JP2015152473A - 検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】体格を小型化すると共に、検出精度を高めることの可能な検出装置を提供する。
【解決手段】 検出装置１は、磁石１０のＮ極側に第１検出部１１を備え、Ｓ極側に第２検出部２１を備える。第１検出部１１は第１コア１２とそこに巻き回された第１コイル１４を有し、第２検出部２１は第２コア２２とそこに巻き回された第２コイル２４を有する。第１コイル１４の巻き方向と第２コイル２４の巻き方向を逆向きとして、第１コイル１４の磁石側から取り出された配線１４１と第２コイル２４の磁石側から取り出された配線２４１とを直列接続する。これにより、検出装置１は、そこに印加される外乱磁界による第１コイル１４の出力と第２コイル２４の出力を打ち消し、第１検出部１１の反磁石側を移動するブレード２の渦電流の磁界によって生じる第１コイル１４の出力を検出することが可能である。
【選択図】図２

Description

本発明は、被検体の移動を検出する検出装置に関する。

従来より、非磁性体から形成された被検体の移動を、その被検体に非接触で検出する検出装置が知られている。
特許文献１に記載の検出装置は、被検体としてのタービンエンジンのファンブレードの回転方向に並べて配置した第１の足部、磁石及び第２の足部を背板によって接続している。足部と背板は磁性体であり、２本の足部にはそれぞれ逆向きにコイルが巻き回されている。２個のコイルは、反ファンブレード側から取り出された配線同士が直列接続され、ファンブレード側から取り出された配線がそれぞれ検出回路に接続されている。
この検出装置は、ファンブレードが回転する際、ファンブレードに生じた渦電流の磁界により２個のコイルに生じる誘導起電力を検出回路が検出する。一方、検出装置に外乱磁界が印加された際、２個のコイルに生じた起電力は打ち消される。

特開昭４９−４７８０７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の検出装置は、ファンブレードの回転方向に第１の足部と磁石と第２の足部とを並べて配置しているので、その体格が大きくなり、搭載性が悪化する。
また、この検出装置は、複数枚のファンブレードの間隔が狭い場合、一枚のファンブレードの渦電流の磁界が第１の足部に影響を与えると同時に、その前又は後に位置するファンブレードの渦電流の磁界が第２の足部に影響を与えるおそれがある。これにより、検出装置の検出精度が悪化することが懸念される。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、体格を小型化すると共に、非磁性の導体から形成された被検体を高精度に検出することの可能な検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、被検体の移動を検出する検出装置において、磁石の一方の磁極側に設けた第１検出部と磁石の他方の磁極側に設けた第２検出部により、外乱磁界による両検出部の出力を打ち消し、被検体の渦電流の磁界による第１検出部の出力を検出することを特徴とする。

これにより、第１検出部の反磁石側を被検体が移動すると、被検体には、被検体を貫く磁石の磁界を打ち消す向きに磁界を生じる起電力が生じ、そこに渦電流が流れる。この渦電流によって生じた磁界により、第１検出部の第１コアに流れる磁束が変化する。ここで、磁界の強さは距離の２乗に反比例するので、磁石を挟んで第１検出部の反対側に設けられた第２検出部の第２コアに流れる磁束は殆ど変化しない。そのため、検出装置は、第１コイルに生じる誘導起電力を検出することにより、被検体の移動を検出可能である。

一方、第１検出部と第２検出部に対し同時に外乱磁界が印加される場合、検出装置は、第１コイルと第２コイルに同時に発生する誘導起電力を打ち消す。これにより、検出装置は、外乱磁界の影響を受けることなく、被検体の移動を高精度に検出することができる。

また、検出装置は、磁石の一方の磁極側に第１検出部を配置し、他方の磁極側に第２検出部を配置することで、その体格を小型化することが可能である。これにより、検出装置の搭載性を高めることができる。

さらに、検出装置は、被検体の移動方向に対して第１検出部と磁石と第２検出部とを垂直に配置することで、被検体が移動方向に複数個並んでいる場合、１個の被検体の移動を検出する際に、その前後に位置する他の被検体による影響を低減することができる。

本発明の第１実施形態による検出装置の断面図である。 本発明の第１実施形態による検出装置の模式図である。 磁石の磁界と、被検体に流れる渦電流による磁界を示した説明図である。 第１実施形態の検出装置による電圧検出の解析図である。 本発明の第２実施形態による検出装置の断面図である。 本発明の第３実施形態による検出装置の模式図である。 本発明の第４実施形態による検出装置の模式図である。 第４実施形態の検出装置による電圧検出の解析図である。 本発明の第５実施形態による検出装置の模式図である。

以下、本発明による実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１から図４に示す。第１実施形態の検出装置１は、例えばエンジンの過給機を構成するタービンブレード（以下「ブレード」という）２の回転数を検出するものである。本実施形態のブレード２が特許請求の範囲に記載の「被検体」の一例に相当する。
このブレード２は、例えばアルミ又はチタンなどの非磁性の導体から薄板状に形成されたものである。ブレード２は、図１の矢印Ａで示す方向に、検出装置１と非接触で回転する。

検出装置１は、磁石１０、第１検出部１１、第２検出部２１及びケース３０などを備えている。
磁石１０は、ブレード側にＮ極、反ブレード側にＳ極が着磁されている。なお、磁石１０は、Ｎ極とＳ極が逆向きに着磁されていてもよい。磁石１０は、第１検出部１１の第１コア１２を通じて、ブレード２が通過する箇所に静磁界を形成する。

磁石１０のＮ極側に第１検出部１１が設けられ、Ｓ極側に第２検出部２１が設けられる。
第１検出部１１は、例えば鉄などの磁性体から形成された第１コア１２と、その第１コア１２の径外側に設けられた第１ボビン１３と、その第１ボビン１３に巻き回された第１コイル１４を有する。
第２検出部２１は、例えば鉄などの磁性体から形成された第２コア２２と、その第２コア２２の径外側に設けられた第２ボビン２３と、その第２ボビン２３に巻き回された第２コイル２４を有する。

磁石１０と第１コア１２と第２コア２２は、いずれも円柱状または角柱状に形成され、同軸に配置される。即ち、磁石１０と第１コア１２と第２コア２２の中心軸Ｏは、同一である。
また、磁石１０と第１検出部１１の隙間の距離αと、磁石１０と第２検出部２１の隙間の距離βは同一である。
第１検出部１１と第２検出部２１とは同一の諸元である。即ち、第１コア１２の径、長さ及び材質等と、第１コア１２の径、長さ及び材質等は同一である。また、第１ボビン１３の形状等と、第２ボビン２３の形状等は同一である。また、第１コイル１４の材質及び巻き数等と、第２コイル２４の材質及び巻き数等は同一である。

図２に示すように、本実施形態では、第１コイル１４の巻き方向と、第２コイル２４の巻き方向とが反対向きである。軸方向から見て、第１コイル１４は左巻きであり、第２コイル２４は右巻きである。なお、軸方向から見て、第１コイル１４を右巻きとして、第２コイル２４を左巻きとしてもよい。
第１コイル１４の磁石側から取り出された配線１４１は、第２コイル２４の磁石側から取り出された配線２４１に直列接続されている。

一方、第１コイル１４の反磁石側から取り出された配線１４２と、第２コイル２４の反磁石側から取り出された配線２４２は、図１に示す２本のワイヤケーブル３１，３２に電気的に接続される。２本のワイヤケーブル３１，３２は、コネクタ３３に設けられた図示しない２本の端子に電気的に接続される。
本実施形態において、第１コイル１４と第２コイル２４の巻き方向を逆向きとして、第１コイル１４の磁石側から取り出された配線１４１と第２コイル２４の磁石側から取り出された配線２４１とを直列接続した構成が、特許請求の範囲に記載の「出力検出手段」の一例に相当する。

ケース３０は、非磁性体の金属又は樹脂などから形成され、上述した磁石１０、第１検出部１１、第２検出部２１などを収容する。

次に、検出装置１がブレード２の回転数を検出する方法について説明する。
図３では、磁石１０の磁界を鎖線Ｂ１で示し、ブレード２に流れる渦電流を一点鎖線Ｉで示し、その渦電流による磁界を２点鎖線Ｂ２で示している。ブレード２は、矢印Ａで示す方向に回転する。
ブレード２が磁石１０の磁界Ｂ１の範囲内を移動すると、ブレード２を貫く磁界Ｂ１の変化を打ち消す向きに磁界Ｂ２を生じるような起電力がブレード２に生じるため、そこに渦電流Ｉが流れる。この渦電流Ｉによって生じた磁界Ｂ２により、第１コア１２を流れる磁束が変化する。これにより、第１コイル１４に誘導起電力が生じる。
ここで、磁界の強さは距離の２乗に反比例するので、磁石１０を挟んで第１コア１２と反対側に設けられた第２コア２２に流れる磁束は殆ど変化しない。そのため、第１コイル１４と第２コイル２４に直列接続されたコネクタ３３の端子の電圧を検出することにより、検出装置１はブレード２の回転を検出することが可能である。

続いて、検出装置１に対し、例えばロードヒーターや送電線などから外乱磁界が印加された場合について説明する。
第１検出部１１と第２検出部２１に対し同時に外乱磁界が印加されると、磁石１０の磁界Ｂ１の変化に応じて第１コア１２と第２コア２２に流れる磁束が同時に変化し、第１コイル１４と第２コイル２４に起電力が生じる。第１コイル１４と第２コイル２４の巻き方向は逆向きであるので、第１コイル１４に生じる起電力の方向と、第２コイル２４に生じる起電力の方向とは逆向きである。そのため、第１コイル１４の出力と第２コイル２４の出力は打ち消される。これにより、検出装置１は、外乱磁界の影響を受けることなく、ブレード２の移動を高精度に検出することができる。

図４（Ａ）は、検出装置１がブレード２の移動を検出する場合の第１コイル１４の出力電圧と、第２コイル２４の出力電圧と、検出装置１の出力電圧を示したものである。
図４（Ｂ）は、検出装置１に外乱磁界（ノイズ）を印加した場合の第１コイル１４の出力電圧と、第２コイル２４の出力電圧と、検出装置１の出力電圧を示したものである。
図４（Ａ）に示すように、検出装置１がブレード２の移動を検出する場合、検出装置１をブレード２が横切るごとに、第１コイル１４の出力電圧が大きく変化する。一方、第２コイル２４の出力電圧は僅かに変化するものの、その出力電圧の変化は無視できる程度に小さい。したがって、第１コイル１４と第２コイル２４を直列接続した検出装置１の出力により、ブレード２の移動を正確に検出することが可能である。

図４（Ｂ）に示すように、検出装置１に外乱磁界を印加した場合、第１コイル１４の出力電圧と第２コイル２４の出力電圧は同一の振高、波長で逆位相となる。そのため、第１コイル１４と第２コイル２４を直列接続した検出装置１の出力は０になる。したがって、検出装置１は、外乱磁界の影響を受けることなく、ブレード２の移動を正確に検出することが可能である。

第１実施形態の検出装置１は、次の作用効果を奏する。
（１）第１実施形態では、検出装置１は、磁石１０の一方の磁極側に第１検出部１１を配置し、他方の磁極側に第２検出部２１を配置している。これにより、検出装置１は、その体格を小型化することが可能である。したがって、検出装置１は、例えばエンジンの過給機等の搭載スペースが狭い場合でも容易に搭載することができる。
さらに、検出装置１は、第１検出部１１、磁石１０及び第２検出部２１をブレード２の回転方向に対して垂直に配置することで、回転方向に複数枚のブレード２が並んでいる場合でも、検出目標のブレード２の前後に位置する他のブレード２の影響を受けず、ブレード２の回転数を正確に検出することができる。

（２）第１実施形態では、検出装置１は、磁石１０の磁極が並ぶ中心軸Ｏと、第１検出部１１の中心軸Ｏと、第２検出部２１の中心軸Ｏとが同一である。
これにより、検出装置１の体格を小型化し、その搭載性を高めることができる。
また、外乱磁界によって発生する第１コイル１４の出力と第２コイル２４の出力とが同等の大きさになるので、外乱磁界による影響を確実に打ち消すことができる。

（３）第１実施形態では、出力検出手段として、第１コイル１４と第２コイル２４の巻き方向を逆向きとし、第１コイル１４の磁石側から取り出された配線１４１と第２コイル２４の磁石側から取り出された配線２４１とを直列接続する。
これにより、外乱磁界が印加された場合に発生する第１コイル１４の出力と第２コイル２４の出力を打ち消すことが可能である。
また、第１コイル１４と第２コイル２４とを接続する配線１４１，２４１を短くすることが可能である。

（４）第１実施形態では、第１検出部１１と第２検出部２１とは同一の諸元である。
これにより、外乱磁界が印加された際に発生する第１コイル１４の出力と第２コイル２４の出力とが略同じ大きさになるので、外乱磁界の影響を確実に打ち消すことができる。

（５）第１実施形態では、磁石１０と第１検出部１１との隙間の距離αと、磁石１０と第２検出部２１との隙間の距離βとは同一である。
これにより、磁石１０に対して第１検出部１１と第２検出部２１とが同じ距離で配置されるので、第１検出部１１と第２検出部２１に対する磁石１０の磁界の強さが同じになる。そのため、外乱磁界が印加された際、磁石１０の磁界の変化に応じた第１コア１２の磁束の変化量と第２コア２２の磁束の変化量とが同じになる。したがって、その際の第１コイル１４の出力と第２コイル２４の出力とが略同じ大きさになるので、検出装置１は、外乱磁界の影響を確実に打ち消すことができる。

（６）第１実施形態では、磁石１０と第１検出部１１との間に隙間が設けられ、磁石１０と第２検出部２１との間に隙間が設けられる。
これにより、第１コア１２と第２コア２２と磁石１０を組付ける際、これらが衝突して磁石１０が割れることを防ぐことができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態の検出装置１を図５に示す。以下、複数の実施形態において上述した第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
第２実施形態では、磁石１０と第１検出部１１とが当接し、磁石１０と第２検出部２１とが当接している。
これにより、第２実施形態では、磁石１０と第１検出部１１とのエアギャップによる磁力の損失が小さくなるので、磁石１０からブレード２に与える磁界が強くなる。そのため、ブレード２に生じる渦電流の磁界が強くなる。したがって、検出装置１は、感度が向上するので、ブレード２の回転を高精度に検出することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態の検出装置１を図６に示す。第３実施形態では、第１コイル１４の両端の配線１４３，１４４と、第２コイル２４の両端の配線２４３，２４４とが別々に電子回路４０に接続されている。第１コイル１４と第２コイル２４の巻き方向は逆向きである。電子回路４０は、第１コイル１４の出力と第２コイル２４の出力とを加算するものである。これにより、電子回路４０は、外乱磁界の影響を打ち消し、ブレード２の移動を高精度に検出することができる。
第３実施形態の電子回路４０は、特許請求の範囲に記載の「出力検出手段」の一例に相当する。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態の検出装置１を図７及び図８に示す。図７に示すように、第４実施形態では、第１コイル１４と第２コイル２４の巻き方向が同じ向きである。第１コイル１４の両端の配線１４３，１４４と、第２コイル２４の両端の配線２４３，２４４とは、別々に電子回路４０に接続されている。電子回路４０は、第１コイル１４の出力と第２コイル２４の出力とを減算するものである。

第４実施形態の検出装置１による電圧検出の解析図を図８に示す。
図８（Ａ）は、検出装置１がブレード２の移動を検出する場合の第１コイル１４の出力電圧と、第２コイル２４の出力電圧と、電子回路４０の出力電圧を示したものである。
図８（Ｂ）は、検出装置１に外乱磁界（ノイズ）を印加した場合の第１コイル１４の出力電圧と、第２コイル２４の出力電圧と、電子回路４０の出力電圧を示したものである。

図８（Ａ）に示すように、検出装置１がブレード２の移動を検出する場合、第１コイル１４の出力電圧が大きく変化する。一方、第２コイル２４の出力電圧は無視できる程度に僅かに変化する。したがって、電子回路４０は、第１コイル１４の出力と第２コイル２４の出力とを減算することにより、ブレード２の移動を正確に検出することが可能である。

図８（Ｂ）に示すように、検出装置１に外乱磁界を印加した場合、第１コイル１４の出力電圧と第２コイル２４の出力電圧は同一の振高、波長で同位相となる。そのため、電子回路４０は、第１コイル１４の出力と第２コイル２４の出力とを減算することにより、その出力は０になる。
したがって、検出装置１の電子回路４０は、外乱磁界の影響を打ち消し、ブレード２の移動を正確に検出することができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態の検出装置１を図９に示す。第５実施形態では、第１コイル１４と第２コイル２４の巻き方向が同一である。第１コイル１４の磁石側から取り出された配線１４５と第２コイル２４の反磁石側から取り出された配線２４５とが直列接続されている。
これにより、外乱磁界が印加されると、第１コイル１４に生じる起電力の方向と、第２コイル２４に生じる起電力の方向とは同じ向きとなる。そのため、第１コイル１４の磁石側の配線１４５と第２コイル２４の反磁石側の配線２４５とが直列接続されていることから、第１コイル１４の出力と第２コイル２４の出力は打ち消される。これにより、検出装置１は、外乱磁界の影響を受けることなく、ブレード２の移動を高精度に検出することができる。

（他の実施形態）
（１）上述した実施形態では、ブレードの回転数を検出する検出装置について説明した。これに対し、他の実施形態では、検出装置は、非磁性の導体から形成された種々の被検体の移動を検出することが可能である。
（２）第１実施形態では、第１コイルと第２コイルの巻き方向を逆向きとして、第１コイルの磁石側から取り出された配線と、第２コイルの磁石側から取り出された配線とを直列接続した。
これに対し、他の実施形態では、第１コイルと第２コイルの巻き方向を逆向きとして、第１コイルの反磁石側から取り出された配線と、第２コイルの反磁石側から取り出された配線とを直列接続してもよい。この構成によっても、検出装置は、外乱磁界による影響を打ち消すことができる。
（３）また、第５実施形態では、第１コイルと第２コイルの巻き方向を同じ向きとして、第１コイルの反磁石側から取り出された配線と、第２コイルの磁石側から取り出された配線とを直列接続した。
これに対し、他の実施形態では、第１コイルと第２コイルの巻き方向を同じ向きとして、第１コイルの磁石側から取り出された配線と、第２コイルの反磁石側から取り出された配線とを直列接続してもよい。この構成によっても、検出装置は、外乱磁界による影響を打ち消すことができる。
本発明は、上記複数の実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１ ・・・検出装置
２ ・・・ブレード（被検体）
１０・・・磁石
１１・・・第１検出部
１２・・・第１コア
１４・・・第１コイル
２１・・・第２検出部
２２・・・第２コア
２４・・・第２コイル

Claims (9)

1. 非磁性の導体から形成された被検体（２）の移動を検出する検出装置（１）であって、
   前記被検体が通過する箇所に磁界を生じる磁石（１０）と、
   磁性体の第１コア（１２）、及びその第１コアの径外側に巻き回された第１コイル（１４）を有し、前記磁石の一方の磁極側に設けられた第１検出部（１１）と、
   磁性体の第２コア（２２）、及びその第２コアの径外側に巻き回された第２コイル（２４）を有し、前記磁石の他方の磁極側に設けられた第２検出部（２１）と、
   外乱磁界による前記第１コイルの出力と前記第２コイルの出力を打ち消し、前記第１検出部の反磁石側を移動する前記被検体の渦電流の磁界による前記第１コイルの出力を検出する出力検出手段（１４，１４１−１４５，２４，２４１−２４５，４０）と、を備えることを特徴とする検出装置。
2. 前記磁石の磁極が並ぶ中心軸（Ｏ）と、前記第１検出部の中心軸（Ｏ）と、前記第２検出部の中心軸（Ｏ）とは同軸であることを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
3. 前記出力検出手段は、前記第１コイルと前記第２コイルの巻き方向を逆向きとして、前記第１コイルの磁石側の配線（１４１）と前記第２コイルの磁石側の配線（２４１）とを直列接続するか、又は前記第１コイルの反磁石側の配線と前記第２コイルの反磁石側の配線とを直列接続することにより構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の検出装置。
4. 前記出力検出手段は、前記第１コイルと前記第２コイルの巻き方向を同一として、前記第１コイルの磁石側の配線（１４５）と前記第２コイルの反磁石側の配線（２４５）とを直列接続するか、又は前記第１コイルの反磁石側の配線と前記第２コイルの磁石側の配線とを直列接続することにより構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の検出装置。
5. 前記出力検出手段は、
   前記第１コイルと前記第２コイルの巻き方向が逆向きの場合、前記第１コイルの出力と前記第２コイルの出力とを加算する電子回路（４０）であり、
   前記第１コイルと前記第２コイルの巻き方向が同一の場合、前記第１コイルの出力と前記第２コイルの出力とを減算する電子回路であることを特徴とする請求項１または２に記載の検出装置。
6. 前記第１コアの径、長さ及び材質と、前記第２コアの径、長さ及び材質とは同一であり、
   前記第１コイルの材質及び巻き数と、前記第２コイルの材質及び巻き数とは同一であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の検出装置。
7. 前記磁石と前記第１検出部との距離（α）と、前記磁石と前記第２検出部との距離（β）とは同一であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の検出装置。
8. 前記磁石と前記第１検出部とは当接し、前記磁石と前記第２検出部とは当接していることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の検出装置。
9. 前記磁石と前記第１検出部との間に隙間が設けられ、
   前記磁石と前記第２検出部との間に隙間が設けられることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の検出装置。

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