JP2000111346A - フーコ振り子の加振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 既設、新設のフーコ振り子の如何を問わず設
置可能にして、前記フーコ振り子の振動時の各種損失の
和よりなる振動エネルギの損失を補償して、振動を継続
させるフーコ振り子の加振装置を提供する。 【構成】 本発明のフーコ振り子の加振装置は、ＤＣ電
源２０と、電磁線輪１３と、切り替え回路２８と、該切
り替え回路により電磁線輪１３を含むようにした加振位
置検出手段２６と、前記切り替え回路２８により電磁線
輪１３を含むようにした加振手段２７とより構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、単振り子を振動面
に対する地球自転の影響を調べるために使用するフーコ
振り子の加振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】地球の自転を示す装置の一つとしてＬ．
フーコの行ったフーコの振り子がある。 これは重錘を
高所より吊り下げ線で吊り下げ、重錘の慣性による振れ
と、地球の自転とのベクトル和で、偏位角が生じ、地球
の自転につれて振り子が回動することにより、地球の自
転の影響が示されるようにしたものである。即ち、振動
面は北半球では上から見て時計の針の方向に、また南半
球ではその反対方向に回転するように見える。

【０００３】このフーコ振り子に使用する単振り子は時
間の経過につれ、重錘や吊り下げ線などの風損による摩
擦損、重錘が金属体であれば地磁気や地電流などによる
渦電流損、吊り下げ支点などによる機械的摩擦損などの
全損失のため、その振幅は次第に減衰し遂には停止す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そのため従来は、高所
よりの長い吊り下げ線で重い重錘を吊り下げ、最初に大
きなエネルギを加えて置いたものが、遂には停止してし
まうが、その度ごとに人手による加振操作が行われてき
た。ここで、振幅の減衰量を補償する振動装置の出現が
強く望まれてきたが、重錘の吊り下げ支点を含む振動面
が地表に対して回動するので、固定された平面内で振動
する振り子時計のような加振機構をそのまま利用するこ
とはできない。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑み行われたもの
で、既設フーコ振り子、新設フーコ振り子の如何を問わ
ず設置可能にして、前記フーコ振り子の振動時の各種損
失の和よりなる振動エネルギの損失補償を可能としたフ
ーコ振り子の加振装置の提供を目的としたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、フーコ振り子の
加振装置は、フーコ振り子において、鉛直吊り下げ時の
吊り下げ軸を対称軸とする磁性体よりなる重錘と、振動
する重錘の下部に設けられ吊り下げ支点を通る鉛直線上
に磁軸を形成する電磁線輪と、等時性周期で振動する重
錘の位置により前記線輪に惹起されるインピーダンス変
化により前記重錘の加振位置を検出する加振位置検出手
段と、前記加振位置検出に連動して直流インパルス電流
を電磁線輪に通電して加振する加振手段と、前記電磁線
輪に対する加振位置検出手段と加振手段の切り替え手段
とより構成したことを特徴とする。

【０００７】重錘が電磁線輪の中心軸上にあるときに、
該電磁線輪に直流を流して磁界を形成しても、各方向よ
りの吸引力は相殺され前記重錘はそのまま静止状態に置
かれる。しかし、重錘が中心位置を外れた偏心位置にあ
るときは、重錘には中心への吸引力が働き、その大きさ
は距離の二乗に反比例し、その釣り合いは破れて偏心位
置を含む線輪の直径方向への吸引力が発生する。本発明
は上記直流磁界による中心軸への吸引力を利用したもの
である。そして、重錘に対し吸引力が加振力となって作
用し、振れの方向性に関係なく加振され振動を継続する
ようにしたものである。

【０００８】即ち、パルス電流による加振方向は重錘の
偏心位置と電磁線輪の中心位置を含む鉛直振動面のみ
で、地球自転には無関係な方向であり、自転による振動
面の回動に影響を及ぼすことにならない。また、重錘の
形状は上記振動面が回動した場合の影響を皆無とするた
め、吊り下げ線の軸に対し対称形状の磁性材料により構
成してある。

【０００９】そして、単振り子運動をしている重錘がそ
の最適加振位置にあるときに当該電磁線輪にインパルス
による直流励磁を与える必要がある。本発明では、加振
位置検出手段により、重錘の振動位置に対する電磁線輪
のインピーダンス変化を検出し、該インピーダンスの最
大値が検出された重錘の振動位置を直流電流を通電する
最適加振位置とする。そして、電磁線輪は切り替え手段
により最適位置検出手段に使用し、検出後は加振手段に
よる直流励磁の対称に使用するようにしてある。

【００１０】また、電磁線輪に印加する直流電流を直流
インパルス電流としたため、直流電流の遮断機能を付与
することなく、適当時間の励磁が出来、一定の加振力の
供給が可能となる。

【００１１】また、請求項１記載の電磁線輪は、振り子
の最大振幅程度の直径を有する空芯環状電磁線輪で構成
したことを特徴とする。

【００１２】上記構成の空芯環状電磁線輪の場合は、線
輪のインピーダンスは重錘が中心位置にある場合には最
も小さく、重錘が線輪に近接するに従い大きくなり、そ
の振幅は最大値に達する。従って重錘が線輪に近接し、
最大振幅位置に到達直前に加振を行わせ振動を減衰させ
る損失に見合うだけのインパルス電流で励磁を行えば、
重錘の振動は減衰することなく振動を継続できる。その
加振方向は当該電磁線輪中心を含む半径方向になり、高
精度の加振装置を得ることができるが、高コストであ
る。

【００１３】また、請求項１記載の電磁線輪は、重錘の
鉛直投影形状程度の直径を有芯磁束集中電磁線輪で構成
したことを特徴とする。

【００１４】上記構成の有芯磁束集中電磁線輪の場合
は、重錘の吊り下げ支点の真下に水平状に配設され、重
錘が前記線輪の中心位置では磁束集中線輪のインダクタ
ンスは最大値となり、中心より遠ざかるに従いその値は
小さくなる。従って、重錘が電磁線輪の中心に近接する
直前に加振されるので、重錘が中心部より外れている場
合に中心部に引き付けられる方向に作動する特性を持
ち、精度は低いが低コストの加振装置を得ることができ
る。上記磁束集中電磁線輪の磁芯は、珪素鋼よりなる巻
き鉄芯か、または円柱形状のダストコアよりなる。

【００１５】また、請求項１記載の電磁線輪は、振り子
の最大振幅程度の直径を有する空芯構造の環状電磁線輪
と、重錘の鉛直投影形状程度の直径を有する有芯磁束集
中電磁線輪とを同心円状に設けたことを特徴とする。

【００１６】上記構成により、空芯環状電磁線輪と有芯
磁束集中電磁線輪の併用した場合は、両者の加振力の大
きさとその割合、加振時期などの調整で、重錘の振幅面
のみの加振力で地軸の回転と略無関係に処理できる。

【００１７】また、請求項１記載の加振位置検出手段
は、前記電磁線輪に並列コンデンサを設けて可聴周波数
で共振する構成とし、共振電流を検出することにより当
該振り子の加振位置を検出する構成としたことを特徴と
する。

【００１８】上記構成により、加振位置検出手段として
電磁線輪に可聴周波数で共振する適当容量のコンデンサ
を並列に接続して可聴周波数電源による並列共振回路を
設ける構成としてあるため、前記したように等時性振動
をしている重錘により惹起される変動インピーダンスの
最大値検出時を共振最小電流の検出により可能とし、加
振手段の効率的電気制御を可能にすることができる。

【００１９】また、請求項１記載の加振手段は、加振位
置検出手段による加振位置検出に連動してコンデンサの
充電電圧を前記電磁線輪に放電するようにしたことを特
徴とする。

【００２０】フーコ振り子の振動時に受ける風圧による
摩擦損や地磁気や地電流による渦電流損や機械的摩擦損
などの各種損失の和に相当する振動エネルギの損失補償
には、微小エネルギで充分なため、加振手段にはコンデ
ンサの放電電流をインパルス電流として取出し使用する
ようにしたものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特
に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。図１
は、本発明のフーコ振り子の加振装置の概略の構成を示
すブロック図で、図２は図１の加振装置をフーコ振り子
に取り付けた際の加振用の空芯環状電磁線輪を示す斜視
図で、図３は図２の空芯環状電磁線輪の振動特性、イン
ピーダンス特性、及び加振位置検出手段及び加振手段の
作動状況を示す図で、図４は図１のフーコ振り子に取り
付けた加振用の有芯磁束集中電磁線輪を示す斜視図で、
図５は図４の有芯磁束集中電磁線輪の振動特性、インピ
ーダンス特性、及び加振位置検出手段及び加振手段の作
動状況を示す図である。

【００２２】図１に示すように、フーコ振り子の加振装
置は、ＤＣ電源２０と、電磁線輪１３と、切り替え回路
２８と、該切り替え回路２８により電磁線輪１３を含む
ようにした加振位置検出手段２６と、切り替え回路２８
により電磁線輪１３を含むようにした加振手段２７とよ
り構成する。即ち、加振位置検出時には切り替え回路２
８を介して電磁線輪１３を加振位置検出手段２６の並列
共振回路２２のインピーダンス素子として使用して後段
の検出回路２３で最適加振位置を検出する。最適位置の
検出後は、切り替え回路２８により電磁線輪１３を前記
並列共振回路２２より切り離し、加振手段２７の励磁回
路２５に接続して所用の加振をするようにしたものであ
る。

【００２３】上記加振位置検出手段２６は、可聴周波発
振器２１と並列共振回路２２と検出回路２３とより構成
する。並列共振回路２２は図示してない共振コンデンサ
と電磁線輪１３とより構成して、電磁線輪１３は前記し
たように最適加振位置を検出する際は切り替え回路２８
により並列共振回路２２に接続するようにしてある。ま
た、上記加振手段２７はインパルス発生源２４と前記電
磁線輪１３とより構成する。そして、前記加振位置検出
手段２６により最適加振位置検出後は、切り替え回路２
８により前記電磁線輪１３を加振手段２７の励磁回路２
５に切り替え接続して直流インパルス電流を通電し、電
磁線輪１３の中心軸芯上に設けてあるフーコ振り子に適
当な加振力を与え、減衰を防止する構成にしてある。

【００２４】図２には、図１の加振装置をフーコ振り子
に取り付けた際の加振用の空芯環状電磁線輪を示す斜視
図を示してある。図に示すように、フーコ振り子の重錘
１５は、吊り下げ支点１０を過る鉛直軸Ｙ−Ｙに添い吊
り下げ線１１を垂下した際、前記鉛直軸Ｙ−Ｙに対し対
称形状を持つ磁性材料からなり、前記吊り下げ線１１に
重錘１５を吊架させ単振り子を形成する構成にしてあ
る。そして鉛直軸Ｙ−Ｙ上に中心を持つ空芯環状電磁線
輪１３ａを水平状に配設し、前記切り替え回路２８を介
して可聴周波電流ないし直流インパルス電流を通電させ
る端子１４ａ、１４ｂが設けてある。そして、上記単振
り子は点１６の仮想線位置で最大振幅に達し、前記直流
パルス電流で空芯環状電磁線輪１３ａを励磁し加振が行
われるようにしてある。

【００２５】図３には、図２の空芯環状電磁線輪の振動
特性、インピーダンス特性、及び加振位置検出手段及び
加振手段の作動状況が示してある。（イ）は重錘１５の
同一振動平面における振動特性で、時間の経過とともに
地球の自転により振動面は回動する。（ロ）は電磁線輪
１３ａの重錘１５の位置によるインピーダンスの変化を
示すもので、この値は常時可聴周波電流を通電すること
により求められ、インピーダンス変化により逆に重錘位
置が検出できる。振幅の中心位置でインピーダンスは最
小となり、線輪に近接するに従い増大する。（ハ）はイ
ンピーダンス変化より、直流パルス通電位相設定位置と
検出電流との関係位置を示したもので、重錘の最大振幅
位置に達する直前に前記パルス電流は通電する。なお、
検出電流は並列共振を起し最小値を示す。（ニ）は電磁
線輪１３ａに通電されるインパルス電流を示す。

【００２６】図４には、図１の加振装置をフーコ振り子
に取り付けた際の加振用の有芯磁束集中電磁線輪を示す
斜視図である。フーコ振り子の吊り下げ支点１０を過る
鉛直軸Ｙ−Ｙ上に中心を持つ、有芯磁束集中電磁線輪１
３ｂを水平状に配設し、前記切り替え回路２８を介して
可聴周波電流ないし直流パルス電流を通電させる端子１
４ａ、１４ｂが設けてある。この場合の電磁線輪は空芯
環状電磁線輪に比較し、きわめて小型で、重錘１５が電
磁線輪の中心位置（重錘の静止位置）でそのインピーダ
ンスは最大となり、重錘が中心より遠ざかるに従い減少
する。

【００２７】図５は図４の有芯磁束集中電磁線輪の振動
特性、インピーダンス特性、及び加振位置検出手段及び
加振手段の作動状況を示す図である。即ち、（イ）は重
錘の１５の振動特性を示し、（ロ）は電磁線輪１３ｂの
重錘１５の位置によるインピーダンスの変化を示すもの
で、この値は常時可聴周波電流を通電することにより求
められ、インピーダンス変化により逆に重錘位置が検出
できる。電磁線輪の中心位置でインピーダンスは最大と
なり、線輪に遠ざかるに従い減少する。（ハ）はインピ
ーダンス変化より、直流パルス通電位相設定位置と検出
電流との関係位置を示したもので、重錘の線輪中心位置
に到達する直前に前記パルス電流を通電する。なお、検
出電流は並列共振を起し最小値を示す。（ニ）は電磁線
輪２３ｂに通電されるインパルス電流を示す。

【００２８】上記構成により使用に際しては、ＤＣ電源
２０を用意し、該ＤＣ電源により可聴周波数発振器２１
を作動させ、一方切り替え回路２８を介して電磁線輪１
３を加振位置検出手段２６の並列共振回路２２に接続
し、前記可聴周波発振器２１より可聴周波電流を前記共
振回路２２に通電して検出回路２３で最適加振位置を検
出する。ついで、切り替え回路２８を介して電磁線輪１
３を加振手段２７の励磁回路２５に接続し、インパルス
発生源２４で別途用意した充電済のコンデンサを放電さ
せその放電電流を接続した電磁線輪１３に通電励磁し
て、フーコ振り子を加振する。

【００２９】ところで、フーコ振り子の規模の大きな場
合は、振り子の振幅も大きくなり、空芯環状電磁線輪へ
のパルス電流の通電による重錘に対する吸引力は、環状
電磁線輪の半径方向に作用するため、地軸の回転による
振動面の回動を促進させる分力が作用する傾向がある。
一方、有芯磁束集中電磁線輪の励磁の場合は上記振動面
の回動を阻止する傾向がある。従って、大規模のフーコ
振り子の場合は、振り子の振動面の回動の精度を上げる
ため、前記両者の電磁線輪を併用し、それぞれのパルス
電流を制御することで、近似的に本来のフーコ振り子の
特性を維持して振幅の減衰を補償させることができる。
但し回動の誤差を皆無とするものではない。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、上記構成により、重錘の最適
加振位置検出のセンサ機能と、パルス電流による重錘の
加振機能の両機能を併有させてあるので、フーコ振り子
の加振機構はフーコ振り子と非接触状態に設置できるた
め、既設、新設のいずれにおいても容易に設置できる。
また、並列共振回路を使用した加振位置検出手段により
目視によることなく正確に加振位置を自動的に検出加振
できる。加振用励磁電流に直流インパルス電流を使用す
るようにしたため、正確な加振量制御ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のフーコ振り子の加振装置の概略の構成
を示すブロック図である。

【図２】図１の加振装置をフーコ振り子に取り付けた際
の加振用の空芯環状電磁線輪を示す斜視図である。

【図３】図２の空芯環状電磁線輪の振動特性、インピー
ダンス特性、及び加振位置検出手段及び加振手段の作動
状況を示す図である。

【図４】図１のフーコ振り子に取り付けた加振用の有芯
磁束集中電磁線輪を示す斜視図である。

【図５】図４の有芯磁束集中電磁線輪の振動特性、イン
ピーダンス特性、及び加振位置検出手段及び加振手段の
作動状況を示す図である。

【符号の説明】

１０ 吊り下げ支点 １１ 吊り下げ線 １３、１３ａ、１３ｂ 電磁線輪 １５ 重錘 ２０ ＤＣ電源 ２１ 可聴周波発振器 ２２ 並列共振回路 ２３ 検出回路 ２４ インパルス発生源 ２５ 励磁回路 ２６ 加振位置検出手段 ２７ 加振手段

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フーコ振り子において、鉛直吊り下げ時
   の吊り下げ軸を対称軸とする磁性体よりなる重錘と、振
   動する重錘の下部に設けられ吊り下げ支点を通る鉛直線
   上に磁軸を形成する電磁線輪と、等時性周期で振動する
   重錘の位置により前記線輪に惹起されるインピーダンス
   変化により前記重錘の加振位置を検出する加振位置検出
   手段と、前記加振位置検出に連動して直流インパルス電
   流を電磁線輪に通電して加振する加振手段と、前記電磁
   線輪に対する加振位置検出手段と加振手段の切り替え手
   段とより構成したことを特徴とするフーコ振り子の加振
   装置。
2. 【請求項２】 前記電磁線輪は、振り子の最大振幅程度
   の直径を有する空芯環状電磁線輪で構成したことを特徴
   とする請求項１記載のフーコ振り子の加振装置。
3. 【請求項３】 前記電磁線輪は、重錘の鉛直投影形状程
   度の直径を有する有芯磁束集中電磁線輪で構成したこと
   を特徴とする請求項１記載のフーコ振り子の加振装置。
4. 【請求項４】 前記電磁線輪は、振り子の最大振幅程度
   の直径を有する空芯環状電磁線輪と、重錘の鉛直投影形
   状程度の直径を有する有芯磁束集中電磁線輪とを同心円
   状に設けたことを特徴とする請求項１記載のフーコ振り
   子の加振装置。
5. 【請求項５】 前記加振位置検出手段は、前記電磁線輪
   に並列コンデンサを設けて可聴周波数で共振する構成と
   し、共振電流を検出することにより当該振り子の加振位
   置を検出する構成としたことを特徴とする請求項１記載
   のフーコ振り子の加振装置。
6. 【請求項６】 前記加振手段は、加振位置検出手段によ
   る加振位置検出に連動してコンデンサより充電電圧を前
   記電磁線輪に放電するようにしたことを特徴とする請求
   項１記載のフーコ振り子の加振装置。