JPH07192912A - 超電導コイルおよびその安定性診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 クエンチが発生し難い超電導コイル装置およ
びその安定性診断方法を提供する。 【構成】 超電導線を多重に巻回して巻線部を形成し、
接着性絶縁材料を介して支持体に固定して超電導コイル
において、接着性絶縁材料の配置を支持体から離れた超
電導線の列間あるいは層間に限定したもの。エチレン−
メタクリル酸共重合体からなる薄膜を積層した積層板を
その薄膜が超電導線に対向するようにして超電導線と巻
枠との間に介在させた超電導コイル。浸漬冷却された超
電導コイルに通電するための絶縁体被覆電流リードであ
って、その取付けフランジの基端部を上記絶縁体中に埋
設したもの。超電導コイル装置の巻線部あるいは支持体
にひずみセンサーあるいは変位センサーを取り付け、超
電導コイル装置に通電し、かつ電流を急激に変化させ、
通電時のひずみあるいは変位の経時変化から残留ひずみ
あるいは残留変位を求め、あるいは、通電時のひずみあ
るいは変位と電流のヒステリシスを求め、クエンチが発
生し易さを診断する。

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超電導線を複数列複数層
に巻回し、その列間あるいは層間を接着した超電導コイ
ル、超電導コイルに適用可能な絶縁シートあるいは絶縁
積層シート、電流リードおよび超電導コイルの安定性診
断方法に関する。

【０００２】

【従来の技術および課題】超電導線の列間あるいは層間
を接着した超電導コイルに関しては、例えば森山、他：
「超電導コイル絶縁の高性能化研究−エポキシ含浸によ
る不安定性の変化−」第４９回１９９３年度春期低温工
学・超電導学会講演概要集、Ｂ２−１４の文献が知られ
ている。この種の超電導コイルについて図６および図７
を参照して説明する。図６は超電導ソレノイドコイルの
一部を切欠して示す斜視図である。

【０００３】ここで、１は非磁性金属の巻枠であり、円
筒形の巻枠胴部１ａおよびドーナッ形の巻枠つば部１ｂ
で構成されている。巻枠胴部１ａおよび巻枠つば部１ｂ
にそれぞれ胴部対地絶縁物２ａ、つば部対地絶縁物２ｂ
（これらを総合して以下対地絶縁物２と呼ぶ）が装着し
てある。このいずれの対地絶縁物２も材質は例えばガラ
ス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）からなっている。
対地絶縁物２を介して巻枠１に巻線部３が固定されてい
る。図７は図６中の巻枠胴部１ａに近い巻線部３の部分
拡大断面図である。巻線部３は胴部対地絶縁物２ａを介
して巻枠胴部１ａにエナメル電線４を複数列複数層に巻
回し、接着用樹脂５を真空加圧含浸させた後、熱処理を
加えて接着用樹脂５を硬化したものである。エナメル電
線４は断面が平角形である超電導線４ａにエナメル絶縁
４ｂを被覆したものである。エナメル電線４の列間およ
び層間は接着用樹脂５で接着されてある。巻枠胴部１ａ
から見て１層目のエナメル電線４が接している胴部対地
絶縁物２ａの接触面６は、あらかじめ離型剤が塗布して
ある。しかし、接触面６とエナメル電線４の隙間７に硬
化した接着用樹脂５が詰まっている。

【０００４】上記従来技術の超電導コイルにおいては、
硬化した接着用樹脂５が隙間７に詰まっているため、詰
まっていない場合に比べ、１層目のエナメル電線４と胴
部対地絶縁物２ａは電磁力によって急激に擦れ始めるこ
とがある。急激に擦れ始めた時は緩やかに擦れ始めた時
に比べて摩擦熱による温度上昇が大きくなるため、摩擦
熱によるクエンチが発生し易くなる。しかも、この１層
目は他の層に比べて通電した際の磁束密度が高くなるた
め、摩擦、その他の擾乱によるクエンチが発生し易い場
所である。

【０００５】したがって、本発明の第１の目的は、１層
目のエナメル電線４と胴部対地絶縁物２ａが緩やかに擦
れ始めるようにして摩擦熱によるクエンチの発生を抑え
た超電導コイルを提供することである。

【０００６】従来、超電導コイルの対地絶縁物などに用
いられるプリプレグテープまたはプリプレグシートとし
て、溶剤型と無溶剤型が知られているが、使用前におい
ては巻き物にしたり、重ねたりして保存している。

【０００７】また、各テープまたはシート相互間には、
相互の融着や反応の進展を防ぐために薄いセパレータフ
ィルムを介在させている。このセパレータフィルムは、
機器に適用する時に取り除き、その後に廃棄される。

【０００８】一方、上記プリプレグシートを複数枚重ね
て作られる積層板は、強化材として紙、ガラス、炭素繊
維などが代表的に使用されている。マトリックス樹脂と
しても、種々の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、および層
間強度向上のための添加剤を含む構成のものが知られて
いる。しかしながら、接着性を積極的に向上するための
手段は図られていない。

【０００９】超電導コイルは、構成としては、巻枠が金
属の場合、絶縁物を介して超電導線を巻き付けたもの、
また巻枠が絶縁物の場合は、超電導線を直接巻き付けた
構成などがある。またコイルの剛性力を高めるために、
樹脂含浸により、コイル層間にプリプレグシート等を挿
入して加熱硬化により一体化する方法が採られている。

【００１０】超電導コイルと巻枠が一体化していると、
極低温にしたときの収縮応力と運転時の電磁力によって
界面の剥離、クラック等が発生しやすく、クエンチの原
因になりやすい。そこで、超電導コイルと巻枠の間をテ
フロン、ポリイミドフィルム等で予め非接着にしておき
界面の収縮応力を取り除く構成も採られている。

【００１１】プリプレグテープまたはプリプレグシート
の薄いセパレータフィルムは一般にポリプロピレンが使
用されている。このセパレータフィルムは、機器に適用
する時に、取り除きながら適用するので作業性と同時
に、その後に廃棄されるので環境の面でも劣っている。

【００１２】一方、積層板はプリプレグシートを複数枚
重ねて熱板の間に設置して所定の温度で、高圧力を加え
て製造しており、そのため表面は平滑で接着しにくい状
態であり、接着する場合には、サウンドブラストやペー
パー等で面荒らしなどの表面処理が不可欠である。

【００１３】超電導コイルにおいては、上述のように、
超電導コイルと巻枠の間の収縮応力と運転時の電磁力に
よる界面の剥離、クラック、および超電導コイルと巻枠
の滑り摩擦による発熱が生じてクエンチの原因となり得
る。

【００１４】実際に、実験をすると、巻枠に接している
超電導線でクエンチが発生しており超電導コイルと巻枠
の間をテフロン、ポリイミドフィルム等で予め非接着に
し滑り摩擦による発熱の低減を考慮しておく事で、クエ
ンチの発生に効果があるが、まだ完全ではなく多くの課
題が残されている。

【００１５】したがって、本発明の第２の目的は、セパ
レータフィルムを使用する必要がなく、高い接着性を有
するプリプレグテープ、プリプレグシートまたは積層板
を提供することである。

【００１６】従来、浸漬冷却タイプの超電導コイルにお
いては、超電導コイルに通電するためのフランジに取り
付けた電流リードを蒸発したヘリウムガスによって冷却
する方法が一般的である。通常、電流リード内部に冷媒
の流路を設け、電流リード下端部から冷媒を導入し、上
端部から排出するようになっている。ガス化した冷媒を
冷却に用いるため、電流リード下端部の冷媒導入口は液
体ヘリウムの液面より上でなければならないので、電流
リード下端部はヘリウムガス中に設置される。また、こ
の電流リード下端部を介して超電導コイルとの接続が行
われている。従って、電流リード下端部はガス化した冷
媒の導入口及び、超電導コイルとの接続部を有する。

【００１７】電流リードの周囲に充満しているガス化し
たヘリウムの絶縁性能は一般的な空気などに比べ、非常
に低いため、液体ヘリウムによって冷却された超電導コ
イルに交流電流を通電し、高電圧を印加する場合、電流
リードにおいて、容易に部分放電が発生する可能性があ
る。特にヘリウムガスの温度が比較的高くなるフランジ
部付近においては絶縁性能が著しく劣化する恐れがあ
る。そこで、例えば特願平４−３００８８９に示される
ように、フランジ部に絶縁性能の高いガスを充填するな
どの方法により、絶縁性能の劣化を防止している。

【００１８】したがって、本発明の第３の目的は、取付
フランジ付近の絶縁性能を向上させ、高い信頼性を持つ
超電導コイル用の電流リードを提供することである。

【００１９】超電導コイル装置において、クエンチが発
生し易いか否かの安定性を予め診断することは非常に有
意義なことである。なぜならば、この診断結果に基づい
て運転電流を設定し、運転中のクエンチ発生を防止する
ことができるからである。

【００２０】クエンチ発生のメカニズムを解明するた
め、巻線部あるいは支持体にひずみセンサーあるいは変
位センサーを取り付け、通電した際のびすみあるいは変
位を測定し、その測定結果を考察したものとして、例え
ば Ｙ．Ｉｗａｓａ，ｅｔ ａｌ．；”Ｅｘｐｅｒｉｍ
ｅｎｔａｌ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｉｎｖ
ｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓ ｉｎ ｅｐｏｘｙ−ｉｍｐ
ｒｅｇｎａｔｅｄ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ
ｃｏｉｌｓ．３．Ｆｒａｃｔｕｒｅ−ｉｎｄｕｃｅｄ
ｐｒｅｍａｔｕｒｅ ｑｕｅｎｃｈｅｓ”，Ｃｒｙｏｇ
ｅｎｉｃｓ Ｖｏｌ．２５，ｐ３１７（１９８５）の文
献が知られている。この研究は、電流を上昇してクエン
チを発生させた際のひずみと電流の関係、クエンチの発
生メカニズム、あるいはクエンチの発生を抑えた超電導
コイル装置の構成などについて述べているが、クエンチ
が発生し易いか否かの安定性を診断する方法については
言及していない。

【００２１】したがって、本発明の第４の目的は、ひず
みあるいは変位を指標とした超電導コイル装置の安定性
診断方法を提供することである。

【００２２】［発明の構成］

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため本発明は、超電導線を巻回した巻線部に接着性絶
縁材料を介して巻線部を固着し、これを巻枠や容器など
の支持体に固定した構成の超電導コイルにおいて、接着
性絶縁材料の配置を支持体から離れた超電導線の列間あ
るいは層間に限定する、また、巻線部と支持体の間に空
隙部を設けるという手段が講じた。

【００２４】すなわち、本発明は、 （１）超電導線を複数列複数層に巻回するとともに、接
着性絶縁材料を超電導線の列間あるいは層間に配置して
巻線部を形成し、接着性絶縁材料に熱処理を加えて巻線
部を固着し、巻線部を巻枠や容器などの支持体に固定し
た超電導コイルにおいて、接着性絶縁材料の配置を支持
体から離れた超電導線の列間あるいは層間に限定したこ
とを特徴とする超電導コイルを提供するものである。

【００２５】さらに上記（１）の変形例として： （２）超電導線にエナメル絶縁を被覆し、エナメル絶縁
の上に融着用樹脂を被覆して融着電線とし、融着電線を
複数列複数層に巻回して巻線部を形成し、融着用樹脂に
熱処理を加えて巻線部を固着し、巻線部を支持体に固定
した超電導コイルにおいて、融着電線の一部の融着用樹
脂をあらかじめ取り除いてエナメル電線に戻し、エナメ
ル電線の巻回位置を支持体の近くにし、融着電線の巻回
位置を支持体から離したことを特徴とする超電導コイル
を提供するものである。

【００２６】さらに上記（１）の変形例として： （３）超電導線にエナメル絶縁を被覆してエナメル電線
とし、エナメル電線に融着用樹脂を被覆して融着電線と
し、エナメル電線を複数列１層もしくは複数列複数層に
巻回して巻線部の一部分を形成し、融着電線を複数列複
数層に巻回して巻線部の残り部分を形成し、融着用樹脂
に熱処理を加えて巻線部の残り部分を接着し、上記巻線
部の一部分を支持体に対し近接する位置に配置し、その
外側に該巻線部の残り部分を配置したことを特徴とする
超電導コイルを提供するものである。

【００２７】（４）上記（１）ないし（３）において、
上記巻線部と支持体の間に空隙部を設けたことを特徴と
する超電導コイルを提供するものである。

【００２８】次に、上記第２の目的を達成するために本
発明は、片面にエチレン−メタクリル酸共重合体を主成
分とする熱可塑性樹脂薄膜を形成した積層板を、超電導
線巻回部に接するように配置するという手段を講じた。

【００２９】すなわち、本発明は、 （１）超電導線を多重に巻回してなる超電導コイルにお
いて、巻枠および鍔と超電導線巻回部との間に、片面に
エチレン−メタクリル酸共重合体を主成分とする熱可塑
性樹脂薄膜を配した積層板をその薄膜面が、上記超電導
線巻回部に接するように配置したことを特徴とする超電
導コイルを提供するものである。

【００３０】また、これに関連して本発明は、 （２）エチレン−メタクリル酸共重合体からなる薄膜を
片面または両面に配したプリプレグテープまたはプリプ
レグシート、または積層板を提供するものである。

【００３１】（３）上記（２）のエチレン−メタクリル
酸共重合体からなる薄膜が、水素結合または金属イオン
によるカルボキシル基相互の結合で分子鎖が架橋された
エチレン−メタクリル酸共重合体を主成分とする熱可塑
性樹脂薄膜であるプリプレグテープまたはプリプレグシ
ート、または積層板を提供するものである。

【００３２】また、超電導線と巻枠の間に片面に熱可塑
性薄膜を配した積層板を熱可塑性薄膜の面を超電導線に
接するように配置した事を特徴とする超電導コイルを提
供するものである。

【００３３】次に、上記第３の目的を達成するために本
発明は、取付フランジの端部を電流リードを被覆する固
体絶縁物中埋設し、取付フランジ端部での部分放電の発
生を防止するという手段を講じた。

【００３４】すなわち、本発明は、 （１）浸漬冷却された超電導コイルに通電するための、
絶縁体で一部が被覆された電流リードであって、該電流
リードが、基端部が上記絶縁体中に埋設された取付フラ
ンジを備えていることを特徴とする電流リードを提供す
るものである。

【００３５】（２）上記（１）において、絶縁体が電流
リードの導体または取付フランジと熱収縮率が同じであ
ることを特徴とする電流リードを提供するものである。

【００３６】（３）上記（１）において、取付フランジ
より外側の上記絶縁体中またはその表面に発熱体をさら
に備えていることを特徴とする電流リードを提供するも
のである。

【００３７】次に、上記第４の目的を達成するために本
発明は、超電導コイル装置の巻線部あるいは支持体にひ
ずみセンサーあるいは変位センサーを取り付け、超電導
コイル装置に通電し、通電時に電流を急激に変化させ、
残留ひずみあるいはひずみとヒステリシスを測定し、残
留ひずみあるいはヒステリシスとクエンチ発生との関係
からクエンチが発生し易いか否かの安定性を診断すると
いう手段を講じた。

【００３８】すなわち、本発明は、 （１）超電導線を多重に巻回して巻線部を形成し、巻線
部を支持体に固定して超電導コイル装置を構成し、超電
導コイル装置にひずみセンサーあるいは変位センサーを
取り付け、超電導コイル装置に通電し、通電時のひずみ
あるいは変位を測定し、ひずみあるいは変位の経時変化
から残留ひずみあるいは残留変位を求め、その残留ひず
みあるいは残留変位が小さい程、クエンチが発生し難い
としたことを特徴とする超電導コイル装置の安定性診断
方法を提供するものである。

【００３９】（２）超電導線を多重に巻回して巻線部を
形成し、巻線部を支持体に固定して超電導コイル装置を
構成し、超電導コイル装置にひずみセンサーあるいは変
位センサーを取り付け、超電導コイル装置に通電し、通
電時のひずみあるいは変位を測定し、ひずみあるいは変
位と電流のヒステリシスを求め、ヒステリシスが小さい
程、クエンチが発生し難いとしたことを特徴とする超電
導コイル装置の安定性診断方法を提供するものである。

【００４０】（３）上記（１）または（２）において、
通電時にクエンチを発生さるたことを特徴とする超電導
コイル装置の安定性診断方法を提供するものである。

【００４１】（４）上記（１）または（２）において、
通電中にクエンチを発生させず、超電導コイル装置の運
転電流をｘ（単位：Ａ）と表した場合、電流の上昇ある
いは降下の速度ｙ（単位：Ａ／ｍｉｎ）をｘ／２（単
位：Ａ／ｍｉｎ）以上にしたことを特徴とする超電導コ
イル装置の安定性診断方法を提供するものである。

【００４２】

【作用】上記の第１の目的達成のための手段において
は、支持体から離れた超電導線の列間あるいは層間は接
着性絶縁材料によって接着するため、接着しない場合に
比べ、巻線部の電磁力に対する機械的強度は高くなる。
支持体に近い超電導線は列間および層間が接着しないた
め、電磁力が作用した際に個々に小さく動くようにな
る。したがって、１層目の超電導線と支持体の間は緩や
かに擦れ始めるようになる。また、超電導線と支持体の
間は空隙部によって接触面積が小さくなるため、１層目
の超電導線と支持体の間は緩やかに擦れ始めるようにな
る。

【００４３】上記の第２の目的達成のための手段におい
ては、使用される熱可塑性樹脂薄膜がエチレンとメタク
リル酸とのランダム共重合体を主成分としており、この
樹脂薄膜は、低温に於いては脆性破壊を起こさず、応力
緩和構造として機能する。

【００４４】上記の第３の目的達成のための手段におい
ては、取付フランジ端部にヘリウムガスのギャップがな
いため、部分放電が発生するのを防止でき、冷却したと
きに固体絶縁物に熱応力が発生しないため、剥離や割れ
が発生しない。また、固体絶縁物中またはその表面に発
熱体を設けることにより、結露を防いでいる。これらの
作用により、絶縁性能の劣化を防止できる。

【００４５】上記の第４の目的達成のための手段におい
ては、電流を急激に変化させた際、巻線部の電磁力も急
激に変化させ、巻線部および支持体のひずみが電磁力の
急激な変化に容易に追随することができないため、残留
ひずみ、あるいはひずみと電流とのヒステリシスは増大
するようになり、残留ひずみやヒステリシスが増大した
場合、巻線部の隣接した超電導線の摩擦熱、あるいは巻
線部と支持体の間の摩擦熱が発生し易くなり、ひいては
クエンチが発生し易くなる。逆に、残留ひずみあるいは
ヒステリシスが増大しなかった場合、クエンチが発生し
難い。このような残留ひずみやヒステリシスとクエンチ
発生の関係から、クエンチが発生し易いか否かの安定性
を診断することができる。

【００４６】

【実施例】まず、本発明の第１の目的達成のための第１
の実施例について図１から図３までを参照して説明す
る。

【００４７】図１は従来例の説明で参照した図７に対応
し、巻枠胴部１ａに近い巻線部８の部分拡大断面図であ
る。巻線部８は巻枠胴部１ａにエナメル電線９および融
着電線１０をそれぞれ複数列複数層に巻回した後、熱処
理を加えたものである。巻線部８と巻枠胴部１ａの間に
あらかじめ胴部対地絶縁物２ａが装着してある。

【００４８】エナメル電線９と融着電線１０は連続した
１本の電線である。エナメル電線９は胴部対地絶縁物２
ａの上、すなわち巻枠胴部１ａの近くに複数列２層に巻
回してある。その複数列２層の上に非接着性絶縁シート
１１が被覆してある。非接着性絶縁シート１１の材質は
離型性が優れ、摩擦係数が小さいポリ四フッ化エチレン
が１例として用いられる。

【００４９】その非接着性絶縁シート１１の上、すなわ
ち巻枠胴部１ａから離れた位置に融着電線１０が複数列
複数層に巻回してある。融着電線１０はエナメル電線９
に比べ巻回張力が高くしてある。融着電線１０の列間お
よび層間は熱処理を加えた融着用樹脂１２によって接着
してある。胴部対地絶縁２ａとエナメル電線９は接触面
６で接触させてある。その接触面６とエナメル電線９の
隙間７は空隙にしてある。図２は図１中の融着電線１０
の熱処理を加える前の断面構成図である。その融着電線
１０は図７中のエナメル電線４に融着用樹脂１２を被覆
したものである。なお、ここで４ａは超電導線、４ｂは
エナメル絶縁を示している。

【００５０】融着用樹脂１２としては例えばフェノキシ
樹脂、ホットメルト接着剤、半硬化状態のエポキシ樹脂
などを用いることができる。また、融着用樹脂１２は室
温で粘着しないものであるが、熱処理を加えた時に溶融
して流れるものである。また、半硬化状態のエポキシ樹
脂を融着用樹脂１２として用いた場合、そのエポキシ樹
脂は熱処理時に溶融して流れた後、徐々に硬化する。

【００５１】融着用樹脂１２の被覆厚さは融着電線１０
の断面のたて寸法またはよこ寸法の１／１００〜１／５
０程度でよい。融着用樹脂１２を溶融させながら融着電
線１０から拭き取ったものが図１中のエナメル電線９で
ある。すなわち、図７中のエナメル電線４は融着用樹脂
１２を被覆しないものであるが、図１中のエナメル電線
９は融着用樹脂１２を一旦被覆したものである。

【００５２】次に上記構成の作用について説明する。巻
枠胴部１ａから離してある複数列複数層の融着電線１０
の列間および層間は融着用樹脂１２によって接着してあ
るため、電磁力が作用した際に容易に変位しない。すな
わち、巻線部８の巻枠胴部１ａから離れている部分は電
磁力が作用した際に容易に座屈しない。また、巻線部８
の巻枠胴部１ａから離れている部分は、融着電線１０の
巻回張力が高くしてあるため、巻線部８の巻枠胴部１ａ
に近い部分が電磁力で座屈しないように保護する。

【００５３】その巻枠胴部１ａに近い部分である複数列
２層のエナメル電線９の列間および層間は接着していな
いため、エナメル電線９は個々に動くことができる。し
たがって、電磁力が巻線部８の長手方向に作用した際、
１層目のエナメル電線９と胴部対地絶縁物２ａは緩やか
に擦れ始める。エナメル電線９と融着電線１０は１本の
電線であるため、電気的な接続が不要である。融着用樹
脂１２は室温で粘着しないため、融着電線１０を複数列
複数層に巻回しながら複数列複数層の配列を調整するこ
とは容易である。

【００５４】熱処理を加えた際、融着用樹脂１２は溶融
して流れるため、融着電線１０の列間および層間の空隙
は小さくなる。非接着性絶縁シート１１は複数列２層の
エナメル電線９を覆っているため、溶融した融着用樹脂
１２は複数列２層のエナメル電線９の間に流れ込まな
い。すなわち、熱処理を加えた際、エナメル電線９の列
間および層間が融着用樹脂１２によって接着することは
起こらない。また、融着用樹脂１２は隙間７にも流れ込
まない。したがって、電磁力が作用した際、１層目のエ
ナメル電線９と胴部対地絶縁物２ａは緩やかに擦れ始め
る。

【００５５】非接着性絶縁シート１１の離型性は優れ、
摩擦係数は小さいため、非接着性絶縁シート１１とエナ
メル電線９あるいは融着電線１０との剥離あるいは摩擦
に伴う発熱によるクエンチは容易に発生しない。図３は
本発明および従来例の超電導コイルのトレーニング試験
の結果である。縦軸のクエンチ電流Ｉ_q はクエンチが発
生するまで一定速度で上昇させた電流の到達値である。
横軸のクエンチＮｏ．はＩ_q を繰り返し測定した番号、
すなわちトレーニング回数である。本発明の超電導コイ
ルは従来例に比べＩ_q が高くなっている。しかも、Ｉ_q
が少ないトレーニング回数で高くなっている。

【００５６】次に本発明の第２の実施例について、図４
を参照して説明する。図４は先に参照した図１に対応
し、巻枠胴部１ａに近い巻線部１３の部分拡大断面図で
ある。巻線部１３は胴部対地絶縁物２ａを装着した巻枠
胴部１ａにエナメル電線４を複数列複数層に巻回しなが
らエナメル電線４の層間に最初に非接着性絶縁シート１
１、ついで第３層目以上に接着性絶縁シート１４を配置
した後、熱処理を加えたものである。このように非接着
性絶縁シート１１はエナメル電線４の１層目から３層目
までの層間、すなわち巻枠胴部１ａに近い層間に配置し
てある。接着性絶縁シート１４はエナメル電線４の３層
目以降の層間、すなわち巻枠胴部１ａから離れた層間に
配置してある。また、巻枠胴部１ａから離してある層間
は接着性絶縁シート１４に熱処理を加えることによって
接着してある。

【００５７】接着性絶縁シート１４としては、例えば溶
融した融着用樹脂をガラス布に含浸した後に融着用樹脂
を固化したシート、エポキシ樹脂をガラス布に含浸した
後にエポキシ樹脂を半硬化状態にしたシート、両面粘着
のポリイミドシートなどが用いられる。４層目以降のエ
ナメル電線４は３層目までのエナメル電線４に比べ巻回
張力が高くしてある。エナメル電線４と胴部対地絶縁物
２ａは接触面６で接触させてある。その接触面６とエナ
メル電線４の隙間７は空隙にしてある。

【００５８】上記の第２の実施例の作用について説明す
る。巻枠胴部１ａから離してある３層目以降の層間は接
着してあるため、容易に変位しない。すなわち、巻線部
１３の巻枠胴部１ａから離してある部分は大きな電磁力
が作用しても容易に座屈しない。また、巻線部１３の巻
枠胴部１ａから離してある部分はエナメル電線４の巻回
張力が高くしてあるため、電磁力が作用した際、巻線部
１３の巻枠胴部１ａに近い部分が座屈しないように保護
する。

【００５９】他方、巻枠胴部１ａに近い３層目までの層
間は接着していないため、エナメル電線４は個々に動く
ことができる。したがって、接触しているエナメル電線
４と胴部対地絶縁物２ａは電磁力が作用した際に緩やか
に擦れ始める。２層目と３層目の間の非接着性絶縁シー
ト１１は２層目と３層目の間を遮蔽しているため、熱処
理を加えた時、３層目以降の接着性絶縁シート１４から
流出したエポキシ樹脂または粘着剤は１層目および２層
目のエナメル電線４の間に流れ込まない。すなわち、熱
処理を加えた時、１層目および２層目のエナメル電線４
の列間および層間が接着することは起こらない。また、
エポキシ樹脂または粘着剤は隙間７にも流れ込まない。
したがって、１層目のエナメル電線４と胴部対地絶縁物
２ａは電磁力が作用した際に緩やかに擦れ始める。

【００６０】次に本発明の第３の実施例について、図５
を参照して説明する。図５は超電導ソレノイドコイルの
部分輪切り断面図である。巻枠胴部１ａおよび巻線部８
は先に参照した図１中のものと同一の構成からなる。し
たがって、これらについては同一符号を付すことにより
説明を省略する。しかし、胴部対地絶縁物１５はエナメ
ル電線９および融着電線１０の巻回方向と垂直な方向に
複数の溝（空隙部１６）が加工してある。この空隙部１
６はエナメル電線９と胴部対地絶縁物１５の間に位置し
ている。エナメル電線９と胴部対地絶縁物１５は空隙部
１６を除いた部分の接触面１７で接触させてある。

【００６１】上記構成の第３の実施例の作用について説
明する。接触面１７は空隙部１６が設けてあるため、図
１中の接触面６に比べ狭くなっている。接触面１７が狭
くなるにつれ、エナメル電線９が動き易くなる。したが
って、エナメル電線９と胴部対地絶縁物１５は電磁力が
作用した際に緩やかに擦れ始める。

【００６２】本発明による他の実施例について、先に参
照した図を用いて説明する。図１から図５までの超電導
コイルの輪切り断面はドーナツ形にしてあるが、レース
トラック形にすることもできる。巻枠１は巻線部８や１
３を形成した後も支持体として用いてあるが、形成した
後に巻枠１を取り外し、巻線部８や１３を容器、その他
の支持体に固定することもできる。バインドを用い、巻
線部８や１３を巻枠１に緊縛することもできる。低摩擦
材を巻線部８や１３と巻枠１の間に配置し、摩擦熱を低
減することもできる。超電導線４ａはモノリシック導体
にしてあるが、撚線導体や強制冷却導体にすることもで
きる。超電導線４ａの断面は平角形にしてあるが、円形
にすることもできる。超電導線４ａを被覆している絶縁
材料はエナメル絶縁４ｂにしてあるが、テープ形状の絶
縁材料にすることもできる。

【００６３】本発明によるさらに他の実施例について、
先に参照した図１を用いて説明する。エナメル電線９と
融着電線１０は連続した１本の電線にしてあるが、別々
な２本の電線にし、巻線部８を形成した後、エナメル電
線９と融着電線１０を電気的に接続することもできる。
もしくは、電気的に接続せず、融着電線１０のみに通電
することもできる。

【００６４】本発明の第２の目的達成のために用いられ
る熱可塑性樹脂薄膜の主成分であるエチレンとメタクリ
ル酸とのランダム共重合体は、その分子構造において二
つのタイプに大別される。まず、第一のタイプ（化合物
１）は、当該共重合体の分子鎖中に不規則に存在するメ
タクリル酸単位のカルボキシル基が水素結合によって結
合し、これによって分子鎖間が架橋された熱可塑性樹脂
である。

【００６５】一方、第二のタイプ（化合物２）は、前記
メタクリル酸単位のカルボキシル基が部分的にナトリウ
ム、亜鉛等の金属イオンを介して結合し、これによって
分子鎖間が架橋された熱可塑性樹脂である。

【００６６】その構造式を以下に示す。

【００６７】

【化１】

【００６８】

【化２】 具体的には、第一のタイプとして、化学構造式（化合物
１）に示すＥＭＭＡ樹脂ニュクレル（三井・デュポンポ
リケミカル社製）が、また、第二のタイプとして、化学
構造式（化合物２）にしめすアイオノマー樹脂ハイミラ
ン（三井・デュポンポリケミカル社製）が各々挙げられ
る。これらのエチレン−メタクリル酸共重合体の融点は
特に限定されないが、８０〜１２０℃程度が好ましい。
この理由は、プリプレグの硬化に於いて、適度な温度で
他の絶縁材料の熱劣化に影響を及ぼさないで反応でき
る。また、プリプレグ樹脂としてエポキシ樹脂を使用す
る場合には、前記樹脂薄膜を構成する共重合体とこれに
接するエポキシ樹脂とを相溶させ、エポキシ樹脂との硬
化反応を促進するのに好適な温度範囲に当たるためであ
る。

【００６９】この場合に用いられるプリプレグ樹脂は、
エポキシ樹脂を主成分として、更に硬化剤及び適宜他の
添加剤を含有した熱硬化性材料である。

【００７０】前記エポキシ樹脂には、一分子中に少なく
とも一個のエポキシ基を有するエポキシ樹脂が使用され
得る。その具体例としては、ビスフェノールＡ型エポキ
シ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノ
ールＡ−Ｄ型エポキシ樹脂、多価アルコールのグリシジ
ルエステル、脂環式エポキシ樹脂、アミン型エポキシ樹
脂、ノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられる。これら
エポキシ樹脂は、必要に応じて、反応性希釈剤、または
非反応性希釈剤等が添加して用いてもよい。

【００７１】前記硬化剤としては、エポキシ樹脂の硬化
剤として通常使用され得るものであれば特に限定されな
い。例えばフェノール樹脂、ポリアミン樹脂、酸無水物
等が挙げられる。

【００７２】これらエポキシ樹脂と硬化剤との配合比
は、一般的に当該エポキシ樹脂がプリプレグとして使用
される場合に適するような比率に設定され得る。

【００７３】前記エポキシ樹脂系プリプレグは、必要に
応じて上述した成分に加え、エポキシ樹脂の硬化反応を
促進させるための触媒、柔軟性添加剤、更には、例えば
石英粉末、溶融シリカ粉末、ガラス粉末、ガラス繊維、
各種ウイスカ、タルク窒化ケイ素、窒化アルミニウム、
アルミナ等の無機質充填剤等を配合させてもよい。

【００７４】また、エチレンとメタクリル酸の共重合体
は、そのメタクリル酸単位におけるカルボキシル基の水
素結合または金属イオンを介した結合によって架橋され
ているが、高温、特に該共重合体の軟化点以上に於いて
はこの架橋結合が弱まり、カルボキシル基が再生する。
この再生したカルボキシル基は、エポキシ樹脂と相溶し
て、そのエポキシ基と反応する。

【００７５】このプリプレグテープ、プリプレグシート
において、セパレートフィルムに代えて熱可塑性重合体
を使用することによって、製造時にセパレートフィルム
を分離する必要がなく、作業性の向上が図れると同時
に、セパレートフィルムを廃棄することがないので環境
汚染の虞れがない。

【００７６】この発明で、超電導コイルの対地絶縁物と
して好適な積層板は、積層板用プリプレグシートを所定
枚数を重ね表面に熱可塑性重合体を配して、熱プレスで
所定条件で加熱加圧して作成する。この様にして製作し
た積層板の片面には上述のエチレン／メタクリル酸共重
合体を主成分とする熱可塑性重合体が設けられていて、
積層板に接する面では、積層板用樹脂（例えばエポキシ
樹脂）と反応している。これを模式的に図８に示した。
このような熱可塑性重合体を配した面は、特に接着剤を
使用しなくとも融点以上に加熱することで被着体に接着
させることができる。

【００７７】この超電導コイルにおいて、熱可塑性重合
体の面をコイル側にすることでコイルに接する面の接着
力が強くなり、その結果コイル全体の剛性が高まる。

【００７８】また、積層板と超電導コイルの巻き枠との
間は、離型しており、積極的に積層板の断熱性を有効に
利用できるので、コイルと巻き枠との間に摩擦熱による
クエンチ抑制の効果は大きい。また、コイルと巻き枠と
の間の摩擦熱低減のためポリイミドフィルムやテフロン
シートを併用する事で、更にクエンチを抑制する効果を
高めることができる。

【００７９】次に、このようなプリプレグテープおよび
積層板についての実施例を比較例と比較して示す。 （実施例１）（比較例１） プリプレグテープに従来のセパレートフィルムとニュク
レル（三井・デュポンポリケミカル社製）をそれぞれ付
着させたもののテーピングマシンでの作業性を比較実験
したところ、テープ取り付けと終了後の作業に大きな差
があり、ニュクレルを付着させたものは、時間にして約
２０〜４０％能率が向上することが確認された。その
上、従来のセパレートフィルムは、更に廃棄が必要にな
り、この様に作業効率と環境性において、本発明の効果
が確認できた。 （実施例２）（比較例２） 通常のエポキシ系積層板２１（比較例２）と、このエポ
キシ系積層板２１の片面にニュクレル（三井・デュポン
ポリケミカル社製）の４０μｍ厚のフィルム２２を配し
た積層板（実施例２）をそれぞれ１５０℃、２０ｋｇ／
ｃｍ² の圧力で３時間加圧して、それぞれ２ｍｍの厚さ
に製作した（図９）。

【００８０】比較例２の接着は、エポキシ系接着剤のス
タイキャスト１２６６（グレースジャパン株）を使用し
て、１ｋｇ／ｃｍ² の圧力で室温にて１週間放置した試
験片で評価した。

【００８１】一方、実施例２はニュクレルフィルム２２
の面を合わせて、１ｋｇ／ｃｍ² の圧力を加えて１２０
℃で２時間加熱して試験片とした。

【００８２】この２種類の剪断接着強さをＪＩＳ Ｋ
６８５０の試験法にしたがって評価した結果を表−１に
示す。

【００８３】

【表１】 ＦＲＰ：ガラスエポキシ積層板 Ｃｕ ：鋼板 ＳＵＳ：ステンレス板 この様に、代表的なエポキシ系の接着剤と比較しても、
安定した高い剪断力を示し、低温度においても被着体の
種類によらず高度に安定している。 （実施例３）（比較例３） この実施例に用いたモデルコイルの構成について以下に
説明する。

【００８４】比較例３は、実験用モデルコイルで、ステ
ンレス製巻枠２４にガラス基材入りエポキシプリプレグ
を対地絶縁２３として配置し、その上に超電導線を密巻
にし、各層間にガラス基材入りエポキシプリプレグを挿
入して巻線部２５とした（図１０ａ）。

【００８５】尚、コイルは、１３０℃で１０時間の加熱
により、エポキシプリプレグを硬化して一体化した。

【００８６】比較例４は、比較例３の巻枠２４と、ガラ
ス基材入りエポキシプリプレグからなる対地絶縁２３と
の間にテフロンシート２６を挿入した構成である（図１
０ｂ）。

【００８７】テフロンシート２６は、巻枠２４と巻線部
２５を離型することによる界面熱応力の解放および、摩
擦係数の低いことを利用して、電磁力によって生じる巻
枠２４と巻線部２５との間の摩擦発熱を抑制するために
用いている。

【００８８】尚、巻線部２５は、１３０℃で１０時間の
加熱により、エポキシプリプレグを硬化して一体化し
た。

【００８９】実施例３は、巻枠２４と巻線部２５との間
の対地絶縁２３として、片面にニュクレルフィルム２７
ａを配した１ｍｍ厚さのガラスエポキシ積層板２７を使
用した（図１０ｃ）。

【００９０】ニュクレルフィルム２７ａの面を巻線部２
５側にして、エポキシ樹脂面は、巻枠２４側になるよう
に配置した。このニュクレルフィルム面に超電導線を密
巻にし、各層間にガラス基材入りエポキシプリプレグを
挿入して巻線部２５とした。

【００９１】尚、巻線部２５は、１３０℃で１０時間の
加熱により、エポキシプリプレグを硬化して一体化し
た。

【００９２】この様に構成したモデルコイルを用いて、
極低温における励磁試験を実施した結果を図１１に示し
た。

【００９３】比較例３のものは、コイルの最内層でクエ
ンチが発生した。この現象は、収縮応力と電磁力によっ
て、巻枠との界面剥離、クラックの発熱と推定される。

【００９４】しかも、定格に比べて低い電流値から発生
し、トレーニング効果を示している。

【００９５】比較例４は、テフロンの離型効果で収縮応
力が大幅に低減され、かつ、摩擦抵抗が低くなった効果
で、比較例３に比べてかなり向上している。

【００９６】しかしながら、テフロンは、超電導線を巻
き付けるときの強い張力で変形して薄い部分ができる。
この為、電磁力による摩擦発熱を断熱する効果が薄れる
ので十分とは言えない。

【００９７】本発明における実施例３は、ガラスエポキ
シ積層板２７が巻枠２４に接して離型しており、ニュク
レルフィルム２７ａの面が巻枠２４と強く接着してい
る。また、積層板２７が断熱効果を発揮するので、最初
からほとんど定格に達した励磁ができ、しかも、非常に
安定している。

【００９８】この様に、本発明によれば、励磁特性に優
れた超電導コイルが提供できる。

【００９９】図１２は本発明の第３の目的を達成するた
めの超電導コイル用の電流リードが取付けられた極低温
装置の一部を断面で示したものである。

【０１００】図１２において、電流リード３１の下端部
に接続導体３２が接続されていて、この接続導体３２の
下端部は液体ヘリウム３３中に導入され、超電導コイル
（図示しない）に接続されている。

【０１０１】電流リード３１は冷却孔３１ａが形成され
た中空導体３１ｂと、その一部を被覆する絶縁被覆部３
１ｃとから主として構成されている。したがって中空導
体３１ａの下端開口部から蒸発ヘリウムガスが導入され
上端開口部から排出することにより電流リード３１の冷
却が図られている。

【０１０２】電流リード３１の上部は絶縁被覆部３１ｃ
が拡大された拡大絶縁部３１ｄが形成され、この拡大絶
縁部３１ｄに取付フランジ３４が固定されている。すな
わち、取付フランジ３４は円筒形をなす基端部３４ａが
この拡大絶縁部３１ｄに埋設され、取付フランジ３４の
周縁部３４ｂは絶縁拡大部３１ｄから延出していて、極
低温装置の所定のフランジ３５に固定支持されている。
なお、図中３６は給電用の導体を接続するための接続部
である。

【０１０３】なお、取付フランジ３４の基端部３４ａの
外側に、発熱体３７を埋設するようにしてもよい。

【０１０４】このように、取付フランジ３４の基端部３
４ａが固体絶縁物（拡大絶縁部３１ｄ）中であり、ヘリ
ウムガス中にないため、取付フランジ３４の基端部３４
ａでの部分放電の発生が防止できるので、電流リード３
１の絶縁性能の劣化が防ぐことができる。

【０１０５】また、固体絶縁物３１ｄはエポキシ樹脂に
シリカやガラスなどの充填材を入れたものとし、その充
填量を調整し、中空導体３１ｂまたは取付フランジ３４
と同じ線膨張係数にすることにより、電流リード３１が
冷却され、低温になった場合に熱応力が生じないように
することができる。

【０１０６】また、発熱体（ヒータ）３７に通電するこ
とにより、拡大絶縁部３１ｄの大気中部分の表面温度を
結露点以上の温度とすることができ、その場合、拡大絶
縁部３１ｄの表面温度が結露点以上であるので、拡大絶
縁部３１ｄの表面に結露を生じないため、電流リード３
１の絶縁性能の低下を防止することができる。また、ヒ
ータ３７は取付フランジ３４よりも外側にあるため、中
空導体３１ｂと取付フランジ３４との間に発生する電界
に影響を及ぼさない。

【０１０７】図１３は本発明に係わる電流リードの他の
実施例を示す。

【０１０８】図１３において、図１２の発熱体３７の代
わりに固体絶縁物（拡大絶縁部３１ｄ）中にスパイラル
状に管３８が埋め込まれ、この管３８に気体、または液
体を通すことにより、拡大絶縁部３１ｄの表面温度を結
露点以上としている。この方法にすれば、図１２のよう
に発熱体（ヒータ）を用いないため、に通電するための
電源を必要としない。なお、その他の点については前記
実施例（図１２）と同一であるので同一符号を付すこと
により説明を省略する。

【０１０９】図１４ないし図１８は本発明の第４の目的
を達成するための超電導コイル装置の安定性診断方法の
第１の実施例を説明するためのものである。

【０１１０】図１４はひずみセンサー４２を装着した超
電導コイル４１の構成を示す断面図である。図中のｒ、
θ、ｚは円筒座標軸の方向である。超電導コイル４１は
巻枠４３に対地絶縁物４４を介して巻線部４５が固定さ
れたものである。巻枠４３は非磁性金属からなり、円筒
形の巻枠胴部４３ａ、その両端のドーナツ形の巻枠つば
部４３ｂから構成されている。対地絶縁物４４は巻枠胴
部４３ａの胴部対地絶縁物４４ａおよび巻枠つば部４３
ｂのつば部対地絶縁物４４ｂから構成されている。胴部
対地絶縁物４４ａおよびつば部対地絶縁物４４ａの材質
はガラス繊維強化プラスチックからなっている。

【０１１１】巻枠胴部４３ａの内周面にひずみセンサー
４２が取り付けてある。ひずみセンサー４２はアクティ
ブゲージ４２ａ、ダミーゲージ４２ｂおよび被着体４２
ｃから構成されている。アクティブゲージ４２ａおよび
ダミーゲージ４２ｂは極低温用ひずみゲージであり、被
着体４２ｃの材質は巻枠４３と同じ非磁性金属となって
いる。アクティブゲージ４２ａは巻枠胴部４３ａの内周
面に貼着されおり、ダミーゲージ４２ｂは被着体４２ｃ
に貼着されている。被着体４２ｃは巻枠胴部４３ａの内
周面に取り付けられている。また、被着体４２ｃと巻枠
胴部４３ａの内周面とは常に同一温度であるように熱的
に十分に接触させている。アクティブゲージ４２ａおよ
びダミーゲージ４２ｂによるひずみ測定方向はθ方向に
してある。アクティブゲージ４２ａとダミーゲージ４２
ｂの貼り付け位置の座標（ｒ，ｚ）は同じにしてある。
アクティブゲージ４２ａおよびダミーゲージ４２ｂにリ
ード線４６の一端が接続してある。リード線４６の他端
は超電導コイル装置の外部に導かれている。

【０１１２】図１５は図１４中の巻枠胴部４３ａに近い
巻線部４５の部分拡大図である。巻線部４５はエナメル
導線４７を多列多層に巻回したものである。エナメル導
線４７は超電導線４７ａにエナメル４７ｂを被覆したも
のである。最内層のエナメル導線４７は胴部対地絶縁物
４４ａに接してある。

【０１１３】図１６は超電導コイル装置および静ひずみ
計４８の構成図である。この超電導コイル装置は主に超
電導コイル４１、極低温用容器４９、電源５０、保護抵
抗５１、スイッチ５２で構成してある。超電導コイル４
１は極低温用容器４９中に支持されている。ひずみセン
サー４２のリード線４６は静ひずみ計４８に接続されて
いる。静ひずみ計４８はアクティブゲージ４２ａのひず
み値からダミーゲージ４２ｂのひずみ値を減じた値（以
下、ε_s という）の経時変化を計測するようにしてあ
る。超電導コイル４１およびひずみセンサー４２は液体
ヘリウムに浸漬してある。

【０１１４】超電導コイル４１と電源５０、保護抵抗５
１およびスイッチ５２とは、従来と同じ電気回路で接続
してある。電源５０は超電導コイル４１のクエンチが発
生するまで電流Ｉを一定速度で徐々に上昇するように設
定されている。この設定によってＩが一定速度ｗ（単
位：Ａ／ｍｉｎ）で上昇するようになっている。ただ
し、ｗはｘ／５（単位：Ａ／ｍｉｎ）以下である。ま
た、ｘは運転電流（単位：Ａ）であり、コイルの臨界電
流Ｉ_c の４０〜９０％に定められている。さらに、クエ
ンチが発生したと同時、スイッチ１２はＯＦＦ状態にな
るようになっている。あらかじめ、保護抵抗５１の抵抗
値は超電導コイル４１の蓄積エネルギーが保護抵抗５１
で速やかに熱になるように設定されている。この抵抗値
の設定により、クエンチが発生したと同時、Ｉが平均速
度ｙ（単位：Ａ／ｍｉｎ）で急激に降下するようにして
ある。ただし、ｙはｘ／２（単位：Ａ／ｍｉｎ）以上で
ある。電流Ｉの上昇、クエンチの発生およびＩの降下は
繰り返すようにしてある。

【０１１５】図１７は巻枠胴部４３ａのひずみε_e の経
時変化の測定結果を示している。図の横軸は通電開始か
らの経過時間ｔ（単位：分）を示している。図中のｎは
繰り返し発生させたクエンチの番号である。ε_e はｔに
増えるにつれプラス側に徐々に大きくなっている。ま
た、クエンチが発生したと同時にマイナス側に急増して
いる。その後、クエンチ２回目および４回目のε_e はゼ
ロに戻っている。しかし、クエンチ１回目のε_e はゼロ
に戻らず残留している。図中のε_eRが残留ひずみであ
る。

【０１１６】図１８はクエンチ電流Ｉ_q および残留ひず
みε_eRの測定結果を示している。クエンチ１回目および
６回目以降にε_eRが発生しており、付のクエンチ２回目
および７回目にＩ_q が低下している。

【０１１７】次に上記構成からなる装置の作用について
説明する。コイル１に通電することによって巻線部５に
電磁力Ｆが発生する。電磁力Ｆの成分Ｆ_z は巻線部５を
ｚ方向に押し縮める。すなわち、Ｆ_z による巻線部５の
縦ひずみ（以下、ε_z という）およびｒ方向への横ひず
み（以下、ε_zrという）が発生する。ε_z は縮みである
ため、ε_zrは膨らみになる。超電導コイル４１の電流Ｉ
は一定速度ｗで徐々に上昇するため、Ｆ_z は徐々に大き
くなり、Ｆ_z に追随してε_e およびε_zrが増大する。ク
エンチが発生するとＩが平均速度ｙで急激に低減するた
め、エナメル導線４７がクエンチ状態になっても焼損し
ない。また、Ｆ_z が急激に減少する。巻線部４５の最内
層のエナメル導線４７と巻枠胴部４３ａが胴部対地絶縁
物４４ａを介して接してあるため、巻線部４５のε_e お
よびε_zrがＦ_z の急激な減少に追随しない。したがっ
て、膨らみであるε_zrが胴部対地絶縁物４４ａを介して
巻枠胴部４３ａを押し縮めるように作用する。すなわ
ち、ε_s がマイナス側に急増して図１７の測定結果と一
致する。ε_zrは時間の経過につれて緩和するため、ε_e
はゼロに戻るようになる。

【０１１８】ε_e がゼロに戻らず、残留ひずみε_eRが発
生すると、巻線部４５が巻枠胴部４３ａからの反力を受
ける。しかも、ε_eRが増大するにつれ、反力も大きくな
る。この反力は次の電流上昇時の巻線部４５の内部ある
いは周囲の摩擦熱発生の原因になることがある。また、
反力が大きくなるにつれ、摩擦熱が大きくなり、超電導
線４７ａのクエンチが発生し易くなる。このε_eRと次回
のクエンチが発生し易いか否かとの関係は図１８の測定
結果と一致する。したがって、ε_eRを指標とすることに
よって超電導コイル装置の安定性を診断することができ
る。また、この方法で安定性を診断した超電導コイル装
置は、クエンチが発生しないように運転電流ｘを予め設
定することができる。

【０１１９】次に本発明による上記安定性診断方法の第
２の実施例について、上記実施例の図１４から図１６ま
で、および図１９を参照して説明する。

【０１２０】巻枠胴部４３ａのひずみε_e と電流Ｉのヒ
ステリシスを測定するように静ひずみ計４８や図示して
いない記録計が設置してある。ただし、ヒステリシスの
測定中にクエンチが発生しないようにＩの最大値がＩ_C
の３０％以下に抑えてある。図１９はヒステリシスの測
定結果である。横軸の電流Ｉの１００％値はＩ_C にして
ある。図中には二つのヒステリシスが描いてある。二つ
のヒステリシスともＩが一定速度ｗで上昇している。し
かし、Ｉがそれぞれ異なる速度ｙとｗで降下している。
高い平均速度ｙで降下した方はヒステリシスが大きくな
っている。また、Ｉをゼロに戻した後、ε_e が一時的に
圧縮側の値になっている。この高い平均速度ｙでＩが降
下しても、超電導コイル４１の構成によってヒステリシ
スの大きさが異なり、しかも、ヒステリシスが大きいほ
ど、Ｉ_q がしばしば大きく低下することが認められた。

【０１２１】クエンチを発生させなくとも、電流Ｉを平
均速度ｙで急激に降下することにより、第１の実施例と
同じく電磁力Ｆ_z も急激に低下する。巻線部４５の剛性
が低い場合、ε_e とＩのヒステリシスが大きくなる。ヒ
ステリシスが大きくなるにつれ、隣接したエナメル導線
４７の摩擦熱、巻線部４５の最内層のエナメル導線４７
と胴部対地絶縁物４４ａとの摩擦熱なども大きくなる。
ひいては、クエンチが発生し易くなる。このヒステリシ
スとクエンチ発生との関係は図１９や前述の測定結果と
良く一致する。したがって、ε_e とＩのヒステリシスを
指標とすることによって超電導コイル装置の安定性を高
い確率で診断することができる。また、このヒステリシ
スを指標として安定性を診断した超電導コイル装置は、
クエンチが発生しないように診断結果に合わせて運転電
流ｘを設定することができる。

【０１２２】なお、本発明の安定性診断方法は、上記実
施例に限定されるものでなく、種々の変形例が可能であ
る。例えば、超電導コイル４１はソレノイドの他、レー
ストラック形、ダブルパンケーキ形にすることができ
る。ひずみセンサー４２は変位センサーに代え、ε_e の
代わりに変位δ_e を測定し、残留変位δ_eR、あるいは変
位δ_e と電流Ｉのヒステリシスを指標としても同様に診
断することができる。また、ひずみセンサー４２は巻枠
４３の代わりに巻線部４５に取り付け、巻枠４３のε_e
の代わりに巻線部４５のε_e 、ε_z を測定することがで
きる。巻枠４３は巻線部４５を形成した後に取り外し、
新たな支持体に巻線部４５を固定することができる。隣
接したエナメル導線４７の間にはエポキシ樹脂を真空加
圧含浸して加熱硬化してもよい。

【０１２３】

【発明の効果】本発明の超電導コイルは、支持体から離
れた超電導線の列間あるいは層間に接着性絶縁材料を配
置し、支持体に近い列間および層間に接着性絶縁材料を
配置せず、あるいは巻線部と支持体の間に空隙部を設け
たことにより、電磁力が作用した時、支持体に近い１層
目の超電導線と支持体の間が緩やかに擦れ始めるように
したので、クエンチの発生を抑えることができる。

【０１２４】エチレン−メタクリル酸の共重合体を表面
に配したプリプレグテープ、プリプレグシートは、作業
性に優れると同時に産業廃棄物を派生せず環境性にも効
果がある。

【０１２５】エチレン−メタクリル酸の共重合体を表面
に配した積層板は、加熱するだけで、安定した高い接着
力が得られる。低温度においても優れた接着性能を示し
ている。このエチレン−メタクリル酸の共重合体を片面
に配した積層板を超電導コイル巻枠の対地絶縁に使用す
ることで、励磁特性に優れた効果がある。このように本
発明のプリプレグテープ、プリプレグシートおよび積層
板によれば、材料としての取扱い性、接着性に優れ、特
に低温で使用される電気機器の構成材料として有用であ
り、その工業的価値は極めて大きい。

【０１２６】さらに、本発明によれば、取付フランジ端
部を固体絶縁物中とすることにより、取付フランジ端部
での部分放電の発生を防止でき、固体絶縁物の線膨張係
数を導体または取付フランジと同じにすることにより、
固体絶縁物に熱応力が生じない。また、固体絶縁物中ま
たは表面に発熱体を設けることにより、結露を防ぐこと
ができる。以上の効果により、高い信頼性を持つ電流リ
ードを提供できる。

【０１２７】本発明の超電導コイル装置の安定性診断方
法は、電流を急激に変化させることにより、巻線部に作
用する電磁力をも急激に変化させ、巻線部および支持体
のひずみが電磁力の急激な変化に追随しないようにする
ため、残留ひずみ、あるいはひずみと電流のヒステリシ
スが現れ、残留ひずみやヒステリシスが大きいほど、ク
エンチが発生し易くなり、逆に、残留ひずみやヒステリ
シスが小さいほど、クエンチが発生し難い。このような
残留ひずみやヒステリシスとクエンチ発生の関係から、
クエンチが発生し易いか否かの安定性を高い確率で診断
することができる。

【０１２８】上記の方法で安定性を診断した本発明の超
電導コイル装置は、診断結果に合わせて運転電流を設定
することにより、運転中のクエンチ発生を防止すること
ができる。また、診断結果に合わせてコイルを更新する
ことにより、運転中のクエンチ発生を防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超電導ソレノイドコイルの巻枠胴部に
近い巻線部の拡大断面図。

【図２】図１中の融着電線の熱処理を加える前の構成を
示す断面図。

【図３】本発明および従来の超電導ソレノイドコイルの
トレーニング試験の結果を示す線図。

【図４】本発明の他の実施例に係わる超電導ソレノイド
コイルの巻枠胴部に近い巻線部の拡大断面図。

【図５】本発明の他の実施例に係わる超電導ソレノイド
コイルの巻枠胴部に近い巻線部を輪切りしたときの断面
を示す図。

【図６】従来の超電導ソレノイドコイルを一部切欠して
示す斜視図。

【図７】図６の従来の超電導ソレノイドコイルの巻枠胴
部に近い巻線部の拡大断面図。

【図８】エポキシプリプレグとエチレン−メタクリル酸
共重合体を加熱硬化したときの両成分の成分比を模式的
に示す図。

【図９】プリプレグシートの片面にエチレン−メタクリ
ル酸共重合体を積層した状態を示す断面図。

【図１０】超電導コイルの対地絶縁の構成例を示す断面
図。

【図１１】超電導コイルの励磁特性を示すグラフ図。

【図１２】本発明の電流リードの実施例を示す断面図。

【図１３】本発明の電流リードの他の実施例を示す断面
図。

【図１４】本発明の超電導コイル装置のおよびひずみセ
ンサーの構成例を示す断面図。

【図１５】図１４中の巻枠胴部に近い巻線部部分の拡大
断面図。

【図１６】本発明の超電導コイル装置および静ひずみ計
の構成を模式的に示す図。

【図１７】巻枠胴部のひずみε_e の経時変化の測定結果
を示す線図。

【図１８】クエンチ電流Ｉ_q および残留ひずみε_eRの測
定結果を示す線図。

【図１９】巻枠胴部のひずみε_e と電流Ｉとのヒステリ
シスの測定結果を示す線図。

【符号の説明】 １ａ…巻枠胴部、１ｂ…巻枠つば部、２…対地絶縁物、
２ａ…胴部対地絶縁物、２ｂ…つば部対地絶縁物、３…
ひずみセンサー、３…巻枠部、４、９…エナメル電線、
１０…融着電線、１１…非接着性絶縁シート、１２…融
着用樹脂、１３…巻線部、１４…接着性絶縁シート部、
１５…対地絶縁物、１６…空隙部、１７…接触面、２３
…対地絶縁、２４…ステンレス製巻枠、２５…巻線部、
２６…テフロンシート、２７ａ…ニュクレルフィルム、
３１…電流リード、３２…接続導体３２、３３…液体ヘ
リウム、３４…取付フランジ、３５…フランジ、４１…
超電導コイル、４２…ひずみセンサー、４２ａ…アクテ
ィブゲージ、４２ｂ…ダミーゲージ、４４…対地絶縁
物、４５…巻線部、４７…エナメル導線、４７ａ…超電
導線、４８…静ひずみ計、４９…極低温用容器、５０…
電源、５１…保護抵抗、５２…スイッチ。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｆ 27/32 ＺＡＡ Ｚ 41/00 ＺＡＡ Ｅ (72)発明者 大森 順次 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 蛭町 多美子 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 関谷 洋紀 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 酒井 正弘 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 木村 信一 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 平井 久之 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超電導線を複数列複数層に巻回するとと
   もに、接着性絶縁材料を超電導線の列間あるいは層間に
   配置して巻線部を形成し、接着性絶縁材料に熱処理を加
   えて巻線部を固着し、巻線部を支持体に固定した超電導
   コイルにおいて、接着性絶縁材料の配置を支持体から離
   れた超電導線の列間あるいは層間に限定したことを特徴
   とする超電導コイル。
2. 【請求項２】 超電導線にエナメル絶縁を被覆してエナ
   メル電線とし、このエナメル電線を複数列複数層に巻回
   しながら、融着性絶縁シートをエナメル電線の層間に配
   置して巻線部を形成し、融着用樹脂に熱処理を加えて巻
   線部を接着し、巻線部を支持体に固定した超電導コイル
   において、融着性絶縁シートの配置を支持体から離れた
   エナメル電線の層間に限定したことを特徴とする超電導
   コイル。
3. 【請求項３】 超電導線を多重に巻回してなる超電導コ
   イルにおいて、巻枠および鍔と超電導線巻回部との間
   に、片面にエチレン−メタクリル酸共重合体を主成分と
   する熱可塑性樹脂薄膜を配した積層板をその薄膜面が、
   上記超電導線巻回部に接するように配置したことを特徴
   とする超電導コイル。
4. 【請求項４】 浸漬冷却された超電導コイルに通電する
   ための、絶縁体で一部が被覆された電流リードであっ
   て、該電流リードが、基端部が上記絶縁体中に埋設され
   た取付フランジを備えていることを特徴とする電流リー
   ド。
5. 【請求項５】 取付フランジより外側の上記絶縁体中ま
   たはその表面に発熱体をさらに備えていることを特徴と
   する請求項４に記載の電流リード。
6. 【請求項６】 超電導線を多重に巻回して巻線部を形成
   し、巻線部を支持体に固定して超電導コイル装置を構成
   し、超電導コイル装置にひずみセンサーあるいは変位セ
   ンサーを取り付け、超電導コイル装置に通電し、通電時
   のひずみあるいは変位を測定し、ひずみあるいは変位の
   経時変化から残留ひずみあるいは残留変位を求め、その
   残留ひずみあるいは残留変位が小さい程、クエンチが発
   生し難いとしたことを特徴とする超電導コイル装置の安
   定性診断方法。
7. 【請求項７】 超電導線を多重に巻回して巻線部を形成
   し、巻線部を支持体に固定して超電導コイル装置を構成
   し、超電導コイル装置にひずみセンサーあるいは変位セ
   ンサーを取り付け、超電導コイル装置に通電し、通電時
   のひずみあるいは変位を測定し、ひずみあるいは変位と
   電流のヒステリシスを求め、ヒステリシスが小さい程、
   クエンチが発生し難いとしたことを特徴とする超電導コ
   イル装置の安定性診断方法。