JP4813986B2

JP4813986B2 - 超電導コイルおよび超電導コイルのクエンチ防止方法

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Publication number: JP4813986B2
Application number: JP2006175094A
Authority: JP
Inventors: 正敏吉川
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2026-06-26
Also published as: JP2008004868A

Description

本発明は、極低温下で励磁される超電導コイルおよび超電導コイルのクエンチ防止方法に関し、特に、軸方向両端にフランジ部を有する略円筒状の巻枠に超電導線材を螺旋状に巻回して構成される超電導コイルおよび超電導コイルのクエンチ防止方法に関するものである。

従来、強磁界を発生させる超電導コイルは、円筒状の軸部とこの軸部の軸方向両端から径外方向に延設されるフランジ部とを有する巻枠に超電導線材を螺旋状に巻回することにより構成されており、極低温（約４．２Ｋ以下）に冷却した状態で通電することにより励磁されるようになっている。

ところで、励磁状態の超電導コイルでは、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により超電導線材（ここでは、巻回状態にある超電導線材の集合体）を超電導コイルの径方向に膨らませようとするフープ力が当該超電導線材に作用する。これにより、超電導線材が微小変位するので、その変位部分で摩擦熱が生じ、クエンチ現象が発生する場合があるという不都合がある。

そこで、上記不都合を解消するために、超電導線材を超電導コイルの軸方向に圧縮する力を当該超電導線材に付与することで、超電導線材を微小変位し難くし、クエンチ現象を抑制する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、巻枠に軸方向の引張荷重を加えた状態で超電導線材を巻回し、巻回後に上記軸方向の引張荷重を解除することにより、励磁前に巻枠から超電導線材に十分な大きさの軸方向の圧縮力を作用させるように構成された超電導コイルが開示されている。
特開平５−１８２８１９号公報

しかしながら、上記特許文献１では、励磁状態の超電導コイルにおける超電導線材の微小変位を抑制するために、励磁前に超電導線材に十分な大きさの圧縮力を作用させるように構成したので、巻枠や超電導線材に常時大きな負荷が加わることになる。その結果、構成部材の早期劣化を招く虞があるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、構成部材の早期劣化を抑制しつつクエンチ現象の発生を抑えることが可能な超電導コイルおよび超電導コイルのクエンチ防止方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、この発明の請求項１に記載の超電導コイルは、極低温下で励磁される超電導コイルであって、円筒状の軸部と、前記軸部の軸方向両端から径外方向に延設される一対のフランジ部とを含む巻枠と、前記軸部の外周に螺旋状に巻回される超電導線材と、前記一対のフランジ部の外周縁部位同士を橋絡するように前記フランジ部間に架設される補強材とを備え、前記補強材は、巻回状態の超電導線材に対して径内方向への負荷が加わるのを防ぐための空間が前記巻回状態の超電導線材との間に形成されるように当該巻回状態の超電導線材と径外方向に間隔をおいた位置で架設され、前記超電導線材の熱収縮率よりも大きい熱収縮率を有しており、極低温下で前記一対のフランジ部の外周縁部位を互いに近接する方向に変位させるように収縮することを特徴とする。

なお、上記フランジ部の外周縁部位は、フランジ部の外周縁の上面、外周縁の下面または外周面を示している。

この請求項１に記載の超電導コイルでは、上記のように、一対のフランジ部の外周縁部位同士を超電導線材の熱収縮率よりも大きい熱収縮率の補強材で橋絡し、この補強材を、極低温下で一対のフランジ部の外周縁部位を互いに近接する方向に変位させるように収縮させるように構成することによって、冷却時に補強材を超電導線材よりも軸方向に大きく収縮させることができるので、一対のフランジ部の外周縁部位を、対応する超電導線材の外周部を軸方向外側から挟み込むように互いに近接させることができる。これにより、超電導線材の外周部にフランジ部による圧縮力を十分に作用させることができるので、超電導線材の外周部の微小変位を抑制することができる。その結果、クエンチ現象の発生を抑制して超電導コイルを安定して励磁させることができる。しかも、請求項１に記載の超電導コイルでは、超電導線材の微小変位を十分に抑制可能な大きさの圧縮力を冷却時の熱収縮差によって積極的に作用させる構成となっているため、従来のように励磁前の段階、すなわち、常温下で行われる例えば超電導コイルの輸送や設置の段階から巻枠および超電導線材に大きな圧縮力を加える必要がない。これにより、前記圧縮力の負荷による構成部材の早期劣化を抑制することができる。

上記請求項１に記載の超電導コイルにおいて、好ましくは、前記補強材は、前記一対のフランジ部に対して軸方向に略無負荷となる状態で前記フランジ部間に架設されている（請求項２）。このように、冷却前の段階で、補強材を、一対のフランジ部に対して軸方向に略無負荷となる状態でこれらフランジ部間に架設することによって、冷却時以外に巻枠および超電導線材に負荷が加わることがほぼなくなるので、構成部材の早期劣化をより一層抑制することができる。

上記請求項１または２に記載の超電導コイルにおいて、好ましくは、前記補強材は、前記フランジ部の外径と略等しい内径を有する円筒部を含み、前記円筒部は、前記一対のフランジ部の外周縁部位同士を全周に亘って橋絡するように前記フランジ部間に架設されている（請求項３）。このように構成すれば、冷却時に、超電導線材の外周部に全周に亘ってフランジ部による圧縮力を十分に作用させることができるので、超電導線材の外周部の微小変位をより確実に抑制することができる。これにより、クエンチ現象の発生をさらに抑制することができる。

上記請求項３に記載の超電導コイルにおいて、好ましくは、前記補強材は、前記円筒部の軸方向両端から径内方向に延設されて前記巻枠の一対のフランジ部を軸方向両外側から挟み込むように前記フランジ部に隣接して配される一対の補強材側フランジ部を含み、極低温下で前記一対の補強材側フランジ部を前記巻枠の各フランジ部に当接させて前記一対のフランジ部を互いに近接する方向に変位させるように収縮する（請求項４）。このように構成すれば、冷却時に、一対のフランジ部の外周縁部位を含む比較的広範囲な領域を互いに近接させることができるので、超電導線材の外周部を含む比較的広範囲な領域にフランジ部による圧縮力を作用させることができる。これにより、超電導線材の微小変位を広範囲に亘って抑制することができる。

上記請求項１または２に記載の超電導コイルにおいて、好ましくは、前記補強材は、複数の板材であり、前記板材は、それぞれ、前記一対のフランジ部の外周縁部位同士を部分的に橋絡するように前記フランジ部間に架設される橋絡部を含んでいる（請求項５）。このように補強材を複数の板材で構成すれば、各板材を巻枠の径方向外側からフランジ部に取り付けることができるので、補強材の取付作業を簡便化することができる。

上記請求項５に記載の超電導コイルにおいて、好ましくは、前記板材は、それぞれ、前記橋絡部の軸方向両端から径内方向に延設されて前記巻枠の一対のフランジ部を軸方向両外側から挟み込むように前記フランジ部に隣接して配される一対の折曲げ部を含み、極低温下で前記一対の折曲げ部を前記巻枠の各フランジ部に当接させて前記一対のフランジ部を互いに近接する方向に変位させるように収縮する（請求項６）。このように構成すれば、冷却時に、一対のフランジ部の外周縁部位を含む比較的広範囲な領域を互いに近接させることができるので、超電導線材の外周部を含む比較的広範囲な領域にフランジ部による圧縮力を作用させることができる。これにより、超電導線材の微小変位を広範囲に亘って抑制することができる。

上記請求項１〜６のいずれか一項に記載の超電導コイルにおいて、好ましくは、前記超電導線材は、ＮｂＴｉ、Ｎｂ_３ＳｎおよびＮｂ_３Ａｌからなるグループより選択される材料を含み、前記補強材は、アルミニウム、アルミニウム合金およびステンレス鋼からなるグループより選択される材料を含んでいる（請求項７）。このような材料からなる超電導線材および補強材を用いれば、容易に、補強材の熱収縮率を超電導線材の熱収縮率よりも大きくすることができる。

上記請求項１〜７のいずれか一項に記載の超電導コイルにおいて、好ましくは、前記補強材は、前記巻枠の熱収縮率以上の熱収縮率を有している（請求項８）。このように構成すれば、冷却時に補強材を巻枠以上に軸方向に大きく収縮させることができるので、一対のフランジ部が、その外周縁部位が内周縁部位に比べて軸方向により離間するように反り返るのを防止しつつ、超電導線材の外周部に内周部以上にフランジ部による圧縮力を作用させることができる。これにより、超電導線材の外周部の微小変位を十分に抑制することができる。

この発明の請求項９に記載の超電導コイルのクエンチ防止方法は、極低温下で励磁される超電導コイルのクエンチ防止方法であって、円筒状の軸部と、前記軸部の軸方向両端から径外方向に延設される一対のフランジ部とを含む巻枠を準備する工程と、前記軸部の外周に超電導線材を螺旋状に巻回する工程と、前記超電導線材の熱収縮率よりも大きい熱収縮率を有する補強材を準備する工程と、前記補強材を、巻回状態の超電導線材に対して径内方向への負荷が加わるのを防ぐための空間が前記巻回状態の超電導線材との間に形成されるように当該巻回状態の超電導線材と径外方向に間隔をおいた位置で前記一対のフランジ部の外周縁部位同士を橋絡するように前記フランジ部間に架設する工程と、前記補強材が、極低温下で前記一対のフランジ部の外周縁部位を互いに近接する方向に変位させるように収縮する工程とを備えることを特徴とする。

この請求項９に記載の超電導コイルのクエンチ防止方法では、一対のフランジ部の外周縁部位同士を超電導線材の熱収縮率よりも大きい熱収縮率の補強材で橋絡し、この補強材を、極低温下で一対のフランジ部の外周縁部位を互いに近接する方向に変位させるように収縮させることによって、冷却時に補強材を超電導線材よりも軸方向に大きく収縮させることができるので、一対のフランジ部の外周縁部位を、対応する超電導線材の外周部を軸方向外側から挟み込むように互いに近接させることができる。これにより、超電導線材の外周部にフランジ部による圧縮力を十分に作用させることができるので、超電導線材の外周部の微小変位を抑制することができる。その結果、クエンチ現象の発生を抑制して超電導コイルを安定して励磁させることができる。しかも、請求項９に記載の超電導コイルのクエンチ防止方法では、超電導線材の微小変位を十分に抑制可能な大きさの圧縮力を冷却時の熱収縮差によって積極的に作用させているため、従来のように励磁前の段階、すなわち、常温下で行われる例えば超電導コイルの輸送や設置の段階から巻枠および超電導線材に大きな圧縮力を加える必要がない。これにより、前記圧縮力の負荷による構成部材の早期劣化を抑制することができる。

上記請求項９に記載の超電導コイルのクエンチ防止方法において、好ましくは、前記補強材を前記フランジ部間に架設する工程は、前記一対のフランジ部に対して軸方向に略無負荷となる状態で前記フランジ部間に前記補強材を架設する工程を含んでいる（請求項１０）。このように、冷却前の段階で、補強材を、一対のフランジ部に対して軸方向に略無負荷となる状態でこれらフランジ部間に架設することによって、冷却時以外に巻枠および超電導線材に負荷が加わることがほぼなくなるので、構成部材の早期劣化をより一層抑制することができる。

この発明の超電導コイルおよび超電導コイルのクエンチ防止方法によれば、冷却時に補強材を超電導線材よりも軸方向に大きく収縮させることができるので、一対のフランジ部の外周縁部位を、対応する超電導線材の外周部を軸方向外側から挟み込むように互いに近接させることができる。これにより、超電導線材の外周部にフランジ部による圧縮力を十分に作用させることができるので、超電導線材の外周部の微小変位を抑制することができる。その結果、クエンチ現象の発生を抑制して超電導コイルを安定して励磁させることができる。しかも、本発明の超電導コイルおよび超電導コイルのクエンチ防止方法では、超電導線材の微小変位を十分に抑制可能な大きさの圧縮力を冷却時の熱収縮差によって積極的に作用させているため、従来のように励磁前の段階、すなわち、常温下で行われる例えば超電導コイルの輸送や設置の段階から巻枠および超電導線材に大きな圧縮力を加える必要がない。これにより、前記圧縮力の負荷による構成部材の早期劣化を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による超電導コイルの全体構成を示した正面断面図であり、図２は、図１に示した超電導コイルの平面図である。また、図３は、図１に示した超電導コイルを極低温に冷却した状態を示した正面断面図である。まず、図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態による超電導コイルの全体構成について説明する。

第１実施形態の超電導コイルは、極低温（約４．２Ｋ以下）に冷却した状態で通電することにより励磁されるように構成されている。この超電導コイルは、図１に示すように、アルミニウム合金からなる巻枠１０と、ＮｂＴｉからなる超電導線材２０とを備えている。

巻枠１０は、円筒状の軸部１１と、軸部１１の軸方向両端から径外方向に延びるように設けられた一対のフランジ部１２，１３とを含んでいる。フランジ部１２（１３）は、当該フランジ部１２（１３）の内周縁部位に相当する内周部１２ａ（１３ａ）と、当該フランジ部１２（１３）の外周縁部位に相当する外周部１２ｂ（１３ｂ）とを有しており、内周部１２ａ（１３ａ）において軸部１１の軸方向端部に連設されている。

なお、アルミニウム合金からなる巻枠１０の室温から約４．２Ｋの極低温までの熱収縮率は、約０．４％である。また、巻枠１０の材料としては、上記アルミニウム合金以外のステンレス鋼等を挙げることができる。そして、ステンレス鋼からなる巻枠１０の室温から約４．２Ｋの極低温までの熱収縮率は、約０．３％である。

超電導線材２０は、軸部１１の外周に螺旋状（またはソレノイド状）に巻回されている。なお、本実施形態の超電導線材２０は、巻回状態にある超電導線材の集合体を示している。この超電導線材２０の室温から約４．２Ｋの極低温までの熱収縮率は、約０．２〜０．３％である。なお、超電導線材２０の材料としては、上記ＮｂＴｉ以外のＮｂ_３ＳｎおよびＮｂ_３Ａｌ等を挙げることができる。

ここで、第１実施形態の超電導コイルは、図１および図２に示すように、アルミニウム合金からなる補強材３０をさらに備えている。

補強材３０は、フランジ部１２，１３の外径と略等しい内径の円筒部３１を含んでいる。この円筒部３１は、一対のフランジ部１２，１３に対して軸方向に略無負荷となる状態で一対のフランジ部１２，１３の外周部１２ｂ，１３ｂ同士、詳しくはフランジ部１２，１３の外周面同士を全周に亘って橋絡するようにフランジ部１２，１３の間に架設されている。すなわち、一対のフランジ部１２，１３の間隔がほとんど変化することのないように補強材３０の巻枠１０への取付が行われるようになっている。

なお、アルミニウム合金からなる補強材３０の室温から約４．２Ｋの極低温までの熱収縮率は、上記巻枠１０の熱収縮率と略等しい約０．４％である。また、補強材３０の材料としては、上記アルミニウム合金以外のアルミニウム、ステンレス鋼、銅、銅合金、チタン、チタン合金およびＦＲＰ（ＦｉｂｅｒｇｌａｓｓＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）樹脂等を挙げることができる。

上記構成の超電導コイルのクエンチ防止方法としては、まず、円筒状の軸部１１と、軸部１１の軸方向両端から径外方向に延設される一対のフランジ部１２，１３とを含むアルミニウム合金からなる巻枠１０を準備する。そして、巻枠１０の軸部１１の外周にＮｂＴｉからなる超電導線材２０を巻回する。

次に、超電導線材２０の熱収縮率よりも大きい熱収縮率を有するアルミニウム合金からなる補強材３０を準備する。そして、補強材３０を、一対のフランジ部１２，１３に対して軸方向に略無負荷となる状態で一対のフランジ部１２，１３の外周部１２ｂ，１３ｂ同士を橋絡するようにフランジ部１２，１３の間に架設する。詳細には、円筒部３１の軸方向両端の内周面をフランジ部１２，１３の外周面（外周部１２ｂ，１３ｂ）に溶接することによって補強材３０を巻枠１０に取り付けている。本実施形態では、補強材３０の円筒部３１が一対のフランジ部１２，１３に対して軸方向に略無負荷となる状態でフランジ部１２，１３の間に架設されているため、補強材３０の巻枠１０への取付に際して、一対のフランジ部１２，１３の間隔がほとんど変化することがない。なお、補強材３０を例えばネジ等の締結部材を用いて巻枠１０に取り付けてもよい。以上のようにして超電導コイルを組み立てる。

そして、この超電導コイルを極低温に冷却して通電し励磁状態にすると、図３に示すように、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により超電導線材２０にフープ力Ａが作用する。これにより、超電導線材２０が径方向に膨らむ。

また、極低温に冷却すると、巻枠１０、超電導線材２０および補強材３０が各構成材料の熱収縮率にしたがって収縮する。ここで、本実施形態では、補強材３０の熱収縮率が、巻枠１０の熱収縮率と略等しく、かつ超電導線材２０の熱収縮率よりも大きくなるように構成されている。このため、冷却時に、巻枠１０および補強材３０が、超電導線材２０よりも大きく収縮することとなる。

そして、一対のフランジ部１２，１３の内周部１２ａ，１３ａが軸部１１の熱収縮に引っ張られることで超電導線材２０を挟み込むように互いに近接する方向に変位する。また、補強材３０が一対のフランジ部１２，１３の外周部１２ｂ，１３ｂ同士を橋絡するようにフランジ部１２，１３間に架設されていることから、一対のフランジ部１２，１３の外周部１２ｂ，１３ｂが補強材３０の熱収縮に引っ張られることで超電導線材２０を挟み込むように互いに近接する方向に変位する。これにより、図３に示すように、巻枠１０の軸部１１の熱収縮による矢印ａ方向の引張り力により、フランジ部１２，１３の内周部１２ａ，１３ａが超電導線材２０の内周部に十分な大きさの圧縮力Ｂを付与するとともに、補強材３０の熱収縮による矢印ａ方向の引張り力により、フランジ部１２，１３の外周部１２ｂ，１３ｂが超電導線材２０の外周部に十分な大きさの圧縮力Ｃを付与している。

例えば図７に示す補強材３０を具備していない超電導コイルでは、巻枠１１０の軸部１１１の熱収縮による矢印ａ方向の引張り力のみによって、超電導線材１２０にフランジ部１１２，１１３からの軸方向の圧縮力を作用させる構成であるので、フランジ部１１２，１１３の内周部１１２ａ，１１３ａが超電導線材１２０に十分な大きさの圧縮力Ｂを付与可能である一方、フランジ部１１２，１１３の外周部１１２ｂ，１１３ｂが超電導線材１２０に付与する圧縮力Ｃ´が上記圧縮力Ｂに対して小さくなる。従って、フランジ部１１２，１１３の外周部１１２ｂ，１１３ｂが超電導線材１２０に十分な大きさの圧縮力を付与することができないので、超電導線材１２０のうちフランジ部１１２，１１３の外周部１１２ｂ，１１３ｂに挟み込まれる部分の極低温下での微小変位を抑制するのが困難である。

これに対して、本実施形態では、上述のように極低温で巻枠１０の軸部１１および補強材３０の円筒部３１が矢印ａ方向に十分に収縮するので、巻枠１０のフランジ部１２，１３の内周部１２ａ，１３ａおよび外周部１２ｂ，１３ｂが超電導線材２０に十分な大きさの圧縮力Ｂ，Ｃを付与することができる。これにより、超電導線材２０の極低温下での微小変位を十分に抑制し、クエンチ現象の発生を抑制することが可能である。

なお、ステンレス鋼からなる巻枠１０を用いた場合には、補強材３０の熱収縮率が巻枠１０の熱収縮率よりも大きくなる。このように構成すれば、冷却時に補強材３０を巻枠１０以上に軸方向に大きく収縮させることができるので、一対のフランジ部１２，１３が、その外周部１２ｂ，１３ｂが内周部１２ａ，１３ａに比べて軸方向により離間するように反り返るのを防止しつつ、超電導線材２０の外周部に内周部以上にフランジ部１２，１３による圧縮力を作用させることができる。これにより、超電導線材２０の外周部の微小変位を十分に抑制することができる。

第１実施形態では、上記のように、一対のフランジ部１２，１３の外周部１２ｂ，１３ｂ同士を超電導線材２０の熱収縮率よりも大きい熱収縮率の補強材３０で橋絡し、この補強材３０を、極低温下で一対のフランジ部１２，１３の外周部１２ｂ，１３ｂを互いに近接する方向に変位させるように収縮させることによって、冷却時に補強材３０を超電導線材２０よりも軸方向に大きく収縮させることができるので、一対のフランジ部１２，１３の外周部１２ｂ，１３ｂを、対応する超電導線材２０の外周部を軸方向外側から挟み込むように互いに近接させることができる。これにより、超電導線材２０の外周部にフランジ部１２，１３による圧縮力Ｂ，Ｃを十分に作用させることができるので、超電導線材２０の外周部の微小変位を抑制することができる。その結果、クエンチ現象の発生を抑制して超電導コイルを安定して励磁させることができる。しかも、第１実施形態の超電導コイルでは、超電導線材２０の微小変位を十分に抑制可能な大きさの圧縮力Ｂ，Ｃを冷却時の熱収縮差によって積極的に作用させているため、従来のように励磁前の段階、すなわち、常温下で行われる例えば超電導コイルの輸送や設置の段階から巻枠１０および超電導線材２０に大きな圧縮力を加える必要がない。これにより、前記圧縮力の負荷による構成部材の早期劣化を抑制することができる。

また、第１実施形態では、冷却前の段階で、補強材３０を、一対のフランジ部１２，１３に対して軸方向に略無負荷となる状態でこれらフランジ部１２，１３間に架設することによって、冷却時以外に巻枠１０および超電導線材２０に負荷が加わることがほぼなくなるので、構成部材の早期劣化をより一層抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、フランジ部１２，１３の外径と略等しい内径の円筒部３１を、一対のフランジ部１２，１３の外周部１２ｂ，１３ｂ同士を全周に亘って橋絡するようにフランジ部１２，１３間に架設することによって、冷却時に、超電導線材２０の外周部に全周に亘ってフランジ部１２，１３による圧縮力を十分に作用させることができるので、超電導線材２０の外周部の微小変位をより確実に抑制することができる。これにより、クエンチ現象の発生をさらに抑制することができる。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態による超電導コイルの全体構成を示した正面断面図である。

この第２実施形態の超電導コイルは、図４に示すように、上記第１実施形態とは異なる構成の補強材４０を備えている。補強材４０は、第１実施形態の円筒部３１と略同様の構成の円筒部４１と、円筒部４１の軸方向両端から径内方向に延びるように設けられた一対の補強材側フランジ部４２，４３とを含んでいる。

補強材側フランジ部４２，４３は、巻枠１０の一対のフランジ部１２，１３を軸方向外側から挟み込むように該フランジ部１２，１３の軸方向外側、つまりフランジ部１２の上面側およびフランジ部１３の下面側に隣接して配されており、極低温下で一対のフランジ部１２，１３を互いに近接する方向に変位させるように収縮する。

第２実施形態では、上記のように、極低温下で巻枠１０の各フランジ部１２，１３に当接して一対のフランジ部１２，１３を互いに近接する方向に変位させるように収縮する一対の補強材側フランジ部４２，４３を円筒部４１の軸方向両端から径内方向に延設することによって、冷却時に、フランジ部１２の外周縁の上面（外周部１２ｂ）を含む比較的広範囲な領域と、フランジ部１３の外周縁の下面（外周部１３ｂ）を含む比較的広範囲な領域とを互いに近接させることができるので、超電導線材２０の外周部を含む比較的広範囲な領域にフランジ部１２，１３による圧縮力を作用させることができる。これにより、超電導線材２０の微小変位を広範囲に亘って抑制することができる。

（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態による超電導コイルの全体構成を示した正面断面図である。

この第３実施形態の超電導コイルは、図５に示すように、上記第１および第２実施形態の構成とは異なり、補強材として巻枠１０の周囲に等間隔で配設される複数（本実施形態では８つ）の板材５０を備えている。板材５０は、それぞれ、橋絡部５１を含んでおり、各橋絡部５１は、一対のフランジ部１２，１３の外周部１２ｂ，１３ｂ同士を部分的に橋絡するようにフランジ部１２，１３の間に架設されている。

この構成の超電導コイルでは、組立時に、各板材５０を一対のフランジ部１２，１３の外周部１２ｂ，１３ｂ同士を橋絡するように巻枠１０の径方向外側からフランジ部１２，１３に取り付けることとなる。

第３実施形態では、上記のように、補強材として複数の板材５０を用いたので、各板材５０の橋絡部５１を巻枠１０の径方向外側からフランジ部１２，１３に取り付けることができるので、補強材のフランジ部１２，１３への取付作業を簡便化することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記第１実施形態では、補強材３０をフランジ部１２，１３の外周面に取り付けてフランジ部１２，１３の径方向外側に配する例について示したが、これに限らず、図６に示すように、補強材３０をフランジ部１２，１３によって挟み込まれるようにフランジ部１２の外周縁の下面（外周部１２ｂ）とフランジ部１３の外周縁の上面（外周部１３ｂ）との間に取り付けてもよい。

また、上記第３実施形態では、板材５０を橋絡部５１のみからなる構成としたが、これに限らず、板材５０が、橋絡部５１の軸方向両端から径内方向に延びるように設けられた一対の折曲げ部をさらに含む構成としてもよい。このように構成すれば、冷却時に、一対のフランジ部１２，１３の外周部１２ｂ，１３ｂを含む比較的広範囲な領域を互いに近接させることができるので、超電導線材２０の外周部を含む比較的広範囲な領域にフランジ部１２，１３による圧縮力を作用させることができる。これにより、超電導線材２０の微小変位を広範囲に亘って抑制することができる。

本発明の第１実施形態による超電導コイルの全体構成を示した正面断面図である。図１に示した超電導コイルの平面図である。図１に示した超電導コイルを極低温に冷却した状態を示した正面断面図である。本発明の第２実施形態による超電導コイルの全体構成を示した正面断面図である。本発明の第３実施形態による超電導コイルの全体構成を示した正面断面図である。本発明の変形例による超電導コイルの平面図である。比較例による超電導コイルを極低温に冷却した状態を示した正面断面図である。

符号の説明

１０巻枠
１１軸部
１２，１３フランジ部
１２ｂ，１３ｂ外周部（外周縁部位）
２０超電導線材
３０，４０補強材
３１，４１円筒部
４２，４３補強材側フランジ部
５０板材（補強材）
５１橋絡部

Claims

極低温下で励磁される超電導コイルであって、
円筒状の軸部と、前記軸部の軸方向両端から径外方向に延設される一対のフランジ部とを含む巻枠と、
前記軸部の外周に螺旋状に巻回される超電導線材と、
前記一対のフランジ部の外周縁部位同士を橋絡するように前記フランジ部間に架設される補強材とを備え、
前記補強材は、巻回状態の超電導線材に対して径内方向への負荷が加わるのを防ぐための空間が前記巻回状態の超電導線材との間に形成されるように当該巻回状態の超電導線材と径外方向に間隔をおいた位置で架設され、前記超電導線材の熱収縮率よりも大きい熱収縮率を有しており、極低温下で前記一対のフランジ部の外周縁部位を互いに近接する方向に変位させるように収縮することを特徴とする超電導コイル。
前記補強材は、前記一対のフランジ部に対して軸方向に略無負荷となる状態で前記フランジ部間に架設されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル。
前記補強材は、前記フランジ部の外径と略等しい内径を有する円筒部を含み、
前記円筒部は、前記一対のフランジ部の外周縁部位同士を全周に亘って橋絡するように前記フランジ部間に架設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の超電導コイル。
前記補強材は、前記円筒部の軸方向両端から径内方向に延設されて前記巻枠の一対のフランジ部を軸方向両外側から挟み込むように前記フランジ部に隣接して配される一対の補強材側フランジ部を含み、極低温下で前記一対の補強材側フランジ部を前記巻枠の各フランジ部に当接させて前記一対のフランジ部を互いに近接する方向に変位させるように収縮することを特徴とする請求項３に記載の超電導コイル。
前記補強材は、複数の板材であり、
前記板材は、それぞれ、前記一対のフランジ部の外周縁部位同士を部分的に橋絡するように前記フランジ部間に架設される橋絡部を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の超電導コイル。
前記板材は、それぞれ、前記橋絡部の軸方向両端から径内方向に延設されて前記巻枠の一対のフランジ部を軸方向両外側から挟み込むように前記フランジ部に隣接して配される一対の折曲げ部を含み、極低温下で前記一対の折曲げ部を前記巻枠の各フランジ部に当接させて前記一対のフランジ部を互いに近接する方向に変位させるように収縮することを特徴とする請求項５に記載の超電導コイル。
前記超電導線材は、ＮｂＴｉ、Ｎｂ_３ＳｎおよびＮｂ_３Ａｌからなるグループより選択される材料を含み、
前記補強材は、アルミニウム、アルミニウム合金およびステンレス鋼からなるグループより選択される材料を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の超電導コイル。
前記補強材は、前記巻枠の熱収縮率以上の熱収縮率を有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の超電導コイル。
極低温下で励磁される超電導コイルのクエンチ防止方法であって、
円筒状の軸部と、前記軸部の軸方向両端から径外方向に延設される一対のフランジ部とを含む巻枠を準備する工程と、
前記軸部の外周に超電導線材を螺旋状に巻回する工程と、
前記超電導線材の熱収縮率よりも大きい熱収縮率を有する補強材を準備する工程と、
前記補強材を、巻回状態の超電導線材に対して径内方向への負荷が加わるのを防ぐための空間が前記巻回状態の超電導線材との間に形成されるように当該巻回状態の超電導線材と径外方向に間隔をおいた位置で前記一対のフランジ部の外周縁部位同士を橋絡するように前記フランジ部間に架設する工程と、
前記補強材が、極低温下で前記一対のフランジ部の外周縁部位を互いに近接する方向に変位させるように収縮する工程とを備えることを特徴とする超電導コイルのクエンチ防止方法。
前記補強材を前記フランジ部間に架設する工程は、前記一対のフランジ部に対して軸方向に略無負荷となる状態で前記フランジ部間に前記補強材を架設する工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の超電導コイルのクエンチ防止方法。