JPH04313060A - 加速度検出器 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車など移動体の
加減速度を検出するための加速度検出器、特にサーボ式
の加速度検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のサーボ式の加速度検出器としては
、振子にトルカコイルを有し、加速度の印加による振子
の振れを光量変化または静電容量変化により検出し、永
久磁石とトルカコイルから成るトルカ部により振子を振
れ量零の平衡点に戻し、この時にトルカコイルに流れる
電流を計測して加速度を検出するものがある。図７にそ
の一例を示す。このサーボ式加速度検出器５１に図中Ａ
方向に加速度を印加すると、振子５３がＢ方向に移動す
る。この変位を点線枠内に示した光式または静電容量式
の変位検出部５５で電気信号に変換し、この電気信号を
電気回路により増幅してトルカコイル５７ａ、５７ｂに
帰還し、上記トルカコイルと永久磁石５８ａ、５８ｂで
構成されるトルカ部に発生した電磁力で振子を平衡点に
戻す。なお、この種の加速度検出器の具体例としては、
特開昭５８−９０１７３号公報に示されるものなどがあ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のこの種の加速度
検出器は、トルカ部と変位検出部が分離した構造となっ
ているため、部品点数が増え構造が複雑になり組立費が
高くなるという課題がある。

【０００４】また、光式または静電容量式の変位検出部
を採用したものは、耐環境性に劣り、変位検出部が水、
ほこり等の付着による影響を受ける。そのため、加速度
検出器のケースを気密封止する必要があり、高い加工精
度が要求されて加工費も高くなるという課題がある。

【０００５】

【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、加速度に応じて移動する可動磁性体を
板バネ等で支持し、可動磁性体と可動磁性体の外周に配
置した差動トランスの１次コイルと２次コイルにより変
位検出部を形成する。また、この変位検出部からの電気
信号を増幅して帰還するトルカ部は、可動磁性体の移動
方向端部に永久磁石を接合し、帰還信号に応じた電流が
流れるトルカコイルを有し、定位置に固定されたこのト
ルカコイルの発生磁束で永久磁石との間に吸引力又は反
発力が生じ、この力が平衡点への戻し力として働く構成
となして変位検出部と一体化する。なお、トルカコイル
は、後述するように、可動磁性体の外周に配置してもよ
いし、可動磁性体の移動方向両端に対向する位置に配置
してもよい。

【０００６】さらに、前記第一の解決手段において、前
記変位検出部を前記可動磁性体の外周に１次コイルと２
次コイルの１対を２組左右対称に配置したものとし、前
記トルカコイルを上記変位検出部に対応して左右１組配
置したものとすることができる。そして、この第二の解
決手段において、前記可動磁性体の移動方向両端部に設
けた一対の永久磁石の極性を可動磁性体に対して同一方
向とし、前記左右の１次コイルを互いに逆相となるよう
に巻回接続し、前記左右の２次コイルを互いに同相とな
るように巻回接続し、１次コイルに印加する交流の周波
数を機械系の固有振動数より十分大としかつ直流成分を
含まないものとするとよい。

【０００７】あるいは、前記可動磁性体の移動方向両端
部に設けた一対の永久磁石の極性を可動磁性体に対して
互いに反対方向とし、前記左右の１次コイルを互いに同
相となるように巻回接続し、前記左右の２次コイルを互
いに逆相となるように巻回接続し、１次コイルに印加す
る交流の周波数を機械系の固有振動数より十分大とし、
かつ直流成分を含まないものとしてもよい。

【０００８】

【作用】１次コイルに交流電流を流して交流磁界を発生
させると、１次コイルにより発生した磁束が、可動磁性
体を介して２次コイルに電圧を誘起させる。この時の誘
起電圧の大きさは、２次コイル内を通過する磁束の量に
よって決まり、一方、２次コイル内を通過する磁束の量
は、可動磁性体の変位量によって決まる。従って変位検
出部からは加速度に応じた出力が得られる。

【０００９】この加速度に比例した変位検出部からの出
力信号は、増幅してトルカコイルに帰還する。電流がト
ルカコイルに流れると、トルカコイルに流れる電流量に
比例した磁場が発生し、この磁場中に置かれた可動磁性
体端部の永久磁石に対して磁場強度に応じたトルクが加
わる。このトルクはトルカコイルに流す電流の方向次第
で引張力となったり反発力となったりする。従ってトル
カコイルの発生磁場によって生じるトルクの方向が加速
度を受けて可動磁性体が変位する方向と逆になる向きに
トルカコイルに電流が流れるようにしておけば、可動磁
性体は常に変位検出部の出力が零となる位置（変位零の
平衡点）に戻されるようになり、トルカコイルには加速
度に対応した電流が流れ、この電流から入力加速度を検
出することができる。

【００１０】この様に、この発明では、変位検出部に差
動トランスを用いているので耐環境性に優れ、必ずしも
気密封止を必要としない。また、変位検出部とトルカ部
を一体化しているため形状が大きくならず、構造も簡単
で安価なサーボ式の加速度検出器となる。しかし、上記
第一及び第二の解決手段においては、可動磁性体の両端
に永久磁石を接合しているため、差動トランスの１次コ
イルに印加する交流電流が永久磁石に電磁力を及ぼし、
入力加速度による力以外の力が可動磁性体に加わる可能
性がある。

【００１１】また、可動磁性体の変位は永久磁石の変位
であるため、結果として磁束の変化をもたらし、２次コ
イルに電圧を誘起する。２次コイルには差動トランスの
原理により可動磁性体の変位に比例した大きさの誘起電
圧が発生しており、信号となるこの誘起電圧に上記永久
磁石の変位による誘起電圧が加わる可能性がある。

【００１２】かかる現象は加速度検出器の性能低下、サ
ーボ系の不安定を招く虞れがあり、そこで第三、第四の
解決手段では、１次コイルには機械系の固有振動数より
十分大きい振動数を持ち直流成分を含まない交流を印加
し、かつ永久磁石の極性と１次コイル及び２次コイルの
巻回接続方法を特定して上記現象の発生を防止している
。

【００１３】第三の解決手段によれば、左右の１次コイ
ルに印加される交流電流により生ずる電磁力は永久磁石
に対して同一方向であるが、交流電流の周波数が機械系
の固有振動数より十分大でかつ直流成分を含まないから
、機械的振動が生じることはなく永久磁石を介して可動
磁性体に及ぼす電磁力を無視できる。

【００１４】上記永久磁石が変位した場合、一方の２次
コイルでは永久磁石により発生する磁束が増え、この磁
束を減少させる向きに２次コイルに誘起電圧が発生する
。もう一方の２次コイルでは永久磁石により発生する磁
束が減り、この磁束を増加させる向きに誘起電圧が発生
する。可動磁性体の両端部に設けた永久磁石の極性は同
一方向であるので、前記２つの永久磁石により発生する
磁束は同一方向となる。従って、同一方向の磁束が前述
の様に一方の２次コイルでは増加させる向きに誘起電圧
は発生し、他方では減少させる向きに発生する。つまり
左右の２次コイルで逆位相の誘起電圧が発生する。よっ
て、２次コイルを互いに同相に巻回接続することにより
、上記誘起電圧は互いに相殺され、２次コイルに永久磁
石の変位による影響は生じない。

【００１５】第四の解決手段も第三の解決手段と同様に
、１次コイルに機械系の固有振動数より十分大きな振動
数を持ち直流成分の無い交流を印加するので、１次コイ
ルが永久磁石を介して可動磁性体に及ぼす電磁力の影響
を無視できる。また第四の解決手段では、可動磁性体の
両端部に設けた永久磁石の極性は逆方向であるので、前
記２つの永久磁石により発生する磁束は逆方向となる。 従って、互いに逆方向の磁束を一方の２次コイルでは増
加させる向きに誘起電圧が発生し、他方では減少させる
向きに発生する。つまり左右の２次コイルで同位相の誘
起電圧が発生する。よって、２次コイルを互いに逆相に
巻回接続することにより、上記誘起電圧は互いに相殺さ
れ、２次コイルに永久磁石の変化による影響は生じない
。

【００１６】

【実施例】図１に第１実施例の概略構成図を示す。この
加速度検出器１は、磁性体のケース２に板バネ３の一端
を固定し、この板バネ３の他端、即ち自由端に所定質量
の可動磁性体４を固着してある。そして、可動磁性体４
の両端に、永久磁石８ａ、８ｂを接合してある。また、
可動磁性体４の外周には、１次コイル５ａ、５ｂと磁束
の変化を検出する２次コイル６ａ、６ｂ、さらに可動磁
性体４を所定の位置に戻すためのトルクを発生させるト
ルカコイル７ａ、７ｂを、同心円上に積層配置してある
。この場合、トルカコイルに流す電流の向きを変えてト
ルクの方向を変化させることができるので、トルカコイ
ルと永久磁石は、７ａ、８ａあるいは７ｂ、８ｂのどち
らか一方でも動作は可能である。ケース２に支持された
非磁性体の変位ストッパ９ａ、９ｂは、永久磁石８ａ、
８ｂの影響を受ける事なく可動磁性体４の過大な移動を
制限し、板バネ３の永久変形及び破損を防いでいる。ま
た、ケース２は磁性体であるため磁気シールド効果があ
り、外部磁界の影響がトルカ部に及ばない構造となって
いると共に、磁気回路の構成による２次コイル出力の増
加につながっている。なお、図示の板バネ３は振子を代
用してもよい。

【００１７】この第１実施例の加速度検出器１は、今、
図のＡ方向に加速度が加わったとすると、変位検出部か
ら出力されて電気回路で増幅された帰還信号がトルカコ
イル７ａに対しては永久磁石８ａとの間に磁気吸引力が
生じる向きに、トルカコイル７ｂに対しては永久磁石８
ｂとの間に磁気反発力が生じる向きに流れるようにして
あるので（Ｂ方向の加速度印加時は両コイルとも電流の
向きが反転する）、可動磁性体４に対してＡ方向にトル
クが働き、この力が加速度による移動力と平衡して可動
磁性体４が変位零の平衡点に戻る。平衡点への戻しトル
クは、可動磁性体の両端に働く力が共に吸引力又は共に
反発力となるようにしても生じさせることができる。即
ち、２個のトルカコイルの電流が帰還信号に応じて一方
は増加し、他方は減少するようにしておけば両端に働く
力の差で可動磁性体が平衡点に戻される。また、先に述
べたように、永久磁石とトルカコイルを片側のみに配置
し、加速度の作用方向が逆転したときにトルカコイルに
流す電流の向きを変えて戻しトルクを生じさせることも
できる。

【００１８】図２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。但し、板バネ１３ａ、１３ｂを
２枚用いている点と、１次コイル１５が一つになり２次
コイルとトルカコイルから分離している点が第１実施例
と相違している。本実施例では、板バネを２枚用いてい
るため図中Ａ及びＢ方向以外の加速度入力による可動磁
性体１４の変位の影響を低減する効果がある。また、１
次コイルが、他のコイルと分離されているためコイルの
巻幅方向にはスペースの余裕があり、コイルの径方向に
はスペースの余裕が無い場合に適している。

【００１９】図３は、第３実施例の概略構成図である。 この加速度検出器２１も基本構造は、前２者と同じであ
り、これらと同様の働きをする。但し、板バネ２３が両
持ち構造となっている点と、１次コイル２５ａ、２５ｂ
と２次コイル２６ａ、２６ｂを並列に配置し、その外周
にトルカコイル２７ａ、２７ｂを積層配置している点が
、前２者と異なっている。本実施例も第２実施例と同様
に、板バネの両持ち構造により可動磁性体２４の安定な
動きを確保でき、コイル径方向のスペースも少なくて済
む。

【００２０】図４は、第４実施例の概略構成図である。 この加速度検出器３１も基本構造は、前３者と同じであ
り、これらと同様の働きをする。但し、トルカコイル３
７ａ、３７ｂを可動磁性体３４の移動方向両端と対向し
た位置に配置している点が前３者と異なっている。なお
、各実施例とも耐振性を良くするために、ケース内にダ
ンパ液を封入することができる。

【００２１】次に、図５、図６に前記図１、３、４の実
施例の可動磁性体に接合された永久磁石の極性及びその
外周に設けた１次コイル、２次コイルの関係を特定した
実施例について説明する。図１、３、４の実施例では、
永久磁石の向き及び１次コイル、２次コイルの巻回接続
方法については明確に言及していないが、永久磁石、１
次コイル、２次コイルの構成次第では、１次コイルに印
加する交流電流が永久磁石に電磁力を及ぼし、入力加速
度による力以外の力が可動磁性体に加えられる場合があ
る。又、２次コイルで発生する誘起電圧に永久磁石の変
位による誘起電圧が加算される場合もある。これらは、
加速度検出器の性能低下、サーボ系の不安定化を招く可
能性がある。

【００２２】このような不都合が生じるのを回避するた
め、図５では可動磁性体４に対してその両端に磁極の同
一極性が同一方向に向くように永久磁石８ａ、８ｂを設
け、左右の１次コイル５ａ、５ｂは互いに逆相となるよ
うに巻回接続され、左右の２次コイル６ａ、６ｂは同相
となるように巻回接続されている。そしてこの場合、１
次コイル５ａ、５ｂには加速度検出器の機械系の固有振
動数より十分大きい周波数でかつ直流成分を含まない交
流電源が印加される。

【００２３】なお、図示省略しているがこの実施例の永
久磁石の構成及び１次コイル、２次コイルの接続方法は
図３、図４の実施例にも適用できることは勿論である。 従って、図５の実施例には符号は図１のものを用いてい
るが、図３、図４に適用する場合は相当する部材に符号
を読み替えるものとする。

【００２４】このような構成としたこの実施例では、１
次コイル５ａ、５ｂに交流電流を印加するとこれにより
左右の永久磁石８ａ、８ｂにはそれぞれ同一方向の電磁
力が作用し、瞬間的には左右いずれかの方向へ移動しよ
うとする。しかし、この場合１次コイル５ａ、５ｂに加
えられる電流は機械系の固有振動数より十分大きい振動
数でかつ直流成分を含まないから、永久磁石８ａ、８ｂ
の移動は上記交番電流の切換えに応答せず、上記電磁力
によって左右いずれかへ変位することはない。従って、
可動磁性体４に及ぶ電磁力の影響は無視することができ
る。

【００２５】一方、加速度検出器に加速度が加えられて
可動磁性体４と永久磁石８ａ、８ｂが移動しようとする
と、永久磁石８ａと８ｂは互いに極性が同じ向きに可動
磁性体４に設けられているから、永久磁石８ａ、８ｂの
変位による磁束変化は左右で反対方向となる（一方が増
加すれば他方は減少する）。２次コイル６ａ、６ｂは同
相に接続されているから、２次コイル中では誘起電圧は
互いに相殺される。従って、永久磁石８ａ、８ｂの変位
により生ずる２次コイル中の誘起電圧の影響は無視でき
る。

【００２６】図６の実施例では、可動磁性体４に対して
その両端に磁極の極性が反対方向に向くように永久磁石
８ａ、８ｂを設け、左右の１次コイル５ａ、５ｂは互い
に同相となるように、左右の２次コイル６ａ、６ｂは互
いに逆相となるように巻回接続されている。なお、この
実施例も図３、図４の実施例に対して適用できる。

【００２７】そして、この場合も１次コイル５ａ、５ｂ
に機械系の固有振動数より十分大きい振動数でかつ直流
成分を含まない交流を印加することにより可動磁性体４
に及ぼす電磁力の影響は無視できる。

【００２８】又、加速度印加時の永久磁石８ａ、８ｂの
変位により生ずる磁束変化によって２次コイル６ａ、６
ｂ中に生じる誘起電圧も、２次コイル６ａ、６ｂが逆相
に接続されているため互いに相殺され、永久磁石８ａ、
８ｂの変位により生ずる２次コイル中の誘起電圧の影響
も無視できる。このように、図５、図６の実施例によれ
ば、１次コイルに流れる交流電流が発生する電磁力が永
久磁石を介して可動磁性体に及ぼす影響を無視でき、か
つ可動磁性体に接合している永久磁石の変位が２次コイ
ルに誘起する電圧の影響を無視でき、従って加速度検出
器の性能低下を招かず、サーボ系を不安定とする原因を
無くすことができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の加速度
検出器は差動トランス方式の変位検出部とトルカ部とを
一体化したので小型化が期待できる。また、その一体化
により構造が簡素化されるため組立費等を削減でき、さ
らに、変位検出部に差動トランスを用いているので耐環
境性に優れており、気密封止等が必須で無くなるので加
工費も削減でき、コスト面で有利になるという効果が得
られる。

【００３０】さらに、変位検出部を左右対称にそれぞれ
配置した１次コイルと２次コイルから構成した場合は、
１次コイルに流れる交流電流により発生する電磁力が可
動磁性体に及ぼす影響を無視でき、かつ可動磁性体に接
合している永久磁石の変位が２次コイルに誘起する電圧
を互いに相殺するように１次コイル、２次コイルを巻回
している。従って、加速度検出器の性能劣化を招かず、
サーボ系の動作が安定したものが得られるという利点が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の加速度検出器の一例を示す概略構成
図

【図２】他の実施例の概略構成図

【図３】他の実施例の概略構成図

【図４】他の実施例の概略構成図

【図５】可動磁性体の両端の永久磁石に対して１次コイ
ル、２次コイルの巻回接続を示す回路の概略図

【図６】
図５と異なる巻回接続回路の概略図

【図７】従来のサー
ボ式加速度検出器の概略構成図

【符号の説明】

１、１１、２１、３１、５１　　加速度検出器２、１２
、２２、３２、５２　　ケース３、１３ａ、１３ｂ、２
３、３３　　板バネ４、１４、２４、３４　　可動磁性
体 ５ａ、５ｂ、１５、２５ａ、２５ｂ、３５ａ、３５ｂ　
　１次コイル ６ａ、６ｂ、１６ａ、１６ｂ、２６ａ、２６ｂ、３６ａ
、３６ｂ　　２次コイル ７ａ、７ｂ、１７ａ、１７ｂ、２７ａ、２７ｂ、３７ａ
、３７ｂ、５７ａ、５７ｂ　　トルカコイル８ａ、８ｂ
、１８ａ、１８ｂ、２８ａ、２８ｂ、３８ａ、３８ｂ、
５８ａ、５８ｂ　　永久磁石９ａ、９ｂ、１９ａ、１９
ｂ、２９ａ、２９ｂ、３９ａ、３９ｂ　　変位ストッパ ５０　　ヒンジ ５３　　振子 ５４ａ、５４ｂ　　ヨーク ５５　　変位検出部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　加速度に応じて移動する可動磁性体と
   、この可動磁性体の移動方向端部に接合する永久磁石と
   、可動磁性体の変位を検出して電気信号を発生する１次
   コイルと２次コイルから成る差動トランス方式の変位検
   出部と、この変位検出部からの電気信号を定位置に固定
   されたトルカコイルに増幅して帰還し上記可動磁性体を
   変位零の平衡点に戻すトルカ部と、これ等を収めるケー
   スを有し、上記トルカ部は上記トルカコイルの発生磁束
   で上記永久磁石との間に吸引力又は反発力を生じ、この
   力が平衡点への戻し力として働くようにしたことを特徴
   とするサーボ式の加速度検出器。
2. 【請求項２】　　トルカコイルを上記可動磁性体の外周
   に配置した請求項１記載の加速度検出器。
3. 【請求項３】　　トルカコイルを上記永久磁石と対向す
   る位置に配置した請求項１記載の加速度検出器。
4. 【請求項４】　　上記ケースを磁性体とし、かつ、この
   ケースに可動磁性体の移動量を規制する非磁性体の変位
   ストッパを設けた請求項１、２又は３に記載の加速度検
   出器。
5. 【請求項５】　　前記変位検出部を前記可動磁性体の外
   周に１次コイルと２次コイルの１対を２組左右対称に配
   置したものとし、前記トルカコイルを上記変位検出部に
   対応して左右１組配置したものとしたことを特徴とする
   請求項１に記載の加速度検出器。
6. 【請求項６】　　前記可動磁性体の移動方向両端部に設
   けた一対の永久磁石の極性を可動磁性体に対して同一方
   向とし、前記左右の１次コイルを互いに逆相となるよう
   に巻回接続し、前記左右の２次コイルを互いに同相とな
   るように巻回接続し、１次コイルに印加する交流の周波
   数を機械系の固有振動数より十分大としかつ直流成分を
   含まないものとしたことを特徴とする請求項５に記載の
   加速度検出器。
7. 【請求項７】　　前記可動磁性体の移動方向両端部に設
   けた一対の永久磁石の極性を可動磁性体に対して互いに
   反対方向とし、前記左右の１次コイルを互いに同相とな
   るように巻回接続し、前記左右の２次コイルを互いに逆
   相となるように巻回接続し、１次コイルに印加する交流
   の周波数を機械系の固有振動数より十分大としかつ直流
   成分を含まないものとしたことを特徴とする請求項５に
   記載の加速度検出器。