JP2011228465A - 超電導マグネット装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】メインコイル5が巻回された円筒形状のメインフォーマ13と、シールドコイル6が巻回され、メインフォーマの径方向外側を覆うようにメインフォーマ13と同芯に設けられた円筒形状のシールドフォーマ15と、シールドフォーマ15を覆うようにメインフォーマ13と同芯に設けられた円筒形状の外筒18と、メインフォーマ13と外筒18との夫々の軸方向両端部を封止することにより冷却室2を形成していると共に、メインフォーマ13とシールドフォーマ15と外筒との夫々の軸方向両端部に当接する環状の位置決め機構を同芯に備えた一対のエンドプレート14a・14bとを有している
【選択図】図2
Description
図1は、本発明の一実施形態に係る超電導マグネット装置1の全体を示す概略図である。図1に示すように、本実施形態の超電導マグネット装置1は、ハウジング1aと、導入部1bと、排気部1cとを有している。
ハウジング1a内に配設される遮へい板4は、同芯の二重管構造を有し、二重管構造が形成する隙間が軸方向に封止された略円筒形状を有している。遮へい板4は、貫通孔1dの径方向外側のハウジング1a内部に、中心軸Zと同芯に設置される。遮へい板4は、二重管構造の隙間に冷却容器12全体を覆うように冷却容器12を収容する。これにより、遮へい板4は、ハウジング1aの外部から冷却容器12へ侵入する熱を軽減し、冷却容器12内における超電導マグネットの冷却効率を向上させる。
冷却容器12は、冷却媒体が収容される冷却室2を形成する。冷却容器12は、同芯の二重管構造を有し、二重管構造が形成する隙間が軸方向に封止された略円筒形状を有している。冷却容器12は、遮へい板4の内径から径方向外側の真空室3に、中心軸Zと同芯に設置される。冷却容器12に収容される冷却媒体には、冷却容器12と同芯に巻回される超電導マグネット(メインコイル5、及び、シールドコイル6)の少なくとも一部が浸漬され、冷却される。本実施形態では、冷却媒体に液体ヘリウムを用いる。
メインフォーマ13は、円筒形状を有し、径方向内側の磁場空間に磁場を生成するメインコイル5が巻回されるようになっている。具体的に、メインフォーマ13は、円筒部13aと、フランジ部13b・13cと、メインコイル支持部13d・13eとを有している。円筒部13aは、円筒形状を有している。円筒部13aは、二重管構造を有する冷却容器12の内径側の壁面を構成する。換言すれば、円筒部13aは、冷却容器12に軸方向に貫通する貫通孔を形成する。
シールドフォーマ15は、円筒形状を有し、メインコイル5が発生する磁場が超電導マグネット装置1の径方向外側へ漏洩することを抑制するシールドコイル6が巻回されるようになっている。シールドフォーマ15は、メインフォーマ13の径方向外側を覆うようにメインフォーマ13と同芯に設けられている。具体的に、シールドフォーマ15は、円筒部15aと、フランジ部15b・15cと、シールドコイル支持部15d・15eとを有している。円筒部15aは、円筒形状を有し、メインフォーマ13の径方向外側を覆うように配設される。即ち、円筒部15aは、メインフォーマ13のフランジ部13b・13c、及び、メインコイル支持部13d・13eの外径よりも大きい径を有していると共に、これらの径方向外側に配設される。円筒部15aは、メインフォーマ13よりも軸方向に短く形成されている。
外筒18は、円筒形状を有している。外筒18は、シールドフォーマ15を覆うようにメインフォーマ13と同芯に設けられている。具体的に、外筒18は、シールドフォーマ15のフランジ部15b・15c、及び、シールドコイル支持部15d・15eの外径よりも大きい径を有していると共に、これらの径方向外側に配設される。外筒18は、シールドフォーマ15よりも軸方向に長く形成されている。また、外筒18は、メインフォーマ13よりも軸方向に短く形成されている。外筒18は、二重管構造を有する冷却容器12の外径側の壁面を構成する。
エンドプレート14a・14bは、メインフォーマ13と外筒18との夫々の軸方向両端部を液密状態で封止することにより冷却室2を形成している。具体的に、エンドプレート14a・14bは、内径と外径とが同芯の円環形状に形成されている。エンドプレート14a・14bは、メインフォーマ13とシールドフォーマ15とを挟持するように、軸方向に対向して配置される。メインフォーマ13は、シールドフォーマ15よりも軸方向に長いため、エンドプレート14a・14bは、軸方向に屈曲して形成されている。即ち、エンドプレート14a・14bは、メインフォーマ13が当接される径方向内側部分が、シールドフォーマ15が当接される径方向外側部分よりも、軸方向真空室3に突出するように屈曲されている。
ここで、エンドプレート14a・14bが有する位置決め機構について説明する。図3は、メインフォーマ13、シールドフォーマ15、及び、外筒18と、エンドプレート14bとの当接箇所を示す部分断面を示す模式図である。尚、エンドプレート14aについては、エンドプレート14bと同様であるため説明を省略する。
次に、サービスプレート7について説明する。サービスプレート7は、超電導マグネットの制御回路を有する制御回路基板である。この制御回路は、メインコイル5及びシールドコイル6の保護回路等を有している。図5に示すように、サービスプレート7は、メインフォーマ13とシールドフォーマ15との間の断面形状に沿って配設されている。
次に、超電導マグネット装置1における冷却容器12の組み立て方法について説明する。先ず、メインフォーマ13とシールドフォーマ15との夫々に対して、図2に示すように超電導マグネットが巻回される。具体的には、メインコイル5がメインフォーマ13のフランジ部13b及びメインコイル支持部13dの間と、メインコイル支持部13d及びメインコイル支持部13eの間と、メインコイル支持部13e及びフランジ部13cの間との夫々に、周方向に巻回される。また、シールドコイル6がシールドフォーマ15のフランジ部15b及びシールドコイル支持部15dの間と、シールドコイル支持部15e及びフランジ部15cの間との夫々に、周方向に巻回される。
このように組み立てられた冷却容器12が組み込まれた超電導マグネット装置1の動作について説明する。超電導マグネット装置1の超電導マグネットは、冷却容器12の冷却室2に収容された液体ヘリウムにより冷却され、励磁されることによる温度上昇が防止される。上述のように、メインフォーマ13、外筒18、及び、エンドプレート14aが、冷却室2の壁面を兼ねているため、冷却室をこれらとは別の構成により形成する場合と比較して小型化されている。従って、同じ液体ヘリウムの量であっても冷却室2内の液体ヘリウムの超電導マグネットに対する液面高さを上昇させることができる。これにより、このような冷却室2は、超電導マグネットが液体ヘリウムに接触する表面積を増加させるため、超電導マグネットを効率良く冷却することができる。
以上、本発明の実施例を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
1a ハウジング
1b 導入部
1c 排気部
1d 貫通孔
2 冷却室
3 真空室
4 遮へい板
5 メインコイル
6 シールドコイル
7 サービスプレート
12 冷却容器
13 メインフォーマ
13a 円筒部
13b・13c フランジ部
13d・13e メインコイル支持部
14a・14b エンドプレート
15 シールドフォーマ
15a 円筒部
15b・15c フランジ部
15d・15e シールドコイル支持部
17 コーン
18 外筒
18a 挿通口
19 コーン支持台
141 切欠端部(位置決め機構)
142 外周面(位置決め機構)
143 屈曲面(位置決め機構)
144 凸部
151 当接面
152 凹部
Claims (6)
- 冷却媒体が収容される冷却室を有する超電導マグネット装置であって、
メインコイルが巻回された円筒形状のメインフォーマと、
シールドコイルが巻回され、前記メインフォーマの径方向外側を覆うように前記メインフォーマと同芯に設けられた円筒形状のシールドフォーマと、
前記シールドフォーマを覆うように前記メインフォーマと同芯に設けられた円筒形状の外筒と、
前記メインフォーマと前記外筒との夫々の軸方向両端部を封止することにより前記冷却室を形成していると共に、前記メインフォーマと前記シールドフォーマと前記外筒との夫々の軸方向両端部に当接する環状の位置決め機構を同芯に備えた一対のエンドプレートと
を有していることを特徴とする超電導マグネット装置。 - 前記封止が溶接加工によって行われることを特徴とする請求項1に記載の超電導マグネット装置。
- 前記エンドプレートの少なくとも一方は、前記シールドフォーマの軸方向両端部と当接する当接面の一部に突出する凸部が形成され、
前記シールドフォーマは、前記凸部に嵌合する凹部が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の超電導マグネット装置。 - 前記メインフォーマと、前記シールドフォーマと、前記エンドプレートと、前記外筒とがステンレスであることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の超電導マグネット装置。
- 前記メインフォーマと前記シールドフォーマとの間の断面形状に沿って配設された前記超電導マグネットの制御回路基板をさらに有していることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の超電導マグネット装置。
- 前記外筒は、前記シールドフォーマに設けられた冷却媒体及び電流リードを外部から導入するための導入部材が遊挿状態で挿通される挿通口を有していることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の超電導マグネット装置。
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