【発明の詳細な説明】
導電材料でなる回転する円筒状軸の角速度を測定するための方法及び装置
技術分野
本発明は、回転する円筒状軸の角速度を非接触で測定するための方法及びセン
サーの形態の装置に係わる。その方法が機能する１つの条件は軸が導電材料でな
ることである。
回転する軸の角速度を決定即ち測定することは、工業応用例の大多数における
基本的な要求事項である。かくて、軸及びそれに関連せしめられた作業機械の所
望の回転速度を設定するための角速度を測定する必要があるかも知れない。別の
必要性は、最高に許された角速度の監視に関連しているかも知れない。抄紙機、
圧延機等を制御するための１つの条件は、含まれる機械の回転速度に対応した信
号の形をしている大きさ即ち値、即ち、それぞれの軸の回転速度の形をした大き
さ即ち値にアクセスすることである。
背景技術
最も普通に現存している角速度センサーのうちの１つはいわゆるタコメータで
あり、該タコメータは、問題の機械の軸に何らかの態様で接続された発電機であ
る。最も簡単な形態では、タコメータは直流発電機であり、該直流発電機は軸の
角速度に比例した信号を移送するようになっている。
今日、多くの工業用プロセスはデジタル手段により制御されているので、パル
ス技術に基づいた角速度センサーもますますより一般的になってきている。この
形式のセンサーでは、回転する軸の１回転当たりのパルスの数が得られる。その
パルスを数えることにより、かくて、角速度を測定することができる。これらの
パルスセンサーは磁気、光学、あるいは他の形式のパルスに基づいていても良い
。
上述した原理に基づいた角速度センサーは、長期間にわたって当該分野の状態
の一部であったし、また、基本的に非常に簡潔な性質のものである。それ故、こ
の技術状態に対する参照は必要とは考えられない。
発明の開示
古典的な電子工学に所属し、また、このようにきわめて長い期間にわたって知
られてきた１つの原理は、電導体が磁界内を移動する場合、該導体内には電流が
誘導されるということである。これらの電流はそれら自体磁界を引き起こす。
本発明による方法及び角速度センサーの形をした装置は、導体の回転速度の大
きさを得る可能性を達成するためにこの効果を利用しており、また、この特定の
場合、軸の回転速度の大きさを得る実現性を達成するためにこの効果を利用して
いる。
上述したごとく、出発点は導電材料の円筒状軸である。該軸は、磁界線が該軸
の対称線に直角な該軸の断面平面内を走行するように該軸に対して直角に指向さ
れた均質な磁界内で回転するべきである。軸が回転する際、軸線方向渦電流が軸
に誘導される。翻って、これらの電流の結果として、ダイポール形式の磁界は、
それの成分が軸に対して直角をなす状態で、即ち、軸の断面平面内で、且つ、当
初適用された磁界に直角に、軸の外側に誘導される。この成分の大きさは回転す
る軸の角速度に依存しており、かくて、この速度を測定するために用いることが
できる。このことは、適用される均質な磁化用の場が静止場か、あるいは、時間
で変化する場であるかに関係なく真である。
磁化用の場は、軸に同心円をなすボビンに置かれ、且つ、用いられる実施例に
依存して一定の、即ち、時間で変化する電流が供給される巻線の助けにより達成
することができる。静的磁界も、軸の外側に配備されたヨークに固定されている
永久磁石の助けにより達成することができる。軸の角速度に対応する軸に直角な
上述した成分の大きさを感知するために、時間で変化する磁化させる場の場合、
ヨークにおいて軸のまわりに配備された感知用巻線を用いても良い。装置が静的
な磁界に基づいでいる場合、角速度成分は違ったやり方で、例えば、ホールセン
サーで感知されても良い。ヨーク内に感知用巻線がある状態で、速度の変化、即
ち、加速度／減速度を測定しても良い。
導電性円筒状軸は必ずしも中実である必要はなく、筒状であってもよく、ある
いは、複数個の同心円状の層でなっていても良い。
図面の簡単な説明
図１は、本発明によるセンサーの好適実施例を示している。
図２は、センサー内に包含されている巻線コイルの実施例を示している。
好適実施例の説明
本発明によるセンサーの好適実施例の基本的設計形態は図１から明かである。
円筒状導電軸１はボビン２により同心円的に囲繞されており、該ボビン２には磁
化するための、また、感知するための必要な巻線が巻かれている。軸に対して直
角に指向されるべき均質な磁界３は２つの励起巻線４及び５の助けにより得られ
ている。誘導される磁界は軸双方に直角な構成要素６であっても良く、また、均
質な場は、均質な磁界に平行で且つ円筒状軸の対称線８を通る平面で測定用巻線
７に誘導される電圧として検出されても良い。この巻線に機器９を接続すること
により、かくて軸の角速度を読むことができ、また、たぶん、誘導される速度を
、前述したごとき目的で用いても良い。好ましくは、センサーは遮蔽用シェル１
０により囲繞されている。
好適実施例では、巻線は事実上同じ巻線コイルとして設計されており、このこ
とは図２から明かである。明らかな通り、均質な磁界の発生に寄与する励起巻線
４のその部位はボビンに対する母線上に配備された部位４ａ及び４ｂ、並びに、
ボビンに対して周囲に置かれた部位４ｃ及び４ｄを有している。励起巻線５のた
めの対応する部位は部位５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄを有している。均質な磁界を
得るために、２つの励起巻線は軸の対称線９を通る軸線平面のそれぞれの側に対
称的に置かれる予定になっている。
対応した態様で、測定用巻線７はボビンに対する母線上に配備された部位７ａ
及び７ｂ、並びに、ボビンに対して周囲に配備された部位７ｃ及び７ｄを有して
いる。巻線は均質な磁界に対して直角に指向された、誘導された場の成分を測定
するよう意図されているので、ボビンに対する母線上に置かれた測定の部位７ａ
及び７ｂは、均質な磁界に平行で、且つ、軸の対称線９を通る平面に位置する予
定である。
比較的高い透過性及び高い抵抗率を備えた材料でなるシェルが用いられている
好適実施例では、図１から明かな通り、ボビンに対する母線上に置かれる励起巻
線及び測定用巻線の部位は置かれる予定になっており、即ち、６０度の円形分割
でもって置かれる予定になっている。かくて、このことは、巻線部位４ａ及び４
ｂ、並びに、５ａ及び５ｂ間の角度が１２０度であることを意味している。巻線
部位７ａ及び７ｂ間の角度は１８０度である。巻線のかような位置でもってした
場合、最も優れた磁気均質性がボビン及びシェルの内側で得られ、また、最も可
能性のある出力信号が測定用巻線から得られる。
巻線作業を容易にするため、また、ボビンに対する巻線の固定された位置を確
実にするため、図１による溝穴１１を有する円形フランジを備えても良く、ある
いは、母線として配備された長手方向フランジを備えても良い。
２つの励起巻線に対する磁化用電流の接続は、もちろん、単純な手段であり、
それ故、図２の負担とならないよう省かれている。同じことは、測定用巻線に誘
導される電圧を測定できる端子の場合も真である。
本発明の範囲内で、巻線を応用するための代替の同様の方法がある。例えば、
巻線は取付具内に形成し、次いで、ボビンに糊付けし、さもなくば、そのボビン
に取り付けても良い。かくて、この方法でもってした場合、フランジは必要でな
く、これにより、ボビンの製造が簡単になる。
上述したごとく、巻線が６０度の円形分割で配備される場合、磁界における最
も優れた均質性が得られる。実際上のあるいは他の理由で、必要に応じ、本発明
の範囲により、主に維持されている場の形態を備えた最適位置からの逸脱が可能
となる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Method and apparatus for measuring the angular velocity of a rotating cylindrical shaft made of a conductive material
Technical field
The present invention provides a method and a sensor for non-contact measurement of the angular velocity of a rotating cylindrical shaft.
It relates to a device in the form of a sir. One condition in which the method works is that the shaft is made of conductive material.
Is Rukoto.
Determining or measuring the angular velocity of a rotating shaft is a common practice in most industrial applications.
This is a basic requirement. Thus, the shaft and the associated work machine
You may need to measure the angular velocity to set the desired rotational speed. another
The need may be related to the monitoring of the highest allowed angular velocity. Paper machine,
One condition for controlling a rolling mill or the like is a signal corresponding to the rotation speed of the included machine.
The magnitude or value in the shape of a signal, ie the magnitude in the form of the rotational speed of each shaft
That is, accessing values.
Background art
One of the most commonly existing angular velocity sensors is the so-called tachometer
The tachometer is a generator connected in some way to the axis of the machine in question.
You. In its simplest form, the tachometer is a DC generator, the DC generator
A signal proportional to the angular velocity is transferred.
Today, many industrial processes are controlled by digital means, so
Angular velocity sensors based on sensor technology are also becoming more and more common. this
With a sensor of this type, the number of pulses per revolution of the rotating shaft is obtained. That
By counting the pulses, the angular velocity can thus be measured. these
Pulse sensors may be based on magnetic, optical or other forms of pulse
.
Angular velocity sensors based on the principles described above have been
And was of a very simple nature in nature. Therefore, this
Reference to the state of the art is not considered necessary.
Disclosure of the invention
He belongs to classical electronics and has been informed for such a very long time.
One principle that has been used is that when a conductor moves in a magnetic field, a current flows through the conductor.
Is to be guided. These currents themselves create a magnetic field.
The device according to the invention and the device in the form of an angular velocity sensor provide a high rotational speed of the conductor.
We use this effect to achieve the potential for gaining
Use this effect to achieve the feasibility of obtaining the magnitude of shaft rotation speed if
I have.
As mentioned above, the starting point is the cylindrical shaft of the conductive material. The axis has a magnetic field line
Is directed at right angles to the axis so as to run in the cross-sectional plane of the axis perpendicular to the line of symmetry.
Should rotate in a homogeneous magnetic field. When the shaft rotates, the axial eddy current
It is guided to. In turn, as a result of these currents, a dipole-type magnetic field
With its components perpendicular to the axis, i.e. in the cross-sectional plane of the axis, and
Guided outside the axis, perpendicular to the initially applied magnetic field. The magnitude of this component rotates
Depends on the angular velocity of the axis, and thus can be used to measure this velocity.
it can. This means that the applied homogeneous magnetization field is either static or time
Is true regardless of whether it is a changing place.
The field for magnetisation is placed on a bobbin concentric with the axis and used in the embodiment used.
Achieved with the help of windings that are supplied with a constant, ie time-varying current, depending on
can do. Static magnetic field is also fixed to the yoke located outside the axis
Can be achieved with the help of permanent magnets. Perpendicular to the axis corresponding to the angular velocity of the axis
In the case of a time-varying magnetizing field to sense the magnitude of the above components,
A sensing winding disposed about an axis in the yoke may be used. Device is static
If the angular velocity component is based on a strong magnetic field,
Sir may be sensed. With the sensing winding in the yoke,
That is, the acceleration / deceleration may be measured.
The conductive cylindrical shaft need not necessarily be solid, it may be cylindrical,
Alternatively, it may be composed of a plurality of concentric layers.
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
FIG. 1 shows a preferred embodiment of the sensor according to the invention.
FIG. 2 shows an embodiment of a wound coil included in the sensor.
Description of the preferred embodiment
The basic design of the preferred embodiment of the sensor according to the invention is evident from FIG.
The cylindrical conductive shaft 1 is concentrically surrounded by a bobbin 2, and the bobbin 2
Windings necessary to realize and sense. Straight to the axis
A homogeneous magnetic field 3 to be angularly directed is obtained with the aid of two excitation windings 4 and 5
ing. The induced magnetic field may be a component 6 perpendicular to both axes, and
The quality field is measured in a plane parallel to the homogeneous magnetic field and passing through the symmetry line 8 of the cylindrical axis.
7 may be detected. Connecting the device 9 to this winding
Allows one to read the angular velocity of the axis, and possibly the induced velocity
It may be used for the purpose described above. Preferably, the sensor is a shielding shell 1
It is surrounded by 0.
In the preferred embodiment, the windings are designed as virtually the same winding coils,
Is apparent from FIG. Clearly, the excitation winding contributes to the generation of a homogeneous magnetic field
4 are located on the generatrix for the bobbin, 4a and 4b, and
It has parts 4c and 4d placed around the bobbin. Excitation winding 5
The corresponding parts have the parts 5a, 5b, 5c and 5d. A homogeneous magnetic field
To obtain, the two excitation windings are paired on each side of the axis plane through the axis of symmetry 9.
Will be placed nomically.
In a corresponding manner, the measuring winding 7 is arranged on a portion 7a arranged on the busbar for the bobbin.
And 7b, and portions 7c and 7d disposed around the bobbin.
I have. Windings measure induced field components oriented perpendicular to a homogeneous magnetic field
Measurement site 7a placed on the bus to the bobbin
And 7b are located in a plane parallel to the homogeneous magnetic field and passing through the axis of symmetry 9;
It is fixed.
Shells made of materials with relatively high permeability and high resistivity are used
In the preferred embodiment, as can be seen from FIG. 1, an excitation winding placed on the busbar to the bobbin
The section of wire and measurement winding is to be placed, ie a 60 degree circular split
It is going to be put there. Thus, this means that the winding sections 4a and 4a
b and the angle between 5a and 5b is 120 degrees. Winding
The angle between the parts 7a and 7b is 180 degrees. It was in a position like a winding
In this case, the best magnetic homogeneity is obtained inside the bobbin and shell, and
A possible output signal is obtained from the measuring winding.
Make sure the fixed position of the winding with respect to the bobbin to facilitate winding work.
For realization, a circular flange with a slot 11 according to FIG.
Alternatively, a longitudinal flange provided as a bus bar may be provided.
Connecting the magnetizing current to the two excitation windings is, of course, a simple means,
Therefore, it is omitted so as not to impose the burden of FIG. The same goes for the measurement winding.
This is also true for terminals that can measure the induced voltage.
Within the scope of the present invention, there are alternative similar methods for applying the winding. For example,
The winding is formed in the fixture and then glued to the bobbin, otherwise the bobbin
It may be attached to. Thus, a flange is not required when using this method.
In addition, this simplifies bobbin production.
As mentioned above, if the windings are deployed in a 60 degree circular division, the maximum in the magnetic field
Excellent homogeneity is also obtained. If necessary for practical or other reasons,
Departure from optimal position with predominantly maintained field configuration
Becomes