JP2000353615A

JP2000353615A - 超電導コイル及び超電導線の補強構造

Info

Publication number: JP2000353615A
Application number: JP16437799A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Sugizaki; 良之杉崎
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2000-12-19

Abstract

(57)【要約】【課題】超電導コイルの使用開始時の冷却による超電
導線の断線を防止する安価な補強構造を提供し、もって
超電導コイルの価格を低減する。【解決手段】超電導線３６１の先端から巻枠に巻きま
わされた部分にかけて、この超電導線に沿うように補強
線材１１を配置する。そして、超電導線と補強線材と
を、ハンダ１３を用いて互いに固定する。ハンダ１３
は、超電導線を電極３７に固定する働きもする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超電導コイルに関
し、とくにコイル巻枠に巻きまわされた超電導線の補強
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】超電導コイルは、例えば、図２に示すよ
うな冷凍機伝導冷却型超電導マグネット装置２０に利用
される。詳述すると、図２の冷凍機伝導冷却型超電導マ
グネット装置は、真空容器２１の天板２２に蓄冷式２段
冷凍機２３が設置され、その第２段冷却ステージ２４に
超電導マグネット２５が取り付けられている。この超電
導マグネット２５に、超電導コイルが利用されている。

【０００３】なお、図２の冷凍機伝導冷却型超電導マグ
ネット装置の第１段冷却ステージ２６には、蔽蓋２７が
取り付けられ、さらにこの蔽蓋２７に、超電導マグネッ
ト２５等を収容するコップ形状の熱シールド板２８が取
り付けられている。また、この冷凍機伝導冷却型超電導
マグネット装置には、超電導コイルへの通電を行うため
に、電源２９と超電導コイルとの間を接続するための、
常電導電流リード３０、及び酸化物超電導電流リード３
１が設けられている。

【０００４】従来の超電導コイルは、図３に示すよう
に、コイル巻枠３５と、コイル３６と、一対の電極３７
とを有している。

【０００５】コイル巻枠３５は、例えばステンレス（Ｓ
ＵＳ３０４）製で、円筒状の巻胴３５１と、巻胴の上端
及び下端に設けられた鍔板３５２，３５３とを有してい
る。巻胴３５１には、絶縁材であるマイカ板３８を介し
て超電導線３６１が巻きまわされ、コイル３６を形成し
ている。超電導線３６１は、例えば、Ｎｂ₃Ｓｎ線材等
であって、特開平５−３１５１２７号公報に記載されて
いるように、原料線材を熱処理した後、真空含浸法と呼
ばれる方法で、線材に樹脂等を含浸させることにより得
られる。また、上側の鍔板３５２には、例えば無酸素銅
製の電極３７が固定されている。また、鍔板３５２に
は、図４に示すように、超電導線３６１の両端を巻胴側
から電極側（巻胴の軸方向外側）に引き出すための切り
欠き４１が形成されている。超電導線３６１の両端（巻
始及び巻終）は、切り欠き４１を通して、鍔板３５２の
上面側に引き出され、ハンダ４２等を用いて電極３７に
接続固定される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】超電導コイルは、極低
温、例えば４Ｋにまで冷却された状態で使用される。即
ち、超電導線材は、使用時に常温から極低温にまで冷却
される。このとき、超電導コイルの各部には、それぞれ
の材質に依存する熱収縮率（熱膨張率）に応じた熱収縮
が生じる。

【０００７】超電導線は、コイル巻枠に巻きまわされた
部分で、重なり合う線材同士あるいは隣り合う線材同士
で電気的に短絡することがないよう、その表面に絶縁被
覆、例えばガラス繊維被覆、が形成されている。このガ
ラス繊維被覆は、冷却による熱収縮がほとんど無いの
で、冷却時に発生する超電導線の熱収縮を妨げ、超電導
線に発生するひずみを抑制する。

【０００８】ところが、超電導線の両端部では、電極へ
接続固定するためにガラス繊維被覆が除去されている。
従って、この部分では、冷却時に大きなひずみが発生す
る（特に、長さ方向に縮む）。その結果、図５に示すよ
うに、超電導線のハンダ付けされた部分とそれ以外の部
分との境界５１や、超電導線の湾曲開始部分５２に大き
な力が掛かり断線することがある。

【０００９】このように、従来の超電導コイルには、冷
却時に超電導線が断線してしまうことがあるという問題
点がある。

【００１０】また、超電導コイルの製造コストは非常に
高く、断線が生じた超電導コイルについて補償を行うた
めには、その補償に要する費用を製品価格に上乗せせざ
るを得ず、超電導コイルの価格が高くなるという問題点
もある。

【００１１】本発明は、使用開始時の冷却による超電導
線の断線を防止する安価な補強構造を提供し、もって超
電導コイルの価格を低減することを目的とする。

【００１２】なお、超電導線の補強を行った超電導コイ
ルとして、特開平９−２８９１１２号公報に記載された
ものがあるが、この超電導コイルは、超電導線の構造を
変更し、それ自体の補強を行うもので、構成が非常に複
雑で作製が困難である。また、この公報には、温度変化
による収縮によって断線が生じるという問題点について
全く記載されていない。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、巻胴と
該巻胴の両端に固定された一対の鍔板とを有するコイル
巻枠と、前記一対の鍔板の一方に、前記巻胴の軸方向外
側に向けて固定された一対の電極と、前記巻胴に巻きま
わされ、その両端が前記一対の電極に接続固定される超
電導線とを備えた超電導コイルにおいて、前記超電導線
の両端近傍に、それぞれ補強用線材を並置し、前記超電
導線と前記補強用線材とを互いに固定するようにしたこ
とを特徴とする超電導コイルが得られる。

【００１４】具体的には、前記超電導線が、前記電極に
固定されている部分と前記巻胴に巻きまわされた部分と
の間に湾曲部を有する場合に、当該湾曲部を補強するた
めに前記補強用線材が前記電極に固定された部分から前
記巻線に巻きまわされた部分にかけて設けられている。

【００１５】また、前記超電導線と前記補強用線材との
相互固定は、ハンダを用いて行なわれ、当該ハンダが、
前記基超電導線を前記電極へ接続固定するためにも利用
される。

【００１６】あるいは、前記超電導線と前記補強用線材
との相互固定は、前記超電導線を前記電極へ接続固定す
るためのハンダと、前記電極に固定された部分以外の部
分で前記超電導線と前記補強用線材とを互いに固定する
接着剤とにより行なわれる。

【００１７】前記補強用線材としては、ＮｂＴｉ、無酸
素銅、又は純アルミニウムからなる線材を使用すること
ができる。

【００１８】また、本発明によれば、実質上２つの固定
個所に固定された超電導線の補強構造において、前記２
つの固定個所間に前記超電導線に沿うように補強線材を
配置し、該補強線材と前記超電導線とを互いに固定する
ようにしたことを特徴とする超電導線の補強構造が得ら
れる。

【００１９】この補強構造は、前記超電導線が前記２つ
の固定個所間に湾曲部を有しているときに特に有効であ
る。

【００２０】前記補強用線材としては、ＮｂＴｉ、無酸
素銅、又は純アルミニウムからなる線材を使用すること
ができる。

【００２１】また、前記補強用線材の前記超電導線への
固定には、ハンダまたは接着剤、あるいは、これらの組
み合わせを使用することができる。

【００２２】前記２つの固定個所のうち少なくとも一方
への前記超電導線の固定と、前記超電導線と前記補強用
線材との固定とは、同一のハンダにより行なうようにし
てもよい。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。

【００２４】図１に本発明の一実施の形態を示す。な
お、本実施の形態による超電導コイルの全体の構成は、
従来と同様（図３参照）なので、ここでは、その説明を
省略する。また、超電導線の巻始の構造は、巻終の構造
と同じなのでその説明を省略する。

【００２５】図１に示すように、この超電導コイルは、
超電導線３６１の巻終側先端周辺に、超電導線３６１に
沿って配置された補強線材１１を有している。補強線材
１１の一端は、超電導線３６１の先端に一致し、他端
は、コイル３６を構成する部分（巻枠に巻きまわされた
部分、湾曲部１２よりも先端から遠い位置）に位置す
る。この補強線材１１の他端は、必ずしも、超電導線３
６１のガラス被覆で覆われた部分（図示せず）にまで達
している必要はなく、先端を電極側に引出すための湾曲
部１２よりも、先端側から遠い位置にあればよい。な
お、超電導線３６１の巻枠に巻きまわされ部分を巻枠に
固定されているものとみなすと、補強線材１１は固定さ
れた２点間に設けられていると考えることもできる。

【００２６】また、超電導線３６１と補強線材１１と
は、互いにハンダ１３により固定されている。このハン
ダ１３は、超電導線３６１を電極３７に固定するハンダ
を兼ねる。また、このハンダ１３は、切り欠き４１から
は分離独立しており、また、巻枠に巻きまわされた超電
導線３６１からも独立している。

【００２７】超電導線３６１としてＮｂ₃Ｓｎからなる
線材を使用する場合、補強線材１１としては、ＮｂＴ
ｉ、無酸素銅、純アルミニウムからなる線材等が使用で
きる。但し、補強線材１１は、超電導線３６１の熱収縮
に抵抗できるものでなければならないので、その熱収縮
率は、超電導線３６１の熱収縮率より小さい必要があ
る。ちなみに、Ｎｂ₃Ｓｎの熱収縮率（２９３Ｋ→４．
２Ｋ）は、０．２２０×１０^-2／Ｋ，であり、ＮｂＴｉ
（２９３Ｋ→４．２Ｋ）の熱収縮率は、０．１８８×１
０^-2／Ｋ，である。なお、補強線材と同等の太さ、ある
いはそれ以下の太さの線材としては、ＮｂＴｉ、無酸素
銅、純アルミニウム製のもののなかでは、ＮｂＴｉ製の
ものが最も入手が容易である。ここで、補強線材とし
て、ＮｂＴｉ線を用いる場合は、ＮｂＴｉ線を、Ｃｕチ
ューブあるいはＡｌチューブに挿入圧延して被覆し、ハ
ンダの施行性を向上させた上で用いるようにしてもよ
い。

【００２８】以上のように、本実施の形態では、超電導
線３６１の先端周辺に補強線材１１を配置し、超電導線
３６１と補強線材１１とを互いに固定するようにしたこ
とで、補強線材１１が、超電導コイルを冷却する際に発
生する超電導線３６１の収縮を妨げ、その切断を防止す
る。

【００２９】なお、上記実施の形態では、補強線材１１
の一端を超電導線３６１の先端に一致させるようにした
が、電極３７に固定できる位置であればよい。また、上
記実施の形態では、補強線材１１の他端をコイル３６を
構成する部分に位置させるようにしたけれども、湾曲部
１２よりも先端から遠い個所であればよい。

【００３０】また、上記実施の形態では、補強線材１１
としては、超電導線３６１と同等の太さ（例えば、直径
１mm）を有する１本の線材を使用した場合について説明
したが、それ以下の直径を有する複数の線材束ねたもの
を使用してもよい。

【００３１】さらに、上記実施の形態では、超電導線３
６１と補強線材１１とを互いに固定するためにハンダ１
３を利用したが、電極３７へ固定する部分をハンダ１３
で固定し、それ以外の部分は、エポキシ系接着剤等を用
いて互いに固定するようにしてもよい。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、超電導コイルの超電導
線の両端近傍に、それぞれ補強用線材を並置し、超電導
線と補強用線材とを互いに固定するようにしたことで、
冷却時に生じる超電導線の切断を防止することができ
る。これにより、不良品に対する補償に要する費用が低
減され、超電導コイルの価格を低下させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による超電導コイルの一
部を示す部分拡大図である。

【図２】超電導コイルが用いられる冷凍機伝導冷却型超
電導マグネット装置の構成を示す図である。

【図３】従来の超電導コイルの構成を示す図である。

【図４】図３の超電導コイルの一部を示す拡大図であ
る。

【図５】従来の超電導コイルの問題点を説明するための
図である。

【符号の説明】

１１補強線材１２湾曲部１３ハンダ２０冷凍機伝導冷却型超電導マグネット装置２１真空容器２２天板２３蓄冷式２段冷凍機２４第２段冷却ステージ２５超電導マグネット２６第１段冷却ステージ２７蔽蓋２８熱シールド板２９電源３０常電導電流リード３１酸化物超電導電流リード３５コイル巻枠３５１巻胴３５２，３５３鍔板３６コイル３６１超電導線３７電極３８マイカ板４１切り欠き４２ハンダ５１境界５２湾曲開始部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】巻胴と該巻胴の両端に固定された一対の
鍔板とを有するコイル巻枠と、前記一対の鍔板の一方
に、前記巻胴の軸方向外側に向けて固定された一対の電
極と、前記巻胴に巻きまわされ、その両端が前記一対の
電極に接続固定される超電導線とを備えた超電導コイル
において、前記超電導線の両端近傍に、それぞれ補強用線材を並置
し、前記超電導線と前記補強用線材とを互いに固定する
ようにしたことを特徴とする超電導コイル。
【請求項２】前記超電導線が、前記電極に固定されて
いる部分と前記巻胴に巻きまわされた部分との間に湾曲
部を有し、当該湾曲部を補強するために前記補強用線材
が前記電極に固定された部分から前記巻線に巻きまわさ
れた部分にかけて設けられていることを特徴とする請求
項１の超電導コイル。
【請求項３】前記超電導線と前記補強用線材との相互
固定が、ハンダを用いて行なわれ、当該ハンダが、前記
基超電導線を前記電極へ接続固定するために利用されて
いることを特徴とする請求項１または２の超電導コイ
ル。
【請求項４】前記超電導線と前記補強用線材との相互
固定が、前記超電導線を前記電極へ接続固定するための
ハンダと、前記電極に固定された部分以外の部分で前記
超電導線と前記補強用線材とを互いに固定する接着剤と
により行なわれることを特徴とする請求項１または２の
超電導コイル。
【請求項５】前記補強用線材が、ＮｂＴｉ、無酸素
銅、又は純アルミニウムからなることを特徴とする請求
項１，２，３、または４の超電導コイル。
【請求項６】実質上２つの固定個所に固定された超電
導線の補強構造において、前記２つの固定個所間に前記
超電導線に沿うように補強線材を配置し、該補強線材と
前記超電導線とを互いに固定するようにしたことを特徴
とする超電導線の補強構造。
【請求項７】前記超電導線が前記２つの固定個所間に
湾曲部を有していることを特徴とする請求項６の超電導
線の補強構造。
【請求項８】前記補強用線材が、ＮｂＴｉ、無酸素
銅、又は純アルミニウムからなることを特徴とする請求
項６または７の超電導線の補強構造。
【請求項９】前記補強用線材の前記超電導線への固定
が、ハンダまたは接着剤、あるいは、これらの組み合わ
せにより行なわれていることを特徴とする請求項６，
７、または８の超電導線の補強構造。
【請求項１０】前記２つの固定個所のうち少なくとも
一方への前記超電導線の固定と、前記超電導線と前記補
強用線材との固定とが、同一のハンダにより行なわれて
いることを特徴とする請求項６，７、または８の超電導
線の補強構造。