JPH0777168B2

JPH0777168B2 - 超電導コイル

Info

Publication number: JPH0777168B2
Application number: JP8040387A
Authority: JP
Inventors: 謙一佐藤
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1987-03-31
Filing date: 1987-03-31
Publication date: 1995-08-16
Anticipated expiration: 2010-08-16
Also published as: JPS63245907A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉この発明は超電導コイルに関し、さらに詳細にいえば、
超電導磁石、変圧器等に用いられる超電導コイルに関す
る。

〈従来の技術〉従来から、超電導磁石等に用いられる超電導コイルとし
て一般的にNbTi、Nb₃Sn等からなる超電導フィラメント
をCu、Al等からなる安定化材により包囲させた構成の線
材を巻線したものが使用されており、発生磁界の強さに
対応させて安定化材の断面積と、超電導フィラメントの
総断面積との比率を変化させている。

上記の構成の超電導磁石等では、線材同士の間にかなり
大きな電磁力が作用するにも拘わらず、線材同士の間隔
を正確に保持させることが必要なので、一般的にステン
レススチール製のテープや線を超電導線の外側に巻く構
成により電磁力を押えている。そして、上記の構成の超
電導磁石等により、発生磁界の強弱に拘わらず、線材同
士の相対位置関係を正確に保持させ、安定な磁界発生を
行なわせることができる。

〈発明が解決しようとする問題点〉上記の構成の超電導磁石等においては、線材として金属
系の超電導フィラメントをCu、Al等の安定化材により包
囲させた構成のものを使用しているのであるから、線材
自体として許容応力が小さく、ステンレススチール製の
テープや線を巻くことにより、全範囲にわたって電磁石
を押え、かつ線材同士の相対位置関係を正確に保持させ
ることができるのである。

しかし、線材をセラミックス超電導体で構成した場合
（セラミックス超電導体のみで構成した場合のみなら
ず、安定化材の周囲にセラミックス超電導体層を形成し
た場合をも含む）には、線材自体の脆性が大きいのであ
るから、部分的に線材同士の位置関係を規制していて
も、大きな電磁力が作用した場合には、規制されていな
い箇所において割れ等が発生し、結果的に超電導磁石等
が破壊されてしまうことになるという問題がある。

また、セラミックス超電導体からなる線材自体は、空孔
をも有しているのであるから、線材の全範囲にわたって
位置関係を規制していても、空孔部に対しては直接的に
規制力が作用しているのではないから、大きな電磁力が
作用した場合に線材にクラック等が発生し、超電導磁石
等の特性を劣化させてしまうことになるという問題があ
る。

〈発明の目的〉この発明は上記の問題点に鑑みてなされてものであり、
線材をセラミックス超電導体で構成した場合におけるク
ラック、割れ等の発生を確実に防止し、安定性を著しく
向上させることができる超電導コイルを提供することを
目的としている。

〈問題点を解決するための手段〉上記の目的を達成するための、この発明の超電導コイル
は、セラミックス超電導体材料で構成された線材をコイ
ル状に巻線してあるとともに、合成樹脂により含浸硬化
させてある。

そして、上記セラミックス超電導体材料で構成された線
材の空孔、および線材同士の空隙を合成樹脂により含浸
硬化させていることが好ましい。

上記何れの場合においても、合成樹脂としては、線材同
士の相対位置関係を維持させることができるものであれ
ば種々の種類のものが使用可能であるが、特にエポキシ
樹脂であることが好ましい。

また、上記セラミックス超電導体材料が、周期律表Ｉ族
元素、II族元素、およびIII族元素から選択された少な
くとも１種の元素を含み、かつ、酸素、フッ素から選ば
れた少なくとも１種の元素を含むものであることが好ま
しい。

この場合において、セラミックス超電導体材料が、下記
一般式（１）で表される組成のものであることがさらに
好ましい。

(A_1-xB_x)₂CD_4-y （１）（式中、Ａ、Ｂはそれぞれ周期律表1a族元素、IIa族元
素、およびIIIa族元素から選択された少なくとも１種の
元素であり、Ｃは周期律表Ib族元素、IIb族元素、およ
びIIIb族元素から選択された少なくとも１種の元素であ
り、Ｄは酸素、フッ素から選ばれた少なくとも１種の元
素であり、ｘが０＜ｘ＜１であるとともに、ｙが０＜ｙ
＜４である）上記の場合において、Ｄが酸素であることが一層好まし
い。

さらに詳細に説明すると、セラミックス超電導体を形成
するセラミックス超電導体用原料としては、超電導物質
を構成する元素を含有するものであれば単体、化合物の
何れの形態でも使用し得る。上記元素としては、周期律
表Ｉ族、II族、III族元素、並びに酸素、フッ素が例示
される。

より詳細には、周期律表Ｉ族元素のうち、Ia族元素とし
ては、Li、Na、Ｋ、Rb、Cs等が挙げられ、Ib族元素とし
ては、Cu、Ag、およびAuが挙げられる。また、周期律表
II族元素のうち、IIa族元素としては、Be、Mg、Ca、S
r、Ba、およびRaが挙げられ、IIb族元素としては、Zn、
Cd等が挙げられる。周期律表III族元素のうち、IIIa族
元素としては、Sc、Ｙやランタノイド系元素であるLa、
Ce、Gd、Lu等、アクチノイド系元素、例えば、Ac、Th、
Pa、Cf等が挙げられる。また、IIIb族元素としては、A
l、Ga、In、Tl等が挙げられる。

上記元素のうち、Ib族元素から選ばれた元素、IIa族元
素、IIIa族元素、およびランタノイド系元素から選ばれ
た元素、並びに酸素、およびフッ素から選ばれた元素か
らなるセラミックス超電導体が好ましい。尚、Ib族元素
においてはCu、Agが好ましい。

〈作用〉以上の構成の超電導コイルであれば、セラミックス超電
導体材料を焼結することにより構成された線材をコイル
状に巻線又は巻線してのち焼結し、合成樹脂により含浸
硬化させているのであるから、巻線の全範囲にわたって
合成樹脂により一体的に包囲され、電磁力に対しても線
材同士の相対位置関係を正確に維持させ続けることがで
き、安定した磁界を形成することができる。

そして、セラミックス超電導体材料で構成された線材の
空孔、および線材同士の空隙を合成樹脂により含浸硬化
させている場合には、線材の空孔をも含めて合成樹脂に
より一体的に包囲されるので、超電導コイル全体として
の安定性を一層向上させることができる。即ち、電磁力
の影響によるノッチ効果に起因する線材の破損を確実に
防止することができる。

これらの場合において、合成樹脂がエポキシ樹脂である
場合には、線材に対する接着性が良好であるから、線材
の空孔に対してもエポキシ樹脂が全面にわたって接着状
態となり、ノッチ効果に起因する線材の破損を一層確実
に防止し、巻線をさらに安定に保持することができる。

また、上記セラミックス超電導体材料が、周期律表Ｉ族
元素、II族元素、およびIII族元素から選択された少な
くとも１種の元素を含み、かつ、酸素、フッ素から選ば
れた少なくとも１種の元素を含むものである場合にも上
記と同様の作用を達成することができ、この場合におい
て、上記セラミックス超電導体材料が、式 (A_1-xB_x)₂CD_4-y （１）（式中、Ａ、Ｂはそれぞれ周期律表1a族元素、IIa族元
素、およびIIIa族元素から選択された少なくとも１種の
元素であり、Ｃは周期律表Ib族元素、IIb族元素、およ
びIIIb族元素から選択された少なくとも１種の元素であ
り、Ｄは酸素、フッ素から選ばれた少なくとも１種の元
素であり、ｘが０＜ｘ＜１であるとともに、ｙが０＜ｙ
＜４である）である場合にも、特に上記Ｄが酸素である場合にも、上
記と同様の作用を達成することができる他、優れた電気
的特性を有する超電導コイルを提供することができる。

〈実施例〉以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第１図はこの発明の超電導コイルの一実施例を示す概略
図であり、セラミックス超電導体材料で構成された線材
（１）を巻線しているとともに、巻線を包囲するように
エポキシ樹脂（２）で含浸硬化させている。尚、同図に
おいては、巻線により形成される筒状中空部をも含めて
エポキシ樹脂（２）により含浸硬化させているが、通常
は巻線に対してのみエポキシ樹脂（２）による含浸硬化
を行なわせ、筒状空間部を残存させている構造がとられ
る。

第２図は部分拡大縦断面図であり、線材（１）の外周を
エポキシ樹脂（２）により含浸硬化させているのみなら
ず、線材（１）に存在する空孔（1a）をもエポキシ樹脂
（２）により含浸硬化させている。

したがって、上記の構成の超電導コイルを臨界条件内に
規制した状態で通電することにより、強い磁界を発生さ
せることができ、しかも、通電状態において線材（１）
に電磁力が作用し、ノッチ効果による力が線材（１）に
作用しても、硬化状態のエポキシ樹脂（２）による線材
（１）の破壊を確実に防止することができる。即ち、エ
ポキシ樹脂（２）により、巻線（１）全体としての変形
のみならず、線材（１）の各部の脆さを確実に防止する
ことができるのである。

この結果、線材（１）が破損される許容限度を越えて超
電導コイルに通電することができ、発生させ得る磁界強
度を高めることができる。

さらに詳細に説明すると、上記線材（１）は、例えば、
酸化物セラミックス等の粉末を形成することにより得ら
れたセラミックス超電導体材料を焼結することにより得
られるものであり、得られた線材（１）には約10〜20％
の体積の空孔（1a）を有することになる。

そして、この空孔（1a）をも含めてエポキシ樹脂（２）
により含浸硬化しているのであるから、超電導コイル全
体としての強度を著しく向上させることができる。

〈発明の効果〉以上のようにこの発明の超電導コイルは、脆性が大きい
巻線を合成樹脂により含浸硬化させているのであるか
ら、電磁力を受けることによりノッチ効果に起因して巻
線が破損されることを確実に防止し、発生させ得る磁界
強度を高めることができるという特有の効果を奏する。

特に、線材の空孔にまで合成樹脂により含浸硬化させる
ようにした場合には、超電導コイルの強度を著しく高め
ることができ、より一層発生させ得る磁界強度を高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す概略図、第２図は部分拡大縦断面図。（１）……線材、（２）……エポキシ樹脂、（1a）……
空孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス超電導体材料で構成された線
材をコイル状に巻線してあるとともに、合成樹脂により
含浸硬化させてあることを特徴とする超電導コイル。
【請求項２】セラミックス超電導体材料で構成された線
材の空孔、および線材同士の空隙を合成樹脂により含浸
硬化させてなる上記特許請求の範囲第１項記載の超電導
コイル。
【請求項３】合成樹脂がエポキシ樹脂である上記特許請
求の範囲第１項または第２項の何れかに記載の超電導コ
イル。
【請求項４】セラミックス超電導体材料が、周期律表Ｉ
族元素、II族元素、およびIII族元素から選択された少
なくとも１種の元素を含み、かつ、酸素、フッ素から選
ばれた少なくとも１種の元素を含むものである上記特許
請求の範囲第１項から第３項の何れかに記載の超電導コ
イル。
【請求項５】セラミックス超電導体材料が、下記一般式
（１）で表される組成のものである上記特許請求の範囲
第４項記載の超電導コイル。 (A_1-xB_x)₂CD_4-y （１）（式中、Ａ、Ｂはそれぞれ周期律表Ia族元素、IIa族元
素、およびIIIa族元素から選択された少なくとも１種の
元素であり、Ｃは周期律表Ib族元素、IIb族元素、およ
びIIIb族元素から選択された少なくとも１種の元素であ
り、Ｄは酸素、フッ素から選ばれた少なくとも１種の元
素であり、ｘが０＜ｘ＜１であるとともに、ｙが０＜ｙ
＜４である）
【請求項６】Ｄが酸素である上記特許請求の範囲第５項
記載の超電導コイル。