JP5161744B2 - Superconducting coil - Google Patents
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Description
本発明は、超電導コイルに関する。 The present invention relates to a superconducting coil.
従来、胴部とこの胴部の軸方向両端から径外方向に延びる一対のフランジ部とを含む巻枠と、それら一対のフランジ部の間に挟まれる領域で胴部の周囲にソレノイド状に巻回された超電導線材からなるコイル部とを備えた超電導コイルが知られている。 Conventionally, a winding frame including a body part and a pair of flange parts extending radially outward from both ends in the axial direction of the body part, and a solenoid wound around the body part in an area sandwiched between the pair of flange parts. 2. Description of the Related Art A superconducting coil including a coil portion made of a rotated superconducting wire is known.
この超電導コイルでは、巻線後に当該コイルを含浸材に含浸して部材同士を接着することで、励磁運転中の超電導線材の微小変位を抑制し、その微小変位に起因するクエンチの発生を防止している。 In this superconducting coil, the coil is impregnated with an impregnating material after winding, and the members are bonded to each other, thereby suppressing the minute displacement of the superconducting wire during excitation operation and preventing the occurrence of quenching due to the minute displacement. ing.
ところで、上記のような含浸型の超電導コイルにおけるクエンチの一因として、含浸材で接着された部材同士の励磁中の剥離が挙げられる。この剥離は、励磁されたコイル部に作用する電磁力により巻枠とコイル部との間の面圧(接触圧)が下がり両者間の含浸材が割れることによって起こる。 By the way, as a cause of quenching in the above-described impregnation type superconducting coil, peeling during excitation of members bonded with an impregnating material can be cited. This peeling occurs when the surface pressure (contact pressure) between the winding frame and the coil portion is lowered by the electromagnetic force acting on the excited coil portion, and the impregnating material between the two is cracked.
そこで、特許文献1には、胴部とフランジ部とに分解可能に構成された巻枠を備え、励磁前に当該巻枠を分解してコイルから取り外すことで、巻枠とコイル部との接触が無くなるようにした超電導磁石が開示されている。この超電導磁石では、巻枠とコイル部との間の剥離が発生せず、この剥離によるクエンチが防止される。
しかし、特許文献1の磁石では、励磁前に巻枠を分解して取り外す作業や、コイル部を支持するための別の支持体を取り付ける作業を行う必要があるので、それらの作業の分だけ当該磁石の組立てが煩雑になるという問題がある。
However, in the magnet of
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、組立てが容易でかつクエンチを抑制することが可能な超電導コイルを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a superconducting coil that can be easily assembled and can suppress quenching.
本願発明者は、含浸材に含浸された超電導コイルでは、当該コイルが完全に励磁された高磁場状態での運転中に巻枠とコイル部とが剥離した場合には、その剥離によって高いエネルギーが放出されることからクエンチが容易に発生する一方、励磁中であっても励磁初期段階の低磁場状態であれば、クエンチする臨界温度が高く、マージンが大きいので、冷却中あるいは比較的低磁場の励磁初期段階までに巻枠とコイル部とを剥離させることによって、クエンチの発生を十分に抑えることができるのではないかと考えた。そして、上記のような剥離を促す手段としては、当該コイルを運転温度まで冷却する間に巻枠とコイル部との間に作用する面圧(接触圧)を下げることが考えられ、そのためには、巻枠の線膨張率をコイル部の線膨張率よりも大きくすることが考えられる。しかし、その場合、巻枠の軸方向両端のフランジ部とコイル部との間の面圧が上がってしまう。このようなことから、本願発明者は、コイルを運転温度まで冷却する間に巻枠とコイル部との間に作用する径方向の面圧および軸方向の面圧をともに下げることが可能な構成の超電導コイルを提案する。 The inventor of the present application, in the case of a superconducting coil impregnated with an impregnating material, when the coil is peeled off during the operation in a high magnetic field state in which the coil is completely excited, high energy is generated by the peeling. While quenching occurs easily because of the release, if the magnetic field is in the initial stage of excitation even during excitation, the critical temperature for quenching is high and the margin is large. It was thought that the occurrence of quenching could be sufficiently suppressed by separating the winding frame and the coil portion by the initial stage of excitation. As a means for promoting the above-described peeling, it is conceivable to reduce the surface pressure (contact pressure) acting between the winding frame and the coil portion while the coil is cooled to the operating temperature. It is conceivable to make the linear expansion coefficient of the winding frame larger than the linear expansion coefficient of the coil portion. However, in that case, the surface pressure between the flange portions and the coil portions at both ends in the axial direction of the winding frame increases. For this reason, the inventor of the present application can reduce both the radial surface pressure and the axial surface pressure acting between the winding frame and the coil portion while cooling the coil to the operating temperature. A superconducting coil is proposed.
そこで、本発明の請求項1に記載の超電導コイルは、胴部とこの胴部の軸方向両端から径外方向に延びて互いに対向する一対のフランジ部とを含む巻枠と、前記一対のフランジ部の間に挟まれる領域で前記胴部の周囲にソレノイド状に巻回された超電導線材からなるコイル部とを備え、巻線状態で含浸材に含浸される超電導コイルであって、前記胴部は、円筒状に形成されて前記コイル部の内周に隣接する外側胴部と、この外側胴部の径方向内側に当該径方向の隙間をおいて設けられるとともに、軸方向に延びて前記一対のフランジ部に連結される内側胴部とを含み、前記外側胴部は、前記コイル部の線膨張率よりも大きい線膨張率の材料からなり、所定の運転温度に至るまで冷却されることにより前記隙間の範囲で径方向に収縮するとともに前記内側胴部とは独立して軸方向に収縮するように配置され、前記内側胴部は、前記コイル部の線膨張率よりも小さい線膨張率の材料からなり、前記運転温度に至るまでの冷却による前記外側胴部の軸方向の収縮にかかわらず前記一対のフランジ部同士の間隔を当該コイル部の軸方向の寸法よりも大きな間隔に保つことを特徴とする。
Accordingly, a superconducting coil according to
この請求項1に記載の超電導コイルによれば、当該コイルが運転温度まで冷却される間に巻枠とコイル部との間に作用する径方向の面圧および軸方向の面圧がともに下がる。つまり、この超電導コイルでは、上記のように、巻枠の胴部を、コイル部の内周に隣接する外側胴部と、この外側胴部の径方向内側で軸方向に延びて一対のフランジ部に連結される内側胴部とで構成した。そして、外側胴部をコイル部の線膨張率よりも大きい線膨張率の材料で形成したので、冷却による外側胴部の径内方向への熱収縮量がコイル部の径内方向への熱収縮量よりも大きくなり、当該コイルの運転温度への冷却によって外側胴部とコイル部との間に作用する径方向の面圧が下がる。また、内側胴部をコイル部の線膨張率よりも小さい線膨張率の材料で形成したので、冷却による内側胴部の軸方向の熱収縮量よりもコイル部の軸方向の熱収縮量が大きくなり、当該コイルを運転温度まで冷却することにより各フランジ部とコイル部との間に作用する軸方向の面圧が下がる。これにより、運転温度への冷却中あるいは冷却完了後の比較的低磁場の励磁初期段階で巻枠とコイル部とが容易に剥離する。そして、一度割れた含浸材は再接着することがないので、当該コイルが完全に励磁された高磁場状態での運転中に巻枠とコイル部とが剥離するのを防ぐことができ、その剥離に起因するクエンチの発生を抑えることができる。 According to the superconducting coil of the first aspect, both the radial surface pressure and the axial surface pressure acting between the winding frame and the coil portion are lowered while the coil is cooled to the operating temperature. That is, in this superconducting coil, as described above, the body portion of the winding frame has an outer body portion adjacent to the inner periphery of the coil portion, and a pair of flange portions extending in the axial direction radially inward of the outer body portion. And an inner body part connected to the body. Since the outer body portion is made of a material having a linear expansion coefficient larger than the linear expansion coefficient of the coil portion, the amount of heat shrinkage in the radially inward direction of the outer body portion due to cooling is reduced by the heat shrinkage in the radially inward direction of the coil portion. The surface pressure in the radial direction acting between the outer body portion and the coil portion is reduced by cooling the coil to the operating temperature. Further, since the inner body portion is made of a material having a linear expansion coefficient smaller than that of the coil portion, the amount of thermal contraction in the axial direction of the coil portion is larger than the amount of heat shrinkage in the axial direction of the inner body portion due to cooling. Thus, the axial surface pressure acting between each flange portion and the coil portion is reduced by cooling the coil to the operating temperature. As a result, the winding frame and the coil part easily peel off at the initial stage of excitation of a relatively low magnetic field during cooling to the operating temperature or after completion of cooling. And since the impregnated material once cracked does not re-adhere, it is possible to prevent the reel and coil part from peeling off during operation in a high magnetic field state where the coil is completely excited. Generation | occurrence | production of the quench resulting from can be suppressed.
また、本発明の請求項1に記載の超電導コイルでは、上記構成の巻枠でコイル部を支持したまま冷却・励磁されることによりクエンチ抑制の効果が得られる。従って、従来のように巻枠の取外し等の作業が伴う場合に比べて、当該コイルの組立てが容易である。
Moreover, in the superconducting coil according to
請求項2に記載の超電導コイルは、上記請求項1に記載の超電導コイルにおいて、前記コイル部の超電導線材がNbTiからなり、前記外側胴部がアルミニウムからなり、前記内側胴部がステンレス鋼からなることを特徴とする。
The superconducting coil according to claim 2 is the superconducting coil according to
超電導コイルの各部位を上記のような材料で構成すれば、巻枠とコイル部との間に作用する径方向の面圧および軸方向の面圧の両方が当該コイルを運転温度まで冷却する間に容易に下がるようになる。 If each part of the superconducting coil is made of the material as described above, both the radial surface pressure and the axial surface pressure acting between the winding frame and the coil portion cool the coil to the operating temperature. To come down easily.
請求項3に記載の超電導コイルは、上記請求項1または2に記載の超電導コイルにおいて、前記外側胴部と前記内側胴部との間に配され、両胴部の互いに対向する部位にそれぞれ接触して前記外側胴部を前記内側胴部との間に前記隙間をもつように当該内側胴部に対して位置決めする一方で、前記運転温度に至るまで冷却されることにより径内方向へ変位して前記外側胴部の径方向の収縮を許容するスペーサを備えることを特徴とする。
The superconducting coil according to claim 3 is the superconducting coil according to
このようなスペーサであれば、外側胴部と内側胴部との間の隙間を容易に確保することができ、かつ、外側胴部を冷却時に前記隙間の範囲で径方向に収縮させることができる。 With such a spacer, it is possible to easily secure a gap between the outer body part and the inner body part, and to shrink the outer body part in the radial direction within the gap during cooling. .
請求項4に記載の超電導コイルは、上記請求項3に記載の超電導コイルにおいて、前記スペーサが、前記外側胴部の線膨張率以上の線膨張率の材料からなることを特徴とする。 The superconducting coil according to claim 4 is the superconducting coil according to claim 3, wherein the spacer is made of a material having a linear expansion coefficient equal to or higher than the linear expansion coefficient of the outer body portion.
スペーサを上記材料で構成すれば、冷却によるスペーサの径内方向への熱収縮量が外側胴部の径内方向への熱収縮量以上になるので、冷却による外側胴部の径内方向への熱収縮を確実に許容することができるようになる。 If the spacer is made of the above material, the amount of thermal shrinkage in the radial direction of the spacer due to cooling is equal to or greater than the amount of thermal contraction in the radial direction of the outer body, so Heat shrinkage can be reliably allowed.
本発明の超電導コイルは、その組立てが容易でかつクエンチを抑制することができるようになっている。 The superconducting coil of the present invention can be easily assembled and can suppress quenching.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態による超電導コイルの正面断面図である。また、図2は、運転温度まで冷却された状態の超電導コイルの正面断面図である。まず、本発明の一実施形態による超電導コイル1の構成について説明する。
FIG. 1 is a front sectional view of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a front sectional view of the superconducting coil in a state cooled to the operating temperature. First, the configuration of the
本実施形態の超電導コイル1は、所定の運転温度(約4K)まで冷却された状態で励磁されることにより高磁場を発生するように構成されている。
The
この超電導コイル1は、図1に示すように、巻枠10と、コイル部20とを備えている。なお、図中の符号Rは当該超電導コイル1の軸心を示している。
As shown in FIG. 1, the
また、超電導コイル1は、冷却前に巻線状態でエポキシ等の含浸材に含浸されるようになっている。これにより、コイル部20を構成する超電導線材60が励磁運転中に微小変位することが抑えられ、その微小変位に起因するクエンチの発生が防止される。
The
巻枠10は、胴部30と、この胴部30の軸方向両端から径外方向に延びて互いに対向する一対のフランジ部41,42とを含んでいる。
The winding
ここで、本実施形態の巻枠10の胴部30は、円筒状の外側胴部31と、この外側胴部31の径方向内側に当該径方向の隙間Dをおいて設けられる円筒状の内側胴部32と、両胴部31,32の間に配される上下一対のリング状のスペーサ33とで構成されている。
Here, the
外側胴部31は、その外周がコイル部20の内周に隣接している。つまり、前記コイル部20は、超電導線材60を一対のフランジ部41,42の間に挟まれる領域で外側胴部31の周囲にソレノイド状にかつ径方向に複数層に亘って積層されるように巻回することにより形成されている。
The outer periphery of the
また、外側胴部31は、運転温度に至るまで冷却されることにより前記隙間Dの範囲で径方向に収縮するとともに内側胴部32とは独立して軸方向に収縮する。
Further, the
そして、外側胴部31は、コイル部20の線膨張率よりも大きい線膨張率の材料から形成されている。これにより、冷却による外側胴部31の径内方向への熱収縮量がコイル部20の径内方向への熱収縮量よりも大きくなり、当該超電導コイル1を運転温度まで冷却した状態では、外側胴部31とコイル部20との間での径方向の面圧が下がる。
And the outer side trunk | drum 31 is formed from the material of the linear expansion coefficient larger than the linear expansion coefficient of the
内側胴部32は、外側胴部31と同心となるように設けられ、かつ軸方向に延びて一対のフランジ部41,42に連結されている。
The
この内側胴部32は、運転温度に至るまでの冷却による外側胴部31の軸方向の収縮にかかわらず一対のフランジ部41,42同士の間隔をコイル部20の軸方向の寸法よりも大きな間隔に保っている。
The
そして、内側胴部32は、コイル部20の線膨張率よりも小さい線膨張率の材料から形成されている。これにより、冷却による内側胴部32の軸方向の熱収縮量よりもコイル部20の軸方向の熱収縮量が大きくなり、当該超電導コイル1を運転温度まで冷却した状態では、各フランジ部41,42とコイル部20との間での軸方向の面圧が下がる。
The
各スペーサ33は、互いに対向する外側胴部31の外周と内側胴部32の内周とにそれぞれ接触しており、外側胴部31を内側胴部32との間に前記隙間Dをもつような状態で当該内側胴部32に対して位置決めする機能を有している。これにより、冷却前の状態では、スペーサ33によって外側胴部31のがたつきが抑えられるので、外側胴部31の外周に超電導線材60を安定して巻回することができる。
Each
また、各スペーサ33は、外側胴部31の線膨張率以上の線膨張率の材料から形成されており、運転温度まで冷却される間に径内方向に変位することで外側胴部31の径内方向への熱収縮を許容するようになっている。
Each
また、内側胴部32と上側のフランジ部41とは、複数のネジ50で互いに固定されている。そして、当該コイル1の組立て時等には、フランジ部41を内側胴部32から離脱させ、この状態で外側胴部31および一対のスペーサ33の装着が行われる。なお、内側胴部32と下側のフランジ部42とは、図示しない接続手段により互いに固定されている。
In addition, the
このような超電導コイル1の各構成部材の好ましい組合せとして、例えば、コイル部20の超電導線材60がNbTiからなり、外側胴部31がアルミニウムからなり、内側胴部32およびフランジ部41,42がステンレス鋼からなり、スペーサ33がテフロン(登録商標)からなることが挙げられる。なお、上記例以外にも、例えば、超電導線材60をNb3Snで構成したり、外側胴部31を黄銅、アクリル樹脂、ナイロン、テフロン(登録商標)等で構成したり、スペーサ33をアクリル樹脂、ナイロン等で構成することも可能であり、前述の各部材の線膨張率同士の関係を満たす範囲で適宜変更可能である。
As a preferable combination of each component of such a
また、含浸材が外側胴部31の内側にも浸入することから、外側胴部31の径内方向への収縮を阻害しないために、含浸材の線膨張率は外側胴部31の線膨張率よりも大きいことが好ましい。なお、含浸材に用いられるエポキシ等の樹脂の線膨張率は、外側胴部31の上記材料よりも一般に高くなっている。
In addition, since the impregnating material also enters the inside of the
次に、上記構成の超電導コイル1の形成工程から運転工程までを説明する。
Next, the process from the formation process of the
まず、外側胴部31を、下側のフランジ部42と接続状態にある内側胴部32に対してその軸方向外側(上側)から移動させ、内側胴部32と同心となるように内側胴部32の径方向外側に配置する。そして、一対のスペーサ33を内側胴部32と外側胴部31との間に押し込んでセットする。これにより、外側胴部31が内側胴部32に対して隙間Dをもった状態で位置決めされる。その後、複数のネジ50を用いて上側のフランジ部41を内側胴部32に固定し、これによって巻枠10を形成する。
First, the
そして、このようにして形成された巻枠10の外側胴部31の外周に、超電導線材60をソレノイド状にかつ径方向に複数層に亘って積層されるように巻回してコイル部20を形成する。これにより超電導コイル1が形成される。
Then, the
そして、上記超電導コイル1は、含浸材に含浸された後、所定の運転温度まで冷却され、極低温下で励磁運転される。
The
本実施形態の超電導コイル1では、その冷却中すなわち前記運転温度に達するまでの間に、巻枠10とコイル部20との間に作用する径方向の面圧および軸方向の面圧がともに下がり、これによって両者10,20が剥離する。
In the
すなわち、図2に示すように、外側胴部31とコイル部20との間の含浸材に割れが発生して外側胴部31とコイル部20とが剥離する(図2のd1参照)。また、上側のフランジ部41とコイル部20との間の含浸材に割れが発生してフランジ部41とコイル部20とが剥離する(図2のd2参照)。
That is, as shown in FIG. 2, the impregnating material between the
仮に、冷却中に巻枠10とコイル部20とが剥離しなくても、両者間の面圧は十分に低下しているので、励磁初期段階の比較的弱い電磁力で両者10,20は剥離する。従って、当該超電導コイル1が完全に励磁された高磁場状態での運転中に両者10,20の剥離が起こらない。
Even if the winding
本実施形態の超電導コイル1によれば、上記のように、運転温度への冷却中あるいは冷却完了後の比較的低磁場の励磁初期段階で巻枠10とコイル部20とが容易に剥離する。そして、一度割れた含浸材は再接着することがないので、当該コイル1が完全に励磁された高磁場状態での運転中に巻枠10とコイル部20とが剥離するのを防ぐことができ、その剥離に起因するクエンチの発生を抑えることができる。
According to the
また、本実施形態の超電導コイル1では、上記構成の巻枠10でコイル部20を支持したまま冷却・励磁されることによりクエンチ抑制の効果が得られる。従って、従来のように巻枠の取外し等の作業が伴う場合に比べて、当該コイル1の組立てが容易である。
Moreover, in the
また、本実施形態の超電導コイル1では、上記のように、NbTiからなる超電導線材60、アルミニウムからなる外側胴部31、ステンレス鋼からなる内側胴部32を用いたので、巻枠10とコイル部20との間に作用する径方向の面圧および軸方向の面圧の両方が当該コイル1を運転温度まで冷却する間に容易に下がるようになる。
In the
また、本実施形態の超電導コイル1によれば、スペーサ33によって、外側胴部31と内側胴部32との間の隙間Dを容易に確保することができ、かつ、外側胴部32を冷却時に前記隙間Dの範囲で径方向に収縮させることができる。
Further, according to the
また、本実施形態の超電導コイル1では、上記のように、外側胴部31の線膨張率以上の線膨張率の材料からなるスペーサ33を用いることによって、冷却によるスペーサ33の径内方向への熱収縮量が外側胴部31の径内方向への熱収縮量以上になるので、冷却による外側胴部31の径内方向への熱収縮を確実に許容することができるようになる。
Further, in the
次に、具体的な材料や厚み等の寸法が設定された実施例による超電導コイルについて、上記の効果が得られるか、すなわち運転温度まで冷却される間に剥離が発生するかを検証する。なお、本実施例の超電導コイルにおいても上記実施形態と同一符号を用いて説明する。 Next, it is verified whether the superconducting coil according to the embodiment in which dimensions such as specific materials and thicknesses are set can obtain the above-described effect, that is, whether peeling occurs during cooling to the operating temperature. The superconducting coil of this example will also be described using the same reference numerals as in the above embodiment.
以下では、超電導コイル1を所定の運転温度(約4K)まで冷却したときの当該超電導コイル1の巻枠10とコイル部20との間の面圧を求め、両者間に作用する引っ張り応力を求める。そして、その引っ張り応力と含浸材の接着力(接着強度)との大きさを比較することにより前記検証を行う。
Below, the surface pressure between the winding
この実施例の超電導コイル1では、外側胴部31をアルミニウムで形成し、内側胴部32および一対のフランジ部41,42をステンレス鋼で形成し、コイル部20の超電導線材60をNbTiで形成した。また、含浸材はエポキシとした。なお、本実施例の超電導コイル1では、スペーサ33は省略されている。
In the
そして、内側胴部32の内半径を58mm、厚みを7mmとし、外側胴部31の内半径を70mm、厚みを5mmとした。
The inner radius of the
そして、前記外側胴部31に、前記NbTiからなる超電導線材60をその厚みが20mmとなるまで巻回してコイル部20を形成した。
And the
また、各材料の物性値を以下に示す。 Moreover, the physical property value of each material is shown below.
常温(293K)から運転温度(4K)までの間の平均線膨張率は、アルミニウムが1.44×10−5で、ステンレス鋼が1.06×10−5で、コイル部20が1.18×10−5(なお、コイル部20の線膨張率は、Nb−45Tiが92%、絶縁材が8%とし、絶縁材の線膨張率はテフロン(登録商標)と同じであるとして計算した。)で、エポキシが3.98×10−5である。
The average linear expansion coefficient from room temperature (293K) to the operating temperature (4K) is 1.44 × 10 −5 for aluminum, 1.06 × 10 −5 for stainless steel, and 1.18 for
また、ヤング率は、アルミニウムが80GPaで、ステンレス鋼が200GPaで、コイル部20が76GPa(なお、コイル部20のヤング率は、NbTiが92%、絶縁材が8%とし、絶縁材のヤング率はテフロン(登録商標)と同じであるとして計算した。)で、エポキシが28GPaである。また、前記全ての材料のポアソン比は0.34とした。
The Young's modulus is 80 GPa for aluminum, 200 GPa for stainless steel, and 76 GPa for the coil portion 20 (note that the Young's modulus for the
このような構成の超電導コイル1を常温(293K)から運転温度(4K)まで冷却した時の外側胴部31とコイル部20との間に作用する面圧は、約−10MPaとなる。これは、外側胴部31とコイル部20とに互いに離間する方向の10MPaの引っ張り応力が作用していることを示している。
The surface pressure acting between the
そして、エポキシ含浸材の一般的な接着力が約9MPaであることから、両者31,20間に作用する引っ張り応力が含浸材の接着力を上回ることがわかった。 And since the general adhesive force of the epoxy impregnation material was about 9 MPa, it turned out that the tensile stress which acts between both 31 and 20 exceeds the adhesive force of an impregnation material.
従って、本実施例の超電導コイル1を運転温度まで冷却すると、外側胴部31とコイル部20との間の含浸材が両者間に作用する引っ張り応力に耐えられずに割れ、これによって両者31,20が剥離することがわかった。
Therefore, when the
また、本実施例の超電導コイル1を常温から運転温度まで冷却した時のフランジ部41とコイル部20との間に作用する面圧は、約−10MPaとなる。これは、フランジ部41とコイル部20とに互いに離間する方向の10MPaの引っ張り応力が作用していることを示している。
Moreover, the surface pressure which acts between the
このことから、両者41,20間に作用する引っ張り応力が含浸材の接着力を上回ることがわかった。 From this, it was found that the tensile stress acting between both 41 and 20 exceeds the adhesive strength of the impregnating material.
従って、本実施例の超電導コイル1を運転温度まで冷却すると、フランジ部41とコイル部20との間の含浸材が両者間に作用する引っ張り応力に耐えられずに割れ、これによって両者41,20が剥離することがわかった。
Therefore, when the
以上のことから、本実施例の超電導コイル1では、巻枠10とコイル部20とが径方向および軸方向の両方で同時に剥離し、励磁中の両者10,20の剥離が十分に防がれることがわかった。
From the above, in the
なお、上記実施形態では、一対のスペーサ33を内側胴部32と外側胴部31との間に配するによって外側胴部31の位置決めを行ったが、これに限らず、外側胴部31をピン等でフランジ部41,42に固定することにより当該外側胴部31の位置決めを行い、冷却前に当該ピンを抜き取ることによって、外側胴部31の径方向の熱収縮を可能とする構成であってもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、円筒状の内側胴部32で一対のフランジ部41,42同士を連結する構成を示したが、これに限らず、周方向に延びる複数の円弧状部材(内側胴部)を、周方向に互いに隙間をあけながら配置し、各円弧状部材の軸方向両端を一対のフランジ部41,42にそれぞれ接続する構成であってもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the structure which connects a pair of
また、コイル部20と少なくとも一方のフランジ部41(42)との間に、冷却によってコイル部20よりも大きく軸方向に熱収縮するように構成されたスペーサを設けてもよい。これにより、冷却によってフランジ部41(42)とコイル部20との間の面圧がより大きく低下し、両者が確実に剥離するようになる。
Further, a spacer may be provided between the
1 超電導コイル
10 巻枠
20 コイル部
30 胴部
31 外側胴部
32 内側胴部
33 スペーサ
41,42 フランジ部
60 超電導線材
D 隙間
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記胴部は、円筒状に形成されて前記コイル部の内周に隣接する外側胴部と、この外側胴部の径方向内側に当該径方向の隙間をおいて設けられるとともに、軸方向に延びて前記一対のフランジ部に連結される内側胴部とを含み、
前記外側胴部は、前記コイル部の線膨張率よりも大きい線膨張率の材料からなり、所定の運転温度に至るまで冷却されることにより前記隙間の範囲で径方向に収縮するとともに前記内側胴部とは独立して軸方向に収縮するように配置され、
前記内側胴部は、前記コイル部の線膨張率よりも小さい線膨張率の材料からなり、前記運転温度に至るまでの冷却による前記外側胴部の軸方向の収縮にかかわらず前記一対のフランジ部同士の間隔を当該コイル部の軸方向の寸法よりも大きな間隔に保つことを特徴とする超電導コイル。 A winding frame including a body portion and a pair of flange portions extending radially outward from both axial ends of the body portion and facing each other, and a solenoid around the body portion in a region sandwiched between the pair of flange portions A superconducting coil that is impregnated with an impregnating material in a winding state.
The body portion is formed in a cylindrical shape and is provided with an outer body portion adjacent to the inner periphery of the coil portion, and a radial gap on the radially inner side of the outer body portion, and extends in the axial direction. And an inner trunk portion connected to the pair of flange portions,
The outer body portion is made of a material having a linear expansion coefficient larger than the linear expansion coefficient of the coil section, and is cooled to a predetermined operating temperature, thereby contracting in a radial direction within the gap and the inner body Arranged to contract in the axial direction independently of the part,
The inner body part is made of a material having a linear expansion coefficient smaller than that of the coil part, and the pair of flange parts regardless of the axial contraction of the outer body part due to cooling to the operating temperature. A superconducting coil characterized in that the distance between them is kept larger than the axial dimension of the coil portion.
前記外側胴部がアルミニウムからなり、
前記内側胴部がステンレス鋼からなることを特徴とする請求項1に記載の超電導コイル。 The superconducting wire of the coil portion is made of NbTi,
The outer body is made of aluminum;
The superconducting coil according to claim 1, wherein the inner body portion is made of stainless steel.
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