JPH10325719A - 傾斜・加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加速度と傾斜との両者をできるだけ精度良く
１つのセンサによって検出することである。 【解決手段】 上端を固定した所定幅を有する板ばね６
を垂直に設け、この板ばね６の下端に着磁面が前記板ば
ね６と直交する方向になるように位置する永久磁石９を
取り付け、この永久磁石９の前記着磁面の近傍の１点に
おける磁界の変化を検出する検出手段１１を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動自転車や電動
車椅子等への利用に適した傾斜・加速度センサに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、傾斜を検出する傾斜検出スイッチ
や加速度を検出する加速度センサ等として、水銀の流動
性を利用して電気的に角度を検知する傾斜検出スイッチ
や、地震などによる振動を感知し、所定の加速度で電気
的に回路を開閉する感震装置などが見られる。しかしな
がら、傾斜又は加速度を個々に検出する手段は存した
が、傾斜と加速度との両者を検出することができるセン
サは見当らない。

【０００３】加速度センサ専用のものとしては、振り子
形や振動形の慣性式加速度センサやサーボ形加速度セン
サなどの多くの型式のものが知られている。図７に示す
ものは、振り子形センサの１例であり、振り子１は摩擦
の少ないピボット軸受２でその上端を支持され、差動ト
ランス３に磁気的に結合されている。この差動トランス
３には、出力回路４が接続されて出力が取り出されるよ
うに構成されている。そのため、振り子１の矢印方向の
加速度ａが加わると、振り子１は反対方向に変位し、こ
の変位は差動トランス３により検出されるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、傾斜又
は加速度のいずれかを検出する手段は種々のものが存す
るが、傾斜又は加速度の両者を同時に検出することは行
われていない。しかしながら、電動自転車や電動車椅子
等においては、その駆動制御のために加速度が必要であ
り、また、坂道での傾斜の度合いも同時に検出する必要
がある。

【０００５】電動自転車や電動車椅子等においては、加
速度として検出する必要がある検出範囲は、±（０.１
〜１０）Ｇ 程度の比較的小さいものであり、また、検
出したい坂道の傾斜角度は、±（０〜１０）度程度であ
り、本発明は、このような範囲の加速度と傾斜との両者
をできるだけ精度良く１つのセンサによって検出するこ
とができる傾斜・加速度センサを提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上端を固定した所定幅を有する板ばねを垂直に設け、こ
の板ばねの下端に着磁面が前記板ばねと直交する方向に
なるように位置する永久磁石を取り付け、この永久磁石
の前記着磁面の近傍の１点における磁界の変化を検出す
る検出手段を設けたものである。従って、永久磁石の移
動方向は、板ばねにより一方向に規制され、電動自転車
や電動車椅子等の前進又は後退の駆動制御に必要な前後
方向のみの加速度を効率良く検出することができ、ま
た、検出手段は磁界の変化を検出するものであるため、
加速度のような動的物理量のみならず傾斜のような静的
物理量をも同時に検出することができる。

【０００７】請求項２記載の発明は、検出手段を永久磁
石の着磁面に対向して配設された磁気抵抗素子により形
成し、この磁気抵抗素子により前記着磁面の垂線に対し
て左右に４５°異なった方向に向かう磁界を検出し、こ
の検出値の差を出力として取り出すようにしたものであ
る。従って、摩擦部分がないためヒステリスがなく、小
さい傾斜や弱い加速度を精度良く検出することができ
る。

【０００８】請求項３記載の発明は、永久磁石を移動方
向に長い形状に形成したものである。従って、磁石の質
量を最小にすることができ、直線性の良好な出力を得る
ことができる。

【０００９】請求項４記載の発明は、永久磁石の有効振
れ幅を移動方向の長さの１／２以下としたものである。
従って、衝撃や大きな加速度を受けても損傷することが
なく、振動出力の減衰を早めることもできる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を図１乃至
図６に基づいて説明する。まず、支持台５には、板ばね
６の上端が固定されている。この板ばね６は、その幅寸
法が大きく形成されており、かつ、その厚さは０.０５
〜０.５ｍｍ程度である。このような板ばね６の下端に
は、ウェィトとなるマグネット保持台７が固着されてい
る。このマグネット保持台７の手前側に開口する凹部８
内には、前記板ばね６の撓み方向に長い直方体形状、す
なわち、移動方向に長い形状の永久磁石９が取り付けら
れている。この永久磁石９の着磁面は、前後方向（図１
においては左右方向、図２においては前後方向）に位置
しているものである。ついで、前記支持台５には、ＰＣ
板１０の上端が固定されている。このＰＣ板１０の前記
永久磁石９に近接して対向する位置には、検出手段とし
ての磁気抵抗素子１１が取り付けられている。この磁気
抵抗素子１１は、図３に等価的に示すように、互いにブ
リッジ結合された４個の可変抵抗部１２を備えているも
のであり、端子に電圧を印加した時に、磁界Ｈの変
化に基づいて端子に出力電圧が発生するものであ
る。具体的には、磁界Ｈに対して可変抵抗部１２は、左
右４５°の方向の磁界Ｈをそれぞれ検出するものであ
り、これらの２つの出力の差が出力となって現われるも
のである。

【００１１】ついで、前記支持台５は、磁気遮蔽機能を
有するカバー１３に取り付けられている。そして、前記
カバー１３は、前記板ばね６、前記永久磁石９、前記Ｐ
Ｃ板１０の外周を覆っている。また、前記カバー１３の
前記永久磁石９の移動方向の両端に対向する位置には、
その永久磁石９の有効振れ幅を永久磁石９の長さの１／
２以下となるように規制する緩衝規制手段としてのスト
ッパ１４が固定されている。

【００１２】このような構成において、電動自転車や電
動車椅子等の被検出体のフレームに板ばね６が垂直にな
るようにして支持台５が取り付けられている。被検出体
が水平の状態においては、図２(ａ)に示す状態である
が、その被検出体が前又は後に角度θだけ傾いたとする
と、図２(ｂ)又は図２(ｃ)に示すように支持台５も傾斜
し、板ばね６が変形して磁気抵抗素子１１に対しては永
久磁石９の位置が変位する。この永久磁石９の着磁面
は、図４に示すように、磁気抵抗素子１１にＮ極が面す
るように位置している。図４には磁気抵抗素子１１自体
を図示していないが、永久磁石９が基準位置Ｏからｍだ
け移動した状態が示されており、磁気抵抗素子１１は基
準位置Ｏを基準として４５°異なった方向の磁界の強さ
を検出する。すなわち、永久磁石９が基準位置Ｏに位置
している時に、磁気抵抗素子１１の４５°異なった方向
の可変抵抗部１２のそれぞれが磁界Ｈを検出しているも
のとすると、図４に示す状態おいては、永久磁石９がｍ
だけ変位しているため、可変抵抗部１２により検出値
は、一方がＨｃｏｓθとなり、他方がＨｓｉｎθとな
る。そのため、図３に示す回路からの出力は、これらの
両者の差に相当する出力、すなわち、Ｈ×（ｃｏｓθ−
ｓｉｎθ）の値に比例した電圧となる。従って、被検出
体が水平な状態の図２(ａ)の時に、一定の出力が発生し
ているものとすると、図２(ｂ)のように永久磁石９が前
方方向に変位した時には出力電圧は減少し、図２(ｃ)に
示すように永久磁石９が後方方向に変位した時には出力
電圧は増加する。

【００１３】また、図２においては、被検出体が傾斜し
たものとして説明したが、被検出体の動きに加速度が存
する場合には、加速度が作用する方向と逆方向に永久磁
石９が移動するため、前述の被検出体が傾斜した時と全
く同様に加速度を検出することができる。

【００１４】なお、永久磁石９の形状は、移動方向に長
いものであればよく、上方から見て円盤状の円形に形成
することも可能である。いま、永久磁石９の直径を４ｄ
とし、その永久磁石９と磁気抵抗素子１１との距離が
ｄ、１.５ｄ、２ｄ と変化した時の観測点における磁束
密度の分布状態を図５に示す。そして、このような磁束
密度の分布を示す永久磁石９が移動した時の出力変化の
状態を図６に示す。すなわち、図６においては、横軸が
直径４ｄの永久磁石９の移動距離を示し、縦軸がその時
の出力を示す。そのため、移動量が小さい状態において
は、移動量と出力との関係は直線性を示しているもので
あるが、移動量が大きくなると検出出力の値は低下する
ため、直線性はなくなる。図６に示す状態においては、
永久磁石９と磁気抵抗素子１１との距離がｄ、１.５
ｄ、２ｄ と三種に変化しても、いずれの場合にも直径
の１／２程度までの移動量の範囲であれば直線性を示し
ているものである。

【００１５】しかして、実施に当っては、永久磁石９の
振れ量は、ストッパ１４によりその長さの１／２以下で
あるように規定されている。このように規定する必要性
は、強い衝撃や加速度を受けた時に、永久磁石９の振動
の減衰を早める作用を得ると云う第一の理由と、磁気抵
抗素子１１の出力に直線性を持たせるためと云う第二の
理由とによるものである。

【００１６】まず、第一の理由については、永久磁石９
の振れ量が小さいことから必然的に板ばね６の変形量が
少なくなり、可動部分に過大な力が作用することがな
く、また、振動の減衰も速い。従って、構造的な強度も
高いものである。つぎに、第二の理由については、前述
のように、図６に基づいて説明した通りである。

【００１７】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、上端を固定した
所定幅を有する板ばねを垂直に設け、この板ばねの下端
に着磁面が前記板ばねと直交する方向になるように位置
する永久磁石を取り付け、この永久磁石の前記着磁面の
近傍の１点における磁界の変化を検出する検出手段を設
けたので、永久磁石の移動方向は、板ばねにより一方向
に規制され、電動自転車や電動車椅子等の前進又は後退
の駆動制御に必要な前後方向のみの加速度を効率良く検
出することができ、また、検出手段は磁界の変化を検出
するものであるため、加速度のような動的物理量のみな
らず傾斜のような静的物理量をも同時に検出することが
できると云う効果を有する。

【００１８】請求項２記載の発明は、検出手段を永久磁
石の着磁面に対向して配設された磁気抵抗素子により形
成し、この磁気抵抗素子により前記着磁面の垂線に対し
て左右に４５°異なった方向に向かう磁界を検出し、こ
の検出値の差を出力として取り出すようにしたので、摩
擦部分がないためヒステリスがなく、小さい傾斜や弱い
加速度を精度良く検出することができると云う効果を有
する。

【００１９】請求項３記載の発明は、永久磁石を移動方
向に長い形状に形成したので、磁石の質量を最小にする
ことができ、直線性の良好な出力を得ることができると
云う効果を有する。

【００２０】請求項４記載の発明は、永久磁石の有効振
れ幅を移動方向の長さの１／２以下としたので、衝撃や
大きな加速度を受けても損傷することがなく、振動出力
の減衰を早めることもできると云う効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す縦断側面図である。

【図２】そのＰＣ板を取り外した状態を示すもので、
(ａ)は被検出体が水平状態であった場合の正面図、(ｂ)
は被検出体が前方へ傾斜した状態の正面図、(ｃ)は被検
出体が後方へ傾斜した状態の正面図である。

【図３】磁気抵抗素子の構成を等価的に示した回路図で
ある。

【図４】永久磁石が移動した時に４５°異なった方向で
検出される磁束の状態を示す説明図である。

【図５】永久磁石の磁束の分布状態を示すもので、(ａ)
は永久磁石と磁気抵抗素子との距離がｄの場合の説明
図、(ｂ)は永久磁石と磁気抵抗素子との距離が１.５ｄ
の場合の説明図、(ｃ)は永久磁石と磁気抵抗素子との距
離が２ｄの場合の説明図である。

【図６】永久磁石の移動と検出出力との関係を示すグラ
フである。

【図７】従来の加速度センサの一例を示す原理図であ
る。

【符号の説明】

６ 板ばね ９ 永久磁石 １１ 磁気抵抗素子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上端を固定した所定幅を有する板ばねを
   垂直に設け、この板ばねの下端に着磁面が前記板ばねと
   直交する方向になるように位置する永久磁石を取り付
   け、この永久磁石の前記着磁面の近傍の１点における磁
   界の変化を検出する検出手段を設けたことを特徴とする
   傾斜・加速度センサ。
2. 【請求項２】 検出手段を永久磁石の着磁面に対向して
   配設された磁気抵抗素子により形成し、この磁気抵抗素
   子により前記着磁面の垂線に対して左右に４５°異なっ
   た方向に向かう磁界を検出し、この検出値の差を出力と
   して取り出すようにしたことを特徴とする請求項１記載
   の傾斜・加速度センサ。
3. 【請求項３】 永久磁石を移動方向に長い形状に形成し
   たことを特徴とする請求項１記載の傾斜・加速度セン
   サ。
4. 【請求項４】 永久磁石の有効振れ幅を移動方向の長さ
   の１／２以下としたことを特徴とする請求項１記載の傾
   斜・加速度センサ。