JP3553031B2

JP3553031B2 - Electromagnetic coil and method of manufacturing the same

Info

Publication number: JP3553031B2
Application number: JP2001203053A
Authority: JP
Inventors: 秀之田中; 一夫嘉藤; 一久八幡; 哲夫横井; 喜之斎藤
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2021-07-04
Also published as: JP2003017311A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線に曝される場所などに用いられる、無機物絶縁金属被覆ケーブル（ＭｉｎｅｒａｌＩｎｓｕｌａｔｅｄＣａｂｌｅ：以下、ＭＩＣと称する）を用いた電磁コイルに関し、特に冷却水を通水するための水路と、ＭＩＣを巻き回したコイルを固着する構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電荷を帯びた素粒子やイオンを高いエネルギー状態に加速し標的に衝突させて、原子核の構造などの研究を行なうために、各種の加速器が用いられている。この装置では、素粒子もしくはイオンの加速や、方向の制御にローレンツ力を用いるので、高磁場を発生させるための電磁石を多数設置する必要がある。そして、加速器においては、粒子の加速に伴う各種放射線の発生が避けられず、用いる電磁石についても、放射線に対する対策が必要となる。
【０００３】
従来、加速器に用いる電磁石の電磁コイルは、放射線量が１０^６Ｇｙ（グレイ）ないし１０^８Ｇｙの環境で使用され、放射線による電磁コイルの絶縁劣化の対策として、放射線量が１０^８Ｇｙ以下のレベルでは、耐放射線特性の高い有機物の絶縁体が用いられ、放射線量が１０^８Ｇｙ以上のレベルでは、無機物の絶縁体が用いられている。放射線量が１０^８Ｇｙ以上で、特に高いレベルでは、絶縁体を無機物だけで構成することが必要となる。
【０００４】
また、一般に、このような電磁コイルにおいては、通電に伴う発熱による障害を防止するために、巻線に中空の導体を用いたり、別途に通水用パイプを導体に沿わせたりすることで、中空部に冷却水を通水しながら運転する必要がある。
【０００５】
この場合、前記のＭＩＣに中空形状の導体を用いると、中空導体の内周などに絶縁を施す必要が生じ、冷却水の漏れによる事故やコイルの絶縁劣化を防止するために、構造が複雑になり、高価となる。また、通水用パイプをＭＩＣに沿わせる構造では、導体を無機物の絶縁体で被覆していることから、冷却効率の低下が避けられないなどの問題が生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の技術的な課題は、ＭＩＣを用い、１０^８Ｇｙ以上のレベルの放射線に耐え、比較的構造が簡単で製作も容易な、高信頼性を有する電磁コイルを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の問題を解決するために、ＭＩＣに通水用パイプを沿わせた間接水冷型で、構造の簡略化を図り、併せて冷却効率を向上する構造を検討した結果、なされたものである。
【０００８】
即ち、本発明は、導体、導体を被覆する無機物の絶縁体、絶縁体を被覆する金属のシースからなる無機物絶縁金属被覆ケーブル、及び前記無機物絶縁金属被覆ケーブルに近接した冷却水通水用パイプを巻き回してなる電磁コイルにおいて、前記無機物絶縁金属被覆ケーブルと冷却水の通水用パイプが非磁性低融点金属で固着されてなることを特徴とする電磁コイルである。
【０００９】
また、本発明は、前記の電磁コイルにおいて、前記無機物の絶縁体が、酸化マグネシウムを含むことを特徴とする電磁コイルである。
【００１０】
また、本発明は、前記の電磁コイルにおいて、前記非磁性低融点金属は、融点が６００℃以下であることを特徴とする電磁コイルである。
【００１１】
また、本発明は、導体、導体を被覆する無機質の絶縁体、絶縁体を被覆するシースからなる無機物絶縁金属被覆ケーブルを巻き回してコイルを形成し、前記コイルの形状に合わせて冷却水の通水用パイプを成形し、前記コイルと前記成形された通水用パイプを、非磁性低融点金属で固着することを特徴とする電磁コイルの製造方法である。
【００１２】
【作用】
本発明に用いるＭＩＣは、導体を被覆する無機物の絶縁体として、酸化マグネシウムを使用する。無機物を酸化マグネシウムに限定した理由は、酸化マグネシウムが絶縁体と使用できる酸化物の中で、酸化ベリリウムに次いで高い熱伝導率を有し、導体への通電に伴って発生する熱を、速やかに移動することができるからである。
【００１３】
ちなみに、２００°Ｋ及び３００°Ｋにおける熱伝導率の数値（単位；Ｗｍ⁻ ^１Ｋ^−１）を示すと、石英ガラスが１．１４、１．３８、多結晶アルミナが５５、３６であるの対し、酸化マグネシウムは、９４、６０である。なお、酸化ベリリウムの熱伝導率は、２００°Ｋで４２４、３００°Ｋで２７２と前記無機物に比較して、非常に大きいが、毒性などの取り扱い性を考慮すると用途が限定され、酸化マグネシウムの方が優れている。
【００１４】
また、酸化マグネシウムは、空気中に放置すると水蒸気や炭酸ガスと化学反応を起こし、特性が変化する。また、絶縁体として一般的な高分子化合物などに比較すると、機械的な強度が不十分で、巻線などの作業で支障が生じる可能性がある。しかし、本発明では、絶縁体を金属のシースで保護しているので、このような現象が生じない。従って本発明に用いるＭＩＣは、高い絶縁性と熱伝導性を兼備している。
【００１５】
そして、本発明では、冷却水の通水用パイプを、ＭＩＣのコイルに固着するのに、非磁性低融点金属を用いる。固着作業には、有機質の高分子材料からなる接着剤を用いるのが最も簡便であるが、一般に有機質の高分子材料は、放射線に曝されることにより分解反応を起こすので、十分な信頼性を確保できない。また、セメントなどの無機物を用いた場合は、熱伝導率の問題で効率的な冷却ができなくなる。
【００１６】
これらの問題に対処するため、本発明では、非磁性低融点金属を用いることで、対放射線特性を確保するとともに、効率的な冷却を行なうことができる。また、非磁性金属を使用するのは、磁性金属を用いると、所要の磁界を得るためのコイルの設計を、磁性金属への磁束の流れを加味して行なう必要を生じ、コイルの設計や構造が複雑になり、場合によっては設計不可能となるからである。
【００１７】
従って、本発明に用いることができる金属は、非磁性で融点が低く、しかも常温で一定の硬度や機械的強度を具備し、化学的に安定で、しかも低価格であることが要求される。そして、融点を６００℃以下としたのは、融点が高い金属では、充填作業の際にコイルのロー付け部分を損傷するなどの障害が起こる可能性があるからである。
【００１８】
このような要求に適合する金属としては、インジウム（融点：１５７℃）、スズ（融点；２３１℃）、鉛（３２７℃）、亜鉛（融点；４２０℃）、スズと鉛の合金であるハンダなどが挙げられる。これらの中では、毒性、価格などを考慮すると、スズが好適である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、具体的な例を挙げ、図を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る電磁コイルの第１の例における、ＭＩＣと通水用パイプを巻き回した部分の断面図である。図１の例では、ＭＩＣ１０１の、図における上下の部分に、銅からなる通水用パイプ１０２を沿わせた形で配置してある。曲げ加工によって巻き回されたＭＩＣは、隣接するＭＩＣのそれぞれの間をロー付けし、コイルとする。同様に通水用パイプも曲げ加工ロー付けを施され、コイル形状となる。
【００２１】
そして、ＭＩＣ１０１と通水用パイプ１０２との間隙には、非磁性低融点合金であるスズが充填してあり、ＭＩＣ１０１と通水用パイプ１０２を固着している。このように、ＭＩＣ１０１と通水用パイプ１０２の間には、熱伝導率の高い金属が介在しているので、ＭＩＣ１０１で発生したジュール熱を、速やかに外部に移動することができる。また、ケース１０４は、ステンレスで構成されるケースで電磁コイル全体を保護している。
【００２２】
図２は、本発明に係る電磁コイルの第２の例における、ＭＩＣと銅からなる通水用パイプを巻き回した部分の断面図である。図２の例でも、ＭＩＣ２０１に曲げ加工を施して巻き回し、隣接するＭＩＣ２０１のそれぞれの間をロー付けし、コイルとする。ここでは、通水用パイプ２０２をＭＩＣ２０１のコイルの外側に１層だけ配置する。このような構造とすることで、図１に示した第１の例より、冷却効率は低下するが、製造工程を簡略化することができる。また、ＭＩＣ２０１と通水用パイプ２０２の間隙に、スズを充填してそれらを固着し、更にステンレスのケース２０４で電磁コイル全体を保護するのは、図１に示した第１の例と同様である。
【００２３】
図３は、本発明に係る電磁コイルの第３の例における、ＭＩＣと銅からなる通水用パイプを巻き回した部分の断面図である。図３の例でも、ＭＩＣ３０１に曲げ加工を施して巻き回し、隣接するＭＩＣ３０１のそれぞれの間をロー付けし、コイルとする、ここでは、コイルをスズ３０３で覆ってから、ステンレスのケース３０４を設ける。通水用パイプ３０２は、ケース３０４の外側に、ロー付けにより固着される。
【００２４】
この場合は、図２に示した第２の例よりも、製造工程を更に簡略化するのが可能で、ロー付けしたケース３０４と通水用パイプ３０２の間に、十分な量のスズを介在させることにより、冷却効率を低下させることがない。ただし、通水パイプ３０２がケースの外側に露出しているので、図２示した第２の例よりも、取り扱いに注意が必要となる。
【００２５】
図４は、本発明に係る電磁コイルの第４の例における、ＭＩＣと銅からなる通水用パイプを巻き回した部分の断面図である。図４の例でも、ＭＩＣ４０１に曲げ加工を施して巻き回し。隣接するＭＩＣ４０１のそれぞれの間をロー付けし、コイルとする。そして図４における上下のＭＩＣの間には、銅プレート４０５を介在させ、銅プレート４０５の両端には、通水用パイプ４０２を取り付ける。
【００２６】
その後に、スズ４０３を用いて全体を固着するのは、これまで説明した例と同様であるが、図４の例では、ＭＩＣ４０１と通水用パイプ４０２の間に熱伝導率の高い銅プレート４０５を介在させているので、冷却効率を向上することができる。
【００２７】
図５は、本発明に係る電磁コイルの第５の例における、ＭＩＣと銅からなる通水用パイプを巻き回した部分の断面図である。図５の例でも、ＭＩＣ５０１に曲げ加工を施して巻き回し、隣接するＭＩＣ５０１のそれぞれの間をロー付けし、コイルとする。図５の例では、図４の例と同様に、図５における上下のＭＩＣの間に銅プレート５０５を介在させるが、ＭＩＣ５０１と銅プレート５０５の間、銅プレート５０５と通水用パイプ５０２の間は、ハンダ５０６により接合する。
【００２８】
ハンダは銅に対する濡れが良好であり、ＭＩＣ５０１、銅プレート５０５、通水用パイプ５０２が熱の流路として一体化されるので、これまでに説明した例のように、磁性低融点金属を必ずしも充填する必要がない。図５の例では、全体の固着をアルミナセメント５０３を用いて行なっているが、これまで説明した例のように、非磁性低融点金属を用いることもできるのは勿論である。
【００２９】
図６は、図１に示した本発明の電磁コイルの外観を示す図である。図６において、６０１はＭＩＣ、６０２は通水用パイプ、６０３はスズ、６０４はステンレス製のケース、６０５はブスバーを示す。また、６０６は絶縁端末であり、ＭＩＣのシース、スズ６０３、ケース６０４への電流の漏洩を防止する機能を有する。
【００３０】
図７は、図１、図２、図３、図４、図５に示した例に用いた、ＭＩＣ及び通水用パイプの詳細を示した図である。図７（ａ）はＭＩＣ７００の断面図、図７（ｂ）はＭＩＣ７００に断面が扁平な通水用パイプ７０４を沿わせた例の断面図、図７（ｃ）はＭＩＣ７００に断面が扁平で変形防止の支柱を設けた通水用パイプ７０５を沿わせた例の断面図である。また、７０１は無酸素銅からなる導体、７０２は酸化マグネシウムからなる無機物絶縁体、７０３は銅からなるシース、７０６はスズからなる固着材である。
【００３１】
このように、構造を図７（ａ）のようにすることで、十分な絶縁特性及び熱伝導率を具備したＭＩＣを得ることができる。また、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示したように、通水用パイプを沿わせて一体化することで、これに曲げ加工を施し、コイルとすることも可能である。
【００３２】
次に、本発明に係る電磁コイルの冷却性能を評価するために、図１に示した構造で、通水用パイプをＭＩＣの上下両側に配置した電磁コイルと、ＭＩＣの片側だけに通水用パイプを配置した電磁コイルに通電し、冷却水を通水した際の温度上昇を測定した。その際に比較として、中空の導体で構成した電磁コイル、図１に示した構造で、ハンダの替わりにアルミナセメントを用いて、ＭＩＣと通水用パイプを固着した電磁コイルについても、同一条件で温度上昇を測定した。なお、アルミナセメントを用いた場合も、通水用パイプの配置は、ＭＩＣの両側及び片側の２種類とした。
【００３３】
図８は、本発明及び比較例の電磁コイルの温度上昇の測定結果を示す図である。図８の中で、８０１はアルミナセメントを用い通水用パイプをＭＩＣの片側のみに配置した電磁コイル、８０２はアルミナセメントを用い通水用パイプをＭＩＣの上下に配置した電磁コイル、８０３は本発明の電磁コイルで通水用パイプをＭＩＣの片側のみに配置した場合、８０４は本発明の電磁コイルで通水用パイプをＭＩＣの上下に配置した場合、８０５は中空導体を用いた電磁コイルで、導体の中空部に通水した場合である。
【００３４】
これらの結果から、中空導体を用いた直接冷却による電磁コイルの温度上昇が最も少ないが、通水用パイプをＭＩＣ導体に沿わせた間接冷却であっても、本発明の電磁コイルは高い冷却効率を発現し、温度上昇による支障が生じない状態で運転することが可能であることが分かる。
【００３５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、ＭＩＣを用いた電磁コイルにおいて、十分な冷却効率を発現し得る構造と、その製造方法を提供することができる。これによって、放射線に曝される環境で用いる電磁コイルの信頼性を向上し、メンテナンスの頻度を大幅に少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電磁コイルの第１の例の断面図。
【図２】本発明に係る電磁コイルの第２の例の断面図。
【図３】本発明に係る電磁コイルの第３の例の断面図。
【図４】本発明に係る電磁コイルの第４の例の断面図。
【図５】本発明に係る電磁コイルの第５の例の断面図。
【図６】本発明の電磁コイルの外観を示す図。
【図７】本発明に用いるＭＩＣの断面図で、図７（ａ）はＭＩＣの断面図、図７（ｂ）はＭＩＣに断面が扁平な通水用パイプを沿わせた例の断面図、図７（ｃ）はＭＩＣに断面が扁平で変形防止の支柱を設けた通水用パイプを沿わせた例の断面図。
【図８】本発明及び比較例の電磁コイルの温度上昇の測定結果を示す図。
【符号の説明】
１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７００ＭＩＣ
１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２，７０４，７０５通水用パイプ
１０３，２０３，３０３，４０３，６０３スズ
１０４，２０４，３０４，４０４，５０４，６０４ケース
４０５，５０５銅プレート
５０３アルミナセメント
５０６ハンダ
６０５ブスバー
６０６絶縁端末
７０１導体
７０２無機物絶縁体
７０３シース
７０６スズからなる固着材
８０１アルミナセメントを用い通水用パイプをＭＩＣの片側のみに配置した電磁コイルの温度上昇
８０２アルミナセメントを用い通水用パイプをＭＩＣの上下に配置した電磁コイルの温度上昇
８０３本発明の電磁コイルで通水用パイプをＭＩＣの片側のみに配置した場合の温度上昇
８０４中空導体を用いた電磁コイルの温度上昇[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electromagnetic coil that uses an inorganic insulated metal-coated cable (hereinafter, referred to as MIC) used in a place exposed to radiation and the like, and in particular, a water passage for passing cooling water, The present invention relates to a structure for fixing a coil around which an MIC is wound.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Various accelerators have been used to accelerate charged elementary particles and ions to a high energy state, collide with a target, and study the structure of atomic nuclei. In this apparatus, since Lorentz force is used for accelerating elementary particles or ions and controlling the direction, it is necessary to provide a large number of electromagnets for generating a high magnetic field. In the accelerator, generation of various radiations due to the acceleration of the particles is inevitable, and the electromagnet to be used also needs measures against the radiation.
[0003]
Conventionally, the electromagnetic coil of the electromagnet used in the accelerator, the radiation dose is used in 10 6 ^Gy (gray) to 10 8 ^Gy environment, as a countermeasure for insulation degradation of the electromagnetic coil by radiation, the radiation dose is less 10 8 ^Gy level Uses an organic insulator having high radiation resistance, and uses an inorganic insulator at a radiation dose of 10 ⁸ Gy or more. When the radiation dose is 10 ⁸ Gy or more, particularly at a high level, it is necessary to form the insulator only with an inorganic substance.
[0004]
In addition, in general, in such an electromagnetic coil, in order to prevent a failure due to heat generation due to energization, a hollow conductor is used for the winding, or a water pipe is separately provided along the conductor. It is necessary to operate while passing cooling water through the hollow part.
[0005]
In this case, if a hollow conductor is used for the MIC, it is necessary to insulate the inner periphery of the hollow conductor and the like, and in order to prevent accidents due to cooling water leakage and insulation deterioration of the coil, the structure becomes complicated. And expensive. Further, in the structure in which the water pipe is formed along the MIC, since the conductor is covered with an inorganic insulator, there arises a problem that a decrease in cooling efficiency is inevitable.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, a technical problem of the present invention is to provide a highly reliable electromagnetic coil that uses MIC, withstands radiation of 10 ⁸ Gy or more, has a relatively simple structure, and is easy to manufacture. .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has been made as a result of studying a structure that is an indirect water-cooled type in which a water pipe is provided along an MIC to simplify the structure and improve cooling efficiency. Things.
[0008]
That is, the present invention provides a conductor, an inorganic insulator covering the conductor, an inorganic insulated metal-coated cable composed of a metal sheath covering the insulator, and a cooling water flow pipe adjacent to the inorganic insulated metal-coated cable. In the wound electromagnetic coil, the inorganic insulating metal-coated cable and the cooling water flow pipe are fixed with a non-magnetic low melting point metal.
[0009]
Further, the present invention is the above-mentioned electromagnetic coil, wherein the inorganic insulator contains magnesium oxide.
[0010]
Further, the present invention is the above-mentioned electromagnetic coil, wherein the non-magnetic low melting point metal has a melting point of 600 ° C. or less.
[0011]
The present invention also provides a coil formed by winding an inorganic insulated metal-coated cable composed of a conductor, an inorganic insulator covering the conductor, and a sheath covering the insulator, and forming a cooling water passage according to the shape of the coil. A method for manufacturing an electromagnetic coil, comprising forming a water pipe and fixing the coil and the formed water pipe with a non-magnetic low-melting metal.
[0012]
[Action]
The MIC used in the present invention uses magnesium oxide as an inorganic insulator covering the conductor. The reason why inorganic substances are limited to magnesium oxide is that magnesium oxide has the highest thermal conductivity next to beryllium oxide among oxides that can be used as an insulator, and quickly generates heat accompanying energization of conductors. This is because they can move.
[0013]
Incidentally, the numerical value of the thermal conductivity at 200 ° K and 300 ° K ^(unit; ^Wm - ^{1 K -1)} when showing a quartz glass 1.14,1.38, the polycrystalline alumina is 55,36 On the other hand, magnesium oxide is 94, 60. The thermal conductivity of beryllium oxide is 424 at 200 ° K, and 272 at 300 ° K, which is much larger than that of the inorganic substance. However, its use is limited in view of handling properties such as toxicity. Is better.
[0014]
In addition, magnesium oxide undergoes a chemical reaction with water vapor or carbon dioxide when left in the air, and its properties change. In addition, as compared with a general polymer compound or the like as an insulator, the mechanical strength is insufficient, and there is a possibility that trouble may occur in operations such as winding. However, in the present invention, such a phenomenon does not occur because the insulator is protected by the metal sheath. Therefore, the MIC used in the present invention has both high insulating properties and thermal conductivity.
[0015]
In the present invention, a non-magnetic low melting point metal is used for fixing the cooling water flow pipe to the MIC coil. For the fixing work, it is most convenient to use an adhesive made of an organic polymer material, but in general, an organic polymer material undergoes a decomposition reaction when exposed to radiation, so sufficient reliability is required. I can't secure it. In addition, when an inorganic substance such as cement is used, efficient cooling cannot be performed due to a problem of thermal conductivity.
[0016]
In order to address these problems, in the present invention, by using a non-magnetic low melting point metal, it is possible to ensure radiation-resistant characteristics and to perform efficient cooling. The use of non-magnetic metal means that when a magnetic metal is used, it is necessary to design a coil for obtaining a required magnetic field in consideration of the flow of magnetic flux to the magnetic metal. Is complicated, and in some cases, design becomes impossible.
[0017]
Therefore, the metal that can be used in the present invention is required to be nonmagnetic, have a low melting point, have a certain hardness and mechanical strength at room temperature, be chemically stable, and be inexpensive. The reason why the melting point is set to 600 ° C. or lower is that a metal having a high melting point may cause a failure such as damage to a brazing portion of the coil during the filling operation.
[0018]
Metals meeting such requirements include indium (melting point: 157 ° C.), tin (melting point: 231 ° C.), lead (327 ° C.), zinc (melting point: 420 ° C.), and solder, which is an alloy of tin and lead. Is mentioned. Among them, tin is preferable in consideration of toxicity, price and the like.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings using a specific example.
[0020]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a first example of an electromagnetic coil according to the present invention, in which an MIC and a water pipe are wound. In the example of FIG. 1, a water pipe 102 made of copper is arranged along the upper and lower portions of the MIC 101 in the figure. The MIC wound by bending is brazed between adjacent MICs to form a coil. Similarly, the water-passing pipe is also subjected to bending brazing to have a coil shape.
[0021]
The gap between the MIC 101 and the water passage pipe 102 is filled with tin, which is a non-magnetic low melting point alloy, and the MIC 101 and the water passage pipe 102 are fixed. As described above, since a metal having high thermal conductivity is interposed between the MIC 101 and the water passage pipe 102, Joule heat generated in the MIC 101 can be promptly moved to the outside. The case 104 is a case made of stainless steel and protects the entire electromagnetic coil.
[0022]
FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion of a second example of the electromagnetic coil according to the present invention in which a water flow pipe made of MIC and copper is wound. In the example of FIG. 2 as well, the MIC 201 is bent and wound, and the adjacent MIC 201 is brazed to form a coil. Here, only one layer of the water passage pipe 202 is arranged outside the coil of the MIC 201. With this structure, the cooling efficiency is lower than in the first example shown in FIG. 1, but the manufacturing process can be simplified. Filling tin in the gap between the MIC 201 and the water pipe 202 and fixing them, and further protecting the entire electromagnetic coil with the stainless steel case 204 are the same as in the first example shown in FIG. is there.
[0023]
FIG. 3 is a cross-sectional view of a portion of a third example of the electromagnetic coil according to the present invention in which a water flow pipe made of MIC and copper is wound. In the example of FIG. 3 as well, the MIC 301 is bent and wound, and the MIC 301 is brazed between the adjacent MICs 301 to form a coil. In this case, the coil is covered with tin 303 and then a stainless steel case 304 is provided. . The water passage pipe 302 is fixed to the outside of the case 304 by brazing.
[0024]
In this case, the manufacturing process can be further simplified as compared with the second example shown in FIG. 2, and a sufficient amount of tin is interposed between the brazed case 304 and the water passage pipe 302. By doing so, the cooling efficiency does not decrease. However, since the water pipe 302 is exposed to the outside of the case, it requires more care in handling than in the second example shown in FIG.
[0025]
FIG. 4 is a cross-sectional view of a part of a fourth example of the electromagnetic coil according to the present invention in which a water flow pipe made of MIC and copper is wound. Also in the example of FIG. 4, the MIC 401 is bent and wound. A space is formed between adjacent MICs 401 to form a coil. Then, a copper plate 405 is interposed between the upper and lower MICs in FIG. 4, and pipes 402 for water passage are attached to both ends of the copper plate 405.
[0026]
Thereafter, the whole is fixed using tin 403 as in the example described above, but in the example of FIG. 4, a copper plate 405 having a high thermal conductivity is provided between the MIC 401 and the water pipe 402. , The cooling efficiency can be improved.
[0027]
FIG. 5 is a cross-sectional view of a fifth example of the electromagnetic coil according to the present invention, in which a water-flowing pipe made of MIC and copper is wound. In the example of FIG. 5 as well, the MIC 501 is bent and wound, and the adjacent MIC 501 is brazed to form a coil. In the example of FIG. 5, the copper plate 505 is interposed between the upper and lower MICs in FIG. 5, as in the example of FIG. 4, but between the MIC 501 and the copper plate 505 and between the copper plate 505 and the water pipe 502. Are joined by solder 506.
[0028]
Since the solder has good wettability to copper, and the MIC 501, the copper plate 505, and the water pipe 502 are integrated as a heat flow path, the solder is not necessarily filled with a magnetic low melting point metal as in the example described above. No need to do. In the example of FIG. 5, the whole is fixed by using the alumina cement 503, but it is needless to say that a non-magnetic low-melting-point metal can be used as in the example described so far.
[0029]
FIG. 6 is a view showing the appearance of the electromagnetic coil of the present invention shown in FIG. In FIG. 6, 601 is an MIC, 602 is a water pipe, 603 is tin, 604 is a stainless steel case, and 605 is a bus bar. An insulated terminal 606 has a function of preventing leakage of current to the MIC sheath, tin 603, and case 604.
[0030]
FIG. 7 is a diagram illustrating the details of the MIC and the water pipe used in the examples illustrated in FIGS. 1, 2, 3, 4, and 5. 7A is a cross-sectional view of the MIC 700, FIG. 7B is a cross-sectional view of an example in which a flat water passage pipe 704 is arranged along the MIC 700, and FIG. 7C is a cross-sectional view of the MIC 700 which is flat and deformed. It is sectional drawing of the example along which the water pipe 705 provided with the support | pillar of prevention was along. 701 is a conductor made of oxygen-free copper, 702 is an inorganic insulator made of magnesium oxide, 703 is a sheath made of copper, and 706 is a fixing material made of tin.
[0031]
As described above, by making the structure as shown in FIG. 7A, an MIC having sufficient insulating properties and thermal conductivity can be obtained. Also, as shown in FIGS. 7 (b) and 7 (c), it is possible to form a coil by bending the water pipe by integrating it along the water flow pipe.
[0032]
Next, in order to evaluate the cooling performance of the electromagnetic coil according to the present invention, in the structure shown in FIG. Electric current was supplied to an electromagnetic coil in which a pipe was arranged, and the temperature rise when cooling water was passed was measured. At that time, as a comparison, an electromagnetic coil composed of a hollow conductor and an electromagnetic coil having the structure shown in FIG. 1 and an MIC and a water pipe fixed using alumina cement instead of solder under the same conditions were used. The temperature rise was measured. Even when alumina cement was used, the water pipes were arranged in two types, one on both sides and one on the MIC.
[0033]
FIG. 8 is a diagram showing measurement results of temperature rises of the electromagnetic coils of the present invention and the comparative example. In FIG. 8, reference numeral 801 denotes an electromagnetic coil using alumina cement, and a water pipe is arranged on only one side of the MIC; 802, an electromagnetic coil using alumina cement, which is arranged above and below the MIC; When the water pipe is arranged on only one side of the MIC with the electromagnetic coil of the invention, 804 is the electromagnetic coil of the invention and the water pipe is arranged above and below the MIC, and 805 is an electromagnetic coil using a hollow conductor. In this case, water is passed through the hollow portion of the conductor.
[0034]
From these results, the temperature rise of the electromagnetic coil due to the direct cooling using the hollow conductor is the smallest, but the electromagnetic coil of the present invention has a high cooling efficiency even in the indirect cooling in which the water pipe is arranged along the MIC conductor. It can be seen that it is possible to operate in a state where no trouble occurs due to the rise in temperature.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a structure capable of exhibiting sufficient cooling efficiency and a method of manufacturing the same in an electromagnetic coil using MIC. Thereby, the reliability of the electromagnetic coil used in an environment exposed to radiation can be improved, and the frequency of maintenance can be greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a first example of an electromagnetic coil according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a second example of the electromagnetic coil according to the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of a third example of the electromagnetic coil according to the present invention.
FIG. 4 is a sectional view of a fourth example of the electromagnetic coil according to the present invention.
FIG. 5 is a sectional view of a fifth example of the electromagnetic coil according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an appearance of an electromagnetic coil of the present invention.
7A is a cross-sectional view of an MIC used in the present invention, FIG. 7A is a cross-sectional view of the MIC, FIG. 7B is a cross-sectional view of an example in which a flat water-passing pipe is arranged along the MIC, FIG. 7C is a cross-sectional view of an example in which a water passage pipe having a flat cross section and a column for preventing deformation is provided along the MIC.
FIG. 8 is a diagram showing measurement results of temperature rises of the electromagnetic coils of the present invention and a comparative example.
[Explanation of symbols]
101, 201, 301, 401, 501, 601, 700 MIC
102, 202, 302, 402, 502, 602, 704, 705 Water pipes 103, 203, 303, 403, 603 Tin 104, 204, 304, 404, 504, 604 Case 405, 505 Copper plate 503 Alumina cement 506 Solder 605 Bus bar 606 Insulated terminal 701 Conductor 702 Inorganic insulator 703 Sheath 706 Fixing material 801 made of tin Alumina cement is used, and water pipe is arranged only on one side of MIC. Temperature rise of electromagnetic coil 802 Alumina cement is used for water. Temperature rise 803 of electromagnetic coil with pipes arranged above and below MIC 803 Temperature rise when water pipe is arranged on only one side of MIC with electromagnetic coil of the present invention 804 Temperature rise of electromagnetic coil using hollow conductor

Claims

An electromagnetic insulator formed by winding a conductor, an inorganic insulator covering the conductor, an inorganic insulated metal-coated cable including a metal sheath covering the insulator, and a cooling water flow pipe adjacent to the inorganic insulated metal-coated cable; An electromagnetic coil, wherein the inorganic insulating metal-coated cable and the cooling water flow pipe are fixed with a nonmagnetic low-melting metal.

The electromagnetic coil according to claim 1, wherein the inorganic insulator contains magnesium oxide.

3. The electromagnetic coil according to claim 1, wherein the non-magnetic low melting point metal has a melting point of 600 ° C. or less.

A coil is formed by winding a conductor, an inorganic insulator covering the conductor, and an inorganic insulated metal-coated cable comprising a sheath covering the insulator to form a coil, and forming a cooling water flow pipe in accordance with the shape of the coil. A method of manufacturing the electromagnetic coil, wherein the coil and the formed water pipe are fixed with a non-magnetic low melting point metal.