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    線圈部(10)是藉由捲繞超導線而形成的。冷卻頭(20)係供冷卻線圈部(10)之用。傳熱部(30)相互連接線圈部(10)及冷卻頭(20)。傳熱部(30)包含第1傳熱板(31a)及第2傳熱板(31e)。第1傳熱板(31a)在第1位置被安裝於前述線圈部(10)。第2傳熱板(31e)在離開第1位置的第2位置被安裝於線圈部(10)。第1傳熱板(31a)比第2傳熱板(31e)更厚。藉此，可以防止冷卻頭(20)的故障同時提高線圈部(10)的冷卻效率。
    公开号:TW201314717A
    申请号:TW101118327
    申请日:2012-05-23
    公开日:2013-04-01
    发明作者:Takeshi Kato；Eisaku Ueno
    申请人:Sumitomo Electric Industries；
    IPC主号:H01F6-00
    专利说明:
    超導線圈及超導磁石
    本發明係關於超導線圈及超導磁石。
    根據日本特開平11-186025號公報，揭示了具有被層積的第1及第2餅形線圈(Pancake Coil)，以及以中介於第1餅形線圈與第2餅形線圈之間的方式設置的冷卻板之超導線圈。冷卻板是中介著導熱棒而被連接於冷卻頭。
    於前述公報記載的技術，被層積的第1及第2線圈(線圈部)，與冷卻頭之間，是藉由冷卻板(傳熱板)及導熱棒來連接的。線圈部與冷卻頭之間的相對位置，會隨著種種原因而變動。此原因，例如為熱膨脹收縮的差異、供驅動冷卻頭的空壓機導致的振動、線圈部，與藉由線圈部施加磁場的對象之磁性相互作用等。起因於此相對位置的變動，由線圈部對冷卻頭施加荷重。
    為了有效率地冷卻線圈部，必須要縮小傳熱板的熱阻。作為此目的之單純的解決方法，可以考慮加厚傳熱板的厚度。然而單純增厚傳熱板的厚度的話，線圈部與冷卻頭之間的相對位置變得不容易改變，所有由線圈對冷卻頭施加的荷重變大。一般而言冷卻頭對於來自外部的荷重的抵抗力很弱，此荷重過度變大的話，冷卻頭會故障。
    此處，本發明之目的在於提供可以防止冷卻頭的故障同時提高線圈部的冷卻效率之超導線圈及超導磁石。
    本發明之超導線圈，具有線圈部、冷卻頭、與傳熱部。線圈部是藉由捲繞超導線而形成的。冷卻頭係供冷卻線圈部之用。傳熱部相互連接線圈部與冷卻頭。傳熱部具有第1傳熱板及第2傳熱板。第1傳熱板在第1位置被安裝於線圈部。第2傳熱板在離開第1位置的第2位置被安裝。第1傳熱板比第2傳熱板更厚。
    根據本發明之超導線圈，藉由使第1傳熱板較後可以減少其熱阻。藉此可以有效率地藉由冷卻頭除去在線圈部產生的熱。此外，藉由使第2傳熱板較薄使其可撓性變大，可以中介著第2傳熱板減少冷卻頭由線圈部所受到的荷重。藉此，可以防止由線圈部施加的荷重導致冷卻頭的故障。如以上所述，可以防止冷卻頭的故障同時提高冷卻效率。
    線圈部具有磁束通過的端部亦可，在此場合，前述第1位置與前述第2位置相比越接近於線圈的端部越好。
    藉此，可以藉由熱阻比較小的第1傳熱板，由起因於垂直磁場之發熱容易變多的線圈部的端部有效率地除去熱。
    第1傳熱板亦可藉由複數單層板被層積而形成。
    藉此，與第1傳熱板藉由1個單層板來構成的場合相比，第1傳熱板的可撓性變大，所以可以減少透過第1傳熱板之冷卻頭所受到的來自線圈部的荷重。從而，可以防止由線圈部施加的荷重導致冷卻頭的故障。
    傳熱部具有固定具。固定具，被安裝於冷卻頭，而且一起把持著第1傳熱板及第2傳熱板。
    藉此，可以抑制熱阻同時根據簡單的構造來達成第1及第2傳熱板之各個的往冷卻頭之接續。
    冷卻頭具有可進行冷卻的端部。冷卻頭的端部具有端面及包圍端面的側面。固定具與冷卻頭的側面接觸。
    藉此，可以更有效地利用冷卻頭的端部，可以提高冷卻效率。
    本發明之超導磁石，具有前述之超導線圈，與絕熱容器。絕熱容器收容超導線圈。
    根據本發明之超導磁石，可以防止冷卻頭的故障同時提高冷卻效率。
    本發明之前述以及其他目的、特徵、局面及優點，藉由相關於與附圖相關聯而被理解之本發明的以下的詳細說明來解明。
    以下，參照圖面說明本發明之實施型態。
    參照圖1，本實施型態的超導磁石100，具有超導線圈91、絕熱容器111、冷卻裝置121、軟管122、空壓機123、纜線131與電源132。絕熱容器111收容超導線圈91。於本實施型態，供收容被施加磁場的試樣(未圖示)之磁場施加區域SC設於絕熱容器111內。
    參照圖2及圖3，超導線圈91，具有線圈部10、冷卻頭20、傳熱部30、芯部81。傳熱部30具有傳熱板群31及固定具32。傳熱板群31由傳熱板31a~31e所構成。
    線圈部10，藉由超導線14(圖6)捲繞而形成，是供產生磁束MF者。此外，線圈部10具有磁束MF通過的端部(圖2之上端或下端)。此外，線圈10具有雙餅線圈(Double-pancake Coils)11a~11m。雙餅線圈(Double-pancake Coils)11a~11m依此順序排列層積。軸方向Aa(圖2)對應於層積方向，徑向Ar對應於垂直於層積方向的方向。
    冷卻頭20，係供冷卻線圈部10之用者，具有可以冷卻的端部21，及連接端部21與冷卻裝置121(圖1)之接續部22。
    傳熱板群31之各個被安裝於線圈部10。固定具32被安裝於冷卻頭20的端部21。固定具32把持著傳熱板群31。傳熱板群31之中被把持於固定具32的部分，傳熱板31a~傳熱板31e係相互直接被層積。藉由這樣的構造，傳熱部30相互連接線圈部10及冷卻頭20。
    線圈部10與冷卻頭20之間的相對位置，會隨著種種原因而變動。此原因，例如為熱膨脹收縮的差異、供驅動冷卻頭20的空壓機123(圖1)導致的振動、線圈部10，與藉由線圈部10施加磁場的試樣之磁性相互作用等。起因於此變動會增加由線圈部10往冷卻頭20施加的荷重。冷卻頭20可以承受的荷重，例如可達100(N)程度。
    線圈部10，與被安裝於傳熱板群31的線圈部10的部分，具有傳熱板與餅形線圈交互層積的構成。傳熱板31a，於線圈部10的兩端，被安裝於雙餅線圈11a及11m之分別的位置。傳熱板31b，被安裝於雙餅線圈11a與11b之間，以及雙餅線圈11m及111之間之分別的位置。傳熱板31c，被安裝於雙餅線圈11b與11c之間，以及雙餅線圈111及11k之間之分別的位置。傳熱板31d，被安裝於雙餅線圈11c與11d之間，以及雙餅線圈11k及11j之間之分別的位置。傳熱板31e，被安裝於雙餅線圈11e與11f之間，以及雙餅線圈11j及11i之間，以及雙餅線圈11f及11g之間之分別的位置。
    換句話說，傳熱板31a~31e依此順序被安裝於線圈部10之更接近端部的位置。此外，傳熱板31a~31e之各個被安裝於線圈部10之相互遠離的位置。
    傳熱板31a~31e的材料，以熱傳導率及可撓性大的材料為佳，例如可用鋁(Al)或銅(Cu)。Al(或Cu)的純度以99.9%以上為佳。
    傳熱板31a~31e以可延伸至固定具32的方式具有折曲部FD亦可。
    固定具32，具有構件32a及32b，與螺絲34a及34b。螺絲34a，係以可調整構件32a及32b之間的間隙的方式設置。構件32a及32b之間的間隙夾著傳熱板群31，而且藉由轉緊螺絲34a，使傳熱板群31被把持於固定具32。亦即，傳熱板31a~31e共同為固定具32所把持。螺絲34b，以可使構件32a及32b之各個鎖緊冷卻頭20的端部21的側面SD的方式設置。藉此，固定具32被安裝於冷卻頭20的端部21。
    參照圖4及圖5，雙餅線圈11a，具有相互被層積的餅形線圈12a及12b。餅形線圈12a之超導線14之捲繞方向Wa，與餅形線圈12b之超導線14的捲繞方向Wb互為逆向。位於餅形線圈12a的內周側的超導線14的端部ECi，與位於餅形線圈12b的內周側的超導線的端部ECi，相互導電連接。藉此，位於餅形線圈12a的外周側的超導線14的端部ECo，與位於餅形線圈12b的外周側的超導線14的端部ECo之間，餅形線圈12a及12b相互被串聯連接。
    雙餅線圈11b~11m之各個也具有與雙餅線圈11a同樣的構成。雙餅線圈11a~11m之中相互相鄰者之各個的端部ECo相互被導電連接。藉此，雙餅線圈11a~11m相互被串聯連接。
    參照圖6，超導線14，具有厚度方向At之尺寸之厚度Dt，與軸方向Aa之尺寸之寬幅Dw，而延伸於延伸方向Ae。寬幅Dw比厚度Dt更大，從而超導線14具有寬幅Dw之帶狀面SF。超導線14，具有越對帶狀面SF施加垂直的磁場(垂直磁場)時交流損失越增大的特性。
    例如，厚度Dt為0.2mm程度，寬幅Dw為4mm程度。此外，例如超導線14，具有延伸於延伸方向的Bi系超導體，以及覆蓋此超導體的保護套(sheath)。保護套，例如由銀或銀合金來形成。
    參照圖7，冷卻頭20的端部21具有端面BM及包圍端面BM的側面SD。冷卻頭20，例如具有圓筒形狀。
    參照圖8，傳熱板31a，亦可為具有厚度T31a的層積板，較佳者為具有相同厚度的單層板11被層積而形成。或者是傳熱板31a亦可為具有厚度T31a的單層板。傳熱板31b~31d(圖2)之各個也同樣。傳熱板31a~31d之各個的厚度，越接近線圈部10的端部(圖2之上端或下端)越大。作為傳熱板31a~31d使用層積板的場合，傳熱板31a~31d的厚度，例如可以藉由構成各層積板的單層板11的數目來進行調整。在此場合，傳熱板31a~31d之各個的層積數，為越接近線圈部10的端部越大。
    各單層板11的厚度，為了確保充分的可撓性，較佳者為1mm以下，更佳者為0.5mm以下。
    參照圖9，傳熱板31e，為具有比前述厚度T31a更小的厚度T31e之單層板。較佳者為傳熱板31e，如圖9瑣事，由單獨的單層板11所構成。
    參照圖10，替代前述的傳熱板31a(圖3)，而使用插入了為了抑制渦流損失之絕緣部41及42的傳熱板31aV亦可。絕緣部41，沿著線圈部10的直徑方向被插入形成於傳熱板31aV的狹縫。絕緣部42，沿著線圈部10的圓周方向被插入形成於傳熱板31aV的狹縫。絕緣部41及42的材料，例如為玻璃纖維強化塑膠(GFRP)。
    根據本實施型態，傳熱板群31，具有第1傳熱板，及比此第1傳熱板更薄的第2傳熱板。例如傳熱板31a為第1傳熱板的話，傳熱板31b~31e之各個對應於第2傳熱板。或者是傳熱板31b為第1傳熱板的話，傳熱板31c~31e之各個對應於第2傳熱板。藉由使第1傳熱板比第2傳熱板更厚，可以減少第1傳熱板的熱阻。藉此可以有效率地藉由冷卻頭除去在線圈部10產生的熱。此外，藉由使第2傳熱板較薄使其可撓性變大，可以中介著第2傳熱板減少冷卻頭由線圈部10所受到的荷重。藉此，可以防止由線圈部10施加的荷重導致冷卻頭20的故障。如以上所述，可以防止冷卻頭20的故障同時提高冷卻效率。
    此外，在接近於線圈部10的端部的位置，安裝著藉由使厚度較厚厚減少熱阻的第1傳熱板。藉此，可以藉由熱阻比較小的第1傳熱板，由起因於垂直磁場之發熱容易變多的線圈部10的端部有效率地除去熱。
    第1傳熱板亦可藉由複數單層板被層積而形成。藉此，與第1傳熱板藉由1個單層板來構成的場合相比，第1傳熱板的可撓性變大，所以可以減少透過第1傳熱板之冷卻頭20所受到的來自線圈部10的荷重。從而，可以防止由線圈部10施加的荷重導致冷卻頭20的故障。
    此外，固定具32，被安裝於冷卻頭20，且共同把持著傳熱板31a~31e。藉此，可以使傳熱板31a~31e之往冷卻頭20之連接，成為抑制熱阻同時為簡單的構造。
    此外，固定具32與冷卻頭20的側面SD接觸。藉此，可以更有效地利用冷卻頭20的端部21，可以提高冷卻效率。 實施例1
    發明人模擬了在構成線圈部10的雙餅線圈11a~11m之各個所發生的熱量。此外，還模擬了雙餅線圈11a~11m之各個，與被安裝於冷卻頭20的固定具32之間的溫度差。此溫度差較大的雙餅線圈，變得更高溫。又，雙餅線圈11a~11m的溫度，使用傳熱板群31引出之側(圖2之線圈部10的右側面)之值。
    傳熱板群31(圖2)，使用厚度0.5mm的Al板。作為傳熱板31a~31d，使用藉由層積Al板而形成的層積板。傳熱板31a至31d之分別的層積數為7、5、3及2。作為傳熱板31e，使用Al板之單層板。作為Al板的材料使用純度99.999%之鋁。於線圈部10及固定具32之間，傳熱板31a~31e之各個的寬幅(圖10之縱方向的尺寸)為50mm，長度(圖10之橫方向的尺寸)為200mm。
    模擬結果如下所示。
    雙餅線圈11a~11m，越接近線圈部10的端部(於表1為越接近最上一行或者最下一行)熱量變得越大。其理由因該是可由圖2之磁束方向可知，起因於越接近線圈部10的端部垂直磁場就變得越大所致。
    雙餅線圈11a~11e之各個的溫度差大約為10(K)程度，沒有很大的差異。總之，雙餅線圈11a~11e之各個的熱量即使有很大的差異，也可以抑制雙餅線圈11a~11e之間的溫度差。
    此外也進行了前述傳熱板群31與固定具32之各個的熱阻的模擬。固定具32(圖2)之中於把持傳熱群31的部分，構件32a及32b之各個，具有厚度42mm及長度50mm的尺寸。此外，固定具32的材料為銅。結果，傳熱板群31的熱阻為0.055(K/W)，固定具32的熱阻為0.005(K/W)。亦即，可以使固定具32導致的熱阻充分地小。 實施例2
    本例模擬了線圈部10與冷卻頭20之間的距離變動1mm的場合對冷卻頭20施加的荷重。本模擬是為了調查於傳熱板群31使用層積板的影響，所以於各模擬條件傳熱板31a~31e之各個具有同樣的構成。
    此外，本模擬作為傳熱板群31，除了使用前述之鋁板的場合以外，也進行了使用銅板的模擬。層積數的條件有三。第1條件為層積數6，對應於有6個厚度0.5mm的單層板之層積板。第2條件為層積數3，對應於有3個厚度1.0mm的單層板之層積板。第3條件為層積數1，對應於厚度3.0mm的單層板。結果顯示如下。
    由結果可知，藉由確保各傳熱板的全體厚度(在此場合維持於厚度3mm)，同時增加層積數，可以使對冷卻頭20施加的荷重減少。
    以上詳細說明了本發明，但此說明僅為例示，並不用來限定本發明的範圍，本發明的範圍應由申請專利範圍之解釋而限制。
    10‧‧‧線圈部
    11a~11m‧‧‧雙餅線圈(Double-pancake Coils)
    11‧‧‧單層板
    12a，12b‧‧‧餅形線圈(Pancake Coil)
    14‧‧‧超導線
    20‧‧‧冷卻頭
    21‧‧‧端部
    22‧‧‧接續部
    30‧‧‧傳熱部
    31‧‧‧傳熱板群
    31a~31e，31aV‧‧‧傳熱板
    32‧‧‧固定具
    32a，32b‧‧‧構件
    41、42‧‧‧絕緣部
    81‧‧‧芯部
    91‧‧‧超導線圈
    100‧‧‧超導磁石
    111‧‧‧絕熱容器
    121‧‧‧冷卻裝置
    123‧‧‧空壓機
    132‧‧‧電源
    BM‧‧‧端面
    FD‧‧‧折曲部
    SC‧‧‧磁場施加區域
    SD‧‧‧側面
    SF‧‧‧帶狀面
    圖1係概略顯示本發明之一實施型態之超導磁石的構成之剖面圖。
    圖2係概略顯示圖1之超導磁石具有的超導線圈的構成之圖，係圖3之沿著線II-II之剖面圖。
    圖3係概略顯示圖2的超導線圈的構成之俯視圖。
    圖4係概略顯示圖2的超導線圈具有的雙餅線圈(Double-pancake Coils)構成之立體圖。
    圖5為沿著圖4之V-V線之概略剖面圖。
    圖6係概略顯示使用於圖4的雙餅線圈(Double-pancake Coils)的超導導線的構成之部分立體圖。
    圖7係概略顯示圖2的超導線圈具有的冷卻頭的構成之部分立體圖。
    圖8係概略顯示圖2的超導線圈具有的由層積板構成的傳熱板的構成之部分剖面圖。
    圖9係概略顯示圖2的超導線圈具有的由單層板構成的傳熱板的構成之部分剖面圖。
    圖10係概略顯示變形例的超導線圈的構成之俯視圖。
    10‧‧‧線圈部
    11a~11m‧‧‧雙餅線圈(Double-pancake Coils)
    20‧‧‧冷卻頭
    21‧‧‧端部
    22‧‧‧接續部
    30‧‧‧傳熱部
    31‧‧‧傳熱板群
    31a~31e‧‧‧傳熱板
    32‧‧‧固定具
    32a，32b‧‧‧構件
    34a‧‧‧螺絲
    81‧‧‧芯部
    91‧‧‧超導線圈
    BM‧‧‧端面
    FD‧‧‧折曲部
    SD‧‧‧側面
    MF‧‧‧磁束
    权利要求:
    Claims (6)
    [1] 一種超導線圈(91)，其特徵為具備：藉由捲繞超導線(14)而形成的線圈部(10)、供冷卻前述線圈部之冷卻頭(20)、及相互連接前述線圈部及前述冷卻頭之傳熱部(30)；前述傳熱部，包含：在第1位置被安裝於前述線圈部的第1傳熱板(31a)、及在離開前述第1位置的第2位置被安裝於前述線圈部的第2傳熱板(31e)；前述第1傳熱板比前述第2傳熱板更厚。
    [2] 如申請專利範圍第1項之超導線圈，其中前述線圈部具有磁束(MF)通過的端部，前述第1位置比前述第2位置更接近前述端部。
    [3] 如申請專利範圍第1或2項之超導線圈，其中前述第1傳熱板，是藉由層積複數單層板(11)而形成的。
    [4] 如申請專利範圍第1或2項之超導線圈，其中前述傳熱部，具有被安裝於前述冷卻頭且共同把持住前述第1傳熱板及前述第2傳熱板之固定具(32)。
    [5] 如申請專利範圍第4項之超導線圈，其中前述冷卻頭具有可冷卻的端部(21)，前述端部具有端面(BM)及圍繞前述端面的側面(SD)，前述固定具與前述冷卻頭之前述側面接觸。
    [6] 一種超導磁石(100)，其特徵為具備申請專利範圍第1項之超導線圈，及收容前述超導線圈的絕熱容器(111)。
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP2011120133A|JP5708254B2|2011-05-30|2011-05-30|超電導コイルおよび超電導マグネット|
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