JP4369345B2 - 磁場発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、漏れ磁場を抑制かつ制御する磁場発生装置、及び、一定範囲の強さの漏れ磁場の分布を制御する漏れ磁場分布制御方法に関するものである。

従来から、磁場発生装置は公知となっている。例えば、下記特許文献１に開示されるものがある。特許文献１のものは、予め定められた空間に予め定められた方向の静磁場を発生する手段と、この静磁場発生手段からの漏洩磁場を打消す磁場を発生する手段と、前記静磁場発生手段および打消し磁場発生手段間に配置された磁性材でつくられた磁気シールドとを備え、前記打消し磁場発生手段はクライオスタットレス形であることを特徴とする磁場発生装置である。
特開平６−６９０２７号公報

しかし、特許文献１のものは、鉄等の磁性材でつくられた磁気シールドを用いており、装置自体が非常に重く、しかも大型化してしまうという問題がある。また、特許文献１のものは、一定の強さの漏れ磁場分布形状が楕円型のものである。そのため、関連装置等を設置したり、装置周辺で作業したりする際、どの程度の強さの漏れ磁場がどこまで分布しているかを把握してから設置するという作業が必要となることがある。

そこで、本発明の目的は、鉄等の磁性材でつくられた磁気シールドを用いずに、簡易な構成でありながら漏れ磁場を抑制し、しかも一定範囲の強さにおける漏れ磁場分布を制御する軽量の磁場発生装置、及び、一定範囲の強さの漏れ磁場の分布を制御する漏れ磁場分布制御方法を提供することである。

課題を解決するための手段及び効果

本発明は、主磁場を発生する少なくとも１つの主コイルと、漏れ磁場を抑制する複数の反転磁場コイルとを備える磁場発生装置であって、前記主コイルの中心軸を通る前記装置の断面形状の少なくとも１つが略矩形であり、前記略矩形の前記装置断面と同平面上の前記漏れ磁場の断面が四隅に曲部を有する略矩形に形成されるものである。
これにより、関連装置等を設置したり、磁場発生装置周辺で作業したりする際、どの程度の強さの漏れ磁場がどこまで分布しているかを容易に把握できるので、設置作業等を簡便にしかも迅速に行うことができる。

本発明は、主磁場を発生する少なくとも１つの主コイルと、漏れ磁場を抑制する複数の反転磁場コイルとを備える磁場発生装置であって、前記中心軸を通り、地面と平行な平面上の前記装置の断面形状が略矩形であり、且つ、前記反転磁場コイルにより、前記漏れ磁場の前記平面上の断面形状が四隅に曲部を有する略矩形に形成されるものである。
これにより、関連装置等を設置したり、磁場発生装置周辺で作業したりする際、どの程度の強さの漏れ磁場がどこまで分布しているかを容易に把握できるので、設置作業等を簡便にしかも迅速に行うことができる。

本発明の磁場発生装置は、前記漏れ磁場の強度が５Ｇａｕｓｓであることが好ましい。
これにより、磁場の影響をほとんど受けることがない領域を容易に特定できるので、関連装置等を設置したり、磁場発生装置周辺で作業したりする際、設置作業等を簡便に且つ迅速に行うことができる。また、磁場の影響をほとんど受けることがない領域を考慮した磁場発生装置のシステム全体（計測装置等を含んだもの）のスペース最小化を図ることも可能となる。

本発明は、主磁場を発生する少なくとも１つの主コイルと、漏れ磁場を抑制する複数の反転磁場コイルとを備える磁場発生装置であって、前記主コイルの中心軸を通る前記装置の少なくとも１つの断面の延長上における漏れ磁場強度５Ｇａｕｓｓの等高線形状が、前記断面と略相似形状である。
これにより、磁場の影響をほとんど受けることがない領域を容易に特定できるので、関連装置等を設置したり、磁場発生装置周辺で作業したりする際、設置作業等を簡便に且つ迅速に行うことができる。また、磁場の影響をほとんど受けることがない領域を考慮した磁場発生装置のシステム全体（計測装置等を含んだもの）のスペース最小化を図ることも可能となる。

本発明の磁場発生装置は、主磁場を発生する少なくとも1つの主コイルと、前記主コイルと同軸であり、前記主コイルの両端部から所定距離離間し、かつ、前記主コイル中心に対し対称に配置され、前記主コイルからの漏れ磁場を抑制する少なくとも１対の第１反転磁場コイルと、前記主コイルと同軸であり、前記主コイル外周部に沿って配置され、前記主コイルからの漏れ磁場を抑制する少なくとも１つの第２反転磁場コイルと、前記主コイルと同軸であり、前記主コイル中心に対し対称に配置され、前記主コイルからの漏れ磁場を抑制する少なくとも１対の第３反転磁場コイルとを備える磁場発生装置であって、前記第３反転磁場コイルが、前記第１反転磁場コイルの円周延長上又は前記第１反転磁場コイルの円周延長上より前記主コイル軸方向に前記主コイルから離反する領域、かつ、前記第２反転磁場コイルの軸方向延長上又は前記第２反転磁場コイルの軸方向延長上より前記主コイル径方向に前記主コイルから離反する領域に配置されるものである。
上記構成により、簡易な構成でありながら、漏れ磁場を抑制し、しかも一定範囲の強さにおける漏れ磁場分布を制御する軽量の磁場発生装置を提供できる。これにより、関連装置等を設置したり、装置周辺で作業したりする際、どの程度の強さの漏れ磁場がどこまで分布しているかを容易に把握できるので、設置作業等を簡便にしかも迅速に行うことができる。

本発明の磁場発生装置は、主磁場を発生する少なくとも1つの主コイルと、前記主コイルと同軸であり、前記主コイルの両端部から所定距離離間し、かつ、前記主コイル中心に対し対称に配置され、前記主コイルからの漏れ磁場を抑制する少なくとも１対の第１反転磁場コイルと、前記主コイルと同軸であり、前記主コイル外周部に沿って配置され、前記主コイルからの漏れ磁場を抑制する少なくとも１つの第２反転磁場コイルと、前記主コイルと同軸であり、前記主コイル中心に対し対称に配置され、前記主コイルからの漏れ磁場を抑制する少なくとも１対の第３反転磁場コイルとを備える磁場発生装置であって、前記主コイルの端部平面を含む平面上又は前記主コイルの端部平面上より前記主コイル軸方向に前記主コイルから離反する領域、かつ、前記主コイルの外周延長上又は前記主コイルの外周延長上より前記主コイル径方向に前記主コイルから離反する領域に配置されるものである。
上記構成により、簡易な構成でありながら、漏れ磁場を抑制し、しかも一定範囲の強さにおける漏れ磁場分布を制御する軽量の磁場発生装置を提供できる。これにより、関連装置等を設置したり、装置周辺で作業したりする際、どの程度の強さの漏れ磁場がどこまで分布しているかを容易に把握できるので、設置作業等を簡便にしかも迅速に行うことができる。

以下に図面を参照しながら本発明に係る実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る磁場発生装置を示す側断面図である。
磁場発生装置１０は、低温容器１と、主磁場を発生する１つの主コイル２と、１対の第１反転磁場コイル４と、６つの第２反転磁場コイル５と、１対の第３反転磁場コイル６とを備えるものである。

低温容器１は、図１に示すように、主コイル２と、第１反転磁場コイル４と、第２反転磁場コイル５と、第３反転磁場コイル６とを内部に収容配置できるものである。また、低温容器１は、内部に液体ヘリウムや液体窒素等の冷媒を充填することにより、これらのコイルを冷却するものである。なお、低温容器１は、液体ヘリウムや液体窒素の代わりに、図示しない冷凍機を設けて各コイルと接触させることにより、各コイルを冷却することも可能である。

主コイル２は、超電導コイルで構成されており、主磁場を発生させるものである。

第１反転磁場コイル４は、主コイル２と同軸であり、主コイル２の両端部付近に主コイル２中心に対し対称に配置されるものであって、主コイル２と逆向きの電流を流すことにより、主コイル２からの漏れ磁場を抑制するものである。なお、第１反転磁場コイル４は、超電導コイルで構成されている。

第２反転磁場コイル５は、主コイル２と同軸であり、主コイル２外周部に沿って配置されるものであって、主コイル２と逆向きの電流を流すことにより、主コイル２からの漏れ磁場を抑制するものである。なお、第２反転磁場コイル５は、超電導コイルで構成されている。

第３反転磁場コイル６は、主コイル２と同軸であり、主コイル２中心に対し対称に配置されるものであり、第１反転磁場コイル４の円周延長上、かつ、第２反転磁場コイル５の軸方向延長上に配置されるものである。また、第３反転磁場コイル６に、主コイル２と逆向きの電流を流すことによって、第１反転磁場コイル及び第２反転磁場コイルとともに、主コイル２からの漏れ磁場を抑制し、制御することができるものである。なお、第３反転磁場コイル６は、超電導コイルで構成されている。

次に、磁場発生装置１０の動作について説明する。
まず、真空引きされた低温容器１内で、液体ヘリウムや液体窒素等の冷媒又は冷凍機により各コイルを冷却し、各コイルを超電導状態とする。
次に、電流を各コイルに通電させ各コイルを励磁させる。このとき、主コイル２と、各反転磁場コイル４、５、６とは、コイルを流れる電流の向きが正反対とされているものである。
これにより、漏れ磁場の抑制と制御を行うことができる。

上記実施形態によれば、図１における低温容器１の周辺部に表される点線７のように、ある強さの磁場漏れ分布の形状が低温容器１の周りを取り囲む略四角形（立体的には、主コイル２と同軸の円柱状）に制御することができる。その結果、例えば、図１において、点線７が作業のために把握しておきたい磁場分布線である場合、低温容器１外周部からの点線７の磁場漏れ分布までの距離３ａと、低温容器１端部からの点線７の磁場漏れ分布までの距離３ｂとを容易に決定できる。この値さえ把握しておけば、関連装置等を設置したり、装置周辺で作業したりする際、設置作業等を簡便にしかも迅速に行うことができる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。
各反転磁場コイル４、５、６は常電導コイルでもよく、漏れ磁場を抑制及び制御できる範囲内で、低温容器１外に設けられていてもよい。なお、低温容器１外に常電導コイルである各反転磁場コイル４、５、６を設ける場合は、主コイル２のみ冷却することとしてもよい。

また、主コイル２は２つ以上、第１反転磁場コイル４は２対以上設けられていてもよく、第２反転磁場コイル５は1つ以上設けられていればよい。

さらに、第３反転磁場コイル６は、第１反転磁場コイル４の円周延長上より主コイル２軸方向に主コイル２から離反する領域かつ第２反転磁場コイル５の軸方向延長上、第１反転磁場コイル４の円周延長上かつ第２反転磁場コイル５の軸方向延長上より主コイル２径方向に主コイル２から離反する領域、又は第１反転磁場コイル４の円周延長上より主コイル２軸方向に主コイル２から離反する領域かつ第２反転磁場コイル５の軸方向延長上より主コイル２径方向に主コイル２から離反する領域のいずれかに設けられていてもよい。また、第３反転磁場コイル６は、上記実施形態や変形例で示した領域内で２対以上設けられていてもよい。

また、本実施形態では、いわゆる横型の磁場発生装置を示したが、縦型や傾斜型の磁場発生装置としてもよい。

上記各変形例の磁場発生装置によれば、上記実施形態の磁場発生装置１０と同様の効果を得ることができる。

次に、実施例を用いて、具体的に本発明を説明する。
（実施例１）
図２に示すように、主コイル２１、第1反転磁場コイル２２ａ、２２ｂ、磁場均一度を補正するための磁場均一度補正コイル２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂ、第２反転磁場コイル２６、第３反転磁場コイル２７ａ、２７ｂのそれぞれを所定位置に配置した構成を有する実施例１の磁場発生装置を作製した。なお、図２におけるＲは主コイルの中心軸から径方向への距離、Ｚは主コイルの中心から中心軸方向（右方向を正とする）への距離を表す。ここで、各コイルの起磁力は図３の表に示す通りである。図３の表の起磁力におけるマイナスはプラスのものと反対方向に磁場を発生させるものであることを意味している。
なお、図２では、R＝０の線が各コイルの中心軸であり、R＜０以下の位置のコイルは、R＝０の線に対してR＞０以上の位置のコイルと線対称であるので省略している。

作動中の実施例１の磁場発生装置周辺の磁場分布を、数値積分を用いて算出した。算出したコイル中心軸を含む磁場分布の断面図を図４に示す。

図４から、５、５０、５００Ｇａｕｓｓの磁場漏れ分布の断面形状が四隅に曲部を有する略四角形（立体的には、主コイル２１と同軸の円柱状）に制御できたことがわかる。特に、コイルの中心軸方向の漏れ磁場を抑制し、５Ｇａｕｓｓの磁場漏れ分布の断面形状は、四隅に曲部を有する略正方形に制御できたことがわかる。

（実施例２）
図５に示すように、主コイル３１、第1反転磁場コイル３２ａ、３２ｂ、磁場均一度を補正するための磁場均一度補正コイル３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂ、第２反転磁場コイル３６ａ、３６ｂ、３７、第３反転磁場コイル３８ａ、３８ｂのそれぞれを所定位置に配置した構成を有する実施例２の磁場発生装置を作製した。ここで、各コイルの起磁力は図６の表に示す通りである。図６の表の起磁力におけるマイナスはプラスのものと反対方向に磁場を発生させるものであることを意味している。
なお、図６では、R＝０の線が各コイルの中心軸であり、R＜０以下の位置のコイルは、R＝０の線に対してR＞０以上の位置のコイルと線対称であるので省略している。

作動中の実施例２の磁場発生装置周辺の磁場分布を、数値積分を用いて算出した。算出した中心軸を含む磁場分布の断面図を図７に示す。

図７から、５、５０、５００Ｇａｕｓｓの磁場漏れ分布の形状が四隅に曲部を有する略四角形（立体的には、主コイル３１と同軸の円柱状）に制御できたことがわかる。特に、コイルの径方向の漏れ磁場を抑制し、５Ｇａｕｓｓの磁場漏れ分布の断面形状は、コイル中心軸方向に長い四隅に曲部を有する略長方形に制御できたことがわかる。

なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態や実施例に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る磁場発生装置を示す側断面図である。 本発明の実施例１に係る磁場発生装置の各コイルの配置を示す図である。 本発明の実施例１に係る磁場発生装置の各コイルの起磁力を示す表である。 本発明の実施例１に係る磁場発生装置の漏れ磁場分布の形状を示す図である。 本発明の実施例２に係る磁場発生装置の各コイルの配置を示す図である。 本発明の実施例２に係る磁場発生装置の各コイルの起磁力を示す表である。 本発明の実施例２に係る磁場発生装置の漏れ磁場分布の形状を示す図である。

符号の説明

１ 低温容器
２ 主コイル
４、２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂ 第１反転磁場コイル
５、２６、３６ａ〜３７ 第２反転磁場コイル
６、２７ａ、２７ｂ、３８ａ、３８ｂ 第３反転磁場コイル
１０ 磁場発生装置
２３ａ〜２５ｂ、３３ａ〜３５ｂ 磁場均一度補正コイル

Claims (4)

1. 主磁場を発生する少なくとも１つの主コイルと、漏れ磁場を抑制する複数の反転磁場コイルとを備える磁場発生装置であって、前記主コイルの中心軸を通る前記装置の断面形状の少なくとも１つが略矩形であり、前記略矩形の前記装置断面と同平面上の前記漏れ磁場の断面が四隅に曲部を有する略矩形に形成される磁場発生装置。
2. 主磁場を発生する少なくとも１つの主コイルと、漏れ磁場を抑制する複数の反転磁場コイルとを備える磁場発生装置であって、前記中心軸を通り、地面と平行な平面上の前記装置の断面形状が略矩形であり、且つ、前記反転磁場コイルにより、前記漏れ磁場の前記平面上の断面形状が四隅に曲部を有する略矩形に形成される磁場発生装置。
3. 前記漏れ磁場の強度が５Ｇａｕｓｓである請求項１又は２に記載の磁場発生装置。
4. 主磁場を発生する少なくとも１つの主コイルと、漏れ磁場を抑制する複数の反転磁場コイルとを備える磁場発生装置であって、前記主コイルの中心軸を通る前記装置の少なくとも１つの断面の延長上における漏れ磁場強度５Ｇａｕｓｓの等高線形状が、前記断面と略相似形状である磁場発生装置。

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