JPH05267725A - 超電導磁石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超電導磁石が外部変動磁場を受けるとき、誘
導電流によりシールド板と超電導コイルとの間に生じる
相対振動に起因するヘリウムの蒸発量を低減し超電導磁
石を安定的に冷却できるようにする。 【構成】 超電導磁石のシールド板のうち超電導コイル
と対向する部分のみを導電率の高い材料で構成し、その
他の部分については導電率の低い材料で構成する。超電
導コイルに対する磁気シールド効果は変わらないがシー
ルド板全体としての電磁力が低減し剛性が上がって相対
振動が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超電導磁石の構成に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の超電導磁石について図４、図５を
参照して説明する。

【０００３】超電導磁石は、超電導コイル１、シールド
板２、真空容器３から構成されている。超電導コイル１
は、超電導導体のコイルを金属の容器に入れたもので、
この容器内は超電導体を冷却するための液体ヘリウムが
満たされている。

【０００４】さらに、超電導コイル１を安定して超電導
状態に保つためには、超電導コイル１内で発生する熱お
よび外部から超電導コイル１内へ侵入する熱を極力減ら
すことが必要である。これは一つには超電導導体を冷却
する液体ヘリウムは熱容量が小さいため、侵入熱・熱発
生が大きくなると蒸発による液体ヘリウムの消費量が多
くなり、超電導導体の安定的な冷却が行えなくなるから
である。このように冷却が不十分になったり、超電導コ
イル内部での熱発生したりすることによって超電導導体
の温度が上昇し、臨海温度を越えると超電導導体が常電
導状態に転移し、超電導磁石として機能が失われてしま
う。

【０００５】このため、超電導コイル１は、低熱伝導材
からなるコイル支持材４で真空容器３に固定されてい
る。また、対流伝熱を防ぐために、真空容器内は真空に
保持され、さらに輻射電熱を減らすために常温の真空容
器３の壁と超電導コイル１との間には液体窒素などで冷
却されるシールド板２が設置されている。

【０００６】超電導コイル１に横方向５（矢印）から変
動磁界が作用する場合、この外部からの変動磁界によっ
て超電導コイル１の金属容器および超電導導体に誘導電
流が流れて発熱することを防ぐため、従来、真空容器３
およびシールド板２を導電率の高い材料で構成し、真空
容器３およびシールド板２に誘導電流を発生させること
により、その反作用磁界で変動磁界をシールドすること
が行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしこのような構成
では、真空容器およびシールド板に流れる誘導電流は、
超電導コイルのつくる磁界との相互作用によって電磁力
が生じて真空容器の壁やシールド板を振動させる。真空
容器壁の振動はさらにコイル支持材４を介してシールド
板２や超電導コイル１に伝わり、これらを振動させる。
これらの振動により、シールド板２と超電導コイル１と
の間に相対振動が発生する。

【０００８】この相対振動により、超電導コイルのつく
る直流磁界の中で、導電性の板が振動することになり、
そこに誘導電流が誘起される。さらに、この誘導電流が
つくる変動磁界が超電導コイルに達することにより、そ
の変動磁界の影響で超電導コイルの金属容器・超電導導
体に発熱が生じ、超電導コイル１を冷却している液体ヘ
リウムの消費量が多くなって、安定的な超電導導体の冷
却ができなくなるという問題がある。

【０００９】本発明は変動磁界を受ける超電導磁石にお
いて、液体ヘリウムで冷却されている超電導コイルの金
属容器・超電導導体の発熱を減少させて、超電導導体を
安定的に冷却し、超電導磁石としての安定性を向上させ
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため本発明では、超
電導磁石のシールド板のうち超電導コイルと対向する部
分のみを導電率の高い材料で構成し、その他の部分につ
いては導電率の低い材料で構成する。

【００１１】

【作用】シールド板の超電導コイルと対向する部分の導
電率が高いため、超電導コイルに侵入しようとする変動
磁界はこの部分に誘起される誘導電流でシールドされ、
外部からの変動磁界は超電導コイルには達しない。

【００１２】一方、その他の部分は導電率の低い材料で
形成しているため、従来この部分に誘起されていた誘導
電流はほとんど発生せず、従ってこの部分での電磁力も
大幅に低減する。また、従来は導電性の高い材料として
銅やアルミを用いていたためシールド板の剛性を高める
ことが困難であったが、本発明ではシールド板の剛性に
大きく寄与する中央部分に高強度材を使用できるため、
シールド板の剛性を高める効果もあり、電磁力・剛性の
両面からシールド板の振動を減少することができる。

【００１３】さらに、真空容器の振動が伝わることなど
によって、シールド板と超電導コイルが相対振動した場
合でも、シールド板の一部が導電率の低い材料で構成さ
れているため、誘起される誘導電流の流れる流路が制限
され、シールド板の誘導電流が低減され、またこの誘導
電流がつくる変動磁界が超電導コイルに達する量も低減
できる。

【００１４】

【実施例】本発明について図１、図２に示す実施例に基
づいて説明する。

【００１５】真空容器３内に設けるシールド２は、超電
導コイル１と対向する部分2aは銅またはアルミの導電率
の高い材料で、その他の部分2bは高強度ステンレス材の
ような導電率が低く、剛性の高い材料で構成する。な
お、実施例では外部からの変動磁界が５の方向から加わ
るものとして、変動磁界の侵入してくる方向にのみ導電
率の高い材料を用いているが、外部からの変動磁界がそ
の他の方向から侵入する場合や、複数の方向から侵入す
る場合にはそれに応じて超電導コイル１と対向する部分
2aを設定するものとする。

【００１６】また、本実施例では導電率の高い材料と導
電率の低い材料を接合部８で接合するようにしている
が、製造上の便宜のために、例えばシールド板２全体を
導電率の低い材料で構成し、超電導コイル１と対向する
部分2aにのみ導電率の高い材料を導電率の低い材料に重
ねて設置するようにしても作用・効果は変わらない。

【００１７】前述したようにシールド板２のうち超電導
コイル１と対向する部分2aは導電率の高い材料で構成し
ているので、超電導コイル１に侵入しようとする外部変
動磁界はシールド板２でシールドされる。

【００１８】また、シールド板２の超電導コイルと対向
しないその他の部分2bは導電率の低い材料で構成してい
るため、シールド板全体としての誘導電流・電磁力が低
減され、振動を低減できる。さらにその他の部分2bには
高強度材を使用しているのでシールド板２全体としての
剛性も高くなり、従ってその点からも振動が抑制され
る。

【００１９】さらに、超電導コイル１とシールド板２が
相対振動した場合にも、超電導コイル１のつくる磁界に
よって誘起される誘導電流の流路が制限されるために、
誘導電流およびそれによって生じる変動磁界も低減され
る。

【００２０】本発明により、シールド板と超電導コイル
の相対振動によって超電導コイルに誘導電流が発生し、
超電導コイル内での発熱となることを抑制することがで
きる。本発明の他の実施例として図３に示すものについ
て説明する。

【００２１】シールド板２のうち超電導コイル１に対向
しない部分2bの導電率の低い材料の上に、誘導電流の流
路とならないように櫛形の形状にした良熱伝導材６を設
置する。

【００２２】これは一般に、導電率の低い材料は熱伝導
率が低いため、シールド板２の該当部分の冷却が十分で
なく、超電導コイル１への輻射伝熱が増加するのを防止
するため良熱伝導材を追加したものである。この場合、
超電導コイルと対向する部分2aの導電率の高い材料と、
この良熱伝導材６とで閉ループ形成されると誘導電流の
流路となって効果が低減するため、閉ループが形成され
ないように良熱伝導材６を櫛形に設置することにより発
明の効果を低減することなく超電導コイル１への輻射伝
熱の増加を防止することになる。なお、一般に導電率の
高い材料は熱伝導率も大きいため、良熱伝導材６と導電
率の高い材料を同一材料として一体化することも可能で
ある。

【００２３】

【発明の効果】本発明により、外部からの変動磁界によ
ってシールド板に誘起される誘導電流が低減され、シー
ルド板全体としての電磁力が減少し、またシールド板の
剛性が高められることによってシールド板や超電導コイ
ルの振動が低減できる。さらにシールド板と超電導コイ
ルが相対振動した場合にも、誘導電流の流路を制限する
ことによって誘導電流およびそれによって生じる変動磁
界を低減し、超電導コイル内での発熱を抑制して超電導
導体を安定的に冷却して、安全性の高い超電導磁石を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超電導磁石の断面図である。

【図２】図１の部分詳細による磁気シールド作用説明図
である。

【図３】本発明の他の実施例によるシールド板の斜視図
である。

【図４】従来例の超電導磁石の斜視図である。

【図５】図４のＶーＶ線矢視図である。

【符号の説明】

１…超電導コイル ２…シールド板 2a…超電導コイルと対向する部分 2b…超電導コイルと対向しない部分 ３…真空容器 ５…外部からの変動磁界の侵入方向 ６…良熱伝導材 ７…接合部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器、シールド板、超電導コイルか
   ら成る超電導磁石において、 前記シールド板を、超電導コイルと対向する部分を導電
   率の高い材料で、他の部分をこれより導電率の低い材料
   で形成したことを特徴とする超電導磁石。
2. 【請求項２】 導電率の低い材料として高剛性の高強度
   ステンレス材料を用いた請求項１記載の超電導磁石。
3. 【請求項３】 シールド板の導電率の低い材料の上に、
   誘導電流の流路を形成しないような形状の良熱伝導材を
   形成した請求項１又は請求項２記載の超電導磁石。