JP2000182823A - 電磁石装置 - Google Patents

電磁石装置

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JP2000182823A
JP2000182823A JP35419098A JP35419098A JP2000182823A JP 2000182823 A JP2000182823 A JP 2000182823A JP 35419098 A JP35419098 A JP 35419098A JP 35419098 A JP35419098 A JP 35419098A JP 2000182823 A JP2000182823 A JP 2000182823A
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JP
Japan
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magnetic field
coils
uniformity
electromagnet device
pair
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JP35419098A
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English (en)
Inventor
Kaihei Kyo
皆平 許
Katsuyoshi Toyoda
勝義 豊田
Yoshio Imai
良夫 今井
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁石装置全体をコンパクト化すると共に、
磁界均一度の改善を図ることができる電磁石装置を得
る。 【解決手段】 4個を一体化させたソレノイドコイル1
を一定の間隔で対向させ、各コイル1を同方向に通電さ
せることにより、この対向している各コイル1の中間の
コイル中心軸に垂直な円筒状空間2にコイル軸方向に対
し均一度の高い平行磁界を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、均一磁界を発生
する電磁石装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図21は、例えば「超伝導・低温工学ハ
ンドブック」(社団法人 低温工学協会編、オーム社出
版1993年)の第1008頁に示された従来の電磁石装置を示
す図であり、1対のソレノイドコイルを対向させ、これ
ら1対のコイルの中間にコイル軸方向に磁界を発生する
電磁石装置の斜視図である。図において、1は1対のソ
レノイドコイル、2は磁界を発生する円筒状空間であ
り、コイル軸は、図に示す座標におけるY軸である。
【0003】次に動作について説明する。1対のソレノ
イドコイル1を同方向に通電すると、1対のコイル間に
ある円筒状空間2に、この円筒の中心軸(Z軸)と垂直
な関係にあるコイル軸方向(Y軸)の平行磁界を発生す
る。この場合のYZ平面における磁束密度のベクトル分
布を図22に示す。図において、矢印は磁束密度の方向
及び大きさを表わしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の電磁石装置は以
上のように構成されているので、1対のコイル間にある
一定大きさの円筒状空間において、この円筒の軸をZ軸
とし、コイルの中心軸をY軸とした場合、中心点から離
れるほど、磁界の均一度が悪くなる。この一定の円筒状
空間における磁界均一度を規定の値にするためには、コ
イル直径を大きくしなければならず、電磁石の配置場所
が限られた場合には、規定の均一度が達成できないとい
う問題点があった。
【0005】例えば、この円筒状空間における平行磁界
の均一度評価は、Y軸方向の平行磁界の大きさの均一度
と磁界方向(Z方向)の均一度で行なう。平行磁界の大
きさの均一度を評価するには、下記の式(1)を用い、磁
界方向の均一度を評価するには、下記の式(2)を用い
る。
【数1】 式(1)、(2)を用いて従来の電磁石の平行磁界均一度分
布を一例として図23,図24に示す。一定の円筒状空
間における均一度は、18.6%の平行磁界の大きさの
均一度及び14.1%の磁界方向の均一度となってしま
い、規定の均一度が得られない。
【0006】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたものであり、限られた電磁石配置場所に
おいて、電磁石全体の寸法を大きくすることなしに、磁
界均一度が改善できる電磁石装置を得ることを目的とす
る。また、経済的な電磁石装置を提供することをも目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
る電磁石装置は、4個のソレノイドコイルを一体化した
ものを一対一定間隔で対向させて構成したものである。
【0008】この発明の請求項2に係る電磁石装置は、
一対の鞍型コイルを一定間隔で対向させて構成したもの
である。
【0009】この発明の請求項3に係る電磁石装置は、
各鞍型コイルに対して同心位置に別の高さの低い鞍型コ
イルをそれぞれ設置したものである。
【0010】この発明の請求項4に係る電磁石装置は、
各鞍型コイルをそれぞれ2分割したものである。
【0011】この発明の請求項5に係る電磁石装置は、
2個のソレノイドコイルを一体化したものを一対一定間
隔で対向させて構成したものである。
【0012】
【発明の実施の形態】実施の形態1.以下、この発明の
実施の形態1を図1に基づいて説明する。図1におい
て、1は4個の同形ソレノイドコイルを一体化し、これ
を一対設けたものであり、2は均一磁界を発生する一定
の大きさの円筒状空間である。
【0013】次に動作について説明する。図1に示すよ
うに、各コイルに同じ方向に電流Iを通電することによ
って、円筒状空間2に円筒軸(Z軸)と垂直になる均一
な平行磁界を発生できる。この場合にYZ平面における
磁束密度のベクトル分布を図2に示す。そして、磁界均
一度分布を一例として図3,図4に示す。図3に示すよ
うに、平行磁界の大きさの均一度が最大13.9%であ
り、図23に示されるように、従来の電磁石装置の1
8.6%より改善している効果があることがわかる。ま
た、図4に示すように、磁界方向の均一度が最大8.2
%であり、図24に示されるように、従来の電磁石装置
の14.1%より改善している効果があることが明らか
である。以上のように構成することにより、磁界均一度
の高い平行磁界を発生する電磁石装置を得ることができ
る。
【0014】実施の形態2.なお、上記実施の形態1で
は、4個の同形コイルを一対設けた場合について説明し
たが、図5に示すように、円筒状の殻に収納できる1対
の鞍型コイル3に同じ方向に電流Iを通電することによ
って、円筒状空間2に円筒状軸(Z軸)と垂直になる均
一平行磁界を発生できると共に電磁石装置全体をコンパ
クトにすることができる。
【0015】次に動作について説明する。図6において
は、YZ平面における磁束密度のベクトル分布を示して
おり、更に図7,図8においては、磁界均一度分布の一
例を示している。図7に示すように、平行磁界の大きさ
の均一度が最大4.4%であり、図23に示されるよう
に、従来の電磁石装置の18.6%より改善している効
果があることがわかる。また、図8に示すように、磁界
方向の均一度が最大11.1%であり、図24に示され
るように、従来の電磁石装置の14.1%より改善して
いる効果があることが明らかである。さらに上記実施の
形態1に比して、電磁石全体をコンパクトに製作するこ
とができる。
【0016】実施の形態3.なお、上記実施の形態2で
は、1対の鞍型コイルを用いた場合について述べたが、
図9に示すように、実施の形態2と同様、円筒状の殻に
収納できる一対の鞍型コイル3を設けると共に、一対の
高さの低い鞍型コイル4を鞍型コイル3に対して同心に
配置するよう追加することにより、円筒状空間2におけ
る磁束密度のZ方向成分を打消すことができ、さらに磁
界方向の均一度を改善できる。
【0017】次に動作について説明する。鞍型コイル4
には反対方向に電流Iを流すようにする。図10におい
ては、YZ平面における磁束密度のベクトル分布を示し
ており、更に図11,図12においては、磁界均一度分
布の一例を示している。図11に示すように、平行磁界
の大きさの均一度が最大5.0%であり、図23に示さ
れるように、従来の電磁石装置の18.6%より改善し
ている効果があることがわかる。また、図12に示すよ
うに、磁界方向の均一度が最大2.9%であり、図24
に示されるように、従来の電磁石装置の14.1%より
大幅に改善し、更に、実施の形態2の場合の11.1%
よりも大幅に改善している効果があることが明らかであ
る。さらに、実施の形態2に比しても均一度が向上して
いると共に、電磁石全体をコンパクトに製作することが
できる。
【0018】実施の形態4.なお、上記実施の形態2で
は、1対の鞍型コイルを用いた場合について述べたが、
図13に示すように、1対の鞍型コイルをそれぞれ2分
割した鞍型コイル5を構成した場合、円筒状空間2にお
ける磁束密度のZ方向成分を打消すことができ、磁界方
向の均一度を改善することができる。2個の同じ大きさ
の鞍型コイルを対向させると共に、コイルの高さ方向に
並ばせ、各コイルに同方向に電流Iを通電させるもので
ある。
【0019】次に動作について説明する。合計で4個の
同一形状の鞍型コイルを製作すればよく、製作上におい
ては、経済的に作れると共に、電磁力支持構造を簡略化
することができる。図14においては、YZ平面におけ
る磁束密度のベクトル分布を示しており、更に図15,
図16においては、磁界均一度分布の一例を示してい
る。図15に示すように、平行磁界の大きさの均一度が
最大4.6%であり、図23で示されるように、従来の
電磁石装置の18.6%より改善している効果があるこ
とがわかる。また、図16に示すように、磁界方向の均
一度が最大3.7%であり、図24に示されるように、
従来の電磁石装置の14.1%より大幅に改善し、更
に、実施の形態2の場合の11.1%よりも大幅に改善
している効果があることが明らかである。さらに、実施
の形態2に比しても均一度が向上していると共に、電磁
石装置全体をコンパクトに製作することができる。
【0020】実施の形態5.なお、上記実施の形態1で
は、4個のソレノイドコイルを一対設けた場合について
述べたが、図17に示すように、2個の同形のソレノイ
ドコイルを一体化し、これを一対設けるようにしてもよ
く、これにより、円筒状空間2における磁束密度のZ方
向成分を打消すことができ、磁界方向の均一度を改善で
きる。図において、6は本実施形態によるソレノイドコ
イルであり、各コイル6には同方向に電流Iを通電す
る。
【0021】次に動作について説明する。本実施形態に
よれば、同一形状のソレノイドコイルを4個製作すれば
よく、製作上においては、経済的に作れると共に、電磁
力支持構造を簡略化することができる。図18において
は、YZ平面における磁束密度のベクトル分布を示して
おり、更に図19,図20においては、磁界均一度分布
の一例を示している。図20に示すように、磁界方向の
均一度が最大9.8%であり、図24に示されるよう
に、従来の電磁石装置の14.1%より改善している効
果があることがわかる。ただし、この場合、図19に示
すように、平行磁界の大きさの均一度が51.2%であ
り、図23で示されるように、従来の電磁石装置の1
8.6%より悪くなるが、磁界方向の均一度のみを要求
される場合には、この装置で充分である。本実施形態に
おいては、電磁石全体をコンパクトに製作することがで
きる効果がある。尚、表1において各実施形態における
磁界の均一度をまとめている。
【表1】
【0022】
【発明の効果】この発明の請求項1に係る電磁石装置に
よれば、4個のソレノイドコイルを一体化したものを一
対一定間隔で対向させて構成したので、磁界均一度の高
い平行磁界を発生させることができる。
【0023】この発明の請求項2に係る電磁石装置によ
れば、一対の鞍型コイルを一定間隔で対向させて構成し
たので、磁界均一度の高い平行磁界を発生させることが
できると共に、電磁石装置全体をコンパクト化すること
ができる。
【0024】この発明の請求項3に係る電磁石装置によ
れば、各鞍型コイルに対して同心位置に別の高さの低い
鞍型コイルをそれぞれ設置したので、磁界均一度の高い
平行磁界を発生させることができると共に、電磁石装置
全体をコンパクト化することができる。
【0025】この発明の請求項4に係る電磁石装置によ
れば、各鞍型コイルをそれぞれ2分割したので、同一形
状のコイルを複数個製作するため経済的に製作できると
共に、電磁力支持構造を簡略化することができる。
【0026】この発明の請求項5に係る電磁石装置によ
れば、2個のソレノイドコイルを一体化したものを一対
一定間隔で対向させて構成したので、同一形状のコイル
を複数個製作するため経済的に製作できると共に、電磁
力支持構造を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による電磁石装置を
示す斜視図である。
【図2】 この発明の実施の形態1による電磁石装置に
おけるYZ平面上の磁束密度のベクトル分布を示す側面
図である。
【図3】 この発明の実施の形態1による電磁石装置に
おける磁界の大きさの均一度分布を示す側面図である。
【図4】 この発明の実施の形態1による電磁石装置に
おける磁界方向の均一度分布を示す側面図である。
【図5】 この発明の実施の形態2による電磁石装置を
示す斜視図である。
【図6】 この発明の実施の形態2による電磁石装置に
おけるYZ平面上の磁束密度のベクトル分布を示す側面
図である。
【図7】 この発明の実施の形態2による電磁石装置に
おける磁界の大きさの均一度分布を示す側面図である。
【図8】 この発明の実施の形態2による電磁石装置に
おける磁界方向の均一度分布を示す側面図である。
【図9】 この発明の実施の形態3による電磁石装置を
示す斜視図である。
【図10】 この発明の実施の形態3による電磁石装置
におけるYZ平面上の磁束密度のベクトル分布を示す側
面図である。
【図11】 この発明の実施の形態3による電磁石装置
における磁界の大きさの均一度分布を示す側面図であ
る。
【図12】 この発明の実施の形態3による電磁石装置
における磁界方向の均一度分布を示す側面図である。
【図13】 この発明の実施の形態4による電磁石装置
を示す斜視図である。
【図14】 この発明の実施の形態4による電磁石装置
におけるYZ平面上の磁束密度のベクトル分布を示す側
面図である。
【図15】 この発明の実施の形態4による電磁石装置
における磁界の大きさの均一度分布を示す側面図であ
る。
【図16】 この発明の実施の形態4による電磁石装置
における磁界方向の均一度分布を示す側面図である。
【図17】 この発明の実施の形態5による電磁石装置
を示す斜視図である。
【図18】 この発明の実施の形態5による電磁石装置
におけるYZ平面上の磁束密度のベクトル分布を示す側
面図である。
【図19】 この発明の実施の形態5による電磁石装置
における磁界の大きさの均一度分布を示す側面図であ
る。
【図20】 この発明の実施の形態5による電磁石装置
における磁界方向の均一度分布を示す側面図である。
【図21】 従来の電磁石装置を示す斜視図である。
【図22】 従来の電磁石装置におけるYZ平面上の磁
束密度のベクトル分布を示す側面図である。
【図23】 従来の電磁石装置における磁界の大きさの
均一度分布を示す側面図である。
【図24】 従来の電磁石装置における磁界方向の均一
度分布を示す側面図である。
【符号の説明】
1,6 ソレノイドコイル、3,4,5 鞍型コイル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今井 良夫 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 5E048 AB10 CB07

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 4個のソレノイドコイルを一体化したも
    のを一対一定間隔で対向させて構成したことを特徴とす
    る電磁石装置。
  2. 【請求項2】 一対の鞍型コイルを一定間隔で対向させ
    て構成したことを特徴とする電磁石装置。
  3. 【請求項3】 各鞍型コイルに対して同心位置に別の高
    さの低い鞍型コイルをそれぞれ設置したことを特徴とす
    る請求項2記載の電磁石装置。
  4. 【請求項4】 各鞍型コイルをそれぞれ2分割したこと
    を特徴とする請求項2記載の電磁石装置。
  5. 【請求項5】 2個のソレノイドコイルを一体化したも
    のを一対一定間隔で対向させて構成したことを特徴とす
    る電磁石装置。
JP35419098A 1998-12-14 1998-12-14 電磁石装置 Pending JP2000182823A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005123313A (ja) * 2003-10-15 2005-05-12 Sumitomo Heavy Ind Ltd 単結晶引上げ装置用超電導磁石装置における冷凍機の装着構造及び冷凍機のメンテナンス方法
JP2020183334A (ja) * 2019-05-08 2020-11-12 信越半導体株式会社 単結晶引き上げ装置及び単結晶引き上げ方法

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Effective date: 20040511