(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動または回転する導体である移動体の一主面上に離隔して配置され、前記移動体の移動または回転方向に応じて発生するローレンツ力によって所定の回転軸回りに回転する永久磁石を有する回転体と、
前記回転体の回転速度を検出する検出器と、
予め求められた前記移動体の移動または回転速度と前記回転体の回転速度との相関関係に基づいて、前記検出器にて検出された前記回転体の回転速度から前記移動体の移動または回転速度を推測する移動速度推測部と、を備える、速度検出装置。
【請求項２】
前記回転体は、前記移動体の外周面に連なる一側面を前記一主面として、離隔して対向配置される、請求項１に記載の速度検出装置。
【請求項３】
前記移動体の一主面に対向する面を含めて、前記回転体の外表面の少なくとも一部を覆う保護部材と、
前記保護部材における前記移動体の一主面に対向される面に付着された磁性体を除去するための磁性体除去部と、を備える、請求項１または２に記載の速度検出装置。
【請求項４】
前記回転体と前記移動体との磁気結合度合を計測する磁気結合度合計測部と、
前記回転体と前記移動体との複数の磁気結合度合のそれぞれについて、前記移動体の移動または回転速度と前記回転体の回転速度との相関関係を検出する相関関係検出部と、を備え、
前記移動速度推測部は、前記相関関係検出部にて検出された相関関係のうち、前記磁気結合度合計測部にて計測された磁気結合度合に対応する相関関係に基づいて、前記移動体の移動または回転速度を推測する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の速度検出装置。
【請求項５】
前記磁気結合度合計測部は、前記回転体と前記移動体とのギャップおよび前記回転体と前記移動体との対向面同士の重なり具合に基づいて、前記磁気結合度合を計測するものである、請求項４に記載の速度検出装置。
【請求項６】
前記永久磁石は、前記移動体に対向配置される２つ以上の磁極を有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の速度検出装置。
【請求項７】
前記回転体の回転による運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機と、
前記発電機が変換した電気エネルギを蓄電する蓄電器と、を備え、
前記蓄電器が蓄電した電気エネルギは、前記検出器および前記移動速度推測部の少なくとも一方の電力源として用いられる、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の速度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体の速度を検出する速度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体に磁石を取り付けて、その磁石が発生する磁束の変化率に応じた誘起電圧を出力する電磁誘導型の非接触センサにより移動体の移動速度を検出する技術が開示されている（特開平３−２５３７２号公報参照）。
【発明の開示】
【０００３】
特開平３−２５３７２号公報に開示された技術では、非接触で移動体の移動速度を検出できるが、移動体に磁石を取り付ける必要があり、磁石を持たない移動体の移動速度を検出することはできない。また、接触式で移動体の移動速度を検出するセンサも知られているが、接触式の場合は、振動等の衝撃により破壊しやすく、信頼性および耐久性の点で問題がある。
【０００４】
本発明は、上述した課題を解決するためのものであり、その目的は、非接触で精度よく移動体の移動または回転速度を検出できる速度検出装置を提供するものである。
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、移動または回転する導体である移動体の一主面上に離隔して配置され、前記移動体の移動または回転方向に応じて発生するローレンツ力によって所定の回転軸回りに回転する永久磁石を有する回転体と、
前記回転体の回転速度を検出する検出器と、
予め求められた前記移動体の移動または回転速度と前記回転体の回転速度との相関関係に基づいて、前記検出器にて検出された前記回転体の回転速度から前記移動体の移動または回転速度を推測する移動速度推測部と、を備える、速度検出装置が提供される。
【０００６】
前記回転体は、前記移動体の外周面に連なる一側面を前記一主面として、離隔して対向配置されてもよい。
【０００７】
前記移動体の一主面に対向する面を含めて、前記回転体の外表面の少なくとも一部を覆う保護部材と、
前記保護部材における前記移動体の一主面に対向される面に付着された磁性体を除去するための磁性体除去部と、を備えていてもよい。
【０００８】
前記回転体と前記移動体との磁気結合度合を計測する磁気結合度合計測部と、
前記回転体と前記移動体との複数の磁気結合度合のそれぞれについて、前記移動体の移動または回転速度と前記回転体の回転速度との相関関係を検出する相関関係検出部と、を備え、
前記移動速度推測部は、前記相関関係検出部にて検出された相関関係のうち、前記磁気結合度合計測部にて計測された磁気結合度合に対応する相関関係に基づいて、前記移動体の移動または回転速度を推測してもよい。
【０００９】
前記磁気結合度合計測部は、前記回転体と前記移動体とのギャップおよび前記回転体と前記移動体との対向面同士の重なり具合に基づいて、前記磁気結合度合を計測するものであってもよい。
【００１０】
前記永久磁石は、前記移動体に対向配置される２つ以上の磁極を有してもよい。
【００１１】
前記回転体の回転による運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機と、
前記発電機が変換した電気エネルギを蓄電する蓄電器と、を備え、
前記蓄電器が蓄電した電気エネルギは、前記検出器および前記移動速度推測部の少なくとも一方の電力源として用いられてもよい。
【００１２】
本発明によれば、非接触で精度よく移動体の移動または回転速度を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態による速度検出装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】移動体の一主面と回転体の一主面との一部同士が重なり合うように対向配置した例を示す図。
【図３】移動体の表面または外周面と回転体の外周面とを対向配置させる例を示す図。
【図４】移動体の一側面に発生する渦電流により回転体が回転する原理を説明する図。
【図５】移動体の移動速度と回転体の回転速度との相関関係を表すグラフ。
【図６】移動体と回転体とのギャップと回転体の回転速度との相関関係を示すグラフと、ギャップと回転体の応答速度との相関関係を示すグラフ。
【図７】第２の実施形態による速度検出装置の概略構成を示すブロック図。
【図８】第３の実施形態による速度検出装置の概略構成を示すブロック図。
【図９】図８の速度検出装置を備えた非接触発電機の分解斜視図。
【図１０】図９の非接触発電機の断面図。
【図１１Ａ】速度検出装置の第１変形例を示す図。
【図１１Ｂ】速度検出装置の第２変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態による速度検出装置１の概略構成を示すブロック図である。図１の速度検出装置１は、回転体２と、検出器３と、移動速度推測部４と、電源部５とを備えている。
【００１５】
回転体２は、移動または回転する導体である移動体８の一主面上に離隔して配置されている。回転体２は、移動体８の移動または回転方向に応じて発生するローレンツ力によって所定の回転軸回りに回転する永久磁石２ａを有する。回転体２は、所定の回転軸回りに回転自在とされている。回転体２は移動体８の移動または回転方向に合わせて、時計回りまたは反時計回りに回転する。回転体２の永久磁石２ａは、周状に配置された複数の磁極２ｂを有する。永久磁石２ａが有する磁極２ｂの数は、２つ以上であればよく、数には特に制限はない。磁極２ｂの数が多いほど、回転体２の回転角度による回転力の斑（コギングトルク）は減少するが、移動体８と回転体２とのギャップが広い場合には、磁極２ｂの数を多くすることで、磁極２ｂ一つあたりの磁力の大きさが小さくなって、移動体８に到達する磁束が減少し、回転体２を回転させる力が弱くなる。
【００１６】
移動体８は、例えば車両の車輪やホイールなどの回転する動体、あるいは一方向または複数方向に移動する動体である。移動体８は、回転体２に対向配置された一主面上に渦電流を発生させる。したがって、移動体８の一主面は、渦電流を発生可能な金属などの導電材料で形成されている必要がある。
【００１７】
検出器３は、回転体２の回転速度を検出する。検出器３には、非接触式と接触式がある。非接触式の検出器３は、ホール効果を利用したホール素子や、光学スリットを利用したエンコーダや、誘導起電力を利用したコイルや、ギアの歯数またはギャップの変動を利用した静電容量タイプまたは誘導タイプまたはホール素子タイプの近接センサを適用可能である。接触式の検出器３は、回転体２の回転軸に取り付けられたポテンショメータなどを適用可能である。このように、検出器３の具体的な形態は、特に問わない。
【００１８】
移動速度推測部４は、予め求められた移動体８の移動または回転速度と回転体２の回転速度との相関関係に基づいて、検出器３にて検出された回転体２の回転速度から移動体８の移動または回転速度を推測する。より具体的な一例として、移動速度推測部４は、回転体２と移動体８との磁気結合度合が所定の場合における、移動体８の移動または回転速度と回転体２の回転速度との相関関係を用いて、移動体８の移動または回転速度を推測する。
【００１９】
電源部５は、図１の速度検出装置１の各部に電源電圧を供給する。図１では、電源部５から移動速度推測部４に電源電圧を供給する矢印線を図示しているが、検出器３にも電源電圧を供給してもよい。
【００２０】
以下では、まず最初に、移動体８の移動に応じて回転体２が回転する原理を説明する。移動体８と回転体２とは対向配置されている。図２は移動体８の一側面である一主面を回転体２の一主面と向き合わせて、移動体８の一主面と回転体２の一主面との一部同士が重なり合うように対向配置した例を示している。回転体２の一主面の全体が移動体８の一主面と重なり合って対向配置されている場合には、回転体２がほとんど回転しなくなるため、このような配置のさせ方は望ましくない。なお、移動体８の一側面を回転体２の一主面と対向配置させる代わりに、図３に示すように移動体８の表面または外周面と回転体２の外周面とを対向配置させてもよい。
【００２１】
本実施形態では、回転体２における永久磁石２ａの各磁極２ｂからの磁束により、移動体８の一側面８ａに渦電流を発生させる。よって、回転体２の第１側面２ｄと移動体８の一側面８ａとの間のギャップは、回転体２の各磁極２ｂからの磁束が到達可能な範囲内に制限される。
【００２２】
永久磁石２ａの各磁極２ｂは、対向する移動体８の一側面に向かう方向またはその反対方向に磁化されている。また、永久磁石２ａの隣接する磁極２ｂ同士の磁化方向は逆である。図３では、永久磁石２ａの各磁極２ｂの磁化方向を矢印で示している。図３および図４に示すように、回転体２の第１側面２ｄには、周状にＮ極とＳ極が交互に並んでいる。また、回転体２の移動体８に対向する第１側面２ｄとは反対側の側面は、第１側面２ｄとは逆極性になる。
【００２３】
図４は移動体８の一側面８ａに発生する渦電流５ｄ，５ｅにより回転体２が回転する原理を説明する図である。回転体２の第１側面２ｄ上に周状に並ぶ複数の磁極２ｂのうち、移動体８の一側面に対向配置された磁極２ｂからの磁束は、移動体８の一側面８ａ方向に伝搬する。回転体２の第１側面２ｄと移動体８の一側面８ａとの間は、エアギャップであり、回転体２からの磁束はこのエアギャップを伝搬する。
【００２４】
移動体８が回転すると、移動体８の一側面には、回転体２からの磁束の変化を妨げる方向に渦電流が生じ、この渦電流による磁束と回転体２からの磁束との相互作用（反発力および誘引力）により、回転体２は回転する。ただし、回転体２の一側面２ｄの表面速度は、対向する移動体８の一側面８ａの表面速度よりも遅くなる。
【００２５】
例えば、回転体２のＮ極が移動体８の一側面８ａに対向配置されている場合、Ｎ極の回転方向前方のエッジｅ１からの磁束が到達する移動体８の一側面８ａ部分に発生する渦電流５ｄの向きと、Ｎ極の回転方向後方のエッジｅ２からの磁束が到達する移動体８の一側面部分に発生する渦電流５ｅの向きとは相違している。Ｎ極の回転方向後方のエッジｅ２からの磁束により発生する渦電流５ｅは、Ｎ極からの磁束とは反対方向の磁束を発生させる向きに流れる。一方、Ｎ極の回転方向前方のエッジｅ１からの磁束が到達する移動体８の一側面部分に発生する渦電流５ｄは、Ｎ極からの磁束と同方向の磁束を発生させる向きに流れる。いずれの渦電流５ｄ，５ｅも、移動体８の回転に伴う回転体２からの磁束の変化を妨げる方向に流れる。
【００２６】
上述したように、回転体２のＮ極の回転方向前方のエッジｅ１側では、渦電流５ｄによる磁束と回転体２のＮ極からの磁束との方向が同じになることから、互いに引き寄せ合う誘引力が働く。一方、回転体２のＮ極の回転方向後方のエッジｅ２側では、渦電流５ｅによる磁束と回転体２のＮ極からの磁束とは反対方向になることから、互いに反発し合う反発力が働く。回転体２の第１側面２ｄの表面速度が、対向する移動体８の一側面の表面速度より遅い場合には、上述した、回転体２と渦電流５ｄ、５ｅの関係が常に成り立つ。これにより、回転体２は、対向する移動体８の一側面８ａの移動表面を追いかけるようにして、対向する移動体８の一側面８ａの表面速度よりも遅い表面速度で回転することになる。
【００２７】
なお、上述した回転体２の回転の原理は、ローレンツ力による反力にて説明することもできる。上述したように、回転体２のＮ極の回転方向前方のエッジｅ１からの磁束による発生する渦電流５ｄと、回転体２の回転方向後方のエッジｅ２からの磁束による発生する渦電流５ｅとは、電流の向きが逆になっていて、Ｎ極の直下には常に一定方向の電流が流れる。これら渦電流５ｄ，５ｅによる電流は、移動体８が図４の矢印の向きに回転する場合には、移動体８の回転方向とは反対方向のローレンツ力を受ける。よって、これら渦電流５ｄ，５ｅによる磁束を受ける回転体２は、移動体８の回転方向への、ローレンツ力の反力を受けて回転する。
【００２８】
このように、回転体２と移動体８は、両者の対向面同士では同一方向に移動する。よって、図４のように、回転体２が移動体８の回転軸からずれて対向配置されている場合には、回転体２の回転方向は移動体８の回転方向とは逆になる。
【００２９】
次に、移動体８の移動または回転速度を推測する手順を説明する。上述したように、回転体２は、移動体８の移動または回転速度に応じて回転し、より具体的には、回転体２は、移動体８の移動または回転速度に同期して回転する。
【００３０】
図５は移動体８の移動速度と回転体２の回転速度との相関関係を表すグラフである。図５の横軸は移動体８の移動速度ｖ2（ｋｍ／ｈ）、縦軸は検出器３で検出した回転体２の回転速度ｖ1（ｋｍ／ｈ）である。図５の実線は渦電流損や機械損などを考慮に入れた実測グラフＧ１、破線は渦電流損や機械損などを考慮に入れない理想的なグラフＧ２を示している。図５の実線と破線は、移動体８と回転体２とのギャップｇが１０ｍｍの場合の特性を示している。ギャップｇが変わると、図５のグラフの傾きが変化する。ギャップｇとは、移動体８と回転体２の対向面同士の最短距離を指す。
【００３１】
図５のグラフからわかるように、回転体２の回転速度と、移動体８の移動速度とは、線形の関係にあり、移動体８の移動速度が変化すると、その変化に同期して、回転体２の回転速度が線形に変化する。図５のグラフは、移動体８が一方向または複数方向に移動する場合の特性を示しているが、移動体８が回転する場合であっても、移動体８の回転速度と回転体２の回転速度とは線形の関係になる。
【００３２】
図６は、移動体８と回転体２とのギャップｇと回転体２の回転速度との相関関係を示すグラフＧ３と、ギャップｇと回転体２の時定数との相関関係を示すグラフＧ４と、回転体２の外周表面速度が８０ｋｍ／ｈ一定のグラフＧ５である。図６の横軸はギャップｇ（ｍｍ）、縦軸は回転体２の回転速度ω１（ｒａｄ／ｓ）または時定数τmech（ｓ）である。ここで、時定数とは、移動体８の速度を０ｋｍ／ｈから８０ｋｍ／ｈにステップ状に変化した場合に回転体２の回転速度が定常速度の６３．２％になるまでに要する時間であり、応答速度を示している。図６の縦軸の回転速度の単位をｖ1（ｋｍ／ｈ）とする場合は、以下の換算式（１）が用いられる。
ｖ1（ｋｍ／ｈ）＝ω1（ｒａｄ／ｓ）×０．０２５（ｍ）×３６００（ｓ）÷１０００
…（１）
この換算式の０．０２５（ｍ）は回転体２の半径である。この換算式を用いると、例えば８０ｋｍ／ｈは、８８９ｒａｄ／ｓになる。
【００３３】
グラフＧ３からわかるように、ギャップｇが小さくなるほど、移動体８と回転体２との磁気結合が強くなって、回転体２の回転速度が移動体８の移動または回転速度に近づく。グラフＧ５は、図５のグラフＧ２の直線に対応する。よって、グラフＧ３とＧ５からわかるように、ギャップｇが小さくなるほど、移動体８と回転体２との速度差は低減する。グラフＧ４は、上述した回転体２の応答時間を示している。グラフＧ４からわかるように、ギャップが広いほど応答性が悪くなる。
【００３４】
図６からわかるように、移動体８と回転体２とのギャップに応じて回転体２の回転速度と応答性が変化するため、図５のグラフを計測する際には、予め移動体８と回転体２とのギャップを定めておく必要がある。よって、本実施形態では、移動体８と回転体２とのギャップを所定の値に設定した上で、移動体８の移動または回転速度と回転体２の回転速度との相関関係を予め求めておく。
【００３５】
例えば、図５のグラフ上の複数点について、移動体８の移動速度と、対応する回転体２の回転速度とを登録したテーブルを予め生成しておくことが考えられる。この場合、移動速度推測部４は、検出器３で検出された回転体２の回転速度に対応する移動体８の移動速度をテーブルから参照することができる。
【００３６】
あるいは、図５のグラフを数式化しておき、移動速度推測部４は、検出器３で検出された回転体２の回転速度を数式に入力して、対応する移動体８の移動速度を算出してもよい。
移動体８の移動または回転速度が推測されると、その速度を微分することで加速度情報を検出でき、移動体８の移動または回転速度を積分することで、移動体８の位置情報を検出できる。
【００３７】
なお、回転体２と移動体８とは、対向面同士の一部が重なり合っており、重なり具合が変化すると、移動体８と回転体２との磁気結合度合が変化して、図５や図６のグラフの傾きが変化してしまう。したがって、図５のような移動体８の移動速度と回転体２の回転速度との相関関係を表すグラフを求める際は、ギャップを含めた移動体８と回転体２との磁気結合度合を所定値に設定しておく必要がある。移動体８と回転体２との磁気結合度合は、移動体８と回転体２とのギャップや、移動体８と回転体２との対向面同士の重なり具合などによって変化する。また、移動体８や回転体２との対向面に異物が付着した場合や、移動体８と回転体２との間に何らかの磁気遮蔽部材を配置した場合も磁気結合度合が変化する。図６のグラフについても、本来的には、ギャップだけでなく、種々の要因で移動体８と回転体２との磁気結合度合を変化させた場合の回転体２の回転速度の変化や回転体２の応答速度の変化をプロットしてグラフ化するのが望ましい。
【００３８】
このように、第１の実施形態では、移動体８の移動または回転方向に応じて回転する回転体２の回転速度を検出器３で検出するとともに、移動体８の移動または回転速度と回転体２の回転速度との相関関係を予め求めておき、検出器３にて検出された回転体２の回転速度から移動体８の移動または回転速度を推測する。これにより、簡易な手順で、移動体８の移動または回転速度を推測できる。
【００３９】
移動体８の移動または回転速度を検出するには、通常は移動体８に速度検出のための永久磁石や、エンコーダ用の光学スリットリングや、近接センサ用の検出歯車などを取り付けるが、移動体８への追加加工が許容されない場合であっても、本実施形態によれば、移動体８の近傍に回転体２を対向配置して、回転体２の回転速度を検出器３で検出することにより、移動体８の移動または回転速度を精度よく推測できる。
【００４０】
（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、移動体８と回転体２との磁気結合度合が予め定まっていて変動しないことを前提として、移動体８の移動または回転速度と回転体２の回転速度との相関関係を予め求めていた。これに対して、第２の実施形態は、複数の磁気結合度合についての移動体８の移動または回転速度と回転体２の回転速度との相関関係を予め求めておき、現時点の磁気結合度合を計測して、計測された磁気結合度合に合致する相関関係に基づいて、移動体８の移動または回転速度を推測するものである。
【００４１】
例えば、移動体８が列車等の車両の車輪である場合、走行面の凸凹等による車輪と回転体２との周期的なギャップ変動は、フィルタ処理を行うことで低減できるが、カーブを走行する際の車両に加わる遠心力に起因する車輪と回転体２とのギャップ変動などの、一定期間継続するギャップ変動はフィルタ処理では低減できない可能性が高い。よって、ギャップ変動が生じやすい環境下では、想定しうる複数の磁気結合度合について、それぞれ別個に相関関係を予め準備しておくのが望ましい。
【００４２】
図７は第２の実施形態による速度検出装置１の概略構成を示すブロック図である。図７では、図１と共通する構成部材には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。図７の速度検出装置１は、回転体２と、検出器３と、移動速度推測部４とを備えていることに加えて、磁気結合度合計測部１１と、相関関係検出部１２とを備えている。
【００４３】
磁気結合度合計測部１１は、回転体２と移動体８との磁気結合度合を計測する。上述したように、磁気結合度合とは、回転体２と移動体８とのギャップや、回転体２と移動体８との対向面同士の重なり具合などである。磁気結合度合が回転体２と移動体８とのギャップである場合は、磁気結合度合計測部１１は、回転体２と移動体８とのギャップを計測する。ギャップの計測は、磁界を利用した誘導型の近接センサを利用してもよいし、撮像装置でギャップ周辺を撮影した画像を解析して行ってもよいし、回転体２と移動体８との間で超音波等を送受してギャップを計測してもよい。
【００４４】
相関関係検出部１２は、回転体２と移動体８との複数の磁気結合度合における、移動体８の移動または回転速度と回転体２の回転速度との相関関係を検出する。すなわち、相関関係検出部１２は、複数の磁気結合度合のそれぞれについて、図５のような回転体２の回転速度と移動体８の移動または回転速度との相関関係を検出する。相関関係検出部１２は、検出した相関関係をテーブルとして不図示の記憶部に記憶しておいてもよいし、あるいは、検出した相関関係を数式化してもよい。
【００４５】
図７の移動速度推測部４は、相関関係検出部１２にて検出された相関関係のうち、磁気結合度合計測部１１にて計測された磁気結合度合に対応する相関関係に基づいて、移動体８の移動または回転速度を推測する。
【００４６】
このように、第２の実施形態では、複数の磁気結合度合について、それぞれ別個に相関関係を予め用意しておき、現時点の磁気結合度合に応じた相関関係に基づいて、移動体８の移動または回転速度を推測するため、移動体８と回転体２との磁気結合度合が変動する環境下であっても、移動体８の移動または回転速度を精度よく推測できる。
【００４７】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、回転体２の回転エネルギを電気エネルギに変換して蓄電器に蓄電しておき、蓄電された電気エネルギを利用して、移動体８の移動または回転速度を推測するものである。
【００４８】
図８は第３の実施形態による速度検出装置１の概略構成を示すブロック図である。図８の速度検出装置１は、図１の構成に加えて、発電機１３と、発電制御部１４と、蓄電器１５とを備えている。
【００４９】
発電機１３は、回転体２の回転による運動エネルギを電気エネルギに変換する。発電制御部１４は、発電機１３で発電された電力を直流電圧に変換する。蓄電器１５は、発電機１３が変換した電気エネルギを蓄電する。より具体的には、蓄電器１５は、発電制御部１４が変換した直流電圧を蓄電する。蓄電器１５が蓄電した電気エネルギは、検出器３および移動速度推測部４の少なくとも一方の電力源として用いられる。なお、図８の発電機１３と蓄電器１５は、図７の速度検出装置１に追加してもよい。
【００５０】
図９は図８の速度検出装置１を備えた非接触発電機２０の分解斜視図、図１０は図９の非接触発電機２０の断面図である。図９の非接触発電機２０内の、ロータ２１と、第２永久磁石２２ａを有する第２回転体２２と、ステータ２３と、コイル２４は、発電機１３の一部を構成するとともに、速度検出装置１の一部を兼ねている。以下では、速度検出装置１内の回転体２および永久磁石２ａをそれぞれ第１回転体２および第１永久磁石２ａと呼び、非接触発電機２０内の第２回転体２２および第２永久磁石２２ａと区別する。
【００５１】
速度検出装置１、ロータ２１およびステータ２３は、ケース（保護部材）２５によって覆われている。ステータ２３は、実装プレート２６上に固定されている。ケース２５や実装プレート２６は、必須の構成部品ではなく、その形状やサイズも任意である。
【００５２】
第１回転体２、ロータ２１および第２回転体２２は、いずれも共通の回転軸２７回りに回転自在とされている。この回転軸２７回りに、第１回転体２、ロータ２１および第２回転体２２は一体に回転する。より詳細には、ロータ２１は、ベアリング２８を介して回転軸２７に回転自在に支持されている。第１回転体２、ロータ２１および第２回転体２２の径サイズは、同じでも、それぞれ異なっていてもよい。典型的な一例では、ロータ２１と第２回転体２２は接続されている。あるいは、第１回転体２、ロータ２１および第２回転体２２を物理的に接続してもよい。図９や図１０の例では、第１回転体２とロータ２１の径サイズを略同一とし、第２回転体２２の径サイズをロータ２１よりも小さくしている。これにより、ロータ２１の内周面の内側に第２回転体２２を収納できるようにしている。
【００５３】
第２回転体２２は、図９に示すように、周方向に複数の磁極２ｂが配置された円環状の第２永久磁石２２ａを有する。第２永久磁石２２ａの磁極数は特に問わない。
【００５４】
円環状の第２永久磁石２２ａの内周面の内側には、ステータ２３が配置されている。ステータ２３は、固定されており、第２永久磁石２２ａの中心から放射状に伸びる複数のティース２３ａを有する。ステータ２３は、磁性体で形成されており、各ティース２３ａにはコイル２４が巻回されている。これらコイル２４は、第２永久磁石２２ａからの磁束が鎖交する位置に配置されており、鎖交した磁束の変化量に応じた誘導起電力を発生させる。放射状に伸びるティース２３ａの先端位置と第２永久磁石２２ａの内周面との間にはギャップが設けられている。
【００５５】
発電機１３は、第２回転体２２とステータ２３とコイル２４とを含んで構成されている。移動体８の移動または回転により第１回転体２が回転すると、第１回転体２と一体にロータ２１と第２回転体２２も回転する。これにより、ステータ２３のティース２３ａに巻回されたコイル２４には、周期的に方向が変化する交番磁束が鎖交し、コイル２４に誘導起電力が発生する。このように、発電機１３は、第１回転体２の回転エネルギを、第２回転体２２を介して、コイル２４に流れる誘導起電力に変換する機能を持っている。なお、ロータ２１は、磁性材料で形成されており、第１回転体２と第２回転体２２のヨークとしても機能する。これにより、第１永久磁石２ａと第２永久磁石２２ａで生じた磁束の漏れを防止でき、発電効率が向上する。
【００５６】
速度検出装置１内の検出器３、移動速度推測部４、発電制御部１４および蓄電器１５は、図１０に示すように、例えば実装プレート２６などの、第１回転体２の近傍で、かつ静止体上に配置されている。静止体上であればよいため、実装プレート２６に限られるわけではなく、ケース２５などに配置されていてもよいし、ケーブルで接続して別体としてもよい。
【００５７】
第２永久磁石２２ａとステータ２３は、移動体８と第１永久磁石２ａとの相対的な形状および位置関係により第１永久磁石２ａに発生するコギングトルクの少なくとも一部を相殺する機能を兼ねるようにしてもよい。
【００５８】
図９や図１０に示すように、速度検出装置１内の第１回転体２をケース２５で覆う場合、ケース２５内の第１永久磁石２ａの磁力に引きつけられて、ケース２５の外表面に磁性体が付着しやすくなる。特に、移動体８が列車の車輪の場合、レールとの接触により、車輪が削れて、その削り屑がケース２５の外表面に付着しやすくなる。ケース２５の外表面に付着した削り屑等の磁性体は、移動体８と回転体２との磁気結合度合を変動させる要因となる。ケース２５内部の回転体２は、移動体８の移動または回転に応じて回転するため、ケース２５の外表面に付着した磁性体も、回転体２の回転に応じて回転し、遠心力によりケース２５の外表面から外側に飛散することが期待できる。ただし、油分や水分を含む粘着性の高い磁性体や、回転体の回転中心付近に付着した遠心力をあまり受けない部分の磁性体は、飛散せずにケース２５の外表面に留まる可能性がある。よって、ケース２５の外表面に付着した磁性体を除去する磁性体除去部を設けてもよい。磁性体除去部の具体的な機構は問わないが、例えば車両のワイパに類似した機構にしてもよい。また、蓄電器１５に蓄電した電気エネルギを利用して、磁性体除去部を駆動してもよい。また、ケース２５の外表面に溝や突起などのガイドを設けて、回転している磁性体がガイドに沿って移動し、ケース２５の外周方向へ飛散するようなケース形状としてもよい。
【００５９】
このように、第３の実施形態では、移動体８の移動または回転による運動エネルギを回転体２の回転エネルギに変換し、回転体２の回転エネルギを発電機１３にて電気エネルギに変換して蓄電器１５に蓄電する。そして、蓄電器１５に蓄電された電気エネルギを利用して、速度検出装置１を駆動して、移動体８の移動または回転速度を測定する。これにより、外部電源を確保できない環境下であっても、移動体８の移動または回転速度を推測でき、速度検出装置１の適用範囲を拡げることができる。また、外部電源と速度検出装置１を繋ぐケーブルも不要となるため、速度検出装置１の設置場所についての制約も少なくなる。
【００６０】
上述した第１〜第３の実施形態では、移動体８の一側面８ａを回転体２の一主面２ｄに対向配置する例を示したが、移動体８と回転体２との配置は上述したものに限定されない。本開示による速度検出装置１は、移動体８の移動または回転方向に応じて発生するローレンツ力によって回転する永久磁石２ａを有する回転体２を備えていれば、上述した構造以外の構造であっても、適用可能である。
【００６１】
図１１Ａは速度検出装置１の第１変形例を示す図である。図１１Ａの速度検出装置１は、回転軸周りに回転する永久磁石２ａを有する回転体２と、２個のコイル（第１コイル３１ａと第２コイル３１ｂ）と、ヨーク３２とを備えている。
【００６２】
永久磁石２ａは、回転または移動する移動体８の一主面８ａ上に離隔して対向配置され、移動体８の回転または移動方向に応じて回転する。永久磁石２ａは、少なくとも２個の磁極２ｂを有し、各磁極２ｂの磁化方向は、永久磁石２ａの外周面の法線方向である。
【００６３】
永久磁石２ａの外周面２ｃは、移動体８の一主面８ａから離隔して配置されており、永久磁石２ａは、移動体８の一主面８ａに接触することなく、回転自在とされている。図１１Ａの例では、２個のコイルのうち一方の第１コイル３１ａは、移動体８の回転または移動方向に対して永久磁石２ａの後方側に配置されている。２個のコイルのうち他方の第２コイル３１ｂは、移動体８の回転または移動方向に対して永久磁石２ａの前方側に配置されている。第１および第２コイル３１ａ，３１ｂは、移動体８の一主面８ａ上に離隔して配置されている。
【００６４】
また、図１１Ａの例では、第１および第２コイル３１ａ，３１ｂの内部と上部には、コの字状のヨーク３２が配置されている。ヨーク３２と永久磁石２ａとの間には隙間があり、同様に、永久磁石２ａと第１および第２コイル３１ａ，３１ｂとの間にも隙間がある。これら隙間はエアギャップである。よって、永久磁石２ａは、移動体８の一主面と、第１および第２コイル３１ａ，３１ｂと、ヨーク３２とで囲まれる領域内で回転する。
【００６５】
図１１Ｂは速度検出装置１の第２変形例を示す図であり、１個のコイル３１で発電を行う例を示す図である。永久磁石２ａの上方には、ヨーク３２に巻回されたコイル３１が配置されている。ヨーク３２は永久磁石２ａの上方から移動体８の移動方向の両側に延びて、永久磁石２ａを取り囲むように配置されている。コイル３１は、永久磁石２ａからの磁束のほぼすべてを鎖交させるため、必ずしも複数のコイル３１を設ける必要はない。なお、コイル３１を配置する場所は、永久磁石２ａからの全磁束が集中する場所（例えば、永久磁石２ａのＮ極とＳ極の少なくとも一方の近傍）であればよい。
【００６６】
図１１Ａと図１１Ｂのいずれにおいても、永久磁石２ａを有する回転体２に、図１と同様の検出器３を接続し、さらに、移動速度推測部４を設けることで、移動体８の移動速度を推測することができる。
【００６７】
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１  速度検出装置、２  回転体、２ａ  永久磁石、３  検出器、４  移動速度推測部、５  電源部、８  移動体、１１  磁気結合度合計測部、１２  相関関係検出部、１３  発電機、１４  発電制御部、１５  蓄電器、２０  非接触発電機、２１  ロータ、２２  第２回転体、２２ａ  第２永久磁石、２３  ステータ、２４  コイル、２５  ケース、３１ａ  第１コイル、３１ｂ  第２コイル、３２  ヨーク
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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