JPS62501810A - インダクタンスコイルセンサ - 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】 インダクタンスコイルセンサ 技術分野 本発明は概括的には監視パラメータでの変化に対応して信号を発生するセンサに 関するものであり、殊に感知された変化をパラメータとして変化するインダクタ ンスを有する平面型インダクタンスコイルセンサに関するものである。

技術的背久 非接触形センサは公知である。該センサは１個以上の固定インダクタンスコイル と、監視パラメータに従い固定インダクタンスコイルの磁場で動いて固定コイル のインダクタンスを変化する可動部材とを含んでいる。非接触形センサは、特に 可動部分と固定部分とが接触して摩耗することがないので有用である。

例えば、ワイパブレードを捲形抵抗器に沿って動かす単純なポテンショメータの 場合、ワイパブレードと捲形抵抗器の間には動作中、常に接触摩擦が生ずるため 、一方又は他方の部品に摩耗が起きてしまう。

種々異なったあが造の非接触形センサが過去に開発されてきた。

これらの一つはプリン１〜配線技術により製作し得る平面形コイルセンサである 。

平面形コイルセンサの利点には、製作の容易さ、相対的に低価格であること及び 小型であることがある。

公知の平面形コイルセンサにおける可動部品で、場合によりスポイラと呼ばれる ものは絶縁板に取付けられた１個以上の固定された平面形コイルの磁場の中又は 外で回転体の軸に取付けられている。固定コイルの位置に関係するスポイラの位 置は、監視パラメータによってセットされ、平面形コイルとのインダクタンスの 変化で決定される。スポイラの動きによって生ずるインダクタンスの変化は更に 、監視パラメータ中の変化に応答して出力表示を出す電子回路によって探知され る。

現今多くのセンサの応用製品は、監視パラメータの非常に正確な表示を要求する 。上記した特殊な平面形コイルセンサは、スポイラがコイル面に対して垂直方向 に置かれた時エラーを生ずる。これはスポイラを取付けているシャフトに沿って スポイラの滑り、ＴＪ５．いはシャフトそのものの軸の変位、或いはスポイラの 取付軸に関係するスポイラの傾きに原因していると思われる。前述した面内のみ のスポイラの動きによって、平面形コイルの磁場を変えずに、スポイラがセンサ の精度に対し逆効果となるような異る動きに酎えることができる。

発明のｒ５Ｌ元 従って、本発明の目的は新しく改善されたインダクタンスコイルセンサを備える ことにある。

他の目的は平面形コイルの形で新しく改善されたインダクタンスコイルセンサを 備えることはである。

更に他の目的は作動中正確で信頼し得る平面誘導センサを備えることである。

これらと他の目的は、インダクタンスコイルで本発明によって達成される。

このインダクタンスコイルセンサはそれが取付けられている平面形コイルを有す る第１の絶縁板と、第１の絶縁板に平行し、これに取付けた平面形メタルコイル シリーズに接続されている。

発明には２つの絶縁板の間に位置し、絶縁位置に平行に配置されている可動面下 金属部品をその面で可動する方法が含まれている。

図面の簡単な説明 第１図は本発明に関して組立だインダクタンスコイルセンサの具体的立体透視図 である。

第２図は第１図のインダクタンスコイルセンサ部の断面である。

第３図は第１図と第２図のインダクタンスコイルセンサの平面形コイル結線を示 した配線図である。

第４図は第１図と第２図のインダクタンスコイルセンサの使用法を示した回路図 である。

第５図は作動を理解に役立つ一連の波形図である。

本　明の最良実施匙撓 第１図乃至第３図を参照し１本発明に関し構成されているインダクタンスコイル は、第１の平皿形金属コイル１２ａと１２ｂと第２の平皿形金属コイル１４ａ、 １４ｂを取付けた第１の絶縁板１０を含む。コイル１２ａ、１２ｂと１４ａ、１ ４ｂは各々略半円形をし、周知のプリント回路技術で形成されている。

第２図で明示されているように、絶縁板１０の上部表面にはコイル１２ａがあり 、その裏面にはコイル１２ｂがあり、コイル１２ａと１２ｂを絶縁板１ｏの通し 穴１６がら接続して平面形金屈コイル１２ａと１２ｂを形成している。第３図に おいてはこれを回路図で示している。同様な方法で、コイル１４ａ。

１４ｂはそれぞれ絶縁板１０の上面と下面に絶縁板１０の通し穴１６にて接続さ れ、平面形金屈コイル１４ａと１４ｂを形成している。端子２０と２２はそれぞ れコイル１２ａと１２ｂおよび１４ａと１４ｂに接続され、一方の端子２４と２ ６は図３に示しているようにそれぞれコイル１２ａと１２ｂおよび１４ａと１４ ｂの他の端に接続される。コイル１２ａと１２ｂおよび１４ａと１４ｂは一般に 互いに隣接するコイルにより円形状に形成するため、半円形としているが、これ らのコイルは次に述べる他のコイルと同様、他の形で有り得る。

インダクタンスコイルセンサはまた、第３と第４の平面形金屈コイル３０ａと３ ０ｂおよび同３２ａと３２ｂを取付けている第２絶縁板２８をも含む。コイル３ ０ａと３０ｂおよび同３２ａと３２ｂは、コイル１２ａと１２ｂおよび１４ａと １４ｂと同じ方法で配置され、類似の方法で形成される。絶縁板２８上面と下面 にあるコイル３０ａと３０ｂは、絶縁板２８の通し穴３４から接続することによ り平皿形金属コイル３０ａと３゜ｂを形成している。絶縁板２８の上面と下面に あるコイル３２ａと３２ｂは、絶縁板２８の通し穴３６から接続することにより 平面形金屈コイル３２ａと３２ｂを形成している。端子３８と４０はそれぞれ平 皿形金属コイル端子３０ａと３０ｂおよび同３２ａと３２ｂの一端に接続さ−れ 、一方では端子４２と４４が、第３図のみに示されているようにそれぞれコイル ３０ａと３０ｂおよび同３２ａと３２ｂの他端に接続されている。

本発明のインダクタンスコイルセンサは、更に絶縁板２８のコイルの１個が、絶 縁板１０のコイルの１個に直列に接続され、また絶縁板２８の他のコイルが絶縁 板２８の他のコイルに接続する手段を含んでいる。直列接続コイルは明確にする ため第１図の見取図には示されていない。しかし、これは端子２４と３８および 端子２６と４０の接続で第３図の回路図において説明される。コイル１２ａと１ ２ｂおよび同３０ａと３０ｂとの直列接続はこれよりコイル１２３ｏとし、コイ ル１４ａと１４ｂおよび同３２ａと３２ｂとの直列接続は１４３２とする。

絶縁板１０と２８の間に位置している２枚の絶縁板で仕切られている空間に、可 動平面金属部品４６がスポイラとして作用するよう設けられている。スポイラ４ ６は軸４８に取付けられ、それは更にもう１個の回転要素（図示されいない）と 接続されている。その作動は監視パラメータで示される。軸４８はスポイラ面に たいして垂直に取付けている。軸が監視パラメータの変化に対応して回動するの で、スポイラ４６はコイル１２３０（コイル１２ａと１２ｂおよび同３０ａと３ ０ｂ）とスペースコイ／Ｌ／１．４３２（：Ｉイル１．４　ａと１４ｂおよび同 ３２ａと３２ｂ）との間をその同一平面上で回動する。スポイラ４６は一般的半 導体の形を有する固体のように示されているが、巻いたりコイル状にすることが でき、変った形状にすることができる。

第１図に示して示したように、絶縁板２８は監視パラメータでの変化による表示 を発生する回路を構成する電子回路素子として配置される。この回路は第４図に 関してかなり詳細に考慮されている。種々の要素部品は２枚の絶縁板の間にねじ ５０．５２．５４、及び５６を通してナツト６２．６４．６６で固定され、アッ センブリを構成している。ねじ５２を締付けるナツトは第１図に示されていない 。コイル１２ａと１２ｂおよび同１４ａと１４ｂを有する絶縁板１０は、コイル ３０ａと３０ｂおよび同３２ａと３２ｂを有する絶縁板２８と、そわぞれねじ５ ０．５４及び５６を通したスペーサ６８．７０．７２により隔離されている。な お、ねじ５２を通すスペーサは第１図には示されていない、このようにしてスポ イラ４６は絶縁板と該絶縁板上のコイルと隔離され、スポイラとコイルは物理的 に非接触とする。絶縁板１ｏと２８に関するスポイラの軸心方向位置は、軸４８ に取付けられた２つのカラー７４と７６とでセットされ、ねじ７８と８０とで軸 に固定されて決まる。

第４図はスポイラの位置の表示及び監視パラメータを引き出すため、第１図と第 ２図のインダクタンスコイルセンサを使用した一つの回路を示している。第４図 に示した特別回路は複合信号処理技術に用いられてる。２つのコイル１２３ｏと １４３２は交互の順序に合わせで、アースと結線しているコンデンサ８４を有す るパルスゼネレータ８２の入力に切り換えられる。

コイル１２３０とコイル１４３２の切換は、コイル１２３０と１４３２を直列に 結線している１対のトランジスタ８６と８８とそれぞれの抵抗９ｏと９２および インバータ９４で成りたっている回路によってなされる。

如何なる特別な時でも、パルスゼネレータ８２に結線されているコイルはコンデ ンサ８４とでタンク回路をつくっている。

第５図の波形（Ａ）と（Ｂ）はそれぞれ、コイル１２３０とコンデンサ８４でつ くられるタンク回路とコイル１４３２とコンデンサ８４でつくられるタンク回路 との２つの異なった共振周波数を示している。

波形（Ｂ）の高い周波数はスポイラ４６が、コイル１２３０よりもコイル１４３ ２に更に接近している状態を示している。

波形（Ｃ）はパルスゼネレータ８２の出力を示している。コイル１２３０がパル スゼネレータに結線している場合、その期間中のパルスゼネレータの出力反復度 は、コイル１２３０とコンデンサ８４とからつくられるタンク回路の共振周波数 に対応する。コイル１４３２がパルスゼネレータ８２に結線している場合、その 期間中パルスゼネレータの出力反復度は高く、コイル１４３２とコンデンサ８４ とでつくられるタンク向路のそれより高い共振周波数に対応する。

パルスゼネレータ８２の出力は、パルスの特定数を計測するのに必要とされる時 間を測定するカウンタ９６に供給される。

例えば、第５図に示されている４つのパルス即ち、２つはプラス、２つはマイナ スが算えられる。前記パルス数がカウントされた後、新しいカウントが始まる。

各新しいカウントが始まるとカウンタ９６の出力はパルス数を算えるのに必要と する時間に対応する持続時間を有するパルスをつくるためレベルを変よる。第５ 図で示されている波形（Ｄ）のカウンタパルスの関連持続時間は、コイル１２３ ０とコイル１４３２に関連するスポイラ４６の位置の表示を与える。カウンタ９ ６の出力はコイル１２３０とコイル１４３２とパルスゼネレータ８２との間の入 力を切換える切換回路の作動をも制御する。

スポイラの位置を表わす出力表示は、インバータ９８、一対の抵抗１００と１０ ２及び一対のコンデンサ１０４と１０６から引き出される。抵抗１００とコンデ ンサ１０４間の端子におに比例する値をもつ、ここでＴ□とＴ２は第５図に示さ れる。

また抵抗１０２とコンデンサ１０６との間の端子１１０におに比例する値をもつ 。

従って、端子１０８と１１０との信号差はスポイラ４６の位置が変わることによ り、２タンク回路の共振周波数が変化し、さらにパルスゼネレータ８２の出力反 復度が変化する。これに対応してカウンタ９６の出力側におけるＴ１とＴ２の相 対値の変化により、端子１０８と１１０における信号差が変化する。

スポイラ４６の上部と下部にコイル１２３０とコイル１４３２の部品の配置によ り、取付軸４８に沿ったスポイラ４６の動きに対する補償が用意される。スポイ ラが、そのような動きをすればそれによりコイルの１つに接近し、またこれから 遠ざかり、そのコイルにそのような動きによる特殊な影響が発生する。

また、逆の効果がスポイラの他の面に位置した直列結線コイルの他の部分に発生 する。その結果として、監視パラメータの変化を示さないスポイラの予期しない 動きにも抱らず１本発明。

により副成されるインダクタンスコイルセンサで高い精度が得られる。

加えて、スポイラの上部と下部の両方にコイルのそれぞれを位置させることによ り、必要とするコイル各部材は単一コイルの半分以下となる。各コイルの２つの 部材の相互誘導効果のため５本発明による２分割コイルに対する必要総巻数は単 一コイルに対する必要総巻数以下となる。

更に、スポイラの上部と下部の両方に位置する各コイルの部材により２本発明で はスポイラの片面のみにコイル部材を有する他のセンサより優れた直線出力−信 号対スポイラ位置機能をもつセンサを得ることが出来る。単一のコイル部材で上 に述べた信号操作技術を用いたシステムは、コイル形状設計と製作公差に対しよ り鋭敏である。

前述したことは、本発明の模範的で適正な具体例を示したものであり、本発明の 精神又は範囲から離脱しない技術範囲において１通常の技術をもって多くの応用 が生ずることを理解されたい。

国際調査報告 −ｎ＋−５１１６１ａ１＾Ｈ＋：ｃＩｌｂｏ−ＮａＰＣＴ／ＵＳＱ６１つつ２９ ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．平面形金属コイルが設けられた第１の絶縁板と、該第１の絶縁板に平行に配 設された、平面形金属コイルが設けられた第２の絶縁板と、前記平面形金属コイ ルを直列に接続する手段と、前記第１、第２絶縁板間にこれと平行に開設された 可動平面金属部材及び該可動部材をその平面内で動かす手段とからなることを特 徴とするインダクタンスコイルセンサ。 ２．前記平面形金属コイルの第１の部分がその絶縁板の表面に、また前記平面形 金属コイルの第２の部分がその絶縁板の裏面に各々設けられた特許請求の範囲第 １項記載のインダクタンスコイルセンサ。 ３．前記可動手段が軸を含み、前記可動平面金属部材が該軸の軸心に垂直に装着 され、軸が回転部品の付属品として取付けられている特許請求の範囲第１項記載 のインダクタンスコイルセンサ。 ４．前記可動平面金属部材が一体部品である特許請求の範囲第３項記載のインダ クタンスコイルセンサ。 ５．第１及び第２平面形金属コイルが設けられた第１の絶縁板と、該第１の絶縁 板に平行に配設された、第３及び第４平面形金属コイルが設けられた第２の絶縁 板と、前記第１及び第３平面形金属コイルを直列に接続し、且つ前記第２及び第 ４平面形金属コイルを直列に接続する手段と、前記第１、第２絶縁板間にこれと 平行に配設された可動平面金属部材及び該可動部材をその平面内で動かす手段と からなることを特徴とするインダクタンスコイルセンサ。 ６．前記平面形金属コイルの第１の部分がその絶縁板の表面に、また前記平面形 金属コイルの第２の部分がその絶縁板の裏面に各々設けられた特許請求の範囲第 ５項記載のインダクタンスコイルセンサ。 ７．前記平面形コイルの各部材をほぼ半円形とした特許請求の範囲第６項記載の インダクタンスコイルセンサ。 ８．前記可動平面金属部材をほぼ半円形とした特許請求の範囲第７項記載のイン ダクタンスコイルセンサ。 ９．前記可動部材が可動平面金属部材の平面に垂直に位置する軸線を有する軸を 含み、回転部品に付属品として取付けられている特許請求の範囲第５項記載のイ ンダクタンスコイルセンサ。１０．前記可動平面金属部材が一体部品である特許 請求の範囲第９項記載のインダクタンスコイルセンサ。 １１．前記第１絶縁板の上部表面にある前記第１、第２の平面形金属コイルの部 分が相互に隣接してほぼ円形を成し、前記第１絶縁板の下部表面にある前記第１ 、第２の平面形金属コイルの部分が相互に隣接してほぼ円形を成し、前記第２絶 縁板の上部表面にある前記第３、第４の平面形金属コイルの部分は相互に隣接し てほぼ円形を成し、且つ前記第２絶縁板の下部裏面にある前記第３、第４の平面 形金属コイルの部分が相互に隣接しほぼ円形を成した特許請求の範囲第８項記載 のインダクタンスコイルセンサ。 １２．センサ装置に関して以下の項目：前記第１、第２絶縁板と、その絶縁板の 間に前記平面金属部材位置し、前記第１絶縁板上に平面形金属コイルを、前記第 ２絶縁板上に平面形金属コイルをもち、該コイルが直列に接続した組立構成で、 平両金属部材がコイルのインダクタンスを変化させるため監視パラメータの変化 によって平面形金属コイルに接近しまたこれから遠ざかる移動手段と、監視パラ メータの変化の表示を引き出すため．平面形金属コイルのインダクタンスの変化 に応答する回路からなるセンサ装置。 １３．前記第１．第２絶縁板のそれぞれに相互に直列に接続された第２の平面形 金属コイルを有する特許請求の範囲第１２項記載のセンサ装置。 １４．前記第１の平面形金属コイルの各々の部分が、その絶縁板の上部表面にあ り、前記第２の平面形金属コイルの各々の部分はその絶縁板の下部表面にある特 許請求の範囲第１３項記載のセンサ装置。 １５．前記平面形コイルの各部分がほぼ半円形状を成す特許請求の範囲第１４項 記載のセンサ装置。 １６．前記可動平面金属部材がほぼ半円形状を成す特許請求の範囲第１５項記載 のセンサ装置。 １７．前記可動平面金属部材の面に垂直に位置する軸線を有する軸を含み、回転 部分の付属品として取付ける移動手段を有する特許請求の範囲第１２項記載のセ ンサ装置。 １８．前記可動平面金属部材を一体部材とした特許請求の範囲第１７項記載のセ ンサ装置。 １９．前記第１の絶縁板の上部表面にある前記第１、第２の平面形金属コイルの 部分が相互に隣接し通常円形状を成し、前記第１の絶縁板の下部裏面にある第１ 、第２の平面形金属コイルの部分が相互に隣接しほぼ円形状を成し、前記第２の 絶縁板の上部表面にある前記第３、第４の平面形金属コイルの部分が相互に隣接 しほぼ円形状を成し、そして第２の絶縁板の下部裏面にある第３、第４の平面形 金属コイルの部分が相互に隣接しほぼ円形状を成す特許請求の範囲第１４項記載 のセンサ装置。 ２０．前記回路が前記絶縁板の一つに配線される特許請求の範囲第１２項記載の センサ装置。 ２１．前記平面形金属コイルを取付けている絶縁板と、その平面形金属コイルと 間隔のある平面金属部材の組立構成、前記コイルのインダクタンス変化に対する 監視パラメータにおける変化に関し、平面形金属コイルに関連する平面金属部材 を動かす手段と、前記絶縁板上に配線され、監視パラメータで表示変化を発生す るため平面形金属コイルのインダクタンス変化に対応する回路からなるセンサ装 置。 ２２．クレーム２１によるセンサ装置、それに含まれている前記平面形金属コイ ルがプリント回路板である特許請求の範囲第２１項記載のセンサ装置。