JP4282628B2 - Non-inductive winding frame, permanent current switch, and superconducting magnet - Google Patents
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Description
本発明は、稠密に巻かれた無誘導巻線、この無誘導巻線用の巻枠、これらを備えた永久電流スイッチ、及びこの永久電流スイッチを備えた超伝導磁石に関するものである。 The present invention relates to a densely wound non-inductive winding, a winding frame for the non-inductive winding, a permanent current switch including these, and a superconducting magnet including the permanent current switch.
超電導磁気エネルギー貯蔵システム、核融合システム、核磁気共鳴装置や磁気浮上列車、理化学実験用超電導磁石などの超電導コイルでは、運転中に直流電源から切り離して永久電流スイッチで短絡し、閉ループの中を電流が循環して長期に渡って流れ続けるいわゆる永久電流モードで使用するのが一般である。超電導永久電流スイッチは、超電導磁石と組み合わせて永久電流回路を実現させるために不可欠な要素である。超電導磁石を永久電流状態で運転する装置においては、図1に示す超電導磁石の回路概略図のように、超電導コイルと永久電流スイッチを並列接続して構成し、この並列回路を所望の電源にパワーリードを介して接続する構成が一般的になっている。なお、図1において、1は永久電流スイッチ、2は磁場発生用超伝導コイルである。超電導コイルを構成する超電導線は極低温においては超電導状態になって電気抵抗値が零になっており理論的には永久に電流が流れ続けることになる(例えば、下記特許文献1、2参照)。
Superconducting coils such as superconducting magnetic energy storage systems, nuclear fusion systems, nuclear magnetic resonance devices, magnetic levitation trains, and superconducting magnets for physics and chemistry experiments are disconnected from the DC power supply during operation and short-circuited with a permanent current switch, and current is passed through the closed loop. Is generally used in a so-called permanent current mode that continues to flow for a long time. A superconducting permanent current switch is an indispensable element for realizing a permanent current circuit in combination with a superconducting magnet. In an apparatus for operating a superconducting magnet in a permanent current state, a superconducting coil and a permanent current switch are connected in parallel as shown in the schematic circuit diagram of the superconducting magnet shown in FIG. 1, and this parallel circuit is supplied to a desired power source. A configuration in which connection is made via a lead has become common. In FIG. 1, 1 is a permanent current switch, and 2 is a superconducting coil for generating a magnetic field. The superconducting wire constituting the superconducting coil is in a superconducting state at an extremely low temperature and has an electric resistance value of zero, and theoretically a current continues to flow forever (see, for example,
なお、上記永久電流スイッチには、無誘導巻きされた超伝導コイルが用いられる。この無誘導巻きとは、超電導線を2本に折り返して先端の折り曲げ部を巻枠に設けた溝に挿入固定した上で2本単位に巻回して行く構成のものであり(例えば、下記特許文献3参照)、超電導線に流れる電流は常にこの2本の超電導線を反対方向に流れて互いに磁場を打ち消し合うことができる。永久電流スイッチにおいてこのような無誘導巻きを採用する第1の理由は、超電導コイルを励磁し、永久電流スイッチをクローズ(外部ヒーター電源から永久電流スイッチのヒーター部へ電流が流されていない状態)した後に、電源電流を下げて永久電流ループを完成させる際、永久電流スイッチに発生する電圧によりコイルの電流が変化することを防ぐためである。第2の理由は、周知のように超電導線は磁場が強いほど臨界電流が低下するという特性を持っているので、超電導巻線が生起する磁場の強度を低減するためである。第3の理由は、超電導コイルが生起する磁場を乱さないようにするためである。 The permanent current switch is a non-inductively wound superconducting coil. This non-inductive winding is a structure in which a superconducting wire is folded back into two, and the bent portion at the tip is inserted and fixed in a groove provided on the winding frame, and then wound in units of two (for example, the following patents) Reference 3), the current flowing in the superconducting wire can always flow in the opposite direction of these two superconducting wires and cancel each other out of the magnetic field. The first reason for adopting such a non-inductive winding in the permanent current switch is to excite the superconducting coil and close the permanent current switch (in a state where no current flows from the external heater power source to the heater portion of the permanent current switch). This is to prevent the coil current from changing due to the voltage generated in the permanent current switch when the power supply current is lowered to complete the permanent current loop. The second reason is that, as is well known, the superconducting wire has a characteristic that the critical current decreases as the magnetic field is stronger, so that the strength of the magnetic field generated by the superconducting winding is reduced. The third reason is to prevent disturbance of the magnetic field generated by the superconducting coil.
また、永久電流スイッチが常電導(オープン)の状態(外部ヒーター電源から永久電流スイッチのヒーター部へ電流が流れている状態)では、コイルの励磁電圧により電流が永久電流スイッチに分流するが、この分流分はできるだけ少ないことが望ましい。したがって、永久電流スイッチの常電導(オープン)の状態での抵抗値は大きい方が望ましいので、永久電流スイッチはできるだけ長い超電導線を巻いて作製されることが望ましい。 In addition, when the permanent current switch is in a normally conducting state (open) (current is flowing from the external heater power source to the heater portion of the permanent current switch), the current is shunted to the permanent current switch by the excitation voltage of the coil. It is desirable that the diversion is as small as possible. Therefore, since it is desirable that the resistance value in the normal conduction (open) state of the permanent current switch is large, it is desirable that the permanent current switch is manufactured by winding a superconducting wire as long as possible.
しかし、上記特許文献3のように、無誘導巻きを実現するためあらかじめ長尺の線を二つ折にした2本を束ねた状態で巻き線する方法では、長尺の線を二つ折にして巻く作業が困難なため、あまり長い線材を使用することができなかった。
However, as described in
これを改善するため、下記特許文献4、5では溝を有するスペーサを層間に挟み、1ターン毎に巻き方向が逆になる巻き線とすることで長い線材を用いた無誘導巻きを実現した。 In order to improve this, in Patent Documents 4 and 5 below, non-inductive winding using a long wire is realized by sandwiching a spacer having a groove between layers and forming a winding in which the winding direction is reversed every turn.
しかし、上記特許文献4、5で開示された無誘導巻線は、1ターン毎に超伝導線材の巻き方向が逆で形成しやすいものとは言えず、また稠密に巻くこともできていない。そのため、この無誘導巻線を永久電流スイッチに用いた場合には、線材長さに対する全体寸法が大きくなり熱容量が大きくなるため、常電導状態から超電導状態への高速切り替えができない。 However, the non-inductive windings disclosed in Patent Documents 4 and 5 cannot be said to be easily formed with the winding direction of the superconducting wire reversed every turn, and cannot be densely wound. Therefore, when this non-inductive winding is used for a permanent current switch, the overall dimension with respect to the wire length becomes large and the heat capacity becomes large, so that high-speed switching from the normal conducting state to the superconducting state cannot be performed.
そこで、本発明の目的は、長い超伝導線材を稠密に巻いて形成された無誘導巻線と、この無誘導巻線用の巻枠と、これらを備えた永久電流スイッチ、及びこの永久電流スイッチを備えた超伝導磁石を提供する。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a non-inductive winding formed by densely winding a long superconducting wire, a winding frame for the non-inductive winding, a permanent current switch including these, and this permanent current switch. Provided is a superconducting magnet.
本発明の無誘導巻線は、巻胴に、単線の超電導線をらせん状かつ稠密に巻きつけて形成された第1層目の超伝導コイル層と、前記巻胴の一端側に設けられた折返し部に前記第1層目の超伝導コイル層を巻き終えた残りの超伝導線を掛けて折り返し、この折り返した超伝導線を前記第1層目の超伝導コイル層の超伝導線間の凹部に沿って逆向きに巻きつけて形成された第2層目の超伝導コイル層とを少なくとも備えたものである。 The non-inductive winding according to the present invention is provided on the one end side of the first superconducting coil layer formed by spirally and densely winding a single superconducting wire around the winding drum. The folded portion is folded with the remaining superconducting wire after winding the first superconducting coil layer, and the folded superconducting wire is connected between the superconducting wires of the first superconducting coil layer. And a second superconducting coil layer formed by wrapping in the opposite direction along the recess.
また、本発明の無誘導巻線は、前記巻胴の他端側に設けられた折返し部に第n層目(nは偶数のうちいずれかまでの数であって、以下同様)の超伝導コイル層を巻き終えた残りの超伝導線を掛けて折り返し、この折り返した超伝導線を前記第n層目の超伝導コイル層の超伝導線間の凹部に沿って逆向きに巻きつけて形成された第n+1層目の超伝導コイル層と、前記巻胴の一端側に設けられた折返し部に前記第n+1層目の超伝導コイル層を巻き終えた残りの超伝導線を掛けて折り返し、この折り返した超伝導線を前記第n+1層目の超伝導コイル層の超伝導線間の凹部に沿って逆向きに巻きつけて形成された第n+2層目の超伝導コイル層とをさらに備えたものであることが好ましい。なお、「nは偶数のうちいずれかまでの数」とは、以下のようなものが挙げられる。例えば、偶数のうち6までの数とは、2、4、6であり、偶数のうち10までの数とは、2、4、6、8、10である。 Further, the non-inductive winding of the present invention has a superconductivity of the nth layer (n is any number up to an even number, the same shall apply hereinafter) at the folded portion provided on the other end side of the winding drum. The remaining superconducting wire after winding the coil layer is folded and folded, and the folded superconducting wire is wound in the opposite direction along the concave portion between the superconducting wires of the nth superconducting coil layer. The n + 1th superconducting coil layer and the folded portion provided on one end side of the winding drum are folded over the remaining superconducting wire after winding the n + 1th superconducting coil layer, An n + 2 superconducting coil layer formed by wrapping the folded superconducting wire in a reverse direction along the recess between the superconducting wires of the (n + 1) th superconducting coil layer. It is preferable. Note that “n is a number up to any one of even numbers” includes the following. For example, the numbers up to 6 out of the even numbers are 2, 4, 6, and the numbers up to 10 out of the even numbers are 2, 4, 6, 8, 10.
上記構成により、超伝導線が稠密に巻かれて形成されるため、超伝導線の線材長さに対する全体寸法が最小となるので、その熱容量が最小となる無誘導巻線を提供できる。したがって、効率よく熱伝導できるので、常電導状態、超電導状態間の高速切り替えが可能な無誘導巻線を提供できる。また、長尺の超電導線の巻線がきわめて容易にかつ稠密にできるので、常電導状態の抵抗値が大きく、かつインダクタンスがほぼゼロの無誘導巻線を提供できる。 With the above configuration, since the superconducting wire is densely wound and formed, the overall dimension of the superconducting wire with respect to the length of the wire is minimized, so that a non-inductive winding with the smallest heat capacity can be provided. Accordingly, since heat can be efficiently conducted, a non-inductive winding capable of high-speed switching between the normal conducting state and the superconducting state can be provided. Further, since the winding of the long superconducting wire can be made very easily and densely, a non-inductive winding having a large resistance value in the normal conducting state and almost zero inductance can be provided.
本発明の巻枠は、上記無誘導巻線用のものであって、巻胴と、前記巻胴の両端に設けられた円盤状のフランジとを備え、前記フランジが、その半径方向に設けられた突起状部材を有していることが好ましい。また、本発明の巻枠は、上記無誘導巻線用のものであって、巻胴と、前記巻胴の両端に設けられたフランジとを備え、前記フランジが、巻胴の端部を底とする溝部を形成するように並設された2枚の板状部材からなるものであってもよい。
上記構成により、上記無誘導巻線を稠密に巻くことができる巻枠を提供できる。
The winding frame of the present invention is for the non-inductive winding described above, and includes a winding drum and disk-shaped flanges provided at both ends of the winding drum, and the flange is provided in a radial direction thereof. It is preferable to have a protruding member. The winding frame of the present invention is for the non-inductive winding, and includes a winding drum and flanges provided at both ends of the winding drum, and the flange bottoms the end of the winding drum. It may be composed of two plate-like members arranged side by side so as to form a groove portion.
With the above configuration, a winding frame capable of densely winding the non-inductive winding can be provided.
本発明の永久電流スイッチは、上記無誘導巻線を備えたものであることが好ましい。さらに上記巻枠のいずれか1つを備えたものであることが好ましい。
無誘導巻線が常電導状態である際、無誘導巻線の抵抗値が大きく、かつインダクタンスがほぼゼロであるので、ほとんど電流が流れこまない永久電流スイッチを提供できる。
The permanent current switch of the present invention is preferably provided with the non-inductive winding. Furthermore, it is preferable that any one of the above-described reels is provided.
When the non-inductive winding is in a normal conducting state, the resistance value of the non-inductive winding is large and the inductance is almost zero, so that it is possible to provide a permanent current switch in which almost no current flows.
本発明の超伝導磁石は、上記永久電流スイッチを備えたものであることが好ましい。
磁場発生用超電導コイルに超電導磁石電源の電流を流して励磁する際、上記永久電流スイッチがオフの状態(超電導コイルが常電導状態)であれば、超電導磁石電源の電流が上記永久電流スイッチに流れ込みにくくなるので、ジュール熱の発生の抑制につながり、超電導磁石の温度の上昇を抑えることができることから、超電導磁石の安定した運転ができる。
The superconducting magnet of the present invention preferably includes the permanent current switch.
When exciting the magnetic field generation superconducting coil by passing the current from the superconducting magnet power source, if the permanent current switch is off (the superconducting coil is in the normal conducting state), the current from the superconducting magnet power source flows into the permanent current switch. Since it becomes difficult, it leads to suppression of generation of Joule heat and suppresses a rise in temperature of the superconducting magnet, so that the superconducting magnet can be stably operated.
以下、図を参照しながら実施形態について説明する。図2は、本発明の第1実施形態に係る永久電流スイッチの概略断面図である。図3(a)は図2の永久電流スイッチに用いられている巻枠の正面図、図3(b)は図3(a)の側面図である。図4は、図3の巻枠に超電導線材が巻き付けられた際のフランジ部周辺の一部拡大図である。図5は図4のV−V矢視断面図、図6は図4のVI−VI矢視断面図である。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the permanent current switch according to the first embodiment of the present invention. 3A is a front view of a reel used in the permanent current switch of FIG. 2, and FIG. 3B is a side view of FIG. 3A. FIG. 4 is a partially enlarged view around the flange portion when the superconducting wire is wound around the winding frame of FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line V-V in FIG. 4, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 4.
本発明の実施の形態に係る永久電流スイッチ10は、巻枠3と、ヒーター4と、超電導コイル5と、断熱材6とを備えるものである。
A permanent
巻枠3は、図3(a)に示すように、線材を巻きつけるための巻胴3aと、巻胴3aの両端にそれぞれ設けられたフランジ3b、3cとからなる。フランジ3b、3cは、図3(b)に示すように、半径方向に切り欠かれた凹部の底から半径方向かつ外部方向に、それぞれ突起状部材3b1、3c1が延設されて形成されている。
As shown in FIG. 3A, the winding
ヒーター4は、図2及び図6に示すように、マンガニン等からなる線材を巻枠3の巻胴3aに巻きつけて1層形成されているものである。図6に示すように、このヒーター4の外周部は、表面をならすために粘着テープ7が巻かれている。なお、ヒーター4は、巻枠3に線材を巻きつけたものでなく、シート状のものを巻きつけたものであってもかまわない。
As shown in FIGS. 2 and 6, the heater 4 is formed by winding a wire made of manganin or the like around the
超電導コイル5は、巻枠3に無誘導巻きされた超電導線材5aからなる。具体的には、超電導コイル5は、図4〜図6、図7(a)〜(c)に示すように、粘着テープ7表面に、単線の超電導線材をらせん状かつ稠密に巻きつけて形成された第1層目の超伝導コイル層と、突起状部材3b1に第1層目の超伝導コイル層を巻き終えた残りの超伝導線を掛けて折り返し、この折り返した超伝導線を第1層目の超伝導コイル層の超伝導線間の凹部に沿って逆向きに巻きつけて形成された第2層目の超伝導コイル層を形成する。そして、図示していないが同様に、巻胴3aの他端側に設けられた突起状部材3c1に第2層目の超伝導コイル層を巻き終えた残りの超伝導線を掛けて折り返し、この折り返した超伝導線を第2層目の超伝導コイル層の超伝導線間の凹部に沿って逆向きに巻きつけて形成された第3層目の超伝導コイル層を形成する。第4層目以降の超電導コイル層は、第2、第3層の超電導コイル層と同様の方法で形成していくことができる。こうして、所望する数の超電導コイル層を有する無誘導巻きの超電導コイル5を形成できる。なお、図6における突起状部材3b1の左側の超電導線材5a同士は、間隔を空けて巻き付けられているが、詰めて巻き付けられていてもかまわない。また、図示しないが、超電導コイル5の巻き始め部分は、突起状部材とフランジ本体との間の溝を通してから巻胴3aに巻きつけるようにすることが好ましい。
The superconducting coil 5 is composed of a
超電導線材5aは、NbTiなどからなる超電導線材である。超伝導線が稠密に巻かれて形成されるため、超伝導線の線材長さに対する全体寸法が最小となるので、その熱容量が最小となる無誘導巻線を提供できる。したがって、効率よく熱伝導できるので、常電導状態、超電導状態間の高速切り替えが可能な無誘導巻線を提供できる。また、長尺の超電導線の巻線がきわめて容易にかつ稠密にできるので、常電導状態の抵抗値が大きく、かつインダクタンスがほぼゼロの無誘導巻線を提供できる。
The
断熱材6は、レジンなどの樹脂からなるものである。なお、この断熱材6は、超電導コイル5を保護する役目も併せ持っている。
The
次に、永久電流スイッチ10の作動について説明する。ヒーター4に電流が流れている間は、熱がヒーター4に発生するので、超電導コイル5は加温される。したがって、外部から冷却されてもその熱の方が上回れば、超電導コイル5が超電導状態になることはなく、電気抵抗を有することになる。なお、永久電流スイッチ10の電気抵抗は、従来の無誘導線巻の永久電流スイッチに比べ同体積でも稠密に巻かれているので、その分電気抵抗は高い。ヒーター4に電流が流れていない間は、超電導コイル5は加温されないので、外部から冷却され超電導転移温度に到達した場合には超電導状態となり、電気抵抗がゼロの状態となる。
Next, the operation of the permanent
上記実施形態によれば、超伝導線材5aが巻枠3に稠密に巻かれて形成されるため、超伝導線の線材長さに対する全体寸法が最小となるので、その熱容量が最小となる無誘導巻線を形成できる。さらに、効率よく熱伝導できるので、常電導状態、超電導状態間の高速切り替えが可能な無誘導巻線を有する永久電流スイッチ10を提供できる。また、長尺の超電導線の巻線がきわめて容易にかつ稠密にできるので、常電導状態の抵抗値が大きく、かつインダクタンスがほぼゼロの無誘導巻線を形成でき、この無誘導巻線を有する永久電流スイッチ10を提供できる。
According to the above embodiment, since the
したがって、本実施形態の永久電流スイッチ10を、図1に示した超電導磁石の永久電流スイッチ1の代わりに用いると、磁場発生用超電導コイル2に超電導磁石電源の電流を流して励磁する際、永久電流スイッチ10がオフの状態(超電導コイル5が常電導状態)であれば、超電導磁石電源の電流が永久電流スイッチ10に流れ込みにくくなるので、ジュール熱の発生の抑制につながり、超電導磁石の温度の上昇を抑えることができることから、超電導磁石の安定した運転ができる。
Therefore, when the permanent
次に、本発明の第2実施形態に係る永久電流スイッチについて説明する。
図7(a)は永久電流スイッチに用いられる巻枠の正面図、図7(b)は図7(a)の側面図である。なお、本発明の第2実施形態に係る永久電流スイッチは、フランジ周辺以外の部分において、第1実施形態に係る永久電流スイッチとほぼ同様であるので、以下では同様の部分(ヒーター13、粘着テープ14など)の説明を省略することがある。
Next, a permanent current switch according to a second embodiment of the invention will be described.
FIG. 7A is a front view of a reel used for the permanent current switch, and FIG. 7B is a side view of FIG. 7A. Since the permanent current switch according to the second embodiment of the present invention is substantially the same as the permanent current switch according to the first embodiment except for the periphery of the flange, the same parts (the
巻枠11は、図7(a)に示すように、線材を巻きつけるための巻胴11aと、巻胴11aの両端にそれぞれ設けられたフランジ11b、11cとからなる。フランジ11bは、図7(b)に示すように、巻胴11aの端部を底とする溝部を形成するように並設された2枚の板状部材11b1、11b2からなる。フランジ11cは、フランジ11bと同様の2枚の板状部材11c1、11c2からなる。溝部の幅は、巻き付ける線材の太さと同じ幅以上であればよく、特にその幅に制約はない。したがって、本実施形態のように線材が1本ずつ重ねられた状態であってもよいし、広い幅が設けられている際には、その幅を埋めるように巻き付けられていてもよい。
As shown in FIG. 7A, the winding frame 11 includes a winding
超電導コイル12は、巻枠11に無誘導巻きされた超電導線材12aからなる。具体的には、超電導コイル12は、図8〜図11に示すように、粘着テープ14表面に、単線の超電導線材をらせん状かつ稠密に巻きつけて形成された第1層目の超伝導コイル層と、フランジ11bの2枚の板状部材11b1、11b2から形成される溝に第1層目の超伝導コイル層を巻き終えた残りの超伝導線を掛けて反対側で折り返し、この折り返した超伝導線を第1層目の超伝導コイル層の超伝導線間の凹部に沿って逆向きに巻きつけて形成された第2層目の超伝導コイル層を形成する。なお、巻胴11a周囲への超伝導コイル12の巻線方法は、第1実施形態と同様である。そして、図示していないが同様に、巻胴11aの他端側に設けられたフランジ11cの2枚の板状部材11c1、11c2から形成される溝に第2層目の超伝導コイル層を巻き終えた残りの超伝導線を掛けて反対側で折り返し、この折り返した超伝導線を第2層目の超伝導コイル層の超伝導線間の凹部に沿って逆向きに巻きつけて形成された第3層目の超伝導コイル層を形成する。第4層目以降の超電導コイル層は、第2、第3層の超電導コイル層と同様の方法で形成していくことができる。こうして、所望する数の超電導コイル層を有する無誘導巻きの超電導コイル12を形成できる。なお、図11におけるフランジ11bの溝部の超電導線材12aは、同方向に巻き付けられているが、異なる方向に巻き付けられていてもかまわない。フランジ11c周辺も図示していないが同様である。また、図示しないが、超電導コイル12の巻き始め部分は、溝を通してから巻胴11aに巻きつけるようにすることが好ましい。
The
上記構成により、本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。したがって、本実施形態の永久電流スイッチを、図1に示した超電導磁石の永久電流スイッチ1の代わりに用いると、第1実施形態と同様、磁場発生用超電導コイル2に超電導磁石電源の電流を流して励磁する際、永久電流スイッチがオフの状態(超電導コイル12が常電導状態)であれば、超電導磁石電源の電流が永久電流スイッチに流れ込みにくくなるので、ジュール熱の発生の抑制につながり、超電導磁石の温度の上昇を抑えることができることから、超電導磁石の安定した運転ができる。
With the above configuration, according to the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Therefore, when the permanent current switch of this embodiment is used in place of the permanent current switch 1 of the superconducting magnet shown in FIG. 1, the current of the superconducting magnet power is supplied to the magnetic field generating
(実施例1)
本実施例では、本発明の第1実施形態に係る永久電流スイッチと同構成の永久電流スイッチを作製した。
Example 1
In this example, a permanent current switch having the same configuration as the permanent current switch according to the first embodiment of the present invention was produced.
(比較例1)
本比較例では、従来方法すなわち超電導線材を2本に折り返して先端の折り曲げ部を巻枠のフランジの内側に設けた溝に挿入固定した上で2本単位に巻回して、永久電流スイッチを作製した。なお、巻枠の巻胴の大きさ及び形状は、実施例1のものと同じである。
(Comparative Example 1)
In this comparative example, a conventional method, that is, a superconducting wire is folded back into two, and a bent portion at the tip is inserted and fixed in a groove provided inside the flange of the winding frame, and then wound in units of two to produce a permanent current switch. did. The size and shape of the winding drum of the reel are the same as those in the first embodiment.
実施例1及び比較例1の永久電流スイッチについて仕様と熱バランスとを測定し、さらに実施例1及び比較例1の永久電流スイッチそれぞれを同じ伝導冷却型超電導磁石に組み込んで(図1と同様の回路構成)、各種の測定を行った(下記表1参照)。 The specifications and thermal balance of the permanent current switch of Example 1 and Comparative Example 1 were measured, and each of the permanent current switches of Example 1 and Comparative Example 1 was incorporated in the same conduction cooling superconducting magnet (similar to FIG. 1). Circuit configuration) and various measurements (see Table 1 below).
実施例1と比較例1とを比較すると、比較例1は巻き線可能な線材長の制約から常伝導(オープン)時の抵抗が100Ωであったが、実施例は使用できる線材長に余裕があり、また稠密に巻き線できるため比較例1と同じ外形寸法にて4倍の長さの線材を無誘導巻きすることができたことがわかる。したがって、このときの実施例1の永久電流スイッチの常伝導(オープン)時の抵抗は、400Ωになっている。その結果、励磁時の永久電流スイッチのジュール熱による発熱が1/4に低減できるためマグネット温度は約0.9K低く押さえられ、安定した運転ができる。言い換えれば同じ運転温度を許容すれば同じマグネットで高磁場を発生させる、あるいは同じ発生磁場であればより小型のマグネットで実現できることになる。なお、線材量が4倍すなわち熱容量が4倍になったにもかかわらず、実施例1の永久電流スイッチは稠密に巻き線することで熱伝導性が向上したため、スイッチのオープン・クローズに要する時間は比較例1の1.5倍に抑えられ、実用上問題の無いレベルである。 When Example 1 and Comparative Example 1 are compared, Comparative Example 1 has a resistance of 100Ω in normal conduction (open) due to restrictions on the length of wire that can be wound. In addition, it can be seen that a wire having a length four times as long as the same external dimensions as Comparative Example 1 could be wound non-inductively because it can be densely wound. Therefore, the resistance at the time of normal conduction (open) of the permanent current switch of Example 1 at this time is 400Ω. As a result, since the heat generation due to Joule heat of the permanent current switch during excitation can be reduced to ¼, the magnet temperature is kept low by about 0.9K and stable operation can be performed. In other words, if the same operating temperature is allowed, a high magnetic field can be generated with the same magnet, or if the generated magnetic field is the same, it can be realized with a smaller magnet. Although the amount of wire was quadrupled, that is, the heat capacity was quadrupled, the permanent current switch of Example 1 was improved in thermal conductivity by densely winding, so the time required to open and close the switch Is suppressed to 1.5 times that of Comparative Example 1, and there is no practical problem.
なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態や実施例に限定されるものでもない。例えば、突起状部材や溝部においては、上記実施形態のように秩序だった巻付けである必要はなく、折返しのためにのみ巻きつけられてさえいればよい。 The present invention can be changed in design without departing from the scope of the claims, and is not limited to the above-described embodiments and examples. For example, the projecting member and the groove need not be ordered as in the above-described embodiment, and need only be wound only for folding.
1、10 永久電流スイッチ
2 磁場発生用超電導コイル
3、11 巻枠
3a、11a 巻胴
3b、3c、11b、11c フランジ
3b1 3c1 突起状部材
4、13 ヒーター
5、12 超電導コイル
5a、12a 超伝導線材
6 断熱材
7、14 粘着テープ
11b1、11c1 板状部材
1, 10 Permanent
Claims (4)
前記巻胴の両端に設けられた円盤状の二つのフランジと、
無誘導巻線と、を備え、
それぞれの前記フランジが、その半径方向に設けられた突起状部材を、折返し部として有しており、
前記無誘導巻線は、(1)前記巻胴に、単線の超電導線をらせん状かつ稠密に巻きつけて形成された第1層目の超伝導コイル層と、(2)前記巻胴の一端側に設けられた前記折返し部に前記第1層目の超伝導コイル層を巻き終えた残りの超伝導線を掛けて折り返し、この折り返した超伝導線を前記第1層目の超伝導コイル層の超伝導線間の凹部に沿って逆向きに巻きつけて形成された第2層目の超伝導コイル層と、(3)前記巻胴の他端側に設けられた前記折返し部に第n層目(nは偶数のうちいずれかまでの数)の超伝導コイル層を巻き終えた残りの超伝導線を掛けて折り返し、この折り返した超伝導線を前記第n層目の超伝導コイル層の超伝導線間の凹部に沿って逆向きに巻きつけて形成された第n+1層目の超伝導コイル層と、(4)前記巻胴の一端側に設けられた前記折返し部に前記第n+1層目の超伝導コイル層を巻き終えた残りの超伝導線を掛けて折り返し、この折り返した超伝導線を前記第n+1層目の超伝導コイル層の超伝導線間の凹部に沿って逆向きに巻きつけて形成された第n+2層目の超伝導コイル層と、を備えた、無誘導巻線用の巻枠。 A winding drum,
Two disc-shaped flanges provided at both ends of the winding drum ;
A non-inductive winding , and
Each of the flanges has a protruding member provided in the radial direction as a folded portion ,
The non-inductive winding includes: (1) a first superconducting coil layer formed by spirally and densely winding a single superconducting wire around the winding drum; and (2) one end of the winding drum. folded over the remainder of the superconducting wire has finished winding the superconductive coil layer of the first layer to the folded portion provided on the side, the superconducting coil layers of the folded superconducting said first layer a second layer of superconducting coils layers formed by winding in opposite directions along the recesses between the superconducting wire, (3) the n the folded portion provided at the other end of the winding drum The superconducting coil layer of the layer (n is a number up to any one of even numbers) is wound around the remaining superconducting wire, and the folded superconducting wire is folded back to the nth superconducting coil layer. and the (n + 1) th layer of the superconducting coil layers formed by winding in opposite directions along the recesses between the superconducting wire, (4 The remaining folded back over the superconducting wire, the first (n + 1) th layer of the folded superconducting wire finished wound superconducting coil layers of the first (n + 1) th layer to the folded portion provided on one end of the winding drum between the (n + 2) th layer of the superconducting coil layers formed by winding in opposite directions along the recesses between the superconducting wire of the superconductive coil layer, and e Bei a winding frame for unguided winding.
前記巻胴の両端に設けられた二つのフランジと、
無誘導巻線と、を備え、
それぞれの前記フランジが、前記巻胴の端部を底とする溝部を、折返し部として形成するように並設された、2枚の板状部材からなり、
前記無誘導巻線は、(1)前記巻胴に、単線の超電導線をらせん状かつ稠密に巻きつけて形成された第1層目の超伝導コイル層と、(2)前記巻胴の一端側に設けられた前記折返し部に前記第1層目の超伝導コイル層を巻き終えた残りの超伝導線を掛けて折り返し、この折り返した超伝導線を前記第1層目の超伝導コイル層の超伝導線間の凹部に沿って逆向きに巻きつけて形成された第2層目の超伝導コイル層と、(3)前記巻胴の他端側に設けられた前記折返し部に第n層目(nは偶数のうちいずれかまでの数)の超伝導コイル層を巻き終えた残りの超伝導線を掛けて折り返し、この折り返した超伝導線を前記第n層目の超伝導コイル層の超伝導線間の凹部に沿って逆向きに巻きつけて形成された第n+1層目の超伝導コイル層と、(4)前記巻胴の一端側に設けられた前記折返し部に前記第n+1層目の超伝導コイル層を巻き終えた残りの超伝導線を掛けて折り返し、この折り返した超伝導線を前記第n+1層目の超伝導コイル層の超伝導線間の凹部に沿って逆向きに巻きつけて形成された第n+2層目の超伝導コイル層と、を備えた、無誘導巻線用の巻枠。 A winding drum,
Two flanges provided at both ends of the winding drum ;
A non-inductive winding , and
Each of said flanges, the groove to the base end portion of the winding drum, which is arranged so as to form a folded portion, Ri Do from two plate-like members,
The non-inductive winding includes: (1) a first superconducting coil layer formed by spirally and densely winding a single superconducting wire around the winding drum; and (2) one end of the winding drum. folded over the remainder of the superconducting wire has finished winding the superconductive coil layer of the first layer to the folded portion provided on the side, the superconducting coil layers of the folded superconducting said first layer a second layer of superconducting coils layers formed by winding in opposite directions along the recesses between the superconducting wire, (3) the n the folded portion provided at the other end of the winding drum The superconducting coil layer of the layer (n is a number up to any one of even numbers) is wound around the remaining superconducting wire, and the folded superconducting wire is folded back to the nth superconducting coil layer. and the (n + 1) th layer of the superconducting coil layers formed by winding in opposite directions along the recesses between the superconducting wire, (4 The remaining folded back over the superconducting wire, the first (n + 1) th layer of the folded superconducting wire finished wound superconducting coil layers of the first (n + 1) th layer to the folded portion provided on one end of the winding drum between the (n + 2) th layer of the superconducting coil layers formed by winding in opposite directions along the recesses between the superconducting wire of the superconductive coil layer, and e Bei a winding frame for unguided winding.
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