JPH083421B2 - 傾斜角検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、水平または重力の方向に対する被測定物、
特に揺動体の変化する傾斜角を電気的に検出する傾斜角
検出器に関する。

（従来技術） 従来、振子が重力の作用によって常に鉛直方向を指向
することを利用して、振子の支持部の傾きを検出する傾
斜角検出器が実用化されている。これは、振子の位置が
支持部の傾きに応じて相対的に変化するので、基準時の
振子の位置に対する傾斜時の位置の変化を直接的又は間
接的に電気的に検出することによって傾斜角を求めよう
とするものである（実開昭57−94813号、実開昭58−177
811号）。このような従来の振子構造の検出器では、振
子の吊り線部の加工、組立等には非常に微妙な熟練を要
し高度な精密技術を必要とする。その結果高価なものと
なっている。また、温度変化や衝撃等に起因する吊り線
部の変形による基準時の位置の変動等も大きく、傾斜角
検出において誤差を持つことが免れ得なかった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上記のような従来の傾斜角検出器にみられ
る高度な加工、組立技術を必要とせず、温度変化や衝撃
等に対する傾斜角検出誤差をなくすためになされたもの
で、従来の吊り線構造の傾斜角検出器とは全く構造を異
にした安価で精度の高い傾斜角検出器を提供することを
目的としている。

（問題点を解決するための手段） 本発明の傾斜角検出器は、１実施例を示す第１図にお
いて、筐体１内に磁性流体３を介して磁石よりなるコア
２を支持する。筐体１のコア支持面にコア２をガイドす
る凹状に湾曲した案内溝内６を形成し、筐体１のまわり
にコイル４を巻回する。そして、コイル４にコイルのイ
ンダクタンスの変化を検出する検出回路5Aを接続する。

（作用） 磁性流体３はコア２の磁極の周囲に集合するため、コ
ア２は筐体１の案内溝面６より浮上し、筐体１が傾斜す
ると重力により湾曲した溝面６の最も低い位置へ自由に
移動する。第３図に示すように、筐体１が水平からθ傾
くと、コア２と磁性流体３は最も低い位置へ移動して基
準位置10から変位し、この変位11に相当する出力がコイ
ル４より得られる。この変位11をｄとし、湾曲した案内
溝面６の曲率半径をＲとすると、ｄ＝θＲが成り立ち、
一方コイル４のインダクタンスＬは変位ｄに対して直線
的に変化するので、コイル４のインダクタンスＬの変化
量を検出回路5Aによって検出することにより、筐体１の
傾斜角θを検出することができる。

（実施例） 第１図は本発明の１実施例による傾斜角検出器の構成
を示すもので、この傾斜角検出器は、例えば棒状の磁石
よりなるコア２と、コア２の磁極周囲に吸引保持されコ
ア２を浮上させてこれが自由に移動できるようにするた
めの磁性流体３と、コア２と磁性流体３を収容する高抵
抗体又は絶縁体でかつ非磁性の材質からなる容器（筐
体）１と、容器１のまわりに配置されコア２の基準位置
10（第３図）からの変位11（第３図）を検出するための
同一の巻数、大きさの相互に間隔を置いて配置された２
個のコイル４と、コイル４に接続され各コイル４の端子
電圧を測定して容器１の傾斜角に相当する電気信号を出
力する検出回路5Aとを備えている。そして、第１図の実
施例においては、２個のコイル４は交流の定電流源Ｓに
直列に接続されている。

ところで、容器（筐体）１の外形は例えば円筒形状
で、その内部のコア２の載置面には半円形状断面（第２
図（ａ））の案内溝６が筐体長手方向に形成されてお
り、この案内溝６は第１図に示すように鉛直方向上方に
凹となるように湾曲形状（曲率半径Ｒ）となっている。
容器１に形成する溝６は第２図（ｂ）に示すようにＶ字
型断面としてもよく、その他磁性流体３の摺動ガイドと
して機能できる形状のものであれば、円、Ｖ字型以外
に、例えば台形型、楕円型等のいかなる断面形状のもの
でもよい。

このように配置すると、磁性流体３はコア２の磁極の
周囲に集合するため、コア２は容器１の溝面より浮上
し、容器１が傾斜すると重力により最も低い位置へ自由
に移動することができる。そして、コア２が２つのコイ
ル４の中央に位置する場合を基準位置10（第３図）と
し、容器１が第３図に示すように水平方向から角度θ傾
くと、コア２と磁性流体３は最も低い位置へ滑って基準
位置10から変位11だけ移動する。この変位11をｄとし、
湾曲溝面６の曲率半径をＲとすると、ｄ＝θＲの関係が
成り立つので、変位11は傾斜角θに比例する。ところ
で、コア２の変位11をｄで表わした時、各コイル４のイ
ンダクタンスＬは第８図に示したように直線的に変化す
る（Ｌ∝ｄ）。第８図の実線は一方のコイル４のインダ
クタンスの変化を示し、点線は他方のコイルのインダク
タンスの変化を示す。インダクタンスはコアがコイルの
中に入る時に上昇し、逆にコイルから出る時に減少する
関係にある。したがって、各コイル４の端子間電圧には
変位11に相当する電圧変化が生じるので、この２つの端
子間電圧の差を求めると第４図のような特性となり、そ
の値より傾斜角θを求めることができる。

第５図は本発明の他の実施例の構成を示すもので、各
コイル４は交流定電圧源Ｓに並列に接続されており、各
コイル４に流れる電流が電流電圧変換回路5Bを介して検
出回路5Aで検出されるようになっている。容器１の傾斜
に伴ない各コイル４に変位11に相当する電流変化が起こ
り、この２つの電流の差も第４図のような傾斜角に対し
て比例する特性となるので、その値より傾斜角θを求め
ることができる。

第６図は本発明の別の実施例の構成を示すもので、こ
の場合コイル４は差動トランスを構成するように容器１
のまわりに巻きつけられている。コイル4aは一次コイル
で、交流定電流源Ｓにより励磁され、コイル4bは二次コ
イルで、コア２の変位11に相当する電圧を出力する。二
次コイル4bの各出力電圧の差は第４図のような特性とな
るので、同様にして傾斜角θを求めることができる。

第７図は本発明のもう１つの実施例における容器（筺
体）１の断面図であり、検出回路系としては上記実施例
のいずれのものでも用いることができる。この場合、容
器１の内面は、半径Ｒの円弧を容器１の円筒軸を中心に
回転させてできるたる型の曲面又はその一部となってお
り、この内面が案内溝面６として作用する。この実施例
の特徴は、容器１がその円筒軸を中心に回転しても、こ
の軸の水平面に対する傾斜角θの検出精度に何らの影響
も与えないということである。

以上、いくつかの実施例を示したが、その他多くの変
形が可能であることは明らかであろう。

（発明の効果） 以上の様に、この発明による傾斜角検出器は、磁石よ
りなるコアと磁性流体とを湾曲内面を有する筐体に収容
するという簡単な構造によって傾斜によるコアの変位を
生じさせ、筐体のまわりのコイルでこの変位を電気量に
変換するため、高度の加工、組立技術を必要とせずに安
価で精度の高い傾斜角検出器を提供することができる。
また、傾斜に対する感度は曲率半径Ｒを変えることで自
由に設定することができる利点もある。この傾斜角検出
器によって被測定物の傾斜を高精度で検出でき、検出し
た電気信号によってその物体又はそれが関与する他の物
体の傾斜角調整駆動部にフイードバック制御をかけるこ
とができるので、この検出器は自動制御や遠隔制御など
に安価な素子として利用できる。そして、この傾斜角検
出器は、従来のものに比して、温度変化や衝撃等に対す
る傾斜角検出誤差が極めて小さいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例による傾斜角検出器を示す構
成図、第２図（ａ）、（ｂ）は第１図の線II−IIに沿っ
ての容器のみの断面図、第３図は傾斜時のコアの状態を
示す説明図、第４図は検出回路の傾斜角対出力特性図、
第５図は他の実施例の構成図、第６図は別の実施例の構
成図、第７図はもう１つの実施例の筐体の断面図、第８
図はコイルのコア変位対インダクタンス変化特性図であ
る。 1:容器（筐体）、2:磁石よりなるコア、3:磁性流体、4:
コイル、4a:差動トランスの一次コイル、4b:差動トラン
スの二次コイル、5A:検出回路、5B:電流電圧変換回路、
6:案内溝、10:基準位置、11:変位、S:電源

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筐体内に収容されこの筐体の傾きに応じて
   変位する磁石よりなるコアと、このコアを取り巻くよう
   に前記筐体に巻回されたコイルと、このコイルに接続さ
   れコアの変位に応じたコイルのインダクタンスの変化量
   を検出して前記筐体の傾斜角を検出する検出回路とを備
   えた傾斜角検出器であって、前記コアと前記筐体のコア
   支持面との間に磁性流体を介在させるとともに、このコ
   ア支持面にコア摺動用ガイドとして凹状に湾曲した案内
   溝面を形成してなることを特徴とする傾斜角検出器
2. 【請求項２】案内溝面の断面形状がＶ字型、台形型、楕
   円型のいずれかとなるように構成したことを特徴とする
   特許請求範囲第１項記載の傾斜角検出器
3. 【請求項３】円弧を筐体の軸を中心に回転してできるた
   る型の曲面またはその一部から凹状に湾曲した案内溝面
   を形成したことを特徴とする特許請求範囲第１項記載の
   傾斜角検出器