JP2010194380A - 磁石ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 漏れ磁束を減少させ、磁力（磁束密度）を効率よく増大することができる磁石ユニットを提供する。
【解決手段】 強磁性体からなり、断面矩形状で、棒状の素材をＵ字に曲げて形成したＵ字型ヨーク２０と、該Ｕ字型ヨーク２０の両端２０ａ、２０ｂ近傍の内側に吸着させ異磁極を対向させた２つの磁石１０、１０と、を有し、双方の磁石間に間隙Ｗを有することを特徴としている。前記Ｕ字型ヨーク２０の磁石１０、１０を吸着させる面に段差２０ｃを形成し、該段差と前記磁石との間に隙間ｄを設けた構成としてもよい。
【選択図】 図６

Description

本発明は、主にディーゼルエンジンやガソリンエンジンの燃料又は吸気を通すパイプに設けられ、燃料や吸気を効率的に磁気処理する磁気処理装置に適した磁石ユニットに関する。

近年、エンジンにおける燃焼効率の向上や排気ガスの浄化を目的として、特許文献１（特開平１１−３３３２８６号公報）に記載されているように、燃料や吸気を磁気処理することが研究され、提案されている。

従来の磁気処理装置は、通常、燃料等が通るパイプを挟んで互いに異なる磁極が対向するように磁石を対向設置した磁石ユニットを使用している。この磁石ユニットによって、燃料等の流れに対して直交方向の磁界を加えると、燃料等が磁界を通過する際に、燃料等の中の電子に磁気的な反応が生じる。この磁気的な反応により、燃料等には、分子の連鎖を細分化する作用が働くことになると考えられている。

例えば、燃料となる炭化水素の形態は、通常、長いチェーン状の塊（クラスター）であるため、そのままの形態では、不完全燃焼を起こして燃焼効率が低下する。また、未燃焼炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物などの有害物質を排出してしまう。これに対し、磁気処理により細分化された炭化水素であれば、効率良く燃焼されるため、燃費の向上や排気ガスの浄化が可能になる。また、エンジンの吸気を磁気処理した場合は、磁気的な反応によって酸素が活性化されるため、燃料を効率良く燃焼させることが可能になる。

この場合、燃料に加わる磁力は大きいほど望ましい。磁力を増大させるには、磁石自身を強いものにする方法がある。強い磁界（高密度な磁束）を発生させるものとして、ネオジウム磁石（ネオジウム・鉄・ボロン磁石）などの希土類磁石を用いることが提案されているが、さらなる磁力の増強の要請がある。

特開平１１−３３３２８６号公報

本発明は、斯かる実情に鑑みてなされたもので、磁力（磁束密度）を効率よく増大することができる磁石ユニットを提供しようとするものである。

上記の目的を達成するために本発明の磁石ユニットは、強磁性体からなる棒状の素材をＵ字に曲げて形成したＵ字型ヨークと、該Ｕ字型ヨークの両端近傍の内側に吸着させ異磁極を対向させた２つの磁石と、を有し、双方の磁石間に間隙を有することを特徴としている。

または、強磁性体からなる棒状の素材をＵ字に曲げて形成したＵ字型ヨークと、該Ｕ字型ヨークの一方の端部近傍に吸着された磁石と、を有し、前記磁石と対向するＵ字型ヨークの端部との間に間隙を有することを特徴としている。前記磁石が、複数の磁石を吸着結合したものである構成としてもよい。

前記Ｕ字型ヨークの前記磁石を吸着させる面に段部を形成し、該段部と前記磁石との間に隙間を設けた構成とすることができる。

本発明の磁石ユニットによれば、磁極面上における磁束密度を大幅に高くすることができるという優れた効果を奏する。

また、Ｕ字型ヨークに段部を形成すると、磁束密度をさらに一段と高くすることができるという格別の効果を奏する。

（ａ）〜（ｆ）は、磁石の磁束密度を上げる研究の経過を説明する図である。 磁石を対向配置した図で、（ａ）は磁石のみを対向させた場合の断面図、（ｂ）は磁石にヨークを吸着したものを対向させた場合の断面図である。 本発明の実施例１の磁石ユニットの構成例である。 本発明の実施例２の磁石ユニットの構成例である。 本発明の実施例３の磁石ユニットの構成例である。 本発明の実施例４の磁石ユニットの構成例である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。なお、この明細書中で「磁石」という場合は、特別のことわりが無い限り、「永久磁石」のことを指すことにする。

本願の発明者は、磁石の磁力（磁束密度）を上げる方法を鋭意研究してきた。図１及び図２は、磁石の磁束密度を上げる研究の経過を示す図である。磁石としては、ネオジウム磁石を使用した。図１（ａ）に示すこの磁石１０は、Ｎ極又はＳ極となる磁極面１０ａの大きさがａ＝ｂ＝２０ｍｍの正方形で、長さＬ＝３０ｍｍの直方体形状である。以下、図１〜図６に記載された磁石１０は、全て同じ寸法である。磁極面１０ａの表面上での磁束密度は６，１００〜６，２００ガウスであった。また、この磁石の磁極面１０ａの表面から４ｍｍ離れた点Ａでは、３，６００ガウスと磁力が大きく低下していることが確認された。

磁束密度を上げる方法として、磁石にヨークを付ける方法が知られている。そこで、図１（ｂ）に示すように、磁石１０の一方の磁極面に磁石１０の長さＬ＝３０ｍｍの１５％程度の４．５〜５．０ｍｍのヨーク１１を付けた。ヨーク１１は、軟鉄鋼などの強磁性体の素材から構成されている。このようなヨーク１１を付けることで、磁極面１０ａの表面の磁束密度は６，７００〜６，８００ガウスに増加した。

ヨークの長さが長いほど磁束密度をアップできるのではないか、という予測から、図１（ｃ）では、磁石１０に、磁石１０と同じ長さのＬ＝３０ｍｍのヨーク１２を付けた。磁極面１０ａの表面上での磁束密度は６，９００〜７，０００ガウスと若干増加した。しかし、この磁石１０の表面から４ｍｍ離れた点Ａの位置では、４，０００ガウスと３，０００ガウスも磁束密度が低下した。

図１（ｃ）から、ヨークを長くすると磁束密度が上がると推定されるので、図１（ｄ）では、ヨーク１２を２つ連結した。表面上の磁束密度は７，０００〜７，１００ガウスと若干上がったが、磁石１０の表面の磁極面１０ａから４ｍｍ離れた点Ａにおける磁束密度は、４，１００ガウスと僅かに上昇はしたが、磁極面１０ａに比べて大きくに低下することは同じであった。

次に、図１（ｅ）に示すように、磁石１０を２つ直列に結合させた。しかし、表面上の磁束密度は７，０００〜７，１００ガウスと（ｄ）と同じく若干上がっただけで、磁石１０の表面から４ｍｍ離れた点Ａの位置の磁束密度も、４，１００ガウスであり、大きく低下した。

図１（ｆ）は、（ｅ）の磁石１０を２つ直列に結合させた構成に、ヨーク１２を結合したものである。しかし、測定誤差の影響か、磁極面１０ａの表面上の磁束密度は、６，９００〜７，０００と若干低下した。

以上により、磁石とヨークを直列に結合する方法では、磁束密度の上昇はそれほど期待できないことが分かった。また、磁極面１０ａから離れると、急激に磁束密度が低下することも判明した。

ところで、燃料や吸気を効率的に磁気処理する磁気処理装置は、燃料等が通るパイプを挟んで互いに異なる磁極が対向するように磁石を対向設置した磁石ユニットを使用している。そこで、次に、２つの磁石を対向配置した構成を検討した。

図２は磁石を対向配置した図で、（ａ）は磁石のみを対向させた場合の断面図、（ｂ）は磁石にヨークを吸着したものを対向させた場合の断面図である。いずれの場合も、磁石１０は、図１と同じものを使用している。

図２（ａ）では、磁石１０を２つ、一方をＳ極、他方をＮ極となるようにして対向させて、磁極面１０ａ間の距離を８ｍｍにし、アクリル樹脂のスペーサ１３で間隔を保って配置した。このときの磁極面１０ａの磁束密度は８，６００ガウスで、磁極面１０ａ、１０ａ間から４ｍｍの中間位置での磁束密度は、７，３００ガウスであった。

図２（ｂ）では、磁石１０にヨーク１１を吸着させた。ヨーク１１の厚さは、１０ｍｍとした。磁極面１０ａの磁束密度は８，９００ガウスで、磁極面１０ａ、１０ａ間から４ｍｍの中間位置での磁束密度は、７，５００ガウスと少しずつ上昇した。

本発明の実施例では、対向する磁石をＵ字型ヨークで接続してみた。
図３は、本発明の実施例１の磁石ユニットの構成例で、対向する磁石１０をＵ字型ヨークで接続した例である。図３に示すＵ字型ヨーク１５は、強磁性体である軟鉄鋼製で、矩形断面を有する棒状材を、プレス加工などによって、Ｕ字型に曲げた一体構成のものである。角部は直角ではなく、適当なＲが付けられている。

図３の磁石ユニットは、Ｕ字型ヨーク１５の両端部１５ａ、１５ｂに、磁石１０、１０を吸着させた構成である。Ｕ字型ヨーク１５の両端部１５ａ、１５ｂの厚さは共に１０ｍｍとした。Ｕ字型ヨーク１５の紙面と直交する方向の厚さは、磁石１０のａと同じ２０ｍｍである。磁石１０、１０の対向する磁極は、一方がＮ極で他方がＳ極である。このような構成によって、右側の磁石１０→Ｕ字型ヨークの一方の端部１５ａ→Ｕ字型ヨーク１５→Ｕ字型ヨークの他方の端部１５ｂ→左側の磁石１０→右側の磁石１０という永久磁石式磁気回路が形成されることになる。このときの両側の磁極面１０ａの磁束密度は、共に、９，２００ガウスになった。これは、図１の各例から比べると大幅な増加である。両磁極面１０ａ、１０ａの間には、燃料が通過するための空間が設けられている。この空間の距離Ｗは８ｍｍとし、両磁極面１０ａから４ｍｍずつ離れた中間点Ｍでの磁束密度を測定すると８，２００ガウスあった。この値は、磁極面１０ａから１，０００ガウスしか低下しておらず、図１の複数の例から見ても非常に大きな数値である。すなわち、磁石１０を対向配置させると、磁極面１０ａでの磁束密度の増加が大きく、中間点Ｍの磁束密度も大きく向上することが分かった。

図４は、本発明の実施例２の磁石ユニットの構成例である。Ｕ字型ヨーク１５は、実施例１と同じものである。この実施例２では、Ｕ字型ヨーク１５の一方の端部１５ａに２つの磁石１０、１０を連結して吸着させている。先端の磁石１０の磁極面１０ａの表面の点Ｂの磁束密度は９，３００ガウスに達し、Ｕ字型ヨーク１５の他方の端部１５ｂの表面の点Ｂと対向する点Ｃの磁束密度も６，５００ガウスであった。燃料が通過する空間である点Ｂ〜点Ｃ間の距離Ｗは、８ｍｍである。

図５は、本発明の実施例３の磁石ユニットの構成例である。このＵ字型ヨーク２０は、図３、図４に示すＵ字型ヨーク１５の両端近くの内側に、段差ｔの段部２０ｃを形成したものである。両側の段差ｔは原則として等しいが、相違していてもよい。Ｕ字型ヨーク２０の紙面と直交する方向の厚さは、図１に示した磁石１０のａの寸法と同じ２０ｍｍである。また、Ｕ字型ヨーク２０の両端部２０ａ、２０ｂの図に示すｃの厚さは、１０ｍｍである。ただし、両端部２０ａ、２０ｂのｃの厚さは揃っていなくてもよい。そして、Ｕ字型ヨーク２０の一方の端部２０ａに２つの磁石１０、１０を連結して吸着させている。磁石１０の下端と段部２０ｃとの間には、隙間ｄが設けられている。なお、段部２０ｃを磁石１０の無い方の端部２０ｂにも形成しているが、端部２０ｂ側の段部２０ｃは、形成しなくてもよい。

この実施例３では、先端の磁石１０の磁極面１０ａの表面における点Ｂの磁束密度は９，５００ガウスに達し、Ｕ字型ヨーク１５の他方の端部２０ｂの表面の点Ｂと対向する点Ｃの磁束密度も６，１００ガウスであった。点Ｃの磁束密度が実施例２よりも低下したのは、点Ｂ〜点Ｃ間の距離Ｗが段差ｔの２倍だけ大きくなったためと思われる。この実施例３における段部２０ｃの段差ｔは、片側約１．０ｍｍだったので、点Ｂ〜点Ｃ間の距離は約２ｍｍ増加して１０ｍｍであった。

図６は、本発明の実施例４の磁石ユニットの構成例である。実施例３のＵ字型ヨーク２０と同じく両端近くの内側に、段差ｔの段部２０ｃが形成されている。Ｕ字型ヨーク２０の両端部２０ａ、２０ｂの厚さｃは、１０ｍｍである。そして、実施例３とは相違して、磁石１０は、Ｕ字型ヨーク２０の両端近傍に１つずつ吸着させている。磁石１０、１０の磁極面１０ａ，１０ａ間の距離Ｗは、８ｍｍとした。また、各磁石１０、１０の下端面と段部２０ｃとは密着しておらず、隙間ｄが形成されている。このとき、磁極面１０ａの表面上の磁束密度は９，４００ガウスで、磁極面１０ａ，１０ａから各４ｍｍ離れた中間点Ｍの磁束密度は８，５００ガウスであった。段部２０ｃと磁石１０との間の隙間ｄは、０．５〜１．０ｍｍ程度が良好であった。

なお、この実施例４では磁石１０を２つ直列にして使用したが、磁石１つでもよく、反対に３つ以上にしてもよい。

この実施例５は、構成上は実施例４と同じなので、図示しないが、磁石１０と磁石１０との間の距離Ｗを５ｍｍにした点で、相違し、その他は、実施例４と同じである。磁極面１０ａの表面上の磁束密度は１０，２００ガウスで、磁極面１０ａ，１０ａから各２．５ｍｍ離れた中間点Ｍの磁束密度は９，８００ガウスであった。

これらの実施例４、５は、図３に示す実施例１に比べ、中間点Ｍにおける磁束密度が３００ガウス以上強力になっている。そして、構造的には、Ｕ字型ヨーク２０に段部があるか無いかのみの相違である。この理由は、以下のように推定している。

磁石１０からは、磁力線が出ているが、磁力線は磁極の一方から出て、他方の磁極に達している。磁力線が一方の磁極から他方の磁極に達するまで強磁性体のみを通れば、磁力線の減衰が少なくなり、磁束密度が上がる。反対に、磁力線が空中などの非磁性体を通過したり、強磁性体でも、溶接などにより組織の不連続になった部分を通過すると、磁力線は減衰を受け、磁束密度が低下する。

そのため、Ｕ字型ヨーク１５は、一本の棒状材を、プレス加工などによって、Ｕ字型に曲げた一体構成のものが望ましい。複数の素材をねじや接着材等で結合してＵ字型又はコ字型にしたものや、溶接で接続したものでは、磁力線がヨーク内を通過する際に減衰するためか、本発明の実施例のように、磁束密度の大きな向上は起こらない。

また、段差ｔの大きさであるが、磁力線を引き寄せる作用ができればよいので、小さな段差でもよく、０．１〜５．０ｍｍの範囲であればよい。

図３に示すように、Ｕ字型ヨーク１５に段部が無い場合、磁石１０、１０からの磁力線は、空中に出るもの（漏れ磁束）が増加する。これに対し、段部２０ｃがある場合、段部２０ｃの突起部分に磁力線が集中するので、漏れ磁束が減少する。漏れ磁束が減少することによって、磁石の磁束密度が高くなることになる。また、漏れ磁束が減少することによって、磁石１０と磁石１０との間の中間点における磁束密度も増加させることができた。

本発明の磁石ユニットは、種々の用途に使用できるが、特に、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンの燃料の改質に利用することができる。そして、これらの燃料を改質することで、排気ガスの浄化や、燃費の向上を達成することができる。

１０ 磁石
１０ａ 磁極面
１５ Ｕ字型ヨーク
１５ａ （Ｕ字型ヨークの）端部
１５ｂ （Ｕ字型ヨークの）端部
２０ Ｕ字型ヨーク
２０ａ （Ｕ字型ヨークの）端部
２０ｂ （Ｕ字型ヨークの）端部
２０ｃ 段部
ｔ 段差
ｄ 段部と磁石との隙間

Claims (4)

1. 強磁性体からなる棒状の素材をＵ字に曲げて形成したＵ字型ヨークと、該Ｕ字型ヨークの両端近傍の内側に吸着させ異磁極を対向させた２つの磁石と、を有し、双方の磁石間に間隙を有することを特徴とする磁石ユニット。
2. 強磁性体からなる棒状の素材をＵ字に曲げて形成したＵ字型ヨークと、該Ｕ字型ヨークの一方の端部近傍に吸着された磁石と、を有し、前記磁石と対向するＵ字型ヨークの端部との間に間隙を有することを特徴とする磁石ユニット。
3. 前記磁石が、複数の磁石を吸着結合したものであることを特徴とする請求項２に記載の磁石ユニット。
4. 前記Ｕ字型ヨークの前記磁石を吸着させる面に段部を形成し、該段部と前記磁石との間に隙間を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の磁石ユニット。

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