(57)【要約】【課題】電磁石に個別の電源を用いて電磁石を個別に制御することができる磁場発生装置を提供する。【解決手段】実施形態の磁場発生装置１０は、ネットワーク３０を介して外部から磁場発生データを受信可能であり、ギャップが設けられた電磁石鉄芯７と、電磁石鉄芯７に巻かれた電磁石コイル６と、電磁石コイル６に電流を供給する電源装置１と、電磁石コイル６に一端が接続されて他端が電源装置１に接続されるコイル給電線５と、ギャップに配置されてビームが通過する経路となるビームダクト８と、受信した磁場発生データに基づいて電源装置１に電流の基準となる電流指令値を出力する制御装置２とを備えている。電源装置１は、電流指令値に応じて電磁石コイル６に供給する電流を制御して出力する。【選択図】図２
2014022269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネットワークを介して、外部から磁場発生データを受信可能な磁場発生装置であって、
ギャップが設けられた電磁石鉄芯と、
前記電磁石鉄芯に巻かれた電磁石コイルと、
前記電磁石コイルに電流を供給する電源装置と、
前記電磁石コイルに一端が接続され、他端が前記電源装置に接続されるコイル給電線と、
前記ギャップに配置されて、ビームが通過する経路となるビームダクトと、
前記ネットワークを介して前記磁場発生データを受信し、受信した前記磁場発生データに基づいて前記電源装置に前記電流の基準となる電流指令値を出力する制御装置と、を備え、
前記電源装置は、前記電流指令値に応じて、前記電磁石コイルに供給する前記電流を制御して出力する
ことを特徴とする磁場発生装置。
【請求項２】
前記磁場発生データは、前記電磁石鉄芯と前記電磁石コイルとからなる電磁石に発生させる磁場について、周期の時間ごとに磁束密度が示される磁場パターンデータおよび当該磁束密度ごとに電流値が示される磁場電流変換データの少なくともいずれかを含み、
前記制御装置は、
前記ネットワークを介して、前記磁場発生データを受信する送受信部と、
前記磁場パターンデータを格納する磁場パターンテーブルと、
前記磁場電流変換データを格納する磁場電流変換テーブルと、
前記送受信部により受信された前記磁場発生データから、前記磁場パターンデータについて前記磁場パターンテーブルに格納し、前記磁場電流変換データについて前記磁場電流変換テーブルに格納するデータ処理部と、
前記磁場パターンテーブルおよび前記磁場電流変換テーブルに基づいて、前記電磁石に発生させる磁場について前記電磁石コイルに供給する前記電流の電流基準データを求める磁場決定部と、
前記磁場パターンデータの前記周期の時間の基準となるクロックを供給するタイマと、
前記磁場決定部から前記電流基準データを入力し、前記電流基準データを所定の信号形式に変換して前記電流指令値として出力する出力部と、を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の磁場発生装置。
【請求項３】
前記電磁石鉄芯を固定支持する電磁石架台をさらに備え、
前記電源装置が前記電磁石架台の近傍に設置された
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁場発生装置。
【請求項４】
前記電源装置および前記電磁石コイルに冷却水を供給可能な供給用共通冷却水配管と、
前記電源装置および前記電磁石コイルから冷却水を排出可能な排出用共通冷却水配管とをさらに備え、
前記供給用共通冷却水配管は、前記電源装置および前記電磁石コイルの近傍で、前記電磁石コイルに冷却水を供給可能な第１の供給用冷却水配管と前記電源装置に冷却水を供給可能な第２の供給用冷却水配管とに分岐されて接続され、
前記排出用共通冷却水配管は、前記電源装置および前記電磁石コイルの近傍で、前記電磁石コイルから冷却水を排出可能な第１の排出用冷却水配管と前記電源装置から冷却水を排出可能な第２の排出用冷却水配管とが統合されて接続された
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の磁場発生装置。
【請求項５】
前記電磁石コイルは、複数の磁極を有し、
前記複数の磁極に対応する複数の前記電源装置を備える
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の磁場発生装置。
【請求項６】
ネットワークを介して外部から磁場発生データを受信可能であり、ギャップが設けられた電磁石鉄芯と、前記電磁石鉄芯に巻かれた電磁石コイルと、前記電磁石コイルに電流を供給する電源装置と、前記電磁石コイルに一端が接続されて他端が前記電源装置に接続されるコイル給電線と、前記ギャップに配置されてビームが通過する経路となるビームダクトと、前記電源装置に前記電流に対する電流指令値を出力する制御装置とを備える磁場発生装置の磁場発生制御方法であって、
前記制御装置が、前記ネットワークを介して前記磁場発生データを受信する磁場発生データ受信ステップと、
前記制御装置が、受信した前記磁場発生データに基づいて前記電源装置に前記電流の基準となる電流指令値を出力する電流指令ステップと、
前記電源装置が、前記制御装置から出力された前記電流指令値に応じて前記電磁石コイルに供給する前記電流を制御して出力する出力ステップと、
を含むことを特徴とする磁場発生制御方法。
【請求項７】
複数の磁場発生装置と、当該複数の磁場発生装置についての運転指示および磁場発生データを管理する管理サーバとを備え、前記管理サーバと前記複数の磁場発生装置とがネットワークを介して通信可能なように接続される磁場発生システムであって、
前記磁場発生装置は、
ギャップが設けられた電磁石鉄芯と、
前記電磁石鉄芯に巻かれた電磁石コイルと、
前記電磁石コイルに電流を供給する電源装置と、
前記電磁石コイルに一端が接続され、他端が前記電源装置に接続されるコイル給電線と、
前記ギャップに配置されて、ビームが通過する経路となるビームダクトと、
前記ネットワークを介して磁場発生データを受信し、受信した前記磁場発生データに基づいて前記電源装置に前記電流の基準となる電流指令値を出力する制御装置と、を備え、
前記管理サーバは、各々の前記磁場発生装置の運転を指示するトリガ情報を送信し、
各々の前記磁場発生装置において、
前記制御装置が、前記トリガ情報を受信すると、前記トリガ情報および前記磁場発生データに基づいて前記電流指令値を出力し、
前記電源装置が、前記電流指令値に応じて、前記電磁石コイルに供給する前記電流を制御して出力する
ことを特徴とする磁場発生システム。
【請求項８】
前記磁場発生データは、前記電磁石鉄芯と前記電磁石コイルとからなる電磁石に発生させる磁場について、周期の時間ごとに磁束密度が示される磁場パターンデータおよび当該磁束密度ごとに電流値が示される磁場電流変換データの少なくともいずれかを含み、
前記制御装置は、
前記ネットワークを介して、前記磁場発生データを受信する送受信部と、
前記磁場パターンデータを格納する磁場パターンテーブルと、
前記磁場電流変換データを格納する磁場電流変換テーブルと、
前記送受信部により受信された前記磁場発生データから、前記磁場パターンデータについて前記磁場パターンテーブルに格納し、前記磁場電流変換データについて前場磁場電流変換テーブルに格納するデータ処理部と、
前記磁場パターンテーブルおよび前記磁場電流変換テーブルに基づいて、前記電磁石に発生させる磁場について前記電磁石コイルに供給する前記電流の電流基準データを求める磁場決定部と、
前記磁場パターンデータの前記周期の時間の基準となるクロックを供給するタイマと、
前記磁場決定部から前記電流基準データを入力し、前記電流基準データを所定の信号形式に変換して電流指令値として出力する出力部と、を備える
ことを特徴とする請求項７に記載の磁場発生システム。
【請求項９】
前記管理サーバは、前記ネットワークを介して、各々の前記磁場発生装置が備える前記磁場電流変換テーブルおよび前記磁場パターンテーブルに格納させる各々の前記磁場発生データを、各々の前記磁場発生装置に送信する
ことを特徴とする請求項８に記載の磁場発生システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁場発生装置、磁場発生制御方法および磁場発生システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、粒子加速器は磁場発生装置により粒子軌道を形成している。例えば、シンクロトロンにおいては、荷電粒子(以降単にビームと称する)を円形軌道に周回させながらビーム加速や蓄積を行うが、そのために、ビーム軌道が円形軌道を描くように偏向磁場を発生させるための複数の偏向電磁石が磁場発生装置に使用されている。また、他にもビームの収束を行わせるための四極電磁石や、エネルギー補正を行うための六極電磁石なども磁場発生装置に使用されている。
【０００３】
なお、シンクロトロンにおいて、同一の電流値で各所定の磁場を形成するように構成した偏向用電磁石、収束用四極電磁石および発散用四極電磁石を直列に接続し、直列に接続したこれらの偏向用電磁石、収束用四極電磁石および発散用四極電磁石を電源により印加するように構成したことが知られている。
【０００４】
また、電源制御装置において、加速器の複数の磁場コイルの夫々に電流を供給する電源装置と、電源装置の出力電流の基準値となる信号を運転パターンデータとして出力する複数のメモリ装置と、各メモリ装置に対して運転パターンデータを順次読出すためのクロックパルス発生装置と、各メモリ装置に対して運転パターンデータを出力すると共に、クロックパルス発生装置に対して起動信号を出力する計算機とを備えたことが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−８２２９９号公報
【特許文献２】特公平８−１０６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記技術の磁場発生装置においては、電磁石の種類ごとに電磁石電源を用意し、複数の偏向電磁石や四極電磁石などを１台の電磁石電源に直列に接続し、複数の電磁石に同一の電流を供給して磁場を発生させていた。そのため、各々の電磁石に発生させた磁場を個別に制御できなかった。そして、複数の電磁石を直列接続することから、電磁石電源の大容量化ならびに高電圧化が必要であった。
【０００７】
また、他の上記技術の磁場発生装置においては、電磁石電源の運転パターン（電磁石コイルへの通電波形）は予め決められたパターンを一律に電磁石へ与えるものであり、その決められたパターンを容易に変更できなかった。また、個々の電磁石による磁場を制御する制御装置を備えていないため、すべての電磁石に個体差が生じないように電磁石の特性を揃えて製作する必要があった。
【０００８】
本発明の実施形態が解決しようとする課題は、電磁石に個別の電源を用いて電磁石を個別に制御することができる磁場発生装置、磁場発生制御方法および磁場発生システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、実施形態の磁場発生装置は、ネットワークを介して、外部から磁場発生データを受信可能な磁場発生装置である。当該磁場発生装置は、ギャップが設けられた電磁石鉄芯と、前記電磁石鉄芯に巻かれた電磁石コイルと、前記電磁石コイルに電流を供給する電源装置と、前記電磁石コイルに一端が接続され、他端が前記電源装置に接続されるコイル給電線と、前記ギャップに配置されて、ビームが通過する経路となるビームダクトと、前記ネットワークを介して前記磁場発生データを受信し、受信した前記磁場発生データに基づいて前記電源装置に前記電流の基準となる電流指令値を出力する制御装置と、を備え、前記電源装置は、前記電流指令値に応じて、前記電磁石コイルに供給する前記電流を制御して出力することを特徴とする。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、実施形態の磁場発生制御方法は、ネットワークを介して外部から磁場発生データを受信可能であり、ギャップが設けられた電磁石鉄芯と、前記電磁石鉄芯に巻かれた電磁石コイルと、前記電磁石コイルに電流を供給する電源装置と、前記電磁石コイルに一端が接続されて他端が前記電源装置に接続されるコイル給電線と、前記ギャップに配置されてビームが通過する経路となるビームダクトと、前記電源装置に前記電流に対する電流指令値を出力する制御装置とを備える磁場発生装置の磁場発生制御方法である。当該磁場発生制御方法は、前記制御装置が、前記ネットワークを介して前記磁場発生データを受信する磁場発生データ受信ステップと、前記制御装置が、受信した前記磁場発生データに基づいて前記電源装置に前記電流の基準となる電流指令値を出力する電流指令ステップと、前記電源装置が、前記制御装置から出力された前記電流指令値に応じて前記電磁石コイルに供給する前記電流を制御して出力する出力ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、実施形態の磁場発生システムは、複数の磁場発生装置と、当該複数の磁場発生装置についての運転指示および磁場発生データを管理する管理サーバとを備え、前記管理サーバと前記複数の磁場発生装置とがネットワークを介して通信可能なように接続される磁場発生システムである。当該磁場発生システムでは、前記磁場発生装置は、ギャップが設けられた電磁石鉄芯と、前記電磁石鉄芯に巻かれた電磁石コイルと、前記電磁石コイルに電流を供給する電源装置と、前記電磁石コイルに一端が接続され、他端が前記電源装置に接続されるコイル給電線と、前記ギャップに配置されて、ビームが通過する経路となるビームダクトと、前記ネットワークを介して磁場発生データを受信し、受信した前記磁場発生データに基づいて前記電源装置に前記電流の基準となる電流指令値を出力する制御装置と、を備えている。前記管理サーバは、各々の前記磁場発生装置の運転を指示するトリガ情報を送信し、各々の前記磁場発生装置において、前記制御装置が、前記トリガ情報を受信すると、前記トリガ情報および前記磁場発生データに基づいて前記電流指令値を出力し、前記電源装置が、前記電流指令値に応じて、前記電磁石コイルに供給する前記電流を制御して出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る磁場発生装置、磁場発生制御方法および磁場発生システムの実施形態によれば、電磁石に個別の電源を用いて電磁石を個別に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る磁場発生装置の第１の実施形態の構成を示す図。
【図２】図１に示す磁場発生装置を備える磁場発生システムの構成を示すブロック図。
【図３】図２の管理サーバの構成を示すブロック図。
【図４】図２の磁場パターンテーブルの一例を示す図。
【図５】図２の磁場電流変換テーブルの一例を示す図。
【図６】第１の実施形態の磁場発生装置における磁場発生制御処理フローを示すフロー図。
【図７】本発明に係る磁場発生装置の第２の実施形態の構成を示す図。
【図８】本発明に係る磁場発生装置の第３の実施形態の構成を示す図。
【図９】本発明に係る磁場発生装置の第４の実施形態の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る実施形態の磁場発生装置、磁場発生制御方法および磁場発生システムについて、図面を参照して具体的に説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複する説明は省略する。ここで説明する下記の実施形態はいずれも、シンクロトロンに用いられる磁場発生装置、磁場発生制御方法および磁場発生システムの一例をとりあげて説明する。
【００１５】
［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る磁場発生装置の第１の実施形態の構成を示す図である。図２は、図１に示す磁場発生装置１０を備える磁場発生システムの構成を示すブロック図である。図３は、図２の管理サーバの構成を示すブロック図である。また、図４は図２の磁場パターンテーブルの一例を示す図であり、図５は図２の磁場電流変換テーブルの一例を示す図である。図６は、図２の磁場発生装置１０の磁場発生制御処理フローを示すフロー図である。以下、図１ないし図６を参照しながら第１の実施形態の磁場発生装置について説明する。
【００１６】
磁場発生装置１０は、例えばシンクロトロンに必要な磁場を発生させる。そのために、磁場発生装置１０は、図１に示すように、電源装置１、制御装置２、ネットワーク接続端子３、電源給電線４、コイル給電線５、電磁石コイル６、電磁石鉄芯７およびビームダクト８を備えている。
【００１７】
電磁石鉄芯７には、所定の磁力を得るのに必要なターン数の電磁石コイル６が巻かれている。電磁石鉄芯７にはギャップ部分が設けられている。以降では、「磁場発生装置１０に備えられた電磁石」と呼ぶ場合に、これらの構成を含めたものとする。
【００１８】
ビームダクト８は、そのギャップ部分に配置されて、ビーム（荷電粒子）が通過する経路となる。電磁石コイル６が巻かれ電磁石鉄芯７によって、ギャップ部分のビームダクト８に必要な磁場を発生させる。これにより、ビームダクト８に沿って、ビームが所定の軌道を進む。
【００１９】
なお、図１に示す電磁石鉄芯７は、偏向型電磁石の横断面の形状の一例（Ｃ型形状）を示すものであり、電磁石鉄芯７はこの形状に限定されるものではない。また、図１以降においても同様である。
【００２０】
電源装置１は、電源給電線４を介して外部電源から交流電力を入力する。電源装置１は、入力された交流電力を直流電力に変換する。電源装置１は、変換した直流電力を用いて、コイル給電線５を介して電磁石コイル６に電流を供給（出力）する。
【００２１】
コイル給電線５は、電源装置１から電磁石コイル６に電流を出力するために、電源装置１と電磁石コイル６との間に接続されている。コイル給電線５の配線長を短くするために、電源装置１は電磁石鉄芯７の近傍に配置される。
【００２２】
電磁石鉄芯７のギャップ部分に所望の磁場パターンを発生させるため、電源装置１は、制御装置２から指示された電流指令値に基づいて、電流を電磁石コイル６に出力する。
【００２３】
制御装置２は、電源装置１から電磁石コイル６に出力される電流を制御する。そのために、制御装置２は、予め定められた運転パターン（電磁石コイル６への通電波形）に基づいて、電流指令値を決定する。制御装置２は、決定した電流指令値を電源装置１に出力する。なお、電源装置１および制御装置２の詳細な構成については、後述する。
【００２４】
ネットワーク接続端子３は、制御装置２をネットワーク３０（図２に示す）に接続するために、所定の規格に定められた物理レイヤに適合するものである。所定の規格は、例えばＩＥＥＥ８０２．３ａｂ、ＩＥＥＥ８０２．３ｕなどに準拠したものである。
【００２５】
図２に示す磁場発生システムは、例えばシンクロトロンに必要な磁場を発生させるシステムの一例である。シンクロトロンには、例えば偏向磁場を発生させる複数の偏向電磁石、ビームの収束を行う複数の四極電磁石や、エネルギー補正を行う六極電磁石等が用いられる。
【００２６】
磁場発生システムは、これらの複数の電磁石に磁場を発生させるために、管理サーバ３１および複数の磁場発生装置（１０、１０ｍ、・・・）を備えている。また、管理サーバ３１および複数の磁場発生装置（１０、１０ｍ、・・・）はネットワーク３０で接続され、管理サーバ３１と複数の磁場発生装置（１０、１０ｍ、・・・）との間は互いに通信可能とされている。各磁場発生装置（１０、１０ｍ、・・・）は、ビームの軌道に沿って、必要な位置に配置されている。
【００２７】
以下、図２を参照しながら、磁場発生システムの構成および磁場発生装置１０の詳細な構成を示すブロック図について説明する。なお、以降では、複数の磁場発生装置（１０、１０ｍ、・・・）を代表して磁場発生装置１０について説明する。
【００２８】
はじめに、管理サーバ３１について説明する。
【００２９】
管理サーバ３１は、複数の磁場発生装置（１０、１０ｍ、・・・）と互いに通信可能なようにネットワーク３０に接続されている。管理サーバ３１は、ネットワーク３０を介して、各々の磁場発生装置１０に磁場発生データを提供（送信）する。
【００３０】
ここで、磁場発生データは、磁場発生装置１０に備えられた電磁石に発生させる磁場に関するデータである。磁場発生データは、磁場パターンテーブル２３および磁場電流変換テーブル２４の少なくともいずれかに格納するデータを含む。なお、磁場パターンテーブル２３および磁場電流変換テーブル２４について、詳しくは後述する。
【００３１】
これらの管理サーバ３１から提供される磁場発生データは、運転開始前に磁場発生装置１０に提供され、各々の磁場発生装置１０が磁場パターンテーブル２３および磁場電流変換テーブル２４に格納する。また、それらのデータは、適宜、更新されてもよい。
【００３２】
また、管理サーバ３１は、ネットワーク３０を介して、各々の磁場発生装置１０に対して運転開始・停止などの運転指示を含むトリガ情報を送信する。トリガ情報は、例えば運転開始時刻、停止時刻などのタイミングや指示の種類、運転パターンなどを含む。
【００３３】
図３に、管理サーバ３１の構成を示すブロック図を示す。
【００３４】
管理サーバ３１は、図３に示すように、例えばデータ入力操作可能なキーボード・マウスなどの入力手段３２と、複数の磁場発生装置１０に提供する磁場発生データおよびその運転指示を管理（運転開始・停止などのトリガ情報の提供を含む）する管理手段３３と、複数の磁場発生装置１０に提供するための磁場発生データを含むデータを記憶する記憶手段３４と、ネットワーク３０を介してデータを送受信する通信手段３５と、データなどを表示する表示手段３６とを備えている。例えば、管理サーバ３１はコンピュータであり、図３に示す各手段３２〜３６を実現するように動作する。
【００３５】
次に、磁場発生装置１０が備える制御装置２の構成について説明する。制御装置２は、図２に示すように、送受信部２２と、磁場パターンテーブル２３と、磁場電流変換テーブル２４と、データ処理部２５と、磁場決定部２６と、タイマ２７と、出力部２８とを備えている。
【００３６】
送受信部２２は、ネットワーク接続端子３から接続ケーブルなどを介して、ネットワーク３０に接続されている。送受信部２２は、ネットワーク３０を介して、所定アドレスの外部装置（例えば管理サーバ３１）とデータを送受信する。送受信部２２は、例えばＩＥＥＥ８０２．３ａｂ、ＩＥＥＥ８０２．３ｕなどに準拠したインタフェース回路を有している。送受信部２２は、送受信するデータをデータ処理部２５から入出力する。
【００３７】
データ処理部２５は、送受信部２２を介して、管理サーバ３１から送信されたトリガ信号を含むデータを入力する。また、データ処理部２５は、送受信部２２を介して、管理サーバ３１から送信された磁場電流変換データおよび磁場パターンデータの少なくともいずれかを含む磁場発生データを入力する。
【００３８】
データ処理部２５は、送受信部２２から磁場パターンデータを入力すると、磁場パターンテーブル２３に格納する。また、データ処理部２５は、送受信部２２から磁場電流変換データを入力すると、磁場電流変換テーブル２４に格納する。なお、データ処理部２５は、必要に応じて磁場パターンテーブル２３および磁場電流変換テーブル２４を更新可能である。
【００３９】
磁場パターンテーブル２３は、磁場パターンデータを格納する。磁場パターンテーブル２３には、時間ｔごとに、磁束密度Ｂが格納されている。すなわち、磁場パターンデータは、各々の磁場発生装置１０に備えられた電磁石に発生させる磁場の時間変化データ（運転パターン）である。この磁場の時間変化データは、運転開始前に磁場パターンテーブル２３に予め格納される。このために、必要な磁場パターンデータは予め試験され、求められて、管理サーバ３１に記憶されている。
【００４０】
磁場電流変換テーブル２４は、磁場電流変換データを格納する。磁場電流変換テーブル２４には、磁束密度Ｂごとに、電流値Ｉが格納されている。すなわち、磁場電流変換データは、各々の磁場発生装置１０に備えられた電磁石に発生させる磁場の運転パターンの周期中の時間データに対応する。この磁場電流変換データは、運転開始前に磁場電流変換テーブル２４に予め格納される。このために、必要なデータは予め試験され、求められて、管理サーバ３１に記憶されている。
【００４１】
データ処理部２５は、管理サーバ３１から送信されるトリガ情報を送受信部２２を介して受信すると、トリガ情報を磁場決定部２６に出力する。
【００４２】
タイマ２７は、制御装置２内にクロックを供給する。タイマ２７は、例えば磁場パターンデータの周期の時間の基準となるクロックを供給する。タイマ２７から供給されるクロックは所定の精度を有している。具体的には、複数の磁場発生装置１０が前述した運転パターンの同期をとることができる十分な精度である。タイマ２７は、例えば外部のクロック源により時刻補正またはクロック同期を行えるようにしてもよい。
【００４３】
磁場決定部２６は、データ処理部２５からトリガ情報を入力すると、トリガ情報に応じて所定の周期動作を開始または停止もしくは終了する。所定の周期は、タイマ２７から供給されるクロック、または、その分周されたクロックに基づいて、カウントされる。所定の周期は、例えば１００ｋＨｚである。
【００４４】
磁場決定部２６は、磁場パターンテーブル２３から磁場値（例えば磁束密度）Ｂｒを読み込む。さらに、磁場決定部２６は、読み込んだ磁場値Ｂｒに基づいて磁場電流変換テーブル２４を参照し、対応する電流値Ｉｒを読み込む。磁場決定部２６は、この読み込んだ電流値Ｉｒを電流基準データとして出力部２８に出力する。
【００４５】
出力部２８は、磁場決定部２６から電流基準データを入力すると、入力した電流基準データを電源装置１に指示可能なデータ形式または信号形式に変換された電流指令値として出力する。例えば、電流指令値は、上限および下限電流値に対応したデジタルデータや、所定の電圧範囲の信号で出力される。
【００４６】
以下に、このように構成された制御装置２の作用を説明する。なお、偏向電磁石を例として、図４および図５を参照して説明する。
【００４７】
図４に示す磁場パターンテーブル２３では、横軸に時間ｔ、縦軸に磁束密度Ｂを示し、例えば１周期の運転データを示している。図５に示す磁場電流変換テーブル２４では、横軸に磁束密度Ｂ、縦軸に電流Ｉを示し、例えば電磁石鉄芯７の飽和領域前までの磁束密度Ｂを示している。なお、実際には、これらのテーブルに格納されるデータは、制御装置２に備えられるメモリ（記憶手段）などに記憶され、また、更新可能とされる。
【００４８】
磁場決定部２６は、トリガ情報による運転開始から停止指令による間に、周期動作を繰り返し行う。図４において、磁場決定部２６が磁場パターンテーブル２３を参照する場合に、例えば周期動作の起点時間ｔ０（図４の横軸の原点とする）から経過時間ｔａ（時間ｔａとする）における磁場値Ｂｒを読み取る。なお、図４に示す時間ｔｅは、運転パターンの周期の終りに対応する時間である。すなわち、図４において、時間ｔ０〜時間ｔｅでの１周期の運転パターンとし、複数の周期を繰り返す。なお、時間ｔ０〜時間ｔｅは、次の周期にはそれまでの運転開始からの時間がインクリメントされた時間を対応させて処理される。
【００４９】
続いて、磁場決定部２６は、図５に示す磁場電流変換テーブル２４を参照して、この時間ｔａにおける磁場値Ｂｒから対応する電流値Ｉｒを読み取る。この読み取られた電流値Ｉｒが、時間ｔａにおける電流基準データとなる。
【００５０】
例えば、シンクロトロンに配置される偏向電磁石に対応した制御装置２に備えられる磁場電流変換テーブル２４および磁場パターンテーブル２３には、図４および図５に示すようなデータが格納されている。また、他の電磁石の種類についても、同様にデータが格納されている。
【００５１】
ここで、図５に示す磁場電流変換テーブル２４に格納されるデータは、同一の電磁石を設計した場合でも、製造上の誤差により電磁石ごとに異なるデータとなる。このため、例えば各々の電磁石の製造後の試験により、予め図５に対応する磁場電流変換データを得て、記録または保存しておく。各々の電磁石について、この記録または保存されたデータに基づく磁場電流変換データが管理サーバ３１に記憶されている。
【００５２】
また、図４に示す磁場パターンテーブル２３の運転データについても、少なくとも１周期分の運転データが管理サーバ３１に記憶されている。なお、いくつかの異なる運転パターンデータが記憶されてもよい。
【００５３】
これにより、ネットワーク３０を介して、管理サーバ３１から各磁場発生装置（１０、１０ｍ、・・・）ごとに、磁場パターンテーブル２３または／および磁場電流変換テーブル２４に格納される磁場発生データが提供される。
【００５４】
次に、磁場発生装置１０の電源装置１の構成について説明する。電源装置１は、図２に示すように、変圧部１１と、整流部１２と、電流出力部１３と、電流検出部１４とを備えている。
【００５５】
変圧部１１は、交流電源４０に接続され、所定の変圧比によって変圧された交流を整流部１２に出力する。整流部１２は、変圧部１１から出力された交流を直流に変換し、電流出力部１３に直流電力を供給する。
【００５６】
電流出力部１３は、整流部１２から直流電力を入力する。電流出力部１３は、制御装置２から指示された電流指令値に基づいて電流（励磁電流）を生成し、電磁石コイル６に出力する。電流検出部１４は、電流センサを有しており、電流出力部１３から出力された電流を検出する。電流の検出は、例えば検出時間ごとの電流のサンプリングデータが電流出力部１３に出力されることにより行われる。
【００５７】
電流出力部１３は、電流検出部１４により検出された電流に基づいて、出力する電流を制御する。すなわち、電流出力部１３は、出力する電流をフィードバック制御して調整する。
【００５８】
図６に、図２の磁場発生装置１０が実行する磁場発生制御処理フローを示す。以下、図２を参照しながら図６の処理フローを説明する。
【００５９】
磁場発生装置１０は、例えばパワーオン後、以下の磁場発生制御処理を開始する。
【００６０】
制御装置２の送受信部２２は、ネットワーク３０を介して、データを受信するために待機する（ステップＳ１）。
【００６１】
データ処理部２５は、送受信部２２により受信したデータが管理サーバ３１から送信されたデータか否か判断する（ステップＳ２）。当該受信データが管理サーバ３１から送信されたデータでない場合（ステップＳ２のＮｏ）、データ処理部２５は、処理をステップＳ１に戻す。一方、当該受信データが管理サーバ３１から送信されたデータである場合（ステップＳ２のＹｅｓ）、データ処理部２５は、ステップＳ３に処理を進める。
【００６２】
次に、データ処理部２５は、受信データの内容を判断する（ステップＳ３）。データ処理部２５は、受信データが磁場発生データである場合にステップＳ４へ処理を移し、受信データがトリガ情報である場合にステップＳ６へ処理を移す。一方、データ処理部２５は、受信データがこれらのいずれでもない（その他である）場合にステップＳ１へ処理を戻す。
【００６３】
また、受信データが磁場発生データである場合、データ処理部２５は、磁場パターンデータについては磁場パターンテーブル２３に格納する（ステップＳ４）。データ処理部２５は、磁場電流変換データについては磁場電流変換テーブル２４に格納する（ステップＳ５）。格納後、データ処理部２５はステップ１に処理を戻す。
【００６４】
受信したデータがトリガ情報である場合、データ処理部２５はそのトリガ情報を磁場決定部２６に出力し、磁場決定部２６はそのトリガ情報を読み取る（ステップＳ６）。
【００６５】
次に、磁場決定部２６は、トリガ情報が所定の周期動作の開始であるか否か判断する（ステップＳ７）。すなわち、運転開始である場合（ステップＳ７のＹｅｓ）、磁場決定部２６は、磁場パターンテーブル２３および磁場電流変換テーブル２４を参照して、電磁石コイル６に供給する電流値Ｉｒを読み取る（ステップＳ８）。
【００６６】
次に、磁場決定部２６は、この決定された電流値Ｉｒを、運転パターンの所定のタイミングに基づいて出力部２８に電流基準データとして出力する（ステップＳ９）。なお、所定のタイミングは、タイマ２７に基づいた時間である。
【００６７】
次に、出力部２８は、電流基準データを所定の信号形式またはデータ形式に変換して、電源装置１に電流指令値として出力する（ステップＳ１０）。この出力後、出力部２８はステップＳ１１に処理を進める。
【００６８】
一方、トリガ情報が所定の周期動作の開始でない場合（ステップＳ７のＮｏ）、磁場決定部２６は、トリガ情報が所定の周期動作の停止もしくは終了であるか、または、運転継続かを判断する（ステップＳ１１）。運転継続であると判断した場合（ステップＳ１１のＮｏ）、磁場決定部２６は、ステップＳ８に処理を戻す。
【００６９】
運転停止もしくは終了であると判断した場合（ステップＳ１１のＹｅｓ）、磁場決定部２６は、所定の運転停止処理を実行する（ステップＳ１２）。例えば、所定の運転停止処理は、磁場電流変換テーブル２４から読み取られる周期動作の最後の電流値、または、供給する電流を停止（０）にするように電源装置１に電流指令値として出力する等である。
【００７０】
この運転停止処理後、磁場決定部２６は、ステップＳ１に処理を戻す。
【００７１】
以上のような制御装置２の処理により、電源装置１は、制御装置２から指示された電流指令値に基づいて、所望の磁場を形成するための電流を電磁石コイル６に出力することができる。なお、図６は磁場発生制御処理フローの一例であり、図６に示すいくつかのステップの処理の前後を変更することや、追加のステップがあってもよい。
【００７２】
ここで、図２に示す制御装置２の機能部の主な機器構成の例として、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）カードなどを備えるコンピュータと、さらに、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、キーボード、マウス、モニタなどを備える構成がある。このようなコンピュータが、例えば前述したような磁場発生制御処理を実行するプログラムをＲＯＭや、ＨＤＤに記憶し、ＣＰＵ、ＲＡＭ等により当該プログラムに従って、図６に示した各々の処理を実行してもよい。これらの構成については、図３に示す管理サーバ３１についても同様である。
【００７３】
以上説明したように、第１の実施形態によれば、制御装置に格納される磁場発生データを個別に書き換えることができる。これにより、各々の電磁石の特性が異なる場合でも、電磁石に個別の電源を用いて電磁石を個別に制御することができる。
【００７４】
また、本実施形態によれば、個別の電源装置（いわゆる分散型電源）の台数が増加しても、個別に電磁石の電流を制御することができるため、電源装置を大容量化ならびに高電圧化する必要がない。
【００７５】
また、制御装置に格納される磁場発生データを書き換えることにより個別に電磁石の特性を制御することができるため、複数の電磁石を個体差が生じないように電磁石の特性を揃えて製作する必要がない。
【００７６】
［第２の実施形態］
図７は、本発明に係る磁場発生装置の第２の実施形態の構成を示す図である。第２の実施形態の磁場発生装置は、第１の実施形態と比べて、電磁石架台を備えた点が相違する。
【００７７】
具体的には、図７に示すように、磁場発生装置１０ａは、電源装置１、制御装置２、ネットワーク接続端子３、電源給電線４、コイル給電線５、電磁石コイル６、電磁石鉄芯７、ビームダクト８および電磁石架台９を備えている。
【００７８】
図７において、電磁石鉄芯７は、電磁石架台９の上に固定支持されている。電磁石鉄芯７には、電磁石コイル６が巻かれている。電磁石コイル６は電磁石鉄芯７のギャップ部分のビームダクト８に必要な磁場を発生する。
【００７９】
また、電磁石架台９内、または、電磁石架台９の下に電源装置１および制御装置２を収納している。電磁石架台９には、コイル給電線５が通るケーブル貫通口などが設けられている。コイル給電線５は、例えばケーブル貫通口を介して電源装置１と電磁石コイル６との間に接続されている。
【００８０】
以上のように、電磁石架台９を備えることにより、電磁石鉄芯７の近傍に電源装置１および制御装置２を設置することができる。
【００８１】
第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、さらに、電源装置、制御装置、電磁石コイルおよび電磁石鉄芯を近傍に設置することができ、コイル給電線の配線を短くすることができる。これにより、コイル給電線での電力損失を低減することができ、コイル給電線の工事コストも削減することができる。また、電源装置や制御装置に誘起される雑音を低減することができる。
【００８２】
また、本実施形態によれば、小型化ならびに電磁石と一体型の構成を実現することができる。これにより、磁場発生装置の設置スペースを削減することができる。
【００８３】
さらに、従来の磁場発生装置では実際に設置する電磁石および電源を用いた工場での通電試験等が困難であったが、本実施形態によれば、電磁石と一体型の構成により電磁石単独で電源装置等との調整を工場において容易に行うことができる。また、調整済みの磁場発生装置を現地へ搬入することにより、現地での接続作業や調整試験を簡易に行うことができる。
【００８４】
［第３の実施形態］
図８は、本発明に係る磁場発生装置の第３の実施形態の構成を示す図である。第３の実施形態の磁場発生装置は、第２の実施形態と比べて、冷却水配管を備えた点が相違する。
【００８５】
具体的には、図８に示すように、磁場発生装置１０ｂは、電源装置１、制御装置２、ネットワーク接続端子３、電源給電線４、コイル給電線５、電磁石コイル６、電磁石鉄芯７、ビームダクト８および電磁石架台９の構成に加えて、供給用共通冷却水配管５０ａ、第１の供給用冷却水配管５０ｂ、第２の供給用冷却水配管５０ｃ、排出用共通冷却水配管５０ｄ、第１の排出用冷却水配管５０ｅ、第２の排出用冷却水配管５０ｆを備えている。図８に示す冷却水配管は、以下に説明するように接続されている。
【００８６】
供給用共通冷却水配管５０ａは、電源装置１および電磁石コイル６に発熱による温度上昇を抑えるための冷却水が供給可能である。供給用共通冷却水配管５０ａは、電源装置１および電磁石コイル６の近傍で、電磁石コイル６に冷却水を供給可能な第１の供給用冷却水配管５０ｂと、電源装置１に冷却水を供給可能な第２の供給用冷却水配管５０ｃとに分岐されて接続されている。さらに、供給用共通冷却水配管５０ａには、当該配管への冷却水の流入出の開閉操作を行うバルブ５１ａが接続されている。
【００８７】
排出用共通冷却水配管５０ｄは、電源装置１および電磁石コイル６から使用済みの冷却水を排出可能である。排出用共通冷却水配管５０ｄは、電源装置１および電磁石コイル６の近傍で、電磁石コイル６から冷却水を排出可能な第１の排出用冷却水配管５０ｅと電源装置１から冷却水を排出可能な第２の排出用冷却水配管５０ｆとが統合されて接続されている。さらに、排出用共通冷却水配管５０ｄには、当該配管への冷却水の流入出の開閉操作を行うバルブ５１ｄが接続されている。
【００８８】
図８の磁場発生装置１０ｂでは、供給用共通冷却水配管５０ａから第１の供給用冷却水配管５０ｂと第２の供給用冷却水配管５０ｃとに短い距離で分岐させ、電源装置１および電磁石コイル６に接続される。また、電源装置１および電磁石コイル６に接続された、第１の排出用冷却水配管５０ｅと第２の排出用冷却水配管５０ｆとが排出用共通冷却水配管５０ｄに短い距離で統合されている。
【００８９】
以上に説明したように、第３の実施形態によれば、第２の実施形態の効果に加えて、さらに、分岐や統合される冷却水配管の敷設距離を短くすることにより、配管スペースの削減や配管工事の効率化を実現することができる。
【００９０】
［第４の実施形態］
図９は、本発明に係る磁場発生装置の第４の実施形態の構成を示す図である。第４の実施形態の磁場発生装置は、第２の実施形態と比べて、一つの磁場発生装置に複数の電源装置および制御装置を備えた点が相違する。
【００９１】
具体的には、磁場発生装置１０ｃは、図９に示すように、複数の電源装置１ｂおよび１ｃ、複数の制御装置２ｂおよび２ｃ、複数のネットワーク接続端子３ｂおよび３ｃ、複数の電源給電線４ｂおよび４ｃ、複数のコイル給電線５ｂおよび５ｃ、複数の電磁石コイル６ｂおよび６ｃ、電磁石鉄芯７、ビームダクト８、電磁石架台９を備えている。
【００９２】
例えば、偏向電磁石が複数の磁極ｂおよびｃを有する場合に、電磁石鉄芯７に磁極ｂおよびｃに対応する電磁石コイル６ｂおよび６ｃが巻かれている。磁極ｂを形成する電磁石コイル６ｂには電源装置１ｂおよび制御装置２ｂ等を割り当て、磁極ｃを形成する電磁石コイル６ｃには電源装置１ｃおよび制御装置２ｃ等を割り当てている。なお、図９に示す磁場発生装置１０ｃは、電磁石の複数の磁極に対応する複数の電源装置１ｂおよび１ｃなどを備える構成の一例である。
【００９３】
以上の磁場発生装置１０ｃの構成により、磁極ｂおよびｃに対応する電磁石コイル６ｂおよび６ｃに、独立した電源装置１ｂおよび１ｃから、それぞれ電流を供給することができる。
【００９４】
以上説明したように、第４の実施形態によれば、第２の実施形態の効果に加えて、さらに、電磁石の複数の磁極に対応させた複数の電源装置および制御装置により電流を制御できるため、電源装置の大容量化ならびに高電圧化をせずに、電源装置の分散化を行うことができる。特に、電磁石として、四極電磁石や六極電磁石などの多数の磁極を有する場合には、本実施形態は特に効果を有する。
【００９５】
また、電磁石の種類によらない電源装置の共通化あるいは規格化が可能になる。また、分散型電源装置の構成に専用電源ではなく、汎用電源の使用も可能になる。
【００９６】
［他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形には、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００９７】
１、１ｂ、１ｃ…電源装置、２、２ｂ、２ｃ…制御装置、３、３ｂ、３ｃ…ネットワーク接続端子、４、４ｂ、４ｃ…電源給電線、５、５ｂ、５ｃ…コイル給電線、６、６ｂ、６ｃ…電磁石コイル、７…電磁石鉄芯、８…ビームダクト、９…電磁石架台、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｍ…磁場発生装置、１１…変圧部、１２…整流部、１３…電流出力部、１４…電流検出部、２２…送受信部、２３…磁場パターンテーブル、２４…磁場電流変換テーブル、２５…データ処理部、２６…磁場決定部、２７…タイマ、２８…出力部、３０…ネットワーク、３１…管理サーバ、３２…入力手段、３３…管理手段、３４…記憶手段、３５…通信手段、３６…表示手段、４０…交流電源、５０ａ…供給用共通冷却水配管、５０ｂ…第１の供給用冷却水配管、５０ｃ…第２の供給用冷却水配管、５０ｄ…排出用共通冷却水配管、５０ｅ…第１の排出用冷却水配管、５０ｆ…第２の排出用冷却水配管、５１ａ、５１ｄ…バルブ
【図１】
2014022269.tif 000003
【図２】
2014022269.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014022269.tif 000009
【図８】
2014022269.tif 000010
【図９】
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