JP3568498B2 - 電磁コイル - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線に曝される場所などに用いられる、無機物絶縁金属被覆ケーブル(Mineral Insulated Cable:以下、MICと称する)を用いた電磁コイルに関し、特に巻線の構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電荷を帯びた素粒子やイオンを高いエネルギー状態に加速し標的に衝突させて、原子核の構造などの研究を行なうために、各種の加速器が用いられている。この装置では、素粒子もしくはイオンの加速や、方向の制御にローレンツ力を用いるので、高磁場を発生させるための電磁石を多数設置する必要がある。そして、加速器においては、粒子の加速に伴う各種放射線の発生が避けられず、用いる電磁石についても、放射線に対する対策が必要となる。
【0003】
従来、加速器に用いる電磁石の電磁コイルは、放射線量が106Gy(グレイ)ないし108Gyの環境で使用され、放射線による電磁コイルの絶縁劣化の対策として、放射線量が108Gy以下のレベルでは、耐放射線特性の高い有機物の絶縁体が用いられ、放射線量が108Gy以上のレベルでは、無機物の絶縁体が用いられている。放射線量が108Gy以上で、特に高いレベルでは、絶縁体を無機物だけで構成することが必要となる。
【0004】
また、一般に、このような電磁コイルにおいては、通電に伴う発熱による障害を防止するために、巻線に中空の導体を用いたり、別途に通水用パイプを導体に沿わせたりすることで、中空部に冷却水を通水しながら運転する必要がある。
【0005】
図2は、このような用途に用いるMICの例の断面図で、図2(a)は冷却水を通水するための中空部を設けていない例を示す図、図2(b)は冷却水を通水するための中空部を設けた例を示す図である。
【0006】
図2において、201は無酸素銅からなる導体、202は酸化マグネシウムからなる絶縁体、203は銅からなるシース、204は通水用の中空部である。通電による発熱で温度が過度に上昇しないようにするには、導体の絶縁にも熱伝導率の高い材料を用いる必要があるが、酸化マグネシウムは酸化物の中で酸化ベリリウムに次いで高い熱伝導率を具備していて比較的低価格であり、しかも当然のことながら無機物であることから、十分な耐放射線特性を有し、このような用途に適している。
【0007】
しかし、酸化マグネシウムは、それ自体のみでは機械的な強度が十分確保できず、空気中の炭酸ガスや水と化学反応を起こすので、MICにおいては酸化マグネシウムの絶縁層を金属のシースで保護している。このために、MICは図2に示したような多層構造となる。
【0008】
そして、導体をコイルとするには、巻線作業に伴う曲げ加工が必須であり、MICの多層構造が巻線作業の障害となる。即ち、棒状の物体に曲げ変形を加えると、内側には圧縮変形、外側には引張変形が生じ、棒状物体の断面積が大きいほど、変形の程度が大きくなる。具体的にMICにおいては、曲げ加工を施した部分の内側でシースに皺が生じ、それが甚だしくなると、皺の凹みの部分が導体と接触、もしくはそれに近い状態となり、絶縁破壊を起こす虞がある。
【0009】
図3は、皺発生によって絶縁破壊を起こした状態を、模式的に示したものである。図3に示したように、曲げ加工部の内側、即ち、図における左下側のシース303には皺が発生し、絶縁体302を破砕した状態で、導体301と接触、もしくは接触に近い状態となっている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の技術的な課題は、MICを用いた電磁コイルを製作する際の、MICの曲げ加工に伴う絶縁破壊を防止し、十分な信頼性を備え、優れた耐放射線特性を有する電磁コイルを得るための構造を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の問題を解決するため、MICに曲げ加工を施す際の、MICの曲率半径と絶縁破壊の頻度について検討した結果なされたものである。
【0012】
即ち、本発明は、導体、導体を被覆する無機物の絶縁体、絶縁体を被覆する金属のシースからなる無機物絶縁金属被覆ケーブルを巻き回してなる電磁コイルにおいて、前記無機物絶縁金属被覆ケーブルの曲げ加工を施された部分の内側の曲率半径が、前記無機物絶縁金属被覆ケーブルの曲げ加工を施された部分における、曲率中心からの外側までの距離と、曲率中心からの内側までの距離との差の2.5倍以上であることを特徴とする電磁コイルである。
【0013】
【作用】
本発明によるMICを用いた電磁コイルにおいては、MICの曲げ加工を一定の曲率半径以上で行なっているので、曲げ加工を施された部分のシースの内側に皺が生じても、著しい変形とはならないため、シースと導体の接触による絶縁破壊が起こることがない。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【0015】
図1は、MICの曲げ加工の状態を示す図で、図1(a)はMICの長手方向に垂直な断面を示し、図1(b)はMICの長手方向に平行な断面を示す。図1において、101は無酸素銅からなる導体で、断面の形状は1辺が12mmの正方形である。102は酸化マグネシウムからなる絶縁体である。103は厚さが1mmの銅からなるシースで、断面の内側の形状は1辺が18mmの正方形である。
【0016】
つまり、このMICの図1(b)におけるDの部分の寸法は20mmである。そして、ここでは、MICの曲率半径、即ち、図2(b)におけるR1が60mmとなるように、型枠にMICを沿わせて曲げ加工を施した。従って、R1/D=3である。その結果、図2(b)に示したように、曲げ加工箇所のシース103の内側、即ち、図2(b)の左下側には皺が生じたものの、導体101に接触するには至らず、絶縁が確保されている。
【0017】
一方、前記の図3に示した例は、図1に示した例と同じMICを用い、MICの曲率半径、即ち、図3におけるR0を35mmとしたものである。この場合もDは20mmであるから、R0/D=1.75である、そして、この場合では、シース303の圧縮による変形が大きく、曲げ加工箇所のシースの内側、即ち、図3における左下側では、シース303が導体301に接触して絶縁破壊を起こしている。
【0018】
次に、MICの曲率半径と前記破壊の頻度を検証するために、同一のMICに様々な曲率半径で曲げ加工を施した場合について、曲率半径(R)とMICの径(D)の比(R/D:以下曲率半径比と記す。)と絶縁破壊の発生率を検討した。この場合Dは、MICの断面がなす正方形の1辺とした。
【0019】
そして、図4には、前記曲率半径比と絶縁破壊発生率の関係を示した。この図から明らかなように、曲率半径比が1付近の領域では、殆どが絶縁破壊を起こし、曲率半径比の増加に伴う絶縁破壊発生率の低下が認められ、曲率半径比が2.5以上の領域では、絶縁破壊発生率が0となる。従って、MICを用いた電磁コイルにおいては、曲率半径比を一定以上とすることで、巻線作業の際の絶縁破壊をなくすことができる。
【0020】
また、図5は、このようにして得られる電磁コイルに必要な部材を取り付けた状態の外観図である。図5に示したように、ここでは冷却水の通水用パイプ502をMIC501に沿わせて巻き回し、電磁コイルとケース504の間には、スズ503を充填して冷却効率の向上を図っている。そして、MICの端末には、通電するためのブスバー505と、シースと導体との間の絶縁を確保するための、セラミックからなる絶縁端末506が取り付けられている。
【0021】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、MICを用いた耐放射線特性に優れる電磁コイルを、巻線工程における絶縁破壊を起こすことなく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のコイルにおけるMICの曲げ加工の状態を示す図で、図1(a)はMICの長手方向に垂直な断面、図1(b)はMICの長手方向に平行な断面を示す。
【図2】MICの断面図で、図2(a)は冷却水を通水するための中空部を設けていない例を示す図、図2(b)は冷却水を通水するための中空部を設けた例を示す図。
【図3】シースの皺発生によって絶縁破壊を起こした状態を模式的に示した図。
【図4】曲率半径比と絶縁破壊発生率の関係を示す図。
【図5】電磁コイルに必要な部材を取り付けた状態の外観図。
【符号の説明】
101,201,301 導体
102,202,302 絶縁体
103,203,303 シース
204 中空部
501 MIC
502 通水用パイプ
503 スズ
504 ケース
505 ブスバー
506 絶縁端末
Claims (1)
- 導体、導体を被覆する無機物の絶縁体、絶縁体を被覆する金属のシースからなる無機物絶縁金属被覆ケーブルを巻き回してなる電磁コイルにおいて、前記無機物絶縁金属被覆ケーブルの曲げ加工を施された部分の内側の曲率半径が、前記無機物絶縁金属被覆ケーブルの曲げ加工を施された部分における、曲率中心から外側までの距離と、曲率中心から内側までの距離との差の2.5倍以上であることを特徴とする電磁コイル。
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JP2001233634A JP3568498B2 (ja) | 2001-08-01 | 2001-08-01 | 電磁コイル |
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JP2003045716A JP2003045716A (ja) | 2003-02-14 |
JP3568498B2 true JP3568498B2 (ja) | 2004-09-22 |
Family
ID=19065390
Family Applications (1)
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JP2001233634A Expired - Lifetime JP3568498B2 (ja) | 2001-08-01 | 2001-08-01 | 電磁コイル |
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-
2001
- 2001-08-01 JP JP2001233634A patent/JP3568498B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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