JP2004031871A - Electromagnet - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、磁場を発生する磁場発生用の電磁石に関するものであり、とりわけ加速器、MRI、モーター等の電磁石を使用する産業分野に利用できる電磁石に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より電磁石の磁場を調整する方法として、電磁石のポールピースの形状やフィールドクランプを用いて成形する方法等が良く知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の方法は、理想的な磁場をデザインするのに時間を要すると共に、必要かつ精密な磁場を成形するのに限界があった。
【0004】
そこで本発明は、必要かつ精密な磁場を生成するために、電磁石が発生する磁場中に成形した永久磁石を所定の位置と方向に設置することにより精密な磁場形成が可能な電磁石を提供し、上記問題点を解決することを目的とする。
本発明は電磁石が軸対象な円形電磁石である場合に、軸対象な特定の空間に2重極成分を発生する一対の永久磁石を配置することにより所定の磁場分布を発生できるようにしたことを特徴としており、また、電磁石内部に永久磁石を設置する方法として、永久磁石のつくる磁力線が4重極性分を含む多重極性分を発生するようにしたことを特徴としており、これにより、磁場を精度良く発生させることができるとともに、複雑な磁場を成分に分解できる点で設計所要時間を短縮することができる。
【0005】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明が採用した技術解決手段は、
電磁石にかかわり、電磁石が発生する磁場中に永久磁石を所定の位置と傾きに配置することにより必要とする磁場分布を成形したことを特徴とする電磁石である。
また、前記電磁石が軸対象な円形電磁石である場合に、軸対象な特定の空間に2重極成分を発生する一対以上の永久磁石を配置したこと特徴とする電磁石である。 また、前記電磁石内部に永久磁石を設置する場合、永久磁石のつくる磁力線が4重極性分を含む多重極性分であることを特徴とする電磁石である。
【0006】
【実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
図1は本実施形態に係る円形シンクロトロンのための電磁石の断面図、図2は電磁石で生成する磁場のメディアンプレーン上での動径方向磁場分布を示す図、図3は永久磁石で生成する磁場の動径方向磁場分布の図、図4は電磁石で生成した磁場と永久磁石で生成した磁場の重ね合わせにより作られた磁場分布の図、図5は永久磁石を設置した電磁石の平面図、図6は永久磁石でできた4極磁石を設置した円形シンクロトロンの平面図である。
【0007】
図1において電磁石は、鉄でできたヨーク1、コイル2、電磁軟鉄でできたポールピース3、永久磁石4及び永久磁石5、トリムコイル6,7,8、9、10、11で構成され、平面視において円形をしている。なお、電磁石の基本的な構成は従来の電磁石と同様である。
この電磁石は、メディアンプレーン12内に電子ビームを蓄積するために使用されるものであり、このためメディアンプレーンにおける動径方向磁場分布を必要に応じて成形することが必要である。必要な磁場の発生は、従来は通常ポールピース3の形状を調整すると共にトリムコイルを用いることにより行っていた。
【0008】
即ち、上記電磁石においてポールピース3とトリムコイル6、7、8、9、10、11だけで成形した磁場の動径方向磁場分布は図2に示すようになる。図から明らかなように磁場は、ヨークの影響で外側にゆくほど減衰する。この場合に必要な磁場は、半径200mmまで緩やかに減衰し、その外側で急激に減衰するのが好ましい。急激に減衰する磁場を成形する一つの方法は、鉄でできたフィールドクランプを使用する方法である。しかしながら、フィールドクランプでも十分に急激な磁場の減衰を作ることは難しい。
【0009】
このため、本発明では求める磁場分布の成形のために、電磁場内に永久磁石4、5を所定の位置と傾斜を持って配置することにより電磁石全体の磁場分布をコントロールできるようにしている。なお、図5は、環状の永久磁石を電磁石内に設置した状態の平面図であり、この場合、永久磁石は環状に連続するものとして配置しているが、連続しない永久磁石を所定の位置および傾きをもって配置することも可能である。
前記永久磁石4及び5は、ポールピース3の間隙に配置され、断面コ字状をしたステンレスの真空槽13の上下面および側面に固定して環状にかつメディアンプレーンに対して対向する対として配置する。対向する永久磁石により発生する磁場は、その間隙を広げれば分布が広がり、影響が広がる。しかし、磁場強度は減衰する。永久磁石の幅を広げれば、フラットな磁場分布が発生する。注意しなければならないのは、対向する永久磁石の外では逆向きの磁場が発生することである。本実施例では、永久磁石5がつくる逆向きの磁場を打ち消すために永久磁石5を使用している。なお、永久磁石4及び5の配置は上記説明した配置に限定されることなく、必ずしも軸対称に配置することはなく、求める磁場分布が得られるようにその位置や傾きを変えて配置することが可能である。
このように電磁場中に永久磁石を挿入することは従来行われていない。しかし実は、永久磁石の透磁率は、鉄とは異なり空気に近い。従って、電磁石でできた磁場は永久磁石により影響を受けない。この結果、電磁石全体の磁場は、電磁石により発生した磁場とそれぞれの永久磁石が作る磁場の単純な重ね合わせとなる。このことは磁場をデザインする上できわめて好都合である。
【0010】
図3の白及び黒の曲線は、それぞれ永久磁石4及び5がメディアンプレーン上につくる動径方向磁場分布である(図中黒線が永久磁石4の磁場分布、図中白線が永久磁石5の磁場分布)。図3の磁場分布と図2の電磁石がつくる磁場分布を重ね合わせたのが、図4である。図4の磁場分布半径200mmの外側で急激に減衰していることがわかる。この様に本発明では、電磁石により発生した磁場と永久磁石が作る磁場の単純な重ね合わせにより、容易に必要とする磁場分布を設計することができる。
なお、理想の磁場を発生する電磁石は、もちろんシンクロトロンのための電磁石と限らず、サイクロトロン、マイクロトロン、ベータトロン等の電磁石にも適用できる。
【0011】
この手法は、図1に示したように磁場のフリンジ部分を成形するために用いるとは限らない。中心部分の磁場分布を成形するために用いることができるし、また配置の仕方として、環状に配置しない場合もあるし、対向させて2重極成分を発生するように配置せず、傾きをつけて配置する場合もある。傾きをつけて配置する一つの例は、4重極成分を発生するような4極磁石を形成することである。永久磁石でできた4極磁石を、電磁石内部に設置し、電子やイオンビームを収束することができる。
【0012】
図6は、この様な永久磁石でできた4極磁石20を円形シンクロトロン21の中に設置した例に関する平面図である。磁場は紙面に垂直に発生している。永久磁石付4極磁石20を磁場中の入射電子軌道22上に設置して電子ビームを収束している。電子軌道22は、電磁石により決まっていて永久磁石の影響は受けない。 永久磁石の設計は、従って電磁石とは独立に単独で行うことが出来る点で都合がよい。上記のような永久磁石を有する電磁石の設置場所は、もちろん入射電子軌道上とは限らず、周回電子軌道23上に設置して、周回ビームを収束することもできる。
なお、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならなず、また本発明はその精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。
【0013】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、
本発明の電磁石は、電磁石が発生する磁場内に永久磁石を設置することで目的とする所定の磁場分布を発生することができ、また磁場の微調に永久磁石を用いたことにより、必要磁場を精度良くかつ簡単に生成することができる。具体的には、電磁石磁場と永久磁石磁場を単に重ね合わせるという手法で磁場を成形できるために、精度が良く、設計が容易である。また複雑な磁場を成分に分解できる点で設計所要時間を短縮できる、等の優れた効果を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】電磁石の断面図である。
【図2】電磁石で生成する磁場のメディアンプレーン上での動径方向磁場分布を示す図である。
【図3】永久磁石で生成する生成する磁場の動径方向磁場分布を示す図である。
【図4】電磁石で生成した磁場と永久磁石で生成した磁場の重ね合わせにより作られた磁場分布を示す図である。
【図5】永久磁石を設置した電磁石の平面図である。
【図6】永久磁石でできた4極磁石を設置した円形シンクロトロンの平面図である。
【符号の説明】
1 電磁石ヨーク
2 コイル
3 ポールピース
4 永久磁石
5 永久磁石
6 トリムコイル
7 トリムコイル
8 トリムコイル
9 トリムコイル
10 トリムコイル
11 トリムコイル
12 メディアンプレーン
13 ステンレス真空槽
20 4極永久磁石付電磁石
21 円形シンクロトロン
22 入射軌道
23 周回軌道[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electromagnet for generating a magnetic field that generates a magnetic field, and more particularly to an electromagnet that can be used in industrial fields using electromagnets such as accelerators, MRIs, and motors.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method of adjusting the magnetic field of an electromagnet, a method of forming the pole piece of the electromagnet or molding using a field clamp has been well known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional methods as described above require time to design an ideal magnetic field, and have limitations in shaping a necessary and precise magnetic field.
[0004]
Therefore, the present invention provides an electromagnet capable of forming a precise magnetic field by installing a permanent magnet formed in a magnetic field generated by an electromagnet at a predetermined position and direction in order to generate a necessary and precise magnetic field, An object is to solve the above problems.
According to the present invention, when the electromagnet is a circular electromagnet having axial symmetry, a predetermined magnetic field distribution can be generated by disposing a pair of permanent magnets that generate a dipole component in a specific space that is axially symmetric. Also, as a method of installing a permanent magnet inside the electromagnet, the magnetic field lines created by the permanent magnet generate multi-polar components including quadrupolar components, which allows the magnetic field to be accurately measured. The time required for design can be shortened because it can be generated well and a complicated magnetic field can be decomposed into components.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, the technical solution adopted by the present invention is:
An electromagnet characterized by forming a required magnetic field distribution by arranging permanent magnets at predetermined positions and inclinations in a magnetic field generated by the electromagnet, in connection with the electromagnet.
Further, the electromagnet is characterized in that, when the electromagnet is a circular electromagnet with axial symmetry, a pair of or more permanent magnets that generate a dipole component are arranged in a specific space with axial symmetry. Further, in the case where a permanent magnet is provided inside the electromagnet, the line of magnetic force generated by the permanent magnet is a multipolar component including a quadrupolar component.
[0006]
Embodiment
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of an electromagnet for a circular synchrotron according to the present embodiment, FIG. 2 is a diagram showing a radial magnetic field distribution on a median plane of a magnetic field generated by the electromagnet, and FIG. 3 is generated by a permanent magnet. Fig. 4 is a diagram of a radial magnetic field distribution of a magnetic field, Fig. 4 is a diagram of a magnetic field distribution created by superposing a magnetic field generated by an electromagnet and a magnetic field generated by a permanent magnet, Fig. 5 is a plan view of an electromagnet provided with a permanent magnet, FIG. 6 is a plan view of a circular synchrotron provided with four-pole magnets made of permanent magnets.
[0007]
In FIG. 1, the electromagnet includes a
This electromagnet is used for accumulating an electron beam in the
[0008]
That is, the radial magnetic field distribution of the magnetic field formed only by the
[0009]
For this reason, in the present invention, the
The
Thus, insertion of a permanent magnet in an electromagnetic field has not been performed conventionally. However, in fact, the magnetic permeability of a permanent magnet is close to that of air, unlike iron. Therefore, the magnetic field generated by the electromagnet is not affected by the permanent magnet. As a result, the magnetic field of the entire electromagnet is a simple superposition of the magnetic field generated by the electromagnet and the magnetic field generated by each permanent magnet. This is very convenient for designing a magnetic field.
[0010]
The white and black curves in FIG. 3 are the radial magnetic field distributions created by the
The electromagnet that generates an ideal magnetic field is not limited to an electromagnet for a synchrotron, but can be applied to an electromagnet such as a cyclotron, a microtron, and a betatron.
[0011]
This technique is not always used to shape the fringe portion of the magnetic field as shown in FIG. It can be used to shape the magnetic field distribution in the central part, and may not be arranged in a ring as an arrangement method. In some cases, it may be placed. One example of such an arrangement is to form a quadrupole magnet that generates a quadrupole component. A four-pole magnet made of a permanent magnet is installed inside the electromagnet, so that electrons and ion beams can be focused.
[0012]
FIG. 6 is a plan view of an example in which a four-pole magnet 20 made of such a permanent magnet is installed in a
It should be noted that the above-described embodiments are merely examples in all respects, and should not be construed as limiting, and the present invention may be embodied in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. be able to.
[0013]
【The invention's effect】
According to the present invention as described above,
The electromagnet of the present invention can generate a desired predetermined magnetic field distribution by installing a permanent magnet in a magnetic field generated by the electromagnet, and can reduce a required magnetic field by using a permanent magnet to fine-tune the magnetic field. It can be generated accurately and easily. Specifically, since the magnetic field can be formed by a method of simply superposing the electromagnet magnetic field and the permanent magnet magnetic field, the accuracy is good and the design is easy. In addition, it is possible to achieve excellent effects such as shortening the time required for design because a complicated magnetic field can be decomposed into components.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of an electromagnet.
FIG. 2 is a diagram showing a radial magnetic field distribution on a median plane of a magnetic field generated by an electromagnet.
FIG. 3 is a diagram showing a radial magnetic field distribution of a magnetic field generated by a permanent magnet.
FIG. 4 is a diagram showing a magnetic field distribution created by superimposing a magnetic field generated by an electromagnet and a magnetic field generated by a permanent magnet.
FIG. 5 is a plan view of an electromagnet provided with permanent magnets.
FIG. 6 is a plan view of a circular synchrotron provided with four-pole magnets made of permanent magnets.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002189757A JP2004031871A (en) | 2002-06-28 | 2002-06-28 | Electromagnet |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002189757A JP2004031871A (en) | 2002-06-28 | 2002-06-28 | Electromagnet |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2004031871A true JP2004031871A (en) | 2004-01-29 |
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Family Applications (1)
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JP2002189757A Pending JP2004031871A (en) | 2002-06-28 | 2002-06-28 | Electromagnet |
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JP (1) | JP2004031871A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007035495A (en) * | 2005-07-28 | 2007-02-08 | Nec Tokin Corp | Magnetic circuit device and synchrotron device using it |
-
2002
- 2002-06-28 JP JP2002189757A patent/JP2004031871A/en active Pending
Cited By (2)
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JP2007035495A (en) * | 2005-07-28 | 2007-02-08 | Nec Tokin Corp | Magnetic circuit device and synchrotron device using it |
JP4629527B2 (en) * | 2005-07-28 | 2011-02-09 | Necトーキン株式会社 | Magnetic circuit device and synchrotron device using the same |
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