JPS6142368B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は常電導材料で安定化された少くとも１
個の内側の帯状超電導導体が超電導導体の常電導
安定化材よりも高い機械的剛性を有するケースに
よつて取囲まれ、そのケースの内部空間は導体の
長手方向に冷媒を導くための中空室を有する超電
導導体装置及びその製造方法に関する。

大きな空間占楕率をもつて強磁界を発生するに
は、超電導導体からなる電磁巻線が有効である。
このため導体材料としては例えばニオブージルコ
ニウム、ニオブーチタン合金ないしニオブ錫合金
が適している。この超電導材料からなる導体は一
般に常電導体により安定化され、例えば安定化材
からなるマトリツクス中に埋設されている。この
手段によつて超電導材料からなる部分の超電導状
態より常電導状態に転移する制御できない移行に
伴う超電導導体の損傷が回避される。超電導導体
が冷媒、一般に液体ヘリウムによつて導体として
用いられる超電導材料のいわゆる臨界温度以下の
温度に冷却される場合、ほゞ完全にその導体のオ
ーム抵抗は０になる、このようにエネルギ損失を
生じない結果、常電導材料例えば銅からなる巻線
を備えた通常の電磁石よりも強磁界、高磁気傾度
が得られる点で秀れている。かかる超電導電磁巻
線は核融合炉に適し、その強磁界は高温のプラズ
マが電磁力によつて保持され、プラズマ内に核融
合反応を可能にするために役立つ。さらに荷電粒
子の放射の転向もしくは集束のために例えば粒子
加速器にかかる超電導巻線が使用できる。

かかる超電導磁石の巻線はしばしば多層巻線と
して構成されねばならない。その際超電導導体は
電流負荷及び磁石の巻数に依存して導体の長手方
向には高い引張力を受け、導体軸に直交する向き
には圧縮力を受ける。この超電導導体は超電導材
料からなる部分が変形により損傷する恐れがない
ようにこの力を吸収しなければならない。さらに
導体の運動によつて生ずる機械的不安定性に抗し
て特別に保持されねばならない。なぜならこの不
安定性は導体の加熱およびこのために生ずる常電
導転移につながるからである。

かかる力を吸収しうるように、一般に帯状に形
成された超電導体を超導導体の常電導安定化材よ
りも機械的強度の高い補強材からなるケースによ
つて取囲むようにすることが考えられる。かかる
超電導導体装置はドイツ特許公報第2602734号か
ら公知である。電磁巻線内においてかかる超電導
導体装置はこれに隣接した他の超電導導体装置に
よつてケースを介して直接支持されている。この
支持態様の場合大きな力が伝達されるがしかしな
がら一般に隣接するケース間に超電導導体の冷却
に必要な冷媒の供給のための空間が存在しない。
又一般に超電導導体の安定化材に較べてケースの
補強材の熱伝導率は小さい。それ故周知の超電導
導体装置の場合ケースによつて閉じ込められた内
室は本来の超電導導体が配置されるが、ここに長
手方向に冷媒を供給するために役立つ多数の付加
的な中空室を形成する。

周知の超電導導体装置は、常電導マトリツクス
材料例えば銅内に個々の超電導素線が埋設された
帯状超電導導体を有し、２つの互いに嵌め合わさ
れた常電導材からなる支持部間の切部内に例えば
マトリツクス材料を配置することによつて構成さ
れている。両支持部は本来の超電導線を閉じ込め
る常電導材料製枠体を構成する。更に支持部で形
成された枠体内には、冷却溝として役立つ中空室
が形設される。枠体に両支持部を重ねて嵌め合
せ、例えば、溶接された後に両支持部は付加的に
機械的剛性を高めるためにその外側に鋼板からな
るケースを被せることによすて完全に覆われる。
このため両支持部から形成された共通の枠体の周
りに鋼板を曲げて巻き付け、長手方向に突合わせ
る長手縁が溶接される。しかしながらかかる超電
導導体装置の製造方法は特に支持部の必要な理由
で比較的コスト高になる。

本発明の目的は閉じ込められた導体の冷却と力
の吸収を可能にするように周知の超電導導体装置
を改良することにある。

この目的は冒頭に述べた種類の超電導導体装置
に対して、被覆が超電導導体の周りに対応して曲
げられ、かつ超電導導体に直接接触する長手方向
の条片領域を有し、超電導導体に接する領域間を
走行する残りの条片領域は超電導導体面と間隔を
隔て、その結果ケース内に溝状外側凹部が形成さ
れるようにし、この凹部に充填される補強条片が
配置され、この補強条片の外側はケースの外側面
とほゞ整合され、超電導体装置の外側平滑面を形
成するようにしたことによつて達成された。

本発明の他の構成の利点は例えば絞りによつて
予め所望の寸法に成形された標準の寸法の鋼板が
用いられる点にある。この成形鋼板は２つの機能
を兼備する。一つにはこの鋼板及び充填条片によ
つて被覆の機械的強度が高まり、このため大きな
超電導磁石内に生じた力が超電導導体に回避すべ
き変形を生じることなく、吸収されうること。第
２には鋼板の特別な成形によつて付加的な構成部
品を要することなく超電導導体の冷却溝が形成さ
れること。それ故かかる超電導導体装置は比較的
簡単に安価に製造しうる。

本発明による他の構成においては、充填条片が
好適に成形鋼板からなる。この充填条片は圧着、
溶接もしくは接着によつてケースに外側の溝状凹
部内に接続される。

超電導導体装置の冷却の際にケースを充填条片
との収縮差が全く生じず、この結果充填条片ケー
スとの間には付加的な応力は掛らない。

本発明によるかかる超電導導体装置を製造する
ために、所定の巾の平板が塑性成形により溝状凹
部をもつ板材として成形される。この帯状超電導
導体の周囲に応じて成形された板材はケースとし
た閉じられ、ケースの外側の溝状凹部は充填条片
によつてうずめられる。

かかる方法は特に好都合には連続的にそれ故特
に安価に行われる。

以下に本発明の一実施例を図に基いて詳細に説
明する。

第１図に断面で図示された金属帯２は、超電導
導体の安定化のために一般に用いられる常電導金
属よりもかなり高い機械的剛性を有する。それ故
帯材としてVA鋼が用いられる。金属帯２は、塑
性加工方法で成形されるが、これは長手方向に走
行する条区域３を有し、帯材の残りの領域に対し
て強化される。適当な成形方法としては、例えば
絞りもしくは他のロール成形が用いられる。かか
る成形工程において、帯材２には、多数の溝状凹
部４が断面に亘つて成形され、この凹部は互いに
長手方向に平行する。この溝状凹部４の数と巾は
金属帯２から製造されるケースの機械的剛性への
要求度合に応じて選定される。符号５で示す沈降
した帯領域は共通の平面内にあり、この平面は強
化されて配置された帯材３の平面に平行に走行す
る。

かかる予め成形された金属体によつて本発明に
よる超電導導体構成が作り上げられる。対応する
超電導導体構成の実施例が第２図に断面図で示さ
れている。この構成への電流供給のために中央の
断面がほゞ矩形状を呈する超電導導体７が役立
ち、この超電導導体７は長手方向隅が円みを帯び
ている。この照には詳細には図示しない超電導導
体は常電導材によつて安定化された超電導材料か
らなる導体部分を有する。例えば超電導Nb₃Sn要
素を埋設した銅マトリツクスからなる。この超電
導材は多数の安定化超電導線からなり、帯状部分
に嵌め込まれる。更に図に破線で示すように例え
ばVA鋼（オーステナイト系ステンレス）でなる
中心核８を有する。

かかる中心導体７の周りには第１図に図示した
予め成形されたVA鋼（オースナイト系ステンレ
ス）金属帯が超電導導体７を強固に取囲むケース
被覆９として曲げて取付けられている。この金属
体の巾は曲げ工程の後に帯材の勅手側１０，１１
を突合わせて成形できる寸法に設計する。この長
手側は互いに溶接、接着もしくはろう付けされ
る。金属帯の断面形状に基いて、この帯材から成
形されたケース９が超電導導体７の表面１３に部
分的にのみ接触する。このケースの接触領域は図
では符号１４で示されている。残りの領域１５は
表面１３に対して間隔を置いて超電導導体表面１
３との間にそれぞれ長手方向に延在する中空室１
６が生じるようになつている。この中空室１６を
通して冷媒例えば液体ヘリウムが超電導導体７の
直接冷却のために導かれる。

ケース９内にある外側の溝状凹部１７は、適当
な金属条片１８で充填され、、その結果この充填
条片の外側表面がケース９の隣接する条片区域と
共に超電導構成の少くともほゞ平滑外面を呈する
ものとなる。この充填条片１８は、図には凹部１
７内にしか示していないが、これはケース９と同
じ材料で作るものが好ましい。この充填材は凹部
１７内にて金属帯へ接着、圧着もしくは溶接され
ると好適である。このようにしてケース９は金属
帯の長手側１０，１１において閉じられて超電導
導体７を強固に取囲む構成となる。図には両長手
側１０，１１をカバーする充填条片の中央部の溶
液ワイヤー１９によるケース９との溶接部しか示
していないが、残りの充填条片に固定することが
できる。溶接は例えばアルゴンガスアーク溶接に
よつて達成されうる。

このようにして作り上げられた超電導導体構成
は円い隅部とほゞ矩形断面とを有し、一般的には
図には部分的にしか示されない絶縁体２０を有
し、例えばこれは巻回されて設けられている。こ
の絶縁体は例えばガラス強化樹脂からなり、場合
によつては他の凹部１６中に充填条片１８を固定
せしめることもできる。

かかる超電導導体の構成によつては多層のコイ
ルを巻回する場合、そのコイルの対向方向の絶縁
巻線が導体の軸線方向に作用する引張力と軸線と
直角方向に作用する圧縮力を吸収することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は予め成形された鋼板は断面図を示し第
２図は超電導導体の周りに鋼板を曲げて嵌め合わ
せた本発明による超電導導体装置の断面図示す。 図において、２は部片、４は溝状凹部、７は超
電導導体、９はケース、１７は外側凹部、１８は
充填条片を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 常電導材によつて安定化された少なくとも１
   つの帯状の超電導体が超電導体の常電導安定化材
   よりも高強度の材料から成るケースによつて取囲
   まれ、そのケースの内部空間は導体の長手方向に
   冷媒の供給のための中空室を有するものにおい
   て、前記ケースは超電導導体を取囲む曲げられた
   部片から成り、この部片は導体の長手方向に走行
   する条片領域を有し、この条片領域は超電導体に
   直接接触するような輪郭に形成され、超導導体に
   接触して走行する条片領域間の残りの条片領域は
   前記ケース内に溝状の外側凹部が形成されるよう
   に超電導導体と間隔を隔てられ、その凹部に次の
   ような厚みを持つ充填条片、すなわち外側平面が
   ケースの外面とともに超電導導体装置が近似的平
   滑外面を呈するような厚みを持つ充填条片が配置
   されることを特徴とする超電導導体装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の超電導導体装置
   において、前記ケースの部片が予め成形される鋼
   板からなることを特徴とする超電導導体装置。 ３ 特許請求の範囲第１項もしくは第２項記載の
   超電導導体装置において、充填条片が予め成形さ
   れたケース部片と同じ材料で構成されることを特
   徴とする超電導導体装置。 ４ 所定巾の平板が塑性成形により溝状凹部をも
   つ部片として成形され、かつ帯状超電導導体の周
   囲を取囲むように閉じたケースとして形成され、
   その外側凹部が充填条片により充たされることを
   特徴とする超電導導体装置の製造方法。 ５ 特許請求の範囲第４項記載の超電導導体装置
   の製造方法において、まず平板の絞りが行われる
   ことを特徴とする超電導導体装置の製造方法。 ６ 特許請求の範囲第４項記載の超電導導体装置
   の製造方法において、まず平板が蛇行横断面を呈
   するようにロール成形されることを特徴とする超
   電導導体装置の製造方法。 ７ 特許請求の範囲第４項ないし第６項のいずれ
   かに記載の超電導導体装置の製造方法において、
   予め成形された部片が完全に閉じられたケースと
   して当接する長手側で接続されていることを特徴
   とする超電導導体装置の製造方法。 ８ 特許請求の範囲第７項における超電導導体装
   置の製造方法において、ケースの突合せ長手部分
   を溶接接着もしくはろう付けによつて接合するこ
   とを特徴とする超電導導体装置の製造方法。 ９ 特許請求の範囲第４項ないし第８項のいずれ
   かに記載の超電導導体装置の製造方法において、
   充填条片がケースの外側の溝状凹部に固定されて
   いることを特徴とす超電導導体装置の製造方法。 １０ 特許請求の範囲第９項記載の超電導導体装
   置の製造方法において、溝状凹部内に充填条片が
   圧着、溶接もしくは接着によつて固定されること
   を特徴とする超電導導体装置の製造方法。 １１ 特許請求の範囲第４項ないし第１０項のい
   ずれかに記載の超電導導体装置の製造方法におい
   て、閉じられたケースがその外側の溝状凹部内に
   配置された充填条片とともに絶縁体によつて取巻
   かれていることを特徴とする超電導導体装置の製
   造方法。 １２ 特許請求の範囲第１１項記載の超電導導体
   装置の製造方法において、ケースとともに充填条
   片への巻付け材が絶材料からなることを特徴とす
   る超電導導体装置の製造方法。 １３ 特許請求の範囲１２項記載の超電導導体装
   置の製造方法において、前記巻付け材がガラス繊
   維強化樹脂からなることを特徴とする超電導導体
   装置の製造方法。