JP2006135714A

JP2006135714A - 位置検出装置および変換器

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Publication number: JP2006135714A
Application number: JP2004323234A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kawai; 真一川井
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2004-11-08
Filing date: 2004-11-08
Publication date: 2006-05-25

Abstract

【課題】
本発明の課題は、直流２線式近接スイッチを交流電源にも適用可能として、無駄の無い低価格の位置検出装置を提供することにある。
【解決手段】
課題を解決するための第一の手段は、可動部による機械的接触なしに動作する位置検出装置であって、次の（１）及び（２）の構成を有するものである。
（１）誘導形近接スイッチ、静電容量形近接スイッチ、超音波形近接スイッチ、光電形近接スイッチおよび磁気形近接スイッチのうち、いずれかひとつの形式からなる直流２線式位置検出スイッチ。
（２）交流電源および負荷を接続する一対の交流側端子と、直流２線式位置検出スイッチを接続する一対の直流側端子と、交流側端子から入力された交流電流を整流して直流側端子へ出力する交流直流変換回路と、直流２線式位置検出スイッチの開閉に基づいて交流端子間を開閉する開閉手段と、を有する変換器。
【選択図】図１

Description

本発明は、可動部による機械的接触なしに動作する位置検出装置に関する発明である。

特許文献１の第２図に示されている誘導形近接スイッチは、交流電源でも直流電源でも動作するものである（特許文献１の明細書第４〜５ページ参照）。このような交直両用の近接スイッチは、交流電源および直流電源の両方が配備された工場等において生産設備にしばしば適用されている。というのも、使用中の近接スイッチに万が一故障が発生するとその生産設備の稼動が停止してしまうが、なるべく早期に稼動再開させるべく、どの設備にも即座に適用できる交換用の近接スイッチが必要とされるからである。もし、交流用設備には交流専用の近接スイッチを用い、直流用設備には直流用の近接スイッチを用いていると、故障時の交換作業の際にあわてて交流用と直流用とを間違えて取り付けてしまう可能性がある。それぞれの交換品の在庫管理にも手間がかかる。ただし、交直両用の近接スイッチは整流用の電気部品を内蔵しているので、直流専用の近接スイッチよりも高価である。
実開昭５９−５８５４号公報社団法人日本電気制御機器工業会発行「制御機器の基礎知識選び方・使い方センサ編」

近年では工場内で直流電源を使用する設備が増加し、交流電源を使用する設備が極めて少なくなってきている。このような状況において、少数の交流設備への対応を考慮して多数の直流設備にも交直両用の近接スイッチを搭載することは、無駄が多く割高であるという問題が生じている。そこで、本発明の課題は、直流２線式近接スイッチを交流電源にも適用可能として、無駄の無い低価格の位置検出装置を提供することにある。

また、第一の課題が解決された際には、ひとつの工場の中で直流２線式近接スイッチが統一的に使用されることになる。しかし、直流２線式近接スイッチには微弱な漏れ電流が常に流れているという欠点があり、場合によってはこの漏れ電流によって負荷が起動してしまうという問題がある。そこで、本発明のさらなる課題は、直流２線式近接スイッチを直流３線式近接スイッチのように取り扱えるようにして、総合的に無駄の無い低価格の位置検出装置を提供することにある。

課題を解決するための第一の手段は、可動部による機械的接触なしに動作する位置検出装置であって、次の（１）及び（２）の構成を有するものである。
（１）誘導形近接スイッチ、静電容量形近接スイッチ、超音波形近接スイッチ、光電形近接スイッチおよび磁気形近接スイッチのうち、いずれかひとつの形式からなる直流２線式位置検出スイッチ。
（２）交流電源および負荷を接続する一対の交流側端子と、直流２線式位置検出スイッチを接続する一対の直流側端子と、交流側端子から入力された交流電流を整流して直流側端子へ出力する交流直流変換回路と、直流２線式位置検出スイッチの開閉に基づいて交流端子間を開閉する開閉手段と、を有する変換器。

課題を解決するための第二の手段は、上記第一の手段における変換器自体である。

課題を解決するための第三の手段は、可動部による機械的接触なしに動作する位置検出装置であって、次の（１）及び（２）の構成を有するものである。
（１）誘導形近接スイッチ、静電容量形近接スイッチ、超音波形近接スイッチ、光電形近接スイッチおよび磁気形近接スイッチのうち、いずれかひとつの形式からなる直流２線式位置検出スイッチ。
（２）直流電源を接続する一対の電源側端子と、この電源側端子のいずれか一方との間に負荷を接続する負荷接続端子と、直流２線式位置検出スイッチを接続する一対の検出側端子と、電源側端子から入力された直流電流を検出側端子へ出力する出力回路と、直流２線式位置検出スイッチの開閉に基づいて負荷接続端子と交流端子との間を開閉する開閉手段と、を有する変換器。

課題を解決するための第四の手段は、上記第三の手段における変換器自体である。

本発明によれば、安価な直流用の位置検出スイッチを交流電源にも適用可能とすることができる。したがって、万が一の故障に備えて直流用の位置検出スイッチのみを準備しておけばよく、交換作業において取り付け間違いも生じず、在庫管理の手間もかからない。

もうひとつの本発明によれば、直流２線式近接スイッチを直流３線式近接スイッチのように取り扱えるようにして、漏れ電流による負荷の起動を防止できる。そのため、第一の発明と併せれば、ひとつの工場内で使用される位置検出スイッチを安価な直流用のものに統一できる。

本発明の第一の実施例について図１及び３を参照しつつ説明する。図１の回路図は、本発明の位置検出装置１と、これに接続された負荷２および電源３とを示すものである。位置検出装置１は直流２線式位置検出スイッチ４および変換器５からなる。直流２線式位置検出スイッチ４としては、ＪＩＳ規格（ＪＩＳＣ８２０１−５−２）に定義された誘導形近接スイッチ、静電容量形近接スイッチ、超音波形近接スイッチおよび光電形近接スイッチが適用される。これに加えて磁気形近接スイッチも適用される。ここでいう近接スイッチとは、可動部による機械的接触なしに動作する位置検出スイッチのことである。誘導形近接スイッチとは、半導体開閉素子を備え検出領域内に磁界を発生させる近接スイッチのことである。静電容量形近接スイッチとは、半導体開閉素子を備え検出領域内に電界を発生させる近接スイッチのことである。超音波形近接スイッチとは、半導体開閉素子を備え検出領域内で超音波を送・受波する近接スイッチのことである。光電形近接スイッチとは、半導体開閉素子を備え可視、不可視光線の反射または遮光のいずれかにより物体を検出する近接スイッチのことである。磁気形近接スイッチとは、半導体開閉素子を備え、磁気検出素子と磁石（静磁界）の組み合わせにより検出体が接近したときの磁束変化を利用して検出する近接スイッチのことである。詳細については上述の非特許文献１を参照されたい。要するに、直流２線式位置検出スイッチ４の近接スイッチ主回路４０１が検出体（可動部）を検出するための動作原理として、ここに述べた方式のいずれを採用することも可能である。

直流２線式位置検出スイッチ４の主な構成および機能は次の通りである。接続端子４０４，４０５は着脱可能なコネクタを形成している。近接スイッチ主回路４０１と接続端子４０４，４０５との間は２本の導線４０２，４０３によってそれぞれ接続されている。この２本の導線４０２，４０３の間には、開閉用半導体（トランジスタ）４０６のコレクタ端子およびエミッタ端子が接続され、さらにトランジスタ４０６保護用のツェナーダイオード４０７が接続されている。導線４０２，４０３には後述する変換器５からの直流電力が接続端子４０４，４０５を介して供給される。この電力供給を受けて、近接スイッチ主回路４０１は図示しない検出体の近接を検出し、それに基づいて開閉用半導体（トランジスタ）４０６のベース端子へ開閉指示信号を与えるように動作する。トランジスタ４０６は、開閉指示信号に応じて導線４０２と４０３との間を導通（閉状態）または非導通（開状態）にする。この開閉状態に応じて動作表示灯４０８が点滅する。なお、近接スイッチ主回路４０１が作動するのに必要な消費電流は極めて小さいものである。

変換器５の主な構成および機能は次の通りである。接続端子５０１，５０２は、その間に外部の交流電源および負荷が直列に接続されるものである。負荷の接続位置は、接続端子５０１と交流電源との間、接続端子５０２と交流電源との間、のいずれでも構わない。接続端子５０１，５０２は整流用のダイオードブリッジ５０３の入力側にそれぞれ導線で接続されている。ダイオードブリッジ５０３の出力側はＡＣ／ＤＣ変換回路５０４の入力側にそれぞれ導線５０５，５０６で接続されている。すなわち、導線５０５，５０６には、ダイオードブリッジ５０３によって交流が全波整流された結果としての脈流が流れる。この導線５０５と５０６との間には開閉用半導体（サイリスタ）５０７のアノード端子およびカソード端子が接続されている。ＡＣ／ＤＣ変換回路５０４の出力側は接続端子５０８，５０９にそれぞれ導線で接続されており、直流２線式位置検出スイッチ４へと安定した直流電力が供給される。接続端子５０８，５０９は着脱可能なコネクタを形成しており、直流２線式位置検出スイッチ４の接続端子４０４，４０５とそれぞれ接続している。ＡＣ／ＤＣ変換回路５０４は、接続端子５０８，５０９の間の開閉状態に応じてサイリスタ５０７のゲート端子にトリガ信号を与える。サイリスタ５０７はトリガ信号に応じて導線４０２と４０３との間を導通（閉状態）させる。すなわち、サイリスタ５０７はダイオードブリッジ５０３を介して端子５０１と５０２との間を実質的に導通させる。

位置検出装置１（直流２線式位置検出スイッチ４、変換器５）と、これに接続された負荷２および電源３とを含む全体の動作を説明する。近接スイッチ主回路４０１が検出体を検出していない場合、近接スイッチ主回路４０１はトランジスタ４０６へ閉信号を与えないので、トランジスタ４０６は非導通状態であり、接続端子４０４，４０５から見た直流２線式位置検出スイッチ４の内部抵抗は極めて大きくなっている。導線４０２，４０３には近接スイッチ主回路４０１の微弱な消費電流（漏れ電流）のみが流れている。この状態ではＡＣ／ＤＣ変換回路５０４はトリガ信号を出力しないので、サイリスタ５０７が導通せず、接続端子５０１，５０２から見た変換器５の内部インピーダンスは極めて大きくなっている。負荷２、ダイオードブリッジ５０３、導線５０５，５０６、ＡＣ／ＤＣ変換回路５０４には、上述の近接スイッチ主回路４０１の消費電流のみが流れている。この程度の微弱な電流では負荷２は起動しない。

近接スイッチ主回路４０１が検出体を検出した場合、近接スイッチ主回路４０１はトランジスタ４０６へ閉信号を与えるので、トランジスタ４０６は導通状態になる。すると、ＡＣ／ＤＣ変換回路５０４はトランジスタ４０６の導通状態を検出してサイリスタ５０７へトリガ信号を与える。サイリスタ５０７が導通し、接続端子５０１，５０２から見た変換器５の内部インピーダンスは極めて小さくなり、負荷２、ダイオードブリッジ５０３、導線５０５，５０６に大電流が流れて負荷２が起動する。再び、近接スイッチ主回路４０１が検出体を検出しなくなった場合、ＡＣ／ＤＣ変換回路５０４はサイリスタ５０７へのトリガ信号を与えなくなる。サイリスタ５０７にはダイオードブリッジ５０３からの脈流が流れており、トリガ信号が消滅した後に最初に電流がゼロになった時点で、サイリスタ５０７は非導通状態に戻る。

次に、本発明の第二の実施例について図２及び３を参照しつつ説明する。直流２線式位置検出スイッチ４は上述の実施例１と同一物なので説明を省略する。変換器６の主な構成および機能は次の通りである。接続端子６０１，６０２は、その間に外部の直流電源７および負荷８が直列に接続されるものである。負荷８の接続位置は、接続端子６０１と直流電源との間、接続端子６０２と直流電源との間、のいずれでも構わない。接続端子６１０は制御回路６０４に電力を供給するために専用に設けられた端子である。直流電源７の一方の極に、負荷８と並列に接続される。接続端子６０１，６０２，６１０は着脱可能なコネクタを形成している。接続端子６０２，６１０はそれぞれ制御回路６０４の電源入力端子に接続されている。開閉用半導体（トランジスタ）６０７のコレクタ端子は接続端子６０１に、エミッタ端子は接続端子６０２にそれぞれ接続しており、一般にオープンコレクタと呼ばれる接続形式を採っている。制御回路６０４の出力側は接続端子５０８，５０９にそれぞれ導線で接続されており、直流２線式位置検出スイッチ４へと安定した直流電力が供給される。接続端子６０８，６０９は着脱可能なコネクタを形成しており、直流２線式位置検出スイッチ４の接続端子４０４，４０５とそれぞれ接続している。制御回路６０４は、接続端子６０８，６０９の間の開閉状態に応じてトランジスタ６０７のベース端子に開閉信号を与える。トランジスタ６０７は開閉信号に応じて接続端子６０１と６０２との間を導通（閉状態）させる。

位置検出装置１’（直流２線式位置検出スイッチ４、変換器６）と、これに接続された負荷２および電源３とを含む全体の動作を説明する。近接スイッチ主回路４０１が検出体を検出していない場合、近接スイッチ主回路４０１はトランジスタ４０６へ閉信号を与えないので、トランジスタ４０６は非導通状態であり、接続端子４０４，４０５から見た直流２線式位置検出スイッチ４の内部抵抗は極めて大きくなっている。導線４０２，４０３には近接スイッチ主回路４０１の微弱な消費電流（漏れ電流）のみが流れている。この状態では制御回路６０４は閉信号を出力しないので、トランジスタ６０７がオンせず、接続端子６０１，６０２から見た変換器６の内部インピーダンスは極めて大きくなっている。そのため、負荷８には電流が全く流れない。

近接スイッチ主回路４０１が検出体を検出した場合、近接スイッチ主回路４０１はトランジスタ４０６へ閉信号を与えるので、トランジスタ４０６は導通状態になる。すると、制御回路６０４はトランジスタ４０６の導通状態を検出してトランジスタ６０７へ閉信号を与える。トランジスタ６０７が導通（オン）し、接続端子６０１，６０２から見た変換器６の内部抵抗は極めて小さくなり、負荷８に電流が流れて負荷８が起動する。再び、近接スイッチ主回路４０１が検出体を検出しなくなった場合、制御回路６０４はトランジスタ６０７へ閉信号を与えなくなり、トランジスタ６０７は非導通状態（オフ）に戻る。

本発明の第二の実施例によれば、近接スイッチ４が検出体を検出していない場合には、負荷８に電流が全く流れない。すなわち、上述の第一の実施例で説明した漏れ電流の発生がない。したがって、負荷７が微小電流で起動するもの（例えばリレー）であっても本発明を適用可能である。

なお、上述の第一および二の実施例の外観を図３に示す。中央部分には変換器５（６）の主要な回路を内蔵した樹脂製ケースが形成されている。両端部分にはそれぞれ着脱可能なコネクタが形成されており、一方には接続端子５０１，５０２（６０１，６０２，６１０）が、他方には接続端子５０８，５０９（６０８，６０９）が、それぞれ外部と接続可能に設けられている。それぞれのコネクタと樹脂製ケースとの間は柔軟な樹脂被覆導線で結合されており、あたかも１本の接続ケーブルのように使用することができる。

本発明の第一の実施例の回路図である。本発明の第二の実施例の回路図である。本発明の第一及び二の実施例の外観図である。

符号の説明

１位置検出装置
１’位置検出装置
２負荷
３交流電源
４直流２線式位置検出スイッチ
４０１近接スイッチ主回路
４０２導線
４０３導線
４０４接続端子
４０５接続端子
４０６開閉用半導体（トランジスタ）
４０７ツェナーダイオード
４０８動作表示灯
５変換器
５０１接続端子
５０２接続端子
５０３ダイオードブリッジ
５０４ＡＣ／ＤＣ変換回路
５０５導線
５０６導線
５０７開閉用半導体
５０８接続端子
５０９接続端子
６変換器
６０１接続端子
６０２接続端子
６０４ＡＣ／ＤＣ変換回路
６０７開閉用半導体
６０８接続端子
６０９接続端子
６１０接続端子
７直流電源
８負荷

Claims

可動部による機械的接触なしに動作する位置検出装置であって、次の（１）及び（２）の構成を有するもの。
（１）誘導形近接スイッチ、静電容量形近接スイッチ、超音波形近接スイッチ、光電形近接スイッチおよび磁気形近接スイッチのうち、いずれかひとつの形式からなる直流２線式位置検出スイッチ。
（２）交流電源および負荷を接続する一対の交流側端子と、直流２線式位置検出スイッチを接続する一対の直流側端子と、交流側端子から入力された交流電流を整流して直流側端子へ出力する交流直流変換回路と、直流２線式位置検出スイッチの開閉に基づいて交流端子間を開閉する開閉手段と、を有する変換器。
請求項１の位置検出装置における変換器。
可動部による機械的接触なしに動作する位置検出装置であって、次の（１）及び（２）の構成を有するもの。
（１）誘導形近接スイッチ、静電容量形近接スイッチ、超音波形近接スイッチ、光電形近接スイッチおよび磁気形近接スイッチのうち、いずれかひとつの形式からなる直流２線式位置検出スイッチ。
（２）直流電源を接続する一対の電源側端子と、この電源側端子のいずれか一方との間に負荷を接続する負荷接続端子と、直流２線式位置検出スイッチを接続する一対の検出側端子と、電源側端子から入力された直流電流を検出側端子へ出力する出力回路と、直流２線式位置検出スイッチの開閉に基づいて負荷接続端子と交流端子との間を開閉する開閉手段と、を有する変換器。
請求項２の位置検出装置における変換器。