CN109387665A - 速度检测装置和速度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及以非接触的方式检测速度的速度检测装置和速度检测方法。即使励磁线圈或检测线圈与相对移动体之间的间隙发生变动，也高精度地检测相对移动体的移动速度。速度检测装置具备：一个以上的励磁线圈，其产生与交流电流相应的磁束；多个检测线圈，其产生与由于在磁束中移动的相对移动体上产生的涡电流而产生的磁束相应的感应电压，相对移动体由导体构成，涡电流与相对移动体的移动速度相应；电流电压测量部，其测量流过励磁线圈的电流及励磁线圈两端的电压；间隙推定部，其基于测量出的电流和电压来推定相对移动体与励磁线圈之间的间隙；以及速度推定部，其基于推定出的间隙以及在多个检测线圈中产生的感应电压来推定相对移动体的移动速度。

Description

速度检测装置和速度检测方法

技术领域

本发明涉及一种以非接触的方式检测速度的速度检测装置和速度检测方法。

背景技术

非接触式的速度传感器在机械加工、组装、移动体等广范围的产业领域中被使用。一般地，这些速度传感器应用了光学(摄像机、编码器)或电磁(磁阻、霍尔元件)的技术。即，以往的速度传感器根据测量对象的移动体的光学性或磁性的不连续特性的时间变化来计算速度。因此，无法针对不具有不连续特性的完全平坦的移动体进行速度测量。

作为检测完全平坦的移动体的移动速度的方式，已知利用了由涡电流产生的感应电动势的速度传感器(参照日本特开平8-233843号公报、日本特开平8-146024号公报)。在这种速度传感器中，在励磁线圈的两侧配置两个检测线圈，利用两个检测线圈来检测由使交流电流流过励磁线圈时在移动体上产生的涡电流产生的磁束。两个检测线圈的感应电压与移动体的速度相应地产生差异，因此检测感应电压之间的差电压来推定速度。

通过流过励磁线圈的交流电流而在移动体上产生的涡电流以及因由该涡电流产生的磁束而在检测线圈中产生的感应电压不那么大，因此期望在励磁线圈及检测线圈的周围设置轭，防止漏磁来提高磁效率。

然而，如果不使轭的形状、励磁线圈及检测线圈的配置、距移动体的距离等各种条件最优化，则无法高精度地检测移动体的移动速度。例如，在励磁线圈或检测线圈与移动体之间的间隙发生了变动的情况下，移动体的移动速度的推定结果有可能发生变化。

发明内容

本发明是鉴于上述的课题而完成的，其目的在于提供一种速度检测装置和速度检测方法，即使励磁线圈或检测线圈与移动体之间的间隙发生变动，也能够高精度地检测移动体的移动速度。

为了解决上述的课题，在本发明的一个方式中，提供一种速度检测装置，具备：励磁线圈，其产生与交流电流相应的磁束；多个检测线圈，所述多个检测线圈产生与由于在所述磁束中移动的相对移动体上产生的涡电流而产生的磁束相应的感应电压，所述相对移动体由导体构成，所述涡电流与所述相对移动体的移动速度相应；间隙推定部，其基于流过所述励磁线圈的电流以及所述励磁线圈的两端的电压，来推定所述相对移动体与所述励磁线圈之间的间隙；以及速度推定部，其基于由所述间隙推定部推定出的间隙以及在所述多个检测线圈中产生的感应电压，来推定所述相对移动体的移动速度。

也可以是，所述间隙推定部基于根据所述电流和所述电压计算出的所述励磁线圈的电感同与预先决定的所述间隙的基准值对应的所述励磁线圈的电感之间的对比，来推定所述间隙。

也可以是，所述间隙推定部基于根据所述电流和所述电压计算出的所述励磁线圈的阻抗同与预先决定的所述间隙的基准值对应的所述励磁线圈的阻抗之间的对比，来推定所述间隙。

也可以是，在所述相对移动体为磁性体的情况下，所述间隙推定部使用所述电感来推定所述间隙。

也可以是，所述间隙推定部基于所述电流与所述电压的相位差，来推定所述间隙。

也可以是，所述间隙推定部具有存储部，该存储部存储所述间隙与所述相位差的相关关系，所述间隙推定部从所述存储部获取与所述相位差对应的所述间隙。

也可以是，在所述相对移动体为非磁性体的情况下，所述间隙推定部基于所述相位差来推定所述间隙。

也可以是，还具备电流控制部，该电流控制部交替地设置使电流流过所述励磁线圈的第一期间以及不使电流流过所述励磁线圈的第二期间，并将所述第一期间设定为所述速度推定部推定所述相对移动体的移动速度所需要的时间长度以上的时间。

也可以是，所述速度推定部在从所述第一期间开始起经过规定时间之后，推定所述相对移动体的移动速度。

也可以是，还具备第一谐振电路，该第一谐振电路包含所述励磁线圈，以所述交流电流的频率进行谐振。

也可以是，还具备第二谐振电路，该第二谐振电路包含所述检测线圈，以与所述交流电流的频率相同的谐振频率进行谐振。

也可以是，所述交流电流具有与包括具备所述相对移动体的设备的振动在内的、所述相对移动体的周围的环境噪声的频带不同的频率。

也可以是，还具备：环境噪声检测部，其检测所述相对移动体的周围的环境噪声；以及励磁频率调整部，其将所述交流电流的频率调整为与由所述环境噪声检测部检测出的环境噪声的频带不同的频率。

也可以是，所述相对移动体是列车的车轮，所述交流电流具有与所述列车的振动频带不同的频率。

也可以是，所述交流电流具有正弦波波形。

也可以是，所述多个检测线圈中的一部分以将所述励磁线圈夹在中间的方式配置在第一方向上的两侧，所述多个检测线圈中的除所述一部分以外的其余部分以将所述励磁线圈夹在中间的方式配置在与所述第一方向交叉的第二方向上的两侧。

在本发明的一个实施方式中，提供一种速度检测方法，包括以下步骤：在使励磁线圈中产生与交流电流相应的磁束的状态下，使多个检测线圈产生与由于在所述磁束中移动的相对移动体上产生的涡电流而产生的磁束相应的感应电压，所述相对移动体由导体构成，所述涡电流与所述相对移动体的移动速度相应；基于流过所述励磁线圈的电流以及所述励磁线圈的两端的电压，来推定所述相对移动体与所述励磁线圈之间的间隙；以及基于推定出的所述间隙以及在所述多个检测线圈中产生的感应电压，来推定所述相对移动体的移动速度。

根据本发明，即使励磁线圈或检测线圈与移动体之间的间隙发生变动，也能够高精度地检测移动体的移动速度。

附图说明

图1是说明本实施方式的速度检测装置的基本原理的图。

图2A是示出涡电流的对称性的图。

图2B是示出涡电流的非对称性的图。

图3是示出使移动体发生了移动的情况下的由涡电流产生的磁束的通过路径的图。

图4A是差电压的波形图。

图4B是速度推定部的输出信号的波形图。

图4C是流过励磁线圈的交流电流的波形图。

图5A是示出第一变形例的速度检测装置的图。

图5B是示出第二变形例的速度检测装置的图。

图6是说明本实施方式的速度检测装置的图。

图7是示出移动体为磁性体的情况下的间隙推定部的内部结构的框图。

图8是示出移动体为非磁性体的情况下的间隙推定部的内部结构的框图。

图9是示出励磁线圈的两端的电压与流过励磁线圈的电流的相位差、间隙以及移动体的移动速度的相关关系的曲线图。

图10的(a)～(d)是示出差电压与移动速度的相关关系由于间隙而发生变化的情形的曲线图。

图11的(a)～(d)是示出与差电压的测定值有关的间隙的效果的图。

图12是示出图6的速度检测装置的一个变形例的图。

图13是从图12省略了间隙推定部的图。

图14是示出谐振电路的一例的电路图。

图15是除了图14的电路结构以外将检测线圈也设为谐振电路结构的图。

图16是示出对图1追加了电流控制部的速度检测装置的图。

图17是流过励磁线圈的交流电流的波形图。

图18是从上方观察能够对在二维方向上移动的移动体6的速度进行检测的速度检测装置1的示意性的俯视图。

图19是示出将中央的励磁线圈2设为圆环状、将周围的励磁线圈2设为新月形状的例子的图。

附图标记说明

1：速度检测装置；2：励磁线圈；3：检测线圈；4：速度推定部；5：轭；6：相对移动体；7：带通滤波器；8：放大解调部；11、12：谐振电路；13：电流控制部；15：电流源；18：间隙推定部；19：阻抗检测部；20：电感检测部；21：间隙检测部；22：相位差检测部；23：存储部；24：间隙获取部。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本公开的一个实施方式。此外，在本案说明书中附加的附图中，为了便于图示和理解，将比例尺和纵横的尺寸比等相对于实物的比例尺和纵横的尺寸比适当地进行变更、夸大。

并且，关于本说明书中使用的用于指定形状或几何条件以及它们的程度的例如“平行”、“正交”、“相同”等用语、长度或角度的值等，不拘束于严密的意义，还包含能够期待同样功能程度的范围来进行解释。

＜基本原理＞

图1是说明本实施方式的速度检测装置1的基本原理的图。图1的速度检测装置1具备励磁线圈2、速度推定部4以及两个检测线圈3。两个检测线圈3的匝数相同。励磁线圈2的个数和检测线圈3的个数是任意的，但在图1中，示出励磁线圈2为一个、检测线圈3为两个的例子。励磁线圈2产生与交流电流相应的磁束。检测线圈3产生与由涡电流产生的磁束相应的感应电压，该涡电流是与在磁束中移动的由导体构成的相对移动体6的移动速度相应地在相对移动体6上产生的涡电流。

励磁线圈2和两个检测线圈3被配置在轭5的周围。轭5是使将励磁线圈2与两个检测线圈3交链的磁束会聚地通过的磁束会聚构件。更具体地说，两个检测线圈3沿着轭5的一个方向(长边方向)以将励磁线圈2夹在中间的方式配置在励磁线圈2的两侧。轭5如图1所示，具备三个凸状部5a，在这些凸状部5a卷绕有励磁线圈2和两个检测线圈3。如后述的那样，轭5的形状是任意的，图1的轭5只不过是一例。通过在各凸状部5a卷绕各线圈，能够抑制漏磁。另外，只通过在各凸状部5a卷绕铜线，就能够制作各线圈2、3，因此作业性变得良好。

从轭5的凸状部5a的前端部起隔开间隙地配置有相对移动体6。该相对移动体6是导体。相对移动体6只要是导体即可，可以为磁性体，也可以为非磁性体。

相对移动体6被设为在一个方向(轭5的长边方向)上移动自如。关于间隙，典型地是空气间隙，但是在本说明书中，简称为间隙。以下，间隙同励磁线圈2与相对移动体6之间的距离以及检测线圈3与相对移动体6之间的距离相等。

在进行速度检测时，向励磁线圈2供给规定频率的交流电流。该交流电流等效地如图1所示那样被从电流源15供给。由流过检测线圈3的交流电流产生磁束，该磁束沿着通过相对移动体6将检测线圈3交链后向励磁线圈2返回的路径p1、p2流过。图1示出相对移动体6停止的例子。在本实施方式中，用“●”记述从图纸的背面朝向正面的方向的电流，用“×”记述从图纸的正面朝向背面的方向的电流。另外，将磁束的N极侧设为箭头的前端。

在相对移动体6上产生由励磁线圈2中产生的磁束引起的涡电流。该涡电流是在阻碍励磁线圈2中产生的磁束的变化的方向上产生磁束的涡电流。涡电流根据流过励磁线圈2的交流电流的振幅、频率、励磁线圈2与相对移动体6之间的间隙、励磁线圈2的匝数、相对移动体6的速度及材料而变化。在相对移动体6停止的期间，涡电流如图2A所示那样，以将励磁线圈2夹在中间的方式在励磁线圈2的两侧对称。

在设置于励磁线圈2的两侧的两个检测线圈3中，由流过励磁线圈2的交流电流产生的磁束与由相对移动体6上的涡电流产生的磁束交链。在相对移动体6停止的状态下，将两个检测线圈3交链的由相对移动体6上的涡电流产生的磁束相同。由此，将两个检测线圈3交链的磁束的总量相同，各检测线圈3的感应电压相互抵消，从而向速度推定部4输入的电压为零。由此，速度推定部4推定为相对移动体6停止。

在此，当如图3所示那样相对移动体6按箭头的朝向(图示的右方向)以移动速度v移动时，如图2B所示，相对移动体6上的涡电流发生变形。在图3中，与图1同样地，示出产生将励磁线圈2朝上交链的磁束的例子。该涡电流的变形是因相对移动体6在由励磁线圈2产生的磁束中移动而发生的。具体地说，在相对移动体6停止的状态下，相对移动体6上的涡电流为由励磁线圈2的磁束产生的涡电流与因相对移动体6在励磁线圈2的磁束中移动而产生的涡电流之和。因相对移动体6在励磁线圈2的磁场中移动而产生的涡电流主要在励磁线圈2的正下方从图纸里侧朝向图纸前侧流过。由该涡电流产生的磁束将在相对移动体6的前进方向前方配置的右侧的检测线圈3朝上交链，并且将在相对移动体6的前进方向后方配置的左侧的检测线圈3朝下交链。由此，将相对移动体6的前进方向前方的检测线圈3交链的磁通量与将相对移动体6的前进方向后方的检测线圈3交链的磁通量之间产生差异，从而两个检测线圈3的感应电压的差电压不为零。相对移动体6的移动速度越快，则将上述的检测线圈3交链的磁通量的差异越大，其结果，检测线圈3中产生的差电压越大。由此，速度推定部4能够根据上述的差电压来推定相对移动体6的速度。

像这样，当相对移动体6移动时，涡电流在励磁线圈2的两侧的相对移动体6上不对称，由于该不对称性，将两个检测线圈3交链的磁束产生微小的差异。该磁束的差异被检测为感应电压的差电压。

如图1所示，速度推定部4具有带通滤波器7和放大解调部8。带通滤波器7将两个检测线圈3的感应电压之间的差电压所包含的噪声去除。放大解调部8基于由带通滤波器7过滤后的电压信号来检测相对移动体6的移动速度。

图4A是差电压u_diff的波形图，图4B是速度推定部4的输出信号u_lp的波形图，图4C是流过励磁线圈2的交流电流i_inj的波形图。图4A的波形w1(v₁)和图4B的波形w2(v₁)表示相对移动体6停止的状态，图4A的波形w1(v₂)和图4B的波形w2(v₂)表示相对移动体6以缓慢的速度v₂移动的状态，图4A的波形w1(v₃)和图4B的波形w2(v₃)表示相对移动体6以快的速度v₃移动的状态。如根据这些波形图可知的那样，相对移动体6的移动速度越快，则差电压u_diff的振幅越大，速度推定部4的输出信号的振幅也越大。由此，速度推定部4能够根据差电压u_diff的振幅来推定相对移动体6的速度。

轭5的形状、励磁线圈2及检测线圈3的配置是任意的，能够考虑各种变形例。图5A示出第一变形例的速度检测装置1。图5A的速度检测装置1具备在长边方向的中央部具有凸状部5a的T型的轭5，在该凸状部5a卷绕有励磁线圈2。在该励磁线圈2的两侧配置有两个检测线圈3，但两个检测线圈3的卷绕方向相对于图1的两个检测线圈3的卷绕方向相差90度。即，励磁线圈2沿轭5的凸状部5a的第一宽度方向卷绕，两个检测线圈3沿作为轭5的主体部的与第一宽度交叉的第二宽度方向卷绕。将检测线圈3卷绕在轭5的主体部，由此通过使轭5的主体部细到磁束不饱和的程度，不使检测线圈3的尺寸增加就能够使检测线圈3的匝数增加。由此，能够提高检测灵敏度，因此能够敏感地检测相对移动体6的移动速度的变化。其结果，能够削减励磁线圈2的电流，还能够削减消耗电力。

图5B示出第二变形例的速度检测装置1。图5B与图5A相比，在使励磁线圈2的卷绕方向旋转了90度这一点不同。图5B的励磁线圈2沿轭5的主体部的第二宽度方向卷绕。在该结构中，通过使第二宽度小于第一宽度，能够使励磁线圈2和检测线圈3的线圈径小于图1中的励磁线圈2和检测线圈3的线圈径，从而能够削减各线圈的材料使用量，能够抑制由各线圈的电阻成分导致的电力损耗。此外，作为各线圈的材料，例如使用铜，各线圈的卷线长度越短，则铜损越少。另外，在图5B中，各线圈不是卷绕在轭5的凸状部5a，而是直接卷绕在主体部，从而不需要用于卷绕在凸状部5a的制造设备，能够削减制造费用。

此外，在图1、图5A以及图5B中，为了方便，示出从电流源15向励磁线圈2流过交流电流i_inj的例子，但实际上将励磁线圈2与交流电压源连接，来使交流电流i_inj流过励磁线圈2。为了简略化，在本说明书中，设为从电流源15向励磁线圈2流过交流电流i_inj来进行说明。

＜本实施方式的特征＞

本实施方式是推定速度检测装置1与相对移动体6之间的间隙的实施方式。

对由相对移动体6上的涡电流产生的感应电压进行检测来推定相对移动体6的移动速度的速度传感器的检测灵敏度依赖于间隙的大小。因此，需要根据间隙使感应电压与相对移动体6的推定速度相关。因此，本实施方式的特征在于，检测间隙的大小。

图6是说明本实施方式的速度检测装置1的图。图6的速度检测装置1具备速度推定部4、间隙推定部18、配置于轭5的周围的励磁线圈2和检测线圈3、对流过励磁线圈2的交流电流i_inj进行测定的电流计16、以及对励磁线圈2的两端的电压进行测定的电压计17。将电流计16和电压计17合为电流电压测量部。

励磁线圈2及检测线圈3的配置既可以是上述的图1、图3、图5A以及图5B中的任一配置，或者也可以是上述以外的配置。在图6中，作为最简易的结构，示出在中央配置了励磁线圈2、在该励磁线圈2的两侧配置了两个检测线圈3的例子。在图6的情况下，也由流过励磁线圈2的交流电流i_inj产生磁束，并通过该磁束在相对移动体6上产生涡电流。当在该状态下相对移动体6移动时，其它涡电流在相对移动体6上产生，由该涡电流产生的磁束将两个检测线圈3交链。将两个检测线圈3交链的磁束的大小互不相同，因此两个检测线圈3中感应的感应电压也产生差异。速度推定部4基于这些感应电压之间的差电压u_diff来推定相对移动体6的移动速度。

另外，在相对移动体6正在移动的过程中用电流计16测定流过励磁线圈2的电流，并且用电压计17测定励磁线圈2的两端的电压，所测定出的电流和电压被输入到间隙推定部18。间隙推定部18基于所测定出的电流和电压，来推定导体与励磁线圈2之间的间隙。即，间隙推定部18基于流过励磁线圈2的电流和励磁线圈2的两端的电压，来推定相对移动体6与励磁线圈2之间的间隙。

间隙推定部18通过阻抗解析方法来推定间隙。更具体地说，间隙推定部18基于根据流过励磁线圈2的电流和励磁线圈2的两端的电压计算出的励磁线圈2的电感同与预先决定的间隙的基准值对应的励磁线圈2的电感的对比，来推定间隙。或者，间隙推定部18基于根据流过励磁线圈2的电流和励磁线圈2的两端的电压计算出的励磁线圈2的阻抗同与预先决定的间隙的基准值对应的励磁线圈的阻抗的对比，来推定间隙。或者，间隙推定部18也可以基于励磁线圈2的电流与电压的相位差来推定间隙。间隙推定部18的详细的动作原理能够通过相对移动体6的材料被最优化。例如，简易的阻抗解析是相对移动体6由具有高透磁率的强磁性体(例如铁)形成的情况。在此，当假定相对移动体6的透磁率和轭5的透磁率无限大时，励磁线圈2的电感L_ic依赖于间隙，例如用L_ic＝f(g)这样的函数表示。在间隙小的情况下，电感L_ic与间隙的依赖性用以下的式(1)表示。

【数1】

在式(1)中，L_ic为间隙g时的励磁线圈2的电感，L_ic,nom为基准间隙g_nom时的励磁线圈2的基准电感。

在更加准确的解析中，L_ic,nom能够根据实际系统中的电磁场仿真或实际测定来求出。另外，L_ic还能够通过查找表的方式求出。

图7是示出相对移动体6为磁性体的情况下的间隙推定部18的内部结构的框图。图7的间隙推定部18具有阻抗检测部19、电感检测部20以及间隙检测部21。

阻抗检测部19基于由电流计16测定出的电流以及由电压计17测定出的电压，来检测励磁线圈2的阻抗。更详细地说，使用励磁线圈2的两端的电压波形以及流过励磁线圈2的交流电流i_inj的电流波形，用以下的式(2)表示阻抗。

阻抗＝电压波形/电流波形…(2)

电感检测部20基于由阻抗检测部19检测出的阻抗来检测励磁线圈2的电感。更详细地说，使用通过式(2)求出的励磁线圈2的阻抗、励磁线圈2的电阻成分以及角速度ω，用以下的式(3)来求出电感。

电感＝(阻抗-电阻成分)/jω…(3)

间隙检测部21基于由电感检测部20检测出的电感以及导体与励磁线圈2之间的距离为预先决定的基准间隙时的励磁线圈2的电感，来检测间隙。更具体地说，间隙检测部21也可以将通过式(3)求出的电感代入到上述的式(1)中来计算对应的间隙。或者，间隙检测部21也可以预先准备记录有电感与间隙的相关关系的查找表，对该表赋予通过式(3)求出的电感来检测对应的间隙。

另一方面，在相对移动体6为像铝这样的非磁性体的情况下，上述的式(1)的关系不成立。其理由是，在相对移动体6为非磁性体的情况下，认为即使间隙发生变动，电感的值也几乎不变化。但是，在间隙小的情况下，励磁线圈2与相对移动体6的磁耦合变强，在相对移动体6的表面产生的涡电流增大，式(3)中的电阻成分增大，励磁线圈2的电压与电流的相位差变小。由此，在相对移动体6为非磁性体的情况下，使用励磁线圈2的电压与电流的相位差来推定相对移动体6的移动速度。

图8是示出相对移动体6为非磁性体的情况下的间隙推定部18的内部结构的框图。图8的间隙推定部18具有相位差检测部22、存储部23以及间隙获取部24。

相位差检测部22基于由电流计16测定出的电流以及由电压计17测定出的电压，来检测电流与电压的相位差。

存储部23存储间隙与相位差的相关关系。间隙获取部24从存储部23获取与由相位差检测部22检测出的相位差对应的间隙。此外，间隙获取部24也可以使用相位差与间隙的相关函数来计算与相位差对应的间隙。

图9是示出励磁线圈2的两端的电压与流过励磁线圈2的电流的相位差、间隙以及相对移动体6的移动速度的相关关系的曲线图。图9的曲线图示出使有效电流为250mA、频率为250Hz的交流电流i_inj连续地流过励磁线圈2的速度检测装置1的特性。如根据图9的曲线图可知的那样，相位差与间隙的相关关系几乎不影响相对移动体6的移动速度。因此，能够与相对移动体6的移动速度的大小无关地根据相位差来求出间隙。

图10的(a)～图10的(d)是示出差电压u_diff与移动速度的相关关系由于间隙而发生变化的情形的曲线图。各曲线图的横轴表示相对移动体6的移动速度v(m/s)，纵轴表示检测线圈3的感应电压之间的差电压u_diff(V)。图10的(a)和图10的(b)示出间隙g＝8mm的曲线图，图10的(c)和图10的(d)示出间隙g＝12mm的曲线图。另外，图10的(a)和图10的(c)示出基于仿真得到的曲线图，图10的(b)和图10的(d)示出基于实测值得到的曲线图。在各图中，示出使四种励磁频率f_inv(＝100Hz、200Hz、300Hz、400Hz)的交流电流i_inj流过励磁线圈2的情况下的曲线图。

如根据图10的(a)～图10的(d)可知的那样，在移动速度v＝12m/s且f_inv＝100Hz时，非线性响应性变强。这表示需要考虑要测定的最大速度来选择励磁频率。另外，还可知励磁频率中存在最佳的频率。例如，当励磁频率超过200Hz时，认为检测灵敏度由于相对移动体6的集肤效应而降低。

如根据图10的(a)～图10的(d)的各曲线图可知的那样，仿真结果与实测值之间的平均的偏差为10％以下。该偏差是因三维模型化导致的误差、相对移动体6的模型化导致的电特性及形状的误差等而产生的。

图11的(a)～图11的(d)是示出与差电压u_diff的测定值u_diff,amp有关的间隙g的效果的图，示出差电压u_diff、间隙、移动速度的相关关系图。图11的(a)和图11的(b)示出励磁频率f_inj＝200Hz的情况下的相关关系图，图11的(c)和图11的(d)示出励磁频率f_inj＝400Hz的情况下的相关关系图。图11的(a)和(c)示出不进行偏移校正的情况下的相关关系图，图11的(b)和图11的(d)示出进行了偏移校正的情况下的相关关系图。

在此，偏移是指虽然相对移动体6停止但检测线圈3的感应电压之间的差电压u_diff成为零以外的电压值的情形。偏移是由于励磁线圈2的两侧的检测线圈3不是完全对称构造而产生的。偏移能够通过在时间区域减去相对移动体6停止时的差电压u_diff来去除。将该处理称为偏移校正。

如图11的(b)和图11的(d)那样，通过进行偏移校正，能够在相对移动体6停止时使差电压u_diff为0V。

速度推定部4按多个间隙中的每个间隙，预先准备表示检测线圈3的感应电压之间的差电压u_diff与相对移动体6的移动速度的相关关系的查找表，对与由间隙推定部18推定出的间隙对应的查找表赋予差电压u_diff，来获取对应的移动速度。或者，速度推定部4按多个间隙中的每个间隙，事先求出差电压u_diff与移动速度的相关函数，对与由间隙推定部18推定出的间隙对应的相关函数赋予差电压u_diff，来计算移动速度。

作为图6的速度检测装置1的一个变形例，也可以与所检测出的环境噪声相应地切换励磁频率。图12是示出图6的速度检测装置1的一个变形例的图。图12的速度检测装置1除了具备图6的结构以外，还具备环境噪声检测部25和励磁频率调整部26。

环境噪声检测部25使用压电元件、加速度传感器等来检测速度检测装置1的周边的环境噪声。此外，环境噪声的检测存在各种方法，可以采用任意方法。例如，也可以根据检测线圈3的感应电压来推定噪声成分。励磁频率调整部26调整励磁线圈2的励磁频率，以使得励磁线圈2的励磁频率与检测出的环境噪声的频带不同。另外，励磁频率调整部26还与调整后的励磁频率相匹配地调整速度推定部4内的带通滤波器7的通过频带。

根据图12的速度检测装置1，除了使用间隙的推定结果，还使用不与周围的环境噪声的频带重叠的励磁频率，来推定相对移动体6的移动速度，因此能够不受环境噪声的影响地高精度地推定移动速度。此外，如图13所示，也可以从图12的速度检测装置1中省略间隙推定部18。

＜谐振动作＞

励磁线圈2等效为R-L串联电路。为了激励间隙和相对移动体6的表面处的磁场，需要向励磁线圈2供给有效电力和无效电力。另外，期望流过励磁线圈2的交流电流i_inj为正弦波电流。其理由是，当交流电流i_inj中含有高次谐波成分时，检测线圈3中感应的感应电压会叠加有成为噪声成分的高次谐波成分，必须由速度推定部4将该高次谐波成分去除。

根据以上内容，速度检测装置1内也可以具备具有励磁线圈2的谐振电路(第一谐振电路)11。图14是示出谐振电路11的一例的电路图。图14的谐振电路11不仅进行无效电力补偿，还以最小的开关损耗进行正弦波电流激励。

图14的谐振电路11具有串联连接在被供给直流电压的直流电压端子之间的两个电容器Ci、以及串联连接在相同的直流电压端子之间的两个开关SW1、SW2。励磁线圈2的一端连接于电容器Ci之间的连接点，励磁线圈2的另一端经由电流计11a而连接于开关SW1、SW2之间的连接点。

图14的开关SW1、SW2与谐振电路11的谐振频率相匹配地交替地接通断开。在图14中，省略了切换开关SW1、SW2的接通/断开的电路。流过图14的励磁线圈2的交流电流i_inj的频率成为谐振电路11的谐振频率。

图15是除了图14的电路结构以外将检测线圈3也设为谐振电路结构的图。图15的两个检测线圈3中的各个检测线圈3并联连接有电容器Cp。

通过将检测线圈3与电容器Cp并联连接来构成谐振电路(第二谐振电路)12。只要以使励磁线圈2的励磁电流频率与谐振电路12的谐振频率一致的方式事先设定检测线圈3的电感和电容器Cp，就能够针对与在速度推定中利用的励磁电流频率相同的频率提高检测线圈3的感应电压的检测灵敏度，能够抑制与谐振频率不同的频率的干扰噪声的检测。

本实施方式的速度检测装置1的应用范围没有特别限定，但是例如在为了检测列车的速度而使用本实施方式的速度检测装置1的情况下，需要避免检测结果受到因列车的振动产生的噪声的影响。期望的是，预先调查列车的平均振动频带，设定图14或图15的谐振电路11、12的谐振频率，使其成为与该平均振动频带不相关的频率。不相关是指设定谐振频率，使其不仅不与列车的振动频率重叠，也不与该振动频率的高次谐波频率重叠。或者，也可以如后述的那样，时常检测环境噪声，设定谐振电路11、12的谐振频率，使其成为与所检测出的噪声的频率不相关的频率。

另外，期望的是，将流过励磁线圈2的交流电流i_inj设为尽可能理想的正弦波波形，避免检测线圈3中感应的感应电压中叠加交流电流i_inj的高次谐波成分。将交流电流i_inj设为理想的正弦波波形能够通过图14的谐振电路11来实现。

本实施方式的速度检测装置1也可以具备图14的谐振电路11和图15的谐振电路12这两方或其中一方。这些谐振电路11、12还能够应用于上述的图1、图3、图5A、图5B、图7、图9～图15中的任一速度检测装置1。

＜励磁线圈2的间歇驱动＞

在本实施方式的速度检测装置1中，期望实施针对轭5的芯部损耗、励磁线圈2的铜损、相对移动体6上的涡电流损耗共计三个损耗的对策。轭5的芯部损耗能够通过使用铁氧体、铁粉或层叠钢板等低损耗轭材料来最小化。另一方面，励磁线圈2的铜损和相对移动体6上的涡电流损耗是速度检测装置1的本质要素，不可避免。特别是间隙越大，则励磁线圈2所需要的电流越大，励磁线圈2的铜损也越大。由此，难以应用于利用电池电源来推定存在大的间隙的相对移动体6的速度的情况。

作为削减速度检测装置1的消耗电力的一个方法，也可以间歇地驱动励磁线圈2。图16示出对图1追加了电流控制部13的速度检测装置1。电流控制部13交替地设置使电流流过励磁线圈2的第一期间和不使电流流过励磁线圈2的第二期间，速度推定部4推定相对移动体6的移动速度，且将第一期间设定为速度推定部4推定相对移动体6的移动速度所需要的时间长度以上的时间。

图17是流过励磁线圈2的交流电流i_inj的波形图。交流电流i_inj是具有周期T_p的间歇电流。电流控制部13只在周期T_p内的第一期间T_b使规定频率的交流电流i_inj流过励磁线圈2。在紧接着第一期间T_b开始之后，电流波形有可能发生过冲或下冲，交流电流波形不稳定。

因此，也可以在从第一期间T_b开始起经过规定时间之后(图17的期间T_c)推定相对移动体6的移动速度。

图16的电流控制部13还能够应用于上述的图1、图3、图5A、图5B、图6、图12以及图13中的任一速度检测装置1。

在上述的实施方式中，说明了对在一个方向上移动的相对移动体6的速度进行检测的例子，但还能够构成对在二维方向上移动的相对移动体6的速度进行检测的速度检测装置1。图18是从上方观察能够对在二维方向上移动的相对移动体6的速度进行检测的速度检测装置1的示意性的俯视图。在中央配置有励磁线圈2，在励磁线圈2的第一方向X的两侧以及与第一方向X交叉的第二方向Y的两侧配置有检测线圈3。在图18的速度检测装置1中，能够推定相对移动体6在第一方向X上移动的情况下的移动速度以及相对移动体6在第二方向Y上移动的情况下的移动速度。图18的速度检测装置1的内部结构也可以是上述的图1、图3、图5A、图5B、图6、图12、图13以及图16中的任一结构。

在图18中，将各线圈2、3设为了矩形形状，但各线圈的形状、尺寸是任意的。例如，图19示出将中央的励磁线圈2设为圆环状、将周围的励磁线圈2设为新月形状的例子。

像这样，在本实施方式中，在通过流过励磁线圈2的交流电流i_inj使相对移动体6上产生磁束的状态下使相对移动体6移动，使由通过相对移动体6的移动产生的新的涡电流而产生的磁束与检测线圈3交链，来使检测线圈3感应出感应电压，基于该感应电压来推定相对移动体6的移动速度。另外，在本实施方式中，为了防止励磁线圈2中产生的磁束扩散到速度检测装置1的外侧，在励磁线圈2和检测线圈3的配置上下功夫。由此，能够抑制杂散磁场来提高磁效率，能够在降低消耗电力的同时，高精度地推定相对移动体6的移动速度。

另外，通过如图13、图15那样在二维方向上配置励磁线圈2和检测线圈3，能够抑制向二维方向扩散的杂散磁场。

并且，通过将励磁线圈2设为谐振电路11的结构，能够将流过励磁电流(交流电流)所需要的电源电压抑制得低，不需要励磁电流用的高电压发生电路。另外，能够以少的开关次数将励磁电流设为正弦波波形。另外，通过将检测线圈3设为谐振电路12的结构，能够抑制谐振频率以外的频率成分，从而能够提高信噪比(S/N比)。另外，在很小的励磁电流下也能够由检测线圈3检测感应电压，从而实现检测灵敏度的提高和省电力化。

另外，通过将流过励磁线圈2的交流电流i_inj设为正弦波波形，检测线圈3中感应的感应电压中不包含交流电流i_inj的高次谐波成分，从而能够高精度地推定相对移动体6的移动速度。

并且，通过间歇地向励磁线圈2供给交流电流i_inj，能够削减速度检测装置1的消耗电力。

像这样，在本实施方式中，相对移动体6的移动速度的推定结果因励磁线圈2和检测线圈3与相对移动体6之间的间隙的大小而不同，因此首先推定间隙，基于与间隙相应的、差电压u_diff同移动速度的相关关系来推定移动速度。由此，即使间隙发生变动，也能够高精度地推定相对移动体6的移动速度。

另外，在本实施方式中，在推定间隙时，根据相对移动体6是磁性体还是非磁性体而改变推定方法。具体地说，在相对移动体6为磁性体的情况下，在根据励磁线圈2的电流和电压计算出阻抗之后，根据计算出的阻抗计算电感，接着，将所计算出的电感代入到式(1)来推定间隙。另一方面，在相对移动体6为非磁性体的情况下，根据励磁线圈2的电流和电压来检测相位差，基于相位差与间隙的相关关系来推定间隙。由此，即使相对移动体6为磁性体或非磁性体，也能够高精度地推定间隙。另外，最佳的间隙推定方法根据相对移动体6的材质或间隙距离、速度传感器的大小或形状等而不同，因此即使相对移动体6为磁性体，也能够将励磁线圈2的电流与电压的相位差利用于间隙推定。

上述的本实施方式中的相对移动体6的概念是，不仅包含其自身移动或旋转的物体，还包含相对于速度检测装置1相对地移动的物体。由此，在本实施方式中，在速度检测装置1被搭载于列车等的情况下，相对于列车等相对地移动的轨道等固定物也包含在相对移动体6中来进行解释。此外，本实施方式中的相对移动体6是导电体。

本发明的方式并不限定于上述的各个实施方式，还包含本领域技术人员所能想到的各种变形，本发明的效果也不限定于上述的内容。即，在不超过权利要求书中规定的内容以及根据其等同物导出的本发明的概念性的思想和主旨的范围内，能够进行各种追加、变更和部分删除。

本申请以日本特许申请2017-152723号(申请日：8/7/2017)为基础，享受该申请的优先权。本申请包含该日本申请的全部内容。

Claims (17)

1.一种速度检测装置，具备：

励磁线圈，其产生与交流电流相应的磁束；

多个检测线圈，所述多个检测线圈产生与由于在所述磁束中移动的相对移动体上产生的涡电流而产生的磁束相应的感应电压，所述相对移动体由导体构成，所述涡电流与所述相对移动体的移动速度相应；

间隙推定部，其基于流过所述励磁线圈的电流以及所述励磁线圈的两端的电压，来推定所述相对移动体与所述励磁线圈之间的间隙；以及

速度推定部，其基于由所述间隙推定部推定出的间隙以及在所述多个检测线圈中产生的感应电压，来推定所述相对移动体的移动速度。

2.根据权利要求1所述的速度检测装置，其特征在于，

所述间隙推定部基于根据所述电流和所述电压计算出的所述励磁线圈的电感同与预先决定的所述间隙的基准值对应的所述励磁线圈的电感之间的对比，来推定所述间隙。

3.根据权利要求1所述的速度检测装置，其特征在于，

所述间隙推定部基于根据所述电流和所述电压计算出的所述励磁线圈的阻抗同与预先决定的所述间隙的基准值对应的所述励磁线圈的阻抗之间的对比，来推定所述间隙。

4.根据权利要求2所述的速度检测装置，其特征在于，

在所述相对移动体为磁性体的情况下，所述间隙推定部使用所述电感来推定所述间隙。

5.根据权利要求1所述的速度检测装置，其特征在于，

所述间隙推定部基于所述电流与所述电压的相位差，来推定所述间隙。

6.根据权利要求5所述的速度检测装置，其特征在于，

所述间隙推定部具有存储部，该存储部存储所述间隙与所述相位差的相关关系，

所述间隙推定部从所述存储部获取与所述相位差对应的所述间隙。

7.根据权利要求5或6所述的速度检测装置，其特征在于，

在所述相对移动体为非磁性体的情况下，所述间隙推定部基于所述相位差来推定所述间隙。

8.根据权利要求1～7中的任一项所述的速度检测装置，其特征在于，

还具备电流控制部，该电流控制部交替地设置使电流流过所述励磁线圈的第一期间以及不使电流流过所述励磁线圈的第二期间，并将所述第一期间设定为所述速度推定部推定所述相对移动体的移动速度所需要的时间长度以上的时间。

9.根据权利要求8所述的速度检测装置，其特征在于，

所述速度推定部在从所述第一期间开始起经过规定时间之后，推定所述相对移动体的移动速度。

10.根据权利要求1～9中的任一项所述的速度检测装置，其特征在于，

还具备第一谐振电路，该第一谐振电路包含所述励磁线圈，以所述交流电流的频率进行谐振。

11.根据权利要求1～10中的任一项所述的速度检测装置，其特征在于，

还具备第二谐振电路，该第二谐振电路包含所述检测线圈，以与所述交流电流的频率相同的谐振频率进行谐振。

12.根据权利要求1～11中的任一项所述的速度检测装置，其特征在于，

所述交流电流具有与包括具备所述相对移动体的设备的振动在内的、所述相对移动体的周围的环境噪声的频带不同的频率。

13.根据权利要求12所述的速度检测装置，其特征在于，还具备：

环境噪声检测部，其检测所述相对移动体的周围的环境噪声；以及

励磁频率调整部，其将所述交流电流的频率调整为与由所述环境噪声检测部检测出的环境噪声的频带不同的频率。

14.根据权利要求1～13中的任一项所述的速度检测装置，其特征在于，

所述相对移动体是列车的车轮，

所述交流电流具有与所述列车的振动频带不同的频率。

15.根据权利要求1～14中的任一项所述的速度检测装置，其特征在于，

所述交流电流具有正弦波波形。

16.根据权利要求1～15中的任一项所述的速度检测装置，其特征在于，

所述多个检测线圈中的一部分以将所述励磁线圈夹在中间的方式配置在第一方向上的两侧，所述多个检测线圈中的除所述一部分以外的其余部分以将所述励磁线圈夹在中间的方式配置在与所述第一方向交叉的第二方向上的两侧。

17.一种速度检测方法，包括以下步骤：

在使励磁线圈中产生与交流电流相应的磁束的状态下，使多个检测线圈产生与由于在所述磁束中移动的相对移动体上产生的涡电流而产生的磁束相应的感应电压，所述相对移动体由导体构成，所述涡电流与所述相对移动体的移动速度相应；

基于流过所述励磁线圈的电流以及所述励磁线圈的两端的电压，来推定所述相对移动体与所述励磁线圈之间的间隙；以及

基于推定出的所述间隙以及在所述多个检测线圈中产生的感应电压，来推定所述相对移动体的移动速度。