JP2004319777A - Superconducting coil and superconducting magnet device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は超電導コイル及び超電導マグネット装置に係り、特にコイル本体を形成する超電導線の一部を電極に接続した超電導コイル及び超電導マグネット装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図1は、従来の超電導コイルの概略図であり、図2は、入口電極が形成された領域の拡大図であり、図3は、中間電極が形成された領域の拡大図である。なお、図1に示したY,Y方向は超電導コイル10の軸方向を示している。また、図3において、図2と同一構成部分に関しては、同一の符号を付す。図1に示すように、超電導コイル10は大略すると巻枠11と、コイル本体12と、入口電極13と、出口電極14と、中間電極15とにより構成されている。コイル本体12は、巻枠11に巻回された超電導線19により構成されている。入口電極13、出口電極14及び中間電極15は、銅電極17に超電導線19が接続された構成となっている。
【0003】
図2に示すように、入口電極13には、銅電極21に設けられた溝21Aに巻き始め端である超電導線19が半田付けにより接続されている。銅電極21は、ボルト22により巻枠11のフランジ16に一体に形成されており、フランジ16の開口部には、樹脂18が配設されている。なお、出口電極14には、銅電極21の溝21Aに巻き終わり端である超電導線19が接続される。入口電極13及び出口電極14は、コイル本体12に電流を供給するためのものである。
【0004】
図3に示すように、中間電極15には、銅電極21に設けられた溝21Aに2本の超電導線19が半田付けにより接続されている。銅電極21は、ボルト22により巻枠11のフランジ16に一体に形成されており、フランジ16の開口部には、樹脂18が配設されている(例えば、特許文献1参照。)。中間電極15は、クエンチした際に、コイルの内部電圧を抑制して、コイルが破壊されることを防ぐためのものである。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−217118号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コイル本体12に通電した際に発生するフープ力によりコイル本体12には、図1に示したX,X方向(超電導コイル10の周方向)に対しては広がり、Y,Y方向(超電導コイル10の軸方向)に対しては縮むという変形が生じる。このコイル本体12がY,Y方向(超電導コイル10の軸方向)に縮もうとする力により樹脂18は変位する。この時、巻枠11には殆ど変位が生じないため、入口電極13と、出口電極14と、中間電極15とのそれぞれの位置が巻枠11のフランジ16に定位された状態で、同図中の下方側に超電導線19は樹脂18と共に変位する。
【0007】
そのため、銅電極21と樹脂18との界面の超電導線19に応力が集中して、超電導線19が損傷するという問題があった。また、蓄積できるエネルギーの大きな超電導コイル10や大きいサイズの超電導コイル10においては、コイル本体12の変位が大きくなるため、銅電極21に接続された超電導線19が受ける損傷が大きくなり、超電導線19が破断するという問題があった。
【0008】
そこで本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、通電時のコイル本体の変形により、電極に接続された超電導線の損傷を防止することのできる超電導コイル及び超電導マグネット装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【0010】
請求項1記載の発明では、巻枠と、該巻枠に超電導線を巻回したコイル本体と、該超電導線が接続される電極と、前記超電導線に配設される絶縁体とを有しており、前記電極を前記絶縁体に配設し、前記電極が、通電時の前記コイル本体の変形による前記絶縁体の変位に追随して移動するよう構成したことを特徴とする超電導コイルにより、解決できる。
【0011】
上記発明によれば、超電導線が接続された電極を絶縁体に配設することにより、電極は通電時のコイル本体の変形による絶縁体の変位に追随して移動するため、電極と絶縁体との間に形成された超電導線に応力が集中することが無くなり、超電導線が損傷することを防止できる。
【0012】
請求項2記載の発明では、前記電極の前記絶縁体と接触する面には、凹凸形状が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の超電導コイルにより、解決できる。
【0013】
上記発明によれば、電極の絶縁体と接触する面に凹凸形状を形成することにより、電極と絶縁体との接触面積が大きくなり、熱伝導性が向上して、効率良く超電導線の冷却を行うことができる。また、接触面積が大きくなるため、電極と絶縁体と間の密着性を高めることができる。
【0014】
請求項3記載の発明では、前記凹凸形状には、波型の形状、針状の突起部を有した形状及び櫛状の突起部を有した形状が含まれることを特徴とする請求項2に記載の超電導コイルにより、解決できる。
【0015】
上記発明によれば、電極の絶縁体と接触する面を、波型の形状、針状の突起部を有した形状及び櫛状の突起部を有した形状とすることにより、電極と絶縁体との接触面積を大きくすることができる。
【0016】
請求項4記載の発明では、前記電極は、前記絶縁体に螺着されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の超電導コイルにより、解決できる。
【0017】
上記発明によれば、電極を絶縁体に螺着することにより、電極を絶縁体にしっかりと固定することができ、電極は通電時のコイル本体の変形による絶縁体の変位に追随して移動することができる。
【0018】
請求項5記載の発明では、移動する前記電極と電気的に接続する電気的接続部材を前記巻枠に設けたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の超電導コイルにより、解決できる。
【0019】
上記発明によれば、移動する電極と電気的に接続する電気的接続部材を巻枠に設けることにより、移動する電極に対して電気的な接続を行うことができる。
【0020】
請求項6記載の発明では、前記電気的接続部材は、前記電極と接合した第1の接合部と、前記巻枠に接合した第2の接合部と、前記第1の接合部と前記第2の接合部との間に形成され、前記電極の移動に伴い可撓する可撓部を有することを特徴とする請求項5項に記載の超電導コイルにより、解決できる。
【0021】
上記発明によれば、電気的接続部材の第1の接合部と第2の接合部との間に、電極の移動に伴い可撓する可撓部を設けることにより、移動する電極と第1の接合部との間で電気的な接続を行うことができる。
【0022】
請求項7記載の発明では、前記巻枠はフランジを有しており、前記フランジには、複数の開口部が形成され、前記複数の開口部に配設された前記絶縁体には、前記電極に前記超電導線が接続された入口電極、出口電極及び中間電極がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の超電導コイルにより、解決できる。
【0023】
上記発明によれば、巻枠のフランジに複数の開口部を形成し、電極に超電導線が接続された入口電極、出口電極及び中間電極を複数の開口部に配設された絶縁体に形成することにより、通電時に入口電極、出口電極及び中間電極は、コイル本体の変形による絶縁体の変位に追随して移動するため、入口電極、出口電極及び中間電極にそれぞれ接続された超電導線の損傷を防止できる。
【0024】
請求項8記載の発明では、前記開口部に形成された前記巻枠の軸方向の面と、前記開口部に配設された絶縁体との間には、離型剤が配設されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の超電導コイルにより、解決できる。
【0025】
上記発明によれば、開口部に形成された絶縁体と接触するフランジと絶縁体との間に離型剤を配設することにより、通電時、電極が形成された絶縁体をコイル本体の変形に合わせてスムーズに変位させることができる。
【0026】
請求項9記載の発明では、前記絶縁体には、導電性のない無機材料の粉末を前記絶縁体に対して0.1〜30%の範囲内で混合することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の超電導コイルにより、解決できる。
【0027】
上記発明によれば、導電性のない無機材料の粉末を絶縁体に対して0.1〜30%の範囲内で混合することにより、熱伝導性を向上させて、効率良くコイル本体の冷却を行うことができる。
【0028】
請求項10記載の発明では、前記導電性のない無機材料の粉末の粒径は、0.01〜100ミクロンの範囲内のものを用いることを特徴とする請求項9に記載の超電導コイルにより、解決できる。
【0029】
上記発明によれば、導電性のない無機材料の粉末の粒径として、0.01〜100ミクロンの範囲内のものを用いることにより、導電性のない無機材料の粉末が混合された絶縁体は、所望の強度及び接着能力を維持した状態で、熱伝導性を向上させることができる。
【0030】
請求項11記載の発明では、巻枠と、該巻枠に超電導線を巻回したコイル本体と、該超電導線が接続される電極と、前記超電導線に配設される絶縁体とを有しており、前記電極を前記巻枠に配設すると共に、前記電極と前記絶縁体との間に空間を形成し、該空間に位置するよう前記超電導線に弛みを持たせたことを特徴とする超電導コイルにより、解決できる。
【0031】
上記発明によれば、電極を巻枠に配設すると共に、電極と絶縁体との間に空間を形成し、該空間に位置するよう超電導線に弛みを持たせることにより、通電時のコイル本体の変形による絶縁体の変位が生じた場合、電極に接続された超電導線は、電極と絶縁体との間の空間で弛みを持つことができるため、超電導線が損傷することを防止できる。
【0032】
請求項12記載の発明では、請求項1乃至12のいずれか1項に記載の超電導コイルを備えたことを特徴とする超電導マグネット装置により、解決できる。
【0033】
上記発明によれば、通電時のコイル本体の変形による絶縁体の変位により、電極に接続された超電導線が損傷し、超電導コイルが破損することを防ぐことができる。
【0034】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【0035】
(第1実施例)
図4は、本発明の第1実施例である超電導コイルを適用した超電導マグネット装置の概略図を示したものである。図4に示すように、超電導マグネット装置30は、大略すると真空容器31と、GM(ギュフオード・マクマホン)冷凍機32と、熱シールド部材37と、一段目冷却手段45と、二段目冷却手段46と、超電導コイル50とにより構成されている。真空容器31は、大略すると容器本体33と、天板36とにより構成されている。天板36は、容器本体33の開口部を覆うように形成されている。
【0036】
真空容器31の中央部には円筒壁34で仕切られ、図4中の上下方向に貫通した円筒状空間35が形成されている。この円筒状空間35は、通電された際、高磁場空間として利用されるものである。天板36には、GM冷凍機が形成されている。真空容器31内には、熱を遮断するための熱シールド部材37が、後述する支柱42とコールドヘッド部45Bとで吊設されている。熱シールド部材37の図4中の上方には高温側冷却ステージ41が形成されている。熱シールド部材37の中央部に形成された円筒壁38は、円筒壁34に対して隙間を介在させた状態で形成されている。
【0037】
GM冷凍機32の図4中の下方には一段目冷却手段45が形成されている。一段目冷却手段45は、大略するとシリンダ部45Aと、コールドヘッド部45Bとにより構成されている。シリンダ部45Aは、GM冷凍機32の図4中の下方にGM冷凍機32と一体に形成されている。シリンダ部45Aの下方には、コールドヘッド部45Bが形成されている。コールドヘッド部45Bは、取り付けフランジ47を介してボルト48により高温側冷却ステージ41に固定されている。コールドヘッド部45Bは、取り付けフランジ47を介して高温側冷却ステージ41を冷却するためのものである。
【0038】
コールドヘッド部45Bの図4中の下方には、二段目冷却手段46が形成されている。二段目冷却手段46は、大略するとシリンダ部46Aと、コールドヘッド部46Bとにより構成されている。シリンダ部46Aは、コールドヘッド部45Bの下方に形成されており、コールドヘッド部45Bの下方にはコールドヘッド部46Bが形成されている。コールドヘッド部46Bは、取り付けフランジ53を介してボルト54により低温側冷却ステージ44に固定されている。コールドヘッド部46Bは、取り付けフランジ53及び低温冷却ステージを介して、後述する超電導コイル50を冷却するためのものである。低温側冷却ステージ44の下方には、超電導コイル50が形成されている
次に、図5乃至6を参照して、超電導コイル50について説明する。図5は、第1実施例の超電導コイルの斜視図であり、図6は、巻枠の斜視図である。図6に示した面60Bは、巻枠58の軸方向の面を示している。図5に示すように、超電導コイル50は、大略すると巻枠58と、コイル本体59と、入口電極63と、出口電極62と、中間電極64,65と、電気的接合部材56とにより構成されている。
【0039】
巻枠58は、コイル形成領域58Bと、フランジ60とから構成されており、巻枠58の中央部には巻枠58の軸方向に貫通する円筒状開口部58Aが形成されている。フランジ60には、開口部60Aが4つ形成されている。4つの開口部60Aは、電極である銅電極70と後述する超電導線とを接続して、入口電極63と、出口電極62と、中間電極64,65とを形成するための領域である。開口部60Aには、樹脂部材61が形成されている。また、樹脂部材61と面60Bとの間には、離型剤57が形成されている。離型剤57には、例えば四フッ化エチレン樹脂離型剤、シリコン離型剤等を用いることができる。
【0040】
4つの開口部60Aに形成された樹脂部材61には、入口電極63と、出口電極62と、中間電極64,65とが形成されている。コイル本体59は、巻枠58のコイル形成領域58Bに巻回された超電導線と、超電導線を覆うように形成された樹脂部材61とにより構成されている。この樹脂部材61は、絶縁体であるエポキシ樹脂に導電性のない無機材料であるファインセラミック粉末が混合されたものである。このファインセラミック粉末には、粒径が0.01〜100μmの範囲内のものを用いることができる。なお、粒径0.01μmは、製造方法の限界値であり、粒径が100μmよりも大きいと樹脂部材61の強度が低下する。また、ファインセラミック粉末は、絶縁体であるエポキシ樹脂に対して0.1〜30%の範囲内で混合すると良い。
【0041】
このように、樹脂部材61と面60Bとの間に離型剤57を形成することにより、超電導線に通電した際、入口電極63と、出口電極62と、中間電極64,65とが形成された樹脂部材61をコイル本体59の変形に合わせてスムーズに変位させることができる。また、粒径が0.01〜100ミクロンの範囲内のファインセラミック粉末を、エポキシ樹脂に対して0.1〜30%の範囲内で混合することにより、樹脂部材61は、入口電極63、出口電極62及び中間電極64,65を形成する際に必要な強度及び接着能力を保った状態で、熱伝導性が向上するため、効率良くコイル本体59を冷却することができる。
【0042】
次に、図7乃至9を参照して、入口電極63と、出口電極62と、中間電極64,65とについて説明する。図7は、図5に示した超電導コイルの平面図を示したものである。図8は、図5に示した入口電極が形成された付近のA1−A2方向の断面図であり、図9は、入口電極の斜視図を示したものである。なお、図8に示したX,X方向は、超電導コイル50の周方向を示しており、Y,Y方向は超電導コイル50の軸方向を示している。また、入口電極63と、出口電極62と、中間電極64,65との違いは、超電導線のどの端部を銅電極70に接続するかである。よって、本実施例においては、図8乃至9を参照して、主に入口電極62を例に挙げて以下の説明を行う。入口電極62は、銅電極70に超電導線69が接続された構成となっている。銅電極70には、溝70Aが形成されており、この溝70Aに超電導線69が半田付けにより接続される。銅電極70の樹脂部材61と接触する面70Bには、凹凸形状のうちの1つである波型の形状が形成されている。また、図8に示すように、フランジ60のX,X方向(超電導コイル50の周方向)には、絶縁板68が形成されている。入口電極62は、開口部60Aに形成された樹脂部材61にスタッドボルト69により固定されている。
【0043】
このように、銅電極70の樹脂部材61と接触する面70Bの形状を波型とすることにより、銅電極70を樹脂部材61に固定した際、銅電極70と樹脂部材61との接触面積が大きくなり、樹脂部材61に対しての熱伝導性が向上して、効率良く樹脂部材61及び超電導線69の冷却を行うことができる。また、接触面積が大きくなるため、銅電極70と樹脂部材61との間の密着性を高めることができる。なお、面70Bの形状は、凹凸形状であれば良く、波型の形状に限定されない。波型の形状の代わりに、例えば針状の突起部を有した形状や櫛状の突起部を有した形状を面70Bに設けても良い。針状の突起部を有した形状や櫛状の突起部を有した形状とすることにより、樹脂部材61との接触面積をさらに増加させることができる。また、スタッドボルト71を用いることにより、入口電極62は樹脂部材61にしっかりと固定される。スタッドボルト71の材質には、例えばステンレス、窒化アルミ、ジルコニア、アルミナ、マグネシア等を用いることができる。
【0044】
このように、入口電極62を樹脂部材61に形成することにより、通電時に入口電極62は、コイル本体59の変形による樹脂部材61の変位に追随して移動するため、入口電極62と樹脂部材61との間の超電導線69に応力が集中することが無くなり、超電導線69の損傷を防止できる。なお、出口電極63及び中間電極64,65は入口電極62と同様な手法により形成することができる。
【0045】
次に、図9乃至10を参照して、電気的接合部材56についての説明を行う。図10は、図9に示した電気的接合部材と形状の異なる電気的接合部材の斜視図を示したものである。なお、図10において、図9と同一な構成部分には同一符号を付す。図9に示すように、電気的接合部材56は、ボルト73によりフランジ60に固定されており、銅電極70と電気的な接続が可能な状態で接触している。電気的接合部材56と銅電極70とが接触することにより第1の接合部が形成されており、電気的接合部材56とフランジ60とが接触することにより第2の接合部が形成されている。第1の接合部と第2の接合部との間には、通電された際の超電導線69の変形による入口電極62の移動に伴い、可撓する可撓部56Aが形成されている。
【0046】
このように、可撓する可撓部56Aを設けた電気的接合部材56をフランジ60に形成することにより、通電時におけるコイル本体59の変形により移動する入口電極62に可撓部56Aが追随するため、電気的接合部材56と入口電極62との間の第1の接合部において電気的な接続を行うことができる。また、電気的接合部材56には、図10に示すような可撓部74Aを設けた電気的接合部材74を用いても良く、本実施例と同様な効果を得ることができる。なお、電気的接合部材は、第1の接合部と第2の接合部との間に、入口電極62の移動に伴い可撓する可撓部が形成されていれば良く、電気的接合部材の形状は電気的接合部材56,74の形状に限定されない。
【0047】
(第2実施例)
図11乃至12を参照して、第2実施例の超電導コイルを説明する。図11は、本発明の第2実施例の超電導コイルの入口電極を示した図であり、図12は、第2実施例の超電導コイルの中間電極を示した図である。なお、図12において、図11と同一構成部分に関しては同一符号を付す。図11に示すように、入口電極85は、大略すると銅電極79と、超電導線81とにより構成されている。超電導線81は、銅電極79に形成された溝79Aに半田付けにより接続されている。銅電極79は、ボルト82によりフランジ76に固定されている。
【0048】
フランジ76には、絶縁板76が形成されている。絶縁体である樹脂78は、銅電極79との間に空間83を形成した状態で配設されている。この空間83には、銅電極79に接続された超電導線81が弛み部81Aを持った状態で形成されている。図12に示すように、中間電極86は、空間87に銅電極79に接続された2本の超電導線81が弛み81B,81Cを持った状態で形成されている。
【0049】
このように、銅電極79と樹脂78との間に空間83,87を設けて、この空間83,87に弛み部81A〜81Cを有した超電導線81を形成することにより、通電時のコイル本体の変形による樹脂78の変位が生じた場合、銅電極79に接続された超電導線81は、空間83,87において弛んだ状態となり、超電導線81の損傷を防止することができる。上記説明した第1実施例又は第2実施例の超電導コイルを用いて、超電導マグネット装置を構成することにより、電極である銅電極に接続された超電導線の損傷を防ぐことができ、超電導マグネット装置が破損することを防止できる。
【0050】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【0051】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、電極は通電時のコイル本体の変形による絶縁体の変位に追随して移動するため、電極と絶縁体との間に形成された超電導線に応力が集中することが無くなり、超電導線が損傷することを防止できる。
【0052】
請求項2記載の発明によれば、電極と絶縁体との接触面積が大きくなり、熱伝導性が向上して、効率良く超電導線の冷却を行うことができる。また、接触面積が大きくなるため、電極と絶縁体と間の密着性を高めることができる。
【0053】
請求項3記載の発明によれば、電極の絶縁体と接触する面を、波型の形状、針状の突起部を有した形状及び櫛状の突起部を有した形状とすることにより、電極と絶縁体との接触面積を大きくすることができる。
【0054】
請求項4記載の発明によれば、電極を絶縁体に螺着することにより、電極を絶縁体にしっかりと固定することができ、電極は通電時のコイル本体の変形による絶縁体の変位に追随して移動することができる。
【0055】
請求項5記載の発明によれば、移動する電極と電気的に接続する電気的接続部材を巻枠に設けることにより、移動する電極に対して電気的な接続を行うことができる。
【0056】
請求項6記載の発明によれば、電気的接続部材の第1の接合部と第2の接合部との間に、電極の移動に伴い可撓する可撓部を設けることにより、移動する電極と第1の接合部との間で電気的な接続を行うことができる。
【0057】
請求項7記載の発明によれば、通電時に入口電極、出口電極及び中間電極は、コイル本体の変形による絶縁体の変位に追随して移動するため、入口電極、出口電極及び中間電極にそれぞれ接続された超電導線の損傷を防止できる。
【0058】
請求項8記載の発明によれば、通電時、電極が形成された絶縁体をコイル本体の変形に合わせてスムーズに変位させることができる。
【0059】
請求項9記載の発明によれば、導電性のない無機材料の粉末を絶縁体に対して0.1〜30%の範囲内で混合することにより、熱伝導性を向上させて、効率良くコイル本体の冷却を行うことができる。
【0060】
請求項10記載の発明によれば、導電性のない無機材料の粉末の粒径として、0.01〜100ミクロンの範囲内のものを用いることにより、導電性のない無機材料の粉末が混合された絶縁体は、所望の強度及び接着能力を維持した状態で、熱伝導性を向上させることができる。
【0061】
請求項11記載の発明によれば、通電時のコイル本体の変形による絶縁体の変位が生じた場合、電極に接続された超電導線は、電極と絶縁体との間の空間で弛みを持つことができるため、超電導線が損傷することを防止できる。
【0062】
請求項12記載の発明によれば、通電時のコイル本体の変形による絶縁体の変位により、電極に接続された超電導線が損傷し、超電導コイルが破損することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の超電導コイルの概略図である。
【図2】入口電極が形成された領域の拡大図である。
【図3】中間電極が形成された領域の拡大図である。
【図4】本発明の第1実施例である超電導コイルを適用した超電導マグネット装置の概略図である。
【図5】第1実施例の超電導コイルの斜視図である。
【図6】巻枠の斜視図である。
【図7】図5に示した超電導コイルの平面図を示したものである。
【図8】図5に示した入口電極が形成された付近のA1−A2方向の断面図である。
【図9】入口電極の斜視図である。
【図10】図9に示した電気的接合部材と形状の異なる電気的接合部材の斜視図である。
【図11】本発明の第2実施例の超電導コイルの入口電極を示した図である。
【図12】第2実施例の超電導コイルの中間電極を示した図である。
【符号の説明】
10、50 超電導コイル
11、58 巻枠
12、59 コイル本体
13、62、85 入口電極
14、63 出口電極
15、64、65、86 中間電極
16、60、76 フランジ
17、21、70、79 銅電極
18、78 樹脂
19、69、81 超電導線
21A、70A、79A 溝
22、48、54、73、82 ボルト
24、68、77 絶縁板
30 超電導マグネット装置
31 真空容器本体
32 冷凍機
34、38 円筒壁
35 円筒状空間
37 熱シールド部材
41 高温側冷却ステージ
42、43 支柱
44 低温側冷却ステージ
45 一段目冷却手段
45A、46A シリンダ部
45B、46B コールドヘッド部
46 二段目冷却手段
47、53 取り付けフランジ
56、74 電気的接合部材
56A、74A 可撓部
57 離型剤
58A 円筒状空間
58B コイル形成領域
60A 開口部
60B、70B 面
61 樹脂部材
71 スタッドボルト
83、87 空間
81A、82A、83A 弛み部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a superconducting coil and a superconducting magnet device, and more particularly to a superconducting coil and a superconducting magnet device in which a part of a superconducting wire forming a coil body is connected to an electrode.
[0002]
[Prior art]
FIG. 1 is a schematic view of a conventional superconducting coil, FIG. 2 is an enlarged view of a region where an entrance electrode is formed, and FIG. 3 is an enlarged view of a region where an intermediate electrode is formed. The Y and Y directions shown in FIG. 1 indicate the axial direction of the superconducting coil 10. In FIG. 3, the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 1, the superconducting coil 10 includes a
[0003]
As shown in FIG. 2, a
[0004]
As shown in FIG. 3, two
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-217118 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, due to the hoop force generated when the
[0007]
Therefore, there is a problem that stress is concentrated on the
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a superconducting coil and a superconducting magnet device capable of preventing a superconducting wire connected to an electrode from being damaged by deformation of a coil main body when energized. And
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention is characterized by taking the following means.
[0010]
The invention according to claim 1 includes a winding frame, a coil main body having a superconducting wire wound around the winding frame, an electrode to which the superconducting wire is connected, and an insulator disposed on the superconducting wire. The electrode is disposed on the insulator, the electrode, the superconducting coil characterized in that it is configured to move following the displacement of the insulator due to deformation of the coil body when energized, Solvable.
[0011]
According to the above invention, by disposing the electrode to which the superconducting wire is connected on the insulator, the electrode moves following the displacement of the insulator due to the deformation of the coil body during energization. The stress does not concentrate on the superconducting wire formed between the superconducting wires, thereby preventing the superconducting wire from being damaged.
[0012]
According to the second aspect of the present invention, the surface can be solved by the superconducting coil according to the first aspect, wherein an uneven surface is formed on a surface of the electrode that contacts the insulator.
[0013]
According to the above invention, by forming an uneven shape on the surface of the electrode that contacts the insulator, the contact area between the electrode and the insulator increases, the thermal conductivity improves, and the superconducting wire can be efficiently cooled. It can be carried out. Further, since the contact area increases, the adhesion between the electrode and the insulator can be improved.
[0014]
According to the third aspect of the present invention, the uneven shape includes a corrugated shape, a shape having a needle-like protrusion, and a shape having a comb-like protrusion. This can be solved by the superconducting coil described.
[0015]
According to the above invention, the surface of the electrode that contacts the insulator has a corrugated shape, a shape having needle-like protrusions, and a shape having comb-like protrusions. Can have a large contact area.
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a superconducting coil according to any one of the first to third aspects, wherein the electrode is screwed to the insulator.
[0017]
According to the above invention, by screwing the electrode to the insulator, the electrode can be firmly fixed to the insulator, and the electrode moves following the displacement of the insulator due to the deformation of the coil body when energized. be able to.
[0018]
According to a fifth aspect of the present invention, the superconducting coil according to any one of claims 1 to 4, wherein an electrical connection member electrically connected to the moving electrode is provided on the winding frame. ,Solvable.
[0019]
According to the above-mentioned invention, by providing an electrical connection member electrically connected to the moving electrode on the bobbin, electrical connection can be made to the moving electrode.
[0020]
In the invention described in claim 6, the electrical connection member includes a first bonding portion bonded to the electrode, a second bonding portion bonded to the bobbin, the first bonding portion and the second bonding portion. The superconducting coil according to claim 5, further comprising a flexible portion formed between the first and second joints, the flexible portion being flexible as the electrode moves.
[0021]
According to the invention, by providing a flexible portion between the first joint portion and the second joint portion of the electrical connection member, the flexible portion being flexible with the movement of the electrode, the movable electrode and the first joint are provided. An electrical connection can be made with the joint.
[0022]
In the invention according to claim 7, the winding frame has a flange, a plurality of openings are formed in the flange, and the insulator provided in the plurality of openings includes the electrode. The superconducting coil according to any one of claims 1 to 6, wherein an inlet electrode, an outlet electrode, and an intermediate electrode to which the superconducting wire is connected are formed respectively.
[0023]
According to the above invention, a plurality of openings are formed in the flange of the bobbin, and an inlet electrode, an outlet electrode, and an intermediate electrode each having a superconducting wire connected to the electrode are formed on the insulator provided in the plurality of openings. By doing so, at the time of energization, the entrance electrode, the exit electrode, and the intermediate electrode move following the displacement of the insulator due to the deformation of the coil body, so that the superconducting wires connected to the entrance electrode, the exit electrode, and the intermediate electrode are damaged. Can be prevented.
[0024]
In the invention according to claim 8, a release agent is disposed between an axial surface of the bobbin formed in the opening and an insulator disposed in the opening. The problem can be solved by the superconducting coil according to any one of claims 1 to 7.
[0025]
According to the above invention, by disposing the mold release agent between the flange and the insulator that are in contact with the insulator formed in the opening, the insulator on which the electrodes are formed can be deformed when the power is supplied. Can be smoothly displaced in accordance with
[0026]
According to a ninth aspect of the present invention, the insulator is mixed with a powder of an inorganic material having no conductivity in a range of 0.1 to 30% with respect to the insulator. 8 can be solved by the superconducting coil described in any one of 8.
[0027]
According to the above invention, the thermal conductivity is improved by mixing the non-conductive inorganic material powder in the range of 0.1 to 30% with respect to the insulator, so that the coil body can be efficiently cooled. It can be carried out.
[0028]
According to the tenth aspect of the present invention, the superconducting coil according to the ninth aspect, wherein a particle diameter of the non-conductive inorganic material powder is in a range of 0.01 to 100 microns. Solvable.
[0029]
According to the above invention, by using a non-conductive inorganic material powder having a particle diameter in the range of 0.01 to 100 microns, the insulator in which the non-conductive inorganic material powder is mixed can be used. The thermal conductivity can be improved while maintaining the desired strength and adhesive ability.
[0030]
The invention according to
[0031]
According to the above invention, the electrode is disposed on the bobbin, a space is formed between the electrode and the insulator, and the superconducting wire is slackened so as to be located in the space. When the insulator is displaced by the deformation of the superconductor, the superconducting wire connected to the electrode can have a slack in the space between the electrode and the insulator, so that the superconducting wire can be prevented from being damaged.
[0032]
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a superconducting magnet device including the superconducting coil according to any one of the first to twelfth aspects.
[0033]
According to the above-described invention, it is possible to prevent the superconducting wire connected to the electrode from being damaged by the displacement of the insulator due to the deformation of the coil body during energization, and to prevent the superconducting coil from being damaged.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0035]
(First embodiment)
FIG. 4 is a schematic diagram of a superconducting magnet device to which a superconducting coil according to a first embodiment of the present invention is applied. As shown in FIG. 4, the
[0036]
A
[0037]
A first-stage cooling means 45 is formed below the
[0038]
A second-stage cooling means 46 is formed below the cold head 45B in FIG. The second-stage cooling means 46 is roughly constituted by a
Next, the
[0039]
The
[0040]
In the
[0041]
As described above, by forming the
[0042]
Next, the
[0043]
Thus, by making the shape of the
[0044]
By forming the
[0045]
Next, the
[0046]
As described above, by forming the electrical joining
[0047]
(Second embodiment)
A superconducting coil according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is a diagram showing an entrance electrode of the superconducting coil according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a diagram showing an intermediate electrode of the superconducting coil according to the second embodiment. In FIG. 12, the same components as those in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 11, the
[0048]
An insulating
[0049]
As described above, the
[0050]
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications may be made within the scope of the present invention described in the appended claims. Deformation and modification are possible.
[0051]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, since the electrode moves following the displacement of the insulator due to the deformation of the coil body at the time of energization, stress concentrates on the superconducting wire formed between the electrode and the insulator. This prevents the superconducting wire from being damaged.
[0052]
According to the second aspect of the present invention, the contact area between the electrode and the insulator is increased, the thermal conductivity is improved, and the superconducting wire can be efficiently cooled. Further, since the contact area increases, the adhesion between the electrode and the insulator can be improved.
[0053]
According to the third aspect of the present invention, the surface of the electrode in contact with the insulator has a corrugated shape, a shape having needle-like protrusions, and a shape having comb-like protrusions. The contact area between the insulator and the insulator can be increased.
[0054]
According to the fourth aspect of the present invention, by screwing the electrode to the insulator, the electrode can be firmly fixed to the insulator, and the electrode follows the displacement of the insulator due to the deformation of the coil body during energization. You can move.
[0055]
According to the fifth aspect of the present invention, the electric connection member electrically connected to the moving electrode is provided on the bobbin, so that the moving electrode can be electrically connected.
[0056]
According to the sixth aspect of the present invention, the movable electrode is provided between the first joint and the second joint of the electrical connection member by providing a flexible portion that flexes with the movement of the electrode. An electrical connection can be made between the first junction and the first junction.
[0057]
According to the invention described in claim 7, the entrance electrode, the exit electrode, and the intermediate electrode move following the displacement of the insulator due to the deformation of the coil body when energized, so that they are connected to the entrance electrode, the exit electrode, and the intermediate electrode, respectively. Damage of the superconducting wire can be prevented.
[0058]
According to the invention described in claim 8, at the time of energization, the insulator on which the electrodes are formed can be smoothly displaced in accordance with the deformation of the coil body.
[0059]
According to the ninth aspect of the present invention, the heat conductivity is improved by mixing the non-conductive inorganic material powder within the range of 0.1 to 30% with respect to the insulator, so that the coil can be efficiently formed. The body can be cooled.
[0060]
According to the tenth aspect of the present invention, the non-conductive inorganic material powder is mixed by using the non-conductive inorganic material powder having a particle size in the range of 0.01 to 100 microns. The insulator can improve thermal conductivity while maintaining desired strength and adhesive ability.
[0061]
According to the eleventh aspect of the present invention, when the insulator is displaced due to the deformation of the coil body during energization, the superconducting wire connected to the electrode has slack in the space between the electrode and the insulator. Therefore, it is possible to prevent the superconducting wire from being damaged.
[0062]
According to the twelfth aspect of the invention, it is possible to prevent the superconducting wire connected to the electrode from being damaged by the displacement of the insulator due to the deformation of the coil main body during energization, thereby preventing the superconducting coil from being damaged.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a conventional superconducting coil.
FIG. 2 is an enlarged view of a region where an entrance electrode is formed.
FIG. 3 is an enlarged view of a region where an intermediate electrode is formed.
FIG. 4 is a schematic diagram of a superconducting magnet device to which a superconducting coil according to a first embodiment of the present invention is applied.
FIG. 5 is a perspective view of the superconducting coil of the first embodiment.
FIG. 6 is a perspective view of a bobbin.
FIG. 7 is a plan view of the superconducting coil shown in FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view in the A1-A2 direction near the entrance electrode shown in FIG. 5;
FIG. 9 is a perspective view of an entrance electrode.
FIG. 10 is a perspective view of an electrical connecting member having a different shape from the electrical connecting member shown in FIG. 9;
FIG. 11 is a view showing an inlet electrode of a superconducting coil according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a view showing an intermediate electrode of the superconducting coil of the second embodiment.
[Explanation of symbols]
10,50 superconducting coil
11,58 reel
12, 59 Coil body
13, 62, 85 Inlet electrode
14, 63 Exit electrode
15, 64, 65, 86 Intermediate electrode
16, 60, 76 flange
17, 21, 70, 79 Copper electrode
18, 78 resin
19, 69, 81 Superconducting wire
21A, 70A, 79A Groove
22, 48, 54, 73, 82 bolts
24, 68, 77 insulating plate
30 Superconducting magnet device
31 Vacuum container body
32 refrigerator
34, 38 Cylindrical wall
35 cylindrical space
37 Heat shield member
41 High-temperature side cooling stage
42, 43 props
44 Low-temperature side cooling stage
45 First-stage cooling means
45A, 46A cylinder
45B, 46B Cold head
46 Second stage cooling means
47, 53 Mounting flange
56, 74 Electrical joining members
56A, 74A Flexible part
57 Release agent
58A cylindrical space
58B coil formation area
60A opening
60B, 70B surface
61 Resin member
71 stud bolt
83, 87 space
81A, 82A, 83A Loose section
Claims (12)
該巻枠に超電導線を巻回したコイル本体と、
該超電導線が接続される電極と、
前記超電導線に配設される絶縁体とを有しており、
前記電極を前記絶縁体に配設し、
前記電極が、通電時の前記コイル本体の変形による前記絶縁体の変位に追随して移動するよう構成したことを特徴とする超電導コイル。A bobbin,
A coil body in which a superconducting wire is wound around the winding frame;
An electrode to which the superconducting wire is connected;
And an insulator disposed on the superconducting wire,
Disposing the electrode on the insulator;
The superconducting coil is characterized in that the electrode is configured to move following the displacement of the insulator due to the deformation of the coil main body when energized.
前記巻枠に接合した第2の接合部と、
前記第1の接合部と前記第2の接合部との間に形成され、前記電極の移動に伴い可撓する可撓部を有することを特徴とする請求項5項に記載の超電導コイルA first bonding portion bonded to the electrode, the electrical connection member;
A second joint portion joined to the bobbin;
The superconducting coil according to claim 5, further comprising a flexible portion formed between the first joint and the second joint, and configured to flex with movement of the electrode.
前記フランジには、複数の開口部が形成され、
前記複数の開口部に配設された前記絶縁体には、前記電極に前記超電導線が接続された入口電極、出口電極及び中間電極がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の超電導コイル。The bobbin has a flange,
A plurality of openings are formed in the flange,
7. The insulator provided in the plurality of openings is formed with an inlet electrode, an outlet electrode, and an intermediate electrode each having the superconducting wire connected to the electrode. The superconducting coil according to any one of the above.
前記開口部に配設された絶縁体との間には、離型剤が配設されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の超電導コイル。An axial surface of the bobbin formed in the opening,
The superconducting coil according to any one of claims 1 to 7, wherein a release agent is disposed between the insulating member and the insulator disposed in the opening.
該巻枠に超電導線を巻回したコイル本体と、
該超電導線が接続される電極と、
前記超電導線に配設される絶縁体とを有しており、
前記電極を前記巻枠に配設すると共に、
前記電極と前記絶縁体との間に空間を形成し、該空間に位置するよう前記超電導線に弛みを持たせたことを特徴とする超電導コイル。A bobbin,
A coil body in which a superconducting wire is wound around the winding frame;
An electrode to which the superconducting wire is connected;
And an insulator disposed on the superconducting wire,
Disposing the electrode on the bobbin;
A superconducting coil, wherein a space is formed between the electrode and the insulator, and the superconducting wire has slack so as to be located in the space.
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JP2018098420A (en) * | 2016-12-15 | 2018-06-21 | 古河電気工業株式会社 | Connection structure of superconducting wire rod |
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