JP2016008929A - 回転数センサ - Google Patents

Abstract

【課題】検出対象以外の外部金属による影響を受け難くし、検出精度を向上させること。
【解決手段】回転数センサは、回転体（ホイール）１の回転数を検出する。ホイール１には、複数の突起状のブレード２が設けられる。回転数センサは、各ブレード２に対向可能に配置され、各ブレード２の通過を検出する渦電流式のセンサ部３と、センサ部３の各ブレード２と対向する一端面３ａに設けられるコイル５とを備える。コイル５は、互いに巻き方向が異なる２つの平面コイルが、センサ部３の一端面３ａにて隣接して配置される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、回転体の回転数、特に高い回転数を検出する回転数センサに関する。

従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１には、ターボチャージャに設けられる回転数センサが記載されている。ターボチャージャは金属製のコンプレッサホイールを備え、コンプレッサホイールには、検出対象である突起状をなす複数のコンプレッサブレードが一体に形成される。回転数センサは、コンプレッサブレードとの距離を検出するギャップセンサを備える。ギャップセンサは、コンプレッサブレードと向き合うように固定された渦電流式のセンサ部を含む。このセンサ部は、コンプレッサブレードと向き合う位置に磁界を発生させるコイルを含む。このコイルは、一つの平面コイルで構成されると考えられる。例えば、略円形に巻かれた一つの平面コイルを使用することが考えられる。

特開２００８−０１４６５６号公報

ところが、特許文献１に記載の回転数センサでは、センサ部のコイルで発生する磁界が、検出対象であるコンプレッサブレード以外の外部金属による影響を大きく受けてしまうおそれがあった。このため、外部金属の存在によっては、回転数センサの検出精度を向上させることができなかった。

具体的に説明する。図１２に、従来の回転数センサを概略図により示す。センサ部４３は、樹脂により円筒形に形成され、その一端面４３ａにコイル４５が形成される。センサ部４３の外周には、外部金属を模擬的に存在させるために金属製筒４６がスライド可能に設けられる。コイル４５は、金属製の検出対象２１に対向して配置される。ここでは、検出対象２１とコイル４５との間隔を一定値（例えば「０.１（ｍｍ）」）とし、センサ部４３上にて筒４６をスライドさせることにより、筒４６の先端からコイル４５の先端までの距離Ｄ１を最大値（例えば「９（ｍｍ）」）から最小値（例えば「０（ｍｍ）」）へ変化させた。このように距離Ｄ１を変化させたのは、コイル４５の周辺に外部金属が近付くときの検出対象２１に対するセンサ部４３の感度の変化を再現したものである。図１３に、距離Ｄ１に対するコイル４５の測定値（インピーダンスの変化率Ｘ１）の関係をグラフにより示す。図１３に示すように、距離Ｄ１を徐々に短くすると、変化率Ｘ１は低下していき、距離Ｄ１が「２（ｍｍ）」になるとほぼ「０」となる。すなわち、センサ部４３のコイル４５は、外部金属の影響を受けてセンシング感度を低下させることがわかる。

図１４に、コイルの性能特性をグラフにより示す。このグラフは、横軸に周波数を、縦軸にコイルのインピーダンスＺを示す。図１４において、太線Ａ１は、コイルの周囲に外部金属がなく、検出対象がない場合を、実線Ａ２は、コイルの周囲に外部金属がなく、検出対象がある場合をそれぞれ示す。また、図１４において、太破線Ｂ１は、コイルの周囲に外部金属があり、検出対象がない場合を、破線Ｂ２は、コイルの周囲に外部金属があり、検出対象がある場合をそれぞれ示す。図１４に示すように、コイルの周囲に外部金属がない場合と、コイルの周囲に外部金属がある場合とでは、検出対象があるときとないときとで、周波数特性にずれがあることがわかる。すなわち、コイルが外部金属の影響を受けて出力を変化させることがわかる。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、検出対象以外の外部金属による影響を受け難くし、検出精度を向上させることを可能とした回転数センサを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、回転体の回転数を検出する回転数センサであって、回転体には、回転体と一体に回転する突起部が設けられることと、突起部に対向可能に配置され、突起部の通過を検出する渦電流式のセンサ部と、センサ部の突起部と対向する端面にコイルが設けられることと、コイルは、互いに巻き方向が異なる２つの平面コイルが端面にて隣接して配置されることとを備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、センサ部の一端面に設けられるコイルが、互いに巻き方向が異なる２つの平面コイルが隣接して配置されることにより構成されるので、コイルから発生する磁力線の分布（磁束分布）が狭くなり、検出対象である突起部へ向けて集中する。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、２つの平面コイルが、それぞれ略半円形に巻かれ、隣接して配置されることにより、コイルの全体が円形をなすことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、２つの平面コイルが略半円形に巻かれ、隣接して配置されることでコイルの全体が円形をなすことから、センサ部の一端面に比較的広い面積でコイルを設けることが可能となる。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、２つの平面コイルが、それぞれ略円形に巻かれ、一部が重なるように隣接して配置されることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、２つの平面コイルが略円形に巻かれ、一部が重なるように隣接して配置されることから、平面コイルを従来の平面コイルと同様に略円形に巻けばよいので、コイルの製造が比較的容易となる。

請求項１に記載の発明によれば、検出対象である突起部以外の外部金属による影響を受け難くすることができ、回転数センサとしての検出精度を向上させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、コイルの出力を大きくすることができ、その意味で回転数センサの検出精度を向上させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、回転数センサの製造を比較的容易化することができる。

第１実施形態に係り、ターボチャージャに設けられる回転数センサを示す概略構成図。 第１実施形態に係り、センサ部の一端面に設けられるコイルを示す平面図。 第１実施形態に係り、信号処理回路の出力電圧の変化を示すタイムチャート。 第１実施形態に係り、コイルの性能特性を示すグラフ。 第１実施形態に係り、従来例の回転数センサにつき金属製の検出対象がコイルから離れた離間状態を示す概念図。 第１実施形態に係り、従来例の回転数センサにつき金属製の検出対象がコイルに近付いた接近状態を示す概念図。 第１実施形態に係り、従来例の回転数センサにつき金属製の検出対象がコイルから離れた離間状態であって、センサ部の外周に金属製筒を被せ、コイルの近傍に外部金属を模擬的に施した場合を示す概念図。 第１実施形態に係り、従来例の回転数センサにつき金属製の検出対象がコイルに近付いた接近状態であって、センサ部の外周に金属製筒を被せ、コイルの近傍に外部金属を模擬的に施した場合を示す概念図。 第１実施形態に係り、回転数センサにつき金属製の検出対象がコイルから離れた離間状態であって、センサ部の外周に金属製筒を被せ、コイルの近傍に外部金属を模擬的に施した場合を示す概念図。 第２実施形態に係り、センサ部の一端面に設けられるコイルを示す平面図。 第２実施形態に係り、コイルの性能特性を示すグラフ。 従来例に係り、回転数センサを示す概略図。 従来例に係り、距離に対するコイルの測定値（インピーダンス変化率）の関係を示すグラフ。 従来例に係り、コイルの性能特性を示すグラフ。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の回転数センサを具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態においてターボチャージャに設けられる回転数センサを概略構成図により示す。この回転数センサは、回転体の回転数を検出するように構成され、例えば、２０万回転（ｒｐｍ）程度の高回転を検出するために構成される。図１に示すように、ターボチャージャは金属製のコンプレッサホイール（以下、単に「ホイール」と言う。）１を備え、この回転数センサは、ホイール１を回転体として、その回転数を検出するように構成される。ホイール１には、突起状をなす複数のコンプレッサブレード（以下、単に「ブレード」と言う。）２が一体に形成される。複数のブレード２は、それぞれホイール１と一体に回転する本発明の突起部に相当する。回転数センサは、各ブレード２に対向可能に配置され、各ブレード２の通過を検出する渦電流式のセンサ部３と、そのセンサ部３からの出力信号を受けて処理をする信号処理回路４とを備える。センサ部３は、全体が円筒形状をなし、各ブレード２と対向する一端面３ａには、磁界を発生させるコイル５が設けられる。

図２に、センサ部３の一端面３ａに設けられるコイル５を平面図により示す。図２に示すように、コイル５は、互いに巻き方向が異なる２つの平面コイル１１，１２が一端面３ａにて隣接して配置される。２つの平面コイル１１，１２は、それぞれ略半円形に巻かれ、隣接して配置されることにより、コイル５の全体が円形をなす。

図３に、信号処理回路４の出力電圧の変化をタイムチャートにより示す。ホイール１が回転すると、センサ部３のコイル５から発生する磁界（磁力線）を各ブレード２が通過する。このとき、各ブレード２には、コイル５から発生する磁界（磁力線）を打ち消すように渦電流が発生する。そして、各ブレード２で発生する渦電流により、コイル５で発生する磁界（磁力線）の強さが変化する。これにより、コイル５に流れる電流値が変化し、信号処理回路４から、図３に示すような波形の電圧が出力される。

各ブレード２がセンサ部３に近付いたり、センサ部３から離れたりすることにより、すなわち、回転する各ブレード２の位置がセンサ部３の一端面３ａと対向する位置（最も接近した位置）になる毎に、図３に示すように、信号処理回路４の出力信号にピーク値が現れる。

図４に、この実施形態におけるコイル５の性能特性をグラフにより示す。このグラフは、横軸に周波数を、縦軸にコイル５のインピーダンスＺを示す。図４において、「Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２」の違いは、前述した図１４の説明と同じである。図４に示すように、コイル５の周囲に外部金属がない場合と、コイル５の周囲に外部金属がある場合とでは、検出対象があるときとないときとで、周波数の特性にずれがないことがわかる。すなわち、共振周波数と共振点のインピーダンスの変化が小さくなっていることがわかる。これは、図１４のグラフと対比することで明らかである。つまり、この実施形態では、コイル５が外部金属の影響を受けず、その出力を変化させないことがわかる。

ここで、この回転数センサにおいて、コイル５が外部金属の影響を受けない理由について説明する。図５に、従来例の回転数センサにつき、金属製の検出対象２１がコイル４５から離れた離間状態を概念図により示す。図６に、従来例の回転数センサにつき、金属製の検出対象２１がコイル４５に近付いた接近状態を概念図により示す。図５の離間状態では、コイル４５から磁力線３１（便宜上６本の磁力線３１を示す。）が発生し、それら磁力線３１の分布（磁束分布）がコイル４５の半径方向と軸線方向へ広がる。そして、図６に示すように、検出対象２１がコイル４５に近付くと、検出対象２１の影響によって磁力線３１が打ち消される（便宜上６本の磁力線３１が打ち消される）。ここで、打ち消される磁力線３１が多いほど、コイル４５の特性への影響が大きくなるため、図６においては、回転数センサの検出性能は磁力線３１の本数分となる。

図７に、従来例の回転数センサにつき、金属製の検出対象２１がコイル４５から離れた離間状態であって、センサ部４３の外周に金属製筒４６を被せてコイル４５の近傍に外部金属を模擬的に施した場合を概念図により示す。図８に、従来例の回転数センサにつき、金属製の検出対象２１がコイル４５に近付いた接近状態であって、センサ部４３の外周に金属製筒４６を被せてコイル４５の近傍に外部金属を模擬的に施した場合を概念図により示す。図７の離間状態では、コイル４５から発生する磁力線３１がコイル４５の半径方向と軸線方向へ広がるが、金属製筒４６の影響によって一部の磁力線３１（６本のうち４本）が打ち消される。これは、離間状態においても外部金属によってコイル４５の特性が悪化することを意味する。そして、図８に示すように、検出対象２１がコイル４５に近付くと、検出対象２１の影響によって更に磁力線３１（残りの２本）が打ち消される。ここで、金属製筒４６がある場合に、検出対象２１により打ち消される磁力線３１が少なく（２本）なることから、金属製筒４６がない場合（図５、図６参照）と比較して、回転数センサの検出性能が低下する。

図９には、本実施形態の回転数センサにつき、金属製の検出対象２１がコイル５から離れた離間状態であって、センサ部３の外周に金属製筒６を被せてコイル５の近傍に外部金属を模擬的に施した場合を概念図により示す。この実施形態では、センサ部３の一端面３ａに設けられるコイル５が、互いに巻き方向が異なる２つの平面コイル１１，１２が隣接して配置されることで構成されるので、磁力線３１の分布（磁束分布）がコイル５の半径方向において狭まると共に、軸線方向において検出対象２１へ向けて集中することになる。そのため、磁力線３１が金属製筒６の影響を受け難くなる。すなわち、この磁力線３１は、金属製筒６によっては打ち消されなくなる。この結果、離間状態での回転数センサの検出性能の低下が起こり難くい。

以上説明したこの実施形態の回転数センサによれば、センサ部３の一端面３ａに設けられるコイル５が、互いに巻き方向が異なる２つの平面コイル１１，１２が隣接して配置されることで構成される。従って、コイル５から発生する磁力線３１の分布（磁束分布）がコイル５の半径方向へ狭くなり、検出対象であるブレード２へ向けて集中することになる。このため、コイル５の近傍に外部金属が存在しても、検出対象であるブレード２以外の外部金属による影響を受け難くすることができ、回転数センサとしての検出精度を向上させることができる。

この実施形態によれば、２つの平面コイル１１，１２が略半円形に巻かれ、隣接して配置されることでコイル５の全体が円形をなすことから、センサ部３の一端面３ａに比較的広い面積でコイル５を設けることが可能となる。このため、コイル５の出力を大きくすることができ、その意味でも回転数センサの検出精度を向上させることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の回転数センサを具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

この第２実施形態において、第１実施形態と同等の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。

この実施形態では、コイル５の構成の点で第１実施形態と異なる。図１０に、センサ部３の一端面３ａに設けられるコイル５を平面図により示す。この実施形態では、コイル５を構成する２つの平面コイル１６，１７が、それぞれ略円形に巻かれ、一部が重なるように隣接して配置される。

図１１に、この実施形態におけるコイル５の性能特性をグラフにより示す。このグラフは、横軸に周波数を、縦軸にコイル５のインピーダンスＺを示す。図１１において、「Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２」の違いは、図１４の説明と同じである。図１１に示すように、コイル５の周囲に外部金属がない場合と、コイル５の周囲に外部金属がある場合とでは、検出対象があるときとないときとで、周波数のピークに多少の違いはあるものの、特性にずれがないことがわかる。これは、図１４のグラフと対比することで明らかである。すなわち、この実施形態でも、コイル５が外部金属の影響を受け難く、その出力を変化させ難いことがわかる。

以上説明したこの実施形態の回転数センサによれば、第１実施形態の作用効果に対し、次の点で異なる。すなわち、２つの平面コイル１６，１７が略円形に巻かれ、一部が重なるように隣接して配置されることから、平面コイル１６，１７を従来の平面コイルと同様に略円形に巻けばよいので、コイル５の製造が比較的容易となる。このため、この意味で第１実施形態に比べ回転数センサの製造を容易化することができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することができる。

例えば、前記各実施形態では、ターボチャージャのホイール１の各ブレード２を検出対象とする回転数センサに具体化したが、検出対象はこれに限られるものではなく、回転体に設けられる突起部であればよい。

この発明は、回転体の回転数、特に高い回転数を検出する回転数センサに利用することができる。

１ ホイール（回転体）
２ ブレード（突起部）
３ センサ部
３ａ 一端面
５ コイル
１１ 平面コイル
１２ 平面コイル
１６ 平面コイル
１７ 平面コイル

Claims (3)

1. 回転体の回転数を検出する回転数センサであって、
   前記回転体には、前記回転体と一体に回転する突起部が設けられることと、
   前記突起部に対向可能に配置され、前記突起部の通過を検出する渦電流式のセンサ部と、
   前記センサ部の前記突起部と対向する端面にコイルが設けられることと、
   前記コイルは、互いに巻き方向が異なる２つの平面コイルが前記端面にて隣接して配置されることと
   を備えたことを特徴とする回転数センサ。
2. 前記２つの平面コイルが、それぞれ略半円形に巻かれ、隣接して配置されることにより、前記コイルの全体が円形をなすことを特徴とする請求項１に記載の回転数センサ。
3. 前記２つの平面コイルが、それぞれ略円形に巻かれ、一部が重なるように隣接して配置されることを特徴とする請求項１に記載の回転数センサ。

Images