JPH032325B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は磁場発生装置に係り、特に超電導マグ
ネツトを使用して構成するに好適な磁場発生装置
に関する。

〔発明の背景〕

磁場発生装置に採用される超電導マグネツト
は、殆んど電力を消費することなく、強磁場を高
い安定度で得られるというメリツトを数多く有し
ており、近年、その需要な多種、多数に増大して
いる。この超電導マグネツトを構成する最も重要
な構成要素である超電導線材も著しく進歩してお
り、これが超電導マグネツトの性能向上に大きく
寄与している。

ところで、超電導マグネツトにおいては、コイ
ルの電気抵抗が動作状態で殆んど０であることが
最大の特徴であり、この特徴をフルに活かすため
には、コイルの全長に渡つて超電導線を無接続で
用いることが望ましい。しかし、超電導線を無接
続で製作できる長さには限界がある。しかも、実
用に供すべき超電導マグネツトは一般に巻数が多
く、使用する超電導線の全長は極めて長いので、
コイル全長に渡つて無接続とすることは多くの場
合不可能である。従つて、超電導線を接続して使
用する必要がある。

従来の超電導線の接続法としては、接続すべき
２本の超電導線の安定化材（銅、アルミニウム
等）同志、または超電導線そのものを半田により
接続する方法が用いられてきた。この方法によれ
ば、例えば、直径数mm程度の超電導線同志を半田
で接続した場合の接続抵抗は10^-9Ω程度にもな
る。一方、同様な超電導線を溶接（スポツト溶
接、電子ビーム溶接、レーザ溶接等）によつて接
続すれば、その接続抵抗は10^-12Ω以下とするこ
とができ、半田接続より有利である。

しかしながら、上記溶接法によつて超電導線を
接続すると、溶接部付近の超電導線が高熱にさら
されるため、超電導物質が熱的変態を起こし、そ
の超電導線としての特性が劣化してしまう。この
例を第１図を用いて説明する。該図の曲線１は、
ある超電導線の本来の磁場における臨界電流特性
（Ｈ−Ic特性）であり、曲線２は同じ超電導線を
溶接により接続した場合の溶接部付近のＨ−Ic特
性である。第１図に見られる如く、溶接により接
続した場合には、加熱によるＨ−Ic特性の劣化は
非常に大きく、仮に点Ｐ（磁場Ｈ＝1.2T、電流Ｉ
＝10A）を設計点に選ぶと溶接部付近では超電導
状態を保持し得なくなり、実際の通電時（Ｉ＝
10A）の電気抵抗は、接続部の抵抗10^-12Ωより
はるかに大きくなつてしまい、これでコイルを形
成するとコイル全体としての電気抵抗が大きくな
るため、超電導マグネツトの利点が損なわれてし
まう。即ち、溶接部付近の電気抵抗により通電時
ジユール損失が発生し、コイル冷却用の冷媒であ
る液体ヘリウムの消費量が多くなつたり、永久電
流モードで動作する場合には、抵抗分による電流
減衰が大きく一定電流保持時間が短かくなつてし
まう。

〔発明の目的〕

本発明は上述の点に鑑み成されたもので、その
目的とするところは、超電導線同志を溶接接続し
て超電導コイルを形成したものであつても、この
動作状態下における電気抵抗を最小とし、熱損失
が少なく、かつ、永久電流モードにおいて一定電
流保持時間を長くすることのできる磁場発生装置
を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は超電導線を所定数巻回して形成する超
電導コイルを複数個同軸上に配置すると共に、各
超電導コイルを、その超電導線同志を溶接により
接続する際、この溶接接続部分を超電導コイルに
よつて作られる磁場が最も小さい位置に設置する
ことにより、所期の目的を達成するようになした
ものである。即ち、上記構成とすることにより溶
接部付近の超電導状態を保つて、接続部の抵抗を
溶接部分の抵抗のみとし、コイル全体の抵抗を最
小にしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、図面の実施例に基づいて本発明を詳細に
説明する。

第２図は本発明の一実施例として、同軸上に３
つの超電導ソレノイドコイルが配置されて構成す
る高均一磁場発生装置を示す。該図において、３
は主となるソレノイドコイル（メインコイル）、
４、及び５は副となるソレノイドコイル（サブコ
イル）で、メインコイル３の軸方向両端に配置さ
れている。これらはいずれも超電導線が所定数巻
回して形成される。そして、これら３個のコイル
により中心軸（Ｙ軸）上に均一度の高い磁場を発
生することができる。３個のソレノイドコイル３
と４、及び５は、第３図に結線図を示すように直
列に接続されており、全体で５箇所の接続部６を
有する。本実施例では、この接続部６を上記コイ
ル３，４，５によつて作られる磁場が最も小さい
位置に設置する。

今、第２図に示すコイルに電流10Aを通電する
とＹ軸上に0.5Tの磁場が発生する。この時のコ
イル付近の磁場分布は第４図のようになる。即
ち、メインコイル３及びサブコイル４，５の内部
の磁場は約1.2Tに達する。これに対して、メイ
ンコイル３の外径側（第４図のＡ点近傍）では約
0.03Tの磁場しかない。そこで、本実施例では、
溶接によつて接続した接続部６を、メインコイル
３及びサブコイル４，５によつて作られる磁場が
最も小さい位置として、第５図に示すようにメイ
ンコイル３の外径側に設置している。

このように、溶接接続部６をメインコイル３の
外径側に配置すれば、溶接によつてＨ−Ic特性が
第１図の如く劣化した超電導線の経験磁場は約
0.03Tである。この時、通電電流が10Aなので設
計点はＱ（磁場Ｈ＝0.03T、Ｉ＝10A）となり、劣
化した後でも充分超電導特性を発揮し得る。従つ
て、接続部１箇所当りの電気抵抗は溶接部分の
10^-12Ω以下となり、コイル全体の電気抵抗を最
小ならしめることができる。即ち、半田によつて
接続する場合（10^-9Ω）の１／1000以下とするこ
とができる。よつて、通電時のジユール損失を最
小とすることができ、冷却用の液体ヘリウムの消
費量を軽減できると共に、永久電流モードにおい
ては一定電流を長時間保持できるので、経済的に
優れた磁場発生装置とすることができる。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明の磁場発生装置によれば、
超電導線を所定数巻回して形成する超電導コイル
を複数個同軸上に配置すると共に、各超電導コイ
ルを、その超電導線同志を溶接により接続する際
この溶接接続部分を、超電導コイルによつて作ら
れる磁場の最も小さい位置に設置したものである
から、接続部分の抵抗を小さくでき、超電導コイ
ルの動作状態における電気抵抗を最小とし、熱損
失が少なく、かつ、永久電流モードにおいては一
定電流保持時間の長い超電導コイルを得ることが
でき、此種磁場発生装置には非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は超電導線における磁場に対する臨界電
流（Ｈ−Ic）特性図、第２図は本発明の一実施例
を説明するための磁場発生装置におけるコイルの
配置図、第３図は第２図のコイルの結線図、第４
図は第２図のコイル配置における磁場分布図、第
５図は超電導線接続部の配置状態の一実施例を示
す図である。 ３……メインコイル、４，５……サブコイル、
６……接続部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超電導線を所定数巻回して形成する超電導コ
   イルを、複数個同軸上に配置すると共に、各前記
   超電導コイルを、その超電導線同志を溶接により
   接続して構成する磁場発生装置において、前記溶
   接接続部分を、前記超電導コイルによつて作られ
   る磁場が最も小さい位置に設置したことを特徴と
   する磁場発生装置。 ２ 前記同軸上に配置される超電導コイルは、ソ
   レノイド状の主磁束を発生するメインコイルと、
   該メインコイルの軸方向両端近傍に配置され、こ
   のメインコイルで発生する磁束を補正するソレノ
   イド状のサブコイルとから構成され、該メインコ
   イルとサブコイルが溶接により直列に接続されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の磁場発生装置。 ３ 前記メインコイルとサブコイルとの溶接接続
   部をメインコイルの外径側に位置させたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁場発生装
   置。