JPH0722232A - 超電導電磁石の支持構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】大きな熱収縮を吸収でき、大きな剛性を有する
機械的に優れた超電導電磁石の支持構造を提供する。 【構成】真空容器５内に収納された輻射シールド４およ
び超電導コイル３を支持するサポート２０の固定部に、
円弧面から形成され圧縮荷重と引張荷重を受ける荷重支
持面をそれぞれ設け、これらの荷重支持面を同一の回転
中心とした複数の球面座２１，２２，２５を配置したも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は真空容器（断熱容器）内
に輻射シールドおよび超電導コイルを収納した超電導電
磁石の支持構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の超電導電磁石の一例を示
す。この超電導電磁石１は超電導コイル２を有し、この
超電導コイル２に通電することにより磁場を発生する。
超電導コイル２は超電導状態を保つため、常に極低温に
保持される必要がある。そのため、例えば超電導コイル
２はコイル容器３内に設けられ、その外側に輻射シール
ド４が配置され、最終的にそれらが真空容器５中に収納
されて超電導電磁石１を構成している。

【０００３】次に、コイル容器３および輻射シールド４
がどのように支持されているかを説明する。

【０００４】輻射シールド４は真空容器５から吊りサポ
ート６ａにより吊り下げられるとともに、軸サポート７
により横方向に引張られている。この軸サポート７は左
右に配置されているので、輻射シールド４の横方向の動
きが拘束される。そして、輻射シールド４の重量は支持
サポート６ｂにより支持されている。

【０００５】これと同様に、超電導コイル２を内蔵した
コイル容器３も吊りサポート６ａ，軸サポート７によ
り、それぞれ吊り下げられるとともに、横方向へ引張ら
れて動きが拘束される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た超電導電磁石１において、磁場を発生させるため、超
電導コイル２に通電するには、超電導コイル２を極低温
まで冷却し、超電導状態に保持しなければならない。こ
の時、コイル容器３および輻射シールド４も極低温まで
冷却され、それぞれ収縮することになるため、それらを
支持している吊りサポート６ａ、支持サポート６ｂ、お
よび軸サポート７には、収縮に伴う応力が発生すること
になる。

【０００７】一般的に、この応力は超電導磁石１の大き
さが大きくなればなるほど大きくなる傾向にある。例え
ば、コイル容器３の長さが８０００mmで，軸サポート７
の材料としてガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を
使用し、その長さを８００mmとした場合、極低温まで冷
却すると、軸サポート７には１００Kgf/mm² 以上の応力
が発生し、破断してしまうこともある。

【０００８】そのため、従来は例えば図５に示すように
軸サポート７に皿ばね８を挿入し、この皿ばね８の収縮
により、冷却により発生する過大な応力を吸収する構造
を採用している。そして、図５において、軸サポート７
にはねじ杆９が固着され、このねじ杆９はコイル容器３
に固定した固定座３ａに挿通されるとともに、皿ばね８
を装着して２つのナット１０，１０が螺合されている。

【０００９】すなわち、コイル容器３の熱収縮に伴う応
力が図５において左方向に生じたとすると、コイル容器
３に固定した固定座３ａも左方向に動く。ここで，軸サ
ポート７およびねじ杆９は固定状態にあるので、皿ばね
８が縮んで熱収縮を吸収する。

【００１０】しかしながら、その状態でコイル容器３に
電磁力がかかると、固定座３ａは左方向へは移動しにく
いが、右方向へは容易に移動するため、軸サポート７の
機能を果さない。

【００１１】また、コイル容器３は、冷却により半径方
向に収縮するため、軸サポート７には曲げ応力もかかる
ことになる（冷却によりコイル容器３が縮むため、吊り
サポート６ａにも同様の曲げ応力が発生する）。そのた
め、従来はこの曲げ応力が軸サポート７にかからないよ
うに、図６に示すような球面座１２，１３を設けた構造
のものが採用されている。

【００１２】すなわち、図６に示す支持構造は、固定座
３ａに球面座１２が固定される一方、球面座１３がねじ
杆９に螺合されているため、コイル容器３へ曲げ応力が
発生すると、球面座１２は球面座１３に対して回転して
軸サポート７に曲げ応力がかからないようにしている。

【００１３】しかしながら、この球面座１２，１３を設
けた構造では、図６においてコイル容器３への左方向の
引張荷重しか支持できず、右方向の圧縮荷重がかかった
ときには、固定座３ａに固定した球面座１２が移動して
役に立たない。そのため、このような球面座サポートを
採用すると、必然的にコイル容器３の両側に軸サポート
７を取り付けなければならないが、前述のように特に大
きな超電導磁石では冷却による縮みが大きくなり、強度
的に成立しないことになる。

【００１４】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、大きな熱収縮を吸収でき、大きな剛性を有する
機械的に優れた超電導電磁石の支持構造を提供すること
を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る超電導電磁
石の支持構造は、上述した課題を解決するために、真空
容器内に収納された輻射シールドおよび超電導コイルを
支持するサポートの固定部に、円弧面から形成され圧縮
荷重と引張荷重を受ける荷重支持面をそれぞれ設け、こ
れらの荷重支持面を同一の回転中心とした複数の球面座
を配置したものである。

【００１６】

【作用】上記の構成を有する本発明において、輻射シー
ルドおよび超電導コイルを支持するサポートは、圧縮荷
重および引張荷重を受けることができるため、サポート
を輻射シールドおよび超電導コイルの片側だけに設けれ
ば支持でき、その結果冷却による軸方向の熱収縮に対し
て自由になり、サポートには過大な引張り応力が発生し
ない。

【００１７】また、超電導コイルの半径方向の熱収縮に
より発生していた曲げ応力は、サポートの固定部に同一
の回転中心とした球面座を配置したことにより、その回
転中心を起点としてサポートが容易に回転し、上記と同
様に過大な曲げ応力が発生しない。

【００１８】さらに、サポートにはばね等を装着しない
ので、非常に剛性の高いサポートとなる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２０】図１〜図３は本発明に係る超電導電磁石の
支持構造の一実施例を示す。なお、従来の構成と同一ま
たは対応する部分には図４〜図６と同一の符号を用いて
説明する。

【００２１】図１に示すように、真空容器５内には輻射
シールド４および超電導コイルを有するコイル容器３と
が収納されている。輻射シールド４は複数個の吊りサポ
ート６ａ（図４参照：図１では省略）により吊り下げら
れるとともに、支持サポート６ｂ（図４参照：図１では
省略）により重力方向の荷重が支持されている。そし
て、輻射シールド４は複数個の軸サポート７（図４参
照：図１では省略）により軸方向の荷重が支持されてい
る。

【００２２】コイル容器３は輻射シールド４と同様に複
数個の吊りサポート６ａ（図４参照：図１では省略）、
およびサポート２０により、それぞれ重力方向の荷重お
よび軸方向荷重が支持されている。サポート２０は一端
がコイル容器３に、他端が真空容器１にそれぞれ固定さ
れている。

【００２３】図２はコイル容器３とサポート２０との固
定状態を示す。図２に示すように、固定座３ａはコイル
容器３に溶接またはボルト締めにより固定される。球面
座２１，２１は固定座３ａの両側に固定されており、こ
のとき、２つの球面座２１，２１の球面（円弧面）は回
転中心Ｐ１を中心として相当直径φＤの同心になってい
る。

【００２４】この球面座２１の両側には、球面座２１の
相当直径とほぼ同じか僅かに大きな相当直径の球面座２
２，２２が配置される。球面座２１，球面座２２，およ
び固定座３ａには、サポート２０の軸２０ａの通る孔が
穿設されており、この孔を軸２０ａが挿通し、軸２０ａ
の先端に形成したねじ部２０ｂに２つのナット２３，２
３が螺合することで、サポート２０は固定される。

【００２５】図３は真空容器５とサポート２０との固定
状態を示す。図３に示すように、球面受け座２５は真空
容器５に溶接、ボルト締めまたはそれ自体に加工された
ねじにより固定される。この球面受け座２５には相当半
径Ｒ１の球面が加工されている一方、サポート１０の端
部には両側をＰ２を中心とした同心になるような球面に
加工された球面ナット２６（球面の相当半径がそれぞれ
Ｒ１，Ｒ２）が螺合されている。

【００２６】球面ナット２６の外側には球面押え座２７
が取り付けられ、この球面押え座２７の球面ナット２６
の接触側には、相当半径Ｒ２にほぼ同じか僅かに小さな
相当半径の球面が加工されている。そして、球面押え座
２７はそれ自体に加工されたねじにより球面受け座２５
に固定されている。

【００２７】次に、本実施例の作用について説明する。

【００２８】上記のような構成にすると、コイル容器
３、輻射シールド２が冷却により収縮しても固定座３ａ
の両側に取り付けられた球面座２１，２１および球面座
２２，２２が回転中心Ｐ１を中心とした同一球面となっ
ているため、サポート２０は回転中心Ｐ１を中心にして
容易に回転し、サポート２０に過大な曲げ応力はかから
ない。

【００２９】同様に、真空容器５側のサポート２０に取
り付けられた球面ナット２６の両側には、回転中心Ｐ２
を中心として相当半径Ｒ１，Ｒ２が同心となるように球
面が形成されているため、サポート２０は回転中心Ｐ２
を中心として容易に回転し、やはりサポート２０に過大
な曲げ応力は発生しない。

【００３０】また、荷重支持面はそれぞれ固定座３ａ、
球面ナット２６の両側に位置するため、このように構成
したサポート２０で引張荷重または圧縮荷重の双方を受
けることが可能となる。

【００３１】このように本実施例によれば、引張荷重ま
たは圧縮荷重の双方を受けられるので、サポート２０
は、コイル容器３の片側のみに設ければよく、その結
果、軸方向の熱収縮に対してほとんど拘束されず、サポ
ート２０には過大な引張応力は発生しない。

【００３２】また、コイル容器３の径方向の熱収縮は、
サポート２０の各固定位置の回転中心Ｐ１，Ｐ２を中心
として軸サポートが回転するため、大きな曲げ応力も発
生しない。

【００３３】さらに、ばね等の軸サポートの剛性を低下
する要素も使用していないため、軸サポートの剛性は非
常に高いものとなる。

【００３４】なお、本発明は上記実施例に限らず種々の
変形が可能である。例えば、上記実施例の他に、図２お
よび図３の構造のみをそれぞれ真空容器１側、コイル容
器３側に使用したり、上記実施例とは逆に図２を真空容
器１側、図３をコイル容器３側に使用しても同様の効果
が得られる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る超電
導電磁石の支持構造によれば、真空容器内に収納された
輻射シールドおよび超電導コイルを支持するサポートの
固定部に、円弧面から形成され圧縮荷重と引張荷重を受
ける荷重支持面をそれぞれ設け、これらの荷重支持面を
同一の回転中心とした複数の球面座を配置したことによ
り、冷却時に大きな熱収縮を吸収し、サポートに過大な
引張り応力や曲げ応力を発生させることがない。

【００３６】また、サポートにばね等を用いていないの
で、剛性の高い機械的に優れたサポートを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超電導電磁石の支持構造の一実施
例を示す断面図。

【図２】本実施例においてコイル容器とサポートとの固
定状態を示す拡大断面図。

【図３】本実施例において真空容器とサポートとの固定
状態を示す拡大断面図。

【図４】従来の超電導電磁石を示す断面図。

【図５】従来例においてばねを用いてサポートを固定し
た状態を示す拡大図。

【図６】従来例において球面座を用いてサポートを固定
した状態を示す拡大図。

【符号の説明】

１ 超電導電磁石 ２ 超電導コイル ３ コイル容器 ３ａ 固定座 ４ 輻射シールド ５ 真空容器 ６ａ 吊りサポート ６ｂ 支持サポート ７ 軸サポート ２０ サポート ２１ 球面座 ２２ 球面座 ２３ ナット ２５ 球面受け座 ２６ 球面ナット ２７ 球面押え座

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内に収納された輻射シールドお
   よび超電導コイルを支持するサポートの固定部に、円弧
   面から形成され圧縮荷重と引張荷重を受ける荷重支持面
   をそれぞれ設け、これらの荷重支持面を同一の回転中心
   とした複数の球面座を配置したことを特徴とする超電導
   電磁石の支持構造。