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WIND TUNNEL TESTING DEVICE OF ROTATING SPHERICAL BODY

Patent code P110005495
File No. 0810-24
Posted date Aug 18, 2011
Application number P2009-008321
Publication number P2010-164494A
Patent number P5389457
Date of filing Jan 17, 2009
Date of publication of application Jul 29, 2010
Date of registration Oct 18, 2013
Inventor
  • (In Japanese)水野 毅
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人埼玉大学
Title WIND TUNNEL TESTING DEVICE OF ROTATING SPHERICAL BODY
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wind tunnel testing device capable of precisely and readily measuring the aerodynamic characteristics of a rotating sphere.
SOLUTION: The wind tunnel testing device includes a sphere 60 partially or entirely made of a ferromagnetic body; magnetic field generation means 31-38, 41-46 for generating a magnetic field for magnetically lifting and rotating the sphere 60 in an air current blown out of the wind tunnel device; a control means for controlling the magnetic field generation means for changing the strength of the magnetic field generated by the magnetic field generation means; and displacement detection means 51, 52 for detecting the displacement of positions in the air current of the sphere 60. The control means controls the strength of the magnetic field, generated by the magnetic field generation means so that the displacement detected by the displacement detection means 51, 52 is canceled. In the wind tunnel testing device, the rotating sphere is supported in the air current, without contacts so that the aerodynamic force acts only on the sphere. The aerodynamic characteristics can be calculated from the change in the amount of control which is required for controlling the magnetic field generation means.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

ゴルフボールは、球体表面に形成したディンプルの形状が飛距離に大きな影響を与える。
回転していない球体の流体中の振る舞いは、容易に論理的に計算できるが、球体が回転している場合は、論理計算が難しい。そのため、ゴルフボールの開発に際しては、風洞試験によりゴルフボールの空力特性が測定される。

図16は、下記特許文献1に記載された風洞試験装置を示している。
この装置では、ゴルフボール106に挿通されたピアノ線105が、フレーム101の上下で回転可能に保持され、このピアノ線105がモータ102で回転される。フレーム101は、風洞装置112から吹き出る風がゴルフボール106に当たるように、風洞口の前に配置される。また、フレーム101は、回転可能に回転式空気軸受116で軸支され、さらに、空気力の作用する方向にスライドできるようにスライド式空気軸受114で支持されている。

ゴルフボールの飛距離を計算するには、回転するボールに対する空気の抗力や揚力などを求める必要がある。
この装置では、回転するゴルフボール106に風が当たり、フレーム101を含むゴルフボール回転装置がスライドしたときの変位量をレーザ変位計115で計測して抗力及び揚力を求めている。
また、フレーム101が回転式空気軸受116の周りを回転した回転量をレーザ変位計115で計測して回転トルク(実際にゴルフボールが高速回転しながら飛翔しているときに回転を減ずるように働く力)を求めている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、ゴルフボールや野球ボール等の回転する球体を風洞試験するための装置に関し、特に、磁気浮上を利用して回転球体を非接触支持するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
回転する球体の風洞試験を行う風洞試験装置であって、
少なくとも一部が強磁性体から成る前記球体と、
前記球体を風洞装置から吹き出る気流の中で磁気浮上させるための磁界を発生する浮上磁界発生手段と、
前記球体の気流中での位置の変位を検出する変位検出手段と、
前記変位検出手段の出力に基づいて前記浮上磁界発生手段を制御し、前記球体を所定の位置に保つように、当該浮上磁界発生手段から発生される磁界の強さを変える制御手段と、
前記球体を回転させるための回転磁界を発生する回転磁界発生手段と、
を備え、
前記浮上磁界発生手段が、前記回転磁界発生手段を兼ねており、
前記回転磁界発生手段を兼ねる浮上磁界発生手段が電磁石を具備し、前記電磁石に、前記球体を磁気浮上させるための一定のバイアス電流と、磁気浮上した前記球体の位置を制御するための制御電流と、前記球体を回転させる回転磁場を生成するための交流電流が供給され、前記制御手段は、前記制御電流の量を変えて前記球体を所定の位置に保つための磁界の強さを制御す
ことを特徴とする回転球体の風洞試験装置。

【請求項2】
 
回転する球体の風洞試験を行う風洞試験装置であって、
少なくとも一部が強磁性体から成る前記球体と、
前記球体を風洞装置から吹き出る気流の中で磁気浮上させるための磁界を発生する浮上磁界発生手段と、
前記球体の気流中での位置の変位を検出する変位検出手段と、
前記変位検出手段の出力に基づいて前記浮上磁界発生手段を制御し、前記球体を所定の位置に保つように、当該浮上磁界発生手段から発生される磁界の強さを変える制御手段と、
前記球体を回転させるための回転磁界を発生する回転磁界発生手段と、
を備え、
前記回転磁界発生手段が、第1の平面内で前記球体を中心に配置された複数の電磁石と、前記第1の平面とは異なる第2の平面内で前記球体を中心に配置された複数の電磁石と、を具備し、前記電磁石に回転磁場を生成するための交流電流が供給される
ことを特徴とする回転球体の風洞試験装置。

【請求項3】
 
請求項2に記載の風洞試験装置であって、前記浮上磁界発生手段が電磁石を具備し、該電磁石に、前記球体を磁気浮上させるための一定のバイアス電流と、磁気浮上した前記球体の位置を制御するための制御電流とが供給され、前記制御手段は、前記制御電流の量を変えて前記球体を所定の位置に保つための磁界の強さを制御する
ことを特徴とする回転球体の風洞試験装置。

【請求項4】
 
請求項1または3に記載の風洞試験装置であって、前記球体の空力特性が、前記制御電流の変化量に基づいて算出されることを特徴とする回転球体の風洞試験装置。

【請求項5】
 
請求項1または3に記載の風洞試験装置であって、前記浮上磁界発生手段が、さらに永久磁石を具備することを特徴とする回転球体の風洞試験装置。

【請求項6】
 
回転する球体の風洞試験を行う風洞試験装置であって、
少なくとも一部が強磁性体から成る前記球体と、
前記球体を風洞装置から吹き出る気流の中で磁気浮上させるための磁界を発生する浮上磁界発生手段と、
前記球体の気流中での位置の変位を検出する変位検出手段と、
前記変位検出手段の出力に基づいて前記浮上磁界発生手段を制御し、前記球体を所定の位置に保つように、当該浮上磁界発生手段から発生される磁界の強さを変える制御手段と、
前記球体を回転させるための回転磁界を発生する回転磁界発生手段と、
を備え、
前記回転磁界発生手段が電磁石を具備し、前記電磁石に回転磁場を生成するための交流電流が供給され、
前記浮上磁界発生手段が、前記球体に作用する永久磁石の磁力を調節する磁力調節機構を具備し、
前記磁力調節機構は、永久磁石と、当該永久磁石より発生された磁束の磁気回路から漏れ出す量を制限する少なくとも一対の強磁性体と、前記強磁性体を移動する移動手段とを有し、
前記制御手段は、対を成す前記強磁性体の間隙距離または間隙位置を変えて、前記浮上磁界発生手段から発生される磁界の強さを制御することを特徴とする回転球体の風洞試験装置。

【請求項7】
 
請求項1から6のいずれかに記載の風洞試験装置であって、前記球体が、強磁性体で構成されていることを特徴とする回転球体の風洞試験装置。

【請求項8】
 
請求項1から6のいずれかに記載の風洞試験装置であって、前記球体が、中心に強磁性体を内包していることを特徴とする回転球体の風洞試験装置。

【請求項9】
 
請求項1から8のいずれかに記載の風洞試験装置であって、前記変位検出手段は、光の拡散範囲が制限された発光体と、前記拡散範囲の中に位置する前記球体の後方で前記発光体の光を受光する複数の受光体とを有し、離間して配置された複数の前記受光体の受光量の変化に基づいて前記球体の位置の変位を検出することを特徴とする回転球体の風洞試験装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2009008321thum.jpg
State of application right Registered
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