JPH06267734A - 超電導コイル装置 - Google Patents
超電導コイル装置Info
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- JPH06267734A JPH06267734A JP5183993A JP5183993A JPH06267734A JP H06267734 A JPH06267734 A JP H06267734A JP 5183993 A JP5183993 A JP 5183993A JP 5183993 A JP5183993 A JP 5183993A JP H06267734 A JPH06267734 A JP H06267734A
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- Japan
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- superconducting coil
- winding frame
- superconducting
- winding
- coil device
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Abstract
(57)【要約】
【目的】極低温下で通電しても巻枠と超電導コイル本体
との結合状態に緩みが生じるのを防止でき、クエンチの
発生を少なくできる超電導コイル装置を提供する。 【構成】巻枠２１の外周に超電導導体２２を巻き付けて
形成された超電導コイル本体２３を備えた超電導コイル
装置において、巻枠２１は、高強度化処理されたポリエ
チレン繊維のロービングを超電導コイル本体２３の軸心
線に対して±４０度から±８０度の範囲に配向させた繊
維強化プラスチックで形成されている。
との結合状態に緩みが生じるのを防止でき、クエンチの
発生を少なくできる超電導コイル装置を提供する。 【構成】巻枠２１の外周に超電導導体２２を巻き付けて
形成された超電導コイル本体２３を備えた超電導コイル
装置において、巻枠２１は、高強度化処理されたポリエ
チレン繊維のロービングを超電導コイル本体２３の軸心
線に対して±４０度から±８０度の範囲に配向させた繊
維強化プラスチックで形成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、巻枠を備えた超電導コ
イル装置に関する。
イル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導コイル装置を構造的に分類すると
幾つかのタイプに大別される。巻枠を備えたものも１つ
のタイプとして分類できる。このタイプの超電導コイル
装置は、大電流用のものが多く、巻枠の外周に超電導導
体を直に巻き付けて超電導コイルを形成したものや、巻
枠の外周に超電導導体を巻き付けて最内層のコイル要素
を形成するとともに最内層のコイル要素の外側にスペー
サを介して順次コイル要素を形成し、これらで複数層構
成の超電導コイルを形成したものなどが知られている。
そして、交流用やパルス用のものでは、巻枠に渦電流を
発生させないために、通常、巻枠としてエポキシ樹脂を
マトリックスとしたガラス繊維強化プラスチック（以
下、ＧＦＲＰと略称する）製のものが用いられている。
幾つかのタイプに大別される。巻枠を備えたものも１つ
のタイプとして分類できる。このタイプの超電導コイル
装置は、大電流用のものが多く、巻枠の外周に超電導導
体を直に巻き付けて超電導コイルを形成したものや、巻
枠の外周に超電導導体を巻き付けて最内層のコイル要素
を形成するとともに最内層のコイル要素の外側にスペー
サを介して順次コイル要素を形成し、これらで複数層構
成の超電導コイルを形成したものなどが知られている。
そして、交流用やパルス用のものでは、巻枠に渦電流を
発生させないために、通常、巻枠としてエポキシ樹脂を
マトリックスとしたガラス繊維強化プラスチック（以
下、ＧＦＲＰと略称する）製のものが用いられている。
【０００３】このような超電導コイル装置は、超電導コ
イルを形成している超電導導体を超電導転移温度以下の
温度に保つために全体を液体ヘリウムで代表される極低
温液体中に浸漬した状態で使用される。
イルを形成している超電導導体を超電導転移温度以下の
温度に保つために全体を液体ヘリウムで代表される極低
温液体中に浸漬した状態で使用される。
【０００４】しかしながら、ＧＦＲＰ製の巻枠を備えた
従来の超電導コイル装置にあっては次のような問題があ
った。すなわち、図９(a) に示すように、ＧＦＲＰ製の
巻枠１に超電導導体２を巻き付けて超電導コイル本体３
を形成してなる超電導コイル装置４を極低温液体中に浸
漬すると、巻枠１を構成しているガラス繊維およびエポ
キシ樹脂が正の温度膨張係数を有しているため、巻枠１
は図中太矢印ＡおよびＢで示すように軸方向に収縮する
とともに半径方向にも収縮する。一方、超電導コイル本
体３を構成している超電導導体２も正の温度膨張係数を
有する金属材で形成されている。このため、超電導コイ
ル本体３は、図中太矢印ＣおよびＤで示すように、軸方
向に収縮するとともに半径方向に収縮する。このよう
に、超電導コイル装置４を極低温液体中に単に浸漬した
状態では、巻枠１および超電導コイル本体３が同じ形態
に熱収縮するので、両者間の結合状態に緩みが生じるよ
うなことはない。
従来の超電導コイル装置にあっては次のような問題があ
った。すなわち、図９(a) に示すように、ＧＦＲＰ製の
巻枠１に超電導導体２を巻き付けて超電導コイル本体３
を形成してなる超電導コイル装置４を極低温液体中に浸
漬すると、巻枠１を構成しているガラス繊維およびエポ
キシ樹脂が正の温度膨張係数を有しているため、巻枠１
は図中太矢印ＡおよびＢで示すように軸方向に収縮する
とともに半径方向にも収縮する。一方、超電導コイル本
体３を構成している超電導導体２も正の温度膨張係数を
有する金属材で形成されている。このため、超電導コイ
ル本体３は、図中太矢印ＣおよびＤで示すように、軸方
向に収縮するとともに半径方向に収縮する。このよう
に、超電導コイル装置４を極低温液体中に単に浸漬した
状態では、巻枠１および超電導コイル本体３が同じ形態
に熱収縮するので、両者間の結合状態に緩みが生じるよ
うなことはない。
【０００５】しかし、極低温に冷却している状態で、超
電導コイル本体３に電流を流すと、この電流による電磁
力によって、超電導コイル本体３は図９(b) に太矢印
Ｃ′およびＥで示すように、軸方向の収縮量が一層増
し、半径方向には逆に膨張する。このため、巻枠１に対
する超電導コイル本体３の固定状態に緩みが生じる。緩
みが生じると、通電している間に超電導コイル本体３の
全体あるいは一部が動き易くなる。僅かでも動くと、そ
れに伴なって摩擦熱が発生する。液体ヘリウムで代表さ
れる極低温液体は比熱が極めて小さいので、摩擦熱を極
低温液体で速やかに吸収することが困難となり、この結
果として超電導導体２が常電導転移（クエンチ）してし
まう問題があった。
電導コイル本体３に電流を流すと、この電流による電磁
力によって、超電導コイル本体３は図９(b) に太矢印
Ｃ′およびＥで示すように、軸方向の収縮量が一層増
し、半径方向には逆に膨張する。このため、巻枠１に対
する超電導コイル本体３の固定状態に緩みが生じる。緩
みが生じると、通電している間に超電導コイル本体３の
全体あるいは一部が動き易くなる。僅かでも動くと、そ
れに伴なって摩擦熱が発生する。液体ヘリウムで代表さ
れる極低温液体は比熱が極めて小さいので、摩擦熱を極
低温液体で速やかに吸収することが困難となり、この結
果として超電導導体２が常電導転移（クエンチ）してし
まう問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、ＧＦＲＰ
製の巻枠を備えた従来の超電導コイル装置にあっては、
本質的にクエンチ発生を回避できない問題があった。そ
こで本発明は、上述した不具合を解消できる超電導コイ
ル装置を提供することを目的としている。
製の巻枠を備えた従来の超電導コイル装置にあっては、
本質的にクエンチ発生を回避できない問題があった。そ
こで本発明は、上述した不具合を解消できる超電導コイ
ル装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の代表的な例では、巻枠と、この巻枠の外周
に超電導導体を巻き付けて形成された超電導コイル本体
とを備え、極低温下において使用される超電導コイル装
置において、前記巻枠が、高強度化処理されたポリエチ
レン繊維のロービングを超電導コイル本体の軸心線に対
して±４０度から±８０度の範囲に配向させた繊維強化
プラスチックで形成されてなることを特徴としている。
に、本発明の代表的な例では、巻枠と、この巻枠の外周
に超電導導体を巻き付けて形成された超電導コイル本体
とを備え、極低温下において使用される超電導コイル装
置において、前記巻枠が、高強度化処理されたポリエチ
レン繊維のロービングを超電導コイル本体の軸心線に対
して±４０度から±８０度の範囲に配向させた繊維強化
プラスチックで形成されてなることを特徴としている。
【０００８】なお、ここで言う高強度化処理されたポリ
エチレン繊維としては、たとえばポリエチレン用の溶剤
を含むポリエチレンフィラメントをポリエチレンの膨潤
点と融点との間の温度で延伸処理して高強度化されたも
のなどが使用できるが、その他の方法で高強度化された
ものでもよい。
エチレン繊維としては、たとえばポリエチレン用の溶剤
を含むポリエチレンフィラメントをポリエチレンの膨潤
点と融点との間の温度で延伸処理して高強度化されたも
のなどが使用できるが、その他の方法で高強度化された
ものでもよい。
【０００９】
【作用】高強度化処理されたポリエチレン繊維の詳しい
製法については、たとえば特開昭５５−１３７５０６号
公報、特開昭５６−１５４０８号公報等に記載されてい
る。
製法については、たとえば特開昭５５−１３７５０６号
公報、特開昭５６−１５４０８号公報等に記載されてい
る。
【００１０】この高強度化処理されたポリエチレン繊維
（以後、ＤＦと略称する。）は、通常のガラス繊維やセ
ラミック繊維とは異なり、低温になるにしたがって繊維
方向に伸長するという特異な性質を持っている。すなわ
ち、このＤＦよりなる繊維強化プラスチック成形体は、
図２に示すように、繊維方向には負の温度膨張係数を示
し、また半径方向には正の温度膨張係数を示す。なお、
図２は一方向強化（ＵＤ）された各種繊維強化プラスチ
ックの温度と熱収縮量との関係を示している。
（以後、ＤＦと略称する。）は、通常のガラス繊維やセ
ラミック繊維とは異なり、低温になるにしたがって繊維
方向に伸長するという特異な性質を持っている。すなわ
ち、このＤＦよりなる繊維強化プラスチック成形体は、
図２に示すように、繊維方向には負の温度膨張係数を示
し、また半径方向には正の温度膨張係数を示す。なお、
図２は一方向強化（ＵＤ）された各種繊維強化プラスチ
ックの温度と熱収縮量との関係を示している。
【００１１】このＤＦのロービングをエポキシ樹脂をマ
トリックスとして巻回し、図３(a)に示すように、ＤＦ
で強化された、たとえば筒状のプラスチック成形体（以
後、ＤＦＲＰ成形体と略称する。）５を形成した場合、
このＤＦＲＰ成形体５の温度に対する半径方向および軸
方向の寸法変化は、図３(b) に示すように巻角度θによ
って左右される。
トリックスとして巻回し、図３(a)に示すように、ＤＦ
で強化された、たとえば筒状のプラスチック成形体（以
後、ＤＦＲＰ成形体と略称する。）５を形成した場合、
このＤＦＲＰ成形体５の温度に対する半径方向および軸
方向の寸法変化は、図３(b) に示すように巻角度θによ
って左右される。
【００１２】図４にはその関係が示されている。図中Ｘ
ａがＤＦＲＰ成形体の軸方向の熱膨張係数を示し、Ｘｒ
がＤＦＲＰ成形体の半径方向の熱膨張係数を示してい
る。また、この図４には参考例として、ＧＦＲＰ成形体
の軸方向の熱膨張係数がＹａで示され、同じくＧＦＲＰ
成形体の半径方向の熱膨張係数がＹｒで示されている。
この図４から判るように、ＤＦＲＰ成形体の場合、使用
するマトリックスが正の温度膨張係数を有していても、
ＤＦの特性により、巻角度θが±４０度から±８０度の
範囲では、ＤＦＲＰ成形体の半径方向の熱膨張係数が大
きな負の値となり、逆に軸方向の温度膨張係数が大きな
正の値となる。したがって、巻角度θが上記範囲に設定
されたＤＦＲＰ成形体では、低温になるにしたがって半
径方向には大きく伸長（膨張）し、軸方向には大きく収
縮することになる。
ａがＤＦＲＰ成形体の軸方向の熱膨張係数を示し、Ｘｒ
がＤＦＲＰ成形体の半径方向の熱膨張係数を示してい
る。また、この図４には参考例として、ＧＦＲＰ成形体
の軸方向の熱膨張係数がＹａで示され、同じくＧＦＲＰ
成形体の半径方向の熱膨張係数がＹｒで示されている。
この図４から判るように、ＤＦＲＰ成形体の場合、使用
するマトリックスが正の温度膨張係数を有していても、
ＤＦの特性により、巻角度θが±４０度から±８０度の
範囲では、ＤＦＲＰ成形体の半径方向の熱膨張係数が大
きな負の値となり、逆に軸方向の温度膨張係数が大きな
正の値となる。したがって、巻角度θが上記範囲に設定
されたＤＦＲＰ成形体では、低温になるにしたがって半
径方向には大きく伸長（膨張）し、軸方向には大きく収
縮することになる。
【００１３】これに対して、ＧＦＲＰ成形体の場合に
は、ＧＦ自身がどの方向に対しても正の温度膨張係数を
有している。このため、巻角度θを如何なる値に設定し
ても、ＧＦＲＰ成形体の半径方向および軸方向の温度膨
張係数は正となり、ＤＦＲＰ成形体のような特性は得ら
れない。
は、ＧＦ自身がどの方向に対しても正の温度膨張係数を
有している。このため、巻角度θを如何なる値に設定し
ても、ＧＦＲＰ成形体の半径方向および軸方向の温度膨
張係数は正となり、ＤＦＲＰ成形体のような特性は得ら
れない。
【００１４】本発明に係る超電導コイル装置では、上述
した特性を有するＤＦのロービングを超電導コイル本体
の軸心線に対して±４０度から±８０度の範囲に配向さ
せたＤＦＲＰで形成された巻枠を用いている。したがっ
て、この巻枠にクエンチを防ぐための理想的な特性を発
揮させることができる。
した特性を有するＤＦのロービングを超電導コイル本体
の軸心線に対して±４０度から±８０度の範囲に配向さ
せたＤＦＲＰで形成された巻枠を用いている。したがっ
て、この巻枠にクエンチを防ぐための理想的な特性を発
揮させることができる。
【００１５】図５はその理由を説明するための図であ
る。すなわち、図５(a) に示すように、巻角度θが前記
範囲に設定されたＤＦＲＰ製の巻枠１１に超電導導体１
２を巻き付けて超電導コイル本体１３を形成してなる超
電導コイル装置１４を極低温液体中に浸漬すると、巻枠
１１は図中太矢印ＪおよびＫで示すように軸方向に大き
く収縮するとともに半径方向に大きく膨張する。一方、
超電導コイル本体１３は、図中太矢印ＣおよびＤで示す
ように、軸方向に収縮するとともに半径方向に収縮す
る。
る。すなわち、図５(a) に示すように、巻角度θが前記
範囲に設定されたＤＦＲＰ製の巻枠１１に超電導導体１
２を巻き付けて超電導コイル本体１３を形成してなる超
電導コイル装置１４を極低温液体中に浸漬すると、巻枠
１１は図中太矢印ＪおよびＫで示すように軸方向に大き
く収縮するとともに半径方向に大きく膨張する。一方、
超電導コイル本体１３は、図中太矢印ＣおよびＤで示す
ように、軸方向に収縮するとともに半径方向に収縮す
る。
【００１６】このように、巻枠１１と超電導コイル本体
１３とは半径方向には逆関係に膨張、収縮し、しかも巻
枠１１の軸方向の収縮量は超電導コイル本体１３のそれ
を上回る。このため、上記のように極低温液体中に浸漬
すると、巻枠１１と超電導コイル本体１３との結合強さ
は、製作時に較べて大幅に強化された状態となる。
１３とは半径方向には逆関係に膨張、収縮し、しかも巻
枠１１の軸方向の収縮量は超電導コイル本体１３のそれ
を上回る。このため、上記のように極低温液体中に浸漬
すると、巻枠１１と超電導コイル本体１３との結合強さ
は、製作時に較べて大幅に強化された状態となる。
【００１７】上記のように極低温に冷却している状態
で、超電導コイル本体１３に電流を流すと、この電流に
よる電磁力によって、超電導コイル本体１３は図５(b)
に太矢印Ｃ′およびＥで示すように、軸方向の収縮量が
一層増し、半径方向には逆に膨張する。すなわち、巻枠
１１と超電導コイル本体１３との結合強さを弱める方向
に、超電導コイル本体１３が収縮、膨張する。
で、超電導コイル本体１３に電流を流すと、この電流に
よる電磁力によって、超電導コイル本体１３は図５(b)
に太矢印Ｃ′およびＥで示すように、軸方向の収縮量が
一層増し、半径方向には逆に膨張する。すなわち、巻枠
１１と超電導コイル本体１３との結合強さを弱める方向
に、超電導コイル本体１３が収縮、膨張する。
【００１８】しかし、極低温液体中に浸漬された段階で
巻枠１１と超電導コイル本体１３との結合強さが大幅に
強化されているので、超電導コイル本体１３が収縮、膨
張しても、巻枠１１と超電導コイル本体１３との結合強
さは、製作時と同程度の状態に戻るだけである。したが
って、超電導コイル本体１３に電流を流しても、巻枠１
１と超電導コイル本体１３との結合状態に緩みが生じる
ようなことはなく、結局、緩みが原因で起こるクエンチ
の発生を抑えることが可能となる。
巻枠１１と超電導コイル本体１３との結合強さが大幅に
強化されているので、超電導コイル本体１３が収縮、膨
張しても、巻枠１１と超電導コイル本体１３との結合強
さは、製作時と同程度の状態に戻るだけである。したが
って、超電導コイル本体１３に電流を流しても、巻枠１
１と超電導コイル本体１３との結合状態に緩みが生じる
ようなことはなく、結局、緩みが原因で起こるクエンチ
の発生を抑えることが可能となる。
【００１９】
実施例１ 図１には本発明の一実施例に係る超電導コイル装置が示
されている。この超電導コイル装置は、大きく分けて、
巻枠２１と、この巻枠２１に超電導導体２２を巻き付け
て形成された超電導コイル本体２３とで構成されてい
る。
されている。この超電導コイル装置は、大きく分けて、
巻枠２１と、この巻枠２１に超電導導体２２を巻き付け
て形成された超電導コイル本体２３とで構成されてい
る。
【００２０】巻枠２１は、ＤＦＲＰで形成されたもの
で、両端部にフランジ２４ａ，２４ｂを有するととも
に、フランジ２４ａ，２４ｂ間に位置する部分の外面に
螺旋溝２５を備えている。また、フランジ２４ａ，２４
ｂ間に位置する部分の外面には、螺旋溝２５より深く、
かつ軸方向に延びる流路溝２６が周方向に複数形成され
ており、さらにフランジ２４ａ，２４ｂには各流路溝２
６の端部に通じる孔２７が形成されている。超電導導体
２２は、一部が螺旋溝２５に嵌入する形態で一定のテン
ションでソレノイド状に巻き付けられている。
で、両端部にフランジ２４ａ，２４ｂを有するととも
に、フランジ２４ａ，２４ｂ間に位置する部分の外面に
螺旋溝２５を備えている。また、フランジ２４ａ，２４
ｂ間に位置する部分の外面には、螺旋溝２５より深く、
かつ軸方向に延びる流路溝２６が周方向に複数形成され
ており、さらにフランジ２４ａ，２４ｂには各流路溝２
６の端部に通じる孔２７が形成されている。超電導導体
２２は、一部が螺旋溝２５に嵌入する形態で一定のテン
ションでソレノイド状に巻き付けられている。
【００２１】ここで、具体的な例について説明する。ま
ず、フイラメントとして３５ｇ／ｄの強度を持つ超高分
子ポリエチレン繊維（ダイニーマ、ＳＫ−６０、東洋紡
績株式会社製）を用意するとともにマトリックスとして
エポキシ樹脂を用意し、図３(b) に示すように、ＤＦに
樹脂を含浸させながら巻角度θが±６５度となるように
マンドレルに巻き付けて円筒状体を形成した。これを１
００℃で２時間保持した後に、１３０℃で３時間保持し
て硬化させ、図３(a) に示すような繊維体積含有量６５
％の円筒状のＤＦＲＰ成形体を得た。
ず、フイラメントとして３５ｇ／ｄの強度を持つ超高分
子ポリエチレン繊維（ダイニーマ、ＳＫ−６０、東洋紡
績株式会社製）を用意するとともにマトリックスとして
エポキシ樹脂を用意し、図３(b) に示すように、ＤＦに
樹脂を含浸させながら巻角度θが±６５度となるように
マンドレルに巻き付けて円筒状体を形成した。これを１
００℃で２時間保持した後に、１３０℃で３時間保持し
て硬化させ、図３(a) に示すような繊維体積含有量６５
％の円筒状のＤＦＲＰ成形体を得た。
【００２２】次に、このＤＦＲＰ成形体の両端部に機械
加工によってフランジ２４ａ，２４ｂを形成するととも
にフランジ２４ａ，２４ｂ間に位置する部分の外面に深
さ３ｍｍ，開き角９０度，断面がＶ字状の螺旋溝２５を
８ｍｍピッチに形成し、続いて螺旋溝２５より深い、深
さ４ｍｍ，幅４ｍｍで、かつ軸方向に延びる流路溝２６
を周方向に１０度ピッチで３６本形成し、さらにフラン
ジ２４ａ，２４ｂに各流路溝２６の端部に一対一の関係
に通じる孔２７を設けた。
加工によってフランジ２４ａ，２４ｂを形成するととも
にフランジ２４ａ，２４ｂ間に位置する部分の外面に深
さ３ｍｍ，開き角９０度，断面がＶ字状の螺旋溝２５を
８ｍｍピッチに形成し、続いて螺旋溝２５より深い、深
さ４ｍｍ，幅４ｍｍで、かつ軸方向に延びる流路溝２６
を周方向に１０度ピッチで３６本形成し、さらにフラン
ジ２４ａ，２４ｂに各流路溝２６の端部に一対一の関係
に通じる孔２７を設けた。
【００２３】このようにして、内径８０ｍｍ，外径１０
０ｍｍ，軸方向長さ１５０ｍｍの巻枠２１を得た。この
巻枠２１の螺旋溝２５内に収容されるように、線径１．
８ｍｍの超電導導体２２をテンション５０ｋｇで螺旋状
に巻き付けて超電導コイル装置を完成させた。
０ｍｍ，軸方向長さ１５０ｍｍの巻枠２１を得た。この
巻枠２１の螺旋溝２５内に収容されるように、線径１．
８ｍｍの超電導導体２２をテンション５０ｋｇで螺旋状
に巻き付けて超電導コイル装置を完成させた。
【００２４】一方、参考例として、同一寸法、同一形状
のＧＦＲＰ製の巻枠を用意し、これに同じく線径１．８
ｍｍの超電導導体をテンション５０ｋｇで巻き付けて超
電導コイル装置を完成させた。
のＧＦＲＰ製の巻枠を用意し、これに同じく線径１．８
ｍｍの超電導導体をテンション５０ｋｇで巻き付けて超
電導コイル装置を完成させた。
【００２５】このようにして得られた２つの超電導コイ
ル装置を液体ヘリウム中に浸漬し、それぞれクエンチ電
流を測定したところ、図６に示すように、ＧＦＲＰ製の
巻枠を用いた参考例では１０００Ａでクエンチした。し
かし、巻角度θが前記関係に設定されたＤＦＲＰ製の巻
枠を用いた本実施例では参考例に較べて３０％大きい１
３００Ａまで通電することができた。
ル装置を液体ヘリウム中に浸漬し、それぞれクエンチ電
流を測定したところ、図６に示すように、ＧＦＲＰ製の
巻枠を用いた参考例では１０００Ａでクエンチした。し
かし、巻角度θが前記関係に設定されたＤＦＲＰ製の巻
枠を用いた本実施例では参考例に較べて３０％大きい１
３００Ａまで通電することができた。
【００２６】また、冷却時に巻枠に発生する歪みを測定
したところ、ＧＦＲＰ製の巻枠では半径方向に0.27mm，
軸方向に0.25mm収縮するのに対し、ＤＦＲＰ製の巻枠で
は半径方向に1.2mm 膨張し、軸方向に0.82mm収縮してい
ることが確認された。
したところ、ＧＦＲＰ製の巻枠では半径方向に0.27mm，
軸方向に0.25mm収縮するのに対し、ＤＦＲＰ製の巻枠で
は半径方向に1.2mm 膨張し、軸方向に0.82mm収縮してい
ることが確認された。
【００２７】このように、巻角度θが前記関係に設定さ
れたＤＦＲＰ製の巻枠を用いると、極低温下において、
この巻枠を軸方向には収縮させ、半径方向には膨張させ
ることができ、この収縮、膨張によって、巻枠と超電導
コイル本体との結合状態に緩みが生じるのを防止でき
る。この結果、緩みが原因で起こるクエンチの発生を少
なくすることができる。
れたＤＦＲＰ製の巻枠を用いると、極低温下において、
この巻枠を軸方向には収縮させ、半径方向には膨張させ
ることができ、この収縮、膨張によって、巻枠と超電導
コイル本体との結合状態に緩みが生じるのを防止でき
る。この結果、緩みが原因で起こるクエンチの発生を少
なくすることができる。
【００２８】なお、この実施例のように、巻枠２１の外
周面に断面がＶ字状の螺旋溝２５を設け、この螺旋溝２
５内に収容されるように超電導導体２２を巻枠２１に巻
き付ける構成であると、巻き付け時に超電導導体２２を
自動的にＶ字の中央に位置決めでき、巻き付け作業を容
易化できるとともに、通電時においても位置ずれを生じ
難くすることができる。さらに、螺旋溝２５のピッチを
超電導導体２２の径より大きく設定することによって、
超電導導体２２同志の電気絶縁を確実に確保できる。 実施例２ 図８には本発明の別の実施例に係る超電導コイル装置が
示されている。
周面に断面がＶ字状の螺旋溝２５を設け、この螺旋溝２
５内に収容されるように超電導導体２２を巻枠２１に巻
き付ける構成であると、巻き付け時に超電導導体２２を
自動的にＶ字の中央に位置決めでき、巻き付け作業を容
易化できるとともに、通電時においても位置ずれを生じ
難くすることができる。さらに、螺旋溝２５のピッチを
超電導導体２２の径より大きく設定することによって、
超電導導体２２同志の電気絶縁を確実に確保できる。 実施例２ 図８には本発明の別の実施例に係る超電導コイル装置が
示されている。
【００２９】この超電導コイル装置は、大きく分けて、
巻枠３１と、この巻枠３１にスペーサ３２を介して超電
導導体３３を２層構造に巻き付けて形成された超電導コ
イル本体３４とで構成されている。
巻枠３１と、この巻枠３１にスペーサ３２を介して超電
導導体３３を２層構造に巻き付けて形成された超電導コ
イル本体３４とで構成されている。
【００３０】巻枠３１は、実施例１の巻枠と同じ条件で
製造されたＤＦＲＰによって形成されたものである。こ
の巻枠３１には、両端部にフランジ３５ａ，３５ｂが形
成され、フランジ３５ａ，３５ｂ間に位置する部分の外
面に軸方向に延びる流路溝３６が周方向に複数形成され
ている。そして、フランジ３５ａ，３５ｂには各流路溝
３６の端部および周方向に離間配置されているスペーサ
３２間の隙間に通じる孔３７が形成されている。
製造されたＤＦＲＰによって形成されたものである。こ
の巻枠３１には、両端部にフランジ３５ａ，３５ｂが形
成され、フランジ３５ａ，３５ｂ間に位置する部分の外
面に軸方向に延びる流路溝３６が周方向に複数形成され
ている。そして、フランジ３５ａ，３５ｂには各流路溝
３６の端部および周方向に離間配置されているスペーサ
３２間の隙間に通じる孔３７が形成されている。
【００３１】超電導コイル本体３４は、巻枠３１の外周
面に超電導導体３３と絶縁性のダミー線３８とを一緒に
一定のテンションで平行ソレノイド状に巻き付けられて
形成された最内層３９と、この最内層３９の外周面にス
ペーサ３２を介して超電導導体３３と絶縁性のダミー線
３８とを一緒に一定のテンションで平行ソレノイド状に
巻き付けて形成された次層４０とで構成されている。
面に超電導導体３３と絶縁性のダミー線３８とを一緒に
一定のテンションで平行ソレノイド状に巻き付けられて
形成された最内層３９と、この最内層３９の外周面にス
ペーサ３２を介して超電導導体３３と絶縁性のダミー線
３８とを一緒に一定のテンションで平行ソレノイド状に
巻き付けて形成された次層４０とで構成されている。
【００３２】各スペーサ３２としては、予めエポキシ樹
脂をマトリックスとするＤＦを用いた一方向強化プリプ
レグを作成し、これを±６５度に交互に、たとえば２５
層積層し、これを巻回した後に型出しし、これを１００
℃で２時間保持した後に、１３０℃で３時間保持して硬
化させたものが用いられている。
脂をマトリックスとするＤＦを用いた一方向強化プリプ
レグを作成し、これを±６５度に交互に、たとえば２５
層積層し、これを巻回した後に型出しし、これを１００
℃で２時間保持した後に、１３０℃で３時間保持して硬
化させたものが用いられている。
【００３３】このような構成であると、極低温に冷却さ
れたとき、巻枠３１が軸方向に収縮し、また巻枠３１お
よびスペーサ３２が半径方向に膨張する。この収縮、膨
張によって、巻枠３１と超電導コイル本体３４との結合
状態および最内層３９と次層４０との結合状態に緩みの
生じるのを防止できる。この結果、緩みが原因で起こる
クエンチの発生を少なくできることになる。
れたとき、巻枠３１が軸方向に収縮し、また巻枠３１お
よびスペーサ３２が半径方向に膨張する。この収縮、膨
張によって、巻枠３１と超電導コイル本体３４との結合
状態および最内層３９と次層４０との結合状態に緩みの
生じるのを防止できる。この結果、緩みが原因で起こる
クエンチの発生を少なくできることになる。
【００３４】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。すなわち、図８に示す実施例では周方
向に分離されたスペーサを用いているが、冷却を十分確
保できるときには最内層３９の外周面にＤＦによって形
成された一方向強化プリプレグを配向を考慮にいれて複
数重ね巻きし、これを硬化させてスペーサとしてもよ
い。
るものではない。すなわち、図８に示す実施例では周方
向に分離されたスペーサを用いているが、冷却を十分確
保できるときには最内層３９の外周面にＤＦによって形
成された一方向強化プリプレグを配向を考慮にいれて複
数重ね巻きし、これを硬化させてスペーサとしてもよ
い。
【００３５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、極
低温下において起こる巻枠または巻枠とスペーサとの熱
変形を有効に利用して超電導コイル本体を強固に固定で
き、もってクエンチの発生を少なくできる。
低温下において起こる巻枠または巻枠とスペーサとの熱
変形を有効に利用して超電導コイル本体を強固に固定で
き、もってクエンチの発生を少なくできる。
【図１】(a) は本発明の一実施例に係る超電導コイル装
置の縦断面図で、(b) は(a) におけるＡ−Ａ線切断矢視
図
置の縦断面図で、(b) は(a) におけるＡ−Ａ線切断矢視
図
【図２】高強度化処理されたポリエチレン繊維および各
種繊維よりなる繊維強化プラスチック成形体の熱収縮量
（ただし、金属はそれ自体の特性）を示す図
種繊維よりなる繊維強化プラスチック成形体の熱収縮量
（ただし、金属はそれ自体の特性）を示す図
【図３】(a) はＤＦＲＰ成形体の一例を示す斜視図で、
(b) は同成形体を製作するときに巻角度を説明するため
の図
(b) は同成形体を製作するときに巻角度を説明するため
の図
【図４】ＤＦＲＰ成形体およびＧＦＲＰ成形体の巻角度
と熱膨張係数との関係を示す図
と熱膨張係数との関係を示す図
【図５】本発明に係る超電導コイル装置の作用を説明す
るための図
るための図
【図６】本発明に係る超電導コイル装置のクエンチ特性
を説明するための図
を説明するための図
【図７】本発明に係る超電導コイル装置の臨界電流の磁
場依存性とコイルの負荷曲線を示す図
場依存性とコイルの負荷曲線を示す図
【図８】(a) は本発明の他の実施例に係る超電導コイル
装置の縦断面図で、(b) は(a)におけるＢ−Ｂ線切断矢
視図
装置の縦断面図で、(b) は(a)におけるＢ−Ｂ線切断矢
視図
【図９】ＧＦＲＰ製の巻枠を用いた従来の超電導コイル
装置の問題点を説明するための図
装置の問題点を説明するための図
２１，３１…巻枠 ２２，３３…超電
導導体 ２３，３４…超電導コイル本体 ２５…螺旋溝 ３２…スペーサ
導導体 ２３，３４…超電導コイル本体 ２５…螺旋溝 ３２…スペーサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鹿島 俊弘 滋賀県大津市堅田二丁目１番１号 東洋紡 績株式会社総合研究所内 (72)発明者 乾 秀朋 滋賀県大津市堅田二丁目１番１号 東洋紡 績株式会社総合研究所内 (72)発明者 岡田 東一 大阪府茨木市美穂ケ丘八丁目１番地 (72)発明者 西嶋 茂宏 京都府亀岡市畑野町広野権現三丁目50番地
Claims (5)
- 【請求項１】巻枠と、この巻枠の外周に超電導導体を巻
き付けて形成された超電導コイル本体とを備え、極低温
下において使用される超電導コイル装置において、前記
巻枠は、高強度ポリエチレン繊維のロービングを前記超
電導コイル本体の軸心線に対して±４０度から±８０度
の範囲に配向させた繊維強化プラスチックで形成されて
なることを特徴とする超電導コイル装置。 - 【請求項２】巻枠と、この巻枠の外周に超電導導体を巻
き付けて最内層のコイル要素を形成するとともに上記最
内層のコイル要素の外側にスペーサを介して順次コイル
要素を形成してなる複数層構成の超電導コイル本体とを
備え、極低温下において使用される超電導コイル装置に
おいて、前記巻枠および前記スペーサは、高強度ポリエ
チレン繊維のロービングを前記超電導コイル本体の軸心
線に対して±４０度から±８０度の範囲に配向させた繊
維強化プラスチックで形成されてなることを特徴とする
超電導コイル装置。 - 【請求項３】前記高強度ポリエチレン繊維は、負の熱膨
張率（温度の低下とともに伸長する）を持つことを特徴
とする請求項１または２に記載の超電導コイル装置。 - 【請求項４】前記巻枠は、外周面部に前記超電導導体を
収容固定する螺旋溝を備えていることを特徴とする請求
項１または２に記載の超電導コイル装置。 - 【請求項５】前記巻枠は、外周面部に前記超電導導体を
冷却する極低温液を案内するための通路を備えているこ
とを特徴とする請求項１，２，４のいずれかに記載の超
電導コイル装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5183993A JP3202389B2 (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | 超電導コイル装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5183993A JP3202389B2 (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | 超電導コイル装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06267734A true JPH06267734A (ja) | 1994-09-22 |
| JP3202389B2 JP3202389B2 (ja) | 2001-08-27 |
Family
ID=12898033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5183993A Expired - Fee Related JP3202389B2 (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | 超電導コイル装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3202389B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2733347A1 (fr) * | 1995-04-24 | 1996-10-25 | Toyo Boseki | Corps en matiere plastique renforcee par des fibres pour bobine supraconductrice |
| WO2011118501A1 (ja) * | 2010-03-23 | 2011-09-29 | ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社 | 超電導マグネット |
| JP2011199147A (ja) * | 2010-03-23 | 2011-10-06 | Japan Superconductor Technology Inc | 超電導コイル |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101591851B1 (ko) * | 2014-03-11 | 2016-02-04 | 코리아쌀베지 주식회사 | 준설토 이송 배관 폐색 방지 장치 |
-
1993
- 1993-03-12 JP JP5183993A patent/JP3202389B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2733347A1 (fr) * | 1995-04-24 | 1996-10-25 | Toyo Boseki | Corps en matiere plastique renforcee par des fibres pour bobine supraconductrice |
| WO2011118501A1 (ja) * | 2010-03-23 | 2011-09-29 | ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社 | 超電導マグネット |
| JP2011199147A (ja) * | 2010-03-23 | 2011-10-06 | Japan Superconductor Technology Inc | 超電導コイル |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3202389B2 (ja) | 2001-08-27 |
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