專利名稱：非接觸式接近開關的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種非接觸式接近開關，用于識別至少一個可預先設定的間隔，該間隔位于一個第一物體和一個與該物體做相對運動的第二物體之間。
在公知的以磁敏傳感器為基礎的非接觸式接近開關中，在第一物體上裝有一個永久磁鐵，在第二物體上裝有一個簧片繼電器，當該繼電器與永久磁鐵之間達到特定的間隔時，由于繼電器內部磁力線密度的變化，使繼電器動作。磁力線密度變化的探測通過簧片繼電器進行是容易受到外部干擾磁場的影響的，這些干擾磁場存在于周圍的磁敏系統中。而且繼電器也容易因振動失靈。
在阿.比德森的文章中，見“磁阻傳感器，電子元件和應用”第8卷，第4期，222-239頁，在第235頁上公開了一種接近開關，其中有一個相對永久磁鐵可移動的磁阻傳感器。在這種公知的接近開關中，開關電平必須選得很高，從而減小對外部干擾磁場的敏感性。
本發明的任務是，提供一種上述類型的、改進的非接觸式接近開關，其對干擾的敏感性特別是對外部干擾磁場和振動的敏感性與公知的接近開關相比得到改善。
以上任務通過權利要求1所述的非接觸式接近開關得到解決。本發明所述非接觸式接近開關的有利的改進結構體現在從屬權利要求2-7中。所述非接觸式接近開關的優選用途體現在權利要求8-10中。
根據本發明，在第一物體上裝有一個磁敏角度傳感器，該傳感器有一個與作用在其上的磁場方向相關的傳感器輸出信號，并且在第二物體上固定有一個具有控制磁場的控制磁鐵，當在第一物體和第二物體之間出現預先設定的間隔時，在角度傳感器內的控制磁場產生一個開關狀態一磁場方向，該方向與第一物體和第二物體之間的另一個預先設定的間隔所對應的角度傳感器內的基本狀態一磁場方向是不同的，而且磁敏角度傳感器對應一個偏置磁場，該磁場確定基本狀態一磁場線方向。
一般而言，磁敏角度傳感器是一個磁敏傳感器，具有至少一種與傳感器內部磁場方向相關的電特性或其他特性，該特性可作為傳感器輸出信號使用。傳感器內的磁場方向例如可通過一個外部磁鐵產生。作為一個磁敏角度傳感器的一個實例是所謂的GMR(吉安特磁敏電阻)傳感器，它的電阻值取決于傳感器內部的磁場方向，其詳細結構見文獻WO94/15223。
在本發明所述的一個優選的實施例中，所述非接觸式接近開關的控制磁場線方向和基本狀態一磁場線方向非平行布置。在這種結構中，當達到探測距離時，即從基本狀態一磁場線方向向控制磁場線方向過渡時，實現最大的傳感器信號的變化。但是顯然也可在兩個磁場方向中選擇任何其他不等于0的角度。角度越小，傳感器信號的變化也就越小，因此必須提高傳感器信號處理電路的靈敏度。
在本發明所述的一個優選的實施例中，所述的非接觸式接近開關具有一個偏置磁鐵，它產生磁敏角度傳感器所需的偏置磁場。偏置磁鐵的磁場確定了磁敏角度傳感器的基本狀態磁場線的方向。當出現了第一和第二物體之間的需要識別的間隔時，控制磁鐵的磁場和偏置磁場在角度傳感器的范圍內疊加。兩個磁場的強度采取合適的大小，使得在角度傳感器在該位置上的控制磁場超過偏置磁場，從而使角度傳感器內的有效磁場線方向符合控制磁鐵的磁場方向。
控制磁鐵的磁場線方向和基本狀態磁場線方向在磁敏角度傳感器內產生不同的傳感器輸出信號。磁敏角度傳感器在控制磁鐵有足夠的接近距離時，將從基本狀態過渡到開關狀態。本發明所述非接觸式接近開關的一種優選的方案是，用上述GMR(吉安特磁敏電阻)傳感器作為磁敏角度傳感器。控制磁鐵和偏置磁鐵最好使用永久磁鐵。但是它們也可使用電磁鐵。后者的優點是，在預先設置的距離上，磁敏角度傳感器從基本狀態過渡到開關狀態的動作可通過改變控制磁鐵或偏置磁鐵的磁場強度進行調節。
下面對照附
圖1-9所示的5個實施例對本發明所述非接觸式接近開關作進一步的說明。
圖1表示第一個實施例的示意圖；圖2表示第二個實施例的示意圖；圖3表示第三個實施例的示意圖4表示第四個實施例的示意圖；圖5表示第五個實施例的示意圖；圖6表示傳感器輸出信號曲線的實例的示意圖；圖7表示裝有本發明所述非接觸式接近開關的一個移動電話的示意圖；圖8表示裝有本發明所述非接觸式接近開關的一個汽車的示意圖；圖9表示裝有本發明所述非接觸式接近開關的一個冰箱和/或冷藏柜的示意圖。
在圖中所示的各個實施例中，具有相同或等效的器件均使用相同的附圖標記。
如圖1的實施例所示，在殼體1，例如一個移動電話的殼體中，裝有一個磁敏角度傳感器，它是一個磁敏電阻(例如GMR)，其旁邊設置一個偏置磁鐵8。在殼體1上有一個翻蓋2，例如一個上述移動電話的可打開的受話器部分，它可翻轉地固定在殼體1上。在翻蓋2上有一個控制磁鐵9，其控制磁場為11，其控制磁場方向5(開關狀態的磁場方向)和磁敏角度傳感器的基本狀態磁場方向6是非平行的。然而，控制磁場方向5和基本狀態磁場方向6可以包括任何不等于0度或360度的其他角度。
磁敏角度傳感器7的基本狀態磁場方向6是通過偏置磁鐵8的磁場確定的。
當控制磁鐵9接近磁敏角度傳感器7時，該傳感器受到控制磁鐵9的磁場的影響逐漸增強，并且由于偏置磁場和控制磁場的疊加而脫離其基本狀態。當殼體1和翻蓋2之間達到預定的間隔時，例如合上翻蓋2時，磁敏角度傳感器7內的磁場線方向相對于基本狀態磁場方向6例如轉動了180度，角度傳感器7此時出現了與基本狀態不同的電阻(輸出信號)，該電阻對應于所述開關狀態。輸出信號的改變在一個合適的運算電路中進行處理。
控制磁鐵和偏置磁鐵例如可以是永久磁鐵或電磁鐵。
圖2所示的實施例是一個按鈕開關，包括一個按鈕3，它通向外殼1內，在外殼1內固定著一個控制磁鐵9。按鈕3的基本位置通過一個位于外殼1外面的處在一個按鈕3的壓板10和一個外殼外壁之間的彈簧4保持。在外殼1內有一個起到磁敏角度傳感器7的作用的磁敏電阻，它通過一個設置在其旁邊的偏置磁鐵8確定了一個固定的基本狀態。
控制磁鐵9和偏置磁鐵8的磁場方向5和7相互之間是非平行的。
朝外殼1的方向按下按鈕3時，控制磁鐵9和角度傳感器7之間的距離縮小，所以傳感器受控制磁鐵9的磁場的影響逐漸加強，并且由于偏置磁場和控制磁場的疊加而脫離其基本狀態。角度傳感器7此時出現了電阻的變化(輸出信號)。
當按鈕達到預定位置時，即外殼1和壓板10之間達到特定的距離時，磁敏角度傳感器7內的磁場方向相對基本狀態磁場線方向6偏轉一個與該距離相對應的值，在該例中為180度。角度傳感器7此時和基本狀態相比改變了其電阻(輸出信號)，該電阻對應于所述開關狀態。輸出信號的改變在一個合適的運算電路中進行處理。
圖3所示的實施例基本上等于上述實施例，只是控制磁鐵相對于偏置磁鐵轉動了90度布置。該實施例的工作原理和上述的相同。
在圖4中所示的實施例同樣涉及第二個實施例所述的一個按鈕開關。兩者的區別在于，該實施例中沒有偏置磁鐵。其中的磁敏角度傳感器7的基本狀態相當于按鈕沒有按下的狀態，它是通過控制磁鐵9確定的，該磁鐵平行于一個運動軸線移動，在該軸線上控制磁鐵9可在按下按鈕3時移動。在該例中，磁敏角度傳感器7當按鈕3沒有按下時處在基本狀態，剛好位于控制磁鐵9的下面，該控制磁鐵的磁場在其內部水平分布。在磁敏角度傳感器7內的基本狀態磁場方向6同樣也是水平分布的。
當將按鈕3按下時，控制磁鐵9從角度傳感器7中被壓出，所以角度傳感器7進入垂直分布的控制磁場5的范圍內，并且和控制磁鐵9的端面平行，該控制磁鐵9相對于基本狀態磁場方向6轉動了90度。由于以上過程，磁敏角度傳感器7在按下按鈕3時產生了一個與基本狀態不同的電阻。
圖5所示的實施例基本上相當于上述按鈕開關。其區別僅在于，在按鈕3位于靜止位置(基本狀態)時，從壓板10方向上看，控制磁鐵9位于角度傳感器7之前，在按鈕3位于按下位置時，從壓板10方向上看，控制磁鐵9位于角度傳感器7之后(在圖5中通過虛線表示出控制磁鐵9｀的位置)。控制磁鐵9在按鈕3按下過程中從角度傳感器7旁邊經過，所以角度傳感器7的磁場方向一共偏轉了180度，從而使角度傳感器7產生最大的阻值改變。
當控制磁鐵9經過角度傳感器7時將產生信號的變化(從位置A運動到位置B)，其變化曲線見圖6所示。圖中的水平軸表示按鈕運動的路程s，垂直軸表示比值ΔR/R，其中的R代表角度傳感器7的電阻值。當控制磁鐵9從A向B運動時，ΔR/R首先在角度傳感器內的磁場方向開始改變前恒定保持在點x1，然后在角度傳感器7的磁場方向偏轉期間連續地增大，達到點x2，在該點上角度傳感器7的磁場方向偏轉180度，達到最大值。通過角度傳感器7的信號運算電路，按鈕開關的開關點可在任何處在曲線的上升區間內的位于點x1和x2之間的值中匹配選擇，這樣便可以簡單的方式調節按鈕開關的靈敏度。圖1至圖4所示的實施例也具有類似的信號曲線。
本發明所示接近開關的優點在于，在第一和第二物體之間不僅可探測一個距離，而且可探測不同的距離值。這些距離值只需要對應一個唯一的ΔR/R值即可。
在圖4和圖5結合表示的實施例中，在使用一個GMR傳感器作為角度傳感器7的情況下，其不需要在基本狀態或開關狀態下始終處在控制磁鐵磁場的影響范圍內，因為GMR傳感器將在測量層內持續保持其磁化方向，直到下一個由外界磁場引起的翻轉磁化出現為止。
在所述非接觸式接近開關在移動電話20中應用的一個優選實施例(圖7)中，所述移動電話具有一個可從聽筒部分21翻開的受話器部分22，在打開和合上受話器22的同時，可將移動電話20打開或關閉，其中的受話器部分22或聽筒部分21上裝有控制磁鐵9，與之對應，聽筒部分21或受話器部分22上裝有磁敏角度傳感器7。
同樣也可將所述的非接觸式接近開關用于汽車內部照明裝置中作為車門開關(圖8)，或者在冰箱和/或冷藏柜的內部照明裝置中作為柜門開關(圖9)。
本發明當然不僅限于以上所述的實施例。它可以一般性地應用在各種需要識別一個第一物體向一個第二物體接近的場合。
權利要求
1.非接觸式接近開關，用于識別至少一個可預先設定的間隔，該間隔位于一個第一物體(1)和一個與該物體做相對運動的第二物體(2,10)之間，本發明的特征是，在第一物體(1)上裝有一個磁敏角度傳感器(7)，該傳感器有一個與作用在其上的磁場方向相關的傳感器輸出信號，并且在第二物體(2)上固定有一個具有控制磁場(11)的控制磁鐵(9)，當在第一物體(1)和第二物體(2,10)之間出現預先設定的間隔時，在角度傳感器(7)內的控制磁場(11)產生一個開關狀態一磁場方向(5)，該方向與第一物體(1)和第二物體(2,10)之間的另一個預先設定的間隔所對應的角度傳感器(7)內的基本狀態一磁場方向(6)是不同的，而且磁敏角度傳感器(7)對應一個偏置磁場(12)，該磁場確定基本狀態一磁場線方向(6)。
2.如權利要求1所述的非接觸式接近開關，其特征是，角度傳感器(7)在第一物體(1)和第二物體(2,10)之間未出現預先設定的間隔時，處在控制磁鐵(9)的磁場范圍內，在該范圍內的磁場方向與開關狀態磁場方向(5)不同，從而使控制磁鐵(9)產生偏置磁場(12)。
3.如權利要求1所述的非接觸式接近開關，其特征是，基本狀態一磁場線方向(6)由一個偏置磁鐵(8)產生。
4.如權利要求1至3中任何一項所述的非接觸式接近開關，其特征是，基本狀態一磁場方向(6)和開關狀態一磁場方向(5)非平行布置。
5.如權利要求1至4中任何一項所述的非接觸式接近開關，其特征是，磁敏角度傳感器(7)是一個GMR傳感器。
6.如權利要求1至5中任何一項所述的非接觸式接近開關，其特征是，控制磁鐵(9)和/或偏置磁鐵(8)是永久磁鐵。
7.如權利要求1至6中任何一項所述的非接觸式接近開關，其特征是，控制磁鐵(9)和/或偏置磁鐵(8)是電磁鐵。
8.如權利要求1至7中任何一項所述的非接觸式接近開關在移動電話(20)中的應用，所述移動電話具有一個可從聽筒部分(21)翻開的受話器部分(22)，在打開和合上受話器(22)的同時可將移動電話(20)打開或關閉，其中的受話器部分(22)或聽筒部分(21)上裝有控制磁鐵(9)，并且聽筒部分(21)或受話器部分(22)上裝有磁敏角度傳感器(7)。
9.如權利要求1至7中任何一項所述的非接觸式接近開關在汽車內部照明裝置中作為車門開關的應用，其中至少有一個車門上裝有控制磁鐵(9)或者磁敏角度傳感器(7)，并且在車身的門框上裝有磁敏角度傳感器(7)或控制磁鐵(9)。
10.如權利要求1至7中任何一項所述的非接觸式接近開關在冰箱和/或冷藏柜的內部照明裝置作為柜門開關的應用，其中有一個冰箱門和/或冷藏柜門上裝有控制磁鐵(9)或者磁敏角度傳感器(7)，并且在冰箱和/或冷藏柜的門拉手上裝有磁敏角度傳感器(7)或控制磁鐵(9)。
全文摘要
非接觸式接近開關,用于識別至少一個可預先設定的間隔,該間隔位于一個第一物體(1)和一個與該物體做相對運動的第二物體(2,10)之間,本發明的特征是,在第一物體(1)上裝有一個磁敏角度傳感器(7),該傳感器有一個與作用在其上的磁場方向相關的傳感器輸出信號,并且在第二物體(2)上固定有一個具有控制磁場(11)的控制磁鐵(9),當在第一物體(1)和第二物體(2,10)之間出現預先設定的間隔時,在角度傳感器(7)內的控制磁場(11)產生一個開關狀態—磁場方向(5),該方向與第一物體(1)和第二物體(2,10)之間的另一個預先設定的間隔所對應的角度傳感器(7)內的基本狀態—磁場方向(6)是不同的。
文檔編號H03K17/94GK1209691SQ9811791
公開日1999年3月3日 申請日期1998年8月21日 優先權日1997年8月21日
發明者E·胡夫加爾德, J·斯泰恩基爾赫納, W·克勒門斯, J·維克爾 申請人:西門子公司