(57)【要約】【課題】磁場の強度を可変とすることができ、特に、高い磁場を必要とするＭＲＩ用永久磁石装置や加速器用永久磁石装置の組立時や分解時の危険性や困難さ等の問題を解消することができる永久磁石の磁気回路及びそれを用いた永久磁石装置を提供する。【解決手段】この出願の発明による永久磁石の磁気回路は、特定方向に磁化が配向した一対の永久磁石（２）と、これら一対の永久磁石（２）を、相対的に磁化の向きが連続的又は非連続的に変化するように少なくとも一方の永久磁石（２）を回転配置させる機構を備え、磁場の強度を可変としたことを特徴とする。【選択図】図１
2007129050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定方向に磁化が配向した一対の永久磁石と、これら一対の永久磁石を、相対的に磁化の向きが連続的又は非連続的に変化するように少なくとも一方の永久磁石を回転配置させる機構を備え、全体の磁場の強度を可変としたことを特徴とする永久磁石の磁気回路。
【請求項２】
一対の永久磁石が、断面が円形又は多角形である棒状永久磁石であることを特徴とする請求項１記載の永久磁石の磁気回路。
【請求項３】
磁化の向きが棒状永久磁石の軸方向に対して垂直な面内であることを特徴とする請求項２に記載の永久磁石の磁気回路。
【請求項４】
少なくとも一方の永久磁石を回転配置させる前記機構が、一方の永久磁石を他方の永久磁石に対して連続的に回転させることにより、一方の磁化の向きを他方の磁化の向きに対して連続的に変化させる永久磁石回転機構であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の永久磁石の磁気回路。
【請求項５】
永久磁石回転機構が電動モーターであり、少なくとも一方の永久磁石に設けられた歯車を介して永久磁石を回転させることを特徴とする請求項４に記載の永久磁石の磁気回路。
【請求項６】
永久磁石回転機構が超音波モーターであることを特徴とする請求項４又は５に記載の永久磁石の磁気回路。
【請求項７】
磁場の強度をゼロから最大値まで自在に可変できることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の永久磁石の磁気回路。
【請求項８】
磁場の強度を検出する磁場強度検出手段を備え、この磁場強度検出手段の検出結果に基づいて磁場の強度を制御することを特徴とする請求項４から７のいずれかに記載の永久磁石の磁気回路。
【請求項９】
少なくとも一方の永久磁石を回転配置させる前記機構が、断面が多角形である棒状永久磁石の形状に対応する相補形状の永久磁石収容空間を有し、前記永久磁石収容空間に棒状永久磁石を磁化の向きが異なるように収容可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の永久磁石の磁気回路。
【請求項１０】
磁場の強度を完全にオン・オフさせることができることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の永久磁石の磁気回路。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の永久磁石の磁気回路を一単位とし、複数単位の永久磁石の磁気回路を組み合わせて構成されることを特徴とする永久磁石装置。
【請求項１２】
永久磁石装置の組立時又は分解時に各永久磁石の磁気回路が発生する磁場の強度を完全にゼロ又は符号を含めて一定値以下とすることができることを特徴とする請求項１１に記載の永久磁石装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、永久磁石の磁気回路及びそれを用いた永久磁石装置に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、磁場の強度を可変とすることができ、特に、高い磁場を必要とするＭＲＩ用永久磁石装置や粒子加速器用永久磁石装置において、これら永久磁石装置の組立時や分解時の危険性や取り扱い困難さ等の問題を解消することができる永久磁石の磁気回路及びそれを用いた永久磁石装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石はモーター、アクチュエーター、発電機、磁気分離器、磁性物除去器、水処理器や、さらに小さな物では健康器具など、そして大きなものではＭＲＩ用磁石装置や粒子加速器用磁石装置などで幅広く利用されている。なかでもサマリウム、ネオジウム等を成分とした希土類磁石は残留磁場強度が１テスラ（Ｔ）を超えるほど高く、これらの永久磁石材料を用いて永久磁石装置を組み立てるには、永久磁石の強い吸引力と反発力に打ち勝つだけの特別の工具・ジグを作る必要がある。また希土類磁石は衝撃に弱く割れや欠けが発生しやすいのでそのような観点からも専用の頑丈な工具・ジグ等が必要とされる。しかし工具・ジグを使ってさえも希土類磁石の磁力自体の強さは変わることがないので、精密作業などは困難が伴い、作業自体に危険も伴い、熟練者に任されることが多い。
【０００３】
また、永久磁石はしばしば航空機で運搬されることがあるが、一般には航空機では磁石類は火薬や放射性物質と同様に“有害物件”として分類されている。これは磁石を電子制御機器に近づけたり航空機に持ち込むと計器盤・制御盤に影響し、故障や事故につながる怖れがあるからといわれている。そのためジェット機などの航空機で磁石類を運搬できる基準に達するためにはこれを大きな箱で梱包する必要があり、その梱包箱の表面上での漏れ磁場強度を自然界の磁場と同程度まで遮蔽しないといけない規則となっている。そのためには梱包箱は永久磁石から大きな空間を隔てかつ鉄板などで周囲を囲むことで対処をする必要がある。またペースメーカーなど電子医療機器を装着した人へ磁石を近づけることは危険で医療機器の正常な動作を損なう恐れもあり、このための技術的対策は立てられていないのが現状である。
【０００４】
従来の技術としてただ一つだけ古典的な方法で磁石のオン・オフをする永久磁石装置がある。それはマグネトチャックと呼ばれるものである。これは磁気回路中に回転磁石を設置し、永久磁石を９０度回転することで、磁気回路に空隙（ギャップ）を作り、磁束を分岐させることで磁気抵抗を上げて磁石としての力を弱めることができるものである。しかしながら、この技術の難点は、用途が加工物等を固定するためのチャッキングに限定されること、またこの出願の発明者が先に発明した、残留磁場を超えるような飽和鉄心効果を利用した強い磁気回路に適用した場合、磁束の漏れが生じその分岐効果が弱くなり十分な効果が発揮されないことなどである。
【０００５】
また、従来の永久磁石の多くは磁場強度が固定された一定強度の状態で使用するものであった。可変の磁場強度とする方法としては、異方性小磁石の向きを変えて中空のリング状にしたもの（ハールバッハ型磁石あるいはＲＥＣ磁石とも呼ばれる）を多層にして回転させる方法があるが、この方法では磁石の構成が中空のリング電磁石等に限定的になり、一般的な可変磁石をつくることが困難であるという欠点がある。
【０００６】
さらに、永久磁石には材料そのものが温度によって残留磁場が変化する等の問題もあり、たとえば１％程度以下で磁場強度が一定になって欲しい場合等には、その影響は大きく、磁場の安定性という点で問題があった。この問題を解決するため、従来は、温度係数の符号の異なる材料を一定の量だけ並列回路に挿入することで全体の温度係数を小さくする方法がとられていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、この出願の発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、磁場の強度を可変とすることができ、特に、高い磁場を必要とするＭＲＩ用永久磁石装置や加速器用永久磁石装置において、これら永久磁石装置の組立時や分解時の危険性や困難さ等の問題を解消することができる永久磁石の磁気回路及びそれを用いた永久磁石装置を提供することを課題とする。
【０００８】
また、この出願の発明は、応用できる範囲がその磁石の構造や構成に限定されず、応用範囲が広く、弱い磁気回路から超伝導磁石並みの極めて強い磁気回路に適用してもその機能を発揮し、周囲温度が変化しても安定した磁場を維持することができる永久磁石の磁気回路及びそれを用いた永久磁石装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この出願の発明は、上記課題を解決するため、第１には、特定方向に磁化が配向した一対の永久磁石と、これら一対の永久磁石を、相対的に磁化の向きが連続的又は非連続的に変化するように少なくとも一方の永久磁石を回転配置させる機構を備え、全体の磁場の強度を可変としたことを特徴とする永久磁石の磁気回路を提供する。
【００１０】
また、第２には、上記第１の発明において、一対の永久磁石が、断面が円形又は多角形である棒状永久磁石であることを特徴とする永久磁石の磁気回路を提供する。
【００１１】
また、第３には、上記第２の発明において、磁化の向きが棒状永久磁石の軸方向に対して垂直な面内であることを特徴とする永久磁石の磁気回路を提供する。
【００１２】
また、第４には、上記第１から第３のいずれかの発明において、少なくとも一方の永久磁石を回転配置させる前記機構が、一方の永久磁石を他方の永久磁石に対して連続的に回転させることにより、一方の磁化の向きを他方の磁化の向きに対して連続的に変化させる永久磁石回転機構であることを特徴とする永久磁石の磁気回路を提供する。
【００１３】
また、第５には、上記第４の発明において、永久磁石回転機構が電動モーターであり、少なくとも一方の永久磁石に設けられた歯車を介して永久磁石を回転させることを特徴とする永久磁石の磁気回路を提供する。
【００１４】
また、第６には、第４又は第５の発明において、上記永久磁石回転機構が超音波モーターであることを特徴とする永久磁石の磁気回路を提供する。特に超音波モーターを使用する場合は、強い外部磁界中においても動作が可能で、これは他の方法では不可能である。
【００１５】
また、第７には、上記第４から第６のいずれかの発明において、磁場の強度をゼロから最大値まで自在に可変できることを特徴とする永久磁石の磁気回路を提供する。
【００１６】
また、第８には、上記第４から第７のいずれかの発明において、磁場の強度を検出する磁場強度検出手段を備え、この磁場強度検出手段の検出結果に基づいて磁場の強度を制御することを特徴とする永久磁石の磁気回路を提供する。
【００１７】
また、第９には、上記第１から第３のいずれかの発明において、少なくとも一方の永久磁石を回転配置させる前記機構が、断面が多角形である棒状永久磁石の形状に対応する相補形状の永久磁石収容空間を有し、前記永久磁石収容空間に棒状永久磁石を磁化の向きが異なるように脱着自在に収容可能であることを特徴とする永久磁石の磁気回路を提供する。
【００１８】
また、第１０には、上記第１から第９のいずれかの発明において、磁場の強度を完全にオン・オフさせることができることを特徴とする永久磁石の磁気回路を提供する。
【００１９】
また、第１１には、上記第１から第１０のいずれかの永久磁石の磁気回路を一単位とし、複数単位の永久磁石の磁気回路を組み合わせて構成されることを特徴とする永久磁石装置を提供する。
【００２０】
さらに、第１２には、上記第１１の発明において、永久磁石装置の組立時又は分解時に各永久磁石の磁気回路が発生する磁場の強度を完全にゼロ又は符号を含めて一定値以下とすることができることを特徴とする永久磁石装置を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
この出願の発明によれば、シンプルな構成で永久磁石の発生する磁場の強度を可変させることができ、そのオン・オフはもとより、ゼロから最大値までスムーズに可変させることができる。そして、この出願の発明によれば、特に、高い磁場を必要とするＭＲＩ用永久磁石装置や粒子加速器用永久磁石装置において、これら永久磁石装置の組立時や分解時の危険性や 取り扱い困難さ等の問題を解消することができる
また、この出願の発明は、その効果を応用できる範囲が磁石の構造や構成に限定されず広範で、一般性が高い。
【００２２】
また、この出願の発明は、弱い永久磁石磁気回路から５Ｔ（テスラ）のような超伝導磁石並みの極めて強い永久磁石磁気回路に適用しても、その機能は変わらない。このように磁場が強い場合は従来のマグネットチャックのように磁気回路の経路を修正する方法では不可能である。
【００２３】
また、この出願の発明によれば、温度による残留磁場変化を磁気センサーで検知してこれをフィードバックすることで、温度補償が可能であり、磁場を高い精度で長時間一定に保つことができる。
【００２４】
さらに、この出願の発明によれば、放射線被爆による残留磁場などの劣化も上記と同様のフィードバックによってこれを補償することが可能である。
従来の方法ではこのいずれの問題に対しても対処できなかった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００２６】
この出願の発明による永久磁石の磁気回路は、特定方向に磁化が配向した二つの永久磁石を対にして、これら一対の永久磁石を、相対的に磁化の向きが連続的又は非連続的に変化するように少なくとも一方の永久磁石を回転配置させる機構をもたせて一単位（ユニット）とする。
【００２７】
一対の永久磁石は、断面が円形又は多角形である棒状永久磁石とすることができる。断面が多角形の場合、その角数は任意とすることができ、磁化の向きを変化させることできるように正多角形であることが好ましい。この場合、永久磁石の磁化の向きは、棒状永久磁石の軸方向に対して垂直な面内であることが好ましい。
【００２８】
この出願の発明では、少なくとも一方の永久磁石を回転配置させる前記機構は、一方の永久磁石を他方の永久磁石に対して連続的に回転させることにより、一方の磁化の向きを他方の磁化の向きに対して連続的に変化させる永久磁石回転機構とすることができる。
【００２９】
また、この出願の発明では、少なくとも一方の永久磁石を回転配置させる前記機構は、断面が多角形である棒状永久磁石の形状に対応する相補形状の永久磁石収容空間を有し、前記永久磁石収容空間に棒状永久磁石を磁化の向きが異なるように収容可能であるものとすることができる。
【００３０】
この出願の発明による永久磁石の磁気回路の第１の構成例を図１及び図２に模式的に断面図で示す。図中（１）は非磁性体ケース、（２）は異方性永久磁石、（３）は磁化の方向を示す。なお、これらの図中、便宜的に、異方性永久磁石（２）は回転するもののみ示してある。
【００３１】
異方性永久磁石（２）は柱状であり、その軸に垂直な方向が磁化の向きとなっている。図１では円柱状の異方性永久磁石（２）の両方がそれぞれ０から３６０度まで連続的に回転可能となっており、図２では円柱状の異方性永久磁石（２）の一方が固定され、もう一方が０から３６０度まで連続的に回転可能となっている。
【００３２】
異方性永久磁石（２）を回転させる永久磁石回転機構（図示せず）としては、従来公知の各種の回転機構を用いることができるが、典型的には電動モーター、超音波モーターを用いることができる。電動モーターを用いる場合には、異方性永久磁石（２）に歯車を取り付け、回転駆動力を伝達させるようにする。この場合、ギア減速機構を設けてもよいし、設けなくてもよい。また、超音波モーターを用いる場合には、ダイレクトドライブが可能で、磁気の影響を与えない利点があり、強い外部磁場中での動作が初めて可能となった。また大口径の中空モータでの動作が可能である。
【００３３】
異方性永久磁石（２）はそれぞれの磁化の向きが互いに反対となったときに発生する磁場の強度はゼロ（オフ状態）となり、同じ方向となったときに最大の強度（オン状態）となる。そして角度を 連続的に変化させることによりゼロから最大値まで連続的に変化させることができる。もちろん、不連続的に変化させることも可能である。
【００３４】
この出願の発明による永久磁石の磁気回路の第２の構成例を図３及び図４に模式的に断面図で示す。図３及び図４において図１及び図２と同様な要素には同じ符号を付してあり。また、同様に、これらの図中、便宜的に、異方性永久磁石（２）は回転配置できるもののみ示してある。
【００３５】
異方性永久磁石（２）は柱状であり、その軸に垂直な方向が磁化の向きとなっている。図３では断面多角形の柱状の異方性永久磁石（２）の両方がそれぞれ０から３６０度まで不連続的（間欠的）に回転配置可能となっており、図４では断面多角形の柱状の異方性永久磁石（２）の一方が固定され、もう一方が０から３６０度まで不連続的（間欠的）に回転配置可能となっている。
【００３６】
異方性永久磁石（２）を非磁性体ケース（１）内に磁化の向きが異なるように収容可能とするため、非磁性体ケース（１）には、断面が多角形である棒状の異方性永久磁石（２）の形状に対応する相補形状の永久磁石収容空間が形成されている。回転配置可能な異方性永久磁石（２）はその永久磁石収容空間に着脱自在に収容できるようになっている。磁化の向きを変えるときには、異方性永久磁石（２）を取り出して、磁化の向きが変わるように異方性永久磁石（２）の角度を所定角度だけ回転させて、再び非磁性体ケース（１）の永久磁石収容空間に収容させる。
【００３７】
異方性永久磁石（２）はそれぞれの磁化の向きが互いに反対となったときに発生する磁場の強度はゼロ（オフ状態）となり、同じ方向となったときに最大の強度（オン状態 ）となる。そして角度を変化させることによりゼロから最大値まで不連続的に変化させることができる。
【００３８】
この出願の発明によれば、上記の一単位の永久磁石の磁気回路を複数単位用いてＭＲＩ用永久磁石装置や粒子加速器用永久磁石装置を構成することができる。その場合、各単位の永久磁石の形状、寸法は用途に応じて適宜設定することができる。このような構成とすると、永久磁石装置の組立時又は分解時に各永久磁石の磁気回路が発生する磁場の強度をゼロ又は一定値以下の弱磁場とすることができ、組立作業や分解作業の危険性、困難さ等の問題が解消される。
【００３９】
また、この出願の発明によれば、図１や図２の構成のような場合、一対の異方性永久磁石（２）の発生する磁場の強度を検出する磁場検出手段を設け、その検出結果を永久磁石回転機構にフィードバックさせて磁場の強度を制御することができる。このようにすると温度による残留磁場変化や、放射線被爆による残留磁場の劣化などを補償することができる。
【００４０】
また、この出願の発明は、弱い磁気回路から５Ｔ（テスラ）のような超伝導磁石並みの極めて強い永久磁石回路に適用しても、その機能は変わらない。
【００４１】
以上、この出願の発明を実施形態に基づいて詳細に説明したが、この出願の発明は上記実施形態に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この出願の発明による永久磁石の磁気回路の第１の例を模式的に示す断面図である。
【図２】この出願の発明による永久磁石の磁気回路の第２の例を模式的に示す断面図である。
【図３】この出願の発明による永久磁石の磁気回路の第３の例を模式的に示す断面図である。
【図４】この出願の発明による永久磁石の磁気回路の第４の例を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    非磁性体ケース
２    異方性永久磁石
３    磁化の向き
【図３】
2007129050.tif 000003
【図４】
2007129050.tif 000004
【図１】
2007129050.tif 000005
【図２】
2007129050.tif 000006