JPH08115696A - 電磁石用コイル - Google Patents
電磁石用コイルInfo
- Publication number
- JPH08115696A JPH08115696A JP6253134A JP25313494A JPH08115696A JP H08115696 A JPH08115696 A JP H08115696A JP 6253134 A JP6253134 A JP 6253134A JP 25313494 A JP25313494 A JP 25313494A JP H08115696 A JPH08115696 A JP H08115696A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coil
- current density
- electromagnet
- outside
- equation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 径方向の巻幅が大きくても消費電力を低減
し、発熱が少なく効率のよい電磁石用コイルを提供す
る。 【構成】 コイル１の電流密度を内側２より外側３を小
さくし、さらに、コイルの内側から外側へ導体の断面積
を段階的に大きくし、或いはコイルを径方向に複数に分
割し、外側コイル３の電流密度を内側コイル２の電流密
度より段階的に小さくする。このようにすることによ
り、通常の単一コイルに比べて消費電力、つまり発熱を
低く抑えることができる。しかも、簡単に外側コイルの
電流密度を内側コイルの電流密度より小さくすることが
できる。
し、発熱が少なく効率のよい電磁石用コイルを提供す
る。 【構成】 コイル１の電流密度を内側２より外側３を小
さくし、さらに、コイルの内側から外側へ導体の断面積
を段階的に大きくし、或いはコイルを径方向に複数に分
割し、外側コイル３の電流密度を内側コイル２の電流密
度より段階的に小さくする。このようにすることによ
り、通常の単一コイルに比べて消費電力、つまり発熱を
低く抑えることができる。しかも、簡単に外側コイルの
電流密度を内側コイルの電流密度より小さくすることが
できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁界型電子レンズ用な
どに使用される電磁石用コイルに関する。
どに使用される電磁石用コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】磁界型レンズコイルは、一般に図４に示
すように断面が矩形のソレノイドコイルで、同一線径の
銅線を巻線してあるが、これは磁界型レンズ用のコイル
だけでなく、一般の電磁石用コイルについても言えるこ
とである。これら電磁石用コイルの単位断面積あたりの
電流、つまり電流密度は、言うまでもなくどこも一定の
値となっている。
すように断面が矩形のソレノイドコイルで、同一線径の
銅線を巻線してあるが、これは磁界型レンズ用のコイル
だけでなく、一般の電磁石用コイルについても言えるこ
とである。これら電磁石用コイルの単位断面積あたりの
電流、つまり電流密度は、言うまでもなくどこも一定の
値となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】電磁石用コイルの起磁
力Ｊは、巻線の回数Ｎとその巻線に流れる電流Ｉとの積
ＮＩによって与えられるので、電流Ｉを固定すると、必
要な起磁力を確保するためには、その起磁力に見合った
巻線の回数Ｎが選定されることになる。この場合、コイ
ルの高さＨを低く抑えると、径方向の巻幅Ｗが大きくな
り、コイルの外側は、内側に比べて１ターン当たりの巻
線が長くなるため、１ターン当たりの抵抗が大きくなっ
てくる。したがって、同じ起磁力の電磁石用コイルで
も、径方向の巻幅Ｗが大きくなると、逆に巻幅Ｗが小さ
く高さＨが大きいコイルに比べて発熱、つまり消費電力
も大きくなり効率が悪くなるという問題が生じる。
力Ｊは、巻線の回数Ｎとその巻線に流れる電流Ｉとの積
ＮＩによって与えられるので、電流Ｉを固定すると、必
要な起磁力を確保するためには、その起磁力に見合った
巻線の回数Ｎが選定されることになる。この場合、コイ
ルの高さＨを低く抑えると、径方向の巻幅Ｗが大きくな
り、コイルの外側は、内側に比べて１ターン当たりの巻
線が長くなるため、１ターン当たりの抵抗が大きくなっ
てくる。したがって、同じ起磁力の電磁石用コイルで
も、径方向の巻幅Ｗが大きくなると、逆に巻幅Ｗが小さ
く高さＨが大きいコイルに比べて発熱、つまり消費電力
も大きくなり効率が悪くなるという問題が生じる。
【０００４】本発明は、上記の課題を解決するものであ
って、径方向の巻幅が大きくても消費電力を低減し、発
熱が少なく効率のよい電磁石用コイルを提供することを
目的とするものである。
って、径方向の巻幅が大きくても消費電力を低減し、発
熱が少なく効率のよい電磁石用コイルを提供することを
目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そのために本発明は、直
径方向に巻幅のある電磁石用コイルにおいて、コイルの
電流密度を内側より外側コイルを小さくしたことを特徴
とするものである。さらに、コイルの内側から外側へ導
体の断面積を段階的に大きくし、或いはコイルを径方向
に複数に分割し、外側コイルの電流密度を内側コイルの
電流密度より段階的に小さくしたことを特徴とするもの
である。
径方向に巻幅のある電磁石用コイルにおいて、コイルの
電流密度を内側より外側コイルを小さくしたことを特徴
とするものである。さらに、コイルの内側から外側へ導
体の断面積を段階的に大きくし、或いはコイルを径方向
に複数に分割し、外側コイルの電流密度を内側コイルの
電流密度より段階的に小さくしたことを特徴とするもの
である。
【０００６】
【作用】本発明の電磁石用コイルでは、コイルの電流密
度を内側より外側を小さくしたので、通常の単一コイル
に比べて消費電力、つまり発熱を低く抑えることができ
る。また、コイルの内側から外側へ導体の断面積を段階
的に大きくし、或いはコイルを径方向に複数に分割し、
外側コイルの電流密度を内側コイルの電流密度より段階
的に小さくするので、簡単にコイルの外側の電流密度を
内側より小さくすることができる。
度を内側より外側を小さくしたので、通常の単一コイル
に比べて消費電力、つまり発熱を低く抑えることができ
る。また、コイルの内側から外側へ導体の断面積を段階
的に大きくし、或いはコイルを径方向に複数に分割し、
外側コイルの電流密度を内側コイルの電流密度より段階
的に小さくするので、簡単にコイルの外側の電流密度を
内側より小さくすることができる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。図１は本発明の電磁石用コイルの１実施例を示
す図であり、１は電磁石用コイル、２は内側コイル、３
は外側コイルを示す。
明する。図１は本発明の電磁石用コイルの１実施例を示
す図であり、１は電磁石用コイル、２は内側コイル、３
は外側コイルを示す。
【０００８】図１において、電磁石用コイル１は、内側
コイル２と外側コイル３に２分割された巻幅Ｗ、高さ
Ｈ、内径ｒ1 、外径ｒ2 のコイルであり、内側コイル２
は、内側に巻幅Ｗ1 で巻かれ、外側コイル３は、その外
側に巻幅Ｗ2 で巻かれたものである。そして、内側コイ
ル２の電流密度を大きく外側コイル３の電流密度を小さ
くしている。具体的には、例えば内側コイル２の導体の
断面積に対し外側コイル３の導体の断面積を大きくする
と、直列に接続して同じ電流を流しても外側コイル３の
電流密度を内側コイル２より小さくすることができる。
また、内側コイル２と外側コイル３に同じ断面積の導体
を使った場合には、内側コイル２に対して外側コイル３
より大きい電流を流すようにすることによって、外側コ
イル３の電流密度を内側コイル２より小さくすることが
できる。このように外側コイル３の電流密度を内側コイ
ル２より小さくすると、電磁石用コイル１を分割しない
場合、つまり外側コイル３の電流密度を内側コイル２と
同じにした場合に比べて外側コイル３における１ターン
当たりの消費電力を低減することができ、同じ起磁力Ｊ
を確保するために外側コイル３の巻線の回数を増やした
としても、全体としてコイルの発熱、つまり消費電力を
低減し効率を上げることができる。
コイル２と外側コイル３に２分割された巻幅Ｗ、高さ
Ｈ、内径ｒ1 、外径ｒ2 のコイルであり、内側コイル２
は、内側に巻幅Ｗ1 で巻かれ、外側コイル３は、その外
側に巻幅Ｗ2 で巻かれたものである。そして、内側コイ
ル２の電流密度を大きく外側コイル３の電流密度を小さ
くしている。具体的には、例えば内側コイル２の導体の
断面積に対し外側コイル３の導体の断面積を大きくする
と、直列に接続して同じ電流を流しても外側コイル３の
電流密度を内側コイル２より小さくすることができる。
また、内側コイル２と外側コイル３に同じ断面積の導体
を使った場合には、内側コイル２に対して外側コイル３
より大きい電流を流すようにすることによって、外側コ
イル３の電流密度を内側コイル２より小さくすることが
できる。このように外側コイル３の電流密度を内側コイ
ル２より小さくすると、電磁石用コイル１を分割しない
場合、つまり外側コイル３の電流密度を内側コイル２と
同じにした場合に比べて外側コイル３における１ターン
当たりの消費電力を低減することができ、同じ起磁力Ｊ
を確保するために外側コイル３の巻線の回数を増やした
としても、全体としてコイルの発熱、つまり消費電力を
低減し効率を上げることができる。
【０００９】次に、電磁石用コイル１の分割と効率につ
いて説明する。図２は内外径比と消費電力比について説
明するための図、図３は起磁力密度について説明するた
めの図である。
いて説明する。図２は内外径比と消費電力比について説
明するための図、図３は起磁力密度について説明するた
めの図である。
【００１０】電磁石としての強さは、起磁力Ｊ＝ＮＩ
（アンペアターン）に比例し、その消費電力は、コイル
両端の電気抵抗値をＲとすると、Ｐ＝Ｉ2 Ｒとなる。コ
イル両端の電気抵抗Ｒ（Ω）をコイルの寸法より求める
と
（アンペアターン）に比例し、その消費電力は、コイル
両端の電気抵抗値をＲとすると、Ｐ＝Ｉ2 Ｒとなる。コ
イル両端の電気抵抗Ｒ（Ω）をコイルの寸法より求める
と
【００１１】
【数１】 となる。φ（ｍｍ）は銅線径、Ｎ（ターン）は巻数、ｒ
a （ｍｍ）はコイルの平均半径｛コイルの内半径を
ｒ1 、外半径をｒ2 とするとｒa ＝（ｒ1 ＋ｒ2 ）／
２｝、δ＝１．７２４１×１０-5Ωｍｍ（Ｃｕの定
数）、α＝０．００４／℃（Ｃｕの定数）、ｔ（℃）は
コイルの上昇温度、Ｗ（ｍｍ）はコイルの巻幅（Ｗ＝ｒ
2 −ｒ1 ）、Ｈ（ｍｍ）はコイルの高さ、Ｊ＝ＮＩ（ア
ンペアターン）は起磁力である。
a （ｍｍ）はコイルの平均半径｛コイルの内半径を
ｒ1 、外半径をｒ2 とするとｒa ＝（ｒ1 ＋ｒ2 ）／
２｝、δ＝１．７２４１×１０-5Ωｍｍ（Ｃｕの定
数）、α＝０．００４／℃（Ｃｕの定数）、ｔ（℃）は
コイルの上昇温度、Ｗ（ｍｍ）はコイルの巻幅（Ｗ＝ｒ
2 −ｒ1 ）、Ｈ（ｍｍ）はコイルの高さ、Ｊ＝ＮＩ（ア
ンペアターン）は起磁力である。
【００１２】銅線のスペースファクタをβとすると、
【００１３】
【数２】 となり、通常の巻線φ＝０．３〜０．１では、β＝０．
７〜０．８となっている。〔数２〕より、
７〜０．８となっている。〔数２〕より、
【００１４】
【数３】 〔数３〕を〔数１〕に代入すると、
【００１５】
【数４】 となる。この〔数４〕に電流の２乗を掛けて電力Ｐを求
めると、ｔ＝０〜５０℃の場合には、
めると、ｔ＝０〜５０℃の場合には、
【００１６】
【数５】 となる。つまり、同一寸法のコイルでは、線径、巻数、
電流にかかわらず、効率（起磁力Ｊ2 に対する電力Ｐ）
がほぼ同じとなることが分かる。また、電流密度、つま
り単位断面積当たりの起磁力は、同一線径、均一コイル
にすると、同一起磁力Ｊで、線径、巻数にかかわらず同
じとなることが分かる。以上の関係を式で表すと〔数
６〕となる。
電流にかかわらず、効率（起磁力Ｊ2 に対する電力Ｐ）
がほぼ同じとなることが分かる。また、電流密度、つま
り単位断面積当たりの起磁力は、同一線径、均一コイル
にすると、同一起磁力Ｊで、線径、巻数にかかわらず同
じとなることが分かる。以上の関係を式で表すと〔数
６〕となる。
【００１７】
【数６】 次に、断面積当たりの電流密度ρ（ｒ）を半径ｒの関数
として、起磁力Ｊと消費電力Ｐとの関係を求めると、
〔数７〕のようになる。
として、起磁力Ｊと消費電力Ｐとの関係を求めると、
〔数７〕のようになる。
【００１８】
【数７】 ｎ＝０では、ρ（ｒ）＝Ｊ／ＷＨ＝一定となり、通常コ
イルとなる。また、
イルとなる。また、
【００１９】
【数８】
【００２０】
【数６′】 として、これらの比較により効率比Ｐ（ｎ）
【００２１】
【数９】Ｐ／Ｐ0 ＝Ｐ（ｎ） で表し、その効率比Ｐ（ｎ）をｎ及び内外径比ａの関数
として示したのが図２である。これらから効率比Ｐ
（ｎ）はｎ＝１の時に最小となることが分かる。
として示したのが図２である。これらから効率比Ｐ
（ｎ）はｎ＝１の時に最小となることが分かる。
【００２２】ここで、巻線されたコイルの１ターンの抵
抗値とその時の半径ｒの関係を調べると、
抗値とその時の半径ｒの関係を調べると、
【００２３】
【数１０】 つまり、１ターン当たりの抵抗が半径によらず一定値で
あるコイルが最大の効率となることが分かる。
あるコイルが最大の効率となることが分かる。
【００２４】次に、通常コイル（ｎ＝０）と最大効率コ
イル（ｎ＝１）とのパワーの効率比Ｐ（１）を調べる。
変数としてａ≡ｒ2 ／ｒ1 を用いると、
イル（ｎ＝１）とのパワーの効率比Ｐ（１）を調べる。
変数としてａ≡ｒ2 ／ｒ1 を用いると、
【００２５】
【数１１】 が得られる。図２よりａ（内外径比）が大きいほどパワ
ーの効率比Ｐ（１）は大きく、ａ＝３で〜１０％、ａ＝
６で２０％の差があることが分かる。
ーの効率比Ｐ（１）は大きく、ａ＝３で〜１０％、ａ＝
６で２０％の差があることが分かる。
【００２６】以上の結果を実現するためには、半径ｒの
関数として均一になったＡの通常コイル（ｎ＝０）やＢ
の最大効率コイル（ｎ＝１）等の起磁力密度ΔＪ（ｒ）
を示すと図３に示すようになる。Ｂの最大効率コイル
は、連線的に線径が変わる線を巻線してコイルを作るこ
とになるが、現実的ではない。そこで、コイルを２分割
した場合を考えてみると、図３の点線で示すようにその
ときの最適値を求めることができる。この場合には、２
つのコイルの巻数、抵抗値は同じ値となる。またその時
の単一コイルとのパワーを比較すると、ａ＝３では図２
に示すように約１０％の効率向上が見込まれる。
関数として均一になったＡの通常コイル（ｎ＝０）やＢ
の最大効率コイル（ｎ＝１）等の起磁力密度ΔＪ（ｒ）
を示すと図３に示すようになる。Ｂの最大効率コイル
は、連線的に線径が変わる線を巻線してコイルを作るこ
とになるが、現実的ではない。そこで、コイルを２分割
した場合を考えてみると、図３の点線で示すようにその
ときの最適値を求めることができる。この場合には、２
つのコイルの巻数、抵抗値は同じ値となる。またその時
の単一コイルとのパワーを比較すると、ａ＝３では図２
に示すように約１０％の効率向上が見込まれる。
【００２７】なお、本発明は、上記の実施例に限定され
るものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記
の実施例では、コイルを内側コイルと外側コイルに２分
割したが、上記のように連線的に線径が変わる線を巻線
してコイルを作れば理想的になることから３分割或いは
それ以上に分割してもよいことはいうまでもない。
るものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記
の実施例では、コイルを内側コイルと外側コイルに２分
割したが、上記のように連線的に線径が変わる線を巻線
してコイルを作れば理想的になることから３分割或いは
それ以上に分割してもよいことはいうまでもない。
【００２８】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、電磁石用コイルにおいて、コイルの電流密度
（単位断面積当たりの電流）を内側より外側が小さくな
るようにしたので、通常の単一コイルに比べて、消費電
力つまり発熱を低く抑えることができる。しかも、コイ
ルの内側から外側へ導体の断面積を段階的に大きくする
ことにより、或いはコイルを２つ或いはそれ以上の複数
に分割することにより容易に実現することができる。
によれば、電磁石用コイルにおいて、コイルの電流密度
（単位断面積当たりの電流）を内側より外側が小さくな
るようにしたので、通常の単一コイルに比べて、消費電
力つまり発熱を低く抑えることができる。しかも、コイ
ルの内側から外側へ導体の断面積を段階的に大きくする
ことにより、或いはコイルを２つ或いはそれ以上の複数
に分割することにより容易に実現することができる。
【図１】 本発明の電磁石用コイルの１実施例を示す図
である。
である。
【図２】 内外径比と消費電力比について説明するため
の図である。
の図である。
【図３】 起磁力密度について説明するための図であ
る。
る。
【図４】 従来の磁界型レンズコイルの例を示す図であ
る。
る。
１…電磁石用コイル、２…内側コイル、３…外側コイル
Claims (3)
- 【請求項１】 直径方向に巻幅のある電磁石用コイルに
おいて、コイルの電流密度を内側より外側を小さくした
ことを特徴とする電磁石用コイル。 - 【請求項２】 コイルの内側から外側へ導体の断面積を
段階的に大きくしたことを特徴とする請求項１記載の電
磁石用コイル。 - 【請求項３】 コイルを径方向に複数に分割し、外側コ
イルの電流密度を内側コイルの電流密度より段階的に小
さくしたことを特徴とする請求項１記載の電磁石用コイ
ル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6253134A JPH08115696A (ja) | 1994-10-19 | 1994-10-19 | 電磁石用コイル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6253134A JPH08115696A (ja) | 1994-10-19 | 1994-10-19 | 電磁石用コイル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08115696A true JPH08115696A (ja) | 1996-05-07 |
Family
ID=17246986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6253134A Pending JPH08115696A (ja) | 1994-10-19 | 1994-10-19 | 電磁石用コイル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08115696A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1498929A2 (en) * | 2003-07-14 | 2005-01-19 | FEI Company | Magnetic lens |
| US8013311B2 (en) | 2003-07-14 | 2011-09-06 | Fei Company | Dual beam system |
| US8183547B2 (en) | 2009-05-28 | 2012-05-22 | Fei Company | Dual beam system |
| JP2019050189A (ja) * | 2017-08-08 | 2019-03-28 | エクスロン インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＹｘｌｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｇｍｂｈ | Ｘ線管用の対物レンズ及び集束レンズ、ｘ線管並びにそのようなｘ線管を操作する方法 |
-
1994
- 1994-10-19 JP JP6253134A patent/JPH08115696A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1498929A2 (en) * | 2003-07-14 | 2005-01-19 | FEI Company | Magnetic lens |
| EP1498929A3 (en) * | 2003-07-14 | 2009-09-02 | FEI Company | Magnetic lens |
| US8013311B2 (en) | 2003-07-14 | 2011-09-06 | Fei Company | Dual beam system |
| US8399864B2 (en) | 2003-07-14 | 2013-03-19 | Fei Company | Dual beam system |
| US8183547B2 (en) | 2009-05-28 | 2012-05-22 | Fei Company | Dual beam system |
| JP2019050189A (ja) * | 2017-08-08 | 2019-03-28 | エクスロン インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＹｘｌｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｇｍｂｈ | Ｘ線管用の対物レンズ及び集束レンズ、ｘ線管並びにそのようなｘ線管を操作する方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20011023 |