JPH0365002B2

JPH0365002B2 -

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Publication number: JPH0365002B2
Application number: JP57181024A
Authority: JP
Priority date: 1982-10-13
Filing date: 1982-10-13
Publication date: 1991-10-09
Also published as: JPS5968910A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、超電導コイルに関するものであ
り、とりわけ、磁界の空間均一度が高い超電導コ
イルに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の装置として第１図に示すものが
あつた。図において主コイル１、磁界補正コイル
２が巻枠３に巻回されてなり、高均一磁界領域４
を形成する。ここに軸方向Ｚ、半径方向ｒも示し
た。主コイル１は主磁界を発生するコイルであ
り、コイルが有限長であるために生ずる大きな不
均一磁界を補正するコイル等を含んでいる。磁界
補正コイル２はシムコイルとも呼ばれるものであ
り、小さな付均一磁界を補正することにより、高
均一磁界領域４中での磁界の空間均一度を高める
ためのコイル群である。

かかる構成により主コイル１に、時間的に変化
しない定電流を流すと、高均一磁界領域４に高均
一磁界が発生する。磁界の均一度、すなわち、磁
界の空間分布の均一性をよくするために、高均一
磁界領域４の寸法に較べて、主コイル１の直径お
よび長さを大きくしている。しかしながら、主コ
イル１の電流密度分布が、主コイル断面内で完全
に一様にはできないこと、主コイル１を完全な円
筒状にはできないこと、主コイル１の長さが有限
であること等の理由により、主コイル１のみが発
生する磁界の均一度をよくすることが困難であつ
た。そこで、磁界の均一度を向上させるために、
磁界補正コイル２が一般に用いられる。磁界補正
コイル２は、円形コイル、鞍型コイル、矩形コイ
ル等、種々の形状のコイル多数で構成されてお
り、高均一磁界領域４内の磁界分布中の不均一磁
界成分に対応して磁界補正コイル２の発生する磁
界を整調し、高均一磁界領域４内の磁界均一度を
向上させていた。しかしながら、磁界補正コイル
２の出力磁界中には、主コイル１が発生する不均
一磁界を打消す磁界成分の他に、不均一磁界の補
正には全く関与しない誤差磁界成分がわずかなが
ら含まれ、磁界補正コイル２の出力磁界を増大さ
せると、このような誤差磁界成分も増大する。従
つて、主コイル１の発生する磁界の均一度がある
程度よくないと、磁界補正コイル２を用いても、
磁界均一度の向上は困難であつた。

次に、主コイル１の電流密度の、主コイル１断
面内の分布が磁界の均一度に与える影響について
考察する。第２図は主コイル１の巻線に使用する
超電導線材のバラツキ△Ｗの実測値を示す。ここ
で、線材の断面寸法は１mmオーダであり、線材長
はKmのオーダである。線材のバラツキの範囲は
20μｍで、そのバラツキは、線材そのものの仕上
げ精度と、線材表面に施す電気絶縁物の厚さの精
度とによつて決まる。第２図に示した線材幅のバ
ラツキは、線材の製造技術からみて、これ以下の
値とするのは困難である。線材の厚さのバラツキ
も幅のバラツキと同様である。このように、線材
の幅にバラツキのある線材を主コイルに巻回した
際の巻線断面を図式的に示したものが第３図であ
る。1aはコイル巻線であり、同図は、１層分の
巻線断面のみを表わし、Ｚ軸方向の単位長当りの
巻数が場所によつて異なることを示している。各
ターンには同一電流が流れているから、Ｚ軸方向
の各場所によつて電流密度が異なることになる。
いま、Ｚ方向に対する電流密度ⁱ（△ｗ）を次式
で定義する。

ⁱ（△ｗ）＝Ｉ／（w₀＋△ｗ）ここで、Ｉ：主コイル電流値、 w₀：線材の基準幅、 △ｗ：線材幅の基準幅w₀からのずれ、いま、線材幅をw₀＝１mm、線材幅のずれを△ｗ
＝±5μｍ、ⁱ（０）を基準電流値として電流密度を
求めてみると、 ⁱ（＋5μｍ）／ⁱ（０）１−５×10^-3 ⁱ（−5μｍ）／ⁱ（０）１＋５×10^-3 となる。すなわち、第２図は線材幅の精度を示し
たような、実用的に得られるコイル巻線を用いて
主コイル１を巻回した場合、その電流密度は、場
所によつて基準値ⁱ（０）に対して５×10^-3程度
の範囲で変動する。主コイル１の発生する磁界
は、電流密度ｉに対応して変化するので、ここで
示したような電流密度変化については、基準磁界
に対して10^-3程度のオーダで変動することにな
る。なお、線材の厚さのバラツキによつても同様
のことが生じる。NMR（核磁気共鳴）現象等に
必要とされる高均一磁界超電導コイルにおける磁
界の均一度は、試料位置において10^-5以下である
ことが必要といわれている。従つて、このような
高均一磁界を実現するためには、補正コイル２よ
り、主コイル１の作る磁界を補正する必要があ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の高均一磁界超電導コイルは、以上のよう
に線材断面寸法にバラツキのある線材で巻回され
ていたので、主コイル断面内の電流密度の分布が
均一ではなく、主コイル１の発生磁界の均一度が
低下するので、磁界補正コイル２による磁界の補
正量が大きくなり、そのため、磁界補正コイル２
が大形化すると共に、均一度の高い補正が行えな
くなるという問題があつた。

この発明は、上記のような従来のものの欠点を
除去するためになされたもので、巻枠を一定寸法
の多数のブロツクに分割し、そのブロツク内の巻
数を所定の値とした巻線構造により、高均一磁界
を発生できる超電導コイルを提供することを目的
とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

巻枠の外周面に形成され、巻枠を軸方向に等し
い長さに分割した複数の分割突条と、この分割さ
れた各ブロツクにそれぞれ所定の巻数に巻回され
電気的に接続されたコイル巻線でなる主コイルと
を備えたものである。

〔作用〕

この発明における主コイルは、巻線断面内の電
流密度分布を均一化する。

〔発明の実施例〕

以下、この発明を第４図に示す一実施例につい
て説明する。同図は、主コイルのコイル巻線１１
ａの１層分を示しており、巻線は図の左から右に
行う。巻枠１３には、その外周面に厚さＳの分割
突条１３ａが複数形成されており、隣りあう分割
突条１３ａ間に１ブロツク分のコイル巻線１１ａ
が巻回される。コイルは、全て長さｌのブロツク
に分割されている。また、各ブロツク内に残余の
空間があるときは詰物１５を施し、その長さを△
ｌで表わしている。１つのブロツク内の巻数は一
定である。従つて詰物１５の幅△ｌは、線材の幅
のバラツキによつて変化するので、通常は各々の
ブロツクで詰物１５の幅△ｌは異なる。ただし、
ブロツク長ｌと分割突条１３ａの厚さＳは、一定
値である。

各ブロツク間の巻線渡り部付近の巻線状態を第
５図に示す。図において、１１ｂはコイル巻線１
１ａの渡り線であり、１３ｂは分割突条１３ａに
設けた渡り溝である。あるブロツク内で必要な巻
数だけ巻回されたコイル巻線１１ａは、渡り線１
１ｂを介して隣りのブロツクのコイル巻線１１ａ
の巻始め位置に達する。巻線１１ａと渡り線１１
ｂとは同一線材の異なる位置の名称であり、巻線
１１ａと渡り線１１ｂの間には線材を切断後接続
した箇所があつてもよいし、なくてもよい。ま
た、渡り線１１ｂは、分割突条１３ａの一部に形
成された渡り線１１ｂ中を通る。渡り線１１ｂは
各分割突条１３ａに１個所あり、渡り溝１３ｂ中
を通る。渡り溝１３ｂは各分割突条１３ａに１箇
所あり、渡り線１１ｂが１本通る程度の溝幅をも
ち、巻枠１３の最外層コイルが巻かれる直径以下
となるような溝深さになつている。また、渡り溝
１３ｂはＺ軸と平行である。次に、作用および効
果について述べる。以上の構成になる主コイル
は、１ブロツク当りで見たコイルの電流密度ｉが
一定になり、Ｚ軸方向の場所によつて変化しな
い。ブロツクの長さｌを主コイルの半径Ｒに比べ
て十分小さくすれば、主コイルの巻線断面内の電
流密度の分布はほぼ一様とみなすことができる。
その結果、主コイルの発生磁界の均一度が向上す
る。ここで十分小さいとは、10分の１以下のこと
である。なお、ｌ／Ｒ及び△ｌ／ｌ、Ｓ／ｌの値
は小さいほど、磁界の均一度向上の点では望まし
いが、巻線の作業性、分割突条１３ａ付巻枠１３
の製作時の作業性、磁界均一度の改善度合から考
えた上で適当な寸法を決めればよい。

ここで、第５図に示す渡り線１１ｂは、巻線１
１ａとは巻方向が異なるため、渡り線１１ｂの部
分に流れる電流が発生する磁界は、不必要な磁界
である。しかし、第１層の渡り線１１ｂに流れる
電流と、第２層の渡り線１１ｂに流れる電流と
は、絶対値が等しく、向きが逆であるため、各々
の渡り線１１ｂが発生する磁界はほぼ相殺され
る。従つて、渡り線１１ｂが存在することによつ
て発生する不均一磁界成分は小さく、渡り線１１
ｂから離れた位置にある高均一磁界領域４では、
全く問題にはならない。

また、上記実施例では、各分割突条１３ａに渡
り溝１３ｂを１箇所だけ設けたが、複数個の渡り
溝１３ｂがあつてもよい。この場合には、１個の
渡り溝１３ｂ中にある全部の渡り線１１ｂの電流
の向きによつて正負の符号をつけた電流の総和が
０になるように渡り線１１ｂを渡せば、渡り線１
１ｂ部の発生する不均一磁界はほとんどなくな
り、高均一磁界領域４において、渡り線１１ｂの
影響は全く問題とならない。

また、１個の分割突条１３ａに複数個の渡り溝
１３ｂを形成した場合は、渡り溝１３ｂを分割突
条１３ａの円周上に等間隔に配設してもよい。こ
の場合には、渡り線１１ｂが発生するわずかな不
均一磁界成分を、円周上に分散させることができ
Ｚ軸に関して対象位置付近にある渡り線１１ｂ同
志が、高均一磁界領域４に与える影響を互いに相
殺できる。従つて、同一渡り溝１３ｂ中の複数個
の渡り線１１ｂの電流の総和を０にする場合より
も、さらに渡り線１１ｂの発生する磁界の高均一
磁界領域４に与える影響が小さくなるという特有
の効果がある。

なお、分割突条１３ａは、旋盤による削り出し
により製作すれば、寸法精度が高く厚さが十分に
薄い分割突条１３ａをきわめて容易に得ることが
できる。

また、巻枠１３は、一般には、単純円筒が用い
られるが、この発明では、分割突条１３ａが付加
されており、そのため、巻枠の機械的強度を増大
させることができる。従つて、巻枠１３基底部の
厚さを薄くしても、従来と同様の、またはそれ以
上の機械的強度が得られる効果がある。さらに、
コイルの総重量が軽減されることにより、超電導
状態を作り出すために必要な液体ヘリウムが冷却
すべき重量、すなわち、被冷却重量を軽減するこ
とができるので、コイル冷却時の液体ヘリウム消
費量が少ない経済的な超電導コイルを具現し得る
効果がある。

以上の実施例では、巻枠に巻線基準面となる分
割突条を設けて主コイルの巻線を行うので、巻線
時に、ブロツク長ｌを測定しながら巻込む必要が
全くなく、単に分割突条側面にコイル巻線を沿わ
せて巻回すだけでよいので、巻線作業がきわめて
容易となる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば巻枠と、この
巻枠の外周面に形成され巻枠を軸方向に等しい長
さに分割した複数の分割突条と、この分割突条で
分割された各ブロツクにそれぞれ所定の巻数に巻
回され電気的に接続されたコイル巻線でなる主コ
イルを備えたことにより、主コイルの発生する磁
界の均一度を向上させ磁界補正コイルによる磁界
の要補正量を小さくし、磁界補正コイルの小形化
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のものの縦断面図、第２図は一般
に得られるコイル線材の幅のバラツキを示す線
図、第３図は従来のものの一部縦断面図、第４図
はこの発明の一実施例の縦断面図、第５図は同じ
く一部斜視図である。１１ａ……主コイルのコイル巻線、１１ｂ……
渡り線、１３……巻枠、１３ａ……分割突条、１
３ｂ……渡り溝、４……高均一磁界領域、１５…
…詰物。なお、各図中、同一符号は同一又は相当
部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１巻枠と、この巻枠の外周面に形成され前期巻
枠を軸方向に等しい長さに分割した複数の分割突
条と、この分割突条で分割された各ブロツクにそ
れぞれ所定の巻数に巻回され電気的に接続された
コイル巻線でなる主コイルを備えてなることを特
徴とする超電導コイル。