DE4302379C1

DE4302379C1 - Adjustable proximity switch using magnetic field sensor

Info

Publication number: DE4302379C1
Application number: DE19934302379
Authority: DE
Inventors: Luc Jansseune
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-01-28
Filing date: 1993-01-28
Publication date: 1994-07-07
Anticipated expiration: 2013-01-29

Abstract

The proximity switch has a magnetic field sensor arranged in the neutral zone of a two-pole permanent magnet, responding to a release element being brought close to the latter to detect a magnetic induction variation. The variation is evaluated to alter the switch state.The permanent magnet comprises two immediately adjacent partial permanent magnets (M1, M2) with different coercivity field strengths. The magnet with the lower coercivity field strength is partially demagnetised to shift the neutral zone.

Description

Die Erfindung betrifft einen justierbaren Näherungsschalter mit einem Magnetfeld-Sensor, welcher in der Nähe der neutra len Zone eines zweipoligen Dauermagneten angeordnet und mit einer Schaltungseinrichtung verbunden ist, wobei durch Annä herung eines Auslösekörpers an den Dauermagneten die magneti sche Induktion am Magnetfeld-Sensor veränderbar und zu einer Änderung des Schaltzustandes der Schaltungseinrichtung aus wertbar ist. Die Erfindung betrifft außerdem einen justierba rer Näherungsschalter mit einem Magnetfeld-Sensor, welcher in der Nähe der neutralen Zone zwischen jeweils gleichnamigen Polen zweier koaxial unter Bildung eines Luftspaltes überein ander angeordnet er Dauermagneten angeordnet und mit einer Schaltungseinrichtung verbunden ist, wobei durch Annäherung eines Auslösekörpers an einen Pol eines der Dauermagneten die magnetische Induktion am Magnetfeld-Sensor veränderbar und zu einer Änderung des Schaltzustandes der Schaltungseinrichtung auswertbar ist.The invention relates to an adjustable proximity switch with a magnetic field sensor, which is close to the neutra len zone of a two-pole permanent magnet arranged and with a circuit device is connected, whereby by Annä production of a trigger body on the permanent magnet the magneti Induction on the magnetic field sensor can be changed and becomes one Change of the switching state of the circuit device is valuable. The invention also relates to an adjustable ba rer proximity switch with a magnetic field sensor, which in the proximity of the neutral zone between each of the same name Poles match two coaxially to form an air gap other he arranged permanent magnets and arranged with a Circuit device is connected, by approximation a trigger body to a pole of one of the permanent magnets Magnetic induction on the magnetic field sensor can be changed and closed a change in the switching state of the circuit device is evaluable.

Magnetfeld-Sensoren werden gegenwärtig zweckmäßigerweise in Form eines handelsüblichen integrierten Schaltkreises verwen det, der bereits die Auswerteschaltung enthält. Die Abmessun gen des Schaltbereiches der genannten Näherungsschalter sollen innerhalb gewisser Toleranzgrenzen liegen. Die Schalt schwellen der gegenwärtig erhältlichen Sensor-Chips für das Einschalten und für das Ausschalten des Näherungsschalters weisen jedoch derart große Toleranzen auf, daß ein Justier vorgang in den meisten Fällen erforderlich ist. Die Schalt schwelle liegt beispielsweise häufig in einem Bereich von 6 bis 15 mT. Dabei spielen mechanische Toleranzen eine große Rolle, da der Magnetfeld-Sensor, meist ein zusammen mit der Auswerteschaltung auf einem sogenannten Leadframe befestigtes und elektrisch verbundenes Siliziumplättchen, mit Kunststoff umspritzt wird. Problematisch dabei sind insbesondere auf grund der Kunststoffumspritzung entstehende mechanische Spannungen, da das Siliziumplättchen empfindlich für Piezo- Effekte ist. Der umspritzte Sensor-Chip (IC) ist zusammen mit anderen Bauteilen, beispielsweise einer Leiterplatte, im Schaltergehäuse montiert.Magnetic field sensors are currently conveniently in Use the form of a commercially available integrated circuit det, which already contains the evaluation circuit. The dimensions conditions of the switching range of the proximity switches mentioned should be within certain tolerance limits. The switching thresholds of currently available sensor chips for the Switch on and for switching off the proximity switch however, have such large tolerances that an adjustment operation is required in most cases. The switching For example, threshold is often in a range of 6 up to 15 mT. Mechanical tolerances play a big part in this Role because the magnetic field sensor, usually one along with the Evaluation circuit attached to a so-called lead frame and electrically connected silicon plate, with plastic is encapsulated. Problematic are in particular on resulting mechanical plastic extrusion Voltages because the silicon wafer is sensitive to piezo Effects is. The overmolded sensor chip (IC) is together with other components, such as a circuit board, in Switch housing mounted.

Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. P 42 37 929.6 ist es bekannt, insbesondere bei einer Anordnung des Magnetfeld-Sensors seitlich am Dauermagneten, durch eine geringfügige Versetzung des Magnetfeld-Sensors gegenüber der neutralen Zone des Dauermagneten die magneti sche Induktion im Ruhezustand entweder auf 0 oder auf einen vorgegebenen Wert einzustellen, um für den Auslösezustand die magnetische Induktion in einem Bereich zu erhalten, in wel chem entsprechend den Kennwerten des Magnetfeld-Chips dessen Schwellenwerte für das Einschalten und für das Ausschalten liegen. Dies ist jedoch mechanisch aufwendig.From the unpublished German patent application No. P 42 37 929.6 it is known, in particular for one Arrangement of the magnetic field sensor on the side of the permanent magnet, due to a slight displacement of the magnetic field sensor compared to the neutral zone of the permanent magnet, the magneti cal induction at rest either to 0 or to one set the preset value in order to trigger the to obtain magnetic induction in a range in which chem according to the characteristic values of the magnetic field chip Thresholds for switching on and for switching off lie. However, this is mechanically complex.

Aus der DE 39 01 678 A2 ist ein dem eingangs genannten Näherungsschalter ähnlicher Schalter bekannt, bei dem der Magnetfeld-Sensor jedoch in einer vollkommen magnetfeldfreien Zone angeordnet ist, während er im eingangs genannten Schalter in einer neutralen Zone angeordnet ist, die nur tangentiale, den Magnetfeld-Sensor unbeeinflußt lassende Feldlinien aufweist. Diese Schrift enthält auch keinen Hinweis auf die Möglichkeit der Veränderung der Magnetisierung des Dauermagneten zum Zwecke der Entjustage.From DE 39 01 678 A2 is the beginning called proximity switch similar switch known, but in which the magnetic field sensor a completely magnetic field-free zone while he is in the aforementioned Switch is arranged in a neutral zone the only tangential, unaffected by the magnetic field sensor showing field lines. This font also contains no indication of the possibility the change in the magnetization of the permanent magnet for the purpose of misalignment.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Näherungs schalter zu schaffen, bei dem die Justierung des Schaltberei ches ohne mechanische Positionsänderung des Sensors gegenüber dem Magneten, und deshalb weniger aufwendig erfolgt.The object of the present invention is an approximation to create switches in which the adjustment of the switching range ches without mechanical change in position of the sensor the magnet, and is therefore less expensive.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Näherungsschal ter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Dauer magnet aus zwei unmittelbar übereinander angeordneten Teilma gneten M1 und M2 mit unterschiedlicher Koerzitivfeldstärke besteht, daß der Magnetfeld-Sensor in der Nähe der neutralen Zone des zusammengesetzten Dauermagneten im voll aufmagneti sierten Zustand positioniert ist, und daß nur der Teilmagnet M2 mit der geringeren Koerzitivfeldstärke mindestens teil weise entmagnetisiert ist, wobei die Lage der neutralen Zone des Dauermagneten gegenüber ihrer Lage im voll aufmagne tisierten unjustierten Zustand verschoben ist. According to the invention, this object is achieved with a proximity scarf ter of the type mentioned solved in that the duration magnet made of two partial dimensions arranged directly one above the other M1 and M2 with different coercive force there is that the magnetic field sensor near the neutral Zone of the composite permanent magnet in the fully magnet is positioned and that only the partial magnet M2 with the lower coercive force at least partially is demagnetized, the position of the neutral Zone of permanent magnet compared to its location in full exposure tized unadjusted state is shifted.

Die Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß der Magnetfeld- Sensor in der Nähe der neutralen Zone zwischen den Dauerma gneten M1 und M2 im voll aufmagnetisierten Zustand positio niert ist, und daß nur einer der Dauermagneten M1 und M2 mindestens teilweise entmagnetisiert ist, wobei die Lage der neutralen Zone zwischen den Dauermagneten M1 und M2 gegenüber ihrer Lage im voll aufmagnetisierten, unjustierten Zustand verschoben ist.The problem is also solved in that the magnetic field Sensor near the neutral zone between the long-term M1 and M2 in the fully magnetized state positio is niert, and that only one of the permanent magnets M1 and M2 is at least partially demagnetized, the position of the neutral zone between the permanent magnets M1 and M2 opposite their position in the fully magnetized, unadjusted state is moved.

Als Magnetfeld-Sensor kann je nach den Anwendungsbedingungen ein Hall-Sensor oder ein Magnetoresistor (eine Feldplatte) Verwendung finden. Auch andere magnetfeldempfindliche Elemen te, wie Magnetfelddioden und dergleichen sind denkbar.As a magnetic field sensor, depending on the application conditions a Hall sensor or a magnetoresistor (a field plate) Find use. Other elements sensitive to magnetic fields te, such as magnetic field diodes and the like are conceivable.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung an Aus führungsbeispielen näher erläutert. Es zeigenThe invention is described below with reference to the drawing management examples explained in more detail. Show it

Fig. 1 eine Prinzipanordnung eines aus zwei Teilmagneten bestehenden Dauermagneten mit seitlichem Magnetfeld-Sensor, Fig. 1 shows a basic arrangement of a two-part magnets are permanent magnets, with lateral magnetic field sensor,

Fig. 2 eine idealisierte Magnetcharakteristik zweier Dauermagnete mit unterschiedlicher Koerzitivfeld stärke, Fig. 2 is an idealized magnetic characteristic of two permanent magnets having different coercive field strength,

Fig. 3 eine Prinzipanordnung mit zwei koaxialen Dauermagneten und einem im Luftspalt angeordneten Magnetfeld-Sensor. Fig. 3 shows a basic arrangement with two coaxial permanent magnets and a magnetic field sensor arranged in the air gap.

Die Fig. 1 zeigt schematisiert einen Dauermagneten eines Näherungsschalters, der in zwei Teilmagneten M1 und M2 mit unterschiedlicher Koerzitivfeldstärke aufgeteilt ist. Die beiden Teilmagneten sind zunächst voll aufmagnetisiert. Der seitlich angebrachte Magnetfeld-Sensor ist nahe der im voll aufmagnetisierten Zustand sich ausbildenden neutralen Zone der übereinander befindlichen Dauermagneten positioniert. Zum Justieren wird ein Gegenfeld erzeugt, das groß genug ist, um M2, den Teilmagneten mit der geringeren Koerzitivfeldstärke, mindestens teilweise zu entmagnetisieren, aber nicht groß genug ist, um M1 zu beeinflussen. Dabei ändert sich die Lage der neutralen Zone und damit auch die Einstellung des Schaltbereiches. Die Größe der Lageänderung bestimmt den für die Justierung zur Verfügung stehenden Bereich und hängt - bei vollständiger Entmagnetisierung - vor allem vom Größen verhältnis der beiden Teilmagnete ab, die also auch annähernd gleich groß sein können. Besonders vorteilhaft für die Mög lichkeit des Abgleichs sowohl positiver wie negativer Tole ranzen ist es, den Magnetfeld-Sensor in der Mitte des durch die maximale Lageänderung der neutralen Zone gegebenen Ju stierbereiches zu positionieren. Fig. 1 shows schematically a permanent magnet of a proximity switch which is divided into two part-magnets M1 and M2 with different coercivity. The two partial magnets are initially fully magnetized. The side-mounted magnetic field sensor is positioned near the neutral zone of the permanent magnets located one above the other when fully magnetized. For adjustment, an opposing field is generated which is large enough to at least partially demagnetize M2, the partial magnet with the lower coercive force, but is not large enough to influence M1. The position of the neutral zone changes, and with it the setting of the switching range. The size of the change in position determines the area available for adjustment and depends - with complete demagnetization - above all on the size ratio of the two partial magnets, which can therefore also be approximately the same size. It is particularly advantageous for the possibility of matching both positive and negative tolerances to position the magnetic field sensor in the middle of the juicing area given by the maximum change in position of the neutral zone.

Das Gegenfeld wird zweckmäßigerweise schrittweise erhöht ("Runterklopfen") bis die richtige Größe des Schaltbereiches erreicht wird. Dies kann beispielsweise mittels einer automa tischen Steuerung, beispielsweise in einem 20sec-Takt gesche hen. Durch kürzere Taktzeiten kann der Justiervorgang auf einfache Weise beschleunigt werden.The opposite field is expediently increased step by step ("Knock down") until the correct size of the switching range is achieved. This can be done, for example, by means of an automa table control, for example in a 20sec cycle hen. The adjustment process can be shortened by shorter cycle times be accelerated easily.

Als Material für den Teilmagneten M1 kann beispielsweise im Handel erhältliches Vacodym 400 HR mit einer Koerzitivfeld stärke von 1800 kA/m verwendet werden, während für den Teil magneten M2 Vacodym 351 HR mit einer Koerzitivfeldstärke von 1200 kA/m gewählt werden kann.For example, commercially available Vacodym 400 HR with a coercive field strength of 1800 kA / m can be used as the material for the partial magnet M1, while for the partial magnet M2 Vacodym 351 HR with a coercive field strength of 1200 kA / m can be selected.

Die Fig. 2 zeigt eine idealisierte Magnetcharakteristik, bei der jeweils die Induktion J gegenüber der Feldstärke H für die beiden Teilmagneten aufgetragen ist. Es wird ein Gegen feld von derartiger Größe angelegt, daß der Teilmagnet M2 teilweise entmagnetisiert ist. Andererseits liegt das Gegen feld bezüglich der Magnetisierungskurve des Teilmagneten M1 noch in deren konstanten Bereich, so daß M1 unbeeinflußt bleibt. Zum Vergleich ist außerdem die Arbeitsgerade ("magnetischer Widerstand", die Induktion J wird als "Magnetstrom" betrachtet) dargestellt. FIG. 2 shows an idealized magnetic characteristic in which each of the induction J with respect to the field intensity H is plotted for the two sub-magnets. A counter field of such size is created that the partial magnet M2 is partially demagnetized. On the other hand, the opposite field with respect to the magnetization curve of the partial magnet M1 is still in its constant range, so that M1 remains unaffected. The working line ("magnetic resistance", induction J is regarded as "magnetic current") is also shown for comparison.

Bei der Anordnung gemäß der Fig. 3 dürfen die beiden Dauerma gneten M1 und M2 aus dem gleichen Material sein. Abhängig von der Polarität des magnetischen Justierfeldes wird entweder M1 oder M2 vorzugsweise nur teilweise entmagnetisiert.In the arrangement according to FIG. 3 may conveniently conducted both Dauerma M1 and M2 of the same material be. Depending on the polarity of the magnetic adjustment field, either M1 or M2 is preferably only partially demagnetized.

Der Justiervorgang kann auf einfache Weise und ohne eine aufwendige Gestaltung des Näherungsschalters zu erfordern, als letzter Arbeitsgang im Fertigungsprozeß vorgenommen werden. Die bereits fertig montierten, festgeklebten oder vergossenen Einzelteile können demnach bei der Endprüfung justiert werden.The adjustment process can be done easily and without a to require complex design of the proximity switch, as the last step in the manufacturing process become. The already assembled, glued or Potted individual parts can therefore during the final inspection be adjusted.

Claims

1.Adjustable proximity switch with a magnetic field sensor, which is arranged in the vicinity of the neutral zone of a two-pole permanent magnet and is connected to a circuit device, the magnetic induction on the magnetic field sensor being changeable and changing the proximity of a trigger body to the permanent magnet Switching state of the circuit device can be evaluated, characterized in that the permanent magnet consists of two partial magnets M1 and M2 arranged directly one above the other with different coercive field strengths, that the magnetic field sensor is positioned near the neutral zone of the composite permanent magnet in the fully magnetized state, and that only the partial magnet M2 with the lower coercive field strength is at least partially demagnetized, the position of the neutral zone of the permanent magnet being shifted relative to its position in the fully magnetized, unadjusted state.

2. Adjustable proximity switch with a magnetic field sensor sor, which is close to the neutral zone between each eponymous poles of two coaxial, forming one Air gap arranged one above the other permanent magnets net and is connected to a circuit device, wherein by approaching a trip body to a pole of one of the Permanent magnets the magnetic induction on the magnetic field sensor changeable and to a change in the switching state of the Circuit device can be evaluated, characterized, that the magnetic field sensor is near the neutral zone between the permanent magnets M1 and M2 in the fully magnetized is positioned and that only one of the duration gneten is at least partially demagnetized, the Position of the neutral zone between the permanent magnets M1 and M2 compared to their position in the fully magnetized unadjusted State is shifted.

3. Adjustable proximity switch according to claim 1 or 2, at which the magnetic field sensor in the middle of by the maximum Change of position of the neutral zone of the given adjustment range is positioned.