JPS6044780B2 - 磁石構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に磁石構造に関し、更に詳細には互に磁気
的に結合している２つの磁極片間に磁界整形装置を有す
る磁石構造に関する。

磁気的に結合したＮおよびＳ極はその間に磁場を有しそ
して関連した磁力線により互いに結合されることは知ら
れている。

一般に磁力線は磁極近辺で極めて密になりそしてこの領
域における磁位傾度は高い。磁力線は磁極間の中央ては
比較的間隔が拡がり、この領域での磁位傾度はかなり小
さくなる。Ｓ極およびＮ極間のギャップ幅が長さに較べ
て充分小さい場合は、磁極片を適当に整形することによ
りギャップ内により均一な磁束分布を得ることができる
。

その結果更に均一な磁場がこのギャップに生ぜしめられ
る。しかしながら磁極片の形状は夫々の磁極片から限ら
れた距離のところまでの磁束分布にしか影響を与えるこ
とができず、従つて、ギャップの幅が大きくてこの範囲
を越えるときは磁極片間の磁束を所望のように分布させ
るための手段を見出さなければならない。従つて、両磁
極片間に所望の磁位傾度を得るように磁束を分布させる
ための手段を提供することが有利でありかつ望ましい。

本発明の目的は、一対の隔置された磁極片間の間隔が大
きくともこれらの磁極片間に希望する磁フ位傾度、例え
ば直線的に減少または増加する磁位傾度を与えることの
できる磁石構造を提供することにある。

本発明は磁極片間の磁束の経路を変える手段を有するリ
ラクタンス（磁気抵抗）回路により磁極片同士を相互接
続するようになつた磁石構造を提供する。

この回路は磁極片間に配置されて非磁性材料で互に適当
に隔てられている複数の整列した軟磁性部材のアレイを
含んでおり、このアレイに沿つて所望の磁位分布を与え
る。この磁位は磁極片に隣接するアレイの夫々の端部で
は非線形的に単調に減少し、そしてアレイの中央部分で
は線形に減少し、その結果、アレイから半径方向にかな
り離れた位置に好ましい磁束分布が得られる。本発明の
基本構成は比較的に長いギヤツプで隔てられた終端磁極
片を有するほぼＵ字形の磁石構造を有する。これらの磁
極片はそれらを相互に接続するリラクタンス回路の復磁
路として作用する低リラクタンス部材により互いに結合
される。これらの磁極片間のギヤツプ内にはこのリラク
タンス回路の磁束分配部分からなる軟磁性部材のアレイ
が配置される、これらの軟磁性部材は磁束を復磁路の方
向へと予め定めたように分流するように互に適当に隔て
られかつ磁極片からも隔てられている。このアレイの夫
々の端部分において、隣接した軟磁性部材間の間隔は序
々に減少した磁極に隣接して放物線的に減少する磁位を
与える。

その結果、関連する磁力線は磁極から外向きにそして通
常期待されるよりは充分長い距離にわたりこのアレイに
沿つて軸方向に伸びる。このアレイはその端部分と中央
部分との間に夫々の中間部分を含むことが出来る。中間
部分の夫々はアレイの他の部材よりも比較的長い軸方向
寸法をもつ単一の磁性部材から成るかあるいは複数の接
近した軟磁性部！材から成る。これらの中間部分は所望
の傾度の転移領域として作用する夫々一定の磁位値を与
える。その結果、磁極から外向きに伸びる磁力線はアレ
イに対し対称配置される好適な通路に沿つて方向づけら
れる。アレイの中央部分の一端からそｊの中間点にかけ
て軟磁性部材間の間隔は序々に増加して、アレイの中央
部分に沿つて線形に減少する磁位を与える。その結果、
この磁石構造の外の磁力線は均一対称パターンをもつて
このアレイに平行且つ直線的に維持される。
ク本発明の一実施例はこのアレイから予定の距
離だけ半径方向に離されている想像上の軸のまわりに前
述のＵ字形磁石構造を回転させてつくられる磁気ソレノ
イド構造を有する。かくして、低リラクタンス部材と軟
磁性部材のアレイは夫々外および内側の同心シリンダ（
円筒体）になる。このソレノイド構造の端部でこれら同
心シリンダ間のギヤツプは互いに半径方向に逆に極性づ
けられた夫夫環形の磁石により架橋される。内側同心シ
リンダは軟磁性材料からなるリング、非磁性材料からな
る中間リング、軟磁性材料からなるリング、の順で積層
されたリングアレイからなり、これが環形磁石の間に配
置される。非磁性リングはＵ字形フ磁石構造で述べたよ
うに環形磁石から、および互いから軟磁性リングを離す
に適した厚さを有する。従つて、磁力線はほぼ全体積に
わたり、均一で対称に円筒体積に半径方向内向きにおよ
び軸に沿つて伸びる。かくして、近接焦点像増強管のよ
うに電子装置は磁位が管の入力端から出力端に線形に減
少するようにこの円筒体積の中央部分に配置出来る。

このように、結果的に得られる磁場の均一性は管におい
て電子像をその出ガスクリーンに近接焦点づ”けるに良
いものである。以下図面を参照しながら本発明を説明す
る。

まず第２図を参照すれば、そこには、例えばサマリウム
−コバルトのような適当な強磁性体からなり且つ互いに
逆の極性をもつ間隔をもつた磁石１１と１３を有する従
来技術によるＵ字形磁石構造１０が示されている。磁石
１１と１３に隣接して配置されているのは端末磁極部分
１２と１４であり、これらはその間に比較的長いギヤツ
プを有している。磁石１１と１３は磁極１２と１４の間
のギヤツプ１８へと伸びる磁束のための復磁路として作
用する低リラクタンス部材１６により互いに接続される
。実際には磁力線は一般に極１２と１４に隣接して弓形
に曲がるが、ギヤツプ１８にまたがり直線状に伸びるこ
とはない。

例えば２１〜２５と２６〜３０のような磁力線はギヤツ
プ１８の半分以下まで伸びて低リラクタンス部材１６を
通つてもどる。３１〜３４のような他の磁力線はギヤツ
プ１８を横切つて伸びるが、低リラクタンス部材１６の
方向に曲がる弓形部分を有する。

３５のようなごくわずかの磁力線はギヤツプ１８を横切
りそしてほぼ直線状の中央部分を有する。

従つて、第３図のように磁束密度Ｂの平行成分をギヤツ
プ１８間の距離Ｚに対してプロットすれば、プロツト曲
線３６は一般に二つのこぶ３８と４０とそれらの間の中
間部４２を有することになる。

こぶ３８と４０は磁束が夫々磁極１２と１４に隣接した
ギヤツプ１８の領域に集中することを示す。その結果、
関連した近似磁位Ｖｍを第４図に示すようにギヤツプ１
８間の距離ｚの関数としてプロツトすると曲線４４のよ
うな曲線が一般に得られる。曲線４４は磁極１２に隣接
して磁位が最大正値から急激に減少し、そしてほぼ０値
の領域を通つてから磁極１４に近いところで最大負値と
なるように急激に減少することを示す。その結果、第２
図に示す従来の磁石構造１０によりつくられる磁場は磁
極１２と１４から例えば軸線４６により表わされる距離
のところてはあまり有効にならない。第５図は本発明の
基本構成に従う実施例であるＵ字形磁石構造５０を示し
ており、これは例えばサマリウム−コバルトのような強
磁性体からなり夫々磁極５２と５４に適当に接続した磁
石５１と５３からなる。

磁極５２と５４は例えば第２図の磁石構造のギヤツプ１
８に対応するギヤツプ５８により隔てられている。磁石
５１と５３は例えば第２図の部材１６と同様の一般にＵ
字形の部材５６のような適当な復磁路部材を介して互い
に磁気的に結合されている。好適にはこの復磁路部材５
６は例えば冷圧鋼のように得られる低リラクタンス材料
からなりそして磁極５２と５４に対して対称な形を有す
る。しかしながら、部材５６は任意の透磁性材料でつく
ることが出来、そして磁極５２と５４を互いに結合する
に適した任意の形とすることが出来る。従つて、部材５
６は予定のように磁極５２と５４を接続するためのリラ
クタンス回路の復磁路部分からなる。

この回路はまた磁極５２と５４の間に整合して配置され
る磁束分配部材を構成するアレイ６０を含む。アレイ６
０は例えば空隙のような非磁性の層６２と例えは鉄のよ
うな軟磁性材料からなる層６２間におかれる中間層６４
からなる。また、層６２はアルミニウムのような固体の
非磁性材料てつくることも出来そして例えば接着により
アレイ６０の軟磁性部材６４に隣接して卜定される。結
果として得られる堅固なアレイ６０は磁極５２と５４の
夫々との間に対面するようム関係で配置される夫々の非
磁性層６２の端面をイしそして接着等によりそこに適当
に固定される。層６２と６４は磁極５２と５４と同じ断
面形状を備えるかあるいは他の適当な断面形状とするこ
とも出来る。 磁極５２と５４に隣接してアレイ６０は
端部分６０ａを有し、夫々の端部分は互いにほぼ等しい
軸方向厚みを有する複数の軟磁性部材６４を含む。

また、端部分６０ａの夫々は互いに異つた軸方向厚さを
有する軟磁性部材６４を備えてもよｌ い。しかしな
がらいずれの場合でも夫々の端部分６０ａの軟磁性部材
６４は隣接する磁極から、および互いに、隣接する磁極
からの距離が増加するにつれて軸方向厚さの減少する中
間非磁性層６２により適当に隔てられる。その結果、各
端部分６０ａにおいて連続する軟磁性部材６４はそれら
の隣接する磁極からの距離の関数としてさらに序々に離
隔距離が小さくなる。 アレイ６０はまたアレイの端部
分６０ａと中央部分６０ｃの間に整合して配置される中
間部分６０ｂを有する。

中間部分６０ｂは夫々の端部分６０ａ内の軟磁性部材６
４よりもかなり大きな厚みをもつ単体軟磁性部材６４を
含むことが出来る。また中間部分６０ｂの夫々は比較的
薄い非磁性層６２によつて分離された複数の比較的薄い
軟磁性門部材を含むことが出来、その場合それら部品の
和が単体軟磁性部材６４の厚さに対する長さにほぼ等し
くなるようにされる。中間部分６０ｂは端部分６０ａ内
の非磁性層６２の序々に減少する軸方向厚みのパターン
に一致する軸方向厚みを有するつ中間の非磁性層６２に
より隣接する端部分６０ａから分離される。 アレイの
中央部分６０ｃは製造に当つては夫々の端部分６０ａ内
の軟磁性部材６４の軸方向厚みにほぼ等しいとよい軸方
向厚みを有する複数の軟５磁性部材６４を含む。

また、中央部分６０ｃ内の軟磁性部材６４は任意の所望
の厚みを有する。しかしながらいずれの楊合でも中央部
分６０ｃの軟磁性部材６４は隣接する中間部分６０ｂか
ら中央部分６０ｃの中間点に向う距離の増加に伴い漸増
１０する厚みをもつ中間非磁性層６２により隣接する中
間部分６０ｂから離される。その結果、いずれかの端部
から中央部分の中点に向う連続する軟磁性部材６４は隣
接する中間部分６０ｂからの距離の関数として序々に離
間距離が大きくなる。従つて、アレイ６０の軟磁性部材
６４は夫々関連した磁極５２と５４からギヤツプ５８に
比較的長い距離にわたり磁束を導く。また、軟磁性部材
６４はアレイ６０に沿つて所望の磁位のプロフイールを
つくるように復磁路部材５６への磁束を分流させるよう
に中間非磁性層６２により適当に離される。かくして、
第２図の磁束２１〜２４と２６〜２９に等価な磁力線２
１ａ〜２４ａと２６ａ〜２９ａはアレイ６０のない場合
よりもさらにギヤツプ５８へと伸びる。また、夫々磁力
線２５と３０の組合せに等価な磁力線３０ａは磁力線３
１と等価な磁力線３１ａと共にアレイ６０を通りそして
磁極５２と５４の間を直線的に伸びる。さらに、磁力線
３２〜３４に等価の磁力線３２ａ〜３４ａは磁極間にほ
ぼ直線状に伸びる。その結果、磁力線３５に等価な磁力
線３５ａと関連して磁力線３２ａ〜３４ａはリラクタン
ス回路の磁束分配アレイ６０のない場合よりも、磁極か
ら軸線４６ａで表わされる位置まで離れた距離において
均一に間隔づけられて直線状に軸方向に伸びる。その結
果、磁束密度Ｂの平行成分をギヤツプ５８にまたがるリ
ラクタンスアレイ６０の外で距離Ｚに対してプロツトす
ると第６図に示すように曲線６６は一般に端でゆるい傾
斜をもつ中央の長い平担部をもつ。曲線６６は磁束の大
部分がギヤツプ５８のかなり大きい中央部分にわたりほ
ぼ均一に分布しそして磁極５２と５４に向つて序々に減
少することを示す。それ故、関連する近似磁位、をアレ
イ６０に沿いそして構造５０のすぐ外の距離の関数とし
て！プロツトすると、その結果の曲線６８は磁位が磁極
５２と５４に隣接して非線形に単調に変化することを示
す。

例えば磁極に隣接して磁位。は放物線的に変化し、すな
わち、アレイに沿つた距離Ｚの自乗として減少する。ま
た、アレイの夫々の！端部分６０ａの軟磁性部材６４は
非磁性層６２により適当に離されて磁極５２と５４に隣
接して指撰関数的のように非線形に単調に変化する磁位
のプロフイールを与える。アレイの夫々の中間部分６０
ｂに対応するほぼ一定値の転移領域を通つたイ後にこの
磁位はアレイの中央部分６０ｃに対応する中央領域に沿
つて直線的に変化する。従つて第５図に示すように均一
な間隔をもつた等磁位線６７がこ結果として生ずる磁界
を通り、そしてその中央部分においてアレイ６０とほぼ
直角になる。 このようにして、第５図に示した構造は
例えば表面材料の非破壊分析のための表面音響波変換器
装置において用いることができる。すなわち、表７面材
料の非破壊分析では、表面材料中の音響波の伝播方向に
平行である一様な静磁界を生ぜさせ、ローレンツカを利
用して変換を生ぜさせることが行われるが、そのような
一様な静磁界を生ぜさせるのに用いられるほぼＵ字形の
磁石として第５図クの構造を用いることができる。 第
１図は第５図の磁気構造５０を軸線４６ａに関して回転
させたものと考えてもよい本発明の他の実施例である永
久磁石ソレノイド構造７０を示す。

かくして、結果的に得られる中空の円筒構造７７０は間
隔をもつた内部および外部同心円筒体７２と７４を有し
、これらは環状磁石７６と７８により構造７０の端部て
架橋される。磁石７６と７８はサマリウム−コバルトの
ような適当な強磁性体からなり、そして半径方向に見て
互に逆極性に》されている。その結果、磁力線は磁石７
６と７８の内周間を軸方向に伸ひそして外部円筒体７４
を通つてもどる。従つて外部円筒体７４は冷間圧延鋼の
ような適当な低リラクタンス材料でつくられ、そして本
発明に従い磁石７６と７８を相互接続するリラクタンス
回路装置の復磁路部分を構成する。 内部円筒体７２は
このリラクタンス回路の磁束分配部分を構成し、そして
アルミニウムのような非磁性材料からなるリング８２と
鉄のような軟磁性材料からなる中間リングとから構成さ
れる積層アレイ８０からなる。

アレイ８０は端部分８０ａを有し、部分８０ａの夫々は
環形磁石からの距離に伴つて厚さが序々に小さくなる中
間非磁性リング８２により隣接する環形磁石からおよび
互いにｊ 適当に隔てられた複数の軟磁性リング８４
を含んでいる。その結果、アレイの夫々の端部分８０ａ
内の軟磁性リング８４は隣接する環状磁石からの距離の
関数として序々に離隔距離が小さくなる。 アレイ８０
はアレイの端部分８０ａと中央部分１８０ｃの間に整合
して配置される中間部分８０ｂを備えてもよい。好適に
は中間部分８０ｂはアレイ端部分８０ａ内の軟磁性リン
グ８４よりも軸方向厚みがかなり大きい単一の軟磁性リ
ング８４を有する。中間部分８０ｂの夫々はアレイの隣
接端部分８０ａ内の非磁性リング８０ｂの漸変する厚み
に一致した軸方向厚みを有する中間非磁性リング８２に
より隣接する端部分８０ａから離されている。アレイ８
０の中央部分８０ｃは中間非磁性リング８２により隣接
する中間部分８０ｂからおよび互いから適当に隔てられ
た複数の軟磁性リング８４を含む。

中央部分８０ｃにおいて、非磁性リング８２は隣接する
中間部分８０ｂから中央部分８０ｃの中点に向つての距
離の増加に伴つて軸方向，の厚さが増加する。かくして
中間部分８０ｂの一方から中央部分８０ｃの中点に向つ
て連続する軟磁性リング８４は隣接する中間部分８０ｂ
からの夫々の距離の関数として序々に大きく離される。
従つて、ソレノイド構造７０内につくられる磁場は第５
図の磁石構造５０を軸４６ａに関して回転させたものに
より得られる磁場と同様である。夫々の環状磁石７６と
７８から伸びる磁力線はアレイ８０に沿つて軸方向に向
けられそして磁石構造５０について述べたように復磁路
円筒体７４へと分流される。その結果、磁束の大部分は
円筒状アレイ８０の内部の中央領域にほぼ均一に分布す
る。アレイ８０に沿つてつくられるこの近似磁位は夫々
の環状磁石に隣接して放物線状のように非線形に単調減
少する。

このアレイの夫々との中間部分８０ｂに沿つてはこの磁
位はほぼ一定のままである。しかしながら、アレイの広
い中央部分８０ｃては磁位はその部分の一端から他端へ
と線形に減少する。かくして、第５図の等磁位線６７と
同様の横方向等磁位面（図示せず）は構造７０の軸に沿
つてほぼ等間隔をもつて隔てられて中央部分ではアレイ
８０にほぼ直交する。従つて、像増強管９０のような電
子装置を構造７０内につくられる磁場の中央部分内に軸
に沿つて配置することが出来る。

管９０は一端に入ガスクリーン組立体９２、他端に出ガ
スクリーン組立体９牡およびそれらの間に従来のマイク
ロチヤンネル板組立体９６を有する従来の近接焦点型の
ものでよい。動作を説明すると、入ガスクリーン組立体
９２は不明瞭な可視像を受けて対応する霜子像を放出す
るのであり、この電子像がマイクロチヤンネル板組立体
９６に向けて加速される。マイクロチヤンネル板組立体
９６内の整合した開Ｌを通る間にこの像の電子密度は二
次電子放出により対応して増加する。その結果の電子像
は出ガスクリーン組立体に向けて静電的に加速されて増
幅された可視像を発生するに充分なエネルギーをも
つてそこに衝突する。かくして、本発明のリラクタンス
回路によりソレノイド構造７０の中央部分につくられる
軸的に対称で均一な磁場が出ガスクリーン組立体９４上
に管９０内の電子像を焦点づけることになる。ｌ
このようにして、復磁路部分と磁束分配部分をもつ組立
体回路により相互に接続される間隔をもつた磁極部材か
らなる磁石構造をここに述べた。

この磁束分配部分は磁極間に配置され、そしてこれは非
磁性層と軟磁性部材を交互に配置してなる整合したアレ
イからなる。これら軟磁性部材はアレイに沿つて磁極間
に所望の磁位のプロフイールを与えるように中間非磁性
層により磁極から、そして互いから適当に離される。こ
のプロフイールは磁極に隣接したところでは非線形に単
調減少しそして磁極間のスペースの中央部分では線形減
少する。 本発明で用いているリラクタンス回路は永久
磁石を使用するものとして説明したが、電磁石の磁極を
相互に接続す名についても同様に使用出来．る。

さらに、このリラクタンス回路は図示の円筒状のソレノ
イド構造以外の磁石構造の磁極を相互に接続するために
も使用出来る。図面の簡単な説明 第１図は本発明の一
実施例に従う磁石構造の軸フ方向断面図、第２図は従来
の磁石構造の概略図、第３図は第２図の磁石構造の磁極
を相互接続する直線に沿つたそのすぐ外の磁束密度成分
のグラフ、第４図は第２図の磁石構造の磁極を相互接続
する直線に沿つた近似磁位のグラフ、第５図は本５発明
の基本構成に従う磁石構造の概略図、第６図は第５図の
構造のリラクタンス回路アレイに平行でそのすぐ外の磁
束密度成分のグラフ、第７図は第５図の構造の磁極間の
リラクタンス回路アレイに沿つた近似磁位のグラフであ
る。

′０５０，７０・・・・・・磁石構造、５１，５３・・
・・・・磁石、５２，５４・・・・・・磁極、５６・・
・・・・復磁路低リラクタンス部材、６０，８０・・・
・・・アレイ、６２，８２・・・・・・非磁性層、６４
，８４・・・・・・軟磁性層、７２・・内部側円筒体、
７４・・・・・外部側円筒体、７６，７８・・・・・・
環状形磁石。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 互に離間した位置に整列して配置される一対の磁極
   片であつて、その整列の方向に対して実質上垂直な方向
   の極性が互に逆極性である一対の磁極片と、前記一対の
   磁極片の対応する第１の端部間に結合される透磁性材料
   からなる復磁路部材と、前記一対の磁極片の前記第１の
   端部と反対側の対応する第２の端部間に磁束分路を形成
   するように配置される磁束分配部材であつて、非磁性材
   料層と磁性材料層とを交互に配置してなるアレイからな
   り、前記磁束分配部材の外部にその部材に沿つて直線的
   に延びる磁力線を供給し得るように、夫々の磁極片から
   前記アレイの中間点に向うに従つて前記非磁性材料層の
   厚さが漸減しそして次に漸増するように配列された磁束
   分配部材と、から構成された磁石構造。