回転角検出装置と方法
【課題】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、回転体におけるコンプレッサ側端部の磁化部による磁場を利用して回転角を検出する場合に、吸入ガスに干渉することなく、回転体の回転角を検出できる回転角検出装置を提供する。
【解決手段】コンプレッサハウジング９に設けた吸気穴９ａ内において磁化部３ｄに対向する位置に配置される磁気センサ１５と、磁気センサ１５を支持するセンサ支持部１７と、磁気センサ１５の出力信号に基づいて回転体３の回転角信号を出力する回転角出力部１９と、を備える。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、コンプレッサ翼３ａへ外部から軸方向に流れるガスの流路を形成しており、この流路は、中心軸Ｃを回る周方向に延びている。
【解決手段】コンプレッサハウジング９に設けた吸気穴９ａ内において磁化部３ｄに対向する位置に配置される磁気センサ１５と、磁気センサ１５を支持するセンサ支持部１７と、磁気センサ１５の出力信号に基づいて回転体３の回転角信号を出力する回転角出力部１９と、を備える。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、コンプレッサ翼３ａへ外部から軸方向に流れるガスの流路を形成しており、この流路は、中心軸Ｃを回る周方向に延びている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転角を検出する回転角検出装置と方法に関する。より詳しくは、本発明は、回転機械に設けられコンプレッサ翼を有する回転体の回転角検出装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転体の回転角は、例えば、回転体のアンバランスデータを取得するために検出される。回転体のアンバランスデータは、回転体に存在するアンバランスの位相角と量からなる。位相角は、回転体における基準周方向位置に対する周方向位置を示す。周方向は、回転体の回転方向を意味する。
【０００３】
回転機械に設けられる回転体のアンバランスデータを取得するために、図１のように、回転角検出装置４０は、支持体１３、振動センサ２３、および演算部２５を有する。図１の例では、回転機械は過給機３０である。
【０００４】
回転角検出装置４０は、回転体３におけるコンプレッサ翼３ａ側端部に設けられている磁化部３ｄの磁場を検出し、検出した磁場に基づいて回転体３の回転角を出力する。なお、検出した磁場は、回転体３の回転に応じて変化するので、当該変化に基づいて、回転角検出装置４０は回転角を出力することができる。
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。
【０００５】
このようなアンバラスデータの取得方法は、例えば下記の特許文献１、２に記載されている。
【０００６】
回転角検出装置４０は、磁気センサ４１と回転角出力部４３と回路基板４５とを有する。磁気センサ４１は、磁化部３ｄによる磁場を検出する。磁気センサ４１は、磁化部３ｄに近接した位置において、磁化部３ｄに対向するように配置される。回転角出力部４３は、磁気センサ４１の出力信号に基づいて回転角信号を出力する。回路基板４５には、磁気センサ４１と回転角出力部４３とが組み込まれている。
【０００７】
磁気センサ４１を磁化部３ｄに近接させると（例えば、磁化部３ｄから５〜１０ｍｍだけの隙間を置いた位置に配置させると）、回転角検出装置４０（回路基板４５）がコンプレッサハウジングに干渉するので、コンプレッサ翼３ａを収容するコンプレッサハウジングを回転機械から取り外している。この状態で、上述のように、回転体３を回転駆動させ、回転角検出装置４０により回転角を検出するとともに、振動センサ２３により振動を検出し、検出した回転角および振動に基づいて演算部２５によりアンバランスデータを算出する。
【０００８】
なお、他の先行技術文献として、下記の特許文献３、４がある。特許文献３では、コンプレッサハウジングに、コンプレッサ翼に対向するセンサを設け、該センサを用いて、コンプレッサ翼の通過を検出し、この検出に基づいて、回転体の回転角を検出している。特許文献４には、上述の磁化部３ｄを形成する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２６７９０７号公報
【特許文献２】特開２０１０−０４８５８８号公報
【特許文献３】特開２００５−２０１１４６号公報
【特許文献４】特開２００８−５８００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
回転体３の回転速度が、２０万ｒｐｍ（ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）程度までの範囲である場合には、図１のように、コンプレッサハウジングを回転機械から取り外した状態で、アンバランス計測を行うことができる。
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。
【００１１】
なお、回転体３の回転速度が４０万ｒｐｍを超える場合に、コンプレッサハウジングを回転機械に取り付けるのは、次の理由による。回転体３の回転速度が４０万ｒｐｍを超えると、回転体３には、タービン翼３ｂからコンプレッサ翼３ａ側に大きな軸方向スラスト力が作用する。このスラスト力により、回転体３の軸受部５などが大きく摩耗してしまう。従って、当該スラスト力を相殺するためにコンプレッサハウジングを回転機械に取り付ける。これにより、コンプレッサ翼３ａに作用する圧力が高くなり、コンプレッサ翼３ａからタービン翼３ｂ側に大きな軸方向スラスト力が作用する。このスラスト力で、タービン翼３ｂからのスラスト力を相殺することができる。
【００１２】
本発明の目的は、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、回転体におけるコンプレッサ翼側端部の磁化部による磁場を利用して回転角を検出する場合に、吸入ガスの障害になることなく、回転体の回転角を検出できる回転角検出装置と方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明によると、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。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態によると、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。
【００１５】
また、本発明の好ましい実施形態によると、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。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態によると、上述の回転角検出装置は、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。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態によると、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。
【００１８】
本発明の別の実施形態によると、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。
【００１９】
また、上記目的を達成するため、本発明によると、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。
【発明の効果】
【００２０】
上述した本発明によると、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、センサ支持部は、コンプレッサハウジングの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。センサ支持部が配置される前記仮想延長線上は、センサ支持部が存在しない場合でも、コンプレッサ翼へガスを流す領域として機能しにくい。従って、磁気センサとセンサ支持部の上記配置により、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、磁気センサとセンサ支持部が、吸入ガスの障害に、全く若しくはほとんどなることなく、回転体の回転角を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来における回転角検出装置を説明するための図である。
【図２】本発明の実施形態による回転角検出装置が適用されたアンバランスデータ取得装置を示す。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。
【図４】（Ａ）は、磁気センサの出力信号であるＡ相信号とＢ相信号を示し、（Ｂ）は、オフセット補正とゲイン補正がなされたＡ相信号とＢ相信号を示す。
【図５】本発明の実施形態による回転角検出方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の別の実施形態による回転角検出装置が適用されたアンバランスデータ取得装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２３】
図２は、本発明の実施形態による回転角検出装置１０が適用されたアンバランスデータ取得装置２０を示す。
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。
【００２４】
図２の例では、回転機械３０は過給機である。過給機３０の回転体３は、図２に示すように、エンジンの排ガスにより回転駆動されるタービン翼３ｂと、タービン翼３ｂと一体的に回転することで圧縮空気をエンジンに供給するコンプレッサ翼３ａと、一端部にタービン翼３ｂが結合され他端部にコンプレッサ翼３ａが結合される回転シャフト３ｃとを有する。また、過給機３０は、回転体３を回転可能に支持するラジアル軸受部５が内部に組み込まれた軸受ハウジング７を有する。
【００２５】
過給機３０は、コンプレッサ翼３ａを内部に収容するコンプレッサハウジング９と、タービン翼３ｂを内部に収容するタービンハウジング１１と、を備える。
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。
【００２６】
回転角検出装置１０は、回転体３におけるコンプレッサ翼３ａ側端部に設けられた磁化部３ｄが発生する磁場を検出し、検出した磁場に基づいて回転体３の回転角を出力する。図２の例では、磁化部３ｄは、回転体３におけるコンプレッサ翼３ａ側端部に形成された雄ネジ部３ｅに螺合するナットである。すなわち、ナット３ｄが、後述する図３（Ａ）において、右半分がＮ極となり、左半分がＳ極となるように着磁されている。図３（Ａ）において、Ｎ極とＳ極の境界を破線で示している。着磁方法は、例えば、特許文献４に記載されている。
【００２７】
回転角検出装置１０は、磁気センサ１５、センサ支持部１７、および回転角出力部１９を備える。磁気センサ１５は、吸気穴９ａ内において磁化部３ｄに対向する位置に配置される。センサ支持部１７は、磁気センサ１５を支持する。回転角出力部１９は、磁気センサ１５の出力信号に基づいて回転体３の回転角を示す回転角信号を出力する。
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。
【００２８】
センサ支持部１７は、軸方向に、吸気穴９ａ内から吸気穴９ａ外まで棒状に延びている。センサ支持部１７は、吸気穴９ａ外において他の構造体（図１では、後述のケーシング支持体１７ｂ）に支持されている。
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、円柱形状または角注形状）を有していてよい。
【００２９】
センサ支持部１７において吸気穴９ａ内に位置する部分は、回転シャフト３ｃよりも細い。すなわち、吸気穴９ａ内に位置するセンサ支持部１７の全ての部分は、軸方向と直交する平面による断面の面積が、当該平面による回転シャフト３ｃの断面積よりも小さい。
【００３０】
また、回転角検出装置１０は、磁気センサ１５と回転角出力部１９が組み込まれた回路基板２１を備える。センサ支持部１７は、該回路基板２１が内部に収容されたケーシング１７ａを有する。回路基板２１は、図２において、前記仮想延長線近傍において中心軸Ｃと平行に配置された板状のものである。ケーシング１７ａは、この例では円筒形状に形成されており、図２において、中心軸Ｃと同軸に配置されている。
【００３１】
センサ支持部１７を、図２のように、吸気穴９ａ内において前記仮想延長線上に配置した場合に、回路基板２１は、当該延長線に沿って延びている。図２において、回路基板２１における磁化部３ｄ側の先端に磁気センサ１５が取り付けられている。なお、磁気センサ１５は、ケーシング１７ａの外部に露出していてよい。
【００３２】
また、センサ支持部１７は、コンプレッサハウジング９の外部にて、ケーシング１７ａを支持するケーシング支持体１７ｂを有する。
【００３３】
なお、センサ支持部１７を除いた回転角検出装置１０の各構成要素（回路基板２１など）を、ケーシング１７ａ内に設けてケーシング１７ａと一体化させることができるので、回転角検出装置１０の取り扱いが簡単になる。例えば、図２において、ケーシング１７ａを、ケーシング支持体１７ｂに適宜の手段で取り付けることで、回転角検出装置１０の配置を済ませることができる。
【００３４】
図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図３のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。図３（Ａ）では、コンプレッサ翼３ａを含む回転体３のみを示している。図３（Ｂ）では、コンプレッサ翼３ａを含む回転体３のみを示すが、コンプレッサハウジング９に隠れる部分を破線で示している。図３（Ｃ）では、コンプレッサ翼３ａを含む回転体３とケーシング１７ａと後述の磁気抵抗素子１５ａ、１５ｂのみを示しているが、ケーシング１７ａを破線で示し、ケーシング１７ａに干渉されずに確保された吸気穴９ａの空間（すなわち、上述の流路Ｐ）を斜線で示している。
【００３５】
磁気センサ１５は、磁場に応じて抵抗値が変化する２つの磁気抵抗素子１５ａ、１５ｂからなる。これら磁気抵抗素子１５ａ、１５ｂは、図３（Ｃ）に示すように、互いに９０度だけ異なる方向を向くように配置されることで、互いに９０度だけずれた正弦波形のＡ相信号とＢ相信号を生成して出力する。
【００３６】
回転角出力部１９は、磁気抵抗素子１５ａ、１５ｂからそれぞれ出力された図４（Ａ）に示すＡ相信号およびＢ相信号に対し、以下で説明するオフセット補正とゲイン補正を行い、図４（Ｂ）のように補正されたＡ相信号およびＢ相信号に基づいて回転体３の回転角を演算するように構成されている。
【００３７】
オフセット補正では、Ａ相信号およびＢ相信号をそれぞれの信号の平均値が０となるように補正する。具体的には、Ａ相信号のオフセット補正では、Ａ相信号から、Ａ相信号の平均値（ＤＣ成分）を減算する。また、Ｂ相信号のオフセット補正では、Ｂ相信号から、Ｂ相信号の平均値（ＤＣ成分）を減算する。
【００３８】
ゲイン補正では、Ａ相信号およびＢ相信号を振幅が互いに等しくなるように補正する。ゲイン補正の一例として、データの最小値と最大値を使用して振幅を算出し、算出した振幅でデータを除算することで、Ａ相信号、Ｂ相信号ともに振幅を１に補正してよい。
【００３９】
上記のようにオフセット補正およびゲイン補正をすることにより、図４（Ｂ）に示すような補正されたＡ相信号とＢ相信号が得られる。
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）
【００４０】
アンバランスデータ取得装置２０は、上述の回転角検出装置１０、上述の回転機械支持体１３、振動センサ２３、および演算部２５を備える。
【００４１】
回転機械支持体１３は、回転体３を回転可能に支持する。図２の例では、回転機械支持体１３は、軸受ハウジング７を介して回転体３を支持する。軸受ハウジング７には、回転体３を回転可能に支持するラジアル軸受部５が内部に組み込まれている。軸受ハウジング７が回転機械支持体１３に取り付けられていることで、回転機械支持体１３は、軸受ハウジング７を介して回転体３を回転可能に支持する。
【００４２】
演算部２５は、回転体３が回転させられている状態で回転角検出装置１０が検出した回転角と、当該状態で振動センサ２３が検出した振動とに基づいて、回転体３のアンバランスデータを算出する（例えば特許文献１、２を参照）。
【００４３】
図５は、本発明の実施形態による回転角検出方法を示すフローチャートである。
【００４４】
ステップＳ１において、吸気穴９ａ内において、センサ支持部１７（ケーシング１７ａ）を、回転体３の中心軸Ｃの仮想延長線上に位置させる。この状態で、磁気センサ１５は、中心軸Ｃの仮想延長線上または当該仮想延長線近傍に位置する。当該位置の磁気センサ１５と回路基板２１とセンサ支持部１７（ケーシング１７ａ）は、吸気穴９ａからコンプレッサ翼３ａに向かって軸方向に流れる吸入ガスの障害とならない。図２の例では、ステップＳ１において、ケーシング１７ａを、回転体３の中心軸Ｃと同軸に配置する。
【００４５】
ステップＳ２において、回転体３を回転駆動した状態で、磁気センサ１５により前記磁場を検出し、検出した磁場に基づいて回転角出力部１９により回転体３の回転角信号を出力する。
【００４６】
本実施形態では、このように出力した回転角信号を用いて、回転体３のアンバランスデータを算出する。すなわち、回転体３が回転させられている状態で、回転角検出装置１０が検出した回転角と、当該状態で振動センサ２３が検出した振動とに基づいて、演算部２５が、回転体３のアンバランスデータを算出する。
【００４７】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例１、２を、単独で、または組み合わせて採用してよい。この場合、以下で説明しない点は上述と同じであってよい。
【００４８】
（変更例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。
【００４９】
（変更例２）
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。
【符号の説明】
【００５０】
３ 回転体、３ａ コンプレッサ翼、３ｂ タービン翼、３ｃ 回転シャフト、３ｄ 磁化部（ナット）、３ｅ 雄ネジ部、５ ラジアル軸受部、７ 軸受ハウジング、９ コンプレッサハウジング、９ａ 吸気穴、９ｂ 内周壁、１０ 回転角検出装置、１１ タービンハウジング、１３ 回転機械支持体、１３ａ 排気穴、１５ 磁気センサ、１５ａ，１５ｂ 磁気抵抗素子、１７ センサ支持部、１７ａ ケーシング、１７ｂ ケーシング支持体、１９ 回転角出力部、２０ アンバランスデータ取得装置、２１ 回路基板、２３ 振動センサ、２５ 演算部、３０ 回転機械（過給機）、Ｐ 流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転角を検出する回転角検出装置と方法に関する。より詳しくは、本発明は、回転機械に設けられコンプレッサ翼を有する回転体の回転角検出装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転体の回転角は、例えば、回転体のアンバランスデータを取得するために検出される。回転体のアンバランスデータは、回転体に存在するアンバランスの位相角と量からなる。位相角は、回転体における基準周方向位置に対する周方向位置を示す。周方向は、回転体の回転方向を意味する。
【０００３】
回転機械に設けられる回転体のアンバランスデータを取得するために、図１のように、回転角検出装置４０は、支持体１３、振動センサ２３、および演算部２５を有する。図１の例では、回転機械は過給機３０である。
【０００４】
回転角検出装置４０は、回転体３におけるコンプレッサ翼３ａ側端部に設けられている磁化部３ｄの磁場を検出し、検出した磁場に基づいて回転体３の回転角を出力する。なお、検出した磁場は、回転体３の回転に応じて変化するので、当該変化に基づいて、回転角検出装置４０は回転角を出力することができる。
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。
【０００５】
このようなアンバラスデータの取得方法は、例えば下記の特許文献１、２に記載されている。
【０００６】
回転角検出装置４０は、磁気センサ４１と回転角出力部４３と回路基板４５とを有する。磁気センサ４１は、磁化部３ｄによる磁場を検出する。磁気センサ４１は、磁化部３ｄに近接した位置において、磁化部３ｄに対向するように配置される。回転角出力部４３は、磁気センサ４１の出力信号に基づいて回転角信号を出力する。回路基板４５には、磁気センサ４１と回転角出力部４３とが組み込まれている。
【０００７】
磁気センサ４１を磁化部３ｄに近接させると（例えば、磁化部３ｄから５〜１０ｍｍだけの隙間を置いた位置に配置させると）、回転角検出装置４０（回路基板４５）がコンプレッサハウジングに干渉するので、コンプレッサ翼３ａを収容するコンプレッサハウジングを回転機械から取り外している。この状態で、上述のように、回転体３を回転駆動させ、回転角検出装置４０により回転角を検出するとともに、振動センサ２３により振動を検出し、検出した回転角および振動に基づいて演算部２５によりアンバランスデータを算出する。
【０００８】
なお、他の先行技術文献として、下記の特許文献３、４がある。特許文献３では、コンプレッサハウジングに、コンプレッサ翼に対向するセンサを設け、該センサを用いて、コンプレッサ翼の通過を検出し、この検出に基づいて、回転体の回転角を検出している。特許文献４には、上述の磁化部３ｄを形成する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２６７９０７号公報
【特許文献２】特開２０１０−０４８５８８号公報
【特許文献３】特開２００５−２０１１４６号公報
【特許文献４】特開２００８−５８００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
回転体３の回転速度が、２０万ｒｐｍ（ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）程度までの範囲である場合には、図１のように、コンプレッサハウジングを回転機械から取り外した状態で、アンバランス計測を行うことができる。
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。
【００１１】
なお、回転体３の回転速度が４０万ｒｐｍを超える場合に、コンプレッサハウジングを回転機械に取り付けるのは、次の理由による。回転体３の回転速度が４０万ｒｐｍを超えると、回転体３には、タービン翼３ｂからコンプレッサ翼３ａ側に大きな軸方向スラスト力が作用する。このスラスト力により、回転体３の軸受部５などが大きく摩耗してしまう。従って、当該スラスト力を相殺するためにコンプレッサハウジングを回転機械に取り付ける。これにより、コンプレッサ翼３ａに作用する圧力が高くなり、コンプレッサ翼３ａからタービン翼３ｂ側に大きな軸方向スラスト力が作用する。このスラスト力で、タービン翼３ｂからのスラスト力を相殺することができる。
【００１２】
本発明の目的は、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、回転体におけるコンプレッサ翼側端部の磁化部による磁場を利用して回転角を検出する場合に、吸入ガスの障害になることなく、回転体の回転角を検出できる回転角検出装置と方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明によると、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。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態によると、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。
【００１５】
また、本発明の好ましい実施形態によると、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。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態によると、上述の回転角検出装置は、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。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態によると、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。
【００１８】
本発明の別の実施形態によると、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。
【００１９】
また、上記目的を達成するため、本発明によると、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。
【発明の効果】
【００２０】
上述した本発明によると、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、センサ支持部は、コンプレッサハウジングの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。センサ支持部が配置される前記仮想延長線上は、センサ支持部が存在しない場合でも、コンプレッサ翼へガスを流す領域として機能しにくい。従って、磁気センサとセンサ支持部の上記配置により、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、磁気センサとセンサ支持部が、吸入ガスの障害に、全く若しくはほとんどなることなく、回転体の回転角を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来における回転角検出装置を説明するための図である。
【図２】本発明の実施形態による回転角検出装置が適用されたアンバランスデータ取得装置を示す。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。
【図４】（Ａ）は、磁気センサの出力信号であるＡ相信号とＢ相信号を示し、（Ｂ）は、オフセット補正とゲイン補正がなされたＡ相信号とＢ相信号を示す。
【図５】本発明の実施形態による回転角検出方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の別の実施形態による回転角検出装置が適用されたアンバランスデータ取得装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２３】
図２は、本発明の実施形態による回転角検出装置１０が適用されたアンバランスデータ取得装置２０を示す。
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。
【００２４】
図２の例では、回転機械３０は過給機である。過給機３０の回転体３は、図２に示すように、エンジンの排ガスにより回転駆動されるタービン翼３ｂと、タービン翼３ｂと一体的に回転することで圧縮空気をエンジンに供給するコンプレッサ翼３ａと、一端部にタービン翼３ｂが結合され他端部にコンプレッサ翼３ａが結合される回転シャフト３ｃとを有する。また、過給機３０は、回転体３を回転可能に支持するラジアル軸受部５が内部に組み込まれた軸受ハウジング７を有する。
【００２５】
過給機３０は、コンプレッサ翼３ａを内部に収容するコンプレッサハウジング９と、タービン翼３ｂを内部に収容するタービンハウジング１１と、を備える。
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。
【００２６】
回転角検出装置１０は、回転体３におけるコンプレッサ翼３ａ側端部に設けられた磁化部３ｄが発生する磁場を検出し、検出した磁場に基づいて回転体３の回転角を出力する。図２の例では、磁化部３ｄは、回転体３におけるコンプレッサ翼３ａ側端部に形成された雄ネジ部３ｅに螺合するナットである。すなわち、ナット３ｄが、後述する図３（Ａ）において、右半分がＮ極となり、左半分がＳ極となるように着磁されている。図３（Ａ）において、Ｎ極とＳ極の境界を破線で示している。着磁方法は、例えば、特許文献４に記載されている。
【００２７】
回転角検出装置１０は、磁気センサ１５、センサ支持部１７、および回転角出力部１９を備える。磁気センサ１５は、吸気穴９ａ内において磁化部３ｄに対向する位置に配置される。センサ支持部１７は、磁気センサ１５を支持する。回転角出力部１９は、磁気センサ１５の出力信号に基づいて回転体３の回転角を示す回転角信号を出力する。
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。
【００２８】
センサ支持部１７は、軸方向に、吸気穴９ａ内から吸気穴９ａ外まで棒状に延びている。センサ支持部１７は、吸気穴９ａ外において他の構造体（図１では、後述のケーシング支持体１７ｂ）に支持されている。
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、円柱形状または角注形状）を有していてよい。
【００２９】
センサ支持部１７において吸気穴９ａ内に位置する部分は、回転シャフト３ｃよりも細い。すなわち、吸気穴９ａ内に位置するセンサ支持部１７の全ての部分は、軸方向と直交する平面による断面の面積が、当該平面による回転シャフト３ｃの断面積よりも小さい。
【００３０】
また、回転角検出装置１０は、磁気センサ１５と回転角出力部１９が組み込まれた回路基板２１を備える。センサ支持部１７は、該回路基板２１が内部に収容されたケーシング１７ａを有する。回路基板２１は、図２において、前記仮想延長線近傍において中心軸Ｃと平行に配置された板状のものである。ケーシング１７ａは、この例では円筒形状に形成されており、図２において、中心軸Ｃと同軸に配置されている。
【００３１】
センサ支持部１７を、図２のように、吸気穴９ａ内において前記仮想延長線上に配置した場合に、回路基板２１は、当該延長線に沿って延びている。図２において、回路基板２１における磁化部３ｄ側の先端に磁気センサ１５が取り付けられている。なお、磁気センサ１５は、ケーシング１７ａの外部に露出していてよい。
【００３２】
また、センサ支持部１７は、コンプレッサハウジング９の外部にて、ケーシング１７ａを支持するケーシング支持体１７ｂを有する。
【００３３】
なお、センサ支持部１７を除いた回転角検出装置１０の各構成要素（回路基板２１など）を、ケーシング１７ａ内に設けてケーシング１７ａと一体化させることができるので、回転角検出装置１０の取り扱いが簡単になる。例えば、図２において、ケーシング１７ａを、ケーシング支持体１７ｂに適宜の手段で取り付けることで、回転角検出装置１０の配置を済ませることができる。
【００３４】
図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図３のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。図３（Ａ）では、コンプレッサ翼３ａを含む回転体３のみを示している。図３（Ｂ）では、コンプレッサ翼３ａを含む回転体３のみを示すが、コンプレッサハウジング９に隠れる部分を破線で示している。図３（Ｃ）では、コンプレッサ翼３ａを含む回転体３とケーシング１７ａと後述の磁気抵抗素子１５ａ、１５ｂのみを示しているが、ケーシング１７ａを破線で示し、ケーシング１７ａに干渉されずに確保された吸気穴９ａの空間（すなわち、上述の流路Ｐ）を斜線で示している。
【００３５】
磁気センサ１５は、磁場に応じて抵抗値が変化する２つの磁気抵抗素子１５ａ、１５ｂからなる。これら磁気抵抗素子１５ａ、１５ｂは、図３（Ｃ）に示すように、互いに９０度だけ異なる方向を向くように配置されることで、互いに９０度だけずれた正弦波形のＡ相信号とＢ相信号を生成して出力する。
【００３６】
回転角出力部１９は、磁気抵抗素子１５ａ、１５ｂからそれぞれ出力された図４（Ａ）に示すＡ相信号およびＢ相信号に対し、以下で説明するオフセット補正とゲイン補正を行い、図４（Ｂ）のように補正されたＡ相信号およびＢ相信号に基づいて回転体３の回転角を演算するように構成されている。
【００３７】
オフセット補正では、Ａ相信号およびＢ相信号をそれぞれの信号の平均値が０となるように補正する。具体的には、Ａ相信号のオフセット補正では、Ａ相信号から、Ａ相信号の平均値（ＤＣ成分）を減算する。また、Ｂ相信号のオフセット補正では、Ｂ相信号から、Ｂ相信号の平均値（ＤＣ成分）を減算する。
【００３８】
ゲイン補正では、Ａ相信号およびＢ相信号を振幅が互いに等しくなるように補正する。ゲイン補正の一例として、データの最小値と最大値を使用して振幅を算出し、算出した振幅でデータを除算することで、Ａ相信号、Ｂ相信号ともに振幅を１に補正してよい。
【００３９】
上記のようにオフセット補正およびゲイン補正をすることにより、図４（Ｂ）に示すような補正されたＡ相信号とＢ相信号が得られる。
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）
【００４０】
アンバランスデータ取得装置２０は、上述の回転角検出装置１０、上述の回転機械支持体１３、振動センサ２３、および演算部２５を備える。
【００４１】
回転機械支持体１３は、回転体３を回転可能に支持する。図２の例では、回転機械支持体１３は、軸受ハウジング７を介して回転体３を支持する。軸受ハウジング７には、回転体３を回転可能に支持するラジアル軸受部５が内部に組み込まれている。軸受ハウジング７が回転機械支持体１３に取り付けられていることで、回転機械支持体１３は、軸受ハウジング７を介して回転体３を回転可能に支持する。
【００４２】
演算部２５は、回転体３が回転させられている状態で回転角検出装置１０が検出した回転角と、当該状態で振動センサ２３が検出した振動とに基づいて、回転体３のアンバランスデータを算出する（例えば特許文献１、２を参照）。
【００４３】
図５は、本発明の実施形態による回転角検出方法を示すフローチャートである。
【００４４】
ステップＳ１において、吸気穴９ａ内において、センサ支持部１７（ケーシング１７ａ）を、回転体３の中心軸Ｃの仮想延長線上に位置させる。この状態で、磁気センサ１５は、中心軸Ｃの仮想延長線上または当該仮想延長線近傍に位置する。当該位置の磁気センサ１５と回路基板２１とセンサ支持部１７（ケーシング１７ａ）は、吸気穴９ａからコンプレッサ翼３ａに向かって軸方向に流れる吸入ガスの障害とならない。図２の例では、ステップＳ１において、ケーシング１７ａを、回転体３の中心軸Ｃと同軸に配置する。
【００４５】
ステップＳ２において、回転体３を回転駆動した状態で、磁気センサ１５により前記磁場を検出し、検出した磁場に基づいて回転角出力部１９により回転体３の回転角信号を出力する。
【００４６】
本実施形態では、このように出力した回転角信号を用いて、回転体３のアンバランスデータを算出する。すなわち、回転体３が回転させられている状態で、回転角検出装置１０が検出した回転角と、当該状態で振動センサ２３が検出した振動とに基づいて、演算部２５が、回転体３のアンバランスデータを算出する。
【００４７】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例１、２を、単独で、または組み合わせて採用してよい。この場合、以下で説明しない点は上述と同じであってよい。
【００４８】
（変更例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。
【００４９】
（変更例２）
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。
【符号の説明】
【００５０】
３ 回転体、３ａ コンプレッサ翼、３ｂ タービン翼、３ｃ 回転シャフト、３ｄ 磁化部（ナット）、３ｅ 雄ネジ部、５ ラジアル軸受部、７ 軸受ハウジング、９ コンプレッサハウジング、９ａ 吸気穴、９ｂ 内周壁、１０ 回転角検出装置、１１ タービンハウジング、１３ 回転機械支持体、１３ａ 排気穴、１５ 磁気センサ、１５ａ，１５ｂ 磁気抵抗素子、１７ センサ支持部、１７ａ ケーシング、１７ｂ ケーシング支持体、１９ 回転角出力部、２０ アンバランスデータ取得装置、２１ 回路基板、２３ 振動センサ、２５ 演算部、３０ 回転機械（過給機）、Ｐ 流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項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。
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−４４５８３（Ｐ２０１３−４４５８３Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８１１６６（Ｐ２０１１−１８１１６６）
【出願日】平成２３年８月２３日（２０１１．８．２３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２３日（２０１１．８．２３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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