JP3111079B2 - 医療用高磁界磁石 - Google Patents
医療用高磁界磁石Info
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- JP3111079B2 JP3111079B2 JP06504785A JP50478594A JP3111079B2 JP 3111079 B2 JP3111079 B2 JP 3111079B2 JP 06504785 A JP06504785 A JP 06504785A JP 50478594 A JP50478594 A JP 50478594A JP 3111079 B2 JP3111079 B2 JP 3111079B2
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
- G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
- G01R33/383—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using permanent magnets
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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- H01F7/0278—Magnetic circuits with PM for magnetic field generation for generating uniform fields, focusing, deflecting electrically charged particles
Description
【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は、効率を向上した高磁界磁石に関する。こ
の発明は、医療用の核磁気共鳴磁石に特に有用である
が、これに限定されるものではない。
の発明は、医療用の核磁気共鳴磁石に特に有用である
が、これに限定されるものではない。
発明の背景 永久磁石を設計する上での基本的な要件は、磁化され
た材料内に蓄えられたエネルギを効率的に利用できるこ
とである。一般的に、その設計は、最小体積および最小
重量を持つ磁石の空洞内において、所望の値の強度を実
現することを志向している。
た材料内に蓄えられたエネルギを効率的に利用できるこ
とである。一般的に、その設計は、最小体積および最小
重量を持つ磁石の空洞内において、所望の値の強度を実
現することを志向している。
高透磁率を持つヨークを必要とすることなく磁界が磁
石内にとじ込められるよう磁気構造が設計されている場
合、その永久磁石はヨーク無し磁石として分類可能であ
る。なお、高透磁率を持つヨークを使用する磁石とは、
磁気材料を使用して対象領域内で所望の磁界を発生し、
磁界とじ込める機能が外部ヨークによって行われるヨー
ク付き磁石、または、磁気構造が部分的ヨークのみを必
要とするよう設計されている混成型磁石のことである。
石内にとじ込められるよう磁気構造が設計されている場
合、その永久磁石はヨーク無し磁石として分類可能であ
る。なお、高透磁率を持つヨークを使用する磁石とは、
磁気材料を使用して対象領域内で所望の磁界を発生し、
磁界とじ込める機能が外部ヨークによって行われるヨー
ク付き磁石、または、磁気構造が部分的ヨークのみを必
要とするよう設計されている混成型磁石のことである。
前記ヨーク無し磁石は、空気に近い傾斜の準リニア消
磁特性を有する磁気材料によって設計可能である。この
場合、その磁気構造は、他の磁界発生源によって発生さ
れる磁界を透過させる。これは、設計者が同心上に設け
られた複数の磁石によって発生された磁界を重ねること
によって空洞内の磁界強度を大きくすることを可能にす
る、ヨーク無し磁石の重要な特性である。
磁特性を有する磁気材料によって設計可能である。この
場合、その磁気構造は、他の磁界発生源によって発生さ
れる磁界を透過させる。これは、設計者が同心上に設け
られた複数の磁石によって発生された磁界を重ねること
によって空洞内の磁界強度を大きくすることを可能にす
る、ヨーク無し磁石の重要な特性である。
一方、前記ヨーク付き磁石は、磁石の磁界をとじ込め
る同一のヨークによって、外部の磁界発生源からシール
ドされる。その結果、前記ヨーク無し磁石の磁界重合特
性はこのヨーク付き磁石には存在せず、空洞内で達成可
能な磁界強度は、該磁石の構造によって決定される上限
を有する。逆に、その磁気材料は前記空洞内で磁界を発
生する機能のみを実行するので、一般的に、ヨーク付き
構造は、同一の磁界強度および同一の空洞構造のヨーク
無し構造に比べて、磁気材料の使用量が少ない。こうし
て、特に、設計パラメータが高エネルギで高コストの磁
気材料の使用を必要とするものである場合、前記磁気材
料の重量は、ヨーク無し磁石とヨーク付き磁石との間の
選択を行う上での重要な要素となる。
る同一のヨークによって、外部の磁界発生源からシール
ドされる。その結果、前記ヨーク無し磁石の磁界重合特
性はこのヨーク付き磁石には存在せず、空洞内で達成可
能な磁界強度は、該磁石の構造によって決定される上限
を有する。逆に、その磁気材料は前記空洞内で磁界を発
生する機能のみを実行するので、一般的に、ヨーク付き
構造は、同一の磁界強度および同一の空洞構造のヨーク
無し構造に比べて、磁気材料の使用量が少ない。こうし
て、特に、設計パラメータが高エネルギで高コストの磁
気材料の使用を必要とするものである場合、前記磁気材
料の重量は、ヨーク無し磁石とヨーク付き磁石との間の
選択を行う上での重要な要素となる。
任意の形状の空洞内において均等な磁界を発生可能な
二次元および三次元のヨーク付き磁石およびヨーク無し
磁石についての設計方法、ならびに、このような構造に
ついての設計最適化方法は、例えば、1989年、イタリア
のRiminiにおけるEMMA'89で、M.G.Abeleによって発表さ
れた“Linear Theory of Yokeless Permanent Magnet
s";1989年、日本の京都で開かれた第10回希土類磁石に
関する国際セミナーの議事録121〜130ページにおいて、
M.G.Abeleによって発表された“Design of Yokeless Ra
re Earth Magnets for NMR Medical Applications";お
よび、1989年、ニューヨーク大学、放射線学部のTR−21
において、M.G.Abeleによって発表された“Optimum Des
ign of Two−Dimensional Permanent Magnets"に議論さ
れている。また、このテーマは、M.G.Abeleの名前で出
願されこの出願の譲受人に譲渡された、1989年、10月19
日付けの米国特許No.424,162および1991年５月30日付け
の米国特許No.707,620においても議論されている。上記
の刊行物および出願は、この明細書において参照されて
いる。
二次元および三次元のヨーク付き磁石およびヨーク無し
磁石についての設計方法、ならびに、このような構造に
ついての設計最適化方法は、例えば、1989年、イタリア
のRiminiにおけるEMMA'89で、M.G.Abeleによって発表さ
れた“Linear Theory of Yokeless Permanent Magnet
s";1989年、日本の京都で開かれた第10回希土類磁石に
関する国際セミナーの議事録121〜130ページにおいて、
M.G.Abeleによって発表された“Design of Yokeless Ra
re Earth Magnets for NMR Medical Applications";お
よび、1989年、ニューヨーク大学、放射線学部のTR−21
において、M.G.Abeleによって発表された“Optimum Des
ign of Two−Dimensional Permanent Magnets"に議論さ
れている。また、このテーマは、M.G.Abeleの名前で出
願されこの出願の譲受人に譲渡された、1989年、10月19
日付けの米国特許No.424,162および1991年５月30日付け
の米国特許No.707,620においても議論されている。上記
の刊行物および出願は、この明細書において参照されて
いる。
発明の概要 この発明は、効率を向上したヨーク無し、ヨーク付き
および混成型の、高磁界永久磁石を提供しようとするも
のである。
および混成型の、高磁界永久磁石を提供しようとするも
のである。
簡単に言うと、この発明の一実施例によれば、外方永
久磁石層が内方永久磁石層より低い残留磁気を有する多
層の、高磁界強度磁石が提供される。
久磁石層が内方永久磁石層より低い残留磁気を有する多
層の、高磁界強度磁石が提供される。
このような特徴により、前記内方層における高残留磁
気材料の必要使用量を減少でき、その良さの指数を延ば
しながら、より経済的な構造を提供できる。前記構造は
３つ以上の永久磁石層を有してもよく、その場合、各永
久磁石層の残留磁気はその下方の層の残留磁気より大き
くあってはならない。
気材料の必要使用量を減少でき、その良さの指数を延ば
しながら、より経済的な構造を提供できる。前記構造は
３つ以上の永久磁石層を有してもよく、その場合、各永
久磁石層の残留磁気はその下方の層の残留磁気より大き
くあってはならない。
この発明の他の特徴によると、このような多層磁石の
内方層は、基本的なヨークの全部または一部が磁気材料
からなる分路によって代替された層を構成してもよい。
また、このような分路の使用によって、前記内方層は前
記外方層の磁界を透過する。
内方層は、基本的なヨークの全部または一部が磁気材料
からなる分路によって代替された層を構成してもよい。
また、このような分路の使用によって、前記内方層は前
記外方層の磁界を透過する。
図面の簡単な説明 図１は永久磁石の基本略図、 図２は従来の磁石設計を示す断面図、 図３（ａ）は、Ｋ＝0.4を得るよう設計されたヨーク
付き磁石の象限の閉鎖を示す図、 図３（ｂ）は、残留磁気成分 を除去した後の図３（ａ）の磁石を示す図、 図４は、パラメータｈによって定義される良さの指数
Ｍと磁界均等度との関係を示す図、 図５（ａ）はヨーク付き磁石の象限の断面図、 図５（ｂ）はヨーク無し磁石の象限の断面図、 図６は混成型磁石の象限の断面図、 図７は、ヨーク付き磁石、ヨーク無し磁石および混成
型磁石に関する良さの指数Ｍ対Ｋとの関係を示す図、 図８は、ｎ個の側面を持つ正規の空洞を有する最適な
単層および二層磁石のパラメータを示す図、 図９は、異なる残留磁気を有する２つの層からなる磁
石の良さの指数Ｍを示す図、 図10は、Ｋ＝0.367を得るよう設計されたヨーク無し
磁石の１つの象限を示す断面図、 図11は、Ｋ＝0.367を得るよう設計されたヨーク付き
磁石の１つの象限を示す断面図、 図12は、混成型磁石の１つの象限の断面図、 図13は、単層、二次元磁石についてのパラメータを示
すテーブル、 図14は、ヨーク無し内方層、ヨーク付き外方層を有す
る二層磁石の１つの象限を示す断面図、 図15は、0.22T（テスラ）の磁界を得るよう設計され
た希土類混成型磁石の内方層の１つの象限を示す断面
図、 図16は、磁石の１つの象限を示す断面図であって、高
透磁率ヨークを磁気材料製の能動的ヨークで代替した状
態を示す図、 図17は、磁石の１つの象限の断面図であって、フェラ
イト分路を持つ混成型希土類磁石を示す、 図18は、磁石の１つの象限を示す断面図であって、外
部フェライト磁石を持つ混成型二層構造を示す、 図19は、ヨークの一部が能動的材料からなる分路によ
って代替された磁石の１つの象限を示す断面図である。
付き磁石の象限の閉鎖を示す図、 図３（ｂ）は、残留磁気成分 を除去した後の図３（ａ）の磁石を示す図、 図４は、パラメータｈによって定義される良さの指数
Ｍと磁界均等度との関係を示す図、 図５（ａ）はヨーク付き磁石の象限の断面図、 図５（ｂ）はヨーク無し磁石の象限の断面図、 図６は混成型磁石の象限の断面図、 図７は、ヨーク付き磁石、ヨーク無し磁石および混成
型磁石に関する良さの指数Ｍ対Ｋとの関係を示す図、 図８は、ｎ個の側面を持つ正規の空洞を有する最適な
単層および二層磁石のパラメータを示す図、 図９は、異なる残留磁気を有する２つの層からなる磁
石の良さの指数Ｍを示す図、 図10は、Ｋ＝0.367を得るよう設計されたヨーク無し
磁石の１つの象限を示す断面図、 図11は、Ｋ＝0.367を得るよう設計されたヨーク付き
磁石の１つの象限を示す断面図、 図12は、混成型磁石の１つの象限の断面図、 図13は、単層、二次元磁石についてのパラメータを示
すテーブル、 図14は、ヨーク無し内方層、ヨーク付き外方層を有す
る二層磁石の１つの象限を示す断面図、 図15は、0.22T（テスラ）の磁界を得るよう設計され
た希土類混成型磁石の内方層の１つの象限を示す断面
図、 図16は、磁石の１つの象限を示す断面図であって、高
透磁率ヨークを磁気材料製の能動的ヨークで代替した状
態を示す図、 図17は、磁石の１つの象限の断面図であって、フェラ
イト分路を持つ混成型希土類磁石を示す、 図18は、磁石の１つの象限を示す断面図であって、外
部フェライト磁石を持つ混成型二層構造を示す、 図19は、ヨークの一部が能動的材料からなる分路によ
って代替された磁石の１つの象限を示す断面図である。
発明の詳細な説明 永久磁石（図１）は、対象領域Vc内において強度ｃ
の磁界を発生するために磁化材料Vmを使用する。また、
通常の永久磁石は、VmとVcとの間に挿入された磁極片、
および、その磁気構造内に誘導磁界の磁束をとじ込め
るヨークのような、強度ｃを持つ所望の磁束を発生す
るよう設計された構成要素を備えている。
の磁界を発生するために磁化材料Vmを使用する。また、
通常の永久磁石は、VmとVcとの間に挿入された磁極片、
および、その磁気構造内に誘導磁界の磁束をとじ込め
るヨークのような、強度ｃを持つ所望の磁束を発生す
るよう設計された構成要素を備えている。
前記磁化された材料に蓄えられたエネルギWmおよび前
記対象領域内に蓄えられたエネルギWcは、 ここで、μ０は真空の透磁率であり、Ｊは前記磁気材料
の残留磁気の大きさである。最適な設計は、 として定義される良さの指数Ｍが最大値になる場合に、
実現される。
記対象領域内に蓄えられたエネルギWcは、 ここで、μ０は真空の透磁率であり、Ｊは前記磁気材料
の残留磁気の大きさである。最適な設計は、 として定義される良さの指数Ｍが最大値になる場合に、
実現される。
磁界強度および前記残留磁気によって発生される
誘導磁界の合計磁束が対象領域Vc（図１）の容積内に
とじ込められるような理想的な設計を仮定することによ
って、前記良さの指数Ｍの絶対的な上限が決定され得
る。Vmが、ゼロの磁化率を有するリニアな消磁曲線によ
って特徴づけられる理想的な剛性磁気材料であると仮定
する。前記強度ｍおよび誘導磁界ｍは、式 によって、残留磁気に関係づけられる。
誘導磁界の合計磁束が対象領域Vc（図１）の容積内に
とじ込められるような理想的な設計を仮定することによ
って、前記良さの指数Ｍの絶対的な上限が決定され得
る。Vmが、ゼロの磁化率を有するリニアな消磁曲線によ
って特徴づけられる理想的な剛性磁気材料であると仮定
する。前記強度ｍおよび誘導磁界ｍは、式 によって、残留磁気に関係づけられる。
また、２つの無次元パラメータＫおよびKmは、 として定義される。前記およびｃが等しいと仮定す
ると、前記式（１）は、 に変換される。基本的な静磁気学式 BmHmVm＝μ0Hc2Vc （６） によって、前記式２は、前記対象磁界強度領域Vcの値と
は独立して、 Ｍ＝Km（１−Km） （７） になる。
ると、前記式（１）は、 に変換される。基本的な静磁気学式 BmHmVm＝μ0Hc2Vc （６） によって、前記式２は、前記対象磁界強度領域Vcの値と
は独立して、 Ｍ＝Km（１−Km） （７） になる。
Kmの最適値はKm＝1/2であり、永久磁石で実現可能な
Ｍの最大値およびVmの最小容積は、 である。
Ｍの最大値およびVmの最小容積は、 である。
前記式８に至る初歩的な考察は、均等な磁界を発生す
るよう設計された永久磁石の実用的用途のリミットを定
義する。原則的に、磁石はＫ＞Kmとなるよう設計可能で
ある。こうして、大きな容積の対象領域を必要とする
（例えば、NMR医療画像技術のような）用途において
は、コストおよび重量が、残留磁気程度の磁界強度の実
質的な上限を設定する。
るよう設計された永久磁石の実用的用途のリミットを定
義する。原則的に、磁石はＫ＞Kmとなるよう設計可能で
ある。こうして、大きな容積の対象領域を必要とする
（例えば、NMR医療画像技術のような）用途において
は、コストおよび重量が、残留磁気程度の磁界強度の実
質的な上限を設定する。
従来の磁石は、磁界を形成してとじ込めるために、強
磁性要素を使用している。図２は、対象領域内において
極めて均等な磁界を発生するよう設計された従来の磁石
を例示している。この磁石は、斜線領域Vmの磁気材料
と、磁極片Vpと、構造全体を包囲する外部ヨークVyとを
基本構成要素とする軸対称構造体である。
磁性要素を使用している。図２は、対象領域内において
極めて均等な磁界を発生するよう設計された従来の磁石
を例示している。この磁石は、斜線領域Vmの磁気材料
と、磁極片Vpと、構造全体を包囲する外部ヨークVyとを
基本構成要素とする軸対称構造体である。
対称容積に物理的な境界が無いことが、従来の磁石設
計の特徴である。図２の従来の設計に関する他の基本的
特徴は、前記式４によって定義される２つのパラメータ
Km、Ｋを独立的に自由に選択できることである。図２の
構造は、 Ｋ＝0.16 （９） というＫの値を得るよう設計されており、Km＝1/2を選
択することによって最適化される。
計の特徴である。図２の従来の設計に関する他の基本的
特徴は、前記式４によって定義される２つのパラメータ
Km、Ｋを独立的に自由に選択できることである。図２の
構造は、 Ｋ＝0.16 （９） というＫの値を得るよう設計されており、Km＝1/2を選
択することによって最適化される。
前記磁気材料が約1.25Tの残留磁気Ｊを持つ希土類合
金Nd.Fe.Bである場合、前記式９の値は、前記磁石の中
心における約0.2Tの磁界μ0Hcに対応する。
金Nd.Fe.Bである場合、前記式９の値は、前記磁石の中
心における約0.2Tの磁界μ0Hcに対応する。
空隙における磁界形態は、主に、磁極片Vpの構造によ
って制御される。図２は、空気中における誘導磁界の磁
束を示す。図から明らかなように、磁界湾曲は、中心か
らの距離が大きくなるのに伴って大きくなる。
って制御される。図２は、空気中における誘導磁界の磁
束を示す。図から明らかなように、磁界湾曲は、中心か
らの距離が大きくなるのに伴って大きくなる。
無次元要素Ｌは、 として定義される。前記式10により、良さの指数は、 Ｍ＝Km（１−Km）Ｌ （11） である。
前記Ｌは、次の２つの要素により１未満である。すな
わち、第１の要素は、誘導磁界の磁束の小部分のみが
前記対象領域を閉じることであり、第２の要素は、前記
対象領域を閉じる前記誘導磁界の磁束が前記対象領域
の外の空気領域を貫通することである。図２の磁石のよ
うなオープン構造において、Ｌ＜＜１（１よりはるかに
小さい）であり、その結果、Km＝1/2を選択することに
よって設計が最適化される場合であっても、前記良さの
指数は前記式８の理論的なリミットよりはるかに低いも
のになる。
わち、第１の要素は、誘導磁界の磁束の小部分のみが
前記対象領域を閉じることであり、第２の要素は、前記
対象領域を閉じる前記誘導磁界の磁束が前記対象領域
の外の空気領域を貫通することである。図２の磁石のよ
うなオープン構造において、Ｌ＜＜１（１よりはるかに
小さい）であり、その結果、Km＝1/2を選択することに
よって設計が最適化される場合であっても、前記良さの
指数は前記式８の理論的なリミットよりはるかに低いも
のになる。
図２に示した従来の設計に対する実質的な改良は、設
計上の主眼点を、前記強磁性要素から、前記対象領域を
包囲する磁気材料にシフトすることによって達成され
る。例えば、図３の構造においては、前記磁極片Vpおよ
び残留磁気Ｊ2,1を持つ磁気材料の三角形要素によって
とじ込められる矩形領域Vc内で均等な磁界ｃを発生す
るよう設計された、二次元磁石の断面における第１の象
限が示されている。ｃがｙ軸の正方向に向いていると
仮定し、図３の例では、その大きさは になるよう選択されており、ここで、J1は矩形領域（V0
V1W1W0）内の残留磁気の大きさである。１も、ｙ軸の
正方向に向いている。図３の破線および太線（W0W1）に
よって示される外部ヨークおよび前記磁極片は、無限の
透磁率を持つ材料で構成されていると仮定する。
計上の主眼点を、前記強磁性要素から、前記対象領域を
包囲する磁気材料にシフトすることによって達成され
る。例えば、図３の構造においては、前記磁極片Vpおよ
び残留磁気Ｊ2,1を持つ磁気材料の三角形要素によって
とじ込められる矩形領域Vc内で均等な磁界ｃを発生す
るよう設計された、二次元磁石の断面における第１の象
限が示されている。ｃがｙ軸の正方向に向いていると
仮定し、図３の例では、その大きさは になるよう選択されており、ここで、J1は矩形領域（V0
V1W1W0）内の残留磁気の大きさである。１も、ｙ軸の
正方向に向いている。図３の破線および太線（W0W1）に
よって示される外部ヨークおよび前記磁極片は、無限の
透磁率を持つ材料で構成されていると仮定する。
図３の構造体は前記領域（V0V1W1W0）内で均等な磁界
ｍを発生するよう設計されており、前記領域のｘ軸に
沿ったサイズx1は、１によって発生された合計磁束が
領域（0S0S1S2）内の磁束μ０ ｃに等しくなるような
サイズである。こうして、ポイントV1の横座標x1は、式 X1＝0.8x2 （13） によって、ポイントS1の横座標x2に関係づけられる。残
留磁気１の媒体内の均等磁界ｍは、磁気材料の台形
領域（S1T1W1V1）によって達成され、ここで、誘導磁界
は、 の条件を満足させる。
ｍを発生するよう設計されており、前記領域のｘ軸に
沿ったサイズx1は、１によって発生された合計磁束が
領域（0S0S1S2）内の磁束μ０ ｃに等しくなるような
サイズである。こうして、ポイントV1の横座標x1は、式 X1＝0.8x2 （13） によって、ポイントS1の横座標x2に関係づけられる。残
留磁気１の媒体内の均等磁界ｍは、磁気材料の台形
領域（S1T1W1V1）によって達成され、ここで、誘導磁界
は、 の条件を満足させる。
前記領域（S1T1W1V1）の残留磁気１、２は前記式14
を満足させ、そのｙ軸に沿った成分は、界面（V1W1）の
境界条件 （Ｊ1,2）ｙ＝−μ0Hm （15） を満足させる。残留磁気１、２の大きさはJ1に等し
く、J1およびHmは、最適な設計条件Km＝1/2を満足させ
るものと仮定する。前記式14により、側面（T1W1）は、
１、２に直角であるので、電位Φ＝０の等電位線であ
る。前記磁極片VpはT1W1に平行である。
を満足させ、そのｙ軸に沿った成分は、界面（V1W1）の
境界条件 （Ｊ1,2）ｙ＝−μ0Hm （15） を満足させる。残留磁気１、２の大きさはJ1に等し
く、J1およびHmは、最適な設計条件Km＝1/2を満足させ
るものと仮定する。前記式14により、側面（T1W1）は、
１、２に直角であるので、電位Φ＝０の等電位線であ
る。前記磁極片VpはT1W1に平行である。
Vcの均等磁界ｃは、前記式14の条件を満足させる三
角形（S1S0T1）の残留磁気２、１を選択することによ
って実現される。２、１のｙ成分は、 （Ｊ2,1）ｙ＝−μ0Hc （16） である。三角形（S1S2T1）の側面（S2T1）は、２、１
に直角であり、その結果、これもΦ＝０の等電位線であ
る。前記式14および16ならびにＪ２、１＝J1により、図
3aの片（S1T1）とｘ軸との間の角度θ２は、 によって得られる。
角形（S1S0T1）の残留磁気２、１を選択することによ
って実現される。２、１のｙ成分は、 （Ｊ2,1）ｙ＝−μ0Hc （16） である。三角形（S1S2T1）の側面（S2T1）は、２、１
に直角であり、その結果、これもΦ＝０の等電位線であ
る。前記式14および16ならびにＪ２、１＝J1により、図
3aの片（S1T1）とｘ軸との間の角度θ２は、 によって得られる。
残留磁気１、２、２、１にはの磁束が存在しな
いので、側面（T1W1）、（S2T1）は、該磁気構造と外部
ヨークとの間の界面の一部である必要がない。こうし
て、前記ヨークの形状は、図3aにおいて破線で示すよう
に、任意に選択してよい。前記対象領域内における磁界
の均等性および誘導磁界の磁束のとじ込めは、前記式
14の条件を満足させなければならないので、エネルギ積
曲線のピークにおいて動作できない磁気材料によって実
現される。故に、前記最適な設計条件Km＝1/2は前記磁
気構造全体に及ぼす、良さの指数は前記式８の理想的な
リミットより低いものになる。
いので、側面（T1W1）、（S2T1）は、該磁気構造と外部
ヨークとの間の界面の一部である必要がない。こうし
て、前記ヨークの形状は、図3aにおいて破線で示すよう
に、任意に選択してよい。前記対象領域内における磁界
の均等性および誘導磁界の磁束のとじ込めは、前記式
14の条件を満足させなければならないので、エネルギ積
曲線のピークにおいて動作できない磁気材料によって実
現される。故に、前記最適な設計条件Km＝1/2は前記磁
気構造全体に及ぼす、良さの指数は前記式８の理想的な
リミットより低いものになる。
式17においては、図3aに示したタイプの構造が、前記
三角形領域（S1S2T1）の磁気材料の残留磁気を超えるこ
とができない値μ0H0の発生に制限される、ということ
が示されている。図3bは、前記残留磁気１、２、
２、１領域を除去したことによる、等電位線の形態に対
する影響を示す。破線は、図3aの構造体の等電位線を示
す。従来の磁石では、磁極片間の空隙内の磁界が均等で
はないので、前記対象領域Vcは、磁界強度が指定され
たリミットの間に制限される領域、すなわち、 である領域として定義されなければならない。ここで、
ｈは１より小さく、０は前記空隙の中心におけるの
値である。前記式２によって定義される良さの指数は、 として表すことができる。
三角形領域（S1S2T1）の磁気材料の残留磁気を超えるこ
とができない値μ0H0の発生に制限される、ということ
が示されている。図3bは、前記残留磁気１、２、
２、１領域を除去したことによる、等電位線の形態に対
する影響を示す。破線は、図3aの構造体の等電位線を示
す。従来の磁石では、磁極片間の空隙内の磁界が均等で
はないので、前記対象領域Vcは、磁界強度が指定され
たリミットの間に制限される領域、すなわち、 である領域として定義されなければならない。ここで、
ｈは１より小さく、０は前記空隙の中心におけるの
値である。前記式２によって定義される良さの指数は、 として表すことができる。
Ｍ対ｈの関係が図４に示されている。ここで、M0は、
Vcが磁極片間の前記矩形領域全体と一致することを想定
して算出される良さの指数である。図に示すように、M0
程度の値Ｍを維持するために、従来の磁極片の形状が図
３の磁石のように、相当変更されなければならない。
Vcが磁極片間の前記矩形領域全体と一致することを想定
して算出される良さの指数である。図に示すように、M0
程度の値Ｍを維持するために、従来の磁極片の形状が図
３の磁石のように、相当変更されなければならない。
このため、従来の磁石における空洞の閉塞は、いくつ
かの有利の効果を有する。第１に、均等磁界の領域を閉
じた空洞全体に及ぼすことを可能にする。第２に、前記
磁気構造と外部ヨークとの間の周辺磁界を除去できる。
第３に、前記磁気構造と外部ヨークとの間の空間を除去
することで、磁石の寸法および重量を減少できる。
かの有利の効果を有する。第１に、均等磁界の領域を閉
じた空洞全体に及ぼすことを可能にする。第２に、前記
磁気構造と外部ヨークとの間の周辺磁界を除去できる。
第３に、前記磁気構造と外部ヨークとの間の空間を除去
することで、磁石の寸法および重量を減少できる。
前記空洞内の均等磁界は、均等に磁化された多面体構
造によって、磁極片無しに発生可能である。これらの構
造体は３つの基本的な種類、すなわち、磁束のとじ込め
が外部ヨークによって実現されるヨーク付き磁石、磁束
が磁界を発生する同一の磁気材料内にとじ込められるヨ
ーク無し磁石、および、前記ヨーク付き磁石およびヨー
ク無し磁石の両方の特性を組合わせる混成型磁石に分類
可能である。図５（ａ）は、矩形の１側面に直角な均等
な磁界を発生するよう設計された矩形断面を有する典型
的な二次元ヨーク付き構造の第１の象限を示す。該構造
は、図３に示したものと同様に、Ｋ＝0.4となるよう設
計されている。太線はμ＝∞の材料からなる理想的なヨ
ークを示し、破線は誘導磁界の力線を示す。なお、２
つの磁気プリズムの残留磁気は、等しい大きさJ1を有
し、反対方向に向いている。図５の外部境界のサイズ2x
1、2y1は、 によって得られ、ここで、2xQ、2yQは、矩形空洞のサイ
ズである。図５は、ｘ＞x0の領域において、誘導磁界
の磁束が、前記空洞の外部で、前記ヨークと磁気材料と
の間で循環する、ことを示す。こうして、該ヨーク付き
磁石においては、従来の磁石と同様に、前記磁気材料に
蓄えられたエネルギの一部が周辺磁界に浪費される。
造によって、磁極片無しに発生可能である。これらの構
造体は３つの基本的な種類、すなわち、磁束のとじ込め
が外部ヨークによって実現されるヨーク付き磁石、磁束
が磁界を発生する同一の磁気材料内にとじ込められるヨ
ーク無し磁石、および、前記ヨーク付き磁石およびヨー
ク無し磁石の両方の特性を組合わせる混成型磁石に分類
可能である。図５（ａ）は、矩形の１側面に直角な均等
な磁界を発生するよう設計された矩形断面を有する典型
的な二次元ヨーク付き構造の第１の象限を示す。該構造
は、図３に示したものと同様に、Ｋ＝0.4となるよう設
計されている。太線はμ＝∞の材料からなる理想的なヨ
ークを示し、破線は誘導磁界の力線を示す。なお、２
つの磁気プリズムの残留磁気は、等しい大きさJ1を有
し、反対方向に向いている。図５の外部境界のサイズ2x
1、2y1は、 によって得られ、ここで、2xQ、2yQは、矩形空洞のサイ
ズである。図５は、ｘ＞x0の領域において、誘導磁界
の磁束が、前記空洞の外部で、前記ヨークと磁気材料と
の間で循環する、ことを示す。こうして、該ヨーク付き
磁石においては、従来の磁石と同様に、前記磁気材料に
蓄えられたエネルギの一部が周辺磁界に浪費される。
図５（ｂ）は、図５（ａ）と同じＫ＝0.4および矩形
空洞を得るよう設計されたヨーク無し構造体の第１の象
限を示す。破線によって示す誘導磁界の磁束は、磁気
材料内にとじ込められる。ヨーク無し磁石は磁界の発生
およびとじ込めという２つの機能を実行するので、図５
（ｂ）のヨーク無し磁石は、図５（ａ）の磁石より相当
多い量の磁気材料を使用する。
空洞を得るよう設計されたヨーク無し構造体の第１の象
限を示す。破線によって示す誘導磁界の磁束は、磁気
材料内にとじ込められる。ヨーク無し磁石は磁界の発生
およびとじ込めという２つの機能を実行するので、図５
（ｂ）のヨーク無し磁石は、図５（ａ）の磁石より相当
多い量の磁気材料を使用する。
図６の磁気構造は、図５におけるものと同じＫ値およ
び矩形空洞を得るよう設計されているので、混成型磁石
の一例である。図６において、図５（ａ）のｘ＞x0領域
における磁気構造は、磁界をとじ込め前記式14を満足さ
せるよう設計された２つの三角形要素によって代替され
ている。前記三角形要素の残留磁気はこれらの外面に直
角であり、図６のポイントＴの座標は、 である。
び矩形空洞を得るよう設計されているので、混成型磁石
の一例である。図６において、図５（ａ）のｘ＞x0領域
における磁気構造は、磁界をとじ込め前記式14を満足さ
せるよう設計された２つの三角形要素によって代替され
ている。前記三角形要素の残留磁気はこれらの外面に直
角であり、図６のポイントＴの座標は、 である。
図６における２つのヨーク無し、三角形要素の外部の
磁界は、ゼロである。その結果、前記混成型磁石の外部
ヨークのただ１つの機能は、磁気材料の矩形要素によっ
て発生された磁束を閉じることである。図６における外
方の破線は、図５（ａ）のものと同じ外部ヨークを選択
した場合を示す。図６の混成型磁石における磁気材料使
用量が、前記ヨーク付き磁石における磁気材料使用量に
比べて減少できる、ということは明らかである。パラメ
ータＫに対する、サイズがx0＝3/2y0である矩形空洞を
有する３種類の二次元磁石の良さの指数が、図７に示さ
れている。
磁界は、ゼロである。その結果、前記混成型磁石の外部
ヨークのただ１つの機能は、磁気材料の矩形要素によっ
て発生された磁束を閉じることである。図６における外
方の破線は、図５（ａ）のものと同じ外部ヨークを選択
した場合を示す。図６の混成型磁石における磁気材料使
用量が、前記ヨーク付き磁石における磁気材料使用量に
比べて減少できる、ということは明らかである。パラメ
ータＫに対する、サイズがx0＝3/2y0である矩形空洞を
有する３種類の二次元磁石の良さの指数が、図７に示さ
れている。
図５（ａ）、図５（ｂ）および図６は、矩形空洞を包
囲する磁気構造の象限の断面図である。図５（ａ）、図
５（ｂ）および図６に示した３種類の構造は、 ０＜Ｋ＜１ （22） の範囲内のＫの値を発生可能である。これらの図に示さ
れた構造、および、後で説明する構造において、矢印を
含む斜線領域は、前記矢印の方向の残留磁気を有する永
久磁石を示す。太い実線は等電位線を示し、細い実線は
等電位線を示し、太い破線は任意のヨーク材料を示す。
図５（ａ）および図６における閉じられたヨークは、前
記磁石を包囲する領域の外部磁界から、ヨーク付き磁石
および混成型磁石をシールドする。これに対して、図５
（ｂ）のヨーク無し構造は、外部磁界を透過させる。こ
のため、図５（ｂ）のヨーク無し構造が他の磁石内に挿
入された場合、消磁曲線が有効である限り、前記空洞内
の磁界は、外部磁石によって発生された磁界の値によっ
て増加する。これは、良さの指数を大きくし且つ１より
大きいＫの値に到達することを可能にする本発明に従う
多層構造の基本原理である。
囲する磁気構造の象限の断面図である。図５（ａ）、図
５（ｂ）および図６に示した３種類の構造は、 ０＜Ｋ＜１ （22） の範囲内のＫの値を発生可能である。これらの図に示さ
れた構造、および、後で説明する構造において、矢印を
含む斜線領域は、前記矢印の方向の残留磁気を有する永
久磁石を示す。太い実線は等電位線を示し、細い実線は
等電位線を示し、太い破線は任意のヨーク材料を示す。
図５（ａ）および図６における閉じられたヨークは、前
記磁石を包囲する領域の外部磁界から、ヨーク付き磁石
および混成型磁石をシールドする。これに対して、図５
（ｂ）のヨーク無し構造は、外部磁界を透過させる。こ
のため、図５（ｂ）のヨーク無し構造が他の磁石内に挿
入された場合、消磁曲線が有効である限り、前記空洞内
の磁界は、外部磁石によって発生された磁界の値によっ
て増加する。これは、良さの指数を大きくし且つ１より
大きいＫの値に到達することを可能にする本発明に従う
多層構造の基本原理である。
多層構造によって実現される良さの指数の向上は、図
８に示すように、ｎ個の側面を有する正多面形の空洞の
周囲に設計された、単層磁石に関する良さの指数Ｍ′の
最適値と、二層磁石に関する良さの指数Ｍ″とを比較す
ることによって、明らかであろう。
８に示すように、ｎ個の側面を有する正多面形の空洞の
周囲に設計された、単層磁石に関する良さの指数Ｍ′の
最適値と、二層磁石に関する良さの指数Ｍ″とを比較す
ることによって、明らかであろう。
多層構造は、異なる磁気特性を有する層によって構成
可能である。残留磁気J1を有する材料からなるヨーク無
し二次元構造において、前記空洞内の磁界が変化せずに
維持されるよう、該構造の外部における前記材料の薄い
層が、除去され、残留磁気J2≠J1を有する材料の薄い層
によって代替されている、と仮定する。Arが除去された
残留磁気J1を有する材料の面積であり、A2が残留磁気J2
を有する新たな材料の面積であるとした場合、前記空洞
内部の磁界は、 ArJ1A2J2 （23） である場合には変化しない。また、M0が良さの指数であ
り、A0が残留磁気J1を有するオリジナル構造の断面積で
あるとした場合、二層構造の良さの指数は、 である。ここで、K0およびA0は、Ar＝０である場合にお
けるＫおよびA1の値である。前記式23により、前記式24
は、 であり、ここで、 である。前記薄い層に関する仮定により、Ar＜∧０およ
び前記式25は、 J2＜J1 （28） である限り、 μ＞μ０ （27） となる。さらに、 である値K0を想定する。Arが大きくなるのに伴い、残留
磁気J1を有する材料の残留面積A0〜Arは、 によって得られる磁界を発生する最小値になる。一方、
前記磁気材料の磁気構造が前記式30を満足させるとき、
J1に等しい誘導磁界を発生するために必要な残留磁気J2
の材料の面積A2は無限大となる。すなわち、良さの指数
がゼロになる。図９におけるＭの最大値の横座標はＫが
大きくなるのに伴って大きくなり、ＫがJ2/J1に比べて
十分小さい場合、該Ｍの最大値は、 の範囲外になる。
可能である。残留磁気J1を有する材料からなるヨーク無
し二次元構造において、前記空洞内の磁界が変化せずに
維持されるよう、該構造の外部における前記材料の薄い
層が、除去され、残留磁気J2≠J1を有する材料の薄い層
によって代替されている、と仮定する。Arが除去された
残留磁気J1を有する材料の面積であり、A2が残留磁気J2
を有する新たな材料の面積であるとした場合、前記空洞
内部の磁界は、 ArJ1A2J2 （23） である場合には変化しない。また、M0が良さの指数であ
り、A0が残留磁気J1を有するオリジナル構造の断面積で
あるとした場合、二層構造の良さの指数は、 である。ここで、K0およびA0は、Ar＝０である場合にお
けるＫおよびA1の値である。前記式23により、前記式24
は、 であり、ここで、 である。前記薄い層に関する仮定により、Ar＜∧０およ
び前記式25は、 J2＜J1 （28） である限り、 μ＞μ０ （27） となる。さらに、 である値K0を想定する。Arが大きくなるのに伴い、残留
磁気J1を有する材料の残留面積A0〜Arは、 によって得られる磁界を発生する最小値になる。一方、
前記磁気材料の磁気構造が前記式30を満足させるとき、
J1に等しい誘導磁界を発生するために必要な残留磁気J2
の材料の面積A2は無限大となる。すなわち、良さの指数
がゼロになる。図９におけるＭの最大値の横座標はＫが
大きくなるのに伴って大きくなり、ＫがJ2/J1に比べて
十分小さい場合、該Ｍの最大値は、 の範囲外になる。
こうして、Ｋ＜＜J2/J1である場合、残留磁気J1を有
する材料を、全面的に、それより小さい残留磁気を有す
る材料で代替することによって、より効率的な設計が実
現される。逆に、Ｋが大きくなると、より小さい残留磁
気を有する外部層の使用することによって、より高い効
率が得られ、高残留磁気を有する材料を節約できる。こ
のことは、高価な希土類合金を使用して設計された磁石
については、特に重要である。
する材料を、全面的に、それより小さい残留磁気を有す
る材料で代替することによって、より効率的な設計が実
現される。逆に、Ｋが大きくなると、より小さい残留磁
気を有する外部層の使用することによって、より高い効
率が得られ、高残留磁気を有する材料を節約できる。こ
のことは、高価な希土類合金を使用して設計された磁石
については、特に重要である。
従来の設計に対する良さの指数の向上は、前記空洞を
閉塞することによって達成される。特に多層のヨーク無
し構造からなる今日の設計は、磁気材料の残留磁気程度
の磁界によって、高い値の良さの指数を達成することを
可能にする。
閉塞することによって達成される。特に多層のヨーク無
し構造からなる今日の設計は、磁気材料の残留磁気程度
の磁界によって、高い値の良さの指数を達成することを
可能にする。
ここで、0.44Tの均等な磁界を発生することが可能な
二次元構造設計を想定する。単層設計は、K2が約0.367
となるよう希土類材料に基づいて設計されなければなら
ず、これらの構成に関する基本的なヨーク無し、ヨーク
付きおよび混成型構造は、図10、図11および図12に示さ
れている。これらの構造に関する良さの指数Ｍの値、お
よび、トン／メートル単位の重量Ｗは、図13に示されて
いる。K2＝0.183を得るよう設計された希土類構造に比
べて、上述のように向上したK2の値は、良さの指数を大
幅に高くするものである。また、前記混成型構造は、Ｍ
の最高値を実現し、最小の磁気材料使用量を実現する。
二次元構造設計を想定する。単層設計は、K2が約0.367
となるよう希土類材料に基づいて設計されなければなら
ず、これらの構成に関する基本的なヨーク無し、ヨーク
付きおよび混成型構造は、図10、図11および図12に示さ
れている。これらの構造に関する良さの指数Ｍの値、お
よび、トン／メートル単位の重量Ｗは、図13に示されて
いる。K2＝0.183を得るよう設計された希土類構造に比
べて、上述のように向上したK2の値は、良さの指数を大
幅に高くするものである。また、前記混成型構造は、Ｍ
の最高値を実現し、最小の磁気材料使用量を実現する。
高磁界レベルにおいて、前記多層設計手法は、多層フ
ェライト構造から希土類層とフェライト層との組合わせ
に及ぶ幾つかの解決策を提供する。例えば、図10のヨー
ク無し構造を想定し、前記式23によって得られる磁界強
度が変化せず維持されるよう、外構造の外部における希
土類材料の薄い層が、除去され、フェライト材料の層に
よって代替されている、と仮定する。本発明によると、
この新たな構造の良さの指数が向上される。しかし、こ
の向上は、前記構造の外部の薄い層が内方層より低い残
留磁気を有する材料によって代替される場合にのみ、実
現される。
ェライト構造から希土類層とフェライト層との組合わせ
に及ぶ幾つかの解決策を提供する。例えば、図10のヨー
ク無し構造を想定し、前記式23によって得られる磁界強
度が変化せず維持されるよう、外構造の外部における希
土類材料の薄い層が、除去され、フェライト材料の層に
よって代替されている、と仮定する。本発明によると、
この新たな構造の良さの指数が向上される。しかし、こ
の向上は、前記構造の外部の薄い層が内方層より低い残
留磁気を有する材料によって代替される場合にのみ、実
現される。
これらの理由により、前記0.44Tの磁界は、希土類材
料からなる内方無ヨーク構造とフェライトからなる外方
層とを組合わせた２つの層設計によって実現される。図
14の略図において、前記内方層は、0.183のK2の値を得
るよう設計された同一の希土類からなるヨーク無し磁石
であり、前記外方層は、前記内方層を包含する矩形空洞
の周囲に設計された混成型フェライト磁石である。前記
フェライト磁石のK1の値は、0.5である。このため、図1
4の略図において、前記２つの層は前記空洞内の磁界に
等しく貢献する。
料からなる内方無ヨーク構造とフェライトからなる外方
層とを組合わせた２つの層設計によって実現される。図
14の略図において、前記内方層は、0.183のK2の値を得
るよう設計された同一の希土類からなるヨーク無し磁石
であり、前記外方層は、前記内方層を包含する矩形空洞
の周囲に設計された混成型フェライト磁石である。前記
フェライト磁石のK1の値は、0.5である。このため、図1
4の略図において、前記２つの層は前記空洞内の磁界に
等しく貢献する。
図16の二層磁石の良さの指数は Ｍ0.159 （32） であり、前記フェライトおよび希土類層の重量は、 である。
より大きい良さの指数は、前記二層磁石の内方層とし
て図15の混成型希土類磁石を使用することによって、実
現可能である。図15の混成型構造は、前記無限透磁率ヨ
ークを、図16に示した永久磁石材料の能動的ヨークによ
って代替することによって、前記外部フェライト磁石の
磁界を透過させることが可能になる。さらに、希土類磁
石の磁束を閉じるために磁化されたフェライトが使用さ
れる場合、図15の混成型構造は、図17の構造に変換され
る。無限透磁率を有する材料からなるヨークの一部は、
＝２の条件を満足させる矩形のフェライト永久磁石
要素によって分路される。こうして、前記フェライト分
路のサイズX1は、 である。
て図15の混成型希土類磁石を使用することによって、実
現可能である。図15の混成型構造は、前記無限透磁率ヨ
ークを、図16に示した永久磁石材料の能動的ヨークによ
って代替することによって、前記外部フェライト磁石の
磁界を透過させることが可能になる。さらに、希土類磁
石の磁束を閉じるために磁化されたフェライトが使用さ
れる場合、図15の混成型構造は、図17の構造に変換され
る。無限透磁率を有する材料からなるヨークの一部は、
＝２の条件を満足させる矩形のフェライト永久磁石
要素によって分路される。こうして、前記フェライト分
路のサイズX1は、 である。
図18は、同じ値K1＝0.55を得るよう設計された外部フ
ェライト磁石を有する混成型二層構造を示す。図18の構
造の良さの指数は、 Ｍ0.182 （35） であり、前記フェライトおよび希土類層の重量は、 である。
ェライト磁石を有する混成型二層構造を示す。図18の構
造の良さの指数は、 Ｍ0.182 （35） であり、前記フェライトおよび希土類層の重量は、 である。
予想できるように、図18の構造に使用される希土類材
料の量は、図14の構造より相当少ない。これらの構造の
両方は、図13にリストされているように、同じ磁界（K2
＝0.367）を得るよう設計された混成型単層磁石に比べ
て、希土類材料の使用量を大幅に減少できるものであ
る。図18の構造は、使用されるフェライト材料の量がか
なり多いが、良さの指数の最高値を示す。両前記構造に
おいて、希土類内方層によって発生される磁束は前記内
方層自体内にとじ込められるので、図14および図18の略
図において外方の太線によって示される外部ヨークは、
外方フェライト層によって発生される磁束を運ぶ。
料の量は、図14の構造より相当少ない。これらの構造の
両方は、図13にリストされているように、同じ磁界（K2
＝0.367）を得るよう設計された混成型単層磁石に比べ
て、希土類材料の使用量を大幅に減少できるものであ
る。図18の構造は、使用されるフェライト材料の量がか
なり多いが、良さの指数の最高値を示す。両前記構造に
おいて、希土類内方層によって発生される磁束は前記内
方層自体内にとじ込められるので、図14および図18の略
図において外方の太線によって示される外部ヨークは、
外方フェライト層によって発生される磁束を運ぶ。
本発明の他の実施例によると、等電位領域内に誘導磁
束の磁束を閉塞することは、常に、高磁界、強磁性ヨ
ークを、その要素内において となるよう設計された磁化率がゼロの磁気材料からなる
ヨークで代替することによって、実現可能である。こう
して、μ＝∞の受動的ヨークは、磁化された材料からな
る能動的ヨークによって代替可能である。図16には、斜
線が引かれた外方領域（左から右）が式47の条件を満足
させる磁気材料である。この種の構成が示されている。
太線矢印は、該構造の各要素の外方境界線に平行な残留
磁気の向きを示す。図16の形状は、矩形領域（V0V1S
1S0）の残留磁気J1に等しい残留磁気を選択した場合に
対応している。（V0V1）は、この領域と、その外方境界
線がｘ軸に対して角度Θを形成する前記新たな構造の三
角形要素との間の界面である。μ＝∞である理想的な強
磁性ヨークの場合と同様に、残留磁気１を有する他の
２つの要素の内方境界線は任意に選択可能である。図16
は、（V1U1S2）が、残留磁気1,2、2,1を有する領域
と能動的ヨークの２つの要素との間の界面である特定の
例を示す。
束の磁束を閉塞することは、常に、高磁界、強磁性ヨ
ークを、その要素内において となるよう設計された磁化率がゼロの磁気材料からなる
ヨークで代替することによって、実現可能である。こう
して、μ＝∞の受動的ヨークは、磁化された材料からな
る能動的ヨークによって代替可能である。図16には、斜
線が引かれた外方領域（左から右）が式47の条件を満足
させる磁気材料である。この種の構成が示されている。
太線矢印は、該構造の各要素の外方境界線に平行な残留
磁気の向きを示す。図16の形状は、矩形領域（V0V1S
1S0）の残留磁気J1に等しい残留磁気を選択した場合に
対応している。（V0V1）は、この領域と、その外方境界
線がｘ軸に対して角度Θを形成する前記新たな構造の三
角形要素との間の界面である。μ＝∞である理想的な強
磁性ヨークの場合と同様に、残留磁気１を有する他の
２つの要素の内方境界線は任意に選択可能である。図16
は、（V1U1S2）が、残留磁気1,2、2,1を有する領域
と能動的ヨークの２つの要素との間の界面である特定の
例を示す。
図16の例と、上述した方法で設計されたヨーク無し単
層磁石とを比較するために、図16における破線は、同じ
Ｋの値を得るよう矩形空洞（0,S0,S1,S2）の周囲に設計
された磁石の外方境界線を示している。前記２つの磁気
構造間の合計面積の差は、極めて明らかである。各要素
が誘導磁界の磁束を発生して、運ぶ上記の方法で設計
された無ヨーク磁石は、磁気材料の量を大幅に減少でき
る。
層磁石とを比較するために、図16における破線は、同じ
Ｋの値を得るよう矩形空洞（0,S0,S1,S2）の周囲に設計
された磁石の外方境界線を示している。前記２つの磁気
構造間の合計面積の差は、極めて明らかである。各要素
が誘導磁界の磁束を発生して、運ぶ上記の方法で設計
された無ヨーク磁石は、磁気材料の量を大幅に減少でき
る。
こうして、図16において斜線で示した磁気構造は、外
方磁気層を透過させるヨーク無し構造を示し、この構成
は、例えば図11のヨーク付き構造を全面的に代替したも
のである。代案として、図16に示すように、前記ヨーク
Ｙの前記内方層の右側に位置する部分が磁気分路Ｓによ
って代替されてもよい。前記分路は、前記内方層の材料
と同じ残留磁気を有してもよいが、より低い残留磁気を
有する材料で構成するのがより経済的である。また、図
19の分路構造に従って形成された混成型内方層は、任意
の方向に向いた、例えば外方層からの磁界を透過させ
る。こうして、この発明に従う前記分路は、能動的要素
によって、高透磁率材料からなる基本的なヨークのすべ
てまたは一部を代替する。
方磁気層を透過させるヨーク無し構造を示し、この構成
は、例えば図11のヨーク付き構造を全面的に代替したも
のである。代案として、図16に示すように、前記ヨーク
Ｙの前記内方層の右側に位置する部分が磁気分路Ｓによ
って代替されてもよい。前記分路は、前記内方層の材料
と同じ残留磁気を有してもよいが、より低い残留磁気を
有する材料で構成するのがより経済的である。また、図
19の分路構造に従って形成された混成型内方層は、任意
の方向に向いた、例えば外方層からの磁界を透過させ
る。こうして、この発明に従う前記分路は、能動的要素
によって、高透磁率材料からなる基本的なヨークのすべ
てまたは一部を代替する。
もちろん、この発明に従うと、例えば図16および図19
に示したような形態で、単層磁気構造に分路を使用して
も有利な効果が達成される。
に示したような形態で、単層磁気構造に分路を使用して
も有利な効果が達成される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01F 7/02
Claims (9)
- 【請求項１】複数の永久磁気材料層からなり、各前記永
久磁気材料層が、内方側面を有し、最も内方の前記層内
の空洞内において、対応する前記内方側面の一部に直角
な均等な磁界を発生するよう位置しており、各々の前記
内方側面の一部が相互に平行しており、前記複数の永久
磁気材料層が内方層と外方層とを備えており、前記内方
層が、前記外方層の磁界と同じ方向の磁界を発生するよ
う、前記外方層の空洞内に位置しており、前記外方層
が、前記内方層より低い残留磁気を有する永久磁気材料
からなり、各前記永久磁気材料層が、該層より下方の前
記永久磁気材料層の残留磁気より小さい残留磁気を有す
る材料からなる ことを特徴とする高強度永久磁石。 - 【請求項２】前記永久磁石の外方層がヨーク付きであ
り、前記永久磁石の内方層がヨーク無しである請求の範
囲第１項に記載の高強度永久磁石。 - 【請求項３】前記永久磁石の外方層が混成型であり、前
記永久磁石の内方層がヨーク無しである請求の範囲第１
項に記載の高強度永久磁石。 - 【請求項４】前記永久磁石の外方層がヨーク無しであ
り、前記永久磁石の内方層がヨーク無しである請求の範
囲第１項に記載の高強度永久磁石。 - 【請求項５】前記外方層がヨーク付きであり、前記内方
層に非永久的に磁化された部分的ヨークと、前記部分的
ヨークを分路させるために取り付けられた永久磁気材料
からなる分路とをさらに備えた請求の範囲第１項に記載
の高強度永久磁石。 - 【請求項６】前記外方層がヨーク付きであり、前記内方
層が永久磁気材料からなる分路を備えた請求の範囲第１
項に記載の高強度永久磁石。 - 【請求項７】所定の断面に空洞の側面を包囲していて前
記空洞内に均等な磁界を発生する、ある特定の残留磁気
を有する永久磁気材料の層と、少なくとも部分的に永久
磁気材料からなっており、前記空洞から見て前記磁気材
料の層の外部に設けられた、前記層によって発生された
磁束ための帰還路とを備えた永久磁気構造。 - 【請求項８】前記帰還路の一部が、磁化されていない受
動的な材料からなるヨークによって構成されている請求
の範囲第７項に記載の永久磁気構造。 - 【請求項９】第１の空洞の壁部を形成する第１の内方側
面を有する永久磁気材料からなる第１の層であって、前
記第１の空洞を形成する前記第１の側面に直角な均等な
磁界を発生するよう位置した前記第１の層と、前記第１
の空洞内に設けられていて、第２の空洞の壁部を形成す
る第２の内方側面を有する永久磁気材料からなる第２の
層であって、前記第２の空洞を形成する前記第１の側面
に直角で、前記第１の層によって発生された磁界と同じ
方向の均等な磁界発生するよう位置した前記第２の層と
を備えており、前記第１の層が前記第２の層の残留磁気
より小さい残留磁気を有する磁気材料からなる ことを特徴とする高強度永久磁石。
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