KR101500870B1 - 자기 스위치 디바이스 및 이것을 이용한 엘리베이터 카의 위치 검출 장치 - Google Patents

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KR101500870B1
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아키히데 시라츠키
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

자기 센서의 주변에 외란 자계가 존재하면, 자기 센서의 검지 정밀도가 저하하기 때문에, 자기 센서를 둘러싸는 자성체나 차폐 부재를 배치하고 있었지만, 자기 스위치 디바이스가 대형화하고, 추가의 비용이 소모되고 있었다.
본 발명에 따른 자기 스위치 디바이스는, 자성 재료로 이루어지고, 개구부를 형성하는 자성 본체부와, 자성 본체부의 제 1 단부에 배치된 영구 자석과, 자성 본체부의 제 1 단부에 대향하는 제 2 단부에 배치된 자기 센서를 구비한다. 영구 자석의 기자력 F에 의해, 자성 본체부, 자기 센서, 및 개구부를 통과하는 자기 회로가 형성되고, 자성 본체부를 관통하는 자속 밀도 B는 자기 회로의 자기 저항 R, 영구 자석의 기자력 F, 및 자성 본체부의 자기 회로에 직교하는 단면적 S를 이용하여 식 {B=F/(RS)}로 표현되고, 자속 밀도 B가 자성 본체부의 포화 자속 밀도 BS 이상인 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

자기 스위치 디바이스 및 이것을 이용한 엘리베이터 카의 위치 검출 장치{MAGNETIC SWITCH DEVICE AND POSITION SENSING APPARATUS OF ELEVATOR CAR USING THE SAME}
본 발명은 자성 재료로 이루어지는 피검지체의 접근 및/또는 통과를 비접촉으로 검지하는 자기 스위치 디바이스 및 이것을 이용한 엘리베이터 카의 위치 검출 장치에 관한 것이다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, U자 형상 또는 C자 형상의 자성 프레임의 일단부에 배치된 영구 자석과, 이것에 대향하는 자성 프레임의 타단부에 배치된 자기 센서를 가지는 자기식 위치 검출 장치로서, 엘리베이터 카의 승강로 내의 정지 가능한 착상 위치에 대응하는 복수의 위치에 배치된 금속 플레이트가 자성 프레임의 양단부의 사이에 위치하는지 여부를 검출하는 자기식 위치 검출 장치가 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 퍼멀로이(Fe-Ni 합금, permalloy) 등의 고투자성(高透磁性) 재료로 이루어지고, 피검사체에 면한 개구면을 가지는 대략 직사각형 하우징의 자기 실드와, 그 내부에 배치된 자기 센서를 갖고, 피검사체에 혼입되는 자성 이물을 검출하는 자성물 검출 장치가 개시되어 있다.
특허문헌 1: WO2008/044303호 팜플렛(단락 [0008]~[0021], 도 3) 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2009-092507호 공보(단락 [0025]~[0039], 도 1)
상술한 바와 같이, 자기 스위치 디바이스는 일반적으로, 영구 자석 또는 자성 이물 등의 자기원(magnetic source)으로부터의 자계 강도의 변화를 자기 센서에서 검출하고, 그 자계 강도의 변화에 따라, 금속 플레이트 또는 자성 이물 등의 피검출 자성체의 유무를 검출하는 것이다. 그런데, 종래의 자기 스위치 디바이스는, 그 주변에 존재하는 자성 부재 또는 자기원 이외의 환경 자기 노이즈(environmental magnetic noise) 또는 외란 자계(disturbing magnetic field)에 기인하여, 검출해야 할 자계 강도(자계 분포)가 변화해서, 피검출 자성체를 정밀도 좋게 검출할 수 없는 경우가 있었다.
보다 구체적으로는, 특허문헌 1에 기재된 자기식 위치 검출 장치는, 금속 플레이트가 U자 모양의 자성 프레임의 사이에 접근하고, 통과할 때에, 영구 자석으로부터의 자계의 강도 변화를 검출하는 것이지만, 자기 스위치 디바이스의 주변에 큰 자성체 또는 환경 자기 노이즈(외란 자계)가 있을 때, 자기 스위치 디바이스가 검출하는 자계 강도가 변화해 버린다. 그 결과, 자기식 위치 검출 장치에 의한 금속 플레이트의 유무를 검출하기 어려워져, 엘리베이터 카의 접근 및 통과를 검지하는 정밀도가 저하될 수 있다고 하는 문제가 있었다.
또한, 특허문헌 2에 기재된 자성물 검출 장치는, 피검사체에 혼입하는 자성 이물이 자기 실드의 개구면에 대향하는 위치에 있을 때에, 자성 이물로부터의 자계의 강도 변화를 검출하도록 구성되어 있지만, 자기 실드에 의해서도 차폐되지 않는 환경 자기 노이즈가 있을 때, 마찬가지로 자성물 검출 장치가 검출하는 자계 강도가 변화해 버린다. 그 결과, 환경 자기 노이즈를 가능한 한 억제하기 위해서, 비용이 높고, 사이즈가 큰 자기 실드를 채용할 필요가 있었다.
그래서, 특허문헌 1에서는, U자 모양의 자성 프레임을 영구 자석과 자기 센서를 둘러싸도록 구성하고, 그 치수를 크게 하고, 특허문헌 2에서는, 자기 센서를 자기 실드의 개구면에 대해 소정의 각도로 경사져 배치하는 것에 의해, 환경 자기 노이즈에 의한 영향을 극력 회피하는 대책이 취해져 왔다.
그러나, 상술한 바와 같이 환경 자기 노이즈에 의한 영향을 가능한 한 억제하기 위해서, U자 모양의 자성 프레임의 치수를 크게 하는 것(특허문헌 1), 및 자기 실드의 사이즈를 크게 하는 것(특허문헌 2)는, 자기 센서를 포함하는 자기식 위치 검출 장치 및 자성물 검출 장치의 전체의 치수를 크게 하여, 이들의 설치 장소에 제약이 생겨, 생산 비용도 증대하게 된다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 소형의 치수를 유지하면서, 또한, 고가의 자기 차폐 부재를 추가하는 일없이, 자기 센서의 주변에 환경 자기 노이즈가 있었다고 하여도, 높은 검출 정밀도를 가지는 자기 스위치 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 따른 자기 스위치 디바이스는, 자성 재료로 이루어지고, 개구부를 형성하는 자성 본체부와, 자성 본체부의 제 1 단부에 배치된 영구 자석과, 자성 본체부의 제 1 단부에 대향하는 제 2 단부에 배치된 자기 센서를 구비한다. 영구 자석의 기자력 F에 의해, 자성 본체부, 자기 센서, 및 개구부를 통과하는 자기 회로가 형성되고, 자성 본체부를 관통하는 자속 밀도 B는 자기 회로의 자기 저항 R, 영구 자석의 기자력 F, 및 자성 본체부의 자기 회로에 직교하는 단면적 S를 이용하여 식 {B=F/(RS)}로 나타내어지고, 자속 밀도 B가 자성 본체부의 포화 자속 밀도 BS 이상인 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 의하면, 자기 스위치 디바이스가 대형화되는 것을 회피하고, 추가 부재의 비용도 발생시키지 않고, 자기 센서 주변에 환경 자기 노이즈가 있더라도, 자기 센서의 위치에서의 자속 밀도를 안정시키고, 높은 정밀도로 피검지체를 검지할 수 있는 자기 스위치 디바이스를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 자기 스위치 디바이스를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자기 스위치 디바이스를 이용한 위치 검출 장치를 포함하는 엘리베이터나 및 엘리베이터 승강로를 나타내는 정면도이다.
도 3(a) 및 (b)는 도 1에 나타내는 자기 스위치 디바이스의 제 1 및 제 2 아암부를 X 방향에서 본 측면도이고, (c)는 자기 스위치 디바이스의 베이스부의 배면도이다.
도 4(a) 및 (b)는 도 1에 나타내는 자기 스위치 디바이스를 위쪽에서 본 평면도로서, 피검지체가 개구부 내에 배치되는 전후의 자기 회로(자속 밀도 B)의 변화를 나타내는 것이다.
도 5(a) 및 (b)는 제 1 및 제 2 아암부를 X 방향에서 본 측면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 2에 따른 자기 스위치 디바이스를 나타내는 사시도이다.
도 7(a) 및 (b)는 도 6에 나타내는 제 1 및 제 2 아암부를 X 방향에서 본 측면도이고, (c)는 도 6에 나타내는 베이스부의 배면도이다.
도 8은 실시 형태 2의 변형예 1에 따른 자기 스위치 디바이스를 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 8에 나타내는 베이스부의 배면도이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태 3에 따른 자기 스위치 디바이스를 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태 3에 따른 자기 스위치 디바이스를 나타내는 사시도이다.
도 12(a) 및 (b)는 실시 형태 3에 따른 베이스부의 배면도이다.
도 13은 실시 형태 3의 변형예 2에 따른 자기 스위치 디바이스의 베이스부를 Y 방향에서 본 일부 단면 정면도이다.
도 14(a)~(c)는 변형예 2의 다른 다양한 변형예를 나타내는 일부 단면 정면도이다.
도 15는 본 발명의 실시 형태 4에 따른 자기 스위치 디바이스를 위쪽에서 본 평면도이다.
도 16은 본 발명의 실시 형태 5에 따른 자기 스위치 디바이스를 위쪽에서 본 평면도이다.
첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 자기 스위치 디바이스 및 이것을 이용한 엘리베이터 카의 위치 검출 장치의 실시 형태를 설명한다. 각 실시 형태의 설명에서, 이해를 용이하게 하기 위해서 방향을 나타내는 용어(예를 들면, 「X 방향」, 「Y 방향」, 「Z 방향」, 「상하 방향」, 및 「좌우 방향」 등)를 적당히 이용하지만, 이것은 설명을 위한 것으로, 이러한 용어는 본 발명을 한정하는 것이 아니다.
(실시 형태 1)
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 자기 스위치 디바이스(1)를 나타내는 사시도이다. 도 2는 이 자기 스위치 디바이스(1)를 이용한 위치 검출 장치(6)를 포함하는 엘리베이터 카(7)와 엘리베이터 승강로(8)를 나타내는 정면도이다.
본 발명에 따른 자기 스위치 디바이스(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 개략 자성 재료로 이루어지고, 개구부(10)를 가지는 자성 본체부(20)와, 자성 본체부(20)의 일단부에 배치된 영구 자석(22)과, 일단부에 대향하는 타단부에 배치된 자기 센서(24)를 가진다. 또한, 자기 스위치 디바이스(1)는, 도 1에서는 도시하지 않지만, 자기 센서(24)로부터의 신호를 처리하고, 자성 재료로 이루어지는 피검지체(50)의 유무를 검출하는 제어 회로 등이 실장된 전기 회로 기판(26)(특히, 도 4(a) 및 도 4(b) 등 참조)를 가진다.
자성 본체부(20)는, 이것에 한정되는 것은 아니지만, 굴곡부(28a, 28b)를 포함하는 U자 모양의 형상을 가지고 있어도 좋고, 그 외의 형상(도시하지 않지만, 굴곡부를 가지지 않는 C자 모양의 형상 또는 단일의 굴곡부(28)를 가지는 V자 모양 등)을 가지는 것이어도 좋다.
보다 구체적으로는, 도 1에 나타내는 자성 본체부(20)는 제 1 및 제 2 아암부(32, 34) 및 이들을 자기적으로 결합하는 베이스부(30)를 가진다. 도 1에 나타내는 자기 스위치 디바이스(1)에서, 영구 자석(22)은 N극이 제 1 아암부(32)에 면하도록 제 1 아암부(32)에 배치되고, 자기 센서(24)는 영구 자석(22)의 S극에 대향하도록 제 2 아암부(34)에 배치된다. 또, 영구 자석(22)의 N극 및 S극의 방향은 반대이어도 좋다. 도 1의 영구 자석(22)은, 그 기자력 F에 의해, 자성 본체부(20) 및 자기 센서(24)를 통과하는 자기 회로(40)(도 1의 굵은 선으로 나타내는 자속 밀도 B)를 형성한다.
엘리베이터 카(7)는, 일반적으로, 도 2에 나타내는 바와 같이, 엘리베이터 승강로(8)의 상부에 마련된 구동 시브(도시하지 않음)에 감겨진 복수개의 주색(메인 케이블, main cable)의 일단부에 연결되어 매달려 도시하지 않지만, 그 타단부에는 균형추가 연결되고, 권상기가 구동 시브를 구동하는 것에 의해 승강하도록 구성되어 있다.
엘리베이터 카(7)의 위치 검출 장치(6)는, 본 발명에 따른 자기 스위치 디바이스(1)와 그 개구부(10) 내를 통과 및 정지할 수 있도록 설치된 자성 재료로 이루어지는 피검지체(예를 들면 금속판 등)(50)를 가진다. 도 2에 나타내는 엘리베이터 카(7)는 그 측벽에 본 발명에 따른 자기 스위치 디바이스(1)가 고정되고, 엘리베이터 승강로(8)의 측벽의 각 층에 대응하는 위치에 복수의 피검지체(50)가 고정되어 있다. 택일적으로는, 복수의 자기 스위치 디바이스(1)를 엘리베이터 승강로(8)의 측벽의 각 층에 대응하는 위치에 고정하고, 피검지체(50)를 엘리베이터 카(7)의 측벽에 고정하여도 좋다.
본 발명에 따른 자기 스위치 디바이스(1)는, 도 1에서는, 피검지체(50)가 자기 스위치 디바이스(1)에 대해 상대적으로 상승하도록 도시되고, 피검지체(50)가 가는 파선으로 나타내는 바와 같이 자기 스위치 디바이스(1)의 개구부(10) 내에 위치할 때, 자기 회로(40)가 차단되고, 그 자속 밀도 B의 실질적인 감소를 자기 센서(24)가 검출하는 것에 의해, 피검지체(50)의 유무를 검지하는 것이다. 즉, 본 발명에 따른 자기 스위치 디바이스(1)를 이용한 엘리베이터 카(7)의 위치 검출 장치(6)는 엘리베이터 승강로(8)의 측벽의 각 층에 대응하는 위치에 고정된 피검지체(50)의 유무(접근 또는 통과를 포함함)를 검지하는 것에 의해, 엘리베이터 카(7)의 위치를 검출하는 것이다.
다음으로, 실시 형태 1의 자기 스위치 디바이스(1)의 보다 구체적인 구성 및 특징에 대해 이하에 설명한다. 도 3(a) 및 도 3(b)는 도 1의 자기 스위치 디바이스(1)의 제 1 및 제 2 아암부(32, 34)를 X 방향에서 본 측면도이고, 도 3(c)는 도 1의 자기 스위치 디바이스(1)의 베이스부(30)를 Y 방향과는 반대 방향(-Y 방향)에서 본 배면도이다. 도 4(a) 및 도 4(b)는 도 1의 자기 스위치 디바이스(1)를 위쪽(-Z 방향)에서 본 평면도로서, 피검지체(50)가 개구부(10) 내에 배치되는 전후의 자기 회로(40)(자속 밀도 B)의 변화를 나타내는 것이다.
본 발명에 따른 자기 스위치 디바이스(1)는, 상술한 바와 같이, 피검지체(50)가 개구부(10) 내에 배치되어 있지 않을 때(도 4(a)), 자기 회로(40)(자속 밀도 B)가 자성 본체부(20) 및 자기 센서(24)를 통하고, 피검지체(50)가 개구부(10) 내에 있을 때(도 4(b)), 자기 회로(40)(자속 밀도 B)가 제 1 아암부(32), 베이스부(30)의 일부, 및 피검지체(50)를 통하기 때문에, 자기 센서(24)에서 검출되는 자속 밀도 B가 지극히 작아지므로, 피검지체(50)의 존재를 검지할 수 있다. 또, 전기 회로 기판(26)은 지주 부재(27)를 이용하여 제 2 아암부(34)에 고정되고, 도 4(a) 및 도 4(b)는 명확하게 하기 위해서, 영구 자석(22) 및 전기 회로 기판(26)을 과장하여 크게 도시하고 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 실시 형태 1에 따른 제 1 및 제 2 아암부(32, 34)는, Y 방향의 길이 l이 약 40㎜~약 100㎜이고, Z 방향의 높이 h가 약 3㎜~약 10㎜이고(도 3(a) 및 도 3(b)), Y 방향의 두께 d가 약 1㎜~약 2㎜이어도 좋다(도 4(a)). 실시 형태 1에 따른 베이스부(30)는, 마찬가지로 X 방향의 길이 lO가 약 40~약 100㎜이고, Z 방향의 높이 hO가 약 3~약 10㎜이고(도 3(c)), Y 방향의 두께 d는 제 1 및 제 2 아암부(32, 34)와 마찬가지로 약 1㎜~약 2㎜이어도 좋다. 또한, 도 3(a)의 파선으로 나타내는 영구 자석(22)의 Z 방향의 치수는 제 1 아암부(32)의 높이 h를 넘지 않는 것이어도 좋다.
단, 영구 자석(22)은, 상세히 후술하는 바와 같이, YZ 평면에 평행한 표면적을 크게 하고, 보다 높은 자속 밀도 B를 형성하는 것이 바람직하다. 도 5(a) 및 도 5(b)는 제 1 및 제 2 아암부(32, 34)를 X 방향에서 본 측면도이고, 도 3(a) 및 도 3(b)와 동일한 것이다. 도 5(a)의 제 1 아암부(32)는 그 선단부에 자성 재료로 이루어지는 자석 지지부(33)를 가진다. 제 1 아암부(32) 및 자석 지지부(33)는 각각 개별적으로 작성된 후에 접합되는 것이어도 좋지만, 일체 성형되는 것이 바람직하다. 도 5(a)에 나타내는 자석 지지부(33) 및 이것에 고정되는 영구 자석(22)의 Y 방향의 길이 l' 및 Z 방향의 높이 h'은 약 10㎜~약 30㎜의 범위에서 거의 동일한 정도이어도 좋다(도 5(a)). 마찬가지로, 영구 자석(22)에 대향하는 전기 회로 기판(26)의 Y 방향의 길이 및 Z 방향의 높이는 영구 자석(22)의 Y 방향의 길이 l' 및 Z 방향의 높이 h'와 동일한 정도이어도 좋다(도 5(b)).
즉, 실시 형태 1에서는, 자성 본체부(20)의 베이스부(30) 및 제 1 및 제 2 아암부(32, 34)는 X 방향, Y 방향, 및 Z 방향의 치수(특히 자기 회로(40)에 직교하는 평면에 평행한 단면적 S0, S1, S2)가 실질적으로 동일하게 되도록 구성되어 있다.
또한, 베이스부(30)의 자기 회로(40)에 직교하는 YZ 평면에 평행한 단면적 S0, 및 제 1 및 제 2 아암부(32, 34)의 자기 회로(40)에 직교하는 XZ 평면에 평행한 단면적 S1, S2는 (도 1), 자석 지지부(33)의 자기 회로(40)에 직교하는 YZ 평면에 평행한 단면적 S3보다 작아지도록 설계하여도 좋다(도 5(a)). 또, 영구 자석(22), U자 모양의 자성 본체부(20), 전기 회로 기판(26), 및 자기 센서(24)의 각 방향의 치수는, 상기 구체적인 예에 한정되는 것이 아니고, 또 필요에 따라서, 베이스부(30)와 제 1 및 제 2 아암부(32, 34)의 Y 방향의 길이(lO, l), 높이(hO, h), 및 두께(d)는 상이하도록 설계하여도 좋다.
또한, 실시 형태 1에서는, 영구 자석(22)은 페라이트 자석이고, U자 모양의 자성 본체부(20)는 연자성체인 철 또는 철계 합금(예를 들면, 냉간 압연 강판 등)으로 이루어지는 것이어도 좋고, 자기 센서(24)는 홀 소자이어도 좋다.
또한, 영구 자석(22)은, 페라이트 자석 외에, 예를 들면 네오듐 자석, 사마륨 코발트 자석, 이들의 재료를 포함하는 플라스틱 자석 등, 보다 기자력 F가 높은 임의의 자석을 이용하여도 좋다.
자성 본체부(20)(베이스부(30) 및 제 1 및 제 2 아암부(32, 34)) 및 자석 지지부(33)는 철, 니켈, 퍼멀로이(Fe-Ni 합금, permalloy), 또는 규소 강판(실리콘 강철, silicon steel) 등의 자성 재료를 이용하여 제작해도 좋다. 또한, 피검지체(50)도 마찬가지로, 철 또는 철계 합금 외에, 니켈, 퍼멀로이(Fe-Ni 합금), 또는 규소 강판(실리콘 강철) 등의 자성 재료를 이용하여 제작해도 좋다.
자기 센서(24)는, 홀 소자 외에, AMR 센서(이방성 자기 저항 센서, Anisotropic Magneto-Resistance Sensor), GMR 센서(거대 자기 저항 센서, Giant Magneto-Resistance Sensor), TMR 센서(터널 자기 저항 센서, Tunnel Magneto-Resistance Sensor), FG 센서(플럭스게이트 센서, Fluxgate Sensor), MI 센서(자기 임피던스 센서, Magnetic Impedance Sensor) 등의 자속 밀도 B의 변화를 검지할 수 있는 임의의 자기 센서를 이용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 영구 자석(22)의 기자력 F에 의해 생기는 자력선의 대부분은, 도 4(a)의 굵은 파선으로 나타내는 바와 같이, 영구 자석(22), U자 모양의 자성 본체부(20), 자기 센서(24)를 통과하는 자기 회로(40)를 형성한다. 이렇게 구성된 자기 스위치 디바이스(1)는, 피검지체(50)가 자성 본체부(20)의 개구부(10), 즉 영구 자석(22)과 자기 센서(24) 사이를 통과할 때에, 자기 회로(40)가 차단되고, 자속 밀도 B가 변화하는 것을 자기 센서(24)에 의해 검지하고, 피검지체(50)의 접근 또는 통과를 검지할 수 있다.
그런데, 일반적인 자기 스위치 디바이스(1)는, 자기 센서(24)가 주변 자계의 강도 변화를 검출하여 피검지체(50)의 접근이나 통과를 검지하는 것이기 때문에, 자기 스위치 디바이스(1)의 주변에 큰 자성체나 외란 자계가 있으면, 그 주변의 자계가 외란되어, 자기 센서(24)를 통과하는 자속 밀도 B가 변화하고, 피검지체(50)의 접근이나 통과의 검지 정밀도에 악영향을 줄 가능성이 있다.
그래서, 종래식의 자기 스위치 디바이스는, U자 모양의 자성 본체부(20)의 치수(특히 제 2 아암부(34)의 Y 방향 및 Z 방향의 치수)를 크게 하고, 자기 센서(24)를 실질적으로 덮고, 영구 자석(22)의 기자력 F 이외에 기인하는 외란 자계를 차단 또는 실시적으로 저감하도록 구성되어 있었다.
그러나, 자기 센서(24)와 자성 본체부(20)(제 2 아암부(34)) 사이의 거리에도 의존하지만, U자 모양의 자성 본체부(20)의 치수(특히 Z 방향의 높이 치수)가 클수록, 자기 센서(24)에 대한 외란 자계의 차폐 효과는 향상하지만, 외란 자계를 충분히 차폐하기 위해서는, 자성 본체부(20)(제 2 아암부(34))의 Y 방향 및 Z 방향의 치수는 적어도 약 40㎜ 이상으로 설계할 필요가 있었다.
또한, 종래식의 자기 스위치 디바이스(1)에서는, 자성 본체부(20)와는 별체의 외란 자계 차폐 부재(도시하지 않음)를, 자기 센서(24)를 포함하는 자성 본체부(20)의 주위에 추가적으로 배치하여, 자기 센서(24)의 주위의 외란 자계를 차폐 또는 저감하는 대책이 강구되어 왔다.
그러나, 자성 본체부(20)의 치수를 크게 하고, 또는 자성 본체부(20)와는 별체의 외란 자계 차폐 부재를 마련하면, 자기 스위치 디바이스(1) 전체의 치수가 커져, 예를 들면 엘리베이터 카(7)의 측벽에서의 고정 위치에 제약이 생기고, 또한 자기 스위치 디바이스(1)의 제조 비용을 증대시킨다고 하는 문제가 있었다.
그래서, 본 발명에 따른 자기 스위치 디바이스(1)는, 이하에 상세 설명하지만, 영구 자석(22)의 기자력 F, 자성 본체부(20)의 자기 회로(40)에 직교하는 단면적 S, 자기 회로(40)의 자기 저항 R을 파라미터로 하여 자기 회로(40) 상의 자속 밀도 B를 산출(추정)하고, 산출된 자속 밀도 B가 자성 본체부(20) 자체의 포화 자속 밀도 BS 이상으로 되도록 구성하는 것에 의해, 즉 자성 본체부(20)를 자기 포화시키는 것에 의해, 자기 회로(40) 상의 자속 밀도 B에 대한 외란 자계에 의한 영향을 회피 또는 최소한으로 억제하고, 자기 센서(24)에 의해 정밀도 좋게 피검지체(50)를 검지하는 것이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 자기 회로(40)(자속 밀도 B)는, 일반적으로 영구 자석(22)의 기자력 F에 의해, 영구 자석(22), 자성 본체부(20), 자기 센서(24), 및 개구부(10)를 순환하도록 형성되고, 자기 저항 R을 가진다.
도 1 및 도 3(a)~(c)에 나타내는 자기 스위치 디바이스(1)는, 자성 본체부(20)의 단면적 S, 즉 베이스부(30) 및 제 1 및 제 2 아암부(32, 34)의 단면적 S0, S1, S2를 작게 하는 것에 의해 자기 회로(40) 상의 자속 밀도 B를 크게 하고, 자성 본체부(20)를 자기 포화시키도록 구성되어 있다.
또한, 기자력 F가 큰 영구 자석(22)을 이용하는 것에 의해 자기 회로(40) 상의 자속 밀도 B를 크게 하여도 좋다. 영구 자석(22)으로서 이용되는 페라이트 자석 대신에, 보다 큰 기자력 F를 가지는 네오듐 자석이나 사마륨 코발트 자석 등을 이용하여, 자기 회로(40) 상의 자속 밀도 B를 크게 해도 좋다.
또한, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 영구 자석(22)은, 자기 회로(40)에 직교하는 방향의 치수(단면적 S3 또는 X 방향의 두께)가 보다 큰 것으로 치환하는 것에 의해, 자기 회로(40) 상의 자속 밀도 B를 크게 하여도 좋다. 또, 영구 자석(22)의 기자력 F가 영구 자석(22)의 X 방향의 치수에 거의 비례하여 증대하기 때문에, 영구 자석(22)의 단면적 S3을 크게 하기보다도, 영구 자석(22)의 X 방향의 치수를 두껍게 하는 쪽이 자기 회로(40) 상의 자속 밀도 B를 보다 효율적으로 크게 할 수 있다.
또, 실시 형태 1에 따른 자기 스위치 디바이스(1)는, 자기 회로(40)의 자기 저항 R을 작게 하는 것에 의해, 자기 회로(40) 상의 자속 밀도 B를 크게 하고, 자성 본체부(20)를 자기 포화시키고, 자기 회로(40) 상의 자속 밀도 B에 대한 외란 자계에 의한 영향을 회피 또는 최소한으로 억제하도록 구성하여도 좋다.
예를 들면 베이스부(30)의 X 방향의 길이 l0 및 영구 자석(22)과 전기 회로 기판(26) 사이의 개구부(10)의 거리를 가능한 한 작게 하는 것에 의해, 자기 회로(40) 상의 자속 밀도 B를 크게 하고, 자성 본체부(20)를 자기 포화시켜도 좋다. 단, 자기 스위치 디바이스(1)가 엘리베이터 카의 위치 검출 장치로서 이용되는 경우, 피검지체(50)의 두께 및 주색(9)의 흔들림을 고려하여, 피검지체(50)가 영구 자석(22) 또는 전기 회로 기판(26)에 접촉하는 일이 없도록 개구부(10)를 설계할 필요가 있다.
또한, 자기 스위치 디바이스(1)를 자성 유체에 침지시키고, 개구부(10)를 자성 유체로 채우는 것에 의해, 자기 회로(40)의 자기 저항 R을 작게 하도록 구성하여도 좋다. 상기와 같이, 영구 자석(22)과 전기 회로 기판(26) 사이의 개구부(10)의 거리를 가능한 한 작게 하고, 또는 개구부(10)를 자성 유체로 채우는 것에 의해, 자기 회로(40)의 자기 저항 R을 작게 하고, 자성 본체부(20)를 자기 포화시키고, 자기 회로(40) 상의 자속 밀도 B에 대한 외란 자계에 의한 영향을 회피 또는 최소한으로 억제할 수 있다. 그 결과, 본 발명에 따른 자기 스위치 디바이스(1)는 정밀도 좋게 피검지체(50)를 검지할 수 있다.
요약하면, 본 발명에 의하면, 기자력 F가 큰 영구 자석(22)을 이용하는 수단, 자성 본체부(20)의 자기 회로(40)에 직교하는 단면적 S를 작게 하는 수단, 및 자기 회로(40)의 자기 저항 R을 작게 하는 수단 중 적어도 1개의 수단을 채용하는 것에 의해, 자성 본체부(20)를 자기 포화시키고, 영구 자석(22)의 기자력 F, 자성 본체부(20)의 단면적 S, 자기 회로(40)의 자기 저항 R로부터 산출된 자기 회로(40)의 자속 밀도 B를 자성 본체부(20)의 포화 자속 밀도 B0까지 증대시키고, 외란 자계에 기인하여, 자속 밀도 B가 그 이상 증대하는 것을 실질적으로 배제할 수 있다.
즉 자성 본체부(20)가 자기 포화 상태에 있을 때, 영구 자석(22), U자 모양의 자성 본체부(20), 자기 센서(24), 및 개구부를 통과하는 자기 회로(40)의 자속 밀도 B는, 외란 자계에 영향을 받기 어려워, 거의 일정한 포화 자속 밀도 B0로 안정된다.
따라서, 본 발명의 실시 형태 1에 의하면, 자성 본체부(20)의 주변에 외란 자계가 생겼다고 하여도, 별체의 외란 자계 차폐 부재를 이용하는 일없이, 자기 센서(24)에 안정된 자속 밀도 B(포화 자속 밀도 B0)를 공급할 수 있기 때문에, 높은 신뢰성으로 피검지체(50)를 검지할 수 있는 소형의 자기 스위치 디바이스(1)를 제공할 수 있다.
또, 외란 자계의 발생원은, 예를 들면 자석 또는 자성체 외에, 대전류가 흐르는 코일 또는 전원 배선 등이 있다. 또한, 외란 자계의 자계 강도는 영구 자석(22)의 기자력 F 및 자성 본체부(20)의 치수, 코일 또는 전원 배선에 흐르는 전류량에 의해도 바뀌고, 이들 외란 자계의 발생원으로부터의 거리에 의해서도 크게 바뀐다.
다음으로, 상술한 바와 같이, 영구 자석(22)의 기자력 F, 자성 본체부(20)의 자기 회로(40)에 직교하는 단면적 S, 자기 회로(40)의 자기 저항 R을 파라미터로서 자기 회로(40) 상의 자속 밀도 B를 산출(추정)하기 위한 계산식에 대해 이하에 설명한다.
실시 형태 1에 따른 자기 스위치 디바이스(1)에서, 피검지체(50)의 유무에 의해 자기 센서(24)가 검출하는 자속 밀도의 변동량은 수 밀리테스라로부터 수십 밀리테스라(10-3T~10-2T의 오더)이고, 상술의 U자 모양의 자성 본체부(20)를 생략한 경우, 수 밀리테스라(10-3T의 오더)의 외란 자계의 영향을 받을 수 있다.
일반적으로, 자기 회로(40)의 전자속(全磁束) φ는 자기 회로(40)의 자기 저항을 R, 및 영구 자석(22)의 기자력 F를 이용하여 다음 식으로 표현된다.
Figure 112013098588646-pat00001
자기 회로(40)의 자속 φ의 대부분이 자성 본체부(20) 내를 지난다고 가정하면, 자속 φ는 자성 본체부(20)의 단면적 S 및 자성 본체부(20)를 관통하는 자속 밀도 B를 이용하여 다음 식으로 표현된다.
Figure 112013098588646-pat00002
위 식 (1) 및 (2)으로부터 다음 식이 도출된다.
Figure 112013098588646-pat00003
한편, 자성 본체부(20)가 자기 포화될 때, 자속 밀도 B는 포화 자속 밀도 BS 이상이기 때문에, 다음 식이 성립된다.
Figure 112013098588646-pat00004
따라서 본 발명에 의하면, 영구 자석(22)의 기자력 F, 자성 본체부(20)의 자기 회로(40)에 직교하는 단면적 S, 자기 회로(40)의 자기 저항 R을 파라미터로서 자기 회로(40) 상의 자속 밀도 B를 위 식 (4)에 의해 산출하고, 산출된 자속 밀도 B가 자성 본체부(20)의 포화 자속 밀도 BS 이상으로 되도록 구성한다(자성 본체부(20)를 자기 포화시킨다). 그 결과, 본 발명은, 자기 회로(40) 상의 자속 밀도 B에 대한 외란 자계에 의한 영향을 회피 또는 최소한으로 억제하고, 자기 센서(24)에 의해 정밀도 좋게 피검지체(50)를 검지할 수 있다.
또, 영구 자석(22)의 기자력 F는 간이적으로, 영구 자석(22)의 보자력(保磁力) Hc 및 자석 길이 lm(도 4(a))을 이용하여 다음 식에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112013098588646-pat00005
또한, 자기 저항 R은, 직접 구하는 것이 어렵기 때문에, 일반적으로는, 그 역수인 퍼미언스 계수 P(Permeance Coefficient)를, 자기 회로(40)의 투자율 μ, 자기 회로(40)의 길이 L, 및 자기 회로(40)에 직교하는 자성 본체부(20)의 단면적 S를 이용하여 다음 식으로 구한다.
Figure 112013098588646-pat00006
따라서, 자기 회로(40) 상의 자속 밀도 B는 위 식 (5) 및 위 식 (6)에 의해 다음 식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112013098588646-pat00007
자성 본체부(20)의 자기 회로(40)에 직교하는 단면적 S가 작을수록, 위 식 (4)을 만족하기 쉬워지지만, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 반드시 영구 자석(22)의 단면적 S3보다 작게 할 필요는 없다. 또한, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 자성 본체부(20)의 단면적 S는, Y 방향 및 Z 방향의 양쪽에서, 영구 자석(22)의 단면적 S3보다 크게 하여도 좋다. 도 3(a) 및 도 5(a)의 어느 경우이더라도, 위 식 (4)를 만족하는 한, 자성 본체부(20)의 단면적 S(S0, S1, S2) 및 영구 자석(22)의 단면적 S3으로서 임의로 선택할 수 있다.
또한, 위 식 (4)를 만족하기 위해서는, 상술한 바와 같이, 기자력 F가 큰 영구 자석(22)을 채용하여도 좋고, 자기 회로(40)의 자기 저항 R을 작게 하도록 자기 스위치 디바이스(1)를 구성하여도 좋다.
여기서 위 식 (4)를 만족시키는 예시적인 실시예에 대해 설명한다. 예를 들면 250[㎄/m]의 보자력 Hc, 및 1센티미터의 자석 길이 lm을 가지는 페라이트 자석의 기자력 F는 위 식 (5)를 이용하여 산출할 수 있다.
Figure 112013098588646-pat00008
또한, 자기 회로(40) 전체의 비(比)투자율 μ(=μ/μ0)을 100으로 하고, 자성 본체부(20)의 단면적 S를 3[㎜]×3[㎜]로 하고, 자기 회로(40)의 길이 L을 10[㎝]로 하면, 퍼미언스 계수 P는 위 식 (5)를 이용하여 산출할 수 있다.
Figure 112013098588646-pat00009
따라서, 자기 회로(40) 상의 자속 밀도 B는, 위 식 (7)을 이용하여, 다음과 같이 추정할 수 있다.
Figure 112013098588646-pat00010
자성 본체부(20)로서 일반적으로 이용되는 철의 포화 자속 밀도 Bs는 1.5~2[T] 정도이기 때문에, 영구 자석(22)의 보자력 Hc 및 자석 길이 lm, 자기 회로(40)의 비투자율 μ, 및 자성 본체부(20)의 단면적 S 및 자기 회로(40)의 길이 L에 대해, 상기 조건을 만족할 때, 위 식 (4)를 만족하고, 자성 본체부(20)를 자기 포화시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 자기 스위치 디바이스(1)는, 소형이면서, 높은 신뢰성으로 피검지체(50)를 검지할 수 있다.
또, 상기 구체적인 예에서는, 자기 회로(40)의 자속 φ의 대부분이 자성 본체부(20) 내를 지난다고 가정한 뒤에, 간략적인 계산 방법에 의해 자기 회로(40) 상의 자속 밀도 B를 산출하고, 자성 본체부(20)를 자기 포화시킬 수 있는지 여부를 판단하였다. 단,, 실제로는 영구 자석(22)의 기자력 F는, 그 형상 및 형태에도 의존하고, 자기 회로(40)의 비투자율 μ 및 자성 본체부(20)의 단면적 S가 자기 회로(40)에 따라 반드시 일정하지 않기 때문에, 상술한 간략적인 계산방법을 이용해서 산출한 자속 밀도 B에는 오차가 포함되는 경우가 있다. 그래서, 유한 요소법 등에 의한 자계 해석 기술을 이용하여, 보다 정밀하게 자속 밀도 B를 산출하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 영구 자석(22)의 기자력 F, 자성 본체부(20)의 단면적 S, 자기 회로(40)의 자기 저항 R을 파라미터로서 자속 밀도 B를 산출하고, 산출된 자속 밀도 B가 자성 본체부(20) 자체의 포화 자속 밀도 BS 이상으로 되도록 구성하는 것에 의해, 자속 밀도 B에 대한 외란 자계에 의한 영향을 회피 또는 최소한으로 억제하고, 정밀도 좋게 피검지체(50)를 검지할 수 있는 소형이고 저렴한 자기 스위치 디바이스(1)를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 자기 스위치 디바이스(1)는, 엘리베이터 카(7)의 위치 검출 장치(6)로서 채용되는 것으로서 상기에 설명했지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 팩토리 오토메이션 기기(FA 기기, Factory Automation Equipment)에서의 워크피스(workpiece)의 위치를 감시하고, 검지하는 워크 피스 위치 검지 장치 등, 피검지체(50)의 유무를 검지하는 임의의 위치 검출 장치(6)에 적용할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 자기 스위치 디바이스(1)를 엘리베이터 카(7)의 위치 검출 장치(6)로서 이용되는 경우, 자성 본체부(20)의 단면적 S는 주색(9)의 흔들림에 의한 진동이나 풍압 등에 대항 가능한 충분한 내구 강도를 가지도록 결정하지 않으면 안된다. 이 경우, 마찬가지로, 피검지체(50)가 자기 스위치 디바이스(1)에 대해 상대적으로 이동할 때, 영구 자석(22) 및 전기 회로 기판(26)(자기 센서(24)를 포함함)에 충돌하지 않도록 개구부(10) 치수를 결정할 필요가 있다. 예를 들면 실시 형태 1에 따른 자기 스위치 디바이스(1)에서는, 영구 자석(22) 및 전기 회로 기판(26) 사이의 치수를 약 20㎜~약 24㎜로 설정하여도 좋다.
(실시 형태 2)
도 6~도 9를 참조하면서, 본 발명에 따른 자기 스위치 디바이스의 실시 형태 2에 대해 이하 상세하게 설명한다. 실시 형태 2에 따른 자기 스위치 디바이스(2)는 자성 본체부(20)(베이스부(30))의 일부의 Z 방향의 높이가 작아지도록 구성된 점을 제외하고, 실시 형태 1에 따른 자기 스위치 디바이스(1)와 동일한 구성을 가지기 때문에, 중복하는 내용에 대해서는 설명을 생략한다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 2에 따른 자기 스위치 디바이스(2)를 나타내는 도 1과 동일한 사시도이다. 도 7(a) 및 도 7(b)은 도 6에 나타내는 제 1 및 제 2 아암부(32, 34)를 X 방향에서 본 도 3(a) 및 도 3(b)와 동일한 측면도이고, 도 7(c)은 도 6에 나타내는 베이스부(30)를 Y 방향과는 반대 방향(-Y 방향)에서 본 도 3(c)와 동일한 배면도이다. 실시 형태 2에 따른 제 1 및 제 2 아암부(32, 34)는, YZ 평면에 평행한 표면적이 실시 형태 1의 것보다 크고, 영구 자석(22) 및 자기 센서(24)의 YZ 평면에 평행한 표면적보다 충분히 커지도록 구성되어 있다.
한편, 실시 형태 2에 따른 베이스부(30)는 제 1 및 제 2 아암부(32, 34)보다 가는(즉 자기 회로(40)에 직교하는 단면적이 보다 작은) 협착부(36)를 가진다. 협착부(36)는, 베이스부(30)의 일부 또는 전체에 걸쳐 연장되고, 자성 본체부(20)의 협착부(36)의 단면적 S가 보다 작아지도록 구성되어 있기 때문에, 위 식 (4)로 산출되는 자속 밀도 B가 포화 자속 밀도 BS 이상으로 제어하기 쉬워진다. 즉, 실시 형태 2에 따른 발명에 의하면, 베이스부(30)의 협착부(36)가 자기 포화되기 쉬워지도록 자성 본체부(20)를 구성하는 것에 의해, 외란 자계에 의해 영향을 억제하고, 자기 회로(40)의 자속 밀도 B를 안정시키고, 정밀도 좋게 피검지체(50)를 검지할 수 있는 자기 스위치 디바이스(2)를 제공할 수 있다.
또, 상기 설명에서는, 보다 가는(단면적이 보다 작은) 협착부(36)는 베이스부(30)에 마련하는 것으로서 설명했지만, 제 1 또는 제 2 아암부(32, 34)에 마련하여도 좋다. 바람직하게는, 자기 센서(24)가 배치되는 제 2 아암부(34)의 단면적을 마련하는 것에 의해, 제 2 아암부(34)를 자기 포화시키고, 자기 센서(24)가 받는 외란 자계에 의한 영향을 보다 작게 할 수 있다. 즉, 실시 형태 2에 따른 자기 스위치 디바이스(2)는, 베이스부(30) 및 제 1 및 제 2 아암부(32, 34) 중 어느 일부 또는 전체에 협착부(36)를 마련하고, 협착부(36)를 관통하는 자속 밀도 B가, 그 단면적(S0, S1, 또는 S2), 기자력 F, 및 자기 저항 R을 이용해서 다음 식으로 나타내어지고, 이들 중 적어도 1개가 자성 본체부(20) 전체의 포화 자속 밀도 BS 이상이도록 구성되는 것이다.
[수학식 4']
Figure 112013098588646-pat00011
따라서, 실시 형태 2에 따른 발명에 의하면, 실시 형태 1과 마찬가지로, 자속 밀도 B에 대한 외란 자계에 의한 영향을 회피 또는 최소한으로 억제하고, 정밀도 좋게 피검지체(50)를 검지할 수 있는 소형이고 저렴한 자기 스위치 디바이스(2)를 제공할 수 있다.
이에 부가하여, 도 7(a) 및 도 7(b)에 나타내는 자기 스위치 디바이스(2)는, 제 1 및 제 2 아암부(32, 34)의 YZ 평면에 평행한 표면적을, 영구 자석(22) 및 자기 센서(24)의 YZ 평면에 평행한 표면적보다 충분히 커지도록 구성되어 있기 때문에, 영구 자석(22)의 기자력 F에 의해 생기는 자속이 자성 본체부(20) 이외의 공간을 지나는 것을 억제하여, 자성 본체부(20)를 통과하는 자속을 증대시킬 수 있다. 즉 협착부(36)를 관통하는 자속 밀도 B를 보다 크게 할 수 있어, 자성 본체부(20)의 협착부(36)가 자기 포화되기 쉬워진다. 따라서, 자속 밀도 B에 대한 외란 자계에 의한 영향을 더 억제할 수 있어, 보다 한층 정밀도 좋게 피검지체(50)를 검지할 수 있다.
또, 상기 설명에서는, 협착부(36)의 단면 형상은, 직사각형 형상을 가지는 것으로 했지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 원형, 타원형, 다각형 등, 임의의 형상을 가지고 있어도 좋다.
(변형예 1)
도 6에 나타내는 자기 스위치 디바이스(2)는 단일의 협착부(36)를 가지는 것으로서 설명했지만, 복수의 협착부(36)를 가지는 것이어도 좋다. 도 8은 이 변형예 1에 따른 자기 스위치 디바이스(2)를 나타내는 도 6과 동일한 사시도이다. 도 9는 도 8에 나타내는 베이스부(30)를 Y 방향과는 반대 방향(-Y 방향)에서 본 도 7(c)와 동일한 배면도이다. 즉, 변형예 1에 따른 베이스부(30)는, X 방향으로 연장되고, 서로 이격되는 2개의 협착부(36a, 36b)를 갖고, 양자 사이에 관통창(38)이 마련되어 있다.
이 때 2개의 협착부(36a, 36b) 단면적의 총합 S0이 위 식 (4')을 만족할 때, 실시 형태 2에 따른 발명과 동일한 효과를 실현할 수 있다. 또 변형예 1에 의하면, 제 1 및 제 2 아암부(32, 34)가 2개의 협착부(36a, 36b)에 의해 연결되고 있기 때문에, 견고하고 튼튼한 자기 스위치 디바이스(2)를 제공할 수 있다.
(실시 형태 3)
도 10~도 14를 참조하면서, 본 발명에 따른 자기 스위치 디바이스의 실시 형태 3에 대해 이하에 상세하게 설명한다. 실시 형태 3에 따른 자기 스위치 디바이스(3)는, 자성 본체부(20)를 지지 구조체(52)에 부착하기 위한 나사 등의 고정 수단(42)이 삽입되는 관통 구멍(44) 또는 돌출부(45)를 마련한 점을 제외하고, 실시 형태 2에 따른 자기 스위치 디바이스(2)와 동일한 구성을 가지기 때문에, 중복되는 내용에 대해서는 설명을 생략한다.
도 10 및 도 11은 실시 형태 3의 자기 스위치 디바이스(3)를 나타내는 도 6 및 도 8과 동일한 사시도이다. 도 12(a) 및 도 12(b)는 도 7(c) 및 도 9에 나타내는 베이스부(30)를 Y 방향과는 반대 방향(-Y 방향)에서 본 도 7(c)와 동일한 배면도이다. 도 10~도 12에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 3에 따른 베이스부(30)는, 상술한 바와 같이, 자성 본체부(20)를 지지 구조체(52)에 부착하기 위한 고정 나사 등의 고정 수단(42)이 삽입되는 관통 구멍(44)을 가진다. 여기서 지지 구조체(52)란, 엘리베이터 카(7) 혹은 엘리베이터 승강로(8)의 측벽 또는 자기 스위치 디바이스(3)의 하우징(도시하지 않음)이어도 좋다.
실시 형태 3에 따른 관통 구멍(44)은, 관통 구멍(44)는, 도시한 바와 같이, 자기 회로(40) 상의 자속의 흐름을 방해하는 것이 없도록, 자속의 대부분이 통과하는 영역으로부터 떨어진 영역, 즉 X 방향으로 연장되는 협착부(36)의 연장 영역으로부터 떨어진 영역에 형성되는 것이 바람직하다.
도 12(a) 및 도 12(b)에 나타내는 관통 구멍(44)의 형상은, 양단부가 반원 형이고, 그 사이가 직선적인 타원 형상을 가지는 것으로서 도시되어 있지만, 타원형 형상 또는 직사각형 형상 등, 그 외의 임의의 형상을 가지고 있어도 좋다. 단, 지지 구조체(52)에 대한 자기 스위치 디바이스(3)의 설치 위치를 용이하게 조정하기 쉽게 하기 위해서는, 관통 구멍(44)의 형상은, 원형 형상이 아니고, 도시한 바와 같은 타원 형상으로 하는 것이 바람직하다.
(변형예 2)
실시 형태 3의 자기 스위치 디바이스(3)는, 관통 구멍(44)을 가지는 것으로서 설명했지만, 이것에 한정되는 일없이, 나사 등의 고정 수단(42)을 이용하여 자성 본체부(20)를 지지 구조체(52)에 부착하기 위한 임의의 구조를 가지고 있어도 좋다. 도 13은 도 6에 나타내는 자기 스위치 디바이스(3)의 베이스부(30)를 Y 방향에서 본 일부 단면 정면도이다. 도 13에 나타내는 베이스부(30)의 협착부(36)는 Z 방향 및 그 반대 방향(-Z 방향)으로 서로 평행하게 돌출하는 1쌍의 돌출부(45)를 가진다. 1쌍의 돌출부(45)는, 저렴하게 제조하기 위해서는, 베이스부(30)의 협착부(36)와 일체로 성형되는 것이 바람직하다. 1쌍의 돌출부(45)의 간격에 의해 나사 직경이 작고, 그 간격보다 큰 나사 머리를 가지는 1쌍(2개)의 고정 나사(42)를 1쌍의 돌출부(45) 사이에 삽입하고 나사 고정하는 것에 의해, 베이스부(30)를 포함하는 자성 본체부(20)를 하우징 등의 지지 구조체(52)에 고정할 수 있다.
자성 본체부(20)를 지지 구조체(52)에 고정하기 위해서, 고정 나사(42)가 삽입되는 돌출부(45)는, 상기 구성에 한정되는 것이 아니며, 도 14(a)~도 14(c)는 다양한 변형예를 나타내는 도 13과 동일한 일부 단면 정면도이다. 도 14(a)에 나타내는 1쌍의 돌출부(45)는, 도 13에 나타내는 것보다, Z 방향 및 -Z 방향에서 보다 길게 연장되도록 구성되고, 2쌍(4개)의 고정 나사(42)를 1쌍의 돌출부(45) 사이에 삽입하고 나사 고정하는 것에 의해, 보다 확실하게, 베이스부(30)를 포함하는 자성 본체부(20)를 하우징 등의 지지 구조체(52)에 고정하는 것이다.
도 14(b)에 나타내는 베이스부(30)의 협착부(36)는, Z 방향 및 -Z 방향으로 서로 평행하게 연장되는 3개의 돌출부(45)를 갖고, 4쌍(8개)의 고정 나사(42)를 인접하는 돌출부(45) 사이에 삽입하고 나사 고정하는 것에 의해, 보다 한층 확실하게 베이스부(30)를 포함하는 자성 본체부(20)를 하우징 등의 지지 구조체(52)에 고정하는 것이다.
택일적으로는, 도 14(c)에 나타내는 베이스부(30)는, 협착부(36) 이외의 부분으로부터 X 방향 및 -X 방향으로 서로 평행하게 연장되는 4쌍의 돌출부(45)를 갖고, 4개의 고정 나사(42)를 인접하는 돌출부(45) 사이에 삽입하고 나사 고정하는 것에 의해, 보다 넓은 영역에서 베이스부(30)를 포함하는 자성 본체부(20)를 하우징 등의 지지 구조체(52)에 고정하는 것이다. 또, 자성 본체부(20)를 지지 구조체(52)에 고정하기 위한 돌출부(45) 및 고정 나사(42)의 구성 및 형태는, 상기 설명한 것에 한정되는 것이 아니며, 당업자에 의해 상도(想到)되는 임의의 구성 및 형태를 채용할 수 있다. 예를 들면 관통 구멍(44) 또는 돌출부(45)는, 베이스부(30)가 아니라, 제 1 및 제 2 아암부(32, 34) 중 어느 한쪽에 마련하고, 고정 나사(42)를 이용하여 엘리베이터 카(7)의 -X 방향(도 2)으로 연장되는 하우징 등의 지지 구조체(52)에 부착하여도 좋다.
실시 형태 3에서 설명한 관통 구멍(44) 및 돌출부(45)는, 자기 회로(40)로부터 떨어진 위치에 있고, 자속 밀도 B의 흐름을 방해하거나 또는 외란하는 것은 없기 때문에, 자기 스위치 디바이스(3)의 검출 정밀도에 악영향을 미치는 일은 없다. 또한, 관통 구멍(44) 또는 돌출부(45)를 마련하는 것에 의해, 자기 스위치 디바이스(3)를 용이하게 하우징 등의 지지 구조체(52)에 부착할 수 있다.
또, 실시 형태 3에 따른 발명에 의하면, 상기 설명한 실시 형태 1 및 2와 마찬가지로, 치수가 소형인 채로, 또한 외란 자계에 영향을 받는 일없이, 높은 신뢰성으로 안정적으로 피검지체(50)를 검지할 수 있는 자기 스위치 디바이스(3)를 실현할 수 있다.
(실시 형태 4)
도 15를 참조하면서, 본 발명에 따른 자기 스위치 디바이스의 실시 형태 4에 대해 이하에 상세하게 설명한다. 실시 형태 4에 따른 자기 스위치 디바이스(4)는, 제 2 아암부(34)가 자기 센서(24)에 대향하는 위치에 아암 돌기부(46)를 가지는 점을 제외하고, 상기 실시 형태 1~3에 따른 자기 스위치 디바이스(1~3)와 동일한 구성을 가지기 때문에, 중복하는 내용에 대해서는 설명을 생략한다.
도 15는 실시 형태 4에 따른 자기 스위치 디바이스(4)를 위쪽(-Z 방향)에서 본 도 4(a)와 동일한 평면도이다. 상술한 바와 같이, 자기 스위치 디바이스(4)는 제 2 아암부(34)의 선단부에서 자기 센서(24)에 대향하는 아암 돌기부(46)를 가진다. 이것에 의해, 자성 본체부(20)의 제 2 아암부(34)로부터 영구 자석(22)으로 향해 향하는 자속은, 개구부(10)에서 -Y 방향 이외의 방향으로 차례대로 분산하는 경향이 있기 때문에, 자기 센서(24)가 받는 자속 밀도가 자성 본체부(20)를 지나는 자속 밀도 B보다 작아지는 경우가 있다.
그래서, 실시 형태 4에 따른 자기 스위치 디바이스(4)에는, 자기 센서(24)에 대향하는 아암 돌기부(46)를 제 2 아암부(34)에 마련한다. 이 때, 자성 본체부(20)를 지나는 자속 밀도 B의 대부분이 자기 센서(24)에 의해 검출되고, 피검지체(50)의 유무에 의한 자속 밀도의 변화량을 크게 하는 것에 의해, 자기 스위치 디바이스(4)의 검출 정밀도를 향상시킴과 아울러, 외란 자계에 대한 영향을 보다 저감하여, 피검지체(50)의 검지 안정성을 보다 향상시킬 수 있다.
(실시 형태 5)
도 16을 참조하면서, 본 발명에 따른 자기 스위치 디바이스의 실시 형태 5에 대해 이하에 상세하게 설명한다. 실시 형태 5에 따른 자기 스위치 디바이스(5)는, 베이스부(30)가 개구부(10)로 향해 연장되는 베이스 돌기부(48)를 갖고, 개구부(10)에 배치된 피검지체(50)가 베이스 돌기부(48)에 대향하도록 구성된 점을 제외하고, 상기 실시 형태 1~4에 따른 자기 스위치 디바이스(1~4)와 동일한 구성을 가지기 때문에, 중복하는 내용에 대해서는 설명을 생략한다.
도 16은 실시 형태 5에 따른 자기 스위치 디바이스(5)를 위쪽(-Z 방향)에서 본 도 4(a)와 동일한 평면도이다. 상술한 바와 같이, 자기 스위치 디바이스(5)는, 베이스부(30)가 개구부(10)(-Y 방향)로 향해 연장되는 베이스 돌기부(48)를 갖고, 개구부(10)에 배치된 피검지체(50)가 베이스 돌기부(48)에 대향하도록 구성되어 있다. 일반적으로, 피검지체(50)가 개구부(10) 내에 위치할 때, 영구 자석(22)의 기자력 F에 의해 생기는 자속은, 제 1 아암부(32), 베이스부(30)의 일부, 및 피검지체(50)를 통과하지만, 실시 형태 5에 따르면, 베이스 돌기부(48)를 마련한 것에 의해, 베이스부(30)로부터 피검지체(50)로 흐르는 자속을 보다 크게 하고, 반대로, 자기 센서(24)에 도달하는 자속을 작게 하여, 피검지체(50)의 유무에 의한 자속 밀도의 변화량을 크게 할 수 있다. 이렇게 해서 자기 스위치 디바이스(5)는, 자기 스위치 디바이스(5)의 검출 정밀도를 향상시킴과 아울러, 외란 자계에 대한 영향을 보다 저감하여, 피검지체(50)의 검지 안정성을 보다 향상시킬 수 있다.
1~5: 자기 스위치 디바이스
6: 위치 검출 장치
7: 엘리베이터 카
8: 엘리베이터 승강로
9: 주색(메인 케이블)
10: 개구부
20: 자성 본체부
22: 영구 자석
24: 자기 센서
26: 전기 회로 기판
27: 지주 부재
28: 굴곡부
30: 베이스부
32: 제 1 아암부
33: 자석 지지부
34: 제 2 아암부
36: 협착부
38: 관통창
40: 자기 회로(자속 밀도 B)
42: 고정 수단(고정 나사)
44: 관통 구멍
45: 돌출부
46: 아암 돌기부
48: 베이스 돌기부
50: 피검지체
52: 지지 구조체
R: 자기 회로의 자기 저항
S: 자성 본체부의 단면적
BS: 자성 본체부의 포화 자속 밀도

Claims (8)

  1. 자성 재료로 이루어지고, 개구부를 형성하는 자성 본체부와,
    상기 자성 본체부의 제 1 단부에 배치된 영구 자석과,
    상기 자성 본체부의 제 1 단부에 대향하는 제 2 단부에 배치된 자기 센서
    를 구비하되,
    상기 영구 자석의 기자력(起磁力) F에 의해, 상기 자성 본체부, 상기 자기 센서, 및 상기 개구부를 통하는 자기 회로가 형성되고,
    상기 자성 본체부를 관통하는 자속 밀도 B는, 상기 자기 회로의 자기 저항 R, 상기 영구 자석의 기자력 F, 및 상기 자성 본체부의 상기 자기 회로에 직교하는 단면적 S를 이용하여 다음 식으로 표현되고, 상기 자속 밀도 B가 상기 자성 본체부의 포화 자속 밀도 BS 이상인 것
    을 특징으로 하는 자기 스위치 디바이스.
    [수학식 1]
    Figure 112013098588646-pat00012

  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성 본체부는, 제 1 및 제 2 아암부 및 이들을 자기적으로 결합하는 베이스부를 갖고, 상기 제 1 및 제 2 아암부의 사이에 상기 개구부를 형성하고,
    상기 베이스부 및 상기 제 1 및 제 2 아암부를 관통하는 자속 밀도 B는, 상기 자기 회로에 수직인 방향의 이들 단면적 S0, S1, S2, 상기 기자력 F, 및 상기 자기 저항 R을 이용하여 다음 식으로 산출되고, 이들 중 적어도 1개의 상기 자속 밀도 B가 포화 자속 밀도 BS 이상인 것
    을 특징으로 자기 스위치 디바이스.
    [수학식 2]
    Figure 112013098588646-pat00013

  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 베이스부의 단면적 S0은 상기 자기 회로에 수직인 방향의 상기 제 1 및 제 2 아암부의 단면적 S1, S2보다 작은 것
    을 특징으로 하는 자기 스위치 디바이스.
  4. 제 2 항에 있어서,
    자성 재료로 이루어지고, 상기 영구 자석이 고정되고, 상기 제 1의 아암부에 배치되는 자석 지지부를 더 갖고,
    상기 자석 지지부의 상기 자기 회로에 수직인 방향의 단면적 S3이 상기 제 1 및 제 2 아암부의 단면적 S1, S2보다 큰 것
    을 특징으로 하는 자기 스위치 디바이스.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 베이스부 및 상기 제 1 및 제 2 아암부 중 적어도 1개에, 상기 자성 본체부를 지지 구조체에 부착하는 고정 수단이 삽입되는 관통 구멍 또는 돌출부를 마련한 것
    을 특징으로 하는 자기 스위치 디바이스.
  6. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자성 본체부의 제 2 단부는 상기 자기 센서로 향해 연장되는 돌기부를 가지는 것
    을 특징으로 하는 자기 스위치 디바이스.
  7. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스부는, 자성 재료로 이루어지는 피검지체가 상기 개구부에 배치되었을 때, 상기 피검지체로 향해 연장되는 연장부를 가지는 것
    을 특징으로 하는 자기 스위치 디바이스.
  8. 엘리베이터 승강로 또는 엘리베이터 카 중 한쪽에 배치된 청구항 1, 2, 4 중 어느 한 항에 기재된 자기 스위치 디바이스와,
    엘리베이터 승강로 또는 엘리베이터 카 중 다른쪽에 배치되고, 상기 개구부 내를 수직 방향으로 이동하는 자성 재료로 이루어지는 피검지체를 가지는 것
    을 특징으로 하는 엘리베이터 카의 위치 검출 장치.
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