JPH03185702A

JPH03185702A - 超電導コイル

Info

Publication number: JPH03185702A
Application number: JP32253689A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Hamashima; 浜島　高太郎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-12-14
Filing date: 1989-12-14
Publication date: 1991-08-13

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は高磁界を発生する超電導コイルに関するもので
ある。

（従来の技術）超電導コイルはジュール発熱を伴なうことなく大空間に
高磁界を発生することができ、その磁界を用いて種々の
装置、機台に応用されている。

例えば、磁界共鳴イメージング装［！（ＭＲＩ）用超電
導コイル、反発式磁気浮上列車用超電導コイル、核融合
装置用超電導コイル、エネルギ蓄積用超電導コイル、物
性研究用超電導コイルなど多くに利用されている。

しかし、超電導コイルは液体ヘリウム温度近傍まで冷却
されて超電導状態を示すため、コイル構成材料の熱容量
は常温状態のときと比較して極めて小さくなり、僅かな
外乱が加わっただけで温度が上昇し、場合によっては常
電導転移、またはクエンチに至ってしまう。そこで、こ
の外乱を極力抑えるかまたは、たとえ温度上昇により超
電導状態が破れて常電導状態に転移しても再び超電導状
態に回復させる方法等が実施されている。前者の外乱を
抑える方法は、外乱が一般には超電導線の動きによる周
辺の材料との摩擦発熱の場合が多いので、その動きを抑
えるために、超電導線同志を接着材で固定または、エポ
キシ等の樹脂で含浸して構成する。しかし、接着材また
はエポキシ等の樹脂の機械的剛性は低いため、電磁力が
大きくなると、大きな変形を受け、場合によってはそれ
らにクラックが生じ、大きな熱を発生する。この熱は接
着材あるいは樹脂を加熱すると同時に超電導線を加熱し
て常電導転移させる可能性がある。

一方、液体ヘリウムの熱容量および潜熱は超電導コイル
の構成材料と比較すると桁違いに大きいため、熱が発生
した場合にも、この液体ヘリウムを利用して、その熱を
除去し、クエンチに至る割合を少なくすることが考えら
れている。例えば。

絶縁被覆をした超電導線を密に巻回し、線間のすき間に
液体ヘリウムをしみこませる。この様にすると少量の熱
を除去することができるが、熱によって発生した気泡が
液体ヘリウムの通路をふさぐため、引き続いて生じる外
乱に対しては液体ヘリウムを利用できない可能性がある
。

従って、液体ヘリウムの気泡抜けの冷却チャンネルを超
電導コイルの中に構成することによって、外乱に対して
比較的クエンチすることが少ないコイルを構成できる。

例えば、第８図に示すように、超電導線■をソレノイド
状に巻回し、層間に絶縁物のスペーサ（３′）を入れて
、液体ヘリウムの冷却チャンネル（４）を構成して軸方
向への気泡抜けをできる様にしである。図は３層しか描
かれていないが、一般的には多層構成である。

（発明が解決しようとする課題）この様に超電導コイルの中に冷却チャンネルを設けた構
成は絶縁スペーサを必要とする。従って、絶縁スペーサ
と超電導線間で摩擦発熱があると、熱伝導率の良い超電
導線の方がその熱の多くを受けもつことになり、超電導
線が加熱され、場合によってはクエンチに至る可能性が
あった。

また、常電導転移しても自然に超電導に回復させるため
には、冷却チャンネル幅を大きくとったり、超電導線の
冷却周長を長くするなどの対策を構じなければならず、
その場合には、コイルの剛性の低下、あるいは、大きな
体格を必要とするなどの欠点があった。

さらに、万が−にもクエンチした場合には、導体の周囲
にある絶縁物のため、熱伝導が悪く、加熱された領域は
周囲に伝播するのが遅くなり、場合によっては局所的な
加熱により超電導線が焼断する可能性もあった。これを
防ぐために、−層多くの安定化材を用いるとコイルの体
格１重量は増々増加する欠点があった。あるいは、局所
的な加熱を少なくするために、クエンチ検出後速やかに
電流を減衰しなければならず、その場合には、超電導コ
イルに過大な電圧が予想され、絶縁強化が必要となり、
コイルの体格は大きくなる一方であった・本発明の目的は超電導コイルの常電導転移を極力少なく
シ、かつ、コンパクトなコイルで、万が−にもクエンチ
が生じた場合にも超電導線の損傷等のない安全なコイル
を提供することである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、絶縁被覆された超電導線を
巻回し、各巻回間に冷却チャンネルを確保するために配
置するスペーサを熱伝導度の良い材料、たとえば銅、高
純度アルミニウム、炭化ケイ素等で構成する。

（作　用）この様に構成することにより、超電導線とスペーサ間で
発生する摩擦熱は熱伝導度の良いスペーサの方に多く伝
わり、スペーサの両側にある液体ヘリウムでスペーサが
冷却されるためスペーサの温度上昇が低く抑えられるの
で、超電導線のＮｂＴｉあるいはＮｂ、　Ｓｎフィラメ
ントに達する熱が極めて少なくなり、常電導転移する可
能性が少なくなる。また、万が−にもクエンチした場合
には、常電導領域で発生するジュール熱が熱伝導の良い
スペーサの方に移動し、スペーサと接触している他の層
及びターンの超電導線を加熱することになり、クエンチ
が超電導コイル全体に広がるため。

コイルに蓄えられていたエネルギーを局所的でなくコイ
ル全体で消費するため、超電導線の焼断がなくなる。

（実施例）（構　或）本発明の一実施例について第１図及び第２図を参照して
説明する。安定化材と超電導フイルメント（１２）の表
面に絶縁被覆（１１）を有する超電導線（１）を巻枠■
にソレノイド状に巻回し、各層間に熱伝導の良い銅また
は高純度アルミニウムまたはＳｉＣ等からなるスペーサ
■を配置し、液体ヘリウムの冷却チャンネル■を構成す
る。第１図は超電導コイルの横断面を示し、３層で構成
されているが、何層で構成されていても良い。また、ス
ペーサ■は超電導線■の表面の絶縁被覆（１１）を傷つ
けない様にコーナを丸めておく。また、スペーサ■は超
電導線との密着を良くするために超電導線に接触する面
を曲げておいても良い。超電導線（１）は円形でも矩形
でも良い。また、ターン間に冷却チャンネルを設ける場
合には、ターン間の幅に合った銅また高純度アルミニウ
ムのスペーサを設けても良い。

（作　用）この様に構成することにより、超電導線（１）とスペー
サ■の間で発生する摩擦発熱のほとんどが熱伝導の良い
スペーサの方に伝わり、スペーサの両端にある液体ヘリ
ウムで冷却される。超電導線内部のＮｂＴｉあるいはＮ
ｂ３Ｓｎは温度上昇が極めて小さく、常電導転移する可
能性が少ない、一方、何らかの原因でクエンチした場合
には、超電導線が常電導転移し、ジュール発熱し、加熱
されると、その熱の一部はスペーサの方に移動し、スペ
ーサの熱伝導が良いため、次の層またはターンの超電導
線を加熱して常電導転移させ、これを引き続いて生じさ
せるため、コイル全体が常電導転移する。

従って、コイルに蓄積されていたエネルギーはコイル全
体で消費することになるため、局所的な加熱がなくなる
。また、冷却チャンネルの幅、すなわち、層間の距離を
短かく構成することにより、剛性の高い、コンパクトな
コイルになる。

（効　果）以上に説明したように、超電導コイルの常電導転移が少
なくなり、かつ、剛性の高いコンパクトなコイルで、万
が−にもクエンチが発生した場合にも超電導線の損傷の
ない安全なコイルが得られる。

（他の実施例１）他の一実施例を第３図に示す。第３図はパンケーキ巻き
コイルの一部の斜視図である。表面を絶縁被覆した超電
導線■をパンケーキ状に巻回し、パンケーキ間のスペー
サ■に熱伝導度の良い銅または高純度アルミニウムを配
置する。各ターン間に液体ヘリウムのチャンネルを設け
る場合には、超電導線の幅に合ったスペーサを適切な間
隔をおいて配置する。

この様に構成することにより、パンケーキ巻きコイルに
おいても上記ソレノイド巻コイルと同様の作用・効果が
得られる。

（他の実施例２）他の一実施例を第４図に示す。第４図は超電導線の断面
図を示す。超電導フィラメントと安定化材からなる領域
（１２）の外側にＣｕＮｉ合金などの高抵抗層（１４）
を配置した構成の超電導ユニット（１５）の外側に無酸
素銅または高純度アルミニウムの安電化材（１３）を配
し、その外周に絶縁被覆（１１）を配置して超電導線■
を構成する。

この様に構成すると、摩擦熱が絶縁被覆（１１）を通っ
て超電導線α）の内部に入ってきても、ＣｕＮｉ等の高
抵抗層（１４）の熱伝導が安定化材（１３）の熱伝導よ
り悪いため、内部に侵入した熱は安定化材中を円周方向
または線材の長平方向に伝わって、高抵抗層の内部へ入
る熱は極めて少なくなる。従って、超電導線は一層安定
化されて常電導転移する可能性が少なくなる。また、こ
の様に高抵抗層を入れた構成にすることにより、超電導
線の交流損失も低減できるため、磁界の変動の大きな場
所にも使用できる。

この様に構成した超電導線を用いてコイルを構成すると
、前に述べたと同様な効果も得られる。

（他の実施例３）他の一実施例を第５図に示す。超電導フィラメントと安
定化材（１２）で構成され、その外側をＣｕＮｉなどの
高抵抗層（１４）でおおわれた超電導ユニット（１５）
を複数個、安定化材（１３）の中に配置して超電導線（
１）を構成する。

この様に構成すると、他の実施例２と同じ作用、効果が
得られる。

（他の実施例４）他の一実施例を第６図に示す。第６図はスペーサ■の断
面図を表わし、熱伝導率の良い銅またはアルミニウム（
３１）の間に絶縁物（３２）をはさみ込んでサンドイッ
チ構成にする。

スペーサをこの様に構成すると、前と同様の作用、効果
が得られる。また、超電導線のターン間および眉間、あ
るいはパンケーキ間に配置することにより、絶縁物（３
２）がターン間の電気絶縁をするため、超電導線の表面
にある絶縁被覆をとり除くこともできる。

また、第７図に示す様に、スペーサのサンドインチ構成
の中央の絶縁物（３２）の幅を両側にある銅またはアル
ミニウム（３１）の幅より長くすると、万が−にスペー
サ■がずれた場合にも隣接したスペーサと電気的に接触
することがなくなり、磁界の変動に伴なう渦電流も減少
し、コイルを安定に励磁できる。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明によれば、冷却チャンネ
ルを構成するスペーサに熱伝導度の高い無酸素銅、高純
度アルミニウムまたは炭化ケイ素などを用いることによ
り、常電導転移が少なく、万が−にもクエンチが生じた
場合にも超電導線の損傷等のない安全な超電導コイルが
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す超電導コイルの断面図
、第２図は上記実施例に用いる超電導線の断面図、第３
図は本発明の実施例のパンケーキ巻線の斜視図、第４図
および第５図は超電導線の断面図、第６図および第７図
は冷却チャンネルスペーサの断面図、第８図は従来の超
電導コイルの断面図である。１・・・超電導線　　　　３，３′・・・スペーサ４・
・・冷却チャンネル　１１・・・絶縁被覆１２・・・安
定化材と超電導フィラメント１３・・・安定化材　　　
　１４・・・高抵抗層第図第図第図第　５図第図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）表面に絶縁を施した超電導線を巻回し、各巻回間
にスペーサを配置して冷却チャンネルを構成する超電導
コイルにおいて、該スペーサとして無酸素銅または高純
度アルミニウム、炭化ケイ素などの熱伝導率の良い材料
を用いたことを特徴とする超電導コイル。
（２）超電導コイルはソレノイド状あるいはパンケーキ
状であることを特徴とする請求項（１）記載の超電導コ
イル。
（３）超電導線は、表面に施した絶縁層の内側に無酸素
銅または高純度アルミニウムを配し、その内側にＣｕＮ
ｉ合金層を配し、その内側にＮｂＴｉフィラメントを銅
母材中に埋込んだことを特徴とする請求項（１）記載の
超電導コイル。
（４）超電導線は、ＮｂＴｉフィラメントを銅母材中に
埋込み、その外側にＣｕＮｉ合金層を配置した超電導ユ
ニットを複数個、銅または高純度アルミニウム中に配置
し、その銅または高純度アルミニウムの少なくとも一部
は表面の絶縁層と接触していることを特徴とする請求項
（１）記載の超電導コイル。
（５）スペーサは、銅または高純度アルミニウムと絶縁
物とサンドウィッチ構成にし、中央に絶縁物を配したこ
とを特徴とする請求項（１）記載の超電導コイル。
（６）スペーサは、中央に配置した絶縁物の幅をその両
側面にある銅または高純度アルミニウムの幅より長くし
たことを特徴とする請求項（５）記載の超電導コイル。
（７）超電導線は、Ｎｂ＿３Ｓｎを用いたことを特徴と
する請求項（３）または（４）記載の超電導コイル。