JP5921750B1

JP5921750B1 - 非接触式センサ特定装置

Info

Publication number: JP5921750B1
Application number: JP2015192359A
Authority: JP
Inventors: 啓八木橋; 圭及部; 重保中川
Original assignee: 竹内工業株式會社
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2016-05-24
Anticipated expiration: 2035-09-30
Also published as: JP2017070081A

Abstract

【課題】スイッチ接点への配線処理の煩雑さを解消する。【解決手段】給電コイル３に対向離間させてこれと電磁的に結合した複数の受電コイル４Ａ〜４Ｃを位置させ、給電コイル３を給電回路５２に接続するとともに各受電コイル４Ａ〜４Ｃを、それぞれスイッチ接点６Ａ〜６Ｃを備えた受電出力回路７Ａ〜７Ｃに接続し、スイッチ接点６Ａ〜６Ｃの作動に応じて変化する給電回路５２の給電状態を検出して、作動しているスイッチ接点６Ａ〜６Ｃを特定する演算回路５３を備える。【選択図】図１

Description

本発明は非接触式センサ特定装置に関し、特に複数のセンサのうちいずれのセンサが作動しているかを非接触で特定できるセンサ特定装置に関するものである。

センサの一種としてのスイッチ接点を特定する装置としては例えば特許文献１に記載されたものが知られている。上記特定装置は、複数のスイッチ接点のそれぞれに並列に、等比数列的に抵抗値の異なる抵抗を接続し、スイッチ接点と抵抗の各対を直列にして電圧計測手段に接続した構成となっている。これにより、いずれかのスイッチ接点が作動（開成）すると、これに並列に接続された抵抗の抵抗値に応じて電圧計測手段で検出される電圧が低下し、この電圧低下量によっていずれのスイッチ接点が作動したのかを特定することができる。

特開２００３−２１７３７６

しかし、上記従来のスイッチ接点特定装置は、各スイッチ接点への配線が必要であり、これらスイッチ接点が移動体上に設けられている場合等にはスイッチ接点までの配線処理が煩雑になるという問題があった。

そこで本発明はこのような課題を解決するもので、センサとしてのスイッチ接点等への配線処理の煩雑さを解消した非接触式センサ特定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本第１発明では、給電コイル（３）に対向離間させてこれと電磁的に結合した複数の受電コイル（４Ａ〜４Ｃ）を位置させ、給電コイル（３）を給電回路（５２）に接続するとともに各受電コイル（４Ａ〜４Ｃ）を、それぞれセンサ（６Ａ〜６Ｃ）を備えた受電出力回路（７Ａ〜７Ｃ）に接続し、前記センサ（６Ａ〜６Ｃ）の作動に応じて変化する前記給電回路（５２）の給電状態を検出して、作動している前記センサ（６Ａ〜６Ｃ）を特定する特定手段（５３）を備える。

本第２発明では、前記センサ（６Ａ〜６Ｃ）は作動時に予め定めたインピーダンスを前記受電出力回路に付与するものであり、前記特定手段（５３）は、検出された前記給電回路（５２）への供給電流のレベルにより、作動している前記センサ（６Ａ〜６Ｃ）を特定する。

本第３発明では、前記各受電出力回路（７Ａ〜７Ｃ）に対し、前記各センサ（６Ａ〜６Ｃ）の作動時にそれぞれ予め定めた異なる周波数の出力信号を発する周波数信号発生回路（８Ａ〜８Ｃ）を設け、前記特定手段（５３）は、検出された前記給電回路（５２）への供給電流に現れる周波数により、作動している前記センサ（６Ａ〜６Ｃ）を特定する。

上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を参考的に示すものである。

以上のように、本発明によれば、電磁的に結合する給電コイルと受電コイルを離間対向させ、受電コイル側に設けられたセンサの作動に伴う給電回路の給電状態を検出することによって、作動しているセンサを特定できるから、従来のようなセンサへの配線処理の煩雑さが解消される。

本発明の第１実施形態における非接触式センサ特定装置のブロック回路図である。給電ユニットに設けた抵抗の両端電位差の変化を示す図である。本発明の第２実施形態における非接触式センサ特定装置のブロック回路図である。給電ユニットに設けた抵抗の両端電位差の変化を示す図である。

なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。

（第１実施形態）
図１において、非接触式センサ特定装置は給電ユニット１と複数の受電ユニット２Ａ〜２Ｃより構成されている。給電ユニット１は給電コイル３を備えており、各受電ユニット２Ａ〜２Ｃは受電コイル４を備えている。そして、給電コイル３と各受電コイル４Ａ〜４Ｃは電磁誘導による相互作用が可能な所定距離で対向させられている。なお、給電コイル３と受電コイル４Ａ〜４Ｃは同形状とした方が電磁結合上の効率は良いが、異形状としても良い。

給電ユニット１は、電源回路５１、給電回路５２および演算回路５３を備えており、給電回路５２への給電線５５の途中に電流／電圧変換用の抵抗５４が挿入されている。抵抗５４の両端の電圧は特定手段たる演算回路５３に入力している。給電回路５２には給電コイル３が接続されており、給電回路５２は所定周波数の駆動電流を給電コイル３に出力する。電源回路５１から給電線５５を経て給電回路５２へ供給される電流は、給電回路５２の出力電流の増大に応じて増加する。そして、抵抗５４の両端に現れる電圧は給電線５５を流れる電流に比例して変化する。演算回路５３はＣＰＵを内蔵しており、抵抗５４の両端に現れる電圧値から、後述するように、作動したスイッチ接点６Ａ〜６Ｃを特定する信号５３ａ〜５３ｃを出力する。

各受電ユニット２Ａ〜２Ｃは受電出力回路７Ａ〜７Ｃを備えており、受電出力回路７Ａ〜７Ｃは受電コイル４Ａ〜４Ｃが接続された受電回路７１と整流回路７２より構成されている。受電回路７１には、給電コイル３から効率的に受電できるように上記各受電コイル４Ａ〜４Ｃとで上記所定周波数に等しい周波数のＬＣ共振回路を形成するコンデンサが内設されている。受電回路７１の作動電力は受電コイル４Ａ〜４Ｃから供給されている。整流回路７２にはインピーダンス付与手段である抵抗６１Ａ〜６１Ｃを介して、センサたるスイッチ接点６Ａ〜６Ｃが接続されている。各受電ユニット２Ａ〜２Ｃ毎に抵抗６１Ａ〜６１Ｃの抵抗値は異ならせてあり、本実施形態では抵抗６１Ａの抵抗値を１として、抵抗６１Ｂ，６１Ｃの抵抗値はそれぞれ１／２、１／４となっている。

このような構成の非接触式センサ特定装置において、スイッチ接点６Ａが作動（閉成）すると抵抗６１Ａが整流回路７２に接続されて整流回路７２から抵抗６１Ａへ電流が供給される。この時の電流増加によって、受電出力回路７Ａの消費電流が増加し、この電流増加によって、互いに電磁結合した給電コイル３と受電コイル４Ａを介して給電ユニット１の給電回路５２の消費電流も増大する。これにより、給電線５５を流れる電流も増加し、抵抗５４の両端電位差が増大する。これを図２（１）のＸ領域に示す。

スイッチ接点６Ｂが作動した場合には抵抗６１Ｂが整流回路７２に接続されて整流回路７２から抵抗６１Ｂへ電流が供給されるが、抵抗６１Ｂの抵抗値は抵抗６１Ａのそれの１／２であるから、供給電流はその分増大する。したがって、受電出力回路７Ｂの消費電流も増加し、上述した過程で、給電ユニット１の給電回路５２の消費電流や、これに伴い、給電線５５を流れる電流も増加して、抵抗５４の両端電位差が上昇する。この時の両端電位差は、抵抗６１Ｂの抵抗値が半分になっているから、スイッチ接点６Ａが作動した場合に比してほぼ２倍になる。これを図２（２）のＹ領域に示す。

同様に、スイッチ接点６Ｃが作動した場合には抵抗６１Ｃの抵抗値は抵抗６１Ａのそれの１／４であるから、この時の抵抗５４の両端電位差は、スイッチ接点６Ａが作動した場合に比してほぼ４倍になる。これを図２（３）のＺ領域に示す。

さらに、スイッチ接点６Ａ，６Ｂが同時に作動した場合には、抵抗５４の両端電位差は、スイッチ接点６Ａのみが作動した場合に比してほぼ３倍に、スイッチ接点６Ａ，６Ｃが閉じた場合には、抵抗５４の両端電位差は、スイッチ接点６Ａのみが作動した場合に比してほぼ５倍に、スイッチ接点６Ｂ，６Ｃが作動した場合には、抵抗５４の両端電位差は、スイッチ接点６Ａのみが作動した場合に比してほぼ６倍に、全てのスイッチ接点６Ａ〜６Ｃが作動した場合には、抵抗５４の両端電位差は、スイッチ接点６Ａのみが作動した場合に比してほぼ７倍になる。

そこで、演算回路５３では、抵抗５４の両端電位差がいずれのレベルにあるかを検出して、これに応じて、作動しているスイッチ接点が６Ａであれば信号５３ａが、作動しているスイッチ接点が６Ｂであれば信号５３ｂが、作動しているスイッチ接点が６Ｃであれば信号５３ｃがそれぞれ出力される。ちなみに、作動しているスイッチ接点が６Ａ，６Ｂである場合には、信号５３ａ，５３ｂが共に出力される。

（第２実施形態）
図３において、非接触式センサ特定装置の給電ユニット１には、電源回路５１、給電回路５２、演算回路５３に加えて、バンドパスフィルタ回路５６が設けられている。電源回路５１と給電回路５２を結ぶ給電線５５に設けた抵抗５４の両端電位差はバンドパスフィルタ回路５６に入力している。バンドパスフィルタ回路５６は抵抗５４の両端電位差に現れる後述のパルス信号を、その周波数に応じて三種に区分して演算回路５３に出力する。演算回路５３では入力する三種の周波数信号に応じて、後述するように、作動したスイッチ接点６Ａ〜６Ｃを特定する信号５３ａ〜５３ｃを出力する。

各受電ユニット２Ａには、受電回路７１と整流回路７２より構成される受電出力回路７Ａ〜７Ｃとセンサたるスイッチ接点６Ａ〜６Ｃの間に、周波数信号発生回路たるスイッチング回路８Ａ〜８Ｃが設けられている。受電出力回路７Ａ〜７Ｃの整流回路７２とスイッチング回路８Ａ〜８Ｃの間には抵抗８１Ａ〜８１Ｃが接続され、スイッチング回路８Ａ〜８Ｃにそれぞれスイッチ接点６Ａ〜６Ｃが接続されている。

本実施形態では、各受電ユニット２Ａ〜２Ｃの抵抗８１Ａ〜８１Ｃの抵抗値は同一としてある。スイッチング回路８Ａ〜８Ｃはこれに接続されたスイッチ接点６Ａ〜６Ｃが作動（閉成）した際に、予め定められた周波数で間欠的に導通作動して抵抗８１Ａ〜８１Ｃを当該周波数の周期でそれぞれ整流回路７２に接続する。そして、各受電ユニット２Ａ〜２Ｃ毎にスイッチング回路８Ａ〜８Ｃの作動周波数は異ならせてある。他の構成は第１実施形態と同一である。

このような構成の非接触式センサ特定装置において、スイッチ接点６Ａが作動（閉成）すると、スイッチング回路８Ａは予め定められた周波数で導通作動して、抵抗８１Ａを当該周波数の周期で整流回路７２に接続する。これにより、整流回路７２から抵抗８１Ａへ電流が周期的に供給され、この時の周期的な電流変化によって、受電出力回路２Ａの消費電流が周期的に変化する。この周期的な電流変化によって、互いに電磁結合した給電コイル３と受電コイル４Ａを介して給電ユニット１の給電回路５２の消費電流も周期的に変化し、給電線５５を流れる電流も周期的に変化して、抵抗５４の両端電位差が上記所定の周波数で周期的に変化する。これを図４（１）のＸ領域に示す。

スイッチ接点６Ｂが作動すると、スイッチング回路８Ｂはスイッチング回路８Ａとは異なる周波数（本実施形態ではより高周波）で導通作動して、受電出力回路２Ｂの消費電流も異なる周波数で周期的に変化し、上述した過程で、給電ユニット１の給電回路５２の消費電流や、これに伴い、給電線５５を流れる電流も周期的に変化して、抵抗５４の両端電位差が異なる周波数で周期的に変化する。これを図４（２）のＹ領域に示す。

同様に、スイッチ接点６Ｃが作動した場合には抵抗５４の両端電位差はさらに異なる周波数（本実施形態ではより高周波）で周期的に変化する。これを図４（３）のＺ領域に示す。

そこで、バンドパスフィルタ回路５６では、抵抗５４の両端電位差に現れるパルス信号の周波数がいずれの領域であるかによって、それぞれ三種に区分して演算回路５３に出力する。演算回路５３では、いずれの周波数領域の電圧信号５６ａ〜５６ｃが入力しているかによって、作動したスイッチ接点６Ａ〜６Ｃを特定する信号５３ａ〜５３ｃを出力する。

すなわち、変化周期の最も長い電圧信号５６ａが入力している場合にはスイッチ接点６Ａが作動しているとして信号５３ａを出力し、変化周期がより短い電圧信号５６ｂ，５６ｃが入力している場合にはそれぞれスイッチ接点６Ｂ，６Ｃが作動しているとして，それぞれ信号５３ｂ，５３ｃを出力する。なお、複数のスイッチ接点６Ａ〜６Ｃが作動している場合には、抵抗５４の両端電位差には異なる変化周期のものが重畳して現れるから、これに応じてバンドパスフィルタ５６から複数の電圧信号５６ａ〜５６ｃが演算回路５３に入力し、演算回路からは複数の特定信号５３ａ〜５３ｃが出力される。

なお、上記各実施形態において、センサとしてはスイッチ接点に限られず、作動した際にそのインピーダンスが変化するものであれば良い。給電コイルと各受電コイルは前述したように電磁的に結合した状態で離間対向していれば良く、例えばこれらコイルを磁束が通過する筒体の周囲に巻回した構造が採用できる。あるいは、給電コイルを、給電回路にそれぞれ並列に接続される複数のコイル部で構成して、各コイル部にそれぞれ受電コイルを対向させる構造としても良い。さらには、上記複数のコイル部を隣接させて線状に配設し、各受電コイルを上記コイル部に沿って移動する移動体上に設ける構造としても良い。

１…給電ユニット、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…受電ユニット、３…給電コイル、４Ａ，４Ｂ，４Ｃ…受電コイル、５２…給電回路、５３…演算回路（特定手段）、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ…スイッチ接点（センサ）、７Ａ，７Ｂ，７Ｃ…受電出力回路、８Ａ，８Ｂ，８Ｃ…スイッチング回路（周波数信号発生回路）。

Claims

給電コイルに対向離間させてこれと電磁的に結合した複数の受電コイルを位置させ、給電コイルを給電回路に接続するとともに各受電コイルを、それぞれセンサを備えた受電出力回路に接続し、前記センサの作動に応じて変化する前記給電回路の給電状態を検出して、作動している前記センサを特定する特定手段を備えた非接触式センサ特定装置。
前記センサは作動時に予め定めたインピーダンスを前記受電出力回路に付与するものであり、前記特定手段は、検出された前記給電回路への供給電流のレベルにより、作動している前記センサを特定する請求項１に記載の非接触式センサ特定装置。
前記各受電出力回路に対し、前記各センサの作動時にそれぞれ予め定めた異なる周波数の出力信号を発する周波数信号発生回路を設け、前記特定手段は、検出された前記給電回路への供給電流に現れる周波数により、作動している前記センサを特定する請求項１に記載の非接触式センサ特定装置。