JP2005300199A - 傾斜角センサ - Google Patents

Abstract

【課題】車両などの傾斜角度を検知する傾斜角センサに関し、傾斜角度の連続した詳細な検出が可能な傾斜角センサを提供することを目的とする。
【解決手段】筐体１１内に金属製の振り子１３の支点部を揺動可能に支持し、この振り子１３の近傍に、磁力が振り子１３の揺動方向と直交する方向に配置された磁力出力部としての磁力出力コイル２１が周期的に変化する磁力を出力し、傾斜角度に対応して揺動する振り子１３を介して変化した磁力を、磁力出力コイル２１と対向して配置された磁力検出コイル２２が電磁誘導起電圧として出力するようにして傾斜角センサを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両などの傾斜角度を検知する傾斜角センサに関するものである。

近年、車両の高機能化が進む中、車両の傾斜角度を検出して、所定の傾斜角度に達した時に警報を出し注意を促す等、傾斜角度に対応した車両の制御のために、傾斜角センサが重要視されている。

このような従来の傾斜角センサについて、図７及び図８を用いて説明する。

図７は従来の傾斜角センサの正面図、図８は同傾斜時の正面図であり、同図において、１は筐体で底面には傾斜５Ａ、５Ｂが設けられている。

また、この底面にはスイッチを構成するための接点２Ａ、２Ｂが、側面には接点４Ａ、４Ｂが形成されている。

そして、３は金属製の球状の可動接点で、この可動接点３が筐体１内に移動可能に収納されて、傾斜角センサが構成されている。

また、この傾斜角センサは車両に装着され、接点２Ａ、２Ｂ、４Ａ、４Ｂが車両側の電子回路（図示せず）に接続されている。

以上の構成において、車両が傾いていない時は可動接点３が２Ａと接点２Ｂに接触し、この接点２Ａと接点２Ｂの導通によって、車両側の電子回路は車両が傾いていないことを検知する。

そして、例えば車両が左側に傾き、この傾斜角度が傾斜５Ａ以上に大きくなった時は、図８に示すように可動接点３が左側に移動して、可動接点３が接点２Ａと接点４Ａに接触し、この接点２Ａと接点４Ａの導通によって、車両側の電子回路は車両が左側に傾いたことを検知する。

逆に、車両が右側に傾き、この傾斜角度が傾斜５Ｂ以上に大きくなった時は、可動接点３が右側に移動して、可動接点３が接点２Ｂと接点４Ｂに接触し、接点２Ｂと接点４Ｂの導通によって、車両側の電子回路は車両が右側に傾いたことを検知するように構成されているものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００１−１７４２５６号公報

しかしながら、上記従来の傾斜角センサにおいては、車両の傾斜角度が傾斜５Ａ、５Ｂ以上の左右いずれかへの極端な傾きしか検知できないため、例えば、傾斜５Ａ、５Ｂ未満の角度で左右いずれかへ次第に変化する連続した詳細な傾斜角度の検出は困難であるという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、連続した詳細な傾斜角度の検出が可能な傾斜角センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、筐体内に金属製の振り子の支点部を揺動可能に支持し、この振り子の近傍に、磁力が振り子の揺動方向と直交する方向に配置された磁力出力部が周期的に変化する磁力を出力し、傾斜角度に対応して揺動する振り子を介して変化した磁力を、磁力出力部と対向して配置された磁力検出コイルが電磁誘導起電圧として出力するようにして傾斜角センサを構成したものであり、傾斜角センサの傾斜角度に対応して振り子と磁力出力部との重なる面積の変化によって、振り子に発生する渦電流の大きさが変化し、この渦電流の大きさに対応して変化した磁力によって変化する電磁誘導起電圧値を磁力検出コイルが出力するため、連続した詳細な傾斜角度の検出が可能な傾斜角センサを得ることができるという作用を有する。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、磁力出力部を磁力出力コイルで構成したものであり、磁力出力部を簡易な構成とすることによって、製作も容易な傾斜角センサを得ることができるという作用を有する。

請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明において、振り子を非磁性の金属製にすると共に、この振り子の近傍に、磁石をこの磁石の磁力が振り子と直交する方向に配置したものであり、振り子が磁石の磁力に直交する方向へ急激に揺動した場合、振り子のこの動きが速いほどこれに対応して磁石によって振り子に大きな渦電流が発生し、振り子は動きの方向とは反対方向の力を受けるため、車両の振動や加速時等の振り子の急激な動きによる角度の誤検出を防止できるという作用を有する。

請求項４に記載の発明は、請求項１記載の発明において、複数組の磁力出力部と磁力検出コイルを振り子の揺動中心に対して対称に配置したものであり、磁力出力部と磁力検出コイルを振り子の揺動中心に対して複数組配置することによって、振り子と磁力出力部が対面する面積の範囲を広い角度でとれるため、検出できる傾斜角度の範囲を広げることができるという作用を有する。

請求項５に記載の発明は、請求項１記載の発明において、複数の振り子を設け、これらの振り子を所定の間隔で固定すると共に、これらの振り子の間に磁力出力部と磁力検出コイルを配置したものであり、磁力出力部と磁力検出コイルは筐体に固定されているのに対し、揺動する振り子と筐体との間には隙間があるため、揺動方向と直交する方向に力が加わった場合、振り子と磁力出力部や磁力検出コイルの間隔が変化し磁力の変化が生じるが、複数の振り子を所定の間隔で固定することによって、一方の振り子と磁力出力部や磁力検出コイルの間隔は小さくなっても、他方の振り子との間隔は大きくなるため、これによって磁力の変化が相殺され、揺動方向と直交方向の力を受けても、安定した傾斜角度の検出を行うことができるという作用を有する。

請求項６に記載の発明は、請求項２記載の発明において、磁力検出コイルにコンデンサを接続してＬＣ共振回路を構成し、磁力出力コイルに流す交流電流の周波数をこのＬＣ共振周波数と同じにする構成としたものであり、磁力の小さな変化を大きな電圧として検出できるため、感度の高い検出を行うことができるという作用を有する。

以上のように本発明によれば、連続した詳細な傾斜角度の検出が可能な傾斜角センサを得ることができるという有利な効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図６を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による傾斜角センサの正面図、図２は同側面図であり、同図において、１１は筐体、１６はこの筐体１１に固定された軸受け、１５はこの軸受け１６に揺動可能に支持された軸、１３はこの軸１５に固定されたアルミや銅等の非磁性の金属製の略扇形をした振り子で、軸１５の中心を支点部として揺動可能に支持されている。

そして、この振り子１３の後方近傍には、一端が振り子１３の両端にやや重なり、他端が上方へ伸びている略円弧状の磁力検出コイル２２が、銅合金等によって紙フェノールやガラス入りエポキシ板等の配線基板１２の前面に、磁力が振り子１３の揺動方向と直交するように銅合金等の配線パターン（図示せず）によって略円弧状の外周から内側に向かって略渦巻き状に形成されると共に、振り子１３の揺動中心に対して左右対称に２組形成されている。

また、同様にして磁力出力部としての磁力出力コイル２１が磁力検出コイル２２の背面に配線基板１２を介して対向する位置に２組形成されている。

そして、１４は磁石で、磁力出力コイル２１や磁力検出コイル２２と同様に、この磁石１４の磁力が振り子１３と直交する向きに配置されている。

また、図３のブロック回路図に示すように磁力出力コイル２１は一方がアース端子に接続され、他方の端子が抵抗２４を介して発振素子等によって形成された発振回路２５に接続されている。

そして、磁力検出コイル２２はセラミック等によって形成されたコンデンサ２３と並列共振回路を構成しており、この並列共振回路の一方にアース端子が接続され、他方に電磁誘導起電圧を発生する出力端子２６が設けられて、傾斜角センサが構成されている。

また、この傾斜角センサは車両に装着され、左右２組の出力端子２６が各々車両側の電子回路（図示せず）に接続されている。

以上の構成において、発振回路２５が図５の（ａ）に示すように周期的に変化する方形波電圧を発生すると、磁力出力コイル２１にはこの方形波電圧を抵抗２４で割った値の方形波電流が流れるが、コイルは電気的特性上、電流の変化点にしか電圧が発生しないため、図５の（ｂ）に示すように電流の変化点にのみ尖塔状電圧が発生する。

そして、磁力出力コイル２１に流れる電流がこうした変化をすると、磁力出力コイル２１からは磁界の向きが周期的に変化する交番磁界が発生し、磁力検出コイル２２にはこの交番磁界によって電磁誘導起電圧が発生して、図５の（ｃ）に示すような正弦波の電磁誘導起電圧が発生する。

なおこの時、磁力検出コイル２２とコンデンサ２３によるＬＣ共振回路の共振周波数を発振回路２５の発振周波数と同じになるように設定することによって、この電磁誘導起電圧をより大きくできる。

また、この電磁誘導起電圧は電磁誘導の法則により交番磁界の大きさに比例して発生し、振り子１３が磁力出力コイル２１に重なる面積が大きいほど、この振り子１３に発生する渦電流による損失で交番磁界の大きさが減少するため、磁力検出コイル２２に発生する電磁誘導起電圧は図５の（ｄ）に示すように減少する。

そして、車両が傾いていない図１の状態では、振り子１３と左側の磁力出力コイル２１の対面する面積と、右側の磁力出力コイル２１の対面する面積が同じため、左側と右側の磁力検出コイル２２が出力する電磁誘導起電圧値は同一となり、これらの値を車両側の電子回路が解読することによって、車両側の電子回路は車両が傾いていないことを検知する。

また、図４に示すように車両が左側に傾いた時は、この傾きが大きくなるほど振り子１３と左側の磁力出力コイル２１の対面する面積が増加して、左側の交番磁界の損出が大きくなり、左側の磁力検出コイル２２の電磁誘導起電圧値が減少する。

逆に、車両が右側に傾いた時は、同様にして、振り子１３と右側の磁力出力コイル２１の対面する面積が増加して右側の磁力検出コイル２２の電磁誘導起電圧値が減少する。

そして、これらの左側と右側の磁力検出コイル２２の電磁誘導起電圧値の変化とこれらの値を車両側の電子回路が解読することによって、車両側の電子回路は車両の傾斜方向とその傾斜方向へ次第に変化する連続した詳細な傾斜角度を検知する。

このように本実施の形態によれば、筐体１１内に金属製の振り子１３の支点部を揺動可能に支持し、この振り子１３の近傍に、磁力が振り子１３の揺動方向と直交する方向に配置された磁力出力部としての磁力出力コイル２１が周期的に変化する磁力を出力し、傾斜角度に対応して揺動する振り子１３を介して変化した磁力を、磁力出力コイル２１と対向して配置された磁力検出コイル２２が電磁誘導起電圧として出力するようにして傾斜角センサを構成することによって、傾斜角センサの傾斜角度に対応して振り子１３と磁力出力コイル２１との対面する面積の変化によって、変化する電磁誘導起電圧値を磁力検出コイル２２が出力するため、連続した詳細な傾斜角度の検出が可能な傾斜角センサを得ることができるものである。

また、磁力出力部を磁力出力コイル２１で構成することによって、磁力出力部を簡易な構成とすることができ、製作も容易な傾斜角センサを得ることができる。

そして、振り子１３を非磁性の金属製にすると共に、この振り子１３と近接させて、磁力が振り子１３と直交する方向に磁石１４を配置することによって、振り子１３が磁石１４の磁力に直交する方向へ急激に揺動した場合、振り子１３のこの動きが早いほどこれに対応して磁石１４によって振り子１３に大きな渦電流が発生し、振り子１３は動きの方向とは反対方向の力を受けるため、車両の振動で加速時等の振り子１３の急激な動きによる角度の誤検出を防止できる。

なお、この磁石１４は設けなくても良く、その場合は振り子１３を鉄等の磁性を有する金属製のものとしても良い。

また、磁力出力部としての磁力出力コイル２１と磁力検出コイル２２を振り子１３の揺動中心に対して複数組配置することによって、振り子１３と磁力出力コイル２１が対面する面積の範囲を広い角度でとれるため、検出できる傾斜角度の範囲を広げることができる。

そして、磁力検出コイル２２にコンデンサ２３を接続してＬＣ共振回路を構成し、磁力出力コイル２１の磁力が変化する周波数をこのＬＣ共振周波数と同じになる構成とすることによって、磁力の小さな変化を大きな電圧として検出できるため、感度の高い検出を行うことができる。

なお、以上の説明では、一つの振り子１３を設け、この振り子１３の近傍に磁力出力部としての磁力出力コイル２１と磁力検出コイル２２を配置する構成として説明したが、図６に示すように、複数の振り子３３Ａ、３３Ｂを設け、これらの振り子３３Ａ、３３Ｂを筐体３１に所定の間隔で固定すると共に、これらの振り子３３Ａ、３３Ｂの間に磁力出力部としての磁力出力コイル２１と磁力検出コイル２２を配置する構成としても本発明の実施は可能である。

そして、この構成とすることによって、磁力出力コイル２１と磁力検出コイル２２は筐体３１に固定されているのに対し、揺動する振り子３３Ａ、３３Ｂと筐体３１との間には隙間があるため、揺動方向と直交する方向に力が加わった場合、振り子３３Ａ、３３Ｂと磁力出力コイル２１や磁力検出コイル２２の間隔が変化し磁力の変化が生じるが、例えば一方の振り子３３Ｂと磁力出力コイル２１や磁力検出コイル２２の間隔は小さくなっても、他方の振り子３３Ａとの間隔は大きくなるため、これによって磁力の変化が相殺され、揺動方向と直交方向の力を受けても、安定した傾斜角度の検出を行うことができる。

また、以上の説明では、磁力出力部を磁力出力コイル２１で構成するものとして説明したが、磁石を回転させるなどして周期的に磁力を変化する構成としても良い。

そして、振り子３３Ａ、３３Ｂを金属で構成されるものとしたが、樹脂で構成された振り子の表面に銅やアルミ等の金属がメッキされるものとしても良い。

また、２組の磁力出力部としての磁力出力コイル２１と磁力検出コイル２２を振り子１３の揺動中心に対して対称に配置するものとして説明したが、検出できる傾斜角度の範囲は狭くなるが１組の磁力出力部と磁力検出コイルを配置する構成としても良い。

そして、振り子１３の後方近傍に磁力検出コイル２２を配置し、この背面に配線基板１２を介して対向する位置に磁力出力コイル２１を配置する構成として説明したが、これに代えて、磁力出力コイル２１を振り子１３の前方近傍の磁力検出コイル２２と対向する位置に配置する構成としたり、磁力検出コイル２２と磁力出力コイル２１の位置を入れ換える構成としたりしても良い。

本発明による傾斜角センサは、連続した詳細な傾斜角度の検出が可能な傾斜角センサを得ることができるという有利な効果を有し、車両などの傾斜角度を検知する傾斜角センサ等に有用である。

本発明の一実施の形態による傾斜角センサの正面図 同側面図 同ブロック回路図 同左側に傾いた時の正面図 同タイミング波形図 他の実施の形態による傾斜角センサの側面図 従来の傾斜角センサの正面図 同傾斜時の正面図

符号の説明

１１、３１ 筐体
１２ 配線基板
１３、３３Ａ、３３Ｂ 振り子
１４ 磁石
１５ 軸
１６ 軸受け
２１ 磁力出力コイル
２２ 磁力検出コイル
２３ コンデンサ
２４ 抵抗
２５ 発振回路
２６ 出力端子

Claims (6)

1. 筐体と、この筐体内に支点部が揺動可能に支持された金属製の振り子と、前記筐体内の前記振り子の近傍に、磁力が振り子の揺動方向と直交する方向に配置された磁力出力部及び磁力検出コイルからなり、前記磁力出力部が周期的に変化する磁力を出力し、傾斜角度に対応して揺動する前記振り子を介して変化した前記磁力を、前記磁力検出コイルが電磁誘導起電圧として出力する傾斜角センサ。
2. 磁力出力部を磁力出力コイルとした請求項１記載の傾斜角センサ。
3. 振り子を非磁性の金属製にすると共に、この振り子の近傍に、磁石をこの磁石の磁力が前記振り子と直交する方向に配置した請求項１記載の傾斜角センサ。
4. 複数組の磁力出力部と磁力検出コイルを振り子の揺動中心に対して対称に配置した請求項１記載の傾斜角センサ。
5. 複数の振り子を設け、これらの振り子を所定の間隔で固定すると共に、これらの振り子の間に磁力出力部と磁力検出コイルを配置した請求項１記載の傾斜角センサ。
6. 磁力検出コイルにコンデンサを接続してＬＣ共振回路を構成し、磁力出力コイルに流す交流電流の周波数をこのＬＣ共振周波数と同じものとした請求項２記載の傾斜角センサ。

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