JP5225949B2 - 超電導磁石磁場を利用した電磁加振疲労試験装置 - Google Patents
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本発明は、超電導磁石磁場を利用した電磁加振疲労試験装置に係り、特に超電導磁石磁場を利用した地上コイルのモールド材の電磁加振疲労試験装置に関するものである。
従来、超電導磁気浮上式鉄道における地上コイルは、雨風にさらされる屋外に配置されるとともに、超電導磁石を搭載した高速列車通過時の電磁加振を受ける環境におかれている（特許文献１，２参照）。
Ｆａｃｔｏｒｙ Ｍａｒｔ Ｊａｐａｎ ホームページ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆａ−ｍａｒｔ．ｃｏ．ｊｐ／ｉｎｓｔｒｏｎ／０３．ｈｔｍｌ）
上記したように、長期の屋外使用が前提となる超電導磁気浮上式鉄道の地上コイルにとって、その地上コイルを支持すべきモールド材の強度評価は極めて重要であり、実機の機械的・電気的信頼性を如何にして立証するかが当面の重要な課題である。特に、高周波での加振環境は超電導磁気浮上式鉄道に固有であり、粘弾性挙動を示すモールド材としての高分子材料の疲労強度における周波数依存性の検証は、かかる地上コイルの強度設計に不可欠である。
一方、現在一般的に用いられている材料疲労試験装置としては、以下のようなものがある。
（１）ボールドウィンタイプ
不平衡振子を等速回転することにより遠心力を発生させ、左右の分力を板バネで拘束し上下力のみを利用した荷重一定平面曲げ疲労試験機である。
（１）ボールドウィンタイプ
不平衡振子を等速回転することにより遠心力を発生させ、左右の分力を板バネで拘束し上下力のみを利用した荷重一定平面曲げ疲労試験機である。
従来の加振周波数は３０Ｈｚ固定であり、試験周波数が変えられない。そのため、１００Ｈｚへの改造が試みられているが、構成部材が共振域の振動加速度に耐えられず、加振周波数を１００Ｈｚに変更することはこの種の疲労試験機では実現できる見通しがない。
（２）油圧タイプ
駆動源に油圧を利用した疲労試験機で、比較的大きな荷重が出力できる反面、樹脂片のように弾性率の小さい材料では、高周波での変位が追随しないため、高周波では高い応力が加えられない。
（３）リニアモータ駆動タイプ
駆動源にリニアモータを利用した電動疲労試験機であり、原理上高周波が出力し易いが、樹脂片のように弾性率の小さい材料では、油圧タイプと同様に高周波での変位が追随せず、高周波では高い応力を加えることができない（上記非特許文献１参照）。
（２）油圧タイプ
駆動源に油圧を利用した疲労試験機で、比較的大きな荷重が出力できる反面、樹脂片のように弾性率の小さい材料では、高周波での変位が追随しないため、高周波では高い応力が加えられない。
（３）リニアモータ駆動タイプ
駆動源にリニアモータを利用した電動疲労試験機であり、原理上高周波が出力し易いが、樹脂片のように弾性率の小さい材料では、油圧タイプと同様に高周波での変位が追随せず、高周波では高い応力を加えることができない（上記非特許文献１参照）。
本発明は、上記状況に鑑みて、超電導磁気浮上式鉄道の地上コイルのモールド材を対象に、任意の周波数での加振が可能な超電導磁石磁場を利用した電磁加振疲労試験装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕超電導磁石磁場を利用した電磁加振疲労試験装置において、試験片の両側に配置されるリンク機構を有する試験片加振用治具と、前記リンク機構に連結され、鉄芯を有する加振用コイルと、この加振用コイルに接続されるインバータ電源と、前記加振用コイルに対向するように配置される超電導磁石とを具備し、前記加振用コイルに前記インバータ電源から直流電流を通電することによって、前記鉄芯に対する前記超電導磁石による吸引力を補正することを特徴とする。
〔１〕超電導磁石磁場を利用した電磁加振疲労試験装置において、試験片の両側に配置されるリンク機構を有する試験片加振用治具と、前記リンク機構に連結され、鉄芯を有する加振用コイルと、この加振用コイルに接続されるインバータ電源と、前記加振用コイルに対向するように配置される超電導磁石とを具備し、前記加振用コイルに前記インバータ電源から直流電流を通電することによって、前記鉄芯に対する前記超電導磁石による吸引力を補正することを特徴とする。
〔２〕上記〔１〕記載の超電導磁石磁場を利用した電磁加振疲労試験装置において、前記インバータ電源により前記加振用コイルの加振周波数を任意に選定するようにしたことを特徴とする。
〔３〕上記〔１〕記載の超電導磁石磁場を利用した電磁加振疲労試験装置において、前記インバータ電源では交流電流と直流電流とを組み合わせて、前記試験片の各種の加振条件を設定できるようにしたことを特徴とする。
〔３〕上記〔１〕記載の超電導磁石磁場を利用した電磁加振疲労試験装置において、前記インバータ電源では交流電流と直流電流とを組み合わせて、前記試験片の各種の加振条件を設定できるようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、
（１）インバータ電源により任意の周波数・負荷が直接加振用コイルに加えられるため、幅広い条件で疲労試験が可能となる。
（２）試験片加振用治具の固定方法を工夫することにより、複数の疲労試験を同時に実行することが可能となる。
（３）加振用コイルへの通電電流として、交流電流に直流電流を組み合わせることにより、（Ａ）完全両振り、（Ｂ）部分両振り、（Ｃ）完全片振り、（Ｄ）部分片振りが自由に設定できる。
（１）インバータ電源により任意の周波数・負荷が直接加振用コイルに加えられるため、幅広い条件で疲労試験が可能となる。
（２）試験片加振用治具の固定方法を工夫することにより、複数の疲労試験を同時に実行することが可能となる。
（３）加振用コイルへの通電電流として、交流電流に直流電流を組み合わせることにより、（Ａ）完全両振り、（Ｂ）部分両振り、（Ｃ）完全片振り、（Ｄ）部分片振りが自由に設定できる。
本発明の超電導磁石磁場を利用した電磁加振疲労試験装置は、試験片の両側に配置されるリンク機構を有する試験片加振用治具と、前記リンク機構に連結され、鉄芯を有する加振用コイルと、この加振用コイルに接続されるインバータ電源と、前記加振用コイルに対向するように配置される超電導磁石とを具備し、前記加振用コイルに前記インバータ電源から直流電流を通電することによって、前記鉄芯に対する前記超電導磁石による吸引力を補正する。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の実施例を示す超電導磁石磁場を利用した電磁加振疲労試験装置の構成図であり、図１（ａ）はその駆動部を超電導磁石側から見た図、図１（ｂ）はその全体構成を示す模式図である。
これらの図において、１は試験片、２は試験片１の両側に配置されるリンク機構３を有する試験片加振用治具、４はバネ支持構造、５は鉄芯、６はリンク機構３に連結される加振用コイル、７は加振用コイル６に接続されるインバータ電源、８は超電導磁石である。
図１は本発明の実施例を示す超電導磁石磁場を利用した電磁加振疲労試験装置の構成図であり、図１（ａ）はその駆動部を超電導磁石側から見た図、図１（ｂ）はその全体構成を示す模式図である。
これらの図において、１は試験片、２は試験片１の両側に配置されるリンク機構３を有する試験片加振用治具、４はバネ支持構造、５は鉄芯、６はリンク機構３に連結される加振用コイル、７は加振用コイル６に接続されるインバータ電源、８は超電導磁石である。
加振用コイル６は超電導磁石８の作る強力な平行磁場を利用し、外部からの通電により加振されるが、加振用にインバータ電源７を接続するようにしたので、加振周波数を任意に選定することができる。また、鉄芯５を有する加振用コイル６にインバータ電源７から直流電流を通電することで、鉄芯５に対する超電導磁石８による吸引力を補正することができる。
更に、インバータ電源７によって通電する電流の組み合わせにより、試験片１に対する各種の加振条件を設定することができる。
図２は、その超電導磁石磁場を利用した電磁加振疲労試験装置による試験片の加振条件を示す図であり、Ａは完全両振り、Ｂは完全片振り、Ｃは部分両振り、Ｄは部分片振りを示している。
図２は、その超電導磁石磁場を利用した電磁加振疲労試験装置による試験片の加振条件を示す図であり、Ａは完全両振り、Ｂは完全片振り、Ｃは部分両振り、Ｄは部分片振りを示している。
インバータ電源７は交流電流と直流電流の組み合わせが可能であり、その組み合わせにより試験片１に各種の加振条件を設定することができる。
図２にＡで示す完全両振りの場合は、加振用コイル６へ交流電流のみを印加することにより、ゼロを中心としてその両側で加振する。
図２にＢで示す完全片振りの場合は、直流電流でバイアスをかけて中心を偏倚させ、最大値または最小値がゼロとなるよう片側でのみ加振する。
図２にＡで示す完全両振りの場合は、加振用コイル６へ交流電流のみを印加することにより、ゼロを中心としてその両側で加振する。
図２にＢで示す完全片振りの場合は、直流電流でバイアスをかけて中心を偏倚させ、最大値または最小値がゼロとなるよう片側でのみ加振する。
図２にＣで示す部分両振りの場合は、交流電流による両振りに小さめの直流電流を重畳することにより偏倚させ、かつゼロ点とクロスする条件で加振する。
図２にＤで示す部分片振りの場合は、交流電流による両振りに大きめの直流電流を重畳し、ゼロ点とクロスしない条件で加振する。
ただし、上記の加振条件の設定に際しては、加振用コイルの鉄芯と超電導磁石との間の吸引力を補正するために直流でバイアスをかけ、予め同等の反発力を与えておく必要がある。
図２にＤで示す部分片振りの場合は、交流電流による両振りに大きめの直流電流を重畳し、ゼロ点とクロスしない条件で加振する。
ただし、上記の加振条件の設定に際しては、加振用コイルの鉄芯と超電導磁石との間の吸引力を補正するために直流でバイアスをかけ、予め同等の反発力を与えておく必要がある。
このように、インバータ電源７によって印加される交流電流と直流電流の組み合わせにより、試験片１の各種の加振条件を設定することができる。
図３は本発明の超電導磁石磁場を利用した電磁加振疲労試験装置を示す模式図であり、図３（ａ）はその全体構成図、図３（ｂ）はその断面構成図である。
これらの図において、加振用コイル取付架台１１には試験片加振用治具１２を配置し、この試験片加振用治具１２に連結された加振用コイル６にはインバータ電源１３を接続する。また、試験片加振用治具１２に対向するように超電導磁石１４を配置する。これにより超電導磁石１４の中央部の強力な平行磁場を試験片加振用治具１２に印加することができる。なお、試験片加振用治具１２と超電導磁石１４との間にアルミニウム遮蔽板１５を配置するようにしてもよい。
図３は本発明の超電導磁石磁場を利用した電磁加振疲労試験装置を示す模式図であり、図３（ａ）はその全体構成図、図３（ｂ）はその断面構成図である。
これらの図において、加振用コイル取付架台１１には試験片加振用治具１２を配置し、この試験片加振用治具１２に連結された加振用コイル６にはインバータ電源１３を接続する。また、試験片加振用治具１２に対向するように超電導磁石１４を配置する。これにより超電導磁石１４の中央部の強力な平行磁場を試験片加振用治具１２に印加することができる。なお、試験片加振用治具１２と超電導磁石１４との間にアルミニウム遮蔽板１５を配置するようにしてもよい。
このように構成された加振用コイル６にインバータ電源１３による任意の電流・周波数を印加することにより、疲労試験時の駆動源とする。
因みに、図３では超電導磁石１４に対向する加振用コイル取付架台１１に３組の試験片加振用治具１２を配置し、３体の疲労試験が同時に行えるようにした。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
因みに、図３では超電導磁石１４に対向する加振用コイル取付架台１１に３組の試験片加振用治具１２を配置し、３体の疲労試験が同時に行えるようにした。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
本発明の超電導磁石磁場を利用した電磁加振疲労試験装置は、任意の周波数での加振が可能な疲労試験装置として利用可能である。
１ 試験片
２，１２ 試験片加振用治具
３ リンク機構
４ バネ支持構造
５ 鉄芯
６ 加振用コイル
７，１３ インバータ電源
８，１４ 超電導磁石
１１ 加振用コイル取付架台
１５ アルミニウム遮蔽板
２，１２ 試験片加振用治具
３ リンク機構
４ バネ支持構造
５ 鉄芯
６ 加振用コイル
７，１３ インバータ電源
８，１４ 超電導磁石
１１ 加振用コイル取付架台
１５ アルミニウム遮蔽板
Claims (3)
- 試験片の両側に配置されるリンク機構を有する試験片加振用治具と、前記リンク機構に連結され、鉄芯を有する加振用コイルと、該加振用コイルに接続されるインバータ電源と、前記加振用コイルに対向するように配置される超電導磁石とを具備し、前記加振用コイルに前記インバータ電源から直流電流を通電することによって、前記鉄芯に対する前記超電導磁石による吸引力を補正することを特徴とする超電導磁石磁場を利用した電磁加振疲労試験装置。
- 請求項１記載の超電導磁石磁場を利用した電磁加振疲労試験装置において、前記インバータ電源により前記加振用コイルの加振周波数を任意に選定するようにしたことを特徴とする超電導磁石磁場を利用した電磁加振疲労試験装置。
- 請求項１記載の超電導磁石磁場を利用した電磁加振疲労試験装置において、前記インバータ電源では交流電流と直流電流とを組み合わせて、前記試験片の各種の加振条件を設定できるようにしたことを特徴とする超電導磁石磁場を利用した電磁加振疲労試験装置。
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