[发明专利]超导线圈

说明书

本发明涉及超导线圈，特别是涉及由于可以利用小的电能产生强磁场，所以可适用于磁性分离、拉晶法等各种用途、尤其是可以在比较高的温度下使用的氧化物高温超导线圈。

以往是采用卷绕铜等常规电导体的线圈或卷绕在液氦温度下呈现超导现象的金属系超导体的线圈。

但是，如果用卷绕铜线的线圈产生强磁场，由于发热较大，必须强制流动水等使线圈冷却。因此，卷绕常规电导体的线圈存在消耗电能大、小型化欠缺、维护困难等问题。

而且，卷绕金属系超导体的线圈必须冷却到极低温(温度4K附近)，不仅存在冷却成本高的问题，而且由于在比热小的极低温下使用，所以稳定性恶劣，具有容易引起淬火的特性。

但是，氧化物高温超导线圈与金属系超导线圈相比，由于可以在比较高的温度下使用，所以可在比热大的领域使用，已经知道稳定性突出的好，期望作为更易于使用的超导磁体用的超导线圈实现实用化。

氧化物高温超导线在液氮温度呈现超导现象，但是在液氮温度下临界电流密度及其磁场特性不是很好。因此，目前氧化物高温超导线圈在液氮温度下，作为产生弱磁场的线圈使用。

氧化物高温超导线圈在液氮温度以下可以作为更高性能的线圈使用，但是实用中作为冷却媒介的液氦，成本高处理复杂。因此，正在尝试利用运转成本低廉而且容易处理的冷冻机，使氧化物高温超导线圈冷却至极低温使用。

以往，在浸渍冷却型金属系超导线圈的运转中，为了防止淬火，在比临界电流相当低的电流状态下运转，在基本不发热的状态使用超导线圈，或者在超导线中强制流动冷却媒介，留出可使冷却媒介充分通过超导线的周围的间隙，在冷却的状态下使用超导线圈。

另一方面，最近的传导冷却型的超导线圈，从线圈周围传导冷却，在线圈基本不发热的状态下使用。

也可以采用与金属系超导线圈相同的方式冷却氧化物高温超导线圈。但是，氧化物高温超导线圈由于临界温度高、常规电导转移缓慢，所以稳定性高、不容易淬火。因此，期望在达到临界电流附近的大电流下运转氧化物高温超导线圈。为了在达到临界电流附近的大电流下运转超导线圈，必须充分冷却超导线圈，特别是在采用冷冻机的传导冷却方法中，必须冷却超导线圈，使其不发生因微小发热而导致的温度上升。

由于利用冷冻机的传导冷却限制了冷却能力和冷却通道，所以难以有效地冷却。

按已有的方法仅从线圈周围进行传导冷却。超导线在线圈内的匝间电气绝缘，但是由于为了绝缘而使用的材料的导热非常差，所以通过从线圈周围的传导冷却，难以在低的热阻下冷却至线圈内部。亦即如果在线圈内部产生小的发热，则线圈温度上升非常大。因此，按已有的冷却方法，在线圈中所能允许的发热非常小，运转电流成为比临界电流更小的值。

氧化物高温超导线圈，期望由于氧化物高温超导线的稳定性高而可在接近临界电流的电流下运转。而且，在氧化物高温超导线圈中，由于n值(电流-电压特性的上升一方)小，所以在比临界电流小的电流每运转少许线圈就出现发热的倾向。就以上所述，为了运转氧化物高温超导线圈要求比以往更有效地冷却。

还有，n值采用以下关系式。

【数1】

而且，氧化物超导体具有磁场各向异性。为使氧化物超导体取向而成型的超导线材呈现磁场各向异性，对于与C轴并行的磁场较弱，临界电流的降低更大。氧化物超导体如果成型为带状则C轴通常与带面垂直地取向。

但是，在特开平8-316022号公报中，公开的超导线圈构造可以抑制绝缘导线相互间的摩擦，提高超导线与冷冻机之间的冷却性能。其公开的构造是，在如下构成的超导线圈中，亦即对由预定材质构成的超导线被覆无机绝缘层或者无机化的绝缘层，构成绝缘导线，而且卷绕绝缘导线形成卷线部之后，进行热处理构成超导线圈，如果进行400℃以上的热处理，则在热处理温度下软化或熔融的铝、或铝合金等的粘结材在绝缘导线卷绕时卷入卷线部。利用所谓的卷绕和反应法(线圈卷线后通过反应热处理生成超导体的方法)制成超导线圈。

但是，在此超导线圈中存在以下问题。

首先，这种超导线圈必须进行400℃以上的热处理。因此，由于构成绝缘层的材料的限制，所以自由度小。通常，作为其绝缘层的材料采用厚度大的。结果，构成超导线圈的线材所占比例小，超导线圈的性能降低。