WO2018105692A1 - 回転数検出装置及び回転数検出方法 - Google Patents

Abstract

回転軸を収納する筐体に穴を形成する必要がなく、簡単小型で低コストの構成であって、広い検出範囲内にわたって回転軸の正確な回転数を検出することができる回転数検出装置及び回転数検出方法を提供する。回転数検出装置は、検出対象の回転軸に装着され、回転軸の軸方向と直交する方向に着磁されて少なくとも１つのＮ極及び１つのＳ極を有する磁石と、軟質磁性体からなる板状をなす磁芯を有し、磁芯の長手方向の中央部は両端部に比べて幅が狭く、中央部にコイルが巻かれているセンサ本体と、コイルに交流電流を印加する交流電源と、コイルの両端に発生する電圧の変動を検出する電圧検出部とを備え、磁芯の中央部が磁気飽和を始める印加磁界が、磁石から発生するセンサ本体位置での磁界の最大値の１／１０以上１／２以下になるようにしてある。

Description

回転数検出装置及び回転数検出方法

　本発明は、回転軸の回転数を非接触で検出する回転数検出装置及び回転数検出方法に関する。

　内燃機関には、その出力向上のために、排気エネルギを利用した過給機が搭載されている。過給機は、排気側のタービンと空気圧縮側のタービンとを回転軸にて連結させた構成をなしており、排気ガスのエネルギを用いてタービンにより回転エネルギに変換し、このエネルギで圧縮機を回転させて空気を圧縮し吸気量を向上させている。

　近年内燃機関の燃焼効率を最大化するため空燃比を制御する必要性が高まり、この過給機のタービンの回転数を制御する必要が出てきている。そこで、このタービンの回転数を検出する必要がある。排気側のタービンは高温と高圧とにさらされる環境にあるのに対して、空気圧縮側のタービンでは温度が２００℃程度であるため、空気圧縮側にて回転数を検出することが一般的である。このような回転数を検出する方法として各種の検出方式が提案されている（特許文献１～３）。

国際公開第２０１３／１１４５６４号 特表２００８－５０６０７４号公報 特表２００８－５３６０３８号公報

　特許文献１では、空気圧縮側のタービンのアルミニウム製の回転翼に近接して配置したコイルに高周波電流を印加し、回転翼が近接することにより渦電流が発生してコイルに発生する起電力が変化することを利用して回転数の検出を行っている。

　しかしながら、特許文献１の検出方式では、渦電流を発生させるためには回転翼とコイルとを１ｍｍ程度の間隔に近接させなければならない、回転翼とコイルとの間に金属等の導電性材料を配置できないなどの制約があるという問題がある。

　特許文献２では、磁気を利用して回転数を検出する。この方式では、回転軸の先端に、回転軸の軸方向に直交する方向に磁化された磁石を取り付けて、回転軸と一体に磁石を回転させ、この磁石から発生した回転磁界を、磁石に近接して配置したホール素子などの磁気センサにて検出する。ここで、回転する磁石は、圧縮空気の雰囲気に直接接触するため、２００℃以上の高温にて減磁しない磁石である必要があり、また、毎分数十万回転の遠心力に耐える靭性が高い磁石である必要がある。このような磁石としては、焼結磁石ではなくＦｅ－Ｃｒ－Ｃｏ合金による熱間鍛造、圧延により靱性を持たせた磁石が用いられる。

　しかしながら、この種の磁石は磁力が小さいため、磁気センサとしてホール素子を用いる場合には、ホール素子を磁石に近接させて設ける構成が必須となる。そこで、タービンの筐体に穴を形成して、筐体内にホール素子を収納する構成としている。よって、磁気センサの耐熱性と気流への空気抵抗による損失、また、筐体内は圧力が高いため筐体に穴をあけることによる気密性の確保に課題がある。

　特許文献３には、筐体に穴を形成せずに、特許文献２と同様に回転軸に磁石を取り付け、磁気を利用して回転数を検出する方式が開示されている。この方式では、磁石に磁気センサを近接配置することができず、磁石から２０～４０ｍｍ離れた位置に磁気センサを配置している。上述したＦｅ－Ｃｒ－Ｃｏ合金系の磁石を使用した場合、この配置位置での磁界の大きさは１～４ｍＴ程度となり、毎分１０万回転以上ではアルミニウム製の筐体に発生する渦電流により更に磁界が弱められて１ｍＴ以下となる。

　このため検出センサとしてホール素子を用いる場合、一般にホール素子の検出感度は１Ｖ／Ｔ程度であるので、ホール素子の出力電圧は１ｍＶ以下となる。ここで、ホール素子のオフセット電圧が数ｍＶ発生するため、雑音以下の出力となって感度不足となり、安定した検出を行えない。

　ホール素子の安定した磁界検出感度は１０ｍＴ程度であるため感度不足となる。一方磁界検出に磁芯付きコイルを用いた場合、検出感度は十分確保できるが、検出出力（電圧）が磁石の回転数に比例した出力となり、高回転では十分な検出出力を得ることができるが、低回転では出力が雑音以下となり検出できなくなる課題がある。特に近年高精度な過給圧制御のために毎分１０００～３５００００回転までの検出が必要であり、検出すべき回転数の範囲が３５０倍に及ぶため、コイルによる検出方式では特に低回転領域で対応できなくなる課題がある。

　本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、筐体に穴を形成する必要がなく、簡単小型で低コストの構成であって、広い検出範囲内にわたって正確な回転数を検出することができる回転数検出装置及び回転数検出方法を提供することを目的とする。

　本発明に係る回転数検出装置は、回転軸の回転数を非接触で検出する回転数検出装置において、前記回転軸に装着され、前記回転軸の軸方向と直交する方向に着磁されて少なくとも１つのＮ極及び１つのＳ極を有する磁石と、軟質磁性体からなる板状をなす磁芯を有し、前記磁芯の長手方向の中央部は両端部に比べて幅が狭く、前記中央部にコイルが巻かれているセンサ本体と、前記コイルに交流電流を印加する印加部と、前記コイルの両端に発生する電圧の変動を検出する検出部とを備えており、前記磁芯の中央部が磁気飽和を始める印加磁界は、前記磁石から発生する前記センサ本体位置での磁界の最大値の１／１０以上１／２以下になるようにしてあり、前記磁芯の中央部が磁気飽和を始める印加磁界Ｈs は、Ｈs ＝（ｄ・ｔ・Ｂs ）／（μ₀ ・Ｗ・Ｌ）（但し、ｄ：前記中央部の幅、ｔ：前記磁芯の厚さ、Ｂs ：前記磁芯の飽和磁束密度、μ₀ ：真空の透磁率、Ｗ：前記両端部の幅、Ｌ：前記磁芯の長さ）で表されることを特徴とする。

　本発明の回転数検出装置にあっては、検出対象の回転軸の軸方向と直交する方向（径方向）に着磁されて少なくとも１つのＮ極と１つのＳ極とを有する磁石を、回転軸と一体で回転するように、回転軸に装着し、軟質磁性体からなる板状の磁芯の幅が狭い中央部にコイルが巻かれているセンサ本体を、長手方向が磁石の着磁方向（径方向）に一致するように配置する。磁芯の中央部が磁気飽和を始める印加磁界は、磁石から発生するセンサ本体位置での磁界の最大値の１／１０以上１／２以下になるように、磁芯の形状、特性を設定しておく。コイルに交流電流を印加し、磁石が回転軸と一体で回転した際に、コイルの両端に発生する電圧の変動を検出する。回転軸及び磁石が１回転する際に、磁石から印加される磁界の大きさが前記磁気飽和を始める印加磁界より小さくて磁気飽和が起こらずに、コイルの起磁力による磁化反転によってコイルの両端に発生する電圧が大きくなる状態と、磁石から印加される磁界の大きさが前記磁気飽和を始める印加磁界より大きくなって、磁気飽和によってコイルの起磁力による磁化反転が起こらずにコイルの両端に発生する電圧が小さくなる状態との変動が２回だけ生じる。よって、コイルの両端に発生する電圧の変動の回数を計数することにより、回転軸の回転数を容易に検出できる。また、磁芯の中央部が磁気飽和を始める印加磁界Ｈsは、磁芯の形状、特性を用いて、Ｈs ＝（ｄ・ｔ・Ｂs ）／（μ₀ ・Ｗ・Ｌ）（但し、ｄ：磁芯の中央部の幅、ｔ：磁芯の厚さ、Ｂs ：磁芯の飽和磁束密度、μ₀ ：真空の透磁率、Ｗ：磁芯の両端部の幅、Ｌ：磁芯の長さ）で表される。よって、磁芯の形状、特性を特定することにより、磁芯の中央部が磁気飽和を始める所望の印加磁界が求められる。

　本発明に係る回転数検出装置は、前記コイルに印加する前記印加部の交流電流の尖頭値は、Ｉp ＝（Ｈs ・Ｌ）／ｎ（但し、ｎ：前記コイルの巻き数）で表される尖頭値Ｉp 以下であることを特徴とする。

　本発明の回転数検出装置にあっては、コイルに印加する交流電流の尖頭値を、Ｉp ＝（Ｈs ・Ｌ）／ｎ（但し、ｎ：コイルの巻き数）以下とする。よって、磁石からの磁界が印加磁界Ｈs 以下では磁芯の中央部で磁化反転が起こり、磁石からの磁界が印加磁界Ｈs を越えると磁芯の中央部が磁気飽和するという事象を、磁石の回転中に確実に実現できる。

　本発明に係る回転数検出装置は、前記センサ本体は、前記回転軸を収納する非磁性の筐体の外部に設けられていることを特徴とする。

　本発明の回転数検出装置にあっては、回転軸を収納する非磁性の筐体の外部にセンサ本体を設けている。よって、従来例のように筐体に穴を形成する必要がないので、気密性を維持できる。

　本発明に係る回転数検出装置は、前記磁石は、熱間鍛造または圧延によるＦｅ－Ｃｒ－Ｃｏ合金系磁石であることを特徴とする。

　本発明の回転数検出装置にあっては、回転軸に装着させる磁石として、熱間鍛造または圧延による靭性が高いＦｅ－Ｃｒ－Ｃｏ合金系磁石を使用する。よって、高温環境であっても減磁することがなく、また、多回転数による遠心力に耐えて破壊されることもない。

　本発明に係る回転数検出装置は、軟質磁性体からなるヨーク板を前記磁芯の両端部近傍に更に備えることを特徴とする。

　本発明の回転数検出装置にあっては、軟質磁性体からなるヨーク板を磁芯の両端部近傍に設けている。よって、磁石からの磁束がヨーク板にて集められて磁芯に到達するため、センサ本体の検出感度は向上し、回転軸に装着される磁石が小型であっても、低い回転数から高い回転数までの広い範囲にわたって、回転軸の回転数を精度良く検出できる。

　本発明に係る回転数検出装置は、回転軸の回転数を非接触で検出する回転数検出装置において、前記回転軸に装着され、前記回転軸の軸方向と直交する方向に着磁されて少なくとも１つのＮ極及び１つのＳ極を有する磁石と、軟質磁性体からなる板状をなす磁芯を有し、前記磁芯の長手方向の中央部は両端部に比べて幅が狭く、前記中央部にコイルが巻かれているセンサ本体と、前記コイルのインダクタンス分を共振回路の構成要素とした自励発振回路と、前記自励発振回路の発振出力の変動、または、前記自励発振回路に流入する電源電流の変動を検出する検出部とを備えており、前記磁芯の中央部が磁気飽和を始める印加磁界は、前記磁石から発生する前記センサ本体位置での磁界の最大値の１／１０以上１／２以下になるようにしてあり、前記磁芯の中央部が磁気飽和を始める印加磁界Ｈs は、Ｈs ＝（ｄ・ｔ・Ｂs ）／（μ₀ ・Ｗ・Ｌ）（但し、ｄ：前記中央部の幅、ｔ：前記磁芯の厚さ、Ｂs ：前記磁芯の飽和磁束密度、μ₀ ：真空の透磁率、Ｗ：前記両端部の幅、Ｌ：前記磁芯の長さ）で表されることを特徴とする。

　本発明の回転数検出装置にあっては、検出対象の回転軸の軸方向と直交する方向（径方向）に着磁されて少なくとも１つのＮ極と１つのＳ極とを有する磁石を、回転軸と一体で回転するように、回転軸に装着し、軟質磁性体からなる板状の磁芯の幅が狭い中央部にコイルが巻かれているセンサ本体を、長手方向が磁石の着磁方向（径方向）に一致するように配置する。磁芯の中央部が磁気飽和を始める印加磁界は、磁石から発生するセンサ本体位置での磁界の最大値の１／１０以上１／２以下になるように、磁芯の形状、特性を設定しておく。コイルのインダクタンス分を共振回路の構成要素とした自励発振回路をコイルに接続し、磁石が回転軸と一体で回転した際に、自励発振回路の発振出力の変動、または、自励発振回路に流入する電源電流の変動を検出する。回転軸及び磁石が１回転する際に、磁石から印加される磁界の大きさが前記磁気飽和を始める印加磁界より小さくて磁気飽和が起こらずに、自励発振回路の発振出力、または、自励発振回路に流入する電源電流が大きくなる状態と、磁石から印加される磁界の大きさが前記磁気飽和を始める印加磁界より大きくなって磁気飽和によって、自励発振回路の発振出力、または、自励発振回路に流入する電源電流が小さくなる状態との変動が２回だけ生じる。よって、このような発振出力または電源電流の変動の回数を計数することにより、回転軸の回転数を容易に検出できる。また、磁芯の中央部が磁気飽和を始める印加磁界Ｈsは、磁芯の形状、特性を用いて、Ｈs ＝（ｄ・ｔ・Ｂs ）／（μ₀ ・Ｗ・Ｌ）（但し、ｄ：磁芯の中央部の幅、ｔ：磁芯の厚さ、Ｂs ：磁芯の飽和磁束密度、μ₀ ：真空の透磁率、Ｗ：磁芯の両端部の幅、Ｌ：磁芯の長さ）で表される。よって、磁芯の形状、特性を特定することにより、磁芯の中央部が磁気飽和を始める所望の印加磁界が求められる。

　本発明に係る回転数検出方法は、回転軸の回転数を非接触で検出する回転数検出方法において、前記回転軸の軸方向と直交する方向に着磁されて少なくとも１つのＮ極と１つのＳ極とを有する磁石を、前記回転軸に固着させ、軟質磁性体からなる板状をなす磁芯を有し、前記磁芯の長手方向の中央部は両端部に比べて幅が狭く、前記中央部にコイルが巻かれており、前記磁芯の中央部が磁気飽和を始める印加磁界Ｈs は、Ｈs ＝（ｄ・ｔ・Ｂs ）／（μ₀ ・Ｗ・Ｌ）（但し、ｄ：前記中央部の幅、ｔ：前記磁芯の厚さ、Ｂs ：前記磁芯の飽和磁束密度、μ₀ ：真空の透磁率、Ｗ：前記両端部の幅、Ｌ：前記磁芯の長さ）で表されるセンサ本体を、前記印加磁界Ｈs は前記磁石から発生する前記センサ本体位置での磁界の最大値の１／１０以上１／２以下になるように、長手方向が前記磁石の着磁方向に一致するように配置させ、Ｉp ＝（Ｈs ・Ｌ）／ｎ（但し、ｎ：前記コイルの巻き数）で表される尖頭値Ｉp 以下の尖頭値を有する交流電流を前記コイルに印加し、前記磁石が前記回転軸と一体で回転した際に、前記コイルの両端に発生する電圧の変動を検出し、前記電圧の変動の検出結果に基づいて、前記回転軸の回転数を検出することを特徴とする。

　本発明に係る回転数検出方法は、回転軸の回転数を非接触で検出する回転数検出方法において、前記回転軸の軸方向きと直交する方向に着磁されて少なくとも１つのＮ極と１つのＳ極とを有する磁石を、前記回転軸に固着させ、軟質磁性体からなる板状をなす磁芯を有し、前記磁芯の長手方向の中央部は両端部に比べて幅が狭く、前記中央部にコイルが巻かれており、前記磁芯の中央部が磁気飽和を始める印加磁界Ｈs は、Ｈs ＝（ｄ・ｔ・Ｂs ）／（μ₀ ・Ｗ・Ｌ）（但し、ｄ：前記中央部の幅、ｔ：前記磁芯の厚さ、Ｂs ：前記磁芯の飽和磁束密度、μ₀ ：真空の透磁率、Ｗ：前記両端部の幅、Ｌ：前記磁芯の長さ）で表されるセンサ本体を、前記印加磁界Ｈs は前記磁石から発生する前記センサ本体位置での磁界の最大値の１／１０以上１／２以下になるように、長手方向が前記磁石の着磁方向に一致するように配置させ、前記コイルのインダクタンス分を共振回路の構成要素とした自励発振回路を、前記コイルに接続させ、前記磁石が前記回転軸と一体で回転した際に、前記自励発振回路の発振出力の変動、または、前記自励発振回路に流入する電源電流の変動を検出し、前記発振出力の変動または前記電源電流の変動の検出結果に基づいて、前記回転軸の回転数を検出することを特徴とする。

　本発明によれば、低い回転数から高い回転数までの広い範囲にわたって、回転軸の回転数を検出することができ、回転軸の停止状態からの検出が可能である。また、低磁界でも正確に回転数を検出できる構成であるため、使用する磁石及び検出器の小型・軽量化が可能であり、検出装置全体も小型・低価格化を実現できる。また、高精度な検出を行えるため、回転軸を収容する筐体外に検出器を設けることができ、筐体に穴をあける必要もなくなり、気密性を維持できる。

本発明に係る回転数検出装置の構成を示す概略図である。 検出器の構成を示す模式図である。 薄板矩形状の軟質磁性体を示す上面図である。 薄板矩形状の軟質磁性体を示す側面図である。 磁界が印加された場合に磁束が軟質磁性体に取り込まれる範囲を示す図である。 軟質磁性体内の磁束密度分布を示す図である。 図３Ａ，Ｂに示した軟質磁性体に対して長手方向の中央部を狭くした薄板矩形状の軟質磁性体を示す図である。 センサ本体の構成を示す平面図である。 印加磁界に対するコイルの起電力（またはインピーダンス）の変化を示すグラフである。 検出器の回路構成の一例を示す図である。 コイルの両端に発生する電圧を示すグラフである。 検出器の回路構成の他の例を示す図である。 振幅検出部からの出力電圧を示すグラフである。 他の実施の形態における検出器の回路構成を示す図である。 検出した自励発振回路の発振出力を示すグラフである。 実施例１における磁石及びセンサ本体の構成を示す平面図である。 実施例１における磁石及びセンサ本体の構成を示す側面図である。 実施例１におけるセンサ本体の形状を示す斜視図である。 磁芯となる作製したコア材を示す平面図である。 実施例１における検出器の回路構成を示す図である。 実施例１による実験で取り出された振幅出力と２値化出力とを示すグラフである。 実施例１による別の実験で取り出された振幅出力と２値化出力とを示すグラフである。 実施例１による更に別の実験での結果を示すグラフである。 実施例２にあって磁界を印加していないときの発振波形を示すグラフである。 実施例２にあって磁界を印加しているときの発振波形を示すグラフである。 実施例２による実験で取り出された発振出力と電流変動出力とを示すグラフである。 実施例３における磁石の構成を示す平面図である。 実施例３における磁石の構成を示す側面図である。 実施例１，２の磁石による磁束密度の回転依存性を示すグラフである。 実施例３の磁石による磁束密度の回転依存性を示すグラフである。 実施例３におけるセンサ系の構成を示す平面図である。 実施例３におけるセンサ系の構成を示す側面図である。 実施例３におけるセンサ系の構成を示す斜視図である。 ヨーク板を設けない検出系、２ｍｍ角のヨーク板を設けた検出系、及び３ｍ角のヨーク板を設けた検出系における磁界検出特性を示すグラフである。 ヨーク板の幅を変化させた形態を示す平面図である。 ヨーク板の幅を変化させた形態を示す側面図である。 ヨーク板の幅を変化させた場合の磁界検出特性を示すグラフである。 ヨーク板の間隔を変化させた形態を示す平面図である。 ヨーク板の間隔を変化させた形態を示す側面図である。 ヨーク板の間隔を変化させた場合の磁界検出特性を示すグラフである。

　以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。

　図１は、本発明に係る回転数検出装置の構成を示す概略図である。図１にあって、１は回転数を検出する対象としての円柱状の回転軸である。回転軸１は、非磁性の筐体２内に収納されている。回転軸１の先端部には、磁石３が装着されている。磁石３は、Ｆｅ－Ｃｒ－Ｃｏ合金系磁石であり、回転軸１の軸方向に直交する方向、つまり径方向に着磁されており、１つのＮ極と１つのＳ極とを有している。図１では、磁石３は１つのＮ極と１つのＳ極とを有しているが、Ｎ極とＳ極とは２つ以上あっても効果がある。但し、極数が多くなるほど磁束が遠くに及ばなくなるので検出器を磁石に近接配置する必要があること、極数が多くなるほど同一回転に対する磁束変化の周波数が高くなるので、筐体の外で検出する場合には渦電流による磁束の減衰が大きくなって検出できる回転数の上限が低下する虞があることから、１つのＮ極と１つのＳ極とを有しているのが好ましい。

　筐体２の外であって、磁石３から磁界検出が可能な範囲に離れた位置に、検出器４が設けられている。図２は、検出器４の構成を示す模式図である。検出器４は、軟質磁性体からなる薄板矩形状の磁芯５と、磁芯５の中央部に巻かれたコイル６と、コイル６に交流電流を印加する交流電源７と、コイル６の両端に発生する電圧を検出する電圧検出部８と有する。なお、磁芯５とコイル６とでセンサ本体９を構成する。

　磁芯５の長手方向は、磁石３の着磁方向（径方向）に一致する。磁芯５の長手方向の中央部５ａにおける幅は両端部５ｂ，５ｂにおける幅よりも狭くなっており、この幅が狭い中央部５ａに交流磁界を印加するためのコイル６が配置されている。磁芯５の中央部５ａが磁気飽和を始める印加磁界が、磁石３から発生するセンサ本体９位置での磁界の最大値の１／１０以上１／２以下になるように、磁芯５の形状及び特性、磁芯５の磁石３からの離隔距離を設定しておく。ここで、磁芯５の長手方向の中央部５ａとは、幅が両端部５ｂ，５ｂよりも狭くなっている部分を指している。

　以下、本発明における回転数の検出原理について説明する。図３Ａ，Ｂは、薄板矩形状の軟質磁性体を示す図であって、図３Ａが上面図であり、図３Ｂが側面図である。図３Ａ，Ｂに示すような薄板矩形状の軟質磁性体５０（長さ：Ｌ、幅：Ｗ、厚さ：ｔ、Ｗ≫ｔ）の長手方向に磁界を印加する。図４は、磁界が印加された場合に磁束が軟質磁性体５０に取り込まれる範囲を示す図である。軟質磁性体５０の比透磁率μ_r が空気の比透磁率より十分大きい場合、軟質磁性体５０近傍の磁束は軟質磁性体５０に取り込まれ、軟質磁性体５０の中央部で磁束密度は高くなる。

　ここで、軟質磁性体５０の幅Ｗが厚さｔより十分大きい場合（Ｗ≫ｔ）、磁界解析により側面から侵入する磁束は小さいためほぼ無視できて、厚さ方向で磁束が集められる範囲はほぼ長さに等しいＬの範囲となる（図４参照）。図５は、軟質磁性体５０内の磁束密度分布を示す図である。印加磁界の大きさをＨとした場合、軟質磁性体５０の中央部の磁束密度Ｂは、真空の透磁率をμ₀ (＝４π×１０^-7)として、Ｂ≒（μ₀ ・Ｌ・Ｈ ）／ｔと表すことができる。

　図６は、図３Ａ，Ｂに示した軟質磁性体５０に対して長手方向の中央部を狭くした薄板矩形状の軟質磁性体５１を示す図である。図６に示すような中央部５１ａの幅をｄ（ｄ＜Ｗ）とした軟質磁性体５１に対して、同様に長手方向に磁界Ｈを印加した場合、幅Ｗの両端部に発生していた磁束が幅ｄの中央部５１ａに集められるため、中央部５１ａの磁束密度はＷ／ｄ倍に増加する。よって、図６に示す軟質磁性体５１での中央部５１ａの磁束密度Ｂは、Ｂ≒（μ₀ ・Ｗ・Ｌ・Ｈ ）／（ｄ・ｔ）と表すことができる。なお、軟質磁性体からなる板状の磁芯の形状として、矩形板状を例としてあげているが、図５の磁束密度分布を得る形状は図６の矩形板状に限定されない。軟質磁性体の両端の幅広部が円形をしているダンベル形状でもよい。

　図６に示すような形状とした場合、軟質磁性体５１の飽和磁束密度をＢs とすると、中央部５１ａが磁気飽和を開始する印加磁界Ｈs は、μ_r ≫μ₀ である場合に、Ｈs ＝（ｄ・ｔ・Ｂs ）／（μ₀ ・Ｗ・Ｌ）と表すことができる。

　例えば、Ｌ＝３ｍｍ、Ｗ＝０．３ｍｍ、ｔ＝０．０１ｍｍ、ｄ＝０．０５ｍｍであって、Ｂs ＝０．７２Ｔとすると、中央部５１ａが磁気飽和を開始する印加磁界Ｈs はＨs ＝３２０Ａ／ｍ程度の小さい磁界となる。

　このような軟質磁性体５１を磁芯５として、磁芯５の中央部５ａ（軟質磁性体５１の中央部５１ａ）にコイル６を配置してセンサ本体９を構成する。図７は、センサ本体９の構成を示す平面図である。外部から磁界が印加された状態で、コイル６に交流電流を印加する。図８は、印加磁界に対するコイル６の起電力（またはインピーダンス）の変化を示すグラフである。

　磁芯５に外部から磁界が印加されていない場合、または、印加される磁界の大きさが磁気飽和を開始する磁界（前述した印加磁界Ｈs ）より小さい場合、コイル６の起磁力によって、磁芯５の磁化が周期的に反転し、コイル６を鎖交する磁束の変化に伴う起電力がコイル６に発生する（図８参照）。一方、磁芯５に磁界が印加されており、その磁界の大きさが磁気飽和を開始する磁界（前述した印加磁界Ｈs ）より大きい場合、磁芯５の磁化は一方向を向いており、磁気飽和によってコイル６の起磁力による磁化の反転が起こらないため、コイル６に発生する起電力は小さくなる（図８参照）。そして、磁芯５に印加する磁界の大きさが印加磁界Ｈs より小さい場合にはコイル６のインピーダンスが高く、磁芯５に印加する磁界の大きさが印加磁界Ｈs より大きい場合にはコイル６のインピーダンスが低いことを意味する。

　磁石３が１回転する間に、磁石３から磁芯５に印加される磁界は周期的に変化し、１回転する間に２回だけ、磁芯５に印加される磁界の大きさが印加磁界Ｈs より小さくて磁気飽和が起こらず、磁化の反転による起電力がコイル６に生じる。よって、コイル６の両端に発生する電圧の変動をモニタして、所定電圧より大きくなる回数を計数することにより、磁石３と一体で回転する回転軸１の回転数を検出することができる。なお、磁石３が１回転する間に２回だけ、磁芯５に印加される磁界の大きさが印加磁界Ｈs より大きくて磁気飽和が起こり、磁化の反転による起電力がコイル６に生じないため、コイル６の両端に発生する電圧の変動をモニタして、所定電圧より小さくなる回数を計数することにより、回転軸１の回転数を検出することも可能である。

　ここで、コイル６の起磁力及びコイル６に印加する電流の大きさについて検討する。図８に示すように、磁芯５に印加される磁界の大きさが磁界Ｈs より大きいときには、磁芯５の狭い中央部５ａは磁気飽和しているため、磁芯５に印加された起磁力（Ｈs ・Ｌ）はこの中央部５ａに集中することとなる。このとき、コイル６から発生する起磁力がこのＨs ・Ｌを超えると磁芯５の磁化が反転してしまって、コイル６の起電力及びインピーダンスが小さくならない。よって、コイル６に印加する起磁力はＨs ・Ｌ以下でなければならない。したがって、コイル６の巻き数をｎとすると、コイル６に印加する電流の尖頭値Ipは、Ｉp ≦（Ｈs ・Ｌ）／ｎを満たす必要がある。さらに、Ｉp に比較して印加電流が小さすぎるとノイズに埋もれてしまって明確な検出ができなくなるため、Ｓ／Ｎ確保の観点から印加電流はＩp ／２０以上確保することが好ましい。

　例えば、磁芯５の形状及び飽和磁束密度が前述したような数値を有する場合、すなわち、磁気飽和を開始する印加磁界Ｈs が３２０Ａ／ｍである場合であって、コイルの巻き数ｎが２００回であるときには、コイル６に印加する電流の尖頭値Ｉp は４．８ｍＡ以下となる。

　磁石３から磁界検出が可能な範囲に離れた位置に、検出器４が設けられており、磁芯５の中央部５ａに巻かれたコイル６に交流電流が印加される。印加される交流電流の周波数は、検出される回転軸１の最大回転数の周波数より１桁以上大きな周波数とする。磁石３が回転軸１と一体で回転する際に、コイル６の両端部に発生する電圧が電圧検出部８により検出される。

　前述したような原理により、磁石３が１回転する度に、２回の電圧の変動が検出される。そして、この電圧変動の回数を計数することにより、回転軸１の回転数が検出される。

　図９は、検出器４の回路構成の一例を示す図である。図９にあって、図２と同一部分には、同一番号を付している。交流電源７とコイル６との間には抵抗（抵抗値：１ｋΩ）１１が設けられている。磁芯５の幅狭の中央部５ａには２００回だけコイル６が巻かれている。コイル６の巻き線抵抗値は２５Ωである。交流電源７は、振幅０．５Ｖ、周波数２５０ｋＨｚの正弦波を出力する。

　図９に示すような構成を有する検出器４にヘルムホルツコイルで磁界を印加し、コイル６の両端部に発生する電圧を電圧検出部８にて検出した。図１０は、コイル６の両端に発生する電圧を示すグラフである。図１０にあって、横軸はヘルムホルツコイルで印加された磁界（印加磁界）［Ａ／ｍ］を表し、縦軸はコイル６の両端に発生する電圧（コイル電圧）［ｍＶ］を表している。

　図１０に示すように、印加磁界が零のときにはコイル６に発生した電圧の振幅は４５ｍＶ程度ある。しかし、印加磁界の大きさが２４０Ａ／ｍ以上では振幅はほぼ一定の１５ｍＶ程度であって、印加磁界が零のときの１／３程度となっている。図１０の結果から、磁芯５が磁気飽和を始める磁界は約２４０Ａ／ｍとなり、上述のように計算した印加磁界Ｈs ＝３２０Ａ／ｍに概ね一致している。

　また、Ｈs 以上の磁界を印加した場合における出力電圧は、コイル６の巻き線抵抗分２５Ωによって発生する電圧、即ち、発振電圧０．５Ｖ×２５／（１０００＋２５）＝１２．２ｍＶにほぼ一致している。このことは、Ｈs 以上の磁界が印加された場合に、磁芯５を構成する磁性材料に磁化反転が起こらないため、インダクタンス分が消失し、コイル６のインピーダンスはほぼ巻き線抵抗分のみとなったことを意味している。

　このようにして、磁芯５に磁界を印加していないときと、Ｈs 以上の磁界を印加したときとで、コイル６の両端に発生する電圧が３倍程度変化するため、磁石３が１回転するときに２回、コイル６の両端に発生する電圧の変動を容易に検出することができ、回転軸１の回転数を容易に検出できる。

　図１１は、検出器４の回路構成の他の例を示す図である。磁芯５、コイル６、交流電源７及び抵抗１１の構成は、図９に示す回路と同様である。コイル６及び抵抗１１に並列に、第２抵抗（抵抗値：Ｒ2 ）１２及び第３抵抗（抵抗値：Ｒ3 ）１３が設けられている。これらの３個の抵抗は、Ｒ1 ／ＲL ＝Ｒ2 ／Ｒ3 （但し、Ｒ1 は抵抗１１の抵抗値、ＲL はコイル６の巻き線抵抗値）を満たすように抵抗値が設定されている。また、コイル６及び抵抗１１の中間並びに第２抵抗１２及び第３抵抗１３の中間の電位差を検出する振幅検出部１４が設けられている。図１１に示す回路は、磁芯５にＨs 以上の磁界が印加された場合に出力されるコイル６の巻き線抵抗分の出力を相殺する構成である。

　図１１に示すような構成を有する磁芯５にヘルムホルツコイルで磁界を印加して振幅検出部１４からの出力電圧を検出した。図１２は、振幅検出部１４からの出力電圧を示すグラフである。図１２にあって、横軸は印加磁界［Ａ／ｍ］を表し、縦軸は回路の出力電圧［Ｖ］を表している。

　図１２に示すように、出力電圧は、印加磁界が零のときには０．２Ｖ程度であるが、印加磁界の大きさが２４０Ａ／ｍ以上のときにほぼ零となり、零磁界を明確に検出できることが判明した。

　本発明の他の実施の形態に関して説明する。他の実施の形態では、検出方法として発振回路を用いる。図１３は、他の実施の形態における検出器４の回路構成を示す図である。図１３にあってセンサ本体（磁芯５及びコイル６）の構成は、図９及び図１１に示す回路と同様である。

　コイル６のインダクタンス分を共振回路の構成要素とした自励発振回路２１が、コイル６に接続されている。そして、この回路は、自励発振回路２１の発振出力の変動、または、抵抗２２を介して電源２３から自励発振回路２１に流入する電源電流の変動を検出する構成である。挿入した抵抗２２に発生する電圧の変化により、電源電流の変動を検出する。

　センサ本体９（磁芯５）へ磁界が印加されないときは、コイル６のインピーダンス中のインダクタンス分が大きいため発振状態を保っているが、検出器４（磁芯５）にＨs 以上の磁界が印加されると、コイル６のインダクタンス分はほぼ消失してコイル６のインピーダンスは殆ど抵抗成分となるため発振が停止、もしくは発振振幅が大幅に低下する。

　よって、自励発振回路２１の発振出力の変動は、印加される磁界の変化に対応する。また、自励発振回路２１に流入する電源電流は発振出力の振幅の大きさで変化するため、電源２３から自励発振回路２１に流入する電源電流の変動も、印加される磁界の変化に対応する。従って、これらの発振出力または電源電流の変動を検出することにより、磁石３（回転軸１）の回転数を検出できる。具体的には、磁石３（回転軸１）が１回転する際に、発振出力または電源電流が２回だけ変動するので、その変動の回数を計数することにより、回転軸１の回転数を検出することが可能である。

　図１３に示すような構成を有する検出器４に磁界を印加して自励発振回路２１の発振出力を検出した。図１４は、検出した自励発振回路２１の発振出力を示すグラフである。図１４にあって、横軸は印加された磁界（印加磁界）［Ａ／ｍ］を表し、縦軸は発振出力［Ｖ］を表している。

　図１４に示すように、印加する磁界の大きさが４００Ａ／ｍ以上であるときには、発振出力が急激に低下していることを確認できた。このように、コイル６を用いて自励発振回路２１を構成した場合に、印加磁界が零のときに発振振幅が大きくなり、印加磁界が４００Ａ／ｍ以上のときに発振出力が急激に低下する。よって、発生した磁界が検出器４付近で、前述したＨs 以上の磁界、例えば８００Ａ／ｍ程度以上となる磁石３の回転数を容易に検出することができる。この結果、磁石３と一体で回転する回転軸１の回転数を小型の構成にて検出可能となる。

　以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
（実施例１）
　実施例１は、コイル６の両端に発生する電圧の変動を検出し、電圧の変動の検出結果に基づいて、回転軸１の回転数を検出するようにした実施例である。

　図１５Ａ，Ｂは、実施例１における磁石３及びセンサ本体９の構成を示す図であって、図１５Ａが平面図であり、図１５Ｂが側面図である。なお、図１５Ａ，Ｂでは、回転軸１と、筐体２と、検出器４のセンサ本体９以外の要素との図示を省略している。

　回転軸１に装着されて回転軸１と一体で回転する磁石３は、内周面が円状であって外周面が６角形状であるナット形状をなしている。そして、磁石３は、回転軸１に過給機の圧縮機側の回転翼を取り付けるためのナット材として機能する。磁石３は、熱間鍛造または圧延によるＦｅ－Ｃｒ－Ｃｏ合金系材料からなる。より詳細には、磁石３は、Ｃｒ（３０質量％）－Ｃｏ（１５質量％）－Ｍｏ（１質量％）－Ｆｅ（残部）合金からなる圧延磁石材料から、切削加工により厚さ６．５ｍｍ、最大直径１６．２ｍｍのナット状に切り出して構成される。なお、圧延方向は径方向に平行である。

　この磁石材料の圧延方向に平行に着磁磁界を印加し、径方向に平行に着磁した。磁石３は、円周方向に対して１つのＮ極と１つのＳ極とを有する。この磁石３を回転軸１に取り付けて回転できるようにした。

　このような磁石３から磁界検出が可能な範囲に離隔させて、磁芯５の長手方向が磁石３の着磁方向（径方向）に一致するようにセンサ本体９を配置した。図１６は、実施例１におけるセンサ本体９の形状を示す斜視図である。磁芯５はガラスエポキシ樹脂製の非磁性基板３１に貼付されている。磁芯５は、長さ３ｍｍ、厚さ０．０１ｍｍの短冊状をなしており、長手方向の中央部５ａにおける幅（０．０５ｍｍ）は両端部５ｂ，５ｂにおける幅（０．３ｍｍ）よりも狭くなっており、この幅が狭い中央部５ａに交流磁界を印加するためのコイル６が配置されている。センサ本体９（磁芯５及びコイル６）は樹脂（図示せず）にてモールドされている。

　磁芯５の中央部５ａが磁気飽和を始める印加磁界が、磁石３から発生するセンサ本体９位置での磁界の最大値の１／１０以上１／２以下になるように、磁芯５の形状及び特性、磁芯５の磁石３からの離隔距離を設定した。具体的に、磁石３の中心からセンサ本体９の磁石３近位側の端面までの距離は２５ｍｍとした。磁石３の中心から２５ｍｍ離れたＮ極位置での磁束密度は、磁束密度計で測定した結果、２．２ｍＴであった。

　センサ本体９の作製工程について説明する。Ｎｉ（８０質量％）－Ｍｏ（４．５質量％）－Ｆｅ（残部）からなる厚さ０．０１ｍｍのパーマロイ圧延板をＨ₂ 流気中で１１００℃、３時間の熱処理を施した後に、熱処理板の加工歪を防止するため、厚さ０．３ｍｍのガラスエポキシ基板に貼り付け、その後、塩化第２鉄溶液にてエッチングしてコア材５３を作製した。図１７は、磁芯５となる作製したコア材５３を示す平面図である。

　次に、コア材５３の中央部に、直径０．０１７ｍｍのマグネットワイアを２００回巻き付けてコイル６を配置して、センサ本体９を作製した。コイル６の巻き線抵抗値（ＲL ）は２５Ωであった。

　なお、軟質磁性体からなる磁芯５（コア材５３）の材料としてパーマロイを用いることとしたが、これは例示であり、軟質磁性体として、Ｃｏ系アモルファス材、Ｆｅ系アモルファス材、Ｆｅ系微小結晶質材、Ｍｎ－Ｚｎ系ソフトフェライト材、珪素鋼板を用いてもよい。軟質磁性体からなる磁芯の飽和磁束密度は、各材料に応じた規格に則って、測定を行う。例えば、パーマロイの飽和磁束密度はＪＩＳ規格　ＪＩＳ　Ｃ２５３１（国際規格　ＩＥＣ６０４０４）に記載の５００Ａ／ｍの磁界を印加した時に発生する磁束密度を測定し、珪素鋼板の飽和磁束密度は、ＪＩＳ　Ｃ２５５２（無方向性）、Ｃ２５５３（方向性）で規定されている測定方法にて測定する。Ｃｏ系アモルファス材、Ｆｅ系アモルファス材、Ｆｅ系微小結晶質材に関しては珪素鋼板に準じて測定する。Ｍｎ－Ｚｎ系ソフトフェライト材はＪＩＳ　Ｃ２５６０で規定されている測定方法にて測定する。

　図１８は、実施例１における検出器４の回路構成を示す図である。図１８にあって、図１１と同様の構成要素には同一符号を付している。振幅検出部１４には、振幅検出部１４の出力電圧を２値化処理する２値化処理部１５が接続してある。図１８に示す回路は、振幅検出部１４からの出力電圧（振幅出力）と、２値化処理部１５からの２値化出力とが外部に取り出される構成である。なお、抵抗１１，第２抵抗１２及び第３抵抗１３の抵抗値Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 はそれぞれ１ｋΩ，３．３ｋΩ，１００Ωとした。

　このような構成をなす磁石３と検出器４とを用いて、回転数を検出する実験を行った。交流電源７はファンクションジェネレータを用いて、周波数２５０ｋＨｚ、振幅０．５Ｖの正弦波電流をコイル６に印加した。そして、ナット形状の磁石３を回転軸１に取り付け、磁石３中心から磁芯５までの距離が２５ｍｍとなるように、また、磁芯５の長手方向が磁石３の磁化方向（径方向）に一致するようにセンサ本体９を配置した。また、磁石３とセンサ本体９との間には過給機の筐体２を想定した厚さ１０ｍｍのアルミ板を設置した。このような状態で、回転軸１を毎分１１５０回転で回転させて、その回転数を検出した。

　図１９は、実施例１による実験で取り出された振幅出力と２値化出力とを示すグラフである。図１９にあって、横軸は時間を表し、縦軸は振幅出力及び２値化出力［Ｖ］を表している。図１９に示すように、振幅出力の実験結果から、磁石３が１回転する間（０．０５２秒）に２回のパルス出力が得られた。パルス間隔は０．０２６秒であって、パルスの位置は磁石３のＮ極とＳ極との中間の位置であり、センサ本体９の長手方向の磁界が零のときにパルスが出力されている。また、２値化出力の実験結果から、前記パルスの位置に合った矩形波パルスが得られている。このような結果により、磁石３から２５ｍｍ離れた位置で回転軸１の回転数を正確に検出できることが確認された。

（実施例１による別の実験）
　磁石３の中心からセンサ本体９の磁石３近位側の端面までの距離を５０ｍｍとした以外は、上述した（実施例１）と同様の構成をなす磁石３及び検出器４を用いて、（実施例１）と同様の条件にて磁石３(回転軸１)の回転数を検出する別の実験を行った。

　磁石３の中心から５０ｍｍ離れたＮ極位置での磁束密度は、磁束密度計で測定した結果、０．３ｍＴであった。図２０は、実施例１による別の実験で取り出された振幅出力と２値化出力とを示すグラフである。上述した実施例１（磁石３の中心からセンサ本体９までの距離が２５ｍｍ）の場合に比べて、この例では磁石３による磁芯５における磁束密度の大きさが１／７程度まで低下しているため、図２０に示すように出力波形にやや広がりは見られるが、振幅出力は図１９とほぼ同程度の特性を示している。

　上述した２つの実験による結果から、磁石３とセンサ本体９との離隔距離が２５ｍｍ～５０ｍｍの範囲内にあっては、磁界強度の変化によらずに、一定の検出出力(安定した回転数の検出結果)が正確に得られることを確認できた。

（実施例１による更に別の実験）
　大きな回転数を検出する実験を行った。磁石３を高速で回転させる代わりに、直径２５ｍｍのヘルムホルツコイルを用いて、周波数６ｋＨｚ、振幅１６００Ａ／ｍの交番磁界を発生させ、この中にセンサ本体９を配置した。周波数６ｋＨｚは、磁石３(回転軸１)における毎分３６万回転に相当する。交流電源７はファンクションジェネレータを用いて、周波数２５０ｋＨｚ、振幅１Ｖの正弦波電流をコイル６に印加した。

　図２１は、実施例１による更に別の実験での結果を示すグラフである。図２１にあって、横軸は時間を表し、縦軸はヘルムホルツコイルで発生した印加磁界［Ａ／ｍ］、取り出された振幅出力［Ｖ］とコイル電圧［ｍＶ］を表している。

　図２１に示すように、交番磁界の周波数が６ｋＨｚ（毎分３６万回転の回転数に相当）である場合でもコイル６の両端に発生する電圧は零磁界に相当する振幅の増加が明確に表れ、振幅出力の応答速度は１２ｋＨｚのパルス検出に必要である十分な応答性を示していることが確認できた。

（実施例２）
　実施例２は、コイル６のインダクタンス分を共振回路の構成要素とした自励発振回路２１を利用して、回転軸１の回転数を検出するようにした実施例である。

　図１３に示す自励発振回路２１に実施例1のセンサ本体９を接続して発振出力を検出した。図２２は、実施例２にあって磁界を印加していないときの発振波形を示すグラフである。図２２にあって、横軸は時間［μｓ］を表し、縦軸は発振出力［Ｖ］を表している。図２２に示すように、やや高調波が多いが、約６２０ｋＨｚで振幅０．３Ｖの発振波形が得られている。

　次に、このセンサ本体９をヘルムホルツコイルに挿入して、振幅８００Ａ／ｍ、周波数５０Ｈｚの交番磁界を印加した。図２３は、実施例２にあって磁界を印加しているときの発振波形を示すグラフである。図２３にあって、横軸は時間［ｍｓ］を表し、縦軸は印加磁界［Ａ／ｍ］及び発振出力［Ｖ］を表している。図２３に示すように、印加磁界が零付近で発振出力は大きくなり、印加磁界が大きくなるところでは発振が停止していることを確認できた。

　そこで、図１３に示す回路を用いて、実際に磁石３を回転軸１に取り付けて回転数を検出する実験を行った。なお、使用した磁石３及びセンサ本体９は、実施例１でのものと同一である。また、実施例１と同様に、磁石３及びセンサ本体９間に、厚さ１０ｍｍのアルミ板を設けて、両者の距離は２５ｍｍとした。また、実施例１と同様に、回転軸１を毎分１１５０回転で回転させた。

　図２４は、実施例２による実験で取り出された発振出力と電流変動出力とを示すグラフである。図２４にあって、横軸は時間を表し、縦軸は発振出力［Ｖ］及び電流変動出力［Ｖ］を表している。図２４に示すように、磁石３のＮ，Ｓ極間の零磁界付近で発振し、自励発振回路２１の駆動電流に依存した出力では磁石３の１回転で２回の明確なパルス状の出力(周期０．０２６秒）を確認できた。したがって、実施例２にあっても、このパルス数を計数することにより、回転軸１(磁石３)の回転数を容易に検出することができる。

（実施例３）
　実施例３は、前述した実施例１，２に比べて小型の磁石３を使用する実施例である。

　図２５Ａ，Ｂは、実施例３における磁石３の構成を示しており、図２５Ａが平面図であり、図２５Ｂが側面図である。実施例３における磁石３は、図１５Ａ，Ｂに示す実施例１，２における磁石３と同様に、過給機の圧縮機側の回転翼を回転軸１に取り付けるためのナット材として機能し、Ｆｅ－Ｃｒ－Ｃｏ合金系材料からなる。実施例３における磁石３は、実施例１，２における磁石３と同様に、内周面が円状であって外周面が６角形状であるナット形状をなしているが、そのサイズは実施例１，２における磁石３に比べて小さい。具体的に、実施例１，２における磁石３の最大直径、体積が１６．２ｍｍ、９８８ｍｍ³ であるのに比較して、実施例３における磁石３の最大直径、体積は１３．９ｍｍ、４８４ｍｍ³ である。

　実施例３では、磁石３の体積が実施例１，２の場合の半分程度しかないため、発生する磁束密度分布が小さくなる。具体的には、実施例１，２の磁石３の中心から２５ｍｍ離れたＮ極位置での磁束密度が２．７ｍＴであるのに対して、実施例３の磁石３の中心から２２ｍｍ離れたＮ極位置での磁束密度は１．８ｍＴとなり、６７％に低下する。

　そして、アルミニウム筐体の外側に検出器を設けて回転数を検出する場合には、磁石３の回転数が増加するにしたがって渦電流の影響が大きくなるので、渦電流によって磁束密度は低減して、検出系（センサ本体９）に印加される磁束密度も小さくなる。図１５Ａ，Ｂに示す実施例１，２における磁石３と、図２５Ａ，Ｂに示す実施例３における磁石３とについて、渦電流の影響を求めた。即ち、円筒状のアルミニウム筐体（厚さ：１ｍｍ、外径：４２ｍｍ）の中心にナット状のこれらの磁石３を夫々配置し、磁石３を種々の回転数で回転させて磁石３中心から径方向２２ｍｍの位置での磁束密度を計算した。その結果を図２６Ａ，Ｂに示す。

　図２６Ａ，Ｂは、実施例１，２の磁石３及び実施例３の磁石３による磁束密度の回転依存性を示すグラフであり、図２６Ａは実施例１，２の磁石３の特性を示し、図２６Ｂは実施例３の磁石３の特性を示している。図２６Ａ，Ｂにあって、横軸は磁石３の回転数［ｋｒｐｍ］を表し、縦軸は径方向２２ｍｍの位置での磁束密度［ｍＴ］を表している。

　実施例１，２の磁石３によれば、回転数が１０ｋｒｐｍの場合に磁束密度は２．４ｍＴ程度あるため、図１９で示したような出力が得られる。また、回転数が３６０ｋｒｐｍの場合には、磁束密度がアルミニウム筐体に発生する渦電流により弱められて、磁束密度は０．４ｍＴ程度となるが、図２０の実験結果から磁束密度が０．３ｍＴ程度であれば十分に回転数の検出が可能であるため、この３６０ｋｒｐｍ時の磁束密度０．４ｍＴは回転数検出に十分な値である。以上のことから、実施例１，２の磁石３を用いる場合には、図１６に示すような検出系（センサ本体９）によって、アルミニウム筐体が１ｍｍ程度の厚さであれば、高速である３６０ｋｒｐｍまで回転数を正確に検出できる。

　これに対して、実施例３の磁石３によれば、以下のように、高速回転時の回転数の検出が困難になることがある。即ち、回転数が１０ｋｒｐｍの場合に磁束密度は１．３５ｍＴ程度あるため、回転数の検出は可能であるが、回転数が３６０ｋｒｐｍの場合には、磁束密度が０．２ｍＴ程度しかないため、実施例１，２で用いた図１６に示すような検出系（センサ本体９）の構成では十分な検出パルスの大きさが得られず、安定した回転数検出が困難となる。

　そこで、実施例３では、小型の磁石３を用いても高い回転数を正確に検出できるように検出系の構成を工夫している。図２７Ａ－Ｃは、実施例３における検出系の構成を示しており、図２７Ａが平面図であり、図２７Ｂが側面図であり、図２７Ｃが斜視図である。

　実施例３の検出系は、前述した図１６に示すセンサ本体９に加えて、２枚のヨーク板１０，１０を備えている。ヨーク板１０，１０は、２ｍｍ角または３ｍｍ角で厚さが０．１ｍｍである軟質磁性体からなり、磁芯５と同じ材料（Ｎｉ（８０質量％）－Ｍｏ（４．５質量％）－Ｆｅ（残部））で形成されている。ヨーク板１０，１０は、磁芯５の両端部５ｂ，５ｂの近傍、具体的には、両端部５ｂ，５ｂの上方に所定距離だけ離隔して設けられている。

　このような検出系では、既存の樹脂モールドされた図１６に示すセンサ本体９に対して簡単に追加してヨーク板１０，１０を配置できるため、検出感度に合わせて複数種類の検出系を準備しておく必要がないため、製作コストを削減できる長所がある。

　図１６に示すようなヨーク板を設けない検出系、図２７Ａ－Ｃに示すような２ｍｍ角のヨーク板１０，１０を設けた検出系、及び、図２７Ａ－Ｃに示すような３ｍｍ角のヨーク板１０，１０を設けた検出系に対して、図１８に示した回路構成を用いて、磁界検出特性を求めた。その結果を図２８に示す。図２８にあって、横軸はセンサ本体９長手方向の印加磁界［Ａ／ｍ］を表し、縦軸はコイル６両端の振幅出力［Ｖ］を表しており、ａはヨーク板を設けない検出系、ｂは２ｍｍ角のヨーク板を設けた検出系、ｃは３ｍｍ角のヨーク板を設けた検出系による特性を夫々示している。

　ヨーク板がない場合の磁界検出特性（図２８のａ）にあって、１６０Ａ／ｍ以下の印加磁界では磁芯５の中央部５ａが十分に磁気飽和していないためコイル６両端の電圧振幅は大きいが、印加磁界が１６０Ａ／ｍを超えたときには磁芯５の中央部５ａが磁気飽和するためコイル６両端の電圧振幅は小さな一定値の値を示している。この検出系では零磁界のときの電圧と磁気飽和して小さくなったときの電圧との２値を得るためには、２４０Ａ／ｍ以上の印加磁界が必要である。

　実施例１，２のようにサイズが大きい磁石３を使用する場合には、この程度の印加磁界が存在するため、回転数に応じた正確な出力を得ることができる。しかしながら、実施例３のようにサイズが小さい磁石３を使用する場合には、印加磁界が１６０Ａ／ｍ程度しかないため、ヨーク板がない検出系を用いたときに、コイル６両端の電圧が十分に小さくならず、明確な零磁界に対応したパルス出力電圧が得られない可能性がある。

　ヨーク板１０，１０を設けた場合の磁界検出特性（図２８のｂ，ｃ）にあっては、コイル６両端の電圧が大きくなる印加磁界の幅が小さくなっている。具体的に、振幅出力の閾値を０．０２Ｖとした場合に、この印加磁界の幅は、ヨーク板がない場合が３０４Ａ／ｍであるのに対して、２ｍｍ角のヨーク板１０，１０を設けた場合は２４０Ａ／ｍと小さくなり、３ｍｍ角のヨーク板１０，１０を設けた場合は更に１９２Ａ／ｍまで小さくなっている。この印加磁界の幅の逆数を検出感度と考えると、ヨーク板がない場合と比較して、検出感度が、２ｍｍ角のヨーク板１０，１０を設けた場合には２７％、３ｍｍ角のヨーク板１０，１０を設けた場合には５８％向上している。

　そして、３ｍｍ角のヨーク板１０，１０を設けた検出系では、印加磁界が２４０Ａ／ｍである場合にコイル６両端の出力電圧は十分小さくなっているため、零磁界時の出力電圧と明確に区別することができる。この結果、低い印加磁界であっても、回転数に対応した正確な検出出力電圧を得ることができ、３６０ｋｒｐｍ程度の高い回転数まで正確に検出可能である。

　よって、実施例３のように小型の磁石３を用いた場合で、回転数が高くなって印加磁界が小さくなっても、検出系にヨーク板１０，１０を有する構成とすることにより、正確に回転数を検出することができる。

　以下、実施例３の検出系に設けるヨーク板１０の幅と検出感度との関係について説明する。長さ３ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのヨーク板１０に関して、図２９Ａの平面図、図２９Ｂの側面図に示すように、その幅Ｗ（ｍｍ）を０．５ｍｍから３ｍｍまで０．５ｍｍずつ変化させて（Ｗ＝０．５，１．０，１．５，２．０，２．５，３．０）、図１８に示した回路構成を用いて、磁界検出特性を求めた。その結果を図３０に示す。なお、センサ本体９の構成は、図２７Ａ－Ｃに示した検出系と同様に図１６に示したものと同じである。

　図３０にあって、横軸はセンサ本体９長手方向の印加磁界［Ａ／ｍ］を表し、縦軸はコイル６両端の振幅出力［Ｖ］を表しており、ａはヨーク板１０の幅Ｗが０．５ｍｍである場合の特性を示し、ｂはヨーク板１０の幅Ｗが１．０ｍｍ～３．０ｍｍ（即ち、１．０ｍｍ，１．５ｍｍ，２．０ｍｍ，２．５ｍｍ，３．０ｍｍ）である場合の特性を示している。なお、幅Ｗが１．０ｍｍ，１．５ｍｍ，２．０ｍｍ，２．５ｍｍ，３．０ｍｍである場合の特性はほぼ同じであったので、図３０では、その代表例を一つだけｂとして示している。

　ヨーク板１０の幅Ｗを変化させた場合、１．０ｍｍ～３．０ｍｍの間ではコイル６両端の電圧が大きくなる印加磁界の幅はほとんど変化しない（具体的に、振幅出力の閾値を０．０２Ｖとした場合の幅は１９２Ａ／ｍ）が、幅Ｗを０．５ｍｍまで狭くした場合には、コイル６両端の電圧が大きくなる印加磁界の幅が大きくなり（具体的に、振幅出力の閾値を０．０２Ｖとした場合の幅は２４０Ａ／ｍ）、感度低下が発生している。よって、ヨーク板１０の幅Ｗは、磁芯５の幅（０．３ｍｍ）の３倍以上程度であることが好ましい。

　次に、実施例３の検出系に設けるヨーク板１０，１０の間隔と検出感度との関係について説明する。３ｍｍ角、厚さ０．１ｍｍのヨーク板１０，１０に関して、図３１Ａの平面図、図３１Ｂの側面図に示すように、その配置間隔Ｄを１．５ｍｍから３．５ｍｍまで種々変化させて（Ｄ＝１．５，１．７，２．０，２．２，２．５，３．０，３．５）、図１８に示した回路構成を用いて、磁界検出特性を求めた。その結果を図３２に示す。なお、センサ本体９の構成は、図２７Ａ－Ｃに示した検出系と同様に図１６に示したものと同じである。Ｄ＝２．０である場合は、前述した図２７Ａ－Ｃのような構成となり、センサ本体９（磁芯５）の長さが３．０ｍｍであるので、Ｄ＝３．０である場合には、磁芯５の両端とヨーク板１０，１０の内側端とが同じ位置となり、Ｄ＝３．５である場合には、磁芯５の両端の直上にヨーク板１０，１０が存在しない位置関係となる。

　図３２にあって、横軸はセンサ本体９長手方向の印加磁界［Ａ／ｍ］を表し、縦軸はコイル６両端の振幅出力［Ｖ］を表しており、ａは間隔Ｄが１．５ｍｍ～３．０ｍｍ（即ち、１．５ｍｍ，１．７ｍｍ，２．０ｍｍ，２．２ｍｍ，２．５ｍｍ，３．０ｍｍ）である場合の特性を示し、ｂは間隔Ｄが３．５ｍｍである場合の特性を示している。なお、間隔Ｄが１．５ｍｍ，１．７ｍｍ，２．０ｍｍ，２．２ｍｍ，２．５ｍｍ，３．０ｍｍである場合の特性はほぼ同じであったので、図３２では、その代表例を一つだけａとして示している。

　ヨーク板１０，１０の間隔Ｄを変化させた場合、１．５ｍｍ～３．０ｍｍの間ではコイル６両端の電圧が大きくなる印加磁界の幅はほとんど変化しない（具体的に、振幅出力の閾値を０．０２Ｖとした場合の幅は１９２Ａ／ｍ）が、間隔Ｄを３．５ｍｍまで大きくした場合には、コイル６両端の電圧が大きくなる印加磁界の幅が大きくなり（具体的に、振幅出力の閾値を０．０２Ｖとした場合の幅は２３２Ａ／ｍ）、感度低下が発生している。よって、ヨーク板１０，１０の間隔Ｄは、磁芯５の長さ（３．０ｍｍ）以下であることが好ましい。

　なお、上述した実施例３では、樹脂モールドされたセンサ本体９にヨーク板１０，１０を設ける構成としたが、これとは異なり、センサ本体９の磁芯５の両端部５ｂ，５ｂにヨーク板１０，１０を装着したものを樹脂で一括モールドして検出系を構成しても良い。

　なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

　１　回転軸
　２　筐体
　３　磁石
　４　検出器
　５　磁芯
　５ａ　中央部
　５ｂ　端部
　６　コイル
　７　交流電源
　８　電圧検出部
　９　センサ本体
　１０　ヨーク板
　１４　振幅検出部
　１５　２値化処理部
　２１　自励発振回路
 
 

Claims (8)

1. 　回転軸の回転数を非接触で検出する回転数検出装置において、
   　前記回転軸に装着され、前記回転軸の軸方向と直交する方向に着磁されて少なくとも１つのＮ極及び１つのＳ極を有する磁石と、
   　軟質磁性体からなる板状をなす磁芯を有し、前記磁芯の長手方向の中央部は両端部に比べて幅が狭く、前記中央部にコイルが巻かれているセンサ本体と、
   　前記コイルに交流電流を印加する印加部と、
   　前記コイルの両端に発生する電圧の変動を検出する検出部と
   　を備えており、
   　前記磁芯の中央部が磁気飽和を始める印加磁界は、前記磁石から発生する前記センサ本体位置での磁界の最大値の１／１０以上１／２以下になるようにしてあり、前記磁芯の中央部が磁気飽和を始める印加磁界Ｈs は、Ｈs ＝（ｄ・ｔ・Ｂs ）／（μ₀ ・Ｗ・Ｌ）（但し、ｄ：前記中央部の幅、ｔ：前記磁芯の厚さ、Ｂs ：前記磁芯の飽和磁束密度、μ₀ ：真空の透磁率、Ｗ：前記両端部の幅、Ｌ：前記磁芯の長さ）で表されることを特徴とする回転数検出装置。
2. 　前記コイルに印加する前記印加部の交流電流の尖頭値は、Ｉp ＝（Ｈs ・Ｌ）／ｎ（但し、ｎ：前記コイルの巻き数）で表される尖頭値Ｉp 以下であることを特徴とする請求項１に記載の回転数検出装置。
3. 　前記センサ本体は、前記回転軸を収納する非磁性の筐体の外部に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転数検出装置。
4. 　前記磁石は、熱間鍛造または圧延によるＦｅ－Ｃｒ－Ｃｏ合金系磁石であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の回転数検出装置。
5. 　軟質磁性体からなるヨーク板を前記磁芯の両端部近傍に更に備えることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の回転数検出装置。
6. 　回転軸の回転数を非接触で検出する回転数検出装置において、
   　前記回転軸に装着され、前記回転軸の軸方向と直交する方向に着磁されて少なくとも１つのＮ極及び１つのＳ極を有する磁石と、
   　軟質磁性体からなる板状をなす磁芯を有し、前記磁芯の長手方向の中央部は両端部に比べて幅が狭く、前記中央部にコイルが巻かれているセンサ本体と、
   　前記コイルのインダクタンス分を共振回路の構成要素とした自励発振回路と、
   　前記自励発振回路の発振出力の変動、または、前記自励発振回路に流入する電源電流の変動を検出する検出部と
   　を備えており、
   　前記磁芯の中央部が磁気飽和を始める印加磁界は、前記磁石から発生する前記センサ本体位置での磁界の最大値の１／１０以上１／２以下になるようにしてあり、前記磁芯の中央部が磁気飽和を始める印加磁界Ｈs は、Ｈs ＝（ｄ・ｔ・Ｂs ）／（μ₀ ・Ｗ・Ｌ）（但し、ｄ：前記中央部の幅、ｔ：前記磁芯の厚さ、Ｂs ：前記磁芯の飽和磁束密度、μ₀ ：真空の透磁率、Ｗ：前記両端部の幅、Ｌ：前記磁芯の長さ）で表されることを特徴とする回転数検出装置。
7. 　回転軸の回転数を非接触で検出する回転数検出方法において、
   　前記回転軸の軸方向と直交する方向に着磁されて少なくとも１つのＮ極と１つのＳ極とを有する磁石を、前記回転軸に固着させ、
   　軟質磁性体からなる板状をなす磁芯を有し、前記磁芯の長手方向の中央部は両端部に比べて幅が狭く、前記中央部にコイルが巻かれており、前記磁芯の中央部が磁気飽和を始める印加磁界Ｈs は、Ｈs ＝（ｄ・ｔ・Ｂs ）／（μ₀ ・Ｗ・Ｌ）（但し、ｄ：前記中央部の幅、ｔ：前記磁芯の厚さ、Ｂs ：前記磁芯の飽和磁束密度、μ₀ ：真空の透磁率、Ｗ：前記両端部の幅、Ｌ：前記磁芯の長さ）で表されるセンサ本体を、前記印加磁界Ｈs は前記磁石から発生する前記センサ本体位置での磁界の最大値の１／１０以上１／２以下になるように、長手方向が前記磁石の着磁方向に一致するように配置させ、
   　Ｉp ＝（Ｈs ・Ｌ）／ｎ（但し、ｎ：前記コイルの巻き数）で表される尖頭値Ｉp 以下の尖頭値を有する交流電流を前記コイルに印加し、
   　前記磁石が前記回転軸と一体で回転した際に、前記コイルの両端に発生する電圧の変動を検出し、
   　前記電圧の変動の検出結果に基づいて、前記回転軸の回転数を検出することを特徴とする回転数検出方法。
8. 　回転軸の回転数を非接触で検出する回転数検出方法において、
   　前記回転軸の軸方向きと直交する方向に着磁されて少なくとも１つのＮ極と１つのＳ極とを有する磁石を、前記回転軸に固着させ、
   　軟質磁性体からなる板状をなす磁芯を有し、前記磁芯の長手方向の中央部は両端部に比べて幅が狭く、前記中央部にコイルが巻かれており、前記磁芯の中央部が磁気飽和を始める印加磁界Ｈs は、Ｈs ＝（ｄ・ｔ・Ｂs ）／（μ₀ ・Ｗ・Ｌ）（但し、ｄ：前記中央部の幅、ｔ：前記磁芯の厚さ、Ｂs ：前記磁芯の飽和磁束密度、μ₀ ：真空の透磁率、Ｗ：前記両端部の幅、Ｌ：前記磁芯の長さ）で表されるセンサ本体を、前記印加磁界Ｈs は前記磁石から発生する前記センサ本体位置での磁界の最大値の１／１０以上１／２以下になるように、長手方向が前記磁石の着磁方向に一致するように配置させ、
   　前記コイルのインダクタンス分を共振回路の構成要素とした自励発振回路を、前記コイルに接続させ、
   　前記磁石が前記回転軸と一体で回転した際に、前記自励発振回路の発振出力の変動、または、前記自励発振回路に流入する電源電流の変動を検出し、
   　前記発振出力の変動または前記電源電流の変動の検出結果に基づいて、前記回転軸の回転数を検出することを特徴とする回転数検出方法。
    
    

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