(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３軸磁場の制御が可能な３次元磁場電磁石装置において、
略水平方向の磁場を発生させるＸ軸用電磁石と、
略水平方向で該Ｘ軸用電磁石と略直交する磁場を発生させるＹ軸用電磁石と、
略鉛直方向の磁場を発生させるＺ軸用電磁石とを備え、
該Ｘ軸用電磁石と該Ｙ軸用電磁石とでＸＹ平面の２軸磁場を発生させ、
該Ｚ軸用電磁石により該２軸磁場に１軸分を追加して３次元磁場を発生させ、
該Ｘ軸用電磁石、該Ｙ軸用電磁石及び該Ｚ軸用電磁石を制御することにより、該３次元磁場を制御し、
該Ｘ軸用電磁石が、コイル軸が略鉛直方向に伸びる２つのＸ軸用コイルからなり、
該Ｙ軸用電磁石が、コイル軸が略鉛直方向に伸びる２つのＹ軸用コイルからなり、
該２つのＸ軸用コイルと該２つのＹ軸用コイルとが、上方のコイル面を略同一平面上に配置され、且つ、該上方のコイル面側の平面視で、該コイル軸が同一円の円周上に配置されると共に該同一円の円周上に該Ｘ軸用コイルと該Ｙ軸用コイルとが交互に配置され、
該Ｚ軸用電磁石が、コイル軸が略鉛直方向に伸びる１つのＺ軸用コイルからなり、
該Ｚ軸用コイルが、該Ｘ軸用電磁石と該Ｙ軸用電磁石との該上方のコイル面側で、該Ｚ軸用コイルのコイル軸が、該Ｘ軸用電磁石と該Ｙ軸用電磁石とが配置された該同一円の中心と略同一位置になるように配置されていることを特徴とする３次元磁場電磁石装置。
【請求項２】
前記Ｘ軸用コイル及び前記Ｙ軸用コイルの各コアが、該Ｘ軸用コイル及び該Ｙ軸用コイルの導線の巻線部よりも上方に突出して前記Ｚ軸用コイルのコア又はコアの一部を形成し、
該コアの該巻線部より突出した突出部に、前記Ｚ軸用コイルの導線が巻装され、該Ｚ軸用コイルの巻線部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の３次元磁場電磁石装置。
【請求項３】
前記Ｚ軸用コイルのコアが、細巾材を、側方視略Ｌ字状に湾曲させた４つのポールピースからなり、
該ポールピースの上方突出鍔部側を、前記同一円の円周に配置された４つの前記Ｘ軸用コイル及び前記Ｙ軸用コイルの内側方向に向けつつ、該ポールピースの底面部の非上方突出鍔部側を、該Ｘ軸用コイル及び該Ｙ軸用コイルのコアの前記上方のコイル面側に固定し、
該４つの上方突出鍔部に架け渡すように該Ｚ軸用コイルの導線を巻装させることを特徴とする請求項１記載の３次元磁場電磁石装置。
【請求項４】
前記Ｚ軸用コイルのコアの非Ｘ軸用コイル側の端部に端面を有することを特徴とする請求項２又は請求項３記載の３次元磁場電磁石装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３軸磁場の制御が可能な３次元磁場電磁石装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば３軸の磁気センサを検査・調整するにあたり、磁気センサに作用させるための磁場を発生させる３次元磁場電磁石装置が用いられている。３次元磁場電磁石装置としては、例えば、特許文献１に示されるような３軸ヘルムホルツコイルを用いたものがある。
【０００３】
従来の３軸ヘルムホルツコイルを用いたものは、３軸ヘルムホルツコイルと、磁気センサを載置する載置台と、電流供給部と、制御部とを備え、電流供給部は、３軸ヘルムホルツコイルを構成する個々の１軸ヘルムホルツコイルに電流Ｉを流し、制御部は、電流Ｉによって３軸ヘルムホルツコイル内に生じる磁場と、外部から３軸ヘルムホルツコイル内に作用する外部磁場との合成磁場が、載置台に載置された磁気センサに、予め定められた複数の方向から作用するように、個々の１軸ヘルムホルツコイルに流れる電流を変化させるような構成になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１０２５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の３次元磁場電磁石装置のようなヘルムホルツコイルを使用する場合、周辺への漏れ磁場が発生するため、装置全体に漏れ磁場を抑える構成にする必要がある。また、３次元磁場を制御する方法としては、２軸の電磁石によりＸＹ平面の磁場を発生させ、その電磁石のコイルの磁場制御を、対抗軸間で反発する磁界を発生させることによりＺ軸方向の磁界成分を発生させる方法があるが、３次元磁場の制御が困難だという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、漏れ磁場を抑え、３次元磁場の制御が容易な３次元磁場電磁石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】
請求項１記載の３次元磁場電磁石装置は、略水平方向の磁場を発生させるＸ軸用電磁石と、略水平方向でＸ軸用電磁石と略直交する磁場を発生させるＹ軸用電磁石と、略鉛直方向の磁場を発生させるＺ軸用電磁石とを備え、Ｘ軸用電磁石とＹ軸用電磁石とでＸＹ平面の２軸磁場を発生させ、Ｚ軸用電磁石により２軸磁場に１軸分を追加して３次元磁場を発生させ、Ｘ軸用電磁石、Ｙ軸用電磁石及びＺ軸用電磁石を制御することにより、３次元磁場を制御し、Ｘ軸用電磁石が、コイル軸が略鉛直方向に伸びる２つのＸ軸用コイルからなり、Ｙ軸用電磁石が、コイル軸が略鉛直方向に伸びる２つのＹ軸用コイルからなり、２つのＸ軸用コイルと２つのＹ軸用コイルとが、上方のコイル面を略同一平面上に配置され、且つ、上方のコイル面側の平面視で、コイル軸が同一円の円周上に配置されると共に同一円の円周上にＸ軸用コイルとＹ軸用コイルとが交互に配置され、Ｚ軸用電磁石が、コイル軸が略鉛直方向に伸びる１つのＺ軸用コイルからなり、Ｚ軸用コイルが、Ｘ軸用電磁石とＹ軸用電磁石との上方のコイル面側で、Ｚ軸用コイルのコイル軸が、Ｘ軸用電磁石とＹ軸用電磁石とが配置された同一円の中心と略同一位置になるように配置されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の３次元磁場電磁石装置は、Ｘ軸用コイル及びＹ軸用コイルの各コアが、Ｘ軸用コイル及びＹ軸用コイルの導線の巻線部よりも上方に突出してＺ軸用コイルのコア又はコアの一部を形成し、コアの巻線部より突出した突出部に、Ｚ軸用コイルの導線が巻装され、Ｚ軸用コイルの巻線部が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の３次元磁場電磁石装置は、Ｚ軸用コイルのコアが、細巾材を、側方視略Ｌ字状に湾曲させた４つのポールピースからなり、ポールピースの上方突出鍔部側を、同一円の円周に配置された４つのＸ軸用コイル及びＹ軸用コイルの内側方向に向けつつ、ポールピースの底面部の非上方突出鍔部側を、Ｘ軸用コイル及びＹ軸用コイルのコアの上方のコイル面側に固定し、４つの上方突出鍔部に架け渡すようにＺ軸用コイルの導線を巻装させることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の３次元磁場電磁石装置は、Ｚ軸用コイルのコアの非Ｘ軸用コイル側の端部に端面を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本願の発明によれば、漏れ磁場を抑え、３次元磁場の制御が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る３次元磁場電磁石装置の一例を示す斜視図である。
【図２】同３次元磁場電磁石装置の平面図である。
【図３】同３次元磁場電磁石装置の縦断面図である。
【図４】同３次元磁場電磁石装置のＸ軸方向の磁場の様子を示す説明図である。
【図５】同３次元磁場電磁石装置のＸ軸方向の磁場の概念を示す説明図である。
【図６】同３次元磁場電磁石装置のＺ軸方向の磁場の様子を示す説明図である。
【図７】同３次元磁場電磁石装置のＺ軸方向の磁場の概念を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の形態に係る装置は、３軸磁場の制御が可能な３次元磁場電磁石装置に関するものであり、以下、本発明の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。図１は、本発明に係る３次元磁場電磁石装置の一例を示す斜視図である。図２は、同３次元磁場電磁石装置の平面図である。図３は、同３次元磁場電磁石装置の縦断面図である。図４は、同３次元磁場電磁石装置のＸ軸方向の磁場の様子を示す説明図である。図５は、同３次元磁場電磁石装置のＸ軸方向の磁場の概念を示す説明図である。図６は、同３次元磁場電磁石装置のＺ軸方向の磁場の様子を示す説明図である。図７は、同３次元磁場電磁石装置のＺ軸方向の磁場の概念を示す説明図である。
【００１５】
３次元磁場電磁石装置１は、Ｘ軸用電磁石１０、Ｙ軸用電磁石２０、Ｚ軸用電磁石３０等から構成されている。Ｘ軸用電磁石１０は、略水平方向の磁場を発生させるＸ軸用の電磁石であり、コイル軸が略鉛直方向に伸びる２つのＸ軸用コイル１０ａ，１０ｂからなる。より具体的には、Ｘ軸用コイル１０ａ，１０ｂは、上下に円盤状のＸ軸用コイルケース１６を有するＸ軸用コア１２がボビン状になっており、このＸ軸用コア１２に、導線が巻かれてＸ軸用巻線部１４が形成されている。
【００１６】
また、Ｙ軸用電磁石２０は、略水平方向でＸ軸用電磁石１０と略直交する磁場を発生させる電磁石であり、コイル軸が略鉛直方向に伸びる２つのＹ軸用コイル２０ａ，２０ｂからなる。より具体的には、Ｙ軸用コイル２０ａ，２０ｂは、上下に円盤状のＹ軸用コイルケース２６を有するＹ軸用コア２２がボビン状になっており、このＹ軸用コア２２に、導線が巻かれてＹ軸用巻線部２４が形成されている。
【００１７】
そして、２つのＸ軸用コイル１０ａ，１０ｂと２つのＹ軸用コイル２０ａ，２０ｂとが、上方のコイル面を略同一平面上に配置され、且つ、上方のコイル面側の平面視で、コイル軸が同一円の円周上に配置されると共に同一円の円周上にＸ軸用コイル１０ａ，１０ｂとＹ軸用コイル２０ａ，２０ｂとが交互に配置されるように、２つのＸ軸用コイル１０ａ，１０ｂと２つのＹ軸用コイル２０ａ，２０ｂとが、下方を薄板円環状のバックコア４０に固定されている。
【００１８】
Ｚ軸用電磁石３０は、略鉛直方向の磁場を発生させる電磁石であり、薄板円環状のＺ軸用コイルケース３６の上にコイル軸が略鉛直方向に伸びるように導線が巻かれてＺ軸用巻線部３４が形成された１つのＺ軸用コイル３０からなる。そして、Ｚ軸用コイル３０が、Ｘ軸用電磁石１０とＹ軸用電磁石２０との上方のコイル面側で、Ｚ軸用コイル３０のコイル軸が、Ｘ軸用電磁石１０とＹ軸用電磁石２０とが配置された同一円の中心と略同一位置になるように配置されている。
【００１９】
そして、３次元磁場電磁石装置１は、Ｘ軸用コイル１０ａ，１０ｂ及びＹ軸用コイル２０ａ，２０ｂの各コア（Ｘ軸用コア１２及びＹ軸用コア２２）が、Ｘ軸用コイル１０ａ，１０ｂ及びＹ軸用コイル２０ａ，２０ｂのＸ軸用巻線部１４及びＹ軸用巻線部２４よりも上方に突出してＺ軸用コイル３０のコア又はコアの一部を形成し、Ｘ軸用コア１２及びＹ軸用コア２２のＸ軸用巻線部１４及びＹ軸用巻線部２４より突出した突出部に、Ｚ軸用コイル３０の導線が巻装され、Ｚ軸用コイル３０のＺ軸用巻線部３４が形成されている。
【００２０】
Ｚ軸用コイル３０のコアの構造を説明すると、Ｚ軸用コイル３０のコアは、細巾材を、側方視略Ｌ字状に湾曲させた２つのＸ軸用ポールピース１８と２つのＹ軸用ポールピース２８とから構成されている。さらに、より具体的に説明すると、Ｘ軸用ポールピース１８及びＹ軸用ポールピース２８の上方突出鍔部１８ｂ，２８ｂ側を、同一円の円周に配置された４つのＸ軸用コイル１０ａ，１０ｂ及びＹ軸用コイル２０ａ，２０ｂの内側方向に向けつつ、Ｘ軸用ポールピース１８及びＹ軸用ポールピース２８の底面部１８ａ，２８ａの非上方突出鍔部側を、Ｘ軸用コイル１０ａ，１０ｂ及びＹ軸用コイル２０ａ，２０ｂのＸ軸用コア１２及びＹ軸用コア２２の上方のコイル面側に固定し、４つの上方突出鍔部１８ｂ，２８ｂに架け渡すようにＺ軸用コイル３０の導線を巻装させている。尚、Ｚ軸用コイル３０のコアであるＸ軸用ポールピース１８及びＹ軸用ポールピース２８の非Ｘ軸用コイル１０ａ，１０ｂ側の端部すなわち上方突出鍔部１８ｂ，２８ｂの上端に端面１８ｃ，２８ｃを有している。
【００２１】
３次元磁場電磁石装置１は、このような構造により、Ｘ軸用電磁石１０とＹ軸用電磁石２０とでＸＹ平面の２軸磁場を発生させ、Ｚ軸用電磁石３０により２軸磁場に１軸分を追加して３次元磁場を発生させる。また、Ｘ軸用電磁石１０、Ｙ軸用電磁石２０及びＺ軸用電磁石３０を制御することにより、３次元磁場を制御する。尚、図に示す３次元磁場電磁石装置１の形態は、あくまでも一例であり、本願発明の技術的思想を満たす構成であり、同様な作用・効果を奏するものであればよい。
【００２２】
次に、３次元磁場電磁石装置１の動作・作用を図４〜図７も用いて説明する。まず、図４及び図５は、Ｘ軸方向の磁場の様子をシミュレーションして示したものである。Ｘ軸用コイル１０ａとＸ軸用コイル１０ｂのそれぞれに電流の向きが違うＸ軸励磁電流Ｘｉを流すと、Ｘ軸用コイル１０ｂからＸ軸用コイル１０ａに向かう（図５に示す電流の方向において）磁界が発生する。このＸ軸方向の磁界は、Ｘ軸用コア１２が上方に伸びたような形状になるようにＸ軸用ポールピース１８が設けられ、さらに、Ｘ軸用ポールピース１８の上方突出鍔部１８ｂが、Ｚ軸用コイル３０の内側を抜けて上方に突出し、上端に端面１８ｃを有して伸びていることから、Ｚ軸用コイル３０の内側で且つＺ軸用コイル３０の上方のコイル面よりも上に、磁界印加点Ｐを設定できることになる。このＸ軸励磁電流Ｘｉを制御することにより、Ｘ軸方向の磁界の強さを制御する。尚、Ｙ軸方向の磁場に関しては、Ｘ軸方向の磁場に対して直交する方向でＸ軸方向の磁場と同様であるので、説明を省略する。
【００２３】
図６及び図７は、Ｚ軸方向の磁場の様子をシミュレーションして示したものである。Ｚ軸用コイル３０にＺ軸励磁電流Ｚｉを流すと、Ｚ軸用コイル３０に図７の矢線に示す向き（図７に示す電流の方向において）の磁界が発生する。特に、Ｘ軸用ポールピース１８とＹ軸用ポールピース２８が、Ｚ軸用コイル３０のコアとして機能し、且つ、Ｘ軸用ポールピース１８及びＹ軸用ポールピース２８の上方突出鍔部１８ｂ，２８ｂが、Ｚ軸用コイル３０の内側を抜けて上方に突出し、上端に端面１８ｃ，２８ｃを有して伸びていることから、Ｚ軸用コイル３０の内側で且つＺ軸用コイル３０の上方のコイル面よりも上に、Ｘ軸方向及びＹ軸方向とあいまった磁界印加点Ｐを設定できることになる。これにより、３軸磁場の制御が可能な磁界印加点Ｐが、形成されることになる。このＸ軸励磁電流Ｘｉを制御することにより、Ｘ軸方向の磁界の強さを制御する。
【００２４】
すなわち、本実施の形態の３次元磁場電磁石装置１は、Ｘ軸励磁電流Ｘｉ、Ｙ軸励磁電流Ｙｉ及びＺ軸励磁電流Ｚｉを制御することにより、Ｘ軸用電磁石１０、Ｙ軸用電磁石２０及びＺ軸用電磁石３０を制御し、磁界印加点Ｐの３次元磁場を制御する。
【００２５】
以上のような構成の本実施の形態の３次元磁場電磁石装置１によれば、Ｘ軸用電磁石１０とＹ軸用電磁石２０とでＸＹ平面の２軸磁場を発生させ、Ｚ軸用電磁石３０により２軸磁場に１軸分を追加して３次元磁場を発生させることにより、３次元磁場の制御が容易である。また、３次元磁場電磁石装置１のＸ軸用電磁石１０、Ｙ軸用電磁石２０及びＺ軸用電磁石３０の構造及び配置により、漏れ磁場を抑えることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
以上のように、本発明によれば、漏れ磁場を抑え、３次元磁場の制御が容易な３次元磁場電磁石装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１・・・・・３次元磁場電磁石装置
１０・・・・Ｘ軸用電磁石
１０ａ・・・Ｘ軸用コイル
１０ｂ・・・Ｘ軸用コイル
１２・・・・Ｘ軸用コア
１４・・・・Ｘ軸用巻線部
１６・・・・Ｘ軸用コイルケース
１８・・・・Ｘ軸用ポールピース
１８ａ・・・底面部
１８ｂ・・・上方突出鍔部
１８ｃ・・・端面
２０・・・・Ｙ軸用電磁石
２０ａ・・・Ｙ軸用コイル
２０ｂ・・・Ｙ軸用コイル
２２Ｙ・・・軸用コア
２４・・・・Ｙ軸用巻線部
２６・・・・Ｙ軸用コイルケース
２８・・・・Ｙ軸用ポールピース
２８ａ・・・底面部
２８ｂ・・・上方突出鍔部
２８ｃ・・・端面
３０・・・・Ｚ軸用電磁石（Ｚ軸用コイル）
３４・・・・Ｚ軸用巻線部
３６・・・・Ｚ軸用コイルケース
４０・・・・バックコア
【図１】
0006529365.tif 000002
【図２】
0006529365.tif 000003
【図３】
0006529365.tif 000004
【図４】
0006529365.tif 000005
【図５】
0006529365.tif 000006
【図６】
0006529365.tif 000007
【図７】
0006529365.tif 000008