KR100282562B1 - Superconducting magnet device - Google Patents

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Abstract

본 발명의 초전도 마그네트 장치는 진공용기와, 상기 진공용기의 축방향으로 서로 대향된 2개의 환상 초전도 코일과, 상기 2개의 초전도 코일을 지지하기 위한 지지구조를 구비하며, 상기 지지구조는 상기 진공용기의 축방향으로 상기 2개의 초전도 코일을 연결하기 위한 코일연결체와 상기 코일연결체에 의해 연결되는 상기 2개의 초전도 코일을 일체로 지지하기 위한 지지체를 포함하며, 상기 2개의 초전도 코일은 상기 지지체를 통하여 상기 진공용기에 배치되는 것을 특징으로 한다.The superconducting magnet device of the present invention includes a vacuum container, two annular superconducting coils opposed to each other in the axial direction of the vacuum container, and a supporting structure for supporting the two superconducting coils, wherein the supporting structure is the vacuum container. And a support for integrally supporting the two superconducting coils connected by the coil connecting body and the coil connecting body for connecting the two superconducting coils in the axial direction of the two superconducting coils. It is characterized in that disposed through the vacuum vessel.

Description

초전도 마그네트 장치Superconducting magnet device

본 발명은 반도체 단결정의 풀업장치용으로 사용되는 초전도 마그네트 장치에 관한것이며, 좀더 구체적으로 제어된 자계분포를 갖는 커스프 자계를 발생하는 초전도 코일의 반발력지지기구에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting magnet device for use in pull-up devices of semiconductor single crystals, and more particularly to a repelling force supporting mechanism of a superconducting coil for generating a cusp magnetic field having a controlled magnetic field distribution.

종래에는 반도체 단결정의 풀업장치용으로 주로 사용되며 또한 전기적으로 직렬로 연결된 2개의 환상 초전도 코일들을 축방향으로 서로 대향하도록 배치하여 양코일을 역극성으로 자화함으로써 소위 커스프형이라고 불리우는 자계를 발생하는 식으로 설계된 초전도 마그네트 장치가 알려져 있다. 그러한 종래의 예가 도 12에 도시되어 있다.Conventionally, it is mainly used for a pull-up device of a semiconductor single crystal and also arranges two annular superconducting coils electrically connected in series in the axial direction to magnetize both coils in reverse polarity to generate a magnetic field called a cusp type. Superconducting magnet devices designed in such a manner are known. Such a conventional example is shown in FIG. 12.

도 12에 보인 초전도 마그네트 장치에서는 전기적으로 직렬로 연결된 2개의 환상 초전도 코일(이후 ″코일″로 약칭함)(101a, 101b)을 환상 진공용기(102)상의 구멍 OP의 축방향 AX 로 상부와 하부 위치에서 서로 대향하도록 배치하고, 이 두 코일(101a, 101b)에 전류를 외부 여자전원(도시않됨)으로부터 공급한다.In the superconducting magnet device shown in FIG. 12, two annular superconducting coils (hereinafter abbreviated as `` coils '') 101a, 101b electrically connected in series are connected to the upper and lower portions by the axial AX of the hole OP on the annular vacuum container 102. It is arranged so as to face each other in position, and supplies current to these two coils 101a and 101b from an external excitation power supply (not shown).

이때, 동일한 전류가 두 코일(101a, 101b)에 흐르므로 마그네트에서 두 코일(101a, 101b)간의 중간선 A1에 대칭인 자계 즉, 도 12에서 자력선 B1 ... B1으로 나타낸 바와 같은 커스프형 자계가 발생한다. 이 대칭 자계분포와 연관된 두 코일(101a,101b)에 반대방향으로 작용하는 반발력 F1 및 F2가 가해진다. 그러한 반발력 F1 및 F2는 마그네트가 커질수록 증가하여 예를들어 수십 내지 수백톤에 달하게 된다.At this time, since the same current flows through the two coils 101a and 101b, the magnet is symmetrical to the middle line A1 between the two coils 101a and 101b, that is, a cusp type as shown by the magnetic lines B1 ... B1 in FIG. Magnetic field occurs. Repulsive forces F1 and F2 are applied to the two coils 101a and 101b associated with this symmetric magnetic field distribution in opposite directions. Such repulsive forces F1 and F2 increase with increasing magnets, for example reaching tens to hundreds of tons.

그러므로 커스프자계를 발생하는 장치에서는 일반적으로 두 코일상에 작용하는 반발력을 지지하기 위한 지지기구를 진공용기내에 설비한다. 그러한 예들중 하나가 도 13에 도시되어 있다.Therefore, in the apparatus which generates cusp magnetic field, the support mechanism for supporting the repulsive force acting on two coils generally is provided in a vacuum container. One such example is shown in FIG. 13.

상술한 것과 마찬가지로 도 13에 나타낸 진공용기(102)내에 두 코일(101a,101b)을 포함하는 초전도 마그네트 장치에서는 액체헬륨 통과용 환상 헬륨용기들(103a,103b)을 두 코일(101a,101b)주위에 배치하며, 이 헬륨용기(103a,103b)의 외부와 내부에 지지체들(지지부재)(104a,104b)을 배치하며, 또한 이 두 지지체(104a,104b)의 압축강도를 이용하여 두 코일(101a,101b)상에 작용하는 반발력을 지지한다.Similar to the above, in the superconducting magnet device including two coils 101a and 101b in the vacuum container 102 shown in FIG. 13, the annular helium containers 103a and 103b for passing liquid helium are surrounded by two coils 101a and 101b. And support bodies (support members) 104a and 104b outside and inside the helium vessels 103a and 103b, and by using the compressive strength of the two supports 104a and 104b. It supports the repulsive force acting on 101a, 101b).

지지기구를 포함하는 마그네트 장치의 경우에는, 진공용기(102) 외부의 열이 지지체(104a)를 통하여 헬륨용기(103a,103b)의 내부에 전달된다. 그러므로 일반적으로 이러한 타입의 장치에서는 냉동기(110)를 진공용기(102) 외부에 설비하고, 이 냉동기(110)에 열적으로 연결된 이중 방열차단재(105a,105b)를 헬륨용기(103a) 주위에 배치한다. 이 방열차단재(105a,105b)는 지지체(104a)에도 열적으로 연결되어 있으므로 각 연결부분으로부터 지지체(104a)를 통하여 전달되는 열의 일부가 방열차단재(105a,105b)에 의해 흡수된다.In the case of a magnet device including a support mechanism, heat outside the vacuum vessel 102 is transferred to the helium vessels 103a and 103b through the support 104a. In general, in this type of apparatus, the refrigerator 110 is installed outside the vacuum container 102, and the double heat shields 105a and 105b thermally connected to the refrigerator 110 are arranged around the helium container 103a. . Since the heat shields 105a and 105b are also thermally connected to the support 104a, a part of the heat transferred through the support 104a from each connecting portion is absorbed by the heat shields 105a and 105b.

그러나 상술한 종래의 커스프자계형의 초전도 마그네트 장치에서는 코일들의 반발력을 지지체의 압축강도를 이용하여 지지하므로, 장치가 대형화되고, 그로 인해 더 강력해지는 반발력을 지지하기 위해서는 지지체의 단면적을 증가시켜서 압축력에 의해 굽혀지지 않도록 해야한다.However, in the above-described conventional cusp magnetic type superconducting magnet device, the repulsive force of the coils is supported by using the compressive strength of the support, so that the apparatus is enlarged, thereby increasing the cross-sectional area of the support so that the compressive force is increased. Do not bend by.

그러므로 이 경우에는 지지체의 단면적이 증가하므로 외부로부터 전달되는 열이 증가하게 되어 액체헬륨의 증발량이 증가하므로, 액체헬륨의 충전회수가 증가하게 되어 유지비가 증가하고, 결국 성능을 향상시키기 위해서는 방열차단재를 냉각시키는 냉동기의 수를 증가시키거나 장치의 사이즈를 증가시켜야 한다. 결과적으로 마그네트 장치는 전체적으로 중량과 사이즈가 증가하고 비용도 증가하는 단점이 있다.Therefore, in this case, since the cross-sectional area of the support increases, the heat transferred from the outside increases, so that the amount of evaporation of the liquid helium increases, the number of charges of the liquid helium increases, the maintenance cost increases, and eventually, a heat shielding material is used to improve performance. The number of chillers to cool should be increased or the size of the device must be increased. As a result, the magnet device has the disadvantage that the weight and size as a whole and the cost increases.

본 발명의 목적은 상술한 종래기술에서 당면한 결함과 단점을 제거하기 위해, 초전도 코일에 의해 수용해야 되는 반발력을 지지할 수 있고 또한 비교적 저가로 제조할 수 있는 간단한 소형 지지구조를 갖는 초전도 마그네트 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a superconducting magnet device having a simple compact support structure that can support the repulsive force to be accommodated by the superconducting coil and can be manufactured at a relatively low cost in order to eliminate the defects and disadvantages encountered in the prior art described above. To provide.

이러한 목적 및 기타 목적들은 하기와 같이These and other purposes are

진공용기와;A vacuum container;

상기 진공용기의 축방향으로 서로 대향하는 2개의 환상 초전도 코일과;Two annular superconducting coils opposed to each other in the axial direction of the vacuum vessel;

상기 2개의 초전도 코일을 지지하기 위한 지지구조를 구비하며;A support structure for supporting the two superconducting coils;

상기 지지구조는 상기 진공용기의 축방향으로 상기 2개의 초전도 코일을 연결하기 위한 코일연결체와 상기 코일연결체에 의해 연결되는 상기 2개의 초전도 코일을 일체로 지지하기 위한 지지체를 포함하며, 상기 2개의 초전도 코일은 상기 지지체를 통하여 상기 진공용기에 배치되는 것이 특징인 본 발명에 의한 초전도 마그네트 장치에 의해 달성될 수 있다.The support structure includes a support for integrally supporting the two superconducting coils connected by the coil connecting body and the coil connecting body for connecting the two superconducting coils in the axial direction of the vacuum vessel, Two superconducting coils can be achieved by the superconducting magnet device according to the invention, characterized in that arranged in the vacuum vessel through the support.

양호한 실시예들에서는, 상기 코일연결체가 2개의 초전도 코일 주위에 원주방향으로 배치되는 환상부재를 포함한다. 환상부재는 2개의 초전도 코일을 감기위한 권취프레임으로 구성된다.In preferred embodiments, the coil connector comprises an annular member disposed circumferentially around two superconducting coils. The annular member is composed of a winding frame for winding two superconducting coils.

상기 코일연결부재는 2개의 초전도 코일 주위에 서로간에 일정거리를 두고 원주방향으로 배치되는 복수의 원호형 부재를 포함한다. 코일연결체는 2개의 초전도 코일을 축방향으로 샌드위치시켜 연결하기 위한 연결부재들과 상기 연결부재들에 의해 연결된 2개의 초전도 코일들간에 일정한 축방향의 간격을 유지시키기 위한 간격유지부재를 포함한다. 연결부재들 각각은 2개의 초전도 코일의 직경방향의 내외측면들 중 적어도 하나를 따라 축방향으로 연장되는 기부와 상기 기부의 대향 단부들로부터 축방향으로 연장되어 2개의 초전도 코일의 축방향의 외측을 향하여 굽혀지는 견부를 포함한다. 기부와 견부는 일체로 형성된다. 견부는 2개의 초전도 코일의 축방향의 외측면에 제각기 지지하도록 배치되는 2개의 단부판을 포함하며, 기부는 상기 2개의 단부판을 축방향으로 고정시키기 위한 고정부재를 포함한다.The coil connecting member includes a plurality of arc-shaped members disposed in a circumferential direction at a predetermined distance from each other around two superconducting coils. The coil connector includes connecting members for sandwiching two superconducting coils in an axial direction and a gap maintaining member for maintaining a constant axial gap between the two superconducting coils connected by the connecting members. Each of the connecting members extends in the axial direction along at least one of the radially inner and outer sides of the two superconducting coils and extends in the axial direction from opposite ends of the two superconducting coils. Shoulders that are bent toward. Base and shoulder are integrally formed. The shoulder includes two end plates, each of which is disposed to support each of the two axial outer surfaces of the superconducting coil, and the base includes a fixing member for axially fixing the two end plates.

연결부재는 와전류를 억제하기 위한 슬릿(slit)을 원주방향으로 구비하고 있으며 또한 연결부재는 고열전도율을 갖는 재료 또는 고열전도율을 갖는 재료와 고강도를 갖는 재료로로 제조된 복합재로 형성된다.The connecting member is provided with a slit to suppress the eddy current in the circumferential direction, and the connecting member is formed of a material having a high thermal conductivity or a material made of a material having a high thermal conductivity and a material having a high strength.

간격유지부재는 2개의 초전도 코일과 연결부재간에서 축방향의 열팽창에 의해 생기는 양측 초전도 코일들의 축방향의 유격(clearance) 길이를 자유로이 조정하기 위한 기구를 포함한다.The space keeping member includes a mechanism for freely adjusting the axial clearance length of both superconducting coils caused by axial thermal expansion between the two superconducting coils and the connecting member.

2개의 초전도 코일의 축방향에서의 도체의 중심거리와 직경방향에서의 도체의 중심반경은 서로 동일하다.The center distance of the conductor in the axial direction of the two superconducting coils and the center radius of the conductor in the radial direction are the same.

2개의 초전도 코일 중 적어도 하나는 그와 동축이 되도록 초전도 코일의 직경방향 또는 축방향으로 보조 환상 초전도 코일을 구비한다.At least one of the two superconducting coils has an auxiliary annular superconducting coil in the radial or axial direction of the superconducting coil so as to be coaxial with it.

상기 2개의 초전도 코일들을 서로 상이한 자계를 발생하도록 상기 초전도 코일을 여자시키기 위한 부재를 더 배치할 수도 있다.A member for exciting the superconducting coils may be further arranged so that the two superconducting coils generate different magnetic fields from each other.

2개의 초전도 코일들중 적어도 하나는 양 초전도 코일간에 반대방향의 자계를 발생하기 위한 보조환상 코일을 그의 축외측에 구비한다.At least one of the two superconducting coils is provided with an auxiliary annular coil on its out-axis side for generating a magnetic field in the opposite direction between both superconducting coils.

2개의 초전도 코일을 둘러싸는 환상 헬륨용기와, 환상 헬륨용기를 둘러싸는 이중 환상 방열차단재를 더 배치할 수도 있다.The cyclic helium container surrounding the two superconducting coils and the double cyclic heat shielding material surrounding the cyclic helium container may be further disposed.

진공용기의 중심축에 대해 대칭의 등각위치에 냉동기를 배치할 수도 있다.It is also possible to place the refrigerator in an isometric position symmetrical about the central axis of the vacuum vessel.

상술한 특징의 본 발명에 의하면, 진공용기와 접촉상태에 있는 지지체로부터 2개의 초전도 코일에 작용하는 반발력을 분리하고 또한 분리된 상기 반발력을 단지 코일연결체에 의해서만 지지하는 것이 가능하므로, 반발력에 대한 조치로서 지지체의 단면적을 증가시키는 것과 같은 강도를 증가시키기 위한 설계의 한계를 벗어나는 것이 가능하고 또한 진공용기의 외부로부터 저온부로의 열전달을 크게 억제하는 것이 가능하다.According to the present invention of the above-described feature, it is possible to separate the repulsive force acting on the two superconducting coils from the support in contact with the vacuum vessel and to support the separated repulsive force only by the coil connecting body, As a measure it is possible to escape the limitations of the design for increasing the strength, such as increasing the cross-sectional area of the support, and it is possible to greatly suppress the heat transfer from the outside of the vacuum vessel to the low temperature part.

만일 권취프레임을 사용할 경우, 권취프레임으로부터 코일을 제거하지 않고 그대로 장치를 조립하는 것이 가능하므로 제조일 수를 줄일 수 있어 비교적 저가의 장치를 제공할 수 있는 장점이 있다.If the winding frame is used, it is possible to assemble the device as it is without removing the coil from the winding frame, it is possible to reduce the number of manufacturing days there is an advantage that can provide a relatively low-cost device.

또한 초전도 코일을 탈자화(소자)할 때 발생되는 와전류를 줄이기 위해, 와전류를 억제하기 위한 슬릿을 연결부재의 원주방향으로 설비하는 것이 바람직하다.In addition, in order to reduce the eddy current generated when demagnetizing the superconducting coil (element), it is preferable to install a slit for suppressing the eddy current in the circumferential direction of the connecting member.

간격유지부재의 일 태양으로서, 2개의 초전도 코일과 연결부재간의 축방향의 열팽창에 의해 생기는 양 초전도 코일의 축방향의 유격 길이를 자유로이 조정하기 위한 기구를 포함한다.One aspect of the space keeping member includes a mechanism for freely adjusting the axial play length of both superconducting coils caused by axial thermal expansion between two superconducting coils and the connecting member.

본 발명의 다른 태양으로서, 다음과 같은 구조를 사용할 수도 있다.As another aspect of the present invention, the following structure may be used.

2개의 초전도 코일의 축방향의 도체 중심의 거리와 직경방향의 도체의 중심반경은 서로 동일하다. 이 경우에 자계분포를 가장 효율적으로 발생하는 것이 가능하므로 도체의 길이를 최소화할 수 있다.The distance of the center of the conductor in the axial direction of the two superconducting coils and the center radius of the conductor in the radial direction are the same. In this case, it is possible to generate the magnetic field distribution most efficiently, so the length of the conductor can be minimized.

2개의 초전도 코일 중 적어도 하나는 초전도 코일의 직경방향으로 보조의 환상 초전도 코일을 동축상에 구비한다. 이 경우에 예를들어 초전도 코일의 전원과 별도의 전원을 사용하여 보조코일을 자화함으로써 자계분포를 제어하는 것이 가능하다. 그러므로 보조코일을 자화 또는 탈자화(소자)함으로써, 자계의 대칭축을 코일에 대해 코일의 축방향의 한 위치(수직방향으로)로 이동시키는 것이 가능하며, 또한 전체 마그네트(또는 단결정의 풀업장치의 경우에 ″도가니(crucible)″를 포함하는 것)를 이동시키기 위한 대형 기구가 필요없다.At least one of the two superconducting coils is provided coaxially with an annular superconducting coil which is auxiliary in the radial direction of the superconducting coil. In this case, for example, it is possible to control the magnetic field distribution by magnetizing the auxiliary coil using a power source separate from that of the superconducting coil. Therefore, by magnetizing or demagnetizing (element) the auxiliary coil, it is possible to move the axis of symmetry of the magnetic field with respect to the coil to one position in the coil's axial direction (in the vertical direction), and also for the whole magnet (or single crystal pull-up device). There is no need for a large mechanism to move the crucibles (including crucibles).

또한 이러한 장점은 설사 2개의 초전도 코일중 적어도 하나가 초전도 코일의 축방향으로 보조의 환상 초전도 코일을 동축으로 구비한 경우라도 얻어질 수 있다.This advantage can also be obtained even if at least one of the two superconducting coils is provided coaxially with an auxiliary annular superconducting coil in the axial direction of the superconducting coil.

코일들내에 생성되는 자계를 서로간에 변화시키도록 2개의 초전도 코일을 여자시키는 부재를 더 구비한다. 이 부재의 일 태양으로서 2개의 코일을 상이한 전원에 의해 자화하여 두 전원의 전류를 변화시킴으로써 자계가 최대 또는 최소가 되는 위치를 코일의 축방향의 임의의 위치에 설정할 수 있다.It is further provided with a member for exciting two superconducting coils so as to vary the magnetic field generated in the coils from each other. As an aspect of this member, the two coils are magnetized by different power sources and the currents of the two power sources are changed so that the position at which the magnetic field becomes maximum or minimum can be set at any position in the axial direction of the coil.

2개의 초전도 코일 중 적어도 하나는 그의 축방향 외측에 초전도 코일들간에서 반대방향으로 자계를 발생하기 위한 보조환상코일을 구비한다. 이 경우에 보조환상코일에 의해 외부로 자계가 누설되는 것이 감소되며, 그에 의해 장치의 무게를 줄이는 것이 가능하다.At least one of the two superconducting coils has an auxiliary annular coil for generating magnetic fields in opposite directions between the superconducting coils on its axially outer side. In this case, leakage of the magnetic field to the outside by the auxiliary annular coil is reduced, whereby it is possible to reduce the weight of the device.

본 발명의 장점 및 특징은 첨부도면을 참조하여 설명되는 하기 설명으로부터 더 명백해질 것이다.Advantages and features of the present invention will become more apparent from the following description described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 초전도 마그네트 장치의 구조를 나타내는 개략 단면도;1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a superconducting magnet device according to a first embodiment of the present invention;

도 2는 권선프레임을 사용하는 장치의 구조를 나타내는 개략 단면도;2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a device using a winding frame;

도 3은 단부판과 연결봉( connecting bar)을 사용하는 연결부재의 구조를 나타내는 개략 단면도;3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a connecting member using an end plate and a connecting bar;

도 4는 스프링을 사용하는 간격유지부재의 구조를 나타내는 개략 단면도;4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a spacing member using a spring;

도 5는 제2 실시예에 의한 초전도 마그네트 장치의 요부의 개념도;5 is a conceptual diagram of main parts of a superconducting magnet device according to a second embodiment;

도 6은 제3실시예에 의한 초전도 마그네트 장치의 요부의 개념도;6 is a conceptual diagram of main parts of a superconducting magnet device according to a third embodiment;

도 7은 제3실시예에 의한 초전도 마그네트 장치의 요부의 개념도;7 is a conceptual diagram of main parts of a superconducting magnet device according to a third embodiment;

도 8은 복수의 여자전원을 사용하는 경우를 설명하기 위한 개략 개통도;8 is a schematic opening diagram for explaining the case where a plurality of excitation power sources are used;

도 9는 복수의 여자전원을 사용하는 경우를 설명하기 위한 개략 개통도;9 is a schematic opening diagram for explaining the case where a plurality of excitation power sources are used;

도 10은 제5실시예에 의한 초전도 마그네트 장치의 요부의 개념도;10 is a conceptual diagram of main parts of a superconducting magnet device according to a fifth embodiment;

도 11은 제6실시예에 의한 초전도 마그네트 장치의 요부의 개념을 나타내는 평면도;Fig. 11 is a plan view showing the concept of main parts of a superconducting magnet device according to the sixth embodiment;

도 12는 종래의 초전도 마그네트 장치를 사용할 경우의 커스프 자계분포(cusped magnetic field distribution)를 설명하기 위한 개념도;12 is a conceptual diagram illustrating a cusped magnetic field distribution when using a conventional superconducting magnet device;

도 13은 종래의 초전도 마그네트 장치의 구조를 나타내는 개략 단면도.Fig. 13 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a conventional superconducting magnet device.

본 발명에 의한 초전도 마그네트 장치의 양호한 실시예를 도면을 참조하여 이하에 설명한다.A preferred embodiment of the superconducting magnet device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

(제1실시예)(First embodiment)

도 1은 환상의 진공용기(1)의 구멍의 축방향으로 분리된 상부와 하부에 각각 배치되는 2개의 환상 초전도 코일(이후 ″코일″이라함)(2a, 2b)을 포함하는 초전도 마그네트 장치를 나타낸다. 2개의 코일(2a, 2b)은 전체적으로 환상 헬륨용기(3)에 의해 둘러싸인 다음 이중 환상 방열차단재(4a, 4b)로 덮혀 있다. 각각의 방열차단재(105a, 105b)는 진공용기(1) 외부에 배치된 냉동기(도시않됨)에 열적으로 연결되어 있다.1 shows a superconducting magnet device comprising two annular superconducting coils (hereinafter referred to as " coils ") 2a, 2b disposed respectively in the upper and lower portions of the annular vacuum vessel 1 in the axially separated upper and lower portions thereof. Indicates. The two coils 2a and 2b are entirely surrounded by the annular helium container 3 and then covered by the double annular heat shields 4a and 4b. Each of the heat shields 105a and 105b is thermally connected to a refrigerator (not shown) disposed outside the vacuum container 1.

이 마그네트 장치에서는 2개의 코일(2a, 2b)을 축방향으로 샌드위치시키기 위한 비자성재료(예,스테인레스 스틸)로 각각 제조된 본 발명의 코일연결부재인 복수의 연결부재(10)와 2개의 코일(2a, 2b)간에 축방향의 간격을 각각 유지시키기 위한 복수의 간격유지부재(20)가 서로간에 일정거리를 두고 헬륨용기(3)내의 코일들의 원주방향으로 배치된다. 진공용기(1)내에는 헬륨용기(3)를 지지하기 위한 본 발명의 지지부재인 헬륨용기지지체(30)가 배치된다.In this magnet device, a plurality of connecting members 10 and two coils, which are coil connecting members of the present invention, each made of a nonmagnetic material (for example, stainless steel) for sandwiching two coils 2a and 2b in an axial direction. A plurality of spacing members 20 for maintaining the axial spacing respectively between the 2a and 2b are arranged in the circumferential direction of the coils in the helium container 3 at a certain distance from each other. In the vacuum container 1, a helium container support 30, which is a support member of the present invention for supporting the helium container 3, is disposed.

연결부재(10)는 전체적으로 2개의 코일(2a, 2b)이 외주측 또는 내주측중 적어도 하나(도면에서는 외주측)에서 축방향으로 연장되는 기부(링부분)(11)에 의해 U-형 횡단면과, 상기 기부(11)의 양단부로부터 축방향 AZ로 2개의 코일(2a, 2b)의 외측을 향하여 각각 굴곡 연장되는 견부(단부 판)(12)를 갖도록 구성된다. 연결부재(10)는 2개의 코일(2a, 2b) 각각의 커스프자계로 인한 반발력을 지지한다.The connecting member 10 is formed with a U-shaped cross section by a base (ring portion) 11 in which two coils 2a and 2b extend axially from at least one of the outer circumferential side or the inner circumferential side (the outer circumferential side in the drawing). And shoulders (end plates) 12 which extend from each end of the base 11 toward the outside of the two coils 2a and 2b in the axial direction AZ, respectively. The connection member 10 supports the repulsive force due to the cusp magnetic field of each of the two coils 2a and 2b.

간격유지부재(20)는 턴버클(turnbuckle)과 같은 신축기구를 포함하며, 2개의 압출봉(21)을 너트(nut)(22)에 의해 서로 연결하는 식으로 구성되며, 연결된 압출봉(21, 21)의 대향단부에 기계적 또는 야금학적으로 강판(23)이 설치되며, 강판(23)은 2개의 코일(2a, 2b)의 대향면에 제각기 지지된다. 너트(22)를 회전시킴으로서 압출봉(21)이 연신 및 수축되므로 2개의 코일(2a, 2b)간에 적당한 축방향의 간격이 대향강판(23, 23)에 의해 적당히 유지될 수 있다.The space maintaining member 20 includes an expansion mechanism such as a turnbuckle, and is configured in such a manner that two extrusion rods 21 are connected to each other by a nut 22, and connected extrusion rods 21, A steel plate 23 is provided mechanically or metallurgically at the opposite end of 21, and the steel plate 23 is supported on opposite surfaces of the two coils 2a and 2b, respectively. Since the extrusion rod 21 is stretched and shrunk by rotating the nut 22, an appropriate axial spacing between the two coils 2a and 2b can be properly maintained by the opposing steel plates 23 and 23.

헬륨용기지지체(30)의 사이즈는 대향하는 헬륨용기(3)와 방열차단재(4a)간에 축방향으로 삽입될 수 있는 크기로 설정한다. 헬륨용기지지체(30)는 헬륨용기(3)의 외주면과 진공용기(1)의 상부 내주면간에 축방향으로 연재되며 헬륨용기(3)를 아래로 매달수 있는 봉과 같은 현수부재를 포함한다. 지지체(30)는 진공용기(1)의 열이 헬륨용기(3)에 전달되지 않도록 각각의 방열차단재(4a, 4b)와 열적으로 연결된다.The size of the helium container support 30 is set to a size that can be inserted in the axial direction between the opposing helium container 3 and the heat shielding material 4a. The helium container support 30 includes a suspension member such as a rod extending axially between the outer circumferential surface of the helium container 3 and the upper inner circumferential surface of the vacuum container 1 and suspending the helium container 3 downward. The support 30 is thermally connected to each of the heat shields 4a and 4b so that the heat of the vacuum container 1 is not transferred to the helium container 3.

제1실시예의 장치는 하기와 같이 동작한다.The apparatus of the first embodiment operates as follows.

장치가 작동할 때, 연결부재(10), 간격유지부재(20) 및 2개의 코일(2a, 2b)은 헬륨용기(3)내의 액체헬륨에 의해 극저온에 균일하게 유지되며, 여자전원(도시않됨)으로부터 전류가 공급되면 장치내에서 커스프자계가 발생한다. 발생하는 커스프자계로 인하여 2개의 코일(2a, 2b)에 작용하는 반발력은 헬륨용기(3)내의 연결부재(10)에 의해 강하게 지지된다.When the device is operating, the connecting member 10, the spacing member 20 and the two coils 2a, 2b are uniformly maintained at cryogenic temperatures by the liquid helium in the helium container 3, and an excitation power source (not shown) When a current is supplied from), a cusp magnetic field is generated in the device. The repulsive force acting on the two coils 2a and 2b due to the generated cusp magnetic field is strongly supported by the connecting member 10 in the helium container 3.

그러므로 본 실시예의 마그네트 장치에 의하면, 코일(2a, 2b)에 작용하는 반발력이 헬륨용기(3)내에 지지되기 때문에 종래의 적력지지체에서와 같이 진공용기(1)의 상온측으로부터의 강한 반발력을 지지하기 위한 구조를 설치할 필요가 없다. 다시말해 진공용기(1)와 헬륨용기(3)의 공간내에 코일(2a, 2b)의 반발력을 지지하기 위한 구조를 설비할 필요가 없기 때문에 지지체(30)의 설계시 융통성을 향상시킬 수 있다.Therefore, according to the magnet device of the present embodiment, since the repulsive force acting on the coils 2a and 2b is supported in the helium container 3, the strong repulsive force from the room temperature side of the vacuum container 1 is supported as in the conventional force support. There is no need to install a structure to do this. In other words, it is not necessary to provide a structure for supporting the repulsive force of the coils 2a and 2b in the space between the vacuum container 1 and the helium container 3, so that flexibility in designing the support 30 can be improved.

즉, 지지체(30)에 필요한 힘으로서, 만일 지지체(30)가 코일(2a, 2b)의 반발력의 크기와 무관하게 적어도 전체 헬륨용기의 자중(예, 수백 kg 내지 수톤)을 지지할 수 있는 정도면 충분하다. 그러므로 지지체 단면의 직경을 줄일 수 있으며, 그 결과 헬륨용기(3)와 방열차단재(4a)간의 유격내에 삽입할 수 있도록 지지체(30)를 설계하는 것이 가능하므로 지지체(30)의 충분한 길이를 확보할 수 있다.That is, as a force required for the support 30, the extent to which the support 30 can support at least the weight of the entire helium container (eg, hundreds of kg to several tons) regardless of the magnitude of the repulsive force of the coils 2a and 2b. Is enough. Therefore, it is possible to reduce the diameter of the cross section of the support, and as a result, it is possible to design the support 30 so that it can be inserted into the clearance between the helium container 3 and the heat shielding material 4a, thereby securing a sufficient length of the support 30. Can be.

만일 가늘고 긴 지지체(30)를 상기 방식으로 사용할 경우 진공용기(1)의 외측인 상온측으로부터 진공용기의 내측인 저온측(헬륨용기)으로의 열전달을 크게 줄일 수 있으므로 액체헬륨의 증발량을 억제하여 소비량을 줄일 수 있다. 또한 냉동기의 수를 증가시킬 필요가 없으므로 사이즈와 중량을 줄일 수 있는 장치의 구조를 저 유지비와 저가로 제공하는 것이 가능하다.If the elongated support 30 is used in the above manner, the heat transfer from the room temperature side of the vacuum vessel 1 to the low temperature side (helium vessel) of the inside of the vacuum vessel can be greatly reduced, thereby suppressing the amount of evaporation of the liquid helium. Reduce consumption In addition, since there is no need to increase the number of refrigerators, it is possible to provide a low maintenance cost and low cost structure of the device that can reduce the size and weight.

연결부재로서 하기와 같은 변형 및 응용을 사용할 수도 있다.As the connecting member, the following modifications and applications may be used.

예를들어 마그네트가 자화 또는 탈자화될 때, 연결부재에서 발생하는 와전류를 억제하기 위한 방법으로서 연결부재(10)의 링부분내에 적어도 하나의 슬릿을 원주방향으로 형성할 수도 있다. 이 경우 형성된 슬릿을 통하여 마그네트가 자화 또는 탈자화될 때 발생하는 와전류를 더 효율적으로 억제하여 와전류에 의해 발생되는 열과 액체헬륨의 증발량을 줄일 수 있는 장점이 있다.For example, when the magnet is magnetized or demagnetized, at least one slit may be formed in the ring portion of the connection member 10 in the circumferential direction as a method for suppressing the eddy current generated in the connection member. In this case, through the formed slit, the eddy current generated when the magnet is magnetized or demagnetized is more effectively suppressed, thereby reducing the amount of heat and liquid helium evaporated generated by the eddy current.

또한 연결부재의 구성재료로서 알루미늄, 동 등과 같은 우수한 열전도율을 갖는 재료는 사용할 수 없다. 이 경우 설사 헬륨용기내의 액체헬륨의 액체레벨이 낮아져서 초전도 코일이 노출되더라도 그러한 노출된 코일부분이 연결부재에 의해 냉각될 수 있는 장점이 있다. 또한 만일 스테인레스 스틸과 같은 고열전도성 재료와 비교적 강한 재료로된 복합재료를 사용하면 우수한 열전도율 이외에도 우수한 강도를 갖는 연결부재를 제공할 수 있다.In addition, as a constituent material of the connecting member, a material having excellent thermal conductivity such as aluminum or copper cannot be used. In this case, even if the superconducting coil is exposed because the liquid level of the liquid helium in the helium container is lowered, there is an advantage that the exposed coil portion can be cooled by the connecting member. In addition, if a composite material made of a high thermal conductivity material such as stainless steel and a relatively strong material is used, it is possible to provide a connection member having excellent strength in addition to excellent thermal conductivity.

연결부재로서, 도 2에 보인 바와 같이 2개의 코일(2a, 2b)을 감기위한 것으로 하나의 권취프레임(10a)을 사용할 수도 있다. 만일 권취프레임(10a)을 사용하면 그것은 간격유지부재의 기능도 겸비할 수 있다. 그러므로 만일 2개의 코일(2a, 2b)을 감는 권취프레임(10a)을 헬륨용기(3)내에 그대로 사용하면 연결부재와 간격유지부재가 필요없으므로 제조공정을 줄일 수 있는 장점이 있다.As the connecting member, one winding frame 10a may be used for winding two coils 2a and 2b as shown in FIG. If the winding frame 10a is used, it can also have the function of the space keeping member. Therefore, if the winding frame (10a) winding the two coils (2a, 2b) is used in the helium container 3 as it is, there is an advantage that the manufacturing process can be reduced because there is no need for the connecting member and the space keeping member.

또한 연결부재로서, 도 3에 나타낸 바와 같이 2개의 견부로서 2개의 단부판(12b)을 사용하고, 단부판(12b)의 대향측면에 기부로서 연결봉(11b)을 일체로 설치한 구성부재(10b)를 사용해도 좋다. 이 경우에 복수조의 2개의 단부판(12b, 12b)을 서로 일정거리를 두고 코일의 원주방향으로 배치하거나 또는 도너츠형상의 원판으로 일체로 형성할 수도 있다.As the connecting member, as shown in Fig. 3, two end plates 12b are used as two shoulders, and a constituent member 10b integrally provided with a connecting rod 11b as a base on an opposite side surface of the end plate 12b. ) May be used. In this case, a plurality of sets of two end plates 12b and 12b may be arranged in the circumferential direction of the coil at a predetermined distance from each other or may be formed integrally with a donut-shaped disk.

비록 본 실시예에서는 간격유지부재로서 압출봉과 너트를 사용하는 신축기구를 사용하였으나, 본 발명은 이러한 기구에만 제한되지는 않는다.Although the present embodiment uses a stretch mechanism using an extrusion rod and a nut as the spacing member, the present invention is not limited to such a mechanism.

예를들어 간격유지부재로서, 도 4에 나타낸 바와 같이 2개의 간격봉(21a, 21a)을 스프링(24)을 거쳐서 서로 연결하고, 연결부분에 조정너트(22a)를 설비하여 양 코일들간의 간격을 조정하도록 된 스테인레스 스틸 등으로 된 간격유지부재(20a)를 사용하는 것도 가능하다.For example, as the spacing member, the two spacing rods 21a and 21a are connected to each other via the springs 24 as shown in FIG. It is also possible to use the gap holding member 20a made of stainless steel or the like to adjust the pressure.

이 경우에는 예를들어 스테인레스 스텔로 된 간격유지부재(20a)와 상술한 알루미늄으로 된 연결부재(10)간의 열수축의 차를 스프링(24)에 의해 흡수할 수 있다. 그러므로 부재들(20a, 10)간에 그리고 부재(20a, 10)와 코일(2a, 2a)간에 발생하는 열수축으로 인한 응력을 보다 효율적으로 억제할 수가 있다.In this case, for example, the spring 24 can absorb the difference in heat shrinkage between the gap holding member 20a made of stainless stell and the connecting member 10 made of aluminum. Therefore, it is possible to more efficiently suppress the stress due to thermal contraction occurring between the members 20a and 10 and between the members 20a and 10 and the coils 2a and 2a.

비록 복수의 연결부재와 간격유지부재를 코일의 원주방향으로 배치하였지만, 본 발명은 이러한 배치에만 제한되지 않고 예를들어 코일의 원주방향으로 일체로 형성한 링형상의 부재라도 좋다.Although the plurality of connecting members and the spacing members are arranged in the circumferential direction of the coil, the present invention is not limited to this arrangement but may be, for example, a ring-shaped member integrally formed in the circumferential direction of the coil.

(제2 실시예)(2nd Example)

도 5에 보인 초전도 마그네트 장치에서는 상술한 구성 이외에도 2개의 코일(2a, 2b)을 각각 미리 설정한 중심반경 R1을 갖는 도체 주위에 감은 다음 미리 설정한 도체의 중심간 거리 L1을 두고 상부와 하부에 배치한다. 반경 R1과 거리 L1은 등거리가 되도록 설정한다.In the superconducting magnet device shown in Fig. 5, in addition to the above-described configuration, two coils 2a and 2b are wound around a conductor having a predetermined center radius R1, respectively, and the upper and lower portions are arranged at a distance L1 between the centers of the preset conductors. To place. The radius R1 and the distance L1 are set to be equidistant.

이러한 마그네트 장치에 의하면, 제1 실시예의 효과 이외에도, 코일의 축방향 AX 의 한 위치의 자속밀도와 커스프자계(2개의 코일간의 공간자계의 중앙지점)의 대칭축 A1에 평행한 위치의 자속밀도는 실질적으로 서로 동일하므로 가장 유효한 자계분포를 갖는 커스프자계를 생성할 수 있으며, 또한 초전도 코일의 구동안정성이 더욱 적절하게 확보될 수 있는 장점도 있다. 종래의 지지체를 사용하더라도 동일한 장점을 얻을 수 있다.According to this magnet device, in addition to the effects of the first embodiment, the magnetic flux density at one position in the axial AX of the coil and the magnetic flux density at the position parallel to the symmetry axis A1 of the cusp magnetic field (center point of the space magnetic field between two coils) Since they are substantially the same, the cusp magnetic field having the most effective magnetic field distribution can be generated, and the driving stability of the superconducting coil can be more appropriately ensured. The same advantages can be obtained by using a conventional support.

(제3 실시예)(Third Embodiment)

도6에 나타낸 초전도 마그네트 장치에서는 상술한 구성 이외에도, 하부코일(2b)이 그의 외연부에 상부와 하부 주코일(2a, 2b)의 전원과 별도의 여자전원(도시않됨)에 연결되어 있는 보조코일(40)과 함께 구비되어 있다. 임의의 여자력은 주코일(2a, 2b) 없이 보조코일(40)에 의해서 만 발생된다.In the superconducting magnet device shown in Fig. 6, in addition to the above-described configuration, an auxiliary coil having a lower coil 2b connected to an excitation power source (not shown) separate from the power supply of the upper and lower main coils 2a and 2b at its outer edge. It is provided with 40. Any excitation force is generated only by the auxiliary coil 40 without the main coils 2a and 2b.

이 경우에 전술한 실시예들의 효과 이외에도, 상부와 하부 주코일(2a, 2b)을 사용하여 커스프자계를 발생시키고 또한 이 자계와 동일 또는 반대 방향으로 보조코일을 사용하여 다른 자계를 발생시킴으로써, 코일에 대한 커스프자계 대칭축을 수직방향으로 자유롭게 공간적으로 이동시키는 것이 가능하다.In this case, in addition to the effects of the above-described embodiments, by using the upper and lower main coils (2a, 2b) to generate a cusp magnetic field, and by using an auxiliary coil in the same or opposite direction to this magnetic field, It is possible to freely and spatially move the cusp magnetic field symmetry axis with respect to the coil in the vertical direction.

그러한 장점은 초전도 마그네트 장치를 반도체 단결정의 풀업장치에 적용할 경우 최대한으로 발휘될 수 있다.Such an advantage can be maximized when the superconducting magnet device is applied to a semiconductor single crystal pull-up device.

종래의 풀업장치의 경우에는 오직 동일한 자력을 2개의 코일에서 발생하고, 공간자계의 대칭축의 위치를 코일들간의 중앙지점에 항상 위치시키고, 또한 도가니내에 용융된 결정재료의 액체 레벨이 풀업동작으로 인하여 점진적으로 저하될 수밖에 없으므로, 용융된 액체레벨의 위치가 고정된 자계에 대하여 항상 변화하므로 그 결과 단결정의 품질이 안정되지 못하는 문제점이 있다.In the case of the conventional pull-up device, only the same magnetic force is generated in two coils, and the position of the axis of symmetry of the spatial magnetic field is always located at the center point between the coils, and the liquid level of the crystalline material melted in the crucible is caused by the pull-up operation. Since it is deteriorated gradually, the position of the molten liquid level always changes with respect to a fixed magnetic field, and as a result, the quality of the single crystal is not stable.

본 실시예에 의하면 용융된 단결정의 액체레벨의 변동에 따라 코일에 대하여 커스프자계의 대칭축을 수직방향으로 자유롭게 공간적으로 이동시키는 것이 가능하므로, 설사 도가니 또는 전체 마그네트를 상대적으로 수직으로 이동시키기 위한 기구를 사용하지 않는다 하더라도 용융된 액체레벨에 따라 최적의 자계를 항상 발생시키는 것이 가능하다. 그러므로 얻어진 단결정 품질의 안정성을 향상 시키는 것이 가능하다. 이러한 장점은 종래의 지지체를 사용할 때도 나타난다.According to this embodiment, it is possible to freely and spatially move the axis of symmetry of the cusp magnetic field with respect to the coil in accordance with the fluctuation of the liquid level of the molten single crystal, so that the mechanism for moving the crucible or the entire magnet relatively vertically Even if it is not used, it is possible to always generate an optimum magnetic field according to the molten liquid level. Therefore, it is possible to improve the stability of the obtained single crystal quality. This advantage also appears when using conventional supports.

비록 본 실시예에서는 보조코일을 하부코일상에 배치하였지만, 이러한 배열에만 국한되지 않고, 설사 보조코일을 상부 코일측상에 배치하더라도 동일한 효과를 나타낼 수 있다. 만일 보조코일을 상부와 하부 코일측면상에 각각 배치하면, 자계분포를 더 넓은 범위에서 정확하게 제어하는 것이 가능하다. 만일 복수의 보조코일을 배치하면 자계변화를 더 정확하게 제어할 수 있다.Although the auxiliary coil is disposed on the lower coil in this embodiment, the present invention is not limited to this arrangement, and even if the auxiliary coil is disposed on the upper coil side, the same effect can be obtained. If the auxiliary coils are placed on the upper and lower coil sides respectively, it is possible to accurately control the magnetic field distribution in a wider range. If a plurality of auxiliary coils are arranged, it is possible to control the magnetic field change more accurately.

비록 본 실시예에서는 보조코일을 주코일(하부코일 또는 상부코일)의 외주측에 배치하였지만 이 배열에만 국한되지 않으며, 설사 보조코일을 주코일의 내주측에 배치하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.Although the auxiliary coil is disposed on the outer circumferential side of the main coil (lower coil or upper coil) in this embodiment, the present invention is not limited to this arrangement, and even if the auxiliary coil is disposed on the inner circumferential side of the main coil, the same effect can be obtained.

(제 4실시예)(Example 4)

도 7에 나타낸 바와 같은 초전도 마그네트 장치에서는 상술한 구성 이외에도, 코일(2a, 2b)의 축방향 외측에 보조코일(41a, 41b)이 구비되어 있어, 상부 주코일(2a)과 보조코일(41a)의 총 여자력과 하부 주코일(2b)과 보조코일(41b)의 총 여자력이 서로 동일하게 되도록 여자상태를 변화시켜 제어하며, 그에 의해 2개의 코일(2a, 2b)에 대하여 커스프자계의 대칭축 AX 의 위치를 수직으로 공간적으로 이동시킬 수 있다.In the superconducting magnet device as shown in FIG. 7, in addition to the above-described configuration, auxiliary coils 41a and 41b are provided outside the coils 2a and 2b in the axial direction, so that the upper main coil 2a and the auxiliary coil 41a are provided. The excitation state is controlled so that the total excitation force of and the total excitation force of the lower main coil 2b and the auxiliary coil 41b are equal to each other, thereby controlling the cusp magnetic field for the two coils 2a and 2b. The position of the axis of symmetry AX can be moved vertically and spatially.

예를들어, 정상동작중에는 보조코일(41a, 41b)이 자화되지 않고 주코일(2a, 2b) 만이 100% 자화되므로, 커스프자계의 대칭축 AX 의 위치가 상부와 하부 코일(2a, 2b)간의 중앙지점에 유지될 수 있다.For example, during normal operation, since the auxiliary coils 41a and 41b are not magnetized and only the main coils 2a and 2b are magnetized 100%, the position of the axis of symmetry AX of the cusp magnetic field is between the upper and lower coils 2a and 2b. Can be kept at a central point.

이 상태에서 대칭축 AX이 중앙지점으로부터 상향으로 이동하면 상부코일(2a)은 탈자화되고 상부 보조코일(41a)은 100% 자화되며, 대칭축 AX이 중앙지점으로부터 하향으로 이동하면 하부코일(2b)은 탈자화되고 하부 보조코일(41b)은 100% 자화된다.In this state, when the axis of symmetry AX moves upward from the center point, the upper coil 2a is demagnetized and the upper auxiliary coil 41a is magnetized 100%. When the axis of symmetry AX moves downward from the center point, the lower coil 2b becomes It is demagnetized and the lower auxiliary coil 41b is magnetized 100%.

그러므로 본 실시예에 의하면 커스프자계의 대칭축이 수직으로 공간적으로 이동할 때 그의 위치가 연속적으로 변화될 수 있으며, 또한 대칭축을 샌드위치하는 상부 자계와 하부 자계간의 대칭이 커스프자계의 대칭축의 위치 변화와 무관하게 항상 보장될 수 있다. 이러한 장점은 설사 종래의 지지체를 사용하더라도 발휘될 수 있다.Therefore, according to the present embodiment, when the axis of symmetry of the cusp magnetic field is moved vertically and spatially, its position can be changed continuously. Also, the symmetry between the upper and lower magnetic fields sandwiching the axis of symmetry is dependent on the change of the position of the symmetry axis of the cusp magnetic field. It can always be guaranteed regardless. This advantage can be achieved even with the use of conventional supports.

비록 본 실시예에서는 상부 코일과 하부 코일 각각이 하나의 보조코일을 구비하고 있지만, 본 발명은 이 배열로 만 제한되지 않는다. 만일 상부 코일과 하부 코일 각각이 복수의 보조코일을 구비한다면 커스프자계의 대칭축의 이동량을 더 증가시킬 수 있다.Although the upper and lower coils each have one auxiliary coil in this embodiment, the present invention is not limited to this arrangement only. If each of the upper coil and the lower coil has a plurality of auxiliary coils, the amount of movement of the axis of symmetry of the cusp magnetic field may be further increased.

상기 제3 및 제4 실시예에서는 비록 커스프자계의 대칭축의 위치가 수직방향으로 공간적으로 이동하지만, 본 발명은 이 배열로 만 제한되지 않는다. 그러한 상태의 일례가 도 8 및 도 9에 도시되어 있다.In the third and fourth embodiments, although the position of the axis of symmetry of the cusp magnetic field is moved spatially in the vertical direction, the present invention is not limited to this arrangement only. One example of such a state is shown in FIGS. 8 and 9.

도 8에 나타낸 초전도 마그네트 장치에서는 상부와 하부 코일(2a, 2b)이 전류의 공급을 위한 전류리드선(50...50)과 여자전원(51, 51)에 각각 연결된다. 전원(51, 51)으로부터 코일(2a, 2b)에 각각 전류를 공급함으로서 2개의 코일(2a, 2b)은 개별적으로 자화되어 여자력을 생성한다.In the superconducting magnet device shown in Fig. 8, the upper and lower coils 2a and 2b are connected to the current lead wires 50 ... 50 and the excitation power sources 51 and 51, respectively, for supplying current. By supplying current to the coils 2a and 2b from the power sources 51 and 51, respectively, the two coils 2a and 2b are individually magnetized to generate an excitation force.

이 경우에 만일 상부와 하부 주코일들중 하나의 생성된 자계를 일정하게 유지하고 또한 다른 주코일들의 생성된 자계를 변화시키도록 제어하면 커스프자계의 대칭축 AX을 수직으로 이동시킬 수 있다. 그러므로 설사 상술한 보조코일을 사용하지 않더라도 비교적 간단한 구성으로 대칭축의 수직이동을 제어하는 것이 가능하다.In this case, if the generated magnetic field of one of the upper and lower main coils is kept constant and controlled to change the generated magnetic field of the other main coils, the axis of symmetry AX of the cusp magnetic field can be moved vertically. Therefore, even if the above-described auxiliary coil is not used, it is possible to control the vertical movement of the symmetry axis with a relatively simple configuration.

도 9에 나타낸 초전도 마그네트 장치에서는 주전원(51)이 전류리드선(50, 50)을 통하여 상부와 하부 코일(2a, 2b)에 각각 직렬로 연결되어 있으며, 또 다른 보조전원(52)이 별도의 전류리드선(50)을 통하여 하부 코일(2b)에 연결되어 있다.In the superconducting magnet device shown in FIG. 9, the main power source 51 is connected to the upper and lower coils 2a and 2b in series through the current lead wires 50 and 50, and another auxiliary power source 52 is a separate current. It is connected to the lower coil 2b via the lead wire 50.

이 경우에, 주전원(51)으로부터 양 코일(2a, 2b)에 전류가 공급되고, 보조전원(52)으로부터 하부 코일(2b)에 전류가 공급되어, 상부 코일(2a) 보다 높은 여자력이 하부 코일(2b)에서 생성되므로, 그에 의해 커스프자계의 대칭축 AX의 위치를 수직으로 변화시킬 수 있다.In this case, current is supplied to both coils 2a and 2b from the main power supply 51, and current is supplied to the lower coil 2b from the auxiliary power supply 52, so that an excitation force higher than the upper coil 2a is lowered. Since it is generated in the coil 2b, it is possible to vertically change the position of the axis of symmetry AX of the cusp magnetic field.

이 경우에 상기 경우에 비하여 전류리드선이 3개이면 충분하므로 전류리드선으로부터 저온부분으로의 열전달을 억제할 수 있어 액체헬륨의 소모량을 줄일 수 있다. 보조전원은 상부 코일에만 연결해도 된다.In this case, since three current lead wires are sufficient in comparison with the above case, heat transfer from the current lead wire to the low temperature portion can be suppressed, thereby reducing the consumption of liquid helium. The auxiliary power source may only be connected to the upper coil.

(제5 실시예)(Example 5)

도 10에 나타낸 바와 같은 초전도 마그네트 장치에서는 상술한 구성 이외에도, 상부와 하부 주코일(2a, 2b)의 축방향 AX 외측에 보조코일(42a, 42b)이 구비되어 있어, 보조코일(42a, 42b)의 자계가 주코일(2a, 2b)의 자계와 반대방향으로 발생되도록 자화상태를 제어한다.In the superconducting magnet device as shown in Fig. 10, in addition to the above-described configuration, auxiliary coils 42a and 42b are provided outside the axial AX of the upper and lower main coils 2a and 2b, and the auxiliary coils 42a and 42b are provided. The magnetization state is controlled so that the magnetic field is generated in the opposite direction to the magnetic field of the main coils 2a and 2b.

본 실시예에 의하면, 상부 코일에서 발생된 자계와 반대방향으로 보조코일에서 자계가 발생하므로, 마그네트의 상부와 외부 방향으로의 자계의 누설을 효과적으로 줄일 수 있다. 하부 코일과 보조코일에 의해서도 동일한 효과가 얻어질 수 있으므로 자계의 전체 누설이 크게 감소될 수 있다.According to this embodiment, since the magnetic field is generated in the auxiliary coil in the direction opposite to the magnetic field generated in the upper coil, it is possible to effectively reduce the leakage of the magnetic field in the upper and outer direction of the magnet. The same effect can be obtained by the lower coil and the auxiliary coil, so that the total leakage of the magnetic field can be greatly reduced.

여자서 자계의 누설을 감소시키기 위한 방법으로서 철과 같은 자성재료를 사용할 수도 있다. 그러나 이 경우에는 전체 장치의 사이즈가 증가하는 단점이 있으므로 좋은 방법은 아니다. 이 방법에 비하여 만일 상술한 보조코일을 사용하면 더 간단한 구성으로써 사이즈와 중량을 모두 줄일 수 있는 초전도 마그네트 장치를 제공하는 것이 가능하므로 마그네트 주위의 자성재료와 전자기기에 가해지는 자계의 영향을 크게 줄일 수 있는 장점이 있다. 이러한 장점은 종래의 지지체를 사용하더라도 얻을 수 있다.Magnetic materials such as iron may be used as a method for reducing the leakage of magnetic fields in the excitation. In this case, however, there is a disadvantage in that the size of the entire apparatus increases, which is not a good method. Compared to this method, if the above-described auxiliary coil is used, it is possible to provide a superconducting magnet device that can reduce both size and weight with a simpler configuration, thereby greatly reducing the influence of the magnetic material around the magnet and the magnetic field applied to the electronic device. There are advantages to it. This advantage can be obtained even by using a conventional support.

(제6 실시예)(Example 6)

도 11에 나타낸 바와 같은 초전도 마그네트 장치에서는 상술한 구성 이외에도, 2개의 냉동기(60, 60)가 진공용기(1)의 중심축에 대하여 180°대칭위치(등각위치)에 배치된다. 2개의 냉동기(60)를 각각 구동시킴으로서 진공용기(1)내의 방열차단재 등(도시않됨)을 균등하게 냉각시키는 것이 가능하다.In the superconducting magnet device as shown in Fig. 11, in addition to the above-described configuration, two refrigerators 60 and 60 are disposed at 180 ° symmetrical positions (equivalent positions) with respect to the central axis of the vacuum container 1. By driving the two refrigerators 60 respectively, it is possible to cool the heat shields and the like (not shown) in the vacuum container 1 evenly.

본 실시예에 의하면, 진공용기내의 저온측에 국부적으로 냉각되지 않는 부분이 존재하는 상황을 실질적으로 피할 수 있으므로, 냉동기에 의해 코일을 직접 냉각시키는 냉각형 마그네트의 경우에는 등각위치에 배치된 냉동기에 의해 코일이 균일하게 냉각되며, 복수의 냉각기가 복수의 코일에 개별적이 아니고 공통으로 열적으로 연결되면, 냉동기들 중 하나의 성능이 변화될 경우라도 다른 냉동기들이 코일들을 냉각시키므로 장치의 신뢰성을 더 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 설사 종래의 지지체를 사용하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.According to this embodiment, the situation in which there is a part which is not locally cooled in the low temperature side of the vacuum container can be substantially avoided. Therefore, in the case of the cooling magnet that directly cools the coil by the freezer, If the coils are cooled uniformly, and the plurality of coolers are individually and in common thermally connected to the plurality of coils, even if the performance of one of the freezers changes, the other coolers cool the coils, further improving the reliability of the device. There is an advantage to this. Even if a conventional support is used, the same effect can be obtained.

냉동기의 수는 2개로 제한되지 않고, 2개 이상 사용해도 좋다. 이 경우에 냉동기를 등각위치에 배치하는 것이 바람직하다.The number of refrigerators is not limited to two, You may use two or more. In this case, it is preferable to arrange the refrigerator at an isometric position.

본 발명은 상술한 실시예들에 제한되지 않고 첨부된 청구범위를 벗어나지 않는 범위내에서 여러다른 수정변경이 가능하다.The present invention is not limited to the above embodiments and many other modifications and variations are possible without departing from the scope of the appended claims.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 초전도 코일들을 서로 연결하기 위한 코일 연결부재를 사용하므로, 초전도 코일들에 작용하는 반발력을 지지하기 위한 간단한 지지구조를 제공하는 것이 가능하다. 설사 예를들어 진공용기에 설치되는 지지구조의 단면적을 증가시키지 않아도 지지구조를 통해 진공용기의 외부로부터 들어오는 열의 양을 크게 줄일 수 있으므로 비교적 저가로 소형화와 경량화에 적합한구조의 장치를 제공하는 것이 가능하다.As described above, according to the present invention, since the coil connecting member for connecting the superconducting coils to each other is used, it is possible to provide a simple support structure for supporting the repulsive force acting on the superconducting coils. Even if the cross-sectional area of the support structure installed in the vacuum container is not increased, for example, the amount of heat input from the outside of the vacuum container can be greatly reduced through the support structure, thereby providing a device having a structure suitable for miniaturization and light weight at a relatively low cost. Do.

Claims (19)

진공용기와;A vacuum container; 상기 진공용기의 축방향으로 서로 대향한 2개의 환상 초전도 코일과;Two annular superconducting coils opposed to each other in the axial direction of the vacuum vessel; 상기 2개의 초전도 코일을 지지하기 위한 지지구조를 구비하며;A support structure for supporting the two superconducting coils; 상기 지지구조는 상기 진공용기의 축방향으로 상기 2개의 초전도 코일을 연결하기 위한 코일연결체와 상기 코일연결체에 의해 연결되는 상기 2개의 초전도 코일을 일체로 지지하기 위한 지지체를 포함하며, 상기 2개의 초전도 코일은 상기 지지체를 통하여 상기 진공용기에 배치되는 것을 특징으로 하는 초전도 마그네트 장치.The support structure includes a support for integrally supporting the two superconducting coils connected by the coil connecting body and the coil connecting body for connecting the two superconducting coils in the axial direction of the vacuum vessel, Superconducting coil device is characterized in that the superconducting coil is disposed in the vacuum vessel through the support. 제1항에 있어서, 상기 코일연결체가 2개의 초전도 코일 주위에 원주방향으로 배치되는 환상부재를 포함하는 것을 특징으로하는 초전도 마그네트 장치.The superconducting magnet device according to claim 1, wherein the coil connecting member includes an annular member disposed circumferentially around two superconducting coils. 제2항에 있어서, 상기 환상부재는 2개의 초전도 코일을 감기위한 권취프레임을 구성하는 것을 특징으로하는 초전도 마그네트 장치.The superconducting magnet device according to claim 2, wherein the annular member constitutes a winding frame for winding two superconducting coils. 제1항에 있어서, 상기 코일연결체는 2개의 초전도 코일 주위에 서로간에 일정거리를 두고 원주방향으로 배치되는 복수의 원호형 부재를 포함하는 것을 특징으로하는 초전도 마그네트 장치.The superconducting magnet device according to claim 1, wherein the coil connecting member includes a plurality of arc-shaped members disposed in a circumferential direction at a predetermined distance from each other around two superconducting coils. 제1항에 있어서, 상기 코일연결체는 2개의 초전도 코일을 축방향으로 샌드위치시켜 연결하기 위한 연결부재들과 상기 연결부재들에 의해 연결된 2개의 초전도 코일들간에 일정한 축방향의 간격을 유지시키기 위한 간격유지부재를 포함하는 것을 특징으로하는 초전도 마그네트 장치.The method of claim 1, wherein the coil connector is configured to maintain a constant axial spacing between the connecting members for axially sandwiching the two superconducting coils and the two superconducting coils connected by the connecting members. A superconducting magnet device comprising a gap holding member. 제5항에 있어서, 상기 연결부재들 각각은 2개의 초전도 코일의 직경방향의 내외측면들 중 적어도 하나를 따라 축방향으로 연장되는 기부와, 상기 기부의 축방향의 대향 단부들로부터 연장되어 2개의 초전도 코일의 축방향의 외측면을 향하여 굽혀지는 견부를 포함하는 것을 특징으로하는 초전도 마그네트 장치.6. The connecting member of claim 5, wherein each of the connecting members has a base extending axially along at least one of the radially inner and outer sides of the two superconducting coils, and the two extending members extending from axially opposite ends of the base. A superconducting magnet device comprising a shoulder that is bent toward an axial outer surface of the superconducting coil. 제6항에 있어서, 상기 기부와 견부는 일체로 형성되는 것을 특징으로하는 초전도 마그네트 장치.The superconducting magnet device according to claim 6, wherein the base and the shoulder are integrally formed. 제6항에 있어서, 상기 견부는 2개의 초전도 코일의 축방향의 외측면에 제각기 지지하도록 배치되는 2개의 단부판을 포함하며, 상기 기부는 상기 2개의 단부판을 축방향으로 고정시키기 위한 고정부재를 포함하는 것을 특징으로하는 초전도 마그네트 장치.The method of claim 6, wherein the shoulder portion comprises two end plates each arranged to support each of the outer side of the axial direction of the two superconducting coils, the base is a fixing member for axially fixing the two end plates Superconducting magnet device comprising a. 제5항에 있어서, 상기 연결부재는 와전류를 억제하기 위한 슬릿을 원주방향으로 구비하는 것을 특징으로하는 초전도 마그네트 장치.6. The superconducting magnet device according to claim 5, wherein the connecting member has a slit for suppressing eddy current in the circumferential direction. 제5항에 있어서, 상기 연결부재는 고열전도율을 갖는 재료 또는 고열전도율을 갖는 재료와 고강도를 갖는 재료로 된 복합재로 형성되는 것을 특징으로하는 초전도 마그네트 장치.6. The superconducting magnet device according to claim 5, wherein the connecting member is formed of a material having a high thermal conductivity or a material having a high thermal conductivity and a material having a high strength. 제5항에 있어서, 상기 간격유지부재는 2개의 초전도 코일과 연결부재간에서 축방향의 열팽창에 의해 생기는 양측의 초전도 코일의 축방향의 유격 길이를 자유로이 조정하기 위한 기구를 포함하는 것을 특징으로하는 초전도 마그네트 장치.6. The superconducting member according to claim 5, wherein the gap holding member includes a mechanism for freely adjusting the axial play length of the superconducting coils on both sides caused by axial thermal expansion between the two superconducting coils and the connecting member. Magnet device. 제1항에 있어서, 상기 2개의 초전도 코일의 축방향의 도체의 중심거리와 직경방향의 도체의 중심반경이 서로 동일한 것을 특징으로하는 초전도 마그네트 장치.The superconducting magnet device according to claim 1, wherein the center distance of the conductors in the axial direction of the two superconducting coils and the center radius of the conductors in the radial direction are the same. 제1항에 있어서, 상기 2개의 초전도 코일 중 적어도 하나는 그와 동축이 되도록 초전도 코일의 직경방향으로 보조 환상 초전도 코일을 구비하는 것을 특징으로하는 초전도 마그네트 장치.The superconducting magnet device according to claim 1, wherein at least one of the two superconducting coils includes an auxiliary annular superconducting coil in the radial direction of the superconducting coil so as to be coaxial with it. 제1항에 있어서, 상기 2개의 초전도 코일 중 적어도 하나는 그와 동축이 되도록 초전도 코일의 축방향으로 보조 환상 초전도 코일을 구비하는 것을 특징으로하는 초전도 마그네트 장치.2. The superconducting magnet device of claim 1, wherein at least one of the two superconducting coils comprises an auxiliary annular superconducting coil in the axial direction of the superconducting coil so as to be coaxial with it. 제1항에 있어서, 상기 2개의 초전도 코일들을 서로 상이한 자계를 발생하도록 상기 초전도 코일을 여자시키기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로하는 초전도 마그네트 장치.2. The superconducting magnet device of claim 1, further comprising means for exciting the superconducting coils to generate different magnetic fields for the two superconducting coils. 제1항에 있어서, 상기 2개의 초전도 코일들중 적어도 하나는 양측의 초전도 코일들간에 반대방향의 자계를 발생하기 위한 보조환상 코일을 그의 축외측에 구비하는 것을 특징으로하는 초전도 마그네트 장치.2. The superconducting magnet device according to claim 1, wherein at least one of the two superconducting coils has an auxiliary annular coil outside the axis thereof for generating magnetic fields in opposite directions between the superconducting coils on both sides. 제1항에 있어서, 상기 2개의 초전도 코일을 둘러싸는 환상 헬륨용기와 환상 헬륨용기를 둘러싸는 이중 환상 방열차단재를 더 포함하는 것을 특징으로하는 초전도 마그네트 장치.The superconducting magnet device according to claim 1, further comprising a cyclic helium container surrounding the two superconducting coils and a double annular heat shield material surrounding the cyclic helium container. 제17항에 있어서, 상기 진공용기의 중심축에 대해 대칭의 등각위치에는 냉동기가 배치되는 것을 특징으로하는 초전도 마그네트 장치.18. The superconducting magnet device according to claim 17, wherein the refrigerator is disposed at an isometric position symmetrical with respect to the central axis of the vacuum vessel. 제1항에 있어서, 상기 코일연결부재는 비자성재료로 형성되는 것을 특징으로하는 초전도 마그네트 장치.The superconducting magnet device according to claim 1, wherein the coil connection member is made of a nonmagnetic material.
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