JPS6015098B2 - Magnetic field generation method and device - Google Patents

Magnetic field generation method and device

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JPS6015098B2
JPS6015098B2 JP51029266A JP2926676A JPS6015098B2 JP S6015098 B2 JPS6015098 B2 JP S6015098B2 JP 51029266 A JP51029266 A JP 51029266A JP 2926676 A JP2926676 A JP 2926676A JP S6015098 B2 JPS6015098 B2 JP S6015098B2
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frame
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magnetic
shaped yoke
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栄胤 池上
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02Details
    • H01J49/20Magnetic deflection
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/08Deviation, concentration or focusing of the beam by electric or magnetic means
    • G21K1/093Deviation, concentration or focusing of the beam by electric or magnetic means by magnetic means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/20Electromagnets; Actuators including electromagnets without armatures

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は磁場発生方法及び、磁場装置に関し、特に、粒
子線顕微鏡、粒子線分析器、粒子加速器、この粒子加速
器に付随して使用される粒子線伝送系及びプラズマ装置
等に適用できる磁場発生方法及び磁場装置に関するもの
である。
Detailed Description of the Invention The present invention relates to a magnetic field generation method and a magnetic field device, and in particular to a particle beam microscope, a particle beam analyzer, a particle accelerator, a particle beam transmission system and a plasma device used in conjunction with the particle accelerator. The present invention relates to a magnetic field generation method and a magnetic field device that can be applied to, etc.

一般に、磁場装置に用いられる電磁石は磁極を構成する
部分を有する磁路にコイルを巻回し、このコイルに通過
することによって磁界を発生させている。
Generally, an electromagnet used in a magnetic field device has a coil wound around a magnetic path having a portion that constitutes a magnetic pole, and a magnetic field is generated by passing through the coil.

このような電磁石を利用して所望の分布を有する磁場を
得るためには、磁極先端部分の形状を目的とする磁場の
等磁気ポテンシャル面に合わせて製作する必要がある。
このため、磁場分布の精度に応じた磁性材料の一様性の
実現並びに磁極面の機械加工に多大の努力を払わなけれ
ばならない。一方、粒子線分析器等では磁性材料のヒス
テリシス特性のために、実際に発生できる磁場分布と設
計値との間には差が生じるから、磁場分布を修正できる
ように構成するのが好都合である。しかしながら、磁極
面を加工して製作した電磁石はその構造上の制約のため
、使用の際に、鉄片挿入等のシミングによって局部的に
磁場分布を修正できるだけで、使用空間全域にわたって
磁場分布を大幅に変化させることは勿論、所望の磁場分
布成分を独立に変化させることもできない。更に、磁極
面を等磁気ポテンシャル面に合わせて製作する関係上、
広い空間を必要とする個所で却って磁極間の間隙が狭隣
となって、装置の性能を著しく劣化させることが多いと
いう欠点もある。本発明の目的は各種の分布の磁場を独
立に制御することができる磁場装置を提供することであ
る。
In order to obtain a magnetic field with a desired distribution using such an electromagnet, it is necessary to manufacture the shape of the tip of the magnetic pole to match the equimagnetic potential surface of the intended magnetic field.
Therefore, great efforts must be made to realize uniformity of the magnetic material in accordance with the accuracy of the magnetic field distribution and to machine the magnetic pole surface. On the other hand, in particle beam analyzers, etc., there is a difference between the actually generated magnetic field distribution and the designed value due to the hysteresis characteristics of the magnetic material, so it is convenient to configure the device so that the magnetic field distribution can be corrected. . However, due to the structural limitations of electromagnets manufactured by machining the magnetic pole faces, during use, the magnetic field distribution can only be modified locally by shimming such as inserting iron pieces, but the magnetic field distribution can be significantly changed over the entire usage space. Of course, it is not possible to change the desired magnetic field distribution components independently. Furthermore, since the magnetic pole surface is manufactured to match the equal magnetic potential surface,
Another drawback is that in locations that require a large space, the gaps between the magnetic poles become narrower, which often significantly degrades the performance of the device. An object of the present invention is to provide a magnetic field device that can independently control magnetic fields of various distributions.

本発明の他の目的は任意形状のヨークに所望の分布を有
する磁場を発生させる磁場装置を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a magnetic field device that generates a magnetic field having a desired distribution in a yoke of arbitrary shape.

本発明のより他の目的は磁場を発生すべき空間内に磁極
分布を突出させる必要のない磁場発生方法を提供するこ
とである。本発明の更に他の目的は超伝導現象を有効に
利用できる磁場発生方法を提供することである。
A further object of the present invention is to provide a method for generating a magnetic field that does not require the distribution of magnetic poles to protrude into the space in which the magnetic field is to be generated. Still another object of the present invention is to provide a magnetic field generation method that can effectively utilize superconductivity phenomena.

ここで、本発明者は先に待顔昭50一100646号明
細書(特関昭52−25562)において、単一の断面
多角枠状のヨークで囲まれた空隙を磁場発生空間とし、
このヨーク内側にコイルを配設することにより、所望の
多極磁場を発生させ得る多極磁場装置(以下、電流シー
トマグネットと呼ぶ)を提案した。本発明によれば断面
多角枠状のヨークに制限されることなく、任意形状のヨ
ークに適用することができ、且つ、発生磁場を修正でき
る磁場発生方法が得られる。
Here, the present inventor previously described in the specification of Machigao Sho 50-100646 (Tokusei Sho 52-25562) a space surrounded by a yoke with a single polygonal frame shape as a magnetic field generation space,
We proposed a multipolar magnetic field device (hereinafter referred to as a current sheet magnet) that can generate a desired multipolar magnetic field by disposing a coil inside this yoke. According to the present invention, it is possible to obtain a magnetic field generation method which can be applied to a yoke of any shape without being limited to a yoke having a polygonal frame shape in cross section, and which can modify the generated magnetic field.

本発明は断面が連続又は不連続の曲線又は折線からなる
枠型ヨークの内側に単数又は複数のコイルを配設し、当
該枠型ヨーク内空間に磁場を発生する方法において、枠
型ヨーク内空間の目的とする磁場の磁気ポテンシャルを
■、ヨーク内面に沿った微分線素をdsとしたとき、ヨ
ーク内面上の電流の断面垂直方向成分の分布が−d■/
船となるようにコイルを配設する磁場発生方法である。
The present invention provides a method for generating a magnetic field in the space inside the frame yoke by disposing a single or plural coils inside a frame yoke whose cross section is made of continuous or discontinuous curves or broken lines. When the magnetic potential of the desired magnetic field is ■, and the differential line element along the inner surface of the yoke is ds, the distribution of the cross-sectional vertical component of the current on the inner surface of the yoke is -d■/
This is a magnetic field generation method in which coils are arranged to resemble a ship.

この磁場発生方法は得られるべき磁場が与えられれば、
2次元又は3次元の座標系とは無関係に任意形状のヨー
ク内空間に適用することが可能である。以下、図面を参
照して説明する。
This method of generating a magnetic field, given the magnetic field to be obtained,
It is possible to apply the present invention to an arbitrarily shaped space within the yoke regardless of the two-dimensional or three-dimensional coordinate system. This will be explained below with reference to the drawings.

第1図は従釆、イオン光学系に使用されている多極磁場
装置を示す断面図であり、ここでは4極磁場を発生させ
る装置を示している。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a multipolar magnetic field device used in an ion optical system, and here a device for generating a quadrupole magnetic field is shown.

第1図を参照すると、この磁場袋魔はヨーク1とヨーク
1の内側に突出した4つの磁極1′及び各磁極1′に巻
回されたコイル2とを有している。各磁極1′の先端部
分は発生すべき磁場におる等磁気ポテンシャル面に合わ
せて機械加工されており、コイル2を励磁することによ
って所望の磁場を発生させることができる。このような
磁場装置ではヨーク1内の磁場空間が内側に突出した磁
極1′によって制限される上に漏洩磁束が大きいためヨ
ークを厚くしなければならないから、予め定められた大
きさの磁場空間を確保する場合、磁場装置全体の構造を
必要な磁場空間に比べて大きくしなければならない。第
2図は本発明の原理を説明するための図である。
Referring to FIG. 1, this magnetic field generator has a yoke 1, four magnetic poles 1' protruding inside the yoke 1, and a coil 2 wound around each magnetic pole 1'. The tip of each magnetic pole 1' is machined to match the equimagnetic potential surface of the magnetic field to be generated, and by exciting the coil 2, a desired magnetic field can be generated. In such a magnetic field device, the magnetic field space inside the yoke 1 is limited by the magnetic pole 1' protruding inward, and the leakage magnetic flux is large, so the yoke must be thick. If this is to be ensured, the structure of the entire magnetic field device must be larger than the required magnetic field space. FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of the present invention.

まず、磁場を発生すべき空間は磁性体であるヨーク1で
囲まれた空間Sと認識することができる。ここでは、説
明を一般化するために、任意形状の輪郭曲線Cによって
囲まれた空間について考察する。今、ョ−ク1内の透磁
率を的とすればヨーク内の磁界は0であり、輪郭曲線C
の線素dsは輪郭線Cの接線方向を向いているものとす
る。次に、C内の空間Sに、磁気ポテンシャルが■で与
えられる磁界日を発生させる場合について説明すると、
磁気ポテンシャル■が空間S内において正則であれば、
。こ沿って適当に分布した電流シートによって、目的の
磁場を発生させることができる。尚、磁気ポテンシャル
■が空間Sで特異点を持つときには、空間S内に孤立し
た電流も使用しなければならないが、ここでは最も実用
性の高い正則な磁気ポテンシャル■について説明する。
第2図において、刈平面に垂直な藤方向の成分の線密度
がiの電流をCに沿って配置すると、磁性体は最早等磁
気ポテンシャルではなくなり、ある有限の磁気ポテンシ
ャルの差をもち、磁界日が空間Sに発生する。したがっ
て、Cに沿ったPQRSに対して、ストークスの定理を
適用すると、(但し、Hsは日のC内面における接線方
向成分)が成立し、次の関係が得られる。
First, the space in which the magnetic field should be generated can be recognized as the space S surrounded by the yoke 1, which is a magnetic material. Here, in order to generalize the explanation, a space surrounded by an arbitrarily shaped contour curve C will be considered. Now, if we consider the magnetic permeability in the yoke 1, the magnetic field in the yoke is 0, and the contour curve C
It is assumed that the line element ds is oriented in the tangential direction of the contour line C. Next, we will explain the case where a magnetic field whose magnetic potential is given by ■ is generated in the space S in C.
If the magnetic potential ■ is regular in the space S, then
. By means of a suitably distributed current sheet along this, the desired magnetic field can be generated. Note that when the magnetic potential ■ has a singular point in the space S, it is also necessary to use an isolated current in the space S, but here we will explain the regular magnetic potential ■, which is the most practical.
In Figure 2, when a current with a linear density of i in the direction perpendicular to the cutting plane is placed along C, the magnetic material no longer has equal magnetic potential, but has a certain finite magnetic potential difference, and the magnetic field The sun occurs in space S. Therefore, when Stokes' theorem is applied to PQRS along C, (where Hs is a tangential component on the inner surface of C), the following relationship is obtained.

. d■ ……………【2}1=
一石ざ第【2’式を参照すると、空間S内における磁気
ポテンシャル叫ま与えられているから、Cの各位層に目
的の磁場に応じた電流密度のコイルを配列すれば、所望
の分布を有する磁場を発生させることができる。
.. d■ ……………[2}1=
Isshiza No. [Referring to Equation 2', the magnetic potential in the space S is given, so if coils with current densities corresponding to the desired magnetic field are arranged in each layer of C, the desired distribution will be obtained. Can generate a magnetic field.

また、第■式は座標系に関係なく成立するから、任意の
座標系を使用して、上述した関係を求めることができる
Furthermore, since Equation (2) holds true regardless of the coordinate system, the above-mentioned relationship can be obtained using any coordinate system.

ここでは山=的の場合について説醸したが、一般に有限
の仏でもr=的の場合の磁場分布からの差は(1/仏)
2程度であり、円形枠内磁場分布などは叫こ全く関係な
く電流シートだけで決まる。更に、コイルの厚さが有限
でも第2’式の関係で得られる磁場からの差は実用上無
視出来る程度である事も理論的に証明出来る。第3図a
,b,cは本発明の一実施例を示す縦断面図であり、こ
こでは、断面が曲線を示す枠型ヨーク1を使用している
。第3図aを参照すると、この実施例は連続的な断面を
有する枠型ヨーク1の内面に、断面に対して垂直方向に
通電されるコイル2を配設している。また、枠型ヨーク
1は磁場中央面3に対し対称性を有している場合を示し
ている。今、第2図と同様に、ヨーク1の内面の曲線を
C、その接線方向の線素を船とし、所望の磁場の磁気ポ
テンシャル■がC内の空間で正則であるものとする。こ
の場合、ヨーク1の内表面における電流密度が一d■/
dsとなるように、コイル2を配談すれば、コイル2の
内面の殆んど全空間で所望の磁場分布が得られる。尚、
説明を簡略化するため、対称性を有する電流シートマグ
ネットを例に上げたが、前述した関係は対称性がない場
合にも成立する。第3図b及びcに示すように、ヨーク
1の一部を切り欠いても、本発明を適用して所望の磁界
を発生させることが可能である。
Here, I explained the case where mountain = target, but in general, even if there is a finite Buddha, the difference from the magnetic field distribution when r = target is (1/Buddha)
It is about 2, and the magnetic field distribution within the circular frame is determined only by the current sheet, regardless of the noise. Furthermore, it can be theoretically proven that even if the thickness of the coil is finite, the difference from the magnetic field obtained from the relationship of equation 2' is practically negligible. Figure 3a
, b, and c are vertical cross-sectional views showing one embodiment of the present invention, in which a frame-shaped yoke 1 having a curved cross section is used. Referring to FIG. 3a, in this embodiment, a coil 2 which is energized in a direction perpendicular to the cross section is arranged on the inner surface of a frame-shaped yoke 1 having a continuous cross section. Further, the case is shown in which the frame-shaped yoke 1 has symmetry with respect to the magnetic field center plane 3. Now, as in FIG. 2, it is assumed that the curve on the inner surface of the yoke 1 is C, the line element in the tangential direction thereof is a ship, and the magnetic potential (2) of the desired magnetic field is regular in the space within C. In this case, the current density on the inner surface of the yoke 1 is 1 d■/
If the coil 2 is arranged so that ds, a desired magnetic field distribution can be obtained in almost the entire space inside the coil 2. still,
In order to simplify the explanation, a current sheet magnet having symmetry is taken as an example, but the above-mentioned relationship also holds true when there is no symmetry. As shown in FIGS. 3b and 3c, even if part of the yoke 1 is cut out, the present invention can be applied to generate a desired magnetic field.

この場合、磁束が反転する部分を切り欠くときには磁束
を吸収する必要がないが、磁束が反転しない部分を切り
欠くときには磁束を吸収する部材を挿入すればよい。尚
、第3図b及びcは1個所及び2個所でそれぞれヨーク
1を切断して、切断個所に非磁性のスベーサ4を挟みこ
んだ場合を示している。本発明においては、単一の磁石
で複合磁場を発生させ、個々の磁場成分を独立に制御す
るために、それぞれの磁場成分に対応するコイルを重ね
て配設することできる。
In this case, there is no need to absorb the magnetic flux when cutting out a portion where the magnetic flux is reversed, but a member that absorbs the magnetic flux may be inserted when cutting out a portion where the magnetic flux is not reversed. Incidentally, FIGS. 3b and 3c show the case where the yoke 1 is cut at one place and at two places, respectively, and a non-magnetic smoother 4 is inserted between the cut places. In the present invention, in order to generate a composite magnetic field with a single magnet and to control each magnetic field component independently, coils corresponding to each magnetic field component can be arranged in an overlapping manner.

第4図a及びbは本発明の他の実施例を示す図である。
第4図a及びbを参照すると、ここでは複合磁場を発生
させるために、2種類のコイルが配設されている。第4
図aは曲線枠型ヨーク1に対し、磁場の次数がコイル2
より高い磁場を発生するコイル2′をコイル2に穣暦し
た場合である。一方、第4図bは2種類のコイル2及び
2′を曲線枠型ヨーク1の内面に縦割型に交互に分散混
合して配設した場合を示している。第5図a及びbは本
発明の更に他の実施例を示す図であり、この実施例では
ヨーク1の内面にコイル1が埋め込まれており、ヨーク
1内面における磁性材料の飽和が特に問題とならない場
合に有効である。
Figures 4a and 4b show another embodiment of the invention.
Referring to FIGS. 4a and 4b, two types of coils are provided here to generate a composite magnetic field. Fourth
Figure a shows a curved frame type yoke 1, and the order of the magnetic field is coil 2.
This is a case where coil 2', which generates a higher magnetic field, is attached to coil 2. On the other hand, FIG. 4b shows a case in which two types of coils 2 and 2' are disposed on the inner surface of the curved frame type yoke 1 in a vertically divided manner and are alternately dispersed and mixed. FIGS. 5a and 5b are diagrams showing still another embodiment of the present invention. In this embodiment, the coil 1 is embedded in the inner surface of the yoke 1, and saturation of the magnetic material on the inner surface of the yoke 1 is particularly problematic. It is effective when the

第5図aを参照すると、全てのコイル2がヨーク1内に
埋設されており、この場合の磁場分布はヨーク1内面の
短冊部分の幅が空間の間隙に比べて充分小さいときには
、短冊状突端部の磁気ポテンシャルによって決められる
。第5図bを参照すると、この実施例では磁場中央面3
上を除いて、コイル2がヨーク1の内面に埋設されてい
る。以上述べたように、本発明に係る電流シートマグネ
ットの磁場分布はヨーク1内面のコイル2の配置によっ
て決まり、ヨーク1外面のコイルに対して全く無関係で
あるから、ヨーク1の形状を自由に選択することができ
る。
Referring to FIG. 5a, all the coils 2 are embedded in the yoke 1, and in this case, the magnetic field distribution is determined by the magnetic potential of the area. Referring to FIG. 5b, in this embodiment the magnetic field center plane 3
A coil 2 is embedded in the inner surface of the yoke 1 except for the upper part. As described above, the magnetic field distribution of the current sheet magnet according to the present invention is determined by the arrangement of the coils 2 on the inner surface of the yoke 1, and is completely unrelated to the coils on the outer surface of the yoke 1, so the shape of the yoke 1 can be freely selected. can do.

巻回してもよい。また、ヨークの端部でコイルをヨーク
1内面に沿って折り曲げ、通電方向の異なるコイルを形
成することができる。第6図a,b.c及びdは荷電粒
子ビームに対して、立体集東性を持つ所謂ベータトロン
型の磁場分布を枠型ヨーク1内に発生させる場合を示す
実施例であり、このうち、第6図a,b,cは本発明の
実施例、第6図dは従来の方式による磁場装置である。
It may be rolled. Further, by bending the coil along the inner surface of the yoke 1 at the end of the yoke, it is possible to form coils that conduct electricity in different directions. Figure 6 a, b. Figures 6c and d show examples in which a so-called betatron type magnetic field distribution with three-dimensional concentration is generated in the frame-shaped yoke 1 for a charged particle beam. , c is an embodiment of the present invention, and FIG. 6d is a conventional magnetic field device.

まず、第6図dを参照すると、従来のように、磁極面の
形によって、磁場分布を決定した場合、磁場分布の可変
性がなく、図の垂直方向に進行する荷電粒子東が縦方向
(図のy軸方向)に拡がる領域で磁極間隙が却って狭く
なるという欠点がある。他方、第6図a,b及びcのよ
うに、矩形枠型、コの字型及びコイル埋設型の構造を備
えた本発明の電流シートマグネットでは、何れ/も機軸
座標xについて、1次、2次、3次の磁場分布が可変と
なるように、それぞれコイル2′,2″,2肌が配設さ
れており、従来における磁場装置の欠点を除去すること
ができる。第7図及び第8図は本発明の他の実施例を示
す図であり、ここでは、特に有効な州極の多極磁場に適
用した場合である。
First, referring to Figure 6d, if the magnetic field distribution is determined by the shape of the magnetic pole face as in the past, there is no variability in the magnetic field distribution, and the charged particles traveling in the vertical direction of the figure are There is a drawback that the magnetic pole gap becomes narrower in the region extending in the y-axis direction (in the figure). On the other hand, as shown in FIGS. 6a, b, and c, in the current sheet magnet of the present invention having a rectangular frame type, a U-shaped structure, and a coil-embedded type structure, each of the current sheet magnets has a primary, Coils 2', 2'', and 2 coils are arranged so that the secondary and tertiary magnetic field distributions are variable, and the drawbacks of conventional magnetic field devices can be eliminated. Figs. 7 and 7 FIG. 8 is a diagram showing another embodiment of the present invention, in which the present invention is applied to a particularly effective multipolar magnetic field.

第7図を参照すると、この実施例は正方枠型の4極磁場
を発生するための電流シートマグネットを示し、コイル
2をョ−ク1の表面に埋め込み、装置の小型化を図って
いる。一般に、矩形枠状のョ−ク内に州極場を発生させ
る場合には、第7図に示すような(x、y)座標を用い
、且つ虚数因子をiとすると、y=yo及びx=xoの
内面にそれぞれlm{N(x+iyo)N‐1}及びR
e{N(松十iy)N‐}に比例した密度のコイルを配
設すればよい。ここでlm、Reはそれぞれ{ }内の
虚数部、実数部をとることをあらわしている。したがっ
て、第7図のように、正方枠状のヨーク1に4極場を発
生させるときには、上式はそれぞれ沙。及びか。となり
、仇!xoが成立するから、各辺に等しい密度でコイル
を巻回配設すればよい。尚、ヨーク各辺に配設されたコ
イル2には、相隣り合う辺のコイルに対して互いに逆方
向に通電することによって、4極磁場を発生することが
できる。また、製作にあたってはコイルパンケーキの間
に鉄板を挿入して短冊状のヨーク1の内面を形成する。
次に、第8図を参照すると、この実施例は正式菱枠型の
ヨーク1を使用した4極磁場発生用電流シートマグネッ
トを示している。
Referring to FIG. 7, this embodiment shows a square frame type current sheet magnet for generating a quadrupole magnetic field, and the coil 2 is embedded in the surface of the fork 1 to reduce the size of the device. Generally, when generating a state polar field within a rectangular frame-like yoke, use (x, y) coordinates as shown in Figure 7, and if the imaginary factor is i, then y = yo and x = lm{N(x+iyo)N-1} and R on the inner surface of xo, respectively
It is sufficient to arrange coils with a density proportional to e{N(pinejuiy)N-}. Here, lm and Re represent the imaginary part and the real part within { }, respectively. Therefore, when generating a quadrupole field in the square frame-shaped yoke 1 as shown in FIG. And? My enemy, my enemy! Since xo holds, it is sufficient to wind the coils on each side with equal density. Note that a quadrupole magnetic field can be generated in the coils 2 disposed on each side of the yoke by energizing the coils on adjacent sides in opposite directions. Further, during manufacturing, an iron plate is inserted between the coil pancakes to form the inner surface of the rectangular yoke 1.
Next, referring to FIG. 8, this embodiment shows a current sheet magnet for generating a quadrupole magnetic field using a yoke 1 having a formal diamond frame shape.

第8図に示すように、x、y両隣に斜交する枠状ヨーク
1は一般化してき十旨=1であらわすこ砂できる。但し
、aはx軸と枠状ヨーク1の交点、bはy軸と枠状ヨー
ク1の交点である。このような枠型ョークーに対して州
極場磁場を発生させる場合、蟹流密度が1m{N〔X十
ib(1−を〕N‐1‐(・−i暮)}のように、X依
存性を持ったコイルをヨーク1の内面に配設すればよい
。第8図の実施例で‘まa!bである泌、X=雲の舵お
ける電流密度を0とし、この点を中心として対称的にコ
イルが各辺に配設される。また、使用の際には、隣り合
う各辺の半分ずつに同一方向の電流が通電され、各辺の
他の半分には逆方向の電流が通電される。多極磁場装置
として、第7図及び第8図では矩形枠状、菱形枠状のも
のについて説明したが、本発明はこれに限定されること
なく、一般の多極磁場装置にも同様に適用することがで
き、また、単一のヨークで複数の多極磁場を発生する複
合型とすることも可能である。
As shown in FIG. 8, the frame-shaped yoke 1 diagonally intersecting on both x and y sides can be generalized and expressed as 1=1. However, a is the intersection of the x-axis and the frame-shaped yoke 1, and b is the intersection of the y-axis and the frame-shaped yoke 1. When a state polar magnetic field is generated for such a frame type York, the crab flow density is It is sufficient to arrange a coil with dependence on the inner surface of the yoke 1.In the embodiment of FIG. Coils are arranged symmetrically on each side.In use, a current in the same direction is applied to half of each adjacent side, and a current in the opposite direction is applied to the other half of each side. is energized. As the multipolar magnetic field device, although those having a rectangular frame shape and a diamond frame shape are explained in FIGS. It is also possible to use a composite type in which a single yoke generates multiple multipolar magnetic fields.

更に、実施例では直交座標系で表現しやすい場合につい
て述べたが、本発明の原理は座標の選び方には無関係で
あり、任意の座標系を選択することができる。したがっ
て、本発明は曲線枠状のヨークあるいは任意形状のヨー
クに容易に適用できる。又、一般に州極多極磁場装置の
開□部を軸(又は電流)方向に斜めに切断した構造とす
る事によってイオン光学上の実効的な2(N十1)極磁
場効果を調整する事も出来る。以上述べたように、本発
明によれば、断面が連続又は不連続の曲線又は折線によ
って形成された枠型ヨーク内面にコイルを配設した構造
を備えた電流シートマグネットが得られ、これによって
、単一ヨークに単数又は複数種類の磁場を任意に発生さ
せることができる。
Further, in the embodiment, a case has been described where it is easy to express using an orthogonal coordinate system, but the principle of the present invention is independent of how coordinates are selected, and any coordinate system can be selected. Therefore, the present invention can be easily applied to a curved frame-shaped yoke or a yoke of arbitrary shape. Additionally, in general, the effective 2 (N11) polar magnetic field effect on ion optics can be adjusted by creating a structure in which the opening of the state-polar multipolar magnetic field device is cut diagonally in the axial (or current) direction. You can also do it. As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a current sheet magnet having a structure in which a coil is disposed on the inner surface of a frame-shaped yoke whose cross section is formed by continuous or discontinuous curves or broken lines. One or more types of magnetic fields can be arbitrarily generated in a single yoke.

更に、本発明の電流シートマグネットは通常の突出した
磁極を備えた磁石に比べて、広い空間に理想的な磁場を
発生させることができ、しかも、磁極からの漏洩磁束も
格段に少なくできる等の利点を有している。このように
、本発明の電流シートマグネットは1台で従来の磁石数
台分の能力に匹敵する磁場分布可変性能を発揮すること
ができる。また、本発明ではヨークを薄くすることによ
り、磁石全体を軽量化、小型化することが可能であり、
且つ、電流分布が磁場分布を決定するという特徴をもっ
ているので、ヨーク材質についての仕様は従来の電磁石
に比べて厳しくなく、ョ−ク構造も一般に簡単である。
尚、超伝導を利用した電磁石とすれば、本発明の効果は
より顕著である。
Furthermore, compared to ordinary magnets with protruding magnetic poles, the current sheet magnet of the present invention can generate an ideal magnetic field in a wide space, and the magnetic flux leaking from the magnetic poles can also be significantly reduced. It has advantages. In this way, a single current sheet magnet of the present invention can exhibit variable magnetic field distribution performance comparable to the ability of several conventional magnets. Furthermore, in the present invention, by making the yoke thinner, it is possible to reduce the weight and size of the entire magnet.
In addition, since the electric current distribution determines the magnetic field distribution, the specifications for the yoke material are less strict than those for conventional electromagnets, and the yoke structure is generally simple.
It should be noted that the effects of the present invention will be even more remarkable if the electromagnet utilizes superconductivity.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の磁場装置を示す図、第2図は本発明の原
理を説明するための図、第3図乃至第5図は本発明の一
実施例を示す図、第6図a,b,cは本発明をベータト
ロン型の磁場を発生するための磁場装置に適用した場合
を示す図、第6図dは従来の磁場装置を比較のために示
す図、第7図及び第8図は本発明の更に他の実施例を示
す図である。 記号の説明、1:ヨーク、2,2′,2″,2′′′:
コイル、3:磁場中央面、4;非磁性スベーサ、S:空
間、C;ヨーク内面の曲線の任意の座標による関数表示
、ds;曲線C上の接線方向の微分線素。 努1図 第2図 第3図 穿4図 第4図 第5図 第5図 第6図 第6図 第6図 第6図 第7図 第8図
FIG. 1 is a diagram showing a conventional magnetic field device, FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of the present invention, FIGS. 3 to 5 are diagrams showing an embodiment of the present invention, and FIGS. b and c are diagrams showing the case where the present invention is applied to a magnetic field device for generating a betatron type magnetic field, FIG. 6 d is a diagram showing a conventional magnetic field device for comparison, and FIGS. 7 and 8. The figure shows still another embodiment of the present invention. Explanation of symbols, 1: Yoke, 2, 2', 2'', 2''':
Coil, 3: magnetic field center plane, 4: non-magnetic spacer, S: space, C: function representation by arbitrary coordinates of the curve on the inner surface of the yoke, ds: differential line element in the tangential direction on the curve C. Figure 1Figure 2Figure 3Figure 4Figure 4Figure 5Figure 5Figure 6Figure 6Figure 6Figure 6Figure 7Figure 8

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 断面が連続又は不連続の曲線又は折線によつて構成
された枠型ヨークの内側に少くとも1つのコイルを配設
して、当該枠型ヨークの内側の空間に磁場を発生する方
法において、前記枠型ヨーク内の空間に発生すべき磁場
の磁気ポテンシヤルをΦ、前記枠型ヨークの内面に沿つ
た微分線素をdsとしたとき、前記枠型ヨーク内面上の
電流の前記断面垂直方向成分の分布が−dΦ/dsとな
るように、前記枠型ヨークの内側に前記コイルを配設し
、これによつて、所望の磁場を前記枠型ヨークの内側空
間に発生させることを特徴とする磁場発生方法。 2 内側の空間を囲むように構成された断面が任意形状
の枠型ヨークと、該枠型ヨークの内側空間に面して配設
された少くとも1つのコイルとを備え、前記枠型ヨーク
内の空間に発生すべき磁場の磁気ポテンシヤルをΦ、前
記枠型ヨークの内側の内面に沿つた微分線素をdsとし
たとき、前記コイルは前記枠型ヨーク内面上の電流の前
記断面垂直方向成分の分布が−dΦ/dsとなるように
、配設されていることを特徴とする磁場装置。
[Claims] 1. At least one coil is disposed inside a frame-shaped yoke whose cross section is constituted by continuous or discontinuous curves or broken lines, and a magnetic field is applied to the space inside the frame-shaped yoke. In the method for generating , where Φ is the magnetic potential of the magnetic field to be generated in the space within the frame-shaped yoke, and ds is the differential line element along the inner surface of the frame-shaped yoke, the current on the inner surface of the frame-shaped yoke is The coil is arranged inside the frame-shaped yoke so that the distribution of the component in the vertical direction of the cross-section becomes −dΦ/ds, thereby generating a desired magnetic field in the inner space of the frame-shaped yoke. A magnetic field generation method characterized by: 2 A frame-shaped yoke having an arbitrary cross section and configured to surround an inner space, and at least one coil disposed facing the inner space of the frame-shaped yoke, When the magnetic potential of the magnetic field to be generated in the space is Φ, and the differential line element along the inner surface of the frame-shaped yoke is ds, the coil is arranged to generate the vertical component of the current on the inner surface of the frame-shaped yoke. A magnetic field device characterized in that it is arranged so that the distribution of -dΦ/ds.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54107315U (en) * 1978-01-13 1979-07-28
US5374913A (en) * 1991-12-13 1994-12-20 Houston Advanced Research Center Twin-bore flux pipe dipole magnet
US6757412B1 (en) 1998-10-21 2004-06-29 Computerzied Thermal Imaging, Inc. System and method for helping to determine the condition of tissue
JP2006344566A (en) * 2005-06-10 2006-12-21 Sharp Corp Ion beam generator, ion beam generating method, and manufacturing method of functional device
US10857547B2 (en) * 2014-09-30 2020-12-08 Charles Burdick Device and method for remote communications and object locomotion

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2107770C3 (en) * 1971-02-18 1973-11-29 Hermann Prof. Dr. 6300 Giessen Wollnik Coil arrangement for adjustment and correction elements for electro-magnetic influencing of bundles in charged particles, especially for sector field lenses in mass spectrometers

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