JP2006047120A - Noncontact variable voltmeter - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、磁石と磁気センサによって構成される無接触可変電圧器に関し、特にパソコンやゲーム機器等の入力装置として使用されるスティックコントローラ等に組み込まれる可変抵抗器、あるいは通常の可変抵抗器の代わりに用いられる無接触可変電圧器に関する。 The present invention relates to a contactless variable voltage device composed of a magnet and a magnetic sensor, and more particularly to a variable resistor incorporated in a stick controller or the like used as an input device for a personal computer or a game device, or a normal variable resistor. The present invention relates to a non-contact variable voltage device used for the above.
磁石と磁気センサを用いた無接触可変電圧器としては、ハウジング上部中央に軸受が固定され、この軸受により操作軸が回転可能に支持され、ハウジング内の操作軸部分に磁石が操作軸と一体に回転するように取り付けられ、磁石に対向して磁気センサが配置され、磁石の回転による磁束の変化で磁気センサの出力を変化させるものが開示されている(例えば、特許文献1参照)。
上記した従来の無接触可変電圧器において、磁石と磁気センサは、例えば図8に示す位置関係に配備されている。図8において、円形状の磁石40が、取付穴41に取り付けられる操作軸によって、磁気センサ60の近傍で回転する。磁石40の回転に応じて、磁気センサ60はその磁石40の回転角に応じた電圧を出力する。
In the conventional non-contact variable voltage device described above, the magnet and the magnetic sensor are arranged, for example, in the positional relationship shown in FIG. In FIG. 8, the
図8に示すように、磁石40のN極とS極が磁気センサ60と等距離にある回転位置を0°とし、この0°の位置からS極を磁気センサ60に接近する方向に90°回転させた位置を−90°、逆に0°の位置からN極を磁気センサ60に接近する方向に回転させた位置を+90°の回転位置とする。操作軸により、磁石40を−90°の位置から+90°の位置まで回転させたときの磁気センサ60の出力波形を図9に示す。
As shown in FIG. 8, the rotation position where the N pole and S pole of the
この図で明らかなように、出力電圧は操作軸の回転とともに、ほぼ正弦波状に変化し、可変電圧器の回転角が0〜180°(図9の−90°〜+90°)の場合、−45°〜+45°の回転範囲は、出力電圧の変化がリニアであるが、−90°〜−45°、及び+45°〜+90°では出力電圧の変化がリニアでなく、実用的には120°(−60°〜+60°)の範囲で使用可能としても全回転角0°〜180°においてリニアな出力電圧が得られないという問題があった。 As is apparent from this figure, the output voltage changes almost sinusoidally with the rotation of the operation shaft, and when the rotation angle of the variable voltage device is 0 to 180 ° (-90 ° to + 90 ° in FIG. 9), − In the rotation range of 45 ° to + 45 °, the change in output voltage is linear, but in the range of −90 ° to −45 ° and + 45 ° to + 90 °, the change in output voltage is not linear and practically 120 °. Even if it can be used in the range of (−60 ° to + 60 °), there is a problem that a linear output voltage cannot be obtained at all rotation angles of 0 ° to 180 °.
この発明は上記問題点に着目してなされたものであって、従来よりも広い所望の回転角でリニアな出力を得ることができる無接触可変電圧器を提供することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a contactless variable voltage device capable of obtaining a linear output at a desired rotation angle wider than that in the prior art.
この発明の無接触可変電圧器は、ハウジングと、このハウジングに回転可能に支持された操作軸と、ハウジング内の操作軸部分に取り付けられて操作軸と一体に回転する磁石と、この磁石に対向して配置される磁気センサとを備え、磁石の回転による磁束の変化で磁気センサの出力を変化させる無接触可変電圧器において、前記磁気センサを複数個備えるとともに、各磁気センサは互いに所定角度をおいて配置し、かつこれら複数個の磁気センサの出力を合算する合算手段を備え、この合算手段より、前記操作軸の回転に応じた出力を得ることを特徴とする。ここで言う合算手段は、加算手段が例示できるが、減算手段などであっても良い。 The contactless variable voltage device of the present invention includes a housing, an operation shaft rotatably supported by the housing, a magnet attached to an operation shaft portion in the housing and rotating integrally with the operation shaft, and opposed to the magnet. A non-contact variable voltage device that changes the output of the magnetic sensor by changing the magnetic flux due to the rotation of the magnet, and includes a plurality of the magnetic sensors, and the magnetic sensors have a predetermined angle with respect to each other. And a summing means for summing up the outputs of the plurality of magnetic sensors, and the summing means obtains an output corresponding to the rotation of the operation shaft. The summing means here can be exemplified by an adding means, but may be a subtracting means.
この発明において、前記各磁気センサは、出力の絶対値が所定値を越えると、その所定値に保持して出力するリミッタを備え、このリミッタ出力を前記合算手段に入力することができる。 In the present invention, each magnetic sensor includes a limiter that holds and outputs the output when the absolute value of the output exceeds a predetermined value, and the limiter output can be input to the summing means.
また、この発明において、所定角度として90°が例示される。また、この発明において、磁気センサとしては、磁界の強さの変化を電気信号として取り出すことができるものであれば良く、ホール素子、磁気抵抗素子〔例えば、マグネティック・レジスタンス・センサ(MRセンサ)〕が例示される。 In the present invention, 90 ° is exemplified as the predetermined angle. In the present invention, any magnetic sensor may be used as long as it can take out a change in the strength of the magnetic field as an electric signal, and a Hall element, a magnetoresistive element [for example, a magnetic resistance sensor (MR sensor)]. Is exemplified.
この発明によれば、磁気センサを複数個備え、それぞれの磁気センサのリニアな特性が得られる出力電圧を合算して、可変電圧器の出力を得るので、広い角度範囲でリニアな変化の出力電圧を得ることができる。 According to the present invention, a plurality of magnetic sensors are provided, and the output voltage of the variable voltage device is obtained by adding together the output voltages from which the linear characteristics of the respective magnetic sensors are obtained. Can be obtained.
また、磁気センサのリミッタにより、各磁気センサの出力の絶対値が所定値を越えると、その所定値を保持して出力することにより、各磁気センサのノンリニア部分の影響を軽減でき、リニアな変化の出力電圧が得やすくなる。 In addition, if the absolute value of each magnetic sensor output exceeds a predetermined value by the limiter of the magnetic sensor, the predetermined value is held and output, so that the influence of the non-linear part of each magnetic sensor can be reduced, and the linear change It becomes easy to obtain the output voltage.
また、磁気センサ間の位置ずらし角度を90°とすることにより、それぞれの磁気センサで90°の範囲のリニア領域が得られ、2つの磁気センサを使用することにより、180°の回転範囲でリニアな変化の出力電圧を得ることができる。 In addition, by setting the position shift angle between the magnetic sensors to 90 °, a linear region in the range of 90 ° can be obtained with each magnetic sensor, and by using two magnetic sensors, the linear range can be obtained in the rotation range of 180 °. An output voltage with various changes can be obtained.
以下、実施の形態により、この発明をさらに詳細に説明する。この発明の一実施形態である無接触可変電圧器の外観斜視図を図1に示す。また、この実施形態無接触可変電圧器の要部断面図を図2に示し、シールドカバーを取り除いた状態でのハウジング底面側から見た側面図を図3の(a)に示し、操作軸から見た側面図を図3の(b)に示す。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments. FIG. 1 shows an external perspective view of a contactless variable voltage device according to an embodiment of the present invention. Further, FIG. 2 shows a cross-sectional view of the main part of the contactless variable voltage device of this embodiment, and FIG. 3A shows a side view seen from the bottom side of the housing with the shield cover removed. The viewed side view is shown in FIG.
この実施形態無接触可変電圧器1は、底部が開口する円形状のケース10と、このケース10の底面開口を塞ぐように底部に嵌着されたシールドカバー11とでハウジングが構成される。ケース10は、この電圧器1を使用する機器に組み込むときの位置決めに用いる位置決めボス12を上部に有する。
In the contactless
ケース10の上部中央には、軸受部20が突設され、この軸受部20により操作軸30は、中央部付近に設けられてケース10の軸受部20の内壁に係合する係合部としてのフック31と、内端部(左端部)に突設されて磁石40を取り付けるためのフック32と、磁石40の周囲に係合して磁石40を位置決めするリブ34とを有する。フック31、32は、いずれも変位可能なように適度の弾性を有する。
A bearing
この操作軸30のフック31に対応して、ケース10の軸受部20の内壁にはフック31に係合して操作軸30を支持する支持部(段部)21が設けられている。また、ケース10内における軸受部20の端部には、凸部22が設けられ、凸部22が操作軸30の段部33に当接する。従って、軸受部20に操作軸30を挿入すると、操作軸30のフック31が軸受部20の支持部21に係合すると共に、ケース10の凸部22が操作軸30の段部33に当接することにより、操作軸30が軸受部20から外れないように確実に支持される。なお、軸受部20の外周には、この無接触可変電圧器1をスティックコントローラ等の入力装置にナットで固定するためのネジ部23が形成されている。
Corresponding to the
ケース10内部において、操作軸30の内端部に、図7に示す如き平面形状が円形の磁石40が取り付けられ、磁石40は操作軸30と一体に回転する。磁石40は、その中央部に取付孔41を有し、この取付孔41に操作軸30のフック32が挿入されて、フック32が取付孔41の周縁部に係合することで、磁石40が操作軸30に一体に取り付けられる。操作軸30をケース10に組み付ける際には、先ず磁石40を操作軸30に取り付けてから、操作軸30をケース10の底部側から軸受部20に挿入するだけで良く、非常に作業性が良い。
Inside the
ケース10の内部には、プリント基板50がネジ51でケース10に固定されている。このプリント基板50の一方面側には、センサホルダ61A によって保持された磁気センサ60A と、図7に示すように、磁気センサ60A と90度の角度の異なる位置に配置される磁気センサ60B 及びそのセンサホルダ61B と、外部回路接続用のコネクタ55とが実装され、他方面側には磁気センサ60A 、60B の出力変化を電圧変化に変換する回路部等を構成する各種電子部品56が実装されている。磁気センサ60A (60B )は、固定用フック62A (62B )でセンサホルダ61A (61B )に確実に固定され、フック62A (62B )はプリント基板50に形成した穴に嵌合している。
A printed
磁気センサ60A は、磁石40の外周に僅かな間隙を置いて配置している。磁石40は、磁気センサ60A との対向面が円孤状であり、磁石40が回転しても、磁石40の対向面と磁気センサ60A との距離が一定に保たれるようになっている。磁気センサ60A は、操作軸30、即ち磁石40が基準位置にあるときに、感磁部が磁石40のN極とS極の境界に対面するように(図7に示す位置参照)位置決めされており、この状態のときには磁気センサ60A は磁気変化を検知せず、出力しない。磁気センサ60B は、操作軸30を中心として磁気センサ60A に対し、操作軸30の正の回転方向に向けて90度の角度をおいて配置され、磁石40との関係は磁気センサ60A の場合と同様である。このように、2個の磁気センサ60A 、60B を備え、これらの磁気センサを90°の角度をおいて配置したことが、この実施形態無接触可変電圧器の特徴の1つである。
The
コネクタ55は、ケース10の外部に向かって実装され、例えばシールドケーブル等が接続される。なお、磁気センサ60A 、60B とプリント基板50を別個に配置し、両者をリード線で接続しても良い。また、シールドカバー11は磁性体からなり、このシールドカバー11で磁石40及び磁気センサ60A 、60B を包囲することで、外部磁気の影響を受け難くすると共に、内部磁石40の磁気が外部に漏れるのを少なくしている。
The
次に、この実施形態無接触可変電圧器1の磁気センサを含む各種電子部品56の回路接続である回路例を説明する。図4は、磁気センサとしてホール素子を用いた場合の回路の一例を示している。磁気センサ回路70A は磁気センサ60A の信号出力回路であり、磁気センサ回路70B は磁気センサ60B の信号出力回路であり、これら磁気センサ回路70A と磁気センサ回路70B の出力は、加算回路71で加算されて、出力される。動作の詳細は後述する。
Next, a circuit example which is a circuit connection of various
磁気センサ回路70A は、ホール素子である磁気センサ60A と、この磁気センサ60A よりの電圧を増幅するアナログ増幅器IC1 と、このアナログ増幅器IC1 の出力を正負で所定値以上をカットして出力するリミッタIC2 とを備えている。
磁気センサ回路70A において、VCC−VEE間に印加された電圧は、抵抗R1 、R2 を経て、ホール素子である磁気センサ60A に通電する。磁気センサ60A に磁気がない場合、磁気センサ60A は電圧を発生させず、抵抗R3 、R4 に接続される出力部を通じて、アナログ増幅部IC1 に入力が与えられない。これは磁気センサ60A の感磁部に磁石40のN極とS極との境界が対面する無磁力の場合も同様である。ここで、操作軸30が回転し、磁気センサ60A にN極が近づくと、抵抗R4 に接続された磁気センサ60A の出力端子にプラス電圧が、抵抗R3 に接続された出力端子側にマイナス電圧が発生する。この磁気センサ60A の出力電圧は、増幅器IC1 に入力され、抵抗R5 により定められた増幅率によって増幅され、リミッタIC2 に入力される。N極が磁気センサ60A に更に接近し、増幅器IC1 の出力が所定値になると、リミッタIC2 で、それ以上の値はカットされ、所定値に達すると、それ以後は所定値にホールドされた電圧が出力される。
In the
反対に、操作軸30が回転し、磁気センサ60A にS極が近づくと、抵抗R3 に接続された磁気センサ60A の出力端子側にプラス電圧が、抵抗R4 に接続された磁気センサ60A の出力端子側にマイナス電圧が発生する。この磁気センサ60A の出力電圧は、増幅器IC1 に入力され、抵抗R5 により定められた増幅率によって増幅され、マイナス電圧がリミッタIC2 に入力される。S極が磁気センサ60A に更に接近し、増幅器IC1 の出力がマイナスの所定値よりもマイナスとなると、リミッタIC2 でそれ以上のマイナス分はカットされる。更にS極を接近させると、それ以後は、所定値にホールドされた電圧を出力する。
Conversely, the operating
上記の動作により、磁気センサ回路70A の出力電圧は、操作軸30の正回転(時計方向の回転)に応じ、図5の(a)S1の太線で示すように、角度−45°〜+45°はリニアに変化し、−45°以上にマイナスの角度、+45°以上にプラスの角度ではそれぞれマイナス、プラスの所定値に保持される。
As a result of the above operation, the output voltage of the
磁気センサ回路70B は、磁気センサ回路70A と基本的には同様の回路を有するが、磁気センサ60B は磁気センサ60A より正回転方向に90°ずらして配置されている。そのため、磁気センサ回路70B では、操作軸30を回転させて、磁気センサ60A の感磁部に磁石40のN極とS極との境界が対面する位置を0°として、その出力波形を示すと、図5の(b)のS2のようになる。この波形では、プラスの方向に操作軸30を回転させてゆくと、磁気センサ回路70A の出力よりも90°遅れて+45°の位置からリニアな出力変化となり、その後、+135°までリニアな出力変化が続く。
The
この実施形態では、磁気センサ70A と磁気センサ回路70B の両出力を加算回路71に入力しており、操作軸30の回転開始を−45°とし、それから+45°の位置までは、磁気センサ回路70A の出力がリニアに上昇するに対し、磁気センサ70B の出力はマイナス側にリミットされ、0vに保持されるので、磁気センサ回路70A のリニア変化出力のみを加算回路71から出力する。次に、+45°から+135°の位置までは、磁気センサ回路70A の出力はV1 にリミットされ、磁気センサ回路70B の出力のみが0vからV1 までリニアに変化する。そのため、この間は加算回路71の出力がV1 から2V1 までリニアに変化する。このようにして、磁気センサ回路70A と磁気センサ回路70B の出力を加算回路71で加算出力することにより、図6に示すように、操作軸30の−45°〜+135°の180°回転範囲で、回転角度に応じたリニア出力電圧を得ることができる。
In this embodiment, both outputs of the
図5、図6に示す角度+135°まで、操作軸30を回転し、今度は操作軸30を逆方向に+45°まで回転させると、磁気センサ回路70A の出力は、V1 にリミットされた電圧であるに対し、磁気センサ回路70B の出力は、図5に示すように、V1 から0に向けてリニアに変化する。それゆえ、この間の加算回路71の出力は、図6に示す2V1 〜V1 と変化する。
When the
更に、操作軸30を角度+45°から−45°まで逆方向に回転させてゆくと、磁気センサ70A の出力は、V1 から0に向けてリニアに減少してゆく。一方、磁気センサ回路70B の出力は、0vにリミットされたままである。それゆえ、この間の加算回路71の出力は、図6のV1 〜0と変化する。
Further, when the
このように、この実施形態無接触可変電圧器1では、操作軸30を−45°から+135°まで正回転し、あるいは逆に+135°から−45°まで逆回転させた場合、操作軸30の各回転位置に応じた出力電圧を、しかもリニアに得ることができる。
As described above, in the contactless
なお、上記実施形態では、2個の磁気センサを90°ずらして配置し、0〜180°回転範囲で、リニアな出力特性を得る場合について説明したが、他の実施形態として、3個の磁気センサを60°ずらして配置し、それぞれの磁気センサで得られる回転角60°でのリニア出力を加算し、0〜180°の回転範囲でリニア出力特性を得るようにしても良い。また、4個の磁気センサを45°ずらして配置し、それぞれの磁気センサで得られる回転角45°でリニア出力を加算し、0〜180°の回転範囲でリニア出力特性を得るようにしても良い。 In the above embodiment, the case where two magnetic sensors are arranged 90 ° apart and linear output characteristics are obtained in the rotation range of 0 to 180 ° has been described. However, as another embodiment, three magnetic sensors are provided. The sensors may be arranged with a 60 ° shift, and linear outputs at a rotation angle of 60 ° obtained by the respective magnetic sensors may be added to obtain a linear output characteristic within a rotation range of 0 to 180 °. Further, the four magnetic sensors are arranged with a 45 ° offset, and linear outputs are added at a rotation angle of 45 ° obtained by each of the magnetic sensors so that a linear output characteristic is obtained in a rotation range of 0 to 180 °. good.
1 無接触可変電圧器
10 ケース(ハウジング)
11 シールドカバー(ハウジング)
30 操作軸
40 磁石
60A 、60B 磁気センサ
70A 、70B 磁気センサ回路
IC1 アナログ増幅器
IC2 リミッタ
71 加算回路
1 Non-contact
11 Shield cover (housing)
30
Claims (3)
前記磁気センサを複数個備えるとともに、各磁気センサは互いに所定角度をおいて配置し、かつこれら複数個の磁気センサの出力を合算する合算手段を備え、この合算手段より、前記操作軸の回転に応じた出力を得ることを特徴とする無接触可変電圧器。 A housing, an operation shaft that is rotatably supported by the housing, a magnet that is attached to an operation shaft portion in the housing and rotates integrally with the operation shaft, and a magnetic sensor that is disposed to face the magnet. In the non-contact variable voltage device that changes the output of the magnetic sensor by the change of magnetic flux due to the rotation of the magnet
The magnetic sensor includes a plurality of magnetic sensors, each magnetic sensor is disposed at a predetermined angle, and includes a summing means for summing up the outputs of the plurality of magnetic sensors, and the summing means enables rotation of the operation shaft. A non-contact variable voltage device characterized by obtaining a corresponding output.
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100608 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20101102 |