JPS63196016A

JPS63196016A - 超電導コイル

Info

Publication number: JPS63196016A
Application number: JP2875587A
Authority: JP
Inventors: Chizuru Suzawa; 須澤　千鶴
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1987-02-09
Filing date: 1987-02-09
Publication date: 1988-08-15

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、放熱性（冷却性）を向上させた超電導コイ
ルに関する。なお、この発明を適用するコイルの形式は
特に限定されないが、以下の説明は、便宜上、パンケー
キ巻きコイルとソレノイドコイルを例にとって行なう。

（従来の技術とその問題点）周知の超電導マグネットの中に、第２図に示すように、
ダブルパンケーキ巻きコイル１を、第３図に示すように
、複数個積み重ねて形成されるものがある。このマグネ
ットは、巻枠２上に巻かれたダブルパンケーキコイルの
各パンケーキ巻ｗＡ３．３間及びダブルパンケーキコイ
ル１．１間に電気絶縁のための中間スペーサ４と、コイ
ル層間スペーサ５を必要とする。シングルパンケーキコ
イルを積層して構成されるマグネットもあるが、この場
合にも、各コイルの積層界面部に絶縁スペーサを必要と
する。これ等のスペーサは、単に電気絶縁のためだけで
な（、コイル内部の冷却性の向上のためにも利用されて
いる。即ち、一般的には、第４図に示すように、スペー
サ４又は５間に、液体ヘリウムの流入する冷却チャネル
６が作られる。

さて、通常、厚みを０．５〜１０ｍ程度にする上述のス
ペーサ４．６には、従来、（１）ＦＰＲ（これが一般的
）、ベークライト等の有機絶縁物から成るもの、（２）
金属基材の表面にポリエステル、テフロン、ポリイミド
等の有機材フィルムを貼付したもの、或いは、（粉セラ
ミック製のものが用いられているが、有機材から成る（
１）、偉）のスペーサは、いずれも耐熱性がないため、
例えば、Ｎｂ５Ｓｎ、ＶｓＧａ等の化合物超電導体を用
いたマグネットの場合、７００〜８００℃程度に加熱さ
れるコイルの熱処理前の組付けが許容されず、従ってダ
ブルパンケーキコイルの中間スペーサ４には使用できな
いと言う問題があった。

一方、（３）のスペーサは、熱処理に耐えるが、大型の
コイルに適用し得るサイズが見当らず、しかも、耐衝撃
性に問題があり、機械的特性に劣っている。

また、更に大事なことは、有機材料やセラミツブりは、
伝熱性が悪く、コイルの熱を良好に液体ヘリウム部に伝
播し得ないため、マグネットの使用時、或いは常温から
液体ヘリウム温度への冷却時における冷却性に優れず、
マグネットの信鱈性確保や液体ヘリウム消費の面で問題
があった。

他の形式のコイルについても同じことが言える。

例えば、ＮｂＴｉ１電導線を用いたソレノイド巻きコイ
ルの多くは、第５図に示すように、巻線７０眉間に、ポ
リエステルフィルムやカプトンフィルムをスペーサ８と
して巻き込んでいるが、これ等のフィルムも有機材であ
るため、コイルの放熱に寄与するところは非常に少ない
。

この発明は、超電導コイルの信鯨性、安定性、製作性を
向上させるために、上述した如きスペーサに、優れた電
気絶縁性、放熱性、耐熱性を付与することを目的として
いる。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の超電導コイルは、第１図に示すように、金属
基材１１の表面に、ダイヤモンド等の良伝熱性無機質絶
縁薄膜１２をコーティングしたものを絶縁スペーサ１０
となし、このスペーサを、前述の中間スペーサ４、コイ
ル層間スペーサ５、！！線間スペーサ８等に代えて電気
絶縁の必要な巻線の眉間或いは積層コイルの積層界面部
等に挿入したことに特徴づけられる。

なお、基材１１の金属としては、銅、アルミニウム、ス
テンレスなどが挙げられるが、スペーサ１０全体の熱伝
導率を上げるため社は、機械的強度に問題のない範囲で
、極力熱伝導率の高い銅等を選択するのが望ましい。

また、巻線の眉間に巻込むものは、線材とのなじみ性を
良くするため、銅箔に上記の薄膜１２をコーティングし
てシート状に形成する。

このほか、薄膜１２は、必要に応じて巻枠のコイル接触
面（第２図の巻枠の場合は巻胴の外周面２ａ、第５図の
巻枠の場合は、巻胴外周２ａとフランジ内面２ｂ）にも
コーティングしてよい。

〔作用〕

ダイヤモンド、アモルファスダイヤモンド、アルミナ、
アモルファスアルミナ等の無機質絶縁薄膜は、近年、急
速の進歩を遂げている気相成長法、具体的には、プラズ
マＣＶＤ法やマイクロ波ＣｖＤ法等によって基材上にコ
ーティングすることができる。

また、その薄膜のうち、特に、ダイヤモンドは、第１表
と第６図を見て判るように、絶縁性に優れ、かつ、熱膨
張係数が小さい、一方、熱伝導率は、液体ヘリウム温度
下でも有機絶縁物に比較すれば格段に大きく、良伝熱性
の銅とほぼ同レベルになる。しかも、第７図に示すよう
に優れた耐摩耗性を示し、摩滅の心配が殆んどない。

第１表従って、この発明によれば、スペーサの金属基材上にコ
ーティングした薄膜によって電気絶縁の信頼性が大きく
高められ、また、そのｍｓを伝ってコイル内に発生した
熱が急速に液体ヘリウム中に放散されるため、コイルの
冷却性能も高められることになる。

さらに、ダイヤモンドは、コイルの熱処理温度に耐える
耐熱性を発揮し、このために、スペーサを熱処理前にコ
イル内に組入れることが可能になる。

なお、巻枠のコーティング薄膜は省略してもよいが、こ
の薄膜は、上述の特性により発明の効果を増強する働き
があり、また、そのコーティングは、巻線後に熱処理し
て線材を超電導体にするＷｉｎｄ＆　Ｒｅａｃｔ　（フ
ィンＦアンＦす７クト）法で製造されるコイルにも実施
でき、非常に有効なものと言える。

〔効果〕

以上述べたように、この発明は、コイル内に挿入する絶
縁スペーサを、金属基材の表面に無機質絶縁薄膜のコー
ティングされた構造にして電気絶縁の信頼性を向上させ
、かつ、コイルの冷却性（スペーサを介しての放熱性）
を高めたものであるから、クエンチ時にコイル内に局部
的に生じた熱の拡散性の悪さに起因したコイルの焼損や
、絶縁不良に起因した導体間のカップリングロスの増加
等が効果的に防止される。

また、冷却性の同上効果により、コイル内部に冷熱が良
く伝わるため、コイル内外部間の熱勾配が小さくなり、
従９て、コイルを常温から液体ヘリウム温度に冷却する
際にコイルに働く熱応力も小さくなり、この熱応力によ
るコイルの信頼性の低下も抑制される。

さらに、スペーサは耐熱性を有するので、熱処理前の組
入れが可能になる。また、高温熱処理時には、熱膨張率
が化合物超電導々体のそれに近づくため、この点でも熱
応力の影響が緩和される。

このほか、薄膜の耐摩耗性が高いので、耐久性の向上効
果も期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の超電導コイルに採用する絶縁スペ
ーサの断面図、第２図はダブルパンケーキコイルを示す
断面図、第３図はダブルパンケーキコイルを数個積み重
ねてマグネフ）を形成する際のスタック状態を示す断面
図、第４図は第２図及び第３図のコイルにおけるズペー
サの配置パターンの一例を示す図、第５図はソレノイド
巻コイルの断面図、第６図はダイヤモンドの熱伝導特性
を銅と比較して示すグラフ、第７図はダイヤモンドの耐
摩耗性を示すグラフである。１・・・・・・ダブルパンケーキコイル、２・・・・・
・ｔ’８．３・・・・・・パンケーキ巻線、４・・・・
・・中間スペーサ、５・・・・・・コイル層間スペーサ
、６・・・・・・冷却チャネル、７・・・・・・ソレノ
イド巻線、８・・・・・・巻線の眉間スペーサ・１０・
・・・・・絶縁スペーサ、１１・・・・・・金属基材、
１２・・・・・・無機質絶縁薄膜。

Claims

【特許請求の範囲】

　金属基材の表面に、ダイヤモンド等の良伝熱性無機質
絶縁薄膜をコーティングして絶縁スペーサとなし、この
スペーサを、電気絶縁の必要な巻線の層間或いは積層コ
イルの積層界面部等に挿入して構成される超電導コイル
。