JPS59175708A - 化合物超電導コイル、及びその製作方法 - Google Patents
化合物超電導コイル、及びその製作方法Info
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- JPS59175708A JPS59175708A JP4890783A JP4890783A JPS59175708A JP S59175708 A JPS59175708 A JP S59175708A JP 4890783 A JP4890783 A JP 4890783A JP 4890783 A JP4890783 A JP 4890783A JP S59175708 A JPS59175708 A JP S59175708A
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- coil
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- winding
- compound superconducting
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は化合物超電導コイル、及びその製作方法に係り
、特に化合物超電導線材と合金超電導線材を巻回して形
成され、例えば、物性研究用高磁界発生装置などのよう
な高磁界で高電流密度の要求されるものに好適な化合物
超電導コイル、及びその製作方法に関する。
、特に化合物超電導線材と合金超電導線材を巻回して形
成され、例えば、物性研究用高磁界発生装置などのよう
な高磁界で高電流密度の要求されるものに好適な化合物
超電導コイル、及びその製作方法に関する。
一般に、コイル中心で約ｌＯテスラ以上の高磁界発生を
必要とする物性研究用高磁界発生装置に採用される超電
導コイルは、高磁界部と低磁界部で異なる種類の超電導
線材が用いられる。すなわち、高磁界部は臨界磁界が高
く高磁界電流密度を有する化合物超電導線材が用いられ
、低磁界部は製造が簡単でコストが安く低磁界で高臨界
電流密度を有する合金超電導線材が用いられる。また、
物性研究用超電導コイルは、出来るだけコイル寸法が小
さく、すなわちコイル全体の電流密度が高く、液体ヘリ
ウムの消費量が少なく、電磁気的に安定で操作性のよい
超電導コイルが要求される。
必要とする物性研究用高磁界発生装置に採用される超電
導コイルは、高磁界部と低磁界部で異なる種類の超電導
線材が用いられる。すなわち、高磁界部は臨界磁界が高
く高磁界電流密度を有する化合物超電導線材が用いられ
、低磁界部は製造が簡単でコストが安く低磁界で高臨界
電流密度を有する合金超電導線材が用いられる。また、
物性研究用超電導コイルは、出来るだけコイル寸法が小
さく、すなわちコイル全体の電流密度が高く、液体ヘリ
ウムの消費量が少なく、電磁気的に安定で操作性のよい
超電導コイルが要求される。
そのため従来から下記の如き化合物超電導コイルが提案
されている。
されている。
第１図に示す従来の化合物超電導コイルは、高磁界部は
化合物超電導線材２′で巻回された化合物超電導線材巻
線部２と、低磁界部は合金超電導線材３′で巻回された
合金超電導線材巻線部３よりなる２つの領域にグレーデ
ィングされた化合物超電導コイル１である。それぞれの
化合物、及び合金超電導線材巻線部２、及び３はパンケ
ーキ状に巻回され、コイルとして電気的に直列接続する
ためグレーディング接続部４、パンケーキ間接続部４′
、４“で超電導線材を接続する。このパンケーキ状巻線
部はスペーサ（図示せず）を介して、ボビン５にコイル
の軸方向に積上げられ、通しボルト６で軸方向に締付け
られる。スペーサを挿入した残りの空間は、液体ヘリウ
ムが充填された冷却チャンネル８となる。このような化
合物超電導コイル１はスペーサ、及び冷却チャンネル８
が必要なため、後述のソレノイド密巻きコイルに比べて
占積率が悪く、コイル全体の平均電流密度を上げること
が出来ない。更には、パンケーキ状巻線部をボビン５に
積層していくため、ボビン５と巻線部、及び巻線間に隙
間が生じ易く、コイル励磁時の電磁力で巻線が移動して
超電導状態が破れ、コイル全体の平均電流密度を上げる
ことが出来ない欠点がある。
化合物超電導線材２′で巻回された化合物超電導線材巻
線部２と、低磁界部は合金超電導線材３′で巻回された
合金超電導線材巻線部３よりなる２つの領域にグレーデ
ィングされた化合物超電導コイル１である。それぞれの
化合物、及び合金超電導線材巻線部２、及び３はパンケ
ーキ状に巻回され、コイルとして電気的に直列接続する
ためグレーディング接続部４、パンケーキ間接続部４′
、４“で超電導線材を接続する。このパンケーキ状巻線
部はスペーサ（図示せず）を介して、ボビン５にコイル
の軸方向に積上げられ、通しボルト６で軸方向に締付け
られる。スペーサを挿入した残りの空間は、液体ヘリウ
ムが充填された冷却チャンネル８となる。このような化
合物超電導コイル１はスペーサ、及び冷却チャンネル８
が必要なため、後述のソレノイド密巻きコイルに比べて
占積率が悪く、コイル全体の平均電流密度を上げること
が出来ない。更には、パンケーキ状巻線部をボビン５に
積層していくため、ボビン５と巻線部、及び巻線間に隙
間が生じ易く、コイル励磁時の電磁力で巻線が移動して
超電導状態が破れ、コイル全体の平均電流密度を上げる
ことが出来ない欠点がある。
このようなことよシ、第２図に示す如く、超電導線材を
ソレノイド状に密巻きにして化合物超電導コイルとする
ことがある。一般に化合物超電導線材と合金超電導線材
はそれぞれ耐歪性が異なるため、異なる巻線張力で巻回
される。そのため、第２図のものでは、化合物超電導線
材巻線部２と合金超電導線材巻線部３は、それぞれ別々
のボビン５′、及び５“に化合物超電導線材２′、及び
合金超電導線材３′を巻回した後、補強バインド７及び
７′で締付けて構成されている。尚、２っのボビン５′
、及び５“は最終的にコイル固定治具９、及び９′で固
定され、電磁力でコイルが動かないようにされ、化合物
超電導コイル１が作られる。しかしながら、このような
化合物超電導コイル１は、２つのボビン５ ／ 、 ５
／／を用いているため、化合物超電導線材巻線部２と合
金超電導線材巻線部３との間にギャップｇが必ず必要で
、そのため化合物超電導コイル１の外径が大きくなシコ
イル全体の平均電流密度を上げることが出来ない欠点が
ある。また、このギャップｇの存在はコイル中心点にお
ける磁界の強さＢｏに対し、外側の合金超電導線材巻線
部３の寄与を小さくシ、そのためコイル中心で同一の磁
界を発生させるのに、捷すます化合物超電導コイル１の
外径を大きくしなければならず、コイル全体の平均電流
密度は低下する。
ソレノイド状に密巻きにして化合物超電導コイルとする
ことがある。一般に化合物超電導線材と合金超電導線材
はそれぞれ耐歪性が異なるため、異なる巻線張力で巻回
される。そのため、第２図のものでは、化合物超電導線
材巻線部２と合金超電導線材巻線部３は、それぞれ別々
のボビン５′、及び５“に化合物超電導線材２′、及び
合金超電導線材３′を巻回した後、補強バインド７及び
７′で締付けて構成されている。尚、２っのボビン５′
、及び５“は最終的にコイル固定治具９、及び９′で固
定され、電磁力でコイルが動かないようにされ、化合物
超電導コイル１が作られる。しかしながら、このような
化合物超電導コイル１は、２つのボビン５ ／ 、 ５
／／を用いているため、化合物超電導線材巻線部２と合
金超電導線材巻線部３との間にギャップｇが必ず必要で
、そのため化合物超電導コイル１の外径が大きくなシコ
イル全体の平均電流密度を上げることが出来ない欠点が
ある。また、このギャップｇの存在はコイル中心点にお
ける磁界の強さＢｏに対し、外側の合金超電導線材巻線
部３の寄与を小さくシ、そのためコイル中心で同一の磁
界を発生させるのに、捷すます化合物超電導コイル１の
外径を大きくしなければならず、コイル全体の平均電流
密度は低下する。
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、化合物超電導線材と合金超電導線材を用い
たものであっても、高磁界で、かつ高電流密度とすると
２とのできる化合物超電導コイル、及びその製作方法を
提供するにある。
るところは、化合物超電導線材と合金超電導線材を用い
たものであっても、高磁界で、かつ高電流密度とすると
２とのできる化合物超電導コイル、及びその製作方法を
提供するにある。
本発明は円筒状のボビンにソレノイド状に巻回された化
合物超電導線材巻線部をエポキシ樹脂で含浸固化した化
合物超電導コイル、及び円筒状のボビンにソレノイド状
に化合物超電導線材を巻回した後、巻線空間にエポキシ
樹脂を含浸固定させ、その上に合金超電導線材を巻回す
る化合物超電導コイルの製作方法とすることにより、所
期の目的を達成するようになしたものである。
合物超電導線材巻線部をエポキシ樹脂で含浸固化した化
合物超電導コイル、及び円筒状のボビンにソレノイド状
に化合物超電導線材を巻回した後、巻線空間にエポキシ
樹脂を含浸固定させ、その上に合金超電導線材を巻回す
る化合物超電導コイルの製作方法とすることにより、所
期の目的を達成するようになしたものである。
更に詳述するならば、ソレノイド密巻きコイルは、出来
るだけ巻線張力を大きくし固く巻線することが電磁力に
よる巻線の動きを防止し、かつ、冷却性の悪いソレノイ
ド密巻きコイルを安定に動作させ、高磁界で高電流密度
コイルを作る基本的な考え方であるが、化合物超電導線
材と合金超電導線材を同一ボビンに巻回する場合は、同
一巻線張力で固く巻回するわけにはいかない。すなわち
、通常の化合物超電導線材の巻線張力は約５ Ｋｒ ／
ｒｔｒｒ？、通常の合金超電導線材の巻線張力は約２
０Ｋｇ／ｒｕｎ２が最大で、それ以上の巻線張力では巻
線中に著しい塑性変形を生じたり、巻線中の歪のため超
電導の性能が低下する「歪効果」を生じる可能性があり
好ましくはない。今、化合物超電導線材を５Ｋｇ／ｆｉ
２の巻線張力で巻回しても、コイル中心で１０テスラ以
上の高磁界を発生するコイルの巻線内の電磁応力は１０
Ｋｙ／ｍｍ２を越える場合が多く、電磁力に対して決し
て「固く」巻線したことにならない。一方、合金超電導
線材の場合は、電磁力に対して「固く」巻線することは
可能であるが、「軟かく」巻回された化合物超電導線材
巻線部の上に、直接、合金超電導線材を「硬く」巻回し
ても、合金超電導線材巻線部の外圧のため、化合物超電
導線材巻線内に存在する微小な隙間に化合物超電導線材
が局部的に塑性流動し、この部分の化合物超電導線材の
超電導の性能を低下させる。
るだけ巻線張力を大きくし固く巻線することが電磁力に
よる巻線の動きを防止し、かつ、冷却性の悪いソレノイ
ド密巻きコイルを安定に動作させ、高磁界で高電流密度
コイルを作る基本的な考え方であるが、化合物超電導線
材と合金超電導線材を同一ボビンに巻回する場合は、同
一巻線張力で固く巻回するわけにはいかない。すなわち
、通常の化合物超電導線材の巻線張力は約５ Ｋｒ ／
ｒｔｒｒ？、通常の合金超電導線材の巻線張力は約２
０Ｋｇ／ｒｕｎ２が最大で、それ以上の巻線張力では巻
線中に著しい塑性変形を生じたり、巻線中の歪のため超
電導の性能が低下する「歪効果」を生じる可能性があり
好ましくはない。今、化合物超電導線材を５Ｋｇ／ｆｉ
２の巻線張力で巻回しても、コイル中心で１０テスラ以
上の高磁界を発生するコイルの巻線内の電磁応力は１０
Ｋｙ／ｍｍ２を越える場合が多く、電磁力に対して決し
て「固く」巻線したことにならない。一方、合金超電導
線材の場合は、電磁力に対して「固く」巻線することは
可能であるが、「軟かく」巻回された化合物超電導線材
巻線部の上に、直接、合金超電導線材を「硬く」巻回し
ても、合金超電導線材巻線部の外圧のため、化合物超電
導線材巻線内に存在する微小な隙間に化合物超電導線材
が局部的に塑性流動し、この部分の化合物超電導線材の
超電導の性能を低下させる。
従って、このような現象を防ぐには、「軟かく」巻回さ
れた化合物超電導線材巻線部を「硬く」する必要があり
、化合物超電導線材巻線内の隙間にエポキシ樹脂などを
含浸・固化させ、外圧に対して化合物超電導線材巻線部
が一体的な挙動を示すようにすれば合金超電導線材巻線
時における化合物超電導線材の性能低下を防止できる。
れた化合物超電導線材巻線部を「硬く」する必要があり
、化合物超電導線材巻線内の隙間にエポキシ樹脂などを
含浸・固化させ、外圧に対して化合物超電導線材巻線部
が一体的な挙動を示すようにすれば合金超電導線材巻線
時における化合物超電導線材の性能低下を防止できる。
以下、図面の実施例に基づいて本発明の詳細な説明する
。同、符号は従来と同一のものは同符号を使用する。
。同、符号は従来と同一のものは同符号を使用する。
第３図は本発明の化合物超電導コイルの一例で、内径２
８８叫、肉厚６ｍｍの絶縁を施したステンレス鋼ボビン
５に、４０μｍ厚さの絶縁で全面被覆した１、 ４ Ｘ
２．８ ｍｍ２のＮｂ３Ｓｎ化合物超電導線材２′を
５ Ｋｙ ／ ｗｎ ２の張力でソレノイド密巻き状に
５２５９ターン巻回し、化合物超電導線材巻線部２を形
成した。次いで、この巻線部全体を真空排気した後、巻
線部の空隙にエポキシ樹脂を１３０Ｃ１１００気圧で加
圧注入し、固化させた。次に、エポキシ樹脂を含浸した
化合物超電導線材巻線部２の上に、４０μｍ厚さの絶縁
で全面被覆した１、 ４ Ｘ ２．８ ｒａｎ２のＮｂ
’ｌｊ合金超電導線材３′を２０ Ｋｇ／ｍｍ２の張力
でソレノイド密巻き状に３７７３ターン巻回し、合金超
電導線材巻線部３を形成した。このようにして製作した
化合物超電導コイル１の巻線部寸法は、内径３００叫、
外径５００謔、高さ４００■で、この巻線部の外側を補
強ノくインドアで締付けた。
８８叫、肉厚６ｍｍの絶縁を施したステンレス鋼ボビン
５に、４０μｍ厚さの絶縁で全面被覆した１、 ４ Ｘ
２．８ ｍｍ２のＮｂ３Ｓｎ化合物超電導線材２′を
５ Ｋｙ ／ ｗｎ ２の張力でソレノイド密巻き状に
５２５９ターン巻回し、化合物超電導線材巻線部２を形
成した。次いで、この巻線部全体を真空排気した後、巻
線部の空隙にエポキシ樹脂を１３０Ｃ１１００気圧で加
圧注入し、固化させた。次に、エポキシ樹脂を含浸した
化合物超電導線材巻線部２の上に、４０μｍ厚さの絶縁
で全面被覆した１、 ４ Ｘ ２．８ ｒａｎ２のＮｂ
’ｌｊ合金超電導線材３′を２０ Ｋｇ／ｍｍ２の張力
でソレノイド密巻き状に３７７３ターン巻回し、合金超
電導線材巻線部３を形成した。このようにして製作した
化合物超電導コイル１の巻線部寸法は、内径３００叫、
外径５００謔、高さ４００■で、この巻線部の外側を補
強ノくインドアで締付けた。
このような本実施例の構成とすることによシ、同一ボビ
ンで化合物超電導線材巻線部２の上に、合金超電導線材
３′を固く巻回した合金超電導線材巻線部３を設けても
、化合物超電導線材巻線部３には損傷や局部的変形が生
ぜず性能低下に至ることはないので、高磁界で、かつ、
高電流密度の化合物超電導コイル１とすることができる
。
ンで化合物超電導線材巻線部２の上に、合金超電導線材
３′を固く巻回した合金超電導線材巻線部３を設けても
、化合物超電導線材巻線部３には損傷や局部的変形が生
ぜず性能低下に至ることはないので、高磁界で、かつ、
高電流密度の化合物超電導コイル１とすることができる
。
本発明者が、この化合物超電導コイル１を液体ヘリウム
中に浸漬し励磁試験した結果、５９７Ａの′直流でコイ
ル中心に１２テスラの磁界を発生させることが出来た。
中に浸漬し励磁試験した結果、５９７Ａの′直流でコイ
ル中心に１２テスラの磁界を発生させることが出来た。
この時のコイル巻線部の平均直流密度は１３５ Ａ ／
ｒｒｒｍ２で、化合物超電導線材巻線部２をエポキシ樹
脂で含浸しない従来の化合物超電導コイルに比べて約１
４３倍の高電流密度が得られ、それだけ小さなコイル巻
線寸法で高磁界が得られた。
ｒｒｒｍ２で、化合物超電導線材巻線部２をエポキシ樹
脂で含浸しない従来の化合物超電導コイルに比べて約１
４３倍の高電流密度が得られ、それだけ小さなコイル巻
線寸法で高磁界が得られた。
よって、コイル中心で同一磁界を発生させるのにコイル
外寸法のより小さい化合物超電導コイルにすることが出
来るので、高価な液体ヘリウムの使用量が少なくてすむ
という効果がある。更には、高価な超電導線材の使用量
が少なくてすむという効果もあり、併せてその経済的効
果は極めて太きい。
外寸法のより小さい化合物超電導コイルにすることが出
来るので、高価な液体ヘリウムの使用量が少なくてすむ
という効果がある。更には、高価な超電導線材の使用量
が少なくてすむという効果もあり、併せてその経済的効
果は極めて太きい。
以上説明したように本発明は円筒状のボビンにソレノイ
ド状に巻回された化合物超電導線材巻線部をエポキシ樹
脂で含浸固化した化合物超電導コイル、及び円筒状のボ
ビンにソレノイド状に化合物超電導線材を巻回した後、
巻線空間にエポキシ樹脂を含浸固定させ、その上に合金
超電導線材を巻回する化合物超電導コイルの製作方法と
したものであるから、化合物超電導線材と合金超電導線
材を用いたものであっても、化合物超電導線材巻線部は
固化されているので、この上に合金超電導線を巻回して
も性能低下に至ることはなく、高磁界で、かつ、高′［
ｂ、流密度の此種化合物超電導コイルを得ることができ
る。
ド状に巻回された化合物超電導線材巻線部をエポキシ樹
脂で含浸固化した化合物超電導コイル、及び円筒状のボ
ビンにソレノイド状に化合物超電導線材を巻回した後、
巻線空間にエポキシ樹脂を含浸固定させ、その上に合金
超電導線材を巻回する化合物超電導コイルの製作方法と
したものであるから、化合物超電導線材と合金超電導線
材を用いたものであっても、化合物超電導線材巻線部は
固化されているので、この上に合金超電導線を巻回して
も性能低下に至ることはなく、高磁界で、かつ、高′［
ｂ、流密度の此種化合物超電導コイルを得ることができ
る。
第１図、及び第２図は従来の化合物超電導コイルを一部
破断して示すコイル断面図、第３図は本発明の化合物超
電導コイルの一実施例を一部破断Ｉ〜で説明するため示
すコイル断面図である。 １・・・化合物超電導コイル、２・・・化合物超電導線
材巻線部、２′・・・化合物超電導線材、３・・・合金
超電導線材巻線部、３′・・・合金超電導線材、４・・
・グレーディング接続部、４／、４１１・・・バングー
キ間接続部、５．５’ 、５″・・・ボビン、６・・・
通しボルト、７．７′・・・補強バインド、８・・・冷
却チャンネル、９．９′・・・コイル固定治具。 一′２／ ｌ１図
破断して示すコイル断面図、第３図は本発明の化合物超
電導コイルの一実施例を一部破断Ｉ〜で説明するため示
すコイル断面図である。 １・・・化合物超電導コイル、２・・・化合物超電導線
材巻線部、２′・・・化合物超電導線材、３・・・合金
超電導線材巻線部、３′・・・合金超電導線材、４・・
・グレーディング接続部、４／、４１１・・・バングー
キ間接続部、５．５’ 、５″・・・ボビン、６・・・
通しボルト、７．７′・・・補強バインド、８・・・冷
却チャンネル、９．９′・・・コイル固定治具。 一′２／ ｌ１図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、はぼ円筒状のボビンと、該ボビンにソレノイド状に
巻回された化合物超電導線材巻線部と、該化合物超電導
線材巻線部の外周にソレノイド状に巻回された合金超電
導線材巻線部とを備えた化合物超電導コイルにおいて、
前記化合物超電導線材巻線部は、エポキシ樹脂で含浸固
化されていることを特徴とする化合物超電導コイル。 ２ はぼ円筒状のボビンに化合物超電導線材をソレノイ
ド状に巻回し、その後、該化合物超電導線材巻線部の外
周に合金超電導線材をソレノイド状に巻回する化合物超
電導コイルの製作方法において、前記化合物超電導線材
を巻回した後、巻線空間にエポキシ樹脂を含浸固定させ
、その上に合金超電導線材を巻回することを特徴とする
化合物超電導コイルの製作方法。 ３、前記合金超電導線材を巻回した後、更にその巻線空
間にエポキシ樹脂を含浸固定することを特徴とする特許
請求の範囲第２項記載の化合物超電導コイルの製作方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4890783A JPS59175708A (ja) | 1983-03-25 | 1983-03-25 | 化合物超電導コイル、及びその製作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4890783A JPS59175708A (ja) | 1983-03-25 | 1983-03-25 | 化合物超電導コイル、及びその製作方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59175708A true JPS59175708A (ja) | 1984-10-04 |
Family
ID=12816328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4890783A Pending JPS59175708A (ja) | 1983-03-25 | 1983-03-25 | 化合物超電導コイル、及びその製作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59175708A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020191317A (ja) * | 2019-05-20 | 2020-11-26 | 住友電気工業株式会社 | 超電導コイルの製造方法及び超電導コイル |
-
1983
- 1983-03-25 JP JP4890783A patent/JPS59175708A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020191317A (ja) * | 2019-05-20 | 2020-11-26 | 住友電気工業株式会社 | 超電導コイルの製造方法及び超電導コイル |
| JP2023038374A (ja) * | 2019-05-20 | 2023-03-16 | 住友電気工業株式会社 | 超電導コイル |
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