JPH11265819A - 複数個の永久磁石を組合わせた磁気回路 - Google Patents

複数個の永久磁石を組合わせた磁気回路

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JPH11265819A
JPH11265819A JP10068594A JP6859498A JPH11265819A JP H11265819 A JPH11265819 A JP H11265819A JP 10068594 A JP10068594 A JP 10068594A JP 6859498 A JP6859498 A JP 6859498A JP H11265819 A JPH11265819 A JP H11265819A
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JP
Japan
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magnetic
magnet
magnetic circuit
magnets
yoke
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JP10068594A
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English (en)
Inventor
Tsunehisa Kurino
常久 栗野
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MIKUNI SOGYO KK
MITOU KAGAKU GIJUTSU KYOKAI
Original Assignee
MIKUNI SOGYO KK
MITOU KAGAKU GIJUTSU KYOKAI
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁石の残留密度(Br)以上の磁束密度を取
出すことができる磁気回路を提供する。 【解決手段】 複数個の永久磁石を組合わせた磁気回路
を以下のように構成する。複数個の同種の直方体磁石
(3)を、その端面を所定方向に斉えて「ロ」字状に接
触配列する。「ロ」字形状の4個の隅角部3
(1),(3),(5),(7) と、2個の第1の中間部3(4),(8)
と、2個の対向第2の中間部3(2),(6) とに、それぞれ
少なくとも1個の磁石を配置する。これらの磁石によ
り「ロ」字状に囲まれる中心空間4に発生する磁場の方
向を第1の中間部3(4),(8) の磁場の方向と一値させ
る。時計方向で見て、磁気回路内の隣接隅角部と中間
部の磁極の方向を時計方向に90°変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気回路に関するも
のであり、より詳しく述べるならば複数個の永久磁石を
組合わせることにより高い磁束密度を発生することがで
きる磁気回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】独立した永久磁石(以下「磁石」と言
う)においては、その磁石の残留磁束密度(Br)の値
よりも大なる磁場を磁石外部に出現させることは不可能
である。すなわち、空隙のある磁気回路において、磁石
の残留磁束密度をBr,パーミアンス係数をP,磁石か
ら出る磁束密度をBdとすると、図1に示すように、B
dは無限大の磁石を作ってもBrに近づくだけであっ
て、Brを超えることはできない。
【0003】従来、二個以上の磁石を組合わせた磁気回
路の例としては、図2に示されたものが知られている
が、何れも磁石の残留密度(Br)を超える磁場を磁石
外に取出すことができない。図中、10は磁石、11は
ヨークである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述のような技術の現
状に鑑み、本発明は磁石の残留密度(Br)以上の磁束
密度を取出すことができる磁気回路を提供することを目
的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは総てのセグ
メントが単純な直方体の磁石内の磁束流及び外部磁場に
つきシュミレーションと実験により詳しく研究し本発明
を完成した。すなわち、本発明に係る複数個の磁石を組
合わせた磁気回路は、複数個の直方体磁石を、その端面
を所定方向に、斉えて「ロ」字状に接触配列し、かつ該
「ロ」字形状の4個の隅角部と、これら隅角部の中間に
位置する2個の第1の中間部と、第1の中間部とは直交
する方向に配列された2個の第2の中間部とに、それぞ
れ少なくとも1個の磁石を配置してなり、これらの磁石
により囲まれる中心空間に発生する磁場の方向を、実質
的に、前記端面内でかつ前記直方体のいずれかの辺に実
質的に沿う第1の方向とする磁気回路であって、第1の
中間部の磁極の方向を第1の方向とし、時計方向で見て
磁気回路内の隣接隅角部と中間部の磁極の方向を時計方
向に90°変化させてなることを特徴とするものであ
る。以下、本発明を詳しく説明する。
【0006】本発明の磁気回路は次の要素より構成され
る。 磁石形状は直方体である。これは磁石の製造が容易に
なるとともに、磁極の方向が何れかの辺に沿う単純な方
向になるためである。 複数個の磁石は同種である。複数個の磁石の特性が大
きく異なると、磁束の流れが複雑となって所望の磁場が
発生しないので、例えばNd磁石を選択した場合はすべ
てNd磁石を使用し、Nd焼結磁石とNd系ボンド磁石
のような異種磁石は使用しない。 磁石の磁極の方向が端面で見て直方体の辺に沿ってい
ること。かかる磁石を「ロ」字状に配列接触することに
より、方向が逐次変化する磁束変化を作り出すことがで
きる。なおこのような磁極の方向は、容易磁化方向を所
定の辺方向にそろえる異方性化技術により容易に可能に
なる。 四個ある中間部のうち任意の対向中間部すなわち、第
1の中間部の磁極の方向は中心空間に発生する磁場の方
向と同じであること。 磁気回路を時計方向で循環した際の磁極の方向の変化
は、隣接する中間部と隅角部の間で時計方向に90°逐
次変化していること。 隅角部及び中間部は接触していること。すなわちこれ
らの中間に軟磁性体や非磁性体が介在していると磁束が
乱される。但し接着に必要な量の接着剤などが介在する
ことは当然に許容される。
【0007】図3には、隅角部3(1) 、3(3) 、3
(5) 、3(7) をそれぞれ1個の磁石で構成し、又対向す
る二対の中間部3(2) 、3(4) 、3(6) 、3(8) もそれ
ぞれ1個の磁石で構成した磁気回路を示す。各磁石は断
面が正方形の直方体であり、これらを「ロ」字状に接触
配列することにより、正方形の中心空間4が形成され
る。図3の各部の矢印は直方体磁石内の磁極の方向を模
式的に示し、Bは中心空間4内の磁場の方向である。し
たがって、中間部3(4) と3(8) の磁極の方向(すなわ
ち第1の方向)とBは一致している。
【0008】図4には、図1の各部1〜8の磁極の方向
をdn(n=1〜8)として抽出して示し、D1 は第1
方向を示し、時計方向Cで磁気回路を逐次移って磁極の
変化を観察した際の隣接部間の磁極方向の変化を〜
に示す。これらより磁極の変化は時計方向に90°の角
度で起こっていることが分かる。なお、図3には示され
ていない端面側で見た図4と同様の図2でも同様の変化
が起こっていることは言うまでもない。
【0009】本発明においては、次のように種々の磁石
の組合わせが可能である。まず、図5に示すように中間
部と隅角部の断面形状を異ならせることができ、次に図
6に示すように隅角部又は中間部の構成磁石を2個以上
とすることができる。加えて、磁気回路の外側に軟磁性
材料からなるヨークを設けて磁束が外側に漏洩するのを
妨げることもできる。又、磁気回路の内側にもヨークを
設けてもよいが、軟磁性材料からなるヨークは磁束線の
方向と直交する方向に制限し、平行な方向はヨークを設
けないかあるいは非磁性材料からなるヨークを設ける。
【0010】
【作用】図3の磁気回路の磁石(30×30mm)にN
d磁石を使用した磁気回路の磁束を磁場解析ソフトウェ
ア(Maxwell 2D Field Simulator(ANSOFT 社))により調
査した。結果を図8に示す。図8中の矢印は磁束を示し
ており、8個の磁石の内側に形成される中心空間では磁
場の方向が実質的に一方向であることが分かる。図5の
磁気回路につき同様の解析を行った結果を図9に示す
(但し、中間部の寸法は30×30mm)。直方体の寸
法が図8のものとは異なっているが同様の結果が得られ
ることが分かる。図10にはセラミックス磁石(磁束密
度3310G,寸法30×30mm)を8個組合わせ、
さらに非磁性材料からなるヨークを外面全体(12)及
び中心空間における磁束の方向と平行する内面(13)
と密着して設け、また軟磁性材料からなるヨーク14を
上記磁束の方向と平行に内面に密着して設けた。図10
より磁束が磁気回路外に漏洩していないことが分かる。
図11は中間部3(2)、(4)、(6)、(8) の磁石の寸法が34
×17mmである磁気回路における図9と同様の磁場解
析結果を示し、図10と同様の結果が得られていること
を示す。
【0011】本発明の磁気回路によると磁石のBr以上
の磁場を取りだすことができる理由は以下のとおりであ
る。図3において、1個の磁石の断面の一辺の長さをa
i とすれば 中心空間の面積=ai ×ai =ai 2 ・・・・(1) 全体の断面積 =(3ai )×(3ai )=9ai 2 ・・・(2) となる。(1)式を円に換算すれば、その半径riは次
の式となる。 πri 2 =ai 2i =ai ・(π)-1/2 ・・・・(3) (2)を円に換算すれば、その半径roは次の式とな
る。 πr0 2 =9ai 20 =3ai ・(π)-1/2 ・・・・(4) Dipole Magneto-ring の法則によれば、 B=Brln(r0 /ri ) ・・・・(5) ただしlnは自然対数を指す(以下同じ)。ここでr0
/ri の値を2.7とおけば B=Brln(r0 /ri )=Brln2.7=2.3
log2.7=2.3×0.43=1 ∴B=Br すなわちr0 /ri =2.7が、発生するBがBrより
大になるための限界値で、r0 /ri >2.7以上であ
れば、B>BrすなわちBrより大なるBを発生でき
る。この原理を図3に適用すれば(3)、(4)式より r0 /ri =3>2.7 となり、B>Brとなるための条件を満足していること
になる。
【0012】
【実施例】以下、フェライト磁石を使用した実施例によ
りさらに詳しく本発明を説明するが、本発明においては
Nd磁石、アルニコなどの各種磁石を使用することがで
きるのは言うまでもない。以下の実施例及び比較例にお
いて使用したフェライト磁石のBrは3500Gであ
る。
【0013】実施例1 断面寸法が10×10mmの磁石を8個図3のように組
合わせた磁気回路を作成し、磁石内側の中心空間4の磁
場を測定したところ3900Gであった。
【0014】実施例2 実施例1における寸法を15×15mmに変更したとこ
ろ磁石内側の中心空間4の磁場強度は4200Gとなっ
た。
【0015】比較例1 実施例1の磁気回路の内側に「ロ」字状に厚さ2mmの
純鉄よりなるヨークを形成したところ、かなりの磁束が
ヨーク流れたため空間内の磁束密度は大幅に低下した。
【0016】実施例3 図5の磁気回路を作製した。但し、隅角部磁石3
(1)、(3)、(5)、(7) の断面寸法は10×10mm、中間部
磁石3(2)、(4)、(6)、(8) の断面寸法が30×30mmで
あった。中心空間の磁場強度は4100Gであった。
【0017】実施例4 図6の磁気回路を作製した。但し、各々の隅角部磁石3
(1)、(3)、(5)、(7) 及び中間部磁石3(2)、(4)、(6)、(8)
断面寸法は何れも10×10mmであった。中心空間の
磁場強度は4000Gであった。
【0018】実施例5 図7の磁気回路を作製した。但し、隅角部磁石3
(1)、(3)、(5)、(7) 及び中間部磁石3(2)、(4)、(6)、(8)
断面寸法は、いずれも10×10mmであった。内側空
間の磁場強度は4000Gであった。
【0019】実施例6 実施例2において空間内の磁束線と平行なヨークをアル
ミニウムとし、磁束線と直交するヨークは軟磁性材料と
したところ、内側空間の磁場強度は4300Gとなっ
た。
【0020】
【発明の効果】本発明によると、単純な形状の磁石を組
合わせて強力な磁場を取りだすことができるから新型の
リニアモータ、リニアアクチュエータ、超小型MRIな
どの電気機器の性能向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 B−H曲線を示すグラフである。
【図2】 従来の磁気回路の例を示す図である。
【図3】 本発明の磁気回路の一例を示す斜視図であ
る。
【図4】 図3の磁気回路を構成する磁石における磁束
の方向を示す図である。
【図5】 本発明の磁気回路の別の例を示す正面図であ
る。
【図6】 本発明の磁気回路の他の例を示す正面図であ
る。
【図7】 本発明の磁気回路のさらに他の示す正面図で
ある。
【図8】 図1の磁気回路における磁束の流れを解析し
た図である。
【図9】 図5の磁気回路における磁束の流れを解析し
た図である。
【図10】 請求項2の方法によりヨークを設けた磁気
回路における磁場解析結果を示す図である。
【図11】 請求項2の方法によりヨークを設けた磁気
回路における磁場解析結果を示す図である。
【符号の説明】
3 磁石 4 内側空間 10 磁石 11 ヨーク

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数個の同種の直方体磁石を、その端面
    を所定方向に斉えて「ロ」字状に接触配列し、かつ該
    「ロ」字形状の4個の隅角部と、これら隅角部の中間に
    位置する2個の対向第1の中間部と、第1の中間部とは
    直交する方向に配列された2個の第2の中間部とに、そ
    れぞれ少なくとも1個の磁石を配置してなり、これらの
    磁石により「ロ」字状に囲まれる中心空間に発生する磁
    場の方向を、実質的に、前記端面内でかつ前記直方体の
    何れかの一辺に実質的に沿う第1の方向とする磁気回路
    であって、第1の中間部の磁極の方向を第1の方向と
    し、時計方向で見て、磁気回路内の隣接隅角部と中間部
    の磁極の方向を時計方向に90°変化させてなることを
    特徴とする複数個の永久磁石を組合わせた磁気回路。
  2. 【請求項2】 前記磁石の内側壁面であって第1の方向
    に沿う壁面には非磁性材料からなる第1のヨークを、第
    1の方向と直交する第2の方向には軟磁性材料からなる
    第2のヨークを接合したことを特徴とする請求項1記載
    の複数個の永久磁石を組合わせた磁気回路。
JP10068594A 1998-03-18 1998-03-18 複数個の永久磁石を組合わせた磁気回路 Pending JPH11265819A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009300444A (ja) * 2008-06-13 2009-12-24 Northrop Grumman Guidance & Electronics Co Inc 均一磁場を生成するための8部分からなる双極子磁石アレイ
WO2010090886A3 (en) * 2009-01-23 2010-11-04 Yarger Eric J Magnetic structure
CN116259476A (zh) * 2023-05-12 2023-06-13 包头市英思特稀磁新材料股份有限公司 一种提高磁铁耐温性的方法及磁组件

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