JPH09102413A - 超電導マグネット装置 - Google Patents

超電導マグネット装置

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JPH09102413A
JPH09102413A JP26021195A JP26021195A JPH09102413A JP H09102413 A JPH09102413 A JP H09102413A JP 26021195 A JP26021195 A JP 26021195A JP 26021195 A JP26021195 A JP 26021195A JP H09102413 A JPH09102413 A JP H09102413A
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JP
Japan
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coil
superconducting coil
superconducting
refrigerator
heat transfer
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JP26021195A
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English (en)
Inventor
Hitoshi Shimizu
仁司 清水
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 励磁、減磁に要する時間を従来よりも短縮す
ることができる超電導マグネット装置を提供する。 【解決手段】 冷凍機5と、この冷凍機5により冷却さ
れる超電導コイル1と、この超電導コイル1に給電する
電極部3と、を有する超電導マグネット装置であって、
前記超電導コイル1内には伝熱箔4が組み込まれてい
て、前記冷凍機5の冷却ステージ5aと前記超電導コイ
ル1とは前記伝熱箔4を介して熱的に直接接続されてお
り、かつ、前記冷却ステージ5aと前記超電導コイル1
の巻き枠2、前記電極部3およびコイル間ジョイント部
とは熱スイッチ9を介して熱的に接続されており、運転
時に、前記熱スイッチ9は制御可能になっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、冷凍機で超電導マグネ
ットを冷却する伝導冷却型超電導マグネット装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、超電導マグネットを構成する超電
導コイルを極低温まで冷却する方法としては、液体ヘリ
ウム中に超電導コイルを浸漬して、超電導コイルを極低
温に冷却する方式と、極低温冷凍機を用いて超電導コイ
ルに熱的に結合させた冷却ステージを冷却し、この冷却
ステージの固体熱伝導により超電導コイルを極低温に冷
却する方式がある。極低温冷凍機を用いた従来の超電導
マグネット装置の一例を図3に示す(特開平4−793
04号公報参照)。液体ヘリウム温度または、それ以下
の温度に冷却できる冷凍機25の冷却面を、純度99%
以上で熱伝導度の良い高純度アルミニウムなどで作られ
た板26の一端に接触させる。上記アルミニウム板26
は超電導コイル21の外周あるいは内周あるいは両者に
電気絶縁物を介して熱的に接触させる。図中、22、2
3は熱シールド板、24は真空容器である。このように
構成すると、超電導コイル21は絶縁物、およびアルミ
ニウム板26を介して冷凍機25により冷却され、超電
導状態が得られる。このような構成では、液体ヘリウム
およびその容器が不要になるので、軽量でコンパクトな
超電導マグネット装置が得られる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】小型で入力6kW程度
の2段GM(ギフォードマクマホン)冷凍機の場合、
4.2Kにおける冷凍能力は小さく、約0.5Wであ
る。ところで、超電導マグネットの磁界を変化させる
と、コイルを構成する超電導体にヒステリシス損失、超
電導フィラメント間に結合損失が発生し、コイルの温度
が上昇する。これらの損失が大きくなり、冷凍機の冷却
能力を越えると、超電導コイルはクエンチする。従っ
て、従来の超電導マグネットでは、励磁、減磁して磁界
を変化させる際には、冷凍機の冷却能力以下の発熱とな
るように、磁界変化率(dB/dt) を小さく、言い換える
と、コイルの電流変化率(dI/dt) を小さくする必要があ
り、励磁、減磁に長時間を要するという問題があった。
例えば、0から6Tに励磁するには、28分程度を要す
るという報告がある。そこで、本発明は、磁界変化を大
きくして、短時間での励磁、減磁を可能にする超電導マ
グネット装置を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決すべくなされたもので、冷凍機と、この冷凍機により
冷却される超電導コイルと、この超電導コイルが巻かれ
た巻き枠と、この超電導コイルに給電する電極部と、を
有する超電導マグネット装置であって、前記超電導コイ
ル内には伝熱箔が組み込まれていて、前記冷凍機の冷却
ステージと前記超電導コイルとは前記伝熱箔を介して熱
的に直接接続されており、かつ、前記冷却ステージと少
なくとも前記巻き枠および前記電極部とは熱スイッチを
介して熱的に接続されており、運転時に、前記熱スイッ
チは制御可能であることを特徴とするものである。ここ
で、冷凍機の冷却ステージと前記超電導コイルとが伝熱
箔を介して「熱的に直接接続されている」ということ
は、熱スイッチを介していないということである。な
お、前記伝熱箔は、超電導コイルの軸方向に長い短冊状
のものが好ましい。その理由は、同方向に流れる渦電流
を切るからである。
【0005】上述の構成の超電導マグネット装置では、
以下のような手順で運転を行うことができる。即ち、 1)冷却時には、伝熱箔を介して超電導コイルを冷却す
るとともに、熱スイッチをonの状態にして、コイルの
巻き枠、電極部を冷却することにより、超電導コイルお
よびその周辺部を含め、内部の温度差が大きくならぬ
様、全体を均一に冷却する。 2)超電導コイルが超電導状態になり、励磁する(超電
導コイル電流が変化して増加する)時には、熱スイッチ
をoffの状態にして、冷凍機の冷却能力を超電導コイ
ルの冷却に集中させ、超電導コイルに発生するヒステリ
シス損失、結合損失等交流損失による発熱をコイル内の
伝熱箔を介して積極的に吸熱する。 3)定常磁界発生(超電導コイル電流が一定)時には、
熱スイッチをonの状態にして、超電導コイルを冷却す
るとともに、周辺部から超電導コイルへの熱流入を防
ぐ。 4)減磁する(超電導コイル電流が変化して減少する)
時には、熱スイッチをoffの状態にして、冷凍機の冷
却能力を超電導コイルの冷却に集中させ、超電導コイル
に発生するヒステリシス損失、結合損失等交流損失によ
る発熱を積極的に吸熱する。 このように、本発明の装置によれば、運転時に熱スイッ
チを制御し、励磁、減磁時に冷凍機の冷却能力を超電導
コイルの冷却に集中させて、コイル内部で発生する交流
損失を伝熱箔で積極的に冷却するため、励磁、減磁の速
度を大きくすることができる。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、図面に示した発明の実施の
形態に基づいて本発明を詳細に説明する。図1は本発明
にかかる超電導マグネット装置の一実施形態の断面説明
図であり、図2は図1の要部説明図である。図中、1は
超電導コイル、2は超電導コイル1が巻かれた巻き枠、
3は超電導コイル1に給電する電極、4は超電導コイル
1の層間に組み込まれた伝熱箔、5は冷凍機、6は冷凍
機5のコンプレッサー、7は励磁用電源、8は超電導コ
イル1に給電する電流リード、9は熱スイッチ、10は
熱スイッチ9の制御部、11は伝熱体、15は輻射シー
ルド容器、16は真空容器、21は伝熱体である。
【0007】本実施形態において、超電導コイル1は複
数本の超電導線12を巻き枠2に巻いて構成され、超電
導線12の層間には熱伝導性のよい短冊状の伝熱箔4が
長手方向が超電導コイル1の軸方向となるように巻きこ
まれている。前記伝熱箔4の端部は巻き枠2の外部に出
ており、伝熱体21を介して冷凍機5の冷却ステージ5
aと良好に熱接触している。この超電導コイル1には、
内部の固定および熱伝達をよくするために樹脂13が含
浸している。冷凍機5の冷却ステージ5aは、上述のよ
うに、伝熱箔4に熱的に接触するとともに、熱スイッチ
9と伝熱体11を介して巻き枠2のフランジ2a、電極
3およびフランジ2a上にあるコイル間ジョイント部
(図示されず)に熱的に接続している。ここで、コイル
間ジョイント部とは、一本の超電導線12でコイル全体
を形成できずに、超電導線12を途中で接続してコイル
を形成した場合のその接続部を指している。このコイル
間ジョイント部は、一般に、巻き枠2の外に引き出され
ており、銅ブロックに半田付けされるなど、熱容量の大
きな接続部材と接している。熱スイッチ9は、例えば、
磁気抵抗効果を利用したもので、ベリリウム単結晶に磁
界を印加することにより熱伝導率を低下させるものであ
る。
【0008】本実施形態の超電導マグネット装置は、以
下のようにして運転する。即ち、 1)先ず、コンプレッサー6により冷凍機5を稼働させ
て、冷却ステージ5aを冷却し、伝熱箔4を介して超電
導コイル1を冷却するとともに、制御部10の指示を制
御ライン14で熱スイッチ9に与え、熱スイッチ9をo
nの状態にして、巻き枠2のフランジ2a、電極部3、
コイル間ジョイント部を冷却し、超電導コイル1を室温
から超電導線12の臨界温度以下に、内部の温度差が大
きくならぬ様に全体を均一に冷却する。 2)次いで、超電導コイル1が超電導状態になった後、
励磁の給電に先立ち、制御部10の指示により熱スイッ
チ9をoffの状態にして、伝熱箔4を介して、励磁す
るため発生する交流損失を集中的に冷却するために、超
電導コイル1を主に冷却する。この状態で、励磁用電源
7から電流リード8を通して超電導コイル1に給電し、
励磁する。この際、電極部3、コイル間ジョイント部の
発熱、および輻射シールド容器15からの輻射熱は、巻
き枠2などの熱容量で吸収する。なお、制御部10は、
励磁用電源7からの電流増加(減磁の場合は電流減少)
に先立ち熱スイッチ9をoffし、電流の変化が終了し
た後に熱スイッチ9をonする。このシーケンスの遅延
時間は予め適切に設定しておく。 3)次いで、超電導コイル1の電流が所望の値に到達し
たところで、定電流通電とするとともに、制御部10の
指示により熱スイッチ9をonの状態にして、巻き枠2
のフランジ2a、電極部3、コイル間ジョイント部を冷
却し、電流リード8からの熱流入を防止する。 4)減磁する際には、励磁の場合と同様に、制御部10
の指示により熱スイッチ9をoffの状態にして、伝熱
箔4を介して超電導コイル1を主に冷却する。
【0009】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、超
電導コイル内には伝熱箔が組み込まれていて、冷凍機の
冷却ステージと前記超電導コイルとは前記伝熱箔を介し
て熱的に直接接続されており、かつ、前記冷却ステージ
と前記超電導コイルの巻き枠等とは熱スイッチを介して
熱的に接続したので、運転時に、前記熱スイッチは制御
することにより、励磁、減磁の際に磁界変化により発生
する交流損失が集中的に冷却できるため、磁界変化を速
くし、励磁、減磁に要する時間を従来よりも短縮するこ
とができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる超電導マグネット装置の一実施
形態の断面説明図である。
【図2】図1の要部説明図である。
【図3】従来の超電導マグネット装置の断面図である。
【符号の説明】
1 超電導コイル 2 巻き枠 2a フランジ 3 電極 4 伝熱箔 5 冷凍機 5a 冷却ステージ 6 コンプレッサー 7 励磁用電源 8 電流リード 9 熱スイッチ 10 制御部 11、21 伝熱体 12 超電導線 13 樹脂 14 制御ライン 15 輻射シールド容器 16 真空容器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷凍機と、この冷凍機により冷却される
    超電導コイルと、この超電導コイルが巻かれた巻き枠
    と、この超電導コイルに給電する電極部と、を有する超
    電導マグネット装置であって、前記超電導コイル内には
    伝熱箔が組み込まれていて、前記冷凍機の冷却ステージ
    と前記超電導コイルとは前記伝熱箔を介して熱的に直接
    接続されており、かつ、前記冷却ステージと少なくとも
    前記巻き枠および前記電極部とは熱スイッチを介して熱
    的に接続されており、運転時に、前記熱スイッチは制御
    可能であることを特徴とする超電導マグネット装置。
JP26021195A 1995-10-06 1995-10-06 超電導マグネット装置 Pending JPH09102413A (ja)

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