JPH05142018A - 電磁平衡式秤量装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型のマグネットで高い磁束密度を実現し電
磁平衡式秤量装置の測定精度を向上させる。 【構成】 ヨーク３に対しては円筒形に形成された内側
環状マグネット２と、この内側環状マグネット２と軸心
を共通するように外側環状マグネット４が配置され、両
マグネットの対向する壁面２ｂと４ａは異なる磁極とな
っている。内側環状マグネット２と外側環状マグネット
４の間の隙間６はフォースコイル５が配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は秤量物の荷重と平衡する
電磁力発生機構を有する電磁平衡式の秤量装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電磁平衡式の秤量装置は磁界中に配置さ
れたフォースコイルに対して測定対象の荷重に見合う電
磁力を発生させ、この際に使用した電気量を測定するこ
とにより測定対象の重量または質量を測定する。

【０００３】図４は電磁平衡式秤量装置の荷重測定原理
を示す。先ず電磁部５０において、秤量物の荷重Ｗによ
るフォースコイル５１の変位は位置センサ５２により検
出される。永久磁石６０によって形成された磁界中に配
置されたフォースコイル５１はこの荷重Ｗに見合う電磁
力Ｆが発生するようサーボ増幅器５３を介してフィード
バック制御される。その際にフォースコイル５１に供給
された電流値（アナログ値）は電流・電圧変換回路５
４、Ａ／Ｄ変換回路５５を経て中央処理装置５６に入力
され、ここにおいてＡ／Ｄ変換されたデジタル値は秤量
物の荷重に換算され、かつ換算された荷重は表示器５７
により表示される。

【０００４】図５は前記電磁平衡式秤量装置の電磁部の
構成の詳細を示す。

【０００５】磁界を形成するための永久磁石（以下「マ
グネット」と称する）６０はヨーク６１の中央底部に配
置され、このマグネット６０上には透磁性材料から成る
ポールピース６２が配置され、これらポールピース６２
およびヨーク６１を介して矢印の如く磁界ｂが形成さ
れ、更にこの磁界ｂ中に前記フォースコイル５１が配置
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上の構成ではマグネ
ット６０は軸方向に対して両極が形成されかつポールピ
ース６２、ヨーク６１を介して磁界ｂが形成されるよう
になっているため、マグネットの両極は磁力線の移動距
離から考えればかなり離れた構成となり、その分磁束密
度は低下する。また一つのマグネットで両極を近接させ
ても反磁界が大きくなり結局磁束密度は低下してしま
う。

【０００７】ここで前記荷重Ｗとこれに見合うフォース
コイルの電磁力Ｆとは以下の式で示す関係を有する。な
お式中ｒはフォースコイルの半径、ｎはフォースコイル
巻き数、Ｂは前記磁界ｂの磁束密度、Ｉはフォースコイ
ルに供給される電流値である。

【０００８】Ｗ＝Ｆ＝２πｒｎＢＩ

【０００９】上記式から明らかなようにマグネット６０
により形成される磁界ｂの磁束密度Ｂが高ければその分
フォースコイル５１に供給する電流値Ｉを低下させるこ
とが可能となる。因にフォースコイルに電流を供給すれ
ばジュール発熱し、この発熱は秤量装置にとって好まし
いものではない。即ち、発熱により秤量装置内の空気が
流動し、流動する空気により荷重伝達機構が不安定とな
ったり、秤量装置内の温度の不均一による測定誤差の発
生等の問題が生じる。従って電磁部における発熱は可能
な限り少なくする必要がある。然し、発熱量は電流Ｉの
二乗に比例し、またフォースコイル５１に供給する電流
Ｉは上記式から明らかなとおり磁束密度Ｂと反比例する
ので磁束密度Ｂが低いと電磁力Ｆを得るための電流Ｉは
増加し、かつ電流Ｉの二乗に比例する前記発熱量は急激
に増大することになる。この点に関し、図５に示す構成
を前提として磁束密度を増大するためにはマグネット６
０を大型化する必要があるが、マグネット６０の大型化
は秤量装置の大型化、重量増加を招き、現在努力が傾け
られている装置の小型化、軽量化と逆行する結果となっ
てしまう。

【００１０】また、図５の構成では磁界ｂを形成する磁
力線の一部が符号ｂ´で示す如くヨーク６１に沿わずに
空間中に飛び出して、いわゆる磁力の漏れを生じ、この
漏れの分だけ磁束密度ＬＢはさらに低下することにな
る。

【００１１】さらにこの漏れた磁力により、測定誤差を
生じるおそれがある。測定誤差を生じる理由の一つは磁
力の漏れが一定でないため、結果的にフォースコイル５
１が位置する磁界ｂが不安定になることである。磁界ｂ
の不安定即ち磁束密度Ｂの不安定は前記式の如くフォー
スコイル５１の電磁力Ｆを出力させるための電流Ｉを不
安定にさせ、結果的に測定誤差を生じることになる。因
に磁力の漏れは、秤量装置を配置する場所、例えば机の
形成材料が木材等の非透磁性材料かまたは鉄等の透磁性
材料かにより、或いは秤量物の透磁性の如何によって変
化する。

【００１２】また例えば秤量物が透磁性材料の場合、こ
の秤量物が漏れた磁力の影響を受けて測定誤差を生じた
り、さらには秤量装置を配置した場所が例えば鉄製の机
等、透磁性を有する場所であればやはり測定誤差を生じ
ることになる。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は以上に示した従
来技術の問題点に鑑み構成したものであり、マグネット
の形状を、円筒形に代表されるように、内周壁と、一定
の肉厚を介して形成される外周壁とを有する環状とし、
かつこの環状のマグネットは内周壁と外周壁とが両極を
成すよう磁化されており、大小の二つの環状のマグネッ
トが軸を共通し、かつ両マグネットの対向する壁面が異
なる磁極となるよう配置され、両マグネットの間に形成
された隙間にはフォースコイルが配置されるよう構成さ
れた電磁部を有する電磁平衡式秤量装置である。

【００１４】

【作用】同軸の二つのマグネットの対向する壁面は異な
る磁極となっており、かつその構成上二つのマグネット
の異なる磁極が近接して配置されるため漏れ磁束は殆ど
無く、かつこの両マグネットの対向する壁面間には高い
磁束密度をもって磁力線が流れて磁界が形成される。こ
の形成された磁界中に配置されたフォースコイルには負
荷された荷重に対応する電磁力を発揮するための電流が
供給される。

【００１５】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

【００１６】図１及び図２は本発明の第１の実施例を示
す。矢印１は電磁平衡式秤量装置の電磁部を示す。２は
一対の環状マグネットのうちの内側環状マグネットであ
って円筒形に形成されている。内側環状マグネット２は
内壁面２ａと外壁面２ｂとが両極を成すように、例えば
図示の構成では内壁面２ａがＮ極に、外壁面２ｂがＳ極
となるように構成されている。この内側環状マグネット
２はヨーク３の中央凸部３ａに嵌合することによりヨー
ク３の中央に固定されるようになっている。この場合中
央凸部３ａに対して段部３ａ´を形成しておくことによ
り内側環状マグネット２の係止位置を正確に設定するこ
とができる。

【００１７】４は前記内側環状マグネット２と相似形に
形成されたより大型の外側環状マグネットであり、内壁
面４ａと外壁面４ｂが前記内側環状マグネット２と同じ
極となるように、即ち図示の構成では内壁面４ａがＮ極
に、外壁面４ｂがＳ極になるよう磁化されている。この
外側環状マグネット４はヨーク３の円筒状の外壁３ｂの
内周壁面に対して前記内側環状マグネット２と軸心を同
じくするよう同心円状に配置される。なお、外側環状マ
グネット４の取り付けに際しても外壁３ｂの内周壁に段
部３ｂ´を形成しておくことによりこの外側環状マグネ
ット４の係止位置を正確に設定できる。

【００１８】ヨーク３内に内側環状マグネット２と外側
環状マグネット４とが軸心を共通にするよう配置される
ことにより、内側環状マグネット２の外壁面２ｂと外側
環状マグネット４の内周面４ａとが対向位置し、かつ両
壁面は一方がＳ極（内側環状マグネット２の外壁面２
ｂ）、他方がＮ極（外側環状マグネット４の内周面４
ａ）と異極が対向することになる。

【００１９】５はボビン９に形成されたフォースコイル
であり、前記内側環状マグネット２と外側環状マグネッ
ト４との間に形成された環状の隙間６内にこれら内外の
環状マグネット２、４と軸心を等しくするように配置さ
れている。

【００２０】以上の構成において、内側環状マグネット
２とこの内側環状マグネット２の外周部に位置する外側
環状マグネット４との間には符号ｂで示すような磁界が
形成される。この場合、フォースコイル５を挟んで近接
した位置にマグネットの異極が対向するため磁界ｂの磁
束密度は非常に高くなる。すなわち従来技術に比較して
同じ磁束密度であればマグネットを小型化でき、また従
来と同じ大きさのマグネットであれば磁束密度を高める
ことが可能となる。

【００２１】また内側環状マグネット２および外側環状
マグネット４は異極が対向することによって磁束の湧き
出し口と磁束の吸い込み口が近接することとなり、磁界
ｂはほぼ完全にこれら内外のマグネット２および４を介
して形成され、磁力線が外部に漏れることは殆どない。

【００２２】図３は第２の実施例を示す。

【００２３】高い磁力を得るため内側環状マグネット２
および外側環状マグネット４は希土類を主原料とする焼
結材により形成されるのが一般的であるが、焼結材はそ
の構成上僅かではあるが全体的に見ると組成の不均一が
生じるのは避けられない。組成の不均一は磁力線の不均
一を生じ、秤量装置の測定精度に悪影響を及ぼす虞があ
る。本実施例はこれらマグネットの磁力線をより一層均
一化するよう構成されている。

【００２４】図中符号７は内側環状マグネット２の外壁
面２ｂに対して嵌挿固定された円筒形の被覆体であり、
例えばヨーク３を形成する材料と同じ透磁性金属材料に
より形成されている。この被覆体７は内側環状マグネッ
ト２を形成する焼結材に比較すると遙に密度が高くかつ
均一な金属結晶体であるため、例え内側環状マグネット
２ら出る磁力線が不均一であってもこの被覆体７を透過
することにより磁束密度は均一化される。

【００２５】外側環状マグネット４の両壁面のうち前記
内側環状マグネット２の外壁面２ｂ側と対向する内壁面
４ａに対しても前記被覆体と同様の材料から成る円筒形
の被覆体８が嵌挿固定され、より一層の磁力線の均一化
が達成されるようになっている。

【００２６】以上内側環状マグネット２と外側環状マグ
ネット４の形状が円筒形である場合を例に説明したが、
必ずしも内外のマグネットをこの形状に限定する趣旨で
はない。即ち、マグネットの壁面に沿った方向において
形成される磁界は円筒形が最も均一であるが、秤量装置
内部の配置空間等により円筒形マグネットを配置するこ
とが困難な場合には、平面が正多角形のマグネットでも
ほぼ目的を達成することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明は以上具体的に説明したように環
状のマグネットがその軸を共通するよう配置され、かつ
両マグネットの対向する壁面が異なる極となるよう構成
されているので、両マグネットにより形成される磁界の
磁束密度をマグネットの大きさに比較して大きくするこ
とができる。このため磁界中に配置されたフォースコイ
ルに対する電流を少なくすることが可能となり、従って
ジュール発熱を低減でき、秤量装置の測定精度を向上さ
せることが可能となる。

【００２８】また電磁部から外部に漏出する磁力線を殆
ど無くすことができるので、フォースコイルが位置する
磁界の磁束密度が安定し、かつ秤量物が漏出した磁力に
影響を受けることもなく、しかも秤量装置の配置環境に
係わりなく常時高い測定精度を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す電磁部の断面図で
ある。

【図２】図１のＡ−Ａ線による断面図である。

【図３】第２の実施例を示す電磁部の断面図である。

【図４】電磁平衡式秤量装置の測定原理を示すブロック
図である。

【図５】電磁平衡式秤量装置の従来型電磁部の概略図で
ある。

【符号の説明】

１ 電磁部 ２ 内側環状マグネット ２ａ 内側環状マグネットの内壁面 ２ｂ 内側環状マグネットの外壁面 ３ ヨーク ４ 外側環状マグネット ４ａ 外側環状マグネットの内壁面 ４ｂ 外側環状マグネットの外壁面 ５ フォースコイル ６ （内側環状マグネットと外側環状マグネットとの間
の）隙間 ７ 被覆体 ８ 被覆体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁部の磁界中に配置されたフォースコ
   イルに電流を供給して秤量物の荷重と平衡させることに
   より荷重を測定する電磁平衡式秤量装置において、大小
   二つの環状マグネットが軸心を共通するようヨーク内に
   配置されると共に、内側環状マグネットの外壁面の磁極
   とこれに対向位置する外側環状マグネットの内壁面の磁
   極とは異極となるよう構成され、内側環状マグネットと
   外側環状マグネットとの間に形成された隙間にはフォー
   スコイルが配置されていることを特徴とする電磁平衡式
   秤量装置。
2. 【請求項２】 内側環状マグネットの外壁面と外側環状
   マグネットの内壁面のうち少なくとも一方に対しては透
   磁性の被覆体が密着形成されたことを特徴とする請求項
   １記載の電磁平衡式秤量装置。