(57)【要約】【課題】  従来よりも比較的短時間で計算でき、しかも磁性構造体近傍から遠方までの磁界を精度良く計算し得る。【解決手段】  磁性構造体１１を行列状に複数のエレメントに分割し、その個々のエレメント１３について、材料の物理特性である透磁率μｓ、反磁界係数Ｎ、背景磁界Ｈ0 から誘導磁化Ｍを計算し、このエレメントの誘導磁気の総合を磁気モデルとし、それぞれのエレメントの誘導磁化からの磁界を積算して、磁気モデルから所定距離離れた遠方の磁界を求める。【選択図】      図１
2005249533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性構造体を行列状に複数のエレメントに分割し、その個々のエレメントについて、材料の物理特性である透磁率μｓ、反磁界係数Ｎ、背景磁界Ｈｏから誘導磁化Ｍを計算し、このエレメントの誘導磁気の総合を磁気モデルとし、それぞれのエレメントの誘導磁化からの磁界を積算して、磁気モデルから所定距離離れた遠方の磁界を求める磁界抽出方法。
【請求項２】
前記エレメント数は、磁気モデルに対する磁界を計算する位置に応じ、変化する値をとることを特徴とする請求項１記載の磁界抽出方法。
【請求項３】
前記透磁率μｓは、Ｂ−Ｈから背景磁界により変化する値及び飽和磁束密度以上では一定の値をとることを特徴とする請求項１記載の磁界抽出方法。
【請求項４】
前記反磁界係数は、各エレメントの形状により変化する値をとることを特徴とする請求項１記載の磁界抽出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鋼鉄性艦船の消磁等、磁気構造体の近傍から遠方までの外部磁界推定の必要な分野での磁界抽出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外部の磁界を推定するのに、図９に示すように、磁性構造体１より、所定距離Ｌ離れた線上で磁界を測定したところ、Ｈｉの分布の磁界が測定されると、この磁界から逆算して、磁性構造体１中に複数の基準となる磁気ダイポールＭ1 、Ｍ2 、……、Ｍn を求め、この磁気ダイポールＭ1 、Ｍ2 、……、Ｍn より、所定距離Ｌｘ離れた遠方磁界の推定方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、上記した外部磁界から逆計算でモデルを決定する方法ではなく、材料の物理特性や形状を決定する方法に、有限要素法、積分方程式法等がある。
【特許文献１】特開２００３−１９４９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来の逆計算で磁気モデルを決定し、その磁気モデルから所定距離離れた磁界を求める方法は、外部磁界を測定した後、磁気モデルを決定するため、時間がかかる上、推定精度にも問題がある。
【０００５】
また、上記有限要素法、積分方程式法による計算方法では、分割数が大きくなれば計算の精度は上がるが、メッシュ分割設定自体に時間がかかるだけでなく、計算時間が長くなる。特に、遠方の磁界を計算する場合は、計算時間が長く（高速演算装置でも３０分〜１時間）、計算時間を短くしようとすると精度が悪くなるため、特に鋼鉄性艦船の磁気低減分野では、このような設定時間、計算時間の長い磁気モデルを使用していない。
【０００６】
この発明は上記問題点に着目してなされたものであって、従来よりも比較的短時間で計算でき、しかも磁性構造体近傍から遠方までの磁界を精度良く計算し得る磁界抽出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の磁界抽出方法は、磁性構造体を行列状に複数のエレメントに分割し、その個々のエレメントについて、材料の物理特性である透磁率μｓ、反磁界係数Ｎ、背景磁界Ｈｏから誘導磁化Ｍを計算し、このエレメントの誘導磁気の総合を磁気モデルとし、それぞれのエレメントの誘導磁化からの磁界を積算して、磁気モデルから所定距離離れた遠方の磁界を求める。
【０００８】
この方法の磁界抽出方法において、前記エレメント数は、磁気モデルに対する磁界を計算する位置に応じ、変化する値をとることができる。
【０００９】
また、この発明の磁界抽出方法において、前記透磁率μｓは、Ｂ−Ｈから背景磁界により変化する値及び飽和磁束密度以上では一定の値をとることができる。  また、この発明の磁界抽出方法において、前記反磁界係数は、各エレメントの形状により変化する値をとることができる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、磁気モデルに材料の物理特性である透磁率（μｓ）、反磁界係数（Ｎ）、背景磁界（Ｈｏ）等からシンプルな誘導磁界の式を用い、その計算パラメータを関連する条件によって変化（不均一化）させることで、短い計算時間で磁性構造体近傍から遠方までの磁界を精度良く計算できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、実施の形態により、この発明をさらに詳細に説明する。先ず、第１の実施形態について説明する。ここでは、図１に示すように磁性構造体１１をメッシュ状（行列）に複数に分割し、複数のエレメントを得る。この複数のエレメントの１つを取り出したエレメント１２に、例えば図示のように、斜方向から背景磁界Ｈが与えられているとする。中心位置を（ｘ、ｙ、ｚ）の座標で示す。材料の物理特性は、透磁率（μ）が図２に示すＢ−Ｈカーブのように、ある大きさ以下±Ｈｓの背景磁界では一定である。反磁界係数（Ｎ）は、エレメント１２の形状が直方体状であり、この形状では一定（３方向とも）である。
【００１２】
上記状態で背景磁界Ｈにより、各誘導磁化を計算することができる。背景磁界Ｈは地磁気とコイル磁界が加算されたものとなる。背景磁界Ｈの分力としてのＨｘ、Ｈｙ、Ｈｚは、図３に示す方向であり、これに対して、誘導磁気Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚを計算する。
【００１３】
この誘導磁気は、次式、つまり任意の位置Ｐ点の磁界の計算式である次式を用いて計算できる。
【００１４】
Ｈｘ＝１００×〔（３Ｘ2 −ｒ2 ）・Ｍｘ＋３ＸＹ・Ｍｙ＋３ＸＺ・Ｍｚ〕            ／ｒ5 〔ｎＴ〕
Ｈｙ＝１００×〔（３ＸＹ・Ｍｘ＋（３Ｙ2 −ｒ2 ）・Ｍｚ＋３ＹＺ・
Ｍｚ〕／ｒ5 〔ｎＴ〕
Ｈｚ＝１００×〔（３ＸＺ・Ｍｘ＋３ＹＺ・Ｍｙ＋（３Ｚ2 −ｒ2 ）・
Ｍｚ〕／ｒ5 〔ｎＴ〕
ここで、
Ｍｘ：誘導磁化のＸ方向成分、Ｍｙ：誘導磁化のＹ方向成分、
Ｍｙ：誘導磁化のＺ方向成分
ｒ：ダイポールモーメントと点Ｐとの距離
（ｒ＝〔Ｘ2 ＋Ｙ2 ＋Ｚ2 〕0.5 
今、１０×１０ｍｍのエレメントの場合（厚さｔ＝２ｍｍ）の誘導磁化は、次の式で求めることができる。
【００１５】
Ｖ（容量：ボリュウム）＝１０×１０-3×１０×１０-3×２×１０-3＝
０．２×１０-6ｍ3 
また、                        Ｈｘ            Ｈｙ
Ｈｏ：背景磁界（入力）→３００００ｎＴ、３４０００ｎＴ
μｓ：透磁率（入力）→２５０
Ｎ：反磁界係数（入力）→０．０３とすると、
誘導磁化Ｍは、
【００１６】
【数１】
2005249533.tif 000003
【００１７】
これより、
Ｍ’＝｛Ｍ／（４πμｏ）｝〔×１００ｎＴ・ｍ3 〕
Ｍｘ’＝Ｍｘ／（４πμｏ）＝｛２４９×０．２×１０-6×３００００）
／（１＋０．０３×２４９）×４π｝＝０．０１４〔ｎＴ・ｍ3 〕    Ｍｙ’＝Ｍｘ／（４πμｏ）＝｛２４９×０．２×１０-6×０）
／（１＋１×２４９）×４π｝＝０〔ｎＴ・ｍ3 〕
Ｍｚ’＝Ｍｚ／（４πμｏ）＝｛２４９×０．２×１０-6×３４０００）
／（１＋０．０３×２４９）×４π｝＝０．０１６〔ｎＴ・ｍ3 〕  各エレメントの厚さ方向の反磁界係数を１とするとしているので、これにより例えば角型模型側方板のエレメントのＭｙは殆ど０となる。
【００１８】
磁性構造体が個々のエレメントの磁化の総和と仮定して、各エレメントの誘導磁化から任意の位置の磁界を計算し、積算して、キール下磁気波形等を求める。  上記実施形態において、磁気構造体の分割によるエレメント数は、所定値に定められて、各エレメントの誘導磁気が算出されるが、実施形態の変形例として、磁気モデルからの磁界計算位置に応じてエレメント数を変化させると良い。
【００１９】
図４に示すように、内部にコイルを備える磁性構造体１１より下方に離れた位置での磁界を求めるのに、その磁界計算位置が深くなるほど、分割エレメント数を少なくする。すなわち、磁界計算位置（磁性構造体中心からの距離）とエレメント数に相関関係があり、相関係数によって分割エレメント数を変化させることで、更に計算時間の短縮が可能である。
【００２０】
例えば、図４の例において、図４の（ａ）に例示の下方の距離Ｚが２３０ｍｍの場合は、エレメント数が１０００個でも磁界計算位置（深さ）で、船首Ｂと船尾Ｓで波形が突出し、磁界波形は滑らかにならない。しかし、図４の（ｂ）に例示の下方の距離Ｚが３３０ｍｍの場合、エレメント数が２５０個で磁界波形がほぼ滑らかになる。更に、図４の（ｃ）に例示の下方の距離Ｚが５３０ｍｍの場合は、エレメント数が６０個でも磁界波形は滑らかである。
【００２１】
また、上記実施形態において、透磁率μｓが一定として誘導磁気を算出しているが、実施形態の変形例として透磁率を変化させると良い。
【００２２】
図５に示す角形模型の磁性構造体１１のコイル１３による磁界を考えると、コイル磁界により、磁性構造体１１に局部的に強い誘導磁化（特に側板１１ａのＡ部が最大で０．８７×７９４／ｍ）が生じる。つまり、磁性構造体１１の背景磁界が異なる。そして、図６に示すように、背景磁界が変化すると、透磁率が変化する。図６において、例えば磁界が地磁気のみの場合のＨ＝０．３３の点では、傾き（実効的透磁率）は≒１０３．４となり、地磁気にコイル磁界が加わる磁界Ｈ＝０．８７の点で傾き（実効的透磁率）は≒６５．２となる。
【００２３】
このように、背景磁界が変化すると、透磁率が変化する。そこで、図７に示す材料のＢ−Ｈカーブを用いて、透磁率を変化させて、誘導磁界を計算する。図７による磁界が＋Ｈｓ〜−Ｈｓでは、背景磁界により透磁率を変化する磁化可変領域と、±Ｈｓを超えて磁界が大なる飽和磁束密度となる磁化一定領域がある。
【００２４】
また、上記実施形態において、反磁界係数Ｎは、磁性構造体の形状により、一定として誘導磁気を算出しているが、実施形態の変形例として、反磁界係数を変化させると良い。
【００２５】
例えば、図８の（Ａ）に示すように、長さ７５０ｍｍの平板を例にとると、反磁界係数Ｎが長さ７５０ｍｍに亘り、一定（０．００２均一）とすると、透磁率：３００均一では、実効的透磁率：１８７．１均一となる。これに対し、平板状の磁性構造体の場合、長さ方向の端部よりも中央部分の方が反磁界係数が小さくなる事実に着目し、領域により反磁界係数を変更する。図８の（Ｂ）に示すように、長さ７５０ｍｍの平板を例にとり、長さ方向の両端の７５ｍｍ分をＡ部、その内側の１２５ｍｍ分をＢ部、中央部の５５０ｍｍ分をＣ部とする。そして、透磁率は３００均一とし、Ａ部の反磁界係数を０．０１、Ｂ部の反磁界係数を０．００２、Ｃ部の反磁界係数を０．００１とする。これにより、実効的透磁率は、Ａ部７４．９、Ｂ部１８７．１、Ｃ部２３０．２となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の一実施形態を説明するエレメント分割した磁性構造体を示す図である。
【図２】同磁性構造体のＢ−Ｈカーブを示す図である。
【図３】同磁性構造体の１つのエレメントの背景磁界と誘導磁気の関係を示す図である。
【図４】同磁性構造体からの距離である磁界計算位置に同じ分割エレメント数を変化させる場合を説明する図である。
【図５】同磁性構造体のコイルによる背景磁界を説明する図である。
【図６】背景磁界の大きさによって透磁率が変化することを説明する図である。
【図７】磁化可変領域と磁化一定領域を持つ材料のＢ−Ｈカーブを示す図である。
【図８】平板状の磁性構造体の反磁界係数の変化を説明する図である。
【図９】従来の磁界抽出方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００２７】
１１        磁性構造体
１１ａ      磁性構造体の側板
１１ｂ      磁性構造体の底板
１１ｃ      磁性構造体の天板
１２        エレメント
１３        コイル
【図１】
2005249533.tif 000004
【図２】
2005249533.tif 000005
【図３】
2005249533.tif 000006
【図４】
2005249533.tif 000007
【図５】
2005249533.tif 000008
【図６】
2005249533.tif 000009
【図７】
2005249533.tif 000010
【図８】
2005249533.tif 000011
【図９】
2005249533.tif 000012