JPH09289115A - 超電導コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超電導コイルにおいて、鞍形コイルの捩れを
防止し所定の磁場精度を発生させる。また口出し線の磁
場により磁場を乱さない構造を得る。 【解決手段】 隣合う鞍形コイルの巻線方向を逆方向に
したものを組合わせる。また、隣合う鞍形コイルの巻線
方向を逆方向にしたものを組合わせることに加え、相重
なり合う内外層の鞍形コイルの巻線方向を逆方向にした
ものを組合わせる。これにより、コイル単体での捩れを
キャンセルさせ、所定の磁場精度を発生させることがで
きる。また、鞍形コイルの口出し線を近接させることに
より、口出し線による磁場をキャンセルさせ、口出し線
による磁場の乱れを生じさせないことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超電導コイル、特
に粒子加速器などの超電導電磁石に使われる鞍形コイル
の構造を改良した超電導コイルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超電導電磁石に使われる鞍形コイルの中
には、図４に示すように、１８０゜鞍形コイルや９０゜
鞍形コイル等の同一形状のものを組合わせ、二重極や四
重極の電磁石として使用されるものがある。また、図示
はしていない６０゜鞍形コイルを組合わせた六重極の電
磁石も使用されている。

【０００３】図４は鞍形コイルを組合わせた二重極コイ
ル及び四重極コイルを説明する図である。さらに、この
鞍形コイルのより具体的な構成を二重極の場合について
図５及び図６を用いて説明する。

【０００４】図５は従来の超電導コイルの一例を示す分
解斜視図である。図６は従来の超電導コイルのコイル構
成概念を示す線図である。図５において、超電導コイル
は、同一形状の２つの鞍形コイル７及び７´が上下に組
み合わされてなっている。

【０００５】鞍形コイル７，７´には、ＮｂＴｉの成形
より線が用いられており、両コイルは、各々鞍の下側か
ら引き出される口出し線９及び９´にて接続されてい
る。また、図６に示すように、鞍形コイル７の鞍の上側
から引き出された口出し線８から電流が入り、鞍形コイ
ル７´の鞍の上側から引き出された口出し線８´から電
流が出るようになっている。これにより、二重極の電磁
石として機能している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
鞍形コイルにおいては、コイル自身に巻線時のスプリン
グバックや、成形より線等を使用する場合、線自身の残
留捩れ力により、コイルとしての捩れが残っている。

【０００７】このコイルとしての捩れは、コイルの巻き
方向によって決まるため、図５に示すように、同一形状
のコイルを組合わせて超電導コイルを構成させた場合に
は、捩れ方向が同方向となり、コイルが全体として捩れ
たものとなってしまう。

【０００８】このため、粒子加速器用電磁石のように高
精度の磁場を必要とする場合は、磁場の対称性が損なわ
れてしまう問題がある。また、図５に示すように、口出
し線８，８´，９，９´を個別に引き出し、上下コイル
及び電源との接続を行った場合、これらの口出し線によ
り生じる磁場により、磁場精度が乱れる問題がある。

【０００９】本発明は、このような実情を考慮してなさ
れたもので、その第１の目的は、鞍形コイルの捩れを防
止し所定の磁場精度を発生させることのできる超電導コ
イルを提供することにある。また、第２の目的は、口出
し線の磁場により、磁場を乱さない構造が得られる超電
導コイルを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に対応する発明は、長円形の渦巻状に導体
が巻き付けられた複数の鞍形コイルを組合わせて構成さ
れる超電導コイルにおいて、鞍形コイルは単層あるいは
複数層の鞍形のコイルからなり、周方向に隣合う鞍形コ
イルの巻線方向を逆方向にしたものを組合わせる超電導
コイルである。

【００１１】また、請求項２に対応する発明は、請求項
１に対応する発明において、鞍形コイルは内層鞍形コイ
ルと外層鞍形コイルとからなり、相重なる内層及び外層
鞍形コイル同士の巻線方向を逆方向にした超電導コイル
である。

【００１２】さらに、請求項３に対応する発明は、請求
項１又は２に対応する発明において、鞍形コイルから引
き出される口出し導体線同士を、その電流方向が反対と
なるように近接させる超電導コイルである。

【００１３】さらにまた、請求項４に対応する発明は、
長円形の渦巻状に導体が巻き付けられた複数の鞍形コイ
ルを組合わせて構成される超電導コイルにおいて、電流
方向が反対となる口出し導体線同士を近接させる超電導
コイルである。 （作用）したがって、まず、請求項１に対応する発明の
超電導コイルにおいては、隣合う鞍形コイルの巻線方向
を逆方向にしたものを組合わせることにより、コイル単
体での捩れをキャンセルさせ、全体としての捩れをなく
すことができる。したがって、所定の磁場精度を確実に
発生させることができる。

【００１４】ここで、周方向に隣合う鞍形コイルの巻線
方向を逆方向にするので、例えば鞍形コイル２つを組み
合わせる二重極コイルの場合では、コイル径最外周部で
隣り合い、鞍形状の下側同士を合わせることとなる。

【００１５】また、例えば四重極コイルの場合では、コ
イル径最外周部，すなわち鞍形状の下側同士を順次合わ
せ、これらの隣り合うコイルでは巻線方向が逆方向とな
っており、捩れがキャンセルされる。

【００１６】なお、鞍形コイルの全体形状は、長円形の
渦巻状であるが、厳密な長円形に限られるものでなく、
鞍形形状であったり、短径部分に位置する周の部分が直
線であったりしてもよく、全体として略長円形であるも
のを含む。

【００１７】また、請求項２に対応する発明の超電導コ
イルにおいては、請求項１に対応する発明と同様に作用
する他、相重なり合う内外層の鞍形のコイルの巻線方向
を逆方向にしたものを組合わせたことにより、コイル単
体での捩れをキャンセルさせる。

【００１８】この場合、内層鞍形コイルと外層鞍形コイ
ルとは、周方向で隣り合うというよりは、上下方向に重
ね合うものとなっている。さらに、請求項３に対応する
発明の超電導コイルにおいては、請求項１又は２に対応
する発明と同様に作用する他、鞍形コイルから引き出さ
れる口出し導体線同士を、その電流方向が反対となるよ
うに近接させることで、口出し線による磁場をキャンセ
ルさせる。これにより、口出し線による磁場の乱れを生
じさせないようにすることができる。さらに、請求項４
に対応する発明の超電導コイルにおいては、請求項３に
対応する発明と同様に作用する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して詳細に説明する。 （発明の第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施
の形態に係る超電導コイルの分解斜視図、図２は同実施
の形態の超電導コイルにおける鞍形コイルの巻線・接続
構成をモデル化した線図である。

【００２０】この超電導コイルは、ＮｂＴｉ平角より線
導体を１８０゜に複数回巻線された長円形の渦巻状の鞍
形コイル１と、ＮｂＴｉ平角より線導体を鞍形コイル１
と逆方向に巻線された長円形の渦巻状の鞍形コイル２と
を上下に組合わせ、二重極コイルとして構成されてい
る。

【００２１】鞍形コイル１には、図示しない電源の正側
電極に接続される＋口出し線３と、鞍形コイル２に接続
される−口出し線４とが設けられ、口出し線３と口出し
線４とは鞍形コイル１から近接して引出されている。

【００２２】また、同様に鞍形コイル２には、図示しな
い電源の負側電極に接続される−口出し線５と、鞍形コ
イル１に接続される＋口出し線６とが設けられ、口出し
線５、６とは鞍形コイル２から近接して引出されてい
る。なお、鞍形コイル１と鞍形コイル２との接続は、口
出し線４と口出し線６とが接続されることで、なされて
いる。

【００２３】ここで、図２にも示すように、口出し線３
は鞍形コイル１の内側から入り、鞍形状の上側から見た
場合には、その導線が外側に向って反時計回りに巻線
し、鞍形コイル１の外側から口出し線４として引き出さ
れている。

【００２４】一方、口出し線４から続く口出し線６は鞍
形コイル２の内側から入り、鞍形状の上側，すなわち図
１で下側から見た場合には、その導線が外側に向って時
計回りに巻線し、導線がコイル１の場合とは逆向きに外
側に向って巻線し、鞍形コイル２の外側から口出し線５
として引き出されている。

【００２５】このように構成された超電導コイルにおい
ては、図１に示すようにこれらの鞍形コイル１，２の上
下を逆にして，すなわち鞍形状の下側同士を合わせるよ
うに組み合わされているため、鞍形コイル１の捩れ方向
ａと鞍形コイル２のねじれ方向ｂとは逆向きとなり、お
互いを相殺するように力が働く。

【００２６】また、このような巻き方向及び組み合わせ
方から、超電導コイルにおいて両コイル１，２の発生す
る磁束の方向は、同一方向となる。一方、上記したよう
に口出し線３及び４、口出し線５及び６は、それぞれ近
接しており、これらの電流方向は、それぞれ逆方向であ
るので、口出し線によって生じる磁場はキャンセルされ
る。

【００２７】さらに、口出し線４においては、口出し線
３を離れ、口出し線６に至る部分は、口出し線５に近接
しており、ここでも口出し線による磁場はキャンセルさ
れる。

【００２８】さらにまた、口出し線３と口出し線５にお
いては、それぞれが口出し線４，６から離れた部分で
は、両口出し線３，５が近接し、同様に口出し線による
磁場がキャンセルされる。

【００２９】なお、超電導コイルとしての動作自体は、
従来の二重極コイルの場合と同様に行われる。上述した
ように本実施の形態の係る超電導コイルによれば、鞍形
のコイルを周方向に隣合う鞍形コイル１，２の巻線方向
を逆方向にしたものを組合わせるようにしたので、鞍形
コイル１と２の捩れ方向が逆なため捩れ力がキャンセル
され、全体としての捩れが生じることを防止することが
できる。

【００３０】したがって、磁場精度に非対称が生じるこ
とを防ぎ、所定の磁場精度を発生させることができる。
また、本実施の形態の係る超電導コイルによれば、口出
し線の＋−線を近接させ、その電流方向を逆方向とした
ので、口出し線による磁場をキャンセルすることがで
き、口出し線による磁場の乱れをなくすことができる。

【００３１】これにより、磁場を乱さない構造の超電導
コイルを得ることができる。なお、各実施形態において
は、二重極コイルの場合で説明したが、本発明は、これ
に限られるものでなく、例えば四重極コイルや六重極コ
イル等その他、種々の超電導コイルに適用できるもので
ある。例えば四重極コイルの場合は、周方向にそれぞれ
隣り合う，すなわち鞍形状の下側同士で合わされたコイ
ル間で、その巻線方向が逆になることになる。

【００３２】さらに、本実施の形態では、全体として長
円形状の鞍形コイルを用いているが、本発明に用いられ
るコイルの形状は、本実施形態に示す形状に限られるも
のでなく、長方形状や円形状，その他中間的な形状等種
々の形状が考えられ、全体としてみた時に略長円形であ
れば、すべて含まれる。 （発明の第２の実施の形態）図３は本発明の第２の実施
の形態に係る超電導コイルにおける鞍形コイルの巻線・
接続構成をモデル化した線図である。

【００３３】この超電導コイルは、相重なる内層コイル
１１及び外層コイル１０からなる上側鞍形コイルと、相
重なる内層コイル１２及び外層コイル１３からなる下側
鞍形コイルとを上下逆に、すなわち鞍形状の下側同士を
合わせるように組み合わせて構成されている。

【００３４】ここで、外層コイル１０は、その内側から
外側に向って時計回りに、また、内層コイル１１は、そ
の内側から外側に向って反時計回りに巻かれている。一
方、内層コイル１２は、その内側から外側に向って時計
回りに、また、外層コイル１３は、その内側から外側に
向って反時計回りに巻かれている。

【００３５】また、各内層コイル１１，１２の最内周と
各外層コイル１０，１３の最内周とは、それぞれ周囲よ
り固定された短い接続導体１４で接続されている。さら
に、外層コイル１０と外層コイル１３の最外周は接続導
線１５で接続されている。

【００３６】さらにまた、内層コイル１１の最外周は、
電源の正側電極１６に接続され、内層コイル１２の最外
周は、電源の負側電極１７に接続される。このように構
成された超電導コイルにおいては、各コイル１０，１
１，１２，１３での電流方向が同じで磁束発生方向が同
じである。

【００３７】したがって、従来の超電導コイルの場合と
同様に磁界が得られることとなる。一方、コイルの捩れ
について考えてみると、まず、相重なる内層コイル１１
と外層コイル１０とは互いに逆方向に巻線されているか
ら、その捩れをキャンセルするように力が働く。また、
相重なる内層コイル１２と外層コイル１３の場合も同様
である。

【００３８】また、鞍形状の下側同士が合わされる内層
コイル１１と内層コイル１２とにおいても、その巻線方
向が逆方向であるから、捩れをキャンセルするように力
が働くこととなる。

【００３９】上述したように本実施の形態の係る超電導
コイルによれば、相重なり合う内外層コイル１０，１
１，１２，１３の巻線方向を逆方向にしたものをそれぞ
れ組合わせるようにしたので、第１の実施の形態の場合
と同様な効果の他、相重なる内層コイル１１及び外層コ
イル１０と相重なる内層コイル１２及び外層コイル１３
についてもそれぞれねじれをキャンセルする力が働き、
より一層効果的に全体の捩れを防止することができる。

【００４０】したがって、磁場精度に非対称性が生じる
のをより一層少なくでき、より一層確実に所定の磁場精
度を確保することができる。また、相重なり合う内層コ
イルと外層コイルの巻線方向を逆にすることにより、内
層コイルの最内周と外層コイルの最内周とを短い導体で
繋ぐことができ、その導体を周囲から固定することによ
り、接続導体部でのクエンチの発生を抑止することがで
きる。なお、本発明は、上記各実施の形態に限定される
ものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変形す
ることが可能である。

【００４１】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、径
方向に隣合う鞍形コイルの巻線方向を変えたものを組合
わせるようにしたので、鞍形コイルの捩れを防止し所定
の磁場精度を発生させることのできる超電導コイルを提
供することができる。

【００４２】また、本発明によれば、逆方向に電流が流
れる口出し導体線同士を近接させるようにしたので、口
出し線の磁場により、磁場を乱さない構造が得られる超
電導コイルを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超電導コイル
の分解斜視図。

【図２】同実施の形態の超電導コイルにおける鞍形コイ
ルの巻線・接続構成をモデル化した線図。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る超電導コイル
における鞍形コイルの巻線・接続構成をモデル化した線
図。

【図４】鞍形コイルを組合わせた二重極コイル及び四重
極コイルを説明する図面。

【図５】従来の超電導コイルの一例を示す分解斜視図。

【図６】従来の超電導コイルのコイル構成概念を示す線
図。

【符号の説明】

１，２…鞍形コイル ３，４，５，６…口出し線 １０，１３…外層コイル １１，１２…内層コイル １４，１５…接続導体 ２０…１８０゜鞍形コイル ２１…９０゜鞍形コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樋口 幹男 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 折笠 朝文 東京都府中市晴見町２丁目24番地の１ 東 芝エフエーシステムエンジニアリング株式 会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長円形の渦巻状に導体が巻き付けられた
   複数の鞍形コイルを組合わせて構成される超電導コイル
   において、 前記鞍形コイルは単層あるいは複数層の鞍形のコイルか
   らなり、周方向に隣合う前記鞍形コイルの巻線方向を逆
   方向にしたものを組合わせることを特徴とする超電導コ
   イル。
2. 【請求項２】 前記鞍形コイルは内層鞍形コイルと外層
   鞍形コイルとからなり、相重なる内層及び外層鞍形コイ
   ル同士の巻線方向を逆方向にしたことを特徴とする請求
   項１記載の超電導コイル。
3. 【請求項３】 前記鞍形コイルから引き出される口出し
   導体線同士を、その電流方向が反対となるように近接さ
   せることを特徴とする請求項１又は２記載の超電導コイ
   ル。
4. 【請求項４】 長円形の渦巻状に導体が巻き付けられた
   複数の鞍形コイルを組合わせて構成される超電導コイル
   において、 電流方向が反対となる口出し導体線同士を近接させるこ
   とを特徴とする超電導コイル。