CN1848339A - 磁性接近开关 - Google Patents

Abstract

〔目的〕提供一种磁性接近开关，其中，即便是当在垂直于滑动方向的磁场产生部分和磁场检测部分之间的间隔出现变化，磁场产生部分在滑动方向上的操作位置变化是很小的。〔实现目的的手段〕根据本发明的磁性接近开关包括：磁场检测部分11，以及包括有板状磁性金属材料13d和三个具有相同形状、由相同材料制成并吸引住板状磁性金属材料13d的永久磁铁13a，13b和13c的磁场产生部分12。永久磁铁13a，13b和13c沿着磁场产生部分12的滑动方向彼此平行地排列，从而永久磁铁13a，13b和13c的具有相同极性的极面(例如，S极面)面对磁场检测部分11。通过连接一些点(在这些点上，永久磁铁13a，13b和13c所产生的磁力相等)而获得的等磁力线在其两端都具有曲线的形状，其由于间隔方向上的变化而导致的操作位置变化很小。

Description

磁性接近开关

技术领域

本发明涉及一种磁性接近开关，它包括可以产生磁场的磁场产生部分，以及相对磁场产生部分相对滑动、并检测出磁场产生部分中产生的磁场的磁场检测部分。

背景技术

已知一种用于在每一层楼面停止电梯室且控制该电梯室的磁性接近开关。

〔公知示例1〕

图7是示出根据已知示例1的第一常规磁性接近开关的整体配置的框图。

参照图7，第一常规磁性接近开关100包括磁性检测器元件(磁场检测部分)101以及工作磁铁(磁场产生部分)103。磁检测元件101是磁阻元件或空穴元件(hole element)。工作磁铁103是一永久磁铁。以其极面面对着工作磁铁103的方式来排列该工作磁铁103。工作磁铁103在方向107(滑动方向)上滑动，以在对磁检测器元件101保持一定操作距离(间隔)的同时改变其对磁检测器元件101的相对位置。

图8是示出由工作磁铁103所产生的磁力线的图表。

在图8中，Y轴表示间隔105，该间隔是工作磁铁103的S极面和在工作磁铁103侧部的磁检测器元件101的端面之间的距离。图8中的X轴表示工作磁铁103在滑动方向107上相对于磁检测器元件101的位置。X轴和Y轴彼此垂直相交。

如图8所示，围绕工作磁铁103的磁力线112曲线地连接工作磁铁103的N极和S极。通过标定点来获得弯曲的等磁力线113(113a，113b，113c等)，在这些等磁力线上由工作磁铁103所产生的磁力的间隔(gap)分量是相等的。

虽然实际上在X轴下面也存在磁力线112以及等磁力线113，但是在图8中未示出在X轴之下的线112和113。

〔公知示例2〕

已知图9所示的第二常规磁性接近开关是另一种技术。

如图9所示的第二常规磁性接近开关包括作为磁场检测部分的簧片开关201和作为永久磁铁的工作磁铁(磁场产生部分)203。工作磁铁203在对簧片开关201保持一定操作距离(间隔)的同时、在垂直于工作磁铁203的纵向的方向(滑动方向)207上滑动。

图10是示出由工作磁铁203所产生的磁力线的图表。

在图10中，Y轴表示间隔205，该间隔是垂直于方向207的方向上工作磁铁203和簧片开关201的距离。图10中的X轴表示在滑动方向上从工作磁铁203到簧片开关201的距离。

如图10所示，围绕工作磁铁203的弯曲磁力线212从工作磁铁203的N极开始直到S极。通过标定点来获得弯曲等磁力线123(123a，123b，123c等)，在这些等磁力线上由工作磁铁203所产生的磁力是相等的。虽然实际上在X轴下面也存在磁力线212和等磁力线123，但是在图10中未示出在X轴下面的线212和123。

〔公知示例3〕

已知一种空穴效应位置传感器是另一种技术。空穴效应位置传感器包括由第一永久磁铁、在第一永久磁铁一侧上的第二永久磁铁以及在第一永久磁铁另一侧上的第三永久磁铁而形成的磁场产生部分。第二永久磁铁和第三永久磁铁与第一永久磁铁隔有相等的间距(参见下面的专利文献1)。

〔公知示例4〕

已知用于检测电梯室位置的检测器包括三个设置在背板(back plate)上的磁铁。该检测器将长磁铁设置在中央，并在该长磁铁的两侧设置短磁铁(参见下面的专利文献2)。

〔专利文献1〕未审查日本专利申请公开平.7(1995)-78538

〔专利文献2〕未审查日本专利申请公开平.11(1999)-246139

附图说明

图1是根据本发明的磁性接近开关的框图；

图2是根据本发明第一实施例的磁场产生部分的框图；

图3是由图2中三个永久磁铁所形成的磁场的分布图；

图4是根据第一实施例的磁性接近开关的性能的图；

图5是根据第一实施例磁场产生部分中的永久磁铁的另一种排列的图；

图6是根据本发明第二实施例的磁场产生部分中的永久磁铁排列的图；

图7是根据公知示例1的常规磁性接近开关的整体配置的框图；

图8是示出如图7所示的工作磁铁产生的磁场的图；

图9是根据公知示例2的常规磁性接近开关的整体配置的框图；

图10是示出如图9所示的工作磁铁产生的磁场的图；

图11是描述如图7所示的磁性接近开关的性能的图；以及

图12是描述如图9所示的磁性接近开关的性能的图。

〔标号字母的解释〕

10：磁性接近开关

11：磁场检测部分

12：磁场产生部分

13a，13b，13c：永久磁铁

13d：磁性金属材料

13-1-13-5：永久磁铁

50：壳体

60：密封剂

发明内容

本发明要解决的问题

图11是描述根据公知示例1的磁性接近开关100的性能的图表。

在图11中，X轴表示相对于工作磁铁103、磁检测器元件101的相对位置(在滑动方向107上的磁检测器元件101和工作磁铁103之间的距离)。Y轴表示在垂直于方向107的方向上磁检测器元件101和工作磁铁103之间的距离。X和Y轴的单位是mm。

在图11中的实曲线是性能曲线131并且虚曲线是回磁性能曲线132。性能曲线131连接一些磁性检测元件101操作的点(检测工作磁铁103)。回磁性能曲线132连接一些磁检测器元件101从其操作状态回到其无效状态的点)。

如图11所示，性能曲线131在工作磁铁103的滑动方向上随着间隔105的增加而伸展，并在工作磁铁103的滑动方向上随着105的进一步增加而变窄。

在如图10所示的示例中，在间隔105大约为28mm，相对于工作磁铁103的相对位置超过较短侧20mm时，磁检测器元件101进行操作。当间隔在范围133内为10mm到40mm之间时，磁检测器元件101在相对位置范围134内进行操作(切换)，其中磁检测器元件101相对于工作磁铁103的相对位置在7mm到10mm之间。

图12是描述根据公知示例2的磁性接近开关200的性能的图表。

在图12中，X和Y轴与图11中的X和Y轴相同。图12中的实曲线是性能曲线231，并且虚曲线是回复性能曲线232。性能曲线231连接一些簧片201工作的点(切换至其ON状态)。回复性能曲线232连接一些簧片开关201从其操作状态回复至其无效状态的点(从其ON状态切换至其OFF状态)。

性能曲线231和回复性能曲线232是近似的半圆状，其中央在X-Y平面的原点(0，0)。在图12所示的示例中，簧片开关201在相对位置范围234内进行操作，其中当间隔205在间隔范围234内为5mm到15mm之间时，则簧片开关201相对于工作磁铁203的相对位置在11mm到21mm之间。

如上所述，在常规磁性接近开关100或200中的检测部分(磁检测器101或簧片开关201)执行切换操作时所述的位置(下文将称之为“操作位置”)随着间隔(105或205)的变化有大幅改变。因此，当将常规的磁性接近开关100或200用作控制各类装置(例如，电梯)的停止位置的传感器时，如果由于装置的颤动而导致在检测部分和工作磁铁之间的间隔出现变化，则在相关装置的停止位置上会出现大幅的变化。在装置的停止位置上而导致的大幅变化对于操作该装置来说是有害的。

根据公知示例3的空穴效应位置传感器有助于解决上述的问题。但是，由于其磁场产生部分是由两种磁铁制成的，就不可能通过部件和材料整合来实现廉价的部件供应，从而导致生产成本增加。

考虑到前述问题，本发明的目的之一是提供一种磁性接近开关，其中，即便在磁场产生部分和磁场检测部分之间的间隔出现变化，在滑动方向上的磁场检测部分的操作位置中出现的变化仍然很小。

具体实施例

现在参照图示出本发明较佳实施例的附图，对本发明进行详细地描述。

图1是根据本发明的磁性接近开关的框图。

在图1中示出的磁性接近开关10包括磁场检测部分11和磁场产生部分12。

磁场检测部分11是诸如磁阻元件、空穴元件以及簧片开关的磁场检测器元件。磁场产生部分12是相对于磁场检测部分11在滑动方向17上滑动的工作磁铁。

磁场产生部分12在保持间隔15(在磁场检测部分11和磁场产生部分12之间的图1中竖直方向的距离)的同时在滑动方向17上移动(滑动)。在对本发明的描述中，在相对于磁场检测部分11、在滑动方向17上滑动的磁场产生部分12和磁场检测部分11之间的滑动方向17上的距离被定义为“相对位置16”。

当上述定义的相对位置16靠近预定的距离时，磁场检测元件11进行操作。该操作包括开关(磁场检测器元件)的ON/OFF操作(切换)以及将检测信号输出到连接开关的主机装置(未示出)和连接开关的电路(未示出)中。磁场检测部分11进行操作时所处的相对位置16被定义为“操作位置”。

如下所述，根据本发明的磁性接近开关10配置成即便当间隔15大幅变化时、其操作位置的变化也极小。

〔第一实施例〕

图2是根据本发明第一实施例的磁场产生部分12的框图。

图2所示的磁场产生部分12包括三个永久磁铁13(13a，13b，13c)以及通过其磁力而附着在这些永久磁铁上的磁性金属材料13d。对永久磁铁13a，13b和13c进行排列从而其S极面对磁场检测部分11。板状的磁性金属材料13d附着并置于永久磁铁13a，13b和13c的N极面。

板状磁性金属材料13d最好是展示高度的磁导率，从而磁力线可以轻易地透过，有高度饱和磁通量密度以及很小的磁滞现象。板状磁性金属材料13d不仅可用作固定设置永久磁铁13a到13c，而且还按预定来引导由永久磁铁13a到13c所产生的磁力线的流向，并使等磁力线形成为预定的曲线。因此，对于板状磁性金属材料13d来说，展示优良的可操作性以及低廉的价格是很重要的。例如，板状磁性金属材料13d最好是诸如冷加工钢板(SPCC)的铁板。通过冲压加工来修剪铁板或使其弯曲是可能的。因此，可以低制造成本来制造出由铁板制成的板状磁性金属材料13d。

除了磁性金属之外，诸如铁氧体的铁磁材料也可用作为永久磁铁13a到13c的配置材料。在这种情形中，最好是磁滞现象很小的铁氧体(例如，Mn-Zn铁氧体)。但是，由于有必要为烧结铁氧体制备一模具，从而制造步骤变得复杂了，而且用于制造铁氧体板的制造成本通常要高于制造金属板的制造成本。

由于在图2中的磁场产生部分12中的永久磁铁13a到13c设置成相邻的永久磁铁的同极定向于相同的方向，从永久磁铁13a到13c中产生的磁通量彼此排斥，从而磁通量得以加强。由于磁性金属材料13d的磁导率高于空气的磁导率，则由永久磁铁13a到13c所产生的磁通量透过磁性金属材料13d比透过空气要容易得多。因此，通过合适地对磁性金属材料13d进行塑型，就有可能将连接各个永久磁铁13a到13c的S极和N极的磁力线导向预期的方向，并且通过用预期的曲线连接一些点(其上各个永久磁铁13a到13c的磁力线的间隔方向分量相等)来形成等磁力线。

在上述的结构中，磁场产生部分(工作磁铁)12被配置成在将磁场产生部分12和磁场检测部分11之间的间隔15保持在预定距离的同时、磁场产生部分12在滑动方向17上滑动。

下面将对具有上述配置的磁性接近开关10的操作进行描述。

1)当磁场产生部分12处在磁场检测部分11的操作位置的远侧时，磁场检测部分11处在其无效状态。(例如，输出(检测信号)是OFF。)

2)当磁场产生部分12靠近磁场检测部分11并到达磁场检测部分11的操作位置时，磁场产生部分12施加给磁场检测部分11的磁力增加，并且磁场检测部分11进行操作。(例如，输出(检测信号)从OFF变为ON。)

3)当磁场产生部分12远离磁场检测部分11并经过磁场检测部分11的操作位置而到达远侧时，磁场产生部分12施加给磁场检测部分11的磁力减少，并且磁场检测部分11回复到其无效状态。(例如，输出(检测信号)从ON变为OFF。)

图3是由图2的永久磁铁13a到13c所产生的磁场的分布图。

在图3中，X轴表示在滑动方向17上的分量，Y轴表示在间隔15方向(从永久磁铁13的S极到磁场检测部分11)上的分量。

如图3所示，弯曲地连接永久磁铁13a到13c的S极和N极的磁力线21存在于永久磁铁13a到13c和磁场检测部分11(未示出)之间的空间中。通过连接一些点(其上从永久磁铁13a到13c中产生的磁力线21的间隔15方向上的分量(Y轴分量)是相等的)来获得等磁力线。所获得的等磁力线在图3中以实曲线22a，22b，22c和22d描述。在等磁力线22b和22c上，由间隔15的变化(X轴分量)所导致的在磁场产生部分12的滑动方向17上的变化量(Y轴分量)很小。

虽然实际上在X轴下面也存在磁力线和等磁力线，但是在图3中未将其示出。

图4是描述根据第一实施例的磁性接近开关的性能的图表。

在图4中，X轴表示相对位置16(mm为单位)，并且Y轴表示间隔15(以mm为单位)。在Y轴两侧的实曲线是性能曲线31，并且虚曲线是回复性能曲线32。

通过连接磁场检测部分11进行操作的一些点来获得性能曲线31。通过连接其上磁场检测部分11回复到其无效状态的一些点来获得回复性能曲线32。

如图4所示，性能曲线31在相对位置16大约为22mm左右时，是几乎垂直于X轴且平行于Y轴。如果在相对位置16大约为22mm时，间隔变化33在10mm到40mm之间，则磁场检测部分11的操作位置变化是很小的。因此，即便是当磁场检测部分11和磁场产生部分12之间的相对位置16大约为22mm时，产生了大约为30mm的间隔变化33，磁场检测部分11还在工作。即便是当磁场产生部分12滑到了相对位置16大约为22mm时所处的位置时，产生了大到40mm的间隔变化33，磁场检测部分11还在工作。

因此，即便是间隔变化33很大，只要操作位置大约在22mm，根据第一实施例的磁性接近开关10还是可以无干扰地进行操作。

13a到13c的N极面吸引住根据第一实施例的板状磁性金属材料13d。或者，13a到13c的S极面可无问题地吸引住板状磁性金属材料13d。

〔另一永久磁铁设置〕

图5是示出磁场产生部分12中的永久磁铁的另一种设置的图。

根据本发明，并非总是需要以等间距来排列永久磁铁。但是，最好是将永久磁铁相对于中央磁铁进行对称排列。如果非对称地排列永久磁铁，则性能曲线是非对称的，并且对于实际应用来说，非对称的性能曲线是不方便的。

在图5所示的示例中，在磁场产生部分12的滑动方向上彼此平行地排列五个永久磁铁13(13-1到13-5)。图5中的竖直虚线是永久磁铁13-1到13-5的平行排列的中央线40。

永久磁铁13-1位于中央。永久磁铁13-2和13-3排列在永久磁铁13-1的右手侧，并且永久磁铁13-4和13-5排列在永久磁铁13-1的左手侧。永久磁铁13-1和在其右手侧的永久磁铁13-2之间的间距以及永久磁铁13-1和在其左手侧的永久磁铁13-4之间的间距设为B。在其右手侧的永久磁铁13-2和13-3之间的间距以及在其左手侧的永久磁铁13-1和13-5之间的间距设为A(B＞A)。

在图5所示的示例中，以不等的间隔来对称地排列永久磁铁13-1到13-5。

〔第二实施例〕

图6是根据本发明第二实施例的磁场产生部分的永久磁铁设置的图表。

如图6所示的磁场产生部分12包括五个永久磁铁13-1到13-5，壳体50以及密封剂60。

壳体50包括五个其中安装有各个永久磁铁13-1到13-5的上部分的凹槽。如图5所示，以类似的间隔排列这些凹槽，其中彼此平行地排列永久磁铁13-1到13-5。用围绕永久磁铁13-1到13-5下部分的密封剂60来固定住安装在各个凹槽中的永久磁铁13-1到13-5。

壳体50和密封剂60必需是非磁性的，因此不会阻挡住从永久磁铁13-1到13-5中产生的磁通量。盒体50的相对磁导率和密封剂60的相对磁导率最好是接近空气的相对磁导率。例如，塑料、铝(例如，铝模铸)以及黄铜可用于壳体50的材料。例如，环氧树脂和这类树脂可用作密封剂60。

在根据本发明的磁场产生部分中，有可能在磁场产生部分12的滑动方向上彼此平行地排列多个永久磁铁。在该情形中，有可能以不等间距来非对称地排列各永久磁铁。

通过在上述的滑动方向彼此平行地排列多个永久磁铁，就有可能扩宽磁场检测部分11的操作范围(由Y轴右手侧的性能曲线和Y轴左手侧的性能曲线所围绕的范围)。在该情形中，在其平行排列的中央部分稀疏地排列有永久磁铁13。并且，在平行排列的中央部分的两侧分别排列有永久磁铁13，从而可以获得在其两端部由于间隔变化所致的操作位置变化很小的性能曲线(该曲线几乎近似于垂直线)。

通过如上所述地在磁场产生部分12的滑动方向上彼此平行地排列必要数量的永久磁铁，可减少所采用的永久磁铁的数量，并且因此降低磁场产生部分12的制造成本。

如上所述，在根据本发明的磁场产生部分12中，在磁场产生部分12的滑动方向上彼此平行地排列永久磁铁，从而由磁场产生部分12所产生的磁场的等磁力线可以是曲线，其由于间隔变化而在滑动方向上的改变量是很小的。

采用根据本发明的上述磁性接近开关10，较之常规的磁性接近开关(参照图4以及图10和11)，由间隔变化33所导致的磁场检测部分11的操作位置变化可显著地减少了。因此，当来自于根据本发明的磁性接近开关10中的操作信号(在操作位置处输出的信号)用作为相关装置的停止信号时，即便是由相关装置的颤动而导致间隔15出现变化时，操作信号可总是在相同的位置处输出。因此，有可能改善相关装置的停止位置精度。由于根据本发明的磁性接近开关10使用具有相同形状并由相同材料制成的永久磁铁13a到13c，就有可能实现部件和材料整合并获得廉价的组成部件。

根据本发明的磁性接近开关10，例如可应用到电梯室楼层以及建筑楼层的位置调节。在该应用中，磁场产生部分12置于每个建筑楼层上并且磁场检测部分11置于每个电梯室中。

由于在制造电梯的过程中部件操作精度和安装精度是很低的，电梯室的途经路径变化很大。因此，当磁性接近开关应用到电梯室的停止位置控制中时，在磁场产生部分和磁场检测部分之间的间隔的变化很大。但是，由于根据本发明的磁性接近开关10不论电梯室的途经路径变化如何，总是在相同的位置上进行操作(执行切换操作)，根据本发明的磁性接近开关10有助于轻易而精确地调节电梯室相对建筑楼层的位置。由于根据本发明的磁性接近开关10有助于以低成本获得材料和部件，从而减少了生产成本，并有助于减少装置***格。

工业实用性

本发明不仅可应用于电梯，还可应用到诸如机器、电子和电气装置和设备以及自动化装置和设备的各类装置和设备的位置检测和控制。

Claims (12)

1.一种磁性接近开关，包括：

磁场产生部分；

磁场检测部分，相对于所述磁场产生部分在预定滑动方向上滑动，藉此检测出所述磁场产生部分的靠近；以及

所述磁场产生部分包括在所述磁场检测部分的滑动方向上彼此平行地对齐、从而相同极性的极面面向所述磁场检测部分的各个永久磁铁。

2.如权利要求1所述的磁性接近开关，其特征在于，所述磁场产生部分包括将各永久磁铁固定在各自预定位置的固定装置，从而永久磁铁在与面对着所述磁场检测部分的永久磁铁的极面相反一侧的极面面对所述固定装置。

3.如权利要求2所述的磁性接近开关，其特征在于，所述固定装置包括一磁性体。

4.如权利要求3所述的磁性接近开关，其特征在于，所述磁性体形如板状。

5.如权利要求4所述的磁性接近开关，其特征在于，所述磁性体展示了优良的可加工性。

6.如权利要求3所述的磁性接近开关，其特征在于，所述固定装置包含一磁性金属。

7.如权利要求6所述的磁性接近开关，其特征在于，所述磁性金属展示了高磁导率，高饱和磁通量密度以及小磁滞现象。

8.如权利要求2所述的磁性接近开关，其特征在于，所述固定装置包括：

壳体，包括所述各个永久磁铁部分地嵌于其中的凹槽，以及

密封剂，覆盖所述各个永久磁铁未嵌入所述凹槽中的部分。

9.如权利要求8所述的磁性接近开关，其特征在于，所述壳体和所述密封剂包括相应的非磁性体。

10.如权利要求1或2所述的磁性接近开关，其特征在于，所述永久磁铁被排列为：通过连接各点获得的等磁力线具有曲线的形状，在这些点上，永久磁铁所产生的磁场在垂直于所述滑动方向的所述磁场产生部分和所述磁场检测部分之间的间隔相平行的间隔分量上是相等的，等磁力曲线在所述滑动方向上的变化量相对于间隔变化是较小的。

11.如权利要求10所述的磁性接近开关，其特征在于，所述永久磁铁对称排列。

12.如权利要求11所述的磁性接近开关，其特征在于，所述永久磁铁在其对称排列的中央部分中更为稀疏地排列。

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