(57)【要約】  【課題】単純な機構にして、磁束線が平行で、一様均一な高強度の磁界を所定の空間内に生成することができる磁界生成装置を提供せんとするものである。  【解決手段】強磁性の素材を主材料とする正面形状が全体として閉曲線の一部を切除した形状を有するコアと、該コアの切除した端面間にギャップを形成し、この両端面の近傍位置からそれぞれ該コアの中点近傍位置まで、電気絶縁層を有しこの内部に電流を導通させ得る導線を巻回してなる二つのコイルと、を備え、前記両端面に同相の磁界を励磁させるように前記二つのコイルにそれぞれ所定の向きの電流を流すようにしたことを特徴とする磁界生成装置。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性の素材を主材料とする正面形状が全体として閉曲線の一部を切除した形状を有するコアと、該コアの切除した端面間にギャップを形成し、この両端面の近傍位置からそれぞれ該コアの中点近傍位置まで、電気絶縁層を有しこの内部に電流を導通させ得る導線を巻回してなる二つのコイルと、を備え、
前記両端面に同相の磁界を励磁させるように前記二つのコイルにそれぞれ所定の向きの電流を流すようにしたことを特徴とする磁界生成装置。
【請求項２】
コアが、正面形状が閉曲線状の基材の一部を切断除去してなる端面間に、ギャップを形成しつつ該端面同士を略対向配置させた形状に形成されることを特徴とする請求項１記載の磁界生成装置。
【請求項３】
前記全体として閉曲線の一部を切除してなる形状が、略Ｕ字形であることを特徴とする請求項１又は２記載の磁界生成装置。
【請求項４】
前記全体として閉曲線の一部を切除してなる形状が、略Ｃ字形であることを特徴とする請求項１又は２記載の磁界生成装置。
【請求項５】
基材が、方向性電磁鋼板を主材料として構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の磁界生成装置。
【請求項６】
閉曲線状の基材が、方向性電磁鋼板を巻回して形成された巻鉄心であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかにに記載の磁界生成装置。
【請求項７】
コアのコイルを形成する部分の正面形状が、直線形状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の磁界生成装置。
【請求項８】
コアのコイル形成部の内周面が平面形状であり、それら二つのコイル形成部の平面形状の内周面を互いに平行とすることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の磁界生成装置。
【請求項９】
両端面が、コアのコイル形成部の内側端部から互いに対向して突出した突条部を存して形成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の磁界生成装置。
【請求項１０】
突条部とコイル形成部の狭角がほぼ直角であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の磁界生成装置。
【請求項１１】
端面同士が、平行に形成されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の磁界生成装置。
【請求項１２】
端面における基材の外周面側の端部間を広くし、内周面側の端部間を狭くして、両端面間が平行よりも若干外開き状に形成されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の磁界生成装置。
【請求項１３】
前記全体として閉曲線の一部を切除してなる形状のコアが、少なくとも二つの部片からなることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の磁界生成装置。
【請求項１４】
コイルに流す電流が、直流であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の磁界生成装置。
【請求項１５】
コイルに流す電流が、交流であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の磁界生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
鉄心等からなる基材をコアとして、このコアに絶縁皮膜を有する導線を巻回してコイルを形成し、このコイルに電流を流すことによって、前記コアの端部を磁極化させ、その周囲の空間に磁界を生成するように構成される磁界生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基本的には、電磁石はエナメル線等の絶縁被覆された導線を棒状鉄心に巻回してコイルを形成して構成でき、該コイルに電流を流すことによって該棒状鉄心の両端にそれぞれ逆相の磁界が励磁し、所謂棒磁石と同様の磁界を周囲の空間に生成することができるというものである。また、所定の位置に生成される磁界の強さはコイルの巻数と、コイルに流す電流の強さに比例することが知られている。このような電磁石を利用し、棒状鉄心を曲げる等して略Ｕ字形又は略Ｃ字形に形成したコアの端部或いは端面に逆相の磁界を励磁させるように構成し、所謂Ｕ字磁石とほぼ同等の電磁石が得られることは広く知られており、産業界においても多用な場所で広範に応用されている。
【０００３】
このような従来の電磁石の代表例としては、特開２０００−２０８３２４号公報に記載の技術が上げられる。この技術は、強磁性材料をＵ字形に形成してなるコアに、コイルを形成し、両端面にそれぞれ逆相の磁界を励磁するように構成される磁界生成装置であり、建築物等に用いられる鉄骨や鉄筋等が帯びた磁気を消磁するための装置である。
【０００４】
上記の如くの従来の電磁石では、一方の極から他方の極へ向かう磁束線同士は、互いに各磁束線に対し垂直な方向の斥力を及ぼしあい、結果として、前記両極間には湾曲した磁界が生成されることにり、平行な磁界を形成することが出来なかった。
【０００５】
また磁極間の距離を遠ざけることで、磁束線の広がりは小さくすることができるものの、距離を遠ざけたことによるその空間の磁界の強さの著しい低下を招き、結果として高強度の磁界を生成することができないという問題を呈していた。
【０００６】
また、従来の電磁石の磁極間に形成される磁界は磁極間の位置によって強さが異なる不均一な磁界であり、一様均一な磁界を生成することができなかった。
【特許文献１】特開２０００−２０８３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、上記の如くの従来の問題点に鑑みてなされたものであり、単純な機構にして、磁束線が平行で、一様均一な高強度の磁界を所定の空間内に生成することができる磁界生成装置を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
強磁性の素材を主材料とする正面形状が全体として閉曲線の一部を切除した形状を有するコアと、該コアの切除した端面間にギャップを形成し、この両端面の近傍位置からそれぞれ該コアの中点近傍位置まで、電気絶縁層を有しこの内部に電流を導通させ得る導線を巻回してなる二つのコイルと、を備え、前記両端面に同相の磁界を励磁させるように前記二つのコイルにそれぞれ所定の向きの電流を流すようにしたことを特徴とする。
【０００９】
コアが、正面形状が閉曲線状の基材の一部を切断除去してなる端面間に、ギャップを形成しつつ該端面同士を略対向配置させた形状に形成されることを特徴とする
【００１０】
全体として閉曲線の一部を切除してなる形状が、略Ｕ乃至Ｃ字形であることを特徴とする。
【００１１】
基材が、方向性電磁鋼板を主材料として構成されることを特徴とする。
【００１２】
閉曲線状の基材が、方向性電磁鋼板を巻回して形成された巻鉄心であることを特徴とする。
【００１３】
コアのコイルを形成する部分が、直線形状であることを特徴とし、またコアのコイル形成部の内周面が平面形状であり、それら二つのコイル形成部の平面形状の内周面を互いに平行とすることを特徴とする。
【００１４】
両端面が、コアのコイル形成部の内周面端部から互いに対向して突出した突条部を存して形成されることを特徴とする。
【００１５】
突条部とコイル形成部の狭角がほぼ直角であることを特徴とする。
【００１６】
端面同士が、平行に形成されるか又は、端面における基材の外周面側の端部間を広くし、内周面側の端部間を狭くして、両端面間が平行よりも若干外開き状に形成されることを特徴とする。
【００１７】
全体として閉曲線の一部を切除してなる形状のコアが、少なくとも二つの部片からなることを特徴とする
【００１８】
コイルに流す電流が直流又は交流で、何れにしてもコアの両端面に励磁される磁界が同相となるようにそれぞれのコイルに電流を導通させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、順平行に励磁させた２つのコイルによって挟み込まれた空間内においては、同じ向きの磁束線間の斥力を逆に利用することによって、それぞれのコイルの端部近傍から出る磁束線同士が互いに逆向きに反発し、結果として該空間内における磁束線同士をほぼ平行とすることができ、従って該空間内の磁界を一様且つ高強度にすることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
この発明の好ましい実施の形態を、図を参照しながら以下に詳細に説明する。図１は、
本発明の斜視図、図２は本発明のコアの正面形状の一例を示す図であり、図３は図２の一変形を示す図である。図４は方向性電磁鋼板を巻回して形成されたコアの一端面の近傍の正面拡大図であり、図５は図４の一変形を示す図であり、突条部の長さを零とするように切除したコアの形状を示すものである。図６は本発明のコアのコイル形成部に対する絶縁被覆された導線の巻き方と、該導線の配線方法を示す図であり、図７は導線の巻き方と配線方法の一変形を示す図である。図８は、本発明の装置によって生成される磁界の様子を示す概念図であり、図９は正面形状が全体として略
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字形に形成されるコアが二つの部片から構成される本発明の一変形を示す図である。本実施の形態例の磁界生成装置は、正面形状が略
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字形で平坦な正面を有し、この面を該面に対して垂直に所定量引き延ばして得られる立体形状に形成されたコア(１)と、該コア(１)の対向する平行な直線状の二辺部分であるコイル形成部(2a)(2b)それぞれに対して、電気絶縁層を有しこの内部に電流を導通させ得る導線(３)を巻回してコイル(4a)(4b)を形成し、該コア(１)の対向配置された両端面(５)に、それぞれ常に同相の磁界を励磁させる向きの電流を導通させるように該導線(３)及び電源(６)を配線して構成される。
【００２１】
図１に示すように本発明のコア(１)は、強磁性の基材を、正面形状が略
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字形で平坦な正面を有し、この面を該面に対して垂直に所定量引き延ばして得られる立体形状に形成され主として二つのコイル形成部(2a)(2b)と、このコイル形成部(2a)(2b)の一端同士を繋ぐ略円弧形状部(７)と、該コイル形成部(2a)(2b)の他端それぞれに形成される計二つの突条部(８)と、これら二つの突条部(８)それぞれの先端である計二つの端面(５)と、この端面(５)間に形成されるギャップ(９)と、を以て構成される。
【００２２】
前記基材は、強磁性の素材、より好ましくは磁化率が高く残留磁化が少ない素材で、更に好ましくは方向性電磁鋼板を主材料として構成される。磁化率の高い素材をコア(１)の構成材料とすることで、一方向の電流をコイル(４)に導通させたときに励磁される磁界の強さが理論的に取り得る最大値により近づけることができ、また残留磁化が少ない素材をコア(１)の構成材料とすることで、交流のように流れる電流の向きが入れ替わるような交番電流を導通させる場合に、ある方向の電流によるコア(１)の残留磁化が少なく、次に逆方向の電流を導通させた場合に励磁される磁界が、該残留磁化の磁界によって弱められる分が小さくなり、よって効率のよい磁界生成を行うことができる。勿論、基材の材料としては、上記のものに限らず従来公知の材料や技術を用いることができることは言うまでもない。
【００２３】
そして、所定の幅、厚みを有する前記基材を、中心に略長方形の空隙を存して所定の長さ分だけ巻回し、その外周縁を略長円形として全体として幾何学的に閉曲線をなす巻鉄心を形成し、この正面形状が略長円形に形成された巻鉄心の一方の略円弧状の部分の一部を切除してギャップ(９)を形成し、且つ対向する二つの切断面を形成してコア(１)の端面(５)とすることによって、正面形状が略字形で前記方向性電磁鋼板の幅に等しい厚み若しくは奥行きを有する前記立体形状のコア(１)を形成することが好ましい。このように方向性電磁鋼板を加工してコア(１)形状を形成することによって、該電磁鋼板の高配向性の磁化特性を最大限に発揮させることができる。ただし、コア(１)形状は、大凡前記立体形状をなすものであればよく上述の如くの形成方法に限られるものではない。
【００２４】
また略円弧形状部(７)の一部を切除する際、該円弧状部(７)におけるコア(１)の内周面(10a)の直線部分を、両コイル形成部(２)の内周面(10b)からそれぞれ等しく幾らか残して切除し、該コイル形成部(2a)(2b)の内側端部から互いに対向して突出した突条部(８)を形成する。また図２に示すように切断面である端面(５)同士が互いに平行で且つコイル形成部(2a)(2b)に対しても平行となるように切除することが好ましいが、図３に示すように端面(５)における基材の外周面側の端部間(ｄ)を広くし、内周面側の端部間(ｄ')を狭くして、両端面(５)間を平行よりも若干外開き状に形成してもよい。
【００２５】
コイル形成部(２)は、正面形状が直線で二つのコイル形成部(2a)(2b)を互いに平行とし、またコア(１)のコイル形成部(2a)(2b)の内周面(10)を平面状に形成して該内周面(10)同士が互いに平行となるようにすることが好ましい。このようにコイル形成部(2a)(2b)同士を互いに平行な直方体状にすることによってコイル(4a)(4b)間の空間内に生成される磁界が正面から見た場合ほぼ一様な磁界とすることができる。また三次元的には、コア(１)の奥行きを調整することによって前記空間内に生成される磁界の様子を多少変化させることができる。従って、必要に応じてコア(１)の奥行きを定めることができ、奥行きは特に限定されない。
【００２６】
またコイル形成部(2a)(2b)の一端同士を繋ぐ略円弧形状部(７)の大きさ、即ち二つのコイル形成部(2a)(2b)の間の距離(Ｌ)は、任意に採ることができるがこの距離(Ｌ)が長いと、二つのコイル(4a)(4b)間の空間内に形成される磁界が弱まり、また磁束線が湾曲して一様でない磁界となるので、所望の磁界が得られるようにコイル(4a)(4b)の巻数やコイル(4a)(4b)に導通させる電流の強さに応じたものとすることが望ましい。
【００２７】
突条部(８)は、前記コイル形成部(2a)(2b)の他端それぞれに形成され、コア(１)のコイル形成部(2a)(2b)の内周面(10)から更に内側に向かって突設させ、突条部(８)同士を対向配置させてなる。これによって、それぞれのコイル(4a)(4b)から生成され端面(５)近傍に励磁される同相の磁界を互いに反発させつつ、両コイル(4a)(4b)間の空間内に効率的に閉じこめることができ、一様な強い磁界を作出すことができる。
【００２８】
また、突条部(８)の先端の端面(５)間に上述のように形成されるギャップ(９)を設けたことにより、コア(１)の内部に生成される磁界を効率的にコア(１)の外部に洩出させることができ、且つ洩出した磁束線を効率的にコイル(4a)(4b)間の空間に閉じこめることができ、且つ当該発明の装置の周囲の空間に生成される磁界を弱めることができる。
【００２９】
導線(３)は、電気絶縁層を有しこの内部に電流を導通させ得る導線(３)であればよく、従来公知の技術を用いることができる。ただし、導線(３)が細過ぎれば電気抵抗が大きくなり又、抵抗発熱量が増大し、導線(３)の焼き切れの原因となったり、磁界生成効率の低下を招くことになり、逆に導線(３)が太過ぎれば、巻数を増やすことができなくなったり、コア(１)に対する導線(３)の巻き作業の効率が低下する等の問題を生じることになるので、所望の磁界の強さとなるようにコイル(4a)(4b)の巻数とコイル(4a)(4b)に導通させる電流の強さに応じて導線(３)の抵抗率や線径等を適宜選択することが望ましい。
【００３０】
本発明においてこの好ましく使用される方向性電磁鋼板を巻回してなる巻鉄心の一部を切除して略
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字形に形成してなるコア(１)の一端面(５)の近傍の様子を図４に示した。この図においては、方向性電磁鋼板(Ａ)を巻回した巻鉄心の巻数は８回巻きとなっているが勿論、巻数は方向性電磁鋼板(Ａ)の厚み等に応じて任意に採ることができ何等限定されない。図４に示すように、この図におけるコア(１)の端面(５)は、巻鉄心の一部を切除して有限の長さの突条部(８)を存して該端面(５)を形成して構成されるが、端面(５)は、図５に示すように突条部(８)の長さを零とするように巻鉄心の一部を切除して端面(5')を形成してもよい。つまり、突条部(８)の長さは零から所定の有限の長さに採ることができ、その先端である切断面を端面(５)又は(5')とする。
【００３１】
本発明のコイル(4a)(4b)は、図６に示すように、上記導線(３)を用いてコア(１)の一方のコイル形成部(2a)にこの上端から下端にかけて、一定の巻回方向で所定回数巻回して一方のコイル(4a)を形成し、他方のコイル形成部(2b)にはこの上端から下端にかけて、先のコイル(4a)の巻回方向と逆方向で所定回数巻回してコイル(4b)を形成する。この場合には、前者のコイル(4a)の下端にある導線(３)の端部(11b)と後者のコイル(4b)の下端にある導線(３)の端部(11d)とを接続し、前者のコイル(4a)の上端にある導線(３)の端部(11a)を電源(６)の一方の端子に、後者のコイル(4b)の上端にある導線(３)の端部(11c)を電源(６)の他方の端子にそれぞれ接続するように配線する。このように配線することによって、コア(１)の両端面(５)に励磁される磁界が同相の磁界となり、互いに反発させることができる。勿論、導線(３)の巻き方による両コイル(4a)(4b)の状態及びそれらに電流を導通させるための電源(６)と該コイル(4a)(4b)の配線の仕方は、上記のものに限らず、図７に示すように、一方のコイル形成部(2a)にこの上端から下端にかけて、一定の巻回方向で所定回数巻回して一方のコイル(4a)を形成し、他方のコイル形成部(2b)にはこの上端から下端にかけて先のコイル(4a)の巻回方向と同方向で所定回数巻回してコイル(4c)を形成し、左側のコイル(4a)の下端にある導線(３)の端部(11b)と右側のコイル(4c)の上端にある導線(３)の端部(11e)とを接続し、左側のコイル(4a)の上端にある導線(３)の端部(11a)を電源(６)の一方の端子に接続し、右側のコイル(4c)の下端にある導線(３)の端部(11f)を電源(６)の他方の端子に接続するというように配線して、コア(１)の両端面(５)に同相の磁界を励磁させるようにすることもできる。つまり、或る巻き方と配線の結果、両コイル(4a)(4b)又は(4a)(4c)に電流を導通させたときに、コア(１)の両端面(５)に同相の磁界が励磁されるように構成されていればよく、従って、導線(３)は一連の一本の導線(３)によって二つのコイル(4a)(4b)又は(4a)(4c)を形成してもよく、また二本の導線(３)を用い一つのコイル(4a)(4b)又は(4a)(4c)に導線(３)を一本ずつあてて装置を構成してもよい。またコイル(4a)(4b)(4c)の巻数は、両コイル(4a)(4b)又は(4a)(4c)で異なる巻数とすることもできるが、基本的には両コイル(4a)(4b)又は(4a)(4c)の巻数を等しくしてコイル(4a)(4b)又は(4a)(4c)間の空間に生成される磁界を一様にする。
【００３２】
また、使用する導線(３)の全電気抵抗の大きさや、電流の導通時間等によっては、著しく発熱するので、発熱量が大きい場合には当該発明の装置に冷却手段を併用して冷却を行うことが好ましい。勿論、冷却手段は従来公知の技術を用いることができる。
【００３３】
電源(６)は、当該発明の装置に内蔵した内部電源型若しくは、当該発明の装置内には電源装置を含めず、外部の電源を接続できるようにした外部電源型とすることができ、何れの場合にも上述のように、コア(１)の両端面(５)に同相の磁界が励磁されるような配線となるように構成する。本発明の磁界発生装置においては、直流電流をコイル(4a)(4b)又は(4a)(4c)に導通させることもでき、交流電流を導通させることもできる。従って、本発明の装置では、この何れの場合においてもコア(１)の両端面(５)には常に同相の磁界が励磁されるという特徴があり、前者の場合には電源としては直流電源を、後者の場合には交流電源を、電源(６)として接続する。また電源(６)には従来公知の技術を用いることができる。
【００３４】
本発明の装置に直流又は交流の電流を導通させたときの或る瞬間における装置及びその周囲に生成される磁界は図８に示すようであり、この図は実測値に基づきコンピュータを用いた磁界生成シミュレータによって作成されたものである。この装置は、コイル形成部(2a)(2b)に一様な巻き方でその上端から下端にかけて導線(３)を巻いてコイル(4a)(4b)を形成したものであり、コア(１)の内外に模式的に記載した幾多の線はそれぞれ磁束線(12)を表したものである。この図からわかるように、コア(１)のコイル形成部(2a)(2b)の内部では、磁束線(12)が平行で且つ最も高密度になっていて最強の磁界領域で、次いで、両コイル形成部(2a)(2b)間の空間が、磁束線(12)が平行で且つかなり高密度で高強度の磁界領域となっていて、コア(１)の外周面の周囲の空間における磁界は磁束線(12)が湾曲していて且つ低密度であって比較的弱い磁界であることがわかる。またコイル形成部(2a)(2b)における導線(３)の巻き方は何等限定されるものではなく、必要に応じて適宜にコイル(4a)(4b)を形成することが好ましい。
【００３５】
図８に示す磁界とほぼ同様な磁界を生成し得るものとして、図９に示すように装置を構成することもできる。すなわち、正面形状が全体として略
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字形に形成されるコア(1')が、左右同形の略Ｌ字形の二つの部片(13)から構成され、これら二つの略Ｌ字形部片(13)をそれぞれ図９に示すように対向させて全体として略
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字形をなすように配置し、コイル(4a)(4b)又は(4a)(4c)の巻き方や配線及び電流の流し方は上記説明と同等に行うのである。このようにして、一部品から構成されるコア(１)の場合とほぼ同等の磁界を生成することができる。
【実施例１】
【００３６】
また、二つのコイル(4a)(4b)又は(4a)(4c)間の空間に平行な強い磁界を生成する方法としては、略Ｃ字形に形成された二つのコア(14)それぞれに絶縁被覆導線(３)を巻回してコイル(4a)(4b)又は(4a)(4c)を形成し、それらを図１０に示すように互いに対向配置させ、上端面(15)同士及び下端面(16)同士に同相の磁界が励磁されるように電流をそれぞれのコイル(4a)(4b)又は(4a)(4c)に導通させるように磁界生成装置を構成してもよい。ただし、この場合には、図２又は３或いは９等によるコイル(4a)(4b)又は(4a)(4c)間の空間に生成される磁界とほぼ同様の平行な磁界を生成することはできるが、それら図２又は３或いは９等の端面(５)間のギャップに生成されるようなコイル(4a)(4b)又は(4a)(4c)間の空間に生成される平行な磁束線の磁界に対して垂直な成分の磁束線からなる磁界を生成することができないという相違点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の斜視図
【図２】本発明のコアの形状の一例を示す正面図
【図３】図２の一変形を示す図
【図４】方向性電磁鋼板を巻回して形成されたコアの一端面の近傍の正面拡大図
【図５】図４の一変形を示す図
【図６】絶縁被覆導線の巻き方と該導線の配線方法を示す図
【図７】図６の一変形を示す図
【図８】コイル形成部全体に亘ってコイルを形成してなる本発明の装置によって生成される磁界の分布を示す図
【図９】コアが、二つの部片から構成される本発明の一変形を示す図
【図１０】平行磁界生成装置の一例を示す図
【符号の説明】
【００３８】
(１)コア
(1')コア
(2a)コイル形成部
(2b)コイル形成部
(３)導線
(4a)コイル
(4b)コイル
(4c)コイル
(５)端面
(5')端面
(６)電源
(７)円弧形状部
(８)突条部
(９)ギャップ
(10)内周面
(11a)端部
(11b)端部
(11c)端部
(11d)端部
(11e)端部
(11f)端部
(12)磁束線
(13)略Ｌ字形部片
(14)コア
(15)上端面
(16)下端面
(ｄ)外周面側の端部間
(ｄ')内周面側の端部間
(Ｌ)両コイル形成部間の距離
(Ａ)方向性電磁鋼板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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