JPWO2020067335A1 - 酸化物超電導コイルおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2018年9月28日に日本に出願された特願2018-184171号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
前記補強線材が導電性の金属から構成されていてもよい。
前記補強線材が電気絶縁性及び離型性を有する材質から構成されていてもよい。
前記酸化物超電導線材の少なくとも一部において、前記酸化物超電導線材と前記補強線材とが電気的に接続していてもよい。
前記補強線材の長手方向に、5MPa以上、0.2%耐力以下の引張応力が印加されていてもよい。
前記補強線材を、前記酸化物超電導線材の外周側に配して共巻きしてもよい。
前記補強線材の長手方向に、引張応力を印加しながら共巻きしてもよい。
巻回単位3における酸化物超電導線材1,1A,1Bおよび補強線材2の本数は特に限定されず、それぞれ少なくとも1枚以上であればよい。以下の説明では、巻回単位3に含まれる本数を区別せず、酸化物超電導線材1および補強線材2という場合がある。
酸化物超電導線材1と含浸樹脂4との間は、補強線材2が介在せずに接着できるので、酸化物超電導線材1は、含浸樹脂4を介して酸化物超電導コイル5の外部と十分な熱接触を得ることができる。これにより、酸化物超電導線材1の急激な温度上昇に対しても、局所的な焼損が抑制され、酸化物超電導コイル5のクエンチを防ぐことができる。
図3における紙面左右方向は、酸化物超電導線材10の幅方向に相当する。厚さ方向のいずれがコイル径方向の外側または内側でもよい。
この酸化物超電導線材10は、基板11の厚さ方向の一方の主面上に、中間層12を介して超電導層13が形成された積層構造を有する。本実施形態の場合、超電導層13の上には金属からなる保護層14が形成されている。酸化物超電導線材10の厚さ方向には、基板11、中間層12、超電導層13、保護層14が、この順に積層されている。
基板11を構成する金属の具体例として、ハステロイ(登録商標)に代表されるニッケル合金、ステンレス鋼、ニッケル合金に集合組織を導入した配向Ni−W合金などが挙げられる。基板11の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良く、例えば10〜500μmの範囲である。
電気絶縁性の効果を奏するように電気絶縁層22を設ける領域としては、例えば、補強線材2が酸化物超電導線材1と対向する側の面が挙げられる。電気絶縁層22が、所定の領域にベタ状に設けられてもよく、点状、帯状、網状、格子状等の分布を有してもよい。例えば、補強線材2の幅方向において電気絶縁層22を省略してもよい。
離型性の効果を奏するように離型層23を設ける領域は特に限定されず、補強線材2が酸化物超電導線材1または含浸樹脂4に対して長手方向に離型(分離)が可能であればよい。離型層23が、所定の領域にベタ状に設けられてもよく、点状、帯状、網状、格子状等の分布を有してもよい。補強線材2の長手方向において、離型層23が連続的に設けられてもよく、間欠的に設けられてもよい。
電気絶縁性離型層24は、電気絶縁層22と離型層23の効果を奏する領域に設けられればよい。
電圧計41は、超電導線材コイル31と補強線材コイル32との間の端子電圧を測定し、酸化物超電導コイル30に生じる抵抗電圧を検出する。
制御部42は、クエンチが発生したと判断すると、電流源45から供給される電流を減衰モードへと移行させる。
1枚の希土類系酸化物超電導線材(幅4mm、厚さ0.13mm)と、絶縁処理を施したSUSテープ(幅4mm、厚さ0.1mm)とを共巻きし、半製品のシングルパンケーキコイル(内径30mm、外径60mm)を作製した。共巻きの際、SUSテープの巻線張力は300MPaとし、酸化物超電導線材の巻線張力は25MPaとした。SUSテープの外周の絶縁は、ポリイミドテープの2重ラップ巻きによって施した。SUSテープからなる補強線材の最外周に離型層が構成されるように、外側のポリイミドテープの片側にフッ素樹脂コートを設けた。共巻き後にエポキシ樹脂を用いて真空含浸により半製品コイルに含浸樹脂を施した。樹脂が含浸された後のコイルに熱処理を施して、酸化物超電導コイルを完成させた。
液体窒素を用いて酸化物超電導コイルを77Kまで冷却し、超電導コイルの通電試験を実施した。劣化基準となるn値が25と高い値を示し、健全であることが確認された。
実施例1の効果を確認するため、離型層のフッ素樹脂コートを設けないこと以外は実施例1と同じ条件で、酸化物超電導コイルを作製した。
液体窒素を用いて酸化物超電導コイルを77Kまで冷却し、超電導コイルの通電試験を実施したところ、n値が5と低い値を示し、劣化していることが示された。
2枚の酸化物超電導線材をバンドルして、絶縁処理を施したハステロイ(登録商標)からなるNi合金テープと共巻きし、ダブルパンケーキコイルを作製した。Ni合金テープにはワニス絶縁を施し、片側にシリコーングリースを塗布して離型層を形成した。Ni合金テープの巻線張力は400MPaとし、酸化物超電導線材の巻線張力は25MPaとした。エポキシ樹脂を用いて塗巻含浸を施し、酸化物超電導コイルを完成させた。
液体窒素を用いて酸化物超電導コイルを77Kまで冷却し、超電導コイルの通電試験を実施したところ、n値が20と高い値を示し、健全であることが確認された。また、この酸化物超電導コイルを5Tの磁場中で500A通電したところ、77Kにおけるn値が低下せず、高い電磁力環境においても強い耐性を有することが確認された。
Claims (9)
- 少なくとも1枚以上のテープ状の酸化物超電導線材と、
外周に電気絶縁性および離型性を有する補強線材とを備え、
前記酸化物超電導線材と前記補強線材とが共巻きされ、
前記酸化物超電導線材と前記補強線材との間に樹脂が充填されている
酸化物超電導コイル。 - 前記補強線材の外周に、電気絶縁層および離型層を含む積層構造、または電気絶縁性および離型性を兼ね備える層が設けられている
請求項1に記載の酸化物超電導コイル。 - 前記補強線材が導電性の金属から構成されている
請求項1または2に記載の酸化物超電導コイル。 - 前記補強線材が電気絶縁性及び離型性を有する材質から構成されている
請求項1または2に記載の酸化物超電導コイル。 - 前記酸化物超電導線材の少なくとも一部において、前記酸化物超電導線材と前記補強線材とが電気的に接続している
請求項1〜4のいずれか1項に記載の酸化物超電導コイル。 - 前記補強線材の長手方向に、5MPa以上、0.2%耐力以下の引張応力が印加されている
請求項1〜5のいずれか1項に記載の酸化物超電導コイル。 - 少なくとも1枚以上のテープ状の酸化物超電導線材と、外周に電気絶縁性および離型性を有する補強線材とを共巻きする工程と、
前記酸化物超電導線材と前記補強線材との間に含浸樹脂を供給する工程と、を有する
酸化物超電導コイルの製造方法。 - 前記補強線材を、前記酸化物超電導線材の外周側に配して共巻きする
請求項7に記載の酸化物超電導コイルの製造方法。 - 前記補強線材の長手方向に、引張応力を印加しながら共巻きする
請求項7または8に記載の酸化物超電導コイルの製造方法。
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