JPS63289906A

JPS63289906A - 磁気回路

Info

Publication number: JPS63289906A
Application number: JP12634387A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kawamoto; 修河本
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1987-05-22
Filing date: 1987-05-22
Publication date: 1988-11-28

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】 ■　発明の背景技術分野本発明は磁気回路に関する。

先行技術とその問題点磁界発生手段として、電磁石、永久磁石、空芯コイル、
超電導マグネット等が極めて広い分野で用いられている
。

第８図には従来のワイス型の電磁石１による発生磁界の
様子が示される。　ワイス型の電磁石１はヨーク１１に
巻回したコイル１５に電流を流すことにより、磁極間隙
に磁界が発生するものである。　このような場合、磁界
強度を高め、磁束分布を均一なものとするためにヨーク
１１の間隙部にヨークよりも高飽、和磁束密度で磁路断
面積を絞ったポールピース１２を接続することが行われ
ている。　しかし、この場合においても、図示のように
磁極間隙間の空間の外側に拡ろうとする磁束が存在し、
磁極間隙内の磁束分布は一様なものとはならない。

また、空芯コイルの一つとしてのソレノイド２の場合も
、第９図に示されるように、ソレノイド端から漏出、し
た磁束は速やかに広がり、磁束分布の一様な領域は小さ
い。　また、ソレノイド２の内部の磁束分布も不均一と
なる。

このように、従来技術ではせいぜい磁極を構成するポー
ルピースの形状や大きさ、あるいソレノイド長や磁極間
距離、さらには磁路長等、磁界発生手段の改良に考慮を
払うのみであり、広い領域にわたって一様な強い磁界を
得ることが困難である。

■　発明の目的本発明の主たる目的は従来に比較して広い領域にわたっ
て一様な強い磁界を発生することを可能とする磁気回路
を提供することにある。

■　発明の開示このような目的は下記の本発明によって達成される。

すなわち本発明は、磁界発生手段と、超電導材料から形
成される磁界分布整形部材とを有することを特徴とする
磁気回路である。

■　発明の具体的構成以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。

本発明は超電導材料を磁界発生手段から生じる磁界分布
の整形部材として用いるものである。　より具体的には
、超電導材料を磁界発生空間のうちの使用領域外側に配
し、超電導材料の示す完全反磁性を利用して、磁界発生
空間のうちの使用領域の外側に広がろうとする磁束ある
いは使用領域の外側の磁束の方向を矯正して、使用領域
の磁束ないし磁界の分布を整形して一様かつ均一なもの
とするものである。

以下、図面を参照しつつ本発明の詳細な説明する。

第１図および第２図には超電導材料の磁界分布整形部材
３を用いて、ワイス型の電磁石１の発生する磁界の一様
性および磁界強度を高める例が示される。

この場合、磁界分布整形部材３としての超電導材料は磁
極間隙で形成される磁界発生空間の外側の少なくとも一
部に配され、この空間の外側に広がろうとする磁束の方
向を矯正するものである。　磁界分布整形部材３の形状
および配置のし方は磁界発生空間の寸法、形状やこの空
間内にて一様化する必要のある部分がどこにあるか等に
応じて適宜決定することができるが、通常は、超電導材
料の磁界分布整形部材３を、ヨーク１１に接続したポー
ルピース１２間隙間の磁界発生空間の外周部ないし外周
部側の少なくとも一部に、環状ないし筒状として配置し
たり、あるいは超電導材料ないし磁界分布整形部材を全
体として環状ないし筒状を構成するように複数個配置し
たりすればよい。

第１図には、電極間間隙のほぼ全域を被うように例えば
円形等ヨーク１１に接続したポールピース１２の断面形
状とほぼ同一の内面形状の筒状の磁界分布整形部材３を
配置した例が示される。

第２図には、ヨーク１１に接続したポールピース１２と
対置するように、例えば円形等ポールピース１２の断面
形状とほぼ同一の内面形状の環状の超電導材料の磁界分
布整形部材３を各ポールピース１２の近傍に一対配置し
た例が示される。　環状の磁界分布整形部材３は、第１
図の筒状のものほど磁界の分布の整形効果はないが、電
極間間隙等に空隙が生じるので、取り扱いや操作性が容
易となる。

なお、筒状ないし環状の磁界整形部材３の一部は、図示
のように、磁界発生手段の一部ないし全部を被うように
して漏洩磁界を少なくするようにすることができる。

さらに、第３図には、ソレノイド２に本発明を通用した
例が示される。

空芯コイルとしてのソレノイド２の場合は、前述したよ
うに、ソレノイド２内部空間の磁界の一様性を向上させ
たい場合があるが、本発明の磁気回路に従い、例えば第
３図に示されるように超電導材料の磁界分布整形部材３
を配置して、内部空間外側の磁束の方向を矯正すること
によりその目的を達成することができる。

第３図には、両開口端の近傍に、例えば円形のソレノイ
ドの外形形状とほぼ同一の内面形状を有する筒状の超電
導材料の磁界分布整形部材３を一対、両開口と対置する
ように配置した例が示される。　この場合、超電導材料
の磁界分布整形品材３は、図示とは異なり、筒状ではな
く環状としてもよい。

なお、ソレノイド等の空芯コイルなどの外部空間を使用
する場合にも、通常、使用空間を囲むように、上記とほ
ぼ同様の環状ないし筒状のＭ電導材料の磁界分布整形部
材３を配置すればよい。

さらに、本発明では、ワイス型以外の他の電磁石、永久
磁石、空芯コイル、あるいはへルムホルツコイル等の電
磁石対、空芯コイル対、永久磁石対、さらにはこれらを
多数個組みあわせたものなどを磁界発生手段として用い
る場合にも適用できる。　これらの場合は、上記した例
に準して磁界分布整形部材を配置すればよい。

また、いわゆる超電導マグネットを用いた場合にも適用
できる。

このような磁界分布の整形部材３として用いる超電導材
料としては、公知の種々のものを用いることができる。

　ただ、抵抗がゼロとなる臨界温度が高い点で、希土類
金属元素、アルカリ土類金属元素および銅の酸化物セラ
ミクス系のものが好ましい。　このような場合、希土類
金属元素（Ｒ）としては、Ｌａ〜Ｌｕ、Ａｃ〜Ｌｒ、Ｙ
、Ｓｃのいずれか１種以上であればよいが、特にＹおよ
びランタノイド元素の１種以上、特にＬａ、Ｙ、Ｎｄ、
Ｅｕ％Ｅｒ等、あるいはこれらの２種以上、さらにはこ
わらと他の希土類金属元素との組合せが好ましい。

また、アルカリ土類金属（Ｍ）としては特にＣａ％Ｓｒ
、Ｂａの１種以上が好ましい。

これらのうちでは、例えば（Ｌ　ａ　ｌ　−Ｘ　Ｍ　ｘ　）　２　Ｃｕ　０４−δ
（Ｙ　Ｉ−ｘ　Ｍｘ　）　ｓ　Ｃｕ　３０７−δ等、（
Ｒ＋Ｍ）：Ｃｕが例えば０．７：１〜３：１程度のもの
が好適である。

このとき、３０に〜１００に程度以上の高い臨界温度が
得られるからである。

これら超電導酸化物セラミクスの組成については、本出
願人による昭和６２年４月１４日付提出の特許願、同４
月２４日付提出の特許願（２）、（３）および（４）に
記載されている。

このような酸化物セラミクス超電導体を用いて磁界分布
整形部材を形成するには次のような各種の態様によれば
よい。

（１）磁界分布整形部材３を板状の酸化物セラミクス超
電導材料の焼結体で形成する。　あるいは、これと支持
体とを一体化する。

（２）適当な形状の支持体の内面あるいは外面に、酸化
物セラミクス超電導材料を無機または有機マトリックス
内に分散したシートを貼る。

あるいはシートから磁界分布整形部材３を形成する。

（３）適当な形状の支持体の内面あるいは外面に、酸化
物セラミクス超電導材料を無機または有機マトリックス
内に分散したペイントを塗布する。

（４）適当な形状の支持体の内面あるいは外面に、酸化
物セラミクス超電導材料のベーストを塗布焼成したりし
て、厚膜化したり、薄膜化したりする。

以上の態様で板、シート、ペイント、厚膜あるいは薄膜
状の酸化゛物セラミクス超電導材料の厚さは極めて薄く
てよい。　それは、一般に超電導体の完全反磁性は、数
１００人の磁界侵入度以上あれば発現するからである。

なお、超電導材料の臨界温度が室温より低い−ときは、
公知の方法で冷却することが好ましい。

また、磁界分布整形部材３には、必要に応じ窓や切欠き
部を設けたり、開閉可能な蓋を設けたりすることができ
る。

■　発明の具体的作用効果本発明の磁気回路は、一様な磁界を容易に得るのに極め
てを効である。

すなわち、本発明によれば磁界分布の一様な領域を、従
来よりも格段と拡大することができる。　また磁界強度
も向上しうる。　このため同じ一様磁界領域を得るのに
コイル長等の磁極間距離を短くできたり、あるいはポー
ルピース形状を特別のものとするなどの必要がなくなり
、磁界発生手段に特別の配慮を行う必要がなくなる等の
効果が生じる。

本発明者は本発明の効果を確認するために種々実験を行
なった。　以下にその１例を示す。

実験例１第４図に示される電磁石を用い、第１図および第２図に
示されるように磁極間隙に超電導材料の磁界分布整形部
材３を配した。　超電導材料の組成はＹＢａ２Ｃｕ、、
ｏ、、である。　これを、内径２１０ｍｍ、外径２２０
ｍｍ、長さ５５ｍｍの円筒体および同径で厚さ２０ｍｍ
の１対の円環体として用いた。　また、電磁石の磁界強
度は、磁極間中心位置で２０にＯｅ、磁極間隙λ＝　５
０　ｍｍ、ポールピース直径２００ｍｍとした。　磁界
強度の測定は複数のホール素子を配列して行なった。

本実験例で用いた酸化物セラミクス超電導体の臨界温度
（ρ＝０）は９２にであった。　実験では液体窒素で冷
却することによって超電導状態を発現させた。

コイルに電流を通じ、第４図に示されるように、ギャッ
プ２等分面上Ｉｌ／２での磁界強度の測定を行なった結
果を第５図に示す。

一方比較のため、従来技術のように超電導材料による磁
束整形を行なわない場合について、他の条件は同じとし
て磁界強度を測定した。

その結果を第５図に示す。

実験例２第６図で２ｆｔ＝１００ｍｍ％ｄ＝５０ｍｍとしたソレ
ノイド両開口端に各ｄと同じ内径をもち、厚さ５ｍｍ、
長さ１００ｍｍの筒状の超電導材料を１対配置した。　
この超電導材料の組成は実験例１のものと同一である。

　そして、ソレノイド中心軸上の磁界強度を測定した（
第６図参照）。　その結果を第７図に示す。

一方比較のため、超電導材料を用いないで同一の測定を
行なった結果を第７図に示す。

第５図および第７図の測定結果に示されるように、本発
明により、磁界分布の一様性および磁界強度が向上する
ことがわかる。

以上より本発明の効果が明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は、そわぞれ本発明の異な
る実施例を説明するための一部を断面にて示す正面図で
ある。第４図は実験例１で用いた電磁石を示す正面図である。第６図は実験例２で用いたソレノイドを示す正面図であ
る。第５図および第７図はそれぞれ実験例１および２におけ
る磁界分布の測定結果を示すグラフである。第８図および第９図は、それぞれ従来技術でのワイス型
電磁石およびソレノイドを示す正面図である。符号の説明１・・・・ワイス型電磁石、２・・・・ソレノイド、３・・・・磁界分布整形部材、１１・・・・ヨーク、１２・・・・ポールピース特許出願人　ティーディーケイ株式会社ＦＩＧ、４ＦＩｏ、５Ｑ　　　　　　　　　　　　　　　　１００疋（ｎｑｍ
）Ｏ願　　　　　１０゜ χ（ｍｒｎ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）磁界発生手段と、超電導材料から形成される磁界
分布整形部材とを有することを特徴とする磁気回路。