JPH08273932A

JPH08273932A - 着磁装置

Info

Publication number: JPH08273932A
Application number: JP7576095A
Authority: JP
Inventors: Chihiro Ishibashi; 千尋石橋; Setsuo Kosaka; 節男向坂
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1995-03-31
Publication date: 1996-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】小型化を図るとともに汎用部品を用いることで
設備費と運転費の低減を可能としながら、安全性を高め
る。【構成】蓄電池ＢまたはコンデンサＣからなる直流電源
と着磁対象物を収容可能とするとともに液体窒素、液体
ヘリウムまたは液体空気中に浸漬された着磁コイルＭと
を備え、前記直流電源と前記着磁コイルＭとを結ぶ通電
用導線にスイッチＳｗ１が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁石材に磁性を付与す
る着磁装置であって、特に、真空バルブが内蔵する磁石
材に磁性を付与する着磁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、真空バルブにおいては、図１０に
示すように可動電極ロッド０１および固定電極ロッド０
２にはそれぞれ電極０３、０４が備えられ、その内側に
磁石０５、０６が内蔵されている。この磁石は、サマリ
ウムコバルト系の希土類磁石材からなるもので、定格電
流６００Ａの真空バルブではこの磁石によって開極空間
の電極軸方向にほぼ１０００〜３０００ガウス程度の静
磁場を形成させているのが通例である。この磁石０５、
０６は、通電中の真空バルブが開かれたときに生じるア
ークを磁力線内に取り込みながらピンチ効果によるアー
クの集中を妨げることにより、電極０３、０４表面の局
部的熱損傷を防止する重要な機能を持っているのであ
る。

【０００３】ところで、この磁石０５、０６は、予め磁
力を付与しておき、真空バルブの組立て時に組み込むこ
とができないものである。その理由は、真空バルブは組
立て後に、内部を真空にするため約８００℃前後に加熱
して真空引き処理が行われる。その温度は、真空バルブ
の構成部材が保有するガス成分を放出させて、長期に高
い真空度を維持させるために必要なものであるが、一方
この加熱温度は磁石が磁力を失うキュリー点を超えてい
るので、当初の磁力が全く失われてしまうからである。
そのため、この磁石０５、０６には、上記の真空処理後
に外部から磁力を付与する着磁操作を行うことが必要で
あった。

【０００４】磁石材の着磁の原理そのものは、対象磁石
材に対して磁化させたい方向に設定磁化率に対応した磁
石材質とその形状寸法と設定磁化方向によって決定する
十分な強度の静的磁界を磁石材中の誘導電流が消滅し、
加えた磁界が磁石材の内部全体に行き渡るまでの時間加
えることで、設定磁化率以上の着磁を達成できる。そし
てこのような目的のためにビッター型電磁石がある。と
ころが、本発明の着磁対象の一例である長さ方向に異方
性を持たせたＳｍＣｏ、２−１７系の直径２１ｍｍ×長
さ４．６ｍｍ程度の真空バルブに内蔵の磁石材を磁化容
易軸である長さ方向に沿ってほぼ１００％の磁化率で着
磁させるに必要な磁界として２５キロエルステッド以上
の静的磁界を発生させるには、常温着磁コイル型のビッ
ター型電磁石によると、少なくとも重量が２３トン、本
体体積が直径１８２０ｍｍ×長さ１６４０ｍｍに達する
極めて大型でかつ高価格のものとなるうえ、ＡＣ３相２
００ｋＶＡ以上の変圧所の建設、およびＡＣ３相２２０
ＶをＤＣ出力１５０ｋＷに変換する設備費などが極めて
高額に必要となる。さらに、着磁操作に当たっては、真
空バルブ１個当り約５×１０⁶ジュールの膨大なエネル
ギーを数秒間で消費することになり、ＡＣ電源を共用し
ている他の設備に一時的な電力供給障害が発生するから
運転操作が制限されるなどの問題もあった。これを解決
するには独立した発電設備を建設しなければならないの
で、経済的問題が極めて重要であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するためになされたものであり、小型化を図る
とともに汎用部品を用いることで設備費と運転費の低減
を可能としながら、安全性を高めた着磁装置を提供す
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の問題は、次に記載
の着磁装置により解決することができる。請求項１に記
載された通りの、蓄電池またはコンデンサからなる直流
電源と着磁対象物を収容可能とするとともに液体窒素、
液体ヘリウムまたは液体空気中に浸漬された着磁コイル
とを備え、前記直流電源と前記着磁コイルとを結ぶ通電
用導線にスイッチが設けられていることを特徴とする着
磁装置。また、請求項２に記載された通りの、電解コン
デンサからなる直流電源と着磁対象物を収容可能とする
とともに液体窒素、液体ヘリウムまたは液体空気中に浸
漬された着磁コイルとを備え、前記直流電源と前記着磁
コイルとを結ぶ通電用導線にスイッチが設けられている
とともに、整流素子がカソード側をプラス側通電用導線
に、アノード側をマイナス側通電用導線に連結して並列
に設けられていることを特徴とする着磁装置によっても
解決することができる。さらに、請求項３に記載された
通りの、前記スイッチが閉極後時間制御されて開極され
る真空バルブである請求項２に記載の着磁装置によって
も解決することができる。また、請求項４に記載された
通りの、前記直流電源と前記整流素子との間に着磁電流
に対して直列順方向に配設した整流素子を備えた請求項
２に記載の着磁装置によっても解決することができる。

【０００７】

【作用】本発明の請求項１の発明では、着磁コイルを液
体窒素等により冷却するとともに、自動車用バッテリの
ような汎用部品または汎用のコンデンサを電源として利
用しているので、装置全体の小型化が可能となり、また
設備費を大幅に節減できるようになった。また、請求項
２の発明では、整流素子がカソード側をプラス側通電用
導線に、アノード側をマイナス側通電用導線に連結して
並列に設けられているので、汎用の電解コンデンサを直
流電源とした場合でも、着磁電流が振動性の過渡現象を
起こさないから、電源をさらに大幅に小型化することが
できる。また、請求項３の発明では、前記スイッチが閉
極後時間制御されて開極されるので、発生するアークの
電圧降下により、整流素子の順方向に残留する電圧によ
る逆充電が全く発生しない。さらに、請求項４の発明で
は、電源コンデンサと前記整流素子との間に着磁電流に
対して直列順方向に整流素子を配設しているので、上記
の残留電圧による逆充電は全く発生しないうえ、接点消
耗がなく、スイッチを閉極したままの状態で着磁を行う
ことができる。

【０００８】

【実施例】次に、図１から図９に示す実施例に基づい
て、本発明を詳細に説明する。（実施例１）先ず図１は、直流電源として蓄電池Ｂを用
いて、着磁対象物を収容可能とするとともに液体窒素中
に浸漬された着磁コイルＭとスイッチＳｗ１とを備えて
いる着磁装置の回路例を示す。着磁コイルＭは、着磁対
象物としての定格電流６００Ａの真空バルブが収容され
得る収容空間として直径１００ｍｍ×高さ１８０ｍｍの
大きさを持つもので、直径２．６ｍｍの純銅導線総巻数
１８００回からなるコイルであり、かつ起磁力を着磁空
間に集中させるための継鉄を配置し、インダクタンスＬ
と電気抵抗Ｒをもって表示されている。この着磁コイル
Ｍは、例えば図１１に示すように液体窒素中に浸漬して
冷却され、７７Ｋの温度に保持されるのであるが、この
場合、Ｒ＝０．５Ω（０℃では３．４１Ωに相当）、Ｌ
＝０．４５Ｈに設定され、少なくとも２００Ａ以上の直
流電流を連続して１秒間以上通電することにより少なく
とも２５キロエルステッドの静磁界を発生させて、着磁
対象物を磁化率１００％つまり飽和的な着磁をさせるこ
とができる。

【０００９】直流電源としての蓄電池Ｂは、前記の着磁
コイルＭに２００Ａの電流を少なくとも１秒間通電する
ことが可能なように準備されるもので、この場合には、
定格１２Ｖの自動車用バッテリ（例えば、ユアサアバッ
テリＥＸ４０Ｂ２０Ｌ）を１０個直列に連結し、それを
４組並列に連結した合計４０個のバッテリを準備した。
このような蓄電池Ｂと前記着磁コイルＭがスイッチＳｗ
１と電流計Ａを介して通電用導線によって連結されてい
る。

【００１０】次に、上記の着磁装置の作動状況を説明す
る。スイッチＳｗ１を閉極すると、通電用導線に流れる
電流ａは図２に示すように、時間とともに増大し４秒後
には２００Ａを超えるが、その後はコイルやバッテリー
の抵抗の一時的増加で電流ａａのように減衰するのであ
る。この場合、着磁コイルＭには少なくとも２００Ａの
電流が１秒間以上通電されるので、２５キロエルステッ
ドの静磁界が発生して着磁対象物を飽和着磁させること
ができる。ところが、スイッチＳｗ１を閉極した状態に
しておくと、蓄電池Ｂは過放電状態となるのでその寿命
が極めて短くなる。そこで、それを防止するためには、
着磁が完了した段階でスイッチＳｗ１を開極することに
より電流を絶つ必要がある。しかし、２００Ａ以上の直
流大電流を絶つと強烈な続流アークが発生するので、耐
熱性容器にスイッチＳｗ１収容しておき外部から操作で
きるようにしておくことが必要がある。着磁が完了した
段階でスイッチＳｗ１を開極した場合の電流の挙動を電
流ａｂに示す。

【００１１】この実施例によれば、着磁コイルＭを液体
窒素により冷却するとともに、自動車用バッテリのよう
な汎用部品を利用しているので、装置全体の小型化が可
能となり、また設備費を節減できるようになった。例え
ば、着磁コイルＭを常温ビッター型電磁石と比較する
と、所要体積が１８２０φ×１６４０から６２０φ×５
００Ｈの約１／３０に、また所要重量が２３４００ｋｇ
から１５０ｋｇと約１／１５０に小型化されるのであ
る。さらにこの常温ビッター型電磁石の場合には、電気
抵抗Ｒは低く設定できないので、自動車用バッテリを使
用しようとすると、例えば２０個直列を１６組並列した
膨大な電源を必要としたが、この実施例ではその約１／
８に小型化されるのであって、これらを総合すると設備
費は１／１００に節減可能となったのである。この実施
例の液体窒素に代えて液体ヘリウムまたは液体空気を用
いて着磁コイルを冷却してもよい。

【００１２】（実施例２）図３において、放電電流２０
０Ａ以上を継続して１秒間以上維持することが可能な静
電容量を有するコンデンサＣからなる直流電源と着磁対
象物（図示せず）を収容可能とするとともに液体窒素
（図示せず）着磁コイルＭとを結ぶ通電用導線にスイッ
チＳｗ１が設けられている実施例を示す。なお、着磁コ
イルＭは実施例１の場合と同様に設定されており、コン
デンサＣには、所要の電圧の交流電源Ｓから整流素子Ｄ
0 により整流された電流がスイッチＳｗ２を経て充電可
能に設けられている。

【００１３】次に、上記の着磁装置の作動状況を説明す
る。スイッチＳｗ１を開極し、スイッチＳｗ２を閉極
し、コンデンサＣを交流電源Ｓによって充電する。この
場合の充電電圧は、後記のようにコンデンサＣの性質、
状態により適宜に設定されるのである。充電完了後、ス
イッチＳｗ２を開極しスイッチＳｗ１を閉極すると、少
なくとも２００Ａの放電電流が着磁コイルＭを１秒間以
上通電するので、２５キロエルステッドの静磁界が発生
して着磁対象物を飽和着磁させることができる。しか
も、スイッチＳｗ１を閉極した状態にしておいても、実
施例１の場合のように蓄電池Ｂを損傷することがないも
のである。

【００１４】さらに、使用するコンデンサの性質により
放電電流の挙動やコンデンサ自体に及ぼす影響等が異な
るので、その点を説明する。先ず、松下電器産業（株）
製表品名ゴールドキャパシタのような電気二重層タイプ
のコンデンサをこの実施例に応用するには、常用耐電圧
２Ｖ、静電容量４７０Ｆ（内部抵抗６ｍΩ）または常用
耐電圧２Ｖ、静電容量１５００Ｆ（内部抵抗２ｍΩ）の
コンデンサユニットを組み合わせることで具体化するこ
とができる。図４は、この場合の時間−電流特性を示す
ものであり、１個４７０Ｆを４００個直列にして合成容
量１．１７５Ｆのときは電流ａ1 、１個４７０Ｆを２２
０個直列にし、それを２組並列にして合成容量４．２７
３Ｆのときは電流ａ2 、１個１５００Ｆを９０個直列に
して合成容量１６．６７Ｆのときは電流ａ3 のようにい
ずれも少なくとも２００Ａの電流が連続して１秒間以上
維持されるのである。なお、この場合、充電電圧はいず
れも各コンデンサユニットについて２Ｖに設定したもの
で、コンデンサの初期充電エネルギはそれぞれ３７６ｋ
Ｊ、４１４ｋＪおよび２７０ｋＪである。ところで、コ
イルＬ、抵抗Ｒ、コンデンサＣからなる回路では、電流
の挙動は、過渡現象として、Ｃ＜４Ｌ／Ｒ²の場合には
振動性減衰、Ｃ＞４Ｌ／Ｒ²の場合には非振動性減衰を
示すことが知られているが、上記の場合はコンデンサの
合成内部抵抗の効果も関与していずれも非振動性減衰の
条件を満足しているので、後記の電解コンデンサの場合
のような振動性減衰により生じる問題のおそれがないか
ら好ましい。

【００１５】次に、上記電気二重層タイプのコンデンサ
より大幅に充電エネルギー当りのコストが低廉であるア
ルミニウム電解コンデンサをこの実施例に応用すること
ができる。例えば図５はこの場合の図３のＳｗ１閉を起
点とした時間に対する電流とコンデンサの電圧の推移を
示すものであり、１個１５０００μＦを４８０個並列に
して合成容量７．２Ｆとし、ほぼ臨界条件（Ｃ＝４Ｌ／
Ｒ²）とした場合で、２００Ａ以上の電流を連続して１
秒間流すに要するコンデンサの初期充電電圧は１４２
Ｖ、その充電エネルギは７２．６ｋＪとなる。この場
合、コンデンサが逆方向に充電されたり、電流の向きが
変わることがなく十分な着磁ができる。ところが図３の
回路では静電容量を７．２Ｆ未満とすると振動減衰条件
（Ｃ＜４Ｌ／Ｒ²）となってコンデンサが逆方向に充電
されてパンクしたり、電流の向きが変わって十分な磁化
率が得られない。その理由はコンデンサが逆方向に充電
され始める以前の時点でコイルに流れる電流を遮断する
ことは、コイルのインダクタンスによる逆起電力が過大
となって極めて困難なためである。このような振動条件
であっても、ペーパーコンデンサやオイルコンデンサの
ように使用上の充電電圧に極性条件が付かないコンデン
サを用い、かつ通電後初回に訪れる電流零点直前でＳｗ
１で電流を遮断し、逆向きの電流を防ぐことは可能なの
で、この場合十分な着磁ができる。しかしこの種のコン
デンサは同一充電エネルギー当りの設備コストは電解コ
ンデンサに比べると格段に高くなることと、Ｓｗ１のア
ーク損耗が著しくなることを避けられないという問題が
ある。

【００１６】以上説明したように、この実施例２におい
ては、実施例１の場合と同様に着磁装置を小型に構成す
ることできるとともに、汎用のコンデンサを用いること
により設備費用を節減可能とする。また、蓄電池のよう
な消耗部材を用いないので、そのメンテナンス費用も大
幅に節減可能となるものである。

【００１７】（実施例３）図６において、実施例３とし
て、電解コンデンサＣからなる直流電源と実施例１およ
び２と同様な着磁コイルＭとスイッチＳｗ１を設けると
ともに、整流素子Ｄ1 がカソード側をプラス側通電用導
線に、アノード側をマイナス側通電用導線に連結して並
列に設けられている着磁装置を示す。この場合の電解コ
ンデンサＣとしては、振動性減衰条件を与えるため実施
例２において問題点を指摘した１個１５０００μＦを６
０個並列にした合成容量０．９Ｆのものである。このよ
うな電解コンデンサＣを３８７Ｖに充電し、スイッチＳ
ｗ１を閉極した場合の電流・電圧／時間特性を図７に示
す。この場合のコンデンサ初期充電エネルギは６７．２
ｋＪである。放電電流ｃは時間とともに立ち上がり、整
流素子Ｄ1 が設けられていないときには点線で示される
電流ｃｄのように低下しながら振動性の挙動を現すので
あるが、この実施例では整流素子Ｄ1 がカソード側をプ
ラス側通電用導線に、アノード側をマイナス側通電用導
線に連結して並列に設けられているので、振動性の挙動
を現すことなく、電流ｃｃのように順方向において減衰
することになるのである。

【００１８】この実施例３においては、以上説明したよ
うに、実施例２のように非振動性の電解コンデンサの組
み合わせ、例えば１個１５０００μＦ（常用耐電圧３５
０Ｖ）を４８０個並列にしたものを用いなくとも、１個
１５０００μＦを６０個並列にしただけのもの、すなわ
ち１／８に小型化したもので、少なくとも２００Ａの非
振動性の着磁電流が得られるのである。この場合の着磁
コイルＭの両端の電圧／時間特性を電圧ｅに示す。整流
素子Ｄ1 がないときは、点線で示す電圧ｅｆのように振
動性を現すが、この実施例のときには電圧ｅｅのように
ほぼ０に近い値に低下するのである。この値はＤ1 の順
方向電圧降下値で通常１Ｖ程度であり、この電圧値だけ
コンデンサは逆充電されるが、アルミ電解コンデンサに
はこの程度の逆充電に耐えるものがある。

【００１９】（実施例４）さらに、実施例３においては
着磁操作後の整流素子Ｄ1 の順方向の残留電圧ΔＶは約
１Ｖ程度のものであるが、これによる電解コンデンサの
逆充電は０としておくのが好ましい。そこでこの残留電
圧ΔＶによる逆充電効果を解消すべく改良されたのが、
図８に示す実施例４である。それには、実施例３におけ
るスイッチＳｗ１に開閉極可能に時間制御されるスイッ
チＳｗ３として真空バルブを用いて具体化することがで
きる。コンデンサＣは整流素子Ｄ1 の順方向電圧を上限
とした電圧によって逆充電されるが、この実施例では、
スイッチＳｗ３を適宜な時期に、例えばＤ1 に電流が流
れ始める直前のような時期に開極することができるの
で、スイッチＳｗ３におけるアークの電圧降下のため、
残留電圧ΔＶによる逆充電は全く発生しないのである。

【００２０】（実施例５）また、実施例４の目的と同様
に残留電圧ΔＶを解消すべく改良されたのが、図９に示
す実施例５であり、これは実施例４とは異なり、前記コ
ンデンサＣと前記整流素子Ｄ1 との間に着磁電流に対し
て直列順方向に新たな整流素子Ｄ2 を配設することで具
体化したものである。そして、この実施例５によれば、
付加された整流素子Ｄ2 による順方向の電圧降下値を前
記整流素子Ｄ1 の順方向電圧降下値より大としておけ
ば、残留電圧ΔＶによる逆充電は全く発生しないうえ、
実施例４で使用された真空バルブのような接点消耗がな
く、スイッチＳｗ１を閉極したままの状態で着磁を完了
させることができる利点があるのである。なお、上記の
それぞれの実施例では、定格電流６００Ａ程度の真空バ
ルブに内蔵された磁石部材を着磁する状況を基準に説明
したが、本発明はこの実施例の構成に制限されるもので
はない。コンデンサの価格はコンデンサの種類が一定の
場合はそのコンデンサに蓄えることができる最大エネル
ギー量にほぼ正比例する。上記実施例でも明らかなよう
に、非振動減衰条件よりも振動減衰条件の方が著しく着
磁に必要なコンデンサの初期充電エネルギが小さくてす
み、設備が低価格で省エネルギ型の合理的な着磁装置を
得ることになる。

【００２１】

【発明の効果】本発明の着磁装置は、以上に説明したよ
うに構成されているので、着磁コイルを液体窒素などで
冷却するとともに、直流電源として汎用の蓄電池または
コンデンサを使用できるから、装置の小型化を図るとと
もに設備費と運転費の低減を可能とし、また商用電源に
は全く影響を与えないなど安全性が高い効果を奏する。
さらに、直流電源と着磁コイルの間に整流素子を設ける
場合には、直流電源として最も小型化が可能となる電解
コンデンサが利用できるようになるとともに、着磁電流
による逆充電を効果的に防止できるなどの顕著な効果を
奏する。よって本発明は従来の問題点を解消した着磁装
置として、その工業的価値極めて大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の回路図である。

【図２】実施例１における時間−電流特性図である。

【図３】実施例２の回路図である。

【図４】実施例２における時間−電流特性である。

【図５】実施例２における電流とコンデンサの電圧の推
移を示すグラフである。

【図６】実施例３の回路図である。

【図７】実施例３における時間−電流特性である。

【図８】実施例４の回路図である。

【図９】実施例５の回路図である。

【図１０】真空バルブを示す左半分断面図である。

【図１１】着磁工程における真空バルブの配置図であ
る。

【符号の説明】

Ｂ蓄電池、Ｃコンデンサ、Ｄ0 、Ｄ1 、Ｄ2 整流
素子、Ｍ着磁コイル、Ｓｗ１スイッチ、Ｌ着磁コ
イルの相当インダクタンス、Ｒ着磁コイルの相当電気
抵抗

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蓄電池またはコンデンサからなる直流電
源と着磁対象物を収容可能とするとともに液体窒素、液
体ヘリウムまたは液体空気中に浸漬された着磁コイルと
を備え、前記直流電源と前記着磁コイルとを結ぶ通電用
導線にスイッチが設けられていることを特徴とする着磁
装置。
【請求項２】電解コンデンサからなる直流電源と着磁
対象物を収容可能とするとともに液体窒素、液体ヘリウ
ムまたは液体空気中に浸漬された着磁コイルとを備え、
前記直流電源と前記着磁コイルとを結ぶ通電用導線にス
イッチが設けられているとともに、整流素子がカソード
側をプラス側通電用導線に、アノード側をマイナス側通
電用導線に連結して並列に設けられていることを特徴と
する着磁装置。
【請求項３】前記スイッチが閉極後時間制御されて開
極される真空バルブである請求項２に記載の着磁装置。
【請求項４】前記直流電源と前記整流素子との間に着
磁電流に対して直列順方向に配設した整流素子を備えた
請求項２に記載の着磁装置。