JP4846395B2 - Motion detection device - Google Patents

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Description

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。   The present invention relates to a motion detection device, and more particularly to a motion detection device that detects the rotational speed, rotational speed, or rotational acceleration of a turbocharger.

従来、検出対象の近傍に配置されたコイルのインダクタンス変化から検出対象の運動を検出する運動検出装置が知られている。このような運動検出装置では、検出対象に連動する被検出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している。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し、そのインダクタンス変化から検出対象の運動を検出している。   2. Description of the Related Art Conventionally, a motion detection device that detects a motion of a detection target from a change in inductance of a coil disposed in the vicinity of the detection target is known. In such a motion detection device, a change in the inductance of the coil due to the detected portion interlocking with the detection target passing through the vicinity of the coil is detected. For example, in the motion detection devices disclosed in Patent Documents 1 and 2, a change in the inductance of the coil due to the projection of the rotor as the detected portion passing through the vicinity of the coil is detected, and the motion of the detection target is detected from the change in inductance. Is detected.

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では、ボビン等に巻き線を巻回して形成する巻き線コイルを用いているため、その巻きむらによりコイルのインダクタンスのばらつきが大きくなり、運動検出装置の検出誤差が増大するという問題がある。   However, in the motion detection devices disclosed in Patent Documents 1 and 2, since a wound coil formed by winding a bobbin or the like is used, variation in the inductance of the coil increases due to the winding unevenness. There is a problem that the detection error of the motion detection device increases.

特開２０００−９７９５８号公報JP 2000-97958 A 特開２０００−１２１６５５号公報JP 2000-121655 A

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、検出誤差が小さい運動検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a motion detection device with a small detection error.

請求項１から３に記載の発明では、コイルは、多層プリント基板の互いに異なる層に形成されている導線と、それらを直列に接続するスルーホールとから構成されている。これらの導線及びスルーホールはプリント基板の微細加工技術を用いて形成されるため、コイルのインダクタンスのばらつきは小さく、コイルのインダクタンスの規定値からのずれは小さい。したがって、運動検出装置の検出誤差を小さくすることができる。
尚、本発明による運動検出装置がターボチャージャの運動を検出するとは、ターボチャージャの運動速度に相関する物理量を検出することを意味する。具体的にはターボチャージャの運動速度に係る物理量は、ターボチャージャの回転数、回転速度、回転加速度等である。 In the first to third aspects of the present invention, the coil is composed of conductive wires formed in different layers of the multilayer printed board and through-holes connecting them in series. Since these conductive wires and through holes are formed by using a microfabrication technique for a printed circuit board, variations in coil inductance are small, and deviations from the specified value of the coil inductance are small. Therefore, the detection error of the motion detection device can be reduced.
Note that the movement detecting device according to the present invention detects the motion of the turbocharger means for detecting a physical quantity correlated to the motion speed of the turbocharger. Physical quantity related to the motion speed of the turbocharger Specifically, the speed of the turbocharger, the rotational speed, a rotational acceleration and the like.

一般に、被検出部のタービンブレードの回転方向の幅は０．２ｍｍ〜２．０ｍｍである。またコイルとタービンブレードとの間隔は、運動検出装置の製造公差を考慮すると１ｍｍ程度となる。このような条件下において、ターボチャージャの回転運動を正確に検出するためには、被検出部がコイル近傍を通過することに伴うインダクタンスの変化量（以下、コイルのインダクタンス変量という。）は５ｎＨ以上、コイルのＱ値は２０以上であることが望ましい。 In general, the width in the rotation direction of the detected portion of the turbine blade is 0.2 mm to 2.0 mm. Further, the distance between the coil and the turbine blade is about 1 mm in consideration of the manufacturing tolerance of the motion detection device. Under such conditions, in order to accurately detect the rotational movement of the turbocharger, the amount of change in inductance (hereinafter referred to as the inductance variation of the coil) accompanying the detected portion passing near the coil is 5 nH or more. The Q value of the coil is preferably 20 or more.

請求項１に記載の発明ではコイルのインダクタンスは１μＨ以上である。したがって、コイルのインダクタンスの変化率（以下、コイルのインダクタンス変化率という。）が０．５％以上であれば、コイルのインダクタンス変量は５ｎＨ以上となる。
ところで、請求項１に記載の発明では導線の最大外径は３ｍｍ〜１０ｍｍである。このようなコイル近傍をタービンブレードが通過する場合、コイルのインダクタンス変化率は０．５％以上となる。この結果、コイルのインダクタンス変量が５ｎＨ以上となるため、ターボチャージャの回転数や回転速度や回転加速度を正確に検出することができる。 In the invention according to claim 1 , the inductance of the coil is 1 μH or more. Therefore, if the coil inductance change rate (hereinafter referred to as the coil inductance change rate) is 0.5% or more, the coil inductance variable is 5 nH or more.
By the way, in invention of Claim 1 , the largest outer diameter of conducting wire is 3 mm-10 mm. When the turbine blade passes in the vicinity of such a coil, the inductance change rate of the coil is 0.5% or more. As a result, since the inductance variable of the coil is 5 nH or more, the rotational speed, rotational speed, and rotational acceleration of the turbocharger can be accurately detected.

ここで請求項１に記載の発明に係る運動検出装置では、コイルの導線であってタービンブレードとの間隔が３ｍｍより広い導線による巻数は、コイルのインダクタンス変量に殆ど影響しない。
請求項２に記載の発明では、コイルは軸方向をターボチャージャに向けて配置され、コイルの軸方向の厚さは２ｍｍ以下である。すなわち、コイルとタービンブレードとの間隔とコイルの軸方向の厚さとの和が概ね３ｍｍ以下となるため、コイルを構成している全ての導線によりコイルのインダクタンス変量を増大させることができる。したがって、コイルのインダクタンス変量を低下させることなく、コイルの軸方向の厚さを薄くすることができる。 Here, in the motion detection device according to the first aspect of the present invention, the number of turns of the coil lead wire that is larger than 3 mm apart from the turbine blade has little influence on the coil inductance variable.
In the invention according to claim 2 , the coil is disposed with the axial direction facing the turbocharger, and the axial thickness of the coil is 2 mm or less. That is, since the sum of the distance between the coil and the turbine blade and the axial thickness of the coil is approximately 3 mm or less, the inductance variable of the coil can be increased by all the conductive wires constituting the coil. Therefore, the axial thickness of the coil can be reduced without reducing the inductance variable of the coil.

一般に、コイルは１０ＭＨｚ程度の励磁周波数で検出手段により駆動される。
請求項３に記載の発明では、コイルの抵抗値は３Ω以下でありコイルのインダクタンスは１μＨ以上であるため、コイルを１０ＭＨｚ程度の励磁周波数で駆動したときのコイルのＱ値は２０以上になる。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。
以上、被検出部はタービンブレードであるとして説明したが、被検出部がコンプレッサブレードの場合も同様である。 In general, the coil is driven by detection means at an excitation frequency of about 10 MHz.
According to the third aspect of the present invention, since the resistance value of the coil is 3Ω or less and the inductance of the coil is 1 μH or more, the Q value of the coil is 20 or more when the coil is driven at an excitation frequency of about 10 MHz. Therefore, the rotational movement of the turbocharger can be accurately detected.
Although the above description has been made assuming that the detected part is a turbine blade, the same applies to the case where the detected part is a compressor blade.

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１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。本発明の第１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。 Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a motion detection apparatus according to a first embodiment of the present invention. The motion detection device 1 according to the first embodiment of the present invention is a device that detects the rotational speed of a turbocharger 2 as a detection target.

ターボチャージャ２は、内燃機関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等で構成されている。   The turbocharger 2 includes a turbine wheel 10 that is rotationally driven by an exhaust gas flow of an internal combustion engine, a compressor wheel (not shown) that rotates together with the turbine wheel 10 to pressurize intake air, a rotary shaft 11 that connects the turbine wheel 10 and the compressor wheel, It is comprised with the housing etc. which are not shown in figure.

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。タービンブレード１２はアルミニウム等の導体であり、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。   The turbine wheel 10 and the compressor wheel are provided with fin-like turbine blades 12 and compressor blades, respectively. The turbine blade 12 is a conductor such as aluminum, has a fin shape with a narrow width in the rotational direction of the turbocharger 2, and protrudes from the base portion 14 of the turbine wheel 10.

以下、運動検出装置１の構成、作動、設計方法を順に説明する。
（運動検出装置の構成）
図１（Ａ）に示すように、運動検出装置１はコイル２０及び検出部３０から構成されている。
コイル２０は、軸方向の端部２０ａをタービンブレード１２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タービンブレード１２の端部１２ａがその近傍を通過するように配置されている。この場合、タービンブレード１２の端部１２ａが請求項に記載の「被検出部」に相当する。 Hereinafter, the configuration, operation, and design method of the motion detection device 1 will be described in order.
(Configuration of motion detection device)
As illustrated in FIG. 1A, the motion detection device 1 includes a coil 20 and a detection unit 30.
The coil 20 is disposed such that the end 20a in the axial direction faces the turbine blade 12 and the end 12a of the turbine blade 12 passes through the vicinity thereof as the turbocharger 2 rotates. In this case, the end 12a of the turbine blade 12 corresponds to a “detected portion” described in the claims.

図１（Ｂ）に示すように、コイル２０は多層プリント基板４０の互いに異なる層にそれぞれ形成されている導線２２と、複数の導線２２を直列に接続しているスルーホール２４と、コイル２０と検出部３０とを接続するための外部接続端子２６とで構成されている。具体的には導線２２及び外部接続端子２６は、例えば多層プリント基板４０の接着層４４を間に挟んで積まれている絶縁板４２に形成されている。そしてスルーホール２４は、互いに異なる絶縁板４２に形成されている導線２２又は同一絶縁板４２の互いに異なる面に形成されている導線２２を直列に接続し、直列接続された導線２２の両端と外部接続端子２６とを接続している。   As shown in FIG. 1 (B), the coil 20 includes a conductive wire 22 formed in a different layer of the multilayer printed board 40, a through hole 24 connecting the plurality of conductive wires 22 in series, An external connection terminal 26 for connecting the detection unit 30 is configured. Specifically, the conductive wire 22 and the external connection terminal 26 are formed on an insulating plate 42 that is stacked, for example, with an adhesive layer 44 of the multilayer printed board 40 interposed therebetween. The through hole 24 connects the conductive wires 22 formed on different insulating plates 42 or the conductive wires 22 formed on different surfaces of the same insulating plate 42 in series, and both ends of the conductive wires 22 connected in series and the outside The connection terminal 26 is connected.

図２は、コイル２０の構成の一例を示す模式図である。図２（Ａ）、（Ｂ）は多層プリント基板４０のタービンブレード１２側の第一層を示し、図２（Ｃ）、（Ｄ）は多層プリント基板４０の第二層を示し、図２（Ｅ）、（Ｆ）は多層プリント基板４０のタービンブレード１２と反対側の第三層を示している。図２（Ａ）〜（Ｆ）は、多層プリント基板４０の各層を構成している絶縁板４２のタービンブレード１２側から見た平面図であり、図２（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｆ）では、絶縁板４２のタービンブレード１２と反対側の面に形成されている導線２２を点線で示し、絶縁板４２のタービンブレード１２側の面に形成されている導線２２を省略している。   FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of the configuration of the coil 20. 2A and 2B show the first layer on the turbine blade 12 side of the multilayer printed board 40, and FIGS. 2C and 2D show the second layer of the multilayer printed board 40. FIG. E) and (F) show the third layer on the opposite side of the multilayer printed circuit board 40 from the turbine blade 12. 2A to 2F are plan views of the insulating plate 42 constituting each layer of the multilayer printed circuit board 40 as viewed from the turbine blade 12 side, and FIGS. 2B, 2D, and 2F. ), The conductive wire 22 formed on the surface of the insulating plate 42 opposite to the turbine blade 12 is indicated by a dotted line, and the conductive wire 22 formed on the surface of the insulating plate 42 on the turbine blade 12 side is omitted.

図２に例示するコイル２０は３層の多層プリント基板４０に設けられている。導線２２１〜導線２２５は多層プリント基板４０を構成する絶縁板４２１〜絶縁基板４２３の外部接続端子２６が形成されている面を除く全ての面に形成され、外部接続端子２６はタービンブレード１２から最も離間した絶縁板４２３のタービンブレード１２と反対側の面４２３ｂ（図１（Ｂ）参照）に形成されている。このようなコイル２０の導線２２の層数は奇数になる。   The coil 20 illustrated in FIG. 2 is provided on a three-layer multilayer printed board 40. Conductive wires 221 to 225 are formed on all surfaces of the insulating plate 421 to the insulating substrate 423 constituting the multilayer printed circuit board 40 except for the surface on which the external connection terminals 26 are formed. It is formed on a surface 423b (see FIG. 1B) of the insulating plate 423 that is spaced away from the turbine blade 12. The number of layers of the conducting wire 22 of the coil 20 is an odd number.

具体的には、図２（Ａ）に示すように多層プリント基板４０の第一層を構成する絶縁板４２１のタービンブレード１２側の面４２１ａ（図１（Ｂ）参照）には、スルーホール２４１からスルーホール２４２まで渦巻き状に延びる導線２２１が形成されている。そして、図２（Ｂ）に示すように絶縁板４２１のタービンブレード１２と反対側の面４２１ｂ（図１（Ｂ）参照）には、スルーホール２４２からスルーホール２４３まで渦巻き状に延びる導線２２２が形成されている。導線２２１と導線２２２とはスルーホール２４２によって直列に接続されている。導線２２１及び導線２２２は円形の渦巻き状である。   Specifically, as shown in FIG. 2A, a through hole 241 is formed on a surface 421a (see FIG. 1B) of the insulating plate 421 constituting the first layer of the multilayer printed board 40 on the turbine blade 12 side. A conductive wire 221 extending in a spiral shape from the through hole 242 is formed. As shown in FIG. 2B, a conductive wire 222 that spirally extends from the through hole 242 to the through hole 243 is formed on the surface 421b of the insulating plate 421 opposite to the turbine blade 12 (see FIG. 1B). Is formed. The conducting wire 221 and the conducting wire 222 are connected in series by a through hole 242. The conducting wire 221 and the conducting wire 222 are circular spirals.

多層プリント基板４０の第一層と同様に、多層プリント基板４０の第二層を構成する絶縁板４２２のタービンブレード１２側の面４２２ａ（図１（Ｂ）参照）には、スルーホール２４３からスルーホール２４４まで渦巻き状に延びる導線２２３が形成され、絶縁板４２２のタービンブレード１２と反対側の面４２２ｂ（図１（Ｂ）参照）にはスルーホール２４４からスルーホール２４５まで渦巻き状に延びる導線２２４が形成されている。導線２２２と導線２２３とはスルーホール２４３によって直列に接続され、導線２２３と導線２２４とはスルーホール２４４によって直列に接続されている。   Similarly to the first layer of the multilayer printed circuit board 40, the surface 422 a (see FIG. 1B) on the turbine blade 12 side of the insulating plate 422 constituting the second layer of the multilayer printed circuit board 40 is penetrated from the through hole 243. A conductive wire 223 that spirally extends to the hole 244 is formed, and a conductive wire 224 that spirally extends from the through hole 244 to the through hole 245 on the surface 422b of the insulating plate 422 opposite to the turbine blade 12 (see FIG. 1B). Is formed. The conducting wire 222 and the conducting wire 223 are connected in series by a through hole 243, and the conducting wire 223 and the conducting wire 224 are connected in series by a through hole 244.

また、多層プリント基板４０の第三層を構成する絶縁板４２３のタービンブレード１２側の面４２３ａ（図１（Ｂ）参照）には、スルーホール２４５からスルーホール２４６まで渦巻き状に延びる導線２２５が形成され、絶縁板４２２のタービンブレード１２と反対側の面４２３ｂ（図１（Ｂ）参照）には外部接続端子２６が形成されている。そして外部接続端子２６１と外部接続端子２６２とには、直列に接続された導線２２１〜導線２２５の両端がスルーホール２４２又はスルーホール２４６を経由してそれぞれ接続されている。
このように図２に例示するコイル２０は、巻数４の導線２２が５層に積まれているため、コイル２０の巻数は２０になる。 Further, on the surface 423a (see FIG. 1B) of the insulating plate 423 constituting the third layer of the multilayer printed circuit board 40 on the turbine blade 12 side, a conductive wire 225 that spirally extends from the through hole 245 to the through hole 246 is provided. The external connection terminal 26 is formed on a surface 423b (see FIG. 1B) of the insulating plate 422 opposite to the turbine blade 12 formed. The external connection terminal 261 and the external connection terminal 262 are connected to both ends of the conducting wires 221 to 225 connected in series via the through hole 242 or the through hole 246, respectively.
As described above, in the coil 20 illustrated in FIG. 2, the number of turns of the coil 20 is 20 because the conducting wire 22 having 4 turns is stacked in five layers.

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、タービンブレード１２の端部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によりターボチャージャ２の回転運動を検出する。   The detection unit 30 as detection means generates a magnetic field by driving the coil 20 and generates a magnetic field, and the turbocharger is caused by an inductance change of the coil 20 when the end 12a of the turbine blade 12 passes in the vicinity of the coil 20. 2 rotational motion is detected.

具体的には検出部３０は、例えば図３に示す検出回路３１と図示しない包絡線検波回路、コンパレータ及び制御装置とで構成されている。
検出回路３１は、発振器３２とコンデンサ３４と抵抗３６と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。共振回路と抵抗３６との接点３８は包絡線検波回路の入力端に接続されている。そして包絡線検波回路の出力端はコンパレータの入力端と接続され、コンパレータの出力端は制御装置に接続されている。例えば、制御装置は内燃機関の電子制御装置（ＥＣＵ）である。 Specifically, the detection unit 30 includes, for example, a detection circuit 31 illustrated in FIG. 3, an envelope detection circuit (not illustrated), a comparator, and a control device.
The detection circuit 31 includes an oscillator 32, a capacitor 34, and a resistor 36. The coil 20 and the capacitor 34 form a parallel resonance circuit, and the resistor 36 is connected in series to the resonance circuit. The oscillator 32 drives a circuit constituted by a resonance circuit and a resistor 36 with an alternating current. A contact point 38 between the resonance circuit and the resistor 36 is connected to an input terminal of the envelope detection circuit. The output end of the envelope detection circuit is connected to the input end of the comparator, and the output end of the comparator is connected to the control device. For example, the control device is an electronic control unit (ECU) of an internal combustion engine.

（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（図４に示すｔ１〜ｔ４参照）は、コイル２０による磁束がタービンブレード１２を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の非通過期間は、タービンブレード１２に殆ど渦電流が生じない。 (Activation of motion detection device)
When the oscillator 32 of the detection unit 30 drives the coil 20, a magnetic field is generated by the coil 20. When the turbocharger 2 rotates, the turbine blade 12 passes near the coil 20. Since the magnetic flux density in the vicinity of the coil 20 is high, the passage period during which the turbine blade 12 passes through the vicinity of the coil 20 (see t1 to t4 shown in FIG. 4) A large eddy current is generated in the turbine blade 12. On the other hand, almost no eddy current is generated in the turbine blade 12 during the non-passage period of the turbine blade 12.

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。   Since this eddy current flows in a direction that cancels the change in the magnetic field caused by the coil 20, the inductance of the coil 20 is affected. As a result, the impedance of the coil 20 changes greatly between the passing period and the non-passing period of the turbine blade 12, and the resonance frequency of the resonance circuit described above changes greatly between both periods. As the resonance frequency of the resonance circuit changes in this way, the potential amplitude of the contact 38 changes.

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５（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近傍からずれた交流電流で駆動されるため、共振回路のインピーダンスが小さくなる。これにより、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近傍の交流電流で駆動されるため、共振回路のインピーダンスが大きくなる。これにより、非通過期間における接点３８の電位振幅は小さくなる。   Specifically, for example, when the oscillator 32 is transmitted near the resonance frequency in the non-passage period of the resonance circuit, the resonance circuit is shifted from the vicinity of the resonance frequency during the passage period of the turbine blade 12 as shown in FIG. Since it is driven by the alternating current, the impedance of the resonance circuit is reduced. As a result, the potential amplitude of the contact 38 during the passage period is increased. On the other hand, during the non-passage period of the turbine blade 12, the resonance circuit is driven by an alternating current in the vicinity of the resonance frequency, so that the impedance of the resonance circuit increases. Thereby, the potential amplitude of the contact 38 in the non-passing period is reduced.

包絡線検波回路は、図５（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５（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、検出信号を上述した制御装置に出力する。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、例えばタービンブレード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。   The envelope detection circuit detects the envelope of the potential oscillation of the contact 38 as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 5C, the comparator converts an analog signal indicating an envelope of potential oscillation of the contact 38 into a digital signal (hereinafter referred to as a detection signal) with a predetermined threshold, and the detection signal is controlled as described above. Output to the device. The control device detects the rotational speed of the turbocharger 2 by detecting the motion of the turbine blade 12 based on the digital signal output from the comparator. Specifically, the control device detects the rotational speed of the turbocharger 2 from, for example, the number of times the turbine blade 12 passes through the coil 20 in a predetermined unit time and the number of turbine blades 12 provided in the turbine wheel 10. To do.

（運動検出装置の設計方法）
図６は、運動検出装置１の設計方法を説明するための模式図である。
一般にタービンブレード１２の回転方向の幅Ｗは０．２ｍｍ〜２．０ｍｍである。また、コイル２０とタービンブレード１２との間隔Ｄは、運動検出装置１の製造公差を考慮すると１ｍｍ程度となる。このような条件下においてターボチャージャ２の回転運動を正確に検出するためには、コイル２０のインダクタンス変量は５ｎＨ以上、コイル２０のＱ値は２０以上であることが望ましい。 (Design method of motion detection device)
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a design method of the motion detection device 1.
Generally, the width W in the rotational direction of the turbine blade 12 is 0.2 mm to 2.0 mm. Further, the distance D between the coil 20 and the turbine blade 12 is about 1 mm in consideration of the manufacturing tolerance of the motion detection device 1. In order to accurately detect the rotational movement of the turbocharger 2 under such conditions, it is desirable that the inductance variable of the coil 20 is 5 nH or more and the Q value of the coil 20 is 20 or more.

コイル２０は上述したように多層プリント基板４０に設けられているため、その巻数は巻き線コイルと比較して少なくなる。この結果、コイル２０のインダクタンスを大きくすることは容易ではなく、コイル２０のインダクタンスは１μＨ程度となる。したがって、コイル２０のインダクタンス変量を５ｎＨ以上にするためには、コイル２０のインダクタンス変化率を０．５％以上にする必要がある。   Since the coil 20 is provided on the multilayer printed circuit board 40 as described above, the number of turns is smaller than that of the wound coil. As a result, it is not easy to increase the inductance of the coil 20, and the inductance of the coil 20 is about 1 μH. Therefore, in order to set the inductance variation of the coil 20 to 5 nH or more, it is necessary to set the inductance change rate of the coil 20 to 0.5% or more.

図７は、コイル２０の導線２２の最大外径とコイル２０のインダクタンス変化率との関係を説明するための模式図である。図７に示すグラフ１００は、タービンブレード１２の回転方向の幅Ｗが０．５ｍｍ、コイル２０とタービンブレード１２との間隔Ｄが１ｍｍの運動検出装置１において、導線２２の最大外径φｅ（図６（Ｂ）参照）を２ｍｍから１２ｍｍまで変化させながら、コイル２０のインダクタンス変化率を測定した実験結果を示している。グラフ１００によると、導線２２の最大外径φｅを３ｍｍ〜１０ｍｍにすればコイル２０のインダクタンス変化率が０．５％以上になることが分かる。   FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the relationship between the maximum outer diameter of the conducting wire 22 of the coil 20 and the inductance change rate of the coil 20. The graph 100 shown in FIG. 7 shows the maximum outer diameter φe of the conductor 22 in the motion detector 1 in which the width W in the rotational direction of the turbine blade 12 is 0.5 mm and the distance D between the coil 20 and the turbine blade 12 is 1 mm. 6 (B)) shows the experimental results of measuring the inductance change rate of the coil 20 while changing from 2 mm to 12 mm. According to the graph 100, it can be seen that if the maximum outer diameter φe of the conducting wire 22 is 3 mm to 10 mm, the inductance change rate of the coil 20 becomes 0.5% or more.

この実験結果は、被検出部であるタービンブレード１２の回転方向の幅Ｗが薄いことによる。すなわち、コイル２０の導線２２の最大外径を大きくすることにより、被検出部を貫通する磁束は多くなるが、タービンブレード１２の回転方向の幅Ｗが薄いため被検出部を貫通しない磁束も多くなる。この結果、コイル２０の導線２２の最大外径がタービンブレード１２の回転方向の幅Ｗに応じた所定範囲のときに、コイル２０のインダクタンス変化率は大きくなる。   This experimental result is due to the fact that the width W in the rotational direction of the turbine blade 12 as the detected portion is thin. That is, by increasing the maximum outer diameter of the conductive wire 22 of the coil 20, the magnetic flux penetrating the detected portion increases, but since the width W in the rotational direction of the turbine blade 12 is thin, the magnetic flux that does not penetrate the detected portion is also large. Become. As a result, when the maximum outer diameter of the conducting wire 22 of the coil 20 is in a predetermined range corresponding to the width W of the turbine blade 12 in the rotation direction, the inductance change rate of the coil 20 increases.

このようにコイル２０のインダクタンス変量を５ｎＨ以上にするためには、コイル２０のインダクタンスを１μＨ以上、コイル２０の最大外径φｅを３ｍｍ〜１０ｍｍにすればよい。具体的にはコイル２０の最大外径φｅは、例えば４ｍｍ程度にすればよい。コイル２０の最大外径φｅを４ｍｍ程度にする場合は、コイル２０の最小内径φｉ（図６（Ｂ）参照）を２ｍｍ程度、コイル２０の巻数を２０にすることにより、コイル２０のインダクタンスは１μＨ程度になる。   Thus, in order to set the inductance variable of the coil 20 to 5 nH or more, the inductance of the coil 20 may be set to 1 μH or more, and the maximum outer diameter φe of the coil 20 may be set to 3 mm to 10 mm. Specifically, the maximum outer diameter φe of the coil 20 may be about 4 mm, for example. When the maximum outer diameter φe of the coil 20 is about 4 mm, the minimum inner diameter φi (see FIG. 6B) of the coil 20 is about 2 mm, and the number of turns of the coil 20 is 20, so that the inductance of the coil 20 is 1 μH. It will be about.

図８は、コイル２０とタービンブレード１２との間隔とコイル２０のインダクタンス変化率との関係を説明するための模式図である。図８に示すグラフ１０２は、タービンブレード１２の回転方向の幅Ｗが０．５ｍｍ、コイル２０の導線２２の最大外径φｅが４ｍｍの運動検出装置１において、コイル２０とタービンブレード１２との間隔Ｄを０．２ｍｍから３．０ｍｍまで変化させながら、コイル２０のインダクタンス変化率を測定した実験結果を示している。グラフ１０２によるとコイル２０のインダクタンス変化率は、コイル２０とタービンブレード１２との間隔Ｄが広がるにつれて小さくなるが、コイル２０とタービンブレード１２との間隔Ｄが３．０ｍｍ程度まで広がると殆ど変化しないことが分かる。   FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the relationship between the distance between the coil 20 and the turbine blade 12 and the inductance change rate of the coil 20. The graph 102 shown in FIG. 8 shows the distance between the coil 20 and the turbine blade 12 in the motion detection device 1 in which the width W in the rotation direction of the turbine blade 12 is 0.5 mm and the maximum outer diameter φe of the conducting wire 22 of the coil 20 is 4 mm. The experimental result which measured the inductance change rate of the coil 20 is shown, changing D from 0.2 mm to 3.0 mm. According to the graph 102, the inductance change rate of the coil 20 decreases as the distance D between the coil 20 and the turbine blade 12 increases, but hardly changes when the distance D between the coil 20 and the turbine blade 12 increases to about 3.0 mm. I understand that.

すなわち、コイル２０のタービンブレード１２との間隔Ｄが３ｍｍより広い導線２２による巻数は、コイル２０のインダクタンス変化率に殆ど影響しない。したがって、コイル２０とタービンブレード１２との間隔Ｄとコイル２０の軸方向の厚さＴ（図６（Ａ）参照）との和が３ｍｍ以下になるように、コイル２０の軸方向の厚さＴを設計することにより、コイル２０のインダクタンス変化率を低下させることなく、コイル２０の軸方向の厚さＴを薄くすることができる。   That is, the number of turns by the conductive wire 22 having a distance D between the coil 20 and the turbine blade 12 wider than 3 mm hardly affects the inductance change rate of the coil 20. Accordingly, the axial thickness T of the coil 20 is set so that the sum of the distance D between the coil 20 and the turbine blade 12 and the axial thickness T of the coil 20 (see FIG. 6A) is 3 mm or less. , The axial thickness T of the coil 20 can be reduced without reducing the inductance change rate of the coil 20.

上述したようにコイル２０とタービンブレード１２との間隔Ｄは１ｍｍ程度であるため、コイル２０の軸方向の厚さＴは２ｍｍ以下にすればよい。尚、一般に多層プリント基板４０の隣り合う絶縁板４２の間隔は２００μｍ程度であるため、コイル２０の導線２２の層数は１１層以下となる。   Since the distance D between the coil 20 and the turbine blade 12 is about 1 mm as described above, the axial thickness T of the coil 20 may be 2 mm or less. In general, the interval between the adjacent insulating plates 42 of the multilayer printed circuit board 40 is about 200 μm, so the number of layers of the conductive wire 22 of the coil 20 is 11 or less.

一方、コイル２０のＱ値は次式（１）で表される。ここで、上述したようにコイル２０のインダクタンスＬは１μＨ程度であり、また一般にコイル２０の励磁周波数ｆは１０ＭＨｚである。
Ｑ＝２πｆ（Ｌ／Ｒ） ・・・（１） On the other hand, the Q value of the coil 20 is expressed by the following equation (1). Here, as described above, the inductance L of the coil 20 is about 1 μH, and the excitation frequency f of the coil 20 is generally 10 MHz.
Q = 2πf (L / R) (1)

したがって、コイル２０のＱ値を２０以上にするためには、コイル２０の抵抗値は３Ω以下にすればよい。具体的には例えば、上述した最大外径φｅが４ｍｍ、最小内径φｉが２ｍｍ、巻数が２０のコイル２０では、導線２２の短手方向の断面積を０．００１５ｍｍ2以上にすることにより、コイル２０の抵抗値を３Ω以下にすることができる。 Therefore, in order to set the Q value of the coil 20 to 20 or more, the resistance value of the coil 20 may be set to 3Ω or less. Specifically, for example, in the coil 20 having the maximum outer diameter φe of 4 mm, the minimum inner diameter φi of 2 mm, and the number of turns of 20, the cross-sectional area in the short direction of the conducting wire 22 is set to 0.0015 mm 2 or more. The resistance value of 20 can be 3Ω or less.

以上説明した第１実施形態では、コイル２０はプリント基板の微細加工技術を用いて形成されるため、コイル２０のインダクタンスのばらつきは小さい。したがって、運動検出装置１の検出誤差を小さくすることができる。また、このようなコイル２０は大量生産に適しているので、その製造コストは低い。したがって、運動検出装置１の製造コストを低減することができる。   In the first embodiment described above, since the coil 20 is formed using a microfabrication technique for a printed circuit board, variation in inductance of the coil 20 is small. Therefore, the detection error of the motion detection device 1 can be reduced. Moreover, since such a coil 20 is suitable for mass production, its manufacturing cost is low. Therefore, the manufacturing cost of the motion detection device 1 can be reduced.

また、上述したように外部接続端子２６は多層プリント基板４０の第三層を構成している絶縁板４２３のタービンブレード１２と反対側の面に形成されている。この結果、コイル２０の外部接続端子２６に検出部３０を接続しても、コイル２０のインダクタンス変量が小さくなることは殆どない。すなわち、コイル２０の外部接続端子２６と検出部３０とを接続することによる運動検出装置１の検出誤差の増大を抑制することができる。   Further, as described above, the external connection terminal 26 is formed on the surface of the insulating plate 423 constituting the third layer of the multilayer printed board 40 on the side opposite to the turbine blade 12. As a result, even if the detection unit 30 is connected to the external connection terminal 26 of the coil 20, the inductance variable of the coil 20 is hardly reduced. That is, an increase in detection error of the motion detection device 1 due to the connection between the external connection terminal 26 of the coil 20 and the detection unit 30 can be suppressed.

（第２実施形態）
第２実施形態による運動検出装置の構成要素は、コイルが異なることを除き、第１実施形態による運動検出装置１の対応する構成要素と実質的に同一である。第２実施形態において同一の符号が付された構成要素は、その符号が付された第１実施形態の構成要素と対応する。 (Second Embodiment)
The components of the motion detection device according to the second embodiment are substantially the same as the corresponding components of the motion detection device 1 according to the first embodiment, except that the coils are different. In the second embodiment, components having the same reference numerals correspond to the components of the first embodiment having the reference numerals.

図９は、第２実施形態に係るコイル２２０を示す模式図である。
コイル２２０の多層プリント基板４０は円盤状である。これによりコイル２０を加工が容易な円柱状の取付穴に取り付けることができる。 FIG. 9 is a schematic diagram showing a coil 220 according to the second embodiment.
The multilayer printed circuit board 40 of the coil 220 has a disk shape. Thereby, the coil 20 can be attached to a cylindrical attachment hole that is easy to process.

コイル２２０の導線２２は多角形の渦巻き状である。そして導線２２の最大外径より外側のスルーホール２４は、導線２２の辺部５０の中央近傍に配置されている。具体的にはコイル２２０の導線２２は、例えば略四角形の渦巻き状である。そして導線２２の最大外径より外側のスルーホール２４２、スルーホール２４４及びスルーホール２４６は、それぞれ導線２２の辺部５０１〜辺５０３の中央近傍に配置されている。   The conducting wire 22 of the coil 220 has a polygonal spiral shape. The through hole 24 outside the maximum outer diameter of the conducting wire 22 is disposed near the center of the side portion 50 of the conducting wire 22. Specifically, the conducting wire 22 of the coil 220 has, for example, a substantially rectangular spiral shape. The through hole 242, the through hole 244, and the through hole 246 outside the maximum outer diameter of the conducting wire 22 are disposed in the vicinity of the center of the side portions 501 to 503 of the conducting wire 22, respectively.

導線２２の辺部５０における最大外径は導線２２の角部５２における最大外径より小さく、導線２２の辺部５０における最大外径はその中央ほど小さくなる。したがって、導線２２の最大外径より外側のスルーホール２４を導線２２の辺部５０の中央近傍に配置することにより、コイル２２０の外径を小さくすることができ、コイル２２０を小型化することができる。   The maximum outer diameter at the side portion 50 of the conducting wire 22 is smaller than the maximum outer diameter at the corner portion 52 of the conducting wire 22, and the maximum outer diameter at the side portion 50 of the conducting wire 22 becomes smaller toward the center. Therefore, the outer diameter of the coil 220 can be reduced by arranging the through hole 24 outside the maximum outer diameter of the conductive wire 22 in the vicinity of the center of the side portion 50 of the conductive wire 22, and the coil 220 can be reduced in size. it can.

（他の実施形態）
上記第１実施形態及び第２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と説明したが、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。 (Other embodiments)
In the first embodiment and the second embodiment, it has been described that the motion detection device 1 detects the rotational speed of the turbocharger 2, but the detection target is not limited to the turbocharger 2. For example, the detection target may be a turbocharger having a different configuration from the turbocharger 2, another turbine different from the turbocharger 2, or a translational motion other than the rotational motion.

また、コイル２０は軸方向の端部２０ａをタービンホイール１０に向けて配置されると説明した。しかし、コイル２０は被検出部の近傍に配置すれば、どのような姿勢で配置してもよい。また被検出部は、ターボチャージャ２のタービンブレード１２以外の部分、例えばコンプレッサブレードでもよい。また被検出部は、ターボチャージャ２の回転運動に連動する別部品でもよい。   Further, it has been described that the coil 20 is disposed with the axial end portion 20a facing the turbine wheel 10. However, the coil 20 may be disposed in any posture as long as it is disposed in the vicinity of the detected portion. The detected portion may be a portion other than the turbine blade 12 of the turbocharger 2, for example, a compressor blade. Further, the detected part may be a separate part that interlocks with the rotational movement of the turbocharger 2.

上記第１実施形態及び第２実施形態では、コイル２０の導線２２は、多層プリント基板４０を構成している絶縁板４２の外部接続端子２６が形成されている面を除く全ての面に形成されると説明した。しかし導線２２は、多層プリント基板４０を構成している絶縁板４２の外部接続端子２６が形成されている面を除く全ての面に形成しなくてもよい。また導線２２は、絶縁板４２の外部接続端子２６が形成されている面にも形成可能である。また導線２２及び外部接続端子２６は、多層プリント基板４０を構成している全ての絶縁板４２の片面だけに形成してもよい。   In the first embodiment and the second embodiment, the conductive wire 22 of the coil 20 is formed on all surfaces except the surface on which the external connection terminal 26 of the insulating plate 42 constituting the multilayer printed board 40 is formed. Explained. However, the conducting wire 22 may not be formed on all surfaces except the surface on which the external connection terminal 26 of the insulating plate 42 constituting the multilayer printed board 40 is formed. The conductive wire 22 can also be formed on the surface of the insulating plate 42 where the external connection terminal 26 is formed. The conductive wires 22 and the external connection terminals 26 may be formed only on one side of all the insulating plates 42 constituting the multilayer printed board 40.

また、コイル２０は２層の多層プリント基板に設けてもよいし、４層以上の多層プリント基板４０に設けてもよい。
また、多層プリント基板４０はリジット基板でもよいしフレキシブル基板でもよい。また、多層プリント基板４０はビルトアップ基板でもよい。
また、多層プリント基板４０にはコイル２０以外の回路を形成してもよい。 The coil 20 may be provided on a multilayer printed board having two layers, or may be provided on a multilayer printed board 40 having four or more layers.
The multilayer printed board 40 may be a rigid board or a flexible board. The multilayer printed board 40 may be a built-up board.
Further, a circuit other than the coil 20 may be formed on the multilayer printed board 40.

上記第１実施形態ではコイル２０に係る寸法を例示したが、運動検出装置の検出特性が仕様を満たす限り、コイル２０の軸方向の厚さＴ、導線２２の最小内径φｉ、導線２２の最大外径φｅ等の寸法は例示した寸法と異なるものでもよい。また、コイル２０の励磁周波数ｆは１０ＭＨｚより高くてもよいし、１０ＭＨｚより低くてもよい。   In the first embodiment, the dimensions related to the coil 20 are exemplified. However, as long as the detection characteristics of the motion detection device satisfy the specifications, the axial thickness T of the coil 20, the minimum inner diameter φi of the conductive wire 22, and the maximum outside of the conductive wire 22 are illustrated. The dimensions such as the diameter φe may be different from the illustrated dimensions. Further, the excitation frequency f of the coil 20 may be higher than 10 MHz or lower than 10 MHz.

上記第１実施形態では、コイル２０のインダクタンスは１μＨ程度であり、コイル２０とタービンブレード１２との間隔Ｄは１ｍｍ程度である説明した。しかし、技術的な阻害要因がない限り、コイル２０のインダクタンスは１μＨより大きくてもよいし、コイル２０とタービンブレード１２との間隔Ｄは１ｍｍより狭くてもよい。また、運動検出装置の検出特性が仕様を満たす限り、コイル２０のインダクタンスは１μＨより小さくてもよいし、コイル２０とタービンブレード１２との間隔Ｄは１ｍｍより広くてもよい。   In the first embodiment described above, the inductance of the coil 20 is about 1 μH, and the distance D between the coil 20 and the turbine blade 12 is about 1 mm. However, unless there is a technical obstruction factor, the inductance of the coil 20 may be larger than 1 μH, and the distance D between the coil 20 and the turbine blade 12 may be narrower than 1 mm. Further, as long as the detection characteristics of the motion detection device satisfy the specifications, the inductance of the coil 20 may be smaller than 1 μH, and the distance D between the coil 20 and the turbine blade 12 may be larger than 1 mm.

上記第２実施形態では、コイル２２０の導線２２は略四角形の渦巻き状であると説明した。しかし、導線２２は略三角形の渦巻き状でもよいし、五角形以上の渦巻き状でもよい。
このように、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。 In the second embodiment, the conductive wire 22 of the coil 220 has been described as having a substantially rectangular spiral shape. However, the conducting wire 22 may have a substantially triangular spiral shape or a pentagonal or higher spiral shape.
As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof.

第１実施形態による運動検出装置を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the motion detection apparatus by 1st Embodiment. 第１実施形態に係るコイルの構成を示す模式図。The schematic diagram which shows the structure of the coil which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る検出部を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the detection part which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態による運動検出装置の作動を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the action | operation of the motion detection apparatus by 1st Embodiment. 第１実施形態に係る検出部の内部信号を示す模式図。The schematic diagram which shows the internal signal of the detection part which concerns on 1st Embodiment. 第１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。The schematic diagram for demonstrating the design method of the motion detection apparatus by 1st Embodiment. 第１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。The schematic diagram for demonstrating the design method of the motion detection apparatus by 1st Embodiment. 第１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。The schematic diagram for demonstrating the design method of the motion detection apparatus by 1st Embodiment. 第２実施形態に係るコイルの構成を示す模式図。The schematic diagram which shows the structure of the coil which concerns on 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１：運動検出装置、２：ターボチャージャ、１２：タービンブレード、１２ａ：端部、２０、２２０：コイル、２０ａ：端部（コイルの軸方向の端部）、２２：導線、２４：スルーホール、２６：外部接続端子、３０：検出部（検出手段）、３１：検出回路（検出手段）、４０：多層プリント基板、５０：辺部（導線の辺部）。

1: movement detecting device, 2: turbocharger 12: turbine blade, 12a: end, 20, 220: coil, 20a: end (axial end portion of the coil), 22: lead, 24: through-hole , 26: external connection terminal, 30: detection unit (detection unit), 31: detection circuit (detection unit), 40: multilayer printed circuit board, 50: side (side of conductor) .

Claims (3)

磁界を発生させ、ターボチャージャの運動に伴って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が近傍を通過する位置に配置されているコイルと、
被検出部が０．２ｍｍ〜２．０ｍｍの幅である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一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、前記ターボチャージャの運動を検出する検出手段と、を備え、
前記コイルは、多層プリント基板の互いに異なる層にそれぞれ渦状に形成されている導線と、複数の前記導線を直列に接続しているスルーホールとを有し、
前記コイルのインダクタンスは１μＨ以上であり、
前記導線の最大外径は３ｍｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする運動検出装置。 A coil that generates a magnetic field and is disposed at a position where a part of a turbine blade or a compressor blade of the turbocharger passes in the vicinity as the turbocharger moves;
By detecting the change in inductance of the coil with that part of the previous SL turbine blade or the compressor blade is the width of the detected portion is 0.2mm~2.0mm passes near the coil, the turbocharger Detecting means for detecting the movement of
The coil has a conductive wire formed in a spiral shape in different layers of a multilayer printed circuit board, and a through hole connecting a plurality of the conductive wires in series,
The inductance of the coil is 1 μH or more,
The maximum outer diameter of the conducting wire is 3 mm to 10 mm. 前記コイルは軸方向の端部を前記ターボチャージャに向けて配置され、
前記コイルの軸方向の厚さは２ｍｍ以下である、請求項１に記載の運動検出装置。 The coil is arranged with its axial end facing the turbocharger,
The motion detection device according to claim 1, wherein the axial thickness of the coil is 2 mm or less. 前記コイルの抵抗値は３Ω以下である、請求項１又は２に記載の運動検出装置。   The motion detection device according to claim 1, wherein a resistance value of the coil is 3Ω or less.
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