DE3803764A1

DE3803764A1 - Reed-schaltervorrichtung

Info

Publication number: DE3803764A1
Application number: DE3803764A
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Nakada; Yasuhiro Naka
Original assignee: Nippon Aleph Corp
Current assignee: Nippon Aleph Corp
Priority date: 1987-02-06
Filing date: 1988-02-08
Publication date: 1988-09-08
Also published as: JP2637410B2; CA1281352C; US4837537A; JPS63195928A

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Reed-Schaltervorrich tung mit zwei Magneten und einem Reed-Schalter.

Eine herkömmliche Reed-Schaltervorrichtung weist einen Magneten, der ein Permanentmagnet oder ein Solenoid sein kann, und einen Reed-Schalter auf, welcher so eingerichtet ist, daß er gemäß der Stärke eines auf ihn einwirkenden Magnetfelds öffnet und schließt. Die Stärke des Magnetfelds ändert sich gemäß der Relativlage zwischen dem Magneten und dem Reed-Schalter, so daß der Reed-Schalter abstandsabhängig öffnet und schließt, wodurch die Relativlage nachgewiesen wird.

Es zeigt sich immer wieder, daß Reed-Schalter als Produkte gleichen Aufbaus Streuungen der Arbeitscharakteri stik, nämlich des Wertes des Magnetfelds, bei welchem der Reed-Schalter öffnet und schließt, zeigen. Außerdem hat jeder Reed-Schalter eine Hysterese derart, daß die Stärke des Magnetfelds, bei welcher der Reed-Schalter aus dem geöffneten in den geschlossenen Zustand schaltet, und die Stärke des Magnetfelds, bei welchem dieser aus dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand schaltet, unterschiedlich sind.

Beim tatsächlichen Einstellen einer Reed-Schalter vorrichtung ist es daher erforderlich, die Stärke des Magnetfelds um einen Betrag zu verstellen, der erforderlich ist, die oben erwähnte Streuung der Arbeitscharakteristik und die Hysterese zu kompensieren. Mit anderen Worten, es ist erforderlich, daß die Relativlage zwischen dem Magneten und dem Reed-Schalter so verändert wird, daß die oben erwähnte Verstellung der Stärke des Magnetfelds bewirkt wird. Auch ist zu beachten, daß die Exaktheit der Erfassung der Relativlage gemäß dem Betrag der der Hysterese entsprechenden Änderung der Relativlage schwankt bzw. ungenau ist. Der Betrag der Änderung der Relativlage, der für eine Kompensation der Streuung und der Hysterese erforderlich ist, hängt von der Größe der Änderung der Magnetfeldstärke in Richtung der Änderung der Relativlage ab. Genauer heißt dies, daß die Änderung der Relativlage um so kleiner ist, je größer die Änderung des Magnetfelds ist.

Leider ist bei bekannten Reed-Schaltervorrichtungen die Änderung der Magnetfeldstärke in Richtung der Veränderung der Relativlage ziemlich klein, so daß die Relativlage fur eine Kompensation der Streuung der Arbeitscharakteristik und der Arbeitshysterese stark verändert werden muß. Dies macht eine Verminderung der Abmessungen der Reed-Schaltervorrichtung auf einen zufriedenstellenden Wert schwierig und behindert eine Verbesserung der Nachweisgenauigkeit.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Reed-Schaltervorrichtung zu schaffen, welche die oben erwähnten Probleme bekannter Reed-Schaltervorrichtungen vermeidet.

Hierzu schlägt die Erfindung eine Reed-Schaltervorrich tung vor, welche ein Paar von mit entgegengesetzten Polaritä ten angeordneten Magneten und einen Reed-Schalter aufweist, welcher in Bezug auf das Magnetpaar so bewegbar ist, daß die Längsachse des Reed-Schalters im wesentlichen parallel zu den Magnetisierungsachsen der Magneten bleibt, wobei die Relativlage zwischen dem Reed-Schalter und den Magneten über eine Aktivierung des Reed-Schalters zwischen seinem Ein- und Aus-Zustand festgestellt wird, die ansprechend auf eine Änderung der Relativlage zwischen dem Magnetpaar und dem Reed-Schalter verursacht wird.

Bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung ändert sich die Stärke des durch das Magnetpaar erzeugten Magnetfelds mit einer Änderung der Relativlage stärker, als sich die durch die Einzelmagneten erzeugten Magnetfeldstärken ändern.

Infolgedessen ist das Ausmaß einer Änderung der Relativlage, das erforderlich ist, den Reed-Schalter zwischen seinem Ein- und Aus-Zustand zu aktivieren, in vorteilhafter Weise verminderbar.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser ist

Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer ersten Ausfüh rungsform der Reed-Schaltervorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaubild, welches die Art und Weise wieder gibt, in der sich die Stärke des auf den Reed- Schalter einwirkenden Magnetfelds in Abhängigkeit von einer Änderung der Lage des Reed-Schalters in der in Fig. 1 gezeigten Reed-Schaltervorrichtung ändert,

Fig. 3 eine schematische persepektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Reed-Schaltervorrich tung gemäß der Erfindung,

Fig. 4 ein Schaubild, welches die Art und Weise wieder gibt, in der sich die Stärke des auf den Reed- Schalter einwirkenden Magnetfelds in Abhängigkeit von einer Änderung der Lage des Reed-Schalters in der in Fig. 3 gezeigten Reed-Schaltervorrichtung ändert,

Fig. 5 eine schematische Draufsicht einer dritten Ausführungsform der Reed-Schaltervorrichtung gemäß der Erfindung, und

Fig. 6 eine schematische perspektivische Ansicht einer vierten Ausführungsform der Reed-Schaltervorrich tung gemäß der Erfindung.

Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht einer ersten Ausführungsform der Reed-Schaltervorrichtung gemäß der Erfindung. Wie aus dieser Figur ersichtlich, weist die insgesamt mit 1 bezeichnete Reed-Schaltervorrichtung ein Paar von Magneten 2, 3, etwa Stabmagneten, und einen Reed-Schal ter 4 auf, welcher ein magnetisches Element aufweist, das auf eine Änderung der Stärke des Magnetfelds mit einem Ein- und Ausschalten des Reed-Schalters 4 anspricht.

Diese Magneten 2 und 3 sind so angeordnet, daß sie einander unter Einhaltung eines bestimmten Zwischenraums zwischen ihnen mit entgegengesetzten Polaritäten gegenüber stehen, d. h. so, daß ein N-Pol des einen - 2 - der Magneten neben einem S-Pol des anderen - 3 - der Magneten angeordnet ist. Der Reed-Schalter 4 ist so angebracht, daß er sich längs einer Linie bewegen kann, welche die Mitten der beiden Magneten 2 und 3 verbindet, wobei er dabei im wesentlichen parallel zu den Magnetisierungsachsen der Magneten 2 und 3 bleibt. D. h., die Lage des Reed-Schalters 4 in Bezug auf jeden der beiden Magneten 2 und 3 wird in einer zu den Achsen der Magneten 2 und 3 im wesentlichen senkrechten Richtung verändert.

Fig. 2 ist ein Schaubild, welches die Art und Weise wiedergibt, in der sich die Stärke des auf den Reed-Schalter in der Reed-Schaltervorrichtung 1 wirkenden Magnetfelds in Abhängigkeit von der Bewegungslage des Reed-Schalters 4 ändert. In dieser Figur stellt die Abszisse den Abstand L des Reed-Schalters 4 von der bei Blick gemäß Fig. 1 rechten Endfläche des Magneten 2 dar, während die Ordinate die Stärke H des auf den Reed-Schalter 4 wirkenden Magnetfeldes darstellt. Das der Magnetfeldstärke zugeteilte positive bzw. negative Vorzeichen ist so festgelegt, daß die Richtung des vom Magneten 2 erzeugten Magnetfeldes die positive Richtung ist. In Fig. 1 zeigt eine Kurve A die Änderung der Stärke des durch beide Magneten 2 und 3 gebildeten zusammengesetzen Magnetfelds, während die Kurve B die Änderung der allein durch den Magneten 2 erzeugten Magnetfeldstärke wiedergibt. Eine Kurve C gibt die Änderung des vom Magneten 3 allein erzeugten Magnetfelds wieder.

Aus Fig. 2 ergibt sich, daß für eine bestimmte Änderung des Abstandes L die Änderung der Stärke H des durch die Kur ve A dargestellten zusammengesetzen Magnetfelds größer als die Änderungen der Stärken der durch die Magneten 2 und 3 einzeln erzeugten Magnetfelder ist. Diese Charakteristik ist innerhalb eines Bereichs erzielbar, welcher durch die Lagen des Reed-Schalters 4 begrenzt ist, wo die Absolutwerte der durch die Magneten 2 und 3 einzeln erzeugten Magnetfeldstär ken maximal sind. Bei der dargestellten Ausführungsform ist diese Charakteristik über den gesamten Bereich, über den sich der Reed-Schalter 4 bewegen kann, d. h. über die gesamte Länge der die Mitten der Magneten 2 und 3 verbindenden Linie, welche die Bewegungsbahn des Reed-Schalters 4 bildet, erzielbar.

Es wird hier angenommen, daß der Reed-Schalter 4 eine Streuung bzw. Hysterese aufweist, die einem Differenzbetrag der Magnetfeldstärke entspricht, der durch die Höhendif ferenz zwischen den Feldstärkewerten H ₁ und H ₂, gesehen gemäß Fig. 2, ausgedrückt wird. Bei der Reed-Schaltervorrichtung gemäß der Erfindung, welche ansprechend auf das zusammen gesetzte Magnetfeld A arbeitet, ist der Änderungsbetrag für die Lage des Reed-Schalters 4, der der Höhendifferenz zwischen den Werten H ₁ und H ₂ entspricht, durch L ₁ gegeben, der viel kleiner als der Änderungsbetrag L ₂ für die Lage des Reed-Schalters 4 ist, wie man ihn erhält, wenn der Reed- Schalter 4 ansprechend auf die Änderung der durch den Magneten 2 allein erzeugten Magnetfeldstärke arbeitet.

Bei der gegenständlichen Vorrichtung, bei welcher der Reed-Schalter auf ein zusammengesetztes Magnetfeld reagiert, welches durch ein Paar von mit entgegengesetzten Polaritäten angeordneten Magneten gebildet wird, entspricht die Streuung bzw. Hysterese des Reed-Schalters 4 einem Lageänderungs betrag des Reed-Schalters 4 in Bezug auf die Magneten 2 und 3, welcher sehr klein ist, verglichen mit dem Änderungs betrag der Relativlage, welcher bei bekannten Reed-Schalter vorrichtungen bewirkt wird.

Dies bedeutet, daß bei der erfindungsgemäßen Reed- Schaltervorrichtung der Änderungsbetrag der Relativlage, der für eine Aktivierung des Reed-Schalters 4 erforderlich ist, sehr klein ist, so daß der Bewegungshub des Reed-Schalters 4 oder der Magneten 2, 3 verglichen mit bekannten Reed- Schaltervorrichtungen stark reduziert ist. Dadurch wird es ganz offenbar möglich, die Abmessungen der Reed-Schaltervor richtung zu vermindern und die Genauigkeit der Feststellung der Relativlage zu erhöhen. Bei der beschriebenen Ausfüh rungsform ist die Feststellung der Relativlage über die Gesamtlänge der die Mitten der Magneten 2 und 3 verbindenden Linie möglich.

Eine zweite Ausführungsform der Reed-Schaltervorrichtung gemäß der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben.

Diese Ausführungsform der insgesamt mit 1 bezeichneten Reed-Schaltervorrichtung weist ein Paar von stabförmigen Magneten 2 und 3 auf, die einander berührend und nebeneinan der mit entgegengesetzter Polarität angeordnet sind, so daß ein N-Pol des einen - 2 - der Magneten angrenzend an einen S-Pol des anderen Magneten - 3 - angeordnet ist. Die Reed- Schaltervorrichtung 1 weist auch einen Reed-Schalter 4 auf, welcher oberhalb der Ebene der Oberflächen der Magneten 2 und 3 angeordnet und in Richtung senkrecht zu den Magnetisie rungsachsen der Magneten 2 und 3 bewegbar ist, wobei seine Längsachse parallel zu diesen Magnetisierungsachsen bleibt. Die Relativlage zwischen dem Paar von Magneten 2, 3 und dem Reed-Schalter 4 ist also in einer zu den Magnetisierungsach sen der Magneten 2 und 3 im wesentlichen senkrechten Richtung veränderbar.

Fig. 4 ist ein Schaubild, welches die Art und Weise der Änderungen der Stärken der durch das Paar von Magneten 2 und 3 einzeln erzeugten Magnetfelder, wie sie durch die Kurven E und F gezeigt sind, sowie derjenigen der Stärke des durch beide Magneten 2, 3 gebildeten zusammengesetzen Magnetfelds, wie es durch die Kurve D gezeigt ist, wiedergibt. In dieser Figur stellt die Abszisse den Abstand L von der bei Blick gemäß Fig. 3 linken Endfläche des Magneten 2 dar, während die Ordinate die Stärke H der Magnetfelder darstellt, wobei die Stärke des durch den Magneten 2 erzeugten Magnetfelds in der positiven Richtung gezeigt ist.

Wie sich aus Fig. 4 ergibt, zeigt das durch beide Magneten 2 und 3 erzeugte, durch die Kurve D dargestellte zusammengesetzte Magnetfeld für einen gegebenen Änderungs betrag des Abstandes L eine stärkere Änderung als die durch die Magneten 2 und 3 einzeln erzeugten Magnetfelder E und F. Genauer gesagt, erhält man diese Tendenz innerhalb des Laufbereichs des Reed-Schalters 4 zwischen einem Punkt l ₁, an welchem das durch den Magneten 2 erzeugte Magnetfeld E einen Maximalwert g ₁ zeigt, und einem Punkt l ₂, an welchem das durch den Magneten 3 erzeugte Magnetfeld F einen Maximalwert g ₂ zeigt.

Die in Fig. 3 gezeigte zweite Ausführungsform bietet also die gleichen Vorteile, wie sie sich aus der ersten Ausführungsform ergeben, vorausgesetzt, daß der Reed-Schal ter 4 längs des bestimmten Weges zwischen den Lagen, wo die durch die Magneten 2 und 3 einzeln erzeugten Magnetfelder Maximalwerte zeigen, bewegt wird. Die Relativlage zwischen den Magneten 2, 3 und dem Reed-Schalter 4 kann also genau bestimmt werden, wenn die Relativlage innerhalb des oben beschriebenen Bereichs zwischen den Stellen verändert wird, wo die Stärken der durch die Magneten 2 und 3 einzeln erzeugten Magnetfelder maximal sind.

Fig. 5 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform der Reed-Schaltervorrichtung 1 gemäß der Erfindung. Diese Ausführungsform der Reed-Schaltervorrichtung 1 weist ein Paar von stabförmigen Magneten 2 und 3 auf, welche in einer Linie angeordnet sind, so daß ihre Magnetisierungsachsen linear ausgerichtet sind, wobei die Pole gleicher Polarität, bei spielsweise die S-Pole, beider Magneten einander gegenüber stehen. Der Reed-Schalter 4 dieser Ausführungsform ist so eingerichtet, daß er in dem Bereich nahe der Seitenflächen des Paares von Magneten 2, 3 in einer zu den Magnetisierungs achsen der Magneten 2, 3 im wesentlichen parallelen Richtung bewegbar ist, wobei seine Achse im wesentlichen parallel zu den Magnetisierungsachsen bleibt.

Auch bei dieser Ausführungsform zeigt das durch die beiden Magneten 2, 3 erzeugte zusammengesetzte Magnetfeld für eine gegebene Änderung der Relativlage eine größere Änderung als die von den Magneten 2 und 3 einzeln erzeugten Magnet felder, solange man sich in dem Bereich des Weges der Relativbewegung befindet, der zwischen den Punkten liegt, an welchen die von den Magneten einzeln erzeugten Magnetfelder maximal sind. Die in Fig. 5 gezeigte dritte Ausführungsform liefert damit die gleichen Vorteile wie die vorangehenden Ausführungsformen, vorausgesetzt, daß die Relativlage zwischen den Magneten 2, 3 und dem Reed-Schal ter 4 innerhalb des oben erwähnten Bereichs verändert wird.

Fig. 6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer vierten Ausführungsform der Reed-Schaltervorrichtung gemäß der Erfindung. Diese Ausführungsform verwendet ein Paar von ringförmigen Magneten 2 und 3, welche unter Einhaltung eines Zwischenraums zwischen ihnen im wesentlichen koaxial zueinander so angeordnet sind, daß die Pole gleicher Polarität, beispielsweise die S-Pole, beider Magneten einander gegenüberstehen. Der Reed-Schalter 4 ist so eingerichtet, daß er längs der gemeinsamen Achse der ringförmigen Magneten 2 und 3 in Richtungen bewegt werden kann, die im wesentlichen parallel zu den Magnetisierungsach sen dieser Magneten sind, wobei seine Längsachse im wesentli chen parallel zu den Magnetisierungsachsen dieser Magneten 2 und 3 bleibt.

Es versteht sich, daß diese Ausführungsform die gleichen Vorteile zeigt, wie sie auch die vorangehenden Ausfüh rungsformen haben, wenn die Relativlage zwischen den Magne ten 2, 3 und dem Reed-Schalter 4 innerhalb des Bereichs des Weges der Relativbewegung verändert wird, der zwischen den Stellen liegt, wo die von den Magneten einzeln erzeugten Magnetfelder maximal sind.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist deutlich geworden, daß es die Erfindung ermöglicht, das Ausmaß der Relativ bewegung zwischen dem Reed-Schalter und der Quelle des Magnetfelds, das für eine Aktivierung des Reed-Schalters erforderlich ist, und damit auch die Abmessungen der Reed- Schaltervorrichtung 4 als ganzen zu vermindern, wobei gleichzeitig die Nachweisgenauigkeit erhöht ist.

Claims

1. Reed-Schaltervorrichtung mit Magnetmitteln und einem Reed-Schalter (4), welche relativ zueinander bewegbar sind, so daß sich der Zustand des Reed-Schalters zwischen einem Ein- und einem Aus-Zustand in Übereinstimmung mit einer Änderung der Relativlage zwischen dem Reed-Schalter und den Magnetmitteln ändert, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetmittel ein Paar von Magneten (2, 3) umfassen, welche nebeneinander mit entgegengesetzt gerichteten Polaritäten angeordnet sind, und daß der Reed-Schalter (4) in bezug auf die Magneten (2, 3) mit zu den Magnetisierungs achsen der Magneten (2, 3) im wesentlichen paralleler Längsachse bewegbar ist.

2. Reed-Schaltervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellung der Relativlage innerhalb eines Bereichs des Veränderungswegs der Relativlage durchgeführt wird, der zwischen zwei Punkten liegt, wo die durch die Magneten (2, 3) einzeln erzeugten Magnetfelder maximal sind.

3. Reed-Schaltervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Magneten (2, 3) unter Einhaltung eines bestimmten Zwischenraums zwischen ihnen parallel zueinander angeordnet sind, und daß der Reed- Schalter (4) in Bezug auf die Magneten (2, 3) längs einer Linie bewegbar ist, welche die Mitten der Magneten (2, 3) im wesentlichen in Richtung senkrecht zur Richtung der Mag netisierungsachsen der Magneten (2, 3) verbindet.

4. Reed-Schaltervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneten (2, 3) nebeneinander im wesentlichen einander berührend angeordnet sind, und daß der Reed-Schalter (4) in Bezug auf die Magneten (2, 3) längs eines Weges bewegbar ist, welcher sich im Bereich der Oberflächen der Magneten (2, 3) erstreckt und im wesentlichen senkrecht zu den Magnetisierungsachsen der Magneten (2, 3) verläuft.

5. Reed-Schaltervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Magneten (2, 3) in einer Reihe angeordnet sind, und daß der Reed-Schalter (4) längs eines Weges bewegbar ist, welcher im wesentlichen parallel zu den Magnetisierungsachsen der Magneten (2, 3) verläuft.

6. Reed-Schaltervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Magneten (2, 3) ringförmige Magneten sind, welche koaxial zueinander angeordnet sind, und daß der Reed-Schalter (4) längs der gemeinsamen Achse der ringförmigen Magneten bewegbar ist.