JPS63299211A - 磁気回路 - 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】 ■　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 従来、例えば物体に磁界を印加するような場合、各種磁
界発生手段の磁界中に直接物体を配置したり、磁界発生
手段に鉄等の軟磁性材料のヨークを付加接続して、ヨー
クからの磁界中に試料を配置したりしている。　　しか
し、これらの場合には磁束が拡散したり、磁界発生手段
やヨークから外界への磁束漏洩が生じる等の問題がある
。　これらのうち、ヨークを用いるときには所定の位置
まで磁束を誘導できるが、ヨークの磁化が飽和に達した
ときには、磁束漏洩がきわめて大きくなる。　また、磁
路の変更が容易ではない。　従って、従来、均一でかつ
強い磁界分布を磁界発生手段外の任意の位置で得ること
は難しい。

ＩＩ　　発明の目的 本発明の主たる目的は、超電導材料の示す完全反磁性を
利用して均一な磁束を得ることができ、しかも磁束漏洩
をおこさずに強く磁束を絞るなど磁界強度を調節できる
磁気回路を提供することにある。

ｔｎ　　発明の開示 このような目的は下記の本発明によフて達成される。

すなわち本発明は、磁界発生手段と超電導材料から形成
される管状体とを有し、管状体が断面積の異なる大径部
と小径部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から形成される管状体と、磁界発生
手段とを組合せて磁気回路を構成するものである。　こ
のとき管状体の断面積は、所定の磁界強度分布を得るた
めに、管状体の軸方向に沿って変えられており、この結
果、管状体は大径部と小径部とを有する。　そ　して、
管状体の磁路断面積を大きくした大径部では、低磁界強
度が得られ、磁路断面積を小さくした小径部では高磁界
強度が得られる。

本発明では、管状体は超電導材料から形成されており、
管状体内壁は完全反磁性を示す。

このため管状体内に入射した磁束は外界へ磁気漏洩せず
、管状体は電磁波に招ける導波管と同様な導磁管とでも
称すべき作用を行い、管状体内で均質な磁界分布の磁路
が形成される。

このため、管状体内にて磁路断面積と磁界強度との正確
な反比例関係が成立する。

このような大径部および小径部を有する管状体は、管状
でありさえすれば特に制限はなく、その断面形状は用い
る磁界発生手段の磁極等に応じ適宜決定すればよい。　
また、管状体の外形形状ないし長さ等は、その使用態様
に応じ種々のものであってよい。

以下、その使用態様ごとに図面を参照しつつ詳細に説明
する。

第１の態様では、超電導材料の管状体を磁界発生空間の
うちの使用領域の外側に配し、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と同
時に、磁界強度を調整しようとするものである。

第１図には超電導材料の管状体１を用いて、コイル３５
、ヨーク３１、ポールピース３２を有するワイス型の電
磁石３が発生する磁極対向間隙の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、磁界発生手段としてはワイス型電磁石の他、
他の電磁石や、ヘ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、超電導マグネット対など対向磁
極ないし対向して配置された磁束の出入口を有するもの
に対しすべて同様な管状体が適用可能であり、超電導材
料の管状体１は少なくとも磁極対向間隙等で形成される
磁界発生空間の外側ないし外周側を囲むように配置され
、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。

第１図には、電磁石３のヨーク３１に接続したポールピ
ース３２間隙間の磁極対向間隙の外側に、磁極間間陣の
ほぼ全域を被うように、例えば円形等ヨーク３１に接続
したポールピース３２の断面形状とほぼ同一の内面形状
であって軸心線が直線状の両端が開口した筒状の管状体
１を配置した例が示される。

そして、管状体１は大径部１５間に形成された小径部１
１を有する。

このように構成することにより、小径部１１にて磁界発
生手段からの磁界よりも高磁界強度が得られる。　なお
、図示例では小径部１１は大径部１５からステップ状に
小径となるように構成されているが、この他連続的に小
径となるようにしたり、段階的に小径となるようにして
もよい。

そして、小径部の断面積は必要とする磁界強度に応じ上
記した断面積と磁界強度との反比例関係から決定すれば
よい。

なお図示例では、管状体１は直線状の筒状とし、磁界発
生手段の一部を被うように設けられている。

これとは別に、管状体が磁界発生手段を被わず、管状体
１の開口端が磁界発生手段の磁極ないし磁束出入口と対
向するように設けてもよい。

あるいは、管状体１が磁界発生手段の全部を被うように
構成してもよい。

第２図には、管状体１を全体で矩形状の閉ループを描く
閉管状のものとし、この中にヨーク３１とコイル３５と
を有するワイス型の電磁石３を収納した例が示される。

　この場合、管状体１はヨーク３１を被包するような形
状とされ、ヨーク３１の対向間隙を被包する管状体１の
直線部は大径部１５間に形成された小径部１１を有する
。

このようにすることにより、磁界発生手段からの漏洩磁
束が減少し、磁界の利用効率はきわめてすぐれたものと
なる。　そしてこのような構成は、磁界発生手段に磁性
体のヨークを用いない場合や、磁極間間陣の磁路が長い
場合などには、磁路の磁気抵抗が増加し、超電導材料で
被れていなければ磁束発生手段での磁束漏洩が増加する
場合があるので、このようなとき特に有効である。

なお、これらの構成ではヨーク３１にポールピース３２
を必ずしも接続する必要がないので、第２図に示される
例ではこれをとりはずした構造となっている。

第１の態様では、上記のとおり、磁極ないし磁束出入口
の対向間隙の少なくとも一部の外周部に管状体を設ける
ものであるが、この他、一方の磁極ないし磁束出入口の
外方にのみ管状体を設けてもよい。

この場合の１例が第３図、３４４図に示される。

第３図および第４図の例は、磁界発生手段としてソレノ
イド、超電導マグネット等の空芯コイル２を用いた場合
であり、第３図では、先端に小径部１１を有する直線状
の筒状の管状体１をその後端大径部１５が空芯コイル２
を完全に被包するように配置して空芯コイル２からの漏
洩磁束を少くしつつ、小径部１１内にて高磁界を得よう
としている。

また、第４図では、後端大径部１５が空芯コイル２の一
部を被うように構成している。　この他、管状体１は空
芯コイル２の一方の出口と対向する構成としてもよい。

なお、このような構成は、永久磁石や電磁石の一方の出
口側にて高磁界を得ようとする場合にも同様に適用する
ことができる。

また、以上においては小径部１１にて高磁界を得る構成
としたが、場合によっては磁極ないし磁束出入口に対向
する部分を小径部として、これに連接する大径部にて磁
界強度を低くする構成としてもよい。

一般に永久電流を使った超電導マグネットや永久磁石で
は磁界強度の調節がむずかしく、これらの磁騨を弱めて
使用するようなときには、このような構成は有効であり
、しかも管状体を取り替えるのみで磁界強度が変えられ
るので取扱いが容易となる。

なお、以上の場合、管状体１を複数個に分割し、必要に
応じてこれらの間に空間を設けてこれらを接続して使用
することもできる。

次に、第２の態様では、超電導材料の管状体を非直線状
の屈曲した形状とし、磁界発生手段の外部に任意の形状
の磁路を誘導可能とするとともに、その磁界強度を変化
させるものである。

第５図、第６図には、磁界発生手段としての空芯コイル
２、例えばソレノイドの入口および出口に屈曲した超電
導材料から形成された管状体１を掛は渡した例が示され
る。　この場合、管状体１は必要な地点を通過する磁路
を形成するような所定の形状とする。　図示例では矩形
状の閉ループを描く閉管状の管状体１内に、空芯コイル
２が収納され、これにより磁界発生手段を含む閉磁気回
路が形成されている。

超電導材料の管状体１をこのように配置することにより
、超電導材料の示すマイスナー効果により磁界分布を管
状体１の中に局限させ、空芯コイル２で発生した磁束を
外部へ漏洩させることなく磁界使用領域へと導いており
、管状体１は磁束に対し電磁波における導波管と同様な
導磁管とも称すべき作用を行なう。

このようにして、磁界発生手段からの磁界は、管状体１
内部を磁路として当初の磁路、より具体的には管状体１
を配置しなかったときとは異なる磁路および磁界分布に
変更されるものである。

そして、管状体１の形状を所定のものとすることにより
、必要とする任意の領域に磁路を導くことができる。

このような構成において、管状体１には大径部１５と小
径部１１とが形成される。　この場合の大径部１５およ
び小径部１１の形成のし方は、前記したところと同様で
ある。

第５図には、磁極ないし磁束出入口部を大径部１５とし
、これに連接して小径部１１を設けて高磁界を得る場合
、第６図には、磁極ないし磁束出入口出を小径部１１と
して、これに連接して大径部を設けて磁界を低くする場
合が示される。

このような場合、図示例では、閉ループを描く閉管状の
管状体１内に磁界発生手段を収納して、磁界発生手段か
らの漏洩磁束を減少させているが、管状体を両端が開口
した開環状の構造とし、これを磁極ないし磁束出入口間
に掛は渡してその開口が磁界発生手段の磁極ないし磁束
出入口に対向するよう配置したり、磁界発生手段の一部
を被うように配置してもよい。

なお、磁界発生手段としては、空芯コイルの他、電磁石
、永久磁石や超電導マグネットも使用可能である。

以上においては、管状体１を複数に分割してこれらを接
続して使用してもよい。　こ　の場合、複数に分割した
ものを接続する場合としては、磁界発生手段入口側およ
び出口側の管状体１を完全に接続する他、使用領域に設
けた管状体と磁界発生手段入口側および出口側の管状体
とを接続一体化したり、さらに多数に分割したものを接
続一体化したり、これら各場合において接続部に空間を
設けたりしてもよく、接続により全体として閉磁路が形
成されるものであれば種々の態様が可能である。

ざらに、管状体１あるいはそれを分割したものに可どう
性をもたせ磁界を任意、の位置に誘導可能とするように
してもよい。

第７図には、両端に開口を有する管状体１を可どう性と
し、この内部に空芯コイル２を収納し、管状体１を変形
させて所定の位置Ｐにその両端開口を近接配置すること
により、Ｐ点を通る閉磁路を形成し、しかも開口部を小
径部１１として、Ｐ点に高磁界を印加できるように構成
した例が示される。

さらに、上記においては、屈曲した管状体１は磁界発生
手段の磁極ないし磁束出入口に掛は渡されるように配置
する例を挙げたが、所定の位置に磁路が形成されるよう
に一方の磁極ないし磁束出口のみに管状体を配置するこ
とも可能である。

以上、第１および第２の態様において、管状体を形成す
る超電導材料としては、公知の種々のものであってよい
。　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、Ｌ　ａ　”−Ｌ　ｕ　。

ＡｃＮＬｒ、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Ｌ
　ａ　％Ｙ　ｘ　Ｎ　ｄ　％　Ｅ　ｕ　ｓ　Ｅ　ｒ等、
あるいはこれらの２種以上、さらにはこれらと他の希土
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　ＭＸ　）　２　Ｃｕ　０４−６（
Ｙｒ　−＊　Ｍｘ　）　ｓ　Ｃｕｓ　Ｏｙ−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管状体１
を形成するには次のような各種の態様によればよい。

（１）管状体１を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、これと基体とを一体化する。

（２）適当な形状の基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
に分散したシートやテープを貼る。　あるいはシートや
テープから管状体１を形成する。

（３）適当な形状の基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）適当な形状の基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ペ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。

以上の態様で焼結体、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自身の厚さは極め
て薄くてよい、　それは、一般に超電導体の完全反磁性
は、数ｉｏｏ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。

これらの場合、超電導材料を基体と組み合せる場合、超
電導材料を非連続状に基体上に設けてもよい。

また、管状体１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。

また、前記のとおり管状体１を複数に分割してこれらを
接続して使用してもよい。

そして、磁界発生手段としては、前記のとおり空芯コイ
ルの他、電磁石、永久磁石や超電導マグネットも使用可
能である。

さらに、磁気抵抗を減少させ、超電導材料の管状体１に
より形成された磁路中に、鉄等の軟磁性体のヨークを収
納してもよい。

なお、本発明の方法は管状体表面での 磁界強度が超電導材料の臨界磁場以下であるようにする
必要があるが、管状体をＹＢａ、Ｃｕｓ　ｏｙ−δ等の
酸化物セラミクスで構成すると、７７にでの臨界磁場が
約１００ＫＯｅと通常要求される磁界強度より十分大き
いので問題はない。

なお、さらに磁界強度が高いときには、超電導材料をよ
り一層冷たい温度に冷却して使用すればよい。

このような磁気回路は、ＮＭＲ断層診断、振動試料型磁
力計などの磁気計測装置、加速器、磁気浮上型列車、電
磁推進船等種々の用途に用いて有用である。

■　発明の具体的作用効果 本発明の磁気回路は、磁束漏洩を起すことなく、離れた
位置にある空芯コイルや電磁石や永久磁石や超電導マグ
ネット等の磁界発生手段で発生した磁束を必要とする磁
界使用領域に均一に導くことを可能とし、また磁気使用
領域での磁界強度を容易に調節可能とする。　また、従
来の鉄等、軟磁性材料のヨークを用いた磁気回路では、
磁気漏洩の他に磁気飽和の問題があり、ある程度磁界が
強くなると磁気回路が所定の機能を果たせないようにな
っていたが、本発明の磁気回路には実買上その問題がな
い。

本発明者らは本発明の効果を確認するために種々の実験
を行なった。　以下にその１例を示す。

実験例 第４図に示される長辺ａｘ２ｍ、短辺ｂ−１ｍ、厚さ５
ｍｍの超電導セラミック族の管状体１を作製した。　管
状体の断面形状は円であり、その内径は小径部１１でｄ
ｗ３ｃｍ、マグネット収納部を含む大径部１５でｃｗ５
ｃｍである。　また、この超電導セラミクスの組成はＹ
Ｂａ２Ｃｕ３０ｓ、ａであり、その抵抗ゼロの臨界温度
は９２にである。　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。

そして、図示のようにＮｂ−Ｔｉ製の超電導マグネット
の空芯コイル２の全体をこの超電導セラミック製管状体
中に収納し、管状体を７７Ｋに保持し、超電導マグネッ
トを４．２Ｋに保持し通電した。

このとき、第２図、小径部１１の磁路のａ／２の位置に
おける２１点での磁界強度を測定したところ、１００Ｋ
Ｏｅであった。　また、第２図、上部側磁路のｂ／２の
位置における２２点での磁界強度は、３６ＫＯｅであっ
た。　この結果は、２１点での磁路断面積が、２２点で
の磁路断面積の３６％であることを考慮すると、本発明
の磁気回路は磁界強度と磁路断面積とが正確に反比例し
、従って極めて高い磁界強眞も磁気漏洩がなく、磁界強
度を任意に変えられることがわかる。

これに対し、管状体を設けないときの２１での磁界強度
は１００８以下であった。

以上より本発明の効果は明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は、それぞれ本発明の異なる実施例
を示す断面図である。 第７図は、本発明の異なる実施例を示す正面図である。 符号の説明 １・・・・管状体、 １１・・・・小径部、 １５・・・・大径部、 ２１１空芯コイル、 ３・・・・電磁石 ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、３ ＦｆＧ、４ ＦＩＧ、５

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁界発生手段と超電導材料から形成される管状体
   とを有し、管状体が断面積の異なる大径部と小径部とを
   有することを特徴とする磁気回路。