JP2001135973A - Magnetic shielding device - Google Patents

Magnetic shielding device

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JP2001135973A
JP2001135973A JP31702999A JP31702999A JP2001135973A JP 2001135973 A JP2001135973 A JP 2001135973A JP 31702999 A JP31702999 A JP 31702999A JP 31702999 A JP31702999 A JP 31702999A JP 2001135973 A JP2001135973 A JP 2001135973A
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一郎 笹田
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パペルノ ユージン
Hiromi Naka
啓美 中
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Kyushu University NUC
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic shielding device which is equipped with a cylinder, whose ends are both open so as to accurately and quickly carry out an operation, capable of improving shielding inner residual magnetic field in uniformity, keeping it at a high shield ratio, and giving a place where a feeble magnetic field can be measured accurately. SOLUTION: If the axial length, diameter, wall thickness, and relative permeability of a cylinder of magnetic material whose both ends are open, are represented by L, D, t, and μ, and these are so set as to nearly satisfy the equation, L/D=1+log (μt/D)+C, where C is a constant is within the range of 0.5 to 1.2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】本発明は、磁気シールド装置、特に両端を
開放した円筒に角形ヒステリシス特性を有する角形磁性
薄帯を固定すると共にコイルを巻回し、このコイルに磁
気シェーキング電流を流すことによって円筒の内部に外
部磁界の影響を受けない空間を作るようにした磁気シー
ルド装置に関するものである。
[0001] The present invention relates to a magnetic shield device, in particular, a rectangular magnetic thin strip having a rectangular hysteresis characteristic is fixed to a cylinder having both ends open, and a coil is wound therearound. The present invention relates to a magnetic shield device which creates a space which is not affected by an external magnetic field.

【産業上の利用分野】[Industrial applications]

【0002】[0002]

【従来の技術】微小な磁界の変化を外部磁界に影響され
ることなく計測することは多くの用途において要求され
ている。例えば、磁気計測、生体磁気計測、脳磁界計
測、精密物理計測などにおいて、微弱な磁界の計測や、
精密な磁束計の性能評価のためには、地磁気や環境磁界
を遮蔽し、雑音磁界をきわめて少なくした空間が必要で
ある。
2. Description of the Related Art It is required in many applications to measure a minute change in a magnetic field without being affected by an external magnetic field. For example, in magnetic measurement, biomagnetic measurement, brain magnetic field measurement, precision physical measurement, etc.
In order to accurately evaluate the performance of a magnetometer, it is necessary to have a space that shields the earth's magnetic field and the environmental magnetic field and minimizes the noise magnetic field.

【0003】従来では磁性体で必要な空間を完全に覆う
タイプの磁気シールド装置がもっぱら用いられている
が、完全に覆ってしまうため、作業性が低く、また磁気
シールドされた空間の内部における物体の配置等の状況
を正確に把握することができないという問題があった。
Conventionally, a magnetic shield device of a type in which a necessary space is completely covered with a magnetic material has been used exclusively. However, since the magnetic shield device completely covers the space, the workability is low, and an object inside the magnetically shielded space is not used. There is a problem that it is not possible to accurately grasp the situation such as the arrangement of the objects.

【0004】このような問題を解消するために、両端が
開放した円筒状のパーマロイから成る磁気シールド装置
や、円筒の外周面に角形磁性薄帯をヘリカル状に巻回固
定した磁気シールド装置が提案されている。特に、両端
解放型の円筒型の磁気シールド装置は構造が簡便である
ため、微弱磁界の計測に使用されている。
In order to solve such a problem, a magnetic shield device made of a cylindrical permalloy having both open ends and a magnetic shield device in which a rectangular magnetic ribbon is helically wound around the outer peripheral surface of the cylinder are proposed. Have been. In particular, a cylindrical magnetic shield device having both ends open is used for measuring a weak magnetic field because of its simple structure.

【0005】[0005]

【発明が解決すべき課題】上述した両端が開放した円筒
状のパーマロイから成る磁気シールド装置を設計するに
当たっては、外部磁界強度HOと磁気シールド装置内部
での漏洩磁界強度HIの比S(=HO/HI)として表さ
れるシールド比を高くすることに主眼が置かれており、
シールド内残留磁界の一様性にまで注意が払われていな
い。このような両端開口型の磁性円筒を用いた磁気シー
ルド装置においては、シールド比だけではなく、シール
ド内残留磁界の一様性も重要なパラメータとなってい
る。
In designing the magnetic shield device made of a cylindrical permalloy having both ends open, the ratio S (of the external magnetic field intensity H O to the leakage magnetic field intensity H I inside the magnetic shield device) is set as follows. = H O / H I ).
Attention has not been paid to the uniformity of the residual magnetic field in the shield. In such a magnetic shield device using a magnetic cylinder having an open both ends, not only the shield ratio but also the uniformity of the residual magnetic field in the shield is an important parameter.

【0006】例えば、脳磁界計測のように、きわめて微
弱な磁界の計測には、一様外部磁界の影響を打ち消す効
果のある一次微分型のピックアップ(グラジオメータと
呼ばれている)が広く用いられており、シールド内残留
磁界に勾配があると、その微分値に感応してしまい、正
確な磁界の計測ができなくなるという問題がある。この
ような状況から、両端が開口した磁性円筒体を具え、シ
ールド比が高く、かつシールド内残留磁界の一様性に優
れた磁気シールド装置の開発が待たれていた。
For example, for measurement of an extremely weak magnetic field such as a brain magnetic field measurement, a first-order differential type pickup (called a gradiometer) having an effect of canceling out the influence of a uniform external magnetic field is widely used. Therefore, if there is a gradient in the residual magnetic field in the shield, there is a problem in that the gradient value is sensitive to the differential value and accurate measurement of the magnetic field cannot be performed. Under such circumstances, development of a magnetic shield device having a magnetic cylinder having both ends opened, having a high shield ratio, and having excellent uniformity of the residual magnetic field in the shield has been awaited.

【0007】したがって、本発明の目的は、作業の正確
さかつ迅速な作業の遂行が可能なように両端が開口した
円筒を具え、きわめて高いシールド比と、シールド内残
留磁界の優れた一様性とを併せ持つことによって、磁気
計測を高精度で行うことができ、特に微弱な磁界の正確
な計測が必要とされる生体磁気計測に適した磁気シール
ド装置を提供しようとするものである。
[0007] It is therefore an object of the present invention to provide a cylinder with open ends at both ends so that the work can be carried out accurately and quickly, with a very high shield ratio and excellent uniformity of the residual magnetic field in the shield. The present invention intends to provide a magnetic shield device suitable for biomagnetism measurement, in which magnetic measurement can be performed with high accuracy and accurate measurement of a weak magnetic field is particularly required.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の特徴によ
る磁気シールド装置は、磁性材料より成り、両端が開放
された1つの円筒体を具え、この円筒体の軸長をL、直
径をD、円筒体の肉厚をt、円筒体を構成する磁性材料
の比透磁率をμとし、Cを0.5〜1.2の範囲内の定
数とするとき、下式 L/D=1+log(μt/D)+C をほぼ満足するように構成したことを特徴とするもので
ある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a magnetic shield device comprising a single cylindrical body made of a magnetic material and having both ends opened, wherein the axial length of the cylindrical body is L, and the diameter of the cylindrical body is L. D, when the thickness of the cylindrical body is t, the relative magnetic permeability of the magnetic material constituting the cylindrical body is μ, and C is a constant in the range of 0.5 to 1.2, the following expression L / D = 1 + log (Μt / D) + C 2.

【0009】このような本発明の第1の特徴による磁気
シールド装置においては、円筒の軸長Lと、直径Dとの
関係を上述した式をほぼ満足するように設定することに
よって、シールド比を高い値に維持したままで、シール
ド内残留磁界の一様性を確保することができる。すなわ
ち、円筒の開放端から円筒内部に侵入した磁界は、円筒
の軸線上で密となり、円筒壁に向かうに伴って疎とな
る。一方、円筒壁を透過して内部に侵入する磁界は、円
筒壁で密となり、円筒軸線に向かうに伴って疎となる。
このように円筒の開放端から侵入する磁界の、円筒半径
方向に見た分布と、円筒壁を透過して侵入する磁界の、
同じく円筒半径方向に見た分布とは互いに相反するもの
となり、しかも、軸長Lが大きくなればなるほど円筒壁
を透過して円筒内部に漏れ出る磁界は大きくなるので、
円筒の軸長Lと、直径Dとの比を適切に設定することに
よって、円筒の半径方向におけるシールド内残留磁界を
ほぼ一様とすることができる。上述した定数Cの値を、
0.75〜1.0の範囲内の値することによって、シー
ルド比を高い値に維持したままで、シールド内残留磁界
の一様性を高度に改善できるので特に好適である。
In the magnetic shield device according to the first aspect of the present invention, the shield ratio is set by setting the relationship between the axial length L of the cylinder and the diameter D so as to substantially satisfy the above-mentioned equation. The uniformity of the residual magnetic field in the shield can be secured while maintaining the value at a high value. That is, the magnetic field that has entered the inside of the cylinder from the open end of the cylinder becomes dense on the axis of the cylinder and becomes sparser toward the cylinder wall. On the other hand, the magnetic field that penetrates the cylindrical wall and penetrates into the cylindrical wall becomes dense at the cylindrical wall, and becomes sparser toward the cylindrical axis.
Thus, the distribution of the magnetic field penetrating from the open end of the cylinder in the radial direction of the cylinder, and the magnetic field penetrating through the cylinder wall,
Similarly, the distribution viewed in the radial direction of the cylinder is opposite to each other, and the larger the axial length L, the larger the magnetic field that passes through the cylindrical wall and leaks into the cylinder.
By appropriately setting the ratio between the axial length L of the cylinder and the diameter D, the residual magnetic field in the shield in the radial direction of the cylinder can be made substantially uniform. The value of the above constant C is
A value in the range of 0.75 to 1.0 is particularly preferable because the uniformity of the residual magnetic field in the shield can be improved to a high degree while the shield ratio is maintained at a high value.

【0010】しかも、上述した式の定数Cの値を、0.
5〜1.2の範囲内に限定することによって、最大のシ
ールド比が得られる条件であるL/D=1+log(μt
/D)からのずれを小さく抑えることができるので、シ
ールド比も高い値に維持することができる。本発明で
は、上述したように定数Cの値を0.5〜1.2の範囲
内に限定するが、0.5よりも小さくすると、シールド
比は最高値に近づくが、シールド内残留磁界の一様性が
得られなくなる。また、Cの値を1.2よりも大きくす
ると、シールド比が過度に小さくなると共にシールド内
残留磁界の一様性も低減することになる。
Further, the value of the constant C in the above equation is set to 0.
By limiting the ratio to the range of 5 to 1.2, the condition for obtaining the maximum shield ratio is L / D = 1 + log (μt
/ D), the shield ratio can be maintained at a high value. In the present invention, the value of the constant C is limited to the range of 0.5 to 1.2 as described above. If the value is smaller than 0.5, the shield ratio approaches the maximum value. Uniformity cannot be obtained. When the value of C is larger than 1.2, the shield ratio becomes excessively small and the uniformity of the residual magnetic field in the shield decreases.

【0011】さらに本発明の第2の特徴による磁気シー
ルド装置は、それぞれ磁性材料より成り、両端が開放さ
れ、同心的に配置された複数の円筒体を具え、これら複
数の円筒体を、円筒体の軸線方向および/または半径方
向の円筒体内磁界の勾配の符号がそれぞれ反対となる2
つのグループに分け、一方のグループの円筒体の円筒体
内合成磁界の勾配の大きさと、他方のグループの円筒体
の円筒体内合成磁界の勾配の大きさとがほぼ等しくなる
ように、それぞれの円筒体の軸長Lおよび直径の比を設
定したことを特徴とするものである。
Further, the magnetic shield device according to the second aspect of the present invention comprises a plurality of cylinders each made of a magnetic material, open at both ends, and arranged concentrically. The signs of the gradients of the magnetic field in the cylinder in the axial direction and / or in the radial direction are opposite to each other.
Into two groups, and the magnitude of the gradient of the synthetic magnetic field in the cylinder of the cylinder of one group is approximately equal to the magnitude of the gradient of the synthetic magnetic field in the cylinder of the other group of cylinders. It is characterized in that the ratio between the axial length L and the diameter is set.

【0012】このような本発明の第2の特徴による磁気
シールド装置においては、円筒体内磁界の勾配が正符号
の1個または複数の円筒体と、負符号の1個又は複数の円
筒体とを組み合わせ、正符号の勾配を呈する円筒体の円
筒体内合成磁界の勾配の大きさと、負符号を呈する円筒
体の円筒体内合成磁界の勾配の大きさとををほぼ等しく
することによって相殺させ、全体として円筒体内磁界の
勾配をほぼ零にすることができる。このような本発明の
第2の特徴によれば、1つ1つの円筒体についてのシー
ルド比は、単一の円筒体を用いる上述した本発明の第1
の特徴による磁気シールド装置に比べて幾分小さくなる
が、複数の円筒体全体として見た場合の総合シールド比
は各円筒体のシールド比の積に比例したものとなるの
で、十分に大きなシールド比を得ることができる。した
がって、それぞれの用途に応じて複数の円筒体を適当に
組み合わせることによって、十分に大きなシールド比を
維持したままで、シールド内残留磁界の半径方向の分布
の勾配、軸線方向の分布の勾配或いは半径方向および軸
線方向の双方における分布の勾配をほぼ零とすることが
できる。
In the magnetic shield device according to the second aspect of the present invention, the gradient of the magnetic field in the cylinder is one or more cylinders having a positive sign and one or more cylinders having a negative sign. In combination, the magnitude of the gradient of the combined magnetic field in the cylinder of the cylinder exhibiting the positive sign gradient and the magnitude of the gradient of the combined magnetic field in the cylinder of the cylinder exhibiting the negative sign are substantially equalized to cancel each other, and as a whole the cylinder The gradient of the internal magnetic field can be made almost zero. According to the second aspect of the present invention, the shield ratio for each cylinder is determined by the first aspect of the present invention using a single cylinder.
Although it is somewhat smaller than the magnetic shield device due to the characteristics of the above, the overall shield ratio when viewed as a whole multiple cylinders is proportional to the product of the shield ratio of each cylinder, so a sufficiently large shield ratio Can be obtained. Therefore, by appropriately combining a plurality of cylinders according to the respective applications, the gradient of the residual magnetic field in the shield in the radial direction, the gradient of the distribution in the axial direction or the radius can be maintained while maintaining a sufficiently large shield ratio. The gradient of the distribution in both the direction and the axial direction can be substantially zero.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1の特徴によ
る両端開放円筒型磁気シールド装置の一実施例を構成す
る円筒体1を示すものである。円筒体1はパーマロイの
ような磁性材料で形成されており、その軸長をL,直径
をD、円筒体の肉厚をt、円筒体を構成する磁性材料の
比透磁率をμとする。また、円筒体51の軸線方向をx
とし、半径方向をyとし、円筒体1の中心軸線を原点と
している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a cylindrical body 1 constituting one embodiment of a cylindrical magnetic shield device with open both ends according to the first feature of the present invention. The cylindrical body 1 is made of a magnetic material such as permalloy. The axial length is L, the diameter is D, the thickness of the cylindrical body is t, and the relative permeability of the magnetic material forming the cylindrical body is μ. In addition, the axial direction of the cylindrical body 51 is x
, The radial direction is y, and the center axis of the cylindrical body 1 is the origin.

【0014】図2は、円筒体1の軸線方向に印加される
磁界に対する動作原理を定性的に示したもので、磁界の
分布は磁束線で示されている。磁界には、平行な磁束線
同士は互いに反発し、その間隔を拡げようとする性質が
ある。また、比透磁率μの高い磁性材料中ではこの反発
力は比透磁率に反比例的に小さくなり、多数の磁束線が
収容可能となる。図2に示すように、円筒体1の開口か
ら円筒体内に侵入する磁束線は、磁性材料より成る円筒
体1の壁へ吸い込まれ、これによって磁束線が少なくな
った壁近傍の領域へは、中心付近にあった磁束線が再分
布する。この結果、開口端付近では、図2に示すよう
に、円筒体1の奥の方に向かって減少する分布となり、
円筒体の中央付近では磁束線の間隔が拡がることにな
る。磁束線の間隔が広くなることは、磁束密度の減少を
意味し、シールド効果の存在を示すものである。
FIG. 2 qualitatively shows the principle of operation with respect to a magnetic field applied in the axial direction of the cylindrical body 1. The distribution of the magnetic field is shown by magnetic flux lines. The magnetic field has a property that parallel magnetic flux lines repel each other and try to increase the distance between them. Further, in a magnetic material having a high relative magnetic permeability μ, the repulsive force decreases in inverse proportion to the relative magnetic permeability, so that many magnetic flux lines can be accommodated. As shown in FIG. 2, the magnetic flux lines entering the cylindrical body from the opening of the cylindrical body 1 are sucked into the wall of the cylindrical body 1 made of a magnetic material. The magnetic flux lines near the center are redistributed. As a result, in the vicinity of the opening end, as shown in FIG. 2, the distribution decreases toward the back of the cylindrical body 1,
In the vicinity of the center of the cylindrical body, the interval between the magnetic flux lines is increased. An increase in the distance between the magnetic flux lines means a decrease in the magnetic flux density, which indicates the existence of a shielding effect.

【0015】一方、円筒体1の外側では、円筒体の外壁
近くに位置する磁束線は.そのさらに外側に存在する多
数の磁束線によって押されて円筒体1の壁に吸い込まれ
る。これを円筒体1の外壁に沿って開口から中央に向か
って見ていくと、磁束線が次々と円筒体外壁に接近して
は吸い込まれる格好となる。このような磁束線と円筒体
1との関係は、円筒体の軸長Lに大きく影響される。磁
束線は円筒体の中央付近で最も集中することになるが、
円筒体の軸長Lが大きくなると集中度が大きくなって磁
束線全部を円筒体壁内に収容できなくなり、遂には円筒
体の内側への漏れが発生するようになる。このようなこ
とから、シールド比を最大にする軸長Lが存在すること
は容易に理解され、既にA. Magerによって、IEEE Tran
s. Magn.Vol. 6, No. 1, 1970において明らかにされて
いる。
On the other hand, outside the cylindrical body 1, the magnetic flux lines located near the outer wall of the cylindrical body are. It is pushed by a number of magnetic flux lines existing further outside and is sucked into the wall of the cylindrical body 1. When this is viewed from the opening toward the center along the outer wall of the cylindrical body 1, the magnetic flux lines are successively approached to the outer wall of the cylindrical body and are sucked. Such a relationship between the magnetic flux lines and the cylinder 1 is greatly affected by the axial length L of the cylinder. The magnetic flux lines are most concentrated near the center of the cylinder,
When the axial length L of the cylindrical body increases, the degree of concentration increases, so that the entire magnetic flux lines cannot be accommodated in the cylindrical body wall, and eventually leaks to the inside of the cylindrical body. From this, it is easily understood that there is an axial length L that maximizes the shield ratio, and A. Mager has already described the IEEE Tran.
s. Magn. Vol. 6, No. 1, 1970.

【0016】上述した円筒体1の内部での磁束線の分布
をさらに注意深く考察した結果、円筒体の直径Dに対
し、軸長Lを調整することによって、円筒体の半径方向
に見た磁束の分布を一様にすることが可能であることが
わかった。すなわち、円筒体1の開放端から円筒体内部
に侵入した磁界は、円筒体の軸線上で最も密となり、円
筒体壁に向かうのに伴って疎となる。一方、円筒体1の
外部から円筒体壁に吸い込まれた磁束線は、軸長Lが大
きくなればなるほど円筒体壁を透過して円筒体内部に漏
れ出る割合が大きくなる。すなわち、この漏れによる円
筒体内部の磁束線分布は、円筒体内壁側で密となり、中
心軸線に向かうに伴って疎となる。このように円筒体1
の開放端から侵入する磁束線の、円筒体半径方向に見た
分布と、円筒体壁を透過して侵入した磁束線の円筒体半
径方向に見た分布とは互いに相反するものとなり、しか
も、軸長Lが大きくなればなるほど円筒体壁を透過して
円筒体内部に漏れ出る磁界は大きくなるので、円筒体の
軸長Lと、直径Dとの比を適切に設定することによっ
て、2つの磁束線分布をほぼ相殺することができ、円筒
体の半径方向におけるシールド内残留磁界をほぼ一様と
することができる。
As a result of further careful consideration of the distribution of magnetic flux lines inside the cylindrical body 1 described above, by adjusting the axial length L with respect to the diameter D of the cylindrical body, the distribution of the magnetic flux as viewed in the radial direction of the cylindrical body is adjusted. It has been found that the distribution can be made uniform. That is, the magnetic field that has entered the inside of the cylindrical body from the open end of the cylindrical body 1 becomes densest on the axis of the cylindrical body, and becomes sparser toward the wall of the cylindrical body. On the other hand, the greater the axial length L of the magnetic flux lines sucked into the cylindrical body wall from the outside of the cylindrical body 1, the greater the percentage of leakage through the cylindrical body wall and leaking into the cylindrical body. That is, the magnetic flux line distribution inside the cylinder due to the leakage becomes dense on the inner wall side of the cylinder, and becomes sparser toward the central axis. Thus, the cylindrical body 1
The distribution of magnetic flux lines penetrating from the open end of the cylindrical body when viewed in the radial direction of the cylinder and the distribution of magnetic flux lines penetrating through the cylindrical wall and viewed in the radial direction of the cylindrical body are mutually contradictory, and The larger the axial length L, the larger the magnetic field that passes through the cylindrical body wall and leaks into the cylindrical body. Therefore, by appropriately setting the ratio between the axial length L of the cylindrical body and the diameter D, two fields can be obtained. The distribution of magnetic flux lines can be substantially canceled, and the residual magnetic field in the shield in the radial direction of the cylindrical body can be made substantially uniform.

【0017】図3は、円筒体1を構成する磁性材料の比
透磁率μと円筒体の壁の肉厚tとの積を、円筒体の直径
Dで正規化した値(μt/D)をパラメータとし、円筒
体1の軸長Lと直径との比(L/D)を独立変数とし
て、円筒体軸線上の中央位置における軸線方向のシール
ド比を有限要素法によって数値計算した結果を示すもの
である。シールド比は、最初L/Dと共に増加し、ピー
ク値をとった後、緩やかに減少していく。図3のグラフ
では、パラメータ(μt/D)を変化させたときにシー
ルド比がピーク値となるL/Dの値を結んだものを鎖線
Aで示す。また、パラメータ(μt/D)を変化させた
ときに、シールド内残留磁界の半径方向の分布が最も一
様となる位置を結んだものを破線Bで示す。このシール
ド内残留磁界の半径方向の分布は、円筒体の中央位置に
おいて有限要素法で計算したものである。これらの曲線
AおよびBを比較すると明らかなように、シールド内残
留磁界の分布が最も一様となる位置のL/Dの値は、シ
ールド比が最大となる位置のL/Dの値よりも少し大き
いところにある。
FIG. 3 shows a value (μt / D) obtained by normalizing the product of the relative permeability μ of the magnetic material constituting the cylinder 1 and the wall thickness t of the cylinder with the diameter D of the cylinder. The numerical value of the shield ratio in the axial direction at the center position on the axis of the cylindrical body using the ratio (L / D) of the axial length L to the diameter (L / D) of the cylindrical body 1 as an independent variable. It is. The shield ratio initially increases with L / D, takes a peak value, and then gradually decreases. In the graph of FIG. 3, the dashed line A indicates the connection between the L / D values at which the shield ratio has a peak value when the parameter (μt / D) is changed. A broken line B indicates a position where the distribution of the residual magnetic field in the shield in the radial direction is most uniform when the parameter (μt / D) is changed. The radial distribution of the residual magnetic field in the shield is calculated by the finite element method at the center of the cylinder. As is clear from comparison between these curves A and B, the L / D value at the position where the distribution of the residual magnetic field in the shield is the most uniform is larger than the L / D value at the position where the shield ratio is the maximum. It's a bit big.

【0018】図3において、軸線方向のシールド比を最
大とする円筒体1の軸長Lと直径Dとの比の値は、次式
(1)で与えられる。 L/D=1+log(μt/D) ―――(1) この(1)式はきわめて単純化されているが、上述した
IEEE Trans. Magn. Vol.6, No. 1, 1970においてA. Mag
erが示した複雑な近似解析式で与えられるものとほぼ一
致している。本発明では、図3から、シールド比が十分
に高く、しかもシールド内残留磁界の分布を一様にする
軸長Lと直径Dとの比の値は、Cを0.75〜1.0の
範囲内の定数とするとき、下式(2)で与えられること
がわかった。 L/D=1+log(μt/D)+C ―――(2) ここで、定数Cの値を0.5〜1.2の範囲内とする理
由は上述したように、定数Cをこのような範囲に設定す
ることによって、最大のシールド比からの減少は少な
く、しかもシールド内残留磁界の半径方向の分布の一様
性も確保できるためである。特に、定数Cの値を0.7
5〜1.0の範囲内とすることによってシールド比を高
い値に維持したままで、シールド内残留磁界の一様性を
高度に改善できるので好適である。
In FIG. 3, the value of the ratio between the axial length L and the diameter D of the cylindrical body 1 that maximizes the shield ratio in the axial direction is given by the following equation (1). L / D = 1 + log (μt / D) (1) Although the equation (1) is extremely simplified,
A. Mag in IEEE Trans. Magn. Vol. 6, No. 1, 1970
This is almost the same as that given by the complex approximate analysis formula shown by er. In the present invention, as shown in FIG. 3, the ratio of the axial length L to the diameter D that makes the shield ratio sufficiently high and makes the distribution of the residual magnetic field in the shield uniform is from 0.75 to 1.0. When a constant within the range was obtained, it was found that the following equation (2) was given. L / D = 1 + log (μt / D) + C (2) Here, the reason for setting the value of the constant C in the range of 0.5 to 1.2 is as described above, By setting the range, the reduction from the maximum shield ratio is small, and the uniformity of the radial distribution of the residual magnetic field in the shield can be secured. In particular, the value of the constant C is set to 0.7
The range of 5 to 1.0 is preferable because the uniformity of the residual magnetic field in the shield can be highly improved while maintaining the shield ratio at a high value.

【0019】図4は、本発明の第2の特徴による磁気シ
ールド装置の実施例を示すものである。本例では、第1
および第2の円筒体11および12を同心的に配置した
ものである。これら第1および第2の円筒体11および
12の軸長をL、Lとし、直径をD、Dとし、
肉厚をt、tとし、円筒体を構成する磁性材料の比
透磁率をμ、μとする。ただし、この実施例では、
2つの円筒体11および12の肉厚を等しくする(t
=t)と共に同じ磁性材料で形成している(μ=μ
)。
FIG. 4 shows an embodiment of the magnetic shield device according to the second feature of the present invention. In this example, the first
And the second cylindrical bodies 11 and 12 are arranged concentrically. The axial lengths of these first and second cylindrical bodies 11 and 12 are L 1 and L 2 , the diameters are D 1 and D 2 ,
The thicknesses are t 1 and t 2, and the relative magnetic permeability of the magnetic material forming the cylindrical body is μ 1 and μ 2 . However, in this example,
The thicknesses of the two cylinders 11 and 12 are made equal (t 1
= T 2 ) and the same magnetic material (μ 1 = μ)
2 ).

【0020】本発明の第2の特徴においては、これら第
1および第2の円筒体11および12のシールド内残留
磁界の勾配が異符号となるように構成してシールド内残
留磁界の一様性を実現するものである。すなわち、内側
の第1の円筒体11の軸長L と、直径Dとの比(L
/D)と、外側の第2の円筒体12の軸長Lと、
直径Dとの比(L/D)を、図3に示したグラフ
の破線で示した曲線Bのそれぞれ両側から選択すること
によって、シールド内残留磁界の一様性を確保するもの
である。例えば、第1の円筒体11の軸長と直径との比
/Dを曲線Bの右側の領域から選択する場合に
は、第2の円筒体12の軸長と直径との比L/D
曲線Bの左側の領域から選択するようにすれば良い。
In a second aspect of the present invention, these
Remaining in the shield of the first and second cylindrical bodies 11 and 12
Configure the gradient of the magnetic field to have a different sign and
This realizes uniformity of the stay magnetic field. That is, inside
Axial length L of the first cylindrical body 11 1And the diameter D1And the ratio (L
1/ D1) And the axial length L of the outer second cylindrical body 122When,
Diameter D2And the ratio (L2/ D2) Is the graph shown in FIG.
From both sides of the curve B shown by the broken line
To ensure uniformity of the residual magnetic field in the shield
It is. For example, the ratio between the axial length and the diameter of the first cylindrical body 11
L1/ D1Is selected from the area on the right side of the curve B
Is the ratio L between the axial length and the diameter of the second cylindrical body 122/ D2To
What is necessary is just to select from the area | region on the left side of the curve B.

【0021】図5Aおよび5Bは、外側の第2の円筒体
12の軸長Lを基準として内側の円筒体11の軸長L
を変化させた場合における軸線方向xの磁界分布の勾
配および半径方向yの磁界分布の勾配をそれぞれ示すも
のである。これらのグラフにおいて、曲線Aは、外側の
第2の円筒体12における磁界分布の勾配を示すもので
ある。外側の第2の円筒体12の軸長Lに対する内側
の円筒体11の軸長L の比(L/L)を、0.
4、0.5、0.6と変化させるのに伴ってシールド内
残留磁界分布の勾配は変化するが、図5Aに示す軸線方
向の磁界分布の勾配に関しては、内側の第1の円筒体1
1の磁界分布の勾配は正であり、外側の第2の円筒体1
2の磁界分布の勾配は負となっている。
FIGS. 5A and 5B show an outer second cylinder.
12 axis length L2The axial length L of the inner cylindrical body 11 based on
1Of the magnetic field distribution in the axial direction x when
And the gradient of the magnetic field distribution in the radial direction y.
It is. In these graphs, curve A represents the outer
The gradient of the magnetic field distribution in the second cylindrical body 12 is shown.
is there. The axial length L of the outer second cylindrical body 122Inside
Axial length L of cylindrical body 11 1Ratio (L1/ L2) To 0.
Inside the shield as it changes to 4, 0.5, 0.6
Although the gradient of the residual magnetic field distribution changes, the direction of the axis shown in FIG.
With respect to the gradient of the magnetic field distribution in the
The gradient of the magnetic field distribution of the first second cylindrical body 1 is positive.
The gradient of the magnetic field distribution of No. 2 is negative.

【0022】図5Cは、第1および第2の円筒体11お
よび12を同心的に配置したときの、合成の磁界分布の
軸線方向の勾配を示すものであり、曲線CおよびC
は、第2の円筒体12の軸長Lに対する第1の円筒体
11の軸長Lの比L/L を、それぞれ0.5およ
び0.6に設定した場合をそれぞれ示している。このグ
ラフから明らかなように、比L/Lを0.6の近傍
に設定することによって軸線方向の磁界分布の勾配をほ
ぼ零とすることができる。
FIG. 5C shows the first and second cylindrical bodies 11 and
And 12 are arranged concentrically, the resultant magnetic field distribution
It shows the gradient in the axial direction, and the curve C1And C2
Is the axial length L of the second cylindrical body 122First cylindrical body for
11 axis length L1The ratio L1/ L 2Are 0.5 and
And 0.6 are set respectively. This group
As is evident from the rough, the ratio L1/ L2Near 0.6
The gradient of the magnetic field distribution in the axial direction by setting
It can be zero.

【0023】図5Dは、第1および第2の円筒体11お
よび12を同心的に配置したときの、合成の磁界分布の
半径方向の勾配を示すものであり、曲線CおよびC
は、第2の円筒体12の軸長Lに対する第1の円筒体
11の軸長Lの比L/L を、それぞれ0.5およ
び0.6に設定した場合をそれぞれ示している。このグ
ラフからも明らかなように、比L/Lを0.5と
0.6との中間の値、すなわち0.5の近傍の値に設定
することによって半径方向の磁界分布の勾配をほぼ零と
することができる。
FIG. 5D shows the first and second cylindrical bodies 11 and
And 12 are arranged concentrically, the resultant magnetic field distribution
It shows the radial gradient and shows the curve C1And C2
Is the axial length L of the second cylindrical body 122First cylindrical body for
11 axis length L1The ratio L1/ L 2Are 0.5 and
And 0.6 are set respectively. This group
As is clear from the rough, the ratio L1/ L2With 0.5
Set to a value intermediate to 0.6, that is, a value near 0.5
To make the gradient of the magnetic field distribution in the radial direction almost zero.
can do.

【0024】このように、本発明による第2の特徴にお
いては、同心的に配置した第1および第2の円筒体11
および12の、軸長の比L/Lを適切に設定するこ
とによって、シールド内残留磁界分布の軸線方向の勾配
或いは半径方向の勾配或いは軸線方向および半径方向の
勾配をほぼ零としてシールド内部に残留する磁界の一様
性を実現することができる。この場合、シールド内残留
磁界の軸線方向の一様性を実現するのか、半径方向の一
様性を実現するのか、或いは軸線方向および半径方向の
双方において一様性を実現するのかは、個々の用途に応
じて適宜選択することができる。
As described above, according to the second feature of the present invention, the first and second cylindrical bodies 11 arranged concentrically are provided.
By appropriately setting the axial length ratio L 1 / L 2 of the first and second embodiments, the axial gradient or the radial gradient or the axial and radial gradients of the residual magnetic field distribution in the shield can be reduced to almost zero. , The uniformity of the magnetic field remaining in the magnetic field can be realized. In this case, whether to realize axial uniformity, radial uniformity, or both axial and radial uniformity of the remanent magnetic field in the shield depends on each individual. It can be appropriately selected according to the application.

【0025】本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではなく、幾多の変更や変形が可能である。例えば、上
述した第2の実施例では2個の円筒体を設けた2重円筒
体構造としたが、3個以上の円筒体を同心的に配置する
こともできる。この場合、どの円筒体を第1のグループ
とし、どの円筒体を第2のグループとするかは、適宜選
択することができる。どのような組み合わせを選択する
場合にも、円筒体の軸長は、内側から外側に向かうにし
たがって長くなるようにする。何れの場合でも、半径方
向および軸線方向の磁界分布の均一性が確保されるの
は、すべての円筒体が重なった領域となることは勿論で
ある。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and many modifications and variations are possible. For example, in the above-described second embodiment, a double cylinder structure having two cylinders is used, but three or more cylinders may be arranged concentrically. In this case, which cylinder is to be the first group and which cylinder is to be the second group can be appropriately selected. Whatever combination is selected, the axial length of the cylindrical body is made longer from the inside to the outside. In any case, the uniformity of the magnetic field distribution in the radial direction and the axial direction is of course ensured in the region where all the cylinders overlap.

【0026】[0026]

【発明の効果】上述したように本発明の第1の特徴によ
る磁気シールド装置によれば、円筒体の軸長Lと、直径
Dとの関係を、定数Cの値を、0.5〜1.2の範囲
内、特に0、75〜1.0の範囲内の値とするとき、上
述した式(2)の条件L/D=1+log(μt/D)+
Cをほぼ満足するように構成することによって、シール
ド比を高い値に維持したままで、シールド内残留磁界の
一様性を確保することができる。
As described above, according to the magnetic shield device of the first aspect of the present invention, the relationship between the axial length L of the cylindrical body and the diameter D is determined by setting the value of the constant C to 0.5 to 1 .2, especially 0, a value in the range of 75 to 1.0, the condition L / D = 1 + log (μt / D) +
By configuring so as to substantially satisfy C, uniformity of the residual magnetic field in the shield can be secured while maintaining the shield ratio at a high value.

【0027】さらに本発明の第2の特徴による磁気シー
ルド装置によれば、内部の磁界の勾配が正符号を呈する
少なくとも1つの円筒体と、負符号を呈する少なくとも
1つの円筒体とを組み合わせ、正符号の勾配を呈する円
筒内部の合成磁界の勾配と、負符号を呈する円筒内部の
合成磁界の勾配とを相殺させることによって全体として
円筒内磁界の勾配をほぼ零とすることができ、シールド
内残留磁界の一様性を実現できる。
Further, according to the magnetic shield device of the second aspect of the present invention, at least one cylindrical body having a gradient of the internal magnetic field having a positive sign and at least one cylindrical body having a negative sign are combined. By canceling the gradient of the synthetic magnetic field inside the cylinder having the sign gradient and the gradient of the synthetic magnetic field inside the cylinder having the negative sign, the gradient of the magnetic field inside the cylinder can be made almost zero as a whole, and the residual in the shield can be reduced. The uniformity of the magnetic field can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 図1は、単一の円筒体を具える本発明による
磁気シールド装置の第1の実施例構成を示す線図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a first embodiment of a magnetic shield device according to the present invention having a single cylindrical body.

【図2】 図2は、円筒体の内外における磁束線の分布
を示す線図である。
FIG. 2 is a diagram showing distribution of magnetic flux lines inside and outside a cylindrical body.

【図3】 図3は、円筒体の軸長と直径との比に対する
半径方向のシールド比の変化を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a change in a shield ratio in a radial direction with respect to a ratio between an axial length and a diameter of a cylindrical body.

【図4】 図4は、2つの円筒体を具える本発明の磁気
シールド装置の第2の実施例の構成を示す線図である。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a second embodiment of the magnetic shield device of the present invention having two cylindrical bodies.

【図5】 図5A〜5Dは、シールド内残留磁界の半径
方向および軸線方向の分布を、2つの円筒体の軸長の比
をパラメータとして示すグラフである。
5A to 5D are graphs showing distributions of a residual magnetic field in a shield in a radial direction and an axial direction using a ratio of an axial length of two cylindrical bodies as a parameter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、11、12 円筒体 1,11,12 Cylindrical body

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 磁性材料より成り、両端が開放された1
つの円筒体を具え、この円筒体の軸長をL、直径をD、
円筒体の肉厚をt、円筒体を構成する磁性材料の比透磁
率をμとし、Cを0.5〜1.2の範囲内の定数とする
とき、下式 L/D=1+log(μt/D)+C をほぼ満足するように構成したことを特徴とする磁気シ
ールド装置。
1. A 1 made of a magnetic material and having both ends opened.
With two cylindrical bodies, the axial length of this cylindrical body is L, the diameter is D,
When the thickness of the cylindrical body is t, the relative magnetic permeability of the magnetic material constituting the cylindrical body is μ, and C is a constant in the range of 0.5 to 1.2, the following expression is used: L / D = 1 + log (μt / D) + C.
【請求項2】 前記定数Cの値を、0.75〜1.0の
範囲内の値としたことを特徴とする請求項1に記載の磁
気シールド装置。
2. The magnetic shield device according to claim 1, wherein the value of the constant C is set to a value within a range of 0.75 to 1.0.
【請求項3】 それぞれ磁性材料より成り、両端が開放
され、同心的に配置された複数の円筒体を具え、これら
複数の円筒体を、円筒体の軸線方向および/または半径
方向の円筒体内磁界の勾配の符号がそれぞれ反対となる
2つのグループに分け、一方のグループの円筒体の円筒
体内合成磁界の勾配の大きさと、他方のグループの円筒
体の円筒体内合成磁界の勾配の大きさとがほぼ等しくな
るように、それぞれの円筒体の軸長Lおよび直径の比を
設定したことを特徴とする磁気シールド装置。
3. A plurality of cylinders, each made of a magnetic material, open at both ends and arranged concentrically, said plurality of cylinders being arranged in a cylindrical magnetic field in the axial and / or radial direction of the cylinders. Are divided into two groups in which the signs of the gradients are opposite to each other, and the magnitude of the gradient of the combined magnetic field in the cylinder of the cylinder of one group and the magnitude of the gradient of the combined magnetic field in the cylinder of the other group are substantially the same. A magnetic shield device wherein the ratio of the axial length L and the diameter of each cylindrical body is set to be equal.
【請求項4】 同心的に配置した第1および第2の円筒
体を、同じ磁性材料で形成すると共にそれらの肉厚を等
しくしたことを特徴とする請求項3に記載の磁気シール
ド装置。
4. The magnetic shield device according to claim 3, wherein the first and second concentrically arranged cylindrical bodies are made of the same magnetic material and have the same thickness.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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