(57)【要約】【課題】超伝導線材に許される曲げ変形の範囲を満足しつつ、超伝導線材へ電力を供給する。【解決手段】超伝導電磁石１は、第１の超伝導線材が軸線Ａ１まわりに環状に巻き回されたコイル２１と、コイル２１の内側に配置されると共に軸線Ａ１の方向に延在する本体部２８、及び、軸線Ａ１の方向における本体部２８の端部に設けられた下側フランジ２９及び上側フランジ３１を有する巻き枠２２と、コイル２１の周方向に延伸すると共にコイル２１に対面するコイル接続面２６ｅａを有し、軸線Ａ１と交差する方向における上側フランジ３１の外周縁部３１ａに取り付けられた口出し電極２６と、口出し電極２６へ電力を供給する電力供給ライン２７と、を備える。コイル２１の外周端部２１ａは、口出し電極２６のコイル接続面２６ｅａに接続される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の超伝導線材が軸線まわりに環状に巻き回されたコイルと、
前記コイルの内側に配置されると共に前記軸線の方向に延在する本体部、及び、前記軸線の方向における前記本体部の端部に設けられたフランジ部を有する巻き枠と、
前記コイルの周方向に延伸すると共に前記コイルに対面するコイル接続面を有し、前記軸線と交差する方向における前記フランジ部の外周縁部に取り付けられた電極と、
前記電極へ電力を供給する電力供給部と、を備え、
前記コイルの外周端部は、前記周方向に延伸すると共に、前記電極のコイル接続面に接続される、超伝導電磁石。
【請求項２】
前記電力供給部の端部は、前記電極に固定されると共に前記外周端部に接続される、請求項１に記載の超伝導電磁石。
【請求項３】
前記電力供給部の端部は、前記第１の超伝導線材よりも曲げ強度が高い第２の超伝導線材を含み、
前記電力供給部の端部は、前記コイル接続面に沿って延伸すると共に前記コイル接続面及び前記外周端部に接続される接続部と、前記電力を受け入れると共に前記軸線の方向に沿って延びる入力部と、前記接続部と前記入力部との間に設けられた曲げ部と、を含む、請求項１又は２に記載の超伝導電磁石。
【請求項４】
前記電力供給部を冷却する冷凍部をさらに備える、請求項１〜３の何れか一項に記載の超伝導電磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導電磁石に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、超伝導マグネット装置が記載されている。この超伝導マグネット装置は、巻き枠に超伝導線材を巻き回したコイル本体と、当該超伝導線材に接続される電極とを有する。超伝導線材の両端は、入口電極と出口電極とにそれぞれ接続される。入口電極及び出口電極では、コイル状に巻き回された超伝導線材の端部がコイルの軸線方向に延びるように曲げられて、銅電極にはんだ付けされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３１９７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コイルを構成する超伝導線材は、その線材が有する曲げ強度に対応して、曲げ変形させ得る範囲が限定される。従って、超伝導線材に許される曲げ変形の範囲を満足しつつ、超伝導線材へ電力を供給する構造を構成することは難しかった。
【０００５】
そこで、本発明は、超伝導線材に許される曲げ変形の範囲を満足しつつ、超伝導線材へ電力を供給可能な構造を有する超伝導電磁石を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態に係る超伝導電磁石は、第１の超伝導線材が軸線まわりに環状に巻き回されたコイルと、コイルの内側に配置されると共に軸線の方向に延在する本体部、及び、軸線の方向における本体部の端部に設けられたフランジ部を有する巻き枠と、コイルの周方向に延伸すると共にコイルに対面するコイル接続面を有し、軸線と交差する方向におけるフランジ部の外周縁部に取り付けられた電極と、電極へ電力を供給する電力供給部と、を備え、コイルの外周端部は、周方向に延伸すると共に、電極のコイル接続面に接続される。
【０００７】
この超伝導電磁石は、電極を有し、この電極には電力供給部から電力が供給される。そして、電極のコイル接続面にコイルの外周端部が接続される。ここで、コイル接続面は、軸線の周りに巻き回されたコイルの外周端部と対面する面である。コイルの外周端部は周方向に延伸されているので、超伝導線材をコイルにおける曲率よりも大きくなるように曲げることなく、電極に接続することが可能になる。従って、超伝導線材に許される曲げ変形の範囲を満足しつつ、コイルを構成する超伝導線材へ電力を供給することができる。
【０００８】
電力供給部の端部は、電極に固定されると共に外周端部に接続されてもよい。この構成によれば、電力供給部の端部が電極に固定されるので、電力供給部を物理的に保持することができる。さらに、電力供給部の端部がコイルの外周端部に接続されるので、電力供給部からコイルへ直接に電力が供給される。従って、コイルに対して電力を効率よく供給できる。
【０００９】
電力供給部の端部は、第１の超伝導線材よりも曲げ強度が高い第２の超伝導線材を含み、電力供給部の端部は、コイル接続面に沿って延伸すると共にコイル接続面及び外周端部に接続される接続部と、電力を受け入れると共に軸線の方向に沿って延びる入力部と、接続部と入力部との間に設けられた曲げ部と、を含んでもよい。この構成によれば、電力供給部が超伝導線材であるので、コイルに大電流を好適に供給することができる。また、電力供給部に含まれる超伝導線材は、コイルを構成する超伝導線材よりも曲げ強度が高いので、許容可能な曲げ変形の範囲はコイルを構成する超伝導線材よりも広い。従って、コイル接続面に沿って延伸する接続部と、軸線の方向に沿って延びる入力部とを連結する曲げ部を設けることができる。
【００１０】
上記超伝導電磁石は、電力供給部を冷却する冷凍部をさらに備えてもよい。この構成によれば、電力供給部が好適に冷却されるので、コイルに対して電流を効率よく供給することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、超伝導線材に許される曲げ変形の範囲を満足しつつ、コイルを構成する超伝導線材へ電力を供給可能な構造を有する超伝導電磁石が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一形態に係る超伝導電磁石の構造を示す断面斜視図である。
【図２】図２は、超伝導電磁石を構成する超伝導コイルの構造を示す断面斜視図である。
【図３】図３は、超伝導コイルの口出し電極近傍の構造を示す分解斜視図である。
【図４】図４は、超伝導コイルの口出し電極近傍の構造を下側から見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１は、本発明の一形態に係る超伝導電磁石の構造を示す断面斜視図である。図１に示されるように、超伝導電磁石１は、容器２と、冷凍機３（冷凍部）と、超伝導コイル２０と、を有する。超伝導コイル２０は、容器２に収容され、容器２の外部に配置された冷凍機３により冷却される。超伝導コイル２０には、容器２の外部に配置された電源（不図示）から電力が供給される。
【００１５】
容器２は、一端が閉鎖された円筒状の本体４と、本体４の開放端を閉鎖する天板６とを有する。容器２の中央部には、円筒壁７が配置され、軸線Ａ１の方向に貫通した空間７Ｓが画成される。この空間７Ｓは、高磁場空間として利用される。
【００１６】
容器２内には、熱シールド容器８が収容される。熱シールド容器８は、超伝導コイル２０へ伝達される熱を遮蔽する。熱シールド容器８は、下端側が閉鎖され、上端側が開放された円柱状の部材である。熱シールド容器８の上端には、開放端を閉鎖するように上段冷却ステージ９が取り付けられる。熱シールド容器８は、上段冷却ステージ９の上面に取り付けられた支柱１１を介して容器２の天板６に吊下げられる。
【００１７】
熱シールド容器８内には、下段冷却ステージ１３と、超伝導コイル２０と、が収容される。下段冷却ステージ１３は、円板状の部材であり、支柱１６を介して熱シールド容器８の上段冷却ステージ９に吊下げられる。下段冷却ステージ１３の下面には、超伝導コイル２０が固定される。
【００１８】
冷凍機３は、一例としてＧＭ（ギフォードマクマホン）冷凍機である。冷凍機３は、容器２の天板６の上面に取り付けられる。冷凍機３には、天板６に設けられた孔を介して第１の冷却手段１２の上端が接続される。第１の冷却手段１２の下端は、上段冷却ステージ９に接続される。上段冷却ステージ９には、第２の冷却手段１４の上端が接続される。第２の冷却手段１４の下端は下段冷却ステージ１３に接続される。
【００１９】
図２は、超伝導電磁石を構成する超伝導コイルの構成を示す断面斜視図である。図２に示されるように、超伝導コイル２０は、コイル２１と、巻き枠２２と、下部絶縁リング２３と、上部絶縁リング２４と、口出し電極２６（電極）と、電力供給ライン２７（電力供給部）と、を有する。
【００２０】
コイル２１は、超伝導線材が軸線Ａ１の周りに巻き回されて構成される。このコイル２１に電力が供給されることにより、空間７Ｓに磁場が生じる。コイル２１を構成する超伝導線材として、例えば、ニオブスズ（Ｎｂ３Ｓｎ）からなる線材が挙げられる。
【００２１】
巻き枠２２は、コイル２１を支持する部材であり、本体部２８と、下側フランジ２９（フランジ部）と、上側フランジ３１（フランジ部）と、を有する。本体部２８は、軸線Ａ１を中心軸線とした円筒状の部材である。下側フランジ２９及び上側フランジ３１は、軸線Ａ１を中心軸線とした円板状の部材であり、本体部２８の軸線Ａ１の方向における両端にそれぞれ設けられる。下側フランジ２９及び上側フランジ３１には、本体部２８の貫通孔と同径の貫通孔が設けられ、下側フランジ２９の下面から上側フランジ３１の上面に至る孔が形成される。
【００２２】
下部絶縁リング２３は、コイル２１と下側フランジ２９との間に配置されて、コイル２１と下側フランジ２９との間の電気的な絶縁を確保する。上部絶縁リング２４は、コイル２１と上側フランジ３１との間に配置されて、コイル２１と上側フランジ３１との間の電気的な絶縁を確保する。これら下部絶縁リング２３及び上部絶縁リング２４を構成する材料として、電気絶縁性を有するものが挙げられる。また、上部絶縁リング２４には、電気絶縁性に加えて、耐熱性をさらに有する材料を用いてもよい。このような電気絶縁性及び耐熱性を有する材料として、セラミックやマイカなどが挙げられる。
【００２３】
図３は、超伝導コイルの口出し電極近傍の構造を示す分解斜視図である。図３に示されるように、口出し電極２６は、コイル２１に電力を供給する。口出し電極２６は、導電体である金属ブロックであり、一例として直方体状の銅のブロックである。口出し電極２６は、側面２６ａと、上面２６ｂと、前端面２６ｃと、後端面２６ｄと、下面２６ｅと、接続側面２６ｆと、を有する。口出し電極２６は、上側フランジ３１の外周縁部３１ａに埋め込まれるように配置される。口出し電極２６の厚み（すなわち、上面２６ｂから下面２６ｅまでの距離）は、上側フランジ３１の厚みと略等しい。従って、口出し電極２６の上面２６ｂは上側フランジ３１の上面と略面一であり、口出し電極２６の下面２６ｅは上側フランジ３１の下面と略面一である。
【００２４】
上側フランジ３１の外周縁部３１ａには、切り欠き部３１ｂが設けられる。この切り欠き部３１ｂに、電極保持部３２が取り付けられる。電極保持部３２は、口出し電極２６を巻き枠２２に固定する。また、電極保持部３２は、口出し電極２６と巻き枠２２との間の電気的絶縁を確保する。電極保持部３２は、電気絶縁性と耐熱性とを有する材料により形成される。このような電気絶縁性及び耐熱性を有する材料として、セラミックやマイカなどが挙げられる。例えば、電極保持部３２は、口出し電極２６と電力供給ライン２７とのはんだ付けにおいて発生し得る温度（１２０℃以上２００℃以下）を許容し得る耐熱性を有していてもよい。
【００２５】
電極保持部３２は、取付壁面３２ａと、蓋面３２ｂと、前壁３２ｃと、後壁３２ｄと、を有する。取付壁面３２ａには、口出し電極２６の側面２６ａが当接される。蓋面３２ｂには、口出し電極２６の上面２６ｂが当接される。前壁３２ｃには、口出し電極２６の前端面２６ｃが当接される。後壁３２ｄには、口出し電極２６の後端面２６ｄが当接される。なお、口出し電極２６の下面２６ｅには、上部絶縁リング２４の上面２４ａが当接される。電極保持部３２における口出し電極２６と当接する箇所は、接着又は嵌め込みにより互いに固定される。
【００２６】
図４に示されるように、口出し電極２６の下面２６ｅの一部は、上部絶縁リング２４から露出される。この露出された部分は、コイル接続面２６ｅａを構成する。コイル接続面２６ｅａは、下面２６ｅの一部であるので、軸線Ａ１の方向と交差する面である。コイル接続面２６ｅａは、上側フランジ３１の下面３１ｃと面一である。また、軸線Ａ１の方向と交差する面は、らせん状に巻き回されたコイル２１の周方向を含む。ここで、本実施形態における周方向とは、所定の曲率を持って緩やかに曲がる方向や、コイル２１のある点における接線方向を含むものとする。コイル接続面２６ｅａは、コイル２１の外周端部２１ａと対面する面であり、外周端部２１ａがはんだ等により機械的及び電気的に取り付けられる。ここで、上部絶縁リング２４がセラミックやマイカといった材料により構成されている場合には、口出し電極２６にコイル２１の外周端部２１ａを容易にはんだ付けすることができる。
【００２７】
再び図３に示されるように、接続側面２６ｆには、電力供給ライン２７が取り付けられる。電力供給ライン２７は、コイル２１の外周端部２１ａに電力を供給する。電力供給ライン２７は、超伝導線材が曲げられた一体の部材であり、接続部２７ａと、入力部２７ｂと、曲げ部２７ｃとを有する。電力供給ライン２７を構成する超伝導線材は、コイル２１を構成する超伝導線材よりも高い曲げ強度を有する。このような超伝導線材として、例えば、ニオブチタン（ＮｂＴｉ）が挙げられる。高強度型のニオブチタン線材でも許容可能な曲率はＲ５０程度にあるのに対して、ニオブスズ線材は許容可能な曲率が約Ｒ１０とすることが可能である。
【００２８】
接続部２７ａは、コイル２１の外周端部２１ａに沿って延在し、外周端部２１ａに対して電気的に接続される。入力部２７ｂは、軸線Ａ１の方向に延在する第１の部分２７ｂａと、コイル２１の周方向に延在する第２の部分２７ｂｂとを有する。入力部２７ｂは、少なくとも第１の部分２７ｂａを有する。第１の部分２７ｂａは、口出し電極２６の接続側面２６ｆに機械的に固定される。第２の部分２７ｂｂは、容器２の外部に配置されている電源に対して導電ライン（不図示）を介して電気的に接続される。接続部２７ａと入力部２７ｂとの間には、曲げ部２７ｃが形成される。この曲げ部２７ｃによって、線材の延在する方向が変更される。すなわち、電源から提供される電力は、導電ライン、入力部２７ｂ、曲げ部２７ｃ、及び接続部２７ａを経て、コイル２１の外周端部２１ａへ供給される。
【００２９】
この超伝導電磁石１は、口出し電極２６を有し、この口出し電極２６には電力供給ライン２７から電力が供給される。そして、口出し電極２６のコイル接続面２６ｅａにコイル２１の外周端部２１ａが接続される。ここで、コイル接続面２６ｅａは、軸線Ａ１の周りに巻き回されたコイル２１と対面する面である。このため、超伝導線材をコイル２１における曲率よりも大きくなるように曲げることなく、口出し電極２６に接続することが可能になる。従って、超伝導線材に許される曲げ変形の範囲を満足しつつ、コイル２１を構成する超伝導線材へ電力を供給することができる。また、コイル２１を構成する超伝導線材が許容し得る曲率を満たすために、外周端部を長くする必要がないので、超伝導電磁石１の大型化が抑制される。さらに、口出し電極２６が上側フランジ３１より上側に突出していないので、コイル２１と絶縁を要する部品がその近傍に存在する場合であっても、絶縁破壊の発生を抑制し得る。
【００３０】
電力供給ライン２７は、口出し電極２６に固定されると共に外周端部２１ａに接続される。この構成によれば、電力供給ライン２７が口出し電極２６に固定されるので、電力供給ライン２７を物理的に保持することができる。さらに、電力供給ライン２７がコイル２１の外周端部２１ａに接続されるので、電力供給ライン２７からコイル２１へ直接に電力を供給可能であるので、コイル２１に対して電力を効率よく供給できる。
【００３１】
電力供給ライン２７は、第１の超伝導線材よりも曲げ強度が高い第２の超伝導線材を含み、電力供給ライン２７は、コイル接続面２６ｅａに沿って延伸すると共にコイル接続面２６ｅａ及び外周端部２１ａに接続される接続部２７ａと、電力を受け入れると共に軸線Ａ１の方向に沿って延びる入力部２７ｂと、接続部２７ａと入力部２７ｂとの間に設けられた曲げ部２７ｃと、を有する。この構成によれば、電力供給ライン２７が超伝導線材であるので、コイル２１に大電流を好適に供給することができる。また、電力供給ライン２７に含まれる超伝導線材は、コイル２１を構成する超伝導線材よりも曲げ強度が高いので、許容可能な曲げ変形の範囲はコイル２１を構成する超伝導線材よりも広い。従って、コイル接続面２６ｅａに沿って延伸する接続部２７ａと、軸線Ａ１の方向に沿って延びる入力部２７ｂとを連結する曲げ部２７ｃを設けることができる。
【００３２】
超伝導電磁石１は、電力供給ライン２７を冷却する冷凍機３を備える。この構成によれば、電力供給ライン２７が好適に冷却されるので、コイル２１に対して電流を効率よく供給することができる。
【００３３】
なお、上述した実施形態は本発明に係る超伝導電磁石の一例を示すものである。本発明に係る超伝導電磁石は、実施形態に係る超伝導電磁石に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、変形し又は他のものに適用したものであってもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１…超伝導電磁石、２…容器、３…冷凍機、４…本体、６…天板、８…熱シールド容器、９…上段冷却ステージ、１１，１６…支柱、１２…第１の冷却手段、１３…下段冷却ステージ、１４…第２の冷却手段、２０…超伝導コイル、２１…コイル、２１ａ…外周端部、２２…巻き枠、２３…下部絶縁リング、２４…上部絶縁リング、２６…口出し電極、２６ｅａ…コイル接続面、２７…電力供給ライン、２７ａ…接続部、２７ｂ…入力部、２７ｃ…曲げ部、２８…本体部、２９…下側フランジ、３１…上側フランジ、３１ａ…外周縁部、３２…電極保持部、Ａ１…軸線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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