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JP6208077B2 - Superconducting electromagnet - Google Patents
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Description

本発明は、超伝導電磁石に関するものである。   The present invention relates to a superconducting electromagnet.

従来、このような分野の技術として、下記特許文献1に記載の超伝導電磁石が知られている。この超伝導電磁石では、クライオスタットにコイルが収納されており、コイルに電流を導入するブスバーがクライオスタット内部で引き回されている。   Conventionally, as a technology in such a field, a superconducting electromagnet described in Patent Document 1 below is known. In this superconducting electromagnet, a coil is housed in a cryostat, and a bus bar for introducing a current into the coil is routed inside the cryostat.

特開2001-110627号公報JP 2001-110627 A

この種の超伝導電磁石においてクライオスタットの小型化を望む場合に、上記のブスバーの構造では小型化に対応しにくい。すなわち、ブスバーを短くするとブスバーを介した外部からの熱の流入が大きくなり、冷却効率が低下してしまう。また、コイルが熱収縮したとき、短いブスバーでは熱収縮分による歪みを十分に吸収することが難しい。このような問題に鑑み、本発明は、クライオスタットの小型化を容易にする構造の超伝導電磁石を提供することを目的とする。   When it is desired to reduce the size of the cryostat in this type of superconducting electromagnet, the bus bar structure described above is difficult to cope with the size reduction. That is, if the bus bar is shortened, the inflow of heat from the outside through the bus bar is increased, and the cooling efficiency is lowered. Further, when the coil is thermally contracted, it is difficult to sufficiently absorb the distortion due to the heat shrinkage with a short bus bar. In view of such a problem, an object of the present invention is to provide a superconducting electromagnet having a structure that facilitates miniaturization of a cryostat.

本発明の超伝導電磁石は、コイルと、コイルを収容し冷却するクライオスタットと、クライオスタットの外部から供給される電流をコイルへ送る導電部を有しコイルに電力を供給する電力供給部と、を備え、導電部は、外部からコイルまで繋がる電流経路上であってクライオスタット内に位置する第1の部位と第1の部位よりもコイル側に位置する第2の部位とを、当該第1の部位と当該第2の部位との直線距離よりも長い経路で接続すると共に、第1の部位と第2の部位との相対変位が発生したときに、弾性的な変形によって当該相対変位を許容する迂遠導電部を有することを特徴とする。   The superconducting electromagnet of the present invention includes a coil, a cryostat that houses and cools the coil, and a power supply unit that has a conductive unit that sends current supplied from the outside of the cryostat to the coil and supplies power to the coil. The conductive portion includes a first portion located on the current path connecting from the outside to the coil and located in the cryostat and a second portion located closer to the coil than the first portion, and the first portion. A detour conductive that connects with a path longer than the linear distance to the second part and permits the relative displacement by elastic deformation when a relative displacement between the first part and the second part occurs. It has the part.

この超伝導電磁石では、導電部の第1の部位と第2の部位とが、迂遠導電部を介して直線距離よりも長い経路で接続されている。よって、導電部を介して外部から侵入する熱の伝熱距離を長く確保しながら、導電部全体を小型化することができる。また、第1の部位と第2の部位との相対変位が、迂遠導電部の弾性的な変形によって許容されるので、コイルの熱収縮にも対応することができる。   In this superconducting electromagnet, the first part and the second part of the conductive part are connected by a path longer than the linear distance via the roundabout conductive part. Therefore, the whole conductive part can be reduced in size while ensuring a long heat transfer distance of heat entering from the outside through the conductive part. Further, since the relative displacement between the first part and the second part is allowed by the elastic deformation of the roundabout conductive portion, it is possible to cope with the thermal contraction of the coil.

具体的には、迂遠導電部は、板厚方向に直交し且つ第1の部位と第2の部位とを結ぶ直線に直交する方向から見て、複数のU字状の屈曲部で往復するように曲がりくねった屈曲板形状をなすこととしてもよい。   Specifically, the roundabout conductive portion reciprocates at a plurality of U-shaped bent portions when viewed from a direction orthogonal to the thickness direction and orthogonal to a straight line connecting the first portion and the second portion. It is good also as making the bent board shape to meander.

また、導電部は、迂遠導電部よりもコイル側に位置し、クライオスタットの低熱源からの熱伝導により冷却される被冷却部と、被冷却部よりもコイル側に位置し、電流経路上の第3の部位と第3の部位よりもコイル側に位置する第4の部位とを接続し、コイルの熱収縮方向に第3の部位と第4の部位の相対変位が発生したときに、変形によって相対変位を許容する可撓性導電部と、を更に有することとしてもよい。   The conductive part is located on the coil side of the bypass conductive part, cooled to be cooled by heat conduction from the cryostat's low heat source, and located on the coil side of the cooled part, and is located on the current path. When the relative displacement between the third part and the fourth part occurs in the direction of thermal contraction of the coil, the third part and the fourth part located on the coil side of the third part are connected by deformation. It is good also as having a flexible conductive part which permits relative displacement.

この構成によれば、被冷却部が冷却されることにより、外部から迂遠導電部を介してコイル側に侵入する熱を被冷却部で除去することができ、冷却効率を更に向上することができる。また、コイルの熱収縮に起因する第3の部位と第4の部位との相対変位が、可撓性導電部の変形によって許容されるので、コイルの熱収縮にも対応することができる。具体的には、低熱源は、コイルを包囲する熱シールドであり、被冷却部は、熱シールドに対して電気絶縁材を介して接触することとしてもよい。   According to this configuration, when the cooled part is cooled, the heat entering the coil side from the outside via the bypass conductive part can be removed by the cooled part, and the cooling efficiency can be further improved. . Further, since the relative displacement between the third part and the fourth part due to the thermal contraction of the coil is allowed by the deformation of the flexible conductive portion, it is possible to cope with the thermal contraction of the coil. Specifically, the low heat source may be a heat shield that surrounds the coil, and the portion to be cooled may be in contact with the heat shield via an electrical insulating material.

本発明によれば、クライオスタットの小型化を容易にする構造の超伝導電磁石を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a superconducting electromagnet having a structure that facilitates miniaturization of a cryostat.

本発明の実施形態に係る超伝導電磁石を採用したマグネット装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the magnet apparatus which employ | adopted the superconducting electromagnet which concerns on embodiment of this invention. 超伝導電磁石のクライオスタットを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the cryostat of a superconducting electromagnet. 図2におけるIII-III断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2. 超伝導電磁石の電流導入部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the electric current introduction part of a superconducting electromagnet. 超伝導電磁石の電流導入部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the electric current introduction part of a superconducting electromagnet.

以下、添付図面を参照しながら本発明による超伝導電磁石の一実施形態を詳細に説明する。なお、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。また、以降の説明においては、各図に示す状態の超伝導電磁石1の姿勢を基準として「上」「下」の語を用いる。ただし、超伝導電磁石1の姿勢は図に示すものに限定されず、適宜変更してもよい。図1は、本実施形態に係る超伝導電磁石1を採用したマグネット装置100を示す斜視図である。図2は、超伝導電磁石1のクライオスタット3を示す斜視図である。図3は、図2におけるIII-III断面図である。図4は、超伝導電磁石1のコイル10とその支持構造を示す斜視図であり、クライオスタット3から真空容器3aと熱シールド13とを取り除いた状態を示す。   Hereinafter, an embodiment of a superconducting electromagnet according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In the following description, the terms “upper” and “lower” are used with reference to the attitude of the superconducting electromagnet 1 in the state shown in each figure. However, the posture of the superconducting electromagnet 1 is not limited to that shown in the figure, and may be changed as appropriate. FIG. 1 is a perspective view showing a magnet device 100 employing a superconducting electromagnet 1 according to this embodiment. FIG. 2 is a perspective view showing the cryostat 3 of the superconducting electromagnet 1. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. FIG. 4 is a perspective view showing the coil 10 of the superconducting electromagnet 1 and its support structure, and shows a state where the vacuum vessel 3 a and the heat shield 13 are removed from the cryostat 3.

図1〜図4に示されるように、マグネット装置100は、上下一対の超伝導電磁石1を対向配置すると共に、超伝導電磁石1を支持台101で支持することによって構成されている。超伝導電磁石1は、内部にコイル10を収容する真空容器3aを有するクライオスタット3と、クライオスタット3の外側に設けられるヨーク4と、を備えている。上側の超伝導電磁石1のクライオスタット3と下側の超伝導電磁石1のクライオスタット3とは、互いに上下を逆転した状態で対向し、支柱6を介して互いに離間するように連結されている。マグネット装置100は、一対のクライオスタット3の間を通過する荷電粒子線Bの軌道を切り替える偏向磁石として機能する。例えば、マグネット装置100は、加速器から出射された荷電粒子線Bの軌道を、軌道T1と軌道T2との間で切り替えることができる。荷電粒子線Bを出射する加速器として、リングサイクロトロン、AVFサイクロトロン、シンクロトロン、ベータトロン等の円形加速器や、ライナック等の線形加速器などが挙げられる。   As shown in FIGS. 1 to 4, the magnet device 100 is configured by arranging a pair of upper and lower superconducting electromagnets 1 so as to face each other and supporting the superconducting electromagnet 1 with a support base 101. The superconducting electromagnet 1 includes a cryostat 3 having a vacuum vessel 3 a that houses a coil 10 therein, and a yoke 4 provided outside the cryostat 3. The cryostat 3 of the upper superconducting electromagnet 1 and the cryostat 3 of the lower superconducting electromagnet 1 are opposed to each other while being reversed upside down, and are connected to each other via the support column 6 so as to be separated from each other. The magnet device 100 functions as a deflection magnet that switches the trajectory of the charged particle beam B passing between the pair of cryostats 3. For example, the magnet device 100 can switch the trajectory of the charged particle beam B emitted from the accelerator between the trajectory T1 and the trajectory T2. Examples of the accelerator that emits the charged particle beam B include a circular accelerator such as a ring cyclotron, an AVF cyclotron, a synchrotron, and a betatron, and a linear accelerator such as a linac.

超伝導電磁石1は、鉛直中心軸A周りの環状をなし磁束を発生させるコイル10と、コイル10の荷重を支持する荷重支持部7と、コイル10を冷却する冷凍機8と、コイル10に電流を導入する電流導入部9と、を備えている。コイル10は、超伝導線材を巻回した構成のコイル本体を有しており、超伝導線材として高温超伝導線材を用いてよい。高温超伝導線材として、例えばBi2223、Bi2212、Y123、MgB2、酸化物超伝導体等を用いてよい。なお、超伝導線材として低温超伝導線材を用いてもよい。このような超伝導線材が用いられるコイル10を約20Kまで効率よく冷却するため、超伝導電磁石1は、クライオスタット3の真空容器3aの内部において、コイル10を包囲する熱シールド13を備えている。熱シールド13には、冷凍機(低熱源)8の低温ヘッドが接触しており、熱シールド13は約50Kに冷却されている。   The superconducting electromagnet 1 has an annular shape around the vertical central axis A, generates a magnetic flux, a load support portion 7 that supports the load of the coil 10, a refrigerator 8 that cools the coil 10, and a current flowing through the coil 10. And an electric current introduction section 9 for introducing the electric current. The coil 10 has a coil body having a configuration in which a superconducting wire is wound, and a high-temperature superconducting wire may be used as the superconducting wire. For example, Bi2223, Bi2212, Y123, MgB2, an oxide superconductor, or the like may be used as the high-temperature superconducting wire. A low temperature superconducting wire may be used as the superconducting wire. In order to efficiently cool the coil 10 using such a superconducting wire to about 20K, the superconducting electromagnet 1 includes a heat shield 13 surrounding the coil 10 inside the vacuum vessel 3a of the cryostat 3. The heat shield 13 is in contact with the low-temperature head of the refrigerator (low heat source) 8, and the heat shield 13 is cooled to about 50K.

続いて、図4及び図5を参照しながら、電流導入部(電力供給部)9について更に詳細に説明する。ここでは、図4及び図5に示されるように、鉛直方向にZ軸を取ったXYZ直交座標系を設定し、各部位の位置関係の説明に用いる場合がある。電流導入部9は、真空容器3aの一部をなす容器円筒部3bと、熱シールド13の一部をなすシールド円筒部13bとを有している。容器円筒部3bはクライオスタット3の上面側に鉛直に立設されている。容器円筒部3bの上面には、電流を導入するための正極側と負極側との2つの入力端子31,31が、真空容器3aの外部に露出するように設けられている。容器円筒部3bの直ぐ内側には、電気的絶縁を図るため、例えば薄肉のGFRP製の円筒が設けられてもよい。シールド円筒部13bは熱シールド13の上面側に鉛直に立設され、容器円筒部3bの内側において容器円筒部3bの途中の高さの位置まで延びている。シールド円筒部13bの上面には、Y方向に延びる細長い開口14が形成されている。シールド円筒部13bの内側には、電気的絶縁を図るため、超耐寒性の絶縁テープ等が施されてもよい。   Next, the current introduction unit (power supply unit) 9 will be described in more detail with reference to FIGS. 4 and 5. Here, as shown in FIGS. 4 and 5, an XYZ orthogonal coordinate system having the Z axis in the vertical direction may be set and used to explain the positional relationship of each part. The current introduction part 9 includes a container cylindrical part 3 b that forms part of the vacuum container 3 a and a shield cylindrical part 13 b that forms part of the heat shield 13. The container cylindrical portion 3 b is erected vertically on the upper surface side of the cryostat 3. On the upper surface of the container cylindrical portion 3b, two input terminals 31, 31 for introducing a current are provided so as to be exposed to the outside of the vacuum container 3a. For example, a thin-walled cylinder made of GFRP may be provided immediately inside the container cylindrical portion 3b in order to achieve electrical insulation. The shield cylindrical portion 13b is erected vertically on the upper surface side of the heat shield 13, and extends to a position in the middle of the container cylindrical portion 3b inside the container cylindrical portion 3b. An elongated opening 14 extending in the Y direction is formed on the upper surface of the shield cylindrical portion 13b. An ultra-cold-resistant insulating tape or the like may be applied to the inside of the shield cylindrical portion 13b in order to achieve electrical insulation.

電流導入部9は、機体の外部から供給される電流をコイル10に送るための一対の正極側導電部20A及び負極側導電部20Bを備えている。正極側導電部20Aと負極側導電部20Bとは、容器円筒部3b内で隣接して並設され、両者の間に絶縁部材(図示せず)を挟むことで互いに電気的に絶縁されている。図にも示される通り、正極側導電部20Aと負極側導電部20Bとの構成は鉛直面に対して互いに対称であるので、以下においては正極側導電部20Aの構成を説明し、その説明に重複する負極側導電部20Bについての説明を省略する。   The current introduction unit 9 includes a pair of a positive electrode side conductive unit 20A and a negative electrode side conductive unit 20B for sending current supplied from the outside of the machine body to the coil 10. The positive electrode side conductive portion 20A and the negative electrode side conductive portion 20B are arranged adjacent to each other in the container cylindrical portion 3b, and are electrically insulated from each other by sandwiching an insulating member (not shown) therebetween. . As shown in the figure, the configuration of the positive electrode side conductive portion 20A and the negative electrode side conductive portion 20B is symmetrical with respect to the vertical plane. Therefore, the configuration of the positive electrode side conductive portion 20A will be described below. A description of the overlapping negative electrode side conductive portion 20B is omitted.

正極側導電部20Aは、入力端子31と、コイル10への電流の入口であるコイル電極32との間を繋ぐように容器円筒部3b内部に延在しており、その途中でシールド円筒部13bの開口14を通過している。なお、開口14の寸法が調整されることで、正極側導電部20Aが開口14の縁部に接触しないようになっている。正極側導電部20Aは、上記入力端子31からコイル電極32までの電流経路を構成する複数の導電部材が連なって構成されている。電流経路を構成する導電部材には、入力端子31側から順に連結されたブスバー21、屈曲部22、上部導電体ブロック23、線材電流リード24、下部導電体ブロック26及び銅編線27が含まれている。これらの導電部材は例えば銅からなり、高い導電性と高い伝熱性を有している。但し、後述するように、線材電流リード24は超伝導材料からなるものであってもよい。   The positive electrode side conductive portion 20A extends inside the container cylindrical portion 3b so as to connect between the input terminal 31 and the coil electrode 32 that is an inlet of current to the coil 10, and the shield cylindrical portion 13b in the middle thereof. Passes through the opening 14. The positive electrode side conductive portion 20 </ b> A is not in contact with the edge of the opening 14 by adjusting the dimension of the opening 14. The positive electrode side conductive portion 20 </ b> A is configured by a plurality of conductive members constituting a current path from the input terminal 31 to the coil electrode 32. The conductive members constituting the current path include a bus bar 21, a bent portion 22, an upper conductor block 23, a wire current lead 24, a lower conductor block 26, and a copper braided wire 27 that are sequentially connected from the input terminal 31 side. ing. These conductive members are made of copper, for example, and have high conductivity and high heat conductivity. However, as will be described later, the wire current lead 24 may be made of a superconductive material.

ブスバー21は屈曲された細長い板状をなし、ブスバー21の上端は入力端子31に接続されている。ブスバー21の下端は、電気絶縁材33及びL字状の銅製のブラケット34を介してシールド円筒部13bの上面に物理的に接続されている。ブスバー21と入力端子31の接続部を電流経路上の第1部位P1、ブスバー21とシールド円筒部13b上面との接続部を電流経路上の第2部位P2とすれば、ブスバー21は、第1部位P1と第2部位P2との直線距離よりも長い電流経路で当該第1部位P1と当該第2部位P2とを接続する迂遠導電部21aを有している。具体的には、迂遠導電部21aは、板厚方向に直交し、かつ第1部位P1と第2部位P2とを結ぶ直線に直交する方向から見て(Y方向から見て)、複数のU字状の屈曲部で左右交互に往復するように曲がりくねった屈曲板形状をなしている。   The bus bar 21 has a bent and elongated plate shape, and the upper end of the bus bar 21 is connected to the input terminal 31. The lower end of the bus bar 21 is physically connected to the upper surface of the shield cylindrical portion 13b via an electrical insulating material 33 and an L-shaped copper bracket 34. If the connection part between the bus bar 21 and the input terminal 31 is the first part P1 on the current path and the connection part between the bus bar 21 and the shield cylindrical part 13b is the second part P2 on the current path, the bus bar 21 is There is a detour conductive portion 21a that connects the first part P1 and the second part P2 through a current path longer than the linear distance between the part P1 and the second part P2. Specifically, the roundabout conductive portion 21a has a plurality of U's as viewed from a direction orthogonal to the plate thickness direction and orthogonal to a straight line connecting the first site P1 and the second site P2 (viewed from the Y direction). It has a bent plate shape that winds so as to reciprocate left and right alternately at the letter-shaped bent portion.

この迂遠導電部21aの屈曲形状により、入力端子31及びブスバー21を通じて常温の外部から侵入する熱の伝熱距離が長くなり、入力端子31側からの熱の侵入を抑えることができる。また、上記の屈曲形状により、第1部位P1と第2部位P2との相対変位が発生したときに、ブスバー21が弾性的に変形することによって当該相対変位が許容され、正極側導電部20Aに発生する歪みが抑制される。また、上記の屈曲形状により、ブスバー21を小さい上下幅に収めることができ、このようなブスバー21は電流導入部9の上下寸法の小型化に寄与する。   Due to the bent shape of the roundabout conductive portion 21a, the heat transfer distance of heat entering from outside the room temperature through the input terminal 31 and the bus bar 21 becomes long, and the heat intrusion from the input terminal 31 side can be suppressed. In addition, when the relative displacement between the first portion P1 and the second portion P2 occurs due to the bent shape, the bus bar 21 is elastically deformed to allow the relative displacement, and the positive electrode side conductive portion 20A The generated distortion is suppressed. Further, the above-described bent shape allows the bus bar 21 to be accommodated in a small vertical width, and such a bus bar 21 contributes to downsizing of the vertical dimension of the current introduction portion 9.

上述したように、第2部位P2において、ブスバー21の下端は電気絶縁材33及びブラケット34を介してシールド円筒部13bの上面に接続されている。前述の通り、熱シールド13は、冷凍機(低熱源)8により約50Kに冷却されているので、シールド円筒部13b及びブスバー21の下端(被冷却部)も、冷凍機8からの熱伝導によって同等の温度に冷却される。一方、電気絶縁材33の介在により、ブスバー21と熱シールド13との電気的絶縁は確保される。電気絶縁材33として、例えば、GFRP(ガラス繊維強化プラスチック)シート等を用いることができる。正極側導電部20Aにおいては、熱シールド13の外側の領域である第1部位P1から第2部位P2までが常温〜約50Kの温度であり、熱シールド13の内側の領域である第2部位P2からコイル10までが約50K〜約20Kの温度となる。   As described above, at the second portion P2, the lower end of the bus bar 21 is connected to the upper surface of the shield cylindrical portion 13b via the electrical insulating material 33 and the bracket 34. As described above, since the heat shield 13 is cooled to about 50 K by the refrigerator (low heat source) 8, the shield cylindrical portion 13 b and the lower end (cooled portion) of the bus bar 21 are also heated by the heat conduction from the refrigerator 8. Cooled to the same temperature. On the other hand, electrical insulation between the bus bar 21 and the heat shield 13 is ensured by the interposition of the electrical insulating material 33. As the electrical insulating material 33, for example, a GFRP (glass fiber reinforced plastic) sheet or the like can be used. In the positive electrode side conductive part 20 </ b> A, the region from the first part P <b> 1 to the second part P <b> 2 that is the outer region of the heat shield 13 is a temperature from room temperature to about 50 K, and To the coil 10 has a temperature of about 50K to about 20K.

第2部位P2から更に下に延びた屈曲部22はY方向から見てU字状に屈曲しており、屈曲部22の下端が上部導電体ブロック23に接続されている。上部導電体ブロック23と下部導電体ブロック26とは、ステンレス製の鉛直支柱29で連結されている。その鉛直支柱29に平行して線材電流リード24が延在しており、当該線材電流リード24によって上部導電体ブロック23と下部導電体ブロック26とが電気的に接続されている。線材電流リード24はY方向に厚みを持つ板状をなし、例えば、ビスマス系等の超伝導材料からなる。超伝導材料を採用することにより、通電による発熱が抑えられ、その結果、正極側導電部20A及び負極側導電部20Bを介した外部からの熱侵入が抑えられる。また、磁界発生時のローレンツ力が発生しているとき、コイル10の熱収縮によるクエンチが発生しているときにも、電流値を低下させない。また、板状の線材電流リード24を採用することにより、省エネルギー、性能アップ、低コスト化、及び製造工期の短縮が図られる。   The bent portion 22 extending further downward from the second portion P2 is bent in a U shape when viewed from the Y direction, and the lower end of the bent portion 22 is connected to the upper conductor block 23. The upper conductor block 23 and the lower conductor block 26 are connected by a vertical pillar 29 made of stainless steel. A wire rod current lead 24 extends in parallel with the vertical column 29, and the upper conductor block 23 and the lower conductor block 26 are electrically connected by the wire rod current lead 24. The wire current lead 24 has a plate shape with a thickness in the Y direction, and is made of, for example, a bismuth-based superconducting material. By adopting the superconductive material, heat generation due to energization is suppressed, and as a result, heat penetration from the outside through the positive electrode side conductive portion 20A and the negative electrode side conductive portion 20B is suppressed. Further, when the Lorentz force at the time of magnetic field generation is generated, and even when quenching due to thermal contraction of the coil 10 is generated, the current value is not reduced. Further, by adopting the plate-like wire current lead 24, energy saving, performance improvement, cost reduction, and shortening of the manufacturing period can be achieved.

下部導電体ブロック(第3の部位)26とコイル電極(第4の部位)32とは、可撓性を有する銅編線(可撓性導電部)27によって物理的に接続され、電気的に接続されている。従って、コイル10の熱収縮によって下部導電体ブロック26とコイル電極32との間にコイル10の熱収縮方向の相対変位が発生したときにも、銅編線27の変形によって上記相対変位が許容され、正極側導電部20Aに発生する歪みが抑制される。コイル電極32は、コイル10の本体の外側面からX方向に張り出しており、コイル10の超伝導線材に電気的に接続されている。   The lower conductor block (third portion) 26 and the coil electrode (fourth portion) 32 are physically connected by a flexible copper braided wire (flexible conductive portion) 27 to electrically It is connected. Therefore, even when a relative displacement in the thermal contraction direction of the coil 10 occurs between the lower conductor block 26 and the coil electrode 32 due to the thermal contraction of the coil 10, the relative displacement is allowed by the deformation of the copper braid 27. Moreover, the distortion which generate | occur | produces in 20 A of positive electrode side electroconductive parts is suppressed. The coil electrode 32 protrudes in the X direction from the outer surface of the main body of the coil 10 and is electrically connected to the superconducting wire of the coil 10.

以上のような電流導入部9において、入力端子31,31に外部の電源が接続されることで、正極側導電部20A及び負極側導電部20Bを通じてコイル10に電流が供給され、コイル10が磁界を発生する。   In the current introduction unit 9 as described above, an external power source is connected to the input terminals 31 and 31, whereby a current is supplied to the coil 10 through the positive electrode side conductive unit 20 </ b> A and the negative electrode side conductive unit 20 </ b> B. Is generated.

続いて、以上説明した超伝導電磁石1による作用効果について説明する。   Then, the effect by the superconducting electromagnet 1 demonstrated above is demonstrated.

超伝導電磁石1では、正極側導電部20A及び負極側導電部20Bにおいて、第1部位P1と第2部位P2とが、ブスバー21を介して直線距離よりも長い経路で接続されている。よって、正極側導電部20A及び負極側導電部20Bを介して外部から(入力端子31側から)侵入する熱の伝熱距離を長く確保しながらも、ブスバー21の上下幅を抑えることができ、電流導入部9を小型化することができる。また、コイル10の熱収縮に起因して第1部位P1と第2部位P2との相対変位が生じた場合にも、ブスバー21の変形によって上記相対変位が許容されるので、コイル10の熱収縮にも対応することができる。よって、超伝導電磁石1によれば、電流導入部9の小型化(特にZ方向寸法の小型化)が容易になり、その結果、クライオスタット3の小型化が容易になる。   In the superconducting electromagnet 1, the first part P <b> 1 and the second part P <b> 2 are connected via the bus bar 21 through a path longer than the linear distance in the positive electrode side conductive part 20 </ b> A and the negative electrode side conductive part 20 </ b> B. Therefore, while ensuring a long heat transfer distance of heat entering from the outside (from the input terminal 31 side) via the positive electrode side conductive portion 20A and the negative electrode side conductive portion 20B, the vertical width of the bus bar 21 can be suppressed, The current introduction part 9 can be reduced in size. Further, even when a relative displacement between the first part P1 and the second part P2 occurs due to the thermal contraction of the coil 10, the relative displacement is allowed by the deformation of the bus bar 21, so that the thermal contraction of the coil 10 is performed. Can also respond. Therefore, according to the superconducting electromagnet 1, the current introduction portion 9 can be easily downsized (particularly, the size in the Z direction), and as a result, the cryostat 3 can be easily downsized.

また、正極側導電部20A及び負極側導電部20Bは、第2部位P2において、シールド円筒部13bに接続され冷却されている。この構成により、外部からブスバー21を介してコイル10側に侵入する熱を第2部位P2で除去することができ、冷却効率を更に向上することができる。一方、電気絶縁材33の介在により、ブスバー21と熱シールド13との電気的絶縁は確保される。   Further, the positive electrode side conductive portion 20A and the negative electrode side conductive portion 20B are connected to the shield cylindrical portion 13b and cooled in the second portion P2. With this configuration, the heat that enters the coil 10 from the outside via the bus bar 21 can be removed at the second portion P2, and the cooling efficiency can be further improved. On the other hand, electrical insulation between the bus bar 21 and the heat shield 13 is ensured by the interposition of the electrical insulating material 33.

また、正極側導電部20A及び負極側導電部20Bに銅編線27を採用することにより、コイル10の熱収縮に起因する下部導電体ブロック26とコイル電極32との相対変位が、銅編線27の変形によって許容されるので、正極側導電部20A及び負極側導電部20Bの下部に発生する歪みを低減することができ、コイル10の熱収縮に対応することができる。   Further, by employing the copper braided wire 27 for the positive electrode side conductive portion 20A and the negative electrode side conductive portion 20B, the relative displacement between the lower conductor block 26 and the coil electrode 32 due to the thermal contraction of the coil 10 is reduced. 27, the distortion generated in the lower part of the positive electrode side conductive part 20A and the negative electrode side conductive part 20B can be reduced, and the thermal contraction of the coil 10 can be dealt with.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態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たものであってもよい。   Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be modified without changing the gist described in each claim.

1…超伝導電磁石、3…クライオスタット、9…電流導入部(電力供給部)、10…コイル、13…熱シールド、20A…正極側導電部、20B…負極側導電部、21a…迂遠導電部、26…下部導電体ブロック(第3の部位)、32…コイル電極(第4の部位)、33…電気絶縁材、P1…第1部位,P2…第2部位(被冷却部)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Superconductive electromagnet, 3 ... Cryostat, 9 ... Current introduction part (power supply part), 10 ... Coil, 13 ... Heat shield, 20A ... Positive electrode side conductive part, 20B ... Negative electrode side conductive part, 21a ... Detour conductive part, 26 ... Lower conductor block (third part), 32 ... Coil electrode (fourth part), 33 ... Electrical insulating material, P1 ... First part, P2 ... Second part (cooled part).

Claims (3)

コイルと、
前記コイルを包囲する熱シールドと、
前記コイルと前記熱シールドとを収容する真空容器を有し冷凍機によって前記コイルを冷却するクライオスタットと、
前記クライオスタットの前記真空容器の外部から供給される電流を前記熱シールドの開口を通過させて前記コイルへ送る導電部を有し前記コイルに電力を供給する電力供給部と、を備え、
前記導電部は、
外部から前記コイルまで繋がる電流経路上であって前記導電部と前記真空容器との接続部位である第1の部位と前記導電部と前記熱シールドとの接続部位である第2の部位とを、当該第1の部位と当該第2の部位との直線距離よりも長い経路で接続すると共に、前記第1の部位と前記第2の部位との相対変位が発生したときに、弾性的な変形によって当該相対変位を許容する迂遠導電部と、
前記第2の部位で接続された前記熱シールドを介した前記冷凍機からの熱伝導により冷却される被冷却部と、
前記被冷却部よりも前記コイル側に位置し、前記電流経路上の第3の部位と前記第3の部位よりも前記コイル側に位置する第4の部位とを接続し、前記コイルの熱収縮方向に前記第3の部位と前記第4の部位の相対変位が発生したときに、変形によって前記相対変位を許容する可撓性導電部と、
を有することを特徴とする超伝導電磁石。
Coils,
A heat shield surrounding the coil;
A cryostat having a vacuum vessel for housing the coil and the heat shield and cooling the coil by a refrigerator ;
A power supply unit that has a conductive unit that sends current supplied from outside the vacuum vessel of the cryostat to the coil through the opening of the heat shield, and supplies power to the coil, and
The conductive part is
On the current path from the outside to the coil , a first part that is a connection part between the conductive part and the vacuum vessel, and a second part that is a connection part between the conductive part and the heat shield , When connecting with a path longer than the linear distance between the first part and the second part, and when relative displacement between the first part and the second part occurs, elastic deformation causes A roundabout conductive part allowing the relative displacement ;
A part to be cooled that is cooled by heat conduction from the refrigerator through the heat shield connected at the second part;
The coil is located closer to the coil than the part to be cooled, the third part on the current path is connected to the fourth part located closer to the coil than the third part, and the heat shrinkage of the coil A flexible conductive part that allows the relative displacement by deformation when a relative displacement of the third part and the fourth part occurs in a direction;
A superconducting electromagnet characterized by comprising:
前記迂遠導電部は、
板厚方向に直交し且つ前記第1の部位と前記第2の部位とを結ぶ直線に直交する方向から見て、複数のU字状の屈曲部で往復するように曲がりくねった屈曲板形状をなすことを特徴とする請求項1に記載の超伝導電磁石。
The roundabout conductive part is:
A bent plate shape that winds so as to reciprocate at a plurality of U-shaped bent portions when viewed from a direction orthogonal to the plate thickness direction and orthogonal to a straight line connecting the first portion and the second portion. The superconducting electromagnet according to claim 1.
前記被冷却部は、前記熱シールドに対して電気絶縁材を介して接触することを特徴とする請求項2に記載の超伝導電磁石。   The superconducting electromagnet according to claim 2, wherein the cooled portion is in contact with the heat shield via an electrical insulating material.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7324166B2 (en) * 2020-03-19 2023-08-09 住友重機械工業株式会社 Current lead device, superconducting coil device, and maintenance method
JP7758493B2 (en) * 2021-07-14 2025-10-22 住友重機械工業株式会社 Superconducting coil device
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS585222U (en) * 1981-07-02 1983-01-13 三菱電機株式会社 Current relay device for superconducting equipment
JPH07131079A (en) * 1993-11-05 1995-05-19 Sumitomo Heavy Ind Ltd High temperature superconductor current lead
JP3701985B2 (en) * 1994-04-05 2005-10-05 株式会社東芝 Oxide superconducting current lead
JP2000357607A (en) * 1999-06-17 2000-12-26 Sumitomo Heavy Ind Ltd Withstand voltage evaluation method for current introducing terminal and withstand voltage evaluation device

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