JP2018179976A - 移動速度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定器を近づけることが困難な悪環境下において、金属板の移動速度を正確に検出する。【解決手段】金属板１２の主面に対向配置され、電気四重極を構成する磁石１１と、磁界中を移動速度Ｖで移動する金属板１２に発生する誘導電流によって発生する磁界を検出するセンサ１６と、センサ１６による磁界の検出値に基づいて移動速度Ｖを算出する速度算出部とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、非接触で金属板の移動速度を検出する移動速度検出装置に関するものである。

特許文献１は、モールド内の溶鋼レベルが一定レベルに到達した時点で、引き抜き速度制御装置がガイドローラ（引き抜きロール）の回転速度を制御し、モールド内の溶鋼を引き抜く連続鋳造設備を開示する。

このような連続鋳造設備では、鋳造される鉄の品質を最適化するために、溶鋼や赤熱する鉄板の移動速度を正確に測定することが望まれる。しかし、連続鋳造中の鉄の温度は１５００℃以上と高く、移動速度を測定する測定器を近づけることは容易ではない。そのため、鋳造される鉄の正確な速度の測定は極めて困難であり、ガイドローラの回転速度などから、移動速度を推定することしかできなかった。

特開平８−２９４７６２号公報

しかし、ガイドローラと高温の鉄との間の摩擦は小さく、ガイドローラに対する鉄の滑りが発生するため、ガイドローラの回転速度を鉄の移動速度として測定した場合、正確な鉄の移動速度を測定できないという問題があった。

本発明は、測定器を近づけることが困難な悪環境下において、金属板の移動速度を正確に検出することが可能な移動速度検出装置を提供することである。

本発明の一態様に係る移動速度検出装置は、移動する金属板の移動速度を検出する移動速度検出装置であって、
磁気四重極を構成し、隣接する磁極同士が前記金属板の移動方向と平行となるように前記金属板に対向して配置された４個の磁石と、
前記磁気四重極の磁極面において前記磁気四重極が作る磁界が零になる位置に配置され、前記金属板で発生する誘導電流によって発生する磁界を検出するセンサと、
前記センサによる磁界の検出値に基づいて前記移動速度を算出する速度算出部とを備える。

本態様によれば、磁界中で金属板を移動させることで、金属板に移動速度に比例した誘導電流を発生させ、その誘導電流によって発生する磁界をセンサで検出し、センサの検出値に基づいて金属板の移動速度が検出されているので、金属板の移動速度を非接触で検出できる。そのため、測定器を近づけることが困難な悪環境下において、金属板の移動速度を検出できる。

また、本態様によれば、磁石からの磁界が零の箇所が発生する磁気四重極が用いられており、その箇所にセンサが配置されているので、センサは誘導電流によって発生する磁界のみを正確に検出できる。その結果、金属板の移動速度を正確に検出できる。

更に、本構成は、隣接する磁極同士が金属板の移動方向と平行となるように金属板に対向して配置されているので、センサの真下の領域に大きな誘導電流を発生させることができ、誘導電流によって発生する磁界をセンサに正確に検出させることができる。

上記態様において、前記磁石と前記センサとを含み、前記金属板の移動方向に移動可能に構成された移動機構と、
前記移動機構を駆動する駆動部とを更に備え、
前記速度算出部は、前記センサの検出値が零となるように前記駆動部を制御し、前記センサの検出値が零のときの前記移動機構の移動速度を特定することで前記金属板の移動速度を算出してもよい。

磁石とセンサとを含む移動機構が金属板と同一の移動速度で移動すると誘導電流が零になるので誘導電流による磁界も零となる。本態様によれば、誘導電流による磁界が零になたときの移動機構の移動速度を特定することで、金属板の移動速度を検出できる。

本発明の別の一態様に係る移動速度検出装置は、移動する金属板の移動速度を検出する移動速度検出装置であって、
前記金属板に対向配置された磁石と、
前記金属板に発生する誘導電流によって、前記磁石に対して前記金属板の移動方向に発生する力を検出するセンサと、
前記センサの検出値に基づいて前記移動速度を算出する速度算出部とを備える。

磁界中で金属板を移動させると、金属板には移動速度に比例した誘導電流が発生し、その誘導電流と磁石からの磁界との積に比例する力が金属板に作用するので、その力の反作用の力が磁石に対して金属板の移動方向に作用する。本態様では、この力をセンサで検出するので、金属板の移動速度を非接触で算出できる。したがって、本態様は、測定器を近づけることが困難な悪環境下において金属板の移動速度を正確に検出できる。

本開示の更に別の一態様に係る移動速度検出装置は、移動する金属板の移動速度を検出する移動速度検出装置であって、
Ｎ極とＳ極とが円周方向に交互に配置され、前記金属板の移動方向と直交する方向を回転軸として回転可能に配置された円形の磁石と、
前記金属板に発生する誘導電流によって発生する力により回転される前記磁石の回転速度を検出するセンサと、
前記センサの検出値に基づいて前記移動速度を算出する速度算出部とを備える。

本態様によれば、磁界中で金属板を移動させることで、金属板に移動速度に応じた誘導電流を発生させ、その誘導電流に応じた力を、回転可能に構成された磁石に付与させることで磁石を回転させ、磁石の回転速度をセンサで検出することで金属板の移動速度が検出されている。そのため、金属板の移動速度を非接触で検出できる。したがって、本態様は測定器を近づけることが困難な悪環境下において金属板の移動速度を正確に検出できる。

上記態様において、前記磁石と前記センサとを格納する非磁性体の容器を更に備えてもよい。

本態様によれば、磁石とセンサとが遮蔽容器に格納されているので、金属板の熱から磁石とセンサとを保護することができる。また、遮蔽容器が非磁性体で構成されているので、磁石の磁界が遮蔽容器からの磁界に影響され、移動速度を正確に検出できなくなることを防止できる。

上記態様において、前記金属板は、キュリー温度よりも高温であってもよい。

本態様によれば、金属板は強磁性体としての性質を失うキュリー温度よりも高温であるので、金属板からの磁界が磁石からの磁界に影響を及ぼすことを防止でき、金属板の移動速度を正確に検出できる。また、キュリー温度以上の金属板が測定対象とされているので、例えば、溶融状態にある金属板の移動速度も正確に検出できる。

上記態様において、前記センサは、三次元ホールセンサで構成されていてもよい。

本態様によれば、一軸センサや二軸のセンサでは、取り付け位置や角度によってセンサの軸方向と発生する磁界の方向とが完全に対応せず、検出される磁界の検出値が実際発生している磁界の強度より低い値になる虞がある。本態様では、三次元ホールセンサが用いられているので、センサの軸方向と発生する磁界の方向とが対応していなくても、発生する磁界の強度を正確に検出することができる。

上記態様において、前記速度算出部は、前記金属板が移動している状態において前記三次元ホールセンサが検出したＸ，Ｙ，Ｚ軸成分の検出値から、前記金属板が静止している状態において前記三次元ホールセンサが検出したＸ，Ｙ，Ｚ軸成分の検出値をそれぞれ差し引き、得られたＸ，Ｙ，Ｚ軸成分の検出値の二乗平均平方根を前記磁界の検出値として算出してもよい。

三次元ホールセンサの取り付け位置や角度によって、各軸方向で検出される磁界の感度はばらつく。本態様では、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸成分の検出値の二乗平均平方根が磁界の検出値として算出されているので、磁界の値を安定して評価できる。また、金属板が移動している状態において三次元ホールセンサが検出したＸ，Ｙ，Ｚ軸成分の検出値から、金属板が静止している状態において三次元ホールセンサが検出したＸ，Ｙ，Ｚ軸成分の検出値がそれぞれ差し引かれている。そのため、三次元ホールセンサの検出値から地磁気等のオフセットを除去することができる。

上記態様において、前記速度算出部は、
前記金属板が静止している状態において、前記三次元ホールセンサに前記検出をＭ＋Ｎ（Ｍは１以上の整数、Ｎは１以上の整数）回繰り返し実行させ、前記三次元ホールセンサによる検出結果が安定するまでのＭ回の検出値は破棄し、安定後のＮ回のＸ，Ｙ，Ｚ軸成分の検出値の加算平均値をそれぞれオフセット磁界として算出し、
前記金属板が移動している状態において、前記三次元ホールセンサに測定をＯ＋Ｐ（Ｏは１以上の整数、Ｐは１以上の整数）回繰り返し実行させ、前記三次元ホールセンサによる検出結果が安定するまでのＯ回の検出値は破棄し、安定後のＰ回のＸ，Ｙ，Ｚ軸成分の検出値から前記オフセット磁界のＸ，Ｙ，Ｚ軸成分を減じた後、二乗平方根を算出し、得られた値を前記磁界の検出値として算出してもよい。

磁界の測定開始直後の一定期間ではドリフト等の影響により、測定値が安定しない。本態様では、金属板の静止状態及び移動状態のそれぞれにおいて、最初のＭ回及びＯ回の検出値が破棄され、残りＮ回及びＰ回のそれぞれの検出値に基づいて磁界の検出値が算出されている。そのため、磁界の検出値を正確に算出できる。なお、Ｍ回及びＯ回は同じ回数であってもよいし、異なる回数であってもよい。また、Ｎ回及びＰ回も同じ回数であってもよいし、異なる回数であってもよい。

上記態様において、前記磁界の検出値が予め定められた下限値以上になるように前記金属板と前記センサとのクリアランスを設定してもよい。

検出感度を高めるためには、センサと金属板とのクリアランスを短くするのが良いが、その一方で、溶融する金属板を測定対象とする場合はセンサを破損させてしまう。本態様では、磁界の検出値が予め定められた下限値以上となるようにクリアランスが設定されているので、検出感度を維持しつつ、センサを保護することができる。なお、下限値としては、例えば、磁気四重極を構成する磁石の磁力、磁石間の距離、及び金属板の板厚等に基づいて好適な値が設定される。

本発明によれば、測定器を近づけることが困難な悪環境下において金属板の移動速度を正確に検出できる。

実施の形態に係る移動速度検出装置が適用される連続鋳造設備の側面図である。 図１に示す連続鋳造設備を斜め上から見た図である。 実施の形態１に係る移動速度検出装置を構成する磁石の外観構成を示す図である。 磁気四重極による磁界の分布を示す図である。 金属板に発生する誘導電流を示す図である。 実施の形態１に係る移動速度検出装置の構成の詳細を示す図である。 実施の形態１に係る移動速度検出装置の電気的な構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る移動速度検出装置を構成する磁石の外観構成を示す図である。 金属板に発生する誘導電流を示す図である。 実施の形態２に係る移動速度検出装置の構成を示す図である。 実施の形態３に係る移動速度検出装置に用いられる磁石を示す図である。 実施の形態３に係る移動速度検出装置の構成を示す図である。 試作機において、磁石とセンサとの配置状況を示す図である。 金属板に発生する誘導電流を示す図である。 試作機を構成するセンサユニットの外観図である。 試作機の全体構成の外観図である。 試作機を側方から見た外観図である。 ターンテーブルを停止させた場合においてセンサが検出したオフセット磁界を示すグラフである。 図１８の検出値に対してオフセットヌル処理後の誤差値を示すグラフである。 ターンテーブルを回転させた場合においてセンサによる検出値を示すグラフである。 ターンテーブルの回転速度とセンサによる磁界の磁束密度の検出値との関係を示すグラフである。 試作機においてターンテーブルを６０ｒｐｍ（毎秒１回転）で回転させた時にターンテーブルで発生する誘導電流が作る磁界の磁束密度と、ターンテーブル及び磁石間のクリアランスとの関係を示すグラフである。 試作機において使用したネオジム磁石が作る磁界の磁束密度と、ネオジム磁石の磁極面からの距離との関係を示すグラフである。 磁石から出る磁界が金属板に進入する様子を示した図である。

［連続鋳造設備］
図１は、実施の形態に係る移動速度検出装置が適用される連続鋳造設備の側面図である。図２は、図１に示す連続鋳造設備を斜め上から見た図である。連続鋳造設備は、取鍋１、タンデッシュ２、鋳型３、プラズマトーチ４、ストッパ５、ローラ７、メニスカス８、及び鋳造パウダー９を含む。図２の例では、取鍋１は２つ設けられ、鋳型３は２つ設けられている。また、図２の例では、２つの鋳型３のそれぞれの下流側には２つの搬送経路Ｒ１，Ｒ２が設けられている。搬送経路Ｒ１，Ｒ２には溶鋼を厚さ方向に挟持するように複数のローラ７が設けられている。また、ストッパ５は１つしか図示されていないが、２つの鋳型３に対応して２つ設けられている。

取鍋１の中の高温の溶鋼は、タンデッシュ２に流れ込み、プラズマトーチ４で加熱及び温度調整され、鋳型３に流れ込む。タンデッシュ２に流れ込んだ溶鋼の移動速度はストッパ５の挿入深さで調整される。鋳型３に接することで表面から冷えた溶鋼は、外側から固まりながら、ローラ７によって搬送経路Ｒ１，Ｒ２に搬送される。このとき、溶鋼はローラ７を通過することで冷却され、固体のスラブとなる。

従来の連続鋳造設備は、ローラ７の回転速度から溶鋼やスラブ等の金属板の移動速度を測定していた。しかし、金属板とローラ７との間の摩擦は極めて少ないため、ローラ７に対する金属板の滑りが生じ、金属板の移動速度を正確に測定できないという問題があった
。ここで、金属板は１５００℃前後の高温であるため、接触式の速度計で速度を測ることは困難である。

そこで、レーザーを応用した光学式の速度計を使用して金属板の移動速度を測定することも考えられる。しかし、溶鋼の周囲は、高温の鉄粉や腐食性のガスが発生する可能性が高く、悪環境であるため、光学式の速度計を使用して金属板の移動速度を測定すると、レンズが直ぐに曇ってしまい、測定不能になるという問題があった。

そこで、本実施の形態では、これらの問題を解決するために、下記の移動速度検出装置を見出した。以下、本実施の形態の移動速度検出装置について詳細に説明する。なお、本実施の形態の移動速度検出装置は、鋳型３の近傍が高温であることを考慮して、例えば、図１の搬送経路Ｒ１，Ｒ２において、鋳型３から連なる湾曲領域よりも少し下流側の水平領域に配置されている。但し、これは一例であり、移動速度検出装置は、湾曲領域に設けられてもよい。また、下記の実施の形態のいては、同一の構成要素は同一の符号が付され、説明が省かれる。

［実施の形態１］
図３は、実施の形態１に係る移動速度検出装置を構成する磁石１１の外観構成を示す図である。図３において、磁石１１の長手方向が上下方向であり、移動方向Ｄが前後方向であり、上下方向と前後方向と直交する方向が左右方向である。

移動速度検出装置は、金属板１２の主面に対向配置された磁石１１を含む。磁石１１は、磁気四重極を構成する４個の磁石１１１，１１２，１１３，１１４を含む。磁石１１１〜１１４は、それぞれ同じ長さであり、断面が正方形の棒状の永久磁石である。但し、これは一例であり、磁石１１１〜１１４は、断面が長方形又は円形であってもよい。金属板１２は図１に示すローラ７によって、矢印に示す移動方向Ｄに移動速度Ｖで搬送される。

磁石１１１，１１２，１１３，１１４は、上方から下方に見て、格子状に配置されている。詳細には、磁石１１１と磁石１１３とは中心間を繋ぐ辺Ｈ１が移動方向Ｄと平行になるように配置され、磁石１１２と磁石１１４とは中心間を繋ぐ辺Ｈ３が移動方向Ｄと平行になるように配置されている。また、磁石１１１と磁石１１２とは中心間を繋ぐ辺Ｈ２が左右方向と平行になるように配置され、磁石１１３と磁石１１４とは中心間を繋ぐ辺Ｈ４が左右方向と平行になるように配置されている。また、磁石１１１〜１１４は、辺Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４の距離が同一となるように配置されている。

磁石１１１〜１１４は、それぞれ、隣り合う磁石１１１〜１１４の極性が反対になるように配置されている。詳細には、磁石１１１，１１２，１１３，１１４は、それぞれ、金属板１２側がＳ極，Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極となるように配置されている。更に、磁石１１１〜１１４は、金属板１２側の磁極を含む磁極面が金属板１２の主面と一定の距離を設けて平行になるように配置されている。

移動速度検出装置は、更に、金属板１２に発生する誘導電流によって発生する磁界を検出するセンサ１６を含む。センサ１６は、例えば、ホール素子からなる磁気センサで構成され、前記磁極面において、磁界が零になる位置に配置されている。ここでは、センサ１６は、辺Ｈ１〜Ｈ４からなる正方形の中心を磁極面に投影した位置に配置されている。

図４は、磁気四重極による磁界の分布を示す図である。図４は、例えば磁石１１１〜１１４の金属板１２側の磁極面における磁気四重極の磁界の分布を示している。図４において、磁界強度が強い箇所は磁力線の密度が高く、磁界強度が弱い箇所は磁力線の密度が低くなっている。中心Ｏは磁石１１１〜１１４から等距離にあり、且つ、磁石１１１〜１１４は隣接する磁極の極性が異なるように配置されている。そのため、中心Ｏでは磁界が打ち消し合って零になる。したがって、中心Ｏにセンサ１６を配置すると、センサ１６は零の磁界を検出する。

図５は、金属板１２に発生する誘導電流Ｉを示す図である。磁石１１１〜１１４で発生する磁界中において移動方向Ｄに金属板１２を移動させると、金属板１２には誘導電流Ｉが発生する。誘導電流Ｉは、磁束密度Ｂが高い磁石１１１〜１１４のそれぞれの磁極の真下で最大となり、磁極の間を通って戻ってくる。詳細には、金属板１２の左方には、時計回りに誘導電流Ｉが流れ、金属板１２の右方には、反時計回りに誘導電流Ｉが流れる。そのため、金属板１２において、中心Ｏの真下の箇所は、誘導電流Ｉの帰り道となり、この箇所には後方に向かう大きな誘導電流Ｉが流れる。よって、この箇所に流れる誘導電流Ｉにより中心Ｏには左方向を向く磁界ｂが発生する。

中心Ｏ以外の箇所にセンサ１６を配置しても、誘導電流Ｉにより発生した磁界ｂを計測することは可能である。しかし、磁石１１から生じる磁界は非常に強いので、センサ１６が飽和する可能性がある。また、この場合、磁石１１から生じる強い磁界に埋もれた弱い磁界ｂをセンサ１６の検出値から抽出する必要があるため、磁界ｂの検出精度が低下する可能性がある。そこで、本実施の形態では、センサ１６は、磁石１１からの磁界が零である中心Ｏに配置される。

これにより、センサ１６は、微弱な磁界ｂを測定可能となる結果、本実施の形態は非常に小さな移動速度Ｖを検出できる。

ここで、磁石１１１〜１１４のそれぞれの真下の金属板１２の領域に発生する起電力をＥとすると、起電力Ｅは、レンツの法則から、当該領域での磁束の変化に比例するので、下記の式（１）で表される。

Ｅ＝ｃ１・Ｂ・Ｌ・Ｖ （１）
Ｅ：起電力 ｃ１：比例係数 Ｂ：磁石１１１〜１１４のそれぞれの磁束密度 Ｌ：磁石１１１〜１１４のそれぞれの断面の一辺の長さ Ｖ：金属板１２の移動速度
一方、誘導電流Ｉは下記の式（２）で表される。

Ｉ＝Ｅ／Ｒ （２）
Ｒ：金属板１２の抵抗成分
なお、抵抗成分Ｒは、金属板１２の抵抗率や厚さ等から得られる値であり、既知である。

式（１）を式（２）に代入すると式（３）が得られる。

Ｉ＝ｃ１・Ｂ・Ｌ・Ｖ／Ｒ （３）
一方、誘導電流Ｉから距離ｄ１離れた円周の磁界ｂは、アンペールの右ねじの法則より、真空の透磁率μ０を用いて、ｂ＝μ０・Ｉ／（２π・ｄ１）と表されるので、μ０／２π＝ｃ２とおくと、下記の式（４）が得られる。

ｂ＝ｃ２・Ｉ／ｄ１ （４）
式（３）を式（４）に代入すると式（５）が得られる。

ｂ＝ｃ２・ｃ１・Ｂ・Ｌ・Ｖ／（Ｒ・ｄ１） （５）
ここで、比例係数ｃ１，ｃ２、磁束密度Ｂ、長さＬ、抵抗成分Ｒ、は既知なので、これらを比例係数Ｋとして纏めると、式（５）は式（６）で表される。

ｂ＝Ｋ・Ｖ （６）
式（６）に示すように、磁界ｂは移動速度Ｖに比例する。よって、磁界ｂから移動速度Ｖが検出できる。そこで、本実施の形態は、磁界ｂをセンサ１６で検出することで、移動速度Ｖを検出する。

図６は、実施の形態１に係る移動速度検出装置の構成の詳細を示す図である。移動速度検出装置は、計測ユニット６１０を備える。計測ユニット６１０は、筐体６１１（容器の一例）と、４つの車輪６１２（移動機構の一例）とを含み、レール６１３の上を走行する。レール６１３は、金属板１２の上方において移動方向Ｄと平行に配置されている。なお、レール６１３は、例えば、天井１００や地面等に固定されている。

筐体６１１は、磁石１１とセンサ１６とを収納する。ここで、筐体６１１は、非磁性の金属素材（例えば、銅やステンレスやアルミニウム）や非磁性の耐熱素材（例えば、樹脂やセラミックス）で構成され、磁石１１とセンサ１６とを金属板１２の熱から保護する。

このように、計測ユニット６１０は、移動方向Ｄに沿って移動可能に構成されている。そのため、計測ユニット６１０がレール６１３の上を走行すると、金属板１２に誘導電流Ｉが発生し、それによって磁界ｂが発生する。

図７は、実施の形態１に係る移動速度検出装置の電気的な構成を示すブロック図である。移動速度検出装置は、計測ユニット６１０に加え、管理ユニット６３０を含む。計測ユニット６１０は、図３に示すセンサ１６の他、駆動部６２１と、移動体制御部６２２（速度算出部の一例）と、通信部６３１とを含む。

駆動部６２１は、例えば電動モータで構成され、車輪６１２を駆動する。移動体制御部６２２は、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサとメモリと含むマイクロコントローラで構成され、駆動部６２１を制御する。本実施の形態では、移動体制御部６２２は、センサ１６が検出する磁界ｂが０になるように、駆動部６２１を制御する。

ここで、計測ユニット６１０が金属板１２と同じ移動速度Ｖで移動すると、誘導電流Ｉが発生しないので、磁界ｂが０になる。したがって、磁界ｂが０になったときの計測ユニット６１０の移動速度Ｖを特定することで、金属板１２の移動速度Ｖを検出できる。

本実施の形態では、移動体制御部６２２は、計測ユニット６１０をある移動速度Ｖｘで移動させる場合、移動速度Ｖｘに対して事前に対応付けられた指令値Ｉｘを駆動部６２１に出力する。したがって、移動体制御部６２２は、磁界ｂが０になったときに駆動部６２１に出力する指令値Ｉｘから移動速度Ｖｘを特定できる。但し、これは一例であり、計測ユニット６１０に移動速度Ｖを検出する速度センサを設け、この速度センサの検出値から計測ユニット６１０の移動速度Ｖを検出してもよい。この場合、移動体制御部６２２は、磁界ｂが０になったときの速度センサの検出値を移動速度Ｖとして検出すればよい。

通信部６３１は、例えば、無線又は有線の通信路を介して計測ユニット６１０と管理ユニット６３０とを通信可能に接続する通信モジュールで構成されている。本実施の形態では、通信部６３１は、移動体制御部６２２が検出した移動速度Ｖを管理ユニット６３０に送信する。

管理ユニット６３０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むコンピュータで構成され、通信部６３１と表示部６３２とを含む。通信部６３１は、通信部６３１と通信するための通信モジュールで構成されている。表示部６３２は、通信部６３１が計測ユニット
６１０から受信した移動速度Ｖを表示する。

次に、実施の形態１の移動速度検出装置の動作を簡単に説明する。図１を参照し、鋳型３から溶鋼である金属板１２の流出が開始され、移動速度検出装置の近傍に到達する。すると、図６を参照して、計測ユニット６１０の移動が開始される。この場合、移動体制御部６２２は、まず、金属板１２の移動速度Ｖとして想定される移動速度に対応する予め定められたデフォルトの指令値を駆動部６２１に出力する。次に、移動体制御部６２２は、センサ１６による磁界ｂの検出値をモニタしながら、磁界ｂが０になるように指令値を調整する。次に、移動体制御部６２２は、磁界ｂが０になると、そのときの指令値に対応する計測ユニット６１０の移動速度を金属板１２の移動速度Ｖとして特定する。特定された移動速度Ｖは、計測ユニット６１０から管理ユニット６３０に送信され、表示部６３２に表示される。これにより、オペレータに移動速度Ｖが報知される。

このように、実施の形態１の移動速度検出装置によれば、磁界中で金属板１２を移動させることで、金属板１２に移動速度Ｖに比例した誘導電流Ｉを発生させ、その誘導電流Ｉによって発生する磁界ｂをセンサ１６で検出し、センサ１６の検出値に基づいて金属板１２の移動速度Ｖが検出されているので、金属板１２の移動速度を非接触で検出できる。そのため、測定器を近づけることが困難な悪環境下において金属板１２の移動速度を正確に検出できる。

なお、実施の形態１は下記の変形例が採用できる。

（１−１）
図６では、筐体６１１により磁石１１とセンサ１６とを金属板１２の熱から保護したが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明は、計測ユニット６１０とレール６１３とを覆う耐熱性の素材からなる容器を設け、計測ユニット６１０とレール６１３とを金属板１２の熱から保護してもよい。

（１−２）
上記実施の形態では、計測ユニット６１０は金属板１２と同一の移動速度Ｖになるように移動されたが、本発明はこれに限定されない。例えば、計測ユニット６１０は、静止状態で金属板１２の移動速度Ｖを検出してもよい。この場合、図７を参照し、計測ユニット６１０はセンサ１６が検出した磁界ｂの検出値を管理ユニット６３０に送信する。そして、管理ユニット６３０に別途設けられた移動速度算出部（図略）が磁界ｂの検出値を式（６）に代入することで移動速度Ｖを算出してもよい。

（１−３）
筐体６１１は、二重構造で構成されてもよい。この場合、筐体６１１は、壁間に水を通す管を含む冷却機構が配置されてもよい。これにより、計測ユニット６１０が、極めて高温の溶鋼の近くに配置されたとしても、計測ユニット６１０は正常に動作することが可能である。

［実施の形態２］
実施の形態２の移動速度検出装置は、１つの磁石１１を用いて金属板１２の移動速度Ｖを検出するものである。図８は、実施の形態２に係る移動速度検出装置を構成する磁石１１の外観構成を示す図である。図８に示すように、磁石１１は、断面が例えば正方形の棒状の永久磁石で構成され、長手方向が上下方向と平行となるように金属板１２と一定の間隔を設けて配置されている。図８の例では、磁石１１は、Ｎ極が金属板１２側を向くように配置されているが、これは一例であり、Ｓ極が金属板１２側を向くように配置されてもよい。また、図８の例では、磁石１１の断面は正方形であるが、これは一例であり、円形であってもよいし、長方形であってもよい。

図９は、金属板１２に発生する誘導電流Ｉを示す図である。金属板１２は、磁石１１から発生する磁束密度Ｂで表される磁界中を、移動速度Ｖで移動方向Ｄに向けて移動する。このとき、金属板１２には、磁石１１の真下の領域において、前後方向に並んで２つの渦状の誘導電流Ｉ１、Ｉ２が発生する。

ここで、磁石１１の真下の金属板１２の領域を前後方向に対して２つの領域に区画したとすると、前方の領域は金属板１２の移動に伴って鎖交磁束が減少するので、その減少を妨げるように時計回りの誘導電流Ｉ２が発生する。一方、後方の領域は金属板１２の移動に伴って鎖交磁束が増大するので、その増大を妨げるように反時計回りの誘導電流Ｉ１が発生する。したがって、磁石１１の磁極面の中心の真下の金属板１２の領域には、誘導電流Ｉ１と誘導電流Ｉ２との合流によって、右方から左方に向けて誘導電流Ｉ３が発生する。誘導電流Ｉ３は大きいので、金属板１２に発生する誘導電流Ｉは誘導電流Ｉ３とみなせる。したがって、フレミング左手の法則により、金属板１２には、後方に向けて力Ｆが発生する。詳細には、力Ｆは、下記の式（７）で表される。

Ｆ＝Ｉ・Ｂ・ｌ （７）
Ｉ：誘導電流 Ｂ：磁石１１の磁束密度 ｌ：金属板１２の左右方向の長さ（幅）
ここで、磁束密度Ｂと長さｌは既知であり、誘導電流Ｉは移動速度Ｖに比例するので、式（８）に示すように、力Ｆは移動速度Ｖに比例する関数で表される。

Ｆ＝Ｋ１・Ｖ （８）
Ｋ１：比例定数 Ｖ：移動速度
したがって、力Ｆが分かれば、移動速度Ｖが分かる。

一方、磁石１１には、金属板１２に作用する力Ｆの反作用の力Ｆが前方に作用する。そこで、本実施の形態では、磁石１１に作用する力Ｆをセンサ１６で測定することで、移動速度Ｖを検出する。

図１０は、実施の形態２に係る移動速度検出装置の構成を示す図である。移動速度検出装置は、図８で示した磁石１１の他、センサ１６と、管理ユニット６３０と、容器６１４とを含む。

磁石１１は、例えばロープ１０１によって天井１００から吊り下げられている。センサ１６は、例えば、バネばかりで構成され、磁石１１に作用する力Ｆを検出する。詳細には、センサ１６はバネの一端が磁石１１に取り付けられ、バネの他端が容器６１４に取り付けられている。したがって、金属板１２の移動により磁石１１に力Ｆが加わると、磁石１１は天井１００とロープ１０１との交点を支点として、前方に移動する。前方に移動する磁石１１によってセンサ１６は前方に押され、力Ｆを検出する。

なお、センサ１６としてバネばかりが採用されたが、本発明はこれに限定されず、力を検出できるセンサであればどのようなセンサが採用されてもよい。例えば、センサ１６として圧力センサやロードセルが採用されてもよい。

容器６１４は、開口部が天井１００に閉塞された箱体で構成され、内部に磁石１１とセンサ１６とを格納する。容器６１４は、非磁性の金属素材（例えば、銅やステンレスやアルミニウム）や非磁性の耐熱素材（例えば、樹脂やセラミックス）で構成され、磁石１１とセンサ１６とを金属板１２の熱から保護する。

管理ユニット６３０は、例えば、コンピュータで構成され、速度算出部６３３を更に含む。速度算出部６３３は、センサ１６による力Ｆの検出値を通信部６３１を介して取得し、取得した検出値を、例えば、式（８）に代入することで、移動速度Ｖを算出する。算出された移動速度Ｖは表示部６３２に表示される。

このように、実施の形態２に係る移動速度検出装置によれば、磁界中で金属板１２を移動させた場合に、磁石１１に作用する移動速度Ｖに比例する力Ｆをセンサ１６で検出しているので、金属板１２の移動速度Ｖを非接触で算出できる。したがって、測定器を近づけることが困難な悪環境下において、金属板１２の移動速度Ｖを正確に検出できる。

実施の形態２は下記の変形例が採用できる。

（２−１）
図１０の例では、磁石１１はロープ１０１により天井１００から吊されているが、本発明はこれに限定されず、磁石１１を移動可能に保持できる部材であれば、どのような部材が採用されてもよい。例えば、ロープ１０１に代えて、天井１００に対してヒンジによって回動可能に取り付けられた棒状の部材を用いて、磁石１１は天井１００から吊されても良い。

［実施の形態３］
実施の形態３に係る移動速度検出装置は、円盤型の磁石１１を採用したことを特徴とする。図１１は、実施の形態３に係る移動速度検出装置に用いられる磁石１１を示す図である。磁石１１は、円周上にＳ極とＮ極とが交互に配置された円盤型の永久磁石で構成されている。図１１の例では、磁石１１は放射状に区画された８個の磁石領域１１０１を備えている。８個の磁石領域１１０１は、それぞれ隣接する磁石領域１１０１と磁極の方向が逆になるように配置されている。ここでは、磁石１１は８個の磁石領域１１０１で構成されているが、これは一例であり、９個以上の磁石領域１１０１で構成されてもよいし、２個以上７個以下の磁石領域１１０１で構成されてもよい。

図１２は、実施の形態３に係る移動速度検出装置の構成を示す図である。磁石１１は保持部材１２１０によって回転可能に保持されている。保持部材１２１０は、一対のロッド１２０１と、軸１２０２とを備える。一対のロッド１２０１は磁石１１を左右方向の両側から挟むように、一端が天井１００に取り付けられている。一対のロッド１２０１は、それぞれ、上下方向に長い平板状の部材で構成されている。

一対のロッド１２０１のそれぞれの他端には軸１２０２が取り付けられている。軸１２０２は、左右方向と平行であり、磁石１１の中心を貫通しており、両端が一対のロッド１２０１の他端によって挟持されている。磁石１１の中心にはベアリングが取り付けられており、磁石１１は、このベアリングを介して軸１２０２に対して回転可能に取り付けられている。したがって、磁石１１は、軸１２０２を中心に金属板１２と直交する平面上を回転する。

容器６１４は、磁石１１と、センサ１６と、保持部材１２１０とを収容する。本実施の形態では、容器６１４として金属を採用すると、磁石１１の回転により容器６１４に誘導電流が発生し、磁石１１の磁界を乱す可能性がある。そこで、本実施の形態では、容器６１４は、例えば、非磁性の耐熱素材（例えば、樹脂やセラミックス）で構成することが好ましい。

磁石１１による磁界中を金属板１２が移動すると、図９で説明したのと同じ原理で、金属板１２には後方に力Ｆが作用し、その反作用の力Ｆが磁石１１の最下部において、前方向に作用する。これにより、磁石１１は回転する。ここでは、回転時における磁石１１の摩擦は十分に小さいものとする。

軸１２０２には、磁石１１の回転速度を検出するセンサ１６が取り付けられている。ここで、センサ１６は、例えば、ロータリーエンコーダで構成されている。

通信部６３１は無線又は有線の通信路を介してセンサ１６と通信可能に接続されており、センサ１６による磁石の回転速度の検出値を取得する。速度算出部６３３は、通信部６３１で取得された回転速度の検出値から金属板１２の移動速度Ｖを算出する。ここで、速度算出部６３３は、例えば、回転速度の検出値に磁石１１の半径を乗じることで、移動速度Ｖを算出すればよい。なお、磁石１１による摩擦力を考慮する場合、速度算出部６３３は、摩擦力による回転速度の減少を補正するために事前に定められた補正係数を更に用いて移動速度Ｖを算出すればよい。

このように実施の形態３に係る移動速度検出装置によれば、磁界中で金属板１２を移動させることで、金属板１２に移動速度Ｖに応じた誘導電流Ｉを発生させ、その誘導電流Ｉに応じた力Ｆを回転可能に構成された磁石１１に付与させることで磁石１１を回転させ、磁石１１の回転速度をセンサ１６で検出することで金属板１２の移動速度Ｖが検出されている。そのため、金属板１２の移動速度Ｖを非接触で検出できる。したがって、測定器を近づけることが測定が困難な悪環境下において金属板１２の移動速度Ｖを正確に検出できる。

なお、実施の形態１−３は以下の変形例を採用できる。

（４−１）
上記の金属板１２は、固体のみならず溶融した金属物体であってもよい。詳細には、金属板１２は、強磁性体としての性質を失うキュリー温度よりも高温な物体が採用されてもよい。一般に金属の融点はキュリー温度よりも高いので、金属板１２は固体の金属のみならず溶融した金属も含まれることになる。

（４−２）
計測ユニット６１０と管理ユニット６３０とを分けたが、一体構成にしてもよい。

（４−３）
実施の形態１、２において、磁石１１は金属板１２の主面の一方側（上方側）に設けられたが、本発明はこれに限定されず、磁石１１は金属板１２の主面の他方側（下方側）に設けられてもよい。また、実施の形態１、２において、磁石１１は金属板１２の一方側において、複数設けられてもよい。

［実施の形態１の具体例］
本発明者は、実施の形態１に係る移動速度検出装置において試作機を作成した。以下、試作機について詳細に説明する。

図１３は、試作機において、磁石１１とセンサ１６との配置状況を示す図である。図１３に示す配置状況は基本的には図３で説明した配置状況と同じである。但し、図１３では、磁気四重極を構成する４つの磁石１１１〜１１４はそれぞれ、断面が円形の円筒形の永久磁石で構成されている点が図３と相違する。

磁気四重極の磁石１１を構成する４個の磁石１１１〜１１４は、それぞれ、断面の直径が２３ｍｍであり、長さが２０ｍｍであり、型番 ＮＤ０１５０のネオジム磁石で構成されている。また、磁石１１１〜１１４は、それぞれ、表面の磁束密度が５１８ｍＴ（５１８０ Ｇａｕｓｓ）であり、使用上限温度が１００℃である。

センサ１６は、正方形のプリント基板の中央に半導体素子が実装されたスマートフォン等で使用される市販の三次元ホールセンサで構成されている。詳細には、センサ１６は、型式がＭＬＸ９０３９３であり、仕様がＭｉｃｒｏｐｏｗｅｒ Ｔｒｉａｘｉｓ Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒであり、Ｘ軸，Ｙ軸の分解能がそれぞれ０．１６１μＴ／ＬＳＢ １６ｂｉｔ 測定レンジ±５２７５μＴであり、Ｚ軸の分解能が０．２９４μＴ／ＬＳＢ １６ｂｉｔ 測定レンジ±９６３３μＴであり、標準偏差が０．３μＴ（サンプリング２００ｍＳの時）である。

センサ１６は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の磁界を検出する３つのホール素子を内蔵しているので、地磁気、磁石１１の生じる磁界、及び移動する金属板１２に生じる誘導電流が作る磁界等の合成磁界の向きと大きさとを検知できる。

磁石１１の中心Ｏでは、磁石１１１〜１１４からの磁界が打ち消し合って、１／１００以下に減衰し、ほぼ零になる。なお、中心Ｏは磁石１１１〜１１４の金属板１２側の磁極面を含む平面において、磁石１１１〜１１４から等距離の位置に設けられている。センサ１６は、中心Ｏに取り付けられているので、センサ１６が磁石１１１〜１１４からの強力な磁界によって飽和することが防止されている。

図１４は、金属板１２に発生する誘導電流Ｉを示す図である。図１４においては、磁石１１１〜１１４の断面が円形になっている以外は図５と同じであり、図５で説明したものと同じ原理により、移動速度Ｖに比例する磁界ｂが得られる。なお、図１４では、磁石１１１〜１１４の断面が円なので、Ｌは円の直径になっている。

［試作機］
図１５は、試作機を構成するセンサユニット１６０２の外観図である。図１６は、試作機の全体構成の外観図である。センサユニット１６０２は、磁石１１１〜１１４を備えるドラム１５０１と、ドラム１５０１を保持する三角形状のホルダ１５０２と、ホルダ１５０２に取り付けられ、地面から一定の高さ位置にドラム１５０１を立設させる脚部１５０３とを備える。

ドラム１５０１は、アクリル樹脂で構成された一対の円板１５０１Ａを備える。一対の円板１５０１Ａは、それぞれ、中心から等距離に４つの穴が穿設されている。前側の円板１５０１Ａの４つの穴にはそれぞれ磁石１１１〜１１４の一方の端部が嵌め込まれ、奥側の円板１５０１Ａの４つの穴にはそれぞれ磁石１１１〜１１４の他方の端部が嵌め込まれている。このようにして、一対の円板１５０１Ａは、磁石１１１〜１１４を挟持する。

図１５において、黒色はＮ極を示し、白色はＳ極を示している。このように、磁石１１１〜１１４は、それぞれ、隣り合う磁石の極性が逆向きになるように取り付けられており、且つ、前側の円板１５０１Ａの中心から等距離に配置されているので、前側の円板１５０１Ａの中心は磁石１１１〜１１４による磁界がほぼ零になる。

前側の円板１５０１Ａの中心には、三次元ホールセンサから構成されるセンサ１６が取り付けられている。これにより、センサ１６は、磁石１１１〜１１４による強力な磁界によって飽和することが防止されている。センサ１６は、電線を介してワンチップマイコン１５０４と電気的に接続されている。ワンチップマイコン１５０４は、図７に示す移動体制御部６２２を構成する。

センサ１６は、正方形状の基板で構成されており、辺Ｈ１と平行にＸ軸が設定され、辺Ｈ１に直交する辺Ｈ２と平行にＹ軸が設定され、基板の主面と直交する方向にＺ軸が設定されている。センサ１６は一方の対角線が前側の円板１５０１Ａの中心を通るように配置されている。したがって、Ｘ軸は左右方向に対して時計回りに４５度ずれ、Ｙ軸は上下方向に対して時計回りに４５度ずれる。

図１６に示すように、試作機は、上下方向に立設されたターンテーブル１６０１を備える。ターンテーブル１６０１は、直径が６００ｍｍ、厚さ１０ｍｍがアルミニウムで構成されている。ターンテーブル１６０１は、図１に示す搬送経路Ｒ１，Ｒ２に沿って直線状に移動される金属板１２を模擬したものであり、モータ（図略）によって一定の角速度で回転される。実際の搬送経路Ｒ１，Ｒ２は長いため、実験室で再現することは困難である。また、試作機を鉄の製造ラインの搬送経路Ｒ１，Ｒ２に配置すると、製造ラインをストップさせる必要があるため好ましくない。そこで、試作機では、ターンテーブル１６０１による円運動によって直線状に移動する金属板１２を模擬した。

センサユニット１６０２は、ターンテーブル１６０１の最下位置を付近にターンテーブル１６０１に対向するように配置されている。ターンテーブル１６０１とセンサユニット１６０２とのクリアランスは２０ｍｍである。

図１７は、試作機を側方から見た外観図である。前方から、ターンテーブル１６０１と、磁石１１を含むドラム１５０１と、脚部１５０３とが順に配置されていることが分かる。また、ドラム１５０１の前方の円板１５０１Ａとターンテーブル１６０１とが一定のクリアランスを設けて配置されていることが分かる。

ターンテーブル１６０１が１０ｒｐｍで回転する場合、ターンテーブル１６０１の主面においてターンテーブル１６０１の中心から２５０ｍｍの位置での接線方向の速度はＶ＝２＊π＊２５０＊１０／６０＝０．２６ｍ／ｓとなる。

ターンテーブル１６０１が６０ｒｐｍ（毎秒１回転）で回転する場合、ターンテーブル１６０１の主面においてターンテーブル１６０１の中心から２５０ｍｍの位置での接線方向の速度はＶ＝２＊π＊２５０＊６０／６０＝１．５７ｍ／ｓとなる。

磁石１１が、回転するターンテーブル１６０１に対向配置されると、回転するターンテーブル１６０１に誘導電流が流れ、それによって磁界が発生し、センサ１６はこの磁界を検出する。

ターンテーブル１６０１から奥側に２０ｍｍ離れた位置に、前方の円板１５０１Ａが位置するように、センサユニット１６０２を配置して実験を行った。

図１８は、ターンテーブル１６０１を停止させた場合においてセンサ１６が検出したオフセット磁界を示すグラフである。ここで、オフセット磁界には、地磁気の他、磁石１１１〜１１４から出た磁界であってセンサ１６の位置で相殺されずに残存する磁界が含まれる。図１８において縦軸は磁界を示し、横軸は検出回数を示している。図１８では、センサ１６による１１０回分の磁界の検出値が示されている。

ワンチップマイコン１５０４は、センサ１６による１１０回の検出値のうち変動の大きな最初の１０回の検出値を破棄して、その後の１００回の検出値の加算平均値を算出する。ここでは、下記の結果が得られた。

Ｘ軸成分：３３１５μＴ、Ｙ軸成分：１８９４μＴ、Ｚ軸成分：１８６μＴ
なお、最初の１０回の検出値を破棄することで、検出値に含まれるランダム雑音成分は、その平方根分の１＝１０分の１に減らすことができる。ワンチップマイコン１５０４は、この加算平均値をオフセット磁界としてメモリーに記憶する。

すなわち、ワンチップマイコン１５０４は、ターンテーブル１６０１が静止している状態において、センサ１６にＭ＋Ｎ（Ｍは１以上の整数、Ｎは１以上の整数）回繰り返し磁界を検出させる。そして、ワンチップマイコン１５０４は、センサ１６による検出結果が安定するまでのＭ回の検出値は破棄し、安定後のＮ回のＸ，Ｙ，Ｚ軸成分の検出値の加算平均値をそれぞれ算出することで、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の３成分からなるオフセット磁界を算出する。

図１９は、図１８の検出値に対してオフセットヌル処理後の誤差値を示すグラフである。図１９において縦軸は誤差値を示し、横軸は検出回数を示す。オフセットヌル処理は、ｎ回目の検出値を１〜ｎ回目までの加算平均値で差し引いた値を誤差値として算出する処理である。図１９では、オフセットヌル処理後に得られた誤差値の加算平均値は下記の通りである。

Ｘ軸成分：１．４６８μＴ、Ｙ軸成分：０．３５６μＴ、Ｚ軸成分：０．４３２μＴ
図２０は、ターンテーブル１６０１を回転させた場合においてセンサ１６による検出値を示すグラフである。図２０において縦軸は磁界を示し、横軸は検出回数を示している。図２０では、センサ１６による１１０回分の磁界の検出値が示されている。

ターンテーブル１６０１を６０ｒｐｍ（毎秒１回転）で回転させ、生じた磁界をセンサ１６で検出すると下記の磁界が検出された。

Ｘ軸成分：５７６μＴ、Ｙ軸成分：４７６μＴ、Ｚ軸成分：７５μＴ
この検出値は、センサ１６による１１０回分の検出値のうち変動の大きな最初の１０回分の検出値を破棄し、残り１００回の検出値のそれぞれからオフセット磁界（Ｘ軸成分：３３１５μＴ、Ｙ軸成分：１８９４μＴ、Ｚ軸成分：１８６μＴ）を減じた値を加算平均することによって得られたものである。

すなわち、ワンチップマイコン１５０４は、ターンテーブル１６０１が移動している状態において、センサ１６にＯ＋Ｐ（Ｏは１以上の整数、Ｐは１以上の整数）回繰り返し磁界を検出させる。そして、ワンチップマイコン１５０４は、センサ１６による検出結果が安定するまでのＯ回の検出値は破棄し、安定後のＰ回のＸ，Ｙ，Ｚ軸成分の検出値からオフセット磁界のＸ，Ｙ，Ｚ軸成分をそれぞれ減じ、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸成分毎の加算平均値を算出する。

図２０の検出結果によると、Ｘ，Ｙ軸成分に比べてＺ軸成分は大幅に小さい値が得られている。そのため、図１５を参照して、Ｚ軸成分の磁界はＸ，Ｙ軸成分の磁界に比べて非常に小さく、ターンテーブル１６０１の主面と直交する方向に発生する磁界成分は非常に小さいことが分かる。したがって、試作機において検出される磁界は、図１４に示す磁界ｂと同様、金属板１２の主面に対して平行とみなせる。

また、センサ１６の位置においてターンテーブル１６０１は径方向と直交する方向、すなわち、左右方向に移動しているので、図１４の説明からすると、ターンテーブル１６０１の回転によって、センサ１６の中心で発生する磁界は上下方向を向くことになる。図２０の検出結果では、Ｙ軸成分の検出値がＸ軸成分の検出値に比べて多少小さいため、図１５においてセンサ１６の中心で発生する磁界は、上下方向に対して多少反時計回りの方向にずれるものの、概ね上下方向を向いている。よって、試作機において、センサ１６の中心において図１４で説明した磁界ｂの方向とほぼ同じ方向の磁界が観測できた。

なお、試作機において観測される磁界が図１４で説明した磁界ｂに対して向きが多少ずれているのは、試作機では、直線運動をする金属板１２ではなく、回転運動をするターンテーブル１６０１で発生する磁界を観測しているのが原因と考えられる。

次に、ワンチップマイコン１５０４は、ターンテーブル１６０１を回転させたときの磁界の検出値（Ｘ軸成分：５７６μＴ、Ｙ軸成分：４７６μＴ、Ｚ軸成分：７５μＴ）のＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）を求めると、ｓｑｒｔ（５７６＾２＋４７６＾２＋７５＾２）＝７５１μＴの磁界の検出値が得られた。

図２１は、ターンテーブル１６０１の回転速度とセンサ１６による磁界の磁束密度の検出値との関係を示すグラフである。図２１において縦軸は磁束密度を示し、横軸はターンテーブル１６０１の回転速度を示している。

図２１では、ターンテーブル１６０１の回転速度を１０，２０，３０，４０，５０，６０ｒｐｍと変えた場合において、センサ１６による検出された磁界が示されている。図２１において、縦軸は磁束密度、横軸は回転速度を示している。

図２１において、グラフｇ１はＸ軸成分の磁界の検出値を示し、グラフｇ２はＹ軸成分の磁界の検出値を示し、グラフｇ３はＺ軸成分の磁界の検出値を示し、グラフｇ４はＸ，Ｙ，Ｚ軸成分の合成磁界を示している。なお、グラフｇ１〜ｇ４のそれぞれの近傍に示す直線はグラフｇ１〜ｇ４を直線近似したグラフを示している。また、図２１においては、ターンテーブル１６０１と磁石１１１〜１１４とのクリアランスは２０ｍｍに設定されている。

グラフｇ１〜ｇ４に示されるように、センサ１６により検出された磁界は回転速度に比例していることが分かる。そのため、上述した、磁界ｂが金属板１２の移動速度Ｖに比例する式（６）に示す関係が確認できた。したがって、センサ１６による磁界の検出値から金属板１２の移動速度Ｖを求めることができる。

［１］クリアランスと磁界との関係
次に、ターンテーブル１６０１（金属板１２）及び磁石１１間のクリアランスｄとセンサ１６が検出する磁界との関係について説明する。図２２は、試作機においてターンテーブル１６０１を６０ｒｐｍ（毎秒１回転）で回転させた時にターンテーブル１６０１で発生する誘導電流が作る磁界の磁束密度と、ターンテーブル１６０１及び磁石１１間のクリアランスｄとの関係を示すグラフである。図２２は、両対数グラフであり、縦軸は磁束密度を示し、横軸はクリアランスｄを示す。図２２において、ターンテーブル１６０１の直径は２２０ｍｍである。

また、図２２において、菱形の点はターンテーブル１６０１の厚さを５ｍｍにした場合のクリアランスｄに対する磁束密度Ｂの測定値をプロットしたものであり、四角形の点はターンテーブル１６０１の厚さを１０ｍｍにした場合のクリアランスｄに対する磁束密度Ｂの測定値をプロットしたものである。

また、図２２において、グラフｇ２０１はターンテーブル１６０１の厚さが１０ｍｍの場合を示し、グラフｇ２０２はターンテーブル１６０１の厚さが５ｍｍの場合を示す。グラフｇ２０３は、先ず数式（３０００００／ｄ＾２）の指数部を２から０．１づつ増減して、グラフＧ２０１，ｇ２０２と傾きが一致する指数部の数値（２．３）を求め、その時の数式（３０００００／ｄ＾２．３）を示すグラフであり、グラフｇ２０１，ｇ２０３がクリアランスｄの２乗にほぼ反比例していることを示すために参考として掲載したグラフである。

なお、四角形の点Ｐ２２１と菱形の点Ｐ２２２はそれぞれクリアランスｄが１２ｍｍの場合の磁束密度Ｂを示しており、グラフｇ２０１とグラフｇ２０２に比べて磁束密度Ｂが低い値をとっている。これは、クリアランスｄが１２ｍｍではターンテーブル１６０１の回転速度が電磁誘導の力で減速されたことに起因する。そこで、グラフｇ２０１、ｇ２０２を描くにあたって、点Ｐ２２１及び点Ｐ２２２は無視されている。

グラフｇ２０１及びグラフｇ２０２は左上がりの直線を描いているので、クリアランスｄが短いほど誘導電流によって発生する磁界の磁束密度Ｂは大きくなることが分かる。また、グラフｇ２０１よりグラフｇ２０２の方が上側に描かれているため、ターンテーブル１６０１の厚さが増すほど誘導電流によって発生する磁界の磁束密度Ｂは大きくなることが分かる。

ＬＶ１は雑音変動レベルを示しているため、磁束密度Ｂが雑音変動レベルＬＶ１以上の磁界を発生させる必要がある。グラフｇ２０１、ｇ２０２に示すように、クリアランスｄが５２ｍｍ以下であれば、誘導電流により発生する磁界の磁束密度Ｂが雑音変動レベルＬＶ１を超えるので、ターンテーブル１６０１の回転速度を検出することが可能となる。

ここで、溶鋼は表面形状のうねりが激しいので、溶鋼及びセンサ１６間のクリアランスが短いとセンサ１６が破損してしまう虞がある。そこで、溶鋼を取り扱う製造ラインでは、溶鋼に対するセンサ１６のクリアランスとして１００ｍｍ以上を確保することが要求されている。

点Ｐ２２３に示すように、クリアランスｄを２７ｍｍとした場合、磁束密度Ｂが雑音変動レベルＬＶ１以上の磁界をセンサ１６の位置に発生させることができる。試作機では、直径２３ｍｍのネオジム磁石を４個使って磁気四重極が構成されている。したがって、直径１００ｍｍのネオジム磁石を４個用いて磁気四重極を構成すれば、クリアランスｄを１００ｍｍに設定してセンサ１６の位置に雑音変動レベルＬＶ１以上の磁界を発生できることが見込まれる。これにより、溶鋼を取り扱う製造ラインの要望に応えることができる。

図２３は、試作機において使用したネオジム磁石（直径：２３ｍｍ、高さ２０ｍｍ）が作る磁界の磁束密度Ｂと、ネオジム磁石の磁極面からの距離ｄ１との関係を示すグラフである。

図２３において縦軸は磁束密度Ｂを対数で示し、横軸はネオジム磁石の磁極面からの距離ｄ１を対数で示している。また、図２３において菱形の点は磁束密度Ｂの実測値を示している。グラフｇ２２１は、距離ｄ１が１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲での磁束密度Ｂの実測値を直線近似したグラフであり、グラフｇ２２２は、距離ｄ１が５０ｍｍより大きい範囲で磁束密度Ｂの実測値を直線近似したグラフである。

グラフｇ２２１に示すように距離ｄ１が１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲では、磁束密度Ｂは、ほぼ距離ｄ１の二乗に反比例している。この距離範囲では、ネオジム磁石の磁極面から出た磁束は距離ｄ１が増大するにつれて線形に拡散するので、磁束鎖交面の面積Ｓは距離ｄ１の二乗に比例して増大する。磁束密度Ｂは磁束鎖交面の面積Ｓに反比例するので、この距離範囲では、磁束密度Ｂは、距離ｄ１の二乗に反比例して小さくなる。

移動する金属板１２に発生する起電力Ｅは、式（１）に示すように、移動速度Ｖに比例し、磁束密度Ｂに比例し、磁束鎖交面の長さＬに比例する。磁束鎖交面の長さとは、移動方向Ｄに直交する方向での磁束鎖交面の長さを指す。磁束鎖交面の長さＬは、距離ｄ１に比例して長くなる。よって、起電力Ｅは、距離ｄ１に反比例して弱まっていく。

なお、式（１）では、図１４に示すように、金属板１２での磁束鎖交面の面積は磁石１１１〜１１４の磁極面と等しいとみなし、Ｌは磁石１１１〜１１４の磁極面の一辺の長さであるとして説明した。しかし、実際には、Ｌは磁石１１１〜１１４からの磁極面から出る磁束の金属板１２での磁束鎖交面の長さを指す。

移動する金属板１２に流れる誘導電流Ｉは、起電力Ｅに比例し、磁束の広がる範囲の金属板１２の抵抗値Ｒ１に反比例する。厚さｔ、幅Ｗ、長さＤの金属の抵抗値は、厚さｔに反比例し、幅Ｗに反比例し、長さＤに比例する。よって、抵抗値Ｒ１は、距離ｄ１に関わらず一定となる。

誘導電流Ｉは、式（３）に示すように、起電力Ｅを定めるＢ・Ｌ・Ｖが距離ｄ１に反比例して弱まるので、距離ｄ１に反比例して弱まっていく。

誘導電流Ｉの作る磁界ｂは、式（４）に示すように、誘導電流Ｉに比例するが、誘導電流Ｉは距離ｄ１に反比例するので、距離ｄ１の二乗に反比例して弱まっていく。

図２２を参照すると、ターンテーブル１６０１を回転した時の誘導電流Ｉが作る磁界ｂは、ほぼ距離ｄ１の２乗に反比例して弱まっており、実験結果は、ほぼ理論に合った結果となっている。

［２］金属板の厚さと誘導電流が作る磁界との関係
厚さｔ、幅Ｗ、及び長さｌの金属板１２の抵抗値Ｒ１は厚さｔに反比例し、幅Ｗに反比例し、長さｌに比例する。よって、理論上は金属板１２の厚さｔが２倍になれば、抵抗値Ｒ１は１／２となり、誘導電流Ｉは２倍になる筈である。

しかし、図２２を参照すると、ターンテーブル１６０１の厚さｔが１０ｍｍの場合の磁界ｂの磁束密度は、厚さｔが５ｍｍの場合の磁束密度に対して１．４倍にしか増えていない。これについて以下考察する。

ターンテーブル１６０１が十分薄く、誘導電流Ｉの作る磁界ｂが弱い時は、磁石１１から出る磁界は、ターンテーブル１６０１が無い時と殆ど同じように、ターンテーブル１６０１を貫通するので、ターンテーブル１６０１の厚さｔに比例して、誘導電流Ｉも増えていく。

しかし、ターンテーブル１６０１の厚みが増すと、誘導電流Ｉも強くなり、誘導電流Ｉの作る磁界ｂにより、磁石１１から出る磁界がターンテーブル１６０１の移動方向に曲げられ、ターンテーブル１６０１内に進入する磁界は弱まってしまう。

図２４は、磁石１１から出る磁界が金属板１２に進入する様子を示した図である。金属板１２の表面に流れる誘導電流Ｉの作る磁界ｂにより、磁石１１から金属板１２の主面に対してほぼ垂直に進入した磁界は、徐々に金属板１２の移動方向Ｄに曲げられていき、金属板１２内の奥に向かうにつれて金属板１２の移動方向Ｄに拡散する。その結果、金属板１２の奥では磁石１１から出た磁界の磁束密度は低下していく。

金属板１２の抵抗率が低く、金属板１２の移動速度Ｖが速くなるほど、誘導電流Ｉは増えるので、磁石１１から出た磁界の磁束密度は金属板１２内の奥に向かうにつれて急速に低下していく。このように、ターンテーブル１６０１の厚みが増すと、ターンテーブル１６０１内に進入する磁界が弱まるので、ターンテーブル１６０１の厚さｔが１０ｍｍの場合の誘導電流Ｉ（渦電流）は、厚さｔが５ｍｍの場合に対して本来的には２．０倍に増えるはずが、１．４倍にしか増えないのである。そして、上述したように磁界ｂは誘導電流Ｉに比例するので、図２２に示すようにターンテーブル１６０１の厚さｔが１０ｍｍの場合の磁束密度は、厚さｔが５ｍｍの場合の磁束密度に対して１．４倍になるのである。

なお、金属板１２が完全導体である場合、抵抗率は０となるので、金属板１２の表面に流れる誘導電流Ｉが過大になり、磁石１１からの磁界は金属板１２内に全く中に入らなくなる。

１１，１１１，１１２，１１３，１１４ 磁石
１２ 金属板
１６ センサ
６１０ 計測ユニット
６１１ 筐体
６１２ 車輪
６１３ レール
６１４ 容器
６２１ 駆動部
６２２ 移動体制御部
６３０ 管理ユニット
６３１ 通信部
６３２ 表示部
６３３ 速度算出部

Claims (10)

1. 移動する金属板の移動速度を検出する移動速度検出装置であって、
   磁気四重極を構成し、隣接する磁極同士が前記金属板の移動方向と平行となるように前記金属板に対向して配置された４個の磁石と、
   前記磁気四重極の磁極面において前記磁気四重極が作る磁界が零になる位置に配置され、前記金属板で発生する誘導電流によって発生する磁界を検出するセンサと、
   前記センサによる磁界の検出値に基づいて前記移動速度を算出する速度算出部とを備える移動速度検出装置。
2. 前記磁石と前記センサとを含み、前記金属板の移動方向に移動可能に構成された移動機構と、
   前記移動機構を駆動する駆動部とを更に備え、
   前記速度算出部は、前記センサの検出値が零となるように前記駆動部を制御し、前記センサの検出値が零のときの前記移動機構の移動速度を特定することで前記金属板の移動速度を算出する請求項１記載の移動速度検出装置。
3. 移動する金属板の移動速度を検出する移動速度検出装置であって、
   前記金属板に対向配置された磁石と、
   前記金属板に発生する誘導電流によって、前記磁石に対して前記金属板の移動方向に発生する力を検出するセンサと、
   前記センサの検出値に基づいて前記移動速度を算出する速度算出部とを備える移動速度検出装置。
4. 移動する金属板の移動速度を検出する移動速度検出装置であって、
   Ｎ極とＳ極とが円周方向に交互に配置され、前記金属板の移動方向と直交する方向を回転軸として回転可能に配置された円形の磁石と、
   前記金属板に発生する誘導電流によって発生する力により回転される前記磁石の回転速度を検出するセンサと、
   前記センサの検出値に基づいて前記移動速度を算出する速度算出部とを備える移動速度検出装置。
5. 前記磁石と前記センサとを格納する非磁性体の容器を更に備える請求項１〜４のいずれかに記載の移動速度検出装置。
6. 前記金属板は、キュリー温度よりも高温である請求項１〜５のいずれかに記載の移動速度検出装置。
7. 前記センサは、三次元ホールセンサで構成されている請求項１記載の移動速度検出装置。
8. 前記速度算出部は、前記金属板が移動している状態において前記三次元ホールセンサが検出したＸ，Ｙ，Ｚ軸成分の検出値から、前記金属板が静止している状態において前記三次元ホールセンサが検出したＸ，Ｙ，Ｚ軸成分の検出値をそれぞれ差し引き、得られたＸ，Ｙ，Ｚ軸成分の検出値の二乗平均平方根を前記磁界の検出値として算出する請求項７記載の移動速度検出装置。
9. 前記速度算出部は、
   前記金属板が静止している状態において、前記三次元ホールセンサに前記検出をＭ＋Ｎ（Ｍは１以上の整数、Ｎは１以上の整数）回繰り返し実行させ、前記三次元ホールセンサによる検出結果が安定するまでのＭ回の検出値は破棄し、安定後のＮ回のＸ，Ｙ，Ｚ軸成分の検出値の加算平均値をそれぞれオフセット磁界として算出し、
   前記金属板が移動している状態において、前記三次元ホールセンサに測定をＯ＋Ｐ（Ｏは１以上の整数、Ｐは１以上の整数）回繰り返し実行させ、前記三次元ホールセンサによる検出結果が安定するまでのＯ回の検出値は破棄し、安定後のＰ回のＸ，Ｙ，Ｚ軸成分の検出値から前記オフセット磁界のＸ，Ｙ，Ｚ軸成分を減じた後、二乗平方根を算出し、得られた値を前記磁界の検出値として算出する請求項８記載の移動速度検出装置。
10. 前記磁界の検出値が予め定められた下限値以上になるように前記金属板と前記センサとのクリアランスを設定する請求項１記載の移動速度検出装置。

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