JPH10116721A - 超電導バルク体マグネット - Google Patents
超電導バルク体マグネットInfo
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- JPH10116721A JPH10116721A JP26961296A JP26961296A JPH10116721A JP H10116721 A JPH10116721 A JP H10116721A JP 26961296 A JP26961296 A JP 26961296A JP 26961296 A JP26961296 A JP 26961296A JP H10116721 A JPH10116721 A JP H10116721A
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Abstract
効率的に着磁させる構造の超電導バルク体マグネットを
提案する。 【解決手段】 内周側着磁コイルを中心とし、その周り
を筒状の超電導バルク体で包囲し、さらに超電導バルク
体の外側を外周側着磁コイルで包囲した超電導バルク体
マグネット。
Description
バルクを用いたマグネットに関する。
導体を利用した超電導磁石が開発されてきている。例え
ば、特開平3−289344号公報には、超電導コイル
を界磁側に用いて通電により磁場を発生させ、電機子に
回転力を与える超電導モーターが提案されている。
コイルに通電して磁場を発生させるため、超電導状態の
コイルにクエンチが発生する恐れがある。クエンチと
は、局所的に発生した常電導状態が雪崩的に拡大し、超
電導体全体が急激に常電導状態に転移することをいう。
クエンチが発生すると、超電導線材のコイルに所望の特
性が得られないばかりでなく、常電導状態で発生する大
きなジュール熱により装置に損傷が生じるおそれもある
ため、クエンチの発生は極力排除する必要がある。上記
クエンチは線材において特に発生しやすい。
定化を図る方法としては、超電導線材の表面を高純度銅
等でシールする冷却安定化法や、極細多芯化した超電導
線材を用いる断熱安定化法などがあるが、いずれも高コ
スト化や装置の大型化を免れることはできない。
−Cu−O系超電導体は第2種超電導体であって、溶融
法で作成したバルク体(固片)であってもピン止め制御
が可能であり、液体窒素温度でも高い臨界電流が達成さ
れている。従来の超電導バルク体は比熱が小さいため小
さな外乱で超電導が破れるという欠点があったが、上記
R(希土類)−Ba−Cu−O系超電導体のバルク体は
比熱が大きく、外乱に対する耐性が高い。
7724号公報や特開平7−111213号公報に記載
されているような、超電導体のバルク(固片)を利用し
た超電導磁石が提案されている。
導モーターには、超電導バルク体の周囲に着磁用コイル
を巻回した構造の超電導磁石が使用されている。この超
電導磁石は、ピン止め効果の高い第2種超電導体を用い
ており、着磁用コイルにパルス電流を供給し、発生した
磁束を超電導バルク体のピン止め点に固定するものであ
る。着磁用コイルによる磁場の発生が終了しても、超電
導体はピン止め点に固定した磁束を保持しようとするた
め、超電導体内部にピン止め点を中心とした永久電流が
発生し、磁束は保存される。すなわち、超電導バルク体
自体が磁石となる。
いて、超電導バルク体を芯として周囲をコイルで包囲
した構造の複合磁石、コイルを中心としてその周囲を
リング状の超電導バルク体で包囲した構造の複合磁石、
超電導バルク体を芯として周囲をコイルで包囲し、さ
らにその外側にリング状の超電導バルク体を配した構造
の複合磁石が提案されている。
場によってバルク超電導磁石の磁場強度を自由に変化で
きる。また、の複合磁石は、低温超電導体コイルを用
いた場合に磁場が外縁部で曲がることを妨げて発生磁場
を向上できる。そして、の複合磁石は、低温超電導体
コイルを用いた場合に発生磁場を向上するとともに、コ
イルがクエンチしてもバルクが超電導状態を保つので急
激な変化が緩和できるものである。
記載の超電導磁石では、超電導バルク体の内側若しくは
外側の一方のみに着磁コイルを配置するため、バルクに
印加される磁場に偏りが生じる。例えば、超電導バルク
体の外側のみに着磁コイルを配置した場合には、バルク
の外側に印加される磁場はバルクの内側に印加される磁
場よりも大きくなる。また、超電導バルク体の内側のみ
に着磁コイルを配置した場合には、バルクの内側に印加
される磁場はバルクの外側に印加される磁場よりも大き
くなる。
バルク体全体に着磁しようとすると、着磁コイル付近の
超電導バルク体には必要以上の磁場を印加することにな
ってしまう。一般に超電導体の臨界電流密度は磁場依存
性を有しており、磁場が大きくなると臨界電流密度は低
下してしまうので、超電導バルク体に必要以上の磁場を
印加することは好ましくない。
導線材のコイルを用いる場合には、超電導線材自体の臨
界電流密度の問題も生じる。すなわち、着磁コイルで発
生させる磁場が大きいほど、超電導線材自体の経験する
磁場も大きくなり臨界電流密度が低下するため、超電導
着磁コイルに大電流を流して大きな磁場を発生させるに
は超電導着磁コイルを大型化しなければならない。した
がって、磁石の小型化・軽量化の観点からは、同じだけ
の磁束を超電導バルクに捕捉させるために印加する磁場
は小さいほどよい。
からなる超電導バルク体マグネットであって、超電導バ
ルク体に必要以上の磁場を印加することがなく、また各
着磁コイルで発生させる磁場が小さく、着磁コイルが超
電導バルク体を効率的に着磁させる構造の超電導バルク
体マグネットを提供することを目的とする。
に、本発明は、以下の構成を要旨とする。 (1)内周側着磁コイルを中心とし、その周りを筒状の
超電導バルク体で包囲し、さらに超電導バルク体の外側
を外周側着磁コイルで包囲した超電導バルク体マグネッ
ト。 (2)筒状の超電導バルク体に、互いに逆向きの電流を
通電する内周側着磁コイルと外周側着磁コイルとを配置
し、同じ向きの磁場を超電導バルク体に印加することを
特徴とする上記(1)記載の超電導バルク体マグネッ
ト。 (3)超電導バルク体の材質が微細な211相が分散し
た123相のRBaCuO系(Rは希土類元素を示す)
若しくはNd系の酸化物超電導体であることを特徴とす
る上記(1)又は(2)記載の超電導バルク体マグネッ
ト。 (4)内周側着磁コイルと外周側着磁コイルとが超電導
バルク体に印加する磁場が均一であることを特徴とする
上記(1)、(2)又は(3)記載の超電導体バルクマ
グネット。
の形状は中空筒型としたが、より具体的には、中空とし
た円筒状、穴開き直方体状、中空とした楕円円筒状等が
あげられる。超電導バルク体の材質としては、微細な2
11相が分散した123相のRBaCuO系(Rは希土
類元素を示す)若しくはNd(ネオジウム)系の酸化物
超電導体が好ましい。これらの超電導体は第2種超電導
体であって、高いピン止め効果を有し、高磁場中でも高
い臨界電流密度が得られる。これら超電導体の構成成分
の組成・製造方法等に関しては特に限定するものではな
く、ピン止め効果の高い第2種超電導体であればよい。
製造方法としては、例えば特公平7−51463号公報
に記載の溶融凝固法に粉砕工程を付加したMPMG法が
あげられる。また、超電導バルク体は、直接中空筒型に
製造してもよいし、一旦穴のない中実形状に製造した超
電導バルク体に機械加工等によって穴を開け筒状に成形
するようにしてもよい。
コイルは、例えば銅線やアルミ線などの常電導体の線
材、あるいは、例えばBi系銀シース線材などの超電導
体の線材よりなるコイルである。内周側着磁コイルの材
質と外周側着磁コイルの材質とは、別なものを用いても
よい。
周に、内周側着磁コイルと、外周側着磁コイルとを、そ
れぞれ中心軸を共有するように配置する。
の電流を通電すれば、図1に概略的に示すように、内側
着磁コイルが発生させる磁束と外側着磁コイルが発生
させる磁束とは、両コイルに挟まれた空間では同じ方
向となる。すなわち、内外両着磁コイルに互いに逆向き
の電流を通電すれば、内外両着磁コイルが超電導バルク
体に印加する磁場は同じ方向となり、超電導バルク体に
は内外両着磁コイルの発生する磁場が重ね合わさって印
加される。
コイルを用いた超電導磁石よりも、各着磁コイルが発生
させる磁場は小さくてよい。このため着磁コイルに常電
導線材のコイルを用いる場合には、着磁コイルに通電す
る電流が小さくできるので、発熱を低減できる。また、
着磁コイルに超電導線材のコイルを用いる場合には、各
着磁コイルが経験する磁場を小さくできるので、超電導
線材の臨界電流密度の低下を抑制できる。このため超電
導着磁コイルの小型化・軽量化が可能となる。図2
(a)に半径a、内径bの筒状超電導バルク体の外周側
のみに着磁コイルを配置した場合に超電導バルク体に印
加される磁場分布を、図2(b)に外径a、内径bの筒
状超電導バルク体の内周側と外周側との両方に着磁コイ
ルを配置した場合の磁場分布をそれぞれ示す。
磁コイルを配置した場合には、着磁コイル側の印加磁場
が大きくなり臨界電流密度が低下してしまう。そして、
バルク全体に磁場を印加しようとすると、バルクに印加
される磁場の偏りはかなり大きくなる。
バルク体の両側に着磁コイルを配置すれば、両側の着磁
コイルから磁場を印加するため、図2(b)に示したよ
うにバルクに印加される磁場の最大値を低減することが
できる。
イルとが超電導バルク体に印加する磁場が均一になるよ
うにすれば、超電導バルク体の捕捉する磁束の密度が均
一となり、超電導体に必要以上に大きな磁場が印加され
ることがなくなるため、臨界電流密度の低下を防ぎ、捕
捉できる磁束の密度が大きくできる。
には、内周側着磁コイルと外周側着磁コイルの形状、巻
数および通電する電流の大きさを調整する。形状、巻数
および通電する電流の大きさを最適に組み合わせること
で均一度を向上できる。
め筒状超電導バルク体を臨界温度以下に冷却してから、
その内周側と外周側とに配置した着磁コイルにより超電
導体に磁場を印加する。あるいは、着磁コイルにより超
電導体に磁場を印加しながら超電導バルク体を臨界温度
以下に冷却する。
冷却と伝導冷却がある。浸漬冷却の場合には、冷媒とし
て液体ヘリウム、液体窒素、液体ネオン等を使用する。
伝導冷却の場合は、超電導バルク体を断熱部材で囲み、
熱伝導部材を冷凍機により冷却する。
が下部臨界磁界以上、かつ上部臨界磁界以下であれば、
バルクは混合状態となり局所的に外部磁場が侵入する。
侵入した磁束は超電導体のピン止め点に捕捉され、その
周囲に渦状の永久電流が発生し、バルクに印加する磁場
を無くしてもピン止め点に捕捉された磁束は保存され
る。従って、超電導バルク体自体が磁化された状態とな
る。
から、着磁コイルにより磁場を印加する場合には、着磁
コイルにはパルス電流を流すようにしてもよい。パルス
電流は反復して着磁コイルに流してもよい。
磁コイルからの発熱が抑えられるため超電導バルク体の
超電導状態を維持する上で有利である。ただし、この場
合は着磁コイル(超電導コイル)も臨界温度以下に冷却
する必要がある。冷却方法は、超電導バルク体の冷却方
法と同様である。
本発明の一実施例である超電導バルクマグネットの概略
断面図を示す。この超電導バルクマグネットは、主とし
て円筒状の超電導バルク体1、該バルク体1の内周に沿
って配置される内周側着磁コイル3、同バルク体1の外
周に沿って配置される外周側着磁コイル5からなってい
る。
超電導材料を外径46mm、高さ20mmの円柱状バルク体
に溶融法で作製し、この円柱状バルク体に径20mmの穴
を開けて円筒状とした。この超電導バルク体1の内側
に、外径20mm、内径16mm、高さ20mmで銅線を巻い
た内周側着磁コイル3を挿入し、さらに超電導バルク体
1の外側に外径50mm、内径46mm、高さ20mmで内周
側着磁コイルと同じ向きに銅線を巻いた外周側着磁コイ
ル5を配置して超電導バルクマグネットを構成した。各
コイルと超電導バルク体とは、中心軸を共有するように
配置した。また、超電導バルク体と着磁コイルとは、上
面が同じ高さになるようにした。
5にのみ5000A/cm2 の電流を流した場合の超電
導バルク体部分の磁場を図4に実線で示す。この場合に
は、超電導バルク体部分の磁場の最低値は内周側で53
mTであるのに対して、最大値は外周側で84mTに達
する。
して、超電導バルク体1に53mT以上の磁場を印加し
ようとすると、内周側着磁コイル3に73810A/c
m2の電流を流す必要があり、超電導バルク体1に印加
される磁場の最大値は175mTにも達する。
イル3の両方に電流を流した場合、磁場の最低値が53
mTであって、かつ超電導体バルク体1に印加される磁
場が最も均一になるのは、内周側着磁コイル3に679
5A/cm2 、外周側着磁コイル5には逆向きに330
0A/cm2 の電流を流したときであった。この時の超
電導バルク体部分の磁場を図4に点線で示す。図4に示
した通り、超電導バルク体1には53mT以上の磁場が
印加されていながら、磁場の最大値は60mTに抑えら
れている。
加しながら超電導バルク体1を臨界温度以下に冷却した
後、内周側着磁コイル3と外周側着磁コイル5の電流を
同時に切断したところ、超電導バルク体1は磁束を保持
して磁石となった。
内周側と外周側とに配置した両着磁コイルが超電導バル
ク体に磁場を印加するため、各着磁コイルが印加する磁
場は小さくて済む。そのため、常電導着磁コイルを用い
る場合には発生熱量が低減できるため超電導バルク体の
温度が上昇しにくく、超電導着磁コイルを用いる場合に
は臨界電流密度の磁場による劣化を抑えることができ
る。また、超電導バルク体に印加する磁場をほぼ均一に
できるため、超電導バルク体に磁束を捕捉させる上でも
有利である。
した際に発生する磁場の模式図である。
の磁場分布の概略図。 (b)内周側と外周側とに着磁コイルを配置した場合の
磁場分布の概略図。
断面図。
る超電導体バルク体部分の磁場分布の概略図。
Claims (4)
- 【請求項1】 内周側着磁コイルを中心とし、その周り
を筒状の超電導バルク体で包囲し、さらに超電導バルク
体の外側を外周側着磁コイルで包囲した超電導バルク体
マグネット。 - 【請求項2】 筒状の超電導バルク体に、互いに逆向き
の電流を通電する内周側着磁コイルと外周側着磁コイル
とを配置し、同じ向きの磁場を超電導バルク体に印加す
ることを特徴とする請求項1記載の超電導バルク体マグ
ネット。 - 【請求項3】 超電導バルク体の材質が微細な211相
が分散した123相のRBaCuO系(Rは希土類元素
を示す)若しくはNd系の酸化物超電導体であることを
特徴とする請求項1又は2記載の超電導バルク体マグネ
ット。 - 【請求項4】 内周側着磁コイルと外周側着磁コイルと
が超電導バルク体に印加する磁場が均一であることを特
徴とする請求項1、2又は3記載の超電導バルク体マグ
ネット。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26961296A JP3727122B2 (ja) | 1996-10-11 | 1996-10-11 | 超電導バルク体マグネット |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26961296A JP3727122B2 (ja) | 1996-10-11 | 1996-10-11 | 超電導バルク体マグネット |
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JPH10116721A true JPH10116721A (ja) | 1998-05-06 |
JP3727122B2 JP3727122B2 (ja) | 2005-12-14 |
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1996
- 1996-10-11 JP JP26961296A patent/JP3727122B2/ja not_active Expired - Fee Related
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