JPH07288995A - 電磁アクチュエータ変位装置のセンサ不要な測定装置 - Google Patents
電磁アクチュエータ変位装置のセンサ不要な測定装置Info
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Abstract
磁的に引き起こされた変位をセンサを用いることなく測
定する装置を提供する。 【構成】 最初に一定周波数及び振幅励磁正弦波を駆動
分離回路網の一定インピーダンスを通じて与える。その
コイルを横切る電圧の振幅及び位相はコイルのインダク
タンスに従って変動する。インダクタンスの値の変動
は、コイル電流によって発生する磁束密度の変化と、コ
イル極と電機子との間の空間の変位とに依存する。その
結果、変位の測定可能な大きさはソレノイドのシステム
に制御可能な状態で与えられる。その変位は従って測定
されて別個のセンサを用いることなく設定される。
Description
となく電磁アクチュエータの変位を検出及び制御する方
法及び装置に関する。本願発明は制御ループを用いるこ
とにより多数のアクチュエータを集中化してモニター及
び制御して様々な負荷の状況下で一定変位を与えること
ができる。他の例においては、本願発明を用いると、手
による調整が実行されるような閉鎖ループを用いること
なく変位を示すことができる。
引き起こすために単相の直接誘引型のAC磁石を用いて
いる。その磁石は一般的には平坦な面の電機子であり、
その電機子は保持スプリングによって正しい位置に保持
されている。駆動電力が供給されると電機子は変位す
る。一般的には、この種のシステムにおいては、ソレノ
イドはトラフ、パン又はボウルに取り付けられていて、
電機子によってつくられた振動を用いて材料を運搬又は
搬送する。そのような電磁振動装置は通常は開放ループ
の位相制御SCR又はトライアックによって駆動され、
また、操作のために多くの手作業を必要とする。このた
め、過渡の及び非能率の努力を行わなければならない。
くの問題の1つは、負荷に適合するように変位を調整す
ることによって、変化する負荷状態の下で一定製品流れ
を維持する点にある。さらに、本願発明は例えば振動フ
ィーダをその固有共振周波数に維持して最大システム効
率を増大させることができる。さらに、固有共振周波数
を外れて振動装置を作動させなければならないので、電
力を多く消費するという問題と、振動装置が最大効率で
作動しないと振動装置が大きくならざるを得ないので材
料及び製品コストが高くなるという問題とを解消する。
変位信号を発生して、例えば容積変化に敏感な下流の処
理システムにも影響を与えることができる。処理システ
ム内の香料及び同様な高価であるとともに容積的に重要
な添加剤を、本願発明の変位測定装置によって厳密にモ
ニターすることができる。
エータ変位方法及び装置のセンサ不要の測定装置は、一
定周波数及び振幅励磁正弦波を、駆動分離ネットワーク
の一定インピーダンスを通じてソレノイドコイルに与え
る。励磁信号と比べると、ソレノイドを横切る電圧の振
幅及び位相はコイルインダクタンスの変化に比例して変
動する。その変化つまりインダクタンスの変化は、ソレ
ノイドコイル電流によって発生した磁束密度の変化と、
コイル極面と電機子との間の空間のダイナミック変化
(変位)とに依存する。磁化力及び電流の影響を考慮に
いれることによって変位の関数である信号を導き出すこ
とができる。磁化力の影響は、コイル電流を検出するこ
とにより又は磁化力がゼロのときの変位読み取り値のみ
を得ることによって説明することができる。コイル電流
が検出された後に、その情報が、導出信号と組み合わさ
れて変位のみに比例する信号を発生する。他の例では、
磁化電流がゼロのときに変位が記録され、その結果、導
出信号への影響を取り除くことができる。
は、特定の実施例に関する図面及び以下の説明を検討す
ることによって明白になる。
弦波(キャリア)を駆動分離ネットワークの一定インピ
ーダンスを通じてソレノイドに与える方法及び装置に関
する。ソレノイドを横切る電圧(出力)の振幅及び位相
は、励磁信号(入力)と比べると、コイルインダクタン
スに比例して変化する。従って、変位の所望の大きさは
制御可能でありソレノイドシステムが負う。
タの変位の測定及び制御を行うことにより、とりわけ、
振動フィニッシャー及びフィーダ、コンベア並びにアク
チュエータのような材料取扱い装置が出くわすいくつか
の問題を解消する。これらのシステムにおける重要な設
計及び性能パラメータの1つは変位の制御である。変位
が制御可能になると、集中化モニター回路を容易に組み
立てることができる。
負荷に適合するように変位を調整することによって、変
化する負荷状態の下で一定製品流れを維持する点にあ
る。さらに、本願発明は例えば振動フィーダをその固有
共振周波数に維持して最大システム効率を増大させるこ
とができる。さらに、固有共振周波数を外れて振動装置
を作動させなければならないので、電力を多く消費する
という問題と、振動装置が最大効率で作動しないと振動
装置が大きくならざるを得ないので材料及び製品コスト
が高くなるという問題とを解消する。変位信号を発生し
て、例えば容積変化に敏感な下流の処理システムにも影
響を与えることができる。処理システム内の香料及び同
様な高価であるとともに容積的に重要な添加剤を、本願
発明の変位測定装置によって厳密にモニターすることが
できる。
電機子12に対向して配置されている。ソレノイド駆動
装置14が駆動力15を電磁ソレノイド10に供給す
る。キャリア分離回路網16によって、キャリア信号の
パラメータ、つまり、振幅及び位相が電磁ソレノイド1
0のインダクタンスを変えるだけで影響を受けることが
保証される。キャリア分離回路網16は、例えば並列共
振回路を構成する受動回路とすることができ、そこでは
共振周波数がキャリア周波数に設定される。ソレノイド
10への電力の接続は駆動電力及びキャリアライン17
を経由して行われる。駆動分離回路網18がライン17
を介して接続されている。また、駆動分離回路網18
は、クランプダイオードを備える又は備えない電圧分割
器を構成する受動要素である。駆動分離回路網18はキ
ャリア電力増幅器24に接続されている。キャリア発生
器26はキャリア信号をソレノイド10に供給するもの
で、キャリア電力増幅器24及び駆動分離回路網18を
経由して接続されている。駆動分離回路網28がソレノ
イド10に接続されている。ハイパスフィルタ30が駆
動分離回路網28及び同期検出器32に接続されてい
る。キャリア発生器26も同期検出器32に接続されて
いる。また、電流検出器40が駆動電力15及び差分増
幅器42に接続されている。差分増幅器42は線形関数
44に接続され、それはさらにローパスフィルタ及び増
幅器46に接続されている。さらに、ローパスフィルタ
及び増幅器46は出力48及びフィードバック制御シス
テム50に接続されている。フィードバック制御システ
ム50をソレノイド駆動装置14に接続することによっ
て制御ループが完了する。変位ゲージ53をフィードバ
ック制御システム50に接続して変位を調整・計測する
こともできる。以下に説明するように、変位ゲージ53
及び関連する制御を用いて必要な処理システムの所定の
加速又は減速を行うことができる。電機子12は支持ス
プリング60を有するフィーダ又はコンベアのような負
荷保持構造58に一体的に取り付けられている。負荷6
2はプラットホーム64に支持されており、構造の機械
的変位を「D」で示す。
おり、その回路ではキャリア信号が駆動分離回路網を通
じてソレノイドに供給される。その図は、本願発明固有
のいくつかの重要な面の内のモジュール化してさらに簡
略化した実施例を示す。駆動分離回路網インピーダンス
69が、コイルエアギャップ「G」を持つコイル72と
抵抗74と接地76と出力端子84を持つ回路を形成す
るキャパシタ78とからなる回路において、キャリア入
力70に接続されている。入力端子70と出力端子84
との間の読み取り値は、キャリア入力波形86と図示す
るような波形シフト89を持つモジュールキャリア出力
88とを与える。
ている。上昇及び下降波形の波頭90は一定の振幅の電
力ライン波形の一部である。
の波形はソレノイド10に伝達されるキャリア信号に似
ている。
典型的な波形である。これは電源及びキャリア信号から
の波頭の組み合わせである。
アクチュエータ変位装置の最も重要な構造的特徴及び操
作パラメータのいくつかに関連する。
装置14は駆動電力を電磁ソレノイド10に供給する。
それは、通常は、電源ラインから直接操作されるSCR
又は位相制御トライアックである。その駆動装置とし
て、ペンシルバニア州のホーマーシティにあるエフエム
シー・エムエイチディー(FMC−MHED)によって
作られたモデルCC2コントローラのようなタイプを用
いることができる。駆動電力は連続するパルス又は波形
からなり、そこでは、先方端又は後方端がソレノイド1
0の大きな反作用特性のために丸っている。例えば、図
3は一定振幅の50又は60ヘルツの電力正弦波の1サ
イクルの一部の典型的な波形を示す。負荷保持構造58
のような振動フィーダが固有振動数で作動すると、可変
周波数ソレノイド駆動装置14を持つフィードバック制
御システム50からなる閉鎖ループシステムが変位を制
御するために必要となる。変位制御は本願発明が与える
特徴の1つである。さらに、変位制御において本願発明
が与える特徴によると、処理装置のモニター、制御及び
検出が所望の加速及び減速特性内の所望の周波数で行え
る。この特徴は、手作業及び目測による作業をなくすこ
とによって処理装置の仕事量及び効率を高めることがで
きる。フィードバック制御システム50及びソレノイド
駆動装置14の相互作用は後述する。
の固有共鳴振動数に設定され、その振動数はフィーダの
負荷に応じて変化する。固有共鳴振動数が、材料の例え
ば密度及び粘性のような種類及び物理的特性のみならず
フィーダの構造的な機構及び構成部品の影響を受ける点
には注目すべきである。従って、変位を、様々な負荷及
び材料の状態に対して要求される固有共鳴振動数のいず
れにも適合させることができる能力は本願発明の重要な
要素の1つである。特に、それは処理システムの変位、
加速、減速及び制動を制御することによって、実現する
ことができる。さらに、本願発明は、様々な負荷状態で
も一定振幅を与え、さらに処理装置において異なるトラ
フや構造設計を用いても一定振幅を与える。図1に戻る
と、駆動電力はキャリア分離回路網16を通じてソレノ
イド10に供給され、これにより、ソレノイド10のコ
イルのインダクタンスを変化させるだけで振幅及び位相
からなるキャリア信号のパラメータに確実に影響を与え
ることができる。電磁ソレノイド10及び電機子12
は、例えば、ペンシルベニア州のホーマーシティーのエ
フエムシー・エムエイチイーディー(FMC−MHE
D)によって造られているモデルFT01フィーダであ
ってもよい。キャリア分離回路網16を用いないと、キ
ャリア励磁信号が、ソレノイド駆動がオン及びオフに切
り替わるときに急激に変化するであろう。キャリア分離
回路網16は、並列共振周波数をつくる受動要素の回路
網でよい。従って、共振周波数は、キャリア分離回路網
16を用いて適切な電流を選択することによってキャリ
ア周波数に設定される。キャリア発生器26はキャリア
信号を図4に示すような一定周波数の正弦波の形状でソ
レノイド10に供給する。これは、駆動信号と比べる
と、小さな振幅でかつより高い周波数の信号である。そ
の結果、駆動及びキャリア信号は分離回路網及びフィル
タによって容易に分離することができる。その後、キャ
リア電力増幅器24が、キャリア発生器26で発生した
信号を、同期検出器32において適切な信号対ノイズ比
を得ることができる程度に増幅する。キャリア電力はそ
れから駆動分離回路網18によってソレノイド10に結
合される。このことにより、駆動信号がキャリア電力増
幅器24に戻るように結合されないことを保証し、さら
に、そうでなければ発生する可能性のあるダメージを防
止する。
ドを有するか又は有していない電圧分割器を形成する受
動要素の回路網である。他の例においては、並列共振回
路を形成する受動要素の回路網を代わりに用いることが
できる。共振周波数はソレノイド駆動装置14の周波数
に又はその近くに設定される。同期検出器32はキャリ
ア信号をソレノイド駆動電力から除く。同期検出器32
の出力はキャリア信号とソレノイド10を横切って発生
する信号との間の位相差に比例する。その位相差はソレ
ノイド磁化電流及び磁束密度の関数で、同期検出器32
において電圧出力を与える。差分増幅器42は、同期検
出器32の出力からソレノイド磁化電流の影響を除い
て、変位のみに比例する出力を作り出す。電流検出器4
0がソレノイド10のコイルに発生したソレノイド磁化
電流を検出する。ソレノイドコイル電流と磁束密度との
間の関係は非線形である。差分増幅器42の出力に修正
が行われ、線形化関数44がその修正を実行するために
用いられる。線形化関数44は、なかでも非線形関数発
生器、マイクロプロセッサ利用のルックアップテーブル
又はマイクロプロセッサ利用型のソレノイド10の態様
とすることができる。他の例としては、電流検出器40
をレベルセンサとして用いることができ、また、差分増
幅器42を、駆動電流が変位測定装置に誤差を生じさせ
るレベルより低いときに作動させることができる。この
例を組み込むためには、差分増幅器42はサンプル・ホ
ールド回路を備え、駆動電流が許容レベルを越えるとき
には差分増幅器42の出力を一定に維持する。
0が過負荷になるのを防止するためにソレノイド駆動装
置14からの駆動電力を阻止する。駆動分離回路網28
は駆動分離回路網18と同じ構成を持つ。ハイパスフィ
ルタ30は、同期検出器32の入力に現れるソレノイド
駆動装置14の振幅を減少させることによって同期検出
器32における信号対ノイズ比を改善するようためにも
用いられる。ローパスフィルタ46は変位に比例する信
号を提供する。ローパスフィルタ46からの信号出力
は、所定のシステム作動に合致するように作られる多く
の重要なパラメータの1つである。例えば、振動フィー
ダに用いられるときには、信号は制御された変位出力で
あり、その際にはフィードバック制御システム50が制
御の特徴を与える。フィードバック制御システム50を
用いない場合には、システムは開放ループとなり、表示
指示器が変位を示すために必要となる。
すると、電機子12が変位する。結果的には、負荷支持
構造58及び保持スプリング60が横方向に振れて、プ
ラットホーム64が図示するように距離「D」移動す
る。フィードバック制御システム50は変位「D」のモ
ニター及び制御を行うことができ、これにより、負荷支
持構造58及びシステムからなる山と積まれた製品62
を固有振動数で操作することができる。このため、周波
数はフィーダ負荷に応じて変化するシステムの固有共鳴
振動数に設定される。さらに、変位ゲージ53で大きさ
を調整して可変周波数ソレノイド駆動装置を所望の共鳴
振動数に設定すると、変位「D」を必要に応じて調整で
きるように設定されるので所望の変位を発生させること
ができる。上述したように、変位ゲージ53を用いて所
望の減速及び加速プロフィールを設定することもでき
る。さらに、処理装置の加速の変位の逆位相で供給され
る電力を用いて瞬間的に装置を制動して、能動的な減衰
を通じて変位をゼロに抑制することができる。
つまり、トラフ又はパンを持つ電磁駆動ユニットと、関
連する制御パネル持つ電子制御装置とからなる。図2に
示すように、本願発明の多くの重要な面の1つは、一定
周波数及び振幅励磁正弦波(キャリア)を、駆動分離回
路網の一定インピーダンスを通じてソレノイドコイルに
供給する点にある。これとは明らかに対照的に、現在の
技術の状態は電磁振動における振動作用を引き起こすた
めに単相の直接誘引型のAC磁石を用いる。その磁石は
一般的には平坦な面の電機子であり、その電機子は保持
スプリングによって正しい位置に保持されている。駆動
電力が供給されると電機子は変位する。一般的には、こ
の種のシステムにおいては、ソレノイドがトラフ、パン
又はボウルに取り付けられていて、電機子によって与え
られた振動作用を用いて材料を運搬又は搬送する。その
ような電磁振動装置は通常は開放ループの位相制御SC
R又はトライアックによって駆動され、また、操作のた
めに多くの手作業を必要とする。このため、集中的な及
び能率の悪い努力を行わなければならない。
て様々な負荷状態で一定変位を与える。上述の通り、手
作業を排除してシステムの固有共鳴振動数の近くでシス
テムを自動的に作動させることにより、より均一な製品
流れ及び高効率を達成することができる。変位が、シス
テム周波数に関係なく駆動振幅によって制御される点に
は注目すべきである。しかし、ローパスフィルタ46と
ともに構成されるフィードバック制御システム50のよ
うな二次的な制御ループを用いてシステムをその固有共
鳴振動数に維持することができる。さらに、本願発明に
よると、ホストコンピュータの管理の下で任意の制御装
置の特徴を加えることができ、これにより、材料の流れ
における必要な変化を所定の変位、大きさ及び振動数に
一致させることができる。この特徴は、操作に重要な融
通性を与え、さらにシステム効率を高める。
な測定装置の望ましい実施例を図示して説明したが、特
許請求の範囲から画定される発明の本質から逸脱するこ
となく様々な変形及び態様を作り出すことができる点は
認識すべきである。
スを示すブロック図である。
イドに供給されたときの位相シフトを示す回路例を示す
図である。
部である典型的な波形図である。
な合成波形を示す図である。
Claims (17)
- 【請求項1】 電磁的に引き起こされた変位を制御及び
測定する装置であって、 電磁力を確立する手段と、 該電磁力から位相及び振幅波を受け取る手段と、 駆動分離回路網を与える手段とを備える装置。 - 【請求項2】 請求項1の装置において、前記電磁力を
確立する手段が回路網を含む装置。 - 【請求項3】 請求項1の装置において、前記位相及び
振幅波を受け取る手段がコイルを備える装置。 - 【請求項4】 請求項1の装置において、前記駆動分離
回路網を与える手段が、振幅及び位相がインダクタンス
の変化のみの影響を受けることを保証する手段を備える
装置。 - 【請求項5】 回路網の励磁信号を用いてセンサを用い
ることなく材料取扱いシステムにおける材料の流れを制
御するために変位を測定する方法であって、 一定の電圧の位相及び振幅波を電子回路網内の駆動分離
を通じてコイルに伝達し、 励磁信号、前記電圧の位相及び前記振幅を前記コイルイ
ンダクタンスの変化と比較し、 前記コイル内の電流を、前記電磁力がゼロのときの変位
の読み取り値のみを得ることによって検出し、 前記コイルの前記変位の関数である信号を導き出し、さ
らに、 前記変位の読取り値を前記導出信号と組み合わせて前記
変位のみに比例する信号を発生する方法。 - 【請求項6】 請求項5の方法において、前記比較工程
が、インピーダンスの変化量及び前記コイル極と電機子
との間の空間のダイナミック変化に注目する工程を含む
方法。 - 【請求項7】 請求項5の方法において、前記コイルの
電流を検出する前記工程が、磁化電流がゼロに等しくな
るときの変位を記録する代わりの工程からなる方法。 - 【請求項8】 請求項5の方法において、前記変位が調
整可能であり、これにより、処理装置を加速、減速及び
制動するように該処理装置を制御することができる方
法。 - 【請求項9】 制御ループにおけるコイル変位を検出し
かつ制御する装置であって、 ソレノイドと、 電機子と、 前記ソレノイドを駆動する手段とを備える装置。 - 【請求項10】 請求項9の装置において、前記ソレノ
イドを駆動する前記手段が電子回路網を含む装置。 - 【請求項11】 請求項9の装置において、前記電機子
が前記ソレノイドから離れている装置。 - 【請求項12】 請求項9の装置において、前記電機子
が処理機械に取り付けられている装置。 - 【請求項13】 請求項9の装置において、前記ソレノ
イドを駆動する前記手段が閉鎖ループを備える装置。 - 【請求項14】 電磁力により引き起こされた信号と、
処理装置の共振周波数を導き、負荷の状態に適合するよ
うに調節可能である電流とを用いて変位を引き起こす方
法であって、 ソレノイドコイルの極を横切る磁束を発生させ、 前記ソレノイドコイルの極と電機子との間の空間のダイ
ナミック変化に注目し、 前記空間のダイナミック変化に比例する信号を発生し、 前記空間のダイナミック変化をモニターしかつ調節して
所望の共鳴振動数を作り出す回路を構成する方法。 - 【請求項15】 請求項14の方法において、前記電機
子が共鳴可能な弾性を持つ処理装置に取り付けられてい
て前記空間のダイナミック変化に比例して移動する方
法。 - 【請求項16】 請求項14の方法において、処理装置
内の材料の流れ、分離及び混合が前記回路を通じて前記
空間のダイナミック変化を調整することによって制御さ
れる方法。 - 【請求項17】 請求項14の方法において、前記空間
のダイナミック変化をモニターしかつ制御する工程が、
所望により処理装置の加速、減速及び制動を制御する工
程を含む方法。
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