JPH04188707A - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は化合物系超電導線を使用し巻線後に高温で熱
処理して超電導物質を生成させる超電導コイルに関し、
特に４　冷却構成に関するものである。

［従来の技術］ 従来の超電導コイルは例えば特開昭５５−１６０４０６
号公報に示されたものがあり、これの概略構成を第４図
及び第５図に示す。これら各図において、（１）は超電
導コイル、（２）は化合物系の超電導線であり、この超
電導線（２）は、コイル巻枠（３）に巻線された巻線部
（４）を構成している０巻線部（４）の超電導線（２）
の間隙には金属系化合物（５）が分散混合された熱硬化
性有機樹ｎ（６）が含浸されている。

尚、超電導Ｉ！（２）には通常、絶縁（７）が施されて
おり、この絶縁（７）の材料としては耐熱性のガラス繊
維、ガラス布などかある。

次に動作について説明する。超電導コイル（１）は通常
、液体ヘリウム（図示せず）に浸漬冷却されており、超
電導線（２）はその臨界温度以下となって電気抵抗が零
となり大電流を流すことができる。従って、超電導コイ
ル　（１）は高磁界が発生可能であり、高磁界発生装置
とし゛て使用される。特に、ＮｂＳｎ　にオブサンスズ
）などの化合物系の超電導線（２）は高磁界特性が′よ
＜、’　　１　’ｏ　Ｔ（テスラ）以上の高磁界発生用
−あ超電導コイル線材として使用される。

しかしながら、超電導コイル　（１）には各種不安定性
が存在し、部分的に超電導状態が破れて常電導状態が発
生することがある。かかる場合には、超電導コイル（１
）には大電流が流れているので、僅かの抵抗発生があっ
ても大きなジュール熱が発生し、その結果として温度が
上昇して超電導でない部分が増加することにより益々抵
抗の発生部分が拡大し、遵にはコイル全体でなだれ的に
超電導状態が破壊するクエンチという現象が引き起こさ
れ、場合によってはコイル焼損にまで至る場合がある。

上記超電導コイル　（１）の不安定性を引き起こす原因
には、電磁力による超電導線（２）の動き、超電導コイ
ル　（１）を室温から極低温まで冷却するときの熱的残
留歪の解放などがある。従って、超電導線（２）の動き
がなく強固な巻線構造とすること、及びコイル内に不均
一な熱的分布を生じさせないようにすることが超電導コ
イル（１）Ｗｉ作の技術的１１ＡＭである。金属系の超
電導線では巻線時に張力を印加しながら巻線を行うこと
によって超電ｌＩ線動きのない強固な巻線部を有する超
電導コイルを製作することが可能である。この製作法は
金属系の超電導線では超電導物質生成のための高温熱処
理が必要でないので可能な方法である。

一方、化合物系の超電導線（２）は高磁界特性が良く、
高磁界コイル用線材として適した超電導物質であるが、
化合物系であるので脆く、また機械的歪により超電導特
性が劣化する欠点を有しており、巻径の小さい小形超電
導コイルではいわゆるワインド・アンド・リアクト（Ｗ
ＩＮＤ　ＡＮＤ　ＲＥＡＣＴ）法を採用する。即ち、未
反応の超電導線でコイルを巻線し、その後に高温熱処理
して超電導物質を生成するという工程で超電導コイル　
（１）を製作する。化合物系の代表例であるＮｂ　Ｓｎ
超電導線では約７００℃で数十時間の熱処理が必要とな
る。

従って、初期張力を印加してコイル巻線を行っても熱処
理後まで張力を残留させておくことは困難である。

従って、巻線後に熱処理が必要な化合物系の超電導線（
２）を使用した超電導コイル（１）では、超電導線（２
）に例えば耐熱性の良いガラス繊維から構成される絶＃
　（７）を施し、高温での熱処理後に熱硬化性の有機樹
脂（６）を含浸硬化させて巻線を強固にし、超電導線（
２）の動きを防ぐ方策を採用している。

また、超電導コイル（１）を室温から極低温までの冷却
時に熱的不均一が発生して熱歪が発生しないようにする
ため、熱伝導性の良い金属性化合物（５）を分散混合さ
せることもある。

［発明が解決しようとする課！ｇ］ しかしながら上述した従来の化合物系の超電導コイルで
は、その用途が直流磁界を発生するものに限られ、パル
ス的あるいは交流的磁界変化をするコイルには適用でき
ないという欠点がある。即ち、パルス的あるいは交流的
磁界変化をするコイルでは、ａ！電導線（２）に磁界変
化速度に比例するヒステリシス損失、及び磁界変化速度
の自乗比例する結合損失、渦電流損失などいわゆる交流
損失が発生する。これら電気的損失は最終的には熱的な
損失、即ち、発熱となり超電導＆！（２）を温度上昇さ
せる。これら超電導線（２）に発生した発熱は、上記従
来例に示した含浸コイル構造では超電導線部と樹脂部と
を横切って伝導し巻線外まで達して液体ヘリウムなどの
冷媒で除熱冷却される。このとき、超電導線部、樹脂部
は熱的抵抗となる。従って、磁界変化速度が大きく発熱
量が大きい超電導コイル　（１）では伝導除熱される熱
量よりも発熱量が大きくなりコイル内部が温度上昇し導
超電破壊に至る。

かかる課題を解決するため、超電導線が金属系の場合に
は高温熱処理する必要がないので、第６図及び第７図に
示すように、巻線内に例えばガラス繊維強化プラスチッ
ク（ＧＦＲＰ）ＩＩ！のスペーサ（８）間隙の液体ヘリ
ウムで交流損失に伴う発熱を冷却除熱することが可能で
ある。このとき、金属系の超電導線（９）の絶縁（１０
）としては、ガラス布、ホルマール被覆などが用いられ
る。また、張力を印加しながら巻線し、巻線時の張力を
コイル製作終了時まで維持可能であるが、巻線構造も強
固なものであり、電磁力による超電導＆１（９）の動き
を発生させることもない。

しかしながら、化合物系の超電導線（２）を使用した超
電導コイル　（１）の場合には、高温熱処理を伴うので
、安価な方法でかかる手段を講じることが困難であった
０例えばセラミックスは耐熱性があり、高温熱処理を行
う化合物系の超電導線（２）を使用した超電導コイル　
（１）の冷却用スペーサとして可能であるが、材料が高
価であり、機械加工が困難なため超電導コイル　（１）
が高価なものとなる欠点を有している。また、冷却用ス
ペーサとしてセラミックスを使用しても、セラミックス
は機械的に脆い特性を有しており、さらに高温熱処理に
よりこの脆さがより一層顕著になり電磁力に対して機械
的に強固な超電導コイル　（１）を製作できないという
欠点を有している。

この発明は上記のようなｉ＊、ａを解決するためになさ
れたものであり、安価で機械的に強固な超電導コイルを
得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る超電導コイルは９巻線層間に配置され、
耐熱性繊維を袋状に編んで形成された絶縁材の内部に金
属片を挿入して構成された冷却チャンネル用スペーサと
、この冷却チャンネル用スペーサが巻線層間に配置され
て巻線された後、超電導物質生成のための高温熱処理を
行い、その後含浸されるエポキシ樹脂を設けたものであ
る。

［作用］ この発明における超電導コイルは、耐熱性繊維を袋状に
編んで形成された絶縁材の内部に金属片を挿入して構成
された冷却チャンネル用スペーサが巻線層間に配置され
て巻線された後、超電導物質生成のための高温熱処理を
行い、その後エポキシ樹脂を含浸して機械的に強固な超
電導コイルを製作する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例をＩＩ１図乃至第３図に基づ
いて説明する。これら各図において、（１）〜は（７）
は上述した従来装置の構成と同様である。

（１１）は化合物系の超電導線（２）をワインド・アン
ド・リアクト法で巻線した超電導コイル　（１）に冷却
チャンネルを構成するための冷却チャンネル用スベー号
であり、巻線層間に配置される。（１２）は耐熱性繊維
例えばセラミックス系のアルミナ繊維を袋状に編んで形
成した絶縁材、（１３）は高温熱処理に耐えスペーサに
強度を持たせるため、絶縁材（１２）の内部に挿着され
た例えばステンレス鋼よりなる金属片である。これらの
絶縁材（１２）、金属片（１３）により冷却チャンネル
用スペーサ（１１）が構成されている。（１４）はスペ
ーサ（１１）が巻ＷＡＭ間に配置されて巻線された後、
超電導物質生成のための高温熱処理を行い、その後含浸
されるエポキシ樹脂である。

次に動作について説明する。第１図に示したようなスペ
ーサ（１１）構造、即ち、セラミックス系の繊維を袋状
に編んで形成した絶縁材（１２）の内部にステンレス鋼
などの金属片（１３）を挿着したスペーサ（１１）構造
とすることにより、超電導物質生成のための高温熱処理
後でも、セラミックス系の繊維を袋状に編んで形成した
絶縁材（１２）で超電導コイル（１）の層間の絶縁を十
分に保ちながら超電導コル（１）の巻線部（４）内に液
体ヘリウムのための冷却チャンネルを構成することがで
きる。また、セラミックス系の繊維を袋状に編んで形成
した絶縁材（１２）の内部に挿着されたステンレス銅な
どの金属片（１３）により、高温熱処理後でも、スペー
サ（１１）強度は劣化することがない。さらに、高温熱
処理後エポキシ樹脂（１４）を含浸することにより、超
電導線（２）の絶ａ（７）とスペーサ（１１）の絶縁材
（１２）の内部および間隙にエポキシ樹ｎ（１４）が含
浸され。

超電導線（２）はスペーサ（］ｌ）に強固に固着するの
で、巻線ｌ　（４）は強固なコイル構造となり、電磁力
により超電導線（２）が動くことも防止できる。

また、パルス的あるいは交流的な磁界変化に伴う交流損
失が発生、即ち、熱的な損失があっても超電導線（２）
を温度上昇させることなく安定に超電導状態を維持する
ことができる。

尚、上記実施例ではスペーサ（１１）を構成する絶縁材
（１２）としてセラミックス系の繊維を使用した場合に
ついて述べたが、高温熱処理後の材料強度はセラミック
スに比べてやや劣るが、耐熱性のあるガラス繊維を袋状
に編んで形成した絶縁材（１２）として使用してもよく
、上記実施例と同様の効果を奏する。

また、上記実施例ではスペーサ（１１）を巻線１層毎に
挿入した場合について述べたが、発熱量がψない場合に
は複数層毎に配置することも可能である。複数毎に配置
した場合には、超電導線（２）の占積率が大きくなり、
コンパクトな超電導コイル（］）となる。

また、上記実施例では絶縁材（１２）がセラミックス繊
維またはガラス繊維を袋状に編んで形成した場合につい
て述べたが、その他の耐熱性繊維であってもよいことは
勿論のことである。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、巻線層間に配置され
、耐熱性繊維を袋状に編んで形成された絶縁材の内部に
金属片を挿入してＩＩ成された冷却チャンネル用スペー
サを設け、この冷却チャンネル用スペーサが巻線層間に
配置されて巻線された後、邂電導物質生成のための高温
熱処理を行い、その後エポキシ樹脂を含浸するようにし
たので、安価で１１Ｍ的に強固な超電導コイルを得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１１ｉｉｉＩはこの発明の一実施例における超電導コ
イルの冷却チャンネル用スペーサを示す斜視図、第２図
はこの発明の一実施例における超電導コイルを示す断面
図、第３図は第２図Ａ部の拡大図。 ３１４図は従来の超電導コイルを示す断面図、第５図は
第４図Ｂ部の拡大図、第６図は従来の他の超電導コイル
を示す断面図、第７図は第６図Ｃ部の拡大図である。 図において、（１）は超電導コイル、（２）は超電導線
、　　（１１）はスペーサ、　（１２）は絶縁材、　　
（１３）は金属片、（１４）はエポキシ樹脂である。 尚、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　化合物系超電導線を使用し巻線後に高温で熱処理して
   超電導物質を生成させる超電導コイルにおいて、巻線層
   間に配置され、耐熱性繊維を袋状に編んで形成された絶
   縁材の内部に金属片を挿入して構成された冷却チヤンネ
   ル用スペーサと、上記冷却チヤンネル用スペーサが巻線
   層間に配置されて巻線された後、超電導物質生成のため
   の高温熱処理を行い、その後含浸されるエポキシ樹脂を
   備えたことを特徴とする超電導コイル。