JPH0245902A - 交流強磁場用成層渦電流型コイル - 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、磁気物性等の磁気工学研究、パワーマグネテ
ィックス、バイオマグネティックス、核融合等に用いる
交流強磁場を発生させる交流強磁場用成層渦電流型コイ
ルに関し、特に、極めて簡単な構成により容易に製造し
得るとともに、商用周波数等の低周波領域での使用に適
するようにしたものである。

（発明の概要） 本発明は、各層毎に分断して渦巻状に巻回した導電材コ
イルを順次に連結した一連の渦電流励起用導電材コイル
の各層間に、中央部開口から外周に通ずるスリットを設
けた円形導体板を円環状絶縁体板により相互間を絶縁し
て挟み込み、一連の渦電流励起用導電材コイルに比較的
低い周波数領域で交流通電して各層間の円形導体板に円
周方向の渦電流を発生させ、その渦電流がスリットに沿
い中央部開口の周囲に集中して開口内に交流磁束を集中
的に誘起させ、交流強磁場を発生させるようにしたもの
であり、比較的高いインピーダンスにした渦巻状導電材
コイルに比較的小さい励磁電流を流して発生させた大き
い渦電流の集中によって中央部開口内に誘起した高密度
磁束により効率よく交流強磁場を発生させるとともに、
低周波領域での使用に適した成層渦電流型コイルを極め
て容易に製造し得るようにしている。

（従来の技術） 一般に、強磁場発生装置については、強磁場中における
物体の特性の調査研究、新素材の開発並びに核融合の実
験等に利用するために、大規模の研究設備を用いて、強
磁場発生装置自体の研究開発が強力に進められている。

従来のこの種の強磁場発生装置を分類すると、クネール
法、爆縮法等の破壊型パルス強磁場発生装置、多層コイ
ル方式、ＭＩＴ方式等の非破壊型パルス強磁場発生装置
、超電導方式、ハイブリッド方式等の連続型強磁場発生
装置に大別される。

しかして、これらの従来の強磁場発生装置は、いずれも
、極めて強い磁場が得られはするが、強磁場発生時間が
極めて短かかったり、極低温装置や巨大な電源設備を必
要としたりするばかりでなく、パルス磁場もしくは直流
磁場しか発生させ得す、交流強磁場を連続して発生させ
得るものがなかったが、近来、特にバイオマグネティッ
クス関係の研究が進み、生体と交流強磁場との関係を調
査する必要が生ずるなど、交流強磁場発生装置の開発が
要望されて来ている。

これに対し、本発明者らは、さきに、特願昭６２−６２
７０８号および特願昭６２−１８８９２１号の各明細書
により多層渦電流型の交流強磁場発生装置を開示した。

これらの交流強磁場発生装置は、コイルに交流通電した
ときに導電体に生ずる渦電流を導電体中心部の空所周辺
に集中させ、磁束漏れを少なくして効率よく交流磁束密
度を増大させる高効率の新しい磁束濃縮方式により、導
電体円板の中心部に開口を設けるとともに、周辺部には
軸方向および半径方向にそれぞれ延在する円筒状および
円環状の分岐部をそれぞれ設け、かかる構造の導電体の
中心部開口から外周に達する半径方向のスリットを設け
るとともに、分岐部の間に渦電流励起用コイルを挿入し
、各コイルに交流通電したときに各分岐部に生ずる渦電
流を中央部開口の周囲に集中させ、開口中に集束した高
密度の交流磁束を誘起させて交流強磁場を連続的に発生
させるようにしたものであった。

しかしながら、かかる多層渦電流型の交流強磁場発生装
置は、渦電流発生用導電体の構造が複雑であるうえに渦
電流励起用コイルが通常の導線巻回型コイルであるため
、大型装置とする場合には製造が容易ではなかった。

そこで、本発明者らは、特願昭６３−５１，７０４号明
細書により、構造が極めて簡単で製造が容易であるとと
もに、渦電流励起用コイルが低インピーダンスであり、
渦電流発生用導電体が薄くて表皮効果が少なく、得られ
る交流強磁場の強度が従来に比して格段に大きい交流強
磁場用成層渦電流型コイルを提案した。

この従来提案の成層渦電流型コイルは、まず、渦電流励
起用コイルを渦巻状導体板コイルをもって構成し、その
渦巻状導体板コイルの各層間に、中央部開口から外周に
達するスリットを設けた円形導体板を相互に絶縁して介
挿することにより、かかる渦巻状導体板コイルを容易に
製造し得るようにするために各層毎に分断し、スリット
を設けた円環状絶縁体板により上下を絶縁した円形導体
板を順次に介挿して円筒状に成層したうえで、各層の導
体板コイルを順次に接続して渦巻状に連結するようにし
たものである。

すなわち、第６図に示すように、中心開口２から外周に
向けて幅広の扇形スリットを設けた円形導体板１ａ、１
ｂ−−−一と半径方向のスリットを設けた円環状導体板
４ａ、４ｂ、４ｃｍ−−とをそれぞれのスリットの位置
をほぼ合わせて交互に成層し、同様にスリットの位置を
ほぼ合わせた円環状絶縁体板（図示せず）を相互間に介
挿したうえで、例えば円環状導体板４ａの一端を円環状
導体板４ｂの他端に接続するようにして、各層の円環状
導体ｖｉ４　ａ、　　４　ｂ、　　４　ｃ、・・・・・
・を順次に接続し、−連の渦巻状導体板コイルを形成す
ることにより、所要空間に所要強度の交流磁場を得るに
必要な個数の渦電流発生用円形導体板を鎖線で図示する
円筒１４の形状に成層し、一連の渦巻状導体板コイル４
　ａ−４ｂ−４ｃ−−−−に交流電流７を通電したとき
に、各円形導体板１ａ、１ｂ−−−−にそれぞれ渦電流
８，９．１０が発生して、中央開口２内に高密度の磁束
が集中的に形成されるようにしたものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した従来提案の交流磁場用成層渦電
流型コイルは、渦巻状導体板コイルの構造からして比較
的高い周波数領域における低電圧大電流用とするに適し
ており、その使用範囲がやや限定されるおそれがあると
ともに、低電圧大電流用の変圧器などの電源装置を必要
とすることになり、広い周波数領域に亘って多目的の交
流強磁場発生装置として機能するには到らず、かかる用
途の限定を排除するのがこの種成層渦電流型コイルにつ
いて解決すべき課題であった。

（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、商用周
波数などの比較的低い周波数領域での高電圧小電流用と
するに適した簡単な構成で製造容易な高効率の交流強磁
場用成層渦電流型コイルを提供することにある。

本発明の他の目的は、比較的高い周波数領域での低電圧
大電流用とする従来提案の成層渦電流型コイルと併わせ
て使用することにより、広い周波数範囲に亘り多目的に
使用し得る一対の交流強磁場発生装置として機能する比
較的低い周波数領域での高電圧小電流用の成層渦電流型
コイルを提供することにある。

すなわち、本発明交流強磁場用成層渦電流型コイルは、
各構成要素を円形とした場合には、中心部開口から外周
に達するスリットを有する渦電流用導体板と、導電材条
体を平板環状に巻回した渦電流励起用導電材コイルとを
、相互間に、一半径に沿って切断した環状絶縁体板をそ
れぞれ介挿して筒状に交互に成層し、前記導電材コイル
の一方の端部を隣接する前記導電材コイルの他方の端部
に順次に接続して一連の渦電流励起用導電材コイルを形
成し、当該一連の渦電流励起用導電材コイルに文法通電
して前記渦電流用導体板にそれぞれ周縁方向に発生させ
た渦電流を前記スリットの側壁に沿い中心部開口の周囲
に集中させることにより、当該中心部開口中に集束した
交流磁束を誘起させるようにしたことを特徴とするもの
である。

（作　用） したがって、本発明成層渦電流型コイルは、対をなす従
来提案のこの種のコイルともども、円板状構成素子を積
み重ねた簡単な構造であるために、機械的強度も大きく
、冷却も簡単な良好な特性の可変周波数型交流強磁場発
生装置として、広い周波数範囲に亘り、物性研究、バイ
オマグネティックス研究、新素材開発、磁気式加速器お
よび減速器、電磁ポン　プ、核融合等の広い技術分野に
適用することが可能となる。

（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、本発明成層渦電流型コイルの最要部をなして集中
磁束を形成す・るための渦電流を発生させる円形導体板
の構成例を第１図に示す。図示の円形導体板１には、そ
の中心部に適切な大きさのホール２を設け、そのホール
２から半径方向にスリット３を設けである。

この円形導体板１と交互に積み重ねてその周縁部に円周
方向の渦電流を発生させる渦電流励起用コイルの構成例
を第２図に示す。図示の渦電流励起用平板円環状導電材
コイル４は、方形、円形など適切な断面形状を有する導
電材条体を上述した円形導体板１の周縁部に対応した円
環形状をなして渦巻状に巻回したものであり、かかる構
成からして、第６図に示した従来提案の成層渦電流型コ
イルにおける円環状導体板４ａ、４ｂ、４ｃｍ−−に比
して高いインピーダンスを呈し、比較的低い周波数領域
での高電圧小電流の交流通電により円形導体板１の周縁
部に渦電流を励起するに適する。

かかる円形導体板１および平板円環状導電材コイル４を
所要空間に所要強度の交流磁場を発生させるに必要な枚
数だけ交互に同軸にして、第６図示の従来提案のコイル
と同様に、円筒状に積み重ねた本発明成層渦電流型コイ
ルの構成例を第３図に各層を離間して示す。

なお、第３図には図示を省略しであるが、各円形導体板
１ａ、ｌｂ、ｌｃと各平板円環状導電材コイル４ａ、４
ｂとの相互間には、第４図に示すように扇形のスリット
１２を設けた円環状絶縁体板１１をそれぞれ介挿して相
互間を電気的に絶縁すること、従来提案のこの種成層渦
電流型コイルと同様にする。

第３図示の構成図において、平板円環状コイル４ａの端
部５ｂと次の平板円環状導電材コイル４ｂの端部６ａと
を順次連結して一連の渦電流励起用コイルを構成し、そ
の両端部５ａ、６ｂ間に適切な周波数および電圧値の交
流電圧を印加して交流通電すると、コイル４ａ、４ｂに
流れる交流電流７により中心開口部に軸方向の交流磁束
が発生するとともに、それぞれに近接した円形導体板ｌ
ａ、ｌｂ、ｌｃの周縁部に励磁電流７の電磁誘導作用に
よりに励磁電流７とは逆方向の渦電流８が発生して円周
方向に流れ、スリン）３ａ、３ｂ。

３Ｃに阻まれて、スリット３ａ、３ｂ、３ｃに沿い、半
径方向の渦電流９となり、次いで中心のホール２の周辺
部に集中して励磁電流７と同一方向の渦電流１０が流れ
ることになる。その結果、集中的渦電流１０により誘起
した交流磁束がホール２内を通過し、ホール２内に高磁
束密度の交流強磁場が形成される。

なお、集中的渦電流１０によるホール２内の誘起磁束は
、コイル４ａ、４ｂに流れる励磁電流７による誘起磁束
と同一方向に発生するので、これらの誘起磁束が重畳加
算されてホール２内を通過する誘起磁束１３が濃縮され
、得られる交流磁場強度が一層増大することになる。

かかる誘起磁束濃縮の態様の例を第５図に示す。

図示の誘起磁束濃縮の態様においては、円形導体板１ａ
−１ｆと交互に積み重ねた平板円環状導電材コイル４ａ
〜４ｇにそれぞれ流れる励磁電流７により各円形導体板
１ａ〜１ｆに渦電流８〜１０がそれぞれ生じ、ホール２
の周辺部を流れる集中的渦電流１０による誘起磁束がす
べてホール２内を通過して濃縮されるとともに、平板円
環状コイル４ａ〜４ｇを流れる励磁電流７自体による誘
起磁束も、図示のように、その一部がホール２内を通過
するので、ホール２内の磁束密度が著しく増大して交流
強磁場が形成される。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなとおり、本発明成層渦電流型コ
イルを用いた交流強磁場発生装置は、従来提案のこの種
成層渦電流型コイルと同様に、簡単な構成により容易に
製作し得るのみならず、つぎのような種々の顕著な効果
が得られる。

（１）所要強度の交流強磁場を形成するのに必要な巻回
数および仮数の渦巻型コイルを容易に積み重ねることが
できる。

（２）積み重ねた渦巻型コイルの各層間には渦電流発生
用円形導体板をそれぞれ介挿しであるので、渦巻型コイ
ンのインピーダンスが減少し、印加交流電圧値の割には
大きい励磁電流が流れ、その励磁電流により円形導体板
の周縁部に生ずる励磁電流とは反対方向の渦電流がスリ
ットに阻まれて中心部ホールの周辺に集中し、その集中
的渦電流による誘起磁束が効率よくホール内に集束され
るので、ホール内には著しく高い磁束密度の交流強磁場
が形成される。

（３）渦電流励起用導電材コイルと交互に積み重ねて簡
単な構成により高効率の交流強磁場発生装置を実現する
渦電流発生用円形導体板は特に中央部ホール周辺に強い
磁気力を受けるが、その材料には機械的強度の大きい特
殊鋼合金を使用することができ、また、ホール周辺の集
中的渦電流による発熱に対しても、円板積み重ねの簡単
な構造であるために、比較的容易に冷却手段を施すこと
ができる。

（４）本発明成層渦電流型コイルを可変周波数の電源に
より駆動すれば、そのままで可変周波数型交流強磁場発
生装置を実現することができ、さらに、パルス電源によ
り駆動すれば、そのままでパルス強磁場発生装置として
運用することもできる。

（５）本発明による比較的低い周波数領域での高電圧小
電流用成層渦電流型コイルを従来提案の比較的高い周波
数領域での低電圧大電流用成層渦電流型コイルと対にし
て使用すれば、広い周波数領域における多目的の交流強
磁場発生装置として機能させることができる。

なお、以上の説明においては、本発明コイルの各構成要
素の形状を最も好適な円形とした場合の例について述べ
たが、必要に応じ、楕円形、方形、多角形など任意の適
切な形状としても、はぼ同一の作用効果により同一の目
的を達成し得ること勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明成層渦電流型コイルにおける渦電流用円
形導体板の構造例を示す上面図、第２図は同じくその成
層渦電流型コイルにおける渦電流励起用導電材コイルの
構造例を示す上面図、 第３図は同じくその成層渦電流型コイルの成層構造の例
を示す斜視図、 第４図は同じくその成層渦電流型コイルにおける円環状
絶縁体板の構造例を示す上面図、第５図は同じくその成
層渦電流型コイルにおける誘起磁束濃縮の態様の例を示
す縦断面図、第６図は従来の交流強磁場用成層渦電流型
コイルの成層構造の例を示す斜視図である。 １．１ａ〜１ｆ・・・円形導体板 ２・・・ホール　　　３，３ａ〜３ｃ、１２・・・スリ
ット４．４ａ〜４ｇ・・・平板円環状導電材コイル（円
環状導体板） ５　ａ、　　５　ｂ、　　６　ａ、　　６　ｂ−−・コ
イル端部７・・・交流励磁電流　　　８，９．１０・・
・渦電流１１・・・円環状絶縁体板　　１３・・・誘起
磁束１４・・・円筒 第１図 第２図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．中心部開口から外周に達するスリットを有する渦電
   流用導体板と、導電材条体を平板環状に巻回した渦電流
   励起用導電材コイルとを、相互間に、一半径に沿って切
   断した環状絶縁体板をそれぞれ介挿して筒状に交互に成
   層し、前記導電材コイルの一方の端部を隣接する前記導
   電材コイルの他方の端部に順次に接続して一連の渦電流
   励起用導電材コイルを形成し、当該一連の渦電流励起用
   導電材コイルに交流通電して前記渦電流用導体板にそれ
   ぞれ周縁方向に発生させた渦電流を前記スリットの側壁
   に沿い中心部開口の周囲に集中させることにより、当該
   中心部開口中に集束した交流磁束を誘起させるようにし
   たことを特徴とする交流強磁場用成層渦電流型コイル。