JPH06508004A - 複合永久磁石 - 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】 複合永久磁石 本発明は、複合磁気構造体、すなわち、構造体の少なくとも一部が継鉄を備えて おり、構造体のほかの部分が継鉄の無い磁気構造体に関する。

発明の背景 例えば、空洞内に一様な磁界を形成する永久磁石は知られている。このような構 造体は、例えば、本発明人の出版物”二次元永久磁石の最適設計”、Ｔ、Ｒ，− ２１、ニューヨーク・ユニバーシティ医学センター、ニューヨークユニバーシテ ィ　医学校、１９８９年１０月１５日、に述べられており、継鉄を必要とするこ のタイプの磁気構造体は、例えば、同時係属の米国特許Ｎｏ、０７１５９１．４ ５８．１９９０年１０月１日登録、に記載されている。

このような継鉄付磁石の設計において、磁気構造体の空洞に接近する手段を備え ることが、都合の悪０場合力（時々ある。

発明の要旨 本発明は、複合タイプの磁気構造体の提供を目的としており、この場合、継鉄は 構造体の一部として設けられており、その残部は継鉄無しである。このタイプの 装置は、磁気構造体の空洞への接近を簡単化するなどの、幾つかの利点を備えて いる。

簡潔に言えば、本発明により、磁化された転移構成要素が、構造体の空洞を形成 する磁化された構成要素の間に形成されている。この転移構成要素の大きさと磁 界の方向は、転移構成要素の外部境界が等電位面であり、転移構成要素の磁気誘 導はゼロに等しい。

図面の簡単な説明 本発明が一層明確に理解出来るように、添付図面を引用して詳細に説明する。

図１は、従来の連結された磁気構造体の断面図である。

図２は、図１の構造体の四分内部分の磁気誘導力線の図である。

図３は、本発明による磁気構造体の四分内部分の図である。

図４は、図３の構造体の変数決定を示すベクトル図である。

図５は、図３の磁気構造体の四分内部分の断面図であり、その一部の継鉄の表示 を示している。

図６は、図５のこの変形である磁気構造体の断面図である。

図７は、図６の構造体の変数決定を示すベクトル図で図８は、本発明の一般的な 場合を説明する磁気構造体の断面図を示している。

図９は、本発明による複合構造体の断面図であり、個々の継鉄の使用状態を示す 。

図１０は、図９の構造体の変形の断面図である。

発明の詳細な説明 一様な磁界は、空洞を閉じ込めている一様に磁化された角柱状の構造体により任 意な幾何学的形状の角柱状空洞内に常に形成される。このような空洞において、 各角柱の一つの面は、角柱状空洞の一つの面と一致し、各角柱の他の面は、磁気 構造体を全体的に閉じ込めている高透磁率の外部継鉄の内面と一致する。

一様に磁化された角柱から構成している連結された磁石の実施例が、正六角形の 断面を有する角柱状空洞２０の特別な事例として図６に示されている。図１の空 洞２０内の一様な磁界の強度Ｈ０は、空洞の面２１に垂直であり、磁化された角 柱３１，３２，３３，３４，３５゜３６の残留磁気Ｊ＋　（ｉ＝１．２，３，４ ．５）は、それぞれ同じ大きさのＪｏを有する。図１の実線は磁気継鉄３７の内 側の境界を示す。磁気構造体の高さ２ｙｌは、次式により、相対する面２１と３ ８の間の六角形の空洞の寸法２ｙａと関係づけられる。

ｙ　ｏ　／　Ｙ工＝１−Ｋ　（１） ここで、Ｋは次式により決定される設計変数である。

Ｋ＝μ、Ｈ，／Ｊ、　（２） ココテ、μ。＝４．１０−’　Ｈ／ｍ　単位：ＭＫＳＫ２Ｏ２石断面の第一四分 円が、図２に示されている。

残留磁気Ｊ工は、軸ｙと平行であり、残留磁気Ｊ、はｙ軸に対し角２θ傾斜して 指向しており、ここで、θは、軸Ｘと、空洞と残留磁気Ｊ１を有する角柱３２と の境界面との間の角度である。図１の正六角形空洞の特別な実施例においては、 次式が成立する。

２θ＝２π／３　（３） 図１のタイプの連結された磁石の特徴のある点は、磁化された角柱を分離してい る空気または非磁性材の三角形の領域４０，４１，４２．４３が存在することで ある。

例えば、二つノ角柱３１　（ｓｏ　Ｓｔ　ｗ□Ｖ。）と３２（ＳｒＳｔＶ、）が 非磁性領域（ｓ　Ｌ　Ｖｌ　ｗｔ　）　ニより分離されている。

図２は、次式（４）により表される磁気誘導磁力線を示す。

空洞２０内の磁束Ｂは、二つの部分（ＶＯＷＬ）と（Ｓ繁Ｗｔ）内においてのみ 図２の四分内部分の外部継鉄３７に達している。領域（Ｓｔ　Ｗｔ　Ｖｔ　Ｗｔ 　）　、すなわち、領域４０と領域３２の一部において、磁束Ｂは、継鉄と空洞 の外側の磁気構造体との間を循環する。言い換えると、残留磁気Ｊ２の角柱３２ の領域（Ｓ　Ｌ　Ｗｘ　Ｖｔ　）　ハ、空洞内の磁束Ｂに寄与せず、これは、連 結された磁石の磁性材内に蓄積されたエネルギーの浪費を表している。

この状態は、磁性材内に保有されたエネルギーの一部が重要な領域の外部で消費 されている従来の永久磁石の周辺磁界領域と似ている。

残留磁気Ｊ２の角柱の領域（ＳＩＷ＊　Ｖｚ　）が削除されていると仮定して、 三角形領域（Ｓ　Ｉ　Ｗｓ　Ｗ＞　）の残留磁気Ｊ、の磁性材の新しい構成要素 ４５が図３に示された磁気構造体に挿入される。残留磁気Ｊ７は、側面（Ｗ　１ Ｗ　２　）と垂直な方向に指向しており、次式（５）を満足する。

ここで、Ｈ７は領域（ＳＩＷ！Ｗ１）の磁界強度である。

従って、新しい構成要素４５の磁化は、磁束Ｂが領域（Ｓ　１Ｗｚ　Ｗｌ）にお いて形成しないように行われる。

二つの媒質３１と４７は、各媒質内の磁気誘導と平行である面により限定され、 これら二つの間の転移は、残留Ｗ２）は、磁石継鉄と同じ電位を有する等電位面 で成る。

定義により、Ｂは領域（ＳＩＷ！Ｗ□）においてゼロであり、その結果、境界４ ６　（Ｗｔ　ｗｔ　）は、残留磁気Ｊ、の媒質と外部の非磁性媒質との間の境界 面である。従って、無限大の透磁率の理想的限界において、継鉄が磁気構造体に より形成された磁束Ｂを閉じ込める限り、磁石の外部継鉄の幾何学的形状を任意 に選択することが出来る。

残留磁気Ｊ７の大きさは、図４のベクトル図より決定される。

図４は、図３の構造に存在する条件を示すベクトル図である。図４は、磁気構造 体の変数を決定する一般的方法の特定の場合である。この図において、円Ｃ□は 、破開の方向と一致している。ベクトルＡＮ、が空洞内に形成された磁界Ｈ０の 強度に相当するように、点Ａは線ＮｌＮ０上に位置づけされている。ベクトルＡ Ｎ、はベクトルＡＮ、と反対の方向に指向しており、このベクトルは、残留磁気 Ｊ□の領域３１の強度であるＨ、に相当する。

ベクトルＡＮ、は、残留磁気Ｊ、の領域の磁界の強度に相当する円Ｃ１上の点へ 構成されており、直径ＮｘＮ３は円内に描かれ、材料Ｊ、の残留磁気に相当する （残留磁気Ｊ、の大きさは、大きさＪ□に等しくなければならない。ベクトルＡ Ｎ、の大きさと方向は、残留磁気Ｊ、の領域における磁気誘導に相当する）。

線Ｌユが、点Ｎ１において線Ｎ　ＩＮ　ｏと垂直に形成されており、線り、は点 Ｎ、において線Ａ　Ｎ　ｓと垂直に形成されている。線Ｌ８とＬ！との交点Ｎ４ は、先端が点、）と垂直に指向しており、一般に、その大きさはＪｏと異なる。

特別な場合にのみ、次の式が成立する。

Ｋ＝１／２　（６） Ｊ、＝Ｊ、　（７） この場合、第一四分内部分の磁気構造体は、図５に示された幾何学的形状を有し 、ここで、式（１）により次式が成立している。

ｙｏ　／ｙｔ　＝１／２　（８） 角柱４７の境界（Ｓ２Ｗ２）と接触していない磁石の外部継鉄６０に対して選択 されている。従って、部分（Ｖた第四の四分内部分の磁石断面を通過して閉じ込 められる。図５の点線（ＳｓＶｔ）と（ＳｚＶｌ）４；！、図１の初素に相当す る。残留磁気Ｊ７の構成要素の挿入により生じた磁化された磁性材の領域が減少 することは、明白である。

連結した磁石の領域（ｓｔ　ｗｔ　ｖ□ｗｉ）を無継鉄構造体の構成要素と置き 換えることは、磁石の残部と同じ残留磁気Ｊ０を有する磁性材を使用して行われ る。これにより、大きさがＪｏに等しい残留磁気Ｊ、とＪ、の二ツノ構成要素６ １　（Ｓ　ｔ　Ｗｓ　Ｗｔ）と６２　（Ｓ　Ｉ　Ｗ、　ｗｍ）から成る図６の構 造体が形成する。Ｊ−とＪｌｌの方向は、図７のベクトル図に示されている。

残留磁気Ｊ、とＪ、は大きさＪｏを有するので、半径Ｊ、の円Ｃ！は、中心を点 Ａとして描かれる。線Ｌ□は円Ｃ８と点Ｎ、において交差し、線Ｌ２は円ｃ２と 点Ｎ−において交差する。ベクトルＮ、Ａは、方向と大きさとが残留磁気Ｊ、に 相当し、ベクトルＮＩＡは、方向と大きさとが残留磁気Ｊ、に相当する。

（ｗ　ｓ　ｗ　ｘ）に垂直であり、それらは次式を満足する。

である。再び、図７の点線は、既知の連結された磁石の切断楔部の除去により生 じた磁化された磁性材の領域の減少をはっきりと示している。

点Ｗ１とＷ２が結ばれて、三角形を形成すると、Ｊ７の大きさは、一般にＪｏと 異なる。Ｋ＝１／２の特別な場合にのみ、Ｊ７の大きさがＪ。と等しく、その外 部境界面は直線である図５の構造を形成する。磁気構造体の残部と同じ大きさＪ ｏを有する媒質により転移部を形成することが望ましいならば、転移は、一般に 、図６に示されたように単一の三角形の形状を有することが出来ず、すなわち、 二つの三角形の部分が必要とされる。

図５と６は、本発明による構造体の特別な場合を示す。

一般的な場合、図８に関連して説明されているように、この原理は拡張すること が出来る。一般に、連結された構造体が空洞の多辺形な境界の回りに設計されて いると、空洞内を通る一部の磁束を送る磁化された磁性材の各構成要素は、普通 の場合、図８の側面（Ｓｂ−ｔｓｂ）により示された、空洞との境界面により一 つの側面で限定された四角形である。構成要素のほかの側面は、ゼロ電位の等電 位線により限定されており、これは継鉄７０との境界面、すなわち、線（ＵｂＵ ｈ＋ｔ）を構成する。ほかの二つの側面（Ｓ−ｔ　Ｕ　ｂ）と（ＳｈＵｈ＋ｉ） は、相互に平行であり、磁化された磁性材の構成要素内の磁気誘導と平行である 。従って、空洞と境界を形成している磁化された磁性材ののすべては、この形態 をを有する。図３の構造のように、点Ｕｂ＋ｉが点Ｓ、へつぶれている特別な場 合、四角形が三角形になる。

構成要素７１と７２などの磁化された磁性材のすべての構成要素の外部境界は、 構成要素７３と７４などの転移構成要素により一体に接合しており、これは、各 転移構成要素の内部で、誘導がゼロに等しい条件を満足する。

磁気誘導がゼロであるので、磁界の強度は、磁化の強度と等しくかつ反対である 。

磁気構造体の最も一般的方式において、磁化された磁性材の構成要素の外部境界 は、磁性継鉄により、すなわち、無限大または超高透磁率の本体により限定され なければならない。誘導がゼロに等しくがっ外部境界が、定義により、ゼロ電位 の転移構成要素（Ｓ　ｈ−ＬＵ　ｂ　Ｕ　ｂ−ｔ）などの転移構成要素のすべて は、磁界を限定する継鉄を必要とせず、従って、各転移部の境界は、空気などの 外部の媒質と接合している。

空洞と磁化された構成要素とへ、従って、継鉄へ伸長する磁束は、どこかで閉じ なければならない。これらの構成要素に関して、継鉄は、平面ｙ＝＝Ｑに関し対 称な形態で磁気路を閉じなければならない。しかし、本発明により、磁化された 構成部材のすべてと接合する単一の継鉄を必要とする理由はない。従って、本発 明により、複数の独立した継鉄を有する複合磁気構造体を提供することが出来る 。

例えば、図９は、図３に示された四分内部に相当する全磁気構造体の断面図を示 しており、第二、第三、第四の四分内部の磁化された構成要素は、それぞれ、第 一四分内部と共通の参照番号によるほかに、−重、二重、三重のプライム符号（ °）により識別される。一つの継鉄８０は、相対する磁化された構成要素の間の 磁気路を閉じるように位置しており、これにより、平面ｙ＝Ｑに関して対称であ るように、構造体を完全にに取り囲んでいるが、そのほかの磁化された構成要素 と接触していない。

分離独立した継鉄８１も平面ｙ＝Ｑに関して対称に備えられており、構成要素４ ７．４７”’と構成要素４７′。

４７゛°との間の戻り磁気路を形成している。継鉄は、構成要素４５．４５’　 、４５°’、４５”’には備えられていない。

その透磁率は非常に高いので、継鉄の幾何学的形状は重要ではない。例えば、各 継鉄は、図９に示されているように、磁気構造体の周囲の回りに伸長することが 出来る。あるいは、例えば、図１０に示されているように、継鉄は磁気構造体の 片側の回りだけに伸長するように、形をとることが出来る。継鉄は、構造体の特 定の側で閉じている必要はない。

この構造により、開いた構造体を形成することが可能である。転移構成要素は磁 気的に透明であるので、空洞は、磁気構造体を損傷し、侵入することなく、外部 からの影響と相互作用する。このような特徴は、図１に示されているように、従 来技術の連結された構造では不可能である。

本発明は単一の実施態様に関して開示され、説明されているが、変形と修正が、 そこに行われることが出来ることは明らかであり、従って、それは、本発明の精 神と範囲にあるような変形と修正をそれぞれ包含するように、次の請求の範囲に 取り入れられているものである。

ＰＲ１０ＲＡＩ？Ｔ Ｆ／θ３ ＦＥ５ Ｆ／θ６ ７ｆ ＦＩＧθ Ｆ／θ９ Ｅｎ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．空洞の側面を形成している平坦な側面で構成された複数の磁化された角柱を 有し、一様な磁界を空洞内に形成する磁気構造体において、 前記磁化された角柱が、前記空洞内で磁束に寄与しない領域を実質的に保有しな いように形がとられており、前記磁化された角柱の間に磁化された転移構成要素 をさらに含み、前記転移構成要素が前記空洞の側面を形成しないように、前記転 移構成要素が位置しており、これにより、前記構造体の外面の一部が前記転移構 成要素により形成され、前記転移構成要素の磁界の大きさと方向が等電位面をそ の外面に生成し、前記転移構成要素内の誘導がゼロに等しく、前記構造体がさら に前記角柱の所定の角柱の間に接続しかつ前記転移構成要素と接触していない複 数の分離した継鉄をさらに含んでいることを特徴とする磁気構造体。
2. ２．前記角柱が三角柱であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の磁気構 造体。
3. ３．前記転移構成要素が三角柱形状であることを特徴とする請求の範囲第２項に 記載の磁気構造体。
4. ４．単一の転移構成要素が隣接した前記角柱の各組の間に位置づけられているこ とを特徴とする請求の範囲第３項に記載の磁気構造体。
5. ５．二つの転移構成要素が隣接した前記角柱の各組の間に位置づけられているこ とを特徴とする請求の範囲第３項に記載の磁気構造体。