DE1124998B

DE1124998B - Signalgeber mit einem Hallgenerator-Abtastkopf

Info

Publication number: DE1124998B
Application number: DES70731A
Authority: DE
Inventors: Dr Julius Bunner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-09-30
Filing date: 1960-09-30
Publication date: 1962-03-08
Also published as: US3185920A

Description

Signalgeber mit einem Hallgenerator-Abtastkopf Es ist bekannt, zur Erzeugung von Signalen für Positionierungszwecke einen Hallgenerator- Abtastkopf zu verwenden, an dem ein oder mehrere Permanentmagnete, vorteilhaft in periodischer Folge, vorbeibewegt werden. Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art ist mit einem umlaufenden Körper ein Permanentmagnet gekuppelt und ein Hallgenerator in dem vom Permanentmagnet überstrichenen Bereich angeordnet. Statt dessen kann man auch den Hallgenerator ortsfest im Kreis eines Permanentmagnets anordnen, wobei zur Flußführung in an sich bekannter Weise Ferritteile dienen können, und auf dem umlaufenden Körper ein weichmagnetisches Schlußstück anordnen, das den Eisenkreis periodisch öffnet und schließt.
Verbindet man mit dem umlaufenden Körper mehrere Permanentmagnete mit gleichem Abstand und wechselnder Polarität, so kann man eine Wechselspannung erzeugen, deren Periodenzahl ein Maß für den vom umlaufenden Körper zurückgelegten Weg ist. Handelt es sich etwa um eine Kreisscheibe, so läßt sich deren Drehwinkel digital erfassen.
Ordnet man die Permanentmagnete auf der Kreisscheibe nicht längs eines konzentrischen Kreises an, so ergeben sich Schwankungen in dem den Hallgenerator-Abtastkopf durchsetzenden Feld, so daß sich auf diese Weise auch Spannungsprogramme mit vorgegebenem Verlauf erzeugen lassen. Zu diesem Zweck wurde bereits vorgeschlagen, mit Fangblechen den Umfang der Kreisscheibe zu umgreifen und das Hallgeneratorplättchen in der Ebene der Kreisscheibe anzuordnen. Dieser Aufbau befriedigt jedoch in manchen Anwendungsfällen sowohl aus Platzgründen als auch wegen seiner Wirkungsweise nicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine neuartige konstruktive Gestaltung einen Signalgeber gedrängteren Aufbaues zu schaffen, der auf den bekannten Funktionsprinzipien beruht, jedoch imstande ist, Signale mit steileren Impulsflanken abzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hallgenerator auf einer Ferritplatte parallel zu der durch Bewegungsrichtung und Flußachse der Permanentmagnete definierten Ebene angeordnet ist und daß zur Lenkung des Flusses auf dem Hallgenerator ein L-förmiger Ferritsteg dient, dessen Querschnitt der Stirnfläche eines Pols des bzw. der Permanentmagnete etwa entspricht.
Das konstruktive Merkmal, daß der Hallgenerator parallel zu der durch Bewegungsrichtung und Flußachse der Permanentmagnete definierten Ebene angeordnet ist, bringt mehrere wesentliche Vorteile.
Grundsätzlich könnte man daran denken, die Permanentmagnete senkrecht zur Ebene des Hallgenerators zu stellen, so daß der L-förmige Ferritsteg zur Flußlenkung entbehrlich schiene. Die Anordnung nach der Erfindung führt jedoch zu einem wesentlich verringerten Flußweg durch Luft und damit zu höherer Empfindlichkeit. Ferner gewährleistet diese Anordnung, daß stets nur ein Permanentmagnet auf den Hallgenerator einwirkt, da die Ebene des Hallgenerators annähernd in der Achse der Permanentmagnete liegt. Außerdem ist der Raumbedarf des Signalgebers bei Verwendung eines Ferritstegs geringer als bei anderen Bauformen.
Der Signalgeber läßt sich sowohl bei geradlinigen Bewegungen, beispielsweise von Werkzeugmaschinenschlitten, als auch bei kreisförmigen Bewegungen der Permanentmagnete vorteilhaft verwenden. Im letzteren Fall wird die Ferritplatte außerhalb der kreisförmigen Bahn der Permanentmagnete angeordnet.
Ein wesentlicher Vorteil des Erfindungsgegenstandes ist es, daß durch den etwa übereinstimmenden Querschnitt von Permanentmagnet und L-förmigem Steg die erzeugten Impulse eine hohe Flankensteilheit aufweisen. Man hat nur zu vermeiden, daß statt des L-förmigen Steges die wesentlich größere Ferritplatte dem Permanentmagnet gegenübersteht.
Sollen Spannungsprogramme in Abhängigkeit vom Drehwinkel einer Kreisscheibe erzeugt werden, so sind Polarität und Radialabstand der in der Umfangszone angeordneten Permanentmagnete entsprechend dem gewünschten Programm zu wählen.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung sei im folgenden ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung beschrieben.
In Fig. 1 sind zunächst die wesentlichen Elemente des neuen Signalgebers dargestellt. Der Abtastkopf enthält eine Ferritgrundplatte 1, auf der ein Hallgeneratorplättchen 2 angeordnet ist. Die Steuerstromzuführung erfolgt an den Klemmen 3 und 4, während die Hallspannung an den Klemmen 5 und 6 abgenommen wird. Mit 7 ist der L-förmige Ferritsteg bezeichnet, der den Fluß des Permanentmagnets 8 auf den Hallgenerator lenkt. Die Bewegungsrichtung des Permanentmagnets ist durch den Pfeil 9 veranschaulicht, sie kann auch entgegengesetzt liegen. Der Abtastkopf wird zweckmäßig ortsfest angeordnet, während der Permanentmagnet an der bewegten Einheit, etwa einem Werkzeugmaschinenschlitten, einer Kreisscheibe od. dgl., befestigt ist.
Der Abtastkopf kann, wie in Fig. 2 veranschaulicht, mit einer unmagnetischen Deckplatte 10, beispielsweise aus Keramik, abdegeckt und der Zwischenraum mit einer geeigneten Masse 11, z. B. Kunstharz, vergossen werden. Für die Steuerstromzuführung und die Abnahme der Hallspannung können Kontaktstreifen vorgesehen sein, die in Fig. 2 entsprechend Fig. 1 mit 3 bis 6 bezeichnet sind. Als Anhaltspunkt für die Größe des Abtastkopfes sei erwähnt, daß die Länge etwa 10 mm, Breite und Höhe je etwa 5 mm betragen können.
In Fig. 3 ist angedeutet, wie das in Fig. 4 dargestellte Spannungsprogramm durch geeignete Anordnung der Permanentmagnete auf einer Kreisscheibe erzielt werden kann. Der dargestellte Teil des Spannungsprogramms verlangt zunächst einen plötzlichen Umschlag von positivem auf negatives Signal und kurze Zeit später einen allmählichen Übergang innerhalb eines vorgeschriebenen Winkelbereichs fl zurück zu positiven Werten.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist der kleinste Winkelbereich a durch den Abstand der Permanentmagnete voneinander vorgegeben. Dieser Abstand kann etwa in der Größenordnung von 5 mm liegen. Entsprechend dem geforderten Programm werden die Permanentmagnete 8 auf der Kreisscheibe 12 zunächst längs einer Kreislinie angeordnet. Wie Fig. 3 zeigt, sind zunächst Nordpole, dann Südpole dem Abtastkopf zugewandt. Durch das Umpolen der Permanentmagnete entsteht ein plötzlicher Übergang von einem Maximalwert der Hallspannung auf den entgegengesetzter Polarität. Um einen allmählichen Übergang längs des Winkelbereichs fl zu erzielen, kann man die Permanentmagnete längs einer Sehne anordnen, wie in Fig. 3 veranschaulicht. In der Mitte des Bereichs sind die Permanentmagnete wieder umzupolen.
Da bei Rotation der Scheibe die Permanentmagnete auf der Sehne sich zunächst immer mehr von der Stirnfläche des L-förmigen Ferritsteges entfernen, sinkt die Ausgangsspannung, bis sie im Umpolbereich entgegengesetztes Vorzeichen ereicht und schließlich wieder ihrem Maximalwert zustrebt.
Zur Nachbildung von Spannungsprogrammen mit vorgeschriebenem Übergangsverlauf kann man die Permanentmagnete längs durch Rechnung ermittelten Kurven auf der Kreisscheibe anbringen. Ferner ist es auch möglich, annähernd rechteckförmige Impulszüge mit veränderlicher Impulsdauer und Impulspause zu erzielen, indem man die Permanentmagnete sämtlich auf einer Kreislinie anordnet, jedoch in den erforderlichen Abständen umpolt. Die Flanken dieser Impulse haben eine Steilheit, die um so größer wird, je geringer der Abstand der Magnete voneinander ist.
Störflüsse werden dadurch ausgeschaltet, daß die Ferritplatte 1 mit großem Querschnitt außerhalb der Bahn der Permanentmagnete angeordnet ist.
Will man eine noch höhere Flankensteilheit erreichen, so ist es in an sich bekannter Weise möglich, die Hallspannung in eine Kippschaltung einzuspeisen, deren Ausgangsimpulse praktisch senkrechte Flanken haben.
In Fig. 5 ist schematisch angedeutet, wie der Signalgeber gemäß der Erfindung an einem Elektromotor zum Antrieb der Kreisscheibe angebracht werden kann. Hierzu kann man an Schrauben 13 und 14, die an dem nur teilweise angedeuteten Motor 15 angeordnet sind, eine Montageplatte 16 mit Schraubenmutternl7, 18 befestigen. Die Montageplatte trägt einen oder mehrere Abtastköpfe, die mit 19 bezeichnet sind. Die Kreisscheibe 12 ist auf die Motorwelle 20 aufgesteckt und trägt in ihrer Umfangszone Permanentmagnete 8. An Klemmleisten 21 wird der Steuerstrom für die Hallgeneratoren zugeführt, beispielsweise aus einer Batterie 22, und die Hallspannung abgenommen, die zweckmäßig über einen Verstärker 23 verarbeitet wird. Die Kontaktstücke der Klemmleisten stehen mit den Kontaktstreifen 3 bis 6 in Verbindung, die in Fig. 5 nicht dargestellt und in Blickrichtung hintereinander zu denken sind. Ein für die vorliegenden Zwecke geeigneter Verstärker ist beispielsweise in ETZ-A, April 1960, S. 323 bis 327, Bild 8, dargestellt.
Durch Anordnung mehrerer Abtastköpfe 19 lassen sich gleichartige Spannungsprogramme mit vorbestimmter Phasenverschiebung erzeugen. Darüber hinaus ist es jedoch auch möglich, eine Reihe von weiteren Permanentmagneten in einer Zone geringeren Radialabstandes anzuordnen und mittels eines weiteren Abtastkopfes abzufragen. Auf diese Weise kann man mit einer einzigen Signalscheibe zwei oder mehrere verschiedene Programme erzeugen, die in fester Winkelbeziehung zueinander stehen.
Die im vorstehenden an Hand einer Kreisscheibe erläuterten Maßnahmen zur Erzeugung von Spannungsprogrammen können analog auf geradlinig bewegte Maschinenteile u. dgl. übertragen werden.
Kontinuierliche Übergänge, wie innerhalb des Winkelbereichs fl nach Fig. 4, können dann dadurch erzielt werden, daß man die Permanentmagnete nicht längs einer Geraden, sondern längs einer geeigneten Kurve anordnet. Auch hier besteht wieder die Möglichkeit, mit Hilfe zweier oder mehrerer Reihen von Permanentmagneten mehrere zeitlich gekoppelte Spannungsprogramme zu erzeugen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Signalgeber mit einem Hallgenerator-Abtastkopf, an dem ein oder mehrere Permanentmagnete vorbeibewegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Hallgenerator (2) auf einer Ferritplatte (1) parallel zu der durch Bewegungsrichtung und Fußachse der Permanentmagnete definierten Ebene angeordnet ist und daß zur Lenkung des Flusses auf den Hallgenerator ein L-förmigerl:ierritsteg (7) dient, dessen Querschnitt der Stirnfläche eines Pols des bzw. der Permanentmagnete etwa entspricht.
2. Signalgeber nach Anspruch 1 mit einer Kreisscheibe (12), die in ihrer Umfangszone stiftförmige Permanentmagnete in axialer Richtung trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferritplatte (1) außerhalb der Bahn der Permanentmagnete angeordnet ist.
3. Signalgeber nach den Ansprüchen 1 und 2 zur Erzeugung von Spannungsprogrammen in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Kreis scheibe, dadurch gekennzeichnet, daß Polarität und Radialabstand der Permanentmagnete entsprechend dem gewünschten Programm gewählt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 031 871; britische Patentschrift Nr. 782327.