JPH06501557A - 近接感知装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 上皮■ 近接感知装置および方法 皮血公団 本発明は、一般的に近接を感知することに関し、特に高精度で、単純で、信頼性 が高く、温度補償をする、新規な近接感知装置および方法に関する。

症旦葺泗 本発明は、多くの適用性を有するが、特に電気的に動力を与えられる移ｖＪ機器 用のスロットル位置センサとしての使用に好適である。本発明が正確な位置感知 を必要とする多くの適用に使用することができることは、当業者に理解されるで あろう。

このような多くの適用において、スロットル位置は、機械的スライド接点を含む ポットボックスを使用することにより決定される。このようなポットボックスは 、機械的な酷使のためおよび不潔で埃の多い雰囲気のために、不正確さを導きか つ摩滅する機械的接点を有する、という欠、＾を招く。

他の適用において、位置センサは磁気構成物の接近に応答するホール効果デバイ スに依存する。この種のセンサは、複雑化するという欠点を有しており、また永 久磁石を必要とし、温度に依存する傾向がある。

それゆえに、本発明の王たる目的は、正確で、機械的接点に依存しない接近感知 装置および方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、不潔で埃の多い雰囲気において位置を感知することができ る接近感知装置および方法を提供することにある。

本発明の付加的な目的は、高精度であり、また製作が単純かつ軽済的である接近 感知装置および方法を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、温度自己補償の接近感知装置および方法を提供する ことにある。

本発明の他の目的は、その特徴および利点とともに、以下の説明および関連する 図面から明らかになろう。

ｌ咀□□□皿示 本発明は、好ましい実施例においては、磁場を発生させる矩形波交流電流により 励起されるインダクタを提供することにより、上記目的を達成する。インダクタ への可動体の接近により磁気的エネルギの損失が生じ、この損失はコイルに対す る移動体の位置に直接的に関係する。本発明の他の形態においては、交流電流に より励起されるインダクタと、移動体とが提供され、該移動体は、磁性体製の鉄 心と、これに配置された高い固有抵抗の薄いスリーブとを含む。本発明のさらに 他の形態においては、交流電流により励起されるインダクタと、移動体とが提供 され、励起回路は周波数の正温度係数を有する発振器を含む。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明の接近感知器のブロック図である。

第２図は、第１図の接近感知器の概要図である。

第３図および第４図は、第１図の接近感知器に使用される鉄心とコイルとの構成 を示す図である。

発明を　施するための最　の形態 図面を参照するに、同じ要素または類似の要素は、全ての図面に同じ符号で示す 。第１図に符号１０で示す接近感知器は、重要な要素として、モータ制御器（図 示せず）に接続される入出力端子１４．１６に接続されたダイオード・ブリッジ 回路１２と、該ダイオード・ブリッジ回路からの出力を横切って接続されたキャ パシタ１８と、端子およびドラーイバ２２に接続された発振器２０と、該ドライ バの出力側に接続された感知コイル２４とを有する。プランジャ２６は、コイル ２４の近くに移動可能に配置される。

第２ノを参昭するに、接近感知器１０の作動において、端子１４゜１６は、端子 の極性を考膚することなしに感知器を制御器に接続することを許すダイオード・ ブリッジ回路１２を介して電力を感知器に供給する。ダイオード・ブリッジ回路 １２の出力は感知器１０の全回路用の電源を構成し、ており、また制＠器からの 出力電流は感知器の出力信号を含む。端子１４．１６を直接横切るように接続さ れたキャパシタ３０は、感知器による全てのラジオ周波数のピックアップを抑圧 するように作用する。キャパシタ１８は、感知器１０に供給される電圧用のフィ ルタとして作用し、またドライバ２２により要求される瞬間的な電流を提供する 。抵抗器３２とトリム・ポテンショメータ３４とは、製造時に標準値に対する感 知器１０の全零入力電流排流を調整し、構成要素の給電要求における変化のため に補正することを許す。

発振器２０は、公知の５５５タイマの低電力ＣＭＯＳバージョンと、発振器のタ イミング要素を構成しかつ動作周波数を設定する抵抗器４０およびキャパシタ４ ２とを含む。キャパシタ４２の値は、好まし７くは印刷回路および構成要素の漂 遊容量に比べて大きい中間の値に選択され、その結束周波数は、キャパシタ自体 により決定されるが、発振器の出力電流とコストとを最小にすることができるよ うに小さい。キャパシタ４０の値は、所望の動作周波数を与えるように決定され る。

発振器２０の出力信号は、複数のＣＭＯＳの反転バッファを並列的に配置した２ つのバンクを含むドライバ２２に供給される。このドライバ２２の形状は、供給 電圧の２倍に等しいピーク・ピーク振幅の矩形波電圧信号を感知コイル２４に供 給する全”Ｈ”のブリッジ・ドライバ段を形成し、コイルに三角電流波形を生じ させる。このような感知コイル２４の励起モードは、与えられた供給電圧および 周波数のためにコイルに最大の電流振動を提供し、プランジャ２６の渦電流損を 最大にし、従って感知器１０の出力信号振動を最大にする。感知コイル２４と並 列のキャパシタ５０は、通常５０％である発振器のデユーティ・サイクルをわず かに逸税させるかまたはＣＭＯＳのドライバ部分の特性の不釣り合いな組合せを 生じるコイル内の全ての直流電流を阻止する。コイル２４の直流電流は、感知器 １０からの出力にエラー期間を生じるから、望まれない。キャパシタ５０を通る 全ての直流電圧がいずれかの極性であるので、キャパシタは少なくとも遭遇する 電圧で双極性作動用に好適なタイプのものとすべきである。

広範囲の周囲温度にわたって感知器１０の安定性を改良するために、以下の温度 補償技術が利用される。温度補償なしでは、感知器１０の出力は、主として温度 上昇の結果として回路の”Ｑ”を減少させるドライバ２２のＣＭＯ３反転バッフ ァと感知コイル２４との抵抗値の増大のために、多少増加する。しかし、感知器 １０の出力は、”Ｑ”が周波数とともに増大するから、発振器２０の動作周波数 を変えることにより変化させることができる。従って、正の温度係数を示す発振 器２０を設計することにより、感知器１０の一次温度補償を得ることができる。

発振器２０のＩＣは、適宜な温度係数のキャパシタンスを有するキャパシタ４２ を選択することにより、所望の特性が得られるように、温度的に完全に安定であ る。

コイル２４の幾何学的設計は、その寸法および形状が多くの相互作用において感 知器１０の作動に影響を与えるので、複雑化するが、総合寸法が一度決定される と、通常の技術による巻線の設計は容易である。コイルの電流がコイルの自己イ ンダクタンスに反比例する電流の変化率を有する直線的な傾斜部を有するほぼ三 角波であるから、与えられた供給電圧および動作周波数のために、このインダク タンスはコイルにピーク・ピーク電流振動を直接的に決定する。この電流振動は 、プランジで２６の渦電流損が大きくなりかつドライバ２１のＩＣに流れること を許す電流の大きさに所定の制限があるので、感知器１０の基本的な設計パラメ ータである。このため、供給電圧、動作周波数およびコイル電流が一度既知にな ると、コイルのインダクタンスは通常の技術（こより計算することができる。こ のインダクタンスと、コイルの寸法とから、コイル用の適宜なワイヤ寸法および 巻き数とは通常の技術により決定することができる。

第３図および第４図は、環状の感知コイル２４と使用するプランジャ２６の構成 を示す。プランジャ２６は軟鋼製の鉄心６ｏを含み、鉄心６０はロックナツト６ ４により固定されるねじ部を有するスロットル連結部材６２に取り付けるための ねじ穴を備える。プランジャ２６は、また、３０４タイプのステンレス鋼製のス リーブ６６を含み、スリーブ６６は鉄心６０の部位全体にわたって適合されてい る。鉄心６０は、コイル２４の磁束を、トランスフォーマ巻線ｆｔｒａｎｓｆｏ ｒｍｅｒ　ｔｕｒｎｌとして作用するスリーブ６６を通るように、集中させる作 用する。コイル２４は、ハウジン・グア０のナイロン製のボビンに巻かれている 。

第３図および第４図に示す形状のために満足できる性能（よ、プランジャ２６が ０．５００インチの外径を有し、スリーブ６６が０．０２８インチの厚さと１． ００インチの長さとを有し、鉄心６０が約１〜０．５インチの長さを有し、鉄心 ６０が５／１６インチの直径のスロットルシャフト６２に取り付けられるとき、 達成される。ハウジング７０のナイロン製のボビンは、プランジャ２６の軸線方 向への移動に適合するように、０．６７０インチの直径の円筒形の通路を有する 。コイル２４は、３３０　ＡＷＧの銅線の９２０巻きを含み、約０．７３０イン チの内径と、約０．９８６インチの外径と、０．９８０インチの長さとを有する 。その結果、コイルのインダクタンスは約１０ミリ・ヘンリであり、直流抵抗値 は約２１オームである。上記のような特種なコイル２４およびプランジャ２６を 使用すると、感知器１ｏは約１４ボルトの供給電圧で］、　６　ｋ　Ｈｚの周波 数で動作する。

上記の形状および寸法のために、プランジャ２６は、コイル２４に対して矢印“ Ａ”および”Ｂ”のいずれかの方向に前進させることができ、ハウジング７０の 正確な構成に依存して、”スタートス口・ソトル”（３ｔａｒｔｔｈｒｏｔｔｌ ｅｌが約０．０５インチの挿入深さとなり、”フル・スロットル”（ｆｕｌｌ　 ｔｈｒｏｔｔｌｅｌが約０．９インチの挿入深さとなる。

一般に、最高性能は、プランジャ２６の断面積が挿入されるボビンの通路の断面 積の大部分であるとき得られる。一方、大部分は、機械的リンクの製作および維 持を容易にしかつ周囲のドリフトおよび塵埃の影響を避けるように、充分なりリ アランスを有することにより、平衡させることが重要である。軟鋼は、廉価でか つ生産性がよいことから鉄心６０用の好ましい材料であるが、他の磁性材料を用 いてもよい。スリーブ６６は比較的高い固有抵抗の金属であることが好ましく、 また黄銅およびステンレスはコストおよび耐腐食性から好ましい材料である。ス リーブ６６の厚さは、特定の形状用の最適値より薄いまたは厚いと、感知器１ｏ の出力振動を低下させることから、重要である。

さらに、誘導コイルおよびこれと共同する移動金属の他の形状は本発明の槙図す る中において種々変更する。二とができ、まｔ：その具体的な構成を当輩者は容 易に知ることができるであろう。

−］−駅の目的は、その後に続く説明から明らかなように、効果的に達成される 。しかし１、本発明の範囲から逸脱することなく、上記の構成を変更することが でき、１−記の記数および図面に示す全ての事項は実施例としてものであり、本 発明はそれらの限定されない。

また、以下の請求の範囲は、そこに記載された包括的かつ明確な全ての特徴を含 むように意図されている。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成５年５月６日

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．（ａ）インダクタ手段と、（ｂ）磁気的エネルギを生じさせる交流の矩形波 電流を前記インダクタ手段に供給する励起手段と、（ｃ）前記磁気的エネルギの 損失を生じさせるべく前記インダクタ手段の付近に移動可能の移動体と、（ｄ） 前記損失に比例した出力を発生する手段とを含む、接近感知器。
2. ２．前記インダクタ手段への前記矩形波電流は、“Ｈ”ブリッジ・ドライバによ り発生される、請求の範囲１に記載の接近感知器。
3. ３．（ａ）インダクタ手段と、（ｂ）磁気的エネルギを生じさせる交流電流を前 記インダクタ手段に供給する励起手段と、（ｃ）前記磁気的エネルギの損失を生 じさせるべく前記インダクタ手段の付近に移動可能の移動体であって（ｉ）磁性 の鉄心および（ｉｉ）前記鉄心に配置されかつ比較的高い固有抵抗の金属の比較 的薄いスリーブを備える移動体と、（ｄ）前記損失に比例した出力を発生する手 段とを含む、接近感知器。
4. ４．前記鉄心は軟鋼から構成されており、前記スリーブはステンレス鋼または黄 銅から構成されている、請求の範囲３に記載の接近感知器。
5. ５．（ａ）インダクタ手段と、（ｂ）磁気的エネルギを生じさせる交流電流を前 記インダクタ手段に供給する励起手段であって（ｉ）直流電圧を受ける入力手段 、（ｉｉ）前記交流電流を前記インダクタ手段に供給するドライバ手段および（ ｉｉｉ）周波数で正の温度係数を有するとともに前記入力手段に接続され、かつ 前記ドライバ手段に入力を提供すべく接続された発振器手段を備える励起手段と 、（ｃ）前記磁気的エネルギの損失を生じさせるべく前記インダクタ手段の付近 に移動可能の移動体と、（ｄ）前記損失に比例した出力を発生する手段とを含む 、接近感知器。
6. ６．インダクタ手段への移動体の接近を測定する方法であって、（ａ）磁気的エ ネルギを前記インダクタ手段に生じさせる交流の矩形波電流で前記インダクタ手 段を励起し、 （ｂ）前記インダクタ手段への前記移動体の接近により生じる前記磁気的エネル ギの損失であってその振幅が前記移動体の位置を示す損失を測定することを含む 、測定方法。
7. ７．さらに、前記矩形波電流を前記インダクタ手段に“Ｈ”ドライバブリッジで 供給する含む、請求の範囲６に記載の方法。
8. ８．磁気的エネルギを有するインダクタ手段への移動体の接近を測定する方法で あって、 （ａ）（ｉ）磁性の鉄心および（ｉｉ）前記鉄心に配置されかつ比較的高い固有 抵抗の金属の比較的薄いスリーブを備える前記移動体を提供し、（ｂ）前記イン ダクタ手段への前記移動体の接近により生じる前記磁気的エネルギの損失であっ てその振幅が前記移動体の位置を示す損失を測定することを含む、測定方法。
9. ９．前記鉄心は軟鋼から構成され、前記スリーブはステンレス鋼または黄銅から 構成される、請求の範囲８に記載の方法。
10. １０．インダクタヘの移動体の接近を測定する方法であって、（ａ）（ｉ）直流 電圧を受ける入力手段、（ｉｉ）交流電流を前記インダクタに供給するドライバ 手段および（ｉｉｉ）周波数で正の温度係数を有するとともに前記入力手段に接 続されかつ前記ドライバ手段に入力を提供すべく接続された発振器手段を提供す ることにより、磁気的エネルギを生じさせる前記交流電流で前記タンダクタを励 起し、（ｂ）前記インダクタヘの前記移動体の接近により生じる前記磁気的エネ ルギの損失であってその振幅が前記移動体の位置を示す損失を測定することを含 む、測定方法。
11. １１．ここに記載された全ての新規な、システム、装置、方法および物質。