JP6369851B2 - 磁場発生装置及び磁場発生方法 - Google Patents
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まず、本発明に係る磁場発生装置の1つの実施形態としての磁場発生装置1について説明する。図1は、磁場発生装置1を示す図である。磁場発生装置1は、一対の磁極部2と、この一対の磁極部2間の距離を変化させる距離可変機構3と、一対の磁極部2のうち少なくとも一方を距離可変機構3に固定する固定部4と、を備える。
第1磁極部5の第1超電導バルク磁石7aは、溶融法によって塊状に合成された、希土類123系の超電導体である。第1超電導バルク磁石7aは、第1真空容器8a中の真空断熱下で、第1冷却器9aによって冷却されて、超電導状態とされる。この超電導状態において、パルス着磁法によって磁場を印加して、第1超電導バルク磁石7aに磁場を捕捉させることにより、強磁場を安定的に発生することができる。
第2磁極部6は、上述した第1磁極部5と比較して、上述した磁場遮蔽部材としての磁性体板17を備えない点で相違しており、その他の構成は同様である。従って、ここでは詳細な説明を省略する。なお、本実施形態では、第2真空容器8bの1つの底面である磁極16bが、第2磁極部6の第2磁極面11bを構成する。また、第2磁極部6の真空断熱層12b、冷却部13b、断熱性樹脂材14b、冷却器本体15b、磁極16b、及び第2超電導バルク磁石7bの中心軸Obの軸方向Pbを、第1磁極部5の対応構成及び対応方向と区別するために、以下、「第2真空断熱層12b」、「第2冷却部13b」、「第2断熱性樹脂材14b」、「第2冷却器本体15b」、「第2磁極16b」、及び「第2磁石軸方向Pb」と記載する。
距離可変機構3は、対向する、第1磁極面11aと第2磁極面11bとの間の距離を変化させることができる機構である。具体的に、本実施形態の距離可変機構3は、固定台座18に固定された移動軸19と、この移動軸19に沿って移動軸19の軸方向Pに移動可能な移動部20と、を備える。移動軸19は、上述の第1及び第2超電導バルク磁石7a及び7bの中心軸Oa及びObと平行して延在している。従って、移動体20は、固定台座18上を、中心軸方向Pに移動することができる。より具体的に、移動体20は固定部4と固定されているため、移動体20が移動軸19の中心軸方向Pに移動すると、第1磁極部5及び第2磁極部6の少なくとも一方が、移動体20と共に移動軸19の中心軸方向Pに移動する。
固定部4は、上述した一対の磁極部2の少なくとも一方を、上述した距離可変機構3に固定する。本実施形態の固定部4は、第1磁極部5を第1移動機構21aの第1移動体20aに固定する第1固定部4aと、第2磁極部6を第2移動機構21bの第2移動体20bに固定する第2固定部4bと、を備える。なお、本実施形態の第1固定部4a及び第2固定部4bは、それぞれ、略円筒状の第1真空容器8a及び第2真空容器8bの1つの底面側に取り付けられた、又は一体で形成された板状フランジ部により構成されている。
上述したように、第1磁極部5と第2磁極部6とは、磁極面の構成が相違しており、超電導状態において第1磁極面11aに形成される磁場の磁場分布と、同状態において第2磁極面11bに形成される磁場の磁場分布とが異なる。本実施形態では、超電導状態において、第1超電導バルク磁石7aから発生する磁場は、磁性体板17にその一部を遮蔽されて、第1磁極部5の第1磁極面11aに、凹型形状の磁場分布を有する磁場を形成する。また、超電導状態において、第2超電導バルク磁石7bから発生する磁場は、第2磁極部6の第2磁極面11bに、凸型形状の磁場分布を有する磁場を形成する。
次に、本発明の1つの実施形態としての磁場発生装置30について説明する。図5は、磁場発生装置30のうち一対の磁極部を抜き出して描いた概略図である。本実施形態の磁場発生装置30は、上述した実施形態1の磁場発生装置1と比較して、磁場遮蔽部材としての磁性体板17の代わりに、超電導バルク磁石から発生する磁場を減少させる磁場を発生し、磁極面において、凹型形状の磁場分布を形成する消磁コイル32を備える点で相違している。なお、その他の構成については、上述した実施形態1の磁場発生装置1と同様であるため、ここでは説明を省略する。
次に、本発明の1つの実施形態である磁場発生装置33について説明する。図6は、磁場発生装置33のうち一対の磁極部を抜き出して描いた概略図である。本実施形態の磁場発生装置33は、上述した実施形態1の磁場発生装置1や実施形態2の磁場発生装置30と比較して、磁場遮蔽部材としての磁性体板17や消磁コイル32を備えない点で相違する。本実施形態では、第1磁極部35の第1超電導バルク磁石34aに捕捉された磁場自体が、凹型形状の磁場分布を有するものである。具体的に、本実施形態の磁場発生装置33は、磁場中冷却又はパルス着磁による着磁行程において、磁場を超電導バルク磁石の中央を不十分に着磁するように励磁することによって、超電導バルク磁石に捕捉させる磁場自体の磁場分布を凹型形状にするものである。なお、その他の構成については、上述した実施形態1の磁場発生装置1や実施形態2の磁場発生装置30と同様であるため、ここでは説明を省略する。
次に、本発明の1つの実施形態である磁場発生装置について説明する。本実施形態の磁場発生装置は、上述した実施形態3の磁場発生装置33と比較して、凹型形状の磁場分布を形成する方法が相違する。但し、本実施形態4の磁場発生装置も、上述した実施形態3の磁場発生装置33と同様、第1超電導バルク磁石に捕捉された磁場自体が、凹型形状の磁場分布を有するものである。具体的に、本実施形態では、超電導バルク磁石を、予め冷凍機冷却により超伝導状態にし、外部からパルス状の磁場を印加し、超伝導磁石への磁場侵入の過程においてその中央部まで到達しない磁場印加過程を経て、これを励磁する方法(パルス着磁法(PFM法))により、第1超電導バルク磁石の中央部表面の磁場強度をその同心円状の直近の周辺のそれよりも弱くなるようにし、凹型形状の磁場分布を形成する。なお、その他の構成については、上述した実施形態3の磁場発生装置33と同様である。
次に、本発明の1つの実施形態である磁場発生装置37について説明する。図7は、磁場発生装置37のうち一対の磁極部を抜き出して描いた概略図である。本実施形態の磁場発生装置37は、上述した実施形態4の磁場発生装置と比較して、第1超電導バルク磁石の形状が相違する。本実施形態では、中央に孔を区画するリング形状の超電導バルク磁石を凍機冷却により超伝導状態にし、外部からこれを励磁することにより、超電導バルク磁石の中央部表面の磁場強度をその同心円状の直近の周辺のそれよりも弱くなるようにし、凹型形状の磁場分布を形成する。具体的に、第1磁極部36の第1超電導バルク磁石38aの形状をリング形状として、その中央部の磁場を台形状に着磁するもので、リング形状の厚さ方向を薄くすることにより、磁場中冷却あるいはパルス着磁法による着磁を経て、中央部分の磁場を凹型にすることができる。
2:一対の磁極部
3:距離可変機構
4:固定部
4a:第1固定部
4b:第2固定部
5、31、35、36:第1磁極部
6:第2磁極部
7a、7b、34a、38a:高温超電導バルク磁石
8a、8b:真空容器
9a、9b:冷却器
10a、10b:圧縮器
11a、11b:磁極面
12a、12b:真空断熱層
13a、13b:冷却部
14a、14b:断熱性樹脂材
15a、15b:冷却器本体
16a、16b:磁極
17:磁性体板
18:固定台座
19、19a、19b:移動軸
20、20a、20b:移動体
21a、21b:移動機構
22:磁場均一面
23a:第1磁極面に形成される磁場の磁場分布
23b:第2磁極面に形成される磁場の磁場分布
24:磁力線
70:中間平面
Oa、Ob:磁石の中心軸
P、Pa、Pb:軸方向
Claims (15)
- 第1超電導バルク磁石を備える第1磁極部と、
第2超電導バルク磁石を備える第2磁極部と、を備え、
超電導状態において、前記第1超電導バルク磁石から発生する磁場は、前記第1磁極部の第1磁極面に、凹型形状の磁場分布を有する磁場を形成し、
超電導状態において、前記第2超電導バルク磁石から発生する磁場は、前記第2磁極部の第2磁極面に、凸型形状の磁場分布を有する磁場を形成し、
前記第1磁極面と前記第2磁極面とは、対向して配置されており、
前記第1磁極面と前記第2磁極面との間の距離を変化させる距離可変機構を備えることを特徴とする磁場発生装置。 - 前記第1磁極部は、前記第1超電導バルク磁石から発生する磁場の一部を遮蔽し、前記凹型形状の磁場分布を形成する磁場遮蔽部材を備えることを特徴とする、請求項1に記載の磁場発生装置。
- 前記第1磁極部は、前記第1超電導バルク磁石から発生する磁場を減少させる磁場を発生し、前記凹型形状の磁場分布を形成する消磁コイルを備えることを特徴とする、請求項1に記載の磁場発生装置。
- 前記第1超電導バルク磁石に捕捉された磁場が、前記凹型形状の磁場分布を有することを特徴とする、請求項1に記載の磁場発生装置。
- 前記第1超電導バルク磁石を、予め冷凍機冷却により超伝導状態にし、ゼロ磁場冷却法により、前記凹型形状の磁場分布を形成することを特徴とする、請求項4に記載の磁場発生装置。
- 前記第1超電導バルク磁石を、予め冷凍機冷却により超伝導状態にし、パルス着磁法により、前記凹型形状の磁場分布を形成することを特徴とする、請求項4に記載の磁場発生装置。
- 前記第1超電導バルク磁石は、中央に孔を区画するリング形状であり、
前記第1超電導バルク磁石を冷凍機冷却により超伝導状態にし、外部から励磁することにより、前記凹型形状の磁場分布を形成することを特徴とする、請求項4に記載の磁場発生装置。 - 前記第1磁極面及び前記第2磁極面は、中心軸線が一致する略円形状の平面であることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか1つに記載の磁場発生装置。
- 超電導状態において、第1超電導バルク磁石から発生する磁場は、第1磁極部の第1磁極面に、凹型形状の磁場分布を有する磁場を形成し、
超電導状態において、第2超電導バルク磁石から発生する磁場は、前記第1磁極面と対向して配置された第2磁極部の第2磁極面に、凸型形状の磁場分布を有する磁場を形成し、
前記第1磁極面と前記第2磁極面との間の距離を、距離可変機構により変化させて、前記第1磁極面と前記第2磁極面との間で均一な磁場分布を有する所定平面の位置を設定することを特徴とする磁場発生方法。 - 磁場遮蔽部材により、前記第1超電導バルク磁石から発生する磁場の一部を遮蔽し、前記凹型形状の磁場分布を形成することを特徴とする、請求項9に記載の磁場発生方法。
- 消磁コイルにより、前記第1超電導バルク磁石から発生する磁場を減少させる磁場を発生し、前記凹型形状の磁場分布を形成することを特徴とする、請求項9に記載の磁場発生方法。
- 前記第1超電導バルク磁石を、予め冷凍機冷却により超伝導状態にし、ゼロ磁場冷却法により、前記凹型形状の磁場分布を形成することを特徴とする、請求項9に記載の磁場発生方法。
- 前記第1超電導バルク磁石を、予め冷凍機冷却により超伝導状態にし、パルス着磁法により、前記凹型形状の磁場分布を形成することを特徴とする、請求項9に記載の磁場発生方法。
- 前記第1超電導バルク磁石は、中央に孔を区画するリング形状であり、
前記第1超電導バルク磁石を冷凍機冷却により超伝導状態にし、外部から励磁することにより、前記凹型形状の磁場分布を形成することを特徴とする、請求項9に記載の磁場発生方法。 - 前記第1磁極面及び前記第2磁極面は、中心軸線が一致する略円形状の平面であって、
前記第1磁極面と前記第2磁極面との間の中心軸方向の距離を、前記距離可変機構により変化させて、前記第1磁極面と前記第2磁極面との間で均一な磁場分布を有する、前記中心軸方向と直交する前記所定平面を特定する、請求項9乃至14のいずれか1つに記載の磁場発生方法。
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