JPS6217616A - Electromagnetic transducer assembly and means for measuring relative speed and/or arrangement by using said assembly - Google Patents

Electromagnetic transducer assembly and means for measuring relative speed and/or arrangement by using said assembly

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JPS6217616A
JPS6217616A JP10324386A JP10324386A JPS6217616A JP S6217616 A JPS6217616 A JP S6217616A JP 10324386 A JP10324386 A JP 10324386A JP 10324386 A JP10324386 A JP 10324386A JP S6217616 A JPS6217616 A JP S6217616A
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JP
Japan
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receiver
transducer
assembly
coil
shaft
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Pending
Application number
JP10324386A
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Japanese (ja)
Inventor
ドナルド ライオネル ホーア
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RADEIODEITEKUSHIYON Ltd
Original Assignee
RADEIODEITEKUSHIYON Ltd
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Publication date
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野] 本発明は電子トランスジューサ組立体及びその組立体を
用いて相対速度及び/又は配置を測定する手段に関する
0本発明は回転検出及び/又は物体の位置及び/又は方
位の測定に通用できる。別の見地において、本発明は遠
隔制御装置及び遠隔;IJIi211可能な移動要素、
例えば土壌穿孔機即ちトンネル掘削機(■ole)を備
えた組立体に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an electronic transducer assembly and means for measuring relative velocity and/or position using the assembly. It can be used to measure position and/or orientation. In another aspect, the invention provides a remote control device and a remote; IJIi211 capable mobile element;
For example, it relates to an assembly with a soil boring machine or tunnel boring machine (■ole).

〔発明の開示〕[Disclosure of the invention]

広くは、第1の見地において、本発明は正弦波状に変化
する磁界を生じさせるためにトランスジューサを回転さ
せることと、1つ又はそれ以上の角度位置で磁界を検出
することとを含む、好ましくは、磁界が回転軸に対して
ほぼ鋭角を規定する軸を有し、その結果、磁界が軸の周
りに旋回(gyra Le)する。
Broadly, in a first aspect, the invention preferably includes rotating a transducer to produce a sinusoidally varying magnetic field and detecting the magnetic field at one or more angular positions. , the magnetic field has an axis that defines an approximately acute angle to the axis of rotation, so that the magnetic field pivots about the axis.

好ましくは、磁界は例えば交流電流により誘導されて時
間と共に変化し、変化する磁界は検出器により誘導的に
取り込まれる。一般的に、検出器と磁界との間の誘導結
合の度合は検出器に対するトランスジューサの角度位置
の関数である。
Preferably, the magnetic field changes over time, for example induced by an alternating current, and the changing magnetic field is inductively captured by the detector. Generally, the degree of inductive coupling between the detector and the magnetic field is a function of the angular position of the transducer relative to the detector.

1つの形態において、回転可能な物体にトランスジュー
サが固定されており、トランスジューサは回転軸に対し
角度をなして延びる細長い強磁性要素を備えており、励
磁コイルの軸−トには少なくとも長手方向に磁化される
べき強磁性要素を誘導することができるような回転軸と
同軸の構成部品が設けられている。&PL化された強磁
性要素により形成された磁界は強磁性要素に整列するが
回転軸に対しては角度をなす軸を有する。したがって、
この磁界は回転に同期して回転軸の周りを旋回する。j
ti回磁界は検出することができる。検出器又は受信機
の1つの形態は強磁性コアを有する検出器コイルを具備
する。このような検出器コイルは好ましくは(強磁性要
素がない状態で)検出器コイルと励磁コイルとの間に直
接的な誘導結合が実質的に存在しないように前記励磁コ
イルに対して配:′/Iされる。好ましくは、検出器は
トランスジューサの磁界への結合度合が回転中に実質的
にゼロから最大まで変化するように配置される。好まし
くは、前記強磁性要素の誘導磁界が変化するように交流
電流が前記励磁コイルに供給され、最終的な変化磁束が
検出される。
In one form, a transducer is fixed to the rotatable object, the transducer comprising an elongate ferromagnetic element extending at an angle to the axis of rotation, and the axis of the excitation coil being magnetized at least longitudinally. A component is provided coaxial with the axis of rotation such that the ferromagnetic element to be processed can be guided. The magnetic field created by the &PLed ferromagnetic element has an axis aligned with the ferromagnetic element but at an angle to the axis of rotation. therefore,
This magnetic field rotates around the rotation axis in synchronization with the rotation. j
The ti magnetic field can be detected. One form of detector or receiver includes a detector coil with a ferromagnetic core. Such a detector coil is preferably arranged relative to said excitation coil such that (in the absence of ferromagnetic elements) there is substantially no direct inductive coupling between the detector coil and said excitation coil. /I will be done. Preferably, the detector is arranged such that the degree of coupling to the transducer's magnetic field varies from substantially zero to a maximum during rotation. Preferably, an alternating current is supplied to the excitation coil such that the induced magnetic field of the ferromagnetic element changes and the final changing magnetic flux is detected.

1つの好ましい配置構造において、シャフトの回転は、
シャフトに固定された強磁性要素と、強磁性要素に磁気
的に接続された励磁コイルと、検出器コイルとにより検
出される。好ましくは励磁コイルがシャフトと同軸に配
置される。好ましくは励磁コイルが固定される0代替的
に、励磁コイルが例えば強磁性要素上に巻回されてシャ
フトと一緒に回転する。この励磁コイルは集電環を介し
て励磁され得る。好ましくは、検出器コイルの軸が励磁
コイルに対する接線に平行な方向にあり、且つ、実質的
に励磁コイルの半径方向平面内にある。1つの変形例に
おいて、検出器は回転軸の周りに対称であり、その軸は
励磁コイルの平面に対し平行である。好ましくは、強磁
性要素、シャフト及び励磁コイルの軸がほぼ1箇所で交
差する。
In one preferred arrangement, the rotation of the shaft is
Detection is achieved by a ferromagnetic element fixed to the shaft, an excitation coil magnetically connected to the ferromagnetic element, and a detector coil. Preferably the excitation coil is arranged coaxially with the shaft. Preferably the excitation coil is fixed; alternatively, the excitation coil is wound for example on a ferromagnetic element and rotates with the shaft. This excitation coil can be excited via a current collector ring. Preferably, the axis of the detector coil is in a direction parallel to a tangent to the excitation coil and substantially in the radial plane of the excitation coil. In one variant, the detector is symmetrical about the axis of rotation, the axis being parallel to the plane of the excitation coil. Preferably, the axes of the ferromagnetic element, the shaft and the excitation coil intersect at approximately one point.

好ましくは、シャフトが少なくとも励磁コイル及び強磁
性要素の近傍で非磁性体であって非導電体である。
Preferably, the shaft is non-magnetic and non-conducting at least in the vicinity of the excitation coil and the ferromagnetic element.

このような好適な配置構造において、励磁コイルに交流
電流が供給されてシャフトが回転するとき、強磁性要素
の変動する誘導磁界が検出器コイルの内側に変化する磁
束を生じさせ、その中央の振幅はシャフトの1回転中に
第1の最大値と、第1の最小値(実質的にゼロ)と、第
2の最大値(励磁磁界に対して第1の最大値とは位相が
異なる)と、第2の最小値を経過する。それ故、検出器
コイルはシャフトの回転に関する出力信号を与えること
ができる。シャフトの周りに角度的に分散された複数個
の検出器コイルは多相出力を与えることができ、この多
相出力からシャフトの角度位置についての情報が算出さ
れ得る。実際に、複数個の検出器はシャフトの位置及び
方位についてのデータを与える。他の形式の配置構造に
おいて、物体には回転シャフトを具備する送信機組立体
が設けられる。上述した検出器の使用により、物体の位
置及び方位を測定することが可能となる。
In such a preferred arrangement, when the excitation coil is supplied with alternating current and the shaft rotates, the fluctuating induced magnetic field of the ferromagnetic element produces a varying magnetic flux inside the detector coil, whose central amplitude is a first maximum value, a first minimum value (substantially zero), and a second maximum value (different in phase from the first maximum value with respect to the excitation magnetic field) during one rotation of the shaft. , passes through the second minimum value. The detector coil can therefore provide an output signal relating to the rotation of the shaft. A plurality of detector coils angularly distributed around the shaft can provide a polyphase output from which information about the angular position of the shaft can be calculated. In fact, multiple detectors provide data about the position and orientation of the shaft. In other types of arrangements, the object is provided with a transmitter assembly that includes a rotating shaft. The use of the detectors described above makes it possible to measure the position and orientation of objects.

以下に添付図面を参照して本発明の幾つかの実施例をよ
り詳細に説明する。
Some embodiments of the invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

〔実施例〕〔Example〕

第1図ないし第3図に示すように、回転を調べるべきシ
ャフトlOは少なくとも図示部分が非磁性であり且つ電
気的絶縁体である。穴12は回転軸を鋭角に貫通してい
る。好ましくはフェライトからなる強磁性5素14は穴
12内に対称的に固定されてシャフトlOのバランスに
影ツを与えないように両側に同量だけ突出している。固
定励磁コイル16はシャフトlOに対し同軸にそのまわ
14りに設けられており、その中央半径方向面内でシャ
フト10及び強磁性要素14の軸が交差している。コイ
ル16の中央開口18はシャフト10及び強磁性要素1
4の自由回転を許容するに十分なだけ大きい、導線lO
はACサーボモータに繋がっている。検出器22は円筒
形ロンド26の形態からなるフェライトコアの周りに巻
回された細長いコイル24を備えている。検出器22の
軸は励磁コイル16又はシャフトlOの接線に平行であ
り、且つ、励磁コイル16の中央面内にある。
As shown in FIGS. 1 to 3, the shaft lO whose rotation is to be investigated is non-magnetic and electrically insulating at least in the illustrated portion. The hole 12 passes through the rotation axis at an acute angle. Five ferromagnetic elements 14, preferably made of ferrite, are fixed symmetrically within the hole 12 and protrude by the same amount on both sides so as not to affect the balance of the shaft IO. A fixed excitation coil 16 is disposed coaxially around the shaft IO, in its central radial plane the axes of the shaft 10 and the ferromagnetic element 14 intersect. The central opening 18 of the coil 16 is connected to the shaft 10 and the ferromagnetic element 1.
Conductor lO large enough to allow free rotation of 4
is connected to the AC servo motor. Detector 22 comprises an elongated coil 24 wound around a ferrite core in the form of a cylindrical rond 26. The axis of the detector 22 is parallel to the tangent to the excitation coil 16 or the shaft IO and lies in the central plane of the excitation coil 16.

作動時には交流電流(lkHzから150kHzまでの
範囲の周波数のものが好適である)が励磁コイル16に
供給される。半周期の間中、電流の誘導により強磁性要
素14が棒磁石となり、その両端がN極及びS極となる
。勿論、次の半周期に極は反転される。それ故、強磁性
要素14は反転を繰り返す棒磁石になる0強磁性要素1
4によりもたらされる磁界の軸は強磁性要素14に整列
するが、シャフトIOの回転軸に対しては角度をなして
おり、その結果、磁界はシャフトlOの周りにその回転
速度で旋回する。この磁界は検出器22に結合され、そ
の結合度は角度位置と共に変化する。(別の見地から、
誘導棒磁石はシャフト10に対して軸方向成分及び半径
方向成分に分解することができる。半径方向成分は変動
磁界を与える。この変動磁界はシャフト10と共に回転
し、また検出器22に結合される。その結合度は角度位
置と共に変化する。第3図を参照すると、結合は強磁性
部ff114が検出器22に平行な平面内にあるとき(
第3a図及び第3C図)に最大となり、また、その平面
に対して90°の位置にあるとき(第3b図及び第3d
図)に実質的にゼロとなる。実際に検出器コイル24内
に誘導される信号は第3a図及び第3C図の位置におい
て励磁コイル16内の励磁信号に対して反対の位相をな
す、励磁信号29及びコイル24からの出力信号は第4
図に示されている。実線30及び破線32は1回転中の
信号の変調包路線を示す、この包路線部分は2つの膨出
部B、B’と節Nとを有している。最初の膨出部Bにお
いて、検出器内の信号電流31は励磁信号29と同位相
であり、2番目の膨出部B′においてはそれは反対位相
にある。この位相関係は検出可能であり、また、例えば
線30で示される位相情報を与える出力信号を発生する
ために使用される。この信号は準正弦波形であり、その
形状はシャフト10に対する強磁性部材14の角度に依
存し、変調周波数はQ!純にシャフト10の回転速度に
関係する。単一の検出器22からの出力が回転速度のデ
ィスプレイ表示を行なう遠隔タコメータ39のための入
力を与えることが容易に判るであろう、もしも、別の検
出器40a、40b(第2図)が検出器22と同様に1
20°の間隔で配置されたならば、3つの検出器内で誘
導される信号の変調は3相パターンを構成するであろう
In operation, an alternating current (preferably at a frequency in the range of 1 kHz to 150 kHz) is supplied to the excitation coil 16. During the half cycle, the induction of current causes the ferromagnetic element 14 to become a bar magnet, with north and south poles at its ends. Of course, in the next half cycle the poles are reversed. Therefore, the ferromagnetic element 14 becomes a bar magnet that repeats reversals.0 Ferromagnetic element 1
The axis of the magnetic field provided by 4 is aligned with the ferromagnetic element 14, but at an angle to the axis of rotation of the shaft IO, so that the field pivots around the shaft IO at its rotational speed. This magnetic field is coupled to the detector 22, the degree of coupling varying with angular position. (From another perspective,
The guide bar magnet can be broken down into an axial component and a radial component with respect to the shaft 10. The radial component provides a varying magnetic field. This varying magnetic field rotates with shaft 10 and is also coupled to detector 22 . Its degree of coupling changes with angular position. Referring to FIG. 3, coupling occurs when the ferromagnetic portion ff114 is in a plane parallel to the detector 22 (
3a and 3C), and at a position of 90° to the plane (Figs. 3b and 3d).
Figure) becomes essentially zero. In fact, the signal induced in the detector coil 24 is in opposite phase to the excitation signal in the excitation coil 16 in the positions of FIGS. 3a and 3C; the excitation signal 29 and the output signal from the coil 24 are Fourth
As shown in the figure. The solid line 30 and the dashed line 32 show the modulation envelope of the signal during one revolution, this envelope section having two bulges B, B' and a node N. In the first bulge B, the signal current 31 in the detector is in phase with the excitation signal 29, and in the second bulge B' it is in opposite phase. This phase relationship can be detected and used to generate an output signal that provides phase information as shown, for example, by line 30. This signal is a quasi-sinusoidal waveform whose shape depends on the angle of the ferromagnetic member 14 with respect to the shaft 10 and whose modulation frequency is Q! It is purely related to the rotational speed of the shaft 10. It will be readily seen that the output from the single detector 22 provides the input for a remote tachometer 39 which provides a display indication of rotational speed, if separate detectors 40a, 40b (FIG. 2) are used. 1 as well as the detector 22
If spaced 20 degrees apart, the modulation of the signals induced in the three detectors would constitute a three-phase pattern.

このことから、シャフトの角度位置は全体の360°に
わたって正確に算出され得る。90°の間隔を隔てた一
対の検出器は同様に2相の結果を与えるであろう、また
、勿論、他の多相システムをR4Q的に作り出すことも
できる。
From this, the angular position of the shaft can be calculated accurately over the entire 360°. A pair of detectors separated by 90° would give a two-phase result as well, and of course other polyphase systems could be created R4Q.

第1図ないし第3図に示すように、単一の又は各々の検
出器コイル24がシャフト10に対し接線の方向にあり
、且つ、励磁コイル16の平面内にあることが好ましい
、何故なら、このその配置構造は励磁コイル16に対す
る直接結合を防止して出力信号を簡素化するからである
。しかしながら、他の配置構造を採用してもよい0例え
ば、第5図に示す検出W40cの中心は励磁コイル16
の平面内にあるが、検出F540cの軸はシャフト10
の軸に平行である。この配置構造は大きさが変化するが
位相が変化しない出力を与え、最大出力は第3b図の零
位置に対応するであろう、第6図に示す検出器40dの
中心はシャフト10の軸線−ヒにあり、検出S 40 
dの軸線はシャフト10の軸線に対して直角をなす、こ
の配置は位相及び大きさの双方が変化する出力を与える
であろう。
As shown in FIGS. 1-3, the single or each detector coil 24 is preferably tangential to the shaft 10 and in the plane of the excitation coil 16 because: This arrangement prevents direct coupling to the excitation coil 16 and simplifies the output signal. However, other arrangement structures may be adopted. For example, the center of the detection W40c shown in FIG.
, but the axis of the detection F540c is within the shaft 10
is parallel to the axis of This arrangement provides an output that varies in magnitude but does not vary in phase, the maximum output will correspond to the null position of FIG. 3b, with the center of the detector 40d shown in FIG. Detection S 40
The axis of d is perpendicular to the axis of shaft 10; this arrangement will provide an output that varies in both phase and magnitude.

既に述べたように、串−の検出器はシャフト10の回転
速度を測定するために用いることができ、複数個の検出
器はその角度位置に関するデータを与えるために用いる
ことができる。追加的又は代替的に、複数個の検出器は
もしも方位が変化する場合には、検出器に対するシャフ
トの方位を計算するために使用できる。それ故、上述し
たように、回転可使なシャフトIOと、強磁性部材14
と励磁コイル16とを備えたトランスジューサ組立体が
物体に設けられる。それによって作られる旋回磁界は1
つ又はそれぞれ以上の遠隔検出器により予め定められた
位置で検出され得る。磁界の旋回運動は検出信号の変調
の深さ及び位相特性がトランスジューサ組立体に対する
検出器の方位を示すものであることを意味する。もしも
、トランスジューサ組立体が例えば第6図に示すように
配置されてシャフト10のハウジングに適切に設けられ
る固定検出器を具備している場合、検出器の出力の位相
と遠隔検出器の出力位相との比較により、それらの相対
方位が容易に測定されることとなる。
As already mentioned, a skewer detector can be used to measure the rotational speed of the shaft 10, and a plurality of detectors can be used to provide data regarding its angular position. Additionally or alternatively, multiple detectors can be used to calculate the orientation of the shaft relative to the detectors if the orientation changes. Therefore, as described above, the rotatable shaft IO and the ferromagnetic member 14
A transducer assembly comprising an excitation coil 16 and an excitation coil 16 is mounted on the object. The rotating magnetic field created by this is 1
It may be detected at predetermined locations by one or more remote detectors. The swirling motion of the magnetic field means that the depth and phase characteristics of the modulation of the detected signal are indicative of the orientation of the detector relative to the transducer assembly. If the transducer assembly includes a fixed detector suitably mounted on the housing of shaft 10, arranged as shown in FIG. 6, for example, the phase of the detector output and the output phase of the remote detector are By comparing these, their relative orientations can be easily determined.

シャフトの回転軸周りの角度差は位相のずれに対応する
The angular difference around the axis of rotation of the shaft corresponds to the phase shift.

高周波交流電流の使用により、検出器内に生じる磁束の
変化率が大きくなり、その結果、検出は停止から高速ま
で相当の間隔にわたり可能である。
The use of high frequency alternating current increases the rate of change of magnetic flux produced within the detector, so that detection is possible over considerable intervals from standstill to high speed.

しかも、誘導磁石のひずみは旋回磁界を作り出し、その
特性は別の測定形式を可能にする。
Moreover, the strain in the induction magnet creates a rotating magnetic field, a property of which allows another form of measurement.

第7図及び第8図は上述した図示実施例に!!!僚の装
置を示しているが、別の形態の検出器を備えている0口
7ド形検出器要226.40等の代わりに、ドーナツ形
の検出器41が用いられている。
Figures 7 and 8 are the illustrated embodiments described above! ! ! Although the device shown in FIG.

第7図に示すように、ドーナツ形強磁性コア43は連続
的に均等に間隔を隔てられた巻線44によって完全に満
たされている。矢印を付けた一点鎖線りはロッド14内
にy、導される磁束がドーナツ形コアを通る2つの平行
な通路に分けられて起電力を誘導することを示しており
、起電力はロッド14に整列する直径方向の引出線x、
x’で最大電圧を生じさせる。シャフトIOが回転する
と電圧が減少し、90°回転するとそれら引出線箇所の
電圧が零になる。更なる回転により電圧は増大するが、
励磁コイル16に供給される交流の周波数に対して位相
の向きが反対になる。電圧の振幅は回転角度の変化に伴
って上述した実施例の場合よりも一層正確に正弦波状に
なる。120”の間隔を隔ててx、y、zの位置に設け
た3つの引出線はそれらの間に3相(デルタ)電圧を生
じさせるであろう。
As shown in FIG. 7, the toroidal ferromagnetic core 43 is completely filled with continuous, evenly spaced windings 44. As shown in FIG. The dash-dotted line with an arrow indicates that the magnetic flux guided into the rod 14 is divided into two parallel paths passing through the donut-shaped core and induces an electromotive force. aligned diametric leader lines x,
Develop a maximum voltage at x'. When the shaft IO rotates, the voltage decreases, and when the shaft IO rotates 90 degrees, the voltage at these lead wires becomes zero. The voltage increases with further rotation, but
The direction of the phase is opposite to the frequency of the alternating current supplied to the excitation coil 16. The amplitude of the voltage becomes more precisely sinusoidal as the angle of rotation changes than in the embodiment described above. Three lead wires spaced 120" apart at x, y, z locations will produce a three-phase (delta) voltage between them.

第8a図に示すように、4つの引出線を巻線内の 、 
 yl  xZ  ylの箇所に90°の間隔を隔てて
形成した場合、直径方向の引出線x、x’及びy、y’
の箇所で測定される信号電圧は互いに90°だけずれた
正弦波曲線状になるであろう。
As shown in Figure 8a, the four lead wires are connected to the inside of the winding.
yl xZ When formed at 90° intervals at yl, diametrical leader lines x, x' and y, y'
The signal voltages measured at points will be sinusoidal curves offset from each other by 90°.

測定された信号は第4図に示すロッドの回転によりコイ
ル16内に誘導される交流遊送周波数を含むが、信号処
理手段48により行われる従来の電子技術により復調し
た後に、変調の振幅と共に大きさが変化し且つ供給周波
数に対する変調信号の相対位相と共に極性が変化する直
流レベルを生じさせることが好ましい、第8図の構成に
よるこの結果は第9図に示されている。2つの曲線が回
転角の正弦及び余弦に対応していることが明らかであろ
う。従来の電子技術を(処理手段48により)これらに
通用してシャフトの絶対角度位置に対応するアナログデ
ータ又はディジタルデータを得ることができる。
The measured signal contains an alternating stray frequency induced in the coil 16 by the rotation of the rod shown in FIG. This result is illustrated in FIG. 9 with the configuration of FIG. 8, which preferably produces a DC level that varies in amplitude and polarity with the relative phase of the modulating signal with respect to the supply frequency. It will be clear that the two curves correspond to the sine and cosine of the rotation angle. Conventional electronic techniques can be applied thereto (by processing means 48) to obtain analog or digital data corresponding to the absolute angular position of the shaft.

したがって、装置は従来のブラシレスレゾルバと同じよ
うに作用するが非常に簡単な構造である。
The device therefore functions like a conventional brushless resolver but is of very simple construction.

従来のレゾルバは巻線型2相固定子と1相型巻線回転子
とを有し、また回転子を励磁する回転トランスを組み込
んでいる。これらは精密な構造及びS線を必要とする。
A conventional resolver has a wire-wound two-phase stator and a one-phase wire-wound rotor, and also incorporates a rotating transformer that excites the rotor. These require precise construction and S-wires.

本発明による装置は簡単で安価に製造できるだけでなく
、ドーナツ状に巻回されたコアと内部励磁コイルとの単
一固定子組立体とフェライトコア又は等価な積層鋼構造
からなる、16回型回転子のみを有するので、小型化す
ることができる。第7図の構造が3相ブラシレス・シン
ク0.11機の代わりになり得ることは明らかであろう
The device according to the invention is not only simple and inexpensive to manufacture, but also consists of a single stator assembly of a donut-wound core and an internal excitation coil and a ferrite core or equivalent laminated steel construction. Since it has only children, it can be made smaller. It will be clear that the structure of Figure 7 can be substituted for a three phase brushless sink 0.11 machine.

次に、第10図及び第11図を参照して、見えない移動
物体の配置及び移動の電磁測量のための装置を説明する
Next, an apparatus for electromagnetic surveying of the placement and movement of invisible moving objects will be described with reference to FIGS. 10 and 11.

回転シャフトと遠隔の検出器との相対方位を測定するた
めに装置を用いる可能性については既に述べた。この特
殊な実施例は例えば測量物体が地下に隠れている場合に
光手段等では測定できない相対位賀及び方位の電磁測量
に有効である。第1図の励磁コイル及び回転トランスジ
ューサを備えた送信要素が既知の箇所及び方位に設けら
れた場合、配置され又は移動されるべき物体に取り付け
られた!線型フエライトロンドを代表的に備えた受イ3
要素内には励磁コイルに供給される周波数(基準周波数
)の信号が誘導されるが、その信号は回転速度に従って
変調されるであろう、基準周波数信号に対する変調の深
度及び振幅は送信機の回転軸及び受信機のロンド軸の相
対方位と共に変化し、その変化については数学的解析或
いはコンピュータ解析が可能であろう、別の既知の箇所
に配置される2番目の送信機は同様にその送信機に対す
る受信機の相対変位がコンピュータ解析されることを可
箋にし、その結果、2つの演算結果は受信機の位置が三
角1jFI量により算出されることを可能にする。同時
にコンピュータ解析されることが必要ならば、受信機の
信号に通切なフィルタ処理をかけて、各送信機のための
異なる基準周波数を用いることができる。勿論、コンピ
ュータ解析結果の信頼性を高めるために3つ以上の送信
機を用いることができる。土壌穿孔工具の直線連動の簡
単な監視に関する通用例が第10図に示されており、ま
た、操縦可能な土壌穿孔工具の概要が第11図に示され
ている。
The possibility of using the device to measure the relative orientation of a rotating shaft and a remote detector has already been mentioned. This special embodiment is effective for electromagnetic surveying of relative position and orientation, which cannot be measured by optical means or the like, for example when the surveyed object is hidden underground. If the transmitting element with the excitation coil and rotating transducer of FIG. 1 is provided at a known location and orientation, it is attached to the object to be placed or moved! Uke 3 with typical linear ferrite rondo
A signal is induced in the element at the frequency supplied to the excitation coil (reference frequency), but that signal will be modulated according to the rotational speed; the depth and amplitude of the modulation relative to the reference frequency signal will depend on the rotation of the transmitter. A second transmitter located at another known location that varies with the relative orientation of the axis and the receiver's Rondo axis, the changes of which may be amenable to mathematical or computer analysis, may similarly It is possible that the relative displacement of the receiver with respect to is computer analyzed, so that the results of the two calculations allow the position of the receiver to be calculated by the triangular 1j FI quantity. If simultaneous computer analysis is required, the receiver signals can be thoroughly filtered and different reference frequencies for each transmitter can be used. Of course, more than two transmitters can be used to increase the reliability of the computer analysis results. A general example for simple monitoring of the linear motion of a soil drilling tool is shown in FIG. 10, and an overview of a steerable soil drilling tool is shown in FIG.

第10図において、穿孔工具(トンネル掘削機)50は
矢印で示される直線経路に従うように設計され、ホース
55を介して流体動力により駆動される0代表的な使用
により、道路面又は交通の流れを乱すことなく道路の下
の地中を貫通してパイプ又はケーブルが挿入されること
が可能になるであろう、しかしながら、土壌の硬さ変化
又は予期しない障害物との遭遇はトンネル掘削機が直線
から進路を変える原因となり、もしも検出されない場合
には望ましくない結果を招く。
In Figure 10, a drilling tool (tunnel excavator) 50 is designed to follow a straight path indicated by an arrow and is driven by fluid power via a hose 55. It would be possible for pipes or cables to be inserted through the earth beneath roads without disturbing the soil, however changes in soil hardness or encountering unexpected obstacles may cause tunnel excavators to This can cause the vehicle to deviate from a straight line, leading to undesirable results if undetected.

もしもトンネル掘削機がそれに固定された受信要素51
を有し、また、掘削開始穴内に設けられた送信機組立体
52が穿孔されるべき穴に正確に整列されるシャフトを
備えている場合、受信要素により検出されてトンネル掘
削機への空気又は液体動力の供給に沿ってケーブル60
によりフィードバックされる信号は距離の増加と共に振
幅が減衰する基準周波数のみ備えているはずであるが、
トンネル掘削機と受信機の軸とが一致している限りゼロ
変調である。トンネル掘削機がこの直線経路から発散角
dだけ離れた場合、受信要素51からの信号の■転周波
数が変調されるであろう、変調の深度はdだけ増加する
であろう、この変調の位相は角度pだけ変化し、これは
要求される穴の軸の周りの偏向方向である。送信機に回
転軸の周りの既知の方位の検出器基準コイル53が設け
られた場合、信号処理手段62による信号53の位相と
信号51の位相との比較は角度pの測定を可艶にするで
あろう、したがって、このシステムにより規定の制限を
越える発散角を調べることや、発散の方向を表示するこ
とができる。
If the tunnel boring machine is fixed to the receiving element 51
and if the transmitter assembly 52 located within the drilling start hole is provided with a shaft that is precisely aligned with the hole to be drilled, the transmitter assembly 52 is detected by the receiving element and transmits air or liquid to the tunnel boring machine. Cable 60 along the power supply
The signal fed back by should have only a reference frequency whose amplitude attenuates as the distance increases, but
As long as the tunnel excavator and receiver axes are aligned, there is zero modulation. If the tunnel boring machine moves away from this straight path by a divergence angle d, the frequency of the signal from the receiving element 51 will be modulated, the depth of modulation will increase by d, the phase of this modulation varies by an angle p, which is the required direction of deflection about the axis of the hole. If the transmitter is provided with a detector reference coil 53 of known orientation around the axis of rotation, the comparison of the phase of the signal 53 with the phase of the signal 51 by the signal processing means 62 facilitates the measurement of the angle p. Therefore, this system makes it possible to examine divergence angles that exceed specified limits and to indicate the direction of divergence.

第11図を参照すると、このトンネル掘F11機は遠隔
動力操縦装置に組み込むように設計及び構成されている
。このトンネル掘削機は一対のロンド型受信要素51.
54ををしている。これら受信要素は一般に強磁性コア
上の細長いコイルである。
Referring to FIG. 11, the tunneling F11 aircraft is designed and constructed for incorporation into a remote power control system. This tunnel excavator has a pair of rondo type receiving elements 51.
I am doing 54. These receiving elements are generally elongated coils on a ferromagnetic core.

演算を容易にするために、これら受信要素は好ましくは
互いに直角をなしており、それらの一方(51)はトン
ネル掘り1機本体に正確に整列している。複数個の互い
に間隔を隔てた送信機がある。
To facilitate calculation, these receiving elements are preferably at right angles to each other, one of them (51) being exactly aligned with the body of the tunneling machine. There are multiple spaced apart transmitters.

図示実施例は3つの送18機(T+ 、T2 、T3)
を使用している。それら送信機の各々は通常の測T技術
によって正確に既知の位置、傾き及び方位に配置されて
いる。長手方向受信要素51は各送信機からそれぞれの
信号を受信し、信号は各々の送信機の相対姿勢及び方位
に関する変調を与える。
The illustrated embodiment has three feeders (T+, T2, T3).
are using. Each of the transmitters is placed at a precisely known position, tilt, and orientation by conventional T-measurement techniques. A longitudinal receiving element 51 receives a respective signal from each transmitter, the signals providing modulation with respect to the relative attitude and orientation of each transmitter.

コンピュータ70による2つの信号の分析は各々の送信
機に対する位1を表すベクトルVl、V2、v3がfJ
算されることを可能にする。それ故、トンネル掘削機の
正確な位置が演算されて要求される軌道と比較され、必
要な場合に修正信号が遠隔tihtシステム64に与え
られる。(送信機は順次i!続的に励磁することができ
るが、もしもそれらが異なる周波数及び/又は回転速度
を使用している場合には同時に励磁することができる。
Analysis of the two signals by computer 70 shows that vectors Vl, V2, v3 representing the digit 1 for each transmitter are fJ
allow to be calculated. Therefore, the exact position of the tunnel boring machine is calculated and compared to the required trajectory, and corrective signals are provided to the remote tiht system 64 if necessary. (The transmitters can be energized sequentially or simultaneously if they use different frequencies and/or rotational speeds.

)しかしながら、操縦システムを正確に作用させるため
には、トンネル掘削機のローリング軸の変化を知ること
が重要である。トンネル掘削機に左方又は右方への操縦
のためのフィン64が設けられている場合には、例えば
、トンネル掘削機の9O°のローリングはフィン64に
アンプ・ダウンの切替え操縦を行なう原因となろう。
) However, in order for the steering system to work correctly, it is important to know the changes in the rolling axis of the tunnel boring machine. If the tunnel excavator is provided with fins 64 for left or right maneuvers, for example, a 90° roll of the tunnel excavator will cause the fins 64 to perform an amplifier down switching maneuver. Become.

この情報を与えるためには第2の受信要素54が必要で
あり、この受信要素54の軸は長手方向要素51の軸に
直角である。受信要素54の軸がトンスル掘削機の操縦
姿勢において水平である場合、例えば、この受(8要素
によって受信される変調信号は選択された位置に水平に
固定された(−の受信!素66により受信される信号に
対して類似の位相を有するであろう、トンネル掘削機が
移動中にローリングを起こした場合、受信要素54゜6
6からの信号の位相差がローリング角に関係するであろ
う、そして、操縦システムは適切な手段により調整され
てローリングを修正する。
To provide this information a second receiving element 54 is required, the axis of which is perpendicular to the axis of the longitudinal element 51. If the axis of the receiving element 54 is horizontal in the operating position of the tonsure excavator, for example, the modulated signal received by this receiving element 54 is fixed horizontally at the selected position (by the receiving! element 66). If the tunnel boring machine rolls during movement, the receiving element 54°6 will have a similar phase to the received signal.
The phase difference of the signals from 6 will be related to the roll angle, and the steering system will be adjusted by appropriate means to correct the roll.

以上のべた配l及び移動システムの実施例は固定送信機
及び移動受信機の考えに基づいている。
The embodiments of the above-mentioned fixed and mobile systems are based on the idea of a fixed transmitter and a mobile receiver.

それらの関係を置換して送信機を移動物体に取り付け、
受信要素を正確に既知の位1及び姿勢に取り付けること
ができるのは明らかであろう、この場合、幾つかの受信
ステーションからの位置ベクトルを同時にコンピュータ
演算するためには単一の送信機システムで十分である。
replace those relationships and attach the transmitter to the moving object,
It will be clear that the receiving elements could be mounted at precisely known positions and poses, in which case a single transmitter system would be required to compute the position vectors from several receiving stations simultaneously. It is enough.

トンネル掘削機や類似の移動物体は例えば圧縮空気によ
り遠隔的に動力を受けるので、取り付けられる電磁要素
は流体動力接続ホースのような勤カラインが貫通するこ
とができる形態を有する必要がある。いずれにせよ動力
及び/又はデータを運ぶケーブルが使用される。環状物
は一般に送信機又は受信機に通している。
Since tunnel boring machines and similar moving objects are remotely powered, for example by compressed air, the attached electromagnetic elements need to have a configuration that allows a working line, such as a fluid power connection hose, to penetrate therethrough. In either case, cables are used that carry power and/or data. The ring typically passes through a transmitter or receiver.

(ff?il及びローリングについての分離した情報を
与えることが望ましい場合には、2つの分離した受信機
又は送信機が必要である。これらは第11図のように互
いに直角に固定された2つの巻線型アンテナにより与え
られ得るが、この配置は次の2つの制限を有する。
(If it is desired to provide separate information about ff?il and rolling, two separate receivers or transmitters are required. These are two separate receivers or transmitters fixed at right angles to each other as in FIG. Although it can be provided by a wire-wound antenna, this arrangement has two limitations.

tJll  それを貫通する流体動カライン等の通路を
容易に設けることができない。
tJll It is not possible to easily provide passageways such as fluid flow lines through it.

(bl  互いに密着している強磁性ロンドが一定量の
相互作用を有し、磁界の局部的なゆがみを与える傾向が
ある。
(bl) Ferromagnetic ronds that are in close contact with each other have a certain amount of interaction and tend to give local distortions of the magnetic field.

第12図ないし第14図はF記2つの制限を解消できる
アンテナ又は送信機組立体を示すものである。これらは
物質の環状形状を使用している。
FIGS. 12-14 show antenna or transmitter assemblies that can overcome the two limitations listed in F. These use an annular shape of material.

各感知巻線の内側の通常の強磁性コア物質の全体が実質
的に使用可能であり、それ故、このような局部的な相互
作用及び磁界のゆがみを防止或いは改善することができ
る。
Virtually all of the conventional ferromagnetic core material inside each sense winding can be used, thus preventing or ameliorating such local interactions and field distortions.

ローリング姿勢の感知又は送信装置の説明から始めると
、第12図は全ての無線アンテナと同様に信号の送信又
は受信のために使用され得るアンテナ78を示している
。このアンテナ78はドーナツ型の強磁性部材80を備
えており、この磁性部材は代表的には適切な厚みと磁気
特性とを有する螺旋状に巻回された鋼片からなる。この
磁性部材上にはa、bの箇所で成端するドーナツ型巻線
82が設けられている。このアンテナは180゜ずつカ
バーする2つの名目上等しい一連の区間(第12a図に
おいて直径ABの各側にある)を備え、これらの区間は
第12a図において破線84で示された垂直方向の外部
交流磁界を受けたときにそれらの起電力が付加的である
ように配置されろ。コア内の磁束は分割されてドーナツ
状コアの各半分内を通り、もしもこの要素が送信機とし
て用いられた場合には同様の結果が生じる。直流又は交
流電圧で端子a、bを励磁すると、歴史的なグラム−リ
ング(Gra+u+e−ring)アーマチアに類慎の
方法でA点及びB点に磁極が住じ、A−Bの方位に間隔
を隔てて磁界が生じる。励磁に交流を用いた場合、磁界
も交流となる。これにより、受信アンテナ内に適切な方
位の起電力信号(図示せず)を誘導することができる。
Starting with a description of the rolling attitude sensing or transmitting device, FIG. 12 shows an antenna 78 that, like all wireless antennas, can be used for transmitting or receiving signals. The antenna 78 includes a donut-shaped ferromagnetic member 80, typically a helically wound piece of steel of suitable thickness and magnetic properties. A donut-shaped winding 82 is provided on this magnetic member and terminates at locations a and b. The antenna comprises a series of two nominally equal sections (on each side of diameter AB in Fig. 12a) covering 180°, these sections having a vertical external axis indicated by dashed line 84 in Fig. 12a. Arrange them so that their emf is additive when subjected to an alternating magnetic field. The magnetic flux within the core is split and passes through each half of the toroidal core, and a similar result would occur if this element were used as a transmitter. When terminals a and b are energized with DC or AC voltage, magnetic poles reside at points A and B in a manner analogous to the historical Gram-ring (Gra+u+e-ring) armatia, with a spacing in the A-B direction. A magnetic field is generated across them. When alternating current is used for excitation, the magnetic field is also alternating current. Thereby, an electromotive force signal (not shown) in an appropriate direction can be induced into the receiving antenna.

それ故、アンテナ78は送信機として役立つ、この態様
において、点C,Dは磁気的に中立である。アンテナ7
8が受信機として用いられ得ることも同様に明らかであ
ろう、実際に、第7図及び第8図はそのような役割りを
果たすアンテナ43.44を示している。
Therefore, in this embodiment, where antenna 78 serves as a transmitter, points C, D are magnetically neutral. antenna 7
It will be equally clear that 8 can be used as a receiver; in fact, FIGS. 7 and 8 show antennas 43, 44 serving such a role.

水平方位C−Dの外部磁界は端子a、bの箇所で零出力
を生じさせる。したがって、信号出力は外部交流磁界に
対する9素の相対方位と共に準正弦波伏に変化し、A−
B方向で最大となり、C−D方向で最小となる。出力の
位相もまたt’Jの回転時に磁界源に関して変化し、ま
た、互いに対する磁界は出力を零状態で通過させること
となる。したがって、信号の振幅及び位相は適切に設計
された電子システムにより処理されて、第7図ないし第
9図を参照して既に述べたように、外部磁界源と受f8
要素の相対角方位についての情報を与える。
An external magnetic field in the horizontal direction C-D produces a zero output at terminals a, b. Therefore, the signal output changes to a quasi-sinusoidal waveform with the relative orientation of the nine elements to the external alternating magnetic field, and A-
It is maximum in the B direction and minimum in the CD direction. The phase of the output also changes with respect to the magnetic field source during rotation of t'J, and the magnetic fields relative to each other will cause the output to pass through at zero. Therefore, the amplitude and phase of the signal can be processed by a suitably designed electronic system to provide an external magnetic field source and receiver f8, as already described with reference to FIGS. 7-9.
Gives information about the relative angular orientation of the element.

同様に、この形態の送信要素によりその外部磁界の方位
がローリング角と共に変化することとなり、この方位は
適切な遠隔受信システムにより感知されて判読される。
Similarly, this form of transmitting element causes the orientation of its external magnetic field to vary with the rolling angle, which orientation can be sensed and interpreted by a suitable remote receiving system.

軸方向位置の感知又は送信のために、第13図の実施例
は同様のドーナツ型要素78を示しており、この要素7
8は更にドーナツ状巻線を包囲する通切な成形体88上
に巻回された簡単な長手方向コイル86を備えている。
For sensing or transmitting axial position, the embodiment of FIG. 13 shows a similar donut-shaped element 78, which
8 further comprises a simple longitudinal coil 86 wound on a continuous profile 88 surrounding the toroidal winding.

受信機への通用において破線90で示すような水平方向
又は軸方向の外部交流磁界はドーナツ形状に沿って強磁
性コア内に集中され、軸方向巻線86内に起電力を誘導
するが、ドーナツ型巻線82内には起電力を誘導しない
、誘導された起電力は磁界の方向とコイルの軸とが一致
したときに最大となる。外部磁界方向がこの軸から離れ
ると、起電力は減少し、磁界の方向とコイルの軸とが直
角をなすときに起電力は零になる。更なる相対回転は起
電力を増大させるが交流磁界源に対して反対位相方向と
なる。
A horizontal or axial external alternating magnetic field, as shown by dashed line 90, in the path to the receiver is concentrated within the ferromagnetic core along the donut shape and induces an emf in the axial winding 86, but the donut No electromotive force is induced in the type winding 82, and the induced electromotive force is at its maximum when the direction of the magnetic field coincides with the axis of the coil. As the direction of the external magnetic field moves away from this axis, the emf decreases and becomes zero when the direction of the magnetic field and the axis of the coil are at right angles. Further relative rotation increases the emf, but in an opposite phase direction with respect to the alternating magnetic field source.

送信機への通用において、端子c、dの箇所で長手方向
コイル86を励磁すると、コイルの軸に向く磁界が発生
し、そこからの信号は適切な遠隔受信システムにより処
理されて送信機及び受信機の相対姿勢及び選別について
の位置情報が回収される。
In application to the transmitter, energizing the longitudinal coil 86 at terminals c, d produces a magnetic field directed towards the axis of the coil, from which the signal is processed by a suitable remote receiving system to the transmitter and receiver. Position information about the aircraft's relative attitude and sorting is collected.

完全なドーナツ状コアを用いた原理について説明してき
たが、第14図に示すように、ドーナツ状コア及び巻線
を2つに分離しても同様の有益な効果が得られる。はぼ
ドーナツ状のコアは2つの半片80a、80bからなり
、各々に巻線部分82a、82bが設けられている。コ
ア端を位置A。
Although the principle has been described using a complete toroidal core, similar beneficial effects can be obtained by separating the toroidal core and windings into two halves, as shown in FIG. The donut-shaped core consists of two halves 80a, 80b, each of which is provided with a winding portion 82a, 82b. Place the core end in position A.

B′″c露出させることにより、A−B方向の外部磁界
の発生又は感知が強まる。更に、ドーナツ型巻線の最も
効果的な位置は中央部であり、その結果、材料の使用及
び性能の点で、直列に接続される短い中央巻線82a、
82bのみ設けることがより効率的であることが判るで
あろう、露出箇所Δ。
The B'"c exposure enhances the generation or sensing of external magnetic fields in the A-B direction. Furthermore, the most effective location of the toroidal winding is in the center, resulting in improved material usage and performance. a short central winding 82a connected in series at points,
It will be found that it is more efficient to provide only 82b, the exposed portion Δ.

Bにおける強磁性部材の除去は小さな長手方向巻線86
への結合を減少させる効果を有するが、構造の全断面は
円形よりも長円形となる。
Removal of the ferromagnetic material at B results in a small longitudinal winding 86
The overall cross-section of the structure is more oval than circular, which has the effect of reducing the coupling to.

八−B軸方向に2極構造として強く作用する変形型ドー
ナツ状コアを簡単に且つ安価に製造する方法は、第12
図及び第13図に示すコア80のような簡単な筒状コア
を用いて、2つの直径方向に対向する一連の直径方向穴
90.92(第12b図)をその長手方向く第12図中
A、B)に沿って貫通穿設することである。(勿論、穴
90゜92の領域には巻線82は設けない、)以上の説
明から明らかなように、ドーナツ状コアの全強磁性体は
2組のを線に接合され、それ故、フェライト又は他の適
切な材料からなる分離型巻線アンテナロンドに生じる相
互作用の問題を最小にする。この構造が配管又は他のケ
ーブルを通すための円筒形空間を内側に有することもま
た明らかであろう。
8-A method for easily and inexpensively manufacturing a deformed donut-shaped core that acts strongly as a bipolar structure in the B-axis direction is described in the 12th
Using a simple cylindrical core, such as the core 80 shown in FIGS. The method is to drill through holes along A and B). (Of course, the winding 82 is not provided in the region of the hole 90°92.) As is clear from the above description, the entire ferromagnetic material of the donut-shaped core is joined to two sets of wires, and therefore the ferrite or other suitable material to minimize interaction problems that arise with separate winding antenna ronds. It will also be clear that this structure has a cylindrical space inside for passing piping or other cables.

第15図及び第16図は例えば第10図又は第11図に
概略的に示されたトンネル掘削機の監視に好適な旋回磁
界送信機+00の好適な実施例を示すものである。送信
機はトランスジューサ組立体102と非金属シャフト1
04とシャフト104を回転セる手段106とを備えて
いる。
FIGS. 15 and 16 show a preferred embodiment of a rotating magnetic field transmitter +00, which is suitable for monitoring a tunnel boring machine, for example as schematically shown in FIG. 10 or 11. FIG. The transmitter includes a transducer assembly 102 and a non-metallic shaft 1
04 and means 106 for rotating the shaft 104.

トランスジューサ組立体102は第7図ないし第9図を
参照して述べたトランスジューサ組立体と基本的に同一
である。しかしながら、強磁性部材108が積層型鋼コ
アであることが好ましいことが判った。なぜなら、積層
形鋼コアは高い電力を伝送できるからである。構造の簡
略化のために、要素108は各々が矩形の薄板の積層構
造からなる一対の平行な部分により形成される。これら
を装着するために、シャフト104は中央部112に角
度をなした細穴110(第16図参照)を有する。要素
108の2つの部分は要素108の端部分内の穴を貫通
してナツトに螺合している締結ボルト114によりシャ
フト104の周りに互いに締結される。
Transducer assembly 102 is essentially the same as the transducer assembly described with reference to FIGS. 7-9. However, it has been found preferred that the ferromagnetic member 108 is a laminated steel core. This is because the laminated steel core can transmit high power. For simplicity of construction, element 108 is formed by a pair of parallel sections, each consisting of a laminated structure of rectangular sheets. To accommodate these, the shaft 104 has an angled slot 110 (see FIG. 16) in its central portion 112. The two parts of element 108 are fastened together around shaft 104 by a fastening bolt 114 that passes through a hole in the end part of element 108 and threads into a nut.

スプール118上に巻回された励磁コイル116は要2
108を密f泡持するように形成されている。したがっ
て、装置の組立て時にはコイル116の後に要素108
を装着する必要がある。2つの部分は容易に各々の穴1
10内に挿入された後、ボルトにより互いに結合される
。ロータ104の周りに’It素10aをバランスさせ
るために、要素108の位置はボルト114からシャフ
ト104まで延びている可変リンクにより微小調整可焼
である。各リンクは要素108の部分間に延びている非
金属締結棒120と、締結棒120からシャフト104
を通ってm整可能な範囲まで延びている細長い非磁性ボ
ルト122とを備えている。
The excitation coil 116 wound on the spool 118 is
108 is formed so as to hold it tightly. Thus, when assembling the device, element 108 follows coil 116.
must be installed. Two parts can be easily inserted into each hole 1
After being inserted into 10, they are connected to each other by bolts. To balance the 'It element 10a around the rotor 104, the position of the element 108 can be microadjusted by a variable link extending from the bolt 114 to the shaft 104. Each link includes a non-metallic fastening rod 120 extending between portions of element 108 and a non-metallic fastening rod 120 extending from fastening rod 120 to shaft 104.
An elongated non-magnetic bolt 122 extends through it to a range that can be adjusted by m.

各ボルト122はシャフト104が回転したときに要素
108により生じる力に対してバランスする非金2バラ
ンス笛錘124を担持している。
Each bolt 122 carries a non-gold bibalance weight 124 that balances against the forces produced by element 108 as shaft 104 rotates.

回転手段106はシャフト104に接続されたモータ1
26を備え、シャフト104は非磁性端1130に装着
されたベアリング128内に軸支されている。端板13
0間には筒状ハウジング部分132.134が装着され
、ハウジング部分132.134はコイルスプール11
8と係合してスプール118を保持している。
The rotating means 106 is a motor 1 connected to the shaft 104.
26, and the shaft 104 is journaled in a bearing 128 mounted on the non-magnetic end 1130. End plate 13
A cylindrical housing part 132,134 is installed between the coil spool 11
8 to hold the spool 118.

基準信号を与えるための受信機136はフェライトロッ
ド上に巻回された長手方間コイルとして形成されている
。このコイルは一方の端板130内の半径方向空所内に
設けられている。
The receiver 136 for providing the reference signal is formed as a longitudinal coil wound on a ferrite rod. The coil is located within a radial cavity in one end plate 130.

受信信号からの送信要素の旋回磁界からのデータの捕獲
に必要な電子システムについては記述されていない、当
業者であれば幾つかの異なる技術及び回路を工夫するこ
とができるからであり、また、それらはガイドされる物
体と受信又は制御ステーションとの間の無線通信を含む
誘導システムに使用されているからである。
The electronic systems required to capture data from the rotating magnetic field of the transmitting element from the received signal are not described, as several different techniques and circuits can be devised by those skilled in the art, and This is because they are used in guidance systems that involve wireless communication between the guided object and a receiving or control station.

勿論、上述した装置及び方法(及びその部分)は異なる
条件及び組合せで通用することができ、また、異なる目
的のために通用することができる。
Of course, the devices and methods (and parts thereof) described above can be used in different conditions and combinations, and for different purposes.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例を示す装置の側面図、第2図
は一実施例装置の正面図、 第3a図ないし第3d図は作動を説明するための第1図
と類似の図、 第4図は検出器出力のグラフ、 第5図及び第6図は本発明の他の実施例を示す第1図と
類似の図、 第7a図はドーナツ形検出器を備えた第2図と類似の図
、 第7b図は第7a図の装置の検出器を断面で示す側面図
、 第8a図及び第8b図は本発明の他の実施例を示す第7
a図及び第7b図と類似の図、第9図は第8図の実施例
の作動を説明するためのグラフ、 第10図は本発明装置を用いたトンネル掘削機組立体の
縦断面図、 第11図は本発明装置を用いた別のトンネル掘削機組立
体の斜視図、 m123FgJ及び第12b図はそれぞれドーナツ型ト
ランスジューサ即ちアンテナの立面図及び軸方向断面図
、 第13図は第12図のドーナツ型トランスジューサに更
に長手方向コイルを設けた軸方向断面図、第14図は他
の実施例を示す第13図と類位の図、 第15図はトンネル掘削機のための送信機組立体の実用
的実施例を示す軸方向断面図、fj416図は第15図
に示す装置の要部を別の方向から見た詳細図である。 10i104・・・シャフト、 14;108・・・強磁性要素、 16;116・・・励磁コイル。 以下余白 図面の浄シ(内Jに変更なし] Fta、2 (::1o、3.   Fw;、3b   日0.3c
   FIG、3dFtcy、4 Fta、9 手続補正書(方式) 昭和61年8月13日 特許庁長官 黒 1)明 雄 殿 1、事件の表示 昭和61年特許願第103243号 2、発明の名称 電磁トランスジューサ組立体及びその組立体を用いて相
対速度及び/又は配置を測定する手段3、補正をする者 事件との関係   特許出願人 名称  ラディオディテクシッン リミティド4、代理
人 住所 〒105東京都港区虎ノ門−丁目8番lO号6、
補正の対象 (1)願書の「出願人の代表者」の欄 12)委任状 (3)図 面 7、補正の内容 111(21別紙の通り (3)   図面の浄書(内容に変更なし)8、添附書
類の目録 j11訂正願書    1通 (2)委任状及び訳文        各1通(3)浄
書図面    1通
Fig. 1 is a side view of a device showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a front view of an embodiment of the device, and Figs. 3a to 3d are views similar to Fig. 1 for explaining the operation. , FIG. 4 is a graph of the detector output, FIGS. 5 and 6 are views similar to FIG. 1 showing another embodiment of the invention, and FIG. 7a is a second diagram with a donut-shaped detector. FIG. 7b is a side view in cross section of the detector of the device of FIG. 7a; FIGS. 8a and 8b are views similar to FIG.
9 is a graph for explaining the operation of the embodiment shown in FIG. 8; FIG. 10 is a vertical sectional view of a tunnel excavator assembly using the device of the present invention; FIG. 11 is a perspective view of another tunnel boring machine assembly using the device of the present invention; FIGS. FIG. 14 is a view similar to FIG. 13 showing another embodiment; FIG. 15 is a practical example of a transmitter assembly for a tunnel excavator; The axial sectional view showing the embodiment, FIG. fj416, is a detailed view of the main part of the device shown in FIG. 15, viewed from another direction. 10i104...Shaft, 14;108...Ferromagnetic element, 16;116...Exciting coil. Cleaning of the blank drawing below (no changes in J) Fta, 2 (::1o, 3. Fw;, 3b Day 0.3c
FIG, 3dFtcy, 4 Fta, 9 Procedural amendment (method) August 13, 1985 Commissioner of the Patent Office Black 1) Akio Yu 1, Indication of the case 1986 Patent Application No. 103243 2, Title of invention Electromagnetic transducer Assembly and means for measuring relative velocity and/or position using the assembly 3, relationship to the amended case Patent applicant name: Radio Detection Limited 4, agent address: 105 Toranomon, Minato-ku, Tokyo -Chome 8th 1O No. 6,
Subject of amendment (1) “Representative of applicant” column of application 12) Power of attorney (3) Drawing 7, contents of amendment 111 (as shown in Appendix 21 (3) Engraving of drawing (no change in content) 8 List of attached documents J11 Correction application 1 copy (2) Power of attorney and translation 1 copy each (3) Engraved drawings 1 copy

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、変化する磁界を生じさせるためのトランスジューサ
であって、 回転軸を有するシャフト(10;104)と、前記シャ
フト(10;104)の回転軸に対して鋭角をなして延
びるように前記シャフト(10;104)に設けられた
細長い強磁性要素(14;108)と、 励磁コイル(16;116)とを備え、励磁コイル(1
6;116)は、細長い強磁性要素(14;108)に
対して励磁コイル(16;116)を通る電流の通路が
励磁コイル(16;116)内の電流の方向に依存する
磁化方向で長手方向に磁化されるべき強磁性要素(14
;108)を含むように配置され、これにより、交流電
流が励磁コイル(16;116)を通過している間旋回
磁界がシャフト(10;104)の回転により生じ得る
ことを特徴とするトランスジューサ。 2、特許請求の範囲第1項に記載のトランスジューサに
おいて、励磁コイル(16;116)が回転可能なシャ
フト(14;104)の回転軸に対し実質的に同軸であ
るトランスジューサ。 3、特許請求の範囲第1項又は第2項に記載のトランス
ジューサを備えたトランスジューサ−受信機組立体にお
いて、変化する磁界を受けたときに電気信号を発生する
ことができる少なくとも1つの受信機(22;40a、
40b;40c、40d;41;51、53、54;7
8;136)を備えているトランスジューサ−受信機組
立体。 4、特許請求の範囲第3項に記載のトランスジューサ−
受信機組立体において、少なくとも1つの前記受信機が
検出コイル(22;22、40a、40b)を備えてお
り、少なくとも1つの前記受信機は励磁コイル(16)
に対してそれらの間に直接的な誘導結合が実質的に生じ
ないないように設けられているトランスジューサ−受信
機組立体。 5、特許請求の範囲第3項に記載のトランスジューサ−
受信機組立体において、シャフトの回転軸に対してそれ
ぞれ異なる角度位置に設けられた複数個の受信機(22
、40a、40b)を備えているトランスジューサ−受
信機組立体。 6、特許請求の範囲第3項に記載のトランスジューサ−
受信機組立体において、前記受信機の少なくとも1つが
シャフトの回転軸に対し実質的に同軸に設けられたドー
ナツ形コイル(41;78)を備えているトランスジュ
ーサ−受信機組立体。 7、特許請求の範囲第3項から第6項までのいずれか1
つに記載のトランスジューサ−受信機組立体において、
前記受信機(22a、40a、40b;44;51、5
3、54、66)の少なくとも1つに接続されて電気信
号を受信する信号処理手段(39;48;62;70)
を更に備えており、信号処理手段(39;48;62;
70)が電気信号からシャフト(10;104)の回転
に関するデータを算出して表示するように形成されてい
るトランスジューサ−受信機組立体。 8、特許請求の範囲第3項から第7項までのいずれか1
つに記載のトランスジューサ−受信機組立体において、
前記受信機がドーナツ形コイル(41;78)を備えて
おり、ドーナツ形コイル(41;78)が該コイルの異
なる角度位置に複数個のタップを有しており、該タップ
により多相電気信号が引出し可能となっているトランス
ジューサ−受信機組立体。 9、特許請求の範囲第3項から第8項までのいずれか1
つに記載のトランスジューサ−受信機組立体を備えた、
物体(50)の位置及び方位を監視するための装置であ
って、前記トランスジューサ−受信機組立体が相互に置
換可能な送信機組立体と受信機組立体とを備え、前記送
信機組立体及び受信機組立体のうちの一方が前記物体に
装着されるようになっている監視装置。 10、特許請求の範囲第9項に記載の監視装置において
、送信機組立体がトランスジューサに対して固定された
基準受信機(40d;53;136)を備えており、該
基準受信機(40d;53;136)はトランスジュー
サにより変化する磁界を受けたときに電気信号を生じさ
せるようになっており、監視装置が更に基準受信機と受
信機組立体の少なくとも1つの受信機(51、54)と
に接続されてそれらからの各々の信号を受信するデータ
処理手段(62;70)を備えており、前記データ処理
手段が前記信号を比較するようになっている監視装置。 11、特許請求の範囲第9項又は第10項に記載の監視
装置において、受信機組立体(51、54)が前記物体
(50)に装着されるようになっており、送信機組立体
が互いに離れた位置に少なくとも2つのトランスジュー
サ(T_1、T_2、T_3)を備えている監視装置。 12、特許請求の範囲第9項から第11項までのいずれ
か1つに記載の監視装置において、受信機組立体が2つ
の受信機(51、54)を備え、前記2つの受信機(5
1、54)が磁気軸を有し、前記2つの受信機(51、
54)の軸が相互に直角な平面内にある監視装置。 13、特許請求の範囲第9項から第11項までのいずれ
か1つに記載の監視装置において、受信機組立体がドー
ナツ状又はほぼドーナツ状に巻回されたコイル(41;
78)を備えている監視装置。 14、特許請求の範囲第13項に記載の監視装置におい
て、受信機組立体がドーナツ状又はほぼドーナツ状に巻
回されたコイル(80;82a、82b)と長手方向に
巻回されたコイル(86)とを備え、前記コイルが同軸
に配置れさている監視装置。 15、相互に置換可能な送信機組立体と受信機組立体と
を備えた、物体の位置及び方位を監視するための装置で
あって、前記送信機組立体及び受信機組立体のうちの一
方が前記物体に装着されるようになっており、送信機組
立体が少なくとも1つのコイル組立体を備え、該コイル
組立体がドーナツ状又はほぼドーナツ状に巻回されたコ
イル(80;82a、82b)と長手方向に巻回された
コイルを備え、前記コイルが同軸に配置されている監視
装置。
[Claims] 1. A transducer for producing a changing magnetic field, comprising: a shaft (10; 104) having an axis of rotation; an elongated ferromagnetic element (14; 108) disposed on said shaft (10; 104) so as to extend; and an excitation coil (16; 116);
6; 116) is longitudinally aligned with the elongated ferromagnetic element (14; 108) in the direction of magnetization such that the path of the current through the excitation coil (16; 116) depends on the direction of the current in the excitation coil (16; 116). A ferromagnetic element (14
; 108), whereby a swirling magnetic field can be generated by rotation of the shaft (10; 104) while an alternating current is passed through the excitation coil (16; 116). 2. Transducer according to claim 1, in which the excitation coil (16; 116) is substantially coaxial with the axis of rotation of the rotatable shaft (14; 104). 3. A transducer-receiver assembly comprising a transducer according to claim 1 or 2, comprising at least one receiver (22) capable of generating an electrical signal when subjected to a changing magnetic field. ;40a,
40b; 40c, 40d; 41; 51, 53, 54; 7
8; 136). 4. Transducer according to claim 3
In the receiver assembly, at least one said receiver comprises a detection coil (22; 22, 40a, 40b) and at least one said receiver comprises an excitation coil (16).
a transducer-receiver assembly arranged so that there is substantially no direct inductive coupling therebetween; 5. Transducer according to claim 3
In the receiver assembly, a plurality of receivers (22
, 40a, 40b). 6. Transducer according to claim 3
A transducer-receiver assembly, wherein at least one of said receivers comprises a toroidal coil (41; 78) disposed substantially coaxially with respect to the axis of rotation of the shaft. 7. Any one of claims 3 to 6
In the transducer-receiver assembly described in
The receiver (22a, 40a, 40b; 44; 51, 5
signal processing means (39; 48; 62; 70) connected to at least one of 3, 54, 66) and receiving electrical signals;
It further comprises signal processing means (39; 48; 62;
70) is configured to calculate and display data regarding the rotation of the shaft (10; 104) from the electrical signals. 8. Any one of claims 3 to 7
In the transducer-receiver assembly described in
The receiver comprises a donut-shaped coil (41; 78), which has a plurality of taps at different angular positions of the coil, by which a multiphase electrical signal can be input. Transducer-receiver assembly with removable parts. 9. Any one of claims 3 to 8
comprising a transducer-receiver assembly as described in
An apparatus for monitoring the position and orientation of an object (50), the transducer-receiver assembly comprising a transmitter assembly and a receiver assembly that are mutually replaceable; a monitoring device, one of which is adapted to be attached to said object; 10. A monitoring device according to claim 9, wherein the transmitter assembly comprises a reference receiver (40d; 53; 136) fixed relative to the transducer, the reference receiver (40d; 53; ; 136) is adapted to generate an electrical signal when subjected to a varying magnetic field by the transducer, and the monitoring device is further connected to the reference receiver and at least one receiver (51, 54) of the receiver assembly. a monitoring device comprising data processing means (62; 70) for receiving respective signals from said signals, said data processing means being adapted to compare said signals. 11. The monitoring device according to claim 9 or 10, wherein the receiver assembly (51, 54) is attached to the object (50), and the transmitter assembly is separated from each other. A monitoring device comprising at least two transducers (T_1, T_2, T_3) in different positions. 12. A monitoring device according to any one of claims 9 to 11, wherein the receiver assembly comprises two receivers (51, 54), said two receivers (5
1, 54) has a magnetic axis, and the two receivers (51, 54) have a magnetic axis;
54) whose axes lie in mutually perpendicular planes. 13. In the monitoring device according to any one of claims 9 to 11, the receiver assembly comprises a coil (41;
78). 14. The monitoring device according to claim 13, wherein the receiver assembly comprises a toroidal or substantially toroidally wound coil (80; 82a, 82b) and a longitudinally wound coil (86). ), wherein the coils are arranged coaxially. 15. An apparatus for monitoring the position and orientation of an object, comprising a transmitter assembly and a receiver assembly that are mutually replaceable, wherein one of the transmitter assembly and the receiver assembly is connected to the object. The transmitter assembly includes at least one coil assembly longitudinally connected to a toroidal or substantially toroidal wound coil (80; 82a, 82b). A monitoring device comprising a wound coil, said coil being arranged coaxially.
JP10324386A 1985-05-07 1986-05-07 Electromagnetic transducer assembly and means for measuring relative speed and/or arrangement by using said assembly Pending JPS6217616A (en)

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GB858511494A GB8511494D0 (en) 1985-05-07 1985-05-07 Electromagnetic determination of speed & configuration
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009210566A (en) * 2008-02-04 2009-09-17 Tokyo Rigaku Kensa Kk Position measuring method and position measuring device
JP4902032B1 (en) * 2011-03-17 2012-03-21 茂治郎 清水 Transmitter for detecting moving object in tube, moving object in tube, and moving object detecting system in tube

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009210566A (en) * 2008-02-04 2009-09-17 Tokyo Rigaku Kensa Kk Position measuring method and position measuring device
JP4902032B1 (en) * 2011-03-17 2012-03-21 茂治郎 清水 Transmitter for detecting moving object in tube, moving object in tube, and moving object detecting system in tube

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