CN105051835A - 超导线圈装置 - Google Patents

Abstract

根据实施方式，超导线圈装置(60)具有不在同一平面上的三维形状的超导马鞍型线圈(10)，该超导马鞍型线圈(10)具有缠绕的超导线材。在超导马鞍型线圈(10)上形成有：沿着磁场发生对象部(7)的长边方向延伸的长边部(11)；沿着磁场发生对象部(7)的与长边方向相垂直的横截面的边缘线延伸的过渡部(12)；以及将长边部(11)和过渡部(12)连接的弯曲部。从长边方向上观察时的过渡部(12)的形状为直线。

Description

超导线圈装置

技术领域

本发明的实施方式涉及一种使用超导线材的超导线圈装置。

背景技术

在电动机等旋转机或者加速器用偏转电磁体等中，一般使用马鞍型形状的线圈，在特别要求高磁场强度的情况下会适用超导技术。

另一方面，在钇系超导线材等带状超导线材中，在宽度方向上进行弯曲十分困难，在硬行弯曲时，超导体就会产生大的变形，从而超导特性会劣化。

因而，在像马鞍型线圈这样的具有立体的弯曲部的超导线圈中，为了降低宽度方向弯曲变形，采取了使超导线材在弯曲部倾斜的方法(例如参照专利文献1、2、3)。

由于带宽度方向上的一个端部在弯曲部中的长度与另一端部在弯曲部中的长度的差分给予宽度方向的弯曲变形，因此，这是一种通过在弯曲部使线材倾斜来减小端部长度的差分，从而降低宽度方向弯曲变形的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011－91094号公报

专利文献2：日本特开2010－118457号公报

专利文献3：日本特开2009－49040号公报

发明内容

发明所要解决的问题

可是，在如上所述地设置了降低线材变形的弯曲部的情况下，线圈的长边方向长度变长了。另外，由于以线圈轴为中心，在径向上层叠有超导线材的全部线匝，并且线圈彼此之间也在径向上重叠，因此，超导线材的长边方向长度变长，所使用的线材量增多。

因此，本发明的实施方式的目的在于，既具有立体的弯曲部，又抑制长边方向上变长。

用于解决问题的手段

为了达到上述目的，本发明的实施方式的一种超导线圈装置，具备不在同一平面上的三维形状的超导马鞍型线圈，该超导马鞍型线圈具有缠绕的超导线材，所述超导线圈装置的特征在于，在所述超导马鞍型线圈上形成有：沿着磁场发生对象部的长边方向延伸的长边部；沿着所述磁场发生对象部的与长边方向相垂直的横截面的边缘线延伸的过渡部；以及将所述长边部和所述过渡部连接的弯曲部，从所述长边方向上观察时的所述过渡部的形状为直线。

发明效果

根据本发明的实施方式，能够既具有立体的弯曲部，又抑制长边方向上变长。

附图说明

图1是示出第一实施方式涉及的超导线圈装置的结构的平面图。

图2是示出第一实施方式涉及的超导线圈装置的结构的主视图。

图3是示出第一实施方式涉及的超导线圈装置的结构的横截面图。

图4是为了与第一实施方式涉及的超导线圈装置相比较而示出现有的超导马鞍型线圈的结构的平面图。

图5是为了与第一实施方式涉及的超导线圈装置相比较而示出现有的超导马鞍型线圈的结构的主视图。

图6是为了与第一实施方式涉及的超导线圈装置相比较而示出现有的超导马鞍型线圈的结构的横截面图。

图7是示出第二实施方式涉及的超导线圈装置的结构的平面图。

图8是示出第二实施方式涉及的超导线圈装置的结构的主视图。

图9是示出第二实施方式涉及的超导线圈装置的结构的横截面图。

图10是为了与第二实施方式涉及的超导线圈装置相比较而示出现有的超导马鞍型线圈的结构的平面图。

图11是为了与第二实施方式涉及的超导线圈装置相比较而示出现有的超导马鞍型线圈的结构的主视图。

图12是为了与第二实施方式涉及的超导线圈装置相比较而示出现有的超导马鞍型线圈的结构的横截面图。

图13是示出第三实施方式涉及的超导线圈装置的结构的平面图。

图14是示出第三实施方式涉及的超导线圈装置的结构的主视图。

图15是示出第三实施方式涉及的超导线圈装置的结构的横截面图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式涉及的超导线圈进行说明。在此，在彼此相同或类似的部分上标记通用符号，并省略重复说明。

(第一实施方式)

图1是示出第一实施方式涉及的超导线圈装置的结构的平面图，图2是同一装置主视图。图3是同一装置横截面图。

以下，以在加速器用偏转电磁体中使用的超导线圈装置为例进行说明。

超导线圈装置60具有超导马鞍型线圈10。超导马鞍型线圈10具有在厚度方向上层叠的带状的超导线材5。

在超导马鞍型线圈10上形成有偏转部11、过渡部12和弯曲部13。

偏转部11如图1和图2所示地沿着卷筒50的长边方向延伸。在此，卷筒50在加速器的加速粒子所通过的真空配管即加速器导管8(参照图3)的外侧，沿着加速器导管8而设置。

过渡部12如图3所示地沿着卷筒50的与长边方向相垂直的横截面的边缘线延伸。

在从卷筒50的长边方向观察超导马鞍型线圈10的情况下，过渡部12呈直线形状。

弯曲部13如图1所示，是将偏转部11和过渡部12连接的部分。

通过沿着卷筒50和安装于卷筒50上的卷线框51缠绕超导线材5，来组装超导马鞍型线圈10。即，通过将超导线材5的第1匝缠绕在卷线框51上，将第2匝以后的超导线材5一边沿着前一匝一边进行缠绕，能够制作超导马鞍型线圈10。

再有，也可以是事先以平面状的薄饼形状或者跑道形状、或是马鞍型形状缠绕超导线材5，之后施加外力，来成形为本实施方式中的超导马鞍型线圈10的形状的方法。

此外，也可以在使超导线材5沿着卷线框51或者前一匝时，使卷线框51和超导线材5、或者超导线材5彼此之间相粘结。通过这样做，能够简便地实现更高的绕线精度。

卷筒50的截面如图3所示，是跑道状的形状。即，图3的线圈轴方向的2条线(在纸面上横向延伸的上和下的部分)为直线。

再有，图3的纸面上的左右两侧的线可以是半圆形(包括椭圆形的一半)，或者也可以是直线与角的曲线的组合中的任何一种。

从而，在卷筒50的截面上，图3的纸面上的上下(Y轴方向)的宽度Y1比左右(X轴方向)的宽度X1小。

再有，在图3中，符号7是磁场空间。

图4是为了与第一实施方式涉及的超导线圈装置相比较而示出现有的超导马鞍型线圈的结构的平面图。图5是同一装置的主视图。图6是同一装置的横截面图。

如图4和图5所示，超导马鞍型线圈100具有偏转部101和弯曲部102。

卷筒150的截面如图6所示为圆形。从而，在卷筒150的截面上，图6的纸面上的上下(Y轴方向)的宽度Y2与左右(X轴方向)的宽度X2相等。

在图4至图6所示的现有的超导马鞍型线圈100中，不存在像本实施方式涉及的超导线圈装置60的超导马鞍型线圈10这样的、从卷筒50的长边方向观察时为直线状的过渡部12这样的部分。

再有，作为现有的超导马鞍型线圈的卷筒，也有截面为椭圆形的情况。现有的超导马鞍型线圈100是在沿着圆筒状或者椭圆筒状的卷筒进行缠绕而形成的，在磁场空间7中产生规定的磁场。

另一方面，第一实施方式涉及的超导线圈装置60的超导马鞍型线圈10的长边方向截面上的线圈配置，与现有的超导马鞍型线圈100相同，因此，在磁场空间7中产生的磁场分布成为相同。

在此，对本实施方式涉及的超导马鞍型线圈10和现有的超导马鞍型线圈100的长度进行比较。

对于加速器导管8的截面尺寸，从所形成的磁场和冷却的观点出发，加速器的导管在平面上伸展的方向、即图3和图6的X轴方向的宽度，与Y轴方向的宽度相比更为重要。

从而，因为不期望X轴方向的宽度有所变更，所以，假设图3中的X方向的宽度X1与图6中的X方向的宽度X2相等，则在本实施方式的情况下，由于沿着跑道截面进行缠绕，因此，Y轴方向高度会比现有的超导马鞍型线圈低，若长边方向的宽度相同，则本实施方式的情况与现有的超导马鞍型线圈相比，超导线材5的全长变短。

如上所述，根据本实施方式，由于超导马鞍型线圈10的全长比现有的超导马鞍型线圈100的全长短，因此，能够用较少的超导线材5的量高效地产生与现有的超导马鞍型线圈100同等的磁场分布。

此外，在所缠绕的超导体为带状的情况下，能根据本形状而在弯曲部13使线材倾斜，可以绕制变形少的线圈。

(第二实施方式)

图7是示出第二实施方式涉及的超导线圈装置的结构的平面图。图8是示出第二实施方式涉及的超导线圈装置的结构的主视图。图9是示出第二实施方式涉及的超导线圈装置的结构的横截面图。

本实施方式是第一实施方式的变形，示出了为了在磁场空间7中产生规定的磁场分布而组合使用多个超导线圈的情况。

第二实施方式中的超导线圈装置60具有与第一实施方式同样的超导马鞍型线圈10、在超导马鞍型线圈10上沿Y轴方向(图9的纸面的上下方向)依次层叠的第二超导线圈20和第三超导线圈30。第二超导线圈20具有偏转部21、过渡部22和弯曲部23。第三超导线圈30具有偏转部31、过渡部32和弯曲部33。

第二超导线圈20的在卷筒50的长边方向上的长度与超导马鞍型线圈10的在卷筒50的长边方向上的长度相同。此外，第二超导线圈20的与卷筒50的长边方向垂直的方向上的宽度，即、2个偏转部21之间的间隔，比超导马鞍型线圈10的与卷筒50的长边方向垂直的方向上的宽度窄。

第三超导线圈30的在卷筒50的长边方向上的长度与第二超导线圈20的在卷筒50的长边方向上的长度相同。此外，第三超导线圈30的与卷筒50的长边方向垂直的方向上的宽度，即、2个偏转部31之间的间隔，比第二超导线圈20的与卷筒50的长边方向垂直的方向上的宽度窄。

图10是为了与第二实施方式涉及的超导线圈装置相比较而示出现有的超导马鞍型线圈的结构的平面图。图11是为了与第二实施方式涉及的超导线圈装置相比较而示出现有的超导马鞍型线圈的结构的主视图。图12是为了与第二实施方式涉及的超导线圈装置相比较而示出现有的超导马鞍型线圈的结构的横截面图。

在现有的超导马鞍型线圈120中，为了在磁场空间7中产生规定的磁场分布而组合使用多个超导线圈的情况下，在超导马鞍型线圈100的外侧设置第二超导马鞍型线圈110，但不在Y轴方向上层叠，而是与最初的超导马鞍型线圈100排成同一平面状。

从而，第二超导马鞍型线圈110比最初的超导马鞍型线圈100更加扩展。即，第二超导线圈110的偏转部111设置于最初的超导线圈100的偏转部101的外侧。此外，第二超导线圈110的弯曲部112也设置于最初的超导线圈100的弯曲部112的外侧。

另外，在设置第三超导马鞍型线圈的情况下，也如图10、图11所示地以比第二超导马鞍型线圈110更加扩展的形状进行设置。

如上所述，由本实施方式涉及的超导线圈装置60在磁场空间7中产生的磁场分布与现有的同等。

另一方面，关于线圈的长度，在本实施方式涉及的超导线圈装置中，各线圈被配置到在Y轴方向上重叠的位置上，因此，不会像全部匝都排列在长边方向上的现有方式那样地绕线厚度部分的线圈在长边方向上延伸。

因此，线圈长度与现有方式相比变短，能够用较少的超导线材的量高效地产生与现有的超导马鞍型线圈同等的磁场分布。

(第三实施方式)

图13是示出第三实施方式涉及的超导线圈装置的结构的平面图。图14是示出第三实施方式涉及的超导线圈装置的结构的主视图。图15是示出第三实施方式涉及的超导线圈装置的结构的横截面图。

本实施方式是第一实施方式的变形。在第三实施方式中，超导马鞍型线圈40具有偏转部41、过渡部42和弯曲部43的这点，与第一实施方式相同，但2个偏转部41以沿着卷筒50的长边方向弯曲的方式形成。再有，期望曲率在各个偏转部41中一定。

由如上所述的本实施方式中的超导线圈装置60所形成的磁场是配合着线圈形状而以长边方向弯曲的形式产生的。

一般而言，加速器用偏转电磁体被用于利用磁场使粒子转弯。因此，若以沿着粒子轨道弯曲的形式产生磁场，就会有能高效且无浪费地形成磁场空间7的效果。

(其他实施方式)

以上说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提出的，并不是想限定发明范围。

例如，在实施方式中，以在加速器的偏转电磁体中使用的超导线圈的情况为例进行了说明，但不限定于此。例如，在电动机等旋转电机中使用的线圈中也能适用本发明。此外，也可以组合各实施方式的特征。

另外，这些实施方式可以以其他各种各样的方式实施，可以在不脱离发明主旨的范围内进行各种各样的省略、置换和变更。

这些实施方式或其变形包含在发明范围或主旨内，并且也包含在权利要求范围中记载的发明及其均等的范围内。

附图标记的说明

5…超导线材、7…磁场空间(磁场发生对象部)、8…加速器导管、10…超导马鞍型线圈、11…偏转部(长边部)、12…过渡部、13…弯曲部、20…第二超导线圈、21…偏转部(长边部)、22…过渡部、23…弯曲部、30…第三超导线圈、31…偏转部(长边部)、32…过渡部、33…弯曲部、40…超导马鞍型线圈、41…偏转部(长边部)、42…过渡部、43…弯曲部、50…卷筒、51…卷线框、60…超导线圈装置、100…超导马鞍型线圈、101…偏转部、102…弯曲部、110…第二马鞍型超导线圈、111…偏转部、112…弯曲部、120…超导马鞍型线圈、150…卷筒、

Claims (4)

1.一种超导线圈装置，具备不在同一平面上的三维形状的超导马鞍型线圈，该超导马鞍型线圈具有缠绕的超导线材，所述超导线圈装置的特征在于，

在所述超导马鞍型线圈上形成有：

沿着磁场发生对象部的长边方向延伸的长边部；

沿着所述磁场发生对象部的与长边方向相垂直的横截面的边缘线延伸的过渡部；以及

将所述长边部和所述过渡部连接的弯曲部，

从所述长边方向上观察时的所述过渡部的形状为直线。

2.根据权利要求1所述的超导线圈装置，其特征在于，

所述磁场发生对象部是加速器的平面状地伸展的加速器用导管的一部分，

以包围所述加速器用导管的方式配设有多个所述超导马鞍型线圈，

配设的多个所述超导马鞍型线圈整体的上下高度比所述超导马鞍型线圈整体的横宽还小。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的超导线圈装置，其特征在于，

还具备具有缠绕的超导线材的外侧线圈，

所述外侧线圈在线圈轴方向上配设在所述超导马鞍型线圈的外侧。

4.根据权利要求1至权利要求3的任一项所述的超导线圈装置，其特征在于，所述长边部在所述长边方向上弯曲。