(57)【要約】【課題】大型の補償コイルの低消費電力化。【解決手段】磁性材料１０１，１０２と、磁性材料１０１，１０２と接するように配置された磁場補償コイル２０１，２０２と、環境磁場を計測する磁気センサー３００と、磁気センサー３００からの計測信号Ｖｂに基づいて磁場補償コイル２０１，２０２を駆動する駆動信号Ｉｂを制御する駆動信号制御部４００と、を含み、駆動信号制御部４００は、計測信号Ｖｂの変動が所定の範囲以内ならば磁性材料１０１，１０２が磁化されるのに必要な時間以降は駆動信号Ｉｂをオフにするアクティブ磁気シールド装置１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料と、
前記磁性材料と接するように配置された磁場補償コイルと、
環境磁場を計測する磁気センサーと、
前記磁気センサーからの計測信号に基づいて前記磁場補償コイルを駆動する駆動信号を制御する駆動信号制御部と、
を含み、
前記駆動信号制御部は、前記計測信号の変動が所定の範囲以内ならば前記磁性材料が磁化されるのに必要な時間以降は前記駆動信号をオフにする、
ことを特徴とするアクティブ磁気シールド装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアクティブ磁気シールド装置において、前記磁性材料は、硬磁性材料である、ことを特徴とするアクティブ磁気シールド装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアクティブ磁気シールド装置において、前記磁気材料と前記磁場補償コイルとを備える第１の面及び第２の面を含み、前記第１の面と前記第２の面とは並行に配置され、前記第１の面に含まれる前記磁場補償コイルと前記第２の面に含まれる前記磁場補償コイルとは、電気的に直列に接続されている、ことを特徴とするアクティブ磁気シールド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境磁場を打ち消す補償磁場発生用の補償コイルが配置されたアクティブ磁気シールド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地磁気に比べて微小な心臓磁場や脳磁場などを測定するための超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ；Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｑｕａｎｔｕｍ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ）装置、磁気共鳴画像診断（ＭＲＩ；Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）装置、核磁気共鳴（ＮＭＲ；Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｓｃａｎｎｅｒ）装置などは、建物周囲の環境磁場（磁気ノイズ）の影響を極力遮蔽する必要がある。そのため、ＳＱＵＩＤなどの装置は、環境磁場から遮蔽するための透磁率の高い電磁鋼板・パーマロイ等の磁性材料板で囲まれたパッシブ（受動）磁気シールド室の中に設置する必要がある。
【０００３】
しかしながら、このようなパッシブ磁気シールド室では、建物のそばを自動車や電車などが通過することなどによる外部からの強い環境磁場が急峻に発生した場合に、対処できないという問題がある。
【０００４】
この問題を解決するために、例えば特許文献１には、環境磁場の変動に応じて同振幅・逆位相の補償磁場を、補償コイルにより発生させて環境磁場の変動を打ち消すアクティブ（能動）磁気シールドの方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２３２１８２号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の方法では、補償コイルが大型の場合、常に大量の駆動電流を流す必要があり、アクティブ磁気シールド装置の低消費電力化できないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］本適用例に記載のアクティブ磁気シールド装置において、磁性材料と、前記磁性材料と接するように配置された磁場補償コイルと、環境磁場を計測する磁気センサーと、前記磁気センサーからの計測信号に基づいて前記磁場補償コイルを駆動する駆動信号を制御する駆動信号制御部とを含み、前記駆動信号制御部は、前記計測信号の変動が所定の範囲以内ならば前記磁性材料が磁化されるのに必要な時間以降は前記駆動信号をオフにする、ことを特徴とするアクティブ磁気シールド装置。
【０００９】
この構成によれば、駆動信号制御部が地磁気のような安定した環境磁場をキャンセルするための駆動信号を磁場補償コイルに所定時間印加することにより磁性材料が磁化され、以降は駆動信号をオフにしても、磁化された磁性材料により環境磁場をキャンセルし続けることができるので、消費電力を低減することができる。
【００１０】
［適用例２］上記に記載のアクティブ磁気シールド装置において、前記磁性材料は、硬磁性材料である、ことを特徴とするアクティブ磁気シールド装置。
【００１１】
この構成によれば、硬磁性材料は保持力が大きいので、駆動信号制御部が地磁気のような安定した環境磁場をキャンセルするための駆動信号を磁場補償コイルに所定時間印加することにより磁性材料が磁化され、以降は駆動信号をオフにしても、磁化された磁性材料により環境磁場を安定してキャンセルし続けることができるので、消費電力を低減することができる。
【００１２】
［適用例３］上記に記載のアクティブ磁気シールド装置において、前記アクティブ磁気シールド装置は、前記磁気材料と前記磁場補償コイルとを備える第１の面及び第２の面を含み、前記第１の面と前記第２の面とは並行に配置され、前記第１の面に含まれる前記磁場補償コイルと前記第２の面に含まれる前記磁場補償コイルとは、電気的に直列に接続されている、ことを特徴とするアクティブ磁気シールド装置。
【００１３】
この構成によれば、第１の面と第２の面とによりヘルムホルツコイルを構成することができるので、勾配磁場の少ない磁場環境を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態に係るアクティブ磁気シールド装置の構成を示す概略図。
【図２】第１実施形態に係るアクティブ磁気シールド装置の動作を示すタイミング図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、アクティブ磁気シールド装置の実施形態について図面に従って説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
＜アクティブ磁気シールド装置の構成＞
先ず、第１実施形態に係るアクティブ磁気シールド装置１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係るアクティブ磁気シールド装置の構成を示す概略図である。
【００１７】
図１に示すように、アクティブ磁気シールド装置１は、磁性材料１０１，１０２と、磁場補償コイル２０１，２０２と、磁気センサー３００と、駆動信号制御部４００と、から構成されている。
【００１８】
磁性材料１０１，１０２は、たとえばフェライト磁石などの硬磁性材料を板状に加工したものである。磁場補償コイル２０１は、磁性材料１０１に接するように配置され、同様に磁場補償コイル２０２は、磁性材料１０２に接するように配置されている。なお、図１では磁場補償コイル２０１，２０２は円状を例示しているが、磁性材料１０１，１０２の形状に合わせて四角などの多角状にしてもよい。
【００１９】
磁気センサー３００は、フラックス・ゲートセンサーや磁気インピーダンス素子、ホール素子、磁気抵抗効果素子などで構成され、環境磁場を電圧値などに変換して計測信号Ｖｂを出力する。駆動信号制御部４００は、計測信号Ｖｂに基づき磁場補償コイル２０１，２０２を駆動するための電流量を制御し駆動信号Ｉｂとして出力する。
【００２０】
磁性材料１０１及び磁場補償コイル２０１は、第１の面２１０を構成し、磁性材料１０２及び磁場補償コイル２０２は、第２の面２２０を構成する。第１の面２１０と、第２の面２２０とは、それぞれＸ軸上に面の中心が来るように向き合って並行に配置されている。また、磁場補償コイル２０１と磁場補償コイル２０２とは、駆動信号制御部４００の駆動信号Ｉｂが直列に流れるように接続されている。磁場補償コイル２０１と磁場補償コイル２０２とをこのように配置することにより、Ｘ軸上にヘルムホルツコイルが構成される。磁気センサー３００は、Ｘ軸上において、磁場補償コイル２０１と磁場補償コイル２０２との中央に配置されている。
【００２１】
＜アクティブ磁気シールド装置の動作＞
次に、第１実施形態に係るアクティブ磁気シールド装置１の動作について、図２を参照して説明する。図２は、第１実施形態に係るアクティブ磁気シールド装置の動作を示すタイミング図である。
【００２２】
図２は、計測信号Ｖｂと、制御信号Ｉｂと、磁性材料１０１，１０２が保磁する磁束密度ＦＢと、の変化を時間軸に沿って示している。なお、磁気センサー３００は、図１のＸ軸において、正の向きに磁束密度が発生している場合には正の電圧値の計測信号Ｖｂを出力し、負の向きに磁束密度が発生している場合には負の電圧値の計測信号Ｖｂを出力するものとする。また、駆動信号制御部４００は、計測信号Ｖｂが正の電圧値の場合は負の方向に磁束密度が発生するように磁場補償コイル２０１，２０２を駆動する制御信号Ｉｂを制御し、計測信号Ｖｂが負の電圧値の場合は正の方向に磁束密度が発生するように磁場補償コイル２０１，２０２を駆動する制御信号Ｉｂを制御する。
【００２３】
図２において、時点ｔ０では、環境磁場である地磁気の影響でＸ軸の負の方向に磁束密度が発生している例を示し、計測信号Ｖｂは負の電圧値ｖ１を出力している。
【００２４】
時点ｔ１において、駆動信号制御部４００は、計測信号Ｖｂが０Ｖになるように駆動信号Ｉｂの電流値を正の電流値ｉ１に制御する。これに伴い、計測信号Ｖｂは０Ｖに遷移し、一方磁束密度ＦＢの値は徐々に正の磁束密度ｂ１に上昇し、時点ｔ２で飽和する。
【００２５】
時点ｔ２において、駆動信号制御部４００は、計測信号Ｖｂの変動が所定の範囲（例えば−０．０１Ｖから＋０．０１Ｖの範囲）以内になったので、駆動信号Ｉｂをオフにするが、磁性材料１０１，１０２にはＸ軸の正の方向に磁束密度ｂ１が保磁されているので、時点ｔ２以降も計測信号Ｖｂは０Ｖを保っている。
【００２６】
時点ｔ３において、環境磁場に外部の影響によりＸ軸の正の方向の外乱磁場が発生し、計測信号Ｖｂの電圧値が正の電圧値ｖ２に跳ね上がったので、駆動信号制御部４００は、計測信号Ｖｂが０Ｖになるように駆動信号Ｉｂの電流値を負の電流値ｉ２に制御する。これに伴い、計測信号Ｖｂは０Ｖに遷移したので駆動信号Ｉｂの電流値も０Ａに遷移する。
【００２７】
時点ｔ４では、環境磁場に外部の影響によりＸ軸の負の方向の外乱磁場が発生し、計測信号Ｖｂの電圧値が負の電圧値ｖ３に下がったので、駆動信号制御部４００は、計測信号Ｖｂが０Ｖになるように駆動信号Ｉｂの電流値を正の電流値ｉ３に制御する。これに伴い、計測信号Ｖｂは０Ｖに遷移したので駆動信号Ｉｂの電流値も０Ａに遷移する。
【００２８】
以上に述べた本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
【００２９】
本実施形態では、駆動信号制御部４００が地磁気のような安定した環境磁場をキャンセルするための駆動信号Ｉｂを磁場補償コイル２０１，２０２に所定時間（図２では時点ｔ１からｔ２の期間）印加することにより磁性材料１０１，１０２が磁束密度ｂ１に磁化され、以降は駆動信号Ｉｂをオフにしても磁化された磁性材料１０１，１０２により環境磁場をキャンセルし続けることができるので、消費電力を低減することができる。
【００３０】
以上、アクティブ磁気シールド装置の実施形態を説明したが、こうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることができる。以下、変形例を挙げて説明する。
【００３１】
（変形例１）
アクティブ磁気シールド装置の変形例について説明する。前述の実施形態では、Ｘ軸に第１の面２１０と第２の面２２０とで構成されるヘルムホルツコイルを配置したが、Ｙ軸、Ｚ軸にもヘルムホルツコイルを構成し、さらに、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の３軸用の磁気センサー３００で構成すれば、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸すべての方向に対して地磁気や外乱磁場をキャンセルできる。
【符号の説明】
【００３２】
１…アクティブ磁気シールド装置、１０１，１０２…磁性材料、２０１，２０２…磁場補償コイル、２１０…第１の面、２２０…第２の面、３００…磁気センサー、４００…駆動信号制御部。
【図１】
2011146621.tif 000003
【図２】
2011146621.tif 000004