JPH0447443B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超電導マグネツトの改良に関するもの
であり、特に化合物超電導線コイルと合金超電導
コイルとによりコンパクトにしてしかも低コスト
の安定な超電導マグネツトを得んとするものであ
る。

従来4.2〓（液体ヘリウムの大気圧における沸
点）において８テスラ以上の磁界を発生させる超
電導マグネツトとしては、Nb₃Sn、Nb₃Al、
V₃Gaの如き化合物超電導体を含む線材が使用さ
れている。また4.2〓以上の温度で運転されるマ
グネツトの場合にも同様のコイルで構成している
ものがある。このような化合物超電導線は
NbTi、NbZr或いはこれらを基体とする三元以
上の合金を含む合金超電導線に比較して高磁界に
おける臨界電流密度が大きくとれるため、もしく
は臨界温度が高いために適用されるものである
が、合金超電導線より遥に高価である。従つてコ
イルを分割して高磁界を受ける部分には化合物超
電導線を使用し、低磁界しか受けない部分には合
金超電導線が使用されているものである。例えば
円筒状ソレノイドコイルの場合、コイル内の磁界
分布の点から内側に化合物超電導コイルを、外側
に合金超電導コイルを配置しているものである。

然しながら化合物超電導体は機械的に脆弱であ
るため、化合物超電導コイルの上に直接合金超電
導線を巻線してコイルを作製した場合には通電し
て磁界を発生させると強大な力がコイルに加えら
れ、それによつて化合物超電導体にひび或いはわ
れを生ずるものであり、十分な電流を流すことが
出来ず所望の磁界を発生することが出来ないもの
である。

従つてこれを改善するために、化合物超電導コ
イルと合金超電導コイルとを夫々ボビン内に収納
したものを同心状に重ねて組立てているものであ
る。即ち第１図に示す如く化合物超電導線をボビ
ン１に巻回し円筒状のコイルを形成し、その外周
部に補強層３を形成してなる内側コイルの外側
に、同様にして合金超電導線をボビン４に巻回し
て円筒状コイル５を形成し、その外周部に補強層
６を形成してなる外側コイルを同心状に配して超
電導マグネツトを作製しているものである。

然しながらこの超電導マグネツトには次の如き
欠点を有する。

(1) 重ね合せのボビン構造となるため、これら相
互を緊締しなければならず、一体のボビンに比
して複雑な手数を要し且つコストアツプとな
る。

(2) 化合物超電導コイルは励磁されたときに発生
する外向きの電磁力を支持するため、又取扱上
から化合物超電導コイル２に損傷を与えないた
めに補強層３を設けることが必要である。従つ
てこの補強層３の厚さ、外側ボビン４の胴部厚
さ、外側ボビン４と内側ボビン１ないしは補強
層３との間のクリアランス等のためにコンパク
トなマグネツトを作製することができない。

本発明はかかる欠点を改善するためになされた
ものであり、コンパクトにして低コストの安定な
超電導マグネツトを提供せんとするものである。
即ち本発明は含浸材にて含浸固定された化合物超
電導コイルの外側に前記含浸材にて一体に成形さ
れた強化プラスチツク層を介して合金超電導コイ
ルを配置し、これらを１個のボビン内に収納した
ことを特徴とするものである。

次に本発明を図面を用いて説明する。

第２図は本発明超電導マグネツトの１例を示す
概略説明図であり、図中７は鋼製ボビン、８は化
合物超電導コイル、９はNbTi合金超電導コイル
及び１０は補強層である。図に示す超電導マグネ
ツトは、鋼製ボビン７にWind and React法によ
つて化合物超電導コイル８を設け、エポキシ樹脂
等の含浸材を線間、層間に含浸硬化した後その外
周に直接、即ち別ボビンを用意することなく
NbTi合金超電導コイル９を設け、その外周に補
強層１０を設けたものである。

また第３図は本発明超電導マグネツトの他の例
を示す概略説明図であり、図中１１はガラスエポ
キシ樹脂製ボビン、１２はV₃Ga化合物超電導コ
イル、１３は補強絶縁層、１４はNbTi超電導コ
イル及び１５は補強層である。

第３図に示す超電導マグネツトは、ガラスエポ
キシ樹脂製ボビン１１にV₃Ga化合物超電導線を
巻きながら各巻層間にはガラス布を挿入しエポキ
シ樹脂を塗布し、線間、層間にエポキシ樹脂の含
浸したV₃Ga化合物超電導コイル１２を設け、そ
の外周に補強絶縁層１３としてエポキシ樹脂を塗
布しながらガラス布を巻いた後上記コイル１２内
及び補強絶縁層１３中のエポキシ樹脂を加熱硬化
し、化合物超電導コイル１２と補強絶縁層１３を
一体化し次に硬化した補強絶縁層１３上にNbTi
超電導線を巻いてNbTi超電導コイル１４を設
け、さらにその上に補強層１５を設けたものであ
る。

このように本発明においては特に化合物超電導
コイルが損傷するのを防止するため化合物超電導
線と補強絶縁層を予め含浸材で含浸せしめて固着
一体化せしめておくものであり、これにより化合
物超電導コイルの外側に別のボビンを設けること
なく直接合金超電導コイルを設けることが出来
る。この含浸材としてはエポキシ樹脂、ポリウレ
タン樹脂、ポリエステル樹脂等の有機材料を使用
するものである。

また本発明においては、化合物超電導コイルの
外周部に補強絶縁層を設けてその外面を切削加工
又は成形により平滑にした状態にて合金超電導コ
イルを設けることにより、化合物超電導コイルの
外径と合金超電導線を巻回すべき部分のボビン胴
部の外径とが一致し段差がなくなるため、合金超
電導線の巻線を容易にすると共に超電導マグネツ
トとしての性能を著しく向上せしめるものであ
る。

この補強絶縁層としては例えばガラス、石英、
セラミツク等の繊維または粉末を充填したエポキ
シ樹脂による強化プラスチツク層を形成すること
が好ましく、この層は化合物超電導コイルの含浸
成形と同時に行うことが好ましい。又この強化プ
ラスチツク層は機械的並びに絶縁性に優れている
ため、絶縁層と補強層の両者を兼用することが出
来るから、合金超電導線の巻線を極めて容易に行
うことができる。

次に本発明の実施例について説明する。

実施例 １ 第２図に示す如く胴内径25mm、胴外径32mm、鍔
外径140mm、両側の鍔厚10mm、内幅80mmのステン
レス鋼製のボビン７を作製した。なお、胴部及び
鍔部にはエポキシ樹脂を含浸し易くするために多
数の孔を設けた。

このボビンに未反応の複合線を巻回した後、拡
散熱処理して化合物超電導体を生成する方法
（Winb and react法という）により化合物超電導
コイルを形成した。

なお上記複合線は0.5mm×1.0mmのCuSn合金のマ
トリツクスの中に多芯のNbフイラメントが埋め
込まれた複合体の外側にNbバリアー（拡散熱処
理により安定化材がSnによつて汚染されるのを
防止するものである。）及び断面積の30％を占め
る銅安定化材を設け、更にその外側に厚さ50μｍ
のガラステープを1/2ラツプにて巻付けて外径49
mmのものとした。

このコイルの外周にステンレス箔を２回巻付
け、更にステンレス線で緊締した後730℃におい
て50時間拡散熱処理を行つた。冷却後含浸材が不
要な部分に該含浸材が付着しないような処置を施
し、エポキシ樹脂を真空含浸し、加熱硬化せしめ
た後、ステンレス線並にステンレス箔を取除き外
面が平滑なNb₃Sn化合物超電導コイル８をえた。

次にホルマール被覆のNbTi極細多芯超電導平
角線を化合物超電導コイル８の上に直接即ち別ボ
ビンを用意することなく巻回して外径約136mmと
した。

なお平角線は0.55mm×1.15mmを有し、断面積約
50％を占める銅マトリツクス中に多芯のNbフイ
ラメントが埋込まれるものであり、厚さ25μｍの
ホルマーが被覆されている。

斯くしてNbTi合金超電導コイル９が形成され
更にその外側に１ｍ×２ｍのステンレス線を１回
巻回して補強層１０を設けて本発明超電導マグネ
ツトをえた。

本発明超電導マグネツトを液体ヘリウム中
（4.2〓に）で励磁した結果は、152Aで10.3テスラ
の磁界を発生させた後、クエンチ（コイル全体に
亘つて超電導状態が破れること）がおきた。繰返
し励磁したがこれらの値はほとんど変化なく且つ
約１秒間での高速励磁においても劣化は認められ
ず極めて安定なコイルであることが認められた。

なお本発明超電導マグネツトと比較するため
に、第１図に示す如き超電導マグネツトを作製し
た。即ち化合物超電導コイル２の寸法を実施例１
と同様にすると、厚さ２mm程度の補強層３が必要
なことからボビン１の鍔外径は54mmとなる。この
ことから内径ボビン間のクリアランスを0.5mmと
するとボビン４の胴内径は55mmとなり合金超電導
コイル５の内径は65mmとなる。この合金超電導コ
イル５で実施例と同様の磁界を発生させようとす
ると外径は162mmとなる。また補強層６の厚さを
実施例１と同様に１mmとするとボビン４の鍔外径
は166mmとなり、実施例１と比較して外径が26mm
も大きくなり且つ合金超電導線が1.4倍必要とな
るものであつた。

従つて本発明超電導マグネツトによればボビン
を２分割にする必要がないから組立作業も不要と
なり高価な超電導線量が極めて少なく大巾にコス
トダウンすることが出来る。又小型化することに
より冷却に必要な極低温容器（クライオスタツ
ト）も小型でよく且つ冷却等に要する冷媒も少量
でよい。更に合金超電導コイルの内径が小さくて
よいため線材に印加される磁界が、中心で同一磁
界を発生させたときに約４％低くなる。

実施例 ２ 第３図に示す如く胴内径30mm、胴外径38mm、鍔
厚10mm、内幅80mmのガラスエポキシ製ボビン１１
に0.2mmφのタングステン線の外周に0.12mmφの
V₃Ga化合物を含む複合超電導素線を８本撚り合
せ、インジウム半田で一本化され且つポリビニル
ブチラール樹脂の絶縁層を設けた仕上がり外径約
0.46mmの撚線型V₃Ga超電導コイル１２を形成し
た。

この線材を用い各層間に厚さ0.1mmのガラス布
を挿入し、エポキシ樹脂を冷却しながら巻回し外
径79mmとした。

その上に補強絶縁層１３として厚さ0.25mmのガ
ラス布にエポキシ樹脂を塗布しながら巻回し外径
84mmとした後、加熱硬化してボビンとコイルとを
一体化したものを切削加工により外径81mmに仕上
げた。

更に実施例１に示すホルマール被覆NbTi超電
導線を用いて同様にして、NbTi超電導コイル１
４及び補強層１５を形成して本発明超電導マグネ
ツトをえた。

斯くして得た超電導マグネツトについては励磁
試験を夫々のコイルに別々の電源を接続して行つ
た。即ちNbTi超電導コイル１４で８テスラの中
心磁界を発生させた後、V₃Ga超電導コイル１２
を励磁し合計12.4テスラを発生した。

以上詳述した如く、本発明超電導マグネツトに
よれば化合物超電導コイルと一体に成形した強化
プラスチツク層を設けることにより、その外側に
合金超電導コイルを配置することを可能にし、コ
ンパクトにして安定性に優れ、しかも低コストの
ものを得る等顕著な効果を有する。

また化合物超電導コイルと一体に成形された強
化プラスチツク層は切削または成形により外面を
平滑にでき、合金超電導コイルの巻線を容易なら
しめるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超電導マグネツトの概略説明
図、第２図及び第３図は本発明超電導マグネツト
の１例を示す概略説明図である。 １……化合物超電導線用ボビン、２……化合物
超電導コイル、３……補強層、４……合金超電導
線用ボビン、５……合金超電導コイル、６……補
強層、７……鋼製ボビン、８……化合物超電導コ
イル、９……NbTi合金超電導コイル、１０……
補強層、１１……ガラスエポキシ樹脂製ボビン、
１２……V₃Ga超電導コイル、１３……補強絶縁
層、１４……NbTi超電導コイル、１５……補強
層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 含浸材にて含浸固定された化合物超電導コイ
   ルの外側に前記含浸材にて一体に成形された強化
   プラスチツク層を介して、合金超電導コイルを配
   置し、これらを１個のボビン内に収納したことを
   特徴とする超電導マグネツト。