JPH08273924A

JPH08273924A - 超電導磁石

Info

Publication number: JPH08273924A
Application number: JP7502595A
Authority: JP
Inventors: Hiroe Yamamoto; 広衛山本; Teigo Okada; 定五岡田; Akiyoshi Komura; 昭義小村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1995-03-31
Publication date: 1996-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は超電導磁石の安定性維持に関し、超電
導コイルが熱擾乱により常電導転移する以前の微小な温
度変化を顕著に検知し、クエンチの予知と防止をし、安
定性維持と信頼性に優れた、安全性の高い超電導磁石を
提供する。【構成】超電導線を巻線する巻枠を金属巻枠あるいは絶
縁巻枠とし、該金属巻枠あるいは絶縁巻枠の巻線凹部に
柔軟性に優れ機械的応力に強いカーボンシートを被覆介
在して巻線とする超電導磁石。【効果】超電導磁石の温度変化を精度良く敏感に検知
し、超電導磁石の主電源を早期に制御できるので、クエ
ンチの阻止と安定性維持向上を図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超電導磁石の安定性維
持に係わり、特に超電導磁石が熱擾乱等により常電導転
移する前の温度変化を早期に検知することによって、ク
エンチ予知を検知し、防止する超電導磁石に関する。

【０００２】

【従来の技術】超電導磁石は、一般に冷却媒体である液
体ヘリウム中で冷却されている。この超電導コイルに電
流が通電され磁場が生じているときに、超電導コイルの
一部分のコイル導体が動いたり、樹脂材が破損する等の
異常が発生すると、これらが熱擾乱となって超電導線の
一部が温度上昇し常電導転移を起こし、即ち、クエンチ
する。クエンチが発生すると超電導コイルから大量の熱
が発生し、時にはその熱で超電導コイルが溶融するなど
の大事故につながる。そのために、超電導磁石ではこの
クエンチを防止すること、また、その発生原因を解明す
ることが重要な課題である。

【０００３】従来、クエンチを検知する方法としては、
超電導コイルを巻線する超電導線に電圧端子を設け、ク
エンチ時に発生する電圧から検知する方法、又は超電導
磁石の周辺にＡＥ（アコーステックエミッション）セン
サーを取付け、センサー内の固体材料の変化、即ち、樹
脂破壊に伴って開放されるエネルギーの弾性波から検知
する方法、あるいは銅とコンスタンタンや金鉄とクロメ
ル等の熱電対線を直接超電導線に取付け、その熱起電力
から測定する温度からクエンチを検出する方法がとられ
ていた。しかし、いずれの方法にしても超電導コイルの
クエンチの状態を基に検知するもので、超電導コイルの
保護の視点からなされてきた。従って、クエンチを予知
したり、積極的に抑制する方法はなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記巻線導体の端子電
圧による方法では、超電導磁石の超電導状態が破れ常電
導転移しないかぎり検出されない。即ち、巻線導体がク
エンチした後でないと検出が困難な問題がある。また、
この端子電圧による方法では超電導磁石の高磁界化，高
電流密度化に伴い巻線導体間の電磁誘導によるノイズや
電源ノイズ等は近年高いレベルに達しているので、常電
導転移後によって発生する微小な信号を検出する方法
は、その信頼性が著しく低下している。また、超電導状
態から常電導状態に転移する分流開始温度は、磁場の強
さと電流密度によっても異なるが、通常は極めて微小な
数Ｋ範囲の温度上昇であるために、熱電対線を利用した
温度センサーの方法では、熱起電力としての感度が小さ
いために測定不可能であった。また、温度センサーによ
るクエンチ検知では長尺の超電導線の温度測定には無数
の温度センサーが必要となり、計測上にも問題があるこ
と、また厚みがあるために超電導線と一体に巻線するこ
とが困難である他、非常に薄い温度センサーであって
も、超電導線と超電導線の間に、つまり超電導線の表面
に硬いものを介在して巻線すると、その部分上に積層さ
れる超電導線に膨らみが生じて巻線コイルが変形し、寸
法精度の良い安定性維持のできる超電導磁石の製作が困
難である。さらに光ファイバを用いた検知方法において
は、温度の検知精度が悪く、常電導転移を発生する以前
の微小な温度検知が不可能であった。

【０００５】本発明の目的は、超電導コイルを巻線する
巻枠や巻線途中の超電導線と超電導線の間に温度検知素
子を介在しても、素子が破損したりコイル変形を起こす
ことなく精度良く容易に巻線でき、しかも超電導状態に
ある超電導磁石が熱擾乱により温度上昇する際の、常電
導転移する以前の微小な温度変化を顕著に検知する導電
性シート材、即ちカーボンシート材を介在巻線し、クエ
ンチ前の超電導線とその近傍の温度変化を検知して、ク
エンチを予知し防止することによって、安定性維持と信
頼性に優れ、安全性の高い超電導磁石を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１実施例の超電導磁石は、巻軸と、その
巻軸の両端に端板を設けた非磁性巻枠の周部にコ字状の
巻線凹部を備え、巻線凹部に超電導線を巻回して構成す
る超電導磁石において、前記超電導線を巻回する巻線凹
部を形成する巻軸と端板に連通したスリットを切り、凹
部と凸部を設け、前記巻軸と端板の凹部と凸部の巻線凹
部全面を絶縁材で被覆し、該絶縁した巻軸と端板の凸部
に連通してホルマールあるいはポリエステル、又はポリ
イミドの有機絶縁溶剤にカーボン粉末を混入したカーボ
ンペーストを塗布したカーボン膜を、あるいはシート化
した柔軟性の高い有機カーボンシートを、あるいは前記
カーボンペーストを紙材あるいはガラス繊維材、又は有
機絶縁材に塗布、あるいは浸透させたカーボンシート
を、又は熱硬化性フェノール樹脂材にカーボン粉末を混
入したカーボンペーストを前記紙材あるいはガラス繊維
材、又は有機絶縁材に塗布あるいは浸透させたカーボン
シートを接着したカーボン被覆巻線凹部に超電導線を巻
線されていることを特徴とする超電導磁石。

【０００７】また、本発明の第２実施例の超電導磁石
は、巻軸と、該巻軸の両端に端板を設けた非磁性巻枠に
コ字状の巻線凹部を形成し、その巻線凹部に超電導線を
巻回して構成する超電導磁石の巻線構造において、前記
非磁性巻枠を非磁性金属巻枠とし、該非磁性金属巻枠の
コ字状の巻線凹部に絶縁材で形成した絶縁巻線凹部を備
えた絶縁巻枠を固定し、絶縁巻線凹部を形成する絶縁端
板と絶縁巻軸面に、一方の絶縁端板から絶縁巻軸を介し
て他方の絶縁端板に連通し、周方向に部分的に複数の位
置にホルマールあるいはポリエステル、又はポリイミド
の有機絶縁溶剤にカーボン粉末を混入したカーボンペー
ストを塗布したカーボン膜を、あるいはシート化した柔
軟性の高い有機カーボンシートを、あるいは前記カーボ
ンペーストを紙材あるいはガラス繊維材、又は有機絶縁
材に塗布、あるいは浸透させたカーボンシートを、又は
熱硬化性フェノール樹脂材にカーボン粉末を混入したカ
ーボンペーストを前記紙材あるいはガラス繊維材、又は
有機絶縁材に塗布、あるいは浸透したカーボンシートを
被覆したカーボン被覆絶縁巻枠を形成し、該カーボン被
覆絶縁巻枠の巻線凹部に巻線することを特徴とする超電
導磁石。

【０００８】また、本発明の第３実施例の超電導磁石
は、前記実施例と同様に、非磁性金属巻枠にコ字状の巻
線凹部を設けて巻線する超電導磁石において、前記非磁
性金属巻枠のコ字状の凹部面に、即ち、端板と、端板と
端板を継ぐ巻軸面に絶縁層を施した絶縁凹部を形成し、
該絶縁凹部の両端に配線窓と配線溝を設けた溝付絶縁端
板を固定して絶縁巻線凹部を形成し、絶縁巻線凹部に超
電導線を巻回し、一方の溝付絶縁端板から他方の溝付絶
縁端板まで連通して巻線した、層コイルと層コイルの間
にホルマールあるいはポリエステル、又はポリイミドの
有機絶縁溶剤にカーボン粉末を混入したカーボンペース
トを、紙材あるいはガラス繊維材、又は有機絶縁材に塗
布、あるいは浸透させたカーボンシートを介在し巻線し
たことを特徴とする超電導磁石。

【０００９】また、本発明の第４実施例の超電導磁石
は、前記第３実施例の非磁性金属巻枠の構成と同様に、
非磁性金属巻枠の凹部に絶縁材を施した絶縁凹部に、配
線窓と配線溝を設けた溝付絶縁端板を固定して絶縁巻線
凹部を形成し、本第４実施例では、この絶縁巻線凹部に
巻線する超電導線を数ターン束ねるように、前記カーボ
ンペーストを塗布、あるいは浸透させた紙材、あるいは
ガラス繊維材、又は有機絶縁材の柔軟な、そして超電導
線の巻線張力によって変形するカーボンシートを介在巻
線したことを特徴とする超電導磁石。

【００１０】また、本発明の第５実施例の超電導磁石
は、巻枠を非磁性金属巻枠とし、その非磁性金属巻枠の
コ字状の凹部に絶縁層を設けて絶縁凹部を形成し、該絶
縁凹部に紙材あるいはガラス繊維材、又は有機絶縁材に
前記カーボンペーストを塗布、又は浸透させたカーボン
巻枠を形成し、該カーボン巻枠を絶縁凹部に周方向に複
数個配置してカーボン巻線凹部を構成し、該カーボン巻
線凹部に超電導線を巻線することを特徴とする超電導磁
石。そして、これら第１実施例から第５実施例の超電導
磁石には、超電導コイルの温度検出素子となるカーボン
材を介在し、電源制御装置に動作指令を出す電圧検知器
を設けるのがよい。さらに、第１実施例と第２実施例の
超電導磁石では、超電導線を巻線する非磁性巻枠あるい
は絶縁巻枠に柔軟な有機カーボンシートを被覆するのが
好ましい。また第３実施例と第４実施例の超電導磁石で
は、超電導線に巻線張力をかけながら巻線する途中でカ
ーボンシートを介在するので、紙材にカーボンペースト
を浸透させたカーボンシートを介在することが好まし
い。また第５実施例の超電導磁石では、超電導線を巻線
する巻線凹部に、カーボンペーストを浸透させた硬いカ
ーボン繊維強化プラスチック材の分割カーボン巻枠を介
在することが好ましい。

【００１１】

【作用】本発明の第１実施例の超電導磁石は、超電導線
を巻線する巻線凹部を非磁性巻枠自体で形成し、その非
磁性巻枠の巻線凹部を形成する巻軸と端板に連通したス
リットを切り、周方向に複数の凹部と凸部を設け、巻線
する超電導線に接する面の凸部に柔軟性の高い変形自在
な、非常に薄い２０μｍ以下のカーボンシートを被覆し
た後に、超電導線を巻線することから、カーボンシート
を介在するために巻線作業に悪影響を与えることなく、
即ち、カーボンシートが邪魔になり巻線作業に時間がか
かったり、あるいは巻線張力による温度検知素子となる
カーボンシートが破損する心配などが全くない。そし
て、カーボンシートと超電導線の密着性がよく、しかも
超電導線とカーボンシートとの短絡損傷なる心配がな
く、信頼性の高い温度検知素子を介在できるので、巻線
導体の微小な動きや含浸材の亀裂によって発生する微小
な温度変化を容易に検知でき、常電導転移の発生以前の
温度変化を早期に把握でき、クエンチの早期予知と阻止
ができる。

【００１２】また温度検知素子の構成を非磁性巻枠の巻
線凹部面に設けた場合、その温度検知素子となるカーボ
ンシートを端板の外周部まで引き出し、ここでカーボン
シートと計測線を絶縁固定リングで接続するので、計測
線引き出しによる巻線作業の不便差や超電導線の変形、
あるいはカーボンシートと計測線の接続部の膨らみや断
線の心配がなく、計測線の引き出しが容易になる。

【００１３】本発明の第２実施例の超電導磁石は、第１
実施例の非磁性巻枠を非磁性金属巻枠とし、その非磁性
金属巻枠の巻線凹部に絶縁材の絶縁巻枠を固定し、該絶
縁巻枠に温度検知素子のカーボンシートを被覆したもの
であり、非磁性金属巻枠と絶縁巻枠を別個に製作でき、
しかも絶縁材の巻枠であるためカーボンシートの被覆作
業が容易で、巻枠とカーボンシートの短絡損傷なる心配
がなく、信頼性の高い温度検知素子を得ることができ
る。その他の作用は第１実施例の巻線構造と同様であ
る。

【００１４】本発明の第３実施例の超電導磁石は、基本
的に第１，第２実施例の超電導磁石において温度検知素
子となるカーボンシートを、超電導線を巻線する巻線凹
部を形成する巻枠に被覆していたのに代えて、巻線凹部
の端板を配線窓と配線溝を設けた溝付絶縁端板とし、溝
付絶縁端板を配置した絶縁巻線凹部に超電導線を巻線
し、巻線した層コイルと層コイルの間にカーボンシート
を介在巻線したものであり、超電導線の巻線作業の途中
で任意に介在しながら巻線できるので、カーボンシート
の介在位置を変化させることができる。また同時にカー
ボンシートの抵抗調節を図りながら介在巻線できるの
で、超電導コイル内部の温度変化の状態を容易に細かく
検出できる。

【００１５】本発明の第４実施例の超電導磁石は、超電
導線を巻線する巻枠の構成を第３実施例と同様に、非磁
性金属巻枠の巻線凹部に溝付絶縁端板を固定して絶縁巻
線凹部を形成して巻線し、その絶縁巻線凹部に巻線する
超電導線を数ターン束にするようにカーボンシートを介
在巻線したものであり、少数の配置でコイル内部を広く
検知でき、もし温度変化が生じた場合など、その発生位
置予測が容易になり、超電導コイルの構造状況と温度変
化発生付近の関連性との状況把握が敏速にできる。

【００１６】また本発明の第５実施例の超電導磁石は、
前記実施例と同様に、非磁性金属巻枠のコ字状凹部に絶
縁層を施し、その絶縁凹部に、端板部と巻軸部が一体に
なった、絶縁繊維材にカーボンペーストを塗布浸透させ
たカーボン巻枠を複数個固定してカーボン巻線凹部を形
成し、カーボン巻線凹部に超電導線を巻線するようにし
たものである。これにより、温度検知素子となるカーボ
ン巻枠の製作作業、あるいは超電導線の巻線作業時の超
電導線にかける巻線張力のかけ方といった、機械的応力
による損傷問題などの心配がなく、機械的応力に強い加
工性のよいカーボン素子を得ることができる。

【００１７】また、カーボン巻枠で形成したカーボン巻
線凹部に超電導線を巻線するときに、超電導線が変形し
ていて巻線部に変形修正の無理な機械的応力をかけた
り、あるいは巻線部の超電導線と超電導線の間に隙間が
生じた場合、巻線した超電導線に偏り修正をしても断線
する心配がなく、さらにカーボン巻枠への計測線の取付
けについても、接続部が損傷して使用不能となる心配は
なく、使用容易にして機械的応力に強い優れた温度検知
素子を形成し介在巻線できる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は本発明による第１実施例の超電導磁
石の断面外観斜視図と検知系統を示す。

【００１９】図１に示すように、本実施例の超電導磁石
は、巻軸１と、その巻軸１の両端に径方向の広がりを持
った端板２ａ，２ｂを有した非磁性巻枠３と、非磁性巻
枠３の周部にコ字状の巻線凹部４を備え、この巻線凹部
４に超電導線５を巻線し超電導コイル６を形成して超電
導磁石７を構成している。

【００２０】非磁性巻枠３の巻線凹部４を形成する巻軸
１と端板２ａ，２ｂには、一方の端板２ａから巻軸１を
連通して他方の端板２ｂまでスリット８を切り、凹部９
と凸部１０を設けている。そして凹部９と凸部１０を設
けた巻軸１，端板２ａ，２ｂ部の巻線凹部４面を絶縁材
で被覆した絶縁層１１を持ち、その絶縁された巻軸１と
端板２ａ，２ｂの凸部１０の面にホルマールの有機溶剤
にカーボン粉末を混入したカーボンペーストを塩化ビニ
ルに被覆したカーボンシート１２を接着したカーボン被
覆巻線凹部１３を形成し、そのカーボン被覆巻線凹部１
３に超電導線５を巻線して超電導コイル６を成形してい
る。本実施例では温度検知素子となるカーボンシート１
２に、ホルマール有機溶剤にカーボン粉末を混入したカ
ーボンペーストを塩化ビニルに被覆した２０μｍのカー
ボンシート１２を使用したが、ポリエステルあるいはポ
リイミドの有機絶縁溶剤にカーボン粉末を混入したカー
ボンペーストを塗布してカーボン膜を作成する方法、あ
るいは乾燥してシート化した柔軟性の高い有機カーボン
シート、あるいは前記カーボンペーストを紙材、あるい
はガラス繊維材、又は有機絶縁材に塗布、あるいは浸透
させてシート化したカーボンシート、又は熱硬化性フェ
ノール樹脂材にカーボン粉末を混入したカーボンペース
トを、前記紙材あるいはガラス繊維材、又は有機絶縁材
に塗布、あるいは浸透したカーボンシート材を使用して
もよい。そして、前記のようにカーボンシート１２を介
在したカーボン被覆巻線凹部１３に巻線された超電導コ
イル６はガラス繊維材の絶縁体１４で包囲固定し、その
外周部を非磁性材の金属バンド１５で固定されている。

【００２１】また非磁性巻枠３の一方の端板２ａには絶
縁材１６を施した２個の絶縁穴17a,１７ｂと複数の通し
穴１８を設け、絶縁穴１７ａ，１７ｂには超電導コイル
６からの電源端子１９ａ，１９ｂを、通し穴１８にはカ
ーボンシート１２からの計測線２０が通され、計測線２
０は複数の端子２１を設けた計測端子板２２に接続され
る。この時のカーボンシート１２と計測線２０の接続
は、カーボン被覆巻線凹部１３の端板２ａ，２ｂの外周
部に絶縁固定リング２３をネジ２４で固定し、凸部１０
のカーボンシート１２と絶縁固定リング２３の間に計測
線２０を介在し、絶縁固定リング２３をネジ２４で固定
して接続されている。

【００２２】上記のように構成された超電導磁石７の電
源端子１９ａ，１９ｂには電源装置２５と、超電導コイ
ル６が常電導転移を起こした場合のコイルエネルギーを
消費させる保護抵抗２６を備えた主電源回路２７が電気
的に接続されている。

【００２３】またカーボンシート１２からの計測線２０
が接続される計測端子板２２の端子２１には、電圧検知
器２８を備えた電圧検知回路２９と、定電流電源装置３
０，逆流防止素子３１と保護抵抗器３２を備えた電流回
路３３が電気的に接続され、電流回路３３は定電流電源
装置３０を調節することによって電圧検知器２８の出力
電圧感度を任意に調節できるように接続されている。そ
して前記主電源回路２７と電圧検知回路２９を、電源制
御装置３４を備えた電源操作回路３５を設けて電気的に
接続し、電圧検知回路２９の電圧検知器２８からの信号
を受けた電源操作回路３５の電源制御装置３４の指令に
より、電源装置２５が下降，維持あるいは遮断等の制御
操作をするように電気的に接続されている。

【００２４】以上のように構成された本実施例の超電導
磁石の巻線構造は、温度検知素子となるカーボンシート
１２を、ホルマールの有機溶剤にカーボン粉末を混入し
たカーボンペーストを塩化ビニルに被覆して作成したも
ので、柔軟性に優れ伸縮変形自在なカーボンシート１２
となる。そして、このように作成したカーボンシート１
２を、超電導コイル６を形成する超電導線５を巻線する
非磁性巻枠３に被覆して巻線するので、超電導線５に強
力な巻線張力がかかっても、自在に柔軟に変形するの
で、超電導線５に損傷を与えたり、カーボンシート１２
自体が破断する心配はなく、機械的な押し圧に強い、信
頼性の高い温度検知素子を形成介在した超電導磁石を提
供できる。

【００２５】また、カーボンシート１２面に巻線張力を
かけて超電導線５を巻線した場合、カーボンシート１２
の面が柔軟であるため、超電導線５がカーボンシート１
２面に食い込む、これにより超電導線５がカーボンシー
ト１２に広く接触し、密着性の良い温度検知素子となる
ので、超電導線５の電磁力による微小な動きや冷却媒体
の熱収縮、あるいは樹脂含浸した場合の亀裂によって発
生する微小な温度変化を精度良く検知できる。そして、
この微小な温度変化を電圧変化として検知する電圧検知
回路２９，電流回路３３、そして電圧検知回路２９の電
圧変化の信号で超電導磁石７の主電源回路２７を操作す
る電源操作回路３５を設けて電気的に接続することによ
り、早期にクエンチを予知できる温度検知素子を備えた
超電導磁石を得ることができる。

【００２６】また、本実施例のように温度検知素子を巻
枠の巻線凹部に介在して巻線する巻線構造にすると、超
電導コイルの変形解消は勿論のこと、超電導線５の巻線
途中で計測線２０を接続すること、あるいは超電導線５
の膨らみや巻線作業の途中で種々の不便作業がなく、巻
線作業容易にして寸法精度のとれる温度検知素子介在の
超電導磁石を提供できる。

【００２７】次に本発明の第２実施例の超電導磁石を図
２を用いて説明する。第１実施例においては、非磁性巻
枠３の巻線凹部４にスリット８を切り、その凸部１０に
絶縁層１１を介してカーボンシート１２を被覆していた
が、図２の第２実施例では、非磁性巻枠３を非磁性金属
巻枠３６とし、非磁性金属巻枠３６の巻線凹部４にもう
一つの絶縁材の絶縁巻枠３７を固定して絶縁巻線凹部３
８を形成し、その絶縁巻枠３７の絶縁端板３９ａ，３９
ｂを絶縁巻軸４０の面に、一方の絶縁端板39ａから絶縁
巻軸４０を介して他方の絶縁端板３９ｂに連通して、ホ
ルマールの有機溶剤にカーボン粉末を混入したカーボン
ペーストを紙材に塗布浸透させた、150μｍのカーボン
シート１２ａを周方向に複数の位置に接着してカーボン
被覆絶縁巻線凹部４１としたカーボン被覆絶縁巻枠４２
を形成し、該カーボン被覆絶縁巻枠４２のカーボン被覆
絶縁巻線凹部４１に超電導線５を巻線して超電導コイル
６を構成している。

【００２８】また、第２実施例の温度検知素子にはカー
ボンペーストを紙材に塗布浸透させたカーボンシート１
２ａを使用しているが、これにかぎらずホルマールある
いはポリエステル、またはポリイミドの有機溶剤にカー
ボン粉末を混入したカーボンペーストを塩化ビニル、あ
るいはポリエチレン材に塗布した有機カーボンシートを
接着、あるいは前記カーボンペーストを絶縁巻枠３７に
直接塗布しても使用可能である。

【００２９】以上のように、カーボンシート１２ａを被
覆したカーボン被覆絶縁巻線凹部４１に巻線された超電
導コイル６をガラス繊維材の絶縁体１４で固定した後、
その外周部を非磁性材、例えばステンレス材の金属バン
ド１５で固定されている。そして非磁性金属巻枠３６と
絶縁巻枠３７の金属端板４３と絶縁端板３９ａには、連
通した２個の絶縁穴１７ａ，１７ｂと、複数の端子２１
を設けた計測端子板２２が設けられ、絶縁穴１７ａ，１
７ｂには超電導コイル６からの電源端子19a,１９ｂを、
また計測端子板２２の端子２１にはカーボンシート１２
ａからの計測線２０が接続されている。そして電源端子
１９ａ，１９ｂと計測端子板２２の端子２１には第１実
施例と同様に、電源端子１９ａ，１９ｂには超電導磁石
７に電源を供給する主電源回路２７を、計測端子板２２
の端子２１にはカーボンシート１２ａの抵抗変化を電圧
変化として検知する電圧検知回路２９，電圧検知の感度
を調節するための電流回路３３と、電圧検知回路２９の
指令で主電源回路２７を操作させる電源操作回路３５が
電気的に接続されるが、この回路の系統図については前
記第１実施例と同一なので省略する。

【００３０】以上のように構成された第２実施例の超電
導磁石は、非磁性金属巻枠３６の巻線凹部４に絶縁巻枠
３７を固定し、この絶縁巻枠３７に、紙材にカーボンペ
ーストを塗布浸透させた、冷却媒体中で急激な衝撃や曲
げ応力がかかっても破損しにくいカーボンシート１２ａ
を形成して被覆し、カーボン被覆絶縁巻線凹部４１を形
成して超電導線５を巻線するので、巻線する途中におけ
る超電導線５の変形、あるいは巻線する超電導線５と超
電導線５の間に隙間が生じて修正する場合、機械的応力
がカーボンシート１２ａにかかっても、温度素子となる
カーボンシート１２ａが破損したり、巻枠と短絡損傷を
起こし検知不能となる心配のない、機械的応力に強い温
度検知素子介在の超電導磁石を得ることができる。

【００３１】また、非磁性金属巻枠３６と、温度検知素
子を形成するカーボンシート１２ａを被覆する絶縁巻枠
３７は個別に製作できるので、絶縁巻枠３７へのカーボ
ンシート１２ａの被覆作業が容易になる。そして、上記
のような機械的応力に強く高感度で、信頼性の高い温度
検知素子を形成して介在巻線し、これに温度変化を電圧
変化として検知する検知回路と、この検知回路となる電
圧検知回路２９と超電導磁石７の主電源回路２７を結ぶ
電源操作回路３５を接続することにより、前記同様液体
ヘリウム中の極微小な温度変化から超電導線５の一部分
に導体動きや含浸材の亀裂損傷が発生した場合、つまり
熱擾乱が発生し超電導コイル６が温度上昇するまでの温
度変化を精度よく、断続的かつ連続的に検知し、電源入
力を敏速に操作制御できる。またクエンチ前の温度変化
を高感度で精度よく検知することにより、クエンチの早
期予知とコイルの安定性維持向上を図ることができる。
また、クエンチが発生した場合には、その発生位置近傍
の解明が容易になり、問題解決の時間的短縮を図れるな
ど、非常に幅広い効果を持つ温度検知素子介在の超電導
磁石を提供できる。

【００３２】次に本発明の第３実施例の超電導磁石を図
３を用いて詳細に説明する。前記第１実施例と第２実施
例において、温度検知素子となるカーボンシート１２の
被覆介在を、超電導線５を巻線する巻線凹部を形成する
巻枠に被覆していたのに代えて第３実施例は、非磁性金
属巻枠３６のコ字状の巻線凹部４面に、即ち、端板４４
ａ，４４ｂと、端板４４ａと端板４４ｂをつなぐ巻軸４
５面に絶縁層４６を施した絶縁凹部４７を形成し、絶縁
凹部４７の両端に配線窓４８ａ，４８ｂと配線溝４９を
設けた溝付絶縁端板５０ａ，５０ｂを固定して絶縁巻線
凹部３８を形成し、絶縁巻線凹部３８に超電導線５を巻
線し、一方の溝付絶縁端板５０ａから他方の溝付絶縁端
板５０ｂに連続して巻線した、内側層コイル５１と外側
層コイル５２の間にホルマールの有機溶剤にカーボン粉
末を混入したカーボンペーストを塩化ビニルに被覆した
カーボンシート１２を介在し、その外周に複数層の超電
導線５を巻線し、その外周を絶縁体１４と金属バンド１
５で固定している。そして、内側層コイル５１と外側層
コイル５２の間に介在されたカーボンシート１２からの
計測線２０の引き出しは、溝付絶縁端板５０ａ，５０ｂ
に設けた配線窓４８ａ、あるいは４８ｂからカーボンシ
ート１２の端を引き出して配線溝４９に導き、配線溝４
９で計測線２０とカーボンシート１２の端を銀ペースト
５３で接着して引き出している。

【００３３】また、カーボンシート１２を介在して巻線
した超電導コイル６からの電源端子１９ａ，１９ｂは、
前記と同様に非磁性金属巻枠３６と溝付絶縁端板５０ａ
を連通した絶縁穴１７ａ，１７ｂを設けて引き出し、電
源端子１９ａ，１９ｂには電源を供給する主電源回路２
７を、計測線２０の端子２１には温度変化を検知する電
圧検知回路２９が接続され、電圧検知回路２９の信号で
主電源回路２７を制御操作するように構成されている。

【００３４】以上のように構成された巻線構造は、絶縁
巻線凹部３８に超電導線５を巻線し、一方の溝付絶縁端
板５０ａ側から他方の溝付絶縁端板５０ｂ側までの連続
して巻線した内側層コイル５１と外側層コイル５２の間
に巻線作業の途中でカーボンシート１２を介在巻線する
ので、カーボンシート１２の抵抗調節や大きさ、あるい
は介在位置、そして密着性の具合などを確認しながら巻
線でき、またカーボンシート１２が破損した場合の交換
や位置変更が容易にできる。そして、このカーボンシー
ト１２は柔軟にして自在に変形するので、巻線する超電
導線５によく密着する。これにより含浸材の亀裂発生時
の動きや電磁振動摩擦による超電導コイル６内部の微小
な温度変化検知に効果的である。また、カーボンシート
１２を超電導コイル６の内部に介在しても、巻線する超
電導線５が変形したり、あるいは線と線の間に隙間をも
たらすことなく、温度検知素子介在の超電導コイル６と
しても寸法精度の高い超電導コイルを巻線できる。そし
て、温度検知素子となるカーボンシート１２に計測線２
０を設け、これに温度変化を電圧変化として検知する電
圧検知回路２９，電圧検知で超電導磁石に電源供給する
主電源回路２７を接続し、超電導コイル６の微小な温度
変化を検知して超電導磁石の供給電源回路を制御操作す
ることによって、クエンチの早期予知とクエンチを防止
でき、安定性維持と信頼性向上の図れる超電導磁石を提
供できる。

【００３５】次に本発明の第４実施例に係わる超電導磁
石を図４を用いて詳細に説明する。図４に示す第４実施
例は第３実施例と基本的に同一で、非磁性金属巻枠３６
のコ字状の巻線凹部４に絶縁材を施した絶縁凹部４７と
し、絶縁凹部４７の両端に溝付絶縁端板５０ａ，５０ｂ
を固定して絶縁巻線凹部３８を形成している。第４実施
例ではこの絶縁巻線凹部３８に巻線する超電導線５ａを
数ターン束ねるように、ホルマールの有機溶剤にカーボ
ン粉末を混入したカーボンペーストを塩化ビニルに被覆
したカーボンシート１２を介在巻線したものである。そ
して、その外周部に再度超電導線５ａを巻線し、必要分
だけ巻線した後、その外周部を絶縁体１４と金属バンド
１５で固定している。

【００３６】超電導線５ａを束ねるように数ターン包囲
したカーボンシート１２からの計測線２０ａの引き出し
は、前記と同じように溝付絶縁端板５０ａ，５０ｂの配
線窓４８ａと配線溝４９から引き出し、計測端子板２２
の端子２１に接続される。

【００３７】以上のように構成した第４実施例の巻線構
造は、前記第３実施例の内側層コイル５１と外側層コイ
ル５２の間にカーボンシート１２を介在していたものに
対して巻線する超電導線５ａをコイル内部で数ターン結
束被覆するようにしたものである。このようにコイル内
部の超電導線５ａを温度検知素子となるカーボンシート
１２で結束被覆するように介在巻線する構造にすると、
少数の配置で広く検知できること、また超電導コイル６
内部で部分的に含浸材に亀裂が発生した場合、あるいは
電磁応力による導体動きによる局部摩擦が発生した場合
の微小な温度変化の検知範囲の向上を図ることができ
る。そして温度変化が生じた場合には、その発生位置の
予測と発生付近の構造状況との関連性の把握が容易にな
る他、前記実施例と同様に、巻線する超電導線５ａをカ
ーボンシート１２で結束被覆してもカーボンシート１２
材は柔軟で変形自在であるため寸法精度の高いコイル巻
線ができるので、前記実施例と同様に温度変化を敏感に
検知でき、クエンチの早期予知に好適な超電導磁石を提
供できる。

【００３８】次に本発明の第５実施例の超電導磁石を図
５，図６を用いて詳細に説明する。第５実施例は、非磁
性金属巻枠３６ａのコ字状凹部５４に絶縁層５５を設け
て絶縁凹部５６を形成し、この絶縁凹部５６に端板部５
７ａ，５７ｂと巻軸部５８が一体になったコ字形のカー
ボンペーストを塗布浸透させたカーボン巻枠５９を複数
個固定してカーボン巻線凹部６０を形成し、カーボン巻
線凹部６０に超電導線５ａを巻線するように構成したも
のである。そしてカーボン巻線凹部６０に巻線された超
電導コイル６の外周を絶縁体１４と金属バンド１５で強
固に固定している。このように介在巻線された超電導コ
イル６の電源端子１９ａ，１９ｂは非磁性金属巻枠３６
ａに絶縁穴１７ａ，１７ｂを設けて引き出し、温度検知
素子となるカーボン巻枠５９からの計測線は、該カーボ
ン巻枠５９の端板部５７ａ，57ｂに固定ネジ穴６１を設
け、端板部５７ａ，５７ｂと固定板６２の間に計測線を
介在して固定ネジ６３で固定される。この計測線から先
の計測端子板２２および温度検知系統図と、電源端子１
９ａ，１９ｂ関係の電気的回路については、前記実施例
と同一なので図示を省略して説明する。

【００３９】以上のように構成した第５実施例は、非磁
性金属巻枠３６ａのコ字状凹部５４に絶縁層５５を設け
て絶縁凹部５６を形成し、該絶縁凹部５６に、非磁性金
属巻枠３６ａが複数個に分割されたような、端板部５７
ａ，５７ｂと巻軸部５８が一体になったコ字形のカーボ
ンペーストを絶縁繊維材に塗布浸透させたカーボン繊維
強化プラスチックのカーボン巻枠５９を形成固定してカ
ーボン巻線凹部６０を形成し、カーボン巻線凹部６０に
超電導線５ａを巻線するように構成されている。このよ
うに前記実施例のシート化して介在するものに代えて、
温度検知素子となるカーボンシートを巻枠とした一つの
部品化として介在する方法としても、カーボンペースト
の塗布調節により任意に容易に抵抗調節できるので、温
度検知素子として問題なく十分対応でき、しかも温度検
知素子となるカーボン巻枠５９の製作作業が容易であ
る。そして巻線作業時の超電導線５ａにかかる巻線張力
による破損心配、あるいは不整列修正などの機械的応力
による断線損傷なる心配は全くなく、機械的応力に強い
加工性の良い温度検知素子として形成介在できるので、
温度検知素子を巻枠としても、前記実施例と同様に、寸
法精度の高い超電導コイルの巻線と、温度変化を敏感に
検知し、クエンチの早期予知に効果的な超電導磁石を提
供できる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、巻線作業による損傷問
題はなく、信頼性の高い、検知感度の良い温度検知素子
を構成し介在巻線できるので、含浸材亀裂や電磁力によ
る超電導線の微小な動きによる近傍の温度変化を顕著に
検知でき、クエンチの早期予知と安定性維持に効果的で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わる超電導磁石の破断外観
斜視図と検知系統回路図である。

【図２】本発明の他の実施例に係わる超電導磁石の破断
外観を示す斜視図である。

【図３】本発明の他の実施例に係わる超電導磁石の破断
外観を示す斜視図である。

【図４】本発明の他の実施例に係わる超電導磁石の破断
外観を示す斜視図である。

【図５】本発明の他の実施例に係わる超電導磁石の部分
断面斜視図である。

【図６】本発明の他の実施例に係わるカーボン巻枠の外
観斜視図である。

【符号の説明】

１，４５…巻軸、２ａ，２ｂ，４４ａ，４４ｂ…端板、
３…非磁性巻枠、４…巻線凹部、５，５ａ…超電導線、
６…超電導コイル、７…超電導磁石、８…スリット、９
…凹部、１０…凸部、１１，４６，５５…絶縁層、１
２，１２ａ…カーボンシート、１３…カーボン被覆巻線
凹部、１４…絶縁体、１５…金属バンド、１６…絶縁
材、１７ａ，１７ｂ…絶縁穴、１８…通し穴、１９ａ，
１９ｂ…電源端子、２０，２０ａ…計測線、２１…端
子、２２…計測端子板、２３…絶縁固定リング、２４…
ネジ、２５…電源装置、２６…保護抵抗器、２７…主電
源回路、２８…電圧検知器、２９…電圧検知回路、３０
…定電流電源装置、３１…逆流防止素子、３２…保護抵
抗器、３３…電流回路、３４…電源制御装置、３５…電
源操作回路、３６，３６ａ…非磁性金属巻枠、３７…絶
縁巻枠、３８…絶縁巻線凹部、３９ａ，３９ｂ…絶縁端
板、４０…絶縁巻軸、４１…カーボン被覆絶縁巻線凹
部、４２…カーボン被覆絶縁巻枠、４３…金属端板、４
７，５６…絶縁凹部、４８ａ，４８ｂ…配線窓、４９…
配線溝、５０ａ，５０ｂ…溝付絶縁端板、５１…内側層
コイル、５２…外側層コイル、５３…銀ペースト、５４
…コ字状凹部、５７ａ，５７ｂ…端板部、５８…巻軸
部、５９…カーボン巻枠、６０…カーボン巻線凹部、６
１…固定ネジ穴、６２…固定板、６３…固定ネジ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超電導線又はその近傍の樹脂材に生じる温
度変化を検知する手段を有することを特徴とする超電導
磁石。
【請求項２】超電導線又はその近傍の樹脂材に生じる温
度変化を検知する手段を有する超電導磁石であって、該
超電導線又はその近傍に発生する温度変化の検知手段
を、巻枠と巻回する超電導線の間に、あるいは超電導線
と超電導線の間に、又は数ターン連続巻回した層コイル
と層コイルの間に介在して巻線したことを特徴とする超
電導磁石。
【請求項３】超電導線又はその近傍の樹脂材に生じる温
度変化を検知する手段を有する超電導磁石であって、該
超電導線又は含浸樹脂材の温度変化の検知手段に、冷却
媒体の温度付近で急勾配に抵抗変化する導電材を用い、
該導電材を巻枠の巻線凹部に被覆して導電材被覆巻枠を
形成し、該導電材被覆巻枠に巻線したことを特徴とする
超電導磁石。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の該超
電導磁石の温度検知手段は、柔軟な絶縁材にカーボンペ
ーストを塗布、あるいは浸透したカーボンシートを用
い、該カーボンシートを巻枠の巻線凹部に、絶縁材を介
して周方向に部分的に設けたカーボン被覆巻線凹部の巻
枠を形成し、該カーボン被覆巻線凹部に超電導線を巻線
したことを特徴とする超電導磁石。
【請求項５】請求項１ないし３のいずれかに記載の該超
電導磁石の温度検知手段に用いたカーボンシートは、紙
材あるいはガラス繊維材、又は有機絶縁材にホルマール
あるいはポリエステル、又はポリイミドの有機絶縁溶剤
にカーボン粉末を混入したカーボンペーストを、あるい
は熱硬化性フェノール樹脂剤にカーボン粉末を混入した
カーボンペーストを浸透、あるいは塗布したカーボンシ
ートとしたことを特徴とする超電導磁石。
【請求項６】非磁性巻枠に超電導線を巻回してなる超電
導磁石において、超電導線を巻回する非磁性巻枠の巻線
凹部に、一方の端板から巻軸を介して他方の端板に連通
し、周方向に部分的に複数の位置にカーボンシートを被
覆してカーボン被覆巻枠を形成し、カーボン被覆巻枠に
巻線したことを特徴とする超電導磁石。
【請求項７】非磁性巻枠に超電導線を巻回してなる超電
導磁石において、該非磁性巻枠を非磁性金属巻枠とし、
該非磁性金属巻枠の巻線凹部を形成する一方の端板面か
ら巻軸を介して他方の端板面を絶縁材で被覆し、該絶縁
材で被覆した絶縁層に、周方向に部分的に、複数の位置
にカーボンシートを被覆したカーボン被覆金属巻枠を形
成し、該カーボン被覆金属巻枠に超電導線を巻線したこ
とを特徴とする超電導磁石。
【請求項８】非磁性巻枠に超電導線を巻回してなる超電
導磁石において、該非磁性巻枠を、巻線凹部を形成する
一方の端板から巻軸を介して他方の端板に連通し、周方
向に部分的に複数の位置にスリットを設け、巻線凹部の
端板と巻軸に凹部と凸部を形成した凹凸巻枠を形成し、
端板と巻軸の凸部に絶縁体を介してカーボンシートを被
覆した、カーボン被覆凹凸巻枠に超電導線を巻線したこ
とを特徴とする超電導磁石。
【請求項９】請求項７又は８に記載の該非磁性金属巻枠
に絶縁巻枠を固定して絶縁巻線凹部を形成し、該絶縁巻
線凹部に面した絶縁巻枠にカーボンシートあるいはカー
ボンペーストを被覆してカーボン被覆絶縁巻枠を形成
し、該カーボン被覆絶縁巻枠の絶縁巻線凹部に超電導線
を巻線したことを特徴とする超電導磁石。
【請求項１０】非磁性金属巻枠と、該非磁性金属巻枠を
絶縁する絶縁端板と、前記非磁性金属巻枠に絶縁端板を
固定して巻線凹部を形成し、該巻線凹部に超電導線を巻
回してなる超電導磁石において、前記超電導線を巻回す
る巻線凹部の絶縁端板を、配線窓と配線溝を設けた溝付
絶縁端板とし、該溝付絶縁端板で構成した巻線凹部に超
電導線を巻回し、該超電導線を一方の端板側から他方の
端板側に連続して巻回した、超電導コイルの層コイルと
層コイルの間に、周方向に部分的に、紙材あるいはガラ
ス繊維材、又は有機絶縁材にホルマールあるいはポリエ
ステル、又はポリイミドの有機絶縁溶剤にカーボン粉末
を混入したカーボンペーストを、あるいは熱硬化性フェ
ノール樹脂材にカーボン粉末を混入したカーボンペース
トを塗布、あるいは浸透させた柔軟なカーボンシートを
介在巻線したことを特徴とする超電導磁石。
【請求項１１】絶縁を施した非磁性金属巻枠に溝付絶縁
端板を固定して巻線凹部を形成し、超電導線を巻回する
超電導磁石において、巻線凹部に巻回する超電導線を数
ターン包囲するようにカーボンシートを介在巻線したこ
とを特徴とする超電導磁石。
【請求項１２】非磁性金属巻枠と、該非磁性金属巻枠を
絶縁する絶縁端板と、該絶縁端板を固定して形成した巻
線凹部に超電導線を巻回した超電導磁石において、前記
非磁性金属巻枠の絶縁端板を、前記カーボンペーストを
浸透したカーボン巻枠とし、該カーボン巻枠を非磁性金
属巻枠に固定してカーボン巻線凹部を形成し、該カーボ
ン巻線凹部に超電導線を巻回したことを特徴とする超電
導磁石。