JP2010025784A - Speed measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、所定の移動方向に移動する被測定物の上記移動方向の移動速度を測定する速度測定装置に係り、特に、簡便な構成により測定を可能とする技術に関する。 The present invention relates to a speed measuring apparatus that measures the moving speed of an object to be measured that moves in a predetermined moving direction, and more particularly to a technique that enables measurement with a simple configuration.
従来の速度測定装置においては,永久磁石,コイルを備え被測定物には強磁性体の挿入物を入れる構成で磁場変化の割合、または被測定物の速度に比例した電圧を発生させることで出力が直接測定速度になる様な仕組みになっている(例えば、特許文献1参照)。 In the conventional speed measurement device, a permanent magnet and a coil are provided, and a ferromagnetic material is inserted in the object to be measured, and the output is generated by generating a voltage proportional to the rate of change in the magnetic field or the speed of the object to be measured. Is a mechanism that directly reaches the measurement speed (for example, see Patent Document 1).
従来の速度測定装置では、移動範囲の全てに亘って線形な磁場を形成するために、移動範囲全体で線形になるような強い磁場強度が必要となり装置が複雑高価になるという問題があった。また、磁場変化の検出方向が被測定物の移動方向に対して平行方向であることから、例えば、被測定物が電磁力で移動方向に駆動されるものであれば、検出部が漏れ磁場の影響を受け易く測定精度が低下するという問題があった。 In the conventional speed measuring device, in order to form a linear magnetic field over the entire moving range, a strong magnetic field strength that is linear in the entire moving range is required, and the device is complicated and expensive. In addition, since the detection direction of the magnetic field change is parallel to the movement direction of the object to be measured, for example, if the object to be measured is driven in the movement direction by electromagnetic force, the detection unit has a leakage magnetic field. There was a problem that the measurement accuracy was easily deteriorated.
この発明は以上のような従来の問題点を解消するためになされたもので、簡便安価な構成で、しかも、被測定物が電磁力で移動方向に駆動されるものであっても測定精度への影響が小さい速度測定装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, and has a simple and inexpensive configuration, and even if the object to be measured is driven in the moving direction by electromagnetic force, the measurement accuracy is improved. An object of the present invention is to obtain a speed measuring device that is less influenced by the above.
この発明に係る速度測定装置は、所定の移動方向に移動する被測定物の移動方向の移動速度を測定するものであって、
被測定物に取り付けられた第1の磁性材、コ字状でその両脚が第1の磁性材と対向し移動方向に所定距離離反するよう配置された第2の磁性材、第1と第2の磁性材とで形成される磁路に起磁力を付加する起磁力材、および被測定物の移動に伴う磁路を流れる磁束の単位時間当たりの変化dφ/dtに基づく電圧を検出するコイルを備え、
被測定物の移動に伴う磁路を流れる磁束の単位移動距離当たりの変化dφ/dxが所定の移動距離に亘って一定の磁束/距離変化率値とみなせる磁束線形領域を被測定物の移動範囲内の一部に確保できるよう第1の磁性材と第2の磁性材との相対位置関係を設定しておき、
被測定物が磁束線形領域を移動中のコイルの電圧検出値と磁束/距離変化率値とから被測定物の移動速度を求めるものである。
The speed measuring device according to the present invention measures a moving speed in a moving direction of an object to be measured that moves in a predetermined moving direction,
A first magnetic material attached to the object to be measured, a U-shaped second magnetic material arranged so that both legs thereof face the first magnetic material and are separated from each other by a predetermined distance in the moving direction, first and second A magnetomotive force material that adds a magnetomotive force to a magnetic path formed by the magnetic material, and a coil that detects a voltage based on a change dφ / dt of a magnetic flux flowing through the magnetic path associated with the movement of the object to be measured per unit time. Prepared,
The moving range of the object to be measured is a magnetic flux linear region in which the change dφ / dx per unit moving distance of the magnetic flux flowing through the magnetic path accompanying the movement of the object to be measured can be regarded as a constant magnetic flux / distance change rate value over a predetermined moving distance. The relative positional relationship between the first magnetic material and the second magnetic material is set so that it can be secured in a part of the inside,
The moving speed of the object to be measured is obtained from the voltage detection value of the coil and the magnetic flux / distance change rate value when the object to be measured is moving in the magnetic flux linear region.
この発明に係る速度測定装置は、以上のように、被測定物がその移動範囲の一部に確保した磁束線形領域を移動中のコイルの電圧検出値と磁束/距離変化率値とから被測定物の移動速度を求めることができるので、移動範囲の全てに亘って線形な磁場を形成する必要が無く、装置が簡便安価となる。また、コイルによる磁束変化の検出方向が被測定物の移動方向と垂直な方向となるので、被測定物が電磁力で移動方向に駆動されるものであっても測定精度への影響が小さくなる。 As described above, the speed measuring device according to the present invention measures the voltage to be measured from the voltage detection value and the flux / distance change rate value of the moving coil in the magnetic flux linear region secured in a part of the moving range of the measured object. Since the moving speed of the object can be obtained, it is not necessary to form a linear magnetic field over the entire moving range, and the apparatus is simple and inexpensive. Further, since the direction of detection of the magnetic flux change by the coil is perpendicular to the moving direction of the object to be measured, even if the object to be measured is driven in the moving direction by electromagnetic force, the influence on the measurement accuracy is reduced. .
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1における速度測定装置の原理を説明するための基本構成を示す図である。図1(a)は、図では左右方向となる移動方向に移動する被測定物1がその始端位置にあるときの状態、図1(b)は、図1(a)の始端位置から被測定物1が図の左方に移動し終端位置に至ったときの状態を示す。被測定物1には強磁性体からなる第1の磁性材2が取り付けられている。そして、移動する被測定物1に対し装置に固定されたコ字状の強磁性体からなる第2の磁性材3が設けられている。第2の磁性材3の一方の脚3Aには起磁力材としての永久磁石4が取り付けられ、他方の脚3Bには鎖交する磁束の時間変化(磁束の単位時間当たりの変化)に基づく電圧を検出するコイル5が巻回されている。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration for explaining the principle of a velocity measuring apparatus according to
以上の構成により、第1の磁性材2と第2の磁性材3とによりエアギャップを介して磁路が形成される。そして、この磁路内に永久磁石4が挿入されているので、その永久磁石4の起磁力により当該磁路に磁束が流れる。ここで、被測定物1が移動すると、その位置に応じて第1の磁性材2と第2の磁性材3との相対位置関係が変化し、それに伴って当該磁路の磁気抵抗が変化し磁路に流れる磁束も変化する。コイル5は、その磁束の変化を検出するものである。
With the above configuration, a magnetic path is formed by the first
図2は、総移動量17mmの電磁アクチュエータを例にとった場合の、被測定物1の移動位置とコイル5が巻回された脚3Bの磁束密度との関係を示したものである。(1)は、被測定物1が図1(a)で示す始端位置にある場合で、ここでは、第1の磁性材2と脚3Aとの移動方向中心位置が一致しており、図2の付図に示すようにエアギャップ長が大きく磁束量は小さな値となっている。被測定物1が移動していくと次第にエアギャップ長が減少しそれに応じて磁束量が増大し、移動範囲のほぼ中央の(2)で、第1の磁性材2が脚3Aと脚3Bとのほぼ中間位置となりエアギャップ長が最小となって磁束量が最大となる。
被測定物1の移動が更に進むと再びエアギャップ長が増大し、図1(b)で示す、第1の磁性材2と脚3Bとの移動方向中心位置が一致する終端位置に至ると、同じく図2の付図に示すように、エアギャップ長が最長となって磁束量が最小となる。
FIG. 2 shows the relationship between the movement position of the
When the movement of the
即ち、被測定物1の移動に伴いコイル5と鎖交する磁束量の変化特性は、被測定物1の移動範囲のほぼ中央で極大値となる常に下に凸の曲線となる。そして、被測定物1の移動範囲に対して第2の磁性材3を適当に配置することにより、図3に示すように、被測定物1の始端位置近傍および終端位置近傍に、被測定物1の移動に伴う磁束量の単位移動距離当たりの変化が一定の値とみなせる磁束線形領域を確保することが出来る。この磁束線形領域は、図の磁束量−距離の特性曲線が直線とみなせる領域と言い換えることが出来る。
以上のように、磁束量が移動範囲のほぼ中央で極大値をとる二次関数状に変化すると、その移動範囲の裾野に該当する始端近傍および終端近傍に磁束線形領域を確保し易くなるわけである。
That is, the change characteristic of the amount of magnetic flux interlinking with the
As described above, when the amount of magnetic flux changes to a quadratic function having a maximum value at the approximate center of the moving range, it is easy to secure a magnetic flux linear region in the vicinity of the start end and the end corresponding to the bottom of the moving range. is there.
磁束量φに相当する磁束密度をy(T)、移動距離をx(mm)とし、ここでの具体例に当てはめると、始端近傍には、直線y=−0.082x+αとみなせる磁束線形領域が存在する。また、終端近傍には、直線y=0.017x−βとみなせる磁束線形領域が存在する。
従って、この磁束線形領域においては、磁束量の単位移動距離当たりの変化は図3に示す特性の勾配(磁束/距離変化率値)に相当し、それぞれdy/dx=−0.082、dy/dx=0.017となる。
Assuming that the magnetic flux density corresponding to the magnetic flux amount φ is y (T) and the moving distance is x (mm), and applying this example, a magnetic flux linear region that can be regarded as a straight line y = −0.082x + α exists in the vicinity of the starting end. Exists. Further, in the vicinity of the terminal end, there is a magnetic flux linear region that can be regarded as a straight line y = 0.177x−β.
Therefore, in this magnetic flux linear region, the change in the amount of magnetic flux per unit movement distance corresponds to the characteristic gradient (magnetic flux / distance change rate value) shown in FIG. 3, and dy / dx = −0.082, dy / dx = 0.177.
そして、被測定物1がこの磁束線形領域を移動中にコイル5に発生する電圧vは、磁束量の単位時間当たりの変化に相当する。即ち、
v=dy/dt
で表される。
従って、被測定物1の単位時間当たりの移動距離である移動速度dx/dtは、
dx/dt=(dy/dt)/(dy/dx)=(電圧v)/(磁束/距離変化率値)
の式により求めることが出来る。
The voltage v generated in the
v = dy / dt
It is represented by
Accordingly, the moving speed dx / dt which is the moving distance per unit time of the
dx / dt = (dy / dt) / (dy / dx) = (voltage v) / (magnetic flux / distance change rate value)
It can be calculated by the following formula.
図4は、被測定物1の移動速度を測定する要領を説明する図である。図に示すように、例えば、被測定物1に取り付けられた発光ダイオード6とこの発光ダイオード6と対応して磁束線形領域に相当する位置に取り付けられた受光ダイオード7A、7Bとからなる位置検出手段を設ける。これら受光ダイオード7A、7Bは、この図3の例では、それぞれ始端近傍の磁束線形領域内である全移動範囲の20%に相当する位置、および終端近傍の磁束線形領域内である全移動範囲の90%に相当する位置に設置する。
FIG. 4 is a diagram for explaining a procedure for measuring the moving speed of the
そして、電圧出力回路8は、コイル5からの電圧を入力し、被測定物1が磁束線形領域を通過中であることを受光ダイオード7A、または7Bからのトリガ信号の入力で検知し、そのタイミングでコイル5の電圧を出力する。速度演算回路9は、電圧出力回路8からの電圧信号と予め保存しているそれぞれの磁束線形領域に応じた磁束/距離変化率値のデータとから被測定物1の移動速度を演算する。
The
なお、厳密には、被測定物1の移動速度は、その位置によって変化するが、例えば、図3で示したように、磁束線形領域を2箇所確保できれば、両者での測定結果の平均値を求めることで位置による変化分を抑制することも出来る。
また、電磁アクチュエータの異常や経年変化をこの速度測定結果から判定するような場合には、同一の磁束線形領域での速度測定結果の履歴を照合すれば足りるので、上述の位置による変化分は問題にならない。
Strictly speaking, the moving speed of the
In addition, when judging abnormalities and secular changes of electromagnetic actuators from this speed measurement result, it is sufficient to collate the history of speed measurement results in the same magnetic flux linear region. do not become.
図5は、被測定物1をその移動方向に駆動する電磁アクチュエータ10の構成を示す図である。電磁アクチュエータ10は、固定鉄心11とこの固定鉄心11の内部に駆動方向に移動可能に支持された可動鉄心12と固定鉄心11および可動鉄心12からなる磁気回路に起磁力を与える電磁コイル13とから構成される。そして、被測定物1は可動鉄心12に取り付けられている。この場合、可動鉄心12を駆動する磁束Φは、駆動方向(被測定物1の移動方向)の成分を有するもので、その漏れ分が本願発明の速度測定装置に及ぼす影響が懸念される。
しかし、図5に示すように、コイル5が検出する磁束φは、当該移動方向と垂直な成分であり、電磁アクチュエータ10で発生する磁束Φの影響をほとんど受けないことが判る。
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the
However, as shown in FIG. 5, it can be seen that the magnetic flux φ detected by the
以上のように、この発明の実施の形態1に係る速度測定装置は、磁束の単位移動距離当たりの変化が所定の移動距離に亘って一定とみなせる磁束線形領域を移動範囲の一部に確保できればコイル5の電圧検出値から被測定物1の移動速度を測定できるので、従来のように、移動範囲の全てに亘って線形な磁場を形成するための強力な磁場を必要とせず、装置が簡便安価となる。
また、この発明の実施の形態1に係る速度測定装置においては、コイル5による磁束変化の検出方向が被測定物1の移動方向と垂直な方向となるので、被測定物1が電磁力で移動方向に駆動される、従って、駆動力を得るため移動方向と同一方向の磁束が発生しその漏れ成分が存在しても、本願発明による速度測定精度への影響は小さくなる。
As described above, the speed measurement device according to the first embodiment of the present invention can secure a magnetic flux linear region in which a change per unit moving distance of the magnetic flux can be considered constant over a predetermined moving distance in a part of the moving range. Since the moving speed of the
Further, in the velocity measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention, the direction of detection of the magnetic flux change by the
なお、以上の説明では、移動範囲の2箇所に磁束線形領域を確保するようにしたが、1箇所のみに確保するものとしてもよいことは勿論である。この場合、装置の全体を更に簡便なものとできる可能性がある。
また、測定精度の若干の低下を許容できれば、以下のような構成でも、本願発明を適用することが出来る。即ち、例えば、オシロスコープを使用し、被測定物1が始端から終端に移動する過程のコイル5の電圧出力−時間特性を求める。そして、被測定物1が磁束線形領域を通過中であることの判断を、上記オシロスコープの出力である電圧−時間特性上の時間軸に検出時点(例えば、移動全時間に対する割合%で規定する)を設定することで行い、この検出時点におけるコイル5の出力から移動速度を演算する。
In the above description, the magnetic flux linear regions are secured at two places in the movement range, but it is needless to say that the magnetic flux linear areas may be secured only at one place. In this case, there is a possibility that the entire apparatus can be further simplified.
In addition, the present invention can be applied to the following configurations as long as a slight decrease in measurement accuracy can be allowed. That is, for example, using an oscilloscope, the voltage output-time characteristic of the
1 被測定物、2 第1の磁性材、3 第2の磁性材、3A,3B 脚、
4 永久磁石、5 コイル、6 発光ダイオード、7A,7B 受光ダイオード、
8 電圧出力回路、9 速度演算回路。
1 object to be measured, 2 first magnetic material, 3nd magnetic material, 3A, 3B legs,
4 permanent magnet, 5 coil, 6 light emitting diode, 7A, 7B light receiving diode,
8 Voltage output circuit, 9 Speed calculation circuit.
Claims (4)
上記被測定物に取り付けられた第1の磁性材、コ字状でその両脚が上記第1の磁性材と対向し上記移動方向に所定距離離反するよう配置された第2の磁性材、上記第1と第2の磁性材とで形成される磁路に起磁力を付加する起磁力材、および上記被測定物の移動に伴う上記磁路を流れる磁束の単位時間当たりの変化dφ/dtに基づく電圧を検出するコイルを備え、
上記被測定物の移動に伴う上記磁路を流れる磁束の単位移動距離当たりの変化dφ/dxが所定の移動距離に亘って一定の磁束/距離変化率値とみなせる磁束線形領域を上記被測定物の移動範囲内の一部に確保できるよう上記第1の磁性材と第2の磁性材との相対位置関係を設定しておき、
上記被測定物が上記磁束線形領域を移動中の上記コイルの電圧検出値と上記磁束/距離変化率値とから上記被測定物の移動速度を求めることを特徴とする速度測定装置。 Measuring the moving speed of the object to be measured moving in a predetermined moving direction in the moving direction,
A first magnetic material attached to the object to be measured; a U-shaped second magnetic material arranged so that both legs thereof face the first magnetic material and are separated by a predetermined distance in the moving direction; Based on a magnetomotive force material that adds a magnetomotive force to a magnetic path formed by the first and second magnetic materials, and a change dφ / dt per unit time of the magnetic flux that flows through the magnetic path as the object to be measured moves. With a coil to detect the voltage,
A magnetic flux linear region in which the change dφ / dx per unit moving distance of the magnetic flux flowing through the magnetic path accompanying the movement of the measured object can be regarded as a constant magnetic flux / distance change rate value over a predetermined moving distance. The relative positional relationship between the first magnetic material and the second magnetic material is set so that it can be secured in a part within the movement range of
A speed measuring apparatus for obtaining a moving speed of the object to be measured from a voltage detection value of the coil and the magnetic flux / distance change rate value when the object to be measured is moving in the magnetic flux linear region.
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JP2008188131A JP2010025784A (en) | 2008-07-22 | 2008-07-22 | Speed measuring apparatus |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN112394305A (en) * | 2020-10-23 | 2021-02-23 | 联钢精密科技(中国)有限公司 | Magnetic flux rate detection equipment |
-
2008
- 2008-07-22 JP JP2008188131A patent/JP2010025784A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
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CN112394305B (en) * | 2020-10-23 | 2022-12-20 | 联钢精密科技(中国)有限公司 | Magnetic flux rate detection equipment |
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