DE4327796C2 - Meßwertaufnehmer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen magnetischen Meßwertauf­ nehmer, insbesondere für Dreh- und Lineargebersysteme, mit mindestens zwei miteinander verschalteten magnetfeldempfindli­ chen Widerständen, die auf einem Träger auf einer konstanten Magnetfeldquelle, vorzugsweise einem Dauermagneten, angeordnet sind.

Derartige Meßwertaufnehmer sind bereits bekannt und werden z. B. für Dreh- bzw. Lineargebersysteme, bei denen ein Maßstab aus weichmagnetischem Material vorgesehen ist, z. B. eine Zahn­ stange, ein Zahnrad oder voneinander beabstandete Metallteile. Durch den Dauermagneten werden die magnetfeldempfindlichen Widerstände in ihre Arbeitspunkte gebracht. Beim Einsatz solcher Meßwertaufnehmer wird durch die Relativbewegung zwi­ schen dem Meßwertaufnehmer und dem Maßstab das durch den Dauermagneten erzeugte magnetische Feld verändert. Die Ände­ rungen des Magnetfeldes werden über die magnetfeldempfind­ lichen Widerstände aufgenommen und ermöglichen dadurch eine Erfassung der Relativbewegung des Maßstabs.

Bei vorgegebener Meßanordnung, bestehend aus der Magnetfeld­ quelle, den magnetfeldempfindlichen Widerständen und dem Maß­ stab, ist das zur Einstellung der Arbeitspunkte der magnet­ feldempfindlichen Widerstände erforderliche Magnetfeld räum­ lich inhomogen. Finden sich mindestens zwei magnetfeldempfind­ liche Widerstände auf einem gemeinsamen Träger, so erfordert dies eine genaue Anpassung des Magnetfeldes an die magnetfeld­ empfindlichen Widerstände. Da die Eigenschaften der bekannten magnetfeldempfindlichen Widerstände sowohl von der Temperatur als auch von dem auf sie einwirkenden magnetischen Feld abhän­ gig sind, wobei die Temperaturempfindlichkeit der magnetfeld­ empfindlichen Widerstände stark von dem auf sie einwirkenden Feld abhängt, kann ein inhomogenes Feld zu nicht vorherseh­ baren Meßergebnissen führen. Im Falle der Erzeugung des anre­ genden Magnetfeldes mittels Dauermagneten kann man die auf die magnetfeldempfindlichen Widerstände einwirkenden Magnetfeld­ komponenten durch Veränderung der Lage der Sensorchips gegen­ über dem Dauermagneten verändern. Dieses Verfahren ist aber äußerst schwierig durchführbar und erfordert jeweils eine äußerst genaue Einstellung der magnetfeldempfindlichen Wider­ stände gegenüber dem Magnetfeld des Dauermagneten.

Aus der DE-GM-92 15 228.7 ist ein magnetfeldempfindlicher Sensor der obengenannten Art bekannt, bei dem zur Homogenisierung des Magnetfeldes die Geometrie des Dauermagneten durch Material­ abtrag individuell auf den jeweiligen Sensor abgestimmt wird. Aber auch dieses Verfahren ist aufwendig und kompliziert in der Durchführung.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung vorzu­ sehen, mit der es möglich ist, das Feld des Dauermagneten ge­ genüber den magnetfeldempfindlichen Widerständen auf einfache Weise räumlich zu homogenisieren.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß min­ destens ein Flußleiter aus weichmagnetischem Material auf der Magnetfeldquelle und seitlich nahe zum Träger angeordnet ist und den Träger berührt.

Diese Lösung hat den Vorteil, daß die magnetfeldempfindlichen Widerstände gegenüber dem Magnetfeld räumlich einander zuge­ ordnet werden können, ohne daß sie jeweils durch aufwendiges Messen und Prüfen individuell in ihrer räumlichen Anordnung angepaßt werden müssen. Auch entfällt eine individuelle mecha­ nische Bearbeitung des Dauermagneten. Die Lösung erlaubt eine einfache Homogenisierung des auf die magnetfeldempfindlichen Widerstände einwirkenden Magnetfeldes. Je näher ein magnet­ feldempfindlicher Widerstand zum Rand des Trägers angeordnet ist, desto stärker wirkt auf ihn die durch die Flußleiter her­ vorgerufene Veränderung des Magnetfeldes. Bei gegebener Geo­ metrie der Magnetfeldquelle bewirken die Flußleiter, daß die Magnetfeldlinien des Dauermagneten abgelenkt und somit die auf den einzelnen magnetfeldempfindliche Widerstand einwirkenden Magnetfeldkomponenten verändert werden.

Zwar ist aus der EP-A-0 357 199 ein magnetischer Meßwertaufnehmer bekannt, bei dem zwischen dem Träger der magnetempfindlichen Widerstände und dem Dauermagneten eine Schicht aus magnetisch hochpermeablem Material angebracht ist, jedoch eignet sich eine solche sich über die gesamte Stirnseite des Dauermagneten und den Träger erstreckende Schicht nicht dazu, das Magnetfeld des Dauermagneten zu homogenisieren.

Der Meßwertaufnehmer kann in vorteilhafter Weise weitergebil­ det werden, wenn sich wenigstens ein Flußleiter zumindest teilweise zwischen dem Träger und der Magnetfeldquelle er­ streckt.

Für den magnetischen Meßwertaufnehmer können als magnetfeldem­ pfindliche Widerstände Feldplatten bzw. magnetoresistive Ele­ mente zum Einsatz kommen.

Zwei einzelne, jeweils nahe dem Träger angeordnete Flußleiter haben sich für den Betrieb der magnetischen Meßwertaufnehmer als günstig erwiesen. Dadurch läßt sich der Meßwertaufnehmer symmetrisch gestalten mit Vorteilen in der Herstellung und Wirkungsweise. So können z. B. zwei Flußleiter spaltfrei am Träger angeordnet sein.

Der Träger kann im wesentlichen plattenförmig ausgeführt sein mit einer von der Magnetfeldquelle abgewandten Oberseite, einer Unterseite, zwei Stirnflächen und zwei Seitenflächen, wobei der Abstand zwischen Ober- und Unterseite des Trägers wesentlich geringer als seine planare Ausdehnung ist und die magnetfeldempfindlichen Widerstände an der Oberseite des Trägers angeordnet sind.

Wenn der Träger als weichmagnetisches Substrat ausgeführt ist, kann der obengenannte Effekt der Flußleiter besonders deutlich zutage treten.

Dabei ist es insbesondere von Vorteil, wenn das weichmagne­ tische Substrat aus Ferrit besteht.

Ferner hat es sich als günstig erwiesen, wenn sich die Fluß­ leiter im wesentlichen parallel zu beiden Seiten der Seiten­ flächen des Trägers erstrecken.

Eine besonders günstige Anordnung erhält man, wenn die Dicke der magnetfeldempfindlichen Widerstände wesentlich geringer als deren planare Ausdehnung ist, wobei die magnetfeldempfind­ lichen Widerstände in ihrer planaren Ebene parallel zur Oberfläche des Trägers angeordnet sind.

Zudem ist es von Vorteil, wenn die Magnetisierungsrichtung der Magnetfeldquelle im wesentlichen senkrecht (bei Verwendung von Feldplattenwiderständen) bzw. parallel (bei Verwendung von magnetoresistiven Elementen) zur planaren Ebene der magnetfeldempfindlichen Widerstände verläuft.

Dabei ist es von Vorteil, wenn die Magnetfeldquelle als im wesentlichen quaderförmiger Permanentmagnet ausgeführt ist.

Eine besonders vorteilhafte Anordnung erhält man, wenn vier magnetfeldempfindliche Widerstände auf dem Träger angeord­ net sind.

Dabei hat es sich als günstig erwiesen, wenn die vier magnet­ feldempfindlichen Widerstände in ihrer räumlichen Orientierung nebeneinander, im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Trägers angeordnet sind.

Ebenso ist es günstig, wenn die magnetfeldempfindlichen Widerstände, z. B. paarweise, in einer Brücke verschaltet sind.

Zur Verbesserung des durch die Flußleiter hervorgerufenen Effektes ist es von Vorteil, wenn die Flußleiter sich, in der Ebene der magnetfeldempfindlichen Widerstände gesehen, im wesentlichen senkrecht zur räumlichen Orientierung der magnet­ feldempfindlichen Widerstände erstrecken.

Ferner ist es von Vorteil, wenn die magnetische Permeabilität der Flußleiter größer als die magnetische Permeabilität des weichmagnetischen Substrats ist.

Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Flußleiter aus Mu­ metall gefertigt sind.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den magnetischen Meßwertaufnehmer in einer Seitenansicht;

Fig. 2 den Meßwertaufnehmer aus Fig. 1 in einer Draufsicht.

Fig. 1 zeigt den magnetischen Meßwertaufnehmer 1 mit dem magnetfeldempfindlichen Sensor 2, der aus vier Feldplattenwi­ derständen 3 besteht, die auf einem Träger 4 angeordnet sind, wobei der Träger 4 in Ferrit ausgeführt ist. Der Träger 4 ist im wesentlichen plattenförmig mit einer Oberseite 5 und einer Unterseite 6, sowie zwei Stirnseiten 7 und zwei Seitenflächen 8. Dabei ist der Abstand zwischen der Oberseite 5 und der Un­ terseite 6 geringer als die flächige Ausdehnung parallel zu den Stirnflächen 7 oder Seitenflächen 8. Wie aus Fig. 2 besser ersichtlich, sind die Feldplattenwiderstände 3 auf der Ober­ seite 5 des Trägers 4 nebeneinander in einer Ebene parallel zur Oberfläche 5 liegend angeordnet, wobei die planare Ausdeh­ nung der Feldplattenwiderstände 3 deutlich größer als deren Dicke ist. Ferner ist der Träger 4 mit seiner Unterseite 6 auf einem quaderförmigen Dauermagneten 9 angeordnet, dessen Magne­ tisierungsrichtung a im wesentlichen senkrecht zur planaren Ausdehnung der Feldplattenwiderstände 3 ist.

Seitlich an dem Träger 4 und auf dem Dauermagneten 9 befinden sich Flußleiter 10 aus Metall, die sich parallel zu den Sei­ tenflächen 8 des Trägers 4 und rechtwinklig zur räumlichen An­ ordnung der Feldplattenwiderstände 3, sowie parallel zur Ober­ fläche 5 des Trägers 4 erstrecken. Dabei ist die magnetische Permeabilität von Metall wesentlich größer als die von Ferrit, wie es in dem Träger 4 verwendet wird. Selbstverständlich ist es auch denkbar, einen Flußleiter 10 so auszuführen, daß die­ ser sich zwischen dem Träger 4 und dem Dauermagnet 9 erstreckt, und den Träger 4 auf seiner Unterseite 6 und den Seitenflächen 8 oder Stirnflächen 7 umgibt.

Im folgenden wird die Wirkungs- und Funktionsweise der Erfin­ dung näher erläutert.

Je näher sich ein Feldplattenwiderstand 3 zu einer Kante des Trägers 4 befindet, umso stärker wird er durch die, durch die Flußleiter 10 hervorgerufene Veränderung des Magnetfeldes des Dauermagneten 9 beeinflußt. Bei einer gegebenen Geometrie des Dauermagneten 9 bewirken die Flußleiter 10, daß die Magnet­ feldlinien des Magnetfeldes des Dauermagneten 9 umgelenkt und somit die auf den einzelnen Feldplattenwiderstand 3 einwirken­ den Magnetfeldkomponenten verändert werden. Da die magnetische Permeabilität der Flußleiter 10 bedeutend größer ist als der entsprechende Wert von Luft oder anderen nichtmagnetischen Ma­ terialien, strebt der durch den Dauermagneten 9 erzeugte Mag­ netfluß, sich durch den hochpermeablen Flußleiter 10 hindurch­ zubewegen.

Ist der Träger 4 der magnetischen Feldplattenwiderstände 3 aus weichmagnetischem Material, so bewirken die Flußleiter 10 eine Reduzierung der weiter oben beschriebenen Kanteneffekte umso mehr, je besser die flußleitenden Eigenschaften der Flußleiter 10 im Vergleich zum weichmagnetischen Träger sind.

Claims (17)

1. Magnetischer Meßwertaufnehmer, insbesondere für Dreh- und Lineargebersysteme, mit mindestens zwei miteinander verschal­ teten magnetfeldempfindlichen Widerständen (3), die auf einem Träger (4) auf einer konstanten Magnetfeldquelle (9), vorzugsweise einem Dauermagneten, angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Flußleiter (10) aus weich­ magnetischem Material auf der Magnetfeldquelle (9) und seit­ lich nahe zum Träger (4) angeordnet ist und den Träger berührt.

2. Magnetischer Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß sich wenigstens ein Flußleiter (10) zumindest teilweise zwischen dem Träger (4) und der Mag­ netfeldquelle (9) erstreckt.

3. Magnetischer Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß als magnetfeldempfindliche Widerstände (3) Feldplatten bzw. magnetoresistive Elemente zum Einsatz kommen.

4. Magnetischer Meßwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Flußleiter (10) nahe dem Träger (4) angeordnet sind.

5. Magnetischer Meßwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (4) im wesent­ lichen plattenförmig ausgeführt ist mit einer von der Magnet­ feldquelle (9) abgewandten Oberseite (5), einer Unterseite (6), zwei Stirnflächen (7) und zwei Seitenflächen (8), wobei der Abstand zwischen der Oberseite (5) und der Unterseite (6) des Trägers (4) wesentlich geringer als seine planare Aus­ dehnung ist, und die magnetfeldempfindlichen Widerstände (3) an der Oberseite (5) des Trägers (4) angeordnet sind.

6. Magnetischer Meßwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (4) als weich­ magnetisches Substrat ausgeführt ist.

7. Magnetischer Meßwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das weichmagnetische Sub­ strat aus Ferrit besteht.

8. Magnetischer Meßwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Flußleiter (10) im wesentlichen parallel zu beiden Seiten der Seitenflächen (8) des Trägers (4) erstrecken.

9. Magnetischer Meßwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der magnetfeld­ empfindlichen Widerstände (3) wesentlich geringer als deren planare Ausdehnung ist, wobei die magnetfeldempfindlichen Wi­ derstände (3) in ihrer planaren Ebene parallel zur Oberseite (5) des Trägers (4) angeordnet sind.

10. Magnetischer Meßwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierungsrich­ tung (a) deren Magnetfeldquelle im wesentlichen senkrecht (bei Verwendung von Feldplattenwiderständen) oder parallel (bei Verwendung von magnetoresistiven Elementen) zur planaren Ebene der magnetfeldempfindlichen Widerstände (3) verläuft.

11. Magnetischer Meßwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldquelle (9) als im wesentlichen quaderförmiger Dauermagnet ausgeführt ist.

12. Magnetischer Meßwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine gerade Anzahl von magnetfeldempfindlichen Widerständen (3) auf dem Träger (4) angeordnet ist.

13. Magnetischer Meßwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die vier magnetfeldemp­ findlichen Widerstände (3) in ihrer räumlichen Orientierung nebeneinander im wesentlichen parallel zur Oberseite (5) des Trägers (4) angeordnet sind.

14. Magnetischer Meßwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfeldempfind­ lichen Widerstände (3) paarweise in einer Brücke verschaltet sind.

15. Magnetischer Meßwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußleiter (10) sich in der Ebene der magnetfeldempfindlichen Widerstände (3) ge­ sehen, im wesentlichen senkrecht oder parallel zur räumlichen Orientierung der magnetfeldempfindlichen Widerstände (3) er­ strecken.

16. Magnetischer Meßwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Permeabi­ lität der Flußleiter (10) größer als die magnetische Permeabi­ lität des Trägers (4) ist.

17. Magnetischer Meßwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußleiter (10) aus Mumetall gefertigt sind.