JPH1123316A - 磁気制動角度レゾルバ - Google Patents
磁気制動角度レゾルバInfo
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- JPH1123316A JPH1123316A JP15421497A JP15421497A JPH1123316A JP H1123316 A JPH1123316 A JP H1123316A JP 15421497 A JP15421497 A JP 15421497A JP 15421497 A JP15421497 A JP 15421497A JP H1123316 A JPH1123316 A JP H1123316A
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【課題】遠隔超音波検査走査機構の一部分として使われ
る動的応答及び精度を改善した低摩擦回転装置の方位レ
ゾルバを提供する。 【解決手段】低摩擦方位レゾルバを制動する手段として
レゾルバの軸に取り付けられた金属の振子4に作用する
小さな磁石14の配列を使う。磁界が振子の動きに作用
して、動きによる起電力及び関連した電流を誘起し、そ
れが動きに対抗する力を発生し、こうしてレゾルバの軸
に対する非接触式ダンパとして作用する。レゾルバの軸
が静止している時、「渦電流」は静磁界内で発生され
ず、制動力は存在しない。典型的には、振子は鉛又は銅
のような反磁性材料で作られ、こうして誘起される力が
動きだけから生じるように保証する。磁界は、レゾルバ
の動きの360°全体に亘って一様な制動を行うまとま
りの良いパッケージ内に納められた小さいが強力なサマ
リウム・コバルト磁石の配列によって発生される。
る動的応答及び精度を改善した低摩擦回転装置の方位レ
ゾルバを提供する。 【解決手段】低摩擦方位レゾルバを制動する手段として
レゾルバの軸に取り付けられた金属の振子4に作用する
小さな磁石14の配列を使う。磁界が振子の動きに作用
して、動きによる起電力及び関連した電流を誘起し、そ
れが動きに対抗する力を発生し、こうしてレゾルバの軸
に対する非接触式ダンパとして作用する。レゾルバの軸
が静止している時、「渦電流」は静磁界内で発生され
ず、制動力は存在しない。典型的には、振子は鉛又は銅
のような反磁性材料で作られ、こうして誘起される力が
動きだけから生じるように保証する。磁界は、レゾルバ
の動きの360°全体に亘って一様な制動を行うまとま
りの良いパッケージ内に納められた小さいが強力なサマ
リウム・コバルト磁石の配列によって発生される。
Description
【0001】
【発明の分野】この発明は全般的に低摩擦回転装置の動
的応答及び精度を改善することに関する。特にこの発明
は、遠隔超音波検査走査機構の一部分として使われる方
位レゾルバの動的応答及び精度を改善することに関す
る。
的応答及び精度を改善することに関する。特にこの発明
は、遠隔超音波検査走査機構の一部分として使われる方
位レゾルバの動的応答及び精度を改善することに関す
る。
【0002】
【発明の背景】方位レゾルバは、円形で円柱形の原子炉
部品の非破壊検査のための遠隔操作の超音波検査走査機
構の一部分として使われてきた。スキャナを検査を受け
るパイプ、ノズル、容器又はその他の構造の周りに動か
すと、レゾルバの軸に取り付けられた振子状の質量が、
その質量の中心で重力の作用を受けて、レゾルバ機構を
回転させ、移動した方位距離に比例する電気信号を発生
する。読出しの精度及び感度を達成する為に、軸は非常
に摩擦の小さい軸受にのっかっているが、これは運動の
制動不足の原因になる。制動不足は、レゾルバ機構及び
関連する位置信号のオーバシュート及び振動の原因にな
り、これは非常に望ましくない誤差源である。別の制動
手段が必要であるが、これはレゾルバの回転素子に接触
せず、「粘性」でもあることが好ましい。この明細書で
云う「粘性」という言葉は、制動効果が全般的に角速度
に比例することを意味する。
部品の非破壊検査のための遠隔操作の超音波検査走査機
構の一部分として使われてきた。スキャナを検査を受け
るパイプ、ノズル、容器又はその他の構造の周りに動か
すと、レゾルバの軸に取り付けられた振子状の質量が、
その質量の中心で重力の作用を受けて、レゾルバ機構を
回転させ、移動した方位距離に比例する電気信号を発生
する。読出しの精度及び感度を達成する為に、軸は非常
に摩擦の小さい軸受にのっかっているが、これは運動の
制動不足の原因になる。制動不足は、レゾルバ機構及び
関連する位置信号のオーバシュート及び振動の原因にな
り、これは非常に望ましくない誤差源である。別の制動
手段が必要であるが、これはレゾルバの回転素子に接触
せず、「粘性」でもあることが好ましい。この明細書で
云う「粘性」という言葉は、制動効果が全般的に角速度
に比例することを意味する。
【0003】圧力容器、パイプ、ノズル及びその他の溶
接された部品の溶着部の超音波検査では、計算機式の運
動制御装置が計算機式のデータ収集装置と共に作用す
る。超音波データを首尾よく収集し、走査装置を正しく
動作させるためには、正確な位置情報がきめ手である。
方位情報を得るために使われた角度レゾルバでは、振子
−重量に基づく基準を与えるのに必要である−がスキャ
ナの動きの後振動する傾向がある事により、主に問題が
起こる。こういう装置に伴う関連した問題は、ノズル及
びパイプの周りの小さな増分的な動きに対する感度がな
いことである。こういう両面の問題により、重大なデー
タ誤差、不規則な割出し及び時たまの計算機の故障が起
こる。多くの場合、運動計算機は、レゾルバ・データに
問題があるということを検出する手段を全く持っていな
いが、これは試験データの信憑性の点で重大な問題であ
る。スキャナの割出し中に振動が大きすぎるか或いは長
く続きすぎると、精密な制御がきめ手になる場合には、
位置情報が使いものにならなくなるので、振子の振動は
システムの性能にとって大きな欠点であった。
接された部品の溶着部の超音波検査では、計算機式の運
動制御装置が計算機式のデータ収集装置と共に作用す
る。超音波データを首尾よく収集し、走査装置を正しく
動作させるためには、正確な位置情報がきめ手である。
方位情報を得るために使われた角度レゾルバでは、振子
−重量に基づく基準を与えるのに必要である−がスキャ
ナの動きの後振動する傾向がある事により、主に問題が
起こる。こういう装置に伴う関連した問題は、ノズル及
びパイプの周りの小さな増分的な動きに対する感度がな
いことである。こういう両面の問題により、重大なデー
タ誤差、不規則な割出し及び時たまの計算機の故障が起
こる。多くの場合、運動計算機は、レゾルバ・データに
問題があるということを検出する手段を全く持っていな
いが、これは試験データの信憑性の点で重大な問題であ
る。スキャナの割出し中に振動が大きすぎるか或いは長
く続きすぎると、精密な制御がきめ手になる場合には、
位置情報が使いものにならなくなるので、振子の振動は
システムの性能にとって大きな欠点であった。
【0004】こういう問題を解決しようとする従来の方
式は、振動の影響を軽減しようとするソフトウェアや、
摩擦ダンパ、並びに閉ループ式の動きの制御のために測
距ホイールに頼る振子動きフィードバック制御装置の種
々の試みがあった。振子の質量、形並びに形式の機械的
な設計には種々のものがあったが、いずれも限界的な改
善にしかならなかった。流体制動も試みられたが、小形
のレゾルバで利用し得るよりも更に大きなスペースを必
要とした。流体の質量を増加する試みは、角感度の低下
の為に失敗した。ある電子式制動装置は非常に小型で感
度がよいが、360°全体の方位測定能力が要求される
場合が多いのに、そういう能力が得られない。この従来
技術から、こういう問題の基本的な原因、即ち、振子の
制動不足の角運動を取り上げるには、振子の速度に比例
する非接触式の負帰還方法が必要である事が明らかにな
った。
式は、振動の影響を軽減しようとするソフトウェアや、
摩擦ダンパ、並びに閉ループ式の動きの制御のために測
距ホイールに頼る振子動きフィードバック制御装置の種
々の試みがあった。振子の質量、形並びに形式の機械的
な設計には種々のものがあったが、いずれも限界的な改
善にしかならなかった。流体制動も試みられたが、小形
のレゾルバで利用し得るよりも更に大きなスペースを必
要とした。流体の質量を増加する試みは、角感度の低下
の為に失敗した。ある電子式制動装置は非常に小型で感
度がよいが、360°全体の方位測定能力が要求される
場合が多いのに、そういう能力が得られない。この従来
技術から、こういう問題の基本的な原因、即ち、振子の
制動不足の角運動を取り上げるには、振子の速度に比例
する非接触式の負帰還方法が必要である事が明らかにな
った。
【0005】
【発明の要約】この発明は、レゾルバの軸に取り付けら
れた金属の振子に作用する小さな磁石の配列を使う事に
より、低摩擦方位レゾルバを制動する手段を提供する。
磁界が振子の動きに作用して、動きによる起電力及び関
連する電流を誘起し、これが動きに対抗する力を発生
し、こうしてレゾルバの軸に対して非接触式のダンパと
して作用する。レゾルバの軸が静止している時、「渦電
流」は静磁界内で発生されず、制動力は存在しない。軸
が動くと、取り付けられた振子が磁束線を切り、軸の角
速度に比例する抗力を発生する。振子は鉛又は銅(この
明細書で云う「銅」は銅合金又は銅金属を含む)のよう
な反磁性材料で作って、誘起される力が動きだけから生
じる用に保証することが好ましい。レゾルバの動きの3
60°全体に亘って一様な制動を行わせるこじんまりし
たパッケージに入っている小型であるが強力なサマリウ
ム・コバルト磁石の配列によって、磁界が発生される。
この装置は、標準的なレゾルバの変形として設計され、
構成されていて、従来は隙間がきついことが制約であっ
た用途にも使える。
れた金属の振子に作用する小さな磁石の配列を使う事に
より、低摩擦方位レゾルバを制動する手段を提供する。
磁界が振子の動きに作用して、動きによる起電力及び関
連する電流を誘起し、これが動きに対抗する力を発生
し、こうしてレゾルバの軸に対して非接触式のダンパと
して作用する。レゾルバの軸が静止している時、「渦電
流」は静磁界内で発生されず、制動力は存在しない。軸
が動くと、取り付けられた振子が磁束線を切り、軸の角
速度に比例する抗力を発生する。振子は鉛又は銅(この
明細書で云う「銅」は銅合金又は銅金属を含む)のよう
な反磁性材料で作って、誘起される力が動きだけから生
じる用に保証することが好ましい。レゾルバの動きの3
60°全体に亘って一様な制動を行わせるこじんまりし
たパッケージに入っている小型であるが強力なサマリウ
ム・コバルト磁石の配列によって、磁界が発生される。
この装置は、標準的なレゾルバの変形として設計され、
構成されていて、従来は隙間がきついことが制約であっ
た用途にも使える。
【0006】この発明の磁気制動角度レゾルバは、感度
を犠牲にする事なく、角度を読み出す時に好ましくない
振動を抑圧する手段になる。これは振子材料の磁性と幾
何学的な特性、磁界及び質量特性との相乗効果を利用し
て、制動応答を最適にする。この発明の別の一面は、磁
性材料及び非磁性材料を組み合わせて用いて、磁界強度
並びに形を強め、制動が有利に強められるようにする事
である。この発明の磁気制動角度レゾルバは、従来普通
であったかさばる、信頼性のない、そして効果のうすい
制動装置又はソフトウェアを必要とせずに、まとまりの
良い頑丈な信頼性のある設計を有する。この発明は、故
障モードがほとんど無く、360°の向きに亘って敏速
に正確に方位を読み出す事の出来る本質的に信頼性のあ
る装置である。
を犠牲にする事なく、角度を読み出す時に好ましくない
振動を抑圧する手段になる。これは振子材料の磁性と幾
何学的な特性、磁界及び質量特性との相乗効果を利用し
て、制動応答を最適にする。この発明の別の一面は、磁
性材料及び非磁性材料を組み合わせて用いて、磁界強度
並びに形を強め、制動が有利に強められるようにする事
である。この発明の磁気制動角度レゾルバは、従来普通
であったかさばる、信頼性のない、そして効果のうすい
制動装置又はソフトウェアを必要とせずに、まとまりの
良い頑丈な信頼性のある設計を有する。この発明は、故
障モードがほとんど無く、360°の向きに亘って敏速
に正確に方位を読み出す事の出来る本質的に信頼性のあ
る装置である。
【0007】この発明の磁気制動角度レゾルバは、構造
部材並びに複雑な形を持つ部品の非破壊検査に用途を持
っている。その寸法が小さく、感度及び信頼性が高い
為、この装置は、向きが問題になる遠隔操作の乗り物の
用途、並びに小さな角変位に対する感度が高い精度で直
ちに要求されるあらゆる用途に適している。向きの読出
しは、停電及び電力の回復の影響を受けない。即ち、装
置に電力が回復した時、向きが直ちに分かる。雑音に対
する免疫性を持つ為、この装置は遠隔の溶接作業の用
途、並びに広い範囲の種々のこの他の遠隔制御の装置に
用いる事が出来る。
部材並びに複雑な形を持つ部品の非破壊検査に用途を持
っている。その寸法が小さく、感度及び信頼性が高い
為、この装置は、向きが問題になる遠隔操作の乗り物の
用途、並びに小さな角変位に対する感度が高い精度で直
ちに要求されるあらゆる用途に適している。向きの読出
しは、停電及び電力の回復の影響を受けない。即ち、装
置に電力が回復した時、向きが直ちに分かる。雑音に対
する免疫性を持つ為、この装置は遠隔の溶接作業の用
途、並びに広い範囲の種々のこの他の遠隔制御の装置に
用いる事が出来る。
【0008】
【好ましい実施例の詳しい説明】磁気制動の基本的な原
理は従来公知であるが、かさばる大型の磁石並びに密度
の高い磁気材料で作った重い振子を必要とするのが普通
である。こういう方式は、小型レゾルバなどには実用的
でない。方位感度には、摩擦が非常に小さい軸受並びに
軸に対する末端荷重が小さい小型の振子が必要である。
即ち、始動トルクが小さくなり、レゾルバは小さな角度
変化に対して非常に敏感になる。しかし、外部ダンパが
無いと、振動が著しくなり、長く続くことが起こった。
理は従来公知であるが、かさばる大型の磁石並びに密度
の高い磁気材料で作った重い振子を必要とするのが普通
である。こういう方式は、小型レゾルバなどには実用的
でない。方位感度には、摩擦が非常に小さい軸受並びに
軸に対する末端荷重が小さい小型の振子が必要である。
即ち、始動トルクが小さくなり、レゾルバは小さな角度
変化に対して非常に敏感になる。しかし、外部ダンパが
無いと、振動が著しくなり、長く続くことが起こった。
【0009】この発明では、適正な長さ及び形の静磁界
を使う事により、非接触式で「粘性」の外部ダンパを設
ける。動作の原理が更に良く理解されるように、利用す
る物理的な現象を簡単に説明する。導電材料が静磁界の
中で動くと、その面が磁束を切り、こうして材料の中に
起電力を誘起する(ファラデーの法則)。材料の導電性
の為に電流が流れ(オームの法則)、これによって電流
と加えられた磁束密度とのベクトル積に等しい力(ロー
レンツの力)が発生される。導電度が比較的高いと、誘
起された電流は動く材料の表面に局限される。いずれに
せよ、動く導体の容積本体に加わる力は次の通りであ
る。
を使う事により、非接触式で「粘性」の外部ダンパを設
ける。動作の原理が更に良く理解されるように、利用す
る物理的な現象を簡単に説明する。導電材料が静磁界の
中で動くと、その面が磁束を切り、こうして材料の中に
起電力を誘起する(ファラデーの法則)。材料の導電性
の為に電流が流れ(オームの法則)、これによって電流
と加えられた磁束密度とのベクトル積に等しい力(ロー
レンツの力)が発生される。導電度が比較的高いと、誘
起された電流は動く材料の表面に局限される。いずれに
せよ、動く導体の容積本体に加わる力は次の通りであ
る。
【0010】
【数3】
【0011】jは誘起された電流の密度、Bは磁束密
度、Fは材料の単位容積当たりの力である。式(1)の
ベクトル積は、F、j及びBが互いに直交している事を
示している。Fの向き又は方向もベクトル積によって定
められ、常に、jを発生する動きと反対である(レンツ
の法則)。今の場合、これは減速させる力である。ロー
レンツの力は、導電容積がB磁力線と交差する時の速度
に比例する可変の本体に加わる力である。この結果、回
転運動に対抗する積分されたトルクが生じる。これが制
動機構の理想的な性質であるが、制動機構の非直線性並
びにベクトルとしての性質の為に、角度レゾルバのよう
な非常に小型の回転する部材に使うには、装置をどのよ
うに構成するか又は設計するかは簡単ではない。
度、Fは材料の単位容積当たりの力である。式(1)の
ベクトル積は、F、j及びBが互いに直交している事を
示している。Fの向き又は方向もベクトル積によって定
められ、常に、jを発生する動きと反対である(レンツ
の法則)。今の場合、これは減速させる力である。ロー
レンツの力は、導電容積がB磁力線と交差する時の速度
に比例する可変の本体に加わる力である。この結果、回
転運動に対抗する積分されたトルクが生じる。これが制
動機構の理想的な性質であるが、制動機構の非直線性並
びにベクトルとしての性質の為に、角度レゾルバのよう
な非常に小型の回転する部材に使うには、装置をどのよ
うに構成するか又は設計するかは簡単ではない。
【0012】制動機構を例示する為、導電度σを持つ材
料の増分的な容積が、点で示した可変のB磁界に対し図
1に示す向きに配置されている。深さhを持つ陰影を施
した増分的な容積は、回転の中心(+)の周りの反時計
回りの角速度を有する。振子は円柱の扇形部分であり、
極半角がβである。傾斜高さはRであり、これは振子の
基部の半径である。
料の増分的な容積が、点で示した可変のB磁界に対し図
1に示す向きに配置されている。深さhを持つ陰影を施
した増分的な容積は、回転の中心(+)の周りの反時計
回りの角速度を有する。振子は円柱の扇形部分であり、
極半角がβである。傾斜高さはRであり、これは振子の
基部の半径である。
【0013】誘起された電流の密度は下に記したベクト
ル式によって表される。
ル式によって表される。
【0014】
【数4】
【0015】カラットは単位ベクトルを表す。誘起され
た電流は空間的に変化する半径方向及び軸方向の成分を
持ち、角速度が前後に振動する時、符号が振動する。容
積素子に対するトルクTは図1では時計回りであり、や
はり振動する。好ましい形式では、B磁界は方位の対称
性を有する。この場合、式(1)及び(2)が動きに対
抗する積分モーメントを決定し、これは次の式で表され
る。
た電流は空間的に変化する半径方向及び軸方向の成分を
持ち、角速度が前後に振動する時、符号が振動する。容
積素子に対するトルクTは図1では時計回りであり、や
はり振動する。好ましい形式では、B磁界は方位の対称
性を有する。この場合、式(1)及び(2)が動きに対
抗する積分モーメントを決定し、これは次の式で表され
る。
【0016】
【数5】
【0017】Tの符号は、回転軸線の周りの時計回りの
モーメントでは正、反時計回りのモーメントは負であ
る。B(r,z)は数学的な形で表すのが困難である
為、式(3)の積分は正確に決める事は出来ない。しか
し無次元の形式にすると、式(3)は次のようになる。
モーメントでは正、反時計回りのモーメントは負であ
る。B(r,z)は数学的な形で表すのが困難である
為、式(3)の積分は正確に決める事は出来ない。しか
し無次元の形式にすると、式(3)は次のようになる。
【0018】
【数6】
【0019】
【数7】
【0020】ここでx=r/R、y=z/h、及びB0 2
(x,z)=|B0 2|f(x,z)である。積分モー
メントは角速度に比例し、この比例係数は、角度、次
元、及び磁力源の強度B0 の複雑な関数である。式
(4)を等式に換算する数値係数は、一般的には、経験
的に決定しなければならない。振子の運動は、振子の質
量の中心に作用する重力並びに積分トルクを含めて、回
転軸線の周りのモーメントを加算する事によって記述す
ることが出来る。その時、慣性モーメントIに角加速度
を乗じたものをモーメントの和に等しいとおいて、角運
動を記述する。
(x,z)=|B0 2|f(x,z)である。積分モー
メントは角速度に比例し、この比例係数は、角度、次
元、及び磁力源の強度B0 の複雑な関数である。式
(4)を等式に換算する数値係数は、一般的には、経験
的に決定しなければならない。振子の運動は、振子の質
量の中心に作用する重力並びに積分トルクを含めて、回
転軸線の周りのモーメントを加算する事によって記述す
ることが出来る。その時、慣性モーメントIに角加速度
を乗じたものをモーメントの和に等しいとおいて、角運
動を記述する。
【0021】
【数8】
【0022】振子に平衡状態から突然の変位を与えた場
合、最終的には初期位置に対して変位角度θf のところ
で静止する。この場合式(5)は次のようになる。
合、最終的には初期位置に対して変位角度θf のところ
で静止する。この場合式(5)は次のようになる。
【0023】
【数9】
【0024】ここで
【0025】
【数10】
【0026】ここでCは式(4)によって与えられる比
例係数、Lは質量の中心から回転軸線までの半径方向の
距離、mは振子の質量である。慣性モーメントIは、軸
及びレゾルバの内部を含めた全ての回転部材を含む。ω
0 は、回転部材の制動しない時の固有振動数。ξは磁界
並びに機械的な摩擦(ξ0)による減衰比である。この
制動装置の物理的な図が図2の端面図に示されている。
B磁力線はこの図の平面に対して垂直な平面内にあり、
振子の下側部分を取り囲む破線で示した円で表す小さな
磁石の配列からくる。
例係数、Lは質量の中心から回転軸線までの半径方向の
距離、mは振子の質量である。慣性モーメントIは、軸
及びレゾルバの内部を含めた全ての回転部材を含む。ω
0 は、回転部材の制動しない時の固有振動数。ξは磁界
並びに機械的な摩擦(ξ0)による減衰比である。この
制動装置の物理的な図が図2の端面図に示されている。
B磁力線はこの図の平面に対して垂直な平面内にあり、
振子の下側部分を取り囲む破線で示した円で表す小さな
磁石の配列からくる。
【0027】式(6)は強制関数(第3項)にある正弦
項のために非線形である。しかし、π/4未満の角変位
では、運動方程式は sinθ≒θとおくことによって
近似することが出来、これによって解析解が得られる。
その結果は、ξ及びω0 の関数であって、制動不足、臨
界制動及び過制動の動きの形態を表す。典型的な場合
が、線形化をせずに数値解として計算されて図3に示さ
れている。この図は制動の形態をはっきりと示してい
る。ξ<1では、運動は制動された振動であり、小さな
ξで制動するためには多数のサイクルを必要とする。ξ
>1では、運動は振動性ではないが、ξが増加するにつ
れて、平衡状態に達するのは遅くなる。ξ≒1(破線)
では、運動が臨界制動であるが、ξ=0.8の時、最短
時間で平衡状態に達する。これがレゾルバの精度及び安
定性にとって最も望ましい運動の状態である。最適の性
能は、パラメータC、I及びω0 が次の式に示す関係に
なる時に起こる。
項のために非線形である。しかし、π/4未満の角変位
では、運動方程式は sinθ≒θとおくことによって
近似することが出来、これによって解析解が得られる。
その結果は、ξ及びω0 の関数であって、制動不足、臨
界制動及び過制動の動きの形態を表す。典型的な場合
が、線形化をせずに数値解として計算されて図3に示さ
れている。この図は制動の形態をはっきりと示してい
る。ξ<1では、運動は制動された振動であり、小さな
ξで制動するためには多数のサイクルを必要とする。ξ
>1では、運動は振動性ではないが、ξが増加するにつ
れて、平衡状態に達するのは遅くなる。ξ≒1(破線)
では、運動が臨界制動であるが、ξ=0.8の時、最短
時間で平衡状態に達する。これがレゾルバの精度及び安
定性にとって最も望ましい運動の状態である。最適の性
能は、パラメータC、I及びω0 が次の式に示す関係に
なる時に起こる。
【0028】
【数11】
【0029】従って、振子の質量、材料及び形と、磁界
の強度及び形を調節する事により、式(7)の条件を実
現する事によって、敏速な応答及び単調な動きを達成す
ることが出来る。この発明の好ましい実施例では、小型
で強力な永久磁石の配列と、その合成磁界の形及び強度
を調整する外部の手段とを追加する事により、振子が動
いている時だけ、磁気に起因する本体に加わる減速する
力が得られる。この力の分布による積分トルクは、上に
示した式(7)の助けを借りて、小さな反磁性の振子に
対する最適の制動に近づくように調節する事が出来、こ
うして角度の感度を保ちながら、振動を減らすか又は完
全になくする。減衰比は、回転する軸に固定されてい
て、磁石の配列の近くに配置された小さな導電性円版を
使って調整する事が出来る。同時に、高い信頼性を持
ち、非稼働時間並びに交換コストを最小限にして現場で
使う事の出来るまとまりの良い頑丈な設計を考える事が
出来る。
の強度及び形を調節する事により、式(7)の条件を実
現する事によって、敏速な応答及び単調な動きを達成す
ることが出来る。この発明の好ましい実施例では、小型
で強力な永久磁石の配列と、その合成磁界の形及び強度
を調整する外部の手段とを追加する事により、振子が動
いている時だけ、磁気に起因する本体に加わる減速する
力が得られる。この力の分布による積分トルクは、上に
示した式(7)の助けを借りて、小さな反磁性の振子に
対する最適の制動に近づくように調節する事が出来、こ
うして角度の感度を保ちながら、振動を減らすか又は完
全になくする。減衰比は、回転する軸に固定されてい
て、磁石の配列の近くに配置された小さな導電性円版を
使って調整する事が出来る。同時に、高い信頼性を持
ち、非稼働時間並びに交換コストを最小限にして現場で
使う事の出来るまとまりの良い頑丈な設計を考える事が
出来る。
【0030】図4A及び図4Bについて説明すると、ク
リフトン・プレシジョン・モデル11BHW−36TK
−F830の様なブラシなしのレゾルバが、低摩擦の回
転軸4を回転自在に支持する軸受手段(図に示していな
い)を持つハウジング2を有する。鉛又は銅で作られた
振子6が、止めねじ8aによってレゾルバの軸4に取り
付けられている。図5に示すように、振子6は、軸4を
受け入れるねじを切っていない円形で円筒形の孔6a
と、夫々の止めねじ8aを受け入れる1対のねじ孔6b
を有する。ねじ孔6bは同軸であって、孔6aの両側で
それと直角に交わる。
リフトン・プレシジョン・モデル11BHW−36TK
−F830の様なブラシなしのレゾルバが、低摩擦の回
転軸4を回転自在に支持する軸受手段(図に示していな
い)を持つハウジング2を有する。鉛又は銅で作られた
振子6が、止めねじ8aによってレゾルバの軸4に取り
付けられている。図5に示すように、振子6は、軸4を
受け入れるねじを切っていない円形で円筒形の孔6a
と、夫々の止めねじ8aを受け入れる1対のねじ孔6b
を有する。ねじ孔6bは同軸であって、孔6aの両側で
それと直角に交わる。
【0031】スペーサ12がハウジング1と振子6の間
に配置されている。典型的にはアルミニウム又はルサイ
ト(LUCITE)で作られた磁石ハウジング10が止
めねじ8bによってレゾルバ・ハウジング2に取り付け
られている。磁石ハウジング10は全体的に円形で円筒
形の部分と、全体的に円形で円筒形の部分の末端から半
径方向内向きに伸びる磁石支持リング部分を有する。磁
石ハウジング10の全体的に円形で円筒的な部分の内径
が、軸4の軸線と、振子6上にあって、軸の軸線から最
も遠い点との間の距離よりわずかに大きい。磁石ハウジ
ング10は、軸4と同軸であって、この為磁石ハウジン
グ10は振子6の周りで自由に回転する事が出来、振子
は重力の影響で略不動の状態に懸架されている。
に配置されている。典型的にはアルミニウム又はルサイ
ト(LUCITE)で作られた磁石ハウジング10が止
めねじ8bによってレゾルバ・ハウジング2に取り付け
られている。磁石ハウジング10は全体的に円形で円筒
形の部分と、全体的に円形で円筒形の部分の末端から半
径方向内向きに伸びる磁石支持リング部分を有する。磁
石ハウジング10の全体的に円形で円筒的な部分の内径
が、軸4の軸線と、振子6上にあって、軸の軸線から最
も遠い点との間の距離よりわずかに大きい。磁石ハウジ
ング10は、軸4と同軸であって、この為磁石ハウジン
グ10は振子6の周りで自由に回転する事が出来、振子
は重力の影響で略不動の状態に懸架されている。
【0032】この発明の好ましい実施例では、方位レゾ
ルバが、磁石ハウジング10の磁石支持リング部分にあ
る対応する孔にはまるサマリウム・コバルト磁石の配列
14によって発生された一様でない磁界を持っている。
図4Bに一番よく示されているが、各々の磁石14は予
定の半径を持つ円形の円板である。これらの磁石は円形
配列に配置する事が好ましい。即ち、各々の円形円板の
中心が、ピッチ円に沿ってあり、等間隔である。例え
ば、8個の磁石が45°の間隔で隔たっている。各々の
磁石の強度は典型的には2乃至3キロガウスである。
ルバが、磁石ハウジング10の磁石支持リング部分にあ
る対応する孔にはまるサマリウム・コバルト磁石の配列
14によって発生された一様でない磁界を持っている。
図4Bに一番よく示されているが、各々の磁石14は予
定の半径を持つ円形の円板である。これらの磁石は円形
配列に配置する事が好ましい。即ち、各々の円形円板の
中心が、ピッチ円に沿ってあり、等間隔である。例え
ば、8個の磁石が45°の間隔で隔たっている。各々の
磁石の強度は典型的には2乃至3キロガウスである。
【0033】磁石14によって発生された磁界の形及び
強度が、アルミニウム、銅又は銀めっきされたアルミニ
ウムの円板20(この明細書で云う「アルミニウム」と
いう言葉は、アルミニウム合金又はアルミニウム金属を
含む)及び軟鉄(例えば軟鋼)の環状円板22によって
調整される。円板20は軸4に押しばめにした一体のス
リーブを有する。円板20の直径に沿って、押しばめに
した円板を軸4から取り外す道具の2つのダボ・ピンを
挿入する為の2つの孔16が設けられている。環状円板
22は、例えば接着剤を使って端蓋18に形成された凹
部に固定される。端蓋は円形で円筒形の壁を持ち、その
内側にはねじ山が設けられていて、磁石ハウジング10
の末端にあるねじ孔を設けた外面とねじ結合する。
強度が、アルミニウム、銅又は銀めっきされたアルミニ
ウムの円板20(この明細書で云う「アルミニウム」と
いう言葉は、アルミニウム合金又はアルミニウム金属を
含む)及び軟鉄(例えば軟鋼)の環状円板22によって
調整される。円板20は軸4に押しばめにした一体のス
リーブを有する。円板20の直径に沿って、押しばめに
した円板を軸4から取り外す道具の2つのダボ・ピンを
挿入する為の2つの孔16が設けられている。環状円板
22は、例えば接着剤を使って端蓋18に形成された凹
部に固定される。端蓋は円形で円筒形の壁を持ち、その
内側にはねじ山が設けられていて、磁石ハウジング10
の末端にあるねじ孔を設けた外面とねじ結合する。
【0034】好ましい実施例では、円板20は銅で作ら
れ、振子は鉛で作られる。磁界が振子6及び導電性円板
20に作用して、不動の振子6に対して磁石ハウジング
10が角変位した後に、重力中心の移動によって生じる
振子の振動を制動する。スペーサ12,ハウジング2及
び端蓋18を用いた機械的な集成体は、磁石14を振子
6並びに導電性円板20にごく接近して、但し接触させ
ずに配置させるように設計されており、必要な場合、振
子及び導電性円板の自由な360°に亘る動きが出来る
ようにする。端蓋18内に保持された軟鋼の円板22は
「磁極片」として作用して、磁界を均質にすると共に導
電性円板20から若干そらす。これは、鉄に誘起された
磁界が存在する事により、B0 を増加する事により、制
動に有利である。端蓋を研磨したルサイト(LUCIT
E)で作ると、レゾルバが回転した時の角度の振れを直
接的に観察する為の可視部になる。
れ、振子は鉛で作られる。磁界が振子6及び導電性円板
20に作用して、不動の振子6に対して磁石ハウジング
10が角変位した後に、重力中心の移動によって生じる
振子の振動を制動する。スペーサ12,ハウジング2及
び端蓋18を用いた機械的な集成体は、磁石14を振子
6並びに導電性円板20にごく接近して、但し接触させ
ずに配置させるように設計されており、必要な場合、振
子及び導電性円板の自由な360°に亘る動きが出来る
ようにする。端蓋18内に保持された軟鋼の円板22は
「磁極片」として作用して、磁界を均質にすると共に導
電性円板20から若干そらす。これは、鉄に誘起された
磁界が存在する事により、B0 を増加する事により、制
動に有利である。端蓋を研磨したルサイト(LUCIT
E)で作ると、レゾルバが回転した時の角度の振れを直
接的に観察する為の可視部になる。
【0035】磁石ハウジング10はレゾルバの端に小さ
な斜面を持っていて、機構の厳密な許容公差の妨げにな
る恐れのあるごみ、塵、水、又はその他の異物の進入を
防止するシリコーン密封材の小さなビードを適用する事
が出来るようにしている。組み立てられた装置は、走査
機構(図に示していない)の中に取り付けて電気的に接
続した時、運動制御装置(図に示していない)に対して
精密な方位位置の読出しを行う。この運動制御装置が超
音波データ収集装置(図に示していない)と共に作用し
て、スキャナをノズル、パイプ、容器又は検査を受ける
その他の複雑な構造部材の周りに動かす。
な斜面を持っていて、機構の厳密な許容公差の妨げにな
る恐れのあるごみ、塵、水、又はその他の異物の進入を
防止するシリコーン密封材の小さなビードを適用する事
が出来るようにしている。組み立てられた装置は、走査
機構(図に示していない)の中に取り付けて電気的に接
続した時、運動制御装置(図に示していない)に対して
精密な方位位置の読出しを行う。この運動制御装置が超
音波データ収集装置(図に示していない)と共に作用し
て、スキャナをノズル、パイプ、容器又は検査を受ける
その他の複雑な構造部材の周りに動かす。
【0036】好ましい実施例を説明したが、これは例示
の為だけである。この実施例の種々の変更が、角度レゾ
ルバの分野の当業者には容易に明らかであろう。このよ
うな全ての変更は、特許請求の範囲に含まれる事を承知
されたい。特許請求の範囲に云う「振子集成体」という
言葉は、例えば、回転軸4、振子6及び円板20のよう
に、連動して回転する方位レゾルバの全ての素子を意味
する。
の為だけである。この実施例の種々の変更が、角度レゾ
ルバの分野の当業者には容易に明らかであろう。このよ
うな全ての変更は、特許請求の範囲に含まれる事を承知
されたい。特許請求の範囲に云う「振子集成体」という
言葉は、例えば、回転軸4、振子6及び円板20のよう
に、連動して回転する方位レゾルバの全ての素子を意味
する。
【図1】透磁性を持つ振子の理想的な磁気制動を示す略
図。
図。
【図2】角度レゾルバの軸上にある透磁性を持つ振子の
簡略端面図。
簡略端面図。
【図3】制動された振子の応答θ(t)/θf を時間の
関数として示すグラフで、制動された角度レゾルバの典
型的な運動の形態を示す。
関数として示すグラフで、制動された角度レゾルバの典
型的な運動の形態を示す。
【図4】図4A及びBはこの発明の好ましい実施例によ
る角度レゾルバのそれぞれ断面図及び端面図。
る角度レゾルバのそれぞれ断面図及び端面図。
【図5】図4Aに示した角度レゾルバに用いられる振子
の簡略正面図。
の簡略正面図。
4 回転軸 6 振子 10 磁石ハウジング 14 磁石 20、22 円板
【手続補正書】
【提出日】平成9年7月31日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図4
【補正方法】変更
【補正内容】
【図4】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームス・ハワード・ターヒューン アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サ ン・ホセ、フィドルタウン・プレイス、 5938番 (72)発明者 ロイ・クラーク・メイ アメリカ合衆国、ノース・カロライナ州、 ムーアーズビル、ウッドベリー・ドライ ブ、507番 (72)発明者 ジョージ・エー・ロマノ アメリカ合衆国、ノース・カロライナ州、 シャーロット、ピアーポイント・ドライ ブ、3200エー(番地なし) (72)発明者 バラサブラマニアン・エス・コウドリー アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サ ン・ホセ、エル・パセオ・ドライブ、6387 番
Claims (20)
- 【請求項1】レゾルバ・ハウジングと、該レゾルバ・ハ
ウジングに対して軸線の周りに回転するように前記レゾ
ルバ・ハウジングに回転自在に装着された軸と、導電材
料で作られていて、前記軸に固定されていてそれと一緒
に回転する導電性振子と、導電材料で作られていて、前
記軸線に対して略垂直な向きを持ち、前記軸に固定され
ていてそれと一緒に回転する導電性円板と、第1の磁石
と、該第1の磁石を前記導電性円板に接近して支持する
磁石支持構造とを有し、該磁石支持構造は前記レゾルバ
・ハウジングに接続され、前記第1の磁石は、前記軸及
び前記レゾルバ・ハウジングが相対的に回転する間、前
記導電性円板に渦電流を誘起して、該渦電流が前記相対
的な回転に対抗するトルクを発生するようにした磁気制
動角度レゾルバ。 - 【請求項2】前記磁石支持構造に接続された端蓋を有す
る請求項1記載の磁気制動角度レゾルバ。 - 【請求項3】更に、前記導電性円板をその間に置いて、
前記第1の磁石に対して隔てて前記端蓋によって支持さ
れた磁極片を有する請求項2記載の磁気制動角度レゾル
バ。 - 【請求項4】前記磁極片が鉄合金で作られている請求項
3記載の磁気制動角度レゾルバ。 - 【請求項5】前記第1の磁石がサマリウム・コバルト合
金で作られている請求項1記載の磁気制動角度レゾル
バ。 - 【請求項6】更に、前記磁石支持構造によって支持され
た第2の磁石を有する請求項1記載の磁気制動角度レゾ
ルバ。 - 【請求項7】前記第1及び第2の磁石が、前記軸の軸線
に対して垂直な平面内にある請求項6記載の磁気制動角
度レゾルバ。 - 【請求項8】前記導電性円板が銅合金で作られている請
求項1記載の磁気制動角度レゾルバ。 - 【請求項9】前記導電性円板がアルミニウム合金で作ら
れている請求項1記載の磁気制動角度レゾルバ。 - 【請求項10】前記導電性円板が銀めっきされている請
求項1記載の磁気制動角度レゾルバ。 - 【請求項11】レゾルバ・ハウジングと、前記レゾルバ
・ハウジングに対して軸線の周りに回転するように前記
レゾルバ・ハウジング内に回転自在に装着された軸と、
導電材料で作られていて、前記軸に固定されてそれと一
緒に回転する導電性振子と、導電材料で作られていて、
前記軸線に対して略垂直な向きを持ち、前記軸に固定さ
れてそれと一緒に回転する導電性円板と、複数個の磁石
と、該複数個の磁石を前記軸の回転軸線に対して垂直な
平面内で、前記導電性円板に接近して支持する磁石支持
構造とを有し、該磁石支持構造が前記レゾルバ・ハウジ
ングに接続され、前記複数個の磁石が、前記軸及び前記
レゾルバ・ハウジングの相対的な回転の間、前記導電性
円板及び導電性振子に渦電流を誘起して、該渦電流が前
記相対的な回転に対抗するトルクを発生するようにした
磁気制動角度レゾルバ。 - 【請求項12】前記磁石支持構造に接続された端蓋を有
する請求項11記載の磁気制動角度レゾルバ。 - 【請求項13】更に、前記導電性円板をその間に置い
て、前記複数個の磁石に対して隔てて前記端蓋によって
支持された磁極片を有する請求項12記載に磁気制動角
度レゾルバ。 - 【請求項14】前記複数個の磁石の各々が磁気材料の円
形の円板である請求項11記載の磁気制動角度レゾル
バ。 - 【請求項15】前記磁石支持構造が、前記複数個の磁石
を受け入れる複数個の孔を持つリングで構成される請求
項11記載の磁気制動角度レゾルバ。 - 【請求項16】前記振子が鉛で作られており、前記導電
性円板が銅合金で作られている請求項11記載の磁気制
動角度レゾルバ。 - 【請求項17】導電材料で作られた素子を含む振子集成
体、及び磁界を発生する少なくとも1つの磁石を持つ磁
気制動角度レゾルバを設計する方法に於て、Iを振子集
成体の慣性モーメント、Lを回転軸線から振子集成体の
質量の中心までの距離、mを振子集成体の質量、g0 を
重力加速度、σを導電材料の導電度、βを振子集成体の
極半角、hを振子の深さ、B0を磁力源の強度、Rを振
子集成体の傾斜高さ、x=r/R、y=z/h、そして
B0 2(x,z)=|B0 2|f(x,z)として、振子集
成体の質量、材料及び形と、磁界の強度及び形を下記の
式、 【数1】 を満たすように調節する工程を含む方法。 - 【請求項18】導電材料で作られた素子を含む振子集成
体、及び磁界を発生する少なくとも1つの磁石を持ち、
Iを振子集成体の慣性モーメント、Lを回転軸線から振
子集成体の質量の中心までの距離、mを振子集成体の質
量、g0 を重力加速度、σを導電材料の導電度、βを振
子集成体の極半角、hを振子の深さ、B 0を磁力源の強
度、Rを振子集成体の傾斜高さ、x=r/R、y=z/
h、そしてB0 2(x,z)=|B0 2|f(x,z)とし
て、振子集成体の質量、材料及び形と、磁界の強度及び
形を下記の式、 【数2】 を満たすようにした磁気制動角度レゾルバ。 - 【請求項19】前記導電材料が銅である請求項18記載
の磁気制動角度レゾルバ。 - 【請求項20】少なくとも1つの磁石がサマリウム・コ
バルト合金で作られている請求項18記載の磁気制動角
度レゾルバ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15421497A JPH1123316A (ja) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | 磁気制動角度レゾルバ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15421497A JPH1123316A (ja) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | 磁気制動角度レゾルバ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1123316A true JPH1123316A (ja) | 1999-01-29 |
Family
ID=15579344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15421497A Withdrawn JPH1123316A (ja) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | 磁気制動角度レゾルバ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1123316A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100890914B1 (ko) | 2007-06-29 | 2009-04-08 | 전자부품연구원 | 고해상도의 조향각 검출 장치 |
| JP2010210631A (ja) * | 2002-07-03 | 2010-09-24 | Fisher Controls Internatl Llc | 位置センサ |
-
1997
- 1997-06-12 JP JP15421497A patent/JPH1123316A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010210631A (ja) * | 2002-07-03 | 2010-09-24 | Fisher Controls Internatl Llc | 位置センサ |
| KR100890914B1 (ko) | 2007-06-29 | 2009-04-08 | 전자부품연구원 | 고해상도의 조향각 검출 장치 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040907 |