JP2621034B2 - クライオマグネット用巻線配列 - Google Patents
クライオマグネット用巻線配列Info
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、動作温度で超電導性を有する線から作られ
た巻線と常電導線から作られた巻線の並列接続から成る
少くとも１つの巻線区画を有するクライオマグネット
（cryomagnet）用の巻線配列に関する。
た巻線と常電導線から作られた巻線の並列接続から成る
少くとも１つの巻線区画を有するクライオマグネット
（cryomagnet）用の巻線配列に関する。
そのような巻線配列はDE−A 35 32 396から公知であ
る。この公知の巻線配列は動作温度で超電導性を有する
線から作られた巻線と常電導線から作られた巻線の並列
接続から各々が成る多くの巻線区画を示している。個々
の巻線は各々巻線配列の層を成し、別々の２つの層が並
列に接続されて一つの巻線区画を成している。常電導巻
線から形成された層は銅線により構成され、良好なクエ
ンチ分散（quench dispersion）を保証する目的に役立
つだけではなく、超電導線に生じる引張応力による許容
不可能な超電導線巻線の延伸を防止する縛り材としても
機能する。
る。この公知の巻線配列は動作温度で超電導性を有する
線から作られた巻線と常電導線から作られた巻線の並列
接続から各々が成る多くの巻線区画を示している。個々
の巻線は各々巻線配列の層を成し、別々の２つの層が並
列に接続されて一つの巻線区画を成している。常電導巻
線から形成された層は銅線により構成され、良好なクエ
ンチ分散（quench dispersion）を保証する目的に役立
つだけではなく、超電導線に生じる引張応力による許容
不可能な超電導線巻線の延伸を防止する縛り材としても
機能する。
上記の構成を有する公知の巻線配列の大きさは、２つ
の要素により決定される。即ち、電流密度と磁界強度と
の積の限界値と、クエンチ時の電流引き受け（take−ov
er）に必要な常電導材の横断面とによって決定される。
これらの要素により決定されるクライオマグネット巻線
配列の大きさは、特に磁気共鳴イミージングに用いられ
るような大きな内径を有するクライオマグネットに関わ
る場合に、重量を大きく左右する。超電導トモグラフィ
マグネット用の巻線配列は、数メートルトンのオーダー
の重量により、従って、材料コストは巻線配列のコスト
における重要な要素を代表するものとなる。更に、その
ような巻線配列をクライオスタットに取り付けることに
関わる問題は、巻線配列の重量につれて大きなものとな
る。従って、そのような巻線配列の重量の低減を可能と
する手段は、クライオマグネットの建造に関わる多くの
問題を低減し、同時にコスト節減に導く。クライオマグ
ネット用の巻線配列を製造可能な様々の既製の超電導体
の線又はケーブルが、特許DE−A 26 02 735、DE−A 33
29 390、及び科学技術雑誌「アイ・イー・イー・イー・
トランザクションズ オン マグネティックス（IEEE T
ransactions on Magnetics）」MAG−23（1987）第914頁
〜917頁、そして雑誌「クライオジェニック エンジニ
アリング（CRYOGENIC ENGINEERING）、1987年４月９〜1
3日、日本国、京都で開かれた第１回低温工学会議の議
事録」の第112〜114頁におけるゼット・ジェイ・ジェイ
ステクリ（Z.J.J.Stekly）による記事「M.H.D.用大型超
電導磁石（Large Superconducting Magnets for M.H.
D.）」から公知である。これらの既製の線又はケーブル
は、超電導性及び常電導性と同様に機械的安定性に関す
る必要条件を満たすような寸法となっている。クライオ
マグネット用の完全な巻線配列を製造する時には、既製
の線又はケーブルの各部分は巻線配列全体内において生
じる最も厳格な必要条件を満足させなければならない。
何故ならば、これらのタイプの既製の線又はケーブルを
使用する場合には、巻線構造内は位置によって変化させ
ることは不可能であるからである。このことは、同時
に、巻線配列全体に対するかなりの設計上の制約を表わ
す。更に、これらのタイプの既製の線は、トモグラフィ
マグネットにおいて必要とされるような大きな内径を有
する巻線配列の製造には高価すぎるものである。
の要素により決定される。即ち、電流密度と磁界強度と
の積の限界値と、クエンチ時の電流引き受け（take−ov
er）に必要な常電導材の横断面とによって決定される。
これらの要素により決定されるクライオマグネット巻線
配列の大きさは、特に磁気共鳴イミージングに用いられ
るような大きな内径を有するクライオマグネットに関わ
る場合に、重量を大きく左右する。超電導トモグラフィ
マグネット用の巻線配列は、数メートルトンのオーダー
の重量により、従って、材料コストは巻線配列のコスト
における重要な要素を代表するものとなる。更に、その
ような巻線配列をクライオスタットに取り付けることに
関わる問題は、巻線配列の重量につれて大きなものとな
る。従って、そのような巻線配列の重量の低減を可能と
する手段は、クライオマグネットの建造に関わる多くの
問題を低減し、同時にコスト節減に導く。クライオマグ
ネット用の巻線配列を製造可能な様々の既製の超電導体
の線又はケーブルが、特許DE−A 26 02 735、DE−A 33
29 390、及び科学技術雑誌「アイ・イー・イー・イー・
トランザクションズ オン マグネティックス（IEEE T
ransactions on Magnetics）」MAG−23（1987）第914頁
〜917頁、そして雑誌「クライオジェニック エンジニ
アリング（CRYOGENIC ENGINEERING）、1987年４月９〜1
3日、日本国、京都で開かれた第１回低温工学会議の議
事録」の第112〜114頁におけるゼット・ジェイ・ジェイ
ステクリ（Z.J.J.Stekly）による記事「M.H.D.用大型超
電導磁石（Large Superconducting Magnets for M.H.
D.）」から公知である。これらの既製の線又はケーブル
は、超電導性及び常電導性と同様に機械的安定性に関す
る必要条件を満たすような寸法となっている。クライオ
マグネット用の完全な巻線配列を製造する時には、既製
の線又はケーブルの各部分は巻線配列全体内において生
じる最も厳格な必要条件を満足させなければならない。
何故ならば、これらのタイプの既製の線又はケーブルを
使用する場合には、巻線構造内は位置によって変化させ
ることは不可能であるからである。このことは、同時
に、巻線配列全体に対するかなりの設計上の制約を表わ
す。更に、これらのタイプの既製の線は、トモグラフィ
マグネットにおいて必要とされるような大きな内径を有
する巻線配列の製造には高価すぎるものである。
様々なクライオマグネット巻線配列構造が、技術刊行
物「ザレヴィュー オブ サイエンティフィック イン
スツルメンツ（The Review of Scientific Instrument
s）」36（1965）、第825〜830頁から公知である。公知
の巻線配列の１つは、２つのそれぞれの巻線層の間にあ
り金属メッシュで強化可能なホイル（箔）層を有してい
る。もし存在すれば、２つの逆巻きの層間に位置するこ
のタイプの金属メッシュ強化ホイルは個々の層の巻線の
互いに対する安定した機械的局在化をもたらし、生じる
軸方向の力による巻線の互いに対するばね当りが回避さ
れる。そのような巻線のはね当りの回避は、それにより
引き起こされるクエンチレリース（quench release）の
発生を排除するために必要である。しかし、該ホイル内
の金属メッシュは、必ず、円周方向に伸長されることな
く巻線層間の所定位置に置かれ、従って、下にある巻線
の半径方向の機械的支持の役目を果たさない。
物「ザレヴィュー オブ サイエンティフィック イン
スツルメンツ（The Review of Scientific Instrument
s）」36（1965）、第825〜830頁から公知である。公知
の巻線配列の１つは、２つのそれぞれの巻線層の間にあ
り金属メッシュで強化可能なホイル（箔）層を有してい
る。もし存在すれば、２つの逆巻きの層間に位置するこ
のタイプの金属メッシュ強化ホイルは個々の層の巻線の
互いに対する安定した機械的局在化をもたらし、生じる
軸方向の力による巻線の互いに対するばね当りが回避さ
れる。そのような巻線のはね当りの回避は、それにより
引き起こされるクエンチレリース（quench release）の
発生を排除するために必要である。しかし、該ホイル内
の金属メッシュは、必ず、円周方向に伸長されることな
く巻線層間の所定位置に置かれ、従って、下にある巻線
の半径方向の機械的支持の役目を果たさない。
この先行技術に関して、上記の種類の巻線配列を更に
発展させて、前記巻線を実質的に低減された体積で経済
的に製造可能にすることが本発明の目的である。
発展させて、前記巻線を実質的に低減された体積で経済
的に製造可能にすることが本発明の目的である。
この目的は、本発明によれば、請求の範囲第１項の特
徴部に記載された構造を有する請求の範囲第１項の包括
部（generic Part）によるクライオマグネット用の巻線
配列を用いて達成される。
徴部に記載された構造を有する請求の範囲第１項の包括
部（generic Part）によるクライオマグネット用の巻線
配列を用いて達成される。
本発明による巻線配列により、先行技術の超電導線に
おける銅断面と超電導フィラメントの断面間の比に比較
して非常に小さい該比を有する超電導線の使用が可能と
なる。何故ならば超電導線の大きさは、その電流運搬可
能機能によってのみ決定されるからである。常電導銅線
又は5.8×107Sm-1より良好な導電性を有する材料から作
られた巻線は、常電導の場合、即ち超電導線内にクエン
チが生じた場合に、熱伝導性及び電流引き受け機能を果
たさねばならないのみであり、従来技術により要求され
ていた超電導線に充分な機械的支持を与えるという付加
的仕事を引き受ける必要がない。機械的支持の機能は、
本質的に、鋼鉄線又は巻線配列の運転温度での銅の弾性
係数より高い弾性係数を有する材料から作られた巻線に
より引き受けられる。３つの異なる巻線にそれぞれの機
能を分離して持たせることにより、本発明による巻線配
列は、各個別の巻線をしてその機能を最適に発揮せしめ
ることが可能となる。このようにして、本発明によれ
ば、巻線配列内の巻線の総数又は巻線層の総数を減少さ
せて、体積のかなりの節減を行うこと、及び先行技術の
配列と比較して本発明による巻線配列の重量を減少させ
ることが可能となる。
おける銅断面と超電導フィラメントの断面間の比に比較
して非常に小さい該比を有する超電導線の使用が可能と
なる。何故ならば超電導線の大きさは、その電流運搬可
能機能によってのみ決定されるからである。常電導銅線
又は5.8×107Sm-1より良好な導電性を有する材料から作
られた巻線は、常電導の場合、即ち超電導線内にクエン
チが生じた場合に、熱伝導性及び電流引き受け機能を果
たさねばならないのみであり、従来技術により要求され
ていた超電導線に充分な機械的支持を与えるという付加
的仕事を引き受ける必要がない。機械的支持の機能は、
本質的に、鋼鉄線又は巻線配列の運転温度での銅の弾性
係数より高い弾性係数を有する材料から作られた巻線に
より引き受けられる。３つの異なる巻線にそれぞれの機
能を分離して持たせることにより、本発明による巻線配
列は、各個別の巻線をしてその機能を最適に発揮せしめ
ることが可能となる。このようにして、本発明によれ
ば、巻線配列内の巻線の総数又は巻線層の総数を減少さ
せて、体積のかなりの節減を行うこと、及び先行技術の
配列と比較して本発明による巻線配列の重量を減少させ
ることが可能となる。
上述したように、先行技術の巻線配列においては、使
用される銅断面は、その全部が、クエンチの際に生じる
電流を引き受けるために必要なわけではない。何故なら
ば、特別な巻線配列設計を用いることにより、クエンチ
の際、局部的電流ピークなしで、常電導線巻線中の電流
の急速でむらのない分布の発生を得ることが可能である
からである。該局部的電流ピークにより、局部的過熱及
びその結果としての損傷を防止するために非常に大きな
銅断面が次に必要とされるであろう。巻線配列を機械的
に強化するために常電導線が必要である限りにおいて、
該線もまた、より高い弾性係数（Ｅ−modulus）の他の
材料で置きかえることが可能であり、その必要量は従っ
てこの目的で現在まで使用されてきた銅線の必要量より
少ない。このようにして、もし使用される材料の弾性係
数が銅の弾性係数の少なくとも1.2倍であれば、顕著な
結果が既に達成されている。
用される銅断面は、その全部が、クエンチの際に生じる
電流を引き受けるために必要なわけではない。何故なら
ば、特別な巻線配列設計を用いることにより、クエンチ
の際、局部的電流ピークなしで、常電導線巻線中の電流
の急速でむらのない分布の発生を得ることが可能である
からである。該局部的電流ピークにより、局部的過熱及
びその結果としての損傷を防止するために非常に大きな
銅断面が次に必要とされるであろう。巻線配列を機械的
に強化するために常電導線が必要である限りにおいて、
該線もまた、より高い弾性係数（Ｅ−modulus）の他の
材料で置きかえることが可能であり、その必要量は従っ
てこの目的で現在まで使用されてきた銅線の必要量より
少ない。このようにして、もし使用される材料の弾性係
数が銅の弾性係数の少なくとも1.2倍であれば、顕著な
結果が既に達成されている。
機械的強化に加えて、そのような材料を用いてコイル
中を流れる電流量と磁界強度との積の限界値を、従来レ
ベルを超えて、増大させることが可能であることも判明
した。このように、超電導線から作られた巻線を他のそ
れとより接近させて配列させることが可能であり、もし
適切であれば、磁石コイル中を流れる電流の強度を増大
させて巻線配列の体積を減少させることが可能である。
このようにして、かなりの材料節減が達成可能であり、
安定した巻線配列を作ること及び該配列をクライオスタ
ットに装着することに関連した問題を減じることが可能
である。
中を流れる電流量と磁界強度との積の限界値を、従来レ
ベルを超えて、増大させることが可能であることも判明
した。このように、超電導線から作られた巻線を他のそ
れとより接近させて配列させることが可能であり、もし
適切であれば、磁石コイル中を流れる電流の強度を増大
させて巻線配列の体積を減少させることが可能である。
このようにして、かなりの材料節減が達成可能であり、
安定した巻線配列を作ること及び該配列をクライオスタ
ットに装着することに関連した問題を減じることが可能
である。
本発明による巻線配列は、決して、軸方向及び半径方
向に均質である必要はなく、むしろ、３つの個別の線の
断面密度は位置の関数として変化させることができる。
個々の線種によっての断面表面当りの巻線の個々の数を
変化させることにより、半径方向及び軸方向の平均電流
密度を変化させることができ、このことは、今度は、設
計者に、磁界の均質性という必要条件を満たしながら、
コイル設計上のより大きい自由を与える。従って、本発
明の巻線配列の場合、一つの軸方向及び半径方向の巻線
区画内に請求の範囲第１項に定義された構造を持つだけ
で十分である。
向に均質である必要はなく、むしろ、３つの個別の線の
断面密度は位置の関数として変化させることができる。
個々の線種によっての断面表面当りの巻線の個々の数を
変化させることにより、半径方向及び軸方向の平均電流
密度を変化させることができ、このことは、今度は、設
計者に、磁界の均質性という必要条件を満たしながら、
コイル設計上のより大きい自由を与える。従って、本発
明の巻線配列の場合、一つの軸方向及び半径方向の巻線
区画内に請求の範囲第１項に定義された構造を持つだけ
で十分である。
本発明による巻線配列の好ましい改良は、請求の範囲
の従属項第２〜７項において与えられている。
の従属項第２〜７項において与えられている。
請求の範囲第７項に必要とされているように、鋼鉄線
巻線に強磁性鋼鉄を使用することにより、コイルの充電
は強磁性巻線の飽和磁化を導き、これは、今度は、予め
決定できる仕方で全体の磁界強度に貢献することにな
る。この付加的磁界により、非強磁性鋼を用いた場合に
必要とされるコイル長に対して短い長さのコイルを用い
ても均質な磁界を達成することが可能になる。同時に、
これらの手段により、運転状態下の個々の線にかかる引
張り荷重もより低いことが判明した。
巻線に強磁性鋼鉄を使用することにより、コイルの充電
は強磁性巻線の飽和磁化を導き、これは、今度は、予め
決定できる仕方で全体の磁界強度に貢献することにな
る。この付加的磁界により、非強磁性鋼を用いた場合に
必要とされるコイル長に対して短い長さのコイルを用い
ても均質な磁界を達成することが可能になる。同時に、
これらの手段により、運転状態下の個々の線にかかる引
張り荷重もより低いことが判明した。
従来技術の一態様及び本発明の諸態様は添付の図面に
基づいて以下に説明されるであろう。
基づいて以下に説明されるであろう。
第１図は、クライオマグネット巻線配列の縦断面図で
ある。
ある。
第２図は、従来技術の巻線層配列を有する第１図の領
域II近傍の巻線区画の拡大図である。
域II近傍の巻線区画の拡大図である。
第３図は、第２図に対応する呈示における本発明の巻
線配列の第１の実施態様である。
線配列の第１の実施態様である。
第４〜８図は、第２図の区画に対応する呈示における
本発明の巻線配列の第２乃至第６実施態様である。
本発明の巻線配列の第２乃至第６実施態様である。
第１図は、トモグラフィ装置クライオマグネット巻線
配列の典型的な構造を示す。この巻線配列においては、
巻線は、コイルスプール５の周辺部に位置する４つのチ
ャンバ１、２、３、４に配分されている。チャンバ１か
らチャンバ４に配された巻線により形成されるコイル
は、全長Ｌ＝1700mm及び内径Ｄ＝1080mmである。巻線配
列の内側中心部における磁界は3.65テスラの強度を有
し、巻線内でコイル軸方向に生じる最大磁界強度は値Bm
ax4.74テスラを有する。
配列の典型的な構造を示す。この巻線配列においては、
巻線は、コイルスプール５の周辺部に位置する４つのチ
ャンバ１、２、３、４に配分されている。チャンバ１か
らチャンバ４に配された巻線により形成されるコイル
は、全長Ｌ＝1700mm及び内径Ｄ＝1080mmである。巻線配
列の内側中心部における磁界は3.65テスラの強度を有
し、巻線内でコイル軸方向に生じる最大磁界強度は値Bm
ax4.74テスラを有する。
従来技術によれば、そのようなコイルの巻線配列が第
２図に示された構成を有することが可能である。コイル
スプール５の個々のチャンバに配された巻線は各々常電
導線11及び動作温度で超電導性を有する線12の60の層か
ら成っている。使用される線は、各々裸線断面1.5mm、
及びワニスを塗ったときの断面1.6mmを有する。第２図
から分るように、巻線配列中における銅線と超電導線は
3:1の比率で存在している。即ち、２本巻の銅線と超電
導線とから各々が成る２つの層13が銅線から各々が成る
２つの層14と交互になる形で存在している。超電導線中
における銅と超電導体との断面比は1.8である。
２図に示された構成を有することが可能である。コイル
スプール５の個々のチャンバに配された巻線は各々常電
導線11及び動作温度で超電導性を有する線12の60の層か
ら成っている。使用される線は、各々裸線断面1.5mm、
及びワニスを塗ったときの断面1.6mmを有する。第２図
から分るように、巻線配列中における銅線と超電導線は
3:1の比率で存在している。即ち、２本巻の銅線と超電
導線とから各々が成る２つの層13が銅線から各々が成る
２つの層14と交互になる形で存在している。超電導線中
における銅と超電導体との断面比は1.8である。
このようにして構成された巻線配列は、2.8メートル
トンの重量を有するが、そのうち0.7メートルトンは超
電導線によるものであり、2.1メートルトンは銅線によ
るものである。動作電流INは557Aであり、上述の巻線中
の最大磁界4.7テスラにおける臨界電流ICは1300Aであ
る。その結果、相対電流付加IN/IC＝0.43となる。
トンの重量を有するが、そのうち0.7メートルトンは超
電導線によるものであり、2.1メートルトンは銅線によ
るものである。動作電流INは557Aであり、上述の巻線中
の最大磁界4.7テスラにおける臨界電流ICは1300Aであ
る。その結果、相対電流付加IN/IC＝0.43となる。
これらの値の場合、ローレンツ力の結果として、超電
導線中の最大自由引張応力は、 ｏ＝IN＊Bmax＊r/q＝800MPa. となることが判明する。
導線中の最大自由引張応力は、 ｏ＝IN＊Bmax＊r/q＝800MPa. となることが判明する。
この関係において、ｒは最大磁界の位置における巻線
の半径であり、ｑは超伝導線の断面積である。２本巻層
13と純粋な銅から作られた層14の両方における銅線の縛
り作用の結果として、即ち、外側の荷重をかけられてい
ない層による内側の荷重をかけられた層の支持により、
結果として、超電導線における低減された引張応力が得
られる。
の半径であり、ｑは超伝導線の断面積である。２本巻層
13と純粋な銅から作られた層14の両方における銅線の縛
り作用の結果として、即ち、外側の荷重をかけられてい
ない層による内側の荷重をかけられた層の支持により、
結果として、超電導線における低減された引張応力が得
られる。
ここにおいて、ｖは超電導巻線１本当りの常電導巻線
の数を示す。
の数を示す。
本発明により設計される巻線配列は、両方の銅電層14
を1.6mmの直径の鋼鉄線から作られた単一の層15で置き
換えることにより、第２図に示された従来技術により設
計された前記巻線配列から導出することができる。鋼鉄
の弾性係数（Ｅ−modulus）は銅の弾性係数の約２倍大
きいので、前記単一の鋼鉄線層15は、第２図の巻線配列
に存在する銅線から作られた２重層14と同じ縛り作用を
有する。このようにして、巻線配列層の数は60から45に
低減される、即ち、各々が鋼鉄線16から成る１つの層15
と交互に配された２本巻の銅線11と超電導線12から作ら
れた15の２重層13に低減される。該２重層13と単一層15
の連続は、層群17を形成しながら半径方向に繰り返され
る。先行技術と比較して巻線配列層の数が低減したた
め、巻線の重量は2.1メートルトンに低減されるが、こ
れは0.7メートルトンが超電導線からのものであり、わ
ずかに0.7メートルトンが銅線からのものであり、同様
に0.7メートルトンが鋼鉄線からのものであることによ
る。このようにして、従来の構成の巻線と比較して、体
積と重量の両方において25％の節約が達成される。その
結果、材料費におけるかなりの節約が実現され、クライ
オスタットに巻線を装着することに関わる諸問題が減じ
られる。重量の低減の結果、巻線配列をクライオスタッ
トに固定する支持要素は機械的に弱くてもよい、即ち、
低減された断面であってもよい。このようにして、今度
は、クライオスタットの内側から外側への熱伝達が減じ
られ、これにより、また、その直径が低減されることに
よるクライオスタットの外側表面の減少の結果として、
ヘリウム消費の低減が達成可能である。
を1.6mmの直径の鋼鉄線から作られた単一の層15で置き
換えることにより、第２図に示された従来技術により設
計された前記巻線配列から導出することができる。鋼鉄
の弾性係数（Ｅ−modulus）は銅の弾性係数の約２倍大
きいので、前記単一の鋼鉄線層15は、第２図の巻線配列
に存在する銅線から作られた２重層14と同じ縛り作用を
有する。このようにして、巻線配列層の数は60から45に
低減される、即ち、各々が鋼鉄線16から成る１つの層15
と交互に配された２本巻の銅線11と超電導線12から作ら
れた15の２重層13に低減される。該２重層13と単一層15
の連続は、層群17を形成しながら半径方向に繰り返され
る。先行技術と比較して巻線配列層の数が低減したた
め、巻線の重量は2.1メートルトンに低減されるが、こ
れは0.7メートルトンが超電導線からのものであり、わ
ずかに0.7メートルトンが銅線からのものであり、同様
に0.7メートルトンが鋼鉄線からのものであることによ
る。このようにして、従来の構成の巻線と比較して、体
積と重量の両方において25％の節約が達成される。その
結果、材料費におけるかなりの節約が実現され、クライ
オスタットに巻線を装着することに関わる諸問題が減じ
られる。重量の低減の結果、巻線配列をクライオスタッ
トに固定する支持要素は機械的に弱くてもよい、即ち、
低減された断面であってもよい。このようにして、今度
は、クライオスタットの内側から外側への熱伝達が減じ
られ、これにより、また、その直径が低減されることに
よるクライオスタットの外側表面の減少の結果として、
ヘリウム消費の低減が達成可能である。
第４図の変形された態様においては、層群17は、常電
導線11の最も内側の層と、該常電導線層を取り巻く超電
導線層12と、該層群17を包む鋼鉄線16から作られた層と
を含む。
導線11の最も内側の層と、該常電導線層を取り巻く超電
導線層12と、該層群17を包む鋼鉄線16から作られた層と
を含む。
第５図に示される第３の態様において、全ての各層に
おいて、鋼鉄線16、超電導線12、及び常電導線11が敷か
れる。この場合、層群17は単一の層になる。隣接する層
の超電導、常電導及び鋼鉄線は、実際的理由により、下
にある層に対しわずかに変位している。
おいて、鋼鉄線16、超電導線12、及び常電導線11が敷か
れる。この場合、層群17は単一の層になる。隣接する層
の超電導、常電導及び鋼鉄線は、実際的理由により、下
にある層に対しわずかに変位している。
同様に、第６図の第４の実施態様により、層群17を、
２本巻の超電導線12及び常電導線11から成る内側の層
と、対応する鋼鉄線16の外側の層とから組み立てること
が可能である。第７図の第５の実施態様においては、本
発明の巻線配列は、常電導線の付加的な層により囲まれ
た鋼鉄線と超電導線の２本巻の内側の層の層群17を含
む。
２本巻の超電導線12及び常電導線11から成る内側の層
と、対応する鋼鉄線16の外側の層とから組み立てること
が可能である。第７図の第５の実施態様においては、本
発明の巻線配列は、常電導線の付加的な層により囲まれ
た鋼鉄線と超電導線の２本巻の内側の層の層群17を含
む。
第８図の第６の実施態様においては、１つの層群は鋼
鉄線と常電導線の２本巻の外側の層により囲まれた超電
導線12の内側の層から成る。
鉄線と常電導線の２本巻の外側の層により囲まれた超電
導線12の内側の層から成る。
一つの層群中における超電導線12、常電導線11、及び
鋼鉄線16から作られた巻線の全ての任意の配置は、同様
にして、巻線全体の体積と重量を減じるという本発明の
目的に至る。個々の線11、12、16はそれぞれの機能であ
る超電導電流運搬能力、常電導電流運搬能力、並びに機
械的安定及び熱伝導能力に対して、各々最適化すること
ができる。
鋼鉄線16から作られた巻線の全ての任意の配置は、同様
にして、巻線全体の体積と重量を減じるという本発明の
目的に至る。個々の線11、12、16はそれぞれの機能であ
る超電導電流運搬能力、常電導電流運搬能力、並びに機
械的安定及び熱伝導能力に対して、各々最適化すること
ができる。
図示した実施態様の変形として、層群は、３又は４以
上の単一層から成っていてもよい。
上の単一層から成っていてもよい。
巻線配列を通じて縦断面当りの常電導線11、超電導線
12、及び鋼鉄線16の巻線の数は、半径方向同様軸方向に
も位置の関数として変化してもよい。このようにして、
特に、巻線配列中の平均電流密度における位置による変
化をもたらすことが可能となる。これは、磁界の均質性
という主要な必要条件を維持しながら巻線設計を行う際
の自由を増大せしめることになる。
12、及び鋼鉄線16の巻線の数は、半径方向同様軸方向に
も位置の関数として変化してもよい。このようにして、
特に、巻線配列中の平均電流密度における位置による変
化をもたらすことが可能となる。これは、磁界の均質性
という主要な必要条件を維持しながら巻線設計を行う際
の自由を増大せしめることになる。
常電導線11は、通常そうであるように、銅で作ること
ができる。同様に、本発明の目的に関わる限りで、5.8
×107Sm-1より良好な導電率を有する別の材料を使用す
ることができる。
ができる。同様に、本発明の目的に関わる限りで、5.8
×107Sm-1より良好な導電率を有する別の材料を使用す
ることができる。
全ての実施態様において、鋼鉄線16の代わりに、数ケ
ルビンに対応する巻線配列の動作温度での銅の弾性係数
より高い弾性係数を有する材料で作られた線を使用する
ことができる。
ルビンに対応する巻線配列の動作温度での銅の弾性係数
より高い弾性係数を有する材料で作られた線を使用する
ことができる。
鋼鉄線16用の材料としてのステンレス鋼の代わりに、
強磁性鋼を用いることができる。高い動作磁界強度にお
いては、強磁性鋼は磁気飽和し、それにより、あらかじ
め決定できる大きさの磁界全体に対する自己貢献をな
す。この結果、均質な磁界及び個々の線11、12、16にか
かる引張力の低減を維持しながら、コイル全体を短くす
ることが可能になる。
強磁性鋼を用いることができる。高い動作磁界強度にお
いては、強磁性鋼は磁気飽和し、それにより、あらかじ
め決定できる大きさの磁界全体に対する自己貢献をな
す。この結果、均質な磁界及び個々の線11、12、16にか
かる引張力の低減を維持しながら、コイル全体を短くす
ることが可能になる。
本発明が図示した実施態様に限定されないこと、むし
ろ、本発明の範囲を離れることなく様々な変形が可能で
あるのは明らかである。動作温度で超電導性を有する
線、常電導線、及び支持層は、非常に多くの様々な方法
で配置することができる。これは次の必要条件を満足す
る限り事実である。即ち、選択された配列の場合、電流
密度と磁界強度との積がコイル構成により得られる限界
値を超えないこと、常電導材料の断面がクエンチの場合
と同様磁石を立ち上げる時の動作電流を運搬するのに充
分大きいこと、最後に、常電導線から作られた巻線の配
列がクエンチの速やかな分散を保証することである。こ
れにより、高い弾性係数を有する材料から作られた挿入
層は、導電性とは関わりなく超電導線で作られた巻線を
最適に支持するように配置される。
ろ、本発明の範囲を離れることなく様々な変形が可能で
あるのは明らかである。動作温度で超電導性を有する
線、常電導線、及び支持層は、非常に多くの様々な方法
で配置することができる。これは次の必要条件を満足す
る限り事実である。即ち、選択された配列の場合、電流
密度と磁界強度との積がコイル構成により得られる限界
値を超えないこと、常電導材料の断面がクエンチの場合
と同様磁石を立ち上げる時の動作電流を運搬するのに充
分大きいこと、最後に、常電導線から作られた巻線の配
列がクエンチの速やかな分散を保証することである。こ
れにより、高い弾性係数を有する材料から作られた挿入
層は、導電性とは関わりなく超電導線で作られた巻線を
最適に支持するように配置される。
常電導線はもはや実質的な支持機能を果たさないの
で、該線は、例えばアルミニウムがそうであるように、
良好な導電性を有するが特に高い弾性係数を呈しない材
料で構成することができる。アルミニウムの比重は銅の
それよりかなり小さく、より良好な導電性故により小さ
いアルミニウム線断面さえ選択できるので、アルミニウ
ムの利用により、そのような巻線配列の重量がさらにか
なり低減されることになる。更に、高い弾性係数を有す
る材料で構成された挿入層は鋼鉄線に限定される必要が
なく、むしろ、高い弾性係数を有する他の物質、特に繊
維強化プラスチックから成るフィラメントも利用できる
ことは明らかである。最後に、巻線配列全体を高い弾性
係数を有する材料から成る付加的ケーシングで囲むこと
も可能であろう。
で、該線は、例えばアルミニウムがそうであるように、
良好な導電性を有するが特に高い弾性係数を呈しない材
料で構成することができる。アルミニウムの比重は銅の
それよりかなり小さく、より良好な導電性故により小さ
いアルミニウム線断面さえ選択できるので、アルミニウ
ムの利用により、そのような巻線配列の重量がさらにか
なり低減されることになる。更に、高い弾性係数を有す
る材料で構成された挿入層は鋼鉄線に限定される必要が
なく、むしろ、高い弾性係数を有する他の物質、特に繊
維強化プラスチックから成るフィラメントも利用できる
ことは明らかである。最後に、巻線配列全体を高い弾性
係数を有する材料から成る付加的ケーシングで囲むこと
も可能であろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミューラー ヴォルフガング ハンス- ゲオルグ ドイツ連邦共和国、デー‐7500 カール スルーエ １、ケスリナー シュトラー セ 48 ａ (72)発明者 カステン アルネ ドイツ連邦共和国、デー‐7500 カール スルーエ １、ベルタ‐フォン‐ズット ナー‐シュトラーセ ５ (56)参考文献 特開 昭64−711（ＪＰ，Ａ) 特公 昭62−21244（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (7)
- 【請求項１】動作温度で超電導性を有する線（12）の巻
線と常電導線（11）から成る巻線との並列接続により構
成された少くとも一つの巻線区画を有する、クライオマ
グネット用巻線配列において、該巻線区画内の巻線配列
は幾つかの層群（17）を呈示し、前記層群（17）はその
半径方向に繰り返し配され、前記幾つかの層群（17）の
各々は、超電導線（12）から成る第１の巻線と、銅又は
5.8×107Sm-1より大きい導電率を有する材料から成る常
電導線（11）からなる第２の巻線と、鋼鉄線（16）又は
巻線配列の動作温度で銅の弾性係数より高い弾性係数を
有する材料で作られた線から成る第３の巻線とを呈示す
ることを特徴とする巻線配列。 - 【請求項２】前記超電導線（12）はモノリシック線であ
ることを特徴とする請求の範囲第１項記載の巻線配列。 - 【請求項３】前記幾つかの層群（17）の各々は、前記超
電導線（12）から成る第１の巻線の１つの層と、前記常
電導線（11）から成る第２の巻線の１つの層と、前記鋼
鉄線（16）又は巻線配列の動作温度で銅の弾性係数より
高い弾性係数を有する材料で作られた線から成る第３の
巻線の１つの層とを呈示することを特徴とする請求の範
囲第１項又は第２項記載の巻線配列。 - 【請求項４】前記幾つかの層群（17）の各々は、前記超
電導線（12）から成る第１の巻線、前記銅又は5.8×107
Sm-1より大きい導電率を有する材料から成る常電導線
（11）からなる第２の巻線、及び前記鋼鉄線（16）又は
巻線配列の動作温度で銅の弾性係数より高い弾性係数を
有する材料で作られた線から成る第３の巻線のうちの２
つからなる少くとも１つの第１の層と、前記第１の層に
含まれない巻線からなる第２の層とを呈示することを特
徴とする請求の範囲第１項又は第２項記載の巻線配列。 - 【請求項５】前記幾つかの層群（17）の各々は、複数の
前記第１の層（13）と１つの前記第２の層（15）とを呈
示することを特徴とする請求の範囲第４項記載の巻線配
列。 - 【請求項６】前記幾つかの層群（17）の各々は、１つの
前記第１の層（13）と複数の前記第２の層（15）とを含
むことを特徴とする請求の範囲第４項記載の巻線配列。 - 【請求項７】前記鋼鉄線（16）から成る巻線は強磁性線
で作られることを特徴とする請求の範囲第１〜６項のい
ずれか１項に記載の巻線配列。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3824042A DE3824042A1 (de) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | Wicklungsanordnung fuer einen kryomagneten |
| DE3824042.4 | 1988-07-15 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03503945A JPH03503945A (ja) | 1991-08-29 |
| JP2621034B2 true JP2621034B2 (ja) | 1997-06-18 |
Family
ID=6358761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1507693A Expired - Fee Related JP2621034B2 (ja) | 1988-07-15 | 1989-07-13 | クライオマグネット用巻線配列 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5227755A (ja) |
| EP (1) | EP0424442B1 (ja) |
| JP (1) | JP2621034B2 (ja) |
| DE (2) | DE3824042A1 (ja) |
| WO (1) | WO1990000803A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DE10033869C2 (de) * | 2000-07-12 | 2003-07-31 | Karlsruhe Forschzent | HTS-Kryomagnet und Aufmagnetisierungsverfahren |
| KR100378886B1 (ko) * | 2000-09-05 | 2003-04-07 | 한국전기연구원 | 초전도 영구 전류 스위치와 그것을 위한 보빈 |
| KR20040108474A (ko) * | 2003-06-17 | 2004-12-24 | 학교법인연세대학교 | 보조권선을 구비한 보빈을 포함하는 직류리액터 |
| US7257881B1 (en) * | 2006-10-02 | 2007-08-21 | Tyco Electronics Power Systems, Inc. | Method and structure for assembling electrical windings about a central member |
| US20120078328A1 (en) * | 2010-09-27 | 2012-03-29 | Marc Vancraeyenest | System and apparatus for treatment of biological cellular structure with electromagnetic wave energy and electromagnetic field energy sources |
| GB2532314B (en) * | 2014-10-27 | 2018-05-02 | Siemens Healthcare Ltd | Support of superconducting coils for MRI systems |
| GB2540623A (en) * | 2015-07-24 | 2017-01-25 | Tesla Eng Ltd | Superconducting winding arrangements |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CH592946A5 (ja) * | 1975-12-15 | 1977-11-15 | Bbc Brown Boveri & Cie | |
| DE2736157B2 (de) * | 1977-08-11 | 1979-10-31 | Vacuumschmelze Gmbh, 6450 Hanau | Supraleitender Verbundleiter und Verfahren zu dessen Herstellung |
| DE3023856C1 (de) * | 1980-06-25 | 1983-12-15 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Kabelförmiger, kryogen stabilisierter Hochstromsupraleiter |
| JPS5893254A (ja) * | 1981-11-30 | 1983-06-02 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
| DE3329390A1 (de) * | 1983-08-13 | 1985-02-21 | Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh, 7500 Karlsruhe | Mechanisch verstaerkte supraleiter mit verbesserten eigenschaften bei hohen magnetfeldern und verfahren zu deren herstellung |
| JPS6221244A (ja) * | 1985-07-22 | 1987-01-29 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
| DE3532396A1 (de) * | 1985-09-11 | 1987-03-19 | Bruker Analytische Messtechnik | Magnetspule |
| JP2645721B2 (ja) * | 1987-03-26 | 1997-08-25 | 住友電気工業株式会社 | 超電導コイル |
-
1988
- 1988-07-15 DE DE3824042A patent/DE3824042A1/de active Granted
-
1989
- 1989-07-13 DE DE8989908151T patent/DE58904814D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-07-13 JP JP1507693A patent/JP2621034B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1989-07-13 EP EP89908151A patent/EP0424442B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1989-07-13 US US07/635,631 patent/US5227755A/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-07-13 WO PCT/DE1989/000463 patent/WO1990000803A1/de active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3824042A1 (de) | 1990-01-18 |
| DE58904814D1 (de) | 1993-07-29 |
| DE3824042C2 (ja) | 1993-04-29 |
| EP0424442B1 (de) | 1993-06-23 |
| JPH03503945A (ja) | 1991-08-29 |
| WO1990000803A1 (de) | 1990-01-25 |
| EP0424442A1 (de) | 1991-05-02 |
| US5227755A (en) | 1993-07-13 |
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