JPH02310904A - コイル圧着用装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、シンクロトロン放射装置等に使用される超電
導コイルの変形を抑えるコイル圧着用装置に関する。

［従来の技術］ 加速器等を構成する空胴の円周部に設けられるソレノイ
ドコイルの内、レーストラック型コイルや鞍型コイルを
採用した場合、これらのコイルに電流を流すと第３図に
示すように、磁界と電流の向きよりコイルには軸方向に
作用する圧縮力と、半径方向に作用するフープ力とが作
用し、コイルは軸方向に縮み外径方向に膨ららうとする
。このような力でコイルが変形することは、加速器の性
能を劣化される原因となる。

よって、従来より、第４図に示すように、巻枠又はダク
トＩ上に載置された、巻芯に巻かれた単数層又は複数層
のコイル２を、上下に２分割された半円筒形状の非磁性
体例えばステンレス鋼にてなる補強カラー３８及び３ｂ
にて挾み、補強カラー３８及び３ｂの長手方向の切断線
に沿って設けられるツバ部４ａ及び４ｂをボルトナツト
５で締結することで、前記コイルを固定しコイル２の変
形を防いでいる。尚、°第４図において、コイル２には
便立上ハツチングを記していないがコイル２は断面を示
すものである。

又、第５図に示すように、前述した補強カラー３ａ及び
３ｂと同様に上下（こ２分割された厚さが１ないし３１
程度にてなる例えばステンレス鋼の薄板６ａ及び６ｂを
ダクトｌの長手方向にコイル２を覆うように必要枚数重
ね合せ、ダクトｌの円周方向より中心に向かってプレス
成形して連結、組立てることで、コイル２の変形を防ぐ
補強カラーもある。

尚、前述したコイルは、一般Ｃ９第６図に示すような、
ダクトｌを円周方向に２分した半円形状の断面形状を有
するものがダクトｌの円周面の上側及び下側に２つ形成
される。

コイル２は、巻芯７を中心とし、所望の形状例えば第７
図に示すような鞍型に圧縮成形される。

そしてコイル２は、約１３０℃ないし約１５０°Ｃ程度
に加熱硬化させコイルを形成するケーブル同志を密着さ
せ形状を維持するものである。

［発明が解決しようとする課題］ 上述したように従来の補強カラーは、ダクト周面に設置
されるコイルの変形防止を主目的とし機械的強度面を主
体に構成されていたので、補強カラーの材質は熱伝導率
の悪いステンレス鋼を一般に使用していた。よって、常
温より、超電導状態を形成する極低温までコイルを冷却
するために、補強カラーの外周面側から液体ヘリウム等
の冷媒にて冷却しても上記コイルの冷却性能が悪く、又
コイルに接している補強カラーの内周面側は冷却されに
くいという問題があった。

又、コイルが超電導状態より常電導状態に移行（以下ク
エンチと記す）したとき、コイルに発生した熱がコイル
に蓄積され再冷却されにくいという問題があった。

尚、補強カラーを熱伝導率の良いアルミニウムにて製作
しようとすれば、アルミニウムは機械的強度がステンレ
ス鋼に比べ弱いため装置が大型化するという問題がある
。

尚、補強カラーの外周面側と内周面側とを貫通する貫通
孔を補強カラーに複数あけたものも提案されているが、
冷却性能が優れているものではない。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
ので、補強カラーの機械的強度を保ちながら、したがっ
て装置が大型化することなく、コイルの冷却性能が良い
コイル圧着用装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、円筒外側に設置されるコイルの外周面側を、
それぞれが半円筒形状でありフランジを有する補強カラ
ーにて覆い、この補強カラーの前記フランジを対向させ
て締結することで前記コイルを円筒の外側に固定するコ
イル圧着用装置において、 それぞれの補強カラーの内周面全面に熱伝導率のよい熱
伝導板を備え、上記補強カラーの外周面と上記熱伝導板
の内周面とを貫通する複数の冷却孔と、補強カラーの外
周面側より上記熱伝導板に接触し冷媒と熱伝導板との熱
交換を行う熱伝導率のよい熱伝導棒と、を備えたことを
特徴とする。

［作用コ このように構成することで、熱伝導板は、冷却孔に進入
する冷媒により、又冷媒にて冷却された熱伝導棒により
熱伝導にて冷媒温度まで、均一に冷却される。コイルが
補強カラーにて固定されているとき、コイルは上記熱伝
導板にて覆われているので、コイルは補強カラーより内
側にある熱伝導板によって均一に冷却される。

［実施例］ 本発明の一実施例を示す第１図に示すように、円筒状の
巻枠又はダクトｌの外周面に従来例と同様に９０°−２
７０’を結ぶ線を接合面とするコイル２ａ及び２ｂが設
けられる。即ち、コイル２ａが加速器のダクトｌのＯ°
力方向外周面に密接して設けられ、コイル２ｂが加速器
のダクト１の１８０°方向の外周面に密接して設けられ
る。尚、第１図においてコイル２ａ及びコイル２ｂは、
それぞれ一体的な形状として図示されているが、コイル
２ａ及び２ｂは第６図に示すように、巻心７にコイル２
を巻いた従来と同じ構成にてなるものである。又、コイ
ル２ａ及びコイル２ｂには便宜上ハツチングを施してい
ないがコイル２ａ及びコイル２ｂは断面を示している。

従来の補強カラーと同様に、円筒を長手方向に２等分し
た半円筒形状の上部補強カラー１５ａ、下部補強カラー
１５ｂは、例えばステンレス鋼にてなり、上部補強カラ
ー１５ａ、下部補強カラー１５ｂの円周方向の両端部に
は、方形状の断面形状を有する平板状のフランジ１６が
、前記半円筒の外円周面より直径方向に外向きに突出し
た状態で前記半円筒の長手力向即ち半円筒の軸方向へ延
在するように前記半円筒と一体的に設けられる。

このように構成されて補強カラー＋５ａ及び１５ｂか形
成される。尚、補強カラー１５ａ及び１５ｂは、前述し
た半円筒部及びフランジ部１６を一体的に鋳造すること
で製造し、機械加工して仕上げても良い。

補強カラー１５ａ及び１５ｂには、外周面１５ｃより内
周面へ貫通する貫通孔が補強カラー１５ａ及び１５ｂの
長手方向及び同一円周上に適宜な間隔をおいて複数個あ
けられている。

これらの貫通孔には、補強カラー１５ａ及び１５ｂを装
着した際、コイル２を冷却するため、又、コイル２に発
生する熱を外部へ放出するため、外周面１５ｃ側に充填
される液体ヘリウム又は液体窒素か進入可能な冷却孔１
８ｂと、詳細後述する冷却用熱伝導板２０を補強カラー
１５ａ及び＋５ｂの内周面に密着固定させるための固定
ボルト２１が挿入可能な固定ボルト用孔２２と、冷却用
熱伝導板２０に接触し、冷却用熱伝導板２０の冷却又は
放熱の役目を果す熱伝導棒２３が挿入可能な熱伝導棒用
孔２４とが設けられる。尚、熱伝導棒用孔２４には、タ
ップネジ加工が施されている。

第１図及び第２図に示すように、例えば同一円周上に並
ぶａ列には、適宜な間隔にて配置される冷却孔ｔａｂと
ともに、適宜な間隔にて固定ボルト用孔２２が配置され
ている。図面上でａ列の右隣りのｂ列には冷却孔１８ｂ
のみが適宜な間隔にて配置されている。又、ｂ列の右隣
りの０列には熱伝導棒用孔２４のみが適宜な間隔にて配
置されている。又、０列の右隣りのｄ列には冷却孔ｔａ
ｂのみが適宜な間隔にて配置されている。尚、第１図に
おいて、固定ボルト用孔２２には固定ボルト２１がねじ
込まれ、熱伝導棒用孔２４には熱伝導棒２３がねじ込ま
れている。そして補強カラー１５ａ及び１５ｂの長手方
向へ、上述したａないしｄ列の順にて繰り返して上述し
た各列が設けられる。

さらに、フランジ１６の長手方向の側面１６ａには、側
面１６ａ表面より補強カラー１５ａ及び１５ｂの内周面
へ貫通する冷却穴１８ａが適宜な間隔にて複数個−列状
に明けられている。

尚、上述したａないしｄ列はａ、　ｂ、　ｃ、　ｄの順
で並ぶ必要はなく、無規則に並べられてもよい。又第１
図では、各列の各挿孔が、補強カラー＋５ａ及び１５ｂ
の長手方向に一列状に整列して並んでいるように記載し
ているが、これに限らずランダムに配置されてもよい。

冷却用熱伝導板２０は、補強カラー１５ａ及び１５ｂの
内周面と密着する外周面と補強カラー１５ａ及び１５ｂ
と同心円にてなり前記外周面と適宜な厚さを形成する内
周面とを有する円筒を長手方向へ２等分した半円筒形状
であり、熱伝導率の良い、例えば銅やアルミニウムの材
料にてなる。このようにして形成される冷却用下部熱伝
導板２０ａ及び冷却用下部熱伝導板２０ｂは、冷却用上
部熱伝導板２０ａにおいては上部補強カラー１５ａの内
周面全面と冷却用下部熱伝導板２０ａの外周面全面とが
密着するように上部補強カラー１５ａにて覆われる。冷
却用下部熱伝導板２０ｂについて６同様である。

このように構成したとき冷却用下部熱伝導板２０ａ及び
冷却用下部熱伝導板２０ｂにおいて、上部補強カラー１
５ａ及び下部補強カラー＋５ｂに設けられるそれぞれの
固定ボルト用孔２２に対応する位置には、第２図に示す
ように固定ボルト用孔２２と同心にて熱伝導板２０　ａ
ｓ　　２０　ｌ）を貫通ずるタップネジ加工された孔が
あけられており、又それぞれの冷却孔１８ｂに対応する
位置には冷却孔１８ｂと同心にて冷却孔ｔａｂより小径
にてなり熱伝導板２０ａ、２０ｂを貫通する開口２５が
設けられる。

よって補強カラー１５ａ及び１５ｂの外周面側より各々
の固定ボルト用孔２２へ先端部がネジ加工されている固
定ボルト２１を挿入し旋回することで冷却用上部熱伝導
板２０ａは補強カラー１５ａに、冷却用下部熱伝導板２
０ｂは下部補強カラー１５ｂに、それぞれの熱伝導板の
外周面と補強カラーの内周面とが密着した状態にて固定
される。

尚、固定ボルト２１は、冷却用熱伝導板２０ａ、２０ｂ
と補強カラー１５ａ、１５ｂとを連結するだけのもので
、適宜なピッチで適当数、必要最小限の数でよい。又、
固定ボルト２１の長さは、補強カラー１５ａ又は１５ｂ
と、冷却用熱伝導板２０ａ又は２０ｂとを合計した厚さ
より短く、又補強カラー１５ａ％　１５ｂと、冷却用熱
伝導板２０ａ、２０ｂとを固定した際、第２図に示すよ
うに、固定ボルト２１の先端が冷却用熱伝導板２０ａ又
は２０ｂの内周面２０ｃより突出することはない。した
がって補強カラー１５ａ及び１５ｂにてコイル２を固定
した際、コイル２の外周面２ｃと前記内周面２０ｃとに
すき間ができることはない。又、コイル２を設置したダ
クトｌへ補強カラー１５ａ１１５ｂを装着した後は、取
り付けた固定ボルト２１は取り外してらよい。

上記のように、補強カラー１５ａ、１５ｂと冷却用熱伝
導板２０ａ、２０ｂとか固定されている状態において、
熱伝導棒用孔２４には、先端部にネジ加工が施されてい
る熱伝導棒２３の先端が冷却用熱伝導板２０に密着する
まで熱伝導棒２３がねじ込まれる。尚、このように熱伝
導棒２３がねじ込まれたとき、熱伝導棒２３の頭部２３
ａは補強カラー１５ａ、１５ｂの外周面１５ｃより突出
するものである。

熱伝導棒２３は、熱伝導率の良い材料にてなり、先端が
平坦な形状であるので、冷却用熱伝導板２０と熱伝導棒
２３の先端とが密着することで補強カラー１５ａ、１５
ｂの外周面側に充填されている冷媒と冷却用熱伝導板２
０との熱交換が効果的に行なわれ、コイル２の冷却及び
除熱が有効に行なわれる。

上述したよるに冷却用上部熱伝導板２０ａが固定され、
熱伝導棒２３が取り付けられた補強カラー１５ａと、冷
却用下部熱伝導板２０ｂが固定され熱伝導棒２３が取り
付けられた補強カラー１５ｂとは、第１図に示すように
、コイル２ａを面記捕強カラー１５ａが覆い、コイル２
ｂを前記補強カラー１５ｂが覆うように装着され、コイ
ル２の外周面２ｃと冷却用熱伝導板２０ａ、２０ｂの内
周面２０ｃとが密着するように補強カラー１５ａ、１５
ｂに設けられている互いのフランジ１６が複数の締結ボ
ルト１７にて締結される。このように締結されることで
、コイル２は冷却用熱伝導板２ｏを介して補強カラー１
５ａ、１５ｂにてダクト１に固定され、従来例と同様に
、コイル２に電流が流れた際のコイル２の変形を防止す
ることかできる。

上記のように構成されるコイル圧着用装置において、コ
イル圧着用装置の外周側にはコイル２を超電導状態とす
るために液体ヘリウム等の冷媒が充填される。よって補
強カラー１５ａ、１５ｂが冷却されるのはもちろんであ
るが、冷却孔ｔａｂ及び開口２５に進入した冷媒は、直
接コイル２を冷却するとともに冷却用熱伝導板２ｏを冷
却する。

このようにして冷却される冷却用熱伝導板２ｏは熱伝導
率がよい材料であるため、補強カラー１５ａ、１５ｂを
介してコイル２が冷却されるのとあいまって、コイル２
の全周面を均一に冷却することができる。したがって従
来、コイル２の温度が冷媒温度よりわずかに高くなると
いう状態の発生を防止することができる。又、同様に熱
伝導棒２３を介して冷却用熱伝導板２０が冷却されるの
で、より効果的に、補強カラー１５ａ、＋５ｂの内側よ
りコイル２を冷却することができる。したがって本実施
例のコイル圧着用装置によれば、補強カラー１５ａ、１
５ｂの外周面側より冷却しても、従来のようにコイル２
と冷媒との間に温度勾配が生じることはな（なり、コイ
ル２が一様に冷却され、コイルに悪影響を与える熱応力
の発生の程度が小さくなるとともに冷却時間が短縮され
る。又、コイル２がクエンチした場合、コイル２に発生
ずる熱を速やかに除熱することができる。よってコイル
２に熱が蓄積され、最悪、コイル２が焼損するというこ
とを解消することができる。

尚、第５図に示すような、薄板を重ね合わせる補強カラ
ーにおいても上述したコイル圧着用装置と同様にコイル
の外周面側に冷却用熱伝導板を設け、補強カラーの外周
面側とコイル側とを貫通する冷却孔又はスリットを補強
カラーに設けることで上述したコイル圧着用装置と同様
の効果を得ることができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、補強カラーとコイ
ルとの間に熱伝導板を設けたので、コイルは直接冷媒と
熱交換を行なう熱伝導板により均一に冷却されることよ
りコイルの冷却性能が良くなる。又、熱伝導板によりコ
イルは均一に冷却されることより補強カラーは多少熱伝
導率が悪くとも機械的強度が大きい材料を使用すること
ができ、装置が大型化することもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のコイル圧着用装置の取付状態の一実
施例を示す斜視図、第２図は第１図内Ａ部の部分断面図
、第３図はコイルに作用する力を示す図、第４図は第１
の従来例による補強カラーの取付状態を示す斜視図、第
５図は第２の従来例による補強カラーの取付状態を示す
斜視図、第６図はコイルの形状を示す図、第７図は鞍型
に成形されたコイルを示す斜視図である。 ｌ・・・ダクト、　　２ａ及び２ｂ・・・コイル、１５
ａ・・・上部補強カラー、 ＋５ｂ・・・下部補強カラー、 １８ａ及び１８ｂ・・・冷却孔、 ２０・・・冷却用熱伝導板、 ２３・・・熱伝導棒。 特許出願人　住友電気工業株式会社 代　埋入　弁理士青山葆外１名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）円筒外側に設置されるコイルの外周面側を、それ
   ぞれが半円筒形状でありフランジを有する補強カラーに
   て覆い、この補強カラーの前記フランジを対向させて締
   結することで前記コイルを円筒の外側に固定するコイル
   圧着用装置において、それぞれの補強カラーの内周面全
   面に熱伝導率のよい熱伝導板を備え、上記補強カラーの
   外周面と上記熱伝導板の内周面とを貫通する複数の冷却
   孔と、補強カラーの外周面側より上記熱伝導板に接触し
   冷媒と熱伝導板との熱交換を行う熱伝導率のよい熱伝導
   棒と、を備えたことを特徴とするコイル圧着用装置。