JPS6166103A - 電磁石のギヤツプ長検出方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は直流電磁石の可１ノ鉄心と固定鉄心とのギャ
ップの長さを検出するギャップ長検出方法に関する。

〔従来技術とその問題点〕

磁気浮上製麹のように直流電磁石を励磁］７てそのμｍ
一定心と可動鉄心の間の磁路のギャップ長を一定に維持
するために、このギャップ長を検出する必要がある。

舘９図は電磁石のギャップ長検出の従来例を示す回路図
であって、固定鉄心１と可動鉄心２と励磁コイル３とで
′＃１磁石が桝成されておシ、再結鉄心２にＷなる荷重
が加えられているときに両鉄心１ｔｊ３のキャップ長さ
を一定に維持するために、このに？ａ石とは別に設けら
れているギャップ長検出器４からフィードバックされる
ギヤツブ長実際値信＋＋Ｇとをギャップ長目標値信号Ｇ
”とがギヤラグ長制御装歓５に入力され、このギャップ
長制御装置５から出力される励磁電流目標値信号１１に
より増幅６６が励磁コイル３に励Ｖ＆電流工を流す。こ
の励磁寛流工は電流検出器７で検出され、励＊電３ｊｒ
。

夾除値信号工として増幅器６の入力側にフィードバック
されるようにしてギャップ長さを一定に保つという目的
を達成する。

ところでこの第９図の従来例に図示のギャップ長検出器
４は磁気的な動作によるセンサが一般的であるから、こ
のギャップ長検出器４が電磁石の磁界の影響を受けない
ように、これの配置に十分な配属が必振であり、またス
イッチングノイズをきらうことが多いので、励磁用の増
幅器６はリニヤアンプである必をがあシ、増幅器６か大
形でかつ大きな電力損失を伴うものとなるなど釉々の欠
点を有するが、さらにこのようなギャップ長検出器４は
一般に高価格という大きな欠点を有する。

〔発明の目的〕

この発明は、高価格で、かつ使用上に制約が多いギャッ
プ長検出器が不振となる電磁石のギャップ長検出方法を
提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

この発明は、電磁石のギャップ長さは励磁コイルのイン
ダクタンスに反比例することと、この励磁コイルのイン
ダクタンスは励磁電流の変化速度と当該励磁コイルに誘
起される起電力とから求められることに着目したもので
あって、′Φ：磁石の励磁コイルに供給する直流電力を
スイッチ手段でオン・オフさせておき、このとき励磁コ
イルに流れる励ｗ′ｔＭ流の変化速度と、励磁コイル誘
起起電力とからギャップ長さを演算しようとするもので
ある０ 〔発明の実施例〕 第１図は本発明の実施例を示す回路図でめる。

この第１図において、固定鉄心１と可動鉄心２と励磁コ
イル３とで電磁石が形成されており、この励磁コイル３
にａＶなる電圧の直流電源】１から半導体スイッチ１２
によｐ断続された直流電力が供給されるようになってい
る。すなわち電流制御回路１３からの信号によシ半導体
スイッチ１２がオン・オフ動作を繰返すのであって、こ
の半導体スイッチ１２がオンのとき、直流電源１１→励
砿コイル３→電派検出器１５→半導体スイッチ１２→直
ｔＡｔ、’ｒａ源１１なる経路で励磁電流■が流れなが
ら増加し、半導体スイッチ１２がオフになると励磁コイ
ル３→電流検出器１５→７リーホイールダイオード１４
→励磁コイル３の経路で励磁電流工が流れながら減少し
て行く０このとき固定鉄心１に巻回されているサーチコ
イル２１の出力電圧ね、励磁コイル３に誘起される起電
力Ｅに相当するものとなる。なお１１図におけるＶｃは
励磁コイル３の端子電圧であり、Ｗは荷重である。

励磁コイル３のインダクタンスり、励磁電流１１ｖ！ｉ
起起電力Ｅから次の（１）式が得られる。

また第１図に示す形状の電磁石の場合のギャップ長さを
Ｇ、ギャップ面積をＳとし、鉄心の透磁率をμ、励磁コ
イル３のコイル巻数をＮとするとき、この励磁コイル３
のインダクタンスＬＨ１＋２１式で示される。

（２）式におけるμ、Ｓ、Ｎはｔｉｏａ石にとっては定
数であるから、この（２）式を変形するとＧ　　　１／
Ｌ　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・（３）よってこの（３）式と（１）式から、 すなわち励磁電流の変化速度ｄＩ／ｄｔを誘起起電力Ｅ
で割算すれにギャップ長さＧが求められることかわかる
。し力・しこれら励＆電流変化速度ｄＩ／ｄｔと＃ｈ起
起電力Ｅとが常にある値を出力しつづけるためには第９
図の従来例に示すようなりニヤアンプではなく、第１図
の実施例に示すように励磁コイル３に与える電力を半導
体スイッチ１２などにより断続させなければならない。

第１図において、励磁コイル３に流れる励磁電流Ｉｆ−
を電流検出器１５で検出されるから、この検出電流を微
分演算器１６で微分すれは励磁電流変化速度ｄｉ／ｄｔ
が得られるので、割算器２２においてこの励磁電流変化
速度ｄＩ／ｄｔを前述のサーチコイル２１から得られる
励磁コイル３の誘起起電力Ｅで割算することによりギャ
ップ長さＧを求めることができる。

第２図は本発明の第２の実施例を示す回路図であるが、
誘起起電力Ｅを検出する部分以外のもの、すなわち固定
鉄心１、可動鉄心２）励磁コイル３、直流電源１１、半
導体スイッチ１２）電流制御回路１３、フリーホイール
ダイオード１４、電流検出器１５、微分演算器１６、割
鉢器２２の名称・用途・機能は第１図に示す実施例とＩ
ＷＩじであるから、これらの説明は省略する。

この第２図において３Ｒは励磁コイル３の内部抵抗で七
ノって、その抵抗値をＲとする。電流検出器１５に接続
される比例演算器２４の係数をＲとするならは、この比
例演算ム２４の出力は工・Ｒとなる。一方励硯コイル３
の端子電圧Ｖｃを電圧検出回路２３で柱出し、この端子
電圧ＶＣから前述の工・Ｒすなわち抵抗分電圧降下を差
引けばサーチコイル２１を用いずに励磁コイル３の誘起
起電力Ｅが得られるから、との誘起起電力Ｅと励磁電流
変化速度ｄＩ／ｄｔとからギャップ長さＧを求めること
ができる。

第３図は第１図またけ第２図に示す実施例における動作
波形図であって、第３図（イ）は半導体スイッチ１２０
オンとオフの状１ｉｋ、＃１図（ロ）は励磁コイル３の
端子電圧Ｖｃが１点鎖線で、励磁電流Ｉが実線で示され
、第３図（ハ）は励磁電流工の変化速度ｄ　■／ｄ　ｔ
が実線で、励磁コイル３の誘起起電力Ｅが１点鎖線で示
され、第３図に）は前述の（４）式から求められるキャ
ップ長さＧが示されている。

舘４図は本発明の第３の実施例を示す回路図であるが、
これは直流電源と、これを断続する回路を変形して励磁
コイル３に誘起される正と負の起電力Ｅか絶対値ではｔ
ヂ静しくなるようにするとともに、励磁コイル３の内部
抵抗値Ｒが小さな値になるようにした場合のものである
。仁のようにすると前述の（４）式Ｆｉ（５１式に１！
直すことができる。

さらに（５）式の右辺の分母ＩＥ中ｖｃｌがほぼ一定値
になるようにすればこのＩＥ中ｖｅ　ｌによる割算を省
略できるので次の（６）式を得る。

第４図に示す第３の実施例では上述の（６）式を実現さ
せるために直流電源１１を２等分してそれぞれがほぼ一
定な電圧Ｖ２を出力するようにして、励磁コイル３の内
部抵抗３Ｒの抵抗値がごく小さいようにすれば、この励
磁コイル３の端子電圧Ｖｃと誘起起電力Ｅとをｔ丘ぼ等
しくかつこの誘起起電力Ｅの正・負をほぼ静しくできる
。そこで電流検出器１５で得られる励磁電流Ｉを微分演
算器１６によｐ　ｄＩ／ｄｔとし、さらに全波整流回路
２６を介してその絶対値１ａ■／ｃｉｔｌを求めれげ、
これはギャップ長さＧに比例した値となる。なお固定鉄
心１、ｏ］１＋１麩心２）手心２スイッチ１２）′耐流
制御回路１３、フリーホイールダイオード１４は第１図
に舖己載のものと同じであるから、これらの高兄明は省
略する。

第５図は紀４図に示す第３の実施例の変形を示す回路図
であって、半導体スイッチ１２のオン・オフ信号に同期
して動作する同期整流回路２７によ＃）ＩｈｉＪ磁電流
変化速度ｄｉ／ｄｔの絶対値１　ｄ　Ｔ７ｄ　ｔ　ｌを
得るようにしているので、第４図のものにくらべてよシ
高梢度の整流回路にすることかできる０なおこの同期整
流回路２７以外の回路構成要素の符号・用途・名称・機
能はすべて第４図と同じであるから、これらの説明は省
略する。

給６図は本発明のｔｉＡ４の実施例を示す回路図である
。この第６図において固定鉄心１と可動鉄心２と励磁コ
イル３とで電磁石を形成し、直ｆＡｔ、電源１１からの
直流電力を電流制御回路１３からの信号に従って半導体
スイッチ１２によりオン・オフ−１０−・ させ、そのときの励磁電流Ｉを電流検出器１５で検出し
、微分演算器１６で微分演算１〜て電流変化速度ｄＩ／
ｄｔを得るのは前述の各実施例の場合と同じであるが、
直流電源１１の電圧は＃１は一定値Ｖを出力するものと
し、励磁コイル３の内部抵抗３Ｒの抵抗値はごく小さい
値であるものとする。なお１４はフリーホイールダイオ
ードである。このように楡成されている回路でサンプル
ホールド回路２９は半導体スイッチ１２のオン・オフ動
作（ｇ号に連動して微分演算器１６から出される励磁電
流変化速度ｄ■／ｄｔすなわちギャップ長さＧが筒精度
に検出しやすい部分のみを出力し、ギャップ長さＧが検
出しにくい区間はサンプルホールドするようにして、よ
シ簡単々ギャップ長検出回路にしている。

第ン図は第６図に示す第４０夾施例の動作波形図でおっ
て、第７図（イ）は半導体スイッチ１２のオン・オフの
状態、第７図（ロ）は励磁コイル３の端子′ｔｉｊ、圧
Ｖｃが１点鎖線で、励磁％Ｌ流Ｉが実線で示され、第７
図（ハ）はサンプルホールドして得られるギャップ長さ
Ｇが破線で、励磁〜、流変化速度ｄ　Ｉ／ｄ　ｔが集線
で示されている。

第８図は比１図に示す実施例の応用例を示す回路図であ
って、ギャップ長さを一定に保つ回路である。この第８
図において励磁コイル３に流れる励磁電流■の電流変化
速度ｄｉ／ｄｔをサーチコイル２１から得られる誘起起
電力Ｅで割クーして得られるギャップ長実際値信号Ｇと
、ギャップ長目標値信号Ｇ１がギャップ長制御装置３０
に入力され、このギャップ長制御装置３０から出力され
る励磁電流目標値信号Ｉ′と励磁電流目標値信号工とを
電流制御回路１３に入力し、この電流制御回路１３の出
力によシ半導体スイッチ１２０通流率を制御すれは、こ
の電磁石は荷重Ｗに対にて常にそのギャップ長目標値Ｇ
“を維持するように制御することができる。

〔発明の幼呆〕

この発明によれば、電磁石の励磁コイルに供給される直
流電力をスイッチ手段で断続するようにして、′ＷｅＬ
磁石自身の起電力と励磁電流などから電磁石のギャップ
長さを演算できるようにしているので、別途に局側なセ
ンサを設置（２てギャップ長さを検出する必要がなくな
ったので、装置の小形化と低コスト化に大きな効果が期
待できる。またセンサが不要であるためスイッチングノ
イズによる悪影響を心配する必要がなく、増幅器も小形
軽量にできるなどの利点も合わせて有する０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す回路図、第２図は本扼明
の第２の実施例を示す回路図であり、第３図は第１図ま
た＃′ｉ＠２図に示す実施例の動作波形図である。第４
図は本発明の第３の実施例を示す回路図であり、第５図
Ｖｉ第４図に示す第３実施例の変形を示す回路図である
０第６図は本発明のム）４の実施例を示す回路図であり
、第７図はｖ、６１に示す第４夾施例の動作波形図であ
る０第８図はＭ４１図に示す実施例の応用例を示す回路
図、第９図は′ｆＭ、ｉ石のギャップ長検出の従来例を
示す回路図である。 １・・・・・・固定鉄心、２・・・・・・可動鉄心、３
・・・・・・励磁コイル、３Ｒ・・・・・・励磁コイル
内部抵抗、４・・・・・・ギャップ長検出器、５・・・
・・・ギャップ長制御装置、６・・・・・・増幅器、７
・・・・・・電流検出器、１１・・・・・・直流電源、
１２・・・・・・半導体スイッチ、１３・・・・・・電
流制御回路、１４・・・・・・フリーホイールダイオー
ド、１５・・・・・・電流検出器、１６・・・・・・微
分演算器、２１・・・・・・サーチコイル、２２・・・
・・・割ｎ器、２３・・・・・・電圧検出回路、２４・
・・・・・比例演算器、２６・・・・・・全波整流回路
、２７・・・・・・同期整流回路、２９・・・・・・サ
ンプルホールド回路、３０・・・・・・ギャップ長制御
装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電磁石の励磁コイルに正と負の起電力を交互に誘起
   させるように該励磁コイルに直流電源からの直流電力を
   継続して印加するときに当該励磁コイルに流れる励磁電
   流の変化速度を求め、該励磁電流変化速度と前記誘起起
   電力から前記電磁石のギャップ長さを演算する電磁石の
   ギャップ長検出方法。 ２）特許請求の範囲第１項記載のギャップ長検出方法に
   おいて、抵抗値の小なる前記電磁石励磁コイルに正と負
   がほぼ等しい起電力を交互に誘起させるようにした定電
   圧直流電源からの直流電力を断続して印加するときに当
   該励磁コイルに流れる励磁電流の変化速度の絶対値から
   前記電磁石のギャップ長を求める電磁石のギャップ長検
   出方法。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項記載のギャップ
   長検出方法において、抵抗値の小なる前記電磁石励磁コ
   イルに正と負の起電力を交互に誘起させるように定電圧
   直流電源からの直流電力を断続して印加し、当該直流電
   力がオンまたはオフのいずれかのときに前記励磁コイル
   に流れる励磁電流の変化速度をサンプルホールドして前
   記電磁石のギャップ長を求める電磁石のギャップ長検出
   方法。