JPH11214214A - ハイブリッド型超伝導磁石 - Google Patents
ハイブリッド型超伝導磁石Info
- Publication number
- JPH11214214A JPH11214214A JP2636298A JP2636298A JPH11214214A JP H11214214 A JPH11214214 A JP H11214214A JP 2636298 A JP2636298 A JP 2636298A JP 2636298 A JP2636298 A JP 2636298A JP H11214214 A JPH11214214 A JP H11214214A
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- Japan
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- coil
- wire
- superconducting
- composite material
- material layer
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- Pending
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 内側コイルの補強巻線をする必要がなく、コ
イル全体の外径を小型化でき、コイルの冷却効率を向上
させると共に冷凍機伝導冷却型超電導磁石装置に使用し
たとき初期冷却時間の短縮が図れるハイブリッド型超電
導コイルを提供すること。 【解決手段】 内側コイル２と外側コイル巻枠との間に
ガラス繊維、セラミックス繊維、ステンレススチール線
もしくは銅線からなる線状体の１種又はこれらの組合せ
からなる線状体を合成樹脂で含浸・固化して形成した複
合材層６を設けたこと。
イル全体の外径を小型化でき、コイルの冷却効率を向上
させると共に冷凍機伝導冷却型超電導磁石装置に使用し
たとき初期冷却時間の短縮が図れるハイブリッド型超電
導コイルを提供すること。 【解決手段】 内側コイル２と外側コイル巻枠との間に
ガラス繊維、セラミックス繊維、ステンレススチール線
もしくは銅線からなる線状体の１種又はこれらの組合せ
からなる線状体を合成樹脂で含浸・固化して形成した複
合材層６を設けたこと。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超伝導磁石に関し、特に
ハイブリッド型超伝導磁石の巻線に関する。
ハイブリッド型超伝導磁石の巻線に関する。
【０００２】
【従来の技術】液体ヘリウムで冷却するハイブリッド型
超伝導磁石は従来から知られている。７Ｔ（テラス）以
上の磁場を発生させる場合には、図２に示すように、内
側コイル巻枠１にＮｂ3Ｓｎ線材で巻線された超伝導コ
イル２と、該超伝導コイル２の外側に近接して、外側コ
イル巻枠３にＮｂＴｉ線材で巻線された超伝導コイル４
を組み合わせる方式が一般に知られている。超伝導コイ
ルを設計する際に重要な項目として、巻線の巻枠に作用
する応力、冷却時の熱応力、さらに、励磁時の電磁力が
ある。（超伝導コイルは励磁されると、電流と磁場によ
ってコイルの径方向（矢印Ｈ方向）へ膨らむ方向に働く
フープ力と呼ばれる強い電磁力を受ける。）
超伝導磁石は従来から知られている。７Ｔ（テラス）以
上の磁場を発生させる場合には、図２に示すように、内
側コイル巻枠１にＮｂ3Ｓｎ線材で巻線された超伝導コ
イル２と、該超伝導コイル２の外側に近接して、外側コ
イル巻枠３にＮｂＴｉ線材で巻線された超伝導コイル４
を組み合わせる方式が一般に知られている。超伝導コイ
ルを設計する際に重要な項目として、巻線の巻枠に作用
する応力、冷却時の熱応力、さらに、励磁時の電磁力が
ある。（超伝導コイルは励磁されると、電流と磁場によ
ってコイルの径方向（矢印Ｈ方向）へ膨らむ方向に働く
フープ力と呼ばれる強い電磁力を受ける。）
【０００３】これらの応力やフープ力によって巻線され
た超伝導線材Ｎｂ3Ｓｎが動くとクエンチ（超伝導状態
が壊れること）を引き起こすため、超伝導線材が動かな
いように巻線時の線材張力を増やしたり、巻枠の厚みを
厚くしたり、コイルを含浸したり、コイル外側に補強巻
線を施したりする必要がある。
た超伝導線材Ｎｂ3Ｓｎが動くとクエンチ（超伝導状態
が壊れること）を引き起こすため、超伝導線材が動かな
いように巻線時の線材張力を増やしたり、巻枠の厚みを
厚くしたり、コイルを含浸したり、コイル外側に補強巻
線を施したりする必要がある。
【０００４】しかし、７Ｔ以上の強磁場を発生させるた
めにはＮｂ3Ｓｎに代表される化合物系の超伝導線材が
使用されるが、化合物系の超伝導線材は力を加えると簡
単に破壊してしまうため張力をかけて巻くことができな
い。それゆえ、通常はエポキシ等の樹脂でコイル２を含
浸して固めており、さらに、樹脂を含浸させたコイル２
表面にステンレス線等の高強度の線を強い張力で補強巻
線５することにより、フープ力が働いても超伝導線が移
動しないようにさせている。
めにはＮｂ3Ｓｎに代表される化合物系の超伝導線材が
使用されるが、化合物系の超伝導線材は力を加えると簡
単に破壊してしまうため張力をかけて巻くことができな
い。それゆえ、通常はエポキシ等の樹脂でコイル２を含
浸して固めており、さらに、樹脂を含浸させたコイル２
表面にステンレス線等の高強度の線を強い張力で補強巻
線５することにより、フープ力が働いても超伝導線が移
動しないようにさせている。
【０００５】上記従来の構造では、内側コイル２と外側
コイル４の間に補強巻線５と外側コイル巻枠３とこれら
の間の空間が存在するため、外側コイル４の内径が大き
くなり、コイル全体のサイズが大きくなってコイルの冷
却効率が悪くなる。コイルの冷却効率が悪くなると発生
する磁場の効率が低下する欠点がある。さらに、この種
のハイブリッド型超伝導コイルを冷凍機伝導冷却型超伝
導磁石装置に適用すると、超伝導コイルを熱伝導だけで
冷却するために、コイルのサイズが肥大化すると初期冷
却時間が長くなるという問題点がある。
コイル４の間に補強巻線５と外側コイル巻枠３とこれら
の間の空間が存在するため、外側コイル４の内径が大き
くなり、コイル全体のサイズが大きくなってコイルの冷
却効率が悪くなる。コイルの冷却効率が悪くなると発生
する磁場の効率が低下する欠点がある。さらに、この種
のハイブリッド型超伝導コイルを冷凍機伝導冷却型超伝
導磁石装置に適用すると、超伝導コイルを熱伝導だけで
冷却するために、コイルのサイズが肥大化すると初期冷
却時間が長くなるという問題点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】内側コイルの補強巻線
をする必要がなく、コイル全体の外径を小型化でき、コ
イルの冷却効率を向上させるとともに冷凍機伝導冷却型
超伝導磁石装置に使用したとき初期冷却時間を短縮でき
るハイブリッド型超伝導コイルを提供することを目的と
する。
をする必要がなく、コイル全体の外径を小型化でき、コ
イルの冷却効率を向上させるとともに冷凍機伝導冷却型
超伝導磁石装置に使用したとき初期冷却時間を短縮でき
るハイブリッド型超伝導コイルを提供することを目的と
する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】内側コイル巻枠１に化合
物系超伝導線を巻回してなる内側コイル２と、外側コイ
ル巻枠３に超伝導線を巻回してなる外側コイル４とから
なるハイブリッド型超伝導磁石において、内側コイル２
と外側コイル巻枠３との間に、ガラス繊維、セラミック
ス繊維、ステンレススチール線もしくは銅線からなる線
状体の１種又はこれらの組合せからなる線状体を合成樹
脂で含浸・固化して形成した複合材層６を設けたことを
特徴とする。
物系超伝導線を巻回してなる内側コイル２と、外側コイ
ル巻枠３に超伝導線を巻回してなる外側コイル４とから
なるハイブリッド型超伝導磁石において、内側コイル２
と外側コイル巻枠３との間に、ガラス繊維、セラミック
ス繊維、ステンレススチール線もしくは銅線からなる線
状体の１種又はこれらの組合せからなる線状体を合成樹
脂で含浸・固化して形成した複合材層６を設けたことを
特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１により本発明にかかるハイブ
リッド型超伝導コイルの実施態様を示す。図１は本発明
にかかるハイブリッド型超伝導コイルの縦断面図であ
る。本発明では銅合金製の内側コイル巻枠１に化合物系
超伝導線材であるＮｂ3Ｓｎ線材を巻線し、所定の熱処
理を施した後、巻線された線材はエポキシ等の樹脂で含
浸・固化され内側コイル２を形成している。なお、コイ
ル線材として、Ｎｂ3Ｓｎの 他Ｖ3ＧａやＮｂ3Ａｌ等の
他の化合物系超伝導線材や酸化物超伝導線材が採用され
る。
リッド型超伝導コイルの実施態様を示す。図１は本発明
にかかるハイブリッド型超伝導コイルの縦断面図であ
る。本発明では銅合金製の内側コイル巻枠１に化合物系
超伝導線材であるＮｂ3Ｓｎ線材を巻線し、所定の熱処
理を施した後、巻線された線材はエポキシ等の樹脂で含
浸・固化され内側コイル２を形成している。なお、コイ
ル線材として、Ｎｂ3Ｓｎの 他Ｖ3ＧａやＮｂ3Ａｌ等の
他の化合物系超伝導線材や酸化物超伝導線材が採用され
る。
【０００９】前記内側コイル２の外側表面に、ガラス繊
維、セラミックス繊維、ステンレススチール線もしくは
銅線といった線状体の１種又はこれらの組合せからなる
線状体をエポキシ等の樹脂を塗布しながら張力を与えて
巻枠１の外径よりも大きな外径になるまで巻き付け、そ
の外表面を旋盤等の機械加工により平滑面に仕上げた複
合材層６を形成させる。また、場合によっては前記の線
状体をコイル２の外側表面に巻き付けた後、全体を樹脂
で含浸・固化し複合材層を形成させるようにしてもよ
い。要は内側コイル２の外側に樹脂で隙間を埋められた
線状体からなる複合材層６を形成させることである。
維、セラミックス繊維、ステンレススチール線もしくは
銅線といった線状体の１種又はこれらの組合せからなる
線状体をエポキシ等の樹脂を塗布しながら張力を与えて
巻枠１の外径よりも大きな外径になるまで巻き付け、そ
の外表面を旋盤等の機械加工により平滑面に仕上げた複
合材層６を形成させる。また、場合によっては前記の線
状体をコイル２の外側表面に巻き付けた後、全体を樹脂
で含浸・固化し複合材層を形成させるようにしてもよ
い。要は内側コイル２の外側に樹脂で隙間を埋められた
線状体からなる複合材層６を形成させることである。
【００１０】外側コイル巻枠３が上記複合材層６に嵌入
できるように前記巻枠３の内径は複合材層６の外径を基
準に機械加工されており、複合材層６に外側コイル巻枠
３を嵌入し両者を密嵌した後、外側コイル巻枠３にＮｂ
Ｔｉ線材が巻線されて外側コイル４が形成される。
できるように前記巻枠３の内径は複合材層６の外径を基
準に機械加工されており、複合材層６に外側コイル巻枠
３を嵌入し両者を密嵌した後、外側コイル巻枠３にＮｂ
Ｔｉ線材が巻線されて外側コイル４が形成される。
【００１１】
【実施例】内側コイル２にＮｂ3Ｓｎ線材を、複合材層
６にＦＲＰ層を、そして、外側コイル４にＮｂＴｉを使
用したときのコイルサイズと設計応力を表１に示す。
６にＦＲＰ層を、そして、外側コイル４にＮｂＴｉを使
用したときのコイルサイズと設計応力を表１に示す。
【００１２】
【表１】
【００１３】上記本発明のＦＲＰ層を設けない場合と比
較すると、ＦＲＰ層を設けない場合の各部の最大応力
は、Ｎｂ3Ｓｎ巻線部では２１０ＭＰａ、ＮｂＴｉ巻枠
３では３６０ＭＰａ、ＮｂＴｉ巻線部では１００ＭＰａ
となり、ＮｂＴｉ巻枠として通常使用されているＳＵＳ
３０４で作製した場合、降伏応力１７７ＭＰａをはるか
に越えているので使用できない。したがって、巻枠を厚
くして巻枠に作用する応力を降伏応力以下にするとＮｂ
Ｔｉコイルの内径が大きくなり、外径も大きくなりコイ
ル全体のサイズが大きくなり冷却効率上好ましくない。
その点上記本発明の実施例ではＮｂＴｉコイル巻枠に作
用する最大応力は１７０ＭＰａと降伏応力以下であるの
で問題がなく、Ｎｂ3Ｓｎ巻線部に作用する応力も本発
明では１９０ＭＰであるのに対し、ＦＲＰ層を設けない
場合の２１０ＭＰａに比べて２０ＭＰａ低い。
較すると、ＦＲＰ層を設けない場合の各部の最大応力
は、Ｎｂ3Ｓｎ巻線部では２１０ＭＰａ、ＮｂＴｉ巻枠
３では３６０ＭＰａ、ＮｂＴｉ巻線部では１００ＭＰａ
となり、ＮｂＴｉ巻枠として通常使用されているＳＵＳ
３０４で作製した場合、降伏応力１７７ＭＰａをはるか
に越えているので使用できない。したがって、巻枠を厚
くして巻枠に作用する応力を降伏応力以下にするとＮｂ
Ｔｉコイルの内径が大きくなり、外径も大きくなりコイ
ル全体のサイズが大きくなり冷却効率上好ましくない。
その点上記本発明の実施例ではＮｂＴｉコイル巻枠に作
用する最大応力は１７０ＭＰａと降伏応力以下であるの
で問題がなく、Ｎｂ3Ｓｎ巻線部に作用する応力も本発
明では１９０ＭＰであるのに対し、ＦＲＰ層を設けない
場合の２１０ＭＰａに比べて２０ＭＰａ低い。
【００１４】
【発明の効果】本発明では、外側コイル巻枠３を薄くで
きるので外側コイル４の内径を小さくでき、外側コイル
外径を小さくできコイル全体の外径を小さくできる。し
たがつて、コイルが小型化されることによりコイル重量
が低減し、冷却効率が向上される。そして、冷凍機伝導
冷却型超伝導磁石装置に適用する際、初期冷却時間を短
縮できる。さらに、電流も少なくなりそれによってコイ
ルの発熱が抑制され、コイルの超伝導状態が破壊されな
いので超伝導コイルの信頼性が向上する。
きるので外側コイル４の内径を小さくでき、外側コイル
外径を小さくできコイル全体の外径を小さくできる。し
たがつて、コイルが小型化されることによりコイル重量
が低減し、冷却効率が向上される。そして、冷凍機伝導
冷却型超伝導磁石装置に適用する際、初期冷却時間を短
縮できる。さらに、電流も少なくなりそれによってコイ
ルの発熱が抑制され、コイルの超伝導状態が破壊されな
いので超伝導コイルの信頼性が向上する。
【００１５】内側コイル２の外側に一種の複合材層６を
設けているいるために、伝導冷却の場合該複合材層６か
らコイルの冷却が可能となり、コイル内部の温度差を小
さくできるのでコイルの移動が抑制され、コイルの移動
により起こるコイルの発熱に起因する超伝導状態の破壊
が防止され超伝導コイルの信頼性を向上できる。さら
に、内側コイル２が複合材層６、外側コイル巻枠３を介
して外側コイルの巻線時に締め付けられるので内側コイ
ル２に作用する応力を小さくできる。
設けているいるために、伝導冷却の場合該複合材層６か
らコイルの冷却が可能となり、コイル内部の温度差を小
さくできるのでコイルの移動が抑制され、コイルの移動
により起こるコイルの発熱に起因する超伝導状態の破壊
が防止され超伝導コイルの信頼性を向上できる。さら
に、内側コイル２が複合材層６、外側コイル巻枠３を介
して外側コイルの巻線時に締め付けられるので内側コイ
ル２に作用する応力を小さくできる。
【００１６】以上を要約すると、本発明における内側コ
イル２の外側に複合材層６を設けたことにより次の効果
を奏する。 内側コイル２と複合材層６が外側コイル４の巻枠３
の一部として作用するために本来の外側コイル巻枠３の
厚みを薄くできる。 複合材層６が伝熱部となるため、内側および外側両
コイル内部の温度差を小さくでき超伝導コイルの信頼性
を向上できる。 外側コイルの巻線が内側コイル２の補強巻線として
作用するため、内側コイル２に作用する応力を小さくで
きる。
イル２の外側に複合材層６を設けたことにより次の効果
を奏する。 内側コイル２と複合材層６が外側コイル４の巻枠３
の一部として作用するために本来の外側コイル巻枠３の
厚みを薄くできる。 複合材層６が伝熱部となるため、内側および外側両
コイル内部の温度差を小さくでき超伝導コイルの信頼性
を向上できる。 外側コイルの巻線が内側コイル２の補強巻線として
作用するため、内側コイル２に作用する応力を小さくで
きる。
【図１】本発明にかかるハイブリッド型超電導コイルの
縦断面図。
縦断面図。
【図２】従来のハイブリッド型超電導コイルの縦断面
図。
図。
１ 内側コイル巻枠 ２ 内側コイル ３ 外側コイル巻枠 ４ 外側コイル ５ 補強巻線 ６ 複合材層
Claims (3)
- 【請求項１】内側コイル巻枠（１）に化合物系超伝導線
を巻回してなる内側コイル（２）と、外側コイル巻枠
（３）に超伝導線を巻回してなる外側コイル（４）とか
らなるハイブリッド型超伝導磁石において、内側コイル
（２）と外側コイル巻枠（３）との間に複合材層（６）
が介在されていることを特徴とするハイブリッド型超伝
導磁石。 - 【請求項２】複合材層（６）はガラス繊維、セラミック
ス繊維、ステンレススチール線もしくは銅線からなる線
状体の１種又はこれらの組合せからなる線状体を合成樹
脂で含浸・固化して形成されていることを特徴とする請
求項１記載のハイブリッド型超伝導磁石。 - 【請求項３】内側コイルを構成する化合物系超電導線
は、Ｎｂ3Ｓｎ、Ｖ3Ｇａ、Ｎｂ3Ａｌのうちから選択さ
れ、外側コイルを構成する超電導線はＮｂＴｉ材である
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のハイブ
リッド型超電導磁石。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2636298A JPH11214214A (ja) | 1998-01-26 | 1998-01-26 | ハイブリッド型超伝導磁石 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2636298A JPH11214214A (ja) | 1998-01-26 | 1998-01-26 | ハイブリッド型超伝導磁石 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11214214A true JPH11214214A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=12191392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2636298A Pending JPH11214214A (ja) | 1998-01-26 | 1998-01-26 | ハイブリッド型超伝導磁石 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11214214A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100720057B1 (ko) | 2005-07-06 | 2007-05-18 | 학교법인 한국산업기술대학 | 영구전류용 초전도자석 및 제조방법 |
| GB2492638A (en) * | 2011-07-06 | 2013-01-09 | Siemens Ag | Superconducting magnet assembly with baffle |
| CN103943301A (zh) * | 2014-05-12 | 2014-07-23 | 中国东方电气集团有限公司 | 一种超导组合绕组 |
| CN105761871A (zh) * | 2016-05-04 | 2016-07-13 | 扬州大学 | 一种双螺旋式高温超导磁体储能装置 |
| CN106504849A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-03-15 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种高温超导线圈骨架 |
| CN109841370A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-06-04 | 苏州八匹马超导科技有限公司 | 一种传导冷却磁体结构及其制造方法 |
-
1998
- 1998-01-26 JP JP2636298A patent/JPH11214214A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100720057B1 (ko) | 2005-07-06 | 2007-05-18 | 학교법인 한국산업기술대학 | 영구전류용 초전도자석 및 제조방법 |
| GB2492638A (en) * | 2011-07-06 | 2013-01-09 | Siemens Ag | Superconducting magnet assembly with baffle |
| GB2492638B (en) * | 2011-07-06 | 2013-11-20 | Siemens Plc | Superconducting magnet device and magnetic resonance imaging system |
| US8996084B2 (en) | 2011-07-06 | 2015-03-31 | Siemens Plc | Superconducting magnet device and magnetic resonance imaging system |
| CN103943301A (zh) * | 2014-05-12 | 2014-07-23 | 中国东方电气集团有限公司 | 一种超导组合绕组 |
| CN105761871A (zh) * | 2016-05-04 | 2016-07-13 | 扬州大学 | 一种双螺旋式高温超导磁体储能装置 |
| CN106504849A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-03-15 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种高温超导线圈骨架 |
| CN109841370A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-06-04 | 苏州八匹马超导科技有限公司 | 一种传导冷却磁体结构及其制造方法 |
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