JPS6213010A - 超電導電磁石 - Google Patents
超電導電磁石Info
- Publication number
- JPS6213010A JPS6213010A JP60151386A JP15138685A JPS6213010A JP S6213010 A JPS6213010 A JP S6213010A JP 60151386 A JP60151386 A JP 60151386A JP 15138685 A JP15138685 A JP 15138685A JP S6213010 A JPS6213010 A JP S6213010A
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- JP
- Japan
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- coil
- bobbin
- winding frame
- cooling
- copper foil
- Prior art date
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- Pending
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
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。
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〕
本発明は間接冷却方式の超電導電磁石に関する。
超電導導体を巻回してコイルを形成したものを電磁石と
して動作させる場合、その冷却方式としてコイル全体を
液体ヘリウムに浸漬せず、コイルに近接して配管された
冷却管（これを熱的近接関係にある冷却管とする）中に
液体ヘリウムを流し、冷却管と超電導導体（以下導体と
する）間の熱伝達により、導体を間接的に冷却する手段
が知られている。
して動作させる場合、その冷却方式としてコイル全体を
液体ヘリウムに浸漬せず、コイルに近接して配管された
冷却管（これを熱的近接関係にある冷却管とする）中に
液体ヘリウムを流し、冷却管と超電導導体（以下導体と
する）間の熱伝達により、導体を間接的に冷却する手段
が知られている。
第３図に示す構成は間接冷却方式の超電導電磁石の一従
来例である。この例では精度の高い磁場分布を必要とさ
れるため、コイルは寸法精度の高い巻枠（１）上にホル
マール絶縁被膜（図示せず）を有する導体（２）を巻回
しである。また導体（２）は相互に熱伝達を最大とする
ために密接に巻かれ、さらにコイル外周には銅等の熱電
導材製の均熱板（３）がほぼ全面に巻かれると共に、巻
枠（１）、導体（２）、均熱板（３）は全て一体にエポ
キシ樹脂により真空加圧含浸処理を施しである。均熱板
（３）の一部には冷却管（５）が接合され、冷却管（５
）の中には液体ヘリウム（７）が流され、熱伝達により
コイル全体を冷却する。巻枠（１）と導体（２）の間、
導体（２）と均熱板（３）との間にあるガラスクロス（
６）は、いずれも樹脂含浸を行なう熊に含浸樹脂の流路
を確保するためのものである。
来例である。この例では精度の高い磁場分布を必要とさ
れるため、コイルは寸法精度の高い巻枠（１）上にホル
マール絶縁被膜（図示せず）を有する導体（２）を巻回
しである。また導体（２）は相互に熱伝達を最大とする
ために密接に巻かれ、さらにコイル外周には銅等の熱電
導材製の均熱板（３）がほぼ全面に巻かれると共に、巻
枠（１）、導体（２）、均熱板（３）は全て一体にエポ
キシ樹脂により真空加圧含浸処理を施しである。均熱板
（３）の一部には冷却管（５）が接合され、冷却管（５
）の中には液体ヘリウム（７）が流され、熱伝達により
コイル全体を冷却する。巻枠（１）と導体（２）の間、
導体（２）と均熱板（３）との間にあるガラスクロス（
６）は、いずれも樹脂含浸を行なう熊に含浸樹脂の流路
を確保するためのものである。
このような構成の超伝導電磁石の場合、コイル予冷の際
、あるいは、コイル内に運転中発生する微少な損失によ
る熱は第３図の矢印のように伝わってコイルが冷却され
ると考えられる。しかしながら、超電導電磁石の発生す
べき磁場が大きく、コイルのアンペアターン数を大にす
るに従って、コイルの厚さ寸法が大になり、均熱板（３
）に近接した部分の導体と、巻枠側（内径側）の導体と
の間に温度勾配が出来易くなり、コイルの超電導状態を
維持することが不安定となる。またコイルと巻枠との間
は、樹脂含浸により一体的に固着すると考えられるが、
冷却を行なった時の熱収縮量は、巻枠と導体部分に差が
生じ、例えば巻枠をアルミニウム材とした場合は約３０
％の差が感体との間に生じる。従って、導体と巻枠の間
に剥がれを生じて、空隙を発生する可能性は否定できな
い。このような場合、巻枠の冷却特性は非常に悪くなり
、従って、巻枠に近接した部分の導体を所定の温度に保
つことが困難となる場合もある。
、あるいは、コイル内に運転中発生する微少な損失によ
る熱は第３図の矢印のように伝わってコイルが冷却され
ると考えられる。しかしながら、超電導電磁石の発生す
べき磁場が大きく、コイルのアンペアターン数を大にす
るに従って、コイルの厚さ寸法が大になり、均熱板（３
）に近接した部分の導体と、巻枠側（内径側）の導体と
の間に温度勾配が出来易くなり、コイルの超電導状態を
維持することが不安定となる。またコイルと巻枠との間
は、樹脂含浸により一体的に固着すると考えられるが、
冷却を行なった時の熱収縮量は、巻枠と導体部分に差が
生じ、例えば巻枠をアルミニウム材とした場合は約３０
％の差が感体との間に生じる。従って、導体と巻枠の間
に剥がれを生じて、空隙を発生する可能性は否定できな
い。このような場合、巻枠の冷却特性は非常に悪くなり
、従って、巻枠に近接した部分の導体を所定の温度に保
つことが困難となる場合もある。
又、アルミニウム材の巻枠では、励磁および減磁の際に
生じるうず電流損失によって温度上昇が起り、超電導特
性を劣化させる。この対策として熱収縮量が導体に近い
上に、うず電流損失のないガラス繊維強化プラスチック
（以下ＧＦＲＰとする）巻枠とすることが考えられるが
、ＧＦＲＰでは熱伝導率が非常に小さいため、冷却特性
が悪化する欠点があった。
生じるうず電流損失によって温度上昇が起り、超電導特
性を劣化させる。この対策として熱収縮量が導体に近い
上に、うず電流損失のないガラス繊維強化プラスチック
（以下ＧＦＲＰとする）巻枠とすることが考えられるが
、ＧＦＲＰでは熱伝導率が非常に小さいため、冷却特性
が悪化する欠点があった。
このように、従来の間接冷却に見られた構成例では、上
記の欠点により、コイルが十分な超電導特性を確保でき
ず、安定に運転できる超電導電磁石とならない場合があ
った。
記の欠点により、コイルが十分な超電導特性を確保でき
ず、安定に運転できる超電導電磁石とならない場合があ
った。
本発明はコイルの冷却を良好にして、安定した運転ので
きる超電導電磁石を得ることを目的とする。
きる超電導電磁石を得ることを目的とする。
本発明においては、絶縁被膜を有する超電導感体を熱伝
湛部材を介して巻枠上に巻回したコイルと、前記コイル
に近接した銅板等の金属性熱伝導部材と熱的な近接関係
にある冷却管を有し、この冷却管中を流れる冷媒により
、前記コイルを間接冷却する超電導電磁石において、巻
枠の少なくとも前記金属性熱伝導部材に近接する部分を
電気絶縁シートと銅箔とのラミネート構造にして一体に
構成することにより、巻枠のコイル内径側からの冷却を
向上するものである。
湛部材を介して巻枠上に巻回したコイルと、前記コイル
に近接した銅板等の金属性熱伝導部材と熱的な近接関係
にある冷却管を有し、この冷却管中を流れる冷媒により
、前記コイルを間接冷却する超電導電磁石において、巻
枠の少なくとも前記金属性熱伝導部材に近接する部分を
電気絶縁シートと銅箔とのラミネート構造にして一体に
構成することにより、巻枠のコイル内径側からの冷却を
向上するものである。
実施例１
以下、本発明の第１の実施例について、第１図および第
２図を参照して説明する。
２図を参照して説明する。
巻枠１はその全部あるいはフィラメントワインディング
等の方法で巻成形された後の外径側の一部に対して、厚
さ０．１■程度の半硬化の繊維強化プラスチック（以下
ＦＲＰとする）シート（１ａ）と厚さ０．１〜０．３＋
ｎｍ程度の銅箔（１ｂ）とを重ねて巻回した上で、加熱
硬化により一体形成する。この時、巻回数としては、絶
縁被膜を有する超電心導体（２）を巻回したコイルの熱
負荷に対して、十分な熱伝達が行なわれる厚さが確保さ
れる回数が必要であり、例えば１０層程度の厚さのラミ
ネート構造があればよい。そして一体形成の後、機械加
工により、所定の寸法に仕上げ、巻枠（１）のコイル端
部に設けられる支え板（８）を取付ける。支え板（８）
は銅等の熱伝導率の高い金属材料から成り、巻枠（１）
の銅箔（１ｂ）とろう付、又は接着、又は機械的接触に
よって、熱的に接合される。なお支え板（８）にはコイ
ルに近接して熱的近接関係にある冷却管（５）が接合さ
れており、冷却管（５）の中には液体ヘリウム（４）を
流す。巻枠（１）の外周にガラスクロス（６）を巻回し
、超電導導体（２）を巻回し、所定のターン数と寸法が
形成された後、上記導体（２）の外側にガラスクロス（
６）を巻回の上、厚さ１〜２ｍの銅板から成る均熱板（
３）を設け、支え板（８）にろう付は等により接合する
。以上の構成をしたコイル全体をエポキシ樹脂真空含浸
により、一体固着する。
等の方法で巻成形された後の外径側の一部に対して、厚
さ０．１■程度の半硬化の繊維強化プラスチック（以下
ＦＲＰとする）シート（１ａ）と厚さ０．１〜０．３＋
ｎｍ程度の銅箔（１ｂ）とを重ねて巻回した上で、加熱
硬化により一体形成する。この時、巻回数としては、絶
縁被膜を有する超電心導体（２）を巻回したコイルの熱
負荷に対して、十分な熱伝達が行なわれる厚さが確保さ
れる回数が必要であり、例えば１０層程度の厚さのラミ
ネート構造があればよい。そして一体形成の後、機械加
工により、所定の寸法に仕上げ、巻枠（１）のコイル端
部に設けられる支え板（８）を取付ける。支え板（８）
は銅等の熱伝導率の高い金属材料から成り、巻枠（１）
の銅箔（１ｂ）とろう付、又は接着、又は機械的接触に
よって、熱的に接合される。なお支え板（８）にはコイ
ルに近接して熱的近接関係にある冷却管（５）が接合さ
れており、冷却管（５）の中には液体ヘリウム（４）を
流す。巻枠（１）の外周にガラスクロス（６）を巻回し
、超電導導体（２）を巻回し、所定のターン数と寸法が
形成された後、上記導体（２）の外側にガラスクロス（
６）を巻回の上、厚さ１〜２ｍの銅板から成る均熱板（
３）を設け、支え板（８）にろう付は等により接合する
。以上の構成をしたコイル全体をエポキシ樹脂真空含浸
により、一体固着する。
尚、半硬化ＦＲＰシートの代りにプラスチックフィルム
に接着剤を塗布したものを使用してもよい。
に接着剤を塗布したものを使用してもよい。
次に作用について説明する。
冷却管（５）内に液体ヘリウム（４）等の冷媒を流すこ
とにより、熱は第１図の矢印のように支え板（８）、均
熱板（３）を介して流れ、導体（２）および巻枠（１）
を冷却する。従来の構成と比較し、外周側と内周側から
冷却されるため、コイル全体の温度差が小さくなり、冷
却時間の短縮および熱応力の軽減ができる。
とにより、熱は第１図の矢印のように支え板（８）、均
熱板（３）を介して流れ、導体（２）および巻枠（１）
を冷却する。従来の構成と比較し、外周側と内周側から
冷却されるため、コイル全体の温度差が小さくなり、冷
却時間の短縮および熱応力の軽減ができる。
次にこの実施例の効果を説明する。
以上述べた構成と作用により、次の効果が得られる。
均熱板の作用をする銅箔を巻枠に一体に巻き込む構造の
ため、均熱板（銅箔）と巻枠とを完全に一体成形でき、
銅箔とＦＲＰ部分との剥離が生じない。
ため、均熱板（銅箔）と巻枠とを完全に一体成形でき、
銅箔とＦＲＰ部分との剥離が生じない。
巻枠外周を機械加工により、高い寸法精度に仕上げるこ
とが可能である。絶縁物であるＦＲＰシートと銅箔との
ラミネート構造であるため、銅箔の１ターンが形成され
ず、かつ銅箔の厚さが小さいことにより、任意の方向の
変動磁場によるうず電流に対する抵抗が大となり、ジュ
ール損が少ない。
とが可能である。絶縁物であるＦＲＰシートと銅箔との
ラミネート構造であるため、銅箔の１ターンが形成され
ず、かつ銅箔の厚さが小さいことにより、任意の方向の
変動磁場によるうず電流に対する抵抗が大となり、ジュ
ール損が少ない。
そして、巻枠（１）の大部分は銅であるため、熱収縮率
が銅と同程度になり、熱収縮率の差によるコイルとの剥
離が生じない。また熱伝導率が銅と同程度になることに
より、伝熱経路が増し、伝熱面積が増大したので、冷却
特性が良くなり、このため冷却時間の短縮と共に、冷媒
の使用量の減少ができる。そして、コイル周囲から比較
的均一に冷却できるから、冷却時に発生する熱応力を軽
減できるので、熱応力によって受ける超電導導体の超電
導特性の低下を防ぐことが可能である。
が銅と同程度になり、熱収縮率の差によるコイルとの剥
離が生じない。また熱伝導率が銅と同程度になることに
より、伝熱経路が増し、伝熱面積が増大したので、冷却
特性が良くなり、このため冷却時間の短縮と共に、冷媒
の使用量の減少ができる。そして、コイル周囲から比較
的均一に冷却できるから、冷却時に発生する熱応力を軽
減できるので、熱応力によって受ける超電導導体の超電
導特性の低下を防ぐことが可能である。
実施例２
以上説明した第１の実施例では、コイル外周側に均熱板
（３）を設けていたが、第４図に示す第２の実施例の如
く、熱負荷の小さい、例えばコイルのアンペアターン数
が小さい場合などには均熱板（３）を省略し、巻枠（１
）からの熱伝達、すなわち、コイル内周側からの冷却の
みで十分となる場合に用いられる。
（３）を設けていたが、第４図に示す第２の実施例の如
く、熱負荷の小さい、例えばコイルのアンペアターン数
が小さい場合などには均熱板（３）を省略し、巻枠（１
）からの熱伝達、すなわち、コイル内周側からの冷却の
みで十分となる場合に用いられる。
実施例３
第５図に示す第３の実施例は、コイルに近接して熱的近
接関係にある冷却管（５）を均熱板（３）に取付けたも
ので他は第１の実施例と同様である。
接関係にある冷却管（５）を均熱板（３）に取付けたも
ので他は第１の実施例と同様である。
このようにしても実施例１と同様の作用効果が得られる
。
。
以上説明したように本発明によれば、間接冷却方式の超
電導電磁石において、コイルの冷却が良好に行なわれ、
安定した運転が確保され、使用冷媒であるところの液体
ヘリウムの量の少ない超電導電磁石を得ることができる
。
電導電磁石において、コイルの冷却が良好に行なわれ、
安定した運転が確保され、使用冷媒であるところの液体
ヘリウムの量の少ない超電導電磁石を得ることができる
。
第１図は本発明の超電導電磁石の第１の実施例の要部を
示す縦断面図、第２図は第１図の巻枠の製造途中の状態
を示す斜視図、第３図は従来例を示す要部縦断面図、第
４図および第５図は第２および第３の実施例の要部を示
す縦断面図である。 １・・・巻枠 １ａ・・・電気絶縁シート］ｂ・・
・銅箔 ２・・・コイルの導体３・・・均熱板
４・・・冷媒である液体ヘリウム５・・・冷却管
示す縦断面図、第２図は第１図の巻枠の製造途中の状態
を示す斜視図、第３図は従来例を示す要部縦断面図、第
４図および第５図は第２および第３の実施例の要部を示
す縦断面図である。 １・・・巻枠 １ａ・・・電気絶縁シート］ｂ・・
・銅箔 ２・・・コイルの導体３・・・均熱板
４・・・冷媒である液体ヘリウム５・・・冷却管
Claims (1)
- 絶縁被膜を有する超電導導体を熱伝導部材を介して巻
枠上に巻回したコイルと、前記コイルに近接した銅板等
の金属性熱電導部材と熱的な近接関係にある冷却管を有
し、この冷却管中を流れる冷媒により、前記コイルを間
接冷却する超電導電磁石において、巻枠の少なくとも前
記金属性熱電導部材に近接する部分を電気絶縁シートと
銅箔とのラミネート構造にして一体に構成することによ
り、巻枠のコイル内径側からの冷却を向上させたことを
特徴とする超電導電磁石。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60151386A JPS6213010A (ja) | 1985-07-11 | 1985-07-11 | 超電導電磁石 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60151386A JPS6213010A (ja) | 1985-07-11 | 1985-07-11 | 超電導電磁石 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6213010A true JPS6213010A (ja) | 1987-01-21 |
Family
ID=15517446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60151386A Pending JPS6213010A (ja) | 1985-07-11 | 1985-07-11 | 超電導電磁石 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6213010A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7053740B1 (en) * | 2005-07-15 | 2006-05-30 | General Electric Company | Low field loss cold mass structure for superconducting magnets |
| GB2432260A (en) * | 2005-11-14 | 2007-05-16 | Siemens Magnet Technology Ltd | A resin-impregnated superconducting magnet coil and its method of manufacture which comprises a cooling layer and a filler layer. |
| GB2432898A (en) * | 2005-11-28 | 2007-06-06 | Gen Electric | Cryogenic cooling circuit arrangement to avoid direct conductive thermal engagement of the inlet path with a coupler for a superconducting magnet |
| JP2008140900A (ja) * | 2006-11-30 | 2008-06-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導コイル |
| GB2454475A (en) * | 2007-11-07 | 2009-05-13 | Siemens Magnet Technology Ltd | A Heat Shield for an MRI scanner |
| JP2010239113A (ja) * | 2008-12-03 | 2010-10-21 | Kobe Steel Ltd | 電磁拡管成形用インダクタ及びその製造方法 |
| GB2490478A (en) * | 2011-04-20 | 2012-11-07 | Siemens Plc | Superconducting magnet with thermally conductive cooling and methods for its manufacture |
| GB2490189B (en) * | 2011-04-20 | 2014-04-23 | Siemens Plc | Superconducting magnets with thermal radiation shields |
| JP2014523783A (ja) * | 2011-07-20 | 2014-09-18 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | ヘリウム蒸気磁気共鳴磁石 |
| JP2015179791A (ja) * | 2014-03-20 | 2015-10-08 | 株式会社東芝 | 超電導磁石装置 |
-
1985
- 1985-07-11 JP JP60151386A patent/JPS6213010A/ja active Pending
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1744170A1 (en) * | 2005-07-15 | 2007-01-17 | General Electric Company | Low field loss cold mass structure for superconducting magnets |
| JP2007027715A (ja) * | 2005-07-15 | 2007-02-01 | General Electric Co <Ge> | 超伝導マグネット向けの低磁場損失コールドマス構造体 |
| US7053740B1 (en) * | 2005-07-15 | 2006-05-30 | General Electric Company | Low field loss cold mass structure for superconducting magnets |
| GB2432260B (en) * | 2005-11-14 | 2009-06-03 | Siemens Magnet Technology Ltd | A resin-impregnated superconducting magnet coil comprising a cooling layer |
| GB2432260A (en) * | 2005-11-14 | 2007-05-16 | Siemens Magnet Technology Ltd | A resin-impregnated superconducting magnet coil and its method of manufacture which comprises a cooling layer and a filler layer. |
| US7616083B2 (en) | 2005-11-14 | 2009-11-10 | Siemens Magnet Technology Ltd. | Resin-impregnated superconducting magnet coil comprising a cooling layer |
| GB2432898A (en) * | 2005-11-28 | 2007-06-06 | Gen Electric | Cryogenic cooling circuit arrangement to avoid direct conductive thermal engagement of the inlet path with a coupler for a superconducting magnet |
| GB2432898B (en) * | 2005-11-28 | 2010-03-31 | Gen Electric | Cold mass cryogenic cooling circuit inlet path avoidance of direct conductive thermal engagement with substantially conductive coupler for superconducting |
| JP2008140900A (ja) * | 2006-11-30 | 2008-06-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導コイル |
| GB2454475A (en) * | 2007-11-07 | 2009-05-13 | Siemens Magnet Technology Ltd | A Heat Shield for an MRI scanner |
| JP2010239113A (ja) * | 2008-12-03 | 2010-10-21 | Kobe Steel Ltd | 電磁拡管成形用インダクタ及びその製造方法 |
| GB2490478A (en) * | 2011-04-20 | 2012-11-07 | Siemens Plc | Superconducting magnet with thermally conductive cooling and methods for its manufacture |
| GB2490189B (en) * | 2011-04-20 | 2014-04-23 | Siemens Plc | Superconducting magnets with thermal radiation shields |
| GB2490478B (en) * | 2011-04-20 | 2014-04-23 | Siemens Plc | Superconducting magnets with thermal radiation shields |
| US9293253B2 (en) | 2011-04-20 | 2016-03-22 | Siemens Plc | Superconducting magnets with thermal radiation shields |
| US9543066B2 (en) | 2011-04-20 | 2017-01-10 | Siemens Plc | Superconducting magnets with thermal radiation shields |
| JP2014523783A (ja) * | 2011-07-20 | 2014-09-18 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | ヘリウム蒸気磁気共鳴磁石 |
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