JPH11144940A - 超電導磁石装置 - Google Patents
超電導磁石装置Info
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- JPH11144940A JPH11144940A JP9313601A JP31360197A JPH11144940A JP H11144940 A JPH11144940 A JP H11144940A JP 9313601 A JP9313601 A JP 9313601A JP 31360197 A JP31360197 A JP 31360197A JP H11144940 A JPH11144940 A JP H11144940A
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- Japan
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- heat transfer
- winding
- magnet device
- superconducting magnet
- bobbin
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/04—Cooling
Landscapes
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡易で冷却性能の良い伝導冷却型の超電導磁
石装置を得る。 【解決手段】 超電導コイル１は、円筒状部２ａと鍔状
部２ｂを有する円筒状の巻枠２に卷かれた超電導の巻線
３を有する。巻枠２は、非磁性ステンレス鋼製である。
巻線３に発生する熱は、巻枠２に伝わり、巻枠の円筒部
２ａの内周部に密着して設けられた熱良導体１１ａから
伝熱バー１１ｂを介して冷凍機４に伝導され、冷却され
る。熱良導体１１ａと伝熱バー１１ｂにて伝熱部材１１
が構成され、伝熱部材１１は熱伝導の良い銅で製作され
ている。巻枠２は絶縁物製のものより熱伝導が良く、伝
熱部材１１はさらに巻枠２より熱伝導が良いので、巻線
３の外周部を熱伝導にて冷却するのに比し、効率よく冷
却できる。
石装置を得る。 【解決手段】 超電導コイル１は、円筒状部２ａと鍔状
部２ｂを有する円筒状の巻枠２に卷かれた超電導の巻線
３を有する。巻枠２は、非磁性ステンレス鋼製である。
巻線３に発生する熱は、巻枠２に伝わり、巻枠の円筒部
２ａの内周部に密着して設けられた熱良導体１１ａから
伝熱バー１１ｂを介して冷凍機４に伝導され、冷却され
る。熱良導体１１ａと伝熱バー１１ｂにて伝熱部材１１
が構成され、伝熱部材１１は熱伝導の良い銅で製作され
ている。巻枠２は絶縁物製のものより熱伝導が良く、伝
熱部材１１はさらに巻枠２より熱伝導が良いので、巻線
３の外周部を熱伝導にて冷却するのに比し、効率よく冷
却できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、超電導コイルに
冷凍機を伝熱部材により熱的に接続して熱伝導により冷
却する超電導磁石装置に関するものである。
冷凍機を伝熱部材により熱的に接続して熱伝導により冷
却する超電導磁石装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図９、図１０はたとえば特開平７−１４
２２４１号公報に示された従来の伝導冷却型の超電導磁
石装置を示すもので、図９は断面図、図１０は超電導コ
イル部分の断面詳細図である。これらの図において、１
は超電導コイルであり、巻枠２と、この巻枠２に超電導
線３ａを巻回して形成された巻線３を有する。巻枠２は
円筒状の円筒状部２ａとこの円筒状部２ａの軸方向両端
部に設けられた円板状の鍔状部２ｂを有する。
２２４１号公報に示された従来の伝導冷却型の超電導磁
石装置を示すもので、図９は断面図、図１０は超電導コ
イル部分の断面詳細図である。これらの図において、１
は超電導コイルであり、巻枠２と、この巻枠２に超電導
線３ａを巻回して形成された巻線３を有する。巻枠２は
円筒状の円筒状部２ａとこの円筒状部２ａの軸方向両端
部に設けられた円板状の鍔状部２ｂを有する。
【０００３】巻線３は図１０の断面詳細図に示すよう
に、超電導線３ａが絶縁紙３ｂを介して巻枠２に巻回さ
れ、層状に卷かれた超電導線３ａの層間にも絶縁紙３ｂ
が挿入されている。超電導線３ａと巻枠３との間及び超
電導線３ａの各相間の電気絶縁のためである。また、超
電導線３ａ自体もホルマール樹脂などで被覆し絶縁して
いる。絶縁破壊が発生すると巻線３が重大な損傷を受け
るため、絶縁は重要な設計項目になっている。
に、超電導線３ａが絶縁紙３ｂを介して巻枠２に巻回さ
れ、層状に卷かれた超電導線３ａの層間にも絶縁紙３ｂ
が挿入されている。超電導線３ａと巻枠３との間及び超
電導線３ａの各相間の電気絶縁のためである。また、超
電導線３ａ自体もホルマール樹脂などで被覆し絶縁して
いる。絶縁破壊が発生すると巻線３が重大な損傷を受け
るため、絶縁は重要な設計項目になっている。
【０００４】４は巻線３を冷却するための冷凍機であ
る。５は巻線３を冷却するための伝熱板であり、巻線３
の外周部をほぼ全周に亘って周回して円筒状に形成され
巻線３に充分に接触させて設けられている。６は冷凍機
４と伝熱板５とを熱的に接続するための伝熱バーであ
る。
る。５は巻線３を冷却するための伝熱板であり、巻線３
の外周部をほぼ全周に亘って周回して円筒状に形成され
巻線３に充分に接触させて設けられている。６は冷凍機
４と伝熱板５とを熱的に接続するための伝熱バーであ
る。
【０００５】次に、動作について説明する。巻線３は伝
熱板５及び伝熱バー６を介して、熱伝導により冷凍機４
で冷却される。通常、伝熱板５及び伝熱バー６には、巻
線３を効率よく冷却するために銅やアルミニウムなどの
熱伝導率の高い金属材料が用いられる。たとえば銅（タ
フピッチ銅（日本工業規格（以下ＪＩＳという）Ｃ１１
００））の４Ｋにおける熱伝導率は約５００Ｗ／ｍ・Ｋ
である。
熱板５及び伝熱バー６を介して、熱伝導により冷凍機４
で冷却される。通常、伝熱板５及び伝熱バー６には、巻
線３を効率よく冷却するために銅やアルミニウムなどの
熱伝導率の高い金属材料が用いられる。たとえば銅（タ
フピッチ銅（日本工業規格（以下ＪＩＳという）Ｃ１１
００））の４Ｋにおける熱伝導率は約５００Ｗ／ｍ・Ｋ
である。
【０００６】一方、巻枠２には強度が強いステンレス鋼
などの材料が通常用いられる。これは液体ヘリウムで直
接巻線３を冷却するタイプの超電導磁石装置も含めて一
般的に用いられている材料である。ステンレス鋼の熱伝
導率は一般に低い。たとえば、オーステナイト系ステン
レス鋼（ＪＩＳ ＳＵＳ３０４）の熱伝導率は４Ｋにお
いて約０．２Ｗ／ｍ・Ｋであり、銅の約１／２５００で
ある。
などの材料が通常用いられる。これは液体ヘリウムで直
接巻線３を冷却するタイプの超電導磁石装置も含めて一
般的に用いられている材料である。ステンレス鋼の熱伝
導率は一般に低い。たとえば、オーステナイト系ステン
レス鋼（ＪＩＳ ＳＵＳ３０４）の熱伝導率は４Ｋにお
いて約０．２Ｗ／ｍ・Ｋであり、銅の約１／２５００で
ある。
【０００７】超電導線３ａには一般的にはニオブチタン
（以下、ＮｂＴｉという）超電導線が用いられる。Ｎｂ
Ｔｉ超電導線の臨界温度は低く、通常５Ｋ程度以下の温
度で用いられることが多い。そのために，巻線３と冷凍
機４とを熱的に強固に接続して冷却する必要がある。こ
のために、図９に示したように巻線３に伝熱板５を直接
設置して、伝熱板５を介して巻線３を冷却する方法が採
られる。
（以下、ＮｂＴｉという）超電導線が用いられる。Ｎｂ
Ｔｉ超電導線の臨界温度は低く、通常５Ｋ程度以下の温
度で用いられることが多い。そのために，巻線３と冷凍
機４とを熱的に強固に接続して冷却する必要がある。こ
のために、図９に示したように巻線３に伝熱板５を直接
設置して、伝熱板５を介して巻線３を冷却する方法が採
られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の伝導冷却型の超
電導磁石装置は以上のように構成されているので、巻線
２の外周部に伝熱板４を設置することが必要であり、伝
熱板４と巻線３との電気絶縁が必要であるなど、伝熱バ
ー５を含めた取り付け構造が複雑となる。また、巻線３
の表面は凹凸が多いので、良好な熱接続を行うのが難し
いという問題点があった。
電導磁石装置は以上のように構成されているので、巻線
２の外周部に伝熱板４を設置することが必要であり、伝
熱板４と巻線３との電気絶縁が必要であるなど、伝熱バ
ー５を含めた取り付け構造が複雑となる。また、巻線３
の表面は凹凸が多いので、良好な熱接続を行うのが難し
いという問題点があった。
【０００９】この発明は、上記のような問題点を解決し
て、構成が簡易で、冷却性能が優れた超電導磁石装置を
得ることを目的とする。
て、構成が簡易で、冷却性能が優れた超電導磁石装置を
得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の超電導磁石装置においては、金属製の筒状
部を有する巻枠及びこの巻枠の筒状部に巻回された筒状
の超電導巻線を設けた超電導コイルと、冷凍機と、巻枠
と冷凍機とを熱的に接続する伝熱部材とを設け、超電導
巻線を巻枠を介して冷凍機により熱伝導により冷却する
ようにしたものである。このように構成することによ
り、超電導巻線に発生する熱は、熱伝導率の良い金属製
の巻枠に伝わる。巻枠に伝わった熱は、伝熱部材を介し
て熱伝導により冷凍機にて冷却されるので、超電導巻線
を効率よく冷却できる。
に、本発明の超電導磁石装置においては、金属製の筒状
部を有する巻枠及びこの巻枠の筒状部に巻回された筒状
の超電導巻線を設けた超電導コイルと、冷凍機と、巻枠
と冷凍機とを熱的に接続する伝熱部材とを設け、超電導
巻線を巻枠を介して冷凍機により熱伝導により冷却する
ようにしたものである。このように構成することによ
り、超電導巻線に発生する熱は、熱伝導率の良い金属製
の巻枠に伝わる。巻枠に伝わった熱は、伝熱部材を介し
て熱伝導により冷凍機にて冷却されるので、超電導巻線
を効率よく冷却できる。
【００１１】そして、巻枠は、その筒状部の軸方向に所
定間隔をおいて対向配置された筒状部と一体に形成され
た金属製の鍔状部を有するものである。金属製の円筒部
と鍔状部とを一体に形成することにより円筒部及び鍔状
部を熱的にも一体なものとでき、円筒部あるいは鍔状部
を熱伝導により冷却したときに巻線と伝熱部材との間の
熱抵抗が小さくなり、巻枠を熱伝導により冷却するのに
好都合である。
定間隔をおいて対向配置された筒状部と一体に形成され
た金属製の鍔状部を有するものである。金属製の円筒部
と鍔状部とを一体に形成することにより円筒部及び鍔状
部を熱的にも一体なものとでき、円筒部あるいは鍔状部
を熱伝導により冷却したときに巻線と伝熱部材との間の
熱抵抗が小さくなり、巻枠を熱伝導により冷却するのに
好都合である。
【００１２】さらに、伝熱部材は、巻枠の筒状部の内周
部に設けられた金属製の内周部用補助伝熱部を有し、こ
の内周部用補助伝熱部を介して冷凍機と巻枠とを熱的に
接続するものである。金属製の内周部用補助伝熱部によ
り、巻枠と伝熱部材との伝熱抵抗が低減され、冷却性能
が向上する。また、巻枠との取付も容易である。
部に設けられた金属製の内周部用補助伝熱部を有し、こ
の内周部用補助伝熱部を介して冷凍機と巻枠とを熱的に
接続するものである。金属製の内周部用補助伝熱部によ
り、巻枠と伝熱部材との伝熱抵抗が低減され、冷却性能
が向上する。また、巻枠との取付も容易である。
【００１３】また、巻枠の筒状部にはその内周部に凹設
部が設けられ、内周部用補助伝熱部が凹設部に装着され
たものである。巻枠の凹設部に伝熱部材を装着するの
で、巻枠の筒状部にて形成される内部空間部内に伝熱部
材が突出せず、内部空間部を有効利用でき、例えば内部
空間部に被験者が収容されるＭＲＩ用超電導磁石装置
や、結晶引上げ部が設置される結晶形成装置等に用いて
好適である。
部が設けられ、内周部用補助伝熱部が凹設部に装着され
たものである。巻枠の凹設部に伝熱部材を装着するの
で、巻枠の筒状部にて形成される内部空間部内に伝熱部
材が突出せず、内部空間部を有効利用でき、例えば内部
空間部に被験者が収容されるＭＲＩ用超電導磁石装置
や、結晶引上げ部が設置される結晶形成装置等に用いて
好適である。
【００１４】そして、内周部用補助伝熱部を、巻枠の筒
状部の内周部のほぼ全周に亘って設けられるとともに軸
方向にスリットを形成するスリット部により周方向に電
気的閉回路を形成しないようにされた筒状補助伝熱部と
したものである。内周部用補助伝熱部が巻枠の筒状部の
内周部のほぼ全周に亘って設けられるので、熱抵抗が小
さくなる。また、スリット部により周方向の閉回路を防
止し、渦電流によるジュール熱の発生を抑制する。
状部の内周部のほぼ全周に亘って設けられるとともに軸
方向にスリットを形成するスリット部により周方向に電
気的閉回路を形成しないようにされた筒状補助伝熱部と
したものである。内周部用補助伝熱部が巻枠の筒状部の
内周部のほぼ全周に亘って設けられるので、熱抵抗が小
さくなる。また、スリット部により周方向の閉回路を防
止し、渦電流によるジュール熱の発生を抑制する。
【００１５】さらに、伝熱部材は、鍔状部の軸方向側面
に設けられた金属製の側面部用補助伝熱部を有し、この
側面部用補助伝熱部を介して冷凍機と巻枠とを熱的に接
続するものである。金属製の鍔状部は熱抵抗が小さく、
この鍔状部に側面部用補助伝熱部を接続すればよく、熱
的接続が容易である。
に設けられた金属製の側面部用補助伝熱部を有し、この
側面部用補助伝熱部を介して冷凍機と巻枠とを熱的に接
続するものである。金属製の鍔状部は熱抵抗が小さく、
この鍔状部に側面部用補助伝熱部を接続すればよく、熱
的接続が容易である。
【００１６】また、伝熱部材は、筒状部及び鍔状部の少
なくとも一方に直接熱的に接続された熱伝導部を有する
ものである。熱伝導部を筒状部や鍔状部に直接接続する
ので、構成が簡易になる。
なくとも一方に直接熱的に接続された熱伝導部を有する
ものである。熱伝導部を筒状部や鍔状部に直接接続する
ので、構成が簡易になる。
【００１７】そして、巻枠の筒状部材は非磁性スレンレ
ス鋼で製作され、伝熱部材は銅あるいはアルミニウムで
製作されたものである。銅あるいはアルミニウムは、熱
抵抗が小さいので、効率よく巻枠を冷却することができ
る。
ス鋼で製作され、伝熱部材は銅あるいはアルミニウムで
製作されたものである。銅あるいはアルミニウムは、熱
抵抗が小さいので、効率よく巻枠を冷却することができ
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１、図２は、こ
の発明の実施の一形態である超電導磁石装置を示すもの
で、図１は斜視図、図２は図１の変形例を示す斜視図で
ある。図１において、超電導コイル１は、巻枠２と巻線
３を有する。巻枠２は円筒状の筒状部２ａと円板状の鍔
状部２ｂとを有する。巻線３は超電導線３ａを巻枠２に
巻回したものである（図１０参照）。
の発明の実施の一形態である超電導磁石装置を示すもの
で、図１は斜視図、図２は図１の変形例を示す斜視図で
ある。図１において、超電導コイル１は、巻枠２と巻線
３を有する。巻枠２は円筒状の筒状部２ａと円板状の鍔
状部２ｂとを有する。巻線３は超電導線３ａを巻枠２に
巻回したものである（図１０参照）。
【００１９】４は巻線３を冷却するための冷凍機であ
る。以上のものは、図９及び図１０に示したものと同様
のものであり、巻枠２は円筒部２ａ、鍔状部２ｂとも非
磁性ステンレス鋼、例えばＳＵＳ３０４（ＪＩＳ）で製
作されている。鍔状部２ｂは、所定間隔をおいて対向す
るように円筒部２ａの両端部にそれぞれ溶接され熱的に
も筒状部２ａと一体化されている。また、巻線３の超電
導線３ａとして、ＮｂＴｉ超電導線が用いられ、ホルマ
ール樹脂などで被覆し絶縁されているのも同様である。
る。以上のものは、図９及び図１０に示したものと同様
のものであり、巻枠２は円筒部２ａ、鍔状部２ｂとも非
磁性ステンレス鋼、例えばＳＵＳ３０４（ＪＩＳ）で製
作されている。鍔状部２ｂは、所定間隔をおいて対向す
るように円筒部２ａの両端部にそれぞれ溶接され熱的に
も筒状部２ａと一体化されている。また、巻線３の超電
導線３ａとして、ＮｂＴｉ超電導線が用いられ、ホルマ
ール樹脂などで被覆し絶縁されているのも同様である。
【００２０】１１は伝熱部材であり、内周部用補助伝熱
部としての熱良導体１１ａ及び熱伝導部としての伝熱バ
ー１１ｂを有する。熱良導体１１ａは、図１に示すよう
な弧状に曲げられた短冊状のものであり、巻枠２の円筒
部２ａの内周部の端部に密着して、例えば鑞付により取
付けられている。熱良導体１１ａには伝熱バー１１ｂが
溶接されている。これにより、円筒部２ａから熱良導体
１１ａ、伝熱バー１１ｂを介して冷凍機４に熱が伝導す
る。巻線３は巻枠２に、図１０の絶縁紙３ａと同様の絶
縁紙を介して巻回されている。熱良導体１１ａ及び伝熱
バー１１ｂは何れもタフピッチ銅で製作されている。
部としての熱良導体１１ａ及び熱伝導部としての伝熱バ
ー１１ｂを有する。熱良導体１１ａは、図１に示すよう
な弧状に曲げられた短冊状のものであり、巻枠２の円筒
部２ａの内周部の端部に密着して、例えば鑞付により取
付けられている。熱良導体１１ａには伝熱バー１１ｂが
溶接されている。これにより、円筒部２ａから熱良導体
１１ａ、伝熱バー１１ｂを介して冷凍機４に熱が伝導す
る。巻線３は巻枠２に、図１０の絶縁紙３ａと同様の絶
縁紙を介して巻回されている。熱良導体１１ａ及び伝熱
バー１１ｂは何れもタフピッチ銅で製作されている。
【００２１】なお、実際は、これらのほかに熱シールド
板、真空槽、電流リードなどが設置されるが、それらの
図示を省略している。
板、真空槽、電流リードなどが設置されるが、それらの
図示を省略している。
【００２２】次に動作について説明する。巻線３にふつ
うに用いられるＮｂＴｉ超電導線には、安定化のために
銅が通常加えられている。また、超電導線の表面は、ホ
ルマール樹脂などのエナメル等により電気絶縁が施され
ている。従って、この超電導線を巻回して製作された巻
線３では、その円周方向（θ方向）の熱伝導率は高く、
径方向、軸方向の熱伝導率は低い。これは、径方向では
超電導線のエナメル被覆及び絶縁紙３ｂ（図１０）を介
して、軸方向では超電導線のエナメル被覆を介して、熱
が伝わるためである。これら径方向や軸方向の熱伝導率
は、巻枠２に通常用いられているＳＵＳ３０４と比べて
一般的に低い。
うに用いられるＮｂＴｉ超電導線には、安定化のために
銅が通常加えられている。また、超電導線の表面は、ホ
ルマール樹脂などのエナメル等により電気絶縁が施され
ている。従って、この超電導線を巻回して製作された巻
線３では、その円周方向（θ方向）の熱伝導率は高く、
径方向、軸方向の熱伝導率は低い。これは、径方向では
超電導線のエナメル被覆及び絶縁紙３ｂ（図１０）を介
して、軸方向では超電導線のエナメル被覆を介して、熱
が伝わるためである。これら径方向や軸方向の熱伝導率
は、巻枠２に通常用いられているＳＵＳ３０４と比べて
一般的に低い。
【００２３】また、一般的に巻線３の巻厚に比べて巻枠
２の円筒部２ａの肉厚は薄い。例えば、ＭＲＩ（核磁気
共鳴）用の超電導磁石装置では、巻線３の外径が１．２
ｍ、巻枠２の軸方向長さが１．４〜２．０ｍ程度、結晶
引上げ装置用の超電導磁石装置では、巻線３の外径が
１．５〜２．０ｍ、巻枠２の長さは２ｍ程度である。そ
して、巻線３の巻厚は、２０〜５０ｍｍ程度であり、巻
枠２の円筒部２ａの肉厚は１０ｍｍ程度である。よっ
て、巻枠２の熱抵抗は、巻線３の径方向及び軸方向の熱
抵抗に比べて十分小さい値となる。従って、巻枠２を介
して巻線３を冷却しても十分な冷却効果が得られる。
２の円筒部２ａの肉厚は薄い。例えば、ＭＲＩ（核磁気
共鳴）用の超電導磁石装置では、巻線３の外径が１．２
ｍ、巻枠２の軸方向長さが１．４〜２．０ｍ程度、結晶
引上げ装置用の超電導磁石装置では、巻線３の外径が
１．５〜２．０ｍ、巻枠２の長さは２ｍ程度である。そ
して、巻線３の巻厚は、２０〜５０ｍｍ程度であり、巻
枠２の円筒部２ａの肉厚は１０ｍｍ程度である。よっ
て、巻枠２の熱抵抗は、巻線３の径方向及び軸方向の熱
抵抗に比べて十分小さい値となる。従って、巻枠２を介
して巻線３を冷却しても十分な冷却効果が得られる。
【００２４】なお、熱良導体１１ａと巻線３間を熱的に
効率よく熱抵抗が小さくなるように接続するには、熱良
導体１１ａを巻枠２の円筒部２ａの内径側に設置し、そ
の面積を大きくすればよい。図１では、熱良導体１１ａ
を巻枠２の円筒部２ａの軸方向及び周方向の一部に設置
したが、図２の変形例に示すように、円筒部２ａの内周
部の周方向の一部に軸方向の全長に亘るように熱良導体
１２ａを設けた伝熱部材１２とすれば、より冷却効果が
高まる。
効率よく熱抵抗が小さくなるように接続するには、熱良
導体１１ａを巻枠２の円筒部２ａの内径側に設置し、そ
の面積を大きくすればよい。図１では、熱良導体１１ａ
を巻枠２の円筒部２ａの軸方向及び周方向の一部に設置
したが、図２の変形例に示すように、円筒部２ａの内周
部の周方向の一部に軸方向の全長に亘るように熱良導体
１２ａを設けた伝熱部材１２とすれば、より冷却効果が
高まる。
【００２５】実施の形態２．図３は、この発明の他の実
施の形態である超電導磁石装置を示す斜視図である。図
４は、図３の超電導磁石装置の変形例である。図３に示
すように、巻枠２の円筒部２ａの内周部の一部に凹設部
２ｃを設け、ここに熱良導体１３ａを嵌合させた伝熱部
材１３を設けると、熱良導体１３ａが円筒部２ａの内側
へ突出することなく設置できる。従って、超電導コイル
１の内径部である円筒部２ａの内部空間部、例えばＭＲ
Ｉ用超電導磁石装置において被験者が収容され、あるい
は結晶形成装置において結晶引上げ部が設置される内部
空間部、を有効に利用することができる。
施の形態である超電導磁石装置を示す斜視図である。図
４は、図３の超電導磁石装置の変形例である。図３に示
すように、巻枠２の円筒部２ａの内周部の一部に凹設部
２ｃを設け、ここに熱良導体１３ａを嵌合させた伝熱部
材１３を設けると、熱良導体１３ａが円筒部２ａの内側
へ突出することなく設置できる。従って、超電導コイル
１の内径部である円筒部２ａの内部空間部、例えばＭＲ
Ｉ用超電導磁石装置において被験者が収容され、あるい
は結晶形成装置において結晶引上げ部が設置される内部
空間部、を有効に利用することができる。
【００２６】さらに、図４の変形例に示すように円筒部
２ａの軸方向のほぼ全長に亘って巻枠２の一部を切り欠
いた凹設部２ｄを設けてここに短冊円弧状の熱良導体１
４ａを設置して伝熱部材１４としてもよい。
２ａの軸方向のほぼ全長に亘って巻枠２の一部を切り欠
いた凹設部２ｄを設けてここに短冊円弧状の熱良導体１
４ａを設置して伝熱部材１４としてもよい。
【００２７】実施の形態３．図５〜図７は、この発明の
他の実施例を示すものである。図５は超電導磁石装置の
斜視図、図６は図５の変形例を示す斜視図、図７は図５
の別の変形例を示す斜視図である。
他の実施例を示すものである。図５は超電導磁石装置の
斜視図、図６は図５の変形例を示す斜視図、図７は図５
の別の変形例を示す斜視図である。
【００２８】図５において、伝熱部材１５の筒状補助伝
熱部としての熱良導体１５ａは、巻枠２の円筒部２ａの
周方向のほぼ全周に亘りかつ軸方向の所定の長さに亘り
円筒部２ａに密着して設けられ、かつ軸方向にスリット
を形成するスリット部１５ｃが設けられ円周方向に電気
的に１ターンの閉回路を形成しないようにしてある。
熱部としての熱良導体１５ａは、巻枠２の円筒部２ａの
周方向のほぼ全周に亘りかつ軸方向の所定の長さに亘り
円筒部２ａに密着して設けられ、かつ軸方向にスリット
を形成するスリット部１５ｃが設けられ円周方向に電気
的に１ターンの閉回路を形成しないようにしてある。
【００２９】図５に示すように円筒部２ａの内周部のほ
ぼ周方向の全体に亘って熱良導体１５ａを設けているの
で、より冷却効果が高まり熱負荷の大きな磁石装置の冷
却も可能になる。また、スリット部１５ｃを設けている
ので磁場を上げたり下げたりする際に、熱良導体１５ａ
に１ターンの循環電流が流れ発熱することを防止でき
る。
ぼ周方向の全体に亘って熱良導体１５ａを設けているの
で、より冷却効果が高まり熱負荷の大きな磁石装置の冷
却も可能になる。また、スリット部１５ｃを設けている
ので磁場を上げたり下げたりする際に、熱良導体１５ａ
に１ターンの循環電流が流れ発熱することを防止でき
る。
【００３０】また、図６の変形例に示すように、円筒部
２ａの内周部の周方向のみならず軸方向のほぼ全長に熱
良導体１６ａを設置した伝熱部材１６としてもよい。さ
らに、図７の別の変形例に示すように超電導コイル１が
分割されている場合には、上方の巻枠２を冷却する熱良
導体１７ａと、下方の巻枠２を冷却する熱良導体１７ａ
とを、第二伝熱バー１７ｂを用いて熱的に結合し冷却す
るように伝熱部材１７を構成することも可能である。
２ａの内周部の周方向のみならず軸方向のほぼ全長に熱
良導体１６ａを設置した伝熱部材１６としてもよい。さ
らに、図７の別の変形例に示すように超電導コイル１が
分割されている場合には、上方の巻枠２を冷却する熱良
導体１７ａと、下方の巻枠２を冷却する熱良導体１７ａ
とを、第二伝熱バー１７ｂを用いて熱的に結合し冷却す
るように伝熱部材１７を構成することも可能である。
【００３１】実施の形態４．図８は、さらにこの発明の
他の実施の形態である超電導磁石装置の斜視図である。
図において、伝熱部材１８は側面部用補助伝熱部として
の熱良導体１８ａと伝熱バー１１ｂを有する。熱良導体
１８ａは、巻枠２の鍔状部２ｂの側面の形状に合わせた
扇紙状で、鍔状部２ｂに圧接されている。その他の構成
については、図１のものと同様のものである。
他の実施の形態である超電導磁石装置の斜視図である。
図において、伝熱部材１８は側面部用補助伝熱部として
の熱良導体１８ａと伝熱バー１１ｂを有する。熱良導体
１８ａは、巻枠２の鍔状部２ｂの側面の形状に合わせた
扇紙状で、鍔状部２ｂに圧接されている。その他の構成
については、図１のものと同様のものである。
【００３２】このように、熱良導体１８ａを巻枠２の鍔
状部２ｂに設置する場合、巻枠２の内径側に加工を加え
なくてよいので巻枠２の製作が容易であり、また円筒部
２ａの内側に突出しないので、円筒部２ａ内の空間を有
効に利用できる利点がある。
状部２ｂに設置する場合、巻枠２の内径側に加工を加え
なくてよいので巻枠２の製作が容易であり、また円筒部
２ａの内側に突出しないので、円筒部２ａ内の空間を有
効に利用できる利点がある。
【００３３】図８では巻枠２の鍔状部２ｂに加工を加え
ることなく熱良導体１８ａを設置したが、鍔状部２ｂの
一部に扇紙状の凹設部を設けて熱良導体１８ａを埋設す
るようにしてもよい。また、熱良導体１８ａを、鍔状部
２ｂの側面部全体に密着する円環状のものにしてもよ
い。このとき、１ターンのループができないように図５
の熱良導体１５ａと同様スリット部を設ける。また、筒
状部は円筒状のものに限られるものではなく、断面矩形
あるいは正方形等の筒状のものであってもよい。
ることなく熱良導体１８ａを設置したが、鍔状部２ｂの
一部に扇紙状の凹設部を設けて熱良導体１８ａを埋設す
るようにしてもよい。また、熱良導体１８ａを、鍔状部
２ｂの側面部全体に密着する円環状のものにしてもよ
い。このとき、１ターンのループができないように図５
の熱良導体１５ａと同様スリット部を設ける。また、筒
状部は円筒状のものに限られるものではなく、断面矩形
あるいは正方形等の筒状のものであってもよい。
【００３４】図１のものでは巻枠２の内径側に熱良導体
１１ａを設置し、図８では巻枠２の鍔状部２ｂに熱良導
体１８ａを設けたが、これらを組み合わせて、巻枠２の
円筒部２ａの内周部と鍔状部２ｂの側面部との両方に熱
良導体１１ａ，１８ａを設けたものにすると、冷却効果
がより高くなることはいうまでもない。
１１ａを設置し、図８では巻枠２の鍔状部２ｂに熱良導
体１８ａを設けたが、これらを組み合わせて、巻枠２の
円筒部２ａの内周部と鍔状部２ｂの側面部との両方に熱
良導体１１ａ，１８ａを設けたものにすると、冷却効果
がより高くなることはいうまでもない。
【００３５】また、図１〜図４に示した伝熱部材や冷凍
機を巻枠２の円筒部２ａの周方向に複数組設けてもよ
い。さらに、図８の熱良導体１８ａや冷凍機についても
同様に周方向に複数組配設することも可能である。な
お、熱良導体を省略して、図１や図８における伝熱バー
１１ｂを直接円筒部２ａの内周部や鍔状部２ｂの側面部
に取付け熱的に接続するようにしてもよい。このとき、
熱抵抗が大きければ伝熱バー１１ｂの断面積や巻枠の円
筒状部２ａの肉厚を大きくしたり、伝熱バー１１ｂの長
さを短縮したりして熱抵抗を所定値以下にする。
機を巻枠２の円筒部２ａの周方向に複数組設けてもよ
い。さらに、図８の熱良導体１８ａや冷凍機についても
同様に周方向に複数組配設することも可能である。な
お、熱良導体を省略して、図１や図８における伝熱バー
１１ｂを直接円筒部２ａの内周部や鍔状部２ｂの側面部
に取付け熱的に接続するようにしてもよい。このとき、
熱抵抗が大きければ伝熱バー１１ｂの断面積や巻枠の円
筒状部２ａの肉厚を大きくしたり、伝熱バー１１ｂの長
さを短縮したりして熱抵抗を所定値以下にする。
【００３６】上記各実施の形態に示した伝熱バーや各熱
良導体の材料として、極低温で熱伝導率の高い、すなわ
ち熱抵抗の小さい、銅やアルミニウムを用いると冷却効
果はより高まる。しかし、これらの材料に限定されるも
のではない。また、巻枠についても非磁性ステンレス鋼
が価格、強度、電気抵抗等の点から好適であるが、これ
に限られるものではなく、白銅その他の材料であっても
よい。
良導体の材料として、極低温で熱伝導率の高い、すなわ
ち熱抵抗の小さい、銅やアルミニウムを用いると冷却効
果はより高まる。しかし、これらの材料に限定されるも
のではない。また、巻枠についても非磁性ステンレス鋼
が価格、強度、電気抵抗等の点から好適であるが、これ
に限られるものではなく、白銅その他の材料であっても
よい。
【００３７】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、次のような効果を奏する。金属製の筒状部
を有する巻枠及びこの巻枠の筒状部に巻回された筒状の
超電導巻線を設けた超電導コイルと、冷凍機と、巻枠と
冷凍機とを熱的に接続する伝熱部材とを設け、超電導巻
線を巻枠を介して冷凍機により熱伝導により冷却するよ
うにしたので、超電導巻線に発生する熱は、熱伝導率の
良い金属製の巻枠に伝わる。巻枠に伝わった熱は、伝熱
部材を介して熱伝導により冷凍機にて冷却されるので、
超電導巻線を効率よく冷却できる。
ているので、次のような効果を奏する。金属製の筒状部
を有する巻枠及びこの巻枠の筒状部に巻回された筒状の
超電導巻線を設けた超電導コイルと、冷凍機と、巻枠と
冷凍機とを熱的に接続する伝熱部材とを設け、超電導巻
線を巻枠を介して冷凍機により熱伝導により冷却するよ
うにしたので、超電導巻線に発生する熱は、熱伝導率の
良い金属製の巻枠に伝わる。巻枠に伝わった熱は、伝熱
部材を介して熱伝導により冷凍機にて冷却されるので、
超電導巻線を効率よく冷却できる。
【００３８】そして、巻枠は、その筒状部の軸方向に所
定間隔をおいて対向配置された筒状部と一体に形成され
た金属製の鍔状部を有するものであるので、金属製の円
筒部と鍔状部とを一体に形成することにより円筒部及び
鍔状部を熱的にも一体なものとでき、円筒部あるいは鍔
状部を熱伝導により冷却したときに巻線と伝熱部材との
間の熱抵抗が小さくなり、巻枠を熱伝導により冷却する
のに好都合であり、冷却性能を向上させることができ
る。
定間隔をおいて対向配置された筒状部と一体に形成され
た金属製の鍔状部を有するものであるので、金属製の円
筒部と鍔状部とを一体に形成することにより円筒部及び
鍔状部を熱的にも一体なものとでき、円筒部あるいは鍔
状部を熱伝導により冷却したときに巻線と伝熱部材との
間の熱抵抗が小さくなり、巻枠を熱伝導により冷却する
のに好都合であり、冷却性能を向上させることができ
る。
【００３９】さらに、伝熱部材は、巻枠の筒状部の内周
部に設けられた金属製の内周部用補助伝熱部を有し、こ
の内周部用補助伝熱部を介して冷凍機と巻枠とを熱的に
接続するものであるので、金属製の内周部用補助伝熱部
により、巻枠と伝熱部材との伝熱抵抗が低減され、冷却
性能が向上する。また、巻枠との取付も容易である。
部に設けられた金属製の内周部用補助伝熱部を有し、こ
の内周部用補助伝熱部を介して冷凍機と巻枠とを熱的に
接続するものであるので、金属製の内周部用補助伝熱部
により、巻枠と伝熱部材との伝熱抵抗が低減され、冷却
性能が向上する。また、巻枠との取付も容易である。
【００４０】また、巻枠の筒状部にはその内周部に凹設
部が設けられ、内周部用補助伝熱部が凹設部に装着され
たものであるので、巻枠の凹設部に伝熱部材が装着され
巻枠の筒状部にて形成される内部空間部内に突出せず、
内部空間部を有効利用でき、例えば内部空間部に被験者
が収容されるＭＲＩ用超電導磁石装置や、結晶引上げ部
が設置される結晶形成装置等に用いて好適である。
部が設けられ、内周部用補助伝熱部が凹設部に装着され
たものであるので、巻枠の凹設部に伝熱部材が装着され
巻枠の筒状部にて形成される内部空間部内に突出せず、
内部空間部を有効利用でき、例えば内部空間部に被験者
が収容されるＭＲＩ用超電導磁石装置や、結晶引上げ部
が設置される結晶形成装置等に用いて好適である。
【００４１】そして、内周部用補助伝熱部を、巻枠の筒
状部の内周部のほぼ全周に亘って設けられるとともに軸
方向にスリットを形成するスリット部により周方向に電
気的閉回路を形成しないようにされた筒状補助伝熱部と
したものであるので、内周部用補助伝熱部が巻枠の筒状
部の内周部のほぼ全周に亘って設けられ、熱抵抗が小さ
くなる。また、スリット部により周方向の閉回路を防止
し、渦電流によるジュール熱の発生を抑制し、冷却負荷
を減少できる。
状部の内周部のほぼ全周に亘って設けられるとともに軸
方向にスリットを形成するスリット部により周方向に電
気的閉回路を形成しないようにされた筒状補助伝熱部と
したものであるので、内周部用補助伝熱部が巻枠の筒状
部の内周部のほぼ全周に亘って設けられ、熱抵抗が小さ
くなる。また、スリット部により周方向の閉回路を防止
し、渦電流によるジュール熱の発生を抑制し、冷却負荷
を減少できる。
【００４２】さらに、伝熱部材は、鍔状部の軸方向側面
に設けられた金属製の側面部用補助伝熱部を有し、この
側面部用補助伝熱部を介して冷凍機と巻枠とを熱的に接
続するものであるので、金属製の鍔状部は熱抵抗が小さ
く、この鍔状部に伝熱部材を熱的に接続すればよく、熱
的接続が容易である。
に設けられた金属製の側面部用補助伝熱部を有し、この
側面部用補助伝熱部を介して冷凍機と巻枠とを熱的に接
続するものであるので、金属製の鍔状部は熱抵抗が小さ
く、この鍔状部に伝熱部材を熱的に接続すればよく、熱
的接続が容易である。
【００４３】また、伝熱部材は、筒状部及び鍔状部の少
なくとも一方に直接熱的に接続された熱伝導部を有する
ものであるので、熱伝導部を筒状部や鍔状部に直接接続
することにより、構成が簡易になり、安価になる。
なくとも一方に直接熱的に接続された熱伝導部を有する
ものであるので、熱伝導部を筒状部や鍔状部に直接接続
することにより、構成が簡易になり、安価になる。
【００４４】そして、巻枠の筒状部材は非磁性スレンレ
ス鋼で製作され、伝熱部材は銅あるいはアルミニウムで
製作されたものであるので、熱抵抗が小さく、効率よく
巻枠を冷却でき、一層性能が向上する。
ス鋼で製作され、伝熱部材は銅あるいはアルミニウムで
製作されたものであるので、熱抵抗が小さく、効率よく
巻枠を冷却でき、一層性能が向上する。
【図１】 この発明の実施の一形態である超電導磁石装
置を示す斜視図である。
置を示す斜視図である。
【図２】 図１の超電導磁石装置の変形例を示す斜視図
である。
である。
【図３】 この発明の他の実施の形態である超電導磁石
装置を示す斜視図である。
装置を示す斜視図である。
【図４】 図３の超電導磁石装置の変形例を示す斜視図
である。
である。
【図５】 さらに、この発明の他の実施の形態である超
電導磁石装置を示す斜視図である。
電導磁石装置を示す斜視図である。
【図６】 図５の超電導磁石装置の変形例を示す斜視図
である。
である。
【図７】 図５の超電導磁石装置の他の変形例を示す斜
視図である。
視図である。
【図８】 さらに、この発明の他の実施の形態である超
電導磁石装置を示す斜視図である。
電導磁石装置を示す斜視図である。
【図９】 従来の超電導磁石装置を示す断面図である。
【図１０】 従来の超電導磁石装置のコイルの詳細を示
す詳細断面図である。
す詳細断面図である。
１ 超電導コイル、２ 巻枠、２ａ 円筒状部、２ｂ
鍔状部、２ｃ，２ｄ 凹設部、３ 巻線、４ 冷凍機、
１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８ 伝
熱部材、１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１
６ａ，１７ａ，１８ａ 熱良導体、１１ｂ，１７ｂ 伝
熱バー、１５ｃ スリット部。
鍔状部、２ｃ，２ｄ 凹設部、３ 巻線、４ 冷凍機、
１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８ 伝
熱部材、１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１
６ａ，１７ａ，１８ａ 熱良導体、１１ｂ，１７ｂ 伝
熱バー、１５ｃ スリット部。
Claims (8)
- 【請求項１】 金属製の筒状部を有する巻枠及びこの巻
枠の筒状部に巻回された筒状の超電導巻線を設けた超電
導コイルと、冷凍機と、上記巻枠と上記冷凍機とを熱的
に接続する伝熱部材とを備え、上記超電導巻線を上記巻
枠を介して上記冷凍機により熱伝導により冷却する超電
導磁石装置。 - 【請求項２】 巻枠は、その筒状部の軸方向に所定間隔
をおいて対向配置された筒状部と一体に形成された金属
製の鍔状部を有するものであることを特徴とする請求項
１に記載の超電導磁石装置。 - 【請求項３】 伝熱部材は、巻枠の筒状部の内周部に設
けられた金属製の内周部用補助伝熱部を有し、この内周
部用補助伝熱部を介して冷凍機と巻枠とを熱的に接続す
るものであることを特徴とする請求項１または請求項２
に記載の超電導磁石装置。 - 【請求項４】 巻枠の筒状部にはその内周部に凹設部が
設けられ、内周部用補助伝熱部は上記凹設部に装着され
たものであることを特徴とする請求項３に記載の超電導
磁石装置。 - 【請求項５】 内周部用補助伝熱部は、巻枠の筒状部の
内周部のほぼ全周に亘って設けられるとともに軸方向に
スリットを形成するスリット部により周方向に電気的閉
回路を形成しないようにされた筒状補助伝熱部であるこ
とを特徴とする請求項３に記載の超電導磁石装置。 - 【請求項６】 伝熱部材は、鍔状部の軸方向側面に設け
られた金属製の側面用補助伝熱部を有し、この側面部用
補助伝熱部を介して冷凍機と巻枠とを熱的に接続するも
のであることを特徴とする請求項２に記載の超電導磁石
装置。 - 【請求項７】 伝熱部材は、筒状部及び鍔状部の少なく
とも一方に直接熱的に接続された熱伝導部を有するもの
であることを特徴とする請求項２に記載の超電導磁石装
置。 - 【請求項８】 巻枠の筒状部材は非磁性スレンレス鋼で
製作され、伝熱部材は銅あるいはアルミニウムで製作さ
れたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項
７のいずれか１項に記載の超電導磁石装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9313601A JPH11144940A (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | 超電導磁石装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9313601A JPH11144940A (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | 超電導磁石装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11144940A true JPH11144940A (ja) | 1999-05-28 |
Family
ID=18043288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9313601A Pending JPH11144940A (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | 超電導磁石装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11144940A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004003946A1 (en) * | 2002-06-26 | 2004-01-08 | Duksung Co., Ltd. | Bobbin for superconductive magnet using gifford-mcmahon cryocooler |
| JP2005333040A (ja) * | 2004-05-21 | 2005-12-02 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 超電導コイル |
| JP2005353931A (ja) * | 2004-06-14 | 2005-12-22 | Japan Superconductor Technology Inc | 超電導コイルの伝熱構造及び超電導マグネット |
| JP2009188065A (ja) * | 2008-02-04 | 2009-08-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導装置 |
| US10622130B2 (en) | 2015-01-30 | 2020-04-14 | Hitachi, Ltd. | Superconducting magnet and magnetic resonance imaging apparatus |
-
1997
- 1997-11-14 JP JP9313601A patent/JPH11144940A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004003946A1 (en) * | 2002-06-26 | 2004-01-08 | Duksung Co., Ltd. | Bobbin for superconductive magnet using gifford-mcmahon cryocooler |
| JP2005333040A (ja) * | 2004-05-21 | 2005-12-02 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 超電導コイル |
| JP2005353931A (ja) * | 2004-06-14 | 2005-12-22 | Japan Superconductor Technology Inc | 超電導コイルの伝熱構造及び超電導マグネット |
| JP2009188065A (ja) * | 2008-02-04 | 2009-08-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導装置 |
| US10622130B2 (en) | 2015-01-30 | 2020-04-14 | Hitachi, Ltd. | Superconducting magnet and magnetic resonance imaging apparatus |
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