(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長円形の渦巻状に平角より線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て前記隣合う鞍形コイルの捩れ方向を逆向きにしたものを組合わせ、かつ、前記各鞍形コイルのコイル径最外周部を隣合うようにして鞍形状の下側同士を向き合うように配置することにより、コイル単体での捩れをなくすように形成されるとともに、
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配置した
ことを特徴とする超電導コイル。
【請求項２】
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記載の超電導コイル。
【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、長円形の渦巻状に平角より線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て前記隣合う鞍形コイルの捩れ方向を逆向きにしたものを組合わせ、かつ、前記各鞍形コイルのコイル径最外周部を隣合うようにして鞍形状の下側同士を向き合うように配置することにより、コイル単体での捩れをなくすように形成されるとともに、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配置した超電導コイルである。
【００１２】
さらに、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】
（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１に対応する発明の超電導コイルにおいては、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、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。
【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１０，１１，１２，１３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１０，１１，１２，１３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
【図１】
0004223573.tif 000002
【図２】
0004223573.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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