(57)【要約】【課題】省スペース化できる非接触温度センサ及び非接触温度測定装置を提供する。【解決手段】本発明は、非接触温度センサは、赤外線を吸収する赤外線吸収材、赤外線吸収材の一方の面に設けられる第１感熱素子、及び第１感熱素子に対向して赤外線吸収材の他方の面に設けられる赤外線遮断材を有する第１検出部と、赤外線吸収材及び第１感熱素子に離間させて赤外線吸収材の一方の面に設けられる第２感熱素子を有する第２検出部とを備え、渦電流による第１検出部に含まれる第１導体部での影響と渦電流による第２検出部に含まれる第２導体部での影響とが略同一になるように、第１検出部と第２検出部とを設計する。【選択図】  図１
2017219339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界中における被測定物の温度を非接触で測定する非接触温度センサであって、
赤外線を吸収する赤外線吸収材、前記赤外線吸収材の一方の面に設けられる第１感熱素子、及び前記第１感熱素子に対向して前記赤外線吸収材の他方の面に設けられる赤外線遮断材を有する第１検出部と、
前記第１感熱素子に離間させて前記赤外線吸収材の一方の面に設けられる第２感熱素子及び前記赤外線吸収材を有する第２検出部とを備え、
前記第１検出部に含まれる第１導体部の体積は、前記第２検出部に含まれる第２導体部の体積と略同一である非接触温度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の非接触温度センサであって、
前記第１導体部は、
前記赤外線遮断材に含まれる導体部材と、
前記第１感熱素子に接続される導体部材とで形成され、
前記第２導体部は前記第２感熱素子に接続される導体部材で形成される非接触温度センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の非接触温度センサであって、
前記第１導体部は前記赤外線吸収材の一方の面に設けられる第１配線パターンで形成され、
前記第２導体部は前記赤外線吸収材の一方の面に設けられる第２配線パターンで形成され、
前記第１配線パターンと前記第１感熱素子は接続されており、
前記第２配線パターンと前記第２感熱素子は接続されており、
前記第１配線パターンと前記第２配線パターンは略同一である非接触温度センサ。
【請求項４】
非接触温度センサと、
磁界中における被測定物の温度を測定するコントローラを備える非接触温度測定装置であって、
前記非接触温度センサは、
赤外線を吸収する赤外線吸収材、前記赤外線吸収材の一方の面に設けられる第１感熱素子、及び前記第１感熱素子に対向して前記赤外線吸収材の他方の面に設けられる赤外線遮断材を有する第１検出部と、
前記第１感熱素子に離間させて前記赤外線吸収材の一方の面に設けられる第２感熱素子及び前記赤外線吸収材を有する第２検出部とを備え、
前記コントローラは、前記第１感熱素子により検出される第１検出温度と前記第２感熱素子により検出される第２検出温度の差分に基づいて、前記被測定物の温度を測定し、
前記第１検出温度は、前記磁界により前記第１検出部に含まれる第１導体部で発生する第１発熱温度を含み、
前記第２検出温度は、前記赤外線吸収材の上昇温度と、前記磁界により前記第２検出部に含まれる第２導体部で発生する第２発熱温度を含み、
前記第１発熱温度と前記第２発熱温度との差分は、所定の許容値以内である非接触温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触温度センサ及び非接触温度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
調理容器を載置する赤外線透過材からなるトッププレートと、加熱コイルとを備えた誘導加熱調理器において、調理容器の温度を検知する放射温度検知装置であって、入射開口部から入射した赤外線を検知開口部へ導く同一形状の第１および第２の導光部が形成された保持体と、検知開口部側に配設された樹脂フィルムと、第１および第２の導光部の検知開口部にそれぞれ対応するように、樹脂フィルム上配置された赤外線検知用感熱素子および赤外線補償用感熱素子と、樹脂フィルムの検知開口部に対向する面と反対の面画和において、少なくとも赤外線検知用感熱素子および赤外線補償用感熱素子が配置された部分に空間部が形成されるように、保持体が固定された蓋部材とから構成された誘導加熱調理器の放射温度検知装置が開示されている。この放射温度検知装置は、保持体および蓋部材を電磁吸収体で形成することで、加熱コイルからの誘導磁界を吸収して、渦電流による感熱素子の温度変化の影響を軽減する（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−６３４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術では、保持体および蓋部材を設けるのでスペースを確保しなければならないという問題があった。
【０００５】
本発明は、省スペース化できる非接触温度センサ及び非接触温度測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、非接触温度センサは、赤外線を吸収する赤外線吸収材、赤外線吸収材の一方の面に設けられる第１感熱素子、及び第１感熱素子に対向して赤外線吸収材の他方の面に設けられる赤外線遮断材を有する第１検出部と、赤外線吸収材及び第１感熱素子に離間させて赤外線吸収材の一方の面に設けられる第２感熱素子を有する第２検出部とを備え、渦電流による第１検出部に含まれる第１導体部での影響と渦電流による第２検出部に含まれる第２導体部での影響とが略同一になるように、第１検出部と第２検出部とを設計することで上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、省スペース化できる非接触温度センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は第１実施形態に係る非接触温度センサを含む非接触温度測定装置の概要図である。
【図２】図２は図１の非接触温度センサの拡大図である。
【図３】図３は図２に示す非接触温度センサの底面図である。
【図４】図４は図２に示す非接触温度センサの平面図である。
【図５】図５は被測定物の温度と第１感熱素子の検出温度及び第２感熱素子の検出温度との関係を示す図である。
【図６】図６は所定の雰囲気温度において、被測定物の上昇温度と、赤外線吸収材の上昇温度との関係を示す図である。
【図７】図７は比較例に係る非接触温度センサの底面図である。
【図８】図８は比較例に係る非接触温度センサにおいて、磁界中における被測定物の温度と第１感熱素子の検出温度及び第２感熱素子の検出温度との関係を示す図である。
【図９】図９は第１実施形態に係る非接触温度センサにおいて、磁界中における被測定物の温度と第１感熱素子の検出温度及び第２感熱素子の検出温度との関係を示す図である。
【図１０】図１０は第２実施形態に係る非接触温度センサの底面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
≪第１実施形態≫
図１は、第１実施形態に係る非接触温度センサ１０を含む非接触温度測定装置１００の概要図である。非接触温度測定装置１００は、被測定物１の温度を非接触で測定する装置であり、非接触温度センサ１０とコントローラ２とを備える。本実施形態に係る非接触温度測定装置１００は、磁界が発生する、モータ内などの環境で用いられ、磁界中における被測定物の温度を測定する非接触温度測定装置である。
【００１１】
非接触温度センサ１０は、被測定物１から放射される赤外線を熱に変換する温度センサである。非接触温度センサ１０は、変換された熱を出力信号としてコントローラ２へ出力する。コントローラ２は当該出力信号に基づき、被測定物１の温度を測定する。非接触温度測定装置１００は、非接触で被測定物１の温度を測定する装置である。
【００１２】
以下、本実施形態に係る非接触温度センサ１０を、図２〜４を用いて説明する。
【００１３】
図２は、図１の非接触温度センサ１０の拡大図である。非接触温度センサ１０は、第１検出部２０と第２検出部３０とを備えている。第１検出部２０は、赤外線を吸収する赤外線吸収材１１、赤外線吸収材１１の一方の面（下面）に設けられる第１感熱素子２１、及び第１感熱素子２１に対向して赤外線吸収材１１の他方の面（上面）に設けられる赤外線遮断材２２を有する。赤外線遮断材２２は、被測定物１（図１を参照）から放射され赤外線吸収材１１へ向かう赤外線を遮断するために、赤外線吸収材１１の上部に形成されている。例えば、赤外線遮断材２２には、赤外線を反射する赤外線反射材が用いられる。また、赤外線遮断材２２は、第１感熱素子２１の直上に設けられている。赤外線遮断材２２は、第２感熱素子３１の直上に設けられていない。さらに、第１検出部２０は、第１配線部２３及び第１端子電極２４を有する。第１配線部２３は、第１感熱素子２１と接続されている。第１端子電極２４は、第１配線部２３及びコントローラ２（図１を参照）に接続されている。これにより、コントローラ２は第１感熱素子２１の出力信号を検出信号３（図１を参照）として検出することができる。
【００１４】
第２検出部３０は、第１感熱素子２１に離間させて赤外線吸収材１１の一方の面に設けられる第２感熱素子３１及び赤外線吸収材１１を有する。第２検出部３０は、赤外線遮断材を有していない点で、第１検出部２０と異なる。第２検出部３０は、第２配線部３３及び第２端子電極３４を有する。第２配線部３３は、第２感熱素子３１と接続されている。第２端子電極３４は、第２配線部３３及びコントローラ２に接続されている。これにより、コントローラ２は第２感熱素子３１の出力信号を検出信号４（図１を参照）として検出することができる。
【００１５】
図３は、本実施形態に係る非接触温度センサ１０の底面図である。第１感熱素子２１と第２感熱素子３１は互いに離間させて赤外線吸収材１１に実装されている。第１感熱素子２１及び第２感熱素子３１は、両端部に端子電極（図示しない）が形成されたチップサーミスタである。サーミスタには、ＮＴＣ型、ＰＴＣ型、ＣＴＲ型等のサーミスタがある。例えば、ＮＴＣ型サーミスタが用いられる。ＮＴＣ型サーミスタは、温度が上がると抵抗値が下がる特性を有する。ＮＴＣサーミスタは、マンガン、ニッケル、コバルト等を成分とする酸化物を焼成したセラミック材料で形成されている。なお、第１感熱素子２１の端子電極は第１配線部２３Ａ，２３Ｂに形成される接着電極と接合している。第２感熱素子３１の端子電極は第２配線部３３Ａ，３３Ｂに形成される接着電極と接合している。これにより、第１感熱素子２１及び第２感熱素子３１は赤外線吸収材１１の下面に実装されている。
【００１６】
赤外線吸収材１１は、絶縁性フィルムで形成されている。例えば、絶縁性フィルムはポリイミド樹脂シートで形成されている。赤外線吸収材１１には、ポリイミド基板が用いられる。赤外線吸収材１１の下面には、第１配線部２３及び第２配線部３３、第１端子電極２４Ａ，２４Ｂ及び第２端子電極３４Ａ，３４Ｂが銅箔で形成されている。
【００１７】
第１配線部２３は、一対の第１配線部２３Ａと第１配線部２３Ｂを有している。第１配線部２３Ａ及び第１配線部２３Ｂは、それぞれ赤外線吸収材１１の下面に設けられる配線パターンで形成されている。具体的には、当該配線パターンは導体材料である銅箔で形成されている。図３に示すように、配線パターンは線状で形成されている。第１配線部２３Ａの一端は接着電極を介して第１感熱素子２１の端子電極と接続されており、第１配線部２３Ａの他端は第１端子電極２４Ａと接続されている。第１配線部２３Ｂの一端は接着電極を介して第１感熱素子２１の端子電極と接続されており、第１配線部２３Ｂの他端は第１端子電極２４Ｂと接続されている。第１感熱素子２１の端子電極と、第１配線部２３Ａ，２３Ｂの接着電極は、半田等の導電性接着材で接着されている。
【００１８】
第２配線部３３は、一対の第２配線部３３Ａと第２配線部３３Ｂを有している。第２配線部３３Ａ及び第２配線部３３Ｂは、それぞれ赤外線吸収材１１の下面に設けられる配線パターンで形成されている。具体的には、当該配線パターンは導体材料である銅箔で形成されている。図３に示すように、配線パターンは、一対で外形状が赤外線遮断材２２よりも大きい四角形状で形成されている。一対の配線パターンの中央には、第２感熱素子３１が設けられている。第２配線部３３Ａの一端は接着電極を介して第２感熱素子３１の端子電極と接続されており、第２配線部３３Ａの他端は第２端子電極３４Ａと接続されている。第２配線部３３Ｂの一端は接着電極を介して第２感熱素子３１の端子電極と接続されており、第２配線部３３Ｂの他端は第２端子電極３４Ｂと接続されている。第２感熱素子３１の端子電極と、第２配線部３３Ａ，３３Ｂの接着電極は、半田等の導電性接着材で接着されている。
【００１９】
第１端子電極２４Ａ，２４Ｂ及び第２端子電極３４Ａ，３４Ｂは赤外線吸収材１１の下面に形成されている。第１端子電極２４Ａ，２４Ｂ及び第２端子電極３４Ａ，３４Ｂの電極の大きさは、略同一の大きさである。
【００２０】
図４は、本実施形態に係る非接触温度センサ１０の平面図である。赤外線遮断材２２は赤外線吸収材１１の上面に設けられている。赤外線遮断材２２は、図４に示すように、第１感熱素子２１の直上に第１感熱素子２１を覆うような大きさの四角形状で形成されている。赤外線遮断材２２は、第２感熱素子３１の直上には設けられていない。赤外線遮断材２２は、赤外線吸収材１１よりも高い赤外線放射率を有する材料で形成されている。例えば、赤外線遮断材２２は、銅箔と、当該銅箔上に積層された金メッキ膜の構成のように、導体部材を含む構成で形成されている。なお、金メッキ膜の他に、例えば、アルミニウム蒸着膜やアルミニウム箔等で形成してもよい。
【００２１】
次に、第１検出部２０に含まれる第１導体部と第２検出部に含まれる第２導体部について説明する。
【００２２】
第１導体部は第１検出部２０に含まれる導体部材を称しており、第２導体部は第２検出部３０に含まれる導体部材を称している。本実施形態に係る第１導体部は、赤外線遮断材２２に含まれる導体部材と、第１感熱素子２１に接続される導体部材で形成されている。第１感熱素子２１に接続される導体部材は、図３に示すように、第１配線部２３である。具体的には、赤外線吸収材１１の下面に設けられる配線パターンである。また、赤外線遮断材２２に含まれる導体部材は、銅箔及び金メッキ膜である。なお、第１導体部には、第１配線部２３以外に、第１端子電極２４、第１感熱素子２１の端子電極、第１配線部２３の接着電極も含まれるが、それぞれの導体部材の面積は小さいため、第１導体部には含めないものとして説明する。
【００２３】
第２導体部は第２感熱素子３１に接続される導体部材で形成されている。第２感熱素子３１に接続される導体部材は、図３に示すように、第２配線部３３である。具体的には、赤外線吸収材１１の下面に設けられる配線パターンである。なお、第２導体部には、第２配線部３３以外に、第２端子電極３４、第２感熱素子３１の端子電極、第２配線部３３の接着電極も含まれるが、それぞれの導体部材の面積は小さいため、第２導体部には含めないものとして説明する。
【００２４】
図３に戻り、第１配線部２３の配線パターン及び第２配線部３３の配線パターンについて説明する。第１配線部２３の配線パターン及び第２配線部３３の配線パターンは、第１導体部の体積と第２導体部の体積とが略同一になるように、形成されている。例えば、第１導体部における導体部材の面積及び厚さと第２導体部における導体部材の面積及び厚さを略同一にすると、第１導体部の体積と第２導体部の体積は略同一にすることができる。つまり、第１配線部２３の配線パターンは第２配線部３３の配線パターンに対応するように形成されている。なお、本実施形態では、第１導体部に含まれる第１配線部２３の配線パターンとして、第１感熱素子２１から第１端子電極２４までの配線パターンを対象にしているが、第１感熱素子２１の周辺の配線パターンを対象にしてもよい。同様に、第２導体部に含まれる第２配線部３３の配線パターンとして、第２感熱素子３１から第２端子電極３４までの配線パターンを対象にしているが、第２感熱素子３１の周辺の配線パターンを対象にしてもよい。
【００２５】
ここで、本実施形態に係る非接触温度センサが設置される環境について説明する。本実施形態に係る非接触温度センサは、静止物体の温度を測定することができるだけでなく、回転体の温度を測定することができる。回転体は例えばモータ内部にあるロータである。そのため、本実施形態に係る非接触温度センサはモータ内部に設置されている。
【００２６】
また、非接触温度センサの以外にも回転体の温度を測定することができる装置として、スリッピング装置が知られている。スリッピング装置は、導体部材からなる回転リングと回転リングの摺接面に電気的に結合している導電部材からなるブラシとを備えている（特許文献１：特開２００９−２２５５７８号  図１を参照）。
【００２７】
スリップリング装置では、回転している回転リングの温度を測定する場合に、回転リングにブラシをスリッピングさせて回転リングの信号を取り出す必要がある。このため、回転軸上の回転リングとブラシの構成を一体的に設ける必要があり、小型化できないという問題がある。また、回転中の回転リングとブラシをスリッピングさせるため、回転リングの摺接面において、振動が生じる可能性がある。さらに、スリッピングにより回転リングの摺接面が摩耗する可能性がある。このため、回転リングの信号を取り出す際に、摺接面における振動又は摩耗により、回転リングの信号の品質が悪化する可能性がある。
【００２８】
一方、本実施形態に係る非接触温度センサは、回転体に非接触で回転体の温度を測定することができる。非接触温度センサは被測定物と接触する必要がなく、かつ、ブラシを設ける必要がないため、上述したようなスリッピング装置における問題は生じない。
【００２９】
本実施形態に係る非接触温度センサ１０について、被測定物１の温度測定方法を説明する。まず、第１感熱素子２１及び第２感熱素子３１の役割について説明する。被測定物１から放射される赤外線は第１感熱素子２１に対向して設けられる赤外線遮断材２２により赤外線吸収材１１に吸収されない。図２に示すように、赤外線遮断材２２が赤外線反射材の場合に、当該赤外線は赤外線反射材により反射される。つまり、赤外線遮断材２２は、第１感熱素子２１の直上部分における赤外線が赤外線吸収材１１に吸収されるのを防いでいる。そのため、第１感熱素子２１は赤外線遮断材２２によって赤外線が反射されて赤外線吸収が大幅に抑制された赤外線吸収材１１の部分的な温度を検出する。一方、被測定物１から放射される赤外線は第２感熱素子３１の直上部分における赤外線吸収材１１で吸収される。第２感熱素子３１は赤外線が吸収された赤外線吸収材１１の部分的な温度を検出する。つまり、第２感熱素子３１は被測定物１から放射される赤外線により温度上昇した赤外線吸収材１１の部分的な温度を検出する。
【００３０】
次に、コントローラ２の機能を説明するとともに、被測定物１の温度測定方法を説明する。
【００３１】
コントローラ２は、第１感熱素子２１の検出温度及び第２感熱素子３１の検出温度に基づき、被測定物１から放射される赤外線によって、赤外線吸収材１１で上昇した温度を演算する。コントローラ２は、第２感熱素子の検出温度と第１感熱素子の検出温度との差分を赤外線吸収材１１における上昇温度を演算する。コントローラ２は、各感熱素子における検出温度の差分を演算すると同時に、第１感熱素子２１の検出温度を雰囲気温度として保存する。次に、コントローラ２は、テーブルによる変換処理を実行して、赤外線吸収材１１の上昇温度に対応する被測定物１の上昇温度を演算する（図６を参照）。そして、コントローラ２は、保存された雰囲気温度に、演算された被測定物１の上昇温度を加えて、被測定物１の温度を演算する。上述したコントローラ２の機能を言い換えると、コントローラ２は、第１感熱素子２１の検出温度と、第２感熱素子３１の検出温度の差分に基づいて、被測定物の温度を測定する。以降の説明では、被測定物１から放射される赤外線により温められて赤外線吸収材１１で上昇する温度を、赤外線吸収材１１の上昇温度と、雰囲気温度を除き被測定物１自体の温度上昇分を、被測定物１の上昇温度と称して説明する。
【００３２】
上述した被測定物１の温度測定方法について、図５を用いて説明する。図５は、第１感熱素子２１の検出温度及び第２感熱素子３１の検出温度と、被測定物１の温度との関係を示す図である。縦軸は温度を示しており、横軸には第１感熱素子２１、第２感熱素子３１、及び被測定物１を示している。縦軸の温度について、「第１感熱素子」に対応する温度Ａは第１感熱素子２１により検出された検出温度を示し、「第２感熱素子」に対応する温度Ａ＋ｔは第２感熱素子３１により検出された検出温度を示し、「被測定物」に対応する温度Ａ＋Ｔはコントローラ２により演算された演算温度を示している。なお、図５は、被測定物１の温度の測定方法を説明するための図であり、磁界による渦電流の影響は考えないものとする。
【００３３】
まず、コントローラ２は、第２感熱素子３１の検出温度Ａ+ｔと第１感熱素子２１の検出温度Ａとの差分を演算して、赤外線吸収材１１における上昇温度ｔを求める。次に、コントローラ２は、第１感熱素子２１の検出温度Ａを雰囲気温度として保存する。そして、コントローラ２は、赤外線吸収材１１における上昇温度ｔを変換して被測定物１の上昇温度Ｔを演算する。最後に、コントローラ２は、保存された雰囲気温度Ａに被測定物１の上昇温度Ｔを加えて、被測定物１の温度Ａ＋Ｔを求める。
【００３４】
図６は、雰囲気温度Ａにおいて、被測定物１の上昇温度と赤外線吸収材１１の上昇温度との関係を示す図である。縦軸は被測定物１の上昇温度を示しており、横軸は赤外線吸収材１１の上昇温度を示している。本実施形態に係る非接触温度センサ１０は被測定物１の間には、所定の距離が設けられている。そのため、被測定物１の上昇温度と、被測定物１から放射される赤外線により温められる赤外線吸収材１１の上昇温度は異なる。一般的には、赤外線吸収材１１の上昇温度は、被測定物１の上昇温度よりも低い温度である。また、雰囲気温度毎に、被測定物１の上昇温度と赤外線吸収材１１の上昇温度との関係は異なる。赤外線吸収材１１の上昇温度は、被測定物１の上昇温度に相当する赤外線量によって決められる。図６は、雰囲気温度Ａにおいて、被測定物１の上昇温度と赤外線吸収材１１の上昇温度は１０：１の比例関係を示している。
【００３５】
コントローラ２は、図６に示すような関係に基づき、赤外線吸収材１１の上昇温度ｔから被測定物１の上昇温度Ｔを演算する。例えば、コントローラ６は、図６に示すような関係を雰囲気温度毎にテーブルとして保存している。コントローラ２は、保存された雰囲気温度Ａに対応するテーブルを抽出する。そして、コントローラ２は、赤外線吸収材１１における上昇温度を抽出されたテーブルで変換処理して被測定物１の上昇温度を演算する。これにより、コントローラ２は、赤外線吸収材１１の上昇温度ｔから被測定物１の上昇温度Ｔを演算することができる。
【００３６】
以上のようにな測定方法により、非接触温度測定装置１００は非接触で被測定物１の温度を測定することができる。
【００３７】
次に、磁界中における被測定物１の温度測定において、非接触温度センサが受ける影響について、比較例（参考例）に係る非接触温度センサを用いて説明する。
【００３８】
磁界による渦電流について説明する。例えば、回転体がモータ内部のロータであるとすると、モータ内部にはロータを回転させるために磁界が発生している。そのため、ロータの温度測定のために、モータ内部に非接触温度センサを設けると、非接触温度センサは磁界による影響を受ける。モータ内部の磁界は非接触温度センサに設けられている導体部材を貫き、導体部材に渦電流を発生させる。導体部材は抵抗成分を有しているため、渦電流が導体部材に流れると導体部材にジュール熱（発熱）が発生する。以降の説明においては、渦電流によるジュール熱を渦電流損と称して説明する。渦電流損をＰ、導体部材の抵抗率をρ、磁束密度をＢｍ、電源周波数をｆ、磁束が貫通する導体部材の面積をＳ、磁束が貫通する導体部材の厚さをｄとすると、渦電流損Ｐは下記式（１）で示される。
【数１】
2017219339.tif 000003
【００３９】
渦電流損が第１感熱素子及び第２感熱素子に与える影響について説明する。本実施形態の非接触温度センサ１０は第１導体部及び第２導体部を有しているため、本実施形態では、第１導体部及び第２導体部において、渦電流損が発生する。上述したように、本実施形態では、第１導体部は赤外線遮断材２２に含まれる導体部材と、第１配線部２３に含まれる導体部材で形成されている。そのため、赤外線遮断材２２及び第１配線部２３において、渦電流損は発生する。赤外線遮断材２２で発生する渦電流損は赤外線吸収材１１を通じて第１感熱素子２１の検出温度に影響を与える。第１配線部２３は第１感熱素子２１と接続されているため、第１配線部２３で発生する渦電流損は第１感熱素子２１の検出温度に直接影響を与える。また、第２導体部は第２配線部３３に含まれる導体部材で形成されている。そのため、第２配線部３３において、渦電流損は発生する。第２配線部３３は第２感熱素子３１と接続されているため、第２配線部３３で発生する渦電流損は第２感熱素子３１の検出温度に直接影響を与える。
【００４０】
図７，８を用いて、渦電流損による第１感熱素子の検出温度及び第２感熱素子の検出温度への影響について説明する。図７は、比較例に係る非接触温度センサの底面図である。比較例に係る非接触温度センサは、本実施形態に係る非接触温度センサ１０と、第２配線部１３３が異なる点以外は同じであるため、第２配線部１３３以外の説明は省略する。
【００４１】
第２配線部１３３は、一対の第２配線部１３３Ａ，１３３Ｂを有している。第２配線部１３３Ａ及び第２配線部１３３Ｂは、それぞれ赤外線吸収材１１の下面に設けられる配線パターンで形成されている。具体的には、当該パターンは導体材料である銅箔で形成されている。比較例に係る配線パターンは、第１配線部２３の配線パターンに対応するように形成されていない。つまり、第１配線部２３の配線パターン及び第２配線部１３３の配線パターンでは、第１導体部の導体部材の体積と第２導体部材の導体部の体積とが略同一にはならない。
【００４２】
図８は比較例に係る非接触温度センサにおいて、磁界中における被測定物の温度と第１感熱素子の検出温度及び第２感熱素子の検出温度との関係を示す図である。縦軸は温度を示しており、横軸には第１感熱素子２１、第２感熱素子３１、及び磁界中における被測定物１を示している。縦軸の温度について、「第１感熱素子」に対応する温度Ａ＋ｅ１は第１感熱素子２１により検出された検出温度を示し、「第２感熱素子」に対応する温度Ａ＋ｅ２は第２感熱素子３１により検出された検出温度を示し、「被測定物」に対応する温度Ａ＋Ｔ１＋ｅ１＋ΔＥはコントローラ２により演算された演算温度を示している。また、発熱温度ｅ１は第１導体部における渦電流損に相当する発熱温度、発熱温度ｅ２は第２導体部における渦電流損に相当する発熱温度を示している。発熱温度ｅ１と発熱温度ｅ２は大きさが違うことを示している。発熱温度差分Δｅは、発熱温度ｅ１と発熱温度ｅ２との差分の温度、温度誤差ΔＥはコントローラ２により発熱温度差分Δｅが増幅された温度を示している。被測定物１の上昇温度Ｔ１は赤外線吸収材１１の上昇温度ｔ１に対応する温度を示している。なお、比較例に係る非接触温度センサは、磁界が発生するモータ内部に設置されているものとする。
【００４３】
磁界中においては、図８に示すように、第１感熱素子２１及び第２感熱素子３１は渦電流による影響を受ける。第１感熱素子２１は雰囲気温度Ａと渦電流による発熱温度ｅ１を含む温度を検出する。第２感熱素子３１は雰囲気温度Ａ、赤外線吸収材１１の上昇温度ｔ、及び渦電流による発熱温度ｅ２を含む温度を検出する。比較例に係る非接触温度センサでは、第１導体部と第２導体部の体積が略同一ではないため、上記式（１）より第１導体部における渦電流損と第２導体部における渦電流損は異なる。そのため、図８に示すように、発熱温度ｅ１と発熱温度ｅ２とに発熱温度差分Δｅが生じる。なお、上記式（１）より、渦電流損は、導体部材の体積以外に、磁束密度、周波数、及び抵抗率によっても影響を受けるが、それぞれのパラメータは比較例に係る第１導体部と第２導体部では同じものとして説明する。
【００４４】
上述したように、コントローラ２は第２感熱素子３１の検出温度と第１感熱素子２１の検出温度との差分を演算するため、図８に示すように、コントローラ２は、赤外線吸収材１１の上昇温度ｔと発熱温度差分Δｅを含む温度を赤外線吸収材１１における上昇温度として演算する。次に、コントローラ２は、第１感熱素子２１の検出温度Ａ＋ｅ１を雰囲気温度として保存する。そして、コントローラ２は、保存された雰囲気温度Ａ＋ｅ１に対応するテーブルを抽出する。さらに、コントローラ２は、赤外線吸収材１１における上昇温度ｔ１＋Δｅを変換処理して被測定物１の上昇温度Ｔ１＋ΔＥを演算する。最後に、コントローラ２は、保存された雰囲気温度Ａ＋ｅ１に被測定物１の上昇温度Ｔ１＋ΔＥを加えて、被測定物１の温度Ａ＋Ｔ１＋ｅ１＋ΔＥを求める。
【００４５】
図８に示すように、発熱温度差分Δｅが生じると、コントローラ２により増幅されて温度誤差ΔＥが生じる。例えば、発熱温度ｅ１は１℃、発熱温度ｅ２は２℃、雰囲気温度Ａにおける被測定物１の上昇温度と赤外線吸収材１１の上昇温度は１０：１の比例関係である場合について説明する。この場合に、発熱温度差分Δｅは１℃になり、温度誤差ΔＥは１０℃になる。つまり、比較例に係る非接触温度センサでは、赤外線吸収材１１の発熱温度差分Δｅが微小温度であっても、当該差分Δｅは増幅される。コントローラ２により演算された被測定物１の温度には、発熱温度ｅ１だけでなく、当該発熱温度ｅ１よりも大きな温度誤差ΔＥが含まれてしまう。その結果、増幅された温度誤差ΔＥは、被測定物１の温度に対して大きく影響を与える。そのため、比較例に係る非接触温度センサでは、被測定物１の温度を正確に演算することができず、被測定物１の温度の精度は落ちる。
【００４６】
次に、本実施形態に係る非接触温度センサにおいて、磁界中における被測定物の温度について説明する。
【００４７】
図９は本実施形態に係る非接触温度センサにおいて、磁界中における被測定物の温度と第１感熱素子の検出温度及び第２感熱素子の検出温度との関係を示す図である。縦軸及び横軸は、図８と同じものであるため、説明は省略する。検出温度Ａ＋ｅ１は第１感熱素子２１の検出温度、検出温度Ａ＋ｅ１（ｅ２）＋ｔは第２感熱素子３１の検出温度、演算温度Ａ＋Ｔ＋ｅ１はコントローラ２による被測定物１の演算温度を示す。また、発熱温度ｅ１は第１導体部における渦電流損に相当する発熱温度、発熱温度ｅ２は第２導体部における渦電流損に相当する発熱温度を示している。発熱温度ｅ１と発熱温度ｅ２は大きさが略同一であることを示している。図９では、雰囲気温度Ａ、赤外線吸収材１１の上昇温度ｔ、被測定物１の上昇温度Ｔは、図５に示すものと同じであるため、説明は省略する。また、発熱温度ｅ１は図８に示すものと同じであるため、説明は省略する。なお、本実施形態に係る非接触温度センサは、磁界が発生するモータ内部に設置されているものとする。
【００４８】
磁界中においては、図９に示すように、第１感熱素子２１及び第２感熱素子３１は渦電流による影響を受ける。第１感熱素子２１は雰囲気温度Ａと渦電流による発熱温度ｅ１を含む温度を検出する。言い換えると、第１感熱素子２１の検出温度は、磁界により第１導体部で発生する発熱温度ｅ１を含んでいる。また、第２感熱素子３１は雰囲気温度Ａ、赤外線吸収材１１の上昇温度ｔ、及び渦電流による発熱温度ｅ２を含む温度を検出する。言い換えると、第２感熱素子３１の検出温度は、磁界により第２導体部で発生する発熱温度ｅ２を含んでいる。
【００４９】
本実施形態に係る非接触温度センサ１０では、第１導体部と第２導体部の体積が略同一であるため、上記式（１）より第１導体部における渦電流損と第２導体部における渦電流損は略同一になる。そのため、図９に示すように、発熱温度ｅ１と発熱温度ｅ２は略同一の温度になる。つまり、発熱温度差分Δｅは所定の許容値以内である。所定の許容値は、コントローラ２が変換処理により発熱温度差分Δｅを増幅しても、被測定物の上昇温度に対して影響を与えない値を示している。例えば、所定の許容値は雰囲気温度毎に決められる。なお、比較例に係る非接触温度センサと同様に、磁束密度、周波数、及び抵抗率による渦電流損への影響はないものとして説明する。
【００５０】
図９に示すように、コントローラ２は、赤外線吸収材１１の上昇温度ｔを赤外線吸収材１１における上昇温度として演算する。次に、コントローラ２は、第１感熱素子２１の検出温度Ａ＋ｅ１を雰囲気温度として保存する。そして、コントローラ２は、保存された雰囲気温度Ａ＋ｅ１に対応するテーブルを抽出する。さらに、コントローラ２は、赤外線吸収材１１における上昇温度ｔを変換処理して被測定物１の上昇温度Ｔを演算する。最後に、コントローラ２は、保存された雰囲気温度Ａ＋ｅ１に被測定物１の上昇温度Ｔを加えて、被測定物１の温度Ａ＋Ｔ＋ｅ１を求める。
【００５１】
例えば、発熱温度ｅ１は１℃、発熱温度ｅ２は１．０１℃、雰囲気温度Ａにおける被測定物１の上昇温度と赤外線吸収材１１の上昇温度は１０：１の比例関係である場合について説明する。この場合に、発熱温度差分Δｅは０．０１℃になり、温度誤差ΔＥは０．１℃になる。発熱温度差分Δｅ及び温度誤差ΔＥは、発熱温度ｅ１、雰囲気温度Ａ、及び被測定物１の上昇温度Ｔに比べて小さな値であるため、図９では、発熱温度差分Δｅ及び温度誤差ΔＥは示されていない。つまり、本実施形態に係る非接触温度センサでは、赤外線吸収材１１の発熱温度差分Δｅは所定の許容値以内であるため、コントローラ２により変換処理後の温度誤差ΔＥは、被測定物１の温度に影響を与えない。コントローラ２により演算された被測定物１の温度には、発熱温度ｅ１だけを含む。被測定物１の温度に対して、発熱温度ｅ１による影響は小さい。そのため、本実施例に係る非接触温度センサ１０では、被測定物１の温度を正確に演算することができる。その結果、渦電流損による影響を受けずに正確に磁界中における被測定物の温度を測定することができる。
【００５２】
以上のように、本実施形態において、磁界中における被測定物の温度を非接触で測定する非接触温度センサは、赤外線を吸収する赤外線吸収材１１、赤外線吸収材１１の一方の面に設けられる第１感熱素子２１、及び第１感熱素子２１に対向して赤外線吸収材１１の他方の面に設けられる赤外線遮断材２２を有する第１検出部２０と、第１感熱素子２１に離間させて赤外線吸収材１１の一方の面に設けられる第２感熱素子３１及び赤外線吸収材１１を有する第２検出部３０とを備える。第１検出部２０に含まれる第１導体部の体積は、第２検出部３０に含まれる第２導体部の体積と略同一である。これにより、第１導体部における渦電流損と第２導体部における渦電流損を略同一にすることができ、磁界中における被測定物１の温度測定の精度を向上することができる。つまり、渦電流による感熱素子の温度変化の影響は軽減することができる。その結果、非接触温度センサ１０を省スペース化できる。
【００５３】
また、本実施形態において、第１導体部は、赤外線遮断材２２に含まれる導体部材と、第１感熱素子２１に接続される導体部材とで形成され、第２導体部は第２感熱素子３１に接続される導体部材で形成されている。これにより、赤外線遮断材２２の抵抗率が高く、赤外線遮断材２２で発生する渦電流損が高い場合においても、第１導体部における渦電流損と第２導体部における渦電流損は略同一にすることができる。その結果、被測定物１の温度測定の精度をさらに向上させることができる。
【００５４】
≪第２実施形態≫
次に、第２実施形態に係る非接触温度センサについて説明する。第２実施形態に係る非接触温度センサは、以下に説明する赤外線遮断材２２０、第１配線部２３０、第１導体部及び第２導体部以外は、第１実施形態に係る非接触温度センサ１０と同様の構成を有する。
【００５５】
赤外線遮断材２２０は、第１感熱素子２１の直上に第１感熱素子２１を覆うような大きさの四角形状で形成されている。赤外線吸収材１１よりも高い赤外線放射率を有する材料で形成されている。さらに、赤外線遮断材２２０は導電部材を含まない構成又は抵抗率が銅箔より低い部材で形成されている。
【００５６】
図１０は、第２実施形態に係る非接触温度センサの底面図である。図１０は、図３と第１配線部２３０が異なる点以外は同様の構成であるため、説明は省略する。
【００５７】
第１配線部２３０は、一対の第１配線部２３０Ａと第１配線部２３０Ｂを有している。第１配線部２３０Ａ及び第１配線部２３０Ｂは、それぞれ赤外線吸収材１１の下面に設けられる配線パターンで形成されている。具体的には、当該配線パターンは導体材料である銅箔で形成されている。図１０に示すように、配線パターンは、一対で外形状が赤外線遮断材２２よりも大きい四角形状で形成されている。一対の配線パターンの中央には、第２感熱素子３１が設けられている。また、第１配線部２３０は、第２配線部３３の配線パターンと略同一の配線パターンで形成されている。すなわち、第１配線部２３０の配線パターン及び第２配線部３３の配線パターンは、第１導体部の導体部材の体積と第２導体部の導体部材の体積とが略同一になるように、形成されている。第１導体部は、第１配線部２３０の配線パターンで形成されている。第２導体部は、第２配線部３３の配線パターンで形成されている。
【００５８】
以上のように、本実施形態において、第１導体部は、赤外線吸収材１１の一方の面に設けられる配線パターンで形成され、第２導体部は、赤外線吸収材１１の一方の面に設けられる配線パターンで形成されている。第１配線部２３０の配線パターンと第１感熱素子２１は接続されており、第２配線部３３の配線パターンと第２感熱素子３１は接続されており、第１配線部２３０の配線パターンと第２配線部３３の配線パターンは略同一である。これにより、赤外線遮断材２２０で発生する渦電流損を考慮することなく、第１配線部２３０の配線パターンと第２配線部３３の配線パターンを略同一にすることで、第１導体部における渦電流損と第２導体部における渦電流損を略同一にでき、磁界中における被測定物１の温度測定の精度を向上することができる。つまり、配線パターンを略同一にするという簡易的な方法で、磁界中における被測定物１の温度測定の精度を向上させることができる。
【００５９】
なお、上述した実施形態では、第１配線部及び第２配線部は赤外線吸収材１１の一方の面に設けられる配線パターンで形成されているが、配線部品で形成してもよい。
【００６０】
また、上述した実施形態では、第１導体部及び第２導体部に第１端子電極２４及び第２端子電極３４が含まれていないが、第１導体部に第１端子電極２４を含め、第２導体部には第２端子電極３４を含めてもよい。これにより、第１導体部における渦電流損と第２導体部における渦電流損の精度が向上し、磁界中における被測定物１の温度測定の精度を向上させることができる。
【００６１】
さらに、上述した実施形態では、赤外線遮断材２２として赤外線反射材を用いたが、これに限られない。例えば、赤外線遮断材２２は赤外線吸収材１１側に設けられる断熱性部材と、当該断熱性部材の上に形成される赤外線吸収材とで形成してもよい。これにより、赤外線遮断材２２は赤外線を吸収するとともに、赤外線で温められた温度を赤外線吸収材１１へ遮断することができる。
【００６２】
また、上述した実施形態では、発熱温度差分Δｅに関する所定の許容値を雰囲気温度毎に決めたが、これに限られない。例えば、所定の許容値は、非接触温度センサ１０に影響を与える磁界の強さ、磁束密度等に応じて決めてもよい。さらに、所定の許容値は、第１感熱素子２１自体又は第２感熱素子３１自体が有する検出温度誤差に応じて決めてもよい。
【００６３】
上述した実施形態に係る第１配線部２３０の配線パターンは第１配線パターンに、第２配線部３３の配線パターンは第２配線パターンに、第１感熱素子２１の検出温度は第１検出温度に、第２感熱素子３１の検出温度は第２検出温度に、発熱温度ｅ１は第１発熱温度に、発熱温度ｅ２は第２発熱温度にそれぞれ相当する。
【００６４】
なお、以上に説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【符号の説明】
【００６５】
１…被測定物
２…コントローラ
３…検出信号
４…検出信号
１０…非接触温度センサ
１１…赤外線吸収材
２０…第１検出部
２１…第１感熱素子
２２…赤外線遮断材
２３…第１配線部
２３Ａ…第１配線部
２３Ｂ…第１配線部
２４…第１端子電極
２４Ａ…第１端子電極
２４Ｂ…第１端子電極
３０…第２検出部
３１…第２感熱素子
３３…第２配線部
３３Ａ…第２配線部
３３Ｂ…第２配線部
３４…第２端子電極
３４Ａ…第２端子電極
３４Ｂ…第２端子電極
【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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