JP5831689B2 - 回転角検出装置と方法 - Google Patents
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Description
支持体13は、コンプレッサ翼3aを有する回転体3を回転可能に支持する。支持体13の内部にはタービンハウジング11が取り付けられている。
振動センサ23は、支持体13に取り付けられている。振動センサ23は、回転体3が回転している時に支持体13に発生する振動(加速度)を検出する。
演算部25は、回転体3が回転駆動されている状態で、回転角検出装置40が検出した回転角と、振動センサ23が検出した振動とに基づいて、アンバランスデータを算出する。なお、回転体3は、タービン翼3bに高圧ガスを供給することで回転駆動される。高圧ガスは、タービンハウジング11内に形成された流路を通してタービン翼3bに供給される。
しかし、回転体3の回転速度が、40万rpmを超える場合には、後述の理由により、コンプレッサハウジングを回転機械に取り付けた状態でアンバランス計測を行う必要がある。この場合、回転角検出装置40(例えば回路基板45)が、コンプレッサハウジング内でコンプレッサ翼3aへ流れる吸入ガスの障害となったり、該ハウジングに干渉するため、磁気センサ41を磁化部3dに近接させることができない。従って、磁化部3dを利用して、回転角を検出することができなくなる。
前記回転機械には、コンプレッサ翼を収容するコンプレッサハウジングが設けられ、該コンプレッサハウジングは、回転体の軸方向に吸気穴を形成する内周壁を有し、該吸気穴は、前記コンプレッサハウジングの外部へ前記軸方向に開口して前記外部からのガスを前記コンプレッサ翼へ案内し、前記回転体は、コンプレッサ翼側端部にて磁化部を有し、該磁化部は、前記吸気穴内に磁場を発生させるようになっており、
前記吸気穴内において前記磁化部に対向する位置に配置され、前記磁場を検出し、検出した磁場に応じた信号を出力する磁気センサと、
該磁気センサを支持するセンサ支持部と、
前記磁気センサの出力信号に基づいて回転体の回転角信号を出力する回転角出力部と、を備え、
前記センサ支持部は、吸気穴内において、回転体の中心軸の仮想延長線上に配置され、この状態で、前記センサ支持部は、コンプレッサハウジングの前記内周壁との間において、コンプレッサハウジングの外部からコンプレッサ翼へ前記軸方向にガスが流れる流路を形成しており、該流路は、前記中心軸を回る周方向に延びている、ことを特徴とする回転角検出装置が提供される。
前記磁気センサは、前記センサ支持部における吸気穴内側の先端に取り付けられている。
吸気穴内に位置するセンサ支持部の部分は、前記軸方向と直交する平面による断面の面積が前記回転シャフトの断面積よりも小さい。
前記センサ支持部は、該回路基板が収容されたケーシングを有し、
前記センサ支持部を、吸気穴内において前記仮想延長線上に配置した場合に、前記回路基板は、当該延長線に沿って延びている。
前記回転機械には、コンプレッサ翼を収容するコンプレッサハウジングが設けられ、該コンプレッサハウジングは、回転体の軸方向に吸気穴を形成する内周壁を有し、該吸気穴は、前記コンプレッサハウジングの外部へ前記軸方向に開口して、前記外部からのガスを前記コンプレッサ翼へ案内し、前記回転体は、コンプレッサ翼側端部にて、前記吸気穴に対向する磁化部を有し、該磁化部は、前記吸気穴内に磁場を発生させるようになっており、
(A)センサ支持部を、吸気穴内において、回転体の中心軸の仮想延長線上に配置することにより、前記センサ支持部と、コンプレッサハウジングの前記内周壁との間において、コンプレッサハウジングの外部からコンプレッサ翼へ前記軸方向にガスを通す流路を、前記中心軸を回る周方向に延びるように形成し、
(B)その後、回転体を回転駆動した状態で、前記磁気センサにより前記磁場を検出し、検出した磁場に基づいて回転体の回転角信号を出力する、ことを特徴とする回転角検出方法が提供される。
回転角検出装置10は、コンプレッサ翼3aを有し回転機械30に設けられる回転体3の回転角を検出する装置である。
アンバランスデータ取得装置20は、回転角検出装置10を用いて回転体3のアンバランスデータを取得する装置である。アンバランスデータ取得装置20については、後述する。
コンプレッサハウジング9は、回転体3の軸方向(すなわち、回転体3の中心軸Cと平行な方向)に吸気穴9aを形成する内周壁9bを有する。該吸気穴9aは、コンプレッサハウジング9の外部へ前記軸方向に開口してコンプレッサ翼3aへ前記外部からのガスを案内する。
タービンハウジング11には、アンバランス計測時にタービン翼3bを回転駆動する流体を流す流路(スクロール)が形成されている。タービンハウジング11は、回転機械支持体13の内部に取り付けられる。タービン翼3bを駆動する流体をタービンハウジング11の前記流路へ供給でき、タービン翼3bを駆動した当該流体を、回転機械支持体13の排気穴13aを介して回転機械支持体13の外部へ排出できるように回転機械支持体13が構成されている。
センサ支持部17は、吸気穴9a内において、回転体3の中心軸Cの仮想延長線上に配置され、この状態で、センサ支持部17は、コンプレッサハウジング9の内周壁9bとの間において、コンプレッサハウジング9の外部からコンプレッサ翼3aへ軸方向にガスが流れる流路Pを形成しており、該流路Pは、後述する図3(C)の斜線部分であり、中心軸Cを回る周方向に延びている。この例では、該流路Pは、前記周方向に連続的に延びる環状流路である。
磁気センサ15は、センサ支持部17における吸気穴9a内側の先端に取り付けられている。なお、センサ支持部17は、上述のように棒状に延びる柱形状(例えば、円柱形状または角柱形状)を有していてよい。
回転角出力部19は、補正されたA相信号およびB相信号に基づいて回転体3の回転角度を演算する。A相信号とB相信号は、位相が90°ずれており、sin信号とcos信号として扱うことができる。A相信号とB相信号からsinθ、cosθ(θ:回転角)のデータを取得し、下記の(1)式により回転角θを算出する。
θ=tan−1(sinθ/cosθ) ・・・(1)
上述では、ケーシング支持体17bは、コンプレッサハウジング9の外部にて、ケーシング17aを支持したが、代わりに、図6の構成を有していてもよい。図6(A)は、図2の構成からケーシング支持体17bの構成のみを変更した場合を示す。図6(B)は、図6(A)のB−B矢視図である。
図6において、ケーシング支持体17bは、コンプレッサハウジング9の内周壁9bからケーシング17aまで中心軸Cに対する半径方向に延びて両者(内周壁9bとケーシング17a)を結合している。この場合、ケーシング支持体17bは、中心軸C周りの周方向に間隔をおいて複数設けられる。これにより、吸入ガスにほとんど干渉することなく、回転体3の回転角を検出することが可能となる。この例では、上述の流路Pは、中心軸Cを回る周方向において、ケーシング支持体17bの部分で途切れ、他の部分で連続するように断続的に延びている。
回転角検出装置10は、上述では、回転体3のアンバランスデータを取得するために回転体3の回転角を検出したが、回転体3の回転速度を検出するために、時間に対する、回転体3の回転角を検出するものであってもよい。
Claims (7)
- コンプレッサ翼を有し回転機械に設けられる回転体の回転角検出装置であって、
前記回転機械には、コンプレッサ翼を収容するコンプレッサハウジングが設けられ、該コンプレッサハウジングは、回転体の軸方向に吸気穴を形成する内周壁を有し、該吸気穴は、前記コンプレッサハウジングの外部へ前記軸方向に開口して前記外部からのガスを前記コンプレッサ翼へ案内し、前記回転体は、コンプレッサ翼側端部にて磁化部を有し、該磁化部は、前記吸気穴内に磁場を発生させるようになっており、
前記吸気穴内において前記軸方向に前記磁化部に対向する位置に配置され、前記磁場を検出し、検出した磁場に応じた信号を出力する磁気センサと、
該磁気センサを支持するセンサ支持部と、
前記磁気センサの出力信号に基づいて、前記回転体の回転角を示す回転体の回転角信号を出力する回転角出力部と、を備え、
前記センサ支持部は、吸気穴内において、回転体の中心軸の仮想延長線上に配置され、この状態で、前記センサ支持部は、コンプレッサハウジングの前記内周壁との間において、コンプレッサハウジングの外部からコンプレッサ翼へ前記軸方向にガスが流れる流路を形成しており、該流路は、前記中心軸を回る周方向に延びている、ことを特徴とする回転角検出装置。 - 前記センサ支持部は、前記軸方向に、吸気穴内から吸気穴外まで棒状に延びており、
前記磁気センサは、前記センサ支持部における吸気穴内側の先端に取り付けられている、ことを特徴とする請求項1に記載の回転角検出装置。 - 前記回転体は、前記軸方向における一端部に設けられた前記コンプレッサ翼と、前記軸方向における他端部に設けられたタービン翼と、前記一端部と前記他端部とを結合するように前記軸方向に延びる回転シャフトとを有し、
吸気穴内に位置するセンサ支持部の部分は、前記軸方向と直交する平面による断面の面積が前記回転シャフトの断面積よりも小さい、ことを特徴とする請求項1または2に記載の回転角検出装置。 - 前記磁気センサと回転角出力部が組み込まれた回路基板を備え、
前記センサ支持部は、該回路基板が収容されたケーシングを有し、
前記センサ支持部を、吸気穴内において前記仮想延長線上に配置した場合に、前記回路基板は、当該延長線に沿って延びている、ことを特徴とする請求項1、2または3に記載の回転角検出装置。 - 前記センサ支持部は、コンプレッサハウジングの外部にて、前記ケーシングを支持するケーシング支持体を有する、ことを特徴とする請求項4に記載の回転角検出装置。
- 前記センサ支持部は、コンプレッサハウジングの前記内周壁から前記ケーシングまで半径方向に延びて両者を結合しているケーシング支持体を有し、該ケーシング支持体は前記中心軸回りの周方向に間隔を置いて複数設けられている、ことを特徴とする請求項4に記載の回転角検出装置。
- コンプレッサ翼を有し回転機械に設けられる回転体の回転角検出方法であって、
前記回転機械には、コンプレッサ翼を収容するコンプレッサハウジングが設けられ、該コンプレッサハウジングは、回転体の軸方向に吸気穴を形成する内周壁を有し、該吸気穴は、前記コンプレッサハウジングの外部へ前記軸方向に開口して、前記外部からのガスを前記コンプレッサ翼へ案内し、前記回転体は、コンプレッサ翼側端部にて、前記吸気穴に対向する磁化部を有し、該磁化部は、前記吸気穴内に磁場を発生させるようになっており、
(A)センサ支持部を、吸気穴内において、回転体の中心軸の仮想延長線上に配置することにより、前記センサ支持部と、コンプレッサハウジングの前記内周壁との間において、コンプレッサハウジングの外部からコンプレッサ翼へ前記軸方向にガスを通す流路を、前記中心軸を回る周方向に延びるように形成し、
(B)その後、回転体を回転駆動した状態で、前記吸気穴内において前記軸方向に前記磁化部に対向する位置に配置された磁気センサにより前記磁場を検出し、検出した磁場に基づいて、前記回転体の回転角を示す回転体の回転角信号を出力する、ことを特徴とする回転角検出方法。
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