CN107923732A - 接近传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明的接近传感器(1)具备：线圈(11、12)，经配置成预定的位置关系；第一距离算出部(31)、第二距离算出部(32)，根据线圈(11、12)的接收结果(电压VI、电压V2)分别算出线圈(11、12)距被检物体(W)的第一距离信息(d1)、第二距离信息(d2)；以及位置推断部(33)，根据第一距离信息(d1)及第二距离信息(d2)和线圈(11、12)的位置关系推断被检物体(W)的位置(距离及方位)。

Description

接近传感器
技术领域
本发明涉及一种利用交流磁场的作用来判别金属物体的接近(距离)的接近传感器(也称为接近开关)，特别涉及一种能检测不仅包括距离而且也包括方位(方向)的位置的接近传感器。
背景技术
以前，已提出了利用交流磁场的作用来判别金属物体的接近(是否在规定距离以内)的接近传感器或接近开关等(例如参照专利文献1～专利文献3)。
专利文献1所公开的接近传感器中，在金属制框体的内部设有两个检测线圈(有时也称为接收线圈或探测线圈(search coil))，进行非磁性体金属或磁性体等的位置检测。对两个检测线圈施加矩形波电压，直接检测电流的差值，而非独立检测各检测线圈中流动的电流后利用差动电路等来计算差，由此能够实现信噪比(Signal-to-Noise ratio，S/N比)良好且灵敏度高的接近传感器。另外，各检测线圈具备相同的磁特性及电特性，所以即便这些特性因温度变化而发生变化也分别以相同方式变化，因此不易产生因温度变化引起的偏差。
例如专利文献1的图10～图13所示的第三实施方式中，在圆筒形状且奥氏体(austenite)系不锈钢制框体1001a的内部以面对面状态收容着检测线圈L1006与参照线圈L1008，能够以逻辑值的形式获得非磁性体金属及磁性体金属是否分别在规定距离以内接近。即，所述专利文献1的所谓位置检测充其量仅不过为获得一维距离。
专利文献2所公开的接近开关使用非磁性金属体作为外壳(case)1。在此外壳1内在感知面侧设置检测线圈3，在其背后设置激振线圈2及检测线圈4。将检测线圈3、检测线圈4在低频驱动激振线圈2而物体不接近时的感应电压相互抵消的方向上串联连接。而且，利用差动放大电路来检测所述电压差，根据由磁性体金属的接近所致的差动放大输出的增加来检测磁性体金属。
所述专利文献2也是充其量仅不过为获得距磁性体金属的一维距离。
专利文献3所公开的非接触检测装置中也设有两个检测线圈L1、L2。第一检测线圈L1检测被检物体，但第二检测线圈L2是为了进行对外来电磁波的补偿而设置，不受被检物体的影响。即，并非两个检测线圈L1、L2均检测被检物体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2012-185033号公报
专利文献2：日本专利特开平07-029466号公报
专利文献3：日本专利特开2014-086954号公报
发明内容
发明所要解决的问题
例如在检测线圈也兼作励磁线圈的接近传感器中，因检测线圈中流通的电流而产生了磁场，由所述磁场导致存在于检测范围内的金属被检物体中产生涡电流。因所述涡电流而在周围产生了涡电流磁场，由所述涡电流磁场导致检测线圈中产生了电压，通过检测此电压、换言之由自被检物体的反射所致的检测线圈的电压，能够检测被检物体的接近。
图12为对现有的接近传感器中利用一个线圈11检测被检物体W的位置的原理进行说明的概略剖视图。
由自被检物体W的反射所致的线圈11的电压V1为与被检物体W距线圈11的距离相对应的标量，若将此电压V1成为一定的距离连结，则如图12所示那样成为包围线圈11的封闭曲线(例如稍扁平的圆形曲线)L1。此外，此曲线L1实际上为以线圈11的中心轴为旋转轴的旋转曲面。
无论被检物体W在例如线圈11的正面方向还是侧向上，只要存在于曲线L1上，则线圈11的电压V1不变化。即，即便仅根据所述电压V1来检测被检物体W的位置，也仅能检测距被检物体W的距离，且无法检测方位。
鉴于现有技术的此种课题，本发明的目的在于提供一种能检测不仅包括距被检物体的距离而且也包括方位的位置的接近传感器。
解决问题的技术手段
为了达成所述目的，本发明的接近传感器的特征在于具备：两个以上的线圈，经配置成预定的位置关系；距离算出部，根据这些所述线圈中的多个线圈的接收结果，分别算出获得所述接收结果的线圈距被检物体的各距离信息；以及位置推断部，根据所述各距离信息及所述位置关系推断所述被检物体的位置。
例如在具有三个以上的线圈的情况下，距离算出部也可根据这些线圈中的两个线圈的接收结果分别算出距被检物体的各距离信息。
另外，本发明的接近传感器也可为：将所述各线圈以两个以上的不同组合选择性地励磁，所述距离算出部对所述各线圈的每个选择性励磁分别算出多个线圈距所述被检物体的所述各距离信息，所述位置推断部根据所述位置关系及对每个所述选择性励磁算出的所述各距离信息来推断所述被检物体的所述位置。
所述各线圈可配置成同轴，也可配置在同一平面上。或也可配置成同轴且在同一平面上。
根据此种构成的接近传感器，能检测不仅包括距被检物体的距离而且也包括方位的位置。
发明的效果
根据本发明的接近传感器，能检测不仅包括距被检物体的距离而且也包括方位的位置。
附图说明
图1为对本发明的一实施方式的接近传感器1利用线圈部10检测被检物体W的位置的原理进行说明的概略剖视图。
图2中的(a)～(d)为表示将接近传感器1的线圈部10以不同的两种方式励磁的情况下的各磁场与被检物体W的位置关系的概略剖视图。
图3中的(a)～(c)为表示将作为线圈部10的第一变形例的具有三个线圈11～线圈13的线圈部10A以不同的三种方式励磁的情况下的各磁场的概略剖视图。
图4为表示线圈部10中所用的铁芯的具体例的概略剖视图。
图5中的(a)、(b)为分别表示线圈部10A中所用的铁芯的具体例的概略剖视图。
图6中的(a)、(b)为分别表示作为线圈部10的第二变形例的线圈部10B及作为第三变形例的线圈部10C的概略剖视图。
图7中的(a)、(b)为分别表示线圈部10的具体励磁方式的概略剖视图。
图8中的(a)～(c)为分别表示线圈部10B的具体励磁方式的概略剖视图。
图9中的(a)～(g)为分别表示线圈部10A的具体励磁方式的概略剖视图。
图10中的(a)～(g)为分别表示线圈部10C的具体励磁方式的概略剖视图。
图11为表示具备线圈部10的接近传感器1的接收相关部分的概略构成的方块图。
图12为对现有的接近传感器中利用一个检测线圈检测被检物体W的位置的原理进行说明的概略剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的若干实施方式进行说明。
(1)接近传感器1的位置检测原理
图1为对本发明的一实施方式的接近传感器1利用线圈部10检测被检物体W位置的原理进行说明的概略剖视图。
如所述图1所示，接近传感器1具备线圈部10，此线圈部10含有圆形的线圈11、及与此线圈11同轴配置且直径更大的圆形的线圈12。此外，关于这些线圈11、线圈12，使配置面稍许错开而图示各自的截面，但实际上是配置在同一平面上。然而，不限于配置在同一平面上。
与参照图12所说明的现有的接近传感器同样地，根据由自被检物体W的反射所致的线圈11的电压V1，能够检测距被检物体W的距离，因此若将此电压V1成为一定的距离连结，则成为包围线圈11的封闭曲线(例如稍扁平的圆形曲线)L1。另外，根据由自被检物体W的反射所致的线圈12的电压V2，也能够检测距被检物体W的距离，但若将此电压V2成为一定的距离连结，则成为包围线圈12的封闭曲线(例如形状类似于横放花生的曲线)L2。此外，不仅是曲线L1，曲线L2也实际上为以线圈11、线圈12的中心轴为旋转轴的旋转曲面。
由于被检物体W存在于曲线L1上且也存在于曲线L2上，因此被检物体W存在于曲线L1、曲线L2的交点上。即，若已知线圈11、线圈12的位置关系，则能够检测不仅包括距被检物体W的距离而且也包括方位的位置。但是，并非能够确定三维空间中的位置。图中也如存在两个交点般，实际上仅能推断位于与线圈11、线圈12同轴且通过这些交点的圆周上。
然而，例如若将被检物体W的移动方向限制在规定直线上，则也能将被检物体W在三维空间中的位置确定为与所述直线的交点。
由于能够确定也包括方位的位置或三维空间中的位置，因此接近传感器例如也能仅对存在于线圈的中心轴方向上的金属物体进行输出(检测动作)，而不对存在于线圈半径方向上的金属物体进行输出(检测动作)。即，能够将存在于线圈的中心轴方向上的金属物体作为被检物体进行检测，且将存在于线圈半径方向上的金属物体忽视为传感器的安装夹具等。由此，能够避免传感器的输出(检测动作)在将金属制安装夹具用于固定接近传感器的情况与不使用所述金属制安装夹具的情况下变化。而且，能够提高接近传感器的安装便利性。
(2)接近传感器1的线圈部10的励磁方式
图2(a)～(d)为表示将接近传感器1的线圈部10以不同的两种方式励磁的情况下的各磁场与被检物体W的位置关系的概略剖视图。此外，各图的左端与线圈11、线圈12的中心轴位置相对应(省略中心轴本身的图示)，示出线圈11、线圈12的仅右半部分。另外，所谓励磁方式(也简称为方式)，例如为励磁线圈的组合、励磁电流方向的组合(各线圈中有右旋电流和左旋电流)、励磁电流大小的组合(使各线圈的电流大小以若干阶段变化)等，但不限于这些。
图1所示的接近传感器1的位置检测原理中，最简单的是将线圈部10的线圈11、线圈12一个个励磁，求出线圈11、线圈12各自的电压V1、电压V2。不限于此种励磁方式，例如也可如图2(a)～(d)所示，在将线圈11、线圈12两者同时励磁的情况(图2(a)、图2(c))与仅将内侧的线圈11励磁的情况(图2(b)、图2(d))下形成不同图形(pattern)的励磁空间，求出线圈11、线圈12各自的电压V1、电压V2。
图2(b)及图2(d)表示仅将线圈11励磁的励磁状态。将图2(b)与图2(d)相比较时，虽然图中的被检物体W的位置不同，但与被检物体W交链的磁场的大小为相同程度，因此由反射导致线圈11中产生的电压V1在图2(b)的情况与图2(d)的情况下成为相同程度。然后，图2(a)及图2(c)表示将线圈11与线圈12以彼此反向的电流励磁的励磁状态。将图2(a)(右上)与图2(c)相比较时，交链磁场的大小根据被检物体W的位置而不同，因此由反射导致线圈11中产生的电压V1在图2(a)的情况与图2(b)的情况下不同。
图2(a)及图2(b)检测线圈中心轴方向的被检物体W。将此图2(a)与图2(b)相比较时，与仅将线圈11励磁的图2(b)相比，图2(b)的情况下V1增加。另外，图2(c)及图2(d)检测线圈半径方向的被检物体W。将此图2(c)与图2(d)相比较时，与仅将线圈11励磁的图2(c)相比，图2(d)的情况下V1减少。即，通过检测改变励磁方式时的接收电压的变化，而获得与被检物体W的方位有关的信息。
此处仅对线圈11中的电压V1进行了说明，但通过也使用改变励磁方式时的线圈12中的电压V2的值，被检物体W的位置检测的精度提高。即，若线圈11、线圈12的位置关系已知，则通过根据将线圈部10的两个线圈(线圈11、线圈12两者)励磁时从线圈11取得的接收信号1(电压VI)及从线圈12取得的接收信号2(电压V2)、与仅将一个线圈(线圈11)励磁时从线圈11取得的接收信号3(电压V1)及从线圈12取得的接收信号4(电压V2)，对方位或位置进行加权，能够高精度地求出被检物体W的位置信息。
此外，关于接近传感器1的具体构成，利用各方式对线圈11、线圈12进行的励磁与接收信号的取得可同时进行，也可分时进行。此外，即便在对线圈11、线圈12均不进行励磁的情况下，也可一直取得线圈11、线圈12两者的接收信号，也可限定取得接收信号的时间。
(3)线圈部10的第一变形例(线圈部10A)及励磁方式
图3(a)～(c)为表示对作为线圈部10的第一变形例的具有三个线圈11～线圈13的线圈部10A以不同的三种方式进行励磁的情况下的各磁场的概略剖视图。此外，各图的左端与线圈11～线圈13的中心轴X的位置相对应(图3(b)、图3(c)中省略中心轴X本身的图示)，仅示出线圈11～线圈13的右半部分。
接近传感器1的线圈部10的线圈不限于两个，例如也可如图3(a)～图3(c)所示，除了线圈11、线圈12以外，还具有与这些线圈同轴配置且直径更大的圆形的线圈13。
而且，例如也可在将线圈部10A的线圈11～线圈13全部同时励磁的情况(图3(a))、将内侧的两个线圈11和12励磁的情况(图3(b))以及仅将最内侧的线圈11励磁的情况(图3(c))下形成不同图形的励磁空间，求出线圈11～线圈13各自的电压V1～电压V3。如此也能够求出对方位进行了加权的被检物体W的位置信息。
(4)线圈部10、线圈部10A及铁芯的具体例及进一步的变形例
图4为表示线圈部10中所用的铁芯的具体例的概略剖视图。图5(a)、(b)为分别表示线圈部10A中所用的铁芯的具体例的概略剖视图。图6(a)、(b)为分别表示作为线圈部10的第二变形例的线圈部10B及作为第三变形例的线圈部10C的概略剖视图。
含有线圈11、线圈12的线圈部10中，也可如图4所示，使用插入至线圈11的内侧及线圈11与线圈12之间的铁芯21。
另外，具有线圈11～线圈13的线圈部10A中，也可如图5(a)所示那样使用铁芯21，也可如图5(b)所示那样使用铁芯21A，此铁芯21A插入至线圈11的内侧、线圈11与线圈12之间以及线圈12与线圈13之间。
作为线圈部10的第二变形例，也可想到如图6(a)所示那样将两个线圈11配置在中心轴方向上的线圈部10B。此情况下，也可使用插入至两个线圈11的内侧的铁芯22。
另外，作为线圈部10的第三变形例，也可想到如图6(b)所示那样将三个线圈11等间隔地配置在中心轴方向上的线圈部10C。此情况下，也可使用插入至三个线圈11的内侧的铁芯22A。
(5)线圈部10～线圈部10C的具体励磁方式
图7(a)、(b)为分别表示线圈部10的具体励磁方式的概略剖视图。图8(a)～(c)为分别表示线圈部10B的具体励磁方式的概略剖视图。图9(a)～(g)为分别表示线圈部10A的具体励磁方式的概略剖视图。图10(a)～(g)为分别表示线圈部10C的具体励磁方式的概略剖视图。此外，这些图中的实线表示励磁线圈，虚线表示不励磁的线圈。
关于线圈部10的具体励磁方式，如参照图2已说明那样，例如可想到将线圈11和线圈12两者同时励磁的情况(参照图7(a))、以及仅将内侧的线圈11励磁的情况(参照图7(b))，除此以外，也可为仅将外侧的线圈12励磁的方式。
线圈部10B的具体励磁方式可想到图8(a)～(c)所示的三种方式。
线圈部10A的具体励磁方式例如可想到图9(a)～(g)所示的七种方式。
线圈部10C的具体励磁方式可想到图10(a)～(g)所示的七种方式。
(6)接近传感器1的接收相关部分的概略构成
图11为表示具备线圈部10的接近传感器1的接收相关部分的概略构成的方块图。
如所述图11所示，接近传感器1具备以下部分作为接收相关部分：线圈11、线圈12，经配置成预定的位置关系；第一距离算出部31，根据线圈11的电压V1算出距被检物体W的第一距离信息d1；第二距离算出部32，根据线圈12的电压V2算出距被检物体W的第二距离信息d2；以及位置推断部33，根据线圈11、线圈12的位置关系和第一距离信息d1及第二距离信息d2来推断被检物体W的位置(距离及方位)。
除了这些部分以外，接近传感器1也具备将线圈11、线圈12选择性地励磁的励磁电路等。通过此励磁电路将线圈11、线圈12以不同方式励磁。
另外，第一距离算出部31与第二距离算出部32未必需要独立，也可由一个距离算出部一并算出第一距离信息d1及第二距离信息d2。也可将此种距离算出部与位置推断部33合一。线圈11、线圈12的位置关系也可预先存储在位置推断部33中。
所谓位置推断部33推断的被检物体W的位置，为距被检物体W的距离及方位，但如参照图1所说明那样，并非能够确定三维空间中的位置。实际上仅能推断位于与线圈11、线圈12同轴的圆周上。
此外，本发明可在不偏离其主旨或主要特征的情况下以其他各种方式实施。因此，所述各实施方式或各实施例在所有方面仅为简单例示，而非限定性解释。本发明的范围是由权利要求所揭示，丝毫不受说明书正文的限制。进而，属于权利要求的均等范围的变形或变更全部为本发明的范围内。
本案请求基于2016年1月20日在日本提出申请的日本专利申请2016-008365号的优先权。其内容是通过在本案中提及此申请而并入到本案中。另外，关于本说明书中引用的文献，通过在本案中提及此文献而将其全部内容具体并入到本案中。
符号的说明
1：接近传感器
10、10A、10B、10C：线圈部
11、12、13：线圈
21、21A、22、22A：铁芯
31：第一距离算出部
32：第二距离算出部
33：位置推断部

Claims (4)

1.一种接近传感器，其特征在于包括：
两个以上的线圈，经配置成预定的位置关系；
距离算出部，根据这些所述线圈中的多个线圈的接收结果，分别算出获得所述接收结果的线圈距被检物体的各距离信息；以及
位置推断部，根据所述各距离信息及所述位置关系推断所述被检物体的位置。
2.根据权利要求1所述的接近传感器，其特征在于：
将所述各线圈以两个以上的不同组合选择性地励磁，
所述距离算出部，对所述各线圈的每个选择性励磁分别算出多个线圈距所述被检物体的所述各距离信息；以及
所述位置推断部，根据所述位置关系及对每个所述选择性励磁算出的所述各距离信息推断所述被检物体的所述位置。
3.根据权利要求1或2所述的接近传感器，其特征在于：
将所述各线圈配置成同轴。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的接近传感器，其特征在于：
将所述各线圈配置在同一平面上。
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