專(zhuān)利名稱(chēng)：超導(dǎo)電磁鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超導(dǎo)電磁鐵，特別涉及設(shè)置于超導(dǎo)電磁鐵上的驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)的馬達(dá)的磁屏蔽構(gòu)造。
背景技術(shù)：
作為超導(dǎo)電磁鐵的用途已知例如磁共振成像(MRI)裝置。MRI裝置是計(jì)測(cè)通過(guò)核磁共振(以下稱(chēng)為NMR)現(xiàn)象由氫原子核自旋發(fā)射的電磁波的NMR信號(hào)，并運(yùn)算處理該信號(hào)，從而將被檢測(cè)者體內(nèi)的氫原子核密度分布圖像化的裝置。在計(jì)量NMR信號(hào)時(shí)，需要在放置被檢測(cè)體的觀測(cè)區(qū)域內(nèi)施加強(qiáng)靜磁場(chǎng)(0.2T以上)，并且較高地保持(例如10ppm左右)該靜磁場(chǎng)的磁場(chǎng)均勻度。
在這里，由于氫原子核自旋發(fā)射的NMR信號(hào)的強(qiáng)度與靜磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例，所以為了提高圖像的分辨率需要提高靜磁場(chǎng)強(qiáng)度。特別是要在攝像區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生高磁場(chǎng)(例如1T以上)，需要使用超導(dǎo)線圈的超導(dǎo)電磁鐵。超導(dǎo)線圈需要經(jīng)常保持超低溫，所以容納在例如填充液體氦等制冷劑的線圈容器內(nèi)，將該線圈容器容納在真空容器內(nèi)，以防止來(lái)自外部的熱侵入(專(zhuān)利文獻(xiàn)1美國(guó)專(zhuān)利公報(bào)第6570475號(hào))。
然而，即使進(jìn)行真空絕熱，也不能避免由于輻射的熱侵入。另外，難以避免來(lái)自支撐超導(dǎo)線圈的部件的導(dǎo)熱。這樣，不能避免向容納超導(dǎo)線圈的線圈容器的超低溫系統(tǒng)的輸入熱，所以一般設(shè)置具有超過(guò)輸入熱量的冷凍能力的制冷機(jī)，冷卻線圈容器內(nèi)的制冷劑。作為這種制冷機(jī)已知非專(zhuān)利文獻(xiàn)1(荻原宏康著、“低溫工學(xué)概論”、東京電機(jī)大學(xué)、(1999))所記載的吉福特一麥克馬洪(ギフオ一ド·マクマホン)制冷機(jī)等。吉福特-麥克馬洪制冷機(jī)在汽缸內(nèi)插入移動(dòng)件(デイスプレツサ)劃出膨脹室，利用馬達(dá)使移動(dòng)件進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)而改變膨脹室的體積，通過(guò)絕熱膨脹產(chǎn)生超低溫。而且，可以將包圍膨脹室的汽缸壁作為冷頭插入到線圈容器內(nèi)冷卻制冷劑。
另一方面，若在這樣構(gòu)成的制冷機(jī)的馬達(dá)上作用來(lái)自收容于線圈容器內(nèi)的超導(dǎo)線圈的漏磁場(chǎng)，則由于漏磁場(chǎng)強(qiáng)度而發(fā)生馬達(dá)停止或轉(zhuǎn)矩惡化等問(wèn)題。為了避免這種問(wèn)題，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2(特開(kāi)平6-188466號(hào)公報(bào))中提出了用強(qiáng)磁性材料的平板包圍馬達(dá)，并在連接馬達(dá)和移動(dòng)件的部分上打孔的磁屏蔽構(gòu)造。另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)3(特開(kāi)2004-349477號(hào)公報(bào))中提出了用強(qiáng)磁性材料覆蓋馬達(dá)的一部分，而使進(jìn)入馬達(dá)的磁力線迂回的磁屏蔽構(gòu)造。
另外，在非專(zhuān)利文獻(xiàn)2(R.M.BozorthFerromagnetism、D.van Nostrand、Princeton、NJ、p849、1951)中記載了強(qiáng)磁性材料的形狀和磁力線通過(guò)的難易程度(去磁系數(shù))的關(guān)系。
可是，由于用強(qiáng)磁性材料覆蓋馬達(dá)的一側(cè)部分的專(zhuān)利文獻(xiàn)3的磁屏蔽構(gòu)造，漏磁場(chǎng)從沒(méi)有用強(qiáng)磁性材料覆蓋的部分進(jìn)入，所以利用強(qiáng)磁性材料覆蓋馬達(dá)的大致全體的專(zhuān)利文獻(xiàn)2的磁屏蔽構(gòu)造較好。
但是，即使如專(zhuān)利文獻(xiàn)2那樣用強(qiáng)磁性材料覆蓋馬達(dá)的大致全體的磁屏蔽構(gòu)造，也產(chǎn)生如下問(wèn)題。
(1)在覆蓋馬達(dá)的強(qiáng)磁性材料板上需要貫通馬達(dá)驅(qū)動(dòng)軸或連桿機(jī)構(gòu)等動(dòng)力傳動(dòng)軸的開(kāi)口部，漏磁場(chǎng)從該開(kāi)口部進(jìn)入到馬達(dá)內(nèi)。
(2)若幾乎完全包圍馬達(dá)，則難以進(jìn)行馬達(dá)的維修。
特別是具有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制冷機(jī)一般壽命比超導(dǎo)電磁鐵還短，所以需要制冷機(jī)的更換作業(yè)。在制冷機(jī)上設(shè)置與壓縮制冷劑的壓縮機(jī)連接的連接配管、與馬達(dá)連接的電源電纜等，所以在進(jìn)行制冷機(jī)的更換作業(yè)時(shí)，需要一起拆卸磁屏蔽件和馬達(dá)。
但是，在超導(dǎo)電磁鐵的運(yùn)轉(zhuǎn)中，在覆蓋馬達(dá)的強(qiáng)磁性材料上作用例如大致一噸左右的電磁力，所以難以拆卸磁屏蔽件。一般地，超導(dǎo)電磁鐵最好不去磁而連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，但此時(shí)為了拆卸磁屏蔽件必須對(duì)超導(dǎo)電磁鐵去磁，從而存在導(dǎo)致維修作業(yè)時(shí)間增加的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種可以無(wú)需對(duì)超導(dǎo)電磁鐵去磁而維修制冷機(jī)，并可以保護(hù)驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)的馬達(dá)免受超導(dǎo)電磁鐵的漏磁通的影響的磁屏蔽構(gòu)造。
以下說(shuō)明本發(fā)明的解決技術(shù)問(wèn)題的原理。本發(fā)明基于非專(zhuān)利文獻(xiàn)2所記載的技術(shù)而研究，認(rèn)識(shí)到在沿磁力線的方向延伸配置板狀的強(qiáng)磁性材料的場(chǎng)合，若強(qiáng)磁性材料的延伸方向(磁力線的方向)的長(zhǎng)度相對(duì)板厚長(zhǎng)，則強(qiáng)磁性材料的去磁系數(shù)變小而通過(guò)更多的磁力線。從而明確，若在形成于空間內(nèi)的磁場(chǎng)中配置板狀的強(qiáng)磁性材料，則周?chē)拇帕€也集中在強(qiáng)磁性材料上并透過(guò)，所以能夠降低強(qiáng)磁性材料周?chē)拇艌?chǎng)。
因此，本發(fā)明的超導(dǎo)電磁鐵具備線圈容器，其一起容納超導(dǎo)線圈和制冷劑；真空容器，其包圍該線圈容器而設(shè)置；制冷機(jī)，其設(shè)置在該真空容器的外部并冷卻上述線圈容器內(nèi)的制冷劑；馬達(dá)，其驅(qū)動(dòng)該制冷機(jī)；以及磁屏蔽件，其保護(hù)該馬達(dá)免受上述超導(dǎo)線圈的漏磁通的影響，其特征在于，上述磁屏蔽件具有隔著上述馬達(dá)而相對(duì)配置的一對(duì)強(qiáng)磁性材料板。
即，通過(guò)隔著馬達(dá)而相對(duì)配置一對(duì)強(qiáng)磁性材料板，形成被夾在一對(duì)強(qiáng)磁性材料板之間的開(kāi)口空間。沿磁力線方向延伸的強(qiáng)磁性材料板由于去磁系數(shù)小而磁阻小。由此，馬達(dá)周?chē)穆┐磐ㄍㄟ^(guò)一對(duì)強(qiáng)磁性材料板。其結(jié)果，可以大幅度降低夾在一對(duì)強(qiáng)磁性材料板之間的馬達(dá)周?chē)穆┐磐芏龋瑥亩牌帘务R達(dá)。
另外，將一對(duì)強(qiáng)磁性材料板固定設(shè)置在真空容器的外表面上，也可以使夾在一對(duì)強(qiáng)磁性材料板之間的空間的兩端及上端開(kāi)口，所以可以無(wú)需拆卸磁屏蔽件而容易進(jìn)行制冷機(jī)及馬達(dá)的維修。而且，由于無(wú)需對(duì)超導(dǎo)電磁鐵去磁，所以能夠縮短維修時(shí)間。還有，由于能夠降低馬達(dá)位置的漏磁場(chǎng)，所以不會(huì)損壞決定冷凍性能的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩，能夠發(fā)揮更高的冷凍性能。
本發(fā)明的磁屏蔽件可以設(shè)置封閉一對(duì)強(qiáng)磁性材料板的兩端開(kāi)口的至少一方的強(qiáng)磁性材料板。在這種場(chǎng)合，在封閉兩端開(kāi)口的強(qiáng)磁性材料板上可以設(shè)置適當(dāng)?shù)拈_(kāi)口。再有，可以設(shè)置封閉一對(duì)強(qiáng)磁性材料板的上端部的強(qiáng)磁性材料板。在這些場(chǎng)合，可以將一對(duì)強(qiáng)磁性材料板以外的強(qiáng)磁性材料板的板厚做得較薄。
在上述場(chǎng)合，一對(duì)上述真空容器可以形成為環(huán)形室狀，上述制冷機(jī)設(shè)置在上述真空容器的鉛垂方向上的上側(cè)部分上，通過(guò)往復(fù)移動(dòng)大致鉛垂插入到上述真空容器內(nèi)的活塞而利用上述制冷劑的絕熱膨脹冷卻該制冷劑，上述馬達(dá)構(gòu)成為使馬達(dá)軸水平地與往復(fù)移動(dòng)上述活塞的曲柄機(jī)構(gòu)連接而配置的結(jié)構(gòu)。在這種場(chǎng)合，上述磁屏蔽件可以構(gòu)成為具有在鉛垂方向延伸配置的上述一對(duì)強(qiáng)磁性材料板；以及相對(duì)上述馬達(dá)架設(shè)在與上述活塞相反側(cè)的上述一對(duì)強(qiáng)磁性材料板的側(cè)邊緣上的強(qiáng)磁性材料板。另外，在這種場(chǎng)合，上述磁屏蔽件可以具有以方位角為270°的范圍包圍上述活塞的外周并在上述真空容器的外表面沿鉛垂方向延伸配置的強(qiáng)磁性材料板。
在上述任何一種場(chǎng)合，上述磁屏蔽件都最好設(shè)置為在與上述真空容器的外表面平行的方向上可以移動(dòng)。由此，通過(guò)沿真空容器的外表面向吸引磁力弱的方向移動(dòng)磁屏蔽件，可以使制冷機(jī)及馬達(dá)的全體開(kāi)放，更容易進(jìn)行維修?？傊?，由于能夠與制冷機(jī)獨(dú)立地移動(dòng)磁屏蔽件，所以更換制冷機(jī)時(shí)的作業(yè)變得容易。
在這里，在本發(fā)明的超導(dǎo)電磁鐵中，上述超導(dǎo)線圈具有主線圈和直徑比該主線圈還大且流過(guò)反向電流的屏蔽線圈，此時(shí)，制冷機(jī)的活塞汽缸可以插入到比主線圈的內(nèi)徑靠外側(cè)且比屏蔽線圈的外徑還靠?jī)?nèi)側(cè)的位置上。
本發(fā)明具有以下效果。
根據(jù)本發(fā)明，可以無(wú)需對(duì)超導(dǎo)電磁鐵去磁而維修制冷機(jī)，且可以保護(hù)驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)的馬達(dá)免受超導(dǎo)電磁鐵的漏磁通的影響。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式1的磁屏蔽構(gòu)造的立體圖。
圖2是適用本發(fā)明的超導(dǎo)電磁鐵的一實(shí)施方式的MRI裝置的概要結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明的超導(dǎo)電磁鐵中適用的一實(shí)施方式的冷卻系統(tǒng)的主要部分的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖4是顯露在真空容器的外部的制冷機(jī)頂部的鳥(niǎo)瞰圖。
圖5是說(shuō)明連接移動(dòng)件和馬達(dá)的曲柄機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖6是說(shuō)明由超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)的狀態(tài)的圖。
圖7是用于說(shuō)明作為本發(fā)明的特征的一對(duì)強(qiáng)磁性材料板的屏蔽效果的圖。
圖8是表示由圖7的一對(duì)強(qiáng)磁性材料板形成的開(kāi)口空間內(nèi)的磁場(chǎng)分布的圖。
圖9是本發(fā)明的實(shí)施方式2的磁屏蔽構(gòu)造的立體圖。
圖10是本發(fā)明的實(shí)施方式3的磁屏蔽構(gòu)造的立體圖。
圖11是本發(fā)明的實(shí)施方式4的磁屏蔽構(gòu)造的立體圖。
圖中3-真空容器；11-馬達(dá)；12a-汽缸蓋；21-磁屏蔽件；21a、21b、21c、21e、21f-強(qiáng)磁性材料板；21d-底板；22-螺栓；23、24、25-開(kāi)口空間；26-導(dǎo)軌；27-槽。
具體實(shí)施例方式
以下，使用

本發(fā)明的超導(dǎo)電磁鐵的實(shí)施方式。
實(shí)施方式1圖1表示作為本發(fā)明的特征部分的驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)的馬達(dá)的一實(shí)施方式的磁屏蔽構(gòu)造的立體圖。圖2表示適用本發(fā)明的一實(shí)施方式的超導(dǎo)電磁鐵的MRI裝置的概要結(jié)構(gòu)圖。圖3表示本發(fā)明的超導(dǎo)電磁鐵中適用的冷卻系統(tǒng)的主要部分的剖面結(jié)構(gòu)圖。
如圖2所示，受驗(yàn)者1橫臥在床2上，被搬運(yùn)到上下相對(duì)的一對(duì)真空容器3之間，使其位于與在預(yù)先規(guī)定的觀測(cè)區(qū)域4攝像的區(qū)域一致。這些真空容器3用支柱5連接。圖3是在圖2的線A-A的剖視圖，省略了床2的圖示。在真空容器3內(nèi)部?jī)?chǔ)存有靜磁場(chǎng)發(fā)生源，在觀測(cè)區(qū)域4內(nèi)生成圖示箭頭方向的靜磁場(chǎng)。在真空容器3的內(nèi)部容納有超導(dǎo)主線圈6和為抑制泄漏磁場(chǎng)而流過(guò)與超導(dǎo)主線圈反向的電流的超導(dǎo)屏蔽線圈7，容納有被液體氦等制冷劑充滿的線圈容器8。這些構(gòu)造物相對(duì)軸Z大致軸對(duì)稱(chēng)地配置。而且，真空容器3通常由不銹鋼構(gòu)成。另外，雖然未圖示，但在一對(duì)真空容器3的床2一側(cè)設(shè)有施加用于對(duì)NMR信號(hào)付與被檢測(cè)者的空間位置信息的傾斜磁場(chǎng)的傾斜磁場(chǎng)線圈；以及施加用于引起NMR現(xiàn)象的共振頻率的電磁波的高頻照射線圈。
利用這樣構(gòu)成的MRI裝置，對(duì)受驗(yàn)者1所要求的斷層面攝像并進(jìn)行圖像化。具體地，通過(guò)在由靜磁場(chǎng)發(fā)生源生成于觀測(cè)區(qū)域4內(nèi)的均勻靜磁場(chǎng)上重疊傾斜磁場(chǎng)線圈的傾斜磁場(chǎng)，僅在所要求的斷層區(qū)域(通常為1mm厚的切片面)內(nèi)形成規(guī)定的磁場(chǎng)強(qiáng)度。接著，對(duì)該區(qū)域照射共振頻率的電磁波，僅在切片面上引起NMR現(xiàn)象，接收由氫原子核自旋發(fā)射的NMR信號(hào)而再構(gòu)成圖像。
一般，由氫原子核自旋發(fā)射的電磁波的強(qiáng)度與靜磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例，所以為了提高圖像的分辨率需要提高靜磁場(chǎng)強(qiáng)度，為了在觀測(cè)區(qū)域4內(nèi)形成高磁場(chǎng)(例如1T以上)而使用超導(dǎo)電磁鐵。超導(dǎo)電磁鐵需要平時(shí)保持為超低溫，即使進(jìn)行真空絕熱也未必能避免輻射。而且，也難以避免來(lái)自超導(dǎo)線圈支撐部的傳導(dǎo)，從而會(huì)發(fā)生不少向超低溫系統(tǒng)的輸入熱。因此，通常為了長(zhǎng)時(shí)間保持超低溫，設(shè)置具有超過(guò)輸入熱的冷凍能力的制冷機(jī)。
圖3表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖4表示從真空容器3的外側(cè)看到的吉福特-麥克馬洪制冷機(jī)的鳥(niǎo)瞰圖。圖5表示馬達(dá)和移動(dòng)件的鳥(niǎo)瞰圖。本實(shí)施方式是適用吉福特-麥克馬洪制冷機(jī)的例子。關(guān)于吉福特-麥克馬洪制冷機(jī)，已在上述非專(zhuān)利文獻(xiàn)1中詳細(xì)說(shuō)明。如圖3所示，吉福特-麥克馬洪制冷機(jī)構(gòu)成為在圓筒狀的汽缸12內(nèi)可軸向滑動(dòng)地嵌入安裝作為活塞的移動(dòng)件10，并且在移動(dòng)件10和汽缸12的底部壁之間形成膨脹室9的構(gòu)造。于是，通過(guò)使移動(dòng)件10軸向往復(fù)移動(dòng)而改變膨脹室9，利用絕熱膨脹產(chǎn)生超低溫。移動(dòng)件10用多孔性的蓄冷材料形成，構(gòu)成為兼作儲(chǔ)存流通于內(nèi)部的制冷劑的冷熱的蓄冷器的結(jié)構(gòu)。
另外，如圖4所示，在汽缸12的上部通過(guò)凸緣19氣密地安裝有方形的汽缸蓋12a，在汽缸蓋12a的一面上安裝有馬達(dá)11，在汽缸蓋12a內(nèi)插通馬達(dá)11的旋轉(zhuǎn)軸。如圖5所示，馬達(dá)11的旋轉(zhuǎn)軸通過(guò)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為往復(fù)運(yùn)動(dòng)的曲柄機(jī)構(gòu)17連接在移動(dòng)件10上，通過(guò)馬達(dá)11的旋轉(zhuǎn)而往復(fù)移動(dòng)移動(dòng)件10。作為曲柄機(jī)構(gòu)例如可以使用止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)。另外設(shè)有向汽缸12內(nèi)輸送壓縮氣體的壓縮機(jī)13；連接壓縮機(jī)13和汽缸12的導(dǎo)管14；以及配置在導(dǎo)管14的途中，并與馬達(dá)11同步動(dòng)作的排氣閥15和吸氣閥16。
關(guān)于這樣構(gòu)成的制冷機(jī)的動(dòng)作，說(shuō)明從移動(dòng)件10處于下死點(diǎn)的狀態(tài)到生成超低溫的步驟。首先，在移動(dòng)件10處于下死點(diǎn)的場(chǎng)合，即膨脹室9的體積最小時(shí)，排氣閥15關(guān)閉并吸氣閥16打開(kāi)，使利用壓縮機(jī)13壓縮的高壓制冷劑氣體流入到汽缸12內(nèi)。接著，在移動(dòng)件10移動(dòng)到上死點(diǎn)的過(guò)程中，高壓制冷劑氣體通過(guò)兼作蓄冷器的移動(dòng)件10流入到膨脹室9內(nèi)。這時(shí)，與填充在蓄冷器中的蓄冷材料進(jìn)行熱交換而被冷卻。接著，關(guān)閉吸氣閥16并打開(kāi)排氣閥15，則膨脹室9內(nèi)的高壓制冷劑氣體通過(guò)移動(dòng)件10向到壓縮機(jī)13流出。這時(shí)，高壓制冷劑氣體絕熱膨脹，在膨脹室9生成超低溫。由此，可以將劃出膨脹室9的汽缸蓋12a的底部作為冷頭18，液化由于熱侵入而被氣化的液體氦氣體等制冷劑氣體，從而除去向真空容器內(nèi)的輸入熱。
可是，為了改變膨脹室9的體積需要足夠的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩。為了有效傳遞力，需要在膨脹室9的附近配置馬達(dá)11。另外，在提高熱效率方面也需要靠近配置馬達(dá)11和膨脹室9。但是，在冷頭18的附近存在液體氦等制冷劑的液面，在它附近配置有超導(dǎo)主線圈6和超導(dǎo)屏蔽線圈7。在這種場(chǎng)合，如上所述，由于來(lái)自超導(dǎo)線圈6、7的漏磁場(chǎng)，馬達(dá)11的位置的磁場(chǎng)變高，從而使馬達(dá)11停止或轉(zhuǎn)矩惡化。
例如，在連接馬達(dá)11和冷頭18的方向上有如下部分通過(guò)將馬達(dá)11的驅(qū)動(dòng)力傳遞給作為汽缸活塞的移動(dòng)件10的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；以及來(lái)自移動(dòng)件的壓縮制冷劑氣體通過(guò)的管等。因此，配設(shè)在馬達(dá)11的周?chē)拇牌帘渭枰容^大的開(kāi)口部，漏磁場(chǎng)從這里進(jìn)入到馬達(dá)位置。特別是，制冷機(jī)的汽缸12配置在比超導(dǎo)主線圈6的內(nèi)徑靠外側(cè)且比超導(dǎo)屏蔽線圈7的外徑靠?jī)?nèi)側(cè)的半徑位置上的情況較多。在這種場(chǎng)合，如圖6所示，馬達(dá)位置的磁力線與汽缸12的軸向大致平行。在圖6中省略了制冷機(jī)的圖示，在超導(dǎo)主線圈6上流過(guò)電流使得在觀測(cè)區(qū)域4內(nèi)生成向上的磁場(chǎng)，在超導(dǎo)屏蔽線圈7上流過(guò)其反向電流，形成如圖所示的磁力線20。若該磁力線20進(jìn)入馬達(dá)11，則產(chǎn)生如上所述的問(wèn)題。雖說(shuō)如此，但若幾乎完全包圍馬達(dá)11，則難以進(jìn)行馬達(dá)11的維修。
參照?qǐng)D1說(shuō)明能夠解決這種問(wèn)題的作為本發(fā)明的特征部分的驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)的馬達(dá)的一實(shí)施方式的磁屏蔽構(gòu)造。圖1是從圖4所示的真空容器3的上部的空氣側(cè)看到制冷機(jī)的鳥(niǎo)瞰圖。在馬達(dá)11的周?chē)?，磁屏蔽?1通過(guò)螺栓22固定在一對(duì)形成為環(huán)形室狀的真空容器3的外表面上。即，磁屏蔽件21具有從馬達(dá)軸的側(cè)面?zhèn)雀糁R達(dá)11并在圖6的漏磁通的主方向延伸而相對(duì)配置的一對(duì)強(qiáng)磁性材料板21a、21b，而且，相對(duì)馬達(dá)11在移動(dòng)件相反側(cè)上架設(shè)強(qiáng)磁性材料板21c。在被夾于這些強(qiáng)磁性材料板21a、21b之間的真空容器3的外表面上，形成有未設(shè)置磁性體的區(qū)域，由此在被夾于強(qiáng)磁性材料板21a、21b之間的鉛垂方向上形成有開(kāi)口空間23。汽缸12貫通該開(kāi)口空間23。另外，在一對(duì)強(qiáng)磁性材料板21a、21b的下端，從馬達(dá)11側(cè)看向外側(cè)突出地設(shè)有分別設(shè)置于真空容器3的外表面上的2個(gè)底板21d。該底板21d形成為比一對(duì)強(qiáng)磁性材料板21a、21b的馬達(dá)軸方向的最大長(zhǎng)度還短，與此相應(yīng)，一對(duì)強(qiáng)磁性材料板21a、21b的比馬達(dá)11的下端面還向下的部位形成有切口。而且，按照該切口形狀，在一對(duì)強(qiáng)磁性材料板21a、21b的馬達(dá)11的后方的側(cè)邊緣、即馬達(dá)11的制冷機(jī)相反側(cè)的側(cè)邊緣上，架設(shè)有曲折的強(qiáng)磁性材料板21e。在該強(qiáng)磁性材料板21e的馬達(dá)11的后方、即比曲折的位置還靠上方的位置上設(shè)有開(kāi)口，由此形成被夾在強(qiáng)磁性材料板21a、21b之間的在馬達(dá)軸向延伸的開(kāi)口空間24。另外，在一對(duì)強(qiáng)磁性材料板21a、21b的開(kāi)口空間24的馬達(dá)相反側(cè)的側(cè)邊緣上，沒(méi)有設(shè)置磁性材料板，而形成有開(kāi)口空間25。
由于這樣構(gòu)成，根據(jù)本實(shí)施方式的磁屏蔽件21，通過(guò)以下說(shuō)明的作用，可以有效屏蔽馬達(dá)11。即，由于磁屏蔽件21具有在作為活塞的移動(dòng)件10的往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向上延長(zhǎng)強(qiáng)磁性材料板21a、21b的構(gòu)造，并且強(qiáng)磁性材料板21a、21b的板厚比移動(dòng)件10的往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度還充分小，所以一對(duì)強(qiáng)磁性材料板21a、21b的去磁系數(shù)變小，從而通過(guò)更多的磁力線。由此，與一對(duì)強(qiáng)磁性材料板21a、21b平行的方向的磁力線通過(guò)去磁系數(shù)小的強(qiáng)磁性材料板21a、21b，從而能夠降低向馬達(dá)11位置的漏磁場(chǎng)。
同樣，由于利用形成于馬達(dá)11的后方的強(qiáng)磁性材料板21e上的開(kāi)口和開(kāi)口空間25，在強(qiáng)磁性材料板21a、21b的與馬達(dá)旋轉(zhuǎn)軸平行的方向上也形成有開(kāi)口空間24，由此與馬達(dá)11的旋轉(zhuǎn)軸方向平行的磁力線通過(guò)構(gòu)成開(kāi)口空間24的去磁系數(shù)小的強(qiáng)磁性材料板21a、21b，所以能夠降低向馬達(dá)11位置的漏磁場(chǎng)。而且，利用該開(kāi)口空間24，可以容易敷設(shè)通向壓縮機(jī)13的導(dǎo)管14和未圖示的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用電源電纜等。
另外，最好在真空容器3的外表面上配置多個(gè)導(dǎo)軌26，在磁屏蔽件21的底板21d上設(shè)置與導(dǎo)軌26配合的槽27，以使磁屏蔽件21向圖示箭頭28的方向移動(dòng)。由此，通過(guò)拆卸螺栓22，并使磁屏蔽件21沿導(dǎo)軌26移動(dòng)，可以將制冷機(jī)及馬達(dá)的全體引出到磁屏蔽件21的外部，所以維修變得容易。即，作用于磁屏蔽件21的電磁力與磁場(chǎng)強(qiáng)度的空間斜率成比例，所以在真空容器3的面上移動(dòng)的方向電磁力比從超導(dǎo)主線圈6或超導(dǎo)屏蔽線圈7離開(kāi)的方向、即遠(yuǎn)離真空容器3的方向還小。從而，若考慮在發(fā)生磁場(chǎng)時(shí)更換制冷機(jī)，則在導(dǎo)軌26上移動(dòng)磁屏蔽件21而取出制冷機(jī)進(jìn)行維修的方法比與磁屏蔽件21一起取出制冷機(jī)的方法，電磁力要小而容易進(jìn)行作業(yè)。另外，由于沒(méi)必要對(duì)超導(dǎo)電磁鐵去磁，所以能夠縮短維修時(shí)間。
再有，若在汽缸12的軸向加長(zhǎng)與制冷機(jī)側(cè)的凸緣19配合的真空容器側(cè)的凸緣29，且在汽缸12的方向進(jìn)一步加長(zhǎng)開(kāi)口空間23，則能夠進(jìn)一步防止來(lái)自開(kāi)口空間23的磁場(chǎng)的侵入。
在這里，說(shuō)明形成開(kāi)口空間23的強(qiáng)磁性材料板21a、21b在移動(dòng)件10的往復(fù)移動(dòng)方向的長(zhǎng)度。圖7表示從馬達(dá)11的旋轉(zhuǎn)軸方向看到強(qiáng)磁性材料板21a、21b的圖。在圖中，馬達(dá)11的下方的空間為開(kāi)口空間23。在沒(méi)有強(qiáng)磁性材料板21a、21b和馬達(dá)11時(shí)漏磁場(chǎng)36如圖所示與紙面平行向上，這時(shí)可以認(rèn)為在強(qiáng)磁性材料板21a、21b的表面上流過(guò)紙面垂直方向的表面磁化電流37。表面磁化電流37在強(qiáng)磁性材料板21a、21b的外表面上從紙面背側(cè)向正側(cè)方向流動(dòng)，或者在內(nèi)表面上從紙面正側(cè)向背側(cè)方向流動(dòng)。由于該表面磁化電流37生成的磁場(chǎng)，馬達(dá)11的下面位置的磁通密度39比漏磁場(chǎng)36還小，所以馬達(dá)11被屏蔽。
接著，求出馬達(dá)11的下面位置的磁通密度39。假設(shè)強(qiáng)磁性材料板21a、21b的內(nèi)面的間隔為2b，外面間隔為2a，從馬達(dá)11的下面到強(qiáng)磁性材料板21a、21b的下端的距離為h，則在馬達(dá)11的下面位置的磁通密度39用公式1表示。在這里，假設(shè)漏磁場(chǎng)36為Bext(T)，真空導(dǎo)磁率為μ0(H/m)，飽和磁化為Bs(T)。
公式1B=Bext+2μ02pBsμ0∫0h(aa2+z2-bb2+z2)dz]]>在公式1中，假設(shè)表面磁化電流37的紙面垂直方向的長(zhǎng)度為無(wú)限長(zhǎng)，考慮為相當(dāng)于飽和磁化Bs的電流。再有，為了看到比馬達(dá)11靠下側(cè)的強(qiáng)磁性材料板21a、21b的效果，僅考慮了從馬達(dá)11的下面到強(qiáng)磁性材料板21a、21b的下端的距離h之間的表面磁化電流37產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
積分公式1，則得到公式2。在強(qiáng)磁性材料板21a、21b的內(nèi)面間隔2b和外面間隔2a之間存在公式3的關(guān)系。若考慮通過(guò)強(qiáng)磁性材料板21a、21b的外面間隔2a之間的磁通全部通過(guò)強(qiáng)磁性材料板21a、21b，則可以導(dǎo)出該公式。
公式2B=Bext+Bsp(tan-1ha-tan-1hb)]]>公式3b=Bs-BextBsa]]>圖8表示使用公式2和公式3得到的距離h和磁通密度39之間的關(guān)系。另外，將計(jì)算中使用的數(shù)值表示在圖8中。縱軸表示馬達(dá)11的下面的磁通密度39，橫軸表示從馬達(dá)11的下面到強(qiáng)磁性材料板21a、21b的下端的距離h。曲線45表示它們的關(guān)系。
如從圖8中可知，若從馬達(dá)11的下面到強(qiáng)磁性材料板21a、21b的下端的距離h與強(qiáng)磁性材料板21a、21b的外面間隔2a的一半a相等，則磁通密度達(dá)到最低點(diǎn)。另外，若從馬達(dá)11的下面到強(qiáng)磁性材料板21a、21b的下端的距離h為強(qiáng)磁性材料板21a、21b的外面間隔2a的1/4～3/2之間，則降低到上述最小值的大約8成。從而可知，從馬達(dá)11的下面到磁屏蔽件下面的距離h為磁屏蔽件的側(cè)板35的外面間隔2a的1/4～3/2左右就足夠。
實(shí)施方式2圖9表示本發(fā)明的磁屏蔽構(gòu)造的其他實(shí)施方式的立體圖。本實(shí)施方式和圖1所示的實(shí)施方式的不同點(diǎn)在于，用強(qiáng)磁性材料板21f堵住磁屏蔽件21的開(kāi)口空間25，以及構(gòu)成為可以利用連接一對(duì)螺栓22的面31將磁屏蔽件21分割為2個(gè)。其他方面與圖1的實(shí)施方式同樣，所以標(biāo)注同樣的附圖標(biāo)記，并省略說(shuō)明。
由于這樣構(gòu)成，本實(shí)施方式的磁屏蔽件21與圖1同樣，具有在移動(dòng)件10的往復(fù)移動(dòng)方向上延長(zhǎng)的開(kāi)口空間23，開(kāi)口空間23由一對(duì)強(qiáng)磁性材料板21a、21b和強(qiáng)磁性材料板21e、21f包圍形成。而且，由于開(kāi)口空間23的長(zhǎng)度與這些強(qiáng)磁性材料板的板厚相比充分長(zhǎng)，所以這些強(qiáng)磁性材料板的去磁系數(shù)變小，而通過(guò)更多的磁力線。由此，能夠充分降低向馬達(dá)11位置的漏磁場(chǎng)。
另外，由于設(shè)有開(kāi)口空間24，所以與圖1的實(shí)施方式同樣，可以容易敷設(shè)通向壓縮機(jī)的導(dǎo)管14和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用電源電纜等。
而且，根據(jù)本實(shí)施方式，可以將磁屏蔽件21以面31為界分離為2個(gè)，所以通過(guò)拆卸螺栓22，沿導(dǎo)軌26將磁屏蔽件21分割為2個(gè)，可以將制冷機(jī)及馬達(dá)的全體引出到磁屏蔽件21的外部，所以維修變得容易。
實(shí)施方式3圖10表示本發(fā)明的磁屏蔽構(gòu)造的其他實(shí)施方式的立體圖。本實(shí)施方式和圖1所示的實(shí)施方式的不同點(diǎn)在于，架在磁屏蔽件21的強(qiáng)磁性材料板21a、21b的上端并堵住開(kāi)口空間23的上方而設(shè)置的強(qiáng)磁性材料板21c的板厚比其他強(qiáng)磁性材料板的板厚還薄。其他方面與圖1的實(shí)施方式同樣，所以標(biāo)注同樣的附圖標(biāo)記并省略說(shuō)明。
即使這樣構(gòu)成，在強(qiáng)磁性材料板21c上的磁力線也鉛垂向上，所以強(qiáng)磁性材料板21c的較寬的面和磁力線大致垂直。從而，如非專(zhuān)利文獻(xiàn)2所記載，強(qiáng)磁性材料板21c的去磁系數(shù)變大。其結(jié)果，強(qiáng)磁性材料板21c的磁性體的效果變小，所以雖然薄但也能得到與圖1的實(shí)施方式同等的效果。
另外，本實(shí)施方式也可以與圖9的實(shí)施方式組合。即，即使將磁屏蔽件21的強(qiáng)磁性材料板21c的板厚做薄，去磁系數(shù)也非常大，所以由于磁力線通該部分，從而能夠得到與圖9的實(shí)施方式同等的效果。
實(shí)施方式4圖11表示本發(fā)明的磁屏蔽構(gòu)造的其他實(shí)施方式的立體圖。本實(shí)施方式和圖1所示的實(shí)施方式的不同點(diǎn)在于，將磁屏蔽件21做成僅有一對(duì)強(qiáng)磁性材料板21a、21b。其他方面與圖1的實(shí)施方式同樣，所以標(biāo)注同樣的附圖標(biāo)記并省略說(shuō)明。
本實(shí)施方式進(jìn)一步增強(qiáng)在圖8的實(shí)施方式中說(shuō)明的強(qiáng)磁性材料板21c的板厚做薄的效果，在除去強(qiáng)磁性材料板21c的同時(shí)除去強(qiáng)磁性材料板21e。即，在一對(duì)強(qiáng)磁性材料板21a、21b的位置的磁力線與強(qiáng)磁性材料板21a、21b的較寬的面平行，所以能夠減小這些強(qiáng)磁性材料板的去磁系數(shù)。其結(jié)果，可以充分引入馬達(dá)11位置的磁力線，得到與實(shí)施方式1～3同等的效果。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)電磁鐵，具備線圈容器，其同時(shí)容納超導(dǎo)線圈和制冷劑；真空容器，其包圍該線圈容器而設(shè)置；制冷機(jī)，其設(shè)置在該真空容器的外部并冷卻上述線圈容器內(nèi)的制冷劑；馬達(dá)，其驅(qū)動(dòng)該制冷機(jī)；以及磁屏蔽件，其保護(hù)該馬達(dá)免受上述超導(dǎo)線圈的漏磁通的影響，上述磁屏蔽件具有隔著上述馬達(dá)相對(duì)設(shè)置的一對(duì)強(qiáng)磁性材料板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)電磁鐵，其特征在于，上述真空容器形成為一對(duì)環(huán)形室狀，上述制冷機(jī)設(shè)置在上述真空容器的鉛垂方向上的上側(cè)部分上，通過(guò)往復(fù)移動(dòng)大致鉛垂地插入到上述真空容器內(nèi)的活塞，利用上述制冷劑的絕熱膨脹冷卻該制冷劑，上述馬達(dá)配置成使馬達(dá)軸水平且與往復(fù)移動(dòng)上述活塞的曲柄機(jī)構(gòu)連接，上述一對(duì)強(qiáng)磁性材料板配置成在鉛垂方向延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超導(dǎo)電磁鐵，其特征在于，上述磁屏蔽件具有相對(duì)上述馬達(dá)架設(shè)在與上述活塞相反側(cè)的上述一對(duì)強(qiáng)磁性材料板的側(cè)邊緣上的強(qiáng)磁性材料板。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超導(dǎo)電磁鐵，其特征在于，上述磁屏蔽件具有相對(duì)上述馬達(dá)架設(shè)在上述活塞側(cè)的上述一對(duì)強(qiáng)磁性材料板的側(cè)邊緣上的強(qiáng)磁性材料板。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超導(dǎo)電磁鐵，其特征在于，上述磁屏蔽件的除了上述一對(duì)強(qiáng)磁性材料板以外的其他強(qiáng)磁性材料板的板厚比上述一對(duì)強(qiáng)磁性材料板的板厚還薄。
6.一種超導(dǎo)電磁鐵，具備線圈容器，其同時(shí)容納超導(dǎo)線圈和制冷劑；真空容器，其包圍該線圈容器而設(shè)置；制冷機(jī)，其設(shè)置在該真空容器的外部并冷卻上述線圈容器內(nèi)的制冷劑；馬達(dá)，其驅(qū)動(dòng)該制冷機(jī)；以及磁屏蔽件，其保護(hù)該馬達(dá)免受上述超導(dǎo)線圈的漏磁通的影響，上述制冷機(jī)設(shè)置在上述真空容器的外表面上，具有大致鉛垂地插入到上述真空容器內(nèi)的活塞，由上述馬達(dá)往復(fù)移動(dòng)該活塞，利用上述制冷劑的絕熱膨脹冷卻該制冷劑，上述磁屏蔽件具有以方位角為270°的范圍包圍上述活塞的外周并在上述真空容器的外表面上沿鉛垂方向延伸配置的強(qiáng)磁性材料板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)電磁鐵，其特征在于，上述磁屏蔽件設(shè)置成在與上述真空容器的外表面平行的方向上可以移動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超導(dǎo)電磁鐵，其特征在于，上述超導(dǎo)線圈具有主線圈和直徑比該主線圈還大且流過(guò)反向電流的屏蔽線圈，上述活塞插入在比上述主線圈的內(nèi)徑還靠外側(cè)且比上述屏蔽線圈的外徑還靠?jī)?nèi)側(cè)的位置上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超導(dǎo)電磁鐵，可以不用對(duì)超導(dǎo)電磁鐵去磁而維修制冷機(jī)，并可以保護(hù)驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)的馬達(dá)免受超導(dǎo)電磁鐵的漏磁通的影響。本發(fā)明的超導(dǎo)電磁鐵具備保護(hù)馬達(dá)(11)免受超導(dǎo)線圈的漏磁通的影響的磁屏蔽件(21)，上述馬達(dá)(11)用于驅(qū)動(dòng)冷卻同時(shí)容納超導(dǎo)線圈和制冷劑的線圈容器內(nèi)的制冷劑的制冷機(jī)，磁屏蔽件具有隔著馬達(dá)相對(duì)配置的一對(duì)強(qiáng)磁性材料板(21a、21b)，通過(guò)在一對(duì)強(qiáng)磁性材料板上引入被夾在一對(duì)強(qiáng)磁性材料板之間的開(kāi)口空間的漏磁通，大幅度降低馬達(dá)周?chē)穆┐磐芏榷牌帘务R達(dá)，并且利用由一對(duì)強(qiáng)磁性材料板彎折形成的開(kāi)口空間，使制冷機(jī)及馬達(dá)的維修變得容易。
文檔編號(hào)G01R33/38GK101030470SQ200710001949
公開(kāi)日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2007年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月17日
發(fā)明者中山武, 前野正吾 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所