JP2645721B2 - 超電導コイル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、超電導マグネットなどに用いられる超電
導コイルに関するものであり、特に巻付けられる超電導
線の構造が改良された超電導コイルに関するものであ
る。

［従来の技術および発明が解決しようとする課題］ 従来の超電導コイルは、銅やアルミニウムなどのマト
リックス合金中に埋め込まれたNbTiやNb₃Snなどの超電
導材料を用いた超電導線が使用されている。これらの超
電導線、特にNbTiは、延性に優れ、優れた加工性を有し
ているため、超電動線の連続性を損うことなく、所定の
形状に巻付けて超電導コイルとすることができる。

ところで、最近高い超電導臨界温度を有する酸化物セ
ラミックス系の超電導材料が開発され注目を浴びてい
る。これらの酸化物セラミックス系超電導材料の中に
は、液体窒素の温度で超電導状態となるものがある。

しかしながら、これらの酸化物セラミックス系超電導
材料は、一般に延性に劣り、加工性が悪いため、従来Nb
Tiなどの超電導材料と同様にして超電導コイルにするこ
とができない。すなわち、これらの酸化物セラミックス
系超電導材料は、特に引張応力に対して弱いため、従来
と同様にして巻付けて超電導コイルにすると、製造工程
やあるいは使用の際に、超電導体にクラックを生じ、超
電導線の連続性が破壊される。

この発明の目的は、延性等の加工性に劣る超電導材料
でも超電導線として使用することができるように、超電
導線のクラック発生が有効に防止され得る超電導コイル
の構造を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この発明の超電導コイルは、超電導線を巻付けた超電
導コイルであって、超電導線は、テープ状の補強体と、
そのテープ状の補強体上に設けられた、粉末から形成さ
れるテープ状のセラミックスの超電導体とを備える。ま
た、テープ状の補強体が外側に、超電導体が内側に位置
するように超電導線が順次複数回巻付けられている。さ
らに、その巻付けられた超電導線において、相対的に内
側に位置する超電導線が、その超電導線の外側に位置す
る超電導線と接している。

この発明に用いられるセラミックス系超電導材料とし
ては、La−Ba−Cu系の酸化物、La−Sr−Cu系の酸化物お
よびBa−Ｙ−Cu系の酸化物などが知られている。しか
し、この発明は将来開発されるセラミックス系超電導材
料に対しても応用し得るものである。

この発明に用いる補強体の材質としては、銅、アルミ
ニウム、ステンレスおよびFPRなどが挙げられる。ま
た、銅やアルミニウムなどのような常電導金属を補強体
の材質として用いれば、補強体を安定化材として機能さ
せることもできる。

この発明に従う１つの好適な実施態様では、超電導体
をテープ状に成形し、このテープ状の超電導体にテープ
状の補強体を重ね合わせて超電導線とし、この超電導線
を補強体が外側に、超電導体が内側になるように曲げて
構成される。

この実施態様の超電導線の製造方法は、たとえば銅な
どの補強体の上に既に超電導材料の組成となった粉末を
載せて、熱間加工して、テープ状に形成される。また、
補強体の上に粉末を載せる方法としては、電着などの方
法を使用してもよい。

また、別の方法としては、超電導材料のみを予めテー
プ状に成形しておき、このテープ状の超電導体をテープ
状の補強体に重ね合わせて超電導線としてもよい。

この発明に従う他の好適な実施態様では、テープ状の
補強体の上に、長手方向に連続した複数の超電導体を間
隙を介して設けて超電導線とし、補強体が外側に超電導
体が内側に位置するよう該超電導体を巻付ける。

この第２の実施態様の超電導線の製造方法は、たとえ
ば、銅からなる補強体の上に既に超電導材料の組成とな
った粉末を載せて熱間加工して、長手方向に連続した複
数の超電導体を間隙を介して配置する。超電導体は、間
隙を介して設けられているため、超電導体の間の溝も長
手方向に延びた形状で形成される。

さらに、別の方法としては、予め長尺体に形成した超
電導材料を、テープ状の補強体の上に間隙を介して配置
し超電導線としてもよい。

［発明の作用効果］ この発明の超電導コイルでは、上述にような補強体と
超電導体からなる超電導線を、補強体が外側に超電導体
が内側になるように巻付けているので、内側に位置する
超電導体には巻付けの際引張応力がほとんどかからな
い。したがって、この発明では、超電導体のクラック発
生を有効に防止することができる。なお、巻付けの際超
電導体には圧縮応力がかかるが、一般に酸化物セラミッ
クス系超電導材料は圧縮応力に対しては強度を有してい
るので、破壊やクラック発生等に至らない。

また、この発明に用いる超電導線は、簡易な構造であ
るため、低価格で製造することができ、ひいては超電導
コイル全体を経済的なものにすることができる。

また、上述の第２の実施態様の超電導コイルでは、間
隙を介して複数の超電導体が設けられているので、この
間隙に冷却材を通せば、超電導コイルの冷却特性を向上
させることができ、大電流の通電が可能になる。

さらに、複数の超電導体が設けられてるいため、１回
の超電導線の巻付けで複数の超電導体を巻付けることが
でき、超電導コイルの製造工程を大幅に短縮化すること
ができるで、経済的である。また、超電導線自体の製造
も、従来に比べその製造工程が短縮化される。

［実施例］ 第１図は、この発明の一実施例に用いられる超電導線
を示す一部破断斜視図である。第１図において、１は超
電導体、２は補強体、３は超電導線を示す。たとえば、
補強体としてCuを用い、超電導体としてBa−Ｙ−Cu系の
酸化物を用いる場合には、テープ状に成形されたCuから
なる補強体の上に、既に超電導材料の組成となった粉末
を所定の厚みで載せ、これを熱間加工する。熱間加工に
より、テープ状に成形される。

必要により、成形後あるいはコイル巻後、熱処理が施
される。

第２図は、この発明の一実施例を示す断面図であり、
第１図に示す超電導線を40ターン巻付けた超電導コイル
を示すものである。第２図に示されるように、超電導体
１はコイル内側に位置し、補強体２はコイル外側に位置
するように順次巻付ける。第２図に示す超電導コイルで
は、各超電導線の間を隙間なく巻付けているが、各超電
導線の間に適当な間隔を設けて巻付けてもよい。このよ
うにして形成された隙間は、超電導線を冷却するための
冷媒の通路として用いることができる。

なお、補強体の構造としては、たとえば銅とステンレ
ス等を重ね合わせ２層構造としたものを用いてもよい。

第３図は、この発明の他の実施例に用いられる超電導
線を示す一部破断斜視図である。第３図において、４は
超電導体、５は補強体、６は超電導線を示す。たとえ
ば、補強体として、Cuを用い、超電導体としてBa−Ｙ−
Cu系の酸化物を用いる場合には、テープ状に成形された
Cuからなる補強体の上に、既に超電導材料の組成となっ
た粉末を複数本長手方向に延びるように間隙を介して載
せる。この粉末を載せる方法としては、圧粉、押出およ
び電着などの方法を用いることができる。このようにし
て粉末を載せたテープ状の銅を熱間加工することによ
り、第３図に示すような超電導線を得ることができる。

第４図は、この発明の他の実施例を示す断面図であ
り、第３図に示す超電導線を巻付けた超電導コイルを示
すものである。第４図に示されるように、超電導体４は
コイル内側に位置し、補強体５はコイル外側に位置する
ように順次巻付ける。各超電導線の超電導体４の間には
間隙が形成されており、この間隙には超電導コイルを冷
却するための冷却材を通すことができる。

なお、補強体の構造としては、たとえば銅とステンレ
ス等を重ね合わせたような２層構造としたものを用いて
もよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に用いられる超電導線を
示す一部破断斜視図である。第２図は、この発明の一実
施例を示す断面図である。第３図は、この発明の他の実
施例に用いられる超電導線を示す一部破断斜視図であ
る。第４図は、この発明の他の実施例を示す断面図であ
る。 図において、1,4は超電導体、2,5は補強体、3,6は超電
導線を示す。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超導電線を巻付けた超電導コイルであっ
   て、 前記超電導線は、 テープ状の補強体と、 そのテープ状の補強体上に設けられた、粉末から形成さ
   れるテープ状のセラミックス超導電体とを備え、 前記テープ状の補強体が外側に、前記超電導体が内側に
   位置するように前記超電導線が順次複数回巻付けられて
   おり、 その巻付けられた前記超電導線において、 相対的に内側に位置する前記超電導線が、その超電導線
   の外側に位置する前記超電動線と接している、超電導コ
   イル。
2. 【請求項２】前記テープ状の補強体上に、複数の前記超
   電導体が間隙を介して長手方向に設けられている、請求
   項１に記載の超電導コイル。
3. 【請求項３】前記セラミックス超電導体が、バリウム−
   イットリウム−銅系の酸化物である、請求項１または２
   に記載の超電導コイル。