JP7045937B2

JP7045937B2 - 電磁石装置

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Publication number: JP7045937B2
Application number: JP2018113630A
Authority: JP
Inventors: 拓小山; 康則古閑
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2018-06-14
Filing date: 2018-06-14
Publication date: 2022-04-01
Anticipated expiration: 2038-06-14
Also published as: JP2019215295A

Description

本発明は、磁場分布の乱れを調整することが可能な電磁石装置に関する。

電磁石装置は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）装置などに用いられているが、ＭＲＩ装置に用いられる電磁石装置では、静磁場を発生させる静磁場コイルとして、超伝導コイルが用いられる。この超伝導コイルを永久電流モードで通電している場合、その超伝導コイルで発生する静磁場の磁場強度を時間的に一定に保つことができる。また、研究用加速器などに用いられる研究用磁石装置では、磁場が一定値またはある目標の磁場分布となるように、高精度な磁場分布調整が要求される。例えば、磁束密度が３Ｔである磁場が１ｐｐｍ以下の精度で空間的にも時間的にも一定に保たれるようにすることが求められる。

超伝導コイルを永久電流モードで通電している場合、超伝導コイル内部の磁束は保存され、その磁場強度は一定に保たれる。この性質を利用して、電磁石装置に超伝導コイルを用い、発生磁場を１年以上の長時間ほぼ一定に維持している例もある。これらの磁石装置では、主たる磁場を生成する超伝導コイルに加えて、磁場微調整用コイル（シムコイル）または鉄片（シム鉄）、および、磁束の磁路となるヨークを備え、磁石軸方向の磁場分布を微調整することが可能なようにされている。

ところで、研究用磁石装置では、研究の目的に応じて種々の測定機器の入れ替えが行われるため、研究用磁石装置の励磁中に磁極を開閉する作業が発生する。この磁極の開閉作業は、研究用磁石装置の運転期間中に頻繁に行われるため、磁場微調整用シムコイルやシム鉄による磁場の微調整作業に加え、磁極の位置ずれに由来する誤差磁場を調整するメカニカルシムが行われる。

例えば、特許文献１には、磁気ヨークに固定されて互いに対向する一対の永久磁石により形成される静磁場を調整するために、各永久磁石の磁極の対向面に非鉄材料からなるディスク２０の表面に複数の穴２２を設け、穴２２内に鉄の含有量の異なるペレット１４、１６、１８を挿入し、ディスク２０をＭＲＩ装置の対向するマグネット１２の内側に設けられたマウント装置に設けられている静磁場発生装置の例が開示されている（図８及び図９参照）。
図８において、縦軸方向は、上下に設けられた一対の磁石により形成される静磁場の方向に平行な方向であり、横平面は、その静磁場の方向に垂直な平面である。図８には、下側の対向する磁石間に固定されたプラスチックディスク１００が図示されている。
図９において、プラスチックディスク１００は、丸皿状をしており、その丸皿の表面上には、複数の穴２２が設けられ、穴２２には、鉄の含有量の異なるペレット１４、１６、１８が挿入されている。このようなプラスチックディスク１００を有する静磁場発生装置によって発生される静磁場に不均一が生じた場合には、プラスチックディスク１００の表面上に形成された複数の穴２２に鉄の含有量の異なるペレット１４、１６、１８を挿入することにより、その不均一を解消することができる。従って、ペレット１４、１６、１８は、前記のいわゆるシム鉄に相当するものである。

米国特許第６７７８０５４号明細書

上述のように、特許文献１に開示された構造を有する静磁場発生装置では、鉄の含有量の異なるペレット１４、１６、１８が上下に対向して設けられた丸皿状のプラスチックディスク１００の内側面に設けられている。また、この静磁場発生装置で発生される静磁場の均一性を調整する作業（以下、磁場調整作業という）は、このペレットの鉄含有量を調整することによって行われる。しかしながら、この例の場合、ペレット１４、１６、１８がプラスチックディスク１００の内側面に設けられているため、その磁場調整作業を行うためには、作業者が上下のプラスチックディスク１００の間に形成される静磁場の中に立ち入らなければならない。

一般に、高磁場での特に長時間の磁場調整作業は、作業者の安全などに配慮して、磁場が励磁されている状態では行うことはできないとされている。また、研究用の電磁石装置は、発生する均一静磁場が超伝導コイルやヨーク側板などによって取り囲まれているため、実質的に励磁中の均一磁場の中に人が立ち入ることはできない。

即ち、特許文献１に開示された磁極の構造を有するような静磁場発生装置では、静磁場発生装置が励磁されているときには磁場調整作業を行うのが困難であるという技術上の問題がある。

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、励磁状態であっても、作業者が高磁場の影響を受けることなく磁場調整作業を行うことが可能な電磁石装置を提供することを課題とする。

本発明に係る電磁石装置は、超伝導コイルと、開口部を有し、前記超伝導コイルの上面に設けられるヨーク天板と、前記開口部に取り付けられ、前記超伝導コイルが発生する磁束を集める磁極構造体と、前記ヨーク天板と前記磁極構造体とを締結する第１部材と、前記第１部材に交換可能に取り付けられて、異なる体積を有する複数の第２部材と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、励磁状態であっても、作業者が高磁場の影響を受けることなく磁場調整作業を行うことが可能な電磁石装置を提供することができる。

第１実施形態に係る電磁石装置の構成の一例を示す概略断面斜視図である。第１実施形態に係る電磁石装置のヨーク天板に取り付けられた磁極構造体の断面構造の一例を示す拡大図である。第１実施形態に係る電磁石装置のヨーク天板に取り付けられたボルトの構成の一例を示す斜視図である。第２実施形態に係る電磁石装置のボルトの構成の一例を示す斜視図である。第３実施形態に係る電磁石装置のボルトの構成の一例を示す斜視図である。第４実施形態に係る電磁石装置のボルトの構成の一例を示す断面斜視図である。第５実施形態に係る電磁石装置のボルトの構成の一例を示す断面斜視図である。第５実施形態に係る電磁石装置のボルトの構成の一例を示す斜視図である。従来の静磁場発生装置の磁極の構成の一例を示す断面図である。従来の静磁場発生装置の磁極の構成の一例を示す拡大図である。

以下、実施形態に係る電磁石装置について説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、実施形態を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔、位置関係などが誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、例えば平面図とその断面図において、各部材のスケールや間隔が一致しない場合もある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として同一又は同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略することとする。また、本明細書において、「上」、「下」などは構成要素間の相対的な位置を示すものであって、絶対的な位置を示すことを意図したものではない。

≪第１実施形態≫
図１乃至図３を参照して、第１実施形態に係る電磁石装置７０の構成について、説明する。図１及び図２において、中心軸ＣＬは、超伝導コイル３３が発生する磁束の中心に設けられる軸を意味するものとする。

図１に示すように、電磁石装置７０は、ヨーク天板３１、ヨーク側板３４、超伝導コイル３３、磁極構造体３２、３２Ｋ、第１部材３６（ボルト根元部）、第２部材３７（ボルト頭部）、ヨーク底板５２、脚部５５、超伝導コイル３３を駆動するための電気回路装置（不図示）、超伝導を実現するための冷却構造（不図示）、これらを支持するための支持構造（不図示）、などを備えている。なお、本明細書において、ヨーク天板３１、磁極構造体３２、ヨーク側板３４、ヨーク底板５２を、総称してヨーク構造体と呼ぶものとする。

超伝導コイル３３は、ヨーク天板３１、磁極構造体３２、ヨーク側板３４、ヨーク底板５２、によって囲まれた空間に設けられる。超伝導コイル３３の個数は、特に限定されるものではなく、１つであってもよいし、複数であってもよい。
超伝導コイル３３が発生する磁束は、図１に示すような超伝導コイル３３の輪の中で、例えば、下方から上方へと向かって発生する概ね直線状の磁束となる。超伝導コイル３３が発生する磁束の大半は、磁極構造体３２に集められた後、ヨーク天板３１の各方向へと分散し、ヨーク側板３４、ヨーク底板５２を経由して、ヨーク底板５２に設けられる磁極構造体３２Ｋで集束する。その後、磁束は、磁極構造体３２Ｋから吐出されて、再び、超伝導コイル３３の輪の中へと戻る。

ヨーク構造体は、超伝導コイル３３が発生する磁束の磁路となる。従って、ヨーク構造体は、鉄などの磁性材料によって形成されることが好ましい。

ヨーク天板３１は、超伝導コイル３３の上面に設けられ、ヨーク側板３４の上面を塞ぐように取り付けられる。ヨーク天板３１は、内側、即ち、磁極構造体３２に近い側に形成されるヨーク天板３１ａと、外側、即ち、磁極構造体３２から遠い側に形成されるヨーク天板３１ｂと、を備えている。
ヨーク底板５２は、超伝導コイル３３の下面に設けられ、ヨーク側板３４の下面を塞ぐように取り付けられる。また、ヨーク底板５２の下面には、脚部５５が取り付けられ、電磁石装置７０は、脚部５５によって支持され固定される。

ヨーク天板３１及びヨーク底板５２の中心部には、中心軸ＣＬを中心とする開口部２６が配置される。開口部２６の上部には、磁極構造体３２が着脱可能に取り付けられている。また、開口部２６の下部には、磁極構造体３２Ｋが取り付けられている。
ヨーク天板３１及びヨーク底板５２の形状は、円形状に限定されるものではなく、６角形状などの多角形状であってもよい。なお、ヨーク天板３１とヨーク底板５２との相違は、脚部５５を別にして、ヨーク側板３４の上面に取り付けられているか、ヨーク側板３４の下面に取り付けられているかの相違にすぎない。従って、本明細書におけるヨーク天板３１の説明は、特に断らない限り、ヨーク底板５２にもそのまま適用されるものとする。

ヨーク側板３４は、中心軸ＣＬを対称軸とする筒形状であり、上面には、ヨーク天板３１が取り付けられ、下面には、ヨーク底板５２が取り付けられている。ヨーク側板３４は、超伝導コイル３３の円周方向に沿って、超伝導コイル３３の側面を囲むように設けられる。ヨーク側板３４の形状は、円筒形状に限定されるものではなく、６角筒形状などの多角筒形状であってもよい。

磁極構造体３２は、中心軸ＣＬを対称軸とする対称構造を有している。また、磁極構造体３２は、外周面において、磁石外側寄りの外径が大きく、且つ磁石内側寄りの外径が小さくなるような段付き構造を有している。また、磁極構造体３２は、内周面２７（図２参照）において、段付き構造を有していない。

磁極構造体３２は、開口部２６に着脱可能に取り付けられ、超伝導コイル３３が発生する磁束を集めてヨーク天板３１へと導いている。
磁極構造体３２は、図２に示すように、ヨーク接続部３２ａ、外周傾斜部３２ｂ、磁束集束円筒部３２ｃ、という３つの部分により構成されている。
ヨーク接続部３２ａは、外周側面に係合部５１及び係合部５３が形成される。ヨーク接続部３２ａは、貫通孔に第１部材３６が挿入されることで、ヨーク天板３１と締結する。
外周傾斜部３２ｂは、外周側面の径が、磁石外側から磁石内側へと向かって、次第に小さくなるように形成され、ヨーク接続部３２ａと磁束集束円筒部３２ｃとの間に設けられる。
磁束集束円筒部３２ｃは、外周側面の径が一定であり、円筒形状を有する。磁束集束円筒部３２ｃは、超伝導コイル３３が発生する磁束を集める役割を担っている。

係合部５１は、磁極構造体３２の外周面に接するヨーク天板３１ａの内周面上側に、少なくとも１箇所以上形成される。或いは、係合部５１は、ヨーク天板３１ａの外周面上側に接するヨーク天板３１ｂの内周面に、少なくとも１箇所以上形成される。
係合部５１は、磁石外側寄りに位置する部分の内周面の径を、磁石内側寄りに位置する部分の外周面の径より大きくした内周面の段付き構造によって実現される。

係合部５３は、ヨーク天板３１ａの内周面に接する磁極構造体３２の外周面下側に、少なくとも１箇所以上形成される。或いは、係合部５３は、ヨーク天板３１ｂの内周面下側に接するヨーク天板３１ａの外周面に、少なくとも１箇所以上形成される。
係合部５３は、磁石外側寄りに位置する部分の外周面の径を、磁石内側寄りに位置する部分の外周面の径より大きくした外周面の段付き構造によって実現される。

ボルト３５（３５ａ、３５ｂ）は、第１部材３６（ボルト根元部）と、第２部材３７（ボルト頭部）と、を備えている。ボルト３５ａは、磁極構造体３２に設置されて、磁極構造体３２とヨーク天板３１ａとを締結する。ボルト３５ｂは、ヨーク天板３１ａに設置されて、ヨーク天板３１ａとヨーク天板３１ｂとを締結する。なお、ボルト３５は、磁極構造体３２及びヨーク天板３１ａのみならず、磁極構造体３２Ｋ及びヨーク底板５２にも設けられることが好ましい。

ボルト３５ａは、開口部２６を取り囲むように、超伝導コイル３３の円周方向に沿って、複数設けられる。ボルト３５ａは、磁極構造体３２の外面２８から挿入されて、ヨーク天板３１ａの内部までねじ込まれる。
磁極構造体３２には、外面２８からヨーク天板３１ａの内部まで貫通する複数の貫通孔が予め設けられ、該貫通孔には、ボルト３５ａをねじ込むための雌ネジのネジ山が形成されている。

ボルト３５ｂは、開口部２６を取り囲むように、超伝導コイル３３の円周方向に沿って、複数設けられる。ボルト３５ｂは、ヨーク天板３１ａの外面２８から挿入されて、ヨーク天板３１ｂの内部までねじ込まれる。
ヨーク天板３１ａには、外面２８からヨーク天板３１ｂの内部まで貫通する複数の貫通孔が予め設けられ、該貫通孔には、ボルト３５ｂをねじ込むための雌ネジのネジ山が形成されている。

第１部材３６は、例えば、ステンレス等の非磁性材料によって構成されることが好ましく、磁極構造体３２とヨーク天板３１ａとを締結する、或いは、ヨーク天板３１ａとヨーク天板３１ｂとを締結する。
即ち、第１部材３６は、係合部５１及び係合部５３の段差部分を介して、磁極構造体３２とヨーク天板３１ａとの両者を固定する。或いは、第１部材３６は、係合部５１及び係合部５３の段差部分を介して、ヨーク天板３１ａとヨーク天板３１ｂとの両者を固定する。

磁場調整の作業者（磁場の乱れを調整する作業者）は、第１部材３６を、例えば、レンチ（ネジ回し）などで回転させることで、磁極構造体３２に設けられた貫通孔に、第１部材３６をねじ込む。或いは、磁場調整の作業者は、第１部材３６を、例えば、レンチ（ネジ回し）などで回転させることで、ヨーク天板３１ａに設けられた貫通孔に、第１部材３６をねじ込む。

図３に示すように、第１部材３６は、外面２８から突出する六角形状の突出部分３６＿１と、レンチ等でねじ回し可能なねじ回し部分３６＿２と、突出部分３６＿１の表面に形成される凸部３６＿３と、を備えている。第１部材３６に凸部３６＿３が形成されることで、第２部材３７を設ける際、第１部材３６に対する第２部材３７の位置が決定され易くなる。即ち、磁場調整の作業者は、第１部材３６の上に第２部材３７を配置し易くなる。

第２部材３７は、例えば、鉄等の磁性材料によって構成されることが好ましく、第１部材３６に対して着脱可能に取り付けられる。即ち、磁場調整の作業者は、第１部材３６の表面に、第２部材３７を設置する。
第２部材３７は、凸部３６＿３と対向する位置に、凹部３７＿３を備えている。これにより、磁場調整の作業者は、第１部材３６の凸部３６＿３と第２部材３７の凹部３７＿３とが嵌り合うように、第１部材３６の表面に、第２部材３７を設置することが可能になる。なお、凸部３６＿３及び凹部３７＿３の形状は、両者が嵌り合う形状であれば、特に限定されるものではない。

図３に示すように、第２部材３７は、体積が可変可能である。第２部材３７の体積が変化することで、電磁石装置７０（図１参照）において、励磁状態であっても、作業者が高磁場の影響を受けることなく磁場調整作業を行うことが可能になる。
例えば、磁場調整の作業者は、第１部材３６の表面に、第２部材３７Ｂより体積が大きい第２部材３７Ｃを取り付けることが可能である（図３（Ｃ）参照）。これにより、第２部材３７は、第２部材３７Ｂから第２部材３７Ｃへと体積を大きくすることが可能である。
例えば、磁場調整の作業者は、第１部材３６の表面に、第２部材３７Ｂより体積が小さい第２部材３７Ａを取り付けることが可能である（図３（Ａ）参照）。これにより、第２部材３７は、第２部材３７Ｂから第２部材３７Ａへと体積を小さくすることが可能である。
なお、磁場調整の作業者は、この磁場調整作業において、複数のボルト３５の全てに、第２部材３７を設置する必要はなく、磁場調整作業の状況に応じて、必要な箇所のボルト３５のみに対して、第２部材３７を設置すればよい。

ここで、磁場調整の具体的な作業方法について、簡単に説明する。電磁石装置７０の超伝導コイル３３を励磁後、磁極構造体３２の開口部２６より超伝導コイル３３の中心に向かって磁気センサーを挿入する。挿入した磁気センサーで磁場強度分布計測を実施し、磁場均一度を評価する。
磁場均一度が、仕様値を満たしていれば、磁場調整作業は終了となる。磁場均一度が仕様値を満たしていない場合は、第２部材３７を第１部材３６に配置する。第２部材３７の配置作業後、磁気センサーによる磁場強度分布計測を実施し、磁場均一度を評価する。磁場均一度が仕様値を満たしていれば、磁場調整作業は終了となる。磁場均一度が仕様値を満たしていない場合は、第２部材３７Ｂを、より大きい第２部材３７Ｃ、あるいはより小さい第２部材３７Ａに変更し配置する。第２部材３７の配置作業後、磁気センサーによる磁場強度分布計測を実施し、磁場均一度を評価する。以降この作業を磁場均一度が仕様値以下になるまで繰り返す。

上記、第２部材３７の配置作業により、磁極構造体３２の超伝導コイル３３の中心軸ＣＬからの偏芯による磁場均一度の低下を調整することができ、具体的には、磁極構造体３２の偏芯を０．２ｍｍまで許容できる。

ところで、超伝導コイル３３に永久電流モードの通電がされている場合、超伝導コイル３３には、一定の電流が流れ続けることから、超伝導コイル３３の輪をくぐり抜ける磁束は保存される。そのため、超伝導コイル３３の輪の中における静磁場の磁場強度は、時間的に一定に保たれる。また、超伝導コイル３３の輪をくぐり抜けた磁束は、ヨーク構造体を通過し、磁路を形成する。その際、磁極構造体３２及びヨークの磁気抵抗Ｒ_ｍは、次の式（１）で表される。

一般に、直流の電磁石装置では、巻回されたコイルの中央部位置におけるコイル径方向の静磁場強度分布を一定に保つためには、コイル周囲に設けられるヨークの磁気抵抗をコイル周回方向で一定にする必要がある。

本実施形態では、複数のボルト３５が、磁極構造体３２からヨーク天板３１ａへとねじ込むように設けられ、或いは、ヨーク天板３１ａからヨーク天板３１ｂへとねじ込むように設けられ、第１部材３６が、外面２８から突出する。そして、複数のボルト３５は、超伝導コイル３３の円周方向に沿って所定の間隔で円形状に並んでいる。

従って、本実施形態に係る電磁石装置７０によれば、ボルト３５の第１部材３６が外面２８から突出し、第１部材３６の表面に形成される凸部３６＿３に嵌り合うように設置される第２部材３７の体積を調整することにより、各周回位置（角度）における磁気抵抗、即ち、磁場強度の分布を調整することが可能になる。

例えば、磁場強度分布が一定になるように磁場調整を実施しても、一旦、磁極構造体３２がヨーク天板３１から外され、その後、再度取り付けられた場合には、その取り付け時の機械的な誤差のために、磁場強度分布に乱れが発生することは避けられない。

しかしながら、本実施形態に係る電磁石装置７０によれば、ボルト３５の第２部材３７を、第２部材３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃに交換して体積を調整することにより、その磁場の乱れを解消することができる。また、磁場調整の作業者は、電磁石装置７０の外側から第２部材３７の体積を調整することができる。従って、磁場調整の作業者は、超伝導コイル３３が励磁状態であっても、超伝導コイル３３が発生する高磁場の中に立ち入ることなく、即ち、高磁場の影響を受けることなく磁場調整作業を行うことが可能になる。

≪第２実施形態≫
図４を参照して、第２実施形態に係るボルト３５の構成について、説明する。なお、超伝導コイル３３、ヨーク構造体などに対するボルト３５の相対的な配置は、第１実施形態を参照できる。

図４に示すように、ボルト３５は、第１部材３６Ｘと、第２部材３７Ｘと、を備えている。

第１部材３６Ｘは、外面２８から突出する六角形状の突出部分３６Ｘ＿１と、レンチ等でねじ回し可能なねじ回し部分３６Ｘ＿２と、突出部分３６Ｘ＿１の表面に形成される第２部材取り付け用雄ネジ３６Ｘ＿３と、を備えている。第１部材３６Ｘに第２部材取り付け用雄ネジ３６Ｘ＿３が形成されることで、第２部材３７Ｘを設ける際、第１部材３６Ｘに対する第２部材３７Ｘの位置が決定され易くなる。即ち、磁場調整の作業者は、第１部材３６Ｘの上に第２部材３７Ｘを配置し易くなる。

第２部材３７Ｘは、第２部材取り付け用雄ネジ３６Ｘ＿３と対向する位置に、雌ネジ３７Ｘ＿３を備えている。これにより、磁場調整の作業者は、第１部材３６Ｘの第２部材取り付け用雄ネジ３６Ｘ＿３と第２部材３７の雌ネジ３７Ｘ＿３とが嵌り合うように、第１部材３６Ｘの表面に、第２部材３７Ｘを設置することが可能になる。なお、第２部材取り付け用雄ネジ３６Ｘ＿３及び雌ネジ３７Ｘ＿３の形状は、特に限定されるものではない。

第２実施形態に係るボルト３５の構成によれば、第１部材３６Ｘと第２部材３７Ｘとが強固に固定されるため、例えば、ヨーク底板５２に、ボルト３５を設置した場合であっても、磁場調整の作業者は、第２部材３７Ｘの落下などを気にする事無く安定した作業を行うことが可能となる。

第２実施形態に係る電磁石装置７０によれば、第１実施形態と同様に、第２部材３７Ｘの体積量などを調整することで、磁場の乱れを調整することができる。また、第２実施形態に係る電磁石装置７０によれば、励磁状態であっても、作業者が高磁場の影響を受けることなく磁場調整作業を行うことができる。

≪第３実施形態≫
図５を参照して、第３実施形態に係るボルト３５の構成について、説明する。なお、超伝導コイル３３、ヨーク構造体などに対するボルト３５の相対的な配置は、第１実施形態を参照できる。

図５に示すように、ボルト３５は、第１部材３６Ｙと、第２部材３７Ｙと、を備えている。

第１部材３６Ｙは、外面２８から突出する六角形状の突出部分３６Ｙ＿１と、レンチ等でねじ回し可能なねじ回し部分３６Ｙ＿２と、突出部分３６Ｙ＿１の表面に形成される逆円錐台形状の凸部３６Ｙ＿３と、を備えている。第１部材３６Ｙに逆円錐台形状の凸部３６Ｙ＿３が形成されることで、第２部材３７Ｙを設ける際、第１部材３６Ｙに対する第２部材３７Ｙの位置が決定され易くなる。即ち、磁場調整の作業者は、第１部材３６Ｙの上に第２部材３７Ｙを配置し易くなる。

第２部材３７Ｙは、逆円錐台形状の凸部３６Ｙ＿３と対向する位置に、逆円錐台形状の凹部３７Ｙ＿３を備えている。これにより、磁場調整の作業者は、第１部材３６Ｙの逆円錐台形状の凸部３６Ｙ＿３と第２部材３７Ｙの逆円錐台形状の凹部３７Ｙ＿３とが嵌り合うように、第１部材３６Ｙの表面に、第２部材３７Ｙを設置することが可能になる。

また、第２部材３７Ｙは、第２部材半体３７Ｙ＿１と第２部材半体３７Ｙ＿２とに分割可能である。分割された第２部材半体３７Ｙ＿１と第２部材半体３７Ｙ＿２とは、ボルト６０によって締結される。ボルト６０は、例えば、ステンレス等の非磁性材料により形成されることが好ましい。

第３実施形態に係るボルト３５の構成によれば、第１部材３６Ｙと第２部材３７Ｙとがボルト６０によって強固に固定されるため、例えば、ヨーク底板５２（図１参照）に、ボルト３５を設置した場合であっても、磁場調整の作業者は、第２部材３７Ｙの落下などを気にする事無く安定した作業を行うことが可能となる。

第３実施形態に係る電磁石装置７０によれば、第１実施形態と同様に、第２部材３７Ｙの体積量などを調整することで、磁場の乱れを調整することができる。また、第３実施形態に係る電磁石装置７０によれば、励磁状態であっても、作業者が高磁場の影響を受けることなく磁場調整作業を行うことができる。

≪第４実施形態≫
図６を参照して、第４実施形態に係るボルト３５の構成について、説明する。なお、超伝導コイル３３、ヨーク構造体などに対するボルト３５の相対的な配置は、第１実施形態を参照できる。

図６に示すように、ボルト３５は、第１部材３６Ｚと、複数の第１部材３６Ｚと対向して設けられる第２部材３７Ｚと、を備えている。

第１部材３６Ｚは、外面２８から突出する六角形状の突出部分３６Ｚ＿１と、レンチ等でねじ回し可能なねじ回し部分３６Ｚ＿２と、突出部分３６Ｚ＿１の表面に形成される凸部３６Ｚ＿３と、を備えている。第１部材３６Ｚに凸部３６Ｚ＿３が形成されることで、複数の第１部材３６Ｚと対向して第２部材３７Ｚを設ける際、複数の第１部材３６Ｚに対する第２部材３７Ｚの位置が決定され易くなる。即ち、磁場調整の作業者は、複数の第１部材３６Ｚの上に第２部材３７Ｚを配置し易くなる。

第２部材３７Ｚは、複数の第１部材３６Ｚと対向する位置に、複数の凹部３７Ｚ＿３を備えている。これにより、磁場調整の作業者は、第１部材３６Ｚの複数の凸部３６Ｚ＿３と第２部材３７の複数の凹部３７Ｚ＿３とが嵌り合うように、複数の第１部材３６Ｚの表面に、第２部材３７Ｚを設置することが可能になる。なお、凸部３６Ｚ＿３及び凹部３７Ｚ＿３の形状は、両者が嵌り合う形状であれば、特に限定されるものではない。

第４実施形態に係るボルト３５の構成によれば、１つの第２部材３７Ｚで、複数の第１部材３６Ｚを覆うことができるため、相対的な第２部材３７Ｚの体積を増やすことができ、磁場調整効果をより高めることが可能になる。

第４実施形態に係る電磁石装置７０によれば、第１実施形態と同様に、第２部材３７Ｚの体積量などを調整することで、磁場の乱れを調整することができる。また、第４実施形態に係る電磁石装置７０によれば、励磁状態であっても、作業者が高磁場の影響を受けることなく磁場調整作業を行うことができる。

≪第５実施形態≫
図７Ａ及び図７Ｂを参照して、第５実施形態に係るボルト３５の構成について、説明する。なお、超伝導コイル３３、ヨーク構造体などに対するボルト３５の相対的な配置は、第１実施形態を参照できる。

図７Ａ及び図７Ｂに示すように、ボルト３５は、第１部材３６Ｐと、第２部材３７Ｐと、を備えている。

第１部材３６Ｐは、例えば、いもネジで構成される。
第１部材３６Ｐは、磁極構造体３２とヨーク天板３１ａとを締結する、或いは、ヨーク天板３１ａとヨーク天板３１ｂとを締結する。即ち、第１部材３６Ｐは、係合部５１及び係合部５３の段差部分を介して、磁極構造体３２とヨーク天板３１ａとの両者を固定する、或いは、ヨーク天板３１ａとヨーク天板３１ｂとの両者を固定する。
磁場調整の作業者は、第１部材３６Ｐを、例えば、レンチ（ネジ回し）などで回転させることで、磁極構造体３２に設けられた貫通孔に、第１部材３６をねじ込む。或いは、磁場調整の作業者は、第１部材３６Ｐを、例えば、レンチ（ネジ回し）などで回転させることで、ヨーク天板３１ａに設けられた貫通孔に、第１部材３６をねじ込む。

第２部材３７Ｐは、例えば、円柱形状の鉄片で構成される。
第２部材３７Ｐは、磁極構造体３２と第１部材３６Ｐとの高さの差によって生じる隙間に挿入される。或いは、第２部材３７Ｐは、ヨーク天板３１ａとと第１部材３６Ｐとの高さの差によって生じる隙間に挿入される。

第５実施形態に係るボルト３５の構成によれば、いもネジ及び円柱形状の鉄片の組み合わせによって、磁束密度の高い部位に、第２部材３７Ｐを設置することができるため、磁場調整効果を効率的に高めることが可能になる。

第５実施形態に係る電磁石装置７０によれば、第１実施形態と同様に、第２部材３７Ｐの体積量などを調整することで、磁場の乱れを調整することができる。また、第５実施形態に係る電磁石装置７０によれば、励磁状態であっても、作業者が高磁場の影響を受けることなく磁場調整作業を行うことができる。

なお、本発明は、以上に説明した実施形態および変形例に限定されるものではなく、さらに、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態および変形例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態や変形例の構成の一部を、他の実施形態や変形例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態や変形例の構成に他の実施形態や変形例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態や変形例の構成の一部について、他の実施形態や変形例に含まれる構成を追加・削除・置換することも可能である。

１０中心軸
２６開口部
２８外面
３１ヨーク天板（ヨーク端板）
３２磁極構造体
３３超伝導コイル
３４ヨーク側板
３５ボルト
３６第１部材
３６＿３、３６Ｙ＿３凸部
３６Ｘ＿３雄ネジ
３６Ｐいもネジ
３７第２部材
３７＿３、３７Ｙ＿３凹部
３７Ｘ＿３雌ネジ
３７Ｐ円柱形状の鉄片
５５脚部
６０ボルト
７０電磁石装置

Claims

超伝導コイルと、
開口部を有し、前記超伝導コイルの一端面側に設けられるヨーク端板と、
前記開口部に取り付けられ、前記超伝導コイルが発生する磁束を集める磁極構造体と、
前記ヨーク端板と前記磁極構造体とを締結する第１部材と、
前記第１部材に交換可能に取り付けられて、異なる体積を有する複数の第２部材と、
を備えることを特徴とする電磁石装置。
前記第１部材及び前記第２部材は、
前記超伝導コイルの円周方向に沿って、複数設けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁石装置。
前記第１部材は、表面に凸部を有し、
前記第２部材は、前記凸部と対向する位置に、凹部を有する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電磁石装置。
前記凸部及び前記凹部の形状は、逆円錐台形状である、
ことを特徴とする請求項３に記載の電磁石装置。
前記第１部材は、表面に雄ネジを有し、
前記第２部材は、前記雄ネジと対向する位置に、雌ネジを有する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電磁石装置。
分割された前記第２部材を締結するボルトを更に備える、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の電磁石装置。
前記第２部材は、複数の前記第１部材と対向して設けられる、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の電磁石装置。
前記第１部材は、いもネジであり、
前記第２部材は、円柱形状の鉄片である、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電磁石装置。
前記ヨーク端板は、分割して構成される、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の電磁石装置。
前記超伝導コイルの円周方向に沿って、前記超伝導コイルの側面を囲むように設けられる筒形状のヨーク側板を更に備え、
前記ヨーク端板、前記磁極構造体、前記ヨーク側板は、磁性材料で形成される、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の電磁石装置。