JPH0787139B2 - エポキシ樹脂含浸超電導テープコイル - Google Patents

エポキシ樹脂含浸超電導テープコイル

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JPH0787139B2
JPH0787139B2 JP2215137A JP21513790A JPH0787139B2 JP H0787139 B2 JPH0787139 B2 JP H0787139B2 JP 2215137 A JP2215137 A JP 2215137A JP 21513790 A JP21513790 A JP 21513790A JP H0787139 B2 JPH0787139 B2 JP H0787139B2
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    • H01F6/00Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor

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  • Power Engineering (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 <発明の背景> 本発明は、エポキシを含浸させた、安定化のためのヘリ
ウム冷却を必要としないようなニオブ錫テープ磁石コイ
ルに関する。
ニオブ錫テープ超電導体は、幾つかの方法、すなわち、
GE/IGC錫浸漬反応法、CVD法またはプラズマプレー法に
よって製造されている。これらのテープは、磁束跳躍に
対して超電導体を安定させるために、液体ヘリウム中で
のプール沸騰またはヘリウムガスの強制対流によって冷
却される高磁界磁石を製作するのに広範に使用されてい
る。磁束跳躍は、磁界が超電導テープの面に対して垂直
に生じるときに起こることを考慮することにより理解す
ることができる。磁界は、レンツの法則に従って超電導
テープ内に、該磁界から超電導テープを遮蔽しようとす
る電流を誘起する。誘起された電流は、材料の臨界電流
より小さい限り流れ続ける。磁界が強まるか又は超電導
テープの一部が外部から加熱されることにより臨界電流
を超えると、流れる電流および電流崩壊によって熱が発
生する。これにより、磁束は、更に超電導テープ内に貫
入し、テープ内に追加的電流を誘起する。一般に、超電
導体の臨界電流密度は温度上昇とともに減少するので、
温度上昇は磁束の貫入を増大させ、これは熱を発生させ
て、更に大きな温度上昇を招く。この熱磁気フィードバ
ックは、幾つか条件の下で、熱暴走すなわち破局的磁束
跳躍を招く。しかし、全ての磁束跳躍が熱暴走につなが
るのではない。磁束跳躍が生じても誘起電流が臨界電流
密度を超えないときは、磁束跳躍は停止する。ヘリウム
による超電導テープの直接冷却は、該テープを磁束跳躍
に対して安定化する唯一の実現可能な方法として広範に
認められている。ニオブ錫テープの磁束跳躍の本質的不
安定性、および、多孔構造およびヘリウムの使用を必要
とするテープ磁石の複雑な冷却方法のために、ニオブ錫
テープが最もコストの低い超電導体であるにもかかわら
ず、超電導テープ磁石の使用は、かなり限定されてお
り、また全く商品化されていない、むしろ、多芯構造の
ニオブ錫超電導線(これは、超電導体を極細分化してい
るので、本質的に安定であるが、何倍も高価である)を
製作することに努力が集中されていた。
本発明の目的は、安定化のためのヘリウム冷却を必要と
しないような超電導テープから成るコイルを提供するこ
とである。
本発明の他の目的は、冷凍装置により冷却される磁気共
鳴作像用磁石に使用するのに適した、超電導テープから
成る自立構造のコイルを提供することである。
<発明の要約> 本発明の一面によれば、超電導箔と導電材料の第1箔お
よび第2箔とを有する超電導テープから成るコイルが提
供される。第1箔および第2箔は、上記超電導箔を中心
にして対称的にはんだ付けされて、超電導テープを形成
する。上記超電導テープは、コイルを形成するためにら
旋状に巻かれる。超電導テープの隣り合うターンは、互
いに電気絶縁される。導電材料の箔から成る帯が、超電
導テープの層間に配置されて、これらの層から電気的に
隔離されている。上記帯は上記超電導テープの内側層を
取り囲み、導電ループを形成するように上記帯の両端が
接合されている。超電導コイルは、エポキシ樹脂で含浸
されている。
<発明の詳しい説明> 添付図面を参照して説明すると、第1図および第2図に
は本発明に従って製造されたコイル11の横断面が示され
ている。コイル11を巻くのに使用されるテープ13の横断
面が第3図に示されている。テープ13は、銅のような導
電材料から成る2枚の箔17の間にはんだ付けされた超電
導箔15を含む。箔の外側ならびに箔相互間に鉛錫はんだ
21が設けられている。テープ13はフィルム状絶縁材、ま
たはポリエステル合成繊維、ナイロン、ガラスもしくは
水晶のようなフィラメント絶縁材から成るら旋状巻き付
け体などの絶縁体23により絶縁することができる。図示
された超電導箔15は、破損することなく取扱えるよう
に、一部が反応したニオブ錫製であり、その中央部25が
反応していないニオブである。上記中央部を取巻く領域
27は、ニオブ錫である。任意の超電導箔も適当である。
本発明に使用される箔は、フィラメント状でない。超電
導箔15は、細分化されることなく、長く、広くかつ薄
い。超電導箔15の超電導特性は、その長さおよび幅方向
に発揮される。
自己支持型の剛性の巻線複合構造体を製作するために、
1989年8月17日出願の米国特許出願第395,634号(特願
平2−215135号)明細書に示されているような取外し可
能なコイル型枠を使用することができる。テープ13はら
旋状に巻かれ、その後の各層が前の層とは反対向きにら
旋状に進行するように巻装される。これにより、巻線の
全てが、パンケーキ巻線において生じるようには必ずし
も整列していない。テープ13が膜絶縁されるときは、各
層ごとにガラス布が層間絶縁材として使用される。しか
し超電導テープがフィラメント絶縁材の巻き付け体を有
するときは、ガラス布は必要でない。ガラス布またはフ
ィラメント絶縁材の巻き付け体は、コイル層間にエポキ
シ樹脂を浸透させるのを助ける。クエンチ時にテープを
保護するために、複数の孔付き銅箔のループ31がコイル
巻線中に、例えば6層目毎に埋込まれる。このループ31
は、例えば、0.254mm(=10ミル)の厚さを有し、そこ
に0.508mm(=20ミル)径の複数の孔が0.508mm(=20ミ
ル)の間隔で設けられている。各ループ31の両端は重ね
合わされてはんだ付けされ、もって短絡ターンすなわち
短絡ループを形成する。各ループ31は、コイル11を取巻
く電気的短絡ターンを形成する。ループ31はその縁部の
うちの小部分を除去して、テープ13がループ31を貫通し
て付加層を巻くことができるようにされる。ループ31中
の複数の孔は、エポキシ樹脂がループ31に貫通して、層
間の良好な接着を行い得るようにする。このような短絡
ループの使用例が、1988年7月5日出願の米国特許出願
第215,479号(特願平1−172061号)明細書に開示され
ている。複数の短絡された銅箔のループ31がコイル11に
埋込まれた状態で巻線が完成された後、第2図に示すよ
うに、短絡された銅箔のループ31とガラス布とから成る
複数の付加層を外側に付加することができる。ガラス布
の層を、必要であれば、銅箔のループ31を乱すことなく
外径の切削加工が可能なように付加することができる。
短絡された銅箔のループ31は、補強のため硬化銅から製
作することができる。コイル型枠は、容器内に配置され
て、真空エポキシ樹脂含浸される。
短絡された銅箔のループ31は、コイル11全体に亘って、
および短絡された銅箔のループを有する他のコイルに急
速にクエンチを伝える。これはコイル11のクエンチ部分
に流れる低減した電流により発生される磁界がループ中
に電流を誘起して熱を生じさせるからである。このルー
プ31に隣接した超電導テープのターンは加熱されてクエ
ンチし、コイル全体に亘って蓄積エネルギを散逸させ
る。ループ31はまた、コイルが磁界内で通電された時に
コイルを径方向外方へ拡大しようとする力に耐えるよう
にコイルを補強する。短絡された銅箔のループ31は熱を
コイル11の内側からコイル11の外部へ軸方向に熱を運搬
し、それから熱は伝導によって低温冷却器(図示せず)
で除去することができる。
巻線およびガラス布中にある空げきへの良好な浸透を確
保するために、コイル構造に浸透することができるよう
に長期間流体のままである低粘性樹脂が好ましい。樹脂
はまた、妥当な期間すなわち12〜20時間で硬化すること
のできるものが望ましい。
低粘性、長い処理時間および良好な硬化反応性の最良バ
ランスを与える好ましい組成は、以下の通りである。
エポキシ樹脂:100部 硬化剤:100部 反応性希釈剤:18.5部 促進剤:0.4%(調製物の全重量を基にして) エポキシ樹脂は、例えば、チバガイギー社からGY6005と
して入手できるビスフェノールAのジグリシジルエーテ
ルであり、硬化剤は無水ナジメチルであり、反応性希釈
剤は1,4ブタンジオールジグリシジルエーテル(すなわ
ち、ジエポキシドの一種)であり、促進剤は、オクチル
ジメチルアミノボロントリクロライドである。
空げきのないコイルへの完全浸透を確実なものとするた
めに、含浸用装置の室内を真空にしてから大気圧に戻す
サイクルが複数回、液体樹脂により被覆されたコイルに
適用される。樹脂は、80℃に保持され、50センチポイズ
より低い粘性を有する。通常、100℃の高温で12〜20時
間行われる硬化に続いて、コイルはコイル型枠から取外
されて、1989年8月17日出願の米国特許出願第395636号
(特願平2−215136号)明細書に示されているタイプの
磁石カードリッジに組込むことができる。
銅と絶縁材とから成るテープの幅および厚さは、超電導
箔から製作されたコイルの安定性に影響を及ぼす重要な
パラメータである。ヘリウム冷却のないエポキシ含浸テ
ープコイルの安全性は、クラレンドン・プレス(claren
don Press)から1983年発行のマーチン・エヌ・ウイル
ソン(Martin N.Wilson)著の「Superconducting Magne
ts」の148頁に記載されている下記の式により規制され
る。
ただし、bS=安定性パラメータ bC=臨界値 UO=4π/10-7(ボルト秒/アンペア・メートル) y=複合物中に占める超電導体の体積の割合 i=動作電流/臨界電流 a=テープの半分の幅 CP=複合物の体積比熱 TC=局所場での臨界温度 TO=局所温度 JC=局所場および局所温度での臨界電流 一例として、3テスラのピーク径方向磁場を生じるよう
に10゜Kで動作する磁石について考える。2.5mmニオブ
錫テープの短いサンプルの特性曲線が第4図に示されて
いる。超電導体電流Iは50Aであり、臨界電流ICは120A
である。第1図に示されたタイプのエポキシ樹脂含浸コ
イル用であって、0.0254mm(=0.001インチ)の厚さの
ニオブ錫箔から成るテープを銅箔間にはんだ付けしたテ
ープ形状は、以下のパラメータで表される。
a=1.25mm、 CP=1.75×104J/m3・K、 TC−TO=14−10=4K、 JC=1890A/mm2(3テスラ、10Kにおいて) 1〜3テスラの磁界範囲におけるテープの動安定性は、
第1表に示されている。
bS<bCであることが明らかなので、テープは安定である
ことが期待される。
消耗性寒剤を使用しない伝導冷却による動作を可能とす
る、本発明のコイルの磁束跳躍の安定性の増大は、液体
ヘリウム温度より高温で動作する時に使用される材料の
熱容量の増大および本発明に従って製作されたコイルの
機械強度の向上によるものと考えられる。パンケーキ形
巻線よりもむしろら旋状巻線を設け、更に導電金属から
成る短絡ループを設けたことも、コイルの安定性に寄与
していると考えられる。
エポキシ含浸テープコイルはMR磁石に使用されるが、エ
ポキシ含浸コイルは、円形に限定されることなく任意の
形状に製作でき、かつ寒剤冷却を必要としない超電導コ
イルが必要な用途に使用することができる。
本発明は、実施例を参照して具体的に示して説明した
が、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく
構造および細部における種々の変形をし得ることが理解
されよう。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明にかかるエポキシ樹脂含浸超電導テー
プコイルの一部の斜視図である。第2図は、第1図のII
部の拡大断面図である。第3図は、第2図に示されたコ
イルを巻くためのテープの一部の拡大横断面図である。
第4図は、2.5mmニオブ錫テープの複数の短いサンプル
の特性を示すグラフである。 [主な符号の説明] 11:コイル、 13:テープ、 15:超電導箔、 17:常電導箔、 21:はんだ、 23:絶縁体、 31:銅箔のループ。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定の幅および厚さを持つ超電導箔(15)
    を中心にして導電材料の第1箔および第2箔を対称的に
    はんだ付けすることにより形成された一様な厚さの超電
    導テープ(13)を、ら旋状に複数層巻いて構成された超
    電導テープコイル(11)であって、 上記テープの所定の選ばれた隣り合う層間に配置されて
    上記テープから電気絶縁された導電性箔の帯(31)が設
    けられ、該帯は上記テープの内側層を取り囲み、かつ該
    帯の両端が互いに接合されて導電ループを形成してお
    り、さらに、当該コイルにはエポキシ樹脂が含浸されて
    いる、超電導テープコイル。
  2. 【請求項2】上記超電導箔はニオブの中央層と該中央層
    の両面に配置されたニオブ錫の層とより成る請求項1記
    載の超電導テープコイル。
  3. 【請求項3】上記超電導箔は幅が厚さより大きく、かつ
    幅方向と同一の超電導特性を長さ方向に有する請求項1
    または2記載の超電導テープコイル。
  4. 【請求項4】上記超電導テープコイルは、ら旋状に巻か
    れた上記テープの層を取り巻く複数の導電性箔のループ
    から成る複数の付加層を更に含み、該付加層が、エポキ
    シ樹脂含浸されている請求項1乃至3のいずれか1項に
    記載の超電導テープコイル。
  5. 【請求項5】上記ループの上記導電性箔が硬化銅から成
    る請求項4記載の超電導テープコイル。
  6. 【請求項6】上記超電導テープコイルは更に、ら旋状に
    巻かれた上記テープを取り巻く上記複数の導電性箔のル
    ープから成る上記複数の付加層の各々の間にガラス布層
    を1つずつ有するように、ガラス布の複数の層を含む請
    求項5記載の超電導テープコイル。
  7. 【請求項7】上記硬化銅の箔には孔が設けられている請
    求項6記載の超電導テープコイル。
  8. 【請求項8】上記テープがフィラメント絶縁材のら旋状
    巻き付け体により被覆されている請求項1または2記載
    の超電導テープコイル。
JP2215137A 1989-08-17 1990-08-16 エポキシ樹脂含浸超電導テープコイル Expired - Fee Related JPH0787139B2 (ja)

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