JPS61190814A - 超電導導体 - Google Patents

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】 【発明の利用分野〕 本発明は超電導導体に係り、特に大形高磁界マグネット
のコイル導体として使用するのに好適な超電導導体に関
する。

〔発明の背景〕

定格電流が１０００アンペアを越すような大容量の超電
導導体は、第５図に示すように、長手方向に形成さ九た
収納溝１ａによって長手方向に対して直角方向の断面形
状が門形に構成された高純度鋼安定化材ｌの前記収納溝
１ａの中に、Ｎｂ−ＴｉまたはＮｂ−４Ｓｎ等の超電導
素線の単線またはより線からなる超電導材２と、押出し
あるいは引抜き加工により高純度アルミニウム安定化材
３の表面に銅の被覆層４を設けたバイパス導体５と。

高純度鋼にて形成された費定化材蓋６とが順次に嵌込ま
れて半田付は層７により接合固定され、更に高純度鋼安
定化材１の表面は冷却効果を高めるための粗面１ｂがシ
ョツトブラストまたは切削等による凹凸によって形成さ
れて成る。

また、第６図に示すように、高純度アルミニウム安定化
材３の表面に銅の被復層４を形成したバイパス導体５を
蓋体として兼用することで、前述の高純度鋼安定化材蓋
６を省略する場合もある。

ところで、このような超電導導体は、液体ヘリウムを冷
媒として極低温（４，２Ｋ）に冷却されて超電導導体２
が超電導状態に保たれるが、発生磁場による超電導材２
の挙動や変動磁界等の外乱によって部分的に超電導状態
が破れて常電導状態に転移する現象が生ずる。大形で高
磁界のマグネットにおいては、蓄積エネルギーが大きい
ために。

このような転移がコイル全体に広がる（クエンチ現象）
と、コイルが焼損したりヘリウム容器が圧力上昇により
破損する危険性がある。このため。

通常は、完全安定化と称して部分的な常電導状態が生じ
てもそれによって発生する熱量よりも液体ヘリウムによ
る冷却熱量が多くなるようにしてクエンチ現象が生じな
いように設計される。

そのためには超電導材２の一部が常電導状態に転移した
ときに、該部分に発生する熱量を可及的に少なくするこ
とが望ましく、高純度銅安定化材１と高純度アルミニウ
ム安定化材３と高純度鋼安定化材蓋６は超電導材２が常
電導状態に転移して高抵抗値になった部分の電流をバイ
パスして発生熱量を軽減する役目をする。Ｎｂ−Ｔｉま
たはＮｂ＊Ｓｎ等の超電導材の電気抵抗は常電導状では
極めて高い値を示す、二九に対して高純度鋼や高純度ア
ルミニウムの電気抵抗は極低温では極めて低く、特に高
純度アルミニウムの体積抵抗率は高純度鋼に比較して数
分の１の値であることから。

これらを安定化材として超電導材と並値することにより
超電導材が部分的に常電導状態になって電気抵抗が増加
すると核部の電流は安定化材にバイパスしてジュール熱
の発生を軽減する。

しかしながら、高純度アルミニウムは剛性が低く、加工
歪を受けると体積抵抗率が著るしく増大する性質がある
。このような高純度アルミニウムを安定化材として使用
した超電導導体を巻回してコイルを構成した場合、該超
電導導体には第５図および第６図に示すような電磁力Ｗ
が作用し、該超電導導体は圧縮されろ、そしてこの電磁
力Ｗが高純度アルミニウム安定化材３に伝達されると。

該高純度アルミニウム安定化材３は加工硬化して体積抵
抗率が増大し、安定化材としての性能が低下する問題が
ある。

なお、このような超電導導体は特開昭５９−９８０９号
公報に開示されている。

〔発明の目的］ 従って本発明の目的は、バイパス導体として使用する高
純度アルミニウム安定化材を超電導導体に作用する電磁
力等の外力から保護し、以って加工歪の発生を軽減して
体積抵抗率の増大を軽減することにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するため２本発明は、高純度アルミニウ
ム安定化材に対して外力が作用する方位において該高純
度アルミニウム安定化材を包囲する部材に、該高純度ア
ルミニウム安定化材に対応して導体の長手方向に伸びる
空間部を設け、外力の伝達を高純度アルミニウム安定化
材を包囲する部材に集中させることにより高純度アルミ
ニウム安定化材の加工歪の発生を軽減することを特徴と
する。

〔発明の実施例〕

第１１１１に本発明になる超電導導体を巻回して構成し
たコイルの断面を示す、この実施例の超電導導体は、第
５図に示した従来の超電導状態と同じ型のものであり、
門形に構成された高純度鋼安定化材１の収納溝１ａに、
超電導材２と、銅の被覆層４が形成された高純度アルミ
ニウム安定化材３と、高純度鋼の安定化材Ｍ６が収納さ
れ、半田付け層７により接合固定された構成である。そ
して高純度鋼安定化材１の両側脚部１　ｃ、　ｌ　ｄの
外側表面には本発明の空間部に相当する溝８１．８２が
形成される。この溝８１．８２は該超電導導体に作用す
る電磁力Ｗによって高純度アルミニウム安定化材３が加
圧硬化されるのを軽減するためのもので、従って、高純
度アルミニウム安定化材３の位置に対応して導体の長手
方向に伸びて形成される。また、この溝８１．８２は、
該超電導導体を冷却するための液体ヘリウムの通路とし
ても利用するものであり、従って熱伝達面積を広くする
ために、該溝８１．８２の底には更に細溝８１ａ、８２
ａが形成される。

このように構成された超電導導体は、長手方向には部分
的な絶縁スペーサ９，１０を介して巻回されてコイルを
構成する。

以上のような超電導導体で構成されたコイルは。

極低温の液体ヘリウムに浸して冷却される。このとき、
液体ヘリウムは隣接する超電導導体間の隙間から溝８１
．８２内に流入して該溝に沿って導体の長手方向に流れ
る。超電導導体の側面は１部分的に絶縁スペーサ９．ｌ
Ｏが介在されているため該絶縁スペーサ９，１０の介在
領域は液体ヘリウムと接触できず冷却熱伝達が阻害され
る。しかし、前記溝８１．８２の部分では絶縁スペーサ
９，１０との接触がないので、また細溝８１ａ、８２ａ
を設けたことと相俟って、大きな熱伝達面積を確保する
ことができる。しかもこの溝８１．８２内では液体ヘリ
ウムの流れが円滑になるので、導体の温度上昇によって
ヘリウムガスが発生してもその排出が円滑になり。

該＄８１．８２は冷却作用に大きく貢献する。

一方、この超電導導体が超電導状態となってコイルが運
転状態にあるとき、超電導材２に流れる電流により隣接
する超電導材間には吸引方向の電磁力Ｗが発生する。こ
の電磁力Ｗは、各電導導体についてみれば、それぞれの
導体に圧縮力として作用していることになる。しかしな
がら１本発明になる前記超電導導体によれば、高純度ア
ルミニウム安定化材３に対してこの圧縮力が作用する方
位において高純度鋼安化材１の脚部１ｃ、ｌｄには溝８
１，８２が形成されているので、この圧縮力は溝８１．
８２を避けた部分、すなわち高純度アルミニウム安定化
材３を避けた部分に集中することになり、主に高純度銅
安定化部材１の頂部１ｅ、安定化材１１６で受止めるこ
とになる。これにより、高純度アルミニウム安定化材３
に伝達される圧縮力は軽減され、従って、高純度アルミ
ニウム安定化材３の加工歪が軽減されて安定化材として
の性能の劣化が軽減される。

第２図に示す超電導導体は、上下左右より作用する外力
Ｗから高純度アルミニウム安定化材３を保護するように
工夫された実施例である。この例において、高純度アル
ミニウム安定化材３に外力が作用するのを軽減するため
の部分は、高純度鋼安定化材１の両側脚部１ｃ、’ｌｄ
の外側表面の溝８１゜８２と、頂部１ｅの外側表面の溝
８３と、安定化材蓋６を脚部１ｃ、Ｉｄの先端より低位
に止めることにより収納溝１ａの開口端に形成される溝
８４によって構成される。

この超電導導体に左右方向の外力Ｗが作用すると、この
外力は前記実施例と同様に、溝８１．８２のために、高
純度銅安定化材ｌの頂部１ａと安定化材蓋６に集中して
伝達されることになる。そして上下方向の外力Ｗが作用
すると、この外力は溝８３゜８４のために脚部１ｃ、ｌ
ｄに集中して伝達されることになる。従ってこの超電導
導体は、上下左右方向から作用する外力Ｗによって高純
度アルミニウム安定化材３が加工歪を受けるのを軽減す
ることができる。

第３図に示す実施例は、前記実施例における空間部とし
ての溝８１．８２の代りに空胴８５〜８８を設けたもの
である。空Ｍ８５．８６は高純度鋼安定化材１の脚部１
ｅ、Ｉｄ内に高純度アルミニウム安定化材３に対応して
導体の長手方向に伸びて形成される。

空ＪＷ８７は、高純度鋼安定化材１の頂部ｌＯ内に収納
溝１ａに対応して長手方向に伸びて形成され、空胴８８
は安定化材蓋６内に長手方向内に伸びて形成される。こ
の超電導導体を冷却するための液体ヘリウムは、該導体
の周囲と、空胴８５〜８８に供給される。

この超電導導体に外力Ｗが作用した場合、導体内部での
力の伝達は、空胴８５〜８８においては遮断されるため
にこの外力は高純度アルミニウム安定化材以外の部材に
集中し、高純度アルミニウム安定化材３に達して該安定
化材に加工歪を発生させろ１＆度は軽減される。

第４図に示す実施例は、第６図に示す従来の超電導導体
と同じ型のもので、左右方向の外力Ｗから高純度アルミ
ニウム安定化材３を保護するように工夫された例である
。この例において、高純度アルミニウム安定化材３を保
護するための空間部は、高純度鋼安定化材１の両側脚部
１ｃ、ｌｄの外側表面の断差部８９．９０によって構成
される。この断差部８９．９０も高純度アルミニウム安
定化材３に対応して長手方向に伸びて他の表面より低位
に形成される。

従ってこの超電導導体においても左右方向から作用する
外力Ｗは、断差部８９　、９０以外の部分から高純度ア
ルミニウム安定化材３以外の部材に集中して伝達される
ことになり、該高純度アルミニウム安定化材３の加工歪
が軽減される。

なお、第２図〜第４図に示した実施例において、空間部
を構成するための溝８１〜８４．空胴８５〜８９゜断差
部８９．９０の表面に第１図の実施例と同様な細溝を形
成すれば、冷却効果が更に向上する。

また、空間部は、超電導導体の形態に応じて。

溝、空胴、断差部あるいはその他の形状等を任意に組合
せて構成することが可能である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、高純度アルミニウム安定化材に
対して外力が作用する方位において該高純度アルミニウ
ム安定化材を包囲する部材に、該高純度アルミニウム安
定化材に対応して導体の長手方向に伸びる空間部を設け
、外力の伝達を高純度アルミニウム安定化材を包囲する
部材に集中させるようにしたので、高純度アルミニウム
安定化材の加工歪の発生を軽減することができ、従って
その体積抵抗率の増大を軽減することができる。

図面の簡単説明 第１図〜第４図は本発明の実施例を示すもので。

第１図は本発明になる超電導導体を用いたコイルの断面
図、第２図〜第４図はそれぞれ他の実施例を示す超電導
導体の断面図であり、第５図および第６図は従来の超電
導導体の断面図である。

１・・・・・・高純度鋼安定化材、　　ｌａ・・・・・
・収納溝。

２・・・・・・超電導材、３・・・・・・高純度アルミ
ニウム安定化材、７・・・・・・半田付は層、　８１．
８２・・・・・・空間部を構成する溝。

［１ 第２図 第３図 Ｗ 第５図 第４図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、長手方向に伸びて形成された収納溝によって長手方
   向に対して直角に切断した断面形状が門形に構成される
   高純度鋼安定化材と、前記収納溝内に並べて収納されそ
   れぞれ半田付けされた超電導材と高純度アルミニウム安
   定化材とを備えた超電導導体において、前記高純度アル
   ミニウム安定化材に対して外力が作用する方位において
   該高純度アルミニウム安定化材を包囲する部材に該高純
   度アルミニウム安定化材に対応して導体の長手方向に伸
   びる空間部を設けたことを特徴とする超電導導体。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記空間部は、前
   記高純度アルミニウム安定化材を包囲する部材の外面に
   形成された溝によって構成されたことを特徴とする超電
   導導体。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記空間部は、前
   記高純度アルミニウム安定化材を包囲する部材内に形成
   された空胴によって構成されたことを特徴とする超電導
   導体。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記空間部は、前
   記収納溝の開口端によって構成されたことを特徴とする
   超電導導体。 ５、特許請求の範囲第１項において、前記空間部には冷
   媒が供給されることを特徴とする超電導導体。