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JPH0777168B2 - Superconducting coil - Google Patents
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JPH0777168B2 - Superconducting coil - Google Patents

Superconducting coil

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JPH0777168B2
JPH0777168B2 JP8040387A JP8040387A JPH0777168B2 JP H0777168 B2 JPH0777168 B2 JP H0777168B2 JP 8040387 A JP8040387 A JP 8040387A JP 8040387 A JP8040387 A JP 8040387A JP H0777168 B2 JPH0777168 B2 JP H0777168B2
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superconducting
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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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a superconducting coil, and more specifically,
The present invention relates to a superconducting coil used in superconducting magnets, transformers and the like.

〈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。
From <ART> Conventionally, generally NbTi, Nb 3 superconducting filaments consisting Sn, Cu, winding a wire configuration was surrounded by a stabilizing material consisting of Al or the like as the superconducting coils used in the superconducting magnet or the like The above is used, and the ratio of the cross-sectional area of the stabilizing material to the total cross-sectional area of the superconducting filament is changed according to the strength of the generated magnetic field.

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。
In superconducting magnets and the like with the above configuration, it is generally necessary to keep the distance between the wires accurately despite the fact that a fairly large electromagnetic force acts between the wires, so tapes and wires made of stainless steel are generally used. The electromagnetic force is suppressed by the structure in which is wound on the outside of the superconducting wire. With the superconducting magnet having the above-described structure, the relative positional relationship between the wires can be accurately maintained and stable magnetic field generation can be performed regardless of the strength of the generated magnetic field.

〈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。
<Problems to be Solved by the Invention> In the superconducting magnet and the like having the above-mentioned structure, a wire-shaped superconducting filament surrounded by a stabilizing material such as Cu or Al is used. Therefore, the wire material itself has a small allowable stress, and by winding a stainless steel tape or wire, the electromagnet can be pressed over the entire range and the relative positional relationship between the wire materials can be accurately maintained.

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。
However, if the wire is composed of a ceramics superconductor (including not only a ceramics superconductor but also a ceramics superconductor layer around the stabilizing material), the brittleness of the wire itself is Since it is large, even if the positional relationship between the wire rods is partially regulated, when a large electromagnetic force acts, cracks etc. occur at unregulated locations, resulting in destruction of the superconducting magnet, etc. There is a problem that it will be done.

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。
Moreover, since the wire itself made of a ceramics superconductor also has holes, even if the positional relationship is restricted over the entire range of the wire, the restriction force is not directly applied to the holes. Since it is not acting, there is a problem that when a large electromagnetic force acts, a crack or the like is generated in the wire material, and the characteristics of the superconducting magnet or the like are deteriorated.

〈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。
<Object of the Invention> The present invention has been made in view of the above problems,
An object of the present invention is to provide a superconducting coil capable of reliably preventing the occurrence of cracks, breakages and the like when the wire is made of a ceramics superconductor and significantly improving the stability.

〈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。
<Means for Solving the Problems> In order to achieve the above object, the superconducting coil of the present invention has a wire rod made of a ceramics superconductor material wound in a coil shape and impregnated with a synthetic resin. It has been cured.

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。
It is preferable that the holes of the wire made of the ceramic superconductor material and the voids between the wires be impregnated and cured with a synthetic resin.

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。
In any of the above cases, as the synthetic resin, various kinds of resins can be used as long as the relative positional relationship between the wire rods can be maintained, but an epoxy resin is particularly preferable.

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。
The ceramic superconductor material contains at least one element selected from Group I elements, Group II elements, and Group III elements of the periodic table, and at least one element selected from oxygen and fluorine. It is preferable that it contains.

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。
In this case, it is more preferable that the ceramic superconductor material has a composition represented by the following general formula (1).

(A1-xBx)2CD4-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。
(A 1-x B x ) 2 CD 4-y (1) (In the formula, A and B are at least one element selected from 1a group element, IIa group element, and IIIa group element of the periodic table, respectively) C is at least one element selected from Ib group elements, IIb group elements, and IIIb group elements of the periodic table, D is at least one element selected from oxygen and fluorine, and x is 0 <x <1 and y is 0 <y
<4) In the above case, it is more preferable that D is oxygen.

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。
More specifically, as a raw material for a ceramics superconductor forming a ceramics superconductor, any form of a simple substance or a compound may be used as long as it contains an element constituting a superconducting substance. Examples of the above-mentioned elements include Group I, Group II and Group III elements of the periodic table, as well as oxygen and fluorine.

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。
More specifically, among the group I elements of the periodic table, examples of the group Ia elements include Li, Na, K, Rb, and Cs, and the group Ib elements include Cu, Ag, and Au. Also, the periodic table
Of the II group elements, the IIa group elements include Be, Mg, Ca, S
r, Ba, and Ra, and as the IIb group element, Zn,
Cd etc. are mentioned. Of the group III elements of the periodic table, the group IIIa elements include Sc, Y and lanthanoid series elements La,
Actinide elements such as Ce, Gd, Lu, etc., such as Ac, Th,
Examples include Pa and Cf. Further, as the group IIIb element, A
l, Ga, In, Tl and the like.

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。
Among the above elements, a ceramic superconductor made of an element selected from Ib group elements, IIa group elements, IIIa group elements, and lanthanoid series elements, and an element selected from oxygen and fluorine is preferable. Note that Cu and Ag are preferable as the Ib group element.

〈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。
<Operation> In the case of the superconducting coil having the above structure, a wire formed by sintering a ceramics superconducting material is wound into a coil or wound and then sintered and impregnated and hardened with a synthetic resin. Since it is surrounded by synthetic resin over the entire range of the winding wire, the relative positional relationship between the wires can be maintained accurately even with respect to electromagnetic force, and a stable magnetic field can be formed. it can.

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。
When the holes of the wire made of the ceramics superconductor material and the voids between the wires are impregnated and hardened with the synthetic resin, the holes of the wire are also integrally surrounded by the synthetic resin. Therefore, the stability of the superconducting coil as a whole can be further improved. That is, it is possible to reliably prevent damage to the wire rod due to the notch effect due to the influence of the electromagnetic force.

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。
In these cases, when the synthetic resin is an epoxy resin, since the adhesiveness to the wire is good, the epoxy resin is adhered over the entire surface even to the holes of the wire, and the notch effect of the wire causes Damage can be prevented more reliably, and the winding can be held more stably.

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 (A1-xBx)2CD4-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。
The ceramic superconductor material contains at least one element selected from Group I elements, Group II elements, and Group III elements of the periodic table, and at least one element selected from oxygen and fluorine. Can also achieve the same effect as above, in which case the ceramic superconducting material has the formula (A 1-x B x ) 2 CD 4-y (1) (wherein A and B are at least one element selected from Group 1a element, Group IIa element, and Group IIIa element of the periodic table, and C is selected from Group Ib element, Group IIb element, and Group IIIb element of the periodic table. At least one element selected, D is at least one element selected from oxygen and fluorine, x is 0 <x <1, and y is 0 <y
<4), particularly when D is oxygen, the same effect as described above can be achieved, and a superconducting coil having excellent electric characteristics can be provided. .

〈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。<Examples> Hereinafter, detailed description will be given with reference to the accompanying drawings illustrating examples.

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。
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the superconducting coil of the present invention, in which a wire (1) made of a ceramic superconducting material is wound, and an epoxy resin ( It is impregnated and cured in 2). In the figure, the epoxy resin (2) is impregnated and hardened including the cylindrical hollow portion formed by the winding, but normally, only the winding is impregnated and hardened with the epoxy resin (2). And a cylindrical space is left.

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。
FIG. 2 is a partially enlarged vertical sectional view showing that not only the outer periphery of the wire (1) is impregnated and hardened with the epoxy resin (2), but also the holes (1a) existing in the wire (1) are epoxy resin It is impregnated and cured by (2).

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。
Therefore, a strong magnetic field can be generated by energizing the superconducting coil having the above-described structure in a state where the superconducting coil is regulated within the critical condition.
Even if the electromagnetic force acts on the wire rod and the force due to the notch effect acts on the wire rod (1), the wire rod (1) can be reliably prevented from being broken by the cured epoxy resin (2). That is, the epoxy resin (2) can prevent not only the deformation of the winding (1) as a whole but also the brittleness of each part of the wire (1).

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。
As a result, it is possible to energize the superconducting coil beyond the allowable limit at which the wire (1) is damaged, and it is possible to increase the magnetic field strength that can be generated.

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。
More specifically, the wire (1) is, for example,
It is obtained by sintering a ceramics superconductor material obtained by forming powder such as oxide ceramics, and the obtained wire (1) has about 10 to 20%.
Will have holes (1a) of volume.

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。
And the epoxy resin (2) including this hole (1a)
Since it is impregnated and hardened by, the strength of the superconducting coil as a whole can be significantly improved.

〈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。
<Effects of the Invention> As described above, in the superconducting coil of the present invention, since the winding having large brittleness is impregnated and hardened by the synthetic resin, the winding is damaged due to the notch effect due to the electromagnetic force. It is possible to surely prevent the occurrence of the magnetic field and increase the strength of the magnetic field that can be generated.

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。
In particular, when the pores of the wire are impregnated and hardened with a synthetic resin, the strength of the superconducting coil can be significantly increased, and the magnetic field strength that can be generated can be further increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

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
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged vertical sectional view. (1) …… Wire, (2) …… Epoxy resin, (1a) ……
Vacancy

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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。
1. A superconducting coil, wherein a wire made of a ceramics superconductor material is wound in a coil shape and impregnated and hardened with a synthetic resin.
【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。
2. The superconducting coil according to claim 1, wherein pores of a wire made of a ceramics superconductor material and voids between the wires are impregnated and cured with a synthetic resin.
【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。
3. The superconducting coil according to claim 1, wherein the synthetic resin is an epoxy resin.
【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。
4. A ceramic superconductor material comprising a periodic table I
Claims 1 to 3 which contain at least one element selected from Group III elements, Group II elements, and Group III elements, and at least one element selected from oxygen and fluorine. The superconducting coil according to any one of item 3.
【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。 (A1-xBx)2CD4-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)
5. The superconducting coil according to claim 4, wherein the ceramic superconducting material has a composition represented by the following general formula (1). (A 1-x B x ) 2 CD 4-y (1) (In the formula, A and B are at least one element selected from Group Ia element, Group IIa element, and Group IIIa element of the periodic table, respectively) C is at least one element selected from Ib group elements, IIb group elements, and IIIb group elements of the periodic table, D is at least one element selected from oxygen and fluorine, and x is 0 <x <1 and y is 0 <y
<4)
【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。
6. The superconducting coil according to claim 5, wherein D is oxygen.
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