JP2019032651A - 非接触給電センサ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】非接触給電センサ装置1は、発振回路210からの電力が電磁結合した結合コイルL1、L2を介して電源回路120に供給される。スイッチSW1の開閉によって、結合コイルL1と共振コンデンサC1からなるセンサ部10側の共振回路の共振周波数を共振周波数切換回路110で切換えると、結合コイルL2と共振コンデンサ2からなる出力部20側の共振回路のコンデンサ電圧に発生する電圧の位相が、発振回路210の駆動パルスの位相に対して変化する。この位相の変化を位相検出回路220で検出して、所定のしきい値と比較することによって、センサ部10側のスイッチSW1の開閉を非接触で検出している。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の第1の実施形態に係る非接触給電センサ装置の構成を示す図である。本実施形態に係る非接触給電センサ装置1は、大別して空間的に離れたセンサ部10と出力部20を有している。センサ部10は、出力部20から電力を供給されるとともに、検出した物理量に応じた検出信号を生成し出力部20に伝える機能を有している。また、出力部20は、センサ部10に電力を供給するとともにセンサ部10からの検出信号を読み取る機能を有している。非接触給電センサ装置1を図30の工具折損検知装置に適用する場合は、複数のセンサ部10を可動側に配置することになる。
図2は、図1に示す非接触給電センサ装置の発信回路の一例を示す図であり、図3は、図2に示す発振回路の各部の信号の動作タイミングを示す図である。発振回路210は、共振回路を駆動するパルス信号を出力するためのものであり、PWM(パルス幅変調)回路211、タイミング回路212,213、NOT回路214、P型MOSFETからなるトランジスタQ2、および、N型MOSFETからなるQ3を備えている。
第1レジスタ223は、コンパレータ221の出力cのパルスの立ち上がりで第1カウンタ224の値をラッチする。図8では、例えば、第1カウンタ224の値が“7”のときにラッチした値fとして“7”を保持し、さらに、第1カウンタ224の値が“18”のときにラッチした値“18”に更新してこの値“18”を保持する。
第2レジスタ225は、発振回路210の出力aの立ち上がりで第1カウンタ224の値をラッチする。図8では、例えば、第1カウンタ224の値が“3”のときにラッチした値gとして“3”を保持し、さらに、第1カウンタ224の値が“14”のときにラッチした値“14”に更新してこの値“14”を保持する。
位相レジスタ227は、減算回路226の値C(=A−B)をタイミングパルスdのタイミングでラッチし、その値を保持する。図8では、最初のタイミングパルスdの時点で、減算回路226の値は4(=7−3)となっており、この値をラッチして保持する。また、次のタイミングパルスdの時点でも、減算回路226の値は4(=18−14)となっており、この値をラッチして保持する。
図11は、本発明の第2の実施形態に係る非接触給電センサ装置の構成を示す図である。第2の実施形態の非接触給電センサ装置2では、第1の実施形態の非接触給電センサ装置1に比べ、センサ部10に、抵抗−周期変換回路130が、出力部20に、平均値回路250、第2比較回路260、周期検出回路270、第3比較回路280、および、第2閾値回路290がそれぞれ追加されている。なお、第2比較回路260、第3比較回路280はそれぞれ、第1の実施形態の第1比較回路230と同じ機能を有し、第2閾値回路290も第1の実施形態の第1閾値回路240と同じ機能を有する。
センサ部10では、抵抗Rfの大きさの変化によって発信周波数は変化するがデューティ比50%を常に維持する可変周波数の出力信号iを発信する抵抗−周期変換回路130を設け、可変周波数信号である出力信号iを共振周波数切換回路110の入力信号としている。また、出力部20では、第1の実施形態の第1閾値回路240の代わりに、位相検出値hの平均値を求める平均値回路250を設け、第2比較回路260によって、位相検出値hをその平均値jである閾値と比較することで出力信号kを求めている。
図12は、図11に示す非接触給電センサ装置における抵抗−周期変換回路の一例を示す図であり、図13は、図12に示す抵抗−周期変換回路の出力信号波形を示す図である。図12に示す抵抗−周期変換回路130は、コンパレータ131を有する無安定マルチバイブレータを構成している。コンパレータ131の非反転入力端子(+端子)には、コンパレータ131の出力電圧と例えば電源電圧Vcc/2とを抵抗R1と抵抗R2で分圧した電圧が加えられ、反転入力端子(−端子)には、抵抗Rfを通じてコンデンサC4を充電または放電する電圧が加えられる。
平均値回路250は、位相検出回路220の位相レジスタ227からの位相検出値hを2のN乗回積算し、これを積算数2Nで割ることにより位相検出値hの平均値を求めている。積算回数を2のN乗回とすることによって、積算数の割り算が積算レジスタ251のビットシフトによって行うことができる。
図18は、本発明の第3の実施形態に係る非接触給電センサ装置の構成を示す図である。第3の実施形態の非接触給電センサ装置3では、第2の実施形態における第3比較回路280と第2閾値回路を、D/A変換回路275に置き換えて、アナログ信号を出力するようにしている。これにより、抵抗Rf、あるいは他の物理量の変化を、非接触にアナログ量として得ることができる。
図19は、本発明の第4の実施形態に係る非接触給電センサ装置の構成を示す図である。第4の実施形態の非接触給電センサ装置4は、非接触でデータ伝送が可能な構成を有しており、第2の実施形態の非接触給電センサ装置2に比べ、センサ部10には、抵抗−周期変換回路130の代わりに、スイッチSW1〜SW8を有する入力回路140、送信データレジスタ150、直列変換回路160、および、変調回路170を備え、出力部20には、第2比較回路260の後段に、復調回路300、並列変換回路310、受信データレジスタ320、および、出力回路330を備えている。
入力回路140は、複数ビットの接点信号あるいはデジタル入力ポートからの並列デジタルデータを1バイト単位で読み取る回路であり、読み取った並列デジタルデータを送信データレジスタ150に伝達している。本実施形態では、入力回路140は、複数のスイッチSW1〜SW8からの開閉信号を読み取っている。
1/6分周回路171は、6進カウンタ172からオーバーフロー信号を受信するごとに直列変換回路160にシフトパルスを出力する。6進カウンタ172は6個のクロックが入力するたびにオーバーフロー信号を出力してリセットされるカウンタであり、このため、直列変換回路160からは、6個のクロックごとに直列データ信号qの1シンボルが出力される。
図29は、本発明の第5の実施形態に係る非接触給電センサ装置の構成を示す図である。第5の実施形態の非接触給電センサ装置5では、第4の実施形態におけるセンサ部10の送信データレジスタ150の前段をセンサ回路180とA/D変換回路190に置き換えるとともに、出力部20の受信データレジスタ320の後段をD/A変換回路340に置き換えている。
172…6進カウンタ、173…ルックアップテーブル、174…XOR回路、175…DFF回路、180…センサ回路、190…A/D変換回路、210…発振回路、211…PWM回路、212、213…タイミング回路、214…NOT回路、220…位相検出回路、221…コンパレータ、222…タイミングパルス発生回路、223…第1レジスタ、224…第1カウンタ、225…第2レジスタ、226…減算回路、227…位相レジスタ、230…第1比較回路、231…引算回路、232…ボロー判定回路、240…第1閾値回路、250…平均値回路、251…積算レジスタ、252…加算回路、253…積算カウンタ、254…Nビット右シフト回路、255…平均値レジスタ、260…第2比較回路、270…周期検出回路、271…第2カウンタ、272…第3レジスタ、273…第4レジスタ、274…減算回路、275…D/A変換回路、280…第3比較回路、290…第2閾値回路、300…復調回路、301…エッジ検出回路、302…2/6シンボルパルス回路、303…第1の1/6シンボル遅延回路、304…第2の1/6シンボル遅延回路、305…NAND回路、306…バッファ回路、310…並列変換回路、311…並列変換シフトレジスタ、312…スタートビット検出回路、313…ボーレート発振回路、320…受信データレジスタ、330…出力回路、340…D/A変換回路、400…工具折損検知装置、401…工具、402…ツールホルダ、403…検出子、404…絶縁基板、405…可動接触子、406…固定接触子、407…電源、408…リレー。
Claims (6)
- 第1のコンデンサと第1の結合コイルとからなる第1の共振回路と、該第1の共振回路に発生する高周波電圧から直流電圧を出力する電源回路を備えたセンサ部と、
第2のコンデンサと前記第1の結合コイルに電磁結合する第2の結合コイルとからなる第2の共振回路と、該第2の共振回路に高周波電圧を与える発振回路を備えた出力部と、を有する非接触給電センサ装置において、
前記センサ部は、第1の共振回路の共振周波数を切換える共振周波数切換手段と、該共振周波数切換手段を動作させる入力手段と、を備え、
前記出力部は、前記第2のコンデンサに発生する高周波電圧と前記発振回路の高周波電圧との位相差を検出する位相検出手段と、
該位相検出手段で検出した位相値に基づいて出力値を変更する出力手段と、
を備えたことを特徴とする非接触給電センサ装置。 - 請求項1に記載の非接触給電センサ装置において、
前記出力部は、前記出力手段として、前記位相検出手段で検出した位相値と所定の閾値とを比較する比較手段と、
該比較手段の比較結果を出力する出力回路と、
を備えたことを特徴とする非接触給電センサ装置。 - 請求項1に記載の非接触給電センサ装置において、
前記センサ部は、前記入力手段として、
物理量に応じて発信周波数が変化するデューティ比50%の信号を出力する物理量−周期変換手段を備え、
前記出力部は、出力手段として、
前記位相検出手段で検出した位相値の平均を求める平均値手段と、
前記位相検出手段で検出した位相値と前記平均値手段が求めた平均値とを比較する第1の比較手段と、
該第1の比較手段が出力した信号の周期を求める周期検出手段と、
該周期検出手段が出力した周期検出値と所定の閾値とを比較する第2の比較手段と、
該第2の比較手段の比較結果を出力する出力回路と、
を備えたことを特徴とする非接触給電センサ装置。 - 請求項1に記載の非接触給電センサ装置において、
前記センサ部は、前記入力手段として、
物理量に応じて発信周波数が変化するデューティ比50%の信号を出力する物理量−周期変換手段を備え、
前記出力部は、前記出力手段として、
前記位相検出手段で検出した位相値の平均を求める平均値手段と、
前記位相検出手段で検出した位相値と前記平均値手段が求めた平均値とを比較する比較手段と、
該比較手段が出力した信号の周期を求める周期検出手段と、
該周期検出手段が出力した周期検出値をアナログ信号に変換するD/A変換手段と、
を備えたことを特徴とする非接触給電センサ装置。 - 請求項1に記載の非接触給電センサ装置において、
前記センサ部は、前記入力手段として、
複数ビットのデジタル信号を入力する信号入力手段と、
前記デジタル信号を直列データに変換する直列変換手段と、
該直列データを符号の平均デューティ比が50%になるよう変調する変調手段と、を備え、
前記出力部は、前記出力手段として、
前記位相検出手段で検出した位相値の平均を求める平均値手段と、
前記位相検出手段で検出した位相値と前記平均値手段が求めた平均値とを比較する比較手段と、
該比較手段からの信号を入力して前記変調手段で変調した信号を復元する復調手段と、
該復調手段からの信号を入力して直列データを並列データに変換する並列変換手段と、
該並列データを複数ビットのデジタル信号として出力する信号出力手段と、
を備えたことを特徴とする非接触給電センサ装置。 - 請求項1に記載の非接触給電センサ装置において、
前記センサ部は、前記入力手段として、
物理量をアナログ信号に変換するセンサ回路と、
該センサ回路が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、
前記デジタル信号を直列データに変換する直列変換手段と、
該直列データを符号の平均デューティ比が50%になるよう変調する変調手段と、を備え、
前記出力部は、前記出力手段として、
前記位相検出手段で検出した位相値の平均を求める平均値手段と、
前記位相検出手段で検出した位相値と前記平均値手段が求めた平均値とを比較する比較手段と、
該比較手段からの信号を入力して前記変調手段で変調した信号を復元する復調手段と、
該復調手段からの信号を入力して直列データを並列データに変換する並列変換手段と、
該並列データをアナログ信号に変換するD/A変換手段と、
を備えたことを特徴とする非接触給電センサ装置。
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JP2017152547A JP6411594B1 (ja) | 2017-08-07 | 2017-08-07 | 非接触給電センサ装置 |
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