JP2008028097A - Superconducting electromagnet - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば、単結晶引上装置等に用いられ、水平磁場を発生する超電導電磁石に関するものである。 The present invention relates to a superconducting electromagnet that is used in, for example, a single crystal pulling apparatus and generates a horizontal magnetic field.
例えば、シリコン単結晶引上装置では、良質な単結晶を得るために、円筒型炉を内蔵する真空チャンバの外周部に磁場を印加して、シリコンの対流を抑制する方法が採用されている。従来から、磁場を印加する方法として、1対の鞍形のコイルを持つ常電導電磁石を単結晶引上げ用炉の周りに設置し、0.2テスラ程度の水平な磁場を発生するものが知られている。しかし、常電導電磁石を使用した単結晶引上げ装置では常電導コイルを使用しているため、消費電力が数十kWと大きく、効率的な運転が難しかった。
そこで、常電導電磁石に替えて、超電導電磁石を使用する技術として、例えば、磁界発生部が、結晶引上部の両側に設けられた一対の超電導コイルからなる主コイルと、これらの主コイルより直径が小さく同軸で励磁方向が逆の一対の副コイルとで構成され、主コイル及び副コイルがルツボ側に湾曲した鞍形コイルである磁界印加式単結晶製造装置が開示されている(特許文献1参照)。
For example, in a silicon single crystal pulling apparatus, in order to obtain a high-quality single crystal, a method is adopted in which a magnetic field is applied to the outer periphery of a vacuum chamber containing a cylindrical furnace to suppress silicon convection. Conventionally, as a method of applying a magnetic field, a normal conductive magnet having a pair of saddle-shaped coils is installed around a single crystal pulling furnace to generate a horizontal magnetic field of about 0.2 Tesla. ing. However, since a single crystal pulling apparatus using a normal conductive magnet uses a normal conductive coil, the power consumption is as large as several tens of kW, making it difficult to operate efficiently.
Therefore, as a technique of using a superconducting magnet instead of a normal conducting magnet, for example, the magnetic field generator has a main coil composed of a pair of superconducting coils provided on both sides of the crystal pulling upper part, and a diameter larger than these main coils. A magnetic field application type single crystal manufacturing apparatus is disclosed, which is composed of a pair of sub-coils that are small and coaxial and have opposite excitation directions, and in which the main coil and the sub-coil are saddle-shaped coils curved to the crucible side (see Patent Document 1). ).
超電導コイルを用いた超電導電磁石の場合、超電導線に電流が流れると磁場を発生すると共に、発生した磁場により超電導線自体に大きな電磁力が働く。この電磁力により超電導線の変形量が大きくなると超電導線の相互間に緩みが生じるなどによって、超電導コイルがクエンチしやすくなり、十分な電流を流せなくなるという問題が発生する。特に、鞍形の超電導コイルの場合、その構造上強固なコイルを形成することが困難であった。上記の特許文献1に示す単結晶製造装置では、ルツボ領域での磁界均一度の改善を図るために、主コイル及び副コイルを鞍形超電導コイルで構成したものであるが、鞍形超電導コイルを強固に形成する手段についての言及は無く、いかにして電磁力に対して変形しない強固なコイルを形成するかが依然として重要な課題であった。
In the case of a superconducting electromagnet using a superconducting coil, a magnetic field is generated when a current flows through the superconducting wire, and a large electromagnetic force acts on the superconducting wire itself due to the generated magnetic field. When the amount of deformation of the superconducting wire is increased by this electromagnetic force, the superconducting coil is easily quenched due to loosening between the superconducting wires, and a problem arises that a sufficient current cannot flow. In particular, in the case of a saddle-shaped superconducting coil, it is difficult to form a strong coil because of its structure. In the single crystal manufacturing apparatus shown in
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、大きな電磁力に耐える強固な超電導コイルを備えた超電導電磁石を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a superconducting electromagnet having a strong superconducting coil that can withstand a large electromagnetic force.
この発明の超電導電磁石は、一対の超電導コイルと、超電導コイルをその冷媒と共に内部に収納するヘリウム容器と、ヘリウム容器を収納する円筒状の真空容器と、真空容器内に配設されてヘリウム容器を包囲する熱シールドとを有し、真空容器の軸線に直交する方向に磁場を発生させる超電導電磁石において、超電導コイルは、超電導線が長円状に巻回されて形成された平板状のコイルを単位コイルとし、複数個の単位コイルが長軸又は短軸方向に曲げられて積層され、樹脂で一体に固着されて鞍形に形成されているものである。 The superconducting electromagnet of the present invention includes a pair of superconducting coils, a helium container that houses the superconducting coil together with the refrigerant, a cylindrical vacuum container that houses the helium container, and a helium container disposed in the vacuum container. In a superconducting electromagnet having a surrounding heat shield and generating a magnetic field in a direction perpendicular to the axis of the vacuum vessel, the superconducting coil is a flat coil formed by winding a superconducting wire in an oval shape. A plurality of unit coils are bent and laminated in the major axis or minor axis direction, and are integrally fixed with resin to form a coil.
この発明の超電導電磁石によれば、超電導線を長円状に巻回して形成した平板状の単位コイルを、長軸又は短軸方向に曲げて複数個積層し、樹脂で一体に固着して全体を鞍形の超電導コイルに形成したので、大きな電磁力に対しても変形しない強固な鞍形超電導コイルを得ることができ、安定して強い水平磁場を供給する超電導電磁石を提供することができる。 According to the superconducting electromagnet of the present invention, a plurality of flat unit coils formed by winding a superconducting wire in an oval shape are bent in the major axis or minor axis direction and laminated together, and then fixed integrally with a resin. Is formed into a saddle-shaped superconducting coil, a strong saddle-shaped superconducting coil that is not deformed even by a large electromagnetic force can be obtained, and a superconducting electromagnet that stably supplies a strong horizontal magnetic field can be provided.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1による超電導電磁石を示す断面図である。先ず、図に基づいて超電導電磁石の概略構成から説明する。図のように、超電導電磁石は、水平磁場を発生させる一対の超電導コイル1と、超電導コイル1をその冷媒である液体ヘリウム2と共に内部に収納するヘリウム容器3と、ヘリウム容器3を真空断熱空間内に格納する円筒状の真空容器4と、ヘリウム容器3を包囲して真空容器4内に配設され、ヘリウム容器3に浸入する輻射熱を低減する熱シールド5とを備えている。
1 is a cross-sectional view showing a superconducting electromagnet according to
ヘリウム容器3は、円筒状のコイル支持枠6と、その外周側を覆う外筒7とが一体になって構成されており、このコイル支持枠6に、鞍形をした1対の超電導コイル1が左右に対向配置されて支持されている。更に、超電導コイル1を固定するために、コイル支持枠6にコイル押え部材8が設けられており、このコイル押え部材8は、超電導コイル1に発生する電磁力のうち、外周面に対し面方向の電磁力を支持する側枠部8aと、外周面に対し法線方向の電磁力を支持する押え板部8bとで構成されている。超電導コイル1の詳細については後述する。
The
真空容器4の外部には、ヘリウム容器3及び熱シールド5を冷却する冷凍機9が、真空容器4に設けられた冷凍機取付ジャケット10を介して取付けられている。冷凍機9は、60K程度の温度に冷却される60Kステージ11と、4K程度の温度に冷却される4Kステージ12とを備え、60Kステージ11は、熱シールド5を60K程度に冷却し、4Kステージ12は、ヘリウム容器3に接続して4K程度に冷却し、内部に充填されている液体ヘリウム3を再凝縮させるように構成されている。
更に、冷凍機9は、別に設置されている圧縮機(図示せず)に接続されて、2.3MPa程度の高圧ガスの供給を受け、1MPa程度の低圧のガスを返している。
A refrigerator 9 for cooling the
Further, the refrigerator 9 is connected to a separately installed compressor (not shown), is supplied with a high-pressure gas of about 2.3 MPa, and returns a low-pressure gas of about 1 MPa.
超電導電磁石は以上のように構成されており、超電導コイル1はヘリウム容器3に充填された液体ヘリウム2により冷却され、超電導になる温度に維持される。ヘリウム容器3を収容する真空容器4は、内部が真空引されて空気の対流が絶たれ、更にヘリウム容器3と真空容器4との間に設けられた熱シールド5が冷凍機9により冷却されているので、真空容器4側からの輻射熱が遮蔽され、非常に良い断熱がなされている。
このため、超電導電磁石として強力な水平磁場を発生することができるので、例えば、単結晶引上装置に使用された場合、単結晶原料が充填された炉に水平磁場を提供して、良質な単結晶の引上げに供することができる。
The superconducting electromagnet is configured as described above, and the
For this reason, a strong horizontal magnetic field can be generated as a superconducting electromagnet. Therefore, for example, when used in a single crystal pulling apparatus, a horizontal magnetic field is provided to a furnace filled with a single crystal raw material to provide a high-quality single magnetic field. It can be used for pulling up crystals.
本実施の形態の発明は、上記のように構成した超電導電磁石の超電導コイル1の構成に特徴を有するものなので、以下、この超電導コイル1について更に詳しく説明する。
超電導電磁石は前述のように鞍形の超電導コイル1を有しており、この超電導コイル1は次のような3段階の手順で製作される。
第1段階:平板のパンケーキ状にコイルを巻く。
第2段階:パンケーキ状のコイルを鞍形に曲げると共に積層して一体化する。
第3段階:一体化した鞍形コイルをコイル支持枠に取付けると共に、口出しリードを接続する。
そこで、次に上記の製作手順に沿って説明する。
Since the invention of the present embodiment is characterized by the configuration of the
The superconducting electromagnet has the bowl-shaped
1st stage: A coil is wound in the shape of a flat pancake.
Second stage: A pancake-shaped coil is bent into a bowl shape and laminated and integrated.
Third stage: The integrated saddle coil is attached to the coil support frame and the lead is connected.
Then, it demonstrates along said manufacture procedure next.
先ず、第1段階では、巻線機(図示せず)に取付けた巻線治具を利用し、超電導線を所定のターン数だけ巻線する。図2はその巻線治具の一例を示す図である。巻線治具13は巻芯部13aとそれを挟むように設けられた巻枠フランジ部13bとが取り外し可能に組み合わされて構成されている。巻線治具13の巻芯部13aに断面がほぼ矩形状の超電導線14をセットし、巻線治具13を回転させて内側から外側へ巻回していく。巻き上がったコイルを図3に示す。図のように、平面から見て長円状(レーストラック状)に巻回された平たいパンケーキ状のコイルとなっている。以下、この状態のものを「単位コイル」と称する。単位コイル15は、巻始め部分を所定の長さだけ引き出して巻き始めリード線15aとしておき、同じように巻き終わり部分を所定の長さだけ引き出して巻き終わりリード線15bとする。
このような単位コイル15を、右巻きに巻回したものと、左巻きに巻回したものを同数個だけ用意する。
First, in the first stage, a superconducting wire is wound by a predetermined number of turns using a winding jig attached to a winding machine (not shown). FIG. 2 is a view showing an example of the winding jig. The winding
Only the same number of
単位コイル15の素材である超電導線14には、予め加熱すると軟らかくなり、冷えると接着する樹脂を塗布しておき、巻線治具13に巻回した状態で加熱融着させ、硬化させた後、巻枠フランジ部13bを巻芯部13aから外し、単位コイル15を取り出す。こうすることで、樹脂が接着剤となって超電導線14がばらばらになるのを防止している。
The
樹脂は超電導線14に予め塗布しておく以外に、例えば、図4に示すような塗布具16を用いて塗布しても良い。すなわち、図のように、巻線機(図示せず)の前段に、樹脂を貯蔵した樹脂容器17を設置し、樹脂容器17の前後の壁面に設けた貫通穴17aに超電導線14を貫通させて走行させる。樹脂容器17内を走行中に樹脂が付着し、出口側の貫通穴17aでしごかれて超電導線14の表面に均一に塗布される。貫通穴17a部から漏れる樹脂は、下部に設置した受け皿18で回収するようになっている。なお、このときの樹脂は、加熱硬化形型の樹脂を使用し、巻線完了後に加熱硬化さる。
In addition to applying the resin to the
次に、第2段階について説明する。第2段階ではコイル積層治具を使用してコイルを積層していくが、これに先立ち、単位コイル15を予め鞍形に成形しておく。図5は単位コイル15の成形を示す概念図である。図5に示すように、平板状に巻回された単位コイル15を成形機19の型枠20とローラ21間に挿入し、ローラ21を型枠20に沿って回転させることにより所定の曲率に単位コイル15を成形する。
なお、図5の成形機は一例を示すものであり、これに限定するものではない。
Next, the second stage will be described. In the second stage, coils are stacked using a coil stacking jig. Prior to this, the
In addition, the molding machine of FIG. 5 shows an example, and is not limited to this.
湾曲させた単位コイル15を、コイル積層治具を用いて成形する。図6はコイル積層治具の斜視図で、一部を断面で示している。コイル積層治具22は、円筒型をしたコイル受け部23と、積層する単位コイル15の幅側を規制する側板部24と、外周方向から押圧する押え板部25とで構成されている。
このコイル積層治具22に所定の枚数の単位コイル15を、右巻きのものと左巻きのものを交互にはめ込み積層していく。このとき、積層した単位コイル15が上層になるほど曲げ半径が大きくなるため、曲げ方向の両端がずれてくるので、発生する隙間に合わせた大きさの、ガラスエポキシ等でできたスペーサ26を、幅方向の片側又は両側に詰めていく。
なお、単位コイル15の曲げ方向は、超電導コイル1の形状によっては、短軸方向の場合もある。
The
A predetermined number of unit coils 15 are alternately inserted into the
The bending direction of the
積層した単位コイル15がばらばらにならないように、積層する単位コイル15間に樹脂を介在させて、単位コイル15同士をその樹脂により接着して一体化する。
この方法としては、例えば、積層する段階で1層ごとに単位コイル15の表面に樹脂を塗布すればよい。別の方法として、樹脂を塗布又は含浸した絶縁シート27を単位コイル間に挿入しながら積層する。更に別の方法として、コイル積層治具22の側板部24に貫通孔24aを設け、単位コイル15を積層した後、単位コイル15が積層されている内部空間を真空引きして樹脂を注入し、加熱炉に入れて加熱硬化させてもよい。この場合は、真空引きができるよう側板部24と押え板部25間にシール28を挟んでボルト等により締め付けてシール構造とする。
これらの作業において、コイル受け部23のコイル当接部、側板部24の内側、及び、押え板部25の内側には、コイル接着に用いた樹脂が接着しないように、例えば、シリコン系樹脂を塗布して離形処理を施しておく。
In order to prevent the laminated unit coils 15 from being separated, a resin is interposed between the laminated unit coils 15, and the unit coils 15 are bonded together by the resin to be integrated.
As this method, for example, a resin may be applied to the surface of the
In these operations, for example, silicon resin is used to prevent the resin used for coil bonding from adhering to the coil contact portion of the
樹脂を加熱硬化させた後、コイル積層治具22を解体し、積層され単位コイル15を取り出すと、図7に示すように鞍形に成形された超電導コイル1が完成する。超電導コイル1は、図に示すように巻き始めリード線15aと巻き終わりリード線15bが導出した形状となっている。
After the resin is cured by heating, the
次に、第3段階では、図8に示すように単位コイル15を一体化した鞍形の超電導コイル1を超電導電磁石のコイル支持枠6に取付ける。コイル支持枠6には、超電導コイル1の形状に合わせたコイル押え部材8の側枠部8aが溶接等によって固着されているので、側枠部8aの内側に鞍形の超電導コイル1を挿入し、外周側からコイル押え部材8の押え板部8bをボルト等で締め付けて固定する。この、コイル支持枠6や側枠部8a,押え板部8bの材料としては、強度的に優れ且つ非磁性である、例えばステンレス鋼が用いられている。
なお、コイル支持枠6,側枠部8a,押え板部8bの内側には、超電導コイル1と接着しないように、例えば、シリコン系樹脂をコーティングして離型処理をしておく。
Next, in the third stage, as shown in FIG. 8, the bowl-shaped
In addition, for example, a silicone resin is coated on the inner side of the
超電導コイル1をコイル支持枠6に取り付け後、隣接する単位コイル15の、巻き始めリード線15a同士、及び、巻き終わりリード線15b同士を、例えば半田付け等で順に接続して一対の超電導コイル1を完成させる。
これ以降は、コイル支持枠6に外筒7を組み合わせてヘリウム容器3を形成させ、図1に示すように、熱シールド5で包囲して真空容器4に収納し、冷凍機9、及びその他の部品を組み立てて超電導電磁石を完成させる。
After the
Thereafter, the
以上のように、本実施の形態の発明によれば、超電導線を長円状に巻回して形成した平板状の単位コイルを、長軸又は短軸方向に曲げて複数個積層し、樹脂で一体に固着して全体を鞍形の超電導コイルに形成したので、大きな電磁力に対しても変形しない強固な鞍形超電導コイルを得ることができ、安定して強い水平磁場を供給する超電導電磁石を提供することができる。 As described above, according to the invention of the present embodiment, a plurality of flat unit coils formed by winding a superconducting wire in an oval shape are bent in the major axis or minor axis direction, and are laminated with resin. Since the whole is formed into a bowl-shaped superconducting coil that is fixed integrally, a strong bowl-shaped superconducting coil that does not deform even with large electromagnetic force can be obtained, and a superconducting electromagnet that stably supplies a strong horizontal magnetic field Can be provided.
また、超電導線に、加熱融着性の樹脂が塗布されたものを使用し、巻線後に加熱することにより樹脂を硬化させて単位コイルを形成したので、一体的に強固に固着した単位コイルを得ることができ、強固な超電導コイルを形成することができる。 In addition, since a unit coil was formed by using a superconducting wire coated with a heat-fusible resin, and curing the resin by heating after winding, the unit coil firmly fixed integrally was formed. And a strong superconducting coil can be formed.
また、積層する複数個の単位コイル間に加熱融着性の樹脂を介在させ、積層後に加熱させて一体化させるようにしたので、簡単な構成で強固な超電導コイルを容易に得ることができる。 In addition, since a heat-fusible resin is interposed between a plurality of unit coils to be laminated and heated and integrated after lamination, a strong superconducting coil can be easily obtained with a simple configuration.
更にまた、超電導コイルは、離形処理をしたコイル積層治具によって、積層された複数の単位コイルを鞍形に一体的に形成した後、コイル支持枠に組み込むようにしたので、専用の治具を用いて効率よく強固な超電導コイルを製作でき、また、超電導電磁石の他の部分と並行して組立作業ができるため作業性が向上する。 Furthermore, since the superconducting coil is formed by integrally forming a plurality of unit coils in a bowl shape with a coil stacking jig that has been subjected to release processing, it is incorporated into the coil support frame. Can be used to efficiently manufacture a strong superconducting coil, and the assembly work can be performed in parallel with other parts of the superconducting electromagnet, improving workability.
実施の形態2.
以下、この発明の実施の形態2による超電導電磁石を図に基づいて説明する。超電導電磁石の全体構成については、実施の形態1の図1と同等なので、装置全体の説明は省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。相違点は、単位コイルを積層して超電導コイルとする構成部分である。
A superconducting electromagnet according to
単位コイルを複数段積み重ね、超電導線が連続して巻回された1個の超電導コイルに形成するが、実施の形態1では、右巻きコイルと左巻きコイルを交互に積み重ね、隣り合う上下の単位コイルの、内側の口出しリード同士、及び外側の口出しリード同士を接続した。本実施の形態の超電導コイルでは、この右巻きと左巻きの2個(2層)の単位コイルを一体に形成したものである。すなわち、2個の単位コイルをその中間点を巻はじめとし、それぞれ終端方向に逆方向に巻回して、連続する2層の単位コイルとして形成したものである。以下、図に基づいて説明する。 A plurality of unit coils are stacked and formed into one superconducting coil in which superconducting wires are continuously wound. In the first embodiment, right-handed coils and left-handed coils are alternately stacked, and adjacent upper and lower unit coils. The inner lead-out leads and the outer lead-out leads were connected to each other. In the superconducting coil of the present embodiment, the right-handed and left-handed two (two layers) unit coils are integrally formed. That is, two unit coils are formed as a continuous two-layer unit coil, starting from the middle point thereof, and wound in opposite directions in the terminal direction. Hereinafter, description will be given based on the drawings.
図9は、本実施の形態の単位コイルの巻線治具29を示す図である。巻線治具29は中仕切り部30を挟んで2つの巻芯部31a,31bがあり、その外側には巻枠フランジ部32a,32bが着脱できるように設けられている。上側の巻枠フランジ部32bと中仕切り部30にはスリットが形成されており、中仕切り部30のスリットの部分が2個の単位コイルの内渡りリード部となる。また、巻枠フランジ部32bの上部に、仮巻ドラム33が着脱自在に固定されている。
FIG. 9 is a diagram showing a winding
次に、この巻線治具29を使用した巻線作業について説明する。
先ず、巻線治具29を巻線機(図示せず)に取付け、超電導線14を単位コイルの1個分の長さだけ、予め仮巻ドラム33に巻き取っておく。この超電導線14を切らずに繋げたまま、仮巻ドラム33の巻き終わり部分を巻線治具29の中仕切り部30のスリットに通し、下側の巻芯部31aの中心側から巻始めて外側に巻き上げていく。こうして下側の単位コイルが巻き終われば口出しリード線を残し超電導線14を切断し、ばらばらにならないように固定する。
次に仮巻ドラム33を外して図示しない巻線機のドラム側にセットし、巻線治具29の上側の巻芯部31bの内側から外側へ、上側の単位コイルを巻上げて、巻き終わりの口出しリードを固定する。
Next, the winding work using this winding
First, the winding
Next, the temporary winding
図10は、巻き上がって2層が1組となったペアコイル34の平面図である。また、図11は図10のXI−XIから見た断面図である。図に示すように、下側の単位コイル34aと上側の単位コイル34bは内周側の渡りリード線で繋がって、この部分が内渡り部34cとなっている。従って、2層の単位コイル34a,34bの各外周側のみに、口出しリード線34d,34eが引き出された状態となる。
なお、巻線したペアコイル34を鞍形の超電導コイル1の形状に一体的に成形し、コイル支持枠6に組み込んで超電導電磁石とする、これ以降の作業については、実施の形態1と同等なので、説明は省略する。
FIG. 10 is a plan view of the
Since the
以上のように、本実施の形態の発明によれば、2層分の単位コイルの下側と上側の中間点を超電導線の巻始めとし、各単位コイルを終端方向に逆方向に巻回して、2層を連続して形成したので、実施の形態1の効果に加え、2層分の単位コイルを一度に巻くことができるため、巻線作業時間が短縮でき、また、口出しリードの本数が少なくなるので、接続作業時間を短縮することができると共に、接続部が減り信頼性が向上する。 As described above, according to the present embodiment, the lower and upper intermediate points of the unit coils for two layers are used as the winding start of the superconducting wire, and each unit coil is wound in the reverse direction in the terminal direction. Since two layers are formed continuously, in addition to the effects of the first embodiment, unit coils for two layers can be wound at one time, so that the winding work time can be shortened and the number of lead leads is reduced. Therefore, the connection work time can be shortened, and the number of connection parts is reduced to improve the reliability.
実施の形態3.
図12はこの発明の実施の形態3による超電導電磁石の超電導コイルの要部を示す断面図である。超電導電磁石の全体構成、及び超電導コイルの外形形状については、実施の形態1の図1と同等なので、それらの説明は省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。実施の形態1においては、単位コイルを積層する際に、コイル積層治具を使用して積層し、一体化して超電導コイルに成形したのち装置本体に組み込んだが、本実施の形態では、超電導電磁石のヘリウム容器3を構成するコイル支持枠6に単位コイルを直接積層して組み立てるものである。
12 is a cross-sectional view showing a main part of a superconducting coil of a superconducting electromagnet according to
コイル支持枠6に積層するとき、単位コイル15がコイル支持枠6の曲面に沿うように、例えば、実施の形態1の図5で説明した成形機を用いて、予め単位コイル15を鞍形に成形しておく。成形した単位コイル15を、図12のコイル断面図に示すように、コイル支持枠6に所定の個数だけ積層する。このとき、単位コイル間には樹脂を含浸させた絶縁シート35を挿入する。なお、絶縁シート35に替えて、予め単位コイル15の表面に樹脂を塗布しておいても良い。
積層した単位コイル15の外周とコイル支持枠6及びコイル押え部材8の側枠部8a,押え板部8bとの間にも絶縁材36を挿入している。
When laminating the
An insulating
更に、超電導コイルの全体を包むように、樹脂の浸透しないシールフィルム37で覆っている。
このシールフィルムの作用について説明する。上記のように積層後、全体を加熱融着させることにより、強固な超電導コイル1に仕上げるが、このとき、シールフィルム37が無い場合は、超電導コイル1が樹脂によってコイル支持枠6及び側枠部8a,押え板部8bに接着する。接着した状態に放置すると、低温に冷却された際の熱応力と超電導コイル1を励磁した際に発生する電磁力により樹脂が割れる虞があり、これが超電導破壊の原因に繋がる。シールフィルム37はこれを回避するためのものである。
Further, the entire superconducting coil is covered with a sealing
The operation of this seal film will be described. After the lamination as described above, the whole is heated and fused to finish the strong
なお、接着剤の役目をする樹脂を、上記では単位コイル15の層間に絶縁シートを挟み込み、更に、外周に絶縁材を挿入したが、シールフィルム37を袋状にし、内部を真空引きして樹脂を真空含浸させても良い。
また、超電導コイル1とコイル支持枠6及び側枠部8a,押え板部8bとが接着するのを防止する方法として、シールフィルム37に替えて、コイル支持枠6,側枠部8a,押え板部8bにシリコン系樹脂を塗布するなどにより離形処理を施しても良い。
また、単位コイルは、実施の形態2で説明したようなペアコイルであっても良い。
In the above, the resin serving as an adhesive is an insulating sheet sandwiched between the layers of the
Further, as a method for preventing the
Further, the unit coil may be a pair coil as described in the second embodiment.
以上のように、本実施の形態の発明によれば、超電導コイルは、コイル支持枠に予め湾曲させた単位コイルを積層し、コイル押え部材で固定し、樹脂を硬化させて一体化したので、コイル形状が変わった際にも新たな治具を製作する必要が無く、また、コイル支持枠に添った形状で超電導コイルの樹脂部が含浸されるので、超電導コイルをコイル支持枠に取付ける際にも製作誤差等による変形が少なく、超電導状態の安定性を向上させることができる。 As described above, according to the invention of the present embodiment, the superconducting coil is formed by laminating unit coils previously curved on the coil support frame, fixing with the coil pressing member, and curing and integrating the resin. There is no need to make a new jig when the coil shape changes, and the resin part of the superconducting coil is impregnated in a shape that conforms to the coil support frame, so when attaching the superconducting coil to the coil support frame However, there is little deformation due to manufacturing errors, and the stability of the superconducting state can be improved.
また、積層した単位コイルの外周面とコイル支持枠及びコイル押え部材との間にシールフィルムを挿入したので、単位コイル側に施した樹脂がコイル支持枠及びコイル押え部材に付着することがないため、低温に冷却された際の熱応力と超電導コイルを励磁した際に発生する電磁力により樹脂が割れるのを防止でき、信頼性の高い超電導電磁石を得ることができる。 Further, since the seal film is inserted between the outer peripheral surface of the laminated unit coils and the coil support frame and the coil pressing member, the resin applied to the unit coil side does not adhere to the coil support frame and the coil pressing member. The resin can be prevented from cracking due to the thermal stress when cooled to a low temperature and the electromagnetic force generated when the superconducting coil is excited, and a highly reliable superconducting magnet can be obtained.
更にまた、コイル支持枠及びコイル押え部材の単位コイルが接する面に、シリコン系樹脂をコーティングしたので、簡単な構成で上記と同様の効果を得ることができる。 Furthermore, since the silicon-based resin is coated on the surface of the coil support frame and the coil pressing member that are in contact with the unit coil, the same effect as described above can be obtained with a simple configuration.
なお、実施の形態1〜3では、超電導コイル1をコイル支持枠6の外周側に取り付けた場合を説明したが、ヘリウム容器3の外筒7の内周側に取り付けても良い。そうすれば、超電導コイルに発生する電磁力を外筒で受け止めることができるので、コイル押え部材が薄いもので良く、締結も簡単となるため、作業時間が短縮でき、コスト低減できる。
In the first to third embodiments, the case where the
1 超電導コイル 2 液体ヘリウム
3 ヘリウム容器 4 真空容器
5 熱シールド 6 コイル支持枠
7 外筒 8 コイル押え部材
8a 側枠部 8b 押え板部
9 冷凍機 10 冷凍機取付ジャケット
11 60Kステージ 12 4Kステージ
13 巻線治具 13a 巻芯部
13b 巻枠フランジ部 14 超電導線
15 単位コイル 15a 巻き始めリード線
15b 巻き終わりリード線 16 塗布具
17 樹脂容器 17a 貫通穴
18 受け皿 19 成形機
20 型枠 21 ローラ
22 コイル積層治具 23 コイル受け部
24 側板部 24a 貫通穴
25 押え板部 26 スペーサ
27 絶縁シート 28 シール
29 巻線治具 30 中仕切り部
31a,31b 巻芯部 32a,32b 巻枠フランジ部
33 仮巻ドラム 34 ペアコイル
34a,34b 単位コイル 34c 内渡り部
34d,34e 口出しリード線 35 絶縁シート
36 絶縁材 37 シールフィルム。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
上記超電導コイルは、超電導線が長円状に巻回されて形成された平板状のコイルを単位コイルとし、複数個の上記単位コイルが長軸又は短軸方向に曲げられて積層され、樹脂で一体に固着されて鞍形に形成されていることを特徴とする超電導電磁石。 A pair of superconducting coils, a helium container that houses the superconducting coil together with its refrigerant, a cylindrical vacuum container that houses the helium container, and heat that is disposed in the vacuum container and surrounds the helium container A superconducting magnet having a shield and generating a magnetic field in a direction perpendicular to the axis of the vacuum vessel,
The superconducting coil is a flat coil formed by winding a superconducting wire in an oval shape as a unit coil, and a plurality of the unit coils are bent in the major axis or minor axis direction and laminated. A superconducting electromagnet characterized by being integrally fixed and formed into a bowl shape.
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