JP2010245511A - Superconducting magnet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、第1のフランジと第2のフランジとを各端部に有した巻枠と、前記巻枠に巻回された超電導線よりなるコイルとを備え、前記超電導線の間に超電導線固定用含浸材を浸透し固化させてなる超電導マグネットに関するものである。 The present invention includes a winding frame having a first flange and a second flange at each end, and a coil made of a superconducting wire wound around the winding frame, and a superconducting wire between the superconducting wires. The present invention relates to a superconducting magnet in which a fixing impregnation material is permeated and solidified.
極低温下で使用される高磁場を発生する超電導マグネットにおいては、僅かの発熱であっても、コイルを形成する超電導線の一部の温度が上昇して臨界温度を超過し、超電導状態が破れるクエンチと呼ばれる現象がある。このクエンチを発生させる発熱の要因は、自己発生磁場との相互作用によって発生する電磁力によって、超電導線が不用意に動くことによる摩擦発熱が主である。この摩擦発熱を避けるため、超電導マグネットにおいては、エポキシ樹脂やワックス等の充填材を超電導線間の隙間に流入させた後に固化させて、超電導線が不用意に動くことを制約する構成とすることが一般的である。このような充填材を超電導線間に流入させる方法としては、含浸法と塗り込み法とがある。 In a superconducting magnet that generates a high magnetic field and is used at extremely low temperatures, the temperature of a part of the superconducting wire forming the coil rises and exceeds the critical temperature, and the superconducting state is broken even with a slight heat generation. There is a phenomenon called quench. The cause of the heat generation that causes this quench is mainly the frictional heat generated by the inadvertent movement of the superconducting wire due to the electromagnetic force generated by the interaction with the self-generated magnetic field. In order to avoid this frictional heat generation, the superconducting magnet should be configured to constrain the superconducting wire from moving inadvertently by allowing a filler such as epoxy resin or wax to flow into the gap between the superconducting wires and then solidifying. Is common. As a method for allowing such a filler to flow between the superconducting wires, there are an impregnation method and a coating method.
含浸法は、超電導線を巻き回してコイルが形成された超電導マグネットを、上部が開口した容器(ポッティング缶)内に配置した後、容器内に反応・固化前の流体状態の樹脂などを流し込み、超電導線間の隙間に浸透させるものである。特に、浸透性を良好に保つために、上記容器及び超電導マグネットを真空容器内に収め、予め容器内を真空排気し、ここに含浸材を流し込んだ後に、超電導線間の隙間に浸透させる方法(真空含浸法と呼ばれる。例えば、下記特許文献1参照。)などがとられる場合もある。そして、このような樹脂の浸透が完了した後に、対象物の温度を上昇させ、樹脂の固化反応をさせることで、含浸・固化が完了する。 In the impregnation method, after placing a superconducting magnet, in which a coil is formed by winding a superconducting wire, in a container (potting can) with an open top, a resin in a fluid state before reaction / solidification is poured into the container, It penetrates into the gaps between the superconducting wires. In particular, in order to maintain good permeability, the container and the superconducting magnet are housed in a vacuum container, the inside of the container is evacuated in advance, and after impregnating material is poured therein, the method of infiltrating the gap between the superconducting wires ( This is called a vacuum impregnation method (for example, see Patent Document 1 below). Then, after the permeation of the resin is completed, the temperature of the object is raised and the resin is solidified to complete the impregnation / solidification.
上記塗り込み法は、作業工程での樹脂の漏洩、コイルの巻き回し装置(巻線装置)の汚れなどがあり、製造上の点から一般的に採用が困難であり、通常は上記含浸法、特に、樹脂が超電導線間の隙間に空隙なく浸透させるために上記真空含浸法が用いられる。しかし、図7に示す模式図のように、例えば円形断面の超電導線101を用いて、円筒状部材の両端にフランジを有してなる巻枠102に密に巻き回してコイル104を形成した場合、コイル104の断面が俵を積み上げたような形状となるとともに、超電導線101間の隙間が、略三角形状の断面を有する1本の螺旋状の流路103となり、この流路103に樹脂を浸透させることになる。この流路103における外部と通ずる開口部は、コイル104の外周表面の両端部に1箇所ずつ(1つの超電導マグネットについて2箇所)あるのみである。
The coating method includes resin leakage in the work process, contamination of the coil winding device (winding device), etc., and is generally difficult to adopt from the viewpoint of production. In particular, the above-described vacuum impregnation method is used in order for the resin to penetrate into the gaps between the superconducting wires without voids. However, as shown in the schematic diagram of FIG. 7, for example, when the
このように、2箇所の開口部しかない1本の螺旋状の流路103において、含浸材が最深部(超電導マグネット断面における軸方向中心(コイルの内径側))まで達するためには、非常に長い距離を流入していかなければならない。ここで、超電導マグネットの一例を用いて、その距離を試算してみた。
In this way, in one
超電導線の直径をd、コイルの外径をD1、コイルの内径をD2、マグネットの長さをLとすると、コイルの1層当りの巻き数=L/d、コイルの層数=(D1−D2)/2d、浸透距離=[{(D1−D2)/2π}・(L/d)・{(D1−D2)/2d}]/2 となる。ここで、例えば、超電導線の直径dが0.001m(=1mm)である場合、流路は概ね一辺が0.5mmの三角断面形状となる。また、D1=0.2m、D2=0.1m、L=0.2mのとき、流路の全距離(樹脂を浸透させる必要のある距離)は3900m以上にもなる。 If the diameter of the superconducting wire is d, the outer diameter of the coil is D 1 , the inner diameter of the coil is D 2 , and the length of the magnet is L, the number of turns per coil layer = L / d, the number of coil layers = ( D 1 −D 2 ) / 2d, penetration distance = [{(D 1 −D 2 ) / 2π} · (L / d) · {(D 1 −D 2 ) / 2d}] / 2. Here, for example, when the diameter d of the superconducting wire is 0.001 m (= 1 mm), the flow path has a triangular cross-sectional shape with a side of approximately 0.5 mm. Further, when D 1 = 0.2 m, D 2 = 0.1 m, and L = 0.2 m, the total distance of the flow path (the distance that requires the resin to permeate) is 3900 m or more.
このように、コイル104を形成している超電導線間に存在し、長い距離を有する1本の螺旋状の流路103最深部に、有意な粘性を持つ反応前の樹脂を流し込むことは、従来の真空含浸法でも容易ではなく、樹脂などの含浸材が十分に浸透せず、流路内に空隙を残してしまうことがあった。このような空隙を有するコイル104を持った超電導マグネットは、超電導線の固定力が弱いため、頻繁に上述したクエンチを起こすことになってしまう。
In this way, the resin before reaction having a significant viscosity is poured into the deepest part of one
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、コイルを形成している超電導線間に存在し、長い距離を有する流路の最深部まで、容易に反応前の樹脂を流し込むことができる超電導マグネットを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is present between the superconducting wires forming the coil, and the resin before reaction is easily poured into the deepest part of the flow path having a long distance. An object of the present invention is to provide a superconducting magnet that can be used.
本発明において、以下の特徴は単独で、若しくは、適宜組合わされて備えられている。前記課題を解決するための本発明の超電導マグネットは、第1のフランジと第2のフランジとを各端部に有した巻枠と、前記巻枠に巻回された超電導線よりなるコイルとを備え、前記超電導線の間に超電導線固定用含浸材を浸透し固化させてなる超電導マグネットであって、外側縁部から内側に向かって切り込むように形成されたスリットを少なくとも1つ有した板部材が、前記第1のフランジと前記コイルとの間に挟装されているものである。 In the present invention, the following features are provided alone or in combination as appropriate. A superconducting magnet according to the present invention for solving the above-described problems includes a winding frame having a first flange and a second flange at each end, and a coil made of a superconducting wire wound around the winding frame. A superconducting magnet in which a superconducting wire fixing impregnating material is infiltrated and solidified between the superconducting wires, and a plate member having at least one slit formed so as to cut inward from an outer edge portion Is sandwiched between the first flange and the coil.
上記構成によれば、従来では、コイルの両端部において、巻枠のフランジと接して塞がれてしまっていた、コイルの層間に形成されている流路の開口部を利用することができるので、コイルを形成している超電導線間の流路の最深部まで、容易に樹脂などの超電導線固定用含浸材を流し込むことが可能な超電導マグネットを提供できる。特に、密に巻き回されて形成されたコイルに存在する流路に、樹脂などの超電導線固定用含浸材を浸透させるのに適している。 According to the above configuration, it is possible to use the openings of the flow path formed between the layers of the coil that have been closed in contact with the flange of the winding frame at both ends of the coil. It is possible to provide a superconducting magnet in which an impregnating material for fixing a superconducting wire such as a resin can be easily poured into the deepest part of the flow path between the superconducting wires forming the coil. In particular, it is suitable for impregnating a superconducting wire fixing impregnation material such as a resin into a flow path existing in a coil formed by being tightly wound.
また、本発明の超電導マグネットにおいては、外側縁部から内側に向かって切り込むように形成されたスリットを少なくとも1つ有した板部材が、前記第2のフランジと前記コイルとの間に挟装されていることが好ましい。 In the superconducting magnet of the present invention, a plate member having at least one slit formed so as to cut inward from the outer edge is sandwiched between the second flange and the coil. It is preferable.
上記構成によれば、コイル一端側の流路の開口部だけでなく、コイル他端側の流路の開口部からも樹脂を浸透させることが可能な超電導マグネットを提供できる。その結果として、流路の最深部まで、より速く超電導線固定用含浸材を浸透させることができる。 According to the above configuration, it is possible to provide a superconducting magnet capable of infiltrating the resin not only from the opening of the flow path on the one end side of the coil but also from the opening of the flow path on the other end side of the coil. As a result, it is possible to infiltrate the superconducting wire fixing impregnation material more rapidly to the deepest part of the flow path.
また、本発明の超電導マグネットにおいては、前記板部材が、前記超電導線固定用含浸材に対して難接着性の高分子材料で形成されていることが好ましい。ここで、難接着性の高分子材料とは、樹脂などの含浸材が接着しにくい高分子材料のことである。 In the superconducting magnet of the present invention, it is preferable that the plate member is formed of a polymer material that is difficult to adhere to the superconducting wire fixing impregnation material. Here, the hard-to-adhere polymer material is a polymer material to which an impregnating material such as resin is difficult to adhere.
上記構成によれば、板部材に接着しにくくできるので、流動抵抗が低くできることから、流路の最深部まで、より速く超電導線固定用含浸材を浸透させることができる。 According to the said structure, since it can make it difficult to adhere to a board member, since flow resistance can be made low, the impregnation material for superconducting wire fixation can be osmose | permeated more rapidly to the deepest part of a flow path.
また、本発明の超電導マグネットにおいては、前記第1のフランジおよび前記第2のフランジのうちの少なくともいずれかと前記板部材との間に、前記超電導線固定用含浸材に対して難接着性の高分子材料で形成された難接着性板部材が挟装されているか、または前記難接着性の高分子材料の膜が形成されていることが好ましい。 Further, in the superconducting magnet of the present invention, the high conductivity of the superconducting wire fixing impregnation material is high between at least one of the first flange and the second flange and the plate member. It is preferable that a hardly-adhesive plate member made of a molecular material is sandwiched or a film of the hardly-adhesive polymer material is formed.
仮に、接着性の比較的高い材料(例えば、繊維強化プラスチック等)で板部材を構成する場合は、当該板部材とフランジとの間に、難接着性の高分子材料からなる難接着性板部材を設けるか、または当該高分子材料の皮膜を形成することで、超電導線固定用含浸材が板部材に接着しにくくなり、流動抵抗が低くなる。その結果、流路の最深部まで、より速く超電導線固定用含浸材を浸透させることができる。 If the plate member is made of a material having relatively high adhesiveness (for example, fiber reinforced plastic), the hardly adhesive plate member made of a hardly adhesive polymer material between the plate member and the flange. Or forming a film of the polymer material makes it difficult for the superconducting wire fixing impregnating material to adhere to the plate member and lowers the flow resistance. As a result, the superconducting wire fixing impregnating material can be permeated more rapidly to the deepest part of the flow path.
また、本発明の超電導マグネットにおいては、前記超電導線固定用含浸材に対して難接着性の高分子材料の膜が、前記第1のフランジおよび前記第2のフランジのうちの少なくともいずれかのコイル側の表面にコーティング処理により形成されていることが好ましい。 In the superconducting magnet of the present invention, the film of a polymer material that is difficult to adhere to the superconducting wire fixing impregnation material is a coil of at least one of the first flange and the second flange. It is preferable that the side surface is formed by a coating treatment.
難接着性の高分子材料(例えば、PTFE)で表面がコーティングされたフランジと板部材とは含浸材(超電導線固定用含浸材)で接着されにくい。すなわち、上記構成によれば、フランジと板部材との間の滑り性が向上し、超電導線が不用意に動くことを防止できる。その結果、クエンチの発生を防止できる。また、フランジの表面を難接着性の高分子材料でコーティング処理することにより上記した滑り性向上効果が得られ、一方、板部材のスリットにより、超電導線間への含浸材(超電導線固定用含浸材)の浸透効果が得られるので、板部材の材質選択の自由度が高まる。 The flange whose surface is coated with a difficult-to-adhere polymer material (for example, PTFE) and the plate member are hardly bonded with an impregnating material (impregnating material for fixing a superconducting wire). That is, according to the said structure, the slipperiness between a flange and a plate member improves, and it can prevent that a superconducting wire moves carelessly. As a result, the occurrence of quenching can be prevented. In addition, the effect of improving the slipperiness can be obtained by coating the surface of the flange with a hardly adhesive polymer material. On the other hand, an impregnation material (impregnation for fixing the superconducting wire) is made between the superconducting wires by the slit of the plate member. Material), the degree of freedom in selecting the material of the plate member is increased.
また、本発明の超電導マグネットにおいては、前記板部材が、ポリエチレンテレフタレート又はポリイミドで形成されていることが好ましい。この構成によると、難接着性の高分子材料(例えば、PTFE)で表面がコーティングされたフランジと板部材との間の滑りのムラが抑えられる。その結果、クエンチの発生をより防止できる。なお、この構成によると、含浸材(エポキシ)で板部材とコイルとは接着するが、滑りの発生する部位は、コイルに対して遠い側のフランジと板部材との間に限定される。すなわち、クエンチの発生は抑制される。 In the superconducting magnet of the present invention, the plate member is preferably made of polyethylene terephthalate or polyimide. According to this structure, the non-uniformity | non-uniformity of the slip between the flange with which the surface was coated with the polymer material (for example, PTFE) which is hard to adhere, and a board member is suppressed. As a result, the occurrence of quenching can be further prevented. According to this configuration, the plate member and the coil are bonded with the impregnating material (epoxy), but the portion where the slip occurs is limited between the flange on the side far from the coil and the plate member. That is, the occurrence of quenching is suppressed.
また、本発明の超電導マグネットにおいては、前記板部材が非磁性金属で形成されていることが好ましい。一般に、金属(非磁性金属)は樹脂よりも熱伝導性が大きい。すなわち、この構成によると、フランジと板部材との間の滑りにより発生する熱を分散させることができ、その結果、クエンチの発生をより防止できる。なお、この構成によると、含浸材(エポキシ)で板部材とコイルとは接着するが、滑りの発生する部位は、コイルに対して遠い側のフランジと板部材との間に限定される。すなわち、クエンチの発生は抑制される。 In the superconducting magnet of the present invention, the plate member is preferably made of a nonmagnetic metal. In general, a metal (nonmagnetic metal) has a higher thermal conductivity than a resin. That is, according to this structure, the heat generated by the slip between the flange and the plate member can be dispersed, and as a result, the occurrence of quenching can be further prevented. According to this configuration, the plate member and the coil are bonded with the impregnating material (epoxy), but the portion where the slip occurs is limited between the flange on the side far from the coil and the plate member. That is, the occurrence of quenching is suppressed.
また、本発明の超電導マグネットにおいては、前記板部材が、アルミニウム又は銅で形成されていることが好ましい。アルミニウム又は銅は、多数の金属の中でも熱伝導性が大きい金属である。すなわち、この構成によると、フランジと板部材との間の滑りにより発生する熱をより分散させることができる。 In the superconducting magnet of the present invention, the plate member is preferably made of aluminum or copper. Aluminum or copper is a metal having a large thermal conductivity among many metals. That is, according to this structure, the heat generated by the slip between the flange and the plate member can be further dispersed.
また、本発明の超電導マグネットにおいては、前記難接着性の高分子材料が、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)やテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)など、フッ化エチレン(部分フッ化エチレンを含む)又はその共重合体であることが好ましい。この構成によると、超電導線固定用含浸材が板部材に接着しにくくなり、流動抵抗が低くなる。その結果、流路の最深部まで、より速く超電導線固定用含浸材を浸透させることができる。 In the superconducting magnet of the present invention, the hard-to-adhere polymer material may be an ethylene fluoride (partial fluoride) such as polytetrafluoroethylene (PTFE) or tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA). Ethylene copolymer) or a copolymer thereof. According to this configuration, the superconducting wire fixing impregnating material becomes difficult to adhere to the plate member, and the flow resistance is lowered. As a result, the superconducting wire fixing impregnating material can be permeated more rapidly to the deepest part of the flow path.
また、上記例示した以外のフッ化エチレン又はその共重合体として、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE、3フッ化)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP、4・6フッ化)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)、ポリビニリデンフルオライド(PVDF、2フッ化)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE、3フッ化)、およびクロロトリフルオエチレン・エチレン共重合体(ECTFE)などを挙げることができる。なお、前記難接着性の高分子材料は、特に、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)であることが好ましい。 Further, as fluorinated ethylene other than those exemplified above or copolymers thereof, polychlorotrifluoroethylene (PCTFE, trifluoride), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP, 4/6 fluoride), Tetrafluoroethylene / ethylene copolymer (ETFE), polyvinylidene fluoride (PVDF, difluoride), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE, trifluoride), chlorotrifluoroethylene / ethylene copolymer (ECTFE), etc. Can be mentioned. The hardly adhesive polymer material is particularly preferably polytetrafluoroethylene (PTFE).
また、前記課題を解決するための本発明の超電導マグネットは、第1のフランジと第2のフランジとを各端部に有した巻枠と、前記巻枠に巻回された超電導線よりなるコイルとを備え、前記超電導線の間に超電導線固定用含浸材を浸透し固化させてなる超電導マグネットであって、前記第1のフランジおよび前記第2のフランジのうちの少なくともいずれかは、外側縁部から内側に向かって切り込むように形成されたスリットを少なくとも1つ前記コイル側の表面に有し、スリットを有する前記フランジの前記コイル側の表面に、前記超電導線固定用含浸材に対して難接着性の高分子材料で皮膜が形成されているものである。 A superconducting magnet according to the present invention for solving the above-mentioned problems is a coil comprising a winding frame having a first flange and a second flange at each end, and a superconducting wire wound around the winding frame. A superconducting magnet in which a superconducting wire fixing impregnation material is infiltrated and solidified between the superconducting wires, and at least one of the first flange and the second flange has an outer edge At least one slit formed on the coil side surface so as to cut inwardly from the portion, and the coil side surface of the flange having the slit is difficult to impregnate the superconducting wire fixing material. A film is formed of an adhesive polymer material.
上記構成によれば、従来では、コイルの両端部において、巻枠のフランジと接して塞がれてしまっていた、コイルの層間に形成されている流路の開口部を利用することができるので、コイルを形成している超電導線間の流路の最深部まで、容易に樹脂などの超電導線固定用含浸材を流し込むことが可能な超電導マグネットを提供できる。特に、密に巻き回されて形成されたコイルに存在する流路に、樹脂などの超電導線固定用含浸材を浸透させるのに適している。 According to the above configuration, it is possible to use the openings of the flow path formed between the layers of the coil that have been closed in contact with the flange of the winding frame at both ends of the coil. It is possible to provide a superconducting magnet in which an impregnating material for fixing a superconducting wire such as a resin can be easily poured into the deepest part of the flow path between the superconducting wires forming the coil. In particular, it is suitable for impregnating a superconducting wire fixing impregnation material such as a resin into a flow path existing in a coil formed by being tightly wound.
以下、本発明に係る超電導マグネットの実施形態について、図面を用いながら説明する。図1は、本発明の実施形態に係る超電導マグネットの巻枠と板部材とを示した構成概略断面図である。 Embodiments of a superconducting magnet according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a superconducting magnet winding frame and plate member according to an embodiment of the present invention.
超電導マグネット10は、アルミニウム又はステンレスからなる略円筒状の巻枠1と、板部材2、3と、超電導線からなるコイル4とを備えている。巻枠1は、円筒状部材1aと、円筒状部材1aの両端部に形成されたフランジ1b、1cとを有している。
A
板部材2、3はそれぞれ、フランジ1b、1cが対向する側の面に接するように配置されている。また、板部材2、3はそれぞれ、図2に示すようなリング状部材であり、外側縁部の開口端から内側に向かって、径方向に切り込むように形成されたスリット2a、3aを複数有している。また、板部材2、3は、ポリテトラフルオロエチレンなどの難接着高分子材料で形成されている。板部材2、3の厚みは、0.5mm〜2mm程度である。スリット2a、3aの幅は、0.5mm〜2mm程度である(図5、6に示したスリットにおいても同様)。なお、1箇所のみスリットが外側縁部から内側縁部まで到達しているが、この部分を反対方向にずらすことによって、巻枠1に容易に取り付けることできるようにしている。
The
また、巻枠1における板部材2、3間には、超電導線が、図7と同様、密に巻き回されることによって形成されたコイルが設けられている。
Further, between the
次に、エポキシ樹脂、又はワックスなどの超電導線固定用含浸材を、超電導マグネットのコイルの超電導線間に形成された流路に浸透させる工程について説明する。なお、超電導線固定用含浸材としてワックスを用いる場合、常温で固体のワックスを選択する必要がある。 Next, the process of infiltrating the superconducting wire fixing impregnation material such as epoxy resin or wax into the flow path formed between the superconducting wires of the coil of the superconducting magnet will be described. When using wax as the impregnating material for fixing the superconducting wire, it is necessary to select wax that is solid at room temperature.
まず、図3の各部について詳述すると、以下の通りである。超電導線固定用含浸材を貯留できる含浸用容器21が、真空容器22内に配設されている。また、超電導マグネット10は、含浸用容器21内に収容されている。なお、真空容器22は、超電導線固定用含浸材を供給するための管23と、真空排気に用いられる管24とを有している。
First, each part in FIG. 3 will be described in detail as follows. An
次に、図3の構成を用いて、超電導線固定用含浸材を、超電導マグネット10のコイル4の超電導線間に形成された流路に浸透させる工程を説明する。まず、超電導マグネット10を含浸用容器21に配設した後、真空容器22内を真空排気する。続いて、流体状態の超電導線固定用含浸材を含浸用容器21内に流し込んで、超電導マグネット10を超電導線固定用含浸材中に浸漬し、コイル4の超電導線間に形成された流路(図7の流路103と同様のもの)に浸透させる。なお、図3は、このときの状態を示している。
Next, a process of infiltrating the superconducting wire fixing impregnating material into the flow path formed between the superconducting wires of the
ここで、上述の流路への超電導線固定用含浸材の浸透についてさらに詳述する。上述のように、超電導マグネット10が超電導線固定用含浸材中に浸漬されると、板部材2、3は、スリット2a、3aをそれぞれ有しているので、もともとコイル4の外周表面にあった開口部(図示せず)から超電導線固定用含浸材が、コイル4内の流路に流れ込み始めると共に、スリット2a、3aに沿って超電導線固定用含浸材が流れ込んでいく。続いて、コイル4の両端部におけるスリット2a、3aに隣接している図示しない開口部(コイル4の両端部における各層間に形成された流路の開口部)のうち、外径側の開口部から順に、コイル4内の流路へと超電導線固定用含浸材が流れ込んでいく。つまり、含浸の初期から、コイル4内の内径側の流路へ超電導線固定用含浸材を流し込んでいくことができる。これらの工程により、容易且つ迅速に、コイル4の中心の流路まで、超電導線固定用含浸材を流し込むことができる。
Here, the permeation of the superconducting wire fixing impregnation material into the above-described flow path will be described in more detail. As described above, when the
上記構成によれば、従来では、巻枠のフランジと接して塞がれてしまっていたコイルの開口部を利用することができるので、コイル4を形成している超電導線間の流路の最深部まで、容易に樹脂などの超電導線固定用含浸材を流し込むことが可能な超電導マグネット10を提供できる。特に、密に巻き回されて形成されたコイル4に存在する流路に、樹脂などの超電導線固定用含浸材を浸透させるのに適している。
According to the above configuration, since the opening of the coil that has been closed in contact with the flange of the winding frame can be used, the deepest flow path between the superconducting wires forming the
また、外側縁部の開口端から内側に向かって、径方向に切り込むように形成されたスリット2a、3aを複数有している板部材2、3が設けられているので、コイル4一端側の流路の開口部だけでなく、コイル4他端側の流路の開口部からも樹脂を浸透させることが可能な超電導マグネット10を提供できる。その結果として、流路の最深部まで、より速く超電導線固定用含浸材を浸透させることができる。なお、板部材2、3のどちらか1つであってもよいが、これらの2つが設けられている場合に比べ、効果が劣ることは言うまでもない。
Further, since the
板部材2、3が、難接着高分子材料で形成されているので、超電導線固定用含浸材を接着しにくくでき、流動抵抗を低くできることから、流路の最深部まで、より速く超電導線固定用含浸材を浸透させることができる。
Since the
なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、一変形例として、上記実施形態で示した板部材2、3の代わりに、図4に示したような各スリットの形状、又は切り込みの方向が変更されたもの(例えば、径方向に対して所定角度傾斜する方向に切り込んだもの)を有する板部材22としてもよい。また、他にも、これらのスリット形状に限られず、様々な形状のものが考えられる。さらに、様々な形状のスリットを適宜組み合わせた板部材としてもよいが、各スリットを単独種で少なくとも1つ以上有した板部材としてもよい。
The present invention can be modified in design without departing from the scope of the claims, and is not limited to the above embodiment. For example, as a modification, instead of the
また、上記実施形態で示した板部材2、3においては、スリットの数が8のものであったがこれに限られず、7以下であってもよいし、9以上であってもよい。また、等間隔で設けられているが、これに限られず、等間隔でなくてもよいし、狭い又は広いという間隔の偏りがあってもかまわない。
Moreover, in the
また、図5(a)に示すように、フランジ31b、31cのコイル34側にそれぞれ、板部材32、33を直接貼り付けるように設けてもよい。板部材33は、図5(b)に示すように、8つの扇状板部材33aと、扇状板部材33a間に形成されたスリット33bとを有している。なお、板部材32は、板部材33と同様のものである。また、符号30、31、31a、31b、31c、34の部材は順に、上記実施形態の符号10、1、1a、1b、1c、4と同様の部材であるので、説明を省略する。
Moreover, as shown to Fig.5 (a), you may provide so that the
また、図1において、板部材2、3が、難接着性の高分子材料ではなく、例えば、繊維強化プラスチック(FRP)など接着性の比較的高い材料で形成されている場合には、当該板部材2、3とフランジ1b、1cとの間に(両側であってもよいし片側だけであってもよい)、難接着性の高分子材料からなる難接着性板部材をさらに設けるか(挟装させるか)、または難接着性の高分子材料の皮膜を形成することが好ましい。これにより、超電導線固定用含浸材が板部材2、3に接着しにくくなり、その流動抵抗が低くなる。その結果、流路の最深部まで、より速く超電導線固定用含浸材を浸透させることができる。なお、上記した難接着性板部材(スリットなし)の厚みは、0.1mm〜1mm程度である。また、上記した難接着性の高分子材料の皮膜の厚みは、10μm〜100μm程度である。また、この皮膜は、板部材2、3の表面やフランジ1b、1cの表面に形成される。
In FIG. 1, when the
さらに、図6に示したような超電導マグネット40としてもよい。本実施形態の超電導マグネット40は、図1に示した超電導マグネット1の有する板部材2,3に相当する部材を有さない。この超電導マグネット40は、外側縁部から内側に向かって切り込むように形成されたスリット41csを、巻枠41のフランジ41cのコイル44側の表面に有するものである。フランジ41cのコイル44側の表面に所定深さのスリット41csが形成されている。すなわち、本実施形態のスリット41csは、有底のスリットである。スリット41csの形態に関し、スリット41csが有底であること以外は、他の実施形態のスリット(2a、3a、33b)と同様の形態である(図4に示したような形態のスリットであってもよい)。なお、フランジ41bも、スリット41csと同様のスリット41bsが、そのコイル44側の表面に形成されている。
Furthermore, a
ここで、ポリテトラフルオロエチレンなどの難接着性の高分子材料で、フランジ41cおよびフランジ41bのコイル44側の表面に(スリット41csおよびスリット41bsの表面を含む)高分子皮膜を形成しておくことが好ましい。この皮膜の厚みは、10μm〜100μm程度である。超電導線固定用含浸材の流動抵抗を低くして、その浸透性を向上させるためである。なお、符号41aの部材は、上記実施形態の符号31aと同様の部材であるので、説明を省略する。
Here, a polymer film (including the surfaces of the slits 41cs and the slits 41bs) is formed on the surface of the
なお、前記した超電導マグネット10と本実施形態の超電導マグネット40とは、外側縁部から内側に向かって切り込むように形成されたスリットをいずれも有するという点で、従来技術にはない対応する特別な技術的特長を備えている。
The above-described
(フランジ表面のコーティング)
図1に示した超電導マグネット10において、フランジ1b、1cのコイル4側の表面が、超電導線固定用含浸材に対して難接着性の高分子材料(例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE))でコーティング処理されていることが好ましい(図5に示した超電導マグネット30においても同様)。なお、片側のフランジ1b(またはフランジ1c)のみコーティング処理されていてもよい。
(Flange surface coating)
In the
ここで、フランジ1b、1cと板部材2、3とが仮に接着していると、コイル4の動きが拘束され、コイル4を構成する超電導線が不用意に動いてしまうことがある。しかしながら、フランジ1b、1cのコイル4側の表面を、例えばPTFEでコーティング処理すると、フランジ1b、1cと、板部材2、3とは、含浸材(超電導線固定用含浸材)で接着されにくくなる。すなわち、フランジ1b、1cと板部材2、3との間の滑り性が向上し、コイル4を構成する超電導線が不用意に動くことを防止できる。その結果、クエンチの発生を防止できる。
Here, if the
また、PTFEなどの難接着性の高分子材料でフランジ1b、1cの表面をコーティング処理することにより上記した滑り性向上効果が得られ、一方、板部材2、3のスリット2a、3aにより、前記したように超電導線間への含浸材(超電導線固定用含浸材)の浸透効果が得られるので、板部材2、3の材質選択の自由度が高まるという効果も得られる。
Further, the above-described slipperiness improving effect can be obtained by coating the surfaces of the
(板部材の材質)
ここで、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)又はポリイミドで板部材2、3を形成することが好ましい。これにより、難接着性の高分子材料(例えば、PTFE)で表面がコーティング処理されたフランジ1b、1cと板部材2、3との間の滑りのムラが抑えられ、クエンチの発生をより防止できる。
(Material of plate member)
Here, for example, the
なお、この構成によると、含浸材(エポキシ)で板部材2、3とコイル4とは接着するが、滑りの発生する部位は、コイル4に対して遠い側のフランジと1b、1c板部材2、3との間に限定される。すなわち、クエンチの発生は抑制される(FRP(繊維強化プラスチック)で板部材2、3を形成したときも同様)。
According to this configuration, the
一方、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)で板部材2、3を形成すると、板部材2、3とコイル4との間の非接着性、フランジ1b、1cと板部材2、3との間の非接着性をいずれも得ることができる。すなわち、板部材2、3とコイル4との間の非接着性も得てクエンチを抑制しようとする場合は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)で板部材2、3を形成することが好ましい。
On the other hand, when the
また、アルミニウム、銅などの熱伝導性のよい(大きい)金属で板部材2、3を形成することも好ましい。これにより、フランジ1b、1cと板部材2、3との間の滑りにより発生する熱を板部材2、3で分散させることができ、クエンチの発生をより防止できる。なお、この構成によると、含浸材(エポキシ)で板部材2、3とコイル4とは接着するが、滑りの発生する部位は、コイル4に対して遠い側のフランジと1b、1c板部材2、3との間に限定される。すなわち、クエンチの発生は抑制される。アルミニウムとは、純アルミだけでなく例えば、JIS規格でA1000番台からA5000番台までのアルミニウム合金も含む。また、銅とは、純銅の他、例えば、JIS規格でC1000番台の銅も含む。
It is also preferable to form the
なお、一般に、金属は樹脂よりも熱伝導性が大きいため、アルミニウム・銅以外の金属(非磁性金属)で板部材2、3を形成しても、フランジ1b、1cと板部材2、3との間の滑りにより発生する熱を分散させることができる。
In general, since metal has higher thermal conductivity than resin, even if the
1b、1c、31b、31c、41b、41c フランジ
1a 円筒状部材
1、102 巻枠
2a、3a、33b、41cs スリット
2、3、22、32、33 板部材
4、34、44、104 コイル
10、30、40 超電導マグネット
21 含浸用容器
22 真空容器
23、24 管
33a 扇状板部材
101 超電導線
103 流路
1b, 1c, 31b, 31c, 41b,
Claims (11)
外側縁部から内側に向かって切り込むように形成されたスリットを少なくとも1つ有した板部材が、前記第1のフランジと前記コイルとの間に挟装されていることを特徴とする超電導マグネット。 A winding frame having a first flange and a second flange at each end, and a coil made of a superconducting wire wound around the winding frame, and an impregnating material for fixing a superconducting wire between the superconducting wires Is a superconducting magnet that penetrates and solidifies,
A superconducting magnet, wherein a plate member having at least one slit formed so as to be cut inward from an outer edge is sandwiched between the first flange and the coil.
前記第1のフランジおよび前記第2のフランジのうちの少なくともいずれかは、外側縁部から内側に向かって切り込むように形成されたスリットを少なくとも1つ前記コイル側の表面に有し、
前記巻枠の表面には、前記超電導線固定用含浸材に対して難接着性を有する高分子皮膜が形成されていることを特徴とする超電導マグネット。 A winding frame having a first flange and a second flange at each end, and a coil made of a superconducting wire wound around the winding frame, and an impregnating material for fixing a superconducting wire between the superconducting wires Is a superconducting magnet that penetrates and solidifies,
At least one of the first flange and the second flange has at least one slit formed on the coil-side surface so as to cut inwardly from an outer edge,
A superconducting magnet characterized in that a polymer film having poor adhesion to the superconducting wire fixing impregnation material is formed on the surface of the winding frame.
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