(57)【要約】【課題】感温磁性体の相対位置を高精度に固定できない環境においても温度検出の正確性を向上させることの可能な温度検出装置を提供する。【解決手段】温度検出装置１は、磁場発生手段１０と、感温磁性体１３と、第１〜第４磁気センサ１５〜１８と、演算部２０と、を備える。第１〜第４磁気センサ１５〜１８は、感温磁性体１３の温度変化と、感温磁性体１３の任意方向の位置変化と、に対して互いに異なる変化をする複数の測定値が得られる配置である。演算部２０は、第１〜第４磁気センサ１５〜１８から得られる複数の測定値を基に、感温磁性体１３の温度を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場発生手段と、感温磁性体と、複数の磁気センサと、を備え、
前記複数の磁気センサは、前記感温磁性体の温度変化と、前記感温磁性体の任意方向の位置変化と、に対して互いに異なる変化をする複数の測定値が得られる配置であり、
前記複数の磁気センサから得られる複数の測定値を基に、前記感温磁性体の温度を検出する、温度検出装置。
【請求項２】
前記複数の磁気センサは、前記磁場発生手段と前記感温磁性体とを結ぶ仮想直線からの距離が互いに同一という第１条件と、前記磁場発生手段又は前記感温磁性体からの距離が互いに等しいという第２条件と、の双方を満たす位置関係とならないように配置される、請求項１に記載の温度検出装置。
【請求項３】
磁場発生手段と、感温磁性体と、複数の磁気センサと、を備え、
前記複数の磁気センサは、前記磁場発生手段と前記感温磁性体とを結ぶ仮想直線からの距離が互いに同一という第１条件と、前記磁場発生手段又は前記感温磁性体からの距離が互いに等しいという第２条件と、の双方を満たす位置関係とならないように配置され、
前記複数の磁気センサから得られる複数の測定値を基に、前記感温磁性体の温度を検出する、温度検出装置。
【請求項４】
前記磁場発生手段と、前記複数の磁気センサとが、同一直線上に存在しない、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の温度検出装置。
【請求項５】
複数の磁場発生手段を備え、前記複数の磁場発生手段から一つずつ磁場を発生させた各々の場合の複数の測定値を基に、前記感温磁性体の温度を検出する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の温度検出装置。
【請求項６】
前記感温磁性体は、感温フェライトである、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の温度検出装置。
【請求項７】
前記磁場発生手段は、コイルである、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の温度検出装置。
【請求項８】
前記磁場発生手段の発生する磁場は、交流である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の温度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感温磁性体を利用した温度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
温度をワイヤレスで検出する温度検出装置として、任意のキュリー点を有する感温磁性体を被計測部に配置するとともに、被計測部から離れた場所に設置された磁場発生源から磁場を発生させ、感温磁性体の温度に依存する、磁場の磁束ベクトルの変化を、磁気センサで検出することによって、被計測部の温度を計測するものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許５２６３８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の構成において、磁気センサの検出する磁束ベクトルは、被計測部の温度変化により変化するが、磁場発生源と磁気センサに対する感温磁性体の相対位置の変化によっても変化する。そのため、感温磁性体の相対位置を高精度に固定できないと、正確な温度測定ができないという課題があった。
【０００５】
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、感温磁性体の相対位置を高精度に固定できない環境においても温度検出の正確性を向上させることの可能な温度検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、温度検出装置である。この温度検出装置は、
磁場発生手段と、感温磁性体と、複数の磁気センサと、を備え、
前記複数の磁気センサは、前記感温磁性体の温度変化と、前記感温磁性体の任意方向の位置変化と、に対して互いに異なる変化をする複数の測定値が得られる配置であり、
前記複数の磁気センサから得られる複数の測定値を基に、前記感温磁性体の温度を検出する。
【０００７】
前記複数の磁気センサは、前記磁場発生手段と前記感温磁性体とを結ぶ仮想直線からの距離が互いに同一という第１条件と、前記磁場発生手段又は前記感温磁性体からの距離が互いに等しいという第２条件と、の双方を満たす位置関係とならないように配置されてもよい。
【０００８】
本発明のもう１つの態様は、温度検出装置である。この温度検出装置は、
磁場発生手段と、感温磁性体と、複数の磁気センサと、を備え、
前記複数の磁気センサは、前記磁場発生手段と前記感温磁性体とを結ぶ仮想直線からの距離が互いに同一という第１条件と、前記磁場発生手段又は前記感温磁性体からの距離が互いに等しいという第２条件と、の双方を満たす位置関係とならないように配置され、
前記複数の磁気センサから得られる複数の測定値を基に、前記感温磁性体の温度を検出する。
【０００９】
前記磁場発生手段と、前記複数の磁気センサとが、同一直線上に存在しなくてもよい。
【００１０】
複数の磁場発生手段を備え、前記複数の磁場発生手段から一つずつ磁場を発生させた各々の場合の複数の測定値を基に、前記感温磁性体の温度を検出してもよい。
【００１１】
前記感温磁性体は、感温フェライトであってもよい。
【００１２】
前記磁場発生手段は、コイルであってもよい。
【００１３】
前記磁場発生手段の発生する磁場は、交流であってもよい。
【００１４】
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。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、感温磁性体の相対位置を高精度に固定できない環境においても温度検出の正確性を向上させることの可能な温度検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る温度検出装置１の概略構成図。
【図２】図１の感温磁性体１３の温度と比透磁率μｉとの関係（温度特性）の一例を示すグラフ。
【図３】図４及び図５のシミュレーション結果の前提となる、磁場発生手段１０、感温磁性体１３、第１磁気センサ１５、及び第２磁気センサ１６、の配置説明図。
【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、図３の配置における、感温磁性体１３の比透磁率μｉ及び温度Ｔと、感温磁性体１３のＹ方向の位置（位置ずれ量）と、の組合せによって特定される、第１磁気センサ１５の出力電圧Ｖ１及び第２磁気センサ１６の出力電圧Ｖ２の表。
【図５】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、図３の配置における、第１磁気センサ１５の出力電圧Ｖ１及び第２磁気センサ１６の出力電圧Ｖ２からそれぞれ導かれる、感温磁性体１３の温度Ｔと、感温磁性体１３のＹ方向の位置（位置ずれ量）と、の組合せを、等値線として描いたグラフ。
【図６】本発明の実施の形態２に係る温度検出装置２の概略構成図。
【図７】本発明の実施の形態３に係る温度検出装置３の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る温度検出装置１の概略構成図である。図１において、直交３軸であるＸＹＺ軸を定義する。温度検出装置１は、磁場発生手段１０、感温磁性体１３、第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、第３磁気センサ１７、第４磁気センサ１８、及び演算部２０、を備える。磁場発生手段１０は、ここでは電磁石（コイル）である。なお、図１において、磁場発生手段１０への通電回路の図示は省略している。
【００１９】
感温磁性体１３は、例えば感温フェライトであり、検出対象物（被検出部）５の内部に設けられる。検出対象物５は、樹脂やゴムのような変形するものであってもよいし、油などの液体であってもよいし、磁場発生手段１０及び各磁気センサのいずれか又は両方と壁部によって仕切られた（隔てられた）空間であってもよい。図２は、感温磁性体１３の温度と比透磁率μｉとの関係（温度特性）の一例を示すグラフである。図２に示す温度特性は、周波数が１ｋＨｚで振幅が０．４Ａ／ｍの磁場を印加した場合のものである。図２に示す温度特性では、横軸の温度Ｔが２１０℃〜２３０℃の範囲において、温度上昇に伴い比透磁率μｉが急激に低下しており、感温磁性体１３は、当該温度範囲の温度検出に好適に利用することができる。ここで、温度上昇に伴い比透磁率μｉが急激に低下する温度範囲は、感温磁性体１３の材質によって様々であり、検出対象とする温度範囲に応じて感温磁性体１３の材質を選定すればよい。また、感温磁性体１３は、温度上昇に伴い比透磁率μｉが緩やかに上昇する温度範囲（図２の例では２００℃以下の温度範囲）の温度検出にも利用可能である。
【００２０】
第１磁気センサ１５、第２磁気センサ１６、第３磁気センサ１７、及び第４磁気センサ１８（以下「第１〜第４磁気センサ１５〜１８」とも表記）は、それぞれ所定方向（ここではＹ方向）の磁束密度の大きさ（スカラー値）を測定（検出）するものであり、検出対象物５を挟んで磁場発生手段１０の反対側に設けられる。第１〜第４磁気センサ１５〜１８は、感温磁性体１３の温度変化と、感温磁性体１３の任意方向の位置変化と、に対して互いに異なる変化をする複数の出力電圧（磁気測定値）が得られる配置である。具体的には、第１〜第４磁気センサ１５〜１８は、磁場発生手段１０と感温磁性体１３とを結ぶ仮想直線Ｌからの距離が互いに同一という第１条件と、磁場発生手段１０又は感温磁性体１３からの距離が互いに等しいという第２条件と、の双方を満たす位置関係とならないように配置される。その理由は、第１及び第２条件が共に満たされると、仮想直線Ｌに沿って感温磁性体１３の位置が変化した場合に、第１〜第４磁気センサ１５〜１８の出力電圧の変化が同じになるためである。また、磁場発生手段１０と、第１〜第４磁気センサ１５〜１８とは、同一直線上に存在しない。それらが同一直線状に存在すると、当該直線を軸とする軸周り方向に感温磁性体１３の位置が変化した場合に、第１〜第４磁気センサ１５〜１８の出力電圧が変化しないためである。
【００２１】
演算部２０は、感温磁性体１３の温度、並びに感温磁性体１３のＸ方向位置、Ｙ方向位置、及びＺ方向位置、の４つの組合せによって特定される、第１〜第４磁気センサ１５〜１８の出力電圧を、予めテーブルとして記憶しており、第１〜第４磁気センサ１５〜１８の出力電圧を基に、感温磁性体１３の温度、すなわち検出対象物５の温度を検出（特定）する。なお、図１において、演算部２０と第１〜第４磁気センサ１５〜１８との間の接続配線の図示は省略している。感温磁性体１３の温度検出のために４つの磁気センサ（第１〜第４磁気センサ１５〜１８）の出力電圧（磁気測定値）を利用するのは、以下の理由による。
【００２２】
第１〜第４磁気センサ１５〜１８の各出力電圧は、感温磁性体１３の温度変化（検出対象物５の温度変化）によって変化するが、磁場発生手段１０及び第１〜第４磁気センサ１５〜１８に対する感温磁性体１３の相対位置の変化によっても変化する。そのため、仮に第１〜第４磁気センサ１５〜１８のうち１つしか存在しないとすると、感温磁性体１３の位置が振動等により変動する環境下では、当該１つの磁気センサの出力電圧の変化が、感温磁性体１３の温度変化によるものなのか、感温磁性体１３の相対位置の変化によるものなのか、を特定することができず、結果として感温磁性体１３の温度検出（検出対象物５の温度検出）ができない。
【００２３】
ここで、感温磁性体１３の相対位置の変化が三次元的に発生する場合、感温磁性体１３の、温度、Ｘ方向位置、Ｙ方向位置、及びＺ方向位置、の４つが未知数となる。このため本実施の形態では、第１〜第４磁気センサ１５〜１８から得られる４つの出力電圧を利用することで、上記４つの未知数（感温磁性体１３の温度と三次元的な位置）を求め、感温磁性体１３の温度を検出可能としている。なお、感温磁性体１３の相対位置の変化が二次元的な場合、未知数が３つになるため、感温磁性体１３の温度検出には３つの磁気センサで足りる。同様に、感温磁性体１３の相対位置の変化が一次元的な場合、未知数が２つになるため、感温磁性体１３の温度検出には２つの磁気センサで足りる。
【００２４】
図３は、図４及び図５のシミュレーション結果の前提となる、磁場発生手段１０、感温磁性体１３、第１磁気センサ１５、及び第２磁気センサ１６、の配置説明図である。ここでは、感温磁性体１３の相対位置がＹ方向にのみ変動する（ＸＺ方向位置は固定である）場合を例に、感温磁性体１３の温度特定の原理を説明する。感温磁性体１３の相対位置の変化が一次元的なため、磁気センサは２つ（第１磁気センサ１５及び第２磁気センサ１６）としている。
【００２５】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、図３の配置における、感温磁性体１３の比透磁率μｉ及び温度Ｔと、感温磁性体１３のＹ方向の位置（位置ずれ量）と、の組合せによって特定される、第１磁気センサ１５の出力電圧Ｖ１及び第２磁気センサ１６の出力電圧Ｖ２の表である。これらの表の各電圧値は、シミュレーションによって算出され、予めテーブルとして演算部２０（図１）に記憶されるものである。シミュレーションでは、周波数が１ｋＨｚの磁場を第１磁気センサ１５及び第２磁気センサ１６に印加した。なお、実際に記憶されるテーブルは、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示されるよりも、感温磁性体１３の比透磁率μｉ及び温度Ｔと、感温磁性体１３のＹ方向の位置（位置ずれ量）と、の刻み幅が遥かに細かい。
【００２６】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、図３の配置における、第１磁気センサ１５の出力電圧Ｖ１及び第２磁気センサ１６の出力電圧Ｖ２からそれぞれ導かれる、感温磁性体１３の温度Ｔと、感温磁性体１３のＹ方向の位置（位置ずれ量）と、の組合せを、等値線として描いたグラフである。図５（Ａ）は、第１磁気センサ１５の出力電圧Ｖ１が106.57mVの場合における等値線を示しており、図４（Ａ）の表を基に描かれる。図５（Ｂ）は、第２磁気センサ１６の出力電圧Ｖ２が101.24mVの場合における等値線を示しており、図４（Ｂ）の表を基に描かれる。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）における星印は、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示す等値線同士が交差する点に付されている。ある時点において、第１磁気センサ１５の出力電圧Ｖ１が106.57mVで第２磁気センサ１６の出力電圧Ｖ２が101.24mVという測定値が得られた場合、星印を付した交点（Ｔ＝229℃及びＹ＝-1.5mm）が、当該時点における２つの未知数（感温磁性体１３の温度ＴとＹ方向位置）の解となり、感温磁性体１３の温度Ｔを一意に特定できる。
【００２７】
図３〜図５で説明した原理は、感温磁性体１３の相対位置の変化が一次元的な場合を例にしたものであるが、感温磁性体１３の相対位置の変化が二次元的あるいは三次元的な場合も、磁気センサの数を３つあるいは４つに増やすことで、同様の原理により感温磁性体１３の温度検出が可能である（感温磁性体１３の温度Ｔを一意に特定できる）。
【００２８】
本実施の形態によれば、第１〜第４磁気センサ１５〜１８から得られる４つの測定値を基に、演算部２０が感温磁性体１３の温度（検出対象物５の温度）を検出するため、感温磁性体１３の相対位置が三次元的に変化する場合であっても、感温磁性体１３の温度を高精度に検出することができる。換言すれば、感温磁性体１３の相対位置を高精度に固定できない環境においても温度検出の正確性を向上させることができる。
【００２９】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２に係る温度検出装置２の概略構成図である。本実施の形態の温度検出装置２は、実施の形態１のものと比較して、磁場発生手段１１が追加された点で相違し、その他の点で一致する。磁場発生手段１１は、電磁石（コイル）であり、検出対象物５に対して磁場発生手段１０と同じ側に設けられる。温度検出装置２においては、磁場発生手段１０から磁場を発生させ、磁場発生手段１１から磁場を発生させない第１状態と、磁場発生手段１０から磁場を発生させず、磁場発生手段１１から磁場を発生させる第２状態と、の各々において、演算部２０は、第１〜第４磁気センサ１５〜１８から得られる４つの測定値を基に、感温磁性体１３の温度を検出する。これにより、温度検出の正確性を更に向上させることができる。なお、磁場発生手段１１は、検出対象物５に対して第１〜第４磁気センサ１５〜１８と同じ側に設けられてもよい。
【００３０】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３に係る温度検出装置３の概略構成図である。本実施の形態の温度検出装置３は、実施の形態１のものと比較して、磁場発生手段１０が、検出対象物５に対して第１〜第４磁気センサ１５〜１８及び演算部２０と同じ側に位置する点で相違し、その他の点で一致する。本実施の形態も、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【００３１】
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。
【００３２】
磁場発生手段１０は、永久磁石であってもよい。この場合、磁場発生手段１０が発生する磁場は直流に限定されるが、原理的に温度検出は可能である。感温磁性体１３は、フェライトに限定されず、珪素鋼板等の他の磁性体であってもよい。第１〜第４磁気センサ１５〜１８は、自身に印加された磁束密度の方向を検出する方向検知型であってもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１〜３  温度検出装置、５  検出対象物（被検出部）、１０,１１  磁場発生手段、１３  感温磁性体、１５  第１磁気センサ、１６  第２磁気センサ、１７  第３磁気センサ、１８  第４磁気センサ、２０  演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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