JP2002198214A - 超電導磁石用パワ−リ−ド - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超電導コイルを収納する液体ヘリウム系への
熱浸入を抑制でき、かつ十分な給電を超電導コイルに行
える超電導磁石用パワ−リ−ドを提供する。 【解決手段】 超電導磁石装置における“液体窒素温度
に冷却される輻射熱シ−ルド部”内を通って“液体ヘリ
ウム温度に冷却される超電導コイル”へ電流を供給する
ための超電導磁石用パワ−リ−ドを、図２に示すよう
に、電流リ−ド材の“輻射熱シールド部内に位置する部
位”の少なくとも一部を臨界温度が液体窒素温度よりも
高い酸化物高温超電導バルク体で構成する。この場合、
酸化物高温超電導バルク体部の強化のため、バルク体に
樹脂の真空含浸処理を行うのが良い。また、バルク体部
以外の部位の少なくとも１部を編組線にすれば、装置部
材の相対変位に起因した応力がバルク体にまで影響しな
くなり、破損の危険がより低くなる。
熱浸入を抑制でき、かつ十分な給電を超電導コイルに行
える超電導磁石用パワ−リ−ドを提供する。 【解決手段】 超電導磁石装置における“液体窒素温度
に冷却される輻射熱シ−ルド部”内を通って“液体ヘリ
ウム温度に冷却される超電導コイル”へ電流を供給する
ための超電導磁石用パワ−リ−ドを、図２に示すよう
に、電流リ−ド材の“輻射熱シールド部内に位置する部
位”の少なくとも一部を臨界温度が液体窒素温度よりも
高い酸化物高温超電導バルク体で構成する。この場合、
酸化物高温超電導バルク体部の強化のため、バルク体に
樹脂の真空含浸処理を行うのが良い。また、バルク体部
以外の部位の少なくとも１部を編組線にすれば、装置部
材の相対変位に起因した応力がバルク体にまで影響しな
くなり、破損の危険がより低くなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば磁気浮上
式鉄道用車載超電導磁石，エネルギ−貯蔵装置用超電導
磁石，発電機用超電導磁石，医療機器用超電導磁石等の
超電導コイルへ電流を供給するための超電導磁石用パワ
−リ−ドに関するものである。
式鉄道用車載超電導磁石，エネルギ−貯蔵装置用超電導
磁石，発電機用超電導磁石，医療機器用超電導磁石等の
超電導コイルへ電流を供給するための超電導磁石用パワ
−リ−ドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、超電導磁石装置の超電導コイルへ
の電流供給手段として最も一般的に採用されているの
は、装置の室温部に電源を配置し、この電源から銅製の
リ−ド線（パワ−リ−ド）を使って極低温部に置かれた
超電導コイルに電流を供給する方法である。
の電流供給手段として最も一般的に採用されているの
は、装置の室温部に電源を配置し、この電源から銅製の
リ−ド線（パワ−リ−ド）を使って極低温部に置かれた
超電導コイルに電流を供給する方法である。
【０００３】ただ、銅製パワ−リ−ドによる電流供給方
法では、パワ−リ−ドを用いるために生じる熱損失（冷
却効率の悪化）を無視することができない。このパワ−
リ−ドを用いることに起因した熱損失には、パワ−リ−
ドの電気抵抗によって生じるジュ−ル熱によるものと、
熱伝導によってパワ−リ−ドを通じて流入する熱による
ものとがあり、これら熱損失は超電導電磁石装置におけ
る総熱損失のうちのかなりの部分を占めると考えられ
る。
法では、パワ−リ−ドを用いるために生じる熱損失（冷
却効率の悪化）を無視することができない。このパワ−
リ−ドを用いることに起因した熱損失には、パワ−リ−
ドの電気抵抗によって生じるジュ−ル熱によるものと、
熱伝導によってパワ−リ−ドを通じて流入する熱による
ものとがあり、これら熱損失は超電導電磁石装置におけ
る総熱損失のうちのかなりの部分を占めると考えられ
る。
【０００４】勿論、パワ−リ−ドの断面積を大きくすれ
ばジュ−ル熱は小さくなるが、その場合には外部からの
熱流入が大きくなる。逆に、パワ−リ−ドの断面積を小
さくすれば外部からの熱流入は少なくなるもののジュ−
ル熱が大きくなる。そのため、パワ−リ−ドの断面積と
しては、これら双方の熱損失がバランスする中間の適宜
な値に定めることが行われている。
ばジュ−ル熱は小さくなるが、その場合には外部からの
熱流入が大きくなる。逆に、パワ−リ−ドの断面積を小
さくすれば外部からの熱流入は少なくなるもののジュ−
ル熱が大きくなる。そのため、パワ−リ−ドの断面積と
しては、これら双方の熱損失がバランスする中間の適宜
な値に定めることが行われている。
【０００５】一方、通常の超電導磁石装置では超電導コ
イルが置かれた極低温部を液体ヘリウムの供給によって
冷却しており、この極低温部への液体ヘリウムの供給と
該極低温部から蒸発するヘリウムガスの回収とを行いが
ら装置の稼働がなされるが、蒸発したばかりのヘリウム
ガスは未だ４．２Ｋと極低温であるため、この回収する
ヘリウムの蒸発ガスを利用してパワ−リ−ドを冷却し、
低温部での熱損失を低減する手段も採られている。な
お、超電導磁石装置における上述のようなヘリウムの蒸
発ガスを利用してパワ−リ−ドを冷却するために、ヘリ
ウム蒸発ガスを回収するためのガス導通管内にパワ−リ
−ドを封入した構成の給電部材（「ガス冷却リ−ド線」
とも呼ばれている）が用いられている。
イルが置かれた極低温部を液体ヘリウムの供給によって
冷却しており、この極低温部への液体ヘリウムの供給と
該極低温部から蒸発するヘリウムガスの回収とを行いが
ら装置の稼働がなされるが、蒸発したばかりのヘリウム
ガスは未だ４．２Ｋと極低温であるため、この回収する
ヘリウムの蒸発ガスを利用してパワ−リ−ドを冷却し、
低温部での熱損失を低減する手段も採られている。な
お、超電導磁石装置における上述のようなヘリウムの蒸
発ガスを利用してパワ−リ−ドを冷却するために、ヘリ
ウム蒸発ガスを回収するためのガス導通管内にパワ−リ
−ドを封入した構成の給電部材（「ガス冷却リ−ド線」
とも呼ばれている）が用いられている。
【０００６】例えば、図２は、磁気浮上式鉄道の試験車
両で使用されている車載用超電導磁石装置の要部概略図
であり、外槽１の外部からの熱侵入を防ぐために設けら
れた“輻射熱シ−ルド板２により遮蔽されて液体窒素温
度（７７．３Ｋ）に保持される輻射熱シ−ルド部（輻射
熱シ−ルド系）”の内部に、極低温である液体ヘリウム
温度（４．２Ｋ）に冷却される内槽３，３を配設し、該
内槽の中にそれぞれ超電導コイル４，４を封入して設置
すると共に、外部電源と超電導コイル４，４とをガス冷
却リ−ド線（銅製のパワ−リ−ド５を冷却ガス導通管６
で封入した構成とされている）で接続したものを示して
いる。
両で使用されている車載用超電導磁石装置の要部概略図
であり、外槽１の外部からの熱侵入を防ぐために設けら
れた“輻射熱シ−ルド板２により遮蔽されて液体窒素温
度（７７．３Ｋ）に保持される輻射熱シ−ルド部（輻射
熱シ−ルド系）”の内部に、極低温である液体ヘリウム
温度（４．２Ｋ）に冷却される内槽３，３を配設し、該
内槽の中にそれぞれ超電導コイル４，４を封入して設置
すると共に、外部電源と超電導コイル４，４とをガス冷
却リ−ド線（銅製のパワ−リ−ド５を冷却ガス導通管６
で封入した構成とされている）で接続したものを示して
いる。
【０００７】なお、図２において、符号７で示すものは
永久電流スイッチ（液体ヘリウム温度に冷却される）で
あり、供給電流が所定の値に達した時点で超電導コイル
の端子を超電導的に短絡させて超電導コイル内に永久電
流が流れるようにするためのものである。また、符号８
はサ−マルアンカ−（純銅等の熱伝導率が高い金属のブ
ロックからなるもので液体窒素温度に冷却される）を示
しており、パワ−リ−ド５を伝って外部から極低温部へ
熱が侵入するのをくい止める役割を担っている。
永久電流スイッチ（液体ヘリウム温度に冷却される）で
あり、供給電流が所定の値に達した時点で超電導コイル
の端子を超電導的に短絡させて超電導コイル内に永久電
流が流れるようにするためのものである。また、符号８
はサ−マルアンカ−（純銅等の熱伝導率が高い金属のブ
ロックからなるもので液体窒素温度に冷却される）を示
しており、パワ−リ−ド５を伝って外部から極低温部へ
熱が侵入するのをくい止める役割を担っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パワ−
リ−ドを上述のようなガス冷却構造とした場合でも、電
気伝導性が良好な銅製パワ−リ−ド材は同時に熱伝導性
も良好であるため、パワ−リ−ドを介しての熱侵入を十
分に防ぐためには冷却ガスと接触して抜熱がなされる長
さ（パワ−リ−ドの長さ）を極力長くせざるを得ず（図
２に示す装置ではパワ−リ−ドを１ｍ近くに長くしてＵ
字形に収納している）、装置の小型化が困難であるばか
りか、パワ−リ−ドを長くすることにより逆にジュ−ル
熱の発生も増えるので熱損失軽減効果も目論見を下回る
結果となっていた。
リ−ドを上述のようなガス冷却構造とした場合でも、電
気伝導性が良好な銅製パワ−リ−ド材は同時に熱伝導性
も良好であるため、パワ−リ−ドを介しての熱侵入を十
分に防ぐためには冷却ガスと接触して抜熱がなされる長
さ（パワ−リ−ドの長さ）を極力長くせざるを得ず（図
２に示す装置ではパワ−リ−ドを１ｍ近くに長くしてＵ
字形に収納している）、装置の小型化が困難であるばか
りか、パワ−リ−ドを長くすることにより逆にジュ−ル
熱の発生も増えるので熱損失軽減効果も目論見を下回る
結果となっていた。
【０００９】また、ガス冷却構造とした前記パワ−リ−
ドでは、通電時はヘリウムの蒸発ガスを用いてリ−ドを
冷却しながら使用しなければならないので、この点から
もジュ−ル熱の発生が増えるので長時間通電ができない
という問題があった。
ドでは、通電時はヘリウムの蒸発ガスを用いてリ−ドを
冷却しながら使用しなければならないので、この点から
もジュ−ル熱の発生が増えるので長時間通電ができない
という問題があった。
【００１０】このようなことから、本発明が目的とした
のは、装置の小型化や単純化に支障を及ぼすことなく液
体ヘリウム系（内槽部や永久電流スイッチ）への熱浸入
を効果的に抑制できると共に、十分な通電容量を確保し
ながら長時間の給電を行うことも可能な超電導磁石用パ
ワ−リ−ドを提供することである。
のは、装置の小型化や単純化に支障を及ぼすことなく液
体ヘリウム系（内槽部や永久電流スイッチ）への熱浸入
を効果的に抑制できると共に、十分な通電容量を確保し
ながら長時間の給電を行うことも可能な超電導磁石用パ
ワ−リ−ドを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は上
記目的を達成すべく鋭意研究を行い、次のような知見を
得ることができた。即ち、近年、臨界温度が液体窒素温
度を越える酸化物高温超電導体が次々と発見され、臨界
電流密度が大きいそれらのバルク体を製造する技術も著
しい進展を見せているが、これら酸化物高温超電導バル
ク体はこれまで超電導磁石用パワ−リ−ド材として適用
されてきた銅等の金属材料に比べるとその熱伝導率が極
めて低い。従って、“液体窒素温度に冷却される輻射熱
シ−ルド部”内を通って“液体ヘリウム温度に冷却され
る超電導コイル”へ電流を供給するため超電導磁石用パ
ワ−リ−ド材の“輻射熱シ−ルド部内に位置せしめられ
る部位”の少なくとも一部を、熱伝導率が低くて臨界電
流密度が大きいこれら酸化物高温超電導バルク体に置き
換えると、熱伝導率の低い酸化物高温超電導バルク体部
が熱伝達の障壁となってパワ−リ−ド材を通じての輻射
熱シ−ルド部から永久電流スイッチや内槽部（内槽系）
への熱侵入を著しく低減することができる。
記目的を達成すべく鋭意研究を行い、次のような知見を
得ることができた。即ち、近年、臨界温度が液体窒素温
度を越える酸化物高温超電導体が次々と発見され、臨界
電流密度が大きいそれらのバルク体を製造する技術も著
しい進展を見せているが、これら酸化物高温超電導バル
ク体はこれまで超電導磁石用パワ−リ−ド材として適用
されてきた銅等の金属材料に比べるとその熱伝導率が極
めて低い。従って、“液体窒素温度に冷却される輻射熱
シ−ルド部”内を通って“液体ヘリウム温度に冷却され
る超電導コイル”へ電流を供給するため超電導磁石用パ
ワ−リ−ド材の“輻射熱シ−ルド部内に位置せしめられ
る部位”の少なくとも一部を、熱伝導率が低くて臨界電
流密度が大きいこれら酸化物高温超電導バルク体に置き
換えると、熱伝導率の低い酸化物高温超電導バルク体部
が熱伝達の障壁となってパワ−リ−ド材を通じての輻射
熱シ−ルド部から永久電流スイッチや内槽部（内槽系）
への熱侵入を著しく低減することができる。
【００１２】つまり、上述のように、酸化物高温超電導
バルク体部が輻射熱シ−ルド部から永久電流スイッチや
内槽部への熱侵入を防ぐ障壁になるので、該酸化物高温
超電導バルク体部に至るまでのリ−ド材を熱流入が多く
なる断面積の大きい銅線等で構成したとしても、これに
よる流入熱の永久電流スイッチや内槽部への侵入は酸化
物高温超電導バルク体部によって効果的に防止される
上、断面積の大きいリ−ド材の使用によりジュ−ル熱の
発生量が少ない状況下で大電流を流すことも可能とな
る。勿論、酸化物高温超電導バルク体部は、それ自身が
転移温度以下の温度（液体窒素温度）に保持されるので
電気抵抗がゼロの域に達し、大電流をロス無く（発熱を
伴うことなく）流すことができるようになる。
バルク体部が輻射熱シ−ルド部から永久電流スイッチや
内槽部への熱侵入を防ぐ障壁になるので、該酸化物高温
超電導バルク体部に至るまでのリ−ド材を熱流入が多く
なる断面積の大きい銅線等で構成したとしても、これに
よる流入熱の永久電流スイッチや内槽部への侵入は酸化
物高温超電導バルク体部によって効果的に防止される
上、断面積の大きいリ−ド材の使用によりジュ−ル熱の
発生量が少ない状況下で大電流を流すことも可能とな
る。勿論、酸化物高温超電導バルク体部は、それ自身が
転移温度以下の温度（液体窒素温度）に保持されるので
電気抵抗がゼロの域に達し、大電流をロス無く（発熱を
伴うことなく）流すことができるようになる。
【００１３】また、この場合、前記酸化物高温超電導バ
ルク体部をミアンダ型形状（曲りくねり形状）に加工し
ておくと、酸化物高温超電導バルク体部による断熱距離
を稼ぐことができるため酸化物高温超電導バルク体部を
通じての熱侵入はより一層低減される。
ルク体部をミアンダ型形状（曲りくねり形状）に加工し
ておくと、酸化物高温超電導バルク体部による断熱距離
を稼ぐことができるため酸化物高温超電導バルク体部を
通じての熱侵入はより一層低減される。
【００１４】ただ、酸化物高温超電導バルク体は機械的
強度がそれほど高くなくて破損しやすい材料であるが、
この材料に樹脂を真空含浸させる処理を施した場合に
は、超電導バルク体としての特性を劣化させることなく
強度を著しく改善することができ、車載用超電導磁石の
パワ−リ−ド材としても十分に満足できる性能が確保さ
れる。
強度がそれほど高くなくて破損しやすい材料であるが、
この材料に樹脂を真空含浸させる処理を施した場合に
は、超電導バルク体としての特性を劣化させることなく
強度を著しく改善することができ、車載用超電導磁石の
パワ−リ−ド材としても十分に満足できる性能が確保さ
れる。
【００１５】更に、例えば磁気浮上式鉄道用車載超電導
磁石等では走行等によって内槽部と輻射熱シ−ルド部間
の相対変位が生じることが予想され、そのため内槽部と
輻射熱シ−ルド部間にまたがるパワ−リ−ドには前記相
対変位に起因した応力が加わって機械的強度が比較的弱
い酸化物高温超電導バルク体部の破損を招くことも懸念
されるが、このような場合でも、酸化物高温超電導バル
ク体部以外の部位の少なくとも１部に編組線を接続した
構成とすることによってその懸念を解消することができ
る。
磁石等では走行等によって内槽部と輻射熱シ−ルド部間
の相対変位が生じることが予想され、そのため内槽部と
輻射熱シ−ルド部間にまたがるパワ−リ−ドには前記相
対変位に起因した応力が加わって機械的強度が比較的弱
い酸化物高温超電導バルク体部の破損を招くことも懸念
されるが、このような場合でも、酸化物高温超電導バル
ク体部以外の部位の少なくとも１部に編組線を接続した
構成とすることによってその懸念を解消することができ
る。
【００１６】本発明は、上記知見事項等を基にして完成
されたものであって、次の〜項に示す超電導磁石用
パワ−リ−ドを提供するものである。 超電導磁石装置の“液体窒素温度に冷却される輻射
熱シ−ルド部”内を通って“液体ヘリウム温度に冷却さ
れる超電導コイル”へ電流を供給するためのパワ−リ−
ドにおいて、電流リ−ド材の“輻射熱シ−ルド部内に位
置せしめられる部位”の少なくとも一部を、臨界温度が
液体窒素温度よりも高い酸化物高温超電導バルク体で構
成したことを特徴とする、超電導磁石用パワ−リ−ド。 電流リ−ド材の酸化物高温超電導バルク体部をミア
ンダ型形状とすることを特徴とする、前記項記載の超
電導磁石用パワ−リ−ド。 電流リ−ド材の酸化物高温超電導バルク体部が“樹
脂を真空含浸させた酸化物高温超電導バルク体”で構成
されていることを特徴とする、前記項又は項記載の
超電導磁石用パワ−リ−ド。 電流リ−ド材の酸化物高温超電導バルク体部が“酸
化物高温超電導バルク体の両端に電気良導体ブロックを
接続してからこの一体物に樹脂の真空含浸処理を施した
もの”で構成されていることを特徴とする、前記項又
は項記載の超電導磁石用パワ−リ−ド。 電流リ−ド材における酸化物高温超電導バルク体部
以外の部位の少なくとも１部を編組線で構成したことを
特徴とする、前記項乃至項の何れかに記載の超電導
磁石用パワ−リ−ド。
されたものであって、次の〜項に示す超電導磁石用
パワ−リ−ドを提供するものである。 超電導磁石装置の“液体窒素温度に冷却される輻射
熱シ−ルド部”内を通って“液体ヘリウム温度に冷却さ
れる超電導コイル”へ電流を供給するためのパワ−リ−
ドにおいて、電流リ−ド材の“輻射熱シ−ルド部内に位
置せしめられる部位”の少なくとも一部を、臨界温度が
液体窒素温度よりも高い酸化物高温超電導バルク体で構
成したことを特徴とする、超電導磁石用パワ−リ−ド。 電流リ−ド材の酸化物高温超電導バルク体部をミア
ンダ型形状とすることを特徴とする、前記項記載の超
電導磁石用パワ−リ−ド。 電流リ−ド材の酸化物高温超電導バルク体部が“樹
脂を真空含浸させた酸化物高温超電導バルク体”で構成
されていることを特徴とする、前記項又は項記載の
超電導磁石用パワ−リ−ド。 電流リ−ド材の酸化物高温超電導バルク体部が“酸
化物高温超電導バルク体の両端に電気良導体ブロックを
接続してからこの一体物に樹脂の真空含浸処理を施した
もの”で構成されていることを特徴とする、前記項又
は項記載の超電導磁石用パワ−リ−ド。 電流リ−ド材における酸化物高温超電導バルク体部
以外の部位の少なくとも１部を編組線で構成したことを
特徴とする、前記項乃至項の何れかに記載の超電導
磁石用パワ−リ−ド。
【００１７】ここで、本発明の超電導磁石用パワ−リ−
ドに適用する酸化物高温超電導バルク体は臨界温度が液
体窒素温度よりも高いものであればその種類は制限され
ず、例えば希土類元素（Ｙ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，
Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂの１種以上）を含
む銅酸化物超電導体（化学式がＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ，Ｌ
ａＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ，ＮｄＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ，ＳｍＢａ
２Ｃｕ３Ｏｙ，ＥＵＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ，ＧｄＢａ２Ｃｕ
３Ｏｙ，ＥｒＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ，ＬｕＢａ２Ｃｕ
３Ｏｙ，Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙで表されるもの
等）の焼結体や溶融法により得られたバルク体等の何れ
を用いても良い。ただ、強度や超電導特性等の観点から
すれば溶融法により得られた酸化物高温超電導バルク体
が好ましいと言える。
ドに適用する酸化物高温超電導バルク体は臨界温度が液
体窒素温度よりも高いものであればその種類は制限され
ず、例えば希土類元素（Ｙ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，
Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂの１種以上）を含
む銅酸化物超電導体（化学式がＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ，Ｌ
ａＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ，ＮｄＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ，ＳｍＢａ
２Ｃｕ３Ｏｙ，ＥＵＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ，ＧｄＢａ２Ｃｕ
３Ｏｙ，ＥｒＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ，ＬｕＢａ２Ｃｕ
３Ｏｙ，Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙで表されるもの
等）の焼結体や溶融法により得られたバルク体等の何れ
を用いても良い。ただ、強度や超電導特性等の観点から
すれば溶融法により得られた酸化物高温超電導バルク体
が好ましいと言える。
【００１８】また、本発明においては、パワ−リ−ドの
酸化物高温超電導バルク体部を“樹脂の真空含浸により
強化したもの”とするのが好ましく、特にバルク体部を
ミアンダ型形状としたものでは、応力集中箇所が増える
ので樹脂の含浸処理を施して強化することは実用上非常
に有効な手段となる。
酸化物高温超電導バルク体部を“樹脂の真空含浸により
強化したもの”とするのが好ましく、特にバルク体部を
ミアンダ型形状としたものでは、応力集中箇所が増える
ので樹脂の含浸処理を施して強化することは実用上非常
に有効な手段となる。
【００１９】なお、酸化物超電導バルク体に樹脂を含浸
させる手法としては、真空等の減圧雰囲気下に保持した
酸化物超電導バルク体と液状樹脂とを接触させる方法が
効果的である。酸化物高温超電導バルク体を樹脂の真空
含浸により強化するためには、真空等の減圧雰囲気下に
保持した酸化物超電導バルク体と液状樹脂とを接触させ
れば良い。これによって樹脂が酸化物高温超電導バルク
体の表層部に浸透し、超電導特性に悪影響を及ぼすこと
なく酸化物高温超電導バルク体の機械的強度を著しく向
上する。この場合、樹脂含浸した酸化物高温超電導バル
ク体の表面が樹脂の層で覆われていても差し支えはな
い。
させる手法としては、真空等の減圧雰囲気下に保持した
酸化物超電導バルク体と液状樹脂とを接触させる方法が
効果的である。酸化物高温超電導バルク体を樹脂の真空
含浸により強化するためには、真空等の減圧雰囲気下に
保持した酸化物超電導バルク体と液状樹脂とを接触させ
れば良い。これによって樹脂が酸化物高温超電導バルク
体の表層部に浸透し、超電導特性に悪影響を及ぼすこと
なく酸化物高温超電導バルク体の機械的強度を著しく向
上する。この場合、樹脂含浸した酸化物高温超電導バル
ク体の表面が樹脂の層で覆われていても差し支えはな
い。
【００２０】ところで、溶融法による酸化物高温超電導
バルク体の場合は、単結晶あるいは疑似単結晶状態のセ
ラミックスであるため樹脂の浸透が起きないと考えられ
がちであるが、実際にはバルク体の製造過程においてこ
れらに微小なクラックや気孔が内在されるのを防止する
ことが困難であり、真空中における樹脂含浸の手法を適
用すると、表面に開口した微小クラック部だけでなく、
これらを通して表層部全体に、更にはバルク内部にまで
も樹脂が浸透し、これがクラックや気孔に応力集中が起
きるのを防止するのでバルク体そのものの機械的強度が
飛躍的に向上する。
バルク体の場合は、単結晶あるいは疑似単結晶状態のセ
ラミックスであるため樹脂の浸透が起きないと考えられ
がちであるが、実際にはバルク体の製造過程においてこ
れらに微小なクラックや気孔が内在されるのを防止する
ことが困難であり、真空中における樹脂含浸の手法を適
用すると、表面に開口した微小クラック部だけでなく、
これらを通して表層部全体に、更にはバルク内部にまで
も樹脂が浸透し、これがクラックや気孔に応力集中が起
きるのを防止するのでバルク体そのものの機械的強度が
飛躍的に向上する。
【００２１】酸化物高温超電導バルク体に真空含浸させ
る樹脂としては、エポキシ系樹脂，尿素樹脂，フェノ−
ル樹脂，不飽和ポリエステル樹脂，ポリウレタン，アル
キド樹脂，メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂が適当であ
る。真空含浸させる樹脂中に、樹脂の線膨張係数を低下
させて酸化物超電導バルク体の線膨張係数に近づけるた
めのフィラ−材（例えば石英，炭酸カルシウム，アルミ
ナ，ガラス，タルク等）を添加しておくことも、強化の
ためにはより好ましい手段である。また、酸化物高温超
電導バルク体を布（ガラス繊維，炭素繊維，セラミック
繊維，ポリアミド系合成高分子繊維等）で包んでからこ
れらを一体にして樹脂の真空含浸処理を行い、パワ−リ
−ドの酸化物高温超電導バルク体部を樹脂含浸したバル
ク体とそれを包む樹脂含浸した布とが一体化したものと
しても良い。これにより、酸化物高温超電導バルク体部
の強度は一段と向上する。
る樹脂としては、エポキシ系樹脂，尿素樹脂，フェノ−
ル樹脂，不飽和ポリエステル樹脂，ポリウレタン，アル
キド樹脂，メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂が適当であ
る。真空含浸させる樹脂中に、樹脂の線膨張係数を低下
させて酸化物超電導バルク体の線膨張係数に近づけるた
めのフィラ−材（例えば石英，炭酸カルシウム，アルミ
ナ，ガラス，タルク等）を添加しておくことも、強化の
ためにはより好ましい手段である。また、酸化物高温超
電導バルク体を布（ガラス繊維，炭素繊維，セラミック
繊維，ポリアミド系合成高分子繊維等）で包んでからこ
れらを一体にして樹脂の真空含浸処理を行い、パワ−リ
−ドの酸化物高温超電導バルク体部を樹脂含浸したバル
ク体とそれを包む樹脂含浸した布とが一体化したものと
しても良い。これにより、酸化物高温超電導バルク体部
の強度は一段と向上する。
【００２２】なお、酸化物超電導バルク体に樹脂を含浸
させる手法の１例を示すと次の通りである。まず、溶融
法により作製したＹＢＣＯ（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ）超電
導バルク体を真空容器に入れて７０℃まで予熱してから
真空容器内を減圧し、続いてビスフェノ−ルＡ型エポキ
シ樹脂と芳香族ポリアミンをそれぞれ３０℃まで予熱し
た状態で配合組成（重量比）１００：３２に混合して真
空下で脱気したものをバルク体を覆うように注ぎ込んで
浸透させ、これらを大気圧に戻してから８０℃で６時間
加熱して樹脂を硬化させる。これより、強度の高い“樹
脂を真空含浸させた酸化物高温超電導バルク体”を得る
ことができる。
させる手法の１例を示すと次の通りである。まず、溶融
法により作製したＹＢＣＯ（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ）超電
導バルク体を真空容器に入れて７０℃まで予熱してから
真空容器内を減圧し、続いてビスフェノ−ルＡ型エポキ
シ樹脂と芳香族ポリアミンをそれぞれ３０℃まで予熱し
た状態で配合組成（重量比）１００：３２に混合して真
空下で脱気したものをバルク体を覆うように注ぎ込んで
浸透させ、これらを大気圧に戻してから８０℃で６時間
加熱して樹脂を硬化させる。これより、強度の高い“樹
脂を真空含浸させた酸化物高温超電導バルク体”を得る
ことができる。
【００２３】“樹脂を真空含浸させた酸化物高温超電導
バルク体”を構成部材とした超電導磁石用パワ−リ−ド
を作製する場合には、まず酸化物高温超電導バルク体の
両端に電気的接続端子として銅ブロック等の電気良導体
ブロックを接合し、その後でこの一体物を丸ごと真空樹
脂含浸処理することが推奨される。なぜなら、この処理
により酸化物高温超電導バルク体の表層に樹脂含浸層が
形成されてバルク体の強化がなされる上、バルク体と電
気良導体ブロックの一体物が気泡を内在しない樹脂皮膜
に包まれた状態となるのでそれらの接合部の保護・強化
にもつながり、パワ−リ−ドの給電特性，耐久性の向上
がもたらされるからである。なお、電気良導体ブロック
の樹脂皮膜に包まれた部位に他のリ−ド材等を接続する
場合は、接続部位の樹脂皮膜を除去するか、あるいは真
空樹脂含浸処理の前にその部位が樹脂皮膜に覆われない
ようにマスキングを施しておけば良い。
バルク体”を構成部材とした超電導磁石用パワ−リ−ド
を作製する場合には、まず酸化物高温超電導バルク体の
両端に電気的接続端子として銅ブロック等の電気良導体
ブロックを接合し、その後でこの一体物を丸ごと真空樹
脂含浸処理することが推奨される。なぜなら、この処理
により酸化物高温超電導バルク体の表層に樹脂含浸層が
形成されてバルク体の強化がなされる上、バルク体と電
気良導体ブロックの一体物が気泡を内在しない樹脂皮膜
に包まれた状態となるのでそれらの接合部の保護・強化
にもつながり、パワ−リ−ドの給電特性，耐久性の向上
がもたらされるからである。なお、電気良導体ブロック
の樹脂皮膜に包まれた部位に他のリ−ド材等を接続する
場合は、接続部位の樹脂皮膜を除去するか、あるいは真
空樹脂含浸処理の前にその部位が樹脂皮膜に覆われない
ようにマスキングを施しておけば良い。
【００２４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るパワ−リ−
ドを用いた車載超電導磁石装置例の模式図である。この
本発明に係るパワ−リ−ドは、主として、内槽部側に位
置する酸化物高温超電導バルク体９｛例えばＩ型あるい
はミアンダ型に加工した単結晶のＹＢＣＯ（ＹＢａ２Ｃ
ｕ３Ｏｙ）バルク体等｝と、それと直列に接続された編
組線１０とからなっている。酸化物高温超電導バルク体
は、例えばその両端にフパッタリング処理による銀皮膜
を施してからその部分に銅のブロックをハンダ付けし、
この素子をエポキシ樹脂等により真空含浸処理したもの
とするのが好ましい。その際、銅ブロックの他端は樹脂
で覆われないようにマスキングしておくのが良い。
ドを用いた車載超電導磁石装置例の模式図である。この
本発明に係るパワ−リ−ドは、主として、内槽部側に位
置する酸化物高温超電導バルク体９｛例えばＩ型あるい
はミアンダ型に加工した単結晶のＹＢＣＯ（ＹＢａ２Ｃ
ｕ３Ｏｙ）バルク体等｝と、それと直列に接続された編
組線１０とからなっている。酸化物高温超電導バルク体
は、例えばその両端にフパッタリング処理による銀皮膜
を施してからその部分に銅のブロックをハンダ付けし、
この素子をエポキシ樹脂等により真空含浸処理したもの
とするのが好ましい。その際、銅ブロックの他端は樹脂
で覆われないようにマスキングしておくのが良い。
【００２５】上記本発明に係るパワ−リ−ドは、図示し
たように、その酸化物高温超電導バルク体９の部位を超
電導バルク体固定具１１等によって例えば内槽３に剛固
定して用いる。なお、酸化物高温超電導バルク体９の部
位は輻射熱シ−ルド板２に固定しても構わない。
たように、その酸化物高温超電導バルク体９の部位を超
電導バルク体固定具１１等によって例えば内槽３に剛固
定して用いる。なお、酸化物高温超電導バルク体９の部
位は輻射熱シ−ルド板２に固定しても構わない。
【００２６】さて、超電導磁石装置の稼働に際しては外
部電源からパワ−リ−ドの編組線１０部及び酸化物高温
超電導バルク体９部を通して超電導コイル４，４に電流
が供給されるが、この時、サ−マルアンカ−８によって
阻止し得なかった外部からの侵入熱は、その大部分が熱
伝導性の良い編組線１０を伝って酸化物高温超電導バル
ク体９にまで達する。しかし、酸化物高温超電導バルク
体９は熱伝導率が低くて断熱性に富んでいるため侵入熱
は、この部位に止まり、永久電流スイッチ７や内槽部に
伝わる前に輻射熱シ−ルド部に放散するので、永久電流
スイッチ７や内槽部への侵入が抑えられる。従って、超
電導磁石装置の熱損失は極めて小さくなる。
部電源からパワ−リ−ドの編組線１０部及び酸化物高温
超電導バルク体９部を通して超電導コイル４，４に電流
が供給されるが、この時、サ−マルアンカ−８によって
阻止し得なかった外部からの侵入熱は、その大部分が熱
伝導性の良い編組線１０を伝って酸化物高温超電導バル
ク体９にまで達する。しかし、酸化物高温超電導バルク
体９は熱伝導率が低くて断熱性に富んでいるため侵入熱
は、この部位に止まり、永久電流スイッチ７や内槽部に
伝わる前に輻射熱シ−ルド部に放散するので、永久電流
スイッチ７や内槽部への侵入が抑えられる。従って、超
電導磁石装置の熱損失は極めて小さくなる。
【００２７】また、輻射熱シ−ルド部に位置する酸化物
高温超電導バルク体９部は液体窒素温度に冷却されるの
で超電導状態に維持され、それ自体が発熱することなく
大電流をロスなく流すことになるので、超電導コイル
４，４への給電には何らの支障も生じない。更に、車載
超電導磁石では走行等によって内槽系と輻射熱シ−ルド
部間の相対変位が生じがちであることは前述した通りで
あるが、その変位は可撓性の編組線１０によって吸収さ
れるので、変位に起因した機械的応力が強度の比較的弱
い酸化物高温超電導バルク体９部を破損することも防が
れる。
高温超電導バルク体９部は液体窒素温度に冷却されるの
で超電導状態に維持され、それ自体が発熱することなく
大電流をロスなく流すことになるので、超電導コイル
４，４への給電には何らの支障も生じない。更に、車載
超電導磁石では走行等によって内槽系と輻射熱シ−ルド
部間の相対変位が生じがちであることは前述した通りで
あるが、その変位は可撓性の編組線１０によって吸収さ
れるので、変位に起因した機械的応力が強度の比較的弱
い酸化物高温超電導バルク体９部を破損することも防が
れる。
【００２８】
【発明の効果】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、液体ヘリウム系への熱浸入量を従来品よりも大幅に
抑えて十分な通電容量を確保しながら長時間の給電を行
うことが可能な超電導磁石用パワ−リ−ドを提供するこ
とができる。また、従来品では不可欠であったパワ−リ
−ドのガス冷却回路を省略することができるので超電導
磁石装置の大幅な小型化が可能となるほか、冷凍システ
ムの運転制御を単純化することも可能となる。従って、
本発明の産業への寄与効果は極めて著しい。
ば、液体ヘリウム系への熱浸入量を従来品よりも大幅に
抑えて十分な通電容量を確保しながら長時間の給電を行
うことが可能な超電導磁石用パワ−リ−ドを提供するこ
とができる。また、従来品では不可欠であったパワ−リ
−ドのガス冷却回路を省略することができるので超電導
磁石装置の大幅な小型化が可能となるほか、冷凍システ
ムの運転制御を単純化することも可能となる。従って、
本発明の産業への寄与効果は極めて著しい。
【図１】本発明に係るパワ−リ−ドを使用した車載超電
導磁石例の模式図である。
導磁石例の模式図である。
【図２】従来の車載超電導磁石用パワ−リ−ドの説明図
である。
である。
１ 外槽 ２ 輻射熱シ−ルド板 ３ 内槽 ４ 超電導コイル ５ パワ−リ−ド ６ 冷却ガス導通管 ７ 永久電流スイッチ ８ サ−マルアンカ− ９ 酸化物高温超電導バルク体 １０ 編組線 １１ 超電導バルク体固定具
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富田 優 東京都江東区東雲一丁目10−13 財団法人 国際超電導産業技術研究センタ−超電導工 学研究所内 (72)発明者 根本 薫 東京都国分寺市光町二丁目８−38 財団法 人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 戸来 年樹 東京都国分寺市光町二丁目８−38 財団法 人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 村上 雅人 東京都江東区東雲一丁目10−13 財団法人 国際超電導産業技術研究センタ−超電導工 学研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】 超電導磁石装置の“液体窒素温度に冷却
される輻射熱シ−ルド部”内を通って“液体ヘリウム温
度に冷却される超電導コイル”へ電流を供給するための
パワ−リ−ドにおいて、電流リ−ド材の“輻射熱シ−ル
ド部内に位置せしめられる部位”の少なくとも一部を、
臨界温度が液体窒素温度よりも高い酸化物高温超電導バ
ルク体で構成したことを特徴とする、超電導磁石用パワ
−リ−ド。 - 【請求項２】 電流リ−ド材の酸化物高温超電導バルク
体部をミアンダ型形状とすることを特徴とする、請求項
１記載の超電導磁石用パワ−リ−ド。 - 【請求項３】 電流リ−ド材の酸化物高温超電導バルク
体部が“樹脂を真空含浸させた酸化物高温超電導バルク
体”で構成されていることを特徴とする、請求項１又は
２記載の超電導磁石用パワ−リ−ド。 - 【請求項４】 電流リ−ド材の酸化物高温超電導バルク
体部が“酸化物高温超電導バルク体の両端に電気良導体
ブロックを接続してからこの一体物に樹脂の真空含浸処
理を施したもの”で構成されていることを特徴とする、
請求項１又は２記載の超電導磁石用パワ−リ−ド。 - 【請求項５】 電流リ−ド材における酸化物高温超電導
バルク体部以外の部位の少なくとも１部を編組線で構成
したことを特徴とする、請求項１乃至４の何れかに記載
の超電導磁石用パワ−リ−ド。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000404695A JP2002198214A (ja) | 2000-12-26 | 2000-12-26 | 超電導磁石用パワ−リ−ド |
| US10/028,993 US6657526B2 (en) | 2000-12-26 | 2001-12-21 | Power lead for superconductive magnet |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000404695A JP2002198214A (ja) | 2000-12-26 | 2000-12-26 | 超電導磁石用パワ−リ−ド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002198214A true JP2002198214A (ja) | 2002-07-12 |
Family
ID=18868614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000404695A Pending JP2002198214A (ja) | 2000-12-26 | 2000-12-26 | 超電導磁石用パワ−リ−ド |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6657526B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002198214A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103035353A (zh) * | 2012-12-17 | 2013-04-10 | 中国科学院电工研究所 | 一种应用Bi系和Y系高温超导带材绕制的组合绕组 |
| CN110534286A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-12-03 | 上海联影医疗科技有限公司 | 超导磁体系统及控制方法 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004058006B3 (de) * | 2004-12-01 | 2006-06-08 | Siemens Ag | Supraleitungseinrichtung mit Kryosystem und supraleitendem Schalter |
| JP4908960B2 (ja) * | 2006-07-27 | 2012-04-04 | 株式会社日立製作所 | 超伝導磁石装置および磁気共鳴イメージング装置 |
| KR101165229B1 (ko) * | 2010-12-07 | 2012-07-16 | 두산중공업 주식회사 | 열발생 방지를 위한 초전도 회전기 |
| US9062949B1 (en) * | 2013-01-28 | 2015-06-23 | The Boeing Company | Apparatus, methods, and systems for electromagnetic projectile launching |
| US10049800B2 (en) * | 2013-02-25 | 2018-08-14 | Fujikura Ltd. | High-temperature superconducting coil and superconducting device |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4119984A1 (de) * | 1991-06-18 | 1992-12-24 | Hoechst Ag | Resistiver strombegrenzer |
| US5623240A (en) * | 1992-10-20 | 1997-04-22 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Compact superconducting magnet system free from liquid helium |
| US5742217A (en) * | 1995-12-27 | 1998-04-21 | American Superconductor Corporation | High temperature superconductor lead assembly |
| US6413624B1 (en) * | 1999-03-09 | 2002-07-02 | International Superconductivity Technology Center | Oxide superconductor and process for producing same |
-
2000
- 2000-12-26 JP JP2000404695A patent/JP2002198214A/ja active Pending
-
2001
- 2001-12-21 US US10/028,993 patent/US6657526B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103035353A (zh) * | 2012-12-17 | 2013-04-10 | 中国科学院电工研究所 | 一种应用Bi系和Y系高温超导带材绕制的组合绕组 |
| CN110534286A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-12-03 | 上海联影医疗科技有限公司 | 超导磁体系统及控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6657526B2 (en) | 2003-12-02 |
| US20020132738A1 (en) | 2002-09-19 |
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