JPH10116724A - 超伝導装置 - Google Patents
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- JPH10116724A JPH10116724A JP9214268A JP21426897A JPH10116724A JP H10116724 A JPH10116724 A JP H10116724A JP 9214268 A JP9214268 A JP 9214268A JP 21426897 A JP21426897 A JP 21426897A JP H10116724 A JPH10116724 A JP H10116724A
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- Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
- Y10S505/876—Electrical generator or motor structure
- Y10S505/877—Rotary dynamoelectric type
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 発電機または電動機の超伝導回転子のような
超伝導装置を提供する。 【解決手段】 概して環状の空洞１８を画成する内壁１
６を持つ真空容器１４、該空洞の中に配置された超伝導
コイル２２、概して環状に構成された熱伝導性材料のシ
ート２８、概して環状に構成された冷却材管３４、およ
び概して環状に構成されたコイル上包み３８を含む。シ
ートはその内周面３２が概して超伝導コイルの外周面２
４全体と接触する。冷却材管はシートの外周面３０の概
して周方向の部分と接触する。コイル上包みはシートの
外周面を概して周方向に囲む。冷却材管とコイル上包み
の内周面４２とは一緒になって概してシートの外周面全
体と接触する。好ましい態様では、超伝導コイルの内周
面２６と内壁との間の空洞部分４６全体が真空にされ、
超伝導コイルの２つの電流リード４８，５０が空洞内で
冷却材管の出口端５４の外面と熱流通関係に配置され
る。
超伝導装置を提供する。 【解決手段】 概して環状の空洞１８を画成する内壁１
６を持つ真空容器１４、該空洞の中に配置された超伝導
コイル２２、概して環状に構成された熱伝導性材料のシ
ート２８、概して環状に構成された冷却材管３４、およ
び概して環状に構成されたコイル上包み３８を含む。シ
ートはその内周面３２が概して超伝導コイルの外周面２
４全体と接触する。冷却材管はシートの外周面３０の概
して周方向の部分と接触する。コイル上包みはシートの
外周面を概して周方向に囲む。冷却材管とコイル上包み
の内周面４２とは一緒になって概してシートの外周面全
体と接触する。好ましい態様では、超伝導コイルの内周
面２６と内壁との間の空洞部分４６全体が真空にされ、
超伝導コイルの２つの電流リード４８，５０が空洞内で
冷却材管の出口端５４の外面と熱流通関係に配置され
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に超伝導に関す
るものであり、更に詳しくは超伝導装置内の超伝導コイ
ルの冷却に関するものである。
るものであり、更に詳しくは超伝導装置内の超伝導コイ
ルの冷却に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】超伝導装置には、同期発電機または同期
電動機の超伝導回転子や、ＭＲＩ（磁気共鳴イメージン
グ）装置、磁気浮上輸送システム、磁気エネルギ蓄積装
置およびリニア・モータの超伝導磁石などがある。超伝
導装置内の超伝導コイルはニオブ錫などの超伝導材料で
作られ、超伝導を達成して維持するために臨界温度以下
にすることが必要である。冷却技術には、例えば、エポ
キシ含浸コイルを極低温冷却器から固体伝導路を介し
て、或いは液体および／または気体極低温材を入れた冷
却管を介して冷却する技術、また多孔質コイル（場合に
よっては、エポキシ含浸コイル）を液体および／または
気体極低温材の中に浸漬することにより冷却する技術が
ある。超伝導コイルは真空エンベロープまたは真空容器
によって囲まれ、超伝導コイルと真空容器との間には少
なくとも熱遮蔽体が配置される。
電動機の超伝導回転子や、ＭＲＩ（磁気共鳴イメージン
グ）装置、磁気浮上輸送システム、磁気エネルギ蓄積装
置およびリニア・モータの超伝導磁石などがある。超伝
導装置内の超伝導コイルはニオブ錫などの超伝導材料で
作られ、超伝導を達成して維持するために臨界温度以下
にすることが必要である。冷却技術には、例えば、エポ
キシ含浸コイルを極低温冷却器から固体伝導路を介し
て、或いは液体および／または気体極低温材を入れた冷
却管を介して冷却する技術、また多孔質コイル（場合に
よっては、エポキシ含浸コイル）を液体および／または
気体極低温材の中に浸漬することにより冷却する技術が
ある。超伝導コイルは真空エンベロープまたは真空容器
によって囲まれ、超伝導コイルと真空容器との間には少
なくとも熱遮蔽体が配置される。
【０００３】公知の超伝導回転子の設計には、１０゜Ｋ
（ケルビン）の温度の気体ヘリウムを入れた内部チャン
ネルを持つ突き出した熱ステーションと接触状態に配置
された競走路形状の超伝導コイルを含むものがある。そ
の超伝導コイルは、２０゜Ｋの温度の気体ヘリウムを入
れた冷却材管と接触することによって冷却される熱遮蔽
体によって囲まれている。熱遮蔽体は真空容器によって
囲まれ且つ真空容器から離間している。超伝導装置で必
要とされることは、その超伝導コイルに対する冷却装置
を改善することである。
（ケルビン）の温度の気体ヘリウムを入れた内部チャン
ネルを持つ突き出した熱ステーションと接触状態に配置
された競走路形状の超伝導コイルを含むものがある。そ
の超伝導コイルは、２０゜Ｋの温度の気体ヘリウムを入
れた冷却材管と接触することによって冷却される熱遮蔽
体によって囲まれている。熱遮蔽体は真空容器によって
囲まれ且つ真空容器から離間している。超伝導装置で必
要とされることは、その超伝導コイルに対する冷却装置
を改善することである。
【０００４】
【発明の目的】本発明の目的は、極低温流体を入れた冷
却材管によって冷却される超伝導装置を提供することで
ある。
却材管によって冷却される超伝導装置を提供することで
ある。
【０００５】
【発明の概要】本発明の超伝導装置は、概して環状の空
洞を画成する内壁を持つ真空容器、該空洞の中に配置さ
れた超伝導コイル、概して環状に構成された熱伝導性材
料のシート、概して環状に構成された冷却材管、および
概して環状に構成されたコイル上包みを含む。シートは
その内周面が概して超伝導コイルの外周面全体と接触す
る。冷却材管はシートの外周面の概して周方向の部分と
接触する。コイル上包みはシートの外周面を概して周方
向に囲む。冷却材管とコイル上包みの内周面とは一緒に
なって概してシートの外周面全体と接触する。
洞を画成する内壁を持つ真空容器、該空洞の中に配置さ
れた超伝導コイル、概して環状に構成された熱伝導性材
料のシート、概して環状に構成された冷却材管、および
概して環状に構成されたコイル上包みを含む。シートは
その内周面が概して超伝導コイルの外周面全体と接触す
る。冷却材管はシートの外周面の概して周方向の部分と
接触する。コイル上包みはシートの外周面を概して周方
向に囲む。冷却材管とコイル上包みの内周面とは一緒に
なって概してシートの外周面全体と接触する。
【０００６】好ましい態様では、超伝導コイルの内周面
と内壁との間の空洞部分全体が真空にされる。典型的に
は、超伝導コイルの２つの電流リードが、真空容器の空
洞内で冷却材管の出口端の外面と熱流通関係に配置され
る。本発明により幾つかの利点および利益が得られる。
本発明では冷却材管を（曲げること等により）容易に環
状に構成することができる。このことは前述の公知の冷
却材チャンネルを持つ熱ステーションではできない。ま
た、本発明では、超伝導コイルの内周面と内壁との間の
空洞部分全体を真空にしたことにより、従来のコストの
かかる熱遮蔽体、特に高温超伝導体用の熱遮蔽体を省略
できる、すなわち使用しないで済む。また、本発明で
は、超伝導コイルの２つの電流リードを冷却材管の出口
端の外面と熱流通関係に配置したことにより、リードの
過熱に起因するクエンチ（すなわち、超伝導性の喪失）
を生じることなく、１０乃至１５％以上も電流を超伝導
コイルに流すことができる。
と内壁との間の空洞部分全体が真空にされる。典型的に
は、超伝導コイルの２つの電流リードが、真空容器の空
洞内で冷却材管の出口端の外面と熱流通関係に配置され
る。本発明により幾つかの利点および利益が得られる。
本発明では冷却材管を（曲げること等により）容易に環
状に構成することができる。このことは前述の公知の冷
却材チャンネルを持つ熱ステーションではできない。ま
た、本発明では、超伝導コイルの内周面と内壁との間の
空洞部分全体を真空にしたことにより、従来のコストの
かかる熱遮蔽体、特に高温超伝導体用の熱遮蔽体を省略
できる、すなわち使用しないで済む。また、本発明で
は、超伝導コイルの２つの電流リードを冷却材管の出口
端の外面と熱流通関係に配置したことにより、リードの
過熱に起因するクエンチ（すなわち、超伝導性の喪失）
を生じることなく、１０乃至１５％以上も電流を超伝導
コイルに流すことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施態様を示す
添付の図面を参照して、本発明を以下詳しく説明する。
図面においては、同様な要素は同じ参照数字で表してあ
る。図１乃至３は、本発明の超伝導装置の第１の好まし
い実施態様を示す。この実施態様では、超伝導装置は、
回転軸線１２を持つ超伝導回転子１０である。ここで、
本発明の超伝導装置は、回転子に制限されず、その他の
超伝導装置、例えばＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）装
置、磁気浮上輸送システム、磁気エネルギ蓄積装置およ
びリニア・モータの超伝導磁石などを含むことを理解さ
れたい。超伝導回転子１０は、好ましくは同期発電機ま
たは同期電動機の超伝導回転子である。本発明による超
伝導回転子１０は既存の通常の発電機または電動機の超
伝導性でない回転子と交換し得ることに留意されたい。
添付の図面を参照して、本発明を以下詳しく説明する。
図面においては、同様な要素は同じ参照数字で表してあ
る。図１乃至３は、本発明の超伝導装置の第１の好まし
い実施態様を示す。この実施態様では、超伝導装置は、
回転軸線１２を持つ超伝導回転子１０である。ここで、
本発明の超伝導装置は、回転子に制限されず、その他の
超伝導装置、例えばＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）装
置、磁気浮上輸送システム、磁気エネルギ蓄積装置およ
びリニア・モータの超伝導磁石などを含むことを理解さ
れたい。超伝導回転子１０は、好ましくは同期発電機ま
たは同期電動機の超伝導回転子である。本発明による超
伝導回転子１０は既存の通常の発電機または電動機の超
伝導性でない回転子と交換し得ることに留意されたい。
【０００８】図１乃至３に示す超伝導装置すなわち超伝
導回転子１０は、概して環状の空洞１８を画成する内壁
１６を持つ真空容器１４を含む。空洞１８は概して縦方
向の軸線２０を持ち、真空すなわち大体１０００分の１
トル（ｔｏｒｒ）以下の圧力にされる。真空容器１４の
設計は用途に応じて定められる。図２および３に示す真
空容器１４はモノリシックすなわち一体形の真空容器設
計である。他の真空容器設計、例えば、縦方向軸線２０
に最も近い内壁１６の真っ直ぐな部分を含む鉄芯、この
鉄芯に取り付けられ且つ内壁１６の残りの部分を含むア
ルミニウムの磁極片、および周囲のアルミニウムの電磁
遮蔽体を有し、これらの鉄芯、アルミニウムの磁極片お
よび電磁遮蔽体の各々が数個の部分で構成されている真
空容器設計も用いてよい。
導回転子１０は、概して環状の空洞１８を画成する内壁
１６を持つ真空容器１４を含む。空洞１８は概して縦方
向の軸線２０を持ち、真空すなわち大体１０００分の１
トル（ｔｏｒｒ）以下の圧力にされる。真空容器１４の
設計は用途に応じて定められる。図２および３に示す真
空容器１４はモノリシックすなわち一体形の真空容器設
計である。他の真空容器設計、例えば、縦方向軸線２０
に最も近い内壁１６の真っ直ぐな部分を含む鉄芯、この
鉄芯に取り付けられ且つ内壁１６の残りの部分を含むア
ルミニウムの磁極片、および周囲のアルミニウムの電磁
遮蔽体を有し、これらの鉄芯、アルミニウムの磁極片お
よび電磁遮蔽体の各々が数個の部分で構成されている真
空容器設計も用いてよい。
【０００９】超伝導回転子１０はまた、空洞１８内に縦
方向軸線２０と概して同軸に整列して配置された超伝導
コイル２２を含む。超伝導コイル２２は概して内壁１６
から離間している。超伝導コイル２２は外周面２４およ
び内周面２６を有する。典型的には、超伝導コイル２２
は競走場形状の超伝導コイルであり、超伝導回転子１０
の回転軸線１２は空洞１８の縦方向軸線２０に対して概
して垂直である。ここで「競走場形状」とは、湾曲また
は曲線部分で接続した直線部分を含むことに留意された
い。図２に示す超伝導回転子１０は２極回転子である。
図２の超伝導回転子１０の形の本発明の超伝導装置は、
複数の周方向に相隔たって配置された超伝導コイルを有
し、これらの超伝導コイルの縦方向軸線が回転子の回転
軸線に対して概して垂直である多極回転子（図示してい
ない）のような他の形式の回転子にも適用できる。多極
回転子の各々の超伝導コイルの短軸線（ｍｉｎｏｒ ａ
ｘｉｓ）が回転軸線の周りのコイルの運動の周方向と概
して平行に配置されるのに対して、図２の２極回転子
（または同様な設計の４極回転子）の超伝導コイル２２
の短軸線が回転軸線１２の周りの超伝導コイル２２の運
動の周方向に対して概して垂直に配置されることに留意
されたい。好ましくは、超伝導コイル２２はＢＳＣＣＯ
（ビスマス−ストロンチウム−カルシウム−銅−酸化
物）超伝導コイルである。
方向軸線２０と概して同軸に整列して配置された超伝導
コイル２２を含む。超伝導コイル２２は概して内壁１６
から離間している。超伝導コイル２２は外周面２４およ
び内周面２６を有する。典型的には、超伝導コイル２２
は競走場形状の超伝導コイルであり、超伝導回転子１０
の回転軸線１２は空洞１８の縦方向軸線２０に対して概
して垂直である。ここで「競走場形状」とは、湾曲また
は曲線部分で接続した直線部分を含むことに留意された
い。図２に示す超伝導回転子１０は２極回転子である。
図２の超伝導回転子１０の形の本発明の超伝導装置は、
複数の周方向に相隔たって配置された超伝導コイルを有
し、これらの超伝導コイルの縦方向軸線が回転子の回転
軸線に対して概して垂直である多極回転子（図示してい
ない）のような他の形式の回転子にも適用できる。多極
回転子の各々の超伝導コイルの短軸線（ｍｉｎｏｒ ａ
ｘｉｓ）が回転軸線の周りのコイルの運動の周方向と概
して平行に配置されるのに対して、図２の２極回転子
（または同様な設計の４極回転子）の超伝導コイル２２
の短軸線が回転軸線１２の周りの超伝導コイル２２の運
動の周方向に対して概して垂直に配置されることに留意
されたい。好ましくは、超伝導コイル２２はＢＳＣＣＯ
（ビスマス−ストロンチウム−カルシウム−銅−酸化
物）超伝導コイルである。
【００１０】超伝導回転子１０は更に、概して環状に構
成されたシート２８を含み、シート２８は大体５０゜Ｋ
の温度で少なくとも銅の熱伝導率に等しい熱伝導率を持
つ熱伝導性材料で形成されている。シート２８は、空洞
１８内に縦方向軸線２０と概して同軸に整列して配置さ
れると共に、概して内壁１６から離間して配置される。
シート２８は単層または多層のシートであってよく、そ
の（回転軸線１２および縦方向軸線２０に対して垂直な
方向に沿って測った）厚さは超伝導コイル２２の（回転
軸線１２および縦方向軸線２０に対して垂直な方向に沿
って測った）厚さの大体１０分の１より小さい。シート
２８は外周面３０および内周面３２を有し、シート２８
の内周面３２は概して超伝導コイル２２の外周面２４全
体と接触する。シート２８はＯＦＨＣ（無酸素硬質銅）
シートであるのが好ましい。
成されたシート２８を含み、シート２８は大体５０゜Ｋ
の温度で少なくとも銅の熱伝導率に等しい熱伝導率を持
つ熱伝導性材料で形成されている。シート２８は、空洞
１８内に縦方向軸線２０と概して同軸に整列して配置さ
れると共に、概して内壁１６から離間して配置される。
シート２８は単層または多層のシートであってよく、そ
の（回転軸線１２および縦方向軸線２０に対して垂直な
方向に沿って測った）厚さは超伝導コイル２２の（回転
軸線１２および縦方向軸線２０に対して垂直な方向に沿
って測った）厚さの大体１０分の１より小さい。シート
２８は外周面３０および内周面３２を有し、シート２８
の内周面３２は概して超伝導コイル２２の外周面２４全
体と接触する。シート２８はＯＦＨＣ（無酸素硬質銅）
シートであるのが好ましい。
【００１１】超伝導回転子１０は更に、概して環状に構
成された冷却材管３４を含み、冷却材管３４は極低温流
体（すなわち、超伝導コイル２２を超伝導性にするのに
充分な低い温度を持つ液体および／または気体）３６を
収容する。冷却材管３４は、空洞１８内に縦方向軸線２
０と概して同軸に整列して配置されると共に、概して内
壁１６から離間して配置される。冷却材管３４はシート
２８の外周面３０の概して周方向の部分に接触する。冷
却材管３４はシート２８にろう付けされたステンレス鋼
の冷却材管であるのが好ましい。典型的には、極低温流
体は大体１５゜Ｋと大体５０゜Ｋとの間の温度の気体ヘ
リウムである。
成された冷却材管３４を含み、冷却材管３４は極低温流
体（すなわち、超伝導コイル２２を超伝導性にするのに
充分な低い温度を持つ液体および／または気体）３６を
収容する。冷却材管３４は、空洞１８内に縦方向軸線２
０と概して同軸に整列して配置されると共に、概して内
壁１６から離間して配置される。冷却材管３４はシート
２８の外周面３０の概して周方向の部分に接触する。冷
却材管３４はシート２８にろう付けされたステンレス鋼
の冷却材管であるのが好ましい。典型的には、極低温流
体は大体１５゜Ｋと大体５０゜Ｋとの間の温度の気体ヘ
リウムである。
【００１２】超伝導回転子１０は更に、概して環状に構
成された熱絶縁性材料のコイル上包み３８を含み、コイ
ル上包み３８は大体５０゜Ｋの温度でガラス繊維の熱伝
導率以下である熱伝導率を持つ。コイル上包み３８は、
空洞１８内に縦方向軸線２０と概して同軸に整列して配
置されると共に、概して内壁１６から離間して配置され
る。コイル上包み３８は外周面４０および内周面４２を
有する。コイル上包み３８はシート２８の外周面３０を
概して周方向に囲む。冷却材管３４とコイル上包み３８
の内周面４２とは一緒になって概してシート２８の外周
面３０全体と接触する。コイル上包み３８は、超伝導回
転子１０の回転中に超伝導コイル２２の外周面２４から
シート２８が離れないようにシート２８を拘束するのに
役立つ。コイル上包み３８は、エポキシ含浸多層ガラス
繊維布（個々の層の厚さが０．００３乃至０．００５イ
ンチ）で作られて、冷却材管３４の露出部分を完全に覆
うコイル上包みであるのが好ましい。ここで、銅のシー
ト２８は、コイル上包み３８への固着を改善するために
通常の酸化防止剤で処理してもよいことに留意された
い。好ましい構成では、銅のシート２８の内の、ステン
レス鋼の冷却材管３４が配置される領域から離れたとこ
ろに複数の貫通孔（図示していない）を設けて、シート
２８を概して環状に湾曲させ、またステンレス鋼の冷却
材管３４を概して環状に湾曲させて、冷却材管３４を銅
のシート２８にろう付けし、超伝導コイル２２を囲んで
銅のシート２８を配置し、また概して環状に構成された
コイル上包み３８を形成するために、銅のシート２８の
外周面３０（並びにステンレス鋼の冷却材管３４）の周
りにガラス繊維布を巻き付け、超伝導コイル２２および
巻き付けたガラス繊維布のアクセス可能な領域に直接に
エポキシを適用し、ガラス繊維布から幾分かのエポキシ
がシート２８の貫通孔を通って超伝導コイル２２に到達
するようにする。この様にして、好ましくは超伝導コイ
ル２２、シート２８、冷却材管３４およびコイル上包み
３８が一緒にエポキシ含浸されて、単一の回転子サブア
センブリ４４を構成することが理解されよう。
成された熱絶縁性材料のコイル上包み３８を含み、コイ
ル上包み３８は大体５０゜Ｋの温度でガラス繊維の熱伝
導率以下である熱伝導率を持つ。コイル上包み３８は、
空洞１８内に縦方向軸線２０と概して同軸に整列して配
置されると共に、概して内壁１６から離間して配置され
る。コイル上包み３８は外周面４０および内周面４２を
有する。コイル上包み３８はシート２８の外周面３０を
概して周方向に囲む。冷却材管３４とコイル上包み３８
の内周面４２とは一緒になって概してシート２８の外周
面３０全体と接触する。コイル上包み３８は、超伝導回
転子１０の回転中に超伝導コイル２２の外周面２４から
シート２８が離れないようにシート２８を拘束するのに
役立つ。コイル上包み３８は、エポキシ含浸多層ガラス
繊維布（個々の層の厚さが０．００３乃至０．００５イ
ンチ）で作られて、冷却材管３４の露出部分を完全に覆
うコイル上包みであるのが好ましい。ここで、銅のシー
ト２８は、コイル上包み３８への固着を改善するために
通常の酸化防止剤で処理してもよいことに留意された
い。好ましい構成では、銅のシート２８の内の、ステン
レス鋼の冷却材管３４が配置される領域から離れたとこ
ろに複数の貫通孔（図示していない）を設けて、シート
２８を概して環状に湾曲させ、またステンレス鋼の冷却
材管３４を概して環状に湾曲させて、冷却材管３４を銅
のシート２８にろう付けし、超伝導コイル２２を囲んで
銅のシート２８を配置し、また概して環状に構成された
コイル上包み３８を形成するために、銅のシート２８の
外周面３０（並びにステンレス鋼の冷却材管３４）の周
りにガラス繊維布を巻き付け、超伝導コイル２２および
巻き付けたガラス繊維布のアクセス可能な領域に直接に
エポキシを適用し、ガラス繊維布から幾分かのエポキシ
がシート２８の貫通孔を通って超伝導コイル２２に到達
するようにする。この様にして、好ましくは超伝導コイ
ル２２、シート２８、冷却材管３４およびコイル上包み
３８が一緒にエポキシ含浸されて、単一の回転子サブア
センブリ４４を構成することが理解されよう。
【００１３】空洞１８は、超伝導コイル２２の内周面２
６と内壁１６との間に延在する空洞部分４６を有し、空
洞部分４６全体は真空である。従って、超伝導コイル２
２と真空容器１４との間には、特にＢＳＣＣＯのような
高温超伝導体に対して、何の熱遮蔽体も無い。Ｎｂ3 Ｓ
ｎ（ニオブ錫）のようなより低い温度の超伝導体に対し
ては熱遮蔽体が必要になることもあることに留意された
い。
６と内壁１６との間に延在する空洞部分４６を有し、空
洞部分４６全体は真空である。従って、超伝導コイル２
２と真空容器１４との間には、特にＢＳＣＣＯのような
高温超伝導体に対して、何の熱遮蔽体も無い。Ｎｂ3 Ｓ
ｎ（ニオブ錫）のようなより低い温度の超伝導体に対し
ては熱遮蔽体が必要になることもあることに留意された
い。
【００１４】図３に示されるように、超伝導コイル２２
は２つの電流リード４８および５０を有し、冷却材管３
４は入口端５２および外面５６を持つ出口端５４を有す
る。典型的な実施態様では、超伝導コイル２２の２つの
電流リード４８および５０は、真空容器１４の空洞１８
内で、冷却材管３４の出口端５４の外面５６と熱流通関
係にある。電流リード４８および５０は典型的には電気
絶縁体を有していないので、熱伝導性の誘電体材料（例
えば、ベリリア）のブロック５７が冷却材管３４の出口
端５４と２つの電流リード４８および５０のそれぞれと
の間に接触して介在配置される。
は２つの電流リード４８および５０を有し、冷却材管３
４は入口端５２および外面５６を持つ出口端５４を有す
る。典型的な実施態様では、超伝導コイル２２の２つの
電流リード４８および５０は、真空容器１４の空洞１８
内で、冷却材管３４の出口端５４の外面５６と熱流通関
係にある。電流リード４８および５０は典型的には電気
絶縁体を有していないので、熱伝導性の誘電体材料（例
えば、ベリリア）のブロック５７が冷却材管３４の出口
端５４と２つの電流リード４８および５０のそれぞれと
の間に接触して介在配置される。
【００１５】回転子サブアセンブリ４４（すなわち、エ
ポキシで一緒に固着された超伝導コイル２２、シート２
８、冷却材管３４およびコイル上包み３８）は、位置決
め装置によって空洞１８内に内壁１６から離間して位置
決めされる。好ましくは、この様な位置決め装置は、大
体５０゜Ｋの温度でガラス繊維の熱伝導率より大きくな
い熱伝導率を持つハニカム集成体５８である。ハニカム
集成体５８は、回転軸線１２および縦方向軸線２０の両
方に対して垂直である共通の開放方向を持つ複数の大体
同じセルを含んでいることが好ましい。好ましい実施態
様では、ハニカム集成体５８は、各セルの対向する側面
間の距離が大体１ｍｍと大体１ｃｍとの間にあるフィラ
メント強化エポキシ（ＦＲＥ）複合ハニカム構造体であ
る。好ましい設計では、ハニカム集成体５８コイル上包
み３８の外周面４０と真空容器１４の内壁１６との間に
延在する。ハニカム集成体５８は相隔たるハニカム・ブ
ロックで構成するのが好ましい。
ポキシで一緒に固着された超伝導コイル２２、シート２
８、冷却材管３４およびコイル上包み３８）は、位置決
め装置によって空洞１８内に内壁１６から離間して位置
決めされる。好ましくは、この様な位置決め装置は、大
体５０゜Ｋの温度でガラス繊維の熱伝導率より大きくな
い熱伝導率を持つハニカム集成体５８である。ハニカム
集成体５８は、回転軸線１２および縦方向軸線２０の両
方に対して垂直である共通の開放方向を持つ複数の大体
同じセルを含んでいることが好ましい。好ましい実施態
様では、ハニカム集成体５８は、各セルの対向する側面
間の距離が大体１ｍｍと大体１ｃｍとの間にあるフィラ
メント強化エポキシ（ＦＲＥ）複合ハニカム構造体であ
る。好ましい設計では、ハニカム集成体５８コイル上包
み３８の外周面４０と真空容器１４の内壁１６との間に
延在する。ハニカム集成体５８は相隔たるハニカム・ブ
ロックで構成するのが好ましい。
【００１６】真空容器１４は、周囲温度の周囲空気６４
と接触する外面６２を有する。この様な周囲温度は、当
業者には理解されるように、超伝導回転子１０の運転中
に上昇する。ハニカム集成体５８は、周囲温度におい
て、超伝導コイル２２を縦方向軸線２０へ向かって内向
きに第１の圧縮力で圧縮し、且つ極低温において、超伝
導コイル２２を縦方向軸線２０へ向かって内向きに、第
１の圧縮力より小さい第２の圧縮力で圧縮する手段を提
供する。その他の位置決め装置および／または圧縮手段
には、ばね、締付けボルトなどの当業者に知られている
手段が含まれる。ハニカム集成体５８を使用して超伝導
コイル２２を圧縮する好ましい方法は、回転子の組み立
ての際にクランプ取付け具を使用することを含む。クラ
ンプ取付け具（当業者により容易に入手または製作でき
る）はボルトを使用して、超伝導コイル２２上のバーに
締め付けて、超伝導コイル２２を圧縮する。次いで、圧
縮されていないハニカム集成体５８が空洞１８内に位置
決めされる。ボルトが真空容器１４に設けた孔を介して
取り除かれる。この様な孔は、後で（周囲のアルミの電
磁遮蔽体等により）覆われる。ボルトを取り除いたこと
により、超伝導コイル２２が僅かに膨張して、コイル上
包み３８をハニカム集成体５８に対して押し付け、これ
によりハニカム集成体５８が超伝導コイル２２を圧縮状
態に保持する。圧縮は、低い温度（例えば、極低温）で
は小さくなる。これは、当業者には容易に理解されるよ
うに、超伝導回転子１０の種々の構成部分を作る前述の
好ましい材料の熱収縮率に差があるためである。ここ
で、予想される剪断力によりハニカム集成体５８と真空
容器１４の内壁１６との間および／またはハニカム集成
体５８とコイル上包み３８の外周面４０との間にエポキ
シによる固着が必要である場合、空洞１８内に配置する
前に、圧縮されていないハニカム集成体５８を２部品極
低温エポキシで被覆するしてもよいことに留意された
い。
と接触する外面６２を有する。この様な周囲温度は、当
業者には理解されるように、超伝導回転子１０の運転中
に上昇する。ハニカム集成体５８は、周囲温度におい
て、超伝導コイル２２を縦方向軸線２０へ向かって内向
きに第１の圧縮力で圧縮し、且つ極低温において、超伝
導コイル２２を縦方向軸線２０へ向かって内向きに、第
１の圧縮力より小さい第２の圧縮力で圧縮する手段を提
供する。その他の位置決め装置および／または圧縮手段
には、ばね、締付けボルトなどの当業者に知られている
手段が含まれる。ハニカム集成体５８を使用して超伝導
コイル２２を圧縮する好ましい方法は、回転子の組み立
ての際にクランプ取付け具を使用することを含む。クラ
ンプ取付け具（当業者により容易に入手または製作でき
る）はボルトを使用して、超伝導コイル２２上のバーに
締め付けて、超伝導コイル２２を圧縮する。次いで、圧
縮されていないハニカム集成体５８が空洞１８内に位置
決めされる。ボルトが真空容器１４に設けた孔を介して
取り除かれる。この様な孔は、後で（周囲のアルミの電
磁遮蔽体等により）覆われる。ボルトを取り除いたこと
により、超伝導コイル２２が僅かに膨張して、コイル上
包み３８をハニカム集成体５８に対して押し付け、これ
によりハニカム集成体５８が超伝導コイル２２を圧縮状
態に保持する。圧縮は、低い温度（例えば、極低温）で
は小さくなる。これは、当業者には容易に理解されるよ
うに、超伝導回転子１０の種々の構成部分を作る前述の
好ましい材料の熱収縮率に差があるためである。ここ
で、予想される剪断力によりハニカム集成体５８と真空
容器１４の内壁１６との間および／またはハニカム集成
体５８とコイル上包み３８の外周面４０との間にエポキ
シによる固着が必要である場合、空洞１８内に配置する
前に、圧縮されていないハニカム集成体５８を２部品極
低温エポキシで被覆するしてもよいことに留意された
い。
【００１７】作用について説明すると、真空容器１４の
暖かい外面６２から位置決め装置（例えば、ハニカム集
成体５８）に沿って伝導する熱が、超伝導コイル２２に
達する前に銅のシート２８（これは熱交換器として作用
する）によって遮られ、次いでその熱は銅のシート２８
に沿って冷却材管３４に伝導される。超伝導コイル２２
に直接放射される熱または超伝導コイル２２内で抵抗損
によって発生される熱は、銅のシート２８に伝導され、
そこで冷却材管３４へ効率よく伝導される。超伝導コイ
ル２２は横断方向（すなわち、導体に沿った方向以外の
方向）における熱電導率が小さいので、銅のシート２８
は超伝導コイル２２の外面から冷却材管３４へ熱を伝導
する低い熱抵抗路として作用し、もって超伝導コイル２
２内の温度勾配を最小にする。シート２８の構成材料と
して銅を使用することにより、超伝導コイル２２の外周
面２４の形状に順応するようにシート２８を曲げること
が出来る。冷却材管３４の構成材料としてステンレス鋼
を使用することにより、冷却材管３４を概して環状に構
成されたシート２８に順応するように曲げてろう付けす
ることが出来る。コイル上包み３８にガラス繊維布を使
用することにより、ガラス繊維布をドライ（ｄｒｙ）状
態での巻き付けの際に銅のシート２８およびステンレス
鋼の冷却材管３４の露出した面に容易に順応させること
ができ、また巻き付けたガラス繊維布にエポキシを含浸
させることにより、機械的に頑丈なコイル上包み３８が
形成される。超伝導コイル２２をハニカム集成体５８と
圧縮状態に保つことにより、超伝導コイル２２が空洞１
８内に離間した位置決め状態に維持される。２つの電流
リード４８および５０を冷却材管３４の出口端５４に熱
的に接続することにより、過大な発熱なしに電流の増加
をより高くすることが出来る。
暖かい外面６２から位置決め装置（例えば、ハニカム集
成体５８）に沿って伝導する熱が、超伝導コイル２２に
達する前に銅のシート２８（これは熱交換器として作用
する）によって遮られ、次いでその熱は銅のシート２８
に沿って冷却材管３４に伝導される。超伝導コイル２２
に直接放射される熱または超伝導コイル２２内で抵抗損
によって発生される熱は、銅のシート２８に伝導され、
そこで冷却材管３４へ効率よく伝導される。超伝導コイ
ル２２は横断方向（すなわち、導体に沿った方向以外の
方向）における熱電導率が小さいので、銅のシート２８
は超伝導コイル２２の外面から冷却材管３４へ熱を伝導
する低い熱抵抗路として作用し、もって超伝導コイル２
２内の温度勾配を最小にする。シート２８の構成材料と
して銅を使用することにより、超伝導コイル２２の外周
面２４の形状に順応するようにシート２８を曲げること
が出来る。冷却材管３４の構成材料としてステンレス鋼
を使用することにより、冷却材管３４を概して環状に構
成されたシート２８に順応するように曲げてろう付けす
ることが出来る。コイル上包み３８にガラス繊維布を使
用することにより、ガラス繊維布をドライ（ｄｒｙ）状
態での巻き付けの際に銅のシート２８およびステンレス
鋼の冷却材管３４の露出した面に容易に順応させること
ができ、また巻き付けたガラス繊維布にエポキシを含浸
させることにより、機械的に頑丈なコイル上包み３８が
形成される。超伝導コイル２２をハニカム集成体５８と
圧縮状態に保つことにより、超伝導コイル２２が空洞１
８内に離間した位置決め状態に維持される。２つの電流
リード４８および５０を冷却材管３４の出口端５４に熱
的に接続することにより、過大な発熱なしに電流の増加
をより高くすることが出来る。
【００１８】本発明を好ましい実施態様について詳述し
たが、本発明はこれらに限定されるものではなく、上記
の説明に基づいて種々の変更および変形をなし得ること
は明らかであろう。本発明の範囲は特許請求の範囲に記
載の範囲によって定められるものである。
たが、本発明はこれらに限定されるものではなく、上記
の説明に基づいて種々の変更および変形をなし得ること
は明らかであろう。本発明の範囲は特許請求の範囲に記
載の範囲によって定められるものである。
【図１】本発明の第１の好ましい実施態様の超伝導装置
すなわち超伝導回転子の概略正面図である。
すなわち超伝導回転子の概略正面図である。
【図２】超伝導コイルを冷却するための好ましい構成を
示した、図１の線２−２に沿って取った断面図である。
示した、図１の線２−２に沿って取った断面図である。
【図３】超伝導コイルの２つの電流リードを冷却するた
めの好ましい構成を示した、図１の線３−３に沿って取
った断面図である。
めの好ましい構成を示した、図１の線３−３に沿って取
った断面図である。
１０ 超伝導回転子 １２ 回転軸線 １４ 真空容器 １６ 容器の内壁 １８ 大体環状の空洞 ２０ 縦方向軸線 ２２ 超伝導コイル ２４ コイルの外周面 ２６ コイルの内周面 ２８ シート ３０ シートの外周面 ３２ シートの内周面 ３４ 冷却材管 ３８ コイル上包み ４０ コイル上包みの外周面 ４２ コイル上包みの内周面 ４４ 回転子サブアセンブリ ４６ 空洞部分 ４８、５０ 電流リード ５２ 入口端 ５４ 出口端 ５８ ハニカム集成体
Claims (4)
- 【請求項１】 （ａ）概して環状の空洞を画成する内壁
を持つ真空容器であって、該空洞が概して縦方向の軸線
を持ち、また該空洞が大体１０００分の１トル以下の圧
力である真空にされている真空容器、 （ｂ）前記空洞内に前記縦方向軸線と概して同軸に整列
して配置されていると共に、概して前記内壁から離間し
て配置された超伝導コイルであって、外周面および内周
面を有する超伝導コイル、 （ｃ）大体５０゜Ｋの温度で少なくとも銅の熱伝導率に
等しい熱伝導率を持つ熱伝導性材料より成る、概して環
状に構成されたシートであって、前記空洞内に前記縦方
向軸線と概して同軸に整列して配置されていると共に、
概して前記内壁から離間して配置されていて、外周面お
よび内周面を有し、当該シートの該内周面が概して前記
超伝導コイルの前記外周面全体と接触しているシート、 （ｄ）極低温流体を収容する、概して環状に構成された
冷却材管であって、前記空洞内に前記縦方向軸線と概し
て同軸に整列して配置されると共に、概して前記内壁か
ら離間して配置されていて、前記シートの前記外周面の
概して周方向の部分に接触している冷却材管、および （ｅ）大体５０゜Ｋの温度でガラス繊維の熱伝導率以下
である熱伝導率を持つ熱絶縁性材料より成る、概して環
状に構成されたコイル上包みであって、当該コイル上包
みは前記空洞内に前記縦方向軸線と概して同軸に整列し
て配置されていると共に、概して前記内壁から離間して
配置されていて、外周面および内周面を有し、当該コイ
ル上包みはまた前記シートの前記外周面を概して周方向
に囲でおり、前記冷却材管と当該コイル上包みの前記内
周面とは一緒になって概して前記シートの前記外周面全
体と接触しているコイル上包みを含んでいることを特徴
とする超伝導装置。 - 【請求項２】 前記超伝導コイルが２つの電流リードを
有し、前記冷却材管が入口端および外面を持つ出口端を
有し、前記２つの電流リードが、前記真空容器の前記空
洞内で、前記冷却材管の前記出口端の前記外面と熱流通
関係に配置されている請求項１記載の超伝導装置。 - 【請求項３】 前記空洞が、前記超伝導コイルの前記内
周面と前記内壁との間に延在する空洞部分を有し、該空
洞部分全体が真空である請求項１記載の超伝導装置。 - 【請求項４】 前記真空容器が、周囲温度の周囲空気と
接触する外面を有している請求項１記載の超伝導装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/702,879 US5774032A (en) | 1996-08-23 | 1996-08-23 | Cooling arrangement for a superconducting coil |
| US08/702879 | 1996-08-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10116724A true JPH10116724A (ja) | 1998-05-06 |
| JP3940471B2 JP3940471B2 (ja) | 2007-07-04 |
Family
ID=24822965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21426897A Expired - Fee Related JP3940471B2 (ja) | 1996-08-23 | 1997-08-08 | 超伝導装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5774032A (ja) |
| EP (1) | EP0825706B1 (ja) |
| JP (1) | JP3940471B2 (ja) |
| DE (1) | DE69725942T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014504349A (ja) * | 2010-11-30 | 2014-02-20 | ジーイー エナジー パワー コンバージョン テクノロジー リミテッド | 極低温素子絶縁体 |
| CN112397271A (zh) * | 2020-09-24 | 2021-02-23 | 江苏美时医疗技术有限公司 | 高温超导磁共振成像仪 |
Families Citing this family (46)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6787967B2 (en) | 2001-05-15 | 2004-09-07 | General Electric Company | High temperature super-conducting rotor coil support and coil support method |
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