JPH02201905A - 多層渦電流型省電力交流強磁場発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、励磁コイルと二次導体との交互多層構造によ
り二次導体に誘起する渦電流を集中させて効率よく連続
的に交流強磁場を発生させる多層渦電流型省電力交流強
磁場発生装置に関し、特に、極めて強力な連続交流強磁
場を得るに必要な励磁用電力をさらに低減し得るように
改良したものである。

（従来の技術） 強磁場の発生およびその応用は、強磁場中における物性
の調査、新素材の開発、核融合の研究等に必要であり、
従来、各国で国家的プロジェクトとして大規模な設備に
より強力にその研究が進められている。

しかして、従来研究され、実用されている強磁場は、主
として直流磁場およびパルス磁場であり、直流強磁場の
発生には超電導コイルが用いられ、また、パルス強磁場
の発生には主として充電したコンデンサ・バンクの放電
電流のコイル通電が用いられている。しかしながら、交
流強磁場に関しては、本発明者の開発に係る多層渦電流
型交流強磁場発生装置の他には有効かつ有望な発生装置
が得られていない。すなわち、冒頭に述べた多層渦電流
型を除けば、従来の交流強磁場発生装置は、主として、
交流電磁石を用いてその磁心のギャップ内に強磁場を発
生させるものであった。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、交流電磁石を用いた磁場発生装置では、
２テスラ以下の交流磁場は容易に得られるが、それ以上
の強磁場になると磁心が飽和して空心状態になり、かか
る状態で大電流を供給して交流強磁場を得ることは困難
であった。

一方、本発明者の開発に係る多層渦電流型強磁場発生装
置は、十分に強力な交流強磁場が得られるが、必要とす
る励磁電力を低減してさらに高効率にすることが望まれ
ており、この種磁場発生装置の一層の高効率化が従来の
課題となっている。

（課題を解決するための手段） 本発明の目的は、上述した従来の課題を解決し、本発明
者がすでに開発した各種の多層渦電流型強磁場発生装置
に共通の改良を加え、常温で効率よく、−層の小電力に
より連続的に交流強磁場を発生させ得るようにした多層
渦電流型省電力交流強磁場発生装置を提供することにあ
る。

すなわち、従来開発したこの種の交流強磁場発生装置に
おいては、励磁コイルに交流通電すると交流磁束が生じ
、励磁コイルにそれぞれ近接している多層構造乃至成層
構造の二次導体中に渦電流が発生するように構成しであ
るが、本発明によるこの種の磁場発生装置は、励磁コイ
ルに交鎖して多層構造の励磁コイルおよび二次導体の断
面を囲む磁気閉回路をなす枠型の鉄心を追加して設け、
その鉄心の作用により励磁コイルのインピーダンスが増
大して励磁電流が減少し、磁場発生効率が一層向上して
、小電力により、多層構造の二次導体にそれぞれ生じた
渦電流が中心部のホール周辺に集中し、ホール内に高密
度の磁束を収束して交流強磁場が発生するようにしたも
のであり、互いに同軸状に係合するとともに同一極性に
巻回した複数層の励磁コイルと、当該励磁コイルの各層
間に介在し、外周縁に通ずるスリットを具えるとともに
中心軸部において同軸状に連通ずるホールおよび前記ス
リットをなす部分を除き当該ホールを囲んで連通ずる空
所を共有する複数層の導体板と、前記空所を介し交鎖し
て前記励磁コイルおよび前記導体板周縁部の断面を囲む
磁気閉回路をなす枠型磁性体とを備え、前記励磁コイル
の交流通電により前記導体板に生する渦電流を前記スリ
ットに沿い前記ホール近傍に集中させて当該ホール内に
軸方向の強磁場を発生させるとともに、前記磁気閉回路
により前記励磁コイルのインピーダンスを増大させて所
要励磁電力を低減するように構成したことを特徴とする
ものである。

（作　用） したがって、本発明によれば、従来開発した各種の多層
乃至成層渦電流型交流強磁場発生装置に枠型鉄心を増設
するだけでその磁場発生電力効率を著しく向上させるこ
とができ、さらに、その応用面を、従来の物性研究、新
素材開発、バイオマグネティックス研究等に用いる交流
乃至パルス強磁場発生装置のみならず、高速増殖炉冷却
ナトリウム剤循環用や溶解金属輪動用の電磁ポンプなど
に拡大することができる。

（実施例） 以下に図面を参照して実施例につき本発明の詳細な説明
する。

まず、本発明による改良の対象とした本発明者の提案に
係る特願昭６２−６２７０８号明細書記載の「多層渦電
流型交流強磁場発生装置」および特願昭６３−１９６０
７２号明細書記載の「交流強磁場用成層渦電流型コイル
」の構成をそれぞれ第１図および第２図に示すが、これ
らの磁場発生装置に鉄心を付加してその性能を著しく改
善する本発明の実施例１および実施例２を以下に順次に
説明する。

裏旌桝土 第１図に示す従来構成においては、多層構造の円筒状導
体１の中心にホール２を設け、そのホール２から半径方
向にスリット３を設けてあり、多層構造の導体１の各層
間には励磁コイル４を配置しである。かかる構成におい
て励磁コイル４に交流電圧を印加して通電すると、層状
の導体部分に円周方向の渦電流が発生し、その渦電流が
半径方向のスリット３に沿い方向を転じて中心部に向い
、中心のホール２の周囲部に集中して流れ、その周回渦
電流により発生した磁束がホール２内に収束されて高密
度の磁束がホール内に形成され、交流強磁場が連続して
発生する。

かかる従来構成に本発明を適用した実施例１の斜視構成
を第３図に示し、上面構成を第４図に示す。図示の構成
例においては、第１図に示したのと全く同一の多層構造
の円筒状導体１における各層に共通の中心部のホール２
の周囲を、スリット３をなす部分を除いてくり抜き、は
ぼ円環状をなす空所５を形成し、その空所５を通して放
射状に枠型鉄心６を配置する。放射状に等間隔配置した
各枠型鉄心６は励磁コイル４および導体１の周縁部がな
す交互多層構造の半径方向断面を囲繞する磁気閉回路を
なしており、図示の例においては、カットコアを用いた
５個の枠型鉄心６を軸対称に配置しである。

１隻拠ｌ 第２図に示す従来構成においては、渦巻状コイル７と、
中央部のホール９およびそのホール９から半径方向に延
びる扇状のスリット１０を有する円形導体板８とを交互
に積層してあり、順次に連接された渦巻状コイル７に交
流電圧を印加して通電すると円形導体板８の周縁部に円
周方向の渦電流が生じ、その渦電流が半径方向のスリッ
ト１０に沿って方向を転換し、中央部ホール９の周囲部
に集中して流れ、その結果としてホール９内に交流強磁
場が連続して発生すること、第１図示の従来構成におけ
ると全く同様である。

かかる第２図示の従来構成に本発明を適用した実施例２
の斜視構成を第５図に示し、縦断面構成を第６図に示し
、上面構成を第７図に示す。図示の構成例においては、
第２図示の円形とは異なり、長方形ではあるが第２図示
と同様な渦巻状コイル７および方形導体板８との交互多
層構造における中央部の導体板８のホール９の周囲を、
スリット１０をなす部分を除いてくり抜き、左右の方形
部を連通した空所１１を形成し、それらの方形空所１１
を介し左右に枠型鉄心１２を配置して渦巻状コイル７お
よび方形導体板８の周縁部がなす交互多層構造の縦断面
を囲繞する磁気閉回路を構成することは、第３図および
第４図に示した構成例におけると全く同様である。

なお、第８図には方形導体板８の上面構成を示し、第９
図には渦巻状コイル７の上面構成を示す。

しかして、第３図および第４図に示した本発明多層渦電
流型省電力交流強磁場発生装置の構成例においては、励
磁コイル４に交流通電すると、好ましくは低飽和磁束密
度の磁性材料からなって磁気閉回路を構成する枠型磁性
体、例えば枠型鉄心６の作用により、励磁コイル４のイ
ンピーダンスが増大して同一交流電圧印加時における励
磁電流を減少させるとともに、励磁コイル４と二次導体
１との間の相互インダクタンスを増大させ、その結果、
従来構成におけると全く同一構造のホール２に全く同様
の交流強磁場を発生させるに必要な入力励磁電力を例え
ば１７２以下に低減させることができる。

かかる第３図示の構成により試作した本発明交流強磁場
発生装置の印加電圧変化に対する励磁インピーダンスＺ
および磁束密度Ｂの変化特性を第１０図に○印を付して
示し、比較のために第１図示の構成による従来装置の特
性を口印を付して示し、さらに円筒状導体１も除いた励
磁コイル２のみの場合の特性をΔ印を付して示す。図示
の各特性の比較から明らかなように、鉄心６を用いてな
い第１図示の従来構成による口印の特性に比し、同一印
加電圧に対して、鉄心６を付加した本発明の第３図示の
構成による○印の磁束密度（Ｂ）特性および励磁インピ
ーダンス（Ｚ）特性がいずれも著しく高くなっており、
したがって、所要励磁電流が減少し、その特性が改善さ
れていることが判る。

また、同様に鉄心１２を付加した第５図示の構成による
本発明装置においても、励磁コイル７に交流電圧を印加
すると、鉄心１２０作用によって励磁コイル７のインピ
ーダンスが高くなり、励磁電流が減少し、その結果、同
じホール９内の交流強磁場を発生させるに必要な励磁電
力を減少させることができる。

かかる本発明の作用効果は、励磁コイルに枠型鉄心を交
鎖させたがためであり、上述した実施例１および２にお
いて全く同様の特性改善が達成されている。

さて、以上に説明した本発明の実施例１および２は、従
来と全く同一もしくはほぼ同一の構成による交流強磁場
発生装置に枠型鉄心を付加したものであるが、例えば、
第５図乃至第８図に示した実施例２における各構成要素
の構成配置に多少の変更を施し、例えば溶解金属輸動用
の電磁ポンプとするに好適な実施例３について説明する
。

災施■ユ 第１１図に示す実施例３の構成配置は、第５図に示した
実施例２の構成配置における渦巻状コイル７および方形
導体板８の交互多層構造を複数層ずつ、図示の例では計
５層のブロックに分割し、さらに、順次の３ブロックｕ
ｌ、　ＶＩ＋　Ｗｌを１組に分割して各ブロックを適切
な角度をもって傾斜させた状態で、各組毎に３対の枠型
鉄心１２．、、１２ｖ、。

１２、、を斜めに交鎖させ、中央部のホール９内を相対
的に斜めに溶解金属輪動用パイプを貫通させる。

かかる構成配置のホール９の軸方向に沿った縦断面を第
１２図に示す。この断面図においては、順次の３ブロツ
クずつの各組Ｕ。＋　ＶＯ＋−◎ｌｕｌ、シ盲。

Ｗｌｌ　ＬＩｔ＋　ｖｌ、賀２・・・のうちブロックＣ
ＩＩ＋　ＶＩ＋−重の組のみを実線で示したものであり
、ホール９の軸方向に対して各ブロックが直交した第５
図示の状態に比し、ホール９の軸方向に斜交した各ブロ
ックｕｌ＋　ＶＩ＋　ｗｌとホール９との交鎖領域が連
続した状態で適切に延長されている。

したがって、かかる構成配置における各組毎の順次の３
ブロックｕ、ｖ、ｗに第１３図に示す角速度ωの三相交
流電圧ｕ、ｖ、ｗを順次に印加して三相励磁を行なうと
、ホール９内に設置したパイプ内には第１４図に示すよ
うに連続した進行磁界が形成され、パイプ内に溶解金属
が充填されている場合には、その溶解金属中に誘導電流
が流れ、その結果として溶解金属に推力が作用し、パイ
プ内を輸動されることになる。

なお、各組毎の最上部の渦電流用方形導体板８の上面お
よび該当組に交鎖する３対の枠型鉄心１２ｕ、　１２ｖ
、　１２−の断面を第１５図に示し、該当組の最下部の
渦電流用方形導体板８の上面を第１６図に示し、励磁用
渦巻状コイル７の上面を第１７図に示す。第１５図と第
１６図とを比較すれば判るように、第１５図示のホール
９の軸方向に斜交するホール９は、その形状が楕円形に
なるとともに、導体板８におけるその位置も各組毎に上
部と下部とで順次にずれている。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、従来
構成の多層渦電流型交流強磁場発生装置における励磁コ
イルおよび渦電流用導体板の交互多層構造に枠型鉄心を
交鎖させることのみにより、励磁コイルのインピーダン
スを増大させるとともに、２次導体との相互インダクタ
ンスも増大させ、その結果、小電力で所望の交流強磁場
を効率よく連続して発生させることができ、っぎのよう
な顕著な効果を挙げることができる。

（１）直流磁場であれ、交流磁場であれ、一般に強磁場
を発生させるためには励磁用の大電流が必要であるが、
本発明によれば、渦電流を中心部ホールの周囲に集中さ
せることにより、効果的にホール内に交流強磁場を発生
させることができる。

（２）交流励磁電流により磁束を生じ、二次導体板中に
渦電流を発生させる場合に、励磁コイルに交鎖して枠型
鉄心を挿入すると、励磁インピーダンスが高くなって励
磁電流が減少する。かがる作用効果は、交流強磁場を発
生させるに必要な電力を低減させるのみならず、その励
磁電力の低減により装置の温度上昇を抑制することにな
る。

（３）交流強磁場の発生に際し、交鎖鉄心の挿入は、励
磁インピーダンスの増大とともに励磁コイルと二次導体
との間の相互インダクタンスを増大させるに必要であり
、挿入する鉄心の飽和磁束密度はホール内の交流強磁場
とは全く無関係に選定することができる。

（４）上述のような作用効果を呈する本発明は、単に交
流強磁場発生装置として利用し得るのみならず、構成配
置に適切な変更を加えて、例えば強力な電磁ポンプ等に
利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の多層渦電流型交流強磁場発生装置の構成
を示す斜視図、 第２図は従来の交流強磁場用成層渦電流型コイルの構成
を示す斜視図、 第３図は本発明多層渦電流型省電力交流強磁場発生装置
の構成例を示す斜視図、 第４図は同じ（その構成例を示す上面図、第５図は本発
明省電力交流強磁場発生装置の他の構成例を示す斜視図
、 第６図は同じくその他の構成例を示す縦断面図、第７図
は同じくその他の構成例を示す上面図、第８図は同じく
その他の構成例における方形導体板の構成を示す上面図
、 第９図は同じくその他の構成例における渦巻状コイルの
構成を示す上面図、 第１０図は第３図示の構成例の印加電圧対励磁インピー
ダンスおよび磁束密度特性を示す特性曲線図、 第１１図は本発明省電力交流強磁場発生装置のさらに他
の構成例を示す斜視図、 第１２図は同じくそのさらに他の構成例を示す縦断面図
、 第１３図は三相印加電圧を示すベクトル図、第１４図は
第１１図示の構成例における進行磁界の例を示す波形図
、 第１５図は同じくその第１１図示の構成例を示す上面図
、 第１６図は同じくその第１１図示の構成例における方形
導体板を示す上面図、 第１７図は同じくその第１１図示の構成例における渦巻
状コイルを示す上面図である。 １・・・円筒状導体　　　　２．９・・・ホール３．１
０・・・スリット　　　４・・・励磁コイル５．１１・
・・空所 ６、１２．１２ｕ、　１２ｖ、　１２−・・・枠型鉄心
７・・・渦巻状コイル　　　８・・・円形・方形導体板
Ｕ、Ｖ、Ｗ・・・三相電圧ベクトル ｕ０〜Ｌ１２＋　ＶＯＮＶ！＋賀。〜皆２・・・ブロッ
ク第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．互いに同軸状に係合するとともに同一極性に巻回し
   た複数層の励磁コイルと、当該励磁コイルの各層間に介
   在し、外周縁に通ずるスリットを具えるとともに中心軸
   部において同軸状に連通するホールおよび前記スリット
   をなす部分を除き当該ホールを囲んで連通する空所を共
   有する複数層の導体板と、前記空所を介し交鎖して前記
   励磁コイルおよび前記導体板周縁部の断面を囲む磁気閉
   回路をなす枠型磁性体とを備え、前記励磁コイルの交流
   通電により前記導体板に生する渦電流を前記スリットに
   沿い前記ホール近傍に集中させて当該ホール内に軸方向
   の強磁場を発生させるとともに、前記磁気閉回路により
   前記励磁コイルのインピーダンスを増大させて所要励磁
   電力を低減するように構成したことを特徴とする多層渦
   電流型省電力交流強磁場発生装置。