JPH09246037A

JPH09246037A - 超電導磁石装置

Info

Publication number: JPH09246037A
Application number: JP7538696A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Kawai; 正道河合
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-03-06
Filing date: 1996-03-06
Publication date: 1997-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】クエンチが発生し難い安定した特性の超電導
磁石装置を得ることである。【解決手段】超電導コイル１の断面形状を、超電導コ
イル１の外周辺５が超電導コイル６の内周辺より長い台
形形状に形成する。これにより、超電導コイル１の内周
側６の断面積が外周側の断面積より小さくなり、内周側
部分の電流密度（磁場）を下げ、超電導コイルの最大経
験磁界を下げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超電導線を巻回し
てなる超電導コイルを冷媒と共に内槽容器に収納して構
成された超電導磁石装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、現在開発が進められている磁気
浮上式鉄道（リニアモーターカー）用の超電導磁石装置
は、図７に示すように構成されている。すなわち、超電
導磁石装置は、超電導線を巻回してなる超電導コイル１
と、超電導コイル１を冷却するための冷媒（液体ヘリウ
ム）２とを内槽容器３内に収納し、コイル支持具４で内
槽容器３内に支持する構造となっている。この内槽容器
３は超電導コイル１の発生する電磁力を支持し、変形に
よる超電導コイル１の破壊を防ぐとともに、冷煤である
液体ヘリウムを所定量貯蔵する役目を有している。

【０００３】ここで、超電導コイル１の断面形状に着目
すると、製造の容易さから単純な矩形断面形状をとって
いる。この断面に沿って超電導コイル１自身が作り出す
磁場の分布をみると、図８に示すように、超電導コイル
１の内周側に高い磁場の領域が現れる。これは、ソレノ
イド型コイルやレーストラック型コイルでは物理的に避
けられない現象である。また、一般に、超電導線は高い
磁場に晒されると、超電導線に流し得る最大電流である
臨界電流が低下し、超電導状態が破れてしまうクエンチ
現象を起こしやすくなる。従って、超電導コイル１の最
高性能は超電導コイル１の外周側の線材の能力にまだ余
裕があるにも拘わらず、高磁場に晒される内周側の超電
導線材の能力によって規定されてしまうことになる。

【０００４】そこで、従来はこの内周側部分の電流密度
を下げて磁場を下げるか、あるいは臨界電流の大きな線
材を用いる等の手法によって超電導コイル１全体の性能
を向上させるグレーディング手法がとられていた。

【０００５】一方、超電導コイル１の固定については、
図７に示すように矩形断面の超電導コイル１の内外周面
を平面での摩擦力をもって、コイル支持具４で保持する
構造であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、超電導コイ
ル１の内周側部分の電流密度を下げるために、グレーデ
ィング手法を採用すると、別種の線材を途中で接続する
必要があり、構造の複雑化につながるだけでなく、超電
導コイル１の断面積が増加して重量増につながり、さら
に接続部分に僅かながら電気抵抗が発生するという欠点
がある。

【０００７】また、超電導コイル１の固定という観点か
らみると、図７のように矩形断面の超電導コイル１をコ
イル支持具４で保持する構造では、超電導コイル１の内
外周面を平面で摩擦力をもって支持せざるを得ないの
で、振動を加えた際に微少な滑りを発生しやすい。滑り
が発生すると摩擦発熱が起こる。発熱によって超電導線
材の温度が上昇すると、超電導線の臨界電流が急激に低
下し、磁気浮上式鉄道用の超電導磁石装置の場合は、通
常は液体ヘリウム温度（４．２Ｋ）である超電導コイル
１が部分的に７〜８Ｋの温度に達しただけでクエンチし
てしまう場合がある。

【０００８】さらに、超電導コイル１には常温で組み立
て、極低温にまで冷却するという過程が必須であるが、
この場合、熱収縮によって超電導コイル１とコイル支持
具４と間の面圧力が低下してしまい、より小さな力で滑
りを起こしやすくなってしまう。従って、この部分の摩
擦発熱は最小限に抑える必要があり、コイル固定部分に
は特別な低摩擦化の必要があり、構造の複雑化を招いて
いた。

【０００９】このように、従来の超電導磁石装置におい
ては、超電導コイル１内周側に磁場の高い領域が現れ、
超電導コイル１全体の性能はこの部分を通る超電導線材
の能力によって規定されてしまうので、超電導コイル１
全体の性能を向上させるために超電導コイル１の内周側
に臨界電流の高い太い線材を使用する必要がある。

【００１０】従って、超電導コイル１の構造が複雑化し
て断面積や重量が増加するほか、接続部分に僅かながら
電気抵抗が発生することがあり、クエンチ発生の原因に
なっていた。

【００１１】一方、矩形断面の超電導コイル１をコイル
支持具４を介して摩擦力で保持する場合、従来構造では
単純に平面同士の突き合わせであったので、熱収縮によ
って固定力が低下し、微少な滑りが発生しやすくなる。
すると、滑った部分が発熱して超電導コイルの温度が上
昇し、クエンチ発生の原因となり超電導磁石装置の安定
性が著しく損なわれる場合があった。

【００１２】本発明の目的は、クエンチが発生し難い安
定した特性の超電導磁石装置を得ることである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、超電
導線を巻回してなる超電導コイルと、超電導コイルを冷
媒と共に収納する内槽容器と、超電導コイルを内槽容器
内で固定支持するためのコイル支持具とを有し、超電導
コイルの断面形状を、超電導コイルの外周辺が超電導コ
イルの内周辺より長い台形形状に形成したものである。

【００１４】請求項１の発明では、超電導コイルの内周
側の断面積が外周側の断面積より小さくなり、内周側部
分の電流密度を下げ磁場を下げる。これにより超電導コ
イルの最大経験磁界が下がる。

【００１５】請求項２の発明は、超電導線を巻回してな
る超電導コイルと、超電導コイルを冷媒と共に収納する
内槽容器と、超電導コイルを内槽容器内で固定支持する
ためのコイル支持具とを有し、超電導コイルの断面形状
を、超電導コイルの外周辺を底辺とする三角形形状に形
成したものである。

【００１６】請求項２の発明では、請求項１の発明と同
様に、超電導コイルの内周側の断面積が外周側の断面積
より小さくなり、内周側部分の電流密度を下げ磁場を下
げる。これにより超電導コイルの最大経験磁界が下が
る。

【００１７】請求項３の発明は、超電導線を巻回してな
る超電導コイルと、超電導コイルを冷媒と共に収納する
内槽容器と、超電導コイルを内槽容器内で固定支持する
ためのコイル支持具とを有し、超電導コイルの断面形状
を、超電導コイルの内周辺が超電導コイルの外周辺より
長い台形形状に形成し、コイル支持具は、超電導コイル
の外周辺を挟持する複数個の支持部材で構成し超電導コ
イルの周方向に不連続に配置したものである。

【００１８】請求項３の発明では、各々の支持部材は、
超電導コイルの周方向に所定の間隔で不連続に配置さ
れ、外周辺を挟持して超電導コイルを支持する。これに
より、超電導コイルの支持がより強固になる。

【００１９】請求項４の発明は、超電導線を巻回してな
る超電導コイルと、超電導コイルを冷媒と共に収納する
内槽容器と、超電導コイルを内槽容器内で固定支持する
ためのコイル支持具とを有し、超電導コイルの断面形状
を、超電導コイルの内周辺を底辺とする三角形形状に形
成し、コイル支持具は、超電導コイルの外周における三
角形形状の頂点部を挟持する複数個の支持部材で構成し
超電導コイルの周方向に不連続に配置したものである。

【００２０】請求項４の発明では、請求項３の発明と同
様に、各々の支持部材は、超電導コイルの周方向に所定
の間隔で不連続に配置され、外周辺を挟持して超電導コ
イルを支持する。これにより、超電導コイルの支持がよ
り強固になる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明の第１の実施の形態における超電導
コイルの説明図である。この第１の実施の形態は、超電
導コイル１の断面形状を、超電導コイル１の外周辺５が
超電導コイル１の内周辺６より長い台形形状に形成した
ものである。この超電導コイル１は、超電導線の線材を
樹脂含浸により固定して形成される。なお、自己融着線
材を用いて線材を接着固定するようにしても良い。

【００２２】図１において、超電導コイル１は、その断
面形状の外周辺５が長く、内周辺６が短い台形形状をな
している。この様な断面形状のレーストラック型の超電
導コイル１においては、最大磁場を示す点の内周側から
半径方向の磁場分布を解析すると図２に示すような特性
となる。

【００２３】図２の特性曲線Ｓ１は、第１の実施の形態
による断面形状が台形形状の超電導コイル１の特性曲線
であり、特性曲線Ｓ２は従来例における断面形状が矩形
形状の超電導コイル１の特性曲線である。

【００２４】この解析で使用した超電導コイル１は、従
来のものとして、図３（ａ）に示すように断面寸法が８
０ｍｍ×４５ｍｍの矩形断面コイルを使用し、第１の実
施の形態のものとして、図３（ｂ）に示すように８０ｍ
ｍ×（８０ｍｍ＋１０ｍｍ）／２の台形断面コイルを使
用している。つまり、断面積を同じとし、起磁力は共に
７００ｋＡである。

【００２５】図２において、最内周側の最大経験磁界は
台形断面コイルでは約４．６テスラであり、矩形断面で
は約５．１テスラである。従って、台形形状とすること
により、磁場の大きさを約１０％低減できる。超電導コ
イル１の特性はコイルの最大経験磁界によって規定され
てしまうので、最大経験磁界が低減されると、その分超
電導線の負荷率が下がり、クエンチに至るまでの余裕が
大きくなる。

【００２６】そのため、グレーディングを施す必要性が
低下し、超電導コイル１の単純化や軽量化につながる。
もしグレーディングを施すならば、より安定した特性の
超電導コイルが得られる。

【００２７】次に、本発明の第２の実施の形態を図４に
示す。この第２の実施の形態は、超電導コイル１の断面
形状を、超電導コイル１の外周辺を底辺とする三角形形
状に形成したものである。この様な断面形状とすること
により、第１の実施の形態と同様に、超電導コイル１の
内周側の最大磁場を低減する効果がある。

【００２８】次に、本発明の第３の実施の形態を説明す
る。図５は、本発明の第３の実施の形態の説明図であ
る。この第４の実施の形態は、超電導コイル１の断面形
状を、超電導コイル１の内周辺６が超電導コイル１の外
周辺５より長い台形形状に形成すると共に、コイル支持
具４は、超電導コイル１の外周辺５を挟持する複数個の
支持部材７で構成し多ものである。そして、その複数個
の支持部材７は、超電導コイル１の外周辺５の外側の周
方向に不連続に配置される。

【００２９】図５において、第３の実施の形態における
超電導コイル１は、その断面形状の外周辺５が短く、内
周辺６が長い台形形状をなしている。この様に断面の内
周辺６が外周辺５より長い場合は、磁場の分布では内周
側の最大経験磁界が大きくなり、矩形断面コイルより不
利となることが予想される。

【００３０】しかし、第３の実施の形態のように、超電
導コイル１の外周側にコイル支持具４として複数の支持
部材を取り付けて、超電導コイル１を固定するので、超
電導コイル１の固定力が増し、コイル支持具４とｋ超電
導コイル１との摩擦による発熱が抑制されることにより
クエンチの発生を防止することができ安定性が向上す
る。すなわち、超電導コイル１を励磁するとコイルフー
プ力によって、凸型の超電導コイル１が凹型の支持部材
７に外周面及び側面ともに強固に押し当てられるので、
超電導コイル１の固定力が増す。

【００３１】通常、樹脂と導体よりなる超電導コイルの
熱収縮は金属を主体とするコイル支持具４より大きいの
で、極低温への冷却によってコイル固定力がある程度減
少するのはやむを得ないが、この第３の実施の形態のよ
うな構成とすることにより、超電導コイル１の励磁によ
り超電導コイル１の周方向及び側面方向の両方向とも固
定力が増加して超電導コイル１の動きが抑えられ、熱収
縮によるコイル固定力の低下を補うことができる。

【００３２】従って、従来構造の図７の様に超電導コイ
ル１を単平面の摩擦力で支持していた場合に比べて、超
電導コイル１とコイル支持具４（支持部材７）との間で
微小滑りが起こりにくくなり、摩擦発熱による線材の温
度上昇が抑制され、超電導コイル１の安定性が増すこと
になる。

【００３３】図６は、本発明の第４の実施の形態の説明
図である。図６において、超電導コイル１はその断面形
状が内周辺６を底辺とする三角形形状をなしている。こ
の様な断面形状とすることにより、第３の実施の形態と
同様に、超電導コイル１の励磁により超電導コイル１の
固定力を増加させ、超電導コイル１とコイル支持具４
（支持部材７）との間の微小滑りによる摩擦発熱を抑制
し、超電導コイル１の安定性を増す効果がある。

【００３４】このように、第３の実施の形態及び第４の
実施の形態においては、断面の内周辺６が外周辺５より
長く、外周側にコイル支持具４として支持部材７を周方
向に所定の間隔で取り付けて、超電導コイル１を固定し
ているので、超電導コイル１の励磁によるコイルフープ
力によって、超電導コイル１がコイル支持具４である支
持部材７ににより強固に押し当てられるようになる。従
って、超電導コイル１の固定力が増すので、熱収縮によ
るコイル固定力の低下を補うことができる。すなわち、
超電導コイル１を単平面の摩擦力で支持していた場合に
比べて、コイル支持具４での滑りが起こりにくくなり、
超電導コイル１の安定性が増すことになる。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、安
定した超電導コイルが得られるので、クエンチ現象が発
生しにくい超電導磁石装置を得ることができる。

【００３６】すなわち、請求項１又は請求項２の発明に
よれば、超電導コイルの断面形状を外周辺が外周辺より
長い台形形状又は外周辺を底辺とする三角形形状とした
ので、超電導コイルの最大経験磁界を低減でき、超電導
線の負荷率を下げた安定した超電導磁石装置が得られ
る。

【００３７】また、請求項３又は請求項４の発明名で
は、超電導コイルの断面形状を内周辺が外周辺より長い
台形形状又は内周辺を底辺とする三角形形状とし、コイ
ル励磁時のコイルフープ力を利用して複数個の支持部材
により超電導コイルの外周側を周方向に渡って支持する
ので、超電導コイルの固定力を増すことができる。つま
り、超電導コイルとコイル支持具との間の摩擦発熱が抑
制でき、安定した超電導磁石装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による超電導コイル
の説明図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態による超電導コイル
及び従来の超電導コイルの磁場特性を示した特性図であ
る。

【図３】図２の磁場特性を有する超電導コイルの説明図
である。

【図４】本発明の第２の実施の形態による超電導コイル
の説明図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態の説明図である。

【図６】本発明の第４の実施の形態の説明図である。

【図７】従来の超電導磁石装置の説明図である。

【図８】従来の超電導磁石装置の磁気分布特性を示す特
性図である。

【符号の説明】

１超電導コイル２液体ヘリウム３内槽容器４コイル支持具５外周辺６内周辺７支持部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超電導線を巻回してなる超電導コイル
と、前記超電導コイルを冷媒と共に収納する内槽容器
と、前記超電導コイルを前記内槽容器内で固定支持する
ためのコイル支持具とからなる超電導磁石装置におい
て、前記超電導コイルの断面形状は、前記超電導コイル
の外周辺が前記超電導コイルの内周辺より長い台形形状
に形成されたことを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項２】超電導線を巻回してなる超電導コイル
と、前記超電導コイルを冷媒と共に収納する内槽容器
と、前記超電導コイルを前記内槽容器内で固定支持する
ためのコイル支持具とからなる超電導磁石装置におい
て、前記超電導コイルの断面形状は、前記超電導コイル
の外周辺を底辺とする三角形形状に形成されたことを特
徴とする超電導磁石装置。
【請求項３】超電導線を巻回してなる超電導コイル
と、前記超電導コイルを冷媒と共に収納する内槽容器
と、前記超電導コイルを前記内槽容器内で固定支持する
ためのコイル支持具とからなる超電導磁石装置におい
て、前記超電導コイルの断面形状は、前記超電導コイル
の内周辺が前記超電導コイルの外周辺より長い台形形状
に形成され、前記コイル支持具は、前記超電導コイルの
外周辺を挟持する複数個の支持部材で構成し前記超電導
コイルの周方向に不連続に配置したことを特徴とする超
電導磁石装置。
【請求項４】超電導線を巻回してなる超電導コイル
と、前記超電導コイルを冷媒と共に収納する内槽容器
と、前記超電導コイルを前記内槽容器内で固定支持する
ためのコイル支持具とからなる超電導磁石装置におい
て、前記超電導コイルの断面形状は、前記超電導コイル
の内周辺を底辺とする三角形形状に形成され、前記コイ
ル支持具は、前記超電導コイルの外周における前記三角
形形状の頂点部を挟持する複数個の支持部材で構成し前
記超電導コイルの周方向に不連続に配置したことを特徴
とする超電導磁石装置。