JP2011022070A - Magnetic field sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁機器における磁界の測定、特にモータや空隙付きコイル等の空隙における磁束の測定を行うための磁界センサに関する。 The present invention relates to a magnetic field sensor for measuring a magnetic field in an electromagnetic device, in particular, measuring a magnetic flux in a gap such as a motor or a coil with a gap.
図7は、従来の磁界センサを示す斜視図である。この磁界センサは、モータのステータにおける歯およびヨークに鎖交する鎖交磁束を検出するものであり、この図7では、モータ鉄心の1つの歯及びヨークを抜き出して示している。 FIG. 7 is a perspective view showing a conventional magnetic field sensor. This magnetic field sensor detects interlinkage magnetic fluxes interlinked with teeth and yokes in the stator of the motor. In FIG. 7, one tooth and yoke of the motor core are extracted and shown.
図7に示すように、モータ鉄心110の一部である歯111とヨーク112とに、それぞれ磁界センサとしてサーチコイルA,Bを巻回している。この磁界センサは、コイルに鎖交する磁束Φの時間変化dΦ/dtとコイルの両端に発生する電圧(コイル電圧)Vとが下記(1)式に示す関係にあることを利用して、この(1)式を変形した(2)式に基づき、測定したコイル電圧Vから鎖交磁束、すなわち歯およびヨークを通る磁束Φを検出可能となっている。
V=N(dΦ/dt) ………(1)
Φ=(1/N)∫Vdt ………(2)
ここで、Nはコイルの巻数である。
As shown in FIG. 7, search coils A and B are wound around a
V = N (dΦ / dt) (1)
Φ = (1 / N) ∫Vdt (2)
Here, N is the number of turns of the coil.
また、コイルの断面積をSとし、コイル鎖交磁束がコイル断面に直交するものとみなすと、コイルに鎖交する磁束密度の平均値Baveは次式により求められる。
Bave=Φ/S ………(3)
上記(3)式は、磁束、磁束密度の平均値、およびコイルの断面積の関係を示す一般式であり、図7に示す例では歯やヨークにおいても同様に成り立つ。
したがって、サーチコイルAの両端に発生する電圧Vyと、サーチコイルBの両端に発生する電圧Vtとに基づいて、上記(2)及び(3)式をもとに、歯111及びヨーク112の磁束密度がそれぞれ得られる。
Further, assuming that the cross-sectional area of the coil is S and the coil interlinkage magnetic flux is considered to be orthogonal to the coil cross section, the average value Bave of the magnetic flux density interlinking the coil can be obtained by the following equation.
Bave = Φ / S (3)
The above expression (3) is a general expression showing the relationship between the magnetic flux, the average value of the magnetic flux density, and the cross-sectional area of the coil, and the same holds true for the teeth and the yoke in the example shown in FIG.
Therefore, based on the voltage Vy generated at both ends of the search coil A and the voltage Vt generated at both ends of the search coil B, the magnetic fluxes of the
一般に、電磁機器の磁性コア(鉄心)の磁束密度は重要な設計事項である。すなわち、鉄心は磁束密度が高まると磁気飽和に至り、電磁機器の特性が非線形となって好ましくない場合が多い。 In general, the magnetic flux density of a magnetic core (iron core) of an electromagnetic device is an important design item. That is, when the magnetic flux density increases, the iron core reaches magnetic saturation, and the characteristics of the electromagnetic device are often nonlinear, which is not preferable.
一方、電磁機器の機能を実現するためには所定の磁束が必要であるため、磁束密度が低過ぎる場合には、上記(3)式から分かる通り、所定の磁束を得るために断面積Sを増大させなければならず、結果として電磁機器の大型化を招く。また、磁性コア内部で磁束が時間的に変化すると、いわゆるコアロス(鉄損)が発生するが、コアロスは磁束密度の増加に対して単調増加する。 On the other hand, since a predetermined magnetic flux is required to realize the function of the electromagnetic device, when the magnetic flux density is too low, as can be seen from the above equation (3), the cross-sectional area S is set to obtain the predetermined magnetic flux. As a result, the size of the electromagnetic device is increased. Further, when the magnetic flux changes with time inside the magnetic core, so-called core loss (iron loss) occurs, but the core loss increases monotonously with an increase in magnetic flux density.
以上により、電磁機器の設計においては、磁気飽和が問題にならないレベルでコアロスが許容値に収まるように、適切に磁束密度を設定する必要がある。なお、磁気飽和のレベルは、通常の電磁鋼板では概ね1.5〜1.7T程度である。 As described above, in the design of electromagnetic equipment, it is necessary to appropriately set the magnetic flux density so that the core loss falls within an allowable value at a level where magnetic saturation does not become a problem. In addition, the level of magnetic saturation is about 1.5 to 1.7 T in general electromagnetic steel sheets.
近年、電磁機器の磁束密度は、有限要素法等による磁界解析で詳細に算定することが可能となっている。ただし、磁束密度の大きさは、磁界解析では考慮することが困難な諸要素、例えば鉄心にかかる応力、鉄心の変形、鉄心の磁気特性の非線形性の影響を受けるため、完全に磁界解析で実機の状況を再現することは困難であり、実機での磁束密度の評価の必要性は高い。 In recent years, the magnetic flux density of electromagnetic devices can be calculated in detail by magnetic field analysis using a finite element method or the like. However, the magnitude of the magnetic flux density is affected by factors that are difficult to consider in magnetic field analysis, such as stress on the iron core, deformation of the iron core, and nonlinearity of the magnetic properties of the iron core. It is difficult to reproduce this situation, and there is a high need for evaluation of magnetic flux density with an actual machine.
また、電磁機器の中には、例えばモータや空隙付きコイルのように、鉄心に空隙が存在するものがある。空隙の磁束密度も電磁機器の性能に与える影響は大きいため、この空隙磁束密度の測定も望まれる。
電動機の空隙近傍の歯部の磁束密度を検出する先行技術として、例えば特許文献1に記載の技術がある。この技術は、固定子歯の先端部にサーチコイルを巻きつけて、空隙磁束密度分布を検出するものである。
Some electromagnetic devices have a gap in the iron core, such as a motor or a coil with a gap. Since the magnetic flux density of the air gap has a great influence on the performance of the electromagnetic device, the measurement of the air gap magnetic flux density is also desired.
As a prior art for detecting the magnetic flux density of the teeth near the gap of the electric motor, for example, there is a technique described in
しかしながら、上記特許文献1に記載のサーチコイルでは、固定子歯の先端部にコイルを巻きつける構成であるため、モータの空隙の磁束密度を精度良く測定することはできない。
空隙の磁束密度を高精度に測定するためには、図8に示すように、空隙121にコイル100を配置する必要がある。ところが、空隙は1mm以下の小さい幅になる場合が多いため、コイルを配置する上で構造的な制約が大きい。また、鉄心のような強固な支持物体として利用可能なものが存在しないため、サーチコイルの支持が難しい。
However, since the search coil described in
In order to measure the magnetic flux density of the air gap with high accuracy, it is necessary to dispose the
サーチコイルの位置と形状を厳密に定めなければ、測定したコイル鎖交磁束がどの部位のものであるかを特定できないため、測定の意義が著しく損なわれる。したがって、コイルを確実に支持し、位置を固定する方法が問題となっている。
そこで、本発明は、空隙の磁束密度を高精度に測定することができる磁界センサを提供することを課題としている。
Unless the position and shape of the search coil are strictly determined, it is not possible to specify which part the measured coil linkage magnetic flux belongs to, so the significance of the measurement is significantly impaired. Therefore, there is a problem with a method of securely supporting the coil and fixing the position.
Then, this invention makes it the subject to provide the magnetic field sensor which can measure the magnetic flux density of a space | gap with high precision.
上記課題を解決するために、請求項1に係る磁界センサは、絶縁体のフィルムと、該フィルムの表面に固着し、両端を電気的に開放状態としたループ状の導体線とを備え、前記導体線に鎖交する被測定磁束の変化に応じて前記導体線の両端に発生する誘導起電圧に基づいて、前記被測定磁束を測定することを特徴としている。
また、請求項2に係る磁界センサは、請求項1に係る発明において、前記フィルムの裏面を、前記被測定磁束の通る空隙側面に貼着可能に構成されていることを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problem, a magnetic field sensor according to
A magnetic field sensor according to a second aspect is characterized in that, in the invention according to the first aspect, the back surface of the film is configured to be able to be adhered to a side surface of the air gap through which the magnetic flux to be measured passes.
さらに、請求項3に係る磁界センサは、請求項1又は2に係る発明において、前記導体線は、前記開放状態とした導体開部と対向する導体部を短辺とした長方形状の略コの字形に形成されており、前記被測定磁束の磁束密度分布が空間的に一定である一方向と、前記長方形状の長辺に相当する導体部が延在する方向とが一致し、前記一方向に直交し前記磁束密度分布が空間的に変化する方向と、前記長方形状の短辺に相当する導体部が延在する方向とが一致するように配置することを特徴としている。 The magnetic field sensor according to a third aspect is the invention according to the first or second aspect, wherein the conductor wire is substantially rectangular in shape with a short side of the conductor portion facing the open conductor portion. One direction in which the magnetic flux density distribution of the magnetic flux to be measured is spatially constant and the direction in which the conductor corresponding to the long side of the rectangular shape extends, and the one direction The magnetic flux density distribution is arranged so that the direction in which the magnetic flux density distribution changes spatially coincides with the direction in which the conductor portion corresponding to the short side of the rectangle extends.
また、請求項4に係る磁界センサは、請求項1〜3の何れかに係る発明において、前記フィルムの表面に、複数個の同一形状の前記導体線を、前記開放状態とした導体開部がそれぞれ同一方向を向くように、連続的に所定の間隔で固着することを特徴としている。
さらにまた、請求項5に係る磁界センサは、請求項1〜3の何れかに係る発明において、前記フィルムの表面に、複数個の同一形状の前記導体線を、前記開放状態とした導体開部がそれぞれ同一方向を向き、且つ互いに隣接する前記導体線でループの一部を共有化するように、連続的に隙間無く固着することを特徴としている。
A magnetic field sensor according to a fourth aspect of the present invention is the invention according to any one of the first to third aspects, wherein a plurality of the conductor wires having the same shape are formed on the surface of the film with the conductor opening portion in the open state. It is characterized by being fixed continuously at a predetermined interval so as to face each other in the same direction.
Furthermore, the magnetic field sensor according to claim 5 is the conductor opening portion according to any one of
また、請求項6に係る磁界センサは、請求項4又は5に係る発明において、前記同一形状の導体線が所望の個数となるように、前記フィルムを切断して使用されることを特徴としている。 A magnetic field sensor according to a sixth aspect is characterized in that, in the invention according to the fourth or fifth aspect, the film is cut and used so that a desired number of conductor wires having the same shape are obtained. .
本発明の請求項1に係る発明によれば、磁束の変化に応じて誘導起電圧を発生する導体線を、絶縁体のフィルムに固着した構成とするので、薄い磁界センサを実現することができる。そのため、モータの空隙のような比較的小さい隙間にも挿入することができ、構造的な制約が大きい箇所の磁束測定を精度良く行うことができる。
また、請求項2に係る発明によれば、フィルムの裏面を空隙側面に貼着可能とするので、導体線を簡便確実に支持することができると共に、導体線の位置の規定を適切に行うことができる。その結果、空隙磁束の測定を精度良く行うことができる。
According to the first aspect of the present invention, since the conductor wire that generates the induced electromotive voltage according to the change of the magnetic flux is fixed to the insulating film, a thin magnetic field sensor can be realized. . Therefore, the magnetic flux can be inserted into a relatively small gap such as a motor gap, and the magnetic flux can be accurately measured at a location where structural constraints are large.
Moreover, according to the invention which concerns on
さらに、請求項3に係る発明によれば、磁束密度分布が空間的に一定である一方向と、長辺に相当する導体部が延在する方向とが一致するように配置するので、導体部に発生する誘起電圧を大きくすることができ、出力信号のS/N比を改善することができる。また、磁束密度分布が空間的に変化する方向と、短辺に相当する導体部が延在する方向とが一致するように配置するので、この方向の磁束密度測定の分解能を高めることができる。このように、磁束密度測定を精度良く行うことができる。
Further, according to the invention according to
また、請求項4に係る発明によれば、フィルム上に、複数個の同一形状の導体線を連続的に並べて形成するので、磁界センサの製造工程を複雑化することなく、磁束密度分布を高精度に測定する磁界センサとすることができる。
さらにまた、請求項5に係る発明によれば、フィルム上に、複数個の同一形状の導体線を連続的に隙間無く並べて形成するので、磁束密度分布測定の分解能を高めることができる。
According to the invention of claim 4, since a plurality of conductor wires having the same shape are continuously arranged on the film, the magnetic flux density distribution can be increased without complicating the manufacturing process of the magnetic field sensor. It can be set as the magnetic field sensor which measures with accuracy.
Furthermore, according to the fifth aspect of the present invention, a plurality of conductor wires having the same shape are continuously arranged on the film without gaps, so that the resolution of magnetic flux density distribution measurement can be increased.
また、請求項6に係る発明によれば、フィルム型サーチコイルを必要に応じて切り出して使用することができる。このとき、切り出した分と残りの分が両方センサとして使用可能であるため、センサの共通化、コストの低減、及び資源の有効利用が可能となる。 Moreover, according to the invention which concerns on Claim 6, a film type search coil can be cut out and used as needed. At this time, since both the cut out portion and the remaining portion can be used as sensors, it is possible to share sensors, reduce costs, and effectively use resources.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
(第1の実施形態)
(構成)
図1は、本発明における磁界センサの一実施形態を示す図である。
図中、符号1は本実施形態における磁界センサとしてのフィルム型サーチコイルである。このフィルム型サーチコイル1は、薄い絶縁フィルム2の表面に、コイル(導体線)3を固着した構成である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
(Constitution)
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a magnetic field sensor according to the present invention.
In the figure,
絶縁フィルム2の材料としてはポリイミド等を用い、一般的な厚さである数10μmのものを用いる。
また、絶縁フィルム2へのコイル3の固着は、例えば、フィルム全面に接着された導体の箔、例えば銅箔の上にコイル3のパターンをマスキングした後、エッチングすることで達成できる。これは、プリント配線板の製造技術に他ならない。なお、導体パターンを印刷により形成する技術を適用することもできる。
As the material of the insulating
Further, the fixing of the
いずれにせよ、携帯電話などの小型機器に用いられるプリント配線板の製造技術をもって、図1のフィルム型サーチコイル1を形成することが可能となる。
プリント配線板の製造技術において、配線位置の精度はマスキングや印刷の精度で規定され、その精度は一般に10μm程度である。したがって、この製造技術をもってフィルム型サーチコイル1を形成すると、コイル3の形状寸法についても10μm程度の精度を実現できる。
In any case, it is possible to form the film
In the printed wiring board manufacturing technology, the accuracy of the wiring position is defined by the accuracy of masking and printing, and the accuracy is generally about 10 μm. Therefore, when the film-
ここで、コイル3の形状はループ状とし、その両端を電気的に開放状態とする。
なお、コイル3の形状は、その両端が電気的に開放されたループ状であれば、図1に示す形状に限定されない。
また、絶縁フィルム2の裏面(コイル3が固着された面とは反対側の面)は接着面となっており、例えば、絶縁フィルム2の裏面に接着剤を塗布したり、絶縁フィルム2の裏面に貼着した両面テープのセパレータを剥離して粘着面を露出したりすることで、被測定磁束の通る所望の箇所に当該裏面を貼着することが可能となっている。これにより、フィルム型サーチコイル1を確実に支持し、コイル3の配置位置を規定することができる。
Here, the shape of the
Note that the shape of the
The back surface of the insulating film 2 (the surface opposite to the surface on which the
(動作)
次に、第1の実施形態の動作について説明する。
先ず、図1に示すフィルム型サーチコイル1を、被測定磁束が通る所望の箇所(空隙や空間等)に配置する。
本実施形態のフィルム型サーチコイル1は、薄い絶縁フィルム2の表面にコイル3を固着した構成であるため、比較的薄い構造を実現できる。そのため、サーチコイルを配置する上で構造的な制約が大きいような箇所にも、容易に配置することができる。
(Operation)
Next, the operation of the first embodiment will be described.
First, the film
Since the film
コイル3のループ部に時間的に変化する磁束が鎖交すると、コイル3の両端には電圧が誘起される。このとき、コイル3の両端に誘起される電圧Vを測定し、測定した電圧Vに基づいて、上記(2)式をもとに上記ループに鎖交する磁束Φを得る。
このようにして、所望の箇所における磁束Φの測定が可能となる。
また、得られた磁束Φとコイル3の断面積Sとに基づいて、上記(3)式をもとにコイル3に鎖交する磁束密度Baveが得られる。
When a magnetic flux that changes with time in the loop portion of the
In this way, the magnetic flux Φ at a desired location can be measured.
Further, based on the obtained magnetic flux Φ and the cross-sectional area S of the
(効果)
このように、上記第1の実施形態では、薄く、コイルの形状寸法が高精度なサーチコイルが実現可能である。そのため、モータの空隙のような小さい隙間にも挿入可能となり、そこでの磁束を精度良く測定することができる。
(effect)
As described above, in the first embodiment, it is possible to realize a search coil that is thin and has a highly accurate coil geometry. Therefore, it can be inserted into a small gap such as a gap of a motor, and the magnetic flux there can be accurately measured.
また、フィルムの裏面を接着剤等で所望の箇所に貼り付けることが可能であるため、コイルの支持が簡便確実であり、所望の位置にサーチコイルを配置することができる。
さらに、フィルム上に形成された導体パターン(コイル)の上に更にフィルムを重ねて導体両面の絶縁を設けたり、フィルムと導体とが複数の層を成すように積層して巻数を増やしたりするなどのバリエーションも可能である。
Moreover, since it is possible to stick the back surface of a film to a desired location with an adhesive etc., the support of a coil is simple and reliable, and a search coil can be arrange | positioned in a desired position.
Furthermore, the film is further stacked on the conductor pattern (coil) formed on the film to provide insulation on both sides of the conductor, or the film and the conductor are laminated so as to form a plurality of layers to increase the number of turns. Variations are also possible.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
この第2の実施形態は、上述した第1の実施形態におけるフィルム型サーチコイル1で、モータの空隙の磁束密度を測定するようにしたものである。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the second embodiment, the film
(構成)
図2は、本発明の第2の実施形態を示す図である。ここで、図2(a)は、フィルム型サーチコイル1の配置図、図2(b)は、フィルム型サーチコイル1の詳細図である。
なお、以下の説明では、モータの回転方向を単に周方向、モータの回転軸方向を単に軸方向と称す。
(Constitution)
FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. Here, FIG. 2A is a layout view of the film
In the following description, the rotation direction of the motor is simply referred to as the circumferential direction, and the rotation axis direction of the motor is simply referred to as the axial direction.
図2(a)において、符号11はモータのステータにおける歯、符号12はヨークである。そして、フィルム型サーチコイル1は、空隙21における所定位置Aの磁束密度を測定する。
フィルム型サーチコイル1は、絶縁フィルム2の裏面を接着剤等で空隙側面に貼り付けることで、空隙21内に配置する。
In FIG. 2A,
The film
モータの空隙の磁束密度は、モータの回転軸方向および径方向については空間的に略等しくなることが知られている。したがって、モータの空隙の磁束密度について必要な情報は、主に周方向の変化である。そのため、位置Aの周方向前後をコイル3が囲むように、フィルム型サーチコイル1を配置する。
It is known that the magnetic flux density in the air gap of the motor is spatially substantially equal in the rotational axis direction and radial direction of the motor. Therefore, the necessary information about the magnetic flux density in the air gap of the motor is mainly a change in the circumferential direction. Therefore, the film
ここで、フィルム型サーチコイル1のコイル3は、図2(b)に示すように略「コの字」形とする。このとき、コイル3は、周方向幅ができるだけ狭くなるように形成すると共に、軸方向幅ができるだけ長くなるように形成する。すなわち、コイル3は、電気的に開放状態とした導体開部と対向する導体部を短辺とし、当該短辺に直交する2本の平行導体部を長辺とする長方形状のコの字形とする。
Here, the
そして、上記短辺が延在する方向と周方向とを一致又は略一致させると共に、上記長辺が延在する方向と軸方向とを一致又は略一致させるように、フィルム型サーチコイル1を空隙21に配置する。
Then, the film-
(動作)
次に、第2の実施形態の動作について説明する。
先ず、図2(b)に示すフィルム型サーチコイル1を、図2(a)に示す空隙21に、位置Aの周方向前後をコイル3が囲むように配置する。
そして、コイル3の両端に誘起される電圧Vを測定し、測定した電圧Vに基づいて、上記(2)式をもとにコイル3のループに鎖交する磁束Φを得る。次に、得られた磁束Φと、コイルの断面積Sとに基づいて、上記(3)式をもとに磁束密度Baveを算出する。このようにして、空隙21内の位置Aにおける磁束密度の測定が可能となる。
(Operation)
Next, the operation of the second embodiment will be described.
First, the film
Then, the voltage V induced at both ends of the
本実施形態では、コイル3の周方向幅ができるだけ狭くなるように形成しているため、位置Aの磁束密度を高精度に測定することができる。以下、この点について説明する。
図3は、モータの空隙の周方向における磁束密度変化を示す図である。
この図3に示すように、磁束密度の周方向成分は空間的に変化するため、サーチコイルの幅の内部でも均一にはならない。
In the present embodiment, since the circumferential width of the
FIG. 3 is a diagram showing a change in magnetic flux density in the circumferential direction of the air gap of the motor.
As shown in FIG. 3, since the circumferential component of the magnetic flux density varies spatially, it is not uniform even within the width of the search coil.
ここで、周方向幅が比較的狭く設定された狭幅サーチコイルαと、周方向幅が比較的広く設定された広幅サーチコイルβとで、それぞれ空隙磁束密度を測定した場合について考える。この場合、狭幅サーチコイルαでは検出値としてB(α)、広幅サーチコイルβでは検出値としてB(β)をそれぞれ得る。
このとき、検出値B(α)は、狭幅サーチコイルαのコイル幅で決まる区間Z(α)における各位置の磁束密度の平均値となる。同様に、検出値B(β)は、広幅サーチコイルβのコイル幅で決まる区間Z(β)における各位置の磁束密度の平均値となる。
Here, consider a case where the gap magnetic flux density is measured by a narrow search coil α having a relatively narrow circumferential width and a wide search coil β having a relatively wide circumferential width. In this case, B (α) is obtained as a detection value in the narrow search coil α, and B (β) is obtained as a detection value in the wide search coil β.
At this time, the detected value B (α) is an average value of the magnetic flux density at each position in the section Z (α) determined by the coil width of the narrow search coil α. Similarly, the detection value B (β) is an average value of the magnetic flux density at each position in the section Z (β) determined by the coil width of the wide search coil β.
したがって、サーチコイルのコイル幅が狭いほど、磁束密度の周方向の分解能が高まることになる。
ところが、サーチコイルの周方向幅(コイル幅)を狭くすると、コイルの断面積が減るため、鎖交磁束も減る。すると、上記(1)式より、コイルに誘起される電圧も低下し、結果として信号のS/N比が悪化する。
Therefore, the narrower the search coil, the higher the resolution in the circumferential direction of the magnetic flux density.
However, if the circumferential width (coil width) of the search coil is narrowed, the cross-sectional area of the coil is reduced, so that the flux linkage is also reduced. Then, from the above equation (1), the voltage induced in the coil also decreases, and as a result, the S / N ratio of the signal deteriorates.
そこで、本実施形態では、空隙21の磁束密度が軸方向で空間的に等しいことを利用し、図2(b)に示すように、軸方向に長いサーチコイルを形成する。
磁束密度分布が軸方向で等しい場合には、コイル3の誘起電圧はコイル3の軸方向長(長辺の長さ)に比例する。そのため、コイル3の軸方向長が長いほどコイル3の誘起電圧が大きくなってS/N比が改善する。また、コイル3の軸方向長を長くしても、上記(3)式により、鎖交磁束Φをコイル3の断面積Sで除算して磁束密度Baveに変換する際に精度が劣化しない。
Therefore, in the present embodiment, utilizing the fact that the magnetic flux density in the
When the magnetic flux density distribution is equal in the axial direction, the induced voltage of the
(効果)
このように、上記第2の実施形態では、モータの空隙でサーチコイルを確実に支持することができると共に、当該空隙の磁束密度を適切に測定することができる。
また、コイルの形状を略コの字形とし、コイルの周方向幅をできるだけ狭く形成するので、空隙における所望の位置の磁束密度を高精度に測定することができる。さらに、コイルの軸方向幅をできるだけ広く形成するので、S/N比を改善し、磁束密度の測定精度を確保することができる。
(effect)
Thus, in the second embodiment, the search coil can be reliably supported by the gap of the motor, and the magnetic flux density of the gap can be appropriately measured.
In addition, since the coil shape is substantially U-shaped and the circumferential width of the coil is formed as narrow as possible, the magnetic flux density at a desired position in the gap can be measured with high accuracy. Furthermore, since the axial width of the coil is formed as wide as possible, the S / N ratio can be improved and the measurement accuracy of the magnetic flux density can be ensured.
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
この第3の実施形態は、上述した第1の実施形態におけるフィルム型サーチコイル1で、モータの空隙における周方向の磁束密度分布を測定するようにしたものである。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
In the third embodiment, the film
(構成)
図4は、本発明の第3の実施形態におけるフィルム型サーチコイル1の詳細図である。
この図4に示すように、1枚の絶縁フィルム2上に、複数個の略コの字形のコイル3を、導体開部がそれぞれ同一方向を向くように、連続的に所定の間隔で形成する。このとき、互いに隣接するコの字形コイル3の長辺が平行又は略平行になるように形成する。
(Constitution)
FIG. 4 is a detailed view of the film
As shown in FIG. 4, a plurality of substantially
ここで、絶縁フィルム2上に形成するコの字形コイル3の個数は、磁束密度分布を測定する領域の広さに応じて決定する。
そして、このように形成されたフィルム型サーチコイル1を、モータの空隙に配置する。
Here, the number of the
And the film
(動作)
次に、第3の実施形態の動作について説明する。
先ず、図4に示すフィルム型サーチコイル1を、モータの空隙に配置する。このとき、フィルム型サーチコイル1は、前述した第2の実施形態と同様に、コの字形コイル3の短辺が延在する方向が周方向と一致し、コの字形コイル3の長辺が延在する方向が軸方向と一致するように配置する。
(Operation)
Next, the operation of the third embodiment will be described.
First, the film
そして、絶縁フィルム2上に複数形成した各コの字形コイル3の両端にそれぞれ誘起される電圧Vを、同時に測定する。測定した電圧Vに基づいて、それぞれ上記(2)式をもとに各コの字形コイル3のループに鎖交する磁束Φを得る。次に、得られた磁束Φと、コイルの断面積Sとに基づいて、それぞれ上記(3)式をもとに磁束密度Baveを算出する。
このようにして、空隙内の周方向の磁束密度分布の時系列データを得ることができる。
And the voltage V induced at both ends of each of the
In this way, time series data of the circumferential magnetic flux density distribution in the air gap can be obtained.
(効果)
このように、上記第3の実施形態では、絶縁フィルム上に複数個のコの字形コイルを並べて形成するので、モータの空隙の磁束密度分布を測定することができる。このとき、コの字形コイル相互間の距離を高精度に管理することができるため、当該磁束密度分布を高精度に測定することができる。
さらに、その製造工程は、絶縁フィルム上に単一のコの字形コイルを形成する場合と同様であるため、製造工程を複雑化することがない。
(effect)
Thus, in the said 3rd Embodiment, since several U-shaped coils are formed side by side on an insulating film, the magnetic flux density distribution of the space | gap of a motor can be measured. At this time, since the distance between the U-shaped coils can be managed with high accuracy, the magnetic flux density distribution can be measured with high accuracy.
Furthermore, since the manufacturing process is the same as the case where a single U-shaped coil is formed on an insulating film, the manufacturing process is not complicated.
(変形例)
なお、上記第3の実施形態においては、複数個のコの字形コイル3を所定の間隔で配置する場合について説明したが、図5に示すように配置することもできる。すなわち、1枚の絶縁フィルム2の表面に、複数個のコの字形コイル3を、導体開部がそれぞれ同一方向を向き、且つ互いに隣接するコの字形コイル3の長辺を共有化するように、連続的に隙間なく配置する。
(Modification)
In the third embodiment, the case where a plurality of
一般に、サーチコイルの端子は測定する周波数にて実質的に開放状態で電圧を測定するため、サーチコイルには当該周波数の電流は流れないものと見なせる。したがって、隣接するコの字形コイル3が長辺を共有化しても、個々のサーチコイルの端子電圧は相互に影響を受けない。すなわち、図5に示すような構成とした場合、各コの字形コイルが鎖交する磁束に応じた誘起電圧をそれぞれ発生することができる。
In general, since the terminal of the search coil measures the voltage in a substantially open state at the frequency to be measured, it can be considered that the current of the frequency does not flow through the search coil. Therefore, even if the adjacent
これにより、図4に示す構成の場合と比べて、周方向磁束密度分布を隙間なく測定することが可能となり、磁束密度分布測定の周方向位置に関する分解能を大幅に高めることができる。 As a result, it is possible to measure the circumferential magnetic flux density distribution without gaps compared to the configuration shown in FIG. 4, and the resolution related to the circumferential position of the magnetic flux density distribution measurement can be greatly increased.
(応用例)
なお、上記各実施形態においては、予め複数のループ状(コの字形)コイルが並べて形成された絶縁フィルムを、必要に応じて切り出して使用することが可能である。
図6は、本発明におけるフィルム型サーチコイルの応用例を示す図である。
(Application examples)
In each of the above embodiments, an insulating film in which a plurality of loop-shaped (U-shaped) coils are arranged in advance can be cut out and used as necessary.
FIG. 6 is a diagram showing an application example of the film type search coil in the present invention.
図6(a)に示すように、絶縁フィルム2の表面に、複数個のコの字形コイル3が所定の間隔で固着されたフィルム型サーチコイル1の場合には、隣接するコの字形コイル3の間のフィルム部を、コの字形コイル3の長辺と平行に破線Sで切断する。
また、図6(b)に示すように、絶縁フィルム2の表面に、複数個のコの字形コイル3が互いに隣接する長辺を共有化して固着されたフィルム型サーチコイル1の場合には、隣接するコの字形コイル3の長辺の間のフィルム部を、コの字形コイル3の長辺と平行に破線Sで切断する。このとき、絶縁フィルム2の切断によってコの字形コイル3の短辺が1つ切断されることになるが、サーチコイルの誘起電圧に影響を与えないことは明らかである。
As shown in FIG. 6A, in the case of the film
Further, as shown in FIG. 6B, in the case of the film
上記のように、1つのフィルム型サーチコイル1を2つに切断し分離した場合、切り出した分と残りの分の両方がセンサとして使用可能である。したがって、片方を廃棄する等の無駄は生じない。
このような使用法を適用することで、予め多数の同一形状のコイル3を連続的に並べて形成したフィルム型サーチコイル1を生産しておき、使用する個数だけコイル3をユーザが切り出して用いることができる。
As described above, when one film
By applying such usage, a film-
例えば、上述した第2の実施形態のように、モータの空隙における所定位置Aの磁界を測定する場合には、図6(a)に示すフィルム型サーチコイル1から、コの字形コイル3を1つだけ切り出して用いればよい。また、上述した第3の実施形態のように、モータの空隙における磁束密度分布を測定する場合には、図6(b)に示すフィルム型サーチコイル1からコの字形コイル3を必要な分だけ複数切り出して用いればよい。
For example, when measuring the magnetic field at the predetermined position A in the air gap of the motor as in the second embodiment described above, the
これにより、センサの共通化が測れ、コスト低減、資源の有効利用が可能となる。
また、上記各実施形態においては、フィルム型サーチコイル1でモータの磁束を測定する場合について説明したが、モータ以外の電磁機器の磁束測定にも利用可能である。
As a result, the common use of sensors can be measured, cost reduction, and effective use of resources can be achieved.
In each of the above embodiments, the case of measuring the magnetic flux of the motor with the film-
1…フィルム型サーチコイル、2…絶縁フィルム、3…コイル(コの字形コイル)、11…歯、12…ヨーク、21…空隙
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記導体線に鎖交する被測定磁束の変化に応じて前記導体線の両端に発生する誘導起電圧に基づいて、前記被測定磁束を測定することを特徴とする磁界センサ。 An insulating film, and a loop-shaped conductor wire fixed to the surface of the film and electrically open at both ends;
A magnetic field sensor for measuring the magnetic flux to be measured based on an induced electromotive voltage generated at both ends of the conductor wire in accordance with a change in the magnetic flux to be measured linked to the conductor wire.
前記被測定磁束の磁束密度分布が空間的に一定である一方向と、前記長方形状の長辺に相当する導体部が延在する方向とが一致し、前記一方向に直交し前記磁束密度分布が空間的に変化する方向と、前記長方形状の短辺に相当する導体部が延在する方向とが一致するように配置することを特徴とする請求項1又は2に記載の磁界センサ。 The conductor wire is formed in a substantially U-shape of a rectangular shape with a short side of the conductor portion facing the conductor opening portion in the open state,
One direction in which the magnetic flux density distribution of the magnetic flux to be measured is spatially constant coincides with a direction in which a conductor corresponding to the long side of the rectangular shape extends, and is perpendicular to the one direction and the magnetic flux density distribution. 3. The magnetic field sensor according to claim 1, wherein the magnetic field sensor is arranged so that a direction in which the space changes spatially coincides with a direction in which a conductor portion corresponding to the short side of the rectangle extends.
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