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公開番号2025047650
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-03
出願番号2023156267
出願日2023-09-21
発明の名称超伝導磁石装置
出願人住友重機械工業株式会社
代理人個人,個人
主分類H01F 6/06 20060101AFI20250326BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】鞍型超伝導コイルのための改善された支持構造を有する超伝導磁石装置を提供する。
【解決手段】超伝導磁石装置10は、ボア18を囲むようにボア18の径方向外側に配置された内周壁12aと、内周壁12aを囲むように内周壁12aの径方向外側に配置された外周壁12bとを備え、内周壁12aと外周壁12bとの間に定まる内部空間14に真空環境を提供するクライオスタット12と、ボア18を挟んで対向する一対の鞍型超伝導コイル20であって、それぞれが真空環境にさらされるように内部空間14に配置された一対の鞍型超伝導コイル20と、内部空間14において一対の鞍型超伝導コイル20の径方向外側に配置され、一対の鞍型超伝導コイル20を支持する支持フレーム30と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ボアを囲むように前記ボアの径方向外側に配置された内周壁と、前記内周壁を囲むように前記内周壁の径方向外側に配置された外周壁とを備え、前記内周壁と前記外周壁との間に定まる内部空間に真空環境を提供するクライオスタットと、
前記ボアを挟んで対向する一対の鞍型超伝導コイルであって、それぞれが前記真空環境にさらされるように前記内部空間に配置された一対の鞍型超伝導コイルと、
前記内部空間において前記一対の鞍型超伝導コイルの径方向外側に配置され、前記一対の鞍型超伝導コイルを支持する支持フレームと、を備えることを特徴とする超伝導磁石装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記一対の鞍型超伝導コイルは、前記内部空間において、前記ボアの径の１．０５倍から１．３２倍の範囲内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の超伝導磁石装置。
【請求項３】
前記一対の鞍型超伝導コイルは、前記ボアに向かって凹に湾曲しており、
前記支持フレームは、前記鞍型超伝導コイルの湾曲に基づく湾曲形状を有する一対のコイルマウントと、前記一対のコイルマウントを連結する一対の直線状の連結ビームとを備えることを特徴とする請求項１に記載の超伝導磁石装置。
【請求項４】
前記一対の直線状の連結ビームは、前記一対のコイルマウントに比べて鉛直方向の寸法が小さいことを特徴とする請求項３に記載の超伝導磁石装置。
【請求項５】
前記一対の直線状の連結ビームは、前記内部空間において、前記ボアの径の１．０５倍から１．３２倍の範囲内に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の超伝導磁石装置。
【請求項６】
前記支持フレームを水平方向に支持する水平荷重支持体をさらに備え、
前記支持フレームは、前記支持フレームの外周面から径方向内側に向かって形成された凹部を有し、前記凹部で前記水平荷重支持体に支持されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の超伝導磁石装置。
【請求項７】
前記支持フレームを鉛直方向に支持する鉛直荷重支持体をさらに備え、
前記支持フレームは、前記支持フレームの外周面から径方向外側に向かって形成されたリブを備え、前記リブで前記鉛直荷重支持体に支持されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の超伝導磁石装置。
【請求項８】
前記鞍型超伝導コイルを径方向外側に向かって前記支持フレームへと押し付けるように前記支持フレームに取り付けられた第１サポートをさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の超伝導磁石装置。
【請求項９】
各鞍型超伝導コイルは、径方向外側を向く第１コイル端面と、径方向内側を向く第２コイル端面と、前記第１コイル端面と前記第２コイル端面をつなぐ２つのコイル側面とを備え、
前記２つのコイル側面で前記鞍型超伝導コイルを挟み込むように前記支持フレームに取り付けられた第２サポートをさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の超伝導磁石装置。
【請求項１０】
前記クライオスタットは、前記一対の鞍型超伝導コイルを冷却する一対の極低温冷凍機を備え、
前記一対の極低温冷凍機の一方が、前記クライオスタットの周方向に前記一対の鞍型超伝導コイルの間であって前記ボアに対して片側で前記クライオスタットに設置され、
前記一対の極低温冷凍機の他方が、前記クライオスタットの周方向に前記一対の鞍型超伝導コイルの間であって前記ボアに対して反対側で前記クライオスタットに設置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の超伝導磁石装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導磁石装置に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
超伝導磁石装置は、ＭＣＺ(Magnetic field applied Czochralski)法による単結晶引き上げ装置の磁場発生源として利用されている。単結晶引き上げ装置は一般に、単結晶引き上げ炉と、これを囲むように配置され、複数の超伝導コイルを収容したクライオスタットとを備える。超伝導コイルには典型的に、鞍型コイルまたは丸形コイルが用いられる。超伝導コイルが発生させる強力な磁場によって、引き上げ炉内の融液中の熱対流を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００８－２８１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超伝導コイルとして鞍型コイルを用いた単結晶引き上げ装置のある既存の設計では、鞍型コイルの製造のために使用されたコイルの巻芯がそのまま鞍型コイルの支持構造として利用される。鞍型コイルは巻芯とともにクライオスタットに収められる。鞍型コイルは巻芯の外側に巻き付けられている一方で、超伝導コイルによって磁場を印加すべき単結晶引き上げ炉はクライオスタットの内側、すなわち巻芯の内側に配置される。つまり、巻芯が磁場の印加場所と鞍型超伝導コイルとの間に置かれている。このような構成では、鞍型超伝導コイルは、巻芯が占めるスペースの分だけ、磁場印加場所から遠くに配置されることになる。ビオサバールの法則によれば、コイルが発生する磁場は距離の－３乗に比例する。そのため、コイルが磁場印加場所から離れると、その距離がわずかであっても、磁場を同じ大きさで発生させるために必要となるコイルの起磁力は顕著に増加されうる。これは、必要な超伝導線材の増加をもたらし、ひいては、望ましくないことに、超伝導磁石装置の製造コストの増加をもたらしうる。
【０００５】
また、単結晶引き上げ装置では、漏洩磁場を低減するために、クライオスタットの外周を取り囲むように磁気シールドが設置されていることが多い。超伝導コイルには、磁場発生時に、相応の強力な電磁力が、磁気シールドに向かう方向、すなわち径方向外向きに働くことになる。この電磁力は、上述のように鞍型超伝導コイルの支持構造として巻芯を用いる構成では、超伝導コイルを巻芯から引き離すように働く。これを避けるべく、超伝導コイルを巻芯に押し付けるために、構造部材の追加や支持構造の強化が必要となり得る。これに起因する重量増加や大型化もやはり、超伝導磁石装置の製造コストの増加をもたらしうる。
【０００６】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、鞍型超伝導コイルのための改善された支持構造を有する超伝導磁石装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様によると、超伝導磁石装置は、ボアを囲むようにボアの径方向外側に配置された内周壁と、内周壁を囲むように内周壁の径方向外側に配置された外周壁とを備え、内周壁と外周壁との間に定まる内部空間に真空環境を提供するクライオスタットと、ボアを挟んで対向する一対の鞍型超伝導コイルであって、それぞれが真空環境にさらされるように内部空間に配置された一対の鞍型超伝導コイルと、内部空間において一対の鞍型超伝導コイルの径方向外側に配置され、一対の鞍型超伝導コイルを支持する支持フレームと、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、鞍型超伝導コイルのための改善された支持構造を有する超伝導磁石装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施の形態に係り、超伝導磁石装置を搭載した単結晶引き上げ装置を模式的に示す断面図である。
実施の形態に係り、超伝導磁石装置を搭載した単結晶引き上げ装置を模式的に示す断面図である。
実施の形態に係り、超伝導磁石装置の外観を模式的に示す斜視図である。
実施の形態に係り、超伝導磁石装置における超伝導コイル配置を模式的に示す斜視図である。
実施の形態に係り、超伝導磁石装置を模式的に示す断面図である。
実施の形態に係り、径方向内側から見た鞍型超伝導コイルおよび支持フレームの展開図の一部を示す模式図である。
実施の形態に係り、径方向外側から見た支持フレームを模式的に示す正面図である。
実施の形態に係り、超伝導磁石装置における超伝導コイル配置の他の例を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。説明および図面において同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施の形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
（【００１１】以降は省略されています）

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