磁性接近開關的製作方法
2023-05-29 18:02:11
專利名稱：磁性接近開關的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種磁性接近開關，它包括可以產生磁場的磁場產生部分，以及相對磁場產生部分相對滑動、並檢測出磁場產生部分中產生的磁場的磁場檢測部分。
背景技術：
已知一種用於在每一層樓面停止電梯室且控制該電梯室的磁性接近開關。
〔公知示例1〕圖7是示出根據已知示例1的第一常規磁性接近開關的整體配置的框圖。
參照圖7，第一常規磁性接近開關100包括磁性檢測器元件(磁場檢測部分)101以及工作磁鐵(磁場產生部分)103。磁檢測元件101是磁阻元件或空穴元件(hole element)。工作磁鐵103是一永久磁鐵。以其極面面對著工作磁鐵103的方式來排列該工作磁鐵103。工作磁鐵103在方向107(滑動方向)上滑動，以在對磁檢測器元件101保持一定操作距離(間隔)的同時改變其對磁檢測器元件101的相對位置。
圖8是示出由工作磁鐵103所產生的磁力線的圖表。
在圖8中，Y軸表示間隔105，該間隔是工作磁鐵103的S極面和在工作磁鐵103側部的磁檢測器元件101的端面之間的距離。圖8中的X軸表示工作磁鐵103在滑動方向107上相對於磁檢測器元件101的位置。X軸和Y軸彼此垂直相交。
如圖8所示，圍繞工作磁鐵103的磁力線112曲線地連接工作磁鐵103的N極和S極。通過標定點來獲得彎曲的等磁力線113(113a，113b，113c等)，在這些等磁力線上由工作磁鐵103所產生的磁力的間隔(gap)分量是相等的。
雖然實際上在X軸下面也存在磁力線112以及等磁力線113，但是在圖8中未示出在X軸之下的線112和113。
〔公知示例2〕已知圖9所示的第二常規磁性接近開關是另一種技術。
如圖9所示的第二常規磁性接近開關包括作為磁場檢測部分的簧片開關201和作為永久磁鐵的工作磁鐵(磁場產生部分)203。工作磁鐵203在對簧片開關201保持一定操作距離(間隔)的同時、在垂直於工作磁鐵203的縱向的方向(滑動方向)207上滑動。
圖10是示出由工作磁鐵203所產生的磁力線的圖表。
在圖10中，Y軸表示間隔205，該間隔是垂直於方向207的方向上工作磁鐵203和簧片開關201的距離。圖10中的X軸表示在滑動方向上從工作磁鐵203到簧片開關201的距離。
如圖10所示，圍繞工作磁鐵203的彎曲磁力線212從工作磁鐵203的N極開始直到S極。通過標定點來獲得彎曲等磁力線123(123a，123b，123c等)，在這些等磁力線上由工作磁鐵203所產生的磁力是相等的。雖然實際上在X軸下面也存在磁力線212和等磁力線123，但是在圖10中未示出在X軸下面的線212和123。
〔公知示例3〕已知一種空穴效應位置傳感器是另一種技術。空穴效應位置傳感器包括由第一永久磁鐵、在第一永久磁鐵一側上的第二永久磁鐵以及在第一永久磁鐵另一側上的第三永久磁鐵而形成的磁場產生部分。第二永久磁鐵和第三永久磁鐵與第一永久磁鐵隔有相等的間距(參見下面的專利文獻1)。
〔公知示例4〕已知用於檢測電梯室位置的檢測器包括三個設置在背板(back plate)上的磁鐵。該檢測器將長磁鐵設置在中央，並在該長磁鐵的兩側設置短磁鐵(參見下面的專利文獻2)。
〔專利文獻1〕未審查日本專利申請公開平.7(1995)-78538〔專利文獻2〕未審查日本專利申請公開平.11(1999)-246139
圖1是根據本發明的磁性接近開關的框圖；圖2是根據本發明第一實施例的磁場產生部分的框圖；圖3是由圖2中三個永久磁鐵所形成的磁場的分布圖；圖4是根據第一實施例的磁性接近開關的性能的圖；圖5是根據第一實施例磁場產生部分中的永久磁鐵的另一種排列的圖；圖6是根據本發明第二實施例的磁場產生部分中的永久磁鐵排列的圖；圖7是根據公知示例1的常規磁性接近開關的整體配置的框圖；
圖8是示出如圖7所示的工作磁鐵產生的磁場的圖；圖9是根據公知示例2的常規磁性接近開關的整體配置的框圖；圖10是示出如圖9所示的工作磁鐵產生的磁場的圖；圖11是描述如圖7所示的磁性接近開關的性能的圖；以及圖12是描述如圖9所示的磁性接近開關的性能的圖。
〔標號字母的解釋〕10磁性接近開關11磁場檢測部分12磁場產生部分13a，13b，13c永久磁鐵13d磁性金屬材料13-1-13-5永久磁鐵50殼體60密封劑發明內容本發明要解決的問題圖11是描述根據公知示例1的磁性接近開關100的性能的圖表。
在圖11中，X軸表示相對於工作磁鐵103、磁檢測器元件101的相對位置(在滑動方向107上的磁檢測器元件101和工作磁鐵103之間的距離)。Y軸表示在垂直於方向107的方向上磁檢測器元件101和工作磁鐵103之間的距離。X和Y軸的單位是mm。
在圖11中的實曲線是性能曲線131並且虛曲線是回磁性能曲線132。性能曲線131連接一些磁性檢測元件101操作的點(檢測工作磁鐵103)。回磁性能曲線132連接一些磁檢測器元件101從其操作狀態回到其無效狀態的點)。
如圖11所示，性能曲線131在工作磁鐵103的滑動方向上隨著間隔105的增加而伸展，並在工作磁鐵103的滑動方向上隨著105的進一步增加而變窄。
在如圖10所示的示例中，在間隔105大約為28mm，相對於工作磁鐵103的相對位置超過較短側20mm時，磁檢測器元件101進行操作。當間隔在範圍133內為10mm到40mm之間時，磁檢測器元件101在相對位置範圍134內進行操作(切換)，其中磁檢測器元件101相對於工作磁鐵103的相對位置在7mm到10mm之間。
圖12是描述根據公知示例2的磁性接近開關200的性能的圖表。
在圖12中，X和Y軸與圖11中的X和Y軸相同。圖12中的實曲線是性能曲線231，並且虛曲線是回復性能曲線232。性能曲線231連接一些簧片201工作的點(切換至其ON狀態)。回復性能曲線232連接一些簧片開關201從其操作狀態回復至其無效狀態的點(從其ON狀態切換至其OFF狀態)。
性能曲線231和回復性能曲線232是近似的半圓狀，其中央在X-Y平面的原點(0，0)。在圖12所示的示例中，簧片開關201在相對位置範圍234內進行操作，其中當間隔205在間隔範圍234內為5mm到15mm之間時，則簧片開關201相對於工作磁鐵203的相對位置在11mm到21mm之間。
如上所述，在常規磁性接近開關100或200中的檢測部分(磁檢測器101或簧片開關201)執行切換操作時所述的位置(下文將稱之為「操作位置」)隨著間隔(105或205)的變化有大幅改變。因此，當將常規的磁性接近開關100或200用作控制各類裝置(例如，電梯)的停止位置的傳感器時，如果由於裝置的顫動而導致在檢測部分和工作磁鐵之間的間隔出現變化，則在相關裝置的停止位置上會出現大幅的變化。在裝置的停止位置上而導致的大幅變化對於操作該裝置來說是有害的。
根據公知示例3的空穴效應位置傳感器有助於解決上述的問題。但是，由於其磁場產生部分是由兩種磁鐵製成的，就不可能通過部件和材料整合來實現廉價的部件供應，從而導致生產成本增加。
考慮到前述問題，本發明的目的之一是提供一種磁性接近開關，其中，即便在磁場產生部分和磁場檢測部分之間的間隔出現變化，在滑動方向上的磁場檢測部分的操作位置中出現的變化仍然很小。
具體實施例現在參照圖示出本發明較佳實施例的附圖，對本發明進行詳細地描述。
圖1是根據本發明的磁性接近開關的框圖。
在圖1中示出的磁性接近開關10包括磁場檢測部分11和磁場產生部分12。
磁場檢測部分11是諸如磁阻元件、空穴元件以及簧片開關的磁場檢測器元件。磁場產生部分12是相對於磁場檢測部分11在滑動方向17上滑動的工作磁鐵。
磁場產生部分12在保持間隔15(在磁場檢測部分11和磁場產生部分12之間的圖1中豎直方向的距離)的同時在滑動方向17上移動(滑動)。在對本發明的描述中，在相對於磁場檢測部分11、在滑動方向17上滑動的磁場產生部分12和磁場檢測部分11之間的滑動方向17上的距離被定義為「相對位置16」。
當上述定義的相對位置16靠近預定的距離時，磁場檢測元件11進行操作。該操作包括開關(磁場檢測器元件)的ON/OFF操作(切換)以及將檢測信號輸出到連接開關的主機裝置(未示出)和連接開關的電路(未示出)中。磁場檢測部分11進行操作時所處的相對位置16被定義為「操作位置」。
如下所述，根據本發明的磁性接近開關10配置成即便當間隔15大幅變化時、其操作位置的變化也極小。
〔第一實施例〕圖2是根據本發明第一實施例的磁場產生部分12的框圖。
圖2所示的磁場產生部分12包括三個永久磁鐵13(13a，13b，13c)以及通過其磁力而附著在這些永久磁鐵上的磁性金屬材料13d。對永久磁鐵13a，13b和13c進行排列從而其S極面對磁場檢測部分11。板狀的磁性金屬材料13d附著並置於永久磁鐵13a，13b和13c的N極面。
板狀磁性金屬材料13d最好是展示高度的磁導率，從而磁力線可以輕易地透過，有高度飽和磁通量密度以及很小的磁滯現象。板狀磁性金屬材料13d不僅可用作固定設置永久磁鐵13a到13c，而且還按預定來引導由永久磁鐵13a到13c所產生的磁力線的流向，並使等磁力線形成為預定的曲線。因此，對於板狀磁性金屬材料13d來說，展示優良的可操作性以及低廉的價格是很重要的。例如，板狀磁性金屬材料13d最好是諸如冷加工鋼板(SPCC)的鐵板。通過衝壓加工來修剪鐵板或使其彎曲是可能的。因此，可以低製造成本來製造出由鐵板製成的板狀磁性金屬材料13d。
除了磁性金屬之外，諸如鐵氧體的鐵磁材料也可用作為永久磁鐵13a到13c的配置材料。在這種情形中，最好是磁滯現象很小的鐵氧體(例如，Mn-Zn鐵氧體)。但是，由於有必要為燒結鐵氧體製備一模具，從而製造步驟變得複雜了，而且用於製造鐵氧體板的製造成本通常要高於製造金屬板的製造成本。
由於在圖2中的磁場產生部分12中的永久磁鐵13a到13c設置成相鄰的永久磁鐵的同極定向於相同的方向，從永久磁鐵13a到13c中產生的磁通量彼此排斥，從而磁通量得以加強。由於磁性金屬材料13d的磁導率高於空氣的磁導率，則由永久磁鐵13a到13c所產生的磁通量透過磁性金屬材料13d比透過空氣要容易得多。因此，通過合適地對磁性金屬材料13d進行塑型，就有可能將連接各個永久磁鐵13a到13c的S極和N極的磁力線導向預期的方向，並且通過用預期的曲線連接一些點(其上各個永久磁鐵13a到13c的磁力線的間隔方向分量相等)來形成等磁力線。
在上述的結構中，磁場產生部分(工作磁鐵)12被配置成在將磁場產生部分12和磁場檢測部分11之間的間隔15保持在預定距離的同時、磁場產生部分12在滑動方向17上滑動。
下面將對具有上述配置的磁性接近開關10的操作進行描述。
1)當磁場產生部分12處在磁場檢測部分11的操作位置的遠側時，磁場檢測部分11處在其無效狀態。(例如，輸出(檢測信號)是OFF。)2)當磁場產生部分12靠近磁場檢測部分11併到達磁場檢測部分11的操作位置時，磁場產生部分12施加給磁場檢測部分11的磁力增加，並且磁場檢測部分11進行操作。(例如，輸出(檢測信號)從OFF變為ON。)3)當磁場產生部分12遠離磁場檢測部分11並經過磁場檢測部分11的操作位置而到達遠側時，磁場產生部分12施加給磁場檢測部分11的磁力減少，並且磁場檢測部分11回復到其無效狀態。(例如，輸出(檢測信號)從ON變為OFF。)圖3是由圖2的永久磁鐵13a到13c所產生的磁場的分布圖。
在圖3中，X軸表示在滑動方向17上的分量，Y軸表示在間隔15方向(從永久磁鐵13的S極到磁場檢測部分11)上的分量。
如圖3所示，彎曲地連接永久磁鐵13a到13c的S極和N極的磁力線21存在於永久磁鐵13a到13c和磁場檢測部分11(未示出)之間的空間中。通過連接一些點(其上從永久磁鐵13a到13c中產生的磁力線21的間隔15方向上的分量(Y軸分量)是相等的)來獲得等磁力線。所獲得的等磁力線在圖3中以實曲線22a，22b，22c和22d描述。在等磁力線22b和22c上，由間隔15的變化(X軸分量)所導致的在磁場產生部分12的滑動方向17上的變化量(Y軸分量)很小。
雖然實際上在X軸下面也存在磁力線和等磁力線，但是在圖3中未將其示出。
圖4是描述根據第一實施例的磁性接近開關的性能的圖表。
在圖4中，X軸表示相對位置16(mm為單位)，並且Y軸表示間隔15(以mm為單位)。在Y軸兩側的實曲線是性能曲線31，並且虛曲線是回復性能曲線32。
通過連接磁場檢測部分11進行操作的一些點來獲得性能曲線31。通過連接其上磁場檢測部分11回復到其無效狀態的一些點來獲得回復性能曲線32。
如圖4所示，性能曲線31在相對位置16大約為22mm左右時，是幾乎垂直於X軸且平行於Y軸。如果在相對位置16大約為22mm時，間隔變化33在10mm到40mm之間，則磁場檢測部分11的操作位置變化是很小的。因此，即便是當磁場檢測部分11和磁場產生部分12之間的相對位置16大約為22mm時，產生了大約為30mm的間隔變化33，磁場檢測部分11還在工作。即便是當磁場產生部分12滑到了相對位置16大約為22mm時所處的位置時，產生了大到40mm的間隔變化33，磁場檢測部分11還在工作。
因此，即便是間隔變化33很大，只要操作位置大約在22mm，根據第一實施例的磁性接近開關10還是可以無幹擾地進行操作。
13a到13c的N極面吸引住根據第一實施例的板狀磁性金屬材料13d。或者，13a到13c的S極面可無問題地吸引住板狀磁性金屬材料13d。
〔另一永久磁鐵設置〕圖5是示出磁場產生部分12中的永久磁鐵的另一種設置的圖。
根據本發明，並非總是需要以等間距來排列永久磁鐵。但是，最好是將永久磁鐵相對於中央磁鐵進行對稱排列。如果非對稱地排列永久磁鐵，則性能曲線是非對稱的，並且對於實際應用來說，非對稱的性能曲線是不方便的。
在圖5所示的示例中，在磁場產生部分12的滑動方向上彼此平行地排列五個永久磁鐵13(13-1到13-5)。圖5中的豎直虛線是永久磁鐵13-1到13-5的平行排列的中央線40。
永久磁鐵13-1位於中央。永久磁鐵13-2和13-3排列在永久磁鐵13-1的右手側，並且永久磁鐵13-4和13-5排列在永久磁鐵13-1的左手側。永久磁鐵13-1和在其右手側的永久磁鐵13-2之間的間距以及永久磁鐵13-1和在其左手側的永久磁鐵13-4之間的間距設為B。在其右手側的永久磁鐵13-2和13-3之間的間距以及在其左手側的永久磁鐵13-1和13-5之間的間距設為A(B＞A)。
在圖5所示的示例中，以不等的間隔來對稱地排列永久磁鐵13-1到13-5。
〔第二實施例〕圖6是根據本發明第二實施例的磁場產生部分的永久磁鐵設置的圖表。
如圖6所示的磁場產生部分12包括五個永久磁鐵13-1到13-5，殼體50以及密封劑60。
殼體50包括五個其中安裝有各個永久磁鐵13-1到13-5的上部分的凹槽。如圖5所示，以類似的間隔排列這些凹槽，其中彼此平行地排列永久磁鐵13-1到13-5。用圍繞永久磁鐵13-1到13-5下部分的密封劑60來固定住安裝在各個凹槽中的永久磁鐵13-1到13-5。
殼體50和密封劑60必需是非磁性的，因此不會阻擋住從永久磁鐵13-1到13-5中產生的磁通量。盒體50的相對磁導率和密封劑60的相對磁導率最好是接近空氣的相對磁導率。例如，塑料、鋁(例如，鋁模鑄)以及黃銅可用於殼體50的材料。例如，環氧樹脂和這類樹脂可用作密封劑60。
在根據本發明的磁場產生部分中，有可能在磁場產生部分12的滑動方向上彼此平行地排列多個永久磁鐵。在該情形中，有可能以不等間距來非對稱地排列各永久磁鐵。
通過在上述的滑動方向彼此平行地排列多個永久磁鐵，就有可能擴寬磁場檢測部分11的操作範圍(由Y軸右手側的性能曲線和Y軸左手側的性能曲線所圍繞的範圍)。在該情形中，在其平行排列的中央部分稀疏地排列有永久磁鐵13。並且，在平行排列的中央部分的兩側分別排列有永久磁鐵13，從而可以獲得在其兩端部由於間隔變化所致的操作位置變化很小的性能曲線(該曲線幾乎近似於垂直線)。
通過如上所述地在磁場產生部分12的滑動方向上彼此平行地排列必要數量的永久磁鐵，可減少所採用的永久磁鐵的數量，並且因此降低磁場產生部分12的製造成本。
如上所述，在根據本發明的磁場產生部分12中，在磁場產生部分12的滑動方向上彼此平行地排列永久磁鐵，從而由磁場產生部分12所產生的磁場的等磁力線可以是曲線，其由於間隔變化而在滑動方向上的改變量是很小的。
採用根據本發明的上述磁性接近開關10，較之常規的磁性接近開關(參照圖4以及圖10和11)，由間隔變化33所導致的磁場檢測部分11的操作位置變化可顯著地減少了。因此，當來自於根據本發明的磁性接近開關10中的操作信號(在操作位置處輸出的信號)用作為相關裝置的停止信號時，即便是由相關裝置的顫動而導致間隔15出現變化時，操作信號可總是在相同的位置處輸出。因此，有可能改善相關裝置的停止位置精度。由於根據本發明的磁性接近開關10使用具有相同形狀並由相同材料製成的永久磁鐵13a到13c，就有可能實現部件和材料整合併獲得廉價的組成部件。
根據本發明的磁性接近開關10，例如可應用到電梯室樓層以及建築樓層的位置調節。在該應用中，磁場產生部分12置於每個建築樓層上並且磁場檢測部分11置於每個電梯室中。
由於在製造電梯的過程中部件操作精度和安裝精度是很低的，電梯室的途經路徑變化很大。因此，當磁性接近開關應用到電梯室的停止位置控制中時，在磁場產生部分和磁場檢測部分之間的間隔的變化很大。但是，由於根據本發明的磁性接近開關10不論電梯室的途經路徑變化如何，總是在相同的位置上進行操作(執行切換操作)，根據本發明的磁性接近開關10有助於輕易而精確地調節電梯室相對建築樓層的位置。由於根據本發明的磁性接近開關10有助於以低成本獲得材料和部件，從而減少了生產成本，並有助於減少裝置成本價格。
工業實用性本發明不僅可應用於電梯，還可應用到諸如機器、電子和電氣裝置和設備以及自動化裝置和設備的各類裝置和設備的位置檢測和控制。
權利要求
1.一種磁性接近開關，包括磁場產生部分；磁場檢測部分，相對於所述磁場產生部分在預定滑動方向上滑動，藉此檢測出所述磁場產生部分的靠近；以及所述磁場產生部分包括在所述磁場檢測部分的滑動方向上彼此平行地對齊、從而相同極性的極面面向所述磁場檢測部分的各個永久磁鐵。
2.如權利要求1所述的磁性接近開關，其特徵在於，所述磁場產生部分包括將各永久磁鐵固定在各自預定位置的固定裝置，從而永久磁鐵在與面對著所述磁場檢測部分的永久磁鐵的極面相反一側的極面面對所述固定裝置。
3.如權利要求2所述的磁性接近開關，其特徵在於，所述固定裝置包括一磁性體。
4.如權利要求3所述的磁性接近開關，其特徵在於，所述磁性體形如板狀。
5.如權利要求4所述的磁性接近開關，其特徵在於，所述磁性體展示了優良的可加工性。
6.如權利要求3所述的磁性接近開關，其特徵在於，所述固定裝置包含一磁性金屬。
7.如權利要求6所述的磁性接近開關，其特徵在於，所述磁性金屬展示了高磁導率，高飽和磁通量密度以及小磁滯現象。
8.如權利要求2所述的磁性接近開關，其特徵在於，所述固定裝置包括殼體，包括所述各個永久磁鐵部分地嵌於其中的凹槽，以及密封劑，覆蓋所述各個永久磁鐵未嵌入所述凹槽中的部分。
9.如權利要求8所述的磁性接近開關，其特徵在於，所述殼體和所述密封劑包括相應的非磁性體。
10.如權利要求1或2所述的磁性接近開關，其特徵在於，所述永久磁鐵被排列為通過連接各點獲得的等磁力線具有曲線的形狀，在這些點上，永久磁鐵所產生的磁場在垂直於所述滑動方向的所述磁場產生部分和所述磁場檢測部分之間的間隔相平行的間隔分量上是相等的，等磁力曲線在所述滑動方向上的變化量相對於間隔變化是較小的。
11.如權利要求10所述的磁性接近開關，其特徵在於，所述永久磁鐵對稱排列。
12.如權利要求11所述的磁性接近開關，其特徵在於，所述永久磁鐵在其對稱排列的中央部分中更為稀疏地排列。
全文摘要
〔目的〕提供一種磁性接近開關，其中，即便是當在垂直於滑動方向的磁場產生部分和磁場檢測部分之間的間隔出現變化，磁場產生部分在滑動方向上的操作位置變化是很小的。〔實現目的的手段〕根據本發明的磁性接近開關包括磁場檢測部分11，以及包括有板狀磁性金屬材料13d和三個具有相同形狀、由相同材料製成並吸引住板狀磁性金屬材料13d的永久磁鐵13a，13b和13c的磁場產生部分12。永久磁鐵13a，13b和13c沿著磁場產生部分12的滑動方向彼此平行地排列，從而永久磁鐵13a，13b和13c的具有相同極性的極面(例如，S極面)面對磁場檢測部分11。通過連接一些點(在這些點上，永久磁鐵13a，13b和13c所產生的磁力相等)而獲得的等磁力線在其兩端都具有曲線的形狀，其由於間隔方向上的變化而導致的操作位置變化很小。
文檔編號H01H36/00GK1848339SQ200610073749
公開日2006年10月18日 申請日期2006年4月7日 優先權日2005年4月8日
發明者岡本毅 申請人:富士電機機器制御株式會社