JP2020193094A - リフティングマグネット - Google Patents

Abstract

【課題】電磁石ことの吊り状態の判定が可能なリフティングマグネットを提供する。【解決手段】鋼材吊上げ用のリフティングマグネットであって、鋼材に磁着する内部磁極と、鋼材に磁着する外部磁極と、前記内部磁極に磁束を発生させる磁束発生機構と、前記外部磁極からの漏洩磁束を測定する磁束センサーとを有する電磁石を１または２以上備える、リフティングマグネット。【選択図】図７

Description

本発明は、鋼材吊上げ用のリフティングマグネットに関し、特に、外部磁極からの漏洩磁束を測定することにより吊り状態の判別を行うことができるリフティングマグネットに関する。

製鉄所等において鋼材を移動する際には、磁力により鋼材を吊上げるリフティングマグネットが広く用いられている。一般的なリフティングマグネットは複数の電磁石を備えており、クレーンのビーム等に取り付けて使用される。このようなリフティングマグネットを用いることにより、対象としての鋼材を吊上げて運搬することができる。

図１は、リフティングマグネットに用いられる一般的な電磁石１０の構造を示す模式図である。図１（ａ）は電磁石の中心を通る鉛直方向断面の構造を、図１（ｂ）は電磁石１０の水平方向断面における構造を、それぞれ示している。電磁石１０は、内部に磁束発生機構１１（コイル）を有しており、磁束発生機構１１の内側に内部磁極１２（鉄心）を備えている。磁束発生機構１１の外側には、磁場を通すための外部磁極１３（継鉄）が取り付けられている。磁束発生機構１１に通電した状態で内部磁極１２と外部磁極１３が鋼板と接触することで磁場回路が形成され、鋼板が吸着する。製鉄所等で使用するリフティングマグネットでは、十分な吊り上げ力を確保するために、磁束発生機構１１として、直径百〜数百ｍｍ程度の大きなコイルが使用されており、一般的に、内部磁極１１を通過する磁束密度が１Ｔ（＝１００００Ｇ）程度となるよう設計されている。

図２は、リフティングマグネット１００により鋼材Ｓを吊上げる際に、すべての電磁石１０で正常に磁着している状態を表す模式図である。リフティングマグネット１００は複数の電磁石１０を備えており、電磁石１０はクレーンビーム２０に取り付けられている。この図に示したように、鋼材が平坦である場合には、リフティングマグネット１００に備えられたすべての電磁石１０が、鋼材に対して正常に磁着することができる。

一方、図３は、一部の電磁石１０でのみ磁着している状態を表す模式図である。すなわち、この図に示したように鋼材に歪みやたわみがある場合、複数の電磁石１０のうちの一部のみが鋼材と磁着し、他の電磁石が鋼材と磁着していない状態となる。このような状態で鋼材を搬送すると、衝撃や揺れによって鋼材が落下する危険性がある。このような事故を防止するためには、リフティングマグネットによる鋼材の吸着状態をモニタリングする必要がある。

このような吸着状態のモニタリングは作業者が目視によって行うことが一般的であるが、さらなる安全性の向上や作業の自動化のためには、人手によらずに吸着状態をモニタリングできる方法が求められる。そこで、リフティングマグネットによる鋼材の吸着状態をモニタリングするための、様々な手法が提案されている。

例えば、特許文献１では、リフティングマグネットで吊上げた鋼材の重量を、ロードセルを用いて計測し、その結果に基づいて吊り状態を判別する方法が提案されている。

また、特許文献２では、鋼板の上面で反射させた光ビームを検出することにより鋼板の吊り高さを測定する方法が提案されている。

特許文献３では、リフティングマグネットの内部磁極に磁束検出手段を取り付けることが提案されている。

特許文献４では、電磁石の励磁コイルに供給される直流電流に交流電流を重畳させ、該交流電流の強度に基づいて吊り状態を判定する方法が提案されている。

特開１９９９−１３９７４９号公報 特開１９９５−０４３１５１号公報 特開２００５−０８２２７６号公報 特開２００８−１３７７７７号公報

しかし、特許文献１で提案されている方法では、リフティングマグネットを吊上げるためのシーブ（滑車）の軸に組み込んだロードセルで重量を計測するため、リフティングマグネット単位でしか鋼材の吊り状態を判別することができない。したがって、この方法では、リフティングマグネット中の一部の電磁石から鋼材が脱落しているような異常を検知することはできない。

また、特許文献３で提案されている方法では測定に光ビームを利用しているため、製鉄所のような悪環境では粉塵や油分を含むミストなどによる受光部の汚れにより測定精度が低下するという問題がある。

特許文献３で提案されている方法では、リフティングマグネットの内部磁極に磁束検知用の磁束センサーを装着し、鋼材への入力磁束量から吊り状態を判定しているため、磁束センサーを電磁石の下面近くに取り付ける必要がある。したがって、鋼材との衝突によってセンサーが破損する危険性がある。

特許文献４で提案されている方法では、励磁用の直流電流に交流電流を重畳させるための電源や、交流電流を検出するための検出器をリフティングマグネットに組み込む必要がある。そのため、リフティングマグネットの構造が複雑になることに加え、既存のリフティングマグネットに後付けする場合には制御系および励磁系の電気系統を含めたリフティングマグネット全体の改修が必要であり、長期間リフマグが使用できなくなるという問題があった。

本発明は、上記課題を解決した、電磁石ことの吊り状態の判定が可能なリフティングマグネットを提供することを目的とする。

本発明の要旨構成は次のとおりである。

１．鋼材吊上げ用のリフティングマグネットであって、
鋼材に磁着する内部磁極と、
鋼材に磁着する外部磁極と、
前記内部磁極に磁束を発生させる磁束発生機構と、
前記外部磁極からの漏洩磁束を測定する磁束センサーとを有する電磁石を１または２以上備える、リフティングマグネット。

２．前記磁束センサーが、前記外部磁極の表面から、該表面に対して垂直な方向に３００ｍｍ以内の位置に配置されている、上記１に記載のリフティングマグネット。

３．前記磁束センサーが、前記外部磁極の側面上に配置されている、上記１または２に記載のリフティングマグネット。

４．前記磁束センサーが、前記外部磁極の下端から０〜１００ｍｍの位置に配置されている、上記１〜３のいずれか一項に記載のリフティングマグネット。

５．前記磁束センサーが３軸式の磁束センサーである、上記１〜４のいずれか一項に記載のリフティングマグネット。

本発明のリフティングマグネットは、以下に挙げるような優れた効果を奏する。
（１）本発明のリフティングマグネットでは、電磁石に設けられた磁束センサーを利用するため、電磁石ごとに吊り状態の判定を行うことが出来る。
（２）磁束センサーを使用するため、光ビームを用いる方法に比べて粉じんや油分を含んだミスト等による汚れの影響が低い。そのため、悪環境下でも安定して吊り状態の判定を行うことが出来る。
（３）外部磁極からの漏洩磁束を測定するため、電磁石の下面（吸着面）から離れた位置でも測定が可能であり、磁束センサーの取り付け位置の自由度が高い。
（４）外部磁極からの漏洩磁束を測定するため、磁束センサーを磁石内部へ組み込む必要がなく、例えば、外部磁極の外側に取り付けることができる。そのため、既存のリフティングマグネットにも容易に磁束センサーを後付けすることができる。

リフティングマグネットに使用される一般的な電磁石の構造を示す模式図である。 すべての電磁石で正常に磁着している状態を表す模式図である。 一部の電磁石でのみ磁着している状態を表す模式図である。 電磁石に鋼材が吸着している状態における磁束線を示す模式図である。 電磁石に鋼材が吸着していない状態における磁束線を示す模式図である。 本発明の一実施形態における磁束センサーの好適な取り付け位置を示す模式図である。 本発明の一実施形態における磁束センサーの好適な取り付け位置を示す模式図である。 本発明の一実施形態における磁束センサーの好適な取り付け位置を示す模式図である。 実施例１で用いた電磁石の構造を示す模式図である。 実施例２で用いた電磁石の構造を示す模式図である。

次に、本発明を実施する方法について具体的に説明する。

本発明のリフティングマグネットは、鋼材吊上げ用のリフティングマグネットであって、内部磁極、外部磁極、磁束発生機構、および磁束センサーとを有する電磁石を１または２以上備える。

［鋼材］
本発明のリフティングマグネットは、鋼材吊上げ用のリフティングマグネットであり、特に限定されることなく任意の鋼材を吊り下げる対象とすることができる。前記鋼材としては、例えば、鋼板を挙げることができる。

［電磁石］
本発明のリフティングマグネットは、電磁石を備える。リフティングマグネットが備える電磁石の個数はとくに限定されることなく、１または２以上の任意の数とすることができる。前記電磁石としては、とくに限定されることなく任意のものを用いることができる。前記電磁石としては、通常、鋼材に磁着する内部磁極と、鋼材に磁着する外部磁極と、前記内部磁極に磁束を発生させる磁束発生機構とを備えたものを用いればよい。

リフティングマグネットが備える電磁石のうち、少なくとも１つは、内部磁極、外部磁極、および磁束発生機構に加えて、前記外部磁極からの漏洩磁束を測定する磁束センサーを備える必要がある。この磁束センサーを備える電磁石の個数はとくに限定されず、１または２以上であればよいが、２以上であることが好ましい。そして、リフティングマグネットに備えられたすべての電磁石が磁束センサーを備えた電磁石であることがより好ましい。

以下、電磁石の構造についてさらに具体的に説明する。なお、磁束センサー以外に関する説明は、磁束センサーを備えない電磁石と共通である。

電磁石としては、例えば、図１に示したような構造を有する電磁石を用いることができる。すなわち、電磁石１０は、内部に磁束発生機構１１（コイル）を有しており、磁束発生機構１１の内側に内部磁極１２（鉄心）を備えている。磁束発生機構１１の外側には、磁場を通すための外部磁極１３（継鉄）が取り付けられている。図１に示した例では、水平方向断面における形状が矩形である外部磁極１３を用いているが、外部磁極１３の構造はこれに限定されず任意の形状であってよい。例えば、水平方向断面における形状が円形であるような、有蓋円筒状の外部磁極を用いることもできる。同様に内部磁極１２の形状も、図１に示した例では円柱状であるが、角柱状などの任意の形状とすることができる。

内部磁極および外部磁極の材質は、とくに限定されることなく、磁極として使用できるものであれば任意のものを用いることができる。内部磁極および外部磁極の代表的な材質としては、鋼が挙げられる。前記鋼としては、例えば、一般的な電磁石と同様に、ＪＩＳ Ｇ ３１０１で規定される一般構造用圧延鋼材であるＳＳ４００などを用いることができる。

本発明のリフティングマグネットにおいては、少なくとも１つの電磁石が、外部磁極からの漏洩磁束を測定する磁束センサーを備えている。前記磁束センサーで外部磁極からの漏洩磁束を測定することにより、吊り状態の判別を行うことができる。なお、吊り状態が不良あった場合、すなわち、鋼材が吸着されていないと判断される電磁石が存在した場合には、例えば、吸着を中止して一旦鋼材を置いた後に、再度吸着するなどの対応をとることが可能である。

図４は、電磁石に鋼材が吸着している状態における磁束線を示す模式図である。鋼材が吸着している状態では、内部磁極１２からでた磁束が、透磁率が高い鋼材の内部を通過するため、図４に示したような磁場回路となる。

一方、図５は、電磁石に鋼材が吸着していない状態における磁束線を示す模式図である。この場合、内部磁極１２から出た磁束の曲率が小さくなるような磁場回路が形成される。そのため、吸着していない場合には、鋼材が吸着している場合に比べて外部磁極３から外部へ漏れる磁束（漏洩磁束）が多くなる。この漏洩磁束を磁束センサーで測定することにより、鋼材が吸着されているか否かを判定することができる。

前記磁束センサーの取り付け位置は特に限定されず、外部磁極からの漏洩磁束を測定することができる位置であれば任意の位置に取り付けることができる。しかし、外部磁極と磁束センサーの間の距離が過度に大きくなると磁束密度が低くなるため、より高感度の磁束センサーが必要となる。そのため、前記磁束センサーは、図６に示すように、外部磁極の表面から、該表面に対して垂直な方向に３００ｍｍ以内の位置に配置することが好ましい。例えば、磁束センサー１４を外部磁極１３の側方に配置する場合、外部磁極１３の側面に垂直な方向における、前記側面から磁束センサーまでの距離ｄ１を３００ｍｍ以内とすることが好ましい。また、磁束センサー１４を外部磁極１３の上方に配置する場合、外部磁極１３の上面に垂直な方向における、前記上面から磁束センサーまでの距離ｄ２を３００ｍｍ以内とすることが好ましい。

取り付けの用意さや測定感度などを考慮すると、図７に示すように、磁束センサー１４を外部磁極１３の側面上に配置することが好ましい。同様の理由から、図７に示すように、磁束センサー１４を外部磁極１３の下端、すなわち電磁石の吸着面から０〜１００ｍｍの位置に配置することが好ましい。言い換えると、電磁石の吸着面に垂直な方向における、該吸着面から磁束センサーまでの距離として定義される取り付け高さ（ｄ３）を０〜１００ｍｍとすることが好ましい。なお、鋼材との接触による破損を防止するという観点からは、前記磁束センサーが、前記外部磁極の下端から上方向に５ｍｍ以上離れた位置に配置されていることが好ましい。

磁束センサーとしては、とくに限定されることなく、外部磁極からの漏洩磁束を測定することができるものであれば任意のセンサーを用いることができる。磁束センサーの例としては、ホール素子が挙げられる。ホール素子では特定の方向へ通過する磁束の磁束密度を検出する。ホール素子を利用した磁束センサーとしては素子を１個搭載した単軸式の磁束センサーのみならず、３つのホール素子を搭載し、３軸方向の磁束密度を測定できる３軸式の磁束センサーなども用いることができる。

単軸式の磁束センサーを用いる場合、測定感度を向上させるという観点からは、磁束センサーが磁束を検知する方向（感磁方向）が、外部磁極からの漏洩磁束の方向となるように取り付けることが好ましい。例えば、図７に示したように外部磁極の側面に磁束センサーを設置する場合、感磁方向を外部磁極の側面に垂直な方向とすることが好ましい。もちろん、３軸式の磁束センサーを用いる場合には、磁束センサーを取り付ける向きは特に限定されない。

図８は、複数の電磁石を一列に並べて配置する場合における、磁束センサーの好適な取り付け位置を示す模式図である。図８（ａ）は側面から見た模式図、図８（ｂ）は電磁石の中心を通る鉛直方向断面の構造を示す模式図である。この例では、図１に示した構造の電磁石１０を６つ、一列に並べて配置している。磁束センサー１４は、各電磁石１０の外部磁極１３の側面上に取り付けられている。磁束センサー１４の位置は、外部磁極の幅方向中央である。

以下、本発明の作用・効果について、実施例を用いてさらに説明する。

（実施例１）
磁束センサーを備える電磁石を作製し、鋼材を吸着した状態と吸着していない状態とで前記磁束センサーの測定値を比較した。

使用した電磁石１０の構造を図９に示す。内部磁極１２として、ＳＳ４００からなる直径１５０ｍｍの鉄心を使用した。外部磁極１３としては、大きさ５００ｍｍ×５００ｍｍ、厚さ６０ｍｍのＳＳ４００からなる継鉄を使用した。磁束センサー１４は、図９（ｂ）に示すように、外部磁極１３の側面上、外部磁極１３の幅方向中央位置に設置した。その際、磁束センサー１４の取り付け高さ、すなわち、外部磁極１３の下端からの距離ａを、０〜１００ｍｍの範囲内で変化させて試験を行った。磁束センサー１４は、外部磁極１３の側面に垂直な方向における磁束を検知する向きに設置した。

上記電磁石１０の磁束発生機構１１（コイル）に通電した状態で、厚さ４．５ｍｍの鋼板１０枚を吸着している状態と、鋼板を吸着していない状態のそれぞれにおいて磁束センサー１４で磁束密度を測定した。測定結果を表１に示す。

表１に示したように、距離ａが０〜１００ｍｍの条件では、鋼材吸着の有無により、磁束密度に３０×１０^−４Ｔ〜５９０×１０^−４Ｔの差がみられた。この差を検知することにより、鋼材吸着の有無を判別することができる。

なお、上記実施例１の条件では、測定レンジが０〜０．１５Ｔ（＝１５００Ｇ）程度の磁束センサーを用いることが好ましい。

（実施例２）
磁束センサー１４の位置を図１０に示した位置に変更した点以外は実施例１と同様の条件で試験を実施した。すなわち、磁束センサー１４を、外部磁極１３の側面と同一平面上、かつ、外部磁極１３の上面よりも上方に設置した。外部磁極１３の上面から磁束センサー１４までの距離ｂを１１〜１４３ｍｍで変化させて試験を行った。結果を表２に示す。

表２に示したように、距離ｂが１１〜１４３ｍｍの条件では、鋼材吸着の有無により、磁束密度に０．２８×１０^−４Ｔ〜０．９７×１０^−４Ｔの差がみられた。この差を検知することにより、鋼材吸着の有無を判別することができる。

なお、上記実施例２の条件では、測定レンジが０〜１ｍＴ（＝１０Ｇ）程度の磁束センサーを用いることが好ましい。

以上の実施例では１つの電磁石を用いて試験を行ったが、複数の電磁石を備えるリフティングマグネットにおいても、例えば、図８に示したように各電磁石の側面に磁束センサーを取り付けることによって、電磁石ごとの鋼材吸着有無を判定することが出来る。また、上記実施例では特定の方向への磁束密度の大小に基づいて鋼材の吸着有無を判断したが、複数の方向における磁束密度を測定しておき、それらの差や比などに基づいて吸着有無の判断を行ってもよい。

Ｓ 鋼材
１０ 電磁石
１１ 磁束発生機構（コイル）
１２ 内部磁極（鉄心）
１３ 外部磁極（継鉄）
１４ 磁束センサー
２０ クレーンビーム
１００ リフティングマグネット

Claims (5)

1. 鋼材吊上げ用のリフティングマグネットであって、
   鋼材に磁着する内部磁極と、
   鋼材に磁着する外部磁極と、
   前記内部磁極に磁束を発生させる磁束発生機構と、
   前記外部磁極からの漏洩磁束を測定する磁束センサーとを有する電磁石を１または２以上備える、リフティングマグネット。
2. 前記磁束センサーが、前記外部磁極の表面から、該表面に対して垂直な方向に３００ｍｍ以内の位置に配置されている、請求項１に記載のリフティングマグネット。
3. 前記磁束センサーが、前記外部磁極の側面上に配置されている、請求項１または２に記載のリフティングマグネット。
4. 前記磁束センサーが、前記外部磁極の下端から０〜１００ｍｍの位置に配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のリフティングマグネット。
5. 前記磁束センサーが３軸式の磁束センサーである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のリフティングマグネット。