JP2010074758A - 静磁波発振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
発振周波数の可変幅が大きく、信号固定迄の引込み時間が早い静磁波発振装置を提供する。
【解決手段】
磁束密度により共振周波数が変化する共振器５と、該共振器と対向する位置にある永久磁石６と、該永久磁石を囲むコイル９，１１とを具備し、前記共振器と前記永久磁石の間には空間７が形成され、該空間に強磁性体の金属板１６が設けられ、該金属板は前記永久磁石と当接される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁束密度により共振周波数が変化する共振器を利用した静磁波発振装置に関するものである。

静磁波発振器は、磁束密度によって共振周波数が変化するＹＩＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ｉｒｏｎ Ｇａｒｎｅｔ）共振器を、コイルと磁石が発生する磁束密度によって所望の周波数で発振させて使用するものである。

先ず、図１１に於いて、従来の静磁波発振装置１について説明する。

強磁性体の金属で形成された円盤形状の蓋２と、強磁性体の金属で形成された円筒形状のケース本体３によって気密に閉塞され、内部が真空であるケース４が構成され、該ケース４の内部にＹＩＧ共振器５が設けられる。該ＹＩＧ共振器５と対向する位置には、永久磁石６が前記蓋２に接着されて設けられ、前記永久磁石６との間には空隙７が形成され、前記永久磁石６の周囲にはリング状の空間８が形成される。

リング状の周波数粗調整用のメインコイル９が前記空間８に収納され、前記永久磁石６と前記メインコイル９との間にリング状の周波数微調整用のＦＭコイル１１が設けられている。又、前記ＹＩＧ共振器５は基板１２に支持されており、該基板１２は両端部が良電導体の金属で形成された円筒形状の台座１３に支持され、該台座１３の内部の空間にはケース本体３の凸部１４が形成される。尚、図中１５は磁束を示している。

前記静磁波発振装置１は、定常電流や静止している磁石によって作られる時間的に変化しない静電磁場より発生した静磁波の前記磁束１５を、前記基板１２上に設置した前記ＹＩＧ共振器５へ通過させ、前記磁束１５に応じた共振周波数を取出すものである。

前記永久磁石６が発生する定常的磁束によって発振周波数の中心周波数を設定し、電気的に制御可能な前記メインコイル９が発生する磁束によって発振周波数の可変幅を設定する。又、電気的に制御可能な前記ＦＭコイル１１が発生する磁束によって信号を固定する。

前記永久磁石６から発生した定常的磁束は、前記空隙７で太鼓状に膨らみ、密度が疎となった状態で前記ＹＩＧ共振器５を通過し、前記凸部１４で収束する。該凸部１４で収束された前記磁束１５は、前記ケース４の下辺部で分散し、該ケース４の底部を通り、該ケース４の側壁部を上昇し、該ケース４の上辺部中央で再び収束して前記永久磁石６に到達する様磁界が形成される。

前記静磁波発振装置１に於いては、発振周波数の可変幅が大きいことや、信号固定迄の引込み時間が早いことが求められるが、従来のものでは前記メインコイル９及び前記ＦＭコイル１１が効率よく前記ＹＩＧ共振器５に前記磁束１５を通過させることができなかった。

特開２００６−２７９１５５号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、発振周波数の可変幅が大きく、信号固定迄の引込み時間が早い静磁波発振装置を提供するものである。

本発明は、磁束密度により共振周波数が変化する共振器と、該共振器と対向する位置にある永久磁石と、該永久磁石を囲むコイルとを具備し、前記共振器と前記永久磁石の間には空間が形成され、該空間に強磁性体の金属板が設けられ、該金属板は前記永久磁石と当接される静磁波発振装置に係るものである。

本発明によれば、磁束密度により共振周波数が変化する共振器と、該共振器と対向する位置にある永久磁石と、該永久磁石を囲むコイルとを具備し、前記共振器と前記永久磁石の間には空間が形成され、該空間に強磁性体の金属板が設けられ、該金属板は前記永久磁石と当接されるので、前記コイルで発生した磁束を効率よく前記共振器に通過させることが可能となり、発振周波数の可変幅を拡大でき、又信号を固定するまでの引込み時間を短縮できるという優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

先ず、図１に於いて、本発明の第１の実施の形態について説明する。尚、図１中、図１１と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

図中、１は静磁波発振装置を示しており、円盤形状且つ強磁性体の金属で形成された蓋２とケース本体３とで気密且つ真空状態に構成されるケース４の内部には、良電導体の金属で形成された円筒形状の台座１３が設けられ、基板１２は両端部を前記台座１３に支持されている。又、前記基板１２の中心部にはＹＩＧ共振器５が設置されている。

前記蓋２の前記ＹＩＧ共振器５と対向する位置には永久磁石６が設けられ、該永久磁石６の前記ＹＩＧ共振器５と対峙する面には、例えば鉄やパーマロイ等の強磁性体の金属で形成された円柱形状の金属板１６が設けられる。該金属板１６と前記永久磁石６とは同じ底面積を有し、接着剤等で取付けられる。又、前記永久磁石６の周囲には空間８が形成され、該空間８にＦＭコイル１１、メインコイル９が同心多重円状に設けられている。

尚、前記金属板１６の固定手段は、接着剤を用いずに、アルミニウムや銅等の良電導体で形成された固定板１７を前記金属板１６の下面に当接させ、前記固定板１７をビス１８で固定し、前記金属板１６を前記永久磁石６と前記固定板１７とで挾持して固定してもよい（図２参照）。

前記永久磁石６が発生する定常的な磁束１５によって発振周波数の中心周波数を設定し、電気的に制御可能な前記メインコイル９が発生する磁束１５を前記ＹＩＧ共振器５に通過させて発振周波数の可変幅を設定する。又、電気的に制御可能な前記ＦＭコイル１１が発生する磁束１５も前記ＹＩＧ共振器５を通過させて信号を固定する。

前記永久磁石６で発生した磁束１５は、前記金属板１６の内部を透過して前記ケース本体３の凸部１４に到達する。又、前記永久磁石６で発生した磁束１５は、前記金属板１６の内部を透過することで広がりが抑制される。従って、磁束１５は前記空隙７で太鼓状に膨らむことなく前記凸部１４に到達する。即ち、前記ＹＩＧ共振器５を通過する磁束密度を高くすることができる。

次に、磁界解析シミュレータを使用して磁束密度の計算を行い、前記メインコイル９及び前記ＦＭコイル１１とその内側に設置した前記永久磁石６と、該永久磁石６と対向する位置にある前記ＹＩＧ共振器５との間に前記金属板１６を設置した場合の効果を検証する。

図３は、図１で示す本発明の静磁波発振装置を磁界解析シミュレータへ入力する為に簡略化した構造図である。シミュレーションは図１に於けるＺ軸を回転した構造物として解析を行う。又、図５は上記シミュレーションの結果を示したものである。尚、図３中、図１と同等ものには同符号を付し、その説明を省略する。

図３中、４は強磁性体の金属且つ円筒形状で、内部は中空且つ真空状態に形成されたケース、６は永久磁石、９は周波数調整用のメインコイル、１６は強磁性体の金属で形成された金属板を示している。

シミュレーションに使用するパラメータとして、前記ケース４に使用した金属の比透磁率μｒを４５００、前記メインコイル９に使用したコイルの電流密度を３０００ｋ［Ａ／ｍ² ］、前記永久磁石６の保持力を６２５０００［Ａ／ｍ］、残留磁束密度を１．１７［Ｔ］、前記真空の比透磁率μｒを１、前記金属板１６に使用した金属の比透磁率μｒを４５００、寸法Ｌを１．０［ｍｍ］に設定した。又、前記永久磁石６の長さを５［ｍｍ］とし、前記メインコイル９がない状態と磁束密度を略同じになるように設定した。

磁界解析シミュレータに図３の構造図及び上記パラメータを入力してシミュレーションを行った結果、Ｒ軸とＺ軸の交点からＺ軸方向＋２．１［ｍｍ］、Ｒ軸方向へ＋０．１［ｍｍ］の位置で磁束密度は４１７．４７［ｍＴ］となった。

次に、前記メインコイル９を省いて上記のものと同じ構造及びパラメータを入力してシミュレーションを行った結果、Ｒ軸とＺ軸の交点からＺ軸方向＋２．１［ｍｍ］、Ｒ軸方向へ＋０．１［ｍｍ］の位置で磁束密度は４０９．５２［ｍＴ］となった。

上記２つのシミュレーションを比較した結果、前記メインコイル９が発生した磁束密度は、両者の差分である７．９５［ｍＴ］となった。

次に、前記金属板１６を有さない従来の静磁波発振装置についても同じようにシミュレーションを行った。図４は、図１１で示した従来の静磁波発振装置を磁界解析シミュレータへ入力する為に簡略化した構造図である。シミュレーションは図１１に於けるＺ軸を回転した構造物として解析を行う。又、図６は上記シミュレーションの結果を示したものである。尚、図４中、図３と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

図４中、４は強磁性体の金属且つ円筒形状で、内部は中空且つ真空状態に形成されたケース、６は永久磁石、９は周波数調整用のメインコイルを示している。

シミュレーションに使用するパラメータとして、前記ケース４に使用した金属の比透磁率μｒを４５００、前記メインコイル９に使用したコイルの電流密度を３０００ｋ［Ａ／ｍ² ］、前記永久磁石６の保持力を６２５０００［Ａ／ｍ］、残留磁束密度を１．１７［Ｔ］、前記真空の比透磁率μｒを１、前記永久磁石６の長さを５．３［ｍｍ］に設定した。

磁界解析シミュレータに従来の構造図及び上記パラメータを入力したシミュレーションを行った結果、Ｒ軸とＺ軸の交点からＺ軸方向へ＋２．１［ｍｍ］、Ｒ軸方向へ＋０．１［ｍｍ］の位置で磁束密度は４１３．７９［ｍＴ］となった。

次に、前記メインコイル９を省いて上記のものと同じ構造及びパラメータを入力してシミュレーションすると、Ｒ軸とＺ軸の交点からＺ軸方向＋２．１［ｍｍ］、Ｒ軸方向へ＋０．１［ｍｍ］の位置で磁束密度は４１２．１９［ｍＴ］となった。

上記２つのシミュレーションを比較した結果、前記メインコイル９が発生した磁束密度は、両者の差分である１．６０［ｍＴ］となった。

前記メインコイル９が発生した磁束密度は、従来の静磁波発振装置の場合で１．６０［ｍＴ］、本発明の静磁波発振装置の場合で７．９５［ｍＴ］となり、前記金属板１６を採用したことで、磁束密度が４９６［％］に増加していることが分る。

次に、本発明の静磁波発振装置の構造図を磁界解析シミュレータへ入力した際に入力したパラメータのうち、前記金属板１６の比透磁率μｒを４５００としたまま寸法値Ｌを０．５［ｍｍ］、１．０［ｍｍ］、１．５［ｍｍ］に変化させた場合に前記メインコイル９が発生する磁束密度のシミュレーション結果を図７に示す。又、前記金属板１６を有さない従来の静磁波発振装置に於ける前記メインコイル９が発生する磁束密度＝１．６０［ｍＴ］に対する百分率も併せて記している。

前記金属板１６の寸法値を０．５［ｍｍ］とした場合には、前記メインコイル９がある場合とない場合の差分である該メインコイル９の磁束密度は８．６９［ｍＴ］となり、前記金属板１６の寸法値を１．０［ｍｍ］とした場合には、前記メインコイル９の磁束密度は７．９５［ｍＴ］となり、前記金属板１６の寸法値を１．５［ｍｍ］とした場合には、前記メインコイル９の磁束密度は１２．４９［ｍＴ］となるという結果となった。尚、前記金属板１６を有さない従来の静磁波発振装置と比較すると、前記メインコイル９の磁束密度はそれぞれ５４３［％］、４９６［％］、７８０［％］となった。

上記のシミュレーション結果より、前記金属板１６の寸法Ｌは、前記メインコイル９の磁束密度に大きく影響し、前記金属板１６が長くなればなるほど磁束１５が拡散する距離が短くなる為、前記金属板１６の寸法Ｌの値が大きくなれば、より磁束密度が増加する傾向にあると考えられる。一方で、前記金属板１６の寸法Ｌの値に拘らず、該金属板１６を設けることで従来の静磁波発振装置と比べ、磁束密度が大きく増加することが分る。従って、前記永久磁石６の下面に強磁性体の前記金属板１６を設けることで、前記永久磁石６から末広がりに広がる磁束１５を直進させ、効率よく前記ＹＩＧ共振器５に集中させることができる。

次に、本発明の静磁波発振装置の構造図を磁界解析シミュレータへ入力した際に入力したパラメータのうち、前記金属板１６に使用した金属の比透磁率μｒを１０００，４５００，１００００に変化させた場合に前記メインコイル９が発生する磁束密度のシミュレーション結果を図８に示す。又、前記金属板１６を有さない従来の静磁波発振装置に於ける前記メインコイル９が発生する磁束密度＝１．６０［ｍＴ］に対する百分率も併せて記している。

前記金属板１６の比透磁率μｒを１０００とした場合には、前記メインコイル９がある場合とない場合の差分である該メインコイル９の磁束密度は７．９５［ｍＴ］となり、前記金属板１６の比透磁率μｒを４５００とした場合には、前記メインコイル９の磁束密度は７．９５［ｍＴ］となり、前記金属板１６の比透磁率μｒが１００００となった場合には、前記メインコイル９の磁束密度は７．９６［ｍＴ］となるという結果になった。尚、前記金属板１６を有さない従来の静磁波発振装置と比較すると、前記メインコイル９の磁束密度はそれぞれ４９６［％］、４９６［％］、４９７［％］となった。

上記のシミュレーション結果より、前記金属板１６の比透磁率μｒの違いによる磁束密度の変化は略見ることができなかったが、比透磁率μｒの値に拘らず、前記金属板１６を設けた本発明の静磁波発振装置の方が、該金属板１６を設けていない従来の静磁波発振装置よりも磁束密度が大きく増加しているのが分る。

次に、図９に於いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。尚、図９中、図１と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施の形態は、第１の実施の形態の金属板１６を、下方に向って断面積が漸次減少する様な円錐台形状に形成した金属板１９に変更したものである。

該金属板１９を円錐台形状としたことで、磁束１５を前記金属板１９の下端に向って集束させ、ＹＩＧ共振器５側に誘導させることが可能である。従って、第１の実施の形態よりも効率的に磁束１５を前記ＹＩＧ共振器５に集中させることができる。

尚、前記金属板１９は、下端部の断面積が漸次減少する様な形状、即ち円柱と円錐台とを組合わせた形状としてもよく、要は前記ＹＩＧ共振器５側の面が前記永久磁石６側の面よりも面積が小さければ他の形状でもよい。

次に、図１０に於いて、本発明の第３の実施の形態について説明する。尚図１０中、図１と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第３の実施の形態は、基板１２を挾んでＹＩＧ共振器５の反対側に、強磁性体の金属で形成された円柱形状の第２金属板２１と、該第２金属板２１に接着剤等で接着された同じ底面積で円柱形状の第２永久磁石２２を第１の実施の形態の構成に加えたものである。

上記構成を加えたことで、金属板１６から末広がりに広がる磁束１５を直進方向に誘導することができ、効率的に磁束１５を前記ＹＩＧ共振器５に集中させることができる。

尚、第２の実施の形態と第３の実施の形態の組合わせ、前記金属板１６の形状を変更して前記金属板１９とし、前記基板１２を挾んだ前記ＹＩＧ共振器５の反対側にもう１組前記第２金属板２１と前記第２永久磁石２２を設置することで、どちらか一方の場合よりも更に磁束１５を前記ＹＩＧ共振器５に集中させることが可能であるのは言う迄もない。

尚、本発明では前記永久磁石６が円柱形状の為、前記金属板１６も円柱形状としているが、前記永久磁石６が直方体であれば、前記金属板１６は直方体であってもよい。

（付記）
又、本発明は以下の実施の態様を含む。

（付記１）磁束密度により共振周波数が変化する共振器と、該共振器と対向する位置にある永久磁石と、該永久磁石を囲むコイルとを具備し、前記共振器と前記永久磁石の間には空間が形成され、該空間に強磁性体の金属板が設けられ、該金属板は前記永久磁石と当接されることを特徴とする静磁波発振装置。

（付記２）前記金属板の前記共振器側の面は、前記永久磁石側の面よりも面積が小さい付記１の静磁波発振装置。

（付記３）前記永久磁石と前記金属板は、前記共振器を挾んでもう１組設置されている付記１の静磁波発振装置。

本発明の第１の実施の形態を示す構造断面図である。 本発明の第１の実施の形態を示す構造断面図である。 図１で示す本発明の静磁波発振装置を磁界解析シミュレータへ入力する為に簡略化した構造断面図である。 図１１で示す従来の静磁波発振装置を磁界解析シミュレータへ入力する為に簡略化した構造断面図である。 本発明の静磁波発振装置に於けるコイルの有無を比較したシミュレーション結果を示す表である。 従来の静磁波発振装置に於けるコイルの有無を比較したシミュレーション結果を示す表である。 本発明の静磁波発振装置に於ける金属板の寸法の変更による磁束密度を比較したシミュレーション結果を示す表である。 本発明の静磁波発振装置に於ける金属板の比透磁率の変更による磁束密度を比較したシミュレーション結果を示す表である。 本発明の第２の実施の形態を示す構造断面図である。 本発明の第３の実施の形態を示す構造断面図である。 従来の静磁波発振装置を示す構造断面図である。

符号の説明

１ 静磁波発振装置
２ 蓋
３ ケース本体
４ ケース
５ ＹＩＧ共振器
６ 永久磁石
７ 空隙
９ メインコイル
１１ ＦＭコイル
１５ 磁束
１６ 金属板
１９ 金属板
２１ 第２金属板
２２ 第２永久磁石

Claims (1)

1. 磁束密度により共振周波数が変化する共振器と、該共振器と対向する位置にある永久磁石と、該永久磁石を囲むコイルとを具備し、前記共振器と前記永久磁石の間には空間が形成され、該空間に強磁性体の金属板が設けられ、該金属板は前記永久磁石と当接されることを特徴とする静磁波発振装置。

Images