JPH06163241A - 磁場発生装置用電磁石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】コイルの巻き厚を大きくして強磁場を発生する
ことができ、かつ巻芯断面の長軸を長くして磁場の有効
利用範囲の拡大ができるようにする。 【構成】断面形状を楕円とした巻芯１１に、絶縁被覆材
１３ｂが被せられた導体部１３ａから成る電線１３を巻
き付けて、コイル１２を形成し、電磁石１０を構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物性研究、放射光装置
用挿入光源等に用いて好適な磁場発生装置用電磁石に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、物性研究等に用いられていた磁場
発生装置用レーストラック型電磁石の上面図及び断面図
を図６（ａ），（ｂ）に示す。

【０００３】図に示したように従来の磁場発生装置用レ
ーストラック型電磁石では、磁場の有効利用範囲を拡げ
るために、巻芯６１は、その断面形状が円弧部６１１
（半円弧）と直線部６１２で構成されるレーストラック
状に形成されている。巻芯６１の長軸寸法はｂである。
この巻芯６１は、高分子、ガラス等の絶縁被覆材（図示
せず）で表面が絶縁されている。この巻芯６１に電線６
３を多数巻き付けることにより、コイル６２が形成され
ている。コイル６２の巻き厚の寸法はａである。

【０００４】電線６３は、図６（ｂ）に示したＤの部分
の拡大図に示してあるように、導体部６３ａの表面に高
分子、ガラス等の絶縁被覆材６３ｂが被覆された構造と
なっている。

【０００５】このような磁場発生装置用レーストラック
型電磁石では、均一な磁場を作るために、コイル６２の
巻線時に、巻芯６１の直線部６１２に電線６３を密着さ
せる必要がある。このため、電線６３に張力を加えなが
ら巻線作業を行う必要がある。

【０００６】このとき、電線６３に加えられる張力は、
円弧部６１１のみで支持され、直線部６１２では支持さ
れない。このため、コイル６２最内層の電線６３で巻芯
６１の円弧部６１１に対応する部分には、積層されたす
べての電線６３から圧縮力が作用する。

【０００７】したがって、強い磁場を発生させるため
に、電線６３の巻数を増やして、コイル６２の巻き厚ａ
を大きくすると、積層された電線６３のうち最内層の電
線６３の円弧部６１１に対応する部分に作用する圧縮力
は増大する。

【０００８】また、磁場の有効利用範囲を拡大するため
に、巻芯６１の長軸寸法ｂを長くすると、電線６３の直
線部６１２対応部分を直線状に引張るために必要な張力
が増大する。このため、コイル６２最内層の電線６３の
円弧部６１１に対応する部分に作用する圧縮力が一層増
大する。

【０００９】このように、コイル６２最内層の電線６３
の円弧部６１１に対応する部分に作用する圧縮力が増大
するために、同電線６３の導体部６３ａ表面に形成（被
覆）された絶縁被覆材６３ｂ、あるいは、巻芯６１の表
面に形成（被覆）された絶縁被覆材が損傷し、絶縁の機
能を失ってしまう。つぎに、従来、物性研究等に用いら
れていた磁場発生装置である円筒のスプリットペアコイ
ルの断面図を図７に示す。

【００１０】図において、スプリットペアコイルは、両
端に巻きつば７２が一体形成された円柱状の巻芯７１
に、電線を円筒状に巻き付けてコイル７３が形成された
電磁石７０を２つ対向させた構造となっている。この対
向する各電磁石７０に通電することにより、２つの磁石
の中心、すなわち図に示した原点０の近傍に磁場が発生
する。

【００１１】このようなスプリットペアコイルにおい
て、原点０の近傍で均一な磁場を得るためには、各コイ
ル７３を形成する電線を均一に並べて、揃える必要があ
る。このため、巻きつば７２は必要不可欠であった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前述した如く、図６に
示したような従来の磁場発生装置用レーストラック型電
磁石には、レーストラックの直線部に電線を密着して沿
わせるのに大きな張力を要することから、以下に示す問
題があった。

【００１３】まず、強い磁場を発生させるために、コイ
ルの巻き厚を大きくすると、コイル最内層の電線の巻芯
円弧部対応部分に、コイルを形成しているすべての電線
から圧縮力が作用するので、コイル最内層の電線の巻芯
円弧部対応部分の表面の絶縁被覆材および巻芯円弧部表
面の絶縁被覆材が損傷し、絶縁機能を失ってしまい、こ
のため、巻き厚を大きくできず、強い磁場を発生するこ
とができなかった。さらに、巻芯の断面形状において、
長軸の長さを大きくできなかったので、磁場有効利用範
囲を拡げることができなかった。

【００１４】また、図７に示したような従来のスプリッ
トペアコイルでは、各コイルを形成する電線を均一に並
べて揃えることで、均一な磁場が得られるように、両端
に巻きつばが一体形成された巻芯を用いていたため、以
下に示す問題があった。

【００１５】まず、強い磁場を得るためには、スプリッ
トペアコイルの対向する２つの電磁石のコイル間の距離
を縮めようとしても、互いの電磁石の巻きつばの厚さ分
よりコイル間の距離を短縮できなかった。すなわち、巻
きつばが邪魔であり、巻きつばが強い磁場発生の妨げと
なっていた。また、巻きつばの厚さの分だけ、コイルに
より発生する磁場の有効利用範囲が狭められていた。さ
らに、巻きつばが妨げとなり、装置全体を小型化するこ
とが困難であった。

【００１６】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的は、コイルの巻き厚を大きくして強磁場
を発生することができ、かつ巻芯断面の長軸を長くして
磁場の有効利用範囲の拡大ができる磁場発生装置用電磁
石を提供することにある。

【００１７】本発明の他の目的は、スプリットペアコイ
ルを構成する２つの電磁石の巻きつばを巻芯から取り外
し可能とすることにより、使用時における両電磁石間の
距離の短縮を可能とし、強磁場の発生、磁場の有効利用
範囲の拡大、かつ装置の小型化が図れる磁場発生装置用
電磁石を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】

（第１の発明）本発明は、磁場発生装置用電磁石におい
て、巻芯の断面形状を楕円形状、もしくは、なめらかな
凸曲面を持つ形状とすることを特徴とする。 （第２の発明）また、本発明は、磁場発生装置用電磁石
において、巻芯と巻きつばを別部品とし、巻きつばの取
り付け及び分解が可能な構造とすることを特徴とする。
磁場発生装置用電磁石において、コイル巻線後、巻きつ
ばが不要となった時点で巻きつばを取り外して電磁石を
使用することを特徴とする。また、コイル巻線後、巻線
が乱れないように電線相互を樹脂を用いて固着させた
後、巻きつばを取り外して電磁石を使用することを特徴
とする。

【００１９】

【作用】

（第１の発明）

【００２０】巻芯に電線を巻き付けて製作される磁場発
生装置用電磁石において、断面形状が楕円形状もしくは
なめらかな凸曲面を持つ形状である巻芯に、電線が巻き
付けられると、巻芯の外周面全体で電線が支持される。
これにより、小さい張力で電線を巻芯の外周面に密着し
て沿わせることができる。

【００２１】このように、電線に加えられる張力が小さ
くなるので、コイルを形成しているすべての電線からコ
イル最内層の電線に作用する圧縮力も減少する。このた
め、コイル最内層の電線の表面を被覆している絶縁被覆
材もしくは巻芯の表面を被覆している絶縁被覆材の損傷
が防止できる。 （第２の発明）

【００２２】両端に巻きつばが取り付けられた巻芯に、
電線を巻き付けることにより、電線が均一に揃えられた
コイルが形成される。コイルを形成している電線相互
は、樹脂により固着される。巻きつばは、コイル形成後
に、巻芯から取り外される。

【００２３】このように、コイル形成後に巻芯から巻き
つばを取り外した状態の磁場発生装置用電磁石を２つ用
いてスプリットペアコイルを構成すれば、従来の巻芯と
巻きつばとが一体形成された磁場発生装置用電磁石を用
いたスプリットペアコイルに比べて、取り外した巻きつ
ばの分だけ、互いの電磁石の距離が短縮できるので、磁
場が必要となる部分（両電磁石に挟まれた部分）に強い
磁場を発生させることができる。また、従来のスプリッ
トペアコイルに比べて、巻きつばの分だけ磁場の有効利
用範囲を拡げることができ、装置を小型にすることもで
きる。

【００２４】さらに、電磁石のコイルを形成する電線相
互が樹脂を用いて固着されているので、巻芯から巻きつ
ばを取り外してもコイルの巻線形状が維持でき、均一な
磁場を発生させることができる。

【００２５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。まず、第１実施例について説明する

【００２６】図１は、同実施例に係る磁場発生装置用電
磁石の構造を示すものであり、同図（ａ）は同電磁石の
上面図、同図（ｂ）は同図（ａ）に示したＡ−Ａ´線に
沿った断面図である。

【００２７】図に示した電磁石１０において、巻芯１１
は、その断面形状が楕円状に形成されている。巻芯１１
の断面（楕円面）の長軸寸法はｂである。また、巻芯１
１は、高分子、ガラス等の絶縁被覆材（図示せず）で表
面が絶縁されている。この巻芯１１の外周面には、電線
１３が多数巻き付けられてコイル１２が形成されてい
る。コイル１２の巻き厚の寸法はａである。

【００２８】電線１３は、図１（ｂ）に示したＣの部分
の拡大図に示してあるように、電流の流れる導体部１３
ａの表面に、電線１３相互の絶縁及び巻芯１１との絶縁
を行うために、高分子、ガラス等の絶縁被覆材１３ｂが
被覆された構造となっている。

【００２９】上記構造の電磁石１０において、コイル１
２を形成する電線１３は、同電線１３が巻き付けられて
いる巻芯１１の断面が楕円状となっているために、従来
の断面がレーストラック型の電磁石と異なって、その巻
芯１１の外周面全体に渡って支持される。したがって、
巻芯１１断面の長軸寸法ｂを長くしても、コイル１２巻
線時に、電線１３を小さい張力で巻芯１１の外周面に密
着して沿わせることができる。このため、コイル１２最
内層の電線１３に作用する力も小さくなる。また、コイ
ル１２の巻き厚寸法ａを大きくしても、コイル１２全体
からコイル１２最内層の電線１３に作用する力が同電線
１３の局部に集中することはなくなる。すなわち、電線
１３に作用する力が巻芯１１外周面全体に渡って分散す
る。

【００３０】以上の理由により、コイル１２最内層の電
線１３表面を被覆する絶縁被覆材１３ｂあるいは巻芯１
１表面を被覆する絶縁被覆材の損傷が防止できるので、
コイル１２の巻き厚寸法ａを大きくして強い磁場を得る
ことができる。また、巻芯１１断面の長軸寸法ｂを長く
して磁場有効利用範囲を拡大することもできる。なお、
本実施例では、内部が充実した楕円柱状の巻芯を用いて
いるが、内部が中空の楕円筒状の巻芯を用いてもよい。

【００３１】また、本実施例では、巻芯の断面形状を楕
円形状としたが、なめらかな凸曲面を持つ断面形状であ
ってもよい。要は、巻芯の外周面全体で電線が支持され
るような断面形状であればよい。つぎに第２実施例につ
いて説明する。図２は、同実施例に係る磁場発生装置用
電磁石の断面図を示したものである。

【００３２】図に示した電磁石２０において、巻芯２１
は、鉄により円柱状に形成されている。この巻芯２１の
両端には、巻きつば２２が取り付けられている。巻きつ
ば２２は、ねじ止めにより、巻芯２１に固定されてい
る。

【００３３】巻芯２１の外周面には、電線が多数巻き付
けられてコイル２３が形成されている。この電線の巻き
付けにおいて、巻芯２１の両端には巻きつば２２が取り
付けられているため、この電線を均一に揃えることがで
きる。また、コイル２３を形成している電線相互は樹脂
により固着されている。

【００３４】このような電磁石２０を用いてスプリット
ペアコイルを構成する場合、後述の効果を得るために、
巻きつば２２を巻芯２１から取り外す。そして、この巻
きつば２２を取り外した電磁石２０を１対用意してスプ
リットペアコイルに用いる。

【００３５】上記電磁石２０は、巻芯２１と、巻芯２１
の両端の巻きつば２２とが分解可能な構造となっている
が、図３（第３実施例）に示した電磁石３０のように、
巻芯の一方の端の巻きつばのみ分解可能な構造としても
よい。すなわち、巻芯３１の一端に巻きつば３２を巻芯
３１と一体形成し、他方の端に巻きつば２２をねじ止め
により取り付けた構造でもかまわない。つぎに図３に示
した電磁石３０を用いたスプリットペアコイルの構成方
法について具体的に説明する。まず、図３に示した電磁
石３０の巻芯３１から、ねじ止めにより取り付けられて
いる巻きつば２２を図４に示すように取り外す。

【００３６】つぎに、巻きつば２２が取り外された図４
に示す電磁石３０を２つ用いて、図５に示すようにスプ
リットペアコイルを構成する。ここで、両電磁石３０
は、各電磁石３０の巻つば２２を取り外した側を対向し
て配置されており、両電磁石３０が通電されることによ
り、図に示した原点０近傍に磁場が発生する。

【００３７】このような構造のスプリットペアコイルに
おいては、電磁石３０の組み立て後（コイル２３巻き付
け後）に巻きつば２２を取り外し、この巻きつば２２が
取り外された電磁石３０を用いているため、同コイルの
電磁石３０の間の距離は、巻きつばと巻芯が一体形成さ
れた電磁石を用いた従来のスプリットペアコイルに比べ
て、巻きつば２２の厚さの分だけ短縮される。このた
め、原点０近傍において強い磁場が得られる。

【００３８】しかも、電磁石３０の組み立て後、巻きつ
ば２２を取り外していることから、すなわち、巻芯３１
に電線を均一に揃えて巻き付けるために、巻芯３１の両
端に巻きつば２２を取り付けた状態で、コイル２３を形
成して、電磁石３０を組み立てた後に、巻きつば２２を
取り外していることから、巻きつば２２がないことによ
る支障はない。

【００３９】しかも、コイル２３を形成している電線相
互が均一に揃えられた状態で樹脂により固着されている
ことから、巻きつば２２を取り外しても巻線の形状が崩
れることはない。また、巻きつば２２を取り外している
ことから、装置の小型化も図れる。

【００４０】また、従来のスプリットペアコイルに比べ
て、スプリットペアコイルを構成している電磁石３０の
間で、巻きつば２２の厚さの分だけ、発生する磁場の有
効利用範囲が拡大する。

【００４１】なお、本実施例では、円柱状の巻芯を用い
ているが、第１実施例に示したように、断面形状が楕円
形状の巻芯もしくは、なめらかな凸曲面を持つ断面形状
の巻芯を用いてもよい。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、巻芯に電線を巻き付け
て製作される磁場発生装置用電磁石において、コイルを
形成する電線が巻き付けられている巻芯の断面形状を楕
円状もしくは滑らかな凸曲面を持つ形状としたことよ
り、巻芯の断面形状がレーストラック型である従来の磁
場発生装置用電磁石と異なって、コイルを形成する電線
は巻芯の外周面全体に渡って支持される。したがって、
巻芯断面の長軸を長くしても、コイル巻線時に、電線を
小さい張力で巻芯の外周面に密着して沿わせることがで
きる。このため、コイルを形成するすべての電線からコ
イル最内層の電線に作用する圧縮力も小さくなる。ま
た、コイルの巻き厚を大きくしても、コイル全体からコ
イル最内層の電線に作用する圧縮力が同電線の局部に集
中することはなくなる。すなわち、電線に作用する力が
巻芯外周面全体に渡って分散する。

【００４３】以上の理由により、コイル最内層の電線表
面を被覆する絶縁被覆材あるいは巻芯表面を被覆する絶
縁被覆材の損傷が防止できるので、コイルの巻き厚を大
きくして強い磁場を得ることができる。また、巻芯の断
面の長軸を長くして磁場有効利用範囲を拡大することも
できる。

【００４４】また、本発明によれば、磁場発生装置用電
磁石において、巻芯の両端に巻きつばを取り外し可能に
取り付けたことにより、コイル形成時には、巻きつばを
利用して、コイルを形成する電線が均一に揃えられて巻
芯に巻き付けられ、コイル形成後には、不要となった巻
きつばを取り外すことができる。このため、この巻きつ
ばが取り外された磁場発生装置用電磁石を２つ用いてス
プリットペアコイルを構成すれば、従来の巻芯と巻きつ
ばとが一体形成された磁場発生装置用電磁石を用いたス
プリットペアコイルに比べて、巻きつばの分だけ、同コ
イルを構成する２つの電磁石の距離を縮めることができ
る。このため、磁場が必要となる部分（両電磁石に挟ま
れた部分）に両電磁石をより近付けることができるの
で、一層強い磁場を得ることができる。また、従来のス
プリットペアコイルに比べて、巻きつばの分だけ磁場の
有効利用範囲を拡げることができ、装置を小型にするこ
ともできる。

【００４５】さらに、電磁石のコイルを形成する電線相
互を樹脂を用いて固着したことにより、巻芯から巻きつ
ばを取り外してもコイルの巻線形状が維持でき、均一な
磁場を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る磁場発生装置用電磁
石の構造図。

【図２】本発明の第２実施例に係る磁場発生装置用電磁
石の構造図。

【図３】本発明の第３実施例に係る磁場発生装置用電磁
石の構造図。

【図４】図３に示した電磁石３０の巻芯３１から巻きつ
ば２２を取り外した状態を示す図。

【図５】図４に示した電磁石３０を用いて構成したスプ
リットペアコイルの構造図。

【図６】従来の磁場発生装置用レーストラック型電磁石
の構造図。

【図７】従来のスプリットペアコイルの構造図。

【符号の説明】

１０，２０，３０…電磁石、 １１，２１，３１…巻
芯、１２，２３…コイル、 １３…電線、１３ａ
…導体部、 １３ｂ…絶縁被覆材、２２，３
２…巻きつば。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 巻芯に電線を巻き付けて製作される磁場
   発生装置用電磁石において、 前記巻芯の断面形状を楕円形としたことを特徴とする磁
   場発生装置用電磁石。
2. 【請求項２】 巻芯に電線を巻き付けて製作される磁場
   発生装置用電磁石において、 前記巻芯の断面形状をなめらかな凸曲面を持つ形状とし
   たことを特徴とする磁場発生装置用電磁石。
3. 【請求項３】 両端に巻きつばを有する巻芯に電線を巻
   き付けてコイルを形成した磁場発生装置用電磁石におい
   て、 前記巻きつばの少なくとも一方を、前記巻芯から取り外
   し可能としたことを特徴とする磁場発生装置用電磁石。
4. 【請求項４】 前記コイルの形成後に、前記少なくとも
   一方の巻きつばが前記巻芯から取り外された構造を有す
   ることを特徴とする請求項３記載の磁場発生装置用電磁
   石。
5. 【請求項５】 前記コイルを形成する前記電線相互が樹
   脂で固着されていることを特徴とする請求項４記載の磁
   場発生装置用電磁石。