包括可移动的铁磁部件的开关装置 |
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| 申请号 | CN200780026338.2 | 申请日 | 2007-07-02 | 公开(公告)号 | CN101490783B | 公开(公告)日 | 2012-09-26 |
| 申请人 | 施耐德电器工业公司; | 发明人 | 劳伦特·奇西; 贝努瓦·格拉普; 马赛厄斯·拉米恩; 西尔万·佩尼奥; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种可用于滑动钮、旋钮、 位置 开关 或冲击 传感器 中的电开关装置。该装置包括：产生 磁场 的 永磁体 (4)；微型开关(2)，通过沿永磁体(4)的磁场的 磁 力 线 (L)的两个不同的取向排列，微型开关(2)控制在至少两个状态之间，其特征在于微型开关(2)和永磁体(4)相对于彼此固定，可移动的 铁 磁部件(5)在两个位置之间移动，从而对由永磁体(4)产生的磁力线(L)的取向起作用，从而赋予微型开关其两个状态中的一个或另一个。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电开关装置，包括： |
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| 说明书全文 | 包括可移动的铁磁部件的开关装置技术领域[0001] 本发明涉及一种包括磁性微型开关的电开关装置，该磁性微型开关设置有能够根据磁场的磁力线排列(align)的移动元件。根据本发明的开关装置可以具体地用于按钮、滑动钮或旋钮(rotary knob)中以及位置开关、冲击探测器(impact detector)或加速度传感器中。 背景技术[0002] 包括磁性微型开关的位置传感器从美国专利6633158是已知的，该磁性微型开关设置有通过移动的永磁体被磁效应驱动的移动元件。该永磁体可以采取(assume)至少两个位置使得移动元件顺从于它的磁力线(field line)的两个取向。通过排列在永磁体的磁力线上，移动元件在断开状态和闭合状态切换，分别对应于电路的断开或闭合。对磁力线取向敏感的这些磁性微型开关非常精确地对永磁体的位置作出反应。因此在装配探测器时难以对它们进行调整。 [0003] 文件WO2004/066330和US 5923523描述了采用不精确的“簧片(reed)”类型开关的位置传感器，该开关通过靠近固定磁体的铁磁部件的位移来切换。在第一个文件中，铁磁部件被流体移动。因此它的位移没有被校准。 发明内容[0004] 本发明的目的是提出了一种设置有磁性微型开关的电开关装置，在装配过程中磁性微型开关容易调整并且它的性能特性不受时间影响，该装置被准确和精确地校准以在施加确定强度的力时被系统地触发。 [0005] 此目的通过电开关装置来实现，该电开关装置包括： [0006] -产生磁场的永磁体， [0007] -电微型开关，设置有移动元件，该移动元件通过根据永磁体的磁场的磁力线的两个不同的取向排列而被磁效应驱动在至少两个状态之间，其特征在于： [0008] -微型开关和永磁体相对于彼此固定， [0009] -包括可移动的铁磁部件的装置，该铁磁部件在两个位置之间移动以对由永磁体产生的磁力线相对于移动元件的取向起作用，从而赋予移动元件其两个状态中的一个或另一个。 [0010] -在初始位置，铁磁部件通过磁效应保持为倚着(agsinst)永磁体。 [0011] 根据本发明，采用相对于彼此固定的永磁体和微型开关使得可以对调整微型开关的相对于永磁体的工作点的约束进行限制，因此克服了装配永磁体/微型开关对的问题。 [0012] 根据本发明，永磁体因此可以用于将铁磁部件保持在初始位置中并在铁磁部件移动时用于切换微型开关。 [0013] 根据 本 发明 的具 体 的特 征，可移 动的 铁 磁部 件遵 循 平移 移 动(translationmovement)。平移移动例如垂直于永磁体的磁化方向。 [0014] 根据本发明，微型开关例如相对于永磁体居中。因此，不受铁磁部件影响时，移动元件处于它的断开状态和它的闭合状态之间的静止状态(reststate)。通过微型开关相对于永磁体居中，铁磁部件可以在它的每个位置是对称的并对称地作用于永磁体的磁力线。 [0015] 根据本发明的另一个具体的特征，铁磁部件被由永磁体施加的磁吸引效应保持在它的每个位置。 [0016] 根据本发明的另一个具体的特征，铁磁部件具有包括中心部件和两个平行翼状物(wing)的U形，永磁体置于两个平行翼状物之间。在铁磁部件的每个位置中，它的翼状物中的一个被永磁体吸引。因此本发明的结构特别紧凑，具体地归功于磁体的双重功能，其使得可以切换微型开关又可以将铁磁部件保持在初始位置和适宜的位置(取决于构造)以及在最终位置。 [0017] 根据本发明，微型开关例如相对于永磁体偏离中心。不受铁磁部件的影响时，微型开关因此被磁效应保持在它的断开或闭合状态中的一个。因此铁磁部件可以采取第一极限位置(first extreme position)(在该位置它使磁力线偏转以赋予移动元件其两个状态的另一个)和第二远离极限位置(在该位置它对磁力线不起作用)。第一极限位置是稳定的，铁磁部件被由永磁体施加的磁吸引效应保持，铁磁部件的第二极限位置是暂时的(ephemeral)，由挡板(end-stop)标记。在第二极限位置中，铁磁部件保留在永磁体的磁影响下从而被磁效应返回到第一位置。 [0018] 根据装置的一实施例变型，永磁体是圆盘的形状，可移动的铁磁部件具有旋转圆环(rotating ring)的形状，该圆环围绕着永磁体并绕永磁体进行旋转运动。例如，圆环有凸起物(protuberance)，该凸起物能采取两个直径上(diametrically)相对的位置以作用于对称面的任一侧的磁力线。 [0020] 参照以示例方式给出并由附图示出的实施例，其它的特征和优点将从下面详细的描述变得明显，附图中： [0021] 图1和2分别示出了处于闭合状态和断开状态的在滑动钮中使用的本发明的开关装置， [0022] 图3和4示出了铁磁部件对由永磁体产生的磁力线的影响， [0023] 图5示出了概略示出的旋钮中采用的开关装置， [0024] 图6示出从侧面观察时图5的旋钮， [0025] 图7和8分别示出处于静止状态和触发状态(triggered state)的在冲击探测器中使用的本发明的开关装置， [0026] 图9和10分别示出处于静止状态和触发状态的在冲击探测器中使用的本发明的开关装置， [0027] 图11示出了在本发明的开关装置中所使用的磁性微型开关的透视图。 [0028] 图12和13示出了根据由永磁体产生的磁力线的取向的分别处于断路状态和闭合状态的图11中的微型开关。 具体实施方式[0029] 本发明涉及一种开关装置，该开关装置包括至少一个固定的磁性微型开关2、固定的永磁体4、40和移动的铁磁部件5、50、500。 [0030] 此开关装置可以在按钮、滑动钮或旋钮中以及在位置开关、冲击或加速度传感器中实施。 [0031] 所采用的微型开关2是磁型的，对由永磁体4产生的磁场的磁力线L的取向敏感。 [0032] 此类型的微型开关2可以通过永磁体在两种状态(断路状态(图12)和闭合状态(图13))之间切换。例如，它可以在微机电系统(Micro-Electro-Mechanical-System，MEMS)技术中制造。 [0033] 对磁力线L的取向敏感的微型开关2的示范性构造在图11到13中示出。 [0034] 对磁力线L的取向敏感的微型开关2包括可变形的移动铁磁膜20，可变形的移动铁磁膜20可以在永磁体4的影响下驱动为围绕旋转轴(R)旋转(rotation-wise)。膜20例如由铁-镍制成。 [0035] 膜20给出纵轴(A)并在其末端之一处经由连杆臂(link arm)22a、22b连接到附着于基板3的一个或几个锚柱(anchoring post)23。膜20可以根据垂直于它的纵轴(A)的旋转轴(R)相对于基板旋转。连杆臂22a、22b形成膜20与锚柱23之间的弹性链接(elastic link)，并受压而在膜20的绕轴旋转(pivoting)上弯曲。 [0036] 在它的相对于旋转轴的末端，膜20支撑可移动的触点(contact)21。通过绕轴旋转，膜20可以采取至少两个确定的状态：断开状态(图12)或闭合状态(图13)，在断开状态中沉积在基板上的两个固定的电导轨(electricaltrack)31、32被断开，在闭合状态中两个电导轨31、32通过由膜20支撑的可移动的触点21相互连接。在图11中，膜处于静止状态，在平行于基板3的表面的位置。 [0037] 此微型开关2的工作原理在图12和13中示出。此微型开关2的膜20的致动模式(actuation mode)之一在于施加由永磁体400产生的磁场。根据此致动模式，铁磁膜20通过排列在由永磁体400产生的磁场的磁力线L上而在它的两种状态之间转移。参照图12和13，永磁体400的磁场给出磁力线L，磁力线L的取向根据膜20的纵轴(A)在膜20的铁磁层中产生磁场分量(magnetic component)BP0、BP1。在膜20中产生的该磁场分量BP0、BP1产生磁矩，该磁矩使膜20采取它的断开(图12)或闭合(图13)状态中的一个。通过将永磁体400平行于膜20的纵轴(A)平行的转移，由此可以使膜20顺从于永磁体400的磁场的磁力线L的两个不同的取向并且使膜20在它的两个状态之间切换。膜的断开或闭合状态取决于微型开关2相对于永磁体400的位置和取向。 [0038] 在本发明的开关装置中，除了采用的永磁体4、40和微型开关2都被固定之外，微型开关2的该致动原理被采用。为了使微型开关2的膜20能够顺从于由永磁体4、40产生的磁场的磁力线的两个取向，铁磁部件5、50、500在靠近永磁体4、40的至少两个位置之间移动。通过被移动，此铁磁部件5、50、500具有使永磁体4、40的磁场的磁力线L的对称面移动并因此使永磁体4、40的磁力线L偏转的作用。 [0039] 根据本发明的设置有开关装置的滑动钮在图1和2中示出。此滑动钮包括附着于铁磁部件5的致动单元(actuation unit)6并且按照平移方向在外壳(casing)(未示出)中平移地移动。铁磁部件5相对于垂直面是对称的并且例如具有翻转的U形，该U形由通过垂直中心部件5c相互连接的两个对称且平行的侧翼状物5a、5b组成。例如，装置的永磁体4是平行六面体的形状并置于由铁磁部件5形成的该U形中，在部件5的两个翼状物5a、5b之间。永磁体4的磁化方向(M)和永磁体4的磁力线L的对称面垂直于可移动的铁磁部件5的平移方向。在附图中，铁磁部件5的平移方向例如位于水平面上。 [0040] 微型开关2置于永磁体4的磁影响下，相对于永磁体5居中，从而在没有铁磁部件5时，膜20平行于基板3并且处于静止状态(如图11中)。微型开关2的旋转轴(R)是水平的并垂直于铁磁部件5的平移方向。 [0041] 根据本发明，铁磁部件5能够相对于固定的永磁体4在两个极限位置之间平移地移动。在它的每个极限位置中，例如它在翼状物5a、5b中的任意一个倚着永磁体4上时停止并通过磁吸引效应保持为粘附倚着永磁体4。因此最小的作用力必须被施加在致动单元6上以将铁磁部件5与永磁体4分开并将它从一个位置转移到另一个位置，从而在致动单元 6的移动上给予使用者特别的触觉效果。当铁磁部件5从一个位置转移到另一个位置时，磁吸引效应在铁磁部件5的第一翼状物5a与永磁体4之间削弱而在铁磁部件5的第二翼状物5b与永磁体4之间增强。 [0042] 铁磁部件5的作用是使永磁体4的磁力线L的对称面转移。在铁磁部件5的每个极限位置中，由永磁体4产生的磁力线L由此被铁磁部件5偏转，从而使微型开关2的膜20顺从于确定的取向并且使它处于它的断开或闭合状态中的一个(见图3和4)。 [0044] 根据本发明的开关装置还可以使用在如图5所示的旋钮中。旋钮包括，例如呈圆盘形状的永磁体40(放置在例如微型开关2上)。微型开关2和永磁体40相对于彼此固定，从而膜20在不受铁磁部件50的影响时处于静止状态(如图11)。铁磁部件50包括例如圆环，该圆环环绕永磁体40并且在被外部致动单元(在图5中未示出)致动时能关于其轴绕永磁体40旋转。该圆环的轴例如是垂直的，而微型开关2的膜的旋转轴是水平的。该圆环包括内部凸起物51，凸起物51在永磁体40的方向形成并负责根据圆环的位置使永磁体40的磁力线偏转。圆环的凸起物51能够在排列于微型开关的膜20的纵轴(A)上的至少两个直径上相对的位置(图5和6中的1和0)之间旋转，从而使永磁体的磁力线L向任意一侧偏转，并使膜20(根据它的位置)顺从于磁力线L的两个取向中的一个或另一个。微型开关的上文所述的构造还可以用于位置开关、冲击或加速度传感器中，致动不再是手动的而是由外部现象引起。 [0045] 本发明的开关装置还可以用于冲击传感器以至加速度传感器中。 [0046] 在图7和8中示出的第一构造中，冲击传感器具有例如类似于上文中描述的滑动钮中采用的相似的开关装置。铁磁部件5是相同的，因此具有带有两个被垂直中心部件5c分开的平行侧翼状物5a、5b的翻转的U形。如前，永磁体4和微型开关2置于由铁磁部件5形成的U中。 [0047] 在此第一构造中，在初始位置，铁磁部件的第一翼状物5a被磁效应保持为倚着永磁体4(图7)。在冲击时，铁磁部件5可以从确定的触发阈值(triggering threshold)起向着它的第二个位置的方向水平地移动。在它的第二位置，铁磁部件5的第二翼状物5b被磁效应挤压而倚着永磁体4(图8)。冲击传感器的触发阈值具体地取决于可移动的铁磁部件5的重量、形成永磁体4和铁磁部件5的材料的特性、处于面向铁磁部件5的永磁体4的表面的尺寸以及将铁磁部件5的远离的翼状物5a、5b相对于永磁体4分开的初始空气间隙(air-gap)距离。 [0048] 在铁磁部件5的两个位置中的每个，铁磁部件5对永磁体4的磁场的磁力线L的取向起作用，从而使它们偏转并使微型开关2的膜20顺从于磁力线L的主要取向。在铁磁部件5的初始位置，被微型开关2的膜20遇到的磁力线L迫使它处于断开状态。在铁磁部件5的第二位置，被膜20遇到的磁力线L呈现相反的取向并迫使它处于闭合状态。 [0049] 在此第一构造中，铁磁部件5在冲击传感器致动后停留在与永磁体4粘附的位置，这可以向传感器提供记忆效应。为了促进此记忆效应，铁磁部件5的两个翼状物5a、5b可以在尺寸上不同以当部件5在它的第二位置时增大铁磁部件5与永磁体4之间的吸引力。类似地，当传感器已被触发后，永磁体4与铁磁部件5的远离的翼状物5a之间的距离可以被调整以避免铁磁部件5返回到初始位置。 [0050] 在图9和10中示出的冲击传感器的第二构造中，铁磁部件500呈现例如具有两个垂直分支501、502的L构造。铁磁部件500可以在冲击作用下根据方向(例如水平的)在稳定的初始位置(图9)与第二远离位置(图10)之间平移地移动，初始位置中铁磁部件500被磁效应压向永磁体4。L型铁磁部件500的一个分支501垂直于它的平移方向，另一个分支平行于此方向。第二位置由固定的挡板标记，例如包括置于铁磁部件500的轨道上的壁(wall)7。此壁7设置为将铁磁部件500保持在永磁体4的磁效应下而不管冲击的强度，即使当铁磁部件500倚着壁7停止时。因此在冲击后，铁磁部件500被磁效应自动地带到倚着永磁体4。 [0051] 在此第二构造中，微型开关2相对于永磁体4偏离中心，从而当铁磁部件500处于它的第二个位置时(图10)，也就是说，当铁磁体500是远离的并且对永磁体4的磁力线L不再具有作用时，使膜20处于它的两个状态之一，断开或闭合(图10中为闭合)。在初始位置，铁磁部件500对永磁体4的磁力线L起作用并使它们偏转，从而使膜20处于限定的取向并使它处于它的两个状态中的另一个，断开或闭合(图9中为断开)。 |
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