(57)【要約】【課題】非接触方式で動作し、簡素な設計を与えられ、部品の一義的な識別に加えて正確な距離の決定を可能にし、かつ工程で費用効果的に生産されるスイッチを提供する。【解決手段】スイッチ１は、第２の部品３に対する第１の部品２の位置を検出する目的で非接触方式で動作する。スイッチ１において、応答信号９を処理するための評価回路１３への第１のパス２３に加え、入力側でコイル６の連結部に接続され、出力側で部品２，３間の距離を決定する目的でコイル６によって取り出された電圧の振幅のための評価回路１３に接続された近接回路１０を有する第２のパス２２が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第２の部品（３）に対する第１の部品（２）の位置を検出する目的で非接触方式で動作し、前記第２の部品（３）に取り付けるためのトランシーバ（４）を有し、該トランシーバ（４）が、電源により電力を供給されると共にコイル（６）を備え、該コイル（６）が、呼びかけ信号（７）を送信すること及び応答信号（９）を受信することを目的として送信／受信回路（５）に接続され、前記応答信号（９）がもう一方の部品（２）に配置可能なトランスポンダ（８）により前記呼びかけ信号（７）に応答して送信可能であるスイッチ（１）であって、前記応答信号（９）を処理するための評価回路（１３）への第１のパス（２３）に加え、入力側で前記コイル（６）の連結部に接続され、出力側で前記部品（２、３）間の距離を決定する目的で前記コイル（６）によって取り出された電圧の振幅のための前記評価回路（１３）に接続された近接回路（１０）を有する第２のパス（２２）が設けられていることを特徴とするスイッチ。
【請求項２】
前記近接回路（１０）が、周波数フィルタ（２１）を備え、該周波数フィルタ（２１）の入力部が前記コイル（６）の前記連結部に接続されていることを特徴とする請求項１記載のスイッチ。
【請求項３】
前記振幅が、前記コイル（６）で取り出されたＡＣ電圧信号の最大振幅または前記コイル（６）で取り出され、整流されたＡＣ電圧信号の振幅であることを特徴とする請求項１又は２記載のスイッチ。
【請求項４】
前記評価回路（１３）が、前記振幅を閾値と比較する目的で比較器を備えることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のスイッチ。
【請求項５】
イネーブル信号が、前記振幅が閾値を超えたときの前記トランスポンダ（８）の一義的な識別の場合にのみ生成され得ることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載のスイッチ。
【請求項６】
前記近接回路（１０）が、アナログ／ディジタル変換器を備えることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載のスイッチ。
【請求項７】
前記トランスポンダがロッドトランスポンダであることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載のスイッチ。
【請求項８】
前記評価回路（１３）が、同じく前記応答信号（９）を評価する目的で前記送信／受信回路（５）に結合されていることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載のスイッチ。
【請求項９】
前記送信／受信回路（５）が、前記評価回路（１３）によって切り替えることができる、前記コイル（６）のための励磁回路（１２）を備えることを特徴とする請求項８記載のスイッチ。
【請求項１０】
前記評価回路（１３）がマイクロコントローラ備え、周波数フィルタ（２１）および／またはＤＣ電圧回路が前記マイクロコントローラのプログラミングによって実行されることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか一項に記載のスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触方式で動作するスイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１が、回転ドアの制御装置のための非接触方式で動作するスイッチを開示している。特許文献１に開示されたスイッチは、回転ドアを最適に加速し、迅速に動かし、ゆっくりとそれぞれの終了位置に移動させるために、回転ドアの回転速度をそれぞれの位置に応じて適応させる目的で可動回転ドアの位置に対応するスイッチング信号を制御器で生成する。この目的のために受動的なＲＦＩＤトランスポンダが回転ドアの側縁に沿って配置され、回転ドアのフレームのスイッチの位置に固定されているセンサに対するアクチュエータとして動作する。この場合センサは、電力を供給されたトランシーバのコイルを介して呼びかけ信号を送信し、コイルに十分に近接した結果、ＲＦＩＤトランスポンダが応答信号を送り返すと直ちに回転ドアの位置を認識する。周知のスイッチで実現することができる位置決定の正確さは、トランシーバによって放射される電磁界の放射ローブの形状に依存し、したがって実際には低い。したがって例えば非接触方式で動作するタンブラによって保護ドアを閉位置に確保するためにその保護ドアが十分に閉じられたかどうか確認するためには、周知のスイッチを使用して移動部品の位置を正確に決定するのは適切ではない。
【０００３】
移動する部品の固定された部品に対する位置を正確に監視するためには、その２つの部品の間の距離に依存する電圧信号をもたらす誘導式近接スイッチが周知である（例えば特許文献２参照）。しかしこれらの装置は独立しており専用のセンサおよび専用の評価回路が必要である。
【特許文献１】独国特許出願公開第１０３３７６６０号明細書（ＤＥ  １０３  ３７  ６６０Ａ１）
【特許文献２】独国特許発明第４４２７２８３号明細書（ＤＥ  ４４  ２７  ２８３Ｃ１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明の目的は、請求項１のプレアンブルにより非接触方式で動作し、簡素な設計を与えられ、部品の一義的な識別に加えて正確な距離の決定を可能にし、かつ工程で費用効果的に生産されるスイッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のうち請求項１に係るスイッチは、第２の部品（３）に対する第１の部品（２）の位置を検出する目的で非接触方式で動作し、前記第２の部品（３）に取り付けるためのトランシーバ（４）を有し、該トランシーバ（４）が、電源により電力を供給されると共にコイル（６）を備え、該コイル（６）が、呼びかけ信号（７）を送信すること及び応答信号（９）を受信することを目的として送信／受信回路（５）に接続され、前記応答信号（９）がもう一方の部品（２）に配置可能なトランスポンダ（８）により前記呼びかけ信号（７）に応答して送信可能であるスイッチ（１）であって、前記応答信号（９）を処理するための評価回路（１３）への第１のパス（２３）に加え、入力側で前記コイル（６）の連結部に接続され、出力側で前記部品（２、３）間の距離を決定する目的で前記コイル（６）によって取り出された電圧の振幅のための前記評価回路（１３）に接続された近接回路（１０）を有する第２のパス（２２）が設けられていることを特徴としている。
【０００６】
本発明のうち請求項２に係るスイッチは、請求項１記載のスイッチにおいて、前記近接回路（１０）が、周波数フィルタ（２１）を備え、該周波数フィルタ（２１）の入力部が前記コイル（６）の前記連結部に接続されていることを特徴としている。
本発明のうち請求項３に係るスイッチは、請求項１又は２記載のスイッチにおいて、前記振幅が、前記コイル（６）で取り出されたＡＣ電圧信号の最大振幅または前記コイル（６）で取り出され、整流されたＡＣ電圧信号の振幅であることを特徴としている。
【０００７】
本発明のうち請求項４に係るスイッチは、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のスイッチにおいて、前記評価回路（１３）が、前記振幅を閾値と比較する目的で比較器を備えることを特徴としている。
本発明のうち請求項５に係るスイッチは、請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載のスイッチにおいて、イネーブル信号が、前記振幅が閾値を超えたときの前記トランスポンダ（８）の一義的な識別の場合にのみ生成され得ることを特徴としている。
【０００８】
本発明のうち請求項６に係るスイッチは、請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載のスイッチにおいて、前記近接回路（１０）が、アナログ／ディジタル変換器を備えることを特徴としている。
本発明のうち請求項７に係るスイッチは、請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載のスイッチにおいて、前記トランスポンダがロッドトランスポンダであることを特徴としている。
【０００９】
本発明のうち請求項８に係るスイッチは、請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載のスイッチにおいて、前記評価回路（１３）が、同じく前記応答信号（９）を評価する目的で前記送信／受信回路（５）に結合されていることを特徴としている。
本発明のうち請求項９に係るスイッチは、請求項８記載のスイッチにおいて、前記送信／受信回路（５）が、前記評価回路（１３）によって切り替えることができる、前記コイル（６）のための励磁回路（１２）を備えることを特徴としている。
【００１０】
本発明のうち請求項１０に係るスイッチは、請求項１乃至９のうちいずれか一項に記載のスイッチにおいて、前記評価回路（１３）がマイクロコントローラ備え、周波数フィルタ（２１）および／またはＤＣ電圧回路が前記マイクロコントローラのプログラミングによって実行されることを特徴としている。
即ち、本発明の目的は、請求項１の特徴部分に対応して実現される。
【００１１】
本発明は、第２の部品に対する第１の部品の位置を検出する目的で非接触方式で動作し、第２の部品に取り付けるためのトランシーバを有し、トランシーバが、電源により電力を供給されると共にコイルを備え、コイルが、呼びかけ信号を送信すること及び応答信号を受信することを目的として送信／受信回路に接続され、応答信号がもう一方の部品に配置可能なトランスポンダにより呼びかけ信号に応答して送信可能であるスイッチであって、応答信号を処理するための評価回路）への第１のパス）に加え、入力側でコイルの連結部に接続され、出力側で部品間の距離を決定する目的でコイルによって取り出された電圧の振幅のための評価回路に接続された近接回路を有する第２のパスが設けられている。その結果トランスポンダによる部品の識別および誘導ベースの部品間の正確な距離決定が、１つだけのセンサおよび簡素な設計を有し費用効果的な方式で生産することができるスイッチ内にある共通の評価回路を使用して可能になる。２つの異なる効果を使用することによって安全適用にとって得策である冗長性も達成される。
【００１２】
この場合、振幅は便宜上コイルで取り出されたＡＣ電圧の最大振幅またはコイルで取り出され整流されたＡＣ電圧の振幅である。これら振幅はさらに処理することを目的に簡単な構成部品を使用して生成することもでき、あるいはマイクロコントローラまたは同等物内でＡＣ電圧信号から計算することもできる。
評価回路は、便宜上振幅を閾値と比較する目的で比較器を備える。これが非常な複雑さを伴うこと無く部品間の限度距離に達していないかまたはそれを超えたか確認することを可能にする。
【００１３】
イネーブル信号は、便宜上振幅が閾値を超えたときのトランスポンダの一義的な識別の場合にのみ生成することができる。その結果部品間の限度距離は、単に閾値を設定してスイッチが装着されたときに設定することができ、この限度距離が越えられた場合にイネーブル信号が生成される。
近接回路は、便宜上アナログ／ディジタル変換器を備える。その結果距離に対応する信号は、例えばシグナルプロセッサ、マイクロコントローラまたは同等品内でディジタル的に評価することができる。
【００１４】
トランスポンダは、便宜上ロッドトランスポンダである。その結果受信特性は、ディスクトランスポンダの場合より直線的であり、干渉を受けない実装密度の増加が実現される。
評価回路は、応答信号を評価する目的で便宜的に送信／受信回路にも結合されている。その結果トランスポンダの情報項目および近接回路の情報項目は、１つだけの、具体的にはマイクロコントローラベースの評価回路だけを使用して評価することができる。
【００１５】
送信／受信回路は、便宜的にコイルのための励磁回路を備え、その励磁回路は評価回路によって切り替えることができる。その結果コイルの励磁は、要求に応じて時間的に制御することができ、バッテリ動作の装置で複数のスイッチを使用するときには、例えばエネルギーを節約するために必要に応じて切り離すことができる。
周波数フィルタおよび／またはＤＣ電圧回路は、便宜的に評価回路の部分であるマイクロコントローラをプログラムすることで実施することができる。その結果構成部品は、具体的にはマイクロコントローラ内のプログラムである信号処理要素によって不要にし、置き換えることができ、その結果スイッチの設計はさらに簡単になる。
本発明のさらなる改良が下記の説明および従属請求項に記載されている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るスイッチによれば、非接触方式で動作し、簡素な設計を与えられ、部品の一義的な識別に加えて正確な距離の決定を可能にし、かつ工程で費用効果的に生産されるスイッチを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、添付図面に図示された例示的実施形態を参照してより詳細に説明される。図１は、位置監視機器に適用した本発明に係るスイッチを、トランスポンダとともに示す概略図である。図２は、自走式クレーンにおけるスイッチの動作を示す図である。図３は、図２のスイッチからの出力信号を示す図である。
図１に示したスイッチ１は、例えば自走式クレーンの伸長可能な支持体または安全ドアである第１の部品２の位置を、例えば自走式クレーンのフレーム部分またはドアフレームである第２の部品３に対して検出する目的で非接触方式で動作する。スイッチ１は、例えばバスまたはバッテリを介して電力を供給され、コイル６を有するトランシーバ４を部品３上に備えている。コイル６は、そのコイル６を励磁するＡＣ電圧に応答して呼びかけ信号７を送信し、応答信号９を受信することを目的として送信／受信回路５に接続されている。応答信号９は、その呼びかけ信号７に応答して部品２に固定された便宜的に受動的なトランスポンダ８により送信可能となっている。
【００１８】
さらに誘導ベースの近接回路１０が、部品２、３間の距離を決定するために設けられており、下記のように機能する。コイル６を励磁するＡＣ電圧によって、コイル６により電磁波が送信され、それら電磁波は呼びかけ信号７を形成し、それら電磁波の一部分だけがトランスポンダ８に吸収され、それら電磁波は応答信号９を生成するのに使用される。呼びかけ信号７のトランスポンダ８に吸収されない部分は、トランスポンダ８を囲む部品２の材料１１に入りそこで渦電流を誘導し、それによって今度はコイル６の磁界が減衰される。減衰の程度は、材料１１の属性、具体的には電流に対するその伝導率に依存し、コイル６と材料１１との間の距離の関数である。距離が短いと減衰の程度は高度であるが、距離が長いと減衰は殆ど起こらない。
【００１９】
コイル６と材料１１との間の距離を決定するために、近接回路１０がコイル６に供給されたＡＣ電圧を取り出しそこでそれを周波数フィルタ２１、例えば帯域フィルタに送る。周波数フィルタ２１は、この場合コイル６を励磁する周波数の領域内の周波数を有するＡＣ電圧、つまりコイル６の励磁を減衰させる成分だけを通過させる。したがって距離決定のため、応答信号９の変調によって生成された干渉信号およびその他の周波数成分は遮られる。適切ならばＤＣ／ＤＣコンバータを周波数フィルタ２１の下流に接続するかその中に組み込む。ＤＣ／ＤＣコンバータはその出力部にＡＣ電圧の最大振幅を表す振幅、整流したＡＣ電圧の振幅またはＡＣ電圧の最大振幅を別の方式で表す振幅を有するＤＣ電圧をもたらす。部品２、３の間の距離の尺度である振幅は、便宜上、具体的にはマイクロコントローラまたは同等物の形態のディジタル評価回路１３にアナログ／ディジタル変換器を介在して送られ、前記評価回路１３はこの場合応答信号９の共通評価のために送信／受信回路５にも結合され、適切ならば前記送信／受信回路５に含まれている励磁回路１２をコイル６を励磁するために切り替える能力を有する。ディジタル評価回路１３は、周波数フィルタ２１の機能および適切ならばＤＣ／ＤＣ変換器の機能を担う信号処理プログラムコードを備えることもある。
【００２０】
スイッチ１は、コイル６と部品２の材料１１との間の距離を評価する目的で第２のパス２２を有する。第２のパス２２の部分は近接回路１０である。コイル６は第２のパス２２を介して評価回路１３に接続されている。送信／受信回路５から評価回路１３に通じている第１のパス２３が設けられている。第１のパス２３はトランスポンダ８によって送信された応答信号９を評価するのに使用される。応答信号９はトランスポンダ８のアイデンティティ、つまりトランスポンダ８のＩＤを含むことができる。２つのパス２２、２３は互いに独立して機能する。コイル６と部品２の材料１１との間の距離は正確かつ恒久的に決めることができる。呼びかけ信号７は搬送信号であり一定の周波数を有し、その振幅は、部品２の材料１１が近くに移動するにしたがって、この材料またはトランスポンダ８によって影響をうけ、その結果応答信号９の振幅は小さくなる。振幅の変化は、パス２２、２３の双方で使用される。距離の評価は恒久的に行われる。送信／受信回路５とトランスポンダ８との間の通信は交互対話を使用して行われる。トランスポンダ８のＩＤは、距離の評価と同時に識別することができる。呼びかけ信号７を変調することによりトランスポンダ８のメモリにデータを書き込むこともできる。具体的には、カウンタの読みをトランスポンダ８のメモリ内に記憶するための準備がなされてもよい。具体的には、今までにトランスポンダ８が何回スイッチ１の呼びかけ範囲に入り込んだか、つまりスイッチ１近くに移動したかを明確に示すカウンタの読みが提供されてもよい。カウンタの読みは、評価回路１３および送信／受信回路５によって目標を定めた方式で呼びかけられ、要すればトランスポンダ８のメモリ内で改変される。
【００２１】
測定された距離および／またはトランスポンダ８に関する情報項目は、特にディジタルでスイッチ１の出力部または別個の出力部に提供することができる。さらにまたはそれに替えて、特定のトランスポンダ８がスイッチ１によって認識されかつ距離が所定の入力に対応する場合、切替え信号がスイッチ１の出力部に提供されてもよい。この目的でスイッチ１は、１つまたは複数の関連するトランスポンダ８ならびに距離または距離の範囲またはそれを超えてはならないもしくは超える必要のある限度距離に関する情報項目、あるいは１つまたは複数のトランスポンダおよび距離に関する条件を含むことがある。
【００２２】
スイッチ１は、例えば自走式クレーン１５の伸長可能な支持体１４の位置を決定する目的で使用することができる（図２参照）。
その過程で、クレーンの制御装置１６は、駆動装置１７によって支持体１４を伸長させる。トランスポンダ８は、この場合、面一に配置された具体的にはＲＦＩＤロッドトランスポンダの形態であり、支持体１４の肝心な点に設けられ、支持体１４が伸長するとき次々に動かされ、自走式クレーン１５のフレームの所定場所に固定されたトランシーバ４を越えてゆく。
【００２３】
図３で、各々が支持体の位置Ａ、Ｂ、Ｃに対する３つの列に図示する信号プロファイルが、この通過運動中に生ずる。
呼びかけ信号１８は、この場合例えば１２５ｋＨｚの一定値であり、適切であれば変化する周波数を有する交流電磁界の形態であり、トランスポンダ８のためにマークされ、振幅または周波数変調された情報ビットを含むことが可能であり、送信／受信回路５による励磁に応答して連続的にまたは適切であれば周期的にトランシーバ４のコイル６により送信される。
位置Ａでは、トランシーバ４の近傍にトランスポンダ８が存在しない。したがって呼びかけ信号１８は支持体１４の材料１１と排他的に作用し合い、この材料１１によって減衰させられる。コイル６に印加される減衰させられたＡＣ電圧の振幅が、図３の左側の列に信号１９として図示されている。
【００２４】
位置Ｂでは、トランスポンダ８は、トランシーバ４によって送信された呼びかけ信号１８の範囲内にある。呼びかけ信号１８の部分がトランスポンダ８内のコイルによって受け取られる。呼びかけ信号１８の受け取られた部分のエネルギーは、便宜上トランスポンダ８のための動作エネルギーを提供するが、トランスポンダは独立して例えばバッテリを介して電力を供給されることもある。トランスポンダ８は呼びかけ信号１８に応答して応答信号２０を送信する。応答信号２０は、最も簡単な場合には特定の周波数を有することもあり、あるいは情報ビット、例えば一義的なトランスポンダの識別を連続的に呼びかけ信号１８に調和させることもある。さらに応答信号２０は受け取った情報ビットに依存することもあり、例えばキーがトランスポンダ８に記憶されることがあり、受け取られた情報ビットはそのキーによってエンコードされ次いでトランシーバ４に送り返される。位置Ｂでトランスポンダ８によって送信された応答信号２０は、コイル６に受け取られ評価回路１３で解析される。応答信号２０の周波数またはマーキングは、この目的で認識することができ、したがって特定のトランスポンダ８が利用可能であるかどうか確認することが可能である。信号１９は、位置Ｂで基本的に変化しないままである。
【００２５】
位置Ｃではトランスポンダ８は、位置Ｂで既にそうであったように、トランシーバ４によって送信された呼びかけ信号１８の範囲内にあり、応答信号２０を評価することにより一義的に認識することができる。さらにトランスポンダ８の下側の領域は位置Ｃにあるトランシーバ４に直接対向している。この領域はトランスポンダ８を収納する目的で切り欠かれており、その結果材料１１はトランシーバ４のコイル６からさらに離れている。材料１１とコイル６との間の距離が増加したために信号１９はより強くなる。
【００２６】
スイッチ１の評価回路１３は、伸長可能な支持体１４の場合、自走式クレーン１５が動作するためのイネーブル信号が、位置Ｃで支持体１４が完全に延びたときに、つまり一方で位置Ｃに関連するトランスポンダ８が認知され、他方で振幅のための閾値が超えられまたは位置Ｂの値の振幅が位置Ｃの値に変化するまたは振幅が予め決められる電圧範囲にあるときにのみ生成されるように便宜上設計されている。
【００２７】
測定された距離を表す情報項目、この場合は信号１９と、トランスポンダに関する情報項目、この場合は応答信号２０は、イネーブル信号を生成するために他の方式でも互いにリンクすることができる。例えば信号１９の変化はカウントすることができ、その場合具体的には規則的な間隔の切込みが部品２の、コイル６に面する表面に便宜上設けられ、あるいは信号１９の電圧値の絶対値を考慮に入れることができる。さらにスイッチは、信号１９および応答信号２０を表すデータをバスを介して制御装置に送信することができ、前記制御装置は、さらなる評価およびこれに基づく制御信号の生成の機能を担い、スイッチ１はこの場合スイッチング信号を生成する必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】位置監視機器に適用した本発明に係るスイッチを、トランスポンダとともに示す概略図である。
【図２】自走式クレーンにおけるスイッチの動作を示す図である。
【図３】図２のスイッチからの出力信号を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  スイッチ
２  第１の部品
３  第２の部品
４  トランシーバ
５  送信／受信回路
６  コイル
７  呼びかけ信号
８  トランスポンダ
９  応答信号
１０  近接回路
１１  材料
１２  励磁回路
１３  評価回路
１４  支持体
１５  自走式クレーン
１６  クレーン制御装置
１７  駆動装置
１８  呼びかけ信号
１９  信号
２０  応答信号
２１  周波数フィルタ
２２  第２のパス
２３  第１のパス
【図１】
2006262482.tif 000003
【図２】
2006262482.tif 000004
【図３】
2006262482.tif 000005