JP7105389B1 - 荷電粒子加速器用電磁石 - Google Patents
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Abstract
【課題】 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。【解決手段】 荷電粒子加速器用電磁石１０は、ヨーク２０と、少なくとも部分的にヨーク２０内に位置するコイル部材３０とを備える。コイル部材３０は、絶縁体３４と、絶縁体３４に埋設されたコイル３２とを備える。コイル部材３０には、ヨーク２０内に位置するとともにヨーク２０に向かって突出した突出部３６が設けられている。【選択図】図２
Description
本発明は、荷電粒子加速器用電磁石に関する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
Claims (5)
- 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おり、
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。 - 請求項１記載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。 - 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おり、
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。 - 請求項１から請求項３までのいずれかに記載の荷電粒子加速器用電磁石であって、
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。 - 請求項１から請求項４までのいずれかに記載の荷電粒子加速器用電磁石であって、
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。
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