JPH07509353A - 医療用高磁界磁石 - 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】 医療用高磁界磁石 発明の分野 この発明は、効率を向上した高磁界磁石に関する。この発明は、医療用の核磁気 共鳴磁石に特に有用であるが、これに限定されるものではない。

発明の背景 永久磁石を設計する」二での基本的な要件は、磁化された材料内に蓄えられたエ ネルギを効率的に利用できることである。一般的に、その設計は、最小体積およ び最小重量を持つ磁石の空洞内において、所望の値の強度を実現することを志向 している。

高透磁率を持つヨークを必要とすることなく磁界が磁石内にとし込められるよう 磁気構造か設計されている場合、その永久磁石はヨーク無し磁石として分類可能 である。なお、高透磁率を持つヨークを使用する磁石とは、磁気＋、ｔ　ｔ＋を 使用して対象領域内で所望の磁界を発生し、磁界とじ込める機能が外部ヨークに よって行われるヨーク付き磁石、または、磁気構造が部分的ヨークのみを必要と するよう設計されている混成型磁石のことである。

前記ヨーク無し磁石は、空気に近い傾斜の準すニア消に特性を有する磁気材（Ｉ によって設計可能である。この場合、その磁気構造は、他の磁界発生源によって 発生される磁界を透過させる。これは、設計者か同心上に設けられた複数の磁石 によって発生された磁界を重ねることによって空洞内の磁界強度を大きくするこ とを可能にする、ヨーク無し磁石の重要な特性である。

一方、前記ヨーク付き磁石は、磁石の磁界をとじ込める同一のヨークによって、 外部の磁界発生源からシール］・される。その結果、前記ヨーク無し磁石の磁界 重合特性はこのヨーク付き磁石には存在せす、空洞内で達成可能な磁界強度は、 該磁石の構造によって決定される上限を有する。逆に、その磁気材料は前記空洞 内で磁界を発生する機能のみを実行するので、一般的に、ヨーク付き構造は、同 一の磁界強度および同一の空洞構造のヨーク無し構造に比べて、磁気材料の使用 量か少ない。こうして、特に、設旧パラメータが高エネルギで高コストの磁気材 料の使用を必要とするものである場合、前記磁気材料の重量は、ヨーク無し磁石 とヨーク付き磁石との間の選択を行う上での重要な要素となる。

任意の形状の空洞内において均等な磁界を発生可能な二次元および三次元のヨー ク付き磁石およびヨーク無し磁石についての設計方法、ならびに、このような構 造についての設計最適化方法は、例えば、１９８９年、イタリアのＲ１ｍ１ｎｉ におけるＥＭＭＡ　’　８９で、Ｍ、Ｇ、Ａｂｅｌｅによって発表された”Ｌｉ ｎｅａｒ　Ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　Ｙｏｋｅｌｅｓｓ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａ ｇｎｅｔｓ”１９８９年、日本の京都で開かれた第１０回希土類磁石に関する国 際セミナーの議事録１２１〜１３０ページにおいて、Ｍ、Ｇ、Ａｂｅｌｅによっ て発表された”Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｙｏｋｅｌｅｓｓ　Ｒａｒｅ　Ｅａｒｔｈ 　Ｍａｇｎｅｔｓ　ｆｏｒ　ＮＭＲＭｅｄｉｃａｌ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ″、および、１９８９年、ニューヨーク大学、放射線学部のＴＲ−２１において 、Ｍ、Ｇ、Ａｂｅｌｅによって発表された“Ｏｐｔｉｍｕｍ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏ ｆ　Ｔｗｏ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔｓ＋ に議論されている。また、このテーマは、Ｍ、Ｇ、Ａｂｅｌｅの名前で出願され この出願の譲受人に譲渡された、１９８９年、１０月１９日付けの米国特許Ｎｏ 、４２４　、１６２および１９９１年５月３０日付けの米国特許Ｎｏ、７０７， ６２０においても議論されている。上記の刊行物および出願は、この明細書にお いて参照されている。

発明の概要 この発明は、効率を向」ニしたヨーク無し、ヨーク付きおよび混成型の、高磁界 永久磁石を提供しようとするものである。

簡単に言うと、この発明の一実施例によれば、外方永久磁石層か内方永久磁石層 より低い残留磁気を有する多層の、高磁界強度磁石が提供される。

このような特徴により、前記内方層における高残留磁気祠寧−Ｉの必要使用量を 減少でき、その良さの指数を延ばしなから、より経済的な構造を提供できる。前 記構造は３つ以−４−の永久磁石層を有してもよく、その場合、各永久磁石層の 残留磁気はその下方の層の残留磁気より大きくあってはならない。

この発明の他の特徴によると、このような多層磁石の内方層は、基本的なヨーク の全部または一部が磁気材料からなる分路によって代替された層を構成してもよ い。

また、このような分路の使用によって、前記内方層は前記外方層の磁界を透過す る。

図面の簡単な説明 図１は永久磁石の基本略図、 図２は従来の磁石設計を示す断面図、 図３（ａ）は、Ｋ＝０．４を得るよう設計されたヨーク付き磁石の象限の閉鎖を 示す図、 図３（ｂ）は、残留磁気成分Ｊ、□、Ｊ８．１を除去した後の図３（ａ）の磁石 を示す図、 図４は、パラメータ１１によって定義される良さの指数Ｍと磁界均等度との関係 を示す図、 図５（ａ）はヨーク付き磁石の象限の断面図、図５（ｂ）はヨーク無し磁石の象 限の断面図、図６は混成型磁石の象限の断面図、 図７は、ヨーク付き磁石、ヨーク無し磁石および混成型磁石に関する良さの指数 Ｍ対にとの関係を示す図、図８は、ｎ個の側面を持つ正規の空洞を有する最適な 単層および二層磁石のパラメータを示す図、図９は、異なる残留磁気を有する２ つの層からなる磁石の良さの指数Ｍを示す図、 図１０は、Ｋ＝０．３６７を得るよう設計されたヨーク無し磁石の１つの象限を 示す断面図、図１１は、Ｋ＝０．３６７を（”４るよう設計されたヨーク付き磁 石の１つの象限を示す断面図、図１２は、混成型磁石の１つの象限の断面図、図 １３は、ｆｌｉ層、二次元磁石についてのパラメータを示すテーブル、 図１４は、ヨーク無し内方層、ヨーク付き外方層を有する二層磁石の１つの象限 を示す断面図、図１５は、０，２２Ｔ（テスラ）の磁界を得るよう設計された希 土類混成型磁石の内方層の１つの象限を示す断面図、 図１６は、磁石の１つの象限を示す断面図であって、高透磁中ヨークを磁気材料 製の能動的ヨークで代替した状聾を示す、 図１７は、磁石の１つの象限の断面図であって、フェライト分路を持つ混成型希 土類磁石を示す、図１８は、磁石の１つの象限を示す断面図であって、外部フェ ライ］・磁石を持つ混成型二層構造を示す、図１９は、ヨークの一部か能動的材 １１からなる分路によって代替された磁石の１つの象限を示す断面図である。

発明の詳細な説明 永久磁石〔図１〕は、対象領域ｖｏ内において強度■。

の磁界を発生するために磁化材１）Ｖ６を使用する。また、通常の永久磁石は、 ■、とＸ′６との間に挿入された磁極片、および、その磁気構造内に誘導磁界ず の磁束をとじ込めるヨークのような、強度■、を持つ所望の磁束を発生するよう 設計された構成要素を備えている。

前記磁化された材料に蓄えられたエネルギＷ、および前記対象領域内に蓄えられ たエネルギＷｃは、ここで、μ。は真空の透磁率であり、Ｊは前記磁気材料の残 留磁気下の大きさである。最適な設計は、ｍ として定義される良さの指数Ｍが最大値になる場合に、実現される。

磁界強度「および前記残留磁気下によって発生される誘導磁界ｆの合計磁束が対 象領域Ｖ。（図１）の容積内にとし込められるような理想的な設計を仮定するこ とによって、前記良さの指数Ｍの絶対的な上限が決定され得る。■、が、セロの 磁化率を有するリニアな消磁曲線によって特徴つけられる理想的な剛性磁気材料 であると仮定する。前記強度Ｗ、および誘導磁界丁、は、式８式％（３） によって、残留磁気下に関係づけられる。

また、２つの無次元パラメータにおよびに、、は、として定義される。前記了お よびＹ、が等しいと仮定すると、前記式（１）は、 に変換される。ノ、（本釣な静磁気学式％式％（６） によって、ｎｊＪ記式２は、前記対象磁界強度領域Ｖｃの値とは独立して、 Ｍ　＝　Ｋ、ｍ　（１−Ｋｍ）　（７）になる。

Ｋ□の最適値はに、＝１／２であり、永久磁石で実現可能なＭの最大値およびＶ ７の最小容積は、Ｍｍａｘ　＝　−、Ｖｍｉｎ　＝　４に’Ｖｃ　（８）である 。

前記式８に至る初歩的な考察は、均等な磁界を発生するよう設計された永久磁石 の実用的用途のリミットを定義する。原則的に、磁石はＫ＞Ｋ、となるよう設計 可能である。こうして、大きな容積の対象領域を必要とする（例えば、ＮＭＲ医 療画像技術のような）用途においては、コストおよび重量か、残留磁気程度の磁 界強度の実質的な上限を設定する。

従来の磁石は、磁界を形成してとし込めるために、強磁性要素を使用している。

図２は、対象領域内において極めて均等な磁界を発生するよう設３１された従来 の磁石を例示している。この磁石は、斜線領域■１の磁気材料と、磁極片Ｖｏと 、構造全体を包囲する外部ヨークＶｙとを基本構成要素とする軸対称構造体であ る。

対称容積に物理的な境界が無いことが、従来の磁石設計の特徴である。図２の従 来の設計に関する他の基本的特徴は、前記式４によって定義される２つのパラメ ータに□、Ｋを独立的に自由に選択できることである。図２の構造は、 Ｋｍ０．１６　（９） というｌくの値を得るよう段重されており、Ｋ、＝１／２を選択することによっ て最適化される。

前記磁気材料が約１，２５７の残留磁気Ｊを持つ希土類合金Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂであ る場合、前記式９の値は、前記磁石の中心における約０．２Ｔの磁界μ。Ｈｃに 対応す空隙における磁界形態は、主に、磁極片Ｖ、の構造によって制御される。

図２は、空気中における誘導磁界の磁束を示す。図から明らかなように、磁界湾 曲は、中心からの距離が大きくなるのに伴って大きくなる。

無次元要素りは、 として定義される。前記式１０により、良さの指数は、Ｍ＝に、、（１−にイ） 　Ｌ　（１１）である。

１’ｌ’ｌ　＋妃Ｉ−は、次の２つの要素により１未満である。すなわち、第１ の要素は、誘導磁界１３の磁束の小部分のみが前記対象領域を閉しることであり 、第２の要素は、前記対象領域を閉しる前記誘導磁界πの磁束か前記対象領域の 外の空気領域を１′１通ずることである。図２の磁石のようなオーブン構造にお いて、Ｌ〈く１（１よりはるかに小さい）であり、その結果、Ｋ、、＝１／２を 選択することによって設計か最適化される場合であっても、前記良さの指数はｎ ｉｊ記式８の理論的なリミノｔ−よりはるかに低いものになる。

図２に示した従来の設計に対する実質的な改良は、設計上の主眼点を、前記強磁 性要素から、前記対象領域を包囲する磁気祠事）にシフトすることによって達成 される。

例えば、図３の構造においては、前記磁極片■、および残留磁気Ｊ２．ｌを持つ 磁気材料の三角形要素によってとし込められる矩形領域Ｖｏ内で均等な磁界「Ｃ を発生するよう設計された、二次元磁石の断面における第１の象限か示されてい る。＋ｒｃかｙ軸の正方向に向いていると仮定し、図３の例では、その大きさは になるよう選択されており、ここで、Ｊｌは矩形領域（Ｖ。Ｖ、ＷＩＷａ）内の 残留磁気の大きさである。Ｊｌも、ｙ軸の正方向に向いている。図３の破線およ び太線（ＷｏＷ、）によって示される外部ヨークおよび前記磁極片は、無限の透 磁率を持つ材料で構成されていると仮定する。

図３の構造体は前記領域（■ｏＶ［ＷＩＷｏ）内で均等な磁界「、を発生するよ う設計されており、前記領域のｙ軸に沿ったサイズＸ１は、了、によって発生さ れた合計磁束か領域（ＯＳ　ａｓ　ｌ５２）内の磁束μ。「。に等しくなるよう なサイズである。こうして、ポイント■１の横座標によって、ポイントＳ１の横 座標ｘ２に関係つけられる。

残留磁気Ｊ、の媒体内の均等磁界Ｗ、は、磁気材料の台形領域（Ｓ、Ｔ、Ｗ工■ １）によって達成され、ここで、誘導了−０（１４） の条件を満足させる。

前記領域（Ｓ　、Ｔ　、ｗ、ｖ　、）の残留磁気了、、２は前記式１４を満足さ せ、そのｙ軸に沿った成分は、界面（Ｖ□Ｗ、）の境界条ｆノ１ （Ｊ　１．２）　ｙ　＝−ｔｔ。Ｈｍ　（１５）を満足させる。残留磁気了１， ２の大きさはＪ田等しく、Ｊ、およびｌ−（、は、最適な設３１条件に、＝１／ ２を満足させるものと仮定する。前記式１４により、側面（Ｔ　Ｉ　Ｗυは、Ｊ ｌ、２に直ｆｒｊであるので、電位Φ＝０の等電位線である。０１Ｊ記磁極片Ｖ 、は′Ｉ’　、　Ｗ　、に平行である。

■。の均等磁界Ｔｒｏは、ｎ’４　記式１４の条件を満足させる三角形（Ｓ１Ｓ ｏ’［’＋）の残留磁気Ｔ２，１を選択することによって実現される。Ｊ２□の ｙ成分は、（Ｊｚ、＋）ｙ−一μｏＨｃ　（１６）である。三角形（Ｓ、３２Ｔ 、）の側面（Ｓ２Ｔｌ）は、ア７．１に直角であり、その結果、これもΦ＝０の 等電位線である。ｎｉｉ記式１４および１６ならびにＪ２□＝　Ｊ　ｒにより、 図３ａの片（Ｓ２１’ｌ）とＸ軸との間の角度θ２は、μ。ｌ−１ｃ によって得られる。

残留磁気了１，２、了７．１には丁の磁束が存在しないので、側面（ＴＩＷＩ） 、（Ｓ２ＴＩ）は、該磁気構造と外部ヨークとの間の界面の一部である必要がな い。こうして、前記ヨークの形状は、図３ａにおいて破線で示すように、任意に 選択してよい。前記対象領域内における磁界の均等性および誘導磁界Ｂの磁束の とじ込めは、前記式１４の条件を満足させなければならないので、エネルギ積曲 線のピークにおいて動作できない磁気材料によって実現される。故に、前記最適 な設計条件に、＝１／２は前記磁気構造全体に及ばず、良さの指数は前記式８の 理想的なリミットより低いものになる。

式１７においては、図３３に示したタイプの構造が、前記三角形領域（ＳＩＳ２ Ｔｌ）の磁気材料の残留磁気を超えることができない値μ。Ｈｏの発生に制限さ れる、ということが示されている。図３ｂは、前記残留磁気Ｊ　、。

２、〕′２゜領域を除去したことによる、等電位線の形態に対する影響を示す。

破線は、図３ａの構造体の等電位線を示す。従来の磁石では、磁極片間の空隙内 の磁界が均等ではないので、前記対象領域■１は、磁界強度Ｈが指定されたリミ ットの間に制限される領域、すなわち、である領域として定義されなければなら ない。ここで、ｈは１より小さく、Ｔｉ″０は前記空隙の中心における「の値で ある。前記式２によって定義される良さの指数は、ｍ として表すことかできる。

Ｍλ、１１１の関係か図４に示されている。ここで、Ｍｏは、■、か磁極片間の ｎｉｊ記矩形領域全体と一致することを想定して算出される良さの指数である。

図に示すように、Ｍ　。程度の値Ｍを維持するために、従来の磁極片の形状か図 ３の磁石のように、相当変更されなければならない。

このため、従来の磁石における空洞の閉塞は、いくつかの有利な効果を有する。

第１に、均等磁界の領域を閉した空洞全体に及ぼすことを可１＋ｆｆｌにする。

第２に、前記磁気構造と外部ヨークとの間の周辺磁界を除去できる。

第３に、１１１１記磁気構造と外部ヨークとの間の空間を除去することで、磁石 の１法および重■を減少できる。

前記空洞内の均等磁界は、均等に磁化された多面体構造によって、磁極片無しに 発生可能である。これらの構造体は３つの基本的な種類、すなわち、磁束のとじ 込めか外部ヨークによって実現されるヨーク付き磁石、磁束か磁界を発生する同 一の磁気材料内にとし込められるヨーク無し磁石、および、前記ヨーク付き磁石 およびヨーク無し磁石の両方の特性を組合わせる混成型磁石に分類可能である。

図５（ａ）は、矩形の１側面に直角な均等な磁界を発生するよう段重された矩形 断面を有する典型的な二次元ヨーク付き構造の第１の象限を示す。該構造は、図 ３に示したものと同様に、Ｋ＝０．４となるよう設計されている。太線はμ＝■ の材料からなる理想的なヨークを示し、破線は誘導磁界Ｂの力線を示す。なお、 ２つの磁気プリズムの残留磁気は、等しい大きさＪ、を有し、反対方向に向いて いる。図５の外部境界のサイズ２ｘ＋、２ｙｌは・ によって得られ、ここで、２Ｘ１１．２！ＩＩ’（ｌは、矩形空洞のサイズであ る。図５は、Ｘ＞Ｘｏの領域において、誘導磁界丁の磁束か、前記空洞の外部で 、前記ヨークと磁気材＄−＋との間で循環する、ことを示す。こうして、該ヨー ク付き磁石においては、従来の磁石と同様に、前記磁気材料に蓄えられたエネル ギの一部が周辺磁界に浪費される。

図５（ｂ）は、図５（ａ）と同じに＝０．４および矩形空洞を得るよう設５１さ れたヨーク無し構造体の第１の象限を示す。破線によって示す誘導磁界１３の磁 束は、磁気材料内にとし込められる。ヨーク無し磁石は磁界の発生およびとし込 めという２つの機能を実行するので、図５（ｂ）のヨーク無し磁石は、図５（ａ ）の磁石より相当多い債の磁気材料を使用する。

図６の磁気構造は、図５におけるものと同じに値および矩形空洞を得るよう設計 されているので、混成型磁石の一例である。図６において、図５（ａ）のＸ＞Ｘ Ｏ領領域おける磁気構造は、磁界をとじ込め前記式１４を満足させるよう設計さ れた２つの三角形要素によって代替されている。前記三角形要素の残留磁気はこ れらの外面に直角であり、図６のポイントＴの座標は、図６における２つのヨー ク無し、三角形要素の外部の磁界は、ゼロである。その結果、前記混成型磁石の 外部ヨークのただ１つの機能は、磁気材料の矩形要素によって発生された磁束を 閉じることである。図６における外方の破線は、図５（ａ）のものと同し外部ヨ ークを選択した場合を示す。図６の混成型磁石における磁気材料使用■か、前記 ヨーク付き磁石における磁気材料使用量に比へて減少できる、ということは明ら かである。パラメータＫに対する、サイズがＸ。−３／　２　ｙ　ｏである矩形 空洞を有する３種類の二次元磁石の良さの指数か、図７に示されている。

図５（ａ）、図５（ｂ）および図６は、矩形空洞を包囲する磁気構造の象限の断 面図である。図５（ａ）、図５（ｂ）および図６に示した３種類の構造は、０＜ Ｋ＜１　（２２） の範囲内のＫの値を発生可能である。これらの図に示された構造、および、後で 説明する構造において、矢印を含む斜線領域は、前記矢印の方向の残留磁気を有 する永久磁石を示す。太い実線は等電位線を示し、細い実線は等電位線を示し、 太い破線は任意のヨーク材料を示す。

図５（ａ）および図６における閉じられたヨークは、前記磁石を包囲する領域の 外部磁界から、ヨーク付き磁石および混成型磁石をシールドする。これに対して 、図５（ｂ）のヨーク無し構造は、外部磁界を透過させる。このため、図５（ｂ ）のヨーク無し構造が他の磁石内に挿入された場合、消磁曲線が有効である限り 、前記空洞内の磁界は、外部磁石によって発生された磁界の値によって増加する 。これは、良さの指数を大きくし且つ１より大きいＫの値に到達することを可能 にする本発明に従う多層構造の基本原理である。

多層構造によって実現される良さの指数の向上は、図８に示すように、ｎ個の側 面を有する正多面形の空洞の周囲に設計された、単層磁石に関する良さの指数Ｍ °の最適値と、二層磁石に関する良さの指数Ｍ”とを比較することによって、明 らかであろう。

多層構造は、異なる磁気特性を有する層によって構成可能である。残留磁気Ｊ１ を有する材料からなるヨーク無し二次元構造において、前記空洞内の磁界が変化 せずに維持されるよう、該構造の外部における前記材料の薄い層が、除去され、 残留磁気Ｊ、≠Ｊ１を有する材料の薄い層によって代替されている、と仮定する 。Ａ、が除去された残留磁気Ｊ１を有する材料の面積であり、Ａ！が残留磁気Ｊ ２を有する新たな材料の面積であるとした場合、前記空洞内部の磁界は、 Ａ　ｒＪ　＋ｚＡ　２　Ｊ　２　（２３）である場合には変化しない。また、Ｍ ｏが良さの指数であり、Δ。が残留磁気Ｊ、を有するオリジナル構造の断面積で あるとした場合、二層構造の良さの指数は、ｃ である。ここて、ＫｏおよびＡｏは、Ａ、＝０である場合におけるＫおよびＡ、 の値である。前記式２３により、前記式２４は、 てあり、ここで、 ｃ である。前記薄い層に関する仮定により、Δ１＜八〇および前記式２５は、 Ｊ　２＜　Ｊ□　（２８） である限り、 となる。さらに、 である値に０を想定する。Ａ、が大きくなるのに伴い、残留磁気Ｊ１を有する材 料の残留面積へ〇〜Ａ７は、Ｊ。

によって得られる磁界を発生する最小値になる。一方、前記磁気材ｔ−１の磁気 構造が前記式３０を満足させるとき、Ｊ、に等しい誘導磁界を発生するために必 要な残留磁気Ｊ２の材料の面積Ａ２は無限大となる、すなわち、良さの指数かセ ロになる。図９におけるＭの最大値の横座標はＫか大きくなるのに伴って大きく なり、ＫかＪ２／Ｊｌに比へて十分少さい場合、該Ｍの最大値は、ΔＯ の範囲外になる。

こうして、Ｋ＜＜Ｊｚ／Ｊｔである場合、残留磁気Ｊ。

を有する材料を、全面的に、それより小さい残留磁気を有する材料で代替するこ とによって、より効率的な設計が実現される。逆に、Ｋが大きくなると、より小 さい残留磁気を有する外部層の使用することによって、より高い効率が得られ、 高残留磁気を有する材料を節約できる。

このことは、高価な希土類合金を使用して設計された磁石については、特に重要 である。

従来の設計に対する良さの指数の向」二は、前記空洞を閉塞することによって達 成される。特に多層のヨーク無し構造からなる今日の設計は、磁気材料の残留磁 気程度の磁界によって、高い値の良さの指数を達成することを可能にする。

ここで、０，４４Ｔの均等な磁界を発生することが可能な二次元構造設計を想定 する。単層設計は、Ｋ２が約０．３６７となるよう希土類材料に基ついて設計さ れなければならす、これらの構成に関する基本的なヨーク無し、ヨーク付きおよ び混成型構造は、図１０、図１１および図１２に示されている。これらの構造に 関する良さの指数Ｍの値、および、トン／メートル単位の重量Ｗは、図１３に示 されている。Ｋ２＝０．１８３を得るよう設計された希土類構造に比べて、上述 のように向上したに２の値は、良さの指数を大幅に高くするものである。また、 前記混成型構造は、Ｍの最高値を実現し、最小の磁気材料使用量を実現する。

高磁界レベルにおいて、前記多層設計手法は、多層フェライト構造から希土類層 とフェライト層との組合わせに及ぶ幾つかの解決策を提供する。例えば、図１０ のヨーク無し構造を想定し、前記式２３によって得られる磁界強度が変化せず維 持されるよう、外構造の外部における希土類材料の薄い層が、除去され、フェラ イト材料の層によって代替されている、と仮定する。本発明によると、この新た な構造の良さの指数が向上される。しかし、この向上は、前記構造の外部の薄い 層か内方層より低い残留磁気を何する材料によって代替される場合にのみ、実現 される。

これらの理由により、前記０．４４Ｔの磁界は、希土類材料からなる内方無ヨー ク構造とフェライトからなる外方層とを組合わせた２つの層設針によって実現さ れる。

図１４の略図において、前記内方層は、０．１８３のに２の値を得るよう設計さ れた同一の希土類からなるヨーク無し磁石であり、前記外方層は、前記内方層を 包含する矩形空洞の周囲に設計された混成型フェライト磁石である。前記フェラ イト磁石のに、の値は、０．５である。

このため、図１４の略図において、前記２つの層は前記空洞内の磁界に等しく貢 献する。

図１６の二層磁石の良さの指数は Ｍの０．１５９　（３２） であり、前記フェライトおよび希土類層の重量は、より大きい良さの指数は、前 記二層磁石の内方層として図１５の混成型希土類磁石を使用することによって、 実現可能である。図１５の混成型構造は、前記無限透磁率ヨークを、図１６に示 した永久磁石材料の能動的ヨークによって代替することによって、前記外部フェ ライト磁石の磁界を透過させることが可能になる。さらに、希」二層磁石の磁束 を閉じるために磁化されたフェライトが使用される場合、図１５の混成型構造は 、図１７の構造に変換される。無限透磁率を有する材料からなるヨークの一部は 、Ｔ　−Ｔ２の条件を満足させる矩形のフェライト永久磁石要素によって分路さ れる。こうして、前記フェライト分路のサイズＸ１は、 である。

図１８は、同じ値に、＝０．５５を得るよう設計された外部フェライト磁石を有 する混成型二層構造を示す。

Ｌ図１８の構造の良さの指数は、 Ｍ慢０，１８２　（３５） であり、前記フェライトおよび希土類層の重量は、予想できるように、図１８の 構造に使用される希土類層１４の量は、図１４の構造より相当少ない。これらの 構造の両方は、図１３にリストされているように、同じ磁界（Ｋ２＝０．３６７ ）を得るよう設計された混成型単層磁石に比べて、希土類材料の使用量を大幅に 減少できるものである。図１８の構造は、使用されるフェライト材料の爪かかな り多いが、良さの指数の最高値を示す。

両前記構造において、希土類内方層によって発生される磁束は前記内方層自体内 にとじ込められるので、図１４および図１８の略図において外方の太線によって 示される外部ヨークは、外方フェライト層によって発生される磁束を運ぶ。

本発明の他の実施例によると、等電位領域内に誘導磁界■の磁束を閉塞すること は、常に、高磁界、強磁性ヨークを、その要素内において １！−ｒ　（３７） となるよう設計された磁化率がゼロの磁気材料からなるヨークで代替することに よって、実現可能である。こうして、μ＝美の受動的ヨークは、磁化された材料 からなる能動的ヨークによって代替可能である。図１６には、斜線が引かれた外 方領域（左から右）が式４７の条件を満足させる磁気材１）である、この種の構 成が示されている。太線矢印は、該構造の各要素の外方境界線に平行な残留磁気 の向きを示す。図１６の形状は、矩形領域（Ｖ。ｖ　１ｓ　ｒ　ｓ−）の残留磁 気Ｊ、に等しい残留磁気を選択した場合に対応している。（ＶｏＶ＋）は、この 領域と、その外方境界線がＸ軸に対して角度ｅを形成する前記新たな構造の三角 形要素との間の界面である。μ＝■である理想的な強磁性ヨークの場合と同様に 、残留磁気Ｊ、を有する他の２つの要素の内方境界線は任意に選択可能である。

図１６は、（ＩＶ　＋Ｕ　Ｉｓ　２）か、残留磁気子１１７、了、１をイアする 領域と能動的ヨークの２つの要素との間の界面である特定の例を示す。

図１６の例と、」二連した方法で設計されたヨーク無し単層磁石とを比較するた めに、図１６における破線は、同じＫの値を得るよう矩形空洞（０，Ｓｏ、Ｓｌ 、Ｓ２）の周囲に設計された磁石の外方境界線を示している。前記２つの磁気構 造間の合３１面積の差は、極めて明らかである。各要素か誘導磁界丁の磁束を発 生して、運ぶ上記の方法で設計された無ヨーク磁石は、磁気材料の量を大幅に減 少できる。

こうして、図１６において斜線で示した磁気構造は、外方磁気層を透過させるヨ ーク無し構造を示し、この構成は、例えば図１１のヨーク付き構造を全面的に代 替したものである。代案として、図１６に示すように、前記ヨークＹの前記内方 層の右側に位置する部分が磁気分路Ｓによって代替されてもよい。前記分路は、 前記内方層の材料と同し残留磁気を有してもよいが、より低い残留磁気を有する 材料で構成するのがより経済的である。また、図１９の分路構造に従って形成さ れた混成型内方層は、任意の方向に向いた、例えば外方層からの磁界を透過させ る。こうして、この発明に従う前記分路は、能動的要素によって、高透磁率材料 からなる基本的なヨークのすべてまたは一部を代替する。

もちろん、この発明に従うと、例えば図１６および図１９に示したような形態で 、１１１層磁気構造に分路を使用してもイー］利な効果が達成される。

ｆ７θ１ Ｆ／Ｇ２ Ｈ６７ に ｆ７θ９ Ｆ／Ｇ、／４ Ｆ／Ｇ、１５ Ｆ／Ｇ、／９ 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８）　、ａ 平成７年１月２５日

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．複数の磁気材料層を備えた高磁界強度永久磁石であって、 少なくとも１つの層が、その下方のすべての前記磁気材料層より小さい残留磁気 を有する磁気材料で構成されており、各前記磁気材料層が、その下方の前記層の 材料より小さい残留磁気を有する材料で構成されていることを特徴とする高磁界 強度永久磁石。
2. ２．ヨーク付き外方層と、ヨーク無し内方層とを備えた請求の範囲第１項に記載 の高磁界強度永久磁石。
3. ３．混成型外方層と、ヨーク無し内方層とを備えた請求の範囲第１項に記載の高 磁界強度永久磁石。
4. ４．ヨーク無し外方層と、ヨーク無し内方層とを備えた請求の範囲第１項に記載 の高磁界強度永久磁石。
5. ５．ヨーク付き外方層と、能指動的材料からなる分路によって部分的に代替され たヨークを有する内方層とを備えた請求の範囲第１項に記載の高磁界強度永久磁 石。
6. ６．ヨーク付き外方層と、能動的な材料からなる分路によって全面的に代替され たヨークを有する内方層とを備えた請求の範囲第１項に記載の高磁界強度永久磁 石。
7. ７．ある特定の残留磁気を有する磁気材料の層と、少なくとも部分的に能動的な 材料からなる、前記磁気材料の層の磁束ための帰還路とを備えた永久磁気構造の 層。
8. ８．前記帰還路の一部が受動的な材料からなるヨークによって構成されている請 求の範囲第７項に記載の永久磁気構造の層。