CN101267199B - 开关 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种既能够确保可靠性又能够实现小型化的非接触式开关。利用两个霍尔(IC9-2、9-3)检测在以不同极性排列的多个磁铁(6-1～6-3)中位于中央的磁铁(6-2)，因此与磁铁和霍尔IC一对一分别独立地对应的结构相比，能够减少磁铁的个数从而实现小型化，另一方面能够维持霍尔IC的个数并确保可靠性。

Description

开关
技术领域
本发明涉及一种开关，更详细地说，涉及一种利用磁传感器的非接触式开关。 
背景技术
非接触式开关由于没有机械接点，所以接点之间没有磨损，耐久性优越的同时，不产生磨损粉末等，因此适合用于食品和半导体等。例如，在专利文献1中记载有这样一种门开关，根据磁铁和霍尔IC(Hall integrated circuit：霍尔集成电路)之间的接近或远离来检测频繁打开关闭的专用冰箱的门的打开关闭。 
专利文献1：JP特开2005-326058号公报 
将非接触式开关例如用作安全门的门开关时，需满足高可靠性，其中该安全门用于进出作业区域，该作业区域是用安全栅划分工业用机器人等机械设备周围而得到的。 
图7是适用于这种安全门的门开关的非接触式开关的概略结构图。 
非接触式开关20例如具有促动器21和开关主体22，其中，该促动器21作为安装在进行打开关闭的门侧的工作部件，该开关主体22安装在门的固定框侧并用于检测促动器21的接近或远离，即门的打开关闭。 
将多个、在该例子中将四个磁铁23-1～23-4沿壳体24的长度方向排列容纳在促动器21中，而且将四个作为磁传感器的霍尔IC25-1～25-4以与各磁铁23-1～23-4分别独立地对应且在门关闭状态下与各磁铁23-1～23-4对置的方式，沿壳体26的长度方向排列容纳在开关主体22中。以相邻磁铁具有交替不同极性的方式配置促动器21的四个磁铁23-1～23-4，而且对应作为检测对象的磁铁23-1～23-4的极性，将开关主体22的四个霍尔IC25-1～25-4以与各磁铁23-1～23-4的一侧磁极分别对置的方式配置。若作为检测对象的磁铁23-1～23-4接近并进入到检测区域，则各霍尔IC25-1～25-4提供检测输出。 
在这种非接触式的开关20中，在用四个霍尔IC25-1～25-4分别检测到以规定顺序所配置的极性不同的四个磁铁23-1～23-4的接近时，即在通过所有的四个霍尔IC25-1～25-4，检测到极性对应的磁铁23-1～23-4时，判断为门处于关闭状态，从而向上位的安全控制设备提供高电平(high level)的安全输出，而在任意一个霍尔IC25-1～25-4没有检测到磁铁23-1～23-4时，判断为门处于未关闭状态，因此不进行高电平的安全输出。 
针对配置在被安全门和安全栅划分的作业区域内的机械设备，只有在安全门关闭而从非接触式开关20提供高电平的安全输出以确保安全的状态下，上位的安全控制设备向机械设备提供动力。 
在具有上述结构的非接触式开关20中，例如，即便仅是使磁铁接近于开关主体22，从而使开关主体20变为无效，但通过四个霍尔IC25-1～25-4也无法检测到极性的规定顺序不同的磁场，所以判断为门处于未关闭状态，因此不会输出安全输出，从而不会驱动机械设备，能够确保安全。 
这样，将多个磁铁23-1～23-4以及多个霍尔IC25-1～25-4以规定顺序排列容纳在促动器21和开关主体22中，通过所有的霍尔IC25-1～25-4，只要没检测到对应磁性的磁铁23-1～23-4的接近，就不输出安全输出，从而提高可靠性，但是多个磁铁23-1～23-4以及多个霍尔IC25-1～25-4需排列容纳在壳体24、26内，因此难以实现非接触式开关20的小型化。 
即，如图8A所示，与通过霍尔IC31检测一个磁铁30的磁力线的情况相比，若设置多个磁铁30-1、30-2，则如图8B所示，磁力线的到达距离缩短，并且多个磁铁30-1、30-2的间隔越小，所述到达距离越短。因此，为了用霍尔IC31-1、31-2以一定的检测距离检测磁铁30-1、30-2的接近，需使相邻磁铁30-1、30-2的间隔大于或等于一定检测距离，因此，缩短多个磁铁23-1～23-4以及多个霍尔IC25-1～25-4在排列方向上的尺寸是有限度的。 
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种既能够确保可靠性又能够实现小型化的非接触式开关。 
(1)本发明的开关，具有开关主体和工作部件，所述工作部件相对所述开关主体接近或远离；多个磁铁以相邻的磁铁极性不同且在所述接近的位 置上使一侧磁极位于与所述开关主体对置一侧的方式排列容纳在所述工作部件中；与所述磁铁的个数不同且三个以上的磁传感器以对应于作为检测对象的所述磁铁的极性以及位置的方式排列容纳在所述开关主体中；当作为检测对象的所述磁铁接近并位于检测区域内时，所述磁传感器提供检测输出；针对至少一个磁铁，将所述磁铁作为多个磁传感器的检测对象；基于所述三个以上的所有磁传感器的输出，生成开关输出。 
工作部件根据相对于开关主体的接近或远离使开关主体工作。 
所谓“多个磁铁以相邻的磁铁极性不同且在所述接近的位置上使一侧磁极位于与所述开关主体对置一侧的方式排列”是指以下述的方式排列的情形，即，在开关主体和工作部件接近的位置上，各磁铁的一侧磁极位于与开关主体对置一侧，且排列的多个磁铁的极性在相邻的磁铁上不同的方式，例如，在排列有第一、第二磁铁的情况下，第一磁铁的位于与开关主体对置的一侧磁极和位于相反侧的另一侧磁极例如为N极和S极，则相邻的第二磁铁的位于与开关主体对置的一侧磁极和位于相反侧的磁极为S极和N极。 
所谓“磁传感器以对应于作为检测对象的所述磁铁的极性以及位置的方式排列”，是指以能够检测作为检测对象的磁铁的接近的方式排列，而且还指排列在能够检测作为检测对象的磁铁极性的磁场的方向以及位置。 
所谓“针对至少一个磁铁，将所述磁铁作为多个磁传感器的检测对象”是指，针对至少一个磁铁，用多个磁传感器检测该一个磁铁的接近，而且还指用多个磁传感器检测同样的磁铁的接近。 
由作为检测对象的一个磁铁和检测这一个磁铁的接近的多个磁传感器构成组，并且可以具有一组，也可以具有多组。 
所谓“基于所有磁传感器的输出，生成开关输出”是指基于三个以上的所有的磁传感器的输出，生成与开关主体和工作部件的接近或远离对应的开关输出，例如高电平或者低电平的开关输出，优选地，当所有的磁传感器分别检测到对应的检测对象的接近，并且所有的磁传感器提供检测输出时，生成与开关主体和工作部件的接近对应的开关输出。 
根据本发明的开关，在以不同极性排列的多个磁铁中，将至少一个磁铁作为多个磁传感器的检测对象，因此与磁铁和磁传感器一对一分别独立地对应的结构相比，能够减小磁铁的个数实现小型化，另一方面能够维持用于生成开关输出的磁传感器的个数，由此，能够实现小型化的同时确保可靠性。 
另外，本发明的开关，具有开关主体和工作部件，所述工作部件相对所述开关主体接近或远离，多个磁铁以相邻的磁铁极性不同且在所述接近的位置上使一侧磁极位于与所述开关主体对置一侧而使另一侧磁极位于与所述开关主体对置一侧的相反侧的方式排列容纳在所述工作部件中，比所述磁铁的个数多且三个以上的磁传感器以对应于所述磁铁的极性以及位置的方式排列容纳在所述开关主体中，当所述磁铁接近并位于检测区域内时，所述磁传感器的每一个提供检测输出，至少一个所述磁铁在检测区域被多于一个的磁传感器检测，基于所有磁传感器的检测输出，生成开关输出。 
(2)在本发明开关的一个实施方式中，针对所述至少一个磁铁，将所述磁铁作为两个磁传感器的检测对象，当所述所有的磁传感器提供所述检测输出时，生成表示所述开关主体和所述工作部件已接近的所述开关输出。 
根据该实施方式，通过两个磁传感器检测一个磁铁的接近，因此与磁铁和磁传感器一对一分别独立地对应的结构相比，能够至少减少一个磁铁，还有，当所有的磁传感器检测到磁铁的接近时，生成表示开关主体和工作部件已接近的开关输出，由此能够得到可靠性高的开关输出。 
(3)在所述(2)的实施方式中，奇数个的所述磁铁沿着所述工作部件的长度方向以等间隔排成一列，在所述奇数个的磁铁中，将既是位于所述长度方向的两端的磁铁以外的磁铁又是中央的磁铁以及/或者位于关于所述中央的磁铁对称的位置上的磁铁，作为所述两个磁传感器的检测对象。 
根据该实施方式，将沿着工作部件的长度方向以等间隔排列的奇数个的磁铁的、位于中央位置以及/或者位于关于中央位置的磁铁对称的位置上的磁铁，用两个磁传感器检测，所以能够将奇数个的磁铁以关于中央位置的磁铁对称的方式配置，也能够对应磁铁配置开关主体的磁传感器，例如，即使倒置其长度方向的两端而安装开关主体，也能够检测对应的磁铁的接近。 
(4)在所述(3)的实施方式中，三个所述磁铁容纳在所述工作部件中，四个所述磁传感器容纳在所述开关主体中，将所述三个磁铁中的中央位置的磁铁作为所述两个磁传感器的检测对象。 
根据该实施方式，能够通过四个磁传感器检测以不同的极性排列的三个磁铁的接近，与磁铁和磁传感器一对一分别独立地对应的结构相比，能够减少一个磁铁，从而实现小型化，另一方面与一对一分别独立地对应的结构相同地，通过四个磁传感器，分别检测不同极性的磁铁的接近，从而能够确保可靠性。 
(5)在本发明开关的其他实施方式中，也可以是所述工作部件设置在进行能够打开关闭的门一侧，所述开关主体设置在所述门的固定框一侧。 
根据该实施方式，能够用作门开关。 
如上所述，若采用本发明，则针对在以不同极性排列的多个磁铁中的至少一个磁铁，用多个磁传感器来进行检测，因此与磁铁和磁传感器一对一分别独立地对应的结构相比，能够减少磁铁的个数，从而实现小型化，另一方面，能够维持磁传感器的个数，确保可靠性。 
附图说明
图1是本发明一个实施方式的开关的概略结构图。 
图2是表示图1的开关的安装状态的立体图。 
图3是霍尔IC的电路图。 
图4是图1的开关主体的电路图。 
图5是表示使开关主体的安装方向倒置的状态的图。 
图6A、图6B是表示本发明的其他实施方式的概略结构图。 
图7是表示开关的其他结构的图。 
图8A、图8B是用于说明磁铁的个数和检测距离之间的关系的图。 
具体实施方式
下面，用附图来详细说明本发明的实施方式。 
图1是本发明的一个实施方式的非接触式开关的概略结构图。 
该开关1例如用作图2所示的安全门的门开关，其具有促动器3和开关主体5，其中所述促动器3作为安装在如箭头所示进行打开关闭的门2一侧的工作部件，所述开关主体5安装在门的固定框4侧，用于检测促动器3的接近或远离，即门2的打开关闭。 
在该实施方式中，如图1所示，三个磁铁6-1～6-3沿壳体7的长度方向(图中的上下方向)以等间隔排成一列并将其容纳在促动器3的壳体7内。 
在促动器3已接近开关主体5的位置，各磁铁6-1～6-3以一侧磁极位于与开关主体5对置一侧而另一侧磁极位于相反侧的方式排列，同时以邻接的磁铁极性交替不同的方式排列。 
例如，在第一磁铁6-1中，与促动器5对置的一侧磁极为N极，另一侧磁极为S极；在第二磁铁6-2中，与促动器5对置的一侧磁极为S极，另一侧磁极为N极；在第三磁铁6-3中，与促动器5对置的一侧磁极为N极，另一侧磁极为S极。 
另一方面，作为四个磁传感器的霍尔IC9-1～9-4沿壳体8的长度方向(图 中的上下方向)排成一列并容纳在开关主体5的壳体8内。 
霍尔IC9-1～9-4的个数比磁铁6-1～6-3多一个，而且两端的第一、第四霍尔IC9-1、9-4分别独立地与第一、第三磁铁6-1、6-3对应，第二、第三霍尔IC9-2、9-3与第二磁铁6-2对应。 
即，第一、第四霍尔IC9-1、9-4分别将第一、第三磁铁6-1、6-3作为检测对象并检测其接近，并且在促动器3已接近开关主体5的位置，根据各磁铁6-1、6-3的极性，以与各磁铁6-1、6-3的一侧磁极对置的方式配置有各霍尔IC9-1、9-4。 
而且，第二、第三霍尔IC9-2、9-3将同样的磁铁的第二磁铁6-2作为检测对象并检测其接近，并且根据第二磁铁6-2的极性，以与其一侧磁极对置的方式配置有第二、第三霍尔IC9-2、9-3。 
各霍尔IC9-1～9-4是对霍尔元件和将其输出信号转换为数字信号的IC进行封装处理而得到的，如图3所示，具有电源端子10、输出端子11及接地端子12的三端子结构，霍尔元件13利用霍尔效应将外部磁场的磁感应强度变化输出为霍尔电压，该霍尔电压经由放大器14、施米特触发器(Schmidttrigger)15及输出级16转换成数字信号，并从输出端子11输出。若作为检测对象极性的磁铁6-1～6-3接近并进入检测区域以使磁感应强度超过阈值，则各霍尔IC9-1～9-4提供低电平的检测输出。 
图3是该实施方式的开关主体5的模块图。 
在该实施方式中，当所有的第一～第四霍尔IC9-1～9-4都检测到作为检测对象的磁铁6-1～6-3的接近时，即，当所有的霍尔IC9-1～9-4的输出变成低电平时，判断为门2处于关闭状态，从而通过开关输出将高电平的安全输出输出到上位的安全控制设备，当任意一个霍尔IC9-1～9-4都没有检测到作为检测对象的磁铁6-1～6-3的接近时，判断为门2处于关闭状态，因此代替高电平的安全输出，输出低电平的开关输出。 
由此，如图4所示，开关主体5具有：第一或电路17，其接收第一、第二霍尔IC9-1、9-2的输出；第二或电路18，其接收该第一或电路17的输出和第三霍尔IC9-3的输出；或非电路19，其接收该第二或电路18的输出和第四霍尔IC9-4的输出，而且该或非电路19的输出为开关输出。 
这样，所有的四个霍尔IC9-1～9-4只要在检测不到作为检测对象的磁铁 6-1～6-3的接近时，不会输出作为开关输出的高电平的安全输出，因此，例如，即便仅是使磁铁接近于开关主体5以使其无效，但由于不是极性以规定顺序配置的磁铁，所以不会通过所有的霍尔IC9-1～9-4来得到低电平的检测输出。 
而且，与磁铁和霍尔IC一对一分别独立地对应的所述图7的结构相比，能够减少磁铁的个数，因此在长度方向上缩短相应的尺寸，从而能够实现小型化，同时能够降低成本。而且，霍尔IC的个数相同，能够确保可靠性。 
还有，在该实施方式中，利用两个霍尔IC9-2、9-3来检测在排成一列的三个磁铁6-1～6-3中位于中央的第二磁铁6-2，所以如图1所示，促动器3在接近开关主体5的位置上以经过第二磁铁6-2的中央的假想面S为边界上下对称，因此如图5所示，即使将开关主体5的安装方向即电线35的引出方向上下倒置，各霍尔IC9-1～9-4也以同样的位置关系与相同极性的磁铁6-3～6-1对置，因此不管安装方向的正反，都能够正确地检测门2的打开关闭。 
与此相对，例如，如图6A所示，若以利用两个霍尔IC9-3、9-4来可检测第三磁铁6-3的方式配置该第三磁铁6-3，并使长度方向的尺寸相同，则当倒置了开关主体5的安装方向时，如图6B所示，在各磁铁6-1～6-3与霍尔IC9-1～9-4对置的位置关系上产生偏差，且检测精度产生差异，其中该第三磁铁6-3在排成一列的三个磁铁6-1～6-3中位于一端。 
在上述实施方式中，仅对应用于门开关的方式进行了说明，但不局限于门开关，当然也能够用于其它的位置检测。 
本发明也能够适用于门开关等。 

Claims (5)

1.一种开关，其特征在于，
具有开关主体和工作部件，所述工作部件相对所述开关主体接近或远离，
多个磁铁以相邻的磁铁极性不同且在所述接近的位置上使一侧磁极位于与所述开关主体对置一侧而使另一侧磁极位于与所述开关主体对置一侧的相反侧的方式排列容纳在所述工作部件中，
比所述磁铁的个数多且三个以上的磁传感器以对应于所述磁铁的极性以及位置的方式排列容纳在所述开关主体中，
当所述磁铁接近并位于检测区域内时，所述磁传感器的每一个提供检测输出，
至少一个所述磁铁在检测区域被多于一个的磁传感器检测，
基于所有磁传感器的检测输出，生成开关输出。
2.如权利要求1所述的开关，其特征在于，
所述至少一个磁铁被两个磁传感器检测，
3.如权利要求2所述的开关，其特征在于，
奇数个的所述磁铁沿着所述工作部件的长度方向以等间隔排成一列，
中央的磁铁以及/或者除了位于两端的磁铁以外的位于关于所述中央的磁铁对称的位置上的磁铁被所述两个磁传感器检测。
4.如权利要求3所述的开关，其特征在于，
三个所述磁铁容纳在所述工作部件中，
四个所述磁传感器容纳在所述开关主体中，
中央的磁铁被所述两个磁传感器检测。
5.如权利要求1～4中任一项所述的开关，其特征在于，所述工作部件设置在能够打开关闭的门一侧，所述开关主体设置在所述门的固定框一侧。
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