JPH03257375A - 偏差量検出器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、自動車等、移動体の加減速度を検出するの
に好適な偏差量検出器に関する。

なお、この発明の検出器は、位置センサ、傾斜センサ、
圧力センサなどとしても利用できるが、以下の説明は加
速度検出を例に挙げて行う。

〔従来の技術〕

周知の加速度検出器の中に、加速度によって移動する磁
性体の動きを差動トランスで検出するものがある。

第８図にその一例を示す。この差動トランス型加速検出
器５１は、図中Ａ方向の加速度が印加されると、板ばね
５３ａ、５３ｂに支持されている磁性体５４が各板ばね
を弾性変形させて図中Ｂ方向に移動する。その移動で磁
性体５４の図中右側の２次コイル５７ｂ内に存在する部
分の長さが左側の２次コイル５７ａ内に存在する部分の
長さより長くなって２次コイル５７ａ、５７ｂの誘導電
圧に差が生し、この差によって加速度が検出される。

図中、５６は１次コイル、５２はケースである。

なお、この種の検出器の具体的な従来例としては、実開
昭５９−９５２６６号公報に示されるものなどがある。

第９図は、差動トランスを用いた従来の加速度検出器の
回路構成例である。図において６０は差動トランスの１
次コイル５６を励磁する電源、５７ａ、５７ｂは互いに
逆位相に接続された差動トランスの２次コイルである。

この検出器は、磁性体５４が加速度を受けて平衡点から
変位すると２次コイル５７ａ、５７ｂの電圧が比例的に
変化して２次側の出力電圧振幅が増大する。そこで、そ
の出力電圧を増幅回路７１、位相検波回路７２、フィル
ター回路７３に通し、処理後の出力を加速度信号として
取出す。

従来のこの種の検出器は、差動トランスの２次コイル部
の出力電圧を加速度に応した直線出力に変換するために
位相検波回路を用いており、そのため、複雑な回路構成
となってコスト高になり、かつ２次コイルを同位相、逆
位相に巻くために全体として、形状、重量共大きくなる
という課題を有している。

また、微小な加速度に対しては磁性体が微量しか動かな
いので２次コイル間に明確な電圧差が発生せず、従って
、検出感度が悪く、加えて磁性体を板ばねで懸架してい
る場合には、過度な加速度が印加されると板ばねが永久
変形を起こしたり破壊されるなどの難点がある。

さらに、２次コイルと磁性体の相対位置変化で電圧差を
生しさせるので、高い位置決め精度が要求され、調整に
手間取るなどして組立能率が下がり、組立費も高くなる
と云う問題もある。

この発明は、これ等の諸問題を無くした新規な偏差量検
出器を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、上記の課題を解決するため、従来の差動型
トランスに替えて非差動型トランスを用い、このトラン
スの磁心を固定磁心と可動磁心とで構成し、可動磁心を
固定磁心に対して接近・離反可能に支え、トランスの２
次コイルに可動磁心の変位量に応した出力差を生しさせ
る構成を採用する。

この偏差量検出器は、可動磁心を板ばねの自由端に取付
けて支持すると可動磁心の変位が加速度や傾斜の変化に
応して起こるので、加速度検出器、傾斜検出器として使
用することができる。

また、可動磁心を物体の相対変位に応して動くようにし
ておけば位置検出器として、圧力変動に応して動くよう
にしておけば圧力検出器として使用することができる。

トランスの２次側出力電圧は、増幅回路、整流回路、フ
ィルター回路等を有する出力の処理回路に通ずことによ
って加減速度等に対応したリニア出力に変換することが
できる。

なお、加速度検出器として使用する場合には、可動磁心
の移動方向両側に固定磁心を可動磁心との間に所定距離
を保って設け、固定磁心をストッパとして可動磁心の移
動量を規制するのが望ましい。

また、ケースの少なくとも一部を磁性体で形成したり、
板ばねの両側に磁気回路の一部を構成する磁性体のヨー
クを設置することが好ましい。

なお、Ｉ・ランスの１次コイルの設置点は、固定磁心の
外周部、可動磁心の外周部のいずれであってもよい。

〔作用］ １次コイルによって発生した磁束は、固定磁心から可動
磁心に、或いは可動磁心から固定磁心に伝わって（この
伝達順位の関係は１次コイルの設置点によって変わる）
２次コイル内に達し、２次コイルに電圧が誘起される。

このときの誘導電圧の大きさは、２次コイル内を通過す
る磁束の量によって決まり、また、その２次コイル内磁
束通過量は、１次コイルから２次コイルに至る間の磁気
回路の磁気抵抗値によって決まるが、この発明では、固
定磁心が回路中の全磁気抵抗を減少させ、かつ、可動磁
心のギャップ変位量の大小により磁束変化を大きくする
働きをするので検出感度が向上する。

今、減速度が生じて可動磁心が一方の固定磁心側に移動
すると、可動磁心と固定磁心との間のギャップは１次及
び２次コイルのある固定磁心側で縮小するのでこの時の
磁束変化により２次コイルに高い出力電圧を生しさせる
。従って、この２次コイルの電圧変化を測定すれば微小
加速度の検出も可能となる。

今、トランスの１次側に電圧波高値Ｖ１、周波数ｆのパ
ルス波を送ると２次側出力には周波数ｆで電圧波高値Ｖ
　２　＝　ｎ　Ｖ　１　（ｎは１次、２次コイルの巻数
比）の波形が得られる。

可動磁心が例えば平衡位置から上記ギャップ長がＸだけ
減少するように加速度が作用したとすれば、２次出力は
周波数ｆで電圧波高値はＶ２＝ｎＶ、（１＋ｋ　ｘ）（
ｋは比例定数）となる。また、同様に可動磁心がＸだけ
増加するように加速度が作用したとすれば、２次出力は
同一周波数で電圧波高値はＶ２　＝ｎＶ＋（１−ｋｘ）
となる。

この電圧を増幅・整流（あるいは単に整流）し、必要に
より更に増幅・フィルター処理（あるいは単にフィルタ
ー処理）すれば所望の加速度範囲で、例えば出力電圧が
正となる加減速度に対応したリニア出力特性を容易に得
ることが出来る。

なお、この発明の検出器の検出原理は、可動磁性体と２
次コイルとの相対位置変化によって２つの２次コイル間
に誘導電圧差を生しさせるのではなく、固定磁心と可動
磁心との間のギャップ差によって電圧差（検出器出力）
を生じさせるため、コイルと可動磁心の相対位置精度の
確保が不要である。また、固定磁心が磁路を構成して２
つの磁気回路における全磁気抵抗を減少させるので、微
小な磁気抵抗の変化に対する検出感度が高まり、加速度
対比での出力電圧が非常に大きくなる。このほか、固定
磁心がストッパとなって可動磁心の過度な動きを制限す
るので、板ばねに無理な荷重が加わることもない。

〔実施例〕

以下に、この発明を加速度検出器に適用した例を示す。

第１図は第１実施例の概要を示している。この加速度検
出器１は、磁性体で作ったケース２に板ばね３の一端を
固定し、この板ばねの他端、即ち自由端に所定質量の可
動磁心４を固着してある。

また、可動磁心４の両側には、固定磁心５ａ、５ｂをケ
ース２で支持して、かつ、可動磁心４との間に所定のギ
ャップを確保して設置してある。さらに、可動磁心４と
固定磁心５ａ、５ｂの外周部には、磁束を発生させる１
次コイル６と、磁束の変化を検出する２次コイル７を同
心的に設置してある。なお、各コイルの支持は、固定磁
心で行なってもよいし、ケースで支持しても差し支えな
い。

以上の如く構成した第１実施例の検出器は、移動体の加
減速時に可動磁心４に対し、その質量をＭとするとＦ＝
Ｍ−Ｇなる力が加わる。この力Ｆは、板ばね３の弾性力
と均衡する位置まで板ばねを弾性変形させて可動磁心４
を変位させる。この際の変位量は、板ばね３のばね定数
と可動磁心４の質量Ｍが一定であるなら加速度Ｇに比例
し、従って、固定磁心５ａ、５ｂと可動磁心４との間の
ギャップも加速度Ｇに比例して変化する。

このギャップの変化は、今、仮に加速度検出器１に対し
て図中Ａ方向に減速度が加わったとすると、可動磁心４
はＡ方向に移動するので、固定磁心５ａ側で減少し、固
定磁心５ｂ側で増大する。

そのため、固定磁心５ａ側ではこの磁心から可動磁心４
への磁束移動がスムーズになって１次コイル６から２次
コイル７への磁束伝達量が増加し、２次コイルに加速度
０時よりも大きな電圧が誘起される。

また、今、図中Ａ方向に作用する減速度が過大であった
とすると、可動磁心４は固定磁心５ｂに当ってそれ以上
の移動が阻止される。従って、過大減速度による板ばね
３の過度の撓みも起こらず、板ばねの永久変形、破損の
問題も無くなる。

一方、減速度がＢ方向に作用した時には固定磁心５ａ側
ではギャップが増大し、１次コイル６から２次コイル７
への磁束伝達量が増加し、２次コイルに加速度０時より
も小さな電圧が誘起する。

これらの２次コイル出力電圧は第５図或いは第６図の出
力処理回路により処理される。第５図、第６図の１は検
出器、６０は１次コイル６への電源、７は２次コイル、
４は可動磁心、６１は整流回路、６３はフィルター回路
を示す。また、第６図の６２は増幅回路である。第７図
は減速度に対する２次出力電圧特性を例示したものであ
る。なお、第５図、第６図とも整流回路６１は増幅・整
流回路としてもよい。

また、これ等の処理回路は、後述する他の実施例の検出
器の２次出力の処理にも利用される。

第２図は、第２実施例の概略構成図である。この加速度
検出器１１は、第１実施例と同様の構成を持ち、同様の
働きをするが、板ばね１３が上下の２点を固定した両持
ち構造になっている点と、１次コイル６を可動磁心４の
外周に同心配置し、その外側（移動方向前後）に２次コ
イル７を配置した点、及び固定磁心１５ａ、１５ｂをケ
ース１２と一体化した点は第１実施例と異なる。この様
に、１次コイルを内側（板ばね側）に、２次コイルを外
側（ケース側）に配置すると、検出器の大型化を招かず
に可動磁心４のサイズ、重量を増大さセることかでき、
高感度化の面で一層有利になる。

また、質量の大きな可動磁心４ば正規の方向の加速度だ
けでなく、上下方向等の加速度によっても動きを生して
出力電圧を変化させる恐れがあるが、図のような両持ち
構造は、この問題も防止できると云う効果がある。

このほか、本実施例では、固定磁心だけでなく、ケース
全体も磁性体で形成したが、このことも、コイル周辺の
磁気回路の磁気抵抗を小さくして全磁気抵抗中に占める
ギャップ部の磁気抵抗の割合１ ２ を増大させる結果につながるので、加速度のより一層の
高感度検出に有効に作用する。

第３図に第３実施例の概略構造を示す。

この加速度検出器２１も、基本構造は第１、第２実施例
と回しであり、これ等と同様の働きをする。

但し、可動磁心４を片持ちの平行な２枚の板ばね２３ａ
、２３ｂで支持したこと、２次コイル７を１次コイル６
の外周に同心配置したこと及び固定磁心２５の一端を省
きケース部で代替せしめたことば前２者と異なる。

この第３実施例は、片持ちの板ばねを２枚用いているの
で、両持ち構造と同様に可動磁心の安定した動きを確保
できる一方で、片持ち構造と同様に可動磁心の大きな変
位量を確保でき、安定化と高出力化の相反する性能を同
時に満足させることが可能となる。

また、１次コイルと２次コイルを積層したことでコイル
の巻き幅を狭くすることができるので、加速度の作用す
る方向の設置スペースを確保し難いときに有利である。

第４図はこの発明の第４実施例を示している。

この加速度検出器３１は、板ばね３の両側に１次コイル
から２次コイルにわたる磁気回路の磁気抵抗を減少させ
る磁性体のヨーク８を設置した点を除いて他の構威は第
１実施例と同してある。ヨーク８は、１次コイル６で発
生した磁束を可動磁心４、ヨーク８、磁性体製ケース２
を経由して再び固定磁心５ａ内に帰還させる働きをする
。従って、磁気回路中の高磁気抵抗部は固定磁心と可動
磁心との間のギャップ部のみとなり、ギャンプ変動によ
る出力の変化がより鮮明になって検出感度がより高まる
。

なお、この第４実施例に於ては、固定磁心５ｂを非磁性
体にするのが望ましい。

〔効果〕

以上述べたように、この発明の加速度検出器は、従来の
差動トランスに変えて非差動型のトランスを用いると共
にトランスの共通磁心を固定磁心と可動磁心とで構威し
、この２つの磁心間のギャップ差で２次コイル内を通過
する磁束量を変化させるようにしたので、可動磁性体と
２次コイルの相対位置変化で差電圧を生しさせる従来の
検出器と違って、可動磁心の変位量に対する磁束変化が
大きくなり、高感度検出が可能になると共に従来の差動
コイルで必要な逆相コイル部が不要になるため、センサ
形状の小型化、軽量化及びコスト低減が計られる。

また、加減速度等の変化に対しリニアな出力特性を得る
ための出力処理回路を簡素化することができ、コスト面
で一層有利になる。

また、出力処理回路の簡素化により、その信頼性も高ま
る。

また、可動磁心の両側に固定磁心を配置することによっ
て可動磁心の過度な動きを制限できるので、可動磁心を
板ばねで支持するときにも板ばねの過剰な撓みを無くし
てその板ばねの永久変形、破壊を防止することができる
。

さらに、上述したように、固定磁心と可動磁心間のギャ
ップ変化を利用して出力差を生じさせるので、各種部品
の位置決めも容易になる。即ち、一般にコイルは樹脂製
ボビンに巻かれているので寸法精度が悪い。従って、従
来方式によれば可動磁性体とコイルの相対位置精度がど
うしても悪くなる。しかし、この発明の構造では、ギャ
ップ精度が高精度加工の可能な金属加工品の組合せで決
まり、また、そのギャップによって出力が決まるので、
組立時の位置決めは上述したように容易になる。

更に、ケース本体の少なくとも磁路構成部を磁性体で形
成する場合、或いは磁路の途中にヨークを設置する場合
には、磁気回路中の磁気抵抗が更に小さくなるので、出
力アンプの効果が一段と向上する。

従って、この発明によれば小型でも高感度検出が可能と
なり、また、過大加速度、衝撃等に対する信頼性も増し
、さらに、製造も容易になってより一層のコスト削減が
計れると云う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を適用゛した加速度検出器の一層５ ６ 例を示す概略構成図、第２図乃至第４図は他の実施例の
概略構成図、第５図はこの発明の検出器の２次出力側回
路構威の一例を簡略化して示す線図、第６図は同様に他
の実施例を示す線図、第７図は実施例の検出器の出力特
性を示すグラフ、第８図は従来の差動トランス型加速度
検出器を示す図、第９図は従来の差動トランス型加速度
検出器の概略構成を示す図である。 １．１１．２１．３１・・・・・・加速度検出器、２．
１２．２２．３２・・・・・・ケース、３．１３．２３
ａ、２３ｂ・・・・・・板ばね、４、・・・・・・可動
磁心、 ５ａ、５ｂ、１５ａ、１５ｂ、２５・・・・・・固定磁
心、６・・・・・１次コイル、　７・・・・・・２次コ
イル、８・・・・・・ヨーク、　　　　６０・・・・・
・電源、６１・・・・・・整流回路、　６２・・・・・
・増幅回路、６３・・・・・・フィルター回路。 特開平 ３ ２５７３７５　（６）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）非差動型トランスの磁心を固定磁心と可動磁心と
   で構成し、可動磁心を固定磁心に対して接近・離反可能
   に支え、トランスの２次コイルに可動磁心の変位量に応
   じた出力差を生じさせるようにしてある偏差量検出器。
2. （２）可動磁心をコイルの内側中空部に通してケースに
   支持される板ばねの自由端に固定し、さらに、この可動
   磁心の移動方向両側に固定磁心を可動磁心との間に所定
   距離を保って設けた請求項（１）記載の偏差量検出器。
3. （３）固定磁心の外周にトランスの１次コイルを同心配
   置してある請求項（１）又は（２）に記載の偏差量検出
   器。
4. （４）可動磁心の外周にトランスの１次コイルを同心配
   置してある請求項（１）、（２）又は（３）に記載の偏
   差量検出器。
5. （５）ケースの一部又は全体を磁性体で構成した請求項
   （２）乃至（４）のいずれかに記載の偏差量検出器。
6. （６）板ばねの両側に磁気回路の一部を構成するヨーク
   を設置した請求項（２）乃至（５）のいずれかに記載の
   偏差量検出器。
7. （７）トランスの２次側出力部に増幅回路、整流回路、
   フィルター回路等を有する出力の処理回路が含まれてい
   る請求項（１）乃至（６）のいずれかに記載の偏差量検
   出器。