JP2007114099A

JP2007114099A - 回転速度検出装置及びそれを用いた圧延材搬送速度検出装置

Info

Publication number: JP2007114099A
Application number: JP2005307078A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Goshima; 設喜五島
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2007-05-10

Abstract

【課題】回転速度被検出軸の回転を変速ギア装置で増速した回転計軸の回転をエンコーダで検出する回転速度検出装置及びそれを用いた圧延材搬送速度検出装置において、変速ギア装置のバックラッシュの影響を除くとともに、高温環境、連続運転等の使用条件に耐え高精度の検出が可能な回転速度検出装置及びそれを用いた圧延材搬送速度検出装置。
【解決手段】回転速度被検出軸を入力軸とし、回転速度被検出軸の回転を増速して、エンコーダの回転計軸を出力軸として増速回転させる変速ギア装置を備え、回転計軸の回転をエンコーダで検出するとともに、エンコーダのパルス出力に基づき回転速度被検出軸の回転速度を演算する第１演算器を有し、変速ギア装置とエンコーダとの間の回転計軸に渦電流式ダンパを介装してなることを特徴とする回転速度検出装置及びそれを用いた圧延材搬送速度検出装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転速度検出装置及びそれを用いた圧延材搬送速度検出装置に関する。

図４に基づき、従来の回転速度検出装置およびそれを用いた圧延材搬送速度検出装置を説明する。図４は、製鉄プラントにおける従来の圧延材搬送速度検出装置の構成概要図である。

製鉄プラントにおける圧延工程では、圧延機前後の圧延材１の速度差は圧延状態の刻々の実測データとなるので、圧延機の前後での圧延材１の圧延材搬送速度を高精度に検出することが求められる。

従来、圧延材１の搬送速度の検出は、図４に圧延材１の搬送方向に垂直な断面を示すように、圧延材１の幅方向に軸線を配して設けられ、圧延材１に接して連れ回り回転自在なロール２を用い、そのロール軸２ａの回転Ｒをエンコーダ（回転計）３で、検出されたエンコーダ３のパルス出力（回転信号）ａを第１演算器４ａに入力し、第１演算器４ａで回転速度ｂを演算し、さらに第２演算器４ｂで回転速度ｂとロール２の径等のファクタにより搬送速度ｃを算出することで行われている。

エンコーダ３は、その回転計軸３ａの回転角度に応じてパルス出力（回転信号）ａを発するものであり、第１演算器４ａでパルスが発生される時間間隔を計測して演算することで回転速度ｂを得ることができる。

一方、回転速度演算の精度はパルスの時間間隔に依存し、パルスの時間間隔はエンコーダ３の回転計軸３ａの時間当たり回転数と回転計軸３ａの１回転当たりに発せられるパルス数とに依存するが、市場に一般に供給されるエンコーダを用いる場合は設定される１回転当たりのパルス数はおのずと限度を有し、回転計軸３ａの１回転当たりのパルス数の高いエンコーダ３を採用しようとすれば特別仕様となり高級化し高コストのものになる問題があった。

したがって、回転速度被検出軸としてのロール軸２ａを通常のエンコーダ３の回転計軸３ａに直結した場合、あまり高くないロール２の回転数によって、おのずとパルスが発生する時間間隔が大きくなり、回転速度検出、圧延材搬送速度検出の精度に限界があった。

そこで、ロール２の回転を検出する回転速度検出装置１０は、回転速度被検出軸としてのロール軸２ａと、エンコーダ３の回転計軸３ａとの間に変速ギア装置５を設け、相対的に低速回転のロール軸２ａを変速ギア装置５の入力軸とし、回転計軸３ａを変速ギア装置５の出力軸として構成し、回転計軸３ａは変速ギア装置５内の変速ギア５ａ、５ｂにより増速されて相対的に高速回転とされる。その高速回転の回転計軸３ａの回転をエンコーダ３で検出し、そのパルス出力ａに基づき第１演算器４ａで、変速ギア装置５の増速比等のファクタによって回転速度ｂを演算することで、ロール軸２ａの回転速度ｂ検出の精度を向上させることが行われる。

したがって、その回転速度検出装置１０を用いた圧延材搬送速度検出装置２０は、回転速度被検出軸を圧延機のロール軸２ａとしたものにおいて検出精度の高い回転速度ｂにより第２演算器４ｂで精度の高い搬送速度ｃの検出が可能となる。

しかしながら、上記のような変速ギア装置５を介在させて回転計軸３ａの回転を増速させる回転速度検出装置１０、圧延材搬送速度検出装置２０は依然問題を有していた。

すなわち、変速ギア装置５は複数のギア（図４および後述の図１は２枚のギア５ａ、５ｂを例示するが、ギア数はそれに限らない）により回転を伝達し且つ変速（この場合は増速）するが、ギア間にはバックラッシュが避け難く存在し、このバックラッシュのために、ロール軸等、回転速度被検出軸２ａの回転速度に変動が生じた場合（特に減速時に顕著に）ギア間に非接触状態と再度接触する状態が生じるため、変速ギア装置５の入力軸である回転速度被検出軸２ａの回転と出力軸である回転計軸３ａの回転とが一致せずフラツキが生じ、回転速度被検出軸２ａの実際の回転に対してエンコーダ３による回転検出に誤差が生じて検出精度が悪化し、また、振動の発生等の問題も生じる。

そこで、変速ギア装置５の出力軸側、すなわち回転計軸３ａに、回転に対して抵抗となるトルクを加えて、変速ギア装置５内のギアを常に接した状態にする試みが提示されてはいるが、従来示されるトルク発生手段は、例えば特許文献１（特開２０００−１７６７３３公報）に示される位置検出器に用いられるような、回転計軸３側をシリコングリスのような粘性体を入れた粘性体室で囲み粘性抵抗を加えるもの、または一般には、ブレーキシューのような機械的ブレーキ装置を回転計軸３側に加えるものであった。

しかし、粘性抵抗は発生抵抗の線形性が悪く、長時間の回転によって抵抗作用を失う恐れもあり、特許文献１のように位置検出器のための短時間の低速度の小回転範囲のものは別として、長時間の連続回転の装置には不適である。特に粘性抵抗は微小振動の減衰作用が小さく入力軸の回転速度振動に対して追随してバックラッシュを防止する機能は低く、動的状態における高精度の計測には適しない。また、圧延装置のように高温環境下での粘性流体は耐久性、挙動安定性の不足から適用は困難であった。

機械的ブレーキ装置は、摺動状態によりトルクの変動があり連続的作動においては損耗が大きく実用上の問題があり、圧延装置のように高温環境下の連続使用には適用困難であった。

特開２０００−１７６７３３公報（第３、４頁、図１、５）

本発明は、上記のような回転速度被検出軸の回転を変速ギア装置で増速した回転計軸の回転をエンコーダで検出することで回転速度被検出軸の回転を検出する回転速度検出装置およびそれを用いた圧延材搬送速度検出装置において、変速ギア装置のバックラッシュの影響を除き、高温環境、連続運転等の使用条件に耐え高精度の検出が可能な回転速度検出装置、及びそれを用いた圧延材搬送速度検出装置を提供することを課題とするものである。

本発明は、上記の課題を解決するためになされ、下記の（１）から（４）の手段を提供するものであり、以下、特許請求の範囲に記載の順に説明する。

（１）その第１の手段として、回転速度被検出軸を入力軸とし、同回転速度被検出軸の回転を増速して、エンコーダの回転計軸を出力軸として増速回転させる変速ギア装置を備え、前記回転計軸の回転を前記エンコーダで検出するとともに、同エンコーダのパルス出力に基づき前記回転速度被検出軸の回転速度を演算する第１演算器を有し、前記変速ギア装置と前記エンコーダとの間の前記回転計軸に渦電流式ダンパを介装してなることを特徴とする回転速度検出装置を提供する。

（２）第２の手段としては、第１の手段の回転速度検出装置において、前記渦電流式ダンパは、前記回転計軸と同心で回転する電導体盤を同回転計軸に取り付け、同回転計軸の回転に対して固定側に前記電導体盤の円盤面に対向するように永久磁石を設けてなることを特徴とする回転速度検出装置を提供する。

（３）また、第３の手段として、第１の手段の回転速度検出装置において、前記渦電流式ダンパは、前記回転計軸と同心で回転する電導体盤を同回転計軸に取り付け、同回転計軸の回転に対して固定側に前記電導体盤の円盤面に対向するように電磁石を設けてなることを特徴とする回転速度検出装置を提供する。

（４）第４の手段として、第１の手段ないし第３の手段のいずれかの回転速度検出装置を用い、前記回転速度被検出軸は圧延材の搬送方向に対して直角に軸線を配し同圧延材に接して連れ回り回転自在なロールのロール軸であり、前記第１演算器が演算した前記回転速度に基づき前記圧延材の搬送速度を演算する第２演算器を有してなることを特徴とする圧延材搬送速度検出装置を提供する。

（１）特許請求の範囲に記載の請求項１の発明によれば、回転速度検出装置を上記第１の手段のように構成したので、回転速度被検出軸が回転すると、変速ギア装置によってその回転が増速された高速回転の回転計軸の回転をエンコーダで検出するので、回転計軸３ａの１回転当たりのパルス数の低い低コストのエンコーダでも回転速度被検出軸の１回転当たりのパルス数を高く取ることができ、精度の高い回転速度被検出軸の回転速度が検出され、回転計軸には渦電流式ダンパが介装されているため、渦電流の作用にとり回転しようとする回転計軸の回転に抗う方向に、抵抗となるトルクが発生し、変速ギア装置のギアの間にバックラッシュによる現象が生じないため、回転計軸の回転は、回転速度被検出軸の回転に常時正確に追随するものとなり、バックラッシュによる、エンコーダの回転検出の誤差が防止され、検出精度が向上し、また、振動の発生等の問題も防止されほか、渦電流式ダンパにより長時間の運転においても支障が発生せずダンピング作用の信頼性が高く、しかも高温、粉塵等の環境条件に対する適応性が高く安定したダンピング作用が得られるので、信頼性と精度の高い回転速度検出装置となる。

（２）請求項２の発明によれば、回転速度検出装置を上記第２の手段のように構成したので、請求項１の発明の作用効果に加え、渦電流式ダンパが永久磁石を用いているため、設備コストが低減し且つメンテナンスコストが低減する。

（３）請求項３の発明によれば、回転速度検出装置を上記第３の手段のように構成したので、請求項１の発明の作用効果に加え、渦電流式ダンパが電磁石を用いているため、電磁石の励磁電力を調整することで渦電流によるトルク負荷量を調整でき、適量のトルクによって徒に回転計軸に回転抵抗をかけることを避けることができるものとなる。

（４）請求項４の発明によれば、圧延材搬送速度検出装置を上記第４の手段のように構成したので、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明の回転速度検出装置の作用効果を有し、その結果、高温、粉塵等や、連続使用等の製鉄プラント等の厳しい使用条件にも適応可能な信頼性および精度の高い圧延材搬送速度検出装置となる。

本発明を実施するための最良の形態として、以下に一実施例を説明する。

図１、図２に基づき本発明の一実施例に係る回転速度検出装置及びそれを用いた圧延材搬送速度検出装置を説明する。図１は、製鉄プラントにおける本実施例の圧延材搬送速度検出装置の全体構成概要図であり、図２は本実施例の要部である渦電流式ダンパ７の縦断面概要図である。なお、図１、２において前述の図４に示す部位と同じ部位で同様のものには同じ番号を付して説明を省略し、異なる点を主に以下説明する。

本実施例の圧延材搬送速度検出装置２００は、図１に圧延材１の搬送方向に垂直な断面を示すように、圧延材１の幅方向（圧延材１の搬送方向に直角の方向）に軸線を配し圧延材１に接して連れ回り回転自在なロール２と、ロール２のロール軸２ａを入力軸とし、ロール軸２ａの回転Ｒを増速して、エンコーダ３の回転計軸３ａを出力軸として増速回転Ｒ′させる変速ギア装置５を備えるとともに、変速ギア装置５とエンコーダ３との間の回転計軸３ａにトルク発生手段としての渦電流式ダンパ７を介装している。

なお、回転速度被検出軸としてのロール軸２ａはロール２と変速ギア装置５との間の箇所で、回転計軸３ａは変速ギア装置５と渦電流式ダンパ７との間または渦電流式ダンパ７とエンコーダ３との間の箇所で、装置組み立て上必要な箇所において回転を固定的に直接伝達する固定軸継手等で分離可能に各軸が構成されてもよく、本明細書、および特許請求の範囲においては、そのように分離可能な軸の構造の場合も含めて軸全体を単に「ロール軸２ａ」または「回転速度被検出軸２ａ」、「回転計軸３ａ」と呼ぶ。

回転計軸３ａの回転Ｒ′を検出したエンコーダ３のパルス出力（回転信号）ａを第１演算器４ａに入力し、第１演算器４ａはパルスａが発生される時間間隔を計測し、増速ギア装置５の増速比等のファクタにもとづきロール軸２ａの回転速度ｂを演算する。第２演算器４ｂは、第１演算器４ａで演算された回転速度ｂとロール２の径等のファクタにより圧延材搬送速度ｃを算出するように構成されている。

したがって、少なくとも回転速度被検出軸としてのロール軸２ａから第１演算機４ａまでを備えてロール軸を回転速度被検出軸２ａとした回転速度検出装置１００が構成される。また、圧延材１に接して連れ回るロール２から第２演算器４ｂまでを備えて前記回転速度検出装置１００を用いた圧延材搬送速度検出装置２００が構成され、その場合は第１演算器４ａと第２演算器４ｂは両者の機能を併せ持つ演算器４にまとめて構成されてもよい。

渦電流式ダンパ７は、回転計軸３ａの回転Ｒに対して固定側に設置されたケーシング７ａを有し、回転計軸３ａを軸受７ｂを介して挿通するとともに、ケーシング７ａ内において回転計軸３ａと同心で回転する銅円盤８を回転計軸３ａに取り付け、ケーシング７ａに銅円盤８の円盤面に対向するように永久磁石９を取り付けている。

上記のような回転速度検出装置１００においては、回転速度被検出軸２ａが回転Ｒすると、変速ギア装置５によってその回転Ｒが増速されて高速回転Ｒ′として回転計軸３ａに伝達される。従って、回転計軸３ａの１回転当たりのパルス数の低い低コストのエンコーダ３でも回転速度被検出軸の１回転当たりのパルス数を高く取ることができ、高速回転の回転計軸３ａの回転Ｒ′をエンコーダ３で検出し、そのパルス出力ａに基づき第１演算器４ａで、変速ギア装置５の増速比等のファクタによって回転速度ｂを演算することで、精度の高い回転速度被検出軸２ａの回転速度ｂが検出される。

そしてそのとき、回転計軸３ａには渦電流式ダンパ７が介装されているため、回転計軸３ａの回転Ｒ′に伴う銅円盤８の回転Ｒ′に対してケーシング７に取り付けられた永久磁石９の磁力線が作用し、銅円盤８に渦電流（Ｅｄｄｙ−Ｃｕｒｒｅｎｔ）を生起する。その結果、回転しようとする回転計軸３ａの回転Ｒ′に抗う方向に、抵抗となるトルクＴが発生し、変速ギア装置の従動（出力軸：回転計軸３ａ）側のギア５ｂは、駆動（入力軸：回転速度被検出軸２ａ）側のギア５ａに常に抗って押し付けられる挙動を示す。

したがって、駆動側の回転Ｒに増減、脈動が生じても変速ギア装置５における従動側のギア５ｂと駆動側のギア５ａは常に接し、それらの間にバックラッシュによる現象が生じないため、回転計軸３ａの回転Ｒ′は、回転速度被検出軸（ロータ軸）２ａの回転Ｒに常時正確に追随するものとなる。

よって、図４に示した従来例の場合に問題となった、バックラッシュによる、回転速度被検出軸２ａの実際の回転Ｒに対するエンコーダ３の回転検出の誤差が防止され、検出精度が向上し、また、振動の発生等の問題も防止される。

しかもトルクＴ発生手段として渦電流式ダンパ７を用いたので、発生するトルクＴの線形性が良好でダンピング作用が安定しており、特に永久磁石９による構成であるため設備コストが低減し且つメンテナンスコストが低減する。また、渦電流式ダンパ７は長時間の運転においても支障が発生せずダンピング作用の信頼性が高く、しかも高温、粉塵等の環境条件に対する適応性が高く、製鉄プラント等の厳しい使用条件にも適応可能な回転速度検出装置１００となる。

したがって、本実施例の回転速度検出装置１００を用いて、圧延材１にその幅方向（圧延材１の搬送方向に対し直角方向）に軸方向を配して接して連れ回るローラ２のローラ軸２ａを回転速度被検出軸とし、第１演算器で検出したローラ軸２ａの回転速度ｂに基づきローラ２径等のファクタにより圧延材１の搬送速度ｃを演算して検出するように構成された圧延材搬送速度検出装置２００は、上述の本実施例の回転速度検出装置の作用効果を有し、その結果、高温、粉塵等や、連続使用等の製鉄プラント等の厳しい使用条件にも適応可能な信頼性および精度の高い圧延材搬送速度検出装置２００となる。

図３に基づき本発明の一実施例に係る回転速度検出装置及びそれを用いた圧延材搬送速度検出装置の変形例を説明する。図３は本実施例の変形例の要部である渦電流式ダンパの縦断面概要図である。なお、図３において前述の図２に示す部位と同じ部位で同様のものには同じ番号を付して説明を省略し、異なる点を主に以下説明する。

本変形例が図２に示すものと異なるのは、渦電流式ダンパ７′が、永久磁石９に代えて電磁石９′を用いている点である。そしてそれ以外においては、図１、図２に示す実施例と構成は同じである。

本変形例は、電磁石９′を渦電流式ダンパ７′に用いているために、電磁石９′の励磁電力を調整することで渦電流によるトルクＴ負荷量を調整でき、適量のトルクＴによって徒に回転計軸３ａに回転抵抗をかけることを避けることができるものとなるものであり、その他の点において、回転速度検出装置１００、圧延材搬送速度検出装置２００としては図１、２で説明したものと同じ作用効果を奏するものである。

以上、本発明を図示の実施例について説明したが、本発明は上記の実施例に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造、構成に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。

例えば、渦電流式ダンパ７、７′の銅円盤８は、電導体ならば銅に限定されず、一般的に電導体盤であってもよく、渦電流式ダンパ７、７′の軸受７ｂと回転計軸３ａの支持関係は図２、３に図示のものに限定されず、回転計軸３ａを他の位置の軸受で回転支持しケーシング７ａに取り付けられた軸受７ｂを省いた構造としてもよい。

なお、圧延材搬送速度検出装置２００において、ローラ２及びローラ軸２ａは固定支持されたものに限られるものではなく、圧延材１の幅方向（圧延材１の搬送方向に対し直角方向）に軸を配して圧延材１に接して連れ回る状態で速度検出を行うものであれば、可搬型（ポータブルタイプ）であってもよい。

本発明の一実施例に係る回転速度検出装置及びそれを用いた圧延材搬送速度検出装置の説明図であり、製鉄プラントにおける本実施例の圧延材搬送速度検出装置の全体構成概要図である。本実施例の要部である渦電流式ダンパの縦断面概要図である。本実施例の変形例の要部である渦電流式ダンパの縦断面概要図である。製鉄プラントにおける従来の圧延材搬送速度検出装置の全体構成概要図である。

符号の説明

１圧延材
２ロール
２ａロール軸（回転速度被検出軸）
３エンコーダ
３ａ回転計軸
４演算器
４ａ第１演算器
４ｂ第２演算器
５変速ギア装置
７、７′ 渦電流式ダンパ
７ａケーシング
８銅円盤
９永久磁石
９′ 電磁石
１００回転速度検出装置
２００圧延材搬送速度検出装置

Claims

回転速度被検出軸を入力軸とし、同回転速度被検出軸の回転を増速して、エンコーダの回転計軸を出力軸として増速回転させる変速ギア装置を備え、前記回転計軸の回転を前記エンコーダで検出するとともに、同エンコーダのパルス出力に基づき前記回転速度被検出軸の回転速度を演算する第１演算器を有し、前記変速ギア装置と前記エンコーダとの間の前記回転計軸に渦電流式ダンパを介装してなることを特徴とする回転速度検出装置。
請求項１に記載の回転速度検出装置において、前記渦電流式ダンパは、前記回転計軸と同心で回転する電導体盤を同回転計軸に取り付け、同回転計軸の回転に対して固定側に前記電導体盤の円盤面に対向するように永久磁石を設けてなることを特徴とする回転速度検出装置。
請求項１に記載の回転速度検出装置において、前記渦電流式ダンパは、前記回転計軸と同心で回転する電導体盤を同回転計軸に取り付け、同回転計軸の回転に対して固定側に前記電導体盤の円盤面に対向するように電磁石を設けてなることを特徴とする回転速度検出装置。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の回転速度検出装置を用い、前記回転速度被検出軸は圧延材の搬送方向に対して直角に軸線を配し同圧延材に接して連れ回り回転自在なロールのロール軸であり、前記第１演算器が演算した前記回転速度に基づき前記圧延材の搬送速度を演算する第２演算器を有してなることを特徴とする圧延材搬送速度検出装置。