JP5693304B2 - 空中超音波センサ - Google Patents
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このような空中超音波センサを、例えば車両周辺の障害物を検知する障害物検知システムに用いる場合、車体やバンパに取り付ける必要がある。空中超音波センサは、車体内側やバンパ内部に取り付けられると、超音波が車体またはバンパで反射され送信できなくなったり、受信感度が大きく低下してしまう。そこで、空中超音波センサは、車体またはバンパをくりぬいて形成した取り付け穴に取り付けられ、その超音波放射面を外部に露出させていた。
実施の形態1.
図1は実施の形態1の空中超音波センサ1の構成を示しており、図1(a)が空中超音波センサ1を超音波放射方向に見た上面図、図1(b)が図1(a)のA−A´線の断面図である。
磁界発生部11は、略円柱形状の軸方向両端の面が平板12と平行になるよう配置されており、振動板に磁界を発生させる。磁界発生部11は、例えばネオジウム等の保磁力の高い材料で形成された永久磁石であり、軸方向両端のうちの一端がN極、他端がS極となっている。
コイル14は、複数回巻回され略円形に形成され、磁界発生部11と振動板としての平板12との間に配置されている。コイル14は、磁界発生部11が発生した磁界領域中に電流を流して振動板に渦電流を発生させる。
空中超音波センサ1は、外部の電源からコイル14に交流電圧が印加されると、図2(a)に示すようにコイル14中に各周波数ωである交流電流I(ω)が流れる。この交流電流I(ω)により、平板12には交流電流I(ω)と逆向きの渦電流J(ω)が発生する。ここで、磁界発生部11は、平板12の面に対して垂直方向に一様な静磁界Bを与えている。このとき、平板12には、渦電流J(ω)と静磁界Bとの相互作用により、面に平行な方向に伸長するようなローレンツ力F(ω)が発生する。
一方、コイル14に流れる交流電流I(ω)は、角周波数ωにより、図2(b)に示すように流れる向きが変わる。それに従って平板12に発生する渦電流J(ω)の向きが変化して、平板12には、面に平行な方向に収縮するようなローレンツ力F(ω)が発生する。これらの動きが繰り返されて、平板12は面に平行な方向に伸縮を繰り返す。
実施の形態2は、実施の形態1の空中超音波センサ1と同様の構造であるが、平板12と平板13のそれぞれの材料の条件について説明する。図4は、実施の形態2に係る空中超音波センサ2の構成を示す図である。なお、実施の形態2の説明において、実施の形態1と同様の内容については説明を省略する。
平板22と平板23は、空気の音響インピーダンスZa、平板22の音響インピーダンスZ1、平板23の音響インピーダンスZ2とした場合、次式(1)を満たす材料でそれぞれ構成されている。
実施の形態3は、実施の形態1の空中超音波センサ1と同様の構造であるが、空中超音波センサ1における平板12の厚さを設定する構成について説明する。
空中超音波センサ3は、磁界発生部11、平板32(第一の平板)、平板33(第二の平板)、コイル14で構成されている。ここで、磁界発生部11とコイル14は実施の形態1の空中超音波センサと同様であるため説明を省略する。
上記式(2)は、表皮効果により渦電流の角周波数ωが高周波数になるに従って渦電流が平板32の表面に集中することを用いたものであり、平板32の厚さd1が渦電流の流れる深さ(表皮深さ)以上になるように設定する式である。この式を用いて平板32の厚さd1を設定して構成することにより、渦電流が平板32のみに生じ、平板33には生じない。そのため、渦電流と磁界発生部11により生じる静磁界Bとの相互作用であるローレンツ力F(ω)が平板32にのみ生じ、平板32と平板33からなる振動板の撓みがより大きくなる。
Claims (4)
- 第一の平板と第二の平板とを固着させた振動板と、
前記振動板に磁界を発生させる磁界発生部と、
前記第一の平板と前記磁界発生部の間に形成され、前記磁界発生部が発生した磁界領域中に交流電流を流して前記振動板に渦電流を発生させるコイルとを有し、
前記磁界と前記渦電流の相互作用により前記第一の平板をその面に平行な方向に伸縮させる力を発生させ、前記振動板を撓ませる力に変換して振動させ超音波を発生させる空中超音波センサ。 - 前記第二の平板は、その第二の平板が発生する超音波の波長の1/4の厚さであることを特徴とする請求項2記載の空中超音波センサ。
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