KR20100099054A - 영구 자석식 자계 발생 장치 - Google Patents

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KR20100099054A
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다이 히구찌
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신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 고성능인 가변 자장 다이폴 링 자기 회로를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 중심축을 공유하는 내주측 및 외주측 다이폴 링과, 양 다이폴 링을 둘러싸는 요크를 구비하고, 상기 내주측 다이폴 링의 내부 공간에 한방향의 가변 자장을 발생시키는 영구 자석식 자계 발생 장치이며, 상기 내주측 다이폴 링을 고정시키는 고정 수단과, 상기 중심축을 회전 중심축으로서 상기 외주측 다이폴 링을 회전 가능하게 하는 회전 수단을 구비하고, 상기 내주측 및 외주측 다이폴 링의 각각이 환상으로 배치된 복수개의 영구 자석을 구비하며, 각 영구 자석의 착자 방향이 환의 반쪽 둘레에서 1회전 가능하게 배열되어 있는 영구 자석식 자계 발생 장치 등을 제공한다.

Description

영구 자석식 자계 발생 장치 {PERMANENT MAGNET TYPE MAGNETIC FIELD GENERATING APPARATUS}
본 발명은 영구 자석식 자계 발생 장치에 관한 것이다.
환상을 이루며, 각 자석의 착자 방향이 환의 반쪽 둘레에서 1회전 가능하도록 배열된 복수개의 자석 요소를 포함하고, 환의 내부 공간에 실질적으로 한방향의 자계를 발생하는 다이폴 링 자기 회로는, 자기공명 단층 촬영 장치(MRI)나 반도체 소자 제조 공정, 그리고 기초 연구 대상인 균일 자계 발생 수단 등으로서 널리 이용되고 있다. 종래, 1축성의 균일한 자계 발생 수단으로는 상전도 전자석, 초전도 전자석 등이 사용되고 있지만, 최근 고특성 희토류 영구 자석의 개발에 의해, 희토류 영구 자석(이하 단순히 영구 자석이라 함)을 균일 자계 발생 장치로서 사용하는 것이, 예를 들면 2T 이하의 저자장에서는 주류를 이루고 있다.
다이폴 링 자계 발생 장치의 특징으로서, 자계 발생 장치의 내부 공간에서 실질적으로 한방향의 균일한 크기의 자장을 형성할 수 있는 것을 들 수 있다. 여기서, 다이폴 링 자계 발생 장치의 내부 공간에 발생하는 NS 자장 방향(Y축 방향)을 0°로 한 경우, 내부 공간의 각 점에서의 자장 벡터의 각도(이하, "스큐 각(skew angle)"이라 함)는 자계 발생 장치의 특성상, 환의 중심축 부근에서는 거의 0°이지만, 자계 발생 장치의 내벽에 근접할수록 악화되는, 즉 커지는 경향이 보여, 이 스큐 각의 감소가 도모되고 있다(특허문헌 1).
일본 특허 공개 제2005-56903호 공보
본 발명은 종래 불가능하던 고성능의 가변 자장 다이폴 링 자기 회로를 제공하는 것이다.
본 발명은 외경이 상이한 두개의 다이폴 링을 자기 회로 내경측 중심축을 회전축으로서 내주측 다이폴 링을 고정시키고, 외주측 다이폴 링을 회전시킴으로써 가변 자장을 발생시키는 가변 자계 발생 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 구체적으로는 중심축을 공유하는 내주측 및 외주측 다이폴 링과, 양 다이폴 링을 둘러싸는 요크를 구비하고, 상기 내주측 다이폴 링의 내부 공간에 한방향의 가변 자장을 발생시키는 영구 자석식 자계 발생 장치이며, 상기 내주측 다이폴 링을 고정하는 고정 수단과, 상기 중심축을 회전 중심축으로서 상기 외주측 다이폴 링을 회전 가능하게 하는 회전 수단을 구비하고, 상기 내주측 및 외주측 다이폴 링의 각각이 환상으로 배치된 복수개의 영구 자석을 구비하며, 각 영구 자석의 착자 방향이 환의 반쪽 둘레에서 1회전 가능하게 배열되어 있는 영구 자석식 자계 발생 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 중심축을 공유하는 내주측 및 외주측 다이폴 링을 이용하여 상기 내주측 다이폴 링을 고정시키고, 상기 외주측 다이폴 링을 상기 중심축을 회전 중심축으로서 회전시키는, 상기 내주측 다이폴 링의 내부 공간에 한방향의 가변 자장을 발생시키는 가변 자장 발생 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 용이하게 가변 자장 다이폴 링 자계 발생 장치를 제작할 수 있고, 게다가 진동 흔들림없이 구동이 가능함으로써, 공업화를 향한 대형화도 가능하다.
도 1은 1개의 다이폴 링을 구비하는 다이폴 링 자계 발생 장치의 다이폴 링의 중심축에 수직인 단면도를 도시한다.
도 2는 2개의 다이폴 링을 각각 역방향으로 회전시키는 (A) 회전 전, (B) 회전 후의 다이폴 링 자계 발생 장치의 다이폴 링의 공유 중심축에 수직인 단면도를 도시한다.
도 3은 내주측 다이폴 링을 고정시키고, 외주측 다이폴 링을 회전시키는 (A) 회전 전, (B) 회전 후의 다이폴 링 자계 발생 장치의 다이폴 링의 공유 중심축에 수직인 단면도를 도시한다.
도 4는 소톱니바퀴와 카운터 톱니바퀴를 구비하는 다이폴 링 자계 발생 장치의 예를 도시한다.
도 5는 수평면 유지구를 외주측 다이폴 링의 상하에 설치한 다이폴 링 자계 발생 장치의 예이고, (A) 평면도, (B) 정면도를 도시한다.
도 6은 실시예 1에서 사용한 다이폴 링 자계 발생 장치의 각 자석의 착자 방향을 도시한다.
도 7은 베어링을 이용한 다이폴 링 자계 발생 장치의 예를 도시한다.
1개의 다이폴 링을 구비하는 다이폴 링 자계 발생 장치의 다이폴 링의 중심축에 수직인 단면도를 도 1에 도시하고, 2개의 다이폴 링을 구비하는 다이폴 링 자계 발생 장치의 양 다이폴 링의 공통된 중심축에 수직인 단면도를 도 2에 도시한다.
도 1은, 1개의 다이폴 링 (14)를 구비하는 다이폴 링 자계 발생 장치 (10)을 나타낸다. 다이폴 링 자계 발생 장치 (10)은, 구성 자석 (14a 내지 z)와 이들을 둘러싸는 요크 (15)로 구성되고, 다이폴 링 (14)의 내부 공간 (11)에 동일한 방향의 자장을 발생시킬 수 있다.
도 2는, 내주측 다이폴 링 (22) 및 외주측 다이폴 링 (24)의 2개의 다이폴 링을 구비하고, 각각 역방향으로 회전시켜 (A) 회전 전, (B) 회전 후의 다이폴 링 자계 발생 장치 (20)을 나타낸다. 다이폴 링 자계 발생 장치 (20)은, 내주측 다이폴 링 (22) 및 외주측 다이폴 링 (24)를 각각 역방향으로 동위상으로 회전시키면, 내부 공간 (21)에 동일한 방향의 가변 자장을 발생시킬 수 있다. 내주측 다이폴 링 (22) 및 외주측 다이폴 링 (24)는 요크 (25)로 둘러싸인다. D2A와 D2B는 각각 회전 전과 회전 후 발생 자장의 크기와 방향을 나타낸다.
1개의 환상 다이폴 링의 제작은 곤란하고, 이중으로 다이폴 링을 구성해야 하는 가변 자장 다이폴 링의 제작은 더욱 곤란하다. 이 때문에, 종래의 기술로는 설계는 가능하여도 장치를 실현화하는 것은 불가능하였다.
본원의 발명자는 다이폴 링 자계 발생 장치를 이용하여 공업적으로 많이 이용되는 균일한 공간에 적합한 형상으로 설계하고, 나아가 자장을 변화할 수 있는 구조로 한 결과, 외주 및 높이에 법칙성이 있는 것을 지견하고, 본 발명에 도달한 것이다.
본 발명은 2개의 다이폴 링을 구비하는 다이폴 링 자계 발생 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시 형태의 예로서, 도 3은 내주측 다이폴 링 (32) 및 외주측 다이폴 링 (34)의 2개의 다이폴 링을 구비하고, 내주측 다이폴 링 (32)를 고정시키고 외주측 다이폴 링 (34)를 회전시킨 (A) 회전 전, (B) 회전 후의 다이폴 링 자계 발생 장치 (30)의 다이폴 링의 중심축에 수직인 단면도를 도시한다. 다이폴 링 자계 발생 장치 (30)은 다이폴 링이 이중으로 구성되고, 내주측 다이폴 링 (32)를 고정시키고 외주측 다이폴 링 (34)를 회전시키면, 내부 공간 (31)에 발생하는 자장이 변화하여 가변 자장을 발생시킬 수 있다. 내주측 다이폴 링 (32) 및 외주측 다이폴 링 (34)는 요크 (35)로 둘러싸인다. D3A와 D3B는 각각 회전 전과 회전 후의 발생 자장의 크기와 방향을 나타낸다.
가변 자장 다이폴 링의 특징은, 자장을 급격하게 변화시키는 것이 가능하다는 것과, 자장을 변화시켜도 스큐 각이나 내경측 자장 균일성이 손상되지 않는다는 것이다.
일반적인 가변 자장 장치인 전자석이나 초전도 자석은, 가변 자장 다이폴에 비하여 자장 균일성이나 여자소자(勵磁消磁)의 시간에서 떨어지기 때문에, 균질하고 여러 강도의 자장을 필요로 하는 용도에는 그다지 적합하지 않다. 따라서, 구성 자석은 바람직하게는 Nd-Fe-B계, Sm-Co계, Sm-N-Fe계에서 선택되는 대략 사다리꼴 형상 또는 부채형의 희토류 영구 자석이 이용된다.
구성 자석은 분할할 수 있고, 바람직하게는 4분할 내지 60분할이다. 자기 효율이나 회로 제작의 용이함을 고려하면, 보다 바람직하게는 12 내지 36분할 정도의 범위에서 자석 구성수를 결정하는 것이 좋다. 분할된 자석은, 에폭시 수지 등의 접착제로 접착하거나, 케이스에 수납하는 등의 공지된 방법에 의해 일체화되어 링을 형성한다.
내주측 다이폴 링의 외경과 내경, 외주측 다이폴 링의 외경과 내경은, 특별히 제한되지 않지만, 내주측 다이폴 링 외경과 내경의 차인 두께 Ti와, 외주측 다이폴 링의 외경과 내경의 차인 To의 비(Ti/To)는 내부 공간에 발생하는 가변 자장의 강도 범위를 넓게 한다는 점으로부터 바람직하게는 0.7 내지 1.0이다.
요크는 내주측 다이폴 링 및 외주측 다이폴 링을 둘러싼다. 요크는 바람직하게는 환상의 강자성 또는 비자성 재료가 이용되지만, 강자성체를 이용한 것이 약간이기는 하지만 자기 효율이 향상된다. 강자성 재료로는 철 등을 들 수 있으며, 비자성 재료로는 알루미늄, SUS, 수지 등을 들 수 있다.
요크는 내주측 다이폴 링 및 외주측 다이폴 링을 둘러싸는 것뿐만 아니라, 자계 발생 장치 전체를 내부 공간에 대한 피처리물의 출입 부분을 제외하고 덮는 것이 바람직하다. 또한, 요크는 출입 부분에 개폐 가능한 도어를 설치하여, 자계 발생 장치 전체를 덮을 수도 있다.
영구 자석을 포함하는 구성 자석은, 각각 직경 방향에 대하여 특정 주기로 자화되고, 내경측 중심축으로부터 볼 때 정확히 상대극에 대응하는 구성 자석끼리 서로 180도의 각도차로 착자되어 있으며, 인접하는 구성 자석끼리는 착자 방향이 자석으로 구성하는 환의 반쪽 둘레에서 1회전하도록 자화 방향을 어긋나게 배치하고 있다.
가변 자장 다이폴 링은, 통상 원통 형태의 자장 균일 공간을 자기 회로 내경측에 갖고, 그 공간 내의 자장을 이용한다. 또한, 가변 자장 다이폴 링은 외주 및 내주의 두개로 이루어지는 자장 발생 장치로, 모두 도 1에 도시한 자석 배치가 되는 경우가 일반적이다.
2개의 다이폴 링이 각각 역방향으로, 또한 동위상으로 회전함으로써, 내경측의 발생 자장을 임의로 변화시키는 것이 가능하다. 일반적으로는 내주측 및 외주측 다이폴 링의 각각에 별개의 회전 기구를 가질 필요가 있으며, 그의 회전 기구는 매우 복잡한 것이 된다. 게다가, 다이폴 링 자기 회로는 단독으로도 매우 강한 자장을 발생하기 때문에, 이중으로 조립한 장치를 회전시키기 위해서는 흡인·반발력에 상응하는 강력한 회전력을 갖는 강고한 장치를 설치해야 한다.
본 발명의 영구 자석 자장 발생 장치는, 바람직하게는 내주측 다이폴 링을 고정시키는 고정 수단과, 상기 중심축을 회전 중심축으로서 상기 외주측 다이폴 링을 회전 가능하게 하는 회전 수단을 구비한다. 내주측의 다이폴 링을 고정시킴으로써, 자장 가변 기구는 외주측 다이폴 링에만 설치할 수 있고, 회전 기구도 절반으로 끝난다.
내주측 다이폴 링을 고정시키는 고정 수단으로는, 예를 들면 볼트 또는 용접 등을 들 수 있으며, 이에 따라 고정용 가대(架臺)의 프레임에 고정시킬 수 있다. 프레임은 다이폴 근방에는 비자성 재료를 이용할 필요가 있지만, 다이폴로부터 떨어져 있으면 철 등의 강자성체여도 관계없다. 예를 들면, 다이폴로부터 떨어져 있는 카운터 톱니바퀴 및 감속기 등은, 철 등의 강자성체여도 관계없다. 이는 비자성의 재료를 준비하는 것이 곤란한 경우가 많은 대형기의 경우에 유익하다.
외주측 다이폴 링의 회전은, 내주측 다이폴 링의 내경 중심축과 완전히 일치하여야 한다. 왜냐하면, 가변 자장의 균일성의 향상 및 스큐 각의 억제에는, 내주 및 외주 다이폴 링의 위치가 항상 동심원상으로 배치되어야 하기 때문이다. 따라서, 외주측 다이폴 링은 엄밀히 중심축이 변화하지 않도록 회전해야 한다.
회전 수단은, 바람직하게는 회전 구동 장치와, 회전 구동 장치의 회전 구동력을 전달하는 회전력 전달 기구를 구비하고, 회전력 전달 기구를 통해 외주측 다이폴 링의 회전을 가능하게 한다.
회전 구동 장치는, 바람직하게는 모터, 유압, 소형의 경우는 수동 등을 들 수 있다.
회전력 전달 기구는, 바람직하게는 톱니바퀴, 타이밍 벨트 등을 들 수 있다. 예를 들면, 회전 전달 기구는 외주측 다이폴 링의 외주면 또는 요크를 통해 외주측 다이폴 링의 외주면에 설치한 외측 톱니바퀴(대톱니바퀴)와, 외측 톱니바퀴와 결합하는 회전 구동 장치가 구동하는 소톱니바퀴(피니온 기어)를 구비한다.
요크가 외주측 다이폴 링에 고정되어 일체화된 경우, 요크를 통해 외주측 다이폴 링의 외주면에 외측 톱니바퀴를 설치할 수 있다. 요크가 외주측 다이폴 링에 고정되어 있지 않은 경우, 외주측 다이폴 링의 외주면에 외측 톱니바퀴, 요크에 환상 톱니바퀴(내치(內齒) 톱니바퀴)를 설치하고, 양톱니바퀴에 계합하는 소톱니바퀴를 설치할 수 있다. 이 경우, 외측 다이폴 링에 연동하여 요크도 회전하게 된다. 회전 기구의 치수 최소화 및 회전 기구의 단순화의 관점에서, 요크를 외주측 다이폴 링에 고정시켜 일체화하는 것이 바람직하다.
구동 장치는, 내주측 다이폴 링의 고정용 가대에 부착되기 때문에, 고정용 가대는 내주측 다이폴 링의 고정 및 외주측 다이폴 링의 구동용 장치의 양쪽의 기능을 겸비하고 있다.
외주측 다이폴 링의 중심축을 회전 대칭축으로서, 소톱니바퀴의 위치를 포함해서 회전 대칭이 되는 위치에, 바람직하게는 외측 톱니바퀴와 결합하는 적어도 1개의 카운터 톱니바퀴를 설치한다.
예를 들면, 1개의 소톱니바퀴와 1개의 카운터 톱니바퀴를 설치하는 경우, 바람직하게는 외주측 다이폴 링의 회전 중심축으로부터 보아 소톱니바퀴의 위치와는 반대측의 위치에 소톱니바퀴와 동일한 형상의 카운터 톱니바퀴를 배치한다. 소톱니바퀴의 위치를 0도로 하면, 카운터 톱니바퀴의 위치는 180도(1/2 회전)가 된다. 1개의 소톱니바퀴와 2개의 카운터 톱니바퀴를 설치하는 경우, 소톱니바퀴의 위치를 0도로 하면, 카운터 톱니바퀴의 위치는 120도(1/3 회전)와 240도(2/3 회전)가 된다.
구동 장치에 대하여 하나의 소톱니바퀴만을 배치하더라도 진동 흔들림을 억제할 수 있지만, 보다 대형화하여 회전 토크가 증대한 경우에는, 유지용의 카운터 톱니바퀴를 복수개 배치하여 중심축의 흔들림을 억제할 수 있다. 또한, 카운터 톱니바퀴는 중심축의 흔들림을 억제하는 것을 목적으로 하기 때문에, 회전력 전달 기구와는 별개로 설치할 수도 있지만, 회전 구동 장치에 연결시켜 회전력 전달 기능도 갖는 소톱니바퀴일 수도 있다. 또한, 소톱니바퀴는 비자성체 또는 자성체 중 어느 것도 사용 가능하지만, 자기 회로로부터의 누설 자장을 감소시키기 위해서 자성체를 사용하는 것이 바람직하다.
소톱니바퀴와 카운터 톱니바퀴를 사용하는 다이폴 링 자계 발생 장치의 예를 도 4에 도시한다. 도 4는, 내주측 다이폴 링 (42) 및 외주측 다이폴 링 (44)의 2개의 다이폴 링을 구비하는 다이폴 링 자계 발생 장치 (40)을 나타낸다. 다이폴 링 자계 발생 장치 (40)은, 내주측 다이폴 링 (42)를 받침대 (49)에 고정시키고, 외주측 다이폴 링 (44)를 회전시키면, 내부 공간 (41)에 발생하는 자장이 변화하고, 가변 자장을 발생시킬 수 있다. 외주측 다이폴 링 (44)에 고정된 요크 (45)의 외주면에는, 외측 톱니바퀴 (46)이 설치되고, 회전 구동 장치(도시하지 않음)가 구동하는 소톱니바퀴 (47)이 외측 톱니바퀴 (46)과 결합한다. 외주측 다이폴 링 (44)의 중심축을 회전축으로서 1/2 회전(180도)의 위치에 외측 톱니바퀴 (46)과 결합하도록 카운터 톱니바퀴 (48)을 설치한다. 외측 톱니바퀴 (46)과 카운터 톱니바퀴 (48)은 베이스 (49)에 고정된다.
회전력(토크)은, 내경 60 mm의 소형품으로는 통상 50 Nm이고, 내경 300 mm의 대형품으로는 통상 1000 Nm 이하이다.
회전수는 특별히 한정되지 않지만, 내주측 다이폴 링의 내경 60 내지 100 mm, 외경 120 내지 200 mm, 외주측 다이폴의 내경 120 내지 200 mm, 외경 280 내지 300 mm의 경우, 내부 공간에 형성되는 가변 자장이 급격히 변화할 필요가 없다는 점을 고려하여, 바람직하게는 1 내지 5 rpm, 보다 바람직하게는 1 내지 3 rpm이다.
회전력 전달 기구로는, 일반적으로 수동, 전동 및 유압 기구를 들 수 있지만, 이들과 감속기를 조합하여 구동력을 감소시키는 것도 가능하다. 또한, 회전력 전달 장치는, 필요로 되는 회전력에 따라서 단독 또는 복수개 배치시키는 것이 바람직하다.
또한, 회전 기구의 유지에는, 회전 중심축의 흔들림 이외에, 내주측 및 외주측 다이폴 링의 수평 방향 위치도 엄밀히 유지해야 하기 때문에, 바람직하게는 수평면 유지구도 사용한다.
수평면 유지구로는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 캠 팔로워(Cam Follower)를 들 수 있다. 캠 팔로워는 외주 다이폴 링이 상하로 흔들림이 없기 때문에 이용된다. 상하의 흔들림이란, 내주측 다이폴 링에 대하여, 도 5(A)에서는 지면의 표리 방향에 해당하는 방향에 대한 위치 어긋남이다. 캠 팔로워를 이용하면 위치 보정이 가능할 뿐 아니라, 회전이 순조롭게 된다. 캠 팔로워는 외측의 링 자석의 상하 진동을 억제하기 위한 방추(비자성체가 바람직함)가 바람직하다.
수평면 유지구를 외주측 다이폴 링의 상하에 설치한 다이폴 링 자계 발생 장치의 예를 도 5((A) 평면도, (B) 정면도)에 나타낸다. 도 5는, 내주측 다이폴 링 (52) 및 외주측 다이폴 링 (54)의 2개의 다이폴 링을 구비하는 다이폴 링 자계 발생 장치 (50)을 나타낸다. 다이폴 링 자계 발생 장치 (50)은, 내주측 다이폴 링 (52)를 받침대 (59)뿐만 아니라 상면 지지판 (60)에도 고정시키고, 외주측 다이폴 링 (54)를 회전시키면, 내부 공간 (51)에 발생하는 자장이 변화하고, 가변 자장을 발생시킬 수 있다. 요크 (55)의 외주면에는, 외측 톱니바퀴 (56)이 설치되고, 회전 구동 장치(도시하지 않음)가 구동하는 소톱니바퀴 (57)이 외측 톱니바퀴 (56)과 결합한다. 외주측 다이폴 링 (54)의 중심축을 회전축으로서 1/2 회전(180도)의 위치에 외측 톱니바퀴 (56)과 결합하도록 카운터 톱니바퀴 (58)을 설치한다. 소톱니바퀴 (57)의 축과 카운터 톱니바퀴 (58)의 축은, 베이스 (59)와 상면 지지체 (60)에 고정된다.
수평면 유지구는, 외주측 다이폴 링의 상하대칭에 각각 4개소 설치하는 것이 바람직하기 때문에, 다이폴 링 자계 발생 장치 (50)은, 받침대 (59)에 4개의 수평면 유지구 (61a 내지 d)와, 상면 지지체 (60)에 4개의 수평면 유지구 (62a 내지 d)를 설치하고 있다. 단, 상하대칭에 각각 4개소의 설치에 한정되는 것은 아니고, 대칭인 것이 바람직하지만, 상하 가로 방향에도 대칭이면 4개소 이상 복수개의 설치가 가능하다.
가변 자장 다이폴 링에 있어서는, 가변 자장 기구를 항상 가동시키는 것이 일반적이다. 이 때문에, 내주측 및 외주측 다이폴 링 사이의 마찰운동부에, 회전마찰을 감소시키기 위한 마찰운동 내구링을 구비하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 3의 마찰운동 내구링 (33), 도 4의 마찰운동 내구링 (43) 및 도 5의 마찰운동 내구링 (53)이다.
마찰운동 내구링은 특별히 한정되지 않지만, 외주측 다이폴 링의 자장을 저해하지 않기 때문에, 바람직하게는 비자성 재료로 구성되고, 바람직하게는 MC나일론, 폴리아세탈 등의 수지, 또는 스테인리스제의 베어링을 들 수 있다.
마찰운동 내구링의 두께는, 내경 300 mm 이상의 대형품인 경우, 바람직하게는 최대 50 mm 정도이다. 내주측 다이폴 링과 외주측 다이폴 링 사이는 폐공간이기 때문에, 마찰운동 내구링은 일체물일 필요는 없고, 분할품일 수도 있다.
영구 자석식 자장 발생 장치는, 바람직하게는 외주측 다이폴 링이 회전 가능하게 지지되는 베어링을 구비할 수도 있다. 예를 들면, 내주측 다이폴 링을 고정시키고, 외주측 다이폴 링을 회전 가능하게 하기 위해서, 내주측 및 외주측 다이폴 링에 각각 플랜지부를 설치하고, 추가로 양플랜지부 사이에 베어링을 설치할 수도 있다.
베어링은 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 롤링 베어링, 슬라이딩 베어링, 자기 베어링, 유체 베어링 중 어느 하나일 수도 있다. 베어링은 1단일 수도 있지만, 모터 등의 회전 구동 장치에 의한 하중의 부하의 감소를 도모하기 위해서 다단으로 할 수도 있다.
베어링으로서 볼 베어링 또는 롤링 베어링을 이용한 다이폴 링 자계 발생 장치의 예를 도 7에 도시한다. 도 7은, 내주측 다이폴 링 (72) 및 외주측 다이폴 링 (74)의 2개의 다이폴 링을 구비하고, 내부 공간 (71)에 가변 자장을 발생시킬 수 있는 다이폴 링 자계 발생 장치 (70)을 나타낸다. 다이폴 링 자계 발생 장치 (70)에서는, 내주측 다이폴 링 (72)를 베이스 (79)에 고정 배치하고, 외주측 다이폴 링 (74)를 동축상으로 배치하고, 베어링 (80)에 있어서 회전 가능하게 지지한다. 회전 구동 장치(예를 들면, 모터 (81))의 동력은, 모터 (81)에 결합된 소톱니바퀴 (77)과, 외주측 다이폴 링 (74)에 고정된 요크 (75)의 외주면에 부설된 외측 톱니바퀴(대톱니바퀴) (76)을 통해 외주측 다이폴 링 (74)에 전달되고, 그 결과 외주측 다이폴 링 (74)가 소정 방향으로 회전된다.
<실시예>
실시예 1
내주측 다이폴 링(내경: 60 mm, 외경: 145 mm, 높이 200 mm), 외주측 다이폴 링(내경: 155 mm, 외경: 230 mm, 높이: 200 mm)을 이용하고, 각 영구 자석(네오디뮴계 희토류 자석)의 착자 방향이 도 6에 도시하는 것인, 도 5와 마찬가지의 구성을 갖는 다이폴 링 자계 발생 장치를 제작하였다. 마찰운동 내구링은, 폴리아세탈 수지의 두께 5 mm의 링품으로 사용하였다. 구동 전달 기구의 소톱니바퀴로서 탄소강제의 평톱니바퀴(시판품) 1개를 이용하고, 카운터 톱니바퀴로서 해당 소톱니바퀴와 동일한 종류로 모터가 아닌 외주측 다이폴 링에 연결하는 것을 1개 이용하였다.
내주측 다이폴 링 자석군을 고정시킨 상태에서 외주측 다이폴 링 자석군을 회전(2 rpm)시켜, 내경측에 발생한 자장을 계측하였다. 또한, 내주측 다이폴 링을 고정하고 있기 때문에, 발생하는 자장의 방향은 차례대로 변화한다. 이 때문에 주자장은 우선 장치 전체를 턴테이블에 설치하고, 내경 중심 위치에 홀 소자를 배치하고, 추가로 장치 전체를 회전시켜, 홀 소자로 검출된 자장이 가장 높아진 회전 위치에서, 2개의 다이폴 링의 중심축의 중심(중심축 상에서 높이의 정가운데의 지점)으로부터 상하 방향에 각각 16.5 mm의 높이로 직경 방향으로 반경 8.25 mm의 원이되는, 높이 33 mm에서 직경 16.5 mm의 원통이 되는, 균일한 공간 내의 자장을 가우스미터를 이용하여 계측하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
Figure pat00001
표 1에 나타낸 바와 같이, 외경측 다이폴 링의 회전에 따라서, 자장이 0 내지 0.5 테슬라 정도까지 변화하는 것을 알 수 있었다. 또한, 가변 자장 회로로부터 발생한 어느 자장 강도에서도, 자장의 균일성 및 자장의 지향성을 나타내는 스큐 각 모두 양호하다는 것을 알 수 있었다.
본 발명의 자계 발생 장치를 이용하면, 내부 공간에 가변 자장을 용이하게 발생시킬 수 있고, 자석의 제조 공정, 반도체의 자장 중 열 처리 공정 및 실리콘 반도체의 제조 공정 등의 용도에 유용하다.
10, 20, 30, 40, 50, 70: 자계 발생 장치
11, 21, 31, 41, 51, 71: 내부 공간
22, 32, 42, 52, 72: 내주측 다이폴 링
33, 43, 53: 마찰운동 내구링
14, 24, 34, 44, 54, 74: 외주측 다이폴 링
15, 25, 35, 45, 55, 75: 요크
46, 56, 76: 외측 톱니바퀴
47, 57, 77: 소톱니바퀴
48, 58: 카운터 톱니바퀴
49, 59, 79: 베이스
60: 상면 지지체
61a 내지 d, 62a 내지 d: 수평면 유지구
80: 베어링
D2A, D2B, D3A, D3B: 발생 자장의 크기와 방향

Claims (7)

  1. 중심축을 공유하는 내주측 및 외주측 다이폴 링과, 양 다이폴 링을 둘러싸는 요크를 구비하고, 상기 내주측 다이폴 링의 내부 공간에 한방향의 가변 자장을 발생시키는 영구 자석식 자계 발생 장치이며,
    상기 내주측 다이폴 링을 고정하는 고정 수단과, 상기 중심축을 회전 중심축으로서 상기 외주측 다이폴 링을 회전 가능하게 하는 회전 수단을 구비하고,
    상기 내주측 및 외주측 다이폴 링의 각각이 환상으로 배치된 복수개의 영구 자석을 구비하고, 각 영구 자석의 착자 방향이 환의 반쪽 둘레에서 1회전 가능하게 배열되어 있는 영구 자석식 자계 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회전 수단이 회전 구동 장치와 상기 회전 구동 장치의 회전 구동력을 전달하는 회전력 전달 기구를 구비하고, 상기 회전력 전달 기구를 통해 상기 외주측 다이폴 링의 회전을 가능하게 하는 영구 자석식 자장 발생 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 회전력 전달 기구가 상기 외주측 다이폴 링의 외주면에 설치한 외측 톱니바퀴 또는 상기 요크를 통해 상기 외주측 다이폴 링의 외주면에 설치한 외측 톱니바퀴와, 상기 회전 구동 장치가 구동하는 상기 외측 톱니바퀴와 결합하는 소톱니바퀴를 구비하는 영구 자석식 자장 발생 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 중심축을 회전 대칭축으로서 상기 소톱니바퀴의 위치를 포함해서 회전 대칭이 되는 위치에, 상기 외측 톱니바퀴와 결합하는 적어도 하나의 카운터 톱니바퀴를 설치하는 영구 자석식 자장 발생 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외주측 다이폴 링이 회전 가능하게 지지되는 베어링을 더 구비하는 영구 자석식 자장 발생 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내주측 및 외주측 다이폴 링 사이에 회전 마찰을 감소시키기 위한 마찰운동 내구링을 구비하는 영구 자석식 자장 발생 장치.
  7. 중심축을 공유하는 내주측 및 외주측 다이폴 링을 이용하며, 상기 내주측 다이폴 링을 고정시키고, 상기 외주측 다이폴 링을 상기 중심축을 회전 중심축으로서 회전시키는, 상기 내주측 다이폴 링의 내부 공간에 한방향의 가변 자장을 발생시키는 가변 자장 발생 방법.
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