JP6231847B2

JP6231847B2 - 磁界発生装置

Info

Publication number: JP6231847B2
Application number: JP2013218164A
Authority: JP
Inventors: 貴宏菅野; 和之小川; 謙一高日; 白石　信二; 信二白石
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2017-11-15
Anticipated expiration: 2033-10-21
Also published as: JP2015082520A

Description

本発明は、磁界発生装置に関する。

従来、対となるコイルをコイル軸が同一となるように並べ、これらのコイルに電流供給することにより、コイル間の所定空間に均一の磁場（磁界領域）を形成する磁界発生装置が提案されている。このような磁界発生装置では、コイル間における所定空間に磁界強度が均一な領域が形成されるため、この領域に測定対象となる機器等を配置することにより、機器等を均一強度の磁界に曝すことができる（例えば特許文献１参照）。

特開平１−２１２４１１号公報

近年、自動車の電動化に伴い車両内に大電流が扱われ、強い磁界が生成されつつある。このため、車両内機器に誤動作が生じる懸念が発生しており、当該機器の磁界耐性を評価する必要性が生じている。車両内部で扱われる大電流は主に交流であるため、車両内機器の磁界耐性を評価するためには車両内機器に対して交流磁界を印加する必要があり、磁界を生成する為にヘルムホルツコイルに電流を流し磁界を生成することが知られている。また、当該機器の磁界耐性を評価するためには、当該機器の使用環境に応じた磁界強度で、所望の磁界強度が均一な領域の形状を形成できることが好ましい。

しかし、これら磁界強度、磁界強度が均一な領域の形状、及びその領域の磁界の均一度は、コイルの巻き数、コイル対の間隔、及び電源の出力に応じて、変化してしまう。このため、所望の磁界強度、磁界強度が均一な領域の形状、及びその領域の磁界の均一度を得ることが容易ではない。

特に、コイルは誘導性負荷であることから、電流値が一定であっても周波数に応じてインピーダンスが変化するため、所望の磁界強度等を得ることが一層容易ではなくなってしまう。

本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的とするところは、所望の磁界を生成するにあたり、設定の容易化を図ることが可能な磁界発生装置を提供することにある。

本発明の磁界発生装置は、コイル軸が同一となるように並べられた１対のコイルと、前記１対のコイルに対して交流電流を流す電源と、前記１対のコイルに対して前記電源から交流電流を流した際に、前記１対のコイル間に生成される磁界強度、磁界強度が均一な領域の形状、及びその領域の磁界の均一度を、コイル間隔及びコイルの巻き数の少なくとも一方の設定要素と対応させて記憶した記憶手段と、前記１対のコイルの設定要素を変更可能な変更手段と、コイル間に生成したい磁界強度、磁界強度が均一な領域の形状、及びその領域の磁界の均一度の情報が入力された場合に、前記記憶手段に記憶された対応する設定要素の情報を読み出し、読み出した設定要素となるように前記変更手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

この磁界発生装置によれば、コイル間に生成したい磁界強度、磁界強度が均一な領域、及びその領域の磁界の均一度の情報が入力された場合に、記憶された対応する設定要素の情報を読み出し、読み出した設定要素となるように変更手段を制御する。このため、ユーザは、情報入力を行えば変更手段により設定要素の適正化が行われることとなり、所望の磁界を生成するにあたり、設定の容易化を図ることができる。

また、本発明の磁界発生装置において、前記電源の出力を調整する出力調整手段をさらに備え、前記設定要素は、さらに電源の出力を含み、前記制御手段は、コイル間に生成したい磁界強度、磁界強度が均一な領域の形状、及びその領域の磁界の均一度の情報が入力された場合に、前記記憶手段に記憶された対応する設定要素の情報を読み出し、読み出した設定要素となるように前記変更手段及び前記出力調整手段を制御することが好ましい。

この磁界発生装置によれば、コイル間に生成したい磁界強度、磁界強度が均一な領域、及びその領域の磁界の均一度の情報が入力された場合に、記憶された対応する設定要素の情報を読み出し、読み出した設定要素となるように変更手段及び出力調整手段を制御するため、電源の出力についても適正化されることとなり、一層所望の磁界を生成し易くすることができる。

本発明によれば、所望の磁界を生成するにあたり、設定の容易化を図ることが可能な磁界発生装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る磁界発生装置の一例を示す構成図である。コイル及びコイル巻数制御器を示す概略図である。記憶部により記憶される記憶内容を示す図であり、（ａ）は第１の記憶テーブルを示し、（ｂ）は第２の記憶テーブルを示している。磁界発生装置の設定方法の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。図１は、本発明の実施形態に係る磁界発生装置の一例を示す構成図である。

本実施形態に係る磁界発生装置１は、コイル軸が同一となるように並べられた第１コイル１０ａと第２コイル１０ｂとからなる１対のコイル１０を備えている。磁界発生装置１は、１対のコイル１０に交流電流を流すことにより、コイル間の所定空間に磁界強度が均一な領域を形成するものである。なお、以下の説明において、１対のコイル１０をコイル対１０と称すると共に、単にコイルと称するときは、図１に示した２つのコイル１０ａ，１０ｂのうちいずれか１つを意味するものとする。

この磁界発生装置１は、コイル対１０に加えて、コイル対１０，２０に交流電流を流すための電源部（電源）２０と、電源部２０を制御する電源制御器（出力調整手段）３０と、２つのコイル１０ａ，１０ｂの間隔を制御するコイル位置制御器（変更手段）４０と、２つのコイル１０ａ，１０ｂの巻き数を制御するコイル巻数制御器（変更手段）５０と、各制御器３０，４０，５０に制御信号を送信する制御部（制御手段）６０とを備えている。

電源部２０は、負荷の状態によらず所望の交流電流を流すことができる機能をもつ例えばバイポーラ電源である。また、電源部２０は、各コイル１０ａ，１０ｂに対して交流電流を出力可能となっている。電源制御器３０は、電源部２０から各コイル１０ａ，１０ｂに対して交流電流を流す際の出力を調整するものであり、制御部６０からの制御信号を受けて出力電流の値や周波数を調整する。

コイル位置制御器４０は、例えばモータによって構成され、コイル１０ａ，１０ｂ又はコイル１０ａ，１０ｂを指示する枠体に対してモータの駆動力を作用させることにより、コイル軸を同一としたままでコイル対１０の間隔を変更するものである。このコイル位置制御器４０は、制御部６０からの制御信号を受けて動作し、コイル対１０の間隔を変更する。

コイル巻数制御器５０は、例えばスイッチ等によって構成され、スイッチ操作によってコイル１０ａ，１０ｂの巻き数を可変とするものである。このコイル巻数制御器５０は、制御部６０からの制御信号を受けて動作し、コイル１０ａ，１０ｂの巻き数を変更する。

図２は、コイル１０ａ，１０ｂ及びコイル巻数制御器５０を示す概略図である。具体的にコイル巻数制御器５０は、第１〜第５スイッチＳＷ１〜ＳＷ５を備えている。

第１スイッチＳＷ１は、コイルａの一端と電源部２０との間に介在している。第２スイッチＳＷ２は、コイルａの他端と電源部２０との間に介在している。第３スイッチＳＷ３は、コイルｂの一端と電源部２０との間に介在している。第４スイッチＳＷ４は、コイルｂの他端と電源部２０との間に介在している。第５スイッチＳＷ５は、コイルａの他端と第２スイッチＳＷ２との接続点と、コイルｂの一端と第３スイッチＳＷ３との接続点とをつなぐ接続線Ｌ上に設けられている。

制御部６０は、このようなコイル巻数制御器５０のスイッチＳＷ１〜ＳＷ５をオンオフすることにより、各コイル１０ａ，１０ｂ（コイル対１０）の巻き数を変更可能としている。

具体的に説明すると、制御部６０は、第１及び第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンし、第３〜第５スイッチＳＷ３〜ＳＷ５をオフすることにより、各コイル１０ａ，１０ｂの巻き数を「１」とすることができる。また、制御部６０は、第３及び第４スイッチＳＷ３，ＳＷ４をオンし、第１、第２及び第５スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ５をオフすることにより、各コイル１０ａ，１０ｂの巻き数を「３」とすることができる。

さらに、制御部６０は、第１、第４及び第５スイッチＳＷ１，ＳＷ４，ＳＷ５をオンし、第２及び第３スイッチＳＷ２，ＳＷ３をオフすることにより、各コイル１０ａ，１０ｂの巻き数を「４」とすることができる。

さらに、制御部６０は、記憶部（記憶手段）６１を備えている。図３は、記憶部６１により記憶される記憶内容を示す図であり、（ａ）は第１の記憶テーブルを示し、（ｂ）は第２の記憶テーブルを示している。

図３（ａ）に示すように、記憶部６１には、複数の設定Ｓと、設定Ｓに対応した周波数、磁界強度、均一度（磁界強度が均一な領域の磁界の均一度）、及び磁界生成範囲（磁界強度が均一な領域の形状）とを記憶している。すなわち、記憶部６１は、第１設定Ｓ１に対して、周波数○○Ｈｚ、磁界強度△△ｕＴ、均一度□□％、及び磁界生成範囲××立法ｃｍと記憶している。また、記憶部６１は、第２設定Ｓ２に対して、周波数◎◎Ｈｚ、磁界強度▽▽ｕＴ、均一度◇◇％、及び磁界生成範囲●●立法ｃｍと記憶している。このように、記憶部６１は、複数の設定Ｓと、これに対応した周波数、磁界強度、均一度、及び磁界生成範囲とを記憶している。

なお、上記の均一度とは、磁界強度が均一な領域における磁界強度の最大値と最小値との差を比率で表わしたものであり、例えば（最大値−最小値）／最大値などの演算式により求められるものである。なお、均一度の表現方法は、上記に限られるものではなく、単に最大値と最小値との差を表わすものであってもよいし、（最大値−最小値）／最小値などによって表現されてもよい。或いは領域の中心磁界強度に対する領域内の最大値と最大値との差を％等で表現されてもよい。

さらに、記憶部６１は、図３（ｂ）に示すように、周波数、磁界強度、均一度、及び磁界生成範囲を仕様とし、この仕様に対応付けてコイル間隔（設定要素）、巻き数（設定要素）及び電源電流（設定要素）を記憶している。

具体的に記憶部６１は、周波数○○Ｈｚ、磁界強度△△ｕＴ、均一度□□％、及び磁界生成範囲××立法ｃｍと、コイル間隔α１ｃｍ、巻き数β１、及び電源電流γ１Ａとを対応させて記憶している。

さらに、記憶部６１は、周波数◎◎Ｈｚ、磁界強度▽▽ｕＴ、均一度◇◇％、及び磁界生成範囲●●立法ｃｍと、コイル間隔α２ｃｍ、巻き数β２、及び電源電流γ２Ａとを対応させて記憶している。

次に、本実施形態に係る磁界発生装置１の動作の概略について説明する。まず、ユーザが操作部（図示せず）を操作して、記憶部６１に記憶される複数の設定Ｓのいずれか１つを選択する。これにより、ユーザがコイル対１０に流したい交流電流の周波数、並びに、コイル間に生成したい磁界強度、均一度、及び磁界生成範囲の情報が磁界発生装置１に対して入力されることとなる。

次に、制御部６０は、入力された周波数、磁界強度、均一度、及び磁界生成範囲の情報に対応する設定要素であるコイル間隔、巻き数及び電源電流の情報を読み出す。そして、制御部６０は、読み出したコイル間隔、巻き数及び電源電流となるように各制御器３０，４０，５０を制御する。

すなわち、制御部６０は、コイル間隔の情報に基づいて、コイル位置制御器４０（モータ）を制御して、読み出したコイル間隔の情報の通りの間隔となるようにする。また、制御部６０は、巻き数の情報に基づいて、コイル巻数制御器５０（第１〜第５スイッチＳＷ１〜ＳＷ５）を制御して、読み出した巻き数の情報の通りの巻き数となるようにする。さらに、制御部６０は、電源電流の情報に基づいて、電源制御器３０を制御して、読み出した電源電流の情報の通りの電流値となるようにする。

以上のように、生成したい磁界に応じて作業者が、コイル間隔、巻き数及び電源電流を手動等によって調整する必要が無く、所望の磁界を生成するにあたり、設定の容易化を図ることができる。なお、周波数については、制御部６０が電源部２０に対して制御することにより調整することとなる。

なお、設定Ｓと対応されて記憶される周波数、磁界強度、均一度、及び磁界生成範囲は、コイル間隔、巻き数及び電源電流と対応されて記憶される周波数、磁界強度、均一度、及び磁界生成範囲と一致しなくともよい。この場合、或る設定Ｓが選択されて周波数、磁界強度、均一度、及び磁界生成範囲の情報が磁界発生装置１に入力されると、制御部６０は、入力された周波数、磁界強度、均一度、及び磁界生成範囲の情報に近いものを読み出した後に、コイル間隔、巻き数及び電源電流を微調整してもよい。また、制御部６０は、入力された周波数、磁界強度、均一度、及び磁界生成範囲の情報に近いものを複数読み出し、その複数のコイル間隔、巻き数及び電源電流から、入力された周波数、磁界強度、均一度、及び磁界生成範囲を実現するコイル間隔、巻き数及び電源電流を演算により求めるようにしてもよい。

図４は、磁界発生装置１の設定方法の一例を示すフローチャートである。まず、制御部６０は、複数の設定Ｓのうちいずれか１つが選択されたかを判断する（Ｓ１）。選択されていないと判断した場合（Ｓ１：ＮＯ）、選択されたと判断されるまで、この処理が繰り返される。

一方、選択されたと判断した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、制御部６０は、選択された設定が示す周波数、磁界強度、均一度、及び磁界生成範囲と対応する設定要素（コイル間隔、巻き数及び電源電流）の情報を読み出す（Ｓ２）。

次いで、制御部６０は、ステップＳ２で読み出したコイル間隔となるように、コイル位置制御器４０を制御する（Ｓ３）。次いで、制御部６０は、ステップＳ２で読み出した巻き数となるように、コイル巻数制御器５０を制御する（Ｓ４）。その後、制御部６０は、ステップＳ２で読み出した電源電流となるように、電源制御器３０を制御する（Ｓ５）。さらに、制御部６０は、選択された設定が示す周波数となるように電源部２０に対して制御する（Ｓ６）。

その後、図４に示した処理は終了することとなる。

このようにして、本実施形態に係る磁界発生装置１によれば、コイル間に生成したい磁界強度、磁界強度が均一な領域の形状、及びその領域の磁界の均一度の情報が入力された場合に、記憶された対応する設定要素の情報を読み出し、読み出した設定要素となるように各制御器４０，５０を制御する。このため、ユーザは、情報入力を行えば各制御器４０，５０により設定要素の適正化が行われることとなり、所望の磁界を生成するにあたり、設定の容易化を図ることができる。

また、コイル間に生成したい磁界強度、磁界強度が均一な領域の形状、及びその領域の磁界の均一度の情報が入力された場合に、記憶された対応する設定要素の情報を読み出し、読み出した設定要素となるように各制御器３０，４０，５０を制御するため、電源部２０の出力電流についても適正化されることとなり、一層所望の磁界を生成し易くすることができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。例えば、本実施形態において、コイル対１０は１対であるが、これに限らず、２対以上であってもよい。

また、上記においてコイル巻数制御器５０は、巻き数を「１」「３」「４」に切替可能であるが、巻き数は「１」「３」「４」に限るものではなく、「２」又は「５」以上に切替可能であってもよい。また、巻き数は「１」「３」「４」のように３種に限らず、２種又は４種以上に切替可能であってもよい。

さらに、上記において記憶部６１は、設定要素としてコイル間隔、巻き数、及び電源電流を記憶しているが、これに限らず、コイル間隔及び巻き数の少なくとも一方のみを記憶していてもよいし、さらに少なくとも一方のみと電源電流とを記憶していてもよい。なお、この場合において、制御器３０，４０，５０は、その全てが必要でないことは言うまでもない。

加えて、制御部６０は、第１コイル１０ａと第２コイル１０ｂとの巻き数を異ならせるようにしてもよい。

さらに、本実施形態では、ユーザが複数の設定Ｓのいずれか１つを選択することにより、ユーザがコイル対１０に流したい交流電流の周波数、並びに、コイル間に生成したい磁界強度、均一度、及び磁界生成範囲の情報を磁界発生装置１に対して入力しているが、これに限らず、周波数、磁界強度、均一度、及び磁界生成範囲の情報については、数値入力されるようになっていてもよい。

１…磁界発生装置
１０…１対のコイル
１０ａ…第１コイル
１０ｂ…第２コイル
２０…電源部
３０…電源制御器（出力調整手段）
４０…コイル位置制御器（変更手段）
５０…コイル巻数制御器（変更手段）
６０…制御部（制御手段）
６１…記憶部（記憶手段）
ａ，ｂ…コイル
Ｌ…接続線
ＳＷ１〜ＳＷ５…スイッチ

Claims

コイル軸が同一となるように並べられた１対のコイルと、
前記１対のコイルに対して交流電流を流す電源と、
前記１対のコイルに対して前記電源から交流電流を流した際に、前記１対のコイル間に生成される磁界強度、磁界強度が均一な領域の形状、及びその領域の磁界の均一度を、コイル間隔及びコイルの巻き数の少なくとも一方の設定要素と対応させて記憶した記憶手段と、
前記１対のコイルの設定要素を変更可能な変更手段と、
コイル間に生成したい磁界強度、磁界強度が均一な領域の形状、及びその領域の磁界の均一度の情報が入力された場合に、前記記憶手段に記憶された対応する設定要素の情報を読み出し、読み出した設定要素となるように前記変更手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする磁界発生装置。
前記電源の出力を調整する出力調整手段をさらに備え、
前記設定要素は、さらに電源の出力を含み、
前記制御手段は、コイル間に生成したい磁界強度、磁界強度が均一な領域の形状、及びその領域の磁界の均一度の情報が入力された場合に、前記記憶手段に記憶された対応する設定要素の情報を読み出し、読み出した設定要素となるように前記変更手段及び前記出力調整手段を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の磁界発生装置。