WO2007088763A1 - 振動計測装置 - Google Patents
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- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/11—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by inductive pick-up
Definitions
- the present invention relates to a vibration measuring device applied to an acceleration sensor or a vibration sensor, and more particularly to a technique for generating a signal having high output and SZN ratio by self-power generation when acceleration is loaded.
- a vibration measuring apparatus as described above, for example, as disclosed in Patent Document 1, a vibrator and a coil that also has a magnetic force are provided, and a magnetic force line of the vibrating vibrator is generated across the coil.
- Devices that detect acceleration and vibration by electric power are known. Such a vibration measurement device does not need to be constantly supplied with power, and therefore can be applied to a wide range of applications.
- Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-351793 (abstract)
- the present invention aims to increase the output and the SZN ratio by restricting the relative movement between the magnet and the coil to the optimum range, and to improve the accuracy and reliability of the vibration measuring device. .
- the vibration measuring apparatus of the present invention includes a magnet, a coil disposed around the magnet, and a support means for supporting the magnet or the coil so as to be relatively movable in the axial direction.
- the support means is substantially coincident with the axial center of the coil and the axial center of the magnet when the magnet or the coil is stationary. It is characterized by having it.
- FIG. 1 and FIG. Figure 1 shows the The axial center of the magnet and the axial center of the magnet meet each other.
- the magnet moves to the lower moving end shown in (B) and then returns to the position (A)
- the magnitude of the influence of the magnet's S and N poles on the coil is reversed during that time.
- the output is one cycle.
- the position of the magnet changes from (A) to (C) ⁇ (A)
- the output is one cycle. In this way, when the magnet vibrates for one cycle, an output of two cycles is obtained.
- the frequency twice as high as the input frequency can be output, the output and the SZN ratio can be improved.
- the support means is appropriately selected so that the magnet does not protrude the end face force of the coil. In such an embodiment, it is possible to obtain a larger output that strongly influences the magnetic flux of the magnet on the coil. In order to reliably obtain such an action, it is preferable to provide a regulating member that regulates the range of relative movement of the magnet and the coil.
- the present invention is not limited to the configuration in which the magnet vibrates with respect to the coil as shown in FIG. 3 (A). As shown in FIG. 3 (B), the coil vibrates with respect to the magnet.
- the structure to be included is included. In the former case, for example, if something that generates a magnetic force such as a magnet is placed in the vicinity of the vibration measuring device, it may be affected by the vibration of the magnet or the magnet may lose power. Such an inconvenience does not occur in the vibrating configuration.
- a plate panel, a coil panel, an air panel, or the like can be used as the support means for supporting the magnet or the coil.
- a magnet In a configuration in which a magnet is vibrated, it is also possible to arrange a magnet facing a repulsive pole with a vibrating magnet.
- the coil In the configuration in which the coil vibrates, the coil is supported on the apparatus main body by a panel, and the electromotive force generated by the coil can be taken out as an output by connecting the terminal of the coil to the panel.
- a flexible wiring in which a conductive metal is provided on a flexible resin or a wiring made of conductive resin can be connected to the coil.
- reference numeral 10 denotes a base constituting the lower part of the outline of the vibration measuring device.
- a disk-shaped magnetic shield 11 is bonded to the bottom of the base 10, and a guide ring 12 is bonded to the center of the upper surface of the magnetic shield 11.
- a coil 13 wound around a bobbin (not shown) is bonded to the outer periphery of the guide ring 12.
- reference numeral 15 denotes a support ring, and an upper end portion thereof is formed with a flange portion 15a that protrudes inward.
- Reference numeral 20 denotes a casing. The casing 20 and the base 10 completely cover the inside of the vibration measuring device.
- a magnetic shield 21 is bonded to the inner surface of the top portion of the casing 20, and a stopper 22 is bonded to the central portion of the magnetic shield 21.
- a ring-shaped bush 23 is disposed on the peripheral edge of the lower surface of the magnetic shield 21, and a diaphragm (support means) 24 is sandwiched between the bush 23 and the flange 15 a of the support ring 15.
- FIG. 4 is a plan view showing a state where the casing 20 and the bush 23 are removed from the vibration measuring device force shown in FIG.
- the diaphragm 24 also has a metal thin plate force, and a plurality (three in this embodiment) of grooves 25 are formed to function as a panel.
- the groove 25 extends from the portion near the outer periphery of the diaphragm 24 while bending in the circumferential direction toward the inner periphery, and stops just before going around the circumference.
- a spacer 27 is bonded to the central portion of the diaphragm 24, and a magnet 26 is bonded to the lower surface of the spacer 27 !.
- the center of the magnet 26 in the axial direction is aligned with the center of the coil 13 in the axial direction.
- the amplitude of vibration of the magnet 26 is restricted by the stopper 22 and the magnetic shield 11.
- the upper and lower end surfaces of the magnet 26 are restricted so that the upper and lower end surface forces of the coil 13 do not protrude.
- the guide ring 12 guides the magnet 26 and vibrates smoothly.
- the vibration measuring device is used for detecting vibration and acceleration of various devices.
- the magnet 26 vibrates up and down in FIG.
- the magnetic force 26 generated by the magnet 26 traverses the S coil 13, and an electromotive force is generated in the coil 13.
- This electromotive force has a frequency twice the frequency of the magnet 26, and the terminal force of the coil 13 is also taken out to the outside, and appropriate processing according to the output is performed.
- a usable acceleration range is set, which is a range in which vibration occurs so that the magnet 26 does not protrude the upper / lower end surface force of the coil 13. If the acceleration generates such vibrations, the coil 13 always outputs an accurate cosine wave having a frequency twice that of the input. Therefore, the accuracy and reliability of the vibration measurement device can be improved by increasing the output and SZN ratio. However, a large acceleration may be applied unintentionally, for example, by dropping a device incorporating a vibration measurement device.
- the amplitude of the vibration of the magnet 26 is restricted by the stopper 22 and the magnetic shield 11, so that the magnet 26 does not project the upper and lower end surface forces of the coil 13.
- the stopper 22 it is preferable to use a non-magnetic and resin-made buffer material.
- a cushioning material By using the stopper 22 as a cushioning material, it is possible to prevent the diaphragm 24 and the spacer 27 from being damaged when they collide with the stopper 22.
- a buffer material made of resin can also be used as the magnetic shield 11. Also for this magnetic shield, it is possible to prevent the magnet 26 from being damaged when it collides with the magnetic shield 11 by using a buffer material in the same manner as the stopper 22.
- reference numeral 30 denotes a base constituting the lower part of the outer shell of the vibration measuring device.
- a disk-shaped magnetic shield 31 is bonded to the bottom of the base 30, and Spacer 37a is glued to the center!
- a magnet 36 is bonded to the upper surface of the spacer 37a, and a spacer 37b is bonded to the upper surface of the magnet 36.
- a stopper 34 is bonded to the outer periphery of the upper surface of the magnetic shield 31.
- a diaphragm 38 is bonded to the upper end surface of the spacer 37b.
- the diaphragm 38 is a thin plate force in the form of a metal ring, and a plurality (three in this embodiment) of grooves 39 are formed to function as a panel.
- the groove 39 extends while being bent inward from the radially intermediate portion of the diaphragm 38 in the circumferential direction, and stops just before going around the circumference. By such a groove 39, the outer peripheral portion of the diaphragm 38 can be sandwiched vertically in FIG.
- a guide ring 32 whose axis is aligned with the axis of the magnet 36 is attached to the lower surface of the diaphragm 38, and a coil 33 wound around a bobbin (not shown) is bonded to the outer periphery of the guide ring 32.
- reference numeral 40 denotes a casing, and the casing 40 and the base 30 completely cover the inside of the vibration measuring device.
- a magnetic shield 41 is bonded to the inner surface of the top portion of the casing 40, and a stuno 42 is bonded to the peripheral surface of the lower surface of the magnetic shield 41.
- the center of the magnet 36 in the axial direction coincides with the center of the coil 33 in the axial direction.
- the amplitude of vibration of the magnet 36 is restricted by the stopper 42 and the magnetic shield 31.
- the upper and lower end surfaces of the magnet 36 are restricted so that the upper and lower end surface forces of the coil 33 do not protrude.
- the stopper 34 and the stopper 42 it is preferable to use a non-magnetic resin-made cushioning material. By using the stopper 34 and the stopper 42 as cushioning materials, it is possible to prevent the coil 33 from being damaged when it collides with the stopper 34 and the stopper 42.
- the coil 33 When vibration is applied to the vibration measuring device, the coil 33 vibrates up and down in FIG. As a result, the coil 33 traverses the magnetic flux generated by the magnet 36 and an electromotive force is generated in the coil 33. As for this electromotive force, the terminal force of the coil 33 is also extracted to the outside, and appropriate processing according to the output is performed. [0023] In the vibration measuring device, the operation and effect equivalent to those of the first embodiment are obtained, and since the coil 33 is vibrated, a magnet or the like is disposed in the vicinity of the vibration measuring device. Even if this is done, the vibration of the coil 33 is not affected and the vibration can be detected smoothly.
- the present invention can be applied to vibration detection of a device that generates vibration such as a washing machine, acceleration detection in a car navigation system or an airbag device, and the like.
- FIG. 1 is a diagram for explaining the operation of the present invention, and is a cross-sectional view showing a coil and a magnet.
- FIG. 2 is a graph for explaining the operation of the present invention, and is a graph showing the input acceleration to the apparatus and the output sensitivity from the coil.
- FIG. 3A is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention in which a magnet is vibrated
- FIG. 3B is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention in which a coil is vibrated.
- FIG. 4 is a plan view showing the vibration measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a sectional view showing the vibration measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 6 is an exploded perspective view showing the vibration measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 7 is a plan view showing a vibration measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.
- FIG. 8 is a cross-sectional view showing a vibration measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.
- FIG. 9 is an exploded perspective view showing a vibration measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.
Landscapes
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Abstract
本発明の振動計測装置は、磁石と該磁石の周囲に配置されたコイルと、磁石またはコイルを軸線方向へ相対的に移動自在に支持する支持手段とを備え、磁石またはコイルが軸線方向に相対的に移動することでコイルに起電力を発生させる振動計測装置において、支持手段は、磁石またはコイルの静止状態で、コイルの軸線方向中心と磁石の軸線方向中心とをほぼ一致させることを特徴としている。磁石とコイルとの相対移動を最適な範囲に規制することにより、出力およびS/N比を大きくすることができ、振動計測装置の精度と信頼性を向上させる。
Description
明 細 書
振動計測装置
技術分野
[0001] 本発明は、加速度センサや振動センサに適用される振動計測装置に係り、特に、 加速度が負荷されたときに自己発電して出力と SZN比の高い信号を発生する技術 に関する。
背景技術
[0002] 上記のような振動計測装置としては、例えば特許文献 1に開示されているように、磁 石力もなる振動子とコイルを備え、振動する振動子の磁力線がコイルを横切って生じ る起電力により加速度な 、し振動を検出する装置が知られて 、る。このような振動計 測装置では、電源を常時供給している必要が無いため、極めて広範な用途に適用 することができる。
[0003] 特許文献 1 :特開 2005— 351793号公報(要約書)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] し力しながら、特許文献 1に記載されている技術では、磁石の他の極による逆方向 の起電力が発生して出力が小さくなつたり、また、出力の波形が乱れて SZN比が低 下するという問題があった。したがって、本発明は、磁石とコイルとの相対移動を最適 な範囲に規制することにより、出力および SZN比を大きくすることができ、振動計測 装置の精度と信頼性を向上させることを目的としている。
課題を解決するための手段
[0005] 本発明の振動計測装置は、磁石と該磁石の周囲に配置されたコイルと、磁石また はコイルを軸線方向へ相対的に移動自在に支持する支持手段とを備え、磁石または コイルが軸線方向に相対的に移動することでコイルに起電力を発生させる振動計測 装置において、支持手段は、磁石またはコイルの静止状態で、コイルの軸線方向中 心と磁石の軸線方向中心とをほぼ一致させることを特徴として 、る。
[0006] 図 1および図 2を参照して本発明の作用を説明する。図 1 (A)は、静止状態でコィ
ルの軸線方向中心と磁石の軸線方向中心とがー致して 、る状態を示して 、る。この 状態で磁石が (B)に示す下方の移動端まで移動し、次いで (A)の位置に戻ったとす ると、その間に磁石の S極と N極がコイルに与える影響の大きさが反転し、出力は 1周 期となる。同様に、磁石の位置が (A)→(C)→(A)と変化しても出力は 1周期となる。 このように、磁石が 1周期振動すると、 2周期の出力が得られる。つまり、本発明では、 入力周波数に対して 2倍の周波数を出力することができるので、出力および SZN比 を向上させることができる。
[0007] ここで、磁石の一部または全部がコイルの内部から出た状態では磁束密度が小さく 、大きな出力を得ることができない。そこで、支持手段を適宜選定することにより、磁 石がコイルの端面力も突出しないようにすると好適である。このような態様では、磁石 の磁束のコイルに与える影響が強ぐさらに大きな出力を得ることができる。また、そ のような作用を確実に得るために、磁石およびコイルの相対的移動の範囲を規制す る規制部材を備えると好適である。
[0008] 本発明は、図 3 (A)に示すように、コイルに対して磁石が振動する構成に限定され るものではなぐ図 3 (B)に示すように、磁石に対してコイルが振動する構成を含む。 前者の場合には、例えば振動計測装置の近傍に磁石などの磁力を発するものが配 置されると、磁石の振動に影響を受けたり磁石が動力なくなってしまうことが考えられ るが、コイルが振動する構成ではそのような不都合は生じない。
[0009] 磁石またはコイルを支持する支持手段としては板パネやコイルパネ、空気パネなど を用いることができる。磁石を振動させる構成では、振動する磁石と反発する極を向 けた磁石を配置することもできる。コイルが振動する構成では、コイルをパネによって 装置本体に支持し、コイルの端子をパネに接続してコイルが発生する起電力を出力 として取り出すことができる。あるいは、柔軟性のある樹脂に導電性金属を設けたフレ キシブル配線や導電性榭脂からなる配線をコイルに接続することもできる。
発明の効果
[0010] 本発明によれば、入力周波数に対して 2倍の周波数を出力することができるので、 出力および SZN比を大きくすることができ、振動計測装置の精度と信頼性を向上さ せることができる。
発明を実施するための最良の形態
[0011] 1.第 1実施形態
(1)振動計測装置の構成
図 4〜図 6を参照して本発明の第 1実施形態を説明する。図 5において符号 10は振 動計測装置の外郭の下部を構成するベースである。ベース 10の底部には、円板状 をなす磁気シールド 11が接着され、磁気シールド 11の上面中央にはガイドリング 12 が接着されている。ガイドリング 12の外周には、ボビン(図示略)に卷回されたコイル 1 3が接着されている。
[0012] 図において符号 15は支持リングであり、その上端部には、内側へ向けて突出する 鍔部 15aが形成されている。また、符号 20はケーシングであり、ケーシング 20とべ一 ス 10により、振動計測装置の内部を完全に覆っている。ケーシング 20の頂部内面に は、磁気シールド 21が接着され、磁気シールド 21の中央部には、ストッパ 22が接着 されている。磁気シールド 21の下面周縁部にはリング状をなすブッシュ 23が配置さ れ、このブッシュ 23と支持リング 15の鍔部 15aによりダイヤフラム (支持手段) 24が挟 持されている。
[0013] 図 4は図 5に示す振動計測装置力もケーシング 20およびブッシュ 23を取り外した状 態を示す平面図である。ダイヤフラム 24は金属製の薄板力もなり、複数 (この実施形 態では 3つ)の溝 25が形成されてパネとしての機能を奏する。溝 25は、ダイヤフラム 2 4の外周寄りの部分から円周方向へ内周側へ屈曲しながら延在し、円周を一周する 手前で止まっている。このような溝 25により、ダイヤフラム 24の中央部は、図 5におい て上下方向に橈むことができる。そして、ダイヤフラム 24の中央部には、スぺーサ 27 が接着され、スぺーサ 27の下面には磁石 26が接着されて!、る。
[0014] 図 5に示すように、磁石 26の軸線方向の中心は、コイル 13の軸線方向中心と一致 させられて 、る。磁石 26の振動の振幅はストッパ 22と磁気シールド 11により規制され 、この実施形態では、磁石 26の上下端面がコイル 13の上下端面力も突出しないよう に規制されている。なお、ガイドリング 12は、磁石 26をガイドして円滑に振動させる。
[0015] (2)振動計測装置の動作
次に、上記構成の振動計測装置の動作について説明する。
振動計測装置は、各種装置の振動や加速度の検出に用いられる。振動計測装置 に振動が加えられると、磁石 26が図 5において上下に振動する。これにより、磁石 26 が発生する磁束力 Sコイル 13を横切り、コイル 13に起電力が発生する。この起電力は 、磁石 26の周波数の 2倍の周波数を有し、コイル 13の端子力も外部に取り出されて 出力に応じた適宜な処理が行われる。
[0016] 上記振動計測装置では、使用可能な加速度の範囲が設定され、それは磁石 26が コイル 13の上下端面力も突出しないように振動が生じる範囲である。そのような振動 が生じる加速度であれば、コイル 13からは入力の 2倍の周波数の正確な余弦波が常 に出力される。したがって、出力と SZN比を大きくして振動計測装置の精度と信頼 性を向上させることができる。しかしながら、振動計測装置が組み込まれた装置を落 下させるなど、意図せず大きな加速度を加わえてしまうことがある。この点、上記実施 形態では、磁石 26の振動の振幅がストッパ 22と磁気シールド 11により規制されて ヽ るため、磁石 26がコイル 13の上下端面力も突出することがない。この場合において、 磁石 26がストッパ 22および磁気シールド 11に衝突した際に出力の波形に歪みが生 じるが、磁石 26がコイル 13の上下端面力も突出したときような出力の低下は生じない 。したがって、コイル 13からは余弦波に近似した起電力が出力される。
[0017] ストッパ 22としては、非磁性で榭脂製の緩衝材を用いることが好ま 、。ストッパ 22 を緩衝材とすることで、ダイヤフラム 24ゃスぺーサ 27がストッパ 22に衝突した際に破 損するのを防止することができる。また、磁気シールド 11としても榭脂製の緩衝材を 用いることができる。この磁気シールドについても、ストッパ 22と同様に緩衝材とする ことで、磁石 26が磁気シールド 11に衝突した際に破損するのを防止することができ る。
[0018] 2.第 2実施形態
(1)振動計測装置の構成
次に、図 7〜図 9を参照して本発明の第 2実施形態について説明する。第 2実施形 態は、コイルを振動させるように構成した点で前記第 1実施形態と異なっている。図 8 にお 、て符号 30は振動計測装置の外郭の下部を構成するベースである。ベース 30 の底部には、円板状をなす磁気シールド 31が接着され、磁気シールド 31の上面中
央にはスぺーサ 37aが接着されて!、る。スぺーサ 37aの上面には磁石 36が接着され 、磁石 36の上面にはスぺーサ 37bが接着されている。また、磁気シールド 31の上面 外周部には、ストッパ 34が接着されている。
[0019] スぺーサ 37bの上端面にはダイヤフラム 38が接着されている。ダイヤフラム 38は金 属製のリング状をなす薄板力 なり、複数 (この実施形態では 3つ)の溝 39が形成さ れてパネとしての機能を奏する。溝 39は、ダイヤフラム 38の半径方向中間部から円 周方向へ内周側へ屈曲しながら延在し、円周を一周する手前で止まっている。このよ うな溝 39により、ダイヤフラム 38の外周部は、図 8において上下方向に橈むことがで きる。
[0020] ダイヤフラム 38の下面には、軸線を磁石 36の軸線と一致させたガイドリング 32が接 着され、ガイドリング 32の外周には、ボビン(図示略)に卷回されたコイル 33が接着さ れている。図において符号 40はケーシングであり、ケーシング 40とベース 30により、 振動計測装置の内部を完全に覆っている。ケーシング 40の頂部内面には、磁気シ 一ルド 41が接着され、磁気シールド 41の下面周縁部には、ストッノ 42が接着されて いる。
[0021] 図 8に示すように、磁石 36の軸線方向の中心は、コイル 33の軸線方向中心と一致 させられている。磁石 36の振動の振幅はストッパ 42と磁気シールド 31により規制され 、この実施形態では、磁石 36の上下端面がコイル 33の上下端面力も突出しないよう に規制されている。これらストッパ 34およびストッパ 42としては、非磁性で榭脂製の緩 衝材を用いることが好ましい。ストッパ 34およびストッパ 42を緩衝材とすることで、コィ ル 33がストッパ 34およびストッパ 42に衝突した際に破損するのを防止することができ る。
[0022] (2)振動計測装置の動作
次に、上記構成の振動計測装置の動作について説明する。
振動計測装置に振動が加えられると、コイル 33が図 8において上下に振動する。こ れにより、磁石 36が発生する磁束をコイル 33が横切り、コイル 33に起電力が発生す る。この起電力は、コイル 33の端子力も外部に取り出され、出力に応じた適宜な処理 が行われる。
[0023] 上記振動計測装置においては、前記第 1実施形態と同等の作用、効果を奏するこ とは勿論のこと、コイル 33を振動させる構成であるから、振動計測装置の近傍に磁石 などが配置されてもコイル 33の振動には影響を受けず、円滑に振動を検出すること ができる。
産業上の利用可能性
[0024] 本発明は、洗濯機などの振動を発生する装置の振動検出や、カーナビゲーシヨン システムやエアバッグ装置における加速度検出などに適用することができる。
図面の簡単な説明
[0025] [図 1]本発明の作用を説明するための図であって、コイルと磁石を示す断面図である
[図 2]本発明の作用を説明するための図であって、本装置への入力加速度とコイルか らの出力感度を示すグラフである。
[図 3] (A)は磁石を振動させる本発明の形態を示す断面図、 (B)はコイルを振動させ る本発明の形態を示す断面図である。
圆 4]本発明の第 1実施形態の振動計測装置を示す平面図である。
[図 5]本発明の第 1実施形態の振動計測装置を示す断面図である。
[図 6]本発明の第 1実施形態の振動計測装置を示す分解斜視図である。
[図 7]本発明の第 2実施形態の振動計測装置を示す平面図である。
[図 8]本発明の第 2実施形態の振動計測装置を示す断面図である。
[図 9]本発明の第 2実施形態の振動計測装置を示す分解斜視図である。
符号の説明
[0026] 11· ··磁気シールド (規制部材)、 13· ··コイル、 22· ··ストツバ (規制部材)、 24· ··ダ ィャフラム (支持手段)、 26…磁石。
Claims
[1] 磁石と該磁石の周囲に配置されたコイルと、前記磁石またはコイルを軸線方向へ相 対的に移動自在に支持する支持手段とを備え、前記磁石またはコイルが軸線方向に 相対的に移動することで前記コイルに起電力を発生させる振動計測装置において、 前記支持手段は、前記磁石またはコイルの静止状態で、前記コイルの軸線方向中心 と前記磁石の軸線方向中心とをほぼ一致させることを特徴とする振動計測装置。
[2] 前記磁石およびコイルの相対的移動の範囲を規制する規制部材を備え、この規制 部材は、前記磁石が前記コイルの端面力 突出しな 、ように前記磁石またはコイル の相対的な移動を規制することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の振動計測装 置。
[3] 前記磁石は装置本体に固定され、前記コイルは前記支持手段によって軸線方向に 移動自在に支持されていることを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項に記載の 振動計測装置。
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