(57)【要約】【課題】ターボ過給機の羽根のような回転体などの測定対象物に対して磁界を効率よく且つ広範囲に生じさせ、感度に優れたセンサを提供することにある。【解決手段】電気絶縁材料からなる表面層を有する半月板状又は円盤状の支持体２と、前記支持体の表面に沿って形成されて非磁性導体からなる対象物Ｒを励磁するための導体（コイル等）３とを備え、検出領域内での対象物の有無を検出するセンサ、例えば回転数検出センサ１において、前記導体３が前記支持体の径方向に沿って形成されている部分Ｌを有することを特徴とする。【選択図】図１
2009198372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁材料からなる表面層を有する半月板状又は円盤状の支持体と、前記支持体の表面に沿って形成されて非磁性導体からなる対象物を励磁するための導体とを備え、検出領域内での対象物の有無を検出するセンサにおいて、
前記導体が前記支持体の径方向に沿って形成されている部分を有することを特徴とする近接センサ。
【請求項２】
前記対象物が羽根を有する回転体の当該羽根であり、対象物の有無を検出することによって回転体の回転数を測定する請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記支持体が半月板状をなし、前記導体が導線であって支持体の外周面に周方向に巻かれている請求項１に記載のセンサ。
【請求項４】
前記支持体が円盤状をなし、前記導体が導線であって支持体の中心を径方向に通過するように巻かれている請求項１に記載のセンサ。
【請求項５】
前記導線が第一の導線であって、更に第一の導線と電気的に並列に接続された１又は２以上の第二の導線を備え、前記支持体を平面視したとき全ての導線が対称に配列している請求項４に記載のセンサ。
【請求項６】
前記導線が第一の導線であって、更に前記支持体を平面視したとき第一の導線と直交し電気的に並列に接続された第二の導線、及び第一、第二の導線と平行に巻かれて第一、第二の導線とともに平面視格子状をなし互いに並列に接続された１又は２以上の第三、第四の導線を備えている請求項４に記載のセンサ。
【請求項７】
前記支持体が中心に貫通孔を有する円盤状をなし、前記導体が第一の導線であって前記貫通孔を通り抜けて貫通孔と外周面との間を径方向に巻かれ、更に第一の導線と電気的に並列に接続された１又は２以上の第二の導線を備え、前記支持体を平面視したとき全ての導線が対称に配列しているている請求項１に記載のセンサ。
【請求項８】
前記支持体が中心に貫通孔を有する円盤状をなし、前記導体が第一の導体層であって支持体の主面上で前記円盤上の２本の半径とそれらによって挟まれる外円弧及び内円弧とによって囲まれる扇形に形成され、更に第一の導体層と電気的に並列に接続され前記支持体を平面視したとき第一の導体層と対称な１又は２以上の第二の導体層を備えている請求項１に記載のセンサ。
【請求項９】
前記支持体が中心に貫通孔を有する円盤状をなし、前記導体が前記貫通孔を通って巻かれたトロイダルコイルである請求項１に記載のセンサ。
【請求項１０】
回転体の回転数をセンサで検出する方法において、
前記センサが、電気絶縁材料からなる表面を有する半月板状又は円盤状の支持体と、前記支持体の表面に沿って形成されて非磁性導体からなる回転体の被測定部を励磁するための導体とを備え、前記導体が前記支持体の径方向に沿って形成されている部分を有するものであり、
当該径線が回転体の回転軸とねじれの関係にあって且つ回転軸と平行な線と直交するようにセンサを配置した状態で前記導体に通電することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、近接センサ、特にターボ過給機などの回転体を有する機械における回転体の回転数を非接触で検出するセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ過給機を備えたエンジンにおいてエンジン運転時に過給機の回転数を計測することは、エンジンの出力調整や噴射系の経時変化を自己診断するにあたり、重要な役割を果たし、エンジンの性能保証や耐久性・信頼性を向上させることから、近年エンジン制御に採用されている。
このような回転体の回転数を検出する手段として、回転体の非磁性導体部分を励磁する励磁コイルを備えた渦電流式センサが知られている（特許文献１）。この種のセンサによれば、コイルに直流電圧を加えて磁界を生じさせると、回転体の所定部分、例えば羽根がコイルに近ずいたときに羽根に渦電流が発生し、その渦電流に起因する反磁界によりコイル電圧が低下する。羽根が遠ざかるとコイル電圧が復帰する。このような出力電圧の変化に基づいて回転数が検出される。
【特許文献１】特開２００３−２４０７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の渦電流式センサは、図１２に示すように円柱状の支持体の外周面にコイル（導線）が巻かれ、コイルの巻き軸Ｐと回転体Ｒの回転軸ｑとが直交するように取り付けられているので、巻き軸Ｐの中心線上に位置する回転体Ｒに対して及ぶ磁界が弱かった。また、図１３に示すようにコイルの巻き軸（図示省略）と回転体Ｒの回転軸（図示省略）とが平行になるようにセンサを取り付けると、巻き軸と回転軸とを結ぶ線から離れる（角度αが増す）に伴ってコイル導体も急激に回転体から遠ざかる（距離Ｙが増す）ため、検出に寄与する磁界の範囲が狭かった。従って、いずれにしても加える電圧のわりに感度が弱かった。
それ故、この発明の課題は、回転体などの測定対象物に対して磁界を効率よく且つ広範囲に生じさせ、感度に優れたセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
その課題を解決するために、この発明の近接センサは、
電気絶縁材料からなる表面層を有する半月板状又は円盤状の支持体と、前記支持体の表面に沿って形成されて非磁性導体からなる対象物を励磁するための導体とを備え、検出領域内での対象物の有無を検出するセンサにおいて、
前記導体が前記支持体の径方向に沿って形成されている部分を有することを特徴とする。
前記支持体は、全体が電気絶縁材料からなっていてもよいし、表面が電気絶縁材料で被覆された金属からなっていてもよく、いずれにしても少なくとも表面層が電気絶縁材料からなっていればよい。
【０００５】
このセンサによれば、支持体が対称形状を有するので、測定結果がセンサの取り付け方向に依存しにくい。そして、導体が径方向に沿って形成されている部分を有するので、図１に示すようにその径線に沿う部分Ｌが回転体Ｒの回転軸Ｓとねじれの関係にあって且つ軸Ｓと平行な直線と直交するようにセンサを取り付けると、回転体から導体上のある位置までの距離Ｙは角度αが増しても急激には遠ざからない。このため回転体Ｒに対して磁界を効率よく且つ広範囲に生じさせることができる。
【０００６】
導体の一部を支持体の径方向に沿って形成する手段は、限定されず、種々挙げられる。例えば支持体が半月板状で、導体が導線であるとき、導線を支持体の外周面に沿って巻くことにより半月板の端面を通過する部分が径線に沿うことになる。また、支持体が円盤状で、導体が導線であるとき、導線を支持体の直径線に沿って巻いてもよい。導体は、線状のものに限らず、面状のものであってもよい。
【発明の効果】
【０００７】
測定対象物に対して磁界を効率よく且つ広範囲に生じさせることができるので、ロバスト性及び感度に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
−実施形態１−
図２は第一の実施形態に係る回転数検出センサを示し、（ａ）はセンサに適用される支持体の正面図、（ｂ）は同右側面図、（ｃ）は径方向断面図、（ｄ）はセンサの径方向断面図、（ｅ）は同左側面図である。尚、センサ及び支持体のいずれも右側面図と左側面図とは対称に現れる。
【０００９】
センサ１は、低熱膨張性絶縁プラスチック、絶縁セラミック、絶縁被覆された金属などから選ばれる材質からなる半月板状の支持体２と絶縁被覆銅線からなるコイル３とを備える。コイル３は、これに直流電圧を加えることにより図略のターボ過給機における圧縮ホイールの羽根を励磁する。支持体２は、円弧状の外周面に周方向の溝２ａを有し、その溝２ａ及び方形の平坦面２ｂに沿ってコイル３が周方向に巻かれている。従って、コイル３は、平坦面２ｂに沿う部分で径方向に延びる直線状をなす。
【００１０】
このセンサ１によれば、通電されたコイル３に圧縮ホイールの羽根が近づくと各コイルが羽根を励磁し、渦電流を発生させる。そして、その渦電流により生じた反磁界によりコイル電圧が低下し、羽根が遠ざかるとコイル電圧が復帰する。そして、コイル３の直線部分が羽根の回転軸とねじれの関係にあって且つ回転軸Ｓと平行な直線と直交するようにセンサ１を取り付けると、羽根側ではコイル導体が直線状をなしているので、有効な磁界の範囲が広く、その反対側ではコイル導体が円弧状の溝２ａに沿って最短距離で巻かれているので、後方外界のノイズの影響を受けにくい。従って、ロバスト性及び感度に優れる。
【００１１】
−実施形態２−
図３は第二の実施形態に係る回転数検出センサに適用可能なコイルの支持体を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は軸方向断面図、（ｃ）は斜視図である。図４は、この回転数検出センサの回路構成を示すブロック図である。
回転数検出センサ１１は、支持体１２に巻かれた二個のコイル１３、増幅器４、変換器５、及び出力端子６を備える。支持体１２は、円柱を軸方向に二等分割して得られる二個の半月状のコア部１２ａ、１２ｂと、前記円柱の外径よりも小さい外径を有し各コア部に連なってコア部同士を連結する一つの連結部１２ｃとからなる。支持体１２の材質は実施形態１におけるものと同一であってよい。そして、コア部１２ａの円弧に沿って一つのコイル（図示省略）が巻かれ、コア部１２ｂの円弧に沿ってもう一つのコイルが巻かれている。支持体１２は中心が軸方向に貫通しており、その貫通孔１２ｄをコイルから引き出された導線が通って後方の回路に接続される。コア部１２ａ、１２ｂは互いに幾何学的に対称形状をなし、直径方向の微小間隙１２ｅを介して対向するように配置されているので、コイル電圧も同じである。
【００１２】
コイル１３、１３は、互いに並列に増幅器４に接続されている。増幅器４の増幅率は、電圧信号が最大５Ｖとなるように設定されている。このセンサ１１の回路構成によれば、増幅器４で増幅されたアナログ信号は、変換器５でパルス信号に変換され、出力端子６より取り出される。取り出されたパルス信号は、図略のＴＴＬ回路にてＴＴＬ信号に変換され０．２Ｖ以下でＬ、４．５Ｖ以上でＨと判定される。こうしてＬからＨまたはＨからＬへの出力の間隔から回転数が計測される。コイル１３、１３の一方が断線しても他方のコイルが継続して圧縮ホイールの羽根を励磁し、渦電流を発生させるので、継続してエンジンを電子制御することができる。
連結部１２ｃは小径であるので、後方回路への熱伝達を抑制する。しかもコア部１２ａ、１２ｂ間の直径線近傍にもコイル導体が存在するので、磁束密度が高い。従って、センサを取り付ける際のロバスト性及び感度に優れる。
【００１３】
−実施形態３−
図５は第三の実施形態に係る回転数検出センサを示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は斜視図である。図６はこのセンサの回路構成を示すブロック図である。
センサ２１は、円盤状の支持体２２と支持体２２の幾何学的中心を径方向に直線的に通過するように巻かれた２本のコイル２３ａ、２３ｂとを備える。従って、コイル２３ａとコイル２３ｂとは平面視で対称に配列している。コイル２３ａとコイル２３ｂとは、支持体２２の幾何学的中心における重畳により、若干長さが異なる。コイル２３ａの出力電圧は増幅器１４ａで増幅され、コイル２３ｂの出力電圧は増幅器１４ｂで増幅される。増幅器１４ａと１４ｂとは増幅率が異なり、コイル２３ａとコイル２３ｂとの長さの差に起因する電圧差を補正するように設定されている。増幅されたアナログ信号はともに変換器５でパルス信号に変換され、出力端子６より取り出され、実施形態２と同様にＬ／Ｈ判定される。
このセンサ２１の場合も、支持体２２の直径線上にコイル導体が存在するので、中心直下における磁束密度が高い。従って、センサを取り付ける際のロバスト性及び感度に優れる。
【００１４】
−実施形態４−
図７は第四の実施形態に係る回転数検出センサを示し、（ａ）はそのセンサの支持体の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢＢ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＣＣ断面図、（ｄ）はセンサの平面図、（ｅ）は（ｄ）におけるＥＥ断面図である。
センサ３１は、ほぼ円盤状の支持体３２と支持体３２の幾何学的中心を径方向に直線的に通過するように巻かれた８本のコイル３３、３３・・・３３とを備える。支持体３２は、外周面及び一方の主面における周方向等間隔の１６カ所に各々凹部３２ａ及び溝３２ｂを有し、幾何学的中心に貫通孔３２ｃを有する。一つのコイルが、互いに対角位置にある二つの凹部３２ａ及び溝３２ｂに対応付けられ、一方の凹部３２ａから対角位置の他方の凹部３２ａに向かって溝３２ｂに沿い且つ幾何学的中心を通過するように巻かれている。中心上では８本のコイルが重畳するが、貫通孔３２ｃの存在により、膨らむことはない。従って、エンジンなどに取り付けの際、回転体に向かって突出部が生じることがなく、熱風などに対する耐性に優れる。
【００１５】
センサ３１の回路構成の図示は省略するが、８本のコイルは互いに並列に接続され、実施形態３におけると同様に各々対応する増幅器で出力電圧が増幅され、一つの変換器でパルス信号に変換され、一つの出力端子より取り出される。このセンサ３１によれば、幾何学的対称形状を有する支持体３２のほぼ全面にコイルが存在するので、センサ３１の取り付け位相にこだわる必要がない上、中心直下における磁束密度が高い。従って、センサを取り付ける際のロバスト性及び感度に優れる。
【００１６】
−実施形態５−
図８は、第五の実施形態に係る回転数検出センサを示す平面図である。この実施形態のセンサ４１は、主面に縦横５本ずつの平面視格子状の溝（図示省略）が形成された円盤状の支持体４２に溝に沿って合計１０本のコイルが巻かれている。そのうち２本のコイルは支持体４２の幾何学的中心で十字状に交差するように巻かれ、他の８本のコイルはそれらの２本のいずれかと平行に巻かれている。このセンサ４１によっても、幾何学的対称形状を有する支持体４２のほぼ全面にコイルが存在するので、中心直下における磁束密度が高い。従って、センサを取り付ける際のロバスト性及び感度に優れる。
【００１７】
−実施形態６−
図９は第六の実施形態に係る回転数検出センサを示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢＢ断面図である。この実施形態のセンサ５１は、実施形態４における支持体３２と、支持体３２に実施形態４とは異なる形状に巻かれた１６本のコイル５３、５３・・・５３とからなる。どのコイル５３も、支持体３２の外周面からいずれかの溝３２ｂ（図７(a)＆(b)参照）を通って貫通孔３２ｃに達し、貫通孔３２ｃを通り抜けて当該溝３２ｂと平行に底面に沿って外周面に戻るように巻かれている。
【００１８】
１６本のコイルは同じコイル長を有し、互いに並列に接続され、実施形態２におけると同様に一つの増幅器で出力電圧が増幅され、一つの変換器でパルス信号に変換され、一つの出力端子より取り出される。このセンサ５１によれば、幾何学的対称形状を有する支持体３２のほぼ全面にコイルが存在するので、センサ５１の取り付け位相にこだわる必要がない。また、貫通孔３２ｃは隣り合うコイル５３同士が干渉しない程度の内径を有すれば足りるから、十分小さい。従って、中心の極近辺までコイル５３が存在し、中心直下における磁束密度が高い。従って、センサを取り付ける際のロバスト性及び感度に優れる。
【００１９】
−実施形態７−
図１０は第七の実施形態に係る回転数検出センサを示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢＢ断面図である。この実施形態のセンサ６１は、円盤状の支持体６２と支持体６２の主面上に対称に形成され電気的に並列に接続された８つの導体層６３、６３・・・６３とを備える。支持体６２は中心に貫通孔６２ｃを有し、各導体層６３は支持体６２の２本の半径とそれらによって挟まれる外円弧及び内円弧とによって囲まれる扇形に形成されている。そして、各導体層６３の外円弧側の端部に一方の電極（例えば陽極）６２ａ、内円弧側の端部に他方の電極（例えば陰極）６２ｂが形成されている。隣り合う導体層６３間の領域には支持体６２が露出していて導体層６３同士が電気的に絶縁されているが、絶縁を確実にするために実施形態６と同じく溝を形成してもよい。
【００２０】
導体層６３は、支持体６２上に印刷・焼き付け、スパッタリング、メッキなどの各種膜形成技術、並びにエッチング、トリミングなどのパターン形成技術によって形成される。
このセンサ６１によっても、幾何学的対称形状を有する支持体６２のほぼ全面に導体層が存在するので、センサ６１の取り付け位相にこだわる必要がない。従って、ロバスト性に優れる。また、貫通孔６２ｃは各電極６２ｂに接続されるリード線が通過する程度の内径を有すれば足りるから、十分小さい。従って、中心の極近辺まで導体層６３が存在し、中心直下における磁束密度が高く、感度に優れる。
【００２１】
−実施形態８−
図１１は第八の実施形態に係る回転数検出センサを示す平面図である。この実施形態のセンサ７１は、実施形態７における支持体６２と、支持体６２にトロイダル状に巻かれた１本のコイル７３とからなる。このセンサ７１も中心の極近辺までコイル７３が存在し、中心直下における磁束密度が高い。従って、センサを取り付ける際のロバスト性及び感度に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明のセンサの作用を示す概念図である。
【図２】第一の実施形態に係る回転数検出センサを示し、（ａ）はセンサに適用される支持体の正面図、（ｂ）は同右側面図、（ｃ）は径方向断面図、（ｄ）はセンサの径方向断面図、（ｅ）は同左側面図である。
【図３】第二の実施形態に係る回転数検出センサに適用可能なコイルの支持体を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は軸方向断面図、（ｃ）は斜視図である。
【図４】第二実施形態の回転数検出センサの回路構成を示すブロック図である。
【図５】第三の実施形態に係る回転数検出センサを示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は斜視図である。
【図６】第三実施形態のセンサの回路構成を示すブロック図である。
【図７】第四の実施形態に係る回転数検出センサを示し、（ａ）はそのセンサの支持体の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢＢ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＣＣ断面図、（ｄ）はセンサの平面図、（ｅ）は（ｄ）におけるＥＥ断面図である。
【図８】第五の実施形態に係る回転数検出センサを示す平面図である。
【図９】第六の実施形態に係る回転数検出センサを示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢＢ断面図である。
【図１０】第七の実施形態に係る回転数検出センサを示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢＢ断面図である。
【図１１】第八の実施形態に係る回転数検出センサを示す平面図である。
【図１２】従来の回転数検出センサの使用方法を示す軸方向断面図である。
【図１３】従来の回転数検出センサの別の使用方法を示し、（ａ）はその正面図、（ｂ）はＢＢ断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１、１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１  回転数検出センサ
２、１２、２２、３２、４２、６２  支持体
３、１３、２３ａ、２３ｂ、３３、５３、６３  導体
【図１】
2009198372.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】
2009198372.tif 000009
【図８】
2009198372.tif 000010
【図９】
2009198372.tif 000011
【図１０】
2009198372.tif 000012
【図１１】
2009198372.tif 000013
【図１２】
2009198372.tif 000014
【図１３】
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