(57)【要約】【課題】特に大型の超電導コイル装置の場合に組み立て、分解、保守などを短時間化する。【解決手段】超電導コイル装置は、円周上に配列されてトロイダル形状を形成する複数のコイルユニットを備える。複数のコイルユニットの各々は、真空断熱容器と、真空断熱容器に格納された超電導コイルとを備え、円周の半径に平行な第１面と、円周の半径に平行で第１面に対して円周上の第１方向側に配置された第２面とを有する。第１面は、複数のコイルユニットのうちの一方に隣接する複数のコイルユニットのうちの一つの第２面と接触する。第２面は、複数のコイルユニットのうちの他方に隣接する複数のコイルユニットのうちの他の一つの第１面と接触する。【選択図】図１
2010141074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周上に配列されてトロイダル形状を形成する複数のコイルユニットを具備し、
前記複数のコイルユニットの各々は、
真空断熱容器と、
前記真空断熱容器に格納された超電導コイルとを備え、
前記円周の半径に平行な第１面と、
前記円周の半径に平行で前記第１面に対して前記円周上の第１方向側に配置された第２面とを有し、
前記第１面は、前記複数のコイルユニットのうちの一方に隣接する前記複数のコイルユニットのうちの一つの前記第２面と接触し、
前記第２面は、前記複数のコイルユニットのうちの他方に隣接する前記複数のコイルユニットのうちの他の一つの前記第１面と接触する
超電導コイル装置。
【請求項２】
請求項１に記載された超電導コイル装置であって、
前記超電導コイルに電流が流されたとき、前記超電導コイルの電磁気力によって前記超電導コイルに前記円周の中心方向への引力が与えられ、
前記複数のコイルユニットの各々は、前記引力によって前記第１面が前記の一方に隣接する前記一つの前記第２面に押し付けられ、且つ前記第２面が前記他方に隣接する前記の他の一つの前記第１面に押し付けられることにより前記円周の半径方向の所定位置に支持される
超電導コイル装置。
【請求項３】
請求項２に記載された超電導コイル装置であって、
前記超電導コイルは、対応する位置における前記円周を中心軸とする円形に沿って巻かれた線材からなるコイルである
超電導コイル装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載された超電導コイル装置であって、
前記超電導コイルは、
コイル支持部材と、
前記コイル支持部材に支持されたコイル巻線とを具備し、
前記第１面と前記第２面とは前記コイル支持部材が有する面である
超電導コイル装置。
【請求項５】
請求項４に記載された超電導コイル装置であって、
更に、前記複数のコイルユニットのうち互いに隣接するコイルユニットのそれぞれの前記コイル支持部材の前記円周の半径方向の相対位置を前記第１面と前記第２面とにおいて固定する結合部
を具備する超電導コイル装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載された超電導コイル装置であって、
更に、同じ前記コイルユニットに含まれる前記真空断熱容器に対し前記超電導コイルを前記真空断熱容器内部の気密性を保ちながらスライド可能に接続するスライド機構
を具備する超電導コイル装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載された超電導コイル装置であって、
更に、前記複数のコイルユニットの各々を前記円周の中心方向に付勢する内向荷重付与部
を具備する超電導コイル装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載された超電導コイル装置であって、
前記複数のコイルユニットの各々は、前記超電導コイルを冷却する複数の冷凍機を具備し、前記複数の冷凍機の各々は対応する位置における前記円周を中心とする小円周方向に配置される
超電導コイル装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載された超電導コイル装置であって、
前記複数のコイルユニットの各々の前記真空断熱容器の内部には、互いにコイル間スペーサを介して結合されることにより相対位置が固定された複数の要素コイルが格納される
超電導コイル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導コイル装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導状態のコイルに電流を流すことによりエネルギーを貯蔵する超電導磁気エネルギー貯蔵装置（ＳＭＥＳ，Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｔｏｒａｇｅ）が知られている。ＳＭＥＳの超電導コイルは、工場又は現地に於いて真空断熱容器に一括して納められる。超電導状態を得るために、超電導コイルは液体ヘリウムの強制循環冷却又は浸漬冷却方式により冷却される。
【０００３】
近年、より大型の超電導コイル装置を実現することが期待されている。大型の超電導コイル装置においては、現地でコイルを組込む作業と、容器の最終組立作業が必要である。更に組み立て作業の後で極低温状態までコイルを初期冷却する作業が行われる。これらの作業のために、現地作業と多大な時間が必要とされ、高コスト及び工期の長期化の原因となる。
【０００４】
又、異常発生時やメンテナンス時に装置全体を真空破壊し昇温する必要があり、大型装置の場合、運転再開までに長時間が必要とされる。更に、現地での分解、組立作業の工数も大である。そのため長期間の装置停止が必要で、設備の運用面に於ける問題となることが考えられる。
【０００５】
超電導コイルの磁気回路として、マルチポール方式、トロイド配置方式等がある。マルチポール方式の超電導コイル装置では、超電導コイルは円筒状に巻かれ、積層され、更に複数個のコイルが並べて配置され、真空断熱容器に収納される。真空断熱容器の内部は通常、液体ヘリウムにより冷却される。
【０００６】
真空断熱容器の真空槽内に、外部からの輻射による熱侵入を低減する為、輻射シールドが設置される。輻射シールドは、輻射熱反射面を持つ材料を多層化することにより形成される。
【０００７】
容器内の液体ヘリウムは、コイルの通電又は充放電による損失や外部からの熱侵入により気化する。気化したヘリウムは、断熱容器の上部や外部に設けた冷凍機により冷却されて再凝縮し液体に戻され、再度コイルの冷却に使用される。
【０００８】
一方、トロイダル配置の超電導コイル装置では、要素コイルが環状に配列される事より、通電時その磁気回路による内向きの力がコイルに作用する。この内向きの力とコイルの自重を支えるために、要素コイルの外径側から支持する支持部材が設けられる。
【０００９】
ＳＭＥＳに使用される超電導コイル装置は、電気エネルギーを直流磁場の形で貯蔵するコイル部、コイル部を真空中で極低温に保つ為の収納容器であるクライオスタット、コイル部や電流リード部を極低温状態にする為の、冷凍機や冷媒による極低温冷却装置、極低温の領域と常温の領域の間で電気の出し入れを行う為の導電回路に用いられる電流リード等により構成される。
【００１０】
この他に、要素コイルを周方向に並べ周方向磁気回路を形成させるトロイダル配置コイルの場合は、磁場により要素コイルの個々に発生する配置の中心を向く内向き力、要素コイル間の磁場アンバランスにより発生する要素コイル同士の吸引、反発力、コイル自重の各力に対する支持機構が必要である。
【００１１】
コイル装置の構造に関する先行技術文献を以下に挙げる。
【特許文献１】特開２００４−１７９５５０号公報
【特許文献２】特開平１０−１０４３７６号公報
【特許文献３】特許第２６３３８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
（１）トロイダル配置を採用した場合、平面投影形状はリング状即ち穴開き円盤状である。今後より大型の装置が製作された場合、搬送時の寸法や重量の制限によりコイル容器を分割し現地で組立てることが必要とされ、現地でのコイルの取付け、溶接作業や気密試験を含む組立てが必要である。そのため作業品質不十分、工期の長期化、高コスト等の不都合が予想される。
【００１３】
（２）コイル部や内部、周辺の機構に不適合が発生した場合、昇温、真空破壊、クライオスタットの切断開放、不適合品取出し、工場等での修理、修理品の再組立、クライオスタットの修復、真空引き、超電導状態を得るための冷却が必要とされる。これらの作業には月単位の時間と多大な手間を要し、現実的な対応が出来ない。
【００１４】
（３）１箇所の問題でも対応するために装置全体の停止、開放が必要である。停止、再起動に必要な作業を装置全体について行うことが必要である。そのため作業量が膨大となる。冷却作業についても、初期冷却装置の準備量が膨大となる。初期冷却装置の量が限られている場合、再起動に長時間がかかる。
【００１５】
（４）トロイダル配置では、要素コイルが外径側から支持され、要素コイルの外径側は、素線巻重ねの巻線作業の関係で形状の精度が悪い。複数のコイルが周方向に並んで配置されていることもあり、各コイル及びコイル内での荷重の不均等による破損や特性劣化の問題が懸念される。要素コイル間の磁場アンバランスにより発生するコイル間の吸引、反発力の支持について、従来は殆ど考慮されていない。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１７】
本発明による超電導コイル装置（１）は、円周上に配列されてトロイダル形状を形成する複数のコイルユニット（１１）を備える。複数のコイルユニット（１１）の各々は、真空断熱容器（２）と、真空断熱容器に格納された超電導コイル（２３）とを備え、円周の半径に平行な第１面（２１ａ）と、円周の半径に平行で第１面に対して円周上の第１方向側に配置された第２面（２１ｂ）とを有する。第１面（２１ａ）は、複数のコイルユニット（１１）のうちの一方に隣接する複数のコイルユニットのうちの一つの第２面（２１ｂ）と接触する。第２面（２１ｂ）は、複数のコイルユニット（１１）のうちの他方に隣接する複数のコイルユニット（１１）のうちの他の一つの第１面（２１ａ）と接触する。
【００１８】
本発明による超電導コイル装置において、超電導コイル（２３）に電流が流されたとき、超電導コイルの電磁気力によって超電導コイルに円周の中心方向への引力が与えられる。複数のコイルユニット（１１）の各々は、引力によって第１面（２１ａ）が一方に隣接する一つの第２面に押し付けられ、第２面（２１ｂ）が他方に隣接する他の一つの第１面に押し付けられることにより円周の半径方向の所定位置に支持される。
【００１９】
円周の中心方向への引力によって、複数のコイルユニット（１１）が形成する円周の径が小さくなる事により、トロイダル形状の全体に対して複数のコイルユニット（１１）を互いに押し付ける力が同時に作用し、複数のコイルユニット（１１）が一体化する。
【００２０】
本発明による超電導コイル装置において、超電導コイル（２３）は、対応する位置における円周を中心軸とする円形に沿って巻かれた線材からなるコイルである。
【００２１】
本発明による超電導コイル装置において、超電導コイル（２３）は、コイル支持部材（２４）と、コイル支持部材（２４）に支持されたコイル巻線（１２）とを備える。第１面と第２面とはコイル支持部材（２４）が有する面である。
【００２２】
本発明による超電導コイル装置は更に、複数のコイルユニット（１１）のうち互いに隣接するコイルユニットのそれぞれのコイル支持部材（２４）の円周の半径方向の相対位置を第１面（２１ａ）と第２面（２１ｂ）とにおいて固定する結合部（１５）を備える。
【００２３】
本発明による超電導コイル装置は更に、同じコイルユニット（１１）に含まれる真空断熱容器（２）に対し超電導コイル（２３）を真空断熱容器（２）内部の気密性を保ちながらスライド可能に接続するスライド機構（２５）を備える。
【００２４】
本発明による超電導コイル装置は更に、複数のコイルユニット（１１）の各々を円周の中心方向に付勢する内向荷重付与部（１４）を備える。
【００２５】
本発明による超電導コイル装置において、複数のコイルユニット（１１）の各々は、超電導コイル（２３）を冷却する複数の冷凍機（７−１〜７−４）を備える。複数の冷凍機（７−１〜７−４）は、対応する位置における円周を中心とする小円周方向に配置される。
【００２６】
本発明による超電導コイル装置において、複数のコイルユニット（１１）の各々の真空断熱容器（２）の内部には、互いにコイル間スペーサ（８）を介して結合されることにより相対位置が固定された複数の要素コイル（４）が格納される。
【発明の効果】
【００２７】
本発明により、特に大型の超電導コイル装置の場合に組み立て、分解、保守などを短時間化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態における超電導コイル装置１を示す。本実施形態において、超電導コイル装置１はＳＭＥＳ（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｔｏｒａｇｅ、超電導磁気エネルギー貯蔵装置）である。超電導コイル装置１は、水平面上に円周状に配置され、床面上に支持された複数のコイルユニット１１を備える。複数のコイルユニット１１の各々は互いにフランジ２２により真空気密を維持した状態で接続及び取り外しが可能である。複数のコイルユニット１１の各々の概略形状は、トーラス形状をその中心から見てトロイダル方向に所定の第１角度に位置する鉛直方向の平面と第２角度に位置する鉛直方向の平面で切断した切断面を両端面として有するチューブ形状である。
【００２９】
各々のコイルユニット１１はクライオスタット（真空断熱容器）２を備える。各々のクライオスタット２の内部にトロイダル型コイル（の一部）を構成する要素コイル（超電導仕様）４が配置される。図１においては一部のクライオスタット２について図示が省略されることにより、その内部の要素コイル４が描かれている。以下の説明において、複数のコイルユニット１１のそれぞれが備える環状に巻かれた要素コイル４の中心を結ぶ大円周を装置円周と呼ぶ。要素コイル４は、それが配置された位置における装置円周を中心軸とする円形に沿って巻かれた線材からなるコイルである。
【００３０】
クライオスタット２の内部に要素コイル４が配置される。クライオスタット２の周囲に、内部超電導体冷却装置７−１〜７−４が配置される。図１では、内部超電導体冷却装置７−１〜７−４は各々のコイルユニット１１の装置円周に沿った方向に２個、コイルユニット１１に格納されているトロイダル型の要素コイル４の各々の円周（以下、小円周と呼ぶ）方向に４個並んで配置されている。各々のコイルユニット１１のクライオスタット２の外側に、電流リード接続端子６が取り付けられる。電流リード接続端子６は、要素コイル４と外部機器とを電気的に接続するための端子である。電流リード接続端子６に対応して、電流リードを冷却するための電流リード冷却装置９が設置される。
【００３１】
図２は、超電導コイル装置１を構成する複数のコイルユニット１１のうち隣接する２つのコイルユニット１１を上から見た断面図である。各々のコイルユニット１１は、クライオスタット２と超電導コイル２３とが組み合わされることによって形成される。図３はクライオスタット２のみを示し、図４は超電導コイル２３のみを示す。
【００３２】
クライオスタット２は、超電導コイル装置１の装置円周上に配置される。クライオスタット２は、その装置円周と同心円上の弧に概ね沿った面である内周面３と外周面５とを有する。クライオスタット２は更に、超電導コイル装置１の半径と平行な第１端２０ａと、超電導コイル装置１の半径と平行で第１端２０ａと装置円周方向の位置が異なる第２端２０ｂとを有する。第１端２０ａと第２端２０ｂとがなす角度は、３６０／ｎ度（ｎは超電導コイル装置１を構成するコイルユニット１１の数を示す整数）である。第２端２０ｂは第１端２０ａに対して周方向に第１方向側に位置する。クライオスタット２の第１端２０ａと第２端２０ｂは開放されている。
【００３３】
クライオスタット２の第１端２０ａ側と第２端２０ｂ側のそれぞれの開口の周囲にはフランジ２２−１、２２−２が設けられる。一のコイルユニット１１のフランジ２２−２と、その第１方向側に隣接するコイルユニット１１のフランジ２２−１とは図１のフランジ２２を構成する。クライオスタット２の内部は遮熱シールド１９で覆われる。クライオスタット２は内向荷重付与装置１４を備える。内向荷重付与装置１４は、超電導コイル２３をクライオスタット２の外周側から押し、内周側から引っ張ることにより、超電導コイル２３に超電導コイル装置１の中心方向に向く水平方向の荷重を付与する。内向荷重付与装置１４は、組立て時や無励磁時の内向荷重が作用しない時の超電導コイル２３の位置決めやスライド機構２５の真空シールのために用いられる。
【００３４】
図４に示された超電導コイル２３は、複数の要素コイル４を含む。複数の要素コイル４は、装置円周の周方向に並んで配置される。要素コイル４は、コイル巻芯１３と、そこに巻かれた超電導線材であるコイル巻線１２とからなる。図２、図４にはコイル巻線１２の水平面での断面が描かれている。超電導コイル２３は更に、コイル支持部材２４を含む。コイル支持部材２４は、コイル巻芯１３にコイル間スペーサ８と、コイル間スペーサ兼端板１０ａ、１０ｂとが固定されることにより構成される。同じコイルユニット１１に含まれる複数の要素コイル４の相対位置は、コイル間スペーサ８によって互いのコイル巻芯１３が固定されることによって固定される。
【００３５】
コイル間スペーサ兼端板１０ａは、コイル巻芯１３に固定され、コイル支持部材２４の最も第１方向と反対側に位置する。コイル間スペーサ兼端板１０ａの第１方向と反対側の面である第１面２１ａは、超電導コイル装置１が構成されたとき、装置円周の半径方向に平行である。コイル間スペーサ兼端板１０ｂは、コイル巻芯１３に固定され、コイル支持部材２４の最も第１方向側に位置する。コイル間スペーサ兼端板１０ｂの第１方向側の面である第２面２１ｂは、超電導コイル装置１が構成されたとき、装置円周の半径方向に平行である。第１面２１ａと第２面２１ｂとがなす角度は、３６０／ｎ度である。第１面２１ａと第２面２１ｂにそれぞれ結合部が設けられる。図２、図４の例では、結合部は結合ピン部１５として描かれている。各々の結合ピン部１５は結合ピン１６と結合ピン移動装置１８とを含む。コイル間スペーサ兼端板１０ａ、１０ｂの要素コイル４が配置される側、すなわちクライオスタット２と組立てられたときにコイルユニット１１の内部に面する側は、遮熱シールド１９で覆われる。
【００３６】
同じコイルユニット１１に属するコイル間スペーサ兼端板１０ａ、１０ｂの端部は、クライオスタット２の第１端２０ａと第２端２０ｂより、ガイド板３０によって第１面２１ａと第１端２０ａ、第２面２１ｂと第２端２０ｂが略同一面となる様に挟まれる。超電導コイル２３を内向荷重付与装置１４でクライオスタット２に対し超電導コイル装置１の中心方向へ移動させる事により、コイル間スペーサ兼端板１０ａ、１０ｂの１次真空シール部品２９を、フランジ２２−１、２２−２に１次真空シール部品２８を介し取付のガイド板３０に接触させる事によりコイル間スペーサ兼端板１０ａ、１０ｂがクライオスタット２の開放端を塞ぐことにより、コイルユニット１１の外部の気体が内部に侵入することを防いでいる。
【００３７】
各々のコイルユニット１１の第１端２０ａは、第１方向の反対方向に隣接するコイルユニット１１の第２端２０ｂと面接触する。このとき、第１端２０ａのフランジ２２−１と第２端２０ｂのフランジ２２−２の組合わせが図１のフランジ２２を構成する。フランジ２２にはスライド機構が設けられる。図５は、スライド機構２５の拡大図である。一方のコイルユニット１１のフランジ２２−１及びガイド板３０と他方のコイルユニット１１のフランジ２２−２及びガイド板３０がそれぞれ接触する。一方のコイルユニット１１のコイル間スペーサ兼端板１０ａの第１面２１ａと他方のコイルユニット１１のコイル間スペーサ兼端板１０ｂの第２面２１ｂとが接触する。ガイド板３０は板状のリング形状で、第１面２１ａ、第２面２１ｂの外周部分に互いに平行に設けられた切り欠きが組み合わされることによって構成されるリング状の凹部に挿入される。ガイド板３０が挿入された状態で、凹部の底３２に環状の隙間３４が形成される。この隙間３４及び凹部の底３２の幅が対応するガイド板３０の厚さより若干広く製作されることにより、同一のコイルユニット１１を形成するクライオスタット２と超電導コイル２３とは、対応する位置の小円周の半径方向に互いにスライド可能に接続される。
【００３８】
ガイド板３０とフランジ２２−１、２２−２のそれぞれの間には気体の侵入を防ぐ１次真空シール部品２８が設けられる。ガイド板３０とコイル間スペーサ兼端板１０ａ、１０ｂとの間には気体の侵入を防ぐ１次真空シール部品２９が設けられる。隣接するフランジ２２−１、２２−２の間には気体の侵入を防ぐ２次真空シール部品２６が設けられる。このようなスライド機構２５によって、クライオスタット２とコイル支持部材２４の温度変化による伸び差が発生した場合であっても真空シール機能を損なう事無く超電導コイル２３が半径方向に移動出来る事により伸び差による悪影響を緩和することができる。
【００３９】
クライオスタット２のフランジ２２−１、２２−２の２次真空シール部品２６によるシール機構は、分割輸送時のフランジ面への遮熱板取り付けやトロイダル形状に組込み完了時のスペーサ兼端板１０ａ、１０ｂ間の真空断熱及び１次真空シールのバックアップに使用する。
【００４０】
以上のように、超電導コイル２３が径方向に移動できるように配置され、この移動を許容するように、真空シール付きのガイド板で、分割されたクライオスタットの両端側よりコイル巻芯部を挟み、径方向の内周向きに荷重を掛けることにより真空シールと位置決めを行う。
【００４１】
以上の構成を備えるコイルユニット１１が装置円周に沿って配置されることにより、トロイダル形状の超電導コイル装置１が形成される。詳しくは、各々のコイルユニット１１のコイル間スペーサ兼端板１０ｂの第２面２１ｂと、第１方向に隣接するコイルユニット１１のコイル間スペーサ兼端板１０ａの第１面２１ａとが面接触するように配置される。ｎ個のコイルユニット１１がこのように配置されることにより、トロイダル形状が形成される。内向荷重付与装置１４がそれぞれのクライオスタット２を装置円周の中心方向に付勢することにより、隣接するコイルユニット１１の接触面に圧力が掛けられて密着する。その結果、ｎ個のコイルユニット１１が装置円周の半径方向の所定位置に支持される。
【００４２】
異なるコイルユニット１１の超電導コイルの半径方向相対変位の発生防止と、コイル巻芯の初期組立て時の径方向位置の誤差防止の為、コイル間スペーサ兼端板１０ａ、１０ｂに設けたインローや結合ピン１６で、隣接するコイルユニット１１の超電導コイルの相互の径方向位置決めをする。図２には結合ピン１６を採用した例が記載されている。結合ピン移動装置１８によって結合ピン１６を移動することにより、隣接するコイルユニット１１の一方の結合ピン部１５の凸部と他方の結合ピン部１５の凹部とが嵌合する。この嵌合により、隣接するコイルユニット１１のそれぞれのコイル間スペーサ兼端板１０の相対位置が固定される。特に、装置円周の半径方向の相対位置が固定される。このような構成により、複数のコイルユニット１１の超電導コイルの相対位置のずれが防止される。
【００４３】
このような径方向位置決め機構において、電気や流体圧のアクチュエータでコイルユニット１１をトロイダル配置円周の半径方向や周方向に可動式とする事が望ましい。このような構成により、コイル組込み容器の個々について、建設や保守時に他の容器の設置位置を動かさずにトロイダル配置より脱着が可能となる。
【００４４】
このような超電導コイル装置１を運転するとき、クライオスタット２の内部が真空引きされ、内部超電導体冷却装置７−１〜７−４によって超電導状態を維持するために必要な低温まで冷却される。更に、電流リード冷却装置９により電流リードが冷却される。電流リード接続端子６を介して装置外部からクライオスタット２の内部の要素コイル４に電流が導入される。要素コイル４が発生する磁力により、各々の要素コイル４が装置円周の内側に移動する方向、すなわち円環が収縮する方向に力が働く。その結果、隣接するコイルユニット１１の接触面に圧力が掛けられて密着する。要素コイル４が発生する内側向きの力は、コイル支持部材２４を介して、隣接するコイルユニット１１の接触面によって支持される。
【００４５】
すなわち、超電導コイルは、基本的にコイル巻線１２への作用力が外部の構造系から直接個々に支えられる必要は無い。自重の垂直荷重、環状磁場で発生するトロイダル配置の径方向の内向き力、分割コイル間の発生磁場の不釣合いによる装置円周の周方向力は、コイル巻芯１２により支持される。複数の超電導コイル２３はコイル間スペーサ兼端板１０ａ、１０ｂの端面の楔構造で一体化される。
【００４６】
トロイダル配列コイルのコイル巻芯１３の端面に作用する電磁気力による荷重は基本的に面に垂直であり、端面間のずれの原因となる面に平行な方向の荷重は理論的には発生しない。仮に形状誤差等により面に平行な方向の荷重が発生しても、端面間の摩擦力により相対滑りによる変位は生じない。結合ピン部１５が設けられると、変位の防止とコイルの中心位置合わせが更に確実に行われる。
【００４７】
このような超電導コイル装置では、複数に分割されたトロイダル容器毎に、真空排気、極低温冷凍機による冷却を行うことができる。更に、超電導状態を維持するために必要な初期冷却が完了した状態で、コイルユニット１１の相互間の結合組立て又は分解をすることができる。分解は、結合ピン移動装置１８によって結合ピン１６の嵌合を外し、クライオスタット２のフランジ部２２−１、２２−２の相互の結合を解除してコイルユニット１１を装置円周の外側方向に引き抜くことによって可能となる。
【００４８】
更に、図１に示したような超電導コイル装置１が稼働しているときに、その他にバックアップ用のコイルユニット１１を準備しておくことができる。バックアップ用のコイルユニット１１を単独で真空引きし冷却した状態で準備しておくことにより、超電導コイル装置１の一部を交換したりメンテナンスしたい場合、その一部をバックアップ用のコイルユニット１１で置き換えれば、他のコイルユニット１１に影響を与えず短時間で運転再開が可能である。
【００４９】
コイルをコイル巻線１２の外径側から支持する構造系が不要であるため、コイルが多数分割された場合や、非直線的に配置された場合でも容易に支持が可能である。
【００５０】
このような超電導コイル装置によれば、工場組立て後、出荷まで、輸送中、組立前現地保管時に、コイルユニット両端のフランジ部への外部からの遮熱板の取付け、発電機や商用電源での極低温冷凍機の運転による冷却及び完了待機により、工期の短縮、短時間での保守交換及び使用再開が可能である。
【００５１】
更に、クライオスタットにコイルを組込む時に、最終完成した容器に対し、フランジ開口部より内部に入らずに容易に作業が可能である。
【００５２】
分割コイルユニット単体での開発、試作、検証を実施した後、トロイダル配置での最終検証が可能である。そのため開発成果の段階を追っての積上が容易に出来る利点も得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態における超電導コイル装置を示す。
【図２】図２は、コイルユニットを上から見た断面図である。
【図３】図３は、クライオスタットを上から見た断面図である。
【図４】図４は、超電導コイルを上から見た断面図である。
【図５】図５は、スライド機構の拡大図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  超電導コイル装置
２  クライオスタット（真空断熱容器）
３  内周面
４  要素コイル
５  外周面
６  電流リード接続端子
７−１〜７−４  内部超電導体冷却装置
８  コイル間スペーサ
９  電流リード冷却装置
１０ａ、１０ｂ  コイル間スペーサ兼端板
１１  コイルユニット
１２  コイル巻線
１３  コイル巻芯
１４  内向荷重付与装置
１５  結合ピン部
１６  結合ピン
１８  結合ピン移動装置
１９  遮熱シールド
２０ａ  第１端
２０ｂ  第２端
２１ａ  第１面
２１ｂ  第２面
２２、２２−１、２２−２  フランジ
２３  超電導コイル
２４  コイル支持部材
２５  スライド機構
２６  ２次真空シール部品
２８  １次真空シール部品
２９  １次真空シール部品
３０  ガイド板
３２  底
３４  隙間
【図１】
2010141074.tif 000003
【図２】
2010141074.tif 000004
【図３】
2010141074.tif 000005
【図４】
2010141074.tif 000006
【図５】
2010141074.tif 000007