DE19902258A1 - Proximity switch with magnetic field sensitive sensor has alternately arranged magnetic pole zones on side of permanent magnet arrangement facing magnetic field sensitive sensor - Google Patents

Proximity switch with magnetic field sensitive sensor has alternately arranged magnetic pole zones on side of permanent magnet arrangement facing magnetic field sensitive sensor

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    • H03K17/9517—Proximity switches using a magnetic detector using galvanomagnetic devices

Abstract

The proximity switch has a magnetic field sensitive sensor (2) and a permanent magnet arrangement (1) movable w.r.t the sensor to generate an output signal. A number of alternately arranged magnetic pole zones are provided on the side of the permanent magnet arrangement facing towards the magnetic field sensitive sensor.

Description

Die Erfindung betrifft einen Näherungsschalter mit einer Per­ manentmagnetanordnung und einem magnetfeldempfindlichem Sen­ sor, die relativ zueinander bewegt werden, und ein Ausgangs­ signal erzeugen.The invention relates to a proximity switch with a per manentmagnetanordnung and a magnetic field sensitive Sen sor that are moved relative to each other and an output generate signal.

Derartige Näherungsschalter sind allgemein bekannt und erset­ zen insbesondere bei Kfz-Anwendungen zunehmend konventionelle mechanische Schalter. Diese berührungslosen Näherungsschalter sind mit einem magnetfeldempfindlichem Sensor, beispielsweise einem Hall-Sensor oder einem Magnetoresistor, ausgestattet. Hall-Sensoren nehmen nur die senkrecht zur Sensoroberfläche verlaufende Komponente eines Magnetfeldes wahr. Durch diese Feldkomponente wird der Konstantstrom beeinflußt, und der Sensor liefert eine auswertbare Hall-Spannung, die proportio­ nal zur Normalkomponente des anliegenden Magnetfeldes ist. Hall-Sensoren werden gegenwärtig zweckmäßigerweise in Form eines integrierten Schaltkreises verwendet, der neben dem Hall-Sensor eine zur Auswertung der Hallspannung geeignete Schaltung enthält. Magnetfeldempfindliche Sensoren werden meist als duale Schalter mit zwei Schaltpunkten eingesetzt, die durch Aufbau, Verstärkung oder Richtungsänderung eines Magnetfeldes ausgelöst werden.Such proximity switches are generally known and replaced increasingly conventional, especially in automotive applications mechanical switches. These non-contact proximity switches are with a magnetic field sensitive sensor, for example a Hall sensor or a magnetoresistor. Hall sensors only take those perpendicular to the sensor surface running component of a magnetic field true. Through this Field component, the constant current is affected, and the Sensor delivers an evaluable Hall voltage, the proportio is normal to the normal component of the applied magnetic field. Hall sensors are currently conveniently in shape an integrated circuit that is used in addition to the Hall sensor suitable for evaluating the Hall voltage Circuit contains. Magnetic field sensitive sensors mostly used as a dual switch with two switching points, by building, reinforcing or changing direction Magnetic field are triggered.

Dieses Magnetfeld wird üblicher Weise von einem zweipoligen Dauermagneten erzeugt, dessen Magnetfeldstärke mit dem Ab­ stand abnimmt. Eine Relativbewegung zwischen dem Dauermagne­ ten und dem Hall-Sensor wird aufgrund der Änderung des Ma­ gnetfeldes am Ort des Hall-Sensors durch die Änderung der Hall-Spannung angezeigt.This magnetic field is usually from a two-pole Permanent magnet generated, the magnetic field strength with the Ab stood decreasing. A relative movement between the permanent mag ten and the Hall sensor is due to the change in Ma gnetfeldes at the location of the Hall sensor by changing the Hall voltage displayed.

Die Relativbewegung erfolgt entlang eines Schaltweges, der einen beliebigen Winkel zur Oberfläche des magnetfeldempfind­ lichen Sensors haben kann. Üblicherweise liegt der Schaltweg rechtwinklig oder parallel zur Oberfläche des magnetfeldemp­ findlichen Sensors.The relative movement takes place along a switching path that any angle to the surface of the magnetic field sensitive Lichen sensor can have. The switching path is usually located  perpendicular or parallel to the surface of the magnetic field sensitive sensor.

Ein Nachteil einer derartigen Vorrichtung ist, daß die Stärke des erzeugten Feldes am Ort des Hall-Sensors auch bei langen Schaltwegen nur gering abnimmt. Deshalb ist bei kleinen Schaltwegen ein exaktes Auslösen kaum möglich. Lange Schalt­ wege und hohe Schaltpunkttoleranzen sind somit in Kauf zu nehmen.A disadvantage of such a device is that the strength of the generated field at the location of the Hall sensor even with long ones Switching paths decrease only slightly. That's why with small ones Switching paths an exact triggering hardly possible. Long switching Paths and high switching point tolerances are therefore in purchase to take.

Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung ist, daß sich der Feldlinienverlauf des zweipoligen Dauermagneten radial zur Magnetisierungsrichtung stark ändert. Eine Lageänderung des Magneten in Radialrichtung verändert häufig die Ausgangsspan­ nung des Hall-IC, und wird als Abstandsänderung zwischen Dau­ ermagnet und magnetfeldempfindlichem Sensor interpretiert. Die Radialtoleranzen einer Führungsvorrichtung, die nur eine definierte Relativbewegung zwischen Dauermagnetanordnung und magnetfeldempfindlichem Sensor entlang des Schaltweges er­ laubt, müssen daher durch aufwendige konstruktive Maßnahmen eingeengt werden.Another disadvantage of this arrangement is that the Field line course of the two-pole permanent magnet radially to Magnetization direction changes significantly. A change of location of the Radial magnets often change the output chip Hall IC, and is used as a change in distance between Dau interpreted magnet and magnetic field sensitive sensor. The radial tolerances of a guiding device that are only one defined relative movement between permanent magnet arrangement and magnetic field sensitive sensor along the switching path leaves, therefore, have to be carried out using complex constructive measures be restricted.

Ferner sind Vorrichtungen bekannt, bei denen die Anwesenheit eines ferromagnetischen Objekts dadurch detektiert wird, daß ein Magnetfeld, das zwischen einem stationären Hall-Sensor und einem ebenso stationären Dauermagneten aufgebaut ist, in Stärke und Ausrichtung durch das ferromagnetischen Objekt verändert wird. Durch Relativbewegung zwischen dem ferroma­ gnetischen Objekt einerseits und der stationären Hall-Sensor Vorrichtung mit daneben befindlicher Dauermagnetanordnung an­ dererseits ändert sich der Feldlinienverlauf des Magnetfel­ des. In der US 5,781,005 ist ein derartiger Näherungssensor für ferromagnetische Objekte beschrieben, bei dem die statio­ näre Dauermagnetanordnung aus einem magnetischen Pol auf ei­ ner Magnetfläche besteht, der eine Achse bildet, mit entge­ gengesetzten magnetischen Polen auf zumindest beiden Seiten der Achse (N-S-N oder S-N-S).Devices are also known in which the presence of a ferromagnetic object is detected in that a magnetic field between a stationary Hall sensor and an equally stationary permanent magnet is built in Strength and orientation by the ferromagnetic object is changed. By relative movement between the ferroma magnetic object on the one hand and the stationary Hall sensor Device with an adjacent permanent magnet arrangement on the other hand, the field line course of the magnetic field changes such. In US 5,781,005 such a proximity sensor described for ferromagnetic objects, in which the statio när permanent magnet arrangement from a magnetic pole on egg There is a magnetic surface that forms an axis with the opposite magnetic poles on at least both sides the axis (N-S-N or S-N-S).

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Näherungsschalter mit magnetfel­ dempfindlichem Sensor zu schaffen, der sich sowohl durch kur­ ze Schaltwege, als auch durch eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Lagetoleranzen auszeichnet.The invention is based on this prior art the task is based on a proximity switch with magnetic field to create a sensitive sensor that can be ze switching paths, as well as by a low sensitivity distinguished from positional tolerances.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf der dem magnetfeldempfindlichen Sensor zugewandten Seite der Permanentmagnetanordnung eine Vielzahl alternierend angeord­ neter magnetischer Polzonen ausgebildet sind.According to the invention this object is achieved in that the side facing the magnetic field sensitive sensor Permanent magnet arrangement a variety alternately arranged Neter magnetic pole zones are formed.

Durch diese Gestaltung wird eine hohe Feldliniendichte auf der dem magnetfeldempfindlichen Sensor zugewandten Seite er­ reicht. Die Feldlinien sind im Bereich dieser Seite stark ge­ krümmt, kurz und örtlich begrenzt, dä die Feldlinien zwischen benachbarten Polen verlaufen. Weil der Hall-Sensor nur auf Feldkomponenten senkrecht zur Sensorfläche reagiert, nimmt das vom Sensor detektierte Feld bereits nahe der Oberfläche stark ab. Kurze Schaltwege sind somit realisierbar.This design results in a high field line density the side facing the magnetic field sensitive sensor enough. The field lines are strong in the area of this page curved, short and localized, that the field lines between neighboring Poland run. Because the Hall sensor just turns on Field components reacted perpendicular to the sensor surface, takes the field detected by the sensor is already close to the surface strongly. Short switching distances can thus be achieved.

Weitere Ausführungsbeispiele und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Further exemplary embodiments and advantageous refinements are specified in the subclaims.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigenThe invention will now be described with reference to the drawings described. Show it

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Näherungsschalter; FIG. 1 is a proximity switch according to the invention;

Fig. 2, 3 und 5 Ausführungsformen verwendbarer Permanent­ magnetanordnungen; und Fig. 2, 3 and 5 embodiments of permanent magnet arrangements usable; and

Fig. 4 magnetische Feldlinien, wie sie bei einer Permanentmagnetanordnung aus Fig. 1, 2 oder 3 erzeugt werden. Fig. 4 magnetic field lines, such as those generated in a permanent magnet arrangement from Fig. 1, 2 or 3.

Fig. 6 magnetische Feldlinien, wie sie bei einer Permanentmagnetanordnung aus Fig. 5 er­ zeugt werden. Fig. 6 magnetic field lines as they are generated in a permanent magnet arrangement from Fig. 5.

In der Fig. 1 ist eine aus drei Dauermagneten zusammenge­ setzte Dauermagnetanordnung 1 und ein Hall-IC 2 gezeigt, die beim Schaltvorgang längs des Schaltweges relativ zueinander bewegt werden. Der Schaltweg verläuft vorzugsweise entlang einer Hauptachse 4 rechtwinkelig zur magnetfeldempfindlichen Sensoroberfläche 3 entlang der Magnetisierungsrichtung 6 der Dauermagnete. Jede andere Relativbewegung der beiden Bauteile zueinander ist jedoch auch denkbar, beispielsweise in radia­ ler Richtung 5 und 7 zur Magnetisierungsrichtung 6. Bei Annä­ herung des Magnetfeldes an die magnetfeldempfindliche Senso­ roberfläche 3 liefert der Hall-Sensor im Hall-IC 2 eine stei­ gende Hall-Spannung. Der Hall-IC 2 wird als dualer Schalter verwendet, der bei Über- bzw. Unterschreiten einer definier­ ten Hall-Spannung schaltet und ein elektrisches Ausgangs­ signal liefert.In Fig. 1 is a set of three permanent magnets permanent magnet assembly 1 and a Hall IC 2 shown, which are moved relative to each other during the switching process along the switching path. The switching path preferably runs along a main axis 4 at right angles to the magnetic field-sensitive sensor surface 3 along the magnetization direction 6 of the permanent magnets. However, any other relative movement of the two components to one another is also conceivable, for example in radial directions 5 and 7 to the magnetization direction 6 . When the magnetic field approaches the magnetic field-sensitive sensor surface 3 , the Hall sensor in the Hall IC 2 supplies a rising Hall voltage. The Hall IC 2 is used as a dual switch that switches when a defined Hall voltage is exceeded or undershot and supplies an electrical output signal.

Fig. 2 veranschaulicht eine Ausführungsform der Permanentma­ gnetanordnung 1, bei der Dauermagnete in Sandwichbauweise ne­ beneinander angeordnet sind. Die Magnetisierungsrichtungen der Dauermagnete liegen parallel zueinander. Fig. 2 illustrates an embodiment of the permanent magnet arrangement 1 , in which permanent magnets in sandwich construction are arranged next to each other. The magnetization directions of the permanent magnets are parallel to each other.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Permanentmagnetanord­ nung ist besonders einfach aufgebaut, da drei gleiche Dauer­ magnete verwendet werden, die miteinander verklebt sind.The permanent magnet arrangement shown in FIGS. 1 and 2 is particularly simple, since three identical permanent magnets are used, which are glued together.

In Fig. 3 ist eine alternative Ausführungsform der Perma­ nentmagnetanordnung 1 veranschaulicht, bei der die Dauerma­ gnete koaxial ineinandergesteckt angeordnet sind. Ein dauer­ magnetischer Vollzylinder wird in einen dauermagnetischen Hohlzylinder paßgenau eingesteckt und verbunden. Dem Hall- Sensor 2 ist eine Zylinderdeckfläche 10 zugewandt, die aus einem inneren Kreis mit einer magnetischen Polung und einem den Kreis umgebenden Kreisring mit entgegengesetzter magneti­ scher Polung besteht. Dadurch ist eine größtmögliche Symme­ trie des Magnetfeldes erreicht, wodurch die Schaltpunkte bei einer Relativbewegungen in jede radiale Richtung 5 und 7 zur Magnetisierungsrichtung 6 in gleichem Abstand zur Hauptachse 4 liegen.In Fig. 3, an alternative embodiment of the permanent magnet arrangement 1 is illustrated, in which the permanent magnet are arranged coaxially nested. A permanent magnetic solid cylinder is inserted and connected in a permanent magnetic hollow cylinder with a precise fit. The Hall sensor 2 is facing a cylinder top surface 10 , which consists of an inner circle with a magnetic polarity and a circular ring surrounding the circle with opposite magnetic cal polarity. As a result, the greatest possible symmetry of the magnetic field is achieved, as a result of which the switching points are in the case of a relative movement in each radial direction 5 and 7 to the magnetization direction 6 at the same distance from the main axis 4 .

In Fig. 4 sind Feldlinien 11 gezeigt, wie sie in Schnittdar­ stellung bei den Ausführungsformen der Permanentmagnetanord­ nung 1 entsprechend Fig. 1, 2 und 3 auftreten. Auf der dem magnetfeldempfindlichen Sensor zugewandten Seite wird eine hohe Feldliniendichte erreicht. Die Feldlinien sind im Be­ reich der Fläche stark gekrümmt, kurz und örtlich begrenzt, da die Feldlinien zwischen benachbarten Polen verlaufen. Weil der Hall-Sensor nur auf Feldkomponenten senkrecht zur Sensor­ fläche reagiert, nimmt das vom Sensor detektierte Feld be­ reits nahe der Oberfläche stark ab. Kurze Schaltwege sind so­ mit realisierbar.In Fig. 4, field lines 11 are shown as they occur in the sectional representation in the embodiments of the permanent magnet arrangement 1 corresponding to FIGS. 1, 2 and 3. A high field line density is achieved on the side facing the magnetic field sensitive sensor. The field lines are strongly curved in the area of the area, short and local, since the field lines run between neighboring poles. Because the Hall sensor only reacts to field components perpendicular to the sensor surface, the field detected by the sensor already decreases sharply near the surface. Short switching paths can also be realized.

In Fig. 5 ist eine Permanentmagnetanordnung gezeigt, die aus einem einstückigen, mindestens dreipoligen Dauermagneten 8 besteht. Vorteil dieser Ausgestaltung ist, daß die Permanent­ magnetanordnung nicht aus mehreren Einzelmagneten zusammenge­ setzt wird, sondern aus einem Stück besteht.In Fig. 5 a permanent magnet arrangement is shown, which consists of a one-piece, at least three-pole permanent magnet 8. The advantage of this configuration is that the permanent magnet arrangement is not composed of several individual magnets, but consists of one piece.

In einer Ausgestaltungsvariante kann die Aufmagnetisierung so erfolgen, daß die Magnetpole ausschließlich auf der dem ma­ gnetfeldempfindlichen Sensor zugewandten Seite vorhanden sind. Vorteil dieser Ausgestaltung ist, daß das Magnetfeld räumlich begrenzt ist, und dadurch störende Einflüsse auf be­ nachbarte Bauelemente vermieden werden. Der Verlauf der Ma­ gnetfeldlinien einer solchen Permanentmagnetanordnung ist in Fig. 6 dargestellt.In an embodiment variant, the magnetization can take place in such a way that the magnetic poles are only present on the side facing the magnetic field-sensitive sensor. The advantage of this configuration is that the magnetic field is spatially limited, thereby avoiding disruptive influences on neighboring components. The course of the magnetic field lines of such a permanent magnet arrangement is shown in FIG. 6.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die der Sensoro­ berfläche 3 zugewandten Seite der Permanentmagnetanordnung 1 eine ungerade Anzahl an Magnetpolen auf, um durch symmetri­ schen Aufbau des magnetischen Feldes symmetrische Lagetole­ ranzempfindlichkeit zu gewährleisten. In an advantageous embodiment, the the Sensoro berfläche 3 facing side of the permanent magnet assembly 1 to an odd number of magnetic poles to ensure balanced by SYMMETRI rule structure of the magnetic field Lagetole ranzempfindlichkeit.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgese­ hen werden, daß der mittlere Magnetpol in seiner Längs- und Querabmessung in die radialen Richtungen 5 und 7 stets größer als die magnetfeldempfindliche Oberfläche 3 des Sensors plus der vorhandenen Lagetoleranz in Längs- und Querrichtung 5 und 7 ist. Die Mindestgröße des mittleren Magneten wird in diesem Fall durch die Größe der magnetfeldempfindlichen Oberfläche 3 des Hall-IC 2 bestimmt.In a further embodiment of the invention can be hen hen, that the central magnetic pole in its longitudinal and transverse dimensions in the radial directions 5 and 7 is always larger than the magnetic field-sensitive surface 3 of the sensor plus the existing position tolerance in the longitudinal and transverse directions 5 and 7 . In this case, the minimum size of the middle magnet is determined by the size of the magnetic field-sensitive surface 3 of the Hall IC 2 .

Bei dieser Anordnung verlaufen die Magnetfeldlinien in einem Bereich größer als der magnetfeldempfindliche Bereich des Hall-IC senkrecht zur Oberfläche der Magnetanordnung, wodurch die Führungsvorrichtung, die nur eine definierte Relativbewe­ gung zwischen Dauermagnetanordnung und magnetfeldempfindli­ chem Sensor entlang des Schaltweges erlaubt, mit größeren Toleranzen, und dadurch billiger hergestellt werden kann.With this arrangement, the magnetic field lines run in one Area larger than the magnetic field sensitive area of the Hall IC perpendicular to the surface of the magnet assembly, whereby the guiding device, which only has a defined relative movement between permanent magnet arrangement and magnetic field sensitive chem sensor allowed along the switching path, with larger ones Tolerances, and can therefore be manufactured cheaper.

Claims (7)

1. Näherungsschalter mit einem magnetfeldempfindlichem Sensor (2) und einer relativ dazu beweglichen Permanentmagnetanord­ nung (1) zur Erzeugung eines Ausgangssignals, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem magnet­ feldempfindlichen Sensor (2) zugewandten Seite der bewegli­ chen Permanentmagnetanordnung (1) eine Vielzahl alternierend angeordneter magnetischer Polzonen ausgebildet ist.1. Proximity switch having a magnetic field-sensitive sensor (2) and movable relative thereto Permanentmagnetanord voltage (1) for generating an output signal, characterized in that on the said magnetic field-sensitive sensor (2) side facing the bewegli chen permanent magnet arrangement (1) comprises a plurality alternately arranged magnetic pole zones is formed. 2. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagne­ tanordnung (1) aus mindestens drei in Sandwichbauweise mit­ einander verklebten Dauermagneten besteht.2. Proximity switch according to claim 1, characterized in that the permanent magnet arrangement ( 1 ) consists of at least three in a sandwich construction with permanent magnets glued together. 3. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagne­ tanordnung (1) aus einem einstückigen und mindestens dreipo­ ligen Dauermagneten (8) besteht.3. Proximity switch according to claim 1, characterized in that the permanent magnet arrangement ( 1 ) consists of an integral and at least three-pole permanent magnet ( 8 ). 4. Näherungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der einstückige und mindestens dreipolige Dauermagnet (8) derart magnetisiert ist, daß Magnetpole ausschließlich auf der dem magnetfeldemp­ findlichen Sensor zugewandten Seite vorhanden sind.4. Proximity switch according to claim 3, characterized in that the one-piece and at least three-pole permanent magnet ( 8 ) is magnetized such that magnetic poles are only present on the side facing the magnetfeldemp sensitive sensor. 5. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagne­ tanordnung (1) aus koaxial ineinandergesteckten Dauermagneten (9) besteht.5. Proximity switch according to claim 1, characterized in that the permanent magnet arrangement ( 1 ) consists of coaxially nested permanent magnets ( 9 ). 6. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Magnet­ pol in seiner Längs- und Querabmessung in die Richtungen ra­ dial zur Magnetisierungsrichtung (6 und 7) stets größer als die magnetfeldempfindliche Oberfläche (3) des magnetfeldemp­ findlichen Sensors (2) plus der vorhandenen Lagetoleranz in die Längs- und Querrichtung (6 und 7) radial zur Hauptachse (4) ist.6. Proximity switch according to one of claims 1 to 4, characterized in that the central magnetic pole in its longitudinal and transverse dimensions in the directions ra dial to the magnetization direction ( 6 and 7 ) always larger than the magnetic field sensitive surface ( 3 ) of the magnetfeldemp sensitive sensor ( 2 ) plus the existing position tolerance in the longitudinal and transverse directions ( 6 and 7 ) is radial to the main axis ( 4 ). 7. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetpole auf der dem magnetfeldempfindlichen Sensor (2) zugewandten Seite der Permanentmagnetanordnung (1) symmetrisch zur deren Hauptachse (4) angeordnet sind.7. Proximity switch according to one of claims 1 to 4, characterized in that the magnetic poles on the magnetic field sensitive sensor ( 2 ) facing side of the permanent magnet arrangement ( 1 ) are arranged symmetrically to the main axis ( 4 ).
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007014599A1 (en) * 2005-07-29 2007-02-08 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Apparatus for detecting revolutions of a steering shaft
DE102013104001B3 (en) * 2013-04-19 2014-10-16 Trw Automotive Electronics & Components Gmbh Proximity sensor and module

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