JPS59224187A - 超伝導装置特に磁石のための励磁用引込導体装置 - 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　　背　　景１ 本発明は超伏Ｓ磁石のごとき装置への接続を行うための
励磁用引込導体（ｌｅａｄ）に関するものである。更に
詳しく言えば本発明は、通常の磁石動作時には熱的な絶
縁を行い、磁界レベルの変化や磁界の補正が必要なとき
に用いられる外部電気導体の接続のための比較的温かな
接触面を提供するような励磁用引込導体装置に則り−る
。

磁石アセンブリの一部を成す超伝導体のコイルのご、と
き超伝導装置におい−Ｃは、超伝導体を十分に低い温度
に維持することが必要である。少なくとも現在のところ
では、常温で超伝導性を示す材料は知られていない。超
伝導体を適正な極低温に維持するためには、極低温に冷
却された超伝導体と外界環境との間に所望の程度の熱的
絶縁をもたらすような、低温保持装置として知られるハ
ウジングが使用される。かかる熱的絶縁を達成するため
に使用される低温保持装置は、通例、１組の内壁によっ
て規定された内部容器および１組の外壁によって規定さ
れた外部容器を含んでいて、これら２つの容器にはさま
れた空間は真空に維持されている。低温保持装置の内部
容積は冷却剤（たとえば液体ヘリウム）によって所望の
レベルまで満たされている結果、低温保持装置の内部容
積内に収容された電気装置はコイルを超伝導状態に保つ
のに適した温度に維持されるのである。

超伝導磁石の応用例として核磁気共Ｉ’！（ＮＭＲ）が
ある。核磁気共鳴の目的の１つは、患者を電離性放射線
に暴露することなしに体内器官の像を得ることである。

また、生体内におい゛Ｃ分光分析を行うことも目的の１
つである。要するに、ＮＭＲは完全に非侵襲的な方法に
よって医師および検査技師が有用な診断情報を得ること
を可能にするように思われる。こうして得られるＮＭＲ
信号の解像度を向上心せ、かつかかるＮＭＲ信号は木質
的に微弱であるという性質を補償づるためには、大きい
強度を有すると共に極めて均一な磁界の中に検査対象ま
たは患者を配置することが極めて望ましい。詳しく述べ
れば、このような磁界は約０゜１〜約２．０テスラまた
はそれ以上の強度を有することが一般に望ましいと判明
している。かかる強い磁界を得るためには、一般的に言
って２つの方法がある。１つの方法は通常の抵抗形磁石
を使用することであるが、この場合には高い電流レベル
が要求されかつ電線の抵抗がゼロでないために多量の電
力が消費される。別゛の方法としては、本発明の対象と
する超伝導磁石を使用することが可能である。かかる装
置においては、液体ヘリウムのごとき冷ム】剤で満たさ
れた低温保持装置の内部に超伝導体のコイルが保持され
る。使用ず−る超伝導体および液体冷却剤の種類は、言
うまでもなく、冷却剤の温度に保持された場合に超伝導
体が実際に超伝導状態に維持されるように選定しなけれ
ばならない。超伝導体の性質に基づけば、このような超
伝導体の内部には高いレベルの電流を流すことか可能と
なるばかりでなく、超伝導磁石をいわゆる「持続モード
」で動作させることも可能となるのであって、通例はこ
のモードの動作が望ましいとされる。持続モードにおい
ては、超伝導体のコイルに電流を注入り−ることによっ
てコイルに電流を流す。・次いで、コイルの端子同士を
短絡して励磁用駆動電流を取除けば、超伝導体の性７４
に基づい゛Ｃ電流が無限に流れ続けることになる。従っ
て、これは持続モードの動作と呼ばれるのである。

ところで、循環電流によって発生される磁界のレベルを
変化させることが必要となることもある。

また、特に超伝導磁石を長時間にわたって動作させる場
合には、コイルの電流を変化させて磁界の分布を補正す
ることが必要となることもある。超伝導体の内部を循環
する電流のレベルを変化させることが所望される場合に
は、コイルを外部引込導体に接続することが必要となる
。本発明はこのような引込導体に関するものである。

外部引込導体を常に外部電源に接続した状態で超伝導磁
石を動作させることも可能であるが、熱損失の発生を考
えれはそれはやはり望ましくない。

詳しく述べれば、引込導体を通って流れる電流によって
コイルの励磁が維持される場合には、超伝導状態に維持
されていない引込導体を通って流れる電流が引込導体の
抵抗性加熱（すなわち１２Ｒによる加熱）を引起こす。

液体冷却剤と外界との境界領域を橋渡しする引込導体の
外側部分がこのようにして電気的に加熱されると、液体
冷却剤の加熱および沸騰が起こり易くなる。コイルが短
絡されれば引込導体を通して電流が流れることはなくな
るが、引込導体がそのままの位置に放置されて外界温度
およびコイル用冷却剤の極低温の両方に暴露される場合
には、引込導体を通して外界から伝導される熱によって
やはり液体冷却剤中沸騰が起こることがある。事実、こ
の種の加熱によって液体ヘリウム冷却剤の沸騰が起こり
、そのためにこの高価な冷却剤の損失が生じることが従
来から判明している。このような理由から、磁界を変化
させるために引込導体を使用しなければならない時間中
にしか上記のごとき冷却剤加熱が起こらないＪ、うに繰
返して着脱自在の励磁用引込導体を構成することが望ま
しい。その上、多数の接続−切断サイクルを実施し得る
ような接続部が所望されることも知られている。

従来の技術に従えば、持続モードの超伝導磁石動作に当
っては液体冷却剤の温度に維持された電気的接触面また
は接続部が使用されている。接触抵抗に原因する電力損
失によって発生された熱は液体冷却剤中に伝わるから、
このような接続部の電気抵抗は極めて小さいことが肝要
である。かかる接続部を試験したところ、インジウムで
被覆された接触面を使用ずれば低い接触抵抗を達成し得
ることが判明した。しかるに、インジウムは接続−切断
サイクルを繰返して実施した後には摩滅する゛傾向を示
づ−０このような摩滅は相手側の部品によって引起こさ
れる。すなわち、低温の接触面上に霜や固体空気がイ」
着しても低抵抗の接続部が確実に形成されるようにする
ため、相手側の部品は意図的に引込導体よりも硬（かつ
特に鋭利に作られているのである。その上、液体冷却剤
の温度に維持された引込導体の接触面の修理に当っては
、低温保持装置から液体冷却剤を排出して外界温度にま
で濡めなければならない。これは時間Ｊ３よび経費のか
かる点て厄介な操作である。特に、ＮＭＲにおいて使用
されるような超伏導磁６にそのような操作を施すことは
望ましくない。それ故、持続モードで動作する超伝導磁
石に対し、上記のととぎ使用上の欠点を排除するような
励磁用引込導体装置が使用できれば大いに望ましいわけ
である。

「発　　明　　の　　概　　要」 本発明の好適な実施の態様に基づく励磁用引込導体装置
は、低温保持装置の内壁および外壁の間に伸びる棒状ま
たはシャフト状の電気導体、低温保持装置の内壁および
外壁の間に位置づる環体部分を包Ｉｔｌｌ　リ−るハウ
ジング、並びにくぼみ膨突胴を右する着脱自在のジコワ
ー（ｄｅｗａｒ　）を含んでいる。上記のジコワーは、
導体の外面に沿いながら低温保持装置の内壁に向かって
伸び、次いでジュワーの外壁とハウジングの内壁との間
を再び外方へ向かって伸びる冷却剤蒸気流路を形成し、
それによって低温保持装置の内部と外界どの間に長・い
熱流路を提供する。かかる励磁用引込導体装置はまた、
導体との電気的接続を達成づ−るため低温保持装置の外
壁に設（プられた開口を覆いかつ冷却剤蒸気流路に通じ
た排気口を有する着脱自在の外部キャップをも含んでい
る。

このような構成の結果、持続モートの動作に際しては、
励磁用引込導体は低温保持装置の内部に維持されている
極低温より僅かに高いだけの低温に維持される。この場
合の熱損失は、長い熱流路を通っての伝導またはジュワ
ーの排気された内部空間を通っての伝熱のみに限られる
。しかし、励磁を導入する動作に際しては、本発明の励
磁用引込導体装置は温かい外界環境中に配置された電気
的接続部を提供する。励磁用引込導体をこのように構成
すれば、接続部が液体冷却剤に近接していないという事
実により、従来要求されていた極めて低抵抗の接続部の
必要性は排除される。本発明の別の実施の態様に従えば
、−Ｆ記の外部キャップと同様へ着説自在の交換キャッ
プが提供される。

かかる交換キャップはそれを貫、通して配置された電気
導体を含んでいて、過大な冷却剤漏れを防止しながら励
磁用引込導体への接続を行うために役立つ。

このように、本発明の目的の１つは超伏＞９１１石など
の装置のための励磁用引込導体装置を提供することにあ
る。

また、励磁用引込導体の接続部を液体冷却剤の温度に維
持することの必要性を排除することも本発明の目的の１
つである。

更にまた、多数の接続−切断サイクルを繰返して実施す
ることができるような励磁用引込導体装置を提供するこ
とも本発明の目的の１つである。

更にまた、特にＮＭＲ装置に含まれるような超伝導磁石
のために使用される励磁用引込導体に生じる損傷の修理
の必要性を低減または排除することも本発明の目的の１
っである。

［発明の詳細な説明］ 本発明の要旨は前記特許請求の範囲中に詳細かつ明確に
記載されている。とは言え、本発明の構成゛■実施方法
並びにその伯の目的や利点は添（＝Ｊの図面を参照しな
がら以下の説明を読むことによっ−Ｃ最も良く理解され
よう。

第１図には、本発明に基づく励磁用引込導体装置が示さ
れている。詳しく述べれば、低温保持装置の内壁３２が
液体冷却剤３４を包囲しているが、この冷却剤は液体ヘ
リウムから成るのが通例である。他方、低温槽保持装置
の外壁３ｏば外界３７に接している。低温保持装置の内
壁３２と外壁３０との間には空間３５が限定されている
が、この空間は低温槽保持装置の内壁３２と外壁３ｏと
の間の熱的絶縁を達成−するために排気されていること
が好ましい。少なくとも一部が低温保持装置の内壁３２
を貫通するように導電棒１０が配置されているが、この
導電棒はリボン状または一部の超伝導体３６に接続され
ている。かかる接続のためには、当業者にとって公知の
特殊合金はんだが使用されるのが通例である。超伝導体
３６は低温保持装置の内部に配置されＩ〔磁石コイル（
図示せず）のごとき装置に接続されている。低温保持装
置の内部容器に対する液密かつ気密の封止を行うため、
導電棒１０は液体および気体不透過性の電気絶縁体５０
によって低温保持装置の内壁３２に取イ１けられている
ことが好ましい。４　ｍ棒１０は内壁３２から外方へ伸
びて外壁３０の間口に達するが、最終的にはその間口を
通して導電棒１０との電気的接続を達成することができ
る。導電棒１０はまた、少量の気化した冷却剤が流れ得
るようにそれを貫通して設けられた冷却剤蒸気流路２５
をも有している。蒸気は低温保持装置の内壁３２の内側
に位置する導電棒１０の端部に設けられた流入口４１に
入る。流入口４１は冷却剤蒸気流路２５に通じて、１５
す、そして後者は長手方向に伸びて導電棒１０の上部（
すなわち、低温保持装置の外壁３０に近接して位置する
部分）に設けられＩ、”流出口２４に達している。更に
また、導電棒１０は円錐台形の接触面１２を有すること
が好ましいが、嵌合式の電気導体との適正な接触を達成
づるため接触面１２には粗面化またはローレット切りを
施すことができる。なお、第１図に示された導電棒１０
は雄型の接続部を有しＣいるが、雄型接続部の代りに旧
型接続部を使用することも同様に本発明の範囲内に含ま
れることを理解づべきＣある。

本発明の別の特徴について述べれば、導電棒１０は低温
保持装置の内壁３２から外壁３０にまで伸びるハウジン
グ１６によって包囲されている。

ハウジング１６は、図示のごとく溶接部５１により、低
温保持装置の内壁３２に対して封止されていることが好
ましい。ハウジング１６はまた、図示のごとく溶接部５
２により、低温保持装置の外壁３０に対しても封止され
ていることが好ましい。

更によノ〔、ハウジング１６は低温保持装置の外壁３０
の開口の回りに配置されているから、その開口を通して
導電棒１０とりわり接触面１２に接近（アクセス）する
ことが可能である。第１図には導電棒１０が低温保持装
置の外壁３０の開口から突き出た好適な位置を占める場
合が示されているが、導電棒１０が図示のごとき長さを
有することが要求される′わけではない。とは言え、低
湿保持装置の外部から接触面１２に簡単に接近できるよ
うにすることが望ましい。ハウジング１６はまた、温度
変化による伸縮を補償するように働くベロ一部１８を有
するととが好ましい。なお、ハウジング１６は熱伝導率
の小さい薄肉材料（たとえば厚さ約１０ミルのステンレ
ス鋼）　Ｔ−構成することが好ましい。

本発明のその他の構成要素としてジュワー１４がある。

ジュワー１４は、その管壁を横切る方向に沿つ−Ｃの熱
的絶縁を達成するために排気された内部空間１５を有す
ることが好ましい。ジュワー１４はま１こ、導電棒１０
を収容するくぼみ膨突胴を有するように形成されている
ことが好ましい。

更にまた、ジュワー１４は導電棒１０との間に冷却剤蒸
気流路を形成するように配置されている。

その結果、導電棒１０とジュワー１４の内壁との間の空
間内にａ３いて、流出口２４からの？′ｉ８却剤蒸気が
概して低温保持装置の外壁から内壁へ向かう方向に治っ
て流れることになる。このような流れの方向は矢印４３
によって表わされている。なお、熱伝達を改善してジュ
ワー１４の管壁に沿った熱伝導を一層低減さけるため、
じゃま板（図示せず）を追加することによってかかる流
路内の流れを変更することもできる。ジュワー、１４は
低温、保持装置の内壁３２に対して封止されていないの
で、矢印４４によって表わされるごとく、冷）ｌＩ剤蒸
気はジュワー１４と内壁３２との間を流れることができ
る。ジュワー１４はまた、矢印４５および４６によって
表わされるごとく、ハウジング１６の内壁とジュワー１
４の外壁との間に冷却剤蒸気流路を形成するように配置
されている。ジュワー１４の機能は、冷却剤蒸気が通過
すべき熱的距離を長くすることにある。このようにすれ
ば、外界温度から極低温に至る温度勾配に暴露される金
属を熱伝導率の小さい薄肉材料（たとえばステンレスｌ
１ｉ）で構成することができ、しかも流出する蒸気が金
属と熱交換を行うことによって極低温領域への熱の到達
が防止されるため、熱損失を極めて小さくすることがで
きる。同じことは、ジュワー１４ばかりでなくハウジン
グ１６についても言える。

本発明のその他の構成要素として、好ましくはジュワー
１４に固定されたキャップ２０がある。

低温保持装置の外壁３０に対する気密の封止を行うため
、キャップ２０はフランジ２１およびＯリングガスケッ
ト２２を有している。キャップ２０は任意適宜の手段（
図示けず）によって外壁３０に固定されている。かかる
手段としては、クランプ、スナップおよびボルトが挙げ
られる。ただし、ボルトを使用する場合には、空間３５
内の熱的絶縁用排気状態を保持するため外壁３０のボル
ト穴はめくら穴であることが好ましい。外壁３０に対す
る所望の効果的な封止を達成するためにはまた、ねじ手
段を使用することもできる。なお、かかる固定手段の細
部は本発明の理解または実施にとって重要ではない。キ
１？ツブ２０は熱伝導率の小さい材料（たとえばステン
レス鋼）から成ることが好ましい。キャップ２０はまた
、上記のごとき迂回した冷却剤蒸気流路に通じる排気口
２３をも有している。従って、たとえばヘリウム蒸気は
この排気口２３から排出されることになる。なお、排気
口２３のオリフィス直径を適正に選定したり、あるいは
排気口２３内に弁を使用したりすることにより、熱損失
を最少限に抑えることができる。

ジュワー１４は任意適宜の手段によって所望の位置に支
持することができるが、第１図に示されるごとくジュワ
ー１４をキャップ２０に固定するのが簡便かつ容易であ
る。このように寸れば、嵌合式の電気導体を接触面１２
に取付けるための準備を行うに際してキャップ２０およ
びジュワー１４を同時に取除くことができる。

かかる嵌合式の電気導体は第２図に示されている。更に
詳しく述べれば、第２図には７ランジ２１′および排気
口２３′を右する交換キャップ２０′が示されているが
、この交換キャップ２０’は磁界調整操作に際して第１
図中のキャップ２０の代りに使用される。元のキャップ
２０および交換キャップ２０′の構造は、超伝導体３６
に補正電流を注入するための外部電気導体６０が交換キ
ャップ２０′を貫通して配置されている点を除けば同じ
であることが好ましい。第２図に示されるごとく、電気
導体６０は雌型の接触面６１を有するが、これは導電棒
１０上の接触面１２に嵌合し得るように円錐台形を成し
ていることが好ましい。

更に、絶縁板６２により導体６０とキャップ２０’　と
の間の電気的絶縁を行う。

第１および２図に示され１＝ような励磁用引込導体装置
の構成は幾つかの利点を有している。すなわち、接触面
１２が極低温に維持されていないから、電気的接続部の
抵抗が従来の構造に比へて問題とならない。詳しく述べ
れば、接触面における抵抗の問題とりわけ霜や固体空気
の付着に原因する抵抗の問題がもはや存在しないか、あ
るいは重大でなくなる。接触面において多少の抵抗性加
熱が起こるにしても、加熱部位は低温保持装置の内部容
器から十分に離れているため、冷却剤３４の顕著な加熱
は起こらない。その上、本発明は励磁用電源の迅速な接
触および切断のための手段をも提供する。更にまた、接
触面の状態を気に覆ることなしに多数の接続−切断サイ
クルを実煎り−ることができる。なぜなら、接触面には
極めて容易に接近することができ、しかも接触面の保持
または修理に際して低温保持装置の運転停止が必要とさ
れないからである３、更にまた、排気口２３および２３
′の弁やオリフィスにより、低温保持装置の内側部分と
外側部分との間に効果的な熱的絶縁をもたらすような熱
的に長い冷却剤蒸気流路を形成しながら、冷却剤蒸気の
損失を最少限に抑える。

以上、特定の好適な実施の態様に従って本発明を詳細に
記載したが、数多くの変更や改変を加え得ることは当業
者にとって自明であろっ。それ故、本発明の精神および
範囲から逸脱しない限り、前記特許請求の範囲はかかる
変更や改変の全てを包括するものと理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく励磁用引込導体装置の部分断面
側面図、そして第２図は嵌合式の電気導体を含む交換キ
ャップを装着した第１図の装着の一部の部分断面側面図
である。 図中、１０は導電棒、１２は接触面、１４はジュツ２．
１６はハウジング、１８はベロ一部、２０は外部キャッ
プ、２０′は交換キャップ、２１はフランジ、２３は排
気口、２５は導電棒内の冷却剤蒸気流路、３０’は低温
保持装置の外壁、３２は低温保持装置の内壁、３４は液
体冷却剤、３６は超伝導体、３７は外界、５０は電気絶
縁体、５１および５２は溶接部、そして６０は外部電気
導体を表わす。 特許出願人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも内壁および外壁を有する低温保持装置の
   内部に配置された超伝導コイルのための励磁用引込導体
   装置において、（、ａ　）前記低温保持装置の前記内壁
   および外壁を貫通して配置され、これらの壁から電気的
   に絶縁され、かつ前記低温保持装置の内部において前記
   超伝導コイルに電気的に接続された電気導体であって、
   前記低温保持装置の内部容積からの冷１１剤蒸気を通す
   ための長手方向に伸ひｌ〔内部流路を有する電気導体、
   ＜ｂ　＞前゛記低温保持装置の前記内壁および外壁の間
   に位置する前記導体の部分を包囲するハウジング、（０
   ）くぼみ膨突ｍを有する着脱自在のジュワーであって、
   前記導体が該空胴のギまで伸びるように配置され、かつ
   前記導体の前記内部流路の外側開口から前記導体の外面
   に沿って前記低温保持装置の前記内壁に向かって伸び、
   次いでそこから当該ジュワーの外壁と前記ハウジングの
   内壁との間を再び前記低温保持装置の前記外壁に向かっ
   て伸びる冷却剤蒸気流路を形成するように配置されたジ
   ュワー、並びに（ｄ　）前記導体への電気的接続を行う
   ことが出来るようにづ゛るための、前記低温保持装置の
   前記外壁に設けられた開口を密封可能に覆い、かつ前記
   冷却剤蒸気流路に通じた排気口を有する着脱自在の外部
   キャップの諸要素を有することを特徴とする励磁用引込
   導体装置。 ２、前記ハウジングが伸縮を補償づるように形成された
   ベロ一部を含む特許請求の範囲第１項記載の励磁用引込
   導体装置。 ３、前記導体が前記低温保持装置の前記外壁に近接した
   端部に粗面化した接触面を有する特許請求の範囲第゛１
   項記載の励磁用引込導体装置。 ４、前記導体が前記低温保持装置の前記外壁に近接した
   端部に円錐台形の接触面を有する特許請求の範囲第１項
   記載の励磁用引込導体装置。 ５、前記ハウジングがステンレス鋼から成る特許請求の
   範囲第１項記載の励磁用引込導体装置。 ６．前記ジュワーが前記外部キャップに固定されかつ該
   キャップによって支持されている特許請求の範囲第１項
   記載の励磁用引込導体装置。 ７、前記外部キャップが該キャップを貫通して配置され
   かつ前記導体上の接触面と嵌合するように形成されｌζ
   外部電気導体を含んでいて、前記外部キャップは前記低
   温保持装置の前記外壁と密封可能に結合し得るように形
   成されていると共に前記冷却剤蒸気流路に通じた排気口
   を有し、しかも前記外部電気導体が前記外部キャップか
   ら熱的ｄ３よび電気的に絶縁されている特許請求の範囲
   第１項記載の励磁用引込導体装置。