JPH0485903A - 超電導マグネツトコイルの製造方法 - 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〕 本発明は超電導マグネットコイルの製造方法に関するも
のである。

〔従来の技術〕

超電導マグネットコイルは超電導線を巻枠に巻付け、樹
脂を含浸したコイルで形成され５通常液体ヘリウムで極
低温に冷却し、超電導線の電気抵抗を零にすることによ
り、大電流の通電を可能として強磁場を発生させる。し
かし、通電時には超電導線に大きな電磁力が発生し、こ
の大きな電磁力により超電導線が何等かの原因で微少変
位、すなわち磁束の移動を起こすと、移動の仕事（熱）
が発生し、その部分の超電導線が温度上昇し超電導状態
から常電導状態に転移し、コイルの持つ電磁エネルギー
の一部が熱に変換されて超電導線を溶断する等、超電導
マグネットコイルを破壊するようになる。

このような超電導線が移動すると超電導マグネットコイ
ルに大きな影響を与える。例えば最大磁束Ｂ　ｌｌ＆！
　５　、９　Ｔｅ５ｌａで電流Ｉ＝８００Ａでの試算値
では、超電導線の温度をＴ（ｋ）、ヘリウム温度をｒｏ
（ｋ）　、銅のデバイ温度をＨ（ｋ）、ギャップをＧ（
ｍ）、銅Ｉｇｒ中の原子数をＮ、単位長線材の重量をρ
（ｇｒ）、ボルツマン定数をＫとすると、次式 からギャップＧ（移動量）が６μｍ相当以上になると常
電導転移領域に入り、常電導破壊（クエンチ）するよう
になる。

これらのことから従来、超電導マグネットコイルの製造
では超電導線間に移動空間（ボイド、剥離、クランクな
ど）が生じないように、超電導線の巻枠への巻付張力、
導体の位置関係、バランスのすぐれた巻き方２樹脂によ
る含浸固定など種々検討されている。

すなわち従来は第６図に示されているように、後から取
り除かれる巻枠１に超電導［２を多段。

多層に、超電導線２の幅ピツチで整列巻きし、次いでこ
のようにして巻回製作したコイルを樹脂含浸器３にセッ
トし、樹脂４を含浸硬化して超電導マグネットコイル５
を製造していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は超電導マグネットコイルとじての巻き重
ね方向（積段、積層方向）の剛性が充分でなく、大電流
通電時の電磁力に対して超電導線間に剪断力差による変
位が生じたり、あるいは超電導線間に含浸した樹脂の充
填量に差異が生じたりして、製作初期あるいは所定試験
後に第７図に示されているように、超電導線２間の樹脂
充填部６に剥離ａやクラックｂが発生する問題があった
。

このように剥離ａやクラックｂが発生すると５超電導マ
グネツトコイルの特性に悪影響を及ぼし、逐にはクエン
チするようになる。なお同図において２８は超電導線２
を絶縁被覆する絶縁被覆材である。

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、クエンチ
の発生防止を可能とした超電導マグネットコイルの製造
方法を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、コイルを、巻枠に超電導線を一層毎の繰返
しで巻回方向に超電導線幅の１／２ピツチずつずらし、
かつ巻回方向の巻回始めと巻回終りに交互に圧縮弾性率
が２，０００〜４０，０００ｋｇ／ｒｒｎ２のスペーサ
を挿入しながら巻付は形成することにより、達成される
。

〔作用〕

上記手段を設けたので、コイルの巻き重ね方向の剛性が
従来に比べて大きくなって、超電導線間に含浸される樹
脂量が従来に比べて少なく樹脂充填部の剥離やクランク
の発生が防止されるようになる。

どのようにすればクエンチ発生の原因となる注入樹脂の
剥離やクランクの発生が防止されるかを検討した。製作
初期の超電導線間の樹脂に剥離やクランクが発生するの
は、超電導線間に樹脂充填部が集中し、樹脂充填量が多
くなるためであることが確かめられた。すなわち樹脂充
填量が多くなると、樹脂の全収縮による内部残留応力等
に基づいて注入樹脂に剥離やクラックが発生するのであ
る。従って注入樹脂の剥離やクランクの発生を防止する
には、超電導線間に樹脂充填部が集中しないようにし、
かつコイルの巻き重ね方向の剛性を太きくして樹脂の充
填量を少なくしてやればよし１ことが判った。そこで本
発明ではコイルを、巻枠に超電６線を一層毎の繰返しで
巻回方向に超電導線幅の１７２ピンチずつずらし、かつ
巻回方向の巻回始めと巻回線りに交互に圧縮弾性率が２
，０００〜４０，０００ｋｇ／ｍ＋２のスペーサを挿入
しながら巻付は形成した。このようにすることによりク
エンチの発生防止を可能とした超電導マグネットコイル
の製造方法を得ることを可能としたものである。

〔実施例〕

以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明する。第
１図から第３図には本発明の一実施例が示されている。

なお、従来と同じ部品には同じ符号を付したので説明を
省略する。本実施例ではコイルを、巻枠１に超電導線２
を一層毎の繰返しで巻回方向に超電導線幅の１／２ピツ
チずつずらし、かつ巻回方向の巻回始めと巻回線りに交
互に圧縮弾性率が２，０００−４０，０００ｋｇ／ｍｍ
２のスペーサ７を挿入しながら巻付は形成した。このよ
うにすることによりコイルの巻き重ね方向の剛性が従来
に比へて大きくなって、超電導線間に含浸される樹脂量
が従来に比へて少なく樹脂充填部６の剥離やクラックの
発生が防止されるようになり、クエンチの発生防止を可
能とした超電導マグネットコイルの製造方法を得ること
ができる。

すなわち巻枠１に超電導線（ポリビニルホルマール被覆
ＮｂＴ＋）２を所定回数、第１図に示すように超電導線
幅の１７２ピンチずつずらし、巻回方向の巻回始めと巻
回線りに交互に圧縮弾性率が４．０００ｋｇ／ｍｍ２の
ＧＦＲＰのスペーサ７を挿入しながら巻付ける。この時
の超電導線２の巻付張力は１〜６０ｋｇ１０ｎ２（１０
〜６００ＭＰａ）に調整した。これは後述の含浸した樹
脂４の全収縮後の内部残留応力８０〜９０ｋｇ／ｃＪ（
８〜９ＭＰａ）以上の巻締応力を付与し、樹脂４の収縮
に伴う剥離、クランク発生防止を図るためである。

このようにして巻枠１に巻回して作ったコイルを巻枠共
々第３図に示す真空加圧含浸タンク８内に収納し、酸無
水物硬化型エポキシ系の樹脂４を真空度０　、１　ｍｍ
　Ｈｇ以下で注入口９より真空含浸する。

含浸完了後は真空排気系１ｏを止め、高圧ポンプ１１で
含浸タンク８内に不活性ガス（ＮＺガス）を封入し、加
圧圧力を１００　ｋｇ／　ｃｘ＆　（］、　ＯＭ　Ｐ　
ａ）とし、この加圧状態で含浸タンク８に備え付けの蒸
気ヒータ１２を用いて含浸タンク８全体を加熱し、含浸
した樹脂４を硬化させる。硬化後は巻枠１を取外し、超
電導マグネットコイル５ａを完成させる。このマグネッ
トコイル５ａは第２図に示されているように、樹脂充填
部６に剥離やクラックの発生が認められなかった。

このようにして製作した超電導マグネットコイル５ａに
励磁電流を印加し、所定電流印加可能に至るまでの繰返
しクエンチ回数で評価する励磁試験を行い、超電導特性
を確認した。その結果、所定電流１００％に至るクエン
チ回数は１回で、２回目では所定電流の１０５％でもク
エンチしなかった。これは従来例の整列巻付けで製作し
た超電導マグネットコイルでは所定電流通電に至るり工
ンチ回数が３〜４回以上に及んでいるのに比べ、格段と
特性が向上している。

このように本実施例によれば超電導線を一層毎の繰返し
で巻回方向に超電導線幅の１／２ピツチずつずらし１巻
回方向の巻回始めと巻回線りに交互に圧縮弾性率が超電
導マグネットコイルとしての同方向等価圧縮弾性率より
大きいスペーサを挿入して巻き付けすることにより、超
電導マグネットコイルとしての積層および積段方向の圧
縮弾性率を高めて一体剛性化を図ることができた。さら
に超電導線間の樹脂充填量が少ない構造としたので、超
電導マグネットコイル内部の超電導線間に剥離やクラッ
クのないコイルが得られる。また超電導線材の崩れによ
る超電導線間角部のかじりが発生し難く、レアーショー
ト発生の防止に有効で、超電導マグネットコイルが受け
る不均一磁場１例えば対向させて使用する場合の捩れに
対して強い（剪断方向にずれない）超電導マグネットコ
イルが得られる。このように剥離やクランクのない、捩
れに対して強いコイルが得られるので、大電流印加時で
も極低温下でクエンチ発生を防止した。

極めて超電導特性のすぐれた超電導マグネットコイルを
得ることができる。

第４図および第５図には本発明の夫々異なる他の実施例
が示されている。第４図は樹脂充填部６に無機質あるい
は有機質の充填補助材１３を超電導線２の巻回時に挿入
配置した場合であり、第５図は超電導線２および絶縁被
覆材２ａの四隅角部の曲率を極力小さくして樹脂充填部
６の占有率を小さくした場合である。これらいずれの場
合も注入樹脂の含浸量が前述の場合よりも少なくなって
、前述の場合以上に超電導特性を向上させることができ
る。すなわちこれら実施例は充填補助材１３を巻線時に
配置するとか、超電導線２および絶縁被覆材２ａの四隅
角部の曲率を極力小さくして樹脂充填部６の占有率を小
、すなわち超電導線２のコイル内充填率を大きくするな
ど必要に応じて調整することができる。

なお、スペーサの圧縮弾性率を２，０００〜４０．００
０ｋｇ／ｍｍ２に選定したのは、次に述べるような理由
からである。これまでの経験的知見から積層した超電導
線の等価弾性率（超電導線の絶縁被覆を含めた弾性率）
は最低部で約２，０００ｋｇ／　ｒｍ２（２ｘ　１０’
ｒｖｉ　Ｐａ）であるので、圧縮弾性率が２，０００ｋ
ｇ／」２（２Ｘ　Ｉ　Ｏ’〜１Ｐａ）未満だと超電導線
から外枠（巻枠ケース等）への力が伝えられないおそれ
があるためであり、４０，０００ｋｇ／ｒ＠２としたの
は２，０００ｋｇ／ａｎ２よりも大きければ大きいほど
よく、現に４０，０００ｋｇ／ｎｕ２の圧縮弾性率を有
する材料が実用に供し得る段階にあるからである。また
、樹脂の真空含浸後の加熱硬化時には、樹脂の全収縮時
の内部残留応力以上の加圧力を加えることが、超電導線
の一体剛性化により有効である。

また、樹脂は熱硬化樹脂でエポキシ樹脂、シリコーン樹
脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂あるいは全収縮
時の内部残留応力低減のために可撓性付与の変性樹脂等
が有効である。

また、スペーサは上述のように圧縮弾性率が２．０００
ｋｇ／ｗ＋２以上の材質のものを選定することが必要で
、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ボッイミド樹脂、ポ
リウレタン樹脂、変性樹脂を炭化ケイ素繊維、カーボン
繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、アルミ
ナ繊維等の有機あるいは無機繊維に含浸硬化させた複合
材、あるいは炭化ケイ素、アルミナ、チン化ケイ素等の
セラミックス材料等を単独に、あるいは上記樹脂を適切
に配合して硬化させたものなどを必要に応じて使用すれ
ばよい。

また、本実施例では超電導線幅の１／２ピツチずつずら
して超電導線を巻回した場合について説明したが、超電
導線幅の１／３．１／４ピツチずつずらして超電導線を
巻回しても同様な作用効果を奏することができる。

〔発明の効果〕

上述のように本発明は超電導マグネットコイルのクエン
チの発生が防止されるようになって、クエンチの発生防
止を可能とした超電導マグネットコイルの製造方法を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超電導マグネットコイルの製造方法の
一実施例による縦断側面図、第２図は第１図のＢ枠部の
拡大縦断側面図、第３図は同じく一実施例による真空加
圧含浸タンクの縦断側面図、第４図および第５図は本発
明の超電導マグネットコイルの製造方法の夫々異なる実
施例によるマグネットコイル要部の拡大縦断側面図、第
６図は従来の超電導マグネットコイルの製造方法による
縦断側面図、第７図は第６図のＡ枠部の拡大縦断側面図
である。 １・・巻枠、２・・・超電導線、４　・樹脂、５ａ　超
電導マグネットコイル、７・・スペーサ、１３・・・充
填補助材。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．後から取り除かれる巻枠に超電導線を複数層，複数
   段に巻付けて形成されるコイルに樹脂を含浸硬化してな
   る超電導マグネットコイルの製造方法において、前記コ
   イルを、前記巻枠に前記超電導線を一層毎の繰返しで巻
   回方向に前記超電導線幅の１／２ピツチずつずらし、か
   つ前記巻回方向の巻回始めと巻回終りに交互に圧縮弾性
   率が２，０００〜４０，０００ｋｇ／ｍｍ＾２のスペー
   サを挿入しながら巻付け形成したことを特徴とする超電
   導マグネットコイルの製造方法。
2. ２．前記コイルが、前記超電導線間に充填補助材が充填
   されたものである請求項１記載の超電導マグネットコイ
   ルの製造方法。
3. ３．前記コイルが、前記超電導線を１〜６０ｋｇ／ｍｍ
   ＾２の巻付張力で巻付けられたものである請求項１記載
   の超電導マグネットコイルの製造方法。
4. ４．前記コイルが、樹脂含浸後に２〜５００ｋｇ／ｃｍ
   ＾２の圧力下で加熱硬化されるものである請求項１記載
   の超電導マグネットコイルの製造方法。
5. ５．後から取り除かれる巻枠に超電導線を複数層，複数
   段に巻付けて形成されるコイルに樹脂を含浸硬化してな
   る超電導マグネットコイルの製造方法において、前記コ
   イルを、前記巻枠に前記超電導線を一層毎の繰返しで巻
   回方向に前記超電導線幅の１／３または１／４ピツチず
   つずらし、かつ前記巻回方向の所定位置に圧縮弾性率が
   ２，０００〜４０，０００ｋｇ／ｍｍ＾２のスペーサを
   挿入しながら巻付け形成したことを特徴とする超電導マ
   グネットコイルの製造方法。