JPH0464164B2 - - Google Patents
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- JPH0464164B2 JPH0464164B2 JP16146383A JP16146383A JPH0464164B2 JP H0464164 B2 JPH0464164 B2 JP H0464164B2 JP 16146383 A JP16146383 A JP 16146383A JP 16146383 A JP16146383 A JP 16146383A JP H0464164 B2 JPH0464164 B2 JP H0464164B2
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- Japan
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- turn
- coil
- superconductor
- radial
- superconducting
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- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims 1
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- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
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Classifications
-
- 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)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、極低温で使用される円形の超電導ソ
レノイドコイルの改良に関する。
レノイドコイルの改良に関する。
従来、円形の超電導ソレノイドコイルとして第
１図ａ，ｂおよび第２図のごとく構成されたもの
がある。第１図ａ，ｂは複数個の超電導体１をそ
れぞれれ成形して半径の異なるターンコイルを複
数個得、これらを複数段（ここでは３段）の同心
円状にするとともに、ターンコイル相互間に、タ
ーン部材例えば強化プラスチツク（FRP）から
なり、後述する電磁力Frを半径方向に伝達する
役目を担う絶縁スペーサ２を周方向３に断続的に
配置し、各ターンコイルを電気的に接続したもの
である。この場合、絶縁スペーサ２の相互間には
泡抜き用通路４が形成されている。
１図ａ，ｂおよび第２図のごとく構成されたもの
がある。第１図ａ，ｂは複数個の超電導体１をそ
れぞれれ成形して半径の異なるターンコイルを複
数個得、これらを複数段（ここでは３段）の同心
円状にするとともに、ターンコイル相互間に、タ
ーン部材例えば強化プラスチツク（FRP）から
なり、後述する電磁力Frを半径方向に伝達する
役目を担う絶縁スペーサ２を周方向３に断続的に
配置し、各ターンコイルを電気的に接続したもの
である。この場合、絶縁スペーサ２の相互間には
泡抜き用通路４が形成されている。
第２図は第１図の超電導ソレノイドコイルと類
似しているが、半径方向のターンコイル相互間の
絶縁スペーサ２の代りに、例えばステンレステー
プからなる補強部材５とこの両側に絶縁スペーサ
２からなるターン部材を配置した点が異なる。
似しているが、半径方向のターンコイル相互間の
絶縁スペーサ２の代りに、例えばステンレステー
プからなる補強部材５とこの両側に絶縁スペーサ
２からなるターン部材を配置した点が異なる。
このように第１図および第２図のように構成さ
れた従来の超電導ソレノイドコイルを通電するこ
とにより、各ターンコイルにはコイル半径方向６
の電磁力（以下半径方向電磁力と称す）Fr（第１
図の１２に相当する）の他に、コイル軸方向７に
電磁力（以下軸方向電磁力と称す）F2（第２図の
１３に相当する）が作用する。この場合、超電導
ソレノイドコイルの強度上は、一般に半径方向電
磁力Frの方が支配的であり、従つて、超電導ソ
レノイドコイルの機械的強度を検討するときには
半径方向電磁力Frのみを考えればよい。
れた従来の超電導ソレノイドコイルを通電するこ
とにより、各ターンコイルにはコイル半径方向６
の電磁力（以下半径方向電磁力と称す）Fr（第１
図の１２に相当する）の他に、コイル軸方向７に
電磁力（以下軸方向電磁力と称す）F2（第２図の
１３に相当する）が作用する。この場合、超電導
ソレノイドコイルの強度上は、一般に半径方向電
磁力Frの方が支配的であり、従つて、超電導ソ
レノイドコイルの機械的強度を検討するときには
半径方向電磁力Frのみを考えればよい。
第３図は超電導体１に半径方向に電磁圧力Pi
（第３図の８に相当する）が作用したときの半径
方向変位量δri（第３図の９に相当する）、周方向
応力σQiを模式的に示したものであり、これらは
次式のように表わせる。
（第３図の８に相当する）が作用したときの半径
方向変位量δri（第３図の９に相当する）、周方向
応力σQiを模式的に示したものであり、これらは
次式のように表わせる。
δri＝Pi・ri2／Ei・ti …
σQi＝Pi・ri／ti …
ここで、riは、超電導体の半径（第３図の１０
に相当する）、tiは、超電導体の半径方向肉厚
（第３図の１１に相当する）、 Eiは超電導体のヤング率を示す。又、添字ｉは
内側からｉ番目のターンを表わしている。一般
に、円形ソレノイドコイルでは、電磁圧力Piは、
内側が大きく、外側が小さいので、第１図、第２
図の場合のように超電導体１の断面形状および半
径方向厚さtiがすべて同一のものでは、次のよう
な問題が起こる。
に相当する）、tiは、超電導体の半径方向肉厚
（第３図の１１に相当する）、 Eiは超電導体のヤング率を示す。又、添字ｉは
内側からｉ番目のターンを表わしている。一般
に、円形ソレノイドコイルでは、電磁圧力Piは、
内側が大きく、外側が小さいので、第１図、第２
図の場合のように超電導体１の断面形状および半
径方向厚さtiがすべて同一のものでは、次のよう
な問題が起こる。
（） Pi・ri2＞Pi＋１・ri＋12のとき
ここで添字ｉ，ｉ＋１はｉ番目，ｉ＋１番目の
ターンを表わしている。常に、Pi・ri＞Pi＋１，
ri＋１だから（ri＞ri＋１故）σQi＞σQi＋となる。
従つて、最内層のターンの応力σQinを許容応力
σaに抑えると、外側のターンは強度上安全であ
るが、強度上過剰な構造をもつことになる。単独
のソレノイドコイルは、外側のターンでは、電磁
圧力Poutは負になり、即ち、超電導体１を内側
に縮めようとする力となるので、上記、過剰構造
の点はますます顕著になる。又、設計上、不経済
なコイル設計となる。
ターンを表わしている。常に、Pi・ri＞Pi＋１，
ri＋１だから（ri＞ri＋１故）σQi＞σQi＋となる。
従つて、最内層のターンの応力σQinを許容応力
σaに抑えると、外側のターンは強度上安全であ
るが、強度上過剰な構造をもつことになる。単独
のソレノイドコイルは、外側のターンでは、電磁
圧力Poutは負になり、即ち、超電導体１を内側
に縮めようとする力となるので、上記、過剰構造
の点はますます顕著になる。又、設計上、不経済
なコイル設計となる。
コイル設置寸法が限定されている場合は、半径
方向コイル寸法が、大きくなり、設計上大きな問
題となる。
方向コイル寸法が、大きくなり、設計上大きな問
題となる。
（） Pi・ri 2＋１・ri＋12のとき
常にδri＜δri＋１となり、外側のターン変形が
大きい。これは、コイル励磁の度に、各超電導体
は分離挙動を示すことになり、超電導体、スペー
サ間にまつ力を生じ、これが外乱となつて、クエ
ンチ現象（超電導体が常電導体に転位すること）
の発生となつて超電導コイルの破壊へつながる可
能性がある。
大きい。これは、コイル励磁の度に、各超電導体
は分離挙動を示すことになり、超電導体、スペー
サ間にまつ力を生じ、これが外乱となつて、クエ
ンチ現象（超電導体が常電導体に転位すること）
の発生となつて超電導コイルの破壊へつながる可
能性がある。
本発明は、上記、事情にかんがみてなされたも
ので、強度上安全で、且つコンパクトで経済的な
超電導ソレノイドコイルを提供することを目的と
する。
ので、強度上安全で、且つコンパクトで経済的な
超電導ソレノイドコイルを提供することを目的と
する。
本発明は上記目的を達成するために、各ターン
コイルの応力を許容値内に抑え各ターンコイルの
半径方向変位がほぼ均一になるように、各ターン
コイルおよびターン部材のいずれか一方の半径方
向の肉厚寸法を、各ターンコイルに加わる電磁力
に応じて変化させたものである。
コイルの応力を許容値内に抑え各ターンコイルの
半径方向変位がほぼ均一になるように、各ターン
コイルおよびターン部材のいずれか一方の半径方
向の肉厚寸法を、各ターンコイルに加わる電磁力
に応じて変化させたものである。
以下、本発明について図面に示す実施例を参照
して説明するが、はじめに第４図により本発明の
第１の実施例を説明する。第４図は超電導体２１
によつて形成されたターンコイル相互間に絶縁ス
ペーサ２２のみが設けられたものであり、各超電
導体２１の半径方向の肉厚を以下のようにして求
めた値となつている。
して説明するが、はじめに第４図により本発明の
第１の実施例を説明する。第４図は超電導体２１
によつて形成されたターンコイル相互間に絶縁ス
ペーサ２２のみが設けられたものであり、各超電
導体２１の半径方向の肉厚を以下のようにして求
めた値となつている。
すなわち、前述，式より、最内層の超電導
体２１の周方向応力σQinを許容応力σaにすると、
最内層の超電導体２１の肉厚tinは、 tin＝Pin・rin／σa … ここでrioは、最内層の超電導体２１の半径、添
字inは最内層ターンを表わしている。一方、超電
導コイルの安定性より各ターンの超電導体２１の
半径方向変位δriは δri≧δr … でなければならない。ここで添字ｉ，ｉ＋１は
各々ｉ番目、ｉ＋１番目のターンを表わす。式
を式へ代入して、最内層の超電導体２１の変位
量δrioは δrio＝Pio・rio 2／Ec・tio＝σa・rio／Ee … 式で、δri＝δri＋1＝δrioとすると、式より、
ｉ番目の超電導体２１の半径方向の肉厚tiは以下
のように表わされる。
体２１の周方向応力σQinを許容応力σaにすると、
最内層の超電導体２１の肉厚tinは、 tin＝Pin・rin／σa … ここでrioは、最内層の超電導体２１の半径、添
字inは最内層ターンを表わしている。一方、超電
導コイルの安定性より各ターンの超電導体２１の
半径方向変位δriは δri≧δr … でなければならない。ここで添字ｉ，ｉ＋１は
各々ｉ番目、ｉ＋１番目のターンを表わす。式
を式へ代入して、最内層の超電導体２１の変位
量δrioは δrio＝Pio・rio 2／Ec・tio＝σa・rio／Ee … 式で、δri＝δri＋1＝δrioとすると、式より、
ｉ番目の超電導体２１の半径方向の肉厚tiは以下
のように表わされる。
ti＝Pi・ri 2／σa・rin …
絶縁スペーサ２２の半径方向の肉厚をte（一定）
とするとｉ番目の超電導体２１の半径riは、 ri＝rio＋i-1 〓j=1 （te＋tj）ｊ＝１〜ｉ−１ … 式より ti＝Pi／σa・rin ｛rin＋（ｉ−１）・te＋i-1 〓j=1 tj｝2 … 従つて、各超電導体２１の半径方向の肉厚tiは
式にのつとつて決める。第４図の例としてPin
＝0.3Kgｆ／mm2，Pout＝0.03Kgｆ／mm2，rin＝300
mm，te＝１mmターン数ｎ＝10，σa＝10Kgｆ／mm2の
場合の導体構成を示す。超電導体板厚tiと式か
ら決めると、tin＝９mm，tout＝1.34mmとなる。コ
イル外径寸法は367.97mmとなる。
とするとｉ番目の超電導体２１の半径riは、 ri＝rio＋i-1 〓j=1 （te＋tj）ｊ＝１〜ｉ−１ … 式より ti＝Pi／σa・rin ｛rin＋（ｉ−１）・te＋i-1 〓j=1 tj｝2 … 従つて、各超電導体２１の半径方向の肉厚tiは
式にのつとつて決める。第４図の例としてPin
＝0.3Kgｆ／mm2，Pout＝0.03Kgｆ／mm2，rin＝300
mm，te＝１mmターン数ｎ＝10，σa＝10Kgｆ／mm2の
場合の導体構成を示す。超電導体板厚tiと式か
ら決めると、tin＝９mm，tout＝1.34mmとなる。コ
イル外径寸法は367.97mmとなる。
ここで添字outは最外層ターンを表わしている。
以上述べたように式によつて、各超電導体２
１の半径方向の肉厚寸法が決められた超電導コイ
ルは、電磁力Frが作用しても、各ターンの超電
導体２１は、半径方向にほぼ均一に変位し、且
つ、電磁力によつて、発生する周方向応力も許容
応力値以内の均一な値を示す。従つて、強度的に
も、超電導安定性の面からも十分安全で、信頼性
のある超電導ソレノイドコイルとなる。又、コイ
ル全体の半径方向寸法もコンパクトなものに収ま
り、超電導ソレノイドコイル全体としては、半径
方向スペースを無駄なく有効に活用出来る。
１の半径方向の肉厚寸法が決められた超電導コイ
ルは、電磁力Frが作用しても、各ターンの超電
導体２１は、半径方向にほぼ均一に変位し、且
つ、電磁力によつて、発生する周方向応力も許容
応力値以内の均一な値を示す。従つて、強度的に
も、超電導安定性の面からも十分安全で、信頼性
のある超電導ソレノイドコイルとなる。又、コイ
ル全体の半径方向寸法もコンパクトなものに収ま
り、超電導ソレノイドコイル全体としては、半径
方向スペースを無駄なく有効に活用出来る。
次に本発明の第２の実施例について第５図を参
照して説明する。第５図は第４図とは異り、超電
導体２１により形成されるターンコイル相互間
に、ターン部材を設けたものである。このターン
部材は、ステンレステープからなる補強部材２３
と、この両側に絶縁スペーサ２２に設けたもので
ある。この場合、補強部材２３の半径方向の肉厚
を以下のようにしてきめたものである。いま、超
電導体２１の半径方向の肉厚をtc、電磁圧力を
Pi、絶縁スペーサの半径方向の肉厚te、コイル最
内層の内径rin、超電導体のヤング率Ec、補強部
材２３のヤング率Es、超電導体の許容応力をσa
とすると、補強部材２３の半径方向の肉厚tsiは
式のようになる。
照して説明する。第５図は第４図とは異り、超電
導体２１により形成されるターンコイル相互間
に、ターン部材を設けたものである。このターン
部材は、ステンレステープからなる補強部材２３
と、この両側に絶縁スペーサ２２に設けたもので
ある。この場合、補強部材２３の半径方向の肉厚
を以下のようにしてきめたものである。いま、超
電導体２１の半径方向の肉厚をtc、電磁圧力を
Pi、絶縁スペーサの半径方向の肉厚te、コイル最
内層の内径rin、超電導体のヤング率Ec、補強部
材２３のヤング率Es、超電導体の許容応力をσa
とすると、補強部材２３の半径方向の肉厚tsiは
式のようになる。
tsi＝Ec／Es〔Pi／σarin｛rin＋（ｉ−１）（tc＋2t
e）＋i-1 〓j=1 tsj｝2−tc〕 … さらに、本発明の第３の実施例について第６図
を参照して説明する。超電導体としては撚線構造
の超電導線２５を数本、ステンレス芯２６を芯に
してスパイラルに巻きつけたものを、周方向に巻
きこんだ構造のものである。この場合ステンレス
芯２６の半径方向の肉厚tscを一定にして、この
外側にステンレステープのごとく補強部材２７を
巻込む場合であり、電磁力をPi、撚線径をdsc、
絶縁スペーサ２２の半径方向の肉厚をte、コイル
最内層の径をrin、ステンレス芯２６の許容応力
σaとすると、各ターンの補強部材の半径方向の
肉厚は式のようになる。
e）＋i-1 〓j=1 tsj｝2−tc〕 … さらに、本発明の第３の実施例について第６図
を参照して説明する。超電導体としては撚線構造
の超電導線２５を数本、ステンレス芯２６を芯に
してスパイラルに巻きつけたものを、周方向に巻
きこんだ構造のものである。この場合ステンレス
芯２６の半径方向の肉厚tscを一定にして、この
外側にステンレステープのごとく補強部材２７を
巻込む場合であり、電磁力をPi、撚線径をdsc、
絶縁スペーサ２２の半径方向の肉厚をte、コイル
最内層の径をrin、ステンレス芯２６の許容応力
σaとすると、各ターンの補強部材の半径方向の
肉厚は式のようになる。
ti＝Pi／σa・rin｛rin＋（ｉ−１）（2dsc＋3te＋ts
c）＋i-1 〓j=1 tj｝2−tsc … この式にもとづいて補強部材の半径方向の肉
厚がきめられる。
c）＋i-1 〓j=1 tj｝2−tsc … この式にもとづいて補強部材の半径方向の肉
厚がきめられる。
次に本発明の第４の実施例について第７図を参
照して説明する。この場合、超電導体としては撚
線構造の超電導線２５を数本、ステンレス芯２６
を芯にしてスパイラルに巻きつけたものを、周方
向に巻きこんだ構造のものである。
照して説明する。この場合、超電導体としては撚
線構造の超電導線２５を数本、ステンレス芯２６
を芯にしてスパイラルに巻きつけたものを、周方
向に巻きこんだ構造のものである。
このような撚線構造の超電導線は周方向には、
剛性をもたないと考えられるから、ステンレス芯
２６が補強部材になる。ステンレス芯２６の半径
方向の肉厚をti、電磁力をPi、撚線径をdsc、絶
縁スペーサ２２の半径方向の肉厚をte、コイル最
内層の径をrin、ステンレス芯２６の許容応力σa
とすると式のようになる。
剛性をもたないと考えられるから、ステンレス芯
２６が補強部材になる。ステンレス芯２６の半径
方向の肉厚をti、電磁力をPi、撚線径をdsc、絶
縁スペーサ２２の半径方向の肉厚をte、コイル最
内層の径をrin、ステンレス芯２６の許容応力σa
とすると式のようになる。
ti＝Pi／σa・rin｛rin＋（ｉ−１）（2dsc＋te）＋i
-1 〓j=1 tj｝2 … 式はｉ番目のステンレス芯２６の半径方向の
肉厚tiを示している。
-1 〓j=1 tj｝2 … 式はｉ番目のステンレス芯２６の半径方向の
肉厚tiを示している。
以上述べた本発明によれば、強度上安全で、信
頼性が高く、全体の半径方向寸法もコンパクトで
経済的な超電導ソレノイドコイルを提供できる。
頼性が高く、全体の半径方向寸法もコンパクトで
経済的な超電導ソレノイドコイルを提供できる。
第１図ａ，ｂは従来の超電導ソレノイドの一例
の一部を示す斜視図および平面図、第２図は従来
の超電導ソレノイドの他の例の一部を示す斜視
図、第３図は第１図、第２図の超電導体に電磁力
が作用したときの半径方向変位量と周方向応力を
模式的に示す図、第４図は本発明の超電導ソレノ
イドの第１の実施例の一部を示す斜視図、第５図
〜第７図は本発明の超電導ソレノイドの第２〜第
４の実施例の一部を示す斜視図である。 ２１……超電導体、２２……絶縁スペーサ、２
５……撚線構造の超電導線、２６……ステンレス
芯、２７……補強部材。
の一部を示す斜視図および平面図、第２図は従来
の超電導ソレノイドの他の例の一部を示す斜視
図、第３図は第１図、第２図の超電導体に電磁力
が作用したときの半径方向変位量と周方向応力を
模式的に示す図、第４図は本発明の超電導ソレノ
イドの第１の実施例の一部を示す斜視図、第５図
〜第７図は本発明の超電導ソレノイドの第２〜第
４の実施例の一部を示す斜視図である。 ２１……超電導体、２２……絶縁スペーサ、２
５……撚線構造の超電導線、２６……ステンレス
芯、２７……補強部材。
Claims (1)
- １ 複数個の超電導導体をそれぞれ成形して半径
の異なる円形のターンコイルを複数個得、これら
を同心円状にするとともに、ターンコイル相互間
にターン部材を設けて各ターンコイル相互間を絶
縁し、かつ各ターンコイルを電気的に接続した超
電導ソレノイドコイルにおいて、前記ターンコイ
ルおよびターン部材のいずれか一方であつて半径
方向の各々の肉厚寸法を各ターンコイルに加わる
電磁力に応じて変化させ、各ターンコイルの応力
を許容応力値内に抑え、かつターンコイルの半径
方向変位がほぼ均一になるようにしたことを特徴
とする超電導ソレノイドコイル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16146383A JPS6053003A (ja) | 1983-09-02 | 1983-09-02 | 超電導ソレノイドコイル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16146383A JPS6053003A (ja) | 1983-09-02 | 1983-09-02 | 超電導ソレノイドコイル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6053003A JPS6053003A (ja) | 1985-03-26 |
| JPH0464164B2 true JPH0464164B2 (ja) | 1992-10-14 |
Family
ID=15735577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16146383A Granted JPS6053003A (ja) | 1983-09-02 | 1983-09-02 | 超電導ソレノイドコイル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6053003A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02309611A (ja) * | 1989-05-24 | 1990-12-25 | Japan Atom Energy Res Inst | 超電導マグネット |
| DE3923456A1 (de) * | 1989-07-15 | 1991-01-24 | Bruker Analytische Messtechnik | Supraleitende homogene hochfeldmagnetspule |
| JPH0817127B2 (ja) * | 1993-02-16 | 1996-02-21 | 超電導発電関連機器・材料技術研究組合 | 酸化物系超電導コイル |
| JP4719090B2 (ja) * | 2006-06-26 | 2011-07-06 | 株式会社東芝 | 高温超電導コイルおよびこれを用いた高温超電導マグネット |
| JP2008124081A (ja) * | 2006-11-08 | 2008-05-29 | Kyoto Univ | 超電導コイルおよびその製造方法 |
-
1983
- 1983-09-02 JP JP16146383A patent/JPS6053003A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6053003A (ja) | 1985-03-26 |
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