JP2014523228A - 環境的に頑強な電磁石、及び該電磁石を用いた、原子炉で使用するための電動機 - Google Patents

Abstract

電磁石は、入れ子にされた複数の自立型電気絶縁フォーマ層と、多層電気コイルを規定するために前記自立型電気絶縁フォーマ層の外面に巻き付けられた導電線にして、多層電気コイルの隣合う層間が自立型電気絶縁フォーマ層を介在することによって離隔される導電線とを備える。前記多層電気コイルへの通電が多層電気コイルの内部に磁界を発生させる。ある実施形態において、前記導電線は、電気絶縁を有しない裸導電線である。ある実施形態において、前記フォーマ層は、セラミック材料からなる。そのようなある実施形態において、電磁石は、前記多層電気コイルの内部に配置された強磁性芯を更に備える。固定子極としてそのような電磁石を用いる電動機も開示される。そのような電動機を使用する制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）及び冷却剤ポンプの実施形態も開示され、原子炉で使用される。

Description

以下は、電気技術、電気デバイス技術、電磁石技術、電動機技術、原子炉技術、及び関連技術に関する。

加圧水型原子炉（ＰＷＲ）は、一次冷却剤として過熱水を含む圧力容器を使用する。ホットなサブクール水は、炉心から一つ又は複数の蒸気発生器へとエネルギーを移すため、炉心と蒸気発生器との間に循環される。慣用の設計において、蒸気発生器は別個の構成要素であり、一次冷却剤は、適切な高圧流体導管を介して圧力容器と蒸気発生器との間に連通される。一体型ＰＷＲ設計では、一つ又は複数の蒸気発生器が圧力容器内部に配置される。他のタイプの原子炉も同様である。例えば、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）は、過熱されない沸騰一次冷却剤を用いる。

原子炉の圧力容器の内部に電動式（電動機付き）構成要素を含むことが有利である。例えば、ある炉設計において、一次冷却剤は、電動機駆動型冷却剤ポンプを用いて活動的に循環される。ポンプは、圧力容器の外部に配置され得、また、適切に容器貫通部（vessel penetration）を通る回転軸を介してインペラと機械的に結合され得る。しかしながら、完全内部モータ駆動型冷却剤ポンプを使用することにより、機械的貫通容器貫入部を除去することが有利である。この後者の設計では、電気的配線のために小さくかつ機械的に静的な容器貫入部のみが用いられる。

電動式構成要素が有益であり得る別の場所が制御棒駆機構（ＣＲＤＭ）構成要素にある。中性子吸収材を含む制御棒は、核反応を加減したり止めたりするために炉心に部分的に又は完全に差し込まれる。いわゆる「グレイ」棒では、棒の差し込み範囲は、調整可能な反応度制御を与えるために、連続的又は段階的な態様で調整可能である。伝統的に、制御棒を操作する電動機は、圧力容器の外部に位置付けられている（典型的に、ＰＷＲ設計では圧力容器の上方、ＢＷＲ設計では圧力容器の下方）。また、連結棒は、適切な容器貫入部を通り、ＣＲＤＭモータを制御棒に連結する。ここでも、電気配線のために機械的で静的な容器貫入部のみが用いられるように、制御棒を操作する電動機が圧力容器内部に位置付けられる完全内部ＣＲＤＭを使用することにより、機械的容器貫入部を除去することが有利である。

圧力容器内部に電動機を使用することは、高温の一次冷却剤により複雑化される。電動機及びその構成材料は、高温の反応器雰囲気に対して頑強であらねばならず、また、一次冷却剤中に存在し得る腐食性化学及び／又は放射能等の他の環境条件に対しても強健でなければならない。例えば、ＰＷＲ反応器は、一般に、一次冷却剤中の可溶性反応減速中性子毒としてのホウ酸を用いる。更に、電動機は、どのようなメンテナンスも、適切な封じ込め及び放射性廃棄物制御対策を取りながらの反応器の停止及び開始という高コストな仕事を必然的に伴うため、信頼できねばならない。

以下を読むことにより当業者には明らかとなる利益を提供する改善がここに開示される。

この開示の一側面において、装置は電磁石を備え、電磁石は、入れ子にされた複数の自立型電気絶縁フォーマ層と、多層電気コイルを規定するために前記自立型電気絶縁フォーマ層の外面に巻き付けられた導電線にして、多層電気コイルの隣合う層間が自立型電気絶縁フォーマ層を介在することによって離隔される導電線とを備える。前記多層電気コイルへの通電が多層電気コイルの内部に磁界を発生させる。そのような装置のある実施形態において、前記導電線は、電気絶縁を有しない裸導電線である。そのような装置のある実施形態において、前記自立型電気絶縁フォーマ層は、セラミック材料からなる。そのようなある実施形態において、電磁石は、前記多層電気コイルの内部に配置された強磁性芯を更に備える。そのようなある実施形態において、装置は、回転子及び固定子を含む電動機を更に備え、前記電磁石は固定子の極を規定する。そのようなある実施形態において、装置は、前記電動機及び親ねじを含む制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）を更に備え、電動機は、親ねじを直線的に駆動するために親ねじに連動的に結合され、これにより、親ねじに連結された中性子毒を含む制御棒が炉心内外へと直線的に駆動される。あるそのような実施形態において、装置は、インペラに連動的に接続された前記電動機を含む流体ポンプを更に備える。

本開示の別の側面において、装置は電磁石を備え、電磁石は、入れ子にされた複数の自立型電気絶縁フォーマ層と、複数の離隔した導電性螺旋巻き層を備える多層電気コイルにして、各離隔した電導性螺旋巻き層が前記入れ子の自立型電気絶縁フォーマ層の一つによって支持される多層電気コイルとを備え、前記多層電気コイルへの通電が多層電気コイルの内部に磁界を発生させる。あるそのような電磁石において、各自立型電気絶縁フォーマ層は、自立型電気絶縁フォーマ層の外側面に形成された溝を含み、該溝は、自立型電気絶縁フォーマ層によって支持された螺旋巻き層の経路を規定する。あるそのような電磁石において、強磁性電磁石芯が多層電気コイルの内部に配置される。あるそのような装置は電動機を更に備え、該電動機は、回転子と前記電磁石によって規定される固定子とを含む。あるそのような装置は、一次冷却剤を収容する圧力容器と、圧力容器内に配置され、一次冷却剤を少なくとも３００℃の温度に保つように作動する炉心とを含む原子炉と、一次冷却剤に浸漬され、かつ前記電動機を含む少なくとも一つの電気機械要素（例示目的で、一次冷却剤ポンプ又は制御棒駆動機構又はＣＲＤＭ）とを更に備える。

本開示の別の側面において、方法は、（１）第１自立型電気絶縁フォーマ層の周りに導電線を、螺旋巻きの螺旋ターンが互いに離隔する螺旋状に巻き付けて第１電気コイル層を形成すること、（２）入れ子を形成するため、次の自立型電気絶縁フォーマ層の内部に第１電気コイル層を入れ子にすること、及び、（３）入れ子の前記次の自立型電気絶縁フォーマ層の周りに導電線を、螺旋巻きの螺旋ターンが互いに離隔する螺旋状に巻き付けて次の電気コイル層を形成することを含み、少なくとも二つの電気コイル層を含む多層電気コイルが、少なくとも前記操作（１）、（２）及び（３）を含むプロセスによって形成される。あるそのような方法実施形態において、前記多層電気コイルは、少なくとも前記操作（１）、（２）及び（３）を含むと共に、前記操作（２）及び（３）の少なくとも一つの繰り返しを更に含むプロセスによって形成され、少なくとも三つの電気コイル層を含む多層電気コイルを形成する。あるそのような方法実施形態において、多層電気コイルの形成後に、形成された多層電気コイルの内部に強磁性芯が配置されて電磁石を形成する。ある開示された方法実施形態は、原子炉の圧力容器の内部に電磁石を配置すること、原子炉を作動させて圧力容器の内部に少なくとも３００℃の温度を発生させること、及び、圧力容器の内部の温度を少なくとも３００℃で圧力容器の内部の電磁石を作動させることを更に含む。

本発明は、種々の構成要素及び構成要素の配列及び種々のプロセス操作及びプロセス操作の配列の形態を採り得る。図面は、好ましい実施形態を単に例示する目的のためのものであり、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。

図１は、実例の加圧水型原子炉（ＰＷＲ）原子力システムを図示する。 図２〜１１は、電磁石及び種々の構成要素及びそれらの組立側面を示し、図２は上面図である。 図３は側断面図である。 図４は斜視図である。 図５は側断面図である。 図６は斜視図である。 図７は斜視図である。 図８は斜視図である。 図９は、図式的組立フロー図である。 図１０は部分分解斜視図である。 図１１は、部分断面斜視図である。 図１２〜１４は、固定子極としての、図２〜１１を例示的に参照して記述した電磁石を用いる電動機のための多極固定子の実施形態を示し、図１２は斜視図である。 図１３は断面斜視図である。 図１４は端面図である。 図１５は、図１のＰＷＲ原子力システムの制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）及び結合された制御棒の適切な実施形態を図示する側断面図であり、ここで、ＣＲＤＭは、図１２〜１４を例示参照して記述された多極固定子を有する電動機を含む。 図１６は、図１のＰＷＲ原子力システムの冷却剤ポンプの適切な実施形態の側断面図を図示し、ここで、冷却剤ポンプは、図１２〜１４を例示参照して記述された多極固定子を有する電動機を含む。

透視断面図である図１を参照して、一体型蒸気発生器を含む例示的な加圧水型原子炉（ＰＷＲ）が示される。炉心１０は、ほぼ円筒状の圧力容器１２の内部に配置される。圧力容器１２は一次冷却剤１４を収容する。一次冷却剤１４は、例示的な軽水炉の場合、水（Ｈ₂Ｏ）であり、該水は溶性中性子毒としての役割を果たす溶性ホウ酸等の添加物を随意的に含む。ＰＷＲは、容量（容積もしくは空間）の上方部分に蒸気泡１６を含み、水位１８が蒸気泡１６と液体一次冷却剤１４との間を線引きする。圧力は、電気ヒータ等又は外部加圧器（図示しない構成要素）を用いて蒸気泡１６を介して調整される。

原子炉制御は、制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）２０によって与えられる。制御棒駆動機構２０は、中性子吸収制御棒を制御可能に炉心１０に挿入しかつ炉心１０から引き抜くように構成される。ＣＲＤＭ２０は、冗長性又は他の利点を提供するために複数ユニットに分割され得る。各ユニットは一つ又は複数の制御棒を制御する。例示的ＣＲＤＭ２０は内部システムであり、該内部システムにおいて、駆動モータ及び他の構成要素が圧力容器１２内部に配置され、また一次冷却剤１４に浸漬されている。電力制御配線のみが圧力容器１２の外部に延びている。あるいは、外部ＣＲＤＭが使用され得る。

圧力容器１２は、一次冷却剤１４の望ましい循環を規定するように構成される。図示の例において、該循環は、例示の円筒圧力容器１２内に同軸状に配置された中空円筒中央立ち上がり管２２によって規定される。炉心１０によって加熱された一次冷却剤１４は、内部ＣＲＤＭ２０を通る流体導管を通って上方に流れ、次いで中空円筒立ち上がり管２２を通って上方に流れ、中空円筒立ち上がり管２２の上端で吐出され、ダイバータ２４により下方へと方向転換される。更に一次冷却剤１４は、円筒中央立ち上がり管２２と円筒圧力容器１２の壁との間の環部を通って下方に流れ、次いで、圧力容器１２の底部で方向転換され、炉心１０に戻される。一次冷却剤１４の循環を駆動するため、又は一次冷却剤１４の自然循環を支援するために随意的一次冷却剤ポンプ２６が設けられ得る。例示の冷却剤ポンプ２６は、完全に圧力容器１２内部にありかつ一次冷却剤１４に浸漬されている内部ポンプであり、電力及び随意制御配線のみが圧力容器１２の外部に延びている。あるいは、一次冷却材を循環するように自然循環に頼り得る。

圧力容器１２は、実質的に垂直に適切に配置される。随意的スカート３０は、圧力容器１２を支持するため、又は、圧力容器１２が倒れないように片寄らせるために設けられ得る。例示のスカート３０は、炉心１０を含む圧力容器１２の下方部分が地面より下の窪みに設置されるように位置付けられる。これは、冷却剤喪失アクシデント（ＬＯＣＡ）又は他のアクシデントが発生した場合に、安全のためにフラッディング（ｆｌｏｏｄｉｎｇ）を助長する。原子炉の運転状態において、ＣＲＤＭ２０は、炉心１０から制御棒を引き抜き（又は少なくとも一部を引き抜き）、炉心１０内で核反応を起こさせる。熱原子炉において、一次冷却剤１４は、核反応を維持し又は高めるためにより高いエネルギーの中性子へと熱中性子化する中性子減速材としての役割を果たす。ＰＷＲの運転状態において、一次冷却剤１４は過熱され、また典型的に少なくとも３００℃の温度にあり、ある実施形態では少なくとも３５０℃の温度にある。ＢＷＲの場合、一次冷却剤は過熱されないが、沸騰している。沸騰一次冷却剤は、典型的に少なくとも３００℃の温度にあり、ある実施形態では少なくとも３５０℃の温度にある。

蒸気発生を提供するため、作動炉心１０によって加熱された一次冷却剤１４は、蒸気発生器内を流れる二次冷却剤（典型的には、付随的に種々の添加剤、溶質等を含有する軽水、Ｈ₂Ｏ）と熱交換状態にされる。ある実施形態（図示せず）において、蒸気発生器は、圧力容器の外部にあり、一次冷却剤を搬送する比較的大径の容器貫通部によって圧力容器と接続される。しかしながら、図１に示す実施形態において、一体型蒸気発生器３２は、炉心１０を収容する同じ圧力容器１２内部に配置される。例示の一体型蒸気発生器３２は、中央立ち上がり管２２を囲む環部内、すなわち、中央立ち上がり管２２の外面と圧力容器１２の内側壁との間の環状空間内に配置される。給水の形態の二次冷却剤は、給水入口３４を介して、環状給水入口プレナム３６（又は代替的に管板）内に入力され、ここで二次冷却剤は蒸気発生器３２の下端部に入る。二次冷却剤は、二次冷却剤流路又は空間（容量）内を蒸気発生器３２を通ってほぼ上方に流れる。二次冷却剤流路又は空間は、近接する一次冷却剤流路又は空間と熱交換（しかし流体分離）状態にあり、一次冷却剤は一次冷却剤流路又は空間を通ってほぼ下方に流れる。（図１は蒸気発生器の詳細を示していない点に留意されたい）。蒸気発生器の構成は種々の形態を採ることができる。ある実施形態において、蒸気発生器は一次冷却剤をほぼ下方に搬送する管を備える一方、該管の外部の空間を二次冷却剤がほぼ上方に流れる。あるいは、二次冷却剤は蒸気発生器管を通ってほぼ上方に流れることができ、他方、一次冷却剤は該管の外部をほぼ下方に流れ得る。管は、直線垂直管、斜め垂直管、中央立ち上がり管に巻き付く螺旋管等を含み得る。どのような構成でも、熱伝達は過熱された一次冷却剤から二次冷却剤に対して起こり、これが二次冷却剤を液相から蒸気相へと転換する。ある実施形態において、蒸気発生器は、蒸気発生器の下方部分に一体型エコノマイザーを含み得る。ある実施形態において、蒸気発生器は、余剰量を提供するために複数の構成蒸気発生器を備え得る。結果として生じた蒸気は、環状蒸気プレナム４０（又は代替的に管板）内に入り、ここから一つ又は複数の蒸気出口４２を出る。

蒸気（例示の一体型蒸気発生器３２等の一体型蒸気発生器又は外部蒸気発生器ユニットが発生させた蒸気）は、蒸気の力を用いて実現され得る任意の適切な目的に実質上使用可能である。図１の例示電気プラントにおいて、蒸気は、タービン４６を駆動し、これは次いで発電機４８を駆動して電力を作り出す。タービン４６の下流の復水器５０は、給水からなる二次冷却剤を再度作り出すために蒸気を液相へと凝縮する。一つ又は複数のポンプ５２、５３、及び一つ又は複数の給水ヒータ５４、５５又は他の給水調整構成要素（例えば、フィルタ、添加剤を加えるための構成要素等）は、給水入口３４への入力のために望ましい圧力及び温度で給水を発生させる。給水弁５６は、入力給水流量を適切に制御する。

内部ＣＲＤＭ２０及び内部冷却剤ポンプ２６は、一次冷却剤１４に浸漬され、上昇した一次冷却剤温度に対し頑強であるべきである。該上昇した一次冷却剤温度は、ある実施形態において少なくとも３００℃であり、また、ある実施形態において少なくとも３５０℃である。慣用の絶縁線は、一般に、これらの温度で比較的急速な劣化を受け、これは、構成電気コイルのループ間のアーク放電又は短絡により加速度的に故障へと至り得る。ここには改良した電磁石構成要素及びこれを用いたモータが記述され、これらは、原子炉の高運転温度で頑強である。

図２及び３を参照して、電磁石は、複数の入れ子式自立型電気絶縁フォーマ層を含む。用語「自立型」は、前記フォーマ層がそれ自体の重さでは潰れないことを意味し、更には、ここに開示した電磁石を形成するために導電線が自立型電気絶縁フォーマ層の外面に巻き付けられた際に、その形状を保持することができることを意味する。図２及び３の実例は、七つの自立型電気絶縁フォーマ層からなる７層入れ子（ネスト）Ｎ_7Lを示す。すなわち、最も内側の第１自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ１が第２自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ２の内側に入れ子にされ、第２自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ２が第３自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ３の内側に入れ子にされ、第３自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ３が第４自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ４の内側に入れ子にされ、第４自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ４が第５自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ５の内側に入れ子にされ、第５自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ５が第６自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ６の内側に入れ子にされ、第６自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ６が第７自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ７の内側に入れ子にされる。電磁石は、自立型電気絶縁フォーマ層の外面に導電線を巻き付けて多層電気コイルを形成することによって形成される。該多層電気コイルは、通電されると、該電気コイル内側に磁界を発生させる。

図４〜６を参照して、第１自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ１の外面周囲の線の巻き付けが示される。図４は、第１自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ１の斜視図を示す。図５は、第１自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ１の断面端面図を示す。図６は、図４に示した第１自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ１の外面に導電線Ｗが巻き付けられた第１自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ１の斜視図を示す。任意のある自立型電気絶縁フォーマ層の周囲に巻かれた線Ｗは、多層電気コイルの層を規定する。この層内で線は螺旋パターンで巻かれる。該螺旋パターンにおいて、一つの螺旋ターン（螺旋の巻き）は、アーク放電又は短絡を避けるため、隣合う螺旋ターン間で間隔があけられる。換言すれば、該螺旋パターンは、通電の関心範囲に対し、隣合う螺旋ターンにわたるアーク放電又は短絡を避けるのに有効であるように選択された螺旋ピッチを有する。隣合う螺旋ターン間の間隔は、線の絶縁を当てにするよりも、アーク放電又は短絡を回避するために当てされる。従って、導電線は、電気絶縁を有しない適切に裸の導電線である（必ずではないが）。ある実施形態において、導電線は、電気絶縁を有しない裸銅線である。ある実施形態では、導電線は、電気絶縁を有しない裸銀線である。アーク放電又は短絡を避けるために有効な螺旋ターン間の最小間隔は、ターンにわたり電圧（該電圧は、例えば、Ｖ／Ｎとして見積もることができる。ここで、Ｖはコイルに対する印加電圧であり、Ｎはターン（巻き）の数である。）、及び電気コイルが存在する周囲の絶縁破壊電圧特性の知識に基づいて容易に確かめられる。最小間隔は、他のパラメータ、例えば螺旋ターンの詳細な形状等によっても影響され得る。アーク放電又は短絡を回避するのに有効な最小間隔よりも大きいいかなる間隔も適している。

ある実施形態において、自立型電気絶縁フォーマ層は、円滑な外側面を有する。線は、結果として生じ得る隣合う螺旋ターン間の運動及び結果として生じる可能性のあるアーク放電又は短絡を回避するため、自立型電気絶縁フォーマ層に螺旋パターンで十分にきつく巻き付けられ、摩擦が螺旋ターンを初期位置に保持する。

しかしながら、特に図４及び５を参照して、例示形態では、螺旋溝ＧＶは自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ１の外側面に形成され、望ましい螺旋パターン及び螺旋ターン間の望ましい間隔で線Ｗを保持する。図５の挿入図で最も良く分かるように、例示の溝ＧＶは、線Ｗを受け入れる大きさとされた半球形の輪郭を有する（この実施形態の線Ｗは、円形断面を有すると想定される。）。溝ＧＶが詳細に示され、第１自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ１に対してのみに表されるが、例示実施形態において、七つの自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ１、ＦＬ２、ＦＬ３、ＦＬ４、ＦＬ５、ＦＬ６、ＦＬ７各々が、螺旋状に巻かれた導電線Ｗの螺旋パターンを規定するためのそのような螺旋溝を含むことが理解されるべきである。

導電線Ｗの隣合う螺旋ターン間の螺旋ピッチ又は間隔は、多層電気コイルのある層内の隣合うターン間でアーク放電又は短絡が生じないことを保証する。他方、入れ子Ｎ_7Lは、多層電気コイルの任意の二つの隣合う層間に自立型電気絶縁フォーマ層が配置されていることを保証する。介在する自立型電気絶縁フォーマ層は、アーク放電又は短絡を回避するのに有効な材料及び厚さからなる（螺旋溝ＧＶによるいかなる厚さの減少も考慮に入れて）。ここでも、最小厚さ及び材料は、層間の電圧（該電圧は、例えばＶ／Ｎ_Lとして見積もることができる。ここで、Ｌは多層コイルの層の数であり、例えば、例示の入れ子Ｎ_7LではＬ＝７であり、Ｖはコイルに対する印加電圧である。）と、介在する自立型電気絶縁フォーマ層を構成する材料の絶縁破壊電圧特性の知識と、自立型電気絶縁フォーマ層の厚さの知識とに基づいて容易に確かめられる。一般に、電圧は設計パラメータであり、層の数は、発生させる磁界強度及び印加電圧仕様に基づいて設計の初期に選択される。また、アーク放電又は短絡を回避するのに有効な自立型電気絶縁フォーマ層の最小厚さが次に見積もられる。アーク放電又は短絡を回避するのに有効な最小厚さよりも厚いいかなる厚さも適している。

既述したように、最小厚さの見積もりにおいて、螺旋溝ＧＶによるいかなる厚さの低減も考慮されるべきである。しかしながら、これを行う場合、層間のアーク放電又は短絡の防止を支援するように、ある付加的な「横方向」間隔を与えて、隣合う自立型電気絶縁フォーマ層に螺旋溝を配置することが企図される。例えば、隣合う層の螺旋パターンを螺旋ピッチの２分の１だけ片寄らせることにより、付加的な最短隣接空間分離が実現する。

例示の七層入れ子Ｎ_7Lにおいて最も外側の自立型電気絶縁フォーマ層、すなわち第７自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ７は、その外側面に巻き付けられた線を有し、該線は多層電気コイルの最も外側層を形成する。この最も外側のコイル層は、ただ一つの隣合うコイル層、すなわち、次の内側自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ６の外面に巻き付けられた第６コイル層を有する。そのため、最も外側のコイル層の外側には、より外側の隣合うコイル層（何も存在しないが）に対する外側のアーク放電又は短絡を防ぐための電気絶縁層は必要ない。しかしながら、用途より、最も外側のコイル層を露出したままにすることは、それが他のある構成要素と接触して電気的障害を作り出し得るため、望ましくないかもしれない。そのような事態を防ぐため、実例（図２及び３参照）において、キャッピング自立型電気絶縁層ＣＬが、複数の入れ子式自立型電気絶縁フォーマ層の周囲、すなわち入れ子Ｎ_7Lの周りに配置される。このキャップ層ＣＬの目的は、最も外側のコイル層の接触を防ぐことである。

ここでの用語「螺旋ピッチ」の使用は、螺旋パターンが螺旋パターン全体にわたって均一な螺旋ピッチを有することを要しないことが留意されるべきである。ある電磁石の設計において、局所的電界を増長するためある領域においてより小さいピッチを用いること、及び／又は、局所的電界を低減するためにある領域においてより大きいピッチを用いることが有利であり得る。このような変更は予期される。同様の考慮により、自立型電気絶縁フォーマ層が変更できる厚さを有する設計に至り得る。このような場合、「局所的」螺旋ピッチ及び「局所的」厚さは、最も近接する（層内及び層間の両方の）螺旋ターン間のアーク放電又は短絡を防ぐのに十分な全領域であるべきである。

既に記したように、各自立型電気絶縁フォーマ層は、それ自体の重さでは潰れることがなく、かつ導電線がその外側面に巻き付けられた際にその形状を保持することができる機械的特性を有するべきである。更に既述したように、各自立型電気絶縁フォーマ層はまた、通電の関心範囲（例えば、最大印加電圧によって指定される）に対し、多層電気コイルの複数層にわたるアーク放電又は短絡を防ぐために誘電特性（十分な厚さとの組み合わせで）を有するべきである。更に、各自立型電気絶縁フォーマ層は、電気的に絶縁であるべきであり、これは、その導電率が、通電の関心範囲に対し、フォーマ層を通じての電気伝導が無視できる程度に（例えば、ある実施形態において測定可能限界より小さいかもしれない、フォーマ層にわたる受け入れ可能な「漏洩電流」によって定義される）十分に低いことを意味する。別の材料制約は、自立型電気絶縁フォーマ層の材料が動作温度（動作温度は、例示目的で、ある原子炉用途では少なくとも３００℃、またある原子炉用途では少なくとも３５０℃であり得る。）で問題となる劣化を避ける程度に十分な耐熱性を有するべき点である。適切なセラミック材料、金属材料、又は他の選択した材料では、巻き付けられたフォーマ層は、５００℃より十分高い温度で動作することが予測される。

これらの考慮に基づいて、電気絶縁フォーマ層として使用するのに適したものとして種々の材料が特定され得る。ある実施形態において、自立型電気絶縁フォーマ層は、セラミック材料を含む。ある実施形態において、自立型電気絶縁フォーマ層は、ジルコニア強化アルミナ（ＺＴＡ）材料を含む。必要な機械的、電気的及び耐熱的特性を有する種々の他の材料も企図される。付随的キャッピング自立型電気絶縁層ＣＬは、電気絶縁フォーマ層と同じ材料から適切になるが、異なる（しかし電気絶縁性及び耐熱性の）材料からもなり得る。異なる材料からなる場合、そのようないくつかの実施形態において、キャップ層ＣＬは自立型ではない。

入れ子Ｎ_7Lの自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ１、ＦＬ２、ＦＬ３、ＦＬ４、ＦＬ５、ＦＬ６、ＦＬ７上への導電線Ｗの巻き付けのパターンは、導電線Ｗが各自立型電気絶縁フォーマ層の外面周囲に次のように巻き付けられるにされる。すなわち、入れ子Ｎ_7Lの全自立型電気絶縁フォーマ層の外面の周り螺旋巻き線層からの多層電気コイル内部への磁界の寄与が加法的であるように配向された螺旋パターンにおいて螺旋巻き線を形成するようにされる。ある実施形態において、自立型電気絶縁フォーマ層各々は、別個の線により巻き付けられる。例えば、７層入れ子Ｎ_7Lの場合、十四のターミナル線（各層に二つ）が存在するであろう。これらのターミナル線は、多層電気コイル内部で発生した磁界を付加的に組み合わせるように各層に望ましい極性の電圧をかけるため、外部で相互接続され、及び／又は電圧源に接続され得る。しかしながら、このアプローチには、外部の線及び附随する外部構成要素のかなりの量を伴う不利益がある。

図示の例において、導電線Ｗは、入れ子Ｎ_7Lの七つの自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ１、ＦＬ２、ＦＬ３、ＦＬ４、ＦＬ５、ＦＬ６、ＦＬ７すべての周りに巻き付けられる単一の導電線Ｗからなる。これを機能させるため、巻きパターンは、一旦一つの層が巻かれたら、線が入れ子Ｎ_7Lの次の層上へと都合よく及ぶという付加的制約を満たすべきである。

図４の他、図７及び８（第２及び３フォーマ層ＦＬ２、ＦＬ３それぞれの斜視図を示す）も更に参照して、単一の線Ｗを入れ子Ｎ_7Lの複数フォーマ層上へと連続的に巻き付け、多層コイル内部に加法的合成磁界の寄与を引き起こすための適切な連続的な巻きアプローチが記述される。巻き付けが巻き「点」Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊを参照して記述される。これらの巻き点は、図４、７及び８に破線矢印による図示される。図４に示す巻き点Ａ、Ｂは、第１自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ１の適切な巻き付けを表す。この巻き付けは、第１端部から反対側の第２端部へと（すなわち、図４に矢印で示される方向Ｈ＋に）螺旋パターンで、入れ子Ｎ_7Lの第１自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ１の外面に巻き付けることによって適切に成し遂げられる。巻き点Ａは、フォーマ層ＦＬ１の巻きの間にあり、巻き点Ｂは、第１フォーマ層ＦＬ１が完全に巻き付けられた地点にある。

図６は、完全に巻かれた第１フォーマ層ＦＬ１を示す。巻きプロセスには、この時点において、懸垂端部Ｅ１と「端部」Ｅ２があり、端部Ｅ２は、線スプール（線巻き）（図示せず）へと実際に進む。導電線Ｗは線スプールから巻きが解かれている。ここでの記述は、見たところ静止したフォーマ層ＦＬ１の周りに巻かれている線Ｗに関するものであるが、ある実施形態では、巻きは、線スプールを固定しつつフォーマ層ＦＬ１を回転させることによって行われることも留意される。

図７を特に参照して、線の巻き付けは次の（この例では第２）自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ２上へと続く。巻き付けは、入れ子Ｎ_7Lの隣合う自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ２の第２端部へと続き、隣合う自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ２の外面上において、第２端部から第１端部へと、すなわち図７に示す方向Ｈ−に螺旋パターンで巻かれる。方向Ｈ−は、第１フォーマ層ＦＬ１の巻きの方向Ｈ＋（図４参照）と反対である。第２フォーマ層ＦＬ２の巻き付けは、巻き点Ｃ、Ｄ、Ｅ及び「端部」巻き点Ｆにより図７に図示される。巻き点Ｃ、Ｄは、第１フォーマ層ＦＬ１の巻きから第２フォーマ層ＦＬ２の巻きへの移行を示す。巻き点Ｅは、方向Ｈ−のフォーマ層ＦＬ２の巻き付けを示す。「端部」巻き点Ｆは、第２フォーマ層ＦＬ２が完全に巻き付けられた地点を示す。この点Ｆにおいて、線の端部（ここでも、該端部は、実際には、線Ｗが供給されている図示しない線スプールへと続く）は入れ子の第１端部に戻ることに留意されたい。

図８を特に参照して、線の巻き付けは次の（この例では第３）自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ３上へと続く。巻き付けは、入れ子Ｎ_7Lの隣合う立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ３の第１端部上へと続き、隣合う自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ３の外面上において、第１端部から第２端部へと、すなわち図７に示す方向Ｈ＋に螺旋パターンで巻き付けられる。方向Ｈ＋は、直前の（すなわち第２）フォーマ層ＦＬ２の巻きの方向Ｈ−（図７及び８参照）とは反対である。第３フォーマ層ＦＬ３の巻き付けは、巻き点Ｇ、Ｈ、Ｉ及び「端部」巻き点Ｊにより図８に図示される。巻き点Ｇ、Ｈは、第２フォーマ層ＦＬ２の巻きからフォーマ層ＦＬ３の巻きへの移行を示す。巻き点Ｉは、方向Ｈ＋のフォーマ層ＦＬ３の巻きを表す。「端部」巻き点Ｊは、第３フォーマ層ＦＬ３が完全に巻き付けられた地点である。

この巻きプロセスは、入れ子Ｎ_7Lの七つのフォーマ層ＦＬ１、ＦＬ２、ＦＬ３、ＦＬ４、ＦＬ５、ＦＬ６、ＦＬ７すべてが単一の線Ｗで巻き付けられるまで連続する各フォーマ層上で続く。

図９を参照して、入れ子プロセスも巻き付け中に行われる。そのため、操作Ｏｐ１において、第１フォーマ層ＦＬ１は、図４及び６を参照して記述されるように巻き付けられる。一旦この第１巻き操作Ｏｐ１が終われば、第１フォーマ層ＦＬ１（巻かれた線を含む）が操作Ｏｐ２において次の（すなわち第２）フォーマ層ＦＬ２内部に入れ子にされる。（第１フォーマ層ＦＬ１内に重ねて収納された）第２フォーマ層ＦＬ２は、次いで、操作Ｏｐ３において図７を参照して記述したように巻かれる。一旦この第２の巻き付け操作Ｏｐ３が終わると、第２フォーマ層ＦＬ１（巻かれた線を含み、第１フォーマ層ＦＬ１内に重ねて収納されている）は、操作Ｏｐ４において次の（すなわち第３）フォーマ層ＦＬ３内部に入れ子される。（第１及び第２フォーマ層ＦＬ１、ＦＬ２内に重ねて入れられた）第３フォーマ層ＦＬ３は、次に、操作Ｏｐ５において図８を参照して記述したように巻かれる。この入れ子及び巻き付け操作は、入れ子Ｎ_7Lの七つのフォーマ層ＦＬ１、ＦＬ２、ＦＬ３、ＦＬ４、ＦＬ５、ＦＬ６、ＦＬ７すべてが単一の線Ｗで巻かれるまで繰り返される。

入れ子操作、例えば、例示の図９の操作Ｏｐ２、Ｏｐ４において、内側の自立型電気絶縁フォーマ層を次の外側の自立型電気絶縁フォーマ層内に位置付けて保持するために（例えば、入れ子操作Ｏｐ２においてフォーマ層ＦＬ２内部に入れ子されたフォーマ層ＦＬ１を保持するため、及び、入れ子操作Ｏｐ４においてフォーマ層ＦＬ３内部に入れ子されたフォーマ層ＦＬ２を保持するため等）、種々のアプローチが使用され得る。ある実施形態において、嵌め合わせ圧縮力を持って保持されるほど近い。随意的に、内側フォーマ層に巻かれた線は、この圧縮嵌めを支援するための圧縮力のある「Ｏリング」型カップリングとしての役割を果たす。他の実施形態（図示せず）において、フォーマ層は、内側フォーマ層を次の外側フォーマ層内部に位置付けて保持するために、例えば、整合したスロットと突起等の接続要素を含む。接着剤も企図される。しかしながら、接着剤は、結果として生じる電磁石が高温又は他の極端な状況で作動される場合、高温又は他の極端な状況でも効力があらねばならない。巻き付け／入れ子プロセス中に入れ子を支持するためにフレーム等を使用すること、及び最終入れ子状組立体組を最終電磁石内に共に固定するためにクランプ等の外部要素を使用することも企図される。

巻き付け操作Ｏｐ１の最後から次の巻き付け操作Ｏｐ３の開始までの進行、又は巻き付け操作Ｏｐ３の最後から次の巻き付け操作Ｏｐ５の開始までの進行等のようなフォーマ層間の線巻きの移行において、そのような各移行は、入れ子の次のフォーマ層のわずかに大きい径に整合させるために、線を「外側」に移動させることが必要である。随意的に、各フォーマ層（最後のフォーマ層ＦＬ７を除く）は、「出口」（すなわち、第１フォーマ層ＦＬ１の場合の巻き点Ｂ近傍；第２フォーマ層ＦＬ１の場合の巻き点Ｆ近傍；第３フォーマ層ＦＬ３の場合の巻き点Ｊ近傍等）において線を外側へと片寄らせる傾斜構造を含む。同様に、各フォーマ層（第１フォーマ層ＦＬ１を除く）は、随意的に、「入口」（すなわち、第２フォーマ層ＦＬ１の場合の巻き点Ｃ近傍；第３フォーマ層ＦＬ３の場合の巻き点Ｇ近傍等）に、フォーマ層の巻き付けを開始するために該フォーマ層上での線の受け取りを助長するスロット又は他の構造を含む。

図１０及び１１を参照して、図４及び６〜９を参照して記述した単一線巻き付けの最終結果は、フォーマ層の周りに線が巻き付けられた自立型電気絶縁フォーマ層の多層入れ子である。図１０は、異なる入れ子Ｎ_8Lを図示することにより、フォーマ層の数が設計パラメータである点を例示する。入れ子Ｎ_8Lは、七つの自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ１、ＦＬ２、ＦＬ３、ＦＬ４、ＦＬ５、ＦＬ６、ＦＬ７を含み、更に第８自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ８を含む。第８自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ８は、キャッピング層ＣＬによりキャップがかぶせられる。最終電磁石は第１端部Ｅ２’を含み、第１端部Ｅ２’は、最も外側の自立型電気絶縁フォーマ層ＦＬ８に巻かれかつ供給線スプール（図示せず）から切断された後の最終端部線に対応する。七つ又は八つのフォーマ層を有する図例が例示目的で示されるが、層の数は設計パラメータであることが理解されるべきであり、Ｌ＝１（キャッピング層を有する又は有さない単一層）又はＬ＝２（随意的に追加のキャッピング層を有する二つの層）ほどの小さい値が企図される。同様に、層当たりの巻き付け数は、各層に対し（層間で変わり得る）及び全体としての電磁石に対し、設計パラメータである。

結果として生じる電磁石は、フォーマ層上に配置されたコイル層によって規定された多層電気コイルを含む。通電された場合、この多層電気コイルは、多層電気コイルの内側に磁界を発生させる。例示のフォーマ層は、電磁石が空芯磁石（又は、水ベースの一次冷却剤１４に配置される場合は「水芯」磁石）になることを可能にする内側空洞もしくは開放部を有する。図１０及び１１に示すように、この内側空洞又は開放部は、随意的に強磁性磁石Ｍで満たされる。強磁性磁石Ｍは、発生した磁界を実質的に高める。随意的に、強磁性磁石Ｍは、巻き付けが終わった後に挿入され得る。対照的に、一般に、電磁石は、強磁性芯の周りに巻き線を直接巻き付けることにより形成される。フォーマ層のセラミック材料又は他の電気絶縁材料は、一般に、鉄、鋼又は他の強磁性材料よりも密度が実質的に低い。そのため、この点は、固定線源スプールを使用する実施形態の製造において、巻き付け中に上記スプールに対するより実質的に軽量な構成要素の回転を有利に可能にする。

開示された電磁石は、電磁石が有益であるいかなる用途にも使用可能である。また、開示された電磁石は、高温環境、化学的腐食性環境、放射能環境、又は慣用線の絶縁が低下するか又は機能しなくなる他の環境において特別な用途を有する。ある実施形態において、電磁石は、（裸線用の）銅又は銀と、自立型電気絶縁フォーマ層のためのジルコニア強化アルミナ（ＺＴＡ）又は別のセラミック材料とを含み、随意的に、芯のための鋼又は別の適切な強磁性材料を含む。これらの材料、及びＺＴＡを含む多くのセラミックは、高温、腐食性化学物質、放射能、及び他の極度な環境に対し高い耐性を有する。そのため、開示された電磁石は、図１の例示原子炉の圧力容器１２の内部等の極端な環境での使用に対し頑強である。一般に、開示された電磁石は、例えば、ソレノイドスイッチ又は他のソレノイドベースの装置、電動機又は電動機を含む任意の装置等、電磁石を利用するいかなる用途でも使用可能である。

図１２〜１４を参照して、実例の多極モータ固定子ＳＴが示される。該固定子ＳＴにおいて、各固定子極は、ここに開示したように線が巻き付けられた自立型電気絶縁フォーマ層の入れ子を備える電磁石ＥＭによって具現化される。例示の多極モータ固定子ＳＴは、九つの固定子極を含む。しかしながら、一般に、いかなる数の固定子極を有するモータ固定子も同様に構成され得る。

図１２〜１４を引き続き参照して、例示の多極モータ固定子ＳＴは、強磁性ヨークＹを含む。図１３の断面斜視図に示した異なる実施形態において、ヨークＹは、電磁石ＥＭの電気コイルの内部に配置された一体型強磁性磁石Ｍを含む。図１４の端面図に示した異なる実施形態において、電磁石ＥＭの電気コイル内部に配置された強磁性磁石Ｍ’は、強磁性ヨークＹの整合スロットに取り付けられる蟻形継手を含む。図１４の後半の設計は、製造が次の三部分に分割され得るので、製造の観点から便利であり得る。（１）自立型電気絶縁フォーマ層に巻き付けて該フォーマ層を入れ子にして、電気コイルを形成する；（２）それぞれの電気コイル内に強磁性磁石Ｍ’を挿入して個々の強磁性芯ベースの電磁石を形成する；及び、（３）蟻形取り付け継手を用いて個々の強磁性芯ベースの電磁石をヨークＹ上に据え付ける。

図１２〜１４から分かるように、電磁石ＥＭを規定するフォーマ層の入れ子は楔形を有し、この楔形が九つの電磁石ＥＭが共に密に適合されることを可能にし、これが９極固定子ＳＴの円周配列を形成する。図３、１０及び１１の見直しは、より外側の連続的なフォーマ層ＦＬ１、ＦＬ２、ＦＬ３、ＦＬ４、ＦＬ５、ＦＬ６、ＦＬ７及び、随意的にＦＬ８のＨ＋（又は、ここでは同等のＨ−）方向の高さを次第に縮小することにより、この楔形状が適切に実現することを示す。同様に、他の電磁石形態が適切な形状の自立型電気絶縁フォーマ層を用いて成し遂げられ得る。例えば、細長い円筒状ソレノイドが円筒状フォーマ層を用いて形成可能である。

図１５及び１６を参照して、例示の多極固定子ＳＴは、電動機を用いる種々の装置で使用可能である。例示目的で、図１５は、図１の原子炉のＣＲＤＭ２０の適切な実施形態を示し、図１６は、図１の原子炉の冷却剤ポンプ２６の適切な実施形態を示す。既述したように、両装置２０、２６は一次冷却剤１４に浸漬され、また、ある実施形態では少なくとも３００℃、ある実施形態では少なくとも３５０℃の高い動作温度で一次冷却剤１４と共に作動する。

図１５を特に参照して、例示のＣＲＤＭ２０において、固定子ＳＴは、回転及び平行移動（並進）可能な固定位置に取り付けれ、回転子７０を回転させる。回転子７０は、親ねじ７２によるねじ込み連結により結合される。親ねじ７２は、適切な機械的止め具（図示せず）により回転が防止されるが、並進方向７４上下に平行移動することができる。組み合わされた効果は、多極固定子ＳＴが回転子７０と相互作用して回転子７０を回転させる際、回転子が親ねじ７２を並進方向７４に沿って上下に平行移動させる点である。親ねじ７２の下方運動は、回転子７０を一方向（例えば時計回り）に回転させることによって実現する。他方、親ねじ７２の上方運動は、回転子７０を反対方向（例えば反時計回り）に回転させることによって実現する。制御棒７６（図１５に幻影で示される）は、中性子吸収材料を収容する。制御棒７６は、直接又は間接的な継手７８（図１５に図式的に示される）により親ねじ７２と連結される。ある実施形態において、直接又は間接継手７８は、複数の制御棒が同じ親ねじ７２に連結されることを可能にするスパイダ又は他の連結要素又は組立体を介する。このように、固定子ＳＴ及び回転子７０を備える電動機の操作は、制御棒７６を上方（すなわち、炉心１０外へと）又は下方（炉心１０内へと）に駆動する。

固定子ＳＴ及び回転子７０を備える電動機は、実質的に、突出極モータ、永久磁石ブラシレスＤＣモータ等、どのようなタイプの電気モータであってもよい。実装される特定の電動機は、固定子電磁石の数及び配列、及び回転子のタイプによって決まる。炉心１０内への制御棒７６の挿入量が連続的（又は半連続的）に調整可能であることが企図されるグレイ棒制御では、固定子ＳＴ及び回転子７０を備える電動機は、制御棒７６の、並進方向７４に沿う正確な位置付けが可能であるステッピングモータとして適切に動作する。図示はしないが、あるタイプのモータでは、ここに開示したような自立型電気絶縁フォーマ層の入れ子が支持する多層電気コイルによっても使用され得る電磁石を回転子が含む点が留意されるべきである。

制御棒システムは、図示されない種々の変更を含むことができる。例えば、ある実施形態において、親ねじ７２と回転子７０間のねじ込み連結は、分離可能なボール−ナットの形態である。このボール−ナットは、親ねじ７２、継手７８（例えばスパイダ）及び制御棒７６を含む組立体が炉心１０に向かう重力下で迅速に落下することを許容するように分離することができる。そのような迅速な解放は、有利には、冷却剤喪失アクシデント（ＬＯＣＡ）、又は芯１０の反応性が急速に失われることになる他の緊急事態中に行われる。

図１６を特に参照して、例示の冷却剤ポンプ２６において、固定子ＳＴは、回転及び平行運動可能に固定位置に取り付けられ、回転子８０を回転させる。インペラ８２は回転子８０に連結され、これにより、インペラ８２は回転子８０と共に回転し、一次冷却剤流れ１４Ｆ（図１６に幻影で記した大きな矢印によって図示される）を駆動する。図１の反応器の実例に示される外側環部に配置された冷却剤ポンプ２６では、冷却剤ポンプ２６によって駆動される（又は支援される）この下向き冷却剤流れ１４Ｆは、図１を参照してここに記述されるように圧力容器１２内での一次冷却剤の望ましい循環を促進する。図１６のポンプ用途では、固定子ＳＴ及び回転子８０を備える電動機は、一般に、望ましい強度の一次冷却剤流れ１４Ｆを発生させるように選択された連続回転速度でインペラ８２を駆動する連続的に動作するモータである。

好ましい実施形態が例示され記述された。上記の詳細な説明を読んで理解すれば、明らかに、他のものへの変更及び改変が生じる。本発明は、そのような変更及び改変のすべてを、これらが特許請求の範囲又は均等の範囲内に入る限り、含むものとして解釈されることが企図される。

１０ 炉心
１２ 圧力容器
１４ 一次冷却剤
１６ 蒸気泡
１８ 水位
２０ 御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）
２２ 中空円筒中央立ち上がり管
２６ 一次冷却剤ポンプ
３０ スカート
３２ 一体型蒸気発生器
４６ タービン
４８ 発電機
５０ 復水器
５２、５２ ポンプ
５４、５５ 給水ヒータ
７０ 回転子
７２ 親ねじ
７６ 制御棒
７８ 継手
８０ 回転子
８２ インペラ
Ｎ_7L 七つの自立型電気絶縁フォーマ層からなる７層入れ子
ＦＬ１、ＦＬ２、ＦＬ３、ＦＬ４、ＦＬ５、ＦＬ６、ＦＬ７ 第１〜第７自立型電気絶縁フォーマ層
Ｗ 導電線
ＳＴ 多極モータ固定子
Ｙ 強磁性ヨーク
Ｍ、Ｍ’ 強磁性磁石
ＥＭ 電磁石

Claims (38)

1. 電磁石を備える装置であって、
   電磁石は、
   入れ子にされた複数の自立型電気絶縁フォーマ層と、
   多層電気コイルを規定するために前記自立型電気絶縁フォーマ層の外面に巻き付けられた導電線にして、多層電気コイルの隣合う層間が自立型電気絶縁フォーマ層を介在することによって離隔される導電線とを備え、
   前記多層電気コイルへの通電が多層電気コイルの内部に磁界を発生させる装置。
2. 前記多層電気コイルの内部に配置された強磁性芯を更に備える請求項１に記載の装置。
3. 前記強磁性芯は、前記入れ子にされた複数の自立型電気絶縁フォーマ層及び導電線を備える電磁石を支持するサポートを規定する請求項２に記載の装置。
4. 前記導電線は、電気絶縁を有しない裸導電線である請求項１に記載の装置。
5. 前記導電線は、電気絶縁を有しない裸銅線である請求項１に記載の装置。
6. 前記導電線は、電気絶縁を有しない裸銀線である請求項１に記載の装置。
7. 前記導電線は、各自立型電気絶縁フォーマ層の外面に螺旋パターンで巻き付けられ、該螺旋パターンは、通電の関心範囲に対し、隣合う螺旋ターンにわたるアーク放電又は短絡を回避するのに有効な螺旋ピッチを有する請求項１に記載の装置。
8. 前記導電線は、各自立型電気絶縁フォーマ層の外面に巻き付けられて螺旋パターンの螺旋巻き線層を形成し、該螺旋パターンは、前記入れ子の自立型電気絶縁フォーマ層すべての外面の周りの螺旋巻き線層からの多層電気コイルの内部の磁界への寄与が加法的であるように配向される請求項１に記載の装置。
9. 各自立型電気絶縁フォーマ層の外側面の周りの螺旋巻き線層は、前記入れ子の一つ又は二つの隣合う自立型電気絶縁フォーマ層の螺旋巻き線層の螺旋軸方向とは反対側の螺旋軸方向で巻き付けられる請求項８に記載の装置。
10. 各自立型電気絶縁フォーマ層は、電気絶縁フォーマ層の外面の周りに規定された螺旋溝を含み、導電線は、自立型電気絶縁フォーマ層の外面に、離隔した螺旋ターンを有する螺旋パターンで巻き付けられ、螺旋溝により保持される請求項１に記載の装置。
11. 前記導電線は、電気絶縁を有しない裸導電線であり、
    各自立型電気絶縁フォーマ層は、電気絶縁フォーマ層の外面の周りに規定された螺旋溝を含み、該螺旋溝は、自立型電気絶縁フォーマ層の外面に螺旋パターンで巻き付けられた裸導電線を保持し、該螺旋パターンは、裸導電線の離隔した螺旋ターンを含む請求項１に記載の装置。
12. 各自立型電気絶縁フォーマ層は、電気絶縁フォーマ層の外面の周りに規定された螺旋溝を含み、該螺旋溝は、自立型電気絶縁フォーマ層の外面に螺旋パターンで巻き付けられた裸導電線を保持し、該螺旋パターンは、裸導電線の離隔した螺旋ターンを含み、
    前記導電線は単一の導電線からなり、
    該単一の導電線は、前記入れ子の第１自立型電気絶縁フォーマ層の外面上に、第１端部から反対側の第２端部へと螺旋パターンで巻き付けられ、前記入れ子の隣合う自立型電気絶縁フォーマ層の第２端部上へと続き、前記隣合う自立型電気絶縁フォーマ層の外面上に、第２端部から第１端部へと螺旋パターンで巻き付けられる請求項１に記載の装置。
13. 前記自立型電気絶縁フォーマ層は、セラミック材料からなる請求項１に記載の装置。
14. 前記自立型電気絶縁フォーマ層は、ジルコニア強化アルミナ（ＺＴＡ）材料からなる請求項１に記載の装置。
15. 前記電磁石は、前記入れ子にされた複数の自立型電気絶縁フォーマ層の周りに配置されたキャッピング自立型電気絶縁層を更に備える請求項１に記載の装置。
16. 回転子及び固定子を含む電動機を更に備え、前記電磁石は固定子の極を規定する請求項１に記載の装置。
17. 前記電動機の固定子は、複数の前記電磁石を備える多極固定子である請求項１６に記載の装置。
18. 前記電動機の固定子は、複数の前記電磁石を備えかつ該複数の電磁石に対応する複数の強磁性極を含む強磁性ヨークを更に備える多極固定子であり、各強磁性極は対応する電磁石の多層電気コイルの内部に配置され、多極固定子の固定子極を規定する請求項１６に記載の装置。
19. 前記強磁性ヨークは、多極固定の支持フレームを規定し、電磁石は、強磁性ヨークの対応する強磁性極に取り付けられる請求項１８に記載の装置。
20. 前記電動機及び親ねじを含む制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）を更に備え、
    電動機は、親ねじを直線的に駆動するために親ねじに連動的に結合され、これにより、親ねじに連結された中性子毒を含む制御棒が炉心内外へと直線的に駆動される請求項１６に記載の装置。
21. インペラに連動的に接続された前記電動機を含む流体ポンプを更に備える請求項１６に記載の装置。
22. 一次冷却剤を収容する圧力容器と、圧力容器内に配置され、一次冷却剤を少なくとも３００℃の温度に保つように作動する炉心とを含む原子炉と、
    一次冷却剤に浸漬される制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）にして、中性子毒を含む制御棒を炉心内外へと直線的に駆動するために制御棒に連動的に結合される前記電動機を含むＣＲＤＭとを更に備える請求項１６に記載の装置。
23. 一次冷却剤を収容する圧力容器と、圧力容器内に配置され、一次冷却剤を少なくとも３００℃の温度に保つように作動する炉心とを含む原子炉と、
    インペラに連動的に接続された前記電動機を含む冷却剤ポンプにして、一次冷却剤に浸漬され、かつ圧力容器内に一次冷却剤を循環させるか又は一次冷却剤の自然循環を支援するように構成される冷却剤ポンプとを更に備える請求項１６に記載の装置。
24. 電磁石を備える装置であって、
    電磁石は、
    入れ子にされた複数の自立型電気絶縁フォーマ層と、
    複数の離隔した導電性螺旋巻き層を備える多層電気コイルにして、各離隔した電導性螺旋巻き層が前記入れ子の自立型電気絶縁フォーマ層の一つによって支持される多層電気コイルとを備え、
    前記多層電気コイルへの通電が多層電気コイルの内部に磁界を発生させる装置。
25. 各自立型電気絶縁フォーマ層は、自立型電気絶縁フォーマ層の外側面に形成された溝を含み、該溝は、自立型電気絶縁フォーマ層によって支持された螺旋巻き層の経路を規定する請求項２４に記載の装置。
26. 前記電磁石は、多層電気コイルの内部に配置された強磁性電磁石芯を更に備える請求項２４に記載の装置。
27. 電動機を更に備え、該電動機は、回転子と前記電磁石によって規定される固定子とを含む請求項２６に記載の装置。
28. 一次冷却剤を収容する圧力容器と、圧力容器内に配置され、一次冷却剤を少なくとも３００℃の温度に保つように作動する炉心とを含む原子炉と、
    一次冷却剤に浸漬され、かつ前記電動機を含む少なくとも一つの電気機械要素とを更に備える請求項２７に記載の装置。
29. 前記少なくとも一つの電気機械要素は、一次冷却剤ポンプを含む請求項２８に記載の装置。
30. 前記少なくとも一つの電気機械要素は、制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）を含む請求項２８に記載の装置。
31. （１）第１自立型電気絶縁フォーマ層の周りに導電線を、螺旋巻きの螺旋ターンが互いに離隔する螺旋状に巻き付けて第１電気コイル層を形成すること、
    （２）入れ子を形成するため、次の自立型電気絶縁フォーマ層の内部に第１電気コイル層を入れ子にすること、及び、
    （３）入れ子の前記次の自立型電気絶縁フォーマ層の周りに導電線を、螺旋巻きの螺旋ターンが互いに離隔する螺旋状に巻き付けて次の電気コイル層を形成することを含み、
    少なくとも二つの電気コイル層を含む多層電気コイルが、少なくとも前記操作（１）、（２）及び（３）を含むプロセスによって形成される方法。
32. 前記多層電気コイルは、少なくとも前記操作（１）、（２）及び（３）を含むと共に、前記操作（２）及び（３）の少なくとも一つの繰り返しを更に含むプロセスによって形成され、少なくとも三つの電気コイル層を含む多層電気コイルを形成する請求項３１に記載の方法。
33. 前記多層電気コイルは、少なくとも前記操作（１）、（２）及び（３）を含むと共に、少なくとも七つの電気コイル層を含む多層電気コイルを形成するのに有効な前記操作（２）及び（３）の複数の繰り返しを更に含むプロセスによって形成される請求項３２に記載の方法。
34. 多層電気コイルの形成後に、形成された多層電気コイルの内部に強磁性芯を配置して電磁石を形成することを更に含む請求項３２に記載の方法。
35. 原子炉の圧力容器の内部に電磁石を配置すること、
    原子炉を作動させて圧力容器の内部に少なくとも３００℃の温度を発生させること、及び、
    圧力容器の内部の温度を少なくとも３００℃で圧力容器の内部の電磁石を作動させることを含む請求項３２に記載の方法。
36. 少なくとも５００℃の周囲温度で電磁石を作動させることを更に含む請求項３２に記載の方法。
37. 前記巻き付け操作は、前の巻き付け操作が終わった端部で始まる次の各巻き付け操作と同じ導電線を用い、
    巻き付け操作は、多層電気コイルが通電された際に、すべての電気コイル層が多層電気コイルの内部の磁界に加法的に寄与するように同じ電気的機能を有する電気コイル層を作り出すように実行される請求項３２に記載の方法。
38. 前記第１巻き付け操作（１）は、第１自立型電気絶縁フォーマ層の第１端部から第１自立型電気絶縁フォーマ層の反対側の第２端部へと進行し、
    前記第２巻き付け操作（２）は、第１巻き付け操作（１）で用いたものを同じ導電線を使用し続け、第２端部から第１端部へと進行する請求項３１に記載の方法。

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