(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器またはウェル内の液面の電子的遠隔監視を行うのに使用される非接触式プーリ液面レベルセンサであって、
液面レベルの変化に伴って上下に浮動することができるフロートと、
両端を前記フロートに締結するロープと、
前記ロープが巻き付けられ、前記ロープによって前記フロートに接続される少なくとも１つのプーリであって、前記フロートが上下に浮動するのに伴って回転する少なくとも１つのプーリと、
前記プーリの片側に配置され、前記プーリの回転に伴って回転する永久磁石と、
磁場角度センサであって、前記永久磁石との間に一定の間隙が設けられ、前記永久磁石の回転角度を測定し、前記回転角度を出力電圧信号に変換するのに使用される磁場角度センサと、
を備え、
前記プーリは上端プーリを備え、または、前記プーリは上端プーリと下端プーリとを備え、
前記上端プーリの外側には同心円状にフランジが取り付けられ、
前記フランジの外径は前記上端プーリの外径よりも大きく、
前記液面レベルセンサはさらに、ケース上蓋とプリント基板（ＰＣＢ）とを備え、
前記磁場角度センサは、前記ＰＣＢ上に配置され、
前記ＰＣＢは、前記ケース上蓋の外側に配置されて、接続管によって前記ケース上蓋と接続され、
前記上端プーリ、前記永久磁石、および前記フランジは、前記ケース上蓋の内側に配置され、前記ケース上蓋によって外部環境から隔離され、
前記液面レベルセンサはさらに、前記永久磁石と前記上端プーリとの間に配置される少なくとも１つの歯車を備え、
前記歯車は、前記永久磁石と前記上端プーリとの回転比を比例的に調節するのに使用され、
前記歯車は、摩擦を低減するのに使用される連結摩擦ホイールであり、前記連結摩擦ホイールは、ハブと軸とを備え、前記連結摩擦ホイールの回転軸と前記上端プーリの回転軸は同一線上にないことを特徴とする、非接触式プーリ液面レベルセンサ。
【請求項２】
前記液面レベルセンサはさらに、データ入出力機能を有する通信インターフェースを備えることを特徴とする、請求項１に記載の非接触式プーリ液面レベルセンサ。
【請求項３】
前記永久磁石の回転軸と前記上端プーリの回転軸は、同一線上にあることを特徴とする、請求項１に記載の非接触式プーリ液面レベルセンサ。
【請求項４】
液面レベル高さと前記永久磁石の回転数との関係は、Ｎ＝（Ｌ−ＬＬＯＷ）／（π×Ｄ×ＲＦ）であり、この場合、Ｎは前記永久磁石の回転数であり、Ｌは測定された液面レベル高さであり、ＬＬＯＷは最低の液面レベルであり、Ｄは前記プーリの外径であり、ＲＦは減速係数であることを特徴とする、請求項１に記載の非接触式プーリ液面レベルセンサ。
【請求項５】
前記磁場角度センサは、２つの独立した１軸センサチップまたは１つの２軸センサチップを備えることを特徴とする、請求項１に記載の非接触式プーリ液面レベルセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器またはウェル内の液面レベルを測定することができるセンサ装置に関し、特に、磁場角度センサで永久磁石の回転角度を検知することによって液面レベルを測定することができる非接触式液面レベルセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術では、「Ｔｅｔｈｅｒ  Ｆｌｏａｔ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｌｅｖｅｌ  Ｓｅｎｓｏｒ」という名称の米国特許第２０１２／００６０６０６０１号明細書は、容器またはウェル内の液面レベルを測定する装置を開示しており、該装置は、フロート、プーリ、ロープ、および光学式ロータリエンコーダを備えるが、装置に使用される光学式ロータリエンコーダは、汚れやすく、また故障しやすい。
【０００３】
さらに、中国特許出願第２０１３１０３６９２９２．１号明細書は、マルチコイル式プーリ液面レベルセンサを開示しており、該センサは、エンコーダ装置によってリアルタイムでプーリの全回転角度を監視し、その後、プーリの全回転角度は、アルゴリズムを採用して液面レベル高さを計算するために、底部からの距離に変換される。この方法は、以下の不利点を有する。
【０００４】
まず、センサシステムは、ロータリエンコーダを使用してプーリの回転角度を計算するので、容器を容易に密閉できない。しかし、内部の温度および空気圧を所望の値で維持するために、容器またはウェルは、通常、外部環境から隔離される必要がある。次に、アブソリュートロータリエンコーダは、制限された回転範囲内のみで動作することができ、この制限は機械式ロータリエンコーダホイールの数によって決まる。しかし、液面レベルセンサは、未知の液面レベル高さまたは無限の深さ範囲で動作できなければならない場合がある。さらに、ロータリエンコーダの回転ホイールは、機械的故障を生じる場合もあり、そのことによりシステムの複雑性およびコストを増大させる可能性がある。
【発明の概要】
【０００５】
先行技術に存在する上述の問題を克服するために、本発明は、永久磁石の角度および角度方向の変化をリアルタイムで測定することができる非接触式プーリ液面レベルセンサを提供する。
【０００６】
本発明は、容器またはウェル内の液面レベルの電子的遠隔監視を行うのに使用される非接触式プーリ液面レベルセンサを提供する。液面レベルセンサは、
液面レベルの変化に伴って上下に浮動することができるフロートと、
両端をフロートに締結するロープと、
ロープを巻き付けることによってフロートに接続される少なくとも１つのプーリであって、フロートが上下に浮動するのに伴って回転する少なくとも１つのプーリと、
プーリの片側に配置され、プーリの回転に伴って回転する永久磁石と、
磁場角度センサであって、永久磁石との間に一定の間隙が設けられ、永久磁石の回転角度を測定し、回転角度を出力電圧信号に変換するのに使用される磁場角度センサと、
を備える。
【０００７】
好ましくは、プーリは上端プーリを備える、またはプーリは上端プーリと下端プーリとを備え、上端プーリの外側には同心円状にフランジが取り付けられ、フランジの外径は上端プーリの外径よりも大きい。
【０００８】
好ましくは、液面レベルセンサはさらに、ケース上蓋とプリント基板（ＰＣＢ）とを備え、磁場角度センサは、ＰＣＢ上に配置され、ＰＣＢは、ケース上蓋の外側に配置されて、接続管によってケース上蓋と接続される。
【０００９】
好ましくは、上端プーリ、永久磁石、およびフランジは、ケース上蓋の内側に配置され、ケース上蓋によって外部環境から隔離される。
【００１０】
好ましくは、液面レベルセンサはさらに、永久磁石と上端プーリとの間に配置される少なくとも１つの歯車を備え、該歯車は、永久磁石と上端プーリとの回転比を比例的に調節するのに使用される。
【００１１】
好ましくは、歯車は、摩擦を低減するのに使用される連結摩擦ホイールであり、連結摩擦ホイールは、ハブと軸とを備え、連結摩擦ホイールの回転軸と上端プールの回転軸は同一線上にはない。
【００１２】
好ましくは、液面レベルセンサはさらに、データ入出力機能を有する通信インターフェースを備える。
【００１３】
好ましくは、液面レベル高さと永久磁石の回転数との関係は、Ｎ＝（Ｌ−ＬＬＯＷ）／（π×Ｄ×ＲＦ）である。この場合、Ｎは永久磁石の回転数であり、Ｌは測定された液面レベル高さであり、ＬＬＯＷは最低の液面レベルであり、Ｄはプーリの外径であり、ＲＦは減速係数である。
【００１４】
好ましくは、永久磁石の回転軸と上端プーリの回転軸は同一である。
【００１５】
好ましくは、磁場角度センサは、２つの独立した１軸センサチップまたは１つの２軸センサチップを備える。
【００１６】
本発明では、永久磁石は、密閉容器内部に配置され、上端プーリ付近の磁場の向きおよび振幅が上端プーリと共に同じ回転速度で回転できるように上端プーリの回転軸上または上端プーリの回転軸近くに配置される。１つの磁場角度センサは、密閉容器の外側に配置され、この磁場角度センサは、永久磁石および上端プーリの回転軸上または上端プーリの回転軸近くに配置される。磁場角度センサは、少なくとも磁場の２つの方向成分（Ｘ軸およびＹ軸）を測定することができ、２つの別個のチップは、この磁場角度センサ内部に配置可能であり、それぞれＸ軸方向およびＹ軸方向に平行な磁場の大きさを測定するのに使用される。
【００１７】
本発明によって提供される液面レベルセンサシステムは、広範囲の深さを検知することができ、さらに容器またはウェルを外部環境から密閉隔離することができ、このような小型回転永久磁石構造により磁場を規則的に変化させることができ、プリント基板（ＰＣＢ）上に配置された磁場角度センサチップにより磁場の角度位置を検出することができる。ＰＣＢは、容器の外側に配置され、電力供給部および接地接続点となり、ＰＣＢ上に制御回路および通信回線が配設されてもよい。
【００１８】
本明細書に示されている図は、本発明の理解をさらに深めるために使用され、本願の一部を成す。本発明の例示的な実施形態およびその説明は、本発明を説明するのに使用され、本発明を不適切に制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】先行技術の遠隔プーリフロート液面レベルセンサの断面図である。
【図２】先行技術の磁場回転検出器の斜視断面図である。
【図３】Ｘ軸センサおよびＹ軸センサによって測定された電圧振幅と回転角度との関係曲線である。
【図４】本発明の液面レベルセンサの正面図である。
【図５】本発明の液面レベルセンサの側面図である。
【図６】本発明の液面レベルセンサの上面図である。
【図７】連結摩擦ホイールを備えた液面レベルセンサの正面図である。
【図８】図７の連結摩擦ホイールの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、先行技術のプーリフロート液面レベルセンサの断面図である。センサはロープ１１を有し、ロープ１１の両端はフロート１２に締結され、液面レベル１３が測定される必要があり、適切な比重のフロート１２が確実に液面に浮かぶことができるように選択される必要がある。図面内の矢印は、ロープ１１の移動方向を示しており、さらに上端プーリ１５および下端プーリ１６の移動方向を示している。上端プーリ１５は回転軸１７を中心として回転し、その回転方向は１４で示されている。液面レベル１３の最低液面レベルおよび最高液面レベルはそれぞれ、ＬＬＯＷ１９およびＬＨＩＧＨ２０である。
【００２１】
プーリシャフト１８は、支持体２１によって支持され、支持体２１は、ケース底板２２に取り付けられる。必要に応じて、ラック上蓋２３は、外部環境からの機械的な保護および隔離を行う。上端プーリ１５装置は、容器壁２５に取り付けられる。下端プーリ１６は、ロープ１１の所望の張力を維持するために、重り２６の作用を受けて下方に摺動する。ロープ１１およびフロート１２が上端プーリ１５よりも下の所望の範囲内で維持されるように、保護筒２７を選択することができる。保護筒２７は、液体を自由に通過させることができるいくつかの穴または他の構造を有する必要があり、このようにすることで、保護筒２７の内側および外側の液面レベル１３が同じになる。
【００２２】
アンテナ２８は、通信信号２９をリモートシステム制御ユニット（図示せず）に送信する。先行技術のプーリフロート液面レベルセンサについての説明はここまでとする。図２および図３は、現在の非接触式磁気抵抗回転検出技術のプロセスレベルを示している。２つの図は、中国特許出願第２０１３２０１５８４１２．９号明細書から引用した図であり、この特許の内容全体を参照によって本願明細書に引用したものとする。
【００２３】
図２は、磁気角度検出構造の斜視断面図である。永久磁石１０５は、回転方向１０１に沿って回転軸１０７を中心として回転し、その回転の大きさは、回転角度１０２によって求められる。磁気抵抗センサチップは、回転軸１０７上または回転軸１０７近くに配置される。磁気抵抗センサチップの内部検知素子は、Ｘ軸１０８およびＹ軸１０９に沿った感度軸を考慮して設計されている。磁場角度センサ１０３は、検出座標軸に対して固定されなければならず、永久磁石１０５が回転する時に動くことはできない。磁場角度センサ１０３は、標準的な方法でＰＣＢ１０４上に設置される。磁場角度センサ１０３と永久磁石１０５の上面との間に間隙Ｓ１０６が設計される。
【００２４】
磁場角度センサ１０３内部の各検知素子２は、２つの出力リードを備え、全体として４つの出力リードが存在する。Ｘ軸センサ内部の出力リードの各対間の電圧は、図３の曲線１１０で示されており、Ｙ軸センサ内部の出力リードの各対間の電圧は、図３の曲線１１１で示されている。これらの曲線は、回転角度１０２の変化に伴う出力電圧の変化を示している。
【００２５】
実施形態１
液面レベル１３を定量的かつ正確に測定することが非常に必要である。その目的を達成するために、この実施形態は、上端プーリ１５の回転数であって、液面レベル１３の高さ値Ｌに関連した回転数を物理的に測定するための非接触式プーリ液面レベルセンサを提供する。回転数は、電圧信号によって測定される。電圧信号は、デジタル化、処理、記憶、伝送などが容易である。
【００２６】
非接触式プーリ液面レベルセンサは、フロート１２、ロープ１１、上端プーリ１５、永久磁石１０５、および磁場角度センサ１０３を備える。フロート１２は、液面レベル１３の変化に伴って上下に浮動し、上端プーリ１５は、フロート１２が上下に浮動するのに伴って前後に回転し、ロープ１１の両端は、フロート１２に締結され、上端プーリ１５は、ロープ１１によってフロート１２に機械的に接続され、永久磁石１０５は、上端プーリ１５の左側に配置され、上端プーリの回転が永久磁石１０５を回転させることになる。磁場角度センサ１０３は、永久磁石１０５の回転角度を測定するのに使用される。非接触式プーリ液面レベルセンサはさらに、図１に示されている下端プーリと同様の下端プーリを備えることができる。
【００２７】
フロート１２の総移動距離とロープ１１の総移動距離との間には数学的関係がある。また、ロープ１１の総移動距離と上端プーリ１５の総回転数との間にも数学的関係がある。ロープ１１が上端プーリ１５に締結されていなければ、液面レベル１３と上端プーリ１５の回転数との間の数学的関係は、上記の２つの関係に従って求めることができる。
【００２８】
以下の式（１）に従って、回転ホイールの回転数がＮである場合、直径Ｄのある点における移動距離ｄを求めることができる。
ｄ＝π×Ｄ×Ｎ      （１）
【００２９】
移動距離ｄは、以下のように、回転角度で表すこともできる。
ｄ＝π×Ｄ×θ／３６０      （１´）
【００３０】
上記の式の変数θは、図３の水平軸に示されている変数である。
【００３１】
式（１）に従って、以下のように、回転数Ｎを求めることができる。
Ｎ＝ｄ／π×Ｄ      （２）
【００３２】
ＬＬＯＷ１９およびＬＨＩＧＨ２０はそれぞれ、フロート１２が容器またはウェル内で移動することができる範囲の上限および下限を示している。変数Ｌは、フロート１２の現在位置を表すのに使用される。ＬＬＯＷ１９およびＬＨＩＧＨ２０よりも下のフロート１２の移動は、許容総移動量の比率で示すことができる。
【００３３】
移動距離量比は、以下のように定義される。
１（％）＝（１００％）（Ｌ−ＬＬＯＷ）／（ＬＨＩＧＨ−ＬＬＯＷ）      （３）
【００３４】
したがって、液面レベル１３の総移動量比は０％から１００％まで増加するので、フロート１２の移動距離は（ＬＨＩＧＨ−ＬＬＯＷ）であり、ロープ１１の移動距離はｄ＝（ＬＨＩＧＨ−ＬＬＯＷ）であり、式（２）を使用して、以下のように、上端プーリ１５の回転数を求めることができる。
Ｎ＝ｄ／（π×Ｄ）＝（Ｌ−ＬＬＯＷ）／（π×Ｄｐｕｌｌｅｙ）      （４）
【００３５】
上記の式において、Ｄｐｕｌｌｅｙは上端プーリ１５の外径であり、ロープ１１は上端プーリ１５の外表面で非摺動ローリングせず、総回転数の比率は以下のように表すことができる。
Ｎ（％）＝（１００％）×（Ｌ−ＬＬＯＷ）／（π×Ｄｐｕｌｌｅｙ）      （５）
Ｎ（１００％）＝（１００％）×（ＬＨＩＧＨ−ＬＬＯＷ）／（π×Ｄｐｕｌｌｅｙ）      （６）
【００３６】
上記の式（１）〜（６）は、液面レベル１３の液面レベル値と上端プーリ１５の総回転数との単純な線形関係を示している。以下に、角度センサを用いた新規な非接触式回転数測定方法について説明する。
【００３７】
図４は、本発明の液面レベルセンサの正面図である。ケース上蓋２３は、ボルト１１３を使用して容器壁２５にしっかりと固定され、永久磁石１０５は、上端プーリ１５の左側に取り付けられる。ロープ１１は、上端プーリ１５に巻き付けられ、フランジ１００（上端プーリ１５と同軸上に取り付けられているが、上端プーリ１５の外径よりも大きい外径を有する）を調節することによって、ロープ１１が上端プーリ１５から外れるのを防ぐことができる。上端プーリ１５の軸１８および永久磁石１０５は、回転軸１０７を中心として回転する。ロープ１１およびフロート１２は、液面レベル１３の変化に伴って上下に移動し、上下運動時に上端プーリ１５とロープ１１との間に発生した摩擦トルクにより、上端プーリ１５および上端プーリ１５に取り付けられた要素を回転させる。
【００３８】
ロープ１１は、容器壁２５に配置されたロープ穴３２を貫通し、支持体１１４および支持体１１５は、軸１８を支持し、永久磁石１０５は、プーリシャフト１８の一端に取り付けられる。
【００３９】
回転運動を検出するための電子装置および磁場角度センサ１０３は、容器の外側に配置される。ケース上蓋２３は、容器の内部と外部環境との間を密閉するウェルを形成することができる。物理的効果を利用して、すなわち、磁場を利用して、密閉環境を通して検出を行うことができ、容器壁またはカバーを通して磁場を観察することができる。磁場角度センサ１０３は、ＰＣＢ１０４上に配置され、さらに上端プーリの永久磁石１０５と同じ側に配置され、磁場角度センサ１０３と永久磁石１０５との間に一定の間隙Ｓが設けられ、間隙Ｓは図２に示されており、磁場角度センサ１０３は、２つの独立した１軸センサチップまたは１つの２軸センサチップを備え、永久磁石１０５によって生成された磁場のＸ軸方向およびＹ軸方向の成分を測定するのに使用され得る。接続管１１２は、ケース上蓋２３の外側でＰＣＢをしっかりと機械的に支持する。
【００４０】
図５は、本発明の液面レベルセンサの内部部品の側面図である。図５から、永久磁石１０５はＮ極とＳ極とを有し、それぞれ「Ｎ」と「Ｓ」で表されていることがわかる。上端プーリ１５は、回転方向１０１の正方向または負方向に沿って回転軸１０７を中心として回転する。永久磁石１０５が回転軸１０７を中心として回転する時に、磁場角度センサ１０３は、常に一定の向きで維持される。回転時に、磁場角度センサ１０３によって出力される電圧信号は図３に示されている。支持体１１４および支持体１１５の輪郭は、図５に示されている。
【００４１】
図６は、本発明の液面レベルセンサの上面図である。ケース上蓋２３は、プーリ装置全体を取り囲み、容器壁２５内部が密閉される。
【００４２】
実施形態２
この実施形態の構造は、実施形態１の構造とほぼ同じである。しかし、プーリの回転速度と永久磁石の回転速度との関係を較正するために、歯車の増速または減速装置が追加されている。
【００４３】
上述の実施形態で説明されている概念および装置は、非常に広い深さ範囲を有するウェルまたは容器に適用可能である。また、特定の要求に応じて、永久磁石１５は、液面レベル１３が最低液面レベル１９から最高液面レベル２０まで変化する過程で、１回のみ回転しなければならない場合がある。別の特定の状況では、磁場の角度変化の変化率の監視を容易にするために、時間と共に変化する液面レベル１３の変化率を監視する必要がある。したがって、フロートの総移動距離に対する永久磁石の回転数の比を変更しなければならない。このような機能を実現することができる修正方法は、次の２つの図面に示されている。
【００４４】
図７は、摩擦を低減することができる回転ホイール装置を示した図である。図８は、その断面図である。プーリシャフト１８と永久磁石１０５との間に、いくつかの追加の回転ホイールが機械的に設置される。これらの回転ホイールは、永久磁石の回転数に対するプーリの回転数の比を変更することができる。また、プーリシャフト１８には、中央ハブ４１が設置され、さらに、より小さい第１の連結摩擦ホイール４２（ハブが４３、軸が４４で示されている）が設置される。第１の連結摩擦ホイール装置の回転軸は、上述の回転軸とは異なり、その回転軸は補助機能を果たす回転軸４７である。
【００４５】
第２の連結摩擦ホイール４５およびその軸４６は、永久磁石１０５に機械的に接続される。装置上の固定位置における摩擦力は、第２の連結摩擦ホイール４５を回転させることができる。中央ハブ４１と第１の連結摩擦ホイール４２との間の摩擦力は、プーリシャフト１８および第１の連結摩擦ホイール４２にトルクを発生させ、第１の連結摩擦ホイールのハブ４３と第２の連結摩擦ホイール４５の外表面との間の摩擦力は、第２の連結摩擦ホイール４５におけるトルクを発生させる。
【００４６】
支持体１１６、１１７は、プーリシャフト１８を支持し、支持体１２０、１２１は、第１の連結摩擦ホイールの軸４４を支持し、支持体１１８、１１９は、第２の連結摩擦ホイールの軸４６を支持する。
【００４７】
本明細書内で説明されている摩擦を低減することができる「摩擦ホイール装置」は、機械的装置を説明するのに使用され、機械的装置の回転運動のエネルギーは１つの回転ホイールから別の連結回転ホイールに伝達される。これは、フロートの総移動距離に対する永久磁石の回転数の比を変更するためのアブソリュート液面レベル計器に適用可能な唯一の方法ではない。他の可能な方法、例えば、機械的歯車、磁気結合プレート、および自在継手もある。望ましい結果は、永久磁石１５の回転数を補正して締結ロープ１１に接続されたフロート１２の所与の位置での変更を実現できることである。
【００４８】
図８は、図７の連結摩擦ホイールの断面図である。図８では、ハブの直径と回転ホイールの外径とが強調して示されている。第１の連結摩擦ホイール４２の外径はＤ２  ５２であり、そのハブの直径はＤ１  ５１である。第２の連結摩擦ホイール４５の外径はＤ４  ５４であり、そのハブの直径はＤ３  ５３である。上端プーリ１５の外径はＤ５  ５５であり、中央ハブ４１の直径はＤ６  ５６である。
【００４９】
回転速度の変化は、剛性回転ホイールが内側および外側に移動する線形速度間の関係を確認することによって計算される。さらに、摺動しないと仮定すると、以下の式（７）に従って、Ｎ番目の連結摩擦ホイールが回転した場合、以下のように、直径Ｄのある点における移動距離Ｓを求めることができる。
Ｓ＝π×Ｄ×Ｎ      （７）
【００５０】
２つの点が同じ回転ホイール上にあるが、異なる直径にある場合、すなわち、それぞれＤ１とＤ２にある場合、２つの点のそれぞれの移動距離は式（７）を解くことによって求めることができ、その後、式（８）〜式（１１）で示されているように、１つの点の解を他の点の解で割ることで、相対移動距離を求めることができる。
Ｓ１＝π×Ｄ１×Ｎ      （８）
Ｓ２＝π×Ｄ２×Ｎ      （９）
Ｓ１：Ｓ２＝Ｄ１：Ｄ２      （１０）
Ｓ１＝Ｓ２×Ｄ１／Ｄ２      （１１）
【００５１】
この状況下で、摺動しないと仮定すると、プーリの中央ハブ４１は第１の連結摩擦ホイール４２と接触し、第１の連結摩擦ホイールのハブ４３は第２の連結摩擦ホイール４５と接触する。これは、これらの接触点において、内側面の移動距離と外側面の移動距離とが等しいことを意味する。上述の式（１０）および式（１１）に従って、所定の連結摩擦ホイールのハブの移動距離を求めることができるが、その大きさは異なる。
【００５２】
ロープ１１の作用の下、プーリ１５の回転軸の両側における移動距離間の関係は、
Ｓ５＝Ｓ６×Ｄ５／Ｄ６      （１２）
である。この場合、Ｄ５はプーリの中央ハブの直径５５であり、Ｄ６はプーリの外径５６である。
【００５３】
第１の連結摩擦ホイール４２の回転軸の両側における移動距離の関係は、
Ｓ１＝Ｓ２×Ｄ１／Ｄ２      （１１）
である。この場合、Ｄ１は第１の連結摩擦ホイール４２のハブの直径５１であり、Ｄ２は第１の連結摩擦ホイール４２の外径５２である。
【００５４】
第２の連結摩擦ホイール４５の回転軸の両側における移動距離の関係は、
Ｓ３＝Ｓ４×Ｄ３／Ｄ４      （１３）
である。この場合、Ｄ３は第２の連結摩擦ホイール４５のハブの直径５３であり、Ｄ４は第２の連結摩擦ホイール４５の外径５４である。
【００５５】
一連の正味の移動の減速係数は、これらの係数を乗算することにより求めることができる。つまり、
ＲＦ＝（Ｄ５／Ｄ６）×（Ｄ１／Ｄ２）×（Ｄ３／Ｄ４）      （１４）
である。
【００５６】
この減速係数は、２つの状況に関係する。図７に示されているように、ロープ１１は、第２の連結摩擦ホイールの軸４６の周囲に巻き付けられる。
【００５７】
ここで、永久磁石１０５の回転数に従って、フロート１２の液面レベルの総変化量を計算する。最初に、減速しない場合の液面レベルの１回の変化量に対応する回転数が計算され、次に、回転数が減速係数で割られる。Ｌは、測定される液面レベルを表すのに使用され、Ｌの値の範囲はＬＬＯＷ〜ＬＨＩＧＨとする。
【００５８】
ロープ１１が第２の連結摩擦ホイールの軸４６の周囲に巻き付けられ、永久磁石１０５の１回転に対するＬの変化量がΔＬである場合、式（１）は、
ΔＬ／Ｎ＝π×Ｄ３      （１５）
に変換される。
【００５９】
上記で示されているのは、減速しない場合である。式（１５）は減速係数で割られ、式は以下の形に変換される。
ΔＬ／Ｎ＝π×Ｄ３×（Ｄ６／Ｄ５）×（Ｄ２／Ｄ１）×（Ｄ４／Ｄ３）＝π×Ｄ４×（Ｄ６／Ｄ５）×（Ｄ２／Ｄ１）      （１６）
【００６０】
式（１６）を使用すれば、ＬＬＯＷよりも上のフロート１２の所定の液面レベルに対して、永久磁石１０５の回転数は、
Ｎ＝（Ｌ−ＬＬＯＷ）／［π×Ｄ４×（Ｄ６／Ｄ５）×（Ｄ２／Ｄ１）］      （１７）
となる。
【００６１】
式（１７）は、一般的な関係式であり、この式は、１群の特定の回転ホイールの減速比を求めるのに使用できる。
【００６２】
式（１７）を使用すれば、所定のウェルの深さおよび特定の永久磁石の回転数に必要な減速比を設計することも可能である。例えば、永久磁石の望ましい回転数が１００，０００であり、ウェルの深さが１００ｍである場合、式（１７）に従って、以下のように、減速係数を求めることができる。
ＲＦ＝π×Ｄ４×（Ｄ６／Ｄ５）×（Ｄ２／Ｄ１）＝（Ｌ−ＬＬＯＷ）／Ｎ      （１８）
ＲＦ＝π×Ｄ４×（Ｄ６／Ｄ５）×（Ｄ２／Ｄ１）＝（Ｌ−ＬＬＯＷ）／Ｎ＝１００／１０００００＝１×１０−３メートル／回転      （１９）
【００６３】
したがって、必要な永久磁石の回転数およびその回転数に対応できるウェルの深さが知られている場合、式（１９）から、減速比を設計するための実際に実行可能な方法が得られる。
【００６４】
上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態に過ぎず、本発明を制限するものではない。当業者にとっては、本発明はさまざまな修正および変更が可能である。本発明の精神および原理の範囲内にある任意の修正、同等の置換、改良などは、本発明の保護範囲に含まれるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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