JP4644144B2 - 渦電流式導電体検出装置 - Google Patents
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Description
ターボチャージャ回転数検出に採用した渦電流式導電体検出装置の好適な実施形態を以下に説明する。
このターボチャージャ回転数検出装置の要部回路を図1に示す。1は検出コイル、2は所定の発振周波数foで発振する発振回路、3は検出コイル1とLC並列接続回路を構成するコンデンサ、4は信号電圧検出用の抵抗素子である。発振回路2の発振周波数foは、このLC並列接続回路の共振周波数近傍に設定されている。Voは出力電圧である。
LC並列接続回路の出力電圧を処理して遠心翼部8の通過を判定する信号処理回路9を図4を参照して説明する。
このLC並列接続回路において、遠心翼部8が検出コイル1に近接すると、渦電流が形成する磁界の影響により検出コイル1のインダクタンスが減少し、その結果としてこのLC並列接続回路の共振周波数frは高くなる。つまり、LC並列接続回路の合成インピーダンスの周波数特性は遠心翼部8の位置により変化する。したがって、発振回路2からある発振周波数の交流電流をLC並列接続回路に通電した場合、LC並列接続回路の電圧降下は、遠心翼部8の位置により変化する。これが、この渦電流式導電体検出装置の検出原理である。
次に、このLC並列接続回路の合成インピーダンスの周波数特性に対する温度変化の影響を考える。
Q=ωL/R
温度が上昇すると、コイル抵抗Rが増大するため、図3において、コイルインダクタンスLと直列接続されるコイル抵抗Rが増大し、その結果、Qが低下する。結局、温度上昇により共振周波数のシフトとQの低下とが生じる。このことは、LC並列接続回路の合成インピーダンスZの周波数特性が温度上昇により変化することを意味する。この温度変化による合成インピーダンスZの周波数特性の変化は、上記出力差に大きな影響を与えるため、温度変化が生じても、十分な出力差が得られる周波数範囲に発振回路2の発振周波数を設定することが非常に重要である。
好適な発振周波数選定例の一つを実測図である図6を参照して以下に説明する。なお、図6の実験条件は、常温時においてコイルのインダクタンス1μH、コンデンサの静電容量220pF、コイル抵抗3Ωとして温度及び周波数を変更して測定したものである。
好適な発振周波数選定例の一つを図8を参照して以下に説明する。この選定例は、温度上昇によって検出コイル1のインダクタンスLまたはコンデンサ3の静電容量Cが減少して共振周波数が上昇した場合の発振周波数選定例である。図6の場合と同様に、frLはLC並列接続回路の低温時の共振周波数、frHはLC並列接続回路の高温時の共振周波数である。
上記二つの発振周波数選定例では、コンデンサ3も検出コイル1の近傍に配置されて、ターボチャージャの温度上昇の影響を強く受けるものとしたが、コンデンサ3はターボチャージャから遠くはなしてその温度上昇の影響を抑止することも可能であり、また、コンデンサ3をなんらかの冷却手段によりその温度上昇を抑止してもよい。これにより、一層、温度変化による出力変化を低減することができる。
温度が変動すると、渦電流が流れるLC並列接続回路においてコイルインダクタンスが変化する点を、渦電流回路を含めた場合のLC並列接続回路の簡易等価回路を示す図10を参照して説明する。
Z1=R1+jωL1
Z2=R2+jωL2
Zo=jωLo
と定義すると、検出コイル1のインピーダンスZLは、次式で表される。
=(Z2Zo+Z1Zo+Z1Z2+ΔZ2(Zo+Z1)/(Zo+Z2+ΔZ2)
ΔZ2は、漏れ電流回路のインピーダンスの変化量であり、具体的には、検出コイル1に遠心翼部8に最近接した状態でのZ2の値と、検出コイル1から遠心翼部8が最も離れた状態でのZ2の値との差である。ここで、
K=Z2Zo+Z1Zo+Z1Z2とすると、
ZL=(K+ΔZ2(Zo+Z1))/(Zo+Z2+ΔZ2)
となる。次に、上式の分母項(Zo+Z2+ΔZ2)においてΔZ2は小さいため省略すると、
ZL=(K+ΔZ2(Zo+Z1))/(Zo+Z2)
が成立する。K/(Zo+Z2)をSとすると、
ZL=S+(ΔZ2・(Zo+Z1)/(Zo+Z2))
=S+(ΔZ2・(1+Z1/Zo)/(1+Z2/Zo))
となる。(1+Z1/Zo)/(1+Z2/Zo)をTとすると、
ZL=S+T・ΔZ2
となる。ここで、インピーダンスSをRs+jωLsと仮定すると、
ZL=(Rs+TΔR2)+jω(Ls+T・ΔL2)
=Rx+jωLx
ここで、Rx=Rs+TΔR2とし、Lx=Ls+T・ΔL2とすると、
ZL=Rx+jωLx
となる。すなわち、検出コイル1の等価インダクタンスLxは温度変化により変化するインダクタンス成分ΔL2を有することがわかる。なお、実際は、検出コイルのターン間の分布容量も温度変化特性をもつ。
歩行者検出に採用した渦電流式導電体検出装置の好適な実施形態を図11に示すブロック図を参照して説明する。
2 発振回路
3 コンデンサ
5 遠心コンプレッサ
6 ケーシング
7 コイル収容孔
8 遠心翼部
9 信号処理回路
91 電圧増幅回路
92 検波回路
93 コンパレータ
Claims (9)
- 導電体が存在する空間に交流磁界を形成する検出コイルと、前記検出コイルと並列接続されてLC並列接続回路を構成するコンデンサと、前記LC並列接続回路に所定の発振周波数の交流電流を通電する発振回路と、前記LC並列接続回路から出力される信号電圧に基づいて前記コイルに対する前記導電体の位置情報を検出する信号処理回路とを備える渦電流式導電体検出装置において、
前記発振回路の発振周波数は、
前記信号電圧のうち、前記導電体が前記検出コイルより遠い所定位置にある場合の信号電圧値と、前記導電体が前記検出コイルに近い所定位置にある場合の信号電圧値との差である出力差が、所定の高温時と所定の低温時とで一致する2つの周波数値(foH、foL)のどちらかの近傍に設定されることを特徴とする渦電流式導電体検出装置。 - 請求項1記載の渦電流式導電体検出装置において、
前記発振回路の発振周波数は、
前記LC並列接続回路の高温時共振周波数frHがその低温時共振周波数frLより小さく、かつ、前記高温時共振周波数frHにおけるLC並列接続回路のインピーダンスが前記低温時共振周波数frLにおけるLC並列接続回路のインピーダンスよりも小さい場合に、前記2つの周波数値(foL、foH)のうち、低周波数側の周波数値foL近傍に設定される渦電流式導電体検出装置。 - 請求項2記載の渦電流式導電体検出装置において、
前記発振回路の発振周波数は、
低周波数側の周波数値foLにおける前記出力差の値から前記所定の高温時と所定の低温時と両方において前記出力差が少なくとも10%以上減少乃至増大しない範囲の周波数に設定される渦電流式導電体検出装置。 - 請求項2又は3記載の渦電流式導電体検出装置において、
前記コンデンサの容量又は前記検出コイルのインダクタンスは、温度上昇とともに増加する渦電流式導電体検出装置。 - 請求項1記載の渦電流式導電体検出装置において、
前記発振回路の発振周波数は、
前記LC並列接続回路の高温時共振周波数frHがその低温時共振周波数frLより大きく、かつ、前記高温時共振周波数frHにおけるLC並列接続回路のインピーダンスが前記低温時共振周波数frLにおけるLC並列接続回路のインピーダンスよりも小さい場合に、前記2つの周波数値(foL、foH)のうち、高周波数側の周波数値foH近傍に設定される渦電流式導電体検出装置。 - 請求項5記載の渦電流式導電体検出装置において、
前記発振回路の発振周波数は、
高周波数側の周波数値foHにおける前記出力差の値から前記所定の高温時と所定の低温時と両方において前記出力差が少なくとも10%以上減少乃至増大しない範囲の周波数に設定される渦電流式導電体検出装置。 - 請求項5又は6記載の渦電流式導電体検出装置において、
前記コンデンサの容量又は前記検出コイルのインダクタンスは、温度上昇とともに減少する渦電流式導電体検出装置。 - 請求項1乃至7のいずれか記載の渦電流式導電体検出装置において、
前記導電体は、ターボチャージャの遠心コンプレッサの翼部からなる渦電流式導電体検出装置。 - 請求項8記載の渦電流式導電体検出装置において、
前記コンデンサは、前記検出コイルより離れて配置されて前記検出コイルよりも前記遠心コンプレッサのハウジングから断熱されている渦電流式導電体検出装置。
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