JP2024049570A - Method for assembling a magnetic field generating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハルバッハ配列による磁界発生装置の組立方法に関する。 The present invention relates to a method for assembling a magnetic field generating device using a Halbach array.
永久磁石のハルバッハ配列は、磁石列において隣り合う磁石の磁化方向を90度ずつ回転させた配列で、磁石列の一主面側に磁界を集中させることができるため、ハルバッハ配列の磁石を対向させてデュアルハルバッハ配列とすることによって強力な磁界を得ることができる。ハルバッハ配列の磁界発生装置(磁気回路)は、放射光などの研究分野やリニアモータなどの産業分野で広く使用されており、例えば特許文献1に記載されている。
The Halbach array of permanent magnets is an arrangement in which the magnetization direction of adjacent magnets in a magnet row is rotated by 90 degrees, and since the magnetic field can be concentrated on one main surface side of the magnet row, a strong magnetic field can be obtained by facing the magnets in the Halbach array to form a dual Halbach array. Halbach array magnetic field generators (magnetic circuits) are widely used in research fields such as synchrotron radiation and industrial fields such as linear motors, and are described in, for example,
ハルバッハ配列による磁界発生装置(磁気回路)は、強力な磁界の形成が可能である反面、着磁方向が90度異なる磁石を隣り合うように配列させるため、磁石同士を近づけるにつれて磁石が回転する方向に力が働いてしまい、精度よく配列させてヨークに接着固定するのは非常に困難である。そのため、接着に際しては、冶具を用いて押さえつけながら、スライドさせて近づける必要がある。 While a magnetic field generator (magnetic circuit) using a Halbach array can generate a strong magnetic field, because magnets with magnetization directions differing by 90 degrees are arranged side by side, a force acts in the direction of rotation of the magnets as they are brought closer together, making it extremely difficult to arrange them precisely and glue them to the yoke. For this reason, when gluing, it is necessary to slide the magnets closer together while pressing them down with a jig.
特許文献2には、ハルバッハ配列の磁石列の組立方法において、着磁後の主極磁石と補極磁石とを磁石ユニットとして構成し、複数の磁石ユニットにおいて隣り合う補極磁石同士は離隔するように配置し、接着する組立方法が記載されている。また、特許文献3においては、ハルバッハ配列ではないが、着磁後の磁石を用いた磁界発生装置の組立方法として、組み立て冶具を用いることが記載されている。
特許文献2の組立方法においては、1つの主極磁石と2つの補極磁石を組み合わせた磁石ユニットを複数形成した後、各磁石ユニットを板状部材に固定するため、磁界発生装置の設計の自由度が小さい。また、組立てを容易にするためそれぞれのユニット間が離隔されているので、磁界発生装置の大型化が避けられない。さらに、組み立てには、組み立て用の冶具が必要になる。また、特許文献3の組立方法においても、組み立てのためだけの専用冶具を作製することになり、コスト高の要因となる。これらの冶具を用いる方法においては、被接着面に塗布した接着剤を掻きとるようにスライドさせるため、接着剤の多くが接着面から掻きとられてしまい、接着強度が不足する恐れがある。
In the assembly method of
本発明は、ハルバッハ配列による磁界発生装置を、磁石配列の設計の自由度が大きく、また、大型化させることなく、さらに、組立冶具を用いることなく、正確に組み立てることができる、磁界発生装置の組立方法の提供を目的とする。 The present invention aims to provide a method for assembling a magnetic field generator using a Halbach array, which allows for a high degree of freedom in the design of the magnet arrangement, does not increase the size, and can be assembled accurately without using an assembly jig.
本発明の磁界発生装置の組立方法は、複数の永久磁石がハルバッハ配列された磁石列と、前記磁石列が配置されるバックヨークとを有する磁界発生装置の組立方法であって、前記複数の永久磁石と複数の補助ヨークとを接着して複数の接着体を得る工程、前記複数の接着体を永久磁石の磁化容易方向に着磁し複数の磁化接着体を得る工程、前記磁石列の中央に位置させる磁化接着体の補助ヨークと、前記バックヨークとをボルト止めすることによって、前記磁化接着体を前記バックヨークに固定する工程、前記バックヨークに固定された前記磁石列の中央に位置する前記磁化接着体に隣り合う他の磁化接着体の補助ヨークと、前記バックヨークとをボルト止めすることによって、前記他の磁化接着体を前記バックヨークに固定する工程、前記バックヨークに固定された前記他の磁化接着体に隣り合うさらに他の磁化接着体の補助ヨークと、前記バックヨークとをボルト止めすることによって、前記さらに他の磁化接着体を前記バックヨークに固定する工程、を含むことを特徴とする。 The method for assembling a magnetic field generating device of the present invention is a method for assembling a magnetic field generating device having a magnet array in which a plurality of permanent magnets are arranged in a Halbach pattern and a back yoke on which the magnet array is arranged, and includes the steps of: bonding the plurality of permanent magnets to a plurality of auxiliary yokes to obtain a plurality of adhesive bodies; magnetizing the plurality of adhesive bodies in the magnetization easy direction of the permanent magnets to obtain a plurality of magnetized adhesive bodies; fixing the magnetized adhesive body to the back yoke by bolting the auxiliary yoke of the magnetized adhesive body located at the center of the magnet array and the back yoke; fixing the other magnetized adhesive body to the back yoke by bolting the auxiliary yoke of another magnetized adhesive body adjacent to the magnetized adhesive body located at the center of the magnet array fixed to the back yoke and the back yoke; fixing the still further magnetized adhesive body to the back yoke by bolting the auxiliary yoke of a further magnetized adhesive body adjacent to the other magnetized adhesive body fixed to the back yoke and the back yoke.
前記磁石列の中央部に位置させる前記磁化接着体の補助ヨークと前記バックヨークとは、皿ボルトによってボルト止めされており、他の磁化接着体及びさらに他の磁化接着体の補助ヨークと前記バックヨークとは、キャップボルトによってボルト止めされていることが好ましい。 The auxiliary yoke and back yoke of the magnetized adhesive body located in the center of the magnet row are preferably bolted with a countersunk bolt, and the auxiliary yoke and back yoke of the other magnetized adhesive body and the further other magnetized adhesive body are preferably bolted with a cap bolt.
前記キャップボルト用のボルト穴はボルト径に対してクリアランスを有していることが好ましい。 It is preferable that the bolt hole for the cap bolt has a clearance with respect to the bolt diameter.
複数の永久磁石がハルバッハ配列された一対磁石列と、前記一対の磁石列が配置される一対のバックヨークと、一対のバックヨークを磁気的に結合させる柱状部材とを有することが好ましい。 It is preferable to have a pair of magnet arrays in which multiple permanent magnets are arranged in a Halbach pattern, a pair of back yokes in which the pair of magnet arrays are arranged, and a columnar member that magnetically couples the pair of back yokes.
本発明によれば、ハルバッハ配列による磁界発生装置を、磁石配列の設計の自由度が大きく、また、大型化させることなく、さらに、組立冶具を用いることなく、正確に組み立てることができる、磁界発生装置の組立方法を提供することができる。 The present invention provides a method for assembling a magnetic field generator using a Halbach array, which allows for a high degree of freedom in the design of the magnet arrangement, does not increase the size, and can be assembled accurately without using an assembly jig.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明の組立方法で作製した磁界発生装置の一例を示す斜視図であり、図2は正面図、図3は側面図である。図1~3に示すように、磁界発生装置1は、板状のバックヨーク11に固定された一対の磁石列2aおよび2bが、柱状部材12により空隙(磁石列2aおよび2b間の距離は例えば8~15cm)を介して対向配置されている。磁石列2aおよび2bは、永久磁石21a、21b、および補助ヨーク22を備える。永久磁石21a、21bは、ネオジム磁石、アルニコ磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石などの異方性永久磁石である。バックヨーク11、補助ヨーク22、柱状部材12は鉄などの磁性部材によって形成されている。
The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an example of a magnetic field generator produced by the assembly method of the present invention, FIG. 2 is a front view, and FIG. 3 is a side view. As shown in FIGS. 1 to 3, the
次に、図2により、磁石列2aおよび2bにおける各永久磁石の磁化方向について説明する。磁石列2aおよび2bは、バックヨーク11の一主面(磁石列が配置されている側の面)に対して垂直な方向に磁化方向を有する主極磁石21a1および21b1(図中中央に位置する永久磁石と左右の端部に位置する永久磁石)と、主極磁石21a1および21b1の磁化方向から90°回転させた方向(一主面に平行な方向)に磁化方向を有する補極磁石21a2および21b2(前記主極磁石に挟まれた永久磁石)が交互に配列されている。
Next, the magnetization direction of each permanent magnet in
中央に位置する主極磁石21a1および21b1は図中上向きの磁化方向を有し、主極磁石21a1および21b1は互いに異なる磁極面を対向させるように配置されている。また、図中左右の端部に位置する主極磁石21a1および21b1は図中下向きの磁化方向を有し、主極磁石21a1および21b1は互いに異なる磁極面を対向させるように配置されている。さらに、磁石列2aの補極磁石21a2は、中央に位置する主極磁石21a1から離れる方向にそれぞれ磁化方向を有し、磁石列2bの補極磁石21b2は、中央に位置する主極磁石21a1に近づく方向にそれぞれ磁化方向を有している。なお、前記補極磁石21a2および21b2の磁化方向は磁界発生装置1の設計によって主極磁石21a1および21b1の配向方向から必ずしも90°回転させた方向でなくてもよく、例えば、45°、30°などの斜め方向でもよい。
The main pole magnets 21a1 and 21b1 located in the center have a magnetization direction facing upward in the figure, and the main pole magnets 21a1 and 21b1 are arranged so that their different magnetic pole faces face each other. The main pole magnets 21a1 and 21b1 located at the left and right ends in the figure have a magnetization direction facing downward in the figure, and the main pole magnets 21a1 and 21b1 are arranged so that their different magnetic pole faces face each other. Furthermore, the auxiliary pole magnets 21a2 of the
以上のような磁化方向を有する主極磁石と補極磁石とが配列された一対の磁石列2aおよび2bと、バックヨーク11、補助ヨーク22および柱状部材12とを磁気的に結合させることによって、一対の磁石列2aおよび2bが対向する空隙に強力な磁界を発生させることができる。なお、前記磁化方向とは、特定の方向に磁化容易方向を揃えるようにして(配向させて)製造された異方性永久磁石に対して、前記磁化容易方向と同じ方向に着磁を行った際の磁化の方向(S極からN極への方向)である。つまり、異方性永久磁石においては、基本的に、磁化容易方向(配向方向という場合もある)と磁化方向とは同じ方向である。
By magnetically coupling a pair of
以下、本発明の磁界発生装置の組立方法について図4~8を参照して説明する。図4は磁石と補助ヨークを接着して接着体を形成することを説明した図である。永久磁石21a1、補助ヨーク22は直方体状で、補助ヨーク22には図4における上面に、ネジ穴23が2か所設けられている。ネジ孔23は、後述する図15のボルト穴13に対応する位置に設けられている。永久磁石21a1の図4における上面および補助ヨーク22の下面を接着面とし、エポキシ接着剤やアクリル接着剤等の接着剤で接着し、接着体24a1を形成する。その他の永久磁石21a2、21b1、21b2についても同様に接着体24a2、24b1、24b2を形成する。この時、前記の通り、主極磁石となる21a1および21b1は、永久磁石の磁化容易方向をバックヨーク11の一主面に対して垂直な方向(図では補助ヨーク22の一主面に対して垂直な方向)に、補極磁石となる21a2および21b2は、永久磁石の磁化容易方向をバックヨーク11の一主面に対して平行な方向(図では補助ヨーク22の一主面に対して平行な方向)に配置して接着する。続いて、接着体に対して着磁を行う。主極磁石の接着体24a1、24b1の場合は図4のように接着面(補助ヨーク22の一主面)に対して垂直な方向に、補極磁石の接着体24a2、24b2の場合は接着面(補助ヨーク22の一主面)に対して平行な方向に着磁する。つまり、接着後に着磁を行う。以下、着磁後の接着体を磁化接着体という。このようにして複数の磁化接着体を準備する。すなわち、前記特許文献2のように主極磁石と補極磁石を組合せた磁石ユニットではなく、主極磁石の磁化接着体、補極磁石の磁化接着体を別々に準備する。従って、磁石配列の設計の自由度が大きくなる。
The method of assembling the magnetic field generating device of the present invention will be described below with reference to Figures 4 to 8. Figure 4 is a diagram explaining how to form an adhesive body by adhering a magnet and an auxiliary yoke. The permanent magnet 21a1 and the
次に、図5、6に示すように、磁化接着体24a1とバックヨーク11をボルトで固定する。磁化接着体24a1は磁石列2aの中央に配され、ボルト穴13hを介して皿ボルト13によって補助ヨーク22に開けられたネジ穴23によって固定される。磁化接着体24a1は皿ボルトによって固定されるので、正確に位置決めされる。
Next, as shown in Figures 5 and 6, the magnetized adhesive 24a1 and the
続いて、図7、8に示すように、磁化接着体24a2をバックヨーク11に固定する。上述のように磁化接着体24a2(永久磁石21a2)は磁化方向が接着体24a1(永久磁石21a1)に対して90°回転させた方向であるので、磁化接着体24a1に近づけるにつれて回転する方向に力がかかり、接着剤で接着するのは冶具を使わないと困難である。本発明の組立方法においては、ボルト穴をあけた補助ヨーク22に永久磁石21a2を接着後、着磁した磁化接着体24a2を、バックヨーク11に押さえつけつつ図の矢印(太線矢印)の方向に寄せて、ボルト穴14hを介してキャップボルト14によってボルト止めする。この時、ボルト穴14hはキャップボルト14に対してわずかにクリアランスを有しており、磁化接着体24a2を磁化接着体24a1に寄せながらボルト止めすることによって、磁化接着体24a1との間にすきまなく、正確に位置決めすることができる。従って、前記特許文献2のように、組立てを容易にするためのユニット間の離隔が不要となり、磁界発生装置を大型化させることがない。また、前記の組立方法によれば、組立て用の専用治具を用いることなく、正確な位置決めが可能となる。さらに、従来の着磁後に接着する方法では、塗布した接着剤を掻きとる方向に磁石を動かすため、接着層が薄くなりすぎて接着強度が不足する恐れがあるが、本発明の組立方法によれば、あらかじめ十分な接着強度で接着しておいた接着体をボルト止めするために強度が不足することがない。
Next, as shown in Figures 7 and 8, the magnetized adhesive 24a2 is fixed to the
さらに図2の磁石例2aのように、磁化接着体24a1と磁化接着体24a2も同様に固定する。これにより、正確に位置決めされている中央の磁化接着体24a1の位置を基準としてその他の磁化接着体を順次固定することで、磁石列2a側のすべての磁化接着体が正確に位置決めされて固定される。なお、上記においては、中央の磁化接着体24a1は皿ボルト13で、その他の磁化接着体はキャップボルト14によって固定する例を示したが、これに限られることはない。全てを皿ボルト13またはキャップボルト14でもよいし、両方を併用してもよい。また、その他の形状のボルトを使用しても構わない。
Furthermore, as in magnet example 2a in FIG. 2, magnetized adhesive 24a1 and magnetized adhesive 24a2 are fixed in the same manner. As a result, by sequentially fixing the other magnetized adhesives using the position of the accurately positioned central magnetized adhesive 24a1 as a reference, all of the magnetized adhesives on the
向かい合う磁石列2b側についても同様にして固定し、2枚のバックヨーク11間に柱状部材12を挟んで磁気回路が完成する。磁化接着体24a1~24b2の周りを非磁性材料アルミ、ステンレスなどで形成したサイドカバーで覆ってもよい。
The opposing
図9に示すように、補助ヨーク22の正面側または背面側に持ち手用の穴25を設け、持ち手26を差し込んで固定し、磁化接着体24をバックヨーク11に固定する際に持ち手26を用いて動かし、固定後持ち手26を外すようにしてもよい。これにより、補助ヨーク22とバックヨーク11の間に手を挟むなどの危険性が回避され、組み立て作業中の安全性が向上する。
As shown in FIG. 9, a
本発明は、ハルバッハ配列の磁界発生装置を、磁石配列の設計の自由度が大きく、また、磁界発生装置を大型化させることなく、さらに、組み立て冶具を用いることなく、正確かつ安全に組み立てることができる点において、産業上の利用可能性を有する。 The present invention has industrial applicability in that the Halbach array magnetic field generator has a high degree of freedom in the design of the magnet arrangement, and can be assembled accurately and safely without increasing the size of the magnetic field generator and without using assembly tools.
1 磁界発生装置
11 バックヨーク
12 柱部材
13 皿ボルト
13h 皿ボルト用ボルト穴
14 キャップボルト
14h キャップボルト用ボルト穴
2a 磁石列
2b 磁石列
21 磁石
21a1 主極磁石
21a2 補極磁石
21b1 主極磁石
21b2 補極磁石
22 補助ヨーク
23 ネジ穴
24 接着体
25 穴
26 持ち手
1. Magnetic field generator
11 Back Yoke
12 Pillar members
13 Flat head bolt
13h Bolt hole for countersunk bolt
14 Cap bolt
14h Bolt hole for cap bolt
2a Magnet array
2b Magnet array
21 Magnet
21a1 Main pole magnet
21a2 Interpolated magnet
21b1 Main pole magnet
21b2 Interpolated magnet
22 Auxiliary yoke
23 Screw holes
24 Adhesive
25 holes
26 Handle
Claims (4)
前記複数の永久磁石と複数の補助ヨークとを接着して複数の接着体を得る工程、
前記複数の接着体を永久磁石の磁化容易方向に着磁し複数の磁化接着体を得る工程、
前記磁石列の中央に位置させる磁化接着体の補助ヨークと、前記バックヨークとをボルト止めすることによって、前記磁化接着体を前記バックヨークに固定する工程、
前記バックヨークに固定された前記磁石列の中央に位置する前記磁化接着体に隣り合う他の磁化接着体の補助ヨークと、前記バックヨークとをボルト止めすることによって、前記他の磁化接着体を前記バックヨークに固定する工程、
前記バックヨークに固定された前記他の磁化接着体に隣り合うさらに他の磁化接着体の補助ヨークと、前記バックヨークとをボルト止めすることによって、前記さらに他の磁化接着体を前記バックヨークに固定する工程、
を含むことを特徴とする、磁界発生装置の組立方法。 A method for assembling a magnetic field generating device having a magnet array in which a plurality of permanent magnets are arranged in a Halbach array and a back yoke in which the magnet array is arranged, comprising the steps of:
a step of bonding the plurality of permanent magnets and the plurality of auxiliary yokes to obtain a plurality of bonded bodies;
a step of magnetizing the plurality of adhesive bodies in the magnetization easy direction of a permanent magnet to obtain a plurality of magnetized adhesive bodies;
a step of fixing the magnetized adhesive to the back yoke by bolting an auxiliary yoke of the magnetized adhesive located at the center of the magnet array and the back yoke;
a step of fixing the other magnetized adhesive body to the back yoke by bolting an auxiliary yoke of the other magnetized adhesive body adjacent to the magnetized adhesive body located at the center of the magnet row fixed to the back yoke and the back yoke;
a step of fixing the still further magnetized adhesive body to the back yoke by bolting an auxiliary yoke of the still further magnetized adhesive body adjacent to the still further magnetized adhesive body fixed to the back yoke and the back yoke;
A method for assembling a magnetic field generating device, comprising:
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