DE102016114880A1

DE102016114880A1 - Gaserfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102016114880A1
Application number: DE102016114880.6A
Authority: DE
Inventors: Masanori Miura
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2016-08-11
Publication date: 2017-03-09
Anticipated expiration: 2036-08-12
Also published as: CN106525913A; DE102016114880B4; US20170067868A1; CN106525913B; JP6304181B2; JP2017053713A; US10281443B2

Abstract

Eine Gaserfassungsvorrichtung umfasst: einen Gassensor, der ein Gas basierend auf einer Änderung eines elektrischen Signals aufgrund einer Adsorption eines zu messenden Gases erfasst; einen rotierenden Körper, in dem der Gassensor montiert ist; und einen Motor, der den rotierenden Körper rotiert. Der Gassensor ist an einer Position ausgenommen eine Rotationsachse des rotierenden Körpers angebracht. Der Motor rotiert den rotierenden Körper mit einer konstanten Rate.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gaserfassungsvorrichtung.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Beispielsweise weist eine Gesamtfestkörperbatterie, wie etwa eine Lithiumionenbatterie, einen Aufbau auf, bei dem gestapelte Elektroden mit einem laminierten Film abgedichtet sind. Wenn in diesem Fall das Material der Gesamtfestkörperbatterie mit Feuchtigkeit in der Luft reagiert, wird die Batterieperformanz signifikant herabgesetzt. Aufgrund dessen ist es notwendig, die Abdichtqualität des laminierten Films sicherzustellen. Weil jedoch die Gesamtfestkörperbatterie durch Entkomprimieren des Inneren des laminierten Films verkapselt wird, ist es schwierig, ein Leckgas von außerhalb des laminierten Films zu erfassen, um die Abdichtqualität des laminierten Films sicherzustellen. Aufgrund dessen ist es notwendig, einen Gassensor innerhalb des laminierten Films oder in einem umschlossenen Raum anzubringen, um die Feuchtigkeit (Wasserdampf) zu erfassen.
Die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2011-106894 offenbart ein Verfahren zum Messen einer Gaskonzentration durch einen Quarzresonatorsensor, der in einem umschlossenen Raum angebracht ist.
Jedoch werden bezüglich des Gassensors, wie etwa des in der japanischen ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2011-106894 offenbarten Quarzresonatorsensors, der ein Gas gemäß einer Änderung eines elektrischen Signals aufgrund einer Adsorption eines zu messenden Gases erfasst, die Reaktionsgeschwindigkeit und die Erfassungsempfindlichkeit stark durch die Durchflussrate des zu messenden Gases beeinflusst. Insbesondere gilt, dass mit der Abnahme der Durchflussrate des Gases die Reaktionsgeschwindigkeit und die Erfassungsempfindlichkeit abnehmen. Demzufolge besteht das Problem, dass es schwierig ist, ein beispielsweise in einem umschlossenen Raum verbleibendes Gas mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gaserfassungsvorrichtung bereitzustellen, die dazu fähig ist, ein Gas auch in einem Zustand mit hoher Genauigkeit zu erfassen, wenn ein zu messendes Gas stagniert bzw. ruht.
Ein erster exemplarischer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Gaserfassungsvorrichtung, mit: einem Gassensor, der ein Gas basierend auf einer Änderung eines elektrischen Signals aufgrund einer Adsorption eines zu messenden Gases erfasst; einem rotierenden bzw. sich drehenden Körper, in dem der Gassensor montiert ist; und einer Antriebseinheit, die den rotierenden bzw. sich drehenden Körper rotiert bzw. dreht. Der Gassensor ist an einer Position ausgenommen eine Rotationsachse des rotierenden Körpers angebracht, und die Antriebseinheit rotiert den rotierenden Körper mit einer konstanten Rate bzw. Geschwindigkeit.
Die Gaserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Gas in einem Zustand, in dem die Durchflussrate des stagnierenden Gases auf einer konstanten Durchflussrate bezüglich des Gassensors gehalten wird, durch Drehen bzw. Revolvieren des Gassensors mit einer konstanten Rate in einem Kreis ausgenommen der Rotationsachse messen. Demzufolge kann das Gas mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
Die Gaserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst weiterhin einen abgedichteten Behälter, der zumindest den Gassensor und den rotierenden Körper beherbergt.
Die Gaserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Gas in einem Zustand, in dem die Durchflussrate des stagnierenden Gases auf einer konstanten Durchflussrate bezüglich des Gassensors gehalten wird, durch Drehen bzw. Revolvieren des Gassensors mit einer konstanten Rate bzw. Geschwindigkeit in einem Kreis ausgenommen der Rotationsachse messen. Demzufolge kann das stagnierende Gas in dem abgedichteten Behälter mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
In der Gaserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der rotierende Körper vorzugsweise einen ersten Magneten, und die Antriebseinheit umfasst vorzugsweise einen zweiten Magneten. Die Antriebseinheit rotiert den rotierenden Körper mit dem ersten Magneten vorzugsweise durch Bewirken des zweiten Magneten, um die Rotationsachse zu rotieren, wobei sich der erste Magnet und der zweite Magnet einander anziehen.
In der Gaserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfassen die Antriebseinheit und der rotierende Körper jeweils Magnete an Positionen, die die gleiche Distanz von der Rotationsachse aufweisen, wodurch ermöglicht wird, dass die Rotation der Antriebseinheit an den rotierenden Körper auf eine kontaktlose Weise übertragen wird.
Die Gaserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst vorzugsweise weiterhin: eine Energiezufuhreinheit, die außerhalb des abgedichteten Behälters angebracht ist und AC-Energie zuführt; eine Energiezufuhrspule, die außerhalb des abgedichteten Behälters angebracht ist und ein Magnetfeld durch die von der Energiezufuhreinheit zugeführte AC-Energie erzeugt; eine Energieaufnahmespule, die in dem abgedichteten Behälter angebracht ist und AC-Energie durch das durch die Energiezufuhrspule erzeugte Magnetfeld erzeugt; und eine AC-DC-Umwandlungsschaltung, die in dem abgedichteten Behälter angebracht ist, die AC-Energie in DC-Energie umwandelt und die DC-Energie dem Gassensor zuführt. Vorzugsweise gilt, dass die Energiezufuhrspule und die Energieaufnahmespule jeweils Ringformen mit dem gleichen Durchmesser aufweisen und um die Rotationsachse des rotierenden Körpers angebracht sind.
In der Gaserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Zufuhr von Energie in einem kontaktlosen Energieübertragungssystem, dem Gassensor und Schaltungen, die in dem umschlossenen Raum angebracht sind, Energie zuzuführen, ein Gas in dem umschlossenen Raum zu erfassen und eine Gaskonzentration zu messen.
Die Gaserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst vorzugsweise weiterhin: eine Übertragungsschaltung, die in dem abgedichteten Behälter angebracht ist und Daten, die durch den Gassensor gemessene Gaskonzentrationsdaten repräsentieren, in ein Funksignal umwandelt; eine Sendeantenne, die in dem abgedichteten Behälter angebracht ist und das Funksignal sendet; eine Empfangsantenne, die außerhalb des abgedichteten Behälters angebracht ist und das Funksignal empfängt; und eine Datenumwandlungsschaltung, die außerhalb des abgedichteten Behälters angebracht ist und die Daten, die die Gaskonzentration repräsentieren, aus dem Funksignal bezieht. Vorzugsweise gilt, dass die Sendeantenne und die Empfangsantenne entsprechende Ringformen mit dem gleichen Durchmesser aufweisen und um die Rotationsachse des rotierenden Körpers angebracht sind.
In der Gaserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die durch Messen der Gaskonzentration bezogenen Daten über das Funksignal gesendet, wodurch ermöglicht wird, das Ergebnis der Messung der Gaskonzentration innerhalb des umschlossenen Raums nach außen zu übertragen.
Die Gaserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Gas mit hoher Genauigkeit auch in einem Fall erfassen, in dem ein zu messendes Gas stagniert bzw. ruht.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung und der anhängenden Zeichnungen, die lediglich zur Veranschaulichung dienen und daher nicht erachtet werden, die vorliegende Erfindung einzuschränken, vollständig verstanden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration einer Gaserfassungsvorrichtung gemäß einem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt;
2 ist eine perspektivische Draufsicht, die die Konfiguration der Gaserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt;
3 ist eine Blockdarstellung, die elektrische Schaltungen der Gaserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt;
4 ist eine Schnittansicht, die Konfigurationen einer Gaserfassungsvorrichtung und einer Lithiumionenbatterie gemäß einem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt; und
5 ist eine perspektivische Draufsicht, die eine Konfiguration eines modifizierten Beispiels der Gaserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt.
BESCHREIBUNG DER EXEMPLARISCHEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
(Erstes exemplarisches Ausführungsbeispiel)
Nachstehend werden exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration einer Gaserfassungsvorrichtung gemäß einem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt.
Bezug nehmend auf 1, umfasst eine Gaserfassungsvorrichtung 10 einen Gassensor 11, einen rotierenden Körper 12, einen ersten Magneten 13, eine Befestigungsbasis 14, eine Lagerung 15, einen Motor 17, eine Rotorplatte 18, einen zweiten Magneten 19, eine Energiezufuhr-/Kommunikationseinheit 20, eine Energiezufuhrspule 21, eine Empfangsantenne 22, eine Energieempfangs-/Übertragungseinheit 23, eine Energieaufnahmespule 24 und eine Sendeantenne 25.
Der Gassensor 11 erfasst ein Gas durch Messen einer Änderung eines elektrischen Signals aufgrund einer Adsorption eines zu messenden Gases. Beispielsweise wird vorzugsweise ein sphärischer SAW-Sensor oder ein planarer SAW-Sensor als der Gassensor 11 verwendet. Der sphärische SAW-Sensor kann eine Gaskonzentration basierend auf einer Propagierungszeit einer elastischen Oberflächenwelle, die sich wiederholt um die Oberfläche einer Kugel dreht, messen. Eine durch den Gassensor 11 zu erfassende Gaskomponente unterscheidet sich abhängig von dem Typ des Sensors. Beispielsweise ist der sphärische SAW-Sensor dazu fähig, Feuchtigkeit (Wasserdampf) zu erfassen und die Konzentration der Feuchtigkeit zu messen.
Der rotierende Körper 12 weist den Gassensor 11 darin montiert auf. Der Gassensor 11 ist an einer Position ausgenommen der Rotationsachse des rotierenden Körpers 12 montiert. Der rotierende Körper 12 umfasst den ersten Magneten 13, der an einer Position ausgenommen der Rotationsachse des rotierenden Körpers angebracht ist. Der rotierende Körper 12 wird synchron mit der Rotation der Rotorplatte 18 umfassend den zweiten Magneten 19 rotiert.
Der rotierende Körper 12 umfasst ebenso die Energieaufnahme-/Übertragungseinheit 23, die Energieaufnahmespule 24 und die Sendeantenne 25. Beispielsweise weist der rotierende Körper 12 wünschenswerter Weise eine Konfiguration auf, bei der ein Hohlraum in der Umgebung der Rotationsachse ausgebildet ist, und die Energieaufnahme-/Übertragungseinheit 23, die Energieaufnahmespule 24 und die Übertragungsantenne 25 in dem Hohlraum in der Umgebung der Rotationsachse des rotierenden Körpers 12 angebracht sind. Die Energiezufuhrspule 21 und die Empfangsantenne 22, die später beschrieben werden, sind ebenso in der Umgebung der Rotationsachse des rotierenden Körpers angebracht. Gemäß dieser Konfiguration können die Energieaufnahmespule 24 und die Energiezufuhrspule 21 an deren entsprechenden Positionen gehalten werden, wenn der rotierende Körper 12 rotiert wird. Gleichermaßen können die Sendeantenne 25 und die Empfangsantenne 22 an deren jeweiligen Positionen gehalten werden, wenn der rotierende Körper 12 rotiert wird.
Beispielsweise kann der rotierende Körper 12 eine Form aufweisen, die durch Kombinieren einer Scheibe und eines hohlen Zylinders erhalten wird. Der Gassensor 22 ist auf der gesamten Oberfläche der Scheibe angebracht. Der erste Magnet 13 ist in der Scheibe angebracht und die Energieaufnahme-/Übertragungseinheit 23 ist in dem Hohlraum des Zylinders angebracht. Vorzugsweise wird Harz als das Material des rotierenden Körpers 12 verwendet.
Die Befestigungsbasis 14 ist ein Halteelement, das den rotierenden Körper 12 durch die Lagerung 15 hält. Beispielsweise weist die Befestigungsbasis 14 ein zylindrisches Loch auf, das in der Mitte der Scheibe ausgebildet ist, und hält den rotierenden Körper 12 drehbar über die Lagerung 15.
Die Lagerung 15 ist ein Wälzlager, das sich zwischen dem rotierenden Körper 12 und der Befestigungsbasis 14 befindet, und befindet sich in Kontakt mit sowohl dem rotierenden Körper 12 als auch der Befestigungsbasis 14. Beispielsweise wird vorzugsweise ein Kugellager als die Lagerung 15 verwendet.
Eine Antriebseinheit 16 umfasst den Motor 17, die Rotorplatte 18 und den zweiten Magneten 19. Die Antriebseinheit 16 rotiert den rotierenden Körper 12. Die Details eines Rotationsverfahrens werden später beschrieben.
Die Drehwelle des Motors 17 ist mit der Rotorplatte 18 verbunden und rotiert die Rotorplatte 18. Als der Motor 17 kann ein beliebiger Motor verwendet werden, solange der Motor mit einer konstanten Rate rotiert werden kann. Beispielsweise wird vorzugsweise ein bürstenloser Motor verwendet, der eine Drehzahl durch Regeln der Drehzahl steuert.
Die Rotorplatte 18 umfasst den zweiten Magneten 19, der an einer Position ausgenommen der Rotationsachse der Rotorplatte angebracht ist. Der erste Magnet 13 und der zweite Magnet 19 befinden sich einander mit unterschiedlichen Polaritäten gegenüberstehend, wodurch eine Anziehungskraft erzeugt wird. Beispielsweise sind der erste Magnet 13 und der zweite Magnet 19 auf eine solche Weise angebracht, dass der N-Pol des ersten Magneten 13 und der S-Pol des zweiten Magneten 19 einander gegenüberstehen.
Die Anordnung dieser Komponenten aus Sicht entlang der Rotationsachsrichtung wird mit Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 ist eine perspektivische Draufsicht, die die Konfiguration der Gaserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt. Wie in 2 gezeigt ist, sind der rotierende Körper 12, die Befestigungsbasis 14, die Rotorplatte 18 und der Motor 17 auf eine solche Weise angebracht, dass diese die gleiche Rotationsachse (Mittelachse) aufweisen.
Der erste Magnet 13 und der zweite Magnet 19 sind an Positionen angebracht, die sich um die gleiche Distanz von der Rotationsachse weg befinden. Wenn demzufolge der Motor 17 rotiert wird, dreht sich der zweite Magnet 19 mit einem vorbestimmten Rotationsradius. Der erste Magnet 13 wird mit einem vorbestimmten Rotationsradius synchron mit dem zweiten Magneten 19 gedreht. Der erste Magnet 13 und der zweite Magnet 19 ziehen einander an. Weil der erste Magnet 13 an dem rotierenden Körper 12 an einer Position ausgenommen der Rotationsachse fixiert ist, wird der rotierende Körper 12 rotiert, wenn sich der erste Magnet 13 dreht.
Der Gassensor 11 ist auf dem rotierenden Körper 12 an einer Position ausgenommen der Rotationsachse angebracht. Demzufolge wird der Gassensor 11 gemäß der Rotation des rotierenden Körpers 12 gedreht. In dem in der Figur gezeigten Beispiel ist der Gassensor 11 an einem peripheren bzw. Außenabschnitt des rotierenden Körpers 12 fixiert. Weil die Position, an der der Gassensor 11 fixiert ist, von der Rotationsachse in der Radialrichtung weggehalten wird, das heißt weil der Gassensor 11 an einer Position näher an dem peripheren Abschnitt des rotierenden Körpers fixiert ist, kann die Fahrgeschwindigkeit des Gassensors 11 erhöht werden, auch wenn die Rotationsrate des rotierenden Körpers 12 nicht geändert wird. Ferner führt die Fixierung des Gassensors 11 an dem peripheren Abschnitt des rotierenden Körpers 12 zu einer Miniaturisierung (Reduktion des Durchmessers) des rotierenden Körpers 12.
Weil der Motor 17 mit einer konstanten Rate rotiert wird, dreht sich der Gassensor 11 ebenso mit einer konstanten Rate. Das heißt, dass die Durchflussrate von umgebendem Gas bei einer konstanten Durchflussrate bezüglich des Gassensors 11 gehalten wird. Mit anderen Worten strömt das umgebende Gas bei einer konstanten Durchflussrate bezüglich des Gassensors 11.
Daher wird in der Gaserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Gassensor mit einer konstanten Rate gedreht, wodurch ermöglicht wird, ein Gas in einem Zustand zu erfassen, in dem die Durchflussrate von umgebendem Gas bei einer konstanten Durchflussrate bezüglich des Gassensors gehalten wird. Demzufolge gilt, dass auch in einem Zustand, in dem ein zu messendes Gas stagniert bzw. ruht, das Gas mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann und die Konzentration des Gases mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann.
Die Gaserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel ist zum Erfassen eines Gases innerhalb des abgedichteten Behälters geeignet, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Gemäß der Gaserfassungsvorrichtung des ersten exemplarischen Ausführungsbeispiels umfassen die Antriebseinheit und der rotierende Körper jeweils die Magnete an Positionen an der gleichen Distanz von der Rotationsachse, wodurch ermöglicht wird, dass die Rotation der Antriebseinheit an den rotierenden Körper auf eine kontaktlose Weise übertragen wird.
Wiederum Bezug nehmend auf 1 werden die Komponenten bezüglich der Zufuhr von Energie und der Übertragung von Messdaten nachstehend beschrieben.
Die Energiezufuhr-/Kommunikationseinheit 20 ist elektrisch mit der Energiezufuhrspule 21 und der Empfangsantenne 22 verbunden. Die Energiezufuhr-/Kommunikationseinheit 20 bewirkt einen Wechselstrom, um durch die Energiezufuhrspule 21 zu fließen. Ferner verstärkt und konvertiert die Energiezufuhr-/Kommunikationseinheit 20 ein durch die Empfangsantenne 22 empfangenes Funksignal, um dabei digitale Daten, die die Gaskonzentration repräsentieren, zu beziehen.
Die Energiezufuhrspule 21 wandelt bzw. konvertiert den Wechselstrom, der von der Energiezufuhr-/Kommunikationseinheit 20 ausgegeben wird, in ein Magnetfeld. Beispielsweise ist die Energiezufuhrspule 21 vorzugsweise aus einem oder mehreren ringförmigen metallischen Drähten ausgebildet.
Die Empfangsantenne 22 empfängt von der Sendeantenne 25 übertragene Funkdaten und gibt die empfangenen Funkdaten an die Energiezufuhr-/Kommunikationseinheit 20 aus.
Die Energieaufnahme-/Übertragungseinheit 23 ist elektrisch mit der Energieaufnahmespule 24, der Sendeantenne 25 und dem Gassensor 11 verbunden. Die Energieaufnahme-/Übertragungseinheit 23 verwendet den Wechselstrom, der von der Energieaufnahmespule 24 ausgegeben wird, als die Energie für die Energieaufnahme-/Übertragungseinheit und den Gassensor 11. Weiterhin wandelt bzw. konvertiert die Energieaufnahme-/Übertragungseinheit 23 Messdaten, die von dem Gassensor 11 ausgegeben werden, in ein Funksignal und gibt das Funksignal an die Sendeantenne 25 aus.
Die Energieaufnahmespule 24 konvertiert das Magnetfeld, das durch die Energiezufuhrspule 21 erzeugt wird, in einen Wechselstrom und gibt den Wechselstrom an die Energieaufnahme-/Übertragungseinheit 23 aus.
Die Sendeantenne 25 überträgt das Funksignal an die Empfangsantenne 22.
Nun werden Details der Energiezufuhr-/Kommunikationseinheit 20 und der Energieaufnahme-/Übertragungseinheit 23 beschrieben. 3 ist eine Blockdarstellung, die elektrische Schaltungen der Gaserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt. In 3 repräsentiert eine dicke durchgezogene Linie eine Energieleitung; eine dünne durchgezogene Linie repräsentiert eine Datenleitung; und eine gestrichelte Linie repräsentiert eine Steuerleitung. Bezug nehmend auf 3, umfasst die Energiezufuhr-/Kommunikationseinheit 20 einen Signalgenerator 30, eine DC-Energiezufuhr 31, eine Induktionsenergiezufuhrschaltung 32, eine Empfangsschaltung 37, eine Datenwandlungsschaltung 38 und einen PC 39. Die Energieaufnahme-/Übertragungseinheit 23 umfasst die Energieaufnahmespule 24, eine AC-DC-Umwandlungsschaltung 33, eine Digitalwandlerschaltung 34, eine Steuerung 35, eine Übertragungsschaltung 36 und die Sendeantenne 25. Beispielsweise sind die Energiezufuhr-/Kommunikationseinheit 20 und die Energieaufnahme-/Übertragungseinheit 23 vorzugsweise aus elektronischen Schaltungskomponenten oder Halbleiterschaltungen ausgebildet.
Zunächst wird die Konfiguration zum Zuführen von Energie von der Energiezufuhr-/Kommunikationseinheit 20 zu der Energieaufnahme-/Übertragungseinheit 23 beschrieben.
Der Signalgenerator 30 erzeugt ein AC-Signal mit einer vorbestimmten Frequenz und gibt das erzeugte AC-Signal an die Induktionsenergiezufuhrschaltung 32 aus.
Die DC-Energiezufuhr 31 führt einen DC-Strom der Induktionsenergiezufuhrschaltung 32 zu.
Die Induktionsenergiezufuhrschaltung 32 führt die Energie des DC-Signals, das von der DC-Energiezufuhr 31 zugeführt wird, der Energiezufuhrspule 21 als AC-Energie mit einer Frequenz entsprechend der Frequenz des von dem Signalgenerator 30 ausgegebenen AC-Signals zu.
Die Energiezufuhrspule 21 erzeugt ein Magnetfeld durch die zugeführte AC-Energie.
Die Energieaufnahmespule 24 erzeugt AC-Energie durch das durch die Energiezufuhrspule 21 erzeugte Magnetfeld. Mit anderen Worten wird die Energieaufnahmespule 24 induktiv mit der Energiezufuhrspule 21 gekoppelt. Ferner führt die Energieaufnahmespule 24 die AC-Energie der AC-DC-Umwandlungsschaltung 33 zu.
Die AC-DC-Umwandlungsschaltung 33 wandelt die AC-Energie in DC-Energie um. Ferner führt die AC-DC-Umwandlungsschaltung 33 die DC-Energie der Digitalwandlerschaltung 34, der Steuerung 35 und der Übertragungsschaltung 36 zu.
Die kontaktlose Energieübertragung unter Verwendung der Konfigurationen des Signalgenerators 30, der DC-Energiezufuhr 31, der Induktionsenergiezufuhrschaltung 32, der Energiezufuhrspule 21, der Energieaufnahmespule 24 und der AC-DC-Umwandlungsschaltung 33 ermöglicht, Energie an die Digitalwandlerschaltung 34, die Steuerung 35 und die Übertragungsschaltung 36 in einem Zustand zuzuführen, in dem sich die Energiezufuhr-/Kommunikationseinheit 20 und die Energieaufnahme-/Übertragungseinheit 23 nicht miteinander in Kontakt befinden.
Nicht nur ein elektromagnetisches Induktionssystem, sondern ebenso ein magnetisches Resonanzsystem können als das kontaktlose Energieübertragungssystem verwendet werden.
Als Nächstes wird die Konfiguration zum Übertragen des Messergebnisses des Gassensors 11 von der Energieaufnahme-/Übertragungseinheit 23 zu der Energiezufuhr-/Kommunikationseinheit 20 beschrieben.
Der Gassensor 11 misst eine Änderung eines elektrischen Signals aufgrund einer Adsorption des zu messenden Gases. Ferner gibt der Gassensor 11 analoge Daten, die die gemessene Gaskonzentration repräsentieren, an die Digitalwandlerschaltung 34 aus.
Die Digitalwandlerschaltung 34 verstärkt die analogen Daten, die die gemessene Gaskonzentration repräsentieren, und wandelt die analogen Daten in digitale Daten um, wodurch die digitalen Daten erhalten werden. Weiterhin gibt die Digitalwandlerschaltung 34 die digitalen Daten, die die gemessene Gaskonzentration repräsentieren, an die Steuerung 35 aus.
Die Steuerung 35 codiert bzw. verschlüsselt die digitalen Daten, die die gemessene Gaskonzentration repräsentieren. Ferner gibt die Steuerung 35 die verschlüsselten digitalen Daten an die Übertragungsschaltung 36 aus. Wie durch einen Pfeil mit gestrichelter Linie in 3 angegeben ist, steuert die Steuerung 35 den Gassensor 11 und die Digitalwandlerschaltung 34. Beispielsweise steuert die Steuerung 35 die Bedingungen bzw. Zustände zum Messen durch den Gassensor 11, Verstärkungsfaktoren für die Digitalwandlerschaltung 34 und dergleichen.
Die Übertragungsschaltung 36 führt eine Modulation, Frequenzwandlung und Verstärkung der digitalen Daten, die die Gaskonzentration repräsentieren, durch, um dadurch eine modulierte Welle zu erhalten. Weiterhin gibt die Übertragungsschaltung 36 die modulierte Welle an die Sendeantenne 25 aus.
Die Sendeantenne 25 überträgt die modulierte Welle als Funkwelle.
Die Empfangsantenne 22 empfängt die Funkwelle und bezieht die modulierte Welle. Ferner gibt die Empfangsantenne 22 die modulierte Welle an die Empfangsschaltung 37 aus.
Die Empfangsschaltung 37 führt eine Verstärkung, Frequenzwandlung und Demodulation der modulierten Welle durch, um dadurch die digitalen Daten zu beziehen. Weiterhin gibt die Empfangsschaltung 37 die digitalen Daten an die Datenumwandlungsschaltung 38 aus.
Die Datenumwandlungsschaltung 38 decodiert bzw. entschlüsselt die digitalen Daten. Ferner gibt die Datenumwandlungsschaltung 38 die decodierten digitalen Daten an den PC 39 aus. Die decodierten digitalen Daten umfassen die digitalen Daten, die die Gaskonzentration repräsentieren.
Der PC 39 speichert und zeigt die digitalen Daten, die die Gaskonzentration repräsentieren, an.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird Energie von der Energieaufnahme-/Übertragungseinheit 23 an die Energiezufuhr-/Kommunikationseinheit 20 zugeführt, und die Daten, die die durch den Gassensor 11 gemessene Gaskonzentration repräsentieren, werden von der Energieaufnahme-/Übertragungseinheit 23 an die Energiezufuhr-/Kommunikationseinheit 20 übertragen.
Die Zufuhr von Energie und die Übertragung von Daten, die die gemessene Gaskonzentration repräsentieren, werden zwischen der rotierenden Energieaufnahme-/Übertragungseinheit 23 und der nicht rotierenden Energiezufuhr-/Kommunikationseinheit 20 durchgeführt. Demzufolge ist es notwendig, die Form und Gestaltung der Spulen und Antennen der rotierenden Energieaufnahme-/Übertragungseinheit 23 und der nicht rotierenden Energiezufuhr-/Kommunikationseinheit 20 zu berücksichtigen. Wiederum Bezug nehmend auf 2 werden nachstehend die Form und Gestaltung der Energiezufuhrspule 21, der Energieaufnahmespule 24, der Sendeantenne 25 und der Empfangsantenne 22 beschrieben.
Wie in 2 gezeigt ist, sind die Energiezufuhrspule 21 und die Energieaufnahmespule 24 auf eine überlappende Weise angebracht, wenn diese entlang der Rotationsachsrichtung betrachtet werden, sodass diese auf der Rotationsachse zentriert sind. Weiterhin, weil die Energiezufuhrspule 21 und die Energieaufnahmespule 24 jeweils Ringformen mit dem gleichen Durchmesser aufweisen, ändern sich die relativen Positionen der Energiezufuhrspule 21 und der Energieaufnahmespule 24 auch dann nicht, wenn der rotierende Körper 12 rotiert wird. Mit anderen Worten wird während der Rotation des rotierenden Körpers 12 eine stabile induktive Kopplung zwischen der Energiezufuhrspule 21 und Energieaufnahmespule 24 erhalten, was eine Zufuhr von Energie von der Energiezufuhr-/Kommunikationseinheit 20 zu der Energieaufnahme-/Übertragungseinheit 23 auf eine kontaktlose Weise ermöglicht.
Die Sendeantenne 25 und die Empfangsantenne 22 sind ebenso auf eine überlappende Weise in einer Projektionsebene von der Rotationsachsrichtung angebracht. Weiterhin, weil die Sendeantenne 25 und die Empfangsantenne 22 jeweils Ringformen mit dem gleichen Durchmesser aufweisen, ändern sich die relativen Positionen der Sendeantenne 25 und der Empfangsantenne 22 auch dann nicht, wenn der rotierende Körper 12 rotiert wird. Demzufolge können während der Rotation des rotierenden Körpers 12 Daten stabil von der Sendeantenne 25 zu der Empfangsantenne 22 übertragen werden.
Daher ermöglicht gemäß der Gaserfassungsvorrichtung des ersten exemplarischen Ausführungsbeispiels die Zufuhr von Energie in dem kontaktlosen Energieübertragungssystem, Energie zu dem Gassensor und Schaltungen, die in dem umschlossenen Raum angebracht sind, zuzuführen, und die Konzentration des Gases innerhalb des umschlossenen Raums zu messen.
Weiterhin werden gemäß der Gaserfassungsvorrichtung des ersten exemplarischen Ausführungsbeispiels die Daten, die die gemessene Gaskonzentration repräsentieren, über das Funksignal übertragen, sodass das Ergebnis einer Messung der Konzentration des Gases innerhalb des umschlossenen Raums nach außen übertragen werden kann.
(Zweites exemplarisches Ausführungsbeispiels)
Gemäß einem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Evaluieren der Abdichtqualität des abgedichteten Behälters eines gestapelten Körpers 40 durch Verwenden der Gaserfassungsvorrichtung 10 des ersten exemplarischen Ausführungsbeispiels beschrieben. In dem Fall des Messens der Konzentration des Gases innerhalb des abgedichteten Behälters sind zumindest der Gassensor 11 und der rotierende Körper 12 in dem abgedichteten Behälter angebracht. 4 ist eine Schnittansicht, die Konfigurationen der Gaserfassungsvorrichtung und einer Lithiumionenbatterie gemäß dem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt.
Wie in 4 gezeigt ist, sind die Gaserfassungsvorrichtung 10 und der gestapelte Körper 40 der Lithiumionenbatterie in einem abgedichteten Behälter 41 angebracht.
Der abgedichtete Behälter 41 ist ein abgedichteter Behälter, der die Gaserfassungsvorrichtung 10 und den gestapelten Körper 40 abdeckt, um dabei einen umschlossenen Raum zu bilden. Der abgedichtete Behälter 41 besteht aus einem Material, das ein Durchdringen eines Magnetfelds ermöglicht und ein Durchdringen von Feuchtigkeit nicht ermöglicht. Beispielsweise wird vorzugsweise ein laminierter Film, insbesondere ein laminierter Aluminiumfilm, für den abgedichteten Behälter 41 verwendet.
Ein Rahmen 42 ist in dem abgedichteten Behälter 41 angebracht und weist eine Konfiguration zum Verhindern, dass der abgedichtete Behälter 41 aufgrund einer Dekompression deformiert wird, auf. Mit anderen Worten bewahrt der Rahmen 42 den abgedichteten Behälter 41 davor, aufgrund einer Dekompression vertieft zu werden und die Gaserfassungsvorrichtung 10 zu beeinträchtigen. Der Rahmen 42 besteht aus einem Material, das ein Durchlaufen eines Magnetfelds ermöglicht und eine Festigkeit aufweist, die notwendig ist, den Rahmen 42 davor zu bewahren, aufgrund einer Dekompression deformiert zu werden. Vorzugsweise wird Polyvinylchlorid gibt als das Material des Rahmens 42 verwendet.
Der abgedichtete Behälter 41 und der Rahmen 42 können eine beliebige Form aufweisen, solange diese die Gaserfassungsvorrichtung 10 und den gestapelten Körper 40 abdecken können. Der Rahmen 42 weist vorzugsweise eine Gitterform, eine Plattenform oder eine Kombination davon auf.
Ein Elektrodenanschluss des gestapelten Körpers 40 ist zwischen laminierten Filmen eingeschoben, um verschweißt zu werden, wodurch ein elektrischer Durchgang nach außerhalb hergestellt wird, während der abgedichtete Zustand beibehalten wird.
Eine Arbeitslast, wie etwa eine Vibration bzw. Schwingung (externe Kraft), eine Temperatur oder ein Laden/Entladen, wird an den abgedichteten Behälter 41, in den der gestartete Körper 40 wie vorstehend beschrieben eingeschlossen ist, angelegt, und die Abdichtqualität des abgedichteten Behälters wird evaluiert. Beispielsweise wird eine Vibration durch einen Vibrator angelegt. Die Temperatur kann durch eine Wärmequelle erhöht werden. Laden/Entladen wird durch eine Lade-/Entladevorrichtung ausgeführt.
Daher wird gemäß dem Abdichtqualitätsevaluierungsverfahren des zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiels der Gassensor mit einer konstanten Rate in einem Kreis ausgenommen der Rotationsachse gedreht, wodurch ermöglicht wird, das stagnierende bzw. ruhende Gas in einem Zustand zu messen, in dem die Durchflussrate des stagnierenden Gases bei einer konstanten Durchflussrate bezüglich des Gassensors gehalten wird. Daher kann das stagnierende Gas in dem abgedichteten Behälter mit hoher Genauigkeit erfasst werden und die Abdichtqualität des abgedichteten Behälters kann mit hoher Genauigkeit evaluiert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehenden exemplarischen Ausführungsbeispiele beschränkt und kann angemessen, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, modifiziert werden.
Beispielsweise ist in den vorstehenden exemplarischen Ausführungsbeispielen der Motor 17 außerhalb des abgedichteten Behälters angebracht. Jedoch kann der Motor 17 in dem abgedichteten Behälter angebracht sein und kann über eine Funkwelle von außerhalb des abgedichteten Behälters versorgt werden. Der rotierende Körper 12 und die Rotorplatte 18 können eine beliebige andere Form als eine Scheibenform aufweisen, solange der Gassensor 11 an einer Position ausgenommen der Rotationsachse angebracht werden kann. 5 ist eine perspektivische Draufsicht, die eine Konfiguration eines modifizierten Beispiels der Gaserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt. Beispielsweise, wie in 5 gezeigt ist, kann der rotierende Körper 12 eine quadratische Stabform anstatt einer Scheibenform aufweisen, und der Gassensor 11 kann auf dem quadratischen Stab oder an einem Ende des quadratischen Stabs an einer Position ausgenommen der Rotationsachse angebracht sein. Die Rotorplatte kann ebenso anstatt einer Scheibenform eine quadratische Stabform aufweisen.
Die Rotationsachse des rotierenden Körpers 12 entspricht vorzugsweise dem Schwerpunkt von diesem. Demzufolge umfasst der rotierende Körper 12 vorzugsweise ein Gegengewicht, wenn der Schwerpunkt des rotierenden Körpers 12 von der Rotationsachse durch den Gassensor 11 oder den Magneten abweicht.
Vorzugsweise werden Permanentmagnete als der erste Magnet 13 und der zweite Magnet 19 verwendet. Jedoch können ebenso Elektromagnete als der erste Magnet und der zweite Magnet verwendet werden. In diesem Fall ist es wünschenswert, eine Magnetkraft durch Zufuhr von Energie an den ersten Magneten 13 in dem kontaktlosen Energieübertragungssystem, wie in dem Gassensor 11, zu erzeugen. Der erste Magnet 13 kann in dem rotierenden Körper 12 angebracht sein, oder kann auf dessen Oberfläche angebracht sein. Gleichermaßen kann der zweite Magnet 19 in der Rotorplatte 18 angebracht sein, oder kann auf der Oberfläche von dieser angebracht sein.
Der Gassensor 11 kann an einer beliebigen Position auf dem rotierenden Körper 12 angebracht sein, solange sich diese Position weg von der Rotationsachse des rotierenden Körpers 12 befindet und dem Gas zugänglich ist.
Als der Gassensor 11 kann ein beliebiger Gassensor verwendet werden, solange der Gassensor eine Änderung eines elektrischen Signals aufgrund einer Adsorption des zu messenden Gases messen kann. Beispielsweise können ebenso ein elektrischer Kapazitätsgassensor, der eine Änderung der Kapazität aufgrund einer Adsorption eines Gases misst, und ein Halbleitergassensor, der eine Änderung eines Widerstandswerts aufgrund einer Adsorption eines Gases misst, verwendet werden. Der Gassensor 11 kann eine Gaskomponente erfassen.
In den vorstehenden exemplarischen Ausführungsbeispielen werden der rotierende Körper 12 und die Rotorplatte 18 synchron miteinander durch eine Magnetkraft rotiert. Alternativ kann der Motor 17 in dem umschlossenen Raum angebracht sein, und der rotierende Körper 12 kann durch den Motor 17 rotiert werden. In diesem Fall wird der Motor 17 vorzugsweise mit Energie von einer Batterie oder durch kontaktlose Energieübertragung versorgt.
In den vorstehenden Ausführungsbeispielen werden die Messdaten unter Verwendung eines Funksignals übertragen, und die Daten werden auf dem PC 39 gespeichert und angezeigt, der sich außerhalb des abgedichteten Behälters befindet. Alternativ kann eine kleine Registriereinrichtung in dem abgedichteten Behälter angebracht sein, und die gemessenen Daten können in der Registriereinrichtung gespeichert werden.
Anhand der vorstehend beschriebenen Erfindung ist es ersichtlich, dass die Ausführungsbeispiele der Erfindung auf viele Weisen variiert werden können. Solche Variationen sind nicht als eine Abweichung von dem Geist und Umfang der Erfindung zu betrachten, und all solche Modifikationen, die einem Fachmann ersichtlich sind, sind gedacht, innerhalb des Umfangs der nachfolgenden Patentansprüche enthalten zu sein.
Eine Gaserfassungsvorrichtung umfasst: einen Gassensor, der ein Gas basierend auf einer Änderung eines elektrischen Signals aufgrund einer Adsorption eines zu messenden Gases erfasst; einen rotierenden Körper, in dem der Gassensor montiert ist; und einen Motor, der den rotierenden Körper rotiert. Der Gassensor ist an einer Position ausgenommen eine Rotationsachse des rotierenden Körpers angebracht. Der Motor rotiert den rotierenden Körper mit einer konstanten Rate.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011-106894 [0003, 0004]

Claims

Gaserfassungsvorrichtung, mit: einem Gassensor, der ein Gas basierend auf einer Änderung eines elektrischen Signals aufgrund von Adsorption eines zu messenden Gases erfasst; einem rotierenden Körper, in dem der Gassensor montiert ist; und einer Antriebseinheit, die den rotierenden Körper rotiert, wobei der Gassensor an einer Position ausgenommen eine Rotationsachse des rotierenden Körpers angebracht ist, und die Antriebseinheit den rotierenden Körper mit einer konstanten Rate rotiert.
Gaserfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, weiterhin mit einem abgedichteten Behälter, der zumindest den Gassensor und den rotierenden Körper beherbergt.
Gaserfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der rotierende Körper einen ersten Magneten umfasst und die Antriebseinheit einen zweiten Magneten umfasst, und die Antriebseinheit den rotierenden Körper umfassend den ersten Magneten durch Bewirken des zweiten Magneten, um die Rotationsachse zu rotieren, rotiert, wobei sich der erste Magnet und der zweite Magnet einander anziehen.
Gaserfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, weiterhin mit: einer Energiezufuhreinheit, die außerhalb des abgedichteten Behälters angebracht ist und AC-Energie zuführt; einer Energiezufuhrspule, die außerhalb des abgedichteten Behälters angebracht ist und ein Magnetfeld durch die von der Energiezufuhreinheit zugeführte AC-Energie erzeugt; einer Energieaufnahmespule, die in dem abgedichteten Behälter angebracht ist und AC-Energie durch das durch die Energiezufuhrspule erzeugte Magnetfeld erzeugt; und einer AC-DC-Umwandlungsschaltung, die in dem abgedichteten Behälter angebracht ist, die AC-Energie in DC-Energie umwandelt und die DC-Energie dem Gassensor zuführt, wobei die Energiezufuhrspule und die Energieaufnahmespule jeweils Ringformen mit dem gleichen Durchmesser aufweisen und um die Rotationsachse des rotierenden Körpers angebracht sind.
Gaserfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, weiterhin mit: einer Übertragungsschaltung, die in dem abgedichteten Behälter angebracht ist und Daten, die Gaskonzentrationsdaten repräsentieren, die durch den Gassensor gemessen werden, in ein Funksignal umwandelt; einer Sendeantenne, die in dem abgedichteten Behälter angebracht ist und das Funksignal überträgt; einer Empfangsantenne, die außerhalb des abgedichteten Behälters angebracht ist und das Funksignal empfängt; und einer Datenumwandlungsschaltung, die außerhalb des abgedichteten Behälters angebracht ist und die Daten, die die Gaskonzentration repräsentieren, aus dem Funksignal bezieht, wobei die Sendeantenne und die Empfangsantenne jeweils Ringformen mit dem gleichen Durchmesser aufweisen und um die Rotationsachse des rotierenden Körpers angebracht sind.