超导线圈的制作方法
【专利摘要】第一超导线圈(11)具有卷架(13)、卷绕于卷架(13)的超导线材(15)的绕线部(16)、以及夹插在卷架(13)及超导线材(15)的绕线部(16)的间隙的绝缘板(25)。绝缘板(25)由在厚度方向上分离的第一绝缘板(21)及第二绝缘板(23)构成。在第一绝缘板(21)及第二绝缘板(23)中相对的分离面之间夹插有片状的由氟树脂形成的低摩擦件(27)。由此，能够提供能够同时实现抑制失超现象及降低制造工时的超导线圈。
【专利说明】
超导线圈
技术领域
[0001]本发明涉及构成超导磁体装置的超导线圈。【背景技术】
[0002]超导磁体装置内置使用了在极低的温度下电阻变成零的超导线材的超导线圈。超导磁体装置具有通过向超导线圈流通大电流而生成比由常导线圈构成的磁体装置强且稳定的磁场的功能。这种超导磁体装置应用于类似例如NMR(Nuclear Magnetic Resonance)、 MRI(Magnetic Resonance Imaging)等、需要稳定的强磁场的领域。
[0003]在对作为超导磁体装置的主要的组件的超导线圈进行设计上，重要的要素之一是抑制所谓的失超(quench)现象。对于失超现象，接下来详细进行叙述。
[0004]当用于超导线圈的超导线材在通电中由于某些原因引起常导转变时，在该部位产生焦耳发热。当该发热量超过用于将超导线圈维持在超导状态的冷却能力时，超导线材的该部位的温度开始上升。其结果，由于热传导，与该部位邻接的部位的超导线材的温度也上升。由于该过程连锁地产生，因此终究在超导线圈的大部分产生常导转变，蓄存于超导线圈的磁能变成焦耳热而放出。这便是失超现象。
[0005]对于超导线圈，有时利用液氦等液体制冷剂将其冷却，该情况下，液氦由于焦耳热而沸腾、气化，进而释放到空气中。
[0006]因此，当一旦发生失超现象时，超导线圈的温度上升，制冷剂随之失去，因此，为了将其再启动，需要进行制冷剂的补充、再冷却的步骤，在此期间，超导磁体装置不能运转。因此，失超现象的抑制在设计超导线圈上是重要的要素之一。
[0007]作为失超现象的起点的常导转变由各种原因引起。例如，当超导线圈本身由于它们受到的电磁力而变形时，随着该变形，通过超导线圈相对于卷架滑动而产生摩擦发热。从而可知，所产生的摩擦发热为使超导线圈的温度上升的重要原因。
[0008]在权利文献1中公开了以下技术，通过在卷架与超导线圈之间夹插有低摩擦材料来降低超导线圈相对于卷架发生滑动时产生摩擦发热。但是，随着近年的超导线圈的大容量化，电磁力增大，当摩擦发热的量随之变大时，存在仅通过形成低摩擦而不能充分得到抑制失超现象的效果。
[0009]在专利文献2中公开了以下技术，在卷架和超导线圈之间夹插有具有绝缘功能的衬垫，而且在衬垫和卷架之间夹插有低摩擦件，从而降低超导线圈相对于卷架滑动时产生的摩擦发热。[〇〇1〇]在此，如专利文献2所示，在构成为在卷架和超导线圈之间夹插有具有绝缘功能的衬垫的构造的情况下，前提是衬垫粘接于超导线圈。若不这样，则当在超导线圈和衬垫之间产生滑动时，该滑动时产生的摩擦发热会使超导线圈的温度上升。
[0011]在专利文献3中公开了以下技术，一种超导线圈，其包括:横贯多层卷绕的超导线； 夹插在该超导线的各层之间的由电绝缘性的树脂片所构成的绝缘片；以及填充于上述超导线和绝缘片之间的粘接性树脂，该超导线圈通过对上述绝缘片的表面进行易粘接处理，使超导线和绝缘片之间的粘接性牢固。
[0012]现有技术文献 [〇〇13]专利文献
[0014] 专利文献1:日本特开平9-139309号公报 [〇〇15] 专利文献2:日本特开2007-214466号公报 [〇〇16] 专利文献3:日本特开2006-120828号公报
【发明内容】
[〇〇17]发明所要解决的课题
[0018]可是，例如，在如NMR、MRI等地，要求高精度地生成稳定的强磁场时，现实中，用于这样的用途的超导线圈的尺寸精度通常极其严格。在此，若采用类似于专利文献1或专利文献2的超导线圈的结构，则其尺寸精度较大地依赖于卷架的加工精度。但是，若要确保卷架的加工精度，则存在制造工时变得非常多的问题。
[0019]另外，专利文献3所公开的、对绝缘片的表面进行易粘接处理，也会增加制造工时。
[0020]本发明鉴于上述的实情而提出，其目的在于提供一种能够同时实现抑制失超现象及降低制造工时的超导线圈。
[0021]用于解决课题的方案
[0022]为了解决上述课题，本发明的超导线圈最主要的特征在于，具有卷架、卷绕于该卷架的超导线材的绕线部、以及夹插在上述卷架及上述绕线部的间隙中的绝缘板，上述绝缘板在厚度方向上分离成多个，并构成为至少相对的分离面彼此能够滑动。
[0023]在本发明的超导线圈中，绝缘板在厚度方向上分离成多个，因此，例如，若从彼此厚度不同的多种绝缘板中选择形成与卷架及绕线部的间隙所对应的厚度的绝缘板的组合， 则能够通过绝缘板的组合体来修正卷架的尺寸误差。
[0024]其结果，不依赖于需要大量工时的卷架的加工精度，换言之，即使降低涉及卷架的加工的制造工时，也能够将涉及绕线部相对于卷架的配置的尺寸精度维持在高水准。
[0025]另外，绝缘板构成为至少相对的分离面彼此能够滑动，因此能够抑制伴随在相对的分离面的滑动的摩擦发热量，而且能够通过位于超导线材的绕线部侧的绝缘板，有效地对摩擦发热进行绝热。其结果，能够提高抑制失超现象的效果。
[0026]发明效果
[0027]根据本发明，能够提供一种能够同时实现抑制失超现象及降低制造工时的超导线圈。【附图说明】[〇〇28]图1是表示本发明的第一实施方式的超导线圈的纵向剖面的图。[〇〇29]图2是表示本发明的第一实施方式的超导线圈具有的绝缘板的层叠构造的图。 [〇〇3〇]图3是表示本发明的第二实施方式的超导线圈的纵向剖面的图。【具体实施方式】
[0031]以下，参照附图，对本发明的多个实施方式的超导线圈详细地进行说明。
[0032]〔本发明的第一实施方式的第一超导线圈11的结构〕
[0033]首先，参照图1及图2,对本发明的第一实施方式的第一超导线圈11的结构进行说明。
[0034]如图1所示，本发明的第一实施方式的第一超导线圈11具有以下单元而成，卷架 13、呈盘旋状卷绕于卷架13的超导线材15的绕线部16、以及夹插在卷架13及超导线材15的绕线部16的间隙中的绝缘板25。
[0035]卷架13由不锈钢等非磁性金属形成。卷架13具有大致圆柱状的基部13a以及从基部13a呈盘旋状延伸的凸缘部13b、13c，其纵向剖面形成为大致U字状。在卷架13中的大致U 字状的内部空间收纳有超导线材15的绕线部16。超导线材15的绕线部16通过使用了例如环氧树脂等树脂17的浸渍处理而一体化。
[0036]为了确保电绝缘性以及将超导线材15的绕线部16保持在要求的位置，在卷架13及超导线材15的绕线部16的间隙中夹插有平板状的绝缘板25。绝缘板25在厚度方向上分离成多个。详细而言，绝缘板25将位于卷架13侧的平板状的第一绝缘板21和位于超导线材15的绕线部16侧的平板状的第二绝缘板23在相对的分离面接合而成。[〇〇37]第一绝缘板21及第二绝缘板23具有共通的结构。因此，在对第一绝缘板21及第二绝缘板23的结构进行说明时，在无需特别地区分的情况下，将第一绝缘板21及第二绝缘板 23简单地统称为绝缘板25。
[0038]例如，如图2所示，绝缘板25在将由玻璃纤维形成的平板状的加固件31和热传导率低的平板状的绝缘件33交替层叠的状态下，使用环氧等的树脂进行浸渍处理，从而彼此粘接成型为平板状而构成。绝缘件33能够适当地使用能够以高水准确保绝缘性能及绝热性能的原料，例如，片状的聚酰亚胺。另外，绝缘件33的材质也可以为纤维增强塑料。[〇〇39]此外，在厚度方向上分离的第一绝缘板21及第二绝缘板23既可以是共通的材质， 也可以是各自不同的材质。
[0040]在第一绝缘板21及第二绝缘板23的上述相对的分离面之间夹插有类似例如片状的氟树脂的低摩擦件27。由此，在含有第一超导线圈11而成的第一超导磁体装置(未图示) 运转时，即使在超导线材15的绕线部16本身由于它们受到的电磁力而变形时，也能够使伴随该变形的绕线部16相对于卷架13的滑动在夹插有了低摩擦材27的上述相对的分离面之间进行。其结果，能够使在上述相对的分离面产生的摩擦发热的量降低，因此能够提高抑制失超现象的效果。
[0041]第二绝缘板23及超导线材15的绕线部16之间通过使用了环氧等的树脂17的浸渍处理而维持彼此粘接的状态并一体化。在该粘接时，优选对位于绕线部16侧的第二绝缘板 23中的与绕线部16相对的面实施类似于专利文献3公开的易粘接处理。
[0042]第一绝缘板21及卷架13之间可以粘接也可以不粘接。在本发明的第一实施方式的第一超导线圈11中，为了促进绕线部16相对于卷架13的滑动，第一绝缘板21及卷架13之间未粘接。在第一绝缘板21及卷架13之间，与第一绝缘板21及第二绝缘板23的上述相对的分离面之间同样地，夹插有类似例如片状的氟树脂的低摩擦件27。
[0043]简而言之，构成为，在含有第一超导线圈11而成的第一超导磁体装置(未图示)运转时，在超导线材15的绕线部16本身由于它们受到的电磁力而变形时，随着该变形的绕线部16相对于卷架13的滑动产生在第一绝缘板21及第二绝缘板23的上述相对的分离面之间、及/或在第一绝缘板21及卷架13之间，但是，不产生在第二绝缘板23及超导线材15的绕线部 16之间。其结果，能够使伴随上述变形的、绕线部16相对于卷架13的滑动在夹插有了低摩擦件27的面间进行。
[0044]因此，根据第一超导线圈11，能够使因上述的滑动而产生的摩擦发热的量降低，因此，能够提尚抑制失超现象的效果。
[0045]第二绝缘板23的厚度在考虑能够对因上述的滑动而产生的摩擦发热的量充分进行绝热后设计。具体而言，可以使用例如类似于专利文献2所记载的方法来决定第二绝缘板 23的厚度尺寸。在此，若设滑动距离5、面压〇、滑动面的摩擦系数y，则滑动发热量q能够如下表不。
[0046]q=ji〇5 ? ? ?(式1)
[0047]根据低摩擦件27的材质推测y，根据第一超导磁体装置的运转状态推测〇、8,其结果，算出发热量q。但是，滑动距离S及面压〇根据第一超导磁体装置的运转状态、即包括超导线材15的绕线部16的配置的超导磁体的结构而进行各种变化。
[0048]如上所述地算出的滑动发热量q向卷架13及绕线部16分别传导，以提高绕线部16 的温度的方式做功。此时，如下式，若绕线部16的上升温度AT低于温度裕度、即低于绕线部 16的能够抑制失超现象的上限值A Tmax，则能够抑制因滑动发热量q而引起的失超现象。
[0049]A T< A Tmax ? ? ?(式2)
[0050]绕线部16的上升温度A T能够通过变更第二绝缘板23的厚度尺寸来控制。也就是， 第二绝缘板23的厚度尺寸越厚，绝热性能就越高，另一方面，若变薄，则相反地，绝热性能降低。在此，若仅关注于绝热性能，则第二绝缘板23的厚度尺寸优选尽可能地加厚。但是，当使第二绝缘板23的厚度尺寸增大时，除了导致第二绝缘板23的成本增加外，第二绝缘板23的刚性也提高。从而，在第一超导磁体装置运转时，在绕线部16本身变形时，第二绝缘板23不随着绕线部16变形，因此，存在不能维持第二绝缘板23及绕线部16间的粘接关系的可能性。 若第二绝缘板23及绕线部16间剥离，则由于该剥离时产生的发热、剥离后由于第二绝缘板 23及绕线部16彼此滑动而产生的发热，存在引起失超现象的可能性。[〇〇51]因此，第二绝缘板23的厚度尺寸优选在满足式2的范围内尽可能薄地构成。[〇〇52]第一绝缘板21的厚度尺寸在考虑卷架13的加工精度、卷架13及绕线部16的间隙尺寸、以及第二绝缘板23的厚度尺寸后，以填补与卷架13及绕线部16的间隙所对应的空隙的方式适当选择。具体而言，例如，作为第一绝缘板21的厚度尺寸，可以以每0.1_的差距准备彼此厚度不同的多种绝缘板，根据卷架13的加工精度，以能够以要求的尺寸精度对绕线部 16进行绕线的方式，选择性使用合适的厚度的绝缘板。[〇〇53]这样一来，假设，即使卷架13的加工精度降低，作为第一绝缘板21的厚度尺寸，通过选择性使用能够填补与卷架13及绕线部16的间隙所对应的空隙的尺寸，也能够将绕线部 16相对于卷架13的配置调整至合适的位置。此外，第一绝缘板21及第二绝缘板23的厚度尺寸的合计在考虑失超现象产生时将产生的最大电压后，设定成能够确保卷架13及绕线部16 之间的电绝缘的厚度。[〇〇54]根据这样地结构，能够提供第一超导线圈11，其能够同时实现抑制失超现象及降低制造工时。[〇〇55]〔第一超导线圈11的作用效果〕
[0056]第一超导线圈11具有卷架13、卷绕于卷架13的超导线材15的绕线部16、以及夹插在卷架13及绕线部16的间隙中的绝缘板25,绝缘板25在厚度方向上分离成多个，且构成为至少相对的分离面彼此能够滑动。[〇〇57]在第一超导线圈11中，绝缘板25在厚度方向上分离成多个，因此，例如，若从彼此厚度不同的多种绝缘板25中选择形成与卷架13及绕线部16的间隙所对应的厚度的绝缘板 25的组合，则能够通过绝缘板25的组合体来修正卷架13的尺寸误差。换言之，在卷架13及绕线部16的间隙中，以填充与该间隙所对应的空隙的方式，组合彼此厚度不同的绝缘板25,并将其夹插。其结果，不依赖于需要大量工时的卷架13的加工精度，换言之，即使降低涉及卷架13的加工的制造工时，也能够将涉及绕线部16相对于卷架13的配置的尺寸精度维持在高水准。
[0058]另外，绝缘板25构成为至少相对的分离面彼此能够滑动，由此，能够抑制伴随在相对的分离面的滑动的摩擦发热的量，而且通过位于超导线材15的绕线部16侧的第二绝缘板 23，能够有效地对摩擦发热进行绝热。[〇〇59]而且，绝缘板25在厚度方向上分离成多个，因此，能够将位于超导线材15的绕线部 16侧的第二绝缘板23的厚度构成得比目前相对薄。其结果，能够减弱位于超导线材15的绕线部16侧的第二绝缘板23的刚性。因此，不易引起伴随与第一超导磁体装置的运转共存而引起的绕线部16的变形的绕线部16与第二绝缘板23的粘接剥离，维持绕线部16与第二绝缘板23之间的粘接关系。其结果，能够抑制该粘接面的滑动带来的发热，提高抑制失超现象的效果。
[0060]因此，根据第一超导线圈11，能够提供一种能够同时实现抑制失超现象及降低制造工时的超导线圈。
[0061]另外，在第一超导线圈11中，也可以采用以下结构，S卩，在厚度方向上分离成多个的多个绝缘板25中的夹插在卷架13侧的第一绝缘板21是从彼此厚度不同的多种绝缘板25 中以填充与上述间隙所对应的空隙的方式所选择的绝缘板。
[0062]根据这样的结构，夹插在卷架13侧的第一绝缘板21是从彼此厚度不同的多种绝缘板25中以填充与上述间隙所对应的空隙的方式所选择的绝缘板，因此，能够通过填充以与上述间隙所对应的空隙的方式所选择的绝缘板来修正卷架13的尺寸误差。其结果，不依赖于需要大量工时的卷架13的加工精度，换言之，即使降低卷架13的加工的制造工时，也能够将绕线部16相对于卷架13的配置的尺寸精度维持在高水准。
[0063]另外，在第一超导线圈11中，也可以采用以下结构，S卩，在厚度方向上分离成多个的绝缘板25中相对的分离面之间夹插有低摩擦件27。
[0064]根据这样地结构，在厚度方向上分离成多个的绝缘板25中相对的分离面之间夹插有低摩擦件(例如，片状氟树脂)27,因此，能够抑制随着在相对的分离面的滑动的摩擦发热的量。其结果，能够提高抑制失超现象的效果。
[0065]另外，在第一超导线圈11中，也可以采用以下结构，S卩，超导线材15的绕线部16通过使用了树脂17的浸渍处理而一体化，而且，对于在厚度方向上分离成多个的绝缘板25,对位于绕线部16侧的第二绝缘板23中的与绕线部16相对的面进行易粘接处理。
[0066]根据这样地结构，在第一超导磁体装置运转时，即使产生绕线部16的变形，也不易引起随着绕线部16的变形而产生的绕线部16与第二绝缘板23的粘接剥离，维持绕线部16和第二绝缘板23之间的粘接关系。其结果，能够抑制该粘接面的滑动引起的发热，提高抑制失超现象的效果。[〇〇67]〔本发明的第二实施方式的第二超导线圈101的结构〕
[0068]接下来，参照图3,对本发明的第二实施方式的第二超导线圈101的结构进行说明。 [〇〇69]本发明的第二实施方式的第二超导线圈101存在与上述的第一实施方式的第一超导线圈11共通的部分。因此，通过对第一超导线圈11及第二超导线圈101间的不同点进行说明，代替为对第二实施方式的第二超导线圈101的说明。
[0070]如图3所示，在本发明的第二实施方式的第二超导线圈101中，设有束缚件35,束缚件35以从外侧堵塞卷架13具有的大致U字状的空间的方式设置。束缚件35形成为大致圆柱状。束缚件35起到抑制由在绕线部16产生的电磁力引起的、绕线部16相对于卷架13的滑动的功能。[0071 ]在束缚件35及超导线材15的绕线部16的间隙中与第一超导线圈11同样地夹插有绝缘板25。绝缘板25在由第一绝缘板21及第二绝缘板23构成的点、及在第一绝缘板21及第二绝缘板23之间夹插有低摩擦件27的点上，与第一超导线圈11相同。束缚件35使用例如冷缩配合这样的方法来设置于绕线部16。因此，在束缚件35和第一及第二绝缘板21、23、低摩擦件27、绕线部16之间产生面压。束缚件35利用上述的面压进行保持。
[0072]此外，第一及第二绝缘板21、23的厚度尺寸的决定方法与第一超导线圈11相同，因此省略其重复的说明。[〇〇73]〔第二超导线圈101的作用效果〕
[0074]在第二超导线圈101中，具有以从外侧堵塞卷架13中的大致U字状的空间的方式设置的束缚件35,在束缚件35及超导线材15的绕线部16的间隙夹插有绝缘板25,因此，在含有第二超导线圈101而构成的第二超导磁体装置(未图示)运转时，在超导线材15的绕线部16 本身由于它们受到的电磁力而变形时，能够使伴随该变形的、束缚件35相对于绕线部16沿着相对面的方向的滑动在夹插有低摩擦件27的第一及第二绝缘板21、23的面间进行。
[0075]因此，根据第二超导线圈101，能够在绕线部16本身由于它们受到的电磁力而变形时，使因伴随该变形的、束缚件35相对于绕线部16沿着相对面的方向的滑动而产生的摩擦发热的量降低，而且通过第二绝缘板23所起到的绝热作用，能够提高抑制失超现象的效果。
[0076]另外，在第二超导线圈101中，也可以采用以下结构，S卩，在厚度方向上分离成多个的多个绝缘板25中的夹插在卷架13侧的第一绝缘板21是从彼此厚度不同的多种绝缘板25 中以填充与卷架13及超导线材15的绕线部16的间隙所对应的空隙的方式所选择的绝缘板。 [〇〇77]根据这样地结构，夹插在卷架13侧的第一绝缘板21是从彼此厚度不同的多种绝缘板25中以填充与上述间隙所对应的空隙的方式所选择的绝缘板，因此，能够通过以填充与上述间隙所对应的空隙的方式所选择的绝缘板来修正卷架13的尺寸误差。其结果，不依赖于需要大量工时的卷架13的加工精度，换言之，即使降低涉及卷架13的加工的制造工时，也能够将涉及绕线部16相对于卷架13的配置的尺寸精度维持在高水准。[〇〇78]〔其它实施方式〕[〇〇79]以上说明了的多个实施方式示出了本发明的具体化的例。因此，并不由这些限定性解释本发明的技术范围。因为本发明能够不脱离其宗旨或主要的特征地，以各种形式实施。
[0080]例如，在本发明的第一及第二实施方式的说明中，虽然示例地说明了由第一绝缘板21及第二绝缘板23构成的绝缘板25,但是，本发明不限定于该例子。绝缘板25只要在厚度方向上分离成多个即可，不管该个数为多少。
[0081]另外，在本发明的第一及第二实施方式的说明中，对在将绝缘板25在厚度方向上分离成多个时，给出了设置成与第一绝缘板21相对于卷架13的相对面、或者、第二绝缘板23 相对于绕线部16的相对面正对的例子来说明第一绝缘板21及第二绝缘板23间的分离面，但是，本发明并不限定于该例。也可以将第一绝缘板21及第二绝缘板23间的分离面设置成相对于、第一绝缘板21相对于卷架13的相对面或者第二绝缘板23相对于绕线部16的相对面倾斜。[〇〇82]符号的说明[〇〇83]11 一第一超导线圈(超导线圈)，13—卷架，15—超导线材，16—绕线部，21—第一绝缘板(绝缘板)，23—第二绝缘板(绝缘板)，25—绝缘板，27—低摩擦件，35—束缚件， 101 —第二超导线圈(超导线圈)。
【主权项】
1.一种超导线圈，其特征在于，具有:卷架；卷绕于该卷架的超导线材的绕线部；以及夹插在上述卷架及上述超导线材的绕线部的间隙中的绝缘板，上述绝缘板在厚度方向上分离成多个，且构成为至少相对的分离面彼此能够滑动。2.根据权利要求1所述的超导线圈，其特征在于，在上述间隙，以填充与该间隙所对应的空隙的方式，组合并夹插有彼此厚度不同的绝 缘板。3.根据权利要求1或2所述的超导线圈，其特征在于，在上述厚度方向上分离成多个的绝缘板中上述相对的分离面之间夹插有低摩擦件。4.根据权利要求3所述的超导线圈，其特征在于，上述低摩擦件是氟树脂片。5.根据权利要求1或2所述的超导线圈，其特征在于，上述超导线材的绕线部通过使用了树脂的浸渍处理而一体化，并且，对于在上述厚度 方向上分离成多个的绝缘板，对位于上述绕线部侧的绝缘板中与该绕线部相对的面实施易 粘接处理。6.—种超导线圈，其特征在于，具有:卷架；卷绕于该卷架的超导线材的绕线部；以及夹插在上述卷架及上述超导线材的绕线部的缝隙中的绝缘板，上述卷架的剖面形成为大致U字状，上述超导线材的绕线部收纳于上述卷架中上述大致U字状的空间中，上述绝缘板在厚度方向上分离成多个，且构成为至少相对的分离面彼此能够滑动，具有以从外侧堵塞上述卷架的上述大致U字状的空间的方式设置的束缚件，在上述束缚件及上述超导线材的绕线部的间隙夹插上述绝缘板。7.根据权利要求6所述的超导线圈，其特征在于，在上述间隙，以填充与该间隙所对应的空隙的方式，组合并夹插有彼此厚度不同的绝 缘板。
【文档编号】H01F6/06GK105993054SQ201580007298
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月5日
【发明人】安藤龙弥
【申请人】株式会社日立制作所