JPH07153620A - 軸方向均一磁場発生用の筒型永久磁石磁場発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空間均一性の高い軸方向高磁場を発生でき、
運転費用不要で小型化可能な筒型永久磁石磁場発生装置
を提供すること。 【構成】 筒型永久磁石磁場発生装置を、複数個の筒型
永久磁石を軸方向に結合して作製する。その際、各筒型
永久磁石の外側の寸法及び内側の寸法を、等しいか、あ
るいは異なるようにし、かつ、複数個の筒型永久磁石の
磁化の向きを、一部分は側面に垂直で内から外へ向かう
向きとし、残りの一部分は側面に垂直で外から内へ向か
う向きとすることにより、筒型永久磁石磁場発生装置の
内部空間に軸方向の均一磁場を発生させられるようにす
る。さらに、複数個の筒型永久磁石の内の、等しい磁化
の向きを持つ一部分の筒型永久磁石と、それと磁化の向
きが逆である残りの一部分の筒型永久磁石との間に、隙
間を設ける。また、任意の筒型永久磁石の外側面に傾斜
をつけたり、あるいは、凹凸を設けたりする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軸方向均一磁場発生用
の筒型永久磁石磁場発生装置に関する。本発明の磁場発
生装置は、従来のソレノイドコイルなどを用いた磁場発
生装置に代え、均一磁場を必要とする場所に広く適用す
ることができる。たとえば、本発明の磁場発生装置を、
任意の装置内の均一磁場を必要とする箇所に組み込み、
本発明の磁場発生装置を上記任意の装置の一部構成品と
して使用したり、あるいは、本発明の磁場発生装置の内
部空間に被検体を挿入し、本発明の磁場発生装置を磁気
共鳴撮影装置として使用したりすることができる。

【０００２】

【従来の技術】従来の軸方向均一磁場発生用の磁場発生
装置としては、ソレノイドコイルを用いた磁場発生装置
が一般的に知られている。

【０００３】ソレノイドコイルを用いた磁場発生装置で
高磁場を発生させるためには、ソレノイドコイルのコイ
ル巻数を多くしたり、ソレノイドコイルに大電流を流し
たりする必要がある。

【０００４】しかし、ソレノイドコイルのコイル巻数を
多くして高磁場を発生させる方法には、磁場発生装置が
大型化するという問題がある。

【０００５】また、ソレノイドコイルに大電流を流す方
法には、高額な運転費用がかかり、さらに、ソレノイド
コイルが発熱するという問題もある。発熱の問題は、ソ
レノイドコイルを空冷あるいは水冷（たとえば、コイル
として銅線の代わりに銅管を巻き、その管内の孔に冷却
水を流す方法など）することで解決できるが、これによ
りさらに運転費用がかかり、また、磁場発生装置がさら
に大型化するという問題が生じる。

【０００６】このため、軸方向均一磁場発生用の磁場発
生装置として、永久磁石を用いた装置が考案されてい
る。図７に、円筒形の永久磁石磁場発生装置の従来例の
斜視図を示す。また、図８に、図７の円筒形永久磁石磁
場発生装置を説明するための図を示す。

【０００７】図７に示した円筒形永久磁石磁場発生装置
１０は、円筒形の永久磁石１２から成る。円筒形永久磁
石磁場発生装置１０には、内部を貫通している孔１４が
存在している。図７の切断線ＡＡ’による断面図を図８
（ａ）に、図７の切断線ＢＢ’による断面図の一部分
（切り口部分）を図８（ｂ）に示す。

【０００８】円筒形永久磁石１２は、図８（ａ）の符号
１６の向き（紙面に垂直にこちら側から向こう側へ向か
う向き）に磁化されている（図８（ｂ）には矢印１６’
で示した）。これにより、磁力線１８ａ〜１８ｄ（磁力
線に付した矢印は磁力線の向きを示す）が発生し、円筒
形永久磁石磁場発生装置１０の内部空間（孔１４内）の
中央付近には、軸方向均一磁場が発生する。この軸方向
均一磁場の向きは、図８（ａ）の符号２０の向き（紙面
に垂直に向こう側からこちら側へ向かう向き）、即ち、
図８（ｂ）の矢印２０’の向きとなる。

【０００９】即ち、図７及び図８に示した円筒形永久磁
石磁場発生装置１０を用いれば、その内部空間に、軸方
向を向いた均一磁場を発生させることができる。

【００１０】しかし、図７及び図８の円筒形永久磁石磁
場発生装置１０では、円筒形永久磁石１２から出る磁力
線の内の一部（たとえば磁力線１８ｂ及び１８ｃ）しか
円筒形永久磁石磁場発生装置１０の内部空間（孔１４
内）を通らず、円筒形永久磁石磁場発生装置１０の外側
を通る磁力線（たとえば磁力線１８ａ及び１８ｄ）は軸
方向磁場の生成に寄与しない。即ち、円筒形永久磁石１
２から発生する磁場の利用効率が非常に悪い。

【００１１】したがって、図７及び図８の円筒形永久磁
石磁場発生装置１０では、発生磁場の利用効率の悪さを
補うために、円筒形永久磁石１２を大きくして発生磁場
の全体の大きさを大きくしなければならない。このた
め、高磁場を発生させる磁場発生装置として用いるのに
は、図７及び図８の磁場発生装置は大きくなり過ぎてし
まうため不適切である。

【００１２】したがって、空間均一性の高い軸方向高磁
場を発生させることができ、運転費用がかからず、小型
化可能な、磁場発生装置が求められている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、空間
均一性の高い軸方向高磁場を発生させることができ、運
転費用がかからず、小型化可能な、筒型永久磁石磁場発
生装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】希土類永久磁石を用いた
筒型永久磁石磁場発生装置において、該筒型永久磁石磁
場発生装置は、複数個の筒型永久磁石を軸方向に結合し
て成り、上記筒型永久磁石各々の、外側の寸法及び内側
の寸法を、それぞれ等しいか、あるいは異なるように
し、かつ、複数個の上記筒型永久磁石の磁化の向きを、
上記筒型永久磁石の複数個の内の一部分は、該筒型永久
磁石の側面に垂直で上記筒型永久磁石の内から外へ向か
う向きとし、残りの一部分は、上記筒型永久磁石の側面
に垂直で上記筒型永久磁石の外から内へ向かう向きとす
ることにより、上記筒型永久磁石磁場発生装置の内部空
間に、軸方向の均一磁場を発生させられるようにする。
さらに、上記複数個の筒型永久磁石の内の、等しい磁化
の向きを持つ一部分の筒型永久磁石と、該一部分の筒型
永久磁石とは磁化の向きが逆である残りの一部分の筒型
永久磁石との間に、隙間を設ける。また、上記複数個の
筒型永久磁石の内の、任意の筒型永久磁石の外側面に傾
斜をつけたり、あるいは、凹凸を設けたりする。

【００１５】

【実施例】本発明の軸方向均一磁場発生用の筒型永久磁
石磁場発生装置は、複数個の筒型永久磁石を結合して作
製するのが特徴である。

【００１６】図１に、本発明の軸方向均一磁場発生用の
筒型永久磁石磁場発生装置の例を示す。図１（ａ）及び
（ｂ）は磁場発生装置を構成する円筒形永久磁石の例、
図１（ｃ）は複数個の円筒形永久磁石（図１（ａ）及び
（ｂ）に示した型の磁石）を結合させて作製した円筒形
永久磁石磁場発生装置の例である。

【００１７】図１（ａ）の円筒形永久磁石３０ａは、内
部を貫通する孔３２ａを持ち、側面に垂直方向に内から
外へ向かう向き（矢印３４ａの向き）に磁化されてい
る。一方、図１（ｂ）の円筒形永久磁石３０ｂは、内部
を貫通する孔３２ｂを持ち、側面に垂直方向に外から内
へ向かう向き（矢印３４ｂの向き）に磁化されている。

【００１８】図１（ｃ）に示した円筒形永久磁石磁場発
生装置は、図１（ａ）の円筒形永久磁石３０ａと磁化の
向きが等しい円筒形永久磁石３６ａ〜３６ｄ（図中の区
分Ｃ）と、図１（ｂ）の円筒形永久磁石３０ｂと磁化の
向きが等しい円筒形永久磁石３６ｅ〜３６ｈ（図中の区
分Ｄ）とを結合して成っている。この円筒形永久磁石磁
場発生装置は、装置の内部を貫通する孔３８を持つ。

【００１９】図１（ｃ）よりわかるように、各円筒形永
久磁石３６ａ〜３６ｈの外径は異なっていて良い。ま
た、内径も各円筒形永久磁石３６ａ〜３６ｈで異なって
いて良い。それぞれの円筒形永久磁石の大きさ（外径及
び内径）を適宜調節することで、円筒形永久磁石磁場発
生装置の内部空間（孔３８内）の中央付近に軸方向均一
磁場を発生させることができるのである。

【００２０】軸方向均一磁場が発生する仕組みを図２を
用いて説明する。図２（ａ）は、図１の切断線ＥＥ’に
よる断面図の一部分（切り口部分）を示し、図２（ｂ）
は、図１の切断線ＦＦ’による断面図の一部分（切り口
部分）を示している。図２（ａ）及び（ｂ）において各
永久磁石内に描かれた矢印は、それぞれの永久磁石の磁
化方向を示している。

【００２１】図１（ｃ）のように複数個の円筒形永久磁
石を結合することにより、円筒形永久磁石磁場発生装置
の内部空間（孔３８内）には、図２（ｂ）に示したよう
な磁力線５０が発生する（ここでは磁力線の向きは省略
した）。

【００２２】磁力線５０により、円筒形永久磁石磁場発
生装置の内部空間（孔３８内）の中央付近には、軸方向
均一磁場が発生する。この軸方向均一磁場の向きは、図
２（ａ）の符号５２の向き（紙面に垂直に向こう側から
こちら側へ向かう向き）、即ち、図２（ｂ）の矢印５
２’の向きとなる。

【００２３】また、図２に示した例は、図２（ｂ）より
わかるように各円筒形永久磁石の内径が等しい。しか
し、上で述べたように、各円筒形永久磁石の内径を必ず
しも等しくする必要はない。

【００２４】また、図２の例において、円筒形永久磁石
磁場発生装置は、軸方向に垂直で、中心を通る面（一点
鎖線ＧＧ’で示した面）に対して対称な形状であり、か
つ、各円筒形永久磁石の磁化の向きは、上記の面（一点
鎖線ＧＧ’で示した面）に対して、反対向きとなってい
る（図２（ｂ）の各円筒形永久磁石に描かれた、磁化の
向きを示す矢印参照）。これにより、上記の面（一点鎖
線ＧＧ’で示した面）に対して対称形の磁場が得られ
る。しかし、対称磁場を必要としない場合は、当然、こ
のような磁石配置とする必要はなく、所望の磁場分布と
なるような磁石配置とすれば良い。

【００２５】軸方向均一磁場を発生させるためには図１
及び図２に示したような円筒形永久磁石を結合して作製
した磁場発生装置を用いるのが理想的である。しかし、
大型の円筒形永久磁石３０ａ及び３０ｂを作製するのは
技術的に難しい。このため、容易に作製できる、多角形
の筒型永久磁石を結合した永久磁石磁場発生装置が、一
般には使われている。

【００２６】しかし、多角形の角の数を多くして円筒に
近くするほど、磁場発生装置の内部空間に、より均一な
磁場を発生させることができる。よって、多角形の角の
数は、作製する磁場発生装置に必要な磁場均一度と多角
形の筒型永久磁石作製の困難度を考慮して決定すれば良
い。

【００２７】図３に、多角形の筒型永久磁石の例とし
て、四角形の筒型永久磁石を示す。図３（ａ）の四角形
の筒型永久磁石４０ａは、内部を貫通する四角形の孔４
２ａを持ち、側面に垂直方向に内から外へ向かう向き
（矢印４４ａ〜４４ｄの向き）に磁化されている。一
方、図３（ｂ）の四角形の筒型永久磁石４０ｂは、内部
を貫通する四角形の孔４２ｂを持ち、側面に垂直方向に
外から内へ向かう向き（矢印４６ａ〜４６ｄの向き）に
磁化されている。

【００２８】図３（ａ）に示した四角形の筒型永久磁石
４０ａは、台形柱型永久磁石４８ａ〜４８ｄを組み合わ
せて作製するのが普通である。図３（ｂ）に示した四角
形の筒型永久磁石４０ｂも、同様にして、４個の台形柱
型永久磁石を組み合わせて作製する。また、任意の多角
形の筒型永久磁石を作製する際にも、複数個の台形柱型
永久磁石を組み合わせて作製するのが普通である。

【００２９】また、筒型永久磁石磁場発生装置を作製す
るために、円筒形永久磁石と多角形の筒型永久磁石とを
組み合わせても良い。しかし、この場合は各永久磁石間
に隙間が生じるため発生磁場強度が少し低下する。

【００３０】本発明の磁場発生装置が、高磁場発生用と
して適している理由を以下に述べる。本発明の永久磁石
磁場発生装置による磁力線は、図２（ｂ）の５０で示さ
れるとおりであり、図８（ｂ）の従来例における磁力線
１８ａ〜１８ｄと、軸方向磁場への寄与の仕方が異な
る。

【００３１】図８の従来例においては、ひと場所から出
た磁力線１８ａ及び１８ｂの内、軸方向磁場へ寄与して
いるのは磁力線１８ｂだけである。即ち、発生する磁場
の半分程度しか、内部空間の軸方向磁場へ寄与しない。

【００３２】一方、図２の本発明においては、たとえ
ば、永久磁石３６ｈから出た磁力線は全て磁場発生装置
内（孔３８内）を通って上方に向かう。もちろん、永久
磁石３６ｈから出て、たとえば永久磁石３６ａに入った
磁力線は、磁場発生装置の外側を通って永久磁石３６ｈ
に戻る。しかし、永久磁石３６ｈから出た磁力線は全て
軸方向磁場へ寄与しているという点で、図８の従来例と
は異なる。

【００３３】したがって、図２に示す本発明は、図８の
従来例に比べ、磁場の利用効率が非常によい。このた
め、永久磁石をそれほど大きくしなくても高磁場を発生
させられるという大きな利点があるのである。

【００３４】図４に、本発明の軸方向均一磁場発生用の
筒型永久磁石磁場発生装置の別の例を示す。図４の例も
図２の例と同様、円筒形永久磁石磁場発生装置であり、
図４（ａ）は図２（ａ）に対応する図であり、図４
（ｂ）は図２（ｂ）に対応する図である。

【００３５】図４の例は、軸方向の中央部に隙間７０を
持つ点でのみ、図２の例と異なっている。隙間７０を設
けることにより、図２の例における軸方向均一磁場（符
号５２及び矢印５２’で示した）よりも、磁場均一度の
高い軸方向磁場（符号６２及び矢印６２’で示した）を
発生させることができる。ただし、軸中央（一点鎖線Ｈ
Ｈ’で示した面と軸とが交わる位置）における磁場強度
は、図２の場合よりも若干小さくなる。しかし、軸中央
付近の磁場均一度が上がる方が、実用に際しては有用な
ことである。

【００３６】図５に、図４の例と同様な隙間が設けられ
た筒型永久磁石磁場発生装置のさらに別の例を示す。図
５の筒型永久磁石磁場発生装置は、１２角形の筒型永久
磁石を軸方向に結合して成る磁場発生装置である。図５
（ａ）は、筒型永久磁石磁場発生装置の横断面図の一部
分（切り口部分）であり（図５（ｂ）の１２角形の筒型
永久磁石８２ｄの切り口部分）、切り口部分に示した矢
印は永久磁石の磁化の向きを表す。また、図５（ｂ）
は、筒型永久磁石磁場発生装置の縦断面図の一部分（切
り口部分）であり、切り口部分に示した矢印は永久磁石
の磁化の向きを表す。

【００３７】本発明者らは、図５に示したような１２角
形の筒型永久磁石磁場発生装置による磁場分布の測定を
行った。図５の、磁場分布測定に用いた１２角形の筒型
永久磁石磁場発生装置について詳しく説明する。各１２
角形の筒型永久磁石８２ａ〜８２ｔには、残留磁束密度
Ｂｒ＝１．３１Ｔ、保持力ｂＨｃ＝１２．６ｋＯｅとい
う磁気特性を有する、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石を使用
した。

【００３８】１２角形の筒型永久磁石８２ａ〜８２ｊを
軸方向に１０個結合した組Ｋと、１２角形の筒型永久磁
石８２ｋ〜８２ｔを軸方向に１０個結合した組Ｌとを用
意し、これらの組Ｋ、組Ｌを、隙間８４を設けて図５
（ｂ）のように配置した。隙間８４の大きさは３０ｍｍ
とした。組Ｋの１２角形の筒型永久磁石８２ａ〜８２ｊ
の磁化の向きは、全て、筒型永久磁石８２ｄに示した向
きと等しく、組Ｌの１２角形の筒型永久磁石８２ｋ〜８
２ｔの磁化の向きは、全て、筒型永久磁石８２ｑに示し
た向きと等しい。

【００３９】上記の各１２角形の筒型永久磁石８２ａ〜
８２ｔの厚さは、それぞれ３５ｍｍとした。また、各１
２角形の筒型永久磁石８２ａ〜８２ｔの内側の寸法は全
て揃え、図５（ａ）に示したように１２０ｍｍとし、外
側の寸法は、それぞれ図５（ｂ）の矢印部分に示したと
おりとした。各数値の単位はｍｍである。

【００４０】上述の１２角形の筒型永久磁石磁場発生装
置を用いた測定結果を、図６に示す。図６のグラフにお
いて、横軸は、磁場発生装置の内部空間の軸上の位置
（単位はｍｍ）を表し、縦軸は、上記軸上の各位置にお
ける軸方向磁場の磁束密度（単位はガウス（Ｇ））を表
している。グラフ横軸に表した軸上の原点Ｏは、磁場発
生装置の内部空間の中央の位置（図５において、一点鎖
線ＭＭ’で示した面と軸とが交わる点）とし、発生磁場
の向きと同じ向きを正の向きとした。

【００４１】図６のグラフより、図５の１２角形の筒型
永久磁石磁場発生装置の内部空間の中心付近（原点Ｏ付
近）に、５０００Ｇ以上もの強い磁場を得られることが
わかる。しかも、中心付近の軸方向１００ｍｍ程度の範
囲ではかなり均一度の高い磁場が発生していることがわ
かる。

【００４２】また、本発明の筒型永久磁石磁場発生装置
において、筒型永久磁石の外側面を変形し、外側面に傾
斜をつけたり、凹凸を設けたりしても良い。このよう
に、任意の筒型永久磁石の外側面の形状を変形すること
で、軸方向の発生磁場を微調整できる。さらには、均一
磁場のみでなく、所望される複雑な磁場分布をも実現さ
せることができる。

【００４３】

【発明の効果】本発明の筒型永久磁石磁場発生装置によ
り、空間均一性の高い軸方向高磁場を発生させることが
できる。しかも、本発明の筒型永久磁石磁場発生装置は
永久磁石を使用しているため、運転費用がかからない。
また、本発明の筒型永久磁石磁場発生装置は発生磁場の
利用効率が非常によいので、小型化しても充分な高磁場
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の軸方向均一磁場発生用の筒型永久磁石
磁場発生装置の例を説明する図。

【図２】本発明の軸方向均一磁場発生用の筒型永久磁石
磁場発生装置の例を説明する図。

【図３】本発明の軸方向均一磁場発生用の筒型永久磁石
磁場発生装置に用いる筒型永久磁石の他の例の斜視図。

【図４】本発明の軸方向均一磁場発生用の筒型永久磁石
磁場発生装置の他の例を説明する図。

【図５】本発明のさらに他の例である、１２角形の筒型
永久磁石磁場発生装置を説明する図。

【図６】図５に示した、１２角形の筒型永久磁石磁場発
生装置に発生する磁束密度を示すグラフ。

【図７】従来の軸方向均一磁場発生用の円筒形永久磁石
磁場発生装置の例の斜視図。

【図８】従来の軸方向均一磁場発生用の円筒形永久磁石
磁場発生装置の例を説明する図。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 希土類永久磁石を用いた筒型永久磁石磁
   場発生装置において、 該筒型永久磁石磁場発生装置は、複数個の筒型永久磁石
   を軸方向に結合して成り、 上記筒型永久磁石各々の、外側の寸法及び内側の寸法
   を、それぞれ等しいか、あるいは異なるようにし、 かつ、複数個の上記筒型永久磁石の磁化の向きを、上記
   筒型永久磁石の複数個の内の一部分は、該筒型永久磁石
   の側面に垂直で上記筒型永久磁石の内から外へ向かう向
   きとし、残りの一部分は、上記筒型永久磁石の側面に垂
   直で上記筒型永久磁石の外から内へ向かう向きとするこ
   とにより、 上記筒型永久磁石磁場発生装置の内部空間に、軸方向の
   均一磁場を発生させることを可能とした、ことを特徴と
   する軸方向均一磁場発生用の筒型永久磁石磁場発生装
   置。
2. 【請求項２】 上記複数個の筒型永久磁石の内の、等し
   い磁化の向きを持つ一部分の筒型永久磁石と、該一部分
   の筒型永久磁石とは磁化の向きが逆である残りの一部分
   の筒型永久磁石との間に、隙間を設けたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の軸方向均一磁場発生用
   の筒型永久磁石磁場発生装置。
3. 【請求項３】 上記複数個の筒型永久磁石の内の、任意
   の筒型永久磁石の外側面に傾斜をつけたり、あるいは、
   凹凸を設けたりしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項及び第２項に記載の軸方向均一磁場発生用の筒型永
   久磁石磁場発生装置。