JPS61206203A - 超電導コイル - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、均一度の高い磁界を発生する超電導コイル
に関するものである。

〔従来−の技術〕

ｔｘＪ図は例えば特開昭ｊ？−６１９１０号公報に示さ
れた従来の超電導コイルを示す断面図である。第５図に
おいて、（１）は超電導コイル、（２）は主コイル、（
コａ）は主コイル師）の各ブロックの１層分のコイル巻
線。（３）は巻枠、（Ｊａ）はこの巻枠（３）ｋ形成さ
れた分割突状、（すは高均一磁界領域、（！）は詰物で
ある。なお通常主コイル（２）と同軸上に。

主コイル（２）の発生する磁界を補償する磁界補償コイ
ルが巻回されるが、第５図では１量した。

同図は、主コイル（２）のコイル巻線の７層分を示して
おり、巻線は図の左から右釦巻回される。巻枠（，７１
には、その外周面に厚さＳの分割突状（３ａ）が複数形
成されており、隣りあう分割突状（３ａ）間に／プロ２
ク分のコイル巻線、（コａ）が巻回される。主コイル−
）は、全て長さｔのブロック忙分割されている。また、
各ブロック内に残余の空間があるときは詰物、（３）を
施し、その長さをΔｔで表わしている。各ブロック内の
コイル巻線（コａ）の巻数は同じである。従って、詰物
（！ｒ）の幅Δｔは。

線材の幅のバラツキ忙よって変化するので１通常は、各
々のブロックで詰物（３）の幅Δｔは異なる。

ただし、各ブロックの長さｔの分割突状（３ａ）の厚さ
Ｓは、一定直である。主コイル−）の中心部には、高均
一磁界領域（りが形成される。この高均一磁界領域（４
’）の中忙は、軸方向２、半径方向ｒの座標系にｒ−Ｚ
を示した。また、１つのブロック内ノコイル巻１１Ｊ（
２ａ）と、他の１つのブロック内のコイル巻線（コａ）
は、直列接続されている場合と。

全く独立して異なる励磁電源（図示しない）に接続され
ている場合とがある。

以上のよう忙構成された主コイル（２）は、各ブロック
の長さｔ、および各ブロックのコイル巻８（Ｊａ）の巻
数が同じなので、ｌブロック当りで見たｉ光密度１がほ
ぼ一定釦なり、Ｚ軸方向の場所忙よって変化しない。各
ブロックの長さｔを主コイル（２）の半径に比べて十分
小さくすれば、主コイル（２）の巻線断面内の電流密度
１の分布はほぼ一様とみなすことができ、均一な発生磁
界が得られる。

ここで、主コイル（２）の電流密度１の、主コイル（２
）断面内の分布が磁界の均一度忙与える影響について考
察する。第グ図は、主コイル（２）のＪ［ｋ使用する超
電導線材の線材幅の基準寸法からのずれΔＷの実測直を
示す。ここで、線材の断面寸法は／ｆｉのオーダであり
、線材長はｋｍのオーダである。

線材幅の基準寸法からのずれΔＷ、すなわち線材幅のバ
ラツキの範囲はコＯμ鳳で、そのバラツキは、線材その
ものの仕上げ精度と、線材表面に施す電気絶縁物の厚さ
の精度とによって決まる。第す図に示した線材幅めバラ
ツキは、線材の製造技術からみて、これ以下の値とする
のは困雅である。線材の厚さのバラツキも幅のバラツキ
と同様である。

このように、＠材の幅にバラツキのある線材を主コイル
（２）ｋ使用した際の一般的な巻線断面を拡大して図式
的に示したものがｚｔｒ図である。同図は巻枠（３）　
Ｉｃ巻かれた。１層分のコイル巻線（コＡ）の巻線断面
のみを表わし、Ｚ軸方向の単位長当りの巻数が場所によ
って異なることを示している。

各ターンには同一電流が流れているので、Ｚ軸方向の各
場所によって電流密度１が異なることになる。いま、ｚ
軸方向忙対する電流密度１（ΔＷ）を次式で定義する。

１（Δ、）＝ （ｖ６＋ΔＷ） ここで、Ｉ：主コイル電流値。

Ｗｏ：線材の基準幅。

ΔＷ：ｌ！材幅の基準＠Ｗｏからのずれ、いま、線材幅
をｗ６　＝／　ｙｍ　　、線材幅のずれをΔＷ＝±３μ
”？１ｃｅ４を基準電流直として電流密度１を求めてみ
ると、 １（＋お講）／１（の≧／−！ｒｘｔ□Ｊ１（−！μ員
）／１（の字／＋ｋＸ１０　　’となる。すなわち、第
ダ図に線材幅の精度を示したような、実用的に得られる
コイル巻線を用いて主フィル（２）を巻回した場合、そ
の電流密度１は、場所によって基準ｆｌ！［１（のに対
して、ｉ　Ｘ　ＩＱ　Ｊ程度の範囲で変動する。主コイ
ルＣ２）の発生する磁界は。

電流密度１に対応して変化するので、ここで示したよう
な電流密度変化については、基準磁界に対してｌσ−Ｊ
程度のオーダで変動することｋなる。

なお、線材の厚さのバラツキ忙よっても同様のことが生
じる。ＮＭＲ（核磁気共鳴）現象等忙必要とされる高均
一磁界超電導コイルにおける磁界の均一度は、試料位置
において１６１以下であることが必要といわれている。

従って、このような高均一磁界を実現するためには、上
述したように等間隔に設置された分割突状（３ａ）間に
同巻数のコイル巻線（コａ）を施して、線材の幅のバラ
ツキによる昌界均一度への影響を小さくしていた。

〔発明が解決しよ５とする問題点〕 従来の超電導コイルは以上のように分割突状が等間隔に
構成されているので、各ブロックにおける電流密度１が
異なる場合、すなわち１例えば中心に近いブロック程、
電流密度１が小さく、外側のブロック程、電流密度１が
大きくなる超電導コイル等の場合には、電流密度１０大
きいブロックは、高均一磁界領域忙与える影響が電流密
度の低いブロックのそれよりも著しく大きく、このため
巻線の幅のバラツキによる高均一磁界領域に与える悪影
響も大きくなるため１発生磁界の均一度が低下するとい
う問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためにな−された
もので、各ブロック毎での電流密度１が異なる場合でも
、均一度の高い磁界を発生する主コイルを備えた超電導
コイルを得ることを目的とする。

また、この発明の別の発明は、上記目的に加えて巻枠を
各ブロックに分割する分割突状を不要にした主コイルを
備えた超電導コイルを得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明忙係る超電導コイルは、主コイルの各ブロック
における電流密度とブロックの幅との積がほぼ等しくな
るよう忙した。

また、この発明の別の発明に係る超電導コイルは１分割
突状のない巻枠に複数の巻線ブロックを巻回し、各巻線
ブロックと隣接する巻線ブロックとの間の残余の空間に
は詰物を施して主コイルを構成した。そして巻線ブロッ
クおよびその巻線ブロックのための詰物からなるブロッ
クのおのおのにおける１に光密度とブロックの幅との積
がほぼ等しくなるようにした。

〔作　用〕

この発明においては、各ブロックにおける電流密度とブ
ロックの幅との積かはぼ等しくなるようにしたので、ブ
ロックでの電流密度が異なる場合忙も、線材幅のバラツ
キに起因する高均一磁界領域への各ブロックからの悪影
響が均等化される・また、この発明の別の発明において
は１分割突状のない巻枠で、上記発明を実施することに
より。

線材幅のバラツキに起因する高均一磁界領域への各ブロ
ックからの悪影響が均等化されると共に。

巻枠が形状の単純なものですむ。

〔実施列〕　。

第１図はこの発明の超電導コイルの一実施例を示す断面
図であり、　（／／）は超電導コイル、（１２）は主コ
イルであり、（１コａ）および（ｌコｂ）はそれぞれこ
の主コイル（ｌ２）の各ブロックに巻回された巻線ブロ
ックの１つを示している。また、（／３）は巻枠、（１
３ａ’）はこの巻枠に形成された分割突状、（ｔＵ）は
高均一磁界領域、（ｌりは詰物である。なお、この場合
も、第５図と同様に磁界補償コイルは省略した。同図は
、主コイル（１２）の各ブロックのコイル巻線を（／２
５Ｌ）、（／コｂ）で代表される巻線ブロックで示して
いる。巻線は図の左から右に巻回され、ブロック内に残
余の空間がある時には詰物（ｌりを施す。巻枠（ｔ３）
ＩｔＣは、ｇＪ図の従来のものと同様にその外周面に厚
さＳの分割突状（／Ｊａ）が複数形成されるが、その間
隔はブロック毎に異なり１例えば、巻線ブロック（ｌコ
ミ）の巻回されたブロックの幅は１１、巻線ブロック（
ｉ２ｂ）の巻回されたブロックの幅はｔＪである。また
１巻線ブロック（ｌコミ）のブロックでの電流密度は１
ハ巻線ブロック（／コｂ）のブロックでの電流密度は１
１として図示した。これらの電流密度１１．ＩＪ等の各
ブロックでの電流密度は。

高均一磁界領域（ハ０を得るために、予め定められてい
る。ここで、各ブロックでの電流密度とは各ブロックの
線材表面の絶縁物の体積、線材間のすきま、詰物（ｊ）
の体積を含む範囲忙対する平均的な電流密度を示してい
る。なお、１つのプロック内の巻線ブロックと、他の１
つのブロック内の巻線ブロックは直列接続されている場
合と、全く独立して異なる励磁電源（図示しない）に接
続されている場合とのどちらでもよい。

巻線ブロック（／２ａ−）のあるブロック、巻線ブロッ
ク（／コｂ）のあるブロックに対して次の条件を満すよ
うに分割突状（ｉＪａ）間の間隔を定める。

１ｔ＊１．ｔ　　＝＝　　１コ脅ｔコ　　　　　　　　
　　　　　　（／１或いは、任意のブロック忙ついては
、次の一般式の条件となる。

ｉｎ−ｔｎ＝１ｍ・ｉｍ　（’ｎ＼ｍ）　　　Ｉ２）こ
こで、ｎ、ｍは各々ｎ番目１ｍ番目のブロックであり、
ｉｎ、　ｉｍはｎ番目２ｍ番目のブロックでの１を流密
塵、　ｔｎ　、　Ａｍはｎ番目１ｍ番目のブロックの幅
である。

上式の単位は、ＭＫＳ系で表わすとＡ　／　ｍ　、又は
Ａ　Ｔ　／　ｍであり、磁界の強さに相当する。従って
。

上式は各ブロック毎の発生磁界の強さを同一に規定する
式である。すなわち、同一の発生磁界ごとに線材のバラ
ツキを分割突状ｒ／、７ａ）により調整している。高均
一磁界領域（／す）内の磁界は、各ブロックの発生磁界
の重ね合わせである。従って。

各ブロックごとの発生磁界が同一であるから、高均一磁
界領域（ｔ４Ｉ）への影響も均等であり、成る１つのブ
ロックの影響が著しく大きくて、結果的に磁界の均一度
が低下するということがない。

また、第２図にはこの発明の別の発明の一実施例を示す
断面図を示した。同図において、（，２／）は超電導コ
イル、（コニ）は主コイルであり、（ココａ）および（
−−ｂ）はそれぞれこの主コイル（ユ２）の各ブロック
に巻回された巻線ブロックの１つを示している。また、
（コ３）は巻枠、（コク）は高均一磁界領域、　（１！
ｒ）は詰物である。なお、この場合も磁界補償コイルは
省略されている。第２図の超電導コイル（コ／）におい
て、第１図の超電導コイル（１１）と大きく異なるとこ
ろは巻枠（２３）に分割突状がないことであり１巻枠（
コ３）には（２コａ）。

（２コｂ）で代表される各巻線ブロックが巻回され、か
つこれらの巻線ブロックの残余の空間忙は詰物（コＳ）
が施されている。ここで、以下の説明のため忙、１つの
巻線ブロックおよびその残余の空間をうめる詰物（コり
からなるものをブロックとする・巻線ブロック（ココＩ
！Ｌ）のブロックの幅はＬ３、巻線ブロック（ココｂ）
のブロックの幅ｔりであり、これらのブロックでの電流
密度は、高均一磁界領域（コク）を得るために、それぞ
れｉ、ｚ、ｉｓと予め定められている。従って、第１図
の超電導コイル（１１）の時と同様に、巻線ブロック（
λコ２）のブロック、巻線ブロック（ココｂ）のブロッ
クに対して１次の条件を満すようにこれらの幅ｔＪ、ｔ
−参を定める。

ｉＪａｌＪ　＝　　１ダ・を参　　　　　　　　　　　
　（３）さらに、任意のブロックに対する一般式は、上
記（２）式と同じになる。

但し、第２図の超Ｎ１導コイル（２１）においては。

分割突状が無いためｋ、第１図の超電導コイル（１１）
ｋ比べて分割突状の幅Ｓｋ相当する部分のアンペアター
ンが増大していることになる。従って、第１図の超電導
コイル（１１）の場合と比較してみた場合の一般式は。

ｉｎ”（ｔｎ＋　８　）＝　　ｉｍ・（ｔｍ　＋Ｓ）　
（＜ｃｌと表わすことができる。また、この場合も、１
つの巻線ブロックと他の巻線ブロックは直列接続されて
いる場合と、全く独立して異なる励磁電源（図示しない
）ＶＣ接続されている場合とのどちらでもよい。

なお、！／図およびｇＫコ図の実施例では超電導コイル
の場合忙ついて説明したが、常電導コイルの場合でもよ
く、上記実施列と同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上のよう釦、この発明によれば、各ブロックにおける
電流密度が異なる超電導コイルにおいても、各ブロック
の幅を、それぞれのブロックにおいてブロックの幅と電
流帯゛度の積がほぼ等しくなるよう忙決めたので、高均
一磁界領域への各ブロックからの巻線のバラツキによる
影響が一様となり、磁界均一度の高い超電導コイルが得
ら゛れるという効果がある。

また、この発明の別の発明においては、上述した効果と
共に、さらに分割突状のない巻枠を用いるようにしたの
で、より安価な超電導コイルが得られるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図はこ
の発明の別の発明の一実施例を示す断面図、ＩＥ、７図
は従来の超電導コイルを示す断面図、ｇａ図は一般に得
られるコイル線材のバラツキを示す線図、第５図はコイ
ル巻線のバラツキを示すための一般的なコイル巻線の断
面図である。 図において、（ｔｉ）、（コｌ）は超電導コイル、（１
２）。 （コ２）は主コイル、（１コａ）＋（ｔコｂ）、（ココ
ａ）、（ココｂ）は巻線ブロック、（ｔ３）、（コ３）
は巻枠、（ｔＪａ）は分割突状、（／１．（コク）は高
均一磁界領域。 （ｉｓ）、（λ３）は詰物である。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 革１図 １１　：　Ｅ電導コイル １２：　　主フィル １２ａヒ１２ｂ　　：　　ＩＩ！−諌フ”０咋り１３　
　：　　８’ｆ９ １３ａ　　：　　ｆ？Ｊ突択 １５：　　頷物 ホ２図 ２１：［を導コイル ２２：　　主）４ル Ｚ２ａと２２ｂ　：　塾β艮７”ｏ叩り２３：　要砕 ２５　　’　　ｔｉ　しｍ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）巻枠と、この巻枠に形成され上記巻枠を軸方向に
   複数のブロックに分割する少なくとも１つの分割突状と
   、上記分割突状で分割された各ブロック内に巻回された
   巻線ブロックとからなる主コイルを備えた超電導コイル
   において、上記各ブロックにおけるブロックの幅と電流
   密度の積がほぼ等しいことを特徴とする超電導コイル。
2. （２）巻線ブロックを有するブロックの残余の空間に詰
   物を施したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の超電導コイル。
3. （３）各巻線ブロックが順次直列に接続されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   超電導コイル。
4. （４）各巻線ブロックが電気的に独立して分割されたコ
   イルであることを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の超電導コイル。
5. （５）巻枠と、この巻枠を軸方向に複数のブロックに分
   割して、こゝに巻回された複数の巻線ブロックと、各ブ
   ロックの残余の空間をうめる詰物とからなる主コイルを
   備え、上記各巻線ブロックおよびその巻線ブロックの詰
   物からなる上記各ブロックにおけるブロックの幅と電流
   密度の積がほぼ等しいことを特徴とする超電導コイル。
6. （６）各巻線ブロックが順次直列に接続されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第５項記載の超電導コイル
   。
7. （７）各巻線ブロックが電気的に独立して分割されたコ
   イルであることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載
   の超電導コイル。