JP4761483B2 - 電磁石、磁場印加装置および磁場印加システム - Google Patents
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Description
第1のヨーク周囲に巻き回された巻線導体と、
軟強磁性体からなり円形状の開口部を有するヨーク(第2のヨーク)とを有し、
第1のヨークの先端の中心軸と第2のヨークの開口部の中心軸とが一致しており、
第1のヨークの先端を含み前記中心軸を法線とする面(区画面)で分割される空間領域のうち第1のヨークが存在する領域とは反対側の空間領域を磁場発生領域とし、
第2のヨークの前記開口部が形成される一面が前記区画面とほぼ同一面にある電磁石であって、
磁場発生領域内に設置する試料位置と巻線導体に流す電流方向とを変化させることにより、試料に任意方向の磁場を印加可能な電磁石、を用いることにより解決可能である。
巻線導体の印加電流と電磁石に対する相対位置と発生磁場のベクトルあるいは向きと強度との関係を示す、電流と位置と発生磁場の関係テーブルが記憶されている記憶装置と、巻線導体に印加電流を与えるための電源と、試料ステージ上の試料に印加しようとする磁場ベクトルに応じて、前記テーブルを参照して、電磁石と試料ステージとの相対移動位置と巻線導体の印加電流値を算出し、移動機構へ試料ステージを算出した位置へ移動させる命令を発するとともに、電源へ算出した印加電流値を印加する命令を発する情報処理装置と、を有することを特徴とする。
本発明に係る電磁石の一形態を図1に示す。この電磁石は中心軸を有する回転対称の形状である。図1の左上は断面図、左下は断面の中心ヨーク先端部分付近の拡大図、右上は斜視図、右下は中心ヨーク先端部分付近の拡大図である。すなわち、軟強磁性体からなり先端が円形状である中心ヨーク(第1のヨーク1)と、第1のヨーク周囲に巻き回された巻線導体4と、軟強磁性体からなり円形状の開口部3を有するヨーク(第2のヨーク2)とを有し、さらに、小さいアンペアターンでより強い磁場を発生するために第2のヨーク2は巻線導体4の外周部を囲う形状で、第1のヨーク1の先端とは逆の他端へ第2のヨーク2を通って磁束を導く形状であり、第1のヨーク1とあわせて磁路を形成している。中心軸5を含む面の断面形状を図2に示す。寸法は図に示す通りであり、単位はmmである。
本発明に係る電磁石の一形態について、中心軸(中心軸)を含む面の断面形状を図7に示す。電磁石全体の形状は図7の断面形状を中心軸に対して360度回転させた形状である。寸法は図に示す通りであり、単位はmmである。第1の実施の形態とは異なり、開口部3の内径が第1のヨーク1の外径よりも大きく設定されている。
本発明に係る電磁石の一形態について、中心軸(中心軸)を含む面の断面形状を図10に示す。電磁石全体の形状は図10の断面形状を中心軸に対して360度回転させた形状である。寸法は図に示す通りであり、単位はmmである。
本発明に係る電磁石の一形態について、中心軸(中心軸)を含む面の断面形状を図13に示す。電磁石全体の形状は図13の断面形状を中心軸に対して360度回転させた形状である。寸法は図に示す通りであり、単位はmmである。
本発明に係る電磁石の一形態について、中心軸(中心軸)を含む面の断面形状を図16に示す。電磁石全体の形状は図16の断面形状を中心軸に対して360度回転させた形状である。寸法は図に示す通りであり、単位はmmである。
本発明に係る電磁石の一形態について、中心軸(中心軸)を含む面の断面形状を図19に示す。電磁石全体の形状は図19の断面形状を中心軸に対して360度回転させた形状である。寸法は図に示す通りであり、単位はmmである。第6の実施の形態では、第1のヨーク1は円柱形状であり傾斜部は設けられていない。
本発明に係る電磁石の一形態について、中心軸(中心軸)を含む面の断面形状を図22に示す。電磁石全体の形状は図22の断面形状を中心軸5に対して360度回転させた形状である。寸法は図に示す通りである。第1のヨーク1の先端形状と特性との関係を把握するために、第1のヨーク先端半径(C1)を変化させた形状について、図22の形状を対象として有限要素法の電磁場解析を実施し、各位置の磁場分布を算出した。なお、第1のヨーク1の先端と第2のヨーク2の開口部3とのギャップC2は20mmで一定とした。なお、C1が6mmの場合は図2に示す形状、50mmの場合は図19に示す形状と同じである。
本発明に係る電磁石の比較例について、中心軸(中心軸)を含む断面形状を図24に示す。電磁石全体の形状は図24の断面形状を中心軸に対して360度回転させた形状である。寸法は図に示す通りであり、単位はmmである。この比較例では、第2のヨークが設けられていない。傾斜部の形状は、第1の実施の形態と同じである。
本発明に係る電磁石の比較例について、中心軸(中心軸)を含む断面形状を図27に示す。電磁石全体の形状は図27の断面形状を中心軸に対して360度回転させた形状である。寸法は図に示す通りであり、単位はmmである。この比較例では、第1のヨークが設けられていない。第2のヨークの形状は、図10と同じである。
本発明に係る電磁石の一形態を図30に示す。図30の左上は上面図、左下はA−A’断面図、右上は斜視図、右下はB−B’断面図である。すなわち、先端が円形状である中心ヨーク1(第1のヨーク)と円形状の開口部3を有するヨーク2(第2のヨーク)とが中心軸が一致するように配置されているが、第2のヨーク2の外形が円形状ではない形状の電磁石である。図30に示すように、上面部2aは矩形形状であり、円筒形の本体部2bの円周の一端から中心方向に張り出すように設けられている。
本発明に係る磁場印加装置の構成例を図33に示す。図33の上図は磁場印加装置の全体図、下図は試料付近の拡大図である。本発明に係る電磁石の磁場発生領域に試料ステージ7が配置され、試料ステージ7は電磁石6に対して水平移動(図33において横方向の移動)が可能となっている。試料8を試料ステージ7とともに移動させることによって試料8に任意方向の磁場を印加可能な構成となっている。
本発明に係る磁場印加システムの構成図を図34に示す。すなわち、本発明に磁場印加装置と、前記電磁石と試料ステージとを相対的に移動させるための移動機構と、巻線導体の印加電流と電磁石に対する相対位置と発生磁場のベクトルあるいは向きと強度との関係を示す、電流と位置と発生磁場の関係テーブルが記憶されている記憶装置と、巻線導体に印加電流を与えるための電源と、試料ステージ上の試料に印加しようとする磁場ベクトルに応じて、前記テーブルを参照して、電磁石と試料ステージとの相対移動位置と巻線導体の印加電流値を算出し、移動機構へ試料ステージを算出した位置へ移動させる命令を発するとともに、電源へ算出した印加電流値を印加する命令を発する情報処理装置と、を有する、試料に任意方向の磁場を印加可能な磁場印加システムである。
2 第2のヨーク
3 第2のヨークの開口部
4 巻線導体
5 中心軸
6 電磁石
7 試料ステージ
8 試料
Claims (7)
- 軟強磁性体からなり先端付近の断面が円形状である中心ヨーク(第1のヨーク)と、
第1のヨーク周囲に巻き回された巻線導体と、
軟強磁性体からなり円形状の開口部を有するヨーク(第2のヨーク)とを有し、
第1のヨークの先端の中心軸と第2のヨークの開口部の中心軸とが一致しており、
第1のヨークの先端を含み前記中心軸を法線とする面(区画面)で分割される空間領域のうち第1のヨークが存在する領域とは反対側の領域を磁場発生領域とし、
第2のヨークの前記開口部が形成される一面が前記区画面とほぼ同一面にある電磁石であって、
磁場発生領域内に設置する試料位置と巻線導体に流す電流方向とを変化させることにより、試料に任意方向の磁場を印加可能な電磁石。 - 前記第1のヨークは、円柱部と、先端に向かうほど小径となるような傾斜部を備えている、請求項1に記載の電磁石。
- 前記第2のヨークの前記開口部の内径が前記第1のヨークの前記円柱部の外径よりも小さく設定され、かつ、前記開口部が前記傾斜部に対向するように配置されている、請求項2に記載の電磁石。
- 前記第1のヨークの先端と、前記第2のヨークの前記一面が同一平面上に位置する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電磁石。
- 前記第1のヨークは円柱部を有するとともに、前記第2のヨークの前記開口部の内径が前記円柱部の外径よりも大きく設定され、かつ、前記開口部が前記巻線導体の上部に位置している、請求項1,2,4のいずれか1項に記載の電磁石。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の電磁石と、前記電磁石の磁場発生領域に配置され、前記電磁石に対して相対的に移動可能な試料ステージとを有する、試料ステージ上の試料に任意方向の磁場を印加可能な磁場印加装置。
- 請求項6に記載の磁場印加装置と、
前記電磁石と試料ステージとを相対的に移動させるための移動機構と、
巻線導体の印加電流と電磁石に対する相対位置と発生磁場のベクトルあるいは向きと強度との関係を示す、電流と位置と発生磁場の関係テーブルが記憶されている記憶装置と、
巻線導体に印加電流を与えるための電源と、
試料ステージ上の試料に印加しようとする磁場ベクトルに応じて、前記テーブルを参照して、電磁石と試料ステージとの相対移動位置と巻線導体の印加電流値を算出し、移動機構へ試料ステージを算出した位置へ移動させる命令を発するとともに、電源へ算出した印加電流値を印加する命令を発する情報処理装置と、
を有する、試料に任意方向の磁場を印加可能な磁場印加システム。
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