JPH0434905A - 超電導マグネット装置 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 この発明は、人体の断層撮影を行う核磁気共鳴断層撮影
装置や、磁気浮上列車などに利用されている超電導マグ
ネット装置に係り、特に、超電導マグネット装置に備え
られている超電導コイルと、超電導コイル用電源との接
続機構に関する。

Ｂ、従来技術 第３図は、特公昭５４−４３３５９号に記載されている
従来の超電導マグネット装置例の一部断面図である。

図中、符号１は超電導コイルであり、液体ヘリウムなど
の極低温寒剤２中に浸漬されて低温容器３内に収納され
ている。４は低温容器３の外周を覆うように配された熱
シールド板、５は熱シールド板４と低温容器３とを真空
下に内包する真空容器である。真空容器５、熱シールド
板４および低温容器ミを貫通して配線管６が配されてお
り、配線管６の低温容器３側の端部には超電導コイルｌ
に接続されているコネクタ９が取り付けられている。コ
ネクタ９に対して着脱可能な棒状の電流リード７が、配
線管６を通して設けられており、電流リード７は、超電
導コイルｌを励磁するための電源部１５に接続されてい
る。

上記、従来装置によると、電流リード７をコネクタ９に
接続し、電源部１５により超電導コイル１を励磁して永
久電流運転状態にした後、外部からの熱侵入を抑制する
ために電流リード７を抜き取る。また、配線管６は上記
電流リード７の着脱を案内するだけでなく、低温容器３
内の蒸発ヘリウムガスを真空容器５外に排気する排気ボ
ートとしも利用されている。

Ｃ０発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述した従来装置には次のような問題点
がある。

外部からの熱侵入を抑制するため、電流リード７を着脱
自在にしているが、この着脱時に外部の雰囲気（空気、
または、水分を含んだ空気）が配線管５内に侵入する。

極低温状態である低温容器３内に突出している配線管５
の端部に到達した水分や空気は凝固して霜となり、コネ
クタ９上に堆積する。このため、コネクタ９と電流リー
ド７との間に導通不良が発生するという欠点があった。

また、配線管５は電流リード７の着脱案内および、蒸発
ヘリウムガスの排気ボートとしても利用されているため
、電流リード７が挿入された状態でクエンチ（超電導状
態破壊）が発生しても、そのときの蒸発ヘリウムガスを
外部に排気するのに十分な断面積を有している必要があ
る。したがって、配線管５は、クエンチ時に要する断面
積と、電流リード７の断面積とを加えた大口径なものに
なってしまう、極低温状態である低温容器３と常温状態
である外部とをつなぐ配線管５は、低温容器３内へ外部
の熱を伝導する要因の一つとなるが、このように大口径
化してしまうと、外部からの熱侵入がより一層多くなり
、比較的高価な液体ヘリウムの蒸発量が増大するという
欠点がある。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであっ
て、超電導コイルと電源部との接続および切り離しを確
実に行うことができ、しかも外部からの熱侵入を抑制す
ることができる超電導マグネット装置を提供することを
目的としている。

０１課題を解決するための手段 この発明は、上記目的を達成するために次のような構成
を備えている。

即ち、この発明は、超電導コイルを極低温容器中に浸漬
して収納する低温容器と、低温容器を覆うように配され
た熱シールド板と、前記低温容器と熱シールド板とを内
包する真空容器と、この真空容器の外部に設置された超
電導コイル用の電源部と、前記超電導コイルと前記電源
部との接続および切り離しを行う電流リード部とを備え
た超電導マグネット装置において、前記超電導コイルに
接続され低温容器に取り付けられた固定コネクタと、前
記電源部に接続され真空容器の内外に向かって進退移動
可能な可動コネクタと、前記熱シールド板に設けられ前
記可動コネクタの進行移動により押圧されて可動コネク
タと前記固定コネクタとを接続するとともに、可動コネ
クタの退行移動により固定コネクタから退避して両コネ
クタを切り離す中間可動コネクタとで、前記電流リード
部を構成するとともに、前記熱シールド板と真空容器と
を貫通して低温容器内の蒸発寒剤ガスを外部に逃がす配
管を前記電流リード部とは別に備えたことを特徴として
いる。

８０作用 この発明によれば、可動コネクタが真空容器内に向かっ
て進行移動すると、中間可動コネクタを押圧し、中間可
動コネクタと固定コネクタとを接続する。これにより、
ｔｉ電源部接続されている可動コネクタと、超電導コイ
ルに接続されている固定コネクタとが中間可動コネクタ
を介して電気的に導通状態になる。この状態で、電源部
により超電導コイルの永久電流運転が行われる。

次に、可動コネクタが真空容器外に向かって退行移動す
ると、中間可動コネクタに加わってぃた押圧力が解除さ
れ、中間可動コネクタは固定コネクタから退避して、各
コネクタは互いに切り離された状態になる。これにより
、外部の熱が各コネクタを伝導して低温容器内に侵入す
るのを抑制できる。このように、電流リード部を着脱す
ることなく、電源部と超電導コイルとの接続および切り
離しが行われる。

また、低温容器内の蒸発寒剖ガスを外部に放出する専用
の配管を備えているので、配管径は蒸発ガス排気に必要
な内径を有していればよく、電流リード部を配管内に内
挿するものにくらべ、配管径は小さくなる。

Ｆ、実施例 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

まず、第２図を参照して、この実施例に係る超電導マグ
ネット装置の全体の概略構成を説明する。

超電導コイル１は、超電導状態を維持するために液体ヘ
リウムなどの極低温容器２中に浸漬され、低温容器３内
に収納されている。低温容器３の周囲は、アルミニウム
などの熱伝導性の高い材料で形成された第１熱シールド
板４ａによって覆われ、第１熱シールド板４ａの周囲は
、同様の材料で形成された第２熱シールド板４ｂによっ
て覆われている。

第１熱シールド板４ａは、冷凍機（図示せず）の冷却作
用によって約２０°Ｋに維持され、第２熱シールド板４
ｂは約８０°Ｋに維持されている。低温容器３、第１熱
シールド板４ａ、第２熱シールド板４ｂ（これらの熱シ
ールド板を総称する場合は、符号４で示す）は常温の真
空容器５内に収納されている。

低温容器３には、容器内で蒸発したヘリウムガスを外部
に排気するための配管１０が取り付けられている。配管
１０は、熱シールド板４と、真空容器５とを貫通して、
真空容器５外に延出しており、その延出部分には安全弁
１１が設けられている。この安全弁１１は、超電導コイ
ル１のクエンチ時に急上昇した低温容器３の内圧により
破壊して、低温容器３内の蒸発ヘリウムガスを大量に外
部に排気するもので、低温容器３がその内圧により破壊
されるのを防いでいる。　ｌｌａは安全弁１１に対して
並列的に配置された通常時の蒸発ガス排出用のチエツク
バルブである。

真空容器５外には、超電導コイル１に励磁電流を加える
ための電源部１５が設置されている。電源部１５と超電
導コイル１とは、真空容器５、熱シールド板４、低温容
器３を貫通した状態で設置される電流リード部１３．１
４を介して接続可能に形成されている。各電流リード部
１３．１４は電源部１５の（＋）側出力端子と、（−）
側出力端子とに対応して設けられている。なお、図中符
号１２は、図示しないヒータ電源からの通電／遮断によ
り、超電導コイル１への給電と永久電流運転とを切り換
えるための永久電流スイッチ部である。

次に、第１図の断面図を参照して、電流リード部１３．
１４の構成について説明する。なお、電流リード部１３
と１４は全く同じ構成であるので、ここでは電流リード
部１３を例にとって図示説明する。

電流リード部１３は、真空容器５の外壁部に取り付けら
れている可動コネクタ２１と、熱シールド板４ａ、４ｂ
の外壁部にそれぞれ取り付けられている第１中間可動コ
ネクタ２９ａおよび第２中間可動コネクタ２９ｂと、低
温容器３の外壁部に取り付けられている固定コネクタ３
２とからなる電極部分を備えている。各コネクタ２１，
２９．３２は、例えば銅などの金属材料に金メツキが施
されている。

図示のように、この実施例では、２枚の熱シールド板４
ａ、４ｂを備えた超電導マグネット装置を例に挙げてい
るため、２個の中間可動コネクタ２９ａ。

２９ｂを備えているが、中間可動コネクタは熱シールド
板の数に応じて設けられる。また、各コネクタ２Ｌ２９
ａ、２９ｂ、３２を円柱状に図示しているが、この形状
にはこだわらない。

各コネクタ２１，２９ａ、２９ｂ、３２の支持構造は以
下のようである。

可動コネクタ２１の外側端部（図面における左側端部）
には、電源部１５に接続されている電源ケーブル２０が
取り付けられており、反対側の端部は本体から突出した
形状（突出部４０）となっている。

可動コネクタ２１は、ステンレス鋼などの金属板２２を
貫通し、外側端部付近の外周面において、その金属板２
２に固定的に支持されている。金属板２２の両端部には
、樹脂等の絶縁部材２５を介してボルト２３がそれぞれ
貫通して取り付けられており、ボルト２３の端部は、真
空容器５の外壁に固定されている。絶縁部材２５と２８
との間には、コイルバネ２６が設けられ、絶縁部材２５
の外側（図面左側）には、可動コネクタ２１を進退させ
るためのナツト２４が、ボルト２３に噛合した状態で取
り付けられている。

可動コネクタ２１の位置に相当する真空容器５の壁部に
は、可動コネクタ２１の容器内への進行移動を許容する
ための貫通孔３５が形成されている。この貫通孔３５か
ら、真空容器５内の真空が外部に漏れないように、貫通
孔３５の開口周囲から金属板２２に架けて閉空間を形成
しているのが、伸縮自在のベローズ２７である。

このように、可動コネクタ２１は、コイルバネ２６のバ
ネ力と、このバネ力を押さえ込むようにして締め付けら
れるナツト２３とにより、真空容器５の壁面に対して垂
直方向に、電気絶縁状態で支持されており、ナツト２３
の締め量によって真空容器５内外に進退移動するように
構成されている。

第２中間可動コネクタ２９ｂには、真空容器５側の端部
に、可動コネクタ２１の突出部４０と嵌合する空洞部４
１が形成され、反対側の端部に突出部４２が形成されて
いる。第２中間可動コネクタ２９ｂは、その胴部が熱シ
ールド４ｂに取り付けられた絶縁架台３１に摺動自在に
支持されており、空洞部４１の開口部に形成された外方
フランジと絶縁架台３１との間に介装されたコイルバネ
３０によって、外方向（図の左方向）に付勢されている
とともに、突出部４２の基部に形成されたもう１つのフ
ランジが絶縁架台３１の内面に係合することによって、
外方向の動きが規制されている。

なお、符号３６は、第２中間可動コネクタ２９ｂの位置
に相当する第２熱シールド板４ｂに形成された貫通孔３
６である。

第１熱シールド板４ａに支持されている第１中間可動コ
ネクタ２９ａも、上記と同様に構成されている。

固定コネクタ３２の外方端には、第１中間可動コネクタ
２９ａの突出部４２と嵌合する空洞部が形成されており
、低温容器３内に突出した内方端には超電導コイル１に
接続されている超電導ケーブル３４が取り付けられてい
る。このように、固定コネクタ３２は、例えばセラミッ
ク製の気密性の高い絶縁部材３３を介して低温容器３の
壁部に固定支持されている。

次に、上述した電流リード部１３による電源部１５と超
電導コイルＩとの接続および、切り離し動作について説
明する。

■接続動作 ナツト２３を締め込んで、コイルバネ２６を圧縮する。

可動コネクタ２１は金属板２２とともに、ベローズ２７
を縮めながら、真空容器５内に進行する。進行が進むと
、可動コネクタ２１の突出部４ｏは、第２熱シールド板
４ｂに取り付けられている第２中間可動コネクタ２９ｂ
の空洞部４１に嵌入する。嵌入してからも、ナツト２３
を締め込んでいくと、第２中間可動コネクタ２９ｂに設
けられているコイルバネ３゜が圧縮され、今度は第２中
間可動コネクタ２９ｂが内側に向かって進行する。この
第２中間可動コネクタ２９ｂの進行移動によって、第１
熱シールド板４ａに支持されているもう一方の第１中間
可動コネクタ２９ａも内側に向かって進行し、第１中間
可動コネクタ２９ａの突出部４２が、固定コネクタ３２
の空洞部４３内に嵌入する。この状態でナツト２３の締
め込みを中止すると、可動コネクタ２１と、２つの第２
可動コネクタ２９および、固定コネクタ３２とがそれぞ
れ連結した状態を維持する。

このようにして、電源部１５と超電導コイル１とが接続
する。

この状態で、超電導コイル１を永久電流で運転する場合
は、以下のようにして行う（第２図参照）。

まず、図示を省略したヒータ電源からの通電により、永
久電流スイッチ１２内の超電導体（超電導線３８の一部
分）を臨界温度以上にして、この部分に抵抗を発生させ
る。この状態で、電源部１５により、超電導コイル２を
所定の電流値で励磁する。

超電導コイル２の電流が定常状態になったところで、ヒ
ータ電源の通電を停止すると、前記超電導体は液体ヘリ
ウムによって冷却されて臨界温度以下となり、電気抵抗
は零となる０次に、電源部１５の励磁電流を零にすれば
、超電導コイル２は永久電流運転される。

この永久電流運転後、各コネクタ２１，２９ａ、２９ｂ
、３２を通して、外部の熱が侵入してくるため、以下の
ようにして、各コネクタ２１．２９ａ、２９ｂ、３２を
切り離す。

■切り離し動作 上記の各コネクタ２１．２９ａ、２９ｂ、３２が連結し
た状態から、ナツト２３を緩めていくと、コイルバネ２
６の復元力によって、可動コネクタ２１は金属板２２と
ともに外側に押し戻される。可動コネクタ２１の突出部
４０が第２中間可動コネクタ２９ｂの空洞部４１がら徐
々に退避していくと、２個の中間可動コネクタ２９ａ、
２９ｂもコイルバネ３０の復元力により外側に押し戻さ
れ、第１中間可動コネクタ２９ａの突出部４２は、固定
コネクタ３２の空洞部４３から退避する。

このように、ナツト２３を緩めることによって、各可動
コネクタはそれぞれのコイルバネ２６．３０の力によっ
て、押し戻され、各コネクタ２１，２９ａ、２９ｂ、３
２が切り離される。

Ｇ０発明の効果 以上の説明から明らかなように、この発明の超電導マグ
ネット装置によれば次のような効果が発揮される。

（１）超電導コイルと電源部との接続および切り離しを
行う際に、従来装置のように電流リード部を挿抜する必
要がないので、挿抜時に外部雰囲気が真空容器内に侵入
して、電流リード部の接合部分に霜を堆積しない、した
がって、接合部分における接触不良を防ぎ、常時、良好
な超電導コイルへの通電が行える。また、接合部分に霜
が堆積してその部分が凍結することもないので、電流リ
ード部の切り離しも容易に行うことができる。

（２）また、作業者は電流リード部の着脱時における寒
剤蒸発ガスの噴出を受けることがないので、安全性の向
上を図ることができる。

（３）前記蒸発ガスの排気専用の配管を備えたので、従
来からあるような、電流リード着脱案内兼用の配管にく
らべ、配管口径を小さくできる。このため、配管を通っ
て外部がら侵入してくる熱量も小さいものとなり、寒剤
の蒸発量が抑えられ、運転コストの低減を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、この発明の一実施例に係り、第
１図は電流リード部の概略断面図、第２図は超電導マグ
ネット装置の概略断面図である。 また、第３図は従来の超電導マグネット装置の概略断面
図である。 １・・・超電導コイル　　２・・・液体ヘリウム３・・
・低温容器　４・・・熱シールド板　５・・・真空容器
１０・・・配管　１３．１４・・・電流リード部１５・
・・電源部２１・・・可動コネクタ　　２９・・・第２
可動コネクタ３２・・・固定コネクタ 特許出願人　株式会社　島津製作所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）超電導コイルを極低温寒剤中に浸漬して収納する
   低温容器と、低温容器を覆うように配された熱シールド
   板と、前記低温容器と熱シールド板とを内包する真空容
   器と、この真空容器の外部に設置された超電導コイル用
   の電源部と、前記超電導コイルと前記電源部との接続お
   よび切り離しを行う電流リード部とを備えた超電導マグ
   ネット装置において、前記超電導コイルに接続され低温
   容器に取り付けられた固定コネクタと、前記電源部に接
   続され真空容器の内外に向かって進退移動可能な可動コ
   ネクタと、前記熱シールド板に設けられ前記可動コネク
   タの進行移動により押圧されて可動コネクタと前記固定
   コネクタとを接続するとともに、可動コネクタの退行移
   動により固定コネクタから退避して両コネクタを切り離
   す中間コネクタとで、前記電流リード部を構成するとと
   もに、前記熱シールド板と真空容器とを貫通して低温容
   器内の蒸発寒剤ガスを外部に逃がす配管を前記電流リー
   ド部とは別に備えたことを特徴とする超電導マグネット
   装置。