JPH02270307A - 超電導コイルの巻線方法 - 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） 二の発明は、超電導核磁気共鳴装置の超１を環マグネッ
トを始めとする円筒状の超電導コイルを所定の巻枠に巻
回する巻線方法に関する。

〔従来の技術〕

超電導コイルは超電導線を通常ステンレス、銅、又はア
ルミニウム合金などからなる円筒状の巻枠に巻回されて
円筒状に成形される。超電導コイルは液体ヘリウムに浸
され約４にの掻低温の状態で使用される。

Ｍｉ電導コイルを掻低温まで冷却し超電導状態にした上
で電流を流すと、超電導コイルにはｉｉｔ磁力として半
径を大きくしようとする拡張力と軸方向が収縮しようと
する圧縮力とが働く、これらの力によってしばしば超電
導線の位置がずれ、その結果、局部的に常電導状態に戻
る部分が生じこれが波及して超電導コイル全体が常電導
状態に転移するといういわゆるクエンチ現象が生ずるこ
とが知られている。このようなりエンチ現象が生ずると
超電導コイルに期待する直流磁場発生機能が失われてし
まうので、超電導コイルの製作段階でクエンチ現象が起
こらないよう種々の対策が講じられている。

前述のような超電導線が電磁力によってその位置がずれ
る現象はワイヤムーブメントと呼ばれていてクエンチ現
象発生の大きな要因になっている。

ワイヤムーブメントを生しさせないために実際の超電導
コイルでは、製作時に超電導線に大きな張力をかけなが
ら巻回するとともに、巻回終了後には軸方向にも強い圧
縮力を加えて機械的に固定するという方法が採られてい
る。

〔発明が解決しようとする課題］ このような超電導コイルの製作法には次のような問題点
がある。

イ、張力を加えた状態で超電導線を巻回するために、超
電導線を所定の位置に位置決めしながら巻回するのが困
難である。

口、超電導線が太くなると大きな張力を加えなければな
らないし、超電導コイルの半径が大きくなると超電導線
が巻枠を押付ける力が小さくなるので、更に大きな張力
を必要とする。そのために、巻線装置が大型化、複雑化
する。

ハ、大きな超電導コイルの場合には、軸方向の圧縮力を
加えることが困難になる。

この発明は、このような問題点を解決し、超電導コイル
の巻回作業中に超電導線に張力を加えることなく、また
、巻回作業終了後に軸方向の圧縮力を加えることなく、
超電導コイルに成形した超電導線に所要の張力と圧縮力
のかかる超電導コイルの巻線方法を提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明によれば、円筒部
及びこの円筒部の軸方向の両側に設けたつば部とで断面
がコの字状を形成した内側巻枠と、この内側巻枠の円筒
部とつば部とにそれぞれ所定の間隙を隔てて同心配置さ
れた円筒状の外側巻枠とからなる巻枠の、外側巻枠とつ
ば部とが形成する長方形断面部に断熱材を介して超電導
線を巻回して超電導コイルを形成する超電導コイルの巻
線方法であって、前記内側巻枠と前記外側巻枠との半径
方向の空隙を真空に保ち、前記内側巻枠を前記起電導線
よりも高い温度に保ち、前記外側巻枠を前記超電導線よ
りも低い温度に保った状態で前記超電導線を前記長方形
断面部に巻回し、巻回終了後、内側巻枠と外側巻枠を超
電導線と同じ温度にするものとする。

〔作用］ この発明の構成において、円筒部とその両端に設けたつ
ば部とでコの字状断面をした内側巻枠の円筒部とつば部
とに、それぞれ所定の間隙を隔てて同心配置に円筒状の
外側巻枠を設け、この外側巻枠とつば部とが形成する長
方形断面部に断熱材を介して超電導線を巻回して超電導
コイルを形成する超電導コイルの巻線方法であって、内
側巻枠と外側巻枠との半径方向の間隙を真空に保つこと
によって内側巻枠と外側巻枠との間を断熱した構成のも
とで、内側巻枠を超電導線よりも高い温度に保ち、前記
外側巻枠を前記超電導線よりも低い温度に保った状態で
超電導線を巻回すると、内側巻枠は超電導線に対して熱
膨張した状態、外側巻枠は超電導線に対して熱収縮した
状態で超電導線が巻回されてＭｉ電導コイルが形成され
る。巻回作業終了後、内側巻枠、外側巻枠及び起電導コ
イルが常温の同じ温度になると、熱膨張していた内側巻
枠が収縮して２つのっぽ部の寸法が収縮して超電導コイ
ルに軸方向圧縮力をかけることになり、熱収縮していた
外側巻枠が膨張して半径が大きくなり、起電導コイルに
半径方向の拡張力をかけ、起電導線に張力が発生する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の実施例を示す超電導コイルとその巻
枠の断面図である。この図において、ｌは内側巻枠で、
円筒部１１とこの円筒部１１の軸方向の両側に外径側に
突出したつば部１２が設けられていて、全体として内側
巻枠ｌは断面がコの字状になっている。２は外側巻枠で
、空間６を構成する間隙を介して内側巻枠ｌの円筒部１
１の外径側に同軸に配置されており、また、両側のっぽ
部１２との間にも間隙があってこの間隙にはっは部１２
と外側巻枠２との間にパンキン５が設けられている。こ
のパツキン５によって空間６は外部空間に対して気密に
保持される構成となっていて高い断熱効果を確保するた
めに空間６は真空状態に保持された真空空間になってい
る。

超電導コイル７は外側巻枠２の外径側に巻回して円筒状
に成形されており、その際、超電導コイル７と外側巻枠
２との間には断熱材３が、つば部１２との間には断熱材
４がそれぞれ挿入されている。

超電導線を巻回して超電導コイル７を形成する巻線作業
においては、内側巻枠ｌの温度を超電導線よりも高い温
度にし、外側巻枠２の温度を低い温度に保った状態にす
る。このような温度差を保つために内側巻枠１と外側巻
枠２との間を真空にした空間６を、超電導コイル７と内
側巻枠ｌ、外側巻枠２との間に断熱材３．４を設けであ
る。

仮に超電導線を常温として巻回したとすると、超電導コ
イル７を形成した後、内側巻枠１や外側巻枠２が超電導
コイル７と同じ温度の常温になったときには、内側巻枠
１は巻線時よりも温度が下がって熱収縮し、外側巻枠２
は反対に熱膨張することになる。超電導コイル７は最初
から常温であったから、それ自身熱的に収縮や膨張する
ことはない、しかし、外側巻枠２の熱膨張によって超電
導コイル７は半径方向に拡張する拡張力が与えられて超
電導線には張力が働いた状態になる。外側巻枠２と内側
巻枠ｌとの間は空間６であり、外側巻枠２の両端で僅か
にパツキンを介して接触しているが、このパツキンは屈
曲性に優れているので、外側巻枠２と内側巻枠ｌとの寸
法変化に対して充分追従することができる。また、外側
巻枠ｌの円筒部１１の半径が大きくなり内側巻枠２が小
さくなっても、空間６の間隙寸法が増大するだけで何ら
支障が生ずることはない。

内側巻枠ｌが熱収縮することによって円筒部１１の紙面
に水平方向である軸方向の寸法が収縮し両側のつば１２
の間隔が狭くなり、超電導コイル７を両側から圧縮する
ことになる。このように、超電導コイル７には、外側巻
枠２の熱膨張によって張力が、内側巻枠１の熱収縮によ
って圧縮力が加えられることになる。

前述のように、超電導線は常温の状態で巻回すると仮定
したが、温度差と熱収縮、膨張の関係は相対的なものな
ので、超電導線を常温に限定するものではない、実際の
巻回作業で超電導線に対して内側巻枠ｌや外側巻枠２の
温度差をつける方法として、次のような方法がある。

外側巻枠２は温度を下げることなく常温のままとする。

超電導線の線材供給ボビンと外側巻枠２との間でヒータ
などで超電導線を加熱して超電導線と外側巻枠２との間
の所要の温度差分だけ温度を上げる。一方、内側巻枠１
は円筒部１１に図示しないバンドヒータなどをあらかじ
め固着しておいてこれにより加熱する。巻枠は回転する
のでこのバンドヒータに供給する電力はスリップリング
を介して供給する。

このような構成によって温度の高い方から、内側巻枠１
、超電導線、外側巻枠２の順にすることができる。

このような巻線方法を採用することによって、超電導線
を外側巻枠２に巻回する際には外側巻枠２の表面になじ
む程度の小さい張力をかけるだけでよく、また、巻回終
了後に軸方向の圧縮力をかける必要もなくなる。

内側巻枠ｌと外側巻枠２とに温度差をつけて巻回するこ
とにより、超電導コイル７には張力と軸方向圧縮力がか
かった状態になるが、この状態は一様に冷却されて超電
導コイル７を構成する超電導線全部が超電導状態になっ
ても維持されるので、外部から励磁して超電導コイル７
に電流を流すことによって発生する電磁力によって超電
導線にワイヤムーブメントが起こりにくくなり、結果的
にクエンチ現象の起こりにくい安定した超電導コイルと
することができる。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、コの半断面形状の内側巻枠と
円筒状の外側巻枠との半径方向の間隙の空間を真空にし
てこれら巻枠間を断熱した構成のもとで、内側巻枠を超
電導線よりも高い温度に保ち、前記外側巻枠を前記超電
導線よりも低い温度に保った状態で超電導線を巻回する
と、内側巻枠は熱膨張した状態、外側巻枠は熱収縮した
状態で超電導線が巻回されて超電導コイルが形成される
ことになる。巻回作業終了後、内側巻枠、外側巻枠及び
超電導コイルを常温ににすると、超電導コイルに対して
熱膨張の状態にあった内側巻枠が収縮して２つのっぽ部
の寸法が短縮して超電導コイルに軸方向圧縮力をかける
ことになり、超電導コイルに対して熱収縮の状態にあっ
た外側巻枠が膨張して半径が大きくなり、超電導コイル
に半径方向の拡張力を与え、超電導線に張力が発生する
。

このような巻線法を採用することによって、超電導線を
外側巻枠２に巻回する際には超電導コイルが外側巻枠２
の表面になじむ程度の小さい張力をかけるだけでよいの
で巻回中の超ｉｉ導線の位！決めが容易となり、巻線装
置も簡単なものでよい。

また、巻回終了後に軸方向の圧縮力をかける必要もなく
なる。

このようにして超電導コイルにかかった張力や圧縮力は
超電導コイルが極低温に冷却されて超電導状態になって
も維持されるので、外部から励磁して超電導コイルに電
流を流すことによって発生する電磁力によって生ずるワ
イヤムーブメントとこれに起因するクエンチ現象の起こ
りにくい安定した超電導コイルとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す超電導コイルの断面図
である。 ｌ・・・内側巻枠、１１・・・つば部、１２・・・円筒
部、２・・・外側巻枠、３．４・・・断熱材、６・・・
空間。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）円筒部及びこの円筒部の軸方向の両側に設けたつば
   部とで断面がコの字状を形成した内側巻枠と、この内側
   巻枠の円筒部とつば部とにそれぞれ所定の間隙を隔てて
   同心配置された円筒状の外側巻枠とからなる巻枠の、外
   側巻枠とつば部とが形成する長方形断面部に断熱材を介
   して超電導線を巻回して超電導コイルを形成する超電導
   コイルの巻線方法であって、前記内側巻枠と前記外側巻
   枠との半径方向の空隙を真空に保ち、前記内側巻枠を前
   記超電導線よりも高い温度に保ち、前記外側巻枠を前記
   超電導線よりも低い温度に保った状態で前記超電導線を
   前記長方形断面部に巻回し、巻回終了後、内側巻枠と外
   側巻枠を超電導線と同じ温度にすることを特徴とする超
   電導コイルの巻線方法。