特許 6019433 ２方向Ｈコイル間角度計測方法及び２方向Ｈコイル間角度計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6019433

(24)【登録日】2016年10月14日

(45)【発行日】2016年11月2日

(54)【発明の名称】２方向Ｈコイル間角度計測方法及び２方向Ｈコイル間角度計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/02 20060101AFI20161020BHJP

   G01R 35/00 20060101ALI20161020BHJP

【ＦＩ】

   G01R33/02 X

   G01R35/00 M

【請求項の数】3

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2015-28605(P2015-28605)

(22)【出願日】2015年2月17日

(65)【公開番号】特開2016-151465(P2016-151465A)

(43)【公開日】2016年8月22日

【審査請求日】2015年4月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】591224788

【氏名又は名称】大分県

(73)【特許権者】

【識別番号】593030897

【氏名又は名称】株式会社戸▲高▼製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100114661

【弁理士】

【氏名又は名称】内野 美洋

(72)【発明者】

【氏名】城門 由人

(72)【発明者】

【氏名】沓掛 暁史

(72)【発明者】

【氏名】水江 宏

(72)【発明者】

【氏名】吉武 益美

(72)【発明者】

【氏名】石川 猛久

【審査官】 續山 浩二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１９０７４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２０６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２１４９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３３３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−３２７３１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０６８２５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１９４６３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ３３／０２

Ｇ０１Ｒ ３５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２方向のＨコイルを有する磁気センサの２つのＨコイルの計測軸が成す角度を計測する２方向Ｈコイル間角度計測方法において、
ソレノイドコイルの内部に磁気センサを回転可能に載置するとともに、ソレノイドコイルの外部から挿通させた２本の平行な非磁性・非導電性のロッドを磁気センサの回転に伴って進退可能とし、一方のＨコイルを回転させてそのＨコイルについてソレノイドコイルによる誘起電圧が最大となる角度を２本のロッドの変位差から求めた後に、他方のＨコイルを回転させてそのＨコイルについてソレノイドコイルによる誘起電圧が最大となる角度を２本のロッドの変位差から求めることで磁気センサの２つのＨコイルの計測軸が成す角度を計測することを特徴とする２方向Ｈコイル間角度計測方法。

【請求項2】

前記一方のＨコイルの角度を求めた後であって、前記他方のＨコイルの角度を求める前に、前記磁気センサを所定角度だけ強制的に回転させることを特徴とする請求項１に記載の２方向Ｈコイル間角度計測方法。

【請求項3】

２方向のＨコイルを有する磁気センサの２つのＨコイルの計測軸が成す角度を計測する２方向Ｈコイル間角度計測装置において、
ソレノイドコイルの内部に磁気センサが回転可能に載置されるとともに、ソレノイドコイルの外部から２本の平行な非磁性・非導電性のロッドが磁気センサの回転に伴って進退可能に挿通されており、各Ｈコイルを回転させて各Ｈコイルについてソレノイドコイルによる誘起電圧が最大となる角度を前記２本のロッドの変位差から求めることで磁気センサの２つのＨコイルの計測軸が成す角度を計測できるように構成したことを特徴とする２方向Ｈコイル間角度計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２方向のＨコイルを有する磁気センサの２つのＨコイルの計測軸が成す角度を計測する２方向Ｈコイル間角度計測方法及び２方向Ｈコイル間角度計測装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、発電機や変圧器やモーターなどの電磁機器が広く利用されている。これら電磁機器の開発や改良においては、鉄心などに用いられている電磁鋼板の磁気特性を評価し改善することが重要である。

【0003】

近年では、鉄心等の電磁鋼板の磁気特性を測定する方法として、２次元ベクトル磁気特性測定方法が開発されている（たとえば、非特許文献１参照。）。この２次元ベクトル磁気特性測定方法においては、直交させた２方向のＨコイルを有する２次元ベクトル磁気センサを用いて電磁鋼板の２次元ベクトル磁気特性を測定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【非特許文献1】相原茂・下地広泰・戸高孝・榎園正人、「2.5mm×2.5mmサイズ２次元ベクトル磁気センサの精度評価と方向性電磁鋼板を用いた磁気回路モデルの磁気特性分布」、IEEJ Trans.FM,Vol.132,No.11,2012,pp1053-1060

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記２次元ベクトル磁気特性測定方法で用いられる２次元ベクトル磁気センサには、磁界を計測するためのＨコイルが直交する２方向に向けて設けられている。この２方向に向けられた２つのＨコイルの計測軸が成す角度が正確に直角であれば、精度良く２次元ベクトル磁気特性を測定することができる。

【0006】

しかしながら、２方向に向けられた２つのＨコイルは、２次元ベクトル磁気センサの個体差によって、計測軸を正確に直交させることが困難である。

【0007】

そのため、製造された２次元ベクトル磁気センサについて、２方向に向けられた２つのＨコイルの計測軸が成す角度を計測し、その角度に応じて２次元ベクトル磁気特性の測定時に補正を行うなどの処理が必要となる。

【0008】

本発明では、上記課題に鑑み、２つのＨコイルの計測軸が成す角度を計測する２方向Ｈコイル間角度計測方法及びその計測方法を実行する２方向Ｈコイル間角度計測装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

すなわち、請求項１に係る本発明では、２方向のＨコイルを有する磁気センサの２つのＨコイルの計測軸が成す角度を計測する２方向Ｈコイル間角度計測方法において、ソレノイドコイルの内部に磁気センサを回転可能に載置するとともに、ソレノイドコイルの外部から挿通させた２本の平行な非磁性・非導電性のロッドを磁気センサの回転に伴って進退可能とし、一方のＨコイルを回転させてそのＨコイルについてソレノイドコイルによる誘起電圧が最大となる角度を２本のロッドの変位差から求めた後に、他方のＨコイルを回転させてそのＨコイルについてソレノイドコイルによる誘起電圧が最大となる角度を２本のロッドの変位差から求めることで磁気センサの２つのＨコイルの計測軸が成す角度を計測することにした。

【0010】

また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記一方のＨコイルの角度を求めた後であって、前記他方のＨコイルの角度を求める前に、前記磁気センサを所定角度だけ強制的に回転させることにした。

【0011】

また、請求項３に係る本発明では、２方向のＨコイルを有する磁気センサの２つのＨコイルの計測軸が成す角度を計測する２方向Ｈコイル間角度計測装置において、ソレノイドコイルの内部に磁気センサが回転可能に載置されるとともに、ソレノイドコイルの外部から２本の平行な非磁性・非導電性のロッドが磁気センサの回転に伴って進退可能に挿通されており、各Ｈコイルを回転させて各Ｈコイルについてソレノイドコイルによる誘起電圧が最大となる角度を前記２本のロッドの変位差から求めることで磁気センサの２つのＨコイルの計測軸が成す角度を計測できるように構成することにした。

【発明の効果】

【0012】

そして、本発明では、以下に記載する効果を奏する。

【0013】

すなわち、本発明では、ソレノイドコイルの内部に磁気センサを回転可能に載置するとともに、ソレノイドコイルの外部から２本の平行な非磁性・非導電性のロッドを磁気センサの回転に伴って進退可能に挿通し、各Ｈコイルを回転させて各Ｈコイルについてソレノイドコイルによる誘起電圧が最大となる角度を２本のロッドの変位差から求めることによって、磁気センサの２つのＨコイルの計測軸が成す角度を計測しているために、磁気センサに設けられた２方向のＨコイルの計測軸が成す角度を精度良く計測することができる。

【0014】

特に、各Ｈコイルの角度を求める間に（一方のＨコイルの角度を求めた後であって、他方のＨコイルの角度を求める前に）、磁気センサを所定角度強制的に回転させた場合には、計測に要する時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明に係る２方向Ｈコイル間角度計測装置を示す説明図。

【図2】本発明に係る２方向Ｈコイル間角度計測方法を示す説明図。

【図3】本発明に係る２方向Ｈコイル間角度計測方法を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、本発明に係る２方向Ｈコイル間角度計測装置及び同装置を用いた２方向Ｈコイル間角度計測方法の具体的な構成について図面を参照しながら説明する。

【0017】

図１に示すように、２方向Ｈコイル間角度計測装置（以下、計測装置１という。）は、２つの異なる方向に計測軸を向けたＨコイル2,3を有する磁気センサ４を被測定対象物とし、磁気センサ４の２つのＨコイル2,3の計測軸が成す角度αを計測する装置である。

【0018】

この計測装置１は、被測定対象物（磁気センサ４）に対して十分に長いソレノイドコイル５の内部（好ましくは中央部）に回転台６を配置するとともに、ソレノイドコイル５の外部から内部に２本のロッド7,8を挿通させている。

【0019】

被測定対象物となる磁気センサ４としては、たとえば株式会社ブライテック社製の２次元ベクトル磁気センサなどがある。磁気センサ４によっては、２つのＨコイル2,3の計測軸が成す角度αを基準角度θ（たとえば、９０度）と公差角度δθとでθ±δθと規定して製造・販売される。この磁気センサ４には、各Ｈコイル2,3に公知の電圧計が接続されており、各Ｈコイル2,3の誘起電圧を計測できるようになっている。なお、各Ｈコイル2,3は、それぞれの計測軸に沿って巻回されている。

【0020】

ソレノイドコイル５は、伸延方向（図１の左右方向）を軸方向として巻回されており、通電によって発生する内部の磁束の方向を伸延方向と一致させている。このソレノイドコイル５には、通電回路９が接続されている。この通電回路９によってソレノイドコイル５に所定電圧、所定電流を通電させることができる。

【0021】

回転台６は、外周に垂直な平面状の基準面10〜13を形成している。なお、各基準面10〜13は、被測定対象物となる磁気センサ４が有する２つのＨコイル2,3の計測軸が成す大凡の角度（たとえば、前記基準角度θ）で交差させている。この回転台６には、被測定対象物である磁気センサ４が載置される。また、回転台６には、駆動回路14が接続されている。この駆動回路14によって回転台６及び回転台６の上部に載置した磁気センサ４を所定角度単位で回転させることができる。

【0022】

２本のロッド7,8は、セラミックスや樹脂などの非磁性かつ非導電性を有する素材からなり、ソレノイドコイル５の内部において伸延方向に沿って進退移動可能な状態で平行に配置されている。２本のロッド7,8は、先鋭状の先端部を回転台６のいずれかの基準面10〜13に点接触状に当接させ、基端部に公知の接触式変位センサのセンシングロッド15,16を当接させている。これにより、２本のロッド7,8は、回転台６の回転に伴ってそれぞれ伸延方向に進退移動するようになっている。各ロッド7,8の進退移動量（伸延方向の変位）は、各ロッド7,8の進退移動に追従するセンシングロッド15,16によって接触式変位センサで計測することができる。

【0023】

一定のロッド間距離だけ離れて平行に配置された２本のロッド7,8の変位差が計測できれば、ロッド7,8が進退移動する前後における回転台６（基準面10〜13）及び回転台６に載置された磁気センサ４（Ｈコイル2,3）の回転角度を算出することができる。

【0024】

たとえば、図２に示すように、回転台６を回転させた時に、ロッド７の変位量がS1、ロッド８の変位量がS2だとすると、ロッド間距離をＬとすると、回転角度δは、
ｔａｎδ＝（S1＋S2）／Ｌ
で算出することができる。

【0025】

なお、図２では、回転台６の回転によって回転中心がずれない場合について説明しているが、図３に示すように、回転台６の回転によって回転中心がずれる場合であっても、そのずれが２本のロッド7,8の変位差で相殺され、上記式を用いて回転角度δを算出することができる。

【0026】

計測装置１は、以上に説明したように構成している。なお、上記電圧計や通電回路９や駆動回路14や接触式変位センサなどをコンピュータ等の制御装置に接続した構成としてもよい。

【0027】

次に、上記計測装置１を用いて磁気センサ４の２つのＨコイル2,3の計測軸が成す角度を計測する方法（２方向Ｈコイル間角度計測方法）について説明する。

【0028】

まず、回転台６の上部に磁気センサ４を回転台６の回転に伴って回転するように載置（固定）する。

【0029】

その後、磁気センサ４の一方のＨコイル２の計測軸がソレノイドコイル５の軸方向と概ね一致させた状態とし、回転台６の基準面10に２本のロッド7,8を当接させる。この時の回転台６の回転量を第１の基準角度（たとえば、０度）とし、各ロッド7,8の変位量を第１の基準値（たとえば、０）とする。

【0030】

その後、通電回路９によってソレノイドコイル５に通電し、Ｈコイル２に接続した電圧計でソレノイドコイル５によるＨコイル２の誘起電圧を計測しながら、駆動回路14によって回転台６を所定の角度範囲（たとえば、±10度）で所定の単位角度毎に回転させる。その際には、回転台６の回転に伴って２本のロッド7,8が変位する。また、２本のロッド7,8がそれぞれ変位しても、２本のロッド7,8が非磁性・非導電性を有するために、ソレノイドコイル５の内部の磁束に影響を及ぼすことはない。

【0031】

そして、Ｈコイル２の誘起電圧が最大となる角度で回転台６を停止し、各ロッド7,8の変位量（第１の基準値との差）を計測する。なお、Ｈコイル２の誘起電圧が最大となる状態ではＨコイル２の計測軸がソレノイドコイル５の軸方向と一致する。

【0032】

このようにして２本のロッド7,8の変位量が計測されると、その変位量の差（変位差）とロッド間距離から回転台６（磁気センサ４のＨコイル２）の回転角度（第１の基準角度からの回転角度：第１の角度）を算出することができる。

【0033】

その後、駆動回路14によって回転台６を所定角度（たとえば、磁気センサ４の基準角度θ）だけ強制的に回転させる。これにより、磁気センサ４の他方のＨコイル３の計測軸をソレノイドコイル５の軸方向と概ね一致させた状態とすることができ、計測に要する時間を短縮することができる。なお、上記所定角度は、予め正確に測定した回転台６の基準面10〜13の隣り合う角度（たとえば、基準面10と基準面11とが成す交差角度）としてもよい。

【0034】

その後、回転台６の基準面11に２本のロッド7,8を当接させる。この時の回転台６の回転量を第２の基準角度（強制的に回転させた所定角度、たとえばθ）とし、各ロッド7,8の変位量を第２の基準値（たとえば、０）とする。

【0035】

その後、通電回路９によってソレノイドコイル５に通電し、Ｈコイル３に接続した電圧計でソレノイドコイル５によるＨコイル３の誘起電圧を計測しながら、駆動回路14によって回転台６を所定の角度範囲（たとえば、±10度）で所定の単位角度毎に回転させる。その際には、回転台６の回転に伴って２本のロッド7,8が変位する。また、２本のロッド7,8がそれぞれ変位しても、２本のロッド7,8が非磁性・非導電性を有するために、ソレノイドコイル５の内部の磁束に影響を及ぼすことはない。

【0036】

そして、Ｈコイル３の誘起電圧が最大となる角度で回転台６を停止し、各ロッド7,8の変位量（第２の基準値との差）を計測する。なお、Ｈコイル３の誘起電圧が最大となる状態ではＨコイル３の計測軸がソレノイドコイル５の軸方向と一致する。

【0037】

このようにして２本のロッド7,8の変位量が計測されると、その変位量の差（変位差）とロッド間距離から回転台６（磁気センサ４のＨコイル３）の回転角度（第２の基準角度からの回転角度：第２の角度）を算出することができる。

【0038】

一方のＨコイル２の誘起電圧が最大となる角度（第１の角度）と他方のＨコイル３の誘起電圧が最大となる角度（第２の角度）が算出されれば、第１及び第２の基準角度に基づいて、２つのＨコイル2,3の計測軸が成す角度を算出することができる。

【0039】

以上に説明したように、上記２方向Ｈコイル間角度計測装置及び同装置を用いた２方向Ｈコイル間角度計測方法では、ソレノイドコイル５の内部に磁気センサ４を回転可能に載置するとともに、ソレノイドコイル５の外部から２本の平行な非磁性・非導電性のロッド7,8を磁気センサ４の回転に伴って進退可能に挿通し、各Ｈコイル2,3を回転させて各Ｈコイル2,3についてソレノイドコイル５による誘起電圧が最大となる角度を２本のロッド7,8の変位差から求めることによって、磁気センサ４の２つのＨコイル2,3の計測軸が成す角度を計測している。これにより、磁気センサ４に設けられた２方向のＨコイル2,3の計測軸が成す角度を精度良く計測することができる。

【符号の説明】

【0040】

１ 計測装置（２方向Ｈコイル間角度計測装置） 2,3 Ｈコイル
４ 磁気センサ（被測定対象物） ５ ソレノイドコイル
６ 回転台 7,8 ロッド
９ 通電回路 10〜13 基準面
14 駆動回路 15,16 センシングロッド

【図1】

【図2】

【図3】