JP2017211204A - 流量モニター装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流量計測としての機能に合わせて流量を容易に制御できる機能を備えた流量モニター装置を提供する。【解決手段】流路を流れる流体の力により回転するプロペラ（５）の外周に取り付けられた環状の第１の永久磁石（２）とベアリング（３）及びコイル（４）を介して電磁結合される第２の永久磁石（１）の磁束を検出して流量を計測するとともに、コイルに外部装置との接続端子を設けたので、流体の流量をモニターすることができるとともに、外部装置に、例えば発電装置や電流制御装置や物理負荷装置を接続することにより、第１及び第２の永久磁石間の吸引力を高めることによりプロペラの回転運動を抑制することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、流量モニター装置に関し、特に流体（気体、液体、蒸気）の流れる力を利用し流体内でプロペラを回転させることによって流量をモニター（測定）する装置に関するものである。

従来、管路を含む流路（以下、流路と総称する。）に用いられる流量計装置としては、磁束帯の中を動く液体の流量を電気に変換することで流量を計測する電磁式流量計装置（例えば、特許文献１参照。）や、ベルヌーイの定理を利用し流体の流れている流路にオリフィス（絞り弁）を設置し、圧力損失を故意に発生させることで流量を計測する差圧式流量計装置（例えば、特許文献２参照。）や、流体の流れる力を利用し羽根車を回転させ、マグネットが埋め込まれた羽根の先や回転軸により、永久磁石の周囲に広がる磁束を信号として取り出すことで、その回転数により流量を測定する羽根車流量計（例えば、特許文献３参照。）など、種々提案されている。

特開２０１２−１３２８１０号公報 特開２０１１−１８５６３５号公報 特開２００６−１６２２９６号公報

まず、特許文献１のように流路に用いられる電磁式流量計装置については、プロペラを使用しないため摩擦が無く、従って摩擦音が無いという長所はあるが、流量検出できる液体は導電性液体であり導電率を一々確認する必要がある。

特許文献２の差圧式流量計装置についてはベルヌーイの定理を利用し流体の流れている流路にオリフィス（絞り弁）を設置し、圧力損失を故意に発生させることで流量の測定が可能であるが、オリフィスがあるため、圧力損失が大きいという難点がある。

上記の特許文献１及び２、並びに上記の特許文献３では、いずれも流量計測としての機能に限られているため、流量を制御する場合、別途、制御装置を設置しなければならないとともに、流体の流量がもたらす運動エネルギーを有効活用できずにいた。

本発明は、斯かる課題を解決するためになされたもので、流量計測としての機能に合わせて流量を容易に制御できる機能を備えた流量モニター装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る流量モニター装置は、流路を流れる流体の力により前記流路内で回転するプロペラと、前記プロペラの外周に取り付けられた環状の第１の永久磁石と、前記第１の永久磁石の外周においてベアリングを介して設けられ、外部装置との接続端子を有する環状のコイルと、前記コイルの外周においてベアリングを介して設けられ前記第１の永久磁石と電磁結合する環状の第２の永久磁石と、前記第２の永久磁石の磁束を検出して前記流体の流量に変換する流量検出部とを備えている。

本発明の流量モニター装置によれば、流路を流れる流体の力により回転するプロペラの外周に取り付けられた環状の第１の永久磁石とベアリング及びコイルを介して電磁結合される第２の永久磁石の磁束を検出して流量を計測するとともに、コイルに外部装置との接続端子を設けたので、流体の流量をモニターすることができるとともに、外部装置に、例えば発電装置や電流制御装置や物理負荷装置、を接続することにより、第１及び第２の永久磁石間の吸引力を高め、以てプロペラの回転運動を抑制制御することができ、同一装置内において、流量制御とその時の流量計測の両機能を同時に発揮することができる。

本発明に係る流量モニター装置の実施の形態１における横断面図である。 本発明に係る流量モニター装置の実施の形態１におけるプロペラの回転状態を矢状面又は冠状面で示した縦断面図である。 本発明に係る流量モニター装置の実施の形態１における磁束の変化を示した縦断面図である。 本発明に係る流量モニター装置の実施の形態１として流量がもたらす運動エネルギーを充電に有効活用する実施例を示した図である。 本発明に係る流量モニター装置の実施の形態１としてコイルに電流を流すことでプロペラの回転運動を制御する実施例を示した図である。 本発明に係る流量モニター装置の実施の形態１としてプロペラの回転運動を制御する実施例を示した図である。 本発明に係る流量モニター装置の実施の形態１における上記の実施の形態〜３を組み込んだ図である。

以下、本発明に係る流量モニター装置の実施の形態を、上記の添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、図中、同一符号は、同一又は相当部分を示す。

実施の形態１．
まず、図１〜図３により、本発明の実施の形態１による流量モニター装置における流量測定機構について説明する。

図１に示す本実施の形態１による流量モニター装置は、例えば水道管の流量を測定する装置に利用可能であり、流体（気体、液体、蒸気）が単位時間当たりに移動する量（体積）を測定するための構造を備えている。素材は流体が移動する際に生じる圧力に耐えることができる構造のものを採用している。

この構造においては、非密閉空間内に配置された永久磁石１と、流体の流れ方向の面を除く密閉空間に配置された永久磁石２との間にベアリング３を介してコイル４が配置されており、永久磁石２内の密閉空間にプロペラ５が設けられている。プロペラ５は永久磁石２を保持する保持機構を有し、ベアリング３の介在によりプロペラ５の回転運動を可能にしている。

図１の横断面図を、縦断面で示した図２に示すように、密閉空間を両側の流路に繋ぐための取付金具６が設けられている。非密閉空間に取り付けた永久磁石１と、密閉空間内のプロペラ５に取り付けた永久磁石２はプロペラ５の回転運動に追従するのに必要な磁気的に結合した相互の吸引力と機構を備えている。なお、内部配線は図示を省略している。

この流量測定機構では、流体の流れる力でプロペラ５を回転させ、密閉空間内のプロペラ５に取り付けた永久磁石２により、非密閉空間に取り付けた永久磁石１を回転させる。これにより、図３に示すように、プロペラ５に取り付けた永久磁石２の周囲に広がる磁束、すなわち磁力線を、流量検出部２０で検出し、電気信号として流量値を取り出すことができる。

ここで、コイル４には、後述する外部装置との接続端子が設けられており、この外部装置を接続することによって、上記の流量測定機構に、流量制御機構を加えることができる。
以下に、その外部装置としての実施例（適用例）を説明する。

＜実施例１＞
管路や溝などの流路を通って流れる流体がプロペラ５に取り付けた永久磁石２を備えた密閉空間内に流れるとプロペラ５が回転する。そして、その時のプロペラ５の加速度によって永久磁石１又は永久磁石２の周囲に広がる磁束とコイル４の巻線との鎖交状態が変化することで相互にもたらす電磁誘導現象によりコイル４の両端子間に電圧が加わり発電する。

この発電量は、図４に示すように、コイル４から交流電気信号として取り出され、整流器８に送られて直流電気信号に変換される。この直流電気信号は、電流検出装置１０において検出され、参照される。このとき、コイル４で発電された電力が十分大きければバッテリー９にて蓄電することができる。

これにより、コイル４に発生された起電力が、この蓄電装置で消費されることにより、永久磁石１−２間の吸引力が増してプロペラ５の回転が抑制される。このときの、流量を上記の流量測定機構により測定すれば、流量抑制とその時の流量測定とが同時に実施できることになる。

＜実施例２＞
本実施例では、図５に示すように、電流制御装置１１を設け、この電流制御装置１１から、取付金具６を介して取り付けたコイル４の外部接続端子に、例えば、交流電流を流すことで密閉空間内のプロペラ５に取り付けた永久磁石２との相互の吸引力が強くなることによってプロペラ５の回転運動を抑制することができる。このときに、流量測定を行えばよい。
この場合、電流を大きくすればするほど、コイル４による電磁誘導現象が抑えられるので、永久磁石１−２間の吸引力が増してプロペラ５の回転運動を抑えることが可能となる。

＜実施例３＞
非密閉空間に取り付けた永久磁石１と、磁気的に結合している密閉空間内のプロペラ５に取り付けた永久磁石２との相互の吸引力で十分に結合されているため非密閉空間に取り付けた永久磁石１を制御することで密閉空間内のプロペラ５の回転運動を制御することができる。

これに着目して、図６に示す本実施形態では、一例として、外部制御装置７を物理的負荷としてプロペラ５に与えることにより、プロペラ５の回転運動を抑制することができる。このときに、流量測定を行えばよい。

＜実施例４＞
図７は、上記の実施例１〜３を組み合わせた実施例を示す。すなわち、コイル４に対して、実施例１による整流器８と電流検出装置１０とバッテリー９を接続し、実施例２による電流制御装置１１を接続し、さらに実施例３による外部制御装置７を接続している。

すなわち、永久磁石１又は永久磁石２とコイル４が相互にもたらす電磁誘導現象により発電させることも可能となるので、整流器８を用いて発電電力を直流化し、発電電力を有効に利用しようとする。例えば、発電された電力の蓄電作用を付与した構成とすることにより、電力を使用しない期間はバッテリー９にて電力を蓄電する効果を得ることができる。

更に発電された電力を無線装置などの負荷、すなわち外部制御装置７に付与した構成とすることにより流量を無線で外部からリアルタイムに確認することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は説明内容に限定するものではなく、応用例を種々考慮できる。例えば各実施の形態を組み合わせを考慮してもよい。また主に流路の利用について述べたが、風速管についても実施可能である。非密閉空間にバッテリーを複数搭載しての利用や外部電源として利用してもよい。また流量モニター装置の構成自身を複数組み合わせたものを応用してもよい。

１ 永久磁石
２ 永久磁石
３ ベアリング
４ コイル
５ プロペラ
６ 取付金具
７ 外部制御装置（物理的負荷）
８ 整流器
９ バッテリー
１０ 電流検出装置
１１ 電流制御装置
２０ 流量検出部

上記の目的を達成するため、本発明に係る流量モニター装置は、流路を流れる流体の力により前記流路内で回転するプロペラと、前記プロペラの外周に環状に取り付けられた複数個の第１の永久磁石と、前記第１の永久磁石の外周にベアリングを介して環状に設けられ、外部装置との接続端子を有する複数個のコイルと、前記コイルの外周にベアリングを介して環状に設けられ、前記第１の永久磁石との間で磁気的に結合されるように設けられた複数個の第２の永久磁石と、前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石との間の磁束を検出して前記流体の流量に変換する流量検出部とを備えている。

本発明の流量モニター装置によれば、流路を流れる流体の力により回転するプロペラの外周に取り付けられた第１の永久磁石とベアリング及びコイルを介して磁気的に結合される第２の永久磁石の磁束を検出して流量を計測するとともに、コイルに外部装置との接続端子を設けたので、流体の流量をモニターすることができるとともに、外部装置に、例えば発電装置や電流制御装置や物理負荷装置、を接続することにより、第１及び第２の永久磁石間の吸引力を高め、以てプロペラの回転運動を抑制制御することができ、同一装置内において、流量制御とその時の流量計測の両機能を同時に発揮することができる。

Claims (4)

1. 流路を流れる流体の力により前記流路内で回転するプロペラと、
   前記プロペラの外周に取り付けられた環状の第１の永久磁石と、
   前記第１の永久磁石の外周にベアリングを介して設けられ、外部装置との接続端子を有する環状のコイルと、
   前記コイルの外周にベアリングを介して設けられ、前記第１の永久磁石と電磁結合する環状の第２の永久磁石と、
   前記第２の永久磁石の磁束を検出して前記流体の流量に変換する流量検出部とを備えた
   流量モニター装置。
2. 前記外部装置は、前記コイルに発生する電圧を入力して前記第１及び第２の永久磁石間の吸引力を高めることにより前記プロペラの回転を抑制する蓄電装置である
   請求項１に記載の流量モニター装置。
3. 前記外部装置は、前記コイルへ交流電流を供給して前記第１及び第２の永久磁石間の吸引力を高めることにより、前記プロペラの回転を抑制する電流制御装置である
   請求項１に記載の流量モニター装置。
4. 前記外部装置は、前記コイルに発生した電力を吸収して前記第１及び第２の永久磁石間の吸引力を高めることにより前記プロペラの回転を抑制する物理的負荷としての制御装置である
   請求項１に記載の流量モニター装置。

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