JPS607707A - 液体冷却式マグネツト - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は強磁場における物性の研究等のために用いられ
る強磁場発生用液体冷却式マグネットに関する。

〔発明の技術的背景〕

従来のとの種強磁場発生用液体冷却式マグネット（ここ
では水冷式マグネットの場合について述べる）は第１図
に示すような構成となっている。すなわち、第１図にお
いて、１は中心部に穴を有する円板状のコイル導体、２
は同じく中心部に穴を有する円板状の絶縁シートで、こ
れらコイル導体１及び絶縁シート２は第２図及び第３図
にそれぞれ示すように同一円周上に等配された複数個の
ボルト穴１ｔｈ、２ａと、これらのボルト穴１ａ、２ｇ
を重ね合せた時に正確に一致するように設けられた多数
の冷却水孔１ｂ、２ｂと、中心部の穴よシ半径方向に切
欠いた切欠部１ｃ、２ｃとを有している。この場合、絶
縁シート２のり入部２Ｃの巾は大概コイル導体１の切欠
部１ｃの巾とボルト穴のピッチｒＩＪとの和になるよう
な寸法関係にしである。即ち、コイル導体１の上に絶縁
シート２盆ボルト穴１ａ、２ａが一致するように重ねた
とき、コイル導体１はその切欠部ＩＣの一端から７」♂
シト２（１ピツチ分の範囲が絶線シート２で扱われない
ように１ねることができるようになっているしたがって
このような状態でコイル等体１を絶縁シート２に重ね合
せることによシ、コイルの１ターンの要素（正不′頷に
はボルト大数をＮとするとき、、（Ｎ−１）／Ｎターン
の要素）が構成されることになる。

１ｒ０シて、これら多数のコイル導体１及び絶縁シート
２はボルト穴１ａが２ａに則して順次１ピツチずつ順次
ずらせて交互に積層され、第４図のコイル円筒展開断面
図に矢印で示すような１毬流経路を形成している。すだ
、コイル導体１及び絶縁シート２の積層方向両端のコイ
ル導体１の板面には電流の入出力端となる集電板３゜４
が接触させて設けられ、その一方の５（ルミ板３側から
多数積層されたコ・ｆル尋体１及び絶縁シート２に有す
るボルト穴１ａ及び２ａを通して締結用絶縁ボルト５を
挿入し、他方の集電板４側において絶縁ナツト６を坏合
して一体的に締付けることによシ水冷式マグネット本体
が構成される。

〔背景技術の問題点〕

ところで、このような水冷式マグネットにおいては、第
２図に示すような円板状コイル等体１と第３図に示すよ
うな絶縁シート２を、Ｊ！ルト穴１ａか′２ａに対して
庵Ｉ次エビッチずつ周方向にずらせて交互に積層する構
成としているため、コイル導体１の切欠部ＩＣもこれら
コイル等体１及び絶縁シート２を交互に４）’を層する
４１すに順次周方向にずれた位置になる。しだがって、
コイル導体１の切欠部ＩＣが順次周方向にずれた各位置
に一巡する積層数毎に、第５図に示すようにコイル等体
１及び絶縁シート２に有する冷却水孔１ｂ、２ｂによシ
形成されたコイル軸心に平行な多数の冷却水の流通路に
切欠部１ｃが交鎖するため、この部分に急拡大部、急、
縮小部が形成されてし寸う。このため、コイル導体１に
設けられるボルト穴１ａの数及びコイル導体１の積層数
が多くなれはなる程、前述した流通路に急拡大部、急縮
小部の縁り返１．７も多くなシ、その繰シ返しによる水
頭損失が甚だ大きくなって、冷却効果の惑いものとなる
。

ちなみに通常のコイル導体１のボルト穴１ａの数は１０
〜１２個で、又コイル導体ｌのＫｉｔ　Ｊｆｆ１７数は
数百層となっている。

他方、コイル等体１に有する切欠部１ｃは冷却水孔１ｂ
の−＝ｌｉを欠損さぜた巾としているため、マグネット
本体に占めるコイル導体１の占積率が十分得られず、強
磁場コイルとし７ての信頼性の点で問題がある。

〔発ψ」の目的〕

本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、
冷却液体の液頭損失を低減して冷却効果を高めるととも
に強磁場コイルの信頼性を向」二さぜることかできる７
匡体冷却式マグネ、トを提供することを目的とする。

〔発明のイ１３４要〕 本発明はかかる目的を構成するブこめ、周方向に等配さ
れた複数個のボルト穴と、７’ｌｉ　ｊｉ！ｊに多；ｌ
”：’（の冷却液体孔を有し且つ中心部よｐ律イモ方向
に前記冷却液体孔が欠損されないような狭い１１］にし
て切欠いた切欠部を有するコ・１ル尋体と、Ｊ、’、Ｊ
方向に等配された前記ホ゛ルト穴に対応する７ｊパルト
穴と中心部より半径方向に前６己コイル導体の切欠部の
切欠き巾よシ広くして切欠いた切欠部を有し且つ板面に
は前記コイル病２体の冷却液体孔と連通ずる冷却液体孔
を有する絶縁シートとを交互に前記コイル導体の切欠部
が前記各冷却液体孔によりコイル軸方向に形成される多
数の作動液体流通路と交鎖しないように、しかも螺旋階
段状の電流経路が形成されるようにｉｌ：’ｉ！宜周方
向にずらして多ｇ積）Ａ’？　シ、これらを前記ボルト
穴を通して絶縁ボルト及びナツトにより一体的に締結す
る構成としたものである。

〔発明の実施Ｐす〕

以下不発り］の一実施例な図面を参照して説明する。第
６図は本発す」による水冷式マダネソトの構成要〕ｊ′
、とし５て用いられるコイル導体１′の一例を示すもの
で、第２図に示すコイル導体１と、ｌ：Ｓなる点ｔよ中
心５′、’ｌｉから半仔方向に切欠かれる切欠部１　ｃ
’の切欠き１１」全冷却水孔１　ｂ’が欠損しない程度
に狭くし／こものでおる。まだ、絶ｔ’ｆＡ’／−トは
２１５３図に示すものと同、１条のものが用いられ、そ
の中心部から半径方向にり欠かれる切欠ｌｉ、’１ｌＳ
２　ｃ’のＦｊＪは犬第４Ｉｌコイルう、）２体１′の
切欠部１　ｃ’の巾と、」？シト穴のピッチ（１」との
オ［Ｊに汗るような寸法四派にして穫るが、切入部２０
′の巾としては従来のそれよシも必然的に狭くして設け
られる傾向を有している・ 間して、本呆諸例では亀７図に示すように前述した多数
のコイル導体１′及び絶縁シート２をボルト穴１　ａ’
が２ａに対して順次１ピッチずつずらせて交互に積層３
する構成とするものである＠したがって、このよりな１
７り成とすれば、コフイルシ）“８体１′の切欠部ｌｃ
′が冷却水孔１　ｂ’が欠Ｊｒ、′ｉシない程１１Ｕに
狭くした巾にして設けられて（八るので、多数のコイル
導体１′と絶ｒ１１１、シー１−２とを交互にオ（１層
した場合、コイル軸方向に形成される多数の冷却水通路
にはｒ、′：　７１７１からも■」らかなように流路に
急拡大部、息、１．ｊ小部分が存イイミしンＪ：くなる
。つｔｂ、コイル丸′体１′の切欠部１　ｃ’がＩＩ）
、’を欠周方向にっ゛れて一巡しても１層欠部１　ｃ’
はコイル軸心と平行に多数形成される？′１テ却水流水
流通路鎚しなくなる。このため、従シ：−のように冷却
水流通路に急拡大部、ｌ＜Ｌ＋、　４：：１）’Ｊ・ｉ
’ｙｌｓが存在しないので、これらの部分での水頭損失
がなくなり、冷却効果を大［１］に向上させることがで
きる。またコイル導体１′に有する切欠γ４ｊｌ　７　
ｃ　／のｒｊＪは従来のそれと比＋１メして狭くしであ
るので、マグネ、ト本体に占めるコイル導体１′の占積
率が向上し、強磁場コイルとしての信刺目士を１１：３
めることかできる。

ここで、マグネット本体の冷却水′ｖ１を通路に急拡大
部、急拡小部が存在する場合と存在ビない場合との差が
水力学的に如何なる作用を及ぼすかについての実験結果
を述べると次の通りである。

供試模擬コイルは、外径３０朔、中央に直径２ｍｍの冷
却水孔を設けた厚さ１・２叫の４同板を９９層、絶縁シ
ートはい１咽ノ４．さのものを９８ツノとしてこれらを
交互に積層し、７．５　ｋｇ７　ｍｎ＝の面圧で締結し
た。この場合、全長設計値は１２８．６　ｗｎであシ、
捷た内、外径の加工はり５層機と同様に精密フ０レス（
ファインブランキング法）を用いた。さらに、急拡大部
の形成には冷却水孔を直径４閾とし、１０層目毎に田゛
９層を入れた。

このような模擬コイルに３００ｍの水位差の下で放流さ
せたところ、夫々ｖｘ　＝　３９．７　ｍ／　５ｅｃ（
急拡大部なし）、Ｖ２　＝　３６．５７７Ｚ　／　ｓｅ
ｅ　（急拡都有シ）を得た。これらの差が全て管路の摩
擦損失係数λの差によるものと仮定してその値を概算す
れば、 であるから、 したがって、 即ち、λ２＝１．１８３λ、を得る。

これらのことから、急拡大部を持ったｖｉｔ路に同一の
流最を供給して同一の冷却効果を得るには（１）　、　
（２）式よシ、１８．３層増のｔＨ失水頭を生ずること
が分る。これに対し、冷却水流通路に急拡大部のない構
成においては上述の水頭損失全未然に防止することがで
きる。

このように本発明では前述した実験結果からも明らかな
ように冷却水経路の損失水頭を低減できることは同一の
冷却水供給設備を用いるならば、冷却効果が向上し、従
ってマグネットとしての極限発生磁場強度ヲ尚上させる
ことができる。また、コイル導体の切欠部は従来のもの
に比べて狭いので、それだけマグネット本体に占めるコ
イル導体の占稍率が向上し、このため、締結構造におけ
るマグネット本体の調性が高まり、運転中の電磁力や熱
応力に対してよシ大きな変形抵抗を内在させることがで
きる。このことはこの種の積ｊ藝締結形マグネットの寿
命を延ばし、また信頼性を高める上での効果に著しいも
のがある。

さらに、一般に従来形のものにあっては冷却水経路に急
拡大部がある箇所とない箇所が混在しているため、温度
分布が一様にならなかったが、本発明ではこれらの点も
除去されるので、信頼性を向上させることができる。し
かも冷却効果が向上すれば、冷却水供給設備の容量を低
減させることができるので、よシ低廉に目的を達成する
ことができる。

なお、上記実施例では第６図に示すようにコイル導体１
′に設けられた切欠部１　ｃ’は中心部よシ半径方向に
直線状に形成する場合について述べたが、この切欠部１
　ｃ’の切欠き形状としてはボルト穴穴１ａ′の分布や
ボルト穴１　ａ’及び冷却水孔１　ｂ’の分イ１テに基
く電流密度の分布、換言すれば発熱量の分布とｖｉ接な
関連を有し、設計上の週択によシ冷却水孔を欠損しない
ように配ＩΣ（して或／ｉ呈度自由に足めるこ七ができ
る。例えばコイル等体１′の中心部より半径方１ｉＪに
形成される切欠部１　ｃ’の形状としては直線の組合せ
、波形、螺旋形等が考えられる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、冷却液体の液体損失
を低減して冷却効果を高めるとともに強磁場コイルとし
ての信頼性を向上させることができる液体冷却式マグネ
ットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は水冷式マグネット本体部分の縦断面図、第２図
及び第３図はマグネット本体を構成するコイル導体及び
絶縁シートを詳細に示す平面図、第４図はマグネット本
体の一部を°示す断面図、第５図は同じくマダイ、ット
本体の冷去ｌ］７１（経路を説明するだめの断面図、第
６図は不づ色間の一実施例におけるコイル等体の平面図
、第７図は同実胞例における冷却水経路′＠：説明する
だめの断面図でるる。 １′・・・コイル導体、１ａ′・・・ボルト穴、１ｂ′
・・・冷却水孔、ＩＣ′・・・切欠部、２・・・絶Ａ■
シー１．．２ａ・・・ｙＪ？ルト穴、２ｂ・・・冷却水
孔、２Ｃ・・・切欠部、３　、　４　・・・集電板、５
　、６　・・・絶紅七　ｄζル　ト　、　ブー　ッ　ト
。 出り人代理人　弁理士　銘　江　武　彦第１図 第３図 り ａ 第４図 第５ ］ｂ 第６図 一３″。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 周方向に等配された複数個のボルト穴と板面に多数の冷
   却液体孔を有し且つ中心部よシ半径方向に前記冷却液体
   孔が欠損されないような狭い巾にして切欠いた切欠部を
   有するコイル導体と、周方向に等配された前記ボルト穴
   に対応するボルト穴と前記コイル導体の切欠部の切欠き
   巾よシ広くして切欠いた切欠部を有し且つ板面には前記
   コイル導体の冷却液体孔と連通ずる冷却液体孔を有する
   絶縁シートとを交互に前記コイル導体の切欠部が前記各
   冷却液体孔によシコイル軸方向に形成される多数の冷却
   液体流通路と交鎖しないように、しかも螺旋階段状の電
   流経路か形成されるように適宜周方向にずらせて多数積
   層し、これらを前記ボルト穴を通して絶縁ボルト及びナ
   ツトによシ一体的に締結する構成としたことを特徴′と
   する液体冷却式マグネット。