JP2694440B2 - 磁気装置 - Google Patents
磁気装置Info
- Publication number
- JP2694440B2 JP2694440B2 JP63014391A JP1439188A JP2694440B2 JP 2694440 B2 JP2694440 B2 JP 2694440B2 JP 63014391 A JP63014391 A JP 63014391A JP 1439188 A JP1439188 A JP 1439188A JP 2694440 B2 JP2694440 B2 JP 2694440B2
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- Japan
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- magnetic
- permanent magnet
- yoke
- coil
- pole member
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- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、YIGの磁気スピン共鳴を利用した可変周波
数静磁波素子の磁気装置に係わり、周波数可変のために
設けたコイルの寸法を小さく保ち、小さなエネルギーで
大きな周波数可変幅を実現するものである。
数静磁波素子の磁気装置に係わり、周波数可変のために
設けたコイルの寸法を小さく保ち、小さなエネルギーで
大きな周波数可変幅を実現するものである。
GGG（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）非磁性
基板上に、液相エピタキシャル成長させたYIG（イット
リウム・鉄・ガーネット）単結晶磁性薄膜を所要の形状
に加工し、マイクロストリップライン等によりマイクロ
波にて磁性膜内部に静磁波を励起、伝搬、共振させる各
種のマイクロ波用静磁波素子が提案されている。
基板上に、液相エピタキシャル成長させたYIG（イット
リウム・鉄・ガーネット）単結晶磁性薄膜を所要の形状
に加工し、マイクロストリップライン等によりマイクロ
波にて磁性膜内部に静磁波を励起、伝搬、共振させる各
種のマイクロ波用静磁波素子が提案されている。
このような静磁波素子は非常に高い選択性Ｑを持つ特
徴があり、また磁性薄膜にかけるバイアス磁場の強さを
変えることにより共振周波数を幅広く変えられる特徴が
ある。
徴があり、また磁性薄膜にかけるバイアス磁場の強さを
変えることにより共振周波数を幅広く変えられる特徴が
ある。
高い選択性を持つマイクロ波用静磁波素子としては、
YIG単結晶球のスピン共鳴を使った素子が従来使われて
きたが、周囲温度が低くなると共鳴点が消失する欠点が
あるため、恒温槽内に置き温度の低下を防ぐなどの必要
があり大きな障害になっていた。
YIG単結晶球のスピン共鳴を使った素子が従来使われて
きたが、周囲温度が低くなると共鳴点が消失する欠点が
あるため、恒温槽内に置き温度の低下を防ぐなどの必要
があり大きな障害になっていた。
また、YIG単結晶を球形に加工することは難しく、加
工費が高価になる問題もあり実用分野は限られていた。
工費が高価になる問題もあり実用分野は限られていた。
一方、YIG薄膜を使う静磁波素子は、その共鳴の機構
から低温でも使用可能であり、写真蝕刻技術により素子
を作製するため比較的安価にできる可能性がある。
から低温でも使用可能であり、写真蝕刻技術により素子
を作製するため比較的安価にできる可能性がある。
このような静磁波素子に磁場を与える手段としては、
第５図（ａ）に示すように、起磁力の保持に電流などの
外部からのエネルギー源を必要としない永久磁石２が使
われ、軟磁性のヨーク３の両端に対向して設置されてい
る。
第５図（ａ）に示すように、起磁力の保持に電流などの
外部からのエネルギー源を必要としない永久磁石２が使
われ、軟磁性のヨーク３の両端に対向して設置されてい
る。
そして、同調周波数を変えるため、この永久磁石２の
作る磁場に重畳する磁場を発生するコイル４をヨーク３
に巻回して用い、このコイル４に流す電流を変えること
により静磁波素子の同調周波数を調節するようになって
いる。
作る磁場に重畳する磁場を発生するコイル４をヨーク３
に巻回して用い、このコイル４に流す電流を変えること
により静磁波素子の同調周波数を調節するようになって
いる。
従来、前記永久磁石２は、磁性薄膜１の置かれる空隙
に直接、あるいは第５図（ｂ）に示すように、温度補償
などの目的で挿入された軟磁性材料５を介して対向し、
その形状は永久磁石材料の特性、目的とする周波数に応
じた磁場の強さ、および磁性薄膜１の形状寸法などを考
慮し、永久磁石２の最適動作点を求める方法で設計され
ていた。
に直接、あるいは第５図（ｂ）に示すように、温度補償
などの目的で挿入された軟磁性材料５を介して対向し、
その形状は永久磁石材料の特性、目的とする周波数に応
じた磁場の強さ、および磁性薄膜１の形状寸法などを考
慮し、永久磁石２の最適動作点を求める方法で設計され
ていた。
この場合、第５図（ａ）、（ｂ）の従来例にもあるよ
うに、永久磁石２は磁性薄膜１の置かれる空隙に直接対
向するか、あるいは永久磁石の磁極面と同じ断面積を持
つ軟磁性材料５を介して対向する構造であった。
うに、永久磁石２は磁性薄膜１の置かれる空隙に直接対
向するか、あるいは永久磁石の磁極面と同じ断面積を持
つ軟磁性材料５を介して対向する構造であった。
しかしながら、静磁波素子の同調範囲を大きく取ろう
とすると、このためには磁性薄膜１の置かれる空隙部の
磁場の調整範囲を大きくする必要があり、コイル４の寸
法を大きくするか、あるいはコイル４に流す電流を大き
くするため、発熱が大きくなるなどの欠点があった。
とすると、このためには磁性薄膜１の置かれる空隙部の
磁場の調整範囲を大きくする必要があり、コイル４の寸
法を大きくするか、あるいはコイル４に流す電流を大き
くするため、発熱が大きくなるなどの欠点があった。
本発明はこの欠点を改善し、小型軽量の静磁波素子を
実現する磁気装置を提供することを目的とする。
実現する磁気装置を提供することを目的とする。
本発明の磁気装置は、静磁波素子のマイクロ波共鳴磁
性膜に磁界を印加するために、一定磁場発生用薄型永久
磁石、共鳴周波数調整用可変磁場発生コイル及びこれら
に電磁気的に係合するヨークを備えた磁気回路におい
て、前記永久磁石の片面には軟磁性磁極部材を接合し、
前記永久磁石の他の面ではこの全面で前記ヨークの一部
面と接合し、ヨークの他の突出する一部分の端面（磁気
空隙側ヨーク端面）と前記磁極部材の磁石接合面とは反
対側の面（磁気空隙側磁極部材面）との間で前記磁性膜
を設置する磁気空隙を形成し、前記磁気空隙側磁極部材
面形状、面積を前記磁気空隙側ヨーク端面形状、面積と
ほぼ同一とするとともに、前記永久磁石の横断面積およ
び前記磁極部材の磁石接合面の面積を前記磁気空隙側磁
極部材面の面積よりも大きい形状としたことを特徴とす
る。
性膜に磁界を印加するために、一定磁場発生用薄型永久
磁石、共鳴周波数調整用可変磁場発生コイル及びこれら
に電磁気的に係合するヨークを備えた磁気回路におい
て、前記永久磁石の片面には軟磁性磁極部材を接合し、
前記永久磁石の他の面ではこの全面で前記ヨークの一部
面と接合し、ヨークの他の突出する一部分の端面（磁気
空隙側ヨーク端面）と前記磁極部材の磁石接合面とは反
対側の面（磁気空隙側磁極部材面）との間で前記磁性膜
を設置する磁気空隙を形成し、前記磁気空隙側磁極部材
面形状、面積を前記磁気空隙側ヨーク端面形状、面積と
ほぼ同一とするとともに、前記永久磁石の横断面積およ
び前記磁極部材の磁石接合面の面積を前記磁気空隙側磁
極部材面の面積よりも大きい形状としたことを特徴とす
る。
同調周波数変更用コイルに電流を流した場合、その起
磁力は電流Ｉとコイルの巻数Ｎの積Ｎ・Ｉで表わされ
る。このコイルにより、実際に磁性薄膜が置かれる空隙
部に発生する磁場の強さを計算するためには、磁気回路
全体の磁気抵抗を考える必要がある。
磁力は電流Ｉとコイルの巻数Ｎの積Ｎ・Ｉで表わされ
る。このコイルにより、実際に磁性薄膜が置かれる空隙
部に発生する磁場の強さを計算するためには、磁気回路
全体の磁気抵抗を考える必要がある。
磁気回路中の永久磁石は、コイルの起磁力にとっては
空隙と同様に負荷抵抗として考えられるので、磁性薄膜
の置かれる空隙部の磁気抵抗をRg、永久磁石の部分の磁
気抵抗をRmとし、軟磁性ヨークおよび軟磁性板の磁気抵
抗が十分小さいとすれば、磁気回路中を流れるコイルが
作る磁束Φは Φ＝Ｎ・I/（Rg＋Rm） と表わされる。
空隙と同様に負荷抵抗として考えられるので、磁性薄膜
の置かれる空隙部の磁気抵抗をRg、永久磁石の部分の磁
気抵抗をRmとし、軟磁性ヨークおよび軟磁性板の磁気抵
抗が十分小さいとすれば、磁気回路中を流れるコイルが
作る磁束Φは Φ＝Ｎ・I/（Rg＋Rm） と表わされる。
またコイルにより作られる空隙部の磁束密度Ｂは Ｂ＝Φ/Sg で表わされる。
ただし、空隙部の断面積をSgとする。
コイルにより作られる磁場の強さＨはＢに比例し Ｈ＝B/μ０ である。
ただし、μ０は真空中の透磁率とする。
これらの式から Ｎ・Ｉ＝μ0H・（Rg＋Rm）・Sg となる。
ここでH,Rg,Sgは、磁性薄膜の特性および静磁波素子
の目標特性によって決まってしまうので、コイルの起磁
力Ｎ・Ｉを小さく保つためにはRmをできるだけ小さくし
てやればよい。
の目標特性によって決まってしまうので、コイルの起磁
力Ｎ・Ｉを小さく保つためにはRmをできるだけ小さくし
てやればよい。
Rmは、永久磁石の断面積Smおよび厚さlmにより Rm＝lm/μ0Sm となり、厚さが小さく断面積の大きな磁石を使うことが
コイルの小型化に有利であることを見いだした。
コイルの小型化に有利であることを見いだした。
次に、永久磁石が空隙部に発生する磁場Hgおよび磁束
密度Bgと永久磁石内部の磁場Hmおよび磁束密度Bmの関係
を考える。
密度Bgと永久磁石内部の磁場Hmおよび磁束密度Bmの関係
を考える。
ヨークの磁気抵抗が十分小さいとき、永久磁石の発生
するエネルギーと磁性薄膜の置かれる空隙内のエネルギ
ーは Bg・Hg・Sg・lg＝Bm・Hm・Sm・lm となる。
するエネルギーと磁性薄膜の置かれる空隙内のエネルギ
ーは Bg・Hg・Sg・lg＝Bm・Hm・Sm・lm となる。
ただし、lgは空隙部の長さを表わす。
いま、永久磁石として例えば大きな保磁力をもつスト
ロンチウム磁石を用いた場合磁化曲線の形から比透磁率
が１であると考えてよい。
ロンチウム磁石を用いた場合磁化曲線の形から比透磁率
が１であると考えてよい。
この場合には、 Bm/Hm＝μ0Sglm/Smlg また、永久磁石の残留飽和磁化をBrとして Bm＝Br−μ0Hm となり、上記の三式から Br/Bg＝Sg/Sm＋lg/lm これを変形して lm＝lg/（Br/Bg−Sg/Sm） の関係が得られる。
この式は、同じ材質の磁石により温じ形状の空隙に同
じ磁束密度を発生させるとき、永久磁石の厚さを小さく
すれば断面積は大きくしなくてはならないことを表わし
ている。この関係は前に論じたコイル形状を小さくする
方法に好都合である。
じ磁束密度を発生させるとき、永久磁石の厚さを小さく
すれば断面積は大きくしなくてはならないことを表わし
ている。この関係は前に論じたコイル形状を小さくする
方法に好都合である。
ここで、再びコイルに対する磁気抵抗Ｒを上式の関係
を入れて計算してみると Ｒ＝Rg＋Rm ＝Brlm/μ0BgSg となり磁気抵抗は磁石の厚さlmに比例して小さくできる
ことが分かる。
を入れて計算してみると Ｒ＝Rg＋Rm ＝Brlm/μ0BgSg となり磁気抵抗は磁石の厚さlmに比例して小さくできる
ことが分かる。
同調周波数を変えるためにコイルに必要な起磁力Ｎ・
Ｉは Ｎ・Ｉ＝Ｒ・Ｂ・Sg となり、B,Sgはここでは一定の値となるので結局必要な
コイルの起磁力もまた磁石の厚さlmに比例して小さくで
きるものである。コイルの起磁力は、巻線の巻数とそこ
を通る電流の積であるから、小さい起磁力のコイルでよ
いということは、同じ電流であれば少ない巻数、同じ巻
数であれば少ない電流でよいということになり、小型化
および省電力化が実現するものである。
Ｉは Ｎ・Ｉ＝Ｒ・Ｂ・Sg となり、B,Sgはここでは一定の値となるので結局必要な
コイルの起磁力もまた磁石の厚さlmに比例して小さくで
きるものである。コイルの起磁力は、巻線の巻数とそこ
を通る電流の積であるから、小さい起磁力のコイルでよ
いということは、同じ電流であれば少ない巻数、同じ巻
数であれば少ない電流でよいということになり、小型化
および省電力化が実現するものである。
以上の議論を踏まえ、同調周波数を可変とするコイル
の大きさを制限する実際的な方法は、磁性膜の置かれる
空隙の断面積より大きな断面積を有する永久磁石を使
い、永久磁石の磁極面と磁性薄膜の置かれている空隙の
間を軟磁性板で結合する構造をもって実現されるもので
ある。
の大きさを制限する実際的な方法は、磁性膜の置かれる
空隙の断面積より大きな断面積を有する永久磁石を使
い、永久磁石の磁極面と磁性薄膜の置かれている空隙の
間を軟磁性板で結合する構造をもって実現されるもので
ある。
ただし、この効果は永久磁石の比透磁率が１と見なさ
れる範囲で有効であるため、永久磁石の動作点の選択
は、保磁力より小さい内部磁場とすることが必要であ
る。
れる範囲で有効であるため、永久磁石の動作点の選択
は、保磁力より小さい内部磁場とすることが必要であ
る。
以上、論じたごとく、永久磁石の断面積は磁性薄膜の
置かれる空隙の断面積より大きな断面積を有するように
し、磁性薄膜の置かれる空隙の間において、永久磁石の
磁極間に軟磁性材料を結合した構造にしたことにより、
磁気抵抗を減少せしめることができるとともに、起磁力
の小さいコイルを使用することができるため、従来より
も小型の静磁波素子が実現できる。
置かれる空隙の断面積より大きな断面積を有するように
し、磁性薄膜の置かれる空隙の間において、永久磁石の
磁極間に軟磁性材料を結合した構造にしたことにより、
磁気抵抗を減少せしめることができるとともに、起磁力
の小さいコイルを使用することができるため、従来より
も小型の静磁波素子が実現できる。
〔実施例〕 以下に実施例を示しながら本発明の説明を行なう。
第１図は本発明の一実施例を示し、第５図（ａ）、
（ｂ）は従来技術による磁気回路を示す説明図である。
（ｂ）は従来技術による磁気回路を示す説明図である。
比較のために作製した従来例では、第５図（ａ）のよ
うにコの字型をしたヨーク３の両端に、断面積10mm2、
厚さ5.8mm、残留飽和磁束密度8000ガウスの希土類コバ
ルト永久磁石２がそれぞれ設置されている。そして、こ
の２個の永久磁石２の間の断面積10mm2、長さ5mmの空隙
の中央付近に、GGG基板上にLPEにて形成された飽和磁束
密度が約1780ガウスであるYIG薄膜およびその面上にマ
イクロ波を出入りさせるストリップラインと共振構造を
有する磁性薄膜１が置かれている。
うにコの字型をしたヨーク３の両端に、断面積10mm2、
厚さ5.8mm、残留飽和磁束密度8000ガウスの希土類コバ
ルト永久磁石２がそれぞれ設置されている。そして、こ
の２個の永久磁石２の間の断面積10mm2、長さ5mmの空隙
の中央付近に、GGG基板上にLPEにて形成された飽和磁束
密度が約1780ガウスであるYIG薄膜およびその面上にマ
イクロ波を出入りさせるストリップラインと共振構造を
有する磁性薄膜１が置かれている。
また、ヨーク３の中間部には同調周波数変更のための
コイル４が設置されている。このコイル４の巻数は400
ターンとした。
コイル４が設置されている。このコイル４の巻数は400
ターンとした。
コイル４に電流を流さない状態で静磁波素子の同調周
波数を測定したところ、同調周波数は約6GHzとなった。
波数を測定したところ、同調周波数は約6GHzとなった。
次にコイル４に電流を流し始め、同調周波数が100MHz
変わったときのコイル４の電流値は198ミリアンペアで
あった。
変わったときのコイル４の電流値は198ミリアンペアで
あった。
第１図に示す本発明の実施例では、従来例と同じ磁性
薄膜１および永久磁石材料を使い、永久磁石２の断面積
を20mm2とし、永久磁石２に対向する面の断面積が20m
m2、空隙に対向する面が10mm2である軟磁性材料５を結
合した。永久磁石２の厚さを各2.5mmと選んだとき、コ
イル４に電流を流さない状態の同調周波数は6GHzとなっ
た。
薄膜１および永久磁石材料を使い、永久磁石２の断面積
を20mm2とし、永久磁石２に対向する面の断面積が20m
m2、空隙に対向する面が10mm2である軟磁性材料５を結
合した。永久磁石２の厚さを各2.5mmと選んだとき、コ
イル４に電流を流さない状態の同調周波数は6GHzとなっ
た。
次に、コイル４に電流を流し始め、同調周波数が100M
Hz変わったときのコイル電流は94ミリアンペアとなり、
従来技術に比較すると約1/2以下の電流で同じ周波数変
化が可能となった。
Hz変わったときのコイル電流は94ミリアンペアとなり、
従来技術に比較すると約1/2以下の電流で同じ周波数変
化が可能となった。
次に、コイル４を少しずつ巻戻し187ターンとしてコ
イル電流を変え同調周波数を測定したところ、従来技術
による例と同様の198ミリアンペアで同調周波数の変化
が100MHzとなり、従来技術に比較すると約1/2以下の巻
数で同じ効果が実現できた。
イル電流を変え同調周波数を測定したところ、従来技術
による例と同様の198ミリアンペアで同調周波数の変化
が100MHzとなり、従来技術に比較すると約1/2以下の巻
数で同じ効果が実現できた。
本実施例ではコイル４の体積を小型化する例として巻
数の減少の例を示したが、コイル電流が小さくなるた
め、より細い電線を巻いたコイルによっても小型化がな
し得ることは、容易に理解されよう。
数の減少の例を示したが、コイル電流が小さくなるた
め、より細い電線を巻いたコイルによっても小型化がな
し得ることは、容易に理解されよう。
また、本発明の実施例では、同じ効果を実現するため
コイル４における消費電力が約1/4以下という著しい効
果をみた。
コイル４における消費電力が約1/4以下という著しい効
果をみた。
第２図もまた本発明の実施例であり、この場合では、
永久磁石２は１個しか存在しない。
永久磁石２は１個しか存在しない。
第２図は、軟磁性材料5bの磁性薄膜１に対向する面の
断面積は永久磁石２の断面積より小さい。この場合も軟
磁性材料５の断面積が磁性薄膜１に対向する側で絞られ
ているため本発明の効果は同様である。
断面積は永久磁石２の断面積より小さい。この場合も軟
磁性材料５の断面積が磁性薄膜１に対向する側で絞られ
ているため本発明の効果は同様である。
〔発明の効果〕 以上にみたごとく、本発明によれば、同調可能な静磁
波素子の小型化および省電力化を実現することができる
ものである。
波素子の小型化および省電力化を実現することができる
ものである。
第１図は本発明の一実施例を示す説明図、第２図は本発
明の他の実施例を示す説明図、第３図（ａ）、（ｂ）は
従来技術の例を示す説明図である。 1:磁性薄膜、2:永久磁石、3:ヨーク、4:コイル、5:軟磁
性材料
明の他の実施例を示す説明図、第３図（ａ）、（ｂ）は
従来技術の例を示す説明図である。 1:磁性薄膜、2:永久磁石、3:ヨーク、4:コイル、5:軟磁
性材料
フロントページの続き (72)発明者 武田 茂 埼玉県熊谷市三ケ尻5200番地 日立金属 株式会社磁性材料研究所内 (72)発明者 木下 康昭 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 平１−152802（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−91514（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−11302（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−56162（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】静磁波素子のマイクロ波共鳴磁性膜に磁界
を印加するために、一定磁場発生用薄型永久磁石、共鳴
周波数調整用可変磁場発生コイル及びこれらに電磁気的
に係合するヨークを備えた磁気回路において、前記永久
磁石の片面には軟磁性磁極部材を接合し、前記永久磁石
の他の面ではこの全面で前記ヨークの一部面と接合し、
ヨークの他の突出する一部分の端面（磁気空隙側ヨーク
端面）と前記磁極部材の磁石接合面とは反対側の面（磁
気空隙側磁極部材面）との間で前記磁性膜を設置する磁
気空隙を形成し、前記磁気空隙側磁極部材面形状、面積
を前記磁気空隙側ヨーク端面形状、面積とほぼ同一とす
るとともに、前記永久磁石の横断面積および前記磁極部
材の磁石接合面の面積を前記磁気空隙側磁極部材面の面
積よりも大きい形状としたことを特徴とする磁気装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63014391A JP2694440B2 (ja) | 1988-01-27 | 1988-01-27 | 磁気装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63014391A JP2694440B2 (ja) | 1988-01-27 | 1988-01-27 | 磁気装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01191502A JPH01191502A (ja) | 1989-08-01 |
| JP2694440B2 true JP2694440B2 (ja) | 1997-12-24 |
Family
ID=11859760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63014391A Expired - Lifetime JP2694440B2 (ja) | 1988-01-27 | 1988-01-27 | 磁気装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2694440B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0831367B2 (ja) * | 1989-09-13 | 1996-03-27 | 信越化学工業株式会社 | 静磁波素子用磁気回路および静磁波素子 |
| JP2522919Y2 (ja) * | 1990-02-09 | 1997-01-22 | 株式会社村田製作所 | 静磁波装置 |
| JP2602452Y2 (ja) * | 1993-01-14 | 2000-01-17 | 株式会社アドバンテスト | Ｙｉｇ磁気回路 |
| CN114749272B (zh) * | 2022-04-18 | 2022-12-13 | 湖南中科电气股份有限公司 | 一种废钢磁选系统及方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4956162A (ja) * | 1972-09-30 | 1974-05-31 | ||
| JPH0738528B2 (ja) * | 1985-07-09 | 1995-04-26 | ソニー株式会社 | Ｙｉｇ薄膜マイクロ波装置 |
-
1988
- 1988-01-27 JP JP63014391A patent/JP2694440B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01191502A (ja) | 1989-08-01 |
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