JP5154512B2 - Superconducting magnet device - Google Patents

Superconducting magnet device Download PDF

Info

Publication number
JP5154512B2
JP5154512B2 JP2009141509A JP2009141509A JP5154512B2 JP 5154512 B2 JP5154512 B2 JP 5154512B2 JP 2009141509 A JP2009141509 A JP 2009141509A JP 2009141509 A JP2009141509 A JP 2009141509A JP 5154512 B2 JP5154512 B2 JP 5154512B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coil
superconducting
load support
superconducting coil
load
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2009141509A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010287792A (en
Inventor
武尚 鶴留
行雄 三上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority to JP2009141509A priority Critical patent/JP5154512B2/en
Publication of JP2010287792A publication Critical patent/JP2010287792A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5154512B2 publication Critical patent/JP5154512B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Description

本発明は超電導マグネット装置に係り、特に超電導コイルを支持する荷重支持体を有する超電導マグネット装置に関する。   The present invention relates to a superconducting magnet device, and more particularly to a superconducting magnet device having a load support for supporting a superconducting coil.

従来の一例である超電導マグネット装置を図5に示す。同図に示す超電導マグネット装置100は、鉄心102、超電導コイル103、伝熱部材104、荷重支持体105、熱シールド板107、冷凍機108、及びコイル枠109等により構成されている。   A conventional superconducting magnet apparatus is shown in FIG. A superconducting magnet device 100 shown in FIG. 1 includes an iron core 102, a superconducting coil 103, a heat transfer member 104, a load support 105, a heat shield plate 107, a refrigerator 108, a coil frame 109, and the like.

鉄心102は真空容器としても機能するものであり、よって内部を真空としうる構成となっている。超電導コイル103は超電導線材で形成されており、例えば4K程度の極低温で超電導状態となるものである。   The iron core 102 also functions as a vacuum container, and thus has a configuration in which the inside can be evacuated. The superconducting coil 103 is made of a superconducting wire, and is in a superconducting state at an extremely low temperature of about 4K, for example.

この超電導コイル103は、冷凍機108により冷却される。冷凍機108は2段式の冷凍機であり、1段目ステージ108aは熱シールド板107に熱的に接続され、2段目ステージ108bは伝熱部材104を介して超電導コイル103と熱的に接続されている。また、熱シールド板107は冷凍機108で冷却されることにより、装置外部から超電導コイル103に伝達される熱(輻射熱)を遮断する。   The superconducting coil 103 is cooled by the refrigerator 108. The refrigerator 108 is a two-stage refrigerator, and the first stage 108 a is thermally connected to the heat shield plate 107, and the second stage 108 b is thermally connected to the superconducting coil 103 via the heat transfer member 104. It is connected. Further, the heat shield plate 107 is cooled by the refrigerator 108 to block heat (radiant heat) transmitted from the outside of the apparatus to the superconducting coil 103.

一方、超電導コイル103に通電する電流ラインは、鉄心102から後述する熱シールド板107までの間は電気伝導率の大きい材料(例えば、銅,アルミニウム等)が用いられている。これに対し、熱シールド板107から超電導コイル103の間は、熱侵入を抑制しうると共に大電流の通電が可能な超電導電流リード(図示せず)が用いられている。   On the other hand, the current line for energizing the superconducting coil 103 is made of a material having a high electrical conductivity (for example, copper, aluminum, etc.) between the iron core 102 and the heat shield plate 107 described later. On the other hand, between the heat shield plate 107 and the superconducting coil 103 is used a superconducting current lead (not shown) that can suppress heat intrusion and can carry a large current.

荷重支持体105は、高強度の絶縁材料(GFRP,CFRP等)で構成されている。この荷重支持体105は、磁場発生時において超電導コイル103と鉄心102との間に発生する吸引力、及び超電導コイル103がクエンチした際に発生する急激な変動電磁力等の荷重を支持し、超電導コイル103が破損するのを防止する。   The load support 105 is made of a high-strength insulating material (GFRP, CFRP, etc.). The load support 105 supports loads such as an attractive force generated between the superconducting coil 103 and the iron core 102 when a magnetic field is generated and a sudden fluctuation electromagnetic force generated when the superconducting coil 103 is quenched. The coil 103 is prevented from being damaged.

この荷重支持体105は、常温の鉄心102から超電導コイル103に直接繋がるため超電導コイル103への外部熱の侵入源となる。よって、この超電導コイル103への熱侵入を抑制するために、荷重支持体105は冷凍機108で冷却される熱シールド板107に熱的に接続されている。   Since this load support 105 is directly connected to the superconducting coil 103 from the iron core 102 at room temperature, it becomes an intrusion source of external heat to the superconducting coil 103. Therefore, in order to suppress the heat intrusion into the superconducting coil 103, the load support 105 is thermally connected to the heat shield plate 107 cooled by the refrigerator 108.

また、超電導コイル103に印加される荷重が大きい場合には、荷重支持体105とは別箇にコイル枠109を設けることが行われている。このコイル枠109はステンレス等の金属よりなり、超電導コイル103及び伝熱部材104をその内部に収納する。   In addition, when the load applied to the superconducting coil 103 is large, a coil frame 109 is provided separately from the load support 105. The coil frame 109 is made of a metal such as stainless steel and accommodates the superconducting coil 103 and the heat transfer member 104 therein.

このようにコイル枠109が超電導コイル103の全周を覆うように設けられると、コイル枠109はループを形成することとなる。よって、超電導コイル103が発生する磁束φの単位時間tあたりの磁束変化率(dφ/dt)が大きくなると、図6(A)に示すようにコイル枠109に渦電流iが発生する。このように熱伝導部材に渦電流iが発生すると、ジュール熱により超電導コイル103を十分に冷却することができなくなり、超電導コイル103の温度が上がりクエンチの原因となる可能性がある。   Thus, when the coil frame 109 is provided so as to cover the entire circumference of the superconducting coil 103, the coil frame 109 forms a loop. Therefore, when the magnetic flux change rate (dφ / dt) per unit time t of the magnetic flux φ generated by the superconducting coil 103 increases, an eddy current i is generated in the coil frame 109 as shown in FIG. When the eddy current i is generated in the heat conducting member in this manner, the superconducting coil 103 cannot be sufficiently cooled by Joule heat, and the temperature of the superconducting coil 103 may rise and cause quenching.

コイル枠109は超電導コイル103を補強するものであるため、超電導コイル103から離間して設けることはできない。また、渦電流による発熱の総量は、ループを形成する材質(熱伝導部材の材質)の電気抵抗が低いほど多くなる。そこで、図6(B)に示すように、コイル枠109にスリット110を形成し、これによりコイル枠109のループを遮断することにより渦電流の発生を抑制することが提案されている(特許文献1参照)。   Since the coil frame 109 reinforces the superconducting coil 103, it cannot be provided apart from the superconducting coil 103. In addition, the total amount of heat generated by the eddy current increases as the electrical resistance of the material forming the loop (the material of the heat conducting member) decreases. Therefore, as shown in FIG. 6B, it has been proposed to suppress the generation of eddy currents by forming slits 110 in the coil frame 109, thereby blocking the loop of the coil frame 109 (Patent Document). 1).

特開2000−269021号公報JP 2000-269021 A

上記のようにコイル枠109にスリット110を形成することにより、渦電流の発生を有効に抑制することができる。しかしながら、コイル枠109にスリット110を形成すると、コイル枠109の機械的強度が大きく低下し、よって超電導コイル103を補強するという本来的な機能を奏することができなくなってしまう。   By forming the slit 110 in the coil frame 109 as described above, generation of eddy current can be effectively suppressed. However, if the slit 110 is formed in the coil frame 109, the mechanical strength of the coil frame 109 is greatly reduced, and thus the original function of reinforcing the superconducting coil 103 cannot be achieved.

このため、図6(C)に示すように、スリット110に高強度の絶縁材料(GFRP,CFRP等)やエポキシ樹脂等の絶縁材料を充填材111として充填し、これによりコイル枠109の強度を向上させることも提案されている。しかしながら、ステンレス製のコイル枠109とGFRP等よりなる充填材111では機械的な強度が大きく異なる。このため、コイル枠109に印加される荷重の方向によっては、超電導コイル103に大きな応力(図6(C)に矢印STで示す)が発生し、歪が生じるおそれがある。   Therefore, as shown in FIG. 6C, the slit 110 is filled with a high-strength insulating material (GFRP, CFRP, etc.) or an insulating material such as epoxy resin as a filler 111, thereby increasing the strength of the coil frame 109. Improvements have also been proposed. However, the mechanical strength differs greatly between the stainless steel coil frame 109 and the filler 111 made of GFRP or the like. For this reason, depending on the direction of the load applied to the coil frame 109, a large stress (indicated by an arrow ST in FIG. 6C) may be generated in the superconducting coil 103, which may cause distortion.

更に、超電導コイル103の形状が、図7に示すような非対称の複雑な形成である場合、これを支持する荷重支持体105には圧縮荷重ばかりでなく、図中矢印Mで示す曲げ荷重が印加される。この際、荷重支持体105の長さが長い場合、曲げ荷重Mによるモーメントは大きくなり、荷重支持体105が損傷するおそれがある。   Furthermore, when the shape of the superconducting coil 103 is an asymmetrical complex formation as shown in FIG. 7, not only a compressive load but also a bending load indicated by an arrow M in the figure is applied to the load support 105 that supports this. Is done. At this time, if the length of the load support 105 is long, the moment due to the bending load M increases, and the load support 105 may be damaged.

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、渦電流の発生を抑制できると共に超電導コイルを確実に支持しうる超電導マグネット装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a superconducting magnet device that can suppress the generation of eddy currents and can reliably support a superconducting coil.

上記の課題は、第1の観点からは、
真空容器と、
該真空容器内に装着される超電導コイルと、
前記超電導コイルを内部に装着すると共に渦電流を遮断するスリットを備えた金属製のコイル枠と、
前記超電導コイルが超電導状態となるよう冷却を行う冷凍機と、
前記コイル枠を囲繞するよう配設され前記コイル枠を補強する補強部材と、
前記真空容器と前記補強部材との間に配設され、前記真空容器に対して前記補強部材を支持する第1の荷重支持体と、
前記補強部材と前記コイル枠との間に複数配設され、前記補強部材に対して前記コイル枠を複数の方向から支持する第2の荷重支持体と、
を有することを特徴とする超電導マグネット装置により解決することができる。


From the first point of view, the above problem is
A vacuum vessel;
A superconducting coil mounted in the vacuum vessel;
A metal coil frame equipped with a slit that cuts off eddy current while mounting the superconducting coil inside,
A refrigerator that cools the superconducting coil to be in a superconducting state;
A reinforcing member that is disposed so as to surround the coil frame to reinforce the coil frame,
A first load support disposed between the vacuum vessel and the reinforcing member and supporting the reinforcing member with respect to the vacuum vessel;
And a plurality of arranged, the second load bearing member for supporting the coil form from a plurality of directions with respect to the reinforcement member between the reinforcing member and the coil frame,
This can be solved by a superconducting magnet device characterized by comprising:


開示の超電導マグネット装置は、超電導コイルは補強部材及びコイル枠の双方により補強されるため、磁場発生時等に荷重印加がされても超電導コイルに破損が発生することを有効に防止できる。また、荷重支持体は補強部材を挟んで第1の荷重支持体と第2の荷重支持体に分離されているため、第1の荷重支持体より超電導コイルに至るまでの伝熱経路が長くなり、侵入した熱が超電導コイルに至ることを抑制できる。   In the disclosed superconducting magnet device, since the superconducting coil is reinforced by both the reinforcing member and the coil frame, it is possible to effectively prevent the superconducting coil from being damaged even when a load is applied when a magnetic field is generated. Further, since the load support is separated into the first load support and the second load support with the reinforcing member interposed therebetween, the heat transfer path from the first load support to the superconducting coil becomes longer. , It is possible to suppress the invading heat from reaching the superconducting coil.

図1は、本発明の一実施形態である超電導マグネット装置の要部断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a superconducting magnet device according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1におけるA−A線に沿う断面図である。2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 図3は、コイル枠22を拡大して示す斜視図である。FIG. 3 is an enlarged perspective view showing the coil frame 22. 図4は、非対称形状を有する各種超電導コイルを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing various superconducting coils having an asymmetric shape. 図5は、従来の一例である超電導マグネット装置の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional superconducting magnet device. 図6は、従来行われていた渦電流対策を説明するための図である.FIG. 6 is a diagram for explaining countermeasures for eddy current that have been conventionally performed. 図7は、従来の超電導マグネット装置で発生する問題点を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a problem that occurs in a conventional superconducting magnet device.

次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1及び図2は、本発明の一実施形態である超電導マグネット装置10を説明するための図である。図1は超電導マグネット装置10の横断面図であり、また図2は図1におけるA−A線に沿う断面図である。この超電導マグネット装置10は、例えば陽子線治療装置ガントリー用偏向電磁石に適用されるものである。   FIG.1 and FIG.2 is a figure for demonstrating the superconducting magnet apparatus 10 which is one Embodiment of this invention. FIG. 1 is a transverse sectional view of the superconducting magnet device 10, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA in FIG. The superconducting magnet device 10 is applied to, for example, a deflection electromagnet for a proton beam therapy apparatus gantry.

超電導マグネット装置10は伝導冷却式の超電導マグネット装置であり、大略すると鉄心12、超電導コイル13A、荷重支持体15A,15B、熱シールド板17、冷凍機18,コイル枠22,及び補強リング24等を有している。   The superconducting magnet device 10 is a conduction-cooling superconducting magnet device, which roughly includes an iron core 12, a superconducting coil 13A, load supports 15A and 15B, a heat shield plate 17, a refrigerator 18, a coil frame 22, a reinforcing ring 24, and the like. Have.

鉄心12は気密容器であり、図示しない真空ポンプに接続されている。この真空ポンプが稼働することにより、鉄心12の内部は真空状態とされる構成となっている。この鉄心12は超電導コイル13Aで発生する磁束を案内するヨークとして機能し、よって鉄心12を設けることにより超電導コイル13Aで生成する磁束の集束及び磁束密度の均一化を図ることができる。   The iron core 12 is an airtight container and is connected to a vacuum pump (not shown). By operating this vacuum pump, the inside of the iron core 12 is in a vacuum state. The iron core 12 functions as a yoke for guiding the magnetic flux generated by the superconducting coil 13A. Therefore, by providing the iron core 12, the magnetic flux generated by the superconducting coil 13A can be focused and the magnetic flux density can be made uniform.

超電導コイル13Aは、熱伝導部材20と共にコイル枠22内に配設される。超電導コイル13Aは、超電導線材を巻回した構造とされている。本実施形態では、超電導線材として高温超電導線材を用いている。この高温超電導線材としては、例えばBi2223,Bi2212,Y123,MgB2,酸化物超伝導体等を用いることができる。尚、本実施形態では超電導線材として高温超電導線材を用いているが、低温超電導線材を用いる構成とすることも可能である。   The superconducting coil 13 </ b> A is disposed in the coil frame 22 together with the heat conducting member 20. The superconducting coil 13A has a structure in which a superconducting wire is wound. In this embodiment, a high-temperature superconducting wire is used as the superconducting wire. As this high-temperature superconducting wire, for example, Bi2223, Bi2212, Y123, MgB2, an oxide superconductor or the like can be used. In the present embodiment, a high-temperature superconducting wire is used as the superconducting wire, but a configuration using a low-temperature superconducting wire can also be used.

超電導コイル13Aには、電流ライン(図示を省略)を用いて給電が行われる。この電流ラインは、鉄心12から熱シールド板17までの間は電気伝導率の大きい材料(例えば、銅,アルミニウム等)が用いられ、熱シールド板17から超電導コイル13Aの間は超電導電流リードが用いられる。   The superconducting coil 13A is fed using a current line (not shown). In this current line, a material having high electrical conductivity (for example, copper, aluminum, etc.) is used between the iron core 12 and the heat shield plate 17, and a superconducting current lead is used between the heat shield plate 17 and the superconducting coil 13A. It is done.

また、本実施形態に係る超電導マグネット装置10は、前記のように陽子線治療装置ガントリー用偏向電磁石に適用されるものである。このため、超電導コイル13Aの形状は、陽子線の偏向方向に対応するよう複雑な形状とされている。   Moreover, the superconducting magnet apparatus 10 according to the present embodiment is applied to the deflection electromagnet for the proton beam therapy apparatus gantry as described above. For this reason, the shape of the superconducting coil 13A is a complicated shape corresponding to the deflection direction of the proton beam.

図4(A)は、本実施形態で用いている超電導コイル13Aである。この超電導コイル13AはD型コイルと呼ばれるものであり、平面視したときにその形状が略D型となる形状を有している。このように、本実施形態で用いる超電導コイル13Aは、その中心に対して非対称な形状とされている。   FIG. 4A shows a superconducting coil 13A used in this embodiment. The superconducting coil 13A is called a D-type coil, and has a shape that is substantially D-shaped when viewed in plan. Thus, the superconducting coil 13A used in the present embodiment has an asymmetric shape with respect to the center thereof.

尚、本発明に適用できる超電導コイルはD型の超電導コイル13Aに限定されるものではなく、例えば図4(B)に示されるようなレーストラックコイルと呼ばれる超電導コイル13B、図4(C)に示されるようなくら形コイルと呼ばれる超電導コイル13C等のような、中心に対して非対称な各種コイルについても適用が可能である。   The superconducting coil applicable to the present invention is not limited to the D-type superconducting coil 13A. For example, a superconducting coil 13B called a racetrack coil as shown in FIG. 4B is shown in FIG. 4C. The present invention can also be applied to various types of coils that are asymmetric with respect to the center, such as a superconducting coil 13C called a trapezoidal coil as shown.

熱伝導部材20は、熱伝導性の高い材料(例えば、銅,アルミニウム、或いはそれらの合金等)により形成されている。この熱伝導部材20は超電導コイル13Aと熱的に接続されると共に、冷凍機18の2段部18bに接続されている。よって、超電導コイル13Aは熱伝導部材20を介して冷凍機18により冷却され、これにより超電導状態を実現する。   The heat conductive member 20 is formed of a material having high heat conductivity (for example, copper, aluminum, or an alloy thereof). The heat conducting member 20 is thermally connected to the superconducting coil 13 </ b> A and is connected to the two-stage portion 18 b of the refrigerator 18. Therefore, the superconducting coil 13A is cooled by the refrigerator 18 through the heat conducting member 20, thereby realizing a superconducting state.

コイル枠22は、図3に拡大して示すように、上部と下部にそれぞれ超電導コイル13Aが設けられている。また、コイル枠22内の超電導コイル13Aの背面側には、熱伝導部材20が設けられている。コイル枠22はステンレス等の金属により形成されており、超電導コイル13Aを補強する機能を奏するものである。このコイル枠22は、超電導コイル13Aの全周を覆うように設けられる。   As shown in an enlarged view in FIG. 3, the coil frame 22 is provided with superconducting coils 13 </ b> A at the upper and lower portions. Further, a heat conducting member 20 is provided on the back side of the superconducting coil 13 </ b> A in the coil frame 22. The coil frame 22 is formed of a metal such as stainless steel and has a function of reinforcing the superconducting coil 13A. The coil frame 22 is provided so as to cover the entire circumference of the superconducting coil 13A.

従って、本実施形態においてもコイル枠22はループを形成することとなるため、超電導コイル13Aが発生する単位時間tあたりの磁束変化率(dφ/dt)が大きくなると渦電流iが発生することが懸念される。そこで本実施形態では、コイル枠22にスリット21を形成し、コイル枠22のループを遮断することにより渦電流の発生を抑制する構造とされている。   Therefore, since the coil frame 22 also forms a loop in this embodiment, an eddy current i may be generated when the rate of change in magnetic flux (dφ / dt) per unit time t generated by the superconducting coil 13A increases. Concerned. Therefore, in this embodiment, the slit 21 is formed in the coil frame 22 and the loop of the coil frame 22 is interrupted to suppress the generation of eddy current.

本実施形態では、1個のスリット21をコイル枠22に形成する例を示したが、複数個のスリット21をコイル枠22に形成することとしてもよい。またスリット21の幅は、極力狭い方が良い。これは、超電導線材を一様に冷却しクエンチの発生を抑制するためには、できる限り広い範囲にわたり熱伝導部材20を超電導コイル13Aに密着させることが望ましいことによる。   In the present embodiment, an example in which one slit 21 is formed in the coil frame 22 has been described, but a plurality of slits 21 may be formed in the coil frame 22. Further, the width of the slit 21 is preferably as narrow as possible. This is because, in order to uniformly cool the superconducting wire and suppress the occurrence of quenching, it is desirable that the heat conducting member 20 be in close contact with the superconducting coil 13A as wide as possible.

しかしながら、スリット21の幅は、低温に冷却した際の熱収縮によりそれぞれの切り端が接触しない程度に、またクエンチ時に生じる電圧により絶縁破壊を起こさない程度の余裕を残した寸法とする必要がある。尚、上記のスリット21には、電気的絶縁物であり機械的強度を有する高強度の絶縁材料(GFRP,CFRP等)等を充填材として充填する構成としてもよい。   However, the width of the slit 21 needs to be a dimension that leaves a margin that does not cause contact between the cut ends due to thermal contraction when cooled to a low temperature and that does not cause dielectric breakdown due to a voltage generated during quenching. . The slit 21 may be filled with a high-strength insulating material (GFRP, CFRP, etc.) that is an electrical insulator and has mechanical strength as a filler.

熱シールド板17は、超電導コイル13A(コイル枠22)を取り囲むよう設けられている。また、後述する第2の荷重支持体15Bも熱シールド板17の内部に配設されている。   The heat shield plate 17 is provided so as to surround the superconducting coil 13A (coil frame 22). In addition, a second load support 15 </ b> B, which will be described later, is also disposed inside the heat shield plate 17.

この熱シールド板17は、冷凍機18の1段部18aと熱的に接続されている(図2参照)。また熱シールド板17は、例えば銅やアルミニウムなどの伝熱特性の優れた材料により形成されている。よって、熱シールド板17を設けることにより、超電導コイル13Aに侵入する輻射熱を低減することができる。   The heat shield plate 17 is thermally connected to the first stage portion 18a of the refrigerator 18 (see FIG. 2). The heat shield plate 17 is formed of a material having excellent heat transfer characteristics such as copper or aluminum. Therefore, by providing the heat shield plate 17, the radiant heat entering the superconducting coil 13A can be reduced.

冷凍機18は、鉄心12に固定されている。本実施形態では、冷凍機18としてギフォードマクマホン式(GM式)の冷凍機を用いている。このGM式の冷凍機18は内設されたモータを駆動させることにより、ディスプレーサがシリンダ内で往復移動する構成とされている。そして、このディスプレーサの往復移動により、図示しない冷凍機コンプレッサから供給される高圧冷媒を断熱膨張させ、これにより寒冷を発生させる構成とされている。   The refrigerator 18 is fixed to the iron core 12. In the present embodiment, a Gifford McMahon type (GM type) refrigerator is used as the refrigerator 18. This GM type refrigerator 18 is configured such that a displacer reciprocates in a cylinder by driving an internal motor. And by the reciprocating movement of this displacer, it is set as the structure which carries out adiabatic expansion of the high-pressure refrigerant | coolant supplied from the refrigerator compressor which is not shown in figure, and this generates cold.

GM冷凍機18は2段式の冷凍機であり、1段部18aは熱シールド板17に接続され、2段部18bは熱伝導部材20を介して超電導コイル13Aに接続されている。従って、熱シールド板17は冷凍機18の1段部18aにより、40K〜110K程度に冷却される。また、コイル体19と熱的に接続した熱伝導部材20は、2段部18bにより4K〜40K程度に冷却される。このように冷凍機18により熱伝導部材20が冷却されることにより、コイル体19は冷却されて超電導状態を実現する。   The GM refrigerator 18 is a two-stage refrigerator, and the first stage portion 18 a is connected to the heat shield plate 17, and the second stage portion 18 b is connected to the superconducting coil 13 </ b> A via the heat conducting member 20. Therefore, the heat shield plate 17 is cooled to about 40K to 110K by the first stage portion 18a of the refrigerator 18. Further, the heat conducting member 20 thermally connected to the coil body 19 is cooled to about 4K to 40K by the two-step portion 18b. Thus, when the heat conductive member 20 is cooled by the refrigerator 18, the coil body 19 is cooled and a superconducting state is realized.

補強リング24は、図1に示すようにコイル枠22(超電導コイル13A)の全外周を囲繞するよう設けられている。具体的には、補強リング24は、熱シールド板17の鉄心12と対向する面に配設されている。この補強リング24は、電磁力(フープ力)によりコイル体19に発生する変形(歪み)を防止する機能を奏するものである。   The reinforcing ring 24 is provided so as to surround the entire outer periphery of the coil frame 22 (superconducting coil 13A) as shown in FIG. Specifically, the reinforcing ring 24 is disposed on the surface of the heat shield plate 17 facing the iron core 12. The reinforcing ring 24 has a function of preventing deformation (distortion) generated in the coil body 19 due to electromagnetic force (hoop force).

補強リング24の材質としては、非磁性で高強度な合金等(例えば、非磁性のオーステナイト等の低温でも強度を保ち、なおかつヤング率の比較的高い材質)を用いることが望ましい。本実施形態では、補強リング24の材質としてステンレスを採用している。   As the material of the reinforcing ring 24, it is desirable to use a non-magnetic high-strength alloy or the like (for example, a non-magnetic austenite or the like that maintains strength even at low temperatures and has a relatively high Young's modulus). In the present embodiment, stainless steel is adopted as the material of the reinforcing ring 24.

また、補強リング24はコイル枠22(超電導コイル13A)の全外周を囲繞するよう配設されるため、ループを形成することとなる。しかしながら、補強リング24の配設位置は、超電導コイル13Aの配設位置に対して離間した位置である。このため、超電導コイル13Aに磁束変化が生じても、補強リング24に発生する渦電流が小さいため、補強リング24に渦電流を遮断するためのスリットを設ける必要はない。   Further, since the reinforcing ring 24 is disposed so as to surround the entire outer periphery of the coil frame 22 (superconducting coil 13A), a loop is formed. However, the arrangement position of the reinforcing ring 24 is a position away from the arrangement position of the superconducting coil 13A. For this reason, even if a magnetic flux change occurs in the superconducting coil 13A, since the eddy current generated in the reinforcing ring 24 is small, it is not necessary to provide the reinforcing ring 24 with a slit for interrupting the eddy current.

また、この補強リング24には、凸部24A及び凹部24Bが形成されている。本明細書では、補強リング24がコイル枠22に向け図中矢印X1方向に突出した部分を凸部24Aといい、補強リング24が鉄心12に向け図中矢印X2方向に窪んだ部分を凹部24Bというものとする。   The reinforcing ring 24 is formed with a convex portion 24A and a concave portion 24B. In this specification, a portion where the reinforcing ring 24 protrudes toward the coil frame 22 in the direction of the arrow X1 in the drawing is referred to as a convex portion 24A, and a portion where the reinforcing ring 24 is recessed toward the iron core 12 in the direction of the arrow X2 in the drawing is a concave portion 24B. Let's say.

荷重支持体15A,15B(個別に示す場合には第1の荷重支持体15A-1,15A-2、第2の荷重支持体15B-1,15B-2,15B-3という)は、鉄心12に対して超電導コイル13Aを支持するものである。従来では複数設けられる荷重支持体105による各支持位置において、鉄心102からコイル枠109(超電導コイル103)まで1本の荷重支持体105を設けて支持する構成とされていた(図5参照)。   The load supports 15A and 15B (referred to as the first load supports 15A-1 and 15A-2 and the second load supports 15B-1, 15B-2, and 15B-3, respectively) In contrast, the superconducting coil 13A is supported. Conventionally, a single load support 105 is provided and supported from the iron core 102 to the coil frame 109 (superconducting coil 103) at each support position by a plurality of load supports 105 (see FIG. 5).

これに対して本実施形態では、鉄心12と補強リング24との間に配設される第1の荷重支持体15Aと、補強リング24とコイル枠22(超電導コイル13A)との間に配設される第2の荷重支持体15Bとを設けた構成としている。   On the other hand, in this embodiment, it arrange | positions between the 1st load support body 15A arrange | positioned between the iron core 12 and the reinforcement ring 24, and the reinforcement ring 24 and the coil frame 22 (superconducting coil 13A). The second load support 15B is provided.

第1の荷重支持体15Aは、鉄心12に対して補強リング24を支持する。また、第2の荷重支持体15Bは、補強リング24に対してコイル枠22(超電導コイル13A)を支持する。   The first load support 15 </ b> A supports the reinforcing ring 24 with respect to the iron core 12. The second load support 15 </ b> B supports the coil frame 22 (superconducting coil 13 </ b> A) with respect to the reinforcing ring 24.

よって、本実施形態に係る超電導マグネット装置10では、第1及び第2の荷重支持体15A,15Bを介して超電導コイル13Aはコイル枠22及び補強リング24により補強される構成となる。前記のように、コイル枠22はスリット21を形成した構成であるため、スリット21を設けない構成に比べて機械的な強度は低い。   Therefore, in the superconducting magnet device 10 according to the present embodiment, the superconducting coil 13A is reinforced by the coil frame 22 and the reinforcing ring 24 via the first and second load supports 15A and 15B. As described above, since the coil frame 22 has a configuration in which the slit 21 is formed, the mechanical strength is lower than the configuration in which the slit 21 is not provided.

しかしながら、コイル枠22は、第2の荷重支持体15Bを介して補強リング24に接続されているため、超電導コイル13Aは補強リング24によっても補強される。また、補強リング24は上記のように渦電流が発生しないため、機械的強度を弱めるスリットは設けられていない。よって、本実施形態に係る超電導マグネット装置10によれば、コイル枠22に渦電流が発生することを抑制することができ、かつ超電導コイル13Aを確実に支持することができる。   However, since the coil frame 22 is connected to the reinforcing ring 24 via the second load support 15B, the superconducting coil 13A is also reinforced by the reinforcing ring 24. Further, since the eddy current does not occur in the reinforcing ring 24 as described above, no slit for reducing the mechanical strength is provided. Therefore, according to the superconducting magnet device 10 according to the present embodiment, the generation of eddy current in the coil frame 22 can be suppressed, and the superconducting coil 13A can be reliably supported.

また、第1の荷重支持体15Aは常温とされた鉄心12に固定されているため、この外部熱が第1の荷重支持体15Aを介して超電導コイル13Aに侵入するおそれがある。しかしながら、前記のように第1及び第2の荷重支持体15A,15Bは分離されているため、必ずしも第1の荷重支持体15A-1と第2の荷重支持体15B-1のように一直線上に配置する必要はなく、第1の荷重支持体15A-2と第2の荷重支持体15B-3のように偏倚して配置することも可能である。   In addition, since the first load support 15A is fixed to the iron core 12 at room temperature, this external heat may enter the superconducting coil 13A via the first load support 15A. However, since the first and second load supports 15A and 15B are separated as described above, the first load support 15A-1 and the second load support 15B-1 are not necessarily aligned. There is no need to dispose the first and second load supports 15A-2 and 15B-3.

いま、第1の荷重支持体15A-1から外部熱が侵入したとすると、この外部熱は図中矢印で示すように、第1の荷重支持体15A、補強リング24、第2の荷重支持体15B、コイル枠22を介して超電導コイル13Aに熱伝達する。この際、第1の荷重支持体15A-2と第2の荷重支持体15B-3とを偏倚させることにより、伝熱経路を長くすることができる。   Assuming that external heat has entered from the first load support 15A-1, this external heat is indicated by the arrows in the figure, and the first load support 15A, the reinforcing ring 24, the second load support 15B, heat is transferred to the superconducting coil 13A via the coil frame 22. At this time, the heat transfer path can be lengthened by biasing the first load support 15A-2 and the second load support 15B-3.

よって、従来のように鉄心102とコイル枠109を1本の荷重支持体105で支持する構成に比べ、外部熱の伝熱経路を長くすることができる。これにより、外部熱の超電導コイル13Aに至る熱抵抗を高めることができ、外部熱により超電導コイル13Aの温度が上昇することを抑制することができる。   Therefore, the heat transfer path of the external heat can be lengthened as compared with the conventional configuration in which the iron core 102 and the coil frame 109 are supported by the single load support 105. Thereby, the thermal resistance reaching the superconducting coil 13A of external heat can be increased, and the temperature of the superconducting coil 13A can be prevented from rising due to external heat.

これに対して機械的強度を考えた場合、第1の荷重支持体15A-1と第2の荷重支持体15B-1のように一直線上に配置する方が望ましい。よって、第1及び第2の荷重支持体15A,15Bの配設位置において、外部熱の侵入防止を主とするのか、或いは強度を主とするのかにより、適宜第1の荷重支持体15Aと第2の荷重支持体15Bの位置を選定すればよい。   On the other hand, when considering the mechanical strength, it is desirable to arrange them in a straight line like the first load support 15A-1 and the second load support 15B-1. Therefore, the first load support 15A and the first load support 15A and the first load support 15A and the first load support 15A and the first load support 15A and the second load support 15A and the second load support 15A and the first load support 15A and the second load support 15 The position of the second load support 15B may be selected.

更に本実施形態では、補強リング24に凸部24A及び凹部24Bが形成されている。図2に示すように第1の荷重支持体15A-2は補強リング24に形成された凸部24A内に深く挿入された構成となっており、また第2の荷重支持体15B-2は補強リング24に形成された凹部24Bに挿入された構成となっている。   Furthermore, in the present embodiment, the reinforcing ring 24 is formed with convex portions 24A and concave portions 24B. As shown in FIG. 2, the first load support 15A-2 is inserted deeply into the convex portion 24A formed on the reinforcing ring 24, and the second load support 15B-2 is reinforced. It is configured to be inserted into a recess 24 </ b> B formed in the ring 24.

このように、補強リング24に凸部24A及び凹部24Bを形成し、この形成位置に第1及び第2の荷重支持体15A,15Bを装着することにより、外部熱の伝熱経路を調整することが可能となる。よって、この凸部24A及び凹部24Bの突出量及び窪み量を適宜設定することによっても、外部熱により超電導コイル13Aの温度が上昇することを抑制することが可能となる。   In this way, the convex portion 24A and the concave portion 24B are formed in the reinforcing ring 24, and the first and second load supports 15A and 15B are mounted at the formation positions, thereby adjusting the heat transfer path of the external heat. Is possible. Therefore, it is possible to prevent the temperature of the superconducting coil 13A from rising due to external heat by appropriately setting the protruding amount and the recessed amount of the convex portion 24A and the concave portion 24B.

尚、凸部24A及び凹部24Bを補強リング24に設けることにより、補強リング24は形状剛性が高まり、機械的強度を高めることもできる。また、凸部24A及び凹部24Bを補強リング24に設けるため、補強リング24が密着して配設される熱シールド板17には、凸部24A及び凹部24Bが嵌入する開口が適宜形成されている。   In addition, by providing the convex portion 24A and the concave portion 24B in the reinforcing ring 24, the reinforcing ring 24 has increased shape rigidity and can also increase mechanical strength. Further, in order to provide the convex portion 24A and the concave portion 24B in the reinforcing ring 24, the heat shield plate 17 in which the reinforcing ring 24 is closely attached is appropriately formed with an opening into which the convex portion 24A and the concave portion 24B are fitted. .

また、熱シールド板17の内部に配置される第2の荷重支持体15Bは、冷凍機18と接続された熱シールド板17に接続されるよう構成されている。第2の荷重支持体15B-1及び第2の荷重支持体15B-2は直接熱シールド板17に熱的に接続しており、よって冷凍機18により冷却が行われる。   Further, the second load support 15 </ b> B disposed inside the heat shield plate 17 is configured to be connected to the heat shield plate 17 connected to the refrigerator 18. The second load support 15B-1 and the second load support 15B-2 are thermally connected directly to the heat shield plate 17, so that the refrigerator 18 performs cooling.

また、第2の荷重支持体15B-3の形成位置では、熱シールド板17の内側に補強リング24が位置しており、直接熱シールド板17と接続することができない。よって、第2の荷重支持体15B-2と熱シールド板17との間に熱アンカー26を設けることにより熱的に接続し、これにより第2の荷重支持体15B-3を冷凍機18により冷却する構成としている。この構成とすることにより、第2の荷重支持体15Bを介して超電導コイル13Aに外部の熱が侵入することをより確実に防止することができる。   Further, the reinforcing ring 24 is positioned inside the heat shield plate 17 at the position where the second load support 15B-3 is formed, and cannot be directly connected to the heat shield plate 17. Therefore, a thermal anchor 26 is provided between the second load support 15B-2 and the heat shield plate 17, so that the second load support 15B-3 is cooled by the refrigerator 18. It is configured to do. With this configuration, it is possible to more reliably prevent external heat from entering the superconducting coil 13A via the second load support 15B.

更に、本実施形態では従来では1本の荷重支持体105(図5参照)を第1の荷重支持体15Aと第2の荷重支持体15Bに分割した構成としている。よって、個々の第1及び第2の荷重支持体15A,15Bの長さは従来の荷重支持体105に比べて短くなっている。よって、超電導コイル13Aの形状が非対称で複雑な形状であることにより起因し、第1及び第2の荷重支持体15A,15Bに曲げ荷重が印加されても、これにより発生するモーメントは小さい。よって、この曲げ荷重により第1及び第2の荷重支持体15A,15Bが損傷することを防止することができる。   Further, in the present embodiment, conventionally, one load support 105 (see FIG. 5) is divided into a first load support 15A and a second load support 15B. Therefore, the length of each of the first and second load supports 15A and 15B is shorter than that of the conventional load support 105. Therefore, the superconducting coil 13A has an asymmetric and complicated shape, and even when a bending load is applied to the first and second load supports 15A and 15B, the moment generated thereby is small. Therefore, it is possible to prevent the first and second load supports 15A and 15B from being damaged by this bending load.

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and various modifications can be made within the scope of the present invention described in the claims. It can be modified and changed.

具体的には、本実施形態では本発明を陽子線治療装置ガントリー用偏向電磁石に適用した例について説明したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、超電導コイルが比較的大型であり、冷凍機により伝導冷却を行う構成の超電導マグネット装置に対して広く適用が可能なものである。   Specifically, in this embodiment, an example in which the present invention is applied to a deflecting electromagnet for a proton beam therapy apparatus gantry has been described. However, the application of the present invention is not limited to this, and the superconducting coil is relatively large. In addition, the present invention can be widely applied to superconducting magnet devices having a configuration in which conductive cooling is performed by a refrigerator.

10 超電導マグネット装置
12 鉄心
13A,13B,13C 超電導コイル
15A 第1の荷重支持体
15B 第2の荷重支持体
17 熱シールド板
18 冷凍機
20 熱伝導部材
21 スリット
22 コイル枠
24 補強リング
24A 凸部
24B 凹部
26 熱アンカー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Superconducting magnet apparatus 12 Iron core 13A, 13B, 13C Superconducting coil 15A 1st load support body 15B 2nd load support body 17 Heat shield board 18 Refrigerator 20 Thermal conduction member 21 Slit 22 Coil frame 24 Reinforcement ring 24A Convex part 24B Recess 26 heat anchor

Claims (4)

真空容器と、
該真空容器内に装着される超電導コイルと、
前記超電導コイルを内部に装着すると共に渦電流を遮断するスリットを備えた金属製のコイル枠と、
前記超電導コイルが超電導状態となるよう冷却を行う冷凍機と、
前記コイル枠を囲繞するよう配設され前記コイル枠を補強する補強部材と、
前記真空容器と前記補強部材との間に配設され、前記真空容器に対して前記補強部材を支持する第1の荷重支持体と、
前記補強部材と前記コイル枠との間に複数配設され、前記補強部材に対して前記コイル枠を複数の方向から支持する第2の荷重支持体と、
を有することを特徴とする超電導マグネット装置。
A vacuum vessel;
A superconducting coil mounted in the vacuum vessel;
A metal coil frame equipped with a slit that cuts off eddy current while mounting the superconducting coil inside,
A refrigerator that cools the superconducting coil to be in a superconducting state;
A reinforcing member that is disposed so as to surround the coil frame to reinforce the coil frame,
A first load support disposed between the vacuum vessel and the reinforcing member and supporting the reinforcing member with respect to the vacuum vessel;
And a plurality of arranged, the second load bearing member for supporting the coil form from a plurality of directions with respect to the reinforcement member between the reinforcing member and the coil frame,
A superconducting magnet device comprising:
前記補強部材は熱シールド板と補強リングとを備え、
前記熱シールド板が前記冷凍機により冷却される構成とすると共に、
前記第2の荷重支持体と熱シールド板との間に熱アンカーを設けたことを特徴とする請求項1記載の超電導マグネット装置。
The reinforcing member includes a heat shield plate and a reinforcing ring,
The heat shield plate is configured to be cooled by the refrigerator,
The superconducting magnet apparatus according to claim 1, wherein a thermal anchor is provided between the second load support and the heat shield plate .
前記第1の荷重支持体と前記第2の荷重支持体とを、前記補強部材を挟んで偏倚した位置に配置したことを特徴とする請求項1又は2記載の超電導マグネット装置。 The superconducting magnet apparatus according to claim 1 or 2, wherein the first load support and the second load support are arranged at positions deviated across the reinforcing member. 前記補強部材に凹部又は凸部を設け、前記第1の荷重支持体と前記第2の荷重支持体とが前記凹部又は凸部に接合されることを特徴とする請求項3記載の超電導マグネット装置。 4. The superconducting magnet device according to claim 3, wherein the reinforcing member is provided with a concave portion or a convex portion, and the first load support and the second load support are joined to the concave or convex portion. .
JP2009141509A 2009-06-12 2009-06-12 Superconducting magnet device Expired - Fee Related JP5154512B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009141509A JP5154512B2 (en) 2009-06-12 2009-06-12 Superconducting magnet device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009141509A JP5154512B2 (en) 2009-06-12 2009-06-12 Superconducting magnet device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010287792A JP2010287792A (en) 2010-12-24
JP5154512B2 true JP5154512B2 (en) 2013-02-27

Family

ID=43543257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009141509A Expired - Fee Related JP5154512B2 (en) 2009-06-12 2009-06-12 Superconducting magnet device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5154512B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6328487B2 (en) 2014-05-20 2018-05-23 住友重機械工業株式会社 Superconducting electromagnet and charged particle beam therapy system
KR102213909B1 (en) * 2014-08-14 2021-02-08 한국전력공사 Superconducting apparatus
GB201515726D0 (en) * 2015-09-04 2015-10-21 Tokamak Energy Ltd Support structures for HTS magnets
WO2019176557A1 (en) * 2018-03-12 2019-09-19 三菱電機株式会社 Superconducting coil device

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01113310U (en) * 1988-01-26 1989-07-31
JPH03104176A (en) * 1989-09-18 1991-05-01 Toshiba Corp Cryogenic vessel
JPH0521227A (en) * 1991-07-10 1993-01-29 Hitachi Ltd Superconductive magnet
JPH0548155A (en) * 1991-08-09 1993-02-26 Toshiba Corp Superconducting coil device
JPH09306723A (en) * 1996-05-10 1997-11-28 Sumitomo Heavy Ind Ltd Refrigerator cooled superconducting magnet device
JP2001167923A (en) * 1999-12-06 2001-06-22 Sumitomo Heavy Ind Ltd Refrigerator cooled superconducting magnet

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010287792A (en) 2010-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1739446B1 (en) A MRI superconductive magnet
JP4422711B2 (en) Superconducting magnet device and magnetic resonance imaging device
JP5154512B2 (en) Superconducting magnet device
JP2004202245A (en) Conduction cooled passive shield mri magnet
EP0840136B1 (en) Magnetic resonance imager with helium recondensing
KR20100134501A (en) Superconductive magnet apparatus
JP2014150223A (en) Superconducting coil and superconducting coil device
JP2010272745A (en) Superconducting coil and superconducting magnet device
JP5198358B2 (en) Superconducting magnet device
JP4074042B2 (en) Superconducting magnet device with high magnetic field and high magnetic field uniformity
JPH04294503A (en) Coil body and coil container
JPH10189328A (en) Superconducting magnet
JP7551538B2 (en) Superconducting electromagnet device and cooling method for superconducting electromagnet device
JP3833382B2 (en) Refrigerator-cooled superconducting magnet device for single crystal pulling device
JP6388789B2 (en) Superconducting electromagnet
JP5920924B2 (en) Superconducting magnet device and magnetic resonance imaging device
JP2017183527A (en) Superconducting magnet device
JP5384245B2 (en) RE-based superconducting coil conduction cooling method and apparatus therefor
JP2010258376A (en) Superconducting magnet device
JP6392028B2 (en) Superconducting electromagnet
JPH10116725A (en) Superconducting magnet device
JP2003347115A (en) Superconductive current lead device
JP3083763B2 (en) Hybrid superconducting magnet
JP7356934B2 (en) Superconducting magnet device and bending electromagnet device
JP2000150224A (en) Excitation control method of superconducting coil

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110909

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120813

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120918

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121114

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121204

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121205

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151214

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5154512

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees