(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁石（１３）を具備し、
該電磁石が、磁心（１７）とコイル（１５）を有するとともに、前記電磁石の磁気回路を閉じ、前記磁心（１７）から離隔可能なヨーク（１９）を有し、
かつ、前記磁気回路における磁界を監視し、該磁界に応答する電気的又は電子的なスイッチング素子（２３、２５、２７）を具備する
閉保持装置（１１）であって、
前記スイッチング素子（２３、２５、２７）は、前記磁心（１７）又はヨーク（１９）の磁束を、この磁束に沿った方向において互いに間隔をあけた２箇所（３１、３３）で捕捉して、これら２箇所の間における起磁力の低下を検出することを特徴とする閉保持装置（１１）。
【請求項２】
前記スイッチング素子は、前記磁気回路に対し前記磁束に沿った方向において前記磁心（１７）又はヨーク（１９）の中又は脇に配置されたリードスイッチ（２３）であることを特徴とする請求項１に記載の閉保持装置。
【請求項３】
前記スイッチング素子は、Ｕ字形の磁心（３７）と、前記磁気回路を閉じる可動アンカー（３９）とを含む駆動機構を備えたリレー（２７）であり、前記アンカーにより作動させられる制御カム（４３）を具備し、前記駆動機構の前記磁心（３７）は、或る区間にわたって前記電磁石（１３）の磁心（１７）又はヨーク（１９）に平行に通されていることを特徴とする請求項１に記載の閉保持装置。
【請求項４】
前記スイッチング素子は、ホールセンサ（２５）であることを特徴とする請求項１に記載の閉保持装置。
【請求項５】
前記スイッチング素子（２３、２５、２７）は、互いに間隔をあけた前記箇所（３１、３３）で前記磁心（１７）又はヨーク（１９）と結合した、磁化可能な材料の２本のアームの間に配置されていることを特徴とする請求項１〜４の１項に記載の閉保持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁石と、この電磁石に適合するヨークで、安全のために閉じた状態に保持すべき部品を閉保持するヨークと、閉保持装置の状態を監視するセンサとを備えた監視可能な閉保持装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１から、可動部品に磁化可能なヨークを配置し、固定部品に該ヨークを使って閉じることのできる電磁石を含む閉保持装置が知られている。この閉保持装置は、加えて、高周波信号を発信し、受信することのできるセンサユニットを備えている。可動部品のところに応答機がある。更に、磁石とヨークの間の接触面に隣接して配置された磁界センサがある。この接触面に隣接した配置では、その場所に漂遊磁界が最も強く現れることから、その磁界が実際に及ぼす閉保持力を厳密に把握することが可能となる。すでに小さくなっているエアギャップが漂遊挙動から認識される。
【０００３】
その結果、磁心とヨークの間の領域における磁気回路外の磁界は磁界センサによって測定される。磁心とヨークが近くに集まっていると、測定される磁界は小さい。ところが、磁心とヨークが互いに分離していると、測定される磁界はそれ相当に大きい。この配置の欠点は、電磁石コイルが励磁されていない場合、磁界も小さいことである。更なる欠点は、電磁石コイルからも磁心からも分離した磁界センサを別個に取り付ける必要があることである。
【０００４】
特許文献２から、キャビネット扉用の保持電磁石が知られている。この保持電磁石は、磁極にそれぞれ１つずつ、後方と前方に突き出た軟鉄板を備えた２個の永久磁石を付けている。前記軟鉄板は、前側においてそれぞれ２箇所でハウジングを突き抜けており、キャビネット扉に締結されたヨーク状の軟鉄棒を引き付けることができる。ヨーク状の軟鉄棒は、単に一方の永久磁石の磁極を他方の永久磁石の磁極と結合させるだけである。両方の磁石のそれぞれ互いに向き合った磁極は、扉が閉まっているとき、ヨーク状の軟鉄棒の付近に位置するだけである。リードスイッチが、ヨーク状の軟鉄棒によってつなぎ合わせることのできる両方の磁極の一方から他方へ延びている。扉が開いた状態にあるとき、ヨーク状の軟鉄棒は、両方の永久磁石の影響領域外にある。この両方の永久磁石は、そのときリードスイッチを作動させ、光がキャビネット内部に投入されるようにすることができる。ところが、扉が閉められると、永久磁石は、リードスイッチを作動させるのに十分な強さをもはや持たない。
【０００５】
代替の一実施態様では、リードスイッチは、軟鉄棒を磁極から離すと開き、軟鉄棒を磁極につなぐと閉じるように配置されている。このような実施態様は、照明、ラジオ、オーディオ機器、アラームベル又は位置センサのスイッチングに使用できる。永久磁石の代わりに電磁石を使用することも可能である。
【０００６】
特許文献３からは、並んで配置され、磁極の向きが相反した２個の永久磁石と１個のリードスイッチからなる磁気近接スイッチが知られている。リードスイッチは、縦方向において一方の磁石の一方の磁極から他方の磁石の他方の磁極へ延びている。両方の永久磁石は、そのリードスイッチと向き合った側で、例えば複写機の扉、蓋などを引き寄せる。扉が閉まっているとき、永久磁石の互いに並んでいる両方の磁極は、一種のヨークで橋絡されている。これにより、リードスイッチの側でそこの磁極の間により強い磁界が生じ、そこでリードスイッチはこの磁界に応答する。それゆえ、リードスイッチを使って、蓋が両方の磁極によって保持されているか否か検出できる。
【０００７】
小さい構造サイズを達成するため、両方の永久磁石の一方を等方性材料から作り、他方を異方性材料から作り、鉄背面合わせを設けることが提案される。これにより、リードスイッチを鉄背面合わせの至近位置に配置することが可能となる。
【０００８】
保持力を生じさせるこの従来公知の近接センサは、２個の磁石が必要である上、リードスイッチを開いた状態のときでも作動させるのに僅かな保持力でしなければならないという欠点を持つ。
【０００９】
【特許文献１】独国実用新案第２０３０６７０８号公報
【特許文献２】英国特許公開第２２０５６０３号公報
【特許文献３】日本国特許公開第７２２０５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
よって、本発明の課題は、大きい保持力を生じさせることができ、例えばリード接点又は磁界に応答する他の電気的又は電子的なスイッチング素子を使って監視できるスイッチオン／オフ可能な閉保持装置を提供することである。監視機能は、閉保持装置が閉にされ、スイッチオンされていて、所要の保持力が確保されているか否か、又は、閉保持装置が開にされているか否かを表示する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題は、発明通り、独立請求項の対象によって解決される。
【００１２】
本発明による閉保持装置は、電磁石と、磁気回路における磁界を監視し、この磁界に応答する電気的又は電子的なスイッチング素子とを備えている。電磁石は、磁心とコイルだけでなく、電磁石の磁気回路を閉じ、磁心から離隔可能なヨークを具備する。この閉保持装置において、スイッチング素子は、磁心又はヨークの磁束を、磁束に沿った方向において互いに間隔をあけた２箇所で捕捉する。これにより、２箇所の間のセクション全長にわたっての起磁力の低下に相当する値が検出される。この起磁力の低下は、ヨークと磁心の間のエアギャップ幅に左右される。
【００１３】
スイッチング素子は、好ましくは、磁気回路の磁束に沿った方向において磁心又はヨークの中又は脇に配置されたリードスイッチである。このスイッチング素子の作りは、スイッチが小寸法であり、環境の影響に対して敏感でないという利点を持つ。閉保持装置の作りはそれ相当にコンパクトかつ単純となる。
【００１４】
しかしながら、他の用途にとっては、スイッチング素子はリレーであるのが有利である。リレーの駆動機構は、Ｕ字形の磁心と、磁気回路を閉じる可動アンカーとを含み、そのアンカーにより作動させられる制御カムを具備する。ここで、リレーの磁心は、或る区間にわたって電磁石の磁心又はヨークに平行に通されており、それにより、前記区間の端箇所で磁束を捕捉する。従って、この配置でも、前記区間にわたっての起磁力の低下を測定することができる。
【００１５】
本発明の第３の実施態様では、スイッチング素子はホールセンサである。
【００１６】
ホールセンサが小寸法であることから、ここでは、スイッチング素子は、互いに間隔をあけた箇所で磁心又はヨークと結合した、磁化可能な材料の２本のアームの間、又は、１本のアームとこのアームの結合箇所から離れた磁心箇所の間に配置されていることが不可欠である。しかしながら、この配置は、他のスイッチング素子の場合でも、磁心／ヨークの両方の捕捉箇所の間でより大きい磁気抵抗を獲得する上で望ましい。より大きい抵抗は、スイッチング素子により大きい磁力をもたらす。リレーのＵ字形磁心も、本来、そのようなアームを作るものである。
【００１７】
このスイッチング素子は、合目的に閉保持装置の機能を監視し、制御又は規制し、スイッチング素子の信号を解読する電子装置に接続されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１に描かれているのは、複数のスイッチング素子を備えた閉保持装置１１である。この複数の様々なスイッチング素子が描かれているのは、分かり易く図解するためである。経済的な例では、通例、これらのスイッチング素子のうちの１つが設けられているだけで、おそらくは重複した作りであろう。
【００１９】
閉保持装置１１は、周囲にコイル１５を有する磁心１７とヨーク１９を有する電磁石１３を具備する。コイルは、電磁石を駆動するために電源（図示なし）に接続可能である。電磁石の磁心１７は、“中央柱”を備えた“鍋形”である。このような磁石によれば、磁心１７とヨーク１９の間に極めて高い磁力が得られる。閉保持装置にとっては、閉保持された扉の開放を確実に阻止するために約５０〜２００ｋｇの閉保持力が合目的である。
【００２０】
この磁石１３の磁心にボア穴２１があり、その中にリードスイッチが配置されている。このリードスイッチは、ヨークが閉じていて、そのため、磁心に高い起磁力が存在するときだけ、コイルによって活動化できる。
【００２１】
電磁式閉保持装置１１において、コイル１５は起磁力Θを生み出す。この起磁力Θは、その磁気的特性に基づき特に磁心１７とヨーク１９に集中する。ヨーク１９が磁心１７の上にエアギャップなしで位置するとき、起磁力Θは磁気回路内に均一に分布する。小さいエアギャップｓがあるだけで、鉄内部の起磁力Θは小さくなるが、エアギャップ内部ではそれが増大する。鉄内部とエアギャップ内部の起磁力Θの総和は一定で、コイル１５の中に通された電流Ｉとコイル１５の巻数によって与えられている（よって、起磁力はＡＷ、アンペア回数で表される）。
【００２２】
磁気回路の各部分が磁気抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７を有する。この事実は図２に概略的に描かれている。鉄心とヨークの磁気抵抗は、エアギャップｓ内部の空気の磁気抵抗Ｒ６、Ｒ７より若干程度小さい。磁心内部とエアギャップ内の磁束Φは、磁気回路内の起磁力Θと磁気抵抗Ｒtotalに左右される。それゆえ、エアギャップｓが大きい場合、磁束Φは、エアギャップが小さい場合の磁束Φと比べて小さい。エアギャップｓが大きい場合、起磁力Θはエアギャップｓの領域内の磁界を維持するために“消費”されるので、磁心の領域内の起磁力Θがその分減少する。
【００２３】
空気と鉄では磁気抵抗Ｒの点で大きな差違があることから、鉄心又はヨークの起磁力Θの大きさは極めて明白にエアギャップ幅に左右される。エアギャップｓが小さい場合、鉄内部の起磁力Θは大きく、エアギャップが大きい場合、それは小さい。鉄心内部の起磁力Θは、セクション当たり１個の導体にわたる電圧降下に応じて捕捉可能である。捕捉長さ全体にわたっての磁気抵抗Ｒ１、Ｒ２．．．の、当該部分の全磁気抵抗Ｒtotalに対する比は、当該セクションの起磁力Θの、当該部分の全起磁力Θに対する比に相当する。これに応じて、センサ全長にわたっての起磁力Θは大きく、センサの両方の捕捉箇所の間の起磁力Θは小さい。
【００２４】
そこで以下の関係が成り立つ。
Ｒtotal ＝Ｒ１＋Ｒ２＋…＋Ｒ６＋Ｒ７＝ＬEisen／（μ0・μr・ＡEisen）＋
ＬLuft／（μ0・ＡLuft）
Φ＝Θ／Ｒtotal＝Ｎ・Ｉ／Ｒtotal（オームの法則に類似）
Θ＝Θ・ＲReed／Ｒtotal＝Ｎ・Ｉ・ＲRead／Ｒtotal
ＲReed＝リード接点（例えばＲ２）全長にわたっての鉄内部の磁気抵抗
Φ＝磁束
Θ＝起磁力
【００２５】
図３は、リード接点の長さ２０ｍｍにわたっての鉄内部の起磁力Θとエアギャップとの関係を示す。リード接点の感度が３０ＡＷであるとき、このリード接点は、エアギャップが約０．０２ｍｍより小さい場合にスイッチオンする。
【００２６】
センサとして、リードスイッチ２３、ホール素子２５、リレー２７を提案する。これらは、磁心１７の中、磁心の脇、ヨーク１９の中、又はヨーク１９の脇に配置してよい。磁気回路に近いことが必要であるのは、該磁気回路が磁化可能なアームを介して捕捉されないときである。それでも、磁化可能な材料からなるアームを使用すれば、センサは磁気回路から距離をおいて配置してもよい。磁気回路は、このときアームの端同士の間に位置しなければならない。
【００２７】
ホール素子２５が小寸法であることから、センサだけで走査された起磁力の差は極めて僅かである。それゆえ、ホール素子が、好ましくは図１に示す通り、磁化可能な材料からなる１本又は２本のアーム２９を介して磁心１７の比較的大きいセクションに捕捉されなければならない。アーム２９の端同士の間に、両方の捕捉箇所３１、３３の間の起磁力の差に相当する磁界が発生する。
【００２８】
リード接点は、磁心１７の鉄の表面又はヨーク１９の表面に配置してあっても、鉄内部の穴２１の中に配置してあってもよい。リード接点の導体と磁心の間にフェライトを介した非導電性の磁気接点は必要ない。
【００２９】
リード接点の代わりに、電気機械式リレー２７（コイルなし）を使用することもできる。このリレーの電磁駆動機構の磁心に相当するＵ字形磁心３７によって、電磁石１３の磁心１７は捕捉される。捕捉された部分の磁心１７の起磁力が、リレー２７の磁心３７に磁気回路を生じさせる。このリレー磁気回路は、電磁石１３におけるエアギャップｓが大きいとき、極めて弱い。この場合、アンカー３９は、ばね力の作用のもとで磁心から外れる。これに対し、リレー磁気回路は、エアギャップが小さいときにリレーを駆動するのに十分なほど強い。そうなると、アンカー３９はばね力に抗して引き寄せられ、リレーは切換えられる。
【００３０】
リレー２７は複数の接点対４１を有してよい。共通の制御カム４３によって作動させられる閉接点と開接点があってよい。リレーは、強制導通式の安全リレーであってよい。このリレーは、リード接点と比べて、リード接点より高いスイッチング負荷を切換えでき、より大きいスイッチング動作を実行できるという利点を持つ。更に、これは、切換接点、閉接点と開接点を必要に応じて任意の組み合わせで具備してよく、それで極めて高い融通性と信頼性を示すという利点も持つ。まさしく高い安全性を要求する用途にこのリレーは特に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】磁心及びヨークの相異なる場所に様々なスイッチング素子を配した本発明による閉保持装置を、唯一の図で相異なる可能性を描くために概略的横断面において示す。
【図２】磁心、ヨーク及びエアギャップにおける磁気回路の概略図である。
【図３】磁心における起磁力とエアギャップ幅との関係を曲線の形で示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１１  閉保持装置、１３  電磁石、１５  コイル、１７  磁心、１９  ヨーク、２１  穴、２３  リードスイッチ、２５  ホール素子、２７  リレー、３９  アンカー
【図１】
0005265138.tif 000002
【図２】
0005265138.tif 000003
【図３】
0005265138.tif 000004