JPH07120206A - ギャップ検出装置 - Google Patents
ギャップ検出装置Info
- Publication number
- JPH07120206A JPH07120206A JP26765593A JP26765593A JPH07120206A JP H07120206 A JPH07120206 A JP H07120206A JP 26765593 A JP26765593 A JP 26765593A JP 26765593 A JP26765593 A JP 26765593A JP H07120206 A JPH07120206 A JP H07120206A
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- Japan
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- gap length
- electromagnet
- gap
- flux density
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、環境変化によって影響されない保
守の容易なギャップ検出装置を提供する。 【構成】 本発明は、磁極中心部にホール素子を設け、
磁極中心部の磁束密度を検出する手段と、電磁石の電流
を検出する手段と、上記検出された磁束密度及び電流と
を基に磁極と磁性体とのギャップを算出する手段とを有
する。
守の容易なギャップ検出装置を提供する。 【構成】 本発明は、磁極中心部にホール素子を設け、
磁極中心部の磁束密度を検出する手段と、電磁石の電流
を検出する手段と、上記検出された磁束密度及び電流と
を基に磁極と磁性体とのギャップを算出する手段とを有
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電磁石や永久磁石と電
磁石で構成される複合磁石の磁極部のギャップを検出す
るギャップ検出装置に関する。
磁石で構成される複合磁石の磁極部のギャップを検出す
るギャップ検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、被測定面と検出部とのギャッ
プ長の非接触測定には電磁場、音波、光等が用いられて
いる。中でも、光を用いる反射形光ギャップセンサは、
音波を用いるものに比べ、より高速で変動するギャップ
長を連続的に測定することができ、また、検出部も、近
年の光半導体の急速な進歩で、電磁場を用いるものに比
べて小さくすることが可能となったので、様々な分野で
利用されつつある。
プ長の非接触測定には電磁場、音波、光等が用いられて
いる。中でも、光を用いる反射形光ギャップセンサは、
音波を用いるものに比べ、より高速で変動するギャップ
長を連続的に測定することができ、また、検出部も、近
年の光半導体の急速な進歩で、電磁場を用いるものに比
べて小さくすることが可能となったので、様々な分野で
利用されつつある。
【０００３】一般に、このようなセンサの構造は、発光
手段と受光手段を備えた検出部と受光手段の出力信号か
らギャップ長を演算する演算部に分けられる。原理的に
は、被測定面で反射した発光手段の光が受光手段に入射
する光の強度がギャップ長の関数となることを利用して
いる。特に発光手段としてＬＥＤ、これに近接した受光
手段にフォトダイオードを用いると安価で小形・軽量の
検出部を構成することができる。この場合ＬＥＤの発光
強度が一定であれば光電効果によりフォトダイオードに
流れる短絡電流は、ギャップ長の２乗に反比例する。し
たがって、この関係からギャップ長が演算される。
手段と受光手段を備えた検出部と受光手段の出力信号か
らギャップ長を演算する演算部に分けられる。原理的に
は、被測定面で反射した発光手段の光が受光手段に入射
する光の強度がギャップ長の関数となることを利用して
いる。特に発光手段としてＬＥＤ、これに近接した受光
手段にフォトダイオードを用いると安価で小形・軽量の
検出部を構成することができる。この場合ＬＥＤの発光
強度が一定であれば光電効果によりフォトダイオードに
流れる短絡電流は、ギャップ長の２乗に反比例する。し
たがって、この関係からギャップ長が演算される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな検出法では、外部光からの影響を避けるため、発光
を特定の周波数で行い受光時にバンドパスフィルタなど
で復調する等の工夫が必要となり、この場合にはフィル
タでとり切れないリップルが、制御に影響を及ぼすこと
がある。また、ＬＥＤの発光強度の経時変化に対する保
守が必要となる。さらに、反射面の経時変化や状態変化
（塵埃の付着など）により受光強度が変化するため、反
射面に特殊な塗装をしたり、保守を定期的に行う必要が
あるなどの問題点があった。
うな検出法では、外部光からの影響を避けるため、発光
を特定の周波数で行い受光時にバンドパスフィルタなど
で復調する等の工夫が必要となり、この場合にはフィル
タでとり切れないリップルが、制御に影響を及ぼすこと
がある。また、ＬＥＤの発光強度の経時変化に対する保
守が必要となる。さらに、反射面の経時変化や状態変化
（塵埃の付着など）により受光強度が変化するため、反
射面に特殊な塗装をしたり、保守を定期的に行う必要が
あるなどの問題点があった。
【０００５】そこで、本発明では、磁極中心部の磁束密
度を直接検出し、これと電磁石の電流値とから演算処理
によってギャップ長を得ることによって、環境変化によ
って影響されない保守の容易なギャップ検出装置を提供
することを目的とする。
度を直接検出し、これと電磁石の電流値とから演算処理
によってギャップ長を得ることによって、環境変化によ
って影響されない保守の容易なギャップ検出装置を提供
することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は電磁石または少なくとも電磁石で構成され
る複合磁石の磁極と対向する磁性体とのギャップを検出
するギャップ検出装置において、磁極中心部にホール素
子を設け、前記磁極中心部の磁束密度を検出する磁束密
度検出手段と、前記電磁石の電流を検出する電流検出手
段と、前記磁束密度検出手段からの磁束密度検出値と前
記電流検出手段からの電流検出値とを基に前記磁極と磁
性体とのギャップ長を算出する演算手段とを具備したこ
とを特徴とするギャップ検出装置を提供する。
に、本発明は電磁石または少なくとも電磁石で構成され
る複合磁石の磁極と対向する磁性体とのギャップを検出
するギャップ検出装置において、磁極中心部にホール素
子を設け、前記磁極中心部の磁束密度を検出する磁束密
度検出手段と、前記電磁石の電流を検出する電流検出手
段と、前記磁束密度検出手段からの磁束密度検出値と前
記電流検出手段からの電流検出値とを基に前記磁極と磁
性体とのギャップ長を算出する演算手段とを具備したこ
とを特徴とするギャップ検出装置を提供する。
【０００７】
【作用】以上のように構成された本発明のギャップ検出
装置においては、磁極中心部の磁束密度を直接検出し、
この磁束密度検出値と電磁石の電流検出値とを基に電磁
石と磁性体とのギャップ長を算出するので、光による検
出に比べ、周波数リップルによる制御系への悪影響の除
去やメンテナンスの簡易化が図れる。
装置においては、磁極中心部の磁束密度を直接検出し、
この磁束密度検出値と電磁石の電流検出値とを基に電磁
石と磁性体とのギャップ長を算出するので、光による検
出に比べ、周波数リップルによる制御系への悪影響の除
去やメンテナンスの簡易化が図れる。
【０００８】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図１には本発明の一実施例に係る複合磁石の
ギャップ検出装置を適用した浮上制御系の主要構成が示
されている。大別して複合磁石10、浮上制御装置11、ギ
ャップ長演算部12とから構成されている。
説明する。図１には本発明の一実施例に係る複合磁石の
ギャップ検出装置を適用した浮上制御系の主要構成が示
されている。大別して複合磁石10、浮上制御装置11、ギ
ャップ長演算部12とから構成されている。
【０００９】図２は複合磁石の構成を示すものであり、
２つの電磁石コイル13は、励磁により発生するそれぞれ
の磁束がたがいに助長しあうように電源に対して直列に
接続されている。この場合、ギャップ磁束密度Ｂは、電
磁石のコイル電流Ｉとギャップ長Ｚの関数として次式で
表わすことができる（ただし、Ｈｍｌは永久磁石の起磁
力、μo は真空の透磁率、ＫN とＫHmは定数、Ｎは電磁
石のターン数、ｌは永久磁石の長さ、μs ′は永久磁石
の比透磁率を表わす）。
２つの電磁石コイル13は、励磁により発生するそれぞれ
の磁束がたがいに助長しあうように電源に対して直列に
接続されている。この場合、ギャップ磁束密度Ｂは、電
磁石のコイル電流Ｉとギャップ長Ｚの関数として次式で
表わすことができる（ただし、Ｈｍｌは永久磁石の起磁
力、μo は真空の透磁率、ＫN とＫHmは定数、Ｎは電磁
石のターン数、ｌは永久磁石の長さ、μs ′は永久磁石
の比透磁率を表わす）。
【００１０】
【数１】 Ｂ＝μo （ＫN ＮＩ＋ＫHmＨｍｌ）／（２Ｚ＋ｌ／μs ′） ＝Ｋ0 （Ｉ＋Ｋ1 ）／（Ｚ＋Ｋ2 ） ………………………（３．１） 従って、（３．１）式より、磁束密度Ｂと電磁石電流Ｉ
からギャップ長Ｚを求めれば、
からギャップ長Ｚを求めれば、
【００１１】
【数２】 Ｚ＝Ｋ0 （Ｉ＋Ｋ1 ）／Ｂ−Ｋ2 ……………………………（３．２） により演算することができる（ここで、Ｋ0 、Ｋ1 、Ｋ
2 は定数である）。図２に示すように、複合磁石10は、
永久磁石14と励磁により発生するそれぞれの磁束がたが
いに助長しあうように電源に対して直列に接続されてい
る２つの電磁石コイル13と磁束のパスＰを形成するため
の鉄心15およびギャップ長16を介して磁極17と対向する
強磁性体ガイドレール18とで構成されている。
2 は定数である）。図２に示すように、複合磁石10は、
永久磁石14と励磁により発生するそれぞれの磁束がたが
いに助長しあうように電源に対して直列に接続されてい
る２つの電磁石コイル13と磁束のパスＰを形成するため
の鉄心15およびギャップ長16を介して磁極17と対向する
強磁性体ガイドレール18とで構成されている。
【００１２】浮上制御装置11は、電磁石電流検出信号19
とギャップ長演算部12で得たギャップ長信号20によって
ギャップ長16を安定に制御するもので、浮上制御演算部
21とこれによって得られた電磁石電流指令22にもとづい
て電磁石電流23を制御する電磁石電流制御部24とで構成
されている。
とギャップ長演算部12で得たギャップ長信号20によって
ギャップ長16を安定に制御するもので、浮上制御演算部
21とこれによって得られた電磁石電流指令22にもとづい
て電磁石電流23を制御する電磁石電流制御部24とで構成
されている。
【００１３】ギャップ長演算部12は、上記複合磁石10の
ギャップの磁束密度を検出するために磁極中央部に取付
けられたホール素子25の磁束密度出力信号26と電磁石コ
イルに流れる電流23を検出した電磁石電流検出信号19を
入力として、両者から（３．２）式にしたがってギャッ
プ長を演算し、浮上制御装置11に出力する。
ギャップの磁束密度を検出するために磁極中央部に取付
けられたホール素子25の磁束密度出力信号26と電磁石コ
イルに流れる電流23を検出した電磁石電流検出信号19を
入力として、両者から（３．２）式にしたがってギャッ
プ長を演算し、浮上制御装置11に出力する。
【００１４】図３は、上記ギャップ演算部12の具体例を
示すものである。図３において、30、31は演算増幅器、
32は除算器を示す。33、34はそれぞれ（３．２）式の定
数Ｋ1 、Ｋ2 を設定するための抵抗器であり、プラス電
源とアースに接続され第３の端子によってその電圧が設
定される。また、抵抗器35は（３．２）式のＫ0 を設定
するためのものである。以下にその動作を説明する。
示すものである。図３において、30、31は演算増幅器、
32は除算器を示す。33、34はそれぞれ（３．２）式の定
数Ｋ1 、Ｋ2 を設定するための抵抗器であり、プラス電
源とアースに接続され第３の端子によってその電圧が設
定される。また、抵抗器35は（３．２）式のＫ0 を設定
するためのものである。以下にその動作を説明する。
【００１５】演算増幅器30には電磁石電流検出信号19
（（３．２）式のＩに相当）と定数値Ｋ1 が入力抵抗3
6、37を介して入力され、その出力は−Ｋ0 （Ｉ＋Ｋ1
）となる。この信号が除算器32に入力され磁束密度検
出信号26（（３．２）式のＢに相当）で除算される。こ
の演算結果（−Ｋ0 （Ｉ＋Ｋ1 ）／Ｂ）が定数値Ｋ2 と
ともに入力抵抗38，39を介して演算増幅器31に入力さ
れ、演算結果として
（（３．２）式のＩに相当）と定数値Ｋ1 が入力抵抗3
6、37を介して入力され、その出力は−Ｋ0 （Ｉ＋Ｋ1
）となる。この信号が除算器32に入力され磁束密度検
出信号26（（３．２）式のＢに相当）で除算される。こ
の演算結果（−Ｋ0 （Ｉ＋Ｋ1 ）／Ｂ）が定数値Ｋ2 と
ともに入力抵抗38，39を介して演算増幅器31に入力さ
れ、演算結果として
【００１６】
【数３】−（Ｋ2 −Ｋ0 （Ｉ＋Ｋ1 ）／Ｂ）＝Ｋ0 （Ｉ
＋Ｋ1 ）／Ｂ−Ｋ2 ＝Ｚ が得られる。このＺはギャップ長信号20として浮上制御
装置に出力される。
＋Ｋ1 ）／Ｂ−Ｋ2 ＝Ｚ が得られる。このＺはギャップ長信号20として浮上制御
装置に出力される。
【００１７】本実施例では複合磁石について述べている
が、永久磁石を含まない電磁石のみの制御系にも適用で
きることはいうまでもない。また、ギャップ長演算部12
は図３に示した実施例に限らず、（３．２）式による演
算を実現できればよいことも明らかである。例えば、マ
イコンによって演算することも可能である。
が、永久磁石を含まない電磁石のみの制御系にも適用で
きることはいうまでもない。また、ギャップ長演算部12
は図３に示した実施例に限らず、（３．２）式による演
算を実現できればよいことも明らかである。例えば、マ
イコンによって演算することも可能である。
【００１８】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。すなわち、上述した実施例では１つの
ホール素子が使われているが、図４及び図５に示すよう
に、複数のホール素子を使うことも可能である。図４で
はＮ極とＳ極の各々の磁極17の中央部表面にホール素子
を貼り付けた場合であり、図５では、各磁極17の進行方
向に沿って２つずつ貼り付けた場合を示している。
るものではない。すなわち、上述した実施例では１つの
ホール素子が使われているが、図４及び図５に示すよう
に、複数のホール素子を使うことも可能である。図４で
はＮ極とＳ極の各々の磁極17の中央部表面にホール素子
を貼り付けた場合であり、図５では、各磁極17の進行方
向に沿って２つずつ貼り付けた場合を示している。
【００１９】（３．２）式は磁極17とガイドレール18が
ずれないで対向している場合の演算式であるためホール
素子の対向面が横ゆれなどのためにガイドレールから外
れた場合やガイドレール18に継目がある場合などでは磁
束密度検出信号は小さくなり、ギャップ長演算値は実際
のギャップ長よりも大きな値を示すことになる。
ずれないで対向している場合の演算式であるためホール
素子の対向面が横ゆれなどのためにガイドレールから外
れた場合やガイドレール18に継目がある場合などでは磁
束密度検出信号は小さくなり、ギャップ長演算値は実際
のギャップ長よりも大きな値を示すことになる。
【００２０】図６及び図７は図４に対応する構成図を示
している。図６では２つのホール素子による磁束密度検
出信号26Ａ、26Ｂはそれぞれギャップ長演算部12Ａ、12
Ｂに入力され、ここで演算されたギャップ長演算値20
Ａ、20Ｂのうちどちらをギャップ長信号とするかを選択
する信号選択部50により選択されてギャップ長信号20と
して出力される。このようにＮ極とＳ極の両方のギャッ
プ磁束密度を検出することによって、磁石がガイドレー
ル18より外れてしまった場合にも、外れていない方の検
出値を用いることによって正しいギャップ長を演算する
ことができる。この場合には、ギャップ長信号選択部に
よって、ギャップ長演算値20Ａと20Ｂのうち、小さい方
を選択すれば良い。
している。図６では２つのホール素子による磁束密度検
出信号26Ａ、26Ｂはそれぞれギャップ長演算部12Ａ、12
Ｂに入力され、ここで演算されたギャップ長演算値20
Ａ、20Ｂのうちどちらをギャップ長信号とするかを選択
する信号選択部50により選択されてギャップ長信号20と
して出力される。このようにＮ極とＳ極の両方のギャッ
プ磁束密度を検出することによって、磁石がガイドレー
ル18より外れてしまった場合にも、外れていない方の検
出値を用いることによって正しいギャップ長を演算する
ことができる。この場合には、ギャップ長信号選択部に
よって、ギャップ長演算値20Ａと20Ｂのうち、小さい方
を選択すれば良い。
【００２１】図７では、ギャップ長演算をする前に磁束
密度検出信号の段階で選択し、その後ギャップ長を演算
するようにしたものである。この場合には、ギャップ長
信号選択部によって磁束密度検出信号26Ａと26Ｂのう
ち、大きい方を選択すれば良い。
密度検出信号の段階で選択し、その後ギャップ長を演算
するようにしたものである。この場合には、ギャップ長
信号選択部によって磁束密度検出信号26Ａと26Ｂのう
ち、大きい方を選択すれば良い。
【００２２】さらに、図８は図５に対応する構成図を示
している。図８では、Ｎ極の中心部から進行方向にずら
した位置に貼り付けた２つのホール素子25Ａ、25Ｂによ
る磁束密度検出信号26Ａ、26ＢとＳ極の中心部から進行
方向にずらした位置に貼り付けた２つのホール素子25
Ｃ、25Ｄによる磁束密度検出信号26Ｃ、26Ｄとから信号
選択部50によって、適当とする信号（例えば、最も大き
いもの）を選択して磁束密度検出信号26として出力し、
ギャップ長演算部12で演算してギャップ長信号20として
出力される。このように、進行方向にずらして複数個の
磁束密度を検出することによって、ガイドレールの継目
などによる磁束密度信号の低下を取除くことができ、ま
た上述のようにＮ極とＳ極双方の磁束密度を検出するこ
とにより、ガイドレールから外れた場合の磁束密度信号
の低下も取除くことができる。なお、図６のようにギャ
ップ長演算を行った後で信号選択部によって選択しても
よいことはいうまでもない。
している。図８では、Ｎ極の中心部から進行方向にずら
した位置に貼り付けた２つのホール素子25Ａ、25Ｂによ
る磁束密度検出信号26Ａ、26ＢとＳ極の中心部から進行
方向にずらした位置に貼り付けた２つのホール素子25
Ｃ、25Ｄによる磁束密度検出信号26Ｃ、26Ｄとから信号
選択部50によって、適当とする信号（例えば、最も大き
いもの）を選択して磁束密度検出信号26として出力し、
ギャップ長演算部12で演算してギャップ長信号20として
出力される。このように、進行方向にずらして複数個の
磁束密度を検出することによって、ガイドレールの継目
などによる磁束密度信号の低下を取除くことができ、ま
た上述のようにＮ極とＳ極双方の磁束密度を検出するこ
とにより、ガイドレールから外れた場合の磁束密度信号
の低下も取除くことができる。なお、図６のようにギャ
ップ長演算を行った後で信号選択部によって選択しても
よいことはいうまでもない。
【００２３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、本
来浮上制御を行う上で必要とするギャップ部の磁束密度
から演算により求められるため制御の信頼性が高く、構
成も簡単なものとなり小形軽量で、しかも安価であり保
守も容易であるギャップ検出装置を提供することが可能
となる。
来浮上制御を行う上で必要とするギャップ部の磁束密度
から演算により求められるため制御の信頼性が高く、構
成も簡単なものとなり小形軽量で、しかも安価であり保
守も容易であるギャップ検出装置を提供することが可能
となる。
【図１】本発明の一実施例を示す概要構成図。
【図２】図１に示した複合磁石の構成を示す斜視図。
【図３】図１に示したギャップ長演算部を示す詳細回路
図。
図。
【図４】ホール素子の他の取付状態を示す斜視図。
【図５】ホール素子の他の取付状態を示す斜視図。
【図６】本発明の他の実施例を示す概要構成図。
【図７】本発明の他の実施例を示す概要構成図。
【図８】本発明の他の実施例を示す概要構成図。
10…複合磁石 18…強磁性体ガイドレール 14…永久磁石 23…電磁石電流 16…ギャップ長 17…磁極 12，12Ａ，12Ｂ…ギャップ長演算部 19…電磁石電流検出信号 25，25Ａ，25Ｂ，25Ｃ，25Ｄ…ホール素子 26，26Ａ，26Ｂ，26Ｃ，26Ｄ…磁束密度検出信号 20…ギャップ長信号 20Ａ，20Ｂ…ギャップ長演算値 50…信号選択部
Claims (3)
- 【請求項１】 電磁石または少なくとも電磁石で構成さ
れる複合磁石の磁極と対向する磁性体とのギャップを検
出するギャップ検出装置において、磁極中心部にホール
素子を設け、前記磁極中心部の磁束密度を検出する磁束
密度検出手段と、前記電磁石の電流を検出する電流検出
手段と、前記磁束密度検出手段からの磁束密度検出値と
前記電流検出手段からの電流検出値とを基に前記磁極と
磁性体とのギャップ長を算出する演算手段とを具備した
ことを特徴とするギャップ検出装置。 - 【請求項２】 前記ホール素子はＮ極とＳ極の両磁極に
各々設けられ、この両磁極に各々設けられたホール素子
からの検出信号を選択する選択手段を具備したことを特
徴とする請求項１記載のギャップ検出装置。 - 【請求項３】 前記ホール素子は同一磁極に複数設けら
れ、これらのホール素子からの検出信号を選択する選択
手段を具備したことを特徴とする請求項１又は２記載の
ギャップ検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26765593A JPH07120206A (ja) | 1993-10-27 | 1993-10-27 | ギャップ検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26765593A JPH07120206A (ja) | 1993-10-27 | 1993-10-27 | ギャップ検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07120206A true JPH07120206A (ja) | 1995-05-12 |
Family
ID=17447703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26765593A Pending JPH07120206A (ja) | 1993-10-27 | 1993-10-27 | ギャップ検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07120206A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007290134A (ja) * | 2006-04-20 | 2007-11-08 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 型締力制御方法及び型締装置 |
| CN110514108A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-11-29 | 贵州天义电器有限责任公司 | 一种电磁铁组件检测校正装置 |
-
1993
- 1993-10-27 JP JP26765593A patent/JPH07120206A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007290134A (ja) * | 2006-04-20 | 2007-11-08 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 型締力制御方法及び型締装置 |
| CN110514108A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-11-29 | 贵州天义电器有限责任公司 | 一种电磁铁组件检测校正装置 |
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