(57)【要約】      （修正有）【課題】高出力の電源を用いずとも所望の交流の強磁界を生成することができる磁界発生装置を提供する。【解決手段】磁界発生装置は、それぞれが同軸上に並べられた複数のコイル１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂを備えている。また、複数のコイル１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂ毎に独立してバイポーラ電源３１，３２，３３，３４が設けられており、個々のバイポーラ電源３１，３２，３３，３４は、それぞれコイル１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂに電流を供給する。そして、これらのバイポーラ電源３１，３２，３３，３４から出力される電力は信号発生部４０により制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが同軸上に並べられた複数のコイルと、
コイル毎に独立して設けられた、対応するコイルに交流電流を供給する複数の電源と、
前記複数の電源をそれぞれ駆動する信号発生部と、
を有することを特徴とする磁界発生装置。
【請求項２】
前記信号発生部は、それぞれが一つ以上の電源を駆動対象とする複数の信号発生器により構成されていることを特徴とする請求項１に記載された磁界発生装置。
【請求項３】
前記信号発生器は、個々のコイルに供給される電流量を制御できる様な個数に設定されていることを特徴とする請求項２に記載された磁界発生装置。
【請求項４】
前記複数の信号発生器は、基準信号を直列的に受け渡して互いに同期を図り、個々の電源出力を同期することを特徴とする請求項２又は３に記載された磁界発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の電動化に伴い車両内に大電流が扱われ、強い磁界が生成されつつある。このため、車両内機器に誤作動が生じる懸念が発生しており、当該機器の磁界耐性を評価する必要性が生じている。車両内部で扱われる大電流は主に交流であるため、車両内機器の磁界耐性を評価するためには車両内機器に対して交流磁界を印加する必要があり、磁界を生成する為にヘルムホルツコイルに電流を流し、磁界を生成することが知られている。また、当該機器の磁界耐性を評価するためには、当該機器の使用環境に応じた磁界強度で、所望の磁界強度が均一な領域の形状を形成できることが好ましい。
【０００３】
例えば特許文献１には、第１のヘルムホルツコイルと、第２のヘルムホルツコイルとを直交して配置するとともに、第１及び第２のヘルムホルツコイルをなす４つのコイルに対してそれぞれ電源を独立して設けた構成が開示されている。個々の電源は、静磁場及び勾配磁場を形成するために直流電流を供給する仕様となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−２１２４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電気自動車等の環境を再現する交流の強磁界を発生させる必要があるが、コイルは誘導性負荷であることから、電流値が一定であっても周波数に応じてインピーダンスが変化するため、高出力の電源が必要となるが、高出力化には技術的な困難を伴うため、電源への対策が必要となる。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高出力の電源を用いずとも所望の交流の強磁界を生成することができる磁界発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するために、本発明は、それぞれが同軸上に並べられた複数のコイルと、コイル毎に独立して設けられた、対応するコイルに交流電流を供給する複数の電源と、複数の電源をそれぞれ駆動する信号発生部と、を有することを特徴とする磁界発生装置を提供する。
【０００８】
ここで、本発明において、信号発生部は、それぞれが一つ以上の電源を駆動対象とする複数の信号発生器により構成されていることが好ましい。
【０００９】
また、本発明において、信号発生器は、個々のコイルに供給される電流量を制御できる様な個数に設定されていることが好ましい。
【００１０】
また、本発明において、複数の信号発生器は、基準信号を直列的に受け渡して互いに同期を図り、個々の電源出力を同期することが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、所望とする交流の強磁界を得るために必要な電源を、コイル毎の電源にて分担することができる。これにより、電源一つあたりの出力を低減することができるので、高出力の電源を用いずともコイルへの電流駆動ができ、所望とする交流の強磁界を生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る磁界発生装置の構成を模式的に示す説明図
【図２】本実施形態に係る磁界発生装置の別な構成を模式的に示す説明図
【図３】本実施形態に係る磁界発生装置の別な構成を模式的に示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本実施形態に係る磁界発生装置の構成を模式的に示す説明図である。本実施形態に係る磁界発生装置は、所定の空間領域に交流磁界を形成する装置である。磁界発生装置は、内側コイル対１０及び外側コイル２０と、複数の電源３１，３２，３３，３４と、信号生成部４０と、制御部５０とを主体に構成されている。
【００１４】
内側コイル対１０は、それぞれが同軸上に並べられた第１コイル１０ａ及び第２コイル１０ｂで構成されている。個々のコイル１０ａ，１０ｂは、例えば同一形状及び同一巻き数に設定されており、コイルが含まれる面を対向させて配置されている。
【００１５】
外側コイル対２０は、それぞれが同軸上に並べられた第１コイル２０ａ及び第２コイル２０ｂで構成されている。個々のコイル２０ａ，２０ｂは、例えば同一形状及び同一巻き数に設定されており、コイルが含まれる面を対向させて配置されている。
【００１６】
また、本実施形態では、外側コイル対２０をなす第１コイル２０ａ及び第２コイル２０ｂは、内側コイル対１０をなす第１コイル１０ａ及び第２コイル１０ｂを内側に挟むように、それらの外側に位置づけられている。そして、各コイル対１０，２０をなす４つのコイル１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂは、それぞれ同軸上に直列的に並んで構成されている。内側コイル対１０を外側コイル対２０の間に挟んだ直列構成のコイルの場合、生成される磁界は、個々のコイル対１０，２０によって生成される磁界の和と考えることができる。
【００１７】
複数の電源３１，３２，３３，３４は、コイル１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂ毎に独立して設けられている。個々の電源３１，３２，３３，３４は、負荷の状態によらず所望の交流電流を流すことができる機能をもつ例えばバイポーラ電源である。以下、電源３０をバイポーラ電源３０として説明する。バイポーラ電源３１は、第１コイル１０ａに交流電流を供給するものであり、同様に、バイポーラ電源３２は、第２コイル１０ｂに交流電流を供給するものである。また、バイポーラ電源３３は、第１コイル２０ａに交流電流を供給するものであり、同様に、バイポーラ電源３４は、第２コイル２０ｂに交流電流を供給するものである。個々のバイポーラ電源３１，３２，３３，３４は、信号発生部４０からの出力信号に応じて、対応するコイル１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂに所定の電流（出力信号と同期した交流電流）を供給する。
【００１８】
信号発生部４０は、４つのバイポーラ電源３１，３２，３３，３４をそれぞれ駆動するものである。信号発生部４０は、４つのバイポーラ電源３１，３２，３３，３４と一対一の関係で用意された４つの信号発生器４１，４２，４３，４４で構成されている。個々の信号発生器４１，４２，４３，４４は、一般的な信号生成器であり、後述する制御部１１からの命令に基づいて、所定の交流電流を実現するための出力信号を生成し、この生成した出力信号を対応するバイポーラ電源３１，３２，３３，３４に出力する。
【００１９】
個々の信号発生器４１，４２，４３，４４は、クロック（図示せず）を内蔵しており、所定の周期で出力信号を生成することができる。また、図１に示すように、これらの信号発生器４１，４２，４３，４４は、その一の信号発生器４１をマスターとし、他の信号発生器４２，４３，４４をスレーブとして、マスターからスレーブ、そのスレーブから他のスレーブへといったように基準信号を直列的に受け渡すことで、互いに同期を図ることが可能となっている。そのため、個々の信号発生器４１，４２，４３，４４は、バイポーラ電源３１，３２，３３，３４に対する出力信号を同期して出力し、複数のバイポーラ電源３１，３２，３３，３４をそれぞれ同期駆動することができる。
【００２０】
制御部５０は、磁界発生装置を統合的に制御する機能を担っている。制御部５０としては、ＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリ、補助記憶装置としてのＨＤＤ（Hard Disk Drive）、通信Ｉ／Ｆ部などを備えるコンピューターを用いることができる。
【００２１】
このような構成を有する磁界発生装置では、上述したように、バイポーラ電源３１，３２，３３，３４が、個々のコイル１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂ毎に独立して設けられている。そこで、所望とする交流の強磁界を生成するために、個々のバイポーラ電源３１，３２，３３，３４に要求される出力を、個々のコイル１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂに単一のバイポーラ電源で電流を供給する場合と比較して検討する。
【００２２】
まず、２組のコイル対をなす４つのコイルを単一のバイポーラ電源にて駆動して交流磁界を生成するケースを考える。ここで、生成する交流磁界の磁束密度を１００μＴ、周波数を１００ｋＨｚと仮定し、また、各コイルの巻き数をそれぞれ４ターンとする。また、４つのコイルのそれぞれは直径１ｍの環状コイルとし、コイル対の間隔を５０ｃｍとし、各コイルが等間隔に配置されているとする。また、それぞれのコイルに使用されているワイヤは、直径が１７ｍｍの銅材であるとする。
【００２３】
４つのコイルで生成される磁界強度は、各コイルによって生成される磁界の和で表される。具体的には、２組のコイル対の場合、上記条件の磁界強度を形成するために必要な電流は、下式より計算される。交流磁界を最大効率で生成するためには各コイルに対して同期して交流を流す必要があり、単一のバイポーラ電源にて駆動する場合には４つのコイルを電気的に直列に接続して、電流を供給することとなる。
【数１】
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【００２４】
同数式において、Ｉはコイルに流す電流［Ａ］、ｒはコイルの半径［ｍ］、ｂはコイル対間距離の半分の値、Ｂは磁束密度［μＴ］であり、ｎはコイルの巻き数である。
【００２５】
また、交流磁界の周波数を１００ｋＨｚとすると、コイルに印加する電圧は、数式１及び以下に示す数式２乃至４を介して、数式５にて示される。
【数２】
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【数３】
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【数４】
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【数５】
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【００２６】
ここで、ｋは長岡係数、μは透磁率［ｈ／ｍ］、Ｓはコイルをなすワイヤの断面積、ｌはコイルの長さ［ｍ］、ρはワイヤの抵抗率［Ωｍ］、ｄはワイヤ直径［ｍ］、ωは各周波数［Ｈｚ］である。
【００２７】
上述の数式を参照するに、上記の要件（磁束密度：１００μＴ，周波数：１００ｋＨｚ）を満たすためには、２７０［Ｖ］の電圧をコイルに印加する必要がある。したがって、単一のバイポーラ電源にてこれを行うためには、２７０［Ｖ］以上の出力が可能な電源を用いることとなる。
【００２８】
この点、本実施形態に示すように、バイポーラ電源３１，３２，３３，３４を４つのコイル１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂ毎に独立して設けた場合には、各バイポーラ電源３１，３２，３３，３４が負担すべき電圧は２７０［Ｖ］の１／４となり、概ね７０［Ｖ］以上の出力が可能な電源であればよいことが分かる。
【００２９】
このように本実施形態において、磁界発生装置は、複数のコイル１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂ毎に独立してバイポーラ電源３１，３２，３３，３４が設けられており、個々のバイポーラ電源３１，３２，３３，３４は、それぞれコイル１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂに電流を供給する。そして、これらのバイポーラ電源３１，３２，３３，３４は信号発生部４０によりそれぞれ駆動される。
【００３０】
係る構成によれば、所望とする交流の強磁界を得るために必要な各コイル１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂに印加する電圧を、個々のバイポーラ電源３１，３２，３３，３４にて分担することができる。そのため、単一のバイポーラ電源で実現する場合と比較して、各バイポーラ電源３１，３２，３３，３４が高出力である必要もない。これにより、高出力のバイポーラ電源を用いずとも所望の交流の強磁界を生成することが可能となる。
【００３１】
また、本実施形態によれば、磁界発生装置は、４つのコイル１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂを同軸上に直列的に並べた構成となっている。
【００３２】
係る構成によれば、外側コイル対２０をなす一対のコイル２０ａ，２０ｂにより、内側コイル対１０をなす一対のコイル１０ａ，１０ｂが内側に挟み込まれた格好となる。これより、各コイル対１０，２０により発生する磁界の方向が同じとなるので、個々の磁界の足し合わせにより、強い磁界を形成することができる。すなわち、直列配置された複数のコイル対１０，２０を用いることで交流の強磁界の形成に資することとなるが、これを実現するためには、高出力のバイポーラ電源が必要となる。その点、必要な電圧を個々のバイポーラ電源３１，３２，３３，３４にて分担することができる本実施形態によれば、交流の強磁界を効果的に形成することができる。
【００３３】
また、本実施形態において、複数の信号発生器４１，４２，４３，４４は、基準信号を直列的に受け渡して互いに同期を図ることで、バイポーラ電源３１，３２，３３，３４に対する出力信号を同期して出力する。
【００３４】
係る構成によれば、各信号発生器４１，４２，４３，４４が基準信号により互いに同期することができる。これにより、複数のバイポーラ電源３１，３２，３３，３４により電圧を分担しつつも、相互に同期して交流電流を供給することができる。その結果、所望の交流の強磁界を適切に得ることができる。
【００３５】
本実施形態では、信号生成部４０は、バイポーラ電源３１，３２，３３，３４と信号発生器４１，４２，４３，４４とが一対一の関係に設定され、個々の信号発生器４１，４２，４３，４４が、一つのバイポーラ電源３１，３２，３３，３４を個別的に駆動する構成とされている。しかしながら、信号発生部４０を複数の信号生成器で構成する場合、個々の信号生成器が、２以上のバイポーラ電源を駆動対象としてもよく、結果として、複数のバイポーラ電源のすべてが個々の信号発生器により駆動されていれば足りる。
【００３６】
例えば図２に示す例としてもよい。具体的には、信号生成部４０は、それぞれが二つのバイポーラ電源を駆動対象とする二つの信号生成器４５，４６で構成されている。ここで、一方の信号生成器４５は、２つのバイポーラ電源３１，３２をそれぞれ駆動し、他方の信号生成器４５が、２つのバイポーラ電源３３，３４をそれぞれ駆動する。この場合、信号発生器４５，４６のそれぞれは、基準信号を相互に授受することで互いに同期を図ることが可能となっており、前述の出力信号を同期して出力することができる。
【００３７】
信号生成部４０を構成する信号生成器の個数は、磁界強度の制御（コイルに供給される電流量の制御）に応じて決定することができる。例えば、コイル毎に流す電流を変え、強度や均一領域を制御したい場合を考慮して設定される。その必要がない場合は、図３に示すように、信号生成部４０は、それ自体が一つの信号生成器４７により実現されてもよい。
【００３８】
また、本実施形態では、信号生成部４０を複数の信号生成器で実現しており、これに伴い同期信号を利用している。しかしながら、個々の信号生成器が同期して動作することが可能であれば、この同期信号を省略することも可能である。
【００３９】
以上、本実施形態にかかる磁界発生装置について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることなく、その発明の範囲において種々の変更が可能である。例えば、コイルの個数や巻き数、大きさは種々のバリエーションにて利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０    内側コイル対
１０ａ  コイル
１０ｂ  コイル
２０    外側コイル対
２０ａ  コイル
２０ｂ  コイル
３１〜３４    バイポーラ電源
４０    信号発生部
４１〜４４    信号発生器
５０    制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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