JP2018032844A - 電磁石強化のための磁気相転移利用 - Google Patents

Abstract

【課題】地雷対策船舶（ＭＣＭＶ）は水中の地雷や機雷を探索し、必要なら破壊するように設計されたタイプの船舶であるが、船掃海作業時において、当該ＭＣＭＶが自分自身で地雷・機雷を起爆するリスクを減少させる好適な方法が望まれていた。【解決手段】電磁石は、地雷除去用に制御された磁場を与えるために使用される。当該電磁石は、キュリー温度を有する材料から構成されており、該キュリー温度より高痕で格納されるが、使用の際には、キュリー温度より下の温度で配備される。【選択図】なし

Description

本願は、ここにその全体を参照文献として組み込む、２０１６年５月１７日に出願された英国特許出願第１６０８６８５．２号の優先権主張を伴うものである。

ここで説明される実施形態は、電磁石、特に、地雷除去システムおよび地雷対策船舶で使用するための電磁石に関する。

地雷対策船舶（ＭＣＭＶ）は水中の地雷を探索し、必要なら破壊するように設計されたタイプの船である。特定のタイプの地雷は近くの磁場変化を検出することにより起爆する。これらの磁気的に起爆する地雷は、航海に適した船舶が検出可能な磁気シグネチャを有することを原理として作動する。地雷が近くに船を検出することによって、地雷は起爆しかつ爆発する。

典型的に、ＭＣＭＶは磁場を作成する地雷除去モジュールを配備し、それにより付近の地雷を起爆する。地雷除去モジュールは、概してＭＣＭＶから水中に配備され、ケーブルに縛られている。モジュールは、水中に沈むことが可能であり、浮いてもよく、または、水面浮遊体から吊り下げられてもよい。縛るケーブルにより、モジュールは、それが前方に移動するに従い、ＭＣＭＶの後方に引きずられる。地雷除去モジュールによって作成される磁場が大きいほど、エミュレート可能な船舶の磁気シグネチャは大きくなる。

ホストのＭＣＭＶが自分自身で地雷を起爆するリスクを減少させるために、ＭＣＭＶは小さい磁気シグネチャを有するように構成される。また、動作中、地雷除去モジュールは、ＭＣＭＶ自身への危険性、および、地雷除去モジュールによる地雷の起爆から生じるダメージを最小にするため、ＭＣＭＶから十分遠い距離に配備されている。

本願発明は、無活動および格納されたときに、ホスト船舶の磁気シグネチャに対して実質的に無視できるインパクトをあたえつつ、電磁石配備に比べ比較的強力な磁場を作成することができる地雷除去装置を与えることである。

第１の態様に従い、制御された磁場を放出するためのシステムが与えられ、当該システムは、
磁気コアを有する電磁石であって、当該コアが強磁性またはフェリ磁性材料から成るところの電磁石と、
電磁石を格納するための格納手段と、
磁気コアを加熱するための加熱手段と、
を備え、当該加熱手段は、格納手段により格納するために、そのキュリー温度より高温に、磁気コアを加熱するように動作可能である、ことを特徴とする。

ある実施形態において、加熱手段は格納手段と一体化される。

ある実施形態において、コアは加熱手段により加熱するために電磁石から取り外し可能である。

ある実施形態において、加熱手段は磁気コアと一体化される。

加熱手段はカートリッジヒータを有してよい。

ある実施形態において、コアはひとつ以上のボアを含む。加熱手段はひとつ以上のボア内に配置されてよい。代替的に、ボアは加熱流体または熱伝達流体を有してもよい。流体はエンジン排気ガスであってもよい。

ある実施形態において、システムはコアを少なくとも部分的に包囲する絶縁材料を有してよい。

ある実施形態において、磁気コアのキュリー温度は、０℃から１００℃の範囲にある。ある実施形態において、磁気コアのキュリー温度は、５０℃から１００℃の範囲にある。

ある実施形態において、磁気コアは、フェライトから成る。磁気コアは単結晶フェライトから成ってもよい。

磁気コアは、ヒ化マンガン、ガドリニウム、酸化クロム（ＩＶ）、イットリウム鉄、テルビウム鉄合金、ニッケル３０鉄合金、キュプロスピネル(cupropspinel)、マンガン２５％のニッケルマンガン合金、ニッケル７０銅合金、シルベリン(silverin)４００、マンガン亜鉛フェライト、ニッケル亜鉛フェライト、マンガン銅フェライト、亜マンガン酸ランタンストロンチウム、および、ＹＡｌＦｅガーネットフェライトから選択される少なくともひとつの材料を有してよい。

ある実施形態において、格納手段は、地雷対策船舶の一部を形成する。

ある実施形態において、システムはさらに、磁気コアから熱が消散できるようにするための手段を有する。熱消散を可能にする手段は、熱が海水に消散するのを可能する手段を有する。

ある実施形態において、システムはさらに、温度センサを有する。

ある実施形態において、電磁石は地雷除去モジュール内部に配置され、格納手段は地雷除去モジュールを格納する手段を有する。

ある実施形態において、制御された磁場を放出するためのシステムを有する地雷対策システムが与えられる。

ある実施形態において、制御された磁場を放出するためのシステムを有する地雷対策船舶が与えられる。

第２の態様に従い、電磁石を格納するための方法が与えられ、当該電磁石は、磁気コアを有し、該磁気コアは強磁性またはフェリ磁性材料を有し、当該方法は、
電磁石への電力をスイッチオフする工程と、
磁気コアを、磁気コアのキュリー温度より高温に加熱する工程と、
その温度で磁気コアを保存する工程と
を有する。

ある実施形態において、磁気コアのキュリー温度は、０℃から１００℃の範囲にある。ある実施形態において、磁気コアのキュリー温度は５０℃から１００℃の範囲にある。

第３の態様に従い、磁気コアを有する電磁石が与えられ、磁気コアは強磁性またはフェリ磁性材料からなり、磁気コアのキュリー温度は０℃から１００℃の範囲にある。

ある実施形態において、磁気コアのキュリー温度は、５０℃から１００℃の範囲にある。

ある実施形態において、磁気コアはフェライトからなる。磁気コアは単結晶フェライトから成ってもよい。磁気コアは、ヒ化マンガン、ガドリニウム、酸化クロム（ＩＶ）、イットリウム鉄、テルビウム鉄合金、ニッケル３０鉄合金、キュプロスピネル(cupropspinel)、マンガン２５％のニッケルマンガン合金、ニッケル７０銅合金、シルベリン(silverin)４００、マンガン亜鉛フェライト、ニッケル亜鉛フェライト、マンガン銅フェライト、亜マンガン酸ランタンストロンチウム、および、ＹＡｌＦｅガーネットフェライトから選択される少なくともひとつの材料を有してよい。

ある実施形態において、地雷除去船舶から配備するための地雷除去モジュールが与えられ、当該地雷除去モジュールは、電磁石を有する。

図１は、説明する実施形態に従う地雷除去モジュールを配備するＭＣＭＶの略示図である。 図２は、空気コアソレノイド電磁石の略示図である。 図３は、説明するソレノイド電磁石の略示図である。 図４は、図３の電磁石に関する磁場と温度との関係を示すグラフである。 図５は、説明する実施形態の電磁石を使う方法のプロセスフロー図である。

概して、ここで説明する実施形態は、配備可能で、配備されないときはＭＣＭＶに格納されている地雷除去モジュールに関する。地雷除去モジュールが格納されている間にＭＣＭＶが地雷を起爆する危険を減少させるために、ここで説明する実施形態に従う地雷除去モジュールは、ＭＣＭＶの磁気シグネチャを有意に変更しないように設計されている。

ホストＭＣＭＶのリスクを最小限にしつつ効果的に動作するために、実施形態に従う地雷除去モジュールはＭＣＭＶから配備されたときに大きな磁場を作成するが（それによって近くの地雷を磁気的に起爆する可能性を増加させる）、船舶に格納されている間は小さいかまたは無視できる程度の磁場を作成することが所望される。

背景技術から読者が知るように、大きい永久磁石は大きい磁場を与えるが、ホスト船舶の磁気シグネチャを損なうことなく地雷対策船舶に格納することはできない。

また、永久磁石の替わりとして、地雷対策船舶内で使用するのに電磁石が周知である。電磁石は、地雷除去モジュールの配置後にスイッチオンし、格納の際にスイッチオフすることが可能である。電磁石ベースの地雷除去モジュールへの電力は、ホスト船舶から地雷除去モジュールへ伸びるケーブルを通じて供給される。

空気コア電磁石は、一度スイッチオフされると、有意な磁気シグネチャを有しない。したがって、空気コア電磁石に基づく地雷除去モジュールは、ホスト船舶の磁気シグネチャに実質的な影響を与えずに、ＭＣＭＶ上に格納可能である。しかし、空気コア電磁石によって作成された磁場は典型的に比較的弱い。従って、大きい磁気シグネチャを有する船舶をエミュレートするためには、比較的大きな電磁石、または、比較的大きな電源により駆動される電磁石のいずれかが必要になる。

強磁性またはフェリ磁性コアを有する電磁石は、典型的に比較可能なサイズの空気コア電磁石よりも強力な磁場を放出する。しかし、電磁石がスイッチオフされたとき、コアの透磁性は無視できない。したがって、コアを搭載して格納する際、ＭＣＭＶの磁気シグネチャに影響する。

鉄または鋼のような強磁性コアを有する電磁石は、空気コアを有するものより大きな磁場を生成することができるが、コアの平均透磁率は比較的大きく、ホスト船舶の磁気シグネチャは許容不能なレベルまで低下する。

結果として、電磁石のコアの平均相対透磁率は、船舶の安全性を損なわないように十分に小さくなければならない。実際に、これは、コアの相対透磁率に上限を課することによって実行される。ＨＵＮＴ級の船舶上でこのような電磁石が配備されれば、上限値は１．０５であり、ＳＡＮＤＯＷＮ級の船舶ならば、それは１．３５である。コア透磁率に対するこのような上限値に関して、電磁石の強度は空気コアのものより有意に増加しない。

したがって、大型船舶をエミュレートするために、空気コアおよび適切な低透磁率を有するコア電磁石を大きく作成し、より大きな電力を使用し、または、より多くのケーブルで構成しなければならない。しかし、大きな電磁石はその物理的なサイズおよび重量のために、格納および配備するのが困難である。また、高電力電磁石は動作にコストがかかる。

したがって、実施形態は、無活動および格納されたときに、ホスト船舶の磁気シグネチャに対して実質的に無視できるインパクトをあたえつつ、電磁石配備に比べ比較的強力な磁場を作成することができる地雷除去装置を与えることを追求する。

図１は、実施形態に従う地雷対策船舶の略示図を示す。船舶は、地雷除去モジュール５３が配備される船５１を有する。地雷除去モジュールは電磁石を有する。電力が船５１から伸びるケーブル５５を通じて電磁石またはモジュールへ供給される。船は、水にモジュールを配備し、かつ、水からモジュールを撤去するための手段５７をさらに有する。当業者が理解するように、船から地雷除去モジュールを配備するためのさまざまな適当な手段が存在する。使用しないとき、地雷除去モジュール５３は電磁石をスイッチオフした状態で船５１上に格納される。

図２は、地雷除去モジュールまたはシステムで典型的に採用される電磁石１の略示図である。図１の電磁石は空気コア電磁石であり、ソレノイド３を有する。ソレノイドは、螺旋状のワイヤ巻き線ループを有する。図示するような電磁石は円筒形状をとる。しかし、読者が理解するように、他の形状もまた可能である。例えば、設置要求に一致するように、または、交番磁場を形成するような形状である。

図３は、本願発明の実施形態に従うソレノイド電磁石１１の略示図である。実施形態において、電磁石１１はコア５を有する。ソレノイド３はコア５の周りに巻かれている。コア５は、ワンピースの磁気材料からなる。図３に示すコア５は、直線円筒ロッドである。しかし、他の構造が採用されてもよい。また、他のコアコイル構成が採用されてもよい。

実施形態において、コア５は、強磁性またはフェリ磁性材料からなる。

フェリ磁性および強磁性は、磁気規則性化合物である。強磁性において、材料内部の原子またはイオンの磁気ダイポールは整列し、したがって、全体の磁気モーメントに寄与する。これに対してフェリ磁性は、反対の磁気ダイポールを有する原子またはイオンを含む。しかし、反対の磁気モーメントは同等ではなく、よって、全体として磁気モーメントが残る。

特定の温度以上で、フェリ磁性または強磁性材料内の磁気スピンの規則性が熱エネルギーによって撹乱され、磁気ダイポールの規則性が失われる。この温度において、化合物は常磁性体となり、自発的な磁化を示さなくなる。この温度はキュリー温度として知られる。

実施形態において、低いキュリー温度を有するフェリ磁性または強磁性材料からなるコアを含む電磁石が与えられる。実施形態において、キュリー温度は、０℃から１００℃（２７３Ｋから３７３Ｋ）の範囲である。

キュリー温度より低温において、フェリ磁性および強磁性コアは、電磁石によって生成される電磁場を、空気コアの場合に比べ増加させる。キュリー温度より高温において、フェリ磁性および強磁性コアによる電磁気の磁場に対するインパクトは無視できる程度となり、この電磁石の強度は実質的に空気コアのものと同等となる。

ここで説明する実施形態はこの効果を利用する。キュリー温度が低いため、電磁石のソレノイドを通じて電流を流すことによって得られる磁場を制御することに加え、キュリー温度に対する磁気コアの温度を制御することにより磁場を制御することも可能になる。したがって、本実施形態に従う電磁石は、電磁石によって生成される磁場の精確な制御が必要な状況で採用され得る。

上述したように、地雷対策船舶は、このような状況のひとつの例である。実施形態において、地雷除去モジュール内の電磁石によって生成される電磁場は電磁石の磁気コアを加熱することにより制御され、その結果、地雷対策船舶に安全に格納することが可能になる。

図４は、３つの異なるコア材料、すなわち、空気コア（コアなし）、鉄コア、および、実施形態に従う低キュリー温度のフェリ磁性体コアを有するソレノイド電磁石によって生成される電磁場の概略図である。Ｙ軸はソレノイドの外側で測定した磁場を示す。Ｘ軸は、電磁石のコアの温度を示す。グラフは、温度の上昇による磁場、および、所定の温度３１でソレノイドをスイッチオフしたときの磁場の効果を示している。読者が理解するように、図は、単純化されており、増加する導体温度により作成される二次的効果を無視している。実際、デバイスは、透磁率が典型的に最も高くなるポイントであるキュリー温度のすぐ低温に保持されれば、より良く動作しうる。

空気コアの場合、磁場は温度の上昇とともに一定であり、ソレノイドが温度３１でスイッチオフされたときにゼロに落ちる。

鉄はキュリー温度が１０４３Ｋの強磁性体である。温度３１は１０３４Ｋより十分に低い。グラフに示すすべての温度において、鉄コアからなる電磁石の磁場は、その透磁率のため、空気コアのものより大きい。磁場はこのスケールにわたって温度に大きく依存しない。

しかし、温度３１でソレノイドをスイッチオフすると、鉄コア電磁石の磁場は急激に落ちる。しかし、空気コアと対照的に、鉄コアは磁場を残すので、磁場はゼロ以外の値に落ちる。

破線は、実施形態に従う電磁石の磁場を示す。電磁石は、キュリー温度３７を有する強磁性またはフェリ磁性コアから成る。キュリー温度３７は、ソレノイドがスイッチオフされるところの温度３１より低い。この実施形態において、このコアを有する電磁石により生成される磁場は、低温で、空気コアおよび鉄コアの両方のものより高い。しかし、温度が温度３５よりも上昇するに従い、熱エネルギーが強磁性／フェリ磁性材料内の磁気モーメントの規則性を混乱させ始めるため、磁場が減少する。キュリー温度３７において、ソレノイドがスイッチオンされたとき、および、スイッチオフされた後の両方で、磁場は空気コアのものと実質的に同等になる。結果的に、磁場は、温度３１でソレノイドがスイッチオフされるまで一定のまま残り、その後実質的にゼロとなる。

図３に示すように、磁気コアの温度を制御することにより、使用中に強力な磁場を放出するが格納中は実質的にゼロの磁場となる地雷除去モジュールを得ることが可能となる。

実施形態において、地雷除去モジュールの一部を形成する電磁石のコアは、配備中キュリー温度より下の温度に冷却される。図３に従い、地雷除去モジュールによって生成される磁場は、電磁石がスイッチオンされると大きくなる。こうして、大型船舶の磁気シグネチャは、大きいかまたは非常に高パワーの電磁石を使用することなくエミュレート可能となる。

ＭＣＭＶ上に地雷除去モジュールを格納するために、電磁石はスイッチオフされ、電磁石のコアはキュリー温度３７より高温に加熱される。コアの温度は格納中を通じてキュリー温度より高温に維持される。地雷除去モジュールによって生成される磁場は、したがって、格納中は常に無視できる。よって、ＭＣＭＶの磁気シグネチャは、本実施形態に従う地雷除去モジュールの格納により影響されない。これは、ソレノイドがスイッチオフされたとき無視できない磁場を放出する図３の鉄コア電磁石と対照的であることに注目すべきである。それは船舶の磁気シグネチャを損なうので、そのようなコアから成る電磁石は、地雷対策船舶に格納するには適していない。鉄コアをそのキュリー温度以上に加熱するのに要する熱エネルギーの量は、この制御方法にとって大きすぎて船舶で実行可能に使用することはできない。

よって、コア材料のキュリー温度を利用することにより、電磁石コアの透磁率の制御が可能になる。これにより、ホスト船舶の磁気シグネチャを損なうことなく、配備中に強力な磁場を生成することができる、小さくて軽い地雷除去モジュールを提供できる。

図５は、実施形態に従う地雷除去モジュールの配備および格納のためのフロー図である。

ステップＳ１０１において、地雷除去モジュールが地雷対策船舶から配備される。実施形態において、配備はＭＣＭＶ上の熱源または電源から電磁石のコアを切断することを含む。

ステップＳ１０２において、電磁石コアは、キュリー温度より低温に冷却される。実施形態において、これは、キュリー温度より低温に達するまで、コアを自然冷却して待つことを含む。

これは、システム内に温度センサを配置することにより達成できる。代替的に、大気状態でコアを如何に素早く自然冷却するかを決定し、これらの冷却時間に関して適当なインストラクションをオペレータに与えるべく、設置前に装置に対してキャリブレーションテストが実行されてもよい。大気温度は実質的に変化することを考慮して、さまざまな異なる大気状態において冷却速度をテストすることは適切である。その場合、オペレータには大気温度に対する冷却時間のテーブルを提供される。

他の実施形態において、コアは海水によって冷却される。

実施形態において、地雷除去モジュールが地雷対策船舶から安全な距離だけ十分に離れて配備されることを可能にするべく、熱源の除去に続いて十分にゆっくり冷却が生じるように、コアは海水から絶縁される。加えて、この絶縁は、格納中の熱損失を減少させ、電力消費量の節約となる。

これらの実施形態において、コアのキュリー温度は、地雷除去モジュールが使用のために配備される条件のものより高くなければならない。

ステップＳ１０５において、電磁石は地雷除去のためにスイッチオンされる。

ステップＳ１０７において、地雷除去モジュールは地雷除去を実行する。

ステップＳ１０９において、地雷除去モジュールは、スイッチオフされる。

ステップＳ１１１において、電磁石コアは、そのキュリー温度より高温に加熱される。キュリー温度より高温にコアを加熱し、その温度を維持することは、いくつかの方法によって達成可能である。

一般に、コアは、インサイチュまたは電磁石のコイルから除去後のいずれかで加熱可能である。

ひとつの実施形態において、加熱は、コイル自身の内部または周囲のヒータを使って達成される。これらのヒータは、船舶により発電される電源に接続される。

熱エネルギーをコアのボディに放射するために、コアはボアを有し、その中に熱が運ばれる。例えば、カートリッジ式ヒータがコアのボアの内部に挿入可能である。このタイプの適当な電気ヒータは、バッテリー、または、船舶自身の発電装置から局所的に付勢可能である。

他のアプローチにおいて、ボアを通じて伝熱流体が導入されてよい。適当な流体は、水、水溶液、オイルなどの有機化合物のような液体、または、空気、エンジン排気ガスなどの気体であってよい。循環を可能にするべく、ボアは、コアを通じて流体経路を形成するスルーボアであってよい。

エンジン排気ガスは、便利でかつ、船舶上でもってこいの熱源である点に注目すべきである。このような排気ガス中で運ばれる熱を使用することは、他の熱源の必要性を減少させ、結果的にエネルギー消費量を減少させるように作用する。しかし、排気ガスを利用できないとき、例えば、船舶のエンジンが作動していないときは、キュリー温度より高温にコアを維持するための他の装置を与える必要がある。船舶の発電設備が通常はエンジンの動作に依存している場合に、バッテリーまたは他のエネルギー貯蔵手段のようなバックアップ発電設備を考える必要がある。

上記したように、コアは、電磁石から取り外し可能であり、コアの温度をキュリー点より高温に維持するための設備まで移動可能である。この設備は、加熱バス、加熱ガス（排気ガス等）が内部を流れるチャンバー、または、電気ヒータの形式を取ることができる。ヒータは、コアを覆うブランケット内、または、コアが内部に含まれるオーブン内に配置されてよい。

ひとつのアプローチにおいて、加熱流体をコア内のホールを通じてポンピングすることも可能であるが、カートリッジ式ヒータが使用される。ヒータは、電気または流体ベースである。エンジンの熱が電力を節約するべくヒータを補助するためにのみ適切であるように、熱の連続的供給が部分的に必要であるが、加熱流体は水または熱排気ガスであってよい。

他の実施形態において、コアは、電磁石から除去可能であり、他の位置で加熱され得る。実施形態において、従来のヒータが電磁石のコアを加熱するのに使用される。さらに他の実施形態において、船舶の排気ガスからの熱は電磁石から除去されたコアを加熱するのに使用される。

ステップＳ１１３において、地雷除去モジュールは地雷対策船舶へ戻され格納される。

ステップＳ１１５において、地雷除去モジュールが地雷対策船舶上に格納される間、コアはキュリー温度より高温に維持される。コアは、モジュールが配備を要求されるまでこの温度に維持される。配備が要求された場合、サイクルはステップＳ１０１に戻る。

コア内に使用された精確な材料は、キュリー温度が、地雷除去モジュールの通常の動作温度より高く、かつ、有意なエネルギー消費およびコスト無しでキュリー温度より高温に加熱されるのに十分に低いことの要求以上に特に制限されない。典型的に、０℃から１００℃の範囲のキュリー温度を有するコア材料が好適である。暖かい天候で使用するためには、キュリー温度が５０℃から１００℃の範囲にあるコア材料が好適である。電磁石の最大限の性能のために、キュリー温度は地雷除去モジュールの動作温度のすぐ上の温度にあるのが理想である。これにより、コアはできるだけ早くキュリー温度より上の温度に加熱可能となり、有意な遅滞なくコアの磁化が実質的にエミュレートされる。読者は、コアの温度がキュリーレベル以上になるに従い、コアの加熱はコアの外側面と内側面との間の温度傾斜を不可避的に導入することを意識する必要があることを理解するであろう。コアの外側面はキュリー温度を超える場合でも、内側はそれ以下である。したがって、オペレータは、コアの外側面での温度測定が、コアの磁化発生の安全性の間違った考えを与えるかも知れないことを理解する必要がある。

低いキュリー温度の要求の面から、コア内で使用される材料は環境に対して危険ではないことが好ましく、例えば、材料はモントリオール協定リストに無いものでなければならない。コア材料は、地雷の爆破による水中爆発ショックに晒されるため、コアの材料性能は、ショックによる粉砕または破壊によって影響されないものが好ましい。

電磁石コア内で使用するのに適した材料の例はフェライトを含む。フェライトの材料性能は、その多結晶構造によりショックに対して弾力性があることが示された。また、単結晶フェライトは非常に高い透磁性を有するが、非常に小さい残留磁気も維持する。

適当なコア材料を選択する際に、高い飽和レベルを達成することが所望される。加えて、透磁性が高い品質も所望される。

実施形態に従う磁気コアでの使用に適した材料の例は、ヒ化マンガン、ガドリニウム、酸化クロム（ＩＶ）、イットリウム鉄、テルビウム鉄合金、ニッケル３０鉄合金、キュプロスピネル(cupropspinel、銅フェライト)、マンガン２５％のニッケルマンガン合金、ニッケル７０銅合金、シルベリン(silverin)４００（ニッケル銅（３０％）鉄合金）、マンガン亜鉛フェライト、ニッケル亜鉛フェライト、マンガン銅フェライト、亜マンガン酸ランタンストロンチウム、および、ＹＡｌＦｅガーネットフェライトを含む。Ｎｉ_２Ｍｎ−Ｘ（Ｘ＝Ｇａ、Ｃｏ、Ｉｎ，Ａｌ、Ｓｂ）ホイスラ合金は、低いキュリー温度を有し、磁気冷凍に使用される。

実施形態において、地雷除去モジュール／システムの標準的な動作温度より高温であるが、コアを加熱するのに過剰な電力を必要としない十分に低い、キュリー温度を有する材料が選択される。

実施形態において、地雷除去モジュールの動作温度で、磁気材料はその飽和磁化に近づくが到達しなかった。他の実施形態において、コアのキュリー温度は、コアをキュリー温度より高温に加熱するべく、ホスト船舶上に面倒な電源を置かないように、適切に低くなければならない。実施形態において、キュリー温度は、地雷除去モジュールが配備される環境の周囲の海水温度より十分に高い。これにより、電磁石のコアは、配備中にそのキュリー温度より低く維持されることが保証される。

読者は上述した開示から、実施形態を実施するために、コアのキュリー温度、少なくともおおよその温度を知らなくてはならないことを認識するであろう。キュリー温度を測定する適切な方法は、２０１３年４月４日に発行された、K. Fabian, V. P. Shcherbakov, S. A. McEnroeによる “Measuring the Curie temperature”と題する論文 (Geochemistry, Geophysics, Geosystems, vol. 14)に記載されている。

キュリー温度を測定するための標準的な技術は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）解析として知られている。これは、例えば、以下の２つの文献、Determination of Curie, Neel, or crystallographic transition temperatures via differential scanning calorimetry (Williams, H.W, Chamberland, B.L., Anal. Chem., 1969, 41 (14), pp 2084-2086)およびThe determination of Curie temperature by differential scanning calorimetry under magnetic field (Leu, M.S. ; Tsai, C.S. ; Lin, C.S. ; Lin, S.T.; Magnetics, IEEE Transactions on, vol.27, issue 6)に記載されている。

ここで説明した実施形態を実施することが可能なさまざまな材料が商業的に入手可能である。適当な例を以下の表１を参照して説明する。

もちろん、読者は、これらの材料のいずれが他の条件、例えば、質量、機械的強度、コストおよび入手可能性に一致するのかを評価する必要があるが、それは、本開示と密接なものではない。

上記説明は、地雷対策システムに焦点を当てたものであったが、上述した実施形態に従うシステムおよび方法は、厳格な磁気シグネチャ要求を有するが、空気コア電磁石によって達成されるものよりも高い磁場を必要とするものに使用可能であることは当業者の知るところである。そのような一例として、宇宙空間での衛星内の磁場の制御がある。

衛星システムは、センサ（磁力計など）に対する無干渉を保証するために、高度な磁気的クリーン環境を要求する。ある環境において、オンボード装置において機械的作用を与えることが所望され得る。機械的作用が通常達成されるひとつの方法は、ソレノイドの使用によってである。サイズおよび質量の制限は、空気コアソレノイドの使用を許さず、従って、特定のサイズのソレノイドを有する所望の磁場強度を生成するためには、強磁性またはフェリ磁性コアが必要となる。しかし、このようなコアは磁気シグネチャを有する。ここに開示した実施形態は、ソレノイドが使用されないとき、磁気コアの温度をキュリー温度より高温に上昇させ、それにより実質的に強磁性／フェリ磁性効果を除去することにより、このようなコアの磁気シグネチャを減少させるための方法を与える。

衛星システムの通常の動作温度は、地雷除去モジュールの通常の動作温度より低い傾向がある。したがって、より低いキュリー温度を有する異なるコア材料が、衛星システム内で使用されてよい。コア内で使用される精確な材料は、キュリー温度が衛星システムの通常の動作温度より上であるが、有意なエネルギー消費およびコストを生じさせることなくキュリー温度より高温に加熱するのに十分に低いという要求を超えて特に制限されない。典型的に、５Ｋから１００Ｋの範囲のキュリー温度を有するコア材料は衛星システムに対して好ましい。例えば、１０Ｋから５０Ｋの範囲のキュリー温度を有するコア材料が好ましい。地雷除去モジュール内に使用されるコア材料の異なるセットも適している。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例示に過ぎず、本願発明の態様を制限するものではない。ここで説明した新規な方法およびシステムは、発明の思想から離れることなく、ここで説明した方法およびシステムにおけるさまざまな他の形式、さまざまな省略、置換および変更が可能である。添付する特許請求の範囲およびその均等物は、発明の思想および態様の範囲内でそのような形式または修正をカバーするものである。

２０１３年４月４日に発行された、K. Fabian, V. P. Shcherbakov, S. A. McEnroeによる "Measuring the Curie temperature"と題する論文 (Geochemistry, Geophysics, Geosystems, vol. 14) Determination of Curie, Neel, or crystallographic transition temperatures via differential scanning calorimetry (Williams, H.W, Chamberland, B.L., Anal. Chem., 1969, 41 (14), pp 2084-2086) The determination of Curie temperature by differential scanning calorimetry under magnetic field (Leu, M.S. ; Tsai, C.S. ; Lin, C.S. ; Lin, S.T.; Magnetics, IEEE Transactions on, vol.27, issue 6)

Claims (24)

1. 制御された磁場を放出するためのシステムであって、前記システムは、
   磁気コアを有する電磁石であって、前記コアは強磁性またはフェリ磁性材料から成るところの電磁石と、
   前記電磁石を格納する格納手段と、
   前記磁気コアを加熱するための加熱手段と、
   を備え、
   前記加熱手段は、前記格納手段によって格納するために、前記磁気コアを、そのキュリー温度より上の温度まで加熱するよう動作可能である、ことを特徴とするシステム。
2. 前記加熱手段は、前記格納手段と一体である、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記コアは、前記加熱手段によって加熱するために、前記電磁石から取り外し可能である、ことを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記加熱手段は、前記磁気コアと一体である、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記磁気コアの前記キュリー温度は、０℃から１００℃の範囲にある、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記磁気コアの前記キュリー温度は、５０℃から１００℃の範囲にある、ことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
7. 前記磁気コアはフェライトからなる、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
8. 前記磁気コアは単結晶フェライトからなる、ことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
9. 前記磁気コアは、ヒ化マンガン、ガドリニウム、酸化クロム（ＩＶ）、イットリウム鉄、テルビウム鉄合金、ニッケル３０鉄合金、キュプロスピネル(cupropspinel)、マンガン２５％のニッケルマンガン合金、ニッケル７０銅合金、シルベリン(silverin)４００、マンガン亜鉛フェライト、ニッケル亜鉛フェライト、マンガン銅フェライト、亜マンガン酸ランタンストロンチウム、および、ＹＡｌＦｅガーネットフェライトから選択される少なくともひとつの材料を含む、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のシステム。
10. 前記格納手段は、地雷対策船舶の一部を形成する、ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のシステム。
11. 前記システムは、前記磁気コアから熱を消散させる手段をさらに備える、ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のシステム。
12. 前記熱を消散させる手段は、熱を海水に消散させる手段からなる、ことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
13. 前記電磁石は地雷除去モジュール内にあり、前記格納手段は、前記地雷除去モジュールを格納するための手段からなる、ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載のシステム。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載のシステムを備える地雷対策システム。
15. 請求項１から１３のいずれか一項に記載のシステムを備える地雷対策船舶。
16. 電磁石を格納する方法であって、
    前記電磁石は、磁気コアを有し、前記磁気コアは強磁性またはフェリ磁性材料から成り、当該方法は、
    前記電磁石への電力をスイッチオフにする工程と、
    前記磁気コアのキュリー温度より上の温度に、前記磁気コアを加熱する工程と、
    前記磁気コアを前記温度で保存する工程と
    を備える方法。
17. 前記磁気コアの前記キュリー温度は、０℃から１００℃の範囲にある、ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
18. 前記磁気コアの前記キュリー温度は、５０℃から１００℃の範囲にある、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
19. 磁気コアを有する電磁石であって、前記磁気コアは強磁性またはフェリ磁性材料からなり、前記磁気コアの前記キュリー温度は０℃から１００℃の範囲にある、ことを特徴とする電磁石。
20. 前記磁気コアの前記キュリー温度は、５０℃から１００℃の範囲にある、ことを特徴とする請求項１９に記載の電磁石。
21. 前記磁気コアは、フェライトから成る、ことを特徴とする請求項１９または２０に記載の電磁石。
22. 前記磁気コアは、単結晶フェライトから成る、ことを特徴とする請求項２１に記載の電磁石。
23. 前記磁気コアは、ヒ化マンガン、ガドリニウム、酸化クロム（ＩＶ）、イットリウム鉄、テルビウム鉄合金、ニッケル３０鉄合金、キュプロスピネル(cupropspinel)、マンガン２５％のニッケルマンガン合金、ニッケル７０銅合金、シルベリン(silverin)４００、マンガン亜鉛フェライト、ニッケル亜鉛フェライト、マンガン銅フェライト、亜マンガン酸ランタンストロンチウム、および、ＹＡｌＦｅガーネットフェライトから選択される少なくともひとつの材料を含む、ことを特徴とする請求項１９から２３のいずれか一項に記載の電磁石。
24. 地雷除去船舶から配備する地雷除去モジュールであって、
    前記地雷除去モジュールは請求項１９の電磁石を有する、ことを特徴とする地雷除去モジュール。

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