JP6231848B2 - 磁界発生装置 - Google Patents

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、コイル間の所定空間に磁界強度が均一な領域が形成されるため、この磁界強度が均一な領域の空間部分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。

また、コイル対の間隔を可変とする磁界発生装置についても提案されている。この磁界発生装置では、コイル対の間隔を変更することにより、コイル間に発生する磁界強度が均一な領域を広げることができる（例えば非特許文献１参照）。

■ヘルムホルツコイル Ｇａｐ可変型″、［online］、［平成２５年４月４日検索］、インターネット〈URL：http://jpuni.co.jp/coil/otsukuri/contents/HH-coil.htm〉

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。

そこで、非特許文献１に記載の磁界発生装置のように、コイル対の間隔を変更することによりコイル間に発生する磁界強度が均一な領域を広げる構成を採用したとしても、この場合にはコイル間に生成される磁界強度が低下してしまうという問題がある。さらに、非特許文献１に記載の磁界発生装置では、コイル間に発生する磁界強度が均一な領域を広げたとしても、その形状は立方体となるため、例えば上下に凹凸を有するような機器に対して合致するような形状とすることができない。このように、従来に係る磁界発生装置では、所望の磁界を生成することが依然として困難である。

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対の内側コイルと、前記１対の内側コイルの外側においてコイル軸が同一となるように並べられた１対の外側コイルと、前記１対の内側及び外側コイルに対して交流電流を流すバイポーラ電源と、前記１対の内側及び外側コイルのそれぞれのコイル位置を、コイル軸を同一としたまま変更可能な位置変更手段と、前記バイポーラ電源を制御して、前記１対の内側及び外側コイルに対して交流電流を流させる制御手段と、を備えることを特徴とする。

この磁界発生装置によれば、コイル位置を変更可能な位置変更手段を備えるため、コイル間隔を変更して磁界強度が均一な領域の形状を変更することができる。また、１対の内側コイルと１対の外側コイルとをコイル軸が同一となるように並べるため、磁界強度については、双方のコイル対の和と考えることができ、磁界強度を高めることができる。また、磁界強度が均一な領域についても、双方のコイル対の和と考えることができ、例えば上下に凹凸を有するような所望の形状の磁界強度が均一な領域を生成することができる。加えて、２つのコイル対を用いることにより、磁界強度が均一な領域における磁界強度の均一度が低下すると考えられるが、１対の外側コイルにより生成される磁界強度が均一な領域における磁界強度が、１対の内側コイルにより生成される磁界強度が均一な領域における磁界強度よりも強くなるように、１対の内側及び外側コイルに対して交流電流を流すことで、均一度の良い磁界を生成することができる。

また、この磁界発生装置において、前記制御手段は、前記１対の内側コイル及び前記１対の外側コイルのうち少なくとも一方のコイル対のコイルに対し、大きさが異なる交流電流を流すよう、前記電源を制御してもよい。

この磁界発生装置によれば、１対の内側コイル及び１対の外側コイルのうち少なくとも一方のコイル対のコイルに対し、大きさが異なる交流電流を流した場合には、磁界強度が均一な領域の形状を変化させることができ、例えば横向きに倒れた四角錐台などのような磁界強度が均一な領域の形状を作り出すことができる。これにより、測定対象となる機器の形状に合わせた磁界を形成することができる。

また、この磁界発生装置において、前記位置変更手段は、前記１対の内側コイルの中心面と、前記１対の外側コイルの中心面とが異なるように、コイル位置を変更可能とされていることが好ましい。

この磁界発生装置によれば、１対の内側コイルの中心面と１対の外側コイルの中心面とが異なるように、コイル位置を変更可能とされているため、中心面の隔たりに応じて磁界強度が均一な領域の形状を変化させることができ、測定対象となる機器の形状に合わせ磁界を形成することができる。

また、この磁界発生装置において、前記１対の内側コイル及び前記１対の外側コイルのうち、少なくとも１つのコイルは、他のコイルと異なる直径であっても良い。

この磁界発生装置によれば、１対の内側コイル及び１対の外側コイルのうち、少なくとも１つのコイルは、他のコイルと異なる直径である場合も、直径の相違に応じて磁界強度が均一な領域の形状を変化させることができ、測定対象となる機器の形状に合わせた磁界を形成することができる。

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。 双方のコイル対により形成される磁界強度が均一な領域の形状を示す概念図であり、（ａ）は第１の例を示し、（ｂ）は第２の例を示している。 内側コイル対の中心面と、外側コイル対の中心面とが異なる場合の例を示す側面図である。

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対の内側コイル１０と、１対の内側コイル１０の外側において１対の内側コイル１０とコイル軸が同一となるように並べられ第１コイル２０ａと第２コイル２０ｂとからなる１対の外側コイル２０とを備えている。磁界発生装置１は、これら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対の内側コイル１０を内側コイル対１０と称し、１対の外側コイル２０を外側コイル対２０と称する。また、単にコイルと称するときは、図１に示した４つのコイル１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂ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１０，２０に加えて、コイル対１０，２０に交流電流を流すための電源３１〜３４と、電源３１〜３４から出力する交流電流の周波数を決定するための信号生成部４１，４２と、信号生成部４１，４２を制御するための制御部（制御手段）５０と、変更器（位置変更手段）６０を備えている。

電源３１〜３４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。以下、電源３１〜３４をバイポーラ電源３１〜３４として説明する。

信号生成部４１，４２は、一般的な信号発生器で制御部５０からの命令により所定の信号（周波数、振幅等）を出力するものである。第１信号生成部４１は、第２信号生成部４２と周波数が異ならないように基準信号を第２信号生成部４２に送信しており、両生成部４１，４２は同期がとられている。

変更器６０は、コイル対１０，２０のそれぞれのコイル位置を変更可能とするものであり、例えば各コイル１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂを支持する枠体と、枠体が嵌まり込むと共にコイル軸と平行に伸びるレールと、枠体をレールに沿って移動させるモータとから構成されている。このような構成であるため、制御部５０がモータを動作させることにより、各コイル１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂはコイル軸を同一とする状態を保持しつつ、位置が変更されることとなり、コイル間隔が可変とされることとなる。なお、本実施形態において変更器６０は、モータを備えず手動にて枠体がレールを移動する構成であってもよい。

さらに、本実施形態において制御部５０は、一例として、バイポーラ電源３１〜３４を制御して、外側コイル対２０により生成される磁界強度が均一な領域における磁界強度が、内側コイル対１０により生成される磁界強度が均一な領域における磁界強度よりも強くなるように、内側及び外側コイル対１０，２０に対して交流電流を流させる。

以上より、本実施形態に係る磁界発生装置１は、所望の磁界を生成すること可能となっている。以下、本実施形態に係る磁界発生装置１の作用について説明する。

まず、本実施形態において磁界発生装置１は、以下の４点の作用を奏する。第１に、磁界発生装置１は、コイル位置を変更可能な変更器６０を備える。このため、コイル間隔を変更することができ、磁界強度が均一な領域の形状を変更することができる。

第２に、内側コイル対１０と外側コイル対２０とが、コイル軸を同一として並べられている。このため、磁界強度は、２つのコイル対１０，２０の和と考えることができ、磁界強度を高めることができる。具体的に１つのコイル対１０，２０における磁束密度Ｂ〔ｕＴ〕は、以下の式（１）により表すことができる。

ここで、Ｉはコイルに流す電流〔Ａ〕であり、ｒはコイルの半径〔ｍ〕であり、ｂはコイル間距離の半分〔ｍ〕であり、μは透磁率〔Ｈ／ｍ〕であり、ｎはターン数である。

第３に、磁界強度が均一な領域についても、双方のコイル対１０，２０の和と考えることができ、例えば上下に凹凸を有するような所望の形状の磁界強度が均一な領域を生成することができる。図２は、双方のコイル対１０，２０により形成される磁界強度が均一な領域の形状を示す概念図であり、（ａ）は第１の例を示し、（ｂ）は第２の例を示している。

２つのコイル対１０，２０により形成される磁界強度が均一な領域は、内側コイル対１０により形成される磁界強度が均一な領域と、外側コイル対２０により形成される磁界強度が均一な領域との和となることから、図２（ａ）に示すように、中央側が上下に凸となる磁界強度が均一な領域が形成されることとなる。また、内側コイル対１０に流れる電流を小さくすると、図２（ｂ）に示すように中央側の凸部が小さくなり、磁界強度が均一な領域は立方体に近い形状となる。よって、所望の形状の磁界強度が均一な領域を生成することができる。

第４に、本実施形態では２つのコイル対１０，２０により磁界強度が均一な領域を形成しているため、１つのコイル対により磁界強度が均一な領域を形成した場合よりも、磁界強度が均一な領域における磁界強度の均一度が低下してしまう傾向にある。しかし、本実施形態では、外側コイル対２０により生成される磁界強度が均一な領域における磁界強度が、内側コイル対１０により生成される磁界強度が均一な領域における磁界強度よりも強くなる。このため、以下のように、磁界強度の均一度の低下について抑制することができる。

例えば、外側コイル対２０により生成される磁界強度が均一な領域における磁界強度（以下、外側磁界強度という）が、内側コイル対１０により生成される磁界強度が均一な領域における磁界強度（以下、内側磁界強度という）よりも弱く、内側磁界強度が外側磁界強度の３倍であると想定する。この場合、比率は、内側磁界強度「３」に対して外側磁界強度「１」となり、内側コイル対１０により生成される磁界強度が均一な領域は、外側コイル対２０により生成される磁界強度が均一な領域に包まれることから、実質的に外側磁界強度に対して４倍（「３」＋「１」）の磁界強度を有することとなる。

これに対して、外側磁界強度が内側磁界強度よりも強い場合、外側磁界強度が内側磁界強度の３倍であると想定すると、比率は、内側磁界強度「１／３」に対して外側磁界強度「１」となる。このため、内側コイル対１０により生成される磁界強度が均一な領域は、外側コイル対２０により生成される磁界強度が均一な領域に包まれることから、実質的に外側磁界強度に対して４／３倍（「１」＋「１／３」）の磁界強度を有することとなる。

以上のように、前者では、磁界強度が均一な領域において４倍の磁界強度を有する部分が存在することとなり、均一度が高いとはいえない。一方、後者では、磁界強度が均一な領域において４／３倍の磁界強度を有する部分が存在するが、前者に比べれば格段に均一度が向上しているといえる。よって、磁界の均一度の低下について抑制することができる。

なお、上記説明からも明らかであるが、均一度は、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、本実施形態において制御部５０は、内側コイル対１０及び外側コイル対２０のうち少なくとも一方のコイル対１０，２０のコイル１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂに対し、大きさが異なる交流電流を流すよう、バイポーラ電源３１〜３４を制御するようにしてもよい。大きさが異なる交流電流を流した場合には、磁界強度が均一な領域の形状を変化させることができる。よって、例えば横向きに倒れた四角錐台などのような磁界強度が均一な領域の形状を作り出すことができ、測定対象となる機器の形状に合わせた磁界を形成することができる。

加えて、本実施形態において変更器６０は、内側コイル対１０の中心面と、外側コイル対２０の中心面とが異なるように、コイル位置を変更可能とされている。図３は、内側コイル対１０の中心面と、外側コイル対２０の中心面とが異なる場合の例を示す側面図である。図３に示すように、外側コイル対２０の第２コイル２０ｂが他のコイル１０ａ，１０ｂ，２０ａから離れている。この場合、外側コイル対２０の中心面Ｐ２は、内側コイル対１０の中心面Ｐ１よりも、第２コイル２０ｂ側に位置することとなる。

このように、中心面Ｐ１，Ｐ２をずらすことにより、中心面Ｐ１，Ｐ２の隔たりに応じて磁界強度が均一な領域の形状を変化させることができ、測定対象となる機器の形状に合わせ磁界を形成することができる。

次に、本実施形態に係る磁界発生装置１の使用方法について説明する。まず、作業者は、磁界強度が均一な領域の形状、及び、磁界強度に応じて２つのコイル対１０，２０のコイル間隔を設定する。この際、変更器６０がモータを備える場合には、制御部５０から指令に応じてモータが動作してコイル間隔を設定する。一方、モータを備えない場合には、作業者による手動によってコイル間隔が設定される。

なお、この工程においては、内側コイル対１０の中心面と、外側コイル対２０の中心面とが異なるように、コイル位置を設定してもよい。

次いで、作業者は、制御部５０に対して情報入力を行うことにより、制御部５０を通じてバイポーラ電源３１〜３４及び信号発生部４１，４２を制御する。この際、制御部５０は、作業者が望む磁界強度及び磁界強度が均一な領域の形状となるようにバイポーラ電源３１〜３４の出力電流を制御する。また、制御部５０は、作業者が望む周波数となるように、信号発生部４１，４２を制御する。これにより、各コイル１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂには、作業者が望む交流電流が流されることとなる。

さらに、本実施形態において制御部５０は、磁界強度が均一な領域における外側磁界強度が内側磁界強度よりも強くなるようにバイポーラ電源３１〜３４を制御する。すなわち、制御部５０は、内側コイル対１０と外側コイル対２０の直径、コイル間隔、及び巻き数を考慮して、外側磁界強度が内側磁界強度よりも強くなるようにバイポーラ電源３１〜３４を制御する。これにより、磁界強度が均一な領域における磁界強度の均一度の低下を抑制することとなる。

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、コイル位置を変更可能な変更器６０を備えるため、コイル間隔を変更して磁界強度が均一な領域の形状を変更することができる。また、内側コイル対１０と外側コイル対２０とをコイル軸が同一となるように並べるため、磁界強度については、双方のコイル対１０，２０の和と考えることができ、磁界強度を高めることができる。また、磁界強度が均一な領域についても、双方のコイル対１０，２０の和と考えることができ、例えば上下に凹凸を有するような所望の形状の磁界強度が均一な領域を生成することができる。加えて、２つのコイル対１０，２０を用いることにより、磁界強度が均一な領域における磁界強度の均一度が低下すると考えられるが、外側コイル対２０により生成される磁界強度が均一な領域が、内側コイル対１０により生成される磁界強度が均一な領域における磁界強度よりも強くなるように、内側及び外側コイル対１０，２０に対して交流電流を流すため、磁界強度の均一度の低下が抑制される。従って、所望の磁界を生成することができる。

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１０，２０は２対であるが、これに限らず、３対以上であってもよい。

また、上記においてコイル対１０，２０は、巻き数を可変とされていてもよい。

さらに、上記において内側コイル対１０及び外側コイル対２０のうち、少なくとも１つのコイル１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂは、他のコイル１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂと異なる直径とされていてもよい。直径の相違に応じて磁界強度が均一な領域の形状を変化させることができ、測定対象となる機器の形状に合わせた磁界を形成することができるからである。

なお、上記の説明は磁界強度の均一領域について述べたが、外側コイル対２０より内側コイル対１０の電流を大きくすることで、磁界強度の均一領域より磁界強度を優先して生成することも可能である。

１…磁界発生装置
１０…内側コイル（１対の内側コイル）
２０…外側コイル（１対の外側コイル）
１０ａ，２０ａ…第１コイル
１０ｂ，２０ｂ…第２コイル
３１〜３４…バイポーラ電源
４１，４２…信号発生部
５０…制御部（制御手段）
６０…変更器（位置変更手段）

Claims (4)

1. コイル軸が同一となるように並べられた１対の内側コイルと、
   前記１対の内側コイルの外側においてコイル軸が同一となるように並べられた１対の外側コイルと、
   前記１対の内側及び外側コイルに対して交流電流を流す電源と、
   前記１対の内側及び外側コイルのそれぞれのコイル位置を、コイル軸を同一としたまま変更可能な位置変更手段と、
   前記電源を制御して、前記１対の内側及び外側コイルに対して交流電流を流させる制御手段と、
   を備えることを特徴とする磁界発生装置。
2. 前記制御手段は、前記１対の内側コイル及び前記１対の外側コイルのうち少なくとも一方のコイル対のコイルに対し、大きさが異なる交流電流も流せるよう、前記電源を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁界発生装置。
3. 前記位置変更手段は、前記１対の内側コイルの中心面と、前記１対の外側コイルの中心面とが異なるように、コイル位置を変更可能とされている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の磁界発生装置。
4. 前記１対の内側コイル及び前記１対の外側コイルのうち、少なくとも１つのコイルは、他のコイルと異なる直径である
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁界発生装置。

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