DE3913861A1

DE3913861A1 - Verlagerungs-detektor

Info

Publication number: DE3913861A1
Application number: DE3913861A
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Morimura; Norio Daimaru; Akira Wachi
Original assignee: Ohkura Electric Co Ltd
Current assignee: Ohkura Electric Co Ltd
Priority date: 1988-05-19
Filing date: 1989-04-27
Publication date: 1989-11-30
Also published as: US5055814A

Description

Die Erfindung betrifft einen Verlagerungs-Detektor, ins besondere einen Verlagerungs-Detektor, der magnetisch eine lineare oder eine Winkelverlagerung berührungsfrei erkennt und die erkannte Verlagerung in ein elektrisches Signal umwandelt. Der Detektor nach der Erfindung hat eine hohe Linearität zwischen Eingangsteil und Aus gangssignal und kann als ausgezeichnetes Steuerelement zur Feedback-Steuerung für Handhabungsgeräte, Aufzeich nungselemente oder dergleichen verwendet werden.

Die deutsche Patentschrift 25 11 683 zeigt einen typi schen Detektor zum magnetischen Erkennen einer Verlage rung, wie sie in der Draufsicht nach Fig. 4A und in der Seitenansicht nach Fig. 4B dargestellt ist. Ein Kern 1 mit U-förmigen Querschnitt besteht aus einem magneti schen Material mit einer hohen Permeabilität, um den eine Erregerspule 2 gewickelt ist. Eine Wechselspan nungsquelle 16 ist mit den Erregeranschlüssen D ₁ und D ₂ der Erregerspule 2 zur Erregung des Kerns 1 verbunden. Der Kern 1 hat einen Spalt 20, durch den sich eine ge druckte Schaltkarte 3 erstreckt. Eine Detektionsspule 4 a, die auf der gedruckten Schaltung 3 ausgebildet ist, kreuzt den Spalt 20, so daß eine Verkettung zwischen dem magnetischen Fluß des Spalts 20 und der Detektionsspule 4 a bewirkt wird. Die Detektionsspule 4 a hat eine Anzahl von Bahnen, die jeweils einen kantenartigen schrägen Ab schnitt 4 b aufweisen, so daß die Verkettung zwischen der Detektionsspule 4 a und dem magnetischen Fluß des Spalts 20 sich in Abhängigkeit von der Position des Kerns 1 re lativ zu der gedruckten Schaltkarte 2 ändert.

Die Erregerspule 2 kann entweder auf einem Verbindungs abschnitt der beiden Schenkel des U-förmigen Kerns 1, wie in den Fig. 4B und 4C gezeigt, oder aber auf den beiden Schenkeln, wie in Fig. 4D gezeigt, gewickelt sein. Bei einem U-förmigen Kern 1 ist der magnetische Widerstand des Spalts 20, wie er von der Erregerspule 2 gesehen wird, nicht gleichförmig. Wenn der Kern 1 durch eine Wechselspannung von der Wechselspannungsquelle 16 erregt wird, ist die Flußdichte in dem Spalt 20 nicht gleichförmig. Die Flußdichten in dem Spalt 20 sind in dem geschlossenen Abschnitt, dem Zentralabschnitt und dem offenen Endabschnitt durch B ₁, B ₂ und B ₃ angegeben. Ihre Größen nehmen in dieser Reihenfolge ab, d. h. B ₁ < B ₂ < B ₃. Wenn der Kern 1 aus einem Material mit hoher Permeabilität, etwa Ferrit besteht, ist das Verhältnis der Permeabilität zwischen Ferrit und Luft in der Grö ßenordnung von 100 : 1, die Ungleichmäßigkeit der magneti schen Flußdichte in dem Luftspalt 20 kann daher nicht vernachlässigt werden.

Der U-förmige Kern 1 nach dem Stand der Technik hat wei ter Nachteile. So ist es schwierig, eine Wicklung oder Spule auf einen solchen Kern aufzubringen, eine besonde re Wicklungsmaschine ist erforderlich. Die Ausbildung der Erregerspule 2 auf dem Kern 1 ist relativ schwierig. Der Spalt 20 wird groß gemacht, um das Aufwickeln der Erregerspule 2 zu ermöglichen, was zu einer Reduktion der in der Detektionsspule 4 a erzeugten Spannung führt. Wenn ein Fremdmaterial in die Nähe des offenen Endes des Spalts 20 gebracht wird, wird die Flußdichte in dem Spalt 20 gestört, dies kann zu einem Fehler führen.

In Abhängigkeit von der Verkettung des Wechselstromflus ses erzeugt die Erregerspule 4 a ein elektrisches Signal e über den Ausgangsanschlüssen T ₁ und T ₂. Da jede Bahn der Detektionsspule 4 a einen schrägen Abschnitt 4 b hat, hängt die Wechselstrom-Flußverkettung der Detektionsspu le 4 a von der Relativverlagerung zwischen dem Kern 1 und der gedruckten Schaltung 3 ab. Das Ausgangssignal e gibt so die Relativverlagerung an. Insbesondere wird die me chanische Relativverlagerung X zwischen dem Kern 1 und der gedruckten Schaltung 3, wie sie in Fig. 4A gezeigt ist, in ein elektrisches Signal e gewandelt.

In Fig. 4A kann, wenn der Ursprung des Koordinatensy stems für die Verlagerung X auf dem äußeren linken Ende der Detektionsspule 4 a angeordnet ist und wenn die schrägen Abschnitte 4 b der benachbarten Bahnen der De tektionsspule 4 a aufeinanderfolgend mit Abstand vonei nander angeordnet sind, wie dies in der Figur darge stellt ist, das Verhältnis zwischen der Verlagerung X und dem Ausgang E ausgedruckt werden, wie dies in der Darstellung von Fig. 5 wiedergegeben ist. Das Symbol 1′ von Fig. 4A zeigt den Kern 1 an dem Ursprung des Koor dinatensystems, das Bezugszeichen 5 gibt ein Isolations blatt auf der gedruckten Schaltkarte 3 an. Die durchge zogene gestreckte Linie OP von Fig. 5 stellt eine li neare Beziehung an, die nur erreicht werden kann, wenn die magnetische Flußdichte, in dem Spalt 20 des Kerns 1 gleichförmig ist. Die vertikale Höhe der durchgezogenen Linie OP ist proportional zu dem physikalischen Bereich der Verkettung zwischen der Detektionsspule 4 a und dem Kern 1 und mit einem kantenförmigen schrägen Abschnitt 4 b der Detektionsspule 4 a. Der physikalische Verket tungsbereich verändert sich linear mit der Relativverla gerung X. Die magnetische Flußdichte in dem Spalt 20 des Kerns 1 ist so gleichförmig, die lineare Beziehung der gestreckten Linie OP kann bewirkt werden.

Die tatsächliche magnetische Flußdichte in dem Spalt 20, ist tatsächlich jedoch, wie oben ausgeführt, nicht gleichförmig. Das tatsächliche Ausgangssignal e wird, beispielsweise, durch eine Anzahl von Kurven 6, 7 und 8 von Fig. 5 wiedergegeben, die von der durchgezogenen Linie OP abweichen.

Um eine derartige Nicht-Linearität zu vermeiden, wurden eine Mehrzahl von Verfahren vorgeschlagen. Der Spalt 20 kann schräg zulaufend ausgebildet werden, so daß er en ger wird und der magnetische Widerstand geringer wird, wenn sich dieser von dem geschlossenen Ende zu dem offe nen Ende erstreckt, so daß eine im wesentlichen gleich förmige Verteilung der magnetischen Flußdichte in diesem ergibt. Es ist jedoch schwierig, den Kern 1 mit einem derartig zulaufenden Spalt auszubilden, ein sich verjün gender Spalt 20 wurde nicht verwendet.

Das japanische Gebrauchsmuster 16 34 377 (japanische Ge brauchsmusteranmeldung 33 369/85) offenbart ein praktika bleres Verfahren, bei dem ein U-förmiger Kern mit zwei langen Schenkeln und zwei gedruckten Schaltkarten ver wendet werden, die in dem Spalt 20 zwischen den beiden langen Schenkeln angeordnet sind. Eine erste der beiden gedruckten Schaltkarten 3 hat einen Detektionskern 4 a ähnlich demjenigen von Fig. 4A. Eine zweite der beiden gedruckten Schaltkarten 3 ist auf der einen Seite der ersten Schaltkarte 3 aufrecht angeordnet und trägt eine (nicht gezeigte) Detektionsspule 4 a′. Die Detektionsspu le 4 a und 4 a′ haben eine übereinstimmende Form, sie sind jedoch in dem Spalt 20 umgekehrt angeordnet. Eine Abwei chung von einer linearen Charakteristik in der zweiten Spule 4 a ist entgegengesetzt zu derjenigen in der ersten Detektionsspule 4 a. Die Spannung e in der ersten Detek tionsspule 4 a und die Spannung e′ in der zweiten Detek tionsspule 4 a′ werden addiert, so daß sich Abweichungen von einer Linearcharakteristik in den beiden Spannungen ausgleichen, die Summe (e + e′) wird als Ausgangssignal des Verlagerungsdetektors verwendet. Statt die beiden gedruckten Schaltkarten 3 Seite an Seite anzuordnen, können die beiden gedruckten Schaltkarten einander über lappend angeordnet sein, wobei die Neigungen der Spulen 4 a, 4 a′ in umgekehrter Richtung sind.

Das japanische Gebrauchsmuster 16 95 217 (japanische Ge brauchsmusteranmeldung 3 684/87) lehrt eine andere Lö sung, die eine gedruckte Schaltkarte 3 verwendet, die erste und zweite Detektionsspulen 4 a, 4 a′ (nicht ge zeigt) trägt, die auf den gegenüberliegenden Seiten der gedruckten Schaltkarte 3 angeordnet sind. Die Form der ersten Detektionsspule 4 a ist derart, daß die Verkettung seines magnetischen Flusses mit der Verlagerung X zu nimmt, während die zweite Detektionsspule 4 a′ so geformt ist, daß die Verkettung des magnetischen Flusses während der Verlagerung X abnimmt. Eine Abweichung von der Li nearität wird eliminiert durch Bilden der Summe der bei den Spannungen, die in der ersten und der zweiten Detek tionsspule 4 a, 4 a′ induziert werden.

Die Lösungen der Nicht-Linearität in den beiden eben er wähnten Gebrauchsmustern haben jedoch den Nachteil, daß zwei Detektionsspulen 4 a, 4 a′ gebildet werden müssen, was den Herstellungsprozeß komplizierter macht. Insbe sondere wenn die gegenüberliegenden Flächen der gedruck ten Schaltkarte durch die beiden Detektionsspulen 4 a, 4 a′ belegt werden, wird es schwierig oder teuer, andere Mittel auf der gedruckten Schaltkarte für weitere Funk tionen vorzusehen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ei nen Verlagerungsdetektor zu schaffen mit einem verbes serten Kern, der eine vergleichsweise gleichförmige Ver teilung der magnetischen Flußdichte in seinem Spalt hat. Der Kern in dem Verlagerungsdetektor löst weiter die Nachteile des Kerns nach dem Stand der Technik.

In einem Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wird der Kern durch Bilden eines ersten und eines zweiten magne tischen Elements geschaffen. Das erste magnetische Ele ment hat drei Schenkel, die an dem einen Ende miteinan der verbunden sind, so daß ein E-förmiger Querschnitt gebildet wird. Der zentrale Schenkel ist kürzer als die beiden seitlichen Schenkel. Eine erste Spule liegt auf dem zentralen Schenkel auf. Das zweite magnetische Ele ment erstreckt sich über die Enden der beiden seitlichen Schenkel unter Bildung eines Spalts zwischen dem sich erstreckenden Ende des zentralen Schenkels und dem zwei ten magnetischen Element. Die erste Spule kann eine Er regerspule zum Magnetisieren des Kerns zur Erzeugung ei nes magnetischen Flusses in dem Spalt sein.

Mit dem Kern des Verlagerungsdetektors nach der Erfin dung kann die erste Spule gesondert gewickelt und auf den zentralen Schenkel des ersten magnetischen Elements aufgesetzt sein, so daß der Wickelvorgang der ersten Spule sehr einfach ist. Der Kern nach der Erfindung ist nicht U-förmig, sondern hat eine geschlossene Schleife von magnetischem Material über die beiden seitlichen Schenkel des ersten magnetischen Elements, so daß die Flußdichte in dem Spalt gleichförmiger ist als bei dem üblichen U-förmigen Kern. Die geschlossene Schleife des magnetischen Materials macht den Kern weniger anfällig gegenüber magnetischen Einflüssen von außen als bei ei nem U-förmigen Kern. Gegenüber dem üblichen U-förmigen Kern ist der Kern nach der Erfindung einfacher herzu stellen, da das erste und das zweite magnetische Element gesondert hergestellt werden können und einfach zu mon tieren sind und die zweite Spule einfach montiert werden kann, wie dies oben angegeben ist.

Der Spalt des Kerns nimmt eine zweite Spule derart auf, daß die zweite Spule und der Kern relativ zueinander be weglich sind. Vorzugsweise ist die zweite Spule auf ei ner gedruckten Schaltkarte aufgedruckt. Die zweite Spule hat schräge Abschnitte, die bezüglich der Relativbewe gung zwischen dem Kern und der zweiten Spule geneigt sind. Aufgrund des geneigten Abschnitts ist der Verket tung des magnetischen Flusses zwischen dem Kern und der zweiten Spule von der Relativposition zwischen diesen abhängig. Die zweite Spule kann eine Detektionsspule sein, die eine Ausgangsspannung erzeugt, die zu der ma gnetischen Flußverkettung proportional ist und entspre chend zu der relativen Verlagerung zwischen dem Kern und der zweiten Spule proportional ist.

Es ist natürlich möglich, die erste Spule als Detekti onsspule und die zweite Spule als Erregerspule zu ver wenden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung ei nes Verlagerungs-Detektors mit einer verbesserten ge druckten Schaltkarte. In einem anderen Ausführungsbei spiel des Verlagerungselements nach der Erfindung trägt ein Kern mit einem Spalt eine erste Spule, die auf die sem aufgebracht ist. Eine gedruckte Schaltkarte, die ei ne zweite gedruckte Spule trägt, erstreckt sich durch den Spalt des Kerns derart, daß die gedruckte Schaltkar te und der Kern relativ zueinander beweglich sind.

Um die letzterwähnte Aufgabe zu erfüllen, hat die zweite Spule eine Mehrzahl von Bahnen mit geneigten Abschnit ten, die symmetrisch bezüglich der gemeinsamen Mittel linie geneigt sind, wobei die gemeinsame Mittellinie parallel zu der Richtung der Relativbewegung zwischen dem Kern und der gedruckten Schaltkarte verläuft. Die schrägen Abschnitte der zweiten Spulenbahnen sind auf einanderfolgend mit Abstand voneinander entlang der Mittellinie angeordnet. Die Tatsache, daß jede Bahn der zweiten Spule einen schrägen Abschnitt hat, der bezüg lich der Mittellinie symmetrisch ist, bedeutet, daß jede Bahn zwei schräg verlaufende Abschnitte hat, wobei ein schräger Abschnitt auf der einen Seite der Mittellinie und ein anderer schräger Abschnitt auf der gegenüberlie genden Seite der Mittellinie ist und die beiden schrägen Abschnitte symmetrisch sind. Aufgrund der Symmetrie be züglich der Mittellinie weichen in den beiden schrägen Abschnitten induzierte Spannungen von der Linearität in entgegengesetzte Richtung ab, unter der Voraussetzung, daß das magnetische Feld in dem Spalt sich linear än dert. Die Gesamtspannung wiederum, die sich aus der Sum me der Spannungen der beiden schrägen Abschnitte ergibt, ist im wesentlichen linear, da die Abweichungen in den beiden schrägen Abschnitten einander kompensieren.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Beschreibung, in der ein Aus führungsbeispiel anhand einer Zeichnung erläutert wird. Dabei zeigt

Fig. 1A eine perspektivische Darstellung ei nes Ausführungsbeispiels eines Ver lagerungs-Detektors nach der Erfin dung;

Fig. 1B eine schematische Seitenansicht des Verlagerungsdetektors von Fig. 1A;

Fig. 1C eine perspektivische Explosionsdar stellung eines Kerns eines Verlage rungs-Detektors nach Fig. 1A;

Fig. 2 eine perspektivische Explosionsdar stellung einer gedruckten Schaltkar te für den Verlagerungs-Detektor nach Fig. 1A;

Fig. 3A, 3B und 3C erläuternde Darstellungen unter schiedlicher Ausführungsbeispiele des Kerns;

Fig. 4A eine Draufsicht eines bekannten Verlagerungs-Detektors;

Fig. 4B eine Seitenansicht des bekannten Verlagerungs-Detektors;

Fig. 4C und 4D erläuternde Darstellungen von übli chen Kernen;

Fig. 5 eine Darstellung des Verhältnisses zwischen der Verlagerung X und der Ausgangsspannung e eines Verlage rungs-Detektors;

Fig. 6A eine Draufsicht auf ein anderes Aus führungsbeispiel eines Verlage rungs-Detektors nach der Erfindung;

Fig. 6B eine Seitenansicht dieses anderen Ausführungsbeispiels des Verlage rungs-Detektors nach der Erfindung;

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung ei nes Ausführungsbeispiels der Erfin dung unter Verwendung einer zylin drischen Schaltkarte; und

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung ei nes Ausführungsbeispiels der Erfin dung unter Verwendung einer gedruck ten Schaltkarte in Form einer ring förmigen Scheibe.

Einander entsprechende Teile werden in den verschiedenen Figuren mit entsprechenden Bezugszeichen wiedergegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nach den Fig. 1A, 1B und 1C verwendet einen Kern, der aus einem E-förmigen ersten magnetischen Element 10 mit einem zen tralen Schenkel 11 und seitlichen Schenkeln 12, 13 sowie einem zweiten magnetischen Element 15, der sich über die seitlichen Schenkel 12, 13 erstreckt, besteht. Der zen trale Schenkel 11 ist kürzer als die seitlichen Schenkel 12, 13. Zwischen den äußeren Enden des zentralen Schen kels 11 und dem zweiten magnetischen Element 15 ist ein Spalt 20 ausgebildet. In dem Beispiel von Fig. 1B ist eine erste Spule oder eine Erregerspule um den zentralen Schenkel 11 gewickelt. Eine Einkerbung 14 kann an gegen überliegenden Seiten des zentralen Schenkels zur Ermög lichung der Ausbildung der Erregerspule 2 vorgesehen sein, wobei die Spule 2 gesondert hergestellt und in die Einkerbung 14 eingesetzt sein kann.

Eine zweite Spule oder Detektionsspule 4 a, die vorzugs weise in Form einer Spule auf einer gedruckten Schalt karte 3 ausgebildet ist, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, ist in einer Ebene durch den Spalt 40 des Kerns 1 angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Detektionsspule 4 a eine Anzahl von Bahnen, wobei je de Bahn einen schrägen Abschnitt 4 b hat und die Innen fläche der Spule 4 a, die in den Spalt 20 (d. h. in dem sich schneidenden Bereich) sich in Abhängigkeit von der Relativposition zwischen dem Kern 1 und der Spule 4 a än dert. Die Induktivität der Detektionsspule 4 a ändert sich damit in Abhängigkeit von ihrer Position relativ zu dem Kern 1.

In Fig. 1A wird angenommen, daß der Kern 1 sich in der Richtung des Pfeiles X bewegt, die Erfindung ist jedoch auf einen beweglichen Kern 1 nicht beschränkt. Die In duktivität L der Detektionsspule 4 a kann durch die fol gende Gleichung definiert werden:

V = L(dI/dt),

wobei I der Strom durch die Spule 4 a und V eine Spannung ist, die in der Spule durch eine Änderung des Stromes I induziert wird. Wenn der Kern 1 die Detektionsspule 4 a schneidet, ändert sich die in der Spule 4 a induzierte Spannung V in Abhängigkeit von dem oben erwähnten Über schneidungsbereich, so daß sich auch die Induktivität L ändert. Da die Detektionsspule 4 a wenigstens einen schrägen Abschnitt 4 b aufweist, der relativ zu der Rich tung der Relativbewegung zwischen dem Kern 1 und der Spule 4 a geneigt ist, ist der oben erwähnte Überschnei dungsbereich eine Funktion der Verlagerung des Kerns 1. Die Verlagerung des Kerns 1 oder die Relativverlagerung zwischen dem Kern 1 und der Detektionsspule 4 a kann in eine Induktivität der Detektionsspule 4 a gewandelt wer den.

Wenn eine Wechselspannungsquelle 16 zwischen die Erre gerspule 2, wie sie in Fig. 1C gezeigt ist, gelegt wird, schneidet ein magnetischen Wechselspannungsfeld die Detektionsspule 4 a, die Verlagerung X des Kerns 1 kann als eine in der Detektionsspule induzierte Wechsel spannung erkannt werden. Die Verlagerung X wird so von der Detektionsspule 4 a in eine Ausgangswechselspannung e gewandelt werden.

Die Verwendung des E-förmigen ersten magnetischen Ele ments in dem Kern 1 ermöglicht die Bildung oder Befesti gung der Erregerspule 2 auf dem Kern 1, das Problem des Standes der Technik bei der Herstellung dieser Erreger spule 2 ist gelöst. Infolgedessen besteht kein Erforder nis für einen großen Spalt 20 zur Montage der Erreger spule 2, es wird möglich, einen engen Spalt 20 zur Erhö hung der magnetischen Flußdichte in diesem einzusetzen, um eine höhere Ausgangsspannung zu erzeugen und die Ge nauigkeit der Verlagerungserkennung zu verbessern. Der magnetische Schaltkreis des Kerns 1 ist weiter durch die beiden Seitenschenkel 12, 13 des ersten magnetischen Elements 10 und das zweite magnetische Element 15 ge schlossen, die Gleichmäßigkeit des magnetischen Feldes in dem Spalt 20 ist verbessert, so daß ein Fehler auf grund der Ungleichmäßigkeit des magnetischen Felds in dem Spalt 20 reduziert ist und Störeinwirkungen von au ßen reduziert werden.

Fig. 2 zeigt eine gedruckte Schaltkarte 3, die die De tektionsspule 4 und eine Hilfsspule 4 c aufweist, wobei diese durch drei Isolationsblätter 5 voneinander ge trennt und geschützt sind. Die Hilfsspule 4 c kann ver wendet werden, um verschiedene Korrekturen der Ausgangs spannung von der Detektionsspule 4 a zu bewirken und eine geeignete Vorspannung zu erzeugen.

Fig. 3A zeigt ein Ausführungsbeispiel des Kerns 1, der zwei Erregerspulen 2 verwendet, die auf die Seitenschen kel 12 bzw. 13 aufgewickelt sind. In dem Ausführungsbei spiel von Fig. 3B sind das erste magnetische Element 12 und das zweite magnetische Element 15 identisch ausge bildet, nachdem zwei Erregerspulen 2 auf ihre seitlichen Schenkel 12 bzw. 13 aufgewickelt sind, stoßen die beiden Elemente 10 und 15 gegen die äußeren Enden ihrer Seiten schenkel. Fig. 3C zeigt ein anderes Ausführungsbei spiel, in dem identische erste und zweite magnetische Elemente 10, 15 Erregerspulen 2 tragen, die auf deren zentrale Schenkel 11 jeweils anstoßend angeordnet sind in ähnlicher Weise wie bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Die Quelle zur Erregung ist nicht auf eine Wechselspan nungsquelle 16 beschränkt, es ist auch möglich, statt dessen eine Gleichspannungsquelle zu verwenden, die mit einem geeigneten Schaltmittel versehen ist. Weiter kann die zweite Spule 4 a mit der Spannungsquelle 16 für die Erregung verbunden sein. Die erste Spule 2 kann zur Er zeugung einer proportionalen Ausgangsspannung verwendet werden.

Fig. 6A und 6B zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel des Verlagerungs-Detektors nach der Erfindung, in dem die Linearität des Ausgangs durch die Verwendung einer Detektionsspule 4 a von einer besonderen Form verbessert ist. Die Detektionsspule 4 a von Fig. 6A hat eine Mehr zahl von Bahnen, wobei jede Bahn einen schrägen Ab schnitt 4 b hat, der bezüglich der Mittellinie 21 symme trisch ist. Diese Mittellinie 21 verläuft parallel zu der Richtung der relativen Verlagerung X zwischen dem Kern 1 und der gedruckten Schaltkarte 3. Um symmetrisch zu sein, hat der schräge Abschnitt 4 b zwei Abschnitte, einen oberhalb und einen unterhalb der Mittellinie 21 von Fig. 6A. Die beiden Abschnitte sind symmetrisch be züglich der Mittellinie 21 angeordnet. Die schrägen Ab schnitte 4 b der Detektionsspule 4 a sind hintereinander entlang der Mittellinie 21 mit Abstand voneinander an geordnet. In dem Beispiel von Fig. 6A bewegt sich der Kern 1 entlang der Längsrichtung einer rechteckigen ge druckten Schaltkarte 3, die die Symmetrieachse bildenden Mittellinie 21 fällt im wesentlichen mit der Längsmit telachse der gedruckten Schaltkarte 3 überein.

Es ist zu beachten, daß es erfindungsgemäß ausreichend ist, eine Detektionsspule auf lediglich einer Oberfläche der gedruckten Schaltkarte 3 auszubilden, die gegenüber liegende Seite der gedruckten Schaltkarte kann für ande re Zwecke verwendet werden.

Fig. 5 zeigt die Ausgangsspannung e einer Detektions spule 4 a, wenn der Kern 1 sich von dem Ursprung 0 der Koordinate X entlang der gedruckten Schaltkarte 3 be wegt, wie dies in Fig. 6A gezeigt ist. Bei dem Beginn der Bewegung nimmt die Flußverkettung des schrägen Ab schnitts 4 b der Detektionsspule 4 a an dem Abschnitt oberhalb der Mittellinie 21 von dem Ursprung 0 von Fig. 5 entlang der oberen punktierten Linie 6 a zu, während die Flußverkettung an dem Abschnitt unterhalb der Mittellinie 21 entlang der unteren gepunkteten Linie 5 a zu nimmt. Die Nettoflußverkettung des schrägen Abschnitts 4 b, also die Summe der beiden Abschnitte, die durch die beiden gepunkteten Linien 6 a gezeigt werden, variiert li near, da Abweichungen von der Linearität in den beiden Bereichen des geneigten Abschnitts 4 b ineinander in ihre Größe entsprechen und in ihrer Richtung entgegengesetzt sind, so daß sie einander in der Nettoflußverkettung auslöschen. Entsprechend variiert die Ausgangsspannung e über den Ausgangsanschlüssen T ₁, T ₂ linear entlang der durchgezogenen Linie OP von Fig. 5, d. h. proportional zu dem Durchschnitt der beiden Abschnitte, die durch die beiden gepunkteten Linien 6 a dargestellt sind.

Lineare Abweichungen von einer gleichmäßigen Flußdichte verteilung innerhalb des Spaltes 20 auf gegenüberliegen den Seiten der Mittellinie 21 werden also, kurz gesagt, gegeneinander aufgehoben durch Verwendung einer Flußver kettung der beiden Sektionen des schrägen Abschnitts 4 b der Detektionsspule in der oben angegebenen Art und Wei se, die Ausgangsspannung e variiert linear mit der Ver lagerung X. Nicht-lineare Eigenschaften, wie sie bei dem Stand der Technik festzustellen sind und durch Fig. 6 von Fig. 5 wiedergegeben werden, werden in die lineare Charakteristik der durchgezogenen Linie OP korrigiert. Entsprechend werden auch die Charakteristiken der nicht-linearen Kurven 7 A in lineare Charakteristiken der durchgezogenen Linie OP korrigiert durch Nehmen des Durchschnittswertes der symmetrischen, durch Punkte an gedeuteten Charakteristiken 7 a bzw. 7 b.

Das Problem des nicht-linearen Ausgangs, wie es bei dem Stand der Technik festzustellen ist, aufgrund der nicht-gleichmäßigen Verteilung der Flußdichte in dem Spalt 20 wird so durch Verwendung einer Detektionsspule einer besonderen Form gelöst, wobei die Spule auf ledig lich einer Seite der gedruckten Schaltkarte 3 ausgebil det ist.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel von Fig. 6 verwen det schräge Abschnitte 4 b, die lediglich mit geradlini gen Abschnitten in ähnlichen Mustern mit identischen Winkeln zur Vertikalen ausgebildet sind, d. h. A ₁ = A ₂ = . . . = A _n. Bei derartigen identischen Winkeln zur Vertikalen wird eine lineare Ausgangsspannung e erzeugt entsprechend der Verlagerung X des Kerns 1. Es ist also möglich, eine nicht-lineare Ausgangsspannung e für die Verlagerung X zu erzeugen, etwa polygonale Charakteri stika durch Ändern der vertikalen Winkel A ₁, A ₂, . . ., A _n von Bahn zu Bahn in geeigneter Weise.

Die Abweichung von einer gleichmäßigen Verteilung des magnetischen Flusses in dem Spalt 20 wird in der obigen Erläuterung als linear angenommen. Auch wenn die Verla gerung nicht linear ist, kann der Ausgang e für die Ver lagerung X unter Verwendung von gebogenen Abschnitten statt von gestreckten Abschnitten linearisiert werden, auf gegenüberliegenden Seiten der Winkel zu der Vertika len A ₁, A ₂, . . . , A _n in den schrägen Abschnitten 4 b der Detektionsspule 4 a, während die Form des geschwungenen Abschnitts so ausgebildet wird, um die Änderung des ma gnetischen Flusses in dem Spalt 20 zu kompensieren.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Er findung, das eine zylindrische gedruckte Schaltkarte 3 verwendet. Insbesondere sind die Detektionsspulen 4 a auf einer flexiblen gedruckten Schaltkarte 3 angeordnet, woraufhin die gedruckte Schaltkarte 3 auf die Seitenwan dung eines Zylinders aufgebracht wird. Wenn die zylin drische gedruckte Schaltkarte 3 in der Abwicklung ge zeigt ist, entspricht sie etwa derjenigen von Fig. 6A.

Ein Kern 1 mit einem Spalt 20, in den die zylindrische gedruckte Schaltung 3 paßt, bewegt sich entlang einer zylindrischen Ebene, die durch die gedruckte Schaltkarte 3 definiert wird. Eine Ausgangsspannung e entsprechend der Winkelverlagerung des Kerns 1 wird über den Aus gangsanschlüssen T ₁, T ₂ der Detektionsspule 4 a erzeugt.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 7 hat eine Steuerspule 4 c, die auf der Rückseite der gedruckten Schaltkarte 3 ausgebildet ist, wobei eine Steuerspannung e _c über den Steueranschlüssen C ₁, C ₂ erzeugt wird. Die Steuerspan nung e _c ist konstant, solange die Flußdichte in dem Spalt 20 unverändert bleibt. Sie ist unabhängig von der Winkelposition des Kerns 1. Der Zweck der Steuerspule 4 c ist die Beobachtung der Steuerspannung e _c zur Erkennung einer Änderung in der Flußdichte in dem Spalt 20, bei spielsweise aufgrund einer Spannungsänderung der Wech selspannungsquelle 16 oder aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur, und zum Halten der Flußdichte auf einem konstanten Pegel durch Regulation der Spannung der Wechselspannungsquelle 16.

Fig. 8 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel unter Ver wendung einer gedruckten Schaltkarte 8, die in Form ei ner ringförmigen Scheibe ist und eine Detektionsspule 4 a mit einer Vielzahl von Bahnen auf dieser hat. Jede Bahn der Detektionsspule 4 a hat einen schrägen Abschnitt 4 b, der symmetrisch bezüglich einer Mittellinie 21 ist, die einem Kreis mit einem durchschnittlichen Radius der ringförmigen Schaltkarte3 entspricht. In diesem Ausfüh rungsbeispiel ist auch die Erregerspule 2 auf der ge druckten Schaltkarte 3 ausgebildet. Um die Befestigung auf einem Kern 1 zu ermöglichen, ist ein Schlitz 22 auf der gedruckten Schaltkarte ausgebildet. Eine Drehwelle 23 erstreckt sich senkrecht durch den Mittelabschnitt der scheibenförmigen gedruckten Schaltkarte 3 und wird rotierbar durch ein (nicht gezeigtes) geeignetes Lager gehalten. Der mit einem Spalt 20 versehene Kern 1 ist an der Drehwelle 23 durch einen Klebstoff 24 so befestigt, daß der Kern 1 entlang der gedruckten Schaltkarte 3 be weglich ist, wodurch eine Variation der Verkettung zwi schen dem magnetischen Fluß des Spaltes 20 und der De tektionsspule 4 a der gedruckten Schaltkarte erzeugt wird. Eine Ausgangsspannung e in Abhängigkeit von der Winkelposition der Drehwelle 23 wird über den Ausgangs anschlüssen T ₁ und T ₂ der gedruckten Schaltkarte 3 er zeugt.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt. Eine Mehrzahl von Modifikationen sind mög lich, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann die Detektionsspule 4 a auf einem (nicht gezeigten) Aluminiumsubstrat unter Verwendung ei ner Dickfilmtechnik ausgebildet sein, obwohl es einfa cher ist, diese Spulen als Element einer gedruckten Schaltkarte 3 auszubilden. In der vorangehenden Be schreibung wurde angenommen, daß sich der Kern entlang einer ortsfesten Detektionsspule 4 a bewegt, für die Er findung ist aber eine relative Verlagerung zwischen dem Kern 1 und der Detektionsspule 4 a ausreichend, die De tektionsspule 4 a kann relativ zu einem ortsfesten Kern 1 bewegt werden. Es können auch sowohl der Kern 1 als auch die gedruckte Schaltkarte 3 beweglich ausgebildet sein. In den Beispielen der Fig. 6A, 6B und 7 ist der Kern 1 mit der Erregerspule 2 beweglich, so daß eine flexible Verbindung erforderlich ist, um die Wechselspannungs quelle 16 mit den Erregungsanschlüssen D ₁ und D ₂ der Er regerspule 1 zu verbinden.

Die Wellenform der Wechselspannungsquelle 16 kann bei spielsweise sinusförmig, dreieckförmig oder rechteckig sein, ist jedoch auf derartige Formen nicht beschränkt. Von dem Standpunkt der Einfachheit der Oszillation und der Gleichrichtung der Ausgangsspannung ist eine recht eckige Wellenform besonders bevorzugt. Die Erfinder ha ben erkannt, daß für bestimmte Anwendungsfälle einer Frequenz von etwa 10 kHz bevorzugt ist.

Die Form des Kerns 1 ist nicht auf die Form von U-Typ von Fig. 6B beschränkt. Der Kern von Fig. 1B, der ei nen geschlossenen magnetischen, einen Spalt 20 umgeben den magnetischen Weg hat, kann zusammen mit der gedruck ten Schaltkarte 3 von Fig. 6, die Detektionsspulen 4 a mit symmetrischen schrägen Abschnitten 4 b hat, verwendet werden. Der geschlossene magnetische Weg des Kerns 1 kann durch Anstoßen der beiden U-förmigen magnetischen Elemente an den freien Enden ihrer Schenkel gebildet sein, statt durch die Kombination eines E-förmigen Ele ments 10 und des flachen Elements 15 von Fig. 1B. Statt spitzer vertikaler Winkel A ₁, A ₂, . . . , A _n in den Ausfüh rungsformen der Fig. 6A bis 8, ist es möglich, wech selnde Winkel zur Vertikalen auszubilden, so daß die schrägen Abschnitte 4 b M-förmig sind. Eine Symmetrie be züglich der Mittellinie 21 ist ausreichend für die De tektionsspule 4 a nach der Erfindung.

Die vorteilhaften Wirkungen, die erfindungsgemäß erzielt werden, können wie folgt zusammengefaßt werden.

1. Die Erregerspule 2 (oder aber eine Detektions spule) kann durch die Verwendung eines E-förmigen magnetischen Elements 10 einfach montiert werden.
2. Der Spalt 20 des Kerns 1 kann klein gemacht werden, um die magnetische Flußdichte in die sem und entsprechend die in der Detektionsspu le 4 a induzierte Ausgangsspannung zu erhöhen.
3. Die magnetische Flußdichte in dem Spalt 20 kann einfach erhöht werden durch Erhöhen der Anzahl der Bahnen der Detektionsspule 4 a, um so die in der Detektionsspule 4 a erzeugte Aus gangsspannung zu erhöhen.
4. Der magnetische Fluß in dem Spalt 20 kann in zwei Teile aufgeteilt werden durch die beiden seitlichen Schenkel 12, 13 des E-förmigen ma gnetischen Elements 10. Die Querschnitte der beiden Schenkel und der mit diesem in Reihe liegenden magnetischen Elemente können so re duziert werden verglichen mit dem Querschnitt eines U-förmigen Kerns. Wenn die Breite des Kerns 1 konstant gehalten wird, kann die Dicke der magnetischen Elemente reduziert werden.
5. Der Spalt 20 wird von magnetischem Material umgeben, so daß die Leckage des magnetischen Flusses minimiert werden kann und die Genauig keit der Verlagerungs-Detektion und dessen Um wandlung in ein elektrisches Signal verbessert werden kann.
6. Der geschlossene magnetische Kreis um den Spalt 20 verhindert eine Beeinflussung des ma gnetischen Feldes in diesem aufgrund eines Einflusses von magnetischen Elementen in der Nähe des Spaltes 20.
7. Verglichen mit dem üblichen U-förmigen Kern ist der geschlossene Kern nach der Erfindung bei ähnlichen elektromagnetischen Eigenschaf ten mechanisch stabiler.
8. Verglichen mit dem üblichen U-förmigen Kern kann der geschlossene magnetische Kern bei gleichen elektromagnetischen Eigenschaften kleiner ausgebildet werden.
9. Nicht-Linearität des Ausgangssignals des Ver lagerungs-Detektors aufgrund eines nicht-ein heitlichen magnetischen Feldes in dem Spalt 20 kann minimiert werden durch Verwendung der symmetrischen schrägen Abschnitte 4 b in der Spule, die relativ zu dem Kern beweglich ist.
10. Eine hohe Linearität des Ausgangssignals des Verlagerungs-Detektors kann sichergestellt werden durch Verwendung lediglich einer Sei tenfläche der gedruckten Schaltkarte 3. Die gegenüberliegende Fläche der gedruckten Schaltkarte 3 kann für andere Zwecke, etwa zur Aufbringung einer Steuerspule zum Regulieren der magnetischen Flußdichte in dem Spalt 20 verwendet werden oder aber für eine Spule zur Verbesserung der Empfindlichkeit der Verlage rungserkennung.
11. Auch wenn der magnetische Fluß in dem Spalt 20 sich nicht-linear ändert, kann ein lineares Ausgangssignal gewonnen werden durch Modifi zierung der Form der schrägen Abschnitte 4 b der Spule nach dem vorangehenden Absatz in ge eigneter Weise.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfin dung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombi nationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

1 Kern
2 Erregerspule
3 gedruckte Schaltkarte
4 a Detektionsspule
4 b schräger Abschnitt
4 c Hilfsspule
10 magnetisches Element
11 zentraler Schenkel
12 seitlicher Schenkel
13 seitlicher Schenkel
14 Einkerbung
15 zweites Element
16 Wechselspannungsquelle
20 Spalt
21 Mittellinie
22 Substrat
23 Drehwelle
T ₁ Anschluß
T ₂ Anschluß
X Verlagerung
A ₁ Winkel
A ₂ Winkel
A _n Winkel
C ₁ Anschluß
C ₂ Anschluß
D ₁ Anschluß
D ₂ Anschluß

Claims

1. Verlagerungs-Detektor, gekennzeichnet durch einen Kern (1), der aus einem ersten magnetischen Element (10) mit drei Schenkeln (11, 12, 13), die an einem Ende unter Bildung eines E-förmigen Querschnitts miteinander ver bunden sind, besteht, wobei der zentrale Schenkel (11) der drei Schenkel (11, 12, 13) kürzer ist als die beiden seitlichen Schenkel (12, 13), eine erste Spule (2), die auf den zentralen Schenkel (1) gewickelt ist und ein zweites magnetisches Element (15), das sich über die sich erstreckenden Enden der beiden seitlichen Schenkel (12, 13) erstreckt, wobei sich ein Spalt (20) zwischen dem sich erstreckenden Ende des zentralen Schenkels (11) und dem zweiten magnetischen Element (15) ergibt, und eine zweite Spule (4 a), die sich durch den Spalt (20) des Kerns (1) erstreckt, wobei die zweite Spule (4 a) und der Kern (1) relativ zueinander beweglich sind, und die zweite Spule (4 a) einen schrägen Abschnitt (4 b) auf weist, der bezüglich der Richtung der Relativbewegung zwischen dem Kern (1) und der zweiten Spule (4 a) geneigt verläuft.

2. Kern mit einem Spalt für ein Verlagerungselement, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor eine gedruckte Schaltkarte (3) hat, die sich durch den Spalt (20) des Kerns (1) erstreckt, wobei der Kern (1) ein erstes ma gnetisches Element (10) mit drei an ihrem einen Ende un ter Bildung eines E-förmigen Querschnitts miteinander verbundene Schenkel (11, 12, 13) hat, wobei der zentrale Schenkel (11) der drei Schenkel (11, 12, 13) kürzer ist als die beiden seitlichen Schenkel (12, 13) und eine Spule auf dem zentralen Schenkel (11) angeordnet ist, und mit einem zweiten magnetischen Element (15), das sich über die sich erstreckenden Enden der beiden seit lichen Schenkel (12, 13) ausgebildet ist und einen Spalt (20) zwischen den sich erstreckenden Enden des zentralen Schenkels (11) und dem zweiten magnetischen Element (15) bildet.

3. Kern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite magnetische Element (15) dem ersten magneti schen Element (10) entsprechend ausgebildet ist und an das erste magnetische Element stößt, wobei die sich er streckenden Enden der seitlichen Schenkel (12, 13) der beiden Elemente derart in Berührung miteinander gebracht werden, daß ein Spalt (20) zwischen den zentralen Schen keln gebildet wird.

4. Verlagerungselement, gekennzeichnet durch einen Kern (1) mit einem Spalt (20), wobei der Kern (1) eine erste Spule (2) zum Magnetisieren des Spalts (20) auf weist, und eine eine zweite, auf diese aufgedruckte Spu le (4 a) tragende, sich durch den Spalt (20) des Kerns (1) erstreckende gedruckte Schaltung, wobei die gedruck te Schaltung (3) und der Kern (1) relativ zueinander be weglich sind und die zweite Spule (4 a) eine Mehrzahl von Bahnen mit schrägen Abschnitten, die symmetrisch bezüg lich einer gemeinsamen Mittellinie, die parallel zu der Richtung der Relativbewegung zwischen dem Kern (1) und der gedruckten Schaltung (3) geneigt verläuft, wobei die schrägen Abschnitte (4 b) der Mehrzahl der Bahnen der zweiten Spule (4) mit Abstand voneinander angeordnet sind.

5. Verlagerungs-Detektor nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die gedruckte Schaltkarte (3) zylin drisch ist.

6. Verlagerungs-Detektor nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die gedruckte Schaltkarte (3) in Form einer ringförmigen Scheibe ist.

7. Verlagerungs-Detektor, gekennzeichnet durch einen Kern (1) aus einem ersten magnetischen Element mit drei Schenkeln (11, 12, 13), die an ihrem einen Ende unter Bildung eines E-förmigen Querschnitts miteinander ver bunden sind, wobei der zentrale Schenkel (11) der drei Schenkel (11, 12, 13) kürzer ist als die beiden seitli chen Schenkel (12, 13), eine erste, um den zentralen Schenkel angeordnete Spule (2) und ein zweites magneti sches Element (15), das sich über die sich erstreckenden Enden der beiden seitlichen Schenkel angeordnet ist un ter Bildung eines Spalts (20) zwischen den sich er streckenden Enden des zentralen Schenkels (11) und dem zweiten magnetischen Element (15), und eine gedruckte Schaltkarte (3), die eine zweite, auf diese aufgedruckte Spule (4 a) trägt und sich durch den Spalt (20) des Kerns (1) erstreckt, wobei die gedruckte Schaltkarte (3) und der Kern (1) in einer Richtung relativ zueinander beweg lich sind, wobei die zweite Spule (4 a) eine Mehrzahl von Bahnen hat, mit beweglichen Abschnitten, die symmetrisch geneigt sind bezüglich einer gemeinsamen Mittellinie parallel zu der Richtung der Relativbewegung zwischen dem Kern (1) und der gedruckten Schaltkarte, wobei die geneigten Abschnitte der Mehrzahl von zweiten Spulenbah nen mit Abstand voneinander angeordnet sind.