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技術 電磁センシング装置および電磁センシング方法

出願人 ニッコーシ株式会社
発明者 金子文夫北村秀志中戸辰康小川雄一朗勢能敏之
出願日 2014年7月1日 (6年7ヶ月経過) 出願番号 2015-525225
公開日 2017年2月23日 (4年0ヶ月経過) 公開番号 WO2015-002174
状態 特許登録済
技術分野 感知要素の出力の伝達及び変換
主要キーワード ユニットボックス内 レーザー発信機 電気磁石 磁性変化 マイクロアンテナ 導出電線 所要電圧 電磁波送信
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年2月23日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

大バルクハウゼンジャンプ現象を発生するように処理された複合磁性体3の近傍に検知コイル4を配設したセンシング装置を改良して、その検出信号遠隔地へ送信することができ、しかも外部電源が不要なようにする。

解決手段

検知コイル4に発生した電気パルス計数する回路14と、計数した情報を入力する無線ユニット15と、前記電気パルスの1部分を整流して得られる電力計数回路14および無線ユニット15に供給する整流蓄電回路16と、を設ける。前記電気パルスの内、信号成分はマイクロコントローラユニット14に送られて計数・解析される。エネルギー成分は整流蓄電回路16で処理された後、マイクロ コントローラ ユニット14及び無線ユニット15の電源として供給される。

概要

背景

大バルクハウゼンジャンプ現象は、複合磁性体反転磁界を与えた場合に発生する急激な磁性変化である。この磁性変化は、与えられた磁界反転速度に依存しないという特徴を有しており、物体位置変化や回転の検出に利用される。
この現象理論的説明は、特許文献(特許文献1、特許文献2参照)として掲げた公報に詳しく述べられているので説明を省略する。

図2(A)は、大バルクハウゼンジャンプ現象を利用したセンシング装置の1例を描いた模式図である。
符号1を付して示したのは被検体であり、符号5を付して示したのはユニットボックスである。
可動部材である被検体1に磁石2が取り付けられており、静止部材であるユニットボックス5の中に、細い棒状の複合磁性体3と検知コイル4とが設置されている。

被検体1が移動しまたは回転して、これに取り付けられた磁石2の磁界が複合磁性体3に対して相対的に変化すると、該複合磁性体3が大バルクハウゼンジャンプ現象を発生して、検知コイル4に電気パルス誘導する。
誘導電流導出電線6を通って検知回路7に送られ、被検体1の運動解析される。

概要

大バルクハウゼンジャンプ現象を発生するように処理された複合磁性体3の近傍に検知コイル4を配設したセンシング装置を改良して、その検出信号遠隔地へ送信することができ、しかも外部電源が不要なようにする。検知コイル4に発生した電気パルスを計数する回路14と、計数した情報を入力する無線ユニット15と、前記電気パルスの1部分を整流して得られる電力計数回路14および無線ユニット15に供給する整流蓄電回路16と、を設ける。前記電気パルスの内、信号成分はマイクロコントローラユニット14に送られて計数・解析される。エネルギー成分は整流蓄電回路16で処理された後、マイクロ コントローラ ユニット14及び無線ユニット15の電源として供給される。

目的

本発明は以上の事情に鑑みて為されたもので、密閉したユニットボックスの中に収納することができて、メンテナンスフリー電磁センシングの技術を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

大バルクハウゼンジャンプ現象を発生し得るように処理された複合磁性体の近傍に検知コイルを配設したセンシング装置において、前記の検知コイルに発生した電気パルス計数する回路と、計数した情報を入力する無線ユニットと、前記電気パルスを整流して計数回路および無線ユニットに供給する整流回路と、を具備していることを特徴とする電磁センシング装置

請求項2

前記電気パルスを整流して得られた電力を計数回路および無線ユニットに供給する整流回路は、電力貯蔵手段を備えていることを特徴とする、請求項1に記載の電磁センシング装置。

請求項3

検知コイルに発生した電気パルスを計数する回路と、計数した情報を入力する無線ユニットと、前記電気パルスを整流して計数回路および無線ユニットに供給する整流回路とが、ボックス内に密閉収納されていることを特徴とする請求項2に記載の電磁センシング装置。

請求項4

大バルクハウゼンジャンプ現象を発生する複合磁性体の近傍に検知コイルを配設して、前記複合磁性体に対して磁界の変化を及ぼす部材の移動をセンシングするとともに、センシングした情報を電磁波によって送信する方法において、前記検知コイルに発生した電気パルスを整流し、センシング回路および電磁波送信回路の電源として用いることを特徴とする電磁センシング方法

請求項5

電気パルスを整流した電力の1部分を電力貯蔵手段に蓄え、センシング回路および電磁波送信回路の電源として用いることを特徴とする請求項4に記載の電磁センシング方法。

技術分野

0001

本発明は、大バルクハウゼンジャンプ現象を発生し得るように処理された複合磁性体の近傍に検知コイルを配設したセンシング装置、およびこれを用いる方法に関するものである。

背景技術

0002

大バルクハウゼンジャンプ現象は、複合磁性体に反転磁界を与えた場合に発生する急激な磁性変化である。この磁性変化は、与えられた磁界反転速度に依存しないという特徴を有しており、物体位置変化や回転の検出に利用される。
この現象理論的説明は、特許文献(特許文献1、特許文献2参照)として掲げた公報に詳しく述べられているので説明を省略する。

0003

図2(A)は、大バルクハウゼンジャンプ現象を利用したセンシング装置の1例を描いた模式図である。
符号1を付して示したのは被検体であり、符号5を付して示したのはユニットボックスである。
可動部材である被検体1に磁石2が取り付けられており、静止部材であるユニットボックス5の中に、細い棒状の複合磁性体3と検知コイル4とが設置されている。

0004

被検体1が移動しまたは回転して、これに取り付けられた磁石2の磁界が複合磁性体3に対して相対的に変化すると、該複合磁性体3が大バルクハウゼンジャンプ現象を発生して、検知コイル4に電気パルス誘導する。
誘導電流導出電線6を通って検知回路7に送られ、被検体1の運動解析される。

先行技術

0005

特開2007−225536号公報
特開2006−352608号公報

発明が解決しようとする課題

0006

前掲図2(A)のようにして被検体1の運動を検知すると、ユニットボックス5から検知回路7まで導出電線6を配線しなければならず、更に、検知された情報を利用する機器まで、該検知回路7から配線しなければならない。
遠隔地まで検出情報を伝えるには、電波又は光の利用が考えられる。公知技術によって遠隔地に情報を伝達するには図2(B)の構成が考えられる。

0007

図2(B)参照。被検体1、磁石2、複合磁性体3および検知コイル4は前掲の図2(A)と同様の構成部材である。
ユニットボックス5の中に電気パルスを検知する検知回路7と、該検知回路の検出信号無線送信する送信回路8とが収納されている。9はアンテナである。
図示を省略するが、アンテナ9に代えて赤外線送信器またはレーザー発信機を設けても良い。

0008

前述した図2(B)の構成によると、検知回路7や送信回路8に電力を供給するため、外部電源11を設置しなければならない。
ユニットボックス5と別体に外部電源11を設けると取扱いが面倒で、メンテナンス性が良くない。
該外部電源11をユニットボックス5内に収納すると、電源保守する手数を要し、かつ該ユニットボックス5にのぞき窓を設けなければならないので、ユニットボックスの密閉性を低下させる。

0009

本発明は以上の事情に鑑みて為されたもので、密閉したユニットボックスの中に収納することができて、メンテナンスフリー電磁センシングの技術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

0010

本発明の基本的な原理について、その1実施形態に対応する図1を参照して説明すると次の通りである。この[課題を解決するための手段]の欄は、図面との対照が容易なように括弧書きで図面符号を付記してあるが、この括弧付き符号は本発明の構成を図面のとおりに限定するものではない。

0011

請求項1に係る発明の構成は(図1参照)、
大バルクハウゼンジャンプ現象を発生し得るように処理された複合磁性体(3)の近傍に検知コイル(4)を配設したセンシング装置において、
前記の検知コイルに発生した電気パルスを計数する回路(MCU14)と、計数した情報を入力する無線ユニット(15)と、前記電気パルスを整流して計数回路および無線ユニットに供給する整流回路(16)とを具備していることを特徴とする。
(注)本発明において「電気パルスを計数すること」と「センシング」とは同意である。
(注)無線ユニットを、赤外線またはレーザー発信機で代替することができ、本発明において均等である。

0012

請求項2に係る発明の構成は、前記請求項1の発明装置の構成要件に加えて、
電気パルスを整流して得られた電力を蓄えて計数回路(14)および無線ユニット(15)に供給する電力貯蔵手段(16c)を備えていることを特徴とする。

0013

請求項3に係る発明の構成は、前記請求項2の発明の構成要件に加えて、
検知コイルに発生した電気パルスを計数する回路(14)と、計数した情報を入力する無線ユニット(15)と、前記電気パルスを整流して計数回路および無線ユニットに供給する整流回路(16)とが、ユニットボックス(5)内に密閉収納されていることを特徴とする。

0014

請求項4の発明に係る方法は、
大バルクハウゼンジャンプ現象を発生する複合磁性体(3)の近傍に検知コイル(4)を配設し、該複合磁性体に対して磁界の変化を及ぼす部材(磁石2)の移動をセンシングするとともに、センシングした情報を無線ユニット(15)によって送信する方法において、
前記検知コイル(4)に発生した電気パルスを整流し、センシング回路(14)および無線ユニット(15)の電源として用いることを特徴とする。
(注)電気パルスの全部を整流する必要は無く、電気パルスの1部分を整流すれば足りる。

0015

請求項5の発明に係る方法は、前記請求項4の発明方法の構成要件に加えて、
電気パルスを整流した電力の1部分を電力貯蔵手段(16c)に蓄え、センシング回路および電磁波送信回路の電源として用いることを特徴とする。

発明の効果

0016

請求項1の発明装置を適用すると、従来においては単に情報検知の信号としてのみ利用していた電気パルスを、エネルギー源としても活用して、計数回路および無線ユニットの電源とする。これにより、外部電源を必要とせずに検出した信号を遠隔地に送信することができる。

0017

請求項2の発明を前記請求項1の発明に併せて適用すると、当該電磁センシング装置小形軽量に構成することが出来、しかも電源のメンテナンスに手数を要しない。

0018

請求項3の発明を前記請求項2の発明に併せて適用すると、当該装置を構成する主要な静止部材が、ユニットボックス内に密閉して収納されるので、メンテナンス性が良い上に、耐久性に優れている。

0019

大バルクハウゼンジャンプ現象を発生する複合磁性体の近傍に検知コイルを配設して、前記複合磁性体に対して磁界の変化を及ぼす部材の移動をセンシングするとともに、
センシングした情報を無線ユニットによって送信する場合、請求項4に係る発明方法を適用すると、
検知コイルに発生した電気パルスの1部分を整流することによって無線ユニットの電源が得られるので、外部電源を必要としない。

図面の簡単な説明

0020

本発明の1実施形態を示す模式的な系統図である。
図2(A)および(B)は、それぞれ従来例のセンシング装置を描いた模式的な系統図である。

実施例

0021

図1に示した構成部材の内、被検体1,磁石2,複合磁性体3及び検知コイル4は図2(従来例)に示した構成部材と同様ないし類似である。
検知コイル4に誘導された電気パルスは入力切替リレー12によって2つに分けられ、2分された電気パルスの片方リミッタ回路13を介してマイクロコントローラユニット(MCU)14に送られるとともに、その他方は整流回路16に送られる。
(注)上記のマイクロ コントローラ ユニット(MCU)は、前記の電気パルスを計数して解析する回路を備えている。

0022

説明の便宜上、この段落で本実施形態の概要的な動作を説明し、個々の構成部材の構造機能は後に詳しく述べる。
複合磁性体3に生じる電気パルスを思考的に、信号成分とエネルギー成分とに区分して、
(イ)信号成分はマイクロコントローラユニット14によって計数・解析し、得られた情報を無線ユニット15によって送信する。
(ロ)エネルギー成分は整流蓄電回路16によって直流電力に変換し、前記マイクロ コントローラ ユニット14や無線ユニット15に供給する。

0023

前述のごとく、電気パルスを信号成分とエネルギー成分とに区分するという技術的思想が本発明の基本であって、従来は信号としか認識していなかった電気パルスをエネルギー源として利用する。
実際問題として、整流蓄電回路16で発生した直流電力の電圧,電流がマイクロコントローラユニット14及び無線ユニット15の所要電圧,電流に適合しなければならないので、本実施形態においては入力切替リレー12やリミッタ回路13を設けて次のごとく自動的に制御する。

0024

マイクロコントローラユニット14は、動作に必要な電力が供給されると、データの入力をスタンバイするとともに、入力切替リレー12に対して、パルス信号の入力を可能ならしめるように切り替え命令信号を送る。
この命令信号を受けた入力切替リレー12は、リミッタ回路13にパルス信号を送る。
リミッタ回路13は、パルス信号のピーク電圧がマイクロ コントローラ ユニット14の定格電圧を超えないように処理して該マイクロ コントローラ ユニットに送る。

0025

マイクロコントローラユニット14は処理されたパルス信号に基づいて、予め設定されていたプログラムに従って被検体1の運動状態を算出する(本例においては、被検体の回転速度および延べ回転数を算出した)。
算出されたデータは無線ユニット15に送られる。
無線ユニット15は、特定小電力無線局用のマイクロアンテナを備えていて、前記のデータを無線送信する。
図示を省略するが、前記無線ユニット15及びマイクロアンテナに代えて赤外線送信器、またはレーザー送信器を設けることも出来る。

0026

整流蓄電回路16は電力貯蔵手段の1例としての電気2重層コンデンサキャパシタ)16cを備えている。本発明を実施する場合、リチウムイオン電池ニッケル水素電池など適宜の電力貯蔵手段を適用することができる。
該電気2重層コンデンサの蓄電量が乏しくなると、マイクロコントローラユニット14がこれを検知して入力切替リレー12を切り替え、検知コイル4で発生した電気パルスの全量を整流蓄電回路16に供給させる。
また、電気2重層コンデンサの充電率が100%を超えると、入力切替リレー12を制御し、整流蓄電回路16への電気パルス入力を制限して過充電を防止する。
さらに、電気2重層コンデンサは、イオン分子電荷を蓄えるため、充放電による劣化は少なく、10万から100万回程度の充放電サイクルが可能であり、蓄電の技術分野に好適に採用される。

0027

無線ユニット(または赤外線送信器やレーザー送信器)15から送信される情報は、適宜に離間した箇所で受信し、
a.液晶画面もしくはブラウン管に表示して監視し、
b.電話回線によって更に遠隔の箇所に送信し、
c.CPUに入力して設備全体の制御に協力し、
d.HEMS(Home Energy Management System) またはBEMS(Building Energy Management System)等のEMS(Energy Management System)に入力し、
e.防犯システムに入力する 等、各種の実用的な用途に供することができる。

0028

図1を参照して以上に説明した実施形態においては整流蓄電回路16が、電力貯蔵手段(キャパシタ)を備えていて、電気パルスを整流して得られた電力を一旦電力貯蔵手段に蓄えてからマイクロコントローラユニット14や無線ユニット15に供給したが、これと異なる実施形態として、電力貯蔵手段を省略することもできる。
この実施形態を実施するには、検知コイル4の出力をなるべく大きく設計製作するとともに、マイクロ コントローラ ユニット14や無線ユニット15の消費電力が小さいように設計製作する必要が有る。

0029

1…被検体
2…磁石
3…複合磁性体
4…検知コイル
5…ユニットボックス
6…導出電線
7…検知回路
8…送信回路
9…アンテナ
10…送電配線
11…外部電源
12…入力切替リレー
13…リミッタ回路
14…マイクロコントローラユニット(MCU)
15…無線ユニット
15a…マイクロアンテナ
16…整流蓄電回路
16c…電力貯蔵手段の1例としての電気磁石重層コンデンサ(キャパシタ)

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