JP2001093721A - High-temperature superconducting magnet - Google Patents

High-temperature superconducting magnet

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JP2001093721A
JP2001093721A JP26995599A JP26995599A JP2001093721A JP 2001093721 A JP2001093721 A JP 2001093721A JP 26995599 A JP26995599 A JP 26995599A JP 26995599 A JP26995599 A JP 26995599A JP 2001093721 A JP2001093721 A JP 2001093721A
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temperature superconducting
temperature
wire
conductor
coil
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Michitaka Ono
通隆 小野
Kenji Tazaki
賢司 田崎
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Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-temperature superconducting magnet which has superior mechanical strength and heat conductivity characteristics, and is compact and highly reliable. SOLUTION: A high-temperature superconducting conductor of a pure silver matrix and a high-temperature superconductive conductor of a silver alloy matrix are varied in their use rate, according to use conditions. Consequently, a proper high-temperature superconductor can be actualized, which has mechanical properties and thermal properties that correspond to the use conditions.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の高温超電導
線よりなる超電導導体を巻き回して形成される高温超電
導コイルを有した高温超電導マグネットに関する。
The present invention relates to a high-temperature superconducting magnet having a high-temperature superconducting coil formed by winding a superconducting conductor comprising a plurality of high-temperature superconducting wires.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の高温超電導マグネットシステムに
おいては、高温超電導コイルを形成する高温超電導体と
しては、純銀シースをマトリクス材料としたBi222
3やBi2212線材が広く用いられている。そして、
このような線材では、その超電導特性を向上させるため
にテープ形状の高温超電導線材が開発されている。
2. Description of the Related Art In a conventional high-temperature superconducting magnet system, a Bi222 using a pure silver sheath as a matrix material is used as a high-temperature superconductor forming a high-temperature superconducting coil.
3 and Bi2212 wires are widely used. And
In such a wire, a tape-shaped high-temperature superconducting wire has been developed in order to improve the superconducting properties.

【0003】このテープ線材はテープ面に垂直な磁場に
対してその性能が低いので、高温超電導コイルを設計す
る際には、この垂直磁場を少なくすることが行われてい
る。すなわち、高温超電導コイルの断面内でテープ面に
垂直な磁場が最も強くなる位置に配置される導体の臨界
電流を多くする目的で、導体を構成する線材の枚数を多
くし、ターン数を減らすようにしている。
Since this tape wire has a low performance with respect to a magnetic field perpendicular to the tape surface, the vertical magnetic field is reduced when designing a high-temperature superconducting coil. That is, in order to increase the critical current of the conductor disposed at the position where the magnetic field perpendicular to the tape surface is strongest in the cross section of the HTS coil, the number of wires constituting the conductor is increased and the number of turns is reduced. I have to.

【0004】また、高温超電導線材では、シース材に純
銀が用いられているが、この線材の機械的強度は強いも
のではなく、ステンレス等の補強材とともに用いられる
ことが一般的である。また、高温超電導線の耐歪み性能
や取り扱いを容易にする目的で、合金シース線が開発さ
れているが、合金シース材のヤング率は銀シース材のそ
れに比べそれ程大きいものではない。このため、合金シ
ース材を用いた場合でも電磁力が大きく加わる高温超電
導コイルでは補強材が用いられる。
In high-temperature superconducting wires, pure silver is used for the sheath material. However, the mechanical strength of the wire is not strong, and it is generally used together with a reinforcing material such as stainless steel. In addition, alloy sheathed wires have been developed for the purpose of facilitating distortion resistance and handling of high-temperature superconducting wires, but the Young's modulus of the alloy sheath material is not so large as compared with that of the silver sheath material. For this reason, a reinforcing material is used in a high-temperature superconducting coil to which a large electromagnetic force is applied even when an alloy sheath material is used.

【0005】さらに、合金シース線は純銀シース線に比
べ熱伝導率が低いため、高温超電導コイル内の熱伝導特
性を改善するために、様々な伝熱パスが付加的に設けら
れている。
[0005] Further, since the alloy sheath wire has a lower thermal conductivity than the pure silver sheath wire, various heat transfer paths are additionally provided to improve the heat conduction characteristics in the high-temperature superconducting coil.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
高温超電導マグネットにおいては以下の問題点がある。 (1)高温超電導導体を構成する線材の枚数を負荷率の
高い場所で増やすグレーディングは、結果的に高温超電
導コイルの電流密度を下げることになる。 (2)耐電磁力対策として、合金シース線を用いさらに
補強材を組み込んだ導体構成では、高温超電導コイルの
断面内の熱伝導特性を悪くし、これを補うための付加的
に設けられた伝熱パスは結果として高温超電導コイルの
電流密度を下げることになる。 (3)高温超電導コイルはフロー損失が大きく、特に高
温超電導マグネットでは、通電による発熱(フロー損
失)の増加に伴う高温超電導コイルの温度上昇が、さら
なるフロー損失増加を伴い熱的なバランスがなかなか取
れず、最後にはクエンチする事態が生じることがある。
However, the conventional high-temperature superconducting magnet has the following problems. (1) Grading, in which the number of wires constituting the high-temperature superconducting conductor is increased at a place where the load factor is high, results in lowering the current density of the high-temperature superconducting coil. (2) As a countermeasure against electromagnetic force, in the conductor configuration using an alloy sheath wire and further incorporating a reinforcing material, the heat conduction characteristics in the cross section of the high-temperature superconducting coil are deteriorated, and an additional conductive wire is provided to compensate for this. The heat path results in a reduction in the current density of the HTS coil. (3) The high-temperature superconducting coil has a large flow loss. In particular, in the case of the high-temperature superconducting magnet, the temperature rise of the high-temperature superconducting coil due to an increase in heat generation (flow loss) due to energization is difficult to achieve a thermal balance with a further increase in flow loss. Quench may occur at the end.

【0007】本発明の目的は、機械的強度および伝熱特
性に優れ、コンパクトで信頼性の高い高温超電導マグネ
ットを提供することである。
An object of the present invention is to provide a compact and highly reliable high-temperature superconducting magnet having excellent mechanical strength and heat transfer characteristics.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係わる
高温超電導マグネットは、複数のテープ状の高温超電導
線よりなる超電導導体を巻き回して形成される高温超電
導コイルを有した高温超電導マグネットにおいて、前記
高温超電導コイルは、純銀マトリクスの高温超電導線と
銀合金マトリクスの高温超電導線とが混在した前記超電
導導体を用いて形成されたことを特徴とする。
The high-temperature superconducting magnet according to the present invention is a high-temperature superconducting magnet having a high-temperature superconducting coil formed by winding a superconducting conductor formed of a plurality of tape-shaped high-temperature superconducting wires. The high-temperature superconducting coil is formed using the superconducting conductor in which a high-temperature superconducting wire of a pure silver matrix and a high-temperature superconducting wire of a silver alloy matrix are mixed.

【0009】請求項1の発明に係わる高温超電導マグネ
ットでは、純銀マトリクスの高温超電導線と銀合金マト
リクスの高温超電導線とを、その使用条件に合わせてそ
の使用割合を変える。これにより、機械的性質も熱的性
質も使用条件に応じた適度な高温超電導導体を実現でき
る。
In the high-temperature superconducting magnet according to the first aspect of the present invention, the usage ratio of the high-temperature superconducting wire of the pure silver matrix and the high-temperature superconducting wire of the silver alloy matrix is changed in accordance with the use conditions. As a result, an appropriate high-temperature superconducting conductor having both mechanical and thermal properties according to the use conditions can be realized.

【0010】請求項2の発明に係わる高温超電導マグネ
ットは、請求項1の発明において、前記高温超電導コイ
ルの断面の外周部に位置する前記超電導導体は、内部の
超電導導体に比べ、銀合金マトリクスの高温超電導線の
割合を多くしたことを特徴とする。
In the high-temperature superconducting magnet according to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the superconducting conductor located at the outer peripheral portion of the cross section of the high-temperature superconducting coil is formed of a silver alloy matrix as compared with the inner superconducting conductor. It is characterized in that the ratio of the high-temperature superconducting wire is increased.

【0011】請求項2の発明に係わる高温超電導マグネ
ットでは、高温超電導コイルの断面の外周部に位置する
超電導導体は、内部の超電導導体に比べ、銀合金マトリ
クスの高温超電導線の割合を多くする。これにより、高
温超電導コイルのターン数を減らさずにグレーディリン
グができコイル発熱を抑えられる。
In the high-temperature superconducting magnet according to the second aspect of the present invention, the ratio of the high-temperature superconducting wire of the silver alloy matrix in the superconducting conductor located at the outer peripheral portion of the cross section of the high-temperature superconducting coil is larger than that of the inner superconducting conductor. Thereby, grading can be performed without reducing the number of turns of the high-temperature superconducting coil, and heat generation of the coil can be suppressed.

【0012】請求項3の発明に係わる高温超電導マグネ
ットは、請求項1の発明において、前記超電導導体の端
部に位置する少なくとも1本の線材には、絶縁被覆を施
した銀合金マトリクスの高温超電導線を用いたことを特
徴とする。
The high-temperature superconducting magnet according to a third aspect of the present invention is the high-temperature superconducting magnet according to the first aspect, wherein at least one wire located at the end of the superconducting conductor is made of a silver alloy matrix having an insulating coating. It is characterized by using a line.

【0013】請求項3の発明に係わる高温超電導マグネ
ットでは、超電導導体の端部に位置する絶縁被覆を施し
た銀合金マトリクスの高温超電導線が他の高温超電導線
との絶縁を保つ。従って、付加的な絶縁材料を不要とし
高電流密度のコイルを提供できる。
[0013] In the high-temperature superconducting magnet according to the third aspect of the present invention, the high-temperature superconducting wire of the silver alloy matrix provided with the insulating coating positioned at the end of the superconducting conductor maintains insulation from other high-temperature superconducting wires. Therefore, a coil having a high current density can be provided without requiring an additional insulating material.

【0014】請求項4の発明に係わる高温超電導マグネ
ットは、請求項1の発明において、前記超電導導体の高
温超電導線の少なくとも1本の線材は、高熱伝導材を共
巻きして形成されたことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a high-temperature superconducting magnet according to the first aspect, wherein at least one wire of the high-temperature superconducting wire of the superconducting conductor is formed by co-winding a high heat conducting material. Features.

【0015】請求項4の発明に係わる高温超電導マグネ
ットでは、高熱伝導材が共巻きされた高温超電導線が熱
伝導を促進する。従って、余分な材料を配置することな
く伝熱特性を向上できる。
In the high-temperature superconducting magnet according to the fourth aspect of the present invention, the high-temperature superconducting wire co-wound with the high heat conductive material promotes heat conduction. Therefore, the heat transfer characteristic can be improved without disposing an extra material.

【0016】請求項5の発明に係わる高温超電導マグネ
ットは、請求項4の発明において、前記高熱伝導材は、
アルミナ分散強化鋼であることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a high-temperature superconducting magnet according to the fourth aspect, wherein the high thermal conductive material is
It is characterized by being an alumina dispersion strengthened steel.

【0017】請求項5の発明に係わる高温超電導マグネ
ットでは、アルミナ分散強化鋼により伝熱特性のみなら
ず機械的強度も保持する。
In the high-temperature superconducting magnet according to the fifth aspect of the present invention, not only the heat transfer characteristic but also the mechanical strength is maintained by the alumina dispersion strengthened steel.

【0018】請求項6の発明に係わる高温超電導マグネ
ットは、請求項4の発明において、前記高温超電導コイ
ルが20K以上の温度で使用される場合には、前記高熱
伝導材としてアルミニウムまたはその合金を使用し、前
記高温超電導コイルが35K以上の温度で使用される場
合には銅またはその合金を用いることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the high temperature superconducting magnet according to the fourth aspect, when the high temperature superconducting coil is used at a temperature of 20 K or more, aluminum or an alloy thereof is used as the high thermal conductive material. When the high-temperature superconducting coil is used at a temperature of 35K or more, copper or an alloy thereof is used.

【0019】請求項6の発明に係わる高温超電導マグネ
ットでは、高温超電導コイルの使用温度条件により高熱
伝導材を変える。20K以上の温度ではそれに適したア
ルミニウムまたはその合金を使用し、35K以上の温度
では銅またはその合金を用いる。
In the high-temperature superconducting magnet according to the sixth aspect of the present invention, the high-thermal-conductivity material is changed according to the operating temperature condition of the high-temperature superconducting coil. At a temperature of 20K or more, aluminum or its alloy suitable for it is used, and at a temperature of 35K or more, copper or its alloy is used.

【0020】請求項7の発明に係わる高温超電導マグネ
ットは、請求項1の発明において、前記高温超電導コイ
ルを取り囲んで配置されるシールド板は、磁束が抜ける
面に高熱伝導体のテープ材をそのターン間に絶縁材が配
置された状態で巻き重ねてパンケーキ型円盤あるいはソ
レノイド型円筒に形成されると共に、前記ターン間を横
切る方向に高熱伝導体を配置して形成されたことを特徴
とする。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a high-temperature superconducting magnet according to the first aspect, wherein the shield plate surrounding the high-temperature superconducting coil comprises a tape material made of a high thermal conductor on a surface through which a magnetic flux escapes. It is characterized by being formed into a pancake-type disk or a solenoid-type cylinder by being wound with an insulating material interposed therebetween, and formed by arranging a high thermal conductor in a direction crossing between the turns.

【0021】請求項7の発明に係わる高温超電導マグネ
ットでは、シールド板の磁束が抜ける面に絶縁材と共に
高熱伝導体のテープ材を巻き重ねてシールド板を形成
し、ターン間を横切る方向にも高熱伝導体を配置する。
これにより熱伝導を向上させ渦電流を抑制する。
In the high-temperature superconducting magnet according to the seventh aspect of the present invention, the shield plate is formed by winding a tape material of a high thermal conductor together with an insulating material on the surface of the shield plate from which the magnetic flux escapes. Place the conductor.
This improves heat conduction and suppresses eddy currents.

【0022】請求項8の発明に係わる高温超電導マグネ
ットは、請求項1の発明において、前記高温超電導コイ
ルと高温超電導電流リードとを接続するための超電導導
体は、可撓性を有する超電導撚り線あるいは長手方向に
電気的接合された並列導体と、これに並列に配置した金
属補強導体とによって形成されたことを特徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the high-temperature superconducting magnet according to the first aspect of the present invention, the superconducting conductor for connecting the high-temperature superconducting coil and the high-temperature superconducting current lead is made of a flexible superconducting twisted wire or It is characterized by being formed by a parallel conductor electrically connected in the longitudinal direction and a metal reinforcing conductor arranged in parallel to the parallel conductor.

【0023】請求項8の発明に係わる高温超電導マグネ
ットでは、高温超電導コイルと高温超電導電流リードと
を接続するための超電導導体の並列導体の破断時にも、
金属補強導体によるバイパス回路を有することになり高
温超電導コイルの焼損など防止する。
In the high-temperature superconducting magnet according to the present invention, when the parallel conductor of the superconducting conductor for connecting the high-temperature superconducting coil and the high-temperature superconducting current lead breaks,
Since a bypass circuit having a metal reinforcing conductor is provided, burning of the high-temperature superconducting coil is prevented.

【0024】請求項9の発明に係わる高温超電導マグネ
ットは、請求項1の発明において、前記高温超電導線と
共に巻き回される前記超電導導体の補強材は、少なくと
も片側面のエッジ部がラウンド形状の金属テープである
ことを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, in the high-temperature superconducting magnet according to the first aspect of the present invention, the reinforcing material for the superconducting conductor wound with the high-temperature superconducting wire is a metal having at least one side edge having a round edge. It is characterized by being a tape.

【0025】請求項9の発明に係わる高温超電導マグネ
ットでは、高温超電導線と共に巻き回される金属テープ
は片側面のエッジ部がラウンド形状に形成されているの
で、絶縁破壊の危険性を軽減する。
In the high-temperature superconducting magnet according to the ninth aspect of the present invention, since the metal tape wound with the high-temperature superconducting wire has a rounded edge on one side, the risk of dielectric breakdown is reduced.

【0026】請求項10の発明に係わる高温超電導マグ
ネットは、請求項1の発明において、前記高温超電導線
と共に巻き回される前記超電導導体の補強材は、少なく
とも向かい合う面が滑らかで、かつエッジ部がラウンド
形状をしている2枚以上の絶縁性補強テープを重ねて形
成されたことを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, in the high-temperature superconducting magnet according to the first aspect of the present invention, the reinforcing material of the superconducting conductor wound together with the high-temperature superconducting wire has at least a facing surface which is smooth and has an edge portion. It is characterized by being formed by stacking two or more insulating reinforcing tapes having a round shape.

【0027】請求項10の発明に係わる高温超電導マグ
ネットでは、高温超電導線と共に巻き回される2枚以上
の絶縁性補強テープによりターン間の絶縁を保持する。
In the high-temperature superconducting magnet according to the tenth aspect, insulation between turns is maintained by two or more insulating reinforcing tapes wound together with the high-temperature superconducting wire.

【0028】請求項11の発明に係わる高温超電導マグ
ネットは、請求項1の発明において、前記超電導導体
は、前記高温超電導線材と並列に、ガラス繊維、カーボ
ン繊維あるいはこれらの繊維強化プラスチックを巻き回
して形成されたことを特徴とする。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the high-temperature superconducting magnet according to the first aspect, the superconducting conductor is formed by winding glass fiber, carbon fiber, or a fiber reinforced plastic of these fibers in parallel with the high-temperature superconducting wire. It is characterized by being formed.

【0029】請求項11の発明に係わる高温超電導マグ
ネットでは、ガラス繊維、カーボン繊維あるいはこれら
の繊維強化プラスチックによりターン間の絶縁を保持す
る。
In the high-temperature superconducting magnet according to the eleventh aspect, insulation between turns is maintained by glass fiber, carbon fiber, or a fiber-reinforced plastic of these.

【0030】請求項12の発明に係わる高温超電導マグ
ネットは、請求項1の発明において、前記高温超電導線
と共に巻き回される前記超電導導体の補強材は、室温か
ら前記高温超電導コイルの使用温度までの線膨張率が前
記高温超電導線材のそれに比べ大きいことを特徴とす
る。
In a twelfth aspect of the present invention, in the high-temperature superconducting magnet according to the first aspect of the present invention, the reinforcing material for the superconducting conductor wound together with the high-temperature superconducting wire is from room temperature to the operating temperature of the high-temperature superconducting coil. The linear expansion coefficient is larger than that of the high-temperature superconducting wire.

【0031】請求項12の発明に係わる高温超電導マグ
ネットでは、室温から高温超電導コイルの使用温度まで
の範囲において、補強材により高温超電導線に圧縮力を
加え曲げ歪みや引張り歪みが発生することを防止する。
In the high-temperature superconducting magnet according to the twelfth aspect of the present invention, in the range from room temperature to the operating temperature of the high-temperature superconducting coil, a compressive force is applied to the high-temperature superconducting wire by the reinforcing material to prevent bending distortion and tensile distortion from occurring. I do.

【0032】請求項13の発明に係わる高温超電導マグ
ネットは、請求項1の発明において、前記高温超電導線
間に含浸される含浸材は、室温からコイル使用温度まで
の線膨張率が前記高温超電導線材のそれに比べ大きいこ
とを特徴とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided the high-temperature superconducting magnet according to the first aspect, wherein the impregnating material impregnated between the high-temperature superconducting wires has a linear expansion coefficient from room temperature to a coil operating temperature. It is characterized by being larger than that of.

【0033】請求項13の発明に係わる高温超電導マグ
ネットでは、高温超電導線間に含浸される含浸材によ
り、高温超電導線に圧縮力を加え曲げ歪みや引張り歪み
が発生することを防止する。
In the high-temperature superconducting magnet according to the thirteenth aspect of the present invention, the impregnating material impregnated between the high-temperature superconducting wires prevents compressive force from being applied to the high-temperature superconducting wire to prevent bending distortion and tensile distortion.

【0034】請求項14の発明に係わる高温超電導マグ
ネットは、請求項1の発明において、前記高温超電導線
と共に巻き回される前記超電導導体の補強材は、その引
張り応力が前記高温超電導線のそれよりも大きくしたこ
とを特徴とする。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the high-temperature superconducting magnet according to the first aspect of the present invention, the reinforcing material for the superconducting conductor wound together with the high-temperature superconducting wire has a tensile stress that is greater than that of the high-temperature superconducting wire. It is also characterized by having been enlarged.

【0035】請求項14の発明に係わる高温超電導マグ
ネットでは、予め引張り応力を有した状態で巻き回され
た補強材により、高温超電導線に圧縮力を加え曲げ歪み
や引張り歪みが発生することを防止する。
In the high-temperature superconducting magnet according to the fourteenth aspect of the present invention, the reinforcing material wound in a state having a tensile stress in advance prevents a bending strain and a tensile strain from being generated by applying a compressive force to the high-temperature superconducting wire. I do.

【0036】請求項15の発明に係わる高温超電導マグ
ネットは、請求項1の発明において、前記高温超電導線
と共に巻き回される前記超電導導体の補強材は、前記高
温超電導導体の外側に巻き回されたことを特徴とする。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the high-temperature superconducting magnet according to the first aspect, the reinforcing material for the superconducting conductor wound together with the high-temperature superconducting wire is wound outside the high-temperature superconducting conductor. It is characterized by the following.

【0037】請求項15の発明に係わる高温超電導マグ
ネットでは、高温超電導導体の外側に巻き回された補強
材により、高温超電導線に圧縮力を加え曲げ歪みや引張
り歪みが発生することを防止する。
In the high-temperature superconducting magnet according to the fifteenth aspect of the present invention, the reinforcing material wound around the high-temperature superconducting conductor prevents a bending force and a tensile strain from being generated by applying a compressive force to the high-temperature superconducting wire.

【0038】請求項16の発明に係わる高温超電導マグ
ネットは、請求項1の発明において、前記高温超電導導
線の片面に、その線材よりも高強度の金属テープあるい
はセラミックテープを接合して前記高温超電導導体を形
成したことを特徴とする。
A high-temperature superconducting magnet according to a sixteenth aspect of the present invention is the high-temperature superconducting magnet according to the first aspect, wherein a metal tape or a ceramic tape having a strength higher than that of the wire is joined to one surface of the high-temperature superconducting wire. Is formed.

【0039】請求項16の発明に係わる高温超電導マグ
ネットでは、金属テープあるいはセラミックテープによ
り、高温超電導線に圧縮力を加え曲げ歪みや引張り歪み
が発生することを防止する。
In the high-temperature superconducting magnet according to the sixteenth aspect of the present invention, a metal tape or a ceramic tape applies a compressive force to the high-temperature superconducting wire to prevent the occurrence of bending strain and tensile strain.

【0040】請求項17の発明に係わる高温超電導マグ
ネットは、請求項16の発明において、前記高温超電導
導体の外側に高強度テープを巻き回したことを特徴とす
る。
A high-temperature superconducting magnet according to a seventeenth aspect is characterized in that, in the sixteenth aspect, a high-strength tape is wound around the high-temperature superconducting conductor.

【0041】請求項17の発明に係わる高温超電導マグ
ネットでは、高温超電導導体の外側に巻き回された高強
度テープにより、高温超電導線に圧縮力を加え曲げ歪み
や引張り歪みが発生することを防止する。
In the high-temperature superconducting magnet according to the seventeenth aspect of the present invention, a high-strength tape wound around the outside of the high-temperature superconducting conductor can be used to apply a compressive force to the high-temperature superconducting wire to prevent bending distortion and tensile distortion. .

【0042】請求項18の発明に係わる高温超電導マグ
ネットは、複数の高温超電導線をそれぞれ絶縁して並列
に巻き回して形成された高温超電導コイルを有した高温
超電導マグネットにおいて、並列に設けられた前記高温
超電導線の各素線のインダクタンスが等しくなる位置で
各素線を電気的に短絡させたことを特徴とする。
The high-temperature superconducting magnet according to the eighteenth aspect of the present invention is the high-temperature superconducting magnet having a high-temperature superconducting coil formed by winding a plurality of high-temperature superconducting wires in parallel while insulating each other. Each of the high-temperature superconducting wires is electrically short-circuited at a position where the inductance of the wire is equal.

【0043】請求項18の発明に係わる高温超電導マグ
ネットでは、並列に設けられた高温超電導線の各素線の
インダクタンスが等しくなる位置で各素線を電気的に短
絡させ、高温超電導線の臨界電流が異なる場合や素線の
一部に欠陥が生じた場合などに、各素線を流れる電流の
配分を容易にしコイルの安定性を高める。
In the high-temperature superconducting magnet according to the eighteenth aspect of the present invention, each of the high-temperature superconducting wires provided in parallel is electrically short-circuited at a position where the inductance of each of the wires is equal, and the critical current of the high-temperature superconducting wire is reduced. In the case where the values are different or when a defect occurs in a part of the wire, distribution of the current flowing through each wire is facilitated and the stability of the coil is improved.

【0044】請求項19の発明に係わる高温超電導マグ
ネットは、複数の高温超電導線をそれぞれ並列に巻き回
し、並列に設けられた各高温超電導線間の長手方向に含
浸材を含浸させて形成された高温超電導コイルを有した
高温超電導マグネットにおいて、前記含浸材の中に電気
伝導度の大きい金属の粉末を添加したことを特徴とす
る。
The high-temperature superconducting magnet according to the nineteenth aspect of the present invention is formed by winding a plurality of high-temperature superconducting wires in parallel, and impregnating the impregnating material in the longitudinal direction between the high-temperature superconducting wires provided in parallel. In a high-temperature superconducting magnet having a high-temperature superconducting coil, a metal powder having high electric conductivity is added to the impregnating material.

【0045】請求項19の発明に係わる高温超電導マグ
ネットでは、複数の高温超電導線をそれぞれ並列に巻き
回し、並列に設けられた各高温超電導線間の長手方向の
含浸材により、線材長手方向全長に渡って電気的に接触
し、欠陥の多く含まれるような場合にも安定した通電が
可能になる。
In the high-temperature superconducting magnet according to the nineteenth aspect of the present invention, a plurality of high-temperature superconducting wires are respectively wound in parallel, and the impregnating material in the longitudinal direction between the high-temperature superconducting wires provided in parallel extends over the entire length in the longitudinal direction of the wire. In this case, stable electrical conduction is possible even in a case where many electrical defects are involved.

【0046】請求項20の発明に係わる高温超電導マグ
ネットは、冷凍機の低熱源から伝熱部材を介して高温超
電導コイルを冷却する高温超電導マグネットにおいて、
前記伝熱部材のうち熱抵抗が最大を示す材料の熱伝導率
の最大となる温度よりも前記低熱源の温度を低温にした
ことを特徴とする。
According to a twentieth aspect of the present invention, there is provided a high temperature superconducting magnet for cooling a high temperature superconducting coil from a low heat source of a refrigerator via a heat transfer member.
The temperature of the low heat source may be lower than the temperature at which the thermal conductivity of the material having the maximum thermal resistance among the heat transfer members becomes maximum.

【0047】請求項20の発明に係わる高温超電導マグ
ネットでは、冷凍機の低熱源の温度は、伝熱部材のうち
熱抵抗が最大を示す材料の熱伝導率の最大となる温度よ
りも低温に保たれるので、高温超電導コイルを定格電流
まで通電した際の発熱によって生じる伝熱部材の温度差
の増大に起因する高温超電導コイルの温度上昇を抑制す
る。
In the high-temperature superconducting magnet according to the twentieth aspect, the temperature of the low heat source of the refrigerator is kept lower than the temperature at which the material having the maximum thermal resistance among the heat transfer members has the maximum thermal conductivity. As a result, the temperature rise of the high-temperature superconducting coil caused by an increase in the temperature difference of the heat transfer member caused by heat generated when the high-temperature superconducting coil is supplied to the rated current is suppressed.

【0048】[0048]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図1は本発明の第1の実施の形態に係わる高温超
電導マグネットの高温超電導コイルに使用される超電導
導体1の説明図である。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is an explanatory view of a superconducting conductor 1 used for a high-temperature superconducting coil of a high-temperature superconducting magnet according to a first embodiment of the present invention.

【0049】図1において、超電導導体1は、テープ状
に形成された純銀マトリクスの高温超電導線(純銀マト
リクス線)2と、テープ状に形成された銀合金マトリク
スの高温超電導線(銀合金マトリクス線)3とを混在さ
せて形成されている。図1では、1本の銀合金マトリク
ス線3と3本の純銀マトリクス線3とを混在させた超電
導導体1を示している。そして、この超電導導体1を券
回して高温超電導マグネットの高温超電導コイルを形成
する。
In FIG. 1, a superconducting conductor 1 includes a high-temperature superconducting wire (pure silver matrix wire) 2 of a pure silver matrix formed in a tape shape and a high-temperature superconducting wire (silver alloy matrix wire) of a silver alloy matrix formed in a tape shape. 3) are mixed. FIG. 1 shows a superconducting conductor 1 in which one silver alloy matrix line 3 and three pure silver matrix lines 3 are mixed. Then, the superconducting conductor 1 is turned to form a high-temperature superconducting coil of the high-temperature superconducting magnet.

【0050】例えば、Bi2223等の酸化物超電導線
では、大きな臨界電流を得るために純銀シースあるいは
銀合金シースがマトリクス材として用いられる。純銀シ
ースは銀合金シースに比べて電気伝導度および熱伝導率
が大きく、超電導状態が崩れた時の発熱が小さい。ま
た、同じ発熱に対して高温超電導コイル内の温度分布が
つきにくい特徴がある。一方、機械的性質は銀合金シー
スの方が優れており、耐歪みや耐応力性とも純銀シース
のそれに勝っている。
For example, in an oxide superconducting wire such as Bi2223, a pure silver sheath or a silver alloy sheath is used as a matrix material in order to obtain a large critical current. Pure silver sheath has higher electric conductivity and thermal conductivity than silver alloy sheath, and generates less heat when the superconducting state is broken. In addition, there is a feature that the temperature distribution in the high-temperature superconducting coil is hardly formed with the same heat generation. On the other hand, the mechanical properties of the silver alloy sheath are better than those of the pure silver sheath in both strain resistance and stress resistance.

【0051】そこで、第1の実施の形態では、純銀シー
スおよび銀合金シースのそれぞれの長所を兼ね備えた超
電導導体1を提供すべく、温度マージンが厳しく高温超
電導コイル内の温度差を小さくしたい場合には、純銀シ
ース主体の導体構成とする。一方、強磁場を発生しフー
プ応力が大きな高温超電導コイルでは銀合金シース主体
の導体構成とする。
Therefore, in the first embodiment, in order to provide a superconducting conductor 1 having both the advantages of a pure silver sheath and a silver alloy sheath, the temperature margin is strict and the temperature difference in the high-temperature superconducting coil needs to be reduced. Has a conductor configuration mainly composed of a pure silver sheath. On the other hand, a high-temperature superconducting coil that generates a strong magnetic field and has a large hoop stress has a conductor structure mainly composed of a silver alloy sheath.

【0052】このように、第1の実施の形態では、純銀
マトリクス線2と合金マトリクス線3とを混ぜて超電導
導体1を形成し、その超電導導体1を券回して高温超電
導マグネットの高温超電導コイルを形成する。これによ
り、高温超電導コイルの使用条件に合わせて、純銀マト
リクス線2と合金マトリクス線3との使用割合を変える
ことで、機械的性質も熱的性質も使用条件に応じた適度
な超電導導体1が実現でき、付加的な熱伝導材や補強材
の利用を抑えることが可能となる。
As described above, in the first embodiment, the superconducting conductor 1 is formed by mixing the pure silver matrix wire 2 and the alloy matrix wire 3, and the superconducting conductor 1 is turned to form the high-temperature superconducting coil of the high-temperature superconducting magnet. To form Thus, by changing the use ratio of the pure silver matrix wire 2 and the alloy matrix wire 3 in accordance with the use conditions of the high-temperature superconducting coil, an appropriate superconducting conductor 1 having both mechanical properties and thermal properties according to the use conditions is obtained. This can be realized, and the use of additional heat conductive materials and reinforcing materials can be suppressed.

【0053】次に、本発明の第2の実施の形態を説明す
る。図2は本発明の第2の実施の形態に係わる高温超電
導マグネットの高温超電導コイルに使用される超電導導
体1の説明図である。この第2の実施の形態は、高温超
電導コイル4の断面の外周部に位置する超電導導体1a
は、内部の超電導導体1b、1cに比べ、銀合金マトリ
クス線3の割合を多くしたものである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is an explanatory diagram of a superconducting conductor 1 used for a high-temperature superconducting coil of a high-temperature superconducting magnet according to a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, a superconducting conductor 1a located at an outer peripheral portion of a cross section of a high-temperature superconducting coil 4 is provided.
In the figure, the ratio of the silver alloy matrix wire 3 is larger than that of the internal superconducting conductors 1b and 1c.

【0054】図2では、パンケーキ型高温超電導コイル
4を示しており、超電導導体1は4本の線材から構成さ
れたものを示している。高温超電導コイル4の断面の外
周部に位置する超電導導体1aは、4本すべて銀合金マ
トリクス線3で形成され機械的強度を保つようにしてい
る。また、それより内側の超電導導体1bは3本の銀合
金マトリクス線3と1本の純銀マトリクス線2とを用い
て形成され、中央部の超電導導体1cは3本の純銀マト
リクス線2と1本の補強材5とを用いて形成されてい
る。
FIG. 2 shows a pancake-type high-temperature superconducting coil 4, in which the superconducting conductor 1 is composed of four wires. All four superconducting conductors 1a located on the outer peripheral portion of the cross section of the high-temperature superconducting coil 4 are formed of silver alloy matrix wires 3 so as to maintain mechanical strength. The superconducting conductor 1b inside the superconducting conductor 1b is formed using three silver alloy matrix lines 3 and one pure silver matrix line 2, and the superconducting conductor 1c at the center is composed of three pure silver matrix lines 2 and one pure silver matrix line. And the reinforcing material 5 of the above.

【0055】すなわち、高温超電導コイル4の断面の外
周部に位置するパンケーキコイルに使用する超電導導体
1aは、すべてを銀合金マトリクス線3を用いて構成
し、内部のパンケーキになるにしたがって純銀マトリク
ス線2の割合を増加させている。さらに、高温超電導コ
イル4の中央部に位置するパンケーキコイルにおいて
は、3本の純銀マトリクス線2と銀合金マトリクス線3
の代わりにステンレス等の補強材5を用いている。
That is, the superconducting conductor 1a used for the pancake coil located on the outer peripheral portion of the cross section of the high-temperature superconducting coil 4 is entirely formed by using the silver alloy matrix wire 3 and becomes pure silver as the inner pancake becomes. The ratio of the matrix lines 2 is increased. Further, in the pancake coil located at the center of the high-temperature superconducting coil 4, three pure silver matrix wires 2 and silver alloy matrix wires 3
, A reinforcing material 5 such as stainless steel is used.

【0056】つまり、高温超電導コイル4として最も大
きな電磁力(フープ応力や圧縮力)が作用する中央部パ
ンケーキコイルにはステンレス等の補強材5を配置し、
フープ応力に対しても圧縮力に対しても耐え得るコイル
構成としている。また、冷却パスのとりにくい中央パン
ケーキコイルには、熱伝導率の大きな純銀マトリクス線
2を多く配置することで熱的な観点からも優れた特性を
得ている。
That is, a reinforcing material 5 such as stainless steel is arranged in the central pancake coil where the largest electromagnetic force (hoop stress or compressive force) acts as the high-temperature superconducting coil 4.
The coil is configured to withstand both hoop stress and compressive force. In addition, by arranging a large number of pure silver matrix wires 2 having high thermal conductivity in the central pancake coil, which is difficult to take a cooling path, excellent characteristics are obtained from a thermal viewpoint.

【0057】これは、構成材料の強度上の観点からは、
ステンレス、銀合金シース、純銀シースの順であり、逆
に熱的な観点からは純銀シース、銀合金シース、ステン
レスの順であることを考慮し、導体としての機械強度材
としての機能をステンレスに持たせ、熱伝導材としての
機能を純銀マトリクス線2に持たせ、明確に機能分離し
た導体を提供している。従って、熱的にも機械的にも不
利な中央パンケーキコイルに対しての有効な対策とな
る。
This is from the viewpoint of the strength of the constituent materials:
In consideration of the order of pure silver sheath, silver alloy sheath, and stainless steel from the thermal point of view, stainless steel, silver alloy sheath, and pure silver sheath are in order. The pure silver matrix wire 2 is provided with a function as a heat conductive material to provide a conductor whose function is clearly separated. Therefore, this is an effective measure against the central pancake coil which is disadvantageous both thermally and mechanically.

【0058】一方、高温超電導コイル4の端部のパンケ
ーキコイルは、高温超電導線のテープ面の垂直方向の磁
場が大きいため電気的には一番厳しい条件となるが、熱
的には冷却しやすく、機械的にはそれほど大きな電磁力
は加わらない。そこで、高温超電導コイル4の端部のパ
ンケーキコイルには、耐応力が純銀シースの2〜3倍の
性能を有する銀合金マトリクス線3に機械強度も兼ねさ
せ、銀合金マトリクス線3の構成枚数を増加させること
で、超電導導体1としての臨界電流を向上させている。
つまり、電気的に最も厳しい高温超電導コイル4の端部
のパンケーキコイルの電流密度を落とすことなくマージ
ンを大きくすることができるようにしている。
On the other hand, the pancake coil at the end of the high-temperature superconducting coil 4 has the severest electric field due to the large magnetic field in the direction perpendicular to the tape surface of the high-temperature superconducting wire, but is thermally cooled. Easy, mechanically does not apply so much electromagnetic force. Therefore, the pancake coil at the end of the high-temperature superconducting coil 4 has the silver alloy matrix wire 3 having a stress resistance of two to three times the performance of a pure silver sheath and also has a mechanical strength. , The critical current as the superconducting conductor 1 is improved.
That is, the margin can be increased without lowering the current density of the pancake coil at the end of the high-temperature superconducting coil 4 which is the most severe electrically.

【0059】第2の実施の形態では、高温超電導コイル
4の断面の外周部に位置するバンケーキコイルでは、内
部のパンケーキコイルに比べ合金マトリクス線3の割合
を多くしているので、高温超電導コイル4のターン数を
減らさずにグレーディリングができる。このため、高温
超電導コイルの発熱を抑えることができ、内部のパンケ
ーキコイルの冷却特性も改善できる。
In the second embodiment, the proportion of the alloy matrix wire 3 in the buncake coil located on the outer periphery of the cross section of the high-temperature superconducting coil 4 is larger than that in the inner pancake coil. Grading can be performed without reducing the number of turns of the coil 4. Therefore, the heat generation of the high-temperature superconducting coil can be suppressed, and the cooling characteristics of the internal pancake coil can be improved.

【0060】次に、本発明の第3の実施の形態を説明す
る。図3は本発明の第3の実施の形態に係わる高温超電
導マグネットの高温超電導コイルに使用される超電導導
体1の説明図である。この第3の実施の形態は、超電導
導体1の端部に位置する少なくとも1本の線材には、絶
縁被覆6を施した銀合金マトリクス線3を用いたもので
ある。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is an explanatory view of a superconducting conductor 1 used for a high-temperature superconducting coil of a high-temperature superconducting magnet according to a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, at least one wire located at the end of the superconducting conductor 1 uses a silver alloy matrix wire 3 provided with an insulating coating 6.

【0061】図3では、超電導導体1の上端部の銀合金
マトリクス線3に対し絶縁被覆6を施したものを示して
いる。他の高温超電導線は、純銀マトリクス線2であっ
ても銀合金マトリクス線3であっても良い。これによ
り、例えば、高温超電導線を複数積層した超電導導体1
によってパンケーキ型コイルを製作する際、ターン間の
絶縁を確実にできるようにしている。
FIG. 3 shows a superconducting conductor 1 in which an insulating coating 6 is applied to the silver alloy matrix wire 3 at the upper end. Other high-temperature superconducting wires may be pure silver matrix wires 2 or silver alloy matrix wires 3. Thereby, for example, the superconducting conductor 1 in which a plurality of high-temperature superconducting wires are laminated
When manufacturing a pancake coil, insulation between turns can be ensured.

【0062】ここで、高温超電導コイルの平均電流密度
を高くするためには、ターン間の絶縁はなるべく薄いこ
とが好ましいが、巻き線の際にカプトンなどの絶縁テー
プを共巻きすることは非常に困難であり、確実な絶縁を
とることは困難である。特に、高温超電導コイルを、塗
り込み含浸などによりレジンを塗りこんで製作する場合
には、カプトンは滑りやすいので絶縁層を確実に巻き込
むことは困難である。
Here, in order to increase the average current density of the high-temperature superconducting coil, it is preferable that the insulation between turns is as thin as possible. However, it is very difficult to co-wind an insulating tape such as Kapton at the time of winding. It is difficult and it is difficult to ensure reliable insulation. In particular, when a high-temperature superconducting coil is manufactured by applying a resin by impregnation or the like, it is difficult to reliably incorporate the insulating layer because Kapton is slippery.

【0063】一方、超電導導体1を構成する線材の中に
補強材等を有する場合には、この補強材に絶縁を施した
後にこれを共巻きすることで、ターン間の絶縁をとるこ
とが提案されているが、補強材を用いない超電導導体1
の場合には適用できない。また、純銀マトリクス線2は
非常に脆弱なため絶縁被覆を施すことが非常に困難であ
る。
On the other hand, when a reinforcing material or the like is included in the wire constituting the superconducting conductor 1, it is proposed that the reinforcing material be insulated and then co-wound to provide insulation between turns. Superconducting conductor 1 which does not use reinforcing material
Not applicable in case of Further, since the pure silver matrix wire 2 is very fragile, it is very difficult to apply an insulating coating.

【0064】そこで、第3の実施の形態では、図3に示
すように絶縁被覆が可能な銀合金マトリクス線3に予め
絶縁を施し超電導導体1を構成することで、付加的な絶
縁材料が不要となる。
Therefore, in the third embodiment, as shown in FIG. 3, the superconducting conductor 1 is formed by previously insulating the silver alloy matrix wire 3 which can be insulated and coated, so that no additional insulating material is required. Becomes

【0065】次に、本発明の第4の実施の形態を説明す
る。図4は本発明の第4の実施の形態に係わる高温超電
導マグネットの高温超電導コイルに使用される超電導導
体1の説明図である。この第4の実施の形態は、超電導
導体1の高温超電導線の少なくとも1本の線材は、高熱
伝導材7を共巻きして形成するようにしたものであり、
高温超電導コイルが20K以上の温度で使用される場合
には、高熱伝導材7としてアルミニウムまたはその合金
を使用し、機械的強度を必要とする場合には、高熱伝導
材7としてアルミナ分散強化鋼を用いる。また、高温超
電導コイルが35K以上の温度で使用される場合には銅
またはその合金を用いる。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is an explanatory view of a superconducting conductor 1 used for a high-temperature superconducting coil of a high-temperature superconducting magnet according to a fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, at least one wire of the high-temperature superconducting wire of the superconducting conductor 1 is formed by co-winding the high heat conducting material 7.
When the high-temperature superconducting coil is used at a temperature of 20 K or more, aluminum or an alloy thereof is used as the high heat conductive material 7. When mechanical strength is required, alumina dispersion strengthened steel is used as the high heat conductive material 7. Used. When the high-temperature superconducting coil is used at a temperature of 35K or more, copper or an alloy thereof is used.

【0066】図4では、1本の高熱伝導材7を設けたも
のを示しており、他の高温超電導線は、純銀マトリクス
線2であっても銀合金マトリクス線3であっても良い。
高熱伝導材7は、高温超電導コイルを使用する温度にお
いて純銀マトリクス線2あるいは銀合金マトリクス線3
に比べ高熱伝導率を有する。
FIG. 4 shows one provided with one high thermal conductive material 7, and the other high-temperature superconducting wire may be a pure silver matrix wire 2 or a silver alloy matrix wire 3.
The high thermal conductive material 7 is made of a pure silver matrix wire 2 or a silver alloy matrix wire 3 at a temperature at which a high-temperature superconducting coil is used.
It has a higher thermal conductivity than.

【0067】ここで、純銀マトリクス線2を用いた高温
超電導コイルを20K以下の温度で使用する場合には、
銀の熱伝導率が非常に大きいため、特別な高熱伝導材7
は必要ないが、高温超電導コイルの運転温度を20K以
上にする必要がある場合には、高熱伝導材7が必要とな
る。これは、純銀や銀合金の熱伝導率は20K以上の温
度でアルミより低くなり、30K以上で銅より低くなる
からである。
Here, when a high-temperature superconducting coil using the pure silver matrix wire 2 is used at a temperature of 20 K or less,
Since the thermal conductivity of silver is very large, a special high thermal conductive material 7
However, when the operating temperature of the high-temperature superconducting coil needs to be 20 K or more, the high heat conductive material 7 is required. This is because the thermal conductivity of pure silver or a silver alloy becomes lower than aluminum at a temperature of 20K or more, and becomes lower than copper at a temperature of 30K or more.

【0068】そこで、高温超電導コイルが20K以上の
温度で使用される場合には、高熱伝導材7としてアルミ
ニウムまたはその合金を使用し、高温超電導コイルが3
5K以上の温度で使用される場合には銅またはその合金
を用いる。
Therefore, when the high-temperature superconducting coil is used at a temperature of 20 K or more, aluminum or an alloy thereof is used as the high heat-conducting material 7 and the high-temperature superconducting coil is 3
When used at a temperature of 5K or more, copper or an alloy thereof is used.

【0069】また、高温超電導コイルの内部の伝熱性能
の他に、高温超電導コイルの高強度化が必要な場合に
は、高熱伝導材としてアルミナ分散強化銅を用いる。こ
れにより、20K以上の温度で運転される高温超電導マ
グネットについても、機械強度や熱伝導度も共に優れ、
導体電流密度を下げることのない高温超電導コイルを製
作できる。
When high strength of the high temperature superconducting coil is required in addition to the heat transfer performance inside the high temperature superconducting coil, alumina dispersion strengthened copper is used as a high heat conducting material. As a result, the high-temperature superconducting magnet operated at a temperature of 20 K or more has excellent mechanical strength and thermal conductivity,
A high-temperature superconducting coil without lowering the conductor current density can be manufactured.

【0070】第4の実施の形態によれば、高温超電導コ
イルを使用する温度において線材に用いられる純銀マト
リクス線2あるいは銀合金マトリクス線3に比べ、高熱
伝導率を有する高熱伝導材を共巻きにすることで、さら
にはアルミナ分散強化鋼のような材料を共巻きすること
で、余分な機能材料を配置することなく高性能な高温超
電導マグネットを提供できる。
According to the fourth embodiment, at the temperature at which the high-temperature superconducting coil is used, a high heat conductive material having a higher heat conductivity is co-wound than the pure silver matrix wire 2 or the silver alloy matrix wire 3 used for the wire. Then, by co-winding a material such as alumina dispersion strengthened steel, a high-performance high-temperature superconducting magnet can be provided without disposing an extra functional material.

【0071】次に、本発明の第5の実施の形態を説明す
る。図5は本発明の第5の実施の形態に係わる高温超電
導マグネットの高温超電導コイルに使用されるシールド
板8の説明図である。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is an explanatory view of a shield plate 8 used for a high-temperature superconducting coil of a high-temperature superconducting magnet according to a fifth embodiment of the present invention.

【0072】図5において、シールド板8は、高温超電
導コイルを取り囲んで配置され高温超電導コイルをシー
ルドする。例えば、パンケーキ型コイルの場合には、シ
ールド板8はパンケーキ型円盤に形成され、ソレノイド
の場合には、シールド板8はソレノイド型円筒に形成さ
れる。図5では、パンケーキ型円盤のシールド板8を示
している。
In FIG. 5, a shield plate 8 is arranged so as to surround the high-temperature superconducting coil, and shields the high-temperature superconducting coil. For example, in the case of a pancake coil, the shield plate 8 is formed in a pancake disk, and in the case of a solenoid, the shield plate 8 is formed in a solenoid cylinder. FIG. 5 shows a shield plate 8 of a pancake type disk.

【0073】高熱伝導体のテープ材9は絶縁材10が配
置された状態で巻き重ねてパンケーキ型に形成される。
すなわち、磁束が抜ける面に高熱伝導体のテープ材9
を、そのターン間に絶縁材10が配置された状態で巻き
重ねる。そして、ターン間を横切る方向に高熱伝導体1
1を配置する。
The tape material 9 of the high thermal conductor is wound up in a pancake shape with the insulating material 10 disposed thereon.
That is, the tape material 9 of the high thermal conductor is provided on the surface from which the magnetic flux escapes.
Are wound in a state where the insulating material 10 is arranged between the turns. Then, in the direction crossing the turn, the high heat conductor 1
1 is arranged.

【0074】超電導コイルを取り囲むように配置される
部材としては、輻射シールド板あるいはコイル冷却板が
ある。以下、これらをシールド板として説明する。シー
ルド板を構成する材料として、磁束が抜ける面のシール
ド板に、銀、アルミ、銅などのテープ材を、そのターン
間に絶縁材が配置された状態で巻き重ねバンケーキ型円
盤あるいはソレノイド型円筒を用いて構成している。
As a member arranged to surround the superconducting coil, there is a radiation shield plate or a coil cooling plate. Hereinafter, these will be described as shield plates. As a material of the shield plate, a tape material such as silver, aluminum, copper, etc. is wound on the shield plate on the surface from which magnetic flux escapes, and a bancake-type disk or solenoid type cylinder is wound with the insulating material placed between turns. It is constituted using.

【0075】ここで、通常シールド板に用いられる材料
は、低温で熱伝導性に優れた銅やアルミ等であるが、こ
れらの材料は電気伝導度も大きく大きな渦電流を生じ
る。特に、超電導コイルが発生する磁束に対して1ター
ンをつくるように配置されるシールド板には大きな渦電
流が誘起され大きな損失が発生すると共に、大きな電磁
力が加わり最悪の場合は装置を破壊する。このため、通
常シールド板はこの1ターンをカットするように、絶縁
層を入れることが通例となっているが、1ターンカット
のための絶縁層は当然熱伝導の妨げとなる上、シールド
板そのものに抜ける磁束によって生じる渦電流は抑える
ことができない。
Here, the materials usually used for the shield plate are copper, aluminum and the like which are excellent in thermal conductivity at low temperature, but these materials have large electric conductivity and generate large eddy current. In particular, a large eddy current is induced in the shield plate arranged to make one turn with respect to the magnetic flux generated by the superconducting coil, causing a large loss. In addition, a large electromagnetic force is applied, and in the worst case, the device is destroyed. . For this reason, it is customary to insert an insulating layer into the shield plate so as to cut this one turn. However, the insulating layer for one turn cut naturally hinders heat conduction, and the shield plate itself The eddy current generated by the magnetic flux that escapes cannot be suppressed.

【0076】一方、第5の実施の形態では、シールド板
はコイル形状をしているため、円周方向の熱伝導を阻害
することなく渦電流をカットすることが可能である。ま
た、半径方向への伝熱促進のためには絶縁層を介して半
径方向に熱伝導体を配置すれば良く渦電流に対して非常
に優れた性能を持つシールド板が可能となる。
On the other hand, in the fifth embodiment, since the shield plate has a coil shape, the eddy current can be cut without obstructing the heat conduction in the circumferential direction. Further, in order to promote heat transfer in the radial direction, it is sufficient to dispose a heat conductor in the radial direction via an insulating layer, and a shield plate having extremely excellent performance against eddy current can be obtained.

【0077】次に、本発明の第6の実施の形態を説明す
る。図6は本発明の第6の実施の形態に係わる高温超電
導マグネットの説明図である。この第6の実施の形態
は、高温超電導コイル4と高温超電導電流リード12と
を接続するための超電導導体13は、可撓性を有する超
電導撚り線あるいは長手方向に電気的接合された並列導
体14と、これに並列に配置した金属補強導体15とに
よって形成したものである。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is an explanatory diagram of a high-temperature superconducting magnet according to a sixth embodiment of the present invention. In the sixth embodiment, the superconducting conductor 13 for connecting the high-temperature superconducting coil 4 and the high-temperature superconducting current lead 12 is a flexible superconducting stranded wire or a parallel conductor 14 electrically connected in the longitudinal direction. And a metal reinforcing conductor 15 arranged in parallel to the metal reinforcing conductor 15.

【0078】図6において、高温超電導コイル4と高温
超電導電流リード12とを接続するための超電導導体1
3は、可撓性を有する超電導撚り線あるいは長手方向に
電気的接合された並列導体14と、これに並列に配置し
た金属補強導体15とによって構成する。
In FIG. 6, superconducting conductor 1 for connecting high-temperature superconducting coil 4 and high-temperature superconducting current lead 12 is shown.
Reference numeral 3 denotes a flexible superconducting stranded wire or a parallel conductor 14 electrically connected in the longitudinal direction, and a metal reinforcing conductor 15 arranged in parallel with the parallel conductor.

【0079】ここで、高温超電導コイル4の高温超電導
導体は、そのマトリクス材料として純銀マトリクス線2
あるいは銀合金マトリクス線3が用いられているが、機
械的特性が優れているとは言いがたい。このような高温
超電導マグネットでは高温超電導コイル4から電源まで
で構成される回路の一部が切断された場合、高温超電導
コイル4に蓄えられたエネルギーが瞬時に放出され、例
えば、高温超電導コイル4の焼損を招くことがある。脆
弱な線材を用いた高温超電導コイル4の弱点は、このよ
うな破断の危険が高いという点である。
The high-temperature superconducting conductor of the high-temperature superconducting coil 4 is made of a pure silver matrix wire 2 as its matrix material.
Alternatively, a silver alloy matrix wire 3 is used, but it cannot be said that it has excellent mechanical properties. In such a high-temperature superconducting magnet, when a part of the circuit including the high-temperature superconducting coil 4 and the power supply is cut, the energy stored in the high-temperature superconducting coil 4 is instantaneously released. It may cause burning. The weak point of the high-temperature superconducting coil 4 using a fragile wire is that such a risk of breakage is high.

【0080】そこで、第6の実施の形態では、高温超電
導コイル4と高温超電導電流リード12とを接続する超
電導導体13にフレキシビリティーを有する撚り線導体
あるいは並列導体14を用い、かつこれに並列に機械特
性に優れた金属補強導体15を配置する。これにより、
並列導体14の破断時にも金属補強導体15のバイパス
回路を有することになり、高温超電導コイル4の焼損な
どの最悪な事態を避けることができる。
Therefore, in the sixth embodiment, a stranded wire conductor or a parallel conductor 14 having flexibility is used as the superconducting conductor 13 for connecting the high-temperature superconducting coil 4 and the high-temperature superconducting current lead 12, and the superconducting conductor 13 is connected in parallel to this. A metal reinforcing conductor 15 having excellent mechanical properties is disposed at the second position. This allows
Even when the parallel conductor 14 is broken, a bypass circuit of the metal reinforcing conductor 15 is provided, so that the worst case such as burning of the high-temperature superconducting coil 4 can be avoided.

【0081】次に、本発明の第7の実施の形態を説明す
る。図7は本発明の第7の実施の形態に係わる高温超電
導マグネットの高温超電導コイルに使用される超電導導
体の説明図である。
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is an explanatory view of a superconducting conductor used for a high-temperature superconducting coil of a high-temperature superconducting magnet according to a seventh embodiment of the present invention.

【0082】図7(a)は、高温超電導線と共に巻き回
される超電導導体1の補強材5について、少なくとも片
側面のエッジ部がラウンド形状Rの金属テープを用いた
ものを示しており、図7(b)は、高温超電導線と共に
巻き回される超電導導体1の補強材5として、少なくと
も向かい合う面が滑らかで、かつエッジ部がラウンド形
状をしている2枚以上の絶縁性補強テープ5a、5bを
重ねて形成したものを示している。
FIG. 7A shows a reinforcing material 5 of a superconducting conductor 1 wound around a high-temperature superconducting wire using at least one side edge of a metal tape having a round shape R. 7 (b) is a reinforcing material 5 of the superconducting conductor 1 wound together with the high-temperature superconducting wire, two or more insulating reinforcing tapes 5a having at least opposing surfaces smooth and having a rounded edge. 5b is formed by superposing 5b.

【0083】図7(a)に示すように、純銀マトリクス
線2あるいは銀合金マトリクス線3と補強材5を複数積
層して超電導導体1を構成する場合、補強材5の少なく
とも片面のエッジ部をラウンド形状Rにし、絶縁破壊の
危険性を軽減した構成としている。これらの形状を実現
するには、補強材5である金属テープを製作する場合に
は、カットする方向を常に一方向から行い、片側面には
常にバリ等が生じないようにする。また、より完全には
丸線を圧延しつぶすことで四隅のエッジがラウンド形状
Rになった補強材5を提供できる。
As shown in FIG. 7A, when a superconducting conductor 1 is formed by laminating a plurality of pure silver matrix wires 2 or silver alloy matrix wires 3 and a plurality of reinforcing members 5, an edge portion of at least one surface of the reinforcing members 5 is formed. It has a round shape R to reduce the risk of dielectric breakdown. In order to realize these shapes, when manufacturing the metal tape as the reinforcing member 5, the cutting direction is always set to one direction, and burrs are not always formed on one side. Further, it is possible to provide the reinforcing material 5 in which the edges of the four corners have a round shape R by rolling and crushing the round wire more completely.

【0084】一方、図7(b)に示すように、少なくと
も向かい合う面が滑らかでかつエッジ部がラウンド形状
をしている2枚以上の補強テープを重ねた構成とし、そ
の間にレジン16を含浸することで、特別な絶縁被覆を
施さなくても合浸レジン16によってターン間絶縁を実
現することができる。特に、フィラー等の粒子をレジン
16に混ぜ込み、この粒子径よりも面粗さの小さな滑ら
かな面を持つ補強テープ材を用いることで完全なターン
間絶縁が実現できる。
On the other hand, as shown in FIG. 7 (b), two or more reinforcing tapes having at least a smooth surface facing each other and a round edge are superposed, and a resin 16 is impregnated therebetween. Thus, inter-turn insulation can be realized by the resin immersion resin 16 without special insulating coating. In particular, complete inter-turn insulation can be realized by mixing particles such as filler into the resin 16 and using a reinforcing tape material having a smooth surface with a smaller surface roughness than the particle diameter.

【0085】さらに、この補強テープを熱硬化性樹脂F
RP等の繊維強化プラスチック、特に塗り込み含浸によ
って高温超電導コイルを製作する場合などは、ガラス繊
維、カーボン繊維そのものを巻き回し、高温超電導コイ
ルを構成することでさらに完全なターン間絶縁を実現で
きる。
Further, this reinforcing tape was used as a thermosetting resin F
In the case of manufacturing a high-temperature superconducting coil by fiber-reinforced plastic such as RP, particularly by impregnation, it is possible to realize more complete inter-turn insulation by winding a glass fiber or a carbon fiber itself to form a high-temperature superconducting coil.

【0086】第7の実施の形態によれば、超電導導体1
を構成する補強材5の少なくとも片面のエッジ部をラウ
ンド形状Rにすることで、絶縁破壊の危険性を軽減し得
る。また、補強材5を2枚以上の補強テープを重ねた構
成とすることで、特別な絶縁被覆を不要にすることがで
きる。さらに、ガラス繊維、カーボン繊維を塗り込み舎
浸で巻き回することで完全なターン間絶縁を実現でき
る。
According to the seventh embodiment, superconducting conductor 1
By forming at least one edge portion of the reinforcing member 5 having the round shape R, the risk of dielectric breakdown can be reduced. In addition, since the reinforcing member 5 has a structure in which two or more reinforcing tapes are stacked, a special insulating coating can be eliminated. Furthermore, complete inter-turn insulation can be realized by coating and winding glass fiber and carbon fiber.

【0087】次に、本発明の第8の実施の形態を説明す
る。図8は本発明の第8の実施の形態に係わる高温超電
導マグネットの高温超電導コイルに使用される超電導導
体の説明図である。
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is an explanatory diagram of a superconducting conductor used for a high-temperature superconducting coil of a high-temperature superconducting magnet according to an eighth embodiment of the present invention.

【0088】この第8の実施の形態では、図8に示すよ
うに、補強材5により純銀マトリクス線2あるいは銀合
金マトリクス線3に圧縮力が加わるようにし、高温超電
導線である純銀マトリクス線2あるいは銀合金マトリク
ス線3に曲げ歪みや引張り歪みが発生することを防止す
るようにしている。
In the eighth embodiment, as shown in FIG. 8, a compressive force is applied to the pure silver matrix wire 2 or the silver alloy matrix wire 3 by the reinforcing material 5, and the pure silver matrix wire 2 which is a high-temperature superconducting wire is used. Alternatively, the occurrence of bending strain or tensile strain in the silver alloy matrix wire 3 is prevented.

【0089】純銀マトリクス線2あるいは銀合金マトリ
クス線3は、曲げ歪みや引張り歪みに弱いことが知られ
ており、純銀マトリクス線2では約0.2%の曲げ歪お
よび引張り歪みが使用限界として知られている。また、
歪み特性が改善された銀合金マトリクス線3では、歪み
特性に対しては0.3%〜0.4%が限界であり、圧縮
歪みに対しては非常に強く0.6%程度まで特性の劣化
を伴わないことが知られている。
It is known that the pure silver matrix wire 2 or the silver alloy matrix wire 3 is susceptible to bending strain and tensile strain, and that the pure silver matrix wire 2 has a bending strain and tensile strain of about 0.2% as service limits. Have been. Also,
In the silver alloy matrix wire 3 having improved strain characteristics, the limit is 0.3% to 0.4% for the strain characteristics, and it is very strong against the compressive strain, and the characteristics are up to about 0.6%. It is known that there is no deterioration.

【0090】そこで、第8の実施の形態では、純銀マト
リクス線2あるいは銀合金マトリクス線3に圧縮力が加
わるようにする。まず、第1にテープ状の純銀マトリク
ス線2あるいは銀合金マトリクス線3の線材を補強材5
である補強テープと共に巻き回して高温超電導コイルを
製作する。その際に、室温から高温超電導コイルの使用
温度までの線膨張率が高温超電導線材のそれに比べ大き
い補強テープを用いる。これにより、高温超電導コイル
の冷却に際し高温超電導線材には圧縮力が加わる構成と
する。
Therefore, in the eighth embodiment, a compressive force is applied to the pure silver matrix wire 2 or the silver alloy matrix wire 3. First, a wire material of a tape-like pure silver matrix wire 2 or a silver alloy matrix wire 3 is reinforced with a reinforcing material 5.
To form a high-temperature superconducting coil. At this time, a reinforcing tape having a linear expansion coefficient from room temperature to the operating temperature of the high-temperature superconducting coil that is larger than that of the high-temperature superconducting wire is used. Thereby, a compression force is applied to the high-temperature superconducting wire when cooling the high-temperature superconducting coil.

【0091】また、高温超電導線の間に含浸材を含浸し
た含浸コイルにおいては、その含浸材について、室温か
らコイル使用温度までの線膨張率が前記高温超電導線材
のそれに比べ大きいものを使用する。
Further, in the impregnated coil in which the impregnating material is impregnated between the high-temperature superconducting wires, the impregnating material having a higher linear expansion coefficient from room temperature to the coil operating temperature than that of the high-temperature superconducting wire is used.

【0092】さらに、高温超電導線を補強テープと共に
巻き回して製作する高温超電導コイルにおいて、補強材
5である補強テープの巻きテンション(引張り応力)を
高温超電導線の引張り応力よりも大きくすることで、高
温超電導線に圧縮力を作用させる。
Further, in a high-temperature superconducting coil manufactured by winding a high-temperature superconducting wire together with a reinforcing tape, the winding tension (tensile stress) of the reinforcing tape as the reinforcing material 5 is made larger than the tensile stress of the high-temperature superconducting wire. A compressive force is applied to the high-temperature superconducting wire.

【0093】さらに、高温超電導線を金属テープと共に
巻き回して製作する高温超電導コイルにおいて、補強材
5である金属テープをテープ状の高温超電導線の外側に
巻き回し、その金属テープによって高温超電導線を抑え
こむことで高温超電導線に圧縮力を加える。
Further, in a high-temperature superconducting coil manufactured by winding a high-temperature superconducting wire together with a metal tape, a metal tape as a reinforcing material 5 is wound outside the tape-shaped high-temperature superconducting wire, and the high-temperature superconducting wire is wound by the metal tape. By compressing, a compressive force is applied to the high-temperature superconducting wire.

【0094】さらに、高温超電導線材の片面に、当該線
材よりも高強度の金属テープあるいはセラミックテープ
を接合し、高強度テープをコイル外側に配置されるよう
に巻き線することで高温超電導線に圧縮力を作用させ
る。
Further, a metal tape or ceramic tape having a higher strength than the wire is joined to one surface of the high-temperature superconducting wire, and the high-strength tape is wound so as to be arranged outside the coil, thereby compressing the high-temperature superconducting wire. Apply force.

【0095】この第8の実施の形態によれば、高温超電
導線の巻き線時や冷却時に予め圧縮力を加え、0.6%
程度までの圧縮力を加えることで、高温超電導線の線材
能力を最大限に引出すことができる。
According to the eighth embodiment, a compressive force is applied in advance during winding or cooling of the high-temperature superconducting
By applying a compressive force to the extent, the wire performance of the high-temperature superconducting wire can be maximized.

【0096】次に、本発明の第9の実施の形態を説明す
る。図9は本発明の第9の実施の形態に係わる高温超電
導マグネットの高温超電導コイルに使用される超電導導
体の説明図である。図9(a)は、並列に設けられた高
温超電導線の各素線のインダクタンスL1、L2が等し
くなる位置で各素線を電気的に短絡させた場合を示して
おり、図9(b)は、並列に設けられた各高温超電導線
間の長手方向に含浸材17を含浸させて形成された高温
超電導コイルの含浸材17の中に電気伝導度の大きい金
属の粉末を添加したものを示している。
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is an explanatory diagram of a superconducting conductor used for a high-temperature superconducting coil of a high-temperature superconducting magnet according to a ninth embodiment of the present invention. FIG. 9A shows a case where each of the high-temperature superconducting wires provided in parallel is electrically short-circuited at a position where the inductances L1 and L2 of the wires are equal, and FIG. Shows a high-temperature superconducting coil impregnating material 17 formed by impregnating the impregnating material 17 in the longitudinal direction between the high-temperature superconducting wires provided in parallel with a metal powder having high electric conductivity added to the impregnating material 17. ing.

【0097】図9(a)に示すように、絶縁された各素
線のインダクタンスL1、L2を揃えて超電導コイルを
形成する。そして、各素緑のインダクタンスL1、L2
が等しくなる位置Pで素線間を電気的に短絡する。これ
により、高温超電導線の臨界電流が異なる場合や素線の
一部に欠陥が生じた場合などに、各素線を流れる電流の
配分を容易に変えることができる。
As shown in FIG. 9A, a superconducting coil is formed by aligning the inductances L1 and L2 of the insulated wires. Then, the inductances L1 and L2 of each green element
Are electrically short-circuited at a position P where Thus, when the critical current of the high-temperature superconducting wire is different, or when a defect occurs in a part of the wire, the distribution of the current flowing through each wire can be easily changed.

【0098】例えば、図中インダクタンスL1、L2の
うち、対角位置のインダクタンスに欠陥がある場合や臨
界電流が低い場合には、中間に設けた短絡点Pを介して
電流の再配分が可能となり特性の良い線材を選んで流れ
ることができる。完全に絶縁された並行素線の場合には
このような電流分布にはならず、このようなケースでは
必ず欠陥部あるいは臨界電流の低い部分を流れてしまう
ことになる。
For example, among the inductances L1 and L2 in the figure, when the inductance at the diagonal position is defective or the critical current is low, the current can be redistributed via the short-circuit point P provided in the middle. A wire with good characteristics can be selected and flowed. In the case of a completely insulated parallel strand, such a current distribution does not occur, and in such a case, a defective portion or a portion having a low critical current always flows.

【0099】また、線材に多くの欠陥がある場合は交流
損失を犠牲にして定常損失を減らす方が好ましいので、
そのような場合には、図9(b)に示すように、並行に
配置された線材間を長手方向全長に渡って、含浸材17
に金属粉を混ぜることで電気的に短絡させる。すなわ
ち、含浸材であるエポキシ樹脂に金属粉を混ぜ、その金
属粉の接触により線材間の電気的な短絡を得る。
When there are many defects in the wire, it is preferable to reduce the steady-state loss at the expense of the AC loss.
In such a case, as shown in FIG. 9B, the impregnating material 17 extends between the wires arranged in parallel over the entire length in the longitudinal direction.
Is electrically short-circuited by mixing the metal powder with the metal powder. That is, a metal powder is mixed with an epoxy resin as an impregnating material, and an electrical short circuit between wires is obtained by contact of the metal powder.

【0100】第9の実施の形態によれば、絶縁された各
素線のインダクタンスを揃えた超電導コイルにおいて、
各素線のインダクタンスが等しくなる位置で素線間を電
気的に短絡するので、超電導線の臨界電流が異なる場合
や素線の一部に欠陥が生じた場合などに、各線を流れる
電流の配分を容易にし高温超電導コイルの安定性を高め
る効果が得られる。また、線材長手方向全長に渡って電
気的に接触することで、欠陥の多く含まれるような場合
にも安定した通電が可能になる。
According to the ninth embodiment, in a superconducting coil in which the inductance of each insulated wire is uniform,
Since the wires are electrically short-circuited at the position where the inductance of each wire is equal, the distribution of the current flowing through each wire when the critical current of the superconducting wire is different or a portion of the wire is defective And the effect of increasing the stability of the high-temperature superconducting coil is obtained. In addition, by making electrical contact over the entire length of the wire in the longitudinal direction, stable conduction can be achieved even when many defects are included.

【0101】次に、本発明の第10の実施の形態を説明
する。図10は本発明の第10の実施の形態に係わる高
温超電導マグネットの説明図である。第10の実施の形
態は、冷凍機18の低熱源から伝熱部材19a、19b
を介して高温超電導コイル4を冷却する高温超電導マグ
ネットにおいて、伝熱部材19a、19bのうち熱抵抗
が最大を示す材料の熱伝導率の最大となる温度よりも低
熱源の温度を低温にしたものである。
Next, a tenth embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is an explanatory diagram of a high-temperature superconducting magnet according to a tenth embodiment of the present invention. In the tenth embodiment, the heat transfer members 19a, 19b
A high-temperature superconducting magnet that cools the high-temperature superconducting coil 4 via the heat transfer member 19a, 19b, in which the temperature of the heat source lower than the temperature at which the thermal conductivity of the material exhibiting the maximum thermal resistance becomes the maximum is lower. It is.

【0102】高温超電導コイル4は真空容器20に収納
され、高温超電導コイル4を冷却する冷凍機18は真空
容器20の外部に設置される。そして、冷凍機18の低
熱源から真空容器20内の高温超電導コイル4までの伝
熱部材19a、19bには、通常アルミや銅が用いられ
る。このことから、伝熱パスとして熱伝導に寄与する材
料は、超電導線に用いられている純銀や銀合金、高温超
電導コイル4内あるいは外表面に配置された伝熱部材1
9a、19bを構成するアルミや銅である。これらの材
料の熱伝導率は、その材料の種類や純度、あるいは温度
によって大きく異なる。高温超電導コイル4を定格電流
まで通電した際の発熱や侵入熱などの熱負荷によって、
これらには温度差が生じる。
The high-temperature superconducting coil 4 is housed in a vacuum vessel 20, and a refrigerator 18 for cooling the high-temperature superconducting coil 4 is installed outside the vacuum vessel 20. The heat transfer members 19a and 19b from the low heat source of the refrigerator 18 to the high temperature superconducting coil 4 in the vacuum vessel 20 are usually made of aluminum or copper. For this reason, materials that contribute to heat conduction as heat transfer paths include pure silver and silver alloy used for the superconducting wire, and heat transfer members 1 disposed inside or outside the high-temperature superconducting coil 4.
Aluminum and copper constituting 9a and 19b. The thermal conductivity of these materials varies greatly depending on the type, purity, or temperature of the material. Due to heat load such as heat generation and penetration heat when the high-temperature superconducting coil 4 is energized to the rated current,
These produce a temperature difference.

【0103】この温度差によって高温超電導コイル4の
温度が上昇し、さらに発熱が増加する。この現象が繰り
返される結果、増加した熱負荷が冷凍機18の冷却能力
よりも大きくなると高温超電導コイル4がクエンチする
ことになる。
The temperature of the high-temperature superconducting coil 4 rises due to this temperature difference, and the heat generation further increases. As a result of repeating this phenomenon, if the increased heat load becomes larger than the cooling capacity of the refrigerator 18, the high-temperature superconducting coil 4 will quench.

【0104】この現象を可能な限り抑えるために、高温
超電導コイル4の温度上昇に比べて発熱の増加が緩慢な
温度領域において、伝熱パスを構成する材料の熱伝導率
が温度上昇によって増加する温度領域を選択する。これ
により、高温超電導コイル4の温度上昇を抑えこむこと
ができるようになる。少なくとも伝熱部材19a、19
bの熱伝導率の最大となる温度よりも低熱源の温度を低
温にすることで、このような条件を実現することができ
る。
In order to suppress this phenomenon as much as possible, the heat conductivity of the material constituting the heat transfer path increases due to the temperature rise in a temperature region where the increase in heat generation is slower than the temperature rise of the high-temperature superconducting coil 4. Select the temperature range. This makes it possible to suppress a rise in the temperature of the high-temperature superconducting coil 4. At least heat transfer members 19a, 19
Such a condition can be realized by lowering the temperature of the heat source lower than the temperature at which the thermal conductivity of b becomes the maximum.

【0105】高温超電導コイル4の運転温度(即ち低熱
源の温度)を20K程度で設計した場合、通常、伝熱部
材19a、19bとして用いる純アルミや銅など殆どの
純金属材料に対しては最大熱伝導率を示す温度を超えて
おり、発熱による熱負荷が増えた場合には、伝熟部材1
9a、19bの温度上昇に伴い熱伝導率が減少し、結果
としてさらに大きな温度上昇を招くことになる。
When the operating temperature of the high-temperature superconducting coil 4 (that is, the temperature of the low heat source) is designed to be about 20 K, usually, most pure metal materials such as pure aluminum and copper used as the heat transfer members 19a and 19b are maximum. If the temperature exceeds the temperature indicating the thermal conductivity and the heat load due to heat generation increases,
The heat conductivity decreases with the temperature rise of 9a and 19b, and as a result, the temperature rise further increases.

【0106】それに対し、高温超電導コイル4の運転温
度を10K以下にした場合、すなわち温度上昇に伴い銅
やアルミなどの伝熱部材19a、19bの熱伝導率が増
加する範囲の運転温度を選んだ場合や、伝熱部材に20
K以上で銅、アルミ、銀などの熱伝導率を上回るサファ
イヤ、25K以上で上回るダイヤモンドなどを用いた場
合には、上述した効果が達成できる。サファイヤの場合
には熱伝導率が最大となる温度は35K程度であり、運
転温度を20Kで設計した高温超電導コイル4に対して
通電時の温度上昇を最小限に抑えることができる。
On the other hand, when the operating temperature of the high-temperature superconducting coil 4 is set to 10 K or less, that is, an operating temperature within a range in which the thermal conductivity of the heat transfer members 19a and 19b such as copper and aluminum increases as the temperature increases. In some cases, 20
The above-described effects can be achieved by using sapphire having a thermal conductivity of copper, aluminum, silver, or the like having a temperature of K or more and diamond having a thermal conductivity of 25 K or more. In the case of sapphire, the temperature at which the thermal conductivity is maximum is about 35K, and the temperature rise during energization of the high-temperature superconducting coil 4 designed at an operating temperature of 20K can be minimized.

【0107】第10の実施の形態にによれば、高温超電
導コイル4を定格電流まで通電した際の発熱によって生
じる伝熱パスの温度差の増大に起因する高温超電導コイ
ル4の温度は、高温超電導コイル4の温度上昇に比べて
発熱の増加が緩慢な温度領域において、伝熱パスを構成
する材料の熱伝導率が温度上昇によって増加する温度領
域を選択することで抑えることができる。
According to the tenth embodiment, the temperature of the high-temperature superconducting coil 4 caused by the increase in the temperature difference of the heat transfer path caused by the heat generated when the high-temperature superconducting coil 4 is supplied to the rated current, In a temperature region where the increase in heat generation is slower than the temperature rise of the coil 4, the temperature can be suppressed by selecting a temperature region in which the thermal conductivity of the material constituting the heat transfer path increases due to the temperature rise.

【0108】[0108]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、補
強材や伝熱部材を節約することができ、さらに高温超電
導マグネットを超電導状態にするため、高温超電導コイ
ルの運転温度に適した冷却部材を選択することでコンパ
クトで信頼性の高い高温超電導マグネットを提供でき
る。
As described above, according to the present invention, it is possible to save the reinforcing member and the heat transfer member, and furthermore, to make the high-temperature superconducting magnet in the superconducting state, suitable for the operating temperature of the high-temperature superconducting coil. By selecting a cooling member, a compact and highly reliable high-temperature superconducting magnet can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態に係わる高温超電導
マグネットの高温超電導コイルに使用される超電導導体
の説明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a superconducting conductor used for a high-temperature superconducting coil of a high-temperature superconducting magnet according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施の形態に係わる高温超電導
マグネットの高温超電導コイルに使用される超電導導体
の説明図。
FIG. 2 is an explanatory view of a superconducting conductor used for a high-temperature superconducting coil of a high-temperature superconducting magnet according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施の形態に係わる高温超電導
マグネットの高温超電導コイルに使用される超電導導体
の説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a superconducting conductor used for a high-temperature superconducting coil of a high-temperature superconducting magnet according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施の形態に係わる高温超電導
マグネットの高温超電導コイルに使用される超電導導体
の説明図。
FIG. 4 is an explanatory view of a superconducting conductor used for a high-temperature superconducting coil of a high-temperature superconducting magnet according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第5の実施の形態に係わる高温超電導
マグネットの高温超電導コイルに使用されるシールド板
の説明図。
FIG. 5 is an explanatory view of a shield plate used for a high-temperature superconducting coil of a high-temperature superconducting magnet according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第6の実施の形態に係わる高温超電導
マグネットの説明図。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a high-temperature superconducting magnet according to a sixth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第7の実施の形態に係わる高温超電導
マグネットの高温超電導コイルに使用される超電導導体
の説明図。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a superconducting conductor used for a high-temperature superconducting coil of a high-temperature superconducting magnet according to a seventh embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第8の実施の形態に係わる高温超電導
マグネットの高温超電導コイルに使用される超電導導体
の説明図。
FIG. 8 is an explanatory view of a superconducting conductor used for a high-temperature superconducting coil of a high-temperature superconducting magnet according to an eighth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第9の実施の形態に係わる高温超電導
マグネットの高温超電導コイルに使用される超電導導体
の説明図。
FIG. 9 is an explanatory diagram of a superconducting conductor used for a high-temperature superconducting coil of a high-temperature superconducting magnet according to a ninth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第10の実施の形態に係わる高温超
電導マグネットの説明図。
FIG. 10 is an explanatory diagram of a high-temperature superconducting magnet according to a tenth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 超電導導体 2 純銀マトリクス線 3 銀合金マ
トリクス線 4 高温超電導コイル 5 補強材 6
絶縁被覆 7 高熱伝導材 8 シールド板 9 高熱伝導体テープ材 10 絶縁材 11 高熱伝
導体 12 高温超電導電流リード 13 超電導導体
14 並列導体 15 金属補強導体 16レジン
17 含浸材 18 冷凍機 19 伝熱部材 20
真空容器
REFERENCE SIGNS LIST 1 superconducting conductor 2 pure silver matrix wire 3 silver alloy matrix wire 4 high temperature superconducting coil 5 reinforcing material 6
Insulation coating 7 High thermal conductive material 8 Shield plate 9 High thermal conductive tape material 10 Insulating material 11 High thermal conductive material 12 High temperature superconducting current lead 13 Superconducting conductor 14 Parallel conductor 15 Metal reinforcing conductor 16 Resin
17 impregnating material 18 refrigerator 19 heat transfer member 20
Vacuum container

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数のテープ状の高温超電導線よりなる
超電導導体を巻き回して形成される高温超電導コイルを
有した高温超電導マグネットにおいて、前記高温超電導
コイルは、純銀マトリクスの高温超電導線と銀合金マト
リクスの高温超電導線とが混在した前記超電導導体を用
いて形成されたことを特徴とする高温超電導マグネッ
ト。
1. A high-temperature superconducting magnet having a high-temperature superconducting coil formed by winding a superconducting conductor formed of a plurality of tape-shaped high-temperature superconducting wires, wherein the high-temperature superconducting coil comprises a pure silver matrix high-temperature superconducting wire and a silver alloy. A high-temperature superconducting magnet formed using the superconducting conductor in which high-temperature superconducting wires of a matrix are mixed.
【請求項2】 前記高温超電導コイルの断面の外周部に
位置する前記超電導導体は、内部の超電導導体に比べ、
銀合金マトリクスの高温超電導線の割合を多くしたこと
を特徴とする請求項1に記載の高温超電導マグネット。
2. The superconducting conductor located at an outer peripheral portion of a cross section of the high-temperature superconducting coil, as compared with an internal superconducting conductor.
The high-temperature superconducting magnet according to claim 1, wherein the proportion of the high-temperature superconducting wire in the silver alloy matrix is increased.
【請求項3】 前記超電導導体の端部に位置する少なく
とも1本の線材には、絶縁被覆を施した銀合金マトリク
スの高温超電導線を用いたことを特徴とする請求項1に
記載の高温超電導マグネット。
3. The high-temperature superconductor according to claim 1, wherein a high-temperature superconducting wire of a silver alloy matrix having an insulating coating is used as at least one wire located at an end of the superconducting conductor. magnet.
【請求項4】 前記超電導導体の高温超電導線の少なく
とも1本の線材は、高熱伝導材を共巻きして形成された
ことを特徴とする請求項1に記載の高温超電導マグネッ
ト。
4. The high-temperature superconducting magnet according to claim 1, wherein at least one wire of the high-temperature superconducting wire of the superconducting conductor is formed by co-winding a high thermal conductive material.
【請求項5】 前記高熱伝導材は、アルミナ分散強化鋼
であることを特徴とする請求項4に記載の高温超電導マ
グネット。
5. The high temperature superconducting magnet according to claim 4, wherein said high thermal conductive material is alumina dispersion strengthened steel.
【請求項6】 前記高温超電導コイルが20K以上の温
度で使用される場合には、前記高熱伝導材としてアルミ
ニウムまたはその合金を使用し、前記高温超電導コイル
が35K以上の温度で使用される場合には銅またはその
合金を用いることを特徴とする請求項4に記載の高温超
電導マグネット。
6. When the high-temperature superconducting coil is used at a temperature of 20 K or more, aluminum or an alloy thereof is used as the high thermal conductive material, and when the high-temperature superconducting coil is used at a temperature of 35 K or more. 5. The high-temperature superconducting magnet according to claim 4, wherein copper or an alloy thereof is used.
【請求項7】 前記高温超電導コイルを取り囲んで配置
されるシールド板は、磁束が抜ける面に高熱伝導体のテ
ープ材をそのターン間に絶縁材が配置された状態で巻き
重ねてパンケーキ型円盤あるいはソレノイド型円筒に形
成されると共に、前記ターン間を横切る方向に高熱伝導
体を配置して形成されたことを特徴とする請求項1に記
載の高温超電導マグネット。
7. A pancake-shaped disk, wherein a shield plate disposed around the high-temperature superconducting coil is formed by winding a tape material of a high thermal conductor on a surface from which magnetic flux is released with an insulating material disposed between turns thereof. 2. The high-temperature superconducting magnet according to claim 1, wherein the high-temperature superconducting magnet is formed in a solenoid type cylinder and is formed by arranging a high thermal conductor in a direction crossing the turns. 3.
【請求項8】 前記高温超電導コイルと高温超電導電流
リードとを接続するための超電導導体は、可撓性を有す
る超電導撚り線あるいは長手方向に電気的接合された並
列導体と、これに並列に配置した金属補強導体とによっ
て形成されたことを特徴とする請求項1に記載の高温超
電導マグネット。
8. A superconducting conductor for connecting the high-temperature superconducting coil and the high-temperature superconducting current lead is a superconducting stranded wire having flexibility or a parallel conductor electrically joined in the longitudinal direction, and is arranged in parallel with this. The high-temperature superconducting magnet according to claim 1, wherein the high-temperature superconducting magnet is formed by a metal reinforcing conductor formed.
【請求項9】 前記高温超電導線と共に巻き回される前
記超電導導体の補強材は、少なくとも片側面のエッジ部
がラウンド形状の金属テープであることを特徴とする請
求項1に記載の高温超電導マグネット。
9. The high-temperature superconducting magnet according to claim 1, wherein the reinforcing material of the superconducting conductor wound together with the high-temperature superconducting wire is a metal tape having at least one side edge portion having a round shape. .
【請求項10】 前記高温超電導線と共に巻き回される
前記超電導導体の補強材は、少なくとも向かい合う面が
滑らかで、かつエッジ部がラウンド形状をしている2枚
以上の絶縁性補強テープを重ねて形成されたことを特徴
とする請求項1に記載の高温超電導マグネット。
10. The reinforcing material of the superconducting conductor wound together with the high-temperature superconducting wire is formed by stacking two or more insulating reinforcing tapes having at least a smooth facing surface and a round edge. The high temperature superconducting magnet according to claim 1, wherein the magnet is formed.
【請求項11】 前記超電導導体は、前記高温超電導線
材と並列に、ガラス繊維、カーボン繊維あるいはこれら
の繊維強化プラスチックを巻き回して形成されたことを
特徴とする請求項1に記載の高温超電導マグネット。
11. The high-temperature superconducting magnet according to claim 1, wherein the superconducting conductor is formed by winding glass fiber, carbon fiber, or a fiber reinforced plastic thereof in parallel with the high-temperature superconducting wire. .
【請求項12】 前記高温超電導線と共に巻き回される
前記超電導導体の補強材は、室温から前記高温超電導コ
イルの使用温度までの線膨張率が前記高温超電導線材の
それに比べ大きいことを特徴とする請求項1に記載の高
温超電導マグネット。
12. The reinforcing material of the superconducting conductor wound together with the high-temperature superconducting wire has a linear expansion coefficient from room temperature to the operating temperature of the high-temperature superconducting coil which is larger than that of the high-temperature superconducting wire. The high-temperature superconducting magnet according to claim 1.
【請求項13】 前記高温超電導線間に含浸される含浸
材は、室温からコイル使用温度までの線膨張率が前記高
温超電導線材のそれに比べ大きいことを特徴とする請求
項1に記載の高温超電導マグネット。
13. The high-temperature superconducting material according to claim 1, wherein the impregnating material impregnated between the high-temperature superconducting wires has a larger coefficient of linear expansion from room temperature to a coil operating temperature than that of the high-temperature superconducting wire. magnet.
【請求項14】 前記高温超電導線と共に巻き回される
前記超電導導体の補強材は、その引張り応力が前記高温
超電導線のそれよりも大きくしたことを特徴とする請求
項1に記載の高温超電導マグネット。
14. The high-temperature superconducting magnet according to claim 1, wherein the reinforcing material for the superconducting conductor wound together with the high-temperature superconducting wire has a tensile stress greater than that of the high-temperature superconducting wire. .
【請求項15】 前記高温超電導線と共に巻き回される
前記超電導導体の補強材は、前記高温超電導導体の外側
に巻き回されたことを特徴とする請求項1に記載の高温
超電導マグネット。
15. The high-temperature superconducting magnet according to claim 1, wherein the reinforcing material of the superconducting conductor wound together with the high-temperature superconducting wire is wound outside the high-temperature superconducting conductor.
【請求項16】 前記高温超電導導線の片面に、その線
材よりも高強度の金属テープあるいはセラミックテープ
を接合して前記高温超電導導体を形成したことを特徴と
する請求項1に記載の高温超電導マグネット。
16. The high-temperature superconducting magnet according to claim 1, wherein the high-temperature superconducting conductor is formed by joining a metal tape or a ceramic tape having a higher strength than the wire to one surface of the high-temperature superconducting wire. .
【請求項17】 前記高温超電導導体の外側に高強度テ
ープを巻き回したことを特徴とする請求項16に記載の
高温超電導マグネット。
17. The high-temperature superconducting magnet according to claim 16, wherein a high-strength tape is wound around the high-temperature superconducting conductor.
【請求項18】 複数の高温超電導線をそれぞれ絶縁し
て並列に巻き回して形成された高温超電導コイルを有し
た高温超電導マグネットにおいて、並列に設けられた前
記高温超電導線の各素線のインダクタンスが等しくなる
位置で各素線を電気的に短絡させたことを特徴とする高
温超電導マグネット。
18. A high-temperature superconducting magnet having a high-temperature superconducting coil formed by winding a plurality of high-temperature superconducting wires insulated and in parallel with each other, wherein the inductance of each element wire of the high-temperature superconducting wires provided in parallel is A high-temperature superconducting magnet, wherein each element wire is electrically short-circuited at an equal position.
【請求項19】 複数の高温超電導線をそれぞれ並列に
巻き回し、並列に設けられた各高温超電導線間の長手方
向に含浸材を含浸させて形成された高温超電導コイルを
有した高温超電導マグネットにおいて、前記含浸材の中
に電気伝導度の大きい金属の粉末を添加したことを特徴
とする高温超電導マグネット。
19. A high-temperature superconducting magnet having a high-temperature superconducting coil formed by winding a plurality of high-temperature superconducting wires in parallel and impregnating the impregnating material in the longitudinal direction between the high-temperature superconducting wires provided in parallel. A high-temperature superconducting magnet, wherein a metal powder having high electric conductivity is added to the impregnating material.
【請求項20】 冷凍機の低熱源から伝熱部材を介して
高温超電導コイルを冷却する高温超電導マグネットにお
いて、前記伝熱部材のうち熱抵抗が最大を示す材料の熱
伝導率の最大となる温度よりも前記低熱源の温度を低温
にしたことを特徴とする高温超電導マグネット。
20. A high-temperature superconducting magnet for cooling a high-temperature superconducting coil from a low-heat source of a refrigerator via a heat-transfer member, wherein a temperature at which a material having a maximum thermal resistance among the heat-transfer members has a maximum thermal conductivity. A high-temperature superconducting magnet, wherein the temperature of the low heat source is lower than that of the high-temperature superconducting magnet.
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