JPH04188706A - 超電導コイル - Google Patents

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］ この発明は、金属被覆された酸化物超電導体を備える超
電導線を用いた超電導コイルに関するものである。

「従来の技術］ ＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｎのような金属系の超電導体を備え
る超電導線を用いた超電導コイルには、多数の例がある
。

他方、高い臨界温度を示すものとして知られている酸化
物超電導体は、最近数年の間に注目され８したものであ
り、したがって、そのような酸化物超電導体を備える超
電導線を用いた超電導コイルについては、未だ開発中の
段階である。酸化物超電導体を備える超電導線を用いた
超電導コイルは、たとえば、１９９０年９月２４日〜２
８日にアメリカ合衆国、コロラド、スノウマス・ビレッ
ジにおいて開催されたｒ１９９０　　アプライド・スー
パーコンダクティビイティ・コンファレンス」で佐原は
かによって報告されている（Ｈｉｇｈ−１ｃ　Ｓｉ！ｙ
ｅｔ−３ｈｅａｔｈｅｄ　Ｂｉ−Ｂａｔｅｄ　５ｕｐｅ
＋ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　Ｗｉｒｅｓ）。この報告によ
れば、超電導コイルは、たとえば銀シースによって金属
被覆された酸化物超電導体を備える超電導線によって構
成される。

酸化物超電導体には、液体窒素温度を超える臨界温度を
有するものがいくつか発見されており、したがって、こ
のような酸化物超電導体を備える超電導線を用いること
により、高価な液体ヘリウムの使用を避けることができ
る。

［発明が解決しようとする課題］ コイルの発生磁場を高くするには、一般的に、コイルの
巻線数を増やすが、通常電流値を上げるかのどちらかで
ある。超電導コイルの場合、通常電流値は超電導線の臨
界電流値よりも高くできないので、発生磁場を高くする
には、巻線数（ターン数）を増やす方法に頼らなければ
ならない。

しかしながら、金属被覆された酸化物超電導体を備える
超電導線の長さは、一般的に、せいぜい１０ｍ程度であ
り、その製造方法等の理由から、それ以上に長い超電導
線はあまり期待できない。

したがって、このような超電導線を用いる限り、超電導
コイルの高磁場化には限界かあった。

そのため、複数の超電導線を用い、これら超電導線の各
々をパンケーキ巻きしなから、これら超電導線を順次ジ
ヨイントする方法か提案されている。

上述したようなパンケーキ巻きか採用された超電導コイ
ルにおいては、次のようなジヨイントか存在する。すな
わち、ます、各々パンケーキ巻きされた、隣り合う２本
の超電導線の各巻き始端を互いに電気的に接続するため
のジヨイントか存在する。また、上述した隣り合う２本
の超電導線の一方とこれに隣り合う別のパンケーキ巻き
された超電導線との各々の巻き終端を互いに電気的に接
続するジヨイントか存在する。さらに、コイルに電流を
流すために、電気的に直列接続された複数の超電導線の
連なりにおける各端部に、電流リードを電気的に接続す
るジヨイントか存在する。これらのジヨイントには、は
んたか最もよく用いられる。

上述したような種々の態様のジヨイントにおいて、パン
ケーキ巻きされた超電導線の巻き終端に対しては、それ
か最外層に位置するため、巻線後であっても、ジヨイン
トを達成することか比較的容易であるが、パンケーキ巻
きされた超電導線の巻き始端に関しては、それが最内層
に位置するため、巻線後において、ジヨイントを達成す
ることは非常に困難である。そのため、巻き始端につい
ては、巻線前において、ジヨイントを済ませておくのが
望ましいが、その場合には、ジヨイントの存在のために
、巻線が困難になる。

ところで、酸化物超電導体は、歪特性か非常に悪く、た
とえば巻線などにおいて与えられる曲げ歪によって、そ
の超電導特性を著しく低下させる。

したがって、酸化物超電導体を備える超電導線を用いて
超電導コイルを製作するには、金属系のＮｂ３Ｓｎなど
の超電導体を備える超電導線においてよく行なわれてい
る、巻線してから超電導相を生成する「ワインド・アン
ド・リアクトＣＷｉｎｄ　　＆　　Ｒｅａｃｔ）法」が
有効である。

しかしながら、前述したように、ジヨイントにはんだが
用いられる場合、超電導相を生成するための反応時の温
度が８００℃以上と、はんたの融点より高く、はんだか
溶は出し、良好なジヨイントを達成できないという問題
に遭遇する。

それゆえに、この発明の目的は、金属被覆された酸化物
超電導体を備える超電導線を用いた超電導コイルにおい
て、上述したような問題を解消し得る電気的接続構造を
提供しようとすることである。

［課題を解決するための手段］ この発明は、金属被覆された酸化物超電導体を備える超
電導線とこの超電導線をその外周面上に巻く巻枠とを備
える、超電導コイルに向けられるものてあって、上述し
た技術的課題を解決するため、次のような構成を備える
ことを特徴としている。

すなわち、前記巻枠の少なくとも外周面か導電性材料に
よって形成され、前記超電導線の巻き始端が前記巻枠の
外周面と電気的に接続される。

上述したように、超電導線の巻き始端か巻枠の外周面と
電気的に接続されることによって、第１の典型的な実施
例では、巻枠自身が超電導コイルの一方端子とされる。

この実施例は、単に１本の超電導線か巻枠上にパンケー
キ巻きされることによって形成される超電導コイルのよ
うに、超電導線の巻き始端に対して、コイル通電用の電
流リードを電気的に接続する場合に有利に適用される。

すなわち、この実施例では、巻枠自身が超電導コイルの
一方端子となることから、超電導線の巻き始端に直接電
流リードを接続する必要はなく、巻枠に電流リードが接
続される。

第２の典型的な実施例による超電導コイルにおいては、
２本の超電導線か巻枠の外周面上に並んでそれぞれパン
ケーキ巻きされる。このとき、２本の超電導線の各々の
巻き始端は、巻枠によって互いに電気的に接続される。

［作用］ この発明によれば、巻枠が、巻かれた状態にある超電導
線を保持するための保持手段としてでなく、超電導線の
巻き始端における電気的接続手段としても機能する。

［発明の効果］ したがって、この発明によれば、超電導線の巻き始端に
対して与えられるジヨイントが、巻き始端を巻枠の外周
面と電気的に接続することによって達成されるので、超
電導線の巻き始端に関連する電気的接続を、巻枠を介し
て行なうことができる。すなわち、二〇巻枠自身を超電
導コイルの一方端子としたときには、この巻枠に電流リ
ードを接続すればよい。このとき、巻枠が全体として導
電性材料から構成される場合など、その外周面だけでな
く内周面も外周面と連なる導電性材料によって形成され
ていると、電流リードは、巻枠の内周面に電気的に接続
することができる。このような内周面への電流リードの
接続は、外周面への接続に比べて、より容易に行なうこ
とかできる。また、２本の超電導線が、巻枠の外周面上
に並んでそれぞれパンケーキ巻きされる場合には、これ
ら２本の超電導線の各々の巻き始端相互の電気的接続手
段として、巻枠を用いることができる。

上述したような巻枠の外周面に対する超電導線の巻き始
端の電気的接続は、巻き始端か本来的に巻枠の外周面と
機械的に接続していることから容易に達成することがで
きる。たとえば、好ましい実施例において、超電導線と
して銀によって被覆されたものを用い、他方、巻枠とし
て、銀からなるものまたは銀めっきされたものを用い、
このような超電導線を巻枠の外周面上に巻き、「ワイン
ド・アンド・リアクト法ｊに基づき、熱処理することに
より、銀シース内で超電導相の生成を行なうと、上述の
熱処理における温度の下で、超電導線の巻き始端におけ
る銀シースと巻枠の外周面とが、溶融または拡散接合に
基つき、強固に電気的に接続されることができる。この
接続部分における接続抵抗は、その接続の状態から、極
めて低くすることができる。

このように、この発明によれば、それ自身の長尺化が困
難である、金属被覆された酸化物超電導体を備える超電
導線を用いながらも、高磁場化のために、そのような超
電導線を接続して大型の超電導コイルを得ることが容易
になる。したがって、液体窒素温度においても運転する
ことができる超電導コイルないしは超電導マグネットを
容易に製造することかできる。

［実施例コ 第１図は、この発明の一実施例による超電導コイル１を
示している。

超電導コイル１は、たとえば銀によって被覆された酸化
物超電導体を備える超電導線２を用いて構成される。こ
の超電導線２は、その上に螺旋状に巻かれた絶縁テープ
３によって絶縁被覆されている。超電導線２は、たとえ
ば銀からなる巻枠４の外周面上にパンケーキ巻きされる
。

超電導線２は、その巻き始端５において、絶縁テープ３
か剥かされ、巻枠４の外周面と接触する状態とされ、こ
の巻き始端５と巻枠４の外周面とか電気的に接続される
。これによって、巻枠４自身が、この超電導コイル１の
一方端子となる。したがって、この巻枠４のたとえば内
周面に、当該超電導コイル１に通電するための電流リー
ド６が接続される。

他方、超電導線２の巻き終端７においても、絶縁テープ
３が剥がされ、この巻き終端７にもう一方の電流リード
８が接続される。この電流リード８および前述した電流
リード６は、たとえば、銅のような低抵抗金属から構成
される。

上述した超電導コイル１は、たとえば次のように製造す
ることができる。

まず、第１図に示すように、超電導線２か巻枠４に巻か
れた状態とされ、超電導線２に含まれる酸化物超電導体
において超電導相を生成するため、熱処理か施される。

この熱処理は、また、超電導線２の巻き始端５と巻枠４
との間での溶融または拡散接合に基づく強固な接続も達
成する。次いで、リード６および８が、それぞれ、巻枠
４および巻き終端７に対して、たとえばはんだ付けされ
る。

なお、電流リード６の巻き始端５と巻枠４との接続にあ
たって、上述したような溶融または拡散接合に基づく接
続に代えて、はんだ付けを採用してもよい。

第２図および第３図は、この発明の他の実施例を示して
いる。この実施例では、２本の超電導線を、巻枠の外周
面上に並んでそれぞれパンケーキ巻きしようとするもの
である。

第２図を参照して、巻枠９の外周面上に、第１図と同様
の態様で、超電導線１０かすでにパンケーキ巻きされ、
それによって第１のパンケーキコイル１１が形成されて
いる。第１のパンケーキコイル１１において、絶縁テー
プ１２が剥かされた超電導線１０の巻き終端１３か図示
されている。

巻枠９は、その軸線方向の長さか第１図に示した巻枠４
より長くされ、この巻枠９には、第２の超電導線１４か
パンケーキ巻きされる。第２図において、絶縁テープ１
５か剥がされた第２の超電導線１４の巻き始端１６か図
示されている。

上述のように、第２の超電導線１４のパンケーキ巻きを
終えた状態か第３図に示されている。第３図を参照して
、第１のパンケーキコイル１１に隣接して、第２のパン
ケーキコイル１７か第２の超電導線１４によって与えら
れている。第２のパンケーキコイル１７においては、巻
き終端１８か図示されている。

なお、第１のパンケーキコイル１１を構成する第１の超
電導線１０と第２のパンケーキコイル１７を構成する第
２の超電導線１４とは、互いに逆方向に巻かれているこ
とに注目すべきである。

この第２図および第３図に示した実施例によれば、第１
の超電導線１０の巻き始端（図示せず）と第２の超電導
線１４の巻き始端１６とは、巻枠９によって互いに電気
的に接続されている。したがって、第３図に示した第１
図のパンケーキコイル１１および第２のパンケーキコイ
ル１７からなる超電導コイル１９全体としては、巻き終
端１３および１８が端子となり、実際の使用状態におい
ては、これら巻き終端１３および１８の各々に電流リー
ドか接続される。

第４図は、上述した実施例に従って行なった実験により
得られた超電導コイル１９を示す図解的断面図である。

なお、第４図において、第２図および第３図に示した要
素に相当する要素には同様の参照番号を用いている。

ヒスマス系酸化物超電導体を銀シースによって被覆して
なる第１および第２の超電導線を用意し、これら超電導
線を銀からなる巻枠９の外周面上に巻き、第１および第
２のパンケーキコイル１１および１７を形成した。この
とき、第４図に示すように、巻枠９の外径は、１２ｍｍ
であり、第１および第２のパンケーキコイル１１および
１７の外径は、３Ｑｍｍてあり、第１および第２のパン
ケーキコイル１１および１７の各外側面間距離は、９ｍ
ｍであった。また、第１および第２のパンケーキコイル
１１および１７の各々における超電導線のターン数を、
９ターンとした。

次いて、超電導線に含まれるビスマス系酸化物超電導体
において超電導相を生成するため、熱処理した。これに
よって、第］および第２の超電導線の各々の巻き始端か
巻枠９の外周面と強固に接続された。この接続部２０に
おける抵抗を測定したところ、１μΩと非常に小さいこ
とか確認された。

第５図は、この発明のさらに他の実施例による超電導コ
イル２１を示している。この実施例は、第３図に示した
超電導コイル１９を複数個、たとえば３個組合わせるこ
とによって構成される。すなわち、第３図に示した３個
の超電導コイル１９が、積み上げられる。このとき、隣
り合う２つの超電導コイル１９において、一方の超電導
コイル１９に含まれる第１または第２のパンケーキコイ
ル１１または１７とこれと隣り合う他方の超電導コイル
１９に含まれるパンケーキコイル１１または１７とは、
超電導線の巻線の方向が互いに逆になるようにされる。

３個の超電導コイルを直列に接続するため、隣り合う超
電導コイル］９の一方の第１の超電導線１０の巻き終端
１３と他方の第２の超電導線１４の巻き終端１８とが、
たとえば銅のような低抵抗金属からなる接続用金属部材
２２によって接続される。この接続用金属部材２２を用
いた接続は、パンケーキコイル１１および１７の最外層
において行なわれるものであるので、はんだ等を用いて
容易に達成することかできる。

また、上述のように積上げられた状態にあるパンケーキ
コイル１１および１７の最も端に位置するものの巻き終
端１３および１８には、たとえば銅のような低抵抗金属
からなる電流リード２３および２４が、それぞれ、たと
えばはんだ付けされる。

さらに、組合わされた３個の超電導フィル１９を互いに
固定するため、コイル固定用治具２５が、３個の超電導
コイル１９を挾むように取付けられる。

第５図に示した実施例による超電導コイル２１は、発生
磁場を高めるのに有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例による超電導コイル１を
示す側面図である。 第２図は、この発明の他の実施例を得る途中の状態を示
す斜視図である。 第３図は、第２図に示した状態を経て得られた超電導コ
イル１９を示す正面図である。 第４図は、第２図および第３図に示した実施例に基づき
実施された実験によって得られた超電導コイル１９を示
す図解的断面図である。 第５図は、この発明のさらに他の実施例による超電導コ
イル２１を示す正面図である。 図において、１，１９．２１は超電導コイル、４．９は
巻枠、５，１６は巻き始端、６．　８．　２３．２４は
電流リード、７，１３．１８は巻き終端、１１．１７は
パンケーキコイル、２０は接続部、２２は接続用金属部
材である。 特許出願人　住友電気工業株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属被覆された酸化物超電導体を備える超電導線
   と前記超電導線をその外周面上に巻く巻枠とを備える、
   超電導コイルにおいて、 前記巻枠の少なくとも外周面が導電性材料によって形成
   され、前記超電導線の巻き始端が前記巻枠の外周面と電
   気的に接続されたことを特徴とする、超電導コイル。
2. （２）前記巻枠自身が当該超電導コイルの一方端子とさ
   れる、請求項１に記載の超電導コイル。
3. （３）２本の前記超電導線が、前記巻枠の外周面上に並
   んでそれぞれパンケーキ巻きされ、前記２本の超電導線
   の各々の巻き始端が前記巻枠によって互いに電気的に接
   続される、請求項１に記載の超電導コイル。