JPH10116725A - Superconducting magnet device - Google Patents

Superconducting magnet device

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JPH10116725A
JPH10116725A JP21616497A JP21616497A JPH10116725A JP H10116725 A JPH10116725 A JP H10116725A JP 21616497 A JP21616497 A JP 21616497A JP 21616497 A JP21616497 A JP 21616497A JP H10116725 A JPH10116725 A JP H10116725A
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JP
Japan
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superconducting
magnet device
cooling plate
flange
superconducting coil
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Application number
JP21616497A
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Japanese (ja)
Inventor
Takaaki Bono
敬昭 坊野
Akira Tomioka
章 富岡
Kiyoshi Sakaki
喜善 榊
Kiyoshi Takita
清 滝田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to remove heat generated due to an AC loss effectively even when an exiting operation and a degaussing operation are performed at high speed and to operate this device stably without generating a normal conducting transition. SOLUTION: In a device, a superconducting coil is formed in such a way that a superconducting wire 10 is wound on a cooling bobbin 5 to be layerlike, that its side faces are supported by a cooling flange 4A and a cooling flange 4B and that a cooling plate 6 is arranged on the outer circumference. The device is cooled to a cryogenic temperature so as to be used by using an attached refrigerating machine while the cooling flange 4A, the cooling bobbin 5, the cooling plate 6 and the cooling flange 4B are cooled by superconduction. In this case, a superconducting cooling plate 11 which is composed of a copper alloy as a good heat-conducting material is inserted between layers of the wound superconducting wire 10, and both ends of them are inserted into grooves formed on the cooling flanges 4A, 4B so as to be bonded thermally.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、強磁界を利用する
成分分析用やエネルギー貯蔵用等、冷凍機を用いて熱伝
導により冷却して用いる超電導磁石装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting magnet device used for cooling by heat conduction using a refrigerator, such as for component analysis using a strong magnetic field or for energy storage.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、冷凍機の冷凍能力の向上に伴っ
て、超電導コイルに冷凍機を付設して熱伝導によって超
電導コイルを冷却する方式の超電導磁石装置の開発が盛
んに進められている。図8は、従来の冷凍機冷却方式の
超電導磁石装置の基本構成を模式的に示す断面図で、中
央部に常温の高磁界空間を備えた超電導磁石装置につい
て中心軸を通る断面を示したものである。図において、
1は超電導線をソレノイド状に巻回して構成された超電
導コイル、2は超電導コイル1の周囲に配され、外部か
らの熱輻射を遮断して断熱する輻射シールド、3はこれ
らを取り囲み内部を真空に保持して断熱する真空容器で
ある。また、7は超電導コイル1を冷却する冷凍機、8
は冷凍機7に圧縮ヘリウムガスを供給し運転制御する圧
縮機、9は超電導コイル1に図示しない電源より電流を
供給して励磁する電流リードである。
2. Description of the Related Art In recent years, as the refrigerating capacity of a refrigerator has been improved, a superconducting magnet device of a type in which a refrigerator is attached to a superconducting coil and the superconducting coil is cooled by heat conduction has been actively developed. FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the basic configuration of a conventional refrigerator-cooled superconducting magnet apparatus, showing a cross section passing through the center axis of a superconducting magnet apparatus having a room-temperature high-magnetic-field space in the center. It is. In the figure,
1 is a superconducting coil formed by winding a superconducting wire in a solenoid shape, 2 is a radiation shield disposed around the superconducting coil 1 and blocking heat radiation from the outside to insulate heat, and 3 is a vacuum shield that surrounds these and evacuates the inside. This is a vacuum vessel that is held at a temperature and insulated. 7 is a refrigerator for cooling the superconducting coil 1;
Reference numeral 9 denotes a compressor that supplies compressed helium gas to the refrigerator 7 to control the operation, and 9 denotes a current lead that supplies current to the superconducting coil 1 from a power supply (not shown) to excite it.

【0003】図に見られるように、冷凍機7は超電導コ
イル1を側面より支持する冷却フランジ4と輻射シール
ド2に接続されており、超電導コイル1を極低温に、ま
た輻射シールド2を、例えば約80Kの低温に冷却す
る。図9に示した拡大断面図のごとく、超電導コイル1
は円筒状の冷却ボビン5に超電導線10を層状に巻回し
て構成されており、両側面に冷却フランジ4が、また外
周に冷却板6が備えられている。冷凍機7により図中下
側の冷却フランジ4の一端を冷却することにより、これ
に連結された冷却ボビン5、冷却板6、上部の冷却フラ
ンジ4が熱伝導により冷却され、さらにこれらに取り囲
まれた超電導コイル1が熱伝導により超電導線の臨界温
度以下の温度に冷却され、超電導状態に保持される。超
電導状態において電流リード9を用いて超電導コイル1
に電流を供給すると、強磁界が生じ、同時にインダクタ
ンスに比例した磁気エネルギーが超電導コイル1に蓄積
されることとなる。なお、静磁界として用いる場合に、
超電導コイル1と電流リード9との間に超電導コイル1
を短絡するスイッチ(永久電流スイッチ)を組み込ん
で、いわゆる永久電流モードとして使用される場合もあ
る。
[0003] As shown in the figure, a refrigerator 7 is connected to a cooling flange 4 for supporting the superconducting coil 1 from the side and a radiation shield 2. Cool to a low temperature of about 80K. As shown in the enlarged sectional view of FIG.
The superconducting wire 10 is wound around a cylindrical cooling bobbin 5 in a layered manner. The cooling flange 4 is provided on both sides and a cooling plate 6 is provided on the outer periphery. By cooling one end of the lower cooling flange 4 in the figure by the refrigerator 7, the cooling bobbin 5, the cooling plate 6 and the upper cooling flange 4 connected thereto are cooled by heat conduction and further surrounded by them. The superconducting coil 1 is cooled to a temperature lower than the critical temperature of the superconducting wire by heat conduction, and is maintained in a superconducting state. In the superconducting state, the superconducting coil 1 is
, A strong magnetic field is generated, and at the same time, magnetic energy proportional to the inductance is stored in the superconducting coil 1. When used as a static magnetic field,
Superconducting coil 1 between superconducting coil 1 and current lead 9
There is a case where a switch (permanent current switch) for short-circuiting is incorporated to be used as a so-called permanent current mode.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のごとく、冷凍機
冷却方式の超電導磁石装置においては、冷却フランジ4
の一端を冷凍機7により冷却し、冷却フランジ4、冷却
ボビン5、冷却板6を介する熱伝導により超電導線10
を巻回した超電導コイル1を冷却している。超電導状態
においては超電導線10に流れる電流が一定であれば超
電導コイル1で生じる損失は皆無となるので、外部より
超電導コイル1へと侵入する熱を冷凍機7によって除去
すれば、超電導コイル1は超電導状態に保持され、定常
運転を行うことができることとなる。
As described above, in the superconducting magnet device of the refrigerator cooling type, the cooling flange 4 is provided.
Is cooled by a refrigerator 7, and the superconducting wire 10 is cooled by heat conduction through the cooling flange 4, the cooling bobbin 5, and the cooling plate 6.
Is cooled. In the superconducting state, if the current flowing in the superconducting wire 10 is constant, there is no loss generated in the superconducting coil 1. Therefore, if the heat that enters the superconducting coil 1 from the outside is removed by the refrigerator 7, the superconducting coil 1 becomes The superconducting state is maintained, and a steady operation can be performed.

【0005】しかしながら、超電導コイル1の励磁、消
磁のとき、あるいは交流成分をもつ電流を通電するとき
等、超電導線10に流れる電流が変動すると超電導体に
特有の交流損失が発生する。この交流損失は磁界の変動
速度に依存し、高速の励磁、あるいは消磁を行うとその
損失は多大となる。一方、従来の冷凍機冷却方式の超電
導磁石装置においては、超電導コイル1を取り囲む冷却
フランジ4、冷却ボビン5、冷却板6はいずれも良熱伝
導性材料より形成されており過大な温度差を生じること
なく良好な熱伝導特性を示すが、超電導コイル1は、図
6のごとく超電導線10の積層体となっているので、実
効的な熱伝導性能が劣るという難点がある。したがっ
て、交流損失が生じると、これを除去するために冷凍機
7に多大な負荷が加わるのみならず、超電導コイル1の
内部に温度勾配が生じ、特に中央部の温度が高まること
となる。交流損失が多大で温度上昇が過大になると、臨
界温度以上となり、超電導線10が超電導状態から常電
導状態へと移行する常電導転移(クエンチ)を引き起こ
す恐れがある。
However, when the current flowing through the superconducting wire 10 fluctuates, for example, when the superconducting coil 1 is excited or demagnetized, or when a current having an AC component is applied, an AC loss specific to the superconductor occurs. This AC loss depends on the fluctuation speed of the magnetic field, and if high-speed excitation or demagnetization is performed, the loss becomes large. On the other hand, in the conventional refrigerator-cooled superconducting magnet device, the cooling flange 4, the cooling bobbin 5, and the cooling plate 6 surrounding the superconducting coil 1 are all formed of a material having good thermal conductivity, resulting in an excessive temperature difference. However, since the superconducting coil 1 is a laminated body of the superconducting wires 10 as shown in FIG. 6, the superconducting coil 1 has a drawback that effective heat conduction performance is inferior. Therefore, when an AC loss occurs, not only a large load is applied to the refrigerator 7 to remove the AC loss, but also a temperature gradient is generated inside the superconducting coil 1, and the temperature particularly at the center increases. If the AC loss is large and the temperature rise is excessive, the temperature will be higher than the critical temperature, and the superconducting wire 10 may cause a normal conduction transition (quench) in which the superconducting wire 10 transitions from the superconducting state to the normal conducting state.

【0006】本発明は、この問題点を解決するためにな
されたもので、高速の励磁、消磁を行うものにあって
も、交流損失に伴う発熱が効果的に除去され、温度上昇
が抑制されて常電導転移を生じることなく安定して運転
できる超電導磁石装置を提供することにある。
The present invention has been made in order to solve this problem. Even in the case of high-speed excitation and demagnetization, heat generation due to AC loss is effectively removed, and temperature rise is suppressed. To provide a superconducting magnet device that can operate stably without causing a normal conduction transition.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、 (1)超電導線をボビンに層状に巻回しフランジで支持
してなる超電導コイル、超電導コイルを断熱して包囲す
る輻射シールド、輻射シールドを断熱して包囲する真空
容器、並びに超電導コイルを冷却部材を介して熱伝導に
より冷却して極低温に保持する冷凍機を備えた超電導磁
石装置において、超電導線の層間に、良熱伝導性金属材
料、例えば銅または銅合金、あるいはアルミニウムまた
はアルミニウム合金よりなる伝導冷却板を介装して、超
電導コイルを形成することとする。
According to the present invention, there is provided a superconducting coil comprising a superconducting wire wound in a layer on a bobbin and supported by a flange, and a superconducting coil insulated. In a superconducting magnet device equipped with a surrounding radiation shield, a vacuum vessel that insulates and surrounds the radiation shield, and a refrigerator that cools the superconducting coil by heat conduction through a cooling member and keeps it at a cryogenic temperature, a layer between superconducting wires is used. Then, a superconducting coil is formed by interposing a conductive cooling plate made of a good heat conductive metal material, for example, copper or a copper alloy, or aluminum or an aluminum alloy.

【0008】(2)また、上記の伝導冷却板に、周方向
に少なくとも1個所のスリットを備えることとする。 (3)また、上記の伝導冷却板の端部を、ハンダ付けを
介してフランジに接合することとする。 (4)あるいは、超電導線をボビンに層状に巻回しフラ
ンジで支持してなる超電導コイル、超電導コイルを断熱
して包囲する輻射シールド、輻射シールドを断熱して包
囲する真空容器、並びに超電導コイルを冷却部材を介し
て熱伝導により冷却して極低温に保持する冷凍機を備え
た超電導磁石装置において、超電導線の層間に、良熱伝
導性セラミックス材料、例えば窒化アルミニウムよりな
る伝導冷却板を介装して、超電導コイルを形成すること
とする。
(2) The conduction cooling plate is provided with at least one slit in the circumferential direction. (3) The end of the conduction cooling plate is joined to the flange via soldering. (4) Alternatively, a superconducting coil in which a superconducting wire is wound in layers on a bobbin and supported by a flange, a radiation shield that insulates and surrounds the superconducting coil, a vacuum container that insulates and surrounds the radiation shield, and cools the superconducting coil In a superconducting magnet device equipped with a refrigerator that cools by heat conduction through members and keeps it at a very low temperature, a conductive cooling plate made of a good heat conductive ceramic material, for example, aluminum nitride is interposed between layers of the superconducting wires. Thus, a superconducting coil is formed.

【0009】(5)さらに(1)〜(4)において、上
記の伝導冷却板の端部を、超電導コイルを支持するフラ
ンジに備えられた溝に挿入することとし、さらに、例え
ばインジウム等の良熱伝導性軟金属材料を介装して、伝
導冷却板の端部をフランジに接合することとする。 (6)あるいは、良熱伝導性セラミックス材料よりなる
伝導冷却板を用い、その両端の外周に金メッキあるいは
銀メッキを施して、このメッキ部分をフランジにハンダ
付けにより接合するか、その両端に良熱伝導性金属より
なる熱伝導部材を結合して、この結合した部分をフラン
ジにハンダ付けにより接合することとする。
(5) Further, in (1) to (4), the end of the conduction cooling plate is inserted into a groove provided in a flange for supporting the superconducting coil. The heat conductive soft metal material is interposed, and the end of the conductive cooling plate is joined to the flange. (6) Alternatively, a conductive cooling plate made of a good heat conductive ceramic material is used, and the outer periphery of both ends is plated with gold or silver, and this plated portion is joined to the flange by soldering, or the both ends are connected with good heat. A heat conductive member made of a conductive metal is joined, and the joined portion is joined to the flange by soldering.

【0010】(7)また、上記のフランジに、周方向に
少なくとも1個所のスリットを備えることとする。 上記(1)、あるいは(4)のごとくとすれば、超電導
コイルの内部に良熱伝導性の伝導冷却板が配されること
となるので、例えば交流損失等によって超電導線に生じ
た発熱は伝導冷却板を通して拡散することとなる。した
がって、超電導コイル内部の実効的な熱伝導率が向上
し、温度勾配が低くなるので、内部温度上昇が抑制さ
れ、常電導転移の危険性が少なくなる。
(7) The flange is provided with at least one slit in the circumferential direction. In the case of the above (1) or (4), a conductive cooling plate having good thermal conductivity is disposed inside the superconducting coil, so that heat generated in the superconducting wire due to, for example, AC loss or the like is conducted. It will diffuse through the cooling plate. Therefore, the effective thermal conductivity inside the superconducting coil is improved, and the temperature gradient is reduced, so that the internal temperature rise is suppressed, and the risk of normal conduction transition is reduced.

【0011】また上記の(2)のごとくとすれば、伝導
冷却板が良導電性の金属材料からなるものにおいても、
変動磁界によって伝導冷却板に生じる誘導周回電流によ
る損失が回避されるので、介装した伝導冷却板によって
加わる損失が微小に抑えられ、したがって伝導冷却板に
加わる損失に伴う温度上昇も微小に抑えられる。また上
記の(3)あるいは(5)あるいは(6)のごとくとす
れば、各伝導冷却板の両端がフランジに連結されるの
で、超電導コイルの内部で生じた交流損失による発熱が
直接フランジに伝熱されることとなり、特にハンダ付け
接合や軟金属を介装しての接合を用いれば、各伝導冷却
板とフランジとの熱的接触が良好となり接触熱抵抗が低
く抑えられるので、内部の温度がより低い温度に抑えら
れることとなる。
According to the above (2), even when the conduction cooling plate is made of a highly conductive metal material,
Since the loss due to the induced circulating current generated in the conduction cooling plate due to the fluctuating magnetic field is avoided, the loss added by the interposed conduction cooling plate is suppressed very small, and the temperature rise due to the loss applied to the conduction cooling plate is also suppressed very small. . Further, in the case of (3), (5), or (6), since both ends of each conduction cooling plate are connected to the flange, heat generated by AC loss generated inside the superconducting coil is directly transmitted to the flange. In particular, if soldering or bonding with soft metal is used, the thermal contact between each conduction cooling plate and the flange will be good, and the contact thermal resistance will be kept low. The temperature will be kept lower.

【0012】また上記の(7)のごとくとすれば、変動
磁界によってフランジに生じる誘導周回電流による損失
が回避されるので、フランジに接続される伝導冷却板の
両端の温度上昇が抑制され、したがって超電導コイルの
内部の温度上昇も抑制されることとなる。
According to the above (7), the loss due to the induced circulating current generated in the flange due to the fluctuating magnetic field is avoided, so that the temperature rise at both ends of the conduction cooling plate connected to the flange is suppressed. The temperature rise inside the superconducting coil is also suppressed.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図1は、本発明による超電導磁石
装置の実施例の超電導コイル部を拡大して示す断面図
で、図9の従来例に対比して図示したものである。図1
に示される本実施例の超電導コイルは、図中左側に図示
しない中心軸を有する銅または銅合金等の良熱伝導性金
属材料からなる冷却ボビン5に、超電導線10を層状に
巻回し、各層毎に良熱伝導性金属材料の銅合金からなる
伝導冷却板11を介装して構成されており、伝導冷却板
11の両端は、それぞれ銅または銅合金等の良熱伝導性
金属材料からなる平板状の冷却フランジ4A,4Bに備
えられた溝中に挿入し連結されている。また、超電導コ
イルの外周には、同じく銅または銅合金等の良熱伝導性
金属材料からなる冷却板6が配されている。冷却フラン
ジ4Aの端部には、図8に示した従来例と同様に、図示
しない冷凍機の極低温端が連結されており、超電導コイ
ルを構成する超電導線10は、冷却フランジ4A、冷却
ボビン5、冷却板6、冷却フランジ4B、並びに伝導冷
却板11を介しての熱伝導により冷却され、極低温に保
持される。特に、本構成においては伝導冷却板11が備
えられているので、内部の超電導線10で生じた発熱が
伝導冷却板11を通して冷却フランジ4A,4Bへと伝
熱されて冷却される。したがって、交流損失を伴う場合
にあっても、発熱が効果的に除去されるので、内部温度
の上昇は低く抑えられる。
FIG. 1 is an enlarged sectional view showing a superconducting coil portion of an embodiment of a superconducting magnet device according to the present invention, which is shown in comparison with the conventional example of FIG. FIG.
In the superconducting coil of the present embodiment shown in FIG. 1, a superconducting wire 10 is wound in layers on a cooling bobbin 5 made of a good heat conductive metal material such as copper or copper alloy having a central axis (not shown) on the left side in the figure. Each is provided with a conductive cooling plate 11 made of a copper alloy of a good heat conductive metal material, and both ends of the conductive cooling plate 11 are made of a good heat conductive metal material such as copper or a copper alloy. The cooling flanges 4A and 4B are connected by being inserted into grooves provided in the flat cooling flanges 4A and 4B. A cooling plate 6 also made of a good heat conductive metal material such as copper or a copper alloy is arranged on the outer periphery of the superconducting coil. The cryogenic end of a refrigerator (not shown) is connected to the end of the cooling flange 4A, as in the conventional example shown in FIG. 8, and the superconducting wire 10 forming the superconducting coil is connected to the cooling flange 4A and the cooling bobbin. 5, the cooling plate 6, the cooling flange 4B, and the heat conduction through the conduction cooling plate 11 are cooled and kept at an extremely low temperature. Particularly, in the present configuration, since the conduction cooling plate 11 is provided, heat generated in the internal superconducting wire 10 is transferred to the cooling flanges 4A and 4B through the conduction cooling plate 11 and cooled. Therefore, even when AC loss is involved, heat generation is effectively removed, and the rise in internal temperature can be suppressed to a low level.

【0014】なお、図1の構成においては、超電導線1
0の各層毎に伝導冷却板11を介装することとしている
が、交流損失等の内部発熱が小さい超電導コイルにおい
ては、複数層毎に挿入することとしても良い。図2は、
図1の超電導コイル部のA−A面に対応する断面図であ
る。図に見られるように、各層毎に介装された銅合金か
らなる伝導冷却板11は、周方向に複数に分割されて構
成されている。したがって、伝導冷却板11が導電性に
も優れる銅合金から形成されていても、変動磁界に伴う
周回誘導電流が生じる恐れはなく、また渦流損も微小に
抑えられる。なお、より多数に分割すると渦流損はより
微小に抑えられることとなる。また、本構成では銅また
は銅合金等の良熱伝導性金属材料からなる冷却ボビン5
にはスリット13が、同じく銅または銅合金等の良熱伝
導性金属材料からなる冷却板6にはスリット12が備え
られており、変動磁界に伴う周回誘導電流の発生を防止
している。
In the configuration shown in FIG. 1, superconducting wire 1
Although the conduction cooling plate 11 is interposed for each of the 0 layers, a superconducting coil with small internal heat generation such as AC loss may be inserted for each of a plurality of layers. FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view corresponding to the AA plane of the superconducting coil unit in FIG. 1. As shown in the figure, the conductive cooling plate 11 made of a copper alloy and interposed in each layer is configured to be divided into a plurality in the circumferential direction. Therefore, even if the conduction cooling plate 11 is made of a copper alloy having excellent conductivity, there is no possibility that a circulating induction current is generated due to the fluctuating magnetic field, and the eddy current loss is suppressed to a very small level. In addition, when the number is divided into a larger number, the eddy current loss is more minutely suppressed. Further, in this configuration, the cooling bobbin 5 made of a good heat conductive metal material such as copper or copper alloy is used.
The cooling plate 6 is also provided with a slit 13, and the cooling plate 6 also made of a good heat conductive metal material such as copper or a copper alloy is provided with the slit 12, thereby preventing the generation of a circulating induction current due to a fluctuating magnetic field.

【0015】図3は、図1の超電導コイル部のB−B面
に対応する断面図である。図に見られるように、4分割
された伝導冷却板11の端部は、銅または銅合金等の良
熱伝導性金属材料からなる冷却フランジ4Bに形成され
た溝15に挿入されている。また、冷却フランジ4Bに
はスリット14が備えられており、変動磁界に伴う周回
誘導電流の発生を防止し、発熱を回避している。したが
って、冷却フランジ4Bに接続される伝導冷却板11の
両端の温度上昇が抑制され、超電導コイルの内部の温度
上昇も低く抑えられることとなる。
FIG. 3 is a cross-sectional view corresponding to the BB plane of the superconducting coil portion of FIG. As shown in the figure, the end of the conduction cooling plate 11 divided into four is inserted into a groove 15 formed in a cooling flange 4B made of a good heat conductive metal material such as copper or a copper alloy. Further, the cooling flange 4B is provided with a slit 14 to prevent the generation of a circulating induction current due to the fluctuating magnetic field, thereby avoiding heat generation. Therefore, the temperature rise at both ends of the conduction cooling plate 11 connected to the cooling flange 4B is suppressed, and the temperature rise inside the superconducting coil is also suppressed.

【0016】図4は、図1の超電導コイル部のC部の拡
大図である。図に見られるように、伝導冷却板11の端
部は、冷却フランジ4Bに機械加工により設けられた溝
15に挿入され、ハンダ16により接合されている。し
たがって、伝導冷却板11と冷却フランジ4Bは熱抵抗
を微小に抑えて接合されており、超電導コイルの内部の
発熱が効果的に伝達され、除去されることとなる。ま
た、ハンダ16による接合の代わりに、インジウム等の
良熱伝導性軟金属を溝15と伝導冷却板11との間に挿
入して接合することとしても良好な熱接続が得られる。
FIG. 4 is an enlarged view of a portion C of the superconducting coil shown in FIG. As shown in the figure, the end of the conduction cooling plate 11 is inserted into a groove 15 formed by machining on the cooling flange 4B, and is joined by solder 16. Therefore, the conduction cooling plate 11 and the cooling flange 4B are joined while minimizing the thermal resistance, and the heat generated inside the superconducting coil is effectively transmitted and removed. Also, a good thermal connection can be obtained by inserting a good heat conductive soft metal such as indium between the groove 15 and the conduction cooling plate 11 and joining it instead of joining with the solder 16.

【0017】なお、上記の実施例では、伝導冷却板11
を良熱伝導性金属により構成することとしているが、例
えば窒化アルミニウム等の良熱伝導性セラミックス材料
を用いて構成してもよい。良熱伝導性セラミックス材料
は、比抵抗が高く渦流損は無視できる程度に小さいの
で、伝導冷却板を図2あるいは図3のように複数に分割
する必要はなく、一体化したものを用いてもよい。
In the above embodiment, the conduction cooling plate 11
Is made of a good heat conductive metal, but may be made of a good heat conductive ceramic material such as aluminum nitride. Since the good thermal conductive ceramic material has a high specific resistance and negligible eddy current loss, it is not necessary to divide the conduction cooling plate into a plurality as shown in FIG. 2 or FIG. Good.

【0018】また、良熱伝導性セラミックス材料を用い
る場合には、図4と類似の構成において、例えばインジ
ウム等の良熱伝導性軟金属を溝15と伝導冷却板11と
の間に挿入して接合する方法を用いれば良好な熱接続を
得ることができる。また、図5に要部断面図を示したご
とく、良熱伝導性セラミックス材料からなる伝導冷却板
11Aの両端の外周に金メッキあるいは銀メッキによる
メッキ層17を形成し、この部分を冷却フランジ4Bの
溝15へ挿入してハンダ16により接合する方法、ある
いは、図6に示したごとく、良熱伝導性セラミックス材
料からなる伝導冷却板11Bの両端部の外周に良熱伝導
性金属材料からなる伝熱部材18を嵌合して熱的、機械
的に強固に接続し、嵌合した伝熱部材18をハンダ16
により冷却フランジ4Bの溝15へ接合する方法、ある
いは、図7に示したごとく、良熱伝導性セラミックス材
料からなる伝導冷却板11Cの両端に、ロウ付け接合法
によって良熱伝導性金属材料からなる伝熱部材18Aを
接続し、伝熱部材18Aをハンダ16により冷却フラン
ジ4Bの溝15へ接合する方法を用いても、伝導冷却板
とフランジとの良好な熱接続が得られ、発熱が効果的に
除去され、温度上昇が抑制されて安定して運転される。
When a good heat conductive ceramic material is used, a good heat conductive soft metal such as indium is inserted between the groove 15 and the conductive cooling plate 11 in a configuration similar to FIG. Good thermal connection can be obtained by using the joining method. Further, as shown in the sectional view of the main part in FIG. 5, a plating layer 17 of gold plating or silver plating is formed on the outer periphery of both ends of the conduction cooling plate 11A made of a good heat conductive ceramic material, and this part is formed by the cooling flange 4B. A method of inserting into the groove 15 and joining with the solder 16 or, as shown in FIG. 6, a heat transfer plate made of a good heat conductive metal material on the outer periphery of both ends of a conductive cooling plate 11B made of a good heat conductive ceramic material. The member 18 is fitted and thermally and mechanically firmly connected, and the fitted heat transfer member 18 is connected to the solder 16
7, or a conductive cooling plate 11C made of a good heat conductive ceramic material, as shown in FIG. 7, and made of a good heat conductive metal material by brazing at both ends. Even if the method of connecting the heat transfer member 18A and joining the heat transfer member 18A to the groove 15 of the cooling flange 4B by the solder 16 is used, a good thermal connection between the conductive cooling plate and the flange is obtained, and the heat is effectively generated. , And the temperature rise is suppressed and stable operation is performed.

【0019】[0019]

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、 (1)超電導線をボビンに層状に巻回しフランジで支持
してなる超電導コイル、超電導コイルを断熱して包囲す
る輻射シールド、輻射シールドを断熱して包囲する真空
容器、並びに超電導コイルを冷却部材を介して熱伝導に
より冷却して極低温に保持する冷凍機を備えた超電導磁
石装置において、超電導線の層間に、良熱伝導性金属材
料、例えば銅または銅合金、あるいはアルミニウムまた
はアルミニウム合金よりなる伝導冷却板を介装して、超
電導コイルを形成することとしたので、高速の励磁、消
磁を行うものにあっても、交流損失に伴う発熱が効果的
に除去され、温度上昇が抑制されることとなり、常電導
転移を生じることなく安定して運転できる超電導磁石装
置が得られることとなった。
As described above, according to the present invention, (1) a superconducting coil in which a superconducting wire is wound in layers on a bobbin and supported by a flange, a radiation shield and a radiation shield for insulating and surrounding the superconducting coil A superconducting magnet device equipped with a vacuum vessel that insulates and surrounds a superconducting coil and a refrigerator that cools the superconducting coil by heat conduction through a cooling member and maintains the superconducting coil at a cryogenic temperature. Since a superconducting coil is formed by interposing a conductive cooling plate made of a material, for example, copper or a copper alloy, or aluminum or an aluminum alloy, even in a device that performs high-speed excitation and demagnetization, AC loss is reduced. The accompanying heat generation is effectively removed, the temperature rise is suppressed, and a superconducting magnet device that can operate stably without causing normal conduction transition is obtained. Was.

【0020】(2)さらに、上記の伝導冷却板に、周方
向に少なくとも1個所のスリットを備えることとすれ
ば、伝導冷却板で生じる渦電流損失が無視し得るレベル
に抑えられるのでより好適である。 (3)また、上記の伝導冷却板の端部を超電導コイルを
支持するフランジにハンダ付け接合すれば、伝導冷却板
とフランジの熱接続が良好となるので、発熱がより効果
的に除去され、好適である。
(2) It is more preferable that the conduction cooling plate is provided with at least one slit in the circumferential direction, because eddy current loss generated in the conduction cooling plate can be suppressed to a negligible level. is there. (3) If the end of the conduction cooling plate is soldered and joined to a flange supporting the superconducting coil, heat conduction between the conduction cooling plate and the flange is improved, so that heat generation is more effectively removed, It is suitable.

【0021】(4)また、超電導線の層間に、良熱伝導
性セラミックス材料、例えば窒化アルミニウムよりなる
伝導冷却板を介装して、超電導コイルを形成することと
しても、内部で生じる交流損失に伴う発熱が効果的に除
去され、温度上昇が抑制されることとなるので、常電導
転移を生じることなく安定して運転できる超電導磁石装
置が得られることとなる。
(4) Even if a superconducting coil is formed by interposing a conductive cooling plate made of a good heat conductive ceramic material, for example, aluminum nitride, between the layers of the superconducting wire, it is possible to reduce the AC loss generated inside. Since the accompanying heat generation is effectively removed and the rise in temperature is suppressed, a superconducting magnet device that can operate stably without causing normal conduction transition can be obtained.

【0022】(5)また上記において、上記の伝導冷却
板の端部をフランジに形成した溝に挿入し、さらに、例
えばインジウム等の良熱伝導性軟金属材料を介してフラ
ンジに接合することとすれば、伝導冷却板とフランジの
熱接続が良好となるので、発熱がより効果的に除去さ
れ、好適である。 (6)また、良熱伝導性セラミックス材料よりなる伝導
冷却板を用い、その両端の外周に金メッキあるいは銀メ
ッキを施して、このメッキ部分をフランジにハンダ付け
により接合するか、その両端に良熱伝導性金属よりなる
熱伝導部材を結合して、この結合した部分をフランジに
ハンダ付けにより接合することとしても、伝導冷却板と
フランジの熱接続が良好となるので、発熱がより効果的
に除去され、好適である。
(5) In the above, the end of the conduction cooling plate is inserted into a groove formed in the flange, and further joined to the flange through a good heat conductive soft metal material such as indium. By doing so, the thermal connection between the conduction cooling plate and the flange is improved, so that heat is more effectively removed, which is preferable. (6) A conductive cooling plate made of a good thermal conductive ceramic material is used, and gold plating or silver plating is applied to the outer periphery of both ends thereof. Even if a heat conducting member made of a conductive metal is joined and this joined part is joined to the flange by soldering, the heat connection between the conduction cooling plate and the flange is improved, so that heat is more effectively removed. It is preferred.

【0023】(7)また、上記のフランジに、周方向に
少なくとも1個所のスリットを備えた金属材料より形成
することとすれば、フランジで生じる発熱が抑えられ、
伝導冷却板の端部の温度が低く保持されるので、超電導
コイルの内部で生じる発熱が効果的に除去され、常電導
転移を生じることなく安定して運転できる超電導磁石装
置が得られることとなる。
(7) If the flange is made of a metal material having at least one slit in the circumferential direction, heat generated in the flange can be suppressed,
Since the temperature at the end of the conduction cooling plate is kept low, the heat generated inside the superconducting coil is effectively removed, and a superconducting magnet device that can be operated stably without causing a normal conduction transition is obtained. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による超電導磁石装置の実施例の超電導
コイル部の拡大断面図
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a superconducting coil portion of a superconducting magnet device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の超電導コイル部のA−A面に対応する断
面図
FIG. 2 is a cross-sectional view corresponding to the AA plane of the superconducting coil unit of FIG. 1;

【図3】図1の超電導コイル部のB−B面に対応する断
面図
FIG. 3 is a cross-sectional view corresponding to plane BB of the superconducting coil unit of FIG. 1;

【図4】図1の超電導コイル部のC部の拡大図FIG. 4 is an enlarged view of a part C of the superconducting coil part of FIG. 1;

【図5】本発明の第2の実施例の超電導コイル部の要部
の拡大断面図
FIG. 5 is an enlarged sectional view of a main part of a superconducting coil unit according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施例の超電導コイル部の要部
の拡大断面図
FIG. 6 is an enlarged sectional view of a main part of a superconducting coil according to a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施例の超電導コイル部の要部
の拡大断面図
FIG. 7 is an enlarged sectional view of a main part of a superconducting coil according to a third embodiment of the present invention.

【図8】従来の冷凍機冷却方式の超電導磁石装置の基本
構成を模式的に示す断面図
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a basic configuration of a conventional superconducting magnet device of a refrigerator cooling type.

【図9】図8の超電導磁石装置の超電導コイル部の拡大
断面図
9 is an enlarged sectional view of a superconducting coil portion of the superconducting magnet device of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 超電導コイル 2 輻射シールド 3 真空容器 4 冷却フランジ 4A 冷却フランジ 4B 冷却フランジ 5 冷却ボビン 6 冷却板 7 冷凍機 10 超電導線 11 伝導冷却板 11A 伝導冷却板 11B 伝導冷却板 11C 伝導冷却板 12 スリット 13 スリット 14 スリット 15 溝 16 ハンダ 17 メッキ層 18 伝熱部材 18A 伝熱部材 Reference Signs List 1 superconducting coil 2 radiation shield 3 vacuum vessel 4 cooling flange 4A cooling flange 4B cooling flange 5 cooling bobbin 6 cooling plate 7 refrigerator 10 superconducting wire 11 conductive cooling plate 11A conductive cooling plate 11B conductive cooling plate 11C conductive cooling plate 12 slit 13 slit 14 slit 15 groove 16 solder 17 plating layer 18 heat transfer member 18A heat transfer member

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 滝田 清 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Kiyoshi Takida 1-1-1, Tanabe-Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki-ku, Kanagawa Prefecture Inside Fuji Electric Co., Ltd.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】超電導線をボビンに層状に巻回しフランジ
で支持してなる超電導コイル、超電導コイルを断熱して
包囲する輻射シールド、輻射シールドを断熱して包囲す
る真空容器、並びに超電導コイルを冷却部材を介して熱
伝導により冷却して極低温に保持する冷凍機を備えた超
電導磁石装置において、前記超電導コイルが、超電導線
の層間に、良熱伝導性金属材料よりなる伝導冷却板を介
装して形成されていることを特徴とする超電導磁石装
置。
1. A superconducting coil comprising a superconducting wire wound on a bobbin in a layered manner and supported by a flange, a radiation shield for insulating and surrounding the superconducting coil, a vacuum vessel for insulating and surrounding the radiation shield, and cooling the superconducting coil. In a superconducting magnet device provided with a refrigerator that cools by heat conduction through a member and maintains the temperature at a cryogenic temperature, the superconducting coil includes a conductive cooling plate made of a good heat conductive metal material between layers of the superconducting wire. A superconducting magnet device characterized by being formed as follows.
【請求項2】前記の良熱伝導性金属材料が、銅または銅
合金、あるいはアルミニウムまたはアルミニウム合金で
あることを特徴とする請求項1に記載の超電導磁石装
置。
2. The superconducting magnet device according to claim 1, wherein the high thermal conductive metal material is copper, a copper alloy, aluminum, or an aluminum alloy.
【請求項3】前記の伝導冷却板が、周方向に少なくとも
1個所のスリットを備えていることを特徴とする請求項
1または2に記載の超電導磁石装置。
3. The superconducting magnet device according to claim 1, wherein the conduction cooling plate has at least one slit in a circumferential direction.
【請求項4】前記の伝導冷却板の端部が、超電導コイル
を支持するフランジにハンダ付けにより接合されている
ことを特徴とする請求項1、2または3に記載の超電導
磁石装置。
4. The superconducting magnet device according to claim 1, wherein an end of the conduction cooling plate is joined to a flange supporting the superconducting coil by soldering.
【請求項5】超電導線をボビンに層状に巻回しフランジ
で支持してなる超電導コイル、超電導コイルを断熱して
包囲する輻射シールド、輻射シールドを断熱して包囲す
る真空容器、並びに超電導コイルを冷却部材を介して熱
伝導により冷却して極低温に保持する冷凍機を備えた超
電導磁石装置において、前記超電導コイルが、超電導線
の層間に、良熱伝導性セラミックス材料よりなる伝導冷
却板を介装して形成されていることを特徴とする超電導
磁石装置。
5. A superconducting coil in which a superconducting wire is wound around a bobbin in layers and supported by a flange, a radiation shield for insulating and surrounding the superconducting coil, a vacuum vessel for insulating and surrounding the radiation shield, and cooling the superconducting coil. In a superconducting magnet device provided with a refrigerator that cools by heat conduction through members and keeps the temperature at a cryogenic temperature, the superconducting coil has a conductive cooling plate made of a good heat conductive ceramic material interposed between layers of the superconducting wire. A superconducting magnet device characterized by being formed as follows.
【請求項6】前記の良熱伝導性セラミックス材料が、窒
化アルミニウムであることを特徴とする請求項5に記載
の超電導磁石装置。
6. A superconducting magnet apparatus according to claim 5, wherein said ceramic material having good thermal conductivity is aluminum nitride.
【請求項7】前記の伝導冷却板の端部が、超電導コイル
を支持するフランジに備えられた溝に挿入されているこ
とを特徴とする請求項1乃至6に記載の超電導磁石装
置。
7. The superconducting magnet device according to claim 1, wherein an end of said conduction cooling plate is inserted into a groove provided in a flange for supporting a superconducting coil.
【請求項8】前記の良熱伝導性セラミックス材料よりな
る伝導冷却板の端部が、超電導コイルを支持するフラン
ジに良熱伝導性軟金属材料を介して接合されていること
を特徴とする請求項7に記載の超電導磁石装置。
8. An end portion of the conductive cooling plate made of a good heat conductive ceramic material is joined to a flange supporting a superconducting coil via a good heat conductive soft metal material. Item 8. A superconducting magnet device according to item 7.
【請求項9】前記の良熱伝導性軟金属材料がインジウム
であることを特徴とする請求項8に記載の超電導磁石装
置。
9. The superconducting magnet device according to claim 8, wherein said soft metal material having good thermal conductivity is indium.
【請求項10】前記の良熱伝導性セラミックス材料より
なる伝導冷却板が、両端の外周に金メッキあるいは銀メ
ッキを施されてなり、該メッキ部分が、超電導コイルを
支持するフランジにハンダ付けにより接合されているこ
とを特徴とする請求項5又は6に記載の超電導磁石装
置。
10. A conductive cooling plate made of a good thermal conductive ceramic material, the outer periphery of which is plated with gold or silver, and the plated portion is joined to a flange supporting a superconducting coil by soldering. The superconducting magnet device according to claim 5, wherein
【請求項11】前記の良熱伝導性セラミックス材料より
なる伝導冷却板が、両端に良熱伝導性金属よりなる熱伝
導部材を結合してなり、該熱伝導部材が、超電導コイル
を支持するフランジにハンダ付けにより接合されている
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の超電導磁石装
置。
11. A conductive cooling plate made of a good heat conductive ceramic material having a heat conductive member made of a good heat conductive metal coupled to both ends thereof, the heat conductive member being a flange for supporting a superconducting coil. The superconducting magnet device according to claim 5, wherein the superconducting magnet device is joined by soldering.
【請求項12】前記のフランジが周方向に少なくとも1
個所のスリットを備えた金属材料よりなることを特徴と
する請求項1乃至11に記載の超電導磁石装置。
12. The method according to claim 12, wherein said flange is at least one circumferentially.
The superconducting magnet device according to any one of claims 1 to 11, wherein the superconducting magnet device is made of a metal material provided with slits.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001244109A (en) * 2000-02-28 2001-09-07 Toshiba Corp High-temperature superconducting coil device
JP2010503237A (en) * 2006-09-07 2010-01-28 マサチューセッツ・インスティテュート・オブ・テクノロジー Inductive quench for magnet protection
US20120135868A1 (en) * 2010-02-02 2012-05-31 Xianrui Huang Superconducting magnet assembly and fabricating method
WO2014049842A1 (en) * 2012-09-28 2014-04-03 株式会社日立製作所 Superconducting coil and superconducting magnet device
JP2014093308A (en) * 2012-10-31 2014-05-19 Sumitomo Heavy Ind Ltd Superconducting magnet device
JP2021048154A (en) * 2019-09-17 2021-03-25 株式会社日立製作所 Conduction-cooled superconducting coil

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001244109A (en) * 2000-02-28 2001-09-07 Toshiba Corp High-temperature superconducting coil device
JP2010503237A (en) * 2006-09-07 2010-01-28 マサチューセッツ・インスティテュート・オブ・テクノロジー Inductive quench for magnet protection
US20120135868A1 (en) * 2010-02-02 2012-05-31 Xianrui Huang Superconducting magnet assembly and fabricating method
GB2477409B (en) * 2010-02-02 2013-08-07 Gen Electric Superconducting magnet assembly and fabricating method
US8903465B2 (en) 2010-02-02 2014-12-02 General Electric Company Superconducting magnet assembly and fabricating method
WO2014049842A1 (en) * 2012-09-28 2014-04-03 株式会社日立製作所 Superconducting coil and superconducting magnet device
JPWO2014049842A1 (en) * 2012-09-28 2016-08-22 株式会社日立製作所 Superconducting coil and superconducting magnet device
JP2014093308A (en) * 2012-10-31 2014-05-19 Sumitomo Heavy Ind Ltd Superconducting magnet device
JP2021048154A (en) * 2019-09-17 2021-03-25 株式会社日立製作所 Conduction-cooled superconducting coil

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