JP2018155722A - 環境検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数掃引によらず温度等の周辺環境を検出することの可能な環境検出装置を提供する。【解決手段】環境検出装置１は、互いに磁気的に結合する第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２と、第１コイルＬ１に接続されるシュミットトリガインバータ１０と、第２コイルＬ２に接続され、温度によってインピーダンスが変化するサーミスタＲsと、を備え、サーミスタＲsのインピーダンスによって変化する周波数で発振する。第１コイルＬ１を含む一次側回路５と、第２コイルＬ２を含む二次側回路７は、互いに仕切り部材１２で仕切られた第１空間と第２空間に分けて配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、温度等の環境を検出する環境検出装置に関する。

例えばワイヤを引き出せない閉じられた空間内にある対象物の温度を検出したい場合には、当該対象物の温度情報をワイヤレスで空間外に伝送する必要がある。下記特許文献１は、「加熱室内の被加熱物の温度を検知する感温用のコンデンサ（１９）とコイルアンテナ（２１）とで共振回路を構成したワイヤレス温度プローブ（７）を被加熱物に挿入し，温度プローブ（７）の温度に対応した共振周波数を包含した掃引信号を加熱室内の送信アンテナ（８）より送信し，その信号をワイヤレス温度プローブ（７）を挾んで設置した受信アンテナ（９）で受けて共振点をとらえ，掃引開始から共振点までの時間を別の発振周波数でカウントし，そのカウント数をマイクロコンピュータ（３７）で読み込み，被加熱物の温度を検知」するという内容を開示する。

特開昭６１−８８４８５号公報

特許文献１の技術は、被加熱物の温度に依存した共振周波数をサーチするものであり、送信アンテナから送信する周波数の掃引が必須であり、原理的に複雑であった。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、周波数掃引によらず温度等の周辺環境を検出することの可能な環境検出装置を提供することにある。

本発明のある態様は、環境検出装置である。この環境検出装置は、
互いに磁気的に結合する第１及び第２コイルと、
前記第１コイルに接続される、発振用の増幅器と、
前記第１又は第２コイルに接続され、周辺環境によってインピーダンスが変化する回路素子と、を備え、
前記回路素子のインピーダンスによって変化する周波数で発振するセンサ出力を利用して前記周辺環境を特定する。

前記回路素子は、前記第２コイル側に設けられた受動素子であってもよい。

前記第１コイルを含む一次側回路と、前記第２コイルを含む二次側回路とが、互いに仕切り部材で仕切られた第１空間と第２空間に分けて配置されてもよい。

前記回路素子は、前記第１コイル側に設けられ、
前記第１コイルを含む一次側回路と、前記第２コイルを含む二次側回路とが、互いに仕切り部材で仕切られた第１空間と第２空間に分けて配置され、
前記第２空間から前記第１空間にワイヤレスで電力伝送する電力伝送手段を備え、
前記増幅器は、前記電力伝送手段によって伝送される電力で動作してもよい。

前記第１及び第２コイルが前記仕切り部材を挟んで互いに対向し、
前記仕切り部材は、前記第１及び第２コイルの間に、非磁性材料で形成された部分を有してもよい。

前記非磁性材料で形成された部分は、当該部分が磁性材料で形成された場合と比較して前記第１及び第２コイルの磁気的結合を強めるように作用してもよい。

前記第１及び第２コイルの磁気的結合を強める磁性体を備え、
前記磁性体が、前記非磁性材料で形成された部分の内部及び外部の少なくともいずれかに設けられ、あるいは前記非磁性材料で形成された部分を貫通してもよい。

前記第１及び第２コイルの一方は、他方の周囲を囲むように周回してもよい。

前記第１及び第２コイルは、互いに同軸となるように配置されてもよい。

前記第１及び第２コイルの一方は、他方の径方向外側において他方を囲まないように周回してもよい。

前記第１及び第２コイルの磁気的結合を強める磁性体を備え、
前記磁性体は、前記第１及び第２コイルの他方の内側に位置し若しくは延在し、及び／又は、前記第１及び第２コイルの他方の一端若しくは両端から径方向外側に延在してもよい。

前記磁性体に近接配置されて前記磁性体を補強する非磁性体を備えてもよい。

前記周辺環境は、温度、湿度、又は圧力であり、
前記回路素子は、温度検出素子、湿度検出素子、又は圧力検出素子であってもよい。

補償用回路と、環境特定部と、を備え、
前記補償用回路は、互いに磁気的に結合する第３及び第４コイルを有し、
前記環境特定部は、前記センサ出力と前記補償用回路の補償用出力とを利用して前記周辺環境を特定してもよい。

前記補償用回路は、前記第３コイルに接続される、発振用の増幅器を有し、
前記補償用出力は、前記周辺環境によって変化しない周波数で発振し、又は前記周辺環境による周波数の変化が前記センサ出力と異なり、
前記環境特定部は、前記センサ出力の周波数と前記補償用出力の周波数との差に基づいて前記周辺環境を特定してもよい。

本発明のもう１つの態様は、環境検出装置である。この環境検出装置は、
センサ回路と、補償用回路と、環境特定部と、を備え、
前記センサ回路は、互いに磁気的に結合する第１及び第２コイルと、前記第１又は第２コイルに接続され、周辺環境によってインピーダンスが変化する回路素子と、を有し、
前記補償用回路は、互いに磁気的に結合する第３及び第４コイルを有し、
前記環境特定部は、前記センサ回路のセンサ出力と前記補償用回路の補償用出力とを利用して前記周辺環境を特定する。

前記第１及び第３コイルが互いに同じ空間に存在し、
前記第２及び第４コイルが互いに同じ空間に存在し、
前記第１及び第３コイルの相対位置関係と前記第２及び第４コイルの相対位置関係とが互いに等しくてもよい。

前記第１及び第２コイルの結合係数と前記第３及び第４コイルの結合係数とが互いに等しくてもよい。

本発明のもう１つの態様は、環境検出装置である。この環境検出装置は、
複数のセンサ回路と、複数の補償用回路と、環境特定部と、を備え、
各々のセンサ回路は、互いに磁気的に結合する第１及び第２コイルと、前記第１又は第２コイルに接続され、周辺環境によってインピーダンスが変化する回路素子と、を有し、
各々の補償用回路は、互いに磁気的に結合する第３及び第４コイルを有し、
前記環境特定部は、前記センサ回路及び前記補償用回路からなるペアの各々について、前記センサ回路のセンサ出力と前記補償用回路の補償用出力とを利用して前記周辺環境を特定する。

前記センサ回路及び前記補償用回路が交互に配置されてもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、周波数掃引によらず温度等の周辺環境を検出することの可能な環境検出装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る環境検出装置１の概略回路図。 環境検出装置１の等価回路図であって、図１の第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、及びサーミスタＲsを、等価的にインピーダンスＺで置き換えた等価回路図。 第１コイルＬ１を非磁性板１５の一方の面に設けた状態の概略斜視図。 第２コイルＬ２を非磁性板１５の他方の面に設けた状態の概略斜視図。 環境検出装置１における、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、及び仕切り部材１２の断面図。 本発明の実施の形態２に係る環境検出装置２の概略ブロック図。 環境検出装置２の受信回路２１及びセンサ回路２７の概略回路図。 本発明の実施の形態３に係る環境検出装置１Ａの概略回路図。 第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２と、第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４と、の位置ずれが無い場合の相対配置を示す模式図。 第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２と、第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４と、の位置ずれが有る場合の相対配置を示す模式図。 本発明の実施の形態４に係る環境検出装置２Ａの概略回路図。 本発明の実施の形態５に係る環境検出装置３の概略回路図。 本発明の実施の形態６に係る環境検出装置４の模式図。 本発明の他の実施の形態であり、非磁性板１５の内部に磁性体１８を設けた実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図。 本発明の他の実施の形態であり、非磁性板１５の外部両側に磁性体１９ａ,１９ｂを設けた実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図。 本発明の他の実施の形態であり、非磁性板１５の内部に磁性体１８を設け、かつ非磁性板１５の外部両側に磁性体１９ａ,１９ｂを設けた実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図。 本発明の他の実施の形態であり、非磁性板１５を貫通する磁性体２０を設けた実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図。 本発明の他の実施の形態であり、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２を同軸（同心）配置した実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図。 図１８に対して第１コイルＬ１を貫通する磁性体２８を追加した実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図。 図１８に対して第１コイルＬ１の両端からそれぞれ径方向外側に広がる磁性体２９ａ、２９ｂを追加した実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図。 図１８に対して第１コイルＬ１を貫通する磁性体２８及び第１コイルＬ１の両端からそれぞれ径方向外側に広がる磁性体２９ａ、２９ｂを追加した実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図。 図１９に対して磁性体２８の周囲を近接して囲む非磁性体３８を追加した実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図。 図２１に対して磁性体２８の周囲を近接して囲む非磁性体３８及び磁性体２９ａ、２９ｂの上下を近接して覆う非磁性体３９ａ、３９ｂを追加した実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図。 本発明の他の実施の形態であり、第２コイルＬ２が第１コイルＬ１の径方向外側において第１コイルＬ１を囲まないように周回する実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図。 図２４に対して第１コイルＬ１の両端からそれぞれ径方向外側かつ第２コイルＬ２側に延在する磁性体２９ａ、２９ｂを追加した実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図。 図２５に対して磁性体２８の周囲を囲む非磁性体３８及び磁性体２９ａ、２９ｂの上下を覆う非磁性体３９ａ、３９ｂを追加した実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図。 図２４において、第１コイルＬ１に電流が流れた場合に発生する磁力線に合わせて第２コイルＬ２を傾けた実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図。 本発明の他の実施の形態であり、第１及び第２空間の境界が矩形凹凸部を有する場合において第１コイルＬ１及び第２コイル、並びに第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４を凹凸の側面を挟んで対向させた実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図。 図２８において第１コイルＬ１及び第２コイル、並びに第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４を凹凸の底面を挟んで対向させた実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図。 本発明の他の実施の形態であり、第１及び第２空間の境界がＶ字凹凸部を有する場合において第１コイルＬ１及び第２コイル、並びに第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４を凹凸の側面を挟んで対向させた実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

（実施の形態１）
図１〜図５を参照し、本発明の実施の形態１を説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る環境検出装置１の概略回路図である。環境検出装置１は、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、サーミスタＲs、コンデンサＣ、及び発振用の増幅器の例示であるシュミットトリガインバータ１０を備える。シュミットトリガインバータ１０の入力端子にコンデンサＣの一端が接続される。コンデンサＣの他端はグランドに接続される。シュミットトリガインバータ１０の出力端子に第１コイルＬ１の一端が接続される。第１コイルＬ１の他端はシュミットトリガインバータ１０の入力端子及びコンデンサＣの一端に接続される。シュミットトリガインバータ１０の出力端子と第１コイルＬ１との相互接続点からセンサ出力Ｖoutが取り出される。第１コイルＬ１、コンデンサＣ、及びシュミットトリガインバータ１０は、一次側回路５を構成する。二次側回路７は、一次側回路５と絶縁された回路であり、第２コイルＬ２及びサーミスタＲsで構成される閉回路である。サーミスタＲsは、周辺環境によってインピーダンスが変化する回路素子の例示であり、ここでは温度によって抵抗値が変化する受動素子（温度検出素子）である。

環境検出装置１において、一次側回路５及び二次側回路７は、互いに仕切り部材１２で仕切られた第１空間及び第２空間に分けて配置される。第１空間は、非検出対象の空間であり、ケーブルで電源を取ることの可能な通常空間である。第２空間は、検出対象となる環境を有する空間であり、例えば仕切り部材１２によって閉じられていて第１空間との間でケーブルを渡すことができない空間である。第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２は、仕切り部材１２を挟んで互いに磁気的に結合する。

各素子の定数の一例を挙げると、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２のインダクタンス値は０．１ｍＨ、サーミスタＲsの２５℃における抵抗値は３ｋΩ、コンデンサＣの容量値は１５０ｐＦである。

図２は、環境検出装置１の等価回路図であって、図１の第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、及びサーミスタＲsを、等価的にインピーダンスＺで置き換えた等価回路図である。インピーダンスＺは次式で示される。なお、次式において、第１コイルＬ１のインダクタンス値、第２コイルＬ２のインダクタンス値、及びサーミスタＲsの抵抗値は、各素子に付した符号（Ｌ１、Ｌ２、Ｒs）によって示される。

環境検出装置１は、シュミットトリガインバータ１０、コンデンサＣ、及びインピーダンスＺにより、発振回路を構成しており、その発振周波数、すなわちセンサ出力Ｖoutの周波数Ｆoscは、次式の関係を満たす。なお、次式において、コンデンサＣの容量値、及びインピーダンスＺのインピーダンス値は、各素子に付した符号（Ｃ、Ｚ）によって示される。

上式から明らかなように、センサ出力Ｖoutの周波数Ｆoscは、サーミスタＲsの抵抗値によって変化する。すなわち、サーミスタＲsが置かれた環境（第２空間）の温度によってサーミスタＲsの抵抗値が特定され、サーミスタＲsの抵抗値によりセンサ出力Ｖoutの周波数Ｆoscが特定される関係にあり、周波数Ｆoscにより、サーミスタＲｓが置かれた環境の温度を知ることができる。

図３〜図５に示すように、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２は、銅等の導線をスパイラル状に周回させた平面コイルであり、仕切り部材１２の一部を構成する非磁性板１５の一方の面及び他方の面に同軸配置される。すなわち、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２は、非磁性板１５を挟んで同軸的に対向配置される。非磁性板１５に対する第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の固定は、特に限定されないが、非磁性板１５の両面にそれぞれスパイラル状の溝を形成して第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２を嵌入（圧入）してもよいし、非磁性板１５の両面に第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の外径と略等しい内径の非貫通穴を形成して第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２を嵌入（圧入）してもよい。

非磁性板１５は、アルミ等の非磁性材料からなる。仕切り部材１２の、非磁性板１５以外の部分は、軟鉄等の軟磁性材料からなる磁性板１７である。磁性板１７に対する非磁性板１５の固定は、特に限定されないが、円板状の非磁性板１５の外周面にネジを切っておき、磁性板１７の円形貫通穴の内周面にもネジを切っておき、非磁性板１５を磁性板１７に螺着させてもよい。あるいは、非磁性板１５の外周面及び磁性板１７の円形貫通穴の内周面をそれぞれテーパー状にしておき、非磁性板１５を磁性板１７に圧入してもよい。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) 環境検出装置１は、サーミスタＲsの抵抗値（インピーダンス）に依存した周波数で発振するため、周波数掃引によらず第２空間の環境（温度）を検出することができる。

(2) 二次側回路７は、受動素子のみによって構成され、電源を必要としないため、第１空間から第２空間にケーブルを渡せない場合であっても環境検出が可能である。

(3) 仕切り部材１２は、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２との間が非磁性板１５であるため、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２との間が全体的に磁性材料で形成される場合と比較して、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２の磁気結合を強力にでき、環境検出の高精度化に有利である。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２に係る環境検出装置２の概略ブロック図である。環境検出装置２は、第１空間に配置された受電回路２６及びセンサ回路２７、並びに第２空間に配置された受信回路２１及び送電回路２５、を備える。第１空間及び第２空間は、仕切り部材１２によって互いに仕切られる。本実施の形態では、第１空間及び第２空間の関係が実施の形態１とは逆である。すなわち、第１空間は、検出対象となる環境を有する空間であり、例えば仕切り部材１２によって閉じられていて第２空間との間でケーブルを渡すことができない空間である。第２空間は、非検出対象の空間であり、ケーブルで電源を取ることの可能な通常空間である。

送電回路２５は、第２空間に位置する第５コイル（送電コイル）Ｌ５から第１空間に位置する第６コイル（受電コイル）Ｌ６にワイヤレス（非接触）で電力を伝送するための回路である。ワイヤレス電力伝送は、例えば電磁誘導や磁気共鳴を利用する。受電回路２６は、整流回路及びコンデンサ等を含み、第６コイルＬ６で受電した交流電力を直流電力に変換してセンサ回路２７に供給する。第５コイルＬ５及び第６コイルＬ６は、仕切り部材１２を挟んで互いに磁気的に結合する。第５コイルＬ５及び第６コイルＬ６は、図３〜図５に示した実施の形態１の第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２と同様に構成することができる。

図７は、環境検出装置２の受信回路２１及びセンサ回路２７の概略回路図である。センサ回路２７は一次側回路であり、受信回路２１は二次側回路である。センサ回路２７は、第１コイルＬ１、サーミスタＲs、コンデンサＣ、抵抗Ｒ１、及びシュミットトリガインバータ１０を有する。受信回路２１は、Ｄ型フリップフロップ２２及び第２コイルＬ２を有する。Ｄ型フリップフロップ２２は、第２コイルＬ２の受信信号をパルス信号に変換する回路である。

センサ回路２７において、シュミットトリガインバータ１０の入力端子に抵抗Ｒ１の一端が接続される。抵抗Ｒ１の他端にコンデンサＣの一端が接続される。コンデンサＣの他端はグランドに接続される。シュミットトリガインバータ１０の出力端子に第１コイルＬ１の一端が接続される。第１コイルＬ１の他端にサーミスタＲsの一端が接続される。サーミスタＲsの他端はコンデンサＣの一端に接続される。シュミットトリガインバータ１０の電源は、図６の受電回路２６から供給される。

受信回路２１において、第２コイルＬ２の一端は、Ｄ型フリップフロップ２２のクロック端子に接続される。第２コイルＬ２の他端は、Ｄ型フリップフロップ２２のクリア端子及びプリセット端子、並びにグランドに接続される。Ｄ型フリップフロップ２２のＤ端子と反転Ｑ端子とが相互に接続される。Ｄ型フリップフロップ２２のＱ端子からセンサ出力Ｖoutが取り出される。本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、センサ出力Ｖoutの周波数Ｆoscは、サーミスタＲsの抵抗値によって変化する。

各素子の定数の一例を挙げると、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２のインダクタンス値は１ｍＨ、サーミスタＲsの２５℃における抵抗値は４９ｋΩ、抵抗Ｒ１の抵抗値は１０ｋΩ、コンデンサＣの容量値は１５０ｐＦである。

本実施の形態の環境検出装置２も、実施の形態１と同様にサーミスタＲsの抵抗値（インピーダンス）に依存した周波数で発振するため、周波数掃引によらず第１空間の環境（温度）を検出することができる。また、本実施の形態では、実施の形態１と異なり、発振用の増幅器であるシュミットトリガインバータ１０を、サーミスタＲsと共に、検出対象の環境を有する空間に配置しているため、シュミットトリガインバータ１０への電力供給のために送電回路２５及び受電回路２６等の電力伝送手段を要する一方で、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２との磁気的結合は実施の形態１ほど強くなくても環境検出が可能である。

（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３に係る環境検出装置１Ａの概略回路図である。環境検出装置１Ａにおいて、センサ回路３０は、図１に示す一次側回路５及び二次側回路７と同構成である。補償用回路３５は、第３コイルＬ３、第４コイルＬ４、抵抗Ｒｆ、コンデンサＣａ、及び発振用の増幅器の例示であるシュミットトリガインバータ１０ａを備える。抵抗Ｒｆの抵抗値は、周辺環境によってほとんど変化しない。

第３コイルＬ３、第４コイルＬ４、コンデンサＣａ、及びシュミットトリガインバータ１０ａは、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、コンデンサＣ、及びシュミットトリガインバータ１０と、好ましくは同性能である（インダクタンス値、容量値、増幅度等のスペック値が等しい）。補償用回路３５における各素子の相互接続は、センサ回路３０における第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、サーミスタＲs、コンデンサＣ、及びシュミットトリガインバータ１０の相互接続と同じである。補償用回路３５の出力（補償用出力）Ｖａは、周辺環境によって変化しない周波数で発振する。

第３コイルＬ３は、第１コイルＬ１と共に第１空間に位置し、第４コイルＬ４は、第２コイルＬ２と共に第２空間に位置する。第１コイルＬ１及び第３コイルＬ３の相対位置関係と、第２コイルＬ２及び第４コイルＬ４の相対位置関係とは、好ましくは互いに等しい。また、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の結合係数と、第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４の結合係数とは、好ましくは互いに等しい。

環境特定部としての演算部４０は、マイクロコントローラ等を含み、センサ回路３０からのセンサ出力Ｖoutと、補償用回路３５からの補償用出力Ｖａと、を利用して、サーミスタＲｓが置かれた環境の温度を特定する。例えば、演算部４０は、センサ出力Ｖoutの周波数と補償用出力Ｖａの周波数との差に基づいて前記温度を特定する。なお、センサ出力Ｖoutの周波数と補償用出力Ｖａの周波数は、必要に応じて図示しない周波数−電圧変換回路によって電圧に変換して演算部４０に入力されてもよい。

センサ出力Ｖoutの周波数と補償用出力Ｖａの周波数との差を取るのは、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の相対配置が想定からずれた場合（第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の結合係数が想定から変化した場合）の誤差を補償するためである。図９は、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２と、第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４と、の位置ずれが無い場合の相対配置を示す模式図である。図１０は、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２と、第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４と、の位置ずれが有る場合の相対配置を示す模式図である。

センサ出力Ｖoutの周波数と補償用出力Ｖａの周波数との差を取ることで、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の相対配置（離間距離）が想定からずれた場合に、そのずれによる影響を補償（補正ないし相殺）することができる。すなわち、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の相対配置がずれてセンサ出力Ｖoutの周波数が変化した場合、第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４の相対配置も同様にずれて補償用出力Ｖａの周波数が変化するため、両周波数の差を取ることでずれの影響を補償できる。演算部４０は、両周波数の差と、サーミスタＲｓが置かれた環境の温度と、の関係を、予めテーブルに記憶しておき、当該テーブルを参照して両周波数の差から前記温度を特定してもよい。

本実施の形態のその他の点は、実施の形態１と同様であり、同様の効果を奏することができる。なお、本実施の形態において、抵抗Ｒｆは、固定抵抗に限定されず、サーミスタＲｓとは抵抗値の温度特性が異なるサーミスタとしてもよい。この場合、補償用出力Ｖａは、周辺環境による周波数の変化がセンサ出力Ｖoutと異なる。

（実施の形態４）
図１１は、本発明の実施の形態４に係る環境検出装置２Ａの概略回路図である。本実施の形態は、実施の形態３において実施の形態１に対して加えた変更を、実施の形態２に対して加えたものに対応する。環境検出装置２Ａにおいて、センサ回路３０は、図７に示す回路と同じである（但しＤ型フリップフロップ２２は簡略化して示している）。補償用回路３５は、第３コイルＬ３、第４コイルＬ４、抵抗Ｒｆ、コンデンサＣａ、抵抗Ｒ１ａ、シュミットトリガインバータ１０ａ、及びＤ型フリップフロップ２２ａを備える。演算部４０は、実施の形態３と同様にして、サーミスタＲｓが置かれた環境の温度を特定する。本実施の形態も、実施の形態３と同様に、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の相対配置が想定からずれた場合に、そのずれによる影響を補償することができる。本実施の形態のその他の点は、実施の形態２と同様であり、同様の効果を奏することができる。

（実施の形態５）
図１２は、本発明の実施の形態５に係る環境検出装置３の概略回路図である。本実施の形態は、図８に示した実施の形態３と比較して、第１空間の回路（一次側回路）の構成が異なる。センサ回路３０の一次側回路は、交流電源（交流信号源）４５、第１コイルＬ１、及び抵抗Ｒｂ１（固定抵抗）で構成される閉回路である。補償用回路３５の一次側回路は、交流電源４５、第３コイルＬ３、及び抵抗Ｒｂ２（固定抵抗）で構成される閉回路である。抵抗Ｒｂ１の両端ｐ１，ｐ２、及び抵抗Ｒｂ２の両端ｐ３，ｐ４の電圧は、演算部４０に入力される。交流電源４５は、振幅及び周波数が既知の交流信号Ｖinを出力する。

演算部４０は、抵抗Ｒｂ２の両端の電圧（補償用出力）により、抵抗Ｒｂ２、第３コイルＬ３、第４コイルＬ４、及び抵抗Ｒｆの合成インピーダンスＺ２を算出し、合成インピーダンスＺ２から第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４の結合係数ｋ（第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の結合係数と等しい）を算出する。そして演算部４０は、抵抗Ｒｂ１の両端の電圧（センサ出力）により、抵抗Ｒｂ１、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、及びサーミスタＲｓの合成インピーダンスＺ１を算出し、合成インピーダンスＺ１及び結合係数ｋからサーミスタＲｓの抵抗値（インピーダンス）を算出し、サーミスタＲｓの抵抗値からサーミスタＲｓが置かれた環境の温度を特定する。

本実施の形態によれば、発振回路を構成することなく第２空間の環境（温度）を検出することができる。また、実施の形態３と同様に、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の相対配置が想定からずれた場合に、そのずれによる影響を補償することができる。

（実施の形態６）
図１３は、本発明の実施の形態６に係る環境検出装置４の模式図である。環境検出装置４は、被測定物が長い（第２空間が広い）場合に対応するものであり、図８、図１１、又は図１２に示すセンサ回路３０及び補償用回路３５からなるペアを複数備える。センサ回路３０及び補償用回路３５は、好ましくは交互に配置される。図示しない演算部は、各ペアについて、センサ出力と補償用出力とを利用してサーミスタＲｓが置かれた環境の温度を特定する。

（他の実施の形態）
図１４は、本発明の他の実施の形態であり、非磁性板１５の内部に磁性体１８を設けた実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図である。磁性体１８は、好ましくは、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の内径以下の外形寸法を有し、かつ第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２と同軸的に配置される。磁性体１８は、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の磁気的結合を強める役割を持つ。

図１５は、本発明の他の実施の形態であり、非磁性板１５の外部両側に磁性体１９ａ,１９ｂを設けた実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図である。磁性体１９ａ,１９ｂは、好ましくは、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の内径以下の外形寸法を有し、かつ第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２と同軸的に配置される。また、磁性体１９ａ,１９ｂは、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の内側に位置し又は延在するとよい。磁性体１９ａ,１９ｂは、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の磁気的結合を強める役割を持つ。なお、磁性体１９ａ,１９ｂのいずれか一方を省略してもよい。

図１６は、本発明の他の実施の形態であり、非磁性板１５の内部に磁性体１８を設け、かつ非磁性板１５の外部両側に磁性体１９ａ,１９ｂを設けた実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図である。本実施の形態は、図１４及び図１５の組合せに相当し、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の磁気的結合を一層強めることができる。なお、磁性体１９ａ,１９ｂのいずれか一方を省略してもよい。

図１７は、本発明の他の実施の形態であり、非磁性板１５を貫通する磁性体２０を設けた実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図である。磁性体２０は、好ましくは、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の内径以下の外形寸法を有し、かつ第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２と同軸的に配置される。磁性体２０は、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の磁気的結合を強める役割を持つ。

図１８は、本発明の他の実施の形態であり、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２を同軸（同心）配置した実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図である。図１８では、第１空間の周囲を囲むように第２空間が存在する。第１コイルＬ１は、導線を円筒状に周回させたソレノイドコイルであって、第１空間に存在する。第２コイルＬ２は、導線を円筒状に周回させたソレノイドコイルであって、第２空間に存在し、第１コイルＬ１の周囲を囲むように周回する。なお、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の位置を相互に置換してもよい。

図１９は、図１８に対して第１コイルＬ１を貫通する磁性体２８を追加した実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図である。磁性体２８は、第１コイルＬ１の内径とほぼ等しい外径を有する円柱状である。磁性体２８は、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の磁気的結合を強める役割を持つ。

図２０は、図１８に対して第１コイルＬ１の両端からそれぞれ径方向外側に広がる磁性体２９ａ、２９ｂを追加した実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図である。磁性体２９ａ、２９ｂは、第２コイルＬ２の内径よりも小さい外径を有する円柱状である。磁性体２９ａ、２９ｂは、第１コイルＬ１の両端から３６０度に渡って径方向外側に広がらなくてもよく、一部の角度方向に限定して径方向外側に広がってもよい（延在してもよい）。磁性体２９ａ、２９ｂは、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の磁気的結合を強める役割を持つ。

図２１は、図１８に対して第１コイルＬ１を貫通する磁性体２８及び第１コイルＬ１の両端からそれぞれ径方向外側に広がる磁性体２９ａ、２９ｂを追加した実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図である。磁性体２８、２９ａ、２９ｂは、互いに一体であってもよいし、別体であってもよい。図２１の構成によれば、図１９及び図２０の構成と比較して更に第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の磁気的結合を強めることができる。

図２２は、図１９に対して磁性体２８の周囲を近接して囲む非磁性体３８を追加した実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図である。非磁性体３８は、第１コイルＬ１の外径とほぼ等しい内径を有する円筒状（パイプ状）である。フェライト等の磁性体２８は壊れやすいため、磁性体２８と比較して強度の高いステンレス鋼等の非磁性体３８を磁性体２８に近接して設けることで、磁性体２８を補強することができる。

図２３は、図２１に対して磁性体２８の周囲を近接して囲む非磁性体３８及び磁性体２９ａ、２９ｂの上下を近接して覆う非磁性体３９ａ、３９ｂを追加した実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図である。非磁性体３９ａ、３９ｂは、磁性体２９ａ、２９ｂの上下各面を好ましくは全面的に接触して覆う平板状である。非磁性体３９ａ、３９ｂは、非磁性体３８と同様に、フェライト等の磁性体２９ａ、２９ｂよりも強度の高いステンレス鋼等であり、磁性体２９ａ、２９ｂを補強する役割を持つ。非磁性体３８、３９ａ、３９ｂは、互いに一体であってもよいし、別体であってもよい。

図２４は、本発明の他の実施の形態であり、第２コイルＬ２が第１コイルＬ１の径方向外側において第１コイルＬ１を囲まないように周回する実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図である。図２４においても、図１８と同様に、第１空間の周囲を囲むように第２空間が存在する。図２４では、第２コイルＬ２の巻軸は、第１コイルＬ１の巻軸と平行である。磁性体２８は、図１９と同様に、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の磁気的結合を強めるために設けられる。磁性体２８の周囲に、図２２と同様に非磁性体３８を設けてもよい。磁性体２８は省略してもよい。

図２５は、図２４に対して第１コイルＬ１の両端からそれぞれ径方向外側かつ第２コイルＬ２側に延在する磁性体２９ａ、２９ｂを追加した実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図である。磁性体２８、２９ａ、２９ｂは、互いに一体であってもよいし、別体であってもよい。図２５の構成によれば、図２４の構成と比較して更に第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の磁気的結合を強めることができる。なお、磁性体２９ａ、２９ｂは、図２５に示すように第１コイルＬ１の両端からそれぞれ第２コイルＬ２側に向かう角度範囲に限定して径方向外側に延在してもよいし、図２１に示すように第１コイルＬ１の両端から３６０度に渡って径方向外側に広がってもよい。

図２６は、図２５に対して磁性体２８の周囲を囲む非磁性体３８及び磁性体２９ａ、２９ｂの上下を覆う非磁性体３９ａ、３９ｂを追加した実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図である。非磁性体３８、３９ａ、３９ｂは、図２３と同様に、磁性体２８、２９ａ、２９ｂを補強する役割を持つ。非磁性体３８、３９ａ、３９ｂは、互いに一体であってもよいし、別体であってもよい。

図２７は、図２４において、第１コイルＬ１に電流が流れた場合に発生する磁力線に合わせて第２コイルＬ２を傾けた実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図である。図２７のように第２コイルＬ２を傾けることで、第１コイルＬ１の発生する磁束のより多くが第２コイルＬ２の内側を通過する。第２コイルＬ２を傾けた場合においても、磁性体２８を省略してもよいし、図２５のように磁性体２９ａ、２９ｂを追加してもよいし、図２６のように非磁性体３８、３９ａ、３９ｂを追加してもよい。

実施の形態３〜６において、図１４〜図１７、図１９〜図２７に示すように第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の磁気的結合を強める磁性体を追加する場合、第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４の磁気的結合を強める磁性体も同様に追加するとよい。

図２８は、本発明の他の実施の形態であり、第１及び第２空間の境界が矩形凹凸部を有する場合において第１コイルＬ１及び第２コイル、並びに第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４を凹凸の側面を挟んで対向させた実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図である。図２９は、図２８において第１コイルＬ１及び第２コイル、並びに第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４を凹凸の底面を挟んで対向させた実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図である。図２８及び図２９のいずれの配置形態とするかは、適宜選択すればよい。図３０は、本発明の他の実施の形態であり、第１及び第２空間の境界がＶ字凹凸部を有する場合において第１コイルＬ１及び第２コイル、並びに第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４を凹凸の側面を挟んで対向させた実施の形態に係る環境検出装置の要部断面図である。図２８〜図３０のいずれにおいても、第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４が不要な場合は省略してもよい。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

実施の形態では、周辺環境として温度を例示したが、周辺環境は温度に限定されず、例えば湿度又は圧力であってもよい。すなわち、周辺環境によってインピーダンスが変化する回路素子は、サーミスタＲsに限定されず、湿度検出素子（湿度センサ）又は圧力検出素子（圧力センサ）であってもよい。実施の形態２のＤ型フリップフロップ２２は、第２コイルＬ２の両端の電圧をパルス信号に変換（２値化）する機能を有する他の回路であってもよい。

１〜４,１Ａ,２Ａ 環境検出装置、５ 一次側回路、７ 二次側回路、１０ シュミットトリガインバータ（増幅器）、１２ 仕切り部材、１５ 非磁性板、１７ 磁性板、１８,１９ａ,１９ｂ,２０ 磁性体、２１ 受信回路、２２ Ｄ型フリップフロップ、２５ 送電回路、２６ 受電回路、２７ センサ回路、２８,２９ａ,２９ｂ 磁性体、３０ センサ回路、３５ 補償用回路、３８,３９ａ,３９ｂ 非磁性体、４０ 演算部（環境特定部）、４５ 交流電源（交流信号源）

Claims (20)

1. 互いに磁気的に結合する第１及び第２コイルと、
   前記第１コイルに接続される、発振用の増幅器と、
   前記第１又は第２コイルに接続され、周辺環境によってインピーダンスが変化する回路素子と、を備え、
   前記回路素子のインピーダンスによって変化する周波数で発振するセンサ出力を利用して前記周辺環境を特定する、環境検出装置。
2. 前記回路素子は、前記第２コイル側に設けられた受動素子である、請求項１に記載の環境検出装置。
3. 前記第１コイルを含む一次側回路と、前記第２コイルを含む二次側回路とが、互いに仕切り部材で仕切られた第１空間と第２空間に分けて配置される、請求項１又は２に記載の環境検出装置。
4. 前記回路素子は、前記第１コイル側に設けられ、
   前記第１コイルを含む一次側回路と、前記第２コイルを含む二次側回路とが、互いに仕切り部材で仕切られた第１空間と第２空間に分けて配置され、
   前記第２空間から前記第１空間にワイヤレスで電力伝送する電力伝送手段を備え、
   前記増幅器は、前記電力伝送手段によって伝送される電力で動作する、請求項１又は２に記載の環境検出装置。
5. 前記第１及び第２コイルが前記仕切り部材を挟んで互いに対向し、
   前記仕切り部材は、前記第１及び第２コイルの間に、非磁性材料で形成された部分を有する、請求項３又は４に記載の環境検出装置。
6. 前記非磁性材料で形成された部分は、当該部分が磁性材料で形成された場合と比較して前記第１及び第２コイルの磁気的結合を強めるように作用する、請求項５に記載の環境検出装置。
7. 前記第１及び第２コイルの磁気的結合を強める磁性体を備え、
   前記磁性体が、前記非磁性材料で形成された部分の内部及び外部の少なくともいずれかに設けられ、あるいは前記非磁性材料で形成された部分を貫通する、請求項５又は６に記載の環境検出装置。
8. 前記第１及び第２コイルの一方は、他方の周囲を囲むように周回する、請求項１から４のいずれか一項に記載の環境検出装置。
9. 前記第１及び第２コイルは、互いに同軸となるように配置されている、請求項８に記載の環境検出装置。
10. 前記第１及び第２コイルの一方は、他方の径方向外側において他方を囲まないように周回する、請求項１から４のいずれか一項に記載の環境検出装置。
11. 前記第１及び第２コイルの磁気的結合を強める磁性体を備え、
    前記磁性体は、前記第１及び第２コイルの他方の内側に位置し若しくは延在し、及び／又は、前記第１及び第２コイルの他方の一端若しくは両端から径方向外側に延在する、請求項８から１０のいずれか一項に記載の環境検出装置。
12. 前記磁性体に近接配置されて前記磁性体を補強する非磁性体を備える、請求項１１に記載の環境検出装置。
13. 前記周辺環境は、温度、湿度、又は圧力であり、
    前記回路素子は、温度検出素子、湿度検出素子、又は圧力検出素子である、請求項１から１２のいずれか一項に記載の環境検出装置。
14. 補償用回路と、環境特定部と、を備え、
    前記補償用回路は、互いに磁気的に結合する第３及び第４コイルを有し、
    前記環境特定部は、前記センサ出力と前記補償用回路の補償用出力とを利用して前記周辺環境を特定する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の環境検出装置。
15. 前記補償用回路は、前記第３コイルに接続される、発振用の増幅器を有し、
    前記補償用出力は、前記周辺環境によって変化しない周波数で発振し、又は前記周辺環境による周波数の変化が前記センサ出力と異なり、
    前記環境特定部は、前記センサ出力の周波数と前記補償用出力の周波数との差に基づいて前記周辺環境を特定する、請求項１４に記載の環境検出装置。
16. センサ回路と、補償用回路と、環境特定部と、を備え、
    前記センサ回路は、互いに磁気的に結合する第１及び第２コイルと、前記第１又は第２コイルに接続され、周辺環境によってインピーダンスが変化する回路素子と、を有し、
    前記補償用回路は、互いに磁気的に結合する第３及び第４コイルを有し、
    前記環境特定部は、前記センサ回路のセンサ出力と前記補償用回路の補償用出力とを利用して前記周辺環境を特定する、環境検出装置。
17. 前記第１及び第３コイルが互いに同じ空間に存在し、
    前記第２及び第４コイルが互いに同じ空間に存在し、
    前記第１及び第３コイルの相対位置関係と前記第２及び第４コイルの相対位置関係とが互いに等しい、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の環境検出装置。
18. 前記第１及び第２コイルの結合係数と前記第３及び第４コイルの結合係数とが互いに等しい、請求項１４から１７のいずれか一項に記載の環境検出装置。
19. 複数のセンサ回路と、複数の補償用回路と、環境特定部と、を備え、
    各々のセンサ回路は、互いに磁気的に結合する第１及び第２コイルと、前記第１又は第２コイルに接続され、周辺環境によってインピーダンスが変化する回路素子と、を有し、
    各々の補償用回路は、互いに磁気的に結合する第３及び第４コイルを有し、
    前記環境特定部は、前記センサ回路及び前記補償用回路からなるペアの各々について、前記センサ回路のセンサ出力と前記補償用回路の補償用出力とを利用して前記周辺環境を特定する、環境検出装置。
20. 前記センサ回路及び前記補償用回路が交互に配置されている、請求項１９に記載の環境検出装置。