第章

3

電気工学研究第３章

電気工学研究 ● 目次

狛江研究所電気絶縁部

主任研究員

山崎

健一

狛江研究所電気絶縁部

主任研究員

河本

正

狛江研究所電気絶縁部長

上席研究員

藤波

秀雄

我孫子研究所生物科学部

上席研究員

重光

司

３−１

多機能型磁界測定器の開発 ……………………………………………………………………………………………… 33

３−２

生体内誘導電流評価 ……………………………………………………………………………………………………… 34

３−３

生物実験用強磁界発生装置の開発 ……………………………………………………………………………………… 38

山崎 健一（1992年入所）
電磁界の生物影響研究の電気工学研究に従事している。これまでに、生体内誘導電流評
価、多機能型磁界測定器の開発、生物実験用
磁界曝露装置の開発，ならびに磁界低減手法の確立に携わった。

藤波 秀雄（1978年入所）
ガス絶縁機器の絶縁技術、送変電設備の電磁環境に関する研究に従事している。電磁界研究では、電力設備周辺磁界評価および低減
方策、多機能型磁界測定器の開発、ならびに生物実験用磁界曝露装置の開発に取り組んだ。

32

河本正（1974年入所）
電力機器、送変電設備の電界・磁界解析に関する研究に従事している。電磁界の生物影
響研究においては、生体内誘導電流および磁界低減方策の数値計算評価を担当してきた。

重光司（13ページに掲載）

３−１

多機能型磁界測定器の開発
Z

3-1-1 はじめに

BR
Bmax

磁界の生物影響を解明する上で、工学研究は生物学的研究、疫学研究と密接なつながりをもっている。工学研

Bmin

究の果たす役割として、各種環境における磁界特性の評

B価、生体内誘導電流評価、生物実験用磁界曝露装置の設Y計などが挙げられ、当所の工学研究においては、これらベクトルBの軌跡の課題の研究を遂行し、前述の生物学的研究と併せて磁界の生物影響の総合的解明を目指した。本章では、磁界
Xの生物影響研究における電気工学研究の概要を紹介する。
また、本節では、電力設備周辺等、環境磁界の測定に用

図3-1-1３次元磁界ベクトルのパラメータの関係

いられる多機能型磁界測定器の開発研究についてのべる。
なお、本研究で対象とした周波数領域は、商用周波数をし、単一周波数の場合、楕円状の軌跡を描く 。これを

中 心 と す る 極 低 周 波 領 域 （ ELF ： Extremely Low

回転磁界と呼ぶことがある。

Frequency）である。

このような特徴を有する３相電力線周辺磁界を正確に記述するためには、楕円ベクトルに関連する各パラメー

3-1-2

タ、すなわち、合成磁界 BR、楕円半長径の実効値 Bmax、

環境磁界の特徴

楕円半短径の実効値 Bmin、および直交各軸の実効値 Bx、環境磁界の発生要因としては、送配電線や屋内配線に

By、Bz などを知る必要がある。

代表される電力設備からの商用周波磁界、家電機器や産業用電気機器の使用に伴う磁界、および電気鉄道等の輸

3-1-3

多機能型磁界測定器の開発

送システムから生じる磁界、建築物の鉄筋の残留磁気、などが挙げられる。

先に、３相電力線周辺磁界を正確に記述するためのパ電流の存在により周囲に磁界が生じ、磁界と電流とのラメータについて述べた。これらのパラメータを知るた

関係は、よく知られたビオ・サバールの法則により表さ

めに、磁界測定器には、これらのパラメータを測定可能れる。磁界発生源の形態により、磁界強度は、発生源とであることが要求される。しかしながら、各パラメータ

磁界観測点との距離の１乗から３乗に逆比例して減衰すを簡便に測定可能な測定器はなかったことから、本研究る。電流路の形態が単線の直線電流の場合、周辺磁界のでは、新たに多機能型磁界測定器として開発を行うこと

大きさは、電流の大きさに比例し、距離に逆比例する。

にした。

また、３相電力線からの磁界は２乗〜３乗に、電気製品からの磁界は３乗に逆比例することが知られている。

磁界測定のセンサ方式として、誘導コイル（サーチコイル）方式、ホール素子方式、フラックスゲート方式、

交流磁界の発生源が複数箇所ある場合、ある観測点に

磁気抵抗方式、磁気発振方式、磁気共鳴方式、量子干渉

おける磁界は、各磁界発生源からの磁界の寄与のベクト素子（SQUID）方式などがあるが、回路が簡素で小型

ル和となる。３相電力線のように、各発生源からの磁界化できることから、ここでは誘導コイル方式を用いるこ

成分の位相が異なる場合、観測点における磁界の直交３ととした。

軸の各成分間には位相差が生じる。このとき、磁界ベク

誘導コイル方式は、電磁誘導作用により誘導コイル

トル軌跡は、図 3-1-1 に示すように、ある平面上に存在（サーチコイル）に鎖交する磁束の大きさの時間変化に

電中研レビュー No.47 ● 33

対応した誘起電圧を測定するもので、周波数、コイルのにより、合成磁界の実効値 B R、各軸成分および Bmax、

巻数、磁束密度のコイル面に垂直な成分、およびコイル

Bmin など図 3-1-1 に示した３次元磁界ベクトルを記述すの面積にそれぞれ比例した出力が誘導電圧として得られるためのパラメータが測定可能であり、楕円磁界の形状

る。微小な環境磁界の測定に十分な感度を得るために、を知ることができる。なお、周波数帯域は、商用周波の巻数を増やし、強磁性体である鉄をコイルの心に用いた。

みの狭帯域を基本とし、10kHz までの広帯域モードも機

また、出力は周波数に比例するため、積分器を用いてフ能に追加している。

ラットな周波数特性となるように信号処理をしている。
表3-1-1

センサコイルは直交３軸方式を採用し、演算によりBmax および Bmin を測定可能とした。開発した測定器の外観を図 3-1-2 に、仕様を表 3-1-1 に示す。本測定器

センサ部
測定強度
分解能
周波数（選択）測定パラメータ

演算パラメータ
表示パラメータ

電

源

サイズ
重 量

図3-1-2開発した多機能型磁界計の仕様
３軸直交コイル内蔵（鉄心）0.01μT（0.1mG）〜２mT（20G）（自動レンジ切替）
最小レンジで0.01μT（0.1mG）１）商用周波狭帯域（5０Hzまたは6０Hzを選択可能）
２）広帯域（10Hz〜１kHz）
各種実効値
周波数（Z軸）軸合間相差（Z軸-X軸、Z軸-Y軸）
Bmax, Bmin（狭帯域時のみ）
BR（Resultant磁界）
１）Bx, By, Bz２）BR, Bmax, Bmin
（Bmax, Bminは狭帯域時のみ）
006P9V電池１個
バッテリ残存量表示付
200mm＊80mm＊55mm
750g（電池含む）

開発した多機能型磁界計の外観

３−２

生体内誘導電流評価
現在考え得る磁界の生体作用メカニズムとしては、磁3-2-1 研究の経緯

界が直接生体に作用するとする考え方よりも、２次的に生体中に誘導される電流の効果によるものとする仮説が低周波電磁界の生体作用を明らかにする研究において多く受け入れられており、各機関によって暫定的に定めは、生物試料を用いて直接的に影響の有無を調べる際に、られているガイドライン等 においても、外部磁界の生電磁界の物理的性質のうち、何が指標となり、生体のど

体影響の指標として体内誘導電流が用いられている。すの部位あるいは機能に作用するかということに着目する

なわち、生体中の情報伝達に電気が用いられているため、必要がある。また、各機関で行われる生物実験結果の比

誘導電流密度が 10mA/m2 を超えると情報伝達に何らか

較や解釈の際、作用量（ドーズ）としての磁界暴露条件の影響を与えるとするもので、許容磁界の基準値を決定が十分に明確化されることが求められる。このため、電する際にこの誘導電流密度から安全率を見込んで外部磁磁界の大きさや特性および２次的に体内に誘導される電界が算出される。この際の人体の模擬としては、単純な界・電流の特性を正確に把握することの重要性が認識さ単一媒質モデルが想定されることが多いが、実際の人体れている。

内部は臓器や組織ごとに導電率が異なり、電流分布もそ34

れらの影響を受け、複雑なものとなっていることが予想

電荷法 を適用した。これに基づき、新たに三角形表面される。

電荷法による３次元誘導電流計算コードを開発し 、ここのように、人体中の誘導電流分布を正確に把握するれを人体モデルへ適用することにした。電荷重畳法や表ことが強く求められているものの、これを生体中で計測

面電荷法による計算手法は、境界分割型の計算手法であすることは現状では不可能なため、多くは数値計算に頼り、各臓器などの人体構成要素の表面のみを模擬すればっている状況である。これまでに、インピーダンス法

よく、人体内全体を３次元要素により分割する必要のあ

境界要素法 、有限差分法 、TRIFOU コード（有限要る領域分割型の計算手法である有限要素法と比較して、

素法 + 境界要素法） などの数値計算手法を人体モデル

入力データ数が少なく、入力データの作成が容易である。

に適用した多くの論文が発表されており、生体内の誘導

また、構成要素の位置の移動や大きさを変化させて計算

電流分布の計算結果が示されてきた。これらの数値計算することも容易である。一方、曲面を三角形要素で模擬における問題点は、人体のモデル化についての妥当性でするため、表面近傍では誤差が大きくなることに注意があり、計算結果の実証ができないことに由来する。ラッ必要となる。

トなど動物に対して微小プローブを用いて誘導電流の実本数値計算手法による誘導電流計算において基礎とな測を行っている Miller らの研究 もあるが、数値計算とる方程式は、マクスウェルの方程式および構成方程式よの対比はなされていない。数値計算における人体モデル

り導かれる電界の式であり、これに媒質間の境界条件をのうち、解剖学的な３次元形状については MRI 画像に与えて解く

基づく数値データなど確かなものも用いられているもの

ャルとその勾配を表面電荷による作用として表わし、表の、最も重要と考えられる各臓器、組織の電気的性質す

面電荷の電荷量を未知数として計算する。今回開発した

なわち導電率については、論文ごとに大きな差異が見受

計算コードにおいては、電界も同時に存在する場に対しけられ、人体のモデリングにおける根本的な問題が解決ても適用可能である。

。表面電荷法では、電気スカラポテンシ

していない。なお、Gabriel らにより統一的な手法により各臓器の導電率の実測を行った論文が発表されている

3-2-3

人体モデルの構築

が 、低周波領域においては、誤差が大きいことが指摘されている。

人体内部のような多媒質系における誘導電流分布の基

当所の研究においては、はじめに微小プローブを用い本的な特徴を把握するために、表面電荷法の適用に適して、２媒質モデル中の誘導電流分布の把握を行い、またた形状である回転対称形の要素の組み合わせによる人体同モデルに対する電荷重畳法の適用による数値計算手法

モデルを構築した。模擬した臓器は、脳、心臓、肺、肝の開発などを行い、生体内誘導電流評価のための測定・

臓、腸の５臓器であり、それぞれ回転楕円体で模擬した。

数値計算手法を整備するとともに、単純な多媒質系でのまた頭部は球、胴体は回転楕円体で模擬した。肺につい

誘導電流特性を明らかにした 。次のターゲットとしてては、実際は心臓を取り囲むように配置されているが、人体全体に対する誘導電流分布を明らかにすることを目

今回は心臓の両側に独立して存在するものとして模擬し標とし、多媒質系における誘導電流分布の基本的な特徴た。また、身長は 1.7m とし、両腕は省略し、脚部は１を把握するための検討を行なった。以下にその内容につ本の円筒により模擬した。胴体の腹まわりの外径はいて述べる。検討事項は以下の通りである。

270mm とした。すなわち胴体部に仮定できる最大の円１）数値計算手法の開発（３次元表面電荷法）

ループは半径 135mm のループである。構築したモデル

２）回転対称形状により模擬した人体モデル構築と各臓器の形状とメッシュ形状を図 3-2-1 に示す。人体

３）人体内誘導電流分布評価

モデル全体の節点数は 2265 個、三角形要素数は 4400 個、未知数の数は 2265 個である。計算位置としては、磁界

3-2-2

数値計算手法方向と直交する指定断面全体において、10mm 間隔で計算点を設けた。

当所の研究では、磁界による誘導電流の計算に、表面

電中研レビュー No.47 ● 35

いことになるため、ここでは臓器部分以外の導電率を脳

0.11S/m に変更して用いた。モデル B は、Dawson ・Stuchly らの後期の文献 で用いられている値であり、心臓

Gabriel らの測定結果を一部引用したものである。モデ肺

ル C は、ユタ大学のデータに基づくもので、文献 にお肝臓いて用いられているものである。引用する導電率のデー

腸タの違いによって、生体各部位の導電率の値は大きく異なっており、特にモデル A と他の２つ（モデル B,C）とzzの差が際立っている。
yy

磁界条件および評価項目は以下の通りである。まず、磁界条件として、図 3-2-1 に示した直交３軸を定義し（X 軸：人体の正面−うしろ方向、Y 軸：人体の側面−

側面図

正面図

図3-2-1

側面方向、Z 軸：人体の直立方向）、それぞれの軸方向の一様磁界を別々に考えた。すべて磁束密度は 1 μ T

人体モデルの形状（実効値）とし、周波数は 50Hz とした。
はじめに、人体全体の誘導電界・電流分布を把握する

3-2-4

ために、磁界方向に直交する断面における誘導電界分布

人体モデル内誘導電流評価を求めた。次に各臓器に着目し、モデルの違いに対する先に述べたように、生体各部位の導電率の値について

誘導電流の大きさの比較を行った。

は種々の出典が混在しているため、誘導電流分布に対し人体全体の誘導電界・電流分布の計算結果の一例を図て大きな影響を与えることが予想され、本研究では人体

3-2-2 に示す。これは、磁界方向が Y 軸方向の時、これモデル内誘導電流の評価として、導電率の違いが誘導電に直交する人体断面における人体全体の誘導電界分布を流分布に与える影響に着目した検討を行なった。

等高線（等電界位置を結んだもの）により３軸方向の磁人体モデルの各部位に与える導電率の値として、代表界に対して示すものであり、４種類のモデルについて比的な３つの文献 〜 において用いられている生体各部位較している。断面の位置は人体の中心断面（Y=0 面）の導電率の値を用いて比較を行うことにした。これらのとした。計算位置の断面には心臓が存在するため、この導電率の値を表 3-2-1 に示す。比較のために一様媒質モ

周囲の電界分布が乱れているのが特徴である。

デルとして、人体全体に同一の導電率 0.2S/m を与えた。
次に、モデル A としては、文献 に用いられている値を一様媒質

基本的に用いた。この値は、文献 で用いられている値

モデルA

モデルB

モデルC

とほぼ同一である。これらの文献では、臓器部分以外の導電率として 0.1S/m が用いられているが、この値は肺と肝臓の導電率と同一であり、見かけ上臓器が存在しな
表3-2-1

計算に用いた人体各部位の導電率
単位：S/m

脳
心臓
肺
肝臓
腸
他部位

36

一様媒質

モデルA

モデルB

モデルC

0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2

0.75
0.70
0.10
0.10
0.03
0.11

0.06
0.10
0.08
0.07
0.50
0.35
（筋肉）

0.10
0.11
0.04
0.13
0.11
0.52
（筋肉）

図3-2-2磁界の直交する断面における誘導電界分布の例

もう一例の図 3-2-3 は、Z 方向磁界に対し、モデル A

12
一様媒質モデル
モデルA
モデルB
モデルC
IEC文書（一様媒質）
IEC文書（多媒質）の心臓中心断面（Z=1250mm）における誘導電界ベク
10

れらの電界ベクトルに導電率を乗じたものとなり、ベク
トルの方向は同じである。このケースでは、心臓へ集中する成分が示されており、すなわち臓器の膜にぶつかる
誘導電流成分があり、今回模擬していない膜の電気的特性によっては、分布に大きな変化が生じる可能性を示唆

誘導電流密度（μA/m2）

トルの分布を示したものである。誘導電流ベクトルはこするものである。

8

6

4

2

次に、各臓器の誘導電流の大きさに着目した検討を行った。磁界方向はこれまでの検討と同じように３軸方向

0
磁界方向

BxByBz脳をそれぞれ独立に考えた。対象とする臓器は、人体モデ
ルにおいて考慮した、脳、心臓、肺、肝臓、腸の５臓器

図3-2-4BxByBz心臓

BxByBz肺

BxByBz肝臓

BxByBz
腸各臓器への誘導電流の平均値である。検討する臓器モデルとして、３章において構築したモデルに、一様媒質モデル、モデル A、モデル B、

また、磁界方向の違いについては、今回の検討で用いたモデル C の４通りの導電率を与えたものに加えて、IEC

モデルにおいては、人体正面あるいは側面方向に存在す

文書に示されている誘導電流計算結果との比較も検討にる磁界による誘導電流が、直立方向の磁界による誘導電加えた。同文書においては、外部磁界として 1.26μT、

流よりも大きくなっているのが特徴である。

50Hz を用い、人体を一様媒質（0.1S/m）で模擬した場
合と、各臓器（12 臓器）に異なる導電率を与えた場合

3-2-5

生体内誘導電流評価研究の課題について検討が行われているが、ここでは比較の条件を同じにするため、一様媒質の導電率を 0.2S/m に変更し、本節では、当所にて行った生体内誘導電流評価研究の

外部磁界の条件を 1 μ T に変更して、誘導電流計算結果

概要について述べた。現在のところ、各種人体モデルのを換算した。各臓器の回転楕円体中心の楕円断面におけ妥当性についての合意は得られていないが、今後の発展る各軸上の平均値の比較を図 3-2-4 に示す。脳や心臓のが見込まれる分野である。本分野における今後の課題とように、モデルに与える導電率の値が大きく異なる臓器

して、以下が挙げられる。

において、誘導電流分布のばらつきが大きくなっている。

・統一モデルによる数値計算手法間の精度比較
・結果の評価手法の統一（誘導電流か誘導電界か、最大値か平均値か、人体全体か特定の臓器に着目するか、など）

肺・細胞膜のモデル化、および膜内外に誘導される電位差
心臓計算法の確立とその評価
・磁界と電界の重畳場における誘導電流計算法の確立とその評価
・電磁界の生体への作用メカニズムに向けた、生物学的研究と工学的研究の相互補完
先に述べたように、人体内誘導電流評価は、防護指針の根拠となるものであり重要であるため、今後の動向に※矢印の長さが誘導電界の大きさを表す。

注視する必要がある。
図3-2-3

心臓、肺断面での誘導電界分布

電中研レビュー No.47 ● 37

３−３

生物実験用強磁界発生装置の開発に、最大 10mT という大きな、かつ一様な磁界を得ることである。これまでに報告されている例では、電磁石の3-3-1 設 計 仕 様

微小ギャップなどを利用し、比較的容積の小さい曝露空低周波磁界の環境への影響に関する研究において、動間（例えば、シャーレ１個に対する曝露）に対して、物あるいは細胞などの生物試料に標準磁界を曝露させる

10mT 以上の磁界を発生させる装置が存在する

ための装置が必要となる。特に、生物試料を配置する比件のような広い空間に対する磁界曝露装置としては、同較的広い空間に対して、一様な磁界を発生させる技術に時に数個のシャーレを用いる細胞実験、あるいは小動物

ついては関心が高く、これまでにも様々な方式が提案さを用いた実験に用いられるもので、最大 5mT（22）や 2mT（23）れ、適用されてきた 。当所においても、小動物への磁などの報告があるのみであった。曝露コイルの駆動に必界曝露装置として、５重正方形コイル方式の多重コイル

要な電源容量は、磁界一様空間の辺長の３乗に比例し、の開発 や、これまでに提案されている正方形多重コイ

さらに発生磁界強度の２乗に比例して増加するため、実ルの一様性の比較に基づく Merritt 型３重および４重正現のためには電源方式にも工夫が必要となる。第２の点方形コイルの製作などを行ってきた。

は、対照空間への漏洩磁界条件の厳しさであり、要求仕が、本

その後当所では、細胞曝露用の強磁界発生装置を導入

様は、25m 離れた点の対照空間での、磁界上昇分が 0.01

することになり、設計手法の高度化、特に漏洩磁界計算

μT 以下である。また、設置箇所においては、対照空間

および電源容量計算における設計の簡便化・高度化を行と異なる方向の 35m の位置に動物飼育室があり、ここ

い、装置開発に適用した 。

での磁界上昇分も 0.01μT 以下とする必要がある。これ

本装置の特徴は、磁界の生体作用メカニズムの解明をまでに製作した多重コイルの延長では、この仕様に示さ目標として、磁界強度や周波数等、パラメータを大きくれた一様空間および磁界レベルと同時に漏洩磁界の条件

振ろうとするものであり、１辺 400mm の広い立方空間

を満たすことはできない。このため、漏洩磁界低減のたに対して、水平方向および垂直方向のそれぞれ最大めの新たな方策が必要となった。

10mT（100 ガウス、50Hz 時）の高レベルの磁界を発生させること、また限られた実験スペースに対照実験を行

3-3-2

磁界発生装置の設計・製作

う空間を置くため、ここへの漏洩磁界が厳しく制限されていることなどの仕様が示された。本装置の設計仕様を採用したコイル方式は、Merritt らの提案による４重正方形コイルである（24）。これは、磁界一様性に優れ、低表 3-3-1 に示す。
このうち、本装置実現のために困難な点は、以下の２周波磁界の生物影響研究の分野における磁界曝露装置の点に集約される。第１に 400mm 立方という大きな空間標準として多く用いられているコイル方式である。水

表3-3-1 設
磁界曝露装置
曝露空間容積発生磁界の種類
最大磁界
周波数
水平磁界方向対照実験空間位置
許容漏洩磁界

38

計

仕

様

400mm×400mm×400mm（磁界一様性：±３％以内、
インキュベ−タ外寸は600mm×570mm×600mm）
水平磁界、垂直磁界、回転磁界10mT（50Hzにおいて）DC〜1kHz（交流磁界の波形は正弦波）
地磁気と直交方向

曝露コイル中心より25m
上昇分0.01μT以内

平・垂直磁界を発生させるために２組の多重コイルを、ること、および水平・垂直２方向磁界の発生が可能であ

水平方向および垂直方向に直交配置するものとした。

ることの理由による。

Merritt ４重コイルでは、中心磁界に対して 3%以内の磁以上の検討をもとに、水平・垂直それぞれの曝露コイ

界一様性を持つ立方空間の大きさはコイル辺長の 60%でルおよび補償コイルの設計を行った。設計値を表 3-3-2

あり、今回の仕様では、一様立方空間の辺長が 400mmに、概念図を図 3-3-1 に示す。内側コイルを水平、外側であるので、必要なコイル辺長は 667mm となる。

を垂直磁界発生用のコイルとした。辺長 667mm に対し、

次に漏洩磁界対策として、磁界発生源側に補償コイル

コイル内に配置するインキュベータ寸法を考慮し水平曝を設ける方法を採用した。補償コイル方式は、能動型磁露コイル辺長を 860mm、水平補償コイル辺長を２倍の気シールド（アクティブシールド）として知られ、内側

1720mm とした。垂直コイルは水平コイルにかぶせて配コイルの電流に対して、外側コイルに適切な大きさの逆置するものとし、曝露コイル、補償コイルとも、コイル向きの電流を流すことによって、遠方での漏洩磁界を低

巻線部の厚みを考慮して、辺長を水平コイルより減させようとするものである。補償コイルによる能動シ

300mm 大きくした。それぞれのコイルの必要実効電流

ールドの利点として、強磁性体を用いた磁気シールドとに対し、巻線数はすべて 52/22/22/52 とし、通電電流値比較して、より効率的な設計が可能であり、かつシールド効果が磁界の大きさに依存しないため高磁界のシール

水平磁界補償コイル

ドが効果的に行えるという点がある。一方、補償コイルを設けることにより中心磁界も目減りするので、所定の垂直磁界補償コイル

中心磁界強度を得るためには主コイル、補償コイルとも
1.72m

電流を増やす必要があり、それに伴い必要電源容量が増加するという不利な点がある。

垂直磁界曝露コイル

磁界の生体影響研究の分野では、Wilson らの論文（23）に水平磁界曝露コイル

Merritt 型４重コイルを用いた同心型および隣接型の補償コイルの概念が示されている。また、Harvey（25）らの2.02m

提案による「８の字コイル」は隣接コイルも曝露空間と：曝露空間＊（400mm 400mm＊400mm）

して利用するもので、隣接型補償の一種と考えることができる。ここでは、同心型の補償コイルを採用した。こ図3-3-1

れは、全方向に対して効果的に漏洩磁界が低減可能であ

表3-3-2設計したコイルの概念図設計した磁界曝露装置のパラメータ
補償用コイル

曝露用コイル
水平磁界用
コイル方式

垂直磁界用

正方形４重コイル
860mm

巻

52巻（外側）、22巻（内側）

数

コイル位置

±435mm/±110mm

垂直磁界用

正方形４重コイル

コイル辺長
線

水平磁界用

1160mm±586mm/±149mm

最大発生磁界10mT（50Hz）

一様磁界空間400mm×400mm×400mm（＜3％）

2020mm

1720mm52巻（外側）、22巻（内側）±870mm/±220mm±1021mm/±259mm

最大磁界発生時（50Hz）の
110A

155A

−32A

−52A

コイルインピーダンス

5.6Ω

7.2Ω

13.3Ω

14.8Ω

コイル端子電圧

616V

1116V

426V

770V

67.8kVA

173.0kVA

13.6kVA

40.0kVA

コイル通電電流

必要電源容量電中研レビュー No.47 ● 39

により調整した。最大通電電流は、垂直曝露コイルの磁界曝露コイルのそれぞれ内側２本のコイルについては、

155A である。50Hz における必要電源容量の合計は、作業時に上下方向へ退避可能なものとした（エアシリン

251.3kVA と見積もられた。

ダーを用いた自動昇降機構。スイッチによる操作）。な

設置箇所における漏洩磁界分布と補償コイルなしの場

お、エアシリンダーは磁性材料を含んでいるため、磁界合の比較を図 3-3-2 に示す。水平・垂直とも 10mT の中の一様性を乱さないように、コイルの外側に設置した。

心磁界を発生させるものとし、計算位置の高さはコイル

電源部としては、小型高効率の特徴を有するスイッチ

中心軸上とした。この計算においては、コイル辺長を全ングアンプ方式（エヌエフ回路設計ブロック社製）を採て模擬した精密計算を行った。同図に示すように、補償用した。回転磁界は、発振器の２出力の位相差を移相器

コイルを適切に配置することにより漏洩磁界が大幅に低により調整することにより得るものとした。従来、４重減されていることがわかる。なお、設計仕様により、水コイルの各コイル間を直列に接続し、同一のアンプによ平磁界方向は地磁気と直交方向となるように配置するもり駆動していたものを、今回は使用したアンプモジューのとした。

ルの定格電圧の制限により、各コイルを別々に駆動する

本装置の製作にあたり、コイル部では、コイルの電磁ものとした。なお垂直曝露コイルを除き、内側２本の巻力に伴う振動を抑制するために、巻線間にエポキシ樹脂

線の少ないコイルについては２コイル直列接続による同を充填して固定した。硬化した樹脂中のわずかな空隙

時駆動とした。採用した方式では、各コイルの通電電流（ボイド）の存在も振動の原因となるため、樹脂の注入が同一であることの確認が重要となる。なお、補償コイ

は真空中で行った。また、コイル振動がインキュベータ

ルへの通電電流は、半固定抵抗を用いて、曝露コイルへへ伝わるのを防ぐため、インキュベータの支持台は、コの通電電流に対する規定の割合で供給するものとし、磁イル部分の床からは独立した基礎とした。コイルの発熱界レベルに関わらず、１つのボリューム操作のみで適切対策としては、水冷方式を用いた。コイル巻線として、な電流が補償コイルに流れるようにした。電源部の発熱

断面が正方形（8mm × 8mm）の銅線（純銅）の断面中対策としては、装置内部の空冷ファンおよび室内冷房で心に同じく正方形（5mm × 5mm）の空隙を設けたもの対処するものとした。
その他の考慮点として、以下の点に留意した。

を用い（断面積 39mm2）、その空隙に純水を循環させるものとした（冷却能力 19000kcal/hour、設定水温 20 度）。

１）対照実験区画には、曝露コイルと同一の外観およびまた、作業性の面から、インキュベータへの試料の出寸法の木製のダミーコイルを製作し、この中にインキ

し入れ時に障害となる、垂直磁界補償コイルおよび垂直ュベータを設置した。作業時のコイルの昇降機構も、

N

N
0.02μT
X

0

0

曝露中心

Y

Y
20

X

曝露中心

20

対照群位置

0.01μT
0.005μT

対照群位置0.05μT
40

検疫室

40

0.02μT
0.01μT

（m）
−20

0

20

40 （m）

補償コイルなしの場合（中心磁界：水平、垂直とも10mT）

図3-3-2

40

検疫室

（m）
−20

0

20

40 （m）

同心型補償コイルを用いた場合（中心磁界：水平、垂直とも10mT）

補償コイルの有無による漏洩磁界の比較

曝露装置と同一とした。
100

属は用いず外板を塩ビで製作し、内部の放熱板としては強化ガラスを用いた。また温度の管理は温水を循環する方式とした。また、温度と CO2 濃度のコントロー
ルは遠隔操作可能とした。
３）曝露室および対照実験室における漏洩磁界やコイル

磁束密度（＊10-1μT）

２）インキュベータとして、磁界一様性を乱さぬよう金

80
60
40

水平（測定値）
水平（計算値）
垂直（測定値）
垂直（計算値）20

冷却水の水温を随時、電源室でモニタ可能とした。
0４）磁界一様性を乱さぬよう建物の建材として鉄筋の使

0

50

100

150

200

曝露コイルへの通電電流用を避けた。
図3-3-3コイル通電電流に対する発生磁界

3-3-3 特 性 評 価
３）インキュベータ内磁界一様性・・・インキュベータ製作した磁界発生装置に対し、所定の要求仕様を満足することを確認するために、特性評価を行った。評価項
目と結果は以下の通りである。
１）強 度 特 性・・・コイル通電電流に対する発生磁界のリニアリティ、および所定の最大磁界強度（10mT）を設置したことによる磁界の乱れがないことの確認した。
４）漏 洩 磁 界・・・所定の漏洩磁界低減効果が得られていることを確認した。
５）その他・・・設備設置場所における背景磁界は、が得られることを確認した（図 3-3-3）。消費電力

0.02 μ T 〜 0.04 μ T であり、地磁気の大きさは 34 μ54.1kW に対し、皮相電力は、236.6kVA（設計値T 程度であった。また、コイル部の振動がインキュベ

251.3kVA）であった。
。

ータへは伝達されていないことを確認した。

２）磁界一様性・・・インキュベータ設置前の状態でコ
イル内の 400mm × 400mm × 400mm の立方空間にお以上の特性評価結果より、製作した磁界曝露装置は、設計仕様を満たしていることが確認された。

いて磁界の一様性が± 3%以内であることを確認した。

電中研レビュー No.47 ● 41