JP2010265806A - 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】 強磁性体からなる板状の素材から形成された環状型ヨーク２０と、該環状型ヨーク２０の対向辺に凹部２０ａを形成し、この内に磁石１０、１０を吸着させる。磁石の対向する磁極面は、異磁極となるようにする。双方の磁石の先端磁極面間に間隙を設ける。環状型ヨーク２０は、第１ヨーク２１と第２ヨーク２２を接続して構成するとよい。
【選択図】 図３

Description

本発明は、主にディーゼルエンジン、ガソリンエンジン又はボイラ等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、分子の連鎖を切断して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、長いチェーンが絡まり合ったような塊（クラスター）が多くあるため、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とされる。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。また、磁石の表面磁束密度だけでなく、表面から４〜６ｍｍ離れた所まで強い磁界が存在することが要請されている。

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、強磁性体からなる板状の素材から形成された環状型ヨークと、該環状型ヨークの対向辺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、双方の磁石の先端磁極面間に間隙を有する構成を特徴としている。

前記環状型ヨークが、Ｕ字型の第１ヨークと、この第１ヨークの両先端間に架設された第２ヨークとから構成したり、前記第２ヨークもＵ字型ヨークである構成としたり、前記環状型ヨークの前記磁石を吸着させる面に凹部を有し、前記磁石と前記凹部の両突起との間に隙間が確保された構成としたり、前記環状型ヨークの外側に非磁性体の間隔保持部材を介して磁性体からなる１枚又は２枚以上のカバーを設けた構成としたりすることができる。

本発明の磁石ユニットによれば、漏れ磁束を減少させ、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、環状型ヨークに凹部を形成すると、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）〜（ｃ）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、両側の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、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

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。以下に記載された磁石１０は、特に断りがない限り、全て同じ寸法である。磁石１０が単独の場合、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１０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。

これから、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。ヨークの厚さは、磁石１０の長さＬの１５％以上１００％以下でよいことも分かった。１５％未満ではヨークの効果が小さく、１００％を越えても効果はあまり増加しないからである。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、燃料等が通る非磁性材製の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、両側の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。また、両側の磁石１０にヨーク１１を吸着させた。ヨーク１１の厚さは、磁石１０の長さＬ（３０ｍｍ）の１５％（４．５ｍｍ）以上が望ましく、この実施例では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の中間点Ｍでの磁束密度は、７，５００ガウスと上昇した。

図３は、本発明の実施例で、対向する磁石１０を、環状型ヨーク２０内に吸着させた例である。環状型ヨーク２０は、Ｕ字型の第１ヨーク２１と、この第１ヨーク２１の先端間に架設された第２ヨーク２２とから構成されている。図３の実施例では、第２ヨーク２２もＵ字型をしているが、この形状に限定されるものではなく、第１ヨーク２１と一緒になって環状になる形であれば、任意の形状でよく、たとえば、直線的な形状にすることもできる。

第１ヨーク２１と第２ヨーク２２は、共に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。

環状型ヨーク２０は、内側にほぼ矩形の開口があり、図の左右に対向する両辺には、深さｔの凹部２０ａが形成されている。図３に示す実施例では、この凹部２０ａは、第１ヨーク２１の両端に形成された段差ｔの段部となっている。両側の凹部２０ａの段差ｔは原則として等しいが、相違していてもよい。磁石１０は、図１に示したのと同じものである。環状型ヨーク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、環状型ヨーク２０の図に示すｃの厚さは、磁石１０の長さＬの１５％以上１００％以下が望ましく、図３の実施例ではｃ＝１０ｍｍとしている。１５％未満では磁力の上昇が小さくなるからである。１００％を越えて厚くしても磁力の上昇は殆ど期待できなくなるからである。

また、第２ヨーク２２の両端部の幅は、ｃ＋ｔであり、第１ヨーク２１の幅と同じである。したがって、第１ヨーク２１と第２ヨーク２２の接合部に、凹部２０ａが形成されていることになる。

両側の磁石１０、１０は、環状型ヨーク２０の凹部２０ａに吸着している。凹部２０ａの底面は平面で、凹部２０ａの上下には、凹部２０ａの両端角部である突起２０ｂ又は突起２０ｃがあり、これら突起２０ｂ又は突起２０ｃと磁石１０との間には、隙間ｄが確保されている。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。

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。図３の例では、右側の磁石１０→第１ヨーク２１の一方の端部→第１ヨーク２１→第１ヨーク２１の他方の端部→左側の磁石１０→右側の磁石１０という永久磁石式磁気回路と、右側の磁石１０→第１ヨーク２１の一方の端部→第２ヨーク２２→第１ヨーク２１の他方の端部→左側の磁石１０→右側の磁石１０という永久磁石式磁気回路と、が形成されることになる。このように図の上下両側に磁気回路ができることで、漏れ磁束を減少させることができる。また、磁石１０が、環状型ヨーク２０の中央に位置することで、両側の磁気回路を対称的に形成することができ、漏れ磁束をさらに減少させることができる。

磁気回路において、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、第１ヨーク２１及び第２ヨーク２２は、それぞれ一本の棒状材を、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接続部で減衰するためか、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、本発明において、図３に示す凹部２０ａ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、凹部２０ａがある場合、凹部２０ａの上下にできる突起２０ｂ、２０ｃ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Ｍにおける磁束密度も増加させることができた。

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。０．１ｍｍ未満では磁力線を引き寄せる作用が弱く、５．０ｍｍを越えても、磁力線を引き寄せる効果はほぼ飽和してしまうからである。

図３の実施例において、Ｕ字型の第１ヨーク２１だけで、第２ヨーク２２を取り付けない状態にすると、第１ヨーク２１の外側の磁石１０の反対側での磁束密度が１，８００ガウスあった。この状態から第２ヨーク２２を取り付け、環状型ヨーク２０にすると、環状型ヨーク２０の外側の磁石１０の裏側における磁束密度は５００ガウスに低下した。すなわち、ヨークを環状にすることで、漏れ磁束を減少させ、その分、磁極面１０ａの磁束密度を上げることができた。

以上の結果、この実施例の両側の磁極面１０ａの磁束密度は、共に、９，６００ガウスに上昇した。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９，０００ガウスあった。この値は、磁極面１０ａから６００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、ヨークを環状にし、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３の実施例において、第１ヨーク２１と、第２ヨーク２２とを一体の環状のヨークとして形成することも可能である。この場合は、鉄製の１つの板状ブロックから環状のヨークをワイヤーカットなどにより成形することができる。ただし、磁石１０を着脱する作業等の際に、ヨークが環状になっていると作業しにくい場合があり、図３の実施例のように２つ割りになっていると、磁石１０の着脱等の作業が容易にできるようになるので、望ましい。第１ヨーク２１と第２ヨーク２２は、磁力により吸着している。

図３の実施例では、凹部２０ａを第１ヨーク２１の両先端の段部として形成し、第２ヨーク２２には形成していない。しかし、逆に第２ヨーク２１にのみ段部として凹部２０ａを形成してもよく、両側のヨークに１／２ずつの段部を形成してもよい。さらには、一方のヨークの対向する辺の長さを長くして、辺に溝状の凹部として形成することもできる。

図３に示す実施例では、従来にない大きな磁束密度を得ることができた。このように大きな磁束密度が不要な場合には、磁石１０の長さＬを短くすることが可能となる。そこで、磁石１０の長さＬを半分の１５ｍｍにし、ｃの厚さを５ｍｍ、第１ヨーク２１と第２ヨーク２２の図の上下の水平部の厚さを６ｍｍにした。このような構成にすれば、磁石ユニットを小型化することができる。この構成の場合、上下の水平部の外側の磁束密度は、わずか２０ガウス、磁石１０の裏側になる場所でも５００ガウスであった。磁極面１０ａの磁束密度は９，３００となり、中間点Ｍの磁束密度は８，７００ガウスとなった。

ｃの厚さは、磁石１０の長さＬの１５％以上あることが望ましいのであるが、図３において、ｃの厚さを１５％未満にした実験も行った。この実験では、ｃの厚さを２ｍｍとし、水平部の厚さを３ｍｍとして、環状型ヨーク２０を形成した。磁石１０は、図１（ａ）と同じものである。その結果、磁極面１０ａの磁束密度は８，３００ガウス、両側の磁極面１０ａの中間点Ｍの磁束密度は７，７００ガウスと低下した。

図４は、上下のＵ字型ヨーク２１、２２の外側をカバーで覆った例で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。この実施例では、環状型ヨーク２０の外側を非磁性材による間隔保持部材２４で覆い、さらにその外側を磁性材によるカバー２５で覆ったものである。間隔保持部材２４とカバー２５とを交互に各３層ずつ配置している。間隔保持部材２４としては、非金属の非磁性体で、たとえば、ポリウレタン樹脂を使用することができる。カバー２５には、強磁性体の軟鉄鋼板を使用している。カバー２５を設けることで、漏れ磁束を小さくすることができる。ただし、カバー２５は、１枚より２枚、２枚より３枚と増加するに伴い漏れ磁束が減少する。カバー２５が３枚になると、漏れ磁束は殆ど無くなり、４枚以上に増やす必要はないと考えられる。

カバー２５は、筒状でよいが、筒の両端を閉止した箱状にしてもよい。図４の実施例のカバー２５は、第１ヨーク２１と第２ヨーク２２の分割線に一致させて２５ａと２５ｂの２つ割に形成し、最外側のカバーをボルトやネジで接合する構成になっている。また、間隔保持部材２４も同じ分割線で２つ割にしている。勿論であるが、分割しない構成としてもよい。

このように環状のヨークの外側を複数枚の磁性体のカバー２５で覆うことによって、磁極面１０ａの磁束密度をさらに高くすることができる。

カバー２５は、環状型ヨーク２０と直交する方向の長さが、環状型ヨーク２０より大きく、図４に示すｅの寸法が１０〜３０ｍｍの範囲であることが望ましい。１０ｍｍ未満では漏れ磁束が増加するからである。３０ｍｍ以上では漏れ磁束の影響を殆ど受けなくなるからである。

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、あるいはボイラーの燃料や、吸気の改質に利用することができる。そして、これらの燃料や吸気を改質することで、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
２０ 環状型ヨーク
２０ａ 凹部
２０ｂ、２０ｃ 突起
２１ 第１ヨーク
２２ 第２ヨーク
ｔ 段差
ｄ 突起と磁石との隙間

Claims (5)

1. 強磁性体からなる板状の素材から形成された環状型ヨークと、該環状型ヨークの対向辺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、双方の磁石の先端磁極面間に間隙を有することを特徴とする磁石ユニット。
2. 前記環状型ヨークが、Ｕ字型の第１ヨークと、この第１ヨークの両先端間に架設された第２ヨークとから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁石ユニット。
3. 前記第２ヨークもＵ字型ヨーク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. 前記環状型ヨークの前記磁石を吸着させる面に凹部を有し、前記磁石と前記凹部の両突起との間に隙間が確保され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。
5. 前記環状型ヨークの外側に非磁性体の間隔保持部材を介して磁性体からなる１枚又は２枚以上のカバーを設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の磁石ユニット。

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