JPS5866312A - 超電導導体 - Google Patents

超電導導体

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JPS5866312A
JPS5866312A JP16420881A JP16420881A JPS5866312A JP S5866312 A JPS5866312 A JP S5866312A JP 16420881 A JP16420881 A JP 16420881A JP 16420881 A JP16420881 A JP 16420881A JP S5866312 A JPS5866312 A JP S5866312A
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heater
conductor
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adhesive
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JP16420881A
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JPS6243525B2 (ja
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Susumu Shimamoto
進 島本
Kiyoshi Yoshida
清 吉田
Hiroshi Tomeoku
留奥 寛
Hiroshi Kimura
浩 木村
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Hitachi Ltd
Japan Atomic Energy Agency
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Hitachi Ltd
Japan Atomic Energy Research Institute
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超電導導体に係り、特に、超電導マグネット装
置に用いるに最適な超電導導体に関する。
超電導マグネット装置に用いる超電導導体の各種の特性
測定(臨界温度、最大電流等)や超電導導体中に残存す
る永久電流を超電導導体の臨界温度(Tc )以上に昇
温して消滅させる目的で、数千へ以上の電流容量を持つ
大型の超電導導体で捲線したコイルにヒータを瑣付ける
ことは従来より行なわれていた。つまり、導体の温度が
導体電流に逆比例することを利用するもので、臨界温度
点で電流が零になることに着目して永久電流を消滅させ
るものである。
第1図および第2図に従来より行なわれている超電導導
体にヒータを取付ける方法を示す。   −第1図は、
超電導導体の4#jタ一ン間にリボン状6ヒータを挾み
込む方式のものである。1は安定化材で、無酸素鋼やア
ルミニウム等でできている。2は超電導素線で、Nb−
Ti等の合金やNb、8n等の化合物の細線を、モノリ
スやストランド構造に構成したものである。安定化材1
の中に超電導素線2を半田等で組込み一体化したものが
超電導導体である。3は薄手絶縁板、4はヒータリボン
で金属抵抗体でできている。5は厚手絶縁板、6はター
ン間絶縁板でターン間の電気絶縁、電磁カサポートおよ
び超電導導体冷却のためにり+ IJングチャンネル7
が設けてあシ、チャンネル7の中の液体Heによって超
電導体は冷却される。
8は層間絶縁板で超嶋導導体層間の電気絶縁を受持って
いる。ヒータリボン4は、超電導素線の各々に設ける必
要はなく、複数の素線に対し1個を設ければよい。ヒー
タリボ/4は眉間に設けられる一対のクーリングチャン
ネルのうち片方のチャンネルを除去し、片側に薄手絶縁
板3を設けると共に反対側に厚手絶縁板5を設けて眉間
に装置される。
第2図は超電導導体の安定化材の内部に電気絶縁を施し
たヒータ線材を半田により埋込む方式のものである。第
2図においては、第1図に示したと同一部材であるもの
には同一符号を用いている。10は抵抗線ヒータ、11
は耐熱電気絶縁体で10の抵抗線ヒータを覆っている。
12は半田で、安定化材1と超電導素fs2を結合する
と同時に、ヒータを安定化材に掘ったミゾ9の中に固定
している。組込みに際しては、超電導素線2を安定化材
1へ半田12で埋込むときに前もって安定化材1に掘っ
たミゾ9の中に、耐熱電気絶縁11を施した抵抗線ヒー
タ10を入れておく。その上から超電導素線2を蓋をす
るように乗せ、最後に全体を半田12の溶融温度約25
0C’まで昇温し、フラックスで各部の表面を清浄にし
ながら半田12を流し込んで固定する。
このような従来のヒータ取付構造には以下のような欠点
がある。
第1図の構造の欠点は、第1に、ヒータを取付けた超電
導導体の冷却面積が少なくなることである。
超電導導体にはその使用している材料によって決まる臨
界温度(Tc)があり、この温度を越えると超電導から
常電導への転移(クエンチ)が生じ超電導マグネットと
して動作しなくなる。そのため超電導導体は十分に冷却
しなくてはならないが導体間に生じる強大な電磁力をサ
ポートするために必要最低限の冷却チャンネルしか設け
ることができない。第1図からも明らかなように、ヒー
タを取付けた超電導導体の冷却面積は他の導体の半分程
になってしまい、冷却条件が悪くクエンチしやすぐなっ
てしまう。
第2に、ヒータを取付けた場所のターン間の間隙が大き
くなシ、濡電導導体を整列して巻けなくなることである
。すなわち、通常ヒータリボン4は裸の抵抗リボン材を
用いる。安定化材1とヒータリポ/4の間の電気絶縁は
通常数百Vから千V位要求されるので、それに耐える薄
手絶縁板3の厚みは自ずから決まってくる。またヒータ
リボン4で発生させた熱は被加熱導体の方゛へ伝えなく
てはならないが、熱は絶縁板の厚さに反比例して伝わる
ので厚手絶縁板5の厚みは薄手絶縁板3の数倍の厚みが
必要となる。そのためヒータを取付けたターン間の間隙
は、他のターシ藺より大きくなりその部分の捲線作業が
むずかしくなる。また、超電導導体の層間での中心位置
が狂い、眉間に加わる電磁力の処理がむずかしくなる。
また捲線した導体の配置が不均一になるため、発生磁界
の磁界分布も乱されることになる。
第3に、ヒータと被加熱導体間の密着が悪いためヒータ
の熱効率が悪く断線しやすいことである。
ヒータリボン4と薄手絶縁板3、厚手絶縁板5は超電導
導体のターン間で押し付けただけなのでどうしても隙間
ができ冷媒液体Heが浸入してしまう。そのような状態
でヒータ電力全投入すると、先ず隙間に入った液体He
が蒸発し、それから被加熱導体に熱が伝わるためヒータ
の電力損失が大きく、またヒータ電力投入から導体が加
熱されるまでの時間遅れも大きくなる。またその時間遅
れもヒータの場所によシ隙間の大きさが違っているため
不揃いKなり実験計測上不都合である。さらにまた、液
体Heが蒸発したあとはH’eガス雰囲気につつまれる
ためヒータの温度が局部的に上昇し、ヒータが焼損断線
してしまうことが多かった。
第2図の構造のヒータの欠点は、ヒータの超電導導体へ
の組込みが困難で、超電導導体とヒータ間の電気絶縁が
不良になりやすぐ、またヒータと安定化材との密着が悪
くヒータが断線しやすい仁と、またさらに耐熱絶縁体を
用いているためにヒータの断面積が大きくなりヒータ埋
込みミゾを大きくせねばならず、そのため安定化材の削
り代が増し超電導体の安定化に悪影響を与えてしまうこ
とである。また、ヒータの電気絶縁に耐熱性の絶縁材を
用いても、埋込作業中に生じたキズや昇温による軟化、
あるいはフラックスの染み込み等により電気絶縁の劣化
t−招きやすかった。また半田付けのきかない電気絶縁
体11を半田で押込むような構造のために、空隙(ボイ
ド)ができやすく、ヒータ通電時に局部的にヒータの温
度が上昇し、電気絶縁の劣化や焼損断線してしまうこと
も多かった。
本発明の目的は、熱効率が良好で工作の容易な超電導導
体を提供するにある。
本発明は、ヒータが導体近傍になくとも充分に機能を発
揮させられることを実験的に確認し、ヒータを任意の位
置の安定化材内に埋込み、その埋込部をエポキシ樹脂等
の合成樹脂で固めたものである。
第3図は本発明の実施例を示す断面図である。
第3図においては第2図で示したと同一部材であるもの
には同一符号を付している。
安定化材1の表面部にミゾ13を設け、ヒータ10を嵌
入する。このミゾ13は線間に限らず層間部であっても
よい。ヒータ1oは絶縁体11によって被覆されている
。この被覆されたヒータ10を適量のエポキシ樹脂等の
接着剤14を用い、かつ上面から絶縁板15を当接しな
がらミゾ13に接着する。接着剤はエポキシ樹脂に限ら
ず熱に強く接着性の良好なものなら、どのような種類の
ものでもよい。エポキシ樹脂系は室温から4.2にの範
囲で安定化材1との接着性も良い。絶縁板15はヒータ
lOで発生した熱を被加熱導体の方に伝熱を図シ、眉間
絶縁板8側に熱が逃げるのを防止する熱絶縁体として機
能する。ヒータ10の接着に際し、接着後の絶縁板15
の上部面が安定化材lの表面より盛シ′上がるようにし
、完全に接着したのちに表面が安定化材1の表面(肩部
16)と同一になるように削nばよい。この絶縁板15
゛の材質としてはガラス繊維強化ガラスエポキシ板など
が最適である。
発明者らが実施した超電導導体の一例を示せば、断面寸
法は幅13+m、高さ30.m*で、安定化材lに設け
たミゾ9の寸法は深さ1.5+++m、幅2叫である。
ミゾ9の加工は安定化材1を引抜き加工するときに一体
成形しても良いし、機械加工で切削しても良い。抵抗線
ヒータ10の太さは0.5 wsφ、絶縁体13で全周
を榎ってあり、仕上シ外径は約1mφである。絶縁体1
3としてカプトンを用い、脂等の接着材14で接着する
。その上から絶縁板15をミゾ内に納める。絶縁板の寸
法は幅2■、厚さ0.5■である。ミゾ9と絶縁体13
と絶縁板15との隙間には接着材14をしつかシ充填し
、隙間に液体Heが浸入しないようにする。
次に、具体的に本発明の実施例による効果を列挙する。
1、抵抗線ヒータ10と安定化材1の間に液体He等の
冷媒が入る隙間あるいはボイドがないため著しく熱効率
の向上することが認められた。
例えば、従来では導体体積1αaを10度上昇させるた
めに2ジユールの電力が、また第2図の方式では1ジユ
一ル以上が必要だったものが0.5ジユール以下ですむ
ようになった。このことは、高価な液体Heの無駄な消
費が減り経済的になったことを意味する。また従来構造
では定格の1.5倍程度の鑞力量で焼損してしまったが
本発明では定格の4倍でも焼損断線することはなくなっ
た。このことは、よシ細いヒータ線材を用いても良いこ
とを意味し、安定化材1の削り代も少なくてすむ。
2、ヒータ項付部を眉間にしたので、第1図の従来構造
でヒータの取付けられていた面は本来の冷却面として利
用でき、超電導導体の冷却が他のターンと同一条件にな
シ超電導導体の安定性が向上した。また、ターイ間の機
械的な強度や寸法も他のターン間と同一になり、設計や
捲線加工が容易になった。更に寸法精度が良くなったた
め発生磁界の均一度も良くなった。
3、本発明によるヒータ取゛付けのための安定化材の削
除は、全所面積の0.8%程度なので安定化にはほとん
ど影響しないが、削除したぶん安定化材を大きくしても
導体寸法の増加は極くわずかである。第2図の従来例で
は絶縁体の断面を大きくしなくてはならないので、1.
5〜5!%削除せねばならず安定化への影響は無視でき
ない。
4、ヒータ挿入加工後、安定化材1の肩部16との平面
性を出すために機械加工を加えても、絶縁板15がある
ためにヒータをキズ付けることがない。また肩部16と
面〜にすることにより、層間に加わる電磁力はほとんど
安定化材の肩部16で受けるため、ヒータに無理な力が
加わらない。
5、第2図と比較し、本発明では、接着剤14として常
温硬化型のエポキシ樹脂を用いれば、ヒータの絶縁体1
3の温度を上げる必要がないので昇温による電気絶縁の
劣化がなく、また導体の温度を上げる必要がないので大
巾な工数の低減ができる。
6、ヒータを超電導マグネットの曲率の大きな部分の超
電導体に取付ける場合、従来の第2図のヒータ挿入構造
では曲げのため絶縁体11が割れ電気絶縁の劣化や短絡
音生じることが多かったが本発明では、超電導導体の曲
げ加工を施したのちヒータを取付けることができるため
、絶縁体13や接着材14に無理な力が加わらす割れる
ようなことがない。
以上、一実施例で説明したように、本発明を適用するこ
とにより、超電導導体の冷却条件を劣化することなく、
熱効率の良い、機械的強度も大きい、過負荷に対しても
強いヒータ付き超電導導体を得ることができる。
以上よシ明らかなように本発明によれば、熱効率を向上
しかつ工作の容易な超電導導体が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の超電導導体を示す断面図、第2図は従来
の他の超電導導体を示す断面図、第3図は本発明の実施
例を示す断面図である。 1・・・安定化材、2・・・超電導素線、6・・・ター
ン間絶縁板、7・・・クーリングチャンネル、8・・・
層間絶縁板、lO・・・抵抗線ヒータ、11・・・絶縁
体、14・・・茶10 躬 2E21

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、少なくとも一部を安定化材によって覆うと共に、そ
    の安定化材の表面の一部に絶縁被覆したヒータ線材を装
    着してなる超電導導体において、前記ヒータリボンiす
    べく前記安定化材の表“面に設けられた溝と、該溝内に
    収容された前記ヒータ線材の周囲の空隙に充填される接
    着剤と、該接着剤および前記ヒータ線材に当接する如く
    該ヒータ線材の上部に配置される熱絶縁特性を有する熱
    絶縁板とを具備する超電導導体。
JP16420881A 1981-10-16 1981-10-16 超電導導体 Granted JPS5866312A (ja)

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JPS6243525B2 JPS6243525B2 (ja) 1987-09-14

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JPH07235412A (ja) * 1994-02-24 1995-09-05 Mitsubishi Electric Corp 超電導マグネット装置

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