(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象の運動を検出する運動検出装置であって、
前記検出対象の運動方向に複数配列されている導電性の被検出部と、
磁界を発生させ、前記検出対象の運動に伴って前記被検出部が近傍を通過するように中心軸方向の端部を前記検出対象に向けて配置されているコイルと、
前記被検出部が前記コイル近傍を通過することに伴う前記コイルのインダクタンス変化を検出することにより前記検出対象の運動を検出する検出手段と、を備え、
前記被検出部は、前記コイル側の端部における前記検出対象の運動方向の幅が狭いフィン状であり、前記検出対象の運動方向に対して傾斜して設けられており、
前記被検出部のうち、前記コイルの近傍を通過し、その運動が検出される部位に関して、前記検出対象の運動方向に対する前記運動が検出される部位の傾斜角をθ、互いに隣接する前記運動が検出される部位同士の運動方向の間隔をＹとし、前記コイルの直径をＤとすると、
ｓｉｎθ＝（２Ｄ／Ｙ）
となるように前記コイルが設定されている運動検出装置。
【請求項２】
前記検出対象は回転運動し、
前記被検出部は前記検出対象の回転方向に対して傾斜している、請求項１に記載の運動検出装置。
【請求項３】
前記検出対象はターボチャージャであり、
前記被検出部は、前記ターボチャージャのタービンブレード又はコンプレッサブレードの一部である、請求項２に記載の運動検出装置。
【請求項４】
前記被検出部は、前記タービンブレード又は前記コンプレッサブレードの前記ターボチャージャの径方向の端部である、請求項３に記載の運動検出装置。
【請求項５】
前記検出対象は回転運動し、
前記検出手段は、前記被検出部が所定の単位時間に前記コイル近傍を通過する回数に基づいて、前記検出対象の回転数、回転速度又は回転加速度を検出する、請求項１から４のいずれか一項に記載の運動検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は運動検出装置に関し、特にターボチャージャの回転数、回転速度又は回転加速度を検出する運動検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁界を発生させるコイルと、検出対象に連動する導電性の被検出部とを備える運動検出装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。このような運動検出装置では、被検出部の運動に伴うコイルのインダクタンス変化を検出することにより、検出対象の運動を検出する。例えば、特許文献１、２に開示されている運動検出装置では、被検出部としてのロータを備え、ロータの凸部がコイル近傍を通過することによるコイルのインダクタンス変化を検出することにより、検出対象の運動を検出している。
【０００３】
しかしながら、特許文献１、２に開示されている運動検出装置において、凸部の回転方向の幅が狭くなると、凸部がコイル近傍を通過する通過期間が短くなる。すると、上述したコイルのインダクタンス変化による出力信号の変化と、ノイズによる出力信号の変化とが分離不能になることにより、ロータの運動を正確に検出することができなくなるため、検出対象の運動を正確に検出することができなくなる。したがって、検出対象がロータの凸部に相当する導電部を有していたとしても、導電部の検出対象の運動方向の幅が狭い場合、検出対象の導電部を被検出部とすることにより運動検出装置の構成を簡素化することはできない。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−９７９５８号公報
【特許文献２】特開２０００−１２１６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであって、検出対象の運動を正確に検出することができる簡素な構成の運動検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１から５に記載の発明では、検出対象に設けられている被検出部によって検出対象の運動を検出するため、検出対象とは別に運動検出用ロータを備える運動検出装置と比較して、運動検出装置の構成を簡素化することができる。この結果、例えば運動検出装置の製造コストを低減したり、運動検出装置を小型化することができる。具体的には例えば、ターボチャージャの回転運動を検出する運動検出装置では、タービンブレードを被検出部としてターボチャージャの回転運動を検出することにより、その構成を簡素化することができる。
また、請求項１から５に記載の発明では、被検出部は検出対象の運動方向に対して傾斜しているため、被検出部がコイル近傍を通過する通過期間は延長される。この結果、被検出部を正確に検出することができるため、検出対象の運動を正確に検出することができる。尚、本発明による運動検出装置が検出する検出対象の運動とは、検出対象の運動速度に相関する物理量であって、例えば検出対象が回転体の場合は回転数、回転速度、回転加速度などである。
【０００７】
検出対象の運動速度が高くなると、被検出部がコイル近傍を通過する通過期間が短くなることで、検出対象の運動を正確に検出することが困難になる。しかしながら、請求項１から５に記載の発明では、被検出部のうち、コイルの近傍を通過し、その「運動が検出される部位」に関して、検出対象の運動方向に対する「運動が検出される部位」の傾斜角をθ、互いに隣接する「運動が検出される部位」同士の運動方向の間隔をＹとし、コイルの直径をＤとすると、ｓｉｎθ＝（２Ｄ／Ｙ）となるようにコイルが設定されている。
これにより、被検出部がコイル近傍を通過する通過期間と非通過期間とが略同一になっている。この結果、検出対象の運動速度が高くなったとしても被検出部を正確に検出することができるため、検出対象の運動を正確に検出することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では検出対象が回転体である。したがって、検出対象の回転運動を正確に検出することができる簡素な構成の運動検出装置を実現することができる。
【０００９】
請求項３から４に記載の発明では、検出対象はターボチャージャであり、被検出部はターボチャージャのタービンブレード又はコンプレッサブレードの一部である。したがって、ターボチャージャの回転運動を正確に検出することができる簡素な構成の運動検出装置を実現することができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明では、被検出部はタービンブレード又はコンプレッサブレードのターボチャージャの径方向の端部である。すなわち、コイルはターボチャージャの径方向の外側に配置されるため、コイルがターボチャージャの吸排気を妨げることはない。
【００１１】
請求項５に記載の発明では、被検出部が所定の単位時間にコイル近傍を通過する回数に基づいて、検出対象の回転数、回転速度又は回転加速度を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態による運動検出装置を説明するための模式図である。本発明の一実施形態による運動検出装置１は、検出対象としてのターボチャージャ２の回転速度を検出する装置である。
【００１３】
ターボチャージャ２は、エンジンの排気ガス流によって回転駆動されるタービンホイール１０、タービンホイール１０ともに回転して吸入空気を加圧する図示しないコンプレッサホイール、タービンホイール１０とコンプレッサホイールを連結する回転軸１１、図示しないハウジング、制御装置等で構成されている。
タービンホイール１０及びコンプレッサホイールには、それぞれフィン状のタービンブレード１２とコンプレッサブレードが設けられている。以下、運動検出装置１の構成及び作動をこの順に説明する。
【００１４】
（運動検出装置の構成）
運動検出装置１は、タービンブレード１２、コイル２０、検出部３０、ターボチャージャ２の制御装置等から構成されている。
タービンブレード１２はアルミニウム等の導体である。タービンブレード１２は、ターボチャージャ２の回転方向の幅が狭いフィン状であって、タービンホイール１０の基部１４から突出している。タービンブレード１２は、基部１４の先端１４ａ近傍でねじられ、ターボチャージャ２の回転方向に対して傾斜している。以下、タービンブレード１２のターボチャージャ２の回転方向に対して傾斜している部分を傾斜部１２ａという。
【００１５】
コイル２０は、中心軸方向の端部２０ａをターボチャージャ２に向けた姿勢で、ターボチャージャ２の回転運動に伴って傾斜部１２ａのターボチャージャ２の径方向の端部が近傍を通過するように配置されている。この場合、傾斜部１２ａのターボチャージャ２の径方向の端部が請求項に記載の「被検出部」に相当する。具体的には例えば、コイル２０は樹脂２２にインサートされ、ターボチャージャ２のハウジングに取り付けられている。尚、樹脂２２はコイル２０を保護するものであり、必ずしも必要なものではない。
【００１６】
図２はコイル２０及び検出部３０を示す回路図である。
検出手段としての検出部３０は、コイル２０を駆動することでコイル２０により磁界を発生させるとともに、傾斜部１２ａがコイル２０近傍を通過することに伴うコイル２０のインダクタンス変化を検出する。検出部３０は、ターボチャージャ２の上述した制御装置に接続されている。
【００１７】
具体的には例えば、検出部３０は、発振器３２、コンデンサ３４、抵抗３６、図示しない包絡線検波回路、コンパレータ等から構成されている。コイル２０とコンデンサ３４は並列共振回路を形成し、抵抗３６は共振回路に直列に接続されている。発振器３２は、交流電流で共振回路と抵抗３６とにより構成された回路を駆動する。包絡線検波回路の入力端は、共振回路のコイル２０とコンデンサ３４と抵抗３６との接点３８と接続されている。そしてコンパレータの入力端は包絡線検波回路の出力端と接続されている。
【００１８】
（運動検出装置の作動）
検出部３０の発振器３２がコイル２０を駆動すると、コイル２０により磁界が発生する。そして、ターボチャージャ２が回転運動すると、タービンブレード１２がコイル２０近傍を通過する。コイル２０近傍の磁束密度は高いため、タービンブレード１２がコイル２０近傍を通過している通過期間には、タービンブレード１２をコイル２０による磁束が貫通することにより、タービンブレード１２に大きな渦電流が生じる。一方、タービンブレード１２の非通過期間には、タービンブレード１２に殆ど渦電流が生じない。
【００１９】
この渦電流はコイル２０による磁界の変化を打ち消す方向に流れるため、コイル２０のインダクタンスに影響を与える。この結果、コイル２０のインピーダンスはタービンブレード１２の通過期間と非通過期間とで大きく変化し、上述した共振回路の共振周波数は両期間で大きく変化する。このように共振回路の共振周波数が変化することで、接点３８の電位振幅が変化する。
【００２０】
具体的には例えば、共振回路の非通過期間における共振周波数近傍で発振器３２を発信させた場合、図３（Ａ）に示すように、タービンブレード１２の通過期間は共振回路が共振周波数からずれた交流電流で駆動されて共振回路のインピーダンスが小さくなることにより、通過期間における接点３８の電位振幅は大きくなる。一方、タービンブレード１２の非通過期間は共振回路が共振周波数の交流電流で駆動されて共振回路のインピーダンスが大きくなることにより、非通過期間における接点３８の電位振幅は小さくなる。
【００２１】
包絡線検波回路は、図３（Ｂ）に示すように、接点３８の電位振動の包絡線を検波する。そしてコンパレータは、図３（Ｃ）に示すように、接点３８の電位振動の包絡線を示すアナログ信号を所定の閾値によりディジタル信号（以下、検出信号という。）に変換し、検出信号をターボチャージャ２の制御装置に出力する。ターボチャージャ２の制御装置は、コンパレータが出力するディジタル信号に基づいてタービンブレード１２の運動を検出することにより、ターボチャージャ２の回転速度を検出する。具体的には制御装置は、タービンブレード１２が所定の単位時間にコイル２０を通過する回数と、タービンホイール１０に設けられているタービンブレード１２の数とから、ターボチャージャ２の回転速度を検出する。このときの制御装置は検出手段として機能している。
【００２２】
このように運動検出装置１では、タービンブレード１２を用いてターボチャージャ２の回転速度を検出することにより、ターボチャージャ２に連動する運動検出用ロータを備える運動検出装置と比較して、その構成が簡素化されている。すなわち、本発明によると、運動検出装置の構成を簡素化できるため、運動検出装置の製造コストを低減したり、運動検出装置を小型化することができる。
【００２３】
図４はタービンブレード１２の通過期間を説明するための模式図である。図５は比較例としての運動検出装置１００を示す模式図である。図４（Ａ）は運動検出装置１における通過期間（ｔ１〜ｔ４）を示し、図４（Ｂ）は比較例の運動検出装置１００における通過期間（ｔ２〜ｔ３）を示している。図４に点線で示す領域５０は、コイル２０による磁束密度が高い領域を示している。図５に示す比較例としての運動検出装置１００は、タービンブレード１２の直交部１２ｂがコイル２０近傍を通過するように、コイル２０が配置されている。ここで直交部１２ｂとは、タービンブレード１２のターボチャージャ２の回転方向に対して直交している部分である。
【００２４】
図４から明らかのように、コイル２０をタービンホイール１０の回転運動に伴い傾斜部１２ａがコイル２０近傍を通過するように配置することにより、直交部１２ｂがコイル２０近傍を通過する運動検出装置と比較して、タービンブレード１２の通過期間を延長することができる。
【００２５】
ここで一般に、ターボチャージャ２のタービンブレード１２を用いてターボチャージャ２の回転速度を検出する場合、タービンブレード１２の通過期間は非通過期間と比較して短い。そこで、上述したようにタービンブレード１２の通過期間を延長することで検出信号の通過期間を示す信号幅が広げることにより、運動検出装置１はタービンブレード１２の運動を正確に検出することができる。具体的には、検出信号の通過期間を示す信号幅を広げることにより、検出信号にパルス幅の狭いノイズが重畳したとしても検出信号からノイズを容易に分離することができる。
【００２６】
図６は、運動検出装置１の検出信号を示す模式図であり、ターボチャージャ２が一定速度で回転しているときの検出信号を示している。
図６に示す検出信号は、タービンブレード１２の通過期間を示す信号幅とタービンブレード１２の非通過期間を示す信号幅とが略同一である。このような検出信号によれば、検出信号の周期が短くなっても、すなわちターボチャージャ２の回転速度が高くなっても、タービンブレード１２の通過期間を示す信号幅とタービンブレード１２の非通過期間を示す信号幅のいずれか一方が他方に対して狭くなることを防止できる。この結果、タービンブレード１２の回転速度が高くなっても、運動検出装置１はタービンブレード１２の運動を正確に検出することができる。
【００２７】
図７は、運動検出装置１において図６に示すような検出信号を得るための設計方法を示す模式図である。
検出信号の周期は、複数のタービンブレード１２の互いに隣接する傾斜部１２ａ同士の運動方向の間隔Ｙに相関する。したがって、図６に示すような検出信号を得るためには、「検出信号の通過期間を示す信号幅」が検出信号の半周期になるようにする必要がある。すなわち、「検出信号の通過期間を示す信号幅に傾斜部１２ａが移動する距離Ｚ」と傾斜部１２ａの間隔Ｙとの間に次式（１）に示す関係が成立するように運動検出装置１を設計する必要がある。
【００２８】
【数１】
0005240888.tif 000002
【００２９】
ここで、図７に示すように、傾斜部１２ａがコイル２０のインピーダンスが変化する期間に移動する距離Ｘは、コイルの直径Ｄ、傾斜部１２ａのターボチャージャ２の回転方向に対してなす角度θにより、次式（２）で表される。
【００３０】
【数２】
0005240888.tif 000003
【００３１】
一方、距離Ｘと距離Ｚとの間には次式（３）が成り立つ。
Ｘ＝Ｚ      ・・・（３）
【００３３】
したがって、傾斜部１２ａのターボチャージャ２の回転方向に対してなす角度θは、次式（４）で表される。
ｓｉｎθ＝（２Ｄ／Ｙ）  ・・・（４）
【００３５】
すなわち、ターボチャージャ２の回転方向に対して、式（４）の角度をなす傾斜部１２ａの近傍にコイル２０を配置することにより、タービンブレード１２の通過期間を示す信号幅とタービンブレード１２の非通過期間を示す信号幅とが同一の検出信号を得ることができる。
【００３６】
以上説明した本発明の一実施例では、タービンブレード１２を用いてターボチャージャ２の回転速度を検出することにより、ターボチャージャ２に連動する運動検出用のロータを備える運動検出装置と比較して、運動検出装置１の構成を簡素化することができる。
また、運動検出装置１は、上述したように被検出対象であるタービンブレード１２を正確に検出することができる。
【００３７】
（他の実施形態）
尚、本発明による一実施形態では、運動検出装置１は、ターボチャージャ２の回転速度を検出するものとして説明したが、検出対象はターボチャージャ２に限定されない。例えば、検出対象はターボチャージャ２と異なる構成のターボチャージャでもよいし、ターボチャージャ２とは異なる他のタービンでもよいし、回転運動以外の並進運動をするものでもよい。また運動検出装置１が検出する物理量は、回転数でもよいし回転加速度でもよい。
【００３８】
また、運動検出装置１は、傾斜部１２ａのターボチャージャ２の径方向の端部を被検出部として、ターボチャージャ２の回転速度を検出するものとして説明した。しかし運動検出装置１は、タービンブレード１２のターボチャージャ２の回転方向に対して傾斜している、傾斜部１２ａの上述した端部と異なる部分を被検出部としてもよいし、コンプレッサブレードの傾斜部を被検出部としてもよい。
【００３９】
また、検出回路とターボチャージャ２の制御装置とが検出手段として機能すると説明したが、検出手段は１つのユニットで構成してもよいし、３つ以上のユニットで構成してもよい。
【００４０】
また、タービンブレード１２が正確に検出可能な範囲で、検出信号の通過期間を示す信号幅と非通過期間を示す信号幅とは異なってもよい。
また、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態による運動検出装置を説明するための模式図。
【図２】本発明の一実施形態に係るコイル及び検出部を示す模式図。
【図３】本発明の一実施形態に係る検出部を説明するための模式図。
【図４】タービンブレードの通過期間を説明するための模式図。
【図５】本発明の比較例を示す模式図。
【図６】本発明の一実施形態に係る検出部の出力信号を示す模式図。
【図７】本発明の一実施形態による運動検出装置の設計法を説明するための模式図。
【符号の説明】
【００４２】
１：運動検出装置、２：ターボチャージャ（検出対象）、１２：タービンブレード、１２ａ：傾斜部（被検出部）、２０：コイル、３０：検出部（検出手段）
【図１】
0005240888.tif 000004
【図２】
0005240888.tif 000005
【図３】
0005240888.tif 000006
【図４】
0005240888.tif 000007
【図５】
0005240888.tif 000008
【図６】
0005240888.tif 000009
【図７】
0005240888.tif 000010