CN103787164B - 磁开关器件及使用磁开关器件的电梯轿厢的位置检测装置 - Google Patents

Abstract

磁开关器件及使用磁开关器件的电梯轿厢的位置检测装置。当磁传感器周围存在干扰磁场时，磁传感器的检测精度降低，为此，配置包围磁传感器的磁性体或屏蔽部件，但将导致磁开关器件大型化，产生追加成本。磁开关器件具有：磁性主体部，由磁性材料构成，形成开口部；永久磁铁，配置在磁性主体部的第1端部；磁传感器，配置在磁性主体部的与第1端部相对的第2端部。磁开关器件借助永久磁铁的磁动势F，形成通过磁性主体部、磁传感器以及开口部的磁路，利用下式计算出的贯通磁性主体部的磁通密度B在磁性主体部的饱和磁通密度B_S以上，B=F/（RS），其中，R是磁路的磁阻，F是永久磁铁的磁动势，S是磁性主体部的与磁路垂直的截面积。

Description

磁开关器件及使用磁开关器件的电梯轿厢的位置检测装置

技术领域

本发明涉及磁开关器件及使用磁开关器件的电梯轿厢的位置检测装置，该磁开关器件以非接触方式检测由磁性材料构成的被检测体的接近以及/或者通过。

背景技术

例如，在专利文献1中公开有一种磁式位置检测装置，该磁式位置检测装置具有：永久磁铁，其配置在U字状或者C字状的磁性框的一端部；以及磁传感器，其配置在与永久磁铁相对的磁性框的另一端部，该磁式位置检测装置检测金属板是否位于磁性框的两端部之间，该金属板配置在井道内与电梯轿厢能够停靠的平层位置对应的多个位置。

另外，在专利文献2中公开有一种磁性物检测装置，该磁性物检测装置具有：大致矩形框体的磁遮护板（shield），其由坡莫合金（Fe-Ni合金，permalloy）等高透磁性材料构成，具有面对被检查体的开口面；以及磁传感器，其配置在该磁遮护板的内部，该磁性物检测装置检测混入被检查体的磁性异物。

【专利文献1】WO2008/044303号小册子（第0008～0021段、图3）

【专利文献2】日本特开2009-092507号公报（第0025～0039段、图1）

如上所述，磁开关器件通常利用磁传感器检测来自永久磁铁或者磁性异物等磁源（magneticsource）的磁场强度的变化，根据该磁场强度的变化，检测有无金属板或者磁性异物等被检测磁性体。可是，过去的磁开关器件由于位于其周围的磁性部件或者磁源以外的环境磁噪声（environmentalmagneticnoise）或者干扰磁场（disturbingmagneticfield），应该检测的磁场强度（磁场分布）发生变化，有时不能高精度地检测被检测磁性体。

更具体地讲，专利文献1所述的磁式位置检测装置在金属板接近并通过U字状的磁性框之间时，检测来自永久磁铁的磁场的强度变化，当在磁开关器件的周围具有较大的磁性体或者环境磁噪声（干扰磁场）时，将导致磁开关器件检测出的磁场强度发生变化。其结果是存在如下问题：磁式位置检测装置不易检测出有无金属板，检测电梯轿厢的接近和通过的精度有可能降低。

另外，专利文献2所述的磁性物检测装置构成为在混入被检查体中的磁性异物位于与磁遮护板的开口面相对的位置时，检测来自磁性异物的磁场的强度变化，但是，在具有磁遮护板也无法屏蔽的环境磁噪声时，同样导致磁性物检测装置检测出的磁场强度发生变化。其结果是必须采用成本高、尺寸大的磁遮护板，以便尽可能地抑制环境磁噪声。

因此，在专利文献1中以包围永久磁铁和磁传感器的方式构成U字状的磁性框来增大其尺寸，在专利文献2中采取如下对策：通过相对于磁遮护板的开口面以预定角度倾斜配置磁传感器，尽力避免环境磁噪声的影响。

但是，按照上面所述为了尽可能地抑制环境磁噪声的影响而增大U字状的磁性框的尺寸（专利文献1）以及增大磁遮护板的尺寸（专利文献2），将存在如下问题：包含磁传感器的磁式位置检测装置和磁性物检测装置的整体尺寸增大，导致这些装置的设置场所产生制约，生产成本也增大。

发明内容

本发明正是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一种磁开关器件，能够维持小型的尺寸，而且不需追加高价的磁屏蔽部件，即使磁传感器周围具有环境磁噪声也具有较高的检测精度。

本发明的磁开关器件具有：磁性主体部，其由磁性材料构成，形成开口部；永久磁铁，其配置在磁性主体部的第1端部；以及磁传感器，其配置在磁性主体部的与第1端部相对的第2端部。本发明的磁开关器件的特征在于，借助永久磁铁的磁动势F，形成通过磁性主体部、磁传感器以及开口部的磁路，利用下式计算出的贯通所述磁性主体部的磁通密度B在所述磁性主体部的饱和磁通密度B_S以上，B=F/（RS），其中，R是所述磁路的磁阻，F是所述永久磁铁的磁动势，S是所述磁性主体部的与所述磁路垂直的截面积。

根据本发明，能够提供一种磁开关器件，能够避免磁开关器件大型化，不会产生追加部件的成本，即使磁传感器周围具有环境磁噪声也能够使磁传感器所在位置的磁通密度稳定，以较高的精度检测被检测体。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的磁开关器件的立体图。

图2是表示包含使用本发明的磁开关器件的位置检测装置在内的电梯轿厢和电梯井道的主视图。

图3的（a）和（b）是从X方向观察图1所示的磁开关器件的第1臂部和第2臂部的侧视图，（c）是磁开关器件的基部的后视图。

图4的（a）和（b）是从上方观察图1所示的磁开关器件的俯视图，表示被检测体配置在开口部内前后的磁路（磁通密度B）变化。

图5的（a）和（b）是从X方向观察第1臂部和第2臂部的侧视图。

图6是表示本发明的实施方式2的磁开关器件的立体图。

图7的（a）和（b）是从X方向观察图6所示的第1臂部和第2臂部的侧视图，（c）是图6所示的基部的后视图。

图8是表示实施方式2的变形例1的磁开关器件的立体图。

图9是图8所示的基部的后视图。

图10是表示本发明的实施方式3的磁开关器件的立体图。

图11是表示本发明的实施方式3的磁开关器件的立体图。

图12的（a）和（b）是实施方式3的基部的后视图。

图13是从Y方向观察实施方式3的变形例2的磁开关器件的基部的部分截面主视图。

图14的（a）～（c）是表示变形例2的其它各种变形例的部分截面主视图。

图15是从上方观察本发明的实施方式4的磁开关器件的俯视图。

图16是从上方观察本发明的实施方式5的磁开关器件的俯视图。

标号说明

1～5磁开关器件；6位置检测装置；7电梯轿厢；8电梯井道；9主绳索（maincable）；10开口部；20磁性主体部；22永久磁铁；24磁传感器；26电路基板；27支柱部件；28弯曲部；30基部；32第1臂部；33磁铁支承部；34第2臂部；36狭窄部；38贯通窗；40磁路（磁通密度B）；42固定单元（固定螺钉）；44贯通孔；45突出部；46臂突起部；48基部突起部；50被检测体；52支承构造体；R磁路的磁阻；S磁性主体部的截面积；B_S磁性主体部的饱和磁通密度。

具体实施方式

参照附图说明本发明的磁开关器件及使用磁开关器件的电梯轿厢的位置检测装置的实施方式。在各实施方式的说明中，为了容易理解而适当采用表示方向的用语（例如，“X方向”、“Y方向”、“Z方向”、“上下方向”以及“左右方向”等），但这仅是为了进行说明，这些用语不能限定本发明。

实施方式1

图1是表示本发明的实施方式1的磁开关器件1的立体图。图2是表示包含使用该磁开关器件1的位置检测装置6在内的电梯轿厢7和电梯井道8的主视图。

本发明的磁开关器件1如图1所示大致具有：磁性主体部20，其由磁性材料构成，形成开口部10；永久磁铁22，其配置在磁性主体部20的一端部；以及磁传感器24，其配置在与一端部相对的另一端部。另外，虽然在图1中没有图示，磁开关器件1还具有电路基板26（尤其参照图4的（a）和图4的（b）等），在电路基板26安装有对来自磁传感器24的信号进行处理，检测有无由磁性材料构成的被检测体50的控制电路等。

磁性主体部20不限于此，也可以具有包含弯曲部28a、28b的U字状的形状，还可以具有其它形状（不具有弯曲部的C字状的形状或者具有一个弯曲部28的V字状等，但没有图示）。

更具体地讲，图1所示的磁性主体部20具有第1臂部32、第2臂部34以及将这些臂部磁耦合的基部30。在图1所示的磁开关器件1中，永久磁铁22以N极面向第1臂部32的方式配置于第1臂部32，磁传感器24以面向永久磁铁22的S极的方式配置于第2臂部34。另外，永久磁铁22的N极和S极的朝向也可以相反。图1中的永久磁铁22借助其磁动势F形成通过磁性主体部20和磁传感器24的磁路40（图1中用粗虚线表示的磁通密度B）。

如图2所示，电梯轿厢7通常构成为与多条主绳索（maincable）的一端部连接而被吊挂，在此没有图示，在其另一端部连接着对重，通过由曳引机对驱动绳轮进行驱动，电梯轿厢7进行升降，这些主绳索被卷挂在设于电梯井道8的上部的驱动绳轮（未图示）。

电梯轿厢7的位置检测装置6具有：本发明的磁开关器件1；以及被检测体（例如金属板等）50，其由磁性材料构成，被设置成能够在磁开关器件1的开口部10内通过和静止。图2所示的电梯轿厢7在其侧壁固定有本发明的磁开关器件1，在电梯井道8的侧壁的与各楼层对应的位置固定有多个被检测体50。可以择一地将多个磁开关器件1固定在电梯井道8的侧壁的与各楼层对应的位置，将被检测体50固定在电梯轿厢7的侧壁。

本发明的磁开关器件1在图1中被图示成被检测体50相对于磁开关器件1而相对上升，在被检测体50如细虚线所示位于磁开关器件1的开口部10内时，磁路40被切断，磁传感器24检测出其磁通密度B的实质性减小，由此检测有无被检测体50。即，使用本发明的磁开关器件1的电梯轿厢7的位置检测装置6，通过检测有无（包含接近或者通过）被固定在电梯井道8的侧壁的与各楼层对应的位置的被检测体50，检测电梯轿厢7的位置。

下面，对实施方式1的磁开关器件1的更具体的结构及特征进行说明。图3的（a）和图3的（b）是从X方向观察图1的磁开关器件1的第1臂部32、第2臂部34的侧视图，图3的（c）是从Y方向的相反方向（-Y方向）观察图1的磁开关器件1的基部30的后视图。图4的（a）和图4的（b）是从上方（-Z方向）观察图1的磁开关器件1的俯视图，表示被检测体50配置在开口部10内前后的磁路40（磁通密度B）的变化。

本发明的磁开关器件1如上所述在被检测体50没有配置在开口部10内时（图4的（a）），磁路40（磁通密度B）通过磁性主体部20和磁传感器24，在被检测体50位于开口部10内时（图4的（b）），磁路40（磁通密度B）通过第1臂部32、基部30的一部分以及被检测体50，因而由磁传感器24检测出的磁通密度B极小，因此，能够检测出被检测体50的存在。另外，电路基板26使用支柱部件27固定在第2臂部34，为了更加明确，图4的（a）和图4的（b）夸张地放大图示了永久磁铁22和电路基板26。

参照图3和图4，实施方式1的第1臂部32、第2臂部34在Y方向的长度l为约40mm～约100mm，在Z方向的高度h为约3mm～约10mm（图3的（a）和图3的（b）），在Y方向的厚度d为约1mm～约2mm（图4的（a））。同样，实施方式1的基部30在X方向的长度l₀为约40mm～约100mm，在Z方向的高度h₀为约3mm～约10mm（图3的（c）），在Y方向的厚度d与第1臂部32、第2臂部34相同，为约1mm～约2mm。另外，图3的（a）中用虚线示出的永久磁铁22在Z方向的尺寸也可以不超过第1臂部32的高度h。

但是，如后面详细说明的那样，优选永久磁铁22增大与YZ平面平行的表面积来形成更高的磁通密度B。图5的（a）和图5的（b）是从X方向观察第1臂部32、第2臂部34的侧视图，是与图3的（a）和图3的（b）相同的图。图5的（a）的第1臂部32在其前端部具有由磁性材料构成的磁铁支承部33。第1臂部32和磁铁支承部33可以在分别独立形成后接合在一起，但是，优选一体成形。图5的（a）所示的磁铁支承部33以及固定于磁铁支承部33的永久磁铁22在Y方向的长度l’和在Z方向的高度h’可以是约10mm～约30mm范围内的大致相同的尺寸（图5的（a））。同样，与永久磁铁22相对的电路基板26在Y方向的长度和在Z方向的高度可以与永久磁铁22在Y方向的长度l’和在Z方向的高度h’大致相同（图5的（b））。

即，在实施方式1中，磁性主体部20的基部30以及第1臂部32、第2臂部34构成为在X方向、Y方向以及Z方向的尺寸（尤其是与垂直于磁路40的平面平行的截面积S₀、S₁、S₂）实质上相同。

另外，也可以设计成，基部30的与垂直于磁路40的YZ平面平行的截面积S₀以及第1臂部32、第2臂部34的与垂直于磁路40的XZ平面平行的截面积S₁、S₂（图1），小于磁铁支承部33的与垂直于磁路40的YZ平面平行的截面积S₃（图5的（a））。另外，永久磁铁22、U字状的磁性主体部20、电路基板26以及磁传感器24在各方向的尺寸不限于上述具体例子，也可以根据需要设计成，基部30和第1臂部32、第2臂部34在Y方向的长度（l₀、l）、高度（h₀、h）以及厚度（d）不同。

另外，在实施方式1中也可以是，永久磁铁22是铁氧体磁铁，U字状的磁性主体部20由作为软磁性体的铁或者铁族合金（例如冷轧钢板等）构成，磁传感器24也可以是霍尔元件。

另外，永久磁铁22也可以使用铁氧体磁铁以外的例如钕磁铁、钐钴磁铁、包含这些材料的塑料磁铁等磁动势F更高的任意磁铁。

磁性主体部20（基部30和第1臂部32、第2臂部34）和磁铁支承部33也可以使用铁、镍、坡莫合金（Fe-Ni合金，permalloy）或者硅钢板（siliconsteel）等磁性材料制作。另外，被检测体50也同样可以使用铁或者铁族合金以外的镍、坡莫合金（Fe-Ni合金，permalloy）或者硅钢板等磁性材料制作。

磁传感器24能够使用霍尔元件以外的能够检测磁通密度B的变化的任意传感器，例如AMR传感器（各向异性磁阻传感器，AnisotropicMagneto-ResistanceSensor）、GMR传感器（巨磁阻传感器，GiantMagneto-ResistanceSensor）、TMR传感器（隧道磁阻传感器，TunnelMagneto-ResistanceSensor）、FG传感器（磁通门传感器，FluxgateSensor）、MI传感器（磁阻抗传感器，MagneticImpedanceSensor）等。

如上所述，借助永久磁铁22的磁动势F而产生的磁力线的大部分如图4的（a）的粗虚线所示，形成通过永久磁铁22、U字状的磁性主体部20和磁传感器24的磁路40。这样构成的磁开关器件1在被检测体50在磁性主体部20的开口部10中即永久磁铁22与磁传感器24之间通过时，磁路40被切断，能够利用磁传感器24检测出磁通密度B发生变化，从而检测到被检测体50的接近或者通过。

可是，通常磁开关器件1是由磁传感器24检测周围磁场的强度变化来检测被检测体50的接近或者通过，因而如果磁开关器件1的周围具有较大的磁性体或干扰磁场，则其周围的磁场被打乱，通过磁传感器24的磁通密度B发生变化，有可能对被检测体50的接近或通过的检测精度产生不良影响。

因此，过去的磁开关器件构成为增大U字状的磁性主体部20的尺寸（尤其是第2臂部34的Y方向和Z方向的尺寸），将磁传感器24实质上覆盖，将起因于永久磁铁22的磁动势F以外的干扰磁场切断或者实质上降低。

但是，还依赖于磁传感器24与磁性主体部20（第2臂部34）之间的距离，虽然U字状的磁性主体部20的尺寸（尤其是Z方向的高度尺寸）越大，干扰磁场对磁传感器24的屏蔽效果越大，但是，为了充分屏蔽干扰磁场，需要将磁性主体部20（第2臂部34）的Y方向和Z方向的尺寸设计在至少约40mm以上。

另外，在过去的磁开关器件1中采取了如下对策：在包含磁传感器24的磁性主体部20的周围追加配置与磁性主体部20分体的干扰磁场屏蔽部件（未图示），以屏蔽或者降低磁传感器24周围的干扰磁场。

但是，如果增大磁性主体部20的尺寸或者设置与磁性主体部20分体的干扰磁场屏蔽部件，则存在如下问题：磁开关器件1整体的尺寸增大，例如对电梯轿厢7侧壁的固定位置产生制约，而且磁开关器件1的制造成本增大。

因此，本发明的磁开关器件1通过将永久磁铁22的磁动势F、磁性主体部20的与磁路40垂直的截面积S、磁路40的磁阻R作为参数，计算（估计）磁路40上的磁通密度B，使计算出的磁通密度B达到磁性主体部20自身的饱和磁通密度B_S以上，即通过使磁性主体部20磁饱和，能够避免干扰磁场对磁路40上的磁通密度B的影响或者将其抑制为最小限度，从而利用磁传感器24高精度地检测被检测体50，详细情况在下面进行说明。

如图1所示，磁路40（磁通密度B）通常形成为借助永久磁铁22的磁动势F，在永久磁铁22、磁性主体部20、磁传感器24以及开口部10中循环，并具有磁阻R。

图1和图3的（a）～（c）所示的磁开关器件1构成为通过减小磁性主体部20的截面积S，即基部30和第1臂部32、第2臂部34的截面积S₀、S₁、S₂，能够增大磁路40上的磁通密度B，使磁性主体部20磁饱和。

另外，也可以是，通过使用磁动势F较大的永久磁铁22来增大磁路40上的磁通密度B。也可以使用具有更大的磁动势F的钕磁铁或钐钴磁铁等取代被用作永久磁铁22的铁氧体磁铁，增大磁路40上的磁通密度B。

另外，也可以如图5的（a）所示，将永久磁铁22置换成与磁路40垂直的方向的尺寸（截面积S₃或者X方向的厚度）更大的磁铁，由此增大磁路40上的磁通密度B。另外，永久磁铁22的磁动势F基本上与永久磁铁22的X方向的尺寸成比例地增大，因而与增大永久磁铁22的截面积S₃相比，使永久磁铁22的X方向的尺寸变厚，能够更有效地增大磁路40上的磁通密度B。

另外，实施方式1的磁开关器件1也可以构成为通过减小磁路40的磁阻R，增大磁路40上的磁通密度B，使磁性主体部20磁饱和，从而避免干扰磁场对磁路40上的磁通密度B的影响或者将其抑制为最小限度。

例如，也可以是，通过尽可能地减小基部30的X方向的长度l₀和永久磁铁22与电路基板26之间的开口部10的距离，增大磁路40上的磁通密度B，使磁性主体部20磁饱和。但是，在磁开关器件1被用作电梯轿厢的位置检测装置的情况下，需要考虑被检测体50的厚度和主绳索9的摆动来设计开口部10，使得被检测体50不会与永久磁铁22或者电路基板26接触。

另外，也可以构成为，使磁开关器件1浸渍在磁性流体中，用磁性流体填满开口部10，由此减小磁路40的磁阻R。如上所述，通过尽可能地减小永久磁铁22与电路基板26之间的开口部10的距离，或者用磁性流体填满开口部10，能够减小磁路40的磁阻R，使磁性主体部20磁饱和，避免干扰磁场对磁路40上的磁通密度B的影响或者将其抑制为最小限度。其结果是，本发明的磁开关器件1能够高精度地检测被检测体50。

总之，根据本发明，通过采用使用磁动势F较大的永久磁铁22的手段、减小磁性主体部20的与磁路40垂直的截面积S的手段以及减小磁路40的磁阻R的手段中的至少一种手段，能够使磁性主体部20磁饱和，使根据永久磁铁22的磁动势F、磁性主体部20的截面积S以及磁路40的磁阻R计算出的磁路40的磁通密度B增大至磁性主体部20的饱和磁通密度B_S，从而实质上排除磁通密度B由于干扰磁场而继续增大。

即，在磁性主体部20处于磁饱和状态时，通过永久磁铁22、U字状的磁性主体部20、磁传感器24以及开口部的磁路40的磁通密度B不易受干扰磁场影响，能够稳定在基本固定的饱和磁通密度B₀。

因此，根据本发明的实施方式1，即使磁性主体部20的周围产生干扰磁场，也能够在不使用分体的干扰磁场屏蔽部件的情况下，向磁传感器24供给稳定的磁通密度B（饱和磁通密度B₀），因而可提供能够以较高的可靠性检测被检测体50的小型磁开关器件1。

另外，干扰磁场的产生源除了例如磁铁或者磁性体等以外，还有流过大电流的线圈或者电源布线等。并且，干扰磁场的磁场强度还根据永久磁铁22的磁动势F和磁性主体部20的尺寸、在线圈或者电源布线中流过的电流量而变化，还根据与这些干扰磁场的产生源之间的距离而大幅变动。

下面，对用于如上所述将永久磁铁22的磁动势F、磁性主体部20的与磁路40垂直的截面积S、磁路40的磁阻R作为参数，计算（估计）磁路40上的磁通密度B的计算式进行说明。

在实施方式1的磁开关器件1中，磁传感器24根据有无被检测体50而检测出的磁通密度的变动量，是数毫特斯拉～数十毫特斯拉（10^-3T～10^-2T量级），在省略了上述U字状的磁性主体部20的情况下，可能受到数毫特斯拉（10^-3T量级）的干扰磁场的影响。

通常，使用磁路40的磁阻R和永久磁铁22的磁动势F，利用下式表示磁路40的总磁通φ。

φ=F/R……（1）

假设磁路40的磁通φ几乎都在磁性主体部20内通过时，使用磁性主体部20的截面积S和贯通磁性主体部20的磁通密度B，利用下式表示磁通φ。

φ=BS……（2）

根据上式（1）和（2）导出下式。

B=F/（RS）……（3）

另一方面，在磁性主体部20磁饱和时，磁通密度B在饱和磁通密度B_S以上，因而下式成立。

B=F/（RS）≥B_S……（4）

因此，根据本发明，构成为将永久磁铁22的磁动势F、磁性主体部20的与磁路40垂直的截面积S以及磁路40的磁阻R作为参数，利用上式（4）计算磁路40上的磁通密度B，使得计算出的磁通密度B达到磁性主体部20的饱和磁通密度B_S以上（使磁性主体部20磁饱和）。其结果是，本发明能够避免干扰磁场对磁路40上的磁通密度B的影响或者将其抑制为最小限度，从而利用磁传感器24高精度地检测被检测体50。

另外，能够使用永久磁铁22的保磁力Hc和磁铁长度lm（图4的（a）），利用下式简易地计算永久磁铁22的磁动势F。

F=Hc·lm……（5）

另外，由于磁阻R很难直接求出，因而通常使用磁路40的导磁率μ、磁路40的长度L以及磁性主体部20的与磁路40垂直的截面积S，利用下式求出磁阻R的倒数即磁导系数P（PermeanceCoefficient）。

R^-1=P=（μS）/L……（6）

因此，根据上式（5）和上式（6），能够利用下式表示磁路40上的磁通密度B。

B=F/（RS）

=（FP）/S=μ·Hc·lm/L……（7）

磁性主体部20的与磁路40垂直的截面积S越小，越容易满足上式（4），但是，如图3的（a）所示，不一定需要小于永久磁铁22的截面积S₃。另外，如图5的（a）所示，磁性主体部20的截面积S也可以在Y方向和Z方向上都大于永久磁铁22的截面积S₃。无论是在图3的（a）所示的情况下还是在图5的（a）所示的情况下，都是只要满足上式（4），就能够任意选择作为磁性主体部20的截面积（S₀、S₁、S₂）和永久磁铁22的截面积S₃。

另外，为了满足上式（4），也可以如上所述采用磁动势F较大的永久磁铁22，还可以构成减小磁路40的磁阻R的磁开关器件1。

在此，对满足上式（4）的示例性的实施例进行说明。例如，能够使用上式（5）计算250[kA/m]的保磁力Hc和具有1厘米的磁铁长度lm的铁氧体磁铁的磁动势F。

Hc=250[kA/m]=2.5×10⁵[A/m]

lm=1[cm]=0.01[m]

∴F=2.5×10³[A]……（8）

另外，在设磁路40整体的相对磁导率μ（=μ/μ₀）为100，设磁性主体部20的截面积S为3[mm]×3[mm]，设磁路40的长度L为10[cm]时，能够利用上式（5）计算磁导系数P。

μ=100×4π×10^-7[H/m]

S=3×3[mm²]=9×10^-6[m²]

L=10[cm]=0.1[m]

∴P=1.1×10^-8[H]……（9）

因此，能够利用上式（7）按照下面所述估计磁路40上的磁通密度B。

B=F/（RS）=（FP）/S

=2.5×10⁵×1.1×10^-8/9×10^-6

≈3[T]

由于通常被用作磁性主体部20的铁的饱和磁通密度B_S为1.5[T]～2[T]左右，因而在永久磁铁22的保磁力Hc和磁铁长度lm、磁路40的相对磁导率μ以及磁性主体部20的截面积S和磁路40的长度L满足上述条件时，能够满足上式（4），使磁性主体部20磁饱和。因此，本发明的磁开关器件1虽然小型，但是能够以较高的可靠性检测被检测体50。

另外，在上述的具体例子中，在假设磁路40的磁通φ几乎都在磁性主体部20内通过的基础上，利用简易的计算方法计算磁路40上的磁通密度B，判定是否能够使磁性主体部20磁饱和。但是，实际上永久磁铁22的磁动势F还依赖于永久磁铁22的形状及形态，磁路40的相对磁导率μ和磁性主体部20的截面积S不一定沿着磁路40是固定的，因而存在使用上述简易的计算方法计算出的磁铁密度B含有误差的情况。因此，优选使用基于有限要素法等的磁场分析技术更精密地计算磁通密度B。

如以上说明的那样，根据本发明，构成为将永久磁铁22的磁动势F、磁性主体部20的截面积S以及磁路40的磁阻R作为参数，计算磁通密度B，使得计算出的磁通密度B达到磁性主体部20自身的饱和磁通密度B_S以上，由此能够提供小型低廉的磁开关器件1，该磁开关器件1能够避免干扰磁场对磁通密度B的影响或者将其抑制为最小限度，并且高精度地检测被检测体50。

以上说明了本发明的磁开关器件1被用作电梯轿厢7的位置检测装置6的情况，但不限于此，例如还能够适用于监视并检测工厂自动化设备（FA设备，FactoryAutomationEquipment）的工件（workpiece）位置的工件位置检测装置等检测有无被检测体50的任意的位置检测装置6。

另外，在将本发明的磁开关器件1用作电梯轿厢7的位置检测装置6的情况下，必须确定磁性主体部20的截面积S具有足以能够抵抗由于主绳索9的摆动造成的振动和风压等的承受强度。在这种情况下，同样在被检测体50相对于磁开关器件1而相对移动时，需要以使被检测体50不会撞击永久磁铁22和电路基板26（包含磁传感器24）的方式确定开口部10的尺寸。例如，在实施方式1的磁开关器件1中，也可以将永久磁铁22与电路基板26之间的尺寸设定成约20mm～约24mm。

实施方式2

下面，参照图6～图9详细说明本发明的磁开关器件的实施方式2。实施方式2的磁开关器件2构成为磁性主体部20（基部30）的一部分在Z方向上的高度减小，除此之外具有与实施方式1的磁开关器件1相同的结构，因而省略关于重复内容的说明。

图6是表示本发明的实施方式2的磁开关器件2的与图1相同的立体图。图7的（a）和图7的（b）是从X方向观察图6所示的第1臂部32、第2臂部34的与图3的（a）和图3的（b）相同的侧视图，图7的（c）是从Y方向的相反方向（-Y方向）观察图6所示的基部30的与图3的（c）相同的后视图。实施方式2的第1臂部32、第2臂部34构成为与YZ平面平行的表面积大于实施方式1的第1臂部32、第2臂部34，且与永久磁铁22和磁传感器24的与YZ平面平行的表面积相比足够大。

另一方面，实施方式2的基部30具有比第1臂部32、第2臂部34细（即与磁路40垂直的截面积更小）的狭窄部36。狭窄部36构成为沿着基部30的一部分或者整体延伸，磁性主体部20的狭窄部36的截面积S更小，因而容易将利用上式（4）计算出的磁通密度B控制成饱和磁通密度B_S以上。即，根据实施方式2的发明，通过构成基部30的狭窄部36容易磁饱和的磁性主体部20，能够提供如下的磁开关器件2：能够抑制干扰磁场的影响，使磁路40的磁通密度B稳定，高精度地检测被检测体50。

另外，在上述说明中，说明了在基部30设置更细（截面积更小）的狭窄部36的情况，但是，也可以设于第1臂部32或者第2臂部34。优选的是，通过设计配置有磁传感器24的第2臂部34的截面积，能够使第2臂部34磁饱和，使磁传感器24受到的干扰磁场的影响更小。即，实施方式2的磁开关器件2构成为在基部30以及第1臂部32和第2臂部34中的任意一方的一部分或者整体设置狭窄部36，使用基部30以及第1臂部32和第2臂部34的截面积（S₀、S₁或者S₂）、磁动势F以及磁阻R，利用下式表示贯通狭窄部36的磁通密度B，使其中至少一方达到磁性主体部20整体的饱和磁通密度B_S以上。

B=F/（RS₀）≥B_S

B=F/（RS₁）≥B_S

B=F/（RS₂）≥B_S……（4’）

因此，根据实施方式2的发明，与实施方式1相同地，能够提供小型低廉的磁开关器件2，该磁开关器件2能够避免干扰磁场对磁通密度B的影响或者将其抑制为最小限度，并且高精度地检测被检测体50。

此外，图7的（a）和图7的（b）所示的磁开关器件2构成为使第1臂部32、第2臂部34的与YZ平面平行的表面积，与永久磁铁22和磁传感器24的与YZ平面平行的表面积相比足够大，因而能够抑制由于永久磁铁22的磁动势F而产生的磁通通过磁性主体部20以外的空间，增大在磁性主体部20通过的磁通。即，能够进一步增大贯通狭窄部36的磁通密度B，磁性主体部20的狭窄部36容易磁饱和。因此，能够进一步抑制干扰磁场对磁通密度B的影响，并且能够更高精度地检测被检测体50。

另外，在上述说明中，狭窄部36的截面形状具有矩形形状，但不限于此，也可以具有圆形、椭圆形、多边形等任意形状。

（变形例1）

关于图6所示的磁开关器件2说明了具有一个狭窄部36的情况，但是，也可以具有多个狭窄部36。图8是表示其变形例1的磁开关器件2的与图6相同的立体图。图9是从Y方向的相反方向（-Y方向）观察图8所示的基部30的与图7的（c）相同的后视图。即，变形例1的基部30具有沿X方向延伸且彼此分离的2个狭窄部36a、36b，在两者之间设有贯通窗38。

此时，在2个狭窄部36a、36b的截面积的总和S₀满足上式（4’）时，能够实现与实施方式2的发明相同的效果。另外，根据变形例1，第1臂部32、第2臂部34通过2个狭窄部36a、36b而连接起来，因而能够提供牢固且结实的磁开关器件2。

实施方式3

下面，参照图10～图14详细说明本发明的磁开关器件的实施方式3。实施方式3的磁开关器件3构成为设置贯通孔44或者突出部45，以便贯穿插入用于将磁性主体部20安装在支承构造体52上的螺钉等固定单元42，除此之外具有与实施方式2的磁开关器件2相同的结构，因而省略关于重复内容的说明。

图10和图11是表示实施方式3的磁开关器件3的与图6和图8相同的立体图。图12的（a）和图12的（b）是从Y方向的相反方向（-Y方向）观察图7的（c）和图9所示的基部30的与图7的（c）相同的后视图。如图10～图12所示，实施方式3的基部30如上所述具有贯通孔44，以便贯穿插入用于将磁性主体部20安装在支承构造体52上的螺钉等固定单元42。在此，支承构造体52也可以是电梯轿厢7或者电梯井道8的侧壁或者磁开关器件3的框体（未图示）。

关于实施方式3的贯通孔44，如图所示优选贯通孔44形成于远离大部分磁通通过的区域的区域，即远离沿X方向延伸的狭窄部36的延伸区域的区域中，以便不会妨碍磁路40上的磁通的流动。

图12的（a）和图12的（b）所示的贯通孔44的形状被图示成具有两端部为半圆形，其中间为直线状的长圆形状，但是，也可以具有椭圆形形状或者矩形形状等其它任意形状。但是，优选贯通孔44的形状不是圆形形状而是如图所示的长圆形状，以便易于容易地调整磁开关器件3在支承构造体52上的安装位置。

（变形例2）

关于实施方式3的磁开关器件3说明了具有贯通孔44的情况，但不限于此，也可以具有用于使用螺钉等固定单元42将磁性主体部20安装于支承构造体52的任意构造。图13是从Y方向观察图6所示的磁开关器件3的基部30的部分截面主视图。图13所示的基部30的狭窄部36具有在Z方向及其相反方向（-Z方向）上彼此平行地突出的一对突出部45。优选一对突出部45与基部30的狭窄部36一体形成，以便低成本制作。将一对（2根）固定螺钉42贯穿插入到一对突出部45之间而旋合固定，由此能够将包含基部30的磁性主体部20固定于框体等支承构造体52上，这一对固定螺钉42的螺钉直径小于一对突出部45的间隔，螺钉头部大于该间隔。

为了将磁性主体部20固定于支承构造体52上，被固定螺钉42贯穿插入的突出部45不限于上述结构，图14的（a）～图14的（c）是表示各种变形例的与图13相同的部分截面主视图。图14的（a）所示的一对突出部45构成为在Z方向和-Z方向上的延伸长度比图13所示的延伸长度长，将2对（4根）固定螺钉42贯穿插入到一对突出部45之间而旋合固定，由此更可靠地将包含基部30的磁性主体部20固定于框体等支承构造体52上。

图14的（b）所示的基部30的狭窄部36具有在Z方向和-Z方向上彼此平行地延伸的3个突出部45，将4对（8根）固定螺钉42贯穿插入到相邻的突出部45之间而旋合固定，由此更加可靠地将包含基部30的磁性主体部20固定于框体等支承构造体52上。

择一地，图14的（c）所示的基部30具有从狭窄部36以外的部分起在X方向和-X方向上彼此平行地延伸的4对突出部45，将4根固定螺钉42贯穿插入到相邻的突出部45之间而旋合固定，由此在更宽阔的区域中将包含基部30的磁性主体部20固定于框体等支承构造体52上。另外，用于将磁性主体部20固定于支承构造体52上的突出部45和固定螺钉42的结构和形态不限于上述说明的方式，可以采用本行业人员可想到的任意结构和形态。例如，也可以是，贯通孔44或者突出部45不是设于基部30，而是设于第1臂部32、第2臂部34中的任意一方，使用固定螺钉42安装在电梯轿厢7的沿-X方向（图2）延伸的框体等支承构造体52上。

在实施方式3中说明的贯通孔44和突出部45位于远离磁路40的位置，不会妨碍或者扰乱磁通密度B的流动，因而不会对磁开关器件3的检测精度产生不良影响。另外，通过设置贯通孔44或者突出部45，能够容易地将磁开关器件3安装在框体等支承构造体52上。

另外，根据实施方式3的发明，与上述说明的实施方式1、2相同地，能够实现尺寸小且不受干扰磁场影响，并能够以较高的可靠性稳定地检测被检测体50的磁开关器件3。

实施方式4

下面，参照图15详细说明本发明的磁开关器件的实施方式4。实施方式4的磁开关器件4构成为第2臂部34在与磁传感器24相对的位置具有臂突起部46，除此之外具有与上述实施方式1～3的磁开关器件1～3相同的结构，因而省略关于重复内容的说明。

图15是从上方（-Z方向）观察实施方式4的磁开关器件4的与图4的（a）相同的俯视图。如上所述，磁开关器件4在第2臂部34的前端部具有与磁传感器24相对的臂突起部46。因此，具有从磁性主体部20的第2臂部34朝向永久磁铁22的磁通在开口部10中向-Y方向以外的方向缓慢分散的趋势，因而存在磁传感器24接受到的磁通密度小于通过磁性主体部20的磁通密度B的情况。

因此，在实施方式4的磁开关器件4中，在第2臂部34设置与磁传感器24相对的臂突起部46。此时，通过磁性主体部20的磁通密度B的大部分被磁传感器24检测到，通过增大基于有无被检测体50而形成的磁通密度的变化量，能够提高磁开关器件4的检测精度，并且进一步降低对干扰磁场的影响，进一步提高被检测体50的检测稳定性。

实施方式5

下面，参照图16详细说明本发明的磁开关器件的实施方式5。实施方式5的磁开关器件5构成为基部30具有朝向开口部10延伸的基部突起部48，配置于开口部10的被检测体50与基部突起部48相对，除此之外具有与上述实施方式1～4的磁开关器件1～4相同的结构，因而省略关于重复内容的说明。

图16是从上方（-Z方向）观察实施方式5的磁开关器件5的与图4的（a）相同的俯视图。如上所述，磁开关器件5构成为基部30具有朝向开口部10（-Y方向）延伸的基部突起部48，配置于开口部10的被检测体50与基部突起部48相对。通常，在被检测体50位于开口部10内时，借助永久磁铁22的磁动势F而产生的磁通通过第1臂部32、基部30的一部分以及被检测体50，然而根据实施方式5，通过设置基部突起部48，能够进一步增大从基部30流向被检测体50的磁通，相反减小到达磁传感器24的磁通，增大基于有无被检测体50而形成的磁通密度的变化量。这样，磁开关器件5能够提高磁开关器件5的检测精度，并且进一步降低对干扰磁场的影响，进一步提高被检测体50的检测稳定性。

Claims (8)

1.一种磁开关器件，该磁开关器件具有：

磁性主体部，其由磁性材料构成，形成开口部；

永久磁铁，其配置在所述磁性主体部的第1端部；以及

磁传感器，其配置在所述磁性主体部的与第1端部相对的第2端部，

借助所述永久磁铁的磁动势F，形成通过所述磁性主体部、所述磁传感器以及所述开口部的磁路，

其特征在于，

利用下式计算出的贯通所述磁性主体部的磁通密度B在所述磁性主体部的饱和磁通密度B_S以上，

B＝F/(RS)

其中，R是所述磁路的磁阻，F是所述永久磁铁的磁动势，S是所述磁性主体部的与所述磁路垂直的截面积。

2.根据权利要求1所述的磁开关器件，其特征在于，

所述磁性主体部具有第1臂部和第2臂部以及将第1臂部和第2臂部磁耦合的基部，在所述第1臂部与第2臂部之间形成所述开口部，

利用下式计算出的贯通所述基部、所述第1臂部和第2臂部的磁通密度B₀、B₁、B₂中的至少一方在饱和磁通密度B_S以上，

B₀＝F/(RS₀)

B₁＝F/(RS₁)

B₂＝F/(RS₂)

其中，S₀、S₁、S₂分别是所述基部、所述第1臂部和第2臂部在与所述磁路垂直的方向上的截面积。

3.根据权利要求2所述的磁开关器件，其特征在于，所述基部的截面积S₀小于所述第1臂部和第2臂部在与所述磁路垂直的方向上的截面积S₁、S₂。

4.根据权利要求2或3所述的磁开关器件，其特征在于，

所述磁开关器件具有磁铁支承部，该磁铁支承部由磁性材料构成，被配置于所述第1臂部，用于固定所述永久磁铁，

所述磁铁支承部在与所述磁路垂直的方向上的截面积S₃大于所述第1臂部和第2臂部的截面积S₁、S₂。

5.根据权利要求2或3所述的磁开关器件，其特征在于，在所述基部以及所述第1臂部和第2臂部中的至少一方设置有被固定单元贯穿插入的贯通孔或者突出部，该固定单元用于将所述磁性主体部安装在支承构造体上。

6.根据权利要求1～3中的任意一项所述的磁开关器件，其特征在于，所述磁性主体部的第2端部具有朝向所述磁传感器延伸的突起部。

7.根据权利要求2或3所述的磁开关器件，其特征在于，所述基部具有延长部，在由磁性材料构成的被检测体配置于所述开口部时，该延长部朝向所述被检测体延伸。

8.一种电梯轿厢的位置检测装置，其特征在于，

该电梯轿厢的位置检测装置具有：

权利要求1～7中的任意一项所述的磁开关器件，其配置于电梯井道和电梯轿厢中的一方；以及

由磁性材料构成的被检测体，其配置于电梯井道和电梯轿厢中的另一方，在所述开口部内沿垂直方向移动。