KR20140043404A

KR20140043404A - 초전도 코일, 초전도 마그넷, 및 초전도 코일의 제조 방법

Info

Publication number: KR20140043404A
Application number: KR1020137034146A
Authority: KR
Inventors: 에이사쿠 우에노; 다케시 가토
Original assignee: 스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2014-04-09
Also published as: DE112012002309T5; JP2012248727A; CN103563017A; CN103563017B; WO2012165085A9; US9171660B2; JP5879749B2; US20140031235A1; KR101867122B1; WO2012165085A1

Abstract

내주부는 각각이 띠형상을 갖는 제 1 및 제 2 초전도 선재(11, 12)의 한쪽이 권회되는 것에 의해서 형성되어 있다. 외주부는 제 1 및 제 2 초전도 선재(11, 12)의 다른쪽이 내주부의 주위에 권회되는 것에 의해서 형성되어 있다. 용접부(74)는, 내주부 및 외주부 사이에 있어서 제 1 및 제 2 초전도 선재(11, 12)를 용접에 의해서 서로 접합하고 있다. 제 1 초전도 선재(11)는 제 2 초전도 선재(12)에 비하여 강도가 크다. 제 2 초전도 선재(12)는 제 1 초전도 선재(11)에 비하여 얇다.

Description

초전도 코일, 초전도 마그넷, 및 초전도 코일의 제조 방법{SUPERCONDUCTING COIL, SUPERCONDUCTING MAGNET, AND METHOD FOR MANUFACTURING SUPERCONDUCTING COIL}

본 발명은 초전도 코일, 초전도 마그넷, 및 초전도 코일의 제조 방법에 관한 것이다.

일본 특허 공개 제 2008-153372 호 공보에 의하면, 띠형상을 갖는 비스무트계 초전도 선재가 권회되는 것에 의해서 형성된 초전도 코일이 개시되어 있다. 초전도 선재는 직선부 및 원호부를 갖는 레이스 트랙 형상을 이루도록 권회되어 있다.

일본 특허 공개 제 2008-153372 호 공보

초전도 코일의 제조 중 또는 사용 중에 초전도 선재에 과도한 응력이 가해지면, 초전도 선재가 손상을 받는 것에 의해 초전도 코일의 신뢰성이 저하할 수 있다. 예를 들어, 초전도 코일의 제조에 있어서 초전도 선재가 권심 주위에 권회될 때에, 감김 시작의 부분, 즉 내주부는, 그 곡률 반경이 감김 종료 부분에 비하여 작아지므로 손상을 받기 쉽다. 이와 같은 손상을 피하려면, 초전도 선재의 두께를 두껍게 함으로써 그 강도를 크게 하면 좋다. 그러나, 통상, 초전도 코일은 소정의 권수(卷數)를 가질 필요가 있으며, 이 경우 초전도 선재가 두꺼워지면 초전도 코일이 커져 버린다. 이와 같이, 소정의 권수를 갖는 초전도 코일에 있어서, 초전도 코일의 신뢰성과 소형화 사이에는 트레이드 오프(trade off)의 관계가 있었다.

그래서, 본 발명의 목적은, 소정의 권수를 갖는 초전도 코일에 있어서, 높은 신뢰성을 확보하면서 초전도 코일을 작게 할 수 있는, 초전도 코일과, 초전도 마그넷과, 초전도 코일의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 초전도 코일은, 산화물 초전도체를 이용한 것이며, 내주부와, 외주부와, 용접부를 갖는다. 내주부는 각각이 띠형상을 갖는 제 1 및 제 2 초전도 선재의 한쪽이 권회되는 것에 의해서 형성되어 있다. 외주부는 제 1 및 제 2 초전도 선재의 다른쪽이 내주부의 주위에 권회되는 것에 의해서 형성되어 있다. 용접부는 내주부 및 외주부 사이에 있어서 제 1 및 제 2 초전도 선재를 용접에 의해서 서로 접합하고 있다. 제 1 초전도 선재는 제 2 초전도 선재에 비하여 강도가 크다. 제 2 초전도 선재는 제 1 초전도 선재에 비하여 얇다.

본 발명의 초전도 코일에 의하면, 내주부 및 외주부 중, 보다 강도가 필요한 쪽을 제 1 초전도 선재에 의해서 형성하면서, 보다 강도가 필요하지 않은 쪽을 제 2 초전도 선재에 의해서 형성할 수 있다. 즉, 보다 강도가 필요한 부분을 강도가 큰 초전도 선재로 형성하면서, 보다 강도가 필요하지 않은 부분을 얇은 초전도 선재에 의해서 형성할 수 있다. 따라서, 소정의 권수를 갖는 초전도 코일에 있어서, 높은 신뢰성을 확보하면서 초전도 코일을 작게 할 수 있다.

내주부는 제 1 초전도 선재가 권회되는 것에 의해서 형성되어도 좋다. 또한, 외주부는 제 2 초전도 선재가 권회되는 것에 의해서 형성되어도 좋다.

이것에 의해, 외주부에 비하여 작은 곡률 직경으로 권회되는 내주부가 강도가 큰 초전도 선재에 의해서 형성된다. 따라서, 곡률 직경이 작은 것에 기인하여 생기는 초전도 선재의 손상을 억제할 수 있다.

용접부에 의해서 서로 접합된 제 1 및 제 2 초전도 선재는 직선부 및 곡선부를 갖는 레이스 트랙 형상을 이루도록 권회되어 있어도 좋다. 또한, 용접부 중 적어도 일부는 곡선부에 위치하고 있어도 좋다.

이것에 의해 용접부 중 적어도 일부는, 초전도 코일의 제조 시에, 곡선부에 위치함으로써, 보다 느슨함이 없이 권회된다. 따라서, 용접부의 위치가 안정화되므로, 권회 시에 용접부가 변위하기 어려워진다. 이것에 의해, 용접부의 변위에 기인하여 용접부의 단부에 제 2 초전도 선재, 즉 얇은 초전도 선재가 손상하는 것을 방지할 수 있다.

용접부는 곡선부에만 위치하고 있어도 좋다.

만일 용접부가 직선부 및 곡선부에 걸쳐서 위치하면, 용접부 중 곡선부에 위치하는 부분이 상술한 바와 같이 변위하기 어려운 한편, 직선부에 위치하는 부분은 변위하기 쉽다. 이 결과, 직선부 및 곡선부의 경계에 있어서 용접부가 열화하기 쉽다. 이와 같은 열화를 용접부가 곡선부에만 위치함으로써 방지할 수 있다.

상기의 초전도 코일에 있어서, 용접부의 길이는 2㎝ 이상이어도 좋다.

이것에 의해, 용접부의 전기 저항을 실용상 충분히 작은 값으로 할 수 있다.

상기의 초전도 코일에 있어서, 제 1 초전도 선재의 띠형상의 폭이 제 2 초전도 선재의 띠형상의 폭보다 큰 것에 의해, 내주부 및 외주부가 단차를 이루고 있어도 좋다. 이러한 경우, 초전도 코일은 단차를 매립하는 스페이서부를 가져도 좋다.

이것에 의해, 내주부 및 외주부가 이루는 단차에 기인한 공동을 매립할 수 있다. 따라서, 이러한 공동에 기인한 열전도의 저하를 억제할 수 있다.

본 발명의 초전도 마그넷은, 상기의 초전도 코일과, 단열 용기와, 전원을 갖는다. 단열 용기는 초전도 코일을 수용하고 있다. 전원은 초전도 코일에 접속되어 있다.

본 발명의 초전도 마그넷에 의하면, 초전도 코일의 내주부 및 외주부 중, 보다 강도가 필요한 쪽을 제 1 초전도 선재에 의해서 형성하면서, 보다 강도가 필요하지 않은 쪽을 제 2 초전도 선재에 의해서 형성할 수 있다. 즉, 보다 강도가 필요한 부분을 강도가 큰 초전도 선재로 형성하면서, 보다 강도가 필요하지 않은 부분을 얇은 초전도 선재에 의해서 형성할 수 있다. 따라서, 소정의 권수를 갖는 초전도 코일을 갖는 초전도 마그넷에 있어서, 초전도 코일에 요구되는 강도를 확보하면서, 얇은 초전도 선재를 사용함으로써 초전도 코일을 작게 할 수 있다. 따라서, 초전도 마그넷의 신뢰성을 확보하면서, 초전도 마그넷을 작게 할 수 있다.

본 발명의 초전도 코일의 제조 방법은, 산화물 초전도체를 이용한 초전도 코일의 제조 방법에 있어서, 이하의 공정을 갖는다.

각각이 띠형상을 갖는 제 1 및 제 2 초전도 선재의 한쪽을 권회하는 것에 의해서 내주부가 형성된다. 내주부가 형성된 후에, 제 1 및 제 2 초전도 선재가 용접에 의해서 서로 접합된다. 제 1 및 제 2 초전도 선재가 접합된 후에, 제 1 및 제 2 초전도 선재의 다른쪽을 내주부의 주위에 권회하는 것에 의해서 외주부가 형성된다. 제 1 초전도 선재는 제 2 초전도 선재에 비하여 강도가 크다. 제 2 초전도 선재는 제 1 초전도 선재에 비하여 얇다.

본 발명의 초전도 코일의 제조 방법에 의하면, 내주부가 형성된 후에 용접부가 형성된다. 따라서, 내주부의 형성 중에 용접부에 기인한 초전도 선재의 손상이 생기는 일이 없다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 소정의 권수를 갖는 초전도 코일에 있어서, 높은 신뢰성을 확보하면서 초전도 코일을 작게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 초전도 코일의 구성을 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 선 Ⅱ-Ⅱ을 따르는 개략 단면도이다.
도 3은 도 1의 초전도 코일에 이용되는 제 1 및 제 2 초전도선 사이의 용접부 근방을 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 4는 도 1의 초전도 코일의 개략적인 평면 레이아웃 도면이다.
도 5는 도 1의 초전도 코일에 이용되는 제 1 초전도선의 단면 사시도이다.
도 6은 도 1의 초전도 코일에 이용되는 제 2 초전도선의 단면 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 초전도 코일의 제조 방법의 제 1 공정을 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 초전도 코일의 제조 방법의 제 2 공정을 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 초전도 코일의 제조 방법의 제 3 공정을 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 10은 제 1 및 제 2 초전도 선재 사이의 용접부 근방에 있어서 제 2 초전도 선재에 생긴 파단의 일예를 도시하는 평면도이다.
도 11은 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 초전도 코일을 개략적으로 도시하는 일부 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시형태 3에 있어서의 초전도 마그넷을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시형태 4에 있어서의 초전도 마그넷을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 14는 도 13의 초전도 마그넷이 갖는 초전도 코일의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.

이하, 도면에 근거하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 또한, 이하의 도면에 있어서 동일 또는 대응하는 부분에는 동일한 도면부호를 부여하고, 그 설명은 반복하지 않는다.

(실시형태 1)

주로 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시형태의 초전도 코일(80)은 산화물 초전도체를 이용한 초전도 선재(10)가 화살표 A(도 1)에 나타나는 바와 같이 권회되는 것에 의해서 형성되어 있다. 구체적으로는, 초전도 선재(10)는 직선부(ST) 및 곡선부(CR)(도 4)를 갖는 레이스 트랙 형상을 이루도록 권회되어 있다.

초전도 선재(10)는 각각이 띠형상을 갖는 제 1 및 제 2 초전도 선재(11, 12)가 용접부(74)에 의해서 서로 접합되는 것에 의해 형성되어 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 「용접」이란 「납땜」을 포함하는 개념이다. 따라서, 「용접부」는 「납땜부」이어도 좋다.

바람직하게는, 용접부(74) 중 적어도 일부는 곡선부(CR)에 위치하고 있다. 보다 바람직하게는, 용접부(74)는 곡선부(CR)에만 위치하고 있다.

용접부(74)는, 제 1 및 제 2 초전도 선재(11, 12)를, 길이 방향으로 접합 길이(SL)(도 3)에 걸쳐서 서로 접합하고 있다. 용접부(74)는, 예를 들어 땜납으로 이루어진다. 바람직하게는, 접합 길이(SL), 즉 용접부(74)의 길이는 2㎝ 이상이며, 이러한 경우, 접속 저항을 100nΩ 정도 이하로 할 수 있다. 또한, 접합 길이(SL) 미만의 노치 길이(TL)에 걸쳐서 제 1 및 제 2 초전도 선재(11, 12) 중 적어도 어느 하나의 단에 노치가 마련되어 있어도 좋다.

초전도 코일(80)은, 도 4에 도시하는 평면 레이아웃에 있어서, 내주부(73) 및 외주부(75)를 갖는다. 내주부(73)는 제 1 초전도 선재(11)를 권회하는 것에 의해서 형성되어 있다. 외주부(75)는 제 2 초전도 선재(12)가 내주부(73)의 주위에 권회되는 것에 의해서 형성되어 있다. 용접부(74)는, 내주부(73) 및 외주부(75)가 전기적으로 직렬로 접속되도록, 내주부(73) 및 외주부(75) 사이에 있어서 제 1 및 제 2 초전도 선재(11, 12)를 용접에 의해서 서로 접합하고 있다.

주로, 도 5 및 도 6을 참조하면, 제 1 및 제 2 초전도 선재(11, 12)의 각각은 두께(T1 및 T2)를 갖는다. 두께(T1 및 T2)의 각각은 대체로 치수(T)(도 1에 있어서의, 초전도 선재의 권회에 의한 초전도 선재의 적층에 있어서의 1층마다의 대략적인 치수)에 가깝지만, 두께(T1)는 두께(T2)보다 크다. 즉, 제 2 초전도 선재(12)는 제 1 초전도 선재(11)에 비하여 얇다. 예를 들어, 치수(T)는 0.2㎜ 내지 0.4㎜ 정도이며, 두께(T1 및 T2)의 차이는 0.1㎜ 내지 0.2㎜ 정도이다.

또한, 제 1 초전도 선재(11)의 강도는 제 2 초전도 선재(12)의 강도보다 크다. 또한, 본 명세서에 있어서 「강도」란 인장 강도 및 굽힘 강도를 말한다. 따라서, 초전도 선재(11)의 인장 강도 및 굽힘 강도의 각각은 제 2 초전도 선재(12)의 인장 강도 및 굽힘 강도보다 크다. 인장 강도의 측정은, 예를 들어 초전도 선재의 임계 전류가 95%로 저하하는 인장 응력의 값으로서 측정되며, 이 값이 클 수록 강도가 크다. 또한, 굽힘 강도는, 예를 들어 초전도 선재의 임계 전류가 95%로 저하하는 곡률 직경으로서 측정되며, 이 값이 작을 수록 강도가 크다. 예를 들어, 제 1 초전도 선재(11)의 인장 강도는 270㎫, 제 2 초전도 선재(12)의 인장 강도는 130㎫이며, 제 1 초전도 선재(11)의 굴곡 강도는 60㎜, 제 2 초전도 선재(12)의 굴곡 강도는 70㎜이다.

제 1 및 제 2 초전도 선재(11, 12)의 각각은 폭(W1 및 W2)을 갖는다. 폭(W1 및 W2)의 각각은 대체로 치수(W)[도 1에 있어서의, 권회의 축 방향에 있어서의 초전도 코일(80)의 대략적인 치수]에 가깝다. 폭(W1)은 폭(W2)보다 크며, 이 때문에 내주부(73) 및 외주부(75)가 단차(D)(도 2)를 이루고 있다. 예를 들어, 치수(W)는 4㎜ 내지 5㎜ 정도이며, 폭(W1 및 W2)의 차이는 0.2㎜ 정도이다.

구체적으로는, 제 1 초전도 선재(11)는, 본 실시형태에 있어서는, 제 2 초전도 선재(12)와 동일한 선재 철강을 한쌍의 라미네이트부(11a)에 의해서 두께 방향으로 개재하는 것에 의해서 형성되어 있다. 이러한 구조에 의해, 두께(T1)는 두께(T2)보다 커져 있으며, 제 1 초전도 선재(11)의 강도가 제 2 초전도 선재(12)의 강도보다 크게 되어 있다. 라미네이트부(11a)는, 예를 들어 스테인리스강으로 이루어진다. 한쌍의 라미네이트부(11a)는 한쌍의 땜납부(11b)를 거쳐서 접합되어 있다. 한쌍의 땜납부(11b)는 제 2 초전도 선재(12)와 동일한 선재를 폭 방향으로 개재하고 있다. 이러한 구조에 의해, 폭(W1)은 폭(W2)보다 커져 있다.

제 2 초전도 선재(12)는, 예를 들어 비스무트(Bi) 계의 초전도 선재라도 좋다. 구체적으로는, 제 2 초전도 선재(12)는 길이 방향으로 연장되는 복수의 초전도체(12a)와, 복수의 초전도체(12a)의 전체 둘레를 피복하는 시스부(12b)를 갖는다. 시스부(12b)는 초전도체(12a)에 접촉하고 있다. 복수 개의 초전도체(12a)의 각각은, 예를 들어 Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O계의 조성을 갖는 비스무트 초전도체가 바람직하며, 특히 비스무트 및 납：칼슘：구리의 원자비가 거의 2：2：2：3의 비율로 근사하여 나타나는 Bi2223상을 포함하는 재질이 최적이다. 시스부(12b)의 재질은, 예를 들어 은이나 은 합금으로 이루어져 있다. 또한, 초전도체(12a)는 단수 개라도 좋다.

다음에, 초전도 코일(80)의 제조 방법에 대하여 이하에 설명한다.

도 7을 참조하면, 우선 제 1 초전도 선재(11)를 권회하는 것에 의해서 내주부(73)가 형성된다.

도 8을 참조하면, 다음에 내주부(73)의 외주면에 있어서 노출된 제 1 초전도 선재(11)의 단부에 용접부(74)가 형성된다. 용접부(74)는, 구체적으로는 합금에 의해 형성되며, 바람직하게는 땜납에 의해서 형성된다.

도 9를 참조하면, 용접부(74)에 의해서 제 1 및 제 2 초전도 선재(11, 12)가 용접에 의해서 서로 접합된다. 구체적으로는, 제 2 초전도 선재(12)의 단부가 용접부(74)에 접촉한 상태에서 용접부(74)가 가열된다.

또한, 이 접합 시에 용접부(74)가 형성된 제 1 초전도 선재의 단부가 움직이지 않게 하기 위해서, 이 단부를 내주부(73)에 미리 고정해 두는 것이 바람직하다. 이러한 고정은, 예를 들어 폴리이미드 테이프를 이용하여 실행할 수 있다.

상기와 같이 제 1 및 제 2 초전도 선재(11, 12)가 접합된 후에, 제 2 초전도 선재(12)를 내주부(73)의 주위에 권회하는 것에 의해서, 외주부(75)가 형성된다. 제 2 초전도 선재(12)의 권회 시, 제 2 초전도 선재(12)에는 그 길이 방향으로 장력이 가해진다. 용접부(74)가 곡선부(CR)에 위치하고 있는 경우, 용접부(74)에는 이러한 장력에 의해 내측으로 향하는 힘이 가해진다. 이 때문에 용접부(74) 근방의 초전도 선재(10)가 보다 느슨함이 없이 권회된다.

이상에 의해 초전도 코일(80)(도 1)이 얻어진다.

본 실시형태의 초전도 코일(80)에 의하면, 내주부(73) 및 외주부(75) 중, 보다 강도가 필요한 쪽을 제 1 초전도 선재(11)에 의해서 형성하면서, 보다 강도가 필요하지 않은 쪽을 제 2 초전도 선재(12)에 의해서 형성할 수 있다. 즉, 보다 강도가 필요한 부분을 강도가 큰 초전도 선재로 형성하면서, 보다 강도가 필요하지 않은 부분을 얇은 초전도 선재에 의해서 형성할 수 있다. 이 결과, 초전도 선재(10)의 강도가 전체 길이에 걸쳐서 커지는 경우에 비하여, 치수(T)(도 1)의 평균값이 작아진다. 이것에 의해, 소정의 권수를 갖는 초전도 코일(80)에 있어서, 높은 신뢰성을 확보하면서, 평면에서 보아(도 4) 초전도 코일(80)의 크기를 작게 할 수 있다.

보다 구체적으로는, 내주부(73)는 제 1 초전도 선재(11)가 권회되는 것에 의해서 형성되며, 또한 외주부(75)는 제 2 초전도 선재(12)가 권회되는 것에 의해서 형성되어 있다. 이것에 의해, 외주부(75)에 비하여 작은 곡률 직경으로 권회되는 내주부(73)가 강도가 큰 초전도 선재에 의해서 형성된다. 따라서, 곡률 직경이 작은 것에 기인하여 생기는 초전도 선재의 손상을 억제할 수 있다.

용접부(74) 중 적어도 일부가 곡선부(CR)에 위치하고 있는 경우, 용접부(74) 중 적어도 일부는, 초전도 코일(80)의 제조 시에, 곡선부(CR)에 위치함으로써, 보다 느슨함이 없이 권회된다. 따라서, 용접부(74)의 위치가 안정화되므로, 초전도 코일(80)의 제조 중에 용접부(74)가 변위하기 어려워진다. 이것에 의해, 용접부(74)의 변위에 기인하여 용접부(74)의 단부에서 제 2 초전도 선재(12), 즉 얇은 초전도 선재가 손상[예를 들어 도 10의 파단(RP)]하는 것을 방지할 수 있다.

용접부(74)가 곡선부(CR)에만 위치하고 있는 경우, 용접부(74)는 초전도 코일(80)의 제조 시에 느슨함이 생기기 쉬운 직선부(ST)에는 마련되지 않는다. 따라서, 용접부(74)의 위치가 보다 안정화되므로, 초전도 코일(80)의 제조 중에 용접부(74)가 보다 변위하기 어려워진다. 이것에 의해, 용접부(74)의 변위에 기인하여 용접부(74)의 단부에서 제 2 초전도 선재(12), 즉 얇은 초전도 선재가 손상하는 것을 보다 방지할 수 있다. 또한, 만일 용접부(74)가 직선부(ST) 및 곡선부(CR)에 걸쳐서 위치하면, 초전도 코일(80)의 제조 중에, 용접부(74) 중 곡선부(CR)에 위치하는 부분이 상술한 바와 같이 변위하기 어려운 한편, 직선부(ST)에 위치하는 부분은 변위하기 쉽다. 이 결과, 직선부(ST) 및 곡선부(CR)의 경계에 있어서 용접부가 열화하기 쉽다. 이러한 열화를 용접부(74)가 곡선부(CR)에만 위치하는 것에 의해 방지할 수 있다.

상기의 초전도 코일(80)에 있어서, 용접부(74)의 길이가 2㎝ 이상인 경우, 용접부(74)의 전기 저항을 실용상 충분히 작은 값으로 할 수 있다.

본 실시형태의 초전도 코일(80)의 제조 방법에 의하면, 내주부(73)가 형성된 후에 용접부(74)가 형성된다. 따라서, 용접부(74)에 의해서 제 1 및 제 2 초전도 선재(11, 12)가 서로 접합된 후에 내주부(73)가 권회되는 경우와 달리, 내주부(73)의 형성 중에 용접부(74)에 기인한 초전도 선재의 손상, 특히 파단(RP)(도 10)이 생기는 일이 없다.

또한, 본 실시형태에 있어서는 내주부(73)에 제 1 초전도 선재(11)가 이용되고 외주부(75)에 제 2 초전도 선재(12)가 이용되고 있지만, 외주부(75)의 신뢰성이 특별히 요구되는 경우는, 외주부(75)에 제 1 초전도 선재(11)가 이용되고 내주부(73)에 제 2 초전도 선재(12)가 이용되어도 좋다. 또한, 제 1 초전도 선재(11)의 폭(W1)은 반드시 제 2 초전도 선재의 폭(W2)보다 클 필요는 없다. 또한, 초전도 코일의 형상은 반드시 레이스 트랙 형상일 필요는 없으며, 예를 들어 원형 형상 또는 다각형 형상이어도 좋다.

(실시형태 2)

도 11을 참조하면, 본 실시형태의 초전도 코일(90)은, 실시형태 1에 의한 복수의 초전도 코일(80)과, 스페이서부(91)와, 절연판(92)과, 냉각판(93)을 갖는다.

스페이서부(91)는, 단차(D)(도 2) 중 적어도 일부를 매립하는 스페이서이다. 바람직하게는, 스페이서부(91)의 높이(도 11에 있어서의 종방향의 치수)는 단차(D)의 높이(도 2에 있어서의 세로 방향의 치수)와 동일하다. 즉, 바람직하게는 스페이서부의 높이는 폭(W1)과 폭(W2)의 차이와 동일하다.

스페이서부(91)는, 바람직하게는 절연체로부터 만들어진 시트이며, 구체적으로는 프리프레그 시트 또는 FRP(Fiber Reinforced Plastic) 시트이다.

냉각판(93)은 각 초전도 코일(80)을 사이에 두도록 배치되어 있다. 냉각판(93)은 초전도 코일(80)을 냉동기 헤드(도시하지 않음)에 열적으로 접속하기 위한 것이다. 절연판(92)은 냉각판(93)과 초전도 코일(80) 사이에 삽입되어 있다. 복수의 초전도 코일(80)은 냉각판(93) 및 절연판(92)을 거쳐서 권회의 축 방향으로 적층되어 있다.

본 실시형태에 의하면 스페이서부(91)에 의해서, 단차(D)에 기인한 공동을 매립할 수 있다. 따라서, 이러한 공동에 기인한 열전도의 저하[예를 들어 외주부(75)와 냉각판(93) 사이의 열전도의 저하]를 억제할 수 있다.

또한, 스페이서부(91)의 재료가 프리프레그 시트 또는 FRP인 경우, 스페이서부(91)의 열팽창 계수와 초전도 선재(10)의 열팽창 계수와의 차이를 작게 할 수 있다.

또한, 초전도 코일이 액체 질소 등의 유체에 의해서 직접 냉각되는 경우는, 냉각판(93)을 마련할 필요는 없다.

(실시형태 3)

도 12를 참조하면, 본 실시형태의 초전도 마그넷(100)은 자장(H)을 발생시키기 위한 것이며, 초전도 코일(90)(도 11)과, 단열 용기(101)와, 전원(102)과, 냉동기 헤드(103)를 갖는다. 단열 용기(101)는 초전도 코일(90)을 수용하고 있다. 전원(102)은 초전도 코일(90)에 접속되어 있다.

본 실시형태의 초전도 마그넷(100)에 의하면, 초전도 코일(90)의 내주부(73) 및 외주부(75)(도 11) 중, 보다 강도가 필요한 쪽을 제 1 초전도 선재(11)(도 5)에 의해서 형성하면서, 보다 강도가 필요하지 않은 쪽을 제 2 초전도 선재(12)(도 6)에 의해서 형성할 수 있다. 즉, 보다 강도가 필요한 부분을 강도가 큰 초전도 선재로 형성하면서, 보다 강도가 필요하지 않은 부분을 얇은 초전도 선재에 의해서 형성할 수 있다. 따라서, 소정의 권수를 갖는 초전도 코일(90)을 갖는 초전도 마그넷(100)에 있어서, 초전도 코일(90)에 요구되는 강도를 확보하면서, 얇은 초전도 선재를 사용함으로써 초전도 코일(90)을 작게 할 수 있다. 따라서, 초전도 마그넷(100)의 신뢰성을 확보하면서, 초전도 마그넷(100)을 작게 할 수 있다.

또한, 냉동기 헤드(103)가 마련되는 대신에, 액체 질소 등의 저온 유체가 이용되어도 좋다.

(실시형태 4)

도 13을 참조하면, 본 실시형태의 초전도 마그넷(300)은 초전도 코일(290 및 390)을 갖는다. 초전도 코일(390)은 원통 형상을 갖고, 그 내부에 거의 균일한 자장(H)을 발생하는 것이다. 초전도 코일(390)은, 예를 들어 NbTi로 만들어진 초전도 선재가 권회되는 것에 의해서 형성되어 있다. 초전도 코일(290)은, 그 전체가, 초전도 코일(390)에 의해서 발생된 자장(H)을 받도록 배치되어 있다.

도 14를 참조하면, 초전도 코일(290)은 초전도 선재(10)가 원형 형상을 이루도록 권회되는 것에 의해 형성되어 있다. 구체적으로는, 초전도 코일(290)은 제 2 초전도 선재(12)(도 6)가 권회되는 것에 의해서 형성된 내주부와, 제 1 초전도 선재(11)(도 5)가 권회되는 것에 의해서 형성된 외주부를 갖는다.

또한, 상기 이외의 구성에 대해서는, 상술한 실시형태 3의 구성과 거의 동일하기 때문에, 동일 또는 대응하는 요소에 대하여 동일한 도면부호를 부여하고, 그 설명을 반복하지 않는다.

초전도 코일(290)의 초전도 선재(10)에는, 초전도 코일(390)에 의해서 발생된 자장(H)에 의해 후프 응력이 가해진다. 후프 응력은 권회의 중심으로부터의 거리(r)에 비례하여 커지므로, 만일 1종류의 초전도 선재를 단순하게 권회하는 것에 의해 초전도 코일이 형성되었을 경우, 내주부에 가해지는 후프 응력보다 외주부에 가해지는 후프 응력 쪽이 커지게 된다.

본 실시형태에 의하면, 내주부가 두께가 작은 제 2 초전도 선재(12)에 의해서 형성되어 있는 것에 의해 초전도 코일(290)이 작아지면서, 큰 후프 응력이 가해지기 쉬운 외주부가 강도가 큰 제 1 초전도 선재(11)에 의해서 형성되어 있다. 이것에 의해, 후프 응력에 기인한 신뢰성의 저하를 억제할 수 있다.

실시예

초전도 마그넷(300)(도 13)이 갖는 초전도 코일(290)(도 14)을 형성하는 초전도 선재(10)에 가해지는 후프 응력의 시뮬레이션을 실행했다.

시뮬레이션 조건은 다음과 같다. 제 1 초전도 선재(11)(도 5)로서는, 폭(W1)=4.5㎜, 두께(T1)=0.30㎜, 인장 강도 270㎫, 굽힘 강도 60㎜를 갖는 것을 이용했다. 제 2 초전도 선재(12)(도 6)로서는, 폭(W2)=4.3㎜, 두께(T2)=0.23㎜, 인장 강도 130㎫, 굽힘 강도 70㎜를 갖는 것을 이용했다. 초전도 코일(290) 중, 그 축으로부터의 거리(r)가 50㎜ 내지 75㎜가 되는 내주부에는 제 2 초전도 선재(12)가 적용되며, 거리(r)가 75㎜ 내지 100㎜가 되는 외주부에는 제 1 초전도 선재(11)가 적용되었다. 초전도 코일(290)을 흐르는 전류는 200A로 되었다. 초전도 코일(390)에 의해 발생되는 자장(H)은 8T로 했다.

계산의 결과, 초전도 코일(290)의 내주부를 형성하는 제 2 초전도 선재(12)에 가해지는 후프 응력은, 가장 내측(r=50㎜)에서 81㎫, 가장 외측(r=75㎜)에서 121㎫였다. 이들 응력은 제 2 초전도 선재(12)의 인장 강도 130㎫의 범위내에 있다.

또한, 초전도 코일(290)의 외주부를 형성하는 제 1 초전도 선재(11)에 가해지는 후프 응력은, 가장 내측(r=75㎜)에서 89㎫, 가장 외측(r=100㎜)에서 119㎫였다. 이들 응력은 제 1 초전도 선재(11)의 인장 강도 270㎫의 범위내에 있다.

금회 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 고려되어야만 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시형태가 아니라 청구의 범위에 의해서 나타나며, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

10 : 초전도 선재 11 : 제 1 초전도 선재
12 : 제 2 초전도 선재 73 : 내주부
74 : 용접부 75 : 외주부
80, 90 : 초전도 코일 91 : 스페이서부
92 : 절연판 93 : 냉각판
100 : 초전도 마그넷 101 : 단열 용기
102 : 전원 103 : 냉동기 헤드
CR : 곡선부 D : 단차

Claims

산화물 초전도체를 이용한 초전도 코일(80, 90)에 있어서,
각각이 띠형상을 갖는 제 1 및 제 2 초전도 선재(11, 12)의 한쪽이 권회되는 것에 의해서 형성된 내주부(73)와,
상기 제 1 및 제 2 초전도 선재의 다른쪽이 상기 내주부의 주위에 권회되는 것에 의해서 형성된 외주부(75)와,
상기 내주부 및 상기 외주부 사이에 있어서 상기 제 1 및 제 2 초전도 선재를 용접에 의해서 서로 접합하는 용접부(74)를 구비하고,
상기 제 1 초전도 선재는 상기 제 2 초전도 선재에 비하여 강도가 크며, 상기 제 2 초전도 선재는 상기 제 1 초전도 선재에 비하여 얇은
초전도 코일.
제 1 항에 있어서,
상기 내주부는 상기 제 1 초전도 선재가 권회되는 것에 의해서 형성되어 있고, 상기 외주부는 상기 제 2 초전도 선재가 권회되는 것에 의해서 형성되어 있는
초전도 코일.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 용접부에 의해서 서로 접합된 제 1 및 제 2 초전도 선재는, 직선부(ST) 및 곡선부(CR)를 갖는 레이스 트랙 형상을 이루도록 권회되어 있으며, 상기 용접부 중 적어도 일부는 상기 곡선부에 위치되어 있는
초전도 코일.
제 3 항에 있어서,
상기 용접부는 상기 곡선부에만 위치되어 있는
초전도 코일.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용접부의 길이는 2㎝ 이상인
초전도 코일.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 초전도 선재의 띠형상의 폭이 상기 제 2 초전도 선재의 띠형상의 폭보다 큰 것에 의해서, 상기 내주부 및 상기 외주부가 단차를 이루고 있으며,
상기 단차를 매립하는 스페이서부를 추가로 구비하는
초전도 코일.
초전도 마그넷(100)에 있어서,
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 초전도 코일과,
상기 초전도 코일을 수용하는 단열 용기(101)와,
상기 초전도 코일에 접속된 전원(102)을 구비하는
초전도 마그넷.
산화물 초전도체를 이용한 초전도 코일(80, 90)의 제조 방법에 있어서,
각각이 띠형상을 갖는 제 1 및 제 2 초전도 선재(11, 12)의 한쪽을 권회하는 것에 의해서 내주부(73)를 형성하는 공정과,
상기 내주부를 형성하는 공정 후에, 상기 제 1 및 제 2 초전도 선재를 용접에 의해서 서로 접합하는 공정과,
상기 제 1 및 제 2 초전도 선재를 접합하는 공정 후에, 상기 제 1 및 제 2 초전도 선재의 다른쪽을 상기 내주부의 주위에 권회하는 것에 의해서 외주부(75)를 형성하는 공정을 구비하며,
상기 제 1 초전도 선재는 상기 제 2 초전도 선재에 비하여 강도가 크고, 상기 제 2 초전도 선재는 상기 제 1 초전도 선재에 비하여 얇은
초전도 코일의 제조 방법.