhalb der Steuerung 43 angeordnet ist und von der aus der Erregerstrom zur Spule 41 entsprechend der vom Sensor 49 angelegten Spannung gesteuert wird.

Wenn kein Luftspalt 39 vorhanden ist und das Magnetfeld 47, beziehungsweise 43 praktisch eliminiert ist, kann die Erregerleistung für die Spule 41 wesentlich verringert werden, und zwar auf den geringen Wert der notwendig ist, um den Anker und den Statorkern in Berührung miteinander zu halten.

Wie bereits erwähnt, kann der Sensor 49 ein Halleffekt-Halbleiter sein, wie er allgemein kommerziell erhältlich ist.

Die Steuerung 43 kann gleichstrom- oder wechselstrombetrieben sein. Wenn eine Wechselstromansteuerung verwendet wird, kann diese sowohl in die Spule 41 als auch den Sensor 49 eingespeist werden. Um jedoch das mit einer Wechselspannung verbundene Störgeräusch zu unterdrücken, ist vorzugsweise eine Gleichspan­ nungsversorgung vorzusehen beziehungsweise die angelegte Wechselspannung gleichzurichten, um sowohl die Spule 41 als auch den Sensor 49 mit Gleichspan­ nung zu versorgen.

Mit der Sensorvorrichtung gemäß der Erfindung ist es möglich, die Schließleistung eines beweglichen Ankers erheblich zu verbessern und gleichzeitig den im geschlossenen Zustand fließenden Erregerstrom auf ein Minimum zu begrenzen.

Dadurch läßt sich, wie bereits erwähnt, die Schwingungsneigung und die Erwärmung der elektromagnetischen Einrichtung erheblich reduzieren, wobei immer dann, wenn der Anker bewegt werden muß, eine hohe Erregerleistung zur Verfügung steht.

Infolge der verringerten Verlustleistung kann auch die elektromagnetische Vor­ richtung in ihren Abmessungen bei gleicher Leistung kleiner dimensioniert sein.

Claims (5)

1. Magnetischer Sensor zur Überwachung des Magnetfeldes im Luftspalt zwi­ schen einem über eine Spule erregten Statorkern und einem damit zusam­ menwirkenden beweglichen Anker, dadurch gekennzeichnet,
daß eine magnetische Überbrückung (51) parallel zum Magnetfeld im Luftspalt (39) zwischen Statorkern (9) und Anker (11) angeordnet ist,
daß ein magnetischer Sensor (49) zwischen der magnetischen Überbrückung (51) und entweder im Polende (31) des Ankers (11) oder dem Polende (35) des Statorkernes (9) angebracht ist und das Magnetfeld abtastet,
daß der magnetische Sensor (49) eine dem abgetasteten Magnetfeld entspre­ chende Spannung an eine Steuerung (43) liefert,
und daß die Steuerung (43) mit einer der angelegten Spannung entsprechenden Steuerspannung die Erregung der Spule (29) steuert, um bei geschlossenem Luftspalt die Erregung zu verringern.

2. Magnetischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Halbleiterelement besteht.

3. Magnetischer Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Überbrückung ein Weicheisenstück (51) ist.

4. Magnetischer Sensor, nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor zwischen Stator und der magnetischen Überbrückung ange­ ordnet ist.

5. Magnetischer Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleitersensor in einem elektrisch isolierenden Gehäuse angeordnet ist.