近接センサ
【課題】感度を増し、切換距離を増加することができ、更に費用を低減して製造することのできる誘導形近接センサを提供する。
【解決手段】第１送信コイル及び第２送信コイル並びに少なくとも１つの受信コイルと、前記第１及び第２送信コイルに接続された励起装置と、一方で少なくとも１つの送信コイル及び／又は前記励起装置に、他方で前記少なくとも１つの受信コイルに接続され、且つ、一方で少なくとも１つの送信コイル及び／又は前記励起装置の信号と、他方で前記少なくとも１つの受信コイルの信号との間の位相シフトに応じた評価信号を発生させるように設計された評価装置とを有する。
【解決手段】第１送信コイル及び第２送信コイル並びに少なくとも１つの受信コイルと、前記第１及び第２送信コイルに接続された励起装置と、一方で少なくとも１つの送信コイル及び／又は前記励起装置に、他方で前記少なくとも１つの受信コイルに接続され、且つ、一方で少なくとも１つの送信コイル及び／又は前記励起装置の信号と、他方で前記少なくとも１つの受信コイルの信号との間の位相シフトに応じた評価信号を発生させるように設計された評価装置とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接センサ、特に誘導形近接センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような誘導形近接センサは、目標と呼ばれる物体、特に金属物体又は良好な導電性の物体を認識するように働く。目標は、近接センサの作用領域へと案内される。従来の近接センサは発振器を含み、発振器は、発振器が振動している時に磁場を発生させるコイルを含む。磁場へと案内される被検目標内に渦電流が誘起され、渦電流は磁場に向けられる逆磁場を発生させ、発振器からのエネルギーを後退させる。既知の近接センサ内にある発振器は、このエネルギー後退により発振器の振動が特定の目標距離において消失するように寸法されている。こうして、目標を検出するためにこの手順が検出される。
【０００３】
このような近接センサは、概して、特定の用途にとって切換距離が過度に短い。切換距離とは、センサによる目標の検出がなお確実に可能である、近接センサからの目標の最大距離を示す。
【０００４】
交番磁界を発生させるための送信コイル、並びに交番磁界により電圧が誘起される受信コイルを有する誘導形近接センサが、DE 38 39 386 A1から公知である。この点において、目標を検出するために目標が磁場へと案内されることにより生じる、受信コイル内で誘起される電圧の変化と、この電圧の変化から生じる磁場の変化とが感知されることが実現される。
【０００５】
作用方向において互いに前後に配置されている２つの送信コイルと、少なくとも１つの受信コイルとを有し、２つの送信コイルに電流が反対向きに供給される誘導形近接センサが、DE 197 774 C2から公知である。
【０００６】
金属体を捜し出すための第１及び第２送信コイルと受信コイルとを有する検出器がDE 101 22 741 A1から公知であり、２つの送信コイル及びこれらの送信コイルに送られる送信電流は、２つの送信コイルにより受信コイル内で励起される流れが互いを補償するように設計される。
【０００７】
容量場又は誘導場の通過時間を測定するための機器がWO 2007/012502 A1から公知であり、磁場変化を発生させる電極又はコイルの形態である少なくとも２つの要素からのクロック信号が受信器に供給される。この機器では、複雑な電子調節システムが必要である。
【０００８】
先行技術により公知である概念は、許容される切換距離及び感度が限定的なものでしかないという欠点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】DE 38 39 386 A1
【特許文献２】DE 197 774 C2
【特許文献３】DE 101 22 741 A1
【特許文献４】WO 2007/012502 A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の基礎を成す目的は、先行技術に対して感度を増し、切換距離を増加することができ、更に費用を低減して製造することのできる誘導形近接センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を満足するために、請求項１の特徴を有する誘導形近接センサが実現される。
【００１２】
本発明に係る前記誘導形近接センサは、第１送信コイル及び第２送信コイル並びに少なくとも１つの受信コイルと、前記第１及び第２送信コイルに接続された励起装置と、一方で少なくとも１つの送信コイル及び／又は前記励起装置に、他方で前記少なくとも１つの受信コイルに接続され、且つ、一方で少なくとも１つの送信コイル及び／又は前記励起装置の信号と、他方で前記少なくとも１つの受信コイルの信号との間の位相シフトに応じた評価信号を発生させるように設計された評価装置とを有する。
【００１３】
本発明に係る前記誘導形近接センサのこの設計に基づいて、切換距離を特に大きくし、感度を高くすることができる。
【００１４】
本発明に係る前記近接センサの働きを考察する前に、まずその構成要素がより詳細に説明されるべきである。
【００１５】
本発明に係る前記誘導形近接センサは、いずれも励起装置に電気的に接続され且つこの励起装置により励起される第１送信コイル及び第２送信コイルを有する。
【００１６】
本発明の枠組みの中で、前記励起装置は、１つのユニットから成ることができ、又は、互いに電気的に接続され空間的に離れている複数の構成要素を有することもできる。前記励起装置は更に、前記第１及び第２送信コイルを励起する単一の電圧源又は電流源を有することができ、又は、前記第１及び前記第２送信コイルをそれぞれ励起する別個の電圧源又は電流源を有することができ、複数の電圧源又は電流源がある場合、前記電圧源又は電流源の同期も適切な電子的結合を介して保証することができる。それ故に、前記励起装置が前記第１及び第２送信コイルに及ぼす前記励起信号は、双方の送信コイルで同一であってもよく、又は双方の送信コイルで異なっていてもよい。励起信号が双方の送信コイルで異なる場合、これらの励起信号は特に、予設定済み位相シフトを有するように同期させておくことができる。
以下で電流源に言及されている場合、一般に、この電流源の代わりに電圧源を使用することもできる。
【００１７】
前記第１及び第２送信コイルは各々、前記少なくとも１つの受信コイルに誘導結合されている。これによって、前記第１及び第２送信コイルの励起により生成される時間的に変化する磁場が、前記受信コイル内で電圧を誘起する。
【００１８】
本発明によれば、一方で前記送信コイルのうちの少なくとも１つに及び／又は前記励起装置に、他方で前記少なくとも１つの受信コイルに電気的に接続された評価装置が更に設けられ、この評価装置は、前記送信コイルのうちの少なくとも一方及び／又は前記励起装置の信号、並びに前記少なくとも１つの受信コイルの信号を受信し且つ評価する。この信号評価により、やはりより詳細に説明されるべきやり方で、一方で少なくとも１つの送信コイル及び／又は前記励起装置の信号と、他方で前記少なくとも１つの受信コイルの信号との間の位相シフトに依存し、且つ、前記近接センサへの目標の接近についての情報、又は前記近接センサからの前記目標の距離についての情報をそれぞれ包含する評価信号が発生する。
【００１９】
本発明によれば、目標が前記近接センサの検出領域へと案内されると、一方で前記受信コイル内で誘起される前記電圧信号又は電流信号（二次信号）と、他方で前記励起装置の信号及び／又は送信コイルの信号（一次信号）との間の位相シフトが非常に大きく変化するので、この位相シフトは目標の存在にとって、及び／又は、距離測定が所望される場合には前記目標距離にとって極めて高感度な目安となり、従って大きい切換距離が許容される、ということが既に認識されている。前記近接センサの設計によっては、例えば１８０°の相転移を特定の目標距離にて生じさせることができ、この目標距離を極めて大きいものとすることができる。このような位相シフト又は相転移を前記近接センサにより検出することができ、前記近接センサは相応に大きい切換距離を有する。
【００２０】
本発明の有利な実施形態が、従属請求項、明細書及び図面において説明される。
【００２１】
好ましくは、前記２つの送信コイルのうちの一方が、前記近接センサの作用方向において前記近接センサから離間された目標に、他方の送信コイルよりも強い力で誘導結合されるよう、前記送信コイルが設計され且つ配置される。本発明の意味において、異なる強い力で前記目標に誘導結合するというのは、前記２つの送信コイルが前記目標と共にそれぞれ形成する逆誘導率が異なることを意味する。この点において、特に前記目標と前記２つの送信コイルとの間の誘導結合係数も異なっていてもよい。この設計により、目標の存在又は前記距離に応じて前記位相シフトが特に著しく変化することを保証することができる。
【００２２】
更なる有利な実施形態によれば、目標が前記近接センサの作用方向において前記近接センサから予設定済み有限切換距離に位置するときに、前記近接センサの送信関数がゼロ点を有するよう、前記２つの送信コイルが設計され且つ配置され且つ励起されることができると共に、前記受信コイルが設計され且つ配置されることができる。この点において、前記近接センサの前記送信関数は、前記近接センサに接近する目標に応じた、前記受信コイルの信号と送信コイルの信号との間の関係を表す。
換言すれば、このことは、予測される被検目標が前記近接センサの作用方向において前記近接センサから予設定済み切換距離に位置するとき、前記送信コイル及び前記予測される被検目標により前記受信コイル内で誘起される電流信号又は送信信号が無効になるよう、前記２つの送信コイルが設計され且つ配置され且つ励起されると共に、前記受信コイルが設計され且つ配置されることを意味する。この目的で、前記受信コイル、前記送信コイル、及び前記目標の間の相互の逆誘導率と誘導結合係数は、前記送信コイルの励起に応じて適切に適合されなければならない。このことは、図の説明の枠組みの中でより詳細に説明される。
【００２３】
この点において、前記受信コイルの前記信号は例えば、前記受信コイルに印加される前記誘起電流信号又は誘起電圧信号であり、前記送信コイルの前記信号は、例えば前記送信コイルに印加される前記電流信号又は電圧信号である。複数の受信コイルを使用している際、前記受信コイルの前記信号は、異なる受信コイルの複数の電流信号又は電圧信号から導出又は合成された信号とすることができる。例えば複数の受信コイルが直列接続されていれば、前記電圧は前記直列接続全体の電圧となる。同様に、送信コイルの前記信号は、複数の送信コイルの信号からの合成信号とすることができ、電圧は例えば一連の送信コイル全体の電圧である。
【００２４】
前記送信関数の上述のゼロ点が予設定済み切換距離にあることは、前記位相シフトが被検目標の存在及び前記距離に特に強く依存することにより、前記切換距離内に前記近接センサの環境領域が配置されるという利点を有する。このようにして、規定された切換距離のところに位置する目標の存在を特に確実に検出することができる。同様に、前記切換距離の領域内に位置する目標の前記距離を特に正確に検出することができる。従って、前記予設定済み切換距離の領域では、前記近接センサの感度が特に高いことを保証することができる。
【００２５】
この点において、好ましくは前記ゼロ点に対応する前記予設定済み切換距離は、被検目標が予測される、作用方向において前記近接センサからの最大距離に対応するように、又はそれより僅かに大きくなるように選択することができ、対象の領域では特に高い感度が保証される。それ故に、前記予設定済み切換距離は、例えば０ｍｍ〜１００ｍｍの間の範囲の値、好ましくは０．５ｍｍ〜２０ｍｍの間の範囲の値、特に好ましくは１ｍｍ〜１０ｍｍの間の範囲の値、最も好ましくは２ｍｍ〜５ｍｍの間の範囲の値を採用することができる。前記予設定済み切換距離は、前記送信コイル又は前記受信コイルのうちの１つの多様な直径に対応するように、及び、例えば前記送信コイル又は前記受信コイルのうちの１つの直径の０〜１０倍の範囲、好ましくは０．１〜８倍の範囲、特に好ましくは０．５〜６倍の範囲、最も好ましくは２〜５倍の範囲にあるように選択することもできる。前記送信関数がそれに適合されている、前記予測される目標は、例えば数ミリメートルから数センチメートルまでの程度を有する金属ブロック等、部分的又は全体的に金属体であるものとすることができる。
【００２６】
前記評価ユニットにより発生し、特定の距離のところでの目標の存在についての情報を包含する前記評価信号は、存在又は前記距離に応じた関数を制御するために使用することができる。好ましくは、前記評価装置は、前記位相シフト又はこの位相シフトに応じた前記評価信号が例えばゼロとすることのできる予設定済み閾値を超えると、前記評価信号に応じてスイッチを開閉するように設計される。このようにして、例えば目標として振る舞う製品の存在に応じた処理ステップは、自動化された製品処理手順において開始又は終了することができ、又は安全停止を実現することができる。同様に、前記評価信号を使用して目標が認識されると、特に前記センサからの前記目標の前記距離についての情報をも包含することのできるステータス信号を制御装置に送信することができる。この点において、前記評価信号は目標距離の目安として、アナログ又はデジタル形式で出力部にて実現することができる。
送信コイル又は前記励起装置の信号と前記受信コイルの信号との間の前記位相シフトに応じた前記評価信号は、双方の信号が別々に受信され、対応する評価回路により互いに合成されるという点において発生させることができる。この点において、例えば乗算器により双方の信号を乗算するか又はこれらの信号を混合し、特に、結果として生じる信号を、積分器を用いて前記信号の予設定済み継続期間数等、予設定済み時間周期で積分することが可能である。前記評価信号を発生させるために、高速デジタルカウンタを使用することもできる。
【００２７】
上述の評価方法を用いて、前記位相シフトに少なくともほぼ比例する評価信号を発生させることができる。本発明の枠組みの中で、このことは一般的に好ましい。というのも、既に言及したような前記位相シフトが、目標の存在及び前記近接センサからの目標の前記距離に対する極めて高い感度の目安となるからである。
【００２８】
更なる有利な実施形態は、前記励起装置が少なくとも１つの送信コイルを、周期信号で、好ましくはＡＣ電圧信号で、特に好ましくは正弦波ＡＣ電圧信号で励起するように設計されることを実現する。これらの信号は、前記受信コイル内で電圧を誘起する送信コイルにより時間的に変化する磁場を発生させることに特に良く適している。この磁場の時間展開は、目標の前記距離に応じた励起信号に対する位相シフトを有する。この点において、前記励起装置は例えば、１つ以上のＡＣ電流源、又は１つ以上の発振器、又は１つ以上のインバータを有することができる。
【００２９】
この点において、好ましくは励起の周波数は、前記近接センサの幾何学形状、及び前記近接センサで使用される材料を考慮するように選択される。つまり、前記近接センサは、例えば前記コイルを収容するためのスリーブと、特に金属の前側キャップとを有することができる。この事例において励起の周波数は好ましくは非常に低く選択されるので、前記送信コイルにより発生する磁場が前記前側キャップに充分に侵入することが保証される。
【００３０】
別法として、前記励起装置は少なくとも１つの送信コイルを疑似ランダム系列で励起するように同じく設計することができ、これによって前記近接センサの干渉に対する安全性が増す。
【００３１】
前記励起装置が、前記第１送信コイル及び前記第２送信コイルを、同じ振幅、同じ信号形状であり、位相シフトが−５〜５°の間、特に０°である２つの励起信号で励起するように設計されると更に好適である。この目的で、前記励起装置は例えば、双方の送信コイルを同じ電流源で励起することができるが、特に双方の送信コイルは、並列接続させることができ、前記励起装置の接続部に接続させることができる。一方、同期した２つの異なる電流源を使用することもできる。
【００３２】
前記励起装置は、前記第１送信コイルを第１励起信号で励起し、前記第２送信コイルを第２励起信号で励起するように設計することもでき、前記第１励起信号及び前記第２励起信号は、１７５〜１８５°の間の位相シフト、特に１８０°の位相シフトを有する。この目的で、前記励起装置は位相の異なる信号位置により信号を送出する２つの電流源を有することができる。
【００３３】
既に上述したように、前記第１送信コイル及び前記第２送信コイルは、好ましくは、前記２つの送信コイルのうちの一方が、作用方向において接近している目標に、他方の送信コイルよりも強い力で誘導結合するように設計され且つ配置される。前記近接センサの作用方向というのは、目標の検出が意図される方向を示しており、例えば中に前記コイルが位置している円筒形又は平行六面体のスリーブの長手方向軸と同一とすることができる。作用方向において接近している目標との、このような異なる強い力での誘導結合は、例えば前記第１送信コイル、前記少なくとも１つの受信コイル、及び前記第２送信コイルが、前記近接センサの作用方向において互いに前後に配置されるという点で実現することができる。
【００３４】
別法として、又は付加的に、作用方向において前記近接センサから離間された目標から前記送信コイルのうちの一方を磁気的に遮蔽し、前記目標から他方の送信コイルを磁気的に遮蔽せず、又は、より弱い力で遮蔽する磁気遮蔽物を設けることができる。前記遮蔽物は例えば、前記近接センサの作用方向に対して直交方向に延びていてもよい。
【００３５】
この点において、目標が接近する際、前記受信コイル内で誘起される前記信号の位相シフトが特に顕著になることは有利である。
【００３６】
前記第１送信コイル及び前記第２送信コイル、並びに前記少なくとも１つの受信コイルが、特に前記近接センサの作用方向に対して少なくとも略平行に延びる前記コイルの共通の軸と少なくとも略同軸に配置されていると特に好適である。これにより、前記第１及び第２送信コイル、並びに前記受信コイルの特に有利な誘導結合が達成され、このことにより特に、前記一次信号（励起信号）に対する前記二次信号（前記少なくとも１つの受信コイルの前記信号）の位相シフトが顕著になる。この別法として、前記受信コイル及び送信コイル、特に、前記近接センサの作用領域に位置する目標に、より強い力で誘導結合する前記送信コイルが一平面内に配置されることも有利とすることができる。
【００３７】
前記少なくとも１つの受信コイルが、前記第１及び第２送信コイルから少なくともほぼ等しい距離だけ離間していると更に好適である。このような実施形態において、以下で記載するような前記第１及び第２送信コイルにより前記受信コイル内で誘起される前記電圧の相互無効を、例えば前記第１及び第２送信コイルの位相の異なる励起により、単純なやり方で行うことができる。
【００３８】
好適な実施形態によれば、前記第１及び第２コイルの誘導率は互いに相違しておらず、又は、公差の枠組みの中で、好ましくは１０％未満、特に好ましくは５％未満でしか相違しない。ここでこの公差は、例えば製造に起因し得るものである。前記第１及び第２送信コイルは少なくとも略同一の構成であり、特に同じ巻取り数、同じ抵抗率、及び同じ直径を有すると更に好適である。
【００３９】
本発明の特に好適な実施形態は、前記第１送信コイル及び前記第２送信コイルにより前記受信コイル内で誘起される前記電圧が相互を少なくともほぼ無効にするように、前記第１及び第２送信コイルが前記少なくとも１つの受信コイルに対して寸法され配置され、更に前記第１及び第２送信コイルが前記励起装置により励起されることを実現している。このことは、換言すれば、上述のように、受信コイル信号（二次信号）と送信コイル信号（一次信号）との間の目標の存在の依存性における関係を表す前記近接センサの伝達関数が、目標の非存在時、即ち不在時にゼロ点を有することを意味する。
【００４０】
この実施形態において、前記受信コイル内で誘起される前記電圧信号（二次信号）は、実際に目標により誘起される前記電圧によって専ら形成される。この電圧は、前記一次信号に対して位相シフトされており、通常はマイクロボルトの範囲内にある。対照的に、前記送信コイルにより前記受信コイル内で誘起される前記電圧は、通常はボルトの範囲内にある。前記送信コイルにより誘起される前記電圧の相互無効によって、目標により誘起される前記位相シフトされた比較的低い電圧信号が、前記送信コイルにより誘起される、位相シフトされない比較的高い電圧信号と重畳することが防止される。従って、この実施形態では、前記送信コイル内で位相シフトを検出することが促進される。これによって、特に、前記近接センサの感度を特別に高くすることができ、特に大きい切換距離が可能となる。
【００４１】
直前に記載した実施形態において、前記受信コイル内で誘起される前記電圧信号（二次信号）は、その後、前記近接センサの作用領域内に目標がない場合、本来ゼロとなる。前記近接センサの作用領域内に目標がある場合は、前記受信コイル内で誘起され前記一次信号に対する位相シフトを有する二次信号により、そのことが可視となる。
【００４２】
既に説明した前記第１及び第２送信コイルにより誘起される前記電圧の相互無効は例えば、上述したように、以下のようにして保証することができる。
・前記第１及び第２送信コイル並びに前記受信コイルが、作用方向において同軸に互いに前後に配置される。
・前記受信コイルが、前記送信コイルから等距離だけ離間されている。
・双方の送信コイルが、同一に構成され、
・同じ誘導率を有し、更に、
・励起信号を与える２つの接続部の間で並列接続されている。
・作用方向に見て右へ回転する前記第１及び第２送信コイルの端部が、それぞれ、作用方向に見て左へ回転する他方の送信コイルの端部にそれぞれ接続されている。
【００４３】
作用方向において右へ回転するコイルの端部とは前記近接センサ内に配置されている前記コイルの端部のことであるが、前記近接センサの作用方向において前記コイルを観察すると、コイル線又はコイル導線が、この端部から開始して、時計回りに回転する前記コイル内へ延びている。これと同様に、作用方向において左へ回転するコイルの端部とは前記コイルの端部のことであるが、前記近接センサの作用方向において前記コイルを観察すると、コイル線又はコイル導線がこの端部から開始して、逆時計回りに回転する前記コイル内へ延びている。
【００４４】
前記第１及び第２送信コイルの上述の同軸配置により、及び、この第１及び第２送信コイルが前記受信コイルから等しい間隔であることにより、前記第１送信コイルと前記少なくとも１つの受信コイルとの間の結合の誘導度が、前記第１送信コイルと前記少なくとも１つの受信コイルとの間の結合の誘導度と同一であることが達成される。前記第１送信コイルと前記少なくとも１つの受信コイルとの間の結合の誘導度が、前記第２送信コイルと前記少なくとも１つの受信コイルとの間の結合の誘導度と同一となり、前記第１送信コイルの誘導率が前記第２送信コイルの誘導率と同一となるように、前記第１及び第２送信コイル、並びに前記受信コイルが寸法され配置されると基本的に好適である。
【００４５】
用途によっては、目標の不在時に前記第１及び第２送信コイルにより誘起される前記信号が相互無効となる代わりに、又はこれに加えて、前記近接センサは、前記第１送信コイルにより前記受信コイル内で誘起される前記電圧と、前記第２送信コイルにより前記受信コイル内で誘起される前記電圧と、作用方向において特定の切換距離のところにある遠く離れた目標により前記受信コイル内で誘起される前記電圧とが互いを少なくともほぼ無効とするように、前記第１及び前記第２送信コイルが、互いに対して及び前記少なくとも１つの受信コイルに対して寸法され配置され、更に、前記第１及び第２送信コイルが前記励起装置により励起されることを特徴とすることができる。このことは、上述のように、目標が作用方向において前記近接センサから予設定済み切換距離だけ離間するときに伝達関数がゼロ点を有することを意味する。
この実施形態において、目標が前記近接センサの作用領域における予設定済み距離のところにあるとき、前記受信コイル内で誘起される前記二次信号は本来ゼロとなり、二次信号が前記一次信号に対する位相シフトをもつことにより前記目標の位置又は距離の変化が可視となる。
幾つかの方法のうち、この実施形態は、前記第１及び第２送信コイルを僅かに異なる整相で励起することにより、又は前記第１及び第２送信コイルを前記受信コイルから僅かに異なる距離のところに配置することにより、実現することができる。
【００４６】
前記第１送信コイル及び前記第２送信コイルが巻取られ、前記第１送信コイルの巻取りの向きが前記第２送信コイルの巻取りの向きとは反対であると特に好適である。前記コイルのこの実施形態は、双方のコイルが同様に励起される場合、前記一方の送信コイル内の前記電流の回転の向きが前記他方の送信コイル内の前記電流の回転の向きとは常に反対となるという効果を有する。これにより、特に単に前記送信コイルの配線及び配置を対応させることにより、前記第１及び第２送信コイルにより前記受信コイル内で誘起される前記電圧が互いを無効とすることを達成することができる。
【００４７】
一方、所望する任意の巻取りの幾何学形状をもつ巻取り済みコイルに加えて、一般的に考えられる全てのその他のコイルの種類、例えば平面コイル、並びに、異なる種類のコイルの所望する任意の組み合わせをも使用することができる。
本発明によれば、前記コイルは各々、単一のコイル、又は複数の部分コイルを含むことができる。
【００４８】
この点において、前記第１及び第２送信コイルが前記励起装置の第１及び第２接続部の間で並列接続され、この電気的な並列接続が第１直列接続と第２直列接続との並列接続を含み、前記第１直列接続が、前記第１送信コイル、及び前記第１送信コイルに直列接続されている第１電気抵抗器を含み、前記第２直列接続が、前記第２送信コイル、及び前記第２送信コイルに直列接続されている電気抵抗器を含み、特に前記第１及び／又は第２電気抵抗器が、調節可能な電気抵抗器であると特に有利である。
【００４９】
前記第１送信コイルに第３電気抵抗器が電気的に並列接続され、前記第２送信コイルに第４電気抵抗器が電気的に並列接続され、特に前記第３及び／又は第４電気抵抗器が、調節可能な電気抵抗器であると更に好適である。
【００５０】
このような電気抵抗器は有利である。というのも、この電気抵抗器は特に、前記目標距離について前記評価装置内で評価された前記信号の前記位相シフトを連続的に変化させ、従って前記目標距離をそれにわたって確実に決定することのできる距離範囲を拡張するからである。
【００５１】
更に、このような抵抗器により、前記送信コイルにより前記受信コイル内で誘起される前記電圧の振幅及び位相が設定される。従って、前記電気抵抗器は、前記送信コイルの誘導率の任意の偏差、又は前記受信コイルからの前記送信コイルの前記距離の任意の偏差、又は前記近接センサの、その他のパラメータを、所望するそれぞれの値に対して相殺するように働くことができ、このような偏差がある場合、前記送信コイルにより前記受信コイル内で誘起される前記電圧を無効にすることを保証することもできる。この点において、調節可能な抵抗値をもつ電気抵抗器は前記近接センサの調節を可能にし、前記送信コイルにより発生する磁場の相互無効をいつでも、つまり製造後でも保証するので特に有利である。
【００５２】
前記第１送信コイル及び／又は前記第２送信コイルは、有利には、それらの誘導率が可変であるように、特にいつでも可変的に設定できるように設計することもできる。これにより、前記コイル配置の任意の偏差又はその他のパラメータを較正し相殺することが可能となる。
【００５３】
前記励起装置が第１接続部と第２接続部との間に励起信号を与え、前記第１送信コイル及び前記第２送信コイルが前記第１及び第２接続部の間で電気的に直列接続されることを実現することもできる。
【００５４】
本発明に係る有利な更なる展開は、第１受信コイル及び第２受信コイルが設けられ、特に前記第１及び第２送信コイル、並びに前記第１及び第２受信コイルが作用方向において互いに前後に配置されることを実現する。この点において、前記送信コイルのうちの一方が、前記受信コイルのうちの一方に作用方向において交互に続くと特に有利である。
【００５５】
前記第１及び第２受信コイルが電気的に直列接続されると更に好適である。
【００５６】
前記第１送信コイル及び前記第１受信コイルがコイル対を形成し、前記第２送信コイル及び前記第２受信コイルがコイル対を形成し、前記コイル対のうちの一方が、作用領域内に位置する目標に、前記第２コイル対よりも弱い力で誘導結合するように配置されると特に好適である。この目的で、本発明によれば、例えば磁気遮蔽物、特に、作用方向において前記２つのコイル対の間に配置される、作用方向に対して直交方向に延びており、特に金属要素を含むことができる磁気遮蔽物を設けることができる。このような、強さの異なる力での誘導結合は、作用方向に位置する目標からの前記コイル対の間隔が異なることにより、又は、コイル対の前記コイルが同軸に配置されており、このコイル対の前記共通の軸が、他方のコイル対の前記コイルの共通の軸に直交するという点で、保証することもできる。
【００５７】
１つの受信コイルを備えた実施形態において、上述のように、１つの送信コイルが、作用領域内に位置する目標に、他方の送信コイルよりもはるかに弱く誘導結合し、同時に双方の送信コイルが前記受信コイルにほぼ同様の強い力で誘導結合するように配置されると有利である。２つの受信コイルを備えた実施形態では、双方のコイル対は、上述のように例えば磁気遮蔽物又は直交配置により、主として磁気的に分離することができる。前記２つの送信コイル間の間隔が低減されることに起因して、２つの受信コイルを有する対応する近接センサを極めてコンパクトな構成の形態にして実現することができる。
【００５８】
前記２つの送信コイルにより前記第１及び第２受信コイル内でそれぞれ誘起される前記電圧の和が少なくとも本来ゼロになるように、前記励起装置が前記第１及び第２送信コイルを励起し、前記送信コイル及び前記受信コイルが互いに対して配置され寸法されていると特に好適である。従って、この実施形態において前記受信コイルを直列接続させると、この直列接続全体の電圧降下は本来ゼロになる。
【００５９】
この実施形態において、前記第１及び第２受信コイルにて降下する前記電圧の和において、前記一次信号に対して高い位相シフトを有する信号、及び前記２つの送信コイルにより誘起される前記電圧と特に重畳しない信号として、目標が作用領域内に位置することが可視となることが保証される。
【００６０】
別法として、又は付加的に、前記受信コイル及び送信コイルの励起、寸法取り、及び配置は、前記２つの送信コイルと、特定の予設定済み切換距離のところに位置する目標とにより前記受信コイル内で誘起される前記電圧の和が、作用方向において互いを無効にするように設計することもできる。この事例では、前記一次信号に対して位相シフトされた前記受信コイル電圧の和において、目標が異なる距離を有すること、又は目標が不在であることが信号の形態で可視となる。
【００６１】
２つの受信コイルを有する実施形態において、有利には、双方のコイル対は各々、回路基板上で、特に前記コイル対の前記それぞれの送信コイルが、平面コイルとして前記それぞれの回路基板の上側で実現され、前記受信コイルが下側で実現されるように実現することができる。前記回路基板のうちの１つは、好ましくは、センサエレクトロニクスつまり前記励起装置及び／又は前記評価装置等の部品を含むことができる。双方の平面コイル対は、同じく、互いに前後に配置することができ、磁気隔壁としてそれらの間に金属片を有することができる。
【００６２】
本発明は、以下で純粋に例示によって、有利な実施形態及び添付の図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係る誘導形近接センサ内で送信コイル又は受信コイルとして使用されるコイルの略図。
【図２】本発明に係る誘導形近接センサの前側領域及び目標を通る縦断面図。
【図３】本発明に係る近接センサ及び図２の目標の回路図。
【図４】本発明に係る近接センサのコイルと目標との間の誘起過程の図。
【図５】誘導結合により引き起こされる逆誘導率を印した図３の回路図。
【図６】電気的直列抵抗器を備えた本発明に係る更なる近接センサ及び目標の、誘導結合により引き起こされる逆誘導率を印した回路図。
【図７】図６の近接センサの位相シフト及び損失抵抗の、目標距離への依存を示す線図。
【図８】調節可能な電気的直列抵抗器及び調節可能な電気的並列抵抗器を備えた、本発明に係る更なる近接センサの回路図。
【図９】２つの受信コイル及び磁気シールドを有する、本発明に係る更なる近接センサの略図。
【図１０】図９の近接センサの回路図。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
図１は、本発明に係る近接センサで使用するための、送信コイル又は受信コイルと見なすことのできるような巻取り済みコイル１０の略図を示す。コイルの長手方向軸１２も示されている。
【００６５】
図２は本発明に係る誘導形近接センサを示しており、この誘導形近接センサは、第１送信コイルＳ１、第２送信コイルＳ２、及び、送信コイルＳ１、Ｓ２間に配置される受信コイルＥを有する。３つのコイルＳ１、Ｓ２、及びＥは、巻取り済みコイルとして設計されており、同軸に配置されている。コイルＳ１、Ｓ２、及びＥの長手方向軸は、近接センサの作用方向１４と平行に整列している。受信コイルＥは、２つの送信コイルＳ１及びＳ２から、等しい距離だけ離間している。
３つのコイルＳ１、Ｓ２、及びＥは、その長手方向軸が近接センサの作用方向１４に延びるスリーブ１６内に配置されている。
【００６６】
更に、近接センサの作用領域内に位置しており、作用方向１４でコイルＳ１、Ｓ２、及びＥから離間された目標１８が示される。
【００６７】
図１には、送信コイルＳ１及びＳ２に接続される近接センサの励起装置と、送信コイルＳ１及びＳ２のうちの少なくとも１つ、並びに受信コイルＥに接続される評価装置とは示されていない。
【００６８】
２つの送信コイルＳ１及びＳ２は同一の構成で設計されており、本実施形態では、特に同じ誘導率、及び同じ巻取りの向きを有する。送信コイルＳ１及びＳ２は励起装置により励起され、２つの送信コイルＳ１及びＳ２により受信コイルＥ内で誘起される電圧は互いをほぼ無効にする。図３に、送信コイルＳ１及びＳ２の対応する配線を示す。
【００６９】
図３は、図２の本発明に係る近接センサの回路図を示す。
【００７０】
２つの送信コイルＳ１及びＳ２は、正弦波ＡＣ電圧、つまり送信電圧Ｕｓで励起される。ここで、２つの送信コイルＳ１及びＳ２はそれらの誘導率ＬＳ１及びＬＳ２により回路図に示されている。正弦波ＡＣ電圧は、更には図示しない励起装置の２つの接続部２０及び２２の間で実現される。２つの送信コイルＳ１及びＳ２は、接続部２０及び２２の間で並列接続される。
【００７１】
２つの送信コイルＳ１及びＳ２は、近接センサにおけるそれらの幾何学的配置に対して反対の極性で送信電圧Ｕｓに接続される。近接センサの作用側１５に近い方に配置されている、送信コイルＳ１及びＳ２のそれぞれの端部は、図３の回路図では、対応する誘導率ＬＳ１及びＬＳ２の隣にそれぞれドットで印がつけてある。従って、図３は、送信コイルＳ１及びＳ２の並列接続において、作用側１５に近い方に配置されている第１送信コイルＳ１の端部が、作用側１５から離れている方の第２送信コイルＳ２の端部に接続されており、逆に言えば、第１送信コイルＳ１の離れている方の端部が、第２送信コイルの近い方の端部に接続されていることを示す。２つの送信コイルＳ１及びＳ２が同一の巻取りの向きを有することから、作用方向１４に見て右に回転する第１送信コイルＳ１の端部は、作用方向に見て左に回転する第２送信コイルＳ２の端部に接続されており、逆もまた同様である。
このやり方では、送信電圧Ｕｓにより送信コイルＳ１及びＳ２に送られる電流は、第２送信コイルＳ２内で逆時計回りに回転すると、第１送信コイルＳ１内では作用方向１４に見て時計回りに回転し、逆もまた同様であるので、２つの送信コイルＳ１及びＳ２は換言すれば反対向きに励起されるということが保証される。
２つの送信コイルＳ１及びＳ２が同一の幾何学形状であり、同一の誘導率ＬＳ１及びＬＳ２であること、並びに受信コイルＥに対するそれらの幾何学的配置に起因してこのように反対向きで励起することにより、第１送信コイルＳ１及び第２送信コイルＳ２により受信コイルＥ内で誘起される電圧が互いを無効にし、目標１８の不在時に受信コイルＥ内で電圧が誘起されない、つまり受信電圧ＵＥがゼロになるということが達成される。
【００７２】
図３の回路図には、受信コイルＥが誘導率ＬＥにより示されている。受信コイルＥ全体の電圧降下は、接続部２２と接続部２４との間の受信電圧ＵＥとして実現される。本実施形態において、受信電圧ＵＥは送信電圧Ｕｓと共に、図示しない評価装置により評価される。
【００７３】
図３には、目標１８を目標１８の誘導率ＬＴと、目標１８の並列な電気的内部抵抗ＲＴにより更に示す。
【００７４】
本実施形態では、目標１８を検出するために、送信電圧Ｕｓと受信電圧ＵＥとの間の位相シフトが評価ユニット内で測定される。以下では、特に図４〜図７を参照して、本実施形態においてこの位相シフトがどのように目標１８の作用を受けるのか、及びこの位相シフトをどのように評価できるのかを簡単に示す。
【００７５】
図４に近接センサのコイルＳ１、Ｓ２、及びＥの、互いとの、及び目標１８との相互誘導結合に起因している、誘導率過程を示す。この誘導率過程により受信コイルＥ内で受信電圧ＵＥが誘起される。
【００７６】
基本的に、励起された送信コイルＳ１及びＳ２、又はそれらの誘導率ＬＳ１及びＬＳ２は各々、受信コイルＥ内で一次信号と呼ぶこともできる電圧Ｓｐ１及びＳｐ２をそれぞれ誘起する。本実施形態において、２つの送信コイルＳ１及びＳ２は、上述のように、電圧Ｓｐ１及びＳｐ２がちょうど互いを無効にするように設計され且つ配置され且つ励起される。
【００７７】
目標１８が存在するとき、送信コイルＳ１及びＳ２により目標１８内で電圧が誘起される。その際、目標１８は、受信コイルＥ内で電圧Ｓｓを誘起する。以下でより詳細に説明するように、この付加的な誘起電圧Ｓｓは、送信電圧Ｓｓに対する位相シフトを有する。
【００７８】
図５は図３の回路図を示しており、更に、送信コイルＳ１及びＳ２、並びに受信コイルＥの、互いとの、及び目標との誘導結合を対応する逆誘導率Ｍ１〜Ｍ５により示す。この場合、この誘導結合は上述の誘起過程を生じる。
【００７９】
これらの逆誘導率Ｍ１〜Ｍ５を用いて、近接センサ及び目標を記述する以下の微分方程式を求めることができる。
【数１】
【００８０】
まず、２つの送信コイルＳ１及びＳ２が同一の誘導率ＬＳ１及びＬＳ２を有することを考慮しなければならない。更に、送信コイルＳ１及びＳ２が同一の幾何学形状であること及びこれらの送信コイルの配置に起因して、第１送信コイルＳ１と受信コイルＥとの間の逆誘導率Ｍ１が、第２送信コイルＳ２と受信コイルＥとの間の逆誘導率Ｍ２と同一であることを考慮しなければならない。簡約化された項において、第２送信コイルＳ２と目標１８との間の逆誘導率Ｍ５がゼロであることが更に想定される。この簡約化は正当化される。というのも、コイルＳ１、Ｓ２、Ｅが幾何学的配置であるため、第２送信コイルＳ２は、近接センサの作用側１５からかなり遠くに配置され、従って作用方向において接近している目標１８に、はるかに弱い力で誘導結合するからである。第２送信コイルＳ２と目標１８との間に磁気遮蔽物があれば、逆誘導率Ｍ５を消滅させることもできるであろう。以下の関係が生じる。
【数２】
【００８１】
ラプラス変換の助けによって、ラプラス領域における送信電圧Ｕｓと受信電圧ＵＥとの間の伝達関数を、ラプラスパラメータｓを用いて計算することができる。
【数３】
【００８２】
次に逆誘導率は、誘導結合係数Ｋ１〜Ｋ５及び誘導率Ｌｓ、ＬＴ、ＬＥからの対応する式を代入することができる。
【数４】
【００８３】
伝達関数と呼ばれる、受信電圧ＵＥとＵｓとの間のラプラス表現でのこの関係は、結合係数Ｋ１、Ｋ３、及びＫ４を特定の組み合わせにすると、つまり条件Ｋ１・Ｋ３＝Ｋ４が満たされると、伝達関数の符号が変化する、即ち伝達関数がＫ１・Ｋ３＝Ｋ４にてゼロ点を有するということを示す。理想的な場合、位相シフトの段階的な変化、換言すれば位相ステップは、この点にて生じることができる。この点は、例えば１８０°とすることができる。
【００８４】
結合係数Ｋ１、Ｋ３、及びＫ４が、近接センサからの目標１８の距離に依存することから、伝達関数の符号の変化、もしくはゼロ点は特定の目標距離のところで生じる。
評価装置は、位相シフトの測定によりこの転移を認識することができ、従って、特定の距離のところに目標１８が存在することを検出することができる。次に、予測される目標１８が、近接センサの作用方向１４で近接センサから予設定済み切換距離に位置する場合に条件Ｋ１・Ｋ３＝Ｋ４が満たされるように、送信コイルＳ１、Ｓ２、及び受信コイルＥは設計し配置することができる。この場合、条件は目標距離に依存する。コイルのうちの１つと誘導結合する目標が存在しない場合、換言すればＫ３＝０の場合、上の伝達関数が第２ゼロ点となること、つまりＫ３＝０でゼロ点であることは、送信コイルＳ１、Ｓ２により受信コイルＥ内で誘起される信号が互いを無効にするという近接センサの上述の特性に対応している。
【００８５】
基本的な相互関係を僅かな数式にまで低減することができることから上述の例示的な実施形態が選ばれたのであり、従って例示は特に説明的なものであるということに留意しなければならない。一方、例えば、条件Ｍ５＝０が満たされない場合、もしくは充分に正確な程度まで満たされない場合にも、コイルＳ１、Ｓ２、Ｅが所与の設計及び配置であるため、伝達関数のゼロ点が、目標１８の予設定済み切換距離のところで生じるように、及び／又は目標の不在時に生じるように、コイルＳ１、Ｓ２、Ｅを設計し配置し励起することができる。一般的に、伝達関数がより複雑な数学式を前提とし得る場合であっても、このようなゼロ点をもつ伝達関数を有する多数のコイル配置を思い付くことができる。このために、コイルＳ１、Ｓ２、Ｅの逆誘導率は、送信コイルＳ１、Ｓ２、及び受信コイルＥを相応に適切に寸法し配置し、及び送信コイルＳ１、Ｓ２を励起することによって、対応する伝達関数が生じるように選ばれるべきである。
【００８６】
図６は、既に説明した例示的な実施形態に対して更に改良された本発明に係る近接センサの回路図を示す。
【００８７】
この実施形態では、目標１８の検出可能性に対して、送信電圧Ｕｓ及び受信電圧ＵＥへの位相シフトの依存を更に改良するために、更に第１電気抵抗器Ｒ１が第１送信コイルＳ１に直列接続され、第２電気抵抗器Ｒ２が第２送信コイルＳ２に直列接続される。この実施形態により、センサと目標１８との間の距離が変化すると、送信電圧Ｕｓと受信電圧ＵＥとの間の位相シフトが連続的に変化する結果、位相シフトを測定することで決定できる目標距離の範囲が増加する。
【００８８】
上述の計算と同様に、図６の近接センサ及び目標１８を記述する微分方程式は以下のように書かれる。
【数５】
【００８９】
図６のコイル配置が図５のコイル配置に対応しており、ここでも２つの送信コイルＳ１、Ｓ２が同様に励起される（Ｒ１＝Ｒ２）ことから、受信電圧ＵＥと、それぞれの励起コイルＳ１、Ｓ２全体で降下する励起電圧ＵＬＳ１又はＵＬＳ２との間の関係は、図５を参照して上述した伝達関数ＵＥ／Ｕｓに対応しており、この伝達関数も、Ｋ１・Ｋ３＝Ｋ４及びＫ３＝０にてゼロ点を呈する。既に上述した同一状態及び簡約化を用いて、並びに、使用される第１及び第２電気抵抗器Ｒ１及びＲ２が本実施形態において同じ値を有することにより、励起装置により実現される送信電圧Ｕｓと受信電圧ＵＥとの間の伝達関数、並びに双方の信号の間の位相シフトφは、ラプラス変換により以下のように決定することができる。
【数６】
【００９０】
図７は、作用方向１４で近接センサから離間された目標１８の距離に応じた、目標１８の作用により発生し受信コイルＥ内で測定することのできる損失抵抗Ｒのノルム曲線、及び送信電圧Ｕｓと受信電圧ＵＥとの間の位相シフトφのノルム曲線を示す。
特に目標距離が大きい範囲では、位相シフトのノルム曲線の勾配が損失抵抗の曲線の対応する勾配よりも大きいことを、明らかに認識することができる。このことは、本発明に係る近接センサでは、損失抵抗の測定のみによるよりも大きい切換距離を達成することができ、本発明の枠組みにおいて、一般的に、位相シフトの検出のほかに信号振幅又は損失抵抗の検出又は評価もそれぞれ可能であることを示している。
【００９１】
図８は、本発明に係る近接センサの更なる実施形態の回路図を示す。この点において、２つの調節可能な電気抵抗器Ｒ１’及びＲ２’が各々、送信コイルＳ１及びＳ２にそれぞれ直列接続されており、２つの調節可能な電気抵抗器Ｒ３’及びＲ４’が、それぞれ送信コイルＳ１及びＳ２にそれぞれ並列接続されている。
【００９２】
調節可能な電気抵抗器により、図７に示す、例えば特定の被検目標距離に対する送信電圧Ｕｓと受信電圧ＵＥとの間の位相シフトの曲線を最適化することが可能となる。更に、調節可能な電気抵抗器により、製造によって誘起される偏差に起因する、予設定済み配置からのコイルＳ１、Ｓ２、及びＥの配置の偏差、例えば、送信コイルＳ１及びＳ２間にある受信コイルＥの、正確には中央でない配置の偏差を、２つの送信コイルＳ１及びＳ２により受信コイル内で誘起される電圧が、偏差にもかかわらずちょうど互いを無効にするように相殺することができる。
【００９３】
同じく、調節可能な電気抵抗器を使用して、２つの送信コイルＳ１及びＳ２により、並びに作用方向１４で特定の距離のところに位置する目標１８により受信コイル内で誘起される電圧がちょうど互いを無効にするように、近接センサを調節することができる。特定の用途にとって、近接センサのこの設定は有利とすることができる。
【００９４】
図９は、本発明に係る近接センサの更なる実施形態を通る縦断面図を示し、第１送信コイルＳ１、第１受信コイルＥ１、第２送信コイルＳ２、及び第２受信コイルＥ２が、作用方向１４で互いに前後に配置されている。第１送信コイルＳ１及び第１受信コイルＥ１を含む第１コイル対と、第２送信コイルＳ２及び第２受信コイルＥ２を含むコイル対との間には、作用方向１４に対して垂直に延びる磁気遮蔽物２６が設けられている。この磁気遮蔽物２６があることにより、第２コイル対が、作用方向１４で接近している目標１８の作用をより弱い力でしか受けない、もしくはこのような目標１８に、より弱い力で誘導結合するという結果が得られる。
【００９５】
図１０は、図９の近接センサの回路図を示す。第１送信コイルＳ１及び第２送信コイルＳ２は、それらの誘導率ＬＳ１及びＬＳ２により表されている。同様に、第１受信コイルＥ１及び第２受信コイルＥ２は、それらの誘導率ＬＥ１及びＬＥ２により表されている。ドットは各々、図９による近接センサの作用側１５に近い方に配置されている、それぞれのコイルの端部を特徴付けている。巻取りの向きが同じである第１送信コイルＳ１及び第２送信コイルＳ２は、作用側１５に近い方に配置されている第１送信コイルＳ１の端部が、作用側１５から更に遠く離れた第２送信コイルＳ２の端部に接続されるように並列接続されており、逆もまた同様である。巻取りの向きが反対である受信コイルＥ１及びＥ２は、作用側１５に近い方に配置されている第１受信コイルＥ１の端部が、作用側１５から更に遠く離れた第２受信コイルＥ２の端部に接続されるように直列接続されている。一般的に、２つの受信コイルＥ１及びＥ２の他方の端部をそれぞれ互いに接続させることもできるであろう。
【００９６】
並列接続されている送信コイルＳ１及びＳ２は、送信電圧Ｕｓをもつ励起装置により励起される。誘導結合する目標１８が存在しない場合、それぞれ双方の送信コイルＳ１及びＳ２により第１受信コイルＥ１及び第２受信コイルＥ２内に含まれる電圧の和つまり受信電圧ＵＥが、本来ゼロとなることが、送信コイルＳ１及びＳ２のこの配線並びに配置により達成される。それ故に、一方で受信電圧ＵＬＥ１及びＵＬＥ２の和ＵＥ＝ＵＬＥ１＋ＵＬＥ２と、他方で送信電圧Ｕｓとの間の伝達関数ＵＥ／Ｕｓは、目標１８の不在時にゼロ点を示す。更に、目標１８が近接センサの作用方向１４で近接センサから予設定済み切換距離に位置するときに伝達関数ＵＥ／Ｕｓはゼロ点を示す。
【００９７】
図示する実施形態では、目標１８が作用領域へと案内されると、送信電圧Ｕｓに対して位相シフトされた受信電圧ＵＥが生じる。
【００９８】
図示しない評価装置は、励起装置により実現される送信電圧Ｕｓと、双方のコイルにて降下する受信電圧ＵＥとの間のこの位相シフトを測定する。
【符号の説明】
【００９９】
１０ コイル
１２ 長手方向軸
Ｓ１ 送信コイル
Ｓ２ 送信コイル
Ｅ 受信コイル
１４ 作用方向
１５ 作用側
１６ スリーブ
１８ 目標
ＬＳ１ Ｓ１の誘導率
ＬＳ２ Ｓ２の誘導率
Ｕｓ 送信電圧
ＵＥ 受信電圧
２０ 接続部
２２ 接続部
２４ 接続部
ＬＥ 受信コイルの誘導率
ＬＴ 目標の誘導率
ＲＴ 目標の内部抵抗
Ｓｐ１ 誘起電圧
Ｓｐ２ 誘起電圧
Ｓｓ 誘起電圧
Ｍ１ 逆誘導率
Ｍ２ 逆誘導率
Ｍ３ 逆誘導率
Ｍ４ 逆誘導率
Ｍ５ 逆誘導率
Ｒ１ 電気抵抗器
Ｒ２ 電気抵抗器
Ｒ１’ 調節可能な電気抵抗器
Ｒ２’ 調節可能な電気抵抗器
Ｒ３’ 調節可能な電気抵抗器
Ｒ４’ 調節可能な電気抵抗器
２６ 磁気シールド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接センサ、特に誘導形近接センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような誘導形近接センサは、目標と呼ばれる物体、特に金属物体又は良好な導電性の物体を認識するように働く。目標は、近接センサの作用領域へと案内される。従来の近接センサは発振器を含み、発振器は、発振器が振動している時に磁場を発生させるコイルを含む。磁場へと案内される被検目標内に渦電流が誘起され、渦電流は磁場に向けられる逆磁場を発生させ、発振器からのエネルギーを後退させる。既知の近接センサ内にある発振器は、このエネルギー後退により発振器の振動が特定の目標距離において消失するように寸法されている。こうして、目標を検出するためにこの手順が検出される。
【０００３】
このような近接センサは、概して、特定の用途にとって切換距離が過度に短い。切換距離とは、センサによる目標の検出がなお確実に可能である、近接センサからの目標の最大距離を示す。
【０００４】
交番磁界を発生させるための送信コイル、並びに交番磁界により電圧が誘起される受信コイルを有する誘導形近接センサが、DE 38 39 386 A1から公知である。この点において、目標を検出するために目標が磁場へと案内されることにより生じる、受信コイル内で誘起される電圧の変化と、この電圧の変化から生じる磁場の変化とが感知されることが実現される。
【０００５】
作用方向において互いに前後に配置されている２つの送信コイルと、少なくとも１つの受信コイルとを有し、２つの送信コイルに電流が反対向きに供給される誘導形近接センサが、DE 197 774 C2から公知である。
【０００６】
金属体を捜し出すための第１及び第２送信コイルと受信コイルとを有する検出器がDE 101 22 741 A1から公知であり、２つの送信コイル及びこれらの送信コイルに送られる送信電流は、２つの送信コイルにより受信コイル内で励起される流れが互いを補償するように設計される。
【０００７】
容量場又は誘導場の通過時間を測定するための機器がWO 2007/012502 A1から公知であり、磁場変化を発生させる電極又はコイルの形態である少なくとも２つの要素からのクロック信号が受信器に供給される。この機器では、複雑な電子調節システムが必要である。
【０００８】
先行技術により公知である概念は、許容される切換距離及び感度が限定的なものでしかないという欠点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】DE 38 39 386 A1
【特許文献２】DE 197 774 C2
【特許文献３】DE 101 22 741 A1
【特許文献４】WO 2007/012502 A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の基礎を成す目的は、先行技術に対して感度を増し、切換距離を増加することができ、更に費用を低減して製造することのできる誘導形近接センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を満足するために、請求項１の特徴を有する誘導形近接センサが実現される。
【００１２】
本発明に係る前記誘導形近接センサは、第１送信コイル及び第２送信コイル並びに少なくとも１つの受信コイルと、前記第１及び第２送信コイルに接続された励起装置と、一方で少なくとも１つの送信コイル及び／又は前記励起装置に、他方で前記少なくとも１つの受信コイルに接続され、且つ、一方で少なくとも１つの送信コイル及び／又は前記励起装置の信号と、他方で前記少なくとも１つの受信コイルの信号との間の位相シフトに応じた評価信号を発生させるように設計された評価装置とを有する。
【００１３】
本発明に係る前記誘導形近接センサのこの設計に基づいて、切換距離を特に大きくし、感度を高くすることができる。
【００１４】
本発明に係る前記近接センサの働きを考察する前に、まずその構成要素がより詳細に説明されるべきである。
【００１５】
本発明に係る前記誘導形近接センサは、いずれも励起装置に電気的に接続され且つこの励起装置により励起される第１送信コイル及び第２送信コイルを有する。
【００１６】
本発明の枠組みの中で、前記励起装置は、１つのユニットから成ることができ、又は、互いに電気的に接続され空間的に離れている複数の構成要素を有することもできる。前記励起装置は更に、前記第１及び第２送信コイルを励起する単一の電圧源又は電流源を有することができ、又は、前記第１及び前記第２送信コイルをそれぞれ励起する別個の電圧源又は電流源を有することができ、複数の電圧源又は電流源がある場合、前記電圧源又は電流源の同期も適切な電子的結合を介して保証することができる。それ故に、前記励起装置が前記第１及び第２送信コイルに及ぼす前記励起信号は、双方の送信コイルで同一であってもよく、又は双方の送信コイルで異なっていてもよい。励起信号が双方の送信コイルで異なる場合、これらの励起信号は特に、予設定済み位相シフトを有するように同期させておくことができる。
以下で電流源に言及されている場合、一般に、この電流源の代わりに電圧源を使用することもできる。
【００１７】
前記第１及び第２送信コイルは各々、前記少なくとも１つの受信コイルに誘導結合されている。これによって、前記第１及び第２送信コイルの励起により生成される時間的に変化する磁場が、前記受信コイル内で電圧を誘起する。
【００１８】
本発明によれば、一方で前記送信コイルのうちの少なくとも１つに及び／又は前記励起装置に、他方で前記少なくとも１つの受信コイルに電気的に接続された評価装置が更に設けられ、この評価装置は、前記送信コイルのうちの少なくとも一方及び／又は前記励起装置の信号、並びに前記少なくとも１つの受信コイルの信号を受信し且つ評価する。この信号評価により、やはりより詳細に説明されるべきやり方で、一方で少なくとも１つの送信コイル及び／又は前記励起装置の信号と、他方で前記少なくとも１つの受信コイルの信号との間の位相シフトに依存し、且つ、前記近接センサへの目標の接近についての情報、又は前記近接センサからの前記目標の距離についての情報をそれぞれ包含する評価信号が発生する。
【００１９】
本発明によれば、目標が前記近接センサの検出領域へと案内されると、一方で前記受信コイル内で誘起される前記電圧信号又は電流信号（二次信号）と、他方で前記励起装置の信号及び／又は送信コイルの信号（一次信号）との間の位相シフトが非常に大きく変化するので、この位相シフトは目標の存在にとって、及び／又は、距離測定が所望される場合には前記目標距離にとって極めて高感度な目安となり、従って大きい切換距離が許容される、ということが既に認識されている。前記近接センサの設計によっては、例えば１８０°の相転移を特定の目標距離にて生じさせることができ、この目標距離を極めて大きいものとすることができる。このような位相シフト又は相転移を前記近接センサにより検出することができ、前記近接センサは相応に大きい切換距離を有する。
【００２０】
本発明の有利な実施形態が、従属請求項、明細書及び図面において説明される。
【００２１】
好ましくは、前記２つの送信コイルのうちの一方が、前記近接センサの作用方向において前記近接センサから離間された目標に、他方の送信コイルよりも強い力で誘導結合されるよう、前記送信コイルが設計され且つ配置される。本発明の意味において、異なる強い力で前記目標に誘導結合するというのは、前記２つの送信コイルが前記目標と共にそれぞれ形成する逆誘導率が異なることを意味する。この点において、特に前記目標と前記２つの送信コイルとの間の誘導結合係数も異なっていてもよい。この設計により、目標の存在又は前記距離に応じて前記位相シフトが特に著しく変化することを保証することができる。
【００２２】
更なる有利な実施形態によれば、目標が前記近接センサの作用方向において前記近接センサから予設定済み有限切換距離に位置するときに、前記近接センサの送信関数がゼロ点を有するよう、前記２つの送信コイルが設計され且つ配置され且つ励起されることができると共に、前記受信コイルが設計され且つ配置されることができる。この点において、前記近接センサの前記送信関数は、前記近接センサに接近する目標に応じた、前記受信コイルの信号と送信コイルの信号との間の関係を表す。
換言すれば、このことは、予測される被検目標が前記近接センサの作用方向において前記近接センサから予設定済み切換距離に位置するとき、前記送信コイル及び前記予測される被検目標により前記受信コイル内で誘起される電流信号又は送信信号が無効になるよう、前記２つの送信コイルが設計され且つ配置され且つ励起されると共に、前記受信コイルが設計され且つ配置されることを意味する。この目的で、前記受信コイル、前記送信コイル、及び前記目標の間の相互の逆誘導率と誘導結合係数は、前記送信コイルの励起に応じて適切に適合されなければならない。このことは、図の説明の枠組みの中でより詳細に説明される。
【００２３】
この点において、前記受信コイルの前記信号は例えば、前記受信コイルに印加される前記誘起電流信号又は誘起電圧信号であり、前記送信コイルの前記信号は、例えば前記送信コイルに印加される前記電流信号又は電圧信号である。複数の受信コイルを使用している際、前記受信コイルの前記信号は、異なる受信コイルの複数の電流信号又は電圧信号から導出又は合成された信号とすることができる。例えば複数の受信コイルが直列接続されていれば、前記電圧は前記直列接続全体の電圧となる。同様に、送信コイルの前記信号は、複数の送信コイルの信号からの合成信号とすることができ、電圧は例えば一連の送信コイル全体の電圧である。
【００２４】
前記送信関数の上述のゼロ点が予設定済み切換距離にあることは、前記位相シフトが被検目標の存在及び前記距離に特に強く依存することにより、前記切換距離内に前記近接センサの環境領域が配置されるという利点を有する。このようにして、規定された切換距離のところに位置する目標の存在を特に確実に検出することができる。同様に、前記切換距離の領域内に位置する目標の前記距離を特に正確に検出することができる。従って、前記予設定済み切換距離の領域では、前記近接センサの感度が特に高いことを保証することができる。
【００２５】
この点において、好ましくは前記ゼロ点に対応する前記予設定済み切換距離は、被検目標が予測される、作用方向において前記近接センサからの最大距離に対応するように、又はそれより僅かに大きくなるように選択することができ、対象の領域では特に高い感度が保証される。それ故に、前記予設定済み切換距離は、例えば０ｍｍ〜１００ｍｍの間の範囲の値、好ましくは０．５ｍｍ〜２０ｍｍの間の範囲の値、特に好ましくは１ｍｍ〜１０ｍｍの間の範囲の値、最も好ましくは２ｍｍ〜５ｍｍの間の範囲の値を採用することができる。前記予設定済み切換距離は、前記送信コイル又は前記受信コイルのうちの１つの多様な直径に対応するように、及び、例えば前記送信コイル又は前記受信コイルのうちの１つの直径の０〜１０倍の範囲、好ましくは０．１〜８倍の範囲、特に好ましくは０．５〜６倍の範囲、最も好ましくは２〜５倍の範囲にあるように選択することもできる。前記送信関数がそれに適合されている、前記予測される目標は、例えば数ミリメートルから数センチメートルまでの程度を有する金属ブロック等、部分的又は全体的に金属体であるものとすることができる。
【００２６】
前記評価ユニットにより発生し、特定の距離のところでの目標の存在についての情報を包含する前記評価信号は、存在又は前記距離に応じた関数を制御するために使用することができる。好ましくは、前記評価装置は、前記位相シフト又はこの位相シフトに応じた前記評価信号が例えばゼロとすることのできる予設定済み閾値を超えると、前記評価信号に応じてスイッチを開閉するように設計される。このようにして、例えば目標として振る舞う製品の存在に応じた処理ステップは、自動化された製品処理手順において開始又は終了することができ、又は安全停止を実現することができる。同様に、前記評価信号を使用して目標が認識されると、特に前記センサからの前記目標の前記距離についての情報をも包含することのできるステータス信号を制御装置に送信することができる。この点において、前記評価信号は目標距離の目安として、アナログ又はデジタル形式で出力部にて実現することができる。
送信コイル又は前記励起装置の信号と前記受信コイルの信号との間の前記位相シフトに応じた前記評価信号は、双方の信号が別々に受信され、対応する評価回路により互いに合成されるという点において発生させることができる。この点において、例えば乗算器により双方の信号を乗算するか又はこれらの信号を混合し、特に、結果として生じる信号を、積分器を用いて前記信号の予設定済み継続期間数等、予設定済み時間周期で積分することが可能である。前記評価信号を発生させるために、高速デジタルカウンタを使用することもできる。
【００２７】
上述の評価方法を用いて、前記位相シフトに少なくともほぼ比例する評価信号を発生させることができる。本発明の枠組みの中で、このことは一般的に好ましい。というのも、既に言及したような前記位相シフトが、目標の存在及び前記近接センサからの目標の前記距離に対する極めて高い感度の目安となるからである。
【００２８】
更なる有利な実施形態は、前記励起装置が少なくとも１つの送信コイルを、周期信号で、好ましくはＡＣ電圧信号で、特に好ましくは正弦波ＡＣ電圧信号で励起するように設計されることを実現する。これらの信号は、前記受信コイル内で電圧を誘起する送信コイルにより時間的に変化する磁場を発生させることに特に良く適している。この磁場の時間展開は、目標の前記距離に応じた励起信号に対する位相シフトを有する。この点において、前記励起装置は例えば、１つ以上のＡＣ電流源、又は１つ以上の発振器、又は１つ以上のインバータを有することができる。
【００２９】
この点において、好ましくは励起の周波数は、前記近接センサの幾何学形状、及び前記近接センサで使用される材料を考慮するように選択される。つまり、前記近接センサは、例えば前記コイルを収容するためのスリーブと、特に金属の前側キャップとを有することができる。この事例において励起の周波数は好ましくは非常に低く選択されるので、前記送信コイルにより発生する磁場が前記前側キャップに充分に侵入することが保証される。
【００３０】
別法として、前記励起装置は少なくとも１つの送信コイルを疑似ランダム系列で励起するように同じく設計することができ、これによって前記近接センサの干渉に対する安全性が増す。
【００３１】
前記励起装置が、前記第１送信コイル及び前記第２送信コイルを、同じ振幅、同じ信号形状であり、位相シフトが−５〜５°の間、特に０°である２つの励起信号で励起するように設計されると更に好適である。この目的で、前記励起装置は例えば、双方の送信コイルを同じ電流源で励起することができるが、特に双方の送信コイルは、並列接続させることができ、前記励起装置の接続部に接続させることができる。一方、同期した２つの異なる電流源を使用することもできる。
【００３２】
前記励起装置は、前記第１送信コイルを第１励起信号で励起し、前記第２送信コイルを第２励起信号で励起するように設計することもでき、前記第１励起信号及び前記第２励起信号は、１７５〜１８５°の間の位相シフト、特に１８０°の位相シフトを有する。この目的で、前記励起装置は位相の異なる信号位置により信号を送出する２つの電流源を有することができる。
【００３３】
既に上述したように、前記第１送信コイル及び前記第２送信コイルは、好ましくは、前記２つの送信コイルのうちの一方が、作用方向において接近している目標に、他方の送信コイルよりも強い力で誘導結合するように設計され且つ配置される。前記近接センサの作用方向というのは、目標の検出が意図される方向を示しており、例えば中に前記コイルが位置している円筒形又は平行六面体のスリーブの長手方向軸と同一とすることができる。作用方向において接近している目標との、このような異なる強い力での誘導結合は、例えば前記第１送信コイル、前記少なくとも１つの受信コイル、及び前記第２送信コイルが、前記近接センサの作用方向において互いに前後に配置されるという点で実現することができる。
【００３４】
別法として、又は付加的に、作用方向において前記近接センサから離間された目標から前記送信コイルのうちの一方を磁気的に遮蔽し、前記目標から他方の送信コイルを磁気的に遮蔽せず、又は、より弱い力で遮蔽する磁気遮蔽物を設けることができる。前記遮蔽物は例えば、前記近接センサの作用方向に対して直交方向に延びていてもよい。
【００３５】
この点において、目標が接近する際、前記受信コイル内で誘起される前記信号の位相シフトが特に顕著になることは有利である。
【００３６】
前記第１送信コイル及び前記第２送信コイル、並びに前記少なくとも１つの受信コイルが、特に前記近接センサの作用方向に対して少なくとも略平行に延びる前記コイルの共通の軸と少なくとも略同軸に配置されていると特に好適である。これにより、前記第１及び第２送信コイル、並びに前記受信コイルの特に有利な誘導結合が達成され、このことにより特に、前記一次信号（励起信号）に対する前記二次信号（前記少なくとも１つの受信コイルの前記信号）の位相シフトが顕著になる。この別法として、前記受信コイル及び送信コイル、特に、前記近接センサの作用領域に位置する目標に、より強い力で誘導結合する前記送信コイルが一平面内に配置されることも有利とすることができる。
【００３７】
前記少なくとも１つの受信コイルが、前記第１及び第２送信コイルから少なくともほぼ等しい距離だけ離間していると更に好適である。このような実施形態において、以下で記載するような前記第１及び第２送信コイルにより前記受信コイル内で誘起される前記電圧の相互無効を、例えば前記第１及び第２送信コイルの位相の異なる励起により、単純なやり方で行うことができる。
【００３８】
好適な実施形態によれば、前記第１及び第２コイルの誘導率は互いに相違しておらず、又は、公差の枠組みの中で、好ましくは１０％未満、特に好ましくは５％未満でしか相違しない。ここでこの公差は、例えば製造に起因し得るものである。前記第１及び第２送信コイルは少なくとも略同一の構成であり、特に同じ巻取り数、同じ抵抗率、及び同じ直径を有すると更に好適である。
【００３９】
本発明の特に好適な実施形態は、前記第１送信コイル及び前記第２送信コイルにより前記受信コイル内で誘起される前記電圧が相互を少なくともほぼ無効にするように、前記第１及び第２送信コイルが前記少なくとも１つの受信コイルに対して寸法され配置され、更に前記第１及び第２送信コイルが前記励起装置により励起されることを実現している。このことは、換言すれば、上述のように、受信コイル信号（二次信号）と送信コイル信号（一次信号）との間の目標の存在の依存性における関係を表す前記近接センサの伝達関数が、目標の非存在時、即ち不在時にゼロ点を有することを意味する。
【００４０】
この実施形態において、前記受信コイル内で誘起される前記電圧信号（二次信号）は、実際に目標により誘起される前記電圧によって専ら形成される。この電圧は、前記一次信号に対して位相シフトされており、通常はマイクロボルトの範囲内にある。対照的に、前記送信コイルにより前記受信コイル内で誘起される前記電圧は、通常はボルトの範囲内にある。前記送信コイルにより誘起される前記電圧の相互無効によって、目標により誘起される前記位相シフトされた比較的低い電圧信号が、前記送信コイルにより誘起される、位相シフトされない比較的高い電圧信号と重畳することが防止される。従って、この実施形態では、前記送信コイル内で位相シフトを検出することが促進される。これによって、特に、前記近接センサの感度を特別に高くすることができ、特に大きい切換距離が可能となる。
【００４１】
直前に記載した実施形態において、前記受信コイル内で誘起される前記電圧信号（二次信号）は、その後、前記近接センサの作用領域内に目標がない場合、本来ゼロとなる。前記近接センサの作用領域内に目標がある場合は、前記受信コイル内で誘起され前記一次信号に対する位相シフトを有する二次信号により、そのことが可視となる。
【００４２】
既に説明した前記第１及び第２送信コイルにより誘起される前記電圧の相互無効は例えば、上述したように、以下のようにして保証することができる。
・前記第１及び第２送信コイル並びに前記受信コイルが、作用方向において同軸に互いに前後に配置される。
・前記受信コイルが、前記送信コイルから等距離だけ離間されている。
・双方の送信コイルが、同一に構成され、
・同じ誘導率を有し、更に、
・励起信号を与える２つの接続部の間で並列接続されている。
・作用方向に見て右へ回転する前記第１及び第２送信コイルの端部が、それぞれ、作用方向に見て左へ回転する他方の送信コイルの端部にそれぞれ接続されている。
【００４３】
作用方向において右へ回転するコイルの端部とは前記近接センサ内に配置されている前記コイルの端部のことであるが、前記近接センサの作用方向において前記コイルを観察すると、コイル線又はコイル導線が、この端部から開始して、時計回りに回転する前記コイル内へ延びている。これと同様に、作用方向において左へ回転するコイルの端部とは前記コイルの端部のことであるが、前記近接センサの作用方向において前記コイルを観察すると、コイル線又はコイル導線がこの端部から開始して、逆時計回りに回転する前記コイル内へ延びている。
【００４４】
前記第１及び第２送信コイルの上述の同軸配置により、及び、この第１及び第２送信コイルが前記受信コイルから等しい間隔であることにより、前記第１送信コイルと前記少なくとも１つの受信コイルとの間の結合の誘導度が、前記第１送信コイルと前記少なくとも１つの受信コイルとの間の結合の誘導度と同一であることが達成される。前記第１送信コイルと前記少なくとも１つの受信コイルとの間の結合の誘導度が、前記第２送信コイルと前記少なくとも１つの受信コイルとの間の結合の誘導度と同一となり、前記第１送信コイルの誘導率が前記第２送信コイルの誘導率と同一となるように、前記第１及び第２送信コイル、並びに前記受信コイルが寸法され配置されると基本的に好適である。
【００４５】
用途によっては、目標の不在時に前記第１及び第２送信コイルにより誘起される前記信号が相互無効となる代わりに、又はこれに加えて、前記近接センサは、前記第１送信コイルにより前記受信コイル内で誘起される前記電圧と、前記第２送信コイルにより前記受信コイル内で誘起される前記電圧と、作用方向において特定の切換距離のところにある遠く離れた目標により前記受信コイル内で誘起される前記電圧とが互いを少なくともほぼ無効とするように、前記第１及び前記第２送信コイルが、互いに対して及び前記少なくとも１つの受信コイルに対して寸法され配置され、更に、前記第１及び第２送信コイルが前記励起装置により励起されることを特徴とすることができる。このことは、上述のように、目標が作用方向において前記近接センサから予設定済み切換距離だけ離間するときに伝達関数がゼロ点を有することを意味する。
この実施形態において、目標が前記近接センサの作用領域における予設定済み距離のところにあるとき、前記受信コイル内で誘起される前記二次信号は本来ゼロとなり、二次信号が前記一次信号に対する位相シフトをもつことにより前記目標の位置又は距離の変化が可視となる。
幾つかの方法のうち、この実施形態は、前記第１及び第２送信コイルを僅かに異なる整相で励起することにより、又は前記第１及び第２送信コイルを前記受信コイルから僅かに異なる距離のところに配置することにより、実現することができる。
【００４６】
前記第１送信コイル及び前記第２送信コイルが巻取られ、前記第１送信コイルの巻取りの向きが前記第２送信コイルの巻取りの向きとは反対であると特に好適である。前記コイルのこの実施形態は、双方のコイルが同様に励起される場合、前記一方の送信コイル内の前記電流の回転の向きが前記他方の送信コイル内の前記電流の回転の向きとは常に反対となるという効果を有する。これにより、特に単に前記送信コイルの配線及び配置を対応させることにより、前記第１及び第２送信コイルにより前記受信コイル内で誘起される前記電圧が互いを無効とすることを達成することができる。
【００４７】
一方、所望する任意の巻取りの幾何学形状をもつ巻取り済みコイルに加えて、一般的に考えられる全てのその他のコイルの種類、例えば平面コイル、並びに、異なる種類のコイルの所望する任意の組み合わせをも使用することができる。
本発明によれば、前記コイルは各々、単一のコイル、又は複数の部分コイルを含むことができる。
【００４８】
この点において、前記第１及び第２送信コイルが前記励起装置の第１及び第２接続部の間で並列接続され、この電気的な並列接続が第１直列接続と第２直列接続との並列接続を含み、前記第１直列接続が、前記第１送信コイル、及び前記第１送信コイルに直列接続されている第１電気抵抗器を含み、前記第２直列接続が、前記第２送信コイル、及び前記第２送信コイルに直列接続されている電気抵抗器を含み、特に前記第１及び／又は第２電気抵抗器が、調節可能な電気抵抗器であると特に有利である。
【００４９】
前記第１送信コイルに第３電気抵抗器が電気的に並列接続され、前記第２送信コイルに第４電気抵抗器が電気的に並列接続され、特に前記第３及び／又は第４電気抵抗器が、調節可能な電気抵抗器であると更に好適である。
【００５０】
このような電気抵抗器は有利である。というのも、この電気抵抗器は特に、前記目標距離について前記評価装置内で評価された前記信号の前記位相シフトを連続的に変化させ、従って前記目標距離をそれにわたって確実に決定することのできる距離範囲を拡張するからである。
【００５１】
更に、このような抵抗器により、前記送信コイルにより前記受信コイル内で誘起される前記電圧の振幅及び位相が設定される。従って、前記電気抵抗器は、前記送信コイルの誘導率の任意の偏差、又は前記受信コイルからの前記送信コイルの前記距離の任意の偏差、又は前記近接センサの、その他のパラメータを、所望するそれぞれの値に対して相殺するように働くことができ、このような偏差がある場合、前記送信コイルにより前記受信コイル内で誘起される前記電圧を無効にすることを保証することもできる。この点において、調節可能な抵抗値をもつ電気抵抗器は前記近接センサの調節を可能にし、前記送信コイルにより発生する磁場の相互無効をいつでも、つまり製造後でも保証するので特に有利である。
【００５２】
前記第１送信コイル及び／又は前記第２送信コイルは、有利には、それらの誘導率が可変であるように、特にいつでも可変的に設定できるように設計することもできる。これにより、前記コイル配置の任意の偏差又はその他のパラメータを較正し相殺することが可能となる。
【００５３】
前記励起装置が第１接続部と第２接続部との間に励起信号を与え、前記第１送信コイル及び前記第２送信コイルが前記第１及び第２接続部の間で電気的に直列接続されることを実現することもできる。
【００５４】
本発明に係る有利な更なる展開は、第１受信コイル及び第２受信コイルが設けられ、特に前記第１及び第２送信コイル、並びに前記第１及び第２受信コイルが作用方向において互いに前後に配置されることを実現する。この点において、前記送信コイルのうちの一方が、前記受信コイルのうちの一方に作用方向において交互に続くと特に有利である。
【００５５】
前記第１及び第２受信コイルが電気的に直列接続されると更に好適である。
【００５６】
前記第１送信コイル及び前記第１受信コイルがコイル対を形成し、前記第２送信コイル及び前記第２受信コイルがコイル対を形成し、前記コイル対のうちの一方が、作用領域内に位置する目標に、前記第２コイル対よりも弱い力で誘導結合するように配置されると特に好適である。この目的で、本発明によれば、例えば磁気遮蔽物、特に、作用方向において前記２つのコイル対の間に配置される、作用方向に対して直交方向に延びており、特に金属要素を含むことができる磁気遮蔽物を設けることができる。このような、強さの異なる力での誘導結合は、作用方向に位置する目標からの前記コイル対の間隔が異なることにより、又は、コイル対の前記コイルが同軸に配置されており、このコイル対の前記共通の軸が、他方のコイル対の前記コイルの共通の軸に直交するという点で、保証することもできる。
【００５７】
１つの受信コイルを備えた実施形態において、上述のように、１つの送信コイルが、作用領域内に位置する目標に、他方の送信コイルよりもはるかに弱く誘導結合し、同時に双方の送信コイルが前記受信コイルにほぼ同様の強い力で誘導結合するように配置されると有利である。２つの受信コイルを備えた実施形態では、双方のコイル対は、上述のように例えば磁気遮蔽物又は直交配置により、主として磁気的に分離することができる。前記２つの送信コイル間の間隔が低減されることに起因して、２つの受信コイルを有する対応する近接センサを極めてコンパクトな構成の形態にして実現することができる。
【００５８】
前記２つの送信コイルにより前記第１及び第２受信コイル内でそれぞれ誘起される前記電圧の和が少なくとも本来ゼロになるように、前記励起装置が前記第１及び第２送信コイルを励起し、前記送信コイル及び前記受信コイルが互いに対して配置され寸法されていると特に好適である。従って、この実施形態において前記受信コイルを直列接続させると、この直列接続全体の電圧降下は本来ゼロになる。
【００５９】
この実施形態において、前記第１及び第２受信コイルにて降下する前記電圧の和において、前記一次信号に対して高い位相シフトを有する信号、及び前記２つの送信コイルにより誘起される前記電圧と特に重畳しない信号として、目標が作用領域内に位置することが可視となることが保証される。
【００６０】
別法として、又は付加的に、前記受信コイル及び送信コイルの励起、寸法取り、及び配置は、前記２つの送信コイルと、特定の予設定済み切換距離のところに位置する目標とにより前記受信コイル内で誘起される前記電圧の和が、作用方向において互いを無効にするように設計することもできる。この事例では、前記一次信号に対して位相シフトされた前記受信コイル電圧の和において、目標が異なる距離を有すること、又は目標が不在であることが信号の形態で可視となる。
【００６１】
２つの受信コイルを有する実施形態において、有利には、双方のコイル対は各々、回路基板上で、特に前記コイル対の前記それぞれの送信コイルが、平面コイルとして前記それぞれの回路基板の上側で実現され、前記受信コイルが下側で実現されるように実現することができる。前記回路基板のうちの１つは、好ましくは、センサエレクトロニクスつまり前記励起装置及び／又は前記評価装置等の部品を含むことができる。双方の平面コイル対は、同じく、互いに前後に配置することができ、磁気隔壁としてそれらの間に金属片を有することができる。
【００６２】
本発明は、以下で純粋に例示によって、有利な実施形態及び添付の図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係る誘導形近接センサ内で送信コイル又は受信コイルとして使用されるコイルの略図。
【図２】本発明に係る誘導形近接センサの前側領域及び目標を通る縦断面図。
【図３】本発明に係る近接センサ及び図２の目標の回路図。
【図４】本発明に係る近接センサのコイルと目標との間の誘起過程の図。
【図５】誘導結合により引き起こされる逆誘導率を印した図３の回路図。
【図６】電気的直列抵抗器を備えた本発明に係る更なる近接センサ及び目標の、誘導結合により引き起こされる逆誘導率を印した回路図。
【図７】図６の近接センサの位相シフト及び損失抵抗の、目標距離への依存を示す線図。
【図８】調節可能な電気的直列抵抗器及び調節可能な電気的並列抵抗器を備えた、本発明に係る更なる近接センサの回路図。
【図９】２つの受信コイル及び磁気シールドを有する、本発明に係る更なる近接センサの略図。
【図１０】図９の近接センサの回路図。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
図１は、本発明に係る近接センサで使用するための、送信コイル又は受信コイルと見なすことのできるような巻取り済みコイル１０の略図を示す。コイルの長手方向軸１２も示されている。
【００６５】
図２は本発明に係る誘導形近接センサを示しており、この誘導形近接センサは、第１送信コイルＳ１、第２送信コイルＳ２、及び、送信コイルＳ１、Ｓ２間に配置される受信コイルＥを有する。３つのコイルＳ１、Ｓ２、及びＥは、巻取り済みコイルとして設計されており、同軸に配置されている。コイルＳ１、Ｓ２、及びＥの長手方向軸は、近接センサの作用方向１４と平行に整列している。受信コイルＥは、２つの送信コイルＳ１及びＳ２から、等しい距離だけ離間している。
３つのコイルＳ１、Ｓ２、及びＥは、その長手方向軸が近接センサの作用方向１４に延びるスリーブ１６内に配置されている。
【００６６】
更に、近接センサの作用領域内に位置しており、作用方向１４でコイルＳ１、Ｓ２、及びＥから離間された目標１８が示される。
【００６７】
図１には、送信コイルＳ１及びＳ２に接続される近接センサの励起装置と、送信コイルＳ１及びＳ２のうちの少なくとも１つ、並びに受信コイルＥに接続される評価装置とは示されていない。
【００６８】
２つの送信コイルＳ１及びＳ２は同一の構成で設計されており、本実施形態では、特に同じ誘導率、及び同じ巻取りの向きを有する。送信コイルＳ１及びＳ２は励起装置により励起され、２つの送信コイルＳ１及びＳ２により受信コイルＥ内で誘起される電圧は互いをほぼ無効にする。図３に、送信コイルＳ１及びＳ２の対応する配線を示す。
【００６９】
図３は、図２の本発明に係る近接センサの回路図を示す。
【００７０】
２つの送信コイルＳ１及びＳ２は、正弦波ＡＣ電圧、つまり送信電圧Ｕｓで励起される。ここで、２つの送信コイルＳ１及びＳ２はそれらの誘導率ＬＳ１及びＬＳ２により回路図に示されている。正弦波ＡＣ電圧は、更には図示しない励起装置の２つの接続部２０及び２２の間で実現される。２つの送信コイルＳ１及びＳ２は、接続部２０及び２２の間で並列接続される。
【００７１】
２つの送信コイルＳ１及びＳ２は、近接センサにおけるそれらの幾何学的配置に対して反対の極性で送信電圧Ｕｓに接続される。近接センサの作用側１５に近い方に配置されている、送信コイルＳ１及びＳ２のそれぞれの端部は、図３の回路図では、対応する誘導率ＬＳ１及びＬＳ２の隣にそれぞれドットで印がつけてある。従って、図３は、送信コイルＳ１及びＳ２の並列接続において、作用側１５に近い方に配置されている第１送信コイルＳ１の端部が、作用側１５から離れている方の第２送信コイルＳ２の端部に接続されており、逆に言えば、第１送信コイルＳ１の離れている方の端部が、第２送信コイルの近い方の端部に接続されていることを示す。２つの送信コイルＳ１及びＳ２が同一の巻取りの向きを有することから、作用方向１４に見て右に回転する第１送信コイルＳ１の端部は、作用方向に見て左に回転する第２送信コイルＳ２の端部に接続されており、逆もまた同様である。
このやり方では、送信電圧Ｕｓにより送信コイルＳ１及びＳ２に送られる電流は、第２送信コイルＳ２内で逆時計回りに回転すると、第１送信コイルＳ１内では作用方向１４に見て時計回りに回転し、逆もまた同様であるので、２つの送信コイルＳ１及びＳ２は換言すれば反対向きに励起されるということが保証される。
２つの送信コイルＳ１及びＳ２が同一の幾何学形状であり、同一の誘導率ＬＳ１及びＬＳ２であること、並びに受信コイルＥに対するそれらの幾何学的配置に起因してこのように反対向きで励起することにより、第１送信コイルＳ１及び第２送信コイルＳ２により受信コイルＥ内で誘起される電圧が互いを無効にし、目標１８の不在時に受信コイルＥ内で電圧が誘起されない、つまり受信電圧ＵＥがゼロになるということが達成される。
【００７２】
図３の回路図には、受信コイルＥが誘導率ＬＥにより示されている。受信コイルＥ全体の電圧降下は、接続部２２と接続部２４との間の受信電圧ＵＥとして実現される。本実施形態において、受信電圧ＵＥは送信電圧Ｕｓと共に、図示しない評価装置により評価される。
【００７３】
図３には、目標１８を目標１８の誘導率ＬＴと、目標１８の並列な電気的内部抵抗ＲＴにより更に示す。
【００７４】
本実施形態では、目標１８を検出するために、送信電圧Ｕｓと受信電圧ＵＥとの間の位相シフトが評価ユニット内で測定される。以下では、特に図４〜図７を参照して、本実施形態においてこの位相シフトがどのように目標１８の作用を受けるのか、及びこの位相シフトをどのように評価できるのかを簡単に示す。
【００７５】
図４に近接センサのコイルＳ１、Ｓ２、及びＥの、互いとの、及び目標１８との相互誘導結合に起因している、誘導率過程を示す。この誘導率過程により受信コイルＥ内で受信電圧ＵＥが誘起される。
【００７６】
基本的に、励起された送信コイルＳ１及びＳ２、又はそれらの誘導率ＬＳ１及びＬＳ２は各々、受信コイルＥ内で一次信号と呼ぶこともできる電圧Ｓｐ１及びＳｐ２をそれぞれ誘起する。本実施形態において、２つの送信コイルＳ１及びＳ２は、上述のように、電圧Ｓｐ１及びＳｐ２がちょうど互いを無効にするように設計され且つ配置され且つ励起される。
【００７７】
目標１８が存在するとき、送信コイルＳ１及びＳ２により目標１８内で電圧が誘起される。その際、目標１８は、受信コイルＥ内で電圧Ｓｓを誘起する。以下でより詳細に説明するように、この付加的な誘起電圧Ｓｓは、送信電圧Ｓｓに対する位相シフトを有する。
【００７８】
図５は図３の回路図を示しており、更に、送信コイルＳ１及びＳ２、並びに受信コイルＥの、互いとの、及び目標との誘導結合を対応する逆誘導率Ｍ１〜Ｍ５により示す。この場合、この誘導結合は上述の誘起過程を生じる。
【００７９】
これらの逆誘導率Ｍ１〜Ｍ５を用いて、近接センサ及び目標を記述する以下の微分方程式を求めることができる。
【数１】
【００８０】
まず、２つの送信コイルＳ１及びＳ２が同一の誘導率ＬＳ１及びＬＳ２を有することを考慮しなければならない。更に、送信コイルＳ１及びＳ２が同一の幾何学形状であること及びこれらの送信コイルの配置に起因して、第１送信コイルＳ１と受信コイルＥとの間の逆誘導率Ｍ１が、第２送信コイルＳ２と受信コイルＥとの間の逆誘導率Ｍ２と同一であることを考慮しなければならない。簡約化された項において、第２送信コイルＳ２と目標１８との間の逆誘導率Ｍ５がゼロであることが更に想定される。この簡約化は正当化される。というのも、コイルＳ１、Ｓ２、Ｅが幾何学的配置であるため、第２送信コイルＳ２は、近接センサの作用側１５からかなり遠くに配置され、従って作用方向において接近している目標１８に、はるかに弱い力で誘導結合するからである。第２送信コイルＳ２と目標１８との間に磁気遮蔽物があれば、逆誘導率Ｍ５を消滅させることもできるであろう。以下の関係が生じる。
【数２】
【００８１】
ラプラス変換の助けによって、ラプラス領域における送信電圧Ｕｓと受信電圧ＵＥとの間の伝達関数を、ラプラスパラメータｓを用いて計算することができる。
【数３】
【００８２】
次に逆誘導率は、誘導結合係数Ｋ１〜Ｋ５及び誘導率Ｌｓ、ＬＴ、ＬＥからの対応する式を代入することができる。
【数４】
【００８３】
伝達関数と呼ばれる、受信電圧ＵＥとＵｓとの間のラプラス表現でのこの関係は、結合係数Ｋ１、Ｋ３、及びＫ４を特定の組み合わせにすると、つまり条件Ｋ１・Ｋ３＝Ｋ４が満たされると、伝達関数の符号が変化する、即ち伝達関数がＫ１・Ｋ３＝Ｋ４にてゼロ点を有するということを示す。理想的な場合、位相シフトの段階的な変化、換言すれば位相ステップは、この点にて生じることができる。この点は、例えば１８０°とすることができる。
【００８４】
結合係数Ｋ１、Ｋ３、及びＫ４が、近接センサからの目標１８の距離に依存することから、伝達関数の符号の変化、もしくはゼロ点は特定の目標距離のところで生じる。
評価装置は、位相シフトの測定によりこの転移を認識することができ、従って、特定の距離のところに目標１８が存在することを検出することができる。次に、予測される目標１８が、近接センサの作用方向１４で近接センサから予設定済み切換距離に位置する場合に条件Ｋ１・Ｋ３＝Ｋ４が満たされるように、送信コイルＳ１、Ｓ２、及び受信コイルＥは設計し配置することができる。この場合、条件は目標距離に依存する。コイルのうちの１つと誘導結合する目標が存在しない場合、換言すればＫ３＝０の場合、上の伝達関数が第２ゼロ点となること、つまりＫ３＝０でゼロ点であることは、送信コイルＳ１、Ｓ２により受信コイルＥ内で誘起される信号が互いを無効にするという近接センサの上述の特性に対応している。
【００８５】
基本的な相互関係を僅かな数式にまで低減することができることから上述の例示的な実施形態が選ばれたのであり、従って例示は特に説明的なものであるということに留意しなければならない。一方、例えば、条件Ｍ５＝０が満たされない場合、もしくは充分に正確な程度まで満たされない場合にも、コイルＳ１、Ｓ２、Ｅが所与の設計及び配置であるため、伝達関数のゼロ点が、目標１８の予設定済み切換距離のところで生じるように、及び／又は目標の不在時に生じるように、コイルＳ１、Ｓ２、Ｅを設計し配置し励起することができる。一般的に、伝達関数がより複雑な数学式を前提とし得る場合であっても、このようなゼロ点をもつ伝達関数を有する多数のコイル配置を思い付くことができる。このために、コイルＳ１、Ｓ２、Ｅの逆誘導率は、送信コイルＳ１、Ｓ２、及び受信コイルＥを相応に適切に寸法し配置し、及び送信コイルＳ１、Ｓ２を励起することによって、対応する伝達関数が生じるように選ばれるべきである。
【００８６】
図６は、既に説明した例示的な実施形態に対して更に改良された本発明に係る近接センサの回路図を示す。
【００８７】
この実施形態では、目標１８の検出可能性に対して、送信電圧Ｕｓ及び受信電圧ＵＥへの位相シフトの依存を更に改良するために、更に第１電気抵抗器Ｒ１が第１送信コイルＳ１に直列接続され、第２電気抵抗器Ｒ２が第２送信コイルＳ２に直列接続される。この実施形態により、センサと目標１８との間の距離が変化すると、送信電圧Ｕｓと受信電圧ＵＥとの間の位相シフトが連続的に変化する結果、位相シフトを測定することで決定できる目標距離の範囲が増加する。
【００８８】
上述の計算と同様に、図６の近接センサ及び目標１８を記述する微分方程式は以下のように書かれる。
【数５】
【００８９】
図６のコイル配置が図５のコイル配置に対応しており、ここでも２つの送信コイルＳ１、Ｓ２が同様に励起される（Ｒ１＝Ｒ２）ことから、受信電圧ＵＥと、それぞれの励起コイルＳ１、Ｓ２全体で降下する励起電圧ＵＬＳ１又はＵＬＳ２との間の関係は、図５を参照して上述した伝達関数ＵＥ／Ｕｓに対応しており、この伝達関数も、Ｋ１・Ｋ３＝Ｋ４及びＫ３＝０にてゼロ点を呈する。既に上述した同一状態及び簡約化を用いて、並びに、使用される第１及び第２電気抵抗器Ｒ１及びＲ２が本実施形態において同じ値を有することにより、励起装置により実現される送信電圧Ｕｓと受信電圧ＵＥとの間の伝達関数、並びに双方の信号の間の位相シフトφは、ラプラス変換により以下のように決定することができる。
【数６】
【００９０】
図７は、作用方向１４で近接センサから離間された目標１８の距離に応じた、目標１８の作用により発生し受信コイルＥ内で測定することのできる損失抵抗Ｒのノルム曲線、及び送信電圧Ｕｓと受信電圧ＵＥとの間の位相シフトφのノルム曲線を示す。
特に目標距離が大きい範囲では、位相シフトのノルム曲線の勾配が損失抵抗の曲線の対応する勾配よりも大きいことを、明らかに認識することができる。このことは、本発明に係る近接センサでは、損失抵抗の測定のみによるよりも大きい切換距離を達成することができ、本発明の枠組みにおいて、一般的に、位相シフトの検出のほかに信号振幅又は損失抵抗の検出又は評価もそれぞれ可能であることを示している。
【００９１】
図８は、本発明に係る近接センサの更なる実施形態の回路図を示す。この点において、２つの調節可能な電気抵抗器Ｒ１’及びＲ２’が各々、送信コイルＳ１及びＳ２にそれぞれ直列接続されており、２つの調節可能な電気抵抗器Ｒ３’及びＲ４’が、それぞれ送信コイルＳ１及びＳ２にそれぞれ並列接続されている。
【００９２】
調節可能な電気抵抗器により、図７に示す、例えば特定の被検目標距離に対する送信電圧Ｕｓと受信電圧ＵＥとの間の位相シフトの曲線を最適化することが可能となる。更に、調節可能な電気抵抗器により、製造によって誘起される偏差に起因する、予設定済み配置からのコイルＳ１、Ｓ２、及びＥの配置の偏差、例えば、送信コイルＳ１及びＳ２間にある受信コイルＥの、正確には中央でない配置の偏差を、２つの送信コイルＳ１及びＳ２により受信コイル内で誘起される電圧が、偏差にもかかわらずちょうど互いを無効にするように相殺することができる。
【００９３】
同じく、調節可能な電気抵抗器を使用して、２つの送信コイルＳ１及びＳ２により、並びに作用方向１４で特定の距離のところに位置する目標１８により受信コイル内で誘起される電圧がちょうど互いを無効にするように、近接センサを調節することができる。特定の用途にとって、近接センサのこの設定は有利とすることができる。
【００９４】
図９は、本発明に係る近接センサの更なる実施形態を通る縦断面図を示し、第１送信コイルＳ１、第１受信コイルＥ１、第２送信コイルＳ２、及び第２受信コイルＥ２が、作用方向１４で互いに前後に配置されている。第１送信コイルＳ１及び第１受信コイルＥ１を含む第１コイル対と、第２送信コイルＳ２及び第２受信コイルＥ２を含むコイル対との間には、作用方向１４に対して垂直に延びる磁気遮蔽物２６が設けられている。この磁気遮蔽物２６があることにより、第２コイル対が、作用方向１４で接近している目標１８の作用をより弱い力でしか受けない、もしくはこのような目標１８に、より弱い力で誘導結合するという結果が得られる。
【００９５】
図１０は、図９の近接センサの回路図を示す。第１送信コイルＳ１及び第２送信コイルＳ２は、それらの誘導率ＬＳ１及びＬＳ２により表されている。同様に、第１受信コイルＥ１及び第２受信コイルＥ２は、それらの誘導率ＬＥ１及びＬＥ２により表されている。ドットは各々、図９による近接センサの作用側１５に近い方に配置されている、それぞれのコイルの端部を特徴付けている。巻取りの向きが同じである第１送信コイルＳ１及び第２送信コイルＳ２は、作用側１５に近い方に配置されている第１送信コイルＳ１の端部が、作用側１５から更に遠く離れた第２送信コイルＳ２の端部に接続されるように並列接続されており、逆もまた同様である。巻取りの向きが反対である受信コイルＥ１及びＥ２は、作用側１５に近い方に配置されている第１受信コイルＥ１の端部が、作用側１５から更に遠く離れた第２受信コイルＥ２の端部に接続されるように直列接続されている。一般的に、２つの受信コイルＥ１及びＥ２の他方の端部をそれぞれ互いに接続させることもできるであろう。
【００９６】
並列接続されている送信コイルＳ１及びＳ２は、送信電圧Ｕｓをもつ励起装置により励起される。誘導結合する目標１８が存在しない場合、それぞれ双方の送信コイルＳ１及びＳ２により第１受信コイルＥ１及び第２受信コイルＥ２内に含まれる電圧の和つまり受信電圧ＵＥが、本来ゼロとなることが、送信コイルＳ１及びＳ２のこの配線並びに配置により達成される。それ故に、一方で受信電圧ＵＬＥ１及びＵＬＥ２の和ＵＥ＝ＵＬＥ１＋ＵＬＥ２と、他方で送信電圧Ｕｓとの間の伝達関数ＵＥ／Ｕｓは、目標１８の不在時にゼロ点を示す。更に、目標１８が近接センサの作用方向１４で近接センサから予設定済み切換距離に位置するときに伝達関数ＵＥ／Ｕｓはゼロ点を示す。
【００９７】
図示する実施形態では、目標１８が作用領域へと案内されると、送信電圧Ｕｓに対して位相シフトされた受信電圧ＵＥが生じる。
【００９８】
図示しない評価装置は、励起装置により実現される送信電圧Ｕｓと、双方のコイルにて降下する受信電圧ＵＥとの間のこの位相シフトを測定する。
【符号の説明】
【００９９】
１０ コイル
１２ 長手方向軸
Ｓ１ 送信コイル
Ｓ２ 送信コイル
Ｅ 受信コイル
１４ 作用方向
１５ 作用側
１６ スリーブ
１８ 目標
ＬＳ１ Ｓ１の誘導率
ＬＳ２ Ｓ２の誘導率
Ｕｓ 送信電圧
ＵＥ 受信電圧
２０ 接続部
２２ 接続部
２４ 接続部
ＬＥ 受信コイルの誘導率
ＬＴ 目標の誘導率
ＲＴ 目標の内部抵抗
Ｓｐ１ 誘起電圧
Ｓｐ２ 誘起電圧
Ｓｓ 誘起電圧
Ｍ１ 逆誘導率
Ｍ２ 逆誘導率
Ｍ３ 逆誘導率
Ｍ４ 逆誘導率
Ｍ５ 逆誘導率
Ｒ１ 電気抵抗器
Ｒ２ 電気抵抗器
Ｒ１’ 調節可能な電気抵抗器
Ｒ２’ 調節可能な電気抵抗器
Ｒ３’ 調節可能な電気抵抗器
Ｒ４’ 調節可能な電気抵抗器
２６ 磁気シールド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１送信コイル（Ｓ１）と、
第２送信コイル（Ｓ２）と、
少なくとも１つの受信コイル（Ｅ）と、
前記第１及び第２送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）に接続された第１励起装置と、
少なくとも１つの送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）及び／又は前記励起装置に、並びに前記少なくとも１つの受信コイル（Ｅ）に接続され、且つ、少なくとも１つの送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）及び／又は前記励起装置の信号と、前記少なくとも１つの受信コイル（Ｅ）の信号との間の位相シフトに応じた評価信号を発生させるように設計された評価装置と、
を含む近接センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の近接センサであって、前記２つの送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）のうちの一方が、該近接センサの作用方向（１４）において該近接センサから離間された目標（１８）に、他方の送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）よりも強い力で誘導結合されるよう、前記第１送信コイル（Ｓ１）及び前記第２送信コイル（Ｓ２）が設計され且つ配置されることを特徴とする近接センサ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の近接センサであって、接近した目標（１８）に応じた前記受信コイル（Ｅ）の信号（ＵＥ）と送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）の信号（Ｕｓ）との間の関係を表す該近接センサの伝達関数が、目標（１８）が該近接センサの作用方向（１４）において該近接センサから所定の切換距離に位置するときにゼロ点を有するよう、前記送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）が設計され且つ配置され且つ励起されると共に、前記受信コイル（Ｅ）が設計され且つ配置されることを特徴とする近接センサ。
【請求項４】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記評価装置が、前記位相シフトが予設定済み閾値を超えると、前記評価信号に応じてスイッチを開閉するように設計されることを特徴とする近接センサ。
【請求項５】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記評価信号が前記位相シフトに比例することを特徴とする近接センサ。
【請求項６】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記励起装置が、少なくとも１つの送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）を、周期信号（Ｕｓ）で、好ましくはＡＣ電圧信号で、特に好ましくは正弦波ＡＣ電圧信号で励起するように設計されることを特徴とする近接センサ。
【請求項７】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記励起装置が、前記第１送信コイル（Ｓ１）及び前記第２送信コイル（Ｓ２）を、同じ振幅及び同じ信号形状であって、位相シフトが−５〜５°の間、特に０°である２つの励起信号（Ｕｓ）で励起するように設計されることを特徴とする近接センサ。
【請求項８】
請求項１〜５の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記励起装置が、前記第１送信コイル（Ｓ１）を第１励起信号で励起すると共に前記第２送信コイル（Ｓ２）を第２励起信号で励起するように設計されており、前記第１励起信号及び前記第２励起信号が、１７５〜１８５°の間の位相シフト、特に１８０°の位相シフトを有することを特徴とする近接センサ。
【請求項９】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、作用方向（１４）において該近接センサから離間された目標（１８）から送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）を磁気的に遮蔽する磁気遮蔽物（２６）が設けられることを特徴とする近接センサ。
【請求項１０】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記第１送信コイル（Ｓ１）及び前記第２送信コイル（Ｓ２）並びに前記少なくとも１つの受信コイルが（Ｅ）、少なくとも略同軸に、特に、該近接センサの作用方向（１４）に対して少なくとも略平行に延びる前記コイル（Ｓ１、Ｓ２、Ｅ）の共通の軸と少なくとも略同軸に配置されることを特徴とする近接センサ。
【請求項１１】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記少なくとも１つの受信コイル（Ｅ）が、前記第１送信コイル（Ｓ１）及び前記第２送信コイル（Ｓ２）から、少なくともほぼ等距離だけ離間されることを特徴とする近接センサ。
【請求項１２】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記第１送信コイル（Ｓ１）及び前記第２送信コイル（Ｓ２）が、同一の誘導率（ＬＳ１、ＬＳ２）を有し、特に、少なくとも略同一に構成されることを特徴とする近接センサ。
【請求項１３】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記第１送信コイル（Ｓ１）により前記受信コイル（Ｅ）内で誘起される前記電圧及び前記第２送信コイル（Ｓ２）により誘起される前記電圧が互いを少なくともほぼ無効にするよう、前記第１及び第２送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）が、互いに対し且つ前記少なくとも１つの受信コイル（Ｅ）に対し寸法され且つ配置されると共に、更に前記第１及び第２送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）が前記励起装置により励起されることを特徴とする近接センサ。
【請求項１４】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記第１送信コイル（Ｓ１）及び前記第２送信コイル（Ｓ２）が巻取られ、前記第１送信コイル（Ｓ１）の巻取りの向きが前記第２送信コイル（Ｓ２）の巻取りの向きと反対であることを特徴とする近接センサ。
【請求項１５】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記励起装置が第１接続部（２０）と第２接続部（２２）との間に少なくとも１つの励起信号（Ｕｓ）を与え、且つ、前記第１送信コイル（Ｓ１）及び前記第２送信コイル（Ｓ２）が前記第１接続部（２０）と前記第２接続部（２２）との間で電気的に並列接続されることを特徴とする近接センサ。
【請求項１６】
請求項１５に記載の近接センサであって、前記第１及び第２送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）の電気的な並列接続が第１直列接続と第２直列接続との並列接続から成り、前記第１直列接続が、前記第１送信コイル（Ｓ１）と、前記第１送信コイル（Ｓ１）に直列接続された第１電気抵抗器（Ｒ１、Ｒ１’）とを含み、前記第２直列接続が、前記第２送信コイル（Ｓ２）と、前記第２送信コイル（Ｓ２）に直列接続された第２電気抵抗器（Ｒ２、Ｒ２’）とを含み、特に、前記第１及び／又は第２電気抵抗器（Ｒ１’、Ｒ２’）が調節可能な電気抵抗器であることを特徴とする近接センサ。
【請求項１７】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記第１送信コイル（Ｓ１）に第３電気抵抗器（Ｒ３、Ｒ３’）が電気的に並列接続され、前記第２送信コイル（Ｓ４）に第４電気抵抗器（Ｒ４、Ｒ４’）が電気的に並列接続され、特に、前記第３及び／又は第４電気抵抗器（Ｒ３’、Ｒ４’）が調節可能な電気抵抗器であることを特徴とする近接センサ。
【請求項１８】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、第１受信コイル（Ｅ１）及び第２受信コイル（Ｅ２）が設けられ、特に、前記第１及び第２送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）、並びに前記第１及び第２受信コイル（Ｅ１、Ｅ２）が、作用方向（１４）において互いに前後に配置されることを特徴とする近接センサ。
【請求項１９】
請求項１８に記載の近接センサであって、前記第１及び第２受信コイル（Ｅ１、Ｅ２）が電気的に直列接続されていることを特徴とする近接センサ。
【請求項２０】
請求項１８又は１９のいずれか１項に記載の近接センサであって、前記第１送信コイル（Ｓ１）及び前記第１受信コイル（Ｅ１）がコイル対を形成し、前記第２送信コイル（Ｓ２）及び前記第２受信コイル（Ｅ２）がコイル対を形成し、前記コイル対のうちの一方が、前記第２コイル対よりも弱い力で誘導結合するように配置されることを特徴とする近接センサ。
【請求項２１】
請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の近接センサであって、前記２つの送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）により前記第１及び第２受信コイル（Ｅ１、Ｅ２）内でそれぞれ誘起される電圧の和が少なくともほぼゼロになるよう、前記励起装置が前記第１及び第２送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）を励起し、且つ、前記送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）及び前記受信コイル（Ｅ１、Ｅ２）が互いに対し配置され且つ寸法されることを特徴とする近接センサ。
【請求項１】
第１送信コイル（Ｓ１）と、
第２送信コイル（Ｓ２）と、
少なくとも１つの受信コイル（Ｅ）と、
前記第１及び第２送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）に接続された第１励起装置と、
少なくとも１つの送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）及び／又は前記励起装置に、並びに前記少なくとも１つの受信コイル（Ｅ）に接続され、且つ、少なくとも１つの送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）及び／又は前記励起装置の信号と、前記少なくとも１つの受信コイル（Ｅ）の信号との間の位相シフトに応じた評価信号を発生させるように設計された評価装置と、
を含む近接センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の近接センサであって、前記２つの送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）のうちの一方が、該近接センサの作用方向（１４）において該近接センサから離間された目標（１８）に、他方の送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）よりも強い力で誘導結合されるよう、前記第１送信コイル（Ｓ１）及び前記第２送信コイル（Ｓ２）が設計され且つ配置されることを特徴とする近接センサ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の近接センサであって、接近した目標（１８）に応じた前記受信コイル（Ｅ）の信号（ＵＥ）と送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）の信号（Ｕｓ）との間の関係を表す該近接センサの伝達関数が、目標（１８）が該近接センサの作用方向（１４）において該近接センサから所定の切換距離に位置するときにゼロ点を有するよう、前記送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）が設計され且つ配置され且つ励起されると共に、前記受信コイル（Ｅ）が設計され且つ配置されることを特徴とする近接センサ。
【請求項４】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記評価装置が、前記位相シフトが予設定済み閾値を超えると、前記評価信号に応じてスイッチを開閉するように設計されることを特徴とする近接センサ。
【請求項５】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記評価信号が前記位相シフトに比例することを特徴とする近接センサ。
【請求項６】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記励起装置が、少なくとも１つの送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）を、周期信号（Ｕｓ）で、好ましくはＡＣ電圧信号で、特に好ましくは正弦波ＡＣ電圧信号で励起するように設計されることを特徴とする近接センサ。
【請求項７】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記励起装置が、前記第１送信コイル（Ｓ１）及び前記第２送信コイル（Ｓ２）を、同じ振幅及び同じ信号形状であって、位相シフトが−５〜５°の間、特に０°である２つの励起信号（Ｕｓ）で励起するように設計されることを特徴とする近接センサ。
【請求項８】
請求項１〜５の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記励起装置が、前記第１送信コイル（Ｓ１）を第１励起信号で励起すると共に前記第２送信コイル（Ｓ２）を第２励起信号で励起するように設計されており、前記第１励起信号及び前記第２励起信号が、１７５〜１８５°の間の位相シフト、特に１８０°の位相シフトを有することを特徴とする近接センサ。
【請求項９】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、作用方向（１４）において該近接センサから離間された目標（１８）から送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）を磁気的に遮蔽する磁気遮蔽物（２６）が設けられることを特徴とする近接センサ。
【請求項１０】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記第１送信コイル（Ｓ１）及び前記第２送信コイル（Ｓ２）並びに前記少なくとも１つの受信コイルが（Ｅ）、少なくとも略同軸に、特に、該近接センサの作用方向（１４）に対して少なくとも略平行に延びる前記コイル（Ｓ１、Ｓ２、Ｅ）の共通の軸と少なくとも略同軸に配置されることを特徴とする近接センサ。
【請求項１１】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記少なくとも１つの受信コイル（Ｅ）が、前記第１送信コイル（Ｓ１）及び前記第２送信コイル（Ｓ２）から、少なくともほぼ等距離だけ離間されることを特徴とする近接センサ。
【請求項１２】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記第１送信コイル（Ｓ１）及び前記第２送信コイル（Ｓ２）が、同一の誘導率（ＬＳ１、ＬＳ２）を有し、特に、少なくとも略同一に構成されることを特徴とする近接センサ。
【請求項１３】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記第１送信コイル（Ｓ１）により前記受信コイル（Ｅ）内で誘起される前記電圧及び前記第２送信コイル（Ｓ２）により誘起される前記電圧が互いを少なくともほぼ無効にするよう、前記第１及び第２送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）が、互いに対し且つ前記少なくとも１つの受信コイル（Ｅ）に対し寸法され且つ配置されると共に、更に前記第１及び第２送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）が前記励起装置により励起されることを特徴とする近接センサ。
【請求項１４】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記第１送信コイル（Ｓ１）及び前記第２送信コイル（Ｓ２）が巻取られ、前記第１送信コイル（Ｓ１）の巻取りの向きが前記第２送信コイル（Ｓ２）の巻取りの向きと反対であることを特徴とする近接センサ。
【請求項１５】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記励起装置が第１接続部（２０）と第２接続部（２２）との間に少なくとも１つの励起信号（Ｕｓ）を与え、且つ、前記第１送信コイル（Ｓ１）及び前記第２送信コイル（Ｓ２）が前記第１接続部（２０）と前記第２接続部（２２）との間で電気的に並列接続されることを特徴とする近接センサ。
【請求項１６】
請求項１５に記載の近接センサであって、前記第１及び第２送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）の電気的な並列接続が第１直列接続と第２直列接続との並列接続から成り、前記第１直列接続が、前記第１送信コイル（Ｓ１）と、前記第１送信コイル（Ｓ１）に直列接続された第１電気抵抗器（Ｒ１、Ｒ１’）とを含み、前記第２直列接続が、前記第２送信コイル（Ｓ２）と、前記第２送信コイル（Ｓ２）に直列接続された第２電気抵抗器（Ｒ２、Ｒ２’）とを含み、特に、前記第１及び／又は第２電気抵抗器（Ｒ１’、Ｒ２’）が調節可能な電気抵抗器であることを特徴とする近接センサ。
【請求項１７】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、前記第１送信コイル（Ｓ１）に第３電気抵抗器（Ｒ３、Ｒ３’）が電気的に並列接続され、前記第２送信コイル（Ｓ４）に第４電気抵抗器（Ｒ４、Ｒ４’）が電気的に並列接続され、特に、前記第３及び／又は第４電気抵抗器（Ｒ３’、Ｒ４’）が調節可能な電気抵抗器であることを特徴とする近接センサ。
【請求項１８】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の近接センサであって、第１受信コイル（Ｅ１）及び第２受信コイル（Ｅ２）が設けられ、特に、前記第１及び第２送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）、並びに前記第１及び第２受信コイル（Ｅ１、Ｅ２）が、作用方向（１４）において互いに前後に配置されることを特徴とする近接センサ。
【請求項１９】
請求項１８に記載の近接センサであって、前記第１及び第２受信コイル（Ｅ１、Ｅ２）が電気的に直列接続されていることを特徴とする近接センサ。
【請求項２０】
請求項１８又は１９のいずれか１項に記載の近接センサであって、前記第１送信コイル（Ｓ１）及び前記第１受信コイル（Ｅ１）がコイル対を形成し、前記第２送信コイル（Ｓ２）及び前記第２受信コイル（Ｅ２）がコイル対を形成し、前記コイル対のうちの一方が、前記第２コイル対よりも弱い力で誘導結合するように配置されることを特徴とする近接センサ。
【請求項２１】
請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の近接センサであって、前記２つの送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）により前記第１及び第２受信コイル（Ｅ１、Ｅ２）内でそれぞれ誘起される電圧の和が少なくともほぼゼロになるよう、前記励起装置が前記第１及び第２送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）を励起し、且つ、前記送信コイル（Ｓ１、Ｓ２）及び前記受信コイル（Ｅ１、Ｅ２）が互いに対し配置され且つ寸法されることを特徴とする近接センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２１３２６５（Ｐ２０１０−２１３２６５Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１０−２８４５６（Ｐ２０１０−２８４５６）
【出願日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【出願人】（５９１００５６１５）ジック アーゲー (34)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８４５６（Ｐ２０１０−２８４５６）
【出願日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【出願人】（５９１００５６１５）ジック アーゲー (34)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]