DE3618145C2

DE3618145C2 -

Info

Publication number: DE3618145C2
Application number: DE3618145A
Authority: DE
Inventors: Toshimi Kawamura; Takashi Kobe Hyogo Jp Satow
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-05-31
Filing date: 1986-05-30
Publication date: 1992-02-06
Also published as: JPS61276305A; US4679020A; DE3618145A1

Description

Die Erfindung betrifft eine supraleitende Magnetspule, be stehend aus einer Mehrzahl von jeweils scheibenförmigen Spu lenelementen, die konzentrisch übereinanderliegend zwischen zwei Abschlußplatten eingespannt sind, wobei zwischen je weils benachbarten Spulenelementen Abstandselemente aus elektrisch isolierendem Material angeordnet sind, in deren Bereich sich radial erstreckende Kühlmittelkanäle ausgebil det sind.

Eine derartige supraleitende Magnetspule ist bekannt aus JP 58-50 711 (A). Dieser Druckschrift kann eine supraleitende Magnetspule entnommen werden, die aus einer Mehrzahl von je weils scheibenförmigen Spulenelementen besteht, die konzen trisch übereinanderliegend zwischen zwei Abschlußplatten eingespannt sind, wobei zwischen jeweils benachbarten Spu lenelementen Abstandselemente in Form von Abstandsscheiben aus elektrisch isolierendem Material angeordnet sind. Ober- und Unterseite der Abstandsscheiben sind sich radial erstreckende Kühlmittelkanäle ausgebildet. Ganz offensicht lich sind jedoch keine Kühlmittelkanäle zwischen den Ab schlußplatten einerseits und den jeweils benachbarten Spu lenelementen andererseits vorgesehen mit der Folge einer entsprechend mangelhaften Kühlung im Bereich der beiden Ab schlußplatten. Daher besteht bei der bekannten Magnetspule die Gefahr, daß sich im Betrieb die stirnseitig angeordneten Spulenelemente derart erwärmen, daß sie normalleitend wer den.

Des weiteren müssen die Abstandsscheiben bei der bekannten Konstruktion relativ dick ausgeführt werden, um an den bei den Flachseiten jeweils gegenüberliegend die sich radial er streckenden Kühlmittelkanäle ausbilden zu können, ohne daß die Gefahr eines Scheibenbruchs aufgrund der axialen Ein spannung innerhalb der Spule besteht. Dementsprechend volu minös muß die bekannte Magnetspule gebaut werden.

Des weiteren sind die sich radial erstreckenden Kühlmit telkanäle an den beiden Flachseiten der Abstandsscheiben sowohl in Breite als auch in Tiefe relativ klein dimensio niert mit der Folge eines entsprechend geringen Kühlmittel durchsatzes durch diese Kanäle.

Letztendlich bleibt offen die Konstruktion der scheibenför migen Spulenelemente selbst. Vor allem fehlt jeglicher Hin weis auf eine Stützkonstruktion in Form einer Kunstharzim prägnierung, wie sie z. B. aus der CH-PS 6 22 905 bekannt ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine supraleitende Magnetspule der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß bei kompakter Bauweise eine noch größere Kühlleistung erreicht wird mit der Folge einer erhöhten so wie dauerhaften Funktionssicherheit.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches gelöst.

Dadurch, daß erfindungsgemäß auch zwischen den Abschlußplat ten einerseits und den jeweils benachbarten Spulenelementen andererseits Abstandselemente aus elektrisch isolierendem Material angeordnet sind, in deren Bereich sich die radial erstreckenden Kühlmittelkanäle befinden, ist auch eine aus reichende Kühlung der jeweils stirnseitig angeordneten Spu lenelemente gewährleistet. Die Funktionssicherheit der er findungsgemäßen Magnetspule wird auf diese Weise erheblich erhöht.

Des weiteren läßt sich durch die erfindungsgemäß ausgebilde ten Abstandselemente trotz im Vergleich zum Stand der Tech nik vergrößertem Querschnitt der Kühlmittelkanäle eine in axialer Richtung der Magnetspule kompaktere Bauweise erhal ten. Vor allem läßt sich durch die erfindungsgemäße Kon struktion der Abstandselemente die Kühlmittel-Kontaktfläche im Vergleich zum Stand der Technik ganz erheblich erhöhen.

Schließlich ist es für eine kompakte bzw. gedrängte Bauweise einer supraleitenden Magnetspule auch von Bedeutung, daß die scheibenförmigen Spulenelemente jeweils mit Kunstharz imprä gniert sind unter Ausbildung einer entsprechenden Stützkon struktion für die Wicklungsdrähte jedes Spulenelements. Die Funktionssicherheit der Magnetspule wird dadurch zusätzlich erhöht.

Insgesamt stellt sich die erfindungsgemäße supraleitende Ma gnetspule als kompakte Konstruktion mit hoher Kühlleistung dar, wobei die Kühlleistung auch an den beiden stirnseitigen Enden der Spule gegeben ist.

Nachstehend wird eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Magnetspule anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im Querschnitt eine Seitenansicht einer supralei tenden Magnetspule gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt II-II nach Fig. 1; und

Fig. 3 einen Teil-Querschnitt, der zeigt, wie die schei benförmigen Spulenwicklungen mit einer Harzmasse getränkt sind.

Fig. 1 zeigt eine supraleitende Magnetspule, bestehend aus mehreren jeweils scheibenförmigen Spulenelementen 2, die konzentrisch zueinander übereinander angeordnet sind, mehreren Abstandselementen 4 aus elektrischem Isolierstoff, die jeweils zwischen zwei benachbarten Spulenelementen 2 angeordnet sind, und zwei Abschlußplatten 5 am oberen und am unteren Ende der geschichteten Spulenelemente 2, wobei Abstandselemente 4 aus elektrischem Isolierstoff zwischen jeder Abschlußplatte und dem obersten bzw. dem untersten Spulenelement 2 angeordnet sind; die Abschlußplatten 5 sind miteinander durch mehrere Stäbe 6 mit Gewindeenden und Muttern 7, die auf diese aufgeschraubt sind, verbunden, so daß die geschichteten Spulenelemente 2 zwischen den Ab schlußplatten 5 festgelegt sind.

Nachstehend werden der Grundgedanke der Erfindung sowie das Herstellungsverfahren für die supraleitende Magnetspule erläutert.

Es ist ersichtlich, daß die Spulenanordnung um so kleiner wird, je größer der in Kontakt mit dem Kühl mittel befindliche Flächenbereich des Leiters ist. Deshalb ist die Wicklungsanordnung derart ausgestaltet, daß mehrere jeweils scheibenförmige Spulenelemente 2 aufeinanderge schichtet und zwischen jeweils benachbarten Spulenelementen geeignete Abstandselemente 4 aus einem elektrischen Iso lator angeordnet sind. Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, bestehen die Ab standselemente 4 aus mehreren sich radial erstreckenden Abstandsplatten von jeweils Viereckquerschnitt, die um fangsmäßig beabstandet in gleichen Abständen angeordnet sind, so daß zwischen ihnen radiale Kühlmittelkanäle 4a für ein Kühlmittel, wie etwa flüssiges Helium, geschaffen sind.

Zum Erhalt einer solchen Spulenanordnung durch das sogenannte "Wickel- und Reaktionsverfahren" wird jedes Spulenelement 2 mittels dieses Verfahrens hergestellt, d. h. Drähte aus Nb₃Sn- oder V₃Ga-Filamentleitern, die jeweils mit einem warmfesten Isolator ummantelt sind, werden auf einen Wicklungskern 11 unter Bildung scheibenförmiger Wicklungen 13 gewickelt. Die so gebildeten Wicklungen 13 werden wärmebehandelt und mit einer Harzmasse getränkt, so daß eine Tragkonstruktion er halten wird. Die so gebildeten scheibenförmigen Spulenele mente 2 werden übereinander mit jeweils dazwischen befind lichen Abstandselementen 4 aus elektrischem Isolierstoff angeordnet und mit Hilfe von Befestigungsmitteln zusammen gefügt, so daß eine supraleitende Magnetspule erhalten wird.

Dabei ist zu beachten, daß bei dem vorstehend erläuterten Verfahren die Abstandselemente 4 und die Abschlußplatten 5 bei der Endmontage angebracht und keiner Wärmebehandlung ausgesetzt werden, so daß sie nicht unbedingt aus Werkstof fen bestehen müssen, die eine ausreichend hohe Warmfestigkeit zum Brennen bei hohen Temperaturen haben; statt dessen können sie aus Werkstoffen bestehen, die nur bei den vom Kühlmit tel erzeugten kryogenen Temperaturen ausgezeichnete Eigen schaften aufweisen.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind zwar die Wicklungskörper 11 als einstückig mit den jeweils scheibenförmigen Spulenwicklungen 13 gezeigt; die Spulen wicklungen 13 können aber von den Wicklungskörpern 11 wäh rend der Wärmebehandlung getrennt und zum Tränken mit Harz masse wieder auf den Wicklungskörpern 11 montiert werden. Somit brauchen die Wicklungskörper 11 nicht warmfest zu sein.

Ferner wird das Tränken mit Harzmassen bevorzugt unter An wendung eines Unterdruck-Tränkverfahrens durchgeführt, so daß für die Wicklungen eine gute Tragkonstruktion praktisch ohne Leereinschlüsse erhalten wird. Ferner ist es besonders vorteilhaft, daß jedes fertige scheibenförmige Spulenele ment ebene und glatte Ober- und Unterseiten aufweist. Zu diesem Zweck kann gemäß Fig. 3 während des Tränkvorgangs ein spezielles Führungsplattenpaar 12 verwendet werden, das auf der Ober- und der Unterseite jedes Spulenelements 2 angeordnet ist.

Claims

Supraleitende Magnetspule, bestehend aus einer Mehrzahl von jeweils scheibenförmigen Spulenelementen (2), die konzentrisch übereinanderliegend zwischen zwei Abschlußplatten (5) einge spannt sind, wobei zwischen jeweils benachbarten Spulenele menten (2) Abstandselemente (4) aus elektrisch isolierendem Material angeordnet sind, in deren Bereich sich radial er streckende Kühlmittelkanäle (4a) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß
- - auch zwischen den Abschlußplatten (5) einerseits und den jeweils benachbarten Spulenelementen (2) andererseits Ab standselemente (4) aus elektrisch isolierendem Material angeordnet sind,
- - die Abstandselemente (4) jeweils durch eine Mehrzahl von sich radial erstreckenden Abstandsplatten mit rechteckför migem Querschnitt gebildet sind, derart, daß sie längs des Umfangs jeweils voneinander beabstandet sind unter Ausbil dung der sich radial erstreckenden Kühlmittelkanäle (4a), und daß
- - die Spulenelemente (2) mit Kunstharz imprägniert sind unter Ausbildung einer entsprechenden Stützkonstruktion für die Wicklungsdrähte jedes Spulenelements (2).