CN102257235B - 优化高磁场强度磁性剥离器上的场分布 - Google Patents

Abstract

磁性剥离器具有磁芯和环形磁体。磁芯(52)包括具有顶面和底面的主体，并且产生第一磁场。环形磁体限定空腔。环形磁体(54)包括具有顶面和底面的主体，并且产生第二磁场。环形磁体与磁芯轴向对齐，以使第一磁场沿这些主体与第二磁场方向相反，并且增强空腔内的第二磁场。磁芯的顶面与环形磁体相隔预定距离(56)，从而在磁芯的顶面与环形磁体的底面毗邻时，产生在特定位置处的第一合成磁场强度大于在相同位置处所产生的第二合成磁场强度的合成磁场。

Description

优化高磁场强度磁性剥离器上的场分布

相关申请的交叉引用

本专利申请涉及并要求2008年12月17日提交的标题为“OPTIMIZATION OF THE FIELD PROFILE ON A HIGH FIELDSTRENGTH MAGNETIC DETACHER”的美国临时专利申请No.61/203,060的优先权，其整体内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明总体上涉及用于电子商品防盗(“EAS”)标签的剥离方法和磁性剥离器，更具体地说，涉及用于优化高强度磁性剥离器的场分布的方法和系统。

背景技术

电子商品防盗(“EAS”)系统被设计用于防止从受控区域未授权地移走物品。典型EAS系统可以包括监控系统和一个或多个安全标签。监控系统会在用于受控区域的出入通道处产生询问区。可以将安全标签固定到物品，比如服装商品。如果带标签的物品进入询问区，则会触发警报，指示从受控区域未授权地移走了带标签的物品。在带标签的物品可以离开受控区域而没有触发警报前，使安全标签去激活。

在本领域众所周知，可以以任何数量的形态(configuration)构造用于EAS系统的安全标签(也称为标记)。根据要保护的商品的种类来规定标签或标记的期望形态。例如，可以将EAS标记封入对所监控的物品而言安全的坚硬壳体内，诸如，包含一般附着于零售店中的衣服的EAS标记的硬标签。一些EAS硬标签典型地包括容纳EAS传感器的塑料标签体以及锁定机构，其中，该锁定机构包括穿过物品并被夹紧于标签体以确保物品和标签在一起的大头针或大头钉。通常，这些标签需要剥离器单元从标签体取下大头钉，并且使得物品与标签分离。在一些应用中，剥离器单元可以包括用于向标签体施加磁场以松开大头钉的磁体组件。

图1示出现有技术中包括具有空心内室14的坚硬(例如，塑料的)标签体12的EAS标签10。标签体12容纳用于触发警报的EAS传感器16。EAS标签10包括具有放大钉头20的大头钉18。如图所示，通过磁性夹紧机构22将大头钉18安全地保持在标签体12内。为了取出大头钉18，必须使用磁性剥离器使磁性夹紧机构22脱离。塑料标签体12包括尺寸足以完全包住大头钉18和磁性夹紧机构22的、基本上是圆形的凸部24。

图2示出一个传统的磁性剥离器单元26。磁性剥离器单元26包括基座单元28，该基座单元具有被设计用于容纳EAS标签10或者另一个磁性安全器件的凸部24的凹陷剥离区30。如图3和图4所示，高磁场强度磁体组件32存在于基座单元28内，并且为了使磁性夹紧机构22与EAS标签10的大头钉18脱离，其位置接近于凹陷剥离区28以在剥离区30内引起磁场，从而从之前所保护的物品取下EAS标签10或其他磁性安全器件。

如图4所示，示出了磁性EAS标签剥离器的磁体组件32。磁体组件32包括圆柱形磁芯34和堆叠在圆柱形磁芯34上的反方向磁化的环形磁体36，以最大化在环形磁体36的空腔38附近的轴向磁场。也就是说，在环形磁体36的主体内，由磁力线39a表示的圆柱形磁芯34的磁化与由磁力线39b表示的环形磁体36的磁化反方向。然而，随着环形磁体36的磁场从环的主体辐射，磁场的取向在该磁场穿过空腔38时实际旋转了180°。因此，在空腔38内，环形磁体36和磁芯34所产生的磁场的效果叠加，从而增大了空腔38内部的合成磁场强度。如下文所论述，使用该布置，在特定或最佳位置处没有提供最大磁场强度。

高磁场强度磁体组件32包括圆柱形磁芯34和堆叠在圆柱形磁芯34上的反方向磁化的环形磁体36，以便最大化在环形磁体36的空腔38附近的轴向磁场。为了允许取出大头钉18，将EAS标签10或其他磁性安全器件的凸部24插入空腔38内，以利用环形磁体36内部的强磁场。磁体组件32在空腔38内提供足以迫使夹紧机构22脱离并允许从标签体12取出大头钉18的基本上垂直的磁场。

在各种EAS标签和其他磁性安全器件中使用许多不同类型的磁体夹紧机构22。例如，在图5和图6中示出了一种这样的夹紧机构22。在该实例中，夹紧机构22包括与离合器42结合使用的弹簧40。将大头钉18的轴杆(shaft)44插入延伸穿过塑料标签体12的凸部24的空心管46。轴杆44被雕刻有以锁定形态容纳离合器42的一个或多个凹槽48a、48b、48c(统称为凹槽48)，从而防止从塑料标签体12取出大头钉18。当EAS标签10是安全的时(参见图5)，弹簧40处于支撑离合器42、并且防止离合器42沿向下方向移动且与凹槽48脱离的啮合位置。当向EAS标签10或其他磁性安全器件提供磁性剥离器单元26的磁场时(参见图6)，压低离合器42，并且使其远离凹槽48并松开大头钉18。

其他磁性夹紧机构22可以使用不同的锁定器件，但磁性剥离器单元26的主要操作仍然与上述操作相同。为了使特定的EAS标签10或其他磁性安全器件脱离，该高磁场强度磁体组件32必须在所实施的离合器10的精确位置处提供所需的磁场强度。由于磁体组件32的磁场强度随着与磁体组件的距离增大而非常迅速地减小，因此，通常在构造磁性剥离器单元26时使用比所需磁体更强的磁体。更强的磁体将额外增加制造磁性剥离器单元26的成本。

另外，EAS系统中所使用的安全标签由于偷窃、丢失或正常磨损和撕毁而随着时间的推移被更换。例如，售货员可能忘记从已购买的物品取下EAS标签10。可以用通常不合规格的制造商所提供的、更便宜的“敲落型(knock-off)”EAS标签来替代被设计成与具有特定磁性剥离器单元26的特定EAS系统结合使用的安全标签。这些“敲落型”标签可能不满足EAS系统的要求，造成了未授权移走的风险，并且不一定使磁性夹紧机构22在原制造商的EAS标签10的相同位置处。通常，可以使用单个磁体来容易地剥离这些“敲落型”标签，基本上致使EAS系统所提供的保护实际上无用。

因此，需要一种用于优化高强度磁性剥离器的磁场分布以在特定位置处达到最大磁场强度的系统和方法。

发明内容

本发明有利地提供了一种用于优化高强度磁性剥离器的磁场分布以在特定位置处达到最大磁场强度的方法和系统。

根据一个方面，本发明提供了一种磁性剥离器，其中，壳体限定磁芯和环形磁体所处的内体积。磁芯包括具有顶面和与顶面相对的底面的主体。磁芯产生第一磁场。环形磁体限定具有第一直径的空腔。环形磁体具有顶面、与顶面相对的底面。环形磁体产生第二磁场，并且与磁芯轴向对齐，以使第一磁场沿各个磁体的主体与第二磁场方向相反，并且增强空腔内的第二磁场。磁芯的顶面与环形磁体的底面相隔预定距离，以在磁芯的顶面与环形磁体的底面毗邻时，产生在特定位置处的第一合成磁场强度大于在相同位置处所产生的第二合成磁场强度的合成磁场。

根据另一方面，本发明提供了一种用在磁性剥离器中的磁体组件，其中，磁体组件包括磁芯和以及具有顶面和与顶面相对的底面的主体。磁芯产生第一磁场。环形磁体限定具有第一直径的空腔。该环形磁体包括具有顶面和与顶面相对的底面的主体。该环形磁体产生第二磁场并与磁芯轴向对齐，以使第一磁场沿各个磁体的主体与第二磁场方向相反并增强空腔内的第二磁场。磁芯的顶面与环形磁体的底面相隔预定距离，以在磁芯的顶面与环形磁体的底面毗邻时，产生在特定位置处的第一合成磁场强度大于在相同位置处所产生的第二合成磁场强度的合成磁场。

根据本发明的又一方面，本发明提供了一种用于从物品剥离磁性安全器件的方法。通过与磁性锁定机构啮合的离合机构来固定磁性安全器件。将磁性安全器件容纳于磁性电子商品防盗标签剥离器中，其中，磁性电子商品防盗标签剥离器包括磁芯和环形磁体。磁芯包括具有顶面和与该顶面相对的底面的主体。磁芯产生第一磁场。环形磁体限定具有第一直径的空腔。环形磁体包括具有顶面和与该顶面相对的底面的主体。环形磁体产生第二磁场，并且与磁芯轴向对齐，以使第一磁场沿各个磁体的主体与第二磁场方向相反并增强空腔内的第二磁场。磁芯的顶面与环形磁体的底面相隔预定距离，以在磁芯的顶面与环形磁体的底面毗邻时，产生在特定位置处的第一合成磁场强度大于在相同位置处所产生的第二合成磁场强度的合成磁场。在特定位置处的磁场强度使离合机构脱离，以松开磁性锁定机构。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：

图1是现有技术中具有磁性锁定机构的电子商品防盗(“EAS”)标签的侧视图；

图2是现有技术的磁性EAS剥离器单元的透视图；

图3是现有技术的用于EAS剥离器单元的磁体组件的透视图；

图4是示出每个磁性部件的磁场取向的、现有技术的用于EAS剥离器单元的磁体组件的侧视图；

图5是现有技术的处于锁定位置的EAS标签的磁性锁定机构的剖视图；

图6是现有技术的处于打开位置的EAS标签的磁性锁定机构的剖视图；

图7是根据本发明的原理构造的EAS剥离器单元的磁体组件的侧视图；

图8是根据本发明的原理构造的、具有可选的屏蔽和升压单元的EAS剥离器单元的磁体组件的侧视图；

图9是示出磁场强度与磁芯部件的距离的关系的曲线图；

图10是示出根据本发明的原理的、磁场强度与环形磁性部件的距离的关系的曲线图；

图11是示出所得到的磁场强度的合成效果与具有与铁心部件毗邻的环形部件的磁体组件的距离的关系的曲线图；

图12是示出根据本发明的原理的、偏移后的磁场强度与移位了4mm间隙的环形磁性部件的距离曲线的关系的曲线图；以及

图13是示出根据本发明的原理的、所得到的磁场强度的合成效果与具有移位了2mm间隙的环形部件的磁体组件的距离的关系的曲线图。

具体实施方式

在详细描述根据本发明的示例性实施例之前，应当注意，实施例主要结合涉及实现如下系统和方法的设备部件和处理步骤，所述系统和方法用于优化高强度磁性剥离器的磁场分布。因此，在附图中已经通过常规符号恰当表示了系统和方法的要件，仅示出对理解本发明实施例有关的那些具体细节，以便不会以对于阅读本文说明书的本领域的普通技术人员来说将容易明了的细节来模糊本发明。

本文使用的相关术语，比如“第一”和“第二”、“顶部”和“底部”等，可以仅用于将一个实体或元件与另一实体或元件区分开，而不是必定要求或暗示这些实体或元件之间的任何物理或逻辑关系或者次序。

本发明的一个实施例有利地提供了一种方法和系统，其用于微调磁性剥离器单元中的磁体组件的磁场分布，以便对特定机械标签设计使用磁性剥离器。使用隔离元件来增强所关注的区域(剥离区)内产生的磁场。另外，由例如软铁磁材料构造的升压元件有助于进一步增强进入到剥离区的磁场。

在另一个实施例中，具有与环形磁体类似的覆盖面积(foot print)的磁屏蔽元件还可以有助于将磁场聚集到剥离器单元的空腔中。厚度仅为几分之一毫米的屏蔽元件还有效减小了对外部环境的漏磁场。该屏蔽使损坏磁卡(诸如，信用卡、礼品卡等)或者吸引其他含铁物体(诸如、玩具、烹饪用具等)的可能性最小化。

现在，参照类似附图标记是指类似元件的附图，在图7中示出了根据本发明的原理提供的磁性剥离器单元的并被一体表示为50的示例性磁性组件。尽管下文对用于具有磁性离合器和大头针的磁性EAS标签10的一个实施例进行了阐述，但是本发明的原理可以与任何磁性安全器件一起使用，包括(但不限于)保持器、回收器、EAS标签、无针式EAS标签、瓶状EAS标签等。磁体组件50包括与反方向磁化的环形磁体54通过衬垫56间隔的圆柱形磁芯52，其中，该衬垫56有助于将合成磁场进一步扩散到剥离区中。环形磁体54包括中央空腔58，并且与磁芯52和衬垫56轴向对齐。尽管示为圆柱形磁体，但是磁芯和环形磁体的几何形状对于本发明的精神并不是必需的。也就是说，只要环形磁体包括在磁芯上面的中央空腔部分，磁芯和环形磁体可以是任何形状，例如，椭圆形、矩形、立方形、圆柱形等。

优选地，可以由非铁材料(例如，塑料、织物等)构成衬垫56。可供选择地，将环形磁体54和磁芯52固定于磁性剥离器单元中，以使它们彼此通过气隙隔开。衬垫56可以包括直径等于环形磁体54中的空腔58的直径的空腔(未示出)，以便为插入EAS标签10上的凸部24(参见图1、图5和图6)或其他磁性安全器件提供空间。磁体组件的合成磁场强度取决于环形磁体54与磁芯52之间的间隔距离，例如，衬垫的高度。

根据本发明，对于任意特定的磁性EAS标签10或其他磁性安全器件，可以按照离合器42对特定高度处的最小磁场强度起反应的这种方式设计弹簧40(图5和图6)。该特征允许设计除了通过使用相应的磁性剥离器单元50外不能从受保护的商品取下的、更耐用的EAS标签10。结果，选择环形磁体54，以使其矫顽力强到足以在来自磁芯52的反向磁场存在的情况下维持其磁化。可以包括磁芯52的直径等于环形磁体54的内径的设计。在这种情况下，环形磁体54的高矫顽力并不是一样重要。

现在，参照图8，本发明的可供选择的实施例还可包括升压元件60和/或屏蔽元件62。升压元件60可以由软铁磁材料构成，以进一步增强磁芯52的磁场强度并有助于将磁场进一步扩散到剥离区中。屏蔽元件62可以具有与环形磁体54类似的覆盖面积，并且还可以有助于将磁场汇聚到磁体组件50的空腔58中。厚度仅为几分之一毫米的屏蔽元件62有效地减小了对外部环境的漏磁场，从而使损坏磁卡(诸如，信用卡、礼品卡等)或者吸引由例如铁或其他软铁磁材料构成的其他含铁物体(诸如，玩具、烹饪用具等)的可能性最小化。

在图9中，提供了示出测量出的随着距离(以毫米为单位)变化的的磁芯52的磁场强度的曲线图，其中，参考点在磁芯52的顶面处。图10是示出测量出的随距离(以毫米为单位)变化的沿环形磁体54的中心的磁场强度的曲线图，其中，参考点在环形磁体54的底面处。在所示实例中，应该注意，在图10中所测量出的环形磁体54的磁场强度在约4mm的距离处达到峰值。图11是示出所得到的磁场强度的合成效果与具有与铁心部件52毗邻(例如，在环形磁体43与磁芯52之间不存在衬垫56、气隙等)的环形部件54的典型磁体组件50的距离的关系的曲线图。

从图9-11中可以看出，如果基于在小于4mm的距离处所需的磁场强度设计EAS标签10或其他磁性安全器件，则由于磁芯52与环形磁体54之间没有间隔而产生了最高磁场。然而，如果使用这些相同磁体的EAS标签10或其他磁性安全器件需要在大于4mm的高度(例如，10mm)处的磁场强度，则使环形磁体36的磁场强度相对于磁芯34偏移，增大了空腔38内部的合成磁场强度。这可以是离合器42(图5和图6)位于10mm点处的情况。

图12是示出从原磁场强度分布偏移了4mm的环形磁体54的磁场强度的曲线图。换言之，将4mm的衬垫56插入环形磁体54与磁芯52之间。图13是示出由与磁芯52结合的偏移后的环形磁体54产生的合成磁场强度的曲线图。如从图13可以看出，尽管合成磁场在4mm处(衬垫54的顶面)减小，但是在10mm处的磁场强度增大了约七百奥斯特。

在磁芯52与环形磁体54之间设置间隔所增加的另一个益处是减小了由于反向磁场形态而导致的磁不稳定性。1mm间隔使表面磁场减小了约六百奥斯特，例如，在环形磁体54的表面看到，从5.5KOe减小到约4.9KOe。

本发明有利地调节具有环形磁体与圆柱形磁芯的结合的磁体组件的合成磁场强度，以在与表面距离预定的距离处(例如，基本上在EAS标签或其他磁性安全器件的离合器的位置处)提供最佳磁场强度。该特征使得能够调节磁性剥离器的磁体组件(例如，离合器位置)，以仅对特别设计的EAS标签或其他磁性安全器件起作用。

另外，由于与现有技术的磁体相比，磁体组件的磁场强度增大，因此，可以使用较弱的磁芯来实现之前需要更强磁体的相同磁场强度，从而降低磁体组件的总成本。

另外，除非以上做了相反陈述，应当注意所有附图没有按照比例绘制。明显地，在不脱离本发明精神或本质属性的情况下可以以其它特定形式来实现本发明，并且相应地，必须参照所附权利要求而非前述说明书来指示本发明的范围。

Claims (20)

1.一种磁性剥离器，包括：

限定内体积的壳体；

磁芯，其位于所述内体积内，所述磁芯包括具有顶面和与所述顶面相对的底面的主体，所述磁芯产生第一磁场；和

环形磁体，其位于所述内积体内，所述环形磁体限定具有第一直径的空腔，所述环形磁体包括具有顶面和与所述顶面相对的底面的主体，所述环形磁体产生第二磁场，并且与所述磁芯轴向对齐，以使所述第一磁场在各个磁体的主体内与所述第二磁场方向相反并增强所述空腔内的所述第二磁场，其中，所述磁芯的顶面与所述环形磁体的底面相隔预定距离，以在所述磁芯的顶面与所述环形磁体的底面毗邻时，产生在特定位置处的第一合成磁场强度大于在相同位置处所产生的第二合成磁场强度的合成磁场。

2.如权利要求1所述的磁性剥离器，还包括高度等于所述预定距离的衬垫，所述衬垫位于所述磁芯的顶面与所述环形磁体的底面之间。

3.如权利要求2所述的磁性剥离器，其中，所述衬垫由非铁磁材料、塑料和织物中的一种构成。

4.如权利要求1所述的磁性剥离器，其中，所述磁性剥离器进行操作以套入要剥离的磁性安全器件，所述磁性安全器件具有凸部，所述空腔的直径大于所述凸部的外径，以使所述空腔操作用于在剥离期间容纳所述凸部。

5.如权利要求4所述的磁性剥离器，其中，所述磁性安全器件包括离合机构，当将所述磁性安全器件套入所述磁性剥离器中时，所述离合机构的位置基本上与所述特定位置一致。

6.如权利要求3所述的磁性剥离器，还包括屏蔽元件，所述屏蔽元件位于所述环形磁体的顶面附近，以使所述屏蔽元件减小在所述磁性剥离器外部的漏磁场。

7.如权利要求6所述的磁性剥离器，其中，所述屏蔽元件限定第一覆盖面积，并且所述环形磁体限定第二覆盖面积，所述第一覆盖面积与所述第二覆盖面积基本上相同。

8.如权利要求6所述的磁性剥离器，其中，所述屏蔽元件的厚度小于1mm。

9.如权利要求3所述的磁性剥离器，还包括升压元件，所述升压元件由铁磁材料构成，并且位于所述环形磁体的顶面附近，以使所述合成磁场增强。

10.一种用在磁性剥离器中的磁体组件，所述磁体组件包括：

磁芯，其包括具有顶面和与所述顶面相对的底面的主体，所述磁芯产生第一磁场；和

环形磁体，其限定具有第一直径的空腔，所述环形磁体包括具有顶面和与所述顶面相对的底面的主体，所述环形磁体产生第二磁场并与所述磁芯轴向对齐，以使所述第一磁场沿各个磁体的主体与所述第二磁场方向相反并增强所述空腔内的所述第二磁场，所述磁芯的顶面与所述环形磁体的底面相隔预定距离，从而在所述磁芯的顶面与所述环形磁体的底面毗邻时，产生在特定位置处的第一合成磁场强度大于在相同位置处所产生的第二合成磁场强度的合成磁场。

11.如权利要求10所述的磁体组件，还包括高度等于所述预定距离的衬垫，所述衬垫位于所述磁芯的顶面与所述环形磁体的底面之间。

12.如权利要求11所述的磁体组件，其中，所述衬垫由塑料和织物中的一种构成。

13.如权利要求10所述的磁体组件，其中，所述磁性剥离器进行操作以套入要剥离的磁性安全器件，所述磁性安全器件具有凸部，所述空腔的直径大于所述凸部的外径以使所述空腔操作用于在剥离期间容纳所述凸部。

14.如权利要求13所述的磁体组件，其中，所述磁性安全器件包括离合机构，当将所述磁性安全器件套入所述磁性剥离器中时，所述离合机构的位置基本上与所述特定位置一致。

15.如权利要求10所述的磁体组件，还包括高度等于所述预定距离的屏蔽体，所述屏蔽体位于所述磁芯的顶面与所述环形磁体的底面之间，以使所述屏蔽体减小在所述磁性剥离器外部的漏磁场。

16.如权利要求15所述的磁体组件，其中，所述屏蔽体限定第一覆盖面积，并且所述环形磁体限定第二覆盖面积，所述第一覆盖面积与所述第二覆盖面积基本上相同。

17.如权利要求15所述的磁体组件，其中，所述屏蔽体的厚度小于1mm。

18.一种用于从物品剥离磁性安全器件的方法，通过与磁性锁定机构啮合的离合机构来固定所述磁性安全器件，所述方法包括：

将所述磁性安全器件容纳于磁性剥离器中，所述磁性剥离器包括：

磁芯，其主体具有顶面和与所述顶面相对的底面，所述磁芯产生第一磁场；和

环形磁体，其限定具有第一直径的空腔，所述环形磁体包括具有顶面和与所述顶面相对的底面的主体，所述环形磁体产生第二磁场并与所述磁芯轴向对齐，以使所述第一磁场沿各个磁体的主体与所述第二磁场方向相反并增强所述空腔内的所述第二磁场，所述磁芯的顶面与所述环形磁体的底面相隔预定距离，从而在所述磁芯的顶面与所述环形磁体的底面毗邻时，产生在特定位置处的第一合成磁场强度大于在相同位置处所产生的第二合成磁场强度的合成磁场；以及

使用在所述特定位置处的磁场强度来使所述离合机构脱离，以松开所述磁性锁定机构。

19.如权利要求18所述的方法，其中，所述磁性剥离器还包括高度等于所述预定距离的衬垫，所述衬垫位于所述磁芯的顶面与所述环形磁体的底面之间。

20.如权利要求18所述的方法，其中，所述磁性安全器件限定凸部，所述空腔的直径大于所述凸部的外径，以使所述空腔用于在剥离期间容纳所述凸部。

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