JP2008311526A - Superconductive coil, and quench prevention method of superconductive coil - Google Patents

Superconductive coil, and quench prevention method of superconductive coil Download PDF

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Shingo Kasai
信吾 笠井
Yasuto Kataoka
保人 片岡
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a superconductive coil capable of preventing occurrence of a quench phenomenon without strongly constraining a superconductive wire. <P>SOLUTION: This super conductive coil is structured to be excited at an ultralow temperature, and provided with: a winding frame 10 including a cylindrical shaft part 11, and a pair of flange parts 12 and 13 extended in a radially-outer direction from both axial ends of the shaft part 11; a superconductive wire 20 spirally wound around the outer periphery of the shaft part 11, and impregnated with a resin in its wound state; and a reinforcing material 50 connected to both the pair of flange parts 12 and 13 at least at an ultralow temperature, and restraining the pair of flange parts 12 and 13 from coming close to each other by thermal contraction. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、極低温下で励磁される超電導コイルおよび超電導コイルのクエンチ防止方法に関し、特に、軸方向両端にフランジ部を有する略円筒状の巻枠に超電導線材を螺旋状に巻回して構成される超電導コイルおよび超電導コイルのクエンチ防止方法に関するものである。   The present invention relates to a superconducting coil excited at a cryogenic temperature and a method for preventing quenching of a superconducting coil, and in particular, is configured by spirally winding a superconducting wire around a substantially cylindrical winding frame having flange portions at both axial ends. The present invention relates to a superconducting coil and a method for preventing quenching of a superconducting coil.

従来、強磁界を発生させる超電導コイルは、円筒状の軸部とこの軸部の軸方向両端から径外方向に延設されるフランジ部とを有する巻枠に超電導線材を螺旋状に巻回することにより構成されており、極低温(約4.2K以下)に冷却した状態で通電することにより励磁されるようになっている。   Conventionally, a superconducting coil that generates a strong magnetic field spirally winds a superconducting wire around a winding frame having a cylindrical shaft portion and a flange portion extending radially outward from both axial ends of the shaft portion. And is excited by energization in a state of being cooled to a very low temperature (about 4.2 K or less).

このような励磁状態にある超電導コイルでは、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により超電導線材(ここでは、巻回状態にある超電導線材の集合体)を超電導コイルの径方向に膨らませようとするフープ力が当該超電導線材に作用する。これにより、超電導線材が微小変位するので、その変位部分で摩擦熱が生じ、クエンチ現象が発生する場合があるという不都合がある。   In such a superconducting coil in an excited state, an attempt is made to expand the superconducting wire (in this case, a collection of superconducting wires in a wound state) in the radial direction of the superconducting coil by the interaction between the energizing current and the magnetic field generated by itself. The hoop force that acts on the superconducting wire. Thereby, since the superconducting wire is slightly displaced, there is a disadvantage that frictional heat is generated at the displaced portion and a quench phenomenon may occur.

上記不都合を解消するために、例えば特許文献1のような技術が提案されている。この特許文献1では、超電導線材に加わる軸方向圧力(軸圧)を大きくして当該超電導線材を強く拘束することによって、超電導線材が微小変位するのを未然に防止し、クエンチ現象の発生を防いでいる。
特開平5−182819号公報
In order to solve the above inconvenience, for example, a technique as disclosed in Patent Document 1 has been proposed. In this patent document 1, the axial pressure (axial pressure) applied to the superconducting wire is increased to strongly restrain the superconducting wire, thereby preventing the superconducting wire from being displaced minutely and preventing the occurrence of the quench phenomenon. It is out.
JP-A-5-182819

ところで、上記特許文献1のような構成では、十分なクエンチ防止効果を得るためには、超電導線材に対する大きな拘束力が必要となる。しかしながら、このような超電導線材に大きな拘束力を付与する手段には構造的・技術的な限界が存在する。また、大き過ぎる拘束力は超電導線材にとってあまり好ましいものではない。   By the way, in a structure like the said patent document 1, in order to acquire sufficient quenching prevention effect, the big restraint force with respect to a superconducting wire is required. However, there are structural and technical limitations in the means for applying a large restraining force to such a superconducting wire. In addition, an excessively large restraining force is not preferable for a superconducting wire.

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、超電導線材を強く拘束することなく、クエンチ現象の発生を防止することが可能な超電導コイルおよび超電導コイルのクエンチ防止方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a superconducting coil and a superconducting coil quench prevention method capable of preventing the occurrence of a quench phenomenon without strongly constraining the superconducting wire. The purpose is to provide.

上記目的を達成するにあたって、本願発明者らは、超電導線材に対する拘束力の増強ではなく、当該拘束力を抑制することに想到した。すなわち、従来では、強い拘束力によって超電導線材が変位する確率を減らすことが可能であるが、万が一、超電導線材が何らかの理由で微小変位した時には、大きな力で拘束していた分だけ当該変位に伴って発生する摩擦熱が大きくなり、クエンチに繋がり易い。逆に、超電導線材に対する拘束力を抑えれば、超電導線材が微小変位してもその時に発生する摩擦熱は小さく、前記微小変位を起点とするクエンチ現象は却って起こり難い。   In achieving the above object, the inventors of the present application have conceived not to increase the restraining force on the superconducting wire but to suppress the restraining force. In other words, conventionally, it is possible to reduce the probability that the superconducting wire is displaced by a strong restraining force, but in the unlikely event that the superconducting wire is slightly displaced for some reason, the superconducting wire is accompanied by the displacement by the amount restrained by a large force. The frictional heat generated in the process increases and is likely to be quenched. On the other hand, if the restraining force on the superconducting wire is suppressed, the frictional heat generated at that time is small even if the superconducting wire is slightly displaced, and the quenching phenomenon starting from the minute displacement hardly occurs.

このような観点からなされた本発明の超電導コイルは、極低温下で励磁される超電導コイルであって、円筒状の軸部と、この軸部の軸方向両端から径外方向に延設される一対のフランジ部とを含む巻枠と、前記軸部の外周に螺旋状に巻回され、その巻回状態で含浸材に含浸される超電導線材と、少なくとも極低温下で、前記一対のフランジ部に連結されて、当該一対のフランジ部が熱収縮により互いに接近するのを抑制する補強材とを備えることを特徴とする。   The superconducting coil of the present invention made from such a viewpoint is a superconducting coil excited at a cryogenic temperature, and extends in a radially outward direction from a cylindrical shaft portion and both axial ends of the shaft portion. A winding frame including a pair of flange portions, a superconducting wire spirally wound around the outer periphery of the shaft portion and impregnated in the impregnated material in the wound state, and the pair of flange portions at least at an extremely low temperature And a reinforcing material that suppresses the pair of flange portions from approaching each other due to thermal contraction.

なお、本発明における「連結」とは、フランジ部と補強材とが直に接触して直接的に力を及ぼし合う状態のみならず、両者が他の部材を介して間接的に力を及ぼし合う状態をも含んでいる。   In addition, the “connection” in the present invention is not only a state in which the flange portion and the reinforcing material are in direct contact with each other and exerting a force directly, but both exert forces indirectly through other members. Also includes state.

本発明の超電導コイルでは、上記のように、一対のフランジ部に連結される補強材により、極低温下で一対のフランジ部が互いに接近するのを抑制する構成としたので、一対のフランジ部が互いに接近することで超電導線材に加わる軸方向圧力(軸圧)を、前記補強材により小さくすることができる。これにより、超電導線材に対する拘束力を弱めることができるので、当該超電導線材が微小変位してもその時に発生する摩擦熱を小さくすることができ、超電導線材の微小変位を起点とするクエンチ現象を起こり難くすることができる。従って、超電導線材を強く拘束することなくクエンチ現象の発生を防止することができる。   In the superconducting coil of the present invention, as described above, the reinforcing material connected to the pair of flange portions is configured to suppress the pair of flange portions from approaching each other at an extremely low temperature. The axial pressure (axial pressure) applied to the superconducting wire by approaching each other can be reduced by the reinforcing material. As a result, the restraining force on the superconducting wire can be weakened, so that even if the superconducting wire is slightly displaced, the frictional heat generated at that time can be reduced, and a quenching phenomenon starting from the minute displacement of the superconducting wire occurs. Can be difficult. Therefore, it is possible to prevent the quench phenomenon from occurring without strongly restraining the superconducting wire.

また、上記のように、巻回状態で含浸材に含浸された超電導線材を用いることによって、超電導線材の局所的な変位を抑制することができるので、当該超電導線材が部分的に微小変位することを起点とするクエンチ現象の発生を未然に抑えることができる。なお、上記含浸材としては、樹脂や水(氷)等を挙げることができる。   In addition, as described above, by using the superconducting wire impregnated in the impregnated material in the wound state, local displacement of the superconducting wire can be suppressed, and thus the superconducting wire is partially displaced slightly. The occurrence of a quenching phenomenon starting from can be suppressed in advance. Examples of the impregnating material include resin and water (ice).

上記請求項1に記載の超電導コイルにおいて、好ましくは、前記補強材は、前記巻枠の熱収縮率よりも小さい、もしくは同等の熱収縮率を有している(請求項2)。   In the superconducting coil according to claim 1, preferably, the reinforcing material has a thermal contraction rate smaller than or equal to the thermal contraction rate of the winding frame (claim 2).

このように構成すれば、冷却時に、補強材が巻枠よりも大きく熱収縮することがない。そして、巻枠の熱収縮率と等しい熱収縮率の補強材を用いた場合には、補強材の軸方向の熱収縮量が巻枠の軸方向の熱収縮量と等しくなるので、例えば補強材を常温下で一対のフランジ部に互いに離間する方向の負荷を加える状態で当該一対のフランジ部に連結すれば、極低温下で巻枠の軸方向の熱収縮に対して補強材を突っ張らせることができる。これにより、一対のフランジ部に互いに離間する方向の力を作用させることができるので、補強材により極低温下で一対のフランジ部同士の接近を抑制することができる。   If comprised in this way, at the time of cooling, a reinforcing material will not heat-shrink larger than a winding frame. When a reinforcing material having a thermal contraction rate equal to the thermal contraction rate of the reel is used, the amount of thermal contraction in the axial direction of the reinforcing member becomes equal to the thermal contraction amount in the axial direction of the reel. If a load is applied to the pair of flange portions in a state of separating them from each other at a normal temperature, the reinforcing material is stretched against the thermal contraction in the axial direction of the reel at an extremely low temperature. Can do. Thereby, since the force of the direction which mutually separates can be made to act on a pair of flange part, the approach of a pair of flange part can be suppressed under a cryogenic temperature by a reinforcing material.

一方、巻枠の熱収縮率よりも小さい熱収縮率の補強材を用いた場合には、補強材の軸方向の熱収縮量が巻枠の軸方向の熱収縮量よりも小さくなる。このため、例えば補強材を常温下で一対のフランジ部に互いに離間する方向の負荷を加える状態で当該一対のフランジ部に連結すれば、極低温下で巻枠の軸方向の熱収縮に対して補強材を十分に突っ張らせることができるので、一対のフランジ部に互いに離間する方向の力を十分に作用させることができる。これにより、補強材により極低温下で一対のフランジ部同士の接近を十分に抑制することができる。   On the other hand, when a reinforcing material having a thermal contraction rate smaller than the thermal contraction rate of the reel is used, the axial thermal contraction amount of the reinforcing member is smaller than the axial thermal contraction amount of the reel. For this reason, for example, if the reinforcing material is connected to the pair of flange portions in a state of applying a load in the direction away from each other to the pair of flange portions at room temperature, the thermal contraction in the axial direction of the reel at an extremely low temperature. Since the reinforcing material can be sufficiently stretched, it is possible to sufficiently apply a force in a direction away from each other to the pair of flange portions. Thereby, the approach of a pair of flange parts can be fully suppressed under a cryogenic temperature by a reinforcing material.

また、巻枠の熱収縮率よりも小さい熱収縮率の補強材を用いた場合には、例えば補強材を常温下で一対のフランジ部に対して無負荷となる状態で当該フランジ部に連結したとしても、極低温下で巻枠の軸方向の熱収縮に対して補強材を突っ張らせることができるので、一対のフランジ部に互いに離間する方向の力を作用させることができる。これにより、当該補強材により極低温下で一対のフランジ部同士の接近を容易に抑制することができる。   Further, when a reinforcing material having a thermal contraction rate smaller than the thermal contraction rate of the reel is used, for example, the reinforcing material is connected to the flange part in a state where no load is applied to the pair of flange parts at room temperature. However, since the reinforcing material can be stretched against the thermal contraction in the axial direction of the reel at an extremely low temperature, forces in a direction away from each other can be applied to the pair of flange portions. Thereby, the approach of a pair of flange parts can be easily suppressed under the cryogenic temperature by the reinforcing material.

上記請求項1または2に記載の超電導コイルにおいて、少なくとも一方のフランジ部よりも径外方向に張り出す姿勢で当該フランジ部の前記軸方向外側に設けられて、前記巻枠を支持する支持部材を備え、前記フランジ部は、前記支持部材に固定され、前記補強材は、前記フランジ部の径方向外側の位置で前記支持部材に連結される構成であってもよい(請求項3)。   The superconducting coil according to claim 1 or 2, wherein a support member is provided on the outer side in the axial direction of the flange portion so as to project radially outward from at least one of the flange portions, and supports the winding frame. The flange portion may be fixed to the support member, and the reinforcing member may be connected to the support member at a radially outer position of the flange portion.

このように構成した場合、巻枠を支持するために当該巻枠の軸方向外側に設けた支持部材を有効に利用して、極低温下で一対のフランジ部が互いに接近するのを抑制することができる。   When configured in this way, the support member provided on the outer side in the axial direction of the reel is effectively used to support the reel, and the pair of flange portions are prevented from approaching each other at an extremely low temperature. Can do.

上記請求項1〜3のいずれか一項に記載の超電導コイルにおいて、前記フランジ部は、前記超電導線材の巻回領域の径方向外側に位置する外縁部を含み、前記補強材は、前記外縁部に軸方向内側から連結される構成であってもよい(請求項4)。   The superconducting coil according to any one of claims 1 to 3, wherein the flange portion includes an outer edge portion located on a radially outer side of a winding region of the superconducting wire, and the reinforcing member includes the outer edge portion. It may be configured to be coupled to the inner side in the axial direction (claim 4).

このように構成した場合、極低温下で、補強材がフランジ部を径方向内側から直接押圧して、フランジ部に離間方向の力を作用させることができる。これにより、フランジ部と補強材とを固定するための固定具を別途必要とせずに、簡単な構成で、フランジ部同士の接近を抑制することが可能になる。   When comprised in this way, a reinforcement material can press a flange part directly from radial inside, and the force of a separation direction can be made to act on a flange part under cryogenic temperature. Thereby, it becomes possible to suppress the approach of flange parts by a simple structure, without requiring the fixing tool for fixing a flange part and a reinforcing material separately.

上記請求項1〜4のいずれか一項に記載の超電導コイルにおいて、好ましくは、前記補強材は、円筒状に形成され、その軸方向が前記巻枠の軸方向と一致する姿勢で前記フランジ部に連結されている(請求項5)。   In the superconducting coil according to any one of claims 1 to 4, preferably, the reinforcing member is formed in a cylindrical shape, and the flange portion has a posture in which an axial direction thereof coincides with an axial direction of the winding frame. (Claim 5).

このように構成すれば、例えば板状の補強材を一対のフランジ部に連結させる場合と比較して、円筒状の補強材の軸方向の圧縮力に対する強度がより高いので、円筒状の補強材により極低温下で一対のフランジ部の接近をより効率良く抑制することができる。   If comprised in this way, since the intensity | strength with respect to the compressive force of the axial direction of a cylindrical reinforcement material is higher compared with the case where a plate-shaped reinforcement material is connected with a pair of flange part, for example, a cylindrical reinforcement material Thus, the approach of the pair of flange portions can be more efficiently suppressed at an extremely low temperature.

また、本発明の超電導コイルのクエンチ防止方法は、極低温下で励磁される超電導コイルのクエンチ防止方法であって、円筒状の軸部と、この軸部の軸方向両端から径外方向に延設される一対のフランジ部とを含む巻枠を準備する工程と、前記軸部の外周に超電導線材を螺旋状に巻回する工程と、前記軸部に巻回した前記超電導線材を含浸材に含浸する工程と、前記一対のフランジ部に補強材を連結してコイル体を形成する工程と、前記コイル体を極低温まで冷却するとともに、極低温下で、前記一対のフランジ部が熱収縮により互いに接近するのを前記補強材によって抑制する工程とを備えることを特徴とする。   Further, the quenching prevention method for a superconducting coil according to the present invention is a quenching prevention method for a superconducting coil excited at a cryogenic temperature, and extends from a cylindrical shaft portion and both axial ends of the shaft portion radially outward. A step of preparing a winding frame including a pair of flange portions to be provided; a step of spirally winding a superconducting wire around the outer periphery of the shaft; and the superconducting wire wound around the shaft as an impregnating material. A step of impregnating; a step of forming a coil body by connecting a reinforcing material to the pair of flange portions; and cooling the coil body to a cryogenic temperature, and the pair of flange portions by thermal contraction at a cryogenic temperature. And a step of suppressing the approach to each other by the reinforcing material.

この超電導コイルのクエンチ防止方法では、上記のように、一対のフランジ部に連結される補強材により、極低温下で一対のフランジ部が互いに接近するのを抑制するようにしたので、一対のフランジ部が互いに接近することで超電導線材に加わる軸方向圧力(軸圧)を、前記補強材により小さくすることができる。これにより、超電導線材に対する拘束力を弱めることができるので、当該超電導線材が微小変位してもその時に発生する摩擦熱を小さくすることができ、超電導線材の微小変位を起点とするクエンチ現象を起こり難くすることができる。従って、超電導線材を強く拘束することなくクエンチ現象の発生を防止することができる。   In this superconducting coil quench prevention method, as described above, the reinforcing material connected to the pair of flange portions suppresses the pair of flange portions from approaching each other at an extremely low temperature. The axial pressure (axial pressure) applied to the superconducting wire when the parts approach each other can be reduced by the reinforcing material. As a result, the restraining force on the superconducting wire can be weakened, so that even if the superconducting wire is slightly displaced, the frictional heat generated at that time can be reduced, and a quenching phenomenon starting from the minute displacement of the superconducting wire occurs. Can be difficult. Therefore, it is possible to prevent the quench phenomenon from occurring without strongly restraining the superconducting wire.

また、上記のように、巻回状態の超電導線材を含浸材に含浸することによって、超電導線材の局所的な変位を抑制することができるので、当該超電導線材が部分的に微小変位することを起点とするクエンチ現象の発生を未然に抑えることができる。   Further, as described above, by impregnating the impregnated material with the wound superconducting wire, local displacement of the superconducting wire can be suppressed, so that the superconducting wire is partially displaced slightly. The occurrence of the quenching phenomenon can be suppressed in advance.

本発明の超電導コイルおよび超電導コイルのクエンチ防止方法によれば、一対のフランジ部に連結される補強材により、極低温下で一対のフランジ部が互いに接近するのを抑制するようにしたので、一対のフランジ部が互いに接近することで超電導線材に加わる軸方向圧力(軸圧)を、前記補強材により小さくすることができる。これにより、超電導線材に対する拘束力を弱めることができるので、当該超電導線材が微小変位してもその時に発生する摩擦熱を小さくすることができ、超電導線材の微小変位を起点とするクエンチ現象を起こり難くすることができる。従って、超電導線材を強く拘束することなくクエンチ現象の発生を防止することができる。   According to the superconducting coil and the method for preventing quenching of a superconducting coil according to the present invention, the reinforcing material connected to the pair of flange portions suppresses the pair of flange portions from approaching each other at an extremely low temperature. The axial pressure (axial pressure) applied to the superconducting wire when the flange portions of each other approach each other can be reduced by the reinforcing material. As a result, the restraining force on the superconducting wire can be weakened, so that even if the superconducting wire is slightly displaced, the frictional heat generated at that time can be reduced, and a quenching phenomenon starting from the minute displacement of the superconducting wire occurs. Can be difficult. Therefore, it is possible to prevent the quench phenomenon from occurring without strongly restraining the superconducting wire.

また、巻回状態の超電導線材を含浸材に含浸することによって、超電導線材の局所的な変位を抑制することができるので、当該超電導線材が部分的に微小変位することを起点とするクエンチ現象の発生を未然に抑えることができる。   In addition, by impregnating the impregnated material with the wound superconducting wire, local displacement of the superconducting wire can be suppressed, so that the quench phenomenon starting from the minute displacement of the superconducting wire partially occurs. Occurrence can be suppressed in advance.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態による超電導コイルの全体構成を示した正面断面図であり、図2は、図1に示した超電導コイルの上面図である。また、図3は、図1に示した超電導コイルの組立途中の状態を示した正面断面図である。まず、図1〜図3を参照して、本発明の第1実施形態による超電導コイルの全体構成について説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a front sectional view showing the overall configuration of the superconducting coil according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a top view of the superconducting coil shown in FIG. FIG. 3 is a front sectional view showing a state during the assembly of the superconducting coil shown in FIG. First, with reference to FIGS. 1-3, the whole structure of the superconducting coil by 1st Embodiment of this invention is demonstrated.

本実施形態の超電導コイルは、MRI装置やNMR装置等の超電導マグネット装置に具備されるものであり、極低温(約4.2K以下)に冷却した状態で通電することにより励磁されるように構成されている。この超電導コイルは、図1に示すように、アルミニウムからなる巻枠10と、NbTiからなる超電導線材20と、ステンレス鋼(SUS)からなるベースプレート30およびトッププレート40とを備えている。なお、ベースプレート30およびトッププレート40は、本発明の「支持部材」に相当する。   The superconducting coil of this embodiment is provided in a superconducting magnet apparatus such as an MRI apparatus or NMR apparatus, and is configured to be excited by energization in a state cooled to a very low temperature (about 4.2 K or less). Has been. As shown in FIG. 1, the superconducting coil includes a winding frame 10 made of aluminum, a superconducting wire 20 made of NbTi, a base plate 30 and a top plate 40 made of stainless steel (SUS). The base plate 30 and the top plate 40 correspond to the “support member” of the present invention.

巻枠10は、円筒状の軸部11と、この軸部11の軸方向両端から径外方向に延びるように設けられた一対のフランジ部12,13とを含んでいる。軸部11は、超電導線材20を巻回する部位である。また、軸部11の内径側には、当該超電導コイルにより形成される磁場領域(図示せず)が位置している。フランジ部12,13は、それぞれ、当該フランジ部12,13の内径側の端部が軸部11の軸方向端部に連設されている。これらのフランジ部12,13は、軸部11に巻回された超電導線材20の軸方向の端部位置を規制する機能を有している。   The reel 10 includes a cylindrical shaft portion 11 and a pair of flange portions 12 and 13 provided so as to extend radially outward from both axial ends of the shaft portion 11. The shaft portion 11 is a portion around which the superconducting wire 20 is wound. A magnetic field region (not shown) formed by the superconducting coil is located on the inner diameter side of the shaft portion 11. In the flange portions 12 and 13, end portions on the inner diameter side of the flange portions 12 and 13 are connected to an axial end portion of the shaft portion 11, respectively. These flange portions 12 and 13 have a function of regulating the end position in the axial direction of the superconducting wire 20 wound around the shaft portion 11.

超電導線材20は、軸部11の外周に螺旋状(またはソレノイド状)に巻回されている。また、超電導線材20は、軸部11に巻回された状態で樹脂や水(氷)等の含浸材に含浸されるように構成されており、これによって巻回状態にある超電導線材20の局所的な変位を抑制している。なお、本実施形態の超電導線材20は、巻回状態にある超電導線材の集合体を示している。また、超電導線材20の材料としては、上記NbTi以外のNbSnおよびNbAl等を挙げることができる。 The superconducting wire 20 is wound around the outer periphery of the shaft portion 11 in a spiral shape (or a solenoid shape). Further, the superconducting wire 20 is configured to be impregnated with an impregnating material such as resin or water (ice) in a state of being wound around the shaft portion 11, and thereby the local area of the superconducting wire 20 in a wound state. Is suppressed. In addition, the superconducting wire 20 of this embodiment has shown the aggregate | assembly of the superconducting wire in a winding state. Further, examples of the material of the superconducting wire 20 include Nb 3 Sn and Nb 3 Al other than the NbTi.

ベースプレート30およびトッププレート40は、巻枠10を支持するためのものである。これらのプレート30,40の構成材料は、変形し難いものであれば上記ステンレス鋼以外の材料でもよい。ベースプレート30は、平板状に形成されており、フランジ部13の外周縁よりも径外方向に張り出す姿勢で巻枠10の軸方向の一端(図1では下端)側に配設されている。そして、上記フランジ部13は、その下面がベースプレート30の上面と面接触する状態で複数のボルト61により当該ベースプレート30に固定されている。また、フランジ部13は、その径方向の略中間部位が前記複数のボルト61によって当該ベースプレート30に固定されている。   The base plate 30 and the top plate 40 are for supporting the winding frame 10. The constituent materials of these plates 30 and 40 may be materials other than the stainless steel as long as they are difficult to deform. The base plate 30 is formed in a flat plate shape, and is disposed on one end (the lower end in FIG. 1) in the axial direction of the reel 10 so as to protrude outward in the radial direction from the outer peripheral edge of the flange portion 13. The flange portion 13 is fixed to the base plate 30 with a plurality of bolts 61 in a state where the lower surface thereof is in surface contact with the upper surface of the base plate 30. Further, the flange portion 13 is fixed to the base plate 30 by a plurality of bolts 61 at a substantially intermediate portion in the radial direction.

トッププレート40は、平板状に形成されており、フランジ部12の外周縁よりも径外方向に張り出す姿勢で巻枠10の軸方向の他端(図1では上端)側に配設されている。そして、上記フランジ部12は、その径方向の略中間部位が複数組のボルト62およびナット63によって当該トッププレート40に固定されている。このボルト62は、フランジ部12に埋め込み固定されるとともにトッププレート40の図略の貫通孔に挿通されており、当該ボルト62のトッププレート40上方への突出先端にナット63を螺合させて締付け方向に回転させることによって、フランジ部12とトッププレート40とが固定されるように構成されている。   The top plate 40 is formed in a flat plate shape, and is disposed on the other end (upper end in FIG. 1) in the axial direction of the reel 10 in a posture of projecting radially outward from the outer peripheral edge of the flange portion 12. Yes. The flange portion 12 is fixed to the top plate 40 by a plurality of sets of bolts 62 and nuts 63 at a substantially intermediate portion in the radial direction. The bolt 62 is fixedly embedded in the flange portion 12 and is inserted through a through hole (not shown) of the top plate 40. A nut 63 is screwed into a projecting tip of the bolt 62 above the top plate 40 and tightened. By rotating in the direction, the flange portion 12 and the top plate 40 are configured to be fixed.

なお、本実施形態では、フランジ部13のベースプレート30への取付けが、フランジ部12のトッププレート40への取付けに先立って行われる。   In the present embodiment, the attachment of the flange portion 13 to the base plate 30 is performed prior to the attachment of the flange portion 12 to the top plate 40.

また、上記一対のプレート30,40には、それぞれ、軸部11に対応する位置に孔部31,41が形成されている。これらの孔部31,41は、軸部11の内径側の磁場領域に対する開口として機能する。   The pair of plates 30 and 40 are formed with holes 31 and 41 at positions corresponding to the shaft 11 respectively. These holes 31 and 41 function as openings for the magnetic field region on the inner diameter side of the shaft 11.

ここで、第1実施形態の超電導コイルは、図1および図2に示すように、ステンレス鋼(SUS)からなる補強材50を備えている。この補強材50は、フランジ部12,13の外径よりも大きい内径の円筒状に形成されており、当該補強材50の軸方向が巻枠10の軸方向と一致する姿勢で一対のプレート30,40間に介設されている。具体的には、補強材50の上端部51がトッププレート40にボルト64により固定されるとともに、補強材50の下端部52がベースプレート30にボルト65により固定されている。なお、補強材50を例えば溶接等によりプレート30,40に取り付けてもよい。   Here, the superconducting coil of 1st Embodiment is provided with the reinforcing material 50 which consists of stainless steel (SUS), as shown in FIG. 1 and FIG. The reinforcing member 50 is formed in a cylindrical shape having an inner diameter larger than the outer diameter of the flange portions 12 and 13, and the pair of plates 30 in a posture in which the axial direction of the reinforcing member 50 coincides with the axial direction of the winding frame 10. , 40 is interposed. Specifically, the upper end portion 51 of the reinforcing member 50 is fixed to the top plate 40 with bolts 64, and the lower end portion 52 of the reinforcing member 50 is fixed to the base plate 30 with bolts 65. In addition, you may attach the reinforcing material 50 to the plates 30 and 40 by welding etc., for example.

また、補強材50は、図3に示すように、当該超電導コイルの組立て前の状態で、その軸方向長さが巻枠10の軸方向長さよりも長くなるように寸法設計されている。このため、当該超電導コイルの組立て時におけるボルト締め前の段階では、フランジ部12とトッププレート40との間に所定の隙間(図3参照)が形成されている。そして、上記隙間は、ナット63の締付け動作に伴って徐々に狭くなり、最終的には図1に示すようにフランジ部12の上面とトッププレート40の下面とが面接触するように構成されている。そして、ボルト締め後の状態では、一対のフランジ部12,13の間隔がボルト締め前よりも大きくなるように、すなわち、フランジ部12,13に互いに離間する方向の負荷が加わった状態で、補強材50が当該プレート30,40に取付けられている。このように本実施形態では、超電導コイルの組立て状態で、既に、補強材50に軸方向の圧縮力が加わるとともに、一対のフランジ部12,13に軸方向外側への引張り力が加わっている。そして、補強材50は、その軸方向の熱収縮率が巻枠10の軸方向の熱収縮率よりも小さくなるように構成されていることから、冷却に伴う軸方向の収縮量が巻枠10よりも少なくなり、これによって極低温下で一対のフランジ部12,13が熱収縮により互いに接近するのを十分に抑制するように機能する。   Further, as shown in FIG. 3, the reinforcing member 50 is dimensioned so that its axial length is longer than the axial length of the winding frame 10 before the superconducting coil is assembled. For this reason, a predetermined gap (see FIG. 3) is formed between the flange portion 12 and the top plate 40 at a stage before bolting when the superconducting coil is assembled. The gap is gradually narrowed as the nut 63 is tightened, and finally the upper surface of the flange portion 12 and the lower surface of the top plate 40 are in surface contact as shown in FIG. Yes. Then, in the state after the bolt tightening, the reinforcement is performed so that the distance between the pair of flange portions 12 and 13 is larger than that before the bolt tightening, that is, the flange portions 12 and 13 are loaded in a direction away from each other. A material 50 is attached to the plates 30 and 40. As described above, in the present embodiment, in the assembled state of the superconducting coil, an axial compressive force is already applied to the reinforcing member 50 and an axially outward tensile force is applied to the pair of flange portions 12 and 13. The reinforcing member 50 is configured such that its axial thermal contraction rate is smaller than the axial thermal contraction rate of the winding frame 10. Thus, the pair of flange portions 12 and 13 function to sufficiently suppress the approach of each other due to thermal contraction at a cryogenic temperature.

なお、上述した本実施形態の構成は、巻枠10の熱収縮率よりも小さい熱収縮率の材料からなる補強材50を用いた場合で、かつ、両者の熱収縮率の差のみでは軸圧を小さくする効果が十分に得られないと判断された場合に、好適に採用される構成である。   In addition, the structure of this embodiment mentioned above is a case where the reinforcing material 50 which consists of a material with a thermal contraction rate smaller than the thermal contraction rate of the winding frame 10 is used, and axial pressure is only in the difference of both thermal contraction rates. This is a configuration that is preferably employed when it is determined that the effect of reducing the size cannot be sufficiently obtained.

これに対して、巻枠10の熱収縮率よりも小さい熱収縮率の材料からなる補強材50を用いた場合で、かつ、両者の熱収縮率の差のみで軸圧を小さくする効果が十分に得られると判断された場合には、上記実施形態の構成とは異なる構成が採用される。すなわち、補強材50の軸方向長さが巻枠10の軸方向長さとほぼ等しくなるように寸法設計され、当該超電導コイルの組立て時におけるボルト締め前の段階では、フランジ部12とトッププレート40との間に所定の隙間が形成されないように、つまり、超電導コイルの組立て状態で、補強材50を一対のフランジ部12,13に対して無負荷となる状態でプレート30,40に取付ける構成が採用される。   On the other hand, when the reinforcing material 50 made of a material having a thermal contraction rate smaller than the thermal contraction rate of the winding frame 10 is used, the effect of reducing the axial pressure only by the difference between the two thermal contraction rates is sufficient. If it is determined that the configuration is obtained, a configuration different from the configuration of the above embodiment is employed. That is, the dimension is designed so that the axial length of the reinforcing member 50 is substantially equal to the axial length of the winding frame 10, and at the stage before the bolting at the time of assembling the superconducting coil, the flange portion 12 and the top plate 40 A configuration is adopted in which the reinforcing member 50 is attached to the plates 30 and 40 in a state where no load is applied to the pair of flange portions 12 and 13 in the assembled state of the superconducting coil so that a predetermined gap is not formed between them. Is done.

また、巻枠10の熱収縮率と同等の熱収縮率の材料からなる補強材50を用いた場合には、上記実施形態の構成を採用することが必須となる。   Moreover, when the reinforcing material 50 made of a material having a thermal contraction rate equivalent to the thermal contraction rate of the winding frame 10 is used, it is essential to adopt the configuration of the above embodiment.

なお、フランジ部12は、図2に示すように、複数のボルト62およびナット63が、巻枠10の軸心Rを中心とする同心円上にかつ軸心Rを基準に対称となる位置に配されるように、トッププレート40に固定されている。また、図示は省略するが、ボルト61についても上記と同様の構成となっている。さらに、本実施形態では、径方向内側のボルト62およびナット63と、径方向外側のボルト64とが、軸心Rを通る同一線上に配置されるように構成されている。また、図示は省略するが、ボルト61,65についても同様の構成となっている。これらのことから、補強材50が巻枠10の軸方向の熱収縮に対抗して突っ張ることに起因してフランジ部12,13に加わる離間方向の負荷が、当該フランジ部12,13に均等に作用するようになっている。   As shown in FIG. 2, the flange portion 12 has a plurality of bolts 62 and nuts 63 arranged on a concentric circle centered on the axis R of the winding frame 10 and symmetrical with respect to the axis R. As shown, the top plate 40 is fixed. Although not shown, the bolt 61 has the same configuration as described above. Furthermore, in the present embodiment, the radially inner bolt 62 and the nut 63 and the radially outer bolt 64 are configured to be arranged on the same line passing through the axis R. Although not shown, the bolts 61 and 65 have the same configuration. For these reasons, the load in the separation direction applied to the flange portions 12 and 13 due to the reinforcement member 50 striking against the thermal contraction in the axial direction of the winding frame 10 is evenly applied to the flange portions 12 and 13. It comes to work.

上記構成の超電導コイルのクエンチ防止方法について説明する。まず、超電導コイルを常温下で組立てる。具体的には、円筒状の軸部11と、この軸部11の軸方向両端から径外方向に延設される一対のフランジ部12,13とを含むアルミニウムからなる巻枠10を準備する。そして、巻枠10の軸部11の外周にNbTiからなる超電導線材20を巻回する。その後、巻枠10の軸部11に巻回した超電導線材20を樹脂等の含浸材に含浸する。   A quench prevention method for the superconducting coil having the above configuration will be described. First, the superconducting coil is assembled at room temperature. Specifically, a winding frame 10 made of aluminum including a cylindrical shaft portion 11 and a pair of flange portions 12 and 13 extending radially outward from both axial ends of the shaft portion 11 is prepared. Then, a superconducting wire 20 made of NbTi is wound around the outer periphery of the shaft portion 11 of the winding frame 10. Thereafter, the superconducting wire 20 wound around the shaft portion 11 of the winding frame 10 is impregnated with an impregnating material such as resin.

次に、巻枠10を支持するためのベースプレート30およびトッププレート40とステンレス鋼からなる補強材50とを準備し、まず前記ベースプレート30に巻枠10を固定する。詳細には、フランジ部13の径方向の略中間部位をボルト61によりベースプレート30に固定する。この固定状態では、ベースプレート30の上面とフランジ部13の下面とが面接触している。   Next, a base plate 30 and a top plate 40 for supporting the winding frame 10 and a reinforcing material 50 made of stainless steel are prepared. First, the winding frame 10 is fixed to the base plate 30. Specifically, a substantially intermediate portion in the radial direction of the flange portion 13 is fixed to the base plate 30 by the bolt 61. In this fixed state, the upper surface of the base plate 30 and the lower surface of the flange portion 13 are in surface contact.

次に、補強材50の下端部52を、ベースプレート30にボルト65により固定するとともに、補強材50の上端部51を、前記トッププレート40にボルト64により固定する。そして、フランジ部12をボルト62およびナット63を用いてトッププレート40に固定する。詳細には、フランジ部12の径方向の略中間部位に埋め込み固定されたボルト62を、トッププレート40の図略の貫通孔に挿通させ、当該ボルト62の先端をトッププレート40の上方に突出させる。そして、ボルト62の先端にナット63を螺合させて締め付ける。このとき、補強材50の軸方向長さが巻枠10の軸方向長さよりも長いことから、ボルト62に対してナット63を軽く締め付けた状態では、フランジ部12とトッププレート40との間に隙間(図3参照)が形成されることになる。   Next, the lower end portion 52 of the reinforcing member 50 is fixed to the base plate 30 with bolts 65, and the upper end portion 51 of the reinforcing member 50 is fixed to the top plate 40 with bolts 64. Then, the flange portion 12 is fixed to the top plate 40 using bolts 62 and nuts 63. Specifically, the bolt 62 embedded and fixed in a substantially intermediate portion in the radial direction of the flange portion 12 is inserted into a through hole (not shown) of the top plate 40, and the tip of the bolt 62 protrudes above the top plate 40. . Then, the nut 63 is screwed onto the tip of the bolt 62 and tightened. At this time, since the axial length of the reinforcing member 50 is longer than the axial length of the winding frame 10, in a state where the nut 63 is lightly tightened with respect to the bolt 62, the flange portion 12 and the top plate 40 are interposed. A gap (see FIG. 3) is formed.

ここで、本実施形態では、ナット63をボルト62に対して強く締め付けることにより、フランジ部12をトッププレート40側に変位させて(図3の矢印参照)、フランジ部12の上面とトッププレート40の下面とを面接触させる。これによって、常温下で一対のフランジ部12,13に互いに離間する方向の負荷を加える状態で、補強材50を当該プレート30,40間に配設して、一対のフランジ部12,13の両方に連結させる。以上のようにして超電導コイルの組立てが完了する。   Here, in this embodiment, the nut 63 is strongly tightened with respect to the bolt 62 to displace the flange portion 12 toward the top plate 40 (see the arrow in FIG. 3), and the upper surface of the flange portion 12 and the top plate 40. The lower surface of the surface is brought into surface contact. Accordingly, the reinforcing member 50 is disposed between the plates 30 and 40 in a state where a load in a direction away from each other is applied to the pair of flange portions 12 and 13 at room temperature, and both the pair of flange portions 12 and 13 are provided. Connect to. As described above, the assembly of the superconducting coil is completed.

そして、この超電導コイルを極低温に冷却して通電し励磁状態にすると、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により超電導線材20に径外方向のフープ力が作用する。これにより、超電導線材20が径方向に膨らむ。   When this superconducting coil is cooled to a very low temperature and energized to be excited, a hoop force in the radially outward direction acts on the superconducting wire 20 due to the interaction between the energized current and the magnetic field generated by itself. Thereby, the superconducting wire 20 swells in the radial direction.

また、極低温に冷却すると、巻枠10、超電導線材20および補強材50が各構成材料の熱収縮率にしたがって収縮する。ここで、本実施形態では、補強材50の熱収縮率が、巻枠10の熱収縮率よりも小さくなるように構成されているため、冷却時に、巻枠10の軸方向の収縮量が、補強材50の軸方向の収縮量よりも大きくなる。   Moreover, when it cools to cryogenic temperature, the winding frame 10, the superconducting wire 20, and the reinforcing material 50 contract according to the thermal contraction rate of each constituent material. Here, in this embodiment, since the heat shrinkage rate of the reinforcing member 50 is configured to be smaller than the heat shrinkage rate of the reel 10, the amount of shrinkage in the axial direction of the reel 10 during cooling is It becomes larger than the shrinkage amount of the reinforcing member 50 in the axial direction.

そして、巻枠10の軸方向の収縮量と補強材50の軸方向の収縮量との差に起因して、補強材50が巻枠10の軸方向の熱収縮に対して突っ張ることで、極低温下で補強材50に軸方向の圧縮力が作用するとともに巻枠10に軸方向外側への引張り力が作用する。このように、一対のフランジ部12,13が、プレート30,40を介して補強材50によって互いに離間する方向に引っ張られることで、当該フランジ部12,13が超電導線材20に与える軸方向圧力(軸圧)が小さくなる。   Then, due to the difference between the axial shrinkage of the reel 10 and the axial shrinkage of the reinforcing member 50, the reinforcing member 50 is stretched against the axial thermal shrinkage of the reel 10. An axial compressive force acts on the reinforcing member 50 at a low temperature, and an axially tensile force acts on the reel 10. As described above, the pair of flange portions 12 and 13 are pulled in the direction away from each other by the reinforcing member 50 via the plates 30 and 40, so that the flange portion 12 and 13 exert an axial pressure applied to the superconducting wire 20 ( (Axial pressure) decreases.

第1実施形態では、上記のように、一対のフランジ部12,13の両方に連結される補強材50により、極低温下で一対のフランジ部12,13が互いに接近するのを抑制する構成としたので、一対のフランジ部12,13が互いに接近することで超電導線材20に加わる軸方向圧力(軸圧)を、前記補強材50により小さくすることができる。これにより、超電導線材20に対する拘束力を弱めることができるので、当該超電導線材20が微小変位してもその時に発生する摩擦熱を小さくすることができる。従って、超電導線材20の微小変位を起点とするクエンチ現象を起こり難くすることができる。   In the first embodiment, as described above, the reinforcing member 50 connected to both the pair of flange portions 12 and 13 is configured to suppress the pair of flange portions 12 and 13 from approaching each other at an extremely low temperature. Therefore, the axial pressure (axial pressure) applied to the superconducting wire 20 when the pair of flange portions 12 and 13 approach each other can be reduced by the reinforcing member 50. Thereby, since the restraining force with respect to the superconducting wire 20 can be weakened, even if the superconducting wire 20 is slightly displaced, the frictional heat generated at that time can be reduced. Therefore, it is possible to make it difficult for a quench phenomenon to start from a minute displacement of the superconducting wire 20.

また、第1実施形態では、上記のように、巻回状態で含浸材に含浸された超電導線材20を用いることによって、超電導線材20の局所的な変位を抑制することができるので、当該超電導線材20が部分的に微小変位することを起点とするクエンチ現象の発生を未然に抑えることができる。   Further, in the first embodiment, as described above, by using the superconducting wire 20 impregnated in the impregnated material in a wound state, local displacement of the superconducting wire 20 can be suppressed. It is possible to suppress the occurrence of a quench phenomenon starting from the fact that 20 is partially displaced slightly.

また、第1実施形態では、上記のように、補強材50の熱収縮率が巻枠10の熱収縮率よりも小さくなるように構成することによって、冷却時に、補強材50が巻枠10よりも大きく熱収縮することがなく、補強材50の軸方向の熱収縮量が巻枠10の軸方向の熱収縮量よりも小さくなる。これにより、極低温下で巻枠10の軸方向の熱収縮に対して補強材50を十分に突っ張らせることができるので、一対のフランジ部12,13に互いに離間する方向の力を十分に作用させることができる。さらに、第1実施形態では、上記のように、冷却前の常温下で一対のフランジ部12,13に互いに離間する方向の負荷を予め加えておくことによって、前記負荷が極低温下でフランジ部12,13同士の接近を抑制するように作用する。これらのことから、極低温下で一対のフランジ部12,13同士の接近を十分に抑制し、超電導線材20に加わる軸圧を十分に小さくすることができる。   In the first embodiment, as described above, the reinforcing member 50 is configured so that the thermal contraction rate of the reinforcing member 50 is smaller than the thermal shrinkage rate of the winding frame 10, so that the reinforcing member 50 is more than the winding frame 10 during cooling. The amount of heat shrinkage in the axial direction of the reinforcing member 50 is smaller than the amount of heat shrinkage in the axial direction of the reel 10. Accordingly, the reinforcing member 50 can be sufficiently stretched against the thermal contraction in the axial direction of the winding frame 10 at an extremely low temperature, and thus a force in a direction away from each other is sufficiently applied to the pair of flange portions 12 and 13. Can be made. Furthermore, in the first embodiment, as described above, by applying a load in a direction away from each other to the pair of flange portions 12 and 13 at room temperature before cooling, the flange portion is kept at a very low temperature. It acts so that the approach of 12,13 may be suppressed. From these things, the approach of a pair of flange parts 12 and 13 can fully be suppressed under cryogenic temperature, and the axial pressure added to the superconducting wire 20 can be made small enough.

また、第1実施形態では、上記のように、一対のフランジ部12,13を各々対応するプレート40,30に固定し、補強材50を、巻枠10の径方向外側の位置で前記プレート12,13に連結する構成としたので、巻枠10を支持するために当該巻枠10の軸方向両側に設けた一対のプレート30,40を有効に利用して、極低温下で一対のフランジ部12,13が互いに接近するのを抑制することができる。   In the first embodiment, as described above, the pair of flange portions 12 and 13 are fixed to the corresponding plates 40 and 30, respectively, and the reinforcing member 50 is disposed at the position on the radially outer side of the winding frame 10 with the plate 12. , 13 so that the pair of plates 30 and 40 provided on both sides in the axial direction of the reel 10 are effectively used to support the reel 10, and a pair of flange portions are used at an extremely low temperature. It can suppress that 12, 13 approaches mutually.

また、第1実施形態では、上記のように、円筒状の補強材50を、その軸方向が巻枠10の軸方向と一致する姿勢でプレート30,40間に設けることによって、円筒状の補強材50の軸方向の圧縮力に対する強度が比較的高いので、円筒状の補強材50により極低温下で一対のフランジ部12,13の接近を効率良く抑制することができる。   In the first embodiment, as described above, the cylindrical reinforcing member 50 is provided between the plates 30 and 40 in a posture in which the axial direction thereof coincides with the axial direction of the winding frame 10. Since the strength of the material 50 against the compressive force in the axial direction is relatively high, the cylindrical reinforcing material 50 can efficiently suppress the approach of the pair of flange portions 12 and 13 at an extremely low temperature.

また、第1実施形態では、上記のように、フランジ部12,13の径方向の略中間部位をプレート40,30に固定する構成としたので、フランジ部12,13のうち、巻枠10の軸方向の熱収縮に大きく関与する軸部11に比較的近い部位に対して離間方向の負荷を加えることができる。これにより、超電導線材20に加わる軸圧を効率良く減少させることができる。   Moreover, in 1st Embodiment, since it was set as the structure which fixes the substantially intermediate | middle site | part of the radial direction of the flange parts 12 and 13 to the plates 40 and 30 as mentioned above, among the flange parts 12 and 13, of the winding frame 10 is used. A load in the separation direction can be applied to a portion relatively close to the shaft portion 11 that is greatly involved in the thermal contraction in the axial direction. Thereby, the axial pressure applied to the superconducting wire 20 can be reduced efficiently.

なお、第1実施形態では、アルミニウム製の巻枠10よりも軸方向に長いステンレス鋼製の補強材10をプレート30,40間に設ける例について示したが、これに限らず、補強材50の軸方向長さが巻枠10の軸方向長さとほぼ等しくなるように構成し、常温下で補強材50を一対のフランジ部12,13に対して無負荷となる状態で当該フランジ部12,13間に介在させてもよい。このように構成しても、極低温下で巻枠10の軸方向の熱収縮に対して補強材50を突っ張らせて、一対のフランジ部12,13に互いに離間する方向の力を作用させることができるので、一対のフランジ部12,13同士の接近を十分に抑制することが可能である。また、この場合、冷却前に巻枠10のフランジ部12,13に離間方向の負荷が加わらないので、巻枠10の寿命を延ばすことができる。   In the first embodiment, the example in which the reinforcing material 10 made of stainless steel, which is longer in the axial direction than the aluminum winding frame 10, is provided between the plates 30 and 40 is not limited thereto. The axial length is configured to be substantially equal to the axial length of the winding frame 10, and the flange portion 12, 13 is in a state in which the reinforcing member 50 is unloaded against the pair of flange portions 12, 13 at room temperature. It may be interposed between them. Even in this configuration, the reinforcing member 50 is stretched against the thermal contraction in the axial direction of the reel 10 at an extremely low temperature, and a force in a direction away from each other is applied to the pair of flange portions 12 and 13. Therefore, the approach between the pair of flange portions 12 and 13 can be sufficiently suppressed. In this case, since the load in the separation direction is not applied to the flange portions 12 and 13 of the reel 10 before cooling, the life of the reel 10 can be extended.

また、第1実施形態では、アルミニウム製の巻枠10とステンレス鋼製の補強材50とを用いて、補強材50の熱収縮率が巻枠10の熱収縮率よりも小さくなるように構成する例について示したが、これに限らず、冷却前の常温下で一対のフランジ部12,13に互いに離間する方向の負荷を加えるという条件下であれば、補強材50の熱収縮率が巻枠10の熱収縮率以上となるような構成、例えば両者共にステンレス鋼からなるような構成を採用することも可能である。この構成の場合、補強材50の軸方向の熱収縮量が巻枠10の軸方向の熱収縮量と等しくなるので、上記実施形態のように補強材50を常温下で一対のフランジ部12,13に互いに離間する方向の負荷を加える状態で当該一対のフランジ部12,13に連結すれば、極低温下で巻枠10の軸方向の熱収縮に対して補強材50を突っ張らせることができる。これにより、一対のフランジ部12,13に互いに離間する方向の力を作用させることができるので、補強材50により極低温下で一対のフランジ部12,13同士の接近を抑制することができる。また、この場合、補強材50の材料の選択肢が増える。   In the first embodiment, the aluminum shrink frame 10 and the stainless steel reinforcing member 50 are used so that the thermal shrinkage rate of the reinforcing member 50 is smaller than the thermal shrinkage rate of the reel 10. Although an example has been shown, the present invention is not limited to this, and the thermal contraction rate of the reinforcing member 50 can be determined by applying a load in a direction away from each other to the pair of flange portions 12 and 13 at room temperature before cooling. It is also possible to adopt a configuration in which the thermal contraction rate is 10 or more, for example, a configuration in which both are made of stainless steel. In the case of this configuration, the amount of heat shrinkage in the axial direction of the reinforcing material 50 becomes equal to the amount of heat shrinkage in the axial direction of the winding frame 10, so that the reinforcing material 50 is paired with the pair of flange portions 12, If the pair 13 is connected to the pair of flange portions 12 and 13 while applying a load in a direction away from each other, the reinforcing member 50 can be stretched against thermal contraction in the axial direction of the reel 10 at an extremely low temperature. . Thereby, since the force of the direction which mutually separates can be made to act on a pair of flange parts 12 and 13, the approach of a pair of flange parts 12 and 13 can be suppressed by the reinforcing material 50 under cryogenic temperature. In this case, the choice of the material of the reinforcing material 50 increases.

次に、図4および図5を参照して、上述した第1実施形態の効果を確認するために行ったシミュレーションによる解析実験について説明する。この実験では、上記第1実施形態に対応する実施例による超電導コイル(図4参照)と、従来技術に対応する比較例による超電導コイル(図5参照)とを準備し、極低温下で超電導線材20に発生する軸方向の応力をシミュレーションにより算出した。   Next, with reference to FIG. 4 and FIG. 5, the analysis experiment by the simulation performed in order to confirm the effect of 1st Embodiment mentioned above is demonstrated. In this experiment, a superconducting coil according to the example corresponding to the first embodiment (see FIG. 4) and a superconducting coil according to a comparative example corresponding to the prior art (see FIG. 5) are prepared, and the superconducting wire is used at an extremely low temperature. The axial stress generated at 20 was calculated by simulation.

すなわち、実施例の超電導コイルは、図4に示すように、アルミニウム製の巻枠10と、NbTi製の超電導線材20と、ステンレス鋼からなる補強材50とを備えており、軸部11の内径d1が500mm、軸部11の外径d2が530mm、フランジ部12,13間の間隔d3が600mm、フランジ部13(12)の厚みd4が15mm、軸部11に巻回された超電導線材20の外径d5が650mm、補強材50の内径d11が660mm、補強材50の外径d12が670mmとなるように寸法設定されている。そして、組立時におけるナット63の締付け前の状態では、フランジ部12とトッププレート40との隙間d13が0.5mmとなっている。   That is, as shown in FIG. 4, the superconducting coil of the embodiment includes an aluminum winding frame 10, a NbTi superconducting wire 20, and a reinforcing material 50 made of stainless steel, and the inner diameter of the shaft portion 11. The superconducting wire 20 wound around the shaft portion 11 has a diameter d1 of 500 mm, an outer diameter d2 of the shaft portion 11 of 530 mm, a distance d3 between the flange portions 12 and 13 of 600 mm, a thickness d4 of the flange portion 13 (12) of 15 mm. The outer diameter d5 is 650 mm, the inner diameter d11 of the reinforcing member 50 is 660 mm, and the outer diameter d12 of the reinforcing member 50 is 670 mm. In a state before the nut 63 is tightened during assembly, the gap d13 between the flange portion 12 and the top plate 40 is 0.5 mm.

なお、当該解析実験では、アルミニウム、NbTi、ステンレス鋼の各物性値を以下のように設定した。巻枠10の構成材料であるアルミニウムの縦弾性係数を75GPaとし、平均熱膨張率を0.000015とした。また、超電導線材20の構成材料であるNbTiの縦弾性係数を80GPaとし、平均熱膨張率を0.00001とした。また、補強材50の構成材料であるステンレス鋼の縦弾性係数を200GPaとし、平均熱膨張率を0.00001とした。   In the analysis experiment, the physical properties of aluminum, NbTi, and stainless steel were set as follows. The longitudinal elastic modulus of aluminum, which is a constituent material of the reel 10, was 75 GPa, and the average coefficient of thermal expansion was 0.000015. Further, the longitudinal elastic modulus of NbTi, which is a constituent material of the superconducting wire 20, was set to 80 GPa, and the average coefficient of thermal expansion was set to 0.00001. Further, the longitudinal elastic modulus of stainless steel, which is a constituent material of the reinforcing member 50, was 200 GPa, and the average coefficient of thermal expansion was 0.00001.

上記条件の下、294.2Kから液体ヘリウム温度である4.2Kまで冷却したときに、超電導線材20に発生する軸方向の応力を求める。   Under the above conditions, the axial stress generated in the superconducting wire 20 is obtained when the temperature is cooled from 294.2 K to 4.2 K which is the liquid helium temperature.

前記軸方向応力は、超電導線材20の軸方向の熱収縮量と巻枠10の軸方向の熱収縮量との差によって決まるものであり、極低温下で巻枠10から超電導線材20に加わる軸方向圧力(軸圧)に等しい。そして、詳細な説明は省略するが、各部材の力の釣り合い等の観点から所定数(ここでは12個)の等式が成り立ち、これらの等式から超電導線材20に発生する軸方向応力σ1を導出することができる。これにより、実施例による超電導コイルの冷却による軸方向応力σ1が0MPaであるという解析結果が得られた。   The axial stress is determined by the difference between the amount of heat shrinkage in the axial direction of the superconducting wire 20 and the amount of heat shrinkage in the axial direction of the winding frame 10, and is an axis applied from the winding frame 10 to the superconducting wire 20 at an extremely low temperature. Equal to directional pressure (axial pressure). Although a detailed description is omitted, a predetermined number of equations (here, 12) are established from the viewpoint of balance of forces of each member, and the axial stress σ1 generated in the superconducting wire 20 is calculated from these equations. Can be derived. Thereby, the analysis result that the axial direction stress σ1 due to the cooling of the superconducting coil according to the example was 0 MPa was obtained.

一方、比較例の超電導コイルは、図5に示すように、アルミニウム製の巻枠110と、NbTi製の超電導線材120とを備えており、実施例のような補強材を具備していない。そして、この超電導コイルでは、軸部111の内径d21が500mm、軸部111の外径d22が530mm、フランジ部112,113間の間隔d23が600mm、フランジ部113(112)の厚みd24が15mm、軸部111に巻回された超電導線材120の外径d25が650mmとなるように寸法設定されている。   On the other hand, as shown in FIG. 5, the superconducting coil of the comparative example includes an aluminum winding frame 110 and a NbTi superconducting wire 120 and does not include a reinforcing material as in the embodiment. In this superconducting coil, the inner diameter d21 of the shaft portion 111 is 500 mm, the outer diameter d22 of the shaft portion 111 is 530 mm, the distance d23 between the flange portions 112 and 113 is 600 mm, the thickness d24 of the flange portion 113 (112) is 15 mm, The dimension is set so that the outer diameter d25 of the superconducting wire 120 wound around the shaft portion 111 is 650 mm.

上記条件の下、294.2Kから液体ヘリウム温度である4.2Kまで冷却したときに、超電導線材120に発生する軸方向の応力を求める。   Under the above conditions, the axial stress generated in the superconducting wire 120 is obtained when the temperature is cooled from 294.2 K to 4.2 K which is the liquid helium temperature.

前記軸方向応力は、超電導線材120の軸方向の熱収縮量と巻枠110の軸方向の熱収縮量との差によって決まるものであり、極低温下で巻枠110から超電導線材120に加わる軸方向圧力(軸圧)に等しい。そして、詳細な説明は省略するが、所定数(ここでは6個)の等式が成り立ち、これらの等式から超電導線材120に発生する軸方向応力σ2を導出することができる。これにより、実施例による超電導コイルの冷却による軸方向応力σ2が19.7MPaであるという解析結果が得られた。   The axial stress is determined by the difference between the amount of thermal contraction in the axial direction of the superconducting wire 120 and the amount of thermal contraction in the axial direction of the winding frame 110, and is an axis applied to the superconducting wire 120 from the winding frame 110 at an extremely low temperature. Equal to directional pressure (axial pressure). And although detailed explanation is omitted, a predetermined number (here, 6) equations are established, and the axial stress σ2 generated in the superconducting wire 120 can be derived from these equations. Thereby, the analysis result that axial direction stress (sigma) 2 by cooling of the superconducting coil by an Example is 19.7 Mpa was obtained.

次に、上記の軸方向応力と、巻枠および超電導線材間で発生する摩擦熱との関係について説明する。例えば、線幅が0.6mmで胴比が1.3の超電導線材が、4.2Kからクエンチ温度である9Kまで温度上昇するために必要なエンタルピーは、0.01J/mである。そして、巻枠および超電導線材間の摩擦係数μを1とし、摩擦時に移動した距離ΔLを10μmとした場合、軸方向応力σ1が0MPaのときの巻枠10および超電導線材20間で発生する摩擦熱は0J/mであり、上記したクエンチが発生するための値である0.01J/mよりも小さくなっている。一方、軸方向応力σ2が19.7MPaのときの巻枠110および超電導線材120間で発生する摩擦熱は0.12J/mであり、0.01J/mよりも大きくなっている。このことから、比較例の超電導コイルでは超電導線材120の微小変位時にクエンチ現象が発生するが、実施例の超電導コイルでは超電導線材20の微小変位時にクエンチ現象が発生しないと考えられる。従って、上記第1実施形態の超電導コイルにおける効果が当該シミュレーションによって確認された。   Next, the relationship between the axial stress and frictional heat generated between the winding frame and the superconducting wire will be described. For example, the enthalpy required for a superconducting wire having a line width of 0.6 mm and a body ratio of 1.3 to rise in temperature from 4.2 K to 9 K, which is a quench temperature, is 0.01 J / m. When the friction coefficient μ between the winding frame and the superconducting wire is 1, and the distance ΔL moved during the friction is 10 μm, the frictional heat generated between the winding frame 10 and the superconducting wire 20 when the axial stress σ1 is 0 MPa. Is 0 J / m, which is smaller than 0.01 J / m, which is a value for causing the above-described quench. On the other hand, the frictional heat generated between the winding frame 110 and the superconducting wire 120 when the axial stress σ2 is 19.7 MPa is 0.12 J / m, which is larger than 0.01 J / m. From this, it is considered that the quench phenomenon occurs when the superconducting wire 120 is slightly displaced in the superconducting coil of the comparative example, but the quench phenomenon does not occur when the superconducting wire 20 is slightly displaced. Therefore, the effect of the superconducting coil of the first embodiment was confirmed by the simulation.

なお、上記第1実施形態による超電導コイルのより具体的な一例を図6に示す。この超電導コイルでは、径外方向に順に、内側コイル71、外側コイル72、補正コイル73およびシールドコイル74が配されており、各コイルの軸方向両端には、ベースプレート30およびトッププレート40が設けられている。そして、補強材50は、上記補正コイル73とシールドコイル74との間でプレート30,40間に介設されている。   A more specific example of the superconducting coil according to the first embodiment is shown in FIG. In this superconducting coil, an inner coil 71, an outer coil 72, a correction coil 73, and a shield coil 74 are arranged in this order in the radially outward direction, and a base plate 30 and a top plate 40 are provided at both axial ends of each coil. ing. The reinforcing member 50 is interposed between the correction coil 73 and the shield coil 74 between the plates 30 and 40.

(第2実施形態)
図7は、本発明の第2実施形態による超電導コイルの全体構成を示した正面断面図であり、図8は、図7に示した超電導コイルの組立途中の状態を示した正面断面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a front sectional view showing the overall configuration of the superconducting coil according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a front sectional view showing a state during the assembly of the superconducting coil shown in FIG. .

この第2実施形態の超電導コイルは、上記第1実施形態とは異なり、図7に示すように、トッププレート40が省略された構成となっている。なお、第2実施形態の超電導コイルの構成部材は、上記第1実施形態の対応する構成部材と同じ材料により形成されている。   Unlike the first embodiment, the superconducting coil of the second embodiment has a configuration in which the top plate 40 is omitted as shown in FIG. In addition, the structural member of the superconducting coil of 2nd Embodiment is formed with the same material as the corresponding structural member of the said 1st Embodiment.

そして、巻枠210の上側のフランジ部212が、下側のフランジ部13よりも径外方向に延在しており、補強材250が、フランジ部212とベースプレート30との間に介設されている。具体的には、補強材250の下端部252が、ベースプレート30にボルト65により固定されるとともに、補強材250の上端部251が、フランジ部212の外周縁部位に下方から当接する姿勢でボルト66により固定されている。   The upper flange portion 212 of the winding frame 210 extends radially outward from the lower flange portion 13, and the reinforcing member 250 is interposed between the flange portion 212 and the base plate 30. Yes. Specifically, the lower end portion 252 of the reinforcing member 250 is fixed to the base plate 30 by the bolt 65, and the upper end portion 251 of the reinforcing member 250 is in contact with the outer peripheral edge portion of the flange portion 212 from below with the bolt 66. It is fixed by.

また、フランジ部13の径方向の略中間部位が、ボルト67およびナット68によってベースプレート30に固定されている。なお、この固定構造は、第1実施形態におけるフランジ部12のトッププレート40への固定構造と同様である。つまり、この補強材250は、図8に示すように、当該コイルの組立て前の状態で、その軸方向長さが巻枠210のフランジ部212の下面からフランジ部13の下面までの長さよりも長くなるように寸法設計されている。このため、当該超電導コイルの組立て時のボルト締め前の段階では、フランジ部13とベースプレート30との間に所定の隙間(図8参照)が形成されている。そして、上記隙間は、ナット68の締付け動作に伴って徐々に狭くなり、最終的にフランジ部13の下面とベースプレート30の上面とが面接触するように構成されている。   Further, a substantially intermediate portion in the radial direction of the flange portion 13 is fixed to the base plate 30 by a bolt 67 and a nut 68. This fixing structure is the same as the fixing structure of the flange portion 12 to the top plate 40 in the first embodiment. That is, as shown in FIG. 8, the reinforcing member 250 has an axial length longer than the length from the lower surface of the flange portion 212 of the winding frame 210 to the lower surface of the flange portion 13 in a state before the coil is assembled. Dimensionally designed to be long. For this reason, a predetermined gap (see FIG. 8) is formed between the flange portion 13 and the base plate 30 at the stage before the bolt tightening when the superconducting coil is assembled. The gap is gradually narrowed as the nut 68 is tightened, and the bottom surface of the flange portion 13 and the top surface of the base plate 30 are finally brought into surface contact with each other.

そして、ボルト締め後の状態では、一対のフランジ部212,13の間隔がボルト締め前よりも大きくなるように、すなわち、フランジ部212,13に互いに離間する方向の負荷が加わった状態で、補強材250がフランジ部212およびベースプレート30に取付けられている。このように、超電導コイルの組立て状態で、既に、補強材250に軸方向の圧縮力が加わるとともに、一対のフランジ部212,13に軸方向外側への引張り力が加わっている。そして、補強材250は、その軸方向の熱収縮率が巻枠210の軸方向の熱収縮率よりも小さくなるように構成されていることから、冷却に伴う軸方向の収縮量が巻枠210よりも少なくなり、これによって極低温下で一対のフランジ部212,13が熱収縮により互いに接近するのを抑制するように機能する。   Then, in the state after the bolt tightening, the reinforcement is performed in such a manner that the distance between the pair of flange portions 212 and 13 is larger than that before the bolt tightening, that is, the flange portions 212 and 13 are loaded in a direction away from each other. A material 250 is attached to the flange portion 212 and the base plate 30. Thus, in the assembled state of the superconducting coil, an axial compressive force is already applied to the reinforcing member 250 and an axially outward tensile force is applied to the pair of flange portions 212 and 13. The reinforcing member 250 is configured such that its axial thermal contraction rate is smaller than the axial thermal contraction rate of the winding frame 210, so that the axial contraction amount due to cooling is less than the winding frame 210. Accordingly, the pair of flange portions 212 and 13 function to suppress approaching each other due to thermal contraction at a cryogenic temperature.

第2実施形態では、上記のように、超電導線材20の巻回領域の径方向外側に位置するフランジ部212の外縁部に、補強材250を軸方向内側(下側)から連結する構成としたので、極低温下で、補強材250がフランジ部212を径方向内側から直接押圧して、フランジ部212,13に離間方向の力を作用させることができる。これにより、フランジ部と補強材とを固定するための固定具を別途必要とせずに、簡単な構成で、フランジ部212,13同士の接近を抑制することができる。   In 2nd Embodiment, it was set as the structure which connects the reinforcing material 250 from the axial direction inner side (lower side) to the outer edge part of the flange part 212 located in the radial direction outer side of the winding area | region of the superconducting wire 20 as mentioned above. Therefore, the reinforcing member 250 can directly press the flange portion 212 from the inside in the radial direction under a very low temperature, and can exert a force in the separation direction on the flange portions 212 and 13. Thereby, the approach of the flange parts 212 and 13 can be suppressed with a simple configuration without separately requiring a fixture for fixing the flange part and the reinforcing material.

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.

例えば、上記実施形態では、巻枠を支持するためのプレートを利用して、補強材により一対のフランジ部が互いに接近するのを抑制する例について示したが、これに限らず、プレートが存在しない場合には、補強材を、一対のフランジ部に挟み込まれるような姿勢で当該フランジ部間に挿入し、これによって一対のフランジ部が互いに接近するのを抑制するようにしてもよい。このとき、例えば、補強材を挿入前に予め冷却して収縮させた状態でフランジ部間に挿入すれば、冷却時の補強材の収縮量を小さくして、巻枠との収縮量の差を大きくすることができるので、極低温下で一対のフランジ部の接近を十分に抑制することができる。   For example, in the said embodiment, although the example for using a plate for supporting a winding frame and suppressing a pair of flange parts from approaching each other by a reinforcing material was shown, the present invention is not limited thereto, and there is no plate. In some cases, the reinforcing material may be inserted between the flange portions in such a posture as to be sandwiched between the pair of flange portions, thereby preventing the pair of flange portions from approaching each other. At this time, for example, if the reinforcing material is inserted between the flanges in a state of being cooled and contracted in advance before insertion, the amount of contraction of the reinforcing material at the time of cooling is reduced, and the difference in the amount of contraction from the reel is reduced. Since it can enlarge, the approach of a pair of flange part can fully be suppressed under cryogenic temperature.

また、変形例として、補強材の軸方向両端に、径内方向に延びる一対の補強材側フランジ部を設け、これらの補強材側フランジ部を巻枠のフランジ部に各々固定することで、極低温下で一対のフランジ部が互いに接近するのを抑制する構成であってもよい。   Further, as a modification, a pair of reinforcing material side flange portions extending in the radial direction are provided at both axial ends of the reinforcing material, and these reinforcing material side flange portions are respectively fixed to the flange portions of the winding frame. The structure which suppresses that a pair of flange part mutually approaches under low temperature may be sufficient.

また、補強材が、複数の板材で構成されており、前記板材が、それぞれ、一対のフランジ部の外周縁部位同士を部分的に橋絡するように当該フランジ部間に架設されることで、極低温下で一対のフランジ部が互いに接近するのを抑制する構成であってもよい。   Further, the reinforcing material is composed of a plurality of plate materials, and the plate materials are respectively installed between the flange portions so as to partially bridge the outer peripheral edge portions of the pair of flange portions, The structure which suppresses that a pair of flange part mutually approaches under cryogenic temperature may be sufficient.

また、本発明の超電導コイルを具備する超電導マグネット装置は、液体ヘリウムを冷媒とする超電導マグネット装置のみならず、無冷媒式の超電導マグネット装置であってもよい。   Further, the superconducting magnet device provided with the superconducting coil of the present invention may be not only a superconducting magnet device using liquid helium as a refrigerant but also a refrigerant-free superconducting magnet device.

本発明の第1実施形態による超電導コイルの全体構成を示した正面断面図である。It is the front sectional view showing the whole superconducting coil composition by a 1st embodiment of the present invention. 図1に示した超電導コイルの上面図である。It is a top view of the superconducting coil shown in FIG. 図1に示した超電導コイルの組立て途中の状態を示した正面断面図である。It is front sectional drawing which showed the state in the middle of the assembly of the superconducting coil shown in FIG. 第1実施形態に対応する実施例による超電導コイルの各寸法を示した正面断面図である。It is front sectional drawing which showed each dimension of the superconducting coil by the Example corresponding to 1st Embodiment. 従来技術に対応する比較例による超電導コイルの各寸法を示した正面断面図である。It is front sectional drawing which showed each dimension of the superconducting coil by the comparative example corresponding to a prior art. 第1実施形態による補強材の他の取付け例を示した正面断面図である。It is front sectional drawing which showed the other example of attachment of the reinforcing material by 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態による超電導コイルの全体構成を示した正面断面図である。It is front sectional drawing which showed the whole structure of the superconducting coil by 2nd Embodiment of this invention. 図7に示した超電導コイルの組立て途中の状態を示した正面断面図である。It is front sectional drawing which showed the state in the middle of the assembly of the superconducting coil shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10,210 巻枠
11 軸部
12,13,212 フランジ部
20 超電導線材
30 ベースプレート(支持部材)
40 トッププレート(支持部材)
50,250 補強材
10, 210 reel 11 shaft portion 12, 13, 212 flange portion 20 superconducting wire 30 base plate (support member)
40 Top plate (support member)
50,250 reinforcement

Claims (6)

極低温下で励磁される超電導コイルであって、
円筒状の軸部と、この軸部の軸方向両端から径外方向に延設される一対のフランジ部とを含む巻枠と、
前記軸部の外周に螺旋状に巻回され、その巻回状態で含浸材に含浸される超電導線材と、
少なくとも極低温下で、前記一対のフランジ部に連結されて、当該一対のフランジ部が熱収縮により互いに接近するのを抑制する補強材とを備えることを特徴とする超電導コイル。
A superconducting coil excited at a cryogenic temperature,
A winding frame including a cylindrical shaft portion and a pair of flange portions extending radially outward from both axial ends of the shaft portion;
A superconducting wire wound spirally around the outer periphery of the shaft, and impregnated with the impregnating material in the wound state;
A superconducting coil, comprising: a reinforcing member connected to the pair of flange portions at least at a cryogenic temperature and preventing the pair of flange portions from approaching each other due to thermal contraction.
前記補強材は、前記巻枠の熱収縮率よりも小さい、もしくは同等の熱収縮率を有し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。   The superconducting coil according to claim 1, wherein the reinforcing material has a thermal contraction rate smaller than or equal to the thermal contraction rate of the winding frame. 少なくとも一方のフランジ部よりも径外方向に張り出す姿勢で当該フランジ部の前記軸方向外側に設けられて、前記巻枠を支持する支持部材を備え、
前記フランジ部は、前記支持部材に固定され、
前記補強材は、前記フランジ部の径方向外側の位置で前記支持部材に連結されることを特徴とする請求項1または2に記載の超電導コイル。
A support member that is provided on the outer side in the axial direction of the flange portion in a posture that protrudes radially outward from at least one flange portion, and supports the winding frame;
The flange portion is fixed to the support member,
3. The superconducting coil according to claim 1, wherein the reinforcing member is connected to the support member at a position radially outside the flange portion. 4.
前記フランジ部は、前記超電導線材の巻回領域の径方向外側に位置する外縁部を含み、
前記補強材は、前記外縁部に軸方向内側から連結されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の超電導コイル。
The flange portion includes an outer edge portion located on the radially outer side of the winding region of the superconducting wire,
The superconducting coil according to any one of claims 1 to 3, wherein the reinforcing member is connected to the outer edge portion from the inner side in the axial direction.
前記補強材は、円筒状に形成され、その軸方向が前記巻枠の軸方向と一致する姿勢で前記フランジ部に連結されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の超電導コイル。   5. The reinforcing member according to claim 1, wherein the reinforcing member is formed in a cylindrical shape, and is connected to the flange portion in a posture in which an axial direction thereof coincides with an axial direction of the winding frame. The superconducting coil described. 極低温下で励磁される超電導コイルのクエンチ防止方法であって、
円筒状の軸部と、この軸部の軸方向両端から径外方向に延設される一対のフランジ部とを含む巻枠を準備する工程と、
前記軸部の外周に超電導線材を螺旋状に巻回する工程と、
前記軸部に巻回した前記超電導線材を含浸材に含浸する工程と、
前記一対のフランジ部に補強材を連結してコイル体を形成する工程と、
前記コイル体を極低温まで冷却するとともに、極低温下で、前記一対のフランジ部が熱収縮により互いに接近するのを前記補強材によって抑制する工程とを備えることを特徴とする超電導コイルのクエンチ防止方法。
A method for preventing quenching of a superconducting coil excited at a cryogenic temperature,
Preparing a winding frame including a cylindrical shaft portion and a pair of flange portions extending radially outward from both axial ends of the shaft portion;
A step of spirally winding a superconducting wire around the outer periphery of the shaft portion;
Impregnating an impregnating material with the superconducting wire wound around the shaft; and
Connecting a reinforcing material to the pair of flange portions to form a coil body;
A step of cooling the coil body to a cryogenic temperature and a step of suppressing the pair of flange portions from approaching each other by thermal contraction at a cryogenic temperature by the reinforcing material. Method.
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