JPS5818254Y2 - 磁界発生素子 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は磁界発生素子に関する。

更に詳しく述べれば、均一性の良い変動磁界発生素子に
関する。

磁気ディスクや磁気テープの如き平面内に磁化した磁区
を利用する記録媒体を消磁する場合や、磁気バブルの転
送用に面内回転磁場を利用することは周知の通りである
。

従来よりこの様な変動磁界を発生するための種種の方法
が知られている。

例えば単純なソレノイドコイルに変動電流を通じる方法
、ソレノイド中に磁心を挿入し、発生する磁束密度を増
大する方法、電磁波の磁界成分を用いる方法などである
。

これらの内、変動磁界の周波数が数Ｈｚ〜数百キロＨｚ
の領域では電磁波の磁界成分は極めて小さく、大振幅を
もつ変動磁界発生源としては実用的ではない。

単純なソレノイドコイルで強い変動磁界を発生するには
、巻線密度を大きくするか又は大電流を通ずる必要があ
り、コイルの発熱がその設計に対する大きな制約となる
。

又、ソレノイドコイル型（空心コイル型）の磁界発生素
子では、コイル内部には相対的に大きな磁界が生じるが
、外部では殆んど磁界は漏れ出ない。

特にソレノイド長がその有効径に比して長い場合は尚更
である。

ソレノイドの内部の磁界を用いる場合、その磁界が印加
され得る試料の大きさはソレノイドの内径（内側の大き
さ）で制限されてしまって、大きな試料に磁界を加える
ことは困難である。

まして、大きな平面状試料の一部にのみ面内磁界を加え
るのには全く不適当である。

ソレノイド型コイルの組合せで構成されるヘルムホルツ
型コイルの場合に於いても磁界印加に対し試料に許され
る空間の大きさは高々コイルの内径程度である。

したがって大きな或いは面積の広い平面状の試料に磁界
を印加する手段として空心コイルやベルムホルツ型コイ
ルを用いるのは適した方法ではないことは明らかである
。

大きな試料の一部にのみ磁界を加える場合、事情は、前
述のソレノイドコイルと同じである。

一方磁心入りコイルの場合は、磁心材料を適当に選ぶこ
とにより電磁石でよく知られている様に大きな漏れ磁界
を外部に生せしめることが可能である。

しかしながら通常は前記の電磁石の場合や、特開昭５０
−８７６２１号明細書で述べられている磁界発生装置の
場合の様に励磁用コイルは磁心材料の一部にのみ設けら
れているので、磁心を均一に磁化することは容易でなく
従って外部への漏れ磁界を正確に予測し、制御すること
は困難である。

又、特願昭５２−３５７９６号明細書に示されている様
な、矩形状平板磁心を励磁コイル中に入れて、その磁心
の磁化によりコイル外部に磁界を生せしめる磁界発生素
子では、磁心が矩形状であるために、励磁々界の均一性
をいくらよくしても矩形板の角部の形状のためにこの付
近の反磁界が非常に大きくなり磁化の不均一が生じ、そ
れが外部に発生する磁界の均一性を悪くする。

本考案の目的は比較的低電流で励磁することが出来且均
−性の良い磁界発生素子を提供することにある。

本考案を実施例を用いて説明する。

第１，２図は本考案の磁界発生素子の一実施例の構成を
示す図である。

第１図では扁平回転体状の低抗磁力高飽和磁束密度の磁
性材料からなる磁心２が非磁性で且つ非電気伝導性で磁
心２と同形の孔部を持つ同厚の矩形枠材１と嵌め合にな
っている。

第２図ではその周りに第一の励磁コイル３が巻かれ、こ
の第１の励磁コイル３と垂直な方向に第２の励磁コイル
４が巻かれている。

矩形枠材１は非磁性非電気伝導性物質であるので、磁気
的にはその存在を無視することが出来る。

従って本実施例では、磁気的には磁心２は完全にコイル
内に含まれていることになる。

一般にソレノイドコイル中の磁界の均一性はその開口部
附近を除き、内部では良好である。

均一磁界中の磁心の磁化は不均一磁界中の場合よりも再
現性もよく制御し易い。

また磁心の材料として飽和磁束密度の大きなものを用い
ればコイル系の外部に漏洩する磁界は大きなものが得ら
れる。

本考案に於いて第１図の非磁性非電気伝導性枠材１は、
前述の如くコイルを磁心２より大きく巻くことを可能に
するばかりではなくコイルの線材をも保護する。

磁心の材料は鉄などの金属系にしろフェライト等の非金
属系にしろ一般にコイル線材の被覆材料（一般に合成樹
脂）よりも固く、且つ精度を要求する際には端辺を鋭く
製作することが多い。

このような場合に於いても、枠材をテフロン・ベークラ
イト等の合成樹脂材料で製作すれば、コイルの巻線時に
おいて端辺１１，１２でコイルの被覆材のはがれによる
隣接コイル線間の短絡を防止することが可能となる。

枠材としてアルミナのような酸化物を用いると酸化物は
一般に合成樹脂よりも熱抵抗が小さいのでコイルに電流
を通じることにより発熱が問題となるような場合でも熱
放散が容易になる。

このような酸化物材料はコイル線材絶縁被覆材より固い
ことは勿論ではあるが、磁心とは無関係に枠端面を加工
することが出来、端辺１１，１２の面取り又はアール付
けによりコイル線材の保護を行うことが出来る。

本実施例では磁心の周辺の励磁コイルは、磁心そのもの
よりも大きいことは、枠材の存在により明らかである。

従って磁心に加わる励磁コイルよりの励磁界はほぼ均一
と考えてよい。

磁心の形状としての扁平回転体には円板や扁平回転楕円
体等がある。

磁気学に於いては反磁場の計算に於いて円板を扁平回転
楕円体と等価に扱うことは一般的である。

従って以下では扁平回転体磁心として扁平回転楕円体を
代表させる。

均一磁界中の磁性体回転楕円体は、その磁性体の磁化が
強励磁界のために飽和しない内は、内部に硫黄の分布を
もたず丁度均一静電界中の導電性回転楕円体と同じ様に
取り扱える。

この様な場合の回転楕円体から生じる磁場は、ランダウ
とりフシツツの共著になる「電磁見学」第−章第四節で
与えられているポテンシャルの式を若干変形することよ
り理論的に導出される。

以下にその概要を述べる。

まず、第３図に本発明に係る扁平回転楕円体の磁心の形
状及び座標関係を示す。

第３図Ａは、扁平回転楕円体２の回転軸２５をＺ軸とし
、Ｚ軸を含むｘ −ｚ平面でこれを切った断面図を示し
ている。

回転楕円体磁心２の形状は、その半径ａ及び最大厚さの
半分Ｃで定まる。

この回転楕円体磁心２に、Ｚ軸に垂直なＸ軸方向に２０
で示す均一磁界Ｈｘｏを印加すると、磁心２は矢印２１
で示す様に均一に磁化し、磁心端部より２２で示す漏洩
磁界が発生する。

発生した漏洩磁界は、第３図すの平面図に示す様にＸ軸
上では、印加磁界Ｈｘｏ及び磁心の対称性から、漏洩磁
界は、Ｘ方向の成分Ｈｘのみである。

Ｚ軸及びｙ軸から離れた点ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）では、一般
に漏洩磁界はＸ成分Ｈｘとｙ成分Ｈｙを有している。

次にこの漏洩磁界のＸ成分及びｙ成分の計算法を簡単に
述べる。

一般に磁界分布は、スカラーポテンシャルφの分布が判
れば一義的に定まる。

第３図に示す様な均一磁界中の回転楕円体のまわりのス
カラーポテンシャルφは次の如く表わされる。

ここでξは次の関係式で（Ｘ ＋ Ｙ ｔ Ｚ ）座標
系で定められる回転座標系の１座標である。

（３）式に於いて、（Ｘ、ｙ、ｚ）が楕円体外部にあれ
ばξは２実根を有する。

その一方をξ、他機をηとすると ξ≧−ｃ２−ｃ２≧η≧−ａ２である。

ξは回転楕円体をとりまくその楕円体と共焦点を有する
回転楕円面を表わす座標変数で、ηはそれに直交し、か
つもとの楕円体と共焦点である回転双曲面を示す座標変
数を意味している。

（１）に於いてポテンシャルψがξだけの関数であるの
は、回転だ固体に沿った面が等ポテンシャル面になって
いることを示している。

このポテンシャルから、回転だ固体磁心周辺の磁界が導
出出来る。

回転楕円体磁心によるスカラーポテンシャルφをＸ１若
しくはｙで微分することにより、漏洩磁界のＸ成分Ｈｘ
又はｙ成分Ｈｙが求まる。

いま、磁心をかこむ面内（−ＣくＺくＣの範囲）のみに
均一磁界Ｈｘｏが存在しそれ以外には磁界が存在しない
と理想化する。

磁心外の面内磁界分布は次の様に与えられる。

（均一磁界Ｈｘｏで規格する） （４）式で示されるＨｘの分布はＸが小さい領域ではＺ
軸に対称ではあるがＸが大きくなるとＸ軸の方向に圧し
つぶされた分布をもつことがその関数形から知れる。

（５）式で示されるＨｙの分布は双曲線的な分布である
。

次に、（４）式、（５）式を用いて、回転楕円体磁心か
らの漏洩磁界のＸ成分Ｈｘ及びＨｙの分布を計算し、第
４図に結果を示す。

計算に用いた磁心形状は半径ａ＝１５ｍｍ、厚さ２ｃ＝
２６ｍｍの扁平回転楕円体である。

この扁平回転楕円体より発生する磁界のＨｘ及びＨｙの
分布を、第３図に示す楕円体中心Ｏから２一方向に７．
３朋離れた２面（即ちＸｙ平面）で示している。

同図において、漏洩磁界Ｈｘの分布は、Ｚ軸上のＨｘの
値を１００％として、１００１％からの減少の度合が実
線の等高線図に示されている。

一方、漏洩磁界のｙ成分Ｈｙは、Ｚ軸上ではＯであり、
Ｈｙの分布は、２軸上のＨｘの値を１００多として、Ｏ
からの増加分を俤で表わした破線の等高純で示している
。

これらの漏洩磁界分布は、磁心及び外部印加均一磁界Ｈ
ｘｏの対称性から、第４図の様に第一象限の分布のみを
考えれば充分である。

同図で示されるＨｘの分布は中心軸より２．３間以内の
領域γでは中心軸の右より１φ以内の減少を示す。

Ｘ方向に磁界をかけているとき発生する磁界のｙ方向成
分Ｈｙは零であることが望ましいが中心軸から２．３ｎ
以内では０．５ ％以下でＨｘに比べ殆んど無視し得る
。

扁平回転楕円体磁心の中心Ｏからの２方向の距離が近い
２面内での磁界の均一性は更によくなることは同様の計
算の結果間らかになった。

このように本考案を用いれば非常に漏洩磁界分布が均一
な磁界発生素子が実現される。

又枠材に面取りをつけることにより枠材が金属酸化物の
如き硬い物質であってもコイル線材を傷つけることなく
励磁コイルが巻けることは明白である。

以上は磁心の形状が扁平回転楕円体のものについて説明
してきたが、磁心が円板であっても同様な性質をもつこ
とは、通常円板を回転楕円体で近似する場合が多く、又
その近似の精度が良いことより明らかである。

本考案の磁界発生素子は第２図に示すように、第２の励
磁コイル４を第１の励磁コイルと垂直な方向に巻き、互
に位相が９０度異なる交番励磁電流を通ずれば、磁心２
の上空領域に面内回転磁界を発生せしめ得る。

このような面内回転磁界は、アイ・イー・イー・イー・
トランザクションズ・オン・マグネティックス（ＩＥＥ
Ｅ Ｔｒａｎｓ ｏｎＭａｇｎ）第ＭＡＧ−８巻、
５５４−５５７ページ（１９６９年９月）に示される円
筒磁区の駆動磁界として利用出来ることは明らかである
。

低周波数で大きな変動磁界を発生させる場合には磁心に
は鉄系の材料を用いてやれば良い。

フェライトの場合に比べて２〜１０倍程度の磁界が得ら
れることは、その材料特性の比較から直ちに判明する。

この様に、本考案によれば励磁コイルの加工信頼性を高
め且つ均一性の良い磁界発生素子を提供し、工業上非常
に有用な信頼性が高く均一性のよい面内回転磁界発生素
子等を容易に実現出きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の磁界発生素子の一実施例を構成する磁
心と枠材を示す分解図、第２図は本考案の一実施例を示
す斜視図、第３図は、磁心材料の形状及び座標系を示す
図、第４図は本考案の磁界発生素子より発生する漏洩磁
界のＨｘ及びＨｙ酸成分分布を示す図である。 １は非磁性非電気伝導性枠材、２は磁心、３゜４は励磁
コイル、５，６は励磁コイルに供給する電流源、７は漏
洩磁界分布の均一性がよい領域、１１．１２は枠材の外
周稜線、２０は外部印加均一磁界、２１は磁心内磁化方
向、２２は漏洩磁界、２５はＺ軸である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. １．低抗磁力高飽和磁束密度の磁性材料からなる磁心を
   励磁コイル中に挿入し、この励磁コイルに電流を供給す
   る手段を備えて電流を通じることにより前記磁性材料よ
   り発生する磁界を利用する磁界発生素子に於いて、前記
   磁心の形状は扁平回転体でその外側に非磁性非電気伝導
   性枠材を設け、この枠材を介して前記励磁コイルを巻き
   つけたことを特徴とする磁界発生素子。 ２、扁平回転体は円板である実用新案登録請求の範囲第
   １項記載の磁界発生素子。 ３、扁平回転体は扁平回転楕円体である実用新案登録請
   求の範囲第１項記載の磁界発生素子。 ４、枠材は扁平回転体磁心と実質的に同じか又はそれよ
   り厚い板厚の、少なくとも互に垂直な２組の平行な対辺
   をもつ平板の中央に前記磁心を嵌合する円形孔を有する
   構造である実用新案登録請求の範囲第１項記載の磁界発
   生素子。 ５、枠材は外周稜線部分に面取又はアール付は構造を有
   する実用新案登録請求の範囲第１項もしくは第４項記載
   の磁界発生素子。 ６、枠材平板が矩形状である実用新案登録請求の範囲第
   ４項記載の磁界発生素子。 ７、励磁コイルは、枠材の平行な一対の辺に垂直に巻か
   れた第１の励磁コイルと、前記一対の辺に垂直な他の平
   行な一対辺に垂直に巻かれた第２の励磁コイルとより成
   る実用新案登録請求の範囲第１項記載の磁界発生素子。 ８、第１の励磁コイルに周期的交番電流を通じ、第２の
   励磁コイルには第１の励磁コイルに通ずる電流と９０度
   位相のずれた電流を通ずる実用新案登録請求の範囲第７
   項記載の磁界発生素子。