JP2023113446A - Electromagnet for charged particle accelerator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、荷電粒子加速器用電磁石に関する。 The present invention relates to electromagnets for charged particle accelerators.
特許文献1は、シンクロトロン蓄積リングに用いられる偏向電磁石を開示している。 US Pat. No. 5,300,000 discloses a bending magnet for use in a synchrotron storage ring.
特許文献1の偏向電磁石は、一対の鉄心(上下鉄心、ヨーク)と一対のコイル(上下コイル)とを有している。鉄心とコイルとは一対一に対応している。鉄心の夫々には、溝が形成されている。コイルの夫々は、その一部が溝内に位置するように、対応する鉄心と組み合わされる。 The bending electromagnet of Patent Document 1 has a pair of iron cores (upper and lower iron cores, yoke) and a pair of coils (upper and lower coils). There is a one-to-one correspondence between the iron core and the coil. A groove is formed in each of the iron cores. Each coil is mated with a corresponding iron core such that a portion of the coil lies within the groove.
偏向電磁石の動作時において、コイルには電磁力が働く。電磁力によってコイルが移動することがないように、溝内において鉄心とコイルとの間には絶縁物が詰め込まれている。 During operation of the bending electromagnet, an electromagnetic force acts on the coil. An insulator is packed between the core and the coil in the groove so that the coil will not move due to electromagnetic force.
特許文献1の偏向電磁石において、コイルの夫々は、対応する鉄心の溝内の適切な位置に配置されなければならない。ここで、鉄心の溝内に絶縁物を詰め込んだ後において、鉄心に対するコイルの位置を調整することは困難である。したがって、コイルの鉄心に対する位置は、絶縁物を溝内に詰め込む前後において適切である必要がある。そのため、特許文献1の偏向電磁石には、組立て作業が煩雑であるとともに、鉄心に対してコイルを適切に位置決めすることが難しいという問題点がある。 In the bending electromagnet of Patent Literature 1, each of the coils must be placed at an appropriate position within the corresponding groove of the iron core. Here, it is difficult to adjust the position of the coil with respect to the core after the insulator is stuffed into the groove of the core. Therefore, the position of the coil with respect to the core must be appropriate before and after the insulator is stuffed into the groove. Therefore, the bending electromagnet of Patent Literature 1 has problems in that the assembly work is complicated and it is difficult to properly position the coil with respect to the iron core.
本発明は、ヨークに対するコイルの位置決めを容易に行うことができ、かつ組立て作業が容易に行える荷電粒子加速器用電磁石を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an electromagnet for a charged particle accelerator, in which the coil can be easily positioned with respect to the yoke and the assembling work can be easily performed.
本発明は、第1の荷電粒子加速器用電磁石として、ヨークと、少なくとも部分的に前記ヨーク内に位置するコイル部材とを備える荷電粒子加速器用電磁石であって、
前記コイル部材は、絶縁体と、前記絶縁体に埋設されたコイルとを備えており、
前記コイル部材には、前記ヨーク内に位置するとともに前記ヨークに向かって突出した突出部が設けられている
荷電粒子加速器用電磁石を提供する。
The present invention provides, as a first electromagnet for charged particle accelerator, an electromagnet for charged particle accelerator comprising a yoke and a coil member positioned at least partially within the yoke,
The coil member includes an insulator and a coil embedded in the insulator,
Provided is an electromagnet for a charged particle accelerator, wherein the coil member is provided with a protruding portion positioned within the yoke and protruding toward the yoke.
また、本発明は、第2の荷電粒子加速器用電磁石として、第1の荷電粒子加速器用電磁石であって、
前記突出部の内部には補強部材が埋め込まれている
荷電粒子加速器用電磁石を提供する。
Further, the present invention is a first electromagnet for a charged particle accelerator as a second electromagnet for a charged particle accelerator,
An electromagnet for a charged particle accelerator is provided in which a reinforcing member is embedded inside the protrusion.
また、本発明は、第3の荷電粒子加速器用電磁石として、第2の荷電粒子加速器用電磁石であって、
前記補強部材は、繊維テープからなる
荷電粒子加速器用電磁石を提供する。
Further, the present invention provides a second electromagnet for a charged particle accelerator as a third electromagnet for a charged particle accelerator,
The reinforcing member provides an electromagnet for a charged particle accelerator made of fiber tape.
また、本発明は、第4の荷電粒子加速器用電磁石として、第1から第3の荷電粒子加速器用電磁石のいずれかであって、
前記荷電粒子加速器用電磁石は、位置決めブロックを更に備えており、
前記位置決めブロックは、前記コイル部材の前記突出部に隣接するように、前記ヨークに固定されており、前記コイルの前記突出部の移動を規制している
荷電粒子加速器用電磁石を提供する。
Further, according to the present invention, as a fourth electromagnet for charged particle accelerator, any one of the first to third electromagnets for charged particle accelerator,
The charged particle accelerator electromagnet further comprises a positioning block,
The positioning block is fixed to the yoke so as to be adjacent to the protrusion of the coil member, and provides an electromagnet for a charged particle accelerator that restricts movement of the protrusion of the coil.
また、本発明は、第5の荷電粒子加速器用電磁石として、第1から第4の荷電粒子加速器用電磁石のいずれかであって、
前記荷電粒子加速器用電磁石は偏向電磁石であり、
前記コイルは、平行な二辺とそれらを両端で夫々連結する二つの連結部からなる形状を有しており、
前記突出部は、前記コイルの平行な二辺から前記ヨークに向かって突出している
荷電粒子加速器用電磁石を提供する。
The present invention also provides a fifth electromagnet for a charged particle accelerator, which is any one of the first to fourth electromagnets for a charged particle accelerator,
The electromagnet for a charged particle accelerator is a bending electromagnet,
The coil has a shape consisting of two parallel sides and two connecting parts connecting the two sides at both ends,
The projecting portion provides an electromagnet for a charged particle accelerator projecting from two parallel sides of the coil toward the yoke.
また、本発明は、第6の荷電粒子加速器用電磁石として、第1から第5の荷電粒子加速器用電磁石のいずれかであって、
前記コイル部材の前記絶縁体はエポキシ樹脂又はポリイミド樹脂である
荷電粒子加速器用電磁石を影響する。
Further, according to the present invention, as a sixth electromagnet for charged particle accelerator, any one of the first to fifth electromagnets for charged particle accelerator,
The insulator of the coil member affects the electromagnet for charged particle accelerator, which is epoxy resin or polyimide resin.
本発明の一形態によれば、荷電粒子加速器用電磁石に用いられるコイル部材には、ヨーク内に位置するとともにヨークに向かって突出した突出部が設けられている。突出部は、ヨークに対するコイル部材の位置決めを容易にする。また、ヨークに対してコイル部材が移動するのを防止又は抑制し、荷電粒子加速器用電磁石の組立て作業を容易にする。 According to one aspect of the present invention, a coil member used in an electromagnet for a charged particle accelerator is provided with a protruding portion positioned within the yoke and protruding toward the yoke. The protrusion facilitates positioning of the coil member with respect to the yoke. In addition, it prevents or suppresses movement of the coil member with respect to the yoke, thereby facilitating the work of assembling the electromagnet for a charged particle accelerator.
図1を参照すると、本発明の一実施の形態による荷電粒子加速器用電磁石10は、ヨーク20と、コイル部材30とを備えている。コイル部材30は、部分的にヨーク20内に位置している。ただし、本発明は、これに限られない。コイル部材30は、その全体がヨーク20内に位置してもよい。換言すると、コイル部材30は、少なくとも部分的にヨーク20内に位置していればよい。
Referring to FIG. 1, a charged
図1に示されるように、ヨーク20は、上側ヨーク22と下側ヨーク24とを備えている。上側ヨーク22は、天板ヨーク221と、一対の上側部ヨーク223,225とで構成されている。また、下側ヨーク24は、底板ヨーク241と、一対の下側部ヨーク243,245とで構成されている。天板ヨーク221、上側部ヨーク223,225、下側部ヨーク243,245、及び底板ヨーク241は、互いに接合され一体化されている。ただし、本発明は、これに限られない。ヨーク20は、例えば、単一の又は二つの部品で構成されてもよい。
As shown in FIG. 1 , the
図1に示されるように、コイル部材30は、上側コイル部材301と、下側コイル部材303とを備えている。本実施の形態において、上側コイル部材301と下側コイル部材303とは同一の構成を有し、それらの巻軸が一致するように配置されている。本実施の形態において、上側コイル部材301及び下側コイル部材303の巻軸は、上下方向に延びている。本実施の形態において、上下方向はZ方向である。+Z方向が上方であり、-Z方向が下方である。ただし、本発明は、これに限定されない。上側コイル部材301と下側コイル部材303とは、巻軸と直交する平面に関して面対称に構成されてもよい。
As shown in FIG. 1, the
図2から図4に示されるように、荷電粒子加速器用電磁石10は、更に磁極片26,28を備えている。上磁極片26は、天板ヨーク221に固定され、下磁極片28は、底板ヨーク241に固定されている。上磁極片26は上側コイル部材301に対応し、下磁極片28は下側コイル部材303に対応している。詳しくは、コイル部材30の巻軸に沿って見たとき、上磁極片26は上側コイル部材301の内側に位置し、下磁極片28は下側コイル部材303の内側に位置している。上側コイル部材301と上磁極片26との間には、5mm程度の隙間があってよい。同様に、下側コイル部材303と下磁極片28との間にも、5mm程度の隙間があってよい。
As shown in FIGS. 2-4, the charged
図2に示されるように、コイル部材30は、前後方向に長いレーストラック形状を有し、わずかに湾曲している。本実施の形態において、前後方向はY方向である。コイル部材30の形状から理解されるように、荷電粒子加速器用電磁石10は、円形加速器に使用される偏向電磁石である。
As shown in FIG. 2, the
図2に示されるように、コイル部材30には、複数の突出部36が設けられている。これら突出部36は、ヨーク20内に位置し、かつヨーク20に向かって突出している。詳しくは、突出部36は、上側コイル部材301及び下側コイル部材303に夫々設けられている。本実施の形態において、上側コイル部材301に設けられた突出部36の数は、六つである。同様に、下側コイル部材303に設けられた突出部36の数も六つである。ただし、本発明はこれに限られない。突出部36の数と配置は、コイル部材30の大きさや形状に応じて任意に設定されてよい。
As shown in FIG. 2 , the
図2から理解されるように、コイル部材30に設けられた突出部36とヨーク20との間に隙間はほとんどない。詳しくは、突出部36とヨーク20との間には1mm程度の隙間しかない。このように、突出部36とヨーク20とは互いに近接しているので、コイル部材30とヨーク20との間に生じる隙間に充填材(絶縁物)を配置する必要がない。これにより、横方向において、コイル部材30のヨーク20に対する位置決めを容易に行うことができ、荷電粒子加速器用電磁石10の組立て作業を容易化することができる。本実施の形態において、横方向は、X方向である。
As understood from FIG. 2, there is almost no gap between the
図2に示されるように、荷電粒子加速器用電磁石10は、複数の位置決めブロック38を更に備えている。位置決めブロック38は、コイル部材30の突出部36に隣接するように、ヨーク20に設けられている。本実施の形態において、位置決めブロック38は、上側コイル部材301及び下側コイル部材303の夫々に対して四つ設けられている。詳しくは、位置決めブロック38は、前後方向において外側に位置する突出部36の更に外側に設けられている。位置決めブロック38の夫々は、例えば金属ブロックであり、ヨーク20にネジ止めされている。ただし、本発明は、これに限られない。位置決めブロック38は、ヨーク20と一体に形成されていてもよい。また、位置決めブロック38は、前後方向において外側に位置する突出部36の内側に設けられてもよい。いずれにせよ、位置決めブロック38の数と配置は、コイル部材30の構成に応じて任意に設定されてよい。
As shown in FIG. 2 , the charged
図2から理解されるように、位置決めブロック38は、前後方向における突出部36の移動を規制し、もってコイル部材30の移動を規制する。これにより、前後方向において、コイル部材30の位置決めを容易に行うことができ、荷電粒子加速器用電磁石10の組立て作業を容易化することができる。
As can be understood from FIG. 2, the
図3及び図4に示されるように、コイル部材30は、コイル32と絶縁体34とを備えている。詳しくは、上側コイル部材301及び下側コイル部材303は、上コイル321及び下コイル323を夫々備えている。上コイル321及び下コイル323の夫々は、例えば、外周をガラステープで覆った銅線を巻き回したものである。上コイル321及び下コイル323の夫々は、絶縁体34に埋設されている。換言すると、上コイル321及び下コイル323の夫々は、絶縁体34に覆われている。絶縁体34は、例えばエポキシ樹脂又はポリイミド樹脂である。上側コイル部材301及び下側コイル部材303の夫々は、例えば、上コイル321又は下コイル323を金型内に配置し、樹脂を用いてインサート成形を行うことにより製造することができる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
図3及び図4に示されるように、上側コイル部材301は、上側ヨーク22内に収容され、支持具40によって上下方向の移動を規制されている。同様に、下側コイル部材303は、下側ヨーク24内に収容され、支持具40によって上下方向の移動を記載されている。
As shown in FIGS. 3 and 4 , the
図5から理解されるように、下側コイル部材303の下コイル323は、略前後方向に延びる長辺部331,333と、それらの両端を夫々連結する一対の連結部335,337とを有している。長辺部331,333は、互いに平行な二辺である。長辺部331,333は、湾曲しており、それによって互いに長さが異なっている。上側コイル部材301についても、下側コイル部材303と同様である。
As can be seen from FIG. 5, the
図5に示されるように、下側コイル部材303は、複数の補強部材361を更に有している。本実施の形態において、補強部材361の数は六つである。補強部材361の夫々は、下コイル323の平行な二辺である長辺部331,333の外周側側面に設けられ、ヨーク20に向かって突出している。上側コイル部材301についても、下側コイル部材303と同様に構成される。
As shown in FIG. 5, the
図5及び図2から理解されるように、補強部材361は、突出部36を形成するためのものである。即ち、突出部36は、補強部材361とそれを覆う絶縁体34の一部とで構成される。換言すると、突出部36の夫々の内部には、補強部材361が埋め込まれている。補強部材361は、上側コイル部材301の絶縁体34を形成する際に、上コイル321とともに金型内に配置され、上コイル321とともに絶縁体34と一体に成形される。
As understood from FIGS. 5 and 2, the reinforcing
補強部材361は、上側コイル部材301(又は下側コイル部材303)を上側ヨーク22(又は下側ヨーク24)内に配置する際に、突出部36が上側ヨーク22(又は下側ヨーク24)に衝突したとしても、破損し難い強度を必要とする。また、補強部材361は、荷電粒子加速器用電磁石10の使用時に上側コイル部材301(又は下側コイル部材303)が変形しようとする力によって変形し難い強度を必要とする。このような補強部材361として、ガラス繊維テープやノーメックス(登録商標)を巻き束ねたもの又は折り畳んだもの用いることができる。ただし、本発明は、これに限られない。補強部材361は、樹脂ブロック等、他の部材で構成されてもよいし、絶縁体34に代替させてもよい。
When the upper coil member 301 (or the lower coil member 303) is arranged in the upper yoke 22 (or the lower yoke 24), the reinforcing
上述したように、本実施の形態による荷電粒子加速器用電磁石10のコイル部材30は、突出部36を備えている。これにより、ヨーク20に対するコイル部材30の位置決めを容易に行うことができる。こうして、本実施の形態によれば、荷電粒子加速器用電磁石10の組立て作業を容易化することができる。加えて、荷電粒子加速器用電磁石10の使用時にコイル部材30に働く力によって、コイル部材30が横方向へ広がろうとしたとき、突出部36は、ヨーク20に突き当たることでその変形を防止することができる。なお、コイル部材30の変形抑制を担う突出部36は、効率的に変形を抑制するため、コイル部材30の変形量が最も大きくなる位置に設けられることが好ましい。例えば、コイル部材30がレーストラック形状を有している場合、長辺部331,333の前後方向における中央部に突出部36を設けることで、コイル部材30の変形を効果的に抑制することができる。
As described above, the
以上、本発明について、いくつかの実施の形態を掲げて説明してきたが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変形、変更が可能である。例えば、本発明は、単一のコイルを有するコイル部材とヨークとの組合せに対しても適用可能である。また、本発明は、偏向電磁石のみならず、他の用途の電磁石、例えば、収束電磁石(磁気レンズ)にも適用可能である。また、本発明は、円形コイルを備える電磁石、空芯コイルを備える電磁石にも夫々適用可能である。更に、本発明は、レーストラック形状のコイルのみならず、レーストラック形状のコイルの両端を巻軸方向に曲げた鞍型コイルを備える電磁石にも適用可能である。なお、鞍型コイルの一例は、特許2529492号公報に開示されている。 As described above, the present invention has been described with reference to several embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention. is possible. For example, the present invention is applicable to a combination of a coil member and a yoke having a single coil. Moreover, the present invention is applicable not only to bending electromagnets, but also to electromagnets for other uses, such as converging electromagnets (magnetic lenses). The present invention is also applicable to electromagnets with circular coils and electromagnets with air-core coils. Furthermore, the present invention is applicable not only to a racetrack-shaped coil, but also to an electromagnet having a saddle-shaped coil in which both ends of the racetrack-shaped coil are bent in the direction of the winding axis. An example of a saddle coil is disclosed in Japanese Patent No. 2529492.
10 荷電粒子加速器用電磁石
20 ヨーク
22 上側ヨーク
221 天板ヨーク
223,225 上側部ヨーク
24 下側ヨーク
241 底板ヨーク
243,245 下側部ヨーク
26 上磁極片
28 下磁極片
30 コイル部材
301 上側コイル部材
303 下側コイル部材
32 コイル
321 上コイル
323 下コイル
331,333 長辺部
335,337 連結部
34 絶縁体
36 突出部
361 補強部材
38 位置決めブロック
40 支持具
10 electromagnet for charged
221
Claims (6)
前記コイル部材は、絶縁体と、前記絶縁体に埋設されたコイルとを備えており、
前記コイル部材には、前記ヨーク内に位置するとともに前記ヨークに向かって突出した突出部が設けられている
荷電粒子加速器用電磁石。 An electromagnet for a charged particle accelerator, comprising a yoke and a coil member located at least partially within the yoke,
The coil member includes an insulator and a coil embedded in the insulator,
An electromagnet for a charged particle accelerator, wherein the coil member is provided with a protruding portion positioned within the yoke and protruding toward the yoke.
前記突出部の内部には補強部材が埋め込まれている
荷電粒子加速器用電磁石。 The electromagnet for a charged particle accelerator according to claim 1,
An electromagnet for a charged particle accelerator, wherein a reinforcing member is embedded inside the projecting portion.
前記補強部材は、繊維テープからなる
荷電粒子加速器用電磁石。 The electromagnet for a charged particle accelerator according to claim 2,
The electromagnet for a charged particle accelerator, wherein the reinforcing member is made of a fiber tape.
前記荷電粒子加速器用電磁石は、位置決めブロックを更に備えており、
前記位置決めブロックは、前記コイル部材の前記突出部に隣接するように、前記ヨークに固定されており、前記コイルの前記突出部の移動を規制している
荷電粒子加速器用電磁石。 The electromagnet for a charged particle accelerator according to any one of claims 1 to 3,
The charged particle accelerator electromagnet further comprises a positioning block,
The positioning block is fixed to the yoke so as to be adjacent to the protrusion of the coil member, and restricts movement of the protrusion of the coil.
前記荷電粒子加速器用電磁石は偏向電磁石であり、
前記コイルは、平行な二辺とそれらを両端で夫々連結する二つの連結部からなる形状を有しており、
前記突出部は、前記コイルの平行な二辺から前記ヨークに向かって突出している
荷電粒子加速器用電磁石。 The electromagnet for a charged particle accelerator according to any one of claims 1 to 4,
The electromagnet for a charged particle accelerator is a bending electromagnet,
The coil has a shape consisting of two parallel sides and two connecting parts connecting the two sides at both ends,
The electromagnet for a charged particle accelerator, wherein the protrusions protrude from two parallel sides of the coil toward the yoke.
前記コイル部材の前記絶縁体はエポキシ樹脂又はポリイミド樹脂である
荷電粒子加速器用電磁石。 The electromagnet for a charged particle accelerator according to any one of claims 1 to 5,
The electromagnet for a charged particle accelerator, wherein the insulator of the coil member is epoxy resin or polyimide resin.
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