JPH02181405A - 超電導装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、巻線部の隙間を無くした超電導コイルに係り
、特に、熱収縮歪と電磁力の強さに合せた締付力を巻線
部に自動的に加減して、安定で、かつ、効率良く利用で
きる超電導装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、超電導現象を利用した装置は、物性研究。

核磁気共鳴装置、磁気浮上列車、超電導発電機。

エネルギ貯蔵１粒子加速器、核融合装置等の広範囲に亘
って採用されつつある。

特に、物性研究用装置は新しい超電導材料自身の物性値
を知る上で、さらに強磁界が必要になっている。

超電導コイルは、超電導線を多層に密巻きし、その電流
密度を大きくすると、効率良く磁場を発生することがで
きる。ところが、高電流密度に密巻きした超電導コイル
では、トレーニングとデクラデーションと呼ばれる現象
が生じ、安定した超電導コイルを得るのが難かしくなる
。トレーニングとは、最初の励磁では超電導コイルのク
エンチ電流が超電導線材の短尺試料の臨界電流より低い
値であるが、何回も励磁を繰返すとクエンチ電流が少し
ずつ上昇して行く現象である。また、デクラデーション
とは、クエンチを何回繰返えしても、短尺試料の臨界電
流に達しない現象である。このような不安定な現象が起
こる原因は１種々の要因が複雑にからみあって発生する
と考えらるが、その中でも、励磁に伴い電磁力の発生に
よって巻線の一部が動き、その時に発生する摩擦熱が主
原因と考えられる。

従って、安定な磁電溝コイルを作るには１巻線部の巻線
に電磁力が加わっても動かないようにすることであり、
巻線内部に隙間ができないように巻線をできるだけ固く
密に巻く必要がある。

その一方法として、超電導線材にパックテンションを与
えて巻回す方法がある。しかし、この場合、巻回軸に直
角な方向には隙間を無くすよう固く巻くことができるが
、巻回軸に平行な方向には効果がない。

そこで、巻回軸に平行な方向の隙間を無くす方法が、特
開昭５８−１３８００７号公報で提案された。この方法
は、超電導線材を巻回後、巻線全体を軸方向に加圧して
締付ける方法である。しかし、この方法は、巻線内部ま
で均一な力を加えることが困難であり、また１局部的に
超電導線材を損傷させる可能性が大きいという問題があ
り、多層に超電導線材を巻回したものへの適用は困難で
ある。

また１巻線部全体の隙間を無くす別の方法は、英国特許
第１４５１６０３号の明細書に示されている。

この方法は、超電導線材を巻回後、エポキシ系樹脂で全
体を含浸して隙間を無くす方法であるが、含浸コイルの
場合、冷媒との直接接触が無く冷却性が低下し、含浸材
にクラックが発生すると歪エネルギの解放に伴い温度上
昇が生じるため、コイルかクエンチするという別の不安
定要因となってしまう。

また、超電導コイルを液体ヘリウム中で励磁して、軸方
向に圧縮力を受けた時に移動フランジ板を移動して締付
ける方法が特開昭５２−２３７８７号公報に示されてい
る。この方法は、電磁力を受けて縮んた時締付ける方法
であると考えられる。

しかし、電磁力による縮み代を締付けるためには、すで
に超電導コイル性能が良好な値に達していることが前提
条件となるはずである。また、仮りに、トレーニングを
繰返えしながら特性が向上していく場合高価な液体ヘリ
ウムを多量に使用すること、復帰時間の増大等経済的負
担が増大する。

一方コイル自身は膨張と収縮を繰り返すことになり、締
付けたまま電磁力が加わると超電導コイル自身が膨張す
るため圧縮歪が大きくなり線材の絶縁層の破損や、線材
自身の特性の劣化にもつながる可能性が大きい。

一方、超電導コイルを用いるには、必ず、電極が必要に
なる。この電極部は、フラング板にしっかりと取り付け
られ電磁力が加わっても電極が動かず破損しないように
することが大切である。しかし、上部フランジが固定板
であると、コイル自身熱収縮によって縮み、更に、コイ
ル自身の重量で下側フランジ板側へ落下現象が起こり、
上部フランジ板とコイル巻線端部に隙間が発生し、結果
的には電極と巻線端部の動きを、現状の技術では、線材
の動きを完全に固定する技術が困歎であり、ワイヤーム
ーブメントが発生してコイル性能が低下する大きな要因
となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、安定で効率よく経済的に利用できる超
電導装置を提供する。

この目的を達成するために本発明は、コイルボビンの上
部フランジをフライオスタラ１〜外部から、常に、一定
の加圧力を自動的に加え、熱収縮歪と電磁力の相乗効果
によって発生する上部フランジ板と超電導コイルの巻線
端部の隙間を無くし、ワイヤームーブメン１−の発生を
防ぎ、また、電磁力開放によるコイル自身の膨張による
圧縮歪を自動的に開放して、超電導線材の電気的絶縁破
壊や本質的な超電導特性の劣化が起らないようにしたこ
とを特徴とする。

上記従来技術は、超電導コイル巻回復装置に組込んで冷
却して使用するが、その過程で、超電導コイル巻同部に
熱収縮歪が発生するために隙間ができてしまう。この隙
間は、超電導コイルが励起されると電磁力が加わり、更
に、隙間が大きくなりワイヤームーブメント現象が起り
やすくなる、すなわち、超電導性能が低下する。このよ
うに、冷却によって発生する隙間を無くす防止対策が考
慮されておらず、ワイヤームーブメントが発生する要因
となり、超電導コイルそのものの性能を低下させる問題
があった。

本発明の目的は、熱収縮と電磁力によって起る隙間を無
くすことにある。

〔課題を解決するための手段〕

第１図について説明する。

コイル巻線主軸が下部固定フランジ３Ｂに固定され、上
部フランジ３Ａは移動可変型とした巻線ボビンでそのボ
ビンへ超電導コイル４が組込まれている。上部フランジ
３Ａは、加圧力調節器１から適正な加圧力を、吊りロッ
ド３、及び、加圧ロッド２を介して、常に、一定量の加
圧力を保持することのできる構造になっている。

なお、下側固定フランジ３Ｂには、電極６，６′が取り
付けてあり、冷却による熱収縮歪が発生しても超電導コ
イル自身の自重により、常に、下部フランジ３Ｂと超電
導コイル４の下側部分は隙間３３Ｂが発生することがな
いので、ワイヤームーブメント等による電極６，６′よ
って超電導コイル４の特性を低下させることはない。こ
れらの超電導コイル４は真空断熱槽を備えたクライオス
タット５を用いて、高価な冷媒液体ヘリウムの蒸発量を
極力軽減することができる。第２図は、上。

千両フランジ３Ｂ固定型であり、超電導コイル４が冷媒
により冷却されると熱収縮歪が起こりコイル巻線ボビン
全体の熱収縮歪率は、超電導コイル４の軸方向熱収縮歪
率よりも小さいため、必ず、隙間３３Ａが発生すること
が確認される。

このように、常温中でいかに精密に巻回して製作した超
電導コイル４でも、冷却しても縮まないようにする技術
は不可能で、必ず、隙間３３Ａが発生する。この隙間を
無くすには、冷却して超電導コイル４が縮むのに合せて
移動可能フランジ３Ａを加圧する。

〔作用〕

上記の構造に製作された超電導装置は、含浸材等を一切
使用しないので、製作する工程に余分な費用と工程が入
らないので安く、しかも、超電導コイル及び電極部が特
に損傷することが少ない。

また、冷却工程では、超電導コイル線材と冷媒液体ヘリ
ウムが直接接触することができるので超電導コイルから
発生する熱を急速に除去することができ、超電導コイル
特性を向上させることができる。

一方、冷却することによって熱収縮歪が発生するが、そ
の収縮歪、あるいは、励磁試験により発生する電磁力が
それぞれ単独、あるいは、複合して発生する収縮歪と、
その歪量に合った動きと連動して動く移動可変型フラン
ジ板を、常に、一定の加圧力が加わる。すなわち、超電
導コイル自身の冷却特性が優れ、更に、一定の圧力を加
えて隙間を防止することがでは、電磁力の開放、及び、
常温へ昇温する際に発生する熱膨張歪に対する圧縮歪の
開放に対策構造が生かされており、安全で。

かつ、効率良く利用できる。

（実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図を用いて説明する。

本実施例で使用するボビンは、下部フランジ板３Ｂへ円
筒が固定してあり、上部フランジ板３Ａは移動可変構造
になっている。この２ランジ板の間に超電導コイル４を
取り付は下部フランジ板３Ｂには、電極６，６′がしっ
かりと取、りっけである。超電導装置の性能を確認する
ため下記の寸法の超電導コイルを製作した。巻線内径８
０ｍ。

巻線外径２１５ｍｍ、巻線軸長２２０　ｎｎの超電導コ
イルを吊りロッド３．加圧ロッド２、及び、加圧調整器
１の全体を吊りフランジ板に固定して、クライオスタッ
ト５の中へ収納した。その後、円周上へケ所に設けた加
圧調整器１は、加圧ロッド２を介して上部フランジ板３
Ａが、　０　、３　ｋｇ／　＋＋ｎ２の圧力が常に一定
に連続して加わるように調整した。

その後、液体窒素、液体ヘリウムを用いて冷却した結果
、１．５ａｍの熱収縮３３Ａが確認された。

その後、そのままの状態で励磁試験を行なった結果、超
電導コイルの電圧波形も乱れがなく初回の励磁試験で巻
回した超電導線材の短尺特性値の１００％でクエンチし
た。この時、加圧調整器１の移動した移動距離は最大２
．７Ｂｗｎもあった。

下部フランジ板３Ｂと超電導コイル４には、隙間３３Ｂ
が発生しないので電極６，６′は損傷の危険もなく、本
装置の性能が十分に生かなされたことが実証された。

次に１本発明の装置を用いて行なった第三の実施例を第
３図を用いて説明する。

実施例１に使用した、常に一定の加圧力を連続的に加え
ることができる装置の加圧ａｍの部分を使用して行なっ
た。

その時使用した超電導コイル４の構造は下側フランジ板
３Ｂに電極６，６′を取り付け、上部フランジ板３Ａは
移動可変型で実施例１で使用したものと同一構造にした
。その時使用した超電導コイル４の寸法は１巻線内径７
５ｍｍ、巻線外径２２０ｍ２巻線軸長１００ｍｍの同一
仕様で二ケの超電導コイル４を製作した。その後、同一
仕様の超電導コイル４を二段に組合せ、スプリットタイ
プに組合せて装置の性能を確認した。

まず、下側超電導コイル４の上部側移動フランジ板３Ａ
の上に、厚さ１５ＩＩｆｆｉのギャップ調整ブロックＧ
をへケ所に均等になる位置に配置し、その上に超電導コ
イル４を組合せ、加圧調整器１からの加圧力が加圧ロッ
ト２、および、上側超電導コイル４を介して、上、下の
超電導コイル４が均一に、しかも、効率よく加圧される
ようにした。

その後、クライオスタット（図示せず）に挿入し加圧力
として、常に、０　、２５　ｋｇ／　ｎｕｎ”の圧力が
一定に連続的に加わるように調整した。その状態で液体
窒素、液体ヘリウムの順に冷却を行なった。

その時、装置全体の熱収縮３３Ａは、１　、７　ｎｗ＋
＋であった。更に、この状態のままで励磁試験を行なっ
た結果、上、下の二ケ超電導コイル４の電圧波形は、ス
パイク状の電圧発生もなく、極安定で。

その時の通電電流も短尺特性の値の９８％と超電導装置
として優れた値を示した。

また、第４図に示すように、第３図で使用した装置を横
型にして、その動作確認と超電導コイル４の特性値の確
認を行なった。

その結果、加圧調整器１が一方向に集中するものの装置
そのものの加圧効果は十分に確認することができ短尺特
性値の９５％まで一回の励磁試験で達成できた。

本実施例によれば、超電導コイル４が伸縮する伸縮量に
合せた適量の加圧力を、常に、加減できるので超電導コ
イル４を電気的特性を破壊することが無く、更に、トレ
ーニングによって高価な液体ヘリウムを消費することも
ないので経済的、かつ、安定で、しかも含浸材等を一切
使用しないので冷却効果に優れ、製作コストを軽減でき
るので製造コスＩ・の面で経済的に優れ、更に、超電導
コイル４全体の巻線部及び電極部の動きを防止できるの
で、性能を確保する技術に優れた超電導装置を製作する
ことが実証された。

なお、本発明の原理は、移動フラジを取り付けた多くの
超電導装置に有効な効果が期待でき、その装置の大きさ
に合せた加圧力も調整する加圧調整器を設けることによ
って超電導装置の性能を十分に発揮することができる。

今回の加圧調整器は、油圧式調整器を使用したが、本発
明はその方法を限定することなく、電気式２機械式、水
圧式、空圧式等を使用することも可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、超電導コイルの巻線部の熱収値歪と電
磁力による軸方向の縮みを、１部フランジからの加圧力
で同時に隙間を無くすことができるので、超電導装置の
特性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図は、従来
の超電導コイルの縦断面図、第３図は。 本発明の第二の実施例のスプリットコイルの縦型断面図
、第４図は１本発明の第三の実施例のスプリットコイル
の横型断面図である。 １・・・加圧調整器、２・・・加圧ロッド、３・・・吊
ロッド、３Ａ〜３Ａ’・・・移動フランジ板、３Ｂ・・
−同定フランジ板、４・・・超電導コイル、３３Ａ〜３
３Ｂ・・・隙間、５・・・クライオスタット、６〜６′
・・・電極、Ｇ・・・ギャップ調整ブロック・ め２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．超電導コイル巻線ボビンのフランジ板片側は、軸方
   向移動可変フランジ板で構成され、前記軸方向移動可変
   フランジ板にクライオスタット外部から常に一定の圧力
   を加え、超電導コイル巻線部の動きを防止する構造とし
   たことを特徴とする超電導装置。
2. ２．超電導コイル巻線ボビンのフランジ板は片側固定フ
   ランジ板で構成され、前記フランジ板に超電導コイルリ
   ード線を取り付けたことを特徴とする超電導装置。
3. ３．超電導コイル巻線ボビンのフランジ板は超電導コイ
   ル下側あるいは、電磁力が加わつてもフランジ板とが離
   れることのない位置に取り付けたことを特徴とする特許
   請求項第２項の超電導装置。