JPS6049615A - 超電導電磁石 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は安定化材中に線状超電導体を埋め込んだ超電導
線を巻回し、極低温冷媒で冷却される超電導電磁石に関
する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 極低温において、抵抗が零となる超電導線を巻回して構
成した超電導電磁石は、ジュール損失がないため、小容
量の電源で高Ｗ１１場を生成できる特長がある。超電導
線はＮｂ−Ｔｉ等の線状超電導体を、極低温で抵抗の低
い例えば高純度銅やアルミニウム等の安定化材の中に埋
め込んだものである。

この安定化材は、線状超電導体の温度が上昇し、超電導
状態から常電導になった場合に、線状超電導体が焼き切
れぬよう保護すると共に、線状超電導体が市、磁力によ
り、断線せぬよう機械的に保杵する役割をもつ。しかし
ながら、この超電２３線に加わる電磁力は強大であり、
安定化材は前述１．たように高純度銅１やアルミニウム
のような弱い材料が用いられ、鉄のよう左横造材に比べ
、数分の一程度の最大使用応力であるため、安定化材の
ｊσ［面積を大にし、太い超電導線としなければならず
、さらに又、極低温冷媒の接触冷却面積を増やすために
安定化材の側面に溝を設けるため、一層太い超電導線と
しなければならなかったので、従来の超電導電磁石の小
形化には限度があった。

［発明の目的］ 本発明は小形化した超電４電磁石を提供することを目的
とする。

［発明の概要］ 本発明においては、安定化材の断面Ｓを機械的応力に堪
える範囲でできるだけ小さくしながら、その安定化材の
表面に金属の粉体および電気絶縁物の粉体の少なくとも
一方の粉体を溶射した溶射層を設け、この溶射層の粉体
の隙間および凹凸によす極低温冷媒の接触する面積を犬
にし、冷却性能を向上し、この超電導線を用いることに
よって超電導電磁石の小形化を実現するものである。

［発明の実施例］ 実施例１ 以下、本発明の第１の実施例について、第１図ないし第
４図を参照して説明する。

本実施例においては高純度銅から成る安定化材（１）中
に桟数本の線状超電導体（２）を埋め込み、安定化材＋
１）の表面に、その安定化材（１）と同材質の銅の粉体
（８’ｌを溶射した溶射層（４）を設けて超電導線（５
）を形成する。と−の場合安定化材（１）の断面積は、
後述する電磁石を形成して磁場を生成した場合に要求さ
ノ）、る機械的応力に堪える範囲で、できるだけ小さく
する。この超電導線（５）を用いて、複数段、複数列の
コイル状に巻１可し、段間には段間スペーサ（６）を入
れて絶縁し、夕１１１Ｍ１には冷却チャンネル（７）を
形成するように、間隔をおいて列間スペーサ（８）を入
れて列間を絶縁して超電導電磁石を形成する。

矢印（９）は極低温冷媒である液体ヘリウムの流通方向
を示す○ 次に作用について説明する０ 複数本の線状超電導体（２）の合計の断面積５ｓｃ（＋
η′）は超電導電磁石の＃場Ｂ（Ｔ）　、電流Ｉ（Ａ）
および線状超電導体材料によって決定される。安定化１
１］（１）の断面積５ｓｔ（イ）は主として冷却特ダト
とオ幾械的強度特性から決まる。

例えば電磁石内半径ｒ（ｍ）　、安定化材（１）の比抵
抗ρ（Ω−ｍ）、第５図に示すような粉体の溶射層の々
い超電導線の厚さｔ（ｍ）　、幅ｗ（ｍ）　、冷媒との
接触率Ａｘ１００（％）とすると、冷媒への熱流束％（
Ｗ／ｃ＋＋！　）は −−−−−−−−−−−−−−（１０１）となる。第６
図に極低温冷媒であるヘリウムの熱伝達特性を示すが、
液相を保つためには液体ヘリウムの温度上昇△Ｔ（Ｋ）
をＩＫ程度に押えなければならなく、そのためには、熱
流束数は高々ＩＷ／、４程度にする必要がある。しかし
、平角超電導線でけ冷媒との接触表面積は２（ｔ＋Ｗ）
Ａに比例するため、従来は超電導線の側面に凹凸を設け
て、接触表面積を犬にすることが行なわれたが、これで
は超電導線の見用けの断面積が犬になるため、小形化が
望めなかった。

しかしながら、機械的強度特性を検討してみると、超電
導線の応力σ（’Ｊ？７ｔＪ　）は、はぼとなり、実際
に製造する際の数値を（１０１）式、（１０２）式に代
入して計算してみると、高純度銅又はアルミニウムを安
定化材に使用した場合、（ｉｏｉ）式の熱流束数をＩＷ
／ｃｒＩ程度に保つための必要な超電導線の断面積より
、機械的強度を保つために必要女超電導線の断面積の方
が小さくて済むことが分ったＯ そこで、本実施例の粉体の溶射層（４）のある超電導線
（５）を巻回して構成した超電導電磁石を液体ヘリウム
中に浸漬させると、液体ヘリウムが粉体（８）相互間の
空隙に入り込むため、超電導線（５）と液体ヘリウムと
の接触面積が格段に増加し、安定化制（１）の断ｒｍ＃
ｉを減らしても十分冷却できることになる。

実際の寸法例として、第５図に示した従来の超電導線の
厚さｔ　＝　０．００５ｍ　、幅Ｗ　＝　０．０２ｍ　
、安定化材（１）と線状超電導体の断面積の比（ｔｗ　
−Ｓｓｃ　）　／５ｓｃ−１０とする。これを本実施例
の超電導線（５）におきかえる。実験によると冷媒との
接触表面積を１０倍にする溶！：Ｉノー厚さＩＢはＯ，
０００２ｍであるから、溶射層の外側迄の超電導線（５
）の厚さをｔ’（ｍ）、幅をｗ’（ｍ）とした場合、同
じ熱流束とするためには次式が成立する。

従って、幅ｗ　、　ｗ’を等しくとればｔ′は０．００
２３　ｍとなり、従来のｔ　＝　０．００５ｍの捗以下
となる。従って、超電導電磁石の重駄がし以下になり、
小形化が達成される。

実施例２ 第７図に第２の実施例の超電導線（５）の断面図を示す
。これは安定化材（１）の側面を長手方向に凹めて、こ
の凹部０】）に粉体の溶射層（４）を設けたものである
。他は実施例１の通りである。

このようにするとスペーサ（６）、　（８ｊ　（第１図
および第２図参照）と超電導線（５）との摩擦があって
も溶射層（４）の脱落を防止できる。他の作用効果は実
施例１に準じたものとなる。

実施例３ 第８図に第３の実施例の要部断面図を示す。これは銅の
粉体の溶射層（４）の外側に電気絶縁物の粉体を溶射（
コーティングも含む）した溶射層（１２）を設けたもの
である。他は実施例１と同様である。

このようにすると、スペーサ（６）、（８）（第１図お
よび第２図参照）と超電導線との閘擦があっても、脱落
するのは電気絶縁物の粉体の溶射層（１２）が先であり
、との溶射層（１２）が脱落しても電気絶縁であるから
、巻回したターン間の雉絡事故を起す恐れが少なく、長
寿命である。他の作用効果は実施例１に準じたものとな
る。

実施例４ 第９圀に第４の実施例の超電、導線（５）の断面図を示
す。こ力、け冷却の作用効果のみを考えて超電導線の断
面積を小さくした場合、機械的強度が不足することがあ
るので、タングステン線のような高強度の補強線材０８
）を安定化材（１）中に埋め込んだものである。

このようにすれば機械的強度の不足を補なうことができ
ると共に実施例１に準じた作用効果が得られる。

実施例５ 第１０図に第５の実施例の超重″、導綜（５）の断面分
解斜視図を示す。これは、粉体の溶射層（４）は安定化
材（１）の側面を幅方向に横切って凹めた多数の溝０→
の底に設け、この溝のある面にステンレス鋼のような高
強度構造材から成るリボン状の補強板イ′Ａ酷）を当接
したものである。他は実施例１と同様である０ このようにすれば機械的強度の不足を補なうことができ
ると共に実施例１に準じた作用効果が得らすしる。

１【１ｊ、上記各実施例では、安定化材（１）に直接溶
射して形成する溶射層（４）は、安定化材（１）と同一
の金属の粉体な使用することで説明したが、安定化材（
１）とは異質の金属（半導体も含む）や電気絶縁物の粉
体を使用しても、各実施例にそれぞれ準じた作用効果が
得られるから、そのようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、安定化材の表面
に粉体の溶射層を設けた超電導線を用いたから、冷却面
積が極めて大になり、超′亀導線なＭｌｌくすることが
可能となり、従って小形化した超電導電磁石を提供する
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電磁石の第１の実施例を示す右
半部縦断両立面図、第２図は第１図の上面図、第３図は
第１図の超電導線を示す断面斜視図、Ｗ；４図は第３図
の要部拡大断面図、第５図は第３図と対比して示す従来
の超電導線の断面斜視図、第６図は銅製安定化材から液
体ヘリウムへの熱伝達特性を示す曲線図、第７図女いし
第１０図は第２ないし第５の実施例の要部を示す断面図
又は断面斜視図である。 １・・・安定化材　２・・・線状超電導体３・・・銅の
粉体　４・・・銅の粉体の溶射層５・・・超電導線　Ｉ
Ｉ・・・溝 １２・・・電気絶縁物の粉体の溶射層 １３・・・補強線材　１４・・・凹部 １５・・・補強板材 代理人　弁理士　井　上　−男 ０１） 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）安定化材中）：線状超電導体を埋め込んだ超電導
   線を巻回して構成した超電導電磁石において、安定化材
   の表面に金属の粉体および電気絶縁物の粉体の少なくと
   も一方の粉体を溶射した溶射層を設けた超電導線を巻回
   して構成したことを特徴とする超電導電磁石０ （２）粉体の溶射層は、安定化材の側面を長手方向に凹
   めて、この四部を埋めるように設けたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の超電導電磁石。 （８）金属の粉体の溶射層の外側に電気絶縁物の粉体の
   溶射層を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の超電導電磁石。 （４）安定化材中に補強線材を埋め込んだことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の超電導電磁石。 （５）粉体の溶射層は安定化材の側面を幅方向に横切っ
   て凹めた多数の溝の底に設け、この溝のある而にリボン
   状の補強板材を当接して超電導線を補強したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の超電導電磁石。