(57)【要約】【課題】本発明の課題は、風洞の電磁石の鉄心部分等の磁力支持機構の鉄心に吸着している模型等の器材を安全且つ迅速に取り外す方法を提示することであり、また、その方法を実現する機構を備えた磁力支持天秤装置を提供することにある。【解決手段】本発明の模型等の器材取外し方法は、測定部に対峙して設置された電磁石の鉄部を前記測定部から離れる方向に変位させることにより、吸着された永久磁石と電磁石の鉄部との間の距離を広げて吸引力を小さくし、人力で永久磁石を取り外せるようにした。また、本発明の磁力支持天秤装置は、測定室に対峙して設置された電磁石の鉄部を測定室から離れる方向に変位させる手段と、該変位手段を駆動させる手段と、該駆動手段を操作する手段とからなる取り外し機構を備えるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定部に対峙して設置された電磁石の鉄部を前記測定部から離れる方向に変位させることにより、吸着された永久磁石と電磁石の鉄部との間の距離を広げて吸引力を小さくし、人力で永久磁石を取り外せるようにしたことを特徴とする磁力支持天秤装置における模型等の器材取外し方法。
【請求項２】
測定部に対峙して設置された電磁石の鉄部を測定部から離れる方向に変位させる手段と、該変位手段を駆動させる手段と、該駆動手段を操作する手段とを備え、制御に失敗して測定部周りに配置されている電磁石の鉄部と強く吸引しあう状態に有る模型を安全且つ迅速に取り外すことができるようにした磁力支持天秤装置。
【請求項３】
電磁石の鉄部を測定室から離れる方向に変位させる手段は、前記電磁石全体を変位させるものとした請求項２に記載の磁力支持天秤装置。
【請求項４】
電磁石の鉄部を測定室から離れる方向に変位させる手段は、前記電磁石の鉄心のみを変位させるものとした請求項２に記載の磁力支持天秤装置。
【請求項５】
電磁石の鉄部を測定室から離れる方向に変位させる手段は、コイル部を固定とし、前記電磁石の鉄心を継鉄と共に変位させるものとした請求項２に記載の磁力支持天秤装置。
【請求項６】
測定部の上方と左右の電磁石は固定式であって、該３つの電磁石との間には所定距離が保てる隔壁が配置され、下方の電磁石のみが請求項２乃至５のいずれかに記載された構成を備えたものである磁力支持天秤装置。
【請求項７】
電磁石の鉄部が設定距離離れたことを検知する手段と、該検知手段の出力を受信するまで測定部の開口をロックする安全機構とを備えた請求項２乃至６のいずれかに記載の磁力支持天秤装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風洞計測技術や、振動計等のセンサに適用されている磁力支持技術に関し、特に風洞内で模型を非接触支持する磁力支持天秤機構における模型取外し技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物体の空力的な特性を模型で得るため風洞設備の測定部において模型を支持体で支持することが一般的に行われてきたが、支持体自体が模型表面における空気流れに影響を及ぼすので、試験結果をそのまま模型の空力特性として採用することができない。そこで、風洞試験において、模型を磁力で支持することが提案されている。模型を磁力支持することによって支持体が不要となるので、支持体が存在することによる、模型周りの空力的な影響を取り除くことができる。
模型を磁力支持する磁力支持天秤装置（ＭＳＢＳ：Magnetic Suspension and Balance System）は、風洞試験において模型の周りを流れる気流が模型に作用する抗力等の空気力を、模型の内部に設けられる磁石と相互作用する磁気力を生じさせるために設けられているコイルに流す電流の大きさに置き換えて測定する装置である。こうした空気力とコイル電流の大きさとの関係を調べて予めマップ、関数、表等の対応関係を用意しておき、この対応関係をコイル電流の測定値に当てはめることによって、模型に作用する抗力等の空気力を知ることができる。
【０００３】
特許文献１に示された磁力支持型風洞及びそれにおける磁力支持天秤装置の概要を説明する。図６に示される磁力支持天秤装置（ＭＳＢＳ）は、模型支持に伴う支持装置と気流との干渉を避けるため風洞模型１０を磁気の力で気流中に支持する装置であり、支持干渉のない風洞試験を実現することができる。風洞模型１０には磁化された物質、超伝導コイルのような電流を流し続けているコイル、或いは永久磁石等から成る磁石体が搭載される。風洞模型１０の磁石体には、風洞の測定部の周りに配置したコイルに電流を通じることにより生じた外部磁場との磁気作用によって磁気力が生じ、風洞模型１０を磁気的に浮上支持させることができる。外部磁場は、コイル１〜４と、コイル５〜８から成る二つの磁気回路と、その外側の空芯コイル０，９とによって発生され、磁気回路の各コイルに流れる電流を調節することにより、磁気回路内のｙ−ｚ面内での磁場の強さと方向及びそれらのｘ軸方向の変化率を連続的に変化させることができる。また、空芯コイル０，９に流れる電流を調節することによりｘ軸方向磁場の強さのｘ軸方向で見た変化率を制御でき、都合５軸の制御が可能である。即ち、磁気回路は、風洞模型１０に働く揚力と縦揺れモーメントとに対抗する磁気力を与える揚力コイルとして機能し、空芯コイル０，９は風洞模型１０に働く抗力に対抗する磁気力を与える抗力コイルとして機能している。
【０００４】
風洞には、風洞模型１０とコイル０〜９の他に、各コイルを駆動する電源系、風洞模型１０の位置と姿勢とを計測する計測系、風洞模型１０の位置と姿勢とを制御する制御系が組み込まれている。計測系であるカメラが検出した風洞模型１０の位置姿勢に関する計測データは、パソコン等の計算機に送信され、該計算機での演算結果をアンプにて増幅した後、各コイル０〜９に制御された駆動電流を通じている。
このように磁力支持天秤装置に於いては、多数の磁場制御用電磁石が測定部周りに配置され、これに用いる模型の内部には強力な永久磁石が組み込まれている場合が多い。このため、一旦磁力支持制御に失敗して、模型を床に落としたりすると、模型内部の永久磁石は周りの電磁石の鉄心部分と強力に吸引し合う結果、模型を床面から取り外すことは非常に困難な作業であり、且つ人手で行う場合には危険な作業となることは容易に想像がつくであろう。大型風洞の磁力支持天秤装置では作業員が測定部の内部に入り作業するが、この時に大型の強力な磁石が電磁石の鉄部と強く吸引し合う際に、間に人が挟まれる危険がある。実際、本件発明者は100φ×100のネオジ磁石を組み込んだ球形模型を床に落下させた経験があるが、この時は、模型が破損し、中の磁石が床面に食い込み、磁石を取り外すのに相当の時間を掛けざるを得なかった。設備と器材の損害もさることながら、人身事故となりかねないこうした事故は磁力支持試験に付きものであり、電磁石の鉄心部分に吸引している模型を安全且つ迅速に取り外せる機構付き磁力支持天秤装置の実現は研究現場から強く待望されているところである。
【０００５】
なお、現象的には強力な磁力を持った永久磁石が鉄部に吸着された状態であるから、これを解除するためには磁力支持天秤装置のコイルにその磁力をキャンセルするような磁場を発生させればよいと考えるかもしれない。しかし、キャンセルさせるための磁力は反対磁場を生じさせるものであるから、永久磁石が位置を反転させた瞬間大きな力で電磁石を内蔵する模型なり他の器材なりを吸着させることになる。取り外し操作中に当該器材がはずみや、何らかの外的ノイズまたは状況変化によって反転してしまうことは避けられず、この極めて危険な事象を引き起こしてしまう。事故を引き起こすことが懸念されるため、この手法は採用できない。
【特許文献１】特開２００４−３０９３５７号公報  「磁力支持天秤装置における抗力較正方法」  平成１６年１１月４日公開
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、風洞の電磁石の鉄心部分等の磁力支持機構の鉄心に吸着している模型等の器材を安全且つ迅速に取り外す方法を提示することであり、また、その方法を実現する機構を備えた磁力支持天秤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】
本発明の模型等の器材取外し方法は、測定部に対峙して設置された電磁石の鉄部を前記測定部から離れる方向に変位させることにより、吸着された永久磁石と電磁石の鉄部との間の距離を広げて吸引力を小さくし、人力で永久磁石を取り外せるようにした。
また、本発明の磁力支持天秤装置は、測定室に対峙して設置された電磁石の鉄部を測定室から離れる方向に変位させる手段と、該変位手段を駆動させる手段と、該駆動手段を操作する手段とからなる取り外し機構を備えるようにした。
そして、その電磁石の鉄部を測定室から離れる方向に変位させる手段は、前記電磁石全体を変位させるもの、前記電磁石の鉄心のみを変位させるものの他、コイル部を固定とし、前記電磁石の鉄心を継鉄と共に変位させるものを提示する。
本発明の他の磁力支持天秤装置は、測定部の上方と左右の電磁石は固定式であって、該３つの電磁石との間には所定距離が保てる隔壁が配置されるようにし、下方の電磁石のみが上記した構成を備えるものとした。
また、本発明の磁力支持天秤装置は、電磁石の鉄部が設定距離離れたことを検知する手段と、該検知手段の出力を受信するまで測定部の開口をロックする安全機構とを備えるようにした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の模型等の器材取外し方法は、測定部に対峙して設置された電磁石の鉄部を前記測定部から離れる方向に変位させることにより、吸着された永久磁石と電磁石の鉄部との間の距離を広げて吸引力を小さくするものであるから、その状態では人力で永久磁石を安全且つ容易に取り外すことができる。
本発明の磁力支持天秤装置は、測定室に対峙して設置された電磁石の鉄部を測定室から離れる方向に変位させる手段と、該変位手段を駆動させる手段と、該駆動手段を操作する手段とからなる取り外し機構を備えるようにしたものであるから、吸着された永久磁石と電磁石の鉄部との間の距離を広げて吸引力を小さくし、人力で永久磁石を安全且つ容易に取り外すことができる状況を実現することができる。
そして、その電磁石の鉄部を測定室から離れる方向に変位させる手段は、前記電磁石全体を変位させるもの、前記電磁石の鉄心のみを変位させるものの他、前記電磁石の鉄心を継鉄と共に変位させるものを提示することができるため、それぞれの磁力支持天秤装置の構成に応じて容易な設計を選択することができる。また、既存の磁力支持天秤装置についても本発明の機構を追加工事で設備することが可能である。
【０００９】
本発明の他の磁力支持天秤装置は、測定部の上方と左右の電磁石は固定式であって、該３つの電磁石との間には所定距離が保てる隔壁が配置されるようにし、下方の電磁石のみが上記した構成を備えるものとしたので、測定部の左右と上方に対しては模型等の器材の吸着の懸念はなくなって、人が安全に出入りできる領域が確保されると共に、模型等の器材が吸着されるのは下方側だけとなるため、本発明の取り外し機構を下方側電磁石だけに備えれば足り、コスト的に大いに有利となる。
また、本発明の磁力支持天秤装置は、電磁石の鉄部が設定距離離れたことを検知する手段と、該検知手段の出力を受信するまで測定部の開口をロックする安全機構とを備えるようにしたことにより、危険な状況を回避するまで測定部内に作業員が立ち入ったり手を入れたりすることができないので、人身事故を確実に防止することができる。
また、本発明に基づき安全な距離を取れるような設計を施すことにより、現在のものよりも大型の磁力支持天秤装置を業の安全を確保しながら設計することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図６の本件出願人が所持する磁力支持天秤装置（JAXA-MSBS）の電磁石配置に示すように、磁力支持天秤装置には測定部の周りに２系列の磁気回路を構成する電磁石のコイル１〜４とコイル５〜８が配置されていて、模型１０内の永久磁石Ｍは常にこれらの電磁石の鉄心Ｆ部分と吸引し合っている。しかし、図１に示すように、風洞測定部構造（測定部壁Ｗ）が模型１０と電磁石の間には存在しているので、仮に、永久磁石Ｍが強力に電磁石の鉄心Ｆ部分と吸引し合った状態になっても、電磁石部分を模型から離れる方向に機械的に移動させれば、模型１０は前記測定部壁Ｗに当接した状態で移動できないためこの磁気吸引力は距離の２乗に反比例して急激に減少させることができる。吸引力が充分に弱くなるところまで電磁石部分を移動させた後は、人力による模型の取外しは安全且つ容易に可能となる。図１に示した例は鉄心ＦとコイルＣ部分が一体となっている電磁石全体を単純に移動させる形態であるが、大型の電磁石の中にはコイルＣ部分と鉄心Ｆ部分が離れている形式もあり（JAXA-MSBSはこの形式である）、中の鉄心Ｆ部分だけを移動させる形態をとることもできる。移動させる鉄心Ｆ部分にネジ構造を用いた部材を取り付けた移動機構など適宜の移動方式により、機械的に模型から離れた方向に動かすことができる。部分的移動で済むことにより、小規模な移動機構での実施が可能でありながら同様の効果を期待できる。
【００１１】
電磁石の鉄心Ｆ部分を移動させる形態を以下に提示する。まず、図２に示した形態は電磁石の巻線コイル部Ｃと鉄心Ｆ部分を密着させずに製作し、電磁石の測定部と反対側にはヨークＹが配置されており、コイル部Ｃは磁力支持天秤装置のヨークＹに固定されると共に、鉄心部ＦはヨークＹを貫通して配置される。この鉄心部Ｆはネジ機構や直線滑り軸受けにして、磁力支持天秤の外部からの油圧、電動、空圧、もしくは手動力によりその位置を変えることができる機構を設ける。コイル部Ｃは固定されたヨークＹに固定であるから不動であり、鉄心Ｆ部分のみがヨークＹを貫通して移動することになる。模型の引き離しが容易となる距離分だけ移動可能とする必要があるが、距離の２乗で吸引力が減少するので、距離は余り大きくなることは無い。
【００１２】
図３に示す他の形態は、四方のヨークＹを別体構造とすると共に、鉄心ＦをヨークＹと一体型とし、磁力支持天秤装置のヨーク自体をそれぞれ測定部から離れる方向へ移動可能とする機構を備えておくものである。各ヨークＹの両側端部近傍に移動機構Ｔを備えることが有利である。この形態はコイル部Ｃと鉄心Ｆが一体構造であっても良いし、別体構造とすることもできる。ただし、別体構造とする場合には該コイル部Ｃを測定部側に固定するなど移動機構Ｔに影響されない支持構造を採る必要がある。
【００１３】
図４に示す更に異なる形態は、鉄心ＦをヨークＹの一部と一体型とし、この一体構造自体をそれぞれ測定部から離れる方向へ移動可能とする機構を備えておくものである。ヨークＹについては中央部分の一部だけを移動させるものであるから前段落で説明した例に比べ移動部材が少なくて済む分移動機構Ｔは小型化される。また、この形態もコイル部Ｃと鉄心Ｆが一体構造であっても良いし、別体構造とすることもできる。ただし、別体構造とする場合には該コイル部Ｃを測定部側に固定するなど移動機構に影響されない支持構造を採る必要があることは先の例と同様である。
【００１４】
更に図５に示す異なる形態は、作業員の安全対策からは測定部内部に更に永久磁石を内蔵する模型１０等の器材と電磁石の鉄心Ｆ部分との距離が一定距離以下にならないように隔壁Ｓを備える方法を提示する。すなわち、測定部の上方と左右の電磁石は固定式であって、該３つの電磁石との間には所定距離が保てる隔壁Ｓが配置され、下方の電磁石のみが取り外し機構を備えたものである。この場合は上方と左右の電磁石の鉄心Ｆと模型１０の距離は隔壁Ｓの存在によって一定以上確保されるため、実験前後に作業員がこの隔壁Ｓ内に入って作業を行っても電磁石の鉄心Ｆと模型１０の間に挟まれる事故は起こらない。また、下方の電磁石の鉄心Ｆは移動機構Ｔにより床面より離隔しておけば、磁力による模型１０の吸着はなく、重力による落下だけを考慮すればよい。このようにして安全作業領域を確保することができる。四方の電磁石の内１つだけ、本発明に係る移動機構Ｔを備えれば良いため、特に大型風洞においては大幅なコストダウンを図ることができる。
なお、この隔壁Ｓの存在は実験通風時には流れを乱す邪魔な存在となるから、通風時には測定壁Ｗ側に待避させるなどの移動機構Ｔが必要である。これは磁力支持開始までの模型仮保持機構と同様油圧機構などによる作動で待避させればよい。
【００１５】
また、大型の磁力支持天秤装置における作業員の安全機構としては、安全状態を確認するまで測定部に作業員が出入りできないように施錠機構を備えることを提示する。この実施例は、電磁石の鉄心Ｆが測定部壁Ｗから設定距離離れたことを検知する手段と、該検知手段の出力を受信するまで測定部の扉等の開口をロックする安全機構とを備えるようにしたもので、模型１０内の永久磁石が電磁石の鉄心Ｆに対して強い磁力を生じない状態を確認することができ、その上で初めて作業員が中に入ることができるものであるから、磁力支持天秤装置における挟み込み事故を未然に防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
商品として大型の磁力支持天秤装置を販売する場合には、誤って模型を電磁石の鉄心部分に吸引しあう状態になった場合の、安全な取外し機構を備えておくことは、商品価値を一層高める効果があり、磁力支持天秤装置に備えるべき基本機能となり得る。また、作業が測定部内部に入れる大きさの大型磁力支持天秤装置の実現では、電磁石の鉄心位置の後退により充分な安全距離を確保できるようにすることで、作業員が磁石と電磁石の鉄心との間に挟まれてしまう危険性を取り除くことができ、大型の磁力支持天秤装置実現に必要な作業の安全対策がはじめて可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の基本原理を説明する図である。
【図２】鉄心のみを移動させる本発明の実施形態を説明する図である。
【図３】鉄心とヨークを移動させる本発明の実施形態を説明する図である。
【図４】鉄心とヨークの一部を移動させる本発明の実施形態を説明する図である。
【図５】安全作業域を確保する本発明の実施形態を説明する図である。
【図６】磁力支持天秤装置の構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００１８】
０，９  磁力支持天秤装置の抗力用空芯コイル
１〜４  １系列磁気回路を構成する磁力支持天秤装置のコイル
５〜８  他の１系列磁気回路を構成する磁力支持天秤装置のコイル
１０    模型                        Ｍ    永久磁石
Ｃ    電磁石の巻線コイル部        Ｆ    鉄心
Ｙ    ヨーク                      Ｗ    測定部壁
Ｓ    隔壁                        Ｔ    移動機構
【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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