JPH02301103A

JPH02301103A - 超電導磁石の励磁方法

Info

Publication number: JPH02301103A
Application number: JP1122017A
Authority: JP
Inventors: Soichi Ogawa; 倉一小川; Takao Sugioka; 孝雄杉岡; Masaru Inoue; 勝井上
Original assignee: Koatsu Gas Kogyo Co Ltd; Osaka Prefecture
Current assignee: Koatsu Gas Kogyo Co Ltd; Osaka Prefecture
Priority date: 1989-05-15
Filing date: 1989-05-15
Publication date: 1990-12-13
Anticipated expiration: 2013-07-30
Also published as: JP2781838B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、超電導磁石の励磁方法に関し、更に詳しくは
、発生磁界の強さをコントロールすることの出来る超電
導磁石の励磁方法に関するものである。

（従来の技術）近時、高温度で超電導状態を示す多くの超電導体が発見
され、その応用研究が各方面で鋭意進められるようにな
った。磁気特性を利用した応用分野もその重要な一翼を
担い、特に超電導磁石は発生磁界の強さが大であること
から、様々な分野での実用価値が高く、その一層の技術
開発が期待されている。

（発明が解決しようとする課題）ところで、超電導体を励磁する方法としては、超電導コ
イルに永久電流を流す方法と、超電導体を外部磁界に晒
した後この外部磁界を取り去り超電導体に磁束をトラッ
プさせるようにする方法とがある。後者の方法の場合、
超電導体は夫々固有の磁気特性を有し、励磁後の磁束密
度は各超電導体でほぼ一定であるとされていた。その為
、発生磁界の強さを可変して用いたい場合は、夫々に対
応した数種の超電導体を準備する必要があり、しかも所
望の磁束密度に完全に一致する保証もなかった。

本発明者等は、各種超電導体の磁気特性を探求する過程
で、第１種超電導体以外の超電導体を成る定まった磁界
の変化モードの中に置いた後、この環境磁界を最終的に
ゼロにした時に、夫々の磁界の変化モード対応した密度
の磁束が超電導体にトラップされることを知見し、この
知見をもとに発生磁界の強さを任意にコントロールする
ことが出来る新規な超電導体の励磁方法を完成するに至
り、ここに本発明を提供せんとするものである。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成する本発明の超電導磁石の励磁方法は、
最大磁気遮蔽量以上の強さの磁界に晒されたときには混
合状態に移行する超電導体を構成部材として含むシート
状若しくは筒状成形体を、ゼロから上記混合状態領域に
亘り磁界の強さを可変することの出来る磁場発生装置内
に配置し、該磁場発生装置による環境磁界の強さを増加
し混合状態領域内の所定の強さにまで至らしめた後環境
磁界の強さを減少させ最終的にゼロとすることにより、
上記成形体に所望密度の磁束をトラップさせるようにし
たことを要旨とするものである。

上記励磁方法に採用される成形体としては、本出願人が
過去に提案した（特開昭６１−１８３９７９号公報、特
開昭６３−２３３５７７号公報、特願昭６３−２００７
９５号、特願昭６３−１３２４４８号、特願昭６３−２
５０５４６号及び特願昭６３−３０７６３０号等）いく
つかの超電導磁気遮蔽体等と略同様の構成のものが採用
され、具体的には、■超電導薄膜層と金属シートとを積
層一体としたシート状物。

■環帯幅が２ｍ以上の超電導薄膜層と熱伝導性及び電気
伝導性の良い金属層との積層閉環ディスク状複合シート
と、該複合シー・トと同形状の閉環ディスク状間隙材と
を重層して成るシート状物、■両端若しくは一端開放の
筒状金属芯材と、該芯材の周体を被装し少なくとも該芯
材の軸線の廻りに関して電気的に閉環状態とされた超電
導フィルムとより成る筒状物、等が挙げられる。

上記■■の場合、超電導薄膜層として、厚みと磁気遮蔽
効果との関係に於いて、その磁気遮蔽効果が厚みの増大
と共に原点から急徴に増大しＷｔ後緩やかな勾配をもっ
て漸増する如き曲線を描くものであり、且つその厚みが
磁気遮蔽効果の特性曲線に於いて荊記漸増状態に移行す
る変曲点に対応する厚み以下であるものが、最大磁気遮
蔽量が高く望ましく採用される。この場合、超電導薄膜
層と金属層とを多数交互に積層することが望ましい。

亦、■■のシート状物として、厚み方向に貫く多数の小
孔を有するものとすれば超電導遮蔽作用に電磁遮蔽作用
が付加され、最大磁気遮蔽量が高くなることにより最大
磁束トラップ密度が高くなり上記同様型ましく採用され
る。

更に、■の場合の超電導フィルムとして、■■で得られ
るシート体を充当させることも可能である。

ここで■の場合に、超電導薄膜層の環帯幅を２ｍ以上と
したのは、磁界内に置いた時に超電導薄膜層の環帯上に
渦電流を発生させ、この渦電流の発生によって完全反磁
性及び反磁性を惹起させんとするためである。即ち、２
ＩＩｎ未満の場合は上記過電流が発生しにくく、完全反
磁性及び反磁性による混合状態での磁気特性が低下する
傾向となり、また加工性も乏しくなる。

上記■■及び■の成形体の一構成部材としての超電導薄
膜層及び超電導フィルムの実体である超電導体は、第１
種超電導体を除く超電導体であり、最大磁気遮蔽量以上
の強さの磁界に晒されたときには混合状態に移行する性
質を有するものである。

具体的には、ニオブ金属、ニオブ系化合物［ＮｂＮ、Ｎ
ｂＣ，Ｎｂ、Ｓｎ、Ｎｂ、ＡＱ、Ｎｂ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｇ
ｅ、Ｎｂ、（ＡＱＧｅ）、ＮｂＮ−ＴｉＮ混晶体等〕、
ニオブ系合金（Ｎ　ｂ　−Ｔ　ｉ合金、Ｎｂ−Ｚｒ合金
等）、バナジウム系化合物及びバナジウム系合金（Ｖ３
Ｇａ）、セラミック系超電導材料（Ｂａ　　Ｙ−Ｃｕ−
○系化合物、Ｌ　ａ−３ｒ−Ｃｕ−〇系化合物、Ｂ１−
８　ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系化合物、Ｔ　ｆｌ−Ｂ　ａ−
Ｃａ−Ｃｕ−０系化合物等）やシェブレル超電導体（Ｐ
ｂＭｏ６Ｓ、等）などが採用される。

斯かる超電導体の薄膜層或いはフィルムは、上述の如く
金属層と積層一体とされていることが望ましいが、該金
属層と超電導体層との接層一体化は、スパッタ法或いは
圧延された超電導シー１−の表面に金属を電着し、更に
この電着複合体を多層化する場合は該複合体を低融点金
属浴に浸漬した後圧着するなどの方法によってなされる
。また、金属層としては銅、アルミニウム、ニッケル、
ステンレススチール、チタン、ニオブ及びニオブ−チタ
ン合金等の熱伝導性及び電気伝導性の良い金属が採用さ
れる。

その他上記成形体の変更態様としては、前記先行出願に
開示されたものと略同様の構成のものが採用される。

また、磁場発生装置としては、超電導マグネット或いは
常電導マグネットが採用可能である。

（作用）本発明の超電導磁石の励磁方法についての作用を説明す
るに当り、その基本的原理を第１図及び第２図を採って
説明する。第１図は、環境磁界の強さＢｏ（Ｘ軸）と、
該環境磁界内に置かれた第１種超電導体以外の超電導体
の近傍若しくはその内部空間で検出される磁界の強さＢ
ｒ（Ｙ軸）との関係を表す磁気特性曲線図である。

図に於いて、Ｂｏを増加させＢｌ（Ａ点）に至る間Ｂｒ
はゼロである。これは上記超電導体の完全反磁性特性（
マイスナー効果）によるものであり、ゼロ〜Ｂ１は該超
電導体により環境磁界が完全に遮断された領域で、Ｂ１
は下部臨界磁界（Ｈｃｌ）即ち最大磁気遮蔽量である。

次いで、Ｂｏを８１′より大きくしてゆくと一部磁束が
貫通し、検出器によりＢｒが検出される。これは、完全
反磁性と反磁性との混合状態の領域であり、やがて環境
磁界と貫通磁界が等しい点Ｃ（上部臨界磁界Ｈｃ２）に
到達する。この上部臨界磁界Ｈｃ　２を超えた時点で環
境磁界Ｂｏの増加を停止し、これを逆に減少させていく
と、超電導体には磁束がトラップされる為、ＢｒはＣ−
Ｅの如き曲線を描き、Ｂｏがゼロになると超電導体に８
３の磁束がトラップされることになる。Ｂｏの磁界の方
向を逆方向に作用させた時にはＢｒは逆向きの磁界を検
出し、第１図の第３象限にも同様の曲線（Ａ’〜Ｃ′〜
Ｅ’）が対象に描かれる。また超電導体に８３（−８３
）の磁束がトラップされた状態で上記とは逆の方向で環
境磁界Ｂｏを作用させると、超電導体はその変化分だけ
減らそう（増やそう）とし環境磁界Ｂ。

が−Ｂｌ（Ｂｌ）の点でＢｒはゼロとなり、この間８３
〜−Ｂｌ（−８３〜Ｂｌ）の曲線を描く。従って、超電
導状態を維持したまま上記操作を繰り返すと、図の如き
閉環ループ状の曲線を描くことになる。

そして、ＢＯの増加を混合状態領域の任意の８２で停止
、ここからＢＯを減少させんとすると、超電導体は上記
同様環境磁界の変化分だけ増やそうとし、その結果Ｂｒ
は点Ｂから点りに至る間Ｂ４に維持される。斯かる挙動
は鎖交磁束不変の原理に基づくものと考えられる。そし
て、Ｄの位置から更にＢｏを減少させるとＤ−Ｅの曲線
に沿い、Ｂｑがゼロになったときには上記同様Ｂ３の磁
束が超電導体にトラップされることになる。

亦、環境磁界ＢｏをＢ１からＢＳの間の任意の強さａに
設定すると、Ｂｒはｂとなり、この状態からＢｏを減少
させると、Ｂｒはｂを維持しＢ。

がゼロになった時には超電導体にＣの磁束（ｂ＝Ｃで一
定）がトラップされることになる。本発明者等は、上記
Ｂ−Ｄ間及びｂ−ｃ間の挙動に着目し、多くの試験を繰
り返した結果、Ｂ４或いはｂ（ｃ）での維持精度が１／
１０”と極めて高精度であることを知見した。従って、
環境磁界ＢＯを８５以上に増加させた後ゼロに戻した時
には、超電導体にはＢ３の磁界が確実にトラップされる
。また環境磁界ＢｏをＢ１からＢ５の間の任意の強さａ
に設定した後ゼロにした時には、各超電導体固有の特性
曲線によって規制された０から８３の間の強さの磁束Ｃ
がトラップされることになる。即ち、超電導体にＣの強
さの磁束をトラップさせたい場合、各超電導体に固有の
磁気特性曲線から読み取ったａの強さに環境磁界を設定
した後上記操作を行なえば良いことになる。

上記挙動を、Ｂｏ（Ｘ軸）とΔＢ（ΔＢ＝Ｂｏ−Ｂｒ・
・・Ｙ軸）との関係を示した第２図で更に考察する。超
電導状態を維持したまま上記の如く操作すると、Ｂｏ・
ΔＢ曲線はＸ軸及びＹ軸に対象な略菱形の閉環ループ曲
線を描く。ここで、上記の如く超電導体を極低温下（超
電導状態となる条件）に置き、環境磁界Ｂｏの強さをゼ
ロから８５を超えＢ２に至らしめるとΔＢは点Ａ（最大
磁気遮蔽点）を経て点Ｂに至る。ここから環境磁界ＢＯ
の強さを減少させると、Ｃ−Ｅ曲線上の点りに至る。

Ｂ−Ｄ間ではＢｒが一定であるので、ΔＢはＢ。

に正比例し図の如く勾装置の直線を描く。更にＢＯの減
少を継続させるとＤ−Ｅ曲線に沿った後ゼロになった時
にはＹ軸上の点Ｅに至る。また、環境磁界Ｂｏの強さを
８１〜８５間のａにまで増加すると、ΔＢは点Ａを経て
ｂに至る。この状態から環境磁界Ｂｏの強さを減少させ
ると、上記同様勾配置の直線を辿り、Ｂｏがゼロになっ
たときにはＹ軸上の点Ｃに至る。上記点Ｅ或いはＣに於
けるΔＢは、超電導にトラップされた磁束の強さであり
、このトラップ磁束の強さは、環境磁界ＢＯの強さを８
５以上にした場合はＢ３に、８１〜Ｂ５間の任意の強さ
ａにした場合は０−８３間のＣとなる。

而して１本発明は上記基本原理を利用するものであり、
各超電導体を一構成部材とする成形体の第２図に示す如
き磁気特性データを予め採取し。

これを磁界の強さが可変出来る磁場発生装置内に配置し
て超電導状態（液体ヘリウム或いは液体窒素による極低
温状態）に維持させた上で、環境磁界を作用させること
により上記成形体を所望の強さに励磁することが出来る
。即ち、成形体を８３の強さに励磁したい場合は、環境
磁界Ｂｏの強さを８５以上にした後減少させてゼロにす
る。また、０〜Ｂ３間の所望の強さに励磁したい場合、
上記特性曲線に於けるＹ軸上に任意の点Ｃ（励磁したい
磁束の強さ）から勾装置の直線を描きＥ′〜Ａ〜ｃＩｔ
ｔＩ線との交点すに対応するＸ軸上の点ａを読み取り、
環境磁界Ｂｏの強さをａにまで増加しその後ゼロに減少
させるよう操作する。これにより、０−８３間の所望の
強さに正しく励磁された超電導磁石を得ることが出来る
。尚、Ｃの強さの超電導磁石を得んとして環境磁界Ｂｏ
の強さを誤ってａ以上にしてしまった場合、引続き８５
以上に増加させその後ゼロにまで下げ、一旦成形体に８
３の磁束をトラップさせ、その後上記勾配置の直線とＥ
−Ｃ’曲線との交点ｄに対応するＸ軸上の点ｅにまで環
境磁界ＢＯを増加（上記とは逆方向）させ、爾後再びゼ
ロに戻すようすれば良い。亦、成形体に上記とは逆方向
の磁束をトラップさせたい場合は、上記特性曲線の第２
、第３象限（−師弟１象限も含む）に於けるＸ軸から読
み取った環境磁界Ｂｏ（上記とは逆向き）を作用させる
ことにより、同様に行なうことが出来る。

（実施例）次に本発明の実施例を添付図面に基づき説明する。第３
図は本発明の励磁方法に採用される装置の一例を示す概
略縦断説明図、第４図乃至第７図はこれに採用される成
形体の種々の態様を示す斜視図である。

第３図に於いて、低温容器１内には超電導マグネット２
が配設され、該超電導マグネット２からは電流印加用の
リード線２１．２１が導出されている。この超電導マグ
ネット２の内部空間には上述の如く構成された成形体３
が配置されている。

低温容器１は内外二重の真空層１１．１１から成り、該
真空層１１．１１間には液体窒素４が充填されまた該低
温容器１内には液体ヘリウム５が満たされ、超電導マグ
ネット２及び成形体３が超電導状態に保持されるように
なされている。

第３図では成形体３が第４図の如き円筒体であることを
示し、この円筒状成形体３の筒内部にホール素子等の磁
気検出器６が設置されている。

斯くして、上記の如く整えられた装置に於いて、超電導
マグネット２に電流を印加し、その内部空間に磁界を発
生させ、第２図の特性曲線から読み取った所望の強さに
なるまで磁界の強さを増大させる。この後、環境磁界の
強さを減少させてゼロにすれば、成形体には所望の磁束
がトラップされ、検出器６によってこれが検出される。

第５図乃至第７図は、成形体３の種々の態様を示し、第
５図は一端が閉塞された筒状体であり、第６図はディス
ク状シート体、第７図は環状シート体であることを示す
。第４図に示す両端開放の成形体３を含めこれらはいず
れも前記先行出願で開示の方法と同様にして調製される
ものである。

第４図及び第５図に示す成形体の場合、上記検出器６は
その筒内に置かれるが、第６図に示す成形体の場合、環
境磁界の磁束方向と反対面の近傍に、第７図に示す成形
体の場合その環内に置かれる。

（発明の効果）斜上の如く、本発明の超電導磁石の励磁方法に於いては
、各成形体の磁気特性曲線から読み取った強さの環境磁
界にした後、これをゼロにするだけで所望の強さに励磁
された超電導磁石を得ることが出来る。しかもこの励磁
磁界の強さは、本発明者等が知見した前記超電導体の磁
気特性に基づくものである為極めて精度が高い。

このように特筆すべき効果を有する本発明は。

その有用価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第３図は本発明の励磁方法に採用される装置の一例を示
す概略縦断説明図、第４図乃至第７図はこれに採用され
る成形体の種々の態様を示す斜視図、第１図は環境磁界
の強さと該環境磁界内に置かれた超電導体の近傍若しく
はその内部空間で検出される磁界の強さとの関係を表す
磁気特性曲線図、第２図は環境磁界の強さと環境磁界−
貫通磁界との関係を表す磁気特性曲線図である。（符号の説明）１・・・低温容器、　２・・・磁場発生装置（超電導マ
グネット）、　　３・・・成形体、　　６・・・測定用
検出器。 −以上−

Claims

【特許請求の範囲】

１．最大磁気遮蔽量以上の強さの磁界に晒されたときに
は混合状態に移行する超電導体を構成部材として含むシ
ート状若しくは筒状成形体を、ゼロから上記混合状態領
域に亘り磁界の強さを可変することの出来る磁場発生装
置内に配置し、該磁場発生装置による環境磁界の強さを
増加し混合状態領域内の所定の強さにまで至らしめた後
環境磁界の強さを減少させ最終的にゼロとすることによ
り、上記成形体に所望密度の磁束をトラップさせるよう
にした超電導磁石の励磁方法。
２．上記成形体が、超電導薄膜層と金属シートとを積層
一体としたシート状物である請求項１記載の励磁方法。
３．上記成形体が、環帯幅が２ｍｍ以上の超電導薄膜層
と熱伝導性及び電気伝導性の良い金属層との積層閉環デ
ィスク状複合シートと、該複合シートと同形状の閉環デ
ィスク状間隙材とを重層して成るシート状物である請求
項１記載の励磁方法。
４．上記超電導薄膜が、厚みと磁気遮蔽効果との関係に
於いて、その磁気遮蔽効果が厚みの増大と共に原点から
急激に増大し爾後緩やかな勾配をもって漸増する如き曲
線を描くものであり、且つその厚みが磁気遮蔽効果の特
性曲線に於いて前記漸増状態に移行する変曲点に対応す
る厚み以下であることを特徴とする請求項１又は２記載
の励磁方法。
５．上記シート状物が、厚み方向に貫く多数の小孔を有
するものである請求項１又は２記載の励磁方法。
６．上記成形体が、両端若しくは一端開放の筒状金属芯
材と、該芯材の周体を被装し少なくとも該芯材の軸線の
廻りに関して電気的に閉環状態とされた超電導フィルム
とより成る筒状物である請求項１記載の励磁方法。
７．上記超電導フィルムが、請求項２又は４に記載のシ
ート体により成る請求項６記載の励磁方法。