JP3144939B2 - 超電導磁石装置 - Google Patents

超電導磁石装置

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JP3144939B2 JP3875093A JP3875093A JP3144939B2 JP 3144939 B2 JP3144939 B2 JP 3144939B2 JP 3875093 A JP3875093 A JP 3875093A JP 3875093 A JP3875093 A JP 3875093A JP 3144939 B2 JP3144939 B2 JP 3144939B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導コイルの振動を
抑制しながら冷却する超電導磁石装置に係わり、特に超
電導コイルをその振動による摩擦熱から保護することに
より、超電導状態の安定性を向上し得る超電導磁石装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば磁気浮上式鉄道システムで
は、環状の冷却容器内に超電導コイルが収納されている
超電導磁石装置が用いられている。図4及び図5はこの
種の超電導磁石装置の構成を示す模式図及びそのA−A
線矢示断面図である。
【0003】この超電導磁石装置は、内部が中空で、か
つ、全体が環状に形成された冷却容器1を備えている。
この冷却容器1は、その上下の内壁1aにそれぞれ周方
向に沿って断続的に複数の固定金具2が配設されてい
る。また、冷却容器1の外壁のうち、環状の内側で互い
に対面する外壁間に介在するように複数の支柱3が設け
られ、各支柱3により、冷却容器1の機械的強度が高め
られている。
【0004】一方、この冷却容器1に収納される超電導
コイル4は、コイル巻線5が絶縁シートとしてのエポキ
シ層6に均一に巻装され、このエポキシ層6が各固定金
具2に圧接されることにより、冷却容器1内に保持され
ている。
【0005】この状態で、冷却容器1に冷却剤としての
液体ヘリウム7を供給することにより、超電導コイル4
が冷却されて超電導状態となり、超電導磁石装置が動作
可能となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような超電導磁石装置は、超電導コイル4を各固定金具
2で圧接して固定しているので、超電導コイル4の振動
により超電導コイル4と固定金具2との境界面に摩擦熱
が発生し、この摩擦熱により超電導コイル4がクエンチ
するという問題がある。また一方、この種のクエンチ
は、外部からの変動磁界によって超電導コイル4を流れ
る渦電流による内部発熱を起因とするものがある。
【0007】従って、コイル周囲のエポキシ層6を厚く
して当該摩擦熱の超電導コイル4への伝達を抑制する
と、超電導コイル4の内部発熱の冷却性が低下して超電
導コイル4がクエンチする可能性がある。一方、エポキ
シ層6を薄くして超電導コイル4の冷却性を向上させる
と、当該摩擦熱が伝達されて超電導コイル4がクエンチ
する可能性がある。
【0008】従来、超電導コイル4はその周囲に絶縁シ
ートを巻回し、しかる後、樹脂を含浸して製作している
ため、エポキシ層6の厚さが一定となる。従って、相反
する前述した傾向を同時に満たせないので、超電導コイ
ル4に対する外部からの摩擦熱の断熱又は超電導コイル
4の内部発熱の冷却のいずれかを重視して設計されてい
る。
【0009】本発明は上記実情を考慮してなされたもの
で、超電導コイルの内部発熱に対する冷却性を良好に
し、かつ、超電導コイルと固定部材間の摩擦発熱に対す
る断熱性を高めることにより、超電導コイルの温度上昇
を抑え、超電導状態の安定性を向上し得る超電導磁石装
置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1に対応する発明
は、内部に冷却剤が封入された冷却容器と、この冷却容
器内部に収納され、その外周面が絶縁部材で被覆された
超電導コイルと、前記冷却容器内壁面の所望の位置に固
定され、前記超電導コイルの外周面を圧接して超電導コ
イルを固定する固定部材とを備え、前記固定部材と対面
する側の絶縁部材の断熱性を、前記冷却剤に対面する側
の絶縁部材の断熱性より高く形成した超電導磁石装置で
ある。
【0011】請求項2に対応する発明は、内部に冷却剤
が封入された冷却容器と、この冷却容器内部に収納さ
れ、その外周面が絶縁部材で被覆された超電導コイル
と、前記冷却容器内壁面の所望の位置に固定され、前記
超電導コイルの外周面を圧接して超電導コイルを固定す
る固定部材とを備え、前記固定部材に対面する絶縁部材
の厚さを前記冷却剤に対面する絶縁部材の厚さよりも厚
くした超電導磁石装置である。
【0012】請求項3に対応する発明は、内部に冷却剤
が封入された冷却容器と、この冷却容器内部に収納さ
れ、その外周面が肉厚の均一な絶縁部材で被覆された超
電導コイルと、前記冷却容器内壁面の所望の位置に固定
され、前記超電導コイルの外周面を圧接して超電導コイ
ルを固定する固定部材と、前記固定部材に対面する側の
絶縁部材と該固定部材の間に配設され、断熱性を高める
ための絶縁部材とを具備した超電導磁石装置である。
【0013】
【作用】従って、請求項1に対応する発明は以上のよう
な手段を講じたことにより、超電導コイルの周囲に被覆
される絶縁部材のうち、固定部材に対面する絶縁部材の
断熱性を冷却剤に対面する絶縁部材の断熱性よりも高く
しているので、超電導コイルの内部発熱に対する冷却性
を良好にし、かつ、超電導コイルと固定部材間の摩擦発
熱に対する断熱性を高めることにより、超電導コイルの
温度上昇を抑え、超電導状態の安定性を向上させること
ができる。
【0014】請求項2に対応する発明は、上記絶縁部材
のうち、固定部材に対面する絶縁部材の厚さを前記冷却
剤に対面する絶縁部材の厚さよりも厚くしているので、
請求項1に対応する発明の効果に加え、固定部材に対面
する絶縁部材の機械的強度を向上させることにより、装
置本体の耐用年数を高めることができる。
【0015】請求項3に対応する発明は、超電導コイル
の周囲に被覆される絶縁部材のうち、固定部材に対面す
る側の絶縁部材と該固定部材の間に配設され、断熱性を
高めるための絶縁部材とを具備したことにより、請求項
1に対応する発明の効果に加え、既存の超電導磁石であ
っても適用でき、かつ、装置本体を容易に製造すること
ができる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。
【0017】図1及び図2は本発明の第1の実施例に係
る超電導磁石装置の構成を示す模式図及びそのB−B線
矢示断面図であり、図1及び図2と同一部分には同一符
号を付してその詳しい説明を省略し、ここでは異なる部
分についてのみ述べる。
【0018】すなわち、本発明装置は、超電導コイルの
周囲に被覆される絶縁部材のうち、固定部材としての固
定金具2に対面する絶縁部材の断熱性を冷却剤としての
液体ヘリウム7に対面する絶縁部材の断熱性よりも高く
することにより、超電導コイル4に対する摩擦熱の断熱
性と内部発熱の冷却性とを同時に高めた装置である。具
体的には、超電導コイル4は、その周囲に被覆された絶
縁部材としてのエポキシ層6に対し、固定金具2に対面
する部分のエポキシ層6とコイル巻線5との間に絶縁部
材としての絶縁シートが挿入されてエポキシ層11を形
成することにより、固定金具2に対面するエポキシ層6
が厚くされ、しかる後、樹脂が含浸された構成となって
いる。
【0019】ここで、エポキシ層6,11はコイル巻線
5の周囲に0.03〜0.1cm程度の厚さで被覆され
ており、その熱伝導率は5×10-4W/cm・Kであり
低いため、熱を通しにくい性質を有する。また、液体ヘ
リウム7は沸騰の熱伝達率が0.3W/cm-2・Kであ
る。次に、以上のように構成された超電導コイルを収納
する超電導磁石装置の動作を説明する。
【0020】超電導状態において、超電導磁石装置は磁
気力を発生している。このとき、超電導磁石装置は対向
する外部のコイル等(図示せず)から高調波の変動磁界
を受けたとする。この変動磁界により、超電導磁石装置
内の超電導コイル4に渦電流が発生し、この渦電流によ
り、超電導コイル4のコイル巻線5に内部発熱を生じ
る。ここで、コイル巻線4から0.03cmのエポキシ
層6を通して液体ヘリウム7へ逃げる内部発熱の熱透過
率Uは次の(1)式で表される。 U=(0.03/(5×10-4)+1/0.3)-1 =0.016(W/cm2 ・K) …(1)
【0021】この(1)式に表されるように、熱通過率
Uはエポキシ層6の厚さによって支配的に変化される。
すなわち、液体ヘリウム7に対面するエポキシ層6の厚
さを半分にすると、液体ヘリウム7による冷却効果は2
倍となる。よって、外部磁界変動による渦電流発熱のよ
うな超電導コイル4の内部発熱に対しては薄いエポキシ
層6によってコイル巻線5の冷却効果を高めている。
【0022】一方、超電導磁石装置内の超電導コイル4
は、磁気力の発生又は外部磁界変動に伴って振動する。
ここで、超電導コイル4が振動すると、その周囲のエポ
キシ層6,11が固定金具2に擦れ、エポキシ層6と固
定金具2との境界面に摩擦熱が発生する。しかし、この
摩擦熱は、その伝達が超電導コイル周囲の厚いエポキシ
層6,11に阻まれるので、超電導コイル4のコイル巻
線5には伝達されない。よって、超電導コイル4と固定
金具2間の摩擦発熱に起因するクエンチが防止される。
【0023】上述したように、第1の実施例によれば、
固定金具2に対面するエポキシ層6とコイル巻線5との
間に新たなエポキシ層11を形成することにより、超電
導コイル4の周囲に被覆されるエポキシ層6のうち、固
定金具2に対面するエポキシ層6,11の厚さを液体ヘ
リウム7に対面するエポキシ層6の厚さよりも厚くして
いる。従って、超電導コイル4の内部発熱に対する冷却
性を良好にし、かつ、超電導コイル4と固定金具2間の
摩擦発熱に対する断熱性を高めることにより、超電導コ
イル4の温度上昇を抑え、超電導状態の安定性を向上さ
せることができる。また、厚いエポキシ層6,11は、
機械的強度を向上させるので、装置本体の耐用年数を高
めることができる。さらに、厚いエポキシ層6,11
は、特にパルス的な発熱に対する超電導コイル4の温度
上昇を低く抑えることができる。次に、本発明の第2の
実施例に係る超電導磁石装置について説明する。
【0024】図3はこの超電導磁石装置の構成を示すB
−B線矢示断面図であり、図1と同一部分には同一符号
を付してその詳しい説明を省略し、ここでは異なる部分
についてのみ述べる。
【0025】すなわち、この超電導磁石装置の超電導コ
イル4は、その周囲を被覆するエポキシ層6が、超電導
コイル4の周囲をほぼ均一の肉厚で被覆する被覆部12
と、この被覆部に固定部材に対面する側に新たに設けら
れた絶縁部材である付加絶縁部13とから成るように構
成されている。
【0026】ここで、付加絶縁部13は、例えば、コイ
ル周囲が薄い被覆部12で構成された後、固定金具2に
対面する超電導コイル4の側面に貼設されるので、第1
の実施例と比べ、容易に同等の効果を得ることができ
る。
【0027】上述したように、第2の実施例によれば、
エポキシ層6が、超電導コイル4を被覆する被覆部12
と、この被覆部12に固定部材2に対面するように新た
に設けられた付加絶縁部13とを備えてなることによ
り、第1の実施例の効果に加え、既存の超電導磁石であ
っても適用でき、かつ、装置本体を容易に製造すること
ができる。
【0028】なお、上記第1の実施例では、コイル周囲
の絶縁部材を全て同一の材料であるエポキシ層から構成
し、固定金具に対面する側のエポキシ層の厚さを厚くす
ることにより、固定金具に対面する側の絶縁部材の断熱
性を高めた場合について説明したが、これに限らず、固
定金具に対面する側の絶縁部材に断熱性の高い他の材料
を用いることにより、固定金具に対面する側の絶縁部材
の断熱性を高めた構成としても、本発明を同様に実施し
て同様の効果を得ることができる。
【0029】また、上記第2の実施例では、コイルの周
囲を肉厚の均一な被覆部12で被覆した後に固定金具2
に対面する側に付加絶縁部13を設けた場合について説
明したが、これに限らず、コイルの周囲を肉厚の均一な
エポキシ層で被覆した後に液体ヘリウム7に対面する側
のエポキシ層を削除することにより、固定部材に対面す
る絶縁部材の厚さを冷却剤に対面する絶縁部材の厚さよ
りも厚くした構成としても、本発明を同様に実施して同
様の効果を得ることができる。その他、本発明はその要
旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、超
電導コイルの周囲に被覆される絶縁部材のうち、固定部
材に対面する絶縁部材の断熱性を冷却剤に対面する絶縁
部材の断熱性よりも高くしているので、超電導コイルの
内部発熱に対する冷却性を良好にし、かつ、超電導コイ
ルと固定部材間の摩擦発熱に対する断熱性を高めること
により、超電導コイルの温度上昇を抑え、超電導状態の
安定性を向上できる超電導磁石装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係る超電導磁石装置の
構成を示す模式図。
【図2】同実施例におけるB−B線矢示断面図。
【図3】本発明の第2の実施例に係る超電導磁石装置の
構成を示すB−B線矢示断面図。
【図4】従来の超電導磁石装置の構成を示す模式図。
【図5】従来の超電導磁石装置の構成を示すB−B線矢
示断面図。
【符号の説明】
1…冷却容器、1a…内壁、2…固定金具、3…支柱、
4…超電導コイル、5…コイル巻線、6,11…エポキ
シ層、7…液体ヘリウム、12…被覆部、13…付加絶
縁部。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部に冷却剤が封入された冷却容器と、
    この冷却容器内部に収納され、その外周面が絶縁部材で
    被覆された超電導コイルと、前記冷却容器内壁面の所望
    の位置に固定され、前記超電導コイルの外周面を圧接し
    て超電導コイルを固定する固定部材とを備え、 前記固定部材と対面する側の絶縁部材の断熱性を、前記
    冷却剤に対面する側の絶縁部材の断熱性より高く形成し
    たことを特徴とする超電導磁石装置。
  2. 【請求項2】 内部に冷却剤が封入された冷却容器と、
    この冷却容器内部に収納され、その外周面が絶縁部材で
    被覆された超電導コイルと、前記冷却容器内壁面の所望
    の位置に固定され、前記超電導コイルの外周面を圧接し
    て超電導コイルを固定する固定部材とを備え、 前記固定部材に対面する絶縁部材の厚さを前記冷却剤に
    対面する絶縁部材の厚さよりも厚くしたことを特徴とす
    る超電導磁石装置。
  3. 【請求項3】 内部に冷却剤が封入された冷却容器と、
    この冷却容器内部に収納され、その外周面が肉厚の均一
    な絶縁部材で被覆された超電導コイルと、前記冷却容器
    内壁面の所望の位置に固定され、前記超電導コイルの外
    周面を圧接して超電導コイルを固定する固定部材と、 前記固定部材に対面する側の絶縁部材と該固定部材の間
    に配設され、断熱性を高めるための絶縁部材とを具備し
    たことを特徴とする超電導磁石装置。
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KR101486751B1 (ko) * 2012-12-28 2015-01-28 두산엔진주식회사 다층 구조를 갖는 모듈형 초전도 코일 조립체

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