JPH06302428A - 永久磁石可変磁場発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 永久磁石のみを用いた、固定ギャップ間の磁
場を変化させることのできる可変磁場発生装置を提供す
ること。 【構成】 固定ギャップを有するヨークと、そのヨーク
内に並列に並ぶ２つ以上の永久磁石とより成り、固定ギ
ャップに磁場を発生させる磁場発生装置において、永久
磁石のうち少なくとも１つは固定し、少なくとも１つは
回転あるいは移動が可能なようにし、回転あるいは移動
が可能な永久磁石の総磁束量が、固定された永久磁石の
総磁束量よりも多く、かつ、回転あるいは移動が可能な
永久磁石を挟んだ部分のヨークのギャップが、ヨーク間
の固定ギャップよりも狭いようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石可変磁場発生
装置に関する。この装置は、可変磁場を印加する必要の
ある電子電気分野や電子材料分野に使用される。

【０００２】

【従来の技術】可変磁場を印加する必要がある場合、従
来は、電磁石またはソレノイドコイルを用いるのが一般
的であった。

【０００３】電磁石やソレノイドコイルを用いれば、コ
イルに流す電流を増減させることで容易に発生磁場の強
度を変化させることができる。電磁石にユニポーラ電源
を使用した場合、発生磁場の強度を、０Ｇから、電磁石
の鉄材の飽和磁化により決まる値（たとえば２０ｋＧ
超）まで変化させることができる。また、バイポーラ電
源を使用すれば、発生磁場の向きを反転させることもで
きる。

【０００４】しかし、電磁石やソレノイドコイルの起磁
力源はコイルのため、装置全体に占めるコイルの割合が
大きく（体積および費用の両面において）、小型で廉価
な可変磁場発生装置を作ることは難しい。

【０００５】また、電磁石やソレノイドコイルではコイ
ルに電流を流して磁場を発生させるので、大量の電力を
消費するという問題がある。また、常時磁場を発生させ
ておく場合にはコイル抵抗による発熱も問題となる。

【０００６】さらにまた、電磁石やソレノイドコイルを
使用する場合には交流を平滑化回路で直流に直すが、そ
の際、電流値が高いために電気ノイズが発生しやすい。
よって、まわりの電子機器が誤動作を起こしやすいとい
う問題もある。

【０００７】したがって、小型で、かつ大量の電力は使
用しない、可変磁場を発生させられる装置が求められて
いた。このため、永久磁石を用いた可変磁場発生装置が
考えられた。

【０００８】永久磁石を用いた可変磁場発生装置の一例
を図３に示す。この従来例はヨーク１０ａ、１０ｂ、１
０ｃと永久磁石１２ａ、１２ｂとから成る。ボールネジ
１４でヨーク１０ｂを移動させ、永久磁石１２ａと１２
ｂ間のギャップ１６の大きさを変化させる。これによ
り、ギャップ１６間に発生する磁場の強度を変化させる
ことができる。便宜上、ボールネジ１４を回転してヨー
ク１０ｂを移動させる機構を、まとめて四角形１８で表
す。

【０００９】図３の従来例は構成が非常に簡単でよい
が、ギャップ１６がある程度大きくなると、磁場強度の
減少が緩やかになってくる。その上、磁場強度を０Ｇに
まで減らすことはできないという問題がある。

【００１０】また、永久磁石間のギャップ１６の大きさ
を変化させる方式のため、装置が大きくなるという問題
もある。

【００１１】さらにまた、永久磁石間のギャップ１６の
大きさの変化にともない、磁場強度だけでなく、磁場の
発生領域も変化してしまう。そして、永久磁石間のギャ
ップ１６が大きくなるほど磁場の一様性が悪くなるとい
う問題もある。

【００１２】したがって、図３に示したような可変磁場
発生装置は、あまり実用化されていない。

【００１３】永久磁石を用いた別の従来例を図４に示
す。これはマグネットスタンドと呼ばれるもので、装置
下部の磁気的吸引力を変化させることができる。

【００１４】円柱状永久磁石２０が鉄ヨーク２２ａ、２
２ｂと非磁性材料より成るスペーサー２４ａ、２４ｂで
はさまれている。図中の符号２６で示したところは空間
になっている。

【００１５】矢印２８で示した磁化方向が図４（ａ）の
ように水平な場合、円柱状永久磁石２０から出た磁力線
の流れは点線３０のようになり、テーブル３２を引きつ
けることができる。一方、磁化方向が図４（ｂ）のよう
に垂直な場合は、磁力線の流れが点線３４ａ、３４ｂの
ようになって装置の下部を通らないので、テーブルは引
きつけられない。

【００１６】以上説明したように、マグネットスタンド
は円柱状永久磁石の磁化方向を変えることで、装置下部
に発生する磁気的吸引力の増減を行う。このように磁気
的吸引力を増減できることが利用され、たとえば、計測
器などを大型装置の表面に設置するのに用いられたりす
る。また、マグネットスタンドを複数個並べたマグネッ
トチャックは、たとえば、フライス加工の際に鉄板を固
定するのに利用される。

【００１７】上で述べたようにマグネットスタンドは非
常に実用的な装置であるが、一定領域内に可変磁場を発
生させるという目的には適さない。スペーサー２４ａを
取り去り、ここを磁場発生領域とした場合、図４（ｂ）
の状態のときにこの磁場発生領域内の磁場は０Ｇになり
得るが（理想的な場合）、図４（ａ）の状態（ただしテ
ーブル３２のない状態）にまで円柱状永久磁石２０を回
転させていく際に、磁石２０のひとつの極から出た磁力
線が、スペーサ２４ａと２４ｂの両方を通り磁石２０の
反対極に流れるからである。すなわち、磁力線が上下に
振り分けられて磁場の強度が低下するからである。ま
た、磁場発生領域内の磁場の方向が変化してしまい、一
定方向の磁場の増加にはならないからでもある。

【００１８】以上より、図３および図４で示した従来例
では、固定ギャップ間に一定方向の可変磁場を発生させ
ることはできないということがわかる。したがって、固
定ギャップ間に一定方向の可変磁場を発生させられる可
変磁場発生装置が求められている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、永久
磁石のみを用いた、固定ギャップ間の磁場を変化させる
ことのできる可変磁場発生装置を提供することである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】固定ギャップを有するヨ
ークと、該ヨーク内に並列に並ぶ２つ以上の永久磁石と
より成り、前記固定ギャップに磁場を発生させる磁場発
生装置において、前記永久磁石のうち少なくとも１つは
固定し、少なくとも１つは回転あるいは移動が可能なよ
うにし、該回転あるいは移動が可能な永久磁石の総磁束
量が、前記固定された永久磁石の総磁束量よりも多く、
かつ、前記回転あるいは移動が可能な永久磁石を挟んだ
部分のヨークのギャップが、前記ヨーク間の固定ギャッ
プよりも狭いようにする。

【００２１】

【実施例】本発明に係る永久磁石可変磁場発生装置の一
例を図１に示す。鉄ヨーク４０に、磁化の向きが固定さ
れた永久磁石４２と、磁化の向きが変えられる永久磁石
４４とが並列に設けられている。矢印４６、４８はそれ
ぞれ永久磁石４２、４４の磁化の向きを表す。

【００２２】永久磁石４４の磁化の向き４８を変える方
法には次の２とおりが考えられる。永久磁石４４を回転
させて、磁化の向きを変える方法がひとつ。永久磁石４
４を、磁化の向きが少しずつ異なる複数の永久磁石を前
後に（紙面に垂直方向に）つなげて構成し、この永久磁
石４４を前後に（紙面に垂直方向に）移動させて、磁化
の向きを変える方法がひとつである。永久磁石を前後に
移動させる方法の場合には、角柱型の永久磁石としても
よい。ただし、この方法の場合には、装置の前後幅が多
少大きくなるのはもちろんである。

【００２３】また、固定の永久磁石４２と可動の永久磁
石４４は図１のようにひとつずつである必要はなく、必
要とする発生磁場の強度に応じて、複数個を並列に設け
てもよい。

【００２４】本発明に係る永久磁石可変磁場発生装置に
おける磁力線の流れを図２を用いて説明する。図１と同
じ部分には同じ符号を付した。

【００２５】図２（ａ）の状態のとき、永久磁石４２の
磁化の向き４６と永久磁石４４の磁化の向き４８は同じ
である。よって、磁力線５０は図のように流れる。この
ため、ヨーク間の固定ギャップ５２には永久磁石４２か
らと４４からの２個分の磁力線が流れることになる。

【００２６】一方、図２（ｂ）の状態のとき、永久磁石
４２の磁化の向き４６と永久磁石４４の磁化の向き４８
は反対になっている。よって、磁力線５４は図のように
流れる。このため、ヨーク間の固定ギャップ５２には磁
力線が流れず、この固定ギャップ５２における磁場は０
Ｇとなる。

【００２７】永久磁石４４の磁化の向き４８を、図２
（ｂ）の状態から図２（ａ）の状態まで徐々に変えてい
くことにより、固定ギャップ５２に発生する磁場の強さ
を徐々に大きくしていくことができる。

【００２８】永久磁石４４の磁化の向き４８が水平とな
す角度と、固定ギャップ５２に発生する磁場の強度との
関係を予め測定しておけば、永久磁石４４を回転させて
固定ギャップ５２に発生する磁場の強度を任意に変える
ことができる。

【００２９】永久磁石４４を回転させて磁化の向き４８
を変える場合、永久磁石４４の回転は手動で行っても、
モータ駆動で行ってもよい。また、角度測定器を設ける
ことにより、磁場強度を精密に制御することができる。
モータ駆動で永久磁石を回転させる場合、モータと永久
磁石とを直結させてもよいが、ギアーを介すことでモー
タトルクを軽減することができる。これにより、装置全
体の小型化、低コスト化が可能となり、さらに、ギアー
をロックすれば任意の回転角度で止めることも容易にな
る。

【００３０】固定の永久磁石４２の大きさは、必要とさ
れる発生磁場の強度と、使用する永久磁石の性能とを考
え合わせて決める。永久磁石の大きさが図２よりも小さ
くてよい場合は、永久磁石４２の右端と左端を鉄ヨーク
で置き換えればよい。また、永久磁石４４の磁化の向き
４８がどの向きにある場合でも、鉄ヨーク４０が磁気飽
和しないように設計する必要があるのは当然である。

【００３１】可変磁場発生装置として機能するために
は、固定ギャップ５２に発生する磁場を０Ｇまで落とす
ことができなければならない。この点につき本発明者が
検討した結果、次のことを見いだした。

【００３２】固定ギャップ５２の磁場を０Ｇにできるよ
うにするためには、永久磁石４２と４４の発生磁束量の
バランスを考えることが重要なのはもちろん、固定ギャ
ップ５２と、永久磁石４４が挿入されるための鉄ヨーク
のギャップ（以下、磁石挿入ギャップという）との間隔
の大きさの違いが重要である。すなわち、磁石挿入ギャ
ップの方が固定ギャップ５２よりも狭い方がよい。これ
は、図２（ｂ）の状態のときに、永久磁石４２による磁
力線が間隔の広い固定ギャップ５２より、間隔の狭い磁
石挿入ギャップの方を流れ易くなり、したがって、固定
ギャップ５２の磁場が０Ｇになり易いからである。

【００３３】万一、永久磁石４２からの磁力線が固定ギ
ャップ５２の方をも流れた場合、永久磁石４４からの磁
力線が固定ギャップ５２を反対向き（図２（ｂ）におい
て右向き）に流れて、永久磁石４２からの左向きの磁力
線を打ち消し、全体として固定ギャップ５２での磁場を
０Ｇにできる。

【００３４】また、永久磁石４４の総磁束量を永久磁石
４２の総磁束量よりも少しだけ大きくしておけば、図２
（ｂ）の状態のときに固定ギャップ５２の磁場は０Ｇを
越えて負の値（図中右向き）となる。したがって、図２
（ｂ）のように永久磁石４４の磁化の向き４８を完全に
左向きにしなくても、固定ギャップ５２での磁場を０Ｇ
にできる。もちろん、永久磁石４４の総磁束量を永久磁
石４２の総磁束量よりも大幅に大きくしておけば、固定
ギャップ５２に負の（右向きの）大きな磁場を発生させ
ることができる。

【００３５】可能な限り小型で、かつ大きな磁場強度を
実現するためには、永久磁石４２および４４に、１−５
型ＳｍＣｏ磁石、２−１７型ＳｍＣｏ磁石、ＮｄＦｅＢ
磁石など、高特性の希土類磁石（特に異方性焼結磁石）
を使用するとよい。

【００３６】本発明では、永久磁石のみを用いて可変磁
場発生装置を製作した。すなわち、本発明は電磁石やソ
レノイドコイルを用いておらず、そのための電力は必要
としない。また、コイルを用いてないので装置を小型に
できるという利点がある。たとえば、本発明に係る永久
磁石可変磁場発生装置（たとえば、ギャップ間隔２０〜
３０ｍｍで、装置の大きさがほぼ３０×３０×十数ｃ
ｍ）は、これと同じ強度の磁場を発生させることができ
る、電磁石やソレノイドコイルを用いた可変磁場発生装
置の体積の数分の一ですむ。

【００３７】また、本発明の永久磁石可変磁場発生装置
では、磁場を発生させる領域の大きさは不変である、す
なわち、固定ギャップ間に可変磁場を発生させることが
できるという大きな利点もある。

【００３８】

【発明の効果】本発明の可変磁場発生装置により、永久
磁石のみを用い、固定ギャップ間の磁場を変化させるこ
とのできる可変磁場発生装置を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る可変磁場発生装置の例。

【図２】本発明に係る可変磁場発生装置の例における磁
力線の流れを説明する図。

【図３】永久磁石を用いた可変磁場発生装置の従来例。

【図４】永久磁石を用いた可変磁場発生装置の別の従来
例。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定ギャップを有するヨークと、該ヨー
   ク内に並列に並ぶ２つ以上の永久磁石とより成り、 前記固定ギャップに磁場を発生させる磁場発生装置にお
   いて、 前記永久磁石のうち少なくとも１つは固定され、少なく
   とも１つは回転あるいは移動が可能であり、 該回転あるいは移動が可能な永久磁石の総磁束量が、前
   記固定された永久磁石の総磁束量よりも多く、かつ、 前記回転あるいは移動が可能な永久磁石を挟んだ部分の
   ヨークのギャップが、前記ヨーク間の固定ギャップより
   も狭い、 ことを特徴とする永久磁石可変磁場発生装置。