磁触发的接近开关 |
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| 申请号 | CN201180001659.3 | 申请日 | 2011-06-02 | 公开(公告)号 | CN102405506B | 公开(公告)日 | 2016-10-19 |
| 申请人 | 通用设备和制造公司; | 发明人 | J·佩尔斯; R·L·拉方泰恩; M·西蒙斯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种磁触发的接近 开关 。该磁触发的 接近开关 包括圆柱形开关体和不可动地固定在该开关体内的第一磁体。该接近开关还包括可旋转交接臂。第二磁体可移动地布置在该开关体内，该第二磁体固定地连接到该交接臂。当 磁性 目标不位于第二磁体的预定范围内时，该第一磁体吸引该第二磁体，从而旋转该交接臂至第一开关 位置 并且闭合第一 电路 。然而，当该磁性目标位于该预定范围内时，该目标和第二磁体之间的磁 力 大于该第二磁体和第一磁体之间的磁力。该第二磁体朝向目标而远离第一磁体位移，从而旋转该交接臂至第二开关位置。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种磁触发的接近开关，包括： |
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| 说明书全文 | 磁触发的接近开关技术领域[0001] 本公开一般涉及接近开关，更具体地涉及小型的磁触发的接近开关。 背景技术[0002] 磁接近开关，也称为限位开关，通常用于线性位置传感。通常，磁触发的接近开关包括传感器，其适配成探测目标的存在而无需接触该目标。通常，该传感器可以包括位于开关体内的开关电路机制，该开关电路机制通常包括被一个或多个弹簧偏置于第一位置的多个杠杆和接头。当目标，该目标通常包括包含在壳体内的永久磁体，通过该传感器的预定范围内时，由目标磁体产生的磁通量触发该开关电路机制，从而闭合在正常情况下打开的电路。该正常情况下打开的电路的闭合由处理器探测，并且信号被发送到操作者或者自动操作系统从而指示该传感器的预定范围内存在目标。该目标通常固定到系统的可移动元件，例如阀杆，并且该传感器通常固定到系统的静止元件，例如阀体。当如此配置时，如果该可移动元件改变了位置，该传感器能够探测。然而，由于传感器用于封装开关电路机制所述必须的较大的物理尺寸，典型的传感器无法用于在具有有限自由空间的区域设置传感器的场合。此外，需要给传感器提供能量也限制了传感器所能应用的场合。发明内容 [0003] 根据本发明的一个示例性方面，提供一种磁触发的接近开关，其包括开关体和不可动地固定在该开关体内的第一磁体。还包括具有第一端和第二端的公共臂，该第二端布置在该开关体内。该接近开关还包括具有第一端和第二端的初级臂。该第二端布置在该开关体内，该第二端包括初级接头。此外，该接近开关包括具有第一端和第二端的次级臂。该第二端布置在该开关体内，该第二端还包括次级接头。该接近开关还包括布置在该开关体的交接臂。该交接臂具有第一端和第二端，该第一端耦接到该公共臂，该第二端包括公共接头。该接近开关还包括布置在该开关体内的第二磁体，该第二磁体相对于该第一磁体可移动。该第二磁体耦接到该交接臂，从而该第二磁体的移动引起该交接臂在第一开关位置和第二开关位置之间的相应的移动。在第一开关位置，该交接臂的公共接头与该初级臂的初级接头接触，从而完成该公共臂和该初级臂之间的电路。在第二开关位置，该交接臂的公共接头与该次级臂的次级接头接触，从而完成该公共臂和该次级臂之间的电路。 [0004] 在另一个实施例中，第一磁体和第二磁体被选择成产生该第一磁体和第二磁体之间的第一磁力，该第一磁力将该公共臂保持在第一开关位置。此外，该第二磁体和该开关体外部的目标被选择成产生该第二磁体和目标之间的第二磁力，如果该第二磁力大于该第一磁力，该第二磁力使该交接臂从第一开关位置移到第二开关位置。 [0005] 在又一个实施例中，当该目标和该第二磁体之间的第二磁力变得弱于该第一磁体和第二磁体之间的第一磁力，该第一磁力使得该交接臂从第二开关位置移动第一开关位置。 [0006] 在又一个实施例中，该交接臂的第一端可旋转地耦接到该公共臂的第二端，第二磁体相对于第一磁体的移动使得该交接臂从第一开关位置旋转到第二开关位置或者从第二开关位置旋转到第一开关位置。此外，细长的致动臂可以将该第二磁体耦接到该公共臂。该致动臂还可以布置在形成于该第一磁体中的孔内。 [0007] 在另一个实施例中，该公共臂、初级臂、次级臂的每个的第一端布置在该开关体的外部。此外，该开关体可以是圆柱形的，并且可以由高温材料组成。并且，该开关体可以有塑料组成，该开关体可以是密封的。 [0008] 根据本发明的另一个示例性的方面，提供可以一种通过磁触发的接近开关探测目标的方法，其包括提供开关体，并且将公共臂的第二端布置在该开关体内。此外，初级臂的初级接头布置在该开关体内，次级臂的次级接头布置在该开关体内。该方法还包括将具有公共接头的交接臂可移动地耦接到该公共臂，并且将第二磁体耦接到该公共臂。固定的第一磁体邻近于该第二磁体放置在该开关体内，通过该第一磁体作用于第二磁体的力将该交接臂的公共接头偏置为于初级接头相接触。该方法还包括将目标放置在开关体的外部的第一位置，使得目标和第二磁体之间的磁力大于第一磁体和第二磁体之间的磁力，从而移动该交接臂以使得该公共接头从该初级接头脱离并且接合该次级接头。 [0009] 在另一个实施例中，该方法还包括将目标放置在开关体外部的第二位置，从而目标和第二磁体之间的磁力小于第一磁体和第二磁体之间的磁力，从而移动该交接臂使得该公共接头从该次级接头脱离并且接合该初级接头。 [0010] 在又一个实施例中，该交接臂可旋转地耦接到该公共臂的第二端，使得该交接臂旋转从而使该公共接头从该初级接头脱离，并且使该公共接头与该次级接头接合。 [0011] 在又一个实施例中，当该公共接头接合该初级接头，在该公共臂和该初级臂之间形成闭合的电路，当该公共接头接合该次级接头，在该公共臂和该次级臂之间形成闭合的电路。 [0013] 图1A是磁触发的接近开关的一个实施例的俯视半剖面图； [0014] 图1B是图1A的实施例的侧视图； [0015] 图1C是图1A的实施例的后视图； [0016] 图2是磁触发的接近开关的一个实施例的分解立体图； [0017] 图3是磁触发的接近开关的一个实施例的立体图； [0018] 图4是磁触发的接近开关的一个实施例的第一半体的俯视图； [0019] 图5A是磁触发的接近开关的一个实施例的公共臂的立体图； [0020] 图5B是磁触发的接近开关的一个实施例的交接臂的立体图； [0021] 图6A是磁触发的接近开关的一个实施例的位于第一开关位置的半剖面视图；以及[0022] 图6B是磁触发的接近开关的一个实施例的位于第二开关位置的半剖面视图。 具体实施方式[0023] 如图1A所示，磁触发的接近开关10包括开关体12和不可移动地固定于开关体12内的第一磁体14。该接近开关10还包括具有第一端18和第二端20的公共臂16，并且公共臂16的第二端20布置在开关体12内。该接近开关10还包括具有第一端24和第二端26的初级臂22。第二端26布置在开关体12内，并且第二端26包括初级接头28。此外，接近开关包括具有第一端32和第二端34的次级臂30。该第二端34布置在开关体12内，并且第二端34包括次级接头36。交接臂38布置在开关体12内，并且交接臂38具有第一端40和第二端42。第一端40耦接到公共臂16，第二端42包括公共接头44。第二磁体46布置在开关体12内，第二磁体46相对于第一磁体14可移动。具体地，第二磁体46耦接到交接臂38，从而第二磁体46的移动引起交接臂38在第一开关位置和第二开关位置之间的相应的移动。在第一开关位置，如图6A所示，交接臂38的公共接头44与初级臂22的初级接头28接触，从而完成公共臂16和初级臂22之间的电路。在第二开关位置，如图6B所示，交接臂38的公共接头44与次级臂30的次级接头36接触，从而完成公共臂16和次级臂30之间的电路。 [0024] 图1A示出了磁触发接近开关10的开关体12的截面视图。开关体12优选地具有大体上圆柱形的形状，其具有圆形截面。然而，该开关体12可以具有任何截面形状，例如多边形或者椭圆形。开关体12可以包括第一半体12a和第二半体12b。因为第二半体12b可以与第二半体12a相同，仅示出第一半体12a。第一半体12a和第二半体12b的每个可以由塑料制成，并且可以使用任何常规方法制造，例如注塑。塑料可以是高温材料，其允许开关体12暴露于可能损坏传统塑料材料的环境。第一半体12a和第二半体12b可以通过本领域已知的几个方法中的任意方法，例如超声熔接，或者通过粘接而连接成单个开关体12，如图1B、1C和3所示。此外，开关体12可以密封从而保护接近开关免受水或者灰尘颗粒。然而，开关体12可以由任意适合的材料制成，并且可以由任何本领域已知方法制造。 [0025] 如图1A和4所示，开关体12的半圆柱形第一半体12a可以具有实质上平面的配合面51，其适配成接合第二半体12b的对应的接合面(未示出)以形成开关体12。第一半体12a还包括开放的第一端52，该第一端52包括半圆柱形的第二磁体腔54，并且该第二磁体腔54沿体12的纵轴56向内延伸，该纵轴56沿配合面51的平面延伸。第二磁体腔54的尺寸适于容纳探测器磁体组件58，如图2所示，其包括碟形第二磁体46和耦接到第二磁体46的磁体基座 60，并且探测器磁体组件58可以在第二磁体腔54内沿着纵轴56可滑动地位移。 [0026] 半圆柱形的第一磁体腔62也可以形成于第一半体12a中，以容纳和固定第一磁体14于体内，使得碟形第一磁体14的纵轴实质上对准于第一半体12a的纵轴56。半圆柱形的上部臂腔64可以沿着纵轴56在第二磁体腔54和第一磁体腔62之间的延伸，并且上部臂腔64的尺寸适于容纳在交接臂38和磁体基座60之间延伸的细长的致动臂66。大体上矩形的接头腔 68可以形成于第一半体12a内，以容纳公共臂16的第二端20、初级臂22的第二端26、次级臂 30的第二端34、交接臂38、和致动臂66的第一端116。半圆柱形的下部臂腔70可以沿着纵轴 56在第一磁体腔62和接头腔68之间延伸，下部臂腔70的尺寸可以适于容纳致动臂66。矩形公共槽72可以在大体上平行于纵轴56的方向从接头腔68延伸至第一半体12a的第二端74，使得公共槽72在第一半体12a的后表面76形成公共孔隙75。公共槽72的尺寸可以适于容纳公共臂16，使得公共臂16的第一端18延伸通过形成在后表面76中的孔隙75。矩形初级槽78可以在大体上平行于公共槽72且从公共槽72偏离的方向从接头腔68延伸至第一半体12a的第二端74，使得初级槽78在第一半体12a的后表面76形成初级孔隙80。初级槽78的尺寸可以适于容纳初级臂22，使得初级臂22的第一端24延伸通过后表面76中的初级槽80。此外，矩形次级槽82可以在大体上平行于公共槽72和初级槽78且从公共槽72和初级槽78偏离的方向从接头腔68延伸至第一半体12a的第二端74，使得次级槽82在第一半体12a的后表面76中形成次级孔隙84。该次级槽82的尺寸可以适于容纳次级臂32，使得次级臂32的第一端32延伸通过后表面76中的次级孔隙84。 [0027] 如以上所述以及图1A和2所示出的，磁触发的接近开关10还包括探测器磁体组件58，其可滑动地布置在开关体12的第一半体12a和第二半体12b的第二磁体腔54内。该探测器磁体组件58可以包括第二磁体46，也称为探测器磁体，其可以是圆柱形的。优选地，第二磁体46的形状为碟形。第二磁体46可以是永久磁体或者任何其他类型的适合磁体。探测器磁体组件58还可以包括磁体基座60，该基座60具有平面底部86和从该平面底部86延伸的环向侧壁88。该底部86和从底部86延伸的侧壁88的尺寸可以适于容纳第二磁体46，使得第二磁体46的平面接近侧壁88的顶部并且第二磁体46的外径稍小于侧壁88的内径。磁体基座60可以由金属制成，例如不锈钢，第二磁体46可以通过磁力固定到磁体基座60。或者，磁体基座60可以由非磁性材料制成，第二磁体46可以机械地或者粘接地固定到磁体基座60。 [0028] 在此参考图1A和2，磁触发的接近开关10还包括第一磁体14，也称为偏置磁体。该第一磁体14可以是圆柱形的，并且可以具有碟形的形状。该第一磁体14还可以具有沿第一磁体14的中心纵轴形成的孔90，该孔90的尺寸可以适于容纳致动臂66。第一磁体14可以容纳于开关体12的第一磁体腔62中，从而当第一半体12a和第二半体12b被连接在一起形成开关体12时，第一磁体14不能移动。第一磁体14可以由与第二磁体46相同的材料制成，但是第一磁体14的半径和厚度可以分别小于第二磁体46的半径和厚度。第一磁体14可以放置在第一磁体腔62内，使得第二磁体46被吸引朝向该第一磁体14。也即，如果第二磁体46的北极面向开关体12的第二端74，第一磁体14的南极布置成面向第二磁体46的北极。相反，如果第二磁体46的南极面向开关体12的第二端74，第一磁体14的北极布置成面向第二磁体46的南极。 [0029] 参考图1A，2和5A，磁触发的接近开关10还包括公共臂16，其为通过第一开关位置形成的电路和通过第二开关位置形成的电路的公共部件。该公共臂16可以是细长条的导电金属，例如铜或者铜合金，并且该公共臂16可以由冲压过程形成。如上所述，公共臂16的第二端20布置在接头腔68内，使得公共臂16延伸通过形成在开关体12中的公共槽72，并且第一端18延伸通过该公共孔隙75至开关体12外部的位置。该公共臂16可以放置在公共槽72内，使得公共臂16的纵轴平行于开关体12的纵轴56，当位于横向时，公共臂16垂直于通过第一半体12a的配合面51的平面。公共臂16的后表面91可以接触公共槽72的第一壁92，第一壁92纵向对准公共臂16并且垂直于配合面51的平面，如图4所示。公共臂16的位于公共槽72内的部分可以是弯曲的，并且弯曲部分94的上表面可以接触形成公共槽72的第二壁96，第二壁96从第一壁92偏离并且平行于第一壁92。因为弯曲部分94的上表面和公共臂16的后表面 91之间的横向距离大于第一壁92和公共槽72的第二壁96之间的距离，其提供了干涉配合将公共臂16固定在公共槽72内。公共臂16的下表面98可以接触第一半体12a的形成公共槽72的第三壁100，该第三壁100垂直于第一壁92和第二壁96，当第一半体12a和第二半体12b组装成开关体102时，公共臂16的上表面102可以接触第二半体12b的相应的公共槽72的第四壁(未示出)。因为公共槽72的第三壁100相比于接头腔68的底表面98而言距离配合表面51形成的平面更近，在公共臂16的底表面101和第一半体12a的接头腔68的底表面101之间存在空隙。类似地，在公共臂16的上表面102和第二半体12b的接头腔68的上表面(未示出)之间存在空隙。公共臂16还可以包括邻近第二端20、在公共臂16的宽度上延伸的横向槽104。 [0030] 参考图1A和2，磁触发的接近开关10还包括初级臂22。该初级臂22可以由与公共臂16相同的材料制成，该初级臂22可以以与公共臂16接合公共槽72的方式相同的方式接合初级槽78。相应地，初级臂22的弯曲的部分106在初级槽78内提供干涉配合，从而将初级臂22保持在初级槽78内。此外，初级臂22的第一端24从形成在开关体12的后表面76中的初级孔隙80延伸，使得当垂直于配合表面51观察时，初级臂22的第一端24平行于公共臂16的第一端18。初级臂22的第二端26耦接到初级接头28。初级接头28可以由导电金属制造，例如铜或者铜合金，并且初级接头28可以通过任何本领域已知的方式固定到初级臂22，例如焊接或者机械连接。或者，初级接头28可以与初级臂22的第二端26一体地形成。该初级接头28可以邻近于第一腔壁108放置，该第一腔壁108部分地限定接头腔68。 [0031] 参考图1A和2，磁触发的接近开关10还包括次级臂30。次级臂30可以由与公共臂16相同的材料制成，次级臂30可以以与公共臂16接合公共槽72的方式相同的方式接合次级槽82。然而，次级臂30可以与初级槽78中的初级臂22成“镜像”关系地放置在次级槽82中。更具体地，次级臂30的弯曲部分110的上表面可以面向初级臂22的弯曲部分106的上表面。如此配置，次级臂30的第一端30从形成在开关体12的后表面76中的次级孔隙84延伸，使得当垂直于配合表面51观察时，次级臂30的第一端32平行于初级臂22的第一端24和公共臂16的第一端18。次级臂30的第二端34耦接到次级接头36。类似于初级接头28，次级接头36可以由导电金属制成，例如铜和铜合金，并且次级接头36可以通过任何本领域已知的方式固定到次级臂30，例如焊接或者机械连接。或者，次级接头36可以与次级臂30的第二端34一体地形成。次级接头36可以邻近于接头腔68的第二腔壁112而布置，该第二腔壁112从第一腔壁108偏离并且平行于第一腔壁108。 [0032] 参考图1A、2和5B，磁触发的接近开关10还包括交接臂38。该交接臂38可以由细长条的导电金属形成，例如铜或者铜合金，该公共臂16可以由冲压过程以及之后的弯曲过程形成。交接臂38的第二端42可以包括公共接头44。该公共接头44可以由导电金属制成，例如铜或者铜合金，该公共接头44可以通过任何本领域已知的方式固定到交接臂38，例如焊接或者机械连接。或者，公共接头44可以与交接臂38的第二端42一体地形成。交接臂38的第一端40可以包括端部环114，端部环114的一部分可以布置在公共臂16的横向槽104内，使得交接臂38可以绕公共臂16的第二端20旋转同时保持接触公共臂16。该交接臂38可以绕公共臂16的第二端20在第一开关位置和第二开关位置之间旋转。在第一开关位置，示出在图6A中，交接臂38的公共接头44与初级臂22的初级接头28接触，从而完成了公共臂16和初级臂22之间的电路。在第二开关位置，示出在图6B中，交接臂38的公共接头44与次级臂30的次级接头 36接触，从而完成公共臂16和次级臂30之间的电路。 [0033] 参考图1A、2和5B，磁触发的接近开关10还包括致动臂66。致动臂66可以是具有第一端116和相对于该第一端116的第二端118的细长的圆柱体。该致动臂66可以具有任何适合的截面形状或者形状的结合，而非圆柱体，例如方形、椭圆形或者多边形。致动臂66可以由塑料材料或者任何其他适合的材料制成。致动臂66可以可滑动地布置在开关体12的上部臂腔64和下部臂腔70内，该上部臂腔64和下部臂腔70的每个可以具有稍大于致动臂66的外径的内径。当第一磁体14布置在第一磁体腔62内时，该致动臂66可以延伸穿过第一磁体14中的孔90。该致动臂66的第一端116可以包括槽120，该槽120可以容纳边缘部分122，该边缘部分122在交接臂38中限定孔以将致动臂66固定于交接臂38，如图5B所示。然而，该第一端116可以通过任何本领域已知的方式耦接到交接臂38，例如，机械紧固。致动臂66的第二端 118可以以与将第一端116耦接到交接臂38的方式类似的方式被耦接到探测器磁体组件58的磁体基座60。 [0034] 在操作中，第一磁体14提供吸引第二磁体46的磁力。该吸引力使得探测器磁体组件58向第一磁体14移动，从而使致动臂66朝向开关体12的第二端74移动。致动臂66的移动使得交接臂38绕公共臂16的第二端20旋转，从而公共接头44与初级接头28接触。在第一开关位置，示出在图6A中，完成了初级臂22和公共臂16之间的电路。相应地，该由第一开关位置产生的闭合的电路可以被处理器探测，该处理器可操作地连接到公共臂16的第一端18和初级臂22的第一端24。 [0035] 然而，当磁性目标124，其可能包括永久磁体或者铁金属，被移动到位于接近开关10的预定范围内的位置，目标124和第二磁体46之间的磁力可以大于第二磁体46和第一磁体14之间的磁力。该较大的力使探测器磁体组件58朝向目标124且远离第一磁体14移动，从而移动固定耦接到探测器磁体组件58的磁体基座60的致动臂66。当致动臂66被移动时，交接臂38围绕公共臂16的第二端20旋转，以使公共接头44与初级接头28脱离接触，并且与次级接头36接触。在第二开关位置，示出在图6B中，完成了次级臂30和公共臂16之间的电路。 相应地，该由第二开关位置产生的闭合的电路可以被处理器探测，该处理器可操作地连接到公共臂16的第一端18和次级臂30的第一端32。当目标不再位于接近开关10的预定范围内，第一磁体14和第二磁体46之间的磁力变得大于第二磁体46和目标124之间的磁力，接近开关10以如上所述的方式移动至第一位置。 [0036] 本领域的技术人员应当理解，目标124和第二磁体46之间的磁力可以依赖于几个因素，例如目标124和第二磁体46的相对尺寸，目标124和第二磁体46之间的距离，这些变量可以调节从而提供接近开关10和目标124之间的最优相互作用。以类似的方式，第二磁体46和第一磁体14之间的磁力也可以调节。 [0037] 本领域的技术人员还应当理解，磁触发的接近开关10公开的实施例允许具有集成设计的相对小的开关体12，其还允许磁触发的接近开关10用于具有有限空间要求的应用，例如用于电气接线盒中。对于本领域技术人员显然的是，磁触发的接近开关10公开的实施例，不同于通常的接近开关，不需要外部电源而运作，从而简化了安装并且延长了接近开关10的使用寿命。 |
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