特開 2023-56315 磁気センサ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023056315

(43)【公開日】2023-04-19

(54)【発明の名称】磁気センサ装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/02 20060101AFI20230412BHJP

   H02K 11/215 20160101ALI20230412BHJP

【ＦＩ】

G01R33/02 V

H02K11/215

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021165601

(22)【出願日】2021-10-07

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】牧 晃司

【テーマコード（参考）】

2G017

5H611

【Ｆターム（参考）】

2G017AA01

2G017AC07

2G017AD00

2G017CB01

2G017CB10

2G017CB20

5H611AA01

5H611BB01

5H611PP05

5H611QQ00

5H611QQ01

5H611QQ03

5H611RR02

5H611TT01

5H611UA04

5H611UB01

(57)【要約】

【課題】筐体から外部に漏洩する漏洩磁界が増加させられ、磁気センサの検出感度が増大できる磁気センサ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】磁気センサ装置（１０）は、回転機を組み込んだ機器の筐体（８）からの運転中の漏洩磁界（ＲＧ）を計測し、回転機の運転状態を現すパラメータを抽出する。磁気センサ装置（１０）は、筐体（８）からの運転中の漏洩磁界（ＲＧ）を検出する磁気センサ（４）と、筐体（８）の表面に近接させて筐体（８）を周方向磁界（ＳＧ）によって磁気飽和させる永久磁石（７ａ、７ｂ）と、永久磁石（７ａ、７ｂ）の磁束（Ｇ１）が磁気センサ（４）に入射することを抑制する軟磁性体ヨーク（６）と、を備える。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転機又は前記回転機を組み込んだ機器の筐体からの運転中の漏洩磁界を計測し、前記回転機の運転状態を現すパラメータを抽出する磁気センサ装置であって、
前記筐体からの運転中の漏洩磁界を検出する磁気センサと、
前記筐体の表面に近接させて前記筐体を周方向磁界によって磁気飽和させる永久磁石と、
前記永久磁石の磁束が前記磁気センサに入射することを抑制する軟磁性体ヨークと、
を備える
磁気センサ装置。

【請求項2】

請求項１に記載の磁気センサ装置であって、
前記永久磁石は、着磁の向きが互いに逆である２個又は１個における２箇所の部位を、周方向に一定間隔離間させて配置されている
磁気センサ装置。

【請求項3】

請求項２に記載の磁気センサ装置であって、
前記軟磁性体ヨークは、前記磁気センサを中心として前記磁気センサよりも軸方向及び周方向において長く、
前記永久磁石は、着磁の向きが互いに逆である２個又は１個における２箇所の部位を、前記磁気センサの周方向における長さ以上の距離を離して配置されている
磁気センサ装置。

【請求項4】

請求項１に記載の磁気センサ装置であって、
前記筐体は、軟磁性体によって構成されている
磁気センサ装置。

【請求項5】

請求項４に記載の磁気センサ装置であって、
前記永久磁石は、前記筐体の表面に吸着している
磁気センサ装置。

【請求項6】

請求項１に記載の磁気センサ装置であって、
前記軟磁性体ヨークは、前記筐体の曲率に合わせて湾曲している
磁気センサ装置。

【請求項7】

請求項１に記載の磁気センサ装置であって、
前記磁気センサが検出した漏洩磁界から直流成分を除去する直流成分除去部を備える
磁気センサ装置。

【請求項8】

請求項１に記載の磁気センサ装置であって、
前記磁気センサが検出した漏洩磁界から前記回転機の回転角度位置、回転角速度、回転角加速度又は出力の少なくともいずれか１つを抽出する回転機情報抽出部を備える
磁気センサ装置。

【請求項9】

請求項１に記載の磁気センサ装置であって、
前記軟磁性体ヨークは、前記筐体の方向に凹ませた凹部を有し、
前記磁気センサは、前記凹部に配置されている 磁気センサ装置。

【請求項10】

請求項１に記載の磁気センサ装置であって、
前記永久磁石における着磁の向きが互いに逆である２個又は１個における２箇所の部位の周方向両外側から、前記磁気センサに向かう程軸方向幅が狭くなり、前記筐体からの運転中の漏洩磁界を磁気センサに向かう程集束させる１対の軟磁性体補助ヨークを備える
磁気センサ装置。

【請求項11】

請求項１に記載の磁気センサ装置であって、
前記磁気センサは、前記軟磁性体ヨークに対して前記筐体側に配置されている
磁気センサ装置。

【請求項12】

請求項１に記載の磁気センサ装置であって、
前記永久磁石は、前記筐体の内部にて前記回転機の軸芯が伸びる軸方向に対して前記軸方向周りの周方向における前記回転機の回転中における複数の円弧状の漏洩磁界を周方向磁界によって磁気飽和させる
磁気センサ装置。

【請求項13】

請求項１に記載の磁気センサ装置であって、
前記磁気センサが検出した漏洩磁界を計測する漏洩磁界計測部を備える
磁気センサ装置。

【請求項14】

請求項１に記載の磁気センサ装置であって、
前記永久磁石は、前記筐体を吸着して前記筐体の表面に配置され、
前記軟磁性体ヨークは、前記永久磁石に対して前記筐体とは反対側にて、前記永久磁石における着磁の向きが互いに逆である２個又は１個における２箇所の部位を橋渡しして配置され、
前記磁気センサは、前記永久磁石における着磁の向きが互いに逆である２個又は１個における２箇所の部位の間に配置されている
磁気センサ装置。

【請求項15】

請求項１に記載の磁気センサ装置であって、
前記磁気センサは、前記永久磁石における着磁の向きが互いに逆である２個又は１個における２箇所の部位の間における磁束経路を妨げない径方向に投影された位置に配置されている
磁気センサ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気センサ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

モータや発電機といった回転機を組み込んだ機器を制御するには、回転機の運転状態を現すパラメータの時々刻々の情報が必要である。同期回転機の場合には、回転子の磁極位置に合わせて固定子に回転磁界を発生させるために、回転子の角度位置をエンコーダやレゾルバのような角度センサを用いて検出し、その検出情報を機器の制御にフィードバックしている。しかし、通常、検出情報の詳細が機器の使用者には開示されていない。また、センサを用いないで角度位置を推定している場合も、外部からその推定結果を知ることが困難である。

【0003】

ところで、複数の回転機を協調制御したいという要望が存在する。例えば大規模な工場において、複数の産業用ロボットや工作機械などの機器が連携して動作していることが多い。ここで、これら複数の機器の協調制御が実現すれば、急な計画変更に対しても柔軟に対応でき、生産ラインの稼働率を向上させられる。

【0004】

しかし、工場にて使用されている産業用ロボットや工作機械などの機器は、製造元がそれぞれ異なり、各機器の制御の詳細が開示されていない。そのため、複数の機器の協調制御を実現するには、協調制御に必要な情報を各々の機器の外部から収集する必要がある。

【0005】

機器の外部から回転機の角度位置の情報を得る方法として最も一般的な手法は、何らかの角度センサを設置する方法である。しかし、この方法では、多くの場合に機器の改造を伴い、実現が困難である。

【0006】

そこで、回転機の筐体からの漏洩磁界を検出して、回転機の運転状態を推定する技術が開発されている。例えば特許文献１では、回転機の筐体の表面に磁気センサを含む各種センサを貼り付け、回転機の状態を監視する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】ＣＮ２０５９９２０４２Ｕ

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、産業用ロボットや工作機械などの機器では、回転機の筐体が機器の外部に露出していない場合が多く、機器の筐体越しの漏洩磁界を検出することになる。このような機器の筐体越しの漏洩磁界を検出する場合には、機器の筐体が鉄などの軟磁性体によって製造されているため、機器の筐体の外部に漏洩する漏洩磁界が大きく減衰し、磁気センサの検出感度が不足する課題がある。

【0009】

本発明は、筐体から外部に漏洩する漏洩磁界を増加させ、磁気センサの検出感度を増大できる磁気センサ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一態様による磁気センサ装置は、回転機又は前記回転機を組み込んだ機器の筐体からの運転中の漏洩磁界を計測し、前記回転機の運転状態を現すパラメータを抽出する磁気センサ装置であって、前記筐体からの運転中の漏洩磁界を検出する磁気センサと、前記筐体の表面に近接させて前記筐体を周方向磁界によって磁気飽和させる永久磁石と、前記永久磁石の磁束が前記磁気センサに入射することを抑制する軟磁性体ヨークと、を備える。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、筐体から外部に漏洩する漏洩磁界を増加させ、磁気センサの検出感度を増大できる磁気センサ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態に係る磁気センサ装置を設置した機器を示す説明図である。

【図2】図２は、本発明の第１実施形態に係る磁気センサ装置を設置した機器の回転機搭載部分を示す斜視図である。

【図3】図３は、本発明の第１実施形態に係る磁気センサ装置を設置した機器の回転機搭載部分を示す縦断面図である。

【図4】図４は、本発明の第１実施形態に係る磁気センサ装置を示す説明図である。

【図5】図５は、本発明の第１実施形態に係る筐体に吸着した磁気センサ装置の磁束経路を示す説明図である。

【図6】図６は、本発明の第１実施形態に係る磁気センサ装置を示すブロック図である。

【図7】図７は、本発明の第１実施形態に係る磁気センサ装置を示す分解斜視図である。

【図8】図８は、本発明の第１実施形態に係る磁気センサ装置によって筐体の外部に漏洩する漏洩磁界を示す説明図である。

【図9】図９は、本発明の第１実施形態の変形例１に係る筐体に吸着した磁気センサ装置の磁束経路を示す説明図である。

【図10】図１０は、本発明の第１実施形態の変形例１に係る磁気センサ装置を示す分解斜視図である。

【図11】図１１は、本発明の第１実施形態の変形例２に係る筐体に吸着した磁気センサ装置の磁束経路を示す説明図である。

【図12】図１２は、本発明の第１実施形態の変形例３に係る筐体に吸着した磁気センサ装置の磁束経路を示す説明図である。

【図13】図１３は、本発明の第１実施形態の変形例４に係る筐体に吸着した磁気センサ装置の磁束経路を示す説明図である。

【図14】図１４は、本発明の第１実施形態の変形例４に係る磁気センサ装置を示す分解斜視図である。

【図15】図１５は、本発明の第１実施形態の変形例５に係る筐体に吸着した磁気センサ装置の磁束経路を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して本発明の実施形態が説明されている。ただし、本発明は、下記の実施形態に限定解釈されるものではなく、公知の他の構成要素を組み合わせて本発明の技術思想が実現されてもよい。なお、各図において同一要素については同一の符号が記載され、重複する説明が省略される。

【0014】

＜第１実施形態＞
＜機器３０の全体構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る磁気センサ装置１０を設置した機器３０を示す説明図である。ここで、Ｘ矢印の方向とは、回転機２の軸芯２ａが伸びる軸方向Ｙに対して軸方向Ｙ周りの周方向Ｘである。Ｙ矢印の方向とは、Ｘ矢印の方向と直交し、回転機２の軸芯２ａが伸びる軸方向Ｙである。Ｚ矢印の方向とは、周方向Ｘ及び軸方向Ｙと直交した径方向Ｚである。特に、径方向Ｚは、機器３０の筐体８の表面に磁気センサ装置１０が設置された箇所での径方向Ｚである。

【0015】

図１に示されるように、産業用ロボットなどの機器３０の場合には、多数の関節の駆動にそれぞれ回転機２が使用されている。

【0016】

機器３０における複数の回転機２のそれぞれが搭載された回転機搭載部分には、磁気センサ装置１０、１０ａ、１０ｂが設置されている。磁気センサ装置１０、１０ａ、１０ｂから得られる情報は、サーバ２０に集約される。このようにして、通常、入手困難な回転機２の運転状態を現すパラメータを抽出し、機器３０と他の機器との協調制御に必要な回転機２の角度位置などの情報を機器３０の外部から収集する。

【0017】

以下、磁気センサ装置１０が具体的に説明されている。なお、磁気センサ装置１０ａ、１０ｂも磁気センサ装置１０と同様な構成である。

【0018】

＜磁気センサ装置１０を設置した機器３０の回転機搭載部分＞
図２は、本発明の第１実施形態に係る磁気センサ装置１０を設置した機器３０の回転機搭載部分を示す斜視図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る磁気センサ装置１０を設置した機器３０の回転機搭載部分を示す縦断面図である。

【0019】

図２、図３に示されるように、機器３０の筐体８の表面には、磁気センサ装置１０が設置されている。機器３０の筐体８の表面から筐体８内部の回転機筐体２ｂまでには、距離がある場合がある。磁気センサ装置１０は、回転機２を組み込んだ機器３０の筐体８からの運転中の漏洩磁界を計測し、回転機２の運転状態を現すパラメータを抽出する。なお、磁気センサ装置１０は、回転機筐体２ｂからの運転中の漏洩磁界を計測し、回転機２の運転状態を現すパラメータを抽出してもよい。

【0020】

つまり、磁気センサ装置１０は、筐体８の内部にて回転機２の軸芯２ａが伸びる軸方向Ｙに対して軸方向Ｙ周りの周方向Ｘにおける回転機２の回転中における複数の円弧状の漏洩磁界ＲＧを周方向磁界ＳＧ（図４参照）によって磁気飽和させる。そして、磁気センサ装置１０は、機器３０の筐体８からの運転中の漏洩磁界ＲＧを計測する。

【0021】

＜磁気センサ装置１０＞
図４は、本発明の第１実施形態に係る磁気センサ装置１０を示す説明図である。ここで、図４（ａ）が磁気センサ装置１０の設置状態を示す説明図である。図４（ｂ）が磁気センサ装置１０を示す上視図である。図４（ｃ）が磁気センサ装置１０を示す縦断面図である。図５は、本発明の第１実施形態に係る筐体８に吸着した磁気センサ装置１０の磁束（Ｗｂ）経路を示す説明図である。図６は、本発明の第１実施形態に係る磁気センサ装置１０を示すブロック図である。図７は、本発明の第１実施形態に係る磁気センサ装置１０を示す分解斜視図である。

【0022】

図４～図７に示されるように、磁気センサ装置１０は、電力変換装置１に接続され、負荷機械３を駆動する回転機２を内蔵した機器３０の筐体８の表面に設置されている。磁気センサ装置１０は、磁気センサ４と、永久磁石７ａ、７ｂと、軟磁性体ヨーク６と、プリント基板５と、漏洩磁界計測部１１と、直流成分除去部１２と、回転機情報抽出部１３と、通信部１４と、を備える。

【0023】

磁気センサ４は、筐体８からの運転中の漏洩磁界ＲＧを検出する。磁気センサ４は、永久磁石７ａ、７ｂにおける着磁の向きが互いに逆である２個の部位の間に配置されている。磁気センサ４は、永久磁石７ａ、７ｂにおける着磁の向きが互いに逆である２個の部位の間における磁束Ｇ１の経路を妨げない径方向Ｚに投影された位置に配置されている。

【0024】

永久磁石７ａ、７ｂは、筐体８の表面に近接させて筐体８を周方向磁界ＳＧによって磁気飽和させる。永久磁石７ａ、７ｂは、着磁の向きが互いに逆である２個の部位を、周方向Ｘに一定間隔離間させて配置されている。具体的には、永久磁石７ａ、７ｂは、着磁の向きが互いに逆である２個の部位を、磁気センサ４の周方向Ｘにおける長さ以上の距離を離して配置されている。

【0025】

ここで、２個の永久磁石７ａ、７ｂは、着磁の向きを互いに逆向きで径方向Ｚに向けている。つまり、２個の永久磁石７ａ、７ｂのうち一方は、Ｎ極を径方向Ｚにて筐体８に近づけてＳ極を径方向Ｚにて筐体８から離して配置されている。２個の永久磁石７ａ、７ｂのうち他方は、Ｓ極を径方向Ｚにて筐体８に近づけてＮ極を径方向Ｚにて筐体８から離して配置されている。

【0026】

これにより、図５に示されるように、永久磁石７ａ、７ｂの磁束Ｇ１の経路は、一方の永久磁石７ｂから軟磁性体ヨーク６を経て他方の永久磁石７ａに向かい、他方の永久磁石７ａから筐体８中を経て一方の永久磁石７ｂに向かう経路を形成している。

【0027】

永久磁石７ａ、７ｂは、筐体８の内部にて回転機２の軸芯２ａが伸びる軸方向Ｙに対して軸方向Ｙ周りの周方向Ｘにおける回転機２の回転中における複数の円弧状の漏洩磁界ＲＧを周方向磁界ＳＧによって磁気飽和させる。筐体８が鉄などの軟磁性体によって構成されているので、永久磁石７ａ、７ｂがプリント基板５及び磁気センサ４を搭載した軟磁性体ヨーク６を筐体８の表面に吸着させている。つまり、永久磁石７ａ、７ｂは、磁気センサ装置１０を吸着して筐体８の表面に配置されている。

【0028】

軟磁性体ヨーク６は、永久磁石７ａ、７ｂの磁束Ｇ１が磁気センサ４に入射することを抑制する。軟磁性体ヨーク６は、磁気センサ４を中心として磁気センサ４よりも軸方向Ｙ及び周方向Ｘにおいて長い。軟磁性体ヨーク６は、永久磁石７ａ、７ｂに対して筐体８とは反対側にて、永久磁石７ａ、７ｂにおける着磁の向きが互いに逆である２個の部位を橋渡しして配置されている。軟磁性体ヨーク６は、径方向Ｚにおいて一定の厚みを有する。

【0029】

ここで、軟磁性体ヨーク６は、鉄などの材料で構成されている。つまり、軟磁性体ヨーク６は、機械的硬度が小さいということではない。軟磁性体ヨーク６は、磁界が印加されると磁化され易く、磁界を取り去ると元に戻り易い又は逆向きの磁界により磁化が反転され易い。すなわち、軟磁性体ヨーク６は、透磁率が大きく、磁力の保持力が小さい材料で構成されている。

【0030】

プリント基板５は、磁気センサ４に給電したりセンサ信号をＡ／Ｄ変換したりする電気電子回路を実装している。プリント基板５には、漏洩磁界計測部１１と、直流成分除去部１２と、回転機情報抽出部１３と、通信部１４と、が機能的に実装されている。

【0031】

漏洩磁界計測部１１は、磁気センサ４が検出した漏洩磁界を計測する。すなわち、漏洩磁界計測部１１は、筐体８からの漏洩磁界ＲＧと永久磁石７ａ、７ｂの磁束Ｇ１とが重畳した磁界を検出できる。

【0032】

直流成分除去部１２は、磁気センサ４が検出した漏洩磁界から直流成分を除去する。永久磁石７ａ、７ｂの磁束Ｇ１が変動しない。これにより、筐体８からの漏洩磁界ＲＧと永久磁石７ａ、７ｂの磁束Ｇ１とが重畳していても、直流成分除去部１２は、直流成分除去処理によって永久磁石７ａ、７ｂの磁束Ｇ１を除去できる。具体的な直流成分除去方法としては、ハイパスフィルタやバンドパスフィルタを通してもよいし、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）などを用いて周波数スペクトルを算出してから直流成分を除去してもよい。

【0033】

回転機情報抽出部１３は、磁気センサ４が検出した漏洩磁界ＲＧから回転機２の回転角度位置、回転角速度、回転角加速度又は出力の少なくともいずれか１つを抽出する。回転機情報抽出部１３は、直流成分除去部１２の直流成分除去処理後に、漏洩磁界ＲＧの変動成分から、回転機２の回転角度位置、回転角速度、回転角加速度又は出力といった、回転機２の運転状態を現すパラメータを抽出する。

【0034】

通信部１４は、回転機情報抽出部１３が抽出した抽出情報をサーバ２０に送信する。通信部１４の通信方式は、無線ＬＡＮやブルートゥース（登録商標）などの無線通信が望ましい。

【0035】

＜磁気センサ装置１０の計測原理＞
回転機２が駆動されると、回転機２内部には回転磁界が発生し、回転磁界が筐体８外部にまで漏洩して漏洩磁界ＲＧを形成する。同期回転機の場合には、回転子の磁極が回転磁界と共に回転する。このため、漏洩磁界ＲＧを計測すれば、回転子の固定子に対する相対的な回転角度位置を知ることができる。一方、誘導回転機の場合には、すべりの分だけ回転子の回転が回転磁界よりも遅れるため、回転角度位置を知るのは困難である。しかし、漏洩磁界ＲＧの大きさから出力の情報は得られる。なお、産業用ロボットや工作機械などの機器３０においては、同期回転機が使用されることがほとんどである。

【0036】

産業用ロボットの機器３０の場合には、各関節を駆動する回転機２の周囲を囲む回転機筐体２ｂが外部に露出していない場合が多い。回転機筐体２ｂが外部に露出していない場合には、磁気センサ装置１０は、機器３０の筐体８越しに漏洩磁界ＲＧを計測する。ここで、機器３０の筐体８は、通常、鉄製の軟磁性体である。このため、回転機２の漏洩磁界ＲＧは、機器３０の筐体８にて大きく減衰し、磁気センサ装置１０の計測感度が不足する。

【0037】

そこで、磁気センサ装置１０は、機器３０の筐体８から漏れて来る漏洩磁界ＲＧを増加させて計測する。具体的には、磁気センサ装置１０は、磁気センサ装置１０自体が備える永久磁石７ａ、７ｂによって機器３０の筐体８を磁気飽和させ、漏洩磁界を漏れ易くする。

【0038】

図８は、本発明の第１実施形態に係る磁気センサ装置１０によって筐体８の外部に漏洩する漏洩磁界ＲＧを示す説明図である。図８の太線矢印では、筐体８が永久磁石７ａ、７ｂの磁束Ｇ１（周方向磁界ＳＧ）によって磁気飽和したときの筐体８からの漏洩磁界ＲＧの概略分布が示されている。

【0039】

機器３０の筐体８を磁気飽和させる永久磁石７ａ、７ｂからの周方向磁界ＳＧは、回転機２からの漏洩磁界ＲＧと磁束の伸びる方向を合わせる必要がある。回転磁界は、機器３０の筐体８にて主に周方向Ｘに発生する。このため、磁気飽和させる永久磁石７ａ、７ｂの周方向磁界も周方向Ｘに発生させている。

【0040】

永久磁石７ａ、７ｂの磁束Ｇ１の経路は、一方の永久磁石７ｂから軟磁性体ヨーク６を経て他方の永久磁石７ａに向かい、他方の永久磁石７ａから筐体８中を経て一方の永久磁石７ｂに向かう経路を形成している。このため、永久磁石７ａ、７ｂは、着磁の向きが互いに逆である２個を周方向Ｘに一定間隔を置いて配置されている。これにより、２個の永久磁石７ａ、７ｂに挟まれた範囲では、２個の永久磁石７ａ、７ｂを橋渡しした軟磁性体ヨーク６と、機器３０の筐体８と、が永久磁石７ａ、７ｂの周方向磁界ＳＧの影響を受ける。よって、機器３０の筐体８は、２個の永久磁石７ａ、７ｂの周方向磁界ＳＧによって磁気飽和を起こす。

【0041】

以上により、磁気センサ装置１０は、回転機２が軟磁性体の機器３０の筐体８に囲まれていても、回転機２から機器３０の筐体８の外部に漏洩する漏洩磁界ＲＧを増加させて計測できる。そして、磁気センサ装置１０は、回転機２の運転状態を現すパラメータを抽出できる。

【0042】

＜その他＞
以下、第１実施形態の変形例が説明されている。ここでは、上記第１実施形態と同じ事項には同符号が付されて説明が省略され、その特徴部分が説明されている。

【0043】

＜変形例１＞
図９は、本発明の第１実施形態の変形例１に係る筐体８に吸着した磁気センサ装置１０の磁束Ｇ１の経路を示す説明図である。図１０は、本発明の第１実施形態の変形例１に係る磁気センサ装置１０を示す分解斜視図である。

【0044】

永久磁石７ｃは、着磁の向きが互いに逆である１個における２箇所の部位を、周方向Ｘに一定間隔離間させて配置されている。磁気センサ４は、永久磁石７ｃにおける着磁の向きが互いに逆である１個における２箇所の部位の間における磁束Ｇ１の経路を妨げない径方向Ｚに投影された位置に配置されている。

【0045】

軟磁性体ヨーク６は、永久磁石７ｃに対して筐体８とは反対側にて、永久磁石７ｃにおける着磁の向きが互いに逆である１個における２箇所の部位を橋渡しして配置されている。

【0046】

＜変形例２＞
図１１は、本発明の第１実施形態の変形例２に係る筐体８に吸着した磁気センサ装置１０の磁束Ｇ１の経路を示す説明図である。

【0047】

軟磁性体ヨーク６は、筐体８の曲率に合わせて湾曲している。つまり、軟磁性ヨーク６は、ゴム状部材などで構成され、筐体８の曲率に合わせて湾曲可能である。なお、軟磁性体ヨーク６は、筐体８の曲率に合わせて湾曲している剛性部材であってもよい。

【0048】

＜変形例３＞
図１２は、本発明の第１実施形態の変形例３に係る筐体８に吸着した磁気センサ装置１０の磁束Ｇ１の経路を示す説明図である。

【0049】

軟磁性体ヨーク６は、筐体８の方向に凹ませた凹部６ａを有する。磁気センサ４は、永久磁石７ａ、７ｂにおける着磁の向きが互いに逆である２個の部位の間における磁束Ｇ１の経路を妨げない凹部６ａの位置に配置されている。かつ、磁気センサ４は、軟磁性体ヨーク６の凹部６ａ以外の箇所よりも筐体８の表面に近い径方向Ｚに投影された凹部６ａの位置に配置されている。軟磁性体ヨーク６は、凹部６ａを形成するために屈曲していても一定の厚みを有する。

【0050】

＜変形例４＞
図１３は、本発明の第１実施形態の変形例４に係る筐体８に吸着した磁気センサ装置１０の磁束Ｇ１の経路を示す説明図である。図１４は、本発明の第１実施形態の変形例４に係る磁気センサ装置１０を示す分解斜視図である。

【0051】

磁気センサ装置１０は、１対の軟磁性体補助ヨーク９ａ、９ｂを備える。１対の軟磁性体補助ヨーク９ａ、９ｂは、永久磁石７ａ、７ｂにおける着磁の向きが互いに逆である２個の部位の周方向Ｘ両外側から、磁気センサ４に向かう程軸方向Ｙの幅が狭くなっている。これにより、１対の軟磁性体補助ヨーク９ａ、９ｂは、筐体８からの運転中の漏洩磁界ＲＧを磁気センサ４に向かう程集束させている。

【0052】

１対の軟磁性体補助ヨーク９ａ、９ｂにおいては、永久磁石７ａ、７ｂにおける着磁の向きが互いに逆である２個の部位の周方向Ｘ両外側の軸方向Ｙの幅が最も長い。そして、永久磁石７ａ、７ｂにおける着磁の向きが互いに逆である２個の部位の周方向Ｘ両外側では径方向Ｚに向かっていた形状は、途中にて磁気センサ４に向けて周方向Ｘに湾曲する。さらに、磁気センサ４に向かう程軸方向Ｙの幅が狭くなり、磁気センサ４を間に挟む１対の軟磁性体補助ヨーク９ａ、９ｂを通過する漏洩磁界ＲＧが磁気センサ４を中心に集束する。

【0053】

ここで、永久磁石７ａ、７ｂの磁束Ｇ１が１対の軟磁性体補助ヨーク９ａ、９ｂに入射されている可能性がある。しかし、永久磁石７ａ、７ｂの磁束Ｇ１が変動しないので、筐体８からの漏洩磁界ＲＧと永久磁石７ａ、７ｂの磁束Ｇ１とが重畳していても、磁気センサ装置１０の直流成分除去部１２は、直流成分除去処理によって永久磁石７ａ、７ｂの磁束Ｇ１を除去できる。

【0054】

以上により、１対の軟磁性体補助ヨーク９ａ、９ｂは、永久磁石７ａ、７ｂにおける着磁の向きが互いに逆である２個の部位の周方向Ｘの両外側に配置されていればよい。つまり、軟磁性体補助ヨーク９ａ、９ｂと永久磁石７ａ、７ｂとは、直接接触してもよいし、双方の間に非磁性体を介在させてもよい。

【0055】

＜変形例５＞
図１５は、本発明の第１実施形態の変形例５に係る筐体８に吸着した磁気センサ装置１０の磁束Ｇ１の経路を示す説明図である。

【0056】

磁気センサ４は、軟磁性体ヨーク６に対して筐体８側に配置されている。つまり、磁気センサ４は、永久磁石７ａ、７ｂにおける着磁の向きが互いに逆である２個の部位の間における磁束Ｇ１の経路を妨げない位置に配置されている。かつ、磁気センサ４は、軟磁性体ヨーク６に対して筐体８に近い径方向Ｚに投影された位置に配置されている。

【0057】

簡単に言えば、径方向Ｚにおいて軟磁性体ヨーク６と筐体８との間には、永久磁石７ａ、７ｂの厚みによって隙間Ｌが形成されている。磁気センサ４は、径方向Ｚにおいて永久磁石７ａ、７ｂの厚みによって形成された隙間Ｌに配置されている。磁気センサ４は、軟磁性体ヨーク６の筐体８側の表面に固定されている。

【0058】

＜効果＞
（Ａ）磁気センサ装置１０は、回転機２又は回転機２を組み込んだ機器３０の筐体８からの運転中の漏洩磁界を計測し、回転機２の運転状態を現すパラメータを抽出する。磁気センサ装置１０は、筐体８からの運転中の漏洩磁界を検出する磁気センサ４を備える。磁気センサ装置１０は、筐体８の表面に近接させて筐体８を周方向磁界によって磁気飽和させる永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃを備える。磁気センサ装置１０は、永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃの磁束Ｇ１が磁気センサ４に入射することを抑制する軟磁性体ヨーク６を備える（図８参照）。

【0059】

回転機２の回転磁界は、回転機２を組み込んだ筐体８の内部にて主に回転機２の周方向Ｘに磁束の伸びる方向を沿わせる。このため、回転磁界が筐体８中及び筐体８の外部に漏洩させる漏洩磁界ＲＧも回転機２の周方向Ｘに磁束の伸びる方向を沿わせている。本実施形態では、回転機２又は回転機２を組み込んだ機器３０の筐体８は、永久磁石７ａ、７ｂの周方向磁界ＳＧによって磁気飽和させられる。これにより、漏洩磁界ＲＧは、回転機２から筐体８の外部に漏洩し易くなる。このため、磁気センサ４は、より多く漏洩する漏洩磁界ＲＧを検出し易くなる。このように本実施形態によれば、筐体８から外部に漏洩する漏洩磁界ＲＧを増加させ、磁気センサ４の検出感度を増大できる磁気センサ装置１０を提供することができる。

【0060】

（Ｂ）永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃは、着磁の向きが互いに逆である２個又は１個における２箇所の部位を、周方向Ｘに一定間隔離間させて配置されている（図７、図１０参照）。

【0061】

この構成では、永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃは、周方向Ｘに一定間隔離間させて配置された着磁の向きが互いに逆である２個又は１個における２箇所の部位によって、回転機２の周方向Ｘに磁束Ｇ１の伸びる方向を沿わせられる。これにより、永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃは、筐体８を磁気飽和させる周方向磁界ＳＧを発生させられる。

【0062】

（Ｃ）軟磁性体ヨーク６は、磁気センサ４を中心として磁気センサ４よりも軸方向Ｙ及び周方向Ｘにおいて長い。永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃは、着磁の向きが互いに逆である２個又は１個における２箇所の部位を、磁気センサ４の周方向Ｘにおける長さ以上の距離を離して配置されている（図７、図１０参照）。

【0063】

この構成では、永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃの磁束Ｇ１が磁気センサ４よりも軟磁性体ヨーク６中に入射され易い。これにより、永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃの磁束Ｇ１が磁気センサ４に入射することを抑制できる。

【0064】

（Ｄ）筐体８は、軟磁性体によって構成されている（図８参照）。

【0065】

この構成では、回転機２又は回転機２を組み込んだ機器３０の筐体８は、永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃの周方向磁界ＳＧによって磁気飽和させられる。

【0066】

（Ｅ）永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃは、軟磁性体ヨーク６を筐体８の表面に吸着させている（図５、図９参照）。

【0067】

この構成では、永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃが、磁気センサ装置１０を筐体８に固定する機能を有しているため、磁気センサ装置１０を筐体８に固定するための他の部品が必要ない。

【0068】

（Ｆ）軟磁性体ヨーク６は、筐体８の曲率に合わせて湾曲している（図１１参照）。

【0069】

この構成では、磁気センサ装置１０は、筐体８の表面に隙間なく配置できる。これにより、回転機２又は回転機２を組み込んだ機器３０の筐体８は、永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃの周方向磁界ＳＧによってより強く磁気飽和させられる。

【0070】

（Ｇ）磁気センサ装置１０は、磁気センサ４が検出した漏洩磁界ＲＧから直流成分を除去する直流成分除去部１２を備える（図６参照）。

【0071】

この構成では、直流成分除去部１２は、磁気センサ４が検出した漏洩磁界ＲＧから直流成分を除去できる。ここで、永久磁石７ａ、７ｂの磁束Ｇ１が変動しない。これにより、筐体８からの漏洩磁界ＲＧと永久磁石７ａ、７ｂの磁束Ｇ１とが重畳していても、直流成分除去部１２は、直流成分除去処理によって永久磁石７ａ、７ｂの磁束Ｇ１を除去できる。

【0072】

（Ｈ）磁気センサ装置１０は、磁気センサ４が検出した漏洩磁界ＲＧから回転機２の回転角度位置、回転角速度、回転角加速度又は出力の少なくともいずれか１つを抽出する回転機情報抽出部１３を備える（図６参照）。

【0073】

この構成では、回転機情報抽出部１３は、磁気センサ４が検出した漏洩磁界ＲＧから回転機２の回転角度位置、回転角速度、回転角加速度又は出力の少なくともいずれか１つを抽出できる。よって、回転機情報抽出部１３は、漏洩磁界ＲＧの変動成分から、回転機２の運転状態を現すパラメータを抽出できる。

【0074】

（Ｉ）軟磁性体ヨーク６は、筐体８の方向に凹部６ａを有する。磁気センサ４は、凹部６ａに配置されている（図１２参照）。

【0075】

この構成では、磁気センサ４への永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃの磁束Ｇ１の入射を抑制することができる。また、磁気センサ４が、図５に示される例に比べて、筐体８に近い位置に配置されることになる。これにより、磁気センサ４は、回転機２から筐体８の外部にて筐体８に近い程大きく漏洩する漏洩磁界ＲＧを検出し易くなる。

【0076】

（Ｊ）磁気センサ装置１０は、永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃにおける着磁の向きが互いに逆である２個又は１個における２箇所の部位の周方向Ｘの両外側から、磁気センサ４に向かう程軸方向Ｙの幅が狭くなり、筐体８からの運転中の漏洩磁界ＲＧを磁気センサ４に向かう程集束させる１対の軟磁性体補助ヨーク９ａ、９ｂを備える（図１４参照）。

【0077】

この構成では、１対の軟磁性体補助ヨーク９ａ、９ｂは、筐体８における永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃの周方向磁界ＳＧによって磁気飽和させられる箇所の外側から運転中の漏洩磁界ＲＧを磁気センサ４に向けて集束できる。これにより、磁気センサ４は、磁気センサ４自体に向かってより多く漏洩する漏洩磁界ＲＧを検出し易くなる。

【0078】

（Ｋ）磁気センサ４は、軟磁性体ヨーク６に対して筐体８側に配置されている（図１５参照）。

【0079】

この構成では、磁気センサ４は、回転機２から筐体８の外部にて筐体８に近い程大きく漏洩する漏洩磁界ＲＧを検出し易くなる。

【0080】

（Ｌ）永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃは、筐体８の内部にて回転機２の軸芯２ａが伸びる軸方向Ｙに対して軸方向Ｙ周りの周方向Ｘにおける回転機２の回転中における複数の円弧状の漏洩磁界ＲＧを周方向磁界ＳＧによって磁気飽和させる（図３参照）。

【0081】

この構成では、回転機２又は回転機２を組み込んだ機器３０の筐体８は、永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃの周方向磁界ＳＧによって磁気飽和させられる。これにより、漏洩磁界ＲＧは、回転機２から筐体８の外部に漏洩し易くなる。このため、磁気センサ４は、より多く漏洩する漏洩磁界ＲＧを検出し易くなる。したがって、筐体８から外部に漏洩する漏洩磁界ＲＧが増加させられ、磁気センサ４の検出感度が増大できる。

【0082】

（Ｍ）磁気センサ装置１０は、磁気センサ４が検出した漏洩磁界ＲＧを計測する漏洩磁界計測部１１を備える（図６参照）。

【0083】

この構成では、漏洩磁界計測部１１は、磁気センサ４が検出した漏洩磁界ＲＧを計測できる。よって、漏洩磁界計測部１１は、筐体８からの漏洩磁界ＲＧと永久磁石７ａ、７ｂの磁束Ｇ１とが重畳した磁界を検出できる。

【0084】

（Ｎ）永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃは、筐体８の表面に筐体８を吸着して配置されている。軟磁性体ヨーク６は、永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃに対して筐体８とは反対側にて、永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃにおける着磁の向きが互いに逆である２個又は１個における２箇所の部位を橋渡しして配置されている。磁気センサ４は、永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃにおける着磁の向きが互いに逆である２個又は１個における２箇所の部位の間に配置されている（図７、図１０参照）。

【0085】

この構成では、永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃが磁気センサ装置１０を筐体８に固定する機能を有しているため、磁気センサ装置１０を筐体８に固定するための他の部品が必要ない。そして、回転機２又は回転機２を組み込んだ機器３０の筐体８は、永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃの周方向磁界ＳＧによって磁気飽和させられる。また、永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃの磁束Ｇ１が磁気センサ４よりも軟磁性体ヨーク６中に入射され易い。これにより、永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃの磁束Ｇ１が磁気センサ４に入射することを抑制できる。

【0086】

（Ｏ）磁気センサ４は、永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃにおける着磁の向きが互いに逆である２個又は１個における２箇所の部位の間における磁束Ｇ１の経路を妨げない径方向Ｚに投影された位置に配置されている（図８、図９、図１１、図１２、図１３、図１５参照）。

【0087】

この構成では、永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃの磁束Ｇ１が磁気センサ４よりも軟磁性体ヨーク６中に入射され易い。これにより、永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃの磁束Ｇ１が磁気センサ４に入射することを抑制できる。

【0088】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【符号の説明】

【0089】

１…電力変換装置、２…回転機、２ａ…軸芯、２ｂ…回転機筐体、３…負荷機械、４…磁気センサ、５…プリント基板、６…軟磁性体ヨーク、６ａ…凹部、７ａ…永久磁石、７ｂ…永久磁石、７ｃ…永久磁石、８…筐体、９ａ…軟磁性体補助ヨーク、９ｂ…軟磁性体補助ヨーク、１０…磁気センサ装置、１０ａ…磁気センサ装置、１０ｂ…磁気センサ装置、１１…漏洩磁界計測部、１２…直流成分除去部、１３…回転機情報抽出部、１４…通信部、２０…サーバ、３０…機器、Ｇ１…磁束、ＲＧ…漏洩磁界、ＳＧ…周方向磁界、Ｌ…隙間、Ｘ…周方向、Ｙ…軸方向、Ｚ…径方向。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】