JPS63187519A - 高周波発振形近接スイツチ - 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）産業上の利用分野 この発明は、センサコイルの磁束漏洩を阻止し、センサ
部を取付ける周囲金属体の影響による検出距離のバラツ
キを解消した高周波発振形近接スイッチに関する。

（ロ）従来の技術 一般に、高周波発振形近接スイッチは、センサコイルを
含む高周波発振回路を備え、例えば、被検知物体が到来
しない状態では発振しており、被検知物体が近接すると
、発振回路のコンダクタンスが変化して発振が弱まり、
あるいは停止する。

この発振の弱まりあるいは停止をレベル弁別して、検知
物体の到来を出力している。この種の近接スイッチでは
、少なくともセンサ部を含む検出部が、所望の場所にネ
ジ締め等により埋設設置される。

設置後の動作状態において、センサ部の検出面以外から
、例えばセンサ部の側面部から外方へ漏洩磁束が発生す
る。そのため、センサ部を装着する装着部材（装着壁面
）が金属体である場合には、漏洩磁束が金属体（周囲金
属）に磁性作用を与えるため、センサ部の検出距離に大
きな影宮を及ぼし、装着部材が金属体である場合と非金
属体である場合によって、検出距離に格差の生じる不利
のあることが知られている。

そこで、従来は、センサ部の検出面を被覆する外カバ一
体を、黄銅等の非磁性金属で構成させた高周波発振形近
接スイッチが実施されている。

この黄胴外カバ一体でｆ７４成された近接スイッチでは
、センサ部を仮に金属体である装着部材（周囲金属）に
装着した場合は、センサ部（センサコイル）から発生す
る漏洩磁束により、黄銅カバ一体に漏洩磁束に対応する
渦電流が生じ、この渦電流による磁束によって漏洩磁束
が打消される。つまり漏洩磁束を低残し得る。従って、
センサ部は周囲金属による強い影響を受けることがない
。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 上記黄銅外カバ一体にて検出部が被覆された構造の近接
スイッチでは、非磁性（黄銅）カバ一体に漏洩磁束によ
り生じる渦電流を発生させ、この渦電流により漏洩磁束
を打消す方式のものである。

従って、検出径（センサコイル径）が小さい近接スイッ
チの場合には、漏洩磁束はかなり低減され、センサ部に
対する周囲金属の影響を解消させることができる。

ところが、漏洩磁束を渦電流によって打消す方式には自
ずと限界があり、例えば検出径が大きい近接スイッチの
場合には、渦電流によって漏洩磁束を充分に打消すこと
が出来ず、漏洩磁束による周囲金属の影響を受けること
となり、適正な検出距離を保持し得ない。つまり、装着
部材が金属体（周囲金属）の場合と非金属体である場合
等の周囲材質の相違によって、センサ部の検出距離に格
差の生じる不利があった。

この発明は、検出径が大きい近接スイッチであっても周
囲金属に影害されず、検出距離を適正に保持し得る高周
波発振形近接スイッチを提供することを目的とする。

（ニ）問題点を解決するための手段及び作用この目的を
達成させるために、この発明の高周波発振形近接スイッ
チでは、次のような構成としている。

高周波発振形近接スイッチは、センサコイルを配備した
コアの検出面側端部外周に補助コイルを巻回配備し、こ
の補助コイルとセンサコイルとを相互インダクタンスが
負になるように直列に接続し、前記補助コイルの磁束を
前記センサコイルの漏洩磁束と鎖交させるようにして構
成されている。

このような構成を有する高周波発振形近接スイッチでは
、センサコイルと補助コイルとを直列接続し、その接続
方向をセンサコイルの漏洩磁束を打消し得る方向、つま
り補助コイルの巻方向をセンサコイルとは逆向きとして
いる。更に、補助コイルの巻数を漏洩磁束を充分に打消
し得る最適なターン数に設定している。

今、センサコイルと補助コイルに交流電流を流す時、セ
ンサコイルの漏洩磁束に対し、鎖交する逆向きの磁束が
補助コイルより発生する。これにより、センサコイルか
ら発生する漏洩磁束が補助コイルより発生する逆向きの
磁束により打消される。従って、近接スイッチのセンサ
部が仮に金属板（周囲金属）の装着部材に装着された場
合であっても、漏洩磁束による影響は全くなく、例えば
樹脂板等の非金属体の装着部材に装着した場合と同様な
検出距離を保持することが可能となる。

（ホ）実施例 第２図は、この発明に係る高周波発振形近接スイッチを
示す外観図、第１図は断面図である。

高周波発振形近接スイッチは、非磁性金属により形成さ
れ、外周部に取付用ネジ部１１を備えた上下（両端面）
開口の筒状外ケース１と、この外ケース１の一端開口内
部に嵌合された補助コイルケース２と、この補助コイル
ケース２の内部に嵌着され、センサコイル３を０１３え
たコア４と、前記外ケースｌの一端開口面（センナコイ
ル３臨出面）を被覆するコイルケース５とから成る。

外ケース１は、筒体の−０：）；開口部を補助コイルケ
ース（コイルケース５）２により閉成され、他端開口部
は、ケーブルクランプ１２によって閉成され、この筒体
空室内にはプリント基板１３を配備し、プリント基板１
３は、充填樹脂１４にて固定されている。そして、この
プリント基板１３には、後述する発振回路部等が実装し
てあり、プリント基＋反１３に接続されるリード線（ケ
ーフ゛ル）１５が、ケーブルクランプ１２より外方へ引
出されている。

前記補助コイルケース２は、一端部（上端部）開口有底
の筒体に形成され、内部にＥ形コア４を嵌着し、このＥ
形コア４にセンサコイル３が巻回させである。また、コ
イルケース５は一端部（下端部）開口有底の筒体に形成
され、前記外ケースｌの開口部に嵌合されている。つま
り、コイルケース５の外周面が外ケース１の内周面に接
面する状態で嵌着され、底面にて上記センサコイル（コ
ア４）３の臨出面を被覆している。そして、このコイル
ケース５の底面部をセンサの検出面に設定している。

この発明の特徴は、前記補助コイルケース２に補助コイ
ル６を巻回配備した点にある。

補助コイルケース２は、筒体の開口端面外周部に一定間
陪を存した一対の鍔板２１．２１を突設し、この鍔板２
１の突出先端が前記コイルケース５の底面部側内周面に
当接するように設定されている。そして、この鍔板２１
．２１間の溝部２２に、補助コイル６を巻回している。

つまり、補助コイル６は、補助コイルケース２を介して
コア４の外周に巻回配備されている。この補助コイル６
は、センサコイル３の巻方向とは逆向きに巻回しである
。そして、この補助コイル６と上記センサコイル３とは
、相互ｍＲインダクタンスが負になるように直列接続し
、補助コイル６より発生する逆向き磁束が、センサコイ
ル３より発生する漏洩磁束を打消すように設定されてい
る（第３図参照）。

第３図は、実施例高周波発振形近接スイッチの回路＋７
．？成例を示すブロック図である。

センサコイル３と補助コイル６は、発振回路７１に対し
、直列に接続されている。

発振回路７１は、検知物体の到来しない状態で、センサ
コイル３及び補助コイル６とにより、高周波を発振する
。そして、検波回路７２は、高周波発振信号を直流に変
換する。また、コンパレータ７３は検波回路７２より出
力される高周波発振信号に応じた直流信号を予め設定さ
れた基準レベルと比較する。仮に、検出体へがセンサ部
の検出面に近づくと、センサコイル３が発生する磁束が
検出体Ａに取られ、発振条件が狂う。つまり検波１３号
が基準レベル以下になる。ここにおいて、コンパレータ
７３から検出体Ａが接近したことを出力回路７４に信号
出力し、出力回路７４は、後続するアクチュエータの駆
動回路に対し、停止或いは駆動信号を出力する。

第４図は、実施例高周波発頭形近接スイッチのセンサ部
を、金属製装着部材（周囲金属）８に装着した場合にお
いて、センサコイル３と補助コイル６が発生する磁束の
分布を示す説明図である。

第４図において、センサコイル３より発生する磁束を実
線で、補助コイル６より発生する磁束を破線で示してい
る。補助コイル６より発生ずる磁束は、センサコイル３
より発生する磁束に対して逆向きとなっている。そして
、この状態において、センサコイル３より発生する磁束
は、検出面（周囲金属８）に対し直角方向の磁束と、周
囲金属８方間へ流れる漏洩磁束とが発生しており、この
漏洩磁束は、補助コイルの磁束と鎖交している。

第５図は、センサコイル３と補助コイル６が発生した磁
束と、周囲金属８のインダクタンスと損失との関係を示
す説明図である。

第５図において、貼はセンサコイル３を示し、Ｌ２は補
助コイル６を示している。そして、Ｌ３は上記センサコ
イルＬ、の漏洩磁束Φ、と鎖交する周囲金属８のインダ
クタンスを示し、Ｌ４は補助コイルＬｚの磁束であって
、上記Ｌ＋、Ｌｚと鎖交しない磁束Φ３が、鎖交する周
囲金属８のインダクタンスを示している。つまり、Ｌ４
はＬｌやＬ３等の影響を受けていないインダクタンスを
示す。また、Φ。はセンサコイルＬ、の検出面から出る
磁束を示し、Φ１はセンサコイルＬ、の磁束であって、
検出面以外から出る漏洩磁束を示している。更に、Φ２
は補助コイルＬ２の磁束であって、前記Ｌ３と鎖交する
磁束を示し７、φ３は補助コイルＬ２の磁束であって、
前記し、と鎖交する磁束を示している。つまり、センサ
コイル３及び補助コイル６から発生するも２束及びセン
サコイル２及び補助コイル６から派生する（想定される
）磁束は、第５図に示す関係にあると説明できる。

第６図は、センサコイルＩ２１、補助コイルＬ２及び周
囲金属８のインダクタンスと損失との関係示す等価回路
図である。つまり、第５図に示すセンサコイルＬｌ、補
助コイルＬ２と、センサコイルＬ、及び補助コイルＬ２
の磁束により発生する周囲金属８によるＲ３、Ｒ４（想
定コイル）の４つのコイルのインダクタンスの関係を説
明している。

第６図において、Ｍ、はり、とＲ２間の相互インダクタ
ンスを示し、つまり、センサコイル３と補助コイル６間
の相互インダクタンスを示し、Ｍ２は、Ｌ、とり１間の
相互インダクタンスを示している。また、Ｍ３はＲ２と
Ｒ３間の相互インダクタンス、Ｍ４はＲ２とＲ４間の相
互インダクタンスをそれぞれ示している。更に、Ｒ１は
前記Ｌ３に関係する周囲金属８の損失を示し、Ｒ２は前
記Ｌ４に関係する周囲金属８の損失を示している。

つまり、Ｌ、とＲ２との関係では相互インダクタンスは
−Ｍｌ　となり、Ｌ、とＲ３との関係では相互インダク
タンスは−Ｍ２となる。また、Ｒ２−とり、との関係で
は相互インダクタンスはＭ３となり、更にＲ２とＲ４と
の関係では、相互インダクタンスは−Ｍ４となる。

ここで、上記第６図を用いて、周囲金属８に漏洩する磁
束を最小とし得る理由を、以下に説明する。

今、入力端ａ、ｂに加える交流電圧を■、流れる電流を
ｉとすると、■は、 ｖ−ｊω（Ｌｌ−Ｍｌ＋Ｉ−□−Ｍｌ）ｉ＋　（ＲＩ＋
　Ｒｚ）　ｉ−ｊω（１□−１：＋）ｉ＋ｊω門ａｉｚ
　　　・・・・・・（１）で表される。

この（１）式を変形して、流れる電流１１ｉ２を求める
と、 Ｒ４＋ＪωＬ４ Ｒ４＋ｊωＬ４ が得られる。

かくして得られた（２）式及び（３）式を前記（１）弐
に代入すると、 ””　Ｊ　ω（Ｌ＋＋Ｌｚ　　２Ｍ＋）　＋　（Ｒ＋　
＋Ｒｚ）　　１Ｒ３−１−ｊωＬＩ　　　　Ｒ４＋Ｊω
Ｌ４が得られる。つまり、電流ｉＩ、ｉ２を消去し、ｉ
の１次式としている。更に、この（４）式から入力端ａ
、ｂからコイル側を見たインピーダンスＺを求めると、 ■ −ｊω（Ｌｌ　＋Ｌ２−２Ｍｌ）　＋（Ｒ１＋Ｒ２）Ｒ
ｚ＋ｊωＬｆｆ　　　Ｒ，＋ｊωＬ４が得られる。

そして、この（５）弐から虚数を除いた損失（実数）を
求めると、 Ｒ４”　＋　（ωＬ４）２ が得られる。

この（６）弐において、Ｍ３、Ｍ　２　＞＞　Ｍ　４　
と考えられるから、Ｍ４に係る式を無視すると、損失は
次式で表される。

一方、相互インダクタンスＭ２、Ｍ、は、次式で表され
る。

Ｍ２　＝ｋｌ　Ｂ］−二「Ｔ　　・・・・・・（８）Ｍ
３−に２　　ｊＬ２　　・Ｌ、　　　・・・・・・（９
）ここで、ｋ、、に２は、自己インダクタンス間の結合
係数である。

ここにおいて、補助コイルＬ２の巻数を適当に選べば、 ！ＶＩ２＝Ｍ３　　　　　　　　　・・・・・・（１０
）とすることが出来る。そのため、（７）式は、ＩＺ　
ｌｉｔ　＝Ｒ＋　　＋Ｒｚ　　・・・・・・（１１）と
なる。つまり、補助コイルＬ２の巻数を適当に選択する
ことで、センサコイルＬ、から発生する漏洩磁束による
影否を無くし得ることが判る。

尚、周囲金属８の材質が変わった場合には、Ｒ３の値が
変化するだけであるから、前記（８）式及び（９）式よ
り、材質に拘らず（１０）式が成立つ。その時のｔ置火
も、（１１）式の通りとなる。つまり、補助コイル６の
巻数を適宜選択することで、センサコイル３の漏洩磁束
による損失（Ｒ３、Ｒ４の彩り）の低減が出来、センサ
部を装着した金属体（周囲金属）８の影害を無くするこ
とが可能となる。

従って、センサ部を埋設する装着部材８が金属体である
と非金属体であるとを問わず、センサコイル３から漏洩
する磁束は、補助コイル６から発生ずる逆向き磁束によ
って完全に打消されることとなり、一定長さの検出距離
が常時確保でき、装着部材（周囲資材）８の（目違によ
る検出距離の格差力く解）肖される。

（へ）発明の効果 この発明では、以上のように、センサの検出部外周に補
助コイルを巻回配備し、この補助コイルとセンサコイル
とを直列に接続したから、補助コイルの磁束はセンサコ
イルの！ｉｉ＋５２磁束に対し逆向きに鎖交することと
なり、漏洩磁束を打消す。

これにより、センサコイルから発生する漏洩磁束は０に
近く低減され、仮に大径のセンサ部を装着する装着部材
が金属体（周囲金属）であっても、漏洩磁束による検出
距離の影Ｃは全くない。従って、従来のように、装着部
材が金属体である場合と非金属体である場合によって、
検出距離に格差が生じる等の不利がなく、装着部材の材
質の如何に拘らず、常時、適切な検出距離を保持し得る
。

また、センサ部を周囲金属体に装着する場合であっても
、従来の渦電流方式に比し、検出距離を長くし得る利点
がある等、発明目的を達成した優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例高周波発振形近接スイッチを示す断面
図、第２図は実施例高周波発振形近接スイッチの外観図
、第３図は、同高周波発振形近接スイッチの回路購成例
を示すブロック図、第４図は、実施例高周波発振形近接
スイッチを周囲金属体（装着部材）に配０ｍシた状態の
磁束発生の説明図、第５図は、センサコイルと補助コイ
ルが発生した（は束と周囲金属のインダクタンスと損失
の関係を示す説明図、第６図はセンサコイルと補助コイ
ル及び周囲金属のインダクタンスと損失との関係を示す
等価回路図である。 ■＝外ケース、　　　２：補助コイルケース、３：セン
サコイル、４：コア、 ５：コイルケース、６：補助コイル。 特許出願人　　　　　　　　立石電機株式会社代理人　
　　　　弁理士　　中　村　茂　何口　　　口 第２図 第　４　図 第　５　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）センサコイルを配備したコアの検出面側端部外周
   に補助コイルを巻回配備し、この補助コイルと前記セン
   サコイルとを相互インダクタンスが負になるように直列
   に接続し、上記補助コイルの磁束を前記センサコイルの
   漏洩磁束と鎖交させるようにして成る高周波発振形近接
   スイッチ。