WO2010107080A1 - 超電導マグネット - Google Patents

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superconducting magnet
coil
superconducting wire
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伊藤　聡
恭秀 永浜
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株式会社神戸製鋼所
ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社
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    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/327—Encapsulating or impregnating
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/02—Quenching; Protection arrangements during quenching

Definitions

  • the superconducting magnet should be configured to constrain the superconducting wire from moving inadvertently by allowing a filler such as epoxy resin or wax to flow into the gap between the superconducting wires and then solidifying. Is common.
  • a filler such as epoxy resin or wax
  • the coating method includes resin leakage in the work process, contamination of the coil winding device (winding device), etc., and is generally difficult to adopt from the viewpoint of production.
  • the above-described vacuum impregnation method is used in order for the resin to penetrate into the gaps between the superconducting wires without voids.
  • the coil 104 is formed by using a superconducting wire 101 having a circular cross section and tightly winding around a winding frame 102 having flanges at both ends of a cylindrical member.
  • the cross section of the coil 104 is shaped like a pile of ridges, and the gap between the superconducting wires 101 becomes a single spiral flow path 103 having a substantially triangular cross section. Will penetrate. There are only one opening (two locations for one superconducting magnet) at each end of the outer peripheral surface of the coil 104 in the flow path 103 communicating with the outside.
  • the diameter of the superconducting wire is d
  • the outer diameter of the coil is D 1
  • the inner diameter of the coil is D 2
  • the length of the magnet is L
  • the number of turns per coil layer L / d
  • the number of coil layers ( D 1 -D 2 ) / 2d
  • penetration distance [ ⁇ (D 1 -D 2 ) / 2 ⁇ ⁇ (L / d) ⁇ ⁇ (D 1 -D 2 ) / 2d ⁇ ] / 2.
  • the flow path has a triangular cross-sectional shape with a side of approximately 0.5 mm.
  • D 1 0.2 m
  • D 2 0.1 m
  • L 0.2 m
  • the total distance of the flow path is 3900 m or more.
  • the resin before reaction having a significant viscosity is poured into the deepest part of one spiral flow path 103 that exists between the superconducting wires forming the coil 104 and has a long distance.
  • the vacuum impregnation method is not easy, and the impregnating material such as resin does not sufficiently permeate, leaving a gap in the flow path. Since the superconducting magnet having the coil 104 having such a gap has a weak fixing force of the superconducting wire, the above-described quench is frequently caused.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is present between the superconducting wires forming the coil, and the resin before reaction is easily poured into the deepest part of the flow path having a long distance.
  • An object of the present invention is to provide a superconducting magnet that can be used.
  • a superconducting magnet according to the present invention for solving the above-described problems includes a winding frame having a first flange and a second flange at each end, and a coil made of a superconducting wire wound around the winding frame.
  • a plate member having at least one slit formed so as to cut inward from the outer edge is sandwiched between the second flange and the coil. It is preferable.
  • the plate member is made of a polymer material that is hardly adhesive to the superconducting wire fixing impregnation material.
  • the hard-to-adhere polymer material is a polymer material to which an impregnating material such as resin is difficult to adhere.
  • the flow resistance can be lowered, so that the impregnating material for fixing the superconducting wire can be permeated more quickly to the deepest part of the flow path.
  • the high conductivity of the superconducting wire fixing impregnation material is high between at least one of the first flange and the second flange and the plate member. It is preferable that a hardly-adhesive plate member made of a molecular material is sandwiched or a film of the hardly-adhesive polymer material is formed.
  • the plate member is made of a material having relatively high adhesiveness (for example, fiber reinforced plastic)
  • the hardly adhesive plate member made of a hardly adhesive polymer material between the plate member and the flange. Or forming a film of the polymer material makes it difficult for the superconducting wire fixing impregnating material to adhere to the plate member and lowers the flow resistance. As a result, the superconducting wire fixing impregnating material can be permeated more rapidly to the deepest part of the flow path.
  • the film of a polymer material that is difficult to adhere to the superconducting wire fixing impregnation material is a coil of at least one of the first flange and the second flange. It is preferable that the side surface is formed by a coating treatment.
  • the flange and the plate member whose surfaces are coated with a hardly-adhesive polymer material are hardly bonded with an impregnating material (impregnating material for fixing a superconducting wire). That is, according to the said structure, the slipperiness between a flange and a plate member improves, and it can prevent that a superconducting wire moves carelessly. As a result, the occurrence of quenching can be prevented. In addition, the effect of improving the slipperiness can be obtained by coating the surface of the flange with a hardly adhesive polymer material.
  • a hardly-adhesive polymer material for example, PTFE
  • an impregnation material (impregnation for fixing the superconducting wire) is made between the superconducting wires by the slit of the plate member. Material), the degree of freedom in selecting the material of the plate member is increased.
  • the plate member is made of polyethylene terephthalate or polyimide.
  • non-uniformity of the slip between the flange with which the surface was coated with the polymer material (for example, PTFE) which is hard to adhere, and a board member is suppressed.
  • the occurrence of quenching can be further prevented.
  • the plate member and the coil are bonded with the impregnation material (epoxy), but the portion where the slip occurs is limited between the flange and the plate member on the side far from the coil. That is, the occurrence of quenching is suppressed.
  • the plate member is made of a nonmagnetic metal.
  • a metal nonmagnetic metal
  • the plate member and the coil are bonded with the impregnating material (epoxy), but the portion where the slip occurs is limited between the flange on the side far from the coil and the plate member. That is, the occurrence of quenching is suppressed.
  • the plate member is made of aluminum or copper.
  • Aluminum or copper is a metal having a large thermal conductivity among many metals. That is, according to this structure, the heat generated by the slip between the flange and the plate member can be further dispersed.
  • the hard-to-adhere polymer material may be an ethylene fluoride (partial fluoride) such as polytetrafluoroethylene (PTFE) or tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA). Ethylene copolymer) or a copolymer thereof.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PFA perfluoroalkyl vinyl ether copolymer
  • Ethylene copolymer or a copolymer thereof.
  • fluorinated ethylene other than those exemplified above or copolymers thereof, polychlorotrifluoroethylene (PCTFE, trifluoride), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP, 4/6 fluoride), Tetrafluoroethylene / ethylene copolymer (ETFE), polyvinylidene fluoride (PVDF, difluoride), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE, trifluoride), chlorotrifluoroethylene / ethylene copolymer (ECTFE), etc.
  • PCTFE polychlorotrifluoroethylene
  • FEP tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer
  • ETFE Tetrafluoroethylene / ethylene copolymer
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PCTFE polychlorotrifluoroethylene
  • ECTFE chlorotrifluoroethylene /
  • FIG. 2 is a cross-sectional view for use in explaining a process of impregnating a superconducting wire fixing impregnating material into a flow path formed between superconducting wires of a coil of the superconducting magnet shown in FIG. 1. It is a figure which shows the modification of the plate member of the superconducting magnet which concerns on embodiment of this invention. It is sectional drawing of the superconducting magnet which concerns on the modification of embodiment of this invention.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 5A. It is sectional drawing of the superconducting magnet which concerns on other embodiment of this invention.
  • FIG. 6B is a sectional view taken along the line II-II in FIG. 6A. It is the schematic cross section which showed the conventional superconducting magnet.
  • the superconducting magnet 10 includes a substantially cylindrical winding frame 1 made of aluminum or stainless steel, plate members 2 and 3, and a coil 4 made of a superconducting wire.
  • the reel 1 has a cylindrical member 1a and flanges 1b and 1c formed at both ends of the cylindrical member 1a.
  • the plate members 2 and 3 are arranged so that the flanges 1b and 1c are in contact with the opposing surfaces.
  • Each of the plate members 2 and 3 is a ring-shaped member as shown in FIG. 2, and has a plurality of slits 2a and 3a formed so as to cut in the radial direction from the opening end of the outer edge portion inward. is doing.
  • the plate members 2 and 3 are made of a hardly-adhesive polymer material such as polytetrafluoroethylene.
  • the thickness of the plate members 2 and 3 is about 0.5 mm to 2 mm.
  • the widths of the slits 2a and 3a are about 0.5 mm to 2 mm (the same applies to the slits shown in FIGS. 5B and 6B).
  • the slit has reached
  • the opening of the coil that has been closed in contact with the flange of the winding frame can be used, the deepest flow path between the superconducting wires forming the coil 4 can be used.
  • the superconducting magnet 10 capable of easily flowing the impregnating material for fixing the superconducting wire such as resin.
  • it is suitable for impregnating a superconducting wire fixing impregnation material such as a resin into a flow path existing in the coil 4 formed by being tightly wound.
  • the plate members 2 and 3 having a plurality of slits 2a and 3a formed so as to cut in the radial direction from the opening end of the outer edge portion to the inner side are provided, It is possible to provide the superconducting magnet 10 that can infiltrate the resin not only from the opening of the flow path but also from the opening of the flow path on the other end side of the coil 4. As a result, it is possible to infiltrate the superconducting wire fixing impregnation material more rapidly to the deepest part of the flow path. In addition, although any one of the plate members 2 and 3 may be sufficient, it cannot be overemphasized that an effect is inferior compared with the case where these two are provided.
  • the plate members 2 and 3 are made of a hard-to-bond polymer material, it is difficult to bond the impregnating material for fixing the superconducting wire and the flow resistance can be lowered, so that the superconducting wire can be fastened to the deepest part of the flow path. Impregnating material can be infiltrated.
  • the present invention can be changed in design without departing from the scope of the claims, and is not limited to the above embodiment.
  • the shape of each slit as shown in FIG. 4 or the direction of cutting is changed (for example, with respect to the radial direction). It is good also as the board member 22 which has a thing cut in the direction inclined by a predetermined angle.
  • various shapes are possible without being limited to these slit shapes.
  • it is good also as a plate member which combined the slit of various shapes suitably, it is good also as a plate member which has at least 1 or more each slit.
  • the number of slits is eight, but is not limited thereto, and may be 7 or less, or 9 or more. Moreover, although it provided at equal intervals, it is not restricted to this, It does not need to be equal intervals and there may be the bias
  • plate members 32 and 33 may be provided directly on the coil 34 side of the flanges 31b and 31c, respectively.
  • the plate member 33 has eight fan-shaped plate members 33a and slits 33b formed between the fan-shaped plate members 33a.
  • the plate member 32 is the same as the plate member 33.
  • the members 30, 31, 31a, 31b, 31c, and 34 are members similar to the members 10, 1, 1a, 1b, 1c, and 4 of the above-described embodiment in order, and thus the description thereof is omitted.
  • the plate members 2 and 3 are not made of a difficult-to-adhere polymer material, but are made of a material having a relatively high adhesive property such as fiber reinforced plastic (FRP), for example.
  • FRP fiber reinforced plastic
  • a hard-to-adhere plate member made of a hard-to-adhere polymer material may be further provided (sandwiched). It is preferable to form a film of a polymer material having poor adhesion. Thereby, it becomes difficult for the impregnating material for superconducting wire fixation to adhere to the plate members 2 and 3, and the flow resistance is lowered.
  • the thickness of the above-mentioned hardly adhesive plate member (no slit) is about 0.1 mm to 1 mm. Further, the film thickness of the above-mentioned hardly adhesive polymer material is about 10 ⁇ m to 100 ⁇ m. Further, this film is formed on the surfaces of the plate members 2 and 3 and the surfaces of the flanges 1b and 1c.
  • a superconducting magnet 40 as shown in FIGS. 6A and 6B may be used.
  • the superconducting magnet 40 of this embodiment does not have members corresponding to the plate members 2 and 3 of the superconducting magnet 1 shown in FIG.
  • the superconducting magnet 40 has a slit 41cs formed so as to cut inward from the outer edge portion on the surface of the flange 41c of the winding frame 41 on the coil 44 side.
  • a slit 41cs having a predetermined depth is formed on the surface of the flange 41c on the coil 44 side. That is, the slit 41cs of the present embodiment is a bottomed slit.
  • the slit 41cs except that the slit 41cs is bottomed, it is the same form as the slits (2a, 3a, 33b) of the other embodiments (the form of the slit as shown in FIG. 4). Also good).
  • the flange 41b also has a slit 41bs similar to the slit 41cs formed on the surface on the coil 44 side.
  • a polymer film (including the surfaces of the slits 41cs and the slits 41bs) is formed on the surface of the flange 41c and the flange 41b on the side of the coil 44 with a polymer material having poor adhesion such as polytetrafluoroethylene. Is preferred.
  • the thickness of this film is about 10 ⁇ m to 100 ⁇ m. This is to reduce the flow resistance of the impregnating material for fixing the superconducting wire and improve its permeability.
  • symbol 41a is a member similar to the code
  • the above-described superconducting magnet 10 and the superconducting magnet 40 of the present embodiment both have slits formed so as to be cut inwardly from the outer edge portion, and therefore have a corresponding special feature that is not found in the prior art. It has technical features.
  • the surface of the flanges 1b and 1c on the coil 4 side is made of a polymer material (eg, polytetrafluoroethylene (PTFE)) that is difficult to adhere to the superconducting wire fixing impregnation material. It is preferable that it is coated (the same applies to the superconducting magnet 30 shown in FIGS. 5A and 5B). Only one flange 1b (or flange 1c) may be coated.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the flanges 1b and 1c and the plate members 2 and 3 are temporarily bonded, the movement of the coil 4 is restricted, and the superconducting wire constituting the coil 4 may move carelessly.
  • the surface of the flanges 1b and 1c on the side of the coil 4 is coated with, for example, PTFE, the flanges 1b and 1c and the plate members 2 and 3 are not easily bonded with an impregnating material (impregnating material for fixing a superconducting wire). . That is, the slipperiness between the flanges 1b and 1c and the plate members 2 and 3 is improved, and the superconducting wire constituting the coil 4 can be prevented from moving carelessly. As a result, the occurrence of quenching can be prevented.
  • the above-described slipperiness improving effect can be obtained by coating the surfaces of the flanges 1b and 1c with a hardly adhesive polymer material such as PTFE, while the slits 2a and 3a of the plate members 2 and 3 allow
  • a hardly adhesive polymer material such as PTFE
  • the plate members 2 and 3 are preferably formed of polyethylene terephthalate (PET) or polyimide.
  • PET polyethylene terephthalate
  • polyimide polyimide
  • the plate members 2 and 3 and the coil 4 are bonded with the impregnating material (epoxy), but the portion where the slippage occurs is the flange on the side far from the coil 4 and the 1b and 1c plate members 2. 3 is limited. That is, the occurrence of quenching is suppressed (the same applies when the plate members 2 and 3 are formed of FRP (fiber reinforced plastic)).
  • the plate members 2 and 3 are formed of polytetrafluoroethylene (PTFE), non-adhesiveness between the plate members 2 and 3 and the coil 4 and non-adhesion between the flanges 1b and 1c and the plate members 2 and 3 are formed. Any adhesiveness can be obtained. That is, when non-adhesiveness between the plate members 2 and 3 and the coil 4 is also obtained to suppress quenching, it is preferable to form the plate members 2 and 3 with polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the plate members 2 and 3 are formed of a metal other than aluminum and copper (nonmagnetic metal), the flanges 1b and 1c and the plate members 2 and 3 It is possible to disperse heat generated by sliding between the two.

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Abstract

　超電導マグネットは、第１のフランジと第２のフランジとを各端部に有した巻枠と、前記巻枠に巻回された超電導線よりなるコイルと、前記超電導線の間に浸透し固化した超電導線固定用含浸材と、外側縁部から内側に向かって切り込むように形成されたスリットを少なくとも１つ有し、前記第１のフランジと前記コイルとの間に挟装される板部材を備える。

Description

超電導マグネット
　本発明は、第１のフランジと第２のフランジとを各端部に有した巻枠と、前記巻枠に巻回された超電導線よりなるコイルとを備え、前記超電導線の間に超電導線固定用含浸材を浸透し固化させてなる超電導マグネットに関するものである。
　極低温下で使用される高磁場を発生する超電導マグネットにおいては、僅かの発熱であっても、コイルを形成する超電導線の一部の温度が上昇して臨界温度を超過し、超電導状態が破れるクエンチと呼ばれる現象がある。このクエンチを発生させる発熱の要因は、自己発生磁場との相互作用によって発生する電磁力によって、超電導線が不用意に動くことによる摩擦発熱が主である。この摩擦発熱を避けるため、超電導マグネットにおいては、エポキシ樹脂やワックス等の充填材を超電導線間の隙間に流入させた後に固化させて、超電導線が不用意に動くことを制約する構成とすることが一般的である。このような充填材を超電導線間に流入させる方法としては、含浸法と塗り込み法とがある。
　含浸法は、超電導線を巻き回してコイルが形成された超電導マグネットを、上部が開口した容器（ポッティング缶）内に配置した後、容器内に反応・固化前の流体状態の樹脂などを流し込み、超電導線間の隙間に浸透させるものである。特に、浸透性を良好に保つために、上記容器及び超電導マグネットを真空容器内に収め、予め容器内を真空排気し、ここに含浸材を流し込んだ後に、超電導線間の隙間に浸透させる方法（真空含浸法と呼ばれる。例えば、下記特許文献１参照。）などがとられる場合もある。そして、このような樹脂の浸透が完了した後に、対象物の温度を上昇させ、樹脂の固化反応をさせることで、含浸・固化が完了する。
日本国特開平４－１２０７０８号公報
　上記塗り込み法は、作業工程での樹脂の漏洩、コイルの巻き回し装置（巻線装置）の汚れなどがあり、製造上の点から一般的に採用が困難であり、通常は上記含浸法、特に、樹脂が超電導線間の隙間に空隙なく浸透させるために上記真空含浸法が用いられる。しかし、図７に示す模式図のように、例えば円形断面の超電導線１０１を用いて、円筒状部材の両端にフランジを有してなる巻枠１０２に密に巻き回してコイル１０４を形成した場合、コイル１０４の断面が俵を積み上げたような形状となるとともに、超電導線１０１間の隙間が、略三角形状の断面を有する１本の螺旋状の流路１０３となり、この流路１０３に樹脂を浸透させることになる。この流路１０３における外部と通ずる開口部は、コイル１０４の外周表面の両端部に１箇所ずつ（１つの超電導マグネットについて２箇所）あるのみである。
　このように、２箇所の開口部しかない１本の螺旋状の流路１０３において、含浸材が最深部（超電導マグネット断面における軸方向中心（コイルの内径側））まで達するためには、非常に長い距離を流入していかなければならない。ここで、超電導マグネットの一例を用いて、その距離を試算してみた。
　超電導線の直径をｄ、コイルの外径をＤ１、コイルの内径をＤ２、マグネットの長さをＬとすると、コイルの１層当りの巻き数＝Ｌ／ｄ、コイルの層数＝（Ｄ１－Ｄ２）／２ｄ、浸透距離＝［{（Ｄ１－Ｄ２）／２π}・（Ｌ／ｄ）・{（Ｄ１－Ｄ２）／２ｄ}］／２　となる。ここで、例えば、超電導線の直径ｄが０．００１ｍ（＝１ｍｍ）である場合、流路は概ね一辺が０．５ｍｍの三角断面形状となる。また、Ｄ１＝０．２ｍ、Ｄ２＝０．１ｍ、Ｌ＝０．２ｍのとき、流路の全距離（樹脂を浸透させる必要のある距離）は３９００ｍ以上にもなる。
　このように、コイル１０４を形成している超電導線間に存在し、長い距離を有する１本の螺旋状の流路１０３最深部に、有意な粘性を持つ反応前の樹脂を流し込むことは、従来の真空含浸法でも容易ではなく、樹脂などの含浸材が十分に浸透せず、流路内に空隙を残してしまうことがあった。このような空隙を有するコイル１０４を持った超電導マグネットは、超電導線の固定力が弱いため、頻繁に上述したクエンチを起こすことになってしまう。
　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、コイルを形成している超電導線間に存在し、長い距離を有する流路の最深部まで、容易に反応前の樹脂を流し込むことができる超電導マグネットを提供することを目的とする。
　本発明において、以下の特徴は単独で、若しくは、適宜組合わされて備えられている。前記課題を解決するための本発明の超電導マグネットは、第１のフランジと第２のフランジとを各端部に有した巻枠と、前記巻枠に巻回された超電導線よりなるコイルとを備え、前記超電導線の間に超電導線固定用含浸材を浸透し固化させてなる超電導マグネットであって、外側縁部から内側に向かって切り込むように形成されたスリットを少なくとも１つ有した板部材が、前記第１のフランジと前記コイルとの間に挟装されているものである。
　上記構成によれば、従来では、コイルの両端部において、巻枠のフランジと接して塞がれてしまっていた、コイルの層間に形成されている流路の開口部を利用することができるので、コイルを形成している超電導線間の流路の最深部まで、容易に樹脂などの超電導線固定用含浸材を流し込むことが可能な超電導マグネットを提供できる。特に、密に巻き回されて形成されたコイルに存在する流路に、樹脂などの超電導線固定用含浸材を浸透させるのに適している。
　また、本発明の超電導マグネットにおいては、外側縁部から内側に向かって切り込むように形成されたスリットを少なくとも１つ有した板部材が、前記第２のフランジと前記コイルとの間に挟装されていることが好ましい。
　上記構成によれば、コイル一端側の流路の開口部だけでなく、コイル他端側の流路の開口部からも樹脂を浸透させることが可能な超電導マグネットを提供できる。その結果として、流路の最深部まで、より速く超電導線固定用含浸材を浸透させることができる。
　また、本発明の超電導マグネットにおいては、前記板部材が、前記超電導線固定用含浸材に対して難接着性の高分子材料で形成されていることが好ましい。ここで、難接着性の高分子材料とは、樹脂などの含浸材が接着しにくい高分子材料のことである。
　上記構成によれば、板部材に接着しにくくできるので、流動抵抗が低くできることから、流路の最深部まで、より速く超電導線固定用含浸材を浸透させることができる。
　また、本発明の超電導マグネットにおいては、前記第１のフランジおよび前記第２のフランジのうちの少なくともいずれかと前記板部材との間に、前記超電導線固定用含浸材に対して難接着性の高分子材料で形成された難接着性板部材が挟装されているか、または前記難接着性の高分子材料の膜が形成されていることが好ましい。
　仮に、接着性の比較的高い材料（例えば、繊維強化プラスチック等）で板部材を構成する場合は、当該板部材とフランジとの間に、難接着性の高分子材料からなる難接着性板部材を設けるか、または当該高分子材料の皮膜を形成することで、超電導線固定用含浸材が板部材に接着しにくくなり、流動抵抗が低くなる。その結果、流路の最深部まで、より速く超電導線固定用含浸材を浸透させることができる。
　また、本発明の超電導マグネットにおいては、前記超電導線固定用含浸材に対して難接着性の高分子材料の膜が、前記第１のフランジおよび前記第２のフランジのうちの少なくともいずれかのコイル側の表面にコーティング処理により形成されていることが好ましい。
　難接着性の高分子材料（例えば、ＰＴＦＥ）で表面がコーティングされたフランジと板部材とは含浸材（超電導線固定用含浸材）で接着されにくい。すなわち、上記構成によれば、フランジと板部材との間の滑り性が向上し、超電導線が不用意に動くことを防止できる。その結果、クエンチの発生を防止できる。また、フランジの表面を難接着性の高分子材料でコーティング処理することにより上記した滑り性向上効果が得られ、一方、板部材のスリットにより、超電導線間への含浸材（超電導線固定用含浸材）の浸透効果が得られるので、板部材の材質選択の自由度が高まる。
　また、本発明の超電導マグネットにおいては、前記板部材が、ポリエチレンテレフタレート又はポリイミドで形成されていることが好ましい。この構成によると、難接着性の高分子材料（例えば、ＰＴＦＥ）で表面がコーティングされたフランジと板部材との間の滑りのムラが抑えられる。その結果、クエンチの発生をより防止できる。なお、この構成によると、含浸材（エポキシ）で板部材とコイルとは接着するが、滑りの発生する部位は、コイルに対して遠い側のフランジと板部材との間に限定される。すなわち、クエンチの発生は抑制される。
　また、本発明の超電導マグネットにおいては、前記板部材が非磁性金属で形成されていることが好ましい。一般に、金属（非磁性金属）は樹脂よりも熱伝導性が大きい。すなわち、この構成によると、フランジと板部材との間の滑りにより発生する熱を分散させることができ、その結果、クエンチの発生をより防止できる。なお、この構成によると、含浸材（エポキシ）で板部材とコイルとは接着するが、滑りの発生する部位は、コイルに対して遠い側のフランジと板部材との間に限定される。すなわち、クエンチの発生は抑制される。
　また、本発明の超電導マグネットにおいては、前記板部材が、アルミニウム又は銅で形成されていることが好ましい。アルミニウム又は銅は、多数の金属の中でも熱伝導性が大きい金属である。すなわち、この構成によると、フランジと板部材との間の滑りにより発生する熱をより分散させることができる。
　また、本発明の超電導マグネットにおいては、前記難接着性の高分子材料が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）など、フッ化エチレン（部分フッ化エチレンを含む）又はその共重合体であることが好ましい。この構成によると、超電導線固定用含浸材が板部材に接着しにくくなり、流動抵抗が低くなる。その結果、流路の最深部まで、より速く超電導線固定用含浸材を浸透させることができる。
　また、上記例示した以外のフッ化エチレン又はその共重合体として、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ、３フッ化）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ、４・６フッ化）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ、２フッ化）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ、３フッ化）、およびクロロトリフルオエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）などを挙げることができる。なお、前記難接着性の高分子材料は、特に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であることが好ましい。
　また、前記課題を解決するための本発明の超電導マグネットは、第１のフランジと第２のフランジとを各端部に有した巻枠と、前記巻枠に巻回された超電導線よりなるコイルとを備え、前記超電導線の間に超電導線固定用含浸材を浸透し固化させてなる超電導マグネットであって、前記第１のフランジおよび前記第２のフランジのうちの少なくともいずれかは、外側縁部から内側に向かって切り込むように形成されたスリットを少なくとも１つ前記コイル側の表面に有し、スリットを有する前記フランジの前記コイル側の表面に、前記超電導線固定用含浸材に対して難接着性の高分子材料で皮膜が形成されているものである。
上記構成によれば、従来では、コイルの両端部において、巻枠のフランジと接して塞がれてしまっていた、コイルの層間に形成されている流路の開口部を利用することができるので、コイルを形成している超電導線間の流路の最深部まで、容易に樹脂などの超電導線固定用含浸材を流し込むことが可能な超電導マグネットを提供できる。特に、密に巻き回されて形成されたコイルに存在する流路に、樹脂などの超電導線固定用含浸材を浸透させるのに適している。
　以上説明したように、本発明によれば、コイルを形成している超電導線間に存在し、長い距離を有する流路の最深部まで容易に反応前の樹脂を流し込むことができる超電導マグネットを提供できる。
本発明の実施形態に係る超電導マグネットの巻枠と板部材とを示した構成概略断面図である。 本発明の第１実施形態に係る超電導マグネットにおける板部材の上視図である。 超電導線固定用含浸材を、図１に示した超電導マグネットのコイルの超電導線間に形成された流路に浸透させる工程の説明に用いるための断面図である。 本発明の実施形態に係る超電導マグネットの板部材の変形例を示す図である。 本発明の実施形態の変形例に係る超電導マグネットの断面図である。 図５ＡのI－I断面矢視図である。 本発明の他の実施形態に係る超電導マグネットの断面図である。 図６ＡのII－II断面矢視図である。 従来の超電導マグネットを示した模式断面図である。
　以下、本発明に係る超電導マグネットの実施形態について、図面を用いながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る超電導マグネットの巻枠と板部材とを示した構成概略断面図である。
　超電導マグネット１０は、アルミニウム又はステンレスからなる略円筒状の巻枠１と、板部材２、３と、超電導線からなるコイル４とを備えている。巻枠１は、円筒状部材１ａと、円筒状部材１ａの両端部に形成されたフランジ１ｂ、１ｃとを有している。
　板部材２、３はそれぞれ、フランジ１ｂ、１ｃが対向する側の面に接するように配置されている。また、板部材２、３はそれぞれ、図２に示すようなリング状部材であり、外側縁部の開口端から内側に向かって、径方向に切り込むように形成されたスリット２ａ、３ａを複数有している。また、板部材２、３は、ポリテトラフルオロエチレンなどの難接着高分子材料で形成されている。板部材２、３の厚みは、０．５ｍｍ～２ｍｍ程度である。スリット２ａ、３ａの幅は、０．５ｍｍ～２ｍｍ程度である（図５Ｂ、６Ｂに示したスリットにおいても同様）。なお、１箇所のみスリットが外側縁部から内側縁部まで到達しているが、この部分を反対方向にずらすことによって、巻枠１に容易に取り付けることできるようにしている。
　また、巻枠１における板部材２、３間には、超電導線が、図７と同様、密に巻き回されることによって形成されたコイルが設けられている。
　次に、エポキシ樹脂、又はワックスなどの超電導線固定用含浸材を、超電導マグネットのコイルの超電導線間に形成された流路に浸透させる工程について説明する。なお、超電導線固定用含浸材としてワックスを用いる場合、常温で固体のワックスを選択する必要がある。
　まず、図３の各部について詳述すると、以下の通りである。超電導線固定用含浸材を貯留できる含浸用容器２１が、真空容器２２内に配設されている。また、超電導マグネット１０は、含浸用容器２１内に収容されている。なお、真空容器２２は、超電導線固定用含浸材を供給するための管２３と、真空排気に用いられる管２４とを有している。
　次に、図３の構成を用いて、超電導線固定用含浸材を、超電導マグネット１０のコイル４の超電導線間に形成された流路に浸透させる工程を説明する。まず、超電導マグネット１０を含浸用容器２１に配設した後、真空容器２２内を真空排気する。続いて、流体状態の超電導線固定用含浸材を含浸用容器２１内に流し込んで、超電導マグネット１０を超電導線固定用含浸材中に浸漬し、コイル４の超電導線間に形成された流路（図７の流路１０３と同様のもの）に浸透させる。なお、図３は、このときの状態を示している。
　ここで、上述の流路への超電導線固定用含浸材の浸透についてさらに詳述する。上述のように、超電導マグネット１０が超電導線固定用含浸材中に浸漬されると、板部材２、３は、スリット２ａ、３ａをそれぞれ有しているので、もともとコイル４の外周表面にあった開口部（図示せず）から超電導線固定用含浸材が、コイル４内の流路に流れ込み始めると共に、スリット２ａ、３ａに沿って超電導線固定用含浸材が流れ込んでいく。続いて、コイル４の両端部におけるスリット２ａ、３ａに隣接している図示しない開口部（コイル４の両端部における各層間に形成された流路の開口部）のうち、外径側の開口部から順に、コイル４内の流路へと超電導線固定用含浸材が流れ込んでいく。つまり、含浸の初期から、コイル４内の内径側の流路へ超電導線固定用含浸材を流し込んでいくことができる。これらの工程により、容易且つ迅速に、コイル４の中心の流路まで、超電導線固定用含浸材を流し込むことができる。
　上記構成によれば、従来では、巻枠のフランジと接して塞がれてしまっていたコイルの開口部を利用することができるので、コイル４を形成している超電導線間の流路の最深部まで、容易に樹脂などの超電導線固定用含浸材を流し込むことが可能な超電導マグネット１０を提供できる。特に、密に巻き回されて形成されたコイル４に存在する流路に、樹脂などの超電導線固定用含浸材を浸透させるのに適している。
　また、外側縁部の開口端から内側に向かって、径方向に切り込むように形成されたスリット２ａ、３ａを複数有している板部材２、３が設けられているので、コイル４一端側の流路の開口部だけでなく、コイル４他端側の流路の開口部からも樹脂を浸透させることが可能な超電導マグネット１０を提供できる。その結果として、流路の最深部まで、より速く超電導線固定用含浸材を浸透させることができる。なお、板部材２、３のどちらか１つであってもよいが、これらの２つが設けられている場合に比べ、効果が劣ることは言うまでもない。
　板部材２、３が、難接着高分子材料で形成されているので、超電導線固定用含浸材を接着しにくくでき、流動抵抗を低くできることから、流路の最深部まで、より速く超電導線固定用含浸材を浸透させることができる。
　なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、一変形例として、上記実施形態で示した板部材２、３の代わりに、図４に示したような各スリットの形状、又は切り込みの方向が変更されたもの（例えば、径方向に対して所定角度傾斜する方向に切り込んだもの）を有する板部材２２としてもよい。また、他にも、これらのスリット形状に限られず、様々な形状のものが考えられる。さらに、様々な形状のスリットを適宜組み合わせた板部材としてもよいが、各スリットを単独種で少なくとも１つ以上有した板部材としてもよい。
　また、上記実施形態で示した板部材２、３においては、スリットの数が８のものであったがこれに限られず、７以下であってもよいし、９以上であってもよい。また、等間隔で設けられているが、これに限られず、等間隔でなくてもよいし、狭い又は広いという間隔の偏りがあってもかまわない。
　また、図５Ａに示すように、フランジ３１ｂ、３１ｃのコイル３４側にそれぞれ、板部材３２、３３を直接貼り付けるように設けてもよい。板部材３３は、図５Ｂに示すように、８つの扇状板部材３３ａと、扇状板部材３３ａ間に形成されたスリット３３ｂとを有している。なお、板部材３２は、板部材３３と同様のものである。また、符号３０、３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３４の部材は順に、上記実施形態の符号１０、１、１ａ、１ｂ、１ｃ、４と同様の部材であるので、説明を省略する。
　また、図１において、板部材２、３が、難接着性の高分子材料ではなく、例えば、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）など接着性の比較的高い材料で形成されている場合には、当該板部材２、３とフランジ１ｂ、１ｃとの間に（両側であってもよいし片側だけであってもよい）、難接着性の高分子材料からなる難接着性板部材をさらに設けるか（挟装させるか）、または難接着性の高分子材料の皮膜を形成することが好ましい。これにより、超電導線固定用含浸材が板部材２、３に接着しにくくなり、その流動抵抗が低くなる。その結果、流路の最深部まで、より速く超電導線固定用含浸材を浸透させることができる。なお、上記した難接着性板部材（スリットなし）の厚みは、０．１ｍｍ～１ｍｍ程度である。また、上記した難接着性の高分子材料の皮膜の厚みは、１０μｍ～１００μｍ程度である。また、この皮膜は、板部材２、３の表面やフランジ１ｂ、１ｃの表面に形成される。
　さらに、図６Ａ及び６Ｂに示したような超電導マグネット４０としてもよい。本実施形態の超電導マグネット４０は、図１に示した超電導マグネット１の有する板部材２，３に相当する部材を有さない。この超電導マグネット４０は、外側縁部から内側に向かって切り込むように形成されたスリット４１ｃｓを、巻枠４１のフランジ４１ｃのコイル４４側の表面に有するものである。フランジ４１ｃのコイル４４側の表面に所定深さのスリット４１ｃｓが形成されている。すなわち、本実施形態のスリット４１ｃｓは、有底のスリットである。スリット４１ｃｓの形態に関し、スリット４１ｃｓが有底であること以外は、他の実施形態のスリット（２ａ、３ａ、３３ｂ）と同様の形態である（図４に示したような形態のスリットであってもよい）。なお、フランジ４１ｂも、スリット４１ｃｓと同様のスリット４１ｂｓが、そのコイル４４側の表面に形成されている。
　ここで、ポリテトラフルオロエチレンなどの難接着性の高分子材料で、フランジ４１ｃおよびフランジ４１ｂのコイル４４側の表面に（スリット４１ｃｓおよびスリット４１ｂｓの表面を含む）高分子皮膜を形成しておくことが好ましい。この皮膜の厚みは、１０μｍ～１００μｍ程度である。超電導線固定用含浸材の流動抵抗を低くして、その浸透性を向上させるためである。なお、符号４１ａの部材は、上記実施形態の符号３１ａと同様の部材であるので、説明を省略する。
　なお、前記した超電導マグネット１０と本実施形態の超電導マグネット４０とは、外側縁部から内側に向かって切り込むように形成されたスリットをいずれも有するという点で、従来技術にはない対応する特別な技術的特長を備えている。
（フランジ表面のコーティング）
　図１に示した超電導マグネット１０において、フランジ１ｂ、１ｃのコイル４側の表面が、超電導線固定用含浸材に対して難接着性の高分子材料（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））でコーティング処理されていることが好ましい（図５Ａ及び５Ｂに示した超電導マグネット３０においても同様）。なお、片側のフランジ１ｂ（またはフランジ１ｃ）のみコーティング処理されていてもよい。
　ここで、フランジ１ｂ、１ｃと板部材２、３とが仮に接着していると、コイル４の動きが拘束され、コイル４を構成する超電導線が不用意に動いてしまうことがある。しかしながら、フランジ１ｂ、１ｃのコイル４側の表面を、例えばＰＴＦＥでコーティング処理すると、フランジ１ｂ、１ｃと、板部材２、３とは、含浸材（超電導線固定用含浸材）で接着されにくくなる。すなわち、フランジ１ｂ、１ｃと板部材２、３との間の滑り性が向上し、コイル４を構成する超電導線が不用意に動くことを防止できる。その結果、クエンチの発生を防止できる。
　また、ＰＴＦＥなどの難接着性の高分子材料でフランジ１ｂ、１ｃの表面をコーティング処理することにより上記した滑り性向上効果が得られ、一方、板部材２、３のスリット２ａ、３ａにより、前記したように超電導線間への含浸材（超電導線固定用含浸材）の浸透効果が得られるので、板部材２、３の材質選択の自由度が高まるという効果も得られる。
（板部材の材質）
　ここで、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）又はポリイミドで板部材２、３を形成することが好ましい。これにより、難接着性の高分子材料（例えば、ＰＴＦＥ）で表面がコーティング処理されたフランジ１ｂ、１ｃと板部材２、３との間の滑りのムラが抑えられ、クエンチの発生をより防止できる。
なお、この構成によると、含浸材（エポキシ）で板部材２、３とコイル４とは接着するが、滑りの発生する部位は、コイル４に対して遠い側のフランジと１ｂ、１ｃ板部材２、３との間に限定される。すなわち、クエンチの発生は抑制される（ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）で板部材２、３を形成したときも同様）。
　一方、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で板部材２、３を形成すると、板部材２、３とコイル４との間の非接着性、フランジ１ｂ、１ｃと板部材２、３との間の非接着性をいずれも得ることができる。すなわち、板部材２、３とコイル４との間の非接着性も得てクエンチを抑制しようとする場合は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で板部材２、３を形成することが好ましい。
　また、アルミニウム、銅などの熱伝導性のよい（大きい）金属で板部材２、３を形成することも好ましい。これにより、フランジ１ｂ、１ｃと板部材２、３との間の滑りにより発生する熱を板部材２、３で分散させることができ、クエンチの発生をより防止できる。なお、この構成によると、含浸材（エポキシ）で板部材２、３とコイル４とは接着するが、滑りの発生する部位は、コイル４に対して遠い側のフランジと１ｂ、１ｃ板部材２、３との間に限定される。すなわち、クエンチの発生は抑制される。アルミニウムとは、純アルミだけでなく例えば、ＪＩＳ規格でＡ１０００番台からＡ５０００番台までのアルミニウム合金も含む。また、銅とは、純銅の他、例えば、ＪＩＳ規格でＣ１０００番台の銅も含む。
　なお、一般に、金属は樹脂よりも熱伝導性が大きいため、アルミニウム・銅以外の金属（非磁性金属）で板部材２、３を形成しても、フランジ１ｂ、１ｃと板部材２、３との間の滑りにより発生する熱を分散させることができる。
　本出願を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は、２００９年３月１８日出願の日本特許出願（特願２００９-０６５７７９）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
１ｂ、１ｃ、３１ｂ、３１ｃ、４１ｂ、４１ｃ　　フランジ
１ａ　　円筒状部材
１、１０２　　巻枠
２ａ、３ａ、３３ｂ、４１ｃｓ　　スリット
２、３、２２、３２、３３　　板部材
４、３４、４４、１０４　　コイル
１０、３０、４０　　超電導マグネット
２１　　含浸用容器
２２　　真空容器
２３、２４　　管
３３ａ　　扇状板部材
１０１　　超電導線
１０３　　流路

Claims (16)

  1. 　第１のフランジと第２のフランジとを各端部に有した巻枠と、
    　前記巻枠に巻回された超電導線よりなるコイルと
    　前記超電導線の間に浸透し固化した超電導線固定用含浸材と、
    　外側縁部から内側に向かって切り込むように形成されたスリットを少なくとも１つ有し、前記第１のフランジと前記コイルとの間に挟装される板部材
    を備える超電導マグネット。
  2. 　外側縁部から内側に向かって切り込むように形成されたスリットを少なくとも１つ有した板部材が、前記第２のフランジと前記コイルとの間に挟装されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導マグネット。
  3. 　前記板部材が、前記超電導線固定用含浸材に対して難接着性の高分子材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導マグネット。
  4. 　前記超電導線固定用含浸材に対して難接着性の高分子材料の膜が、前記第１のフランジおよび前記第２のフランジのうちの少なくともいずれかのコイル側の表面にコーティング処理により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導マグネット。
  5. 　前記超電導線固定用含浸材に対して難接着性の高分子材料の膜が、前記第１のフランジおよび前記第２のフランジのうちの少なくともいずれかのコイル側の表面にコーティング処理により形成されていることを特徴とする請求項２に記載の超電導マグネット。
  6. 　前記超電導線固定用含浸材に対して難接着性の高分子材料の膜が、前記第１のフランジおよび前記第２のフランジのうちの少なくともいずれかのコイル側の表面にコーティング処理により形成されていることを特徴とする請求項３に記載の超電導マグネット。
  7. 　前記板部材が、ポリテトラフルオロエチレンで形成されていることを特徴とする請求項４に記載の超電導マグネット。
  8. 　前記板部材が、ポリテトラフルオロエチレンで形成されていることを特徴とする請求項５に記載の超電導マグネット。
  9. 　前記板部材が、ポリテトラフルオロエチレンで形成されていることを特徴とする請求項６に記載の超電導マグネット。
  10. 　前記板部材が、ポリエチレンテレフタレート又はポリイミドで形成されていることを特徴とする請求項４に記載の超電導マグネット。
  11. 　前記板部材が、ポリエチレンテレフタレート又はポリイミドで形成されていることを特徴とする請求項５に記載の超電導マグネット。
  12. 　前記板部材が、アルミニウム又は銅で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の超電導マグネット。
  13. 　前記板部材が、アルミニウム又は銅で形成されていることを特徴とする請求項５に記載の超電導マグネット。
  14. 　前記難接着性の高分子材料がポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項４に記載の超電導マグネット。
  15. 　前記難接着性の高分子材料がポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項５に記載の超電導マグネット。
  16. 　第１のフランジと第２のフランジとを各端部に有した巻枠と、
    　前記巻枠に巻回された超電導線よりなるコイルと、
    　前記超電導線の間に浸透し固化した超電導線固定用含浸材を備え、
    　前記第１のフランジおよび前記第２のフランジのうちの少なくともいずれかは、外側縁部から内側に向かって切り込むように形成されたスリットを少なくとも１つ前記コイル側の表面に有し、
    　前記巻枠の表面には、前記超電導線固定用含浸材に対して難接着性を有する高分子皮膜が形成されていることを特徴とする超電導マグネット。
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