JP2020530565A - 誘導センサー - Google Patents

Abstract

誘導センサーを外部電磁界に対して敏感でないようにするために、第一の巻線部分６ａと、その巻線部分と接続された第二の巻線部分６ｂとを備えたセンサーコイル３が実現され、これらの第一の巻線部分６ａと第二の巻線部分６ｂが互いに逆向きに巻回されるとともに、第一の巻線部分６ａが第一のコイル端子５ａと接続され、第二の巻線部分６ｂが第二のコイル端子５ｂと接続されると規定する。

Description

本発明は、二つのコイル端子を有する一つのセンサーコイルと、これらの二つのコイル端子と接続されたセンサー評価ユニットとを備えた誘導センサー、並びにそのようなセンサーをロープウェイ設備のロープ位置の監視に使用することに関する。

非接触式誘導センサーは、多くの場合、間隔測定のために使用される。その場合、測定物体からのセンサーの間隔が所定の間隔以上の場合に作動する近接センサーとしてセンサーを実現するか、或いはセンサーを用いて、物体との間隔を値として出力することもできる。そのようなセンサーは、しばしば機械及び設備において所定の機能性を監視する役割を果たす。

誘導センサーは、測定物体による影響を受ける電磁界を発生させるコイルを利用する。その影響は、測定技術により検出して、評価することができる。一つの実施例は、渦電流センサーとして実現された誘導センサーである。その場合、発振器が、センサーの動作面から出て来る交番電磁界を発生させる。その動作面の近くに有る如何なる導電性物体にも、動作面に対する物体の間隔に応じて渦電流が誘導され、その渦電流は、発振器からエネルギーを奪って、コイル入力において電力損失として検出することができる。

誘導センサーに関する特別な用途は、ロープウェイ設備の巡回する運搬ロープのロープ位置を監視することである。その運搬ロープは、ロープウェイ支持部における区間に沿ったガイドのために、ローラー群のローラーを介して案内される。その場合、ローラー群のローラーに対して相対的な運搬ロープの位置は、誘導センサーを用いて監視することができる。それによって、（例えば、ローラーからの運搬ロープの脱落を示す可能性の有る）運搬ロープの横方向の偏向も、（例えば、ローラーの固着時に、ローラーの滑走面内への運搬ロープの食い込みを示す可能性の有る）ローラーの回転軸に対する間隔の低下も検知することができる。ロープ位置の監視は、ロープウェイ設備の重要な安全機能であり、運搬速度の低下又はローウウェイの強制的な停止を引き起こす可能性が有る。ロープ位置を監視する場合、鋼鉄製のロープとして実現された運搬ロープが、測定すべき物体としての役割を果たし、センサーが、運搬ロープの領域内に固定して配置される。この用途は、十分な精度でロープ位置を検出できるためには、誘導センサーの高い感度を必要とする。

そのような誘導センサーの欠点は、センサーの周囲における如何なる外部交番（電）磁界もセンサーのコイルに電圧を誘導してしまうことである。その外部から加わる過電圧は、当然のことながら測定も妨害する。それ以外に、センサーは、当然のことながら、過電圧に対する十分な耐性も持たなければならない。センサーの周囲における電波又は無線波は、低い電圧だけを誘導し、優先的に測定に悪い影響を与えて、測定感度を低下させる。それに対して、ローウウェイの運搬ロープへの落雷時には、運搬ロープに電流が流れて、それによって、運搬ロープの周りに大きな磁界を発生させることになる。そのような雷電流によって、非常に高い電圧がセンサーのコイルに入力結合する可能性が有る。研究は、典型的な雷電流の場合に、数キロボルトの誘導電圧がコイルの出力に発生する可能性が有ることを示している。それらの高い電圧は、コイルの破壊及び／又は後続のセンサー電子機器の破壊を引き起こす可能性が有る。

当然のことながら、電子的な雷保護又は過電圧に対する保護をセンサーに実装する可能性が生じるが、それは、次に測定回路を妨害して、それにより、センサーの感度を制限することとなる。

以上のことから、本発明の課題は、外部電磁界に対して敏感でない誘導センサーを提示することである。

この課題は、第一の巻線部分と、その巻線部分と接続された第二の巻線部分とを備えたセンサーコイルが実現され、これらの第一の巻線部分と第二の巻線部分が互いに逆向きに巻回されて、第一の巻線部分が第一のコイル端子と接続され、第二の巻線部分が第二のコイル端子と接続されることによって解決される。この互いに逆向きの巻回方向によって、これらの巻線部分に誘導される電圧が少なくとも部分的に相殺し合い、その結果、コイル端子には、低い過電圧しか発生できないか、或いは全く過電圧が発生できなくなる。それによって、測定が妨害されなくなるか、ほんの僅かしか妨害されなくなり、その結果、高い測定感度を達成することができる。同様に、外部電磁界により引き起こされる過電圧に対する（測定回路を妨害する可能性の有る）過電圧保護に関する更なる措置が不要になる。それによって、例えば、雷電流時に導線を介して発生する可能性の有るような、非常に大きな外部電磁界に対しても、センサーを保護することができる。そのため、そのようなセンサーは、特に、野外での用途にも適している。従って、そのようなセンサーに関する特に有利な用途は、例えば、運搬ロープのロープ位置を監視するために、ロープウェイ設備で用いることである。

簡単な実施形態では、センサーコイルは、連続した８字の形状に巻回された形で実現される。そのようなセンサーコイルは、特に簡単に製造することができる。

第一の巻線部分としての第一の個別コイルが第二の巻線部分としての第二の個別コイルと直列に接続されたセンサーコイルが特に有利である。この実施形態によって、センサーコイルの個々の巻線の間の高い電位差を防止することができ、それにより、電圧による絶縁破壊の虞が低減される。

第一の個別コイルと第二の個別コイルが渦巻き形状に巻回されている場合に、特に平坦なセンサーコイルを実現することができ、それは、センサーへの使用に有利である。

以下において、本発明を制限するものではない、本発明の有利な実施例を模式的に図示した図１〜５と参照して本発明を詳しく説明する。

非接触式誘導センサーの動作原理の模式図 本発明によるセンサーコイルの第一の実施形態の模式図 本発明によるセンサーコイルの別の実施形態の模式図 本発明によるセンサーコイルの別の実施形態の模式図 ロープウェイ設備においてロープ位置を監視するために本発明によるセンサーコイルを使用する形態の模式図

間隔を測定するための誘導センサーの動作原理が図１に図示されている。センサーコイル３が、導電性物体４と相互作用する電磁界を発生する。この相互作用は、センサーコイル３の出力５において、例えば、コイル電圧ｕ及び／又はコイル電流ｉにより、センサー評価ユニット２によって検出されて、評価される。渦電流センサーとしての実施形態では、センサー評価ユニット２内の発振器が高周波交流電圧を発生させ、その交流電圧が、センサーコイル３に印加されて、高周波交番電磁界を発生させる。この高周波交番電磁界が、センサー１の作用範囲内の物体４に交流を発生させて、その交流が、交番電磁界からエネルギーを奪い、それによって、発振器電圧の振動振幅の高さが低減される。この振動振幅の変化が、センサー評価ユニット２によって評価される。センサー１は、出力信号Ａとして（近接スイッチとして実施された場合に）ハイレベル又はローレベルを提供するか、或いは出力信号Ａが、センサーコイル３と物体４の間の間隔に関する尺度を表す。後者の場合、出力信号Ａは、アナログ、例えば、電圧であるとするか、或いはデジタルであるとすることができる。

しかし、本発明では、誘導センサー１が如何なる動作原理により動作するのか、センサー評価ユニット２が如何に実現されるのか、如何に評価されるのか、或いは出力信号Ａが如何なる形態で出力されるのかは重要でない。

本発明は、センサーコイル３の特別な実施形態に関連する。本発明では、センサーコイル３は、第一の巻線部分６ａと、その巻線部分と接続された第二の巻線部分６ｂとを有するように実現され、その際、第一の巻線部分６ａと第二の巻線部分６ｂが互いに逆向き巻回される。第一のコイル端子５ａが第一の巻線部分６ａと接続され、第二のコイル端子５ｂが第二の巻線部分６ｂと接続される。二つの巻線部分６ａ，６ｂの互いに逆向きの巻回方向によって、外部電磁界が二つの巻線部分６ａ，６ｂに、少なくとも部分的に相殺し合う互いに逆の電圧を誘導する。このようにして、コイル端子５ａ，５ｂには、外部電磁界によって、著しく低い過電圧が発生する。二つの巻線部分６ａ，６ｂが、巻回方向を除いて同じである場合、そこに誘導される電圧は、それどころかほぼ消失して、コイル端子５ａ，５ｂにおける過電圧が無くなるか、或いは極めて低くなる。それは、少なくとも均一な外部電磁界に言えることであるが、一般的に、典型的な用途に関する前提条件とすることができる。しかし、不均一な外部電磁界でも、二つの誘導電圧の大部分が相殺し合う。

ここで、センサーコイル３は、連続して巻回するか、或いは二つの直列に接続された個別コイルから構成することもできる。

図２による第一の実施形態では、センサーコイル３は、連続した８字の形状に巻回されている。簡単にするために、図２では、巻線部分６ａ，６ｂ毎に、それぞれ二つの巻線だけが図示されており、センサーコイル３は、当然のことながら、より多くの巻線を有することもできる。８字形状の巻線によって、得られた二つの巻線部分６ａ，６ｂは、互いに逆向きの巻回方向を有する。

先ずは一つのコイルを巻回し、その巻回したコイルの一か所を押し付けた後、それによって得られた巻線部分６ａを別の巻線部分６ｂに対して１８０°回転させた場合に、同様の結果が得られる。そのようにして、同じく連続して巻回された、二つの互いに逆向きに巻回された巻線部分６ａ，６ｂを有する８字形状のセンサーコイル３が得られる。

二つの互いに逆向きに巻回された個別コイル７ａ，７ｂを直列に接続した場合に、別の実施形態が得られる。この場合、二つの個別コイル７ａ，７ｂは、図３に図示された通り、センサーコイル３において、それぞれ一つの巻線部分６ａ，６ｂを形成する。

特に有利な実施形態では、巻線部分６ａ，６ｂを形成する二つの個別コイル７ａ，７ｂが、図４に図示された通り、渦巻き形状に巻回される。この場合、巻線部分６ａ，６ｂの巻線は、有利には、一つの平面内に配置される。この場合、巻線部分６ａ，６ｂは、単層の渦巻きとして巻回することも、複層の渦巻きとして巻回することもできる。そのような実施形態では、センサーコイル３は、特に平坦に実現することができる。

連続して巻回されたセンサーコイル３に対する、直列接続された個別コイル７ａ，７ｂの実施形態の利点は、センサーコイル３の互いに並んだ巻線の間の電位差が常に小さいことであり、その結果、センサーコイル３を破壊する望ましくない電圧による絶縁破壊を引き起こすことができなくなる。８字形状の実施形態では、特に、個別巻線の交差点の領域において、個別巻線の間の電位差が大きくなる可能性が有り、そのため、その場合には、電圧による絶縁破壊の虞が高くなり、従って、場合によっては、より高度な絶縁措置を採用しなければならない。

巻線部分６ａ，６ｂが発生する励起電磁界が互いに完全に、或いは部分的に相殺し合うことを防止するために、二つの巻線部分６ａ，６ｂは、図面に図示された通り、一つの平面内に並んで配置されて、互いに上下には配置されない。この平面は、センサー１の動作面８（図１）とも呼ばれ、その平面から、電磁界が出て行く。この場合、物体４は、電磁界の作用範囲内に到達するように、センサー１の動作面８に対向して配置される。

センサー１は、安全性を重視する用途に用いることもでき、その結果、センサー１は、機能安全に対する要件（例えば、ＩＥＣ６１５０８に基づく安全度水準）を満たすように実現することもできる。例えば、二系統式のセンサー評価ユニット２を備えたセンサー１を実現することができ、その際、これらの系統を相互に検証するものと規定することもできる。自明のことながら、機能安全を達成するための別又は追加の既知の措置も考えられる。

本発明による誘導センサー１の有利な用途は、図５に図示された通り、ロープウェイ設備１０のロープ位置を監視することである。ロープウェイ設備の基本的な構造は、様々な実施形態で十分に知られているので、図５では、ロープウェイ設備１０は部分的に必要な部分しか図示されていない。この場合、センサー１は、例えば、一定数のプーリー１２を備えたロープウェイ支持部におけるローラー群１１の領域に固定されて、運搬ロープ１３と非接触形態により作用連携するように配置されている。自明のことながら、センサー１は、運搬ロープ１３のロープ位置を監視するために、ロープウェイ設備１０の如何なる別の場所にも配置することができる。この場合、作用連携とは、当然のことながら、物体４としての運搬ロープ１３がセンサー１のセンサーコイル３の電磁界に十分な影響を与えて、その結果、センサー１に対する運搬ロープ１３の位置の変化をセンサー評価ユニット２によって検出して、評価できることを意味する。そのために、運搬ロープ１３はセンサー１の動作面８に対向して配置されている。センサー１からの出力信号Ａは、ロープウェイ制御ユニット２０に伝送されて、そこで、ロープウェイ設備１０を制御するために用いられる。当然のことながら、この伝送は、有線接続又は無線により実施することができる。例えば、出力信号Ａに応じて、運搬ロープ１３の運搬速度を変えるか、或いはロープウェイ設備１０を停止することができる。

Claims (6)

1. 二つのコイル端子（５ａ，５ｂ）を有するセンサーコイル（３）と、これらのコイル端子（５ａ，５ｂ）と接続されたセンサー評価ユニット（２）とを備えた誘導センサーにおいて、
   このセンサーコイル（３）が、第一の巻線部分（６ａ）と、その巻線部分と接続された第二の巻線部分（６ｂ）とを有するように実現され、これらの第一の巻線部分（６ａ）と第二の巻線部分（６ｂ）が互いに逆向きに巻回されるとともに、第一の巻線部分（６ａ）が第一のコイル端子（５ａ）と接続され、第二の巻線部分（６ｂ）が第二のコイル端子（５ｂ）と接続されていることを特徴とする誘導センサー。
2. 前記のセンサーコイル（３）が、連続した８字の形状に巻回された形で実現されていることを特徴とする請求項１に記載の誘導センサー。
3. 第一の巻線部分（６ａ）としての第一の個別コイル（７ａ）が、第二の巻線部分（６ｂ）としての第二の個別コイル（７ｂ）と直列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の誘導センサー。
4. 前記の第一の個別コイル（７ａ）と第二の個別コイル（７ｂ）が渦巻き形状に巻回されていることを特徴とする請求項３に記載の誘導センサー。
5. 前記の両方の巻線部分（６ａ，６ｂ）が一つの平面内に並んで配置されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の誘導センサー。
6. ロープウェイ設備（１０）の運搬ロープ（１３）のロープ位置を監視するために請求項１から５までのいずれか一つに記載の誘導センサー（１）を使用する方法であって、この誘導センサー（１）が、運搬ロープ（１３）と作用連携するようにロープウェイ設備（１０）に配置される使用方法。