JPH07272930A - 着磁装置及びその着磁方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンパクトな磁界発生装置であるにも係わら
ず大きな空気間隙に強磁界を発生させることのできる磁
界発生装置とする。 【構成】冷媒容器１内に液体窒素からなる液体冷媒Ｌを
満たして冷却する。継鉄７の内側に筒状のコイル体４が
設けられ、また、この中央空間内に収容容器５を配設す
る。このため、コイル体４は電気抵抗が常温より著しく
小さいために、コイル線を多数を捲き回したコイル体で
あっても、大きな電流を流すことができる。これによ
り、コイル体がコンパクトであるにも係わらず空気間隙
の大きな強磁界を発生できる。また、コイル体４のコイ
ル線４ａ間を液体冷媒Ｌが流通できるので、ジュール熱
によりコイル体に発生する熱量は、液体冷媒の気化潜熱
によって急速に奪わる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は着磁装置及びその着磁
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、強磁界を発生するための着磁
装置が、例えば磁石を製造するために用いられている。
合金系の磁石では、成形した磁石素材を強磁界の下に曝
して着磁させる方法が採用されており、この磁石素材は
厚さ１０ｍｍ以下の大きさのものが多いために、空気間
隙を１０ｍｍ程度となる着磁装置で十分とされている。
また、一方、空気間隙を大きくした着磁装置としてはビ
ッター型電磁石などが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ここで、大きな空気間
隙に強磁界を発生させるには、起磁力を大きくするため
に、捲き数の多いコイルに大きな電流を流す必要があ
る。しかし、これでは、コイル抵抗による大きなジュー
ル熱が発生して、コイルの過熱による破損を免れること
ができないために、空気間隙の小さな着磁装置とされた
り、通電時間が数ミリ秒単位の極めて短時間とするもの
に限られるなどの制約があった。また、空気間隙を５０
ｍｍ、磁束密度が３．２Ｔを実現できる前述のビッター
型電磁石では、総重量が１３トンにもなり、コンパクト
な着磁装置とすることができないため、例えば磁石素材
を着磁するための装置として適用することが困難であっ
た。なお、上述したビッター型電磁石において、空気間
隙を１０ｍｍとすると磁束密度が４．８Ｔに達すること
が知られている。

【０００４】従って、磁石素材を着磁する際には、空気
間隙の小さな着磁装置が使用されているために、着磁さ
れる磁石は小型又は薄いものに限られているのが実情で
ある。

【０００５】そこで、この発明では、コンパクトな着磁
装置であるにも係わらず大きな空気間隙に強磁界を発生
させることのできる着磁装置を提供することを目的とし
ている。また、併せて磁石素材を着磁する着磁方法を提
供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、継
鉄と、この継鉄の内側に配設されるコイル線が捲回され
た筒状のコイル体と、少なくとも該コイル体を包む冷媒
容器とのコイル体の中央空間内に収容配置された収容容
器とを備え前記コイル体に捲回されたコイル線間には、
液体冷媒が流通可能に設けられて、このコイル線に流れ
る電流により前記収容容器内に縦磁界を発生する構成と
されている。請求項２の発明では、縦ループ状に配設し
た継鉄の内側にコイル線を捲回した筒状のコイル体を配
設した冷媒容器内に液体冷媒を満たして、前記コイル体
に捲回されたコイル線間に液体冷媒を流通可能とし、さ
らに、このコイル体の中央空間内に収容容器を配置した
後、該収容容器内に磁石素材を内装して液体冷媒による
冷却の下で、このコイル線に電流を流して前記収容容器
内に縦磁界を発生して磁石素材を着磁する着磁方法とさ
れている。

【０００７】

【作用】コイル線に直流電流が流されると、このコイル
体の中央部（容器内）に継続した磁界が発生する。この
際、コイル体は液体冷媒内に浸漬されて冷却されてお
り、その電気抵抗が常温より著しく小さいために、コイ
ル線を多数を捲き回したコイル体であっても、大きな電
流を流すことが可能となる。これにより、コイル体がコ
ンパクトであるにも係わらず空気間隙の大きな強磁界を
発生することができる。また、ジュール熱によりコイル
体に発生する熱量は、コイル線の間を流通する液体冷媒
の気化潜熱によって急速に奪わる。この際に液体冷媒は
気泡を発生するが、液体冷媒内を速やかに上昇して系外
に逃散し、コイル体は液体冷媒の沸点近傍の温度に保持
される。さらに、コイル体は継鉄によってループ状に囲
まれており、外部磁気抵抗を小さくしている。これによ
り、小さなコイル体によって、長時間にわたって大電流
を継続して流すことができ、発生する安定した強磁界に
よって磁石素材を着磁することができる。

【０００８】

【発明の効果】継鉄と、この継鉄の内側に配設されるコ
イル線が捲回された筒状のコイル体と、少なくとも該コ
イル体を包む冷媒容器とのコイル体の中央空間内に収容
配置された収容容器とを備えコイル体に捲回されたコイ
ル線間には、液体冷媒が流通可能に設けられているの
で、小さなコイル体に大電流を流すことができて強力な
縦磁界のもとで着磁する着磁装置とすることができる。
請求項２の発明では、縦ループ状に配設した継鉄の内側
にコイル線を捲回した筒状のコイル体を配設した冷媒容
器内に液体冷媒を満たして、前記コイル体に捲回された
コイル線間に液体冷媒を流通可能とし、さらに、このコ
イル体の中央空間内に収容容器を配置した後、該収容容
器内に磁石素材を内装して液体冷媒による冷却の下で、
このコイル線に電流を流して前記収容容器内に縦磁界を
発生して磁石素材を着磁するために、小さなコイル体に
よって発生する安定した強磁界によって磁石素材の着磁
を容易かつ安価に行うことができる。

【０００９】

【実施例】以下、この発明を電路の開閉を行なう真空遮
断器の重要な構成部材である真空バルブに内蔵された磁
石素材３８ａを着磁する着磁装置に適用した一実施例を
図１から図４に基づいて説明する。

【００１０】まず、この実施例の真空バルブ３０につい
て説明すると、真空バルブ３０は図４に示すように、磁
器などのセラミックスからなる円筒状の絶縁容器３１の
両側開口にろう付けにより金属蓋３２，３３がそれぞれ
密閉溶着されて真空容器とされている。この金属蓋３
２，３３を貫通して一対の電極体３４，３５が突合わせ
状に対向して取付けられており、一方の電極体３５が進
退可能とされて、電極体３４に接触・離間することによ
って電路の開閉が行なわれる。なお、両電極体３４，３
５の突合わせ面となる先端面には電極板３６，３７がそ
れぞれ設けられており、電極体３５を後退して接触状態
から切り離す際に、両電極板３６，３７の間に発生する
アークが消弧して電路が遮断される構成とされている。
ここで、両電極板３６，３７間に強い縦磁界の下で切り
離すと、発生するアークが両電極板３６，３７の間に閉
じこめられ、安定したアークとなるために、電極板３
６，３７の溶損が減少し、また、遮断性能が向上するこ
とが知られている。このため、この実施例の真空バルブ
３０では、電極板３６，３７の内側に永久磁石３８をそ
れぞれ配設して、両電極板３６，３７間に縦磁界を付与
する構成としている。

【００１１】この構成の真空バルブ３０の製造工程にお
いては、組み付けの最後の工程で、真空加熱炉内で、金
属蓋３２，３３をろう付けにより溶着して真空容器とし
ている。このため、永久磁石３８，３８を予め配設して
おいても、このろう付けの際の高温に曝されて消磁して
しまうために、従来は、この両電極板３６，３７内に永
久磁石を配設することができなかったり、複雑な構成を
採用する必要があった。この実施例では、この真空バル
ブ３０内に磁石素材３８ａを配設しておき、ろう付け工
程の後に磁石素材３８ａに着磁処理を施すことにより永
久磁石３８とする手段を採用することとしている。な
お、磁石素材３８ａとしては、高磁界が得られるサマリ
ウムーコバルト系、ネオジウムー鉄ーボロン系の異方性
磁石素材などが使用されている。

【００１２】図１は、この真空バルブ３０内に配設され
た磁石素材３８ａを着磁するための着磁装置の概略断面
図であって、上部が開放された有底円筒形状のスチール
製の冷媒容器１に、開放可能に取着された断熱蓋２によ
り全体が略密閉されている。この冷媒容器１内には、縦
ループ状に配設した継鉄３が配設され、この継鉄３内に
コイル線４ａにより筒状に捲回されたコイル体４が載置
されている。そして、この筒状のコイル体４の中央空間
内に被着磁体としての真空バルブ３０を収容するスチー
ル製の収容容器５が載置されている。このように構成さ
れている冷媒容器１内には液体冷媒Ｌがコイル体４の全
体が浸漬されるように、冷媒容器１の上部まで満たされ
ている。この液体冷媒Ｌとしては、沸点がマイナス１９
６℃の液体窒素、マイナス１８３℃の液体酸素、マイナ
ス１６２℃のＬＮＧ、マイナス２５３℃の液体水素、マ
イナス２６９℃の液体ヘリウムなどの液体冷媒を使用す
ることができる。なお、コイル体４の電気抵抗は低温に
なるほど低下するため、沸点が低い程望ましいが、この
実施例では、取扱いが容易であること、及びコスト的な
面から液体窒素が採用されている。

【００１３】冷媒容器１は、その外面が発泡スチールに
よる断熱板１ａによって囲まれ、また、断熱蓋２は断熱
性の板材により形成されて、全体が断熱容器とされてい
る。また、この冷媒容器１内には、絶縁性のリング形状
のスペーサ６上に四枚の肉厚の軟鉄からなるブロック７
ａ，７ｂ，７ｂ，７ｃをロの字に縦にループ状になるよ
うに組み立てて、継鉄７を構成し、外部磁気抵抗の軽減
を図っている。また、この上ブロック７ｃの中央には蓋
孔７ｄが形成され、ブロック蓋７ｅにより覆着されてい
る。

【００１４】この底部となる下部ブロック７ａ上にはス
ペーサ８を介してコイル体４が載置されている。このコ
イル体４は、直径２．６ｍｍの銅線からなるコイル線４
ａが一層６０巻きとして３０層が巻き付けられている。
なお、図３には、図を簡略するためにスペーサ９を２段
に介装して示しているが、各層間にはスペーサ９がそれ
ぞれ介装されており、液体冷媒Ｌが流通するコイル間隙
Ｓが形成されている。そして、このコイル体４の内径は
１１２ｍｍ、外径が２４３ｍｍ、高さ１５６ｍｍとされ
ている。このように構成されたコイル体４の電気抵抗を
測定した結果、室温の２０℃で３．４１オームを示した
のに対して、液体窒素により冷却されたマイナス１９６
℃では０．５オームを示し、室温よりも約１／７の極め
て小さな電気抵抗を示していた。また、コイル体４の外
側は絹テープ１０により巻かれており、コイル体の保形
性を確保するとともに、コイル体４内に液体冷媒Ｌが浸
入可能とされている。このように構成されたコイル体４
は図示しない直流電源に接続されている。この直流電源
から２００Ａの電流を供給し、コイル体の筒中央の磁石
材配置部に２万５千エルステッド（磁束密度２５０００
ガウス）の軸方向磁界を与えることができた。そして、
この際にコイル体４に生じるジュール熱は４．８ｋｃａ
ｌ／ｓｅｃであった。

【００１５】また、コイル体４の筒部中央には、真空バ
ルブ３０を収容する有底筒状のステンレスからなる収容
容器５が配設されている。この収容容器５の上部では、
上ブロック７ｃに形成された蓋孔７ｄに係合して吊下げ
た状態で配設されている。この収容容器５の内側底面及
び内側周面には段ボール紙製からなる板厚が厚く断熱性
に優れた断熱材１１が張り巡らされて、収容容器５内が
極低温となることが防止する断熱容器とされている。な
お、段ボール紙を使用するのは、液体窒素で冷却された
際にも、その柔軟性を失うこと無く断熱性を発揮する材
料であるためである。また、蓋孔７ｄを覆着する軟鉄製
のブロック蓋７ｅには、その中心部に操作孔７ｆが設け
られるとともに、上面にはこのブロック蓋７ｅを開閉操
作するための把持部７ｇが設けられている。

【００１６】次にこの実施例の着磁装置によって、真空
バルブ３０内に配設された磁石素材３８ａ，３８ａを着
磁する工程について説明する。まず、冷媒容器１内に
は、液体窒素Ｌがコイル体４の全体を浸漬する液面まで
満たされていて、コイル体４がマイナス１９６℃まで冷
却されている。この安定した状態において、断熱蓋２及
びブロック蓋７ｅを取り外して、真空バルブ３０が収容
容器５内に納められる。この際、図１に示すように、真
空バルブ３０の電極体３５の端部には、これに螺着連結
される操作治具１５が取着されており、この操作治具１
５を把持して収容容器５内の中央に載置される。そして
びブロック蓋７ｅの操作孔７ｆにこの操作治具１５の上
部を挿通して、ブロック蓋７ｅを閉めるとともに断熱蓋
２を閉じてセットを完了する。なお、電極体３５は、図
２に示すように前進させて、電極板３６に電極板３７が
接触している状態として、収容されている両磁石素材３
８ａ，３８ａの間隙が短い状態とされている。そしてこ
の実施例では、両磁石素材３８ａ，３８ａの存在する約
１８ｃｍの間隙に強磁界が付与されることを必要とされ
る。

【００１７】そして、図示しないスイッチを入作動して
コイル線４ａに直流電源から電流を流す。これにより、
収容容器５内には２万５千〜３万エルステッド（磁束密
度２５０００ガウス）の磁界強度が作用して、磁石素材
３８ａが充分に着磁される。なお、磁石素材３８ａは図
２に示すように、銅製の電極体３４又は電極体３５内に
配設されているので、安定した継続磁界に曝す必要があ
り、一方、外部磁気抵抗を軽減するための継鉄３により
磁界の自己インダクタンスが大きくなっている。このた
め、通電時間が４〜５秒とする長い通電時間が必要とさ
れる。このように、長い通電時間であっても、コイル線
４ａの電気抵抗が低いこと、及び発生するジュール熱が
コイル体４の巻線の間に流通する液体冷媒の気化潜熱に
よって急速に奪われて冷却されていること、によってコ
イル体４の温度上昇は極めて小さいのでコイル体４の抵
抗増加が小さく、したがって継続して通電することがで
きる。この着磁処理により、電極体３４，３５内に配置
された二個の磁石素材３８ａ，３８ａは、一方向の強磁
界に曝されて、その方向に大きな磁力を有する永久磁石
３８，３８に着磁される。従って、図４に示すように、
この両永久磁石３８，３８が対向配設された両電極板３
６，３７の間に縦磁界を付与する真空バルブ３０が完成
する。

【００１８】なお、出願人は磁石素材３８ａとしてサマ
リウムーコバルト系又はネオジウムー鉄ーボロン系の異
方性磁石素材３８ａを収容した真空バルブ３０につい
て、８６０℃に加熱した後に着磁処理を施したところ、
良好な着磁性を示した。

【００１９】上述したように、この実施例では下記の構
成としているために、次のような作用を奏する。 （１） 液体冷媒に、液体窒素を使用しているので、コ
イル線４ａはマイナス１９６℃まで冷却され、常温の約
１／７にその電気抵抗を小さくすることができる。 （２） 収容容器５内が断熱材１１により断熱されてい
るので、収容容器５内に挿入された真空バルブ３０の磁
器製の絶縁容器３１に熱ショックを与えることが少な
く、これによる絶縁容器３１の破損を防止できる。 （３） この着磁装置においては、継鉄の上ブロック７
ｃに蓋孔７ｄを設けて、これに収容容器５の上縁を臨ま
せ、さらにブロック蓋７ｅを覆着する簡素な構造とされ
ている。

【００２０】なお、この実施例では、真空バルブ３０内
に配設された磁石素材３８ａを着磁する着磁装置につい
て説明したが、広く一般の着磁装置として使用すること
ができる。

【００２１】また、実施例では直流電源を使用した例に
ついて説明したが、継鉄部を積層硅素鋼板にするか、あ
るいは継鉄部を設けない構成にすることによって、交流
電流に用いてもコイル体は、Ｑが高い大量リアクトルと
することができる。さらにこの実施例では、冷媒容器１
内に継鉄３を配設し、継鉄３を液体冷媒Ｌにより冷却し
ている構成としたが、必ずしも継鉄３を冷却する必要は
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】断面図

【図２】一部の拡大断面図

【図３】コイル体の平断面を模式的に表す平断面図

【図４】真空バルブの一部切欠断面図

【符号の説明】

Ｌ…液体冷媒 １…冷媒容器 ３…継鉄 ４…コイル体
４ａ…コイル線 ５…収容容器 ６…スペーサ ７…
継鉄 ３８ａ…磁石素材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 継鉄と、この継鉄の内側に配設されるコ
   イル線が捲回された筒状のコイル体と、少なくとも該コ
   イル体を包む冷媒容器とこのコイル体の中央空間内に収
   容配置された収容容器とを備え前記コイル体に捲回され
   たコイル線間には、液体冷媒が流通可能に設けられて、
   このコイル線に流れる電流により前記収容容器内に縦磁
   界を発生する着磁装置。
2. 【請求項２】 縦ループ状に配設した継鉄の内側にコイ
   ル線を捲回した筒状のコイル体を配設した冷媒容器内に
   液体冷媒を満たして、前記コイル体に捲回されたコイル
   線間に液体冷媒を流通可能とし、さらに、このコイル体
   の中央空間内に収容容器を配置した後、該収容容器内に
   磁石素材を内装して液体冷媒による冷却の下で、このコ
   イル線に電流を流して前記収容容器内に縦磁界を発生し
   て磁石素材を着磁することを特徴とする着磁方法。