DE2639094B2

DE2639094B2 -

Info

Publication number: DE2639094B2
Application number: DE2639094A
Authority: DE
Inventors: Frank B. Melrose Park Desio; Edward F. Lombard Sidor
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1975-11-24
Filing date: 1976-08-31
Publication date: 1979-06-13
Also published as: DE2639094A1; US3988710A; CA1037138A; DE2639094C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein schleifkontaktloses Drehpotentionieter, mit zwei in einem Gehäuse angeordneten länglichen, eine gerade Längsachse aufweisenden, magnetfeldabhängigen Elementen und einem Rotor, der mindestens einen neben den magnetfeldabhängigen Elementen angeordneten Permanentmagnelen enthält.

Ein derartiges Potentiometer ist bereits bekannt (FR-PS 10 47 701). Hierbei bewegt sich ein zylindrischer Permanentmagnet mit gegenüberliegenden Polen relativ zu feststehenden magnetfeldabhängigen Elementen, welche im einen Fall zwei diametral gegenüberliegende Segmente und im einen Fall zwei diametral gegenüberliegende Segmente und im anderen Fall zwei diametral gegenüberliegende Wismutleiter sind. Obwohl bei der einen Ausführungsform die magnetfeldabhängigen Segmente so geformt sind, daß die effektive Luftspaltbreite konstant bleibt, läßt sich bei dem bekannten Drehpotentiometer eine strenge Linearität bei einer Magnetfeldänderung nicht erzielen. Darüber hinaus erfordert die Formung von Permanentmagnet und den magnetfeldabhängigen Segmenten zwecks Erzielung konstanter Luftspaltbreite einen verhältnismäßig hohen fertigungstechnischen Aufwand.

Es ist ein magnetfeldabhängiger Widerstand bekanntgeworden, bei dem im Inneren eines zylindrischen Weichmagneten ein Permanentmagnet drehbar angeordnet, der teilzylindrisch geformte Polflächen aufweist und eine abgeschrägte Stirnseite, unter der ein leldplättchen auf der Innenwand des Weichmagneten angebracht ist Um im vorliegenden Fall eine annähernde Linearität zu erhalten, ist eine spezielle Formung einer Komponente erforderlich, dort des Permanentmagneten, mit dem dieser mit einer schrägen Stirnfläche ausgestattet wird (DE-OS 15 40 426).

Bei einem anderen bekannten magnetfeidabhängigen Widerstand wird eine Linearität dadurch erreicht, daß ein drehbar angeordneter Rückschlußkörper eines zylindrischen Permanentmagneten, der sich gegenüber einem stationären Feldplättchen bewegt, eine spiralförmige Gestalt besitzt (DE-OS 22 57 238). Auch dort erfordert das Ziel aer Linearität eine fertigungstechnisch aufwendige Formung eines beweglichen Bauteils. Der Aufwand hierfür würde sich noch erhöhen, falls der bekannte Widersünd zu einem Drehpotentiometer abgewandelt würde.

Bei einem anderen bekannten schleifkontaktlosen magnetfeldabhängigen Widerstand sind Rückschlußkörper entweder schneckenförmig oder als schiefgestellte Kreisscheibe ausgebildet Auch hier ist somit die angestrebte Linearität quasi eingebaut (DE-OS 15 40 429).

Schließlich ist ein ohne Schleifkontakte veränderbarer magnetfeldabhängiger Drehwiderstand bekanntgeworden, bei dem zwischen dem einen die Feldplatte tragenden Polschuh und dem anderen Polschuh unter Zuhilfenahme eines Hilfsluftspaltes ein senkrecht zum Magnetfeld beweglicher Teil aus magnetisch gut leitendem Material angeordnet ist (DE-OS 15 40 530). Der magnetisch gut leitende Teil sitzt auf einer Verstellspindel und ist von dem das Feldplättchen tragenden Polschuh durch eine geeignete Führung an einer Drehung gehindert. Bei einer Drehung der Verstellspindel erfolgt eine mehr oder weniger große Überdeckung des Feldplättchens durch den magnetisch gut leitenden Teil, so daß etwa eine Linearität bei der Widerstandsänderung erzielt werden kann. Der bauliche Aufwand eines derartigen Widerstandes und die Baugröße ist wegen des axialen Verstellweges des magnetisch gut leitenden Teils verhältnismäßig groß. Er wird noch größer, wenn er zu einem Potentiometer umgestaltet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schleifkontaktloses Drehpotentiometer zu schaffen, welches linear arbeitet gleichwohl aus einfachen und einfach herzustellenden Teilen aufgebaut ist

Bei der erfindungsgemäßen Lösung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 wird die gewünschte Linearität durch die geometrische Beziehung des Drehmagneten und der Lage und Ausbildung der magnetfeldabhängigen Elemente erzielt. Dabei wird ein äußerst klein zu bauendes Drehpotentiometer

erreicht, da die magnetfeldabhängigen Elemente nicht in Reihe, sondern im Winkel angeordnet sind. Eine geringe Baugröße ergibt sich auch dadurch, daß Permanentmagnet und magnetfeldabhängige Elemente axial zueinander angeordnet sind.

Ein gemäß den Merkmalen der Erfindung aufgebautes Drehpotentiometer sichert eine strenge Linearität der veränderbaren Ausgangswerte. Dabei ist der Fertigungsaufwand der einzelnen Bauteile und der Montageaufwand zum fertigen Drehpotentiometer äußerst gering.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher beschrieben. 1 s

F i g. 1 zeigt perspektivisch in Explosionsdarstellung ein schleifkontaktloses Drehpotentiometer nach der Erfindung.

F i g. 2 zeigt schematisch die diametrische Beziehung eines Permanentmagneten zu den magnetfeldabhängigen Elementen.

Ein Drehpotentiometer 10 ist aus einerr oberen Gehäuseteil 12 mit einem Gewindestutzen 14, einer unteren kreisförmigen Buch-.e 16 und einem unteren Gehäuseteil 18, das einen geschlossenen Boden 20 hat und an seinem oberen Ende 22 offen ist, gebildet.

Ein scheibenförmiger Rotor 24 aus elektrisch isolierendem Material besitzt einen eingelassenen Permanentmagneten 26 und eine nach oben weisende Welle 28 ist so daran befestigt, daß der gesamte Aufbau als eine Einheit rotieren kann. Der Rotor 24 besitzt auch einen länglichen, gebogenen Schlitz 30, der diametral gegenüber dem Permanentmagneten 26 angeordnet ist und dazu dient, die Drehung zu begrenzen, indem die Enden 32, 34 des Schlitzes 30 mit einem Stift 36 zusammenwirken, der an dem Boden 20 des unteren Gehäuseteiles 18 befestigt ist.

Eine Abstandsscheibe 38 aus elektrisch isolierendem Material liegt unterhalb des Rotors 24 und besitzt eine öffnung 40, die den Stift 36 aufnimmt und die Scheibe 38 an einer Drehung hindert, wenn die Welle 28 gedreht wird. Die Scheibe 38 besitzt auch ein Paar länglicher, rechteckförmiger Schlitze 42,44, die auf derselben Seite der Scheibe wie der Permanentmagnet 26 gelagert sind. Die Schlitze 42, 44 nehmen die magnetfeldabhängigen Elemente 46 und 48 auf. Die Elemente 46,48 sind hohle, längliche Zylinderrohre, die aus einem magnetisch permeablen Material hergestellt sind und leitfähige Fühldrähte 50 und 52 besitzen, die jeweils hindurchlaufen, so daß zwei induktive Elemente gebildet werden. Die Schlitze 42, 44 sind tief genug, so daß der Außenumfang der Elemente vollständig zwischen den Außenflächen 54, 56 liegt, um die untere Seite 58 des Magneten 26 direkt über den Schlitzen 42 und 44 entlangführen zu können, ohne die Elemente 46, 48 zu berühren.

Der Permanentmagnet 26 ist so magnetisiert, daß seine untere Seite 58 einen ersten Pol besitzt, und die obere Seite 60 den entgegengesetzten Pol hat. Falls es erwünscht ist, kann ein zweiter Rotor (nicht dargestellt) unter der Scheibe 38 mit einem zweiten, darin eingelassenen Magneten verwendet werden, der, wenn er auch an der Welle 28 befestigt ist, eine bessere Magnetfeldverteilung liefert, jedoch auch die Kosten erhöht.

Das Drehpotentioiiieter 10 wird zusammengebaut, daß die Unterfläche 56 der Scheibe 38 auf dem Boden 20 des unteren Gehäuseteifs 10 angebracht wird, und danach der Rotor 24 auf der Oberfläche 54 der Scheibe 38 angeordnet wird. Das obere Gehäuseteil 12 liegt über dem unteren Gehäuseteil 18, so daß die Buchse 16 in da·- untere Gehäuseteil 18 eingeführt wird, um die vertikale Bewegung des Rotors 24 und der Scheibe 38 zu begrenzen, und die untere Fläche 76 des scheibenförmigen Deckelabschnitts 78a des oberen Gehäuseteils 12 ruht auf der Fläche 74 des unteren Gehäuseteils 18.

Wenn es auch bevorzugt wird, daß die Elemente 46 und 48 in der beschriebenen Weise ausgebildet sind, ist es offensichtlich, daß sie nicht in der Form eines hohlen Zylinderrohres ausgebildet sein müssen und daß auch andere Formen einschließlich eines vollen Zylinders oder eines vollen oder hohlen Quaders möglich sind, die alle leicht hergestellt werden können und die eine im wesentlichen rechteckige Projektion in der Ebene parallel zu den Flächen 54, 56 der Scheibe 38, wie in F i g. 2 dargestellt, bilden. Obwohl magnetisch sättigbares Ferritniaterial für die Sensorelemente bevorzugt wird, ist äs offensichtlich, daß verschiedene andere Arten von Elementen verwendet w^-den können, z. B. Hall-Elemente, magnetfeldabhängige Widerstände, galvanomagnetische Halbleiter, transformatorisch wirkende Vorrichtungen (die nach der offenbarten Ausführungsform lediglich durch Hinzufügen eines zusätzlichen stromführenden, leitenden Drahtes durch jedes der Elemente 46 und 48 verwirklicht werden können, die als Primärdrähte wirken, während die Drähte 50, 52 die Wirkungsweise von Sensordrähten annehmen) und gebogene Spulen. Dabei ist vorgesehen, daß die gewählten Elemente in der Lage sind, so beeinflußt zu werden, daß sie ein Ausgangssignal liefern, das sich in direkter Abhängigkeit von der Drehung des benachbarten Permanentmagneten ändert, der zwei gerade Seiten 78,80 besitzt, und als Kreissegment ausgebildet ist.

Fig.2 zeigt die Beziehung zwischen den Elementen 46,48 und dem Permanentmagneten 26. Die übliche Art, in der der Magnet 26 ausgebildet werden kann, ist ein Kreissegment, wie in F i g. 2 dargestellt ist, jedoch ist die Form des gebogenen Außenrandes 82 und des geraden inneren Randes 84 unwichtig bezüglich des Betriebs des Potentiometers, solange sie über die Elemente 46 und 48 hinausragen. Die Seiten 78 und 80 des Magneten 26 sind jedoch gerade, um die gewünschte Linearität zu erzeugen. Der Winkel A, der durch die Seiten 78 und 80 gebildet wird, die sich wie in Fig.2 dargestellt erstrecken, liegt dem Winkel B gegenüber, der kleiner als 180° ist und durch den Schnitt der Längsachsen 83 bzw. 85 der Elemente 46 und 48 gebildet wird, wie in Fig.2 dargestellt ist. Der Winkel A ist kleiner als 180° und ist weiterhin so begrenzt, daß die Seiten 78,80 nicht über die Ecken 86,88 des Elementes 46 hinauskommen können, oder die Seite 80 nicht über die Ecken 90,92 des Eli.'meiitas 48 über den ganzen Drehbereich des Magneten 26, der durch den Schlitz 30 und den Stift 36 begrenzt wird. Die ticken 98, 100 sind so gelagert, daß sie einander fast berühren, um es den Längsachsen 83, 85 der Elemente 46,48zu ermöglichen, den Winkel Sin einem minimalen Abstand zu bilden.

Die Seiten 78, 80 des Magneten 26 schneiden somit die Achsen 83,85 der Elemente.

Die Größe des Winkels B, der somit durch die Längsachsen 83, 85 gebildet wird, beeinflußt die Größe des Potentiometers und den erlaubten Drehbereich des Rotors 24, wie er djrch die Länge des Schlitzes 30 bestimmt wird. Falls der Winkel A kleiner gemacht wird, kann die Größe des Potentiometers 10 etwas verringen werden, jedoch ist der Drehwinkel des Rotors 24 auch

geringer. Falls der Winkel flgrößer gemacht wird, kann der Drehwinkel des Rotors 24 vergrößert werden, jedoch wird die Größe des Potentiometers auch zunehmen. Ein Winkel von etwa 80° ist akzeptierbar, um sowohl die Größe als auch die Drehmöglichkeiten für viele Anwendungen anzupassen, wobei der Rotor 24 ungefähr um 30° nach beiden Seiten der Mittellinie Null gedreht werden kann, und wobei der entsprechende Winkel A ungefähr 100° beträgt.

Im Betrieb erstreckt sich der Magnet 26 über die Elemente 46, 48, so daß das Gesamtvolumen der Elemente, das magnetisch gesättigt ist (vorzugsweise so, daß im wesentlichen eine vollständige magnetische Sättigung eintritt, wodurch ein Anwachsen in der Magnetfeldstärke keine weitere wesentliche Abnahme in der Induktion der Elemente 46 und 48 verursacht), im wesentlichen konstant bleibt. Somit ist, wenn der Magnet 26 in seiner Mittelstellung ist, wie in F i g. 2 durch die gestrichelten Linien angezeigt ist, das etwa gleich. Wenn der Magnet 26 in die Stellung gedreht wird, die in Fig. 2 in ausgezogenen Linien dargestellt ist, ist die Abnahme des gesättigten Volumens in dem Element 48, das der mit Cbezeichnete Abschnitt in F i g. 2 ist, im wesentlichen gleich der Zunahme des gesättigten Volumens des Elementes 46, das in Fig. 2 der mit D bezeichnete Abschnitt ist. Die Fühldrähte SO und 52 sind an ihren Enden 87, 89 miteinander verbunden, die ihrerseits mit dem Anschluß

ίο 62 verbunden sind. Die Enden 91, 93, die mit den Anschlüssen 64, 66 verbunden sind, können mit einer üblichen Diffcrenz-F.rfassungsschaltung verbunden werden, um eine Schaltung zu liefern, die ein Alisgangssignal erzeugt, das für die Drehung des

π Magneten 26 um die Mittellinie Null sowohl in eine »positive« oder in eine »negative« Richtung, je nachdem, ob der Magnet 26 im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, wie es durch die Doppelpfcillinie 95 in V i g. 2 dargestellt ist, repräsenta-

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schleifkontaktloses Drehpotentiometer, mit zwei in einem Gehäuse angeordneten länglichen, eine gerade Längsachse aufweisenden, magnetfeldabhängigen Elementen und einem Rotor, der mindestens einen neben den magnetfeldabhängigen Elementen angeordneten Permanentmagneten ent dadurch gekennzeichnet, daß daß die magnetfeldabhängigen Elemente (46, 48) jeweils in einer Ebene (54, 56) eine rechteckige Projektion ergeben, die Längsachse (83, 85) der Elemente (46, 48) sich in einem Winkel B kleiner als 180° schneiden, der Permanentmagnet (26) zwei gerade Seiten (78,80) aufweist, die sich in einem Winkel A, der kleiner als 180° ist und sich zum Winkel JEt der Längsachsen öffnet, schneiden, und von denen jeweils einer neben einer rechteckigen Projektion eines Elementes verläuft und dessen jeweils eine Längsachse schneidet, und der Rotor (24) mit BegrenzuBgen (30, 36) so zusammenwirkt, daß die geraden Seiten (78, 80) sich nicht über die äußeren Ecken (86,88; 90,92) der zugehörigen Projektionen der Elemente (46,48) hinaus bewegen können.

2. Drehpotentiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfeldabhängigen Elemente (46,48) in den rechs-.ickigen Projektionen entsprechenden rechteckigen Schlitzen (42,44) einer Abstandsscheibe (38) aus Isoliermaterial aufgenommen sind, der mit einer Welle (28) versehene Rotor (24) als Scheibe aus Isoliermaterial geformt ist und Kopplungsm.;iel (36,40,30) vorgesehen sind, die die Abstandsscheibe (38) festlege- und dem Rotor (24) nur eine begrenzte Drehbewegung erlauben.

3. Drehpotentiometer nach A ispruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (22) einen Stift (36) aufweist, die Abstandsscheibe eine außermittige Öffnung (40) besitzt, die etwas größer als die Abmessung des durch sie hindurchgeführten Stiftes ist, und der Rotor (24) einen gekrümmten Schlitz (30) aufweist, der den Stift (36) aufnimmt.

4. Drehpotentiometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfeldabhängigen Elemente (46, 48) zylindrische Rohre aus magnetisch sättigbarem Material sind und ein Fühldraht (50, 52) mit jeweils einem Rohr gekoppelt ist.

5. Drehpotentiometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (26) als Kreissegment geformt ist.