JPH0229840Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、可動部を有する機械系のダンピング
手段として有効な電磁ダンピング装置に関し、更
に詳しくは、電子秤等において従来使用されてい
たオイルダンピング装置に置き換えることが可能
な電磁ダンピング装置に関するものである。

（従来の技術） 電子秤は、受皿上に被測定物体を載せ、受皿に
結合するビームの変位を電気的に測定し、被測定
物体の重量を測定するようになつている。

この場合、ビームの変位が迅速に、重量に対応
した位置に落ち着くように、ビームにダンピング
装置が取付けられる。

従来、このような電子秤には、オイルダンピン
グ装置が用いられていたが、オイルダンピング装
置は、オイルの粘性が温度等によつて変化するた
め、高精度の電子秤に用いるには難点があつた。

そこで、電気的な手法による電磁ダンピング装
置が提案されている。この電磁ダンピング装置
は、ビームの一部にビームの変位、速度、加速度
等を検出する検出手段を設け、この検出手段から
の信号を増幅後、検出手段とは別の場所であつ
て、ビームに結合しているフオースモータのフオ
ースコイルにフイードバツクし、フオースモータ
の発生する力によつてビームにダンピングをかけ
るようにしている。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、このような構成の従来の電磁ダ
ンピング装置は、ビームに変位、速度等を検出す
るための検出手段を取付ける必要があり、構成が
複雑なうえに、フオースモータによつて発生する
フイードバツクによる力の作用点と、検出手段が
取付けられた場所とが異なることから、系が不安
定になるなどの問題点がある。

本考案は、このような問題点に鑑みてなされた
もので、その目的は、簡単な構成で、かつ安定に
動作する電磁ダンピング装置を実現しようとする
ものである。

（問題点を解決するための手段） 前記した問題点を解決する本考案の構成は、制
動すべきビームに結合する制動コイルと、この制
動コイルに磁界を与える磁石とからなるフオース
モータとを備えた電磁ダンピング装置において、
前記制動コイルに当該制動コイルと閉回路をなす
ように負性抵抗回路を接続するようにしたもので
ある。

（作用） ビームが動いた時、負性抵抗回路が接続された
制動コイルには、誘起電圧が発生し、この電圧に
よつて電流が負性抵抗回路を介して制動コイルに
流れる。この電流によつて制動コイルには、ビー
ムの運動変位Ｘに対して、ダンピングを大きくす
るような制動力が生ずる。また、そのダンピング
定数は、負性抵抗（−Ｒ）の値によつて任意に調
整することができる。

（実施例） 第１図は本考案にかかわる装置の構成概念図で
ある。図において、１はビーム、１０はビーム１
の支点、２はビーム１の一方の端に結合するバネ
を示す。３はビーム１の他方の端に結合している
フオースモータで、永久磁石３１、ヨーク３２お
よび永久磁石３１によつて生ずる磁束を切るよう
に動く制動コイル３３で構成されている。

第２図はこの装置の電気回路図で、フオースモ
ータ３の制動コイル３３は、負帰還抵抗R₁，R₂、
正帰還抵抗R₃を有する演算増幅器４から成る負
性抵抗回路と閉回路を形成するように接続されて
いる。

第３図は第２図回路の等価回路図である。演算
増幅器４で構成される回路は、負性抵抗−Ｒで代
表され、制動コイル３３はこの負性抵抗−Ｒとと
もに閉回路を形成している。ここで負性抵抗−Ｒ
とは、そこに加わる電圧Ｖとそれによつて流れる
電流ｉによつて決まる抵抗値（Ｖ／ｉ）が、負の
極性をもつものをいい、電流が流れた場合、電圧
降下が生ずる代りに、電圧上昇が生ずる。

このように構成した装置の動作を次に、第４図
の動作説明図を参照しながら説明する。

第４図において、いま、ビーム１のバネ２上の
位置に、例えば被測定重量のような外力Ｆが与え
られ、ビーム１が破線に示すように支点１０を中
心としてθ（外力Ｆによる変位量ｘ）だけ傾くも
のとすれば、この時、フオースモータ３の制動コ
イル３３も、永久磁石３１による磁界を横切るよ
うに移動するので、制動コイル３３に誘起電圧が
発生し、これに基づく電流が流れる。この電流を
ｉとすると、(1)式が成立する。

1_Md²θ／dt²＋C′dθ／dt＋B²・θ ・ｋ＋Ｂ・li＝Ｆ・Ｂ …(1) ただし、Ｂ：ビーム１において、支点１０と外
力Ｆが与えられた点までの距離及び支点１
０とフオースモータ３の制動コイル３３の
結合点までの距離 I_M：ビーム１の回転慣性 C′：ビーム１、制動コイル３３を含む可動部の空
気等による摩擦定数 ｋ ：バネの等価バネ定数 ｌ ：制動コイルの巻数ｎ，永久磁石３１による
磁束Φによつて決まる定数 (1)式において、両辺をＢで割ると(2)式が得られ
る。

I_M／Ｂ・d²θ／dt²＋C′／Ｂ・dθ／dt＋ Ｂ・θ・ｋ＋ｌ・ｉ＝Ｆ …(2) (2)式において、θは微少角で、θ＝ｘ／Ｂとお
くと（ただしｘは、外力Ｆの作用点及び制動コイ
ル３３の結合点の変位量）、d²θ／dt²＝１／Ｂ d²x／d
t²， dθ／dt＝１／Ｂ dx／dtとなり、これを(2)式に代入す
れば、 (3)式の通りとなる。

I_M／B² d²x／dt²＋C′／B² dx／dt＋ kx＋ｌ・ｉ＝Ｆ …(3) (3)式において、I_M／B²は可動部の等価質量ｍ
であり、また、C′／B²を可動部周囲流体の粘性
定数Ｃで代表すれば、(3)式は(4)式のような運動方
程式が得られる。

ｍd²x／dt²＋Ｃdx／dt＋kx＋ｌ・ｉ＝Ｆ …(4) 一方、フオースモータ３の制動コイル３３に誘
起する電圧V_Cは、制動コイル３３がオープン状
態とすれば、(5)式の通りとなる。

V_C＝ｎ・Φ・dx／dt …(5) ただし、ｎ：制動コイル３３の巻数 Φ：制動コイル３３が単位長さ変位したとき制動
コイルが切る磁束 (5)式をラプラス変換すると(6)式が得られる。

V_C＝ｎ・Φ・Ｓ・ｘ …(6) ところで、第２図回路において、演算増幅器４
の入力端（−）の電圧をV_C・出力端電圧をV_p、
制動コイル３３からの入力電流をｉとすれば、(7)
式のような連立方程式が成立する。

(7)式から、演算増幅器４を含む回路の抵抗Ｒを
求めると、(8)式の通りとなる。

Ｒ＝V_C／ｉ＝−R₂・R₃／R₁ …(8) (8)式において、抵抗R₁，R₂，R₃はいずれも正
の数値であるから、制動コイル３３側から演算増
幅器４側を見た抵抗（V_C／ｉ）は、負の値とな
り、負性抵抗となる。ここで、通常の抵抗ではそ
れに電流を流すと電圧降下が生じるが、負性抵抗
の場合、電圧上昇が生じることになる。

このような負性抵抗の抵抗値を−Ｒで代表し、
これを第３図等価回路に示すように制動コイル３
３と閉回路を形成するように接続し、制動コイル
３３に流れる電流ｉを求めると、(6)式から(9)式の
通りとなる。

ｉ＝V_C／R_C−Ｒ＋Ｓ・L_C ＝nΦ／R_C−Ｒ・Ｓ１＋SL_C／R_C−Ｒ・ｘ …(9) ただし、R_C：制動コイルの等価抵抗 L_C：制動コイルの等価インダクタン
ス (9)式において、｛L_C／（R_C−Ｒ）｝≪１とする
と、(10)式の通りとなる。

ｉ＝nΦ／R_C−Ｒ・Ｓ・ｘ …(10) 一方、(4)式をラプラス変換すると(11)式が得られ
る。

mS²x＋CSx＋kx＋li＝Ｆ（Ｓ） …(11) (11)式に(10)式を代入すると(12)式が得られる。

ｘ｛mS²＋（Ｃ＋ｌ・ｎ・Φ／R_C−Ｒ）Ｓ＋ｋ｝＝Ｆ
（Ｓ） …(12) (12)式において、定数ｌは、制動コイル３３の巻
数ｎと磁束Φの積に対応するので、ｌ＝nΦと表
わせば、変位ｘは、（13）式で表わすことができ
る。

ｘ＝Ｆ（Ｓ）／mS²＋｛Ｃ＋（nφ）²／R_C−Ｒ｝Ｓ＋
ｋ…（13） 制動をかけない時のダンピング定数ξ₀₁は、振
動工学の原理から（14）式の通りとなる。

また、（13）式、（14）式から制動をかけた時の
ダンピング定数ξは（15）式の通りとなる。

ξ＝ξ₀₁・｛１＋（nΦ）²／Ｃ（R_C−Ｒ）｝…（15） ただし、R_C−Ｒ＞０とする。

（15）式において、負性抵抗−Ｒは、(8)式から
明らかなように、抵抗R₁，R₂，R₃の値を変える
ことにより任意に調整することができ、大きなダ
ンピング効果を得ることができる。

従つて、第１図において、フオースモータ３の
制動コイル３３に、閉回路をなすように負性抵抗
回路を接続すれば、制動コイル３３に流れる電流
による制動力は、ビーム１の運動変位ｘに対して
ダンピングを大きくするように働く。従つて、ビ
ーム１に外力Ｆを与えた時に生ずるビーム１の振
動を効果的に抑制することができる。

（考案の効果） 以上説明したように、本考案によれば、制動コ
イルに直列に負性抵抗回路を接続するだけである
から全体構成が簡単であり、また、ビームの変位
検出手段を制動コイル自身が兼用することから動
作の安定な電磁ダンピング装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る装置の構成概念図、第２
図は電気回路図、第３図は第２図の等価回路、第
４図は動作説明図である。 １……ビーム、２……バネ、３……フオースモ
ータ、３３……制動コイル、４……増幅器、−Ｒ
……負性抵抗。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 制動すべきビームに結合する制動コイルとこ
   の制動コイルに磁界を与える磁石とからなるフ
   オースモータを備えた電磁ダンピング装置にお
   いて、前記制動コイルにこの制動コイルと閉回
   路をなすように負性抵抗回路手段を接続するよ
   うにした電磁ダンピング装置。 (2) 負性抵抗回路手段として、負帰還抵抗と正帰
   還抵抗とを有する演算回路を用いた実用新案登
   録請求の範囲第１項記載の電磁ダンピング装
   置。