JP6031505B2 - 電磁力平衡式計量装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、製造ラインを流れる製品などの計量に用いる電磁力平衡式計量装置に関し、幅方向の厚みを薄くして設置面積の減少を図ったものである。

電磁力平衡式の秤は、図１８に示すように、支点で支えられたテコ１０と、テコ１０の一方で荷重を支える荷重受け部１１と、テコ１０の他方に取り付けられたコイル１２と、永久磁石の磁界をコイル１２に及ぼす磁気回路１３と、テコ１０の位置変位を検出するフォトセンサ１４及び位置検出部１５と、テコ１０の位置変位を補償する電流をコイル１２に供給するＰＩＤコントローラ１６とを備えており、テコの位置変位が補償されたときのコイルへの供給電流から、Ａ／Ｄコンバータ１７及びＣＰＵ１８により荷重の重量が算出され、インターフェース１９を介して重量データが外部に出力される。

下記特許文献１には、生産ラインに組み込まれて、ライン上を流れる製品や部品などを計量する組込み用の電磁力平衡式計量装置が開示されている。この組込み用計量装置１００は、図１９に示す外観を有し、筐体が、ステンレス製のカバー２０と、ステンレス製のベース２１とで構成され、カバー２０の上面から荷重受け部３０だけが露出している。この荷重受け部３０の上に計量皿（不図示）が載り、計量皿の上に被測定物（不図示）が置かれる。また、カバー２０の後端には、コネクタが取り付けられた裏蓋２２が固定されている。
この筐体内には、図１８に示す、テコ１０、コイル１２、磁気回路１３及びフォトセンサ１４が配置され、また、位置検出部１５、ＰＩＤコントローラ１６、Ａ／Ｄコンバータ１７及びＣＰＵ１８を含む電気部が収容されている。

この組込み用計量装置１００は、例えば、図２０に示すように、搬入コンベア１２０と搬出コンベア１２１との間に複数台が並べて設置される。搬入コンベア１２０で搬入された被測定物１３０は、その複数個がチャックハンドル（不図示）などで把持されて複数台の組込み用計量装置１００の計量皿に同時に載せられ、計量される。計量が終了した被測定物１３０は、チャックハンドルで把持されて搬出コンベア１２１に移され、搬出される。

特開２０１２−１３４６５号公報 米国特許第４，５４５，４４８号明細書

従来の電磁力平衡式計量装置では、磁界をコイルに及ぼすために、図１８に示すように、壷型ヨーク（スピーカ型ヨーク）を備える磁気回路が用いられている。
また、前記特許文献２には、図２１に示すように、テコ３６の延伸方向と直交する面に沿って永久磁石７４及びコイル５４が配置され、この永久磁石及びコイルを囲むようにヨーク７０、７２が配置された磁気回路が開示されている。

しかし、電磁力平衡式計量装置を生産ラインに組み込む場合には、壷型ヨークを備える磁気回路や、特許文献２に記載された磁気回路を使用すると、幅方向の厚さ（図１９の寸法Ｄ）が増大し、そのため、生産ラインに多数の計量装置を組み込んだり、生産ラインをコンパクトに構成したりすることが困難になる。

本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、幅方向の厚さが薄い電磁力平衡式計量装置を提供することを目的としている。

本発明は、支点の前後に延びるテコ部と、テコ部の支点より後側に取り付けられるコイルと、コイルに及ぼす磁界を生成する磁気回路と、を備え、テコ部の支点より前側の力点に作用する力がコイルに通電して補償される電磁力平衡式計量装置であって、コイルは、テコ部の延伸方向に平行な垂直面に沿って、テコ部の延伸方向に平行な上側及び下側の巻線部分が生じるように偏平に巻回された偏平コイルから成り、磁気回路は、偏平コイルの上側または下側の巻線部分に対向し、前記垂直面に直交する方向に磁化された一または複数の板状の永久磁石と、前記垂直面に直交する向きの磁束が生成されるように永久磁石の磁力線を導くヨーク部材と、を備えることを特徴とする。
この電磁力平衡式計量装置は、偏平コイルをテコ部の延伸方向に沿って垂直に配置し、この偏平コイルと平行に磁気回路を配置しているため、計量装置の幅方向の厚さを薄くすることができる。

また、本発明では、偏平コイルの一方の側に、上側の巻線部分及び下側の巻線部分の各々に対向する二つの永久磁石を設け、二つの永久磁石の磁化の方向を逆向きにしている。
この電磁力平衡式計量装置では、コイルに通電したとき、偏平コイルの上下の巻線部分の位置で同一向きの垂直方向の力が発生するため、力点に作用する力を、小さい形状の偏平コイルで補償することができる。

また、本発明では、偏平コイルの他方の側に、二つの永久磁石の各々と向かい合う二つの板状のヨーク部材を設けることが望ましい。
このように板状ヨークを同じ側に配置する構造では、板状ヨークの厚さを薄くして磁気回路全体の幅を狭くできるため、装置の薄形化を図る上で有利である。

また、本発明では、板状のヨーク部材が、偏平コイルを介して向かい合う永久磁石と同一面積を有することが望ましい。
こうすることで、偏平コイルに垂直に作用する磁束量を増加させることができ、また、偏平コイル位置での磁束密度分布の対称性を確保することができる。

また、本発明の電磁力平衡式計量装置は、磁気回路が、偏平コイルの一方の側で上側の巻線部分に対向する上側永久磁石と、偏平コイルの他方の側で下側の巻線部分に対向する下側永久磁石と、上側の巻線部分を介して上側永久磁石に向き合う板状の上側ヨーク部材と、下側の巻線部分を介して下側永久磁石に向き合う板状の下側ヨーク部材と、を有し、上側永久磁石の磁化の方向が下側永久磁石の磁化の方向と逆向きであり、上側ヨーク部材の上辺及び下辺に上側永久磁石との間隔を狭める突条が設けられ、下側ヨーク部材の上辺及び下辺に下側永久磁石との間隔を狭める突条が設けられていることを特徴とする。
この電磁力平衡式計量装置は、偏平コイルに電流を流したときに発生する電磁力の強さが、偏平コイルの位置を変えても殆ど変化しない。そのため、系のバランス点が何らかの原因でずれたときでも、スパンの変化が回避でき、また、機構部分の組み立て精度が緩和される。

また、本発明の電磁力平衡式計量装置では、磁気回路の外側を電磁鋼板で覆うことが望ましい。
電磁鋼板は、磁気回路のヨークから漏れた磁束を吸収して外に漏らさないため、ヨークの厚さを薄くして、計量装置の一層の薄形化を図ることができる。

また、本発明の電磁力平衡式計量装置は、生産ラインに組み込んで使用する組込み用計量装置に適している。
計量装置の幅方向の厚さが薄いため、生産ライン間の狭い面積に多数の計量装置を並べて配置することができ、生産ラインのコンパクト化が可能になる。

本発明の電磁力平衡式計量装置は、幅方向の厚みを薄くできる。そのため、複数台を並べて設置する場合でも、占有面積が少なくて済む。
また、偏平コイルの上側巻線部分に対向する永久磁石と、下側巻線部分に対向する永久磁石とが、偏平コイルの異なる側に在り、それらの永久磁石と対を成すヨーク部材の上辺及び下辺に突条が設けられている電磁力平衡式計量装置は、偏平コイルに通電したときの発生電磁力の強さが偏平コイルの位置に殆ど依存しないため、系のバランス点が何らかの原因でずれたときでも、スパンの変化が回避でき、また、機構部分の組み立て精度が緩和される。

本発明の第１の実施形態に係る電磁力平衡式計量装置の断面図 図１の電磁力平衡式計量装置の平面図 図１のＡ−Ａ位置における磁気回路部分の断面図 図１のＢ−Ｂ位置における磁気回路部分の断面図 図４の磁気回路の磁束を示す図 永久磁石間距離（Ａ）及び永久磁石と周辺ヨークとの間の距離（Ｂ）に伴う漏洩磁束密度及び電磁力の変化を示す図 図６における距離Ａ及びＢを説明する図 磁気回路部分の変形例を示す図（永久磁石の位置を変更した例（ａ）と、永久磁石同士を対向させた例（ｂ）） 電磁鋼板で覆った磁気回路を示す図 本発明の第２の実施形態に係る電磁力平衡式計量装置の磁気回路を示す図 図１０の磁気回路の磁束密度分布を示す図 図１１の磁束密度分布の解析位置を示す図 図１０の磁気回路でコイルがｙ方向に変位したときの電磁力変化を示す図 図１０の磁気回路でコイルがｘ方向に変位したときの電磁力変化を示す図 コイルのｙ方向の変位に伴う電磁力変化を突条間隔を変えて解析した図 コイルのｘ方向の変位に伴う電磁力変化を突条間隔を変えて解析した図 図１５及び図１６の測定条件を説明する図 従来の電磁力平衡式計量装置の構成を示す図 従来の組み込み用電磁力平衡式計量装置の外観を示す図 図１９の装置が生産ラインに組み込まれた状態を示す図 従来の電磁力平衡式計量装置の他の構成を示す図

（第１の実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る電磁力平衡式計量装置の断面図を示し、図２は、その平面図を示している。
この計量装置は、荷重受け部５１を支持し、被測定荷重に応じて下方に変位する可動部５２と、可動部５２に一端が連結された二本の平行するロバーバル機構５３と、可動部５２に一端が連結された連結部５４と、連結部５４の他端に連結されたテコ部５５と、テコ部５５の支点５６を保持し、且つ、ロバーバル機構５３の他端が連結された固定部５７とを有している。固定部５７は、後述する磁気回路を介して基板５０に固定されている。テコ部５５と連結部５４との連結点（５８）は、荷重に応じた力がテコ部５５に作用する力点５８となる。

この明細書では、テコ部５５の力点５８が存在する側をテコ部５５の前側と言い、反対側を後側と言うことにする。
支点５６で支持されたテコ部５５の後端は、力点５８に作用する力に応じて、垂直方向に移動することが可能である。ただ、実際には、テコ部５５の移動が後述する偏平コイル６０への通電で即時に補償されるため、テコ部５５は殆ど動かない。テコ部５５の後端には、垂直方向の位置を検出するためのスリット８０が設けられている。

テコ部５５のスリット８０よりも前側の位置には、電線をトラック（競争路）形状に巻回して構成された偏平コイル６０が取り付けられている。偏平コイル６０は、テコ部５５の延伸方向に平行な上側の巻線部分（上側平行巻線部分）６１と下側の巻線部分（下側平行巻線部分）６２とを有している。

テコ部５５は、偏平コイル６０を取り付けるための偏平コイル保持部５５１を備えている。偏平コイル保持部５５１は、テコ部５５から垂直下方に延びており、偏平コイル６０よりも僅かに大きな面積を有している。偏平コイル保持部５５１、及び、それと一体化されたテコ部５５の部分は、アルミ板や樹脂板などの非磁性体で構成されている。
この偏平コイル６０に及ぼす磁界を生成する磁気回路７０は、偏平コイル６０を取り囲むように基板５０に固定されている。

なお、磁気回路７０には、テコ部５５の動きを妨げないように、テコ部５５が挿通される挿通孔７１、７２が設けられている（図１）。磁気回路７０の後側の挿通孔７２からはテコ部５５の後端が突出し、この後端に設けられたスリット８０を利用してテコ部５５の後端位置（垂直方向の位置）を検出するフォトインタラプタ８１が、磁気回路７０に固定されている。フォトインタラプタ８１は、対向する発光部及び受光部を有し、テコ部５５の後端が基準位置にあるとき、受光部がスリット８０を通して発光部の光を検出する。

図３は、図１のＡ−Ａ位置の切断面から見た磁気回路７０と、磁気回路７０に囲まれたテコ部５５及び偏平コイル６０を示している。
また、図４は、図１のＢ−Ｂ位置の切断面から見た磁気回路７０と、磁気回路７０に囲まれたテコ部５５及び偏平コイル６０を示している。

偏平コイル６０を囲む磁気回路７０は、テコ部５５の長手方向に沿って垂直に立つ第１の横側面ヨーク７３と、第１の横側面ヨーク７３と平行に垂直に立つ第２の横側面ヨーク７４と、支点５６側から見て手前側に立つ、挿通孔７１が形成された前側面ヨーク７５と、支点５６側から見て後ろ側に立つ、挿通孔７２が形成された後側面ヨーク７６と、第１の横側面ヨーク７３、前側面ヨーク７５、第２の横側面ヨーク７４及び後側面ヨーク７６によって四方が囲まれた空間の上側を塞ぐ上側ヨーク７７と、この空間の下側を塞ぐ下側ヨーク７８とを具備している。

また、図４に示すように、第１の横側面ヨーク７３の内面には、偏平コイル６０の上側平行巻線部分６１に対向する位置に板状の永久磁石（上側板状永久磁石）９１が固定され、偏平コイル６０の下側平行巻線部分６２に対向する位置に板状の永久磁石（下側板状永久磁石）９２が固定されている。上側板状永久磁石９１及び下側板状永久磁石９２は、共に厚さ方向に磁化されているが、磁化の方向は、上側板状永久磁石９１と下側板状永久磁石９２とで逆向きになっている。

また、第２の横側面ヨーク７４の内面には、偏平コイル６０の上側平行巻線部分６１を間に挟んで、上側板状永久磁石９１と対向する位置に、上側板状永久磁石９１と同一面積で厚さが薄い上側板状ヨーク９３が固定され、偏平コイル６０の下側平行巻線部分６２を間に挟んで、下側板状永久磁石９２と対向する位置に、下側板状永久磁石９２と同一面積で厚さが薄い下側板状ヨーク９４が固定されている。

このように、同一面積の上側板状永久磁石９１及び上側板状ヨーク９３、並びに、下側板状永久磁石９２及び下側板状ヨーク９４を近接させて対向させると、それらの対向位置では、偏平コイル６０の面に垂直な方向にベクトルを揃えた磁束密度の高い磁束が、上側平行巻線部分６１及び下側平行巻線部分６２を通過する。
図５には、図４の磁気回路に流れる磁束を示している。

ただし、上側板状永久磁石９１と下側板状永久磁石９２との距離が近過ぎると、永久磁石間に渡る磁束が増加し、偏平コイル６０の面に垂直なベクトルの磁束密度が減少するため、偏平コイル６０に通電したときの電磁力が小さくなる。
また、上側板状永久磁石９１と上側板状ヨーク９３との対向位置から、その側方に位置する上側ヨーク７７までの距離が近いと、上側板状永久磁石９１から上側ヨーク７７に渡る磁束が発生し、上側板状永久磁石９１から上側板状ヨーク９３に向かう磁束（偏平コイル６０の面に垂直なベクトルの磁束）の磁束密度が減少する。そのため、偏平コイル６０に通電したときの電磁力が小さくなる。これは、下側板状永久磁石９２と下側板状ヨーク９４と下側ヨーク７８との関係においても同様である。

図６は、上側板状永久磁石９１と下側板状永久磁石９２との磁石間距離、及び、上側板状永久磁石９１と上側ヨーク７７との距離が電磁力に与える影響について解析した結果を示している。
ここでは、図７に示すように、磁気回路の中心（点線位置）から上側板状永久磁石９１の一端までの距離をＡ、上側板状永久磁石９１の他端から上側ヨーク７７までの距離をＢとして、側面からの漏れ磁束密度の最大値と偏平コイル６０に生じる電磁力とがＡ及びＢによりどのように変化するかを調べている。
図６のグラフにおいて、横軸はＡ及びＢの距離（ｍｍ）を表し、左側の縦軸は漏れ磁束密度の最大値（ｍＴ）を表し、右側の縦軸は偏平コイル６０に生じる電磁力（ｍＮ）を表している。また、Ａを変えたときの漏れ磁束密度の最大値の変化を実線１で表し、Ｂを変えたときの漏れ磁束密度の最大値の変化を実線２で表し、Ａを変えたときの電磁力の変化を点線３で表し、また、Ｂを変えたときの電磁力の変化を点線４で表している。

図６から分かるように、磁石間距離が狭い（Ａが小さい）と、上側板状永久磁石９１から下側板状永久磁石９２に渡る磁束量が増加するため、偏平コイル６０に作用する磁束密度が減少し、偏平コイル６０に生じる電磁力が小さくなる。Ａを拡げることで上側板状永久磁石９１から上側板状ヨーク９３に渡る磁束量が増加し、偏平コイル６０に生じる電磁力が改善される。同時に、側面からの漏れ磁束密度の最大値も若干増加する。
また、上側板状永久磁石９１から上側ヨーク７７までの距離（Ｂ）が狭いと、上側板状永久磁石９１から上側ヨーク７７に渡る磁束量が増加し、側面からの漏れ磁束密度の最大値が増加する。そのため、偏平コイル６０に作用する磁束密度が減少し、偏平コイル６０に生じる電磁力が小さくなる。そのため、Ｂの距離は、ある程度拡げる必要がある。

こうした解析結果を踏まえて、この電磁力平衡式計量装置では、上側板状永久磁石９１と上側ヨーク７７との距離、及び、下側板状永久磁石９２と下側ヨーク７８との距離を、板状永久磁石９１、９２の寸法の１／３に設定し、上側板状永久磁石９１と下側板状永久磁石９２との磁石間距離を、板状永久磁石９１、９２の寸法の２／５に設定している。

この電磁力平衡式計量装置では、テコ部５５の垂直方法の動きを補償する電流が偏平コイル６０に流れたときに、偏平コイル６０の上側平行巻線部分６１及び下側平行巻線部分６２に、同じ向きの垂直方向の力が発生し、これらの合力でテコ部５５は、基準位置に引き戻される。

このように、この電磁力平衡式計量装置では、偏平コイル６０がテコ部５５の延伸方向に沿って垂直に配置され、また、偏平コイル６０を挟む板状永久磁石９１、９２及び板状ヨーク９３、９４、並びに、それらが固定された左右の側面ヨーク７３、７４が、いずれも偏平コイル６０と平行に配置されているため、幅方向の寸法（図２の寸法Ｄ）を極めて小さくできる。
そのため、生産ラインに複数の電磁力平衡式計量装置を並べて配置しても、占有面積が小さくて済み、生産ラインのコンパクト化が可能になる。

また、偏平コイル６０の平行巻線部分６１、６２を間に挟み、同一面積の板状永久磁石９１、９２と板状ヨーク９３、９４とを近接位置で対向させているため、平行巻線部分６１、６２の位置には、偏平コイル６０の面に垂直な向きの磁束が均質に存在する、磁束密度分布が密（磁束量が多い）な磁界が発生する。この磁界により偏平コイル６０の動きの対称性が確保され、高精度の計量が可能になる。

また、偏平コイル６０の上側平行巻線部分６１及び下側平行巻線部分６２のそれぞれに対向させて上側板状永久磁石９１と下側板状永久磁石９２とを配置し、上側板状永久磁石９１及び下側板状永久磁石９２の磁化方向を逆向きにしているため、偏平コイル６０に通電したとき、上側平行巻線部分６１及び下側平行巻線部分６２に、同じ向きの垂直方向の力が発生する。そのため、小型の偏平コイル６０を使用しても、テコ部５５の動きを補償する力が確保できる。

なお、テコ部５５の動きを補償する大きな力が必要なときは、偏平コイル６０の上側平行巻線部分６１及び下側平行巻線部分６２の長さを拡張し、それに合わせて、上側板状永久磁石９１及び下側板状永久磁石９２の長さを拡張したり、上側板状永久磁石９１及び下側板状永久磁石９２の複数個を上側平行巻線部分６１及び下側平行巻線部分６２に対向させて配置したりすることで対応できる。

また、図８（ａ）に示すように、第１の横側面ヨーク７３の内面に上側板状永久磁石９１と下側板状ヨーク９４とを固定し、第２の横側面ヨーク７４の内面に上側板状ヨーク９３と下側板状永久磁石９２とを固定しても良い。
また、図８（ｂ）に示すように、平行巻線部分６１の両側に、同一の厚さ方向に磁化された板状永久磁石９１、９５を対向して配置し、平行巻線部分６２の両側に、同一の厚さ方向に磁化された板状永久磁石９２、９６を対向して配置しても良い（ただし、板状永久磁石９１と板状永久磁石９２との磁化方向は逆向きとし、板状永久磁石９５と板状永久磁石９６との磁化方向は逆向きとする。）。

なお、図８（ａ）の構造と図４の構造とを比較すると、同じ厚さの板状永久磁石９１、９２を使用する場合に、板状ヨーク９３、９４を同じ側に配置する図４の構造は、板状ヨーク９３、９４の厚さを薄くして磁気回路全体の幅を狭くすることができるため、装置の薄形化を図る上で有利である。なお、この場合、板状永久磁石９１、９２の体積は、図４と図８（ａ）とで同じであるため、偏平コイル６０に通電したときに発生する力は殆ど変わらない。

また、図９に示すように、磁気回路の外郭を構成する第１の横側面ヨーク７３、前側面ヨーク７５、第２の横側面ヨーク７４、後側面ヨーク７６、上側ヨーク７７及び下側ヨーク７８の外面全体を、磁気シールド機能を有する電磁鋼板９７で覆うようにしても良い。電磁鋼板９７は、磁気回路のヨークから漏れた磁束を吸収して外に漏らさない。
この計量装置の一層の薄形化を進めるために、磁気回路の外郭を構成するヨークの厚さを薄くすると、ヨークから漏れる磁束が増えてしまうが、磁気回路の外面全体を電磁鋼板９７で覆うことにより漏れ磁束を閉じ込めることができる。そのため、隣接する計量装置に対しても漏れ磁束の影響は及ばない。
このように、磁気回路全体を電磁鋼板９７で覆うことにより、計量装置の一層の薄形化が可能になる。

（第２の実施形態）
偏平コイル６０に流れる電流から被測定物の重量を計測する電磁力平衡式計量装置では、偏平コイル６０に一定電流を通電したときに発生する電磁力が、磁気回路７０内の偏平コイル６０の位置によって変わることは好ましくない。発生電磁力と電流との関係が偏平コイル６０の位置に依存する場合は、テコ部５５の変位が０になる位置、つまり系のバランス点が何らかの原因でずれたときに、大きなスパン変化が生じるからであり、また、機構部分の組み立て精度を厳密にしなければ、意図する大きさの電磁力を得ることができないからである。

本発明の第２の実施形態に係る電磁力平衡式計量装置は、発生電磁力と電流との関係が偏平コイル６０の位置によって殆ど変わらない構造を有している。
この電磁力平衡式計量装置の磁気回路の断面図を図１０（ａ）に示している。この磁気回路では、図８（ａ）と同様に、偏平コイルの上側平行巻線部分６１の位置で上側板状永久磁石９１が上側板状ヨーク１９３に向き合う方向と、下側平行巻線部分６２の位置で下側板状永久磁石９２が下側板状ヨーク１９４に向き合う方向とが逆になっている。

即ち、上側平行巻線部分６１に対向する上側板状永久磁石９１は第１の横側面ヨーク７３の内面に固定され、上側平行巻線部分６１を介して上側板状永久磁石９１に向き合う上側板状ヨーク１９３は第２の横側面ヨーク７４の内面に固定され、また、下側平行巻線部分６２に対向する下側板状永久磁石９２は第２の横側面ヨーク７４の内面に固定され、下側平行巻線部分６２を介して下側板状永久磁石９２に向き合う下側板状ヨーク１９４は第１の横側面ヨーク７３の内面に固定されている。なお、上側板状永久磁石９１、下側板状永久磁石９２、上側板状ヨーク１９３及び下側板状ヨーク１９４の対向する面積は同一である。
そして、上側板状ヨーク１９３及び下側板状ヨーク１９４は、図１０（ｂ）に拡大して示すように、上辺及び下辺に突条２０１、２０２を有しており、この突条２０１、２０２の位置では、突条２０１、２０２の厚さの分だけ、上側板状永久磁石９１または下側板状永久磁石９２との間隔が狭くなっている。

この計量装置では、上側板状永久磁石９１と下側板状永久磁石９２とが偏平コイル６０の異なる側に設置されているため、それらが同じ側に設置された図４の構造に比べて、上側板状永久磁石９１と下側板状永久磁石９２との間の直線距離が長く、永久磁石間で直接流出入する磁束が少ない。その結果、偏平コイルの上側平行巻線部分６１及び下側平行巻線部分６２に作用する有効磁束が増加する。

また、上側板状ヨーク１９３及び下側板状ヨーク１９４の上辺及び下辺に設けられた突条２０１、２０２の位置では、上側板状永久磁石９１または下側板状永久磁石９２との間隔が狭くなるため、対向する永久磁石から流入する磁束が増加する。その結果、上側板状永久磁石９１と上側板状ヨーク１９３との間、及び、下側板状永久磁石９２と下側板状ヨーク１９４との間の磁束密度分布が、広い範囲で均一化する。

図１１（ａ）は、突条を設けた板状ヨークと板状永久磁石とを対向させたときの磁束密度分布について解析した結果を示している。ここでは、図１２に示すように、コイル中心から０．５ｍｍだけ板状ヨーク側に近付けた点線位置（ａ）、コイル中心を通る点線位置（ｂ）及びコイル中心から０．５ｍｍだけ永久磁石側に近付けた点線位置（ｃ）の磁束密度を解析している。図１１（ａ）では、（ｃ）の位置での磁束密度の最大値を基準値に採り、板状ヨークの長さ方向（紙面の左右方向）の各位置における磁束密度の基準値からの差異を％で示している。図１１（ｂ）は、比較のため、板状ヨークが突条を持たない場合の磁束密度分布を示している。

図１１（ａ）、図１１（ｂ）を比較して明らかなように、板状ヨークの上辺及び下辺に突条を設けることで、磁束密度分布の均一な領域が拡大している。
そのため、図１０（ａ）のｙ方向に偏平コイル６０が変位した場合でも、上側平行巻線部分６１及び下側平行巻線部分６２は、それぞれ、磁束密度分布が略均一な領域内で位置を変えることになり、偏平コイル６０に流れる電流と発生電磁力との関係に変化が生じない。

図１３（ａ）のグラフは、図１０（ａ）のｙ方向に偏平コイル６０が変位したときの電磁力の変化を示している。図１３（ａ）において、線ａは、図１０（ａ）の磁気回路を有する電磁力平衡式計量装置の特性を示し、線ｂは、比較例として、図４の磁気回路（即ち、偏平コイルの上側巻線部分及び下側巻線部分の各々に対向する永久磁石が偏平コイルの同じ側に在り、偏平コイルの反対側に在って各永久磁石と対を成す板状ヨークが突条を持たない磁気回路）を有する装置の特性を示している。また、図１３（ｂ）のグラフは、偏平コイル６０のｙ方向の変位が０のときの電磁力を基準値に採り、偏平コイル６０がｙ方向に変位した位置での電磁力と基準値との差異を％で示している。
図１３（ａ）（ｂ）から明らかなように、図１０の磁気回路を備える電磁力平衡式計量装置は、偏平コイル６０がｙ方向に変位しても、発生電磁力は殆ど変わらない。

また、この電磁力平衡式計量装置では、上側板状永久磁石９１が第１の横側面ヨーク７３に固定され、下側板状永久磁石９２が第２の横側面ヨーク７４に固定されているため、図１０（ａ）のｘ方向に偏平コイル６０が変位すると、上側平行巻線部分６１は上側板状永久磁石９１に近付き、下側平行巻線部分６２は下側板状永久磁石９２から離れることになる。
このとき、板状永久磁石と板状ヨークとの間の磁界は、板状永久磁石に近付く程、強くなる。これは、板状永久磁石及び板状ヨークの面積が有限であるため、板状永久磁石から板状ヨーク以外に向かう磁束が発生し、磁束密度は、板状永久磁石に近い程、高くなるからである。
それ故、偏平コイル６０がｘ方向に変位するとき、上側平行巻線部分６１及び下側平行巻線部分６２の一方に対する磁界は強まり、他方に対する磁界は弱まる。磁界が強まる巻線部分では、発生電磁力が増加するが、磁界が弱まる巻線部分で、発生電磁力が減少するため、電磁力の変化はキャンセルされ、電磁力が略一定に保たれる。

図１４（ａ）のグラフは、図１０（ａ）のｘ方向に偏平コイル６０が変位したときの電磁力の変化を示している。図１４（ａ）において、線ａは、図１０（ａ）の磁気回路を有する電磁力平衡式計量装置の特性を示し、線ｂは、比較例として、板状永久磁石が同じ側に固定された図４の場合の特性を示している。また、図１４（ｂ）のグラフは、偏平コイル６０のｘ方向の変位が０のときの電磁力を基準値に採り、偏平コイル６０がｘ方向に変位した位置での電磁力と基準値との差異を％で示している。
図１４（ａ）（ｂ）から明らかなように、図１０（ａ）の磁気回路を備える電磁力平衡式計量装置は、偏平コイル６０がｘ方向に変位しても、発生電磁力は殆ど変わらない。

また、図１５及び図１６は、上側板状ヨーク１９３及び下側板状ヨーク１９４に設けた突条２０１、２０２の幅を変えたときの特性変化を示している。
ここでは、図１７に示すように、板状ヨーク１９３、１９４の全長を一定に保ち、突条２０１、２０２の幅Ａを変えて特性変化を調べている。
図１５は、ｙ方向に偏平コイル６０が変位したときの電磁力の変化について、幅Ａを３．０ｍｍから３．５ｍｍまで、０．１ｍｍ刻みで変えて調べた結果を示している。
また、図１６は、同様の条件の下でｘ方向に偏平コイル６０が変位したときの電磁力の変化の様子を示している。

図１５から、突条の幅Ａを３．３ｍｍから３．４ｍｍの間に設定すれば、偏平コイル６０がｙ方向に変位しても、発生電磁力に変化が生じないことが分かる。
また、図１６から、突条の幅Ａを３．３ｍｍから３．４ｍｍの間に設定したときには、偏平コイル６０がｘ方向に変位しても、発生電磁力に変化が生じないことが分かる。
このように、図１０（ａ）の磁気回路を備える電磁力平衡式計量装置は、上側板状ヨーク１９３及び下側板状ヨーク１９４に設ける突条２０１、２０２の幅を適宜選定することにより、偏平コイル６０の位置ずれによる発生電磁力の変化を略ゼロにすることができる。

なお、ここで示した構成は、本発明の一例であり、本発明は、それだけに限定されるものではない。

本発明の電磁力平衡式計量装置は、狭い場所に設置することが可能であり、生産ラインを持つ製造工場や搬送ラインを持つ物流施設、あるいは、研究施設や医療施設など、幅広い分野で利用することができる。

１０ テコ
１１ 荷重受け部
１２ コイル
１３ 磁気回路
１４ フォトセンサ
１５ 位置検出部
１６ ＰＩＤコントローラ
１７ Ａ／Ｄコンバータ
１８ ＣＰＵ
１９ インターフェース
２０ カバー
２１ ベース
２２ 裏蓋
３０ 荷重受け部
５０ 基板
５１ 荷重受け部
５２ 可動部
５３ ロバーバル機構
５４ 連結部
５５ テコ部
５６ 支点
５７ 固定部
５８ 力点
６０ 偏平コイル
６１ 上側平行巻線部分
６２ 下側平行巻線部分
７０ 磁気回路
７１ 挿通孔
７２ 挿通孔
７３ 第１の横側面ヨーク
７４ 第２の横側面ヨーク
７５ 前側面ヨーク
７６ 後側面ヨーク
７７ 上側ヨーク
７８ 下側ヨーク
８０ スリット
８１ フォトインタラプタ
９１ 上側板状永久磁石
９２ 下側板状永久磁石
９３ 上側板状ヨーク
９４ 下側板状ヨーク
９５ 板状永久磁石
９６ 板状永久磁石
９７ 電磁鋼板
１００ 組込み用計量装置
１２０ 搬入コンベア
１２１ 搬出コンベア
１３０ 被測定物
１９３ 上側板状ヨーク
１９４ 下側板状ヨーク
２０１ 突条
２０２ 突条
５５１ 偏平コイル保持部

Claims (4)

1. 支点の前後に延びるテコ部と、前記テコ部の支点より後側に取り付けられるコイルと、前記コイルに及ぼす磁界を生成する磁気回路と、を備え、前記テコ部の支点より前側の力点に作用する力が前記コイルに通電して補償される電磁力平衡式計量装置であって、
   前記コイルは、前記テコ部の延伸方向に平行な垂直面に沿って、前記テコ部の延伸方向に平行な上側及び下側の巻線部分が生じるように偏平に巻回された偏平コイルから成り、
   前記磁気回路は、
   前記偏平コイルの上側の巻線部分に対向する、前記垂直面に直交する方向に磁化された板状の上側永久磁石と、
   前記偏平コイルの下側の巻線部分に対向する、前記上側永久磁石と逆向きに磁化された板状の下側永久磁石と、
   前記偏平コイルの上側の巻線部分を介して前記上側永久磁石と向かい合い、前記垂直面に直交する向きの磁束が生成されるように前記上側永久磁石の磁力線を導く板状の上側対向ヨーク部材と、
   前記偏平コイルの下側の巻線部分を介して前記下側永久磁石と向かい合い、前記垂直面に直交する向きの磁束が生成されるように前記下側永久磁石の磁力線を導く板状の下側対向ヨーク部材と、
   前記テコ部の延伸方向に沿って垂直に起立する第１の横側面ヨーク部材と、
   前記第１の横側面ヨーク部材と平行に起立する第２の横側面ヨーク部材と、
   前記テコ部の挿通孔が形成された前側面ヨーク部材及び後側面ヨーク部材と、
   前記第１の横側面ヨーク部材、前側面ヨーク部材、第２の横側面ヨーク部材、及び後側面ヨーク部材により四方が囲まれた空間の上側を塞ぐ上側ヨーク部材と、
   前記空間の下側を塞ぐ下側ヨーク部材と、
   を備え、
   前記第１の横側面ヨーク部材、前側面ヨーク部材、第２の横側面ヨーク部材、後側面ヨーク部材、上側ヨーク部材、及び下側ヨーク部材が前記偏平コイルを取り囲み、
   前記板状の上側対向ヨーク部材及び下側対向ヨーク部材は、前記偏平コイルを介して向かい合う前記板状の上側永久磁石及び下側永久磁石と同一の対向面積を有し、
   前記上側永久磁石と前記下側対向ヨーク部材とが、前記第１の横側面ヨーク部材及び第２の横側面ヨーク部材の一方の内面に固定され、
   前記下側永久磁石と前記上側対向ヨーク部材とが、前記第１の横側面ヨーク部材及び第２の横側面ヨーク部材の他方の内面に固定されていることを特徴とする電磁力平衡式計量装置。
2. 請求項１に記載の電磁力平衡式計量装置であって、前記上側対向ヨーク部材の上辺及び下辺に、前記上側永久磁石との間隔を狭める突条が設けられ、前記下側対向ヨーク部材の上辺及び下辺に、前記下側永久磁石との間隔を狭める突条が設けられていることを特徴とする電磁力平衡式計量装置。
3. 請求項１または２に記載の電磁力平衡式計量装置であって、前記磁気回路の外側を覆う電磁鋼板を備えることを特徴とする電磁力平衡式計量装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の電磁力平衡式計量装置であって、生産ラインに組み込まれて使用されることを特徴とする電磁力平衡式計量装置。

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