JPH0969431A - 積層型電磁石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 積層型電磁石の高精度の磁極面を確保し、ま
た、剛性を向上し、更に、溶接を廃止して安価なコスト
で短時間に製造する。 【解決手段】 コ字型断面のフレーム１に複数枚のコア
４を積層して収納し、フレーム１の左側に端板７をボル
ト６により装着し、フレーム２の右側に端板７をピン９
により装着する。この際フレーム１と右側の端板７との
間に若干のすきまを設ける。複数枚のコア４を、その側
面に押え板５をあてがってボルト６で締め付けて、コア
４の基準円弧面に圧接させる。また、複数枚のコア４
を、その上面に押え板をあてがってボルトで締め付け
て、コア４の基準平面に圧接させる。この後、複数枚の
コア４とフレーム１と両端板７とを、タイロッド８によ
り締め付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シンクロトロン等
に用いる積層型電磁石に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の湾曲形状の積層型電磁石の構造に
ついて説明する。

【０００３】この積層型電磁石の構造は、図８（ａ）に
示すように、積層面の垂直方向軸Ｚに対してＸ方向に徐
々にずらして１０〜２０ｋｇ／ｃｍ² の面圧を確保しつ
つ複数枚の打抜コア（鉄芯）２１を積層し、両端を積層
圧保持のための端板２２で保持した後、複数枚の打抜コ
ア２１及び２枚の端板２２を円弧上の曲りをもつ側板２
３と溶接固定して一体化する構造としている。なお、複
数枚の打抜コア２１と２枚の端板２２とに４本のタイロ
ッド２４を挿通する。

【０００４】この種の積層型電磁石が記載された文献と
しては、特公平３−７８７６４号公報を挙げることがで
きる。しかしながら、この積層型電磁石の構造には、次
に述べる欠点があった。

【０００５】（１）精度が不正確で、量産時の再現性が
悪い。主に積層固定時の溶接熱入力により残留応力が存
在し、磁極面の平坦度や湾曲の弧形状の精度が、確保し
難く、生産個体のばらつきも大であった。

【０００６】（２）打抜コア（鉄芯）の材料費が高価で
ある。鉄芯は、厚み０．１〜１ｍｍ位のけい素鋼板で構
成されるが、元々側板を用いて各コアの配列を行うの
で、図８（ｂ）に示すように、打抜コア２１は、コアの
切欠き２５を有し、打抜コアの製造のための金型の形状
複雑化によるコストアップによって、コアの価格が高騰
している。更に、溶接時の入熱を極少化して精度を確保
するために、図９（ａ）と（ｂ）に示すように、コア２
１と側板２３とをリップ溶接する場合もある。（ａ）
は、コア２１の凹部側面と側板２３の端側面とをリップ
溶接した構造であり、（ｂ）は、コア２１の表面と側板
２３の隅角部面とをリップ溶接した構造であり、この場
合は、コアのコストのみならず、側板の加工コストも高
価となる。この種の技術が記載された文献としては、実
開平３−３４２１１号公報及び特開平５−２２６１４６
号公報を挙げることができる。

【０００７】（３）組立、芯出しの作業ステップが多く
て作業コストが高価となり、また、熟練工を要する。

【０００８】通常、溶接方式の積層型電磁石の完成まで
に次のステップを踏む。 湾曲形状の型当治具で成形する。 油圧プレスにてＺ方向に押込む。 タイロッドで締め付ける。 自動溶接機等により溶接する。 歪の修正作業を行う。 以上のように、作業ステップが多く、また、，及び
の作業等は、熟練を要することや、型当治具、油圧プ
レス及び自動溶接機の工具及び装置を要することによる
作業コスト及び作業時間が多くかかっていた。

【０００９】（４）保守性に優れない構造である。この
構造による積層型電磁石は、完成後には打抜コアをばら
せない構造であるから、鉄芯の絶縁不良や変形等の故障
時又は鉄芯形状の変更の際には、電磁石一式を再製作し
なければならず、改造や保守への融通性のない構造であ
る。

【００１０】（５）剛性の小さい構造である。溶接方式
の積層型電磁石においては、図８に示すように、数本の
分離された側板２３と打抜コア２１とが溶接部隅肉脚長
によって一体化されるため、電磁石全体としての剛性が
小さくなり、コイル導体に働く電磁力に対して強制的に
耐えられない大きい変形が生じ、磁極面の平坦度や湾曲
の弧形状の精度を損ずる等の不都合もある。

【００１１】図１０は、図８のタイプよりも曲がり方の
大きい場合に採用する鉄芯形状が扇形の湾曲積層型電磁
石である。扇形形状の確保のために幅の違うコア２１を
組み合せたり、コア２１間にスペーサ２６を挿入したり
するが、精度面やコスト面で図８のタイプより更に不利
な構造である。

【００１２】この種の積層型電磁石が記載された文献と
しては、特開平５−２５８９５０号公報及び特開昭６２
−１３００６号公報を挙げることができる。

【００１３】なお、フレームがコ字型の積層型電磁石が
記載された文献としては、実開平２−１０８３００号公
報を挙げることができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来の
技術に鑑み、積層型電磁石において、次の課題を解決し
ようとするものである。

【００１５】（１）シンクロトロン等に用いるビームの
安定走行のために、必要な高精度の磁極面を確保しつ
つ、湾曲形状及び直線形状の積層型電磁石を実現する。

【００１６】（２）特に高磁場、長い積層長の電磁石に
対応するためには、コイル導体に発生する大きい電磁力
に耐え得る剛性を確保する。

【００１７】（３）高価なコストと長い製作時間を要す
る積層と溶接の作業を簡素化し、安価で短時間に製作で
きる積層型電磁石を供給する。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、次の手段を採用する。

【００１９】（１）コ字型断面のフレームに複数枚のコ
アを収納し、前記フレームの両端面にそれぞれ端板を装
着し、前記複数枚のコアと前記フレームと前記両端板と
をねじ構造で締め付ける積層型電磁石。 （２）前記電磁石の形状が湾曲形状である前記（１）記
載の積層型電磁石。 （３）前記電磁石の形状が直線形状である前記（１）記
載の積層型電磁石。 （４）前記ねじ構造が前記複数枚のコアと前記両端板と
に挿通したタイロッドである前記（１）記載の積層型電
磁石。 （５）前記ねじ構造が前記フレームと前記両端板の一方
との間に設けたリーマボルトである前記（１）記載の積
層型電磁石。 （６）前記フレームの周辺部に設けた凹所に冷却管を収
納する前記（１）記載の積層型電磁石。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。

【００２１】まず、本発明の第１実施形態を図１〜図６
に示す。図１（ａ）に示すように、積層の磁石面及び湾
曲の弧形状の組立精度は、あらかじめ高精度に位置決め
のための基準平面２と基準円弧面３を加工された金属製
コ字型のフレーム１に複数枚のコア４を、上面に押え板
５と側面に押え板５を介して、それぞれボルト６で締付
けることにより確保する。

【００２２】また、図１におけるＺ軸方向の積層面圧力
は、図１（ｂ）と図２に示すように、４本のタイロッド
８を締め込んでそれらの締め付け力を加減することによ
り、調節される。

【００２３】図２において、フレーム１と端板７との間
にピン９を設ける。コアの厚さの薄い積層型偏向電磁石
の場合には、タイロッド８を省略し、ピン９をリーマボ
ルトに代えることにより、複数枚のコア４の締付けとフ
レーム１の口開きの防止を図ることができる（詳細は後
述する。）。

【００２４】積層された複数枚のコア４の積層方向Ｚへ
の面圧は、通常良好な占積率を確保するためにタイロッ
ド８の締付力の加減によって１０〜２０ｋｇ／ｃｍ² で
あるる。

【００２５】この締付力によるＺ方向の反力が、フレー
ム１に伝達しないようにするために、フレーム１と端板
７との間にすきまを設けている。

【００２６】また、図４に示すように、Ｘ方向とＹ方向
へのコア４の押え板５の反力は、コ字型のフレーム１の
口を破線状に開くような形で発生する。これは、フレー
ム１のコア４との当り面の精度（平面度）が損なわれる
から、支障となる。したがって、図２に示すように、フ
レーム１と端板７との間のピン９を設ける機構を採用
し、端板７の剛性によりフレーム１の変形を防止する。

【００２７】本発明の第２実施形態の直線形状の積層型
電磁石を図７に示す。このタイプでは、真直なタイロッ
ド８の軸荷重Ｐは、いずれも等しく、各コア４の均等な
圧力を期待することができる。

【００２８】本発明の第１実施形態の湾曲形状の積層型
電磁石は、図７に示される第２実施形態の直線形状の積
層型電磁石におけるような各コアの均等な圧力を期待す
ることができない。しかしながら、図２における軸荷重
Ｐ_o とＰ_i を調整して、コア全枚数の内部圧力の重ね合
せによるモーメント効果の全体的なバランスが釣り合う
ようにすることができれば、支障がないのである。

【００２９】コアには、溶接固定の細工が不要であり、
タイロッドを挿通する長穴のみを設ければ足りるのであ
るから、コアは、シンプルな形状となり、コストが安価
である。

【００３０】積層型電磁石は、コアを全てコ字型のフレ
ームに収納する構造であるから、その剛性が飛躍的に上
昇し、電磁石内に発生するコイルの電磁力を始め、自重
たわみ、輸送時の衝撃等にも耐えられる。

【００３１】また、コアとフレームとの接触圧及び接触
面積が十分に確保できることを踏まえて、図５に示すよ
うに、高周波励磁の際コア４に鉄損により発生する熱や
コイル導体１０に発生するジュール熱を取り去るため
に、冷却管１２をフレーム１の凹所１３に沿わせて設け
る等の有効な除熱対策を採択することができる。なお、
２つのコイル導体１０を継ぎ材１１により保持する。

【００３２】再言すると、本発明においてては、溶接に
よるコアの拘束を行わないので、コア自体の交換の必要
が生じた際も容易に対処可能である。

【００３３】ただし、本発明は、湾曲状の積層型電磁石
全てに適用できるものではない。図６（ａ）に示すよう
に、弧の曲りの度合（弧と弦との距離の最大値）ｂがコ
アの幅ａより小さい場合（ｂ＜ａ）の湾曲形状では、所
期の目的を達成できるが、図６（ｂ）に示すように、ｂ
＞ａの場合の湾曲形状では、最早、フレーム内に積層さ
れた全コアに圧縮力を均等に分布させるようなタイロッ
ドの配置が、不可能となる。

【００３４】なお、本発明は、その技術の特徴に照らし
て、上半体群の積層コア（鉄芯）と下半体群の積層コア
とをボルトにより締結する結合（分割）型（実開平３−
８６６００号公報参照）の電磁石にも、全体が一群の１
枚型の電磁石にも適用することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、粒子加速器等に用いることができ、次の効果を奏す
る。

【００３６】（１）ビームを偏向（場合によっては収
束）させる積層型電磁石として磁極面精度が高いから、
ビームの軌道安定に寄与し、ひいては取出ビームの強度
向上に役立つ。

【００３７】（２）困難で熟練を要する歪低減のための
溶接技術を廃止したことにより、コストを低下させて安
価な積層型電磁石を短時間で製造することができる。

【００３８】（３）電磁石に要求される剛性を向上する
ことができ、また、発熱に対処する冷却構造を装備する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態における要部の斜視図を
示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は透視図である。

【図２】本発明の第１実施形態の断面図である。

【図３】図２の側面図であり、（ａ）はα方向に見た
図、（ｂ）はβ方向に見た図である。

【図４】本発明の第１実施形態におけるフレームに生じ
る変形の様子を説明するための断面図である。

【図５】本発明の第１実施形態に冷却構造を装備した場
合を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の一部の斜
視図である。

【図６】本発明がどのような湾曲状の積層型電磁石に適
用できるか否かを説明するための図であり、（ａ）は適
用可の図、（ｂ）は適用不可の図である。

【図７】本発明の第２実施形態の断面図である。

【図８】従来の湾曲状の積層型電磁石を示し、（ａ）は
斜視図、（ｂ）は（ａ）をα方向に見た図である。

【図９】従来の湾曲状の積層型電磁石においてリップ溶
接した場合の平面図であり、（ａ）は第１のリップ溶接
構造、（ｂ）は第２のリップ溶接構造を、それぞれ示
す。

【図１０】従来の他の湾曲状の積層型電磁石の斜視図で
ある。

【符号の説明】

１ フレーム ２ 基準平面 ３ 基準円弧面 ４ コア ５ 押え板 ６ ボルト ７ 端板 ８ タイロッド ９ ピン １０ コイル導体 １１ 継ぎ材 １２ 冷却管 １３ 凹所

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コ字型断面のフレームに複数枚のコアを
   収納し、前記フレームの両端面にそれぞれ端板を装着
   し、前記複数枚のコアと前記フレームと前記両端板とを
   ねじ構造で締め付けることを特徴とする積層型電磁石。
2. 【請求項２】 前記電磁石の形状が湾曲形状であること
   を特徴とする請求項１記載の積層型電磁石。
3. 【請求項３】 前記電磁石の形状が直線形状であること
   を特徴とする請求項１記載の積層型電磁石。
4. 【請求項４】 前記ねじ構造が前記複数枚のコアと前記
   両端板とに挿通したタイロッドであることを特徴とする
   請求項１記載の積層型電磁石。
5. 【請求項５】 前記ねじ構造が前記フレームと前記両端
   板の一方との間に設けたリーマボルトであることを特徴
   とする請求項１記載の積層型電磁石。
6. 【請求項６】 前記フレームの周辺部に設けた凹所に冷
   却管を収納することを特徴とする請求項１記載の積層型
   電磁石。