JP5057143B2 - Non-contact detection system - Google Patents
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Description
本発明は、分離可能な一次側回路と二次側回路とを有し、当該両回路の近接時に前記一次側回路から前記二次側回路にワイヤレス給電すると共に、前記二次側回路に備えられた検出部による検出結果を一次側回路にワイヤレス伝送する非接触検出システムに関する。 The present invention has a separable primary side circuit and a secondary side circuit, and wirelessly feeds power from the primary side circuit to the secondary side circuit when both the circuits are close to each other, and is provided in the secondary side circuit. The present invention relates to a non-contact detection system that wirelessly transmits a detection result by a detection unit to a primary circuit.
磁気的に結合した一次コイルと二次コイルとを用いて交流電源をワイヤレス伝送すると共に、二次コイル側に接続された回路の情報を一次コイル側にワイヤレス伝送する技術が知られている。例えば、下記に示す特許文献1には、二次コイル側に発光ダイオード、一次側に受光素子を備えてフォトカプラを構成し、光通信により二次コイル側の回路から一次コイル側の回路へ情報をワイヤレス伝送する技術が開示されている。また、下記に示す特許文献2には、二次コイルに重畳された情報を誘導結合によって一次コイルにワイヤレス伝送する技術が開示されている。また、下記に示す特許文献3には、容量結合によって電力と情報とをワイヤレス伝送する技術が開示されている。また、下記に示す特許文献4には、給電用コイルから受電用コイルを介して非接触給電を行う装置において、受電側の装置から無線(radio)により給電側の装置に情報をワイヤレス伝送する技術が開示されている。
A technique is known in which an AC power supply is wirelessly transmitted using a magnetically coupled primary coil and secondary coil, and information on a circuit connected to the secondary coil side is wirelessly transmitted to the primary coil side. For example, in
上記従来のワイヤレス伝送技術では、何れの場合も、一次側の回路や装置へ情報を伝送するための制御部が二次側の回路や装置に設けられている。例えば、特許文献1では、二次側の回路に備えられたモニタ回路が充電される電池の出力電圧をモニタし、そのモニタ結果を残量低下情報として出力して発光ダイオードを発光させる。特許文献2では、二次側の装置であるエレベーターの乗りかごに備えられたインターフェイスコントローラから出力されたトリガ信号に応答して充電状態信号が二次側コイルに印加される。特許文献3では、非接触給電を行う結合器に不図示の通信機が接続されており、通信機が出力する信号が容量結合により給電線に送出される。特許文献4では、受電用コイルの没入検知センサの状態を車載コントローラがモニタし、モニタ結果を車載無線通信機を通じて一次側の装置である地上コントローラに報知する。このように、特許文献1〜4においては、それぞれ、モニタ回路、インターフェイスコントローラ、通信器、車載コントローラなどの制御部が二次側の回路や装置に設けられている。従って、これら従来の技術では、二次側の回路や装置が複雑化する。例えば、センサ回路が組み込まれた二次側の回路に非接触給電し、一次側の回路で当該センサの検出結果をワイヤレス伝送によって受信するようなセンサシステムを構築する場合、センサが組み込まれた二次側の回路が複雑化する。
In any of the above conventional wireless transmission technologies, a control unit for transmitting information to a primary circuit or device is provided in the secondary circuit or device. For example, in
本願発明は上記課題に鑑みて創案されたもので、一次側から二次側へ非接触給電すると共に、二次側の回路構成を小規模に留め、二次側で得られた情報を一次側へワイヤレス伝送することが可能な非接触検出システムを提供することを目的とする。 The invention of the present application was devised in view of the above-mentioned problems, and while supplying non-contact power from the primary side to the secondary side, the circuit configuration on the secondary side is kept small, and the information obtained on the secondary side is An object of the present invention is to provide a non-contact detection system capable of wireless transmission to a mobile phone.
上記目的を達成するための本発明に係る非接触検出システムの特徴構成は、
分離可能な一次側回路と二次側回路とを有し、当該両回路の近接時に前記一次側回路から前記二次側回路にワイヤレス給電すると共に、前記二次側回路に備えられた検出部による検出結果を一次側回路にワイヤレス伝送する非接触検出システムであって、
前記一次側回路に備えられる一次コイルと前記二次側回路に備えられる二次コイルとを有し、前記両回路の近接時に当該両コイルが磁気結合してワイヤレス給電を行うトランスと、
前記二次側回路に備えられ、機械的変位量あるいは物理量の変化によりインピーダンスが変化する検出部と、
前記二次側回路において前記検出部と直列接続又はブリッジ接続され、前記機械的変位量あるいは物理量の変化に拘らず一定のインピーダンスを維持する基準部と、
前記二次側回路に備えられ、前記二次側回路において前記検出部及び前記基準部の端子電圧を示す端子電圧信号がそれぞれ接続される二次側電極と、
前記一次側回路に備えられ、前記両回路の近接時にそれぞれ前記二次側電極と対向して当該二次側電極と共にキャパシタを形成する一次側電極と、
前記一次側回路に備えられ、前記キャパシタを介して受け取った前記端子電圧信号と前記基準部のインピーダンスとに基づいて前記検出部のインピーダンスを求めると共に、前記検出部のインピーダンスに基づいて前記機械的変位量あるいは物理量を演算する演算部と、
を備える点にある。或いは、
分離可能な一次側回路と二次側回路とを有し、当該両回路の近接時に前記一次側回路から前記二次側回路にワイヤレス給電すると共に、前記二次側回路に備えられた検出部による検出結果を一次側回路にワイヤレス伝送する非接触検出システムであって、
前記一次側回路に備えられる一次コイルと前記二次側回路に備えられる二次コイルとを有し、前記両回路の近接時に当該両コイルが磁気結合してワイヤレス給電を行うトランスと、
前記二次側回路に備えられ、機械的変位量あるいは物理量の変化によりインピーダンスが変化する検出部と、
前記二次側回路において前記機械的変位量あるいは物理量の変化により相補的にインピーダンスが変化する複数の前記検出部により構成され、当該複数の検出部の合成インピーダンスが前記機械的変位量あるいは物理量の変化に拘らず一定のインピーダンスを維持する基準部と、
前記二次側回路に備えられ、前記二次側回路において前記検出部及び前記基準部の端子電圧を示す端子電圧信号がそれぞれ接続される二次側電極と、
前記一次側回路に備えられ、前記両回路の近接時にそれぞれ前記二次側電極と対向して当該二次側電極と共にキャパシタを形成する一次側電極と、
前記一次側回路に備えられ、前記キャパシタを介して受け取った前記端子電圧信号に基づいて前記複数の検出部の各検出部のインピーダンスと前記検出部の合成インピーダンスを基準とする前記基準部のインピーダンスとの比を求めることにより前記機械的変位量あるいは物理量を演算する演算部と、
を備える点にある。
In order to achieve the above object, the characteristic configuration of the non-contact detection system according to the present invention is as follows:
A separable primary side circuit and a secondary side circuit are provided, and when the two circuits are close to each other, the primary side circuit wirelessly feeds power to the secondary side circuit, and the detection unit provided in the secondary side circuit A non-contact detection system that wirelessly transmits a detection result to a primary circuit,
A transformer having a primary coil provided in the primary side circuit and a secondary coil provided in the secondary side circuit, wherein both the coils are magnetically coupled when the both circuits are close to each other, and
A detection unit provided in the secondary side circuit, the impedance of which changes due to a change in mechanical displacement or physical quantity,
The detector and connected in series or bridge connection, and the criteria unit to maintain a constant regardless of the impedance change of the mechanical displacement or a physical quantity in the secondary circuit,
A secondary side electrode provided in the secondary side circuit, to which a terminal voltage signal indicating a terminal voltage of the detection unit and the reference unit is connected in the secondary side circuit;
A primary side electrode that is provided in the primary side circuit and that forms a capacitor together with the secondary side electrode in opposition to the secondary side electrode when the two circuits are close to each other;
An impedance of the detection unit is provided based on the terminal voltage signal received through the capacitor and the impedance of the reference unit, and the mechanical displacement is determined based on the impedance of the detection unit. A computing unit for computing quantities or physical quantities;
It is in the point provided with. Or
A separable primary side circuit and a secondary side circuit are provided, and when the two circuits are close to each other, the primary side circuit wirelessly feeds power to the secondary side circuit, and the detection unit provided in the secondary side circuit A non-contact detection system that wirelessly transmits a detection result to a primary circuit,
A transformer having a primary coil provided in the primary side circuit and a secondary coil provided in the secondary side circuit, wherein both the coils are magnetically coupled when the both circuits are close to each other, and
A detection unit provided in the secondary side circuit, the impedance of which changes due to a change in mechanical displacement or physical quantity,
The secondary circuit includes a plurality of the detection units whose impedances are complementarily changed by a change in the mechanical displacement amount or physical quantity, and a combined impedance of the plurality of detection units is a change in the mechanical displacement amount or physical quantity. A reference section that maintains a constant impedance regardless of
A secondary side electrode provided in the secondary side circuit, to which a terminal voltage signal indicating a terminal voltage of the detection unit and the reference unit is connected in the secondary side circuit;
A primary side electrode that is provided in the primary side circuit and that forms a capacitor together with the secondary side electrode in opposition to the secondary side electrode when the two circuits are close to each other;
Provided in the primary side circuit, based on the terminal voltage signal received via the capacitor, the impedance of the reference unit based on the impedance of each detection unit of the plurality of detection units and the combined impedance of the detection unit, A calculation unit for calculating the mechanical displacement amount or the physical quantity by obtaining the ratio of:
It is in the point provided with.
本特徴構成によれば、一次側回路と二次側回路とが分離可能であり、検出部は二次側回路に備えられ、検出部による検出結果である物理量は一次側回路で演算される。二次側回路は、検出部及び基準部が直列又はブリッジ接続されただけの小規模な回路で構成される。又は、二次側回路は、複数の検出部及び当該複数の検出部から構成され、その合成インピーダンスが一定である基準部からなる小規模な回路で構成される。二次側回路には、機械的変位量あるいは物理量を演算するための回路や、ワイヤレス伝送を制御する制御回路などの一般的に規模が大きくなる回路は含まれない。二次側回路から一次側回路には、キャパシタを介して検出部及び前記基準部の端子電圧を示す端子電圧信号が静的にワイヤレス伝送される。従って、本特徴構成によれば、一次側から二次側へ非接触給電すると共に、二次側の回路構成を小規模に留め、二次側で得られた情報を一次側へワイヤレス伝送することが可能な非接触検出システムを提供することができる。 According to this characteristic configuration, the primary side circuit and the secondary side circuit can be separated, the detection unit is provided in the secondary side circuit, and the physical quantity that is the detection result by the detection unit is calculated by the primary side circuit. The secondary side circuit is configured by a small-scale circuit in which the detection unit and the reference unit are simply connected in series or bridged. Alternatively, the secondary side circuit includes a plurality of detection units and a plurality of detection units, and includes a small-scale circuit including a reference unit whose combined impedance is constant. The secondary side circuit does not include a circuit that generally increases in scale, such as a circuit for calculating a mechanical displacement amount or a physical amount, or a control circuit for controlling wireless transmission. A terminal voltage signal indicating terminal voltages of the detection unit and the reference unit is statically wirelessly transmitted from the secondary side circuit to the primary side circuit via the capacitor. Therefore, according to the present feature configuration, non-contact power feeding is performed from the primary side to the secondary side, the secondary side circuit configuration is kept small, and the information obtained on the secondary side is wirelessly transmitted to the primary side. It is possible to provide a non-contact detection system capable of
また、検出部を有する二次側回路は、回路規模が小さく、内部に電源も必要ではないことから安価に構成することができる。従って、機械的変位量あるいは物理量の検出が必要な多くの場所に二次側回路を設置したとしても、総設置費用を抑制することができる。一次側回路は、二次側回路よりも構成が複雑であり、電源も必要であるので、二次側回路に比べて高価である。しかし、多くの場所に設置された二次側回路に対して、1つの一次側回路を順次近接させていけば、各二次側回路によって検出された機械的変位量あるいは物理量を順次得ることができる。従って、総費用を抑制した上で、多くの情報を取得することが可能な非接触検出システムを実現することができる。 In addition, the secondary circuit having the detection unit can be configured at low cost because it has a small circuit scale and does not require an internal power supply. Therefore, even if the secondary circuit is installed in many places where it is necessary to detect the mechanical displacement amount or the physical quantity, the total installation cost can be suppressed. The primary side circuit is more complex than the secondary side circuit and requires a power source, and is therefore more expensive than the secondary side circuit. However, if one primary side circuit is sequentially brought close to the secondary side circuit installed in many places, the mechanical displacement amount or physical quantity detected by each secondary side circuit can be obtained sequentially. it can. Therefore, it is possible to realize a non-contact detection system capable of acquiring a lot of information while suppressing the total cost.
また、本発明に係る非接触検出システムのさらなる特徴構成は、前記演算部が、差動演算部を有し、前記端子電圧信号に基づいて前記検出部及び前記基準部の端子間電圧を演算し、当該端子間電圧に基づいて前記検出部及び前記基準部のインピーダンスの比を求める点にある。 Further, according to a further characteristic configuration of the non-contact detection system according to the present invention, the calculation unit has a differential calculation unit, and calculates a voltage between the terminals of the detection unit and the reference unit based on the terminal voltage signal. The ratio of the impedance of the detection unit and the reference unit is obtained based on the voltage between the terminals.
検出部及び基準部は、直列接続又はブリッジ接続される。直列接続やブリッジ接続は、回路に流れる電流の大きさや比率を把握することが容易な回路構成である。本特徴構成によれば、端子電圧信号に基づいて各検出部及び各基準部の端子間電圧が演算される。上述したように電流の把握が容易なことから、この端子間電圧に基づきオームの法則を利用して、検出部と基準部とのインピーダンスの比を良好に求めることができる。 The detection unit and the reference unit are connected in series or bridge. The series connection and the bridge connection are circuit configurations in which it is easy to grasp the magnitude and ratio of the current flowing through the circuit. According to this characteristic configuration, the voltage between the terminals of each detection unit and each reference unit is calculated based on the terminal voltage signal. Since the current can be easily grasped as described above, the impedance ratio between the detection unit and the reference unit can be favorably obtained using Ohm's law based on the voltage between the terminals.
また、本発明に係る非接触検出システムのさらなる特徴構成は、前記一次側回路と前記二次側回路との近接時に前記キャパシタを構成する前記一次側電極及び前記二次側電極の実効電極面積が等価であり、各キャパシタを構成する前記一次側電極と前記二次側電極との電極間距離がそれぞれ等比の関係である点にある。 Further, the non-contact detection system according to the present invention is further characterized in that an effective electrode area of the primary side electrode and the secondary side electrode constituting the capacitor when the primary side circuit and the secondary side circuit are close to each other is The distance between the primary side electrode and the secondary side electrode constituting each capacitor is in an equal ratio.
各キャパシタの実効電極面積が等価である場合、キャパシタの容量は一次側電極と二次側電極との電極間距離に反比例する。つまり、各キャパシタの電極間距離を一定に保つことによって、キャパシタの容量の比を一定に保つことができる。電極間距離は、システムの構造、即ち一次側回路と二次側回路との近接時の構造より既知であるから、各キャパシタの比例係数も既知となる。キャパシタの比例係数は各キャパシタを介して伝送される各端子電圧信号の比例係数となる。従って、キャパシタの比例係数が一定であれば、二次側回路における端子電圧信号の電圧値を演算部において正確に再現させることができる。 When the effective electrode area of each capacitor is equivalent, the capacitance of the capacitor is inversely proportional to the interelectrode distance between the primary electrode and the secondary electrode. In other words, the capacitance ratio of the capacitors can be kept constant by keeping the distance between the electrodes of each capacitor constant. Since the distance between the electrodes is known from the structure of the system, that is, the structure when the primary side circuit and the secondary side circuit are close to each other, the proportionality coefficient of each capacitor is also known. The proportional coefficient of the capacitor is a proportional coefficient of each terminal voltage signal transmitted through each capacitor. Therefore, if the proportionality factor of the capacitor is constant, the voltage value of the terminal voltage signal in the secondary circuit can be accurately reproduced in the calculation unit.
また、本発明に係る非接触検出システムは、上記のように前記キャパシタの各電極の実効電極面積が等価であり、各キャパシタにおける前記電極間距離がそれぞれ等比の関係である場合、それぞれ等比の関係である前記電極間距離が、等比係数1の等距離であることを特徴とする。 Further, in the non-contact detection system according to the present invention, as described above, when the effective electrode area of each electrode of the capacitor is equivalent, and the distance between the electrodes in each capacitor is in an equal relationship, The distance between the electrodes, which is the relationship of
電極間距離が等しければ、システム中の全てのキャパシタの容量が等価となる。キャパシタを介して伝達される端子電圧信号は同じ変化率(増幅率や減衰率)で伝送されることになる。従って、二次側回路における端子電圧信号の電圧値を、演算部においてさらに正確に再現させることができる。 If the distance between the electrodes is equal, the capacitances of all capacitors in the system are equivalent. The terminal voltage signal transmitted through the capacitor is transmitted at the same rate of change (amplification rate or attenuation rate). Therefore, the voltage value of the terminal voltage signal in the secondary circuit can be more accurately reproduced in the calculation unit.
また、本発明に係る非接触検出システムの特徴構成は、さらに、前記検出部が、感熱抵抗を含んで構成される点にある。 The characteristic configuration of the non-contact detection system according to the present invention is that the detection unit is configured to include a thermal resistance.
感熱抵抗、例えばサーミスタは、物理量としての温度によって受動素子としての回路定数である抵抗値、即ちインピーダンスが変化する。従って、温度を検出する検出部として利用することができる。例えば、機器の内側に二次側回路を、二次コイル及び二次側電極を外装側に向けて設置し、一次側回路を当該機器の外装の外側から近接させることによって、当該機器の内側の温度を当該機器の外部から検出することが可能となる。つまり、検出部が感熱抵抗を含んで構成されることにより、本発明の好適な実施形態を得ることが可能となる。 A thermal resistance, for example, a thermistor, changes its resistance value, ie, impedance, which is a circuit constant as a passive element, depending on the temperature as a physical quantity. Therefore, it can be used as a detection unit for detecting temperature. For example, by installing the secondary circuit inside the device, the secondary coil and the secondary electrode facing the exterior side, and bringing the primary circuit close from the outside of the device exterior, the inside of the device The temperature can be detected from the outside of the device. That is, it is possible to obtain a preferred embodiment of the present invention by configuring the detection unit including a thermal resistor.
また、本発明に係る非接触検出システムの他の特徴構成は、前記検出部が、ポテンショメータ、可変抵抗、バリアブルコンデンサ、可変インダクタンスの何れかを含んで構成される点にある。 Another feature of the non-contact detection system according to the present invention is that the detection unit includes any one of a potentiometer, a variable resistor, a variable capacitor, and a variable inductance.
ポテンショメータ、可変抵抗、バリアブルコンデンサ、可変インダクタンスは、機械的変位量あるいは物理量によって抵抗値や容量、インダクタンスなど、主に受動素子としての回路定数が変化し、インピーダンスが変化する。従って、本発明の検出部として好適である。検出部がこれら何れかを含んで構成されることにより本発明の好適な実施形態を得ることが可能となる。 Potentiometers, variable resistors, variable capacitors, and variable inductances vary mainly in circuit constants as passive elements, such as resistance values, capacitances, and inductances, depending on the amount of mechanical displacement or physical quantity, and the impedance changes. Therefore, it is suitable as the detection unit of the present invention. It becomes possible to obtain a preferred embodiment of the present invention by configuring the detection unit to include any of these.
〔第1実施形態〕
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の第1実施形態の非接触検出システムの構成例を模式的に示す回路ブロック図である。一次側回路1と二次側回路2とは、それぞれ異なる不図示の筐体に格納されており、分離及び近接可能に構成されている。一次側回路1及び二次側回路2の筐体は、例えば、互いに嵌合する嵌合部や、磁力により外装同士が吸着する吸着部を備えている。回路自体は、両筐体の内部に格納されているため、両筐体が嵌合した状態や吸着した状態において、一次側回路1と二次側回路2とは相対的に位置決めされて近接状態となる。また、両筐体が嵌合状態や吸着状態を解消した場合には、一次側回路1と二次側回路2とは分離状態となる。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit block diagram schematically showing a configuration example of a non-contact detection system according to a first embodiment of the present invention. The
一次側回路1は一次コイル31を備えており、二次側回路2は二次コイル32を備えている。一次側回路1と二次側回路2とが相対的に位置決めされて近接状態にあるとき、一次コイル31と二次コイル32とは磁気的に結合してトランス3を構成する。従って、一次側回路1と二次側回路2とが近接状態にあるとき、一次側回路1から二次側回路2へワイヤレス給電することが可能である。一次側回路1は交流電源10を備えており、交流電源10は一次コイル31に接続されて一次コイルに電力を供給する。一次コイル31の励磁電流を低減するため、交流電源10は、50〜60Hzの商用周波数よりも高周波数の数k〜100kHzの電力を一次コイル31に供給する。トランス3は、一次コイル31に印加された電圧に応じた電圧を二次コイル32に発生させる。尚、トランス3は、磁性体による分割コアを有して構成されると好適である。この構成によるトランス3は、一次コイル31と二次コイル32とが分離可能であり、且つ一次コイル31の励磁電流を低減させることができる。二次コイル32の出力には、必要に応じて負荷20が接続される。
The
二次側回路2には、位置や角度などの機械的変位量や、温度などの物理量を検出する検出部5が備えられている。検出部5は、機械的変位量あるいは物理量の変化によりインピーダンスが変化する素子である。例えば、検出部5は、温度の変化によって抵抗が変化するサーミスタや、角度の変化により抵抗が変化するポテンショメータなどにより構成される。本実施形態では、このような可変インピーダンス素子51により検出部5が構成される例を示している。そして、検出部5による検出結果は、一次側回路1にワイヤレス伝送される。つまり、本実施形態の非接触検出システムは、分離可能な一次側回路1と二次側回路2との近接時に一次側回路1から二次側回路2にワイヤレス給電すると共に、二次側回路2に備えられた検出部5による検出結果を一次側回路1にワイヤレス伝送するシステムである。
The
また、二次側回路2には、検出部5と直列接続され、機械的変位量あるいは物理量の変化に拘らず一定のインピーダンスを維持する基準部6が備えられている。基準部6は、抵抗器など、固定抵抗値を有する抵抗器などによって構成される。特に、検出対象の物理量が温度であるような場合には、温度変化による抵抗値の変化が少ない抵抗器、即ち温度特性のよい抵抗器を用いると好適である。本実施形態では、2つの基準部6が固定抵抗器のような固定インピーダンス素子61、62で構成される例を示している。
The
本実施形態では、図1に示すように二次コイル32の出力に、1つの可変インピーダンス素子51と2つの固定インピーダンス素子61、62とからなる直列回路が接続されている。具体的には、二次コイル32の出力の一端に可変インピーダンス素子51の一端が接続され、可変インピーダンス素子51の他端は第1の固定インピーダンス素子61の一端に接続される。第1の固定インピーダンス素子61の他端は第2の固定インピーダンス素子62の一端に接続される。第2の固定インピーダンス素子62の他端は、二次コイル32の他端に接続される。本実施形態では、二次コイル32の出力に直接、検出部5及び基準部6からなる回路が接続されている例を示しているが、直流への整流回路などを介して接続される形態であってもよい。追って示す第2実施形態以降においても同様である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a series circuit including one
尚、可変インピーダンス素子51はZ0(Ω)、第1の固定インピーダンス素子61はZ1(Ω)、第2の固定インピーダンス素子62はZ2(Ω)のインピーダンスを有するものとする。また、可変インピーダンス素子51のインピーダンスZ0は、機械的変位量あるいは物理量に応じて変化する値である。
It is assumed that the
また、二次側回路2には、二次側回路2において検出部5及び基準部6の端子電圧を示す端子電圧信号がそれぞれ接続される二次側電極42が備えられている。各二次側電極42は、一次側回路1に備えられて、一次側回路1と二次側回路2との近接時に各二次側電極42と対向する各一次側電極41と共にキャパシタ4を形成する。つまり、近接する一次側回路1と二次側回路2との間にキャパシタ4が形成される。これらのキャパシタ4を介して、端子電圧信号が二次側回路2から一次側回路1へとワイヤレス伝送される。
Further, the
図1に示すように、本実施形態では、可変インピーダンス素子51の両端の電圧と、固定インピーダンス素子61の両端の電圧とが、それぞれ二次側電極42に入力される。可変インピーダンス素子51と固定インピーダンス素子61とは一方の端子で接続されている。従って、本実施形態では、両素子51、61の他方の端子の2ケ所の電圧と、両素子51、61が接続される一方の端子の1ケ所の電圧との3ケ所の電圧が3つの二次側電極42a、42b、42cに入力される。
As shown in FIG. 1, in this embodiment, the voltage at both ends of the
上述したように、一次側回路1と二次側回路2との近接時にはキャパシタ4が形成される。一次側回路1には、二次側電極42a、42b、43cのそれぞれに対向して一次側電極41a、41b、41cが備えられる。つまり、一次側回路1と二次側回路2との近接時には、各一次側電極41a、41b、41cと、各二次側電極42a、42b、42cにより形成されるキャパシタ4a、4b、4cの3つのキャパシタが形成される。上述した3つの電圧は、端子電圧信号としてキャパシタ4(4a、4b、4c)を介して一次側回路1にワイヤレス伝送される。キャパシタ4のインピーダンスは、検出部5及び基準部6を構成する素子51及び61に比べて充分大きく、キャパシタ4を流れる電流は、素子51及び61を流れる電流に比べて充分に少ない。従って、検出部5及び基準部6から構成される直列回路を流れる電流は、キャパシタ4に影響されることなく、検出部5及び基準部6のインピーダンスに応じた端子電圧信号がキャパシタ4に入力される。
As described above, the
キャパシタ4を介して受け取った端子電圧信号は、一次側回路1に備えられた演算部7に入力される。演算部7は、端子電圧信号に基づいて検出部5及び基準部6のインピーダンスの比を求めることにより検出部5が検出した物理量を演算する機能部である。本実施形態において、演算部7は、バッファ増幅器11と、差動増幅器12(差動演算部)と、マイクロプロセッサ(MPU)13とを備えて構成される。
The terminal voltage signal received via the
尚、一次側回路1と二次側回路2との近接時にキャパシタ4が形成される際の各一次側電極41と各二次側電極42との電極間距離は、それぞれ等距離であると好適である。ここで、キャパシタ4の一次側電極41と二次側電極42とがほぼ平行に対向している場合の各キャパシタ4a、4b、4cの容量Ca、Cb、Ccを考える。各キャパシタ4a、4b、4cの実効電極面積をそれぞれSa、Sb、Scとし、各一次側電極41a、41b、41cと各二次側電極42a、42b、42cとの電極間距離をそれぞれLa、Lb、Lcとする。各キャパシタ4a、4b、4cの容量Ca、Cb、Ccは、下記式(1)〜(3)で示される。
In addition, when the
Ca ∝ Sa/La ・・・(1)
Cb ∝ Sb/Lb ・・・(2)
Cc ∝ Sc/Lc ・・・(3)
Ca ∝ Sa / La (1)
Cb ∝ Sb / Lb (2)
Cc ∝ Sc / Lc (3)
各キャパシタ4の実効電極面積がほぼ等しければ、各キャパシタ4の電極間距離の比La:Lb:Lcを一定に保つことによって、各キャパシタ4の容量の比Ca:Cb:Ccを一定にすることができる。当然ながら、各キャパシタ4の電極間距離La、Lb、Lcがほぼ等しければ、各キャパシタ4の容量Ca、Cb、Ccはほぼ等しくなる。キャパシタ4の容量Ca、Cb、Ccはほぼ等しければ、それぞれの端子電圧信号の伝送による変化率(減衰率など)が一定となる。従って、演算部7の演算精度を高い状態に維持することができて好適である。但し、構造上、全ての電極間距離を一定にすることができない場合は、電極間距離の比を一定とすると好適である。演算部7に入力された端子電圧信号は当該比率に応じて演算部7で補正可能であるが、補正の際の演算部7による演算負荷を抑制することができる。
If the effective electrode area of each
キャパシタ4を介して演算部7に入力される端子電圧信号は、出力インピーダンスが高い信号である。従って、演算部7の入力インピーダンスが低インピーダンスの場合には、端子電圧信号が大きく減衰する。そこで、演算部7には各キャパシタ4a、4b、4cを経由して入力される端子電圧信号を受けるバッファ増幅器11(11a、11b、11c)が備えられる。バッファ増幅器11は、入力インピーダンスが非常に高いので、演算部7の入り口で信号を減衰させることなく端子電圧信号を受け取ることができる。また、バッファ増幅器11は、出力電流を多く流すことができ、端子電圧信号を低インピーダンスの信号に変換する。従って、演算部7の後段の回路の入力インピーダンスが低い場合であっても、充分に回路を動作させることができるように端子電圧信号の電力を高めることができる。このように、バッファ増幅器11はインピーダンス変換部として機能する。
The terminal voltage signal input to the
本実施形態においては、バッファ増幅器11はオペアンプにより構成されている。バッファ増幅器11(11a〜11c)のそれぞれの出力は、交流電源10の出力周波数帯域において、キャパシタ4に入力される端子電圧信号と、バッファ増幅器11の基準電圧Vrefとの電位差に比例する。その比例定数は、3つの信号のそれぞれにおいて位相を含めて互いにほぼ等しい。
In this embodiment, the
図2〜図4は、バッファ増幅器11の具体的な構成例を模式的に示す回路ブロック図である。図2は第1の構成例を示す回路ブロック図である。図2におけるオペアンプ11Aの帰還抵抗R1及び帰還容量C1の抵抗値及び容量値は、交流電源10の出力周波数fに対して下記式(4)が成立するように設定される。
2 to 4 are circuit block diagrams schematically showing a specific configuration example of the
f >> 1/(2πR1C1) ・・・(4) f >> 1 / (2πR1C1) (4)
ここで、キャパシタ4の容量をCinとし、キャパシタ4の二次側電極42の端子電圧をVinとすると、図2に示すバッファ増幅器11の出力Voutは、式(4)の右辺よりも充分に高い周波数帯域において下記式(5)で示すものとなる。
Here, when the capacitance of the
Vout = −{(Vin −Vref) × Cin/C1} +Vref ・・・(5) Vout = − {(Vin −Vref) × Cin / C1} + Vref (5)
図3は第2の構成例を示す回路ブロック図である。図3に示すバッファ増幅器11の出力Voutは、交流電源10の出力周波数fの関数となり、下記式(6)で示される。
FIG. 3 is a circuit block diagram showing a second configuration example. The output Vout of the
Vout = −{(Vin −Vref) × 2πf×Cin × R2} +Vref ・・・(6) Vout = − {(Vin −Vref) × 2πf × Cin × R2} + Vref (6)
図4は第3の構成例を示す回路ブロック図である。図4における抵抗R5の抵抗値は、交流電源10の出力周波数f及びキャパシタ4の容量Cinに対して下記式(7)が成立するように設定される。
FIG. 4 is a circuit block diagram showing a third configuration example. The resistance value of the resistor R5 in FIG. 4 is set so that the following expression (7) is established with respect to the output frequency f of the
f >> 1/(2πR5×Cin) ・・・(7) f >> 1 / (2πR5 × Cin) (7)
ここで、キャパシタ4の容量をCinとし、キャパシタ4の二次側電極42の端子電圧をVinとすると、図4に示すバッファ増幅器11の出力Voutは、式(7)の右辺よりも充分に高い周波数帯域において下記式(8)で示すものとなる。
Here, when the capacitance of the
Vout = {(Vin −Vref) × (R3+R4) /R4} +Vref ・・・(8) Vout = {(Vin – Vref) × (R3 + R4) / R4} + Vref (8)
3つのバッファ増幅器11(11a、11b、11c)の出力は、2つの差動増幅器12(12a、12b)に入力される。バッファ増幅器11bの出力は、可変インピーダンス素子51と固定インピーダンス素子61とに共通する端子電圧信号であるので、2つの差動増幅器12aと12bとの双方に入力される。バッファ増幅器11aと11cとの出力は、それぞれ、可変インピーダンス素子51と固定インピーダンス素子61とで異なる端子電圧信号である。従って、それぞれ差動増幅器12aと12bとに単独に入力される。これにより、2つの差動増幅器12a、12bは、それぞれ可変インピーダンス素子51の端子間電圧と、固定インピーダンス素子61の端子間電圧とを演算する。尚、2つの差動増幅器12aと12bとの増幅率は、位相を含めてほぼ等しい。
The outputs of the three buffer amplifiers 11 (11a, 11b, 11c) are input to the two differential amplifiers 12 (12a, 12b). Since the output of the
差動増幅器12bの出力V1と差動増幅器12aの出力V0との比(=V1/V0)は、固定インピーダンス素子61に印加される電圧と可変インピーダンス素子51とに印加される電圧との比にほぼ等しい。固定インピーダンス素子61と可変インピーダンス素子51とは直列接続されており、ほぼ同じ電流が流れている。従って、固定インピーダンス素子61と可変インピーダンス素子51とのインピーダンス比は、差動増幅器12の出力V1とV0との比とほぼ等しい。従って、下記式(9)により、可変インピーダンス素子51のインピーダンスZ0(抵抗値)が求められる。
The ratio (= V1 / V0) between the output V1 of the
Z0 = Z1 × (V0/V1) ・・・(9) Z0 = Z1 x (V0 / V1) (9)
ここで、素子51や61が抵抗だけでなくコンデンサやコイルを含む素子であった場合は、インピーダンスZ0やZ1が複素インピーダンスとなる。差動増幅器12の出力V0とV1との位相差が測定され、Z1が複素インピーダンスとして既知であれば、上記と同様にZ0も複素インピーダンスとして求められる。上述したように、可変インピーダンス素子51のインピーダンスZ0は、物理量によって大きさが変化する。従って、インピーダンスZ0の大きさにより物理量を求めることができる。尚、式(9)から明らかなように、第2の固定インピーダンス素子62のインピーダンスZ2は、必ずしも既知である必要はなく、0Ωであってもよい。
Here, when the
このような差動増幅器12の出力の比や、インピーダンスZ0、物理量の演算は、MPU13において実行される。差動増幅器12の出力V0及びV1は、MPU13に入力される。MPU13は、不図示のA/Dコンバータを内蔵しており、入力された差動増幅器12の出力V0及びV1をデジタル演算に好適なデジタル値に変換する。また、MPU13は不図示の記憶部にインピーダンスが既知である固定インピーダンス素子61や62のインピーダンスZ1、Z2の値を記憶している。この記憶部は、書き換え可能且つ不揮発性のメモリで構成されると好適であり、例えばMPU13に内蔵のフラッシュメモリなどを利用することができる。MPU13は、デジタル値に変換された差動増幅器12の出力V0及びV1、固定インピーダンス素子61のインピーダンスZ1に基づいて、可変インピーダンス素子51のインピーダンスZ0を演算する。
The
また、記憶部は、可変インピーダンス素子51のインピーダンスZ0と、機械的変位量あるいは物理量との相対関係を示す対応テーブルや対応式を記憶している。MPU13は、これらの対応テーブルや対応式と、演算されたインピーダンスZ0とに基づいて、機械的変位量あるいは物理量を演算する。
In addition, the storage unit stores a correspondence table and a correspondence expression indicating a relative relationship between the impedance Z0 of the
尚、本実施形態では、差動演算部として差動増幅器12を用いる構成を例示したが、これに限定される必要はない。バッファ増幅器11の出力をMPU13に入力し、MPU13においてA/D変換した後にデジタル演算により端子間電圧を演算してもよい。この場合には、MPU13が差動演算部として機能する。
In the present embodiment, the configuration using the
尚、上述したバッファ増幅器11と差動増幅器12との間、又は差動増幅器12とMPU13との間に、交流電源10の出力の周波数帯域を通過させるフィルタ(不図示)を設けてもよい。
Note that a filter (not shown) that passes the frequency band of the output of the
以上説明したように、一次側回路1と二次側回路2とは、分離可能であり、検出部5は二次側回路2に備えられ、検出結果である機械的変位量あるいは物理量は一次側回路1で演算される。二次側回路2は、専ら検出部5及び基準部6に相当する素子による小規模な回路で構成され、機械的変位量あるいは物理量を演算する大規模な回路は含まない。従って、本実施形態によれば、一次側から二次側へ非接触給電すると共に、二次側の回路構成を小規模に留め、二次側で得られた情報を一次側へワイヤレス伝送することが可能な非接触検出システムを提供することができる。
As described above, the
検出部5を有する二次側回路2は、回路規模が小さく、内部に電源も必要ではないことから安価に構成することができる。従って、機械的変位量あるいは物理量を検出したい多数の箇所に二次側回路2を設置しても設置費用を抑制することができる。一次側回路1は、二次側回路2に比べて構成が複雑であり、電源も必要であるので、二次側回路2に比べて高価である。しかし、多数設置された二次側回路2に対して、1つの一次側回路1を順次近接させていけば、二次側回路2によって検出された機械的変位量あるいは物理量を順次得ることができる。従って、トータル費用を抑制した上で、多くの情報を取得することが可能な非接触検出システムを実現することができる。
Since the
一例として、機器の複数箇所に温度を検出可能な検出部5を備えた二次側回路2を設置する。二次側回路2は、当該機器の内側に、二次コイル32及び二次側電極42を外装側に向けて設置される。当該機器の外装の外側から、二次側回路2が設置された当該複数箇所に一次側回路1を近接させることによって、当該機器の内側の温度情報を当該機器の外部から得ることが可能となる。つまり、本発明の非接触検出システムを適用することにより、機器の温度上昇を調べる検査システムなどを構築することができる。
As an example, the
〔第2実施形態〕
図5は、第2実施形態の非接触検出システムの構成例を模式的に示す回路ブロック図である。演算部7の構成を除く回路構成は第1実施形態と同様であるので説明を省略する。第2実施形態の演算部7では、バッファ増幅器11の比例定数が、3つの端子電圧信号のそれぞれにおいて位相を含めて互いにほぼ等しくない場合を例示している。そして、比例定数の違いを調整するために、第2実施形態では、バッファ増幅器11と差動増幅器12との間にポテンショメータ14(14a、14b、14c)が設けられている。ポテンショメータ14は、二次側電極42に接続された端子電圧信号と基準電圧Vrefとの差と、差動増幅器12に入力される電圧と基準電圧Vrefとの差との比がそれぞれ等しくなるように調節する調整機構である。この調整機構を介することにより、MPU13は、第1実施形態と同様に、可変インピーダンス素子51のインピーダンスZ0を演算する。そして、MPU13は、インピーダンスZ0に基づいて、検出部5として機能する可変インピーダンス素子51により検出された機械的変位量あるいは物理量を演算する。尚、第1実施形態と同様に、第2の固定インピーダンス素子62のインピーダンスZ2は、必ずしも既知である必要はなく、0Ωであってもよい。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a circuit block diagram schematically illustrating a configuration example of the non-contact detection system according to the second embodiment. Since the circuit configuration excluding the configuration of the
〔第3実施形態〕
図6は、第3実施形態の非接触検出システムの構成例を模式的に示す回路ブロック図である。第3実施形態は、二次コイル32に接続される回路構成、即ち検出部5及び基準部6により構成される回路が異なる点で第1実施形態と相違する。また、これに伴い、演算部7のバッファ増幅器11と差動増幅器12との結線も一部相違する。その他の構成については、第1実施形態と同様である。
[Third Embodiment]
FIG. 6 is a circuit block diagram schematically illustrating a configuration example of the non-contact detection system according to the third embodiment. The third embodiment is different from the first embodiment in that the circuit configuration connected to the
本実施形態では、図6に示すように二次コイル32の出力に、1つの可変インピーダンス素子51と3つの固定インピーダンス素子61、62、63とからなるブリッジ回路が接続されている。具体的には、二次コイル32の出力の一端に可変インピーダンス素子51の一端が接続され、可変インピーダンス素子51の他端は第1の固定インピーダンス素子61の一端に接続される。第1の固定インピーダンス素子61の他端は二次コイル32の他端に接続される。可変インピーダンス素子51の一端が接続される二次コイル32の出力の一端には、さらに第2の固定インピーダンス素子62の一端が接続され、第2の固定インピーダンス素子62の他端は第3の固定インピーダンス素子63の一端に接続される。第3の固定インピーダンス素子63の他端は、第1の固定インピーダンス素子61の他端と共に二次コイル32の他端に接続される。尚、第1の固定インピーダンス素子61はZ1(Ω)、第2の固定インピーダンス素子62はZ3(Ω)、第3の固定インピーダンス素子63はZ4(Ω)のインピーダンスを有するものとする。また、可変インピーダンス素子51はZ0(Ω)のインピーダンスを有し、これは、機械的変位量あるいは物理量に応じて変化する値である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, a bridge circuit including one
第1実施形態と同様に、二次側回路2のブリッジ回路の端子電圧信号がキャパシタ4を介して演算部7に入力される。第3実施形態では、可変インピーダンス素子51の端子間電圧、第2の固定インピーダンス素子62の端子間電圧が演算可能な端子電圧信号が演算部7に入力される。差動増幅器12は、可変インピーダンス素子51の端子間電圧に相当する電圧V0と、第2の固定インピーダンス素子62の端子間電圧に相当する電圧V2とを演算する。これらの電圧V0、V2と、既知のインピーダンスZ1、Z3、Z4に基づいて、MPU13は、下記式(10)により可変インピーダンスZ0を求める。
As in the first embodiment, the terminal voltage signal of the bridge circuit of the
Z0 = (V0×Z3×Z1)/{(V2×Z3) + (V2×Z4) − (V0×Z3)} ・・・(10) Z0 = (V0 × Z3 × Z1) / {(V2 × Z3) + (V2 × Z4) − (V0 × Z3)} (10)
〔第4実施形態〕
図7は、第4実施形態の非接触検出システムの構成例を模式的に示す回路ブロック図である。第4実施形態は、第1実施形態の第1の固定インピーダンス素子61が第2の可変インピーダンス素子52となっている点で、第1実施形態と相違する。その他の構成については第1実施形態と同様である。可変インピーダンス素子51は、本実施形態においては第1の可変インピーダンス素子51と称する。第1の可変インピーダンス素子51と第2の可変インピーダンス素子52とは、本発明の検出部5として機能する。第1の可変インピーダンス素子51はZ01(Ω)のインピーダンスを有し、第2の可変インピーダンス素子52はZ02(Ω)のインピーダンスを有する。これらは、それぞれ機械的変位量あるいは物理量に応じて変化する値であるが、両インピーダンスZ01とZ02との和は一定の既知の値である。つまり、インピーダンスZ01とZ02とは、機械的変位量あるいは物理量に応じて相補的に値が変化する可変インピーダンスである。また、両インピーダンスZ01及びZ02は、その合成インピーダンスが機械的変位量あるいは物理量の変化に拘らず一定のインピーダンスを維持することから、本発明の基準部6を構成する。可変インピーダンスZ01とZ02との和をZ5とすれば、可変インピーダンスZ01は、下記式(11)で求められる。
[Fourth Embodiment]
FIG. 7 is a circuit block diagram schematically showing a configuration example of the non-contact detection system of the fourth embodiment. The fourth embodiment is different from the first embodiment in that the first
Z01 = V0 × Z5 / (V1+V0) ・・・(11) Z01 = V0 × Z5 / (V1 + V0) (11)
尚、式(11)から明らかであるが、第1実施形態と同様に、第2の固定インピーダンス素子62のインピーダンスZ2は、必ずしも既知である必要はなく、0Ωであってもよい。尚、第4実施形態では、2つのインピーダンスZ01とZ02との直列回路の合成インピーダンスが一定であり、インピーダンスZ01とZ02とにより、基準部が構成される場合を例示した。しかし、この例に限らず、3つ以上の可変インピーダンスにより基準部が構成されるものであってもよい。
As is clear from equation (11), as in the first embodiment, the impedance Z2 of the second
〔第5実施形態〕
図8は、第5実施形態の非接触検出システムの構成例を模式的に示す回路ブロック図である。第5実施形態は、二次コイル32に接続される回路構成、即ち検出部5及び基準部6により構成される回路が異なる点で第1実施形態と相違する。また、これに伴い、キャパシタ4及び演算部7のバッファ増幅器11の構成数、バッファ増幅器11と差動増幅器12との結線も一部相違する。その他の構成については、第1実施形態と同様である。
[Fifth Embodiment]
FIG. 8 is a circuit block diagram schematically showing a configuration example of the non-contact detection system of the fifth embodiment. The fifth embodiment is different from the first embodiment in that the circuit configuration connected to the
本実施形態では、図6に示すように二次コイル32の出力に、2つの可変インピーダンス素子51及び52と、2つの固定インピーダンス素子61及び63とからなるブリッジ回路が接続されている。具体的には、二次コイル32の出力の一端に第1の可変インピーダンス素子51の一端が接続され、当該可変インピーダンス素子51の他端は第1の固定インピーダンス素子61の一端に接続される。第1の固定インピーダンス素子61の他端は、第2の固定インピーダンス素子62を介して二次コイル32の他端に接続される。可変インピーダンス素子51の一端が接続される二次コイル32の出力の一端には、さらに第3の固定インピーダンス素子63の一端が接続され、第3の固定インピーダンス素子63の他端は第2の可変インピーダンス素子52の一端に接続される。第2の可変インピーダンス素子52の他端は、第1の固定インピーダンス素子61の他端と共に第2の固定インピーダンス素子62を介して二次コイル32の他端に接続される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, a bridge circuit including two
ここで、第1の固定インピーダンス素子61はZ1(Ω)、第2の固定インピーダンス素子62はZ2(Ω)、第3の固定インピーダンス素子63はZ3(Ω)のインピーダンスを有するものとする。また、第1の可変インピーダンス素子51はZ01(Ω)のインピーダンスを有し、第2の可変インピーダンス素子52はZ02(Ω)のインピーダンスを有する。インピーダンスZ01とZ02とは、機械的変位量あるいは物理量に応じて変化する値である。尚、固定インピーダンスZ1と可変インピーダンスZ01との比と、固定インピーダンスZ3と可変インピーダンスZ02との比とは、等しいものとする。尚、第1実施形態と同様に、第2の固定インピーダンス素子62のインピーダンスZ2は、必ずしも既知である必要はなく、0Ωであってもよい。
Here, it is assumed that the first
本実施形態においては、一次側回路1と二次側回路2との間に4つのキャパシタ4(4a、4b、4c、4d)が形成される。図8に示すように、二次側回路2においては、固定インピーダンス素子61及び62、可変インピーダンス素子51及び52の4つの素子を四角形の各辺に備えてブリッジ回路構成されている。キャパシタ4の各二次側電極42には、このブリッジ回路における素子と素子との間、即ち当該四角形の各頂点4ケ所の電圧が端子電圧信号として入力される。4つの端子電圧信号は、キャパシタ4を介して一次側回路1の演算部7にワイヤレス伝送され、演算部7のバッファ増幅器11(11a、11b、11c、11d)に入力される。
In the present embodiment, four capacitors 4 (4a, 4b, 4c, 4d) are formed between the
バッファ増幅器11の比例定数は、バッファ増幅器11a及び11dの系統と、バッファ増幅器11b及び11cの系統との組合せにおいて各系統内でほぼ等しくなるように設定されている。また、バッファ増幅器11は、全てのバッファ増幅器11の系統において位相ずれがほぼ等しくなるように設定されている。バッファ増幅器11a及び11dの出力、及びバッファ増幅器11b及び11cの出力は、それぞれ差動増幅器12a及び12bに入力される。
The proportionality constant of the
ここで、キャパシタ4の二次側電極42aと42dとの電位差と、これら二次側電極42a及び42dの電圧を一次側回路1において差動増幅した後の差動増幅器12aの出力V3との比をG0(=|G0| e(jθ0))とする。また、キャパシタ4の二次側電極42aと42dとの電位差と、これら二次側電極42b及び42cの電圧を一次側回路1において差動増幅した後の差動増幅器12bの出力V4との比をG2(=|G2| e(jθ2))とする。上述したように、固定インピーダンスZ1と可変インピーダンスZ01との比と、固定インピーダンスZ3と可変インピーダンスZ02との比とが等しい場合、可変インピーダンスZ01及びZ02は下記式(12)及び(13)により演算される。
Here, the ratio between the potential difference between the
Z01 = (V3G2−V4G0) / (V3G2+V4G0) ×Z1 ・・・(12)
Z02 = (V3G2−V4G0) / (V3G2+V4G0) ×Z3 ・・・(13)
Z01 = (V3G2−V4G0) / (V3G2 + V4G0) × Z1 (12)
Z02 = (V3G2−V4G0) / (V3G2 + V4G0) × Z3 (13)
〔第6実施形態〕
図9は、本発明の非接触検出システムの適用例を模式的に示すブロック図である。ここでは、第1実施形態に係る非接触検出システムを3相交流モータ(モータ)9の駆動システムに適用した場合の例を示す。本実施形態においては、交流電源10は3相交流電源装置15であり、トランス3は3相トランス3Aである。3相トランス3Aを介してモータ9に印加されるU、V、W相の3相交流によってモータ9が駆動される。モータ9の近傍には、モータ9のロータ位置や、モータ9により駆動される機構の変位を検出するセンサ8が備えられている。センサ8は、例えばポテンショメータや可変抵抗器、角度センサなどである。このセンサ8は、本発明の検出部5に相当し、上述した第1実施形態の可変インピーダンス素子51に相当する。
[Sixth Embodiment]
FIG. 9 is a block diagram schematically showing an application example of the non-contact detection system of the present invention. Here, an example in which the non-contact detection system according to the first embodiment is applied to a drive system of a three-phase AC motor (motor) 9 is shown. In the present embodiment, the
センサ8により検出された機械的変位量、即ち、ロータ位置や機構の変位は、上述したように演算部7において演算される。本実施形態において、演算部7は、モータ9や3相交流電源装置15を制御する制御部としても機能する。従って、演算部7は、演算された機械的変位量に基づいて、モータ9や3相交流電源装置15をフィードバック制御する。本実施形態では、モータ9のロータ位置や、モータ9により駆動される機構の変位を検出するセンサ8が備えられている場合を例示した。しかし、これに限らず、センサ8により、モータ9やモータ9により駆動される機構の温度を検出するように構成されていてもよい。この場合、センサ8はサーミスタ(感熱抵抗)などにより構成される。
The mechanical displacement amount detected by the
〔その他の実施形態〕
検出部5は、ポテンショメータやサーミスタの他、可変抵抗、バリアブルコンデンサ、可変インダクタンスの何れかを含んで構成されると好適である。つまり、検出部5は、主に受動素子としての回路定数が変化し、インピーダンスが変化する種々の素子を含んで構成することが可能である。従って、当業者であれば本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜改変が可能であることが容易に理解できるであろう。しかし、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変されたそのような別の実施形態も当然ながら本発明に含まれるものである。
[Other Embodiments]
The
以上、説明したように、本発明によって、一次側から二次側へ非接触給電すると共に、二次側の回路構成を小規模に留め、二次側で得られた情報を一次側へワイヤレス伝送することが可能な非接触検出システムを提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, non-contact power feeding is performed from the primary side to the secondary side, the circuit configuration on the secondary side is kept small, and the information obtained on the secondary side is wirelessly transmitted to the primary side. It is possible to provide a non-contact detection system that can be used.
1:一次側回路
2:二次側回路
3:トランス
31:一次コイル
32:二次コイル
4、4a、4b、4c、4d:キャパシタ
41、41a、41b、41c、41d:一次側電極
42、42a、42b、42c、42c:二次側電極
5、51、52:可変インピーダンス素子(検出部)
6、61、62、63:固定インピーダンス素子(基準部)
7:演算部
8:センサ(検出部)
9:3相交流モータ
10:交流電源
21、21A、21B:可変インピーダンス素子(検出部)
22、23:固定インピーダンス素子(基準部)
15:3相交流電源装置(交流電源)
1: Primary circuit 2: Secondary circuit 3: Transformer 31: Primary coil 32:
6, 61, 62, 63: Fixed impedance element (reference part)
7: Calculation unit 8: Sensor (detection unit)
9: three-phase AC motor 10: AC power supply 21, 21A, 21B: variable impedance element (detection unit)
22, 23: Fixed impedance element (reference part)
15: 3-phase AC power supply (AC power supply)
Claims (7)
前記一次側回路に備えられる一次コイルと前記二次側回路に備えられる二次コイルとを有し、前記両回路の近接時に当該両コイルが磁気結合してワイヤレス給電を行うトランスと、
前記二次側回路に備えられ、機械的変位量あるいは物理量の変化によりインピーダンスが変化する検出部と、
前記二次側回路において前記検出部と直列接続又はブリッジ接続され、前記機械的変位量あるいは物理量の変化に拘らず一定のインピーダンスを維持する基準部と、
前記二次側回路に備えられ、前記二次側回路において前記検出部及び前記基準部の端子電圧を示す端子電圧信号がそれぞれ接続される二次側電極と、
前記一次側回路に備えられ、前記両回路の近接時にそれぞれ前記二次側電極と対向して当該二次側電極と共にキャパシタを形成する一次側電極と、
前記一次側回路に備えられ、前記キャパシタを介して受け取った前記端子電圧信号と前記基準部のインピーダンスとに基づいて前記検出部のインピーダンスを求めると共に、前記検出部のインピーダンスに基づいて前記機械的変位量あるいは物理量を演算する演算部と、
を備える非接触検出システム。 A separable primary side circuit and a secondary side circuit are provided, and when the two circuits are close to each other, the primary side circuit wirelessly feeds power to the secondary side circuit, and the detection unit provided in the secondary side circuit A non-contact detection system that wirelessly transmits a detection result to a primary circuit,
A transformer having a primary coil provided in the primary side circuit and a secondary coil provided in the secondary side circuit, wherein both the coils are magnetically coupled when the both circuits are close to each other, and
A detection unit provided in the secondary side circuit, the impedance of which changes due to a change in mechanical displacement or physical quantity,
The detector and connected in series or bridge connection, and the criteria unit to maintain a constant regardless of the impedance change of the mechanical displacement or a physical quantity in the secondary circuit,
A secondary side electrode provided in the secondary side circuit, to which a terminal voltage signal indicating a terminal voltage of the detection unit and the reference unit is connected in the secondary side circuit;
A primary side electrode that is provided in the primary side circuit and that forms a capacitor together with the secondary side electrode in opposition to the secondary side electrode when the two circuits are close to each other;
An impedance of the detection unit is provided based on the terminal voltage signal received through the capacitor and the impedance of the reference unit, and the mechanical displacement is determined based on the impedance of the detection unit. A computing unit for computing quantities or physical quantities;
A non-contact detection system comprising:
前記一次側回路に備えられる一次コイルと前記二次側回路に備えられる二次コイルとを有し、前記両回路の近接時に当該両コイルが磁気結合してワイヤレス給電を行うトランスと、A transformer having a primary coil provided in the primary side circuit and a secondary coil provided in the secondary side circuit, wherein both the coils are magnetically coupled when the both circuits are close to each other, and
前記二次側回路に備えられ、機械的変位量あるいは物理量の変化によりインピーダンスが変化する検出部と、A detection unit provided in the secondary side circuit, the impedance of which changes due to a change in mechanical displacement or physical quantity,
前記二次側回路において前記機械的変位量あるいは物理量の変化により相補的にインピーダンスが変化する複数の前記検出部により構成され、当該複数の検出部の合成インピーダンスが前記機械的変位量あるいは物理量の変化に拘らず一定のインピーダンスを維持する基準部と、The secondary circuit includes a plurality of the detection units whose impedances are complementarily changed by a change in the mechanical displacement amount or physical quantity, and a combined impedance of the plurality of detection units is a change in the mechanical displacement amount or physical quantity. A reference section that maintains a constant impedance regardless of
前記二次側回路に備えられ、前記二次側回路において前記検出部及び前記基準部の端子電圧を示す端子電圧信号がそれぞれ接続される二次側電極と、A secondary side electrode provided in the secondary side circuit, to which a terminal voltage signal indicating a terminal voltage of the detection unit and the reference unit is connected in the secondary side circuit;
前記一次側回路に備えられ、前記両回路の近接時にそれぞれ前記二次側電極と対向して当該二次側電極と共にキャパシタを形成する一次側電極と、A primary side electrode that is provided in the primary side circuit and that forms a capacitor together with the secondary side electrode in opposition to the secondary side electrode when the two circuits are close to each other;
前記一次側回路に備えられ、前記キャパシタを介して受け取った前記端子電圧信号に基づいて前記複数の検出部の各検出部のインピーダンスと前記検出部の合成インピーダンスを基準とする前記基準部のインピーダンスとの比を求めることにより前記機械的変位量あるいは物理量を演算する演算部と、Provided in the primary side circuit, based on the terminal voltage signal received via the capacitor, the impedance of the reference unit based on the impedance of each detection unit of the plurality of detection units and the combined impedance of the detection unit, A calculation unit for calculating the mechanical displacement amount or the physical quantity by obtaining the ratio of:
を備える非接触検出システム。A non-contact detection system comprising:
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