CN110875113A - 超导磁铁装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超导磁铁装置，包括：以在轴向上相向的方式被配置在互相隔着距离的位置的一对超导线圈；以支撑一对超导线圈中的一方的方式形成的第一支撑体；被配置在与第一支撑体隔着距离的位置并以支撑一对超导线圈中的另一方的方式形成的第二支撑体；安装在这些支撑体的一对制冷机；以使一对超导线圈的热传递至一对制冷机的方式安装在这些支撑体的一对传热部件；以及联结于这些支撑体并形成收容制冷剂的收容空间的联结结构体，其中，一对传热部件以将一对超导线圈的热传递至被制冷剂冷却的联结结构体的方式形成。据此，实现能够缩短将超导线圈从常温冷却至所要的温度所需的期间的超导磁铁装置。

Description

超导磁铁装置

技术领域

本发明涉及一种通过使大电流流到超导线圈而产生强磁场的超导磁铁装置。

背景技术

已开发有通过向超导线圈供应电力从而产生非常大的电磁力的超导磁铁装置。例如，超导磁铁装置产生的电磁力被利用于去除杂质。作为具备超导线圈的以往的磁铁装置，已知有日本专利公开公报特开昭60-36391号记载的装置。

该超导磁铁装置具备配置于在水平方向上分离的位置的一对超导线圈。一对超导线圈被配置成在轴向上相向。一对超导线圈在电力供应下产生以互相吸引的方式作用的电磁力。超导磁铁装置具备支撑一对超导线圈的一对支撑体体，以维持一对超导线圈间的位置关系的方式。一对支撑体与一对超导线圈同样，被配置于在水平方向上分离的位置。一对支撑体使用联结部件而被联结，以使一对支撑体间的位置关系不管从一对超导线圈产生的电磁力的存在与否而不变。如果收容了熔融的半导体材料的坩埚通过形成在一对支撑体间的空间，则半导体材料所含的杂质被置于电磁力中而被集中在坩埚的内壁附近，而高纯度的半导体材料集中在坩埚的中央。

为了获得将杂质集中在坩埚的内壁附近的充分大的电磁力，一对超导线圈被冷却。为了冷却一对超导线圈，所述的超导磁铁装置具备搭载于一对支撑体的一对制冷机。

只使用制冷机使常温的超导线圈达到所要的温度(例如，4K)有时需要数个月的期间。为了缩短冷却期间，可考虑不仅使用制冷机而且还使用制冷剂的方案，但是，另外需要用于收容制冷剂的容器。此时，与容器的配置空间相应而超导磁铁装置也变大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够缩短将超导线圈从常温冷却至所要的温度所需的期间的超导磁铁装置。

如果大电流流到超导磁铁装置的一对超导线圈，则产生朝向使这些超导线圈互相吸引的方向作用的强的电磁力。该超导磁铁装置需要用于抗拒该电磁力而维持这些超导线圈间的距离的结构。本发明人着眼于用于维持超导线圈间的距离的结构可作为收容制冷剂的部位而利用，并想到了以下的发明。

本发明一个方面所涉及的超导磁铁装置包括：一对超导线圈，以在轴向上相向的方式被配置在互相隔着距离的位置；第一支撑体，以支撑所述一对超导线圈中的一方的方式形成；第二支撑体，被配置在从所述第一支撑体隔着距离的位置，并以支撑所述一对超导线圈中的另一方的方式形成；一对制冷机，分别安装在所述第一支撑体及所述第二支撑体；一对传热部件，以使所述一对超导线圈的热传递至所述一对制冷机的方式分别安装在所述第一支撑体及所述第二支撑体；以及联结结构体，联结于所述第一支撑体及所述第二支撑体，并形成收容制冷剂的收容空间。所述一对传热部件以将所述一对超导线圈的热传递至被所述制冷剂冷却的所述联结结构体的方式形成。

根据本发明，能够缩短将超导线圈从常温冷却至所要的温度所需的期间。

所述的超导磁铁装置的目的、特征及优点通过以下的详细说明和附图将更加明确。

附图说明

图1是例示性的超导磁铁装置的内部结构体的概略的立体图。

图2是超导磁铁装置的概略的外观立体图。

图3是超导磁铁装置的内部结构体的一部分的概略的立体图。

具体实施方式

图1是例示性的超导磁铁装置100的内部结构体的概略的立体图。图2是超导磁铁装置100的概略的外观立体图。图1及图2所示的“右”、“左”、“前”、“后”等表示方向的指标只以使说明明了为目的，不应被限定解释。图1及图2中示出了沿左右方向延伸设置的水平轴HAX。以水平轴HAX为基准说明超导磁铁装置100。

超导磁铁装置100的内部结构体具备：产生电磁力的一对线圈部151、152；以支撑线圈部151、152的方式形成的框架结构体；以及以传递线圈部151、152的热的方式形成的传热部件153、154。线圈部151、152以在水平轴HAX上中心轴一致的方式被配置在分离的位置。从线圈部151、152产生的电磁力朝向使线圈部151、152互相吸引的方向作用。框架结构体以抗拒电磁力而维持这些线圈部151、152的分离的位置关系的方式形成。框架结构体呈俯视时朝向前方开口的C形。框架结构体包含：线圈部151及传热部件153被安装的第一支撑体161；线圈部152及传热部件154被安装的第二支撑体162；以及联结于第一支撑体161和第二支撑体162的联结结构体。联结结构体包含两端部联结于第一支撑体161及第二支撑体162的后端的第一联结部件191及第二联结部件192。

内部结构体为了降低线圈部151、152的电阻而置于低温环境下(例如4K)。为了制造出低温环境，超导磁铁装置100具备一对制冷机141、142(参照图2)。而且，超导磁铁装置100具备为了维持低温环境而以维持内部结构体的周围的真空状态的方式形成的真空容器110(参照图2)。在详细说明超导磁铁装置100的内部结构体之前说明真空容器110及制冷机141、142

真空容器110以包围图1所示的内部结构体的方式形成。由真空容器110形成的内部空间通过真空装置(未图示)被保持为真空状态。

真空容器110包含：俯视时大致U字型的顶板111；被配置在从顶板111朝向下方分离的位置的底板112；以及从底板112朝向顶板111大致垂直地竖立设置的周壁部113。而且，真空容器110包含安装在底板112的下表面的4个脚部114(图2示出2个脚部114)。

真空容器110的顶板111包含：俯视时呈朝向前方开口的U字形状的内缘121；在从内缘121朝向右方隔开距离的位置沿前后方向延伸设置的右缘122；以及在从内缘121朝向左方隔开距离的位置沿前后方向延伸设置的左缘123。并且，顶板111包含以连接右缘122及左缘123的后端的方式沿左右方向延伸设置的后缘124。而且，顶板111包含：以连接内缘121及右缘122的前端的方式沿左右方向延伸设置的前缘125；以及以连接内缘121及左缘123的前端的方式沿左右方向延伸设置的前缘126。内缘121、右缘122、左缘123、后缘124及前缘125、126被配置在大致相同的高度位置。因此，顶板111为大致水平的姿势。

与顶板111大致平行地配置有底板112。底板112的形状及大小与顶板111大致相同。附在顶板111的缘部的名称被引用于底板112。

安装在底板112的下表面的4个脚部114的其中一个被配置在由底板112的前缘、右缘及内缘包围的前端区域。另一个脚部114被配置在由底板112的前缘、左缘及内缘包围的前端区域。又一个脚部114被配置在由底板112的后缘和右缘形成的角落部。剩下的一个脚部114被配置在由底板112的后缘和左缘形成的角落部。这些脚部114使底板112的下表面从超导磁铁装置100被设置的地板面分离。

在底板112与顶板111之间形成大致垂直的面的周壁部113由多个板部件形成。多个板部件中的一个是形成连接顶板111的内缘121和底板112的内缘的U字状的面的U字板131。多个板部件中的另一个是形成连接顶板111的右缘122和底板112的右缘的矩形状的面的右板132。多个板部件中的又一个是形成连接顶板111的左缘123和底板112的左缘的矩形状的面的左板133。多个板部件中的又一个是形成连接顶板111的后缘124和底板112的后缘的矩形状的面的后板134。多个板部件中的又一个是形成连接顶板111的前缘125和在顶板111的前缘125的下方沿左右方向延伸设置的底板112的前缘的矩形状的面的前板135。多个板部件中的剩下的一个是形成连接顶板111的前缘126和在顶板111的前缘126的下方沿左右方向延伸设置的底板112的前缘的矩形状的面的前板136。

前板136、135、后板134、左板133、右板132、U字板131、底板112及顶板111的缘部以线状被焊接，形成密闭的内部空间。因此，由这些板状部件包围的内部空间的真空状态得以维持。在由这些板状部件包围的内部空间除了图1所示的内部结构体以外还配置有以包围内部结构体的方式形成的密封容器(未图示)，该密封容器作为超导磁铁装置100的一部分。密封容器为了防止从真空容器110外的外部环境向配置在密封容器内的内部结构体的传热而被使用。

图2中示出了从真空容器110的顶板111朝向上方突出的制冷机141、142的一部分。制冷机141、142被配置成制冷机141、142铅垂中心轴位于顶板111的内缘121的最后端的后方。制冷机141被配置在由顶板111的右缘122及后缘124形成的角落部附近，制冷机142被配置在由顶板111的左缘123及后缘124形成的角落部附近。

制冷机141、142分别具有两级式冷却机构。制冷机141、142各自的第一级冷却机构以热传导的方式连接于所述的密封容器。制冷机141、142各自的第二级冷却机构连接于图1所示的内部结构体。以下参照图1至图3说明内部结构体。图3是内部结构体的一部分的概略的立体图。

作为内部结构体的框架结构体的一部分而被使用的第一支撑体161是朝向右方开口的大致矩形状的箱体。第一支撑体161被配置在真空容器110的右板132与U字板131之间的空间。第一支撑体161包含：与真空容器110的右板132大致平行的大致矩形状的主板171；以及从主板171的外缘朝向右方弯曲的周壁部172。在主板171形成有大致圆形的贯穿孔173。图1所示的水平轴HAX通过贯穿孔173的中心。主板171的上缘及下缘大致水平地沿前后方向延伸设置。主板171的前缘及后缘大致垂直地延伸设置。

从主板171的上缘、下缘及前缘朝向右方弯曲的方式形成有周壁部172。周壁部172包含：从主板171的上缘朝向右方弯曲的上板174；从主板171的下缘朝向右方弯曲的下板175；以及从主板171的前缘朝向右方弯曲的前板176。周壁部172的上板174及下板175与真空容器110的顶板111及底板112大致平行。周壁部172的前板176与真空容器110的前板135大致平行。

在周壁部172的上板174的后部形成有贯穿孔177(参照图1)。贯穿孔177沿由主板171和上板174形成的弯曲线而沿前后方向延伸设置。

在主板171的右表面固定有线圈部151(参照图3)。线圈部151包含：大致圆筒形状的绕线管156；以及由在绕线管156的外周面上被缠绕的超导线材形成的超导线圈155。超导线圈155及绕线管156的中心轴与图1所示的水平轴HAX大致一致。

传热部件153由具有高热传导率的材料(例如，铜板)形成，以获得从超导线圈155向制冷机141的传热路径。传热部件153包含：沿主板171的右表面被配置的主传热部181；以及呈现在上板174的上表面上的联结部182。主传热部181被安装于主板171，而联结部182安装于上板174。联结部182以热传导方式连接于制冷机141的第二级冷却机构。联结部182通过上板174的贯穿孔177连接于主传热部181。

主传热部181包含以被夹在超导线圈155的左端面与主板171的右表面之间的方式被配置的第一传热部183。第一传热部183被形成为不仅邻接于超导线圈155的左端面，而且覆盖超导线圈155的外周面整体。主传热部181包含形成从第一传热部183朝向后方扩展并连接于联结部182的大致三角形状的传热区域的第二传热部184，以在第一传热部183与联结部182之间形成传热路径。第一传热部183及联结部182通过第二传热部184连续，因此，接触于第一传热部183的超导线圈155的热传递至联结于联结部182的制冷机141的第二级冷却机构。除了第一传热部183及第二传热部184以外，主传热部181还包含在第二传热部184的下方形成从第一传热部183朝向后方突出的大致梯形形状的传热区域的第三传热部185(参照图3)。第三传热部185是被利用于缩短超导线圈155的冷却期间的部位。

相对于在点P垂直于水平轴HAX的虚拟的铅垂平面，由传热部件153、线圈部151及第一支撑体161构成的组装体与由传热部件154、线圈部152及第二支撑体162形成的组装体处于镜像关系，其中，所述点P是以与真空容器110的右板132及左板133成为等距离的方式画在水平轴HAX上的点。因此，关于传热部件153、线圈部151及第一支撑体161的说明考虑镜像关系而被引用于由传热部件154、线圈部152及第二支撑体162构成的组装体。由传热部件154、线圈部152及第二支撑体162构成的组装体被配置在真空容器110的U字板131与左板133之间的空间，在水平轴HAX的延伸设置方向上与由传热部件153、线圈部151及第一支撑体161构成的组装体分离。

如果线圈部151、152被供应电力，则与水平轴HAX大致平行地作用的电磁力作用，所述的一对组装体互相吸引。为了在电磁力的产生下维持这些组装体的镜像的位置关系，第一联结部件191及第二联结部件192形成联结这些组装体的联结结构体。第一联结部件191具有与第一支撑体161及第二支撑体162的下表面大致齐平的下表面，第二联结部件192具有与第一支撑体161及第二支撑体162的上表面大致齐平的上表面。第一联结部件191的下表面与第二支撑体162的上表面之间的高度方向的中间位置与水平轴HAX的高度位置大致一致。第一联结部件191以在低于水平轴HAX的位置联结于第一支撑体161及第二支撑体162的后端的方式大致水平地沿左右方向延伸设置。第一联结部件191的外周面以热传导方式连接于传热部件153的第三传热部185的后端。在从第一联结部件191朝向上方隔开距离的位置(即，高于水平轴HAX的位置)，第二联结部件192以联结于第一支撑体161及第二支撑体162的后端的方式大致水平地沿左右方向延伸设置。作为第一联结部件191及第二联结部件192可利用一般的方管。

第二联结部件192的两端部开口，而第一联结部件191的两端部封闭。即，第一联结部件191形成密闭的内部空间。第一联结部件191的内部空间作为收容制冷剂的收容空间而被利用。作为制冷剂，适合使用液氮。

超导磁铁装置100形成用于向收容空间的内外引导液氮的引导路径。超导磁铁装置100具备形成用于将液氮供应到第一联结部件191的收容空间的供应路径的供应部193。而且，超导磁铁装置100具备将第一联结部件191的收容空间内的因液氮气化而产生的气相的氮排出到超导磁铁装置100外的排气部194。

供应部193包含：从第一联结部件191的周壁朝向上方延伸设置并贯穿第二联结部件192的供应管195(参照图1)；以及在真空容器110外安装于供应管195的上端的连接器196(参照图2)。连接器196联结于供应液氮的供应装置(未图示)。

超导磁铁装置100外的外部环境的热有时通过连接器196与液氮一起流入供应管195。供应管195具有非常细的内径，以充分防止流入热朝向下方流动(供应管195的内径被设定为不过度地妨碍液氮朝向下方流动)。流入热的流动容易性不仅取决于供应管195的内径，而且还取决于供应管195的长度。供应管195越长，则越抑制向冷却对象的热的流入。供应管195的上端从真空容器110的顶板111朝向上方突出，而供应管195的下端连接于配置在超导磁铁装置100的下部的第一联结部件191内的收容空间。因此，从供应管195的上端至下端的长度充分长，向第一联结部件191的收容空间的热的流入得到抑制。

在供应管195的右侧从第一联结部件191朝向上方延伸设置的排气管198以及在顶板111上安装于排气管198的上端的连接器197形成所述的排气部194。排气管198与供应管195同样贯穿第二联结部件192，排气管198的下端连通于第一联结部件191的收容空间。安装在排气管198的上端的连接器197与供应部193的连接器196同样，联结于所述的供应装置。因此，供应装置能够回收在第一联结部件191内气化的氮。

通过第一联结部件191及第二联结部件192，第一支撑体161与第二支撑体162之间的镜像的位置关系在一定程度上被维持。在安装于第一支撑体161及第二支撑体162的线圈部151、152之间作用的电磁力非常强，只通过第一联结部件191及第二联结部件192不能获得用于维持所述的位置关系的充分的结构上的强度的情况下，超导磁铁装置100优选具有加强由第一联结部件191、第二联结部件192、第一支撑体161及第二支撑体162形成的框架结构体的加强结构体。

作为加强结构体使用4个加强部201。4个加强部201中的一个被配置在由第一联结部件191和第一支撑体161的主板171的左表面形成的角落部，并焊接于第一联结部件191和第一支撑体161的主板171的左表面(参照图3)。4个加强部201中的另一个被配置在由第二联结部件192和第一支撑体161的主板171的左表面形成的角落部，并焊接于第二联结部件192和第一支撑体161的主板171的左表面(参照图1)。4个加强部201中的又一个被配置在由第二联结部件192和第二支撑体162的主板的右表面形成的角落部，并焊接于第二联结部件192和第二支撑体162的主板的右表面(参照图1)。4个加强部201中的剩下的一个被配置在由第一联结部件191和第二支撑体162的主板的右表面形成的角落部，并焊接于第一联结部件191和第二支撑体162的主板的右表面(参照图1)。

以下说明焊接于第一联结部件191和第二支撑体162的主板的右表面的加强部201的结构。焊接于第一联结部件191和第二支撑体162的主板的右表面的加强部201的形状及大小与焊接于第二联结部件192和第二支撑体162的主板的右表面的加强部201相同。因此，关于焊接于第一联结部件191和第二支撑体162的主板的右表面的加强部201的以下的说明被引用于焊接于第二联结部件192和第二支撑体162的主板的右表面的加强部201。相对于在点P垂直于水平轴HAX的虚拟的铅垂平面，其他2个加强部201与焊接于第二支撑体162的2个加强部201处于镜像关系。因此，关于焊接于第一联结部件191和第二支撑体162的主板的右表面的加强部201的以下的说明考虑镜像关系而被引用于焊接于第一支撑体161的2个加强部201。

焊接于第一联结部件191和第二支撑体162的主板的右表面的加强部201包含处于水平姿势的2个水平板202、203和处于铅垂姿势的铅垂板204。水平板202、203是形状及大小相同且大致直角三角形状的平板。由水平板202、203分别形成的大致直角三角形的斜边以沿真空容器110的U字板131的弯曲的方式弯曲。由水平板202、203分别形成的大致直角三角形的其他边中的一个边沿第一联结部件191的延伸设置方向延伸并焊接于第一联结部件191的外周面。由水平板202、203分别形成的大致直角三角形的剩下的一个边朝向前方延伸并焊接于第二支撑体162的主板的右表面。

水平板202从水平板203朝向上方分离。在水平板202、203之间配置有铅垂板204。铅垂板204是大致矩形状的平板。铅垂板204的上缘焊接于水平板202的下表面。铅垂板204的下缘焊接于水平板203的上表面。铅垂板204的后缘焊接于第一联结部件191的外周面。

由铅垂板204及水平板202、203形成的加强部201有效地防止由第一联结部件191、第二联结部件192、第一支撑体161及第二支撑体162形成的框架结构体的变形。向线圈部151、152供应电力的情况下产生的强的电磁力以吸引第一支撑体161及第二支撑体162的方式作用。此时，使俯视时在第一支撑体161的主板171的左表面与第一联结部件191(以及第二联结部件192)之间形成的夹角变小力矩作用于第一支撑体161及第一联结部件191(以及第二联结部件192)的联结部位。同样，使俯视时在第二支撑体162的主板的右表面与第一联结部件191(以及第二联结部件192)之间形成的夹角变小力矩作用于第二支撑体162及第一联结部件191(以及第二联结部件192)的联结部位。如果这些夹角变化，则线圈部151、152的轴偏离水平轴HAX。但是，配置在这些夹角的形成部位的4个加强部201抗拒所述的力矩。

配置在水平板202、203之间的铅垂板204防止水平板202、203朝向上方或下方弯曲变形，因此，加强部201能够充分抗拒力矩。利用加强部201，在强的电磁力的存在下也维持框架结构体的形状。

想要产生强的电磁力，线圈部151、152需要充分被冷却(例如，4K)。如果只利用制冷机141、142将线圈部151、152的温度从常温降低至4K，则需要几个月的期间。为了缩短线圈部151、152的冷却期间而利用第一联结部件191的收容空间。

当线圈部151、152为常温时，制冷机141、142启动，并且，供应液氮的供应装置与连接器196、197(参照图2)连接。液氮通过连接器196及供应管195流入第一联结部件191的收容空间。由于供应管195非常细且长，所以在供应液氮的期间，来自超导磁铁装置100外的外部环境的热不会到达第一联结部件191。因此，第一联结部件191利用液氮有效地被冷却。液氮在收容空间内气化。气化的氮通过排气管198及连接器197而从第一联结部件191回收到供应装置。

向第一联结部件191供应液氮的结果，第一联结部件191成为低温。在第一联结部件191的外周面连接有传热部件153的第三传热部185。第三传热部185与接触于线圈部151、152的第一传热部183相连，因此，形成从线圈部151、152向第一联结部件191的传热路径。因此，线圈部151、152的热通过第一传热部183及第三传热部185而传递至第一联结部件191。

第一传热部183通过第二传热部184与联结部182相连。联结部182联结于制冷机141、142的第二级冷却机构，因此，形成从第一传热部183向制冷机141、142的传热路径。因此，接触于第一传热部183的线圈部151、152的热传递至制冷机141、142。线圈部151、152的热被制冷机141、142及第一联结部件191吸收，因此，线圈部151、152的冷却期间缩短。

如果线圈部151、152的温度接近液氮的温度，则对连接器196、197连接真空装置(未图示)。真空装置吸引第一联结部件191内的氮的结果，第一联结部件191的收容空间成为真空状态。其后，直到线圈部151、152的温度的达到所要的温度(例如，4K)为止，制冷机141、142继续工作。当线圈部151、152的温度达到了所要的温度时，相对于供应到线圈部151、152的电力的阻力大幅度降低。因此，如果向线圈部151、152供应电力，则大电流流到线圈部151、152并产生大的电磁力。在安装有线圈部151、152的第一支撑体161及第二支撑体162之间的空间，例如收容被加工为半导体晶片的熔融材料的坩埚沿铅垂方向移动。其结果，熔融材料内的杂质通过从线圈部151、152产生的高的电磁力被集中在坩埚的内壁面，而纯度高的半导体材料集中于坩埚的中心。

线圈部151、152的温度从常温达到液氮的温度为止的期间通过液氮的供应而有效地被缩短。液氮被供应的供应口(即，供应管195的上端)位于真空容器110的顶板111上，作为液氮的供应对象而被利用的第一联结部件191被配置在真空容器110的内部空间的下部。由于第一联结部件191与第二联结部件192相比充分离开液氮被供应的供应口，因此，即使与液氮一起向供应管195流入热，对第一联结部件191的流入热的影响也被抑制。因此，第一联结部件191有效地被冷却。

第二联结部件192被配置在从第一联结部件191朝向上方隔开距离的位置。因此，在第一联结部件191与第二联结部件192之间形成空间。其结果，由第一联结部件191及第二联结部件192形成的联结结构体不会过度沉重。

第一联结部件191被配置在超导磁铁装置100的下部，而第二联结部件192被配置在超导磁铁装置100的上部，因此，在水平轴HAX的上方部位及下方部位，框架结构体具有能够充分对抗电磁力的机械强度。

电磁力以使线圈部151、151互相吸引的方式作用。电磁力通过安装有线圈部151、152的第一支撑体161及第二支撑体162而作为压缩力作用于第一联结部件191及第二联结部件192。第一联结部件191及第二联结部件192在与压缩力的作用方向一致的水平轴HAX的延伸设置方向上被延伸设置。因此，第一联结部件191及第二联结部件192相对于作用于它们的压缩力具有高的机械强度。

第一联结部件191及第二联结部件192被利用于第一支撑体161及第二支撑体162的联结。但是，如果电磁力不怎么大，则可将一个联结部件利用于第一支撑体161及第二支撑体162的联结。另一方面，如果电磁力非常大，则可将超过2个的联结部件利用于第一支撑体161及第二支撑体162的联结。

联结部件的配置可基于框架结构体的机械强度以及电磁力的大小而被决定。如果使用单一的联结部件，优选单一的联结部件被设计为：在与水平轴HAX大致相同的高度位置沿水平延伸设置，并且，分别在水平轴HAX的上方部位及下方部位对框架结构体赋予充分的机械强度。在第一联结部件191及第二联结部件192以外还追加另外一个联结部件时，追加的联结部件也可在与水平轴HAX大致相同的高度位置沿水平延伸设置。

第一联结部件191及第二联结部件192的截面的大小可相同，也可不同。如果第一联结部件191的截面大，则收容空间变大，能够供应大量的液氮。此时，利用液氮的辅助冷却的效果增大。

液氮被供应到第一联结部件191而不被供应到第二联结部件192。但是，液氮可被供应到第二联结部件。此时，第二联结部件的两端被封闭。而且，液氮的供应口被配置在从第二联结部件充分离开的位置。进一步，传热部件以接触于第二联结部件的方式形成。

作为第二联结部件192及第一联结部件191而利用方管。但是，也可代替第一联结部件191及第二联结部件192而使用能够对框架结构体赋予充分高的机械强度的其他部件。此时，代替第一联结部件191而使用的部件具有中空结构，向该代替部件的内部供应液氮。

代替液氮也可使用液体氦或能够充分冷却第一联结部件191的其他制冷剂。

液氮辅助性地冷却线圈部151、152，而制冷机141、142主要承担线圈部151、152的冷却。虽然2个制冷机141、142作为用于冷却线圈部151、152的冷却部而被使用，但是也可将1个制冷机用作冷却部。或者，可将超过2个的制冷机用作冷却部。

利用冷却部进行冷却的结果，线圈部151、152的电阻下降。其结果，流到线圈部151、152的电流以及从线圈部151、152产生的电磁力变大。以使由第一联结部件191、第二联结部件192、第一支撑体161及第二支撑体162形成的框架结构体相对于大的电磁力具有充分大的机械强度的方式，4个加强部201被组装于框架结构体。这些加强部201分别使用多个板部件而形成。但是加强部可组合棒状部件形成，也可具有能够提高框架结构体的机械强度的其他结构。

所述的实施方式主要包含具有以下结构的超导磁铁装置。

所述实施方式的一个方面所涉及的超导磁铁装置包括：一对超导线圈，以在轴向上相向的方式被配置在互相隔着距离的位置；第一支撑体，以支撑所述一对超导线圈中的一方的方式形成；第二支撑体，被配置在从所述第一支撑体隔着距离的位置，并以支撑所述一对超导线圈中的另一方的方式形成；一对制冷机，分别安装在所述第一支撑体及所述第二支撑体；一对传热部件，以使所述一对超导线圈的热传递至所述一对制冷机的方式分别安装在所述第一支撑体及所述第二支撑体(也就是，以使所述一对超导线圈中的一方的热传递至所述一对制冷机中的安装在所述第一支撑体上的制冷机且使所述一对超导线圈中的另一方的热传递至所述一对制冷机中的安装在所述第二支撑体上的制冷机的方式分别安装在所述第一支撑体及所述第二支撑体)；以及联结结构体，联结于所述第一支撑体及所述第二支撑体，并形成收容制冷剂的收容空间。所述一对传热部件以将所述一对超导线圈的热传递至被所述制冷剂冷却的所述联结结构体的方式形成。

根据所述的结构，除了一对制冷机以外，联结第一支撑体及第二支撑体的联结结构体被利用于一对超导线圈的冷却。如果在联结结构体的收容空间中收容制冷剂，则联结结构体被冷却为制冷剂的温度。一对超导线圈的热传递至通过制冷剂被冷却的联结结构体，因此，一对超导线圈不仅被一对制冷机冷却，而且还被联结结构体冷却。因此，一对超导线圈被冷却至指定的温度所需的期间缩短。冷却一对超导线圈的冷却功能还附加于联结第一支撑体及第二支撑体的联结结构体，因此，联结结构体有效地被利用，不另外需要收容制冷剂的容器。由于不需要收容制冷剂的容器，因此，不会使超导磁铁装置的尺寸显著变大就能缩短冷却时间。

关于所述结构，超导磁铁装置优选还包括供应管，以将所述制冷剂引导至所述收容空间的方式形成，其中，所述一对超导线圈的所述轴沿水平方向延伸设置，所述收容空间形成在所述联结结构体的高度方向上的中间位置的下方，所述供应管从所述收容空间朝向上方延伸设置。

根据所述的结构，收容制冷剂的收容空间形成在联结结构体的高度方向的中间位置的下方，因此，在收容空间的上方形成用于配置供应管的宽广的空间。因此，从收容空间朝向上方延伸设置的供应管的全长可被设定为较大的值。供应管越长，则与制冷剂一起流入供应管的热越难以到达收容空间。因此，向收容空间的流入热的流入通过利用形成在收容空间的上方的宽广的空间而配置的长的供应管而被抑制。

在所述的结构中，优选所述联结结构体包含：第一联结部件，在所述中间位置的下方以联结于所述第一支撑体和所述第二支撑体的方式沿所述水平方向延伸设置；以及第二联结部件，以从所述第一联结部件朝向上方隔开距离的方式在所述中间位置的上方延伸设置，并且，联结于所述第一支撑体和所述第二支撑体，其中，所述收容空间形成在所述第一联结部件。

根据所述的结构，第二联结部件从第一联结部件朝向上方离开，因此，它们之间形成空间。因此，与在从第一联结部件的配置位置至第二联结部件的配置位置为止的区域连续地联结于第一支撑体及第二支撑体的联结结构体相比，由第一联结部件及第二联结部件形成的联结结构体轻量。

关于在第二联结部件形成收容空间的结构，形成在第一联结部件与第二联结部件之间的空间不能作为从收容空间朝向上方延伸设置的供应管的配管区域而利用。另一方面，在收容空间形成在第一联结部件的所述的结构下，形成在第一联结部件与第二联结部件之间的空间可作为供应管的配管区域而利用。因此，与形成在第一联结部件与第二联结部件之间的空间的高度尺寸相应，供应管能够具有长的尺寸。

在所述的结构中，超导磁铁装置优选还包括：加强部，以在所述电磁力的存在下维持俯视时由所述第一支撑体和所述第一联结部件形成的夹角的方式连接于所述第一支撑体和所述第一联结部件。

根据所述的结构，加强部维持由第一支撑体和第一联结部件形成的夹角，因此，被第一支撑体支撑的超导线圈的轴的朝向不管电磁力的存在与否而不变。

在所述的结构中，优选所述制冷剂为液氮。

根据所述的结构，使用液氮作为制冷剂，因此，一对超导线圈有效地被冷却。

产业上的可利用性

所述的实施方式的技术适合利用于需要强的电磁力的各种技术领域。

Claims (5)

1.一种超导磁铁装置，其特征在于包括：

一对超导线圈，以在轴向上相向的方式被配置在互相隔着距离的位置；

第一支撑体，以支撑所述一对超导线圈中的一方的方式形成；

第二支撑体，被配置在从所述第一支撑体隔着距离的位置，并以支撑所述一对超导线圈中的另一方的方式形成；

一对制冷机，分别安装在所述第一支撑体及所述第二支撑体；

一对传热部件，以使所述一对超导线圈的热传递至所述一对制冷机的方式分别安装在所述第一支撑体及所述第二支撑体；以及

联结结构体，联结于所述第一支撑体及所述第二支撑体，并形成收容制冷剂的收容空间，其中，

所述一对传热部件以将所述一对超导线圈的热传递至被所述制冷剂冷却的所述联结结构体的方式形成。

2.根据权利要求1所述的超导磁铁装置，其特征在于还包括：

供应管，以将所述制冷剂引导至所述收容空间的方式形成，其中，

所述一对超导线圈的所述轴沿水平方向延伸设置，

所述收容空间形成在所述联结结构体的高度方向上的中间位置的下方，

所述供应管从所述收容空间朝向上方延伸设置。

3.根据权利要求2所述的超导磁铁装置，其特征在于，所述联结结构体包含：

第一联结部件，在所述中间位置的下方以联结于所述第一支撑体和所述第二支撑体的方式沿所述水平方向延伸设置；以及

第二联结部件，以从所述第一联结部件朝向上方隔开距离的方式在所述中间位置的上方延伸设置，并且，联结于所述第一支撑体和所述第二支撑体，其中，

所述收容空间形成在所述第一联结部件。

4.根据权利要求3所述的超导磁铁装置，其特征在于还包括：

加强部，以在所述电磁力的存在下维持俯视时由所述第一支撑体和所述第一联结部件形成的夹角的方式连接于所述第一支撑体和所述第一联结部件。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的超导磁铁装置，其特征在于，

所述制冷剂为液氮。

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