(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｕ字又はコの字形の鉄心の互いに平行な部分にコイルが巻装され、振動状態で走行する鋼板を挟んで、その両側に対向し、しかも前記鋼板と非接触な状態で一対配置されて、その少なくとも一方の各磁極部の間に、前記鋼板の振幅方向の変位を検出するセンサが取付けられている電磁石であって、
前記鉄心の各磁極部に、鎖交磁束面積を増大させる磁極板が一体に取付けられて、前記磁極板は、鉄心の磁極部の中心に対して前記センサと反対側に偏倚して配置されていることを特徴とする電磁石。
【請求項２】
前記コイルの磁極側端面は、鉄心の磁極面に臨んでいて、前記磁極板は、前記コイルの磁極側端面に接着固定されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁石。
【請求項３】
前記磁極板は、鉄心の磁極部の横断面に対応する形状だけ切り欠かれた嵌合孔が設けられ、該嵌合孔に前記鉄心の磁極部が嵌合されて、両者が一体化されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁石。
【請求項４】
前記コイルを構成する導体の外周は、耐熱絶縁材で被覆され、コイル全体は、同じく耐熱性のテープ材で被覆されて、その全体が無機ワニスで処理され、全体として耐熱性を有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電磁石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温環境下において、例えば、振動状態で走行する鋼板の振幅方向の変位を連続的に検出して、その振動を磁気吸引力により減衰させるのに用いられる電磁石に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、鋼板に対してメッキ処理を行う鋼板処理設備の表面処理ラインにおいて、溶融亜鉛槽を通過して引き上げられた鋼板に対して加圧空気等の噴出流を吹き付けて、過剰な溶融亜鉛を吹き落とす技術がある。この技術において、メッキ後の鋼板が振動すれば、前記加圧空気等の噴射力が変動して、メッキ厚が変化するので、電磁石の磁気吸引力により、その走路面を走行中の帯板状の鋼板の振動を制振して、メッキ厚を一定にする装置が、特開平5-245523号公報に記載されている。図７に示されるように、該技術は、２００°Ｃ以上の高温環境下において、加熱された前記鋼板を挟んで対向配置された一対の電磁石Ｍ'a，Ｍ'bの一方に取付けたセンサＳによって、それと鋼板５１との振幅方向の変位を検出して、その変位に応じた大きさの電流を前記一対の電磁石Ｍ'a，Ｍ'bのいずれか一方のコイルに流して、鋼板に磁気吸引力を及ぼして、その振動を減衰させて、本来の基準走行面５４に沿って走行するように制御するものである。
【０００３】
前記電磁石Ｍ'a，Ｍ'bは、コの字形の鉄心の互いに平行な部分である両磁極部にコイルが巻装されたものであって、一方の電磁石Ｍ'aの両磁極部の間には、センサＳが取付けられており、他方の電磁石Ｍ'bには、センサＳは、取付けられていない。そして、各々の電磁石Ｍ'a，Ｍ'bは、移動する鋼板５１を挟んで、これと非接触な状態で、その両側に対向配置されて使用されているものである。
【０００４】
このような電磁石Ｍ'a，Ｍ'bにおいて、鋼板５１の板厚が厚い場合には、鋼板５１を変位させるための磁力が不足する場合があり、このために、電磁石Ｍ'a，Ｍ'bの励磁電流を大きくしたり、コイルＣの巻数を多くして、対応することが必要であった。励磁電流を大きくする場合には、コイルＣの内部温度が上昇するので、その耐熱温度が問題となる。一方、コイルＣの巻数を多くする場合には、コイルＣ自身が大きくなるので、結果として、電磁石Ｍ'a，Ｍ'bが大型化して、スペース的に問題であった。
【０００５】
次に、図７及び図８を参照して、一方のみにセンサＳを取付けた一対の電磁石Ｍ'a，Ｍ'bを用いて、前記制振装置において、鋼板５１の振幅方向の変位を検出して、制振する場合の問題点について説明する。一方の電磁石Ｍ'aに取付けられたセンサＳによって、走行する鋼板５１の該センサＳと対向する検出点Ｔａとの間の距離Ａが連続して検出され、その結果、鋼板５１の前記検出点Ｔａの基準走行面５４に対する振幅方向の変位δａが検出される。これにより、一対の電磁石Ｍ'a，Ｍ'bのうち、鋼板５１の検出点Ｔａが変位した側と反対の側の電磁石（上記例では、電磁石Ｍ'b) に、前記変位δａに比例した電流が流れて、鋼板５１の検出点Ｔａの前後の各部分を電磁石Ｍ'bの側に磁気吸引して、その変位を少なくすることにより、制振している。ここで、電磁石Ｍ'a，Ｍ'bによって鋼板５１の振動を有効に制振するには、鋼板５１における電磁石Ｍ'a，Ｍ'bの吸引力の作用中心点Ｔｂと、前記検出点Ｔａとが、基準走行面５４に対して同一側に位置し、しかも各点Ｔa,Ｔｂの変位の差が極力小さいことが望ましい。
【０００６】
これを実現するには、電磁石Ｍ'aの磁極部１１とセンサＳとの間の距離Ｌを短くする必要がある。即ち、前記各点Ｔa,Ｔｂの変位の差が小さくなることにより、センサＳが検出する鋼板５１上の検出点Ｔa の位置情報が、そのまま一対の電磁石Ｍ'a，Ｍ'bのいずれか一方の磁力が及ぶ鋼板５１上の作用中心点Ｔb にほぼ等しく反映され、しかも、鋼板５１上の前記各点Ｔa,Ｔｂが基準走行面５４に対して同一側になることにより、一対の電磁石Ｍ'a，Ｍ'bの磁力の作用が本来と逆になることを阻止することができるので、制振効果が高まる。このため、コイルＣが大型化すると、前記距離Ｌが長くなるので、制振効果が低減するという問題があった。換言すれば、鋼板５１の制振効果を高めるには、前記距離Ｌを短くすることが必要である。
【０００７】
また、一方の電磁石Ｍ'aに取付けられるセンサＳとして、例えば渦電流式のものを使用する場合には、センサＳの近傍に鉄心Ｙの磁極部１１のような金属体が存在すると、前記変位δａに応じたセンサＳの出力電圧が、設定出力電圧より低下してしまうことがあって、実際の変位δａよりも小さな変位が制御器５２に認識されるので、望み通りに鋼板５１を制振できない。即ち、センサＳによる位置検出精度が低下するので、そのための目安として、センサＳは、周辺の金属体に対して自身のセンサヘッド部３１の外径とほぼ同一距離だけ離して配置する必要があった。
【０００８】
また、上記した電磁石Ｍ'a，Ｍ'bは、２００°Ｃを超える高温環境下で使用されるために、そのコイルの耐熱性も必要であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、高温環境下での使用に耐えられ、しかもコイルの励磁電流と巻数に依存せずに磁力の増大を可能にして、前記制振装置に使用した場合には、その制振効果の高い電磁石を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１の発明は、Ｕ字又はコの字形の鉄心の互いに平行な部分にコイルが巻装され、振動状態で走行する鋼板を挟んで、その両側に対向し、しかも前記鋼板と非接触な状態で一対配置されて、その少なくとも一方の各磁極部の間に、前記鋼板の振幅方向の変位を検出するセンサが取付けられている電磁石であって、前記鉄心の各磁極部に、鎖交磁束面積を増大させる磁極板が一体に取付けられて、前記磁極板は、鉄心の磁極部の中心に対して前記センサと反対側に偏倚して配置されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項１の発明によれば、鉄心の各磁極部に磁極板を取付けることにより、各磁極部における横断面積がその部分で大きくなって、周辺の漏れ磁束が前記磁極板と鎖交して、鎖交磁束数が増大する結果、磁力を増大させることができて、磁力を増大させられる結果、励磁電流が一定の場合には、同一磁力を得るのに必要な本発明に係る電磁石のコイルの巻数は、従来の電磁石に比較して少なくできる。この結果、鉄心の磁極部とセンサとの間の距離を短くできて、前記制振装置における制振効果が高まる。また、鉄心の磁極部の中心に対して前記センサと反対側に磁極板を偏倚して配置されることにより、センサと磁極板との距離を隔離することができるので、金属体である磁極板の影響を受けずに、センサの出力を一定にできて、前記制振装置の制御系を安定させることができる。
【００１２】
【００１３】
【００１４】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記コイルの磁極側の端面は、鉄心の磁極面に臨んでいて、前記磁極板は、前記コイルの磁極側端面に接着固定されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項２の発明によれば、ネジ類を使用せずに磁極板をコイル及び鉄心の磁極部に固定できるので、電磁石の信頼性を高めることができる。また、前記制振装置においては、制振対象である鋼板に磁気吸引力を非接触で及ぼすのみであって、直接吸着しないので、鉄心の磁極面に対する磁極板の接着固定によって、必要強度が保持される。
【００１６】
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記磁極板は、鉄心の磁極部の横断面に対応する形状だけ切り欠かれた嵌合孔が設けられ、該嵌合孔に前記鉄心の磁極部が嵌合されて、両者が一体化されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項３の発明によれば、磁極板は、接着固定と、鉄心の磁極部に対する嵌合構造との双方により一体に取り付けられているので、その取付け強度が高まり、電磁石の信頼性を高めることができる。
【００１８】
【００１９】
【００２０】
また、請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明を前提として、前記コイルを構成する導体の外周は、耐熱絶縁材で被覆され、コイル全体は、同じく耐熱性のテープ材で被覆されて、その全体が無機ワニスで処理され、全体として耐熱性を有していることを特徴としている。
【００２１】
請求項４の発明によれば、コイルを構成する導体が耐熱絶縁材で被覆される等していて、コイルの耐熱性が高められているので、高温環境下で長時間使用しても、コイルの劣化等の問題がなくなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、実施例を挙げて、本発明を更に詳細に説明する。本実施例で説明する電磁石Ｍ1a，Ｍ1bは、「従来技術」の項目で説明したのと同様に、図７に示される鋼板５１の位置制御のために使用されており、電磁石Ｍ1aは、その磁極部１１の間にセンサＳが取付けられており、電磁石Ｍ1bは、センサＳを有しておらず、両者は、センサＳの有無でのみ異なる構成となっている。図１は、本発明に係る電磁石Ｍ1a（Ｍ1b）の斜視図であり、図２（イ), (ロ）は、同じくその平面図及び正面図である。なお、図１及び図２においては、電磁石Ｍ1bは、センサＳを有していない点のみによって、その構成が電磁石Ｍ1aと異なっているので、その詳細な図示は、省いている。
【００２３】
図１及び図２に示されるとおり、本発明に係る電磁石Ｍ1aは、磁性体であるコの字形の鉄心Ｙと、その互いに平行な部分である各磁極部１１に巻装された所定巻数の一対のコイルＣと、両磁極部１１の間に取付けられた渦電流式のセンサＳと、両磁極部１１の先端部に無段差状態で一体に取付けられた磁性体から成る一対の磁極板Ｐ1 とで構成されている。鉄心Ｙの磁極部１１の横断面は、縦横比の大きな長方形状になっていて、各磁極部１１の配置は、その中心と、前記センサＳの中心との間の距離Ｌ（図８参照）が小さくなるように、その長辺部によって前記センサＳが挟まれるようになっている。また、前記磁極板Ｐ1 は、３〜１０ｍｍ程度厚みを有する方形の平板状であって、磁極部１１の横断面に対応する形状を切り欠かれた嵌合孔部４１が設けられている。該嵌合孔部４１は、磁極板Ｐ1 が磁極部１１に取付けられた状態で、鉄心Ｙの磁極部１１の中心１３に対して前記センサＳと反対の側に偏倚するように配置されるべく、磁極板Ｐ1 の中心より片側に偏倚して設けられている（図１参照）。
【００２４】
また、鉄心Ｙの前記各磁極部１１の間には、その中央部に突設された支持棒５３を介して前記センサＳが取付けられている。また、前記磁極板Ｐ1 は、磁極部中心１３に対して前記センサＳと反対側に偏倚するように、前記嵌合孔部４１を介して磁極部１１の先端に嵌合されていて、コイルＣの磁極側端面２１に、無段差で接着固定されている。また、両磁極板Ｐ1 は、それとセンサヘッド部３１との距離が、該センサヘッド部３１の外径より大きくなるように隔離されて、磁極部１１と一体化するように配置されている。なお、図７に示されるように、前記センサＳと一対のコイルＣとは、各々所定の方法で制御器５２に結線されている。
【００２５】
上記した電磁石Ｍ1a，Ｍ1bは、耐熱絶縁電線を所定のターン数で巻回してコイルＣを成形し、該コイルＣの外周面に無機絶縁テープ材をテーピング保護した後に、前記コイルＣを鉄心Ｙの各磁極部１１に嵌め込んだ状態で、無機ワニスで処理し、該鉄心ＹとコイルＣとを一体化させて、該鉄心Ｙの磁極面１２の部分に磁極板Ｐ1 を嵌め込んで、無機系接着剤によりコイルＣの磁極側端面２１に接着固定して、製作される。ここで、前記耐熱絶縁電線、前記無機ワニス、前記無機絶縁テープ材の耐熱温度は、２００°Ｃ以上である。
【００２６】
前記耐熱絶縁電線は、導体の外周面にセラミックス系の無機絶縁被覆層を設け、更にその外周に、有機絶縁層を設けて、二層の絶縁層を有する構成である。通常使用される代表的なコイルＣの導体としては、銅、アルミニウム、ニッケル等が挙げられ、銅は耐酸化性が乏しく、アルミニウムは強度が弱く、ニッケルは導体抵抗が高いというそれぞれの問題があるため、導体としては、ニッケルメッキ銅、ニッケルクラッド銅、ステンレスクラッド銅等の耐熱性を有する銅系の複合導体が望ましく、経済的には、ニッケルメッキ銅が好ましい。
【００２７】
また、前記無機絶縁被覆層を構成する材料としては、ポリボロシロキサン、ポリカルボシラン、ポリシラスチレン、ポリシラザン、ポリチタノカルボロシラン及びオルガノシロキサンから選ばれた１又は２種以上からなる樹脂と無機充填材とを溶剤に溶解又は分散させたセラミックス系絶縁材が使用される。また、前記有機絶縁層の一般的な材料としては、例えば、ホルマール、ポリウレタン、ポリエステル等が挙げられる。しかしながら、２００°Ｃを超える高温環境下で使用される場合には、上記材料では熱分解を起こす恐れがあるので、より耐熱性の高い材料が必要となり、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド等が挙げられるが、耐熱性のより高いポリイミドが好ましい。
【００２８】
また、コイルＣのリード線の導体としては、上記理由により、ニッケルメッキ銅が好ましい。このリード線は、大きな負荷が作用するので、可撓性を有する導体を用いる必要があり、その絶縁被覆層としては、同様に耐熱性を有することが必要であって、好適な材料としてテフロンが挙げられる。
【００２９】
また、前記無機ワニスとしては、酸化マグネシウム、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、シリカ、マイカ、タルク等の酸化物系セラミックスの一つ又は複数が混合されたものが使用される。更に、無機絶縁テーピング材としては、ガラス繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維、マイカテープを単独又は複合して用いることが望ましく、経済性及び含浸性を考慮すると、ガラス繊維が好ましい。
【００３０】
次に、図１、図２、図７及び図８を参照して、前記一対の電磁石Ｍ1a，Ｍ1bを用いた制振装置の制振作用について説明する。一対の電磁石Ｍ1a，Ｍ1bは、一方の電磁石Ｍ1aのセンサＳからの入力信号に基づいて、制御器５２から、鋼板５１の前記変位δａに比例する励磁電流が、一対の電磁石Ｍ1a，Ｍ1bのいずれか一方のコイルＣに通電され、鋼板５１が基準走行面５４に沿うように磁気吸引力を作用させている。電磁石Ｍ1a，Ｍ1bのコイルＣが巻装された磁極部１１内では、磁極部１１の長手方向に磁界が生じており、磁極部１１の先端部には、それより大きな横断面積を有する磁極板Ｐ1 が固着されているので、この部分の磁束と鎖交する断面積が大きくなって、周辺の漏れ磁束が前記磁極板Ｐ1 と鎖交する結果、磁束数が増えて磁力が増す構造になっている。従って、増大された磁気吸引力が鋼板５１に及ぶので、その剛性に逆らって、走行中の鋼板５１の磁力の作用中心点Ｔｂの変位を零に近づけて、鋼板５１が基準走行面５４に沿って走行するように制振制御できる。
【００３１】
図６は、本発明に係る電磁石の特性図であって、横軸は励磁電流を、縦軸は吸引力を示している。実線は、磁極板Ｐ1 を備えた本発明に係る電磁石Ｍ1a，Ｍ1bの特性であり、破線は、磁極板Ｐ1 を備えていない従来の電磁石の特性である。励磁電流とコイルＣの巻数とを増すことなく、磁極板Ｐ1 を取付けた効果により、吸引力が増大することを示している。「従来技術」の項目で述べたとおりに、コイルの巻数を増大させずに、即ち、前記距離Ｌを大きくせずに吸引力を大きくできるので、制振装置の制御系を安定させることができる。
【００３２】
そして、２００°Ｃを超える高温雰囲気において、加熱された鋼板５１は走行しており、一方の電磁石Ｍ1aに取付けられたセンサＳによって、走行する鋼板５１の検出点Ｔａの変位は常時検出されて、その変位に対応する電圧が制御器５２に入力されて、前記変位が設定値を超える場合には、鋼板５１が変位した側と反対側の電磁石Ｍ1a（又はＭ1b) のコイルＣに所定の大きさの電流が流れて、該鋼板５１の振動を減衰させる。ここで、センサＳの上端面にあるセンサヘッド部３１と両磁極板Ｐ1 とは、前記したとおりに隔離して配置されているので、センサＳの出力は一定しており、前記変位δａに応じたセンサＳの所定の出力電圧が制御器５２に入力されて、安定した鋼板５１の位置制御が行われる。また、磁極板Ｐ1 には、前記嵌合孔部４１が偏倚して切り欠かれていて、該嵌合孔部４１を介して各磁極部１１に前記磁極板Ｐ1 が、該磁極部１１の中心１３に対してセンサＳと反対側に偏倚して取付けられているために、一対の磁極部１１間の距離を大きくする必要がなくなって、電磁石Ｍ1a，Ｍ1bが小型化される。
【００３３】
また、本発明に係る電磁石Ｍ1aにおいては、磁極部１１に対する磁極板Ｐ1 の取付構造は、その嵌合孔部４１を利用した嵌合構造と、接着固定との双方によっている。従って、磁極板Ｐ1 を固定するためにネジ類を用いてないので、ネジ類が外れる恐れがなく、かつ、嵌合固定されているので、十分な取付け強度が得られる。特に、振動状態で走行する鋼板５１に吸引力を及ぼして、振動を減衰させる用途においては、磁極板Ｐ1 と鋼板５１とが、直接に接触しないので、磁極部１１に対する磁極板Ｐ1 の取付構造は、上記構造で強度的に十分である。
【００３４】
一方、一対の電磁石Ｍ1a，Ｍ1bを構成するコイルＣは、コイルを構成する導体が耐熱絶縁材で被覆される等していて、コイルの耐熱性が高められているので、２００°Ｃを超える高温環境下で長時間使用しても、コイルの劣化等の問題がなく、鋼板５１の制振制御を支障なく行える。
【００３５】
図３ないし図５に、他の形状の磁極板Ｐ2 〜Ｐ4 を、磁極部１１に取付けた電磁石Ｍ2a〜Ｍ4a，Ｍ2b〜Ｍ4bが示されている。但し、電磁石Ｍ2a〜Ｍ4a，Ｍ2b〜Ｍ4bは、磁極板Ｐ2 〜Ｐ4 の形状のみが前記電磁石Ｍ1a，Ｍ1bと異なっていて、他の構成及びコイルＣの磁極側端面２１への接着取付構造については、上述した電磁石Ｍ1a，Ｍ1bのものと同じである。
【００３６】
電磁石Ｍ2a，Ｍ2bには、図３に示されるとおり、裏面側に磁極部１１の先端部が嵌合される嵌合凹部４２を備えた磁極板Ｐ2 が使用されている。また、この嵌合凹部４２は、前記嵌合孔部４１と同様に、自身の中心に対して偏倚して設けられており、前記磁極板Ｐ2 が磁極部１１の先端部に接着固定された状態では、該磁極板Ｐ2 は、磁極部１１の中心１３に対してセンサＳは反対側に偏倚して配置される。この電磁石Ｍ2a，Ｍ2bにおいても、嵌合凹部４２を利用した嵌合構造と接着固定との双方によって、前記磁極板Ｐ2 は、磁極部１１の先端部に取付けられているため、取付強度が高まり、しかも増大された磁極面（磁極板Ｐ2 の表面）には、磁極部１１との接続境界線が存在しなくなる。
【００３７】
また、電磁石Ｍ3a，Ｍ3bには、図４に示されるとおり、取付状態においてセンサＳの側に開口する嵌合切欠き部４３を備えた磁極板Ｐ3 が使用されている。即ち、磁極板Ｐ3 の前記嵌合切欠き部４３に磁極部１１の先端部が嵌合されて、該磁極板Ｐ3 は、磁極部１１の中心１３に対してセンサＳと反対側に大きく偏倚して配置されるために、前記センサＳに対する金属体としての前記悪影響が最も少なくなる利点がある。
【００３８】
更に、電磁石Ｍ4a，Ｍ4bには、図５に示されるとおり、嵌合孔部等を有しない方形状の磁極板Ｐ4 が使用されており、磁極部１１の磁極面１２と、コイルＣの磁極側端面２１との双方に接着のみによって、上記偏倚配置でもって固定されている。
【００３９】
【発明の効果】
本発明に係る電磁石は、鉄心の磁極部の中心に対して前記センサと反対側に磁極板が偏倚して配置されているので、センサと磁極板との距離を隔離することができるので、金属体である磁極板の影響を受けずに、センサの出力を一定にできて、前記制振装置の制御系を安定させることができる。
【００４０】
【００４１】
また、本発明に係る電磁石のコイルは、これを構成する導体が耐熱性を有する絶縁材で被覆される等しているために、２００°Ｃを超える高温雰囲気においても、絶縁材等が熱分解されることなく、長期間に亘って支障なく使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る電磁石Ｍ1aの斜視図である。
【図２】  （イ），（ロ）は、同じく平面図、及び正面図である。
【図３】  （イ），（ロ）は、本発明に係る電磁石Ｍ2aの平面図、及びその磁極部１１の先端部の縦断面図である。
【図４】  （イ），（ロ）は、本発明に係る電磁石Ｍ3aの平面図、及びその磁極部１１の先端部の縦断面図である。
【図５】  （イ），（ロ）は、本発明に係る電磁石Ｍ4aの平面図、及びその磁極部１１の先端部の縦断面図である。
【図６】  本発明に係る電磁石Ｍ1aの特性図である。
【図７】  本発明に係る一対の電磁石Ｍ1a, Ｍ1bを用いた鋼板５１の制振装置の原理図である。
【図８】  図７の電磁石Ｍ1aと鋼板５１の部分の拡大図である。
【符号の説明】
Ｃ：コイル
Ｍ1a〜Ｍ4a，Ｍ1b〜Ｍ4b：電磁石
Ｐ1 〜Ｐ4 ：磁極板
Ｓ：センサ
Ｙ：鉄心
１１：磁極部
１３：磁極部の中心
２１：磁極側端面
４１：嵌合孔部
５１：鋼板
【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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