JPH05841B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、磁気物性等の磁気工学研究、パワー
マグネテイツクス、バイオマグネテイツクス、核
融合等に用いる交流強磁場を発生させる交流強磁
場用成層渦電流型コイルに関し、特に、極めて簡
単な構成により容易に製造し得るとともに、商用
周波数等の低周波領域での使用に適するようにし
たものである。

（発明の概要） 本発明は、各層毎に分断して渦巻状に巻回した
導電材コイルを順次に連結した一連の渦電流励起
用導電材コイルの各層間に、中央部開口から外周
に通ずるスリツトを設けた円形導体板を円環状絶
縁体板により相互間を絶縁して挟み込み、一連の
渦電流励起用導電材コイルに比較的低い周波数領
域で交流通電して各層間の円形導体板に円周方向
の渦電流を発生させ、その渦電流がスリツトに沿
い中央部開口の周囲に集中して開口内に交流磁束
を集中的に誘起させ、交流強磁場を発生させるよ
うにしたものであり、比較的高いインピーダンス
にした渦巻状導電材コイルに比較的小さい励磁電
流を流して発生させた大きい渦電流の集中によつ
て中央部開口内に誘起した高密度磁束により効率
よく交流強磁場を発生させるとともに、低周波領
域での使用に適した成層渦電流型コイルを極めて
容易に製造し得るようにしている。

（従来の技術） 一般に、強磁場発生装置については、強磁場中
における物体の特性の調査研究、新素材の開発並
びに核融合の実験等に利用するために、大規模の
研究設備を用いて、強磁場発生装置自体の研究開
発が強力に進められている。

従来のこの種の強磁場発生装置を分類すると、
クネール法、爆縮法等の破壊型パルス強磁場発生
装置、多層コイル方式、MIT方式等の非破壊型
パルス強磁場発生装置、超電導方式、ハイブリツ
ド方式等の連続型強磁場発生装置に大別される。

しかして、これらの従来の強磁場発生装置は、
いずれも、極めて強い磁場が得られはするが、強
磁場発生時間が極めて短かかつたり、極低温装置
や巨大な電源設備を必要としたりするばかりでな
く、パルス磁場もしくは直流磁場しか発生させ得
ず、交流強磁場を連続して発生させ得るものがな
かつたが、近来、特にバイオマグネテイツクス関
係の研究が進み、生体と交流強磁場との関係を調
査する必要が生ずるなど、交流強磁場発生装置の
開発が要望されて来ている。

これに対し、本発明者らは、さきに、特願昭62
−62708号および特願昭62−188921号の各明細書
により多層渦電流型の交流強磁場発生装置を開示
した。これらの交流強磁場発生装置は、コイルに
交流通電したときに導電体に生ずる渦電流を導電
体中心部の空所周辺に集中させ、磁束漏れを少な
くして効率よく交流磁束密度を増大させる高効率
の新しい磁束濃縮方式により、導電体円板の中心
部に開口を設けるとともに、周辺部には軸方向お
よび半径方向にそれぞれ延在する円筒状および円
環状の分岐部をそれぞれ設け、かかる構造の導電
体の中心部開口から外周に達する半径方向のスリ
ツトを設けるとともに、分岐部の間に渦電流励起
用コイルを挿入し、各コイルに交流通電したとき
に各分岐部に生ずる渦電流を中央部開口の周囲に
集中させ、開口中に集束した高密度の交流磁束を
誘起させて交流強磁場を連続的に発生させるよう
にしたものであつた。

しかしながら、かかる多層渦電流型の交流強磁
場発生装置は、渦電流発生用導電体の構造が複雑
であるうえに渦電流励起用コイルが通常の導線巻
回型コイルであるため、大型装置とする場合には
製造が容易ではなかつた。

そこで、本発明者らは、特開昭63−51704号明
細書により、構造が極めて簡単で製造が容易であ
るとともに、渦電流励起用コイルが低インピーダ
ンスであり、渦電流発生用導電体が薄くて表皮効
果が少なく、得られる交流強磁場の強度が従来に
比して格段に大きい交流強磁場用成層渦電流型コ
イルを提案した。

この従来提案の成層渦電流型コイルは、まず、
渦電流励起用コイルを渦巻状導体板コイルをもつ
て構成し、その渦巻状導体板コイルの各層間に、
中央部開口から外周に達するスリツトを設けた円
形導体板を相互に絶縁して介挿することにより、
かかる渦巻状導体板コイルを容易に製造し得るよ
うにするために各層毎に分断し、スリツトを設け
た円環状絶縁体板により上下を絶縁した円形導体
板を順次に介挿して円筒状に成層したうえで、各
層の導体板コイルを順次に接続して渦巻状に連結
するようにしたものである。

すなわち、第６図に示すように、中心開口２か
ら外周に向けて幅広の扇形スリツトを設けた円形
導体板１ａ，１ｂ……は半径方向のスリツトを設
けた円環状導体板４ａ，４ｂ，４ｃ……とをそれ
ぞれのスリツトの位置をほぼ合わせて交互に成層
し、同様にスリツトの位置をほぼ合わせた円環状
絶縁体板（図示せず）を相互間に介挿したうえ
で、例えば円環状導体板４ａの一端を円環状導体
板４ｂの他端に接続するようにして、各層の円環
状導体板４ａ，４ｂ，４ｃ，……を順次に接続
し、一連の渦巻状導体板コイルを形成することに
より、所要空間に所要強度の交流磁場を得るに必
要な個数の渦電流発生用円形導体板を鎖線で図示
する円筒１４の形状に成層し、一連の渦巻状導体
板コイル４ａ，４ｂ，４ｃ……に交流電流７を通
電したときに、各円形導体板１ａ，１ｂ……にそ
れぞれ渦電流８，９，１０が発生して、中央開口
２内に高密度の磁束が集中的に形成されるように
したものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した従来提案の交流磁場用
成層渦電流型コイルは、渦巻状導体板コイルの構
造からして比較的高い周波数領域における低電圧
大電流用とするに適しており、その使用範囲がや
や限定されるおそれがあるとともに、低電圧大電
流用の変圧器などの電源装置を必要とすることに
なり、広い周波数領域に亘つて多目的の交流強磁
場発生装置として機能するには到らず、かかる用
途の限定を排除するのがこの種成層渦電流型コイ
ルについて解決すべき課題であつた。

（課題を解決するための手段） 本発明の目的は、上述した従来の課題を解決
し、商用周波数などの比較的低い周波数領域での
高電圧小電流用とするに適した簡単な構成で製造
容易な高効率の交流強磁場用成層渦電流型コイル
を提供することにある。

本発明の他の目的は、比較的高い周波数領域で
の低電圧大電流用とする従来提案の成層渦電流型
コイルと併わせて使用することにより、広い周波
数範囲に亘り多目的に使用し得る一対の交流強磁
場発生装置として機能する比較的低い周波数領域
での高電圧小電流用の成層電流型コイルを提供す
ることにある。

すなわち、本発明交流強磁場用成層渦電流型コ
イルは、各構成要素を円形とした場合には、中心
部開口から外周に達するスリツトを有する渦電流
用導体板と、導電材条体を平板環状に巻回した渦
電流励起用導電材コイルとを、相互間に、一半径
に沿つて切断した環状絶縁体板をそれぞれ介挿し
て筒状に交互に成層し、前記導電材コイルの一方
の端部を隣接する前記導電材コイルの他方の端部
に順次に接続して一連の渦電流励起用導電材コイ
ルを形成し、当該一連の渦電流励起用導電材コイ
ルに交流通電して前記渦電流用導体板にそれぞれ
周縁方向に発生させた渦電流を前記スリツトの側
壁に沿い中心部開口の周囲に集中させることによ
り、当該中心部開口中に集束した交流磁束を誘起
させるようにしたことを特徴とするののである。

（作用） したがつて、本発明成層渦電流型コイルは、対
をなす従来提案のこの種のコイルともども、円板
状構成素子を積み重ねた簡単な構造であるため
に、機械的強度も大きく、冷却も簡単な良好な特
性の可変周波数型交流強磁場発生装置として、広
い周波数範囲に亘り、物性研究、バイオマグネテ
イツクス研究、新素材開発、磁気式加速器および
減速器、電磁ポンプ、核融合等の広い技術分野に
適用することが可能となる。

（実施例） 以下に図面を参照して実施例につき本発明を詳
細に説明する。

まず、本発明成層渦電流型コイルの最要部をな
して集中磁束を形成するための渦電流を発生させ
る円形導体板の構成例を第１図に示す。図示の円
形導体板１には、その中心部に適切な大きさのホ
ール２を設け、そのホール２から半径方向にスリ
ツト３を設けてある。

この円形導体板１と交互に積み重ねてその周縁
部に円周方向の渦電流を発生させる渦電流励起用
コイルの構成例を第２図に示す。図示の渦電流励
起用平板円環状導電材コイル４は、方形、円形な
ど適切な断面形状を有する導電材条体を上述した
円形導体板１の周縁部に対応した円環形状をなし
て渦巻条に巻回したものであり、かかる構成から
して、第６図に示した従来提案の成層渦電流型コ
イルにおける円環状導体板４ａ，４ｂ，４ｃ……
に比して高いインピーダンスを呈し、比較的低い
周波数領域での高電圧小電流の交流通電により円
形導体板１の周縁部に渦電流を励起するに適す
る。

かかる円形導体板１および平板円環状導電材コ
イル４を所要空間に所要強度の交流磁場を発生さ
せるに必要な枚数だけ交互に同軸にして、第６図
示の従来提案のコイルと同様に、円筒状に積み重
ねた本発明成層渦電流型コイルの構成例を第３図
に各層を離間して示す。

なお、第３図には図示を省略してあるが、各円
形導体板１ａ，１ｂ，１ｃと各平板円環状導電材
コイル４ａ，４ｂとの相互間には、第４図に示す
ように扇状のスリツト１２を設けた円環状絶縁体
板１１をそれぞれ介挿して相互間を電気的に絶縁
すること、従来提案のこの種成層渦電流型コイル
と同様にする。

第３図示の構成図において、平板円環状コイル
４ａの端部５ｂと次の平板円環状導電材コイル４
ｂの端部６ａとを順次連結して一連の渦電流励起
用コイルを構成し、その両端部５ａ，６ｂ間に適
切な周波数および電圧値の交流電圧を印加して交
流通電すると、コイル４ａ，４ｂに流れる交流電
流７により中心開口部に軸方向の交流磁束が発生
するとともに、それぞれに近接した円形導体板１
ａ，１ｂ，１ｃの周縁部に励磁電流７の電磁誘導
作用によりに励磁電流７とは逆方向の渦電流８が
発生して円周方向に流れ、スリツト３ａ，３ｂ，
３ｃに阻まれて、スリツト３ａ，３ｂ，３ｃに沿
い、半径方向の渦電流９となり、次いで中心のホ
ール２の周辺部に集中して励磁電流７と同一方向
の渦電流１０が流れることになる。その結果、集
中的渦電流１０により誘起した交流磁束がホール
２内を通過し、ホール２内に高磁束密度の交流強
磁場が形成される。

なお、集中的渦電流１０によるホール２内の誘
起磁束は、コイル４ａ，４ｂに流れる励磁電流７
による誘起磁束と同一方向に発生するので、これ
らの誘起磁束が重畳加算されてホール２内を通過
する誘起磁束１３が濃縮され、得られる交流磁場
強度が一層増大することになる。

かかる誘起磁束濃縮の態様の例を第５図に示
す。図示の誘起磁束濃縮の態様においては、円形
導体板１ａ〜１ｆと交互に積み重ねた平板円環状
導電材コイル４ａ〜４ｇにそれぞれ流れる励磁電
流７により各円形導体板１ａ〜１ｆに渦電流８〜
１０がそれぞれ生じ、ホール２の周辺部を流れる
集中的渦電流１０による誘起磁束がすべてホール
２内を通過して濃縮されるとともに、平板円環状
コイル４ａ〜４ｇを流れる励磁電流７自体による
誘起磁束も、図示のように、その一部がホール２
内を通過するので、ホール２内の磁束密度が著し
く増大して交流磁場が形成される。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなとおり、本発明成層渦
電流型コイルを用いた交流強磁場発生装置は、従
来提案のこの種成層渦電流型コイルと同様に、簡
単な構成により容易に製作し得るのみならず、つ
ぎのような種々の顕著な効果が得られる。

(1) 所要強度の交流強磁場を形成するのに必要な
巻回数および板数の渦巻型コイルを容易に積み
重ねることができる。

(2) 積み重ねた渦巻型コイルの各層間には渦電流
発生用円形導体板をそれぞれ介挿してあるの
で、渦巻型コインのインピーダンスが減少し、
印加交流電圧値の割には大きい励磁電流が流
れ、その励磁電流により円形導体板の周縁部に
生ずる励磁電流とは反対方向の渦電流がスリツ
トに阻まれて中心部ホールの周辺に集中し、そ
の集中的渦電流による誘起磁束が効率よくホー
ル内に集束されるので、ホール内には著しく高
い磁束密度の交流強磁場が形成される。

(3) 渦電流励起用導電材コイルと交互に積み重ね
て簡単な構成による高効率の交流強磁場発生装
置を実現する渦電流発生円形導体板は特に中央
部ホール周辺に強い磁気力を受けるが、その材
料には機械的強度の大きい特殊銅合金を使用す
ることができ、また、ホール周辺の集中渦電流
による発熱に対しても、円板積み重ねの簡単な
構造であるため、比較的容易に冷却手段を施す
ことができる。

(4) 本発明成層渦電流型コイルを可変周波数の電
源により駆動すれば、そのままで可変周波数型
交流強磁場発生装置を実現することができ、さ
らに、パルス電源により駆動すれば、そのまま
でパルス強磁場発生装置として運用することも
できる。

(5) 本発明による比較的低い周波数領域での高電
圧小電流用成層渦電流型コイルを従来提案の比
較的高い周波数領域での低電圧大電流用成層渦
電流型コイルと対にして使用すれば、広い周波
数領域における多目的の交流強磁場発生装置と
して機能させることができる。

なお、以上の説明においては、本発明コイルの
各構成要素の形状を最も好適な円形とした場合の
例について述べたが、必要に応じ、楕円形、方
形、多角形などの任意の適切な形状としても、ほ
ぼ同一の作用効果により同一の目的を達成し得る
こと勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明成層渦電流型コイルにおける渦
電流用円形導体板の構造例を示す上面図、第２図
は同じくその成層電流型コイルにおける渦電流励
起用導電材コイルの構造例を示す上面図、第３図
は同じくその成層渦電流型コイルの成層構造の例
を示す斜視図、第４図は同じくその成層渦電流型
コイルにおける円環状絶縁体板の構造例を示す上
面図、第５図は同じくその成層渦電流型コイルに
おける誘起磁束濃縮の態様の例を示す縦断面図、
第６図は従来の交流強磁場用成層渦電流型コイル
の成層構造の例を示す斜視図である。 １，１ａ〜１ｆ……円形導体板、２……ホー
ル、３，３ａ〜３ｃ，１２……スリツト、４，４
ａ〜４ｇ……平板円環状導電材コイル（円環状導
体板）、５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ……コイル端部、
７……交流励磁電流、８，９，１０……渦電流、
１１……円環状絶縁体板、１３……誘起磁束、１
４……円筒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 中心部開口から外周に達するスリツトを有す
   る渦電流用導体板と、導電材条体を平板環状に巻
   回した渦電流励起用導電材コイルとを、相互間
   に、一半径に沿つて切断した環状絶縁体板をそれ
   ぞれ介挿して筒状に交互に成層し、前記導電材コ
   イルの一方の端部を隣接する前記導電材コイルの
   他方の端部に順次に接続して一連の渦電流励起用
   導電材コイルを形成し、当該一連の渦電流励起用
   導電材コイルに交流通電して前記渦電流用導体板
   にそれぞれ周縁方向に発生させた渦電流を前記ス
   リツトの側壁に沿い中心部開口の周囲に集中させ
   ることにより、当該中心部開口中に集束した交流
   磁束を誘起させるようにしたことを特徴とする交
   流強磁場用成層渦電流型コイル。