JP4847485B2

JP4847485B2 - 速度センサ

Info

Publication number: JP4847485B2
Application number: JP2008065694A
Authority: JP
Inventors: 勉三浦; 能久飯尾; 一徳高畠; 和男古屋
Original assignee: Kinkei System Corp
Current assignee: Kinkei System Corp
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2028-03-14
Also published as: JP2009222487A

Description

この発明は、速度センサに関し、特に地震観測に好適な速度センサに関する。

従来、速度センサとしては、地震観測等で使用される速度センサにおいて、鋳造で製造された磁石と鉄のヨークで磁気回路が構成され、その磁気回路の途中に設けられたエアギャップに生じる磁界をコイルが横切る構造のものがある(例えば、米国特許第４２８５０５４号明細書(特許文献１)参照)。

図１２Ａにこのような従来型の速度センサの磁気回路と磁束分布のモデルを示している。また、図１２Ｂに上記速度センサの磁気回路とコイル位置を示している。この速度センサの場合、ヨーク部分で磁気を誘導するために効率が悪くなり、大きな磁石を必要とする。また、上記速度センサでは、発生する磁界が放射状に拡がった状態になり、均一な磁界ではない。速度センサとして直線性を確保するには、拡散した磁界を捉える大きさのコイルを用いる必要があるため、小型化や軽量化ができないという問題がある。
米国特許第４２８５０５４号明細書

そこで、この発明の課題は、簡単な構成で小型化と軽量化が可能な速度センサを提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の速度センサは、
円筒形状の第１永久磁石と、
上記第１永久磁石の外側に配置され、上記第１永久磁石の外周面と内周面が対向する円筒形状の第２永久磁石と、
上記第１永久磁石の外周面と上記第２永久磁石の内周面との間に配置され、上記第１永久磁石の軸に対して周方向に巻回された円筒形状のコイルと、
上記円筒形状のコイルを軸方向に移動可能に支持すると共に、上記円筒形状のコイルを所定の位置から軸方向に移動するときに弾性変形するバネ部材と
を備え、
上記円筒形状の第１永久磁石は、ラジアル方向に着磁され、
上記円筒形状の第２永久磁石は、上記第１永久磁石とは磁極が逆になるようにラジアル方向に着磁されていることを特徴とする。

上記構成の速度センサによれば、円筒形状の第１永久磁石の外周面と、第１永久磁石の外側に配置され、第１永久磁石の外周面と内周面が対向する円筒形状の第２永久磁石の内周面との間に、バネ部材により軸方向に移動可能に支持された円筒形状のコイルを配置する。そして、上記円筒形状の第１永久磁石をラジアル方向に着磁すると共に、円筒形状の第２永久磁石を第１永久磁石とは磁極が逆になるようにラジアル方向に着磁することによって、第１永久磁石の外周面と第２永久磁石の内周面との間の空間にラジアル方向に磁界が略均一に形成される。そうして、地震等の振動により第１永久磁石の外周面と第２永久磁石の内周面との間の磁界に対してコイルが相対運動すると、コイルが第１永久磁石の軸に対して周方向に巻回されているので、そのコイルの相対運動速度に比例する電圧が得られる。このように、コイルが横切る磁界の磁束密度を高めることができ、同一出力ならより小さな永久磁石で可能となるため、簡単な構成で小型化と軽量化が図れる。

また、一実施形態の速度センサでは、
有底の円筒部とその円筒部の底中央から内側に向かって軸方向に延びる突出部とを有するヨークを備え、
上記ヨークの突出部に上記第１永久磁石が外嵌され、
上記ヨークの円筒部の内側に上記第２永久磁石が内嵌されている。

上記実施形態によれば、ヨークの有底の円筒部の底中央から内側に延びる突出部に第１永久磁石を外嵌すると共に、ヨークの円筒部の内側に第２永久磁石を内嵌することによって、第１永久磁石の内周側および第２永久磁石の外周側から出る磁力線を散らばらないように集めて漏れ磁束が少なくなり、第１永久磁石の外周面と第２永久磁石の内周面との間の磁束密度が大きくなる。したがって、限られた磁界空間の磁束密度をできるだけ大きくすることで、より大きな出力電圧を得ることができる。

また、一実施形態の速度センサでは、
上記第１永久磁石と上記第２永久磁石を有する磁気回路を２組有し、
上記２組の磁気回路が、所定の間隔をあけて互いの上記第１永久磁石の軸が略一致するように軸方向に沿って配置され、
上記磁気回路の夫々に配置された上記円筒形状のコイルを連結するコイル支持部を備え、
上記コイルは、上記コイル支持部を介して上記バネ部材により軸方向に移動可能に支持されている。

上記実施形態によれば、上記第１永久磁石と上記第２永久磁石を有する２組の磁気回路を、所定の間隔をあけて互いの第１,第２永久磁石の軸が略一致するように軸方向に沿って配置し、その磁気回路の夫々に配置された円筒形状のコイルを、バネ部材により軸方向に移動可能に支持されたコイル支持部により連結することによって、２組の磁気回路の各コイルにより２倍の大きな出力電圧を得ることができる。また、２組の磁気回路の各コイルを直列に接続することにより、正負の振幅特性が対称な出力電圧が容易に得られる。

また、一実施形態の速度センサでは、
上記コイル支持部は、上記磁気回路の夫々に配置された上記円筒形状のコイルが固定された基部と、上記基部から一方の磁気回路側に軸方向に延び、その磁気回路の上記第１永久磁石の内周に出没自在に挿通された第１軸部と、上記基部から他方の磁気回路側に軸方向に延び、その磁気回路の上記第１永久磁石の内周に出没自在に挿通された第２軸部とを有し、
上記第１,第２軸部の夫々の先端が上記バネ部材により軸方向に移動可能に支持されている。

上記実施形態によれば、上記コイル支持部の基部から各磁気回路側に軸方向に延び、第１永久磁石の内周に出没自在に挿通された第１,第２軸部の夫々の先端を、バネ部材により軸方向に移動可能に支持することによって、２組のコイルを連結するコイル支持部を両持ち支持しながら２組の磁気回路の間隔を狭くでき、高出力電圧が得られる２組の磁気回路を備えた構成において、さらなる小型化が図れる。

また、一実施形態の速度センサでは、
上記バネ部材は導電性を有し、
上記２組の磁気回路の上記円筒形状のコイルの引き出し線は、上記コイル支持部の上記基部と上記第１軸部または上記第２軸部の少なくとも一方に沿って引き出されて、上記バネ部材に電気的に接続されている。

上記実施形態によれば、上記２組の磁気回路の円筒形状のコイルの引き出し線を、コイル支持部の基部と第１軸部または第２軸部の少なくとも一方に沿って引き出して、導電性を有するバネ部材に電気的に接続することによって、２組のコイルを連結するコイル支持部の両持ち支持に影響を与えることなく、コイルの出力電圧をバネ部材を介して取り出すことができる。

また、一実施形態の速度センサでは、
上記コイル支持部は、上記基部と上記第１軸部または上記第２軸部の少なくとも一方に設けられた導電性部材を有し、
上記２組の磁気回路の上記円筒形状のコイルの引き出し線は、上記導電性部材を介して上記バネ部材に電気的に接続されている。

上記実施形態によれば、上記２組の磁気回路の円筒形状のコイルの引き出し線を、コイル支持部の基部と第１軸部または第２軸部の少なくとも一方に設けられた導電性部材を介してバネ部材に電気的に接続することによって、コイル支持部の両持ち支持に影響を与えるような配線の引き回しがなくなり、信頼性が向上する。

また、一実施形態の速度センサでは、上記コイル支持部の上記基部は、互いに連結された上記第１軸部側の部分と上記第２軸部側の部分とを有する。

上記実施形態によれば、上記コイル支持部の基部を、第１軸部側の部分と第２軸部側の部分とに分割した構造にして、組立時に第１軸部側の部分と第２軸部側の部分を互いに連結することによって、基部にコイルを固定するときなどの製作時の組立性が向上する。

また、一実施形態の速度センサでは、上記第１,第２永久磁石と上記コイルの軸方向が長手方向に沿うように上記第１,第２永久磁石と上記コイルが内側に配置されると共に、上記コイルを支持する上記バネ部材が固定された直方体形状のケーシングを備えた。

上記実施形態によれば、直方体形状のケーシング内に、第１,第２永久磁石とコイルの軸方向が長手方向に沿うように第１,第２永久磁石およびコイルを配置して、コイルを支持するバネ部材をケーシングに固定することによって、例えば水平面上の互いに直角な２方向と垂直方向の３方向の振動成分を捉える地震等の振動計測において、ケーシングの面を基準にして、３つ速度センサを配置することが容易にできると共に、３つの速度センサを互いに隣接させて配置することができ、設置スペースを小さくできる。

また、一実施形態の速度センサでは、上記第１,第２永久磁石は、粉末冶金製法によって成型されている。

上記実施形態によれば、金属粉を高圧で圧縮成型する粉末冶金製法によって成型された第１,第２永久磁石を用いることによって、円筒形状の第１,第２永久磁石を高精度で量産できる。この成型された円筒磁性体を、専用の着磁装置によりラジアル方向に着磁する。

また、一実施形態の速度センサでは、上記円筒形状のコイルは、ボビンレスである。

上記実施形態によれば、上記円筒形状のコイルをボビンレスにすることによって、限られた磁界空間にできるだけコイルの巻数を多くすることで、大きな出力電圧を得ることができる。

以上より明らかなように、この発明の速度センサによれば、簡単な構成で小型化と軽量化が可能な速度センサを実現することができる。

以下、この発明の速度センサを図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１はこの発明の実施の一形態の速度センサの断面図を示している。

この実施の形態の速度センサは、図１に示すように、円筒形状の第１永久磁石１１と、上記第１永久磁石１１の外側に配置され、上記第１永久磁石１１の外周面と内周面が対向する円筒形状の第２永久磁石１２と、第１永久磁石１１の外周面と第２永久磁石１２の内周面との間に配置された円筒形状のボビンレスのコイル１４とを備えている。

上記円筒形状の第１永久磁石１１は、ラジアル方向に着磁され、円筒形状の第２永久磁石１２は、上記第１永久磁石とは磁極が逆になるようにラジアル方向に着磁されている。この実施の形態では、第１永久磁石１１の内周側をＮ極とし、外周側をＳ極とする共に、第１永久磁石１１の内周側をＳ極とし、外周側をＮ極としている。なお、磁極の向きは逆であってもよい。

また、この速度センサは、有底の円筒部１３aとその円筒部１３aの底から内側に向かって軸方向に延びる円筒形状の突出部１３bとを有するヨーク１３を備えている。上記ヨーク１３の突出部１３bに第１永久磁石１１を外嵌すると共に、ヨーク１３の円筒部１３aの内側に第２永久磁石１２を内嵌している。上記第１永久磁石１１と第２永久磁石１３およびヨーク１３で磁気回路１０を形成している。上記磁気回路１０は、樹脂製の磁石連結サポート２１に設けられた円穴２１a内に嵌め込まれている。

また、上記磁気回路１０が内嵌された磁石連結サポート２１を、第１永久磁石１１と第２永久磁石１２との間の空間の開口が互いに対向するように、かつ、所定の間隔をあけて互いの第１永久磁石１１の軸が略一致するように軸方向に沿って２組配置している。上記磁気回路１０,１０間に、円筒形状のコイル１４,１４を連結するコイル支持部１５を備えている。このコイル支持部１５は、精密樹脂成型により形成されている。

上記コイル支持部１５は、互いに接着された２つの円板状の基部１５a,１５aと、基部１５a,１５aのうちの一方の中央から軸方向外向に延び、対向する一方の磁気回路１０のヨーク１３の突出部１３bに設けられた貫通孔１３cに出没自在に夫々挿通された第１軸部の一例としての軸部１５bと、基部１５a,１５aのうちの他方の中央から軸方向外向に延び、対向する他方の磁気回路１０のヨーク１３の突出部１３bに設けられた貫通孔１３cに出没自在に夫々挿通された第２軸部の一例としての軸部１５bとを有する。上記コイル支持部１５を構成する２組の基部１５aと軸部１５bは、同一形状をしている。上記コイル支持部１５の基部１５a,１５aの外周側にコイル１４を接着により固定している。

上記コイル支持部１５の軸部１５b,１５bの先端を、バネ部材の一例としてのバネ外電極１７,１８,１９により軸方向に移動可能に夫々支持している。このバネ外電極１７,１８,１９は、コイル１４,１４を所定の位置から軸方向に移動するときに弾性変形する。

また、上記コイル支持部１５は、基部１５aから軸部１５bに沿って嵌め込まれた導電性部材の一例としてのＬ字形状のコイル電極１６を有している。このＬ字形状のコイル電極１６を介してコイル１４,１４の引き出し線をバネ外電極１７,１８,１９に電気的に接続している。

上記バネ外電極１７,１８,１９は、５つバネ固定サポート２３と４つバネ固定スペーサ２４により軸方向に所定の間隔をあけて配置されている。そして、バネ外電極１７,１８,１９と５つバネ固定サポート２３および４つバネ固定スペーサ２４を覆うように、５つバネ固定サポート２３の外側にカップ状のセンサーカバー２５を取り付けている。上記磁石連結サポート２１とセンサーカバー２５により直方体形状のケーシングを形成している。

速度センサとしては、コイルの引き出し線を何らかの方法で外部へ取り出す必要がある。配線の信頼性確保やセンサの微細な動きへの影響を考えて、バネを電極として使用することは公知であるが、この実施の形態では、バネまでの接続手段として、コイル１４を支えるコイル支持部１５を中央で分割して、バネ電極１６を挿入し、回路として使用できる構造としている。

図２Ａは図１のIIA−IIA線から見た断面図を示しており、図２Ｂは図１のIIB−IIB線から見た断面図を示している。図２Ａ,図２Ｂにおいて、図１と同一の構成部には同一参照番号を付している。

図２Ａに示すように、上記磁気回路１０は、樹脂製の磁石連結サポート２１に設けられた円穴２１a内に嵌め込まれている。そして、一方の磁気回路１０が内嵌された磁石連結サポート２１の４つのコーナー部近傍に円形の凹部２１bを設けている。また、他方の磁気回路１０が内嵌された磁石連結サポート２１の４つのコーナー部近傍に円形の凸部(図示せず)を設けている。そして、一方の磁気回路１０が内嵌された磁石連結サポート２１の凹部２１bに、他方の磁気回路１０が内嵌された磁石連結サポート２１の凸部を嵌め合わせる。

また、図２Ｂに示す磁石連結サポート２１の４つのコーナー部近傍に設けられた４つのネジ穴２１cを用いて、５つバネ固定サポート２３を磁石連結サポート２１(図１に示す)に取り付ける。

また、図３は上記速度センサの磁気回路１０の分解斜視図を示している。図３において、図１と同一の構成部には同一参照番号を付している。図３に示すように、ヨーク１３の突出部１３bに第１永久磁石１１が外嵌され、ヨーク１３の円筒部１３aの内側に第２永久磁石１２が内嵌されることによって、漏れ磁束が少なくして、第１永久磁石１１の外周面と第２永久磁石１２の内周面との間の磁束密度が大きくできる。したがって、限られた磁界空間において磁束密度をできるだけ大きくすることができ、より大きな出力電圧を得ることができる。この実施の形態では、ヨーク１３を金型成型により一体に形成したが、別体に形成された円筒部と突出部を組み合わせて、ヨークを形成してもよい。

図４は上記速度センサのコイル１４とコイル電極１６およびコイル支持部１５を組み合わせた状態の側面図を示している。

また、図５Ａは上記速度センサのコイル支持部１５の基部１５aの正面図を示し、図５Ｂは図５ＡのＶB−ＶB線から見た断面図を示し、図５Ｃは図５Ａの要部拡大図を示し、図５Ｄはコイル支持部１５の基部１５aの裏面図を示し、図５Ｅは図５Ｃの要部拡大図を示している。

図５Ａ,図５Ｂに示すように、軸部１５bの外周に軸方向に沿って３つの溝３０を、周方向に１２０°の間隔をあけて夫々形成している。この３つの溝３０は、図５Ａに示すように、基部１５aを貫通している(図５Ｃ参照)。

また、図５Ｄに示すように、基部１５aの裏面側に、半円弧状の凹部３１と、円弧状の凸部３２と、円弧状の凸部３３とを設けている。また、この基部１５aの裏面側に、中心近傍から半径方向外向に延びる３つの溝３４を、周方向に１２０°の間隔をあけて夫々形成している。

そうして、基部１５aの裏面側から図６に示すＬ字形状のコイル電極１６の引き出し部１６aの先端を、基部１５aを挿通して、コイル電極３０の屈曲部１６bが基部１５aの裏面側の溝３４に嵌め込んでいる。この基部１５aの溝３４と軸部１５bの溝３０にコイル電極３０が装着された状態で、一方の基部１５aの裏面側と他方の基部１５aの裏面側を向かい合わせて、一方の凹部３１に他方の凸部３２,３３が嵌合する。そうすることによって、一方の基部１５aの３つのコイル電極１６の屈曲部１６bに対して、他方の基部１５aの３つのコイル電極１６の屈曲部１６bの位置は、周方向に６０°ずれる。

したがって、コイル１４とコイル電極１６およびコイル支持部１５を組み合わせた図４に示す状態では、一方の基部１５a側のコイル電極１６の接続端子１６cと他方の基部１５a側のコイル電極１６の接続端子１６cとが、周方向に６０°毎に交互に並んで配置されている。

このように、図５Ａ, 図５Ｂに示すコイル支持部１５の基部１５aと軸部１５bは、精密樹脂成型により一体に形成されて、１８０度反転させた状態で背中合わせに接合できる構造にすることにより、一つの成型金型で生産可能となる。コイル支持部１５のスリット部分にＬ字形状の銅製のコイル電極１６を嵌め込んだ後に接合し、コイル１４を実装(基部１５aに接着固定)して配線する。このコイル電極１６は、ベリリウム銅製のバネ外電極１７,１８,１９に電気的に接続されて、出力電圧を外部に出力する回路の一部となる。

図７は上記速度センサのコイル１４,１４の接続図を示している。図７に示すように、各コイル１４は、メインコイルＭとサブコイルＳからなり、コイル１４,１４の両方のメインコイルＭを直列に接続すると共に、コイル１４,１４の両方のサブコイルＳを直列に接続している。上記直列接続されたメインコイルＭの両端から出力電圧が得られる。また、例えば一方のサブコイルＳにダンパー用の抵抗Ｒを接続する。

次に、上記コイル支持部１５の両端を支持するバネ構造について説明する。図８Ａはバネ外電極１７の平面図を示し、図８Ｂはバネ外電極１８の平面図を示し、図８Ｃはバネ外電極１９の平面図を示している。このバネ外電極１７〜１９は、銅とベリリウムの合金からなる薄板(厚さ１００μｍ)をエッチングすることにより形成される。

図８Ａに示すように、バネ外電極１７は、略正方形状の基部１７aと、その基部１７aの内側に設けられた円板部１７bと、上記基部１７aと円板部１７bとを接続する３つの円弧状の連結部１７cと、基部１７aの外縁の一辺から外方に延びる出力端子１７dとを有している。

また、上記略正方形状の基部１７aの４つのコーナー部近傍に円穴４１を夫々設けている。上記円板部１７bの中心に円穴４２を設け、その円穴４２の近傍に周方向１２０°毎に間隔をあけて３つの円穴４３を設けている。上記円板部１７bの中心の円穴４２近傍から円穴４２内に延びる接続端子４４を設けている。

図８Ｂに示すように、バネ外電極１８は、略正方形状の基部１８aと、その基部１８aの内側に設けられた円板部１８bと、上記基部１８aと円板部１８bとを接続する３つの円弧状の連結部１８cと、基部１８aの外縁の一辺から外方に延びる出力端子１８dとを有している。

また、上記略正方形状の基部１８aの４つのコーナー部近傍に円穴５１を夫々設けている。上記円板部１８bの中心に円穴５２を設け、その円穴５２の近傍に周方向１２０°毎に間隔をあけて３つの円穴５３を設けている。上記円板部１８bの中心の円穴５２近傍から円穴５２内に延びる接続端子５４を設けている。なお、バネ外電極１８には、図８Ａに示すバネ外電極１７に設けられた接続端子５４に対向する位置にスリット５５を設けている。

図８Ｃに示すように、バネ外電極１９は、略正方形状の基部１９aと、その基部１９aの内側に設けられた円板部１９bと、上記基部１９aと円板部１９bとを接続する３つの円弧状の連結部１９cと、基部１９aの外縁の一辺から外方に延びる出力端子１９dとを有している。

また、上記略正方形状の基部１９aの４つのコーナー部近傍に円穴６１を夫々設けている。上記円板部１９bの中心に円穴６２を設け、その円穴６２の近傍に周方向１２０°毎に間隔をあけて３つの円穴６３を設けている。上記円板部１９bの中心の円穴６２近傍から円穴６２内に延びる接続端子６４を設けている。なお、バネ外電極１９には、図８Ａに示すバネ外電極１７に設けられた接続端子６４に対向する位置にスリット６５を設けると共に、図８Ｂに示すバネ外電極１８に設けられた接続端子６４に対向する位置にスリット６６を設けている。

図８Ａに示すバネ外電極１７の接続端子４４と、図８Ｂに示すバネ外電極１８の接続端子５４と、図８Ｃに示すバネ外電極１９の接続端子６４は、図６に示すＬ字形状のコイル電極１６の引き出し部１６aに半田付けなどにより電気的に接続される。

図８Ａ,図８Ｂ,図８Ｃに示すバネ外電極１７〜１９は、平板状のものを示しているが、各円板部１７b,１８b,１９bを図面から垂直方向に所定距離だけ引き上げた状態で熱処理することにより、各連結部１７c,１８c,１９cは、らせん状となって非線形で弾性変形するバネの機能を発揮する。

図９Ａはバネ固定サポート２３の平面図を示し、図９Ｂはバネ固定スペーサ２４の平面図を示し、図１０は、バネ固定サポート２３とバネ固定スペーサ２４を用いてバネ外電極１７〜１９を組み合わせた状態の平面図を示している。

バネ固定サポート２３は、図９Ａに示すように、円穴２３aが設けられた略正方形状をしており、４つのコーナー部近傍に円形状の凸部２３bを夫々設け、その凸部２３bの中心に穴２３cを設けている。そして、凸部２３bの裏側に、円形状の凹部(図示せず)を設けている。

また、バネ固定スペーサ２４は、図９Ｂに示すように、Ｙ字状の穴２４aが設けられた円形状をしており、Ｙ字状の穴２４aの最外縁の間に、周方向に１２０°毎に間隔をあけて凸部２４bを設けている。そして、凸部２４bの裏側に、円形状の凹部(図示せず)を設けている。

ここで、４つのバネ固定サポート２３が、一方の凸部２３bが他方の凹部に嵌め込まれるようにして、重ね合わされる。このとき、隣接するバネ固定サポート２３間にバネ外電極１７〜１９が順に挟み込まれる。また、バネ外電極１７〜１９の円板部１７b,１８b間と、円板部１８b,１９b間にバネ固定スペーサ２４が夫々挟まれ、バネ固定スペーサ２４の一方の凸部２４bが他方の凹部に嵌め込まれる。さらに、バネ外電極１７の円板部１７bの外側側から、同様にしてバネ固定スペーサ２４を嵌め込むと共に、バネ外電極１９の円板部１９bの外側側から、同様にしてバネ固定スペーサ２４を嵌め込んでいる。このようにして、バネ固定サポート２３を互いに接着すると共に、４つのバネ固定スペーサ２４を互いに接着して、バネ外電極１７〜１９と共に一体化している。

図１に示す円筒形状のコイル１４,１４を連結するコイル支持部１５の軸部１５bを両側からバネ外電極１７〜１９の弾性変形により軸方向に移動可能に支持する。上記バネ外電極１７〜１９を用いて、コイル１４,１４とコイル支持部１５からなる部分の固有周期を略２Ｈzにしている。

図１１Ａは上記速度センサの磁気回路１０の磁束分布を説明する断面模式図を示している。この速度センサは、図１１Ａに示すように、２組の磁気回路１０,１０を、所定の間隔をあけて互いの第１永久磁石１１の軸が略一致するように軸方向に沿って配置している。上記円筒形状の第１永久磁石１１をラジアル方向に着磁して、内周側をＮ極、外周側をＳ極とすると共に、円筒形状の第２永久磁石１２を第１永久磁石１１とは磁極が逆になるようにラジアル方向に着磁して、内周側をＳ極、外周側をＮ極とすることによって、第１永久磁石１１の外周面と第２永久磁石１２の内周面との間の空間にラジアル方向に磁界が略均一に形成される。

そして、図１１Ｂに示すように、第１永久磁石１１の外周面と第２永久磁石１２の内周面との間に配置された円筒形状のコイル１４,１４が、地震等の振動により第１永久磁石の外周面と第２永久磁石の内周面との間の磁界に対して相対運動すると、そのコイル１４,１４の相対運動速度に比例する電圧が得られる。

上記構成の速度センサによれば、簡単な構成で小型化と軽量化を図ることができる。

また、上記ヨーク１３の有底の円筒部１３aの底中央から内側に延びる突出部１３bに第１永久磁石１１を外嵌すると共に、ヨーク１３の円筒部１３aの内側に第２永久磁石１２を内嵌することによって、第１永久磁石１１の内周側および第２永久磁石１２の外周側から出る磁力線を散らばらないように集めて漏れ磁束を少なくするので、第１永久磁石１１の外周面と第２永久磁石１２の内周面との間の磁束密度が大きくなる。したがって、限られた磁界の空間の磁束密度をできるだけ大きくすることで、より大きな出力電圧を得ることができる。

また、上記第１永久磁石１１と第２永久磁石１２を有する２組の磁気回路１０,１０を、所定の間隔をあけて互いの第１,第２永久磁石１１,２１の軸が略一致するように軸方向に沿って配置し、その磁気回路１０の夫々に配置された円筒形状のコイル１４を、バネ外電極１７,１８,１９により軸方向に移動可能に支持されたコイル支持部１５により連結することによって、２組の磁気回路１０,１０の各コイル１４により２倍の大きな出力電圧を得ることができる。また、２組の磁気回路１０,１０の各コイル１４を直列に接続することにより、正負の振幅特性が対称な出力電圧が容易に得られる。

また、上記コイル支持部１５の基部１５aから各磁気回路１０側に軸方向に延び、第１永久磁石１１の内周に出没自在に挿通された軸部１５bの夫々の先端を、バネ外電極１７,１８,１９により軸方向に移動可能に支持することによって、２組のコイル１４を連結するコイル支持部１５を両持ち支持しながら２組の磁気回路１０,１０の間隔を狭くでき、高出力電圧が得られる２組の磁気回路１０,１０を備えた構成において、さらなる小型化が図れる。

また、上記２組の磁気回路１０,１０の円筒形状のコイル１４の引き出し線を、コイル支持部１５の基部１５aと軸部１５bに沿って引き出して、導電性を有するバネ外電極１７,１８,１９に電気的に接続することによって、２組のコイル１４を連結するコイル支持部１５の両持ち支持に影響を与えることなく、コイル１４の出力電圧をバネ外電極１７,１８,１９を介して取り出すことができる。

また、上記２組の磁気回路１０,１０の円筒形状のコイル１４の引き出し線を、コイル支持部１５の基部１５aと軸部１５bに設けられたコイル電極１６を介してバネ外電極１７,１８,１９に電気的に接続することによって、コイル支持部１５の両持ち支持に影響を与えるような配線の引き回しがなくなり、信頼性が向上する。

また、上記コイル支持部１５の基部１５aを分割した構造にして、組立時に互いに連結することによって、基部１５aにコイル１４を固定するときなどの製作時の組立性が向上する。

また、磁石連結サポート２１とセンサーカバー２５により形成された直方体形状のケーシング内に、第１,第２永久磁石１１,２１とコイル１４の軸方向が長手方向に沿うように第１,第２永久磁石１１,２１およびコイル１４を配置して、コイル１４を支持するバネ外電極１７,１８,１９をケーシングに固定することによって、例えば水平面上の互いに直角な２方向と垂直方向の３方向の振動成分を捉える地震等の振動計測において、ケーシングの面を基準にして、３つ速度センサを配置することが容易にできると共に、３つの速度センサを互いに隣接させて配置することができ、設置スペースを小さくできる。

また、金属粉を高圧で圧縮成型する粉末冶金製法によって成型された第１,第２永久磁石１１,２１を用いることによって、円筒形状の第１,第２永久磁石１１,２１を高精度で量産できる。この成型された円筒磁性体を、専用の着磁装置によりラジアル方向に着磁する。

また、上記円筒形状のコイル１４をボビンレスにすることによって、限られた磁界空間にできるだけ巻数を多くして、大きな出力電圧を得ることができる。

上記ボビンレスのコイル１４は、速度センサとしての出力と測定できる範囲(ストローク範囲)によって大きさが決まる。また、速度センサの出力電圧は、磁界の強さとコイル１４の巻数に比例する。コイルの細い電線を使用すれば、限られた大きさでコイルの巻数を多くすることができるが、センサとしてのインピーダンスが増加する。これらの諸条件を速度センサに対する要求仕様によって適切なコイルの仕様とする。

この実施の形態の速度センサによれば、小型軽量化、センサ出力増大化、大ストローク化の選択自由度を高くできる。この実施の形態では、センサ出力およびストロークを従来製品と同等として小型軽量化を図ることができる。例えば、従来の速度センサＬ−２２Ｄ(マークプロダクツ製)の重量が約１.３Ｋgであるのに対して、この実施の形態の速度センサの重量は、約３４０g以下である。また、上記速度センサによれば、３成分の速度センサを立体的に組み合わせて使用した状態において小型化ができる。

また、この実施の形態では、センサ特性の安定化のため、ペアの磁気回路を使用したが、片方の磁気回路のみでも機能する。この場合、さらに小型軽量化が可能となる。

以上より、この発明の速度センサは、従来品と同等性能を維持しながら、小型軽量化が実現できると共に、量産実用化された手段で製造される部品で構成することにより、コストダウンも容易となる。

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

図１はこの発明の実施の一形態の速度センサの断面図である。図２Ａは図１のIIA−IIA線から見た断面図である。図２Ｂは図１のIIB−IIB線から見た断面図である。図３は上記速度センサの磁気回路の分解斜視図である。図４は上記速度センサのコイルとコイル電極およびコイル支持部を組み合わせた状態の側面図である。図５Ａは上記速度センサのコイル支持部の正面図である。図５Ｂは図５ＡのＶB−ＶB線から見た断面図である。図５Ｃは図５Ａの要部拡大図である。図５Ｄはコイル支持部の裏面図である。図５Ｅは図５Ｃの要部拡大図である。図６は上記速度センサのコイル電極の側面図である。図７は上記速度センサのコイルの接続図である。図８Ａは上記速度センサのバネ外電極の平面図である。図８Ｂは上記速度センサのバネ外電極の平面図である。図８Ｃは上記速度センサのバネ外電極の平面図である。図９Ａはバネ固定サポートの平面図である。図９Ｂはバネ固定スペーサの平面図である。図１０はバネ固定サポートとバネ固定スペーサを用いてバネ外電極を組み合わせた状態の平面図を示している。図１１Ａは上記速度センサの磁気回路の磁束分布を説明する断面模式図である。図１１Ｂは上記速度センサの磁気回路の磁界を横切るコイルを説明する断面模式図である。図１２Ａは従来の速度センサの磁気回路の磁束分布を説明する断面模式図である。図１２Ｂは上記磁気回路の磁界を横切るコイルを説明する断面模式図である。

符号の説明

１０…磁気回路
１１…第１永久磁石
１２…第２永久磁石
１３…ヨーク
１３a…円筒部
１３b…突出部
１４…コイル
１５…コイル支持部
１５a…基部
１５b…軸部
１６…コイル電極
１７,１８,１９…バネ外電極
２１…磁石連結サポート
２３…バネ固定サポート
２４…バネ固定スペーサ
２５…センサーカバー
３０…溝

Claims

円筒形状の第１永久磁石と、
上記第１永久磁石の外側に配置され、上記第１永久磁石の外周面と内周面が対向する円筒形状の第２永久磁石と、
上記第１永久磁石の外周面と上記第２永久磁石の内周面との間に配置され、上記第１永久磁石の軸に対して周方向に巻回された円筒形状のコイルと、
上記円筒形状のコイルを軸方向に移動可能に支持すると共に、上記円筒形状のコイルを所定の位置から軸方向に移動するときに弾性変形するバネ部材と
を備え、
上記円筒形状の第１永久磁石は、ラジアル方向に着磁され、
上記円筒形状の第２永久磁石は、上記第１永久磁石とは磁極が逆になるようにラジアル方向に着磁されていることを特徴とする速度センサ。
請求項１に記載の速度センサにおいて、
有底の円筒部とその円筒部の底中央から内側に向かって軸方向に延びる突出部とを有するヨークを備え、
上記ヨークの突出部に上記第１永久磁石が外嵌され、
上記ヨークの円筒部の内側に上記第２永久磁石が内嵌されていることを特徴とする速度センサ。
請求項１または２に記載の速度センサにおいて、
上記第１永久磁石と上記第２永久磁石を有する磁気回路を２組有し、
上記２組の磁気回路が、所定の間隔をあけて互いの上記第１永久磁石の軸が略一致するように軸方向に沿って配置され、
上記磁気回路の夫々に配置された上記円筒形状のコイルを連結するコイル支持部を備え、
上記コイルは、上記コイル支持部を介して上記バネ部材により軸方向に移動可能に支持されていることを特徴とする速度センサ。
請求項３に記載の速度センサにおいて、
上記コイル支持部は、上記磁気回路の夫々に配置された上記円筒形状のコイルが固定された基部と、上記基部から一方の磁気回路側に軸方向に延び、その磁気回路の上記第１永久磁石の内周に出没自在に挿通された第１軸部と、上記基部から他方の磁気回路側に軸方向に延び、その磁気回路の上記第１永久磁石の内周に出没自在に挿通された第２軸部とを有し、
上記第１,第２軸部の夫々の先端が上記バネ部材により軸方向に移動可能に支持されていることを特徴とする速度センサ。
請求項４に記載の速度センサにおいて、
上記バネ部材は導電性を有し、
上記２組の磁気回路の上記円筒形状のコイルの引き出し線は、上記コイル支持部の上記基部と上記第１軸部または上記第２軸部の少なくとも一方に沿って引き出されて、上記バネ部材に電気的に接続されていることを特徴とする速度センサ。
請求項５に記載の速度センサにおいて、
上記コイル支持部は、上記基部と上記第１軸部または上記第２軸部の少なくとも一方に設けられた導電性部材を有し、
上記２組の磁気回路の上記円筒形状のコイルの引き出し線は、上記導電性部材を介して上記バネ部材に電気的に接続されていることを特徴とする速度センサ。
請求項４から６までのいずれか１つに記載の速度センサにおいて、
上記コイル支持部の上記基部は、互いに連結された上記第１軸部側の部分と上記第２軸部側の部分とを有することを特徴とする速度センサ。
請求項１から７までのいずれか１つに記載の速度センサにおいて、
上記第１,第２永久磁石と上記コイルの軸方向が長手方向に沿うように上記第１,第２永久磁石と上記コイルが内側に配置されると共に、上記コイルを支持する上記バネ部材が固定された直方体形状のケーシングを備えたことを特徴とする速度センサ。
請求項１から８までのいずれか１つに記載の速度センサにおいて、
上記第１,第２永久磁石は、粉末冶金製法によって成型されていることを特徴とする速度センサ。
請求項１から９までのいずれか１つに記載の速度センサにおいて、
上記円筒形状のコイルは、ボビンレスであることを特徴とする速度センサ。