(57)【要約】【課題】大型のアクティブ磁気シールド装置の低消費電力化。【解決手段】磁場補償コイル１０１，１０２と、環境磁場を計測する磁気センサー２００と、磁気センサー２００からの計測信号Ｖｂに基づいて制御信号Ｖｃを発生する制御信号発生部３００と、磁場補償コイル１０１，１０２を駆動するための駆動信号Ｉｂを制御信号Ｖｃに基づき発生する駆動信号発生部４００と、を含み、制御信号発生部３００は、計測信号Ｖｂの変動が所定の範囲以内の場合は制御信号Ｖｃをパルス幅変調信号で出力し、計測信号Ｖｂの変動が所定の範囲にない場合は制御信号Ｖｃを電圧信号で出力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制御信号を発生する制御信号発生部と、
前記磁場補償コイルを駆動するための駆動信号を前記制御信号に基づき発生する駆動信号発生部と、
を含み、
前記制御信号発生部は、前記計測信号の変動が所定の範囲以内の場合は前記制御信号をパルス幅変調信号で出力し、前記計測信号の変動が前記所定の範囲にない場合は前記制御信号を電圧信号で出力する、
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、前記磁場補償コイルから構成される第１の磁場補償コイル及び第２の磁場補償コイルを備え、前記第１の磁場補償コイルを含む面と前記第２の磁場補償コイルを含む面とは互いに並行に配置され、前記第１の磁場補償コイルと前記第２の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。
【請求項３】
請求項２に記載のアクティブ磁気シールド装置において、前記磁場補償コイルから構成される第１の磁場補償コイル及び第２の磁場補償コイルをＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に構成した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装置などは、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、自動車や電車が通過する等により発生する、急峻な外部からの強い環境磁場に対して、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が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］本適用例のアクティブ磁気シールド装置は、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制御信号を発生する制御信号発生部と、前記磁場補償コイルを駆動するための駆動信号を前記制御信号に基づき発生する駆動信号発生部と、を含み、前記制御信号発生部は、前記計測信号の変動が所定の範囲以内の場合は前記制御信号をパルス幅変調信号で出力し、前記計測信号の変動が前記所定の範囲にない場合は前記制御信号を電圧信号で出力する、ことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、駆動信号発生部を１００％幅の電圧信号で制御する場合の消費電力に比べ、１００％未満のデューティー比のパルス幅変調信号で制御することにより、消費電力をデューティー比に応じて低く抑えることができる。従って、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にパルス幅変調信号で駆動信号発生部を制御することにより、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、前記アクティブ磁気シールド装置は、前記磁場補償コイルから構成される第１の磁場補償コイル及び第２の磁場補償コイルを備え、前記第１の磁場補償コイルを含む面と前記第２の磁場補償コイルを含む面とは互いに並行に配置され、前記第１の磁場補償コイルと前記第２の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。
【００１１】
この構成によれば、第１の磁場補償コイルと第２の磁場補償コイル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。
【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、前記磁場補償コイルから構成される第１の磁場補償コイル及び第２の磁場補償コイルをＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に構成したことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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】
【００１４】
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。
【００１５】
（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。
【００１６】
図１に示すように、アクティブ磁気シールド装置１は、第１の磁場補償コイル１０１と、第２の磁場補償コイル１０２と、磁気センサー２００と、制御信号発生部３００と、駆動信号発生部４００と、から構成されている。第１の磁場補償コイル１０１及び第２の磁場補償コイル１０２は、各々、銅などの配線材を２次元的に例えば円形に複数回巻いて作られている。
【００１７】
磁気センサー２００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。制御信号発生部３００は、計測信号Ｖｂに基づいて制御信号Ｖｃを発生する。駆動信号発生部４００は、制御信号Ｖｃに基づき第１の磁場補償コイル１０１と第２の磁場補償コイル１０２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。
【００１８】
第１の磁場補償コイル１０１を含む面と第２の磁場補償コイル１０２を含む面とは、それぞれＸ軸上にコイル中心が来るように向き合って、互いに並行に配置されている。また、第１の磁場補償コイル１０１と第２の磁場補償コイル１０２とは、駆動信号発生部４００の駆動信号Ｉｂが直列に流れるように接続されている。第１の磁場補償コイル１０１と第２の磁場補償コイル１０２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２００は、Ｘ軸上において、第１の磁場補償コイル１０１と第２の磁場補償コイル１０２との中央に配置されている。
【００１９】
＜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。
【００２０】
図２は、計測信号Ｖｂと制御信号Ｖｃと駆動信号Ｉｂ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２００は、図１のＸ軸において、正（Ｘ軸の矢印方向）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、制御信号発生部３００は、計測信号Ｖｂが正の電圧値の場合には負の方向に磁束密度を発生するように、第１の磁場補償コイル１０１と第２の磁場補償コイル１０２とを駆動する駆動信号Ｉｂを駆動信号発生部４００が発生するように制御信号Ｖｃを発生し、計測信号Ｖｂが負の電圧値の場合には正の方向に磁束密度を発生するように、第１の磁場補償コイル１０１と第２の磁場補償コイル１０２とを駆動する駆動信号Ｉｂを駆動信号発生部４００が発生するように制御信号Ｖｃを発生する。
【００２１】
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。
【００２２】
時点ｔ１において、制御信号発生部３００は計測信号Ｖｂが０Ｖになるように、駆動信号Ｉｂの電流値として正の電流値ｉ１を駆動信号発生部４００が発生するように、制御信号Ｖｃを正の電圧信号ｃ１で出力する。これに伴い、計測信号Ｖｂは０Ｖに遷移する。
【００２３】
時点ｔ２において、制御信号発生部３００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）以内であると判定し、制御信号Ｖｃを計測信号Ｖｂが０Ｖを保つために必要なデューティー比のパルス幅変調信号に切り換え、計測信号Ｖｂの変動が所定の範囲を超えるまでの期間（時点ｔ２〜ｔ３）、制御信号Ｖｃを出力し続ける。
【００２４】
時点ｔ３において、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ｖ２に跳ね上がったので、制御信号発生部３００は計測信号Ｖｂが０Ｖになるように、駆動信号Ｉｂの電流値として負の電流値ｉ２を駆動信号発生部４００が発生するように、制御信号Ｖｃを負の電圧信号ｃ２で出力する。これに伴い、計測信号Ｖｂは０Ｖに遷移する。
【００２５】
時点ｔ４において、制御信号発生部３００は、計測信号Ｖｂの変動が所定の範囲以内であると判定し、制御信号Ｖｃを計測信号Ｖｂが０Ｖを保つために必要なデューティー比のパルス幅変調信号に切り換え、計測信号Ｖｂの変動が所定の範囲を超えるまでの期間（時点ｔ４〜ｔ５）、制御信号Ｖｃを出力し続ける。
【００２６】
時点ｔ５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ｖ３に下がったので、制御信号発生部３００は計測信号Ｖｂが０Ｖになるように、駆動信号Ｉｂの電流値として正の電流値ｉ３を駆動信号発生部４００が発生するように、制御信号Ｖｃを正の電圧信号ｃ１で出力する。これに伴い、計測信号Ｖｂは０Ｖに遷移する。
【００２７】
時点ｔ６において、制御信号発生部３００は、計測信号Ｖｂの変動が所定の範囲以内であると判定し、制御信号Ｖｃを計測信号Ｖｂが０Ｖを保つために必要なデューティー比のパルス幅変調信号に切り換え、計測信号Ｖｂの変動が所定の範囲を超えるまでの期間（時点ｔ４〜ｔ５）、制御信号Ｖｃを出力し続ける。
【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、駆動信号発生部４００を１００％幅の電圧信号で制御する場合の消費電力に比べ、１００％未満のデューティー比のパルス幅変調信号で制御することにより消費電力をデューティー比に応じて低く抑えることができる。従って、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にパルス幅変調信号で駆動信号発生部４００を制御することにより、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の磁場補償コイル１０１と第２の磁場補償コイル１０２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軸にも構成し、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の３軸用の磁気センサー２００で構成すれば、Ｘ，Ｙ，Ｚ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…第１の磁場補償コイル、１０２…第２の磁場補償コイル、２００…磁気センサー、３００…制御信号発生部、４００…駆動信号発生部。
【図１】
2011159668.tif 000003
【図２】
2011159668.tif 000004