JPH01274408A - 超電導マグネット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は極低温で使用する超電導マグネットに関するも
のである。

（従来の技術） 高磁界を発生する装置として、超電導マグネットが多く
使用されているが、超電導マグネットは通常の電磁石と
異なり、極低温、主として液体ヘリウム温度（４，２Ｋ
）まで冷却され、導体の抵抗が零の状態で使用される。

第３図に一般的な超電導マグネットの従来の構成を示す
。超電導マグネットにおいでは、巻枠■に超電導々休を
巻回し、外周部に補強テープ■を巻いて巻線部（イ）を
構成し、この巻線部（イ）を液体ヘリウム■が貯液され
たタライオスタット０の中に配置する。さらに、巻枠■
を支持するためのサポートωで上部フランジ（８）より
支持され、電流を供給する電流リード０が設けせれる。

電流リード（９）より巻線部（イ）に電流を通電するこ
とにより、磁場を発生させる。さらに、タライオスタッ
ト０の上部には、ふく射防止のための反射バッフル板０
Φが設けられ、液体ヘリウム■の蒸発量を低減するよう
に構成する。

巻線部（イ）には、超電導マグネットの発生する磁場の
強さにより８Ｔ以下ではＮｂ−Ｔｉの導体、８Ｔ以上で
はＮｂ３Ｓｎの導体が使用される。超電導マグネットは
、コンパクトな寸法にもかかわらず、極めて大きな電磁
力が発生するという特徴がおる。

また、大型超電導マグネットは、第４図に示すように、
巻線部に）において、超電導４体■の相互間にスペーサ
（４１）、　（４２）を接着等で配置して冷却溝（４３
）を形成し、安全安定化される場合が多い。

スペーサ（４１）、　（４２）には、パンケーキ巻線部
の層間に入れる層間スペーサ（４１）及びパンケーキ間
に入れるパンケーキ間スペーサ（４２）の２種類がおる
。

このスペーサは巻線内部に冷却溝（４３）を形成すると
共に導体間の絶縁をも行なうためにＧＦＲＰ　（ガラス
繊維補強プラスチックス）等をうすい板状にした絶縁物
が使用される。

（発明が解決しようとする課題） このような超電導マグネットにおいては、巻線部に）の
フープ力が作用すると共に、軸方向に圧縮力が作用する
。この軸方向の圧縮力の分布は、第５図に示すように、
単位面積当りの力（圧縮応力）で表現すると、中央部で
大きく、内径及び外径部では小さい分布を示す。このた
め、軸方向の弾性率が一様に分布する従来のマグネット
の場合には、中央部の軸方向圧縮変形が大きく、内、外
径部の軸方向圧縮変形は小さい。特に、変形量が集積さ
れる両側の軸端部では、層間スペーサ（４１）に大きな
せん断力が発生し、層間スペーサ（４１）を取付けてい
る接着剤の強度によっては、剥離する可能性がある。層
間スペーサ（４１）が剥離し、脱落した場合は、層間に
電気的な短絡が発生し、励磁不可能になる。また、パン
ケーキ間スペーサ（４２）も圧縮変形に曲げ変形が加わ
るため、圧縮応力に曲げ応力が加算され応力的に厳しい
ものとなる。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもの
で、電気的、応力的に安定な信頼性の高い超電導マグネ
ットを提供することが目的でおる。

（発明の構成） （課題を解決するための手段） 本発明は前述の目的を達成するため、第１図に示すよう
に、超電導マグネットの巻線部Ｇ）のパンケーキ間スペ
ーサ（４２）の幅を軸方向の圧縮力の分布に合せて、変
化させたものとする。

（作　用） このように巻線部（イ）のパンケーキ間スペーサ（４２
）の幅を軸方向圧縮力の分布に合わせて変化させると、
巻線部（へ）の軸方向の弾性率も同様の分布となる。こ
のため、軸方向の変形が均一化され、曲げ変形（曲げ応
力）や層間スペーサに作用するぜん断力が低減されて、
居間スペーサの剥離が防止される。

（実施例） （実施例の構成） 本発明の実施例を第１図に示す。

パンケーキ間スペーサ（４２）は、占積率が一定となる
様に外径方向に幅を広くしたテーパー状のスペーサ（従
来のスペーサ形状）を基準として考える。モして軸圧縮
力分布に合わせて内径部で約６７％、軸圧縮力が最大の
中央部で１００％及び外径部で約６６％になる様に連続
的にスペーサの幅を変化させる。これをパンケーキ間に
挿入、接着し巻線部を構成する。パンケーキ間スペーサ
（４２）の幅の形状に関しては、コイル形状により発生
する軸方向圧縮力の分布により決定されるのであり、本
実施例の形状と異なってもよい。

（実施例の作用） 巻線部（イ）の軸方向の弾性率は、超電導々体■及びパ
ンケーキ間スペーサ（４２）の複合で決まるが、パンケ
ーキ間スペーサ（４２）はＧＦＲＰ等の絶縁物でおり、
弾性率が低いために、はぼパンケーキ間スペーサ（４２
）の弾性率と占積率で決まってしまう。本実施例の構成
の巻線部に）は、軸方向の圧縮力の分布に合わせて、パ
ンケーキ間スペーサ（４２）の幅を変化させているため
、軸方向の変位量が均一になるように作用する。

すなわち、軸方向圧縮力をＦ、巻線部の弾性率をＫとし
、変位δを表わすとδ＝Ｆ／にとなる。

この変位を表わす式において、パンケーキ間スペーサ（
４２）の幅を変え弾性率Ｋが力Ｆに合わせて変化するよ
うにしているため、変位量δは径方向にほぼ一定の値と
なる。

（実施例の効果） 上記の作用により、軸方向の変位量が径方向に均一に生
じるため、パンケーキ間スペーサ（４２）に曲げ変形が
発生せず圧縮力のみ作用し、曲げ応力が加算されない。

このため、応力の面からの信頼性が向上する。さらに、
パンケーキの層間に発生するぜん断力が極めて小さくな
るため、層間スぺ−サ（４１）がせん断力で剥離・脱落
することがなくなる。このことは、層間短絡の可能性を
極めて低減させる。

これらの効果は、超電導マグネットを運転する場合、電
気的、機械的に安定した信頼性の高いものとする。

（他の実施例） 第２図に他の実施例におけるパンケーキ間スペーサ（４
２）の形状を示す。この実施例は、曲線で連続的に幅が
変化すべきところを、段階的に直線で近似したものであ
る。

この実施例のスペーサの場合は、加工性が良いという特
徴があり、作用・効果は前述の実施例と同様である。

（発明の効果〕 本発明の超電導マグネットにおいては上記のようにパン
ケーキ間スペーサの幅を軸方向の圧縮力に合わせて変化
させたために、軸方向に均一な変形を生じ、パンケーキ
間スペーサに曲げ応力が印加されないため応力的な信頼
性が向上する。また、均一な変形のため、パンケーキの
居間に発生するせん断力が低減され、層間スペーサがぜ
ん断力により剥離・脱落するとこが無くなり、居間短絡
が防止される。これらは、超電導マグネットの信頼性、
安定性を高める。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の超電導マグネットの巻
線部を示す平面図、第２図は他の実施例におけるパンケ
ーキ間スペーサを示す平面図、第３図は従来の超電導マ
グネットを示す断面図、第４図は第３図のＩＶ　−ＩＶ
断面を示す図、第５図は従来の超電導マグネットの巻線
部における軸方向圧縮力の分布の一例を示す曲線図であ
る。 １・・・巻枠　　　　　　２・・・超電導４体３・・・
補強テープ　　　４・・・巻線部５・・・液体ヘリウム
　　６・・・タライオスタット７・・・サポート　　　
　８・・・上部７ランジ９・・・電流リード　　　１０
・・・反射バッフル板４１・・・層間スペーサ ４２・・・パンケーキ間スペーサ ４３・・・冷却溝 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　第子丸　健 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. パンケーキコイル間に介設するスペーサの幅を、パンケ
   ーキコイル軸方向の圧縮応力の分布に従つて変化させた
   ことを特徴とする超電導マグネット。