JP2010267822A - Superconducting coil device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は超電導コイル装置に係り、特に磁気共鳴画像診断装置、超電導磁気エネルギ貯蔵装置、単結晶引き上げ装置等の超電導応用機器に適用される超電導コイル装置に関する。 The present invention relates to a superconducting coil device, and more particularly, to a superconducting coil device applied to superconducting application equipment such as a magnetic resonance imaging diagnosis device, a superconducting magnetic energy storage device, and a single crystal pulling device.
近年、超電導技術の向上に伴い、例えば磁気共鳴画像診断装置(MRI)、超電導磁気エネルギ貯蔵装置(SMES)、金属の単結晶引き上げ装置等の超電導応用機器が実用化されている。 In recent years, with the improvement of superconducting technology, superconducting applications such as a magnetic resonance imaging diagnostic apparatus (MRI), a superconducting magnetic energy storage apparatus (SMES), and a metal single crystal pulling apparatus have been put into practical use.
これらの機器は、超電導線材を巻回した超電導コイルを内蔵した構成となっており、さらに高磁場中での臨界電流特性に優れた高温超電導線材を使用した超電導コイルの開発が進められている。 These devices have a structure in which a superconducting coil wound with a superconducting wire is built in, and development of a superconducting coil using a high-temperature superconducting wire excellent in critical current characteristics in a high magnetic field is being promoted.
超電導コイルを構成する高温超電導線材としては、例えばテープ状の金属基板、中間層、超電導層および保護金属層を積層した多層構造の薄膜超電導線材が提案されている(特許文献1参照)。 As a high-temperature superconducting wire constituting the superconducting coil, for example, a thin film superconducting wire having a multilayer structure in which a tape-shaped metal substrate, an intermediate layer, a superconducting layer, and a protective metal layer are laminated has been proposed (see Patent Document 1).
ところで、超電導コイルは一般に樹脂を含浸した状態で使用されることが多く、このような薄膜超電導線材においては、冷却時に樹脂と線材との熱収縮率の差に起因する積層方向に対する引張り力(剥離力)が働き、層間剥離あるいは超電導薄膜内で亀裂が生じて、安定した超電導特性を得られない可能性がある。 By the way, a superconducting coil is generally used in a state of being impregnated with a resin, and in such a thin film superconducting wire, a tensile force (peeling in the laminating direction due to a difference in thermal contraction rate between the resin and the wire during cooling is used. Force), delamination or cracks occur in the superconducting thin film, and stable superconducting properties may not be obtained.
なお、これまでには超電導線材に働く剥離力を低減する対策として、共巻きする絶縁材の表面を全面離形処理することにより、離形材と樹脂との界面で意図的に剥離を起こし、超電導線材自体が引張られないようにする手段が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, until now, as a measure to reduce the peeling force acting on the superconducting wire, the entire surface of the insulating material to be wound together is intentionally peeled off at the interface between the release material and the resin, Means for preventing the superconducting wire itself from being pulled has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、絶縁材を全面離形処理してしまうと、冷却時等に巻き数が異なる超電導線材同士のコイル径方向の伝熱経路が断たれてしまうため、コイル発熱時に熱損傷が発生する虞れがある。 However, if the entire surface of the insulating material is demolded, the heat transfer path in the coil radial direction between superconducting wires having different numbers of turns will be cut off during cooling or the like, which may cause thermal damage during coil heating. There is.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、樹脂含浸された超電導コイル装置において、超電導線材に働く剥離力を十分に低減することができとともに、巻き数が異なる超電導線材同士のコイル径方向の伝熱経路を確保し、超電導線材の径方向に対する伝熱性能を向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and in a superconducting coil apparatus impregnated with a resin, it is possible to sufficiently reduce the peeling force acting on the superconducting wire and to coil the superconducting wires having different winding numbers. An object is to secure a heat transfer path in the radial direction and improve the heat transfer performance in the radial direction of the superconducting wire.
前記の目的を達成するため、本発明では、テープ状の超電導線材と絶縁材とを巻回してなる超電導コイル装置において、前記絶縁材の表面に前記超電導線材に働く剥離力を低減する離形処理を、前記テープ状絶縁材の面内における幅方向両端部を除く部分の少なくとも一部に施してなることを特徴とする超電導コイル装置を提供する。 In order to achieve the above object, in the present invention, in a superconducting coil device in which a tape-shaped superconducting wire and an insulating material are wound, a mold release treatment that reduces the peeling force acting on the superconducting wire on the surface of the insulating material. Is provided on at least a part of a portion excluding both ends in the width direction in the surface of the tape-shaped insulating material.
また、本発明では、絶縁被覆が成されたテープ状の超電導線材と金属テープとを巻回してなる超線材コイル装置において、前記金属テープの表面に前記超電導線材に働く剥離力を低減する離形処理を、前記金属テープの面内における幅方向両端部を除く部分の少なくとも一部に施してなることを特徴とする超電導コイル装置を提供する。 Further, in the present invention, in a superwire coil device formed by winding a tape-shaped superconducting wire having an insulating coating and a metal tape, a mold release for reducing the peeling force acting on the superconducting wire on the surface of the metal tape. Provided is a superconducting coil device characterized in that the treatment is performed on at least a part of a portion excluding both ends in the width direction in the plane of the metal tape.
また、本発明では、前記超電導線材は、テープ状の金属基板と、この金属基板上に中間層を介して形成された高温超電導線材からなる超電導層と、この超電導層の上に形成された保護金属層とを有し、前記超電導層に近い側の絶縁材表面のみが離形処理されている超電導コイル装置を提供する。 In the present invention, the superconducting wire comprises a tape-shaped metal substrate, a superconducting layer made of a high-temperature superconducting wire formed on the metal substrate via an intermediate layer, and a protection formed on the superconducting layer. There is provided a superconducting coil device having a metal layer and having only a surface of an insulating material close to the superconducting layer being subjected to release treatment.
また、本発明では、前記離形材は、フッ素系樹脂テープ、パラフィン、グリース、シリコンオイルからなる群より選ばれた少なくとも一種からなる超電導コイル装置を提供する。 In the present invention, there is also provided a superconducting coil device, wherein the release material is at least one selected from the group consisting of a fluororesin tape, paraffin, grease, and silicon oil.
また、本発明では、超電導線材に超電導線材よりも幅広な幅広テープ線が取付けられ、この幅広テープ線のテープ面内で長手方向と垂直な方向の両端が非離形処理部とされている超電導コイル装置を提供する。 Further, in the present invention, a superconducting wire is attached with a wide tape wire wider than the superconducting wire, and both ends of the wide tape wire in the direction perpendicular to the longitudinal direction are non-separation processing portions. A coil device is provided.
また、本発明では、前記テープ線は超電導線材の金属基板に近い側に取付けられている超電導コイル装置を提供する。 The present invention also provides a superconducting coil device in which the tape wire is attached to a side of the superconducting wire close to the metal substrate.
本発明によれば、絶縁材の表面に超電導線材に働く剥離力を低減する離形処理を、テープ状絶縁材または金属テープの面内における幅方向両端部を除く部分の少なくとも一部に施し、テープ状の超電導線材がこの超電導線材の幅方向の両端において樹脂と接する構成とすることにより、巻き数が異なる超電導線材同士のコイル径方向の伝熱経路を確保することができ、超電導線材の幅方向に対する伝熱性能を向上させることができる。 According to the present invention, a release treatment that reduces the peeling force acting on the superconducting wire on the surface of the insulating material is applied to at least a part of the portion in the plane of the tape-shaped insulating material or the metal tape except for both ends in the width direction, By adopting a structure in which the tape-shaped superconducting wire is in contact with the resin at both ends in the width direction of the superconducting wire, it is possible to secure a heat transfer path in the coil radial direction between the superconducting wires having different winding numbers, and the width of the superconducting wire. The heat transfer performance with respect to the direction can be improved.
以下、本発明に係る超電導コイル装置の実施形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of a superconducting coil device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[第1実施形態](図1,図2)
図1は本発明の第1実施形態による超電導コイル装置1Aの全体を示す構成図であり、図2は図1に示した超電導コイル装置1Aの円環状部分を径方向で切断した状態を示す拡大縦断面図である。
First Embodiment (FIGS. 1 and 2)
FIG. 1 is a block diagram showing the whole
図1に示すように、本実施形態の超電導コイル装置1Aは、全体として円環状をなす超電導コイル2から構成されている。
As shown in FIG. 1, the
図1において、超電導コイル2は内径側から外径側に向って順次に、テープ状の超電導線材4、絶縁材5および離形材6を備えている。これらの超電導線材4、絶縁材5および離形材6は、樹脂7によって固定されている。
In FIG. 1, a
そして、テープ状の超電導線材4と、離形材6により離形処理された絶縁材5とを巻き回した構成としてあり、これらの間に樹脂7が充填されている。なお、保護金属層4dの上にまたは上記多層構造体の周囲にさらに安定化金属層4e(銅、ステンレス鋼等)を形成してもよい。
And it is set as the structure which wound the tape-shaped
そして、超電導線材4は図2に示すように、テープ状の金属基板4aと、この金属基板4a上に中間層4bを介して形成された高温超電導線材からなる超電導層4cと、この超電導層4cの上(表面)に形成された保護金属層4dとを有する多層構造体から成り、超電導層4cに接している側の絶縁材5表面のみが離形処理されている。なお、保護金属層4dの上にまたは上記多層構造体の周囲にさらに安定化金属層4e(銅、ステンレス鋼等)を形成してもよい。
As shown in FIG. 2, the
これにより、本実施形態ではテープ状の絶縁材5がテープ面内で長手方向と垂直な方向、すなわち幅方向の両端が離形されない構成となる。なお、図2においては両端以外の全てが離形処理されている例で示したが、本発明の効果が得られるよう、少なくとも一部に離形処理が成されて良いのはもちろんである。
Thereby, in this embodiment, the tape-like
このように、テープ状の超電導線材4にこれと同幅の絶縁材5を重合してリング状に巻回することにより、絶縁材5表面に部分的に超電導線に働く剥離力を低減する離形処理を施してあり、テープ状の絶縁材5におけるテープ面内で、長手方向と垂直な方向の両端を除いて離形処理されている。
In this way, the
なお、離形材6としては、フッ素系樹脂テープ、パラフィン、グリース、シリコンオイルからなる群より選ばれる少なくとも一種が適用されている。また、テフロン(登録商標)製のテープの適用も可能である。
In addition, as the
また、超電導線材4が絶縁被覆されている場合は、絶縁材5は不要となる。さらに、補強の目的でCu、ステンレス鋼などの金属テープを共巻きしても良く、この場合、金属テープに離形処理を施しても良い。
Further, when the
このように構成された本実施形態において、離形材6によって離形処理された絶縁材5の表面は樹脂7と直接接することがない。
In the present embodiment configured as described above, the surface of the insulating
また、離形材6と樹脂7との接着力は、絶縁材5と樹脂7との直接の接着力に比べて相対的に弱いため、超電導線材4と絶縁材5との間にある樹脂7が収縮した時、離形材6と樹脂7との界面で剥離が生じ、両者の間に空間が形成される。一方、離形処理されていない絶縁材5の幅方向両端は、樹脂7と直接接する。
In addition, since the adhesive force between the
本実施形態の超電導コイル装置1Aによれば、超電導線材4と絶縁材5との間に設けられた樹脂7が収縮した時、通常では超電導線材4の表面が引張られるが、本実施形態では離形材6と樹脂7との界面で剥離が生じ、これら離形材6と樹脂7との間に空間が生じるため、超電導線材4に働く剥離力を大幅に低減することができる。
According to the
また、絶縁材5の幅方向両端は離形処理されていないため、巻き数が異なる超電導線材4同士のコイル径方向の伝熱経路を確保することができる。
In addition, since both ends in the width direction of the
[第2実施形態](図3)
図3は、本発明の第2実施形態による超電導コイル装置1Bの全体を示す構成図である。
[Second Embodiment] (FIG. 3)
FIG. 3 is a block diagram showing the entire superconducting coil device 1B according to the second embodiment of the present invention.
なお、本実施形態において、第1実施形態と同一の構成については図1および図2と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2, and redundant descriptions are omitted.
図3において、本実施形態では超電導線材4が、図2に示したテープ状の金属基板4aと、この金属基板4a上に中間層4bを介して形成された高温超電導線材からなる超電導層4cと、この超電導層4cの上(表面)に形成された保護金属層4dとを有する多層構造体から成り、前記超電導層4cに接している側の絶縁材5表面のみが離形処理されている。
In FIG. 3, in this embodiment, the
高温超電導線材は、一般的にCoated Conductorと呼ばれる線材構造をしており、積層された複数の部材により構成されている。すなわち、金属基板4a(ハステロイ(登録商標)等)と、この上に中間層4b(多結晶薄膜等)を介して形成された超電導層4c(Re123系等の高温超電導薄膜等)、およびこの超電導層4cの上に形成された保護金属層4d(金、銀等)である。なお、保護金属層4dの上にまたは上記多層構造体の周囲にさらに安定化金属層4e(銅、ステンレス鋼等)を形成してもよい。
The high temperature superconducting wire has a wire structure generally called a Coated Conductor, and is composed of a plurality of laminated members. That is, a
このように構成された高温超電導線材4は積層方向に対して非対称であり、本実施形態では、超電導層4cに近い側の絶縁材5表面のみが離形材6によって部分的に離形処理された構成となる。
The high-
そして、超電導層4cに近い側の絶縁材5表面は離形処理されているが、金属基板4aに近い側の絶縁材5表面は離形処理されておらず、樹脂7と直接接する構成としてある。
The surface of the insulating
金属基板4aには強度の高い部材が使用されることが多く、超電導線材4は、超電導層4cに近い側の線材表面に垂直な引張り力に比べて、金属基板4aに近い側の線材表面に垂直な引張り力には強い。
A member with high strength is often used for the
このため、本実施形態の超電導コイル装置1Bによれば、巻き数の異なる超電導線材4同士のコイル径方向の伝熱経路が確保できるだけでなく、金属基板4aに近い側の超電導線材4の表面からの伝熱性能を向上させることができる。
For this reason, according to the superconducting coil device 1B of the present embodiment, not only can a heat transfer path in the coil radial direction between the
[第3実施形態](図4)
図4は本発明の第3実施形態による超電導コイル装置1Cの全体を示す構成図である。
[Third Embodiment] (FIG. 4)
FIG. 4 is a block diagram showing the entire superconducting coil device 1C according to the third embodiment of the present invention.
なお、第1実施形態1および第2実施形態までの構成と同一の構成については、図示の同一部分に同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 In addition, about the structure same as the structure to 1st Embodiment 1 and 2nd Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the same part of illustration, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図4に示すように、本実施形態の超電導コイル装置1Cにおいては、超電導線材4に、この超電導線材4よりも幅広な幅広テープ線8が取付けられ、この幅広テープ線8において、テープ面内で長手方向と垂直な方向の両端は非離形処理部としてある。
As shown in FIG. 4, in the superconducting coil device 1 </ b> C of the present embodiment, a
また、幅広テープ線8は超電導線材4の金属基板4aに近い側に取付けられている。
The
このように、本実施形態によれば、金属基板4aに近い側の線材表面において、超電導線材4よりも幅広な幅広テープ線8が取付けられている。なお、幅広テープ線8としては、金属基板(ハステロイ(登録商標)等)よりも熱伝導率の良い部材(銅、ステンレス鋼、アルミニウム等)が好ましい。
Thus, according to the present embodiment, the
本実施形態の超電導コイル装置1Cによれば、超電導線材4に線材よりも幅広な幅広テープ線8が取付けられることにより、この幅広テープ線8の幅方向両端で樹脂7と多く接する構成とすることができる。
According to the superconducting coil device 1C of the present embodiment, the
1A〜1C 超電導コイル装置
1 超電導線材
2 超電導コイル
4a 金属基板
4b 中間層
4c 超電導層
4d 保護金属層
4e 安定化金属層
4 超電導線材
5 絶縁材
6 離形材
7 樹脂
8 幅広テープ線
1A to 1C Superconducting coil device 1
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