JPH0315320B2 - - Google Patents

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JPH0315320B2
JPH0315320B2 JP11295381A JP11295381A JPH0315320B2 JP H0315320 B2 JPH0315320 B2 JP H0315320B2 JP 11295381 A JP11295381 A JP 11295381A JP 11295381 A JP11295381 A JP 11295381A JP H0315320 B2 JPH0315320 B2 JP H0315320B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
main coil
coil
yoke
space
magnetic pole
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.)
Expired
Application number
JP11295381A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5816500A (en
Inventor
Eijiro Toyoda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Publication of JPS5816500A publication Critical patent/JPS5816500A/en
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Granted legal-status Critical Current

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  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はリングサイクロトロン用の磁場発生装
置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a magnetic field generator for a ring cyclotron.

一般に、この種のリングサイクロトロン用磁場
発生装置は断面略C字形の複数のダイポールマグ
ネツトを磁極空間が対向するように放射状に配列
し粒子を加速する空間を形成させている。また、
各マグネツトの磁極部には一対の主コイルが巻線
されている。この場合、各磁極に巻線された主コ
イルは他のマグネツトと主コイルと空間内で接触
しないように巻線されなければならない。したが
つて、各主コイルの空間を狭くする方向(ここで
は、幅方向と呼ぶ)への積層(即ち、幅)は出来
るだけ薄い方が望ましい。言い換えれば、リング
サイクロトロンのマグネツト配置の中心部に規定
される空間の制約を考慮した場合、各主コイルの
幅は薄い方が好ましい。
Generally, in this type of magnetic field generator for a ring cyclotron, a plurality of dipole magnets each having a substantially C-shaped cross section are arranged radially such that their magnetic pole spaces face each other to form a space for accelerating particles. Also,
A pair of main coils are wound around the magnetic poles of each magnet. In this case, the main coil wound around each magnetic pole must be wound so as not to come into contact with other magnets or the main coil in space. Therefore, it is desirable that the lamination (that is, the width) in the direction in which the space of each main coil is narrowed (herein referred to as the width direction) is as thin as possible. In other words, when considering the space constraints defined at the center of the magnet arrangement of the ring cyclotron, it is preferable that the width of each main coil be thin.

一方、磁場発生装置の起磁力は各主コイルの幅
及び高さによつて定まる断面積に依存している。
前述したように、主コイルの幅を薄くした場合、
起磁力に変化がなければ、主コイルの高さを高く
する必要がある。このことは磁極の主コイル巻線
部分が長く(高く)なることを意味している。し
かしながら、磁極の主コイル巻線部分を長くする
と、ヨークと磁極の磁路長は相対的に長くなる。
したがつて、ヨークの重量は磁路の長さに応じて
不可避的に重くなる。
On the other hand, the magnetomotive force of the magnetic field generator depends on the cross-sectional area determined by the width and height of each main coil.
As mentioned above, when the width of the main coil is made thinner,
If there is no change in the magnetomotive force, it is necessary to increase the height of the main coil. This means that the main coil winding portion of the magnetic pole becomes longer (higher). However, when the main coil winding portion of the magnetic pole is lengthened, the magnetic path length between the yoke and the magnetic pole becomes relatively long.
Therefore, the weight of the yoke inevitably increases depending on the length of the magnetic path.

一般に、リングサイクロトロンの磁場発生装置
の総重量は数百トン〜数千トンにも達するのが普
通であるから、ヨークの重量を軽減することは経
済性の面で無視できない重大な問題である。
Generally, the total weight of a magnetic field generator for a ring cyclotron is usually several hundred tons to several thousand tons, so reducing the weight of the yoke is a serious problem that cannot be ignored from an economic standpoint.

本発明の目的は与えられた励磁電力の下で、比
較的小さな重量の軽いヨークを使用することがで
きるリングサイクロトロン用磁場発生装置を提供
することである。
An object of the present invention is to provide a magnetic field generator for a ring cyclotron, which allows the use of a relatively small and light yoke under a given excitation power.

本発明によれば、断面略C字状の複数のマグネ
ツトを磁極空間が対向するように放射状に配列
し、各磁極部に主コイルが巻線されているリング
サイクロトロン用磁場発生装置において、隣接す
るマグネツトの主コイルと近接する位置にある主
コイルの断面形状と、各ヨークの内側のスペース
側の断面形状とが互いに異なつているリングサイ
クロトロン用磁場発生装置が得られる。具体的に
言えば、主コイルはC字状ヨークの開口先端側に
おいて、第1の幅と第1の幅及び起磁力より定ま
り、一般に第1の幅寸法よりはるかに大きい第1
の高さを有し、ヨークの内部スペース側におい
て、第1の幅より大きい第2の幅と第1の高さよ
り寸法の小さい第2の高さを有している。この構
成により、C字状ヨークの開口先端側の主コイル
の幅はヨークの内部スペースより薄いから、他の
マグネツト主コイルと接触することなく、且つ、
C字状ヨークの内部空間側の主コイルの断面形状
を選択することにより、ヨークの重量を最小限に
留めることができる。
According to the present invention, in a magnetic field generator for a ring cyclotron, in which a plurality of magnets having a substantially C-shaped cross section are arranged radially so that the magnetic pole spaces face each other, and a main coil is wound around each magnetic pole part, adjacent A magnetic field generator for a ring cyclotron is obtained in which the cross-sectional shape of the main coil located close to the main coil of the magnet is different from the cross-sectional shape of the space side inside each yoke. Specifically, the main coil has a first width at the opening end side of the C-shaped yoke, which is determined by the first width and the magnetomotive force, and is generally much larger than the first width dimension.
The yoke has a second width larger than the first width and a second height smaller than the first height on the inner space side of the yoke. With this configuration, the width of the main coil on the open end side of the C-shaped yoke is thinner than the internal space of the yoke, so it does not come into contact with other magnet main coils, and
By selecting the cross-sectional shape of the main coil on the inner space side of the C-shaped yoke, the weight of the yoke can be kept to a minimum.

以下、図面を参照して説明する。 This will be explained below with reference to the drawings.

第1図及び第2図を参照すると、本発明の適用
されるリングサイクロトロンの磁場発生装置は複
数(第1図では4個)のマグネツトヨークを備え
ており、マグネツトは略C字状のマグネツトヨー
ク10と磁極14ならびに主コイル15からな
る。第1図に示すように、4個のマグネツトの中
央部には加速粒子を入射するために必要な空間1
1が規定されており、且つ、隣接する2つのロー
ク10間には2つの加速用高周波電極12が設置
されている。
Referring to FIGS. 1 and 2, the magnetic field generator for a ring cyclotron to which the present invention is applied is equipped with a plurality of (four in FIG. 1) magnet yokes, and the magnet is a substantially C-shaped magnet. It consists of a net yoke 10, a magnetic pole 14, and a main coil 15. As shown in Figure 1, there is a space 1 necessary for the incidence of accelerated particles in the center of the four magnets.
1 is defined, and two acceleration high-frequency electrodes 12 are installed between two adjacent rows 10.

また、第2図に示すように、マグネツトは空隙
を挟んで互いに対向した1組の磁極14と、磁極
14から断面略C字状に延在するヨーク部分とを
有し、ヨーク部分の内側には内部スペース13が
磁極背面の空隙と連続する形で設けられている。
磁極14の周囲には、それぞれ主コイル15が巻
線されている。
Further, as shown in FIG. 2, the magnet has a pair of magnetic poles 14 facing each other with an air gap in between, and a yoke portion extending from the magnetic poles 14 in a substantially C-shaped cross section. An internal space 13 is provided so as to be continuous with the air gap on the back side of the magnetic pole.
A main coil 15 is wound around each magnetic pole 14 .

この構成では、各ヨーク10の主コイル15が
他のヨークの主コイルあるいは高周波電極12等
と接触しないように巻線されなければならない。
したがつて、主コイル15の空間11側のコイル
幅は薄い方が望ましい。しかし、励磁電力は主コ
イル15の断面積によつて定まるから、励磁電力
を維持するためには、第2図の磁極とヨークの上
下方向の寸法を高くする必要がある。このため、
従来では、磁極部の寸法を高くする方法が採用さ
れている。
In this configuration, the main coil 15 of each yoke 10 must be wound so as not to come into contact with the main coil of another yoke, the high frequency electrode 12, etc.
Therefore, it is desirable that the width of the main coil 15 on the space 11 side is thin. However, since the excitation power is determined by the cross-sectional area of the main coil 15, in order to maintain the excitation power, it is necessary to increase the vertical dimensions of the magnetic pole and yoke shown in FIG. For this reason,
Conventionally, a method has been adopted in which the dimensions of the magnetic pole portion are increased.

第3図を参照して、本発明を原理的に説明す
る。第3図において、各磁極14に巻線された主
コイル15の断面積Aは各磁極部の空間11側及
び内部スペース13側において互いに等しいもの
と仮定する。この場合、主コイル15の幅及び高
さをそれぞれb及びhとすれば、断面積Aはbh
によつてあらわすことができる。
The present invention will be explained in principle with reference to FIG. In FIG. 3, it is assumed that the cross-sectional area A of the main coil 15 wound around each magnetic pole 14 is equal to each other on the space 11 side and the internal space 13 side of each magnetic pole portion. In this case, if the width and height of the main coil 15 are b and h, respectively, then the cross-sectional area A is bh
It can be expressed by.

ここで、ヨーク10の重量を軽減するために
は、2つの主コイルと関連して定められるヨーク
および磁極の領域(ハツチング部分)の体積を最
小にすればよい。尚、ヨークおよび磁極の磁路に
垂直方向の断面積は一定とする。図からも明らか
な通り、主コイル15の幅bによつて定まるヨー
ク10の領域が上下に2つ21,22あり、主コ
イル15の高さhに依存する領域が4つ23,2
4,25,26ある。したがつて、マグネツトを
最軽量化することは、ハツチングされた領域21
〜26を最小にすることにほかならない。言い換
えれば、 2b+4h=2b+(4A/b) ……(1) を最小にすればよい。
Here, in order to reduce the weight of the yoke 10, the volumes of the yoke and magnetic pole regions (hatched portions) defined in relation to the two main coils may be minimized. Note that the cross-sectional areas of the yoke and the magnetic pole in the direction perpendicular to the magnetic path are constant. As is clear from the figure, there are two upper and lower regions 21 and 22 of the yoke 10 that are determined by the width b of the main coil 15, and four regions 23 and 2 that depend on the height h of the main coil 15.
There are 4, 25, 26. Therefore, to make the magnet as light as possible, the hatched area 21
It is nothing but the minimization of ~26. In other words, 2b+4h=2b+(4A/b)...(1) should be minimized.

(1)式の最小値は b=√2=2h ……(2) で与えられる。 The minimum value of equation (1) is b=√2=2h...(2) is given by

(2)式からも理解できる通り、主コイル15の幅
bをその高さhの2倍にすれば、ハツチングされ
た領域21〜26の面積を最小にし、したがつ
て、ヨーク10の重量を最も軽くすることができ
る。しかしながら、外側空間11に位置する主コ
イルの断面形状を(2)式により決定することは前述
した通り望ましくない。
As can be understood from equation (2), by making the width b of the main coil 15 twice its height h, the area of the hatched regions 21 to 26 can be minimized, and the weight of the yoke 10 can therefore be reduced. It can be made the lightest. However, as described above, it is not desirable to determine the cross-sectional shape of the main coil located in the outer space 11 using equation (2).

本発明では上述した点を考慮して、外部空間1
1側の主コイル15の断面形状と内部スペース1
3側の主コイルの断面形状とを変化させ、マグネ
ツトの重量を軽減すると共に外部空間11側への
主コイルの突出を出来るだけ小さくすることを企
図している。
In the present invention, in consideration of the above points, the external space 1
Cross-sectional shape and internal space 1 of main coil 15 on side 1
The cross-sectional shape of the main coil on the third side is changed to reduce the weight of the magnet and to make the protrusion of the main coil into the external space 11 as small as possible.

第4図を参照すると、本発明の一実施例に係る
主コイル15は外側空間11側では6層2列に巻
線されており、内部スペース13側では3層4列
に巻線されている。したがつて、主コイル15の
外側空間11側と内部スペース13側の中間部に
おいて、主コイル15の一部に巻きかえ部30が
与えられている。この例の場合、外側空間11側
に配列された6層2列の主コイル15のうち、上
半分の主コイル15が巻きかえられて3層4列の
形に並べ換えられている。
Referring to FIG. 4, the main coil 15 according to an embodiment of the present invention is wound in 6 layers and 2 rows on the outer space 11 side, and wound in 3 layers and 4 rows on the inner space 13 side. . Therefore, a rewinding portion 30 is provided in a part of the main coil 15 at an intermediate portion between the outer space 11 side and the inner space 13 side of the main coil 15. In this example, among the six layers and two rows of main coils 15 arranged on the outer space 11 side, the upper half of the main coils 15 is re-wound and rearranged into three layers and four rows.

第5図を参照すると、本発明の他の実施例に係
る主コイル15は外側空間11側で4層2列に巻
線され、内部スペース13側で2層4列の形にな
つている。また、外側空間11側では幅bが薄く
なつており、外側空間11側では他の主コイルと
の接触を防止できる。したがつて、この実施例は
ヨークの重量を増加することなく、リングサイク
ロトロン用磁場発生装置に対する要求を満たすこ
とができる。尚、図示された主コイル15では、
第4図と同様に、外側空間11側の上半分のコイ
ルが巻きかえられて、内部スペース13側に2層
4列の形で再配列されている。
Referring to FIG. 5, the main coil 15 according to another embodiment of the present invention is wound in four layers and two rows on the outer space 11 side, and in two layers and four rows on the inner space 13 side. Moreover, the width b is thinner on the outer space 11 side, and contact with other main coils can be prevented on the outer space 11 side. Therefore, this embodiment can meet the requirements for a magnetic field generator for a ring cyclotron without increasing the weight of the yoke. In addition, in the illustrated main coil 15,
Similar to FIG. 4, the upper half of the coils on the outer space 11 side are re-wound and rearranged in two layers and four rows on the inner space 13 side.

リングサイクロトロンでは主コイルの重量はヨ
ークの重量の1/100前後であり、主コイルの磁場
発生装置全体の重量に占める割合は極めて低いか
ら、本発明のヨーク重量低減の効果は巻線加工の
複雑化とは比較にならない。
In a ring cyclotron, the weight of the main coil is around 1/100 of the weight of the yoke, and the proportion of the main coil in the weight of the entire magnetic field generator is extremely small, so the effect of reducing the yoke weight of the present invention is due to the complexity of the winding process. It cannot be compared to .

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

第1図は本発明の適用されるリングサイクロト
ロン用磁場発生装置を説明するための図、第2図
は第1図の2−2線に沿う断面図、第3図は本発
明を原理的に説明するための図、第4図は本発明
の一実施例に係る主コイルを説明するための図、
及び第5図は本発明の他の実施例に係る主コイル
を説明するための図である。 記号の説明、10:ヨーク、11:ヨークの外
側空間、12:高周波電極、13:ヨークの内部
スペース、14:磁極、15:主コイル、21〜
26:主コイルの幅及び高さに依存する領域。
Fig. 1 is a diagram for explaining a magnetic field generator for a ring cyclotron to which the present invention is applied, Fig. 2 is a sectional view taken along line 2-2 in Fig. 1, and Fig. 3 is a diagram explaining the principle of the present invention. A diagram for explaining, FIG. 4 is a diagram for explaining the main coil according to an embodiment of the present invention,
and FIG. 5 are diagrams for explaining a main coil according to another embodiment of the present invention. Explanation of symbols, 10: Yoke, 11: Space outside the yoke, 12: High frequency electrode, 13: Internal space of the yoke, 14: Magnetic pole, 15: Main coil, 21~
26: Area dependent on the width and height of the main coil.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 略C字型断面を有する複数のダイポールマグ
ネツトを、磁極空間が対向するように放射状に配
列し円形加速空間を形成し各磁極部に主コイルが
巻線されているリングサイクロトロン用磁場発生
装置において、隣接するマグネツトが最も近接す
る部位においてマグネツト相互の近接空間から規
制されるコイル幅と必要な起磁力と該コイル幅か
ら一義的に定まるコイル高さを備える第1の断面
形状を有し、ヨーク湾曲部内側において前記コイ
ル幅寸法より大きいコイル幅と、前記コイル高さ
より小さいコイル高さを備える第2の断面形状を
有するよう、前記各主コイルが巻線されているこ
とを特徴とするリングサイクロトロン用磁場発生
装置。
1. A magnetic field generator for a ring cyclotron, in which a plurality of dipole magnets having a substantially C-shaped cross section are arranged radially so that the magnetic pole spaces face each other to form a circular acceleration space, and a main coil is wound around each magnetic pole part. wherein the adjacent magnets have a first cross-sectional shape having a coil width regulated from the adjacent space between the magnets at the closest position, a necessary magnetomotive force, and a coil height uniquely determined from the coil width, A ring characterized in that each of the main coils is wound so as to have a second cross-sectional shape with a coil width larger than the coil width dimension and a coil height smaller than the coil height inside the yoke curved part. Magnetic field generator for cyclotron.
JP11295381A 1981-07-21 1981-07-21 Magnetic field generator for ring cyclotron Granted JPS5816500A (en)

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