(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーラス方向に沿って配置された複数のトロイダルコイル部を有するトロイダル磁場コイルと、
前記トロイダル磁場コイルの外周を前記トーラス方向に沿って延在して取り巻き、極方向に配置された複数のポロイダルコイル部を有するポロイダル磁場コイルと、
前記トロイダルコイル部の外周面に固定されて前記ポロイダルコイル部を支持する複数の支持体と、
各前記トロイダルコイル部が互いに支持し合うように各前記トロイダルコイル部間に介在するコイル構造保持部材と
を備え、
前記ポロイダルコイル部は、各前記トロイダルコイル部が前記トーラス方向へ傾いたときに、各前記支持体間で曲がりが生じるようになっており、
すべての前記支持体は、前記トロイダルコイル部と前記ポロイダルコイル部とが交差する複数の交差部のうち、前記トーラス方向に沿って少なくとも１つの交差部を飛び越えて設けられていることを特徴とする核融合装置用コイル。
【請求項２】
トーラス方向に沿って配置された複数のトロイダルコイル部を有するトロイダル磁場コイルと、
前記トロイダル磁場コイルの外周を前記トーラス方向に沿って延在して取り巻き、極方向に配置された複数のポロイダルコイル部を有するポロイダル磁場コイルと、
前記トロイダルコイル部の外周面に固定されて前記ポロイダルコイル部を支持する複数の支持体と、
各前記トロイダルコイル部が互いに支持し合うように各前記トロイダルコイル部間に介在するコイル構造保持部材と
を備え、
すべての前記支持体は、前記トロイダルコイル部と前記ポロイダルコイル部とが交差する複数の交差部のうち、前記トーラス方向に沿って少なくとも１つの交差部を飛び越えて設けられ、
互いに隣接する前記ポロイダルコイル部を支持する各前記支持体は、それぞれ異なる前記トロイダルコイル部に固定されていることを特徴とする核融合装置用コイル。
【請求項３】
トーラス方向に沿って配置された複数のトロイダルコイル部を有するトロイダル磁場コイルと、
前記トロイダル磁場コイルの外周を前記トーラス方向に沿って延在して取り巻き、極方向に配置された複数のポロイダルコイル部を有するポロイダル磁場コイルと、
前記トロイダルコイル部の外周面に固定されて前記ポロイダルコイル部を支持する複数の支持体と、
各前記トロイダルコイル部が互いに支持し合うように各前記トロイダルコイル部間に介在し、各前記トロイダルコイル部の前記トーラス方向への傾きを決定するコイル構造保持部材と
を備え、
すべての前記支持体は、前記トロイダルコイル部と前記ポロイダルコイル部とが交差する複数の交差部のうち、前記トーラス方向に沿って少なくとも１つの交差部を飛び越えて設けられ、
各前記支持体間の距離は、前記ポロイダルコイル部の各前記支持体間の部分のたわみによって前記ポロイダルコイル部に生じる曲げ応力が、前記コイル構造保持部材によって決定される前記トロイダルコイル部の傾きによって前記ポロイダルコイル部に生じる曲げ応力を下回るように調整されていることを特徴とする核融合装置用コイル。
【請求項４】
前記支持体は、前記トーラス方向に同一間隔で配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の核融合装置用コイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば核融合装置用コイルに関し、特にポロイダル磁場コイルの支持装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、従来の核融合装置は、プラズマと呼ばれる超高温物質（例えば、電子、完全に電離した水素原子核等）を、十分なエネルギ利得を生み出すのに必要な時間の間、周囲物体から熱絶縁し保持するために、磁場中でプラズマをらせん運動させて閉じ込める方式を利用している。プラズマを閉じこめる磁場は、トロイダル磁場コイル及びポロイダル磁場コイルによって形成される。
【０００３】
図４は、従来の核融合装置用コイル１の構成を示す一部破断概略斜視図である。図において、核融合装置用コイル１は、複数のトロイダルコイル部２を有したトロイダル磁場コイル３と、このトロイダル磁場コイル３の外周を取り巻く複数のポロイダルコイル部４を有したポロイダル磁場コイル５と、トロイダル磁場コイル３に固定されてポロイダル磁場コイル５を支持する複数の支持体８とを備えている。
【０００４】
図５は、従来の支持体８のトロイダル磁場コイル３への取付状態を示す概略斜視図である。図４及び図５において、トロイダル磁場コイル３は、複数のトロイダルコイル部２が軸線Ａの周りでトーラス方向（軸線Ａについて周方向）に配置されて構成されたものである。トロイダルコイル部２は、複数本のステンレス製のコンジット（トロイダルコンジット）が束ねられて断面矩形のコイル状に形成されたものである。互いに隣り合うトロイダルコイル部２の間には、図５に示すように、コイル構造保持部材７が介在して両側のトロイダルコイル部２に固定されている。このコイル構造保持部材７により、各トロイダルコイル部２が互いに支持し合い、全体としてトロイダル磁場コイル３の形状が保持される。
【０００５】
ポロイダルコイル部４は、トロイダルコイル部２と同様に、複数本のステンレス製のコンジット（ポロイダルコンジット）が束ねられて断面矩形のコイル状に形成されたものである。このポロイダルコイル部４は、軸線Ａを中心に極方向（軸線Ａに沿った方向）に配置されて、全体としてポロイダル磁場コイル５を構成したものである。各ポロイダルコイル部４はトロイダル磁場コイル３の外周をトーラス方向に延びて取り巻くように配置されている。それぞれのポロイダルコイル部４は、全てのトロイダルコイル部２の外周面上に交差するようになっている。従って、核融合装置用コイル１を地球にたとえるなら、経線が各トロイダルコイル部２に対応し、緯線が各ポロイダルコイル部４に対応するということができる。各ポロイダルコイル部４をトロイダルコイル部２の外周面上に配置して保持するために、トロイダル磁場コイル３の外周面にポロイダルコイル部４を保持する複数の支持体８が設けられている。
【０００６】
支持体８は、トロイダルコイル部２及びポロイダルコイル部４の交差部において、トロイダルコイル部２の外周面に固定されてポロイダルコイル部４を保持している。各支持体８は、全ての交差部に配置されている。即ち、各支持体８は全てのトロイダルコイル部２に固定され、それぞれのトロイダルコイル部２にはポロイダルコイル部４の数だけ支持体８が設けられている。従って、１つのポロイダルコイル部４についてみれば、ポロイダルコイル部４は全てのトロイダルコイル部２に設けられた支持体８によって支持されている。
【０００７】
図６は、支持体の構成を示す概略斜視図である。図６において、支持体８は、トロイダルコイル部２の外周面に固定された支持座９と、この支持座９に固定され、ポロイダルコイル部４を保持するホルダ１０とを有している。支持座９は、平面であるホルダ固定面１１を有しており、このホルダ固定面１１にホルダ１０が固定されている。ホルダ１０は、ホルダ固定面１１に固定された支持構造体１２と、ポロイダルコイル部４の径方向について内面側及び外面側で面が垂直となるように支持構造体１２に一端部が接続された一対の板ばね１３と、この一対の板ばね１３の他端部に接続されて一対の板ばね１３を介して支持構造体１２に吊り下げられ、ポロイダルコイル部４を挟んで保持するクランプ部１４とを有している。
【０００８】
支持構造体１２は、ポロイダルコイル部４の径方向内側及び外側に配置された一組の内側支持柱１２ａ及び一組の外側支持柱１２ｂを有している。一組の内側支持柱１２ａは、互いにトーラス方向に間隔を置いて配置された内側支持柱の組である。また、一組の外側支持柱１２ｂは、互いにトーラス方向に間隔を置いて配置された外側支持柱の組である。この間隔は一対の板ばね１３の個々の板ばね１３ａ、１３ｂのトーラス方向の幅より大きくなっている。また、一組の内側支持柱１２ａにより内側の板ばね１３ａが吊り下げられ、一組の外側支持柱１２ｂにより外側の板ばね１３ｂが吊り下げられて、一対の板ばね１３が支持構造体１２に支持されている。
【０００９】
一対の板ばね１３は、一組の内側支持柱１２ａ側に配置された内側の板ばね１３ａ及び一組の外側支持柱１２ｂ側に配置された外側の板ばね１３ｂから構成されている。この一組の板ばね１３は、板ばね１３ａ及び１３ｂの面が径方向に対して垂直になっているので、径方向に曲がりやすくトーラス方向には曲がりにくくなっている。
【００１０】
クランプ部１４は、ポロイダルコイル部４の極方向について両側面に配置された受け板１５ａ及び締付板１５ｂから構成される一対の挟み板１５と、ポロイダルコイル部４の径方向両側に配置され受け板１５ａ及び締付板１５ｂを互いに近づく向きに締め付けるための締付ボルト１６とを有している。一対の挟み板１５は、板ばね１３ａと板ばね１３ｂとの間に配置されており、受け板１５ａがその両端部で板ばね１３ａの端部及び板ばね１３ｂの端部にそれぞれ接続されている。従って、クランプ部１４がポロイダルコイル部４を一対の挟み板１５で締め付けることにより保持し、このクランプ部１４の受け板１５ａを一対の板ばね１３を介して支持構造体１２によって支持することにより、ポロイダルコイル部４は支持されている。
【００１１】
このような核融合装置用コイル１は、プラズマを閉じこめるためにトロイダル磁場コイル３及びポロイダル磁場コイル５に通電して磁場を発生させる。このとき、この磁場により各ポロイダルコイル部４には電磁力が発生する。この電磁力は軸線Ａ方向及び径方向に成分分割して考えることができる。軸線Ａ方向の力成分は複数の支持体８を介して各トロイダルコイル部２によって支持され、ポロイダルコイル部の軸線Ａ方向への変位を防止する。径方向の力成分は支持体８の一対の板ばね１３が径方向に曲がってポロイダルコイル部４を径方向に移動させることによって、ポロイダルコイル部４とトロイダルコイル部２との間の変位差で生じる力によりポロイダルコイル部４、トロイダルコイル部２、又は支持体８が破損することを防止している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
トロイダル磁場コイル３及びポロイダル磁場コイル５に電流が流れると、さらにポロイダルコイル部４により発生する磁力線がトロイダルコイル部２に流れる電流と交差し、各トロイダルコイル部２にトーラス方向の力、即ち各トロイダルコイル部２を軸線Ａ周りに傾かせる力も発生する。各トロイダルコイル部２はコイル構造保持部材７によりある程度この傾きを防止できるが、各トロイダルコイル部２が傾くこと自体を避けることはできない。
【００１３】
図７は、各トロイダルコイル部２が傾いたときのポロイダルコイル部４の状態を説明する模式図である。図７において、各トロイダルコイル部２がトーラス方向に傾くと、支持体８も各トロイダルコイル部２とともに移動する。支持体８は、上述のような構造であるので、ポロイダルコイル部４をトロイダルコイル部２に対して垂直となるようにのみ支持することができる。従って、各トロイダルコイル部２が傾くと、ポロイダルコイル部４も各支持体８の箇所においてトロイダルコイル部２に対して垂直となるように傾く。このように、ポロイダルコイル部４は各支持体８で傾くので、各支持体８間で曲がりが生じ、その曲がった部分で大きな曲げ応力が発生する。この曲げ応力により、ポロイダルコイル部４、支持体８、あるいはトロイダルコイル部２が破損する虞があるという問題点があった。
【００１４】
そこでこの発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするもので、トロイダルコイル部の傾きによりポロイダルコイル部に曲げ応力が発生することを抑制し、曲げ応力がポロイダルコイル部等を破損させることを防止する核融合装置用コイルを得ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る核融合装置用コイルは、トーラス方向に沿って配置された複数のトロイダルコイル部を有するトロイダル磁場コイルと、前記トロイダル磁場コイルの外周を前記トーラス方向に沿って延在して取り巻き、極方向に配置された複数のポロイダルコイル部を有するポロイダル磁場コイルと、前記トロイダルコイル部の外周面に固定されて前記ポロイダルコイル部を支持する複数の支持体と、各前記トロイダルコイル部が互いに支持し合うように各前記トロイダルコイル部間に介在するコイル構造保持部材とを備え、前記ポロイダルコイル部は、各前記トロイダルコイル部が前記トーラス方向へ傾いたときに、各前記支持体間で曲がりが生じるようになっており、すべての前記支持体は、前記トロイダルコイル部と前記ポロイダルコイル部とが交差する複数の交差部のうち、前記トーラス方向に沿って少なくとも１つの交差部を飛び越えて設けられている。
【００１６】
また、前記支持体は、前記トーラス方向に同一間隔で配置されている。
【００１７】
また、互いに隣接する前記ポロイダルコイル部を支持する各前記支持体は、それぞれ異なる前記トロイダルコイル部に固定されている。また、各前記トロイダルコイル部の前記トーラス方向への傾きを決定するコイル構造保持部材をさらに備え、各前記支持体間の距離は、前記ポロイダルコイル部の各前記支持体間の部分のたわみによって前記ポロイダルコイル部に生じる曲げ応力が、前記コイル構造保持部材によって決定される前記トロイダルコイル部の傾きによって前記ポロイダルコイル部に生じる曲げ応力を下回るように調整されている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態について説明するが、従来例のものと同一又は同等部材、部位は、同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る核融合装置用コイル１の構成を示す一部破断概略斜視図である。図１において、複数の支持体８は、１つのポロイダルコイル部４についてみてみると、交差部を一つずつ飛ばして対応する各トロイダルコイル部２に固定されている。即ち、ある交差部においてポロイダルコイル部４を支持する支持体８が存在するトロイダルコイル部２の両側のトロイダルコイル部２には、そのポロイダルコイル部４を支持する支持体８は存在せず、支持体８が存在しないトロイダルコイル部２の両側のトロイダルコイル部２には、そのポロイダルコイル部４を支持する支持体８が存在している。他のポロイダルコイル部４についても同様の規則で支持体８がトロイダルコイル部に配置されている。他の構成は従来例と同様である。
【００１９】
１つのポロイダルコイル部４について交差部一つ飛ばしに支持体８を配置したということは、従来に比べて１つのポロイダルコイル部４を少数の支持体８で支持して支持点間距離を大きくしたことを意味する。図２は、実施の形態１に係る核融合装置用コイル１の各トロイダルコイル部２が傾いたときのポロイダルコイル部４の状態を説明する模式図である。図中の点線で示したトロイダルコイル部２は、そのポロイダルコイル部４を支持する支持体８が設けられていないことを示している。図２に示すように、各トロイダルコイル部２が傾くと、支持体８の部分でポロイダルコイル部４も傾いて支持体８間でポロイダルコイル部４は曲がる。各トロイダルコイル部２の傾きはコイル構造保持部材７によりある程度決まっているので、支持体８間の距離が変化してもそれほど変わらず一定である。トロイダルコイル部２の傾きが一定なら、ポロイダルコイル部４の支持点間距離、即ち隣り合う支持体８間の距離が大きいほうが、ポロイダルコイル部４は緩やかに曲がることができる。従って、ポロイダルコイル部４に発生する曲げ応力は従来に比べて小さくなり、ポロイダルコイル部４、支持体８、又はトロイダルコイル部２が破損する虞が小さくなる。
【００２０】
しかしながら、図３は、軸線Ａ方向の力成分がポロイダルコイル部４に働いたときのポロイダルコイル部４の状態を説明する模式図であり、図３（ａ）は従来の全てのトロイダルコイル部２に支持体８が設けられている状態を示す図、図３（ｂ）はトロイダルコイル部２について一つ飛ばしに支持体８が設けられている状態を示す図、図３（ｃ）はトロイダルコイル部２について二つ飛ばしに支持体８が設けられている状態を示す図であるが（図３においても点線で示したトロイダルコイル部２には、そのポロイダルコイル部４を支持する支持体８は設けられていない）、図３に示すように、ポロイダルコイル部４の支持点間距離を大きくすると、軸線Ａ方向の力成分がポロイダルコイル部４に働いたときに、ポロイダルコイル部４の各支持体８間でのたわみが大きくなる。このたわみはポロイダルコイル部４に曲げ応力を発生させ、ポロイダルコイル部４を破損させる虞もある。このことから、ポロイダルコイル部４の支持点間距離を大きくしてたわむことにより発生する曲げ応力が、図７に示すような従来のトロイダルコイル部２が傾くことによりポロイダルコイル部４に発生する曲げ応力より大きくなると意味がなくなる。従って、このポロイダルコイル部４のたわみによる曲げ応力が、従来のトロイダルコイル部２の傾きによる曲げ応力を下回るように、支持体８の数を調整する必要がある。
【００２１】
従って、従来のトロイダルコイル部２の傾きにより発生するポロイダルコイル部４の曲げ応力に対して、ポロイダルコイル部４のたわみによる曲げ応力が下回る範囲内なら、支持体８をトロイダルコイル部２について一つ飛ばしに設けても、二つ飛ばしに設けても、あるいはそれ以上の数を飛ばして設けても、ポロイダルコイル部４に発生する曲げ応力は従来より小さくなる。
【００２２】
また、支持体８は、１つのポロイダルコイル部４を支持するために同一間隔でトロイダルコイル部２に設けられるのが望ましいが、異なる間隔、例えばある支持体８の左側の支持体８はトロイダルコイル部２を一つ飛ばして設けられ、右側の支持体８は二つ飛ばして設けられるようにしても構わない。
【００２３】
また、互いに隣接するポロイダルコイル部４を支持する支持体８は、それぞれ異なるトロイダルコイル部２に固定されていてもよい。例えば、あるポロイダルコイル部４がトロイダルコイル部２について一つ飛ばしに設けられている支持体８によって支持されているとき、その隣の他のポロイダルコイル部４は、そのあるポロイダルコイル部４の支持体８が設けられたトロイダルコイル部２と異なるトロイダルコイル部２に設けられた支持体８により支持されている構成としてもよい。このようにすると、ポロイダルコイル部４で発生する曲げ応力の影響を受けるトロイダルコイル部２が均等に分散され、その影響が特定のトロイダルコイル部２に集中することを防止できる。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、この発明に係る核融合装置用コイルは、トーラス方向に沿って配置された複数のトロイダルコイル部を有するトロイダル磁場コイルと、前記トロイダル磁場コイルの外周を前記トーラス方向に沿って延在して取り巻き、極方向に配置された複数のポロイダルコイル部を有するポロイダル磁場コイルと、前記トロイダルコイル部の外周面に固定されて前記ポロイダルコイル部を支持する複数の支持体と、各前記トロイダルコイル部が互いに支持し合うように各前記トロイダルコイル部間に介在するコイル構造保持部材とを備え、前記ポロイダルコイル部は、各前記トロイダルコイル部が前記トーラス方向へ傾いたときに、各前記支持体間で曲がりが生じるようになっており、すべての前記支持体は、前記トロイダルコイル部と前記ポロイダルコイル部とが交差する複数の交差部のうち、前記トーラス方向に沿って少なくとも１つの交差部を飛び越えて設けられているので、前記トロイダル磁場コイル及び前記ポロイダル磁場コイルへの通電で前記トーラス方向へ前記トロイダルコイル部が傾くことによる前記ポロイダルコイル部の曲げ応力が小さくなり、前記ポロイダルコイル部、前記支持体、又は前記トロイダルコイル部が破損する可能性を小さくできる。
【００２５】
また、前記支持体は、前記トーラス方向に同一間隔で配置されているので、前記ポロイダルコイル部の曲げ応力を均等に分散でき、前記極方向の力に対する安定度を大きくできる。
【００２６】
また、互いに隣接する前記ポロイダルコイル部を支持する各前記支持体は、それぞれ異なる前記トロイダルコイル部に固定されているので、前記トロイダルコイル部に及ぼす前記ポロイダルコイル部の曲げ応力の影響を各前記トロイダルコイル部に分散できる。また、各前記トロイダルコイル部の前記トーラス方向への傾きを決定するコイル構造保持部材をさらに備え、各前記支持体間の距離は、前記ポロイダルコイル部の各前記支持体間の部分のたわみによって前記ポロイダルコイル部に生じる曲げ応力が、前記コイル構造保持部材によって決定される前記トロイダルコイル部の傾きによって前記ポロイダルコイル部に生じる曲げ応力を下回るように調整されているので、前記ポロイダルコイル部のたわみによる曲げ応力によって前記ポロイダルコイル部が破損することも防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係る核融合装置用コイルの構成を示す一部破断概略斜視図である。
【図２】  実施の形態１に係る核融合装置用コイルの各トロイダルコイル部が傾いたときのポロイダルコイル部の状態を説明する模式図である。
【図３】  軸線Ａ方向の力成分がポロイダルコイル部に働いたときのポロイダルコイル部の状態を説明する模式図であり、図３（ａ）は従来の全てのトロイダルコイル部に支持体が設けられている状態を示す図、図３（ｂ）はトロイダルコイル部について一つ飛ばしに支持体が設けられている状態を示す図、図３（ｃ）はトロイダルコイル部について二つ飛ばしに支持体が設けられている状態を示す図である。
【図４】  従来の核融合装置用コイルの構成を示す一部破断概略斜視図である。
【図５】  従来の支持体のトロイダル磁場コイルへの取付状態を示す概略斜視図である。
【図６】  支持体の構成を示す概略斜視図である。
【図７】  各トロイダルコイル部が傾いたときのポロイダルコイル部の状態を説明する模式図である。
【符号の説明】
１  核融合装置用コイル、２  トロイダルコイル部、３  トロイダル磁場コイル、４  ポロイダルコイル部、５  ポロイダル磁場コイル、８  支持体。
【図１】
0003912772.tif 000002
【図２】
0003912772.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003912772.tif 000007
【図７】
0003912772.tif 000008