65
66 標準偏差 均値 約0.2 あ
磁場調整 述 磁石交換 磁石 挿入 行う磁場調整法 使わ い 精密 磁場測定 調整 必要 磁場 布性能 遉 繰 返 行う必要 あ 手法 EPU 磁場調整 使う場合 EPU 磁石列数 多 通常
型 多数 永久磁石 使用 磁石 真空
型 大 い 磁石交換 磁場調整 多 時間 労力 必
要 EPU 磁石列配置 複雑 制御 様々 偏 状態 作
出 測定 磁場 布 組 合わ 数 多 磁場調整及 磁場測定 要 時間 膨大 調整時間 短縮 労力軽減 短期間 複数 EPU
建設 重要 課題 磁石列 初期状態 磁場 布 出
来 良好 あ 望 い 磁石 初期配列 適化 試
多 行わ [28,57-61] 磁石配列 適化 行う 指標 磁
石表面 磁場強 や磁化角 磁場 布 積 値 使わ い 指標 個 磁石 軸方向 磁場 布 測定 重 合わ 初期磁場 布 求
考え 永久磁石 構 型
い 能 手段 あ う 試 Diviacco 初 行わ [61]
短い 磁場 重 合わ 予測 実測磁場 あ い
報告 磁場 重 合わ 効 あ 示 重要 あ
得 初期磁場 布 性能 々 目的 十 あ 必要
要請 満 い い 全 磁石 磁場 布 測定 非常 多 時
間 要 長い 適応 困 あ いう問題 あ
私 個 磁石 磁場 布 重 合わ 手法 展 磁場調整 行う前 初期状態
半周期 磁場積 0.2 以 目標 実用的 方法
U#16-2 U#02-2 建設 通 開 [62]
5-2. 磁場測定
永久磁石 詳細 磁場 布測定 Hall素子 用い 一般的 あ Hall素 子 使 精密磁場測定法 簡便 あ 非常 多 磁石 持 長い
測定 要 時間 長 問題 あ 特 多 偏 状態 運転
EPU 必要 測定回数 通常 型 比
10 倍 及ぶ あ 十 測定精 持 実用的 時間 測定 能
Hall 素 子 磁場 測 定 開 U#16-1 建 設 立 挿入 源
S.Yamamoto, K.Tsuchiya, H.Sasaki, T.Shioya 行わ [41,43] 精密磁場測定
本研究 開 EPU磁場調整法 実現 必須 重要 装置 あ
[5-2-1] 磁場測定用長尺
67
磁場測定 大理石 使 長尺 駆動 移動
配 使用 効測定長 10 花崗岩 granite
支持 搭載 い
駆動 大速 1m/s あ 水 鉛直方
向 行 み20μm以 あ 解能1μm 置
出 測長器 校 い 長尺測定
U#16-1 建設 立 挿入 源 S.Yamamoto, K.Tsuchiya, H.Sasaki, T.Shioya
開 [41,43]
[5-2-2] Hall 素子 遥 校
記磁場測定 U#16-1 垂直磁場 水 磁場 精 良 測定
Hall 素子 使 精密磁場 使用 い 2 Hall 素子 個
NMR 校 銅製 持 30み
0.01℃以 温 制御 [28,52-53]
U#02-2 U#13,U#28 EPU開 私 Hall素子 遥 Hall素子
い 以 う 改良 行 使用 Hall素子 AREPOC社製 100m角 効
感 持 樹脂 い Hall 素子
い 樹脂製 若 傾い い Hall 素子
傾 調 種 素子 多数準備 角 特性 評価試験 行 5-1
AREPOC社製 素子 各種合わ 24個準備 基準磁石 部 角 測定 行
結果 5-2 示 素子 回転方向 A,B 2方向 行
測定 散布 示 角 特性 布結果 得 う A B 両方向
0.5 以 4個遥択 NMR 磁場校 記 手
素子 準備 使用 磁場測定 精 向 計 い
磁場中 移動 磁場測定 行う 渦電流 影響 避 従
来 銅製 電気絶縁性 高 熱伝 率 良好 化 製
変更
5-1 Hall 素子角 特性評価試験 側 Hall 素子角 測定中 写真 あ 右側
Hall素子角 測定 概念 表 い
[5-2-記 測定 直磁場
い PXI5
報 除 磁場
-3] 磁場
記磁場測定 使用 場 独立 検
置調整機構 い
素子電
922 2ch
Hall素 集 PXI5922 除去
場 集
集
開 2個 Hall 検出 構 設置
ADC 素子 移動速
全 期 16b
均操作 集
5-2 Hall素
時 H 素子
Ha 2軸
出 24bit 5.33mm 全 直接HD
bitADC 磁
行い 終的 概略
5-3 磁場
68 素子角 特性
Hall 素子 軸方向 all素子
PXI5922 解能 持
m/sec あ
DD 保存
磁場信号 的 100μm
5-3 示
集
性評価試験
集 移動
水
2(National In 持
PXI計測
期 保存
概 結果
開 固定 垂直 独立 角 nstruments, C
50kS/sec
保存 磁場
概略
開
定 水
組 調整 能
Co.) 用
使用 い LabVIEW
変換
磁場 垂 合わ 能
い 制御 置情
69
5-3. 2 重移動 均法 除去法
Hall素子 5.33 mm/s 一定速 移動 50
kS/s 集 行う 場合 0.1m
集 全長3m 磁場測定 750MB 量 う Hall
素子 電 信号 含 特 50Hz 電源周波数 期 除去
精密 磁場解析 必須 あ 私 移動 均 2 重 行う
除去方法 2重移動 均法 考案 用 [62] 通常 移動 均 場合
効果的 落 移動 均 時間幅 大 信号波形自身 減衰
2 重移動 均法 補償 波形 減衰 防 一般 信号
関数 移動 均 考え
1 1
( ) ( ) ( ) ( )
2 2
x
g x
x f t dt F x F x
(5-3.1) 時間 幅 半 あ 原始関数 あ
十 移動 均 級数展開
2 2
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
6 6
g x F x F x f x f x
(5-3.2)
結果 再 移動 均 様
2 2
1 1
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
2 2 6 6
x x
x x
h x
g t dt
f t f t dt g x f x
････
(5-3.3)
2 以 高 落 簡単 関係式 得
( ) 2 ( ) ( )
f x
g x h x
(5-3.4) 除去 減衰 い元 信号関数 求5-4 2重移動 均法 実施例 示 電源周波数5周期 5PLC power line
cycle 相当 時間 移動 均 行 5.33 mm/s 16 mm/s 種類 測定速
結果 比較 い 青線 (5-3.4)式 従 2重移動 均法 結果 あ 赤線
示 生 除い い 一方 緑線 示
通常 移動 均 信号波形 劣化 見 素子 移動速 増え
減衰量 増 2 重移動 均法 結果 両者 良好 あ
測定速 16mm/s 場合 十 効 使用 現 磁場測定 通常5.33m/s
測定速 用 い 将来的 速い速 磁場測定 役立 手法 あ 本方法 簡単 あ 実 磁場測定速 決 大 要因 あ 電源周波数
除去 効 手段 あ
( )
f x g x ( )
( ) ( )
F x f x dx f x ( ) ( )
g x
( )
h x
70
5-4 2重移動 均法 除去 効果
Hall素子 移動速 変え 場合 測定磁場 5-4 示 側 移動速 5.33mm
右側 移動速 16mm/s 場合 比較 い 通常 移動 均 緑線 移動速
信号強 う 2重移動 均法 適用 結果 青線 生
含 除去 い
5-4. EPU 磁石初期配列 適化
PF U#16-2 建設 立 私 記 挿入 源 開 磁場測定
使 磁石列 初期配列 適化方法 開 組 初 各 EPU 単体磁石 電子 進行方向 軸 磁場 布測定 全数行
得 磁場 布 重 合わ 仮想的 磁場 布 構築
(simulated annealing)法 磁石 入 え 計算機 行い 適化 行
[5-4-1] 個 磁石 磁場測定
個 磁石 z軸方法 磁場 布測定 5-5 示 行
U#16-2 場合 測定例 示 い 磁場測定 (5-2-3) 述 2 元 Hall素子 用い
水 垂直磁場 時 込 一 単体磁石測定 要 量 140 MB あ
EPU 使用 磁石数 型 倍 あ U#16-2
予備磁石 含 740個 U#16-2 磁石 40 mmェ40 mm 厚 14mm
あ 各磁石 SUS316 作 接着剤 固定 い
磁石 模式 5-6 示
APPLE-II型EPU あ U#16-2 水 方向 磁石列間隔 z軸 称軸 1mm
71
う 配置 い 各磁石 設 基準面 使 磁石列 付
固定 個 磁石 磁場 布 重 合わ 初期磁場配列 決定 各磁石 水 方向 置 一様 あ 前 条件 磁石 個 磁石 磁場測定 立 磁石 基準面 水 方向磁石表面 距 5-6
L 距 計 用い 測定 結果 5-7 示 測定 結
果 L 標準偏差 17m あ 磁石及
精 み10m 接着剤 厚 重 あわ 現 あ 合理的
あ 初期磁石配列決定後 行う実 磁場測定
時 誤差 要因 あ 簡単 磁場調整 補 個 磁
石 設計精 保 製作 い 検証
個 磁石 磁場測定 Hall素子 磁石表面 10.5mm 高 調整 い
U#16-2 Gap あ 21mm 相当 測定距 み300mm あ 実 z
軸方向 磁石厚 14mm 大 い 測定距 磁石外 染 出 磁場 十 減衰 置 測定 決 あ 実 個 磁石 磁場 重 合わ
考慮 長 あ 磁場 重 合わ
U#16-2 場合み300mm あ 距 磁石寸法 異 周期長 異
場合 前 決 必要 あ 5-8 U#16-2個 磁石 磁場測定結果例 示
縦磁化磁石 横磁磁化磁石 垂直磁場 布 表 い 横軸 原 磁石 厚
方向 中心 あ 測定 磁石数 U#16-2 場合740個 あ 測定結果 解
析 縦磁化磁石 磁場中心 置 水 垂直磁場 み0.3mm い
明 5-9 縦磁化磁石 水 垂直磁場 方向 量
磁場中心 置 い 横磁化磁石 磁場中心 磁石中心 一致
い 縦磁化磁石 磁場中心 2 い 磁場中心
磁石 製作過程 系統的 生 磁石 接着時 付
結果 考え 現象 原因追求 改良方法 い [5-4-3] 後述
う 縦磁化磁石 磁場中心 置 z軸方向 あ 場合 効果 考慮 実 磁石列 組 込 縦磁化磁石 磁場中心 規定 置
う 磁場 布 特性 劣化 大 要因
特 放射 性能 大 影響 及 相 劣化
考え 縦磁化磁石 磁場中心 方向 一定
う 配置 解決 い 個 磁石 z方向磁場 布 100m 置
解能 測定 良好 磁石 初期配列 求 非常 重要
あ 言え
72
5-5 単体磁石 磁場 布測定
5-6 U#16-2 磁石 形状概略
73
5-7 U#16-2 磁石 寸法測定 結果
5-8 U#16-2単体磁石 z軸方向磁場 布測定 例 (a)縦磁化磁石 (b)横磁化磁石
74
5-9 縦磁化磁石 磁場中心 置 (a) 垂直磁場 (b)水 磁場
[5-4-2]. 磁石配列 適化
磁石配列 適化 設計 大 目的 磁石 EPU架 組 付 後 行う磁
場調整作業 質量 能 限 軽減 あ 多 偏 運転
EPU 建設 調整 迅速 簡便 行う 能
磁石列初期配置 適化計算 個 磁石 磁場 布 計算機 重 合わ
磁場 仮想的 生 磁場 解析 磁場解析
抽出 2 個 磁石間 仮想的 入 え交換 (simulated
annealing)法 繰 返 行い 良好 初期配列 索
通常行わ 表面磁場や磁化角 等 比較的少量 使 適化 法 異 個 磁石 全数測定 磁場 布 総量 非常 大 い
単純 磁場 重 合わ 繰 返 所要計算時間 膨大 う 計算時間 短縮化 個 磁石 磁場特性 直接使い計算
部 磁場局所的均一性 重視 適化法 設計 行 磁石列初期配 列 適化 指標 各半周期 1 磁場積 用 式 定義
2 2 ( 1) /2
1 /2
N
,
jj j j y
j
S I I
B z dz
(5-4.1)以外 指標 考え 積 磁場 相 多極磁場
磁石組 付 後 磁場測定 結果 応 適宜調整 方針 実 1 磁場積 適化 場合 磁場調整 い 時間 労力 費や 磁石間 交換調整作業 省 出来 述 以外指標 い 各磁石 微細 置 調整や調整用 磁石 挿入 手法 応 能 あ 特 周期長 長 磁石寸法
大 U#02-2 U#28 場合 磁石間 吸引 力 大 磁石 交換作業 困
増 磁石交換作業 省略 本手法 眼目
75
予 個 磁石 磁場 布 半周期 相当 区
積 磁場 計算 5-10 U#02-2 場合 例 示 い 実測 磁
場 布 磁石寸法 大 出 磁場 十 減衰 領域 積
磁場 影響 考え 磁場 重 合わ 計算 U#02-2 場合 周期長 160mm
個 磁石 磁場 布 80mm幅 区画 縦磁化磁石 5区画 横磁化磁石 関
4区画 割 積 磁場 作
5-11 U#02-2 場合 磁場 重 合わ 領域 示 い 赤 色付 置
半周期 磁場積 値 重 合わ 右9個 磁石 寄 考慮 各半周期 磁場積 求 隣接及 向 18個 磁場
重 合わ U#28 場合 周期長 U#02-2 等 い 磁場 区間 割 重 合わ
領域 あ
一方 U#16-2 場合 周期長 56mm 個 磁石 磁場 布 28mm幅 区画
縦磁化磁石 15区画 横磁化磁石 関 14区画 割 磁場 重 合わ 磁石列 合わ 56個 磁石 重 合わ い 様 U#13 場合 縦磁化磁石 9区画 横磁化磁石 関 8区画 割 右
17個 合わ 34個 足 合わ 磁場積 値 重 合わ 行 い
中 仮想的 個 磁石 交換 場合 都 半周期
積 磁場 再計算 散値 組 合わ い 散 計算
行う 計算中 周期的 連 並ぶ状況 考え 端部近傍
積 磁場 重 合わ い U#16-2 う 縦磁化磁石 磁場中心 置
あ 場合 過程 通 方向 一定 保 条件
縦磁化磁石 課 い 実 磁石配列 良好 良い 相
減 あ
適化 実施例 5-12 示 U#16-2 U#02-2 中央部 垂直磁場
関 結果 表 赤線 磁石配列 遥 場合 表 青線 適化
計算後 結果 表 い 適化後 散値 一桁以 改善 示 い
U#16-2以降 建設 EPU 磁石配列法 適応 磁石初期配列 決 い
う 決 配列 磁石 並 EPU 実 磁場測定結果 [5-5-1]
76
5-10 磁場 布 重 合わ 区間
U#02-2 周期長160 中央列用 磁場 布 示 い
半周期 色付 区間 積 磁場 予 求 適化計算時 使用 縦 磁化極 5区間 横磁化極 4区間 割
5-11 磁場 重 合わ 範 U#02-2 場合