JPH0466365B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上のの利用分野〕 本発明は超電導マグネツトに係り、特に、巻き
枠にソレノイド状、あるいはダブルパンケーキ状
に巻回される超電導線間にスペーサを介在してな
る超電導マグネツトに関する。

〔従来の技術〕

従来の超電導マグネツトの一般的な構造を第３
図に従つて述べ、その問題点を明らかにする。

超電導マグネツト１の形状は種々考えられる
が、ここでは矩形断面のソレノイドコイルとす
る。第３図ａに示す如く、超電導マグネツトはコ
イルの巻き枠（ボビン）２に超電導線４をソレノ
イド状またはダブルパンケーキ状に巻線して形成
され、この巻線部３の詳細を拡大して、代表的な
例を同図ｂ，ｃ，ｄ，ｅに示す。第３図ｂは丸断
面の超電導線（被覆絶縁部を含む）４に密巻きに
した場合で、通常、超電導線４間に生ずる空隙５
は何も充填されない場合が多い。このように単純
に巻線されたコイルでは、巻線時、超電導線４に
印加した張力が線間摩擦のため、巻きつけられる
と同時に、コイル中心軸に向う圧縮力に変換さ
れ、印加された張力は内層部の超電導線４にまで
伝達されない可能性がある。さらに、巻線（層
数）の多いコイルでは、上記圧縮力が積分され、
内層部巻線ひいてはボビン２の巻軸部分を座屈さ
せる方向に作用し、印加された張力は全く失なわ
れてしまう。その結果、巻線部３内の緩みが生ず
る。

超電導マグネツトの不安定（巻線された超電導
線のもつ臨界電流まで通電できないこと）の主原
因は、巻線部３内の超電導線４の動き（数μｍの
程度）と考えられている。この動きによる超電導
線４間の摩擦発熱や超電導線４（金属）内の歪エ
ネルギーの開放による温度上昇で超電導性が失な
われ、従つて、超電導マグネツトの安定性は巻線
部４の構造、特に巻線技術に負う所が大といえ
る。上記のような単純な巻線では、巻線部３内に
緩みを生じ、超電導線４の動きの原因となり、安
定な超電導マグネツトの製作をはばんできた。

超電導線４間に生ずる空隙５に充填材（エポキ
シ樹脂等）をつめる試みもなされている。巻線張
力を内層部に伝達するには、巻線と同時に充填材
をつめる必要があり、実際、ウエツト・ワインデ
イング法とよばれるものが採用されている。この
手法で巻線された超電導マグネツトの安定性は、
そうでない場合に比べ向上するが、冷却性がゆる
く、十分とはいいがたい面がある。又、固化した
充填材は極低温（412K）でクラツクを生じ、結
果的に巻線部３に緩み（微小な空隙）を作ること
になり、超電導マグネツトを不安定にする。

第３図ｃは、丸断面の超電導線４を使い、か
つ、層間にスペーサ６を挿入した場合を示す。ス
ペーサ６の挿入の理由は、超電導線４とスペーサ
６の摩擦を小さくするような材料を選び、張力の
伝達をできるだけよくすることにある。滑りがよ
くて、変形の小さいスペーサ材の選択は困難で、
これまでの例では超電導マグネツトの安定性が著
るしく改善されたという報告は少なく、むしろ、
第３図ｂで空隙５に充填物がない場合の結果に近
い。

第３図ｄは、矩形断面の超電導線４を使つて、
密巻きにした場合を示す。これも、第３図ｂに事
情が似ており、超電導線４どうしが面積触するた
め摩擦は大きく、かなりの張力を印加し、精度よ
く巻線しない限り、安定な超電導マグネツトを得
ることは困難である。超電導線４間の空隙５を無
にすることは不可能で、この場合も充填物をつめ
る試みがなされ、安定性の向上が図られている。
充填物におけるクラツクの発生とか冷却性が悪い
といつた問題も第３図ｂの場合に似ている。

第３図ｅは、矩形断面の超電導線４を使い、か
つ、スペーサ６を水平・鉛直両方向に挿入した場
合を示す。通常、スペーサ６をターン間、又は層
間に飛び飛びに配列して線間接触面積を小さく
し、摩擦を減らす工夫がなされている。これは極
めて賢明な方法であるが、スペーサ６と超電導線
４間に生ずる摩擦が残り、印加張力を内層部に十
分伝達することはできない。従つて、この場合も
超電導マグネツト内には不安定の原因が残されて
いることになる。

尚、電気絶縁材の外周に低摩擦性のスペーサを
配置したものとしては、特開昭58−73104号公報
があり、巻線部とスペーサの間に低摩擦機を挿入
したものとしては、特開昭57−124406号公報があ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の如く、従来の超電導マグネツトは、その
巻線時において、線間（ターン間、又は傾向）の
摩擦に対する配慮が不十分で、不安定要因を含ん
だままで製作されている。その設計目標値は臨界
電流値の60〜80％程度であり、不経済な設計を余
儀なく強いられている。また、目標値を80％以上
に設定すると、達成が困難な場合が多く、歩留り
が極めて悪い状況にある。

本発明は上述の点に鑑み成されたもので、その
目的とするところは、巻線時の超電導線間の摩擦
を低減し、安定性の向上する超電導マグネツトを
提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、超電導線
をコイルに巻線する際、超電導線間（ソレノイド
巻きのとき層間、ダブルパンケーキ巻きのときタ
ーン間及び層間）にスペーサを飛び飛びに挿入し
て、超電導線どうしが直接接触しないようにし、
そのスペーサの表面に摩擦を軽減しうる物質を塗
布し、超電導線に印加される張力が、コイル最内
層（またはターン）に伝達されるようにした。

〔作用〕

前述の通り、本発明ではコイル巻線時に挿入す
るスペーサは、超電導線どうしを直接接触させ
ず、かつ、飛び飛びに配置されるために、超電導
線間摩擦係数と線スペーサ間摩擦係数が同じだと
しても、その挿入率だけ摩擦を低減でき、かつ、
スペーサ表面に摩擦を低減しうる物質を塗付すれ
ば、更に大幅に摩擦を軽減しうることになり、超
電導線に印加された張力はコイル最内層、最内タ
ーンに伝達でき、最内層、及びボビンを座屈させ
ない程度の張力で、強固にコイルを巻線すること
ができ、安定性の高い超電導マグネツトを得るこ
とができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明す
る。第１図ａはボビン２に平角状の超電導線４を
巻線している状態を示す。右端で張力を印加しな
がら、かつ、スペーサ６をボビン２と超電導線４
間に飛び飛びに挿入すると、ボビン２と超電導線
４間の摩擦は、スペーサ６の挿入率をλとしたと
き（１−λ）だけ小さくなるが、さらに、第１図
ｂ，ｃに示すように、スペーサ６の片面、又は両
面にスペーサ６と超電導線４間の摩擦を軽減でき
るような物質７を塗付しておけば、張力は超電導
線４の巻き初め端まで伝えることができることに
なる。スペーサ６はコイルがダブルパンケーキ状
に巻線される場合は勿論、ソレノイド状に巻線さ
れる場合でも、超電導線４の幅にほぼ等しの幅の
ものを挿入する。本図では巻き始めの第１層を示
したが、第２層以後を同様に巻線される。スペー
サ６ａ片面に摩擦軽減物質７が塗付される場合、
その面を内層側に配置してもよいし、外層側に配
置するようにしてもよいことは云うまでもない。
第２図はダブルパンケーキ状に巻線された巻線部
３の一部分の拡大したものである。スペーサ６は
ターン間に挿入され、その幅は超電導線４の幅に
は等しい。ダブルパンケーキを積層してコイルを
作り上げることになるが、その際、層間に挿入さ
れるスペーサ８には摩擦軽減物質７を塗付する必
要はない。このようにして巻線されたコイルは、
機械的に強固であるだけでなく、その巻線部３内
に水平方向と鉛直方向に冷媒通路が形成され、巻
線部３内で発生する冷媒の気化ガスの気泡をすみ
やかに排除できると、自然対流による冷却効果も
期待でき、極めて安定な超電導マグネツトをうる
ことができる。

摩擦軽減物質７の厚さは、使用される超電導線
４の表面状態とその伸縮性、スペーサ６の挿入
率、摩擦軽減物質７そのものの粘性などによつて
適宜決定される。また、摩擦軽減物質７はスペー
サ６と超電導線４を接合しうる、いわゆる接着効
果を有するものであつてもよいし、単に潤滑性の
ものであつてもよい。

摩擦軽減物質７が接着効果を有する場合は、超
電導線４の巻線が終了するまで硬化しないような
ものを採用するのが好ましいが、巻線時内部から
順次硬化し、接合が行なわれるようなものであつ
てもよい。前者のような摩擦軽減物質７を採用し
た場合は、超電導マグネツトが完成した後、常温
硬化をはるかに、加熱硬化で固める手段が必要と
なろう。

定量的に効果を実証するために行なつた実験結
果を以下に述べる。直径13μｍのNb−Ti超電導
フイラメントが、1500本銅の中に埋め込まれた直
径１mmの超電導素線（超電導極細受心線）11本
を、さらに50mmピツチで成型撚線した、幅6.5mm
厚さ２mmの平角状（第２図参照）超電導線を作成
し、その長手方向に張力をかけ引張り試験を行つ
た。その結果、印加張力82Kgで笑い（撚線のほぐ
れ）が生ずることがわかつた。この超電導線で、
一定張力80Kgを印加し、ターン間に厚さ１mm、幅
6.5mm、長さ４mmのFRP製スペーサを６mm間隔で
挿入しながら巻線した内径80mm、外径134mm、高
さ44mmのダブルパンケーキコイルと、一定張力50
Kgで、スペーサ片面に0.1mm厚さのセミキユア
ー・エポキシ樹脂を塗付したものを挿入しながら
巻線した、ほぼ同寸法のダブルパンケーキコイル
を励磁特性で比較する実験を行なつたところ、通
常可能電流の上限は前者が1640A止りであつた
（繰り返し励磁回数７回）のに対し、後者は
2480A（繰り返し励磁回数１回）と、その超電導
線のもつ臨界電流まで通常可能であつた。すなわ
ち、小さな張力（5/8）で巻かれたコイルが1.5倍
の性能を発揮したことになり、本発明の効果が極
めて著るしいことを示した。特に、繰り返し励磁
回数が低減できたことを臨界電流値まで通電でき
たことは、上記数値が持つ意味以上の計り知れな
い、技術的経済的効果があつたことを意味する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の超電導マグネツ
トによれば、超電導線間の摩擦が軽減され、巻線
時超電導線に印加される張力が、超電導線の巻き
初め端にまで伝達されるため、極めて機械的程度
の高い超電導マグネツトを得ることができ、ま
た、超電導線間の摩擦が軽減されるため、張力を
大きく印加できない超電導線、例えば化合物系超
電導線とか成型撚線では、軽減された摩擦に相当
する力だけ張力を下げて巻線して十分強固な超電
導マグネツトをうることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明の超電導マグネツトの一実施
例における巻線状態を示す図、第１図ｂ，ｃはそ
れに採用されるスペーサの一例を示す斜視図、第
２図はダブルパンケーキ状に巻線された巻線部の
一部分を拡大して示す斜視図、第３図ａは一般的
な超電導マグネツトを示す断面図、第３図ｂ〜ｅ
はその巻線部構造例の詳細をそれぞれ示す断面図
である。 １……超電導マグネツト、２……ボビン、３…
…巻線部、４……超電導線、５……空隙、６……
スペーサ、７……摩擦軽減物質、８……層間スペ
ーサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 巻き枠と、該巻き枠に所定数巻回積層される
   超電導線と、該超電導線間に介在されるスペーサ
   とを備えた超電導マグネツトにおいて、前記スペ
   ーサは、前記超電導線の長手方向に沿つて所定間
   隔をもつて複数個配置されると共に、その表面に
   摩擦軽減物質が施されていることを特徴とする超
   電導マグネツト。 ２ 前記超電導線は巻き枠にソレノイド状に巻回
   され、そのときの層間に前記スペーサが介在され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の超電導マグネツト。 ３ 前記超電導線は巻き枠にダブルパンケーキ状
   に巻回され、そのときの少くともターン間に前記
   スペーサが介在されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の超電導マグネツト。 ４ 前記スペーサ表面に施されている摩擦軽減物
   質で、該スペーサと前記超電導線を接合している
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超
   電導マグネツト。 ５ 前記摩擦軽減物質をスペーサの両面に施し、
   このスペーサを介して隣接超電導線同志を接合し
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の超電導マグネツト。