JPH0534151A - 傾斜角センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造が簡単で量産性に優れ、製造コストが安
価で、しかも傾斜角の大きさにかかわらず常に精度良
く、敏速に傾斜方向及び傾斜角が測定できる傾斜角セン
サを得る。 【構成】 凹曲面を有する容器１の中に磁性体球２が移
動自在の状態で封入されている。コイル３，４は容器１
の内側に直交関係を有し、かつ、軸方向が水平方向にな
るように設けられている。コイル５〜８は容器１の内側
に軸方向を鉛直方向に揃え、定常状態の磁性体球２の位
置から等距離の位置で、かつ、隣接コイル相互が等距離
離れて設けられている。容器１が傾斜すると磁性体球２
が容器１の凹曲面１ａに沿って移動し、磁性体球２とコ
イル３〜８の位置関係が変化する。その結果、コイル３
〜８の磁気抵抗が変化するので、この磁気抵抗の変化を
検出することにより、容器１の傾斜角が測定される。こ
れにより、この傾斜角センサを組み込んだ機械や車輌等
の傾きがわかる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種の機械や車輌等が
傾斜したときの傾斜角を測定するために使用する傾斜角
センサに関する。

【０００２】

【従来の技術と課題】従来、この種のセンサとして、サ
ーボ振子方式傾斜角センサが知られている。このセンサ
は、傾斜角に応じて変位する振子の変位量を差動変圧器
等の変位検出器により検出し、検出した信号をサーボ増
幅器により増幅して振子をサーボ機構によって元の位置
に戻し、この時に必要な電力量から傾斜角を測定するも
のである。このセンサは傾斜角の測定精度が高いという
長所を有するが、サーボ機構が複雑になり、センサ装置
が高価でかつ大型になると共に量産性に劣るという欠点
があった。また、このセンサは地球の重力加速度Ｇの分
力、即ち、Ｇｓｉｎθを測定することで傾斜角θを検出
しているが、傾斜角θが大きくなるにつれて測定結果か
ら得られる傾斜角と実際の傾斜角との誤差が三角関数の
性質上大きくなるという問題点があった。

【０００３】これとは別のセンサとして、磁性流体方式
傾斜角センサが知られている。このセンサはケース中に
封入した磁性流体が傾斜角と共に変形することを利用
し、その変形の程度をコイルにて磁気抵抗の変化として
とらえ、傾斜角を測定するものである。このセンサは構
造が簡単で安価に生産できるという長所を有するが、傾
斜角の測定精度が低いという欠点があった。また、この
センサは傾斜角が変わると磁性流体が流動して変形する
のであるが、磁性流体に粘性があるため傾斜角の変化に
対する測定の出力応答が遅いという問題点があった。

【０００４】さらに、従来の傾斜角センサは、ある一方
向の傾斜角しか検出できないため、機械や車輌等の傾斜
方向及び傾斜角を測定するためには２個以上の傾斜角セ
ンサを組み合わせて用いなければならず、その構成が複
雑になるという欠点があった。そこで、本発明の課題
は、構造が簡単で量産性に優れ、製造コストが安価で、
しかも傾斜角の大きさにかかわらず常に精度良く、敏速
に傾斜方向及び傾斜角が測定できる傾斜角センサを提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段と作用】以上の課題を解決
するため、本発明に係る傾斜角センサは、凹面を有する
容器の内部に、前記容器が傾斜するにつれて容器の内部
を凹面に沿って移動する磁性体球を収納し、前記容器の
傾斜に伴う前記磁性体球の移動により磁気抵抗が変化す
る複数個のコイルにより傾斜方向及び傾斜角を検出する
ことを特徴とする。

【０００６】以上の構成において、凹面を有する容器と
複数個のコイルが、各種の機器あるいは車輌等が傾くこ
とによって傾斜すると、容器に収納された磁性体球は重
力により常に容器の下部に留まるように容器内部を凹面
に沿って移動する。そのため、磁性体球とコイルの位置
関係が変化し、コイルの磁気抵抗が変化する。この磁気
抵抗の変化を測定することにより傾斜方向及び傾斜角が
測定される。従って、傾斜角の大きさにかかわらず誤差
の小さい正確な傾斜方向と傾斜角が敏速に測定される。

【０００７】また、傾斜方向及び傾斜角を測定するため
に、３個以上のコイルが軸方向を鉛直方向に揃えられ、
かつ、容器と一体的に傾斜可能に配置され、容器の傾斜
に伴う磁性体球の移動により磁気抵抗が変化するように
構成される。さらに、傾斜方向及び傾斜角を測定するた
めの別の構成として、３個以上のコイルが軸方向を水平
方向に揃えられ、かつ、容器と一体的に傾斜可能に配置
され、容器の傾斜に伴う磁性体球の移動により磁気抵抗
が変化するように構成されている。

【０００８】そして、傾斜方向及び傾斜角を測定するた
めのさらに別の構成として、軸方向を鉛直方向に揃えら
れた３個以上のコイルと軸方向を水平方向に揃えられた
２個以上のコイルとが、容器と一体的に傾斜可能に配置
され、容器の傾斜に伴う前記磁性体球の移動により磁気
抵抗が変化するように構成されてもよい。

【０００９】

【実施例】以下、本発明に係る傾斜角センサの実施例を
添付図面を参照して説明する。以下の各実施例におい
て、同一部品及び同一部分には同じ符号を付した。［第
１実施例、図１〜図４］図１及び図２に示すように、傾
斜角センサは内部に凹曲面１ａを有する容器１と磁性体
球２とコイル３，４，５，６，７，８とで構成されてい
る。容器１は樹脂製で、内径が４０ｍｍ、深さが３５ｍ
ｍの回転放物面で構成された凹曲面１ａを有するもので
ある。

【００１０】磁性体球２は初透磁率が４０００のＭｎ−
Ｚｎフェライト材からなり、直径５ｍｍを有するもので
ある。磁性体球２は容器１の中に移動自在の状態で収納
されている。さらに、容器１の中には磁性体球２と共
に、磁性体球２の動きを若干制動するために適当な粘度
の液体が注入されている。この制動流体は容器１内一杯
に注入されていてもよいし、あるいは半分程度注入され
ていてもよい。

【００１１】コイル３は容器１の内側に軸方向を水平方
向に、即ち、Ｘ方向に平行に配置されている。同様に、
コイル４は容器１の内側に軸方向を水平方向に、即ち、
Ｙ方向に平行に配置されている。従って、コイル３，４
は直交関係にある。さらに、コイル５〜８は容器１の内
側に軸方向を鉛直方向に揃えて定常状態の磁性体球２の
位置から等距離の位置で、かつ、隣接コイル相互が等距
離離れて配置されている。各コイル３〜８は樹脂製のア
ングル等（図示せず）によって容器１の内側に固定され
ている。コイル３，４とコイル５〜８はそれぞれ同種類
のものを使用するのが好ましい。コイル３，４，５，
６，７，８の終端部３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ，５ａ，５
ｂ，６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂは、後述の４
端子ブリッジ回路に接続される。

【００１２】以上の構成の傾斜角センサは、定常状態で
はコイル３，４の軸方向が水平方向に、かつ、コイル５
〜８の軸方向が鉛直方向になるように各種の機械や車輌
等に組み込まれる。このとき、傾斜角センサはいずれの
方向にも傾斜可能の状態で組み込まれる。機械や車輌等
が徐々に傾斜すると、これに合わせて容器１は、例えば
図３（ａ），（ｂ）に示すように、コイル３の軸方向に
徐々に傾斜する。容器１が傾斜すると、磁性体球２は重
力により常に容器１の下部に留まるように容器１の内部
を凹曲面１ａに沿って移動するので、磁性体球２とコイ
ル３〜８の位置関係が変化する。磁性体球２とコイル
３，４の位置関係が変化すると、コイル３の終端部３
ａ，３ｂ間及びコイル４の終端部４ａ，４ｂ間の磁気抵
抗が変化する。ここに、コイル３はＸ方向の容器１の傾
斜角を、また、コイル４はＹ方向の容器１の傾斜角を測
定する。

【００１３】コイル５〜８は容器１が傾斜したときに、
磁性体球２がいずれのコイルに近いかを検出して傾斜の
方向を測定するためのものである。すなわち、容器１が
傾斜すると、磁性体球２はコイル５〜８のうちいずれか
のコイルに近づくことになる。磁性体球２が近づいたコ
イルは磁気抵抗が増加するので、コイル５〜８のうち最
も磁気抵抗の増加したコイルを、それぞれコイルの終端
部５ａ，５ｂ間、６ａ，６ｂ間、７ａ，７ｂ間、８ａ，
８ｂ間の磁気抵抗の変化を比較することで判断し、その
磁気抵抗の最も増加したコイルの方向に容器１が傾斜し
ていることになる。

【００１４】各コイル３〜８の磁気抵抗の変化は、例え
ば、図４に示す４端子ブリッジ回路を構成することによ
って測定される。図４はコイル３のみの４端子ブリッジ
回路を示すものであるが、同様に、コイル４〜８に対し
てもそれぞれ４端子ブリッジ回路が構成される。図４に
示される４端子ブリッジ回路は、傾斜角センサとコイル
１０と抵抗器１１，１２と交流電源１３とで構成されて
いる。機械や車輌等が傾斜するにつれて、コイル３と磁
性体球２の位置関係が変化するため、ブリッジ回路の平
衡状態がくずれ、測定端子１４ａ，１４ｂ間に電位差が
生じる。この電位差を電圧計１５により測定する。この
ようにして、容器１が傾斜して内蔵した磁性体球２の位
置が変化する。コイル３〜８の磁気抵抗が変化し、これ
らの磁気抵抗の変化を測定することにより、機械や車輌
等の傾斜方向及び傾斜角を正確に得ることができる。

【００１５】［第２実施例、図５］図５に示すように、
第２実施例の傾斜角センサは容器１と磁性体球２とコイ
ル２０，２１，２２とで構成されている。コイル２０〜
２２は容器１の内側に軸方向を鉛直方向に揃えて定常状
態の磁性体球２の位置から等距離の位置で、かつ、隣接
コイル相互が等距離離れて配置されている。各コイル２
０〜２２は同種類のものを使用するのが好ましい。コイ
ル２０，２１，２２の終端部２０ａ，２０ｂ，２１ａ，
２１ｂ，２２ａ，２２ｂは、それぞれ例えば第１実施例
にて説明した４端子ブリッジ回路に接続される。

【００１６】以上の構成の傾斜角センサは、定常状態で
はコイル２０〜２２の軸方向が鉛直方向になるように各
種の機械や車輌等に組み込まれる。このとき、傾斜角セ
ンサはいずれの方向にも傾斜可能の状態で組み込まれ
る。機械や車輌等が徐々に傾斜すると、これに合わせて
容器１も徐々に傾斜する。容器１が傾斜すると、磁性体
球２は重力により常に容器１の下部に留まるように容器
１の内部を凹曲面１ａに沿って移動するので、磁性体球
２とコイル２０〜２２の位置関係が変化する。すなわ
ち、磁性体球２はコイル２０〜２２のうちいずれかのコ
イルに近づき、磁性体球２が近づいたコイルは磁気抵抗
が増加する。この磁気抵抗の変化を４端子ブリッジ回路
によって測定することにより、機械や車輌等の傾斜方向
及び傾斜角を得ることができる。

【００１７】［第３実施例、図６］図６に示すように、
第３実施例の傾斜角センサは第２実施例の傾斜角センサ
と比較するとコイルが１個多い構造になっており、容器
１と磁性体球２とコイル２５，２６，２７，２８とで構
成されている。コイル２５〜２８は容器１の内側に軸方
向を鉛直方向に揃えて定常状態の磁性体球２の位置から
等距離の位置で、かつ、隣接コイル相互が等距離離れて
配置されている。コイル２５，２６，２７，２８の終端
部２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，
２８ａ，２８ｂは、それぞれ例えば第１実施例にて説明
した４端子ブリッジ回路に接続される。

【００１８】以上の構成の傾斜角センサは、定常状態で
はコイル２５〜２８の軸方向が鉛直方向になるように各
種の機械や車輌等に組み込まれる。このとき、傾斜角セ
ンサはいずれの方向にも傾斜可能の状態で組み込まれ
る。機械や車輌等が徐々に傾斜すると、これに合わせて
容器１も徐々に傾斜する。容器１が傾斜すると、磁性体
球２は重力により常に容器１の下部に留まるように容器
１の内部を凹曲面１ａに沿って移動するので、磁性体球
２とコイル２５〜２８の位置関係が変化する。すなわ
ち、磁性体球２はコイル２５〜２８のうちいずれかのコ
イルに近づき、磁性体球２が近づいたコイルは磁気抵抗
が増加する。この磁気抵抗の変化を４端子ブリッジ回路
によって測定することにより、第２実施例の傾斜角セン
サと比較してより正確な機械や車輌等の傾斜方向及び傾
斜角を得ることができる。

【００１９】［第４実施例、図７］図７に示すように、
第４実施例の傾斜角センサは容器１と磁性体球２とコイ
ル３０，３１，３２とで構成されている。コイル３０〜
３２は容器１の内側に軸方向を水平方向に揃えて三角形
状に組み合っている。定常状態の磁性体球２はこの三角
形状の略中心の位置で、かつ、各コイル３０〜３２から
等距離の位置にある。各コイル３０〜３２は同種類のも
のを使用するのが好ましい。コイル３０，３１，３２の
連結部３０ａ，３１ａ，３２ａは、それぞれ例えば第１
実施例にて説明した４端子ブリッジ回路に接続される。

【００２０】以上の構成の傾斜角センサは、定常状態で
はコイル３０〜３２の軸方向が水平方向になるように各
種の機械や車輌等に組み込まれる。このとき、傾斜角セ
ンサはいずれの方向にも傾斜可能の状態で組み込まれ
る。機械や車輌等が徐々に傾斜すると、これに合わせて
容器１も徐々に傾斜する。容器１が傾斜すると、磁性体
球２は重力により常に容器１の下部に留まるように容器
１の内部を凹曲面１ａに沿って移動するので、磁性体球
２とコイル３０〜３２の位置関係が変化する。すなわ
ち、磁性体球２はコイル３０〜３２のうちいずれかのコ
イルに近づき、磁性体球２が近づいたコイルは磁気抵抗
が増加する。この磁気抵抗の変化を４端子ブリッジ回路
によって測定することにより、機械や車輌等の傾斜方向
及び傾斜角を得ることができる。

【００２１】［他の実施例］なお、本発明に係る傾斜角
センサは前記実施例に限定するものではなく、その要旨
の範囲内で種々に変形することができる。特に、容器形
状は任意であって、仕様に合わせて種々の形状のものが
採用される。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、凹面を有する容器の内部に収納された磁性体球
と、前記容器に付設された複数個のコイルとの位置関係
からコイルの磁気抵抗の変化を測定でき、傾斜角の大き
さにかかわらず、誤差の小さい正確な傾斜角がその傾斜
方向も合わせて敏速に測定できる。従って、従来のよう
に２個以上の傾斜角センサを使用して傾斜方向及び傾斜
角を測定する必要がなくなる。しかも、容器と磁性体球
とコイルからなる簡単な構造であり、従来の傾斜角セン
サと比較して量産し易く、かつ、製造コストを安価にで
きる。

【００２３】また、３個以上のコイルが軸方向を鉛直方
向に揃えられ、かつ、容器と一体的に傾斜可能に配置さ
れ、容器の傾斜に伴う磁性体球の移動により磁気抵抗が
変化するように構成したり、３個以上のコイルが軸方向
を水平方向に揃えられ、かつ、容器と一体的に傾斜可能
に配置され、容器の傾斜に伴う磁性体球の移動により磁
気抵抗が変化するように構成したり、あるいは、軸方向
を鉛直方向に揃えられた３個以上のコイルと軸方向を水
平方向に揃えられた２個以上のコイルとが、容器と一体
的に傾斜可能に配置され、容器の傾斜に伴う前記磁性体
球の移動により磁気抵抗が変化するように構成すれば、
傾斜方向及び傾斜角を測定するための傾斜角センサが簡
単に得られる。

【００２４】この結果、各種精密機械やロボット等の姿
勢制御、あるいは車輌等の傾斜角測定等の適用範囲の広
い傾斜角センサを安価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る傾斜角センサの第１実施例を示す
斜視図。

【図２】図１に示した傾斜角センサの平面図。

【図３】図１に示した傾斜角センサの動作状態を示す説
明図で、（ａ）は定常状態、（ｂ）は傾斜状態を示すも
のである。

【図４】図１に示した傾斜角センサを使用した４端子ブ
リッジの傾斜角測定回路図。

【図５】本発明に係る傾斜角センサの第２実施例を示す
斜視図。

【図６】本発明に係る傾斜角センサの第３実施例を示す
斜視図。

【図７】本発明に係る傾斜角センサの第４実施例を示す
斜視図。

【符号の説明】

１…容器 １ａ…凹曲面 ２…磁性体球 ３，４，５，６，７，８，２１，２２，２３，２５，２
６，２７，２８，３０，３１，３２…コイル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凹面を有する容器の内部に、前記容器が
   傾斜するにつれて容器の内部を凹面に沿って移動する磁
   性体球を収納し、前記容器の傾斜に伴う前記磁性体球の
   移動により磁気抵抗が変化する複数個のコイルにより傾
   斜方向及び傾斜角を検出することを特徴とする傾斜角セ
   ンサ。
2. 【請求項２】 凹面を有する容器と、 前記容器の内部に収納され、前記容器が傾斜するにつれ
   て容器の内部を凹面に沿って移動する磁性体球と、 軸方向を鉛直方向に揃えると共に、前記容器と一体的に
   傾斜可能に配置され、容器の傾斜に伴う前記磁性体球の
   移動により磁気抵抗が変化する３個以上のコイルと、 を備えたことを特徴とする傾斜角センサ。
3. 【請求項３】 凹面を有する容器と、 前記容器の内部に収納され、前記容器が傾斜するにつれ
   て容器の内部を凹面に沿って移動する磁性体球と、 軸方向を水平方向に揃えると共に、前記容器と一体的に
   傾斜可能に配置され、容器の傾斜に伴う前記磁性体球の
   移動により磁気抵抗が変化する３個以上のコイルと、 を備えたことを特徴とする傾斜角センサ。
4. 【請求項４】 凹面を有する容器と、 前記容器の内部に収納され、前記容器が傾斜するにつれ
   て容器の内部を凹面に沿って移動する磁性体球と、 軸方向を鉛直方向に揃えると共に、前記容器と一体的に
   傾斜可能に配置され、容器の傾斜に伴う前記磁性体球の
   移動により磁気抵抗が変化する３個以上のコイルと、 軸方向を水平方向に揃えると共に、前記容器と一体的に
   傾斜可能に配置され、容器の傾斜に伴う前記磁性体球の
   移動により磁気抵抗が変化する２個以上のコイルと、 を備えたことを特徴とする傾斜角センサ。