JPH0878234A - 船舶の磁気低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 船舶の航行中の船体磁気変化を、内部磁界の
監視により定量的に把握し、その変化分を打ち消すため
の消磁コイルへの通電量を補正することにより、常時最
適な消磁状態を維持する。 【構成】 船舶の磁性体からなる船体のＸ，Ｙ，Ｚ方向
の外部磁界を打ち消すために船体内に複数個の消磁コイ
ル５を設けるとともに当該船体内に複数個の磁気検知器
からなる磁気監視部１を設置し、各磁気検知器から測定
された船内磁界に基づいて算出した船外磁気モーメント
と、予め測定、算出した各消磁コイル効果による船外磁
気モーメントとから、前記外部磁界を最小にする消磁電
流を決定して、各消磁コイルに通電する構成であり、こ
れにより常時最適な消磁状態を維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁性体の、例えば鋼鉄
製の船体を有する船舶の外部に発生する磁界を常時最小
に低減できる船舶の磁気低減装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼材によって構成された船体を有する船
舶の外部磁界は大別して、鋼材自身による永久磁界と船
体自身が地球磁界によって誘起される誘導磁界とから成
り、これらが重畳して外部磁界を形成している。

【０００３】従来、船舶から発生するこれら船体磁界を
測定するために、複数個の磁気検知器を測定海面の海底
に敷設し、船舶をそれら磁気検知器群の配列線上を航走
させて、それらの測定値から船体内に設けられている消
磁コイルに通電する最適な電流値を決定して、外部磁界
を最小にしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の船体磁気測定に
基づく消磁電流の調定は、複数個の磁気検知器を測定海
面の海底に敷設した設備を有する磁気測定所にてほぼ一
定期間毎に実施されているが、その期間中に船舶の航行
中に受ける波浪、水圧等の外圧によって、船体の磁気状
態が変化して、常時最適な消磁状態を維持することが極
めて困難であった。

【０００５】本発明は、この問題点に着目してなされた
ものであって、船舶の航行中に船体磁気が変化しても内
部磁界を監視することにより、定量的に船体磁気を把握
することが可能となり、この変化分を打ち消すための消
磁コイルへの通電量を補正することにより、常時最適な
消磁状態を維持できる機能を具備した船舶の磁気低減装
置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の船舶の磁気低減装置は、船舶の磁性体から
なる船体のＸ，Ｙ，Ｚ方向の外部磁界を打ち消すために
船体内に複数個の消磁コイルを設けるとともに当該船体
内に複数個の磁気検知器を設置し、各磁気検知器から測
定された船内磁界に基づいて算出した船外磁気モーメン
トと、予め測定、算出した各消磁コイル効果による船外
磁気モーメントとから、前記外部磁界を最小にする消磁
電流を決定して、各消磁コイルに通電することにより常
時最適な消磁状態を維持する構成となっている。

【０００７】

【作用】本発明の船舶の磁気低減装置においては、船体
の内部に複数個の磁気検知器を設置して、定期的に実施
される磁気測定時の内部磁界及び外部磁界の測定値か
ら、長球調和関数の展開式により船体のＸ，Ｙ，Ｚ方向
の内部磁気モーメントと外部磁気モーメントを求めて、
それぞれの相関係数を算出し、以後船体の磁気状態が変
化しても、内部磁界の値から上記で得た相関係数を用い
て推定した外部磁気モーメントの値が予め求めた消磁コ
イル効果による外部磁気モーメントにより打ち消される
ように各消磁コイルの起磁力を決定して、該起磁力に対
応した電流値を各消磁コイルに通電することにより、常
時最適な消磁状態を維持するものである。

【０００８】船体の内部磁界と外部磁界の相関関係は、
船体の内外部磁位を長球調和関数で展開すると、内外部
の各展開係数は等価回転楕円体面で関係づけられる。従
って、船体の磁気状態の変化は、内部磁界をモニターす
ることにより外部磁界を推定することが可能となり、そ
れを打ち消す消磁コイルへの通電量を制御することによ
って、常時最適な消磁状態を維持することができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明に係る船舶の磁気低減装置の実
施例を図面に従って説明する。

【００１０】図１は、本発明における実施例の装置全体
の構成図であり、船体内に設置されたｉ個のＸ，Ｙ，Ｚ
方向（直交３軸）の３軸磁気検知器から成る磁気監視部
１により、船内磁界を採取し、磁気管制部２内のＡ／Ｄ
変換器により（ｉ×３）個のデジタル信号を演算部３に
取り込み、この演算部３により後述する手法を用いて最
適な消磁電流を演算して、消磁コイル電源部４からＸ，
Ｙ，Ｚ方向の各消磁コイル５に消磁電流を通電させる。
その時、通電中の消磁状態において再び磁気監視部１に
より船内磁界を測定して、演算部３により外部磁界が所
定の値以下に消磁されているかを評価して、そうでなけ
れば上記の手順を繰り返すことになる。図２にこれら一
連のフローを示す。

【００１１】なお、磁気検知器の設置場所は、極力消磁
コイル及び搭載機器、電路等から発生する磁気ノイズの
影響を受けない空間が望ましい。

【００１２】このように構成した船舶の磁気低減装置に
おいて、内部磁界から最適な消磁電流を求める手法につ
いて述べる。

【００１３】（ア）内部磁界による外部磁界の推定 船舶の鋼材で構成された船体は、中空回転楕円体モデル
に置き換えることができる。このような中空回転楕円体
の内外部磁界の関係は、伝導電流を含まない空間領域に
存在しているものとすると、内外部磁界はうずなしであ
るため磁界のスカラー・ポテンシャルすなわち磁位はラ
プラスの方程式を満足する。

【００１４】図３に示すように、磁性構造物の幾何学的
中心線上両端の位置に点ｃ１及び点ｃ２を置き、この物
体に各内接、外接する共焦点楕円体面をηi，ηeとし
て、これらを焦点とする回転楕円体座標（η，ξ，φ）
を設ける。すなわち、図３中の点Ｐの回転楕円体座標
（η，ξ，φ）は

【数１】 となる。

【００１５】点Ｐの回転楕円体座標（η，ξ，φ）を直
角座標（ｘ，ｙ，ｚ）で表すと、

【数２】 となる。

【００１６】これら座標系におけるラプラスの方程式
は、外部磁位をＦ₀(η，ξ，φ)とすれば

【数３】 となる。

【００１７】また、内部磁位をＦi(η，ξ，φ)とすれ
ば

【数４】 となる。

【００１８】これら内外部磁界の各展開係数の関係は

【数５】 となる。つまり、内外部磁界の対応する係数比はｎ及び
ｍの値に従って一定値を取る。換言すると、［数５］が
成立するηの特定値であるη’が分かっていれば外部磁
界から内部磁界の、また内部磁界から外部磁界の決定が
可能となる。

【００１９】このように、ある磁気状態における等価回
転楕円体面ηを定めることにより、以後磁気状態が変動
しても、内部磁界の測定値より外部磁気モーメントを推
定できることになる。

【００２０】また、長軸上で内部磁界を測定した場合
は、η→１となり、［数４］を元として表すと同式から
この軸上での磁界はｍ≦１のみ有し、次数を高次にとっ
ても、内部磁界の展開係数として

【数６】 しか表れなく、数値計算が比較的簡略化される。

【００２１】（イ）内部磁界と外部磁界の各展開係数 これらの内外部磁界の各展開係数は、複数個の磁気検知
器を測定海面の海底に敷設した設備を有する磁気測定所
で東西南北各方位において測定されたデータを［数３］
及び［数４］を元にした負の導関数にあてはめて、最小
２乗法により求めることができる。

【００２２】これら各方位において算出した内外部磁界
の各展開係数は、永久磁気分と誘導磁気分に相当する磁
気モーメントが混在しており、前者は磁気状態が変わる
毎に変化するが、後者は同一場所、同方向に存在する限
りほぼ一定と見なしてよい。従って、船体の長軸上にお
ける内部磁界と外部磁界の各展開係数を永久磁気分と誘
導磁気分に相当する磁気モーメントに分離すると

【数７】 となる。ここで、添字ｐ，ｉはそれぞれ永久磁気分、誘
導磁気分を、Ｎ，Ｓ，Ｅ，Ｗはその方位における各展開
係数である（Ｎ：北に船体を航走させて測定、Ｓ：南に
船体を航走させて測定、Ｅ：東に船体を航走させて測
定、Ｗ：西に船体を航走させて測定）。

【００２３】上式から、等価回転楕円体面ηは［数５］
により船体磁気の変化の原因である永久磁気分に相当す
る係数で決定すればよいことになる。すなわち、

【数８】 となる。

【００２４】上記［数８］から数値計算上、各相関係数
が分かればあえて等価回転楕円体面ηを求めなくともよ
い。

【００２５】従って、船体磁気の変化後の外部磁界の各
展開係数は、内部磁界測定値から算出した内部磁界係数

【数９】 により

【数１０】 で求めることができる。ここで、θは船首方位である。

【００２６】これらの値により船体磁気の変化を内部磁
界により定量的に把握することができる。

【００２７】（ウ）内部磁界による最適消磁電流の決定 次に、最適消磁電流を求めるには、船体の磁気状態が変
化した後の内部磁界から上記手法を用いて求めた外部磁
界展開係数と予め測定、算出した消磁コイル効果の各展
開係数が等しくなるような起磁力、すなわち電流値を求
めればよいことになる。

【００２８】図３において、外部の任意の点における直
角座標系での方向余弦をα，β及びγとすると、外部磁
界のＬ方向磁界分力ｆは［数３］から

【数１１】 の形式で表すことができる。ここに、

【数１２】 であり、また

【数１３】 である。

【００２９】次に、消磁コイル効果による外部磁界は、
同様に［数３］のラプラスの方程式を満足することにな
り、これによる外部磁界も長球調和関数を用いて［数１
１］と同じ形で展開できる。ここで、［数１１］の関数
をＧjで代表させ、非消磁状態における外部磁界の各展
開係数をＡjと表す。また、総数Ｋ個の各消磁コイルに
一連番号ｋ（ｋ＝１，２，…，Ｋ）を付し、各単位起磁
力当たりの消磁コイル効果による各展開係数をａ_jkとす
る。すると、外部磁界は、

【数１４】 と表すことができる。

【００３０】上式の無限級数のすべての項を零に、すな
わち至るところで零磁場とするのが消磁の理想である
が、有限個の消磁コイルのみでは不可能であることは言
うまでもない。

【００３１】Ｋ個の消磁コイルでは［数１４］から

【数１５】 と書き換えられる。この式の第Ｋ項までを零とするｕ_k
を算出することにより、最適な消磁電流を決定すること
ができる。その場合、第Ｋ＋１項以降が外部の残留磁界
を形成することになる。

【００３２】船体磁気の変化後の内部磁界から算出した
外部磁界のＫ個の各展開係数Ａj（ｊ＝１，２，…，
Ｋ）を成分とする列ベクトルをベクトルｖとし、各コイ
ル番号ｋを列番号に、またｊを行番号に一致させａ_jkを
要素とするＫ行Ｋ列の消磁コイル効果をＡｃとする。ま
た、各消磁コイル効果の起磁力ｕ_kを成分とする列ベク
トルをベクトルｕとすれば、

【数１６】 となる。

【００３３】上式の最初からＫ個までの項を零とするた
めには［数１６］を満足するｕを求めることになる。Ａ
cは一般に正則であり、またベクトルｖは零ベクトルで
はあり得ないので、この連立方程式（ベクトル各成分毎
に考えたとき連立方程式となる）はただ一通りの解が存
在することになる。

【００３４】以上本発明の実施例について説明してきた
が、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の
範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者
には自明であろう。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、船体磁気測定に基
づく消磁電流の調定がほぼ一定期間毎に実施されている
が、本発明に係る船舶の磁気低減装置よれば、前回の調
定から次回の調定までの間の期間中に船舶の航行中に受
ける波浪、水圧等の外圧によって生ずる船体磁気の変化
に対して、常時最適な消磁状態を維持することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る船舶の磁気低減装置の実施例全体
を示す構成図である。

【図２】実施例の動作説明のためのフローチャート図で
ある。

【図３】内部磁界から外部磁界を推定する数学モデルを
説明する説明図である。

【符号の説明】

１ 磁気監視部 ２ 磁気管制部 ３ 演算部 ４ 消磁コイル電源部 ５ 消磁コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船舶の磁性体からなる船体のＸ，Ｙ，Ｚ
   方向の外部磁界を打ち消すために船体内に複数個の消磁
   コイルを設けるとともに当該船体内に複数個の磁気検知
   器を設置し、各磁気検知器から測定された船内磁界に基
   づいて算出した船外磁気モーメントと、予め測定、算出
   した各消磁コイル効果による船外磁気モーメントとか
   ら、前記外部磁界を最小にする消磁電流を決定して、各
   消磁コイルに通電することにより常時最適な消磁状態を
   維持することを特徴とする船舶の磁気低減装置。