(57)【要約】【課題】本発明は、非接触計測装置について、センサ素子の周辺回路に許容される温度を高くすることを目的とする。【解決手段】温度センサ素子２６を含むセンサ回路１２に非接触で結合する計測装置側結合部１６と、交流成分を含むセンサ信号を計測装置側結合部１６に出力するセンサ信号発生部１４と、センサ信号発生部１４と計測装置側結合部１６との間の信号伝送線に設けられ、信号伝送線におけるセンサ信号のレベルを検出する信号レベル検出部１８と、信号レベル検出部１８によって検出された信号レベルに基づいて、計測対象物２８における物理量を計測する計測部２０とを備える。【選択図】図１
2019185611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ素子を含むセンサ回路に非接触で結合する結合部と、
交流成分を含むセンサ信号を前記結合部に出力するセンサ信号発生部と、
前記センサ信号発生部と前記結合部との間の信号伝送線に設けられ、前記信号伝送線における前記センサ信号のレベルを検出する信号レベル検出部と、
前記信号レベル検出部によって検出された信号レベルに基づいて、計測対象物における物理量を計測する計測部と、を備えることを特徴とする非接触計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の非接触計測装置において、
前記センサ信号発生部は、
直流電圧を出力する直流電源と、
前記直流電源から出力された電圧をスイッチングするスイッチング回路と、を備えることを特徴とする非接触計測装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の非接触計測装置において、
前記結合部は、
前記センサ回路に含まれる導体に対向することでキャパシタを形成する結合導体を備え、
前記結合導体に前記センサ信号が出力されることを特徴とする非接触計測装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の非接触計測装置において、
前記センサ信号発生部に接続され、前記センサ回路に含まれる巻線に磁気的に結合する巻線を備えることを特徴とする非接触計測装置。
【請求項５】
第１ソレノイドコイルと、
前記第１ソレノイドコイルと延伸方向を同じくして、前記第１ソレノイドコイルの内側に位置する第２ソレノイドコイルと、
センサ素子と、を備え、
前記第１ソレノイドコイルおよび第２ソレノイドコイルのうちの一方に前記センサ素子の一端が接続され、
前記第１ソレノイドコイルおよび第２ソレノイドコイルのうちの他方に、計測対象の物理量を計測する計測装置が接続され、
前記第１ソレノイドコイルおよび前記第２ソレノイドコイルのうちの、前記センサ素子が接続された一方が、他方に対して軸中心に回転自在であり、または、前記第１ソレノイドコイルおよび前記第２ソレノイドコイルのうちの、前記センサ素子が接続されていない他方が、一方に対して軸中心に回転自在であることを特徴とする非接触結合センサ。
【請求項６】
第１筒状導体と、
前記第１筒状導体と延伸方向を同じくして、前記第１筒状導体の内側に位置する第２筒状導体と、
前記第２筒状導体と延伸方向を同じくして、前記第２筒状導体の内側に位置する第１ソレノイドコイルと、
前記第１ソレノイドコイルと延伸方向を同じくして、前記第１ソレノイドコイルの内側に位置する第２ソレノイドコイルと、
センサ素子と、を備え、
前記第１筒状導体および前記第２筒状導体が形成するキャパシタと、
前記第１ソレノイドコイルと、
前記第２ソレノイドコイルと、が共振回路を形成し、
前記センサ素子が前記共振回路に接続され、
前記第１ソレノイドコイルまたは第２ソレノイドコイルに、計測対象の物理量を計測する計測装置が接続され、
前記第１筒状導体および前記第２ソレノイドコイルを含む第１結合ユニットが、前記第２筒状導体および前記第１ソレノイドコイルを含む第２結合ユニットに対して軸中心に回転自在であり、または、前記第２結合ユニットが、前記第１結合ユニットに対して軸中心に回転自在である、ことを特徴とする非接触結合センサ。
【請求項７】
第１ソレノイドコイルと、
前記第１ソレノイドコイルと延伸方向を同じくして、前記第１ソレノイドコイルの内側に位置する第２ソレノイドコイルと、
前記第２ソレノイドコイルと延伸方向を同じくして、前記第２ソレノイドコイルの内側に位置する第１筒状導体と、
前記第１筒状導体と延伸方向を同じくして、前記第１筒状導体の内側に位置する第２筒状導体と、
センサ素子と、を備え、
前記第１筒状導体および前記第２筒状導体が形成するキャパシタと、
前記第１ソレノイドコイルと、
前記第２ソレノイドコイルと、が共振回路を形成し、
前記センサ素子が前記共振回路に接続され、
前記第１ソレノイドコイルまたは第２ソレノイドコイルに、計測対象の物理量を計測する計測装置が接続され、
前記第２筒状導体および前記第１ソレノイドコイルを含む第１結合ユニットが、前記第１筒状導体および前記第２ソレノイドコイルを含む第２結合ユニットに対して軸中心に回転自在であり、または、前記第２結合ユニットが、前記第１結合ユニットに対して軸中心に回転自在である、ことを特徴とする非接触結合センサ。
【請求項８】
第１コイルと、
第１結合導体と、
前記第１コイルに磁気的に結合する第２コイルと、
前記第１結合導体と共にキャパシタを形成する第２結合導体と、
前記第１コイル、前記第２コイルおよび前記キャパシタによって形成される共振回路に接続されたセンサ素子と、を備え、
前記第１コイルおよび前記第１結合導体を備える第１結合ユニット、または、前記第２コイルおよび前記第２結合導体を備える第２結合ユニットが変位することで、前記第１コイルと前記第２コイルとの間の距離が増加したときに、前記第１結合導体と前記第２結合導体との間の距離が減少し、
前記第１結合ユニットまたは前記第２結合ユニットが変位することで、前記第１コイルと前記第２コイルとの間の距離が減少したときに、前記第１結合導体と前記第２結合導体との間の距離が増加する、ことを特徴とする非接触結合センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触計測装置および非接触結合センサに関し、特に、センサ素子を電気的または磁気的に計測装置に結合させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサ素子を用いて物体の温度を計測する技術につき研究開発が行われている。物体の温度を計測するセンサ素子としてサーミスタがある。サーミスタには、温度の変化に応じて抵抗値が変化するという性質がある。サーミスタは計測対象の物体に取り付けられ、ケーブルを介して計測装置に接続される。計測装置は、サーミスタの抵抗値に基づいて物体の温度を計測する。サーミスタと計測装置との間はケーブルによって接続されているため、計測対象の物体が高温となる場合であっても測定が容易である。
【０００３】
しかし、工場や商店等で扱われる物品のように頻繁に移動する物体については、ケーブルを用いてその温度を計測することは困難である。そこで、無線信号を用いて物品の温度上昇を検出する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、共振タグ、非接触ＩＣタグ、非接触ＩＣカード等の非接触型の通信応答体が記載されている。この通信応答体には温度ヒューズが用いられており、温度上昇によって温度ヒューズがオフになることで共振周波数が変化する。共振周波数の変化によって、正常物品管理リーダが通信応答体を検出できなくなり、代わって異常感知リーダが通信応答体を検出する。これによって、通信応答体が取り付けられた物体の温度上昇が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１５７４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、ケーブルを用いずに物品の温度検出等を行う技術としては、無線信号を送受信するＩＣを用いた技術がある。しかし、この技術では、ＩＣの許容温度を超える環境下での計測は困難である。
【０００６】
本発明は、非接触計測装置について、センサ素子の周辺回路に許容される温度を高くすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、センサ素子を含むセンサ回路に非接触で結合する結合部と、交流成分を含むセンサ信号を前記結合部に出力するセンサ信号発生部と、前記センサ信号発生部と前記結合部との間の信号伝送線に設けられ、前記信号伝送線における前記センサ信号のレベルを検出する信号レベル検出部と、前記信号レベル検出部によって検出された信号レベルに基づいて、計測対象物における物理量を計測する計測部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
望ましくは、前記センサ信号発生部は、直流電圧を出力する直流電源と、前記直流電源から出力された電圧をスイッチングするスイッチング回路と、を備える。
【０００９】
望ましくは、前記結合部は、前記センサ回路に含まれる導体に対向することでキャパシタを形成する結合導体を備え、前記結合導体に前記センサ信号が出力される。
【００１０】
望ましくは、前記センサ信号発生部に接続され、前記センサ回路に含まれる巻線に磁気的に結合する巻線を備える。
【００１１】
また、本発明は、第１ソレノイドコイルと、前記第１ソレノイドコイルと延伸方向を同じくして、前記第１ソレノイドコイルの内側に位置する第２ソレノイドコイルと、センサ素子と、を備え、前記第１ソレノイドコイルおよび第２ソレノイドコイルのうちの一方に前記センサ素子の一端が接続され、前記第１ソレノイドコイルおよび第２ソレノイドコイルのうちの他方に、計測対象の物理量を計測する計測装置が接続され、前記第１ソレノイドコイルおよび前記第２ソレノイドコイルのうちの、前記センサ素子が接続された一方が、他方に対して軸中心に回転自在であり、または、前記第１ソレノイドコイルおよび前記第２ソレノイドコイルのうちの、前記センサ素子が接続されていない他方が、一方に対して軸中心に回転自在であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、第１筒状導体と、前記第１筒状導体と延伸方向を同じくして、前記第１筒状導体の内側に位置する第２筒状導体と、前記第２筒状導体と延伸方向を同じくして、前記第２筒状導体の内側に位置する第１ソレノイドコイルと、前記第１ソレノイドコイルと延伸方向を同じくして、前記第１ソレノイドコイルの内側に位置する第２ソレノイドコイルと、センサ素子と、を備え、前記第１筒状導体および前記第２筒状導体が形成するキャパシタと、前記第１ソレノイドコイルと、前記第２ソレノイドコイルと、が共振回路を形成し、前記センサ素子が前記共振回路に接続され、前記第１ソレノイドコイルまたは第２ソレノイドコイルに、計測対象の物理量を計測する計測装置が接続され、前記第１筒状導体および前記第２ソレノイドコイルを含む第１結合ユニットが、前記第２筒状導体および前記第１ソレノイドコイルを含む第２結合ユニットに対して軸中心に回転自在であり、または、前記第２結合ユニットが、前記第１結合ユニットに対して軸中心に回転自在である、ことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、第１ソレノイドコイルと、前記第１ソレノイドコイルと延伸方向を同じくして、前記第１ソレノイドコイルの内側に位置する第２ソレノイドコイルと、前記第２ソレノイドコイルと延伸方向を同じくして、前記第２ソレノイドコイルの内側に位置する第１筒状導体と、前記第１筒状導体と延伸方向を同じくして、前記第１筒状導体の内側に位置する第２筒状導体と、センサ素子と、を備え、前記第１筒状導体および前記第２筒状導体が形成するキャパシタと、前記第１ソレノイドコイルと、前記第２ソレノイドコイルと、が共振回路を形成し、前記センサ素子が前記共振回路に接続され、前記第１ソレノイドコイルまたは第２ソレノイドコイルに、計測対象の物理量を計測する計測装置が接続され、前記第２筒状導体および前記第１ソレノイドコイルを含む第１結合ユニットが、前記第１筒状導体および前記第２ソレノイドコイルを含む第２結合ユニットに対して軸中心に回転自在であり、または、前記第２結合ユニットが、前記第１結合ユニットに対して軸中心に回転自在である、ことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、第１コイルと、第１結合導体と、前記第１コイルに磁気的に結合する第２コイルと、前記第１結合導体と共にキャパシタを形成する第２結合導体と、前記第１コイル、前記第２コイルおよび前記キャパシタによって形成される共振回路に接続されたセンサ素子と、を備え、前記第１コイルおよび前記第１結合導体を備える第１結合ユニット、または、前記第２コイルおよび前記第２結合導体を備える第２結合ユニットが変位することで、前記第１コイルと前記第２コイルとの間の距離が増加したときに、前記第１結合導体と前記第２結合導体との間の距離が減少し、前記第１結合ユニットまたは前記第２結合ユニットが変位することで、前記第１コイルと前記第２コイルとの間の距離が減少したときに、前記第１結合導体と前記第２結合導体との間の距離が増加する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、非接触計測装置について、センサ素子の周辺回路に許容される温度を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】非接触計測システムの構成を概念的に示す図である。
【図２】非接触計測システムの具体的な構成を示す図である。
【図３】非接触結合センサの構成例を示す図である。
【図４】非接触結合センサの中心軸を通る断面を模式的に示す図である。
【図５】モータジェネレータに取り付けられた非接触結合センサを模式的に示す図である。
【図６】モータジェネレータに取り付けられた非接触結合センサを模式的に示す図である。
【図７】非接触結合センサの各端子の接続を示す図である。
【図８】非接触結合センサの変形例を示す図である。
【図９】第２の変形例に係る非接触結合センサを示す図である。
【図１０】第１の変形例に係る非接触結合システムを示す図である。
【図１１】第２の変形例に係る非接触結合システムを示す図である。
【図１２】第３の変形例に係る非接触結合システムを示す図である。
【図１３】第３の変形例に係る非接触計測システムを実現する非接触結合センサを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１には、本発明の実施形態に係る非接触計測システムの構成が概念的に示されている。このシステムは、計測対象物２８の温度、計測対象物２８の周囲の気圧、湿度等、計測対象物２８の状態を計測するものである。ここでは、計測対象物２８の温度を計測する実施形態について説明するが、この説明は計測対象を温度に限定するものではない。
【００１８】
非接触計測システムは、非接触計測装置１０およびセンサ回路１２を備えている。センサ回路１２は、計測対象側結合部２２およびセンサ素子回路２４を備えている。センサ素子回路２４は温度センサ素子２６を備えており、温度センサ素子２６は計測対象物２８に熱結合している。計測対象物２８の温度の変化に応じて温度センサ素子２６の抵抗値等の素子定数が変化し、センサ素子回路２４内の電圧または電流によって示される電気的状態が変化する。センサ素子回路２４には、センサ素子回路２４を非接触計測装置１０に電気的または磁気的に結合する計測対象側結合部２２が接続されている。
【００１９】
非接触計測装置１０は、センサ信号発生部１４、計測装置側結合部１６、信号レベル検出部１８、および計測部２０を備えている。センサ信号発生部１４は、計測装置側結合部１６にセンサ信号としての交流電圧または交流電流を出力する。計測装置側結合部１６は、計測対象側結合部２２に電気的または磁気的に結合している。計測対象物２８の温度が変化すると、センサ素子回路２４の電気的状態が変化し、センサ信号発生部１４から計測装置側結合部１６を見たインピーダンスが変化する。これによって、センサ信号発生部１４と計測装置側結合部１６との間の信号伝送線に現れる電圧や、この信号伝送線に流れる電流が変化する。
【００２０】
信号レベル検出部１８は、センサ信号発生部１４と計測装置側結合部１６との間の信号伝送線に現れる電圧、または、この信号伝送線に流れる電流を検出し、電圧検出値または電流検出値を計測部２０に出力する。計測部２０は、電圧検出値と温度とを対応付けた電圧／温度テーブル、または、電流検出値と温度とを対応付けた電流／温度テーブルを予め記憶している。計測部２０は、信号レベル検出部１８の検出値に基づいて、電圧／温度テーブルまたは電流／温度テーブルを参照し、計測対象物２８の温度を求める。
【００２１】
図２には、本発明の実施形態に係る非接触計測システムの具体的な構成が示されている。非接触計測システムは、非接触計測装置１０およびセンサ回路１２を備えている。非接触計測装置１０は、直流電圧源３０、スイッチング回路３２、スイッチング制御部３６、１次巻線Ｌ１、第１結合導体Ｐ１、電流センサ３４および計測部２０を備えている。スイッチング回路３２は、それぞれの一端が共通に接続された上スイッチング素子Ｓ１および下スイッチング素子Ｓ２を備えている。各スイッチング素子には、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）等が用いられてよい。この場合、上スイッチング素子Ｓ１のソースが、下スイッチング素子Ｓ２のドレインに接続される。各スイッチング素子のドレインとソースとの間には、ソース側をアノードとしてダイオードが接続され、さらに、このダイオードにキャパシタが並列接続されている。
【００２２】
下スイッチング素子Ｓ２に接続される側とは反対側における上スイッチング素子Ｓ１の端子（図２の上側の端子）は、直流電圧源３０の正極端子に接続されている。上スイッチング素子Ｓ１に接続される側とは反対側における下スイッチング素子Ｓ２の端子（図の下側の端子）は、直流電圧源３０の負極端子に負極線３９を介して接続されている。直流電圧源３０は、交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路であってもよいし、バッテリであってもよい。直流電源３０およびスイッチング回路３２は、センサ信号発生部１４を構成する。
【００２３】
１次巻線Ｌ１の一端は、上スイッチング素子Ｓ１と下スイッチング素子Ｓ２の接続点に信号伝送線３８を介して接続され、１次巻線Ｌ１の他端は、下スイッチング素子Ｓ２の下側の端子および直流電圧源３０の負極端子に接続されている。上スイッチング素子Ｓ１と下スイッチング素子Ｓ２の接続点と１次巻線Ｌ１とを接続する信号伝送線３８には第１結合導体Ｐ１が接続されている。また、信号伝送線３８には、電流センサ３４が取り付けられている。電流センサ３４は計測部２０に接続されており、信号伝送線３８に流れる電流を検出し、検出値を計測部２０に出力する。
【００２４】
センサ回路１２は、第２結合導体Ｐ２、２次巻線Ｌ２およびサーミスタ４０を備えている。サーミスタ４０は、温度の変化に応じて抵抗値が変化する温度センサ素子である。第２結合導体Ｐ２には２次巻線Ｌ２の一端が接続され、２次巻線Ｌ２の他端にはサーミスタ４０の一端が接続されている。サーミスタ４０の他端は、計測対象物２８における導体（接地導体等）に接続されている。計測対象物２８においてサーミスタ４０が接続される導体と、直流電圧源３０の負極端子に接続された負極線３９との間には、静電容量が挿入されていてもよい。サーミスタ４０は計測対象物２８に熱結合している。
【００２５】
非接触計測装置１０の１次巻線Ｌ１および第１結合導体Ｐ１は、計測装置側結合部１６を形成し、センサ回路１２の２次巻線Ｌ２および第２結合導体Ｐ２は、計測対象側結合部２２を形成する。１次巻線Ｌ１および２次巻線Ｌ２は磁気的に結合してトランスを形成し、第１結合導体Ｐ１および第２結合導体Ｐ２は、電気的に結合して結合キャパシタＣを形成している。
【００２６】
次に、非接触計測システムの動作について説明する。スイッチング制御部３６は、上スイッチング素子Ｓ１および下スイッチング素子Ｓ２を繰り返し交互にオンオフ制御する。すなわち、スイッチング制御部３６は、上スイッチング素子Ｓ１をオフからオンに制御すると共に下スイッチング素子Ｓ２をオンからオフにし、上スイッチング素子Ｓ１をオフからオンに制御すると共に下スイッチング素子Ｓ２をオンからオフにする動作を繰り返す。
【００２７】
スイッチング回路３２のオンオフ制御によってセンサ信号としての交流電流が１次巻線Ｌ１に流れ、１次巻線Ｌ１の両端に誘導起電力が発生する。２次巻線Ｌ２は１次巻線Ｌ１に磁気的に結合しているため、２次巻線Ｌ２の両端にも誘導起電力が発生する。１次巻線Ｌ１、結合キャパシタＣ、および２次巻線Ｌ２は共振回路を形成しており、所定の共振周波数で共振する。
【００２８】
計測対象物２８の温度の変化によって、サーミスタ４０の抵抗値が変化する。サーミスタ４０は、１次巻線Ｌ１、結合キャパシタＣ、および２次巻線Ｌ２に直列に接続されており、サーミスタ４０の抵抗値の変化によって共振周波数が変化する。共振周波数が変化すると、スイッチング回路３２側から１次巻線Ｌ１側を見た入力インピーダンスもまた変化する。したがって、計測対象物２８の温度の変化に応じて入力インピーダンスが変化し、信号伝送線３８に流れる電流もまた変化する。
【００２９】
信号レベル検出部１８としての電流センサ３４は、信号伝送線３８に流れる電流を検出し、電流検出値（電流の大きさを示す物理量）を計測部２０に出力する。計測部２０は、電流／温度テーブルを予め記憶しており、電流／温度テーブルを参照して電流検出値に対応する温度を求める。
【００３０】
このような構成では、センサ回路１２にはＩＣ等の許容温度が低い電子部品が用いられていない。したがって、高温の計測対象物２８にセンサ回路１２を取り付けてもよい。また、センサ回路１２には、サーミスタ４０を除き、受動素子が用いられるため、ＩＣ等を用いる場合に比べて周辺回路の構成が単純化される。
【００３１】
１次巻線Ｌ１、第１結合導体Ｐ１、第２結合導体Ｐ２、２次巻線Ｌ２およびサーミスタ４０は、非接触計測装置１０とセンサ回路１２とを非接触で結合する非接触結合センサを構成する。図３には、非接触結合センサ５４の構成例が示されている。以下の説明における「上」「下」の用語は、図面の上下を示す説明の便宜上のものであり、非接触結合センサ５４が用いられるときの姿勢を限定するものではない。その他の図面についても同様である。
【００３２】
非接触結合センサ５４は、第１結合ユニット４２および第２結合ユニット４４を備えている。第１結合ユニット４２は、外側容器状導体４６および内側ソレノイドコイル４８を備えている。外側容器状導体４６は、円筒状の導体の上端が円形の導体板で塞がれた容器形状を有している。内側ソレノイドコイル４８は、円筒状に導線が巻かれたコイルである。内側ソレノイドコイル４８は、外側容器状導体４６と延伸方向を同じくし、外側容器状導体４６と中心軸を同じくして外側容器状導体４６に収容されている。内側ソレノイドコイル４８の上端は、外側容器状導体４６の円筒部分を塞ぐ天井面に接合されている。
【００３３】
第２結合ユニット４４は、内側容器状導体５０および外側ソレノイドコイル５２を備えている。内側容器状導体５０は、円筒状の導体の下端が円形の導体板で塞がれた容器形状を有している。外側ソレノイドコイル５２は、円筒状に導線が巻かれたコイルである。外側ソレノイドコイル５２は、内側容器状導体５０と延伸方向を同じくし、内側容器状導体５０と中心軸を同じくして内側容器状導体５０に収容されている。外側ソレノイドコイル５２の下端は、内側容器状導体５０の円筒部分を塞ぐ底面に接合されている。
【００３４】
第１結合ユニット４２は、第２結合ユニット４４に嵌め込まれる。すなわち、外側容器状導体４６が第２結合ユニット４４を覆い、外側容器状導体４６の側壁の内面が内側容器状導体５０の側壁の外面に対向し、外側ソレノイドコイル５２が、外側容器状導体４６と内側ソレノイドコイル４８との間に入り込み、内側ソレノイドコイル４８が外側ソレノイドコイル５２の内側に入り込むように、第１結合ユニット４２が第２結合ユニット４４に嵌め込まれる。
【００３５】
第１結合ユニット４２が第２結合ユニット４４に嵌め込まれた状態において、第１結合ユニット４２は、第２結合ユニット４４に対して中心軸を中心に回転自在となっている。同様に、第２結合ユニット４４は、第１結合ユニット４２に対して中心軸を中心に回転自在となっている。
【００３６】
図４には、非接触結合センサ５４の中心軸を通る断面が模式的に示されている。外側容器状導体４６の側壁の内面は、内側容器状導体５０の側壁の外面に対向する。これによって、外側容器状導体４６の側壁および内側容器状導体５０の側壁は、結合キャパシタＣを形成する。また、外側ソレノイドコイル５２が、その内側に発生する磁束は、内側ソレノイドコイル４８に鎖交する。同様に、内側ソレノイドコイル４８が、その内側に発生する磁束は、外側ソレノイドコイル５２に鎖交する。すなわち、外側ソレノイドコイル５２および内側ソレノイドコイル４８は磁気的に結合する。
【００３７】
外側容器状導体４６には、外側導体端子Ｆが設けられている。また、内側ソレノイドコイル４８を形成する導線の両端は、外側容器状導体４６の外側に引き出され、それぞれの先端に内側コイル端子（Ａ，Ｂ）が設けられている。
【００３８】
内側容器状導体５０には、内側導体端子Ｇが設けられている。また、外側ソレノイドコイル５２を形成する導線の両端は、内側容器状導体５０の外側に引き出され、それぞれの先端に外側コイル端子（Ｄ，Ｅ）が設けられている。
【００３９】
図４に示される例では、外側導体端子Ｆと、２つの内側コイル端子ＡおよびＢのうちの一方である内側コイル端子Ａとが短絡されている。図２に示される構成要素との関係では、外側導体端子Ｆは信号伝送線３８を介して上スイッチング素子Ｓ１と下スイッチング素子Ｓ２との接続点に接続され、内側コイル端子Ｂは、負極線３９を介して直流電圧源３０の負極端子に接続される。
【００４０】
また、内側導体端子Ｇと、２つの外側コイル端子ＤおよびＥのうちの一方である外側コイル端子Ｄとが短絡されており、外側コイル端子Ｅにはサーミスタ４０の一端が接続されている。サーミスタ４０の他端は、計測対象物における導体（接地導体等）に接続されている。この場合、図２の回路要素との関係は次のようになる。外側容器状導体４６が第１結合導体Ｐ１に対応し、内側ソレノイドコイル４８が１次巻線Ｌ１に対応している。また、内側容器状導体５０が第２結合導体Ｐ２に対応し、外側ソレノイドコイル５２が２次巻線Ｌ２に対応している。そして、外側容器状導体４６および内側容器状導体５０によって形成されるキャパシタが結合キャパシタＣに対応している。
【００４１】
非接触結合センサ５４のうち、結合キャパシタおよび各ソレノイドコイルを形成する部分は次のような構造を有している。すなわち、非接触結合センサ５４は、外側容器状導体４６の筒状の部分（第１筒状導体）と、第１筒状導体と延伸方向を同じくして、第１筒状導体の内側に位置する内側容器状導体５０の筒状の部分（第２筒状導体）と、第２筒状導体と延伸方向を同じくして、第２筒状導体の内側に位置する外側ソレノイドコイル５２（第１ソレノイドコイル）と、第１ソレノイドコイルと延伸方向を同じくして、第１ソレノイドコイルの内側に位置する内側ソレノイドコイル４８（第２ソレノイドコイル）と、センサ素子としてのサーミスタ４０と、を備えている。第１筒状導体および第２筒状導体が形成する結合キャパシタと、第１ソレノイドコイルと、第２ソレノイドコイルとが共振回路を形成し、サーミスタ４０が共振回路に接続され、第１ソレノイドコイルまたは第２ソレノイドコイルの両端に、計測対象の物理量を計測する非接触計測装置１０が接続され、第１筒状導体および第２ソレノイドコイルを含む第１結合ユニット４２が、第２筒状導体および第１ソレノイドコイルを含む第２結合ユニット４４に対して軸中心に回転自在であり、または、第２結合ユニット４４が、第１結合ユニット４２に対して軸中心に回転自在である。
【００４２】
図３および図４に示される非接触結合センサ５４は、モータジェネレータのロータの温度の計測に用いられてよい。図５には、モータジェネレータに取り付けられた非接触結合センサ５４が模式的に示されている。ロータ５６は円柱形状を有し、その中心軸がシャフト５８によって貫かれ、ロータ５６はシャフト５８と共に回転する。ロータ５６は、ステータコイル（図示せず）との電磁作用によって回転しシャフト５８にトルクを与える。また、ロータ５６はシャフト５８から与えられたトルクによって回転し、ステータコイルに誘導起電力を発生させる。
【００４３】
内側容器状導体５０の下端の円形導体および外側容器状導体４６の上端の円形導体には、シャフト５８によって貫かれる穴が開けられている。シャフト５８は、内側容器状導体５０に開けられた穴、内側ソレノイドコイル４８の内側、および外側容器状導体４６に開けられた穴を貫通している。内側容器状導体５０は、シャフト５８およびロータ５６に固定されており、シャフト５８およびロータ５６と共に回転する。一方、外側容器状導体４６は、モータジェネレータの筐体６０に固定されており、シャフト５８と共に回転しない。シャフト５８は、外側容器状導体４６に開けられた穴を軸受として回転する。サーミスタは、ロータ５６における所定の位置に固定され、その一端が外側コイル端子Ｅに接続され、他端がロータ５６における導体に接続されている。
【００４４】
なお、図６に示されているように、外側容器状導体４６がシャフト５８およびロータ５６に固定されてもよい。この場合、図２の回路要素との関係は次のようになる。内側容器状導体５０が第１結合導体Ｐ１に対応し、外側ソレノイドコイル５２が１次巻線Ｌ１に対応する。また、外側容器状導体４６が第２結合導体Ｐ２に対応し、内側ソレノイドコイル４８が２次巻線Ｌ２に対応する。そして、内側容器状導体５０および外側容器状導体４６によって形成されるキャパシタが結合キャパシタＣに対応する。  
【００４５】
外側容器状導体４６の下端の円形導体および内側容器状導体５０の上端の円形導体には、シャフト５８によって貫かれる穴が開けられている。シャフト５８は、外側容器状導体４６に開けられた穴、内側ソレノイドコイル４８の内側、および内側容器状導体５０に開けられた穴を貫通している。外側容器状導体４６は、シャフト５８およびロータ５６に固定されており、シャフト５８およびロータ５６と共に回転する。一方、内側容器状導体５０は、モータジェネレータの筐体６０に固定されており、シャフト５８と共に回転しない。シャフト５８は、内側容器状導体５０に開けられた穴を軸受として回転する。サーミスタは、ロータ５６における所定の位置に固定され、その一端が内側コイル端子Ｂに接続され、他端がロータ５６における導体に接続されている。
【００４６】
また、図７に示されているように、内側導体端子Ｇと、２つの外側コイル端子ＤおよびＥのうちの一方である外側コイル端子Ｄとが短絡されている。図２に示される構成要素との関係では、内側導体端子Ｇは信号伝送線３８を介して上スイッチング素子Ｓ１と下スイッチング素子Ｓ２との接続点に接続され、外側コイル端子Ｅは、負極線３９を介して直流電圧源３０の負極端子に接続される。
【００４７】
また、外側導体端子Ｆと、２つの内側コイル端子ＡおよびＢのうちの一方である内側コイル端子Ａとが短絡されており、内側コイル端子Ｂにはサーミスタ４０の一端が接続されている。サーミスタ４０の他端は、ロータ５６における導体に接続されている。
【００４８】
図３および図４に示される非接触結合センサ５４では、第１結合ユニット４２の回転軸と、第２結合ユニット４４の回転軸とにズレが生じた場合であっても、これらによって形成される結合コンデンサの容量の変化は小さい。外側容器状導体４６の側壁の内面と、内側容器状導体５０の側壁の外面との間の距離が小さくなる部分がある一方で、外側容器状導体４６の側壁の内面と、内側容器状導体５０の側壁の外面との間の距離が大きくなる部分もあるためである。
【００４９】
また、第１結合ユニット４２の回転軸と、第２結合ユニット４４の回転軸とにズレが生じた場合であっても、外側ソレノイドコイル５２と内側ソレノイドコイル４８との間の相互インダクタンスの変化は小さい。第１結合ユニット４２の回転軸と、第２結合ユニット４４の回転軸とにズレが生じることで、外側ソレノイドコイル５２の中心軸と内側ソレノイドコイル４８の中心軸とにズレが生じても、一方から発せられ他方に鎖交する磁束の変化は小さいためである。したがって、第１結合ユニット４２の回転軸と、第２結合ユニット４４の回転軸とにズレが生じた場合であっても、非接触結合センサ５４の共振周波数の変化が抑制される。これによって、第１結合ユニット４２または第２結合ユニット４４の変位に起因する計測誤差が低減される。
【００５０】
図８には、非接触結合センサの変形例が示されている。この非接触結合センサ５４Ａの第１結合ユニット６２は、図３および図４に示されている外側容器状導体４６の側壁の位置と、内側ソレノイドコイル４８の位置とを入れ換えたものに相当し、外側に外周ソレノイドコイル６６が形成され、内側に内周側壁７０が形成されたものである。また、第２結合ユニット６４は、図３および図４に示されている内側容器状導体５０の側壁の位置と、外側ソレノイドコイル５２の位置とを入れ換えたものに相当し、外側に内周ソレノイドコイル６８が形成され、内側に外周側壁７２が形成されたものである。
【００５１】
外周側壁７２の内面は、内周側壁７０の外面に対向しており、結合キャパシタが形成されている。また、外周ソレノイドコイル６６が、その内側に発生する磁束は、内周ソレノイドコイル６８に鎖交する。同様に、内周ソレノイドコイル６８が、その内側に発生する磁束は、外周ソレノイドコイル６６に鎖交する。すなわち、外周ソレノイドコイル６６および内周ソレノイドコイル６８は磁気的に結合する。
【００５２】
外周側壁７２には、外周導体端子Ｆ１が設けられている。また、内周ソレノイドコイル６８を形成する導線の両端は、外周側壁７２の下端を塞ぐ円形導体板の下方に引き出され、それぞれの先端に内周コイル端子（Ａ１，Ｂ１）が設けられている。内周側壁７０については、内周側壁７０の上端を塞ぐ円形導体板に内周導体端子Ｇ１が設けられている。また、外周ソレノイドコイル６６を形成する導線の両端は、内周側壁７０の上端を塞ぐ円形導体板の上方に引き出され、それぞれの先端に外周コイル端子（Ｄ１，Ｅ１）が設けられている。
【００５３】
非接触結合センサ５４Ａは、図７に示されている非接触結合センサ５４に置き換えてもよい。この場合、内周コイル端子（Ａ１，Ｂ１）、外周コイル端子（Ｄ１，Ｅ１）、外周導体端子Ｆ１は、それぞれ、図７に示されている非接触結合センサ５４の内側コイル端子（Ａ，Ｂ）、外周コイル端子（Ｄ１，Ｅ１）、外周導体端子Ｆ１と同様に接続される。
【００５４】
非接触結合センサ５４Ａのうち、結合キャパシタおよび各ソレノイドコイルを形成する部分は次のような構造を有している。すなわち、非接触結合センサ５４Ａは、外周ソレノイドコイル６６（第１ソレノイドコイル）と、第１ソレノイドコイルと延伸方向を同じくして、第１ソレノイドコイルの内側に位置する内周ソレノイドコイル６８（第２ソレノイドコイル）と、第２ソレノイドコイルと延伸方向を同じくして、第２ソレノイドコイルの内側に位置する外周側壁７２（第１筒状導体）と、第１筒状導体と延伸方向を同じくして、第１筒状導体の内側に位置する内周側壁７０（第２筒状導体）と、センサ素子としてのサーミスタ４０を備えている。第１筒状導体および第２筒状導体が形成するキャパシタと、第１ソレノイドコイルと、第２ソレノイドコイルと、が共振回路を形成し、サーミスタ４０が共振回路に接続され、第１ソレノイドコイルまたは第２ソレノイドコイルの両端に、計測対象の物理量を計測する非接触計測装置が接続され、第２筒状導体および第１ソレノイドコイルを含む第１結合ユニット６２が、第１筒状導体７２および第２ソレノイドコイル６８を含む第２結合ユニット６４に対して軸中心に回転自在であり、または、第２結合ユニット６４が、第１結合ユニット６２に対して軸中心に回転自在である。
【００５５】
図８に示される非接触結合センサ５４Ａにおいても、第１結合ユニット６２の回転軸と、第２結合ユニット６４の回転軸とにズレが生じた場合であっても、これらによって形成される結合コンデンサの容量の変化は小さい。また、第１結合ユニット６２の回転軸と、第２結合ユニット６４の回転軸とにズレが生じた場合であっても、外周ソレノイドコイル６６と内周ソレノイドコイル６８との間の相互インダクタンスの変化は小さい。したがって、第１結合ユニット６２の回転軸と、第２結合ユニット６４の回転軸とにズレが生じた場合であっても、非接触結合センサ５４Ａの共振周波数の変化が抑制される。これによって、第１結合ユニット６２または第２結合ユニット６４の変位に起因する計測誤差が低減される。
【００５６】
図９には、第２の変形例に係る非接触結合センサ５４Ｂが示されている。非接触結合センサ５４Ｂは、第１結合ユニット８２および第２結合ユニット８４を備えている。第１結合ユニット８２は、第１コイル７４および導体板７８を備え、第２結合ユニット８４は、第２コイル７６および導体板８０を備えている。図９の例では、第１コイル７４および第２コイル７６はソレノイドコイルである。導体板７８は第１コイル７４の一端に接続されている。導体板８０は第２コイル７６の一端に接続されている。第１コイル７４および第２コイル７６は、それぞれの一端が対向するように直線状に配置されている。また、導体板７８が下側に位置し、導体板８０が上側に位置した状態で、導体板７８および８０は、互いに対向する位置に配置されている。
【００５７】
図２に示される構成要素との関係は次の通りである。第１結合ユニット８２は非接触計測装置１０に用いられ、第２結合ユニット８４はセンサ回路１２に用いられる。第１コイル７４は１次巻線Ｌ１に対応し、導体板７８は第１結合導体Ｐ１に対応している。また、第２コイル７６は２次巻線Ｌ２に対応し、導体板８０は第２結合導体Ｐ２に対応している。
【００５８】
第１結合ユニット８２が変位した場合、第１コイル７４および導体板７８は連動して変位する。また、第２結合ユニット８４が変位した場合、第２コイル７６および導体板８０は連動して変位する。第１コイル７４と第２コイル７６との間の距離が増加した場合、導体板７８と導体板８０との間の距離は減少する。そして、第１コイル７４と第２コイル７６との間の距離が減少した場合、導体板７８と導体板８０との間の距離は増加する。
【００５９】
したがって、第１結合ユニット８２または第２結合ユニット８４が変位したことによって、第１コイル７４と第２コイル７６との間の距離が減少し、これらの相互インダクタンスが増加した場合には、導体板７８と導体板８０との間の距離が増加し、導体板７８および導体板８０によって形成される結合キャパシタの容量が減少する。また、第１コイル７４と第２コイル７６との間の距離が増加し、これらの相互インダクタンスが減少した場合には、導体板７８と導体板８０との間の距離が減少し、導体板７８および導体板８０によって形成される結合キャパシタの容量が増加する。したがって、第１結合ユニット８２または第２結合ユニット８４が変位した場合であっても、共振周波数の変化が抑制され、第１コイル７４の両端のインピーダンスの変化が抑制される。これによって、第１結合ユニット８２または第２結合ユニット８４の変位に起因する計測誤差が低減される。
【００６０】
図１０には、非接触計測システムの変形例が示されている。このシステムは、２次巻線Ｌ２の両端にサーミスタ４０が接続されたものである。この非接触計測システムでは、第１結合導体Ｐ１および第２結合導体Ｐ２が用いられていない。図１に示されている構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６１】
計測対象物２８の温度の変化によってサーミスタ４０の抵抗値が変化すると、スイッチング回路３２側から１次巻線Ｌ１側を見た入力インピーダンスもまた変化する。したがって、計測対象物２８の温度の変化に応じて入力インピーダンスが変化し、信号伝送線３８に流れる電流もまた変化する。信号レベル検出部としての電流センサ３４は、信号伝送線３８に流れる電流を検出し、電流検出値を計測部２０に出力する。計測部２０は、電流／温度テーブルを予め記憶しており、電流／温度テーブルを参照して電流検出値に対応する温度を求める。
【００６２】
非接触結合センサとしては、図４および図８に示されている非接触結合センサ（５４，５４Ａ）が用いられてもよい。この場合、非接触結合センサ（５４，５４Ａ）が備える構成要素のうち、内側ソレノイドコイル４８または内周ソレノイドコイル６８、および、外側ソレノイドコイル５２または外周ソレノイドコイル６６が部分的に用いられる。
【００６３】
図１１には、非接触計測システムの第２の変形例が示されている。この非接触計測システムは、図２に示されている直流電圧源３０およびスイッチング回路３２を、交流電圧源８６に置き換えたものである。図１に示されている構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６４】
交流電圧源８６は、１次巻線Ｌ１に交流電圧を印加する。これによって、センサ信号としての交流電流が１次巻線Ｌ１に流れ、１次巻線Ｌ１の両端に誘導起電力が発生する。２次巻線Ｌ２は１次巻線Ｌ１に磁気的に結合しているため、２次巻線Ｌ２の両端にも誘導起電力が発生する。１次巻線Ｌ１、結合キャパシタＣ、および２次巻線Ｌ２は共振回路を形成し、所定の共振周波数で共振する。
【００６５】
計測対象物２８の温度の変化によってサーミスタ４０の抵抗値が変化することで、共振回路の共振周波数が変化し、交流電圧源８６側から１次巻線Ｌ１側を見た入力インピーダンスもまた変化する。したがって、計測対象物２８の温度の変化に応じて入力インピーダンスが変化し、信号伝送線３８に流れる電流もまた変化する。
【００６６】
信号レベル検出部としての電流センサ３４は、信号伝送線３８に流れる電流を検出し、電流検出値を計測部２０に出力する。計測部２０は、電流／温度テーブルを予め記憶しており、電流／温度テーブルを参照して電流検出値に対応する温度を求める。
【００６７】
図１２には、非接触計測システムの第３の変形例が示されている。この非接触計測システムは、図２に示されているサーミスタ４０の下側の端子（２次巻線Ｌ２に接続されていない側の端子）を、結合キャパシタＣ２を介して非接触計測装置１０の負極線３９に接続したものである。この変形例では、１次巻線Ｌ１、結合キャパシタＣ１、２次巻線Ｌ２および結合キャパシタＣ２が共振回路を構成する。サーミスタ４０は、結合キャパシタＣ１、２次巻線Ｌ２および結合キャパシタＣ２に対して直列に接続されている。非接触計測装置１０が計測対象物２８の温度を計測する動作は、図２に示されている非接触計測装置１０と同様である。
【００６８】
図１３には、この非接触計測システムを実現する非接触結合センサ５４Ｃが示されている。この非接触結合センサ５４Ｃは、図４に示されている非接触結合センサ５４における外側容器状導体４６を軸方向に垂直な断面で分割し、さらに、内側容器状導体５０を軸方向に垂直な断面で分割したものである。図４に示されている構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。外側容器状導体４６の分割によって第１外側導体４６−１および第２外側導体４６−２が形成され、内側容器状導体５０の分割によって第１内側導体５０−１および第２内側導体５０−２が形成されている。第１外側導体４６−１および第２外側導体４６−２の間には絶縁体８８が設けられており、第１外側導体４６−１および第２外側導体４６−２は一体となって軸中心に回転する。同様に、第１内側導体５０−１および第２内側導体５０−２の間にも絶縁体８８が設けられており、一体となって軸中心に回転する。第１外側導体４６−１および第１内側導体５０−１は、結合コンデンサＣを形成し、第２内側導体５０−２および第２外側導体４６−２は結合コンデンサＣ２を形成している。第１内側導体５０−１は、外側コイル端子Ｅに接続されている。第２外側導体４６−２は、内側コイル端子Ｂに接続されている。
【００６９】
上記では、センサ素子として、温度センサ素子であるサーミスタを用いた実施形態について説明した。センサ素子としては、圧力センサ、湿度センサ、加速度センサ等、その他のセンサ素子が用いられてもよい。
【００７０】
また、信号レベル検出部としては、電流センサの他、電圧センサが用いられてもよい。この場合、電圧センサは、信号伝送線３８と負極線３９との間の電圧を検出し、電圧検出値を計測部２０に出力する。計測部２０は、電圧／温度テーブルを予め記憶しており、電圧／温度テーブルを参照して電圧検出値に対応する温度を求める。
【００７１】
また、上記では、測定対象物をモータジェネレータのロータとした実施形態について説明したが、測定対象物は、非接触計測装置に対して回転するその他の物体であってもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１０  非接触計測装置、１２  センサ回路、１４  センサ信号発生部、１６  計測装置側結合部、１８  信号レベル検出部、２０  計測部、２２  計測対象側結合部、２４  センサ素子回路、２６  温度センサ素子、２８  計測対象物、３０  直流電圧源、３２  スイッチング回路、３４  電流センサ、３６  スイッチング制御部、３８  信号伝送線、３９  負極線、４０  サーミスタ、４２，６２，８２  第１結合ユニット、４４，６４，８４  第２結合ユニット、４６  外側容器状導体、４８  内側ソレノイドコイル、５０  内側容器状導体、５２  外側ソレノイドコイル、５４，５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ  非接触結合センサ、５６  ロータ、５８  シャフト、６０  筐体、６６  外周ソレノイドコイル、６８  内周ソレノイドコイル、７０  内周側壁、７２  外周側壁、７４  第１コイル、７６  第２コイル、７８，８０  導体板、８６  交流電圧源、８８  絶縁体。
【図１】
2019185611.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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