JPS63126205A - 化合物系超電導磁石 - 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】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は、パルス磁場の発生に使用する超電導磁石に関
し、殊に渦電流の形成による発熱を回避し、且つ５００
℃以上の熱処理にも耐え得る様な構造の化合物系超電導
磁石に関するものである。

［従来の技術］ パルス磁場発生に用いる超電導磁石（以下パルス超電導
磁石という）においては、超電導線材自身の交流損失を
低減させることが要求されるだけでなく、巻枠や線材間
スペーサ等の構造部材における交流損失をも砥下させる
必要がある。即ち上記構造部材が金属等の導電体からな
る場合、パルス磁場の下では磁界の変化によって渦電流
が誘導され、構造部材の発熱が起こる。その結果、超電
導状態を維持する目的で冷媒例えば液体Ｈｅによって冷
却されている超電導磁石が内部加熱されることになり、
このときの発熱量が液体Ｈｅによる冷却熱量を上回ると
臨界温度を超えて超電導状態から常電導状態に転移する
ことになる。従ってパルス超電導磁石においては構造部
材形成材料として渦電流の発生を防止し得る材料を使用
する必要がある。尚超電導線材自身の交流損失による発
熱は、巻線層の各層間に冷却チャンネルを設け、冷媒を
流通させることによって抑制されており、前記スペーサ
は冷却チャンネルを設ける為に使用されるものである。

ところで従来のパルス超電導磁石においては、Ｎｂ−Ｔ
ｉ等の合金系超電導線材が巻線として使用されており、
これら合金系線材の場合には巻回による歪の付加によっ
て線材の超電導特性が劣化する恐れはない為超電導線材
をそのまま即ち後述する様な熱処理を施すことなく巻枠
に巻回するこ　、とができた。従って磁石構造部材とし
ては渦電流の発生がないという理由からＦＲＰ等の樹脂
系絶縁材が使用されていた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかるに近年、より高いパルス磁場を発生する超伝導磁
石の需要が増加しつつあることや温度マージン（臨界温
度を超えるまでの温度的余裕）を確保することの必要性
等から、合金系超電導線材よりも臨界温度が高く超電導
特性の優れたＮｂ３Ｓｎ等の化合物系超電導線材の使用
が望まれる様になってきた。ところがＮｂ、Ｓｎ等の化
合物系超電導線材では０．５〜１．０％の歪を与えると
急激に超電導特性が劣化するという欠点がある。従って
マトリックス中にＮｂ３Ｓｎの生成した線材をそのまま
巻枠に巻回すると歪が加えられて上記欠点が生じるので
実際問題としては巻回することができない。そこで化合
物系超電導磁石の形成に当たっては、末だＮｂ、Ｓｎ等
の超電導化合物が生成していない段階で線材を巻枠に巻
回し、しかる後５００℃以上の高温熱処理を行って超電
導化合物を線材中に生成させる手法が採用されている。

この様に化合物系超電導磁石においては、製造過程で高
温熱処理を施すことが不可欠である為に、従来の合金系
超電導線材に使用されていた樹脂系絶縁材料を磁石構造
材料として使用することができないという問題点があっ
た。

本発明はこうした事情に着目してなされたものであって
、渦電流の発生による発熱を回避し、且つ超電導化合物
生成の為の熱処理にも耐え得る様な構成の化合物系超電
導磁石を提供することを目的とするものである。

［問題点を解決する為の手段］ しかして上記目的を達成した本発明の化合物系超電導磁
石は、巻線間に配置されるスペーサ及び／又は巻枠がセ
ラミックス材料より構成されてなる点に要旨を宥するも
のである。

［作用］ パルス超電導磁石の超電導材料として超電導特性の優れ
た化合物系超電導線材を使用する場合には、前述の如く
線材巻回の歪による超電導特性の劣化が問題となり、超
電導物質生成済みの線材を巻枠に巻回して超電導磁石を
形成することができない。そこで超電導化合物生成の線
材を巻枠に巻回した後熱処理を行ない超電導物質を生成
させる手法を採用する訳であるが、本発明においては、
上記熱処理に耐え得ることを第１の条件として磁石構造
部材用素材を探求した。また超電導磁石においては超電
導性の維持が最大且つ不可欠の要件であり、超電導性を
阻害する様な温度上昇要因は排除しなければならない。

この観点からすれば渦電流の発生による発熱を回避し得
る様な磁石構造材料を選択しなければならず、これが第
２の条件となる。

又磁石構造部材としては巻枠を構成する側板や巻軸の他
、前記で述べた冷却チャンネル形成用のスペーサが必要
となる。さらに側板の内側面にはスペーサの位置ずれを
防止する為のスペーサ嵌挿溝が放射状に形成されるのが
一般的であり、該嵌挿溝には冷媒導入孔が穿設されるこ
とが多い。この様に磁石構造部材はある程度形状が複雑
な部材あるいは小部材からなる為、該構造部材作製に際
しては成形性の良好な素材が要望される。さらに磁石形
状を保持する上で最低限の剛性が要求され、その上スペ
ーサ等の数はかなりの数に及ぶので製作コストも廉価で
あることが望まれる。

本発明においてはこうした種々の条件を満足する素材と
してセラミックス材料を使用する。ここでいうセラミッ
クス材料は、難溶融性、耐熱性。

非反応性等を備えたイオン結合物質あるいは共有結合物
質であって溶融法、焼結法、気相析出法等により成形さ
れる材料を指す。該セラミックス材料の種類については
特に制限がなく、例えばＡ　１２０３　、ＭｇＯ，Ｍｇ
Ｏ２，ＣａＯ２゜ＺｒＯ２，Ｓ　ｔｏ２．Ｙ２Ｏ３等の
酸化物系、ＳｉＣ，Ｂ４Ｃ，Ｔｉｃ等の炭化物系、５ｔ
３Ｎ４．ＢＮ等の窒化物系、ＴｉＢ２等のほう化物系、
ＭＯＳｉ２等の珪化物系セラミックス材料等並びにこれ
らの複合材料を挙げることができる。尚磁石構造部材全
体をセラミックス材料で形成することが望ましいが、巻
枠あるいはスペーサのいずれか一方だけをセラミックス
材料で形成した場合にも相当の効果を得ることができる
。

［実施例コ 第１図は本発明に係る超電導磁石の一般的構成を示す斜
視説明図で、巻枠を構成する巻軸１及び側板２並びにス
ペーサ３はセラミックス材料で形成されており、側板２
にはその内面側に放射状に配列されたスペーサ固定溝４
が設けられると共にスペーサ固定溝４同士に挟まれる側
板内面に液体Ｈｅ導入孔５が穿設されている。超電導磁
石Ｍを形成するに当たりては上記巻枠の巻軸１部分に超
電導物質の生成していない線材Ｗを巻回すると共に、−
要分の線材Ｗを巻き終ると巻線層の上に両端が各スペー
サ固定溝４に夫々嵌り込む様に周方向に均等に複数本の
スペーサ３を装着し、こうして装着されたスペーサ３の
上部に次の線材Ｗを巻回して巻線層を形成する。以下同
じ操作を繰り返すことによって巻線層同士がスペーサ３
により離間された状態の巻線体が得られる。次いで該巻
線体を５００℃以上の高温で所定時間熱処理すると、超
電導物質の生成した化合物系超電導磁石を得ることがで
きる。尚該超電導磁石の使用に当たっては、液体Ｈｅ導
入孔５から液体Ｈｅを導入し、スペーサ３によって離間
された巻線層内の空隙に液体Ｈｅを流通させ、超電導線
材を臨界温度以下に冷却しつつ超電導線材にパルス電流
を流すと磁界を形成することができる。

実施例 第１図に示す構成の超電導磁石の巻軸１．側板２、スペ
ーサ３をＡ１□０３のみで作製した。巻枠の寸法は内径
３４ｍｍφ、外径２４０　ｍｍφ１巻線部長さ１６０ｍ
ｍである。線径０．２６＋ｎｍ＋の未反応Ｎｔｌ）＋Ｓ
ｎ線（ブロンズ法で作製）を２１本撚りし、さらにガラ
ス被覆した線材を巻枠にソレノイド巻きした。各層間に
は厚さ２ｍ＋ｎのスペーサを設けた。この様にして作製
した磁石をＡｒ雰囲気中で、７５０℃×１６８時間熱処
理してＮｂ３Ｓｎを生成させ、超電導磁石（実施例１）
とした。

比較の為巻枠をＡｌ２Ｏ３で作製し、スペーサを非磁性
ステンレス５ＵＳ３０４ＬＮで作製した磁石（実３ｆｔ
ｉ例２）、さらに巻枠及びスペーサを共に５ＵＳ３０４
ＬＮで作製した磁石（比較例）を上記と同一条件で熱処
理した。

これらの超電導磁石をガラスデユワ−中に設置し、液体
Ｈｅを導入して完全に浸漬した。これらｌｌｉｌ石に夫
々立上り（下げ）０．１秒でピーク値２００Ａのパルス
電流を５０パルス流し、パルス電流通電前後の液体Ｈｅ
の液面差を測定し、磁石の交流損失を評価した。

上記３ｆ！１の超電導磁石の交流損失を比較すると、比
較例の超電導磁石の交流損失に比べて、実施例１の超電
導磁石は約１７２０、比較例の超電導磁石は約１７１０
の交流損失を示した。即ち本発明によると、パルス超伝
導磁石において渦電流発生による発熱が大幅に抑制され
、安定したパルス磁場を得ることができる。

また上記実施例と同様の構造をもつ巻枠及びスペーサを
、ＢＮ、Ａ１２０３−１％ＺｒＯ，。

Ｚ　ｒ　Ｏｚ−０，５％Ｙ２Ｏ３で夫々作製し、超電導
磁石を構成したところ実施例１　（巻枠及びスペーサ：
Ａ１２０３）と同様の結果が得られ、交流損失に遜色が
なかった。特にＢＮを用いた場合、他のセラミックス材
料と異なり、スラリーを型枠に鋳込み、焼成することな
く板状及び円柱状のＢＮ材を得、これを機械加工するこ
とによって巻枠あるいはスペーサを作製することができ
るので製造工程が簡素であるという利点が得られる。

［発明の効果コ 本発明は以上の様に構成されており、化合物系超電導磁
石を製造する際に不可欠な高温熱処理を加えても強度劣
化、歪等を起こさず、しかも使用時の交流損失も少ない
化合物系パルス超電導磁石を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超電導磁石の構成を示す斜視説明
図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　巻線間に配置されるスペーサ及び／又は巻枠がセラミ
   ックス材料より構成されてなることを特徴とする化合物
   系超電導磁石。