JPH07270260A - Balance or force measuring device of electromagnetic type - Google Patents
Balance or force measuring device of electromagnetic typeInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は質量測定または力測定を
行うための測定器に関し、更に詳しくは、電磁力平衡式
の天びんまたは力測定器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a measuring instrument for measuring mass or force, and more particularly to an electromagnetic force balance type balance or force measuring instrument.
【０００２】[0002]
【従来の技術】電磁力を被測定荷重（質量）または力に
対して釣り合わせることによってその荷重または力を測
定する、いわゆる電磁式の天びんまたは力測定器におい
ては、永久磁石を主体とする磁気回路が作る静磁場中に
フォースコイルを配置し、そのフォースコイルに電流を
流すことによって、被測定荷重または力と釣り合わせる
ための電磁力を発生している。そして、この電磁力と被
測定荷重または力が釣り合っている状態でフォースコイ
ルに流れる電流の大きさから、その荷重または力の大き
さを求めるようになっている。2. Description of the Related Art In a so-called electromagnetic balance or force measuring device that measures an electromagnetic force against a load (mass) or a force to be measured by measuring the load or force, a magnet mainly composed of a permanent magnet is used. A force coil is arranged in the static magnetic field created by the circuit, and an electric current is passed through the force coil to generate an electromagnetic force for balancing with the load or force to be measured. Then, the magnitude of the load or force is obtained from the magnitude of the current flowing through the force coil while the electromagnetic force and the load or force to be measured are balanced.
【０００３】ここで、磁気回路は、図９にその従来の構
成例を断面図で示すように、永久磁石９１を例えばＮ極
を上、Ｓ極を下にした状態で有底円筒状のヨーク９２の
底面に配置するとともに、Ｎ極には円盤ないしは円柱状
のポールピース９３を設け、このポールピース９３の外
周面とヨーク９２の内周面との間に形成される円筒状の
空隙に磁場空間を形成している。そして、この磁場空間
内に、その空間の形状に沿うように円筒状に巻かれたフ
ォースコイル９４が挿入される。Here, the magnetic circuit has a bottomed cylindrical yoke with the permanent magnet 91 being, for example, the N pole above and the S pole below, as shown in the cross-sectional view of a conventional configuration example in FIG. A disk-shaped or columnar pole piece 93 is provided on the bottom surface of the pole piece 92, and a magnetic field is formed in a cylindrical space formed between the outer peripheral surface of the pole piece 93 and the inner peripheral surface of the yoke 92. It forms a space. Then, a force coil 94 wound in a cylindrical shape along the shape of the space is inserted into the magnetic field space.
【０００４】フォースコイル９４は、その巻き枠を介し
て天びんないしは力測定器のビーム９５に固着され、被
測定荷重または力の作用によって磁場空間内で変位す
る。この変位はビーム９５を介して変位センサ（図示せ
ず）によって検出され、その変位検出信号の大きさに応
じた電流がフォースコイル９４にフィードバックされて
電磁力が発生し、被測定荷重ないしは力に抗してビーム
９５の変位が０になるように自動平衡する。The force coil 94 is fixed to the beam 95 of the balance or the force measuring device through the winding frame, and is displaced in the magnetic field space by the action of the load to be measured or the force. This displacement is detected by a displacement sensor (not shown) via the beam 95, and a current corresponding to the magnitude of the displacement detection signal is fed back to the force coil 94 to generate an electromagnetic force, which causes a load or force to be measured. The beam 95 is automatically balanced so that the displacement of the beam 95 becomes zero.
【０００５】この平衡状態においてフォースコイル９４
に流れる電流は、磁気回路により形成される円筒状の磁
界が一定である限り被測定荷重ないしは力に比例するこ
とになり、そのコイル電流を測定することによって、被
測定荷重ないしは力の大きさを知ることができる。In this equilibrium state, the force coil 94
The current flowing through is proportional to the measured load or force as long as the cylindrical magnetic field formed by the magnetic circuit is constant.By measuring the coil current, the measured load or force is measured. I can know.
【０００６】さて、以上のような電磁力自動平衡式の天
びんまたは力測定器においては、磁場空間を形成する隙
間は一定として、その磁場空間における磁場が、少なく
ともフォースコイル９４の移動範囲内で可能な限り平坦
になるようにしていた。これは、この磁場が一様でない
場合には、フォースコイル９４の移動に伴い、発生電磁
力と電流の関係が変化していくため、高精度の天びんが
得にくくなるためである。具体的には、ビーム９５の変
位が０になる位置、つまり系のバランス点は何らかの原
因によりずれたときに、磁場が一様でない場合には、大
きなスパン変化が生じる等の問題が生じたり、あるいは
機構部分の組み立て精度を厳密にしなければ、意図する
大きさの電磁力を得ることができなくなるという問題が
生じる。In the balance or force measuring device of the electromagnetic force automatic balance type as described above, the gap forming the magnetic field space is constant, and the magnetic field in the magnetic field space can be at least within the moving range of the force coil 94. I tried to make it as flat as possible. This is because, if the magnetic field is not uniform, the relationship between the generated electromagnetic force and the current changes as the force coil 94 moves, making it difficult to obtain a highly accurate balance. Specifically, when the position where the displacement of the beam 95 becomes zero, that is, the balance point of the system is displaced for some reason, if the magnetic field is not uniform, a large span change or the like may occur. Alternatively, unless the assembly precision of the mechanism portion is made strict, there arises a problem that an electromagnetic force of an intended magnitude cannot be obtained.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の磁
気回路において、上記のように広い範囲で一様な磁場を
得るためには、寸法の大きな永久磁石を用いる必要があ
って、コストアップの要因となるばかりでなく、測定器
の小型化の阻害要因となっている。By the way, in this type of magnetic circuit, in order to obtain a uniform magnetic field in a wide range as described above, it is necessary to use a permanent magnet having a large size, which increases the cost. Not only is it a factor, but also an obstacle to the miniaturization of measuring instruments.
【０００８】本発明の目的は、小さな永久磁石を用いて
も高精度の測定が可能で、もって安価で、かつ、小型・
軽量で、しかも高精度の電磁式の天びんまたは力測定器
を提供することにある。An object of the present invention is to enable highly accurate measurement even with a small permanent magnet, which is inexpensive, compact, and compact.
It is to provide a lightweight yet highly accurate electromagnetic balance or force measuring device.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの構成を、実施例図面である図１を参照しつつ説明す
ると、本発明の電磁式の天びんまたは力測定器は、永久
磁石１１およびヨーク１２等により構成された磁気回路
１０中に空隙Ｇを設けて磁場空間を形成するとともに、
その磁場空間内に、可動部材３に装着されて所定方向に
運動し得るフォースコイル２を配置し、このフォースコ
イル２に電流を流すことによって発生する電磁力を、可
動部材３を介して被測定荷重または力と釣り合わせ、そ
の釣り合い状態でフォースコイル２に流れる電流の大き
さから被測定荷重または力の大きさを求める測定器にお
いて、磁場空間を形成するための空隙Ｇの、フォースコ
イル２の運動方向に直交する方向の寸法が、運動方向に
対して、その中央部が両端部に比して広く形成されてい
ることによって特徴づけられる。A structure for achieving the above object will be described with reference to FIG. 1 which is an embodiment drawing, and an electromagnetic balance or a force measuring device of the present invention has a permanent magnet 11. In addition to forming a magnetic field space by providing a gap G in the magnetic circuit 10 constituted by the yoke 12 and the like,
A force coil 2 mounted on the movable member 3 and movable in a predetermined direction is arranged in the magnetic field space, and an electromagnetic force generated by passing an electric current through the force coil 2 is measured via the movable member 3. In a measuring device that balances with a load or force and determines the magnitude of the load or force to be measured from the magnitude of the current flowing through the force coil 2 in that balanced state, the force of the force coil 2 in the air gap G for forming the magnetic field space The dimension in the direction orthogonal to the movement direction is characterized by the fact that the central portion is formed wider than the both ends with respect to the movement direction.
【００１０】[0010]
【作用】従来のこの種の測定器において、フォースコイ
ルが置かれる磁場空間を、フォースコイルの移動方向に
可能な限り広く一様にする理由は、前記したように、フ
ォースコイルの移動前後における有効磁場（フォースコ
イルが位置している刻々の場所での磁場）の変化を避け
るためである。In the conventional measuring instrument of this type, the reason why the magnetic field space in which the force coil is placed is made as wide and uniform as possible in the moving direction of the force coil is, as described above, that it is effective before and after the movement of the force coil. This is to avoid changes in the magnetic field (the magnetic field at each moment where the force coil is located).
【００１１】これに対し、本発明のように、磁場空間を
形成するための空隙Ｇの、フォースコイル２の運動方向
に直交する方向への寸法を、運動方向中央部分で両端部
分よりも広くすると、空隙Ｇ中の磁場の強さは、その両
端部分でピークを形成し、平坦とはならない。しかし、
フォースコイルに流れる電流とこれによって発生する電
磁力との関係は、フォースコイルの各部位における磁場
とそこを流れる電流の積の総和であるから、フォースコ
イルの移動前後における有効磁場の変化量は、フォース
コイルの移動方向両端部の近傍における磁場勾配に依存
し、中央部に磁場勾配が存在していても、その部分はフ
ォースコイルの移動前後においてともに有効磁場の一部
を形成するが故に、有効磁場の変化量には寄与しない。On the other hand, as in the present invention, when the dimension of the gap G for forming the magnetic field space in the direction orthogonal to the movement direction of the force coil 2 is made wider at the central portion in the movement direction than at both end portions. The strength of the magnetic field in the gap G forms a peak at both end portions and is not flat. But,
The relationship between the current flowing in the force coil and the electromagnetic force generated by it is the sum of the products of the magnetic field in each part of the force coil and the current flowing through it, so the amount of change in the effective magnetic field before and after the movement of the force coil is It depends on the magnetic field gradient in the vicinity of both ends in the moving direction of the force coil, and even if there is a magnetic field gradient in the center part, that part forms a part of the effective magnetic field both before and after the movement of the force coil. It does not contribute to the amount of change in the magnetic field.
【００１２】本発明はこのような観点に立ち、フォース
コイルの移動方向両端部近傍に対応する空隙Ｇの両端部
分に、意識的に磁場の強さのピーク、従って勾配がほぼ
０となる箇所、を作ることにより、小さい永久磁石であ
っても、フォースコイルの移動に伴う有効磁場の変化を
防止し、所期の目的を達成している。In view of this point of view, the present invention consciously provides a peak of the magnetic field strength, that is, a gradient where the gradient is substantially zero, at both ends of the gap G near the both ends in the moving direction of the force coil. By making, even with a small permanent magnet, the change of the effective magnetic field due to the movement of the force coil is prevented, and the intended purpose is achieved.
【００１３】[0013]
【実施例】図１は本発明実施例の要部構造の正面中央縦
断面図と回路構成のブロック図とを併記して示す構成図
である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a block diagram showing a longitudinal central sectional view of the front and a block diagram of a circuit structure of a main part structure of an embodiment of the present invention.
【００１４】磁気回路１は、永久磁石１１、ヨーク１２
およびポールピース１３によって構成されている。永久
磁石１１は円柱状で、例えば上方にＮ極、下方にＳ極が
位置するようにカップ状のヨーク１２内の底面上にその
下面が固着されているとともに、その上面には、全体と
して円柱状で、後で詳述するような形状のポールピース
１３が固着されており、このポールピース１３の外周面
とこれに対向するヨーク１２の内周面とで囲まれた略円
筒状の空隙Ｇに磁場空間が形成される。The magnetic circuit 1 comprises a permanent magnet 11 and a yoke 12.
And the pole piece 13. The permanent magnet 11 has a cylindrical shape. For example, the lower surface is fixed to the bottom surface in the cup-shaped yoke 12 so that the N pole is located above and the S pole is located below. A pole piece 13 having a columnar shape and having a shape to be described in detail later is fixed, and a substantially cylindrical space G surrounded by the outer peripheral surface of the pole piece 13 and the inner peripheral surface of the yoke 12 facing the pole piece 13. A magnetic field space is formed at.
【００１５】そして、この空隙Ｇ内に、当該空隙Ｇに沿
って円筒状に巻かれたフォースコイル２が置かれ、この
フォースコイル２は空隙Ｇに沿って図中上下方向に変位
し得るようになっている。すなわち、フォースコイル２
は巻き枠２１を介してビーム３に固着されており、この
ビーム３は支点（図示せず）を挟んでその一端部に、天
びんにあっては測定皿が、力測定器にあっては被測定力
の負荷部が設けられ、被測定荷重ないしは力の負荷によ
って支点を中心として変位し、この変位によりフォース
コイル２が空隙Ｇ内で上下動する。このビーム３の変位
は、ビーム３の他端部に配設された変位センサ４によっ
て検出される。A force coil 2 wound in a cylindrical shape along the gap G is placed in the gap G, and the force coil 2 can be displaced along the gap G in the vertical direction in the figure. Has become. That is, the force coil 2
Is fixed to the beam 3 via a winding frame 21. The beam 3 has a fulcrum (not shown) at one end thereof, a measuring dish for a balance, and a cover for a force measuring device. A load portion for measuring force is provided, and is displaced about a fulcrum by a load to be measured or a force to be measured, and the displacement causes the force coil 2 to move up and down in the gap G. The displacement of the beam 3 is detected by a displacement sensor 4 arranged at the other end of the beam 3.
【００１６】変位センサ４の出力はサーボアンプ５に導
かれ、このサーボアンプ５からビーム３の変位量に応じ
た大きさの電流がフォースコイル２に流される。この構
成により、測定皿ないしは被測定力の負荷部に荷重ない
しは力が加わると、それに応じた電流がフォースコイル
２に流れ、その電流と、空隙Ｇ中でフォースコイル２が
位置する空隙Ｇ中の磁場、つまり有効磁場に応じた電磁
力が発生し、その電磁力はフォースコイル２を介してビ
ーム３に作用し、ビーム３のレバー比によって何倍かに
拡大されて、被測定荷重ないしは力に抗してビーム３の
変位が零になるように自動平衡する。The output of the displacement sensor 4 is guided to the servo amplifier 5, and a current having a magnitude corresponding to the displacement amount of the beam 3 is passed from the servo amplifier 5 to the force coil 2. With this configuration, when a load or force is applied to the measurement dish or the load portion of the force to be measured, a current corresponding thereto flows through the force coil 2, and the current and the gap G in which the force coil 2 is located in the gap G. A magnetic field, that is, an electromagnetic force corresponding to the effective magnetic field is generated, and the electromagnetic force acts on the beam 3 via the force coil 2 and is expanded to several times by the lever ratio of the beam 3 to increase the measured load or force. The beam 3 is automatically balanced so that the displacement of the beam 3 becomes zero.
【００１７】この平衡状態においてフォースコイル２に
流れる電流は、空隙Ｇ中の有効磁場が一定である限りに
おいて被測定荷重ないしは力に比例することになり、そ
の電流値は出力抵抗Ｒで電圧信号に変換され、Ａ−Ｄ変
換器６でデジタル化された後にマイクロコンピュータ７
に採り込まれる。マイクロコンピュータ７では、その電
流値のデジタル変換データを用いた演算によって被測定
荷重ないしは力を算出し、表示器７１に表示する。な
お、永久磁石１１の温度変化による磁場の変化は、磁気
回路１内に配設された温度センサ８の出力により、公知
の手法によって補償される。すなわち、温度センサ８の
出力は温度補償回路９に供給され、この温度補償回路９
は、Ａ−Ｄ変換器６の基準電圧を、温度センサ８の出力
に基づいて永久磁石１１の温度変化による発生磁場の強
さの変化をキャンセルするように変化させる。In this equilibrium state, the current flowing through the force coil 2 is proportional to the load or force to be measured as long as the effective magnetic field in the air gap G is constant, and its current value becomes a voltage signal at the output resistance R. After being converted and digitized by the AD converter 6, the microcomputer 7
Be adopted by. The microcomputer 7 calculates the load or force to be measured by calculation using the digitally converted data of the current value and displays it on the display 71. The change of the magnetic field due to the temperature change of the permanent magnet 11 is compensated by the output of the temperature sensor 8 arranged in the magnetic circuit 1 by a known method. That is, the output of the temperature sensor 8 is supplied to the temperature compensating circuit 9, and this temperature compensating circuit 9
Changes the reference voltage of the AD converter 6 based on the output of the temperature sensor 8 so as to cancel the change in the strength of the generated magnetic field due to the temperature change of the permanent magnet 11.
【００１８】さて、磁気回路１のポールピース１３は、
前記したように全体として円柱状であるが、その外周面
は、上下両端から所定長さにわたる部分の外径寸法が、
中央部分の外径寸法よりも大きくなっている。これによ
り、フォースコイル２が配置される磁場空間を形成する
空隙Ｇの、フォースコイル２の運動（変位）方向に直交
する方向への寸法が、フォースコイル２の運動方向の中
央部が、両端部に比して大となっている。Now, the pole piece 13 of the magnetic circuit 1 is
As described above, it is cylindrical as a whole, but its outer peripheral surface has an outer diameter dimension of a portion extending from the upper and lower ends to a predetermined length,
It is larger than the outer diameter of the central part. As a result, the dimension of the gap G forming the magnetic field space in which the force coil 2 is arranged in the direction orthogonal to the movement (displacement) direction of the force coil 2 is such that the central portion in the movement direction of the force coil 2 has both ends. It is larger than.
【００１９】このような磁気回路１の構成によると、空
隙Ｇに形成される磁場は図２に例示するようになる。す
なわち、この図２は、横軸に空隙Ｇ内でのフォースコイ
ル２の位置を、縦軸に磁場の強さをとって示すグラフ
と、フォースコイル２の空隙Ｇ内での位置の模式図を併
記して示す図であり、空隙Ｇが狭くなっているその両端
部分に磁場のピークが生じ、中央部は平坦とはならずに
若干低くなる。According to the structure of the magnetic circuit 1 as described above, the magnetic field formed in the gap G is as illustrated in FIG. That is, FIG. 2 is a graph showing the position of the force coil 2 in the air gap G on the horizontal axis and the magnetic field strength on the vertical axis, and a schematic diagram of the position of the force coil 2 in the air gap G. It is a diagram additionally shown, and a peak of the magnetic field occurs at both ends of the gap G that is narrowed, and the central portion is not flat but becomes slightly lower.
【００２０】ここで、フォースコイル２のその運動方向
への長さＬは、空隙Ｇ内の磁場のピーク〜ピーク間の距
離とほぼ等しくしている。以上の本発明実施例による
と、図２から明らかなように、空隙Ｇ内のフォースコイ
ル２の両端部に相当する場所にそれぞれ磁場のピークが
生じ、その場所の磁場勾配がほぼ０となるため、フォー
スコイル２が図中実線で示す位置から、破線で示すよう
にδだけ変位したとしても、その変位に起因する有効磁
場の変化は殆ど生じず、従ってフォースコイル２の変位
に起因して発生する電磁力の変化率はほぼ０となる。こ
のことは、以下に示す比較例の説明により明らかになる
であろう。Here, the length L of the force coil 2 in the movement direction thereof is set to be substantially equal to the distance between the peaks of the magnetic field in the gap G. According to the above-described embodiment of the present invention, as is apparent from FIG. 2, magnetic field peaks are generated at locations corresponding to both ends of the force coil 2 in the air gap G, and the magnetic field gradient at that location becomes almost zero. , Even if the force coil 2 is displaced from the position indicated by the solid line in the figure by δ as indicated by the broken line, the effective magnetic field hardly changes due to the displacement, and therefore occurs due to the displacement of the force coil 2. The rate of change of the electromagnetic force is almost zero. This will be clarified by the following description of comparative examples.
【００２１】すなわち、ポールピースの外周面を一様な
円柱面とし、フォースコイルが置かれる空隙を一様な円
筒形にして、永久磁石の大きさを含めて他は全く同様に
した磁気回路を用いた場合には、その空隙における磁場
の分布は図３に示すようになる。この図において、フォ
ースコイルの長さをＬ（ｍｍ）、その両端部近傍での磁
場勾配を±α（テスラ／ｍｍ）としたとき、フォースコ
イル２がδ（ｍｍ）だけ移動したとすると、有効磁場の
変化（減少）量は、図中ハッチングで示す部分の磁場面
積（磁場の強さ×フォースコイル運動方向への長さ）に
相当する。つまり、 磁場面積の変化量＝ΔＨ×δ となる。このとき、ΔＨ＝α×δであるから、結局、有
効磁場の変化量Δは、 Δ＝αδ2 と表すことができる。That is, a magnetic circuit in which the outer peripheral surface of the pole piece is a uniform cylindrical surface, the gap in which the force coil is placed is a uniform cylindrical shape, and the size of the permanent magnet is the same as the others, When used, the distribution of the magnetic field in the air gap is as shown in FIG. In this figure, assuming that the length of the force coil is L (mm) and the magnetic field gradient in the vicinity of both ends thereof is ± α (tesla / mm), it is effective if the force coil 2 moves by δ (mm). The amount of change (decrease) in the magnetic field corresponds to the magnetic field area (magnetic field strength × length in the direction of force coil movement) in the hatched portion in the figure. That is, the change amount of the magnetic field area = ΔH × δ. At this time, since ΔH = α × δ, the effective magnetic field change amount Δ can be expressed as Δ = αδ 2 .
【００２２】フォースコイルのδの移動前の有効磁場
は、そのコイル位置における平均磁場をＨとすると、 有効磁場＝Ｌ×Ｈ であるから、変位δに対する有効磁場の変化率は、 （ＬＨ−Δ）／ＬＨ＝（ＬＨ−αδ2 ）／ＬＨ＝１−α
（δ2 ／ＬＨ） となる。ここで、有効磁場の変化率は、フォースコイル
の変位前後における発生電磁力の変化率と等価であるた
め、フォースコイルの運動方向両端部近傍における磁場
勾配αが小さいほど、フォースコイルの変位に伴う電磁
力の変化率が小さくなる。The effective magnetic field before the movement of δ of the force coil is expressed as effective magnetic field = L × H, where H is the average magnetic field at the coil position. Therefore, the rate of change of the effective magnetic field with respect to the displacement δ is (LH-Δ ) / LH = (LH-αδ 2 ) / LH = 1-α
(Δ 2 / LH). Here, since the rate of change of the effective magnetic field is equivalent to the rate of change of the generated electromagnetic force before and after displacement of the force coil, the smaller the magnetic field gradient α in the vicinity of both ends in the movement direction of the force coil, the more the displacement of the force coil occurs. The rate of change of electromagnetic force becomes small.
【００２３】前記した本発明実施例では、空隙Ｇの形状
に基づき、フォースコイル２の運動方向両端部近傍にお
いてそれぞれ磁場のピークが生じて、その部分の磁場勾
配αがほぼ０となるから、フォースコイル２が変位して
も殆ど有効磁場が変化せず、ひいては電磁力も変化しな
い。In the above-described embodiment of the present invention, based on the shape of the gap G, magnetic field peaks are generated in the vicinity of both ends of the force coil 2 in the movement direction, and the magnetic field gradient α at that portion becomes almost zero. Even if the coil 2 is displaced, the effective magnetic field hardly changes, and consequently the electromagnetic force does not change.
【００２４】図４は図１の実施例におけるフォースコイ
ル２の変位δと電磁力の変化率との関係を、上述の比較
例とともに示すグラフであり、実線が本発明実施例を、
破線が比較例を示している。このグラフから明らかなよ
うに、同じ大きさの永久磁石を用いても、本発明実施例
では、フォースコイル２の変位に起因する電磁力の変化
率が、従来の磁気回路を用いた比較例に比して大幅に小
さくなることが判る。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the displacement δ of the force coil 2 and the change rate of the electromagnetic force in the embodiment of FIG. 1 together with the above-mentioned comparative example, and the solid line represents the embodiment of the present invention.
A broken line shows a comparative example. As is clear from this graph, even if the permanent magnets of the same size are used, in the embodiment of the present invention, the rate of change of the electromagnetic force caused by the displacement of the force coil 2 is the same as that of the comparative example using the conventional magnetic circuit. It can be seen that it is significantly smaller than that.
【００２５】ここで、以上の実施例においては、フォー
スコイル２の長さＬと空隙Ｇ内の磁場のピーク〜ピーク
間距離をほぼ同一とし、フォースコイル２をそのピーク
〜ピークの中央部に配置した例を示したが、磁場のピー
ク部分がある程度の平坦性を有しているならば、特にフ
ォースコイル２の長さＬをピーク〜ピーク間距離と一致
させることなく、ある程度の差があってもよく、またこ
の場合、フォースコイル２がピーク〜ピークの中央に厳
密に位置していなくても、同様な作用効果を奏すること
ができる。Here, in the above embodiment, the length L of the force coil 2 and the peak-peak distance of the magnetic field in the gap G are made substantially the same, and the force coil 2 is arranged at the center of the peak-peak. However, if the peak portion of the magnetic field has a certain degree of flatness, the length L of the force coil 2 is not equal to the peak-to-peak distance, and there is a certain difference. Also, in this case, even if the force coil 2 is not strictly located between the peaks and the center of the peak, the same operational effect can be obtained.
【００２６】本発明において、フォースコイル２が置か
れる磁場空間を形成する空隙Ｇの、フォースコイル２の
運動方向に直交する方向への寸法を、運動方向に対し
て、その中央部を両端部に比して大とするための具体的
構成としては、図１の実施例の構成のほか、多種のバリ
エーションがある。その例を図５に列挙する。In the present invention, the dimension of the air gap G forming the magnetic field space in which the force coil 2 is placed in the direction orthogonal to the movement direction of the force coil 2 is such that the central portion is at both ends with respect to the movement direction. As a specific configuration for making the size relatively large, there are various variations in addition to the configuration of the embodiment of FIG. Examples are listed in FIG.
【００２７】図５（Ａ）の例では、ポールピース３の外
周面を、両端部を平坦な円筒面とし、中央部を断面Ｖ字
状に窪ませている。同図（Ｂ）では、ポールピース３の
外周面の全体を、中央部が最も小径となるように断面Ｖ
字状に窪ませている。また、（Ｃ）および（Ｄ）では、
ポールピース３の外周面を、中央部が最も小径となるよ
うに円弧状に窪ませている。更に、このような形状を付
するのは、ポールピース３に限られず、ヨーク２側に付
してもよく、例えば（Ｅ）に示すように、ヨーク２の内
周面を、中央部の内径寸法に比して両端部の内径寸法を
小さくすることによっても、前記した形状の空隙Ｇを得
ることができる。なお、図４はポールピース３ないしは
ヨーク２に付する形状の例であり、本発明はこられの例
に限定されるものではない。In the example of FIG. 5 (A), the outer peripheral surface of the pole piece 3 has flat cylindrical surfaces at both ends, and the central portion is recessed in a V-shaped cross section. In the same figure (B), the whole outer peripheral surface of the pole piece 3 has a cross section V so that the central portion has the smallest diameter.
It is recessed in a letter shape. Also, in (C) and (D),
The outer peripheral surface of the pole piece 3 is recessed in an arc shape so that the central portion has the smallest diameter. Further, the shape having such a shape is not limited to the pole piece 3 and may be provided on the yoke 2 side. For example, as shown in (E), the inner peripheral surface of the yoke 2 may be the inner diameter of the central portion. The void G having the above-described shape can also be obtained by reducing the inner diameter of both ends as compared with the dimension. Note that FIG. 4 shows an example of the shape attached to the pole piece 3 or the yoke 2, and the present invention is not limited to these examples.
【００２８】また、本発明においては、磁気回路１の全
体的構成としても図１に例示したものに限定されず、種
々の変形が可能である。その一例を図６〜図８示す。図
６の例は、ポールピース６３を挟んでその上下にそれぞ
れ永久磁石６１１および６１１を互いにＮ，Ｓ極を逆向
きにして固着し、その全体をヨーク６２内に収容すると
ともに、フォースコイル２はポールピース６３とヨーク
６２との間の略筒状の空隙Ｇ内に配置している。また、
フォースコイル２の巻き枠２１は、ヨーク６２に設けら
れた切り欠き６２１を介してヨーク６２外に延ばし、ビ
ーム３に固定している。このような構造の磁気回路にお
いても、ポールピース６３の外周面の形状を図１ないし
は図５（Ａ）〜（Ｄ）と同等とし、あるいはヨーク５２
の形状を図５（Ｅ）等のようにすることによって、前記
した形状の空隙Ｇを形成することにより、図１の例と全
く同等の作用効果を奏することができる。Further, in the present invention, the overall configuration of the magnetic circuit 1 is not limited to the one illustrated in FIG. 1 and various modifications are possible. An example thereof is shown in FIGS. In the example of FIG. 6, permanent magnets 611 and 611 are fixed to the upper and lower sides of the pole piece 63 with the N and S poles in opposite directions, respectively, and the whole is housed in the yoke 62. It is arranged in a substantially tubular space G between the pole piece 63 and the yoke 62. Also,
The winding frame 21 of the force coil 2 is extended to the outside of the yoke 62 via a notch 621 provided in the yoke 62 and is fixed to the beam 3. Also in the magnetic circuit having such a structure, the shape of the outer peripheral surface of the pole piece 63 is made equal to that of FIG. 1 or FIGS.
By forming the void G having the above-described shape by making the shape of FIG. 5E or the like, it is possible to achieve the same effect as that of the example of FIG.
【００２９】図７および図８の例は、フラット型のフォ
ースコイルを用い、かつ、ポールピースを持たない磁気
回路の構成例である。図７では、（Ａ）に正面中央縦断
面図を、（Ｂ）にその右側面図を示すように、カップ状
のヨーク７２１の開口部を平板状のヨーク７２２で閉塞
し、その内部に２つの平板状の永久磁石７１１，７１２
をＮ，Ｓ極を逆向きにして収容したもので、永久磁石７
１１，７１２とヨーク７２２との間に形成される空隙
Ｇ′内にフラットコイル形のフォースコイル２′を配置
している。この磁気回路では、フォースコイル２′は空
隙Ｇ′内において図中上下、つまり２つの永久磁石７１
１，７１２を結ぶ方向に運動するが、このような構成に
おいても、図示のように例えば平板状のヨーク７２２の
永久磁石７１１，７１２への対向面の形状を、フォース
コイル２′の運動方向に対してその中央部分を窪ませる
等によって、フォースコイル２′の運動方向に対して、
空隙Ｇ′の隙間を中央部において広くすることによっ
て、図１の実施例と同等の作用効果を奏することができ
る。The examples of FIGS. 7 and 8 are examples of the configuration of a magnetic circuit using a flat type force coil and having no pole piece. In FIG. 7, as shown in the front center vertical cross-sectional view in (A) and its right side view in (B), the opening of the cup-shaped yoke 721 is closed by a flat-plate-shaped yoke 722, and 2 inside Flat magnets 711, 712
Is housed with the N and S poles in opposite directions.
A flat coil type force coil 2 ′ is arranged in a gap G ′ formed between 11, 712 and the yoke 722. In this magnetic circuit, the force coil 2'is located above and below in the figure in the gap G ', that is, two permanent magnets 71 are provided.
In this configuration, the shape of the flat plate-shaped yoke 722 facing the permanent magnets 711 and 712 is changed in the direction of movement of the force coil 2 ′. On the other hand, by denting the central part, etc., with respect to the movement direction of the force coil 2 ',
By widening the gap of the gap G'in the central portion, it is possible to obtain the same effects as the embodiment of FIG.
【００３０】図８例は、図７の構成における平板状のヨ
ーク７２２側にも２つの永久磁石７１３，７１４を図示
の極性のもとに配置したもので、この場合においては、
永久磁石７１１，７１２，７１３，７１４のフォースコ
イル２′に対向する面の形状を、フォースコイル２′の
運動方向に対してその中央部分に相当する部分を窪ませ
ることにより、フォースコイル２′が置かれる磁場空間
を形成する空隙Ｇ″の形状を図７と同等とすることがで
き、この場合にも同等の効果を奏することができる。In the example of FIG. 8, two permanent magnets 713 and 714 are arranged on the side of the flat yoke 722 in the configuration of FIG. 7 with the polarities shown. In this case,
The shape of the surface of the permanent magnets 711, 712, 713, 714 facing the force coil 2'is recessed at a portion corresponding to the central portion thereof in the movement direction of the force coil 2 '. The shape of the gap G ″ that forms the magnetic field space to be placed can be made equivalent to that of FIG. 7, and the same effect can be obtained in this case as well.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フォースコイルが置かれる磁場空間を形成する空隙の、
フォースコイルの運動方向と直交する方向の寸法を、運
動方向に対して、その中央部が両端部に比して大となる
ように構成することにより、フォースコイルの運動方向
両端部近傍に、それぞれ磁場のピークを生じさせている
から、小さい永久磁石を用いても、従来の構成に比して
フォースコイルの変位による有効磁場の変化が小さく、
発生電磁力の変化を少なくすることができる。その結
果、小さい永久磁石を用いても高精度の天びんまたは力
測定器を得ることが可能となり、コストダウンと装置の
小型・軽量化を達成することができる。As described above, according to the present invention,
Of the air gap that forms the magnetic field space where the force coil is placed,
By configuring the dimension in the direction orthogonal to the movement direction of the force coil such that the central portion of the force coil is larger than the both ends in the movement direction, in the vicinity of both ends of the movement direction of the force coil, respectively. Since the peak of the magnetic field is generated, even if a small permanent magnet is used, the change in the effective magnetic field due to the displacement of the force coil is small compared to the conventional configuration,
The change in the generated electromagnetic force can be reduced. As a result, even if a small permanent magnet is used, it is possible to obtain a highly accurate balance or force measuring device, and it is possible to achieve cost reduction and device size and weight reduction.
【図１】本発明実施例の要部構造の正面中央縦断面図と
回路構成のブロック図とを併記して示す構成図FIG. 1 is a configuration diagram showing a front central vertical cross-sectional view and a block diagram of a circuit configuration of a main part structure of an embodiment of the present invention together
【図２】その空隙Ｇ中のフォースコイル２の運動方向へ
の位置と磁場との関係を示すグラフFIG. 2 is a graph showing the relationship between the position of the force coil 2 in the gap G in the movement direction and the magnetic field.
【図３】比較例の空隙中のフォースコイルの運動方向へ
の位置と磁場との関係を示すグラフFIG. 3 is a graph showing the relationship between the position of the force coil in the air gap in the moving direction and the magnetic field in a comparative example.
【図４】本発明実施例におけるフォースコイル２の変位
δと電磁力の変化率との関係を、比較例とともに示すグ
ラフFIG. 4 is a graph showing the relationship between the displacement δ of the force coil 2 and the rate of change of electromagnetic force in the example of the present invention together with a comparative example.
【図５】本発明の各種の他の実施例の要部構成を示すそ
れぞれの断面図FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the essential parts of various other embodiments of the present invention.
【図６】本発明の更に他の実施例の要部構成を示す断面
図FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the main part of still another embodiment of the present invention.
【図７】本発明の更にまた他の実施例の要部構成を示す
断面図FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the main part of still another embodiment of the present invention.
【図８】本発明のまた更に他の実施例の要部構成を示す
断面図FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the main parts of yet another embodiment of the present invention.
【図９】従来の電磁力平衡式の天びんまたは力測定器に
使用されている磁気回路の構成例を示す断面図FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration example of a magnetic circuit used in a conventional electromagnetic force balance type balance or force measuring device.
１ 磁気回路 １１ 永久磁石 １２ ヨーク １３ ポールピース ２ フォースコイル ２１ 巻き枠 ３ ビーム ４ 変位センサ ５ サーボアンプ ６ Ａ−Ｄ変換器 ７ マイクロコンピュータ Ｇ 空隙 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 magnetic circuit 11 permanent magnet 12 yoke 13 pole piece 2 force coil 21 winding frame 3 beam 4 displacement sensor 5 servo amplifier 6 A-D converter 7 microcomputer G Gap
Claims (1)
た磁気回路中に空隙を設けて磁場空間を形成するととも
に、その磁場空間内に、可動部材に装着されて所定方向
に運動し得るフォースコイルを配置し、このフォースコ
イルに電流を流すことによって発生する電磁力を、上記
可動部材を介して被測定荷重または力と釣り合わせ、そ
の釣り合い状態で上記フォースコイルに流れる電流の大
きさから被測定荷重または力の大きさを求める測定器に
おいて、上記磁場空間を形成するための空隙の、フォー
スコイルの運動方向に直交する方向の寸法が、運動方向
に対して、その中央部が両端部に比して大きく形成され
ていることを特徴とする、電磁式の天びんまたは力測定
器。1. A magnetic field constituted by a permanent magnet, a yoke and the like is provided with an air gap to form a magnetic field space, and a force coil mounted on a movable member and movable in a predetermined direction is provided in the magnetic field space. Electromagnetic force generated by arranging and applying current to this force coil is balanced with the load or force to be measured via the movable member, and the load to be measured is determined from the magnitude of the current flowing through the force coil in the balanced state. Alternatively, in a measuring instrument for determining the magnitude of force, the size of the air gap for forming the magnetic field space in the direction orthogonal to the direction of movement of the force coil is Electromagnetic balance or force measuring device characterized by being formed large in size.
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