JP2008103649A - 電磁石における消磁制御方法及び消磁制御システム並びに磁気センサー - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、電磁石を利用してワークを移動する際に、ワーク離脱に際し、消磁するパラメータを自動設定できるようにすることを目的としたものである。
【解決手段】この発明は、電磁石に通電してワークを吸着し、電気を遮断してワークを離脱する装置における消磁制御方法において、前記電磁石の残留磁気を磁気センサーで測定すると共に、その出力をインターフェースに接続して、消磁操作を実施し、この消磁操作を残留磁気が予め設定した許容残留磁気に達するまで繰り返して、その出力をインターフェースに記憶させることにより、磁力パラメータを自動的に設定し、これに基づいて消磁することを特徴とした電磁石における消磁制御方法により、目的を達成した。
【選択図】図５

Description

この発明は、磁性物品を吸着し、又は離脱する電磁石の消磁を瞬時、かつ確実に行うことを目的とした電磁石における消磁制御方法及び消磁制御システム並びに磁気センサーに関する。

従来物品を吸着又は離脱する電磁石は、物品離脱時に生じる残留磁気の消磁効率が実用上の問題点となっている。そこで一般的には、消磁に際し、吸着の為の電流と逆方向の電流を流すことが行われているが、残留磁気の極小化は難しいとされていた。

そこで、逆電流を流す前に、タイムインターバルをおく提案があり（特許文献１）、これにより極小テスラを達成した。
特許第２６１７１４６号 特許第２５０２４５１号 特開平１０−２２９０１４

従来提案されている消磁方法は、何れも逆電流を流す方法を主とするものであり、特にタイムインターバルをおいて、逆電流を流す方法（特許文献１）は、残留磁気が極少となり、その優れた点は知られているが、電磁石の吸着強さ、ワークの状況、その他の条件によって消磁のパラメータ設定が使用者に委されている為に、使用者の能力により電磁石の性能にバラツキを生じる問題点があった。

前記バラツキは、電磁石の吸着力、ワークの形状と材質、許容される消磁時間などによって異なることが知られているが、これに対応する最良のパラメータ設定が使用者の能力により左右される問題点があった。

この発明は、電磁石の消磁に際し、消磁操作の度毎に残留磁気を測定し、該残留磁気が一定値（例えば０．０００５テスラ以下）になるまで続け、この操作回数を記憶させて消磁回路に自動的にパラメータ設定し、爾後この設定したパラメータに基づくことにより、前記従来の問題点を解決したのである。

即ちこの発明は、電磁石に通電してワークを吸着し、電気を遮断してワークを離脱する装置における消磁制御方法において、前記電磁石の残留磁気を磁気センサーで測定すると共に、その出力をインターフェースに接続して、消磁操作を実施し、この消磁操作を残留磁気が予め設定した許容残留磁気に達するまで繰り返して、その出力をインターフェースに記憶させることにより、磁力パラメータを自動的に設定し、これに基づいて消磁することを特徴とした電磁石における消磁制御方法であり、消磁操作は、励磁電流を減衰させた後遮断し、ついで負極の直流および／または交流の消磁電流を通電し、前記直流の消磁電流は励磁電流の遮断後タイムインターバルをおいて、１個の方形パルス又は１個の鋸歯状パルスとし、交流の消磁電流は消磁開始前にタイムインターバルをおいた減衰電流としたものであり、許容残留磁気は０．０００５テスラ以下とするものである。

次の他の発明は、電磁石と、その給電回路及び消磁回路と、吸着及び消磁のインターフェースと、電磁石励磁パターン発生器と、消磁電圧のプリセットと、前記電磁石の磁束密度を検出する磁気センサーとより得た磁力パラメータとを組み合わせたことを特徴とする電磁石における消磁制御システムである。

次に他の発明は、ホール素子と、その電子回路と、電圧検出器と、磁束演算器とを組み合わせたことを特徴とする請求項４記載の電磁石における消磁制御システムに使用する磁気センサーである。

また他の発明は、磁気センサーは、ワークに接触するセンサープローブと、緑色と赤色の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有し、残留磁気量及びＮ極とＳ極により発光状態を変えるようにしたことを特徴とする請求項４記載の電磁石における消磁制御システムである。

従来一般的に使用されてきた電磁石によるワーク１（磁性体）の吸着は、図２の如く通電して電磁石２によりワーク１を持ち上げ、矢示３、４の如く所定の位置へ運んでから、矢示５のように空中離脱方法がとられていた。これは、吸着ワークに残留磁気が多く残る為に、様々な問題を抱え、電磁利用を拡大させるのを阻んで来た。その大きな要因は短時間に残留磁気を極小まで消磁することが困難であった為である。

然し乍ら、出願人は、先に（特許文献１）残留磁気を短秒時に極小にすることに成功した。即ち図１のように、電磁石２によりワーク１を矢示３のように持ち上げ、矢示６のように所定位置まで移動して、設定位置で放すことができるようにした。この場合に適切な消磁制御により、残留磁気は０．０００５テスラ以下となった。しかも短秒時（例えば５秒以下）に消磁できるので、効率も向上した。

前記図１のようにする為には、消磁操作のパラメータ設定をする必要があるが、消磁操作は電磁石の吸着強さ、ワークの形状、材質、厚さなどの各条件によって異なるので、パラメータ設定の良否により、電磁石利用の吸着装置の性能を左右するおそれもあった。

そこで、この発明は、磁気センサーを使用し、その出力をインターフェースに記憶させることにより、パラメータ設定を自動的に行うことができるようにして最良のパラメータ設定をすることに成功したのである。

前記磁気センサーは、単独で使用すれば一般の磁気センサーとして使用することができる。

また、確実な吸着と離脱を実現する為には、前記のような電磁石の消磁制御方法において、吸着力を解除した後に、タイムインターバルをおいて直流および／または交流の消磁電流を通電するようにして、残留磁気の急速な減衰を図った。

ワークの吸着の確認および離脱の確認の為には、一定振幅、一定周波数の高周波電流を電磁石の電磁コイルに通電し、高周波電流の変動を検出するようにした。この手段は電磁石を構成した電磁コイルの断線の検出の為にも採用した。尚、高周波電流は電磁石の吸着を発生する為の電磁コイルに、励磁電流に重畳して通電する方法と、前記電磁コイルとは別個の独立した電磁コイルに通電する方法が可能である。

以上のような手段は、ワークの形状や搬送、姿勢制御で要求される精度その他の仕様に従って選択的に組合せて採用される。

また、この発明において確実な離脱を実現する為の手段によれば、ワークの残留磁気を無くし、作業精度の向上を図ることができる。またワークの吸着、離脱を確認する手段および電磁コイルの断線を検出する手段によれば、電磁石の誤動作を事前に検知し、作業精度の向上、作業能率の向上を図ることができる。

この発明は、本特許出願人が、先に開発した残留磁気を激減させる方法の前記開発の中心的技術である消磁制御方法をパターン設定することにあるので、既に開発された消磁制御方法の概要を説明する。

先に開発された消磁制御方法を電流波形およびタイムインターバルを設けた消磁例を図３に基づいて説明する。図３は鉄芯でなるコアに電磁コイルを設けた一般的な電磁石を用いた場合の電磁コイルに対するいくつかの電流パターンを表わしたものである。図３においてＴ１はスタートタイミング区間、Ｔ２は吸着区間、Ｔ３は保持区間、Ｔ４は停止区間である。

図３の（ａ）〜（ｅ）の何れの場合も、吸着力を得る際には、吸着区間Ｔ２、即ち吸着初期に吸着電流を電磁コイルに励磁電流として通電してワークの吸着に十分な磁気吸着力を発生させる。次いで、ワークの吸着を完了した後は、前記ワークの吸着状態の保持に必要かつ十分な電流値の励磁電流に増流して、ワークの吸着を保持する（Ｔ３）。Ｔ２における時間と電流値およびＴ３における時間と電流値は、電磁石の特性、ワークの形状、サイズに従って決定する。前記におけるＴ３の間の電流値は、ワークによって増流し、又は減流するが、要は電磁石の移動中にワークが離脱しないように確実に吸着を続行することを念頭において定める。

このようにすることによって、吸着動作初期の磁気吸着力を十分大きくして、ワークを確実に吸着することができ、かつ吸着完了後は、電磁コイルに対する励磁電流を必要かつ十分な電流値とするので、ワーク及びその形状により、適切な電流値を定める。

以上のようにしてワークを吸着保持した後、ワークの脱着を図３のＴ４、Ｔ５、Ｔ６の区間で行う。Ｔ４は前記電磁コイルに通電した励磁電流の遮断区間、Ｔ５はタイムインターバルの区間、Ｔ６は消磁区間である。

前記Ｔ５からＴ６に至る区間は、図３の（ａ）〜（ｅ）に記載したようにいくつかのパターンがある。図３（ａ）はタイムインターバルＴ５を経た後、Ｔ６で交流の減衰電流を通電するようにしてあり、図３（ｂ）はタイムインターバルＴ５を経た後、Ｔ６で１個の方形パルスの波形でなる直流電流を通電するようにしてあり、図３（ｃ）ではタイムインターバルＴ５を経た後、Ｔ６で１個の鋸歯状パルスの波形でなる直流電流を通電するようにしてある。又、図３（ｄ）では、タイムインターバルＴ５を経た後、前記（ｃ）とは時間と電流値の関係を反対にした１個の鋸歯状パルスの波形でなる直流電流を通電するようにしてあり、図３（ｅ）ではタイムインターバルＴ５を経た後、Ｔ６で前記（ｂ）と同様の方形パルス電流と前記（ａ）の交流減衰電流を続けて通電するようにしてある。

前記ワークに対する吸着力を解除する際に上記のようにすると、電磁石を構成しているコアは勿論、吸着したワークに残留磁気を無くすることができる。直流の負の電流によって生ずる磁気で残留磁気が打消されるからである。この場合、Ｔ５のタイムインターバルは、消磁区間Ｔ６を短時間にする上で有効であることが実験的に観察された。例えば、図３の（ｂ）において、Ｔ５として０．１秒のタイムインターバルを置くと、Ｔ６の消磁区間を０．１５秒とできることが認められた。前記実施例では残留磁気をほとんど無く（５ガウス以下）することができた。また図３（ｅ）のＴ６のように消磁電流を交流と直流で行う場合の直流電流は図３の（ｃ）、（ｄ）のような鋸歯状波形のパルス電流とすることもできる。

この発明は、磁気センサーを使用して電磁石の残留磁気を測定し、その出力をインターフェースに接続すると共に、残留磁気が設定値に達したときまでに記憶された消磁パターンを自動的に磁力パラメータとできる効果がある。

従って使用者は、残留磁気を設定すれば、自動的に当該残留磁気になるようにパラメータが設定され、最良の運転ができる効果がある。

また磁気センサーの出力によって定まるので、使用者の能力に左右されるおそれが無く、設定値を満足させることができる。

この発明は、消磁すべき電磁石の残留磁気を磁気センサーで測定し、その出力をインターフェースに入力して記憶させると共に、予め定めた残留磁気量に達するまで前記消磁操作を繰り返す。このようにして前記残留磁気量が予め設定した残留磁気量になったならば、前記消磁操作を終了する。

この場合に前記インターフェースに順次記憶された消磁操作が自動的にパラメータ設定となる。

従って爾後このパラメータによって消磁操作を繰り返せば、常時前記設定した残留磁気となる。そこで常時最良の消磁が繰り返されることになり、ワークを効率よく移動することができる。

この発明の実施例を図４に基づいて説明すると、電磁石の吸着電圧Ｖａとしてワークを吸着し、ついで保持電圧Ｖｂにして、ワークを移動する。

次にワークを放す場所に来たならば、通電を中止するので、Ｔｂ（０．１〜１．０秒）間に磁力は急速に減少する。

そこでタイムインターバルＴ_０（０．１秒〜１．０秒）おいて、逆方向の消磁電圧Ｖｃを消磁時間Ｔｃ（０．２秒〜１．０秒）をかけると、残留磁気が急速に小さくなるので、離脱指令によって負極性の消磁電圧Ｖｃを加える。この場合の電流パターンは、三角状、方形状、交番減衰の各種があるが（図３）、何れも採用することができる。

前記のように、電磁石を利用してワークを移動させる（仕事をする）時には、図４のように、吸着指令（ＯＮ、入力への切替え）によりワークを吸着し、ついで保持電圧にして、吸着を確実にすると共に、別系統のロボットなどを利用して、ワークを吸着位置から離脱位置に運ぶ。離脱位置に到着したならば離脱指令（ＯＦＦ、電源切断、消磁）により、電源を切って、磁力を急激に小さくすると共に、消磁電流により、ワークと電磁石との残留磁気を限りなく０に近くする（例えば５ガウス以下）。

前記吸着、離脱、消磁は、パターン化されている。前記において、消磁パラメータは、電磁石の特性、ワークの特性（例えば形状及び材質）により異なるので、当初パラメータ設定を行い、爾後このパラメータによって吸着、離脱を繰り返すことにより、常時最良の消磁を行い、電磁石を用いての移転に最高の効率を保つことができる。

前記図４の制御パターンは、吸着指令（ＯＮ）、離脱指令（ＯＦＦ）により、制御ユニットに設定された励磁パターンによって、各パラメータ設定が自動生成できる。前記における吸着電圧Ｖａ、保持電圧Ｖｂ、吸着時間Ｔａ、消磁時間Ｔｃ及びタイムインターバルＴ_０は、予めセットしておくので、自動的かつ円滑に移行できる。

前記のように図４は、自動パラメータ設定は、電磁石制御ユニットを設定モードにして、ペン形磁気センサーを検出位置（図５）にあてながら、正極性の励磁電流を切ると、前記のように励磁電流を例えば０．１秒の傾斜減衰し、０．１秒のタイムインターバルをとって、負極性の消磁時間・消磁電圧を自動演算補正制御し、吸着面の残留磁気を０．０００５テスラ以下にできる。そこで最適値を確認し、設定ボタンでセットする事により、パラメータ設定を完了する。

前記のようにこの発明は、励磁パラメータ設定することで、従来行われていた離脱パラメータ設定は不用になり、使用する前に電磁石制御ユニットを設定モードにして、図５の検出位置にペン形磁気センサーをあて、正極性の励磁電流を切ることにより、離脱の最適条件が自動的に求められるのである。図中Ｖａは吸着電圧（任意設定）、Ｖｂは保持電圧（予めＭＡＸ設定、任意設定可）、Ｖｃは負極性の消磁電圧（０％〜９９％、任意設定）、Ｔａは吸着時間（０秒の場合、外部入力切替が可）、Ｔｂは離脱時間（傾斜０．１秒〜１．０秒、任意設定）、Ｔｃは消費時間（基準値０．２秒〜５秒、任意設定）、Ｔ_０はタイムインターバル（基準値０．１秒〜１．０秒、設定固定）である。

また図５に示すパラメータ自動調整アルゴリズムスタート前に、負極性の消磁電圧Ｖｃの基準値で１回目の離脱制御を行う。

次に図５は、消磁パラメータ自動制御のアルゴリズムスタート前に、負極性の消磁電圧Ｖｃ基準値をプリセットする（Ｖｃ_０）と同時に、補正信号をクリヤーする。そこで図５において、磁気センサー１５を所定の位置に当てて、残留磁束密度Ｂを検出し、その出力をインターフェース１２に入力して、データ取り込みを行い、取込値Ｂｎを補助信号発生器１７に入力する。この場合に、取込値Ｂｎの絶対値が、図７に示す許容残存磁束密度の最大値Ｂｍより大きい場合は、補助信号発生器１７により取込値Ｂｎに比例した補正信号ΔＶｃｎを発信して負極性の励磁電圧信号Ｖｃｎを発生させて、パターン発生器１８へ入力する。パターン発生器１８から、パターンに応じた出力をパワーアンプ１９に出力し、パワーアンプ１９の出力により、電磁石２を励磁する。

前記負極性の消磁電圧Ｖｃの基準値と、検出された残留磁束密度Ｂを補正し極小値のＶｃ値を保存する。

次に図６は、消磁パラメータ自動調整アルゴリズムを示す図である。即ち磁束密度取込値Ｂｎは補助信号発生器１７を介し、補正データ修正信号ΔＶｅｎを発生し、補正信号データ格納器２０からの修正信号ΔＶｃｎ−１と共に、補正信号ΔＶｃｎを発信し、負極性の励磁電圧信号プリセット値Ｖｃ_０を得て、負極性の励磁電圧信号Ｖｃｎを発生する。

また図７は、前記補助信号発生器１７の入出力関係グラフであり、ＢＭは許容保存磁束密度最大値を示す。図７のように、磁束密度取込値Ｂｎが増加すれば、許容残存磁束密度最大値ＢＭは、補正データ修正信号ΔＶｅｎの増加につれて大きくなる。

この発明の磁気センサー１５を図９について説明すると、ホール素子８を定電流電子回路９に介装し、前記ホール素子８に磁束が通過すると、電圧が変化するので、これを電圧検出器１０で検出し、検出された電圧を磁束演算１１で演算して、その出力たる磁束密度をインターフェース１２に入力して記憶させる。前記において、ホール素子８の温度が上昇した際には、温度検出器１３で上昇温度を検出し、これを磁束演算１１に入力して温度補正することができる。前記昇温度合が少ない時には、温度補正しなくても支障はない。

前記磁気センサー１５には、図８に示すように緑色ｇと紅色ｒに発光するＬＥＤを有し、スイッチ１４を押してセンサープローブ１５ａの先端を測定すべきワーク２に接触させ、磁気がＮ極からＳ極かを判断し、磁気強さが５ガウス以上〜１０ガウスまでは緑ｇと赤ｒのＬＥＤが点灯し、Ｎ極側であれば、緑ｇと赤ｒのＬＥＤが点灯フリッカーする。１０ガウス以上になれば赤が点灯し、Ｎ極側であれば、赤のＬＥＤが点灯し、Ｓ極側であれば、赤のＬＥＤが点灯フリッカーする。そこで、緑ｇと赤ｒのＬＥＤの点灯により、残留磁気の状態を即知することができる。図中１６は掛止片である。

この発明における磁力パラメータ設定は、磁気センサー１５のコード２２のプラグ２３を、消磁制御システムにセットされた電磁石制御ユニット２４のコンセント２５に接続し、消磁を開始すると、予め定めたパターンによって消磁操作が繰り返される。そこで残留磁気が５ガウス以下になったときに、制御ユニット２４のスイッチ２６を押せば、前記消磁の記録が、そのままパラメータとなり、自動的に設定される。従って爾後は、前記パラメータに従って自動消磁が行われる。

（ａ）この発明の磁着移動と、離脱消磁を示す概念図、（ｂ）同じく消磁の際の磁束密度の変化を示すグラフ。 （ａ）普通に使用されている磁着移動と、離脱消磁を示す概念図、（ｂ）同じく消磁の際の磁束密度の変化を示すグラフ。 同じく（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は夫々各種消磁パターンを示す図。 この発明の消磁の際の励磁電流波形を示す図。 同じく消磁パラメータ自動制御の制御ユニットのブロック図。 同じく消磁パラメータ自動調整アルゴリズムのブロック図。 同じく補助信号発生器の入出力関係を示すグラフ。 （ａ）同じくパラメータ自動設定の概念図、（ｂ）同じく磁気センサーの図。 同じく磁気センサーの構成を示すブロック図。

符号の説明

１ ワーク
２ 電磁石
８ ホール素子
９ 定電流電子回路
１０ 電圧検出器
１１ 磁束演算
１２ インターフェース
１５ 磁気センサー

Claims (6)

1. 電磁石に通電してワークを吸着し、電気を遮断してワークを離脱する装置における消磁制御方法において、前記電磁石の残留磁気を磁気センサーで測定すると共に、その出力をインターフェースに接続して、消磁操作を実施し、この消磁操作を残留磁気が予め設定した許容残留磁気に達するまで繰り返して、その出力をインターフェースに記憶させることにより、磁力パラメータを自動的に設定し、これに基づいて消磁することを特徴とした電磁石における消磁制御方法。
2. 消磁操作は、励磁電流を減衰させた後遮断し、ついで負極の直流および／または交流の消磁電流を通電し、前記直流の消磁電流は励磁電流の遮断後タイムインターバルをおいて、１個の方形パルス又は１個の鋸歯状パルスとし、交流の消磁電流は消磁開始前にタイムインターバルをおいた減衰電流としたことを特徴とする請求項１記載の電磁石における消磁制御方法。
3. 許容残留磁気は０．０００５テスラ以下とすることを特徴とした請求項１記載の電磁石における消磁制御方法。
4. 電磁石と、その給電回路及び消磁回路と、吸着及び消磁のインターフェースと、電磁石励磁パターン発生器と、消磁電圧のプリセットと、前記電磁石の磁束密度を検出する磁気センサーとより得た磁力パラメータとを組み合わせたことを特徴とする電磁石における消磁制御システム。
5. 磁気センサーは、ワークに接触するセンサープローブと、緑色と赤色の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有し、残留磁気量及びＮ極とＳ極により発光状態を変えるようにしたことを特徴とする請求項４記載の電磁石における消磁制御システム。
6. ホール素子と、その電子回路と、電圧検出器と、磁束演算器とを組み合わせたことを特徴とする請求項４記載の電磁石における消磁制御システムに使用する磁気センサー。

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