(57)【要約】      （修正有）【課題】金属製物体をより確実に検知することのできる磁気近接装置を提供する。【解決手段】磁気近接装置は、励磁コイルと検知コイル３と基準コイル４と、励磁磁界の磁力線の基準コイルおよび検知コイルへの鎖交がゼロとなるよう基準コイルおよび検知コイルの取り付け角度を調整するコイル取り付け角度調整機構と、検知コイルの出力が自己ノイズレベルを上回る値に設定された閾値を超えたところで金属製物体の近接を検知する近接検知回路と、を有する。【選択図】図３
2019219369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近接してくる金属製物体を検知する手段として，近接検知装置に装備され，近接した金属製物体の表面に誘導電流を引き起こさせることを目的として近接検知装置の周りに交流磁界（以下「励磁磁界」という）を作り出す励磁コイルと，
その励磁磁界が近接した金属製物体表面に誘導電流を誘起させ，その誘導電流が作りだす交流磁界（以下「表面電流磁界」という）を検知するために近接検知装置の近接検知面側に装備された検知コイルと，
検知コイルの電気的特性は近接検知装置内部の温度湿度等環境諸条件（以下「環境条件」という）で変動する。これに対処するため検知コイルと同等な電気的特性を持った基準コイルを，励磁コイルから見て検知コイルと対称な位置すなわち近接検知面の反対側に装備し，検知コイルの環境条件による電気的特性変動をキャンセルさせることを目的とした基準コイルと，
励磁磁界の磁力線は検知コイル及び基準コイルと鎖交する。そのことで相互誘導電圧が其々のコイルに発生する。これは有害なノイズ，すなわち自己ノイズである。その自己ノイズを最小化するため基準コイル，検知コイルを励磁磁界の磁力線に沿って，言い換えれば磁力線とコイルの鎖交がゼロとなるよう取り付け角度を調整可能とするコイル取り付け角度調整機構と，
金属製物体が近接すると，検知コイルは表面電流磁界との鎖交を強め出力は増大する。一方基準コイルは金属製物体から離れているので出力は小さいままである。その合成出力は増幅器で増幅され，実効値変換回路で近接信号レベル（実効値）となる。その近接信号レベルは距離に反比例して上昇し，閾値回路で予め自己ノイズレベル（実効値）を上回る値に設定された閾値を超えたところで金属製物体が検知される。そのような金属製物体の近接を検知する近接検知回路と，
を具備する磁気近接検知装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は，検知距離の遠距離化，検知性能の信頼性向上を図った磁気近接検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の磁気近接検知装置は，自らが周囲に作り出した励磁磁界により，近接した金属製物体に表面電流が誘起され，その表面電流が作り出す磁界と検知コイルとの誘導結合で金属製物体の近接を検知するものであった。ただ検知コイルは励磁磁界とも誘導結合し，それを金属製物体と誤認識する場合があった。【０００３】  以下図１，図２により従来の磁気近接検知装置について説明する。近接検知装置１は円筒状缶体としている。その缶体に励磁コイル２が装備され，検知コイル３は励磁コイル２から適度に離れた場所に取り付けられる。それは励磁コイル２が作り出す励磁磁界６との誘導結合を極力疎にすることと金属製物体５の表面電流磁界８との誘導結合を極力密にさせるためである。よって検知コイル３は近接検知装置１の上部表面（金属製物体検知面側）に上向きに取り付けられる。【０００４】  基準コイル４は，検知コイル３と環境条件を含む電気的特性は同等であり，両コイルを差動結合させることにより検知コイル３の特性変動を基準コイル４の特性変動で相殺させる目的である。よって，基準コイル４は，励磁コイル２との関係で検知コイル３と対称な位置に，また金属製物体との関係でその影響が極力少なくなるようなるべく離れた位置，すなわち近接検知装置１の下部表面（金属製物体検知面反対側）に上向きに取り付けられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  以上述べた従来の磁気近接検知装置では，検知コイルは励磁磁界と誘導結合し誘導電圧が発生していた。基準コイルも同様であった。両コイルに発生した誘導電圧は差動結合で相殺する予定であったが，しかし［０００６］の理由により相殺されず差分の誘導電圧が残った。これを「自己ノイズ」と称する。【０００６】  自己ノイズの発生メカニズムを以下説明する。励磁コイルと両コイル間との相互誘導結合は鉄心ではなく空間を介して結合しているため結合度は極めて疎である。すなわち漏洩磁束が大きい。また空間には浮遊容量が存在する。その漏洩磁束や浮遊容量は近接検知装置内部の磁性体とか環境条件の影響を受け変動する。その変動は両コイルの誘導電圧に振幅変動や位相ズレ（励磁電圧に対して）を起こさせる。なぜなら漏洩磁束は誘導結合の等価回路において，励磁回路に直列にインダクタンスとして挿入され，浮遊容量は並列にキャパシタンスとして挿入される。それらが変動すれば両コイルの誘導電圧に振幅変動や位相ズレ（励磁電圧に対して）が起きる。その振幅変動や位相ズレは両コイル同じであれば差動結合によりゼロとなる。しかし漏洩磁束や浮遊容量の変動はランダムであり，また両コイルに対し独立に作用する。よって両コイルの差をとってもゼロとはならずランダムな差分出力が発生する。これが自己ノイズである。自己ノイズが大きい場合，それを金属製物体が近接したと誤認識してしまう場合があった。【０００７】  本発明は，このような従来の磁気近接装置が有していた問題を解決しようとするものであり，自己ノイズを効果的に減少させ，より遠距離にある金属製物体をより確実に検知する磁気近接装置を実現することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本発明は，励磁磁界と両コイルが誘導結合しないよう工夫すれば，漏洩磁束や浮遊容量が変動しても，両コイルには励磁磁界による誘導電圧そのものが発生しないので自己ノイズも発生しない。この励磁磁界と両コイルが誘導結合しない方式を手段とする。
【発明の効果】
【０００９】  上述したように本発明の磁気近接装置は，自己ノイズを減少させるとともに，後述する金属製物体の近接信号をより効率的に捉える形となり，近接信号／自己ノイズ比が著しく向上し，より遠距離にある金属製物体を，より確実に検知できる高性能な磁気近接装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】  従来の近接検知装置の各コイル取り付け配置図。磁力線分布図
【図２】  差動式近接検知回路。自己ノイズ大，近接信号小なることを示す
【図３】  本発明の近接検知装置の各コイル取り付け配置図。磁力線分布図
【図４】  ジンバルによるコイル取り付け角度調整機構
【図５】  差動式近接検知回路。自己ノイズ小，近接信号大なることを示す
【発明を実施するための形態】
【００１１】  以下，実施の形態を図面に基づき説明するが，本発明はこの実施の形態に限定されない。従来の磁気近接検知装置の概要を図１，図２で説明する。本発明の磁気近接検知装置の概要を図３〜図５で説明する。
【００１２】  図１は，励磁コイル２が作り出す励磁磁界６は横向きに流れ出し，近接した金属製物体５の表面に表面誘導電流７を誘起させる。この表面誘導電流７が作り出す表面電流磁界８は縦向きに流れ出し，其々の磁界は楕円を描くようになる。よって励磁磁界６と表面電流磁界８は，近接検知装置１と金属製物体５との間では互に適度な角度で交差する関係にある。
【００１３】  図１は，励磁コイル２，検知コイル３及び基準コイル４の配置／取り付け方法を示す。検知コイル３及び基準コイル４は，特に意図しない場合，缶体と平行に上向きに取り付けられる。
【００１４】  図２は，近接検知回路である。検知コイル３及び基準コイル４は，図１のような缶体に平行な取り付けの場合，近接検知装置１の内側から外側に向かう励磁磁界の磁力線と鎖交（誘導結合）する。そのため検知コイル３及び基準コイル４に誘導電圧が発生する。９は検知コイル３に発生する誘導電圧であり，１０は基準コイルに発生する誘導電圧である。両コイルの誘導電圧は漏洩磁束や浮遊容量の影響を受け其々独立に変動する。図２は，その結果両コイルの誘導電圧同士間で振幅変動や位相ズレが起きたことを示している。そのため両コイルを差動結合しても誘導電圧は相殺されず差分の誘導電圧（自己ノイズ１１）が残る。
【００１５】  一方金属製物体５が近接した場合，両コイルには表面電流磁界８による誘導電圧が発生する。検知コイル３は金属製物体に近いのでその誘導電圧１２は大きく基準コイル４は遠いのでその誘導電圧１３は小さい。両方とも同相であるため合成され近接信号１４となる。その出力は増幅器で増幅され実効値変換回路で近接信号レベルとなる。その近接信号レベルは距離に反比例して上昇し，閾値を超えたところで金属製物体５が検知される。
【００１６】  自己ノイズ１１は実効値変換回路で自己ノイズレベルとなる。閾値はその自己ノイズレベルを上回る値に設定しなければならない。検知距離を長く取ろうとすれば閾値を下げねばならず閾値／自己ノイズレベル比が小さくなり，金属製物体の検知が不確実となる。閾値を上げれば検知距離が短くなる。
【００１７】  上述問題を解決するため図３〜図５の本発明を説明する。図３は検知コイル３及び基準コイル４を励磁磁界６の磁力線に沿って取り付けられたことを示している。その結果検知コイル３及び基準コイル４は励磁磁界６の磁力線との鎖交（誘導結合）が限りなくゼロとなり，誘導電圧は限りなくゼロになる。そうなれば例え漏洩磁束や浮遊容量が変動しても，誘導電圧自体限りなくゼロであるところ自己ノイズ１１も限りなくゼロになる。
【００１８】  図４は，その機構の例である。検知コイル３及び基準コイル４は，ジンバル１５の中の軸受け１６で支持され，軸受け１６を中心に回転する。これは両コイルの近接検知装置１への取り付け時，磁力線に沿うよう取り付け角度を機械的に調整する機構で，其々のコイルの出力を見ながら出力が限りなくゼロになる角度でコイルを固定する。
【００１９】  図５は，励磁磁界６により誘導される両コイルの誘導電圧９及び１０は本発明の取り付け方法により限りなくゼロとなることを示している。しかし完全にはゼロとはならないので僅かな差分の誘導電圧が残り僅かな自己ノイズ１１となる。それが閾値回路で僅かな自己ノイズレベルとして現れる。尚，誘導電圧９及び１０は微小のため図５において描画は省略している。
【００２０】  一方近接信号１４は従来のコイル取り付け方法に比し増大する。本発明では，コイルは励磁磁界６の磁力線に沿うように取り付けられる。その場所では表面電流磁界８は適度な角度で励磁磁界６と交差するので，検知コイル３は表面電流磁界８の磁力線に対しより正対（より鎖交）する角度となり，結果磁束鎖交数が増し，近接信号１４は増大する。尚，基準コイル４も表面電流磁界８の磁力線と僅かながら鎖交し，近接信号１４の増大に寄与している。
【００２１】  このように本発明は，自己ノイズ１１が減少し近接信号１４が増大するので，近接検知距離の遠距離化，検知の確実化が図られる。
【符号の説明】
【００２２】  １……近接検知装置，  ２……励磁コイル，  ３……検知コイル，  ４……基準コイル，  ５……金属製物体，  ６……励磁磁界，  ７……金属製物体の表面に誘起される表面電流，  ８……表面電流磁界，  ９……励磁磁界による検知コイル誘導電圧，  １０……励磁磁界による基準コイル誘導電圧，  １１……検知コイルと基準コイルの差動電圧（自己ノイズ），  １２……表面電流磁界による検知コイル誘導電圧，  １３……表面電流磁界による基準コイル誘導電圧，  １４……検知コイルと基準コイルの合成電圧（近接信号），  １５……ジンバル，  １６……軸受
【図１】
2019219369.tif 000003
【図２】
2019219369.tif 000004
【図３】
2019219369.tif 000005
【図４】
2019219369.tif 000006
【図５】
2019219369.tif 000007