JP2014150223A - Superconducting coil and superconducting coil device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超電導コイルおよび超電導コイル装置に関する。 The present invention relates to a superconducting coil and a superconducting coil device.
特開2010−98267号公報(特許文献1)は、超電導コイルに接続された電極を開示する。この電極は、超電導コイルの超電導線材に接続される第1電極と、第1電極に一体化された第2電極とを備える。第1電極は、超電導コイルの超電導線材の端末部に沿って周方向に延在する円弧状接触部と、該円弧状接触部の周方向の一端側でフランジに固定するとともに該フランジより突出させた固定部とを有する。第2電極は、フランジより外方に突出するとともに電源供給ケーブルとの接続部を有する形状とされる。第1電極の円弧状接触部は、超電導線材の端末部に半田付けされる。 Japanese Patent Laying-Open No. 2010-98267 (Patent Document 1) discloses an electrode connected to a superconducting coil. This electrode includes a first electrode connected to the superconducting wire of the superconducting coil, and a second electrode integrated with the first electrode. The first electrode is fixed to the flange at one end side in the circumferential direction of the arc-shaped contact portion extending in the circumferential direction along the terminal portion of the superconducting wire of the superconducting coil and protruded from the flange. And a fixed portion. The second electrode protrudes outward from the flange and has a shape having a connection portion with the power supply cable. The arc-shaped contact portion of the first electrode is soldered to the terminal portion of the superconducting wire.
特開2010−98267号公報によれば、第1電極および第2電極は銅板により形成される。すなわち、超電導コイルの超電導線材は、銅電極に接続される。銅電極と超電導線材との接続部では、剛性が大きく変化する可能性がある。 According to JP 2010-98267 A, the first electrode and the second electrode are formed of a copper plate. That is, the superconducting wire of the superconducting coil is connected to the copper electrode. The rigidity of the connecting portion between the copper electrode and the superconducting wire may change greatly.
たとえば超電導コイルの冷却および昇温が繰返される。この場合、銅電極と超電導線との間で熱収縮の度合いが異なることに起因する歪みが、銅電極と超電導線材との接続部に生じうる。また、コイルに電流が流れたときに、磁場と電流の相互作用による電磁力が生じうる。この電磁力によって超電導線材が応力を受ける。一方、コイルに電流が流れない時には上記の電磁力は生じない。したがって、コイルの通電および非通電を繰り返すことにより、銅電極と超電導線材との接続部には、応力が繰返して印加される。これらの応力によって、銅電極と接続される超電導線材の部分が損傷するという問題が生じうる。そして、超電導線材が酸化物超電導体で構成される場合、超電導線材は、歪に弱い。歪に弱い酸化物超電導線材に、銅電極と超電導線材との接続部に繰り返して応力が印加されることは好ましくない。 For example, cooling and heating of the superconducting coil are repeated. In this case, distortion resulting from the difference in the degree of thermal shrinkage between the copper electrode and the superconducting wire may occur at the connection portion between the copper electrode and the superconducting wire. Further, when a current flows through the coil, an electromagnetic force can be generated due to the interaction between the magnetic field and the current. The superconducting wire is subjected to stress by this electromagnetic force. On the other hand, when no current flows through the coil, the electromagnetic force is not generated. Therefore, stress is repeatedly applied to the connection portion between the copper electrode and the superconducting wire by repeatedly energizing and de-energizing the coil. These stresses may cause a problem that the portion of the superconducting wire connected to the copper electrode is damaged. And when a superconducting wire is comprised with an oxide superconductor, a superconducting wire is weak to a distortion. It is not preferable that stress is repeatedly applied to the connection portion between the copper electrode and the superconducting wire to the oxide superconducting wire which is weak against strain.
さらに、電極および/または超電導コイルのサイズに依存するものの、電極および超電導コイルの全体の熱容量が大きくなる場合がある。このような場合には、電極と超電導コイルの超電導線材とを半田付けするためには、電極と超電導線材との接続部分に大量の熱を与えて半田を溶かさなければならない。しかし超電導コイルの端部といった局所的な部分に大量の熱が与えられるため、超電導コイルの端部において超電導線材が損傷する可能性がある。そして、上記と同様に、超電導線材が酸化物超電導体で構成される場合、超電導線材は、歪に弱い。したがって、局所的な部分に大量の熱が与えられると、特に超電導線材が損傷する可能性がある。 Furthermore, although depending on the size of the electrode and / or the superconducting coil, the overall heat capacity of the electrode and the superconducting coil may increase. In such a case, in order to solder the electrode and the superconducting wire of the superconducting coil, a large amount of heat must be applied to the connecting portion between the electrode and the superconducting wire to melt the solder. However, since a large amount of heat is applied to a local portion such as the end portion of the superconducting coil, the superconducting wire may be damaged at the end portion of the superconducting coil. Similarly to the above, when the superconducting wire is made of an oxide superconductor, the superconducting wire is vulnerable to strain. Therefore, when a large amount of heat is applied to the local portion, the superconducting wire may be damaged.
上記のような超電導線材の損傷は、超電導線材の電気抵抗の上昇をもたらす。
したがって超電導コイルと接続される電極には、当該超電導コイルの端部での損傷を防ぐ構成を有することが求められる。しかしながら、特開2010−98267号公報には、電極と超電導線材との接続部分において超電導線材が損傷する可能性があるという課題が示されておらず、そのため、その課題を解決するための方法も開示されていない。
Damage to the superconducting wire as described above results in an increase in electrical resistance of the superconducting wire.
Therefore, the electrode connected to the superconducting coil is required to have a configuration that prevents damage at the end of the superconducting coil. However, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-98267 does not show the problem that the superconducting wire may be damaged at the connection portion between the electrode and the superconducting wire, and therefore there is a method for solving the problem. Not disclosed.
本発明の目的は、超電導線材の損傷を防ぐことが可能な電極を備えた超電導コイルおよび、その超電導コイルを備えた超電導コイル装置を提供することである。 The objective of this invention is providing the superconducting coil provided with the electrode which can prevent the damage of a superconducting wire, and the superconducting coil apparatus provided with the superconducting coil.
本発明のある局面に係る超電導コイルは、超電導線材が巻回されることによって形成されたコイル部と、コイル部に接続された第1の電極部材とを備える。第1の電極部材は、導電性材料からなる第1の引出電極と、第1の接続部材とを含む。第1の接続部材は、超電導線材からなる。第1の接続部材は、コイル部の超電導線材と第1の引出電極とを接続する。 A superconducting coil according to an aspect of the present invention includes a coil portion formed by winding a superconducting wire, and a first electrode member connected to the coil portion. The first electrode member includes a first extraction electrode made of a conductive material and a first connection member. The first connecting member is made of a superconducting wire. The first connection member connects the superconducting wire of the coil portion and the first extraction electrode.
この構成によれば、コイルの超電導線材は、第1の接続部材を介して第1の引出電極に接続される。第1の接続部材は、超電導線材からなる。したがってコイルの超電導線材と第1の接続部材との間での剛性の変化を小さくすることができる。第1の引出電極とコイル部の超電導線材との間で剛性が大きく異なる場合であっても、コイル部の端部に生じる応力(たとえば超電導コイルの冷却および昇温によって生じる応力)を小さくすることができる。したがって、コイル部の端部において超電導線材が損傷する可能性を小さくすることができる。 According to this configuration, the superconducting wire of the coil is connected to the first extraction electrode via the first connection member. The first connecting member is made of a superconducting wire. Therefore, the change in rigidity between the superconducting wire of the coil and the first connecting member can be reduced. Even when the rigidity differs greatly between the first lead electrode and the superconducting wire of the coil portion, the stress generated at the end of the coil portion (for example, the stress generated by cooling and raising the temperature of the superconducting coil) is reduced. Can do. Therefore, the possibility that the superconducting wire is damaged at the end of the coil portion can be reduced.
「剛性」とは、単位変形を起こすのに必要な力(荷重/変形量)として表現することができる。「剛性が高い(大きい)」とは、力に対して変形が小さいことであり、「剛性が低い(小さい)」とは、力に対する変形が大きいことであると定義することができる。 “Rigidity” can be expressed as a force (load / deformation amount) required to cause unit deformation. “High rigidity (large)” means that the deformation is small relative to the force, and “low rigidity (small)” means that the deformation is large relative to the force.
好ましくは、第1の引出電極の剛性は、コイル部を形成する超電導線材の剛性よりも高い。第1の接続部材の剛性は、第1の引出電極よりも低い。 Preferably, the rigidity of the first extraction electrode is higher than the rigidity of the superconducting wire forming the coil portion. The rigidity of the first connecting member is lower than that of the first extraction electrode.
この構成によれば、コイル部の超電導線材に接続される第1の接続部材の剛性は、第1の引出電極の剛性よりも小さい。したがって、第1の電極部材(第1の引出電極および第1の接続部材)とコイル部の端部の超電導線材との接続部分における剛性の変化を小さくすることができる。 According to this configuration, the rigidity of the first connecting member connected to the superconducting wire of the coil portion is smaller than the rigidity of the first extraction electrode. Therefore, it is possible to reduce the change in rigidity at the connection portion between the first electrode member (the first extraction electrode and the first connection member) and the superconducting wire at the end of the coil portion.
好ましくは、コイル部を形成する超電導線材は、第1の超電導体と、第1の超電導体を被覆する、導電性の第1のシースとを含む。第1の接続部材は、第2の超電導体と、導電性の第2のシースとを含む。第2のシースは、第1のシースと同じ材料を含み、第2の超電導体を被覆する。 Preferably, the superconducting wire forming the coil portion includes a first superconductor and a conductive first sheath covering the first superconductor. The first connecting member includes a second superconductor and a conductive second sheath. The second sheath includes the same material as the first sheath and covers the second superconductor.
この構成によれば、コイル部を形成する超電導線材のシース(第1のシース)と、第1の接続部材のシース(第2のシース)とが同じ材料を含む。したがって、コイル部を形成する超電導線材と第1の接続部材との間で剛性の変化を小さくすることができる。 According to this configuration, the sheath (first sheath) of the superconducting wire forming the coil portion and the sheath (second sheath) of the first connecting member contain the same material. Therefore, a change in rigidity can be reduced between the superconducting wire forming the coil portion and the first connecting member.
好ましくは、第1の接続部材は、コイル部が接続される第1の接続部と、第1の引出電極が接続される第2の接続部と、第1の接続部と第2の接続部との間に位置し、コイル部および第1の引出電極のいずれにも接続されていない中間部とを含む。 Preferably, the first connection member includes a first connection portion to which the coil portion is connected, a second connection portion to which the first extraction electrode is connected, and a first connection portion and a second connection portion. And an intermediate portion that is not connected to either the coil portion or the first extraction electrode.
この構成によれば、たとえば、第1の接続部材の中間部が、第2の接続部における応力を緩和するバッファとして機能する。したがって、第1の接続部が、第2の接続部における応力の影響を受けることを回避できる。 According to this configuration, for example, the intermediate portion of the first connection member functions as a buffer that relieves stress in the second connection portion. Therefore, it can avoid that the 1st connection part receives the influence of the stress in a 2nd connection part.
好ましくは、超電導コイルは、コイル部に接続された第2の電極部材をさらに備える。第2の電極部材は、導電性材料からなる第2の引出電極と、第2の接続部材とを含む。第2の接続部材は、超電導線材からなり、コイル部と第2の引出電極とを接続する。 Preferably, the superconducting coil further includes a second electrode member connected to the coil portion. The second electrode member includes a second extraction electrode made of a conductive material and a second connection member. The second connection member is made of a superconducting wire, and connects the coil portion and the second extraction electrode.
この構成によれば、超電導コイルは、第1の接続部材に加えて第2の接続部材を備える。第1の接続部材を第2の接続部材を、コイル部の入力電極および出力電極のうちの一方及び他方として使用することができる。第2の接続部材とコイル部との接続部分においても、コイル部の超電導線材が損傷する可能性を小さくすることができる。 According to this configuration, the superconducting coil includes the second connecting member in addition to the first connecting member. The first connecting member and the second connecting member can be used as one and the other of the input electrode and the output electrode of the coil portion. Even in the connection portion between the second connection member and the coil portion, the possibility of damage to the superconducting wire of the coil portion can be reduced.
好ましくは、超電導コイルは、第1の電極部材と第2の電極部材とを絶縁する絶縁部材をさらに備える。第1の引出電極と、第2の引出電極とは、絶縁部材を介在して一体化される。 Preferably, the superconducting coil further includes an insulating member that insulates the first electrode member and the second electrode member. The first extraction electrode and the second extraction electrode are integrated with an insulating member interposed.
この構成によれば、第1の引出電極と第2の引出電極とを近づけることができる。したがって、超電導コイル装置の第1の引出電極および第2の引出電極を、別の電気部品(たとえば電流リードなど)に接続する際の作業性を向上させることができる。 According to this configuration, the first extraction electrode and the second extraction electrode can be brought close to each other. Therefore, it is possible to improve workability when connecting the first extraction electrode and the second extraction electrode of the superconducting coil device to another electrical component (for example, a current lead).
好ましくは、第1の接続部材の剛性は、少なくともコイル部を形成する超電導線材の剛性と同じである。 Preferably, the rigidity of the first connecting member is at least the same as the rigidity of the superconducting wire forming the coil portion.
好ましくは、超電導線材は、酸化物超電導体で構成される。
この場合、酸化物超電導体で構成される超電導線材で形成されたコイル部の端部において、超電導線材が損傷する可能性を小さくできる。
Preferably, the superconducting wire is made of an oxide superconductor.
In this case, the possibility that the superconducting wire is damaged at the end portion of the coil portion formed of the superconducting wire composed of the oxide superconductor can be reduced.
本発明の他の局面に係る超電導コイル装置は、上記の超電導コイルを備える。
この構成によれば、コイル部の端部において超電導線材が損傷する可能性を小さくすることができる。
A superconducting coil device according to another aspect of the present invention includes the above-described superconducting coil.
According to this configuration, the possibility that the superconducting wire is damaged at the end of the coil portion can be reduced.
本発明によれば、超電導線材の損傷を防ぐことが可能な電極を備えた超電導コイルおよび、その超電導コイルを備えた超電導コイル装置を実現できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the superconducting coil provided with the electrode which can prevent damage to a superconducting wire, and the superconducting coil apparatus provided with the superconducting coil are realizable.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will not be repeated.
[実施の形態1]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る超電導コイルの構成を概略的に示す図である。図1を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る超電導コイル1は、コイル部10を有する。コイル部10は、酸化物系の超電導線材を巻回することによって形成される。この実施の形態では、コイル部10は、いわゆるダブルパンケーキ型のコイルであり、コイル11a,11bを有する。コイル11a,11bは、その内周側で超電導線材を架け渡して連続させている。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a superconducting coil according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, superconducting coil 1 according to the first embodiment of the present invention has a
超電導コイル1は、さらに、コイル部10に接続される電極12a,12bを備える。電極12aは、コイル11aに接続される。電極12bは、コイル11bに接続される。電極12a,12bは、超電導コイル1の入力端子および出力端子のうちの一方および他方としての役割を担う。
Superconducting coil 1 further includes
電極12a,12bの各々は、同じ構成を有する。具体的には、電極12aは、引出電極13aと、超電導線からなる接続部材14aとを含む。電極12bは、引出電極13bと、超電導線からなる接続部材14bとを含む。
Each of the
引出電極13a,13bは、導電性材料(代表的には金属、一例では銅)からなる電極である。引出電極13a,13bには、たとえば図示しない電流リードをネジによって接続するための穴21a,21bがそれぞれ形成される。
The
接続部材14aは、引出電極13aと、コイル部10を形成する超電導線材とを電気的に接続する。接続部材14bは、引出電極13bと、コイル部10を形成する超電導線材とを電気的に接続する。
The
超電導コイル1は、さらに、固定ブロック15と、伝熱部16a,16bとを備える。固定ブロック15は、たとえばFRP(Fiber Reinforced Plastics)などの絶縁部材によって形成される。固定ブロック15は、引出電極13aと引出電極13bとの間に配置される。
Superconducting coil 1 further includes a fixed
図2は、図1に示した電極12a,12bのうちの引出電極についての構成を概略的に示した図である。図2を参照して、引出電極13a,13bは、固定ブロック15を挟んだ状態で固定ブロック15に固定される。これにより、引出電極13a,13bが一体化される。図2に示されるZ方向は、引出電極13a,13bが重ねられる方向である。この方向は引出電極13a,13bの厚み方向に相当する。Y方向はZ方向に直交する方向であるとともに、引出電極13a,13bの延在する方向である。X方向は、Z方向およびY方向の両方に直交する方向である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the extraction electrode among the
引出電極13a,13bが近づけられて配置されているので、引出電極13a,13bに電流リードなどの別の電気部品を接続する際の作業性を向上させることができる。引出電極13a,13bを固定ブロック15に固定するための方法としては、たとえばネジによる固定など公知の方法を用いることができる。
Since the
引出電極13aは、先端部22aと、湾曲部23aと、後端部24aとを有する。引出電極13bは、先端部22bと、湾曲部23bと、後端部24bとを有する。引出電極13aの先端部22aおよび引出電極13bの先端部22bは、コイル部10に向けられる部分である。
The
図1に戻り、伝熱部16aは、コイル11aと接触する。同じく、伝熱部16bは、コイル11bと接触する。伝熱部16a,16bは、コイル11a,11bをそれぞれ冷却あるいは昇温させるにコイル11a,11bに熱を伝える。なお、ネジなどの固定部材によって、固定ブロック15と伝熱部16a,16bとを固定してもよい。
Returning to FIG. 1, the
図1に示された構成では、超電導コイル1は、伝熱部16a,16bの両方を有する。ただし、超電導コイル1は、伝熱部16a,16bの一方のみを有していてもよい。また、超電導コイル1をLN2やLHeなどの冷媒に直接浸漬する場合、伝熱部16a,16bを省略することができる。
In the configuration shown in FIG. 1, superconducting coil 1 has both
図3は、コイル部10と、電極12a,12bとの接続を説明するための平面図である。図3を参照して、コイル部10(図3では、コイル11aが示される)は、酸化物超電導体を用いた超電導線材31が巻回されることにより形成される。
FIG. 3 is a plan view for explaining the connection between the
電極12aにおいて、引出電極13aと接続部材14aとは半田によって機械的かつ電気的に接続される。接続部材14aは、半田によって、コイル11aの超電導線材31に機械的かつ電気的に接続される。
In the
接続部材14aは、第1の接続部と、第2の接続部と、中間部とを有する。接続部19aは、コイル11aの超電導線材31に接続される接続部材14aの部分であり、第1の接続部に相当する。第2の接続部は、引出電極13aに接続される接続部材14aの部分である。引出電極13aに沿う接続部材14aの部分が、第2の接続部に相当する。中間部20aは、接続部材14aの第1の接続部(接続部19a)と、接続部材14aの第2の接続部との間の部分である。接続部材14aの中間部20aは、コイル部(コイル11a)および引出電極13aのいずれにも接続されていない。
The
同じように、電極12bにおいて、引出電極13bと接続部材14bとは半田によって機械的かつ電気的に接続される。接続部材14bは、半田によって、コイル11aの超電導線材31に機械的かつ電気的に接続される。
Similarly, in the
接続部材14bは、第1の接続部と、第2の接続部と、中間部とを有する。接続部19bは、コイル11b(図1参照)の超電導線材31に接続される接続部材14bの部分であり、第1の接続部に相当する。第2の接続部は、引出電極13bに接続される接続部材14bの部分である。引出電極13bに沿う接続部材14bの部分が、第2の接続部に相当する。中間部20bは、接続部材14bの第1の接続部(接続部19b)と、接続部材14bの第2の接続部との間の部分である。接続部材14bの中間部20bは、コイル部(コイル11b)および引出電極13bのいずれにも接続されていない。
The
図3に示された構成では、引出電極13a,13bとコイル部10との間に隙間が設けられる。ただし、このように限定される必要はない。コイル部10の外周部分と引出電極13a,13bとの間の電気的絶縁を確保できるのであれば、コイル部10の外周部分と、引出電極13a,13bとが接触していてもよい。
In the configuration shown in FIG. 3, a gap is provided between the
図4は、コイル部10が備える超電導線材31、および接続部材14aの断面を模式的に示した図である。図4を参照して、超電導線材31は、長手方向に延びる複数の超電導体32aと、複数の超電導体32aの全周を被覆するシース部32bとを有する。シース部32bは超電導体32aに接触している。シース部32bの材質は、たとえば銀、銀合金である。しかしながら、シース部32bの材質は、銀、銀合金に限定されない。なお、超電導体32aの本数は、単数でもよい。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross section of the
超電導線材である接続部材14aは、超電導線材31と同じ構造を有する。接続部材14aは、長手方向に延びる複数の超電導体と、複数の超電導体の全周を被覆するシース部とを有する。接続部材14aのシース部の材質は、超電導線材31のシース部と同じ材質からなり、具体的には、たとえば銀、銀合金である。
The
図5は、接続部材14aの別の構成を示した模式的断面図である。図4および図5を参照して、接続部材14aは、長手方向に延びる複数の超電導体32aと、複数の超電導体32aの全周を被覆するシース部32bと、シース部32bを覆うシース部材33aを有する。シース部材33aの材質は、たとえばステンレス鋼や銅合金が例示される。また、シース部32bの側面は、必要に応じて半田33bなどで覆われる。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing another configuration of the connecting member 14a. 4 and 5, the connecting
接続部材14bの構成は、接続部材14aと同様であり、図4あるいは図5に示された構成を有する。したがって接続部材14bの構成については詳細な説明を以後繰り返さない。
The configuration of the connecting
本実施の形態に係る構成の特徴について、代表的に電極12aについて説明する。引出電極13aは、銅板によって形成される。超電導線材31の剛性は引出電極13aの剛性よりも小さい。すなわち超電導線材31は引出電極13aに比べて、応力による影響を受けやすい。コイル部10の超電導線材31に引出電極13aを半田によって接続すると、超電導線材31と引出電極13aとの接続部において剛性が大きく変化する。
The characteristics of the configuration according to the present embodiment will be described representatively with respect to the
しかしながら、本実施の形態では、コイル部10の超電導線材31には、超電導線材からなる接続部材14aが接続される。超電導線材31と接続部材14aとは、たとえば図4に示した構成を有する。コイルの超電導線材31と接続部材14aとの間での剛性の変化は小さい。これにより、超電導コイル1の冷却および昇温によって、超電導線材31と引出電極13aとの間に生じる応力を緩和することができる。あるいは、電磁力によって超電導コイル1に作用する力が働く場合にもコイル部10の端部に生じる応力を小さくすることができる。
However, in the present embodiment, a connecting
超電導線材31に損傷部分が生じると、その損傷部分の電気抵抗が高くなる。本実施の形態によれば、接続部材14aと接続される超電導線材31の部分が損傷する可能性を小さくすることができる。したがって上記の問題が生じる可能性を小さくすることができる。特に、超電導線材が酸化物超電導体で構成される場合、超電導線材は歪に弱い。したがって、コイル部10の端部に生じる応力をできる限り小さくすることが、超電導線材31の損傷を防ぐ点で好ましい。したがって、本実施の形態に係る電極12aなどを採用することが良い。
When a damaged part occurs in the
また、引出電極13aと超電導コイルの超電導線材31とを半田により直接接続する場合、半田を溶かすために、電極と超電導線材との接続部分に大量の熱を与える必要がある。しかし、超電導線材31の一部に過大な熱負荷がかかるため、その部分が損傷する可能性が高くなる。本実施の形態によれば、電極12aは、接続部材14aと引出電極13aとを半田で接続しておくことによって予め形成することができる。従来の電極は、電極の熱容量が大きいために、電極全体をヒータあるいは恒温槽によって温めた状態でなければ半田ごてによる半田付けが困難であった。これに対して、この実施の形態によれば、超電導線材である接続部材14aの先端を温めれば、接続部材14aをコイル部10に半田で接続することができる。これにより、半田ごてを用いて電極をコイルに接続することを容易にすることができる。
Further, when the
また、コイル11aの超電導線材31と、接続部材14aである超電導線材とは、同じ構成を有していてもよい(図4を参照)。したがって、コイル11aの超電導線材31が有するシース部の材質と、接続部材14aである超電導線材が有するシース部の材質とは、同じであってもよい。この場合、接続部材14aの剛性とコイル11aの超電導線材31の剛性とが実質的に同じとなる。したがって、電極12aとコイル部10の超電導線材31との接続部分における剛性の変化を小さくすることができる。上記のように、たとえばコイル11aの超電導線材31が有するシース部と、接続部材14aである超電導線材が有するシース部とは、銀、銀合金よりなってもよい。
Moreover, the
あるいは、接続部材14aの剛性は、コイル11aの超電導線材31の剛性よりも高くてもよい。ただし、接続部材14aの剛性は引出電極13aの剛性よりも低い。この場合にも、接続部材14aをコイル11aの超電導線材31に半田付することにより、引出電極13aをコイル11aの超電導線材31に直接に半田付するよりも剛性の変化を小さくすることができる。
Alternatively, the rigidity of the connecting
さらに本実施の形態によれば、接続部材14aは、コイル部10が接続される第1の接続部(接続部19a)と、引出電極13aが接続される第2の接続部と、第1の接続部と第2の接続部との間に位置する中間部20aとを含む。接続部材14aの中間部20aは、コイル部10および引出電極13aのいずれにも接続されていない。超電導コイル1の冷却および昇温によって、各部材が収縮および膨張する。接続部材14aの中間部20aは、引出電極13aの該当の部材が収縮および膨張することによって第2の接続部に生じる応力を吸収するバッファとして機能する。これにより、接続部材14aの第1の接続部が、第2の接続部に生じる応力の影響を受けることを防ぐことができる。
Furthermore, according to the present embodiment, the
さらに、本実施の形態によれば、引出電極13aと接続される接続部材14aの部分(すなわち接続部材14aの第2の接続部)が引出電極13aに沿っている。これにより、電極12a全体の電気抵抗を小さくすることができる。
Furthermore, according to the present embodiment, the portion of the
図6は、電極12aに流れる電流を説明するための図である。図6を参照して、コイル11aの超電導線材31から出力された電流35は、接続部材14aを流れる。電流は、接続部材14aから引出電極13aへと流入して、引出電極13aの後端部24aから出力される。
FIG. 6 is a diagram for explaining the current flowing through the
接続部材14aは超電導線材であるため、接続部材14aの電気抵抗の値は、引出電極13aの電気抵抗の値よりも大幅に小さい。コイル11aから電流を取り出す際には、電流は、電気抵抗の低い部分、すなわち接続部材14aを流れる。引出電極13aにおける電流35の経路が短くなるので、電極12a全体の電気抵抗を小さくすることができる。なお、電流35の流れの向きが図5に示された向きと逆であっても、上記の説明が成り立つ。
Since the connecting
このように、接続部材14aは、引出電極13aの後端部24a(すなわち電流リードが接続される部分)に近づけて取り付けられることが好ましい。これによって、引出電極13aにおける電流経路を短くすることができる。したがって、電極12aの抵抗を小さくすることができる。
Thus, the
続いて、引出電極13aおよび接続部材14aについて、さらに詳細に説明する。図7は、引出電極13aの構成を示した図である。図7を参照して、引出電極13aは、後端部24aから先端部22aに向かうほど細くなるように形成されている。接続部材14aは、引出電極13aに沿って引出電極13aに接続される(図3を参照)。引出電極13aを先細りの形状とすることによって、引出電極13aと、接続部材14aとの間での剛性の変化をより小さくする(緩和する)ことができる。引出電極13aの先細りの部分は、できるだけ長いことが好ましい。これにより、剛性の変化を緩和する効果を大きくすることができる。
Subsequently, the
さらに、超電導線材である接続部材14aは、引出電極13aの湾曲部23aにおいて曲げられる。したがって、湾曲部23aの曲率半径は、接続部材14aの許容両曲げ直径の1/2よりも大きいことが好ましい。接続部材14aすなわち超電導線材の許容両曲げ直径は、たとえば、超電導線材の臨界電流値が、超電導線材を曲げる前の値に対して95%まで低下したときの曲げ直径と定義される。
Furthermore, the
図8は、引出電極13aの厚みと接続部材14aの厚みとの間の関係を説明するための図である。図8では、図7に示すY方向に沿って電極12aを見たときの引出電極13aおよび接続部材14aが示される。
FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship between the thickness of the
図7および図8を参照して、引出電極13aの厚みをT1とし、接続部材14aの厚みをT2とする。引出電極13aの厚みT1と、接続部材14aの厚みT2との間には、T1≧T2の関係が成立する。
With reference to FIGS. 7 and 8, the thickness of the
仮に、T2≧T1であるとすると、Z方向において、接続部材14aが引出電極13aからはみ出る。このため、たとえば、引出電極13aの穴21aにリード(図示せず)をネジによって固定する際に、ネジ留めが難しくなる可能性がある。図8に示されるように、接続部材14aの厚みT2を引出電極13aの厚みT1以下にすることによって、引出電極13aに関する各種の作業(たとえば上述のようなリードの固定)を容易にすることができる。
If T2 ≧ T1, the connecting
図9は、図7に示すX方向から見た接続部材14aの先端の形状の例を示した図である。図9に示されるX方向、Y方向およびZ方向は、図7および図8に示されたX方向、Y方向およびZ方向とそれぞれ同じである。図9(a)〜(e)に示されるように、接続部材14aの先端部は、先細りの形状を有していてもよい。たとえば接続部材14aの先端部を切断して、図9(a)〜(e)の各々に示された形状を得ることができる。接続部材14aの先端部(先細りの部分)によって、コイル11aと接続部材14aとが接続された状態での剛性の変化を緩和することができる。先細りの部分の長さLが大きいことで好ましい。剛性の変化を緩和する効果をより発揮することができる。
FIG. 9 is a diagram showing an example of the shape of the tip of the
先細りの具体的形状には、さまざまな形状を採用することができる。たとえば図9(a),(b)に示されるように、直線的な傾斜を有する形状であってもよい。あるいは図9(c)に示されるように、丸みをつけた形状であってもよい。あるいは、図9(d)に示されるように、厚み方向の中央部分を除去した形状であってもよい。あるいは、図9(e)に示されるように、角の部分が切断された形状であってもよい。 Various shapes can be adopted as the tapered specific shape. For example, as shown in FIGS. 9A and 9B, the shape may have a linear inclination. Alternatively, as shown in FIG. 9C, the shape may be rounded. Alternatively, as shown in FIG. 9 (d), a shape in which a central portion in the thickness direction is removed may be used. Alternatively, as shown in FIG. 9 (e), a shape in which a corner portion is cut may be used.
図10は、引出電極13aと接続部材14aとの接続および接続部材14aとコイル11aとの接続を説明するための図である。図10を参照して、接続部材14aは、引出電極13aの先端部22a付近において、引出電極13aおよびコイル11aに接続されていないことが好ましい。具体的には、接続部材14aのうち、引出電極13aの先端から引出電極13a側に延びる長さL1の部分は、引出電極13aに半田付けされていない。さらに接続部材14aのうち、引出電極13aの先端から接続部材14aの先端側に延びる長さL2の部分は、コイル11aには半田付けされていない。
FIG. 10 is a diagram for explaining the connection between the
引出電極13aの先端に接続部材14aが半田付けされている場合、接続部材14aと引出電極13aとの間での剛性の違いが大きくなる。したがって、超電導コイル1の冷却および昇温によって、接続部材14aの損傷が生じる(たとえば接続部材14aが折れる)といった問題が発生する可能性がある。図10に示されるように、引出電極13aの先端には接続部材14aが半田付けされていないことで、剛性の変化を緩和することができる。したがって上記の問題が生じるのを防ぐことができる。
When the
図11は、本発明の第1の実施の形態に係る超電導コイル1が備える電極の別の構成例を説明するための図である。図11を参照して、電極42aは、接続部材14cが追加される点において電極12a(図3を参照)と異なる。接続部材14cは接続部材14aと同様に超電導線材である。接続部材14cは、たとえば図4あるいは図5に示された構成を有する。接続部材14aのみでは電流容量あるいは剛性が不足する場合には、このように追加の接続部材を設けることができる。なお、追加の接続部材(超電導線材)の本数は特に限定されるものではない。
FIG. 11 is a diagram for explaining another configuration example of the electrodes provided in the superconducting coil 1 according to the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 11,
さらに、接続部材の本数が複数である場合には、それらの先端の位置をずらすことが好ましい。これにより、接続部材がコイル11aに半田付けされた状態において剛性の変化を緩和することができる。図11では、接続部材14cの先端が、接続部材14aの先端よりも、より引出電極13aから遠く離れた位置にある。この構成によれば、接続部材の冗長性を期待することができる。すなわち、接続部材14aまたは接続部材14cの一部が損傷した場合でも接続部材14cまたは接続部材14aに電流が流れる。
Furthermore, when there are a plurality of connection members, it is preferable to shift the positions of their tips. Thereby, a change in rigidity can be reduced in a state where the connecting member is soldered to the
図12は、本発明の第1の実施の形態に係る超電導コイル1が備える電極のさらに別の構成例を説明するための図である。図11に示された構成では、接続部材14aの先端が、接続部材14cの先端よりも、より引出電極13aから遠く離れた位置にある。この構成によれば、接続部材14aがコイル11aに接続される。したがって、電極12aをコイル11aに半田付けする際の作業が容易となる。
FIG. 12 is a diagram for explaining still another configuration example of the electrodes provided in the superconducting coil 1 according to the first embodiment of the present invention. In the configuration shown in FIG. 11, the tip of the
さらに、コイル部10に電流が流れることによってコイル部10にはフレミングの左手の法則に従う電磁力(ローレンツ力)が発生する。コイル部10に接続される接続部材は、この電磁力(ローレンツ力)を受ける。この電磁力の作用する方向を考慮して、電極の向きを決定することが好ましい。
Furthermore, when an electric current flows through the
図13は、電極の接続の向きの第1の例を示した図である。図14は、電極の接続の向きの第2の例を示した図である。図13および図14を参照して、コイル11aに流れる電流の方向は同じである。図13に示すように電極42aを取り付けた場合、コイル11aの中心に向かう電磁力Fが接続部材14a,14cに対して発生する。したがって、接続部材14aがコイル11aに接続された状態を確保することができる。一方、図14に示すように電極42aを取り付けた場合、コイル11aの中心から外側に向かう電磁力Fが接続部材14a,14cに対して発生する。すなわち接続部材14aがコイル11aから剥がれる方向に電磁力Fが作用する。したがって、図13に示されるように、コイル11aの中心に向かう電磁力Fが接続部材14a,14cに対して発生するように電極42aの向きを決定することが好ましい。
FIG. 13 is a diagram showing a first example of the direction of electrode connection. FIG. 14 is a diagram showing a second example of the direction of electrode connection. Referring to FIGS. 13 and 14, the direction of the current flowing through
なお、図13および図14では、電極42aに電流が流入する場合について示されている。電極42aから電流が出力される場合にも、同様に、コイル11aの中心に向かう電磁力Fが接続部材14a,14cに対して発生するように電極42aの向きを決定することが好ましい。また、図13および図14では、接続部材の本数が複数の場合について示されているが、接続部材の本数は単数であってもよい。
Note that FIGS. 13 and 14 show the case where a current flows into the
[実施の形態2]
図15は、本発明の第2の実施の形態に係る超電導コイルの構成を概略的に示す図である。図15を参照して、本発明の第2の実施の形態に係る超電導コイル1aは、電極12a,12bが離れた位置にある点において、本発明の第2の実施の形態に係る超電導コイル1と異なる。この構成では、固定ブロック15が省略される。
[Embodiment 2]
FIG. 15 is a diagram schematically showing a configuration of a superconducting coil according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 15, superconducting coil 1 a according to the second embodiment of the present invention is a superconducting coil 1 according to the second embodiment of the present invention in that
電極12a,12bの構成は、実施の形態1と同様であり、引出電極(13a,13b)と、超電導線材からなる接続部材(14a,14b)とを有する。引出電極とコイル部とは、接続部材によって接続される。実施の形態2によれば、実施の形態1と同様に、電極とコイルの超電導線材との接続部分における剛性の変化を緩和することができる。したがって、超電導コイルへの電極の取り付け時における超電導線材の損傷、あるいは、超電導コイルの熱サイクルによる超電導コイルの超電導線材の損傷の可能性を低減することができる。
The configuration of the
[実施の形態3]
実施の形態3では、実施の形態1または実施の形態2に係る超電導コイルを備えた超電導コイル装置が開示される。
[Embodiment 3]
In the third embodiment, a superconducting coil device including the superconducting coil according to the first or second embodiment is disclosed.
図16は、本発明の実施の形態3に係る超電導コイル装置101の構成を示した図である。図16を参照して、超電導コイル装置101は、超電導コイル1と、超電導コイル1を取り付けるためのボビン102とを有する。超電導コイル1は、コイル部10と電極12a,12bとを有する。コイル部10は、コイル11a〜11hを有する。軸Axはコイル11a〜11hの積層方向に対応する。
FIG. 16 is a diagram showing a configuration of
ボビン102は、積層されたコイル11a〜11hの内側に配置される胴部103と、胴部103の上端に設けられるフランジ104aと、胴部103の下端に設けられるフランジ104bとを有する。胴部103には、円筒空間(ボア)105が形成されている。超電導コイル装置101に直流電流が流れることにより、ボア105には、静磁場が生じる。なお、超電導コイル装置101に交流電流が流れた場合、ボア105には、動磁場が生じる。
The bobbin 102 includes a trunk portion 103 disposed inside the stacked coils 11 a to 11 h, a
コイル11a〜11hはパンケーキ型コイルである。最上層のコイル11aには、電極12aが接続される。一方、最下層のコイル11hには、電極12bが接続される。電極12a,12bは、コイル部10の同じ側(図16では紙面の左側)から引出される。なお、超電導コイル1の詳細な構成は、実施の形態1に係る超電導コイルの構成と同じでもよく、実施の形態2に係る超電導コイルの構成と同じでもよい。
The
図17は、本発明の実施の形態3に係る超電導コイル装置201の構成を示した図である。図17を参照して、超電導コイル装置201は、超電導マグネットとして適用される。超電導コイル装置201は、超電導コイル装置101と、電流リード111,113と、高温超電導リード112と、クライオスタット120と、熱シールド121と、冷凍機130と、ヒータ133とを備える。冷凍機130は、第1ステージ131と、第2ステージ132とを備える。超電導コイル装置101に電流が流れることによって室温ボア141内に静磁場が生じる。
FIG. 17 is a diagram showing a configuration of
超電導コイル装置101は、図16に示された構成と同様の構成を有する。したがって超電導コイル装置101の構成については詳細な説明を繰り返さない。なお、コイル11a〜11hの各々には伝熱部16bが接続される。各コイルに接続された伝熱部16bは1箇所で統合されて、たとえば第2ステージ132とヒータ133によって所定の温度に調節される。
電流リード111は、超電導コイル装置101の電極12a,12bに接続されるとともに、高温超電導リード112に接続される。電流リード113は、外部の電源(図示せず)に接続される。電流リード113からの熱侵入を出来るだけ抑制するため、断熱が良くジュール熱の発生しない高温超電導リード112が電流リード113に接続される。
The
超電導コイル1および熱シールド121は、クライオスタット120の内部に収められる。冷凍機130の第1ステージ131によって、熱シールド121が冷却される。超電導コイル装置101は、冷却された熱シールド121によって覆われる。クライオスタット120の内部は真空とされている。
Superconducting coil 1 and
伝熱部16b(冷却板)から第2ステージ132までは、熱抵抗が少なくなるように充分な断面積を有するクーリングパスにより連結される。(クーリングパスは、たとえば銅やアルミニウムで構成される。)電流リード111,113は、ヒータ133と第2ステージ132によって所定の温度に調節される。
The
以上のように実施の形態3によれば、実施の形態1または実施の形態2に係る超電導コイルを備える。したがって実施の形態3によれば、超電導線材から形成されたコイル部と電極との接続部分におけるコイル部の損傷を防ぐことができる。 As described above, according to the third embodiment, the superconducting coil according to the first or second embodiment is provided. Therefore, according to the third embodiment, it is possible to prevent the coil portion from being damaged at the connection portion between the coil portion and the electrode formed from the superconducting wire.
上記の各実施の形態では、電極12a,12bは、本発明の超電導コイルが備える「第1の電極部材」および「第2の電極部材」を実現する。ただし、たとえば電極12aが「第1の電極部材」に対応し、電極12bが「第2の電極部材」に対応すると限定される必要はない。たとえば電極12aが「第2の電極部材」に対応し、電極12bが「第1の電極部材」に対応してもよい。
In each of the embodiments described above, the
また、上記の各実施の形態では、2つの電極(12a,12b)を有する超電導コイルが示されている。しかしながら、超電導線材が巻回されることによって形成されたコイル部と、そのコイル部に接続された1つの電極部材とを備える構成であれば、本発明の範囲に含まれる。したがって2つの電極が必須であると限定される必要はない。 In each of the above embodiments, a superconducting coil having two electrodes (12a, 12b) is shown. However, any configuration including a coil portion formed by winding a superconducting wire and one electrode member connected to the coil portion is included in the scope of the present invention. Therefore, it is not necessary to limit the two electrodes to be essential.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。 The embodiment disclosed this time must be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1,1a 超電導コイル、10 コイル部、11a〜11h コイル、12a,12b,42a 電極、13a,13b 引出電極、14a〜14c 接続部材、15 固定ブロック、16a,16b 伝熱部、19a,19b 接続部、20a,20b 中間部、21a,21b 穴、22a,22b 先端部、23a,23b 湾曲部、24a,24b 後端部、31 超電導線材、32a 超電導体、32b シース部、33a シース部材、33b 半田、35 電流、101,201 超電導コイル装置、102 ボビン、103 胴部、104a,104b フランジ、105 ボア、111,113 電流リード、112 高温超電導リード、120 クライオスタット、121 熱シールド、130 冷凍機、131 第1ステージ、132 第2ステージ、133 ヒータ、Ax 軸、F 電磁力。
1, 1a Superconducting coil, 10 coil part, 11a-11h coil, 12a, 12b, 42a electrode, 13a, 13b Extraction electrode, 14a-14c connection member, 15 fixing block, 16a, 16b heat transfer part, 19a,
Claims (9)
前記コイル部に接続された第1の電極部材とを備え、
前記第1の電極部材は、
導電性材料からなる第1の引出電極と、
超電導線材からなり、前記コイル部の前記超電導線材と前記第1の引出電極とを接続する第1の接続部材とを含む、超電導コイル。 A coil portion formed by winding a superconducting wire, and
A first electrode member connected to the coil portion,
The first electrode member is:
A first extraction electrode made of a conductive material;
A superconducting coil comprising a superconducting wire and including a first connecting member for connecting the superconducting wire of the coil portion and the first lead electrode.
前記第1の接続部材の剛性は、前記第1の引出電極よりも低い、請求項1に記載の超電導コイル。 The rigidity of the first extraction electrode is higher than the rigidity of the superconducting wire forming the coil portion,
The superconducting coil according to claim 1, wherein the rigidity of the first connection member is lower than that of the first extraction electrode.
第1の超電導体と、
前記第1の超電導体を被覆する、導電性の第1のシースとを含み、
前記第1の接続部材は、
第2の超電導体と、
前記第1のシースと同じ材料を含み、前記第2の超電導体を被覆する、導電性の第2のシースとを含む、請求項1または2に記載の超電導コイル。 The superconducting wire forming the coil portion is:
A first superconductor;
A conductive first sheath covering the first superconductor;
The first connecting member is
A second superconductor;
The superconducting coil according to claim 1, further comprising: a conductive second sheath that includes the same material as the first sheath and covers the second superconductor.
前記コイル部が接続される第1の接続部と、
前記第1の引出電極が接続される第2の接続部と、
前記第1の接続部と前記第2の接続部との間に位置し、前記コイル部および前記第1の引出電極のいずれにも接続されていない中間部とを含む、請求項1から3のいずれか1項に記載の超電導コイル。 The first connecting member is
A first connecting portion to which the coil portion is connected;
A second connection to which the first extraction electrode is connected;
The intermediate part which is located between the said 1st connection part and the said 2nd connection part, and is not connected to any of the said coil part and the said 1st extraction electrode of Claim 1 to 3 The superconducting coil according to any one of the above.
前記コイル部に接続された第2の電極部材をさらに備え、
前記第2の電極部材は、
導電性材料からなる第2の引出電極と、
超電導線材からなり、前記コイル部と前記第2の引出電極とを接続する第2の接続部材とを含む、請求項1から4のいずれか1項に記載の超電導コイル。 The superconducting coil is
A second electrode member connected to the coil portion;
The second electrode member is
A second extraction electrode made of a conductive material;
The superconducting coil according to any one of claims 1 to 4, comprising a second connecting member made of a superconducting wire and connecting the coil section and the second lead electrode.
前記第1の電極部材と前記第2の電極部材とを絶縁する絶縁部材をさらに備え、
前記第1の引出電極と、前記第2の引出電極とは、前記絶縁部材を介在して一体化される、請求項5に記載の超電導コイル。 The superconducting coil is
An insulating member that insulates the first electrode member from the second electrode member;
The superconducting coil according to claim 5, wherein the first extraction electrode and the second extraction electrode are integrated with the insulating member interposed therebetween.
A superconducting coil device comprising the superconducting coil according to claim 1.
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