JPH0491000A - カプセル落下装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は無重量試験装置におけるカプセル落下装置並び
にその落下開始時間制御装置に関する。

〔従来の技術〕

宇宙の無重量状態では、地上で得られない様な現象が発
生し、例えば、新しい特性の金属材料、合金などが得ら
れることが知られている。しかし、宇宙での実験は非常
に高価で、また、簡単に出来るものではない。そこで地
上で事前に無重量状態試験を行なう必要がある。

地上で無重量状態を得るには物体を自由落下させれば良
いが、単に大気中を落下させたのでは空気の抵抗があり
、無重量状態の精度は悪い。

そこで、真空中でカプセルを落下、又は、大気中で二重
カプセルを落下させる必要がある。二重カプセル方式の
場合は、まず、内部カプセルを落下させた後、外部カプ
セルを落下させる。外部カプセルは空気の抵抗のため、
その落下速度は少し遅れるが内部カプセルは外部カプセ
ルとの相対運動のためほとんど空気抵抗を受けない。こ
うして、精度良い無重量状態が得られることになる。

第１図に鉱山の縦坑などを利用したが地下式無重量実験
施設の概念図を示す。約１　ｔｏｎのカブセルが約百ｍ
の縦坑中を約４．５秒自由落下し、この間無重量状態を
作るものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のカプセル落下装置は機械的保持・落下装置であり
、約１　ｔｏｎのカプセルを保持・落下させる機構は当
然重量物となり動作タイミングのずれが発生する。

このタイミングのずれが各機構部の動作ばらつきの場合
は、カプセルには不要な回転力などが発生し、その結果
、遠心力が発生し、無重力精度が大幅に低下するという
問題があった。

次に、タイミングのずれが時間的ばらつきの場合はその
ずれは数十から数百ミリ秒となる。例えば、動作タイミ
ングのずれを３００　ｍ５ｅｃとするとこの間にカプセ
ルは４４１ｍ＋も落下する。これは二重カプセル方式の
場合、外部カプセルを少なくとも４４１１長くする必要
を生じ、カプセル全体の寸法１重量の増大となる。さら
に、百ｍの自由落下の場合、無重力状態の時間は高々４
．５秒であり、貴重な実験時間がずれの時間だけ短くな
るなどの問題があった。

そこで、カプセル保持装置として電磁石の使用が考えら
れるが、電磁石は無励磁になっても磁留磁束の大小によ
り、落下が早かったり、遅かったりする等の問題が考え
られる。尚、この種の制御装置として特公昭５４−３０
８１．５号公報を挙げることができる。

本発明の目的はかかる従来技術の問題点を解決したカプ
セル落下装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

従来技術の問題点はカプセルの保持・落下装置の機械的
装置を用い、機構部分の動作タイミングのずれに起因す
るものであった。

本発明では保持・落下装置に直流電磁石を用い、電磁力
でカプセルを保持し、カプセル落下装置と同時に電源を
遮断するとともに、電磁石に減衰振動が流れる回路を設
けることにより、カプセル落下開始タイミングを制御す
る。

〔作用〕

電磁石の底面（カプセル吸着面：磁極面）！コ直接カプ
セルが電磁力で吸着された場合はカプセルの落下時にカ
プセル端部が電磁石底面に接し、その部分に磁束の集中
が発生し、不安定なカプセル保持となり、カプセルに不
要な回転力を与える可能性がある。カプセルが回転する
と遠心力が作用し無重量精度が大幅に低下する。本発明
の様に電磁石底面に非磁性板を張り付けると、カプセル
端部に磁束の集中は起きなくなり、カプセルが不安定に
保持されることはなくなるので上記問題は発生しなくな
る。

次に、電磁石の吸着力が強すぎたり、電磁石又はカプセ
ルに残留磁気が残るとカプセル落下開始時間がずれる可
能性がある。そこで本発明では落下直前には電磁石の励
磁電流を弱くし、カプセル保持に必要な最低限の吸着力
に設定し、落下指令と同時に電磁石の電源を遮断し、電
磁石（インダクタンス）電流をコンデンサと抵抗から成
る減衰振動回路を流すことにより電束も減衰振動させ、
残留磁気を打消すことにより、カプセル落下開始時間は
減衰振動電流が零点を切った瞬間となる。

そして、電磁石のインダクタンスやコンデンサ。

抵抗などの回路定数は事前に計測可能であり、電源を遮
断した時からカプセル落下開始時間までの時間は１ｍ５
ｅｃ以下の精度で求めることが可能となり、精度良いカ
プセル落下開始タイミング制御が可能となる。

尚、１ｍ５ｅｃ間のカプセルの落下距離は０．００４９
ｍであり実用上問題とはならない。

〔実施例〕

第１図、第３図に本発明の一実施例を示す。

第１図は二重カプセルを示しており、外部カプセル１は
外部カプセル保持電磁石２に懸架され、内部カプセル３
は内部カプセル保持電磁石４に、内部カプセル保持電磁
石４は外部カプセルに各々懸架されている。保持電磁石
２（４）の底面には非磁性板５が張り付けられている。

第３図は保持電磁石２（４）の回路であり、交流電源１
０に接続された変圧器１１．交流を全波整流し、直流に
変換するダイオード回路１２．ダイオード回路１２の直
流出力を平滑化する平滑コンデンサ１３．トランジスタ
のエミッタホロア等により構成される定電流及び、スイ
ッチ回路１４゜直流電流検出器１５の検出値ＩＤと電流
指令回路１６の指令時Ｉｐを突合せ比較する演算回路１
７及び保持電磁石２（４）と並列接続され、電源遮断時
減衰振動（残留磁気打消）を行うためのコンデンサ１８
と抵抗１９を直列接続した減衰振動回路２０より成る。

次に、その動作を第４図を用いて説明する。

かかる構成において電流指令回路１６の指令値Ｉｐと検
出器１５の検出値Ｉｏを演算回路１７により突合せる。

電流指令回路１６の指令値Ｉｐが立上るとＩｐとＩｏの
電流偏差により定電流、及び、スイッチ回路１４がオン
し一定直流電流が流れ保持電磁石２（４）を励磁し、カ
プセル１（３）を電磁力で吸着保持する。次に、カプセ
ル落下準備に入ると指令値Ｉｐは低下し、この指令に基
づき電磁石電流は低下し、カプセル保持に必要最低限の
電磁力となる。その後、指令値ＩＰを零にすると定電流
及びスイッチ回路１４がオフとなり、保持電磁石２（４
）（直流励磁コイル：インダクタンス負荷）とコンデン
サ１８と抵抗１９より成る減衰振動回路が構成され、保
持電磁石２（４）に流れる電流は減衰振動し、電流が零
を切った瞬間にカプセルは落下する。

〔発明の効果〕

保持電磁石２（４）の励磁電流、インダクタンス、コン
デンサ１８．抵抗１９の定数を各々工。

Ｌ、Ｃ，Ｒとすると電流ｉは（１）式で示される。

ｉ＝Ｉ　ｅ−δｔｃｏｓωｔ　　　　　　　・・・（１
）従って、電流が零を切る時間Ｔは（２）式となる。

各定数り、Ｃ，Ｒは事前に測定可能であり、スイッチが
オフしてからカプセルが落下するまでの時間Ｔは精度良
く、しかも、事前に求めることが出来、カプセルの落下
開始時間制御の精度は非常に高くなる。

さらに、カプセル落下時保持電磁石の底面に取付られた
非磁性板の効果を第５図により説明する。

非磁性板がない場合、第５図（ａ）に示す様に、カプセ
ル端部で磁束集中が発生し、不安定にカプセルが保持さ
れる場合がある。この場合、カプセルには不用な回転力
などが作用し、カプセルに遠心力が発生し、無重量精度
が低下する。しかし、本発明の様に、保持電磁石の底面
に非磁性板を付加すると第５図（ｂ）に示す様に磁束集
中は発生しない。従って、カプセルはスムーズに自由落
下することが出来る。

このように本発明によれば簡単な電磁石回路の構成によ
り、カプセルの自由落下が可能になり、その効果は非常
に大きい。

尚、本発明では直流電源は交流電源から整流する様に説
明したが、蓄電池を用いても良いことは自明である。さ
らに、定電流とスイッチ回路は同一な回路として説明し
たが、各々別々に回路構成されていても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の二重カプセルの説明図、第
２図は本発明の無重量実験施設の説明図、第３図は保持
電磁石回路図、第４図は第３図の動作説明用タイムチャ
ート、第５図は保持電磁石の非磁性板付加による効果の
説明図である。 １．３・・カプラル、２，４・・保持電磁石、５・・・
非磁性板、１４・・定電流及びスイッチ回路、１８・・
・第 図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、大気中又は真空中でカプセルを自由落下させて無重
   量状態を得て無重量試験を行う装置において、 前記カプセルをカプセル吸着面に非磁性板を張り付けた
   電磁石で懸架・落下させることを特徴とするカプセル落
   下装置。 ２、請求項１において、前記電磁石と並列にコンデンサ
   、抵抗より成る減衰振動回路を接続し、落下指令と同時
   に電源を遮断し、電磁石に流れる電流を減衰振動電流に
   切替え、前記カプセルを落下させることを特徴とするカ
   プセル落下装置。