JPH03105902A - 超電導コイル - Google Patents

超電導コイル

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JPH03105902A
JPH03105902A JP24218689A JP24218689A JPH03105902A JP H03105902 A JPH03105902 A JP H03105902A JP 24218689 A JP24218689 A JP 24218689A JP 24218689 A JP24218689 A JP 24218689A JP H03105902 A JPH03105902 A JP H03105902A
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JP
Japan
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coil
superconducting
resin
impregnated
superconducting coil
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JP24218689A
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English (en)
Inventor
Seiji Numata
沼田 征司
Toru Koyama
徹 小山
Naofumi Tada
直文 多田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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、磁気浮上列車用超電導コイルに係り、特に、
超電導線並みの熱膨張係数をもっ合成樹脂を含浸硬化し
た超電導コイルに関する。
〔従来の技術〕
磁気浮上列車に搭載する超電導マグネットの超電導コイ
ルは、電磁力、及び、振動でコイル導体が動くと摩擦熱
によってクエンチ(超電導破壊)を起こすことがある。
このため、コイル全体にエボキシ樹脂を含浸してコイル
導体の動きを封じている。エボキシ樹脂を含浸した超電
導コイルを液体ヘリウムで冷却して通電すると、超電導
線と含浸樹脂の熱収縮率差に基づく熱収縮応力、及び、
電磁応力で含浸樹脂はクランクを発生することがある。
クラックの発生時には、微小な発熱を伴うので、この熱
が超電導線に伝播して超電導線は局部的に臨界温度に達
し、超電導コイルをクエンチに至らしめる。このような
ことから、含浸樹脂の熱収縮率は超電導線並の1〜3X
10−’K−”であることが望ましい。
磁気浮上列車に搭載の超電導コイルに使用する超電導線
は、現状では機械的強度の大きいNbTi合金線が主流
となっているが、将来は機械的強度は劣るが臨界温度、
臨界磁界、及び,臨界電流密度の高いNb:JSn  
等の化合物系超電導線が主流となることが考えられる。
化合物系超電導線を使用した場合は、含浸エポキシ樹脂
との熱収縮率差により超電導線は長さ方向に圧縮応力を
受けることになり、超電導線の化合物層に圧縮歪,また
は、クラツクが生じて超電導コイルの励磁性能を低下す
る恐れがある。
以上のようなことから、超電導線並みの熱収縮率である
コイル含浸に適した樹脂の出現が望まれていた。特公昭
62−184025号公報に低熱膨張係数のビスマレイ
ミド系付加硬化型ポリイミド樹脂が記載されている。こ
のビスマレイミド系付加硬化型ポリイミド樹脂は金属並
以下の熱膨張係数であり、高価なため半導体用絶縁薄膜
及び銅張積層板などの低熱膨張性が要求される部分に適
用されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、含浸樹脂と化合物系超電導線の熱収縮
率差に基づく熱応力の発生については考慮されておらず
、含浸樹脂のクラツク発生、及び、超電導線化合物層の
歪、または、クラツクの発生の問題があった。
本発明の目的は、超電導コイルの励磁性能の低下、及び
、クエンチの起らない超電導コイルを提供することにあ
る。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達或するために、含浸樹脂として熱膨張係数
(線膨張係数)が超電導線並みである工〜3 X 1 
0−’K−1の付加硬化型ポリイミドを用いた。
また、熱膨張係数を小さくするためには、付加硬化型ポ
リイミドの中でも、特に、ビスマレイミド系を用いた。
ビスマレイミド系ポリマは粒状の固体であるので、低粘
度化剤である3、3′−ジアリルビスフェノールF (
DABF)を混合して溶解し、コイルに含浸し易い粘度
にした。さらに、ビスマレイミド系樹脂との反応を起こ
させるために,触媒としてジクミルバーオキサイド(D
CP○)を添加して加熱硬化を行った。
〔作用〕
上記の付加硬化型ポリイミドを含浸した超電導コイルは
、含浸樹脂とコイル導体との熱収縮率差が小さいので、
液体ヘリウムで冷却した時の熱応力は小さい。また、樹
脂の硬化は揮発成分を生じない付加硬化型で進行するた
め,ボイドはできず樹脂の含浸は充分にできる。従って
、含浸樹脂のクラツク発生、及び、超電導線化合物層の
熱応力による歪、または、クランクの発生は起こり難い
よって、超電導コイルは、励磁性能の低下、または、ク
エンチを起こさないようにすることができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を第l図ないし第7図により説明
する。
第1図は、磁気浮上列車に搭載する本発明の超電導コイ
ルの斜視図である。超電導コイル1はNb3Sn 超電
導線を用い、トーストラック形状に1000ターン以上
巻回してコイルを形威し,コイル全体に熱膨張係数が超
電導線並みのビスマレイミド系付加硬化型ポリイミド樹
脂を含浸する。
使用したNb3Sn 超電導線2の断面を第2図(A)
に示す。中央にアルミ安定化材3を配置し,その周りに
第2図CB)に示すファインマルチ線4が分布している
。このファインマルチ線4はNb5、ブロンズ6、Nb
,Sn 化合物層7、及び、銅8より構成されている。
ファインマルチ線4が分布している外周には銅の安定化
材9が配置されており、Nb3Sn 超電導線2の最外
周にはポリビニルホルマール(PVF)絶縁層10がコ
ーティングされている。この超電導線は断面寸法が1 
. 0 m m X 2 . 0 m. mであり、銅
比は1.0 である。
第3図に第1図の■−■線に沿うコイルの断面図を示す
。コイル導体2間には熱膨張係数が超電導線並みのビス
マレイミド系付加硬化型ポリイミド樹脂11が充分に含
浸されている。本発明の実施例では、分子構造式が以下
に示す二種類のビスマレイミド系樹脂を用いた。このビ
スマレイミド系樹脂は粉末状であるため、ビスマレイミ
ド系樹脂100部に対し、低粘度化剤である3、3′ジ
アリルビスフェノールF (DABF)を80部入れて
低粘度に溶解し、これに触媒として過酸化物であるジク
ミルパーオキサイド(DCP○)を0.1部添加した。
このように配合した樹脂をコイルに含浸して加熱硬化を
行った。硬化した樹脂の熱膨張係数は、RがVである樹
脂は工×10”sK”1、R カ−@−CH2−@− 
テアル樹脂ハ3X106K−1である。
第4図は超電導コイル導体間の熱収縮を説明する図であ
る。図では含浸樹脂のガラス転移温度から4.2Kまで
冷却した時の熱収縮率(線収縮率)の大きさを矢印の範
囲で示した。従来の超電導コイルのように含浸樹脂にエ
ポキシ樹脂12を用いた場合の上記温度範囲の熱収縮率
は約2%である。
超電導線2の熱収縮率は、上記と同じ温度範囲で約0.
5%である。従って、エボキシ樹脂含漫の超電導コイル
を4.2Kまで冷却すると、コイル導体2と含浸樹脂1
2との熱収縮率差に基づく熱応力が加わり、コイル導体
2は長さ方向に圧縮応力、含浸樹脂12は引張応が加わ
る。従来コイルと本発明コイル相互間の物性値を第1表
に示す。
コイル導体2間の熱収縮応力を次式を用いて、第l表(
次頁)に示す数値を代入して計算すると、σ5=E(α
H−αいΔT 但し、σS:熱収縮応力 E :含浸樹脂のヤング率 αH :含浸樹脂の線膨張係数 αW :超電導線の線膨張係数 ΔT:温度差(ガラス転移温度→4.2K) 第5図のようになる。含浸エボキシ樹脂12とコイル導
体2とは良く接着しており、熱収縮率差は約1.5 %
あるのでエボキシ樹脂12には約6kgf/I[II1
2 の引張応力が加わる。コイル導体2はエポキシ樹脂
12の熱収縮によって約6 kg f / ayrの圧
縮応力が加わる。従って、含浸エボキシ樹脂12はクラ
ンクを起こすことがあり、コイル導体2の化合物層は圧
縮歪、または、クラツクを生じることがある。このよう
な現象の発生は、超電導コイルの励磁性能の低下、及び
、クエンチを起こすことになる。
一方、本発明の超電導コイルは、含浸樹脂に超電導線並
みの熱膨張係数であるl〜3X10”’K−1のビスマ
レイミド系付加硬化型ポリイミド樹脂を含浸しているの
で、熱応力の発生は±2.4kg f / mm2(+
コイル導体が圧縮応力、一は引張応力)と小さく、エボ
キシ樹脂含浸超電導コイルのような現象の発生はない。
含浸樹脂の熱収縮率がコイル導体よりも小さいとコイル
導体は引張応力が加わる。引張応力は圧縮応力よりも導
体の化合物層の歪による性能低下を生じ易いことと、コ
イルの電磁力は導体を引張る方向に作用するので、含浸
樹脂の熱収縮率が導体より小さ過ぎると導体の化合物層
に歪が生じ易い。
第6図はNb3Sn 超電導線の臨界電源値Icに対す
るクエンチ電流Iqの低下とN b 3 S n  超
電導の歪との関係を示したものである。歪0.4%より
クエンチ電流は低下し始め、本発明の超電導コイルに用
いた付加硬化型ポリイミド樹脂とコイル導体との熱膨張
係数差±I X 1 0”5K−’に相当する0.5%
の歪では、クエンチ電流の低下は約5%である。この熱
膨張係数差を±2X10−’K−1まで拡げた場合は、
相当歪が1.0%であるのでクエンチ電流の低下は約2
5%である。エボキシ樹脂とコイル導体との熱収縮率差
に相当する1.5 %の歪では、クエンチ電流の低下は
約70%である。以上のことから判断して、本発明の超
電導コイルに用いた付加硬化型ポリイミド樹脂の熱膨張
係数の範囲は、超電導線の熱膨張係数2×10−’K−
’を基準にして±I X 1 0−’K−1の幅を持た
せた1〜3 X 1 0−’K”1が適当である。尚、
ビスマレイミド系付加硬化型ポリイミド樹脂はエポキシ
樹脂と同等の接着強度をもっているので,含浸用樹脂と
して充分に使用できる。
第7図は本発明の効果を従来例と比較したもので、縦軸
に従来例を1.0  とした場合のコイル電流密度をと
り、横軸に従来例を1.0 とした場合の磁界をとって
、コイル電流密度と磁界の関係を示したものである。同
図から明らかなように,本実施例の超電流コイルの特性
Pは,従来の特性Qに比べてコイル電流密度が大きく優
れており、線材の特性Rに近い特性になっている。すな
わち、従来の超電導コイルはコイル電流密度が1パーユ
ニット(P.U)でクエンチを起こすのに対し、本実施
例の超電導コイルではコイル電流密度が1.2パーユニ
ットまで励磁出来ることがわかった。
〔発明の効果〕
本発明によれば、超電導コイルの含浸樹脂にビスマレイ
ミド系付加硬化型ポリイミド樹脂を使用したので、コイ
ル導体と含浸樹脂間の熱応力は小さく、含浸樹脂のクラ
ツク発生、及び、超電導線化合物層の歪、または、クラ
ツクの発生は起こらない。従って、超電導コイルの励磁
性能の低下、または、クエンチが起こらないようにする
ことができる。よって、高電流密度で信頼性の高い磁気
浮上列車用超電導コイルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の磁気浮上列車用超電導コイ
ルの斜視図、第2図は使用超電導線の断面図、第3図は
第1図のm−m線に沿う超電導コイルの断面図、第4図
は超電導コイルの熱収縮の説明図、第4図は超電導コイ
ルの熱収縮の説明図、第5通は超電導コイルの導体、及
び、含浸樹脂の熱収縮応力と線膨張係数差との関係を示
す説明図、第6図は化合物系超電導線の臨界電流に対す
るクエンチ電流の低下と化合物系超電導線の歪との関係
を示す説明図、第7図は本発明の超電導コイルと従来例
のコイル電流密度と臨界との関係を示す特性図である。 ■・・・超電導コイル,2・・・N b , S n 
超電導線、11・・・付加硬化型ポリイミド。 第1図 第3図 第2図 第4図 <A) (5つ 第 5 図 縁腸脹悴牧左皓−収W (x+o−”ゝつ 第6図 NbsSn!.乙電賽1彩’af>d(γウ)第7図 X龜界 (P.lJ,)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.安定化材と超電導素線とで構成するエナメル絶縁被
    覆超電導線を多数回巻回し、合成樹脂を含浸した超電導
    コイルにおいて、 前記合成樹脂として熱膨張係数が1〜3× 10_L^5K_L^1の付加硬化型ポリイミドを含浸
    硬化してなることを特徴とする超電導コイル。
  2. 2.前記付加硬化伊型ポリイミドはビスマレイミド系で
    あることを特徴とした請求項1に記載の超電導コイル。
JP24218689A 1989-09-20 1989-09-20 超電導コイル Pending JPH03105902A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997018567A1 (de) * 1995-11-15 1997-05-22 Dr. Beck & Co. Ag Verfahren zur imprägnierung von elektrisch leitenden substraten

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997018567A1 (de) * 1995-11-15 1997-05-22 Dr. Beck & Co. Ag Verfahren zur imprägnierung von elektrisch leitenden substraten

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