JP2000114027A - 超伝導コイル装置 - Google Patents
超伝導コイル装置Info
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- JP2000114027A JP2000114027A JP28551098A JP28551098A JP2000114027A JP 2000114027 A JP2000114027 A JP 2000114027A JP 28551098 A JP28551098 A JP 28551098A JP 28551098 A JP28551098 A JP 28551098A JP 2000114027 A JP2000114027 A JP 2000114027A
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- superconducting coil
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- heat transfer
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- cooling
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 渦電流損失による発熱を防止し、超伝導コイ
ルのクエンチ減少を発生させることなく超伝導コイルの
急速励磁、急速消磁が可能で、装置を短時間で立ち上げ
る事が可能な超伝導コイル装置の提供を目的とする。 【解決手段】 超伝導コイルの外周、内周、及び端部の
少なくともいずれか一つに冷却部材が取り付けられ、同
冷却部材に接触して前記超伝導コイルの熱を低温部材に
伝達させる伝熱部材からなる超伝導コイル装置におい
て、前記冷却部材と伝熱部材との少なくともどちらか一
方を渦電流を抑制する構造とした事を特徴とする超伝導
コイル装置である。
ルのクエンチ減少を発生させることなく超伝導コイルの
急速励磁、急速消磁が可能で、装置を短時間で立ち上げ
る事が可能な超伝導コイル装置の提供を目的とする。 【解決手段】 超伝導コイルの外周、内周、及び端部の
少なくともいずれか一つに冷却部材が取り付けられ、同
冷却部材に接触して前記超伝導コイルの熱を低温部材に
伝達させる伝熱部材からなる超伝導コイル装置におい
て、前記冷却部材と伝熱部材との少なくともどちらか一
方を渦電流を抑制する構造とした事を特徴とする超伝導
コイル装置である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】発明は、冷凍機その他各種手
段により超伝導コイルが極低温保持される超伝導コイル
装置に関する。
段により超伝導コイルが極低温保持される超伝導コイル
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の冷凍機により冷却される超伝導コ
イル装置を、図１０に基づいて説明する。鉄鋼材で形成
された真空容器０１内には、外部からの輻射熱の侵入を
防ぐ銅等の金属製のサーマルシールド０２が配置されて
いる。サーマルシールド０２内には、超伝導線材が巻き
付けられて形成された超伝導コイル０３（内径約５３０
ｍｍ、外形約４５０ｍｍ、高さ約４５０ｍｍ）が配置さ
れており、超伝導コイル０３の外周部と端部には、熱伝
導性の良い銅、アルミニューム等の金属製の一枚板から
形成された厚さ約１０ｍｍの冷却板０４が取り付けられ
ている。冷却板０４には、幅６０ｍｍ、厚さ３０ｍｍの
熱伝導性の良い銅、アルミニューム等の金属性の一枚板
から形成された伝熱板０５の端部がろう付け等により取
り付けられている。伝熱板０４の他端部付近は、真空容
器０１、サーマルシールド０２を貫通し、冷凍機の低温
ステージ０６にインジューム等の軟金属を間に挟んでボ
ルトによって接続されている。超伝導コイル０３は、電
線によりサーマルシールド０２内に設けられた電流リー
ド０７を介して、真空容器０１に設けられた電流リード
用端子０８に接続しており、電流リード用端子０８は図
示省略の外部電源に接続されている。
イル装置を、図１０に基づいて説明する。鉄鋼材で形成
された真空容器０１内には、外部からの輻射熱の侵入を
防ぐ銅等の金属製のサーマルシールド０２が配置されて
いる。サーマルシールド０２内には、超伝導線材が巻き
付けられて形成された超伝導コイル０３（内径約５３０
ｍｍ、外形約４５０ｍｍ、高さ約４５０ｍｍ）が配置さ
れており、超伝導コイル０３の外周部と端部には、熱伝
導性の良い銅、アルミニューム等の金属製の一枚板から
形成された厚さ約１０ｍｍの冷却板０４が取り付けられ
ている。冷却板０４には、幅６０ｍｍ、厚さ３０ｍｍの
熱伝導性の良い銅、アルミニューム等の金属性の一枚板
から形成された伝熱板０５の端部がろう付け等により取
り付けられている。伝熱板０４の他端部付近は、真空容
器０１、サーマルシールド０２を貫通し、冷凍機の低温
ステージ０６にインジューム等の軟金属を間に挟んでボ
ルトによって接続されている。超伝導コイル０３は、電
線によりサーマルシールド０２内に設けられた電流リー
ド０７を介して、真空容器０１に設けられた電流リード
用端子０８に接続しており、電流リード用端子０８は図
示省略の外部電源に接続されている。
【０００３】外部電源から、電流リード用端子０８、電
流リード０７を介して電流を徐々に増加させながら超伝
導コイル０３に送り、超伝導コイル０３を励磁させて定
格磁場までに立ち上げて運転する。また、運転終了後
は、電流を徐々に減少させて消磁させる。超伝導コイル
０３には、外部からの熱が侵入すると共に、超伝導コイ
ル０３自体の内部で交流損失による熱が発生する。これ
らの熱は、超伝導コイル０３内部を半径方向に移動して
冷却板０４に達する。冷却板０４に達した熱は、冷却板
０４を周方向及びコイル軸方向に流れて伝熱板０５に達
し、伝熱板０５を介して低温ステージ０６に移動する。
これにより超伝導コイル０３は零下２００数１０℃の極
低温に維持されている。
流リード０７を介して電流を徐々に増加させながら超伝
導コイル０３に送り、超伝導コイル０３を励磁させて定
格磁場までに立ち上げて運転する。また、運転終了後
は、電流を徐々に減少させて消磁させる。超伝導コイル
０３には、外部からの熱が侵入すると共に、超伝導コイ
ル０３自体の内部で交流損失による熱が発生する。これ
らの熱は、超伝導コイル０３内部を半径方向に移動して
冷却板０４に達する。冷却板０４に達した熱は、冷却板
０４を周方向及びコイル軸方向に流れて伝熱板０５に達
し、伝熱板０５を介して低温ステージ０６に移動する。
これにより超伝導コイル０３は零下２００数１０℃の極
低温に維持されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の装置において
は、冷却板０４及び伝熱板０５は、熱伝導性の良い銅、
アルミニューム等の金属で作られており、電気伝導性に
も優れているので、これら冷却板０４及び伝熱板０５に
は、超伝導コイル０３で発生する磁場の時間変化、即ち
磁場変化により渦電流が発生し、渦電流の発生に伴って
渦電流損失が発生して発熱が起こる。この渦電流損失は
無限長モデルにおいて、一般に式１で表される。 ［式１］
は、冷却板０４及び伝熱板０５は、熱伝導性の良い銅、
アルミニューム等の金属で作られており、電気伝導性に
も優れているので、これら冷却板０４及び伝熱板０５に
は、超伝導コイル０３で発生する磁場の時間変化、即ち
磁場変化により渦電流が発生し、渦電流の発生に伴って
渦電流損失が発生して発熱が起こる。この渦電流損失は
無限長モデルにおいて、一般に式１で表される。 ［式１］
【０００５】式１からも判るように、渦電流による発熱
は、磁場変化の２乗に比例して大きくなっており、大き
な磁場変化があると冷凍機の冷凍能力を超えた発熱が冷
却板０４及び伝熱板０５に発生し、この熱が超伝導コイ
ル０３に伝わって超伝導コイル０３の温度が上昇し、臨
界温度を超える温度によってクエンチ（常伝導転移現
象）が起こる。クエンチが発生すると、再度超伝導コイ
ル０３を冷却して励磁をやり直すことが必要となった
り、最悪の場合は、超伝導コイル０３が破損するといっ
たことが起こる。このため従来は、大きな磁場変化によ
って起こるクエンチの発生を防ぐために、励磁、消磁の
速度を遅くして磁場変化を小さくしている。そのため励
磁、消磁に長時間要し、定格磁場に立ち上げるまでには
数１０分から１時間もかかるとの課題があった。
は、磁場変化の２乗に比例して大きくなっており、大き
な磁場変化があると冷凍機の冷凍能力を超えた発熱が冷
却板０４及び伝熱板０５に発生し、この熱が超伝導コイ
ル０３に伝わって超伝導コイル０３の温度が上昇し、臨
界温度を超える温度によってクエンチ（常伝導転移現
象）が起こる。クエンチが発生すると、再度超伝導コイ
ル０３を冷却して励磁をやり直すことが必要となった
り、最悪の場合は、超伝導コイル０３が破損するといっ
たことが起こる。このため従来は、大きな磁場変化によ
って起こるクエンチの発生を防ぐために、励磁、消磁の
速度を遅くして磁場変化を小さくしている。そのため励
磁、消磁に長時間要し、定格磁場に立ち上げるまでには
数１０分から１時間もかかるとの課題があった。
【０００６】また、従来の装置においては、特に冷却板
０４は一枚板で形成されており、超伝導コイル０３の表
面との接触性が悪いとその部分が抵抗となって熱伝達が
悪くなって超伝導コイル０３の熱が冷却板４に伝達され
にくくなり、超伝導コイル０３の温度が上昇するという
課題もある。この現象は冷却板０４と伝熱板０５との
間、伝熱板０５と低温ステージ０６との間でも同様な課
題が発生する。
０４は一枚板で形成されており、超伝導コイル０３の表
面との接触性が悪いとその部分が抵抗となって熱伝達が
悪くなって超伝導コイル０３の熱が冷却板４に伝達され
にくくなり、超伝導コイル０３の温度が上昇するという
課題もある。この現象は冷却板０４と伝熱板０５との
間、伝熱板０５と低温ステージ０６との間でも同様な課
題が発生する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】発明は上記課題を解決す
るために、以下の超伝導コイル装置を提供している。 （１）超伝導コイルの外周、内周、及び端部の少なくと
もいずれか一つに冷却部材が取り付けられ、同冷却部材
に接触して前記超伝導コイルの熱を低温部材に伝達させ
る伝熱部材からなる超伝導コイル装置において、前記冷
却部材と伝熱部材との少なくともどちらか一方を渦電流
を抑制する構造としたことを特徴とする超伝導コイル装
置。
るために、以下の超伝導コイル装置を提供している。 （１）超伝導コイルの外周、内周、及び端部の少なくと
もいずれか一つに冷却部材が取り付けられ、同冷却部材
に接触して前記超伝導コイルの熱を低温部材に伝達させ
る伝熱部材からなる超伝導コイル装置において、前記冷
却部材と伝熱部材との少なくともどちらか一方を渦電流
を抑制する構造としたことを特徴とする超伝導コイル装
置。
【０００８】（２）超伝導コイルの外周、内周、及び端
部の少なくともいずれか一つに冷却部材が取り付けら
れ、同冷却部材に接触して前記超伝導コイルの熱を低音
部材に伝達させる伝熱部材からなる超伝導コイル装置に
おいて、前記冷却部材と伝熱部材との少なくともどちら
か一方を渦電流を抑制する構造とし、前記冷却部材と前
記伝熱部材とを窒化アルミ等の良熱伝導性の非金属材を
介して接続したことを特徴とする超伝導コイル装置。
部の少なくともいずれか一つに冷却部材が取り付けら
れ、同冷却部材に接触して前記超伝導コイルの熱を低音
部材に伝達させる伝熱部材からなる超伝導コイル装置に
おいて、前記冷却部材と伝熱部材との少なくともどちら
か一方を渦電流を抑制する構造とし、前記冷却部材と前
記伝熱部材とを窒化アルミ等の良熱伝導性の非金属材を
介して接続したことを特徴とする超伝導コイル装置。
【０００９】（３）超伝導コイルの外周、内周、及び端
部の少なくともいずれか一つに冷却部材が取り付けら
れ、同冷却部材に接触して前記超伝導コイルの熱を低温
部材に伝達させる伝熱部材からなる超伝導コイル装置に
おいて、前記冷却部材と伝熱部材との少なくともどりら
か一方を渦電流を抑制する構造とし、前記冷却部材と前
記伝熱部材とを窒化アルミ等の良熱伝導性の非金属材を
介して接続し、前記伝熱部材と前記低温部材とを櫛歯状
の金属板を介して接続したことを特徴とする超伝導コイ
ル装置。
部の少なくともいずれか一つに冷却部材が取り付けら
れ、同冷却部材に接触して前記超伝導コイルの熱を低温
部材に伝達させる伝熱部材からなる超伝導コイル装置に
おいて、前記冷却部材と伝熱部材との少なくともどりら
か一方を渦電流を抑制する構造とし、前記冷却部材と前
記伝熱部材とを窒化アルミ等の良熱伝導性の非金属材を
介して接続し、前記伝熱部材と前記低温部材とを櫛歯状
の金属板を介して接続したことを特徴とする超伝導コイ
ル装置。
【００１０】（４）前記渦電流を抑制する構造は金属製
の心材の周囲を絶縁材で被覆した絶縁皮膜導線を積層し
て接着剤を含浸させてなることを特徴とする上記（１）
ないし（３）上記の超伝導コイル装置。
の心材の周囲を絶縁材で被覆した絶縁皮膜導線を積層し
て接着剤を含浸させてなることを特徴とする上記（１）
ないし（３）上記の超伝導コイル装置。
【００１１】（５）前記絶縁被膜導線が熱伝達方向とほ
ぼ同一方向に伸びるように積層されていることを特徴と
する上記（４）記載の超伝導コイル装置。
ぼ同一方向に伸びるように積層されていることを特徴と
する上記（４）記載の超伝導コイル装置。
【００１２】（６）前記絶縁被膜導線をコイル状に積層
したことを特徴とする上記（４）または（５）記載の超
伝導コイル装置。
したことを特徴とする上記（４）または（５）記載の超
伝導コイル装置。
【００１３】（７）複数本の前記絶縁被膜導線を積層し
たことを特徴とする上記（４）または（５）記載の超伝
導コイル装置。
たことを特徴とする上記（４）または（５）記載の超伝
導コイル装置。
【００１４】（８）前記渦電流を抑制する構造は複数の
金属製の小ブロックどうしを電気的に絶縁の接着剤で接
続してなることを特徴とする上記（１）ないし（３）記
載の超伝導コイル装置。
金属製の小ブロックどうしを電気的に絶縁の接着剤で接
続してなることを特徴とする上記（１）ないし（３）記
載の超伝導コイル装置。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下図１ないし図９に示す各種実
施例に基づいて実施の形態を説明することにより、発明
を具体的に説明する。図１ないし図７は第１の実施例を
示す図であり、図１ないし図７において、鉄鋼材で形成
された真空容器１内には、外部からの熱の侵入を防ぐ銅
等の金属からなり、下端から約３／４の高さまでスリッ
トが設けられたサーマルシールド２が配置されている。
サーマルシールド２は本例では１つであるが、必要に応
じて従来のように２つ、或いはそれ以上配置してもよ
い。
施例に基づいて実施の形態を説明することにより、発明
を具体的に説明する。図１ないし図７は第１の実施例を
示す図であり、図１ないし図７において、鉄鋼材で形成
された真空容器１内には、外部からの熱の侵入を防ぐ銅
等の金属からなり、下端から約３／４の高さまでスリッ
トが設けられたサーマルシールド２が配置されている。
サーマルシールド２は本例では１つであるが、必要に応
じて従来のように２つ、或いはそれ以上配置してもよ
い。
【００１６】サーマルシールド２内には、ＮｂＴｉ／Ｃ
ｕ／ＣｕＮｉからなる心材１１にホルマール等の絶縁材
１２が被覆された約１ｍｍ径の超伝導線材を積層して巻
き付け、エポキシ樹脂等の樹脂１３を含浸させて固めて
形成された超伝導コイル３が配置されている。なお、心
材１１は、Ｎｂ３Ｓｎ、Ｎｂ３Ａ１、高温超伝導体等の
超伝導となる材料であれば何でもよい。超伝導コイル３
の両端部にはコイル端板９が配置され、コイル端板９ど
うしは複数本のタイロッド１０で連結されて超伝導コイ
ル３を支持している。
ｕ／ＣｕＮｉからなる心材１１にホルマール等の絶縁材
１２が被覆された約１ｍｍ径の超伝導線材を積層して巻
き付け、エポキシ樹脂等の樹脂１３を含浸させて固めて
形成された超伝導コイル３が配置されている。なお、心
材１１は、Ｎｂ３Ｓｎ、Ｎｂ３Ａ１、高温超伝導体等の
超伝導となる材料であれば何でもよい。超伝導コイル３
の両端部にはコイル端板９が配置され、コイル端板９ど
うしは複数本のタイロッド１０で連結されて超伝導コイ
ル３を支持している。
【００１７】超伝導コイル３の外周部には、超伝導線材
とほぼ同径で、熱伝導性の良い銅等の金属製の心材１４
にホルマール等の絶縁材１５が被覆された絶縁被膜導線
を、超伝導コイル３の外表面にコイル状に積層して巻き
付けてエポシキ樹脂等の樹脂１６を含浸させて固めて形
成された冷却部材４が配置されている。
とほぼ同径で、熱伝導性の良い銅等の金属製の心材１４
にホルマール等の絶縁材１５が被覆された絶縁被膜導線
を、超伝導コイル３の外表面にコイル状に積層して巻き
付けてエポシキ樹脂等の樹脂１６を含浸させて固めて形
成された冷却部材４が配置されている。
【００１８】冷却部材４の外表面には、冷却部材４と同
様に絶縁被膜導線をコイル状に積層して巻き付けて窒化
アルミ等の良熱伝導性の非金属材のフィラーが混入され
た趣旨を含浸させて環状に固めて形成された伝熱部材５
を、良熱伝導性の非金属材である窒化アルミ１７を間に
挟んで樹脂で接着している。また、伝熱部材５を形成す
る絶縁被膜導線の伸び方向が超伝導コイル３の軸方向と
一致するよう冷却部材４の外表面と伝熱部材５を接着し
ている。
様に絶縁被膜導線をコイル状に積層して巻き付けて窒化
アルミ等の良熱伝導性の非金属材のフィラーが混入され
た趣旨を含浸させて環状に固めて形成された伝熱部材５
を、良熱伝導性の非金属材である窒化アルミ１７を間に
挟んで樹脂で接着している。また、伝熱部材５を形成す
る絶縁被膜導線の伸び方向が超伝導コイル３の軸方向と
一致するよう冷却部材４の外表面と伝熱部材５を接着し
ている。
【００１９】伝熱部材５は、図示省略の冷凍機の低温ス
テージ６に、両端にスリットが設けられた櫛歯状の銅板
等の良熱伝導性の金属板１８を間に挟んでボルト等で連
結されている。
テージ６に、両端にスリットが設けられた櫛歯状の銅板
等の良熱伝導性の金属板１８を間に挟んでボルト等で連
結されている。
【００２０】また、真空容器１には、リード線１９を介
して電源と超伝導コイル３とを接続するための電流リー
ド用端子２０、図示省略の真空ポンプと連通して真空容
器１内を真空に保持するための真空バルブ２１、及び計
測ポート２２が設けられている。
して電源と超伝導コイル３とを接続するための電流リー
ド用端子２０、図示省略の真空ポンプと連通して真空容
器１内を真空に保持するための真空バルブ２１、及び計
測ポート２２が設けられている。
【００２１】外部電源から、電流リード用端子２０、リ
ード線１９を介して超伝導コイル３に電流が送られ、超
伝導コイル３を励磁させて定格磁場までに立ち上げ、定
常運転に入る。また、運転終了後は電流の流れを減少さ
せて消磁させる。超伝導コイル３には、外部からの熱が
侵入すると共に、超伝導コイル３自体の内部で交流損失
による熱が発生する。これらの熱は、超伝導コイル３内
部を半径方向に移動して冷却部材４に達し、冷却部材４
に達した熱は、冷却部材４を周方向に流れて伝熱部材５
に達し、さらに熱は伝熱部材５を伝わって低温ステージ
６に移動する。これにより超伝導コイル３は極低温に維
持されている。
ード線１９を介して超伝導コイル３に電流が送られ、超
伝導コイル３を励磁させて定格磁場までに立ち上げ、定
常運転に入る。また、運転終了後は電流の流れを減少さ
せて消磁させる。超伝導コイル３には、外部からの熱が
侵入すると共に、超伝導コイル３自体の内部で交流損失
による熱が発生する。これらの熱は、超伝導コイル３内
部を半径方向に移動して冷却部材４に達し、冷却部材４
に達した熱は、冷却部材４を周方向に流れて伝熱部材５
に達し、さらに熱は伝熱部材５を伝わって低温ステージ
６に移動する。これにより超伝導コイル３は極低温に維
持されている。
【００２２】超伝導コイル３での磁場変化による冷却部
材４、伝熱部材５での渦電流の発生で生じる渦電流損失
は、冷却部材４、伝熱部材５において式１の板幅Ｗに相
当するものは心材１１、１４の径であり、この径は極め
て小さいものであるので低く抑えられ、冷却部材４、伝
熱部材５での発熱を抑制することができる。このため大
きな磁場変化、即ち、急速な励磁、消磁が可能となり、
短時間で装置を定格磁場までに立ち上げたり、定格磁場
から停止させることが可能となる。
材４、伝熱部材５での渦電流の発生で生じる渦電流損失
は、冷却部材４、伝熱部材５において式１の板幅Ｗに相
当するものは心材１１、１４の径であり、この径は極め
て小さいものであるので低く抑えられ、冷却部材４、伝
熱部材５での発熱を抑制することができる。このため大
きな磁場変化、即ち、急速な励磁、消磁が可能となり、
短時間で装置を定格磁場までに立ち上げたり、定格磁場
から停止させることが可能となる。
【００２３】また、超伝導コイル３と冷却部材４、冷却
部材４と伝熱部材５とは樹脂を介して密着しており、密
着性に優れているため、熱伝達性の低下を防止してい
る。さらに、冷却部材４と伝熱部材５との間には熱伝導
性の良い非金属材である窒化アルミ１７を介在させてい
るため、また、伝熱部材５と低温ステージ６との間にも
伝熱性の優れた銅等の金属板１８を介在させているた
め、熱伝達性を良好にしている。
部材４と伝熱部材５とは樹脂を介して密着しており、密
着性に優れているため、熱伝達性の低下を防止してい
る。さらに、冷却部材４と伝熱部材５との間には熱伝導
性の良い非金属材である窒化アルミ１７を介在させてい
るため、また、伝熱部材５と低温ステージ６との間にも
伝熱性の優れた銅等の金属板１８を介在させているた
め、熱伝達性を良好にしている。
【００２４】さらにまた、冷却部材４と伝熱部材５での
熱の流れは、絶縁被膜導線の伸び方向に良好であり、超
伝導コイル３、冷却部材４及び伝熱部材５内での熱の流
れを考慮して、即ち、超伝導コイル３では中心から外部
への流れ、冷却部材４では周方向の流れ、冷却部材４か
ら伝熱部材５への流れを考えて、伝熱部材５を形成する
絶縁被膜導線の伸び方向が超伝導コイル３の軸方向と一
致するよう冷却部材４の外表面に伝熱部材５を接着して
いるので、熱を最短で効率的に伝えることができる。そ
して、渦電流が発生する可能性のあるサーマルシールド
２及び板１８は、端部にスリットを入れて短冊状として
おり、渦電流損失による発熱を抑制しているので、真空
容器１内の温度上昇を抑制している。
熱の流れは、絶縁被膜導線の伸び方向に良好であり、超
伝導コイル３、冷却部材４及び伝熱部材５内での熱の流
れを考慮して、即ち、超伝導コイル３では中心から外部
への流れ、冷却部材４では周方向の流れ、冷却部材４か
ら伝熱部材５への流れを考えて、伝熱部材５を形成する
絶縁被膜導線の伸び方向が超伝導コイル３の軸方向と一
致するよう冷却部材４の外表面に伝熱部材５を接着して
いるので、熱を最短で効率的に伝えることができる。そ
して、渦電流が発生する可能性のあるサーマルシールド
２及び板１８は、端部にスリットを入れて短冊状として
おり、渦電流損失による発熱を抑制しているので、真空
容器１内の温度上昇を抑制している。
【００２５】以上第１の実施例では、超伝導コイルの外
表面に冷却部材を設けたものであるが、ボビン等を利用
して、絶縁被膜導線をコイル状に積層し冷却部材を形成
した上に超伝導材をコイル状に積層して超伝導コイルを
形成するこちにより、超伝導コイルの内表面に冷却部材
を配置したもの、あるいは、類似の手法で超伝導コイル
の端部に冷却部材を配置してもよく、これら組み合わせ
たものでもよい。
表面に冷却部材を設けたものであるが、ボビン等を利用
して、絶縁被膜導線をコイル状に積層し冷却部材を形成
した上に超伝導材をコイル状に積層して超伝導コイルを
形成するこちにより、超伝導コイルの内表面に冷却部材
を配置したもの、あるいは、類似の手法で超伝導コイル
の端部に冷却部材を配置してもよく、これら組み合わせ
たものでもよい。
【００２６】さらに絶縁被膜導線の積層形態は、コイル
状に限らず、一定長さに切断した絶縁被膜導線を多数本
積層して樹脂で固めたものでもよく、この多数本積層し
て樹脂で固めたものを超伝導コイルの外表面、内表面、
端部の少なくともいずれかに設けてもよく、また図８に
示すように、多数本積層して所定形状に折り曲げて樹脂
で固めたものを伝熱部材５として利用してもよい。（こ
のとき超伝導コイル３の外表面の冷却部材４は、コイル
状に積層したもの、多数本を積層したものどちらでもよ
い。）
状に限らず、一定長さに切断した絶縁被膜導線を多数本
積層して樹脂で固めたものでもよく、この多数本積層し
て樹脂で固めたものを超伝導コイルの外表面、内表面、
端部の少なくともいずれかに設けてもよく、また図８に
示すように、多数本積層して所定形状に折り曲げて樹脂
で固めたものを伝熱部材５として利用してもよい。（こ
のとき超伝導コイル３の外表面の冷却部材４は、コイル
状に積層したもの、多数本を積層したものどちらでもよ
い。）
【００２７】次に図９に示す第２に実施例に基づいて説
明する。図９において、１０ｍｍ程度の銅、アルミニュ
ーム等の熱伝達性にすぐれた金属の小ブロック２３どう
しをポリイミド材、ＦＲＰ材、有機樹脂等の電気絶縁材
２４で接着して冷却部材４を形成し、電気絶縁材２４を
介して超伝導コイル３の外表面に接着したものである。
電気絶縁材２４の厚みは、薄くなりすぎると電気絶縁性
が悪くなり、また、厚すぎると熱伝達性が悪くなるに
で、電気絶縁性、熱伝達性を考慮して最適な厚み、例え
ば、２０〜５０μｍとなる。また、本例は冷却部材４は
１層のものであるが、２層、３層等必要に応じて複数層
にしてもよい。この場合は、小ブロック２３どうしを同
一位置で重ねてもよく、千鳥状に重ねてもよい。
明する。図９において、１０ｍｍ程度の銅、アルミニュ
ーム等の熱伝達性にすぐれた金属の小ブロック２３どう
しをポリイミド材、ＦＲＰ材、有機樹脂等の電気絶縁材
２４で接着して冷却部材４を形成し、電気絶縁材２４を
介して超伝導コイル３の外表面に接着したものである。
電気絶縁材２４の厚みは、薄くなりすぎると電気絶縁性
が悪くなり、また、厚すぎると熱伝達性が悪くなるに
で、電気絶縁性、熱伝達性を考慮して最適な厚み、例え
ば、２０〜５０μｍとなる。また、本例は冷却部材４は
１層のものであるが、２層、３層等必要に応じて複数層
にしてもよい。この場合は、小ブロック２３どうしを同
一位置で重ねてもよく、千鳥状に重ねてもよい。
【００２８】その他の構成は、第１の実施例と同様であ
るので、詳細な説明は省略する。本例においても、渦電
流損失による発熱については、第１の実施例と比べれば
抑制効果は若干劣るが、充分抑制効果が期待できるもの
であり、熱伝達も電気絶縁材２４を介して密着しており
抵抗部分がないので良好となるものである。さらに、第
１の実施例においては、熱は特に絶縁被膜導線の伸び方
向に流れやすくなっているが、本例では１方向に限らず
全ての方向に熱が流れるので、装置製造に当たっては、
第１の実施例ほど熱の流れ方向を考慮しなくてもよいと
の利点がある。
るので、詳細な説明は省略する。本例においても、渦電
流損失による発熱については、第１の実施例と比べれば
抑制効果は若干劣るが、充分抑制効果が期待できるもの
であり、熱伝達も電気絶縁材２４を介して密着しており
抵抗部分がないので良好となるものである。さらに、第
１の実施例においては、熱は特に絶縁被膜導線の伸び方
向に流れやすくなっているが、本例では１方向に限らず
全ての方向に熱が流れるので、装置製造に当たっては、
第１の実施例ほど熱の流れ方向を考慮しなくてもよいと
の利点がある。
【００２９】以上本発明を第１、第２の実施例に基づい
て具体的に説明したが、本発明はこれらの実施例の限定
されるものではなく、本発明のもっとも重要な要旨は、
渦電流損失によって発生する熱を抑制するために、冷却
部材と伝熱部材との少なくともどちらか一方を、絶縁被
膜導線を積層させて樹脂で固めた構造、あるいは、小ブ
ロックどうしを樹脂で接続した構造として渦電流を抑制
する構造としたことにあり、冷却部材と伝熱部材との間
に窒化アルミを介在させること、伝熱部材と低温ステー
ジとの間に、両端部にスリットを設けて短冊形状の銅板
を介在させること、あるいは、サーマルステージの下端
にスリットを設けて短冊形状とすること等は、適宜採用
してもよい。
て具体的に説明したが、本発明はこれらの実施例の限定
されるものではなく、本発明のもっとも重要な要旨は、
渦電流損失によって発生する熱を抑制するために、冷却
部材と伝熱部材との少なくともどちらか一方を、絶縁被
膜導線を積層させて樹脂で固めた構造、あるいは、小ブ
ロックどうしを樹脂で接続した構造として渦電流を抑制
する構造としたことにあり、冷却部材と伝熱部材との間
に窒化アルミを介在させること、伝熱部材と低温ステー
ジとの間に、両端部にスリットを設けて短冊形状の銅板
を介在させること、あるいは、サーマルステージの下端
にスリットを設けて短冊形状とすること等は、適宜採用
してもよい。
【００３０】
【発明の効果】本発明は、 （１）冷却部材と伝熱部材との少なくともどちらか一方
を、例えば、金属製の新材の周囲を絶縁材で被覆した絶
縁被膜導線をコイル状積層、または多数本を積層して接
着剤で接着した構造、あるいは、金属製の小ブロックど
うしを電気的に絶縁の接着材で接着した構造等、渦電流
を抑制する構造としたことで、渦電流損失による発熱を
防止し、超伝導コイルのクエンチ現象を発生させること
なく超伝導コイルの急速励磁、急速消磁が可能となり、
装置を短時間で立ち上げることが可能となるものであ
る。
を、例えば、金属製の新材の周囲を絶縁材で被覆した絶
縁被膜導線をコイル状積層、または多数本を積層して接
着剤で接着した構造、あるいは、金属製の小ブロックど
うしを電気的に絶縁の接着材で接着した構造等、渦電流
を抑制する構造としたことで、渦電流損失による発熱を
防止し、超伝導コイルのクエンチ現象を発生させること
なく超伝導コイルの急速励磁、急速消磁が可能となり、
装置を短時間で立ち上げることが可能となるものであ
る。
【００３１】（２）冷却部材と伝熱部材との少なくとも
どちらか一方を渦電流を抑制する構造とし、冷却部材と
伝熱部材とを窒化アルミを介して接続したことにより、
上記（１）の効果が得られるとともに、さらに冷却部材
から伝熱部材への熱伝達効率をアップさせることができ
る。
どちらか一方を渦電流を抑制する構造とし、冷却部材と
伝熱部材とを窒化アルミを介して接続したことにより、
上記（１）の効果が得られるとともに、さらに冷却部材
から伝熱部材への熱伝達効率をアップさせることができ
る。
【００３２】（３）冷却部材と伝熱部材との少なくとも
どちらか一方を渦電流を抑制する構造とし、前記冷却部
材と前記伝熱部材とを窒化アルミを介して接続し、伝熱
部材と低温部材とを櫛歯状の金属板を介して接続したこ
とにより、上記（１）、（２）の効果が得られるととも
に、さらに金属板での渦電流損失による発熱を起こすこ
となく伝熱部材から低温ステージへの熱伝達効率をアッ
プさせることができる。
どちらか一方を渦電流を抑制する構造とし、前記冷却部
材と前記伝熱部材とを窒化アルミを介して接続し、伝熱
部材と低温部材とを櫛歯状の金属板を介して接続したこ
とにより、上記（１）、（２）の効果が得られるととも
に、さらに金属板での渦電流損失による発熱を起こすこ
となく伝熱部材から低温ステージへの熱伝達効率をアッ
プさせることができる。
【００３３】（４）前記絶縁被膜導線が熱伝達方式とほ
ぼ同一方向に伸びるように積層させたことにより、熱の
移動を良好にすることができる。
ぼ同一方向に伸びるように積層させたことにより、熱の
移動を良好にすることができる。
【００３４】
【図１】図１は、本発明の実施形態を示す第１の実施例
の正面断面図である。
の正面断面図である。
【図２】図２は、図１の中のＢ−Ｂ矢視図である。
【図３】図３は、図１中のＣ部拡大図である。
【図４】図４は、図３中Ｄ部の拡大図である。
【図５】図５は、図３中Ｅ部の拡大図である。
【図６】図６は、図１中Ｆ部の拡大図である。
【図７】図７は、図６中Ｇ部の拡大図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態を示す第１の実施
例の伝熱部材５の別の例を示す図である。
例の伝熱部材５の別の例を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態を示す第２の実施
例の主要部拡大図である。
例の主要部拡大図である。
【図１０】図１０は、従来装置を示す概念図である。
【００３４】
１、０１：真空容器 ２、０２：サーマルシールド ３、０３：超伝導コイル ４：冷却部材 ５：伝熱部材 ６、０６：低温ステージ ９：コイル端板 １０：タイロッド １１、１４：心材 １２、１５：絶縁材 １３、１６：樹脂 １７：窒化アルミ １８：金属板 １９：リード線 ２０、０８：電流リード用端子 ２１：真空バルブ ２２：計測ポート ２３：小ブロック ２４：電気絶縁材
【式１】
Claims (8)
- 【請求項１】 超伝導コイルの外周、内周、及び端部の
少なくともいずれか一つに冷却部材が取り付けられ、同
冷却部材に接触し前記超伝導のコイルの熱を低温部材に
伝達させる伝熱部材からなる超伝導コイル装置におい
て、前記冷却部材と伝熱部材との少なくともどちらか一
方を渦電流を制御する構造としたことを特徴とする超伝
導コイル装置。 - 【請求項２】 超伝導コイルの外周、内周、及び端部の
少なくともいずれか一つに冷却部材が取り付けられ、同
冷却部材に接触して前記超伝導コイルの熱を低温部材に
伝達させる伝熱部材からなる超伝導コイル装置におい
て、前記冷却部材と伝熱部材との少なくともどちらか一
方を渦電流を抑制する構造とし、前記冷却部材と前記伝
熱部材とを良熱伝導性の非金属材を介して接続したこと
を特徴とする超伝導コイル装置。 - 【請求項３】 超伝導コイルの外周、内周、及び端部の
少なくともいずれか一つに冷却部材が取り付けられ、同
冷却部材に接触して前記超伝導コイルの熱を低音部材に
伝達させる伝熱部材からなる超伝導コイル装置におい
て、前記冷却部材と伝熱部材との少なくともどちらか一
方を渦電流を抑制する構造とし、前記冷却部材と前記伝
熱部材とを良熱伝導性の非金属材を介して接続し、前記
伝熱部材と前記低温部材とを櫛歯状の金属板を介して接
続したことを特徴とする超伝導コイル装置。 - 【請求項４】 前記渦電流を抑制する構造は金属製の心
材の周囲を絶縁材で被覆した絶縁被膜導線を積層して接
着材を含浸させてなることを特徴とする請求項１ないし
請求項３記載の超伝導コイル装置。 - 【請求項５】 前記絶縁被膜導線が熱伝達方向とほぼ同
一方向に伸びるように積層されていることを特徴とする
請求項４記載の超伝導コイル装置。 - 【請求項６】 前記絶縁被膜導線をコイル状に積層した
ことを特徴とする請求項４または請求項５記載の超伝導
コイル装置。 - 【請求項７】 複数本の前記絶縁被膜導線を積層したこ
とを特徴とする請求項４または請求項５記載の超伝導コ
イル装置。 - 【請求項８】 前記渦電流を抑制する構造は複数の金属
性の小ブロックどうしを電気的に絶縁の接着剤で接続し
てなることを特徴とする請求項１ないし請求項３記載の
超伝導コイル装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28551098A JP2000114027A (ja) | 1998-10-07 | 1998-10-07 | 超伝導コイル装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28551098A JP2000114027A (ja) | 1998-10-07 | 1998-10-07 | 超伝導コイル装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000114027A true JP2000114027A (ja) | 2000-04-21 |
Family
ID=17692471
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28551098A Withdrawn JP2000114027A (ja) | 1998-10-07 | 1998-10-07 | 超伝導コイル装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000114027A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005353931A (ja) * | 2004-06-14 | 2005-12-22 | Japan Superconductor Technology Inc | 超電導コイルの伝熱構造及び超電導マグネット |
| JP2009170619A (ja) * | 2008-01-16 | 2009-07-30 | Toshiba Corp | 超電導コイル装置 |
| JP2012248726A (ja) * | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導コイルおよび超電導マグネット |
| JP2012248730A (ja) * | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導コイルおよび超電導マグネット |
| JP2012248731A (ja) * | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導コイルおよび超電導マグネット |
| CN103247406A (zh) * | 2012-02-06 | 2013-08-14 | 三星电子株式会社 | 制冷器***及具有该制冷器***的超导磁体装置 |
| JP2019207916A (ja) * | 2018-05-28 | 2019-12-05 | 住友電気工業株式会社 | 超電導コイル体および超電導機器 |
-
1998
- 1998-10-07 JP JP28551098A patent/JP2000114027A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005353931A (ja) * | 2004-06-14 | 2005-12-22 | Japan Superconductor Technology Inc | 超電導コイルの伝熱構造及び超電導マグネット |
| JP2009170619A (ja) * | 2008-01-16 | 2009-07-30 | Toshiba Corp | 超電導コイル装置 |
| JP2012248726A (ja) * | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導コイルおよび超電導マグネット |
| JP2012248730A (ja) * | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導コイルおよび超電導マグネット |
| JP2012248731A (ja) * | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導コイルおよび超電導マグネット |
| CN103247406A (zh) * | 2012-02-06 | 2013-08-14 | 三星电子株式会社 | 制冷器***及具有该制冷器***的超导磁体装置 |
| JP2019207916A (ja) * | 2018-05-28 | 2019-12-05 | 住友電気工業株式会社 | 超電導コイル体および超電導機器 |
| JP7151173B2 (ja) | 2018-05-28 | 2022-10-12 | 住友電気工業株式会社 | 超電導コイル体および超電導機器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060110 |