JP6033642B2 - Superconducting magnet device - Google Patents
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Description
本発明は、超電導マグネット装置に関する。 The present invention relates to a superconducting magnet device.
従来、超電導マグネット装置として、たとえば特許文献1に記載された装置が知られている。この装置は、円筒状の真空容器を有している。この真空容器内には、環状空間を形成する熱シールドが配置されている。環状空間内には、2個の超電導コイルが真空容器の内筒部と同心状に配置されている。2個の超電導コイルは、径方向において重なるように配置されている。各超電導コイルは、巻枠に超電導線を巻回した後にエポキシ樹脂を含浸させて硬化させ、巻枠を取り除くことにより円筒形状に成形されている。
Conventionally, as a superconducting magnet device, for example, a device described in
各超電導コイルの外周側には、熱伝導性の良い金属材で形成された吸熱部材が接着されている。吸熱部材は、超電導コイルの外周面に接着される筒状部と、筒状部の一端から径方向内側に突出して超電導コイルの端面に接着される環状部とを有している。超電導コイルおよび吸熱部材は一体化されて、支持部材によって熱シールド内で吊り下げられている。そして、GM(ギフォード・マクマホン)冷凍機の冷却ステージが、可撓性の熱伝導部材を介して吸熱部材の環状部に熱的に接続されている。GM冷凍機によって、熱伝導部材が4K以下の温度に冷却される。 A heat absorbing member made of a metal material having good thermal conductivity is bonded to the outer peripheral side of each superconducting coil. The heat absorbing member has a cylindrical portion that is bonded to the outer peripheral surface of the superconducting coil, and an annular portion that protrudes radially inward from one end of the cylindrical portion and is bonded to the end surface of the superconducting coil. The superconducting coil and the heat absorbing member are integrated and suspended within the heat shield by the support member. A cooling stage of a GM (Gifford McMahon) refrigerator is thermally connected to the annular portion of the heat absorbing member via a flexible heat conducting member. The heat conduction member is cooled to a temperature of 4K or less by the GM refrigerator.
しかしながら、従来、複数の超電導コイルを備えた超電導マグネット装置において、運転時に複雑な力がかかる超電導コイルの配置は、装置の安定性に影響を与える虞があった。 However, conventionally, in a superconducting magnet device having a plurality of superconducting coils, the arrangement of the superconducting coils, which requires a complicated force during operation, may affect the stability of the device.
本発明は、複数の超電導コイルを備えた超電導マグネット装置において、安定した運転をしつつ十分な冷却効率を得ることができる超電導マグネット装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a superconducting magnet device that can obtain a sufficient cooling efficiency while performing stable operation in a superconducting magnet device having a plurality of superconducting coils.
本発明の超電導マグネット装置は、軸線を中心にして同心状に配置され、軸線方向の長さが異なる複数の超電導コイルと、軸線方向における超電導コイルの一方側に配置され、冷却手段によって冷却される熱伝導性の板状部と、板状部と超電導コイルとの間に設けられてブロック状をなし、軸線方向において超電導コイルのそれぞれを位置決めする熱伝導性の位置決め部と、超電導コイルの少なくとも1つにおける外周部と位置決め部とを熱的に接続する伝熱部材であって、超電導コイルから軸線方向に突出して位置決め部に当接する突出部を有する伝熱部材と、突出部に対向するように位置決め部に形成された切り欠き部と、切り欠き部に配置されて、位置決め部に対して突出部を固定する固定部と、を備え、位置決め部は、板状部とそれぞれの超電導コイルとの間に隙間なく配置されている。 The superconducting magnet device of the present invention is arranged concentrically about the axis, is arranged on one side of the superconducting coil in the axial direction, and is superposed on one side of the superconducting coil in the axial direction and cooled by the cooling means. At least one of the heat conductive plate-like portion, the heat conductive positioning portion provided between the plate-like portion and the superconducting coil to form a block, and positioning each of the superconducting coils in the axial direction; A heat transfer member that thermally connects the outer peripheral portion and the positioning portion in the two, and has a protruding portion that protrudes in the axial direction from the superconducting coil and contacts the positioning portion, and so as to face the protruding portion a cutout portion formed in the positioning portion is disposed in the notch portion, and a fixing portion for fixing the projecting portion relative to the positioning unit, positioning unit, it and the plate-like portion It is arranged without a gap between the LES superconducting coil.
この超電導マグネット装置によれば、板状部と超電導コイルとの間には、熱伝導性の位置決め部が設けられる。位置決め部が設けられることにより、超電導コイルのそれぞれが軸線方向において位置決めされる。よって、軸線方向における超電導コイルの動きが規制され、安定した運転が可能となる。しかも、この位置決め部は伝熱性を有しており、伝熱部材によって超電導コイルの少なくとも1つに熱的に接続される。よって、伝熱性を有する板状部と位置決め部と伝熱部材とを冷却経路として、冷却手段によって超電導コイルが冷却される。したがって、十分な冷却効率を得ることができる。位置決め部に対して伝熱部材が当接する範囲を大きくすることができ、冷却効率の向上を図ることができる。位置決め部に切り欠き部が形成され、この切り欠き部に配置される固定部によって、突出部が固定される。よって、板状部と超電導コイルとの間の空間が限られている場合であっても、支障なく突出部を固定することができる。 According to this superconducting magnet device, the heat conductive positioning part is provided between the plate-like part and the superconducting coil. By providing the positioning portion, each of the superconducting coils is positioned in the axial direction. Therefore, the movement of the superconducting coil in the axial direction is restricted, and stable operation is possible. Moreover, the positioning portion has heat transfer properties and is thermally connected to at least one of the superconducting coils by the heat transfer member. Therefore, the superconducting coil is cooled by the cooling means using the plate-like portion having heat conductivity, the positioning portion, and the heat transfer member as cooling paths. Therefore, sufficient cooling efficiency can be obtained. The range in which the heat transfer member abuts against the positioning portion can be increased, and the cooling efficiency can be improved. A notch portion is formed in the positioning portion, and the protruding portion is fixed by a fixing portion arranged in the notch portion. Therefore, even if it is a case where the space between a plate-shaped part and a superconducting coil is restricted, a protrusion part can be fixed without trouble.
本発明の超電導マグネット装置は、軸線を中心にして同心状に配置された複数の超電導コイルと、軸線方向における超電導コイルの一方側に配置され、冷却手段によって冷却される熱伝導性の板状部と、板状部と超電導コイルとの間に設けられてブロック状をなし、軸線方向において超電導コイルのそれぞれを位置決めする熱伝導性の位置決め部と、超電導コイルの少なくとも1つにおける外周部と位置決め部とを熱的に接続する伝熱部材であって、超電導コイルから軸線方向に突出して位置決め部に当接する突出部を有する伝熱部材と、突出部に対向するように位置決め部に形成された切り欠き部と、切り欠き部に配置されて、位置決め部に対して突出部を固定する固定部と、を備える。 The superconducting magnet device of the present invention includes a plurality of superconducting coils arranged concentrically about an axis, and a thermally conductive plate-like portion arranged on one side of the superconducting coil in the axial direction and cooled by cooling means. And a heat conductive positioning part that is provided between the plate-like part and the superconducting coil to form a block shape and positions each of the superconducting coils in the axial direction, and an outer peripheral part and a positioning part in at least one of the superconducting coils A heat transfer member that has a protrusion protruding in an axial direction from the superconducting coil and contacting the positioning portion, and a cut formed in the positioning portion so as to face the protrusion. A notch portion, and a fixing portion that is disposed in the notch portion and fixes the protruding portion to the positioning portion.
また、突出部は、固定部によって軸線方向から固定される。軸線方向に垂直な方向には位置決め部が延在しているため、固定部による固定を行い難い。上記の構成によれば、軸線方向から固定部による固定を行うため、突出部を容易に固定することができる。 Further, the protrusion is fixed from the axial direction by the fixing portion. Since the positioning portion extends in the direction perpendicular to the axial direction, it is difficult to fix the fixing portion. According to said structure, since it fixes by a fixing part from an axial direction, a protrusion part can be fixed easily.
また、固定部は、突出部に接合される接続部材と、接続部材を位置決め部に固定するボルトと、を有する。この構成によれば、突出部は、接続部材を介してボルトによって固定される。よって、伝熱部材すなわち突出部が薄い板状である場合でも、接続部材に強度を持たせることができ、突出部を確実に固定することができる。 The fixing portion includes a connection member joined to the protruding portion and a bolt that fixes the connection member to the positioning portion. According to this configuration, the protrusion is fixed by the bolt via the connection member. Therefore, even when the heat transfer member, that is, the protruding portion is a thin plate, the connecting member can be provided with strength, and the protruding portion can be reliably fixed.
本発明によれば、複数の超電導コイルを備えた超電導マグネット装置において、安定した運転をしつつ十分な冷却効率を得ることができる。 According to the present invention, in a superconducting magnet device provided with a plurality of superconducting coils, sufficient cooling efficiency can be obtained while performing stable operation.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示されるように、超電導マグネット装置1は、高磁場を発生させるための装置である。超電導マグネット装置1は、円環状の真空容器2と、真空容器2内に配置された円環状の熱シールド3と、熱シールド3内に配置された超電導マグネット10とを備えている。真空容器2は、クライオスタットとも呼ばれる。熱シールド3の中心部には、たとえばアルミ製の筒体4が設けられている。筒体4内は、室温領域となっている。
As shown in FIG. 1, the
超電導マグネット装置1は、たとえば、MCZ(磁場印加チョクラルスキー)法によるシリコン単結晶引き上げ装置に適用される。また、超電導マグネット装置1は、荷電粒子を加速して荷電粒子ビームを出力するサイクロトロンに適用されてもよい。超電導マグネット装置1は、高磁場が求められる装置であれば、どのような装置にでも適用可能である。
The
超電導マグネット10は、軸線Xを中心にして同心状に配置された4個の円環状の超電導コイル11,12,13,14を備えている。超電導コイル11,12,13,14は、径方向に重なるように配置された多層のコイル体である。超電導マグネット10は、GM冷凍機(冷却手段)6により冷却されて超電導状態とされた超電導コイル11,12,13,14に電流を流すことにより、強力な磁場を発生させる。
The
以下、超電導マグネット10の構成についてより詳しく説明する。超電導コイル11は、たとえばステンレス製の巻枠15に巻線が巻回されて、この巻線がエポキシ樹脂等の接着剤により固化されることにより形成される。巻枠15および超電導コイル11を有して、最も内側(すなわち軸線X側)の第1コイル部Aが構成されている。第1コイル部Aの径方向外方には、第1コイル部Aと同様にして構成された第2コイル部Bと、第3コイル部Cと、第4コイル部Dとがこの順に配置されている。第2コイル部Bは、超電導コイル12およびステンレス製の巻枠16を有している。第3コイル部Cは、超電導コイル13およびステンレス製の巻枠17を有している。第4コイル部Dは、超電導コイル14およびステンレス製の巻枠18を有している。
Hereinafter, the configuration of the
内周側のコイル部A,Bと、外周側のコイル部C,Dとにおいて、巻線の材質は同じであってもよいし、巻線の材質を異ならせてもよい。たとえば、超電導コイル11,12はニオブ酸スズからなる巻線を用い、超電導コイル13,14はニオブチタンからなる巻線を用いてもよい。
In the coil portions A and B on the inner peripheral side and the coil portions C and D on the outer peripheral side, the material of the winding may be the same, or the material of the winding may be different. For example,
第1コイル部Aの超電導コイル11と、第2コイル部Bの超電導コイル12と、第3コイル部Cの超電導コイル13と、第4コイル部Dの超電導コイル14とでは、軸線X方向の長さ、すなわち高さが異なっている。超電導コイル11〜14の高さは、径方向外方に向かうにつれて大きくなっている。言い換えれば、超電導コイル11の高さは、超電導コイル12の高さよりも小さい。超電導コイル12の高さは、超電導コイル13の高さよりも小さい。超電導コイル13の高さは、超電導コイル14の高さよりも小さい。超電導コイル11と超電導コイル12との高さの差、超電導コイル12と超電導コイル13との高さの差、超電導コイル13と超電導コイル14との高さの差は、同程度であってもよいし、異なっていてもよい。
The
さらに、超電導コイル11と、超電導コイル12と、超電導コイル13と、超電導コイル14とでは、軸線X方向すなわち高さ方向における中心の位置が一致している。超電導コイル11,12,13,14の高さ方向における中心位置は、軸線Xに直交する仮想平面Yに一致している。
Further, in the
上記の構成により、第1コイル部A、第2コイル部B、第3コイル部C、および第4コイル部Dの軸線X方向における一端(図1における上端)と他端(図1における下端)とは、径方向外方に向かうにつれて軸線X方向に突出する階段状をなしている。 With the above configuration, one end (the upper end in FIG. 1) and the other end (the lower end in FIG. 1) of the first coil portion A, the second coil portion B, the third coil portion C, and the fourth coil portion D in the axis X direction. Is a stepped shape protruding in the direction of the axis X as it goes outward in the radial direction.
超電導マグネット10は、軸線X方向における超電導コイル11,12,13,14の一方側(図1における上方側)に配置された熱伝導性のフランジ(板状部)20を有している。フランジ20は、円盤状をなしており、たとえば銅製である。フランジ20は、最外周側の超電導コイル14よりも大きい径を有しており、超電導コイル11,12,13,14から径方向外方に延出している。フランジ20の延出部分には、周方向における1箇所において、伝熱板7を介してGM冷凍機6の冷却ステージが接続されている。フランジ20は、GM冷凍機6によって冷却される。なお、フランジ20には、複数の冷却手段が接続されてもよい。
The
図1および図2に示されるように、フランジ20と超電導コイル11,12,13との間には、円環状のスペーサ(位置決め部)21,22,23が配置されている。スペーサ21は、第1コイル部Aとフランジ20との間に配置されている。スペーサ22は、第2コイル部Bとフランジ20との間に配置されている。スペーサ23は、第3コイル部Cとフランジ20との間に配置されている。スペーサ21,22,23のそれぞれは、ブロック状をなしており、たとえば銅製である。熱伝導性のスペーサ21,22,23は、フランジ20に対してそれぞれボルト等により固定される。また、スペーサ21,22,23は、第1コイル部Aの巻枠15のフランジ部15b、第2コイル部Bの巻枠16のフランジ部16b、第3コイル部Cの巻枠17のフランジ部17bに対してそれぞれボルト等により固定される。スペーサ21,22,23は、フランジ20と、フランジ部15b,16b,17bのそれぞれとに当接している。
As shown in FIGS. 1 and 2, annular spacers (positioning portions) 21, 22, and 23 are disposed between the
フランジ20と超電導コイル14との間に配置された巻枠18のフランジ部18bは、フランジ20に当接しており、フランジ20に対してボルト等により固定されている。超電導コイル14に関しては、フランジ20が位置決め部を兼ねている。なお、フランジ20と超電導コイル14との間に、円環状かつ銅製のスペーサが配置されてもよい。
A
スペーサ21,22,23は、フランジ20と、フランジ部15b,16b,17bのそれぞれとの間に隙間なく介在されている。言い換えれば、スペーサ21,22,23は、フランジ20と、超電導コイル11,12,13のそれぞれとの間に充填されている。スペーサ21,22,23の下端は、第1コイル部A、第2コイル部B、第3コイル部C、および第4コイル部Dの軸線X方向における一端の階段状の形状に対応して、階段状をなしている。
The
第1コイル部A、第2コイル部B、第3コイル部C、および第4コイル部Dの軸線X方向における他端には、円環状のスペーサ26が設けられている。スペーサ26は、第1コイル部A、第2コイル部B、第3コイル部C、および第4コイル部Dの他端の形状に対応する階段状の外形を有している。スペーサ26は、ブロック状をなしており、たとえば銅製である。熱伝導性のスペーサ26は、第1コイル部Aの巻枠15のフランジ部15c、第2コイル部Bの巻枠16のフランジ部16c、第3コイル部Cの巻枠17のフランジ部17c、第4コイル部Dのフランジ部18cに対してそれぞれボルト等により固定される。スペーサ26は、フランジ部15c,16c,17c,18cのそれぞれに当接している。
An
上記の構成により一体化された超電導マグネット10は、周方向の複数箇所において、支持部材8によって支持されている。言い換えれば、超電導マグネット10は、複数の支持部材8によって、真空容器2に対して吊り下げられている。超電導マグネット10の下部の側方には、周方向の複数箇所に規制部材9が配置されている。規制部材9は、径方向における超電導マグネット10の動きを規制する。
The
超電導マグネット10では、スペーサ21,22,23は、軸線X方向において超電導コイル11,12,13のそれぞれを位置決めしている。これにより、超電導コイル11,12,13,14の高さ方向における中心位置は、仮想平面Yに一致している。さらに、フランジ20およびスペーサ21,22,23と、スペーサ26とによって、第1コイル部A、第2コイル部B、第3コイル部C、および第4コイル部Dが軸線X方向の両側から挟み込まれることにより、超電導コイル11,12,13,14が軸線X方向においてより確実に位置決めされている。言い換えれば、スペーサ21,22,23およびスペーサ26は、超電導コイル11,12,13,14を軸線X方向から支持している。
In the
図2〜図5を参照して、超電導マグネット10における冷却構造について詳細に説明する。図2および図3に示されるように、超電導コイル11,12,13の外周部には、円筒状の冷却板(伝熱部材)31,32,33が固定されている。冷却板31,32,33は、熱伝導性を有する伝熱板であり、たとえば銅製である。冷却板31,32,33の厚さは、たとえば0.2mm程度である。冷却板31と巻枠16の円筒部16aとの間には、隙間が形成されていてもよく、冷却板31と巻枠16の円筒部16aとが、絶縁材を介して密着していてもよい。冷却板32と巻枠17の円筒部17aとの間には、隙間が形成されていてもよく、冷却板32と巻枠17の円筒部17aとが、絶縁材を介して密着していてもよい。冷却板33と巻枠18の円筒部18aとの間には、隙間が形成されていてもよく、冷却板33と巻枠18の円筒部18aとが、絶縁材を介して密着していてもよい。
The cooling structure in the
冷却板31,32,33は、超電導コイル11,12,13とスペーサ21,22,23との間に設けられて、超電導マグネット10における冷却効率を高める機能を有している。冷却板31,32,33により、いわゆるクエンチの発生が抑制され、安定した運転が可能になっている。
The cooling
冷却板31,32,33のそれぞれは、超電導コイル11,12,13から軸線X方向に突出している。より詳しくは、冷却板31,32,33のそれぞれは、第1コイル部A、第2コイル部B、および第3コイル部Cから軸線X方向に突出している。すなわち、冷却板31,32,33のそれぞれは、その一端部(図2における上端部)において、超電導コイル11,12,13から軸線X方向に突出する突出部31a,32a,33aを有している。突出部31a,32a,33aは、周方向に延在しており、スペーサ21,22,23の外周面にそれぞれ面状に当接している。冷却板31,32,33は、超電導コイル11,12,13の外周部の全面にわたって設けられており、超電導コイル11,12,13の下端の位置まで延在している。これにより、冷却板31,32,33は、超電導コイル11,12,13のそれぞれの外周部とスペーサ21,22,23とを熱的に接続している。
Each of the cooling
図4を参照して、第1コイル部Aおよび第2コイル部Bにおける冷却板31,32の取り付け構造について説明する。図4は、超電導コイル11,12における冷却板31,32の取り付け構造を示す模式的断面図である。巻枠15,16と超電導コイル11,12との間には、絶縁材36が設けられている。超電導コイル11,12と冷却板31,32との間には、絶縁材37が設けられている。冷却板31,32の上端部である突出部31a,32aは、円環状かつステンレス製の補強板38と周方向の複数箇所に設けられたボルト39とによって、スペーサ21,22に固定されている。
With reference to FIG. 4, the attachment structure of the cooling
図3および図5を参照して、第3コイル部Cにおける冷却板33の取り付け構造について説明する。図3は、図1のIII―III線断面図であり、図5は、スペーサ23に対する冷却板33の固定構造を示す断面図である。図3および図5に示されるように、スペーサ23には、周方向の複数箇所において、突出部33aに対向するように切り欠き部23aが形成されている。切り欠き部23aは、スペーサ23の外周部の上部に形成されている。切り欠き部23aは、径方向外方および上方に向けて開放されている。切り欠き部23aが形成されることにより、スペーサ23は、軸線Xに直交する水平面23b(軸線X方向に交差する面)を有している。なお、切り欠き部23aは、周方向に離間して複数形成される場合(図3参照)に限られず、周方向に連続して形成されてもよい。
With reference to FIG. 3 and FIG. 5, the attachment structure of the cooling
冷却板33の上端部である突出部33aは、固定部40によってスペーサ23に固定されている。図3に示されるように、固定部40は、周方向における略半周部分に複数設けられており、各固定部40は、切り欠き部23a内に配置されている。固定部40は、突出部33aの内側面に接合される板状の接続部材42と、接続部材42をスペーサ23に固定するボルト41とから構成されている。接続部材42は、スペーサ23と同様、熱伝導性を有しており、たとえば銅製である。ボルト41は、軸線X方向に沿ってスペーサ23に螺入される。
The protruding
さらに、冷却板33の突出部33aの内側面と接続部材42の外周部とは、半田施工により接合されていてもよい。すなわち、突出部33aと接続部材42との間には、半田接合部Eが形成されていてもよい。このようにして、突出部33aは、固定部40によって軸線X方向から固定されている。なお、図示は省略されているが、第3コイル部Cにおいても、巻枠17と超電導コイル13との間には、絶縁材が設けられる。超電導コイル13と冷却板33との間にも、絶縁材が設けられる。
Furthermore, the inner surface of the
さらに、図1および図2に示されるように、超電導コイル14の外周部とフランジ20とを熱的に接続する冷却板46が設けられている。冷却板46の下端部は、スペーサ26に当接しており、冷却板46の上端部は、フランジ20に当接している。冷却板46は、ブラケット47を介して第4コイル部Dに取り付けられている。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, a cooling
超電導マグネット装置1によれば、フランジ20と超電導コイル11,12,13との間には、熱伝導性のスペーサ21,22,23が設けられる。スペーサ21,22,23が設けられることにより、超電導コイル11,12,13のそれぞれが軸線X方向において位置決めされる。よって、軸線X方向における超電導コイル11,12,13の動き(たとえば、振れやブレ等)が規制され、安定した運転が可能となる。しかも、スペーサ21,22,23は伝熱性を有しており、冷却板31,32,33によって超電導コイル11,12,13に熱的に接続される。よって、伝熱性を有するフランジ20とスペーサ21,22,23と冷却板31,32,33とを冷却経路として、GM冷凍機6によって超電導コイル11,12,13が冷却される。したがって、十分な冷却効率を得ることができる。このように、超伝導コイル11,12,13を位置決めする機能と、超伝導コイル11,12,13への冷却経路を形成する機能とを備えたスペーサ21,22,23により、高い冷却効率および高い運転安定性の両方が実現される。
According to the
また、冷却板31,32,33の突出部31a,32a,33aがスペーサ21,22,23に当接しているため、スペーサ21,22,23に対して冷却板31,32,33が当接する範囲を大きくすることができ、冷却効率の向上を図ることができる。
Further, since the protruding
また、スペーサ23に切り欠き部23aが形成され、この切り欠き部23aに配置される固定部40によって、突出部33aが固定される。よって、フランジ20と超電導コイル超電導コイル13との間の空間が限られている場合であっても、支障なく突出部33aを固定することができる。
Moreover, the
特に、第3コイル部Cと第4コイル部Dとの間に段差があり、第3コイル部Cの外周部の上部には第4コイル部Dの巻枠18しか存在しない場合には、スペーサ23に切り欠き部23aを形成することは効果的である。すなわち、巻枠18を削ってしまうと、電磁力により局所的に応力が高くなり、コイルが破損するおそれがある。スペーサ23を削ることにより、巻枠18を削らずに済み、第4コイル部Dの破損リスクが回避される。
In particular, when there is a step between the third coil part C and the fourth coil part D, and only the winding
また、軸線X方向に垂直な方向にはスペーサ22や巻枠18が延在しているため、固定部による固定を行い難いが、軸線X方向から固定部40による固定を行うため、突出部33aを容易に固定することができる。
Further, since the
突出部33aは、接続部材42を介してボルト41によって固定される。よって、冷却板33すなわち突出部33aが薄い板状である場合でも、接続部材42に強度を持たせることができ、突出部33aを確実に固定することができる。
The protruding
また、突出部33aと接続部材42との間には、半田施工により半田接合部Eが形成されているため、半田接合部Eが伝熱に寄与し、冷却効率が向上している。
Moreover, since the solder joint part E is formed by soldering between the
さらに、超電導コイル14の外周部とフランジ20とを熱的に接続する冷却板46が設けられているため、冷却効率がさらに向上している。しかも、冷却板46の下端部が下方のスペーサ26に当接することにより、各超電導コイル11,12,13,14からスペーサ26を介しての冷却経路が形成されている。
Further, since the cooling
また、第1コイル部A、第2コイル部B、第3コイル部C、および第4コイル部Dの軸線X方向の両側には、フランジ20およびスペーサ21,22,23と、スペーサ26とが配置されているため、超電導コイル11,12,13,14がより確実に位置決めされている。この構成により、ぶれ止め効果が高められている。
Further, on both sides of the first coil part A, the second coil part B, the third coil part C, and the fourth coil part D in the axis X direction,
本実施形態の効果を確認するため、第3コイル部Cに関して熱解析を行った。スペーサ23に切り欠き部23aを形成して、切り欠き部23aに配置された固定部40により冷却板33が固定された実施例と、冷却板33が超電導コイル13の上端の位置で終端している比較例について、比較検討を行った。その結果、実施例では、超電導コイル13の外周温度は4.92Kであったのに対し、比較例では、超電導コイル13の外周温度は5.17Kであった。このように、熱解析において、本実施形態の構成は0.25Kの冷却効果を奏することが確認された。なお、実施例および比較例における温度の計測位置は、超電導コイル13の外周部の軸線X方向における中央部である。
In order to confirm the effect of this embodiment, thermal analysis was performed on the third coil portion C. An example in which the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment .
第1コイル部A、第2コイル部Bにおいても、第3コイル部Cと同様にスペーサ21,22に切り欠きを形成して、固定部による固定を行ってもよい。軸線X方向に沿ってボルト41が固定される場合に限られず、径方向に沿ってボルトが固定されてもよい。すなわち、突出部が、固定部によって径方向外方から径方向内方に向けて固定されてもよい。
In the first coil portion A and the second coil portion B, similarly to the third coil portion C, notches may be formed in the
伝熱部材に接続部材接合する場合に限られず、突出部を折り曲げる等して、切り欠き部内に突出部を配置させてもよい。この場合、接続部材を省略し、突出部を直接スペーサに固定することができる。 It is not limited to the case where the connecting member is joined to the heat transfer member, and the protruding portion may be disposed in the notch by bending the protruding portion or the like. In this case, the connecting member can be omitted and the protruding portion can be directly fixed to the spacer.
冷却板31,32,33の下端をスペーサ26に当接させてもよい。スペーサ26を、超電導コイル11,12,13,14のそれぞれに対応させて別体としてもよい。この場合、スペーサ26は、スペーサ21,22,23と同様に径方向に多重に配置された円環状のブロック体とすることができる。スペーサ26を省略してもよい。
The lower ends of the cooling
超電導コイルは、巻枠を有する場合に限られず、空芯コイルであってもよい。この場合、巻枠の円筒部のみが取り除かれた態様であってもよいし、円筒部およびフランジ部が取り除かれた態様であってもよい。 The superconducting coil is not limited to having a winding frame, and may be an air-core coil. In this case, only the cylindrical part of the winding frame may be removed, or the cylindrical part and the flange part may be removed.
GM冷凍機(冷却手段)は、軸線X方向における超電導コイル11,12,13,14の一方側のみならず、他方側のみに設けられてもよく、両側に設けられてもよい。この場合、超電導コイル11,12,13,14の他方側(図1における下方側)に熱伝導性のフランジが設けられる。 The GM refrigerator (cooling means) may be provided not only on one side of the superconducting coils 11, 12, 13, and 14 in the axis X direction, but may be provided on both sides. In this case, a thermally conductive flange is provided on the other side (the lower side in FIG. 1) of the superconducting coils 11, 12, 13, and 14.
1…超電導マグネット装置、6…GM冷凍機(冷却手段)、11,12,13,14…超電導コイル、20…フランジ(板状部)、21,22,23,24…スペーサ(位置決め部)、23a…切り欠き部、31,32,33…冷却板(伝熱部材)、31a,32a,33a…突出部、40…固定部、41…ボルト、42…接続部材、X…軸線。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記軸線方向における前記超電導コイルの一方側に配置され、冷却手段によって冷却される熱伝導性の板状部と、
前記板状部と前記超電導コイルとの間に設けられてブロック状をなし、前記軸線方向において前記超電導コイルのそれぞれを位置決めする熱伝導性の位置決め部と、
前記超電導コイルの少なくとも1つにおける外周部と前記位置決め部とを熱的に接続する伝熱部材であって、前記超電導コイルから前記軸線方向に突出して前記位置決め部に当接する突出部を有する前記伝熱部材と、
前記突出部に対向するように前記位置決め部に形成された切り欠き部と、
前記切り欠き部に配置されて、前記位置決め部に対して前記突出部を固定する固定部と、を備え、
前記位置決め部は、前記板状部とそれぞれの前記超電導コイルとの間に隙間なく配置されている、超電導マグネット装置。 A plurality of superconducting coils arranged concentrically about an axis and having different lengths in the axial direction;
A thermally conductive plate-like portion disposed on one side of the superconducting coil in the axial direction and cooled by cooling means;
A thermally conductive positioning portion that is provided between the plate-like portion and the superconducting coil to form a block, and positions each of the superconducting coils in the axial direction;
A heat transfer member that thermally connects an outer peripheral portion and the positioning portion in at least one of the superconducting coils, and has a protruding portion that protrudes from the superconducting coil in the axial direction and contacts the positioning portion. A thermal member;
A notch formed in the positioning portion so as to face the protruding portion;
A fixing portion that is disposed in the notch portion and fixes the protruding portion to the positioning portion;
The positioning unit is a superconducting magnet device that is arranged without a gap between the plate-like unit and each of the superconducting coils.
前記軸線方向における前記超電導コイルの一方側に配置され、冷却手段によって冷却される熱伝導性の板状部と、
前記板状部と前記超電導コイルとの間に設けられてブロック状をなし、前記軸線方向において前記超電導コイルのそれぞれを位置決めする熱伝導性の位置決め部と、
前記超電導コイルの少なくとも1つにおける外周部と前記位置決め部とを熱的に接続する伝熱部材であって、前記超電導コイルから前記軸線方向に突出して前記位置決め部に当接する突出部を有する前記伝熱部材と、
前記突出部に対向するように前記位置決め部に形成された切り欠き部と、
前記切り欠き部に配置されて、前記位置決め部に対して前記突出部を固定する固定部と、を備える、超電導マグネット装置。 A plurality of superconducting coils arranged concentrically about the axis;
A thermally conductive plate-like portion disposed on one side of the superconducting coil in the axial direction and cooled by cooling means;
A thermally conductive positioning portion that is provided between the plate-like portion and the superconducting coil to form a block, and positions each of the superconducting coils in the axial direction;
A heat transfer member that thermally connects an outer peripheral portion and the positioning portion in at least one of the superconducting coils, and has a protruding portion that protrudes from the superconducting coil in the axial direction and contacts the positioning portion. A thermal member;
A notch formed in the positioning portion so as to face the protruding portion;
A superconducting magnet device, comprising: a fixing portion that is disposed in the notch portion and fixes the protruding portion to the positioning portion.
前記突出部に接合される接続部材と、
前記接続部材を前記位置決め部に固定するボルトと、を有する、請求項1〜3のいずれか一項記載の超電導マグネット装置。 The fixing part is
A connecting member joined to the protruding portion;
The superconducting magnet device according to claim 1, further comprising: a bolt that fixes the connection member to the positioning portion.
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