DE3526852C2

DE3526852C2 -

Info

Publication number: DE3526852C2
Application number: DE3526852A
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Narashino Chiba Jp Hirabayashi; Hiroyuki Ichikawa Chiba Jp Sono
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1984-07-26
Filing date: 1985-07-26
Publication date: 1987-12-03
Also published as: DE3526852A1; US4596971A

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetschaltkreisvorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1; vgl. die US-PS 30 57 650. Derartige Magnetschaltkreisvorrichtungen werden vorzugsweise in einem Magnetverschluß, einem Schiebe schalter oder einem Sensor zur Feststellung der Lage eines beweglichen Teils verwendet.

Zum besseren Verständnis des Ausgangspunkts der Erfindung wird bereits an dieser Stelle auf die Zeichnungen Bezug genommen. Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht des aus der genannten US-PS bekannten Magnetverschlusses. Dabei be steht der Magnetverschluß aus einem flachen rechteckigen Permanentmagnet 1 und einem Paar von flachen Jochstücken 2. Der Magnet 1 weist ein Paar von Magnetpolen auf, die auf einander gegenüberliegenden Oberflächen ausgebildet sind. Die aus einem magnetischen Material, wie etwa Eisen, be stehenden Jochstücke 2 sind jeweils auf den einander ge genüberliegenden Polflächen des Magnets 1 befestigt. End abschnitte der Jochstücke 2 springen von den Oberflächen des Magnets 1 in Längsrichtung nach außen vor. Der so ge bildete Magnetverschluß ist auf einem stationären Teil (nicht dargestellt) befestigt. Ein Ankerstück 2 aus magnetischem Material, wie etwa Eisen, ist auf einem beweglichen Teil 5 so befestigt, daß es mit den entsprechenden Polflächen der Jochstücke 2 kor respondiert. Wenn bei dieser Anordnung der beispielsweise als Tür ausgebildete bewegliche Teil geschlossen wird, so wird das Ankerstück 4 gegen die Polflächen der Jochstücke 2 aufgrund der magnetomotorischen Kraft des Magnets 1 angezogen und überbrückt die Polflächen so, daß die Tür in einer geschlossenen Stellung gehalten wird, in anderen Worten, es wird durch das Ankerstück 4 ein magnetischer Schaltkreis gebildet.

Dieser bekannte magnetische Verschluß hat lediglich die Funktion, die Tür in der geschlossenen Stellung zu halten. Um nun festzustellen, ob beispielsweise die in einer Kopiermaschine verwendete Tür geschlossen ist oder nicht, ist neben dem Magnetverschluß eine De tektorvorrichtung, wie etwa ein Endschalter oder ein Mikroschalter erforderlich. Dies hat den Nachteil, daß unabhängig von den Teilen des Magnetverschlusses zu sätzliche Teile für die Detektorvorrichtung vorgesehen werden müssen, was zu hohen Kosten führt und außerdem dazu, daß zum Anbringen der Detektorvorrichtung ein Platz zusätzlich zu dem für den Verschluß vorgesehen werden muß.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Magnetschaltkreisvorrichtung zu schaf fen, die zusätzlich eine Schaltfunktion besitzt.

Diese Aufgabe wird bei einer Magnetschaltkreisvorrich tung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein zweipoliger Neben-Permanentmagnet so bewegbar ange ordnet und ausgebildet ist, daß er, wenn das Ankerstück in Eingriff mit den Jochstücken steht, von den Jochstücken magnetisch angezogen wird und daß er, wenn das Ankerstück außer Eingriff bewegt wird, von den Jochstücken magnetisch abgestoßen wird, und daß mit dem Neben-Permanentmagnet ein Schaltmechanismus zusam menwirkt.

Damit kann die Bewegung des Neben-Permanentmagneten zur Steuerung des Ein-/Aus-Zustands eines Schalters verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Magnetschaltkreisvorrichtung ist nicht nur bei einem magnetischen Verschluß, sondern auch bei einem Schiebeschalter oder einem Sensor zum Feststellen der Lage eines beweglichen Teils verwendbar.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist im Anspruch 2 beschrieben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeich nungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines herkömmlichen Magnet verschlusses;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels, bei der sich das Ankerstück von den Stirnenden der Jochstücke entfernt befindet;

Fig. 3 eine Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels, bei dem sich das Ankerstück in Kontakt mit den Stirnseiten der Jochstücke befindet;

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der vom Hauptmagneten herrührenden Flußdichte im Joch stück;

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der vom Nebenmagneten herrührenden Flußdichte im Joch stück;

Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der vom Hauptmagneten herrührenden Flußdichte im Jochstück, wenn das Ankerstück an den vorderen Enden der Joch stücke anliegt;

Fig. 7 ein Schaubild zur Darstellung der Veränderung der Flußdichte Bd ₃ als Funktion des Abstands x entlang des Jochstücks,

Fig. 8 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Flußdichte im rückwärtigen Abschnitt des Jochstücks, wenn der Nebenmagnet an die rückwärtigen Enden des Joch stücks angezogen wird;

Fig. 9 ein Schaubild zur Darstellung der resultierenden Flußdichte Bd ₂ + Bd ₃ im Falle von Fig. 8 als Funktion des Abstands x;

Fig. 10 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des magnetischen Flusses im rückwärtigen Endabschnitt des Jochstücks, wenn sich der Nebenmagnet von den rück wärtigen Enden der Jochstücke entfernt befindet;

Fig. 11 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Flußdichte im rückwärtigen Endabschnitt des Joch stücks, wenn sich das Jochstück in der magnetischen Sättigung befindet;

Fig. 12 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels;

Fig. 13 ein Schaubild zur Darstellung der Beziehung zwischen den Abstoßungs- und Anziehungskräften, die von der Größe des Abstands D abhängen;

Fig. 14 eine perspektivische Ansicht eines Schiebeschal ters als drittes Ausführungsbeispiel;

Fig. 15 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A nach Fig. 14, wenn das bewegliche Ankerstück zwischen zwei benach barten Magneten positioniert ist;

Fig. 16 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A nach Fig. 14, wenn das bewegliche Ankerstück gerade über einem Magneten positioniert ist.

Fig. 2 und 3 zeigen Seitenansichten eines ersten Ausfüh rungsbeispiels der Erfindung. Bei diesen Figuren sind glei che Elemente wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Das wesentliche Merkmal besteht in dem Vorhandensein eines Neben-Per manentmagneten 6, eines beweglichen Kontakts 7 und sta tionärer Kontakte 8 A, 8 B. Der flache rechteckige Neben magnet 6 ist so angeordnet, daß er gegenüber den rück wärtigen Enden der Jochstücke 2 liegt. Der Nebenmagnet 6 weist zwei verschiedene Pole N, S an seinen Stirnflä chen auf, wobei der N-Pol gegenüber dem rückwärtigen Ende eines Jochstücks 2 liegt, das sich auf der N- Pol-Seite befindet. In entsprechender Weise liegt der S-Pol des Nebenmagnets gegenüber dem rückwärtigen Ende des anderen Jochstücks auf der S-Pol-Seite. Auf der Ober fläche des Neben-Magneten 6, gegenüber der Oberfläche mit den Polen, ist ein Isolierharz-Trägerteil 9 vorge sehen, das im Querschnitt eine T-förmige Gestalt besitzt. Der aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehende bewegliche Kontakt ist an dem Trägerteil 9 angebracht. Die im Abstand zueinander angeordneten stationären Kon takte 8 A, 8 B sind so angeordnet, daß sie gegenüber der Oberfläche des Kontakts 7 liegen. Die aus dem Nebenmagne ten 6, dem Isolierträgerteil 9 und dem Kontakt 7 beste hende Anordnung ist so durch ein Trägerteil (nicht dar gestellt) befestigt, daß die Anordnung von einer Stel lung, in der der Nebenmagnet 7 gegen die rückwärtigen Enden der Jochstücke 2 anschlägt, zu einer Stellung, in der der Kontakt 7 die stationären Kontakte 8 A und 8 B überbrückt, frei beweglich ist.

Im nachfolgenden wird nun die Arbeitsweise beschrieben. Zum leich teren Verständnis werden im nachfol genden drei verschiedene Fälle erörtert.

Im ersten zu erörternden Fall bleibt das Vorhandensein des Ankerstücks 4 und des Nebenmagnets 6 unberück sichtigt, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. In diesem Fall erzeugt nur der Hauptmagnet 1 den durch die schma len Pfeile gekennzeichneten magnetischen Fluß und die Flußdichte Bd ₁ im Jochstück 2 auf der N-Pol-Seite weist die durch den dicken Pfeil gekennzeichnete Richtung auf. Im zweiten Fall bleibt der Hauptmagnet 1 und das Anker stück 4 unberücksichtigt und die rückwärtigen Enden der Jochstücke 2 stoßen an die Poloberfläche des Neben magneten 6 an, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. In die sem Fall erzeugt lediglich der Nebenmagnet 6 den durch die schmalen Pfeile gekennzeichneten magnetischen Fluß und die Flußdichte Bd ₂ im Jochstück auf der N-Pol-Seite weist die durch den dicken Pfeil gekennzeichnete Rich tung auf. Im dritten Fall bleibt der Nebenmagnet 6 un berücksichtigt und das Ankerstück 4 wird an die vorde ren Enden der Jochstücke 2 angezogen, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. In diesem Fall erzeugt lediglich der Hauptmagnet 1 den durch den kreisförmigen Pfeil darge stellten magnetischen Fluß und die Flußdichte Bd ₃ im Jochstück 2 auf der N-Pol-Seite weist die durch den dicken Pfeil gekennzeichnete Richtung auf. Wenn im drit ten Fall die Stelle der rückwärtigen Enden der Joch stücke 2 mit x _o und die Stelle der vorderen Enden der Jochstücke mit x _a gekennzeichnet sind, so nimmt die Flußdichte Bd ₃ mit zunehmendem Abstand x zu, was von x _o entlang der Längsrichtung nach x _a gemessen wird, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, wobei B _s die Sätti gungsflußdichte der Jochstücke 2 darstellt.

In Fig. 3 ist nun eine von zwei Betriebsstellungen darge stellt. Dabei wird das Ankerstück 4 von den vorderen Enden der Jochstücke 2 angezogen und stößt an diese an. In diesem Fall ist die Flußdichte im Jochstück 2 auf der N-Pol-Seite, die vom Hauptmagneten 1 resultiert, Bd ₃ und die Flußdichte im Jochstück 2, die vom Neben magneten 6 resultiert, Bd ₂, wobei Bd ₃ und Bd ₂ die glei che Richtung aufweisen (vgl. Fig. 8). Damit wird zwischen den rück wärtigen Enden der Jochstücke 2 und den Polen des Ne benmagneten 6 eine Anziehungskraft ausgeübt, wodurch eine Ineingriffnahme des Nebenmagneten 6 mit den rück wärtigen Enden der Jochstücke 2 bewirkt wird. Daraus resultiert, daß der bewegliche Kontakt 7, der mit dem Nebenmagneten 6 zusammenwirkt, sich entlang der Längs richtung zu den rückwärtigen Enden der Jochstücke 2 hin bewegt und die elektrische Verbindung zwischen den Kontakten 8 A und 8 B damit in den Aus-Zustand gebracht wird.

Fig. 9 zeigt die Veränderung der sich ergebenden Fluß dichten Bd ₂ + Bd ₃ im Jochstück 2 als Funktion des Abstands x. Die Sätti gungsflußdichte B _s der Jochstücke 2 muß größer als die sich ergebende Flußdichte an jedem Punkt der Jochstücke 2 sein. Der Grund dafür ist der folgende. Wenn die Jochstücke sich in der magnetischen Sättigung be finden, wird eine Flußdichte Bd ₄, deren Richtung entge gen der Richtung von Bd ₂ und Bd ₃ gerichtet ist, im Joch stück 2 auf der N-Pol-Seite erzeugt, wie es in Fig. 11 dargestellt ist. In diesem Fall, wenn die Flußdichte Bd ₄ größer ist als die Flußdichte Bd ₂, wird eine Abstoßungs kraft in der Nähe der rückwärtigen Enden der Jochstücke 2 erzeugt. Selbst wenn daher das Ankerstück 4 mit den vor deren Enden der Jochstücke 2 in Eingriff kommt, wird der Nebenmagnet 6 niemals an die rückwärtigen Enden der Joch stücke 2 angezogen.

In der in Fig. 3 dargestellten Betriebsstellung, wenn das An kerstück 4 durch Öffnen der Tür von den vorderen Enden der Jochstücke 2 wegbewegt wird, wird die Richtung der Flußdichte Bd ₁ entgegengesetzt zu der der Flußdichte Bd ₂ (vgl. Fig. 10). Wenn in diesem Fall Bd ₁ < Bd ₂ ist, wird der Nebenmagnet 6 von den rückwärtigen Enden der Jochstücke 2 wegbewegt. Unter dieser Bedingung bewirkt das Wegbe wegen des Ankerstücks 4 ein Wegbewegen des Nebenmagneten 6. Damit wird die Verbindung zwischen den Kontakten 8 A und 8 B hergestellt, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Wenn Bd ₂ < Bd ₁ ist, kann der Nebenmagnet 6 sich nicht von den rück wärtigen Enden wegbewegen, da auf ihn eine Anziehungs kraft ausgeübt wird.

Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, müssen die folgenden beiden Bedingungen er füllt sein:

1. Bd ₁ < Bd ₂
2. Die Jochstücke 2 befinden sich nicht in der magneti schen Sättigung oder die Bedingung Bd ₄ < Bd ₂ wird er füllt, selbst wenn die Jochstücke 2 magnetisch gesät tigt sind.

Da die Verbin dung zwischen den stationären Kontakten 8 A und 8 B die Stellung des Nebenmagneten 6 entsprechend Fig. 2 anzeigt, hat man damit einen magnetischen Verschluß geschaffen, der eine Schaltfunktion zur Fest stellung besitzt, ob die Tür geschlossen ist oder nicht.

Fig. 12 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel. Dabei ist der Neben-Permanentmagnet 6 so gestaltet, daß verschiedene Magnetpole auf der oberen bzw. unteren Ober fläche des Nebenmagneten 6 ausgebildet sind und daß die N-Pol-Oberfläche der Innenfläche des Jochstücks 2 auf der N-Pol-Seite des Haupt-Permanentmagneten 1 mit einem gegebenen Abstand D gegenüberliegt. Infolge dieses Abstandes muß ein im Vergleich zum Hauptmagneten 1 starker Permanentmagnet als Nebenmagnet 6 verwendet werden. Wenn der Hauptmagnet 1 ein Ferrit-Magnet ist, kann der Nebenmagnet 6 ein Magnet aus seltenen Erden sein.

Dies wird anhand von Fig. 13 erläutert, die die Verän derung der zwischen dem Nebenmagneten 6 und den rück wärtigen Endabschnitten der Jochstücke 2 ausgeübten Kräfte als Funktion des Abstands D in Fig. 12 darstellt. In die ser Figur zeigen F ₁ und F ₂ Kräfte, wenn der Hauptmagnet 1 und der Nebenmagnet 6 in Fig. 12 Ferrit-Magnete sind. R ₁ und R ₂ zeigen Kräfte, wenn der Hauptmagnet 1 ein Ferrit-Magnet und der Nebenmagnet 6 ein Magnet aus seltenen Erden ist. Darüber hinaus zeigen F ₁ und R ₁ Kräfte, wenn das Ankerstück 4 sich von den vorderen Enden der Jochstücke 2 entfernt befindet, und F ₂ und R ₂ Kräfte, wenn das Ankerstück 4 die vorderen Enden der Joch stücke überbrückt. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, wird unter der Bedingung, daß die beiden Magneten aus Ferrit sind, die Abstoßungskraft F ₁ ausgeübt, trotz der Größe des Abstands D, wenn sich das Ankerstück 4 von den vorderen Polflächen entfernt befindet; und es wird die Anziehungskraft F ₂ ausgeübt, trotz der Größe des Abstands D, wenn das Ankerstück 4 sich in Kontakt mit den vorderen Enden der Jochstücke 2 befindet. Damit ist der Nebenmagnet 6 entsprechend der Bewegung des Ankerstücks 4 beweglich. Andererseits wird unter der Bedingung, daß ein Magnet aus seltenen Erden als Nebenmagnet anstelle des Ferrit- Magneten verwendet wird, die Anziehungskraft R ₂ ähnlich der Kraft F ₂ ausgeübt, wenn das Ankerstück 4 sich in Kon takt mit den vorderen Enden der Polstücke 2 befindet. Wenn sich das Ankerstück 4 jedoch von den vorderen Enden entfernt befindet, so ändert sich die zwischen dem Neben magneten 6 und den rückwärtigen Endabschnitten der Joch stücke 2 ausgeübte Kraft R ₁ beim Abstand D ₁ von Abstoßung in Anziehung, wie es in Fig. 13 dargestellt ist. Wenn damit der Abstand D kleiner ist als der Abstand D ₁, so kann sich der Nebenmagnet 6 nicht von den rückwärtigen Enden der Jochstücke 2 wegbewegen. Damit ist die Gestal tung des Abstands D dann ein wesentlicher Faktor, wenn ein stärkerer Magnet, wie etwa ein Magnet aus seltenen Erden, als Nebenmagnet 6 verwendet wird. In ähnlicher Weise muß, wenn ein Nebenmagnet 6 aus seltenen Erden in der ersten Ausführungsform verwendet wird, ein gegebener Abstand zwischen den rückwärtigen Enden der Jochstücke 2 und der entsprechenden Oberfläche des Nebenmagneten 6 vorgesehen werden.

Fig. 14 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Schiebe schalters. In dieser Figur sind ein Paar von länglichen, rechteckigen Joch stücken 2 auf den einander gegenüberliegenden Oberflä chen eines länglichen, rechteckigen Hauptmagneten 1 in dessen Dickenrichtung angebracht, wobei die gegenüber liegenden Oberflächen verschiedene Pole aufweisen. Ein plattenförmiges bewegliches Ankerstück 4, das die oberen Kanten der Jochstücke 2 teilweise überbrückt, ist so gelagert, daß es darauf in Längsrichtung frei gleitet. Das Anker stück 4 dient als Betätigungsglied des Schalters. Zwei im Abstand zueinander angeordnete Gehäuse 13 sind in Längsrichtung an den unteren Kanten der Jochstücke 2 befestigt. In jedem Gehäuse sind ein Neben-Permanent magnet 6, ein Isolierharz-Trägerteil 9, ein beweg licher Kontakt 7 und stationäre Kontakte 8 A und 8 B vorgesehen, wie es in den Fig. 15 oder 16 dargestellt ist. Ein Vergleich mit Fig. 2 oder Fig. 3 zeigt, daß die Bauelemente in jedem Gehäuse 13 in ähnlicher Weise wie dort angeordnet sind. Selbst verständlich können auch lediglich ein Gehäuse oder mehr als zwei Gehäuse vorgesehen werden.

Im nachfolgenden wird nun die Betriebsweise des Schiebe schalters beschrieben.

In einem ersten Fall soll das Ankerstück 4 nicht über den Gehäusen, sondern zwischen zwei benachbarten Gehäu sen angeordnet sein. Dieser Fall ist in Fig. 15 darge stellt, der eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A nach Fig. 14 zeigt. In diesem Fall hat die vom Hauptmagneten 1 resultierende Flußdichte Bd ₁ im unteren Ende des Jochstücks 2 auf der N-Pol-Seite eine Richtung, die sich von der Richtung der vom Nebenmagneten 6 re sultierenden Flußdichte Bd ₂ im unteren Ende unterschei det, wie es aus Fig. 15 zu ersehen ist. Es ist leicht zu verstehen, daß die Beziehung zwischen Bd ₁ und Bd ₂ in diesem Fall mit der Beziehung zwischen Bd ₁ und Bd ₂gemäß Fig. 10 übereinstimmt. Wenn daher Bd ₁ < Bd ₂ ist, befindet sich der Nebenmagnet 6 entfernt von den unteren Enden der Jochstücke 2 und die elektrische Verbindung zwischen den Kontakten 8 A und 8 B wird im Ein-Zustand gehalten.

Im nachfolgenden soll sich nun das Ankerstück 4 ober halb eines der Gehäuse 13 befinden. Dieser Fall ist in Fig. 16 dargestellt, die eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A nach Fig. 14 zeigt, bei der das Anker stück 4 durch die strichpunktierte Linie dargestellt ist. In diesem Fall hat die vom Hauptmagneten 1 herrührende Flußdichte Bd ₃ im Jochstück 2 auf der N-Pol-Seite die gleiche Richtung wie die vom Nebenmagneten 6 herrührende Flußdichte Bd ₂ im Jochstück 2, wie es in Fig. 16 darge stellt ist. Daraus ist leicht ersichtlich, daß die Be ziehung zwischen Bd ₂ und Bd ₃ in diesem Fall mit dem in Fig. 8 dargestellten Fall übereinstimmt. Es tritt daher eine Anziehungskraft zwischen den unteren Enden der Jochstücke 2 und der Poloberfläche des Nebenmagneten 6 auf, wenn die obenerwähnte Bedingung (2.) erfüllt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der Nebenmagnet 6 an die unte ren Enden der Jochstücke 2 angezogen und die elektri sche Verbindung zwischen den Kontakten 8 A und 8 B wird im Aus-Zustand gehalten. Im Ergebnis kann ein Schiebe schalter erhalten werden, bei dem die Ein-/Aus-Zustände magnetisch gesteuert werden. Es dürfte ersichtlich sein, daß dieser Schiebeschalter auch als Detektor zum Fest stellen der Lage eines beweglichen Teils dienen kann, das mit dem Ankerstück 4 zusammenwirkt.

Claims

1. Magnetschaltkreisvorrichtung, die einen zweipoligen Haupt-Permanentmagnet (1), zwei mit je einem der Pole fest verbundene Jochstücke (2) sowie ein bewegliches Ankerstück (4) aufweist, das in gleichzeitigen flächigen Eingriff mit den beiden Jochstücken (2) bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweipoliger Neben-Permanentmagnet (6) so bewegbar angeordnet und ausgebildet ist, daß er, wenn das Anker stück (4) in Eingriff mit den Jochstücken (2) steht, von den Jochstücken (2) magnetisch angezogen wird und daß er, wenn das Ankerstück (4) außer Eingriff bewegt wird, von den Jochstücken (2) magnetisch abgestoßen wird, und daß mit dem Neben-Permanentmagnet (6) ein Schaltmechanismus (7, 8 A, 8 B) zusam menwirkt.

2. Magnetschaltkreisvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltmechanismus einen mit dem Neben-Permanent magneten (6) verbundenen, beweglichen Kontakt (7) sowie stati onäre Kontakte (8 A, 8 B) aufweist, die der bewegliche Kontakt (7) überbrückt, wenn der Neben-Permanentmagnet (6) von den Jochstücken (2) abgestoßen wird.