JP4794353B2 - 磁気シールド構造および磁気シールド方法 - Google Patents
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Description
(1)幅Wの板状磁性体、あるいは、それら板状磁性体の積層体を、長さ方向の端部同士で相互接触させ、磁気回路が閉じるように磁性体フレームを形成し、かつ複数の磁性体フレームを、磁性体の厚さ方向に間隙dをおいて配置する磁気シールド構造において、前記磁性体フレーム内で分布した磁束密度Bの内、最も大きな値Bmを、板状磁性体の材料特性である飽和磁束密度Bsとの比を、
0.4≦Bm/Bs≦0.9とし、
かつ、板状磁性体幅Wとフレーム間隔dの比を、
1≦d/W≦20
とし、個々の磁性体フレームあるいは複数の磁性体フレームに、銅線をコイル状に巻くことを特徴とする磁気シールド構造。
(2)前記板状磁性体が電磁鋼板あるいはパーマロイであることを特徴とする(1)に記載の磁気シールド構造。
(3)(1)記載の磁気シールド構造に遮蔽対象の磁場が印加された状態で、磁性体フレームに施された銅線コイルに交流電流を流し、徐々に交流電流を減少させ、最後に0とすることを特徴とする磁気シールド方法。
(4)前記銅線コイルに流す交流電流の実効最大到達値Imaxを、
Imax≧(1/10)・L・Hc/N
ここで、L :フレームの磁路長(m)
Hc:磁性体の保持力(A/m)
N :コイル巻き数
とすることを特徴とする(3)に記載の磁気シールド方法である。
0.4≦Bm/Bs≦0.9
とすることである。この限定理由を以下に、実験事実を元に説明する。
長手方向に圧延方向を揃えた板厚0.35mm、幅33mm、長さ300mmの方向性電磁鋼板(飽和磁束密度Bs=2.0T)を用いて積層体を作り、積層体を長さ方向端部で互いに面接合し、300mm×300mmの四角形の磁性体フレームとした。積層体をなす電磁鋼板の枚数を種々変化させることによって、磁性体フレーム内の磁束密度を変化させることができる。この磁性体フレームを20セット用意し、間隙15mmをおいて図1のように配置し磁気シールド体とした。このシールド体のd/Wは15mm/33mm≒0.45である。シールド体内部の中心に径33mm×長さ167mmの鉄心にコイルを巻いた電磁石を設置し、直流磁場を発生させた。電磁石の軸とシールド体外壁が交わる位置で、シールド体がない場合の磁場の強さが2000μT(20G)、5000μT(50G)となるよう電磁石の電流を調整した。シールド後の漏洩磁場もこの位置で測定した。この電磁石の軸と同じ高さのフレームに磁束密度検出用コイルを、図2に示すように75mmピッチで、対象性を考慮して4辺の内2辺に巻いた。直流磁束計を用いて各部の直流磁束密度を測定し、最も大きな値をBmとした。そのBmをBsで規格化したBm/Bsと漏洩磁場の関係を図3に示す。シールドなしの磁場が2000μTのときも5000μTの時も、ほぼ同じ曲線を描き、Bm/Bsの上昇に従い漏洩磁場は大きくなる。特にこの値が0.9より大きくなると漏洩磁場が急激に大きくなる。また、方向性電磁鋼板の重量を増加させBm/Bsを小さくしていった場合、0.6より小さいと漏洩磁場の大きさは一定となりシールド性能は飽和してしまう。
次に飽和磁束密度1.1Tの、Ni−Fe合金であるPCパーマロイを用いて実験を行った。厚さ1mm、幅33mm、長さ300mmのPCパーマロイ4枚を、長さ方向端部で互いに面接合し、300mm×300mmの四角形の磁性体フレームとした。この磁性体フレームを20セット用意し、間隙15mmをおいて図1のように配置し磁気シールド体とした。d/Wは15mm/33mm≒0.45である。シールド体への磁場印加には直径900mmのヘルムホルツコイルを用いた。ヘルムホルツコイルの中心にシールド体を設置し、シールド体の二つの面が磁場方向と垂直となるように向きを決めた。ヘルムホルツコイルの発生する磁場を変化させて、シールド体中心部での磁場とパーマロイフレーム内の磁束密度を測定した。印加磁場はシールド体がない状態のコイル中心で、0〜1000μT(0〜10G)とした。フレーム内磁束密度は、シールド体高さ方向最高部と中心部に図2のコイルを巻いたフレームを設置し、各コイルの電圧から検出した。フレーム内での最大磁束密度BmをBsで規格化したBm/Bsと漏洩磁場の関係を図4に示す。方向性電磁鋼板を用いた<実験1>の場合と同様、Bm/Bsが0.9より大きくなると漏洩磁場が急激に大きくなる。また、印加磁場を減少しBm/Bsを小さくしていった場合、<実験1>より小さい0.4未満の場合に漏洩磁場の大きさは一定となりシールド性能は飽和した。
1≦d/W≦20
とする。空気や光の透過性を良好に得るため下限は1以上とした。一方、上限を20以下としたのは、後に詳述する消磁操作を施しても、磁性体フレームの間隙からの磁場漏洩が無視できなくなるからである(図9参照)。
Imax≧(1/10)・L・Hc/N
とすれば、磁性体フレーム空隙からの漏洩を減少させることができる。また、Imaxの上限は、余り大きすぎると電源設備が大掛かりになり、コストや安全性の面からも相応しくないので、
Imax≦100・L・Hc/N
とすることが現実的である。
長手方向に圧延方向を揃えた、厚さ0.35mm、幅25mm、長さ900mmの方向性電磁鋼板を用いて、900mm×900mmの四角形の磁性体フレーム10段からなる高さ900mmのシールド体を作製した。磁性体フレーム一辺あたり8層の電磁鋼板を積層した。磁性体フレーム間隔は100mmで、d/Wは4である。銅線を10段の磁性体フレームにまとめて40ターン、磁気回路の磁束方向に均一にコイル状に巻きまわした。磁気シールド体の内部中心には、径100mm×長さ500mmの鉄心に銅線を巻いた電磁石を設置し磁場を発生させる。発生させる磁場は直流で、シールド体外壁が電磁石の軸と交わる位置において、シールド体がない状態で2000μT(20G)となるように調整した。この直流磁場が発生している状態で、シールド体のコイルに50Hz、実効値10Aの電流を通電し、徐々に電流を減じ、最後に0とした。電流の制御はスライダックを用いて手動で行った。
長手方向に圧延方向を揃えた、厚さ0.35mm、幅25mmおよび10mm、長さ900mmの方向性電磁鋼板を用いて、900mm×900mmの四角形の磁性体フレームからなる高さ900mmのシールド体を作製した。電磁鋼板の総量は一定のまま、磁性体フレームの間隔を変化させた。シールド体の構成を表1に示す。銅線をすべての磁性体フレームにまとめて40ターン、磁気回路の磁束方向に均一にコイル状に巻きまわした。実施例1と同様にシールド体の中心に電磁石を設置し、同じ条件で内部から磁場を発生した。この直流磁場が発生している状態で、シールド体のコイルに50Hz、実効値10Aの電流を通電し、徐々に電流を減じ、最後に0とした。電流の制御はスライダックを用いて手動で行った。
厚さ0.35mm、幅25mm、長さ900mmの、保磁力Hcが8A/mの方向性電磁鋼板を用いて、900mm×900mmの四角形の磁性体フレームを用意した。磁性体フレームの磁路長Lは、3.5mである。磁性体フレーム一辺あたりには8層の電磁鋼板を重ねた。磁性体フレームを、100mmの間隔で10段、縦方向に重ね、900mmのシールド体とした。d/Wは4.0である。次に銅線を10段の磁性体フレームにまとめて10ターン、磁気回路の磁束方向に均一にコイル状に巻きまわした。以上からこのシールド体のL・Hc/Nは、2.8Aである。実施例1と同条件で磁気シールド体の内部から磁場を発生させた。この直流磁場が発生している状態で、シールド体のコイルに周波数50Hzの電流を、最大到達値Imaxを変化させて通電し、徐々に電流を減じ、最後0とした。その後、電磁石軸がシールド体外壁面上と交わる点で漏洩磁場を測定した。Imaxと漏洩磁場を表2に示す。Imaxを(1/10)・L・Hc/N以上とすることによって、漏洩磁場は減少する。
Claims (4)
- 幅Wの板状磁性体、あるいは、それら板状磁性体の積層体を、長さ方向の端部同士で相互接触させ、磁気回路が閉じるように磁性体フレームを形成し、かつ複数の磁性体フレームを、磁性体の厚さ方向に間隙dをおいて配置する磁気シールド構造において、前記磁性体フレーム内で分布した磁束密度Bの内、最も大きな値Bmを、板状磁性体の材料特性である飽和磁束密度Bsとの比を、
0.4≦Bm/Bs≦0.9とし、
かつ、板状磁性体幅Wと磁性体フレーム間隔dの比を、
1≦d/W≦20
とし、個々の磁性体フレームあるいは複数の磁性体フレームに銅線をコイル状に巻いた構造としたことを特徴とする磁気シールド構造。 - 前記板状磁性体が電磁鋼板あるいはパーマロイであることを特徴とする請求項1に記載の磁気シールド構造。
- 請求項1記載の磁気シールド構造に遮蔽対象の磁場が印加された状態で、磁性体フレームに施された銅線コイルに交流電流を流し、徐々に交流電流を減少させ、最後に0とすることを特徴とする磁気シールド方法。
- 前記銅線コイルに流す交流電流の実効最大到達値Imaxを、
Imax≧(1/10)・L・Hc/N
ここで、L :フレームの磁路長(m)
Hc:磁性体の保持力(A/m)
N :コイル巻き数
とすることを特徴とする請求項3に記載の磁気シールド方法。
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