JPH05258952A - 超電導マグネット及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の超電導コイルの動きを抑制して、安定
した超電導マグネットを得ることである。 【構成】 本発明の超電導マグネット２０は、複数の超
電導コイル２０ａ，２０ｂの組み合せ体２１を収納する
収納手段２４を有する。前記収納手段２４は冷媒を通す
貫通孔２４ａ，２４ｂを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超電導マグネット及び
その製造方法、更に詳しくは、２個以上の超電導コイル
を組み合わせて形成された超電導マグネット及びその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、超電導マグネットはアルミ等の
ボビンにニオブチタン等の超電導線材を巻いた超電導コ
イルを備えている。超電導マグネットは、常電導マグネ
ットでは達成し得ない優れた磁場発生能力を有している
ことにより、均一磁場が必要な種々の分野で使用されて
いる。その中で、例えば高エネルギー物理用マグネット
や、測定機器用マグネット等では、超電導技術や磁場解
析技術の進歩も手伝って、要求される磁場強度や磁場分
布に特殊性が増しており、従来の単一のマグネットで
は、その実現が難しく、複数個の超電導コイルを組み合
わせた超電導マグネットが必要とされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、各超電
導コイル間には、その組み合せの形態により、不可避的
に複雑な電磁力が発生し、又、高磁場化による電磁応力
の強大化がある。各超電導コイルの動きを抑制するため
のサポート方法が複雑になりサポートが不十分となる。
このため、励磁中に超電導コイルが動き、クエンチを引
き起こすことにより、超電導マグネットの特性を損なう
という欠点があった。

【０００４】一方、超電導マグネットに発生する熱を寒
剤を用いて冷却する必要がある。複数個の超電導コイル
のサポートに用いる支持材が増加することにより、外部
からの熱流入を極めて大きくしてしまい寒剤の消費を大
きくするだけでなく、安定した超電導状態を維持するこ
とが困難となる欠点も生じている。

【０００５】そこで、本発明の技術的課題は、前述した
複数個の超電導コイルの動きを抑制でき、超電導状態を
安定保持し得る超電導マグネット及びその製造方法を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、複数の
超電導コイルを備えた超電導マグネットにおいて、これ
ら超電導コイルの組み合わせ体をその組み合せ状態を維
持して収納する収納手段を有することを特徴とする超電
導マグネットが得られる。

【０００７】

【作用】収納手段として作用するサポートリングは、超
電導コイルの組み合せを収納する。この組み合せ体の外
周部は略同一形状のサポートリングの内周部と嵌合され
て固定される。この結果、超電導コイルの線材の動きが
抑制される。

【０００８】超電導コイルは所定の締めしろ力を受け、
サポートリングで締りばめが行われ、具体的には必要と
する締めしろ力を得る為に、予めサポートリング内周部
のはめあい公差寸法を決定後、（１）超電導コイルを液
体窒素で冷却収縮せしめ嵌合する方法、（２）サポート
リングを２００℃程度に加熱膨張をさせて嵌合する方
法、（３）（１）と（２）との方法を併用する方法が採
用できる。更に、超電導コイルの組み合せ体とサポート
リングとの界面に局所的に生じた隙間にエポキシ等の高
分子樹脂を含浸硬化させることにより、固定の効果を更
に発揮することが可能となる。

【０００９】又、もう一つの嵌合方法としてはサポート
リング内周部寸法を全体に大きく設定し、超電導コイル
の組み合せ体との間に所定の間隙を設け、間隙にエポキ
シ等の高分子樹脂を含浸硬化させて固定する。尚、その
際、エポキシ樹脂部分の強度、密着性を向上させる目的
で、例えばエポキシ樹脂にフィラーを混合させたり、予
め超電導コイルの外周部にガラス質繊維を巻き付け、繊
維部に樹脂を含浸させることは効果的である。本発明に
おけるサポートリングはコイルの組み合せ体を固定する
だけでなく、巻回されコイル線材を固定する効果も加味
していることは、言うまでもない。

【００１０】一方、サポートリングには貫通孔は単独ま
たは複数個形成されているため、貫通孔に液体Ｈｅ、超
流動Ｈｅ、もしくは超臨界Ｈｅを流通することにより、
サポートリング及び超電導コイルからの熱電導によって
超電導臨界温度以下に冷却される。すなわち、いわゆる
間接冷却法の実現が可能となり、きわめてコンパクトな
形態で超電導マグネットの運用が可能となる。尚、貫通
孔の形状、大きさ、寒剤の種類、その流量等は、超電導
マグネットの有している熱容量、又、例えば励磁過程に
生ずる磁場勾配によって引き起こされる渦電流損失等の
発熱、を考慮して決定すべきである。以下に実施例をも
って本発明の有効性を示す。

【００１１】

【実施例】本発明の一実施例による超電導マグネットを
図面を用いて説明する。

【００１２】図１を参照して、本発明の一実施例による
４極型の超電導マグネット１０は、全長が０．５ｍでボ
ビン（図示せず）に超電導線材を回巻して成る超電導コ
イル１３を複数個スペーサ１１ａを介して円筒状に組み
合せてなる組み合せ体１１と、この組み合せ体１１を収
納する収納手段として作用するサポートリング１４とを
備えている。尚、図２には組み合せ体１１、図３にはサ
ポートリング１４がそれぞれ示されている。

【００１３】超電導コイルの組み合せ体１１がアルミ等
から成るサポートリング１４に嵌合する時、締まりばめ
となり、強固な保持力を発揮する。実際の嵌合方法は、
超電導コイルの組み合せ体１１を液体窒素温度迄冷却
し、サポートリング１４を２００℃迄加熱する、冷やし
ばめ法と、焼きばめ法との併用にて行った。更に超電導
線材１２の間や、サポートリング１４と超電導コイルの
組み合せ体１１との間に不可避的に生じた微小な隙間に
熱硬化型エポキシ樹脂（図示せず）を真空含浸し、加熱
硬化した。図１は最終的に嵌合された状態を示してい
る。

【００１４】一方、超電導コイルの組み合せ体１１の冷
却は、サポートリング１４に形成された円形断面を有す
る４つの貫通孔は１４ａに、それぞれ液体ヘリウケＨｅ
を毎時５リットル流通させることにより行った。その結
果、液体ヘリウムＨｅ流通開始後５時間で超電導マグネ
ット１０のクールダウンが完了し、超電導状態とするこ
とに成功した。次に、直ちに励磁を開始し、最大磁場６
テスラ、印加電流２３５０Ａの目標値に安定して到達す
ることが確認できた。又、超電導マグネットの中空部に
は励磁中に磁場分布の変化は、まったく見られず、本発
明の効果が確認できた。

【００１５】図４には、本発明の他の実施例による超電
導マグネット２０が示され、超電導コイルＡ ２０ａと
超電導コイルＢ ２０ｂとを組み合せた超電導コイル２
１がサポートリング２４に収納されている。超電導コイ
ルＡ ２０ａは空間部は２０ａ−１を備え、ここで均一
磁場領域を得ることができ、物理実験ビームを通すため
のものである。超電導マグネット２０は、それぞれ２ｍ
の長さの２種の超電導コイルＡ ２０ａと超電導コイル
Ｂ ２０ｂとを組み合せた超電導コイルの組み合せ体２
１を有する。

【００１６】また、図５には超電導コイルＡ ２０ａ、
図６には超電導コイルＢ ２０ｂ、図７には超電導コイ
ルＡ ２０ａと超電導コイルＢ ２０ｂとの組み合せ体
２１がそれぞれ示されている。

【００１７】図８を参照して、サポートリング２４は、
内周寸法が超電導コイルの組み合わせ体２１の外周より
も全体に１mm広くなる様に設定し、隙間を設けた。

【００１８】次に、超電導マグネット２０の製造方法を
述べる。図７の超電導コイルの組み合せ体２１に０．１
mmの厚さを有するガラス質クロス（図示せず）を３層巻
き付け固定後、サポートリング２４内に挿入し、熱硬化
性エポキシ樹脂浴に浸漬し真空含浸を行い、隙間に樹脂
を充填し、直ちに加熱硬化処理を行った。

【００１９】ところで、サポートリング２４には、冷却
孔として作用する４本の貫通孔２４ａ，２４ｂが予め形
成されており、液体ヘリウムＨｅにて４．２Ｋの予備冷
却後、超流動ヘリウムＨｅを貫通孔２４ａ，２４ｂに流
通させ冷却を行った。その結果、約３時間で２．３Ｋ迄
のクールダウンが可能であり、励磁試験に於いても、最
大磁場８テスラ、印加電流１７５０Ａの目標値に到達
し、空間部での磁場均一性０．０１％を達成した。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、複数の
超電導コイルの組み合せ体を収納する収納手段を有する
ことにより、励磁中の電磁力による超電導コイルの動き
を抑制し、安定した超電導マグネットの運用を可能にし
たばかりでなく、寒剤の消費を低減したコンパクトなシ
ステムの構築が容易に実現出来る等、その果たす役割に
は大きいものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による超電導マグネット１０
の側面図である。

【図２】図１の超電導マグネット１０において線材の巻
かれた円柱状ボビン１２の側面図が示されている。

【図３】図１のサポートリング１４の側面図である。

【図４】本発明の他の実施例による超電導マグネット２
０の外観図である。

【図５】図４の超電導マグネット２０の超電導コイルＡ
２０ａの外観図である。

【図６】図４の超電導マグネット２０の超電導コイルＢ
２０ｂの外観図である。

【図７】図１の超電導コイル２１の外観図である。

【図８】図４のサポートリング２４の外観図である。

【符号の説明】

１０ 超電導マグネット １１ 超電導コイルの組み合せ体 １３ 超電導コイル １４ サポートリング １４ａ 冷却孔 ２０ａ 超電導コイルＡ ２０ｂ 超電導コイルＢ ２１ 超電導コイルの組み合わせ体 ２４ サポートリング ２４ａ，２４ｂ 貫通孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 義孝 宮城県仙台市太白区郡山六丁目７番１号 株式会社トーキン内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の超電導コイルを備えた超電導マグ
   ネットにおいて、これら超電導コイルの組み合わせ体を
   その組み合せ状態を維持して収納する収納手段を有する
   ことを特徴とする超電導マグネット。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の超電導マグネットにお
   いて、前記収納手段は冷媒を通す貫通孔を有することを
   特徴とする超電導マグネット。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の超電導マグネットにお
   いて、前記収納手段と前記組み合わせ体との間隙に樹脂
   を含浸させて硬化させたことを特徴とする超電導マグネ
   ット。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の超電導マグネットを冷
   やしばめ法、焼きばめ法、又はそれらを併用した方法を
   用いて、前記組み合わせ体を前記収納手段内に固定する
   工程を有することを特徴とする超電導マグネットの製造
   方法。