JPH0845731A - 電磁石装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 機械的な切替えリレーを用いずに容易且つ迅
速にコイルの極性を変更できるようにする。 【構成】 導体３，４が同心状に設けられた素線を渦巻
状に巻いて対をなすコイル１，２を形成し、導体３を電
源装置１５に接続し、導体４を、電流の流れ方向が導体
３を流れる電流の流れ方向とは逆になるよう電源装置１
６に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、粒子加速器において、
電子やイオンのビームの軌道を修正し得るようにした電
磁石装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】粒子加速器においては、粒子発生装置か
ら発生した電子やイオン等の粒子ビームを粒子加速装置
により加速して真空チャンバ内を光速に近い速度で進行
させ、実験装置のターゲットに衝突させることが行われ
ている。

【０００３】而して、粒子ビームの軌道が正確でない場
合には、粒子をターゲットに適確に衝突させることがで
きないため、粒子ビームが基準位置からずれた場合には
粒子ビームの軌道を修正する必要があり、この軌道の修
正には、従来から電磁石装置が使用されている。

【０００４】斯かる電磁石装置の一例は図６に示されて
おり、図中、２１，２２は互に対向配置された単線のコ
イル、２３，２４は、端子２５，２６を介してコイル２
１，２２に接続された導電ケーブル、２７は導電ケーブ
ル２３，２４に接続された電源装置、２８はコイル２
１，２２間に配置された真空チェンバであり、真空チェ
ンバ２８内においては、電子等の粒子ビーム２９が光速
に近い速度で真空チェンバ２８の長手方向へ進行し得る
ようになっている。又、図示してないが、真空チェンバ
２８の外周には、粒子ビーム２９の真空チェンバ２８内
における位置を検出するための周知のビームポジショニ
ングモニタが設けられている。

【０００５】粒子ビーム２９が真空チェンバ２８内を進
行する際には、ビームポジショニングモニタにより粒子
ビーム２９の位置が検出され、基準位置に対する粒子ビ
ーム２９のずれ量及びずれ方向に従い電源装置２７から
は所定の強さの電流が給電される。このため、電流は例
えば導電ケーブル２３、コイル２１，２２、導電ケーブ
ル２４へと通電されて、コイル２１，２２には通電方向
により決まる極性Ｎ又はＳが発生し、極性ＮからＳへ向
けて磁場が発生する。このため粒子ビーム２９は極性及
び磁場の強さに対応して基準位置へ近接するよう軌道を
修正される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の電磁石装置にあ
っては、粒子ビーム２９のずれ量及びずれ方向によって
は、コイル２１，２２の極性をＮからＳへ、或いはＳか
らＮへと切替える必要があり、このためには、導電ケー
ブル２３，２４やコイル２１，２２に対する通電方向を
反転させなければならない。

【０００７】しかしながら、従来の電磁石装置にあって
は、極性を切替えるために通電方向を反転させる場合に
は、電源装置２７に設置してある極性切替リレー（図示
せず）を機械的に切替えなければならず、従って切替え
を迅速に行うことができず、又切替えを行うための切替
え制御が複雑となるという問題がある。

【０００８】本発明は上述の実情に鑑み、極性の切替え
を複雑な制御を行うことなく、容易且つ迅速に行い得る
ようにすることを目的としてなしたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、２本の導体が
絶縁体を介し同心状に配設された素線を渦巻状に巻いて
対をなすコイルを形成し、該対をなすコイルを所要の間
隔を隔てて配置すると共に前記２本の導体のうち一方の
導体の両端を一の電源装置に接続し、他方の導体の両端
を、電流の流れ方向が前記一方の導体を流れる電流の流
れ方向とは逆方向となるよう他の電源装置に接続したも
のである。

【００１０】

【作用】一方の導体を流れる電流の流れ方向と他方の導
体を流れる電流の流れ方向とは逆方向になるため、他方
の導体に通電を行わずに一方の導体に通電を行い、或い
は一方の導体に通電を行わずに他方の導体に通電を行う
ことにより、機械的な切替えリレーを用いずに容易且つ
迅速にコイルの極性を変更できる。

【００１１】又、両導体の何れにも通電を行った場合に
は、電流の強さを調整することによりコイルの極性を変
更することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつ
つ説明する。

【００１３】図１及び図２は本発明の一実施例であり、
図中、１，２は互に対向するよう配置されたコイルであ
る。該コイル１，２は、図２に示すように、中心部に断
面円状の線状の導体３を備え且つ外周部に導体３に対し
同心状に配置された断面リング状の線状の導体４を備え
しかも導体３，４間に絶縁体５の充填された素線６を渦
巻状に巻いて構成されている。導体３，４としては、例
えば銅等を使用し、絶縁体５としてはポリエチレン等を
使用する。

【００１４】７，８は端子９，１０を介してコイル１，
２の導体３に接続された導電ケーブル、１１，１２は端
子１３，１４を介してコイル１，２の導体４に接続され
た導電ケーブル、１５，１６は導電ケーブル７，８に接
続された電源装置である。

【００１５】コイル１，２間には、真空チェンバ１７が
配設されており、真空チェンバ１７内では、電子等の粒
子ビーム１８が光速に近い速度で長手方向へ進行し得る
ようになっている。又、図示していないが、真空チェン
バ１７の外周には、従来の場合と同様、粒子ビーム１８
の真空チェンバ１７内における位置を検出するための周
知のビームポジショニングモニタが設けられている。

【００１６】粒子ビーム１８が真空チェンバ１７内を通
過する際には、ビームポジショニングモニタにより粒子
ビーム１８の位置が検出され、基準位置に対する粒子ビ
ーム１８のずれ量及びずれ方向に従い電源装置１５，１
６のうちの何れかがオンになり、所定の強さの電流がコ
イル１，２に通電される。

【００１７】例えば、電源装置１５がオンになり、電流
が導電ケーブル８、コイル２，１の導体３、導電ケーブ
ル７を経て矢印イ方向へ通電されると、コイル１，２に
は極性Ｎ又はＳが生じると共にＮ極からＳ極へ向けて磁
場が発生し、粒子ビーム１８は、極性及び磁場の強さに
対応して基準位置へ近接するよう、軌道を修正される。

【００１８】粒子ビーム１８の基準位置に対するずれの
方向が、電源装置１５をオンにした場合と逆の場合に
は、電源装置１５をオフにし、電源装置１６をオンにす
る。そうすると、電流が導電ケーブル１１、コイル１，
２の導体４、導電ケーブル１２を通って矢印ロ方向へ通
電され、コイル１，２には、電源装置１５をオンにした
場合の極性とは反対の極性Ｓ又はＮが生じる。又同時
に、Ｎ極からＳ極へ向けて磁場が発生し、粒子ビーム１
８は極性及び磁場の強さに対応して、電源装置１５をオ
ンにした場合とは反対方向に向い、基準位置へ近接する
よう軌道修正される。

【００１９】図３のグラフには、導体３，４に通電した
場合の電流と時間との関係が示され、図４のグラフに
は、導体３，４に通電した場合に発生する磁場と時間と
の関係が示されている。

【００２０】図３において、Ｉは、電源装置１５のみを
オンにした場合の電流の大きさ及び流れ方向を示し、Ｉ
Ｉは電源装置１６のみをオンにした場合の電流の大きさ
及び流れ方向を示し、図４において、Ｉは電源装置１５
のみをオンにした場合の磁場の大きさ及び方向を示し、
ＩＩは電源装置１６のみをオンにした場合の磁場の大き
さ及び方向を示している。

【００２１】この両グラフによれば、コイル１，２にお
いて導体３，４を流れる電流の流れ方向を互に反対の方
向とすれば磁場の方向も反対となり、従って、機械的な
切替えを行わなくても電流の流れ方向を反転させるだけ
で、極性を容易且つ迅速に切替えることができ、制御も
簡単に行うことができる。

【００２２】又、上述の実施例においては、電源装置１
５，１６のうち一方をオンにし、他方をオフにして運転
を行う場合について説明しているが、電源装置１５，１
６の何れをもオンにしても、粒子ビーム１８の軌道を適
宜修正することができる。

【００２３】すなわち、図５に示すように、鉄芯１９に
コイル１，２を巻付けた鉄芯型の電磁石の場合、図に示
す磁路２０に沿ってアンペールの定理を適用すると、
（ｉ）式が得られる。

【００２４】

【数１】 Ｂ・ｄ／μｏ＋∫（１／μｏμｒ）Ｂｒｄｌ＝ｎＩ…（ｉ）

【００２５】ここで、 Ｂ；電磁石の磁束密度（磁場） ｄ；コイル１，２間の間隙長さ μｏ；真空の透磁率 μｒ；鉄の透磁率 Ｂｒ；鉄芯の磁束密度 ｄｌ；磁路２０の微小長さ ｎＩ；超磁力で、ｎはコイル１，２の巻数、Ｉはコイル
１，２を流れる電流

【００２６】鉄芯の場合μｒ≒１０³〜１０⁴であるか
ら、これを（ｉ）式に入れて整理すると（ｉｉ）式が得
られる。

【００２７】

【数２】Ｂ≒μｏｎＩ／ｄ…（ｉｉ）

【００２８】コイル１，２の導体３，４が図１、図２に
示すように同心の場合、各導体３，４を流れる電流をＩ
１，Ｉ２とすると、磁場Ｂは、各々の電流Ｉ１，Ｉ２に
より発生する磁場をＢ１，Ｂ２として、（ｉｉｉ）式で
表わされる。

【００２９】

【数３】Ｂ＝Ｂ１＋Ｂ２ ≒μｏｎ／ｄ（Ｉ１＋Ｉ２）…（ｉｉｉ）

【００３０】依って、Ｉ１＋Ｉ２＞０ならＢ＞０とな
り、Ｉ１＋Ｉ２＜０ならＢ＜Ｏとなり、Ｉ１＋Ｉ２の電
流の方向と強さのバランスにより、磁場Ｂの強さ及び方
向を変更できる。

【００３１】なお、本発明は上述の実施例に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々
変更を加え得ることは勿論である。

【００３２】

【発明の効果】本発明の電磁石装置によれば、機械的な
切替えリレーを用いることなく、電源装置のオン、オフ
を行うことにより、或いは両電源装置の電流の強さを制
御することにより、極性の反転を行うことができるた
め、容易且つ迅速な極性の切替えが可能となり、従っ
て、複雑な制御を行うことなく容易且つ迅速に粒子ビー
ムの軌道を修正することができる、等種々の優れた効果
を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電磁石装置の概要を示す正面図であ
る。

【図２】図１の電磁石装置のコイルに用いる素線の断面
図である。

【図３】本発明の電磁石装置において極性を変換する場
合の電流と時間の関係を示すグラフである。

【図４】本発明の電磁石装置において極性を変換した場
合の磁場と時間の関係を示すグラフである。

【図５】本発明の電磁石装置においてコイルの各素線に
流れる電流の方向及び強さを変更した場合に磁場の方向
及び強さも変ることを説明するための正面図である。

【図６】従来の電磁石装置の概要を示す正面図である。

【符号の説明】

１，２ コイル ３，４ 導体 ５ 絶縁体 ６ 素線 １５，１６ 電源装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２本の導体が絶縁体を介し同心状に配設
   された素線を渦巻状に巻いて対をなすコイルを形成し、
   該対をなすコイルを所要の間隔を隔てて配置すると共に
   前記２本の導体のうち一方の導体の両端を一の電源装置
   に接続し、他方の導体の両端を、電流の流れ方向が前記
   一方の導体を流れる電流の流れ方向とは逆方向となるよ
   う他の電源装置に接続したことを特徴とする電磁石装
   置。