(57)【要約】  コイル状の巻回に適し、直流電磁石用途に使用する金属組立体（1）。この金属組立体は、長手方向の延伸する絶縁型超電導ワイヤ（2）を有している。絶縁型超電導ワイヤは超電導ワイヤ（4）を有し、これは、金属母材（6）に埋め込まれた所定の温度領域内で超電導特性を呈する材料（5）と、超電導ワイヤに被覆として配設された電気絶縁層（7）とを有している。金属組立体はさらに、伝熱性材料を含む伝熱要素（3）を有し、これは、絶縁型超電導ワイヤを少なくとも部分的に囲繞して、金属組立体がコイル状に巻回された状態では等方性または実質的に等方性の熱伝導特性を呈する層として配設されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に延伸する少なくとも１つの絶縁型超電導ワイヤ（2）を含む金属組立体（1）において、該少なくとも１つの絶縁型超電導ワイヤ（2）は、
−金属母材（6）に埋め込まれた所定の温度領域内で超電導特性を呈する材料（5）を含む超電導ワイヤ（4）と、
−該超電導ワイヤ（4）に被覆として配設された電気絶縁層（7）とを含み、
該金属組立体（1）はさらに、伝熱性材料を含む伝熱要素（3）を含み、該伝熱性材料は、前記少なくとも１つの絶縁型超電導ワイヤ（2）を少なくとも部分的に囲繞して、前記金属組立体（1）がコイル状に巻回された状態では等方性または実質的に等方性の熱伝導特性を呈する層として配設されていることを特徴とする金属組立体。
【請求項２】
請求項１に記載の金属組立体において、前記伝熱要素（3）は、平均層厚が前記少なくとも１つの絶縁型超電導ワイヤ（2）の等価直径の少なくとも0.2倍、好ましくは少なくとも0.5倍であることを特徴とする金属組立体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の金属組立体において、前記伝熱要素（3）、および前記少なくとも１つの絶縁型超電導ワイヤ（2）内の金属母材（6）はともに、所定の温度領域内で超電導特性を呈する前記材料（5）の体積の少なくとも２倍、好ましくは少なくとも５倍の体積を有することを特徴とする金属組立体。
【請求項４】
前記請求項のいずれかに記載の金属組立体において、前記伝熱性材料は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、または銅およびアルミニウムを含む複合体から選択されることを特徴とする金属組立体。
【請求項５】
請求項４に記載の金属組立体において、前記伝熱性材料は、高純度銅、高純度アルミニウム、または銅被覆アルミニウム複合体から選択されることを特徴とする金属組立体。
【請求項６】
前記請求項のいずれかに記載の金属組立体において、前記電気絶縁層（7）は、少なくとも107Ωm、好ましくは少なくとも1010Ωmの比抵抗を有する絶縁体を含むことを特徴とする金属組立体。
【請求項７】
前記請求項のいずれかに記載の金属組立体において、前記電気絶縁層（7）は、好ましくはポリビニルアセタール樹脂（Formvar）、ポリエチレンイミン（PEI）、ポリエチレンテレフタラート（PET）、ガラス繊維、ポリエステル、およびポリイミド（PI）からなる群から選択されたポリマベースの絶縁体を含むことを特徴とする金属組立体。
【請求項８】
前記請求項のいずれかに記載の金属組立体において、該金属組立体はさらに、前記伝熱要素（3）に被覆として配設された高電気抵抗層を含むことを特徴とする金属組立体。
【請求項９】
請求項８に記載の金属組立体において、前記高電気抵抗層は、クロム、ニッケル、スズ、またはそれらの合金を含む金属層であることを特徴とする金属組立体。
【請求項１０】
請求項８に記載の金属組立体において、前記高電気抵抗層は、セラミック、または、例えば酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化チタン、酸化ジルコニウムもしくはアルミナ−酸化チタンを含む酸化物層であることを特徴とする金属組立体。
【請求項１１】
請求項８に記載の金属組立体において、前記高電気抵抗層は電気絶縁性有機ポリマフィルムであることを特徴とする金属組立体。
【請求項１２】
前記請求項のいずれかに記載の金属組立体において、該金属組立体（1）は、ワイヤ・イン・チャネル構造として構成され、前記少なくとも１つの絶縁型超電導ワイヤ（2）は、前記伝熱要素（3）にある長手方向溝に配設されていることを特徴とする金属組立体。
【請求項１３】
請求項１ないし11のいずれかに記載の金属組立体において、前記伝熱要素（3）は、前記少なくとも１つの絶縁型超電導ワイヤ（2）全体を囲繞する層として配設されていることを特徴とする金属組立体。
【請求項１４】
前記請求項のいずれかに記載の金属組立体において、該金属組立体はさらに、該金属組立体の最外側に配設された金属メッシュを含むことを特徴とする金属組立体。
【請求項１５】
前記請求項のいずれかに記載の金属組立体（1）を含むことを特徴とする電磁石用コイル。
【請求項１６】
請求項15に記載のコイルを含むことを特徴とする伝導冷却電磁石。
【請求項１７】
請求項15に記載のコイルを含むことを特徴とする寒剤冷却電磁石。
【発明の詳細な説明】
【発明の技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段に記載の絶縁型超電導ワイヤを含む金属組立体に関するものである。また、そのような金属組立体を含む電磁石用コイル、および伝導冷却電磁石にも関する。本発明による金属組立体は、寒剤冷却磁石にも使用できる。しかし、本発明の金属組立体は主に、核磁気共鳴（NMR）および磁気共鳴映像法（MRI）用途などにおける直流電磁石用途に用いることを企図しているが、これに限定されない。
【従来技術】
【０００２】
NbTiおよびNb3Snまたはそれらの誘導体などの低温超電導体は、典型的には4.2K（液体ヘリウム温度）で使用されて、研究用磁石、核磁気共鳴（NMR）および磁気共鳴映像法（MRI）用途などの超電導体用途において強磁界を生成する。湿式巻線、乾式巻線またはエポキシ注入などの様々なコイル巻線技術を使用して、そのような用途用に超電導磁石を設計することができる。これらの場合ではすべて、コイルは、外縁が電気絶縁層で被覆された超電導ワイヤを有し、電気絶縁層は、ポリビニルアセタール樹脂（Formvar）、ポリエチレンイミン（PEI）、ポリエチレンテレフタラート（PET）、ガラス繊維、ポリエステル、ポリイミド（PI）、その他などであり、ワイヤ巻回と磁石の各層との間の断熱も形成している。このような絶縁構造をうまく使用できるか否かは、液体ヘリウムのコイル巻線を効果的に冷却する能力に強く依存する。
【０００３】
液体ヘリウムが払底しているので、超電導体用途において液体ヘリウムの必要性を最小にする努力が続けられている。例えば、液体ヘリウムなしで乾式使用可能な新しい磁石、すなわち、いわゆる寒剤冷却磁石または伝導冷却磁石があり、これは、コイル巻線が真空中にあって磁石巻線に接続された伝熱要素を通して極低温ポンプで冷却を行なう。例えば、巻線の内側部分の冷却は、別の伝熱路を配設して、例えば銅またはアルミニウムの伝熱要素を別に設けることによって改善できる。しかし、そのような方法で磁石に対して十分効果的な冷却を達成することは困難である。別の問題点は、この方法を用いるように設けられた磁石は、全体の電流密度が減少してしまい、したがって低磁界であるか、そうでなければ、同じ磁界を生成するには、さらに嵩張った高価な超電導ワイヤを使用することになることである。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、絶縁型超電導ワイヤを含む従来技術の金属組立体に対して少なくともある面で改良された絶縁型超電導ワイヤを含む金属組立体を提供することを目的とする。とくに、伝導冷却超電導磁石内で使用され磁石のより効率的な冷却が可能な金属組立体を提供することを目的とする。他の目的は、上述したような公知の伝導冷却磁石に比べて磁石の大きさを減らすことが可能であって、伝導冷却超電導磁石内で使用される金属組立体を提供することである。
【０００５】
これらの目的は、長手方向に延伸する少なくとも１つの絶縁型超電導ワイヤを含む次のような金属組立体によって達成される。すなわち、この金属組立体は、少なくとも１つの絶縁型超電導ワイヤのそれぞれが、
−金属母材に埋め込まれた所定の温度領域内で超電導特性を呈する材料を含む超電導ワイヤと、
−超電導ワイヤに被覆として配設された電気絶縁層とを含むものである。
【０００６】
本金属組立体はさらに、伝熱性材料を含む伝熱要素を含み、これは、少なくとも１つの絶縁型超電導ワイヤを少なくとも部分的に囲繞して、金属組立体がコイル状に巻回された状態では、等方性または実質的に等方性の熱伝導特性を呈する層として配設されていることを特徴としている。
【０００７】
本発明による金属組立体を使用すると、電磁石のコイル巻線内での熱伝導が改善された伝導冷却超電導磁石を達成することができる。伝熱要素は、少なくとも１つの絶縁型超電導ワイヤの電気絶縁層の少なくとも一部分に対して密な接触で配設され、金属組立体がコイル状に巻回された状態で、コイル巻線内で全方向に熱伝導が可能となる。数層を有するコイルでは、コイルの内側層が伝熱要素を介して冷却されて、コイルの冷却要素が配置されている他の層に対する熱伝導路を形成する。勿論、これに代わって、またはこれに加えて、磁石構成の観点から最も便利または最も費用効果のある事項に応じて冷却要素をコイルの内側層または中間層に配置することもできる。コイル巻線内で３次元等方性熱伝導を達成する伝熱要素を使用すれば、最少のヘリウムの使用で熱を効率的に除去することができる。本発明による金属組立体では、伝熱要素は、少なくとも１つの絶縁型超電導ワイヤと一体化し、したがってコイル状に巻回された本組立体を含む磁石は、金属シート状の伝熱要素をコイル巻線の一連の層の間に挿入しなければならない電磁石に比べてはるかにコンパクトにすることができる。本金属組立体は、直流電磁石用途に使用するのにとくに適している。
【０００８】
本発明の一実施例によれば、伝熱要素は、平均層厚が少なくとも１つの絶縁型超電導ワイヤの等価直径の少なくとも0.2倍、好ましくは少なくとも0.5倍である。そのような層厚の場合、金属組立体の熱伝導特性は、金属組立体を数巻回および数層のコイル状に巻回した状態で等方性となる。用いる層厚が小さすぎると、コイルの横断方向の熱伝導が不十分となることがあり、したがってコイル巻線の冷却の効率が低下してしまう。ここで、絶縁型超電導ワイヤの等価直径とは、絶縁型超電導ワイヤの実際の断面積に等しい断面積の丸型ワイヤの直径として理解される。丸型ワイヤの場合、等価直径はワイヤの直径となる。
【０００９】
本発明の一実施例によれば、伝熱要素、および少なくとも１つの絶縁型超電導ワイヤ内の金属母材はともに、所定の温度領域内で超電導特性を呈する材料の体積の少なくとも２倍、好ましくは少なくとも５倍の体積を有する。そのような体積比の場合、本電磁石は、クエンチした場合、つまり通常の抵抗状態になっても、保護される。さらに、この体積比によれば、伝熱要素の等方熱伝導特性を達成可能な十分な層厚が可能となる。
【００１０】
本発明の一実施例によれば、伝熱性材料は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、または銅およびアルミニウムを含む複合体から選択される。これらの材料は、必要な安定化を供し、低温での良好な熱伝導特性を有している。軽重量が好ましければ、アルミニウム合金、または銅およびアルミニウムを含む複合体を使用できる。
【００１１】
本発明の好ましい実施例によれば、伝熱性材料は、高純度銅、高純度アルミニウム、または銅被覆アルミニウム複合体から選択される。高純度の銅およびアルミニウムは、低温での熱伝導特性に優れ、銅被覆アルミニウム複合体は、高い機械的強度とともに低重量が望ましい場合に使用できる。
【００１２】
本発明の好ましい実施例によれば、電気絶縁層は、少なくとも107Ωm、好ましくは少なくとも1010Ωmの比抵抗を有する絶縁体を含んでいる。これによって、1kVを十分に上回っても優れた絶縁および誘電体強度をもたらすことができる。このように、本電気絶縁層は、超電導磁石がクエンチするような高い電圧差にも、致命的な短絡を生ずることなく耐えることができる。
【００１３】
本発明の一実施例によれば、電気絶縁層は、好ましくはポリビニルアセタール樹脂（Formvar）、ポリエチレンイミン（PEI）、ポリエチレンテレフタラート（PET）、ガラス繊維、ポリエステル、およびポリイミド（PI）からなる群から選択されたポリマベースの絶縁体を含む。優れた電気的絶縁を供する他、ポリマベースの絶縁体は、可撓性があるという別の利点も有している。これによって本金属組立体は、電気絶縁層を損傷する危険性が減るので、さらに容易に扱うことができる。
【００１４】
本発明の一実施例によれば、金属組立体はさらに、伝熱要素に被覆として配設された高電気抵抗層を含む。このような層は、伝熱要素に比べて相対的に薄くすべきであり、伝熱要素において、さもなくば望ましくない加熱を生ずることのある渦電流を防ぐのに有用である。金属組立体を主に高真空で使用することを企図している場合は、高電気抵抗層の部分蒸発圧力が低いことが好ましい。ここで、高電気抵抗層とは、超電導線条を埋め込む金属母材に比べて低温での比抵抗が相対的に高い、例えば金属母材よりも少なくとも10倍、好ましくは100倍を超える高い比抵抗を有する層として理解される。
【００１５】
本発明の一実施例によれば、前記高電気抵抗層は、クロム、ニッケル、スズ、インジウム、またはそれらの合金を含む金属層である。これらの元素はすべて、部分蒸発圧力が低くて比抵抗が高く、薄い被覆として形成可能である。
【００１６】
本発明の他の実施例によれば、前記高電気抵抗層は、セラミック、または、例えば酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化チタン、酸化ジルコニウムもしくはアルミナ−酸化チタンを含む酸化物層である。
【００１７】
本発明の他の実施例によれば、前記高電気抵抗層は、電気絶縁性有機ポリマフィルムである。このフィルムは、ポリビニルアセタール樹脂、PEI、PIもしくはPETまたは同等物からなっていてもよい。このようなフィルムは断熱特性も有するが、高電気抵抗層の厚さが100μm未満、好ましくは10μm未満など、十分に薄い場合は、金属組立体を含むコイルにおける全体の熱伝導は、依然として十分である。
【００１８】
本発明の一実施例によれば、金属組立体はワイヤ・イン・チャネル構造として構成され、少なくとも１つの絶縁型超電導ワイヤは、伝熱要素にある長手方向の溝に配設されている。そこで、導路は伝熱要素に形成される。伝熱要素が絶縁型超電導ワイヤを完全には覆っていなくても、数層のコイル状に巻回されれば、絶縁型超電導ワイヤの一連の巻回はそれぞれ、伝熱性材料で囲繞されることになる。したがって、コイルの熱伝導特性は依然として等方性である。好ましくは、この実施例の金属組立体は、矩形または実質的に矩形の横断面を有し、コイルを巻回すると高い充填率が達成される。
【００１９】
本発明の他の実施例によれば、伝熱要素は、少なくとも１つの絶縁型超電導ワイヤ全体を囲繞する層として配設されている。このような伝熱要素によって、本金属組立体を含むコイル巻線には、丸型断面が望ましい場合、またはコイル巻線が堅固に巻回されない場合でも、全方向の冷却導路が達成される。
【００２０】
本発明の一実施例によれば、金属組立体はさらに、金属組立体の最外側に配設された金属メッシュを含んでいる。このような伝熱要素の外側に配設された金属メッシュは、金属組立体を含むコイル巻線をエポキシ注入によって固定する場合に有用である。金属メッシュによって、一方では、エポキシが金属組立体内へ注入されて金属組立体を効果的に係止可能となり、他方では、コイルを含む電磁石の作動中、一連のコイル巻回と層の間に熱伝導架橋が達成される。
【００２１】
本発明は、上述したような本発明による金属組立体を含む電磁石用コイル、そのようなコイルを含む伝導冷却電磁石、およびそのようなコイルを含む寒剤冷却電磁石にも関する。伝導冷却磁石は、寒剤冷却、または寒剤なしのいずれでもよい。そのようなコイルおよび電磁石の好ましい実施例および利点は、上述したものと同じである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
添付図面を参照して以下に本発明を詳細に説明する。各図は以下の通りである。
【図１】本発明の第１の実施例による金属組立体の断面を概略的に示す図である。
【図２】本発明の第２の実施例による金属組立体の断面を概略的に示す図である。
【図３】本発明の第３の実施例による金属組立体の断面を概略的に示す図である。
【図４】本発明の第４の実施例による金属組立体の断面を概略的に示す図である。
【図５】本発明の第５の実施例による金属組立体の断面を概略的に示す図である。
【図６】本発明の第６の実施例による金属組立体の断面を概略的に示す図である。
【図７】本発明の第７の実施例による金属組立体の断面を概略的に示す図である。
【発明の実施例の詳細な説明】
【００２３】
本発明による金属組立体の７つの異なった実施例の横断面を図１〜図７に概略的に示す。図示のすべての実施例について、同じまたは類似の要素を指定するのに同じ参照符号を使用している。
【００２４】
本発明による金属組立体１の第１の実施例を図１に示す。本実施例による金属組立体１は、長手方向に延伸する絶縁型超電導ワイヤ２を有するいわゆるワイヤ・イン・チャネル構造であり、ワイヤは、伝熱要素３に形成された溝に挿入されている。絶縁型超電導ワイヤ２は超電導ワイヤ４を含み、これは、金属母材６に埋め込まれ所定の温度領域内で超電導特性を呈する材料の線条５からなる。絶縁型超電導ワイヤ２はさらに、超電導ワイヤ４の被覆として配設された電気絶縁層７を有している。絶縁型超電導ワイヤ２は図示の実施例では円形断面を有している。しかし、例えば高いアスペクト比の導体形状が好ましい場合は、矩形または正方形の形状でもよい。
【００２５】
絶縁型超電導ワイヤ２と伝熱要素３の間の接触を密にするためには、絶縁型超電導ワイヤは、適切な金属成形法、例えば矩形開口を有するダイによる引抜き、または、例えば、いわゆる４ロール・トルコヘッドを用いた圧延によって、溝に機械的に固定してもよい。密な接触は、例えば絶縁型超電導ワイヤの表面にエポキシを原位置注入法で塗布することによって行なってもよい。いくつかの例では、本目的で特定の用途に応じて伝熱性エポキシ樹脂、または導電性が比較的低いか、もしくは比較的高いそれらの組成物を選択してもよい。
【００２６】
本発明による金属組立体１の第２の実施例を図２に示す。この実施例による金属組立体１が第１の実施例と異なる点は、伝熱要素３が絶縁型超電導ワイヤ２を全部覆っていることである。伝熱要素３は、厚さが均一の層の形をとり、したがって金属組立体は円形断面を有している。絶縁型超電導ワイヤ２は、第１の実施例と同じ要素からなり、円形断面を有する。
【００２７】
本発明による金属組立体１の第３実施例を図３に示す。第２の実施例のように、伝熱要素３は絶縁型超電導ワイヤ２全体を覆っている。この金属組立体１が第２の実施例の金属組立体１と異なる点は、絶縁型超電導ワイヤ２および金属組立体１が基本的には角の丸い矩形断面を有することである。
【００２８】
本発明による金属組立体１の第４の実施例を図４に示す。この実施例では、絶縁型超電導ワイヤ２が円形断面を有しながらも、金属組立体１は基本的には角の丸い矩形断面を有している。コイル状に巻回すると、この矩形の外側断面によって、円形断面に比べて充填率が増す。
【００２９】
第２、第３および第４の実施例による金属組立体１は、伝熱要素３を構成する材料、例えば金属ストリップで絶縁型超電導ワイヤ２を被覆することによって製造可能である。これは、ラッピングもしくは溶着などの周知の被覆加工技術を用いて、または低温押出し加工技術、好ましくは、いわゆるコンフォーム押出し加工処理などの連続押出し加工技術を用いて行なうことができる。好ましくは、押出し加工は、300°C未満の温度で行ない、その後、急速冷却を行なう。
【００３０】
本発明による金属組立体１の第５の実施例を図５に示す。この実施例では、絶縁型超電導ワイヤ２が複合伝熱要素３で覆われ、これは、アルミニウム層８と、アルミニウム層全体を覆う銅層９とを含んでいる。この実施例による金属組立体は、300°C未満の温度で低温押出し加工技術、好ましくはコンフォーム押出し加工処理などの連続押出し加工技術を用いて絶縁型超電導ワイヤ２をアルミニウムで被覆することによって製造可能である。その後、アルミニウム層８付絶縁型超電導ワイヤ２は、ケーブル工業で用いられる周知の被覆加工技術を使用して、例えば高純度銅で被覆する。
【００３１】
金属組立体１の第６の実施例を図６に示す。この実施例では、伝熱要素３に形成された溝にいくつかの絶縁型超電導ワイヤ２が挿入され、ワイヤ・イン・チャネル構造を形成している。絶縁型超電導ワイヤ２は、溝へ挿入する前にケーブル形状に整え、すなわちケーブル状にしてもよい。
【００３２】
本発明の第７の実施例による金属組立体１を図７に示す。この実施例では、いくつかの絶縁型超電導ワイヤ２は、それぞれが伝熱要素3'を含んで、互いに結束され、すなわちケーブル状をなし、大きい方の伝熱要素3"に形成された溝に挿入されている。伝熱要素3'、3"内の伝熱性材料の合計量は、達成金属組立体１をコイル状に巻回した場合に等方性熱伝導を達成する量にすべきである。
【００３３】
図２〜図５に示す実施例でも、単一の絶縁型超電導ワイヤ２をケーブルなどの絶縁型超電導ワイヤ束に変えてもよい。
【００３４】
図示の全実施例において、伝熱要素はさらに、薄い高電気抵抗層（図示せず）を形成する材料で被覆して金属組立体を覆うようにしもよい。そのような層は典型的には、1〜50μm、好ましくは1〜10μmの厚さであり、例えばクロム、ニッケル、スズ、インジウムおよびそれらの合金を含む金属層、セラミック層または酸化物層でもよく、これらは、低い部分蒸発圧力および高い電気比抵抗の両方を有する。スズ、インジウムおよびそれらの合金は、例え溶融金属被覆加工または電気メッキを用いて被覆することができるが、他の金属は、例えば電気メッキ、化学蒸着または物理蒸着を用いて被覆することができる。被覆は、伝熱要素および絶縁型超電導ワイヤの組立ての前または後で伝熱要素に設けてもよい。
【００３５】
高電気抵抗層は、ポリビニルアセタール樹脂、PEI、PET、PIまたは同等物などの有機ポリマ材料で形成してもよい。その場合、抵抗層は、好ましくは伝熱要素および絶縁型超電導ワイヤの組立て後に、例えば電子ビーム硬化または紫外線硬化を用いて雰囲気温度に近い温度、好ましくは300°C未満で伝熱要素の表面に形成する。上記有機ポリマ材料は断熱特性も有するが、1〜50μm、好ましくは1〜10μmの薄層である限り、金属組立体から形成されたコイルの巻線内に良好な熱伝導路が得られる。
【００３６】
図示の全実施例において、超電導ワイヤ４は、複数の円形状、矩形状または帯形状長尺体で製造可能ないずれの超電導性材料からなっていてもよい。超電導ワイヤ４は、例えばNbTiもしくはNb3Sn、またはそれらの合金などの材料の１本または複数本の線条５を含む、いわゆるクライオワイヤであってもよい。
【００３７】
線条５が埋め込まれた金属母材６は、高純度銅母材またはアルミニウムもしくはアルミニウム合金母材でよい。交流電磁石用途では、マンガンまたはニッケルとの合金をなす銅合金母材６に埋め込んだNbTi線条５が適切である。直流電磁石用途では、高純度銅母材に埋め込んだNbTi線条５が適切である。
【００３８】
Nb3Sn線条を使用する場合、それらのニオブ線条は、好ましくはスズを密に含む銅母材に埋め込み（いわゆるブロンズ法）、またはスズもしくはスズ合金由来の銅母材に埋め込み（いわゆる内部スズ法）、典型的にはニオブおよび／またはタンタル拡散障壁および安定化銅によって囲繞されている。伝熱要素と一体化する前に、ワイヤ、またはそれに代えてケーブル複合体を、例えば高温ガラス断熱材で断熱する。Nb3Sn超電導相を形成する高温反応がコイル巻線作業の前または後で発生することがある。高い反応温度によって、伝熱要素は、適切なクロム、セラミックまたは酸化物被覆で断熱される。
【００３９】
超電導ワイヤ４は、この超電導材料の50%を含むように正規化されるが、大きな体積で強磁界を生成するのに十分大きな電流を流せるようにするには、典型的には等価直径が0.5〜1.5mmである。
【００４０】
電気絶縁層７は、図示の全実施例において、NbTiの分野で典型的に使用される絶縁材料からなってよい。そのような材料には、セラミック絶縁体、ならびに、例えばポリビニルアセタール樹脂（Formvar）、ポリエチレンイミン（PEI）、ポリエチレンテレフタラート（PET）、ガラス繊維、ポリエステル、およびポリイミド（PI）からなる群から選択された絶縁体ベースのポリマがある。電気絶縁層７の厚さは、典型的には30〜100μmの間で変化し、巻回と層の間に十分な電気的絶縁を与え、超電導ワイヤ４の周縁を完全に覆うように構成されている。
【００４１】
伝熱要素３は、図示の全実施例において、好ましくは高純度極低温等級銅または高純度アルミニウムからなっている。また、最終製品の要求条件に応じて、銅被覆アルミニウム複合導路、すなわち図５に示すような銅合金もしくはアルミニウム合金の構造体からなっていてもよい。伝熱要素３は、好ましくは絶縁型超電導ワイヤ２に沿ってこれと密に接触する層の形をとり、その厚さは、絶縁型超電導ワイヤ２の周縁に沿って均一であるか、または周縁に沿って変化するかのいずれかである。この層は、絶縁型超電導ワイヤ２を完全に、または部分的に覆ってもよい。層が絶縁型超電導ワイヤ２を部分的にのみ覆う場合は、好ましくはワイヤ表面の主要部分を覆って、金属組立体１をコイル状に巻回したときに絶縁型超電導ワイヤ２が伝熱要素３の材料を囲繞するようにすべきである。
【００４２】
伝熱要素３は典型的には、超電導ワイヤ４の寸法に応じて平均層厚が0.10mm以上、好ましくは少なくとも0.50mmとすべきである。伝熱要素３は好ましくは、平均層厚が絶縁型超電導ワイヤ２の等価直径の少なくとも0.2倍、好ましくは少なくとも0.5倍である。伝熱要素３および絶縁型超電導ワイヤ２内の金属母材６はともに、体積が超電導線条５の、好ましくは少なくとも２倍、より好ましくは少なくとも５倍とすべきである。
【００４３】
図示の実施例のいずれによる金属組立体１も、寒剤冷却磁石、例えば液体ヘリウム冷却磁石、または他の例では寒剤なしの伝導冷却磁石に使用され、コイル状に巻回されて少なくとも１つの層、好ましくは数層の金属組立体１を有するソレノイドの形をとる。伝導冷却磁石において、伝熱要素３は、熱伝導を供する他、電気的安定性も供する。これは、運転中、超電導ワイヤ４が何らかの理由、例えば磁気的擾乱、磁束ジャンプ、機械的ワイヤ移動、その他によって通常状態から遷移する場合、とくに重要である。その場合、電流が自動的に伝熱要素３を通って流れ、超電導ワイヤ４は冷却されて超電導状態を回復できるようになる。
【００４４】
金属組立体１を含む電磁石巻線に使用されるコイルでは、金属組立体は、固定して金属組立体のコイル内での動きを防ぐようにしてもよい。金属組立体は、例えばエポキシ注入を使用して固定してもよい。その場合、好ましくは金属組立体に伝熱要素を覆う金属メッシュを設け、または伝熱要素の外側に被覆を設ける。金属メッシュは例えば、金属組立体の表面に被覆して、金属組立体の周りに編組された細い高純度銅またはアルミニウムワイヤの形をとってもよい。
【００４５】
絶縁型超電導ワイヤは、MgB2合金、または長尺状に製造し強磁界を生成するのに適したいずれの他の超電導性材料に基づくものでもよく、既存技術による構成のワイヤ設計を用いてもよい。
【００４６】
勿論、本発明は、上述した実施例に何ら限定されず、添付の各請求項に記載の発明の範囲を逸脱することなくそれらを変形する多くの可能性があることは、当業者に明瞭であろう。
【図１】
2017533579.tif 000003
【図２】
2017533579.tif 000004
【図３】
2017533579.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年6月20日(2016.6.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に延伸する少なくとも１つの絶縁型超電導ワイヤ（2）を含む金属組立体（1）において、該少なくとも１つの絶縁型超電導ワイヤ（2）は、
−金属母材（6）に埋め込まれた所定の温度領域内で超電導特性を呈する材料（5）を含む超電導ワイヤ（4）と、
−該超電導ワイヤ（4）に被覆として配設された電気絶縁層（7）とを含み、該電気絶縁層（7）は、少なくとも107Ωmの比抵抗を有するポリマベースの絶縁体を含み、
該金属組立体（1）はさらに、伝熱性材料を含む伝熱要素（3）を含み、該伝熱性材料は、前記少なくとも１つの絶縁型超電導ワイヤ（2）を少なくとも部分的に囲繞して、前記金属組立体（1）がコイル状に巻回された状態では等方性または実質的に等方性の熱伝導特性を呈する層として配設され、前記伝熱性材料は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、または銅およびアルミニウムを含む複合体から選択されることを特徴とする金属組立体。
【請求項２】
請求項１に記載の金属組立体において、前記伝熱要素（3）は、平均層厚が前記少なくとも１つの絶縁型超電導ワイヤ（2）の等価直径の少なくとも0.2倍、好ましくは少なくとも0.5倍であることを特徴とする金属組立体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の金属組立体において、前記伝熱要素（3）、および前記少なくとも１つの絶縁型超電導ワイヤ（2）内の金属母材（6）はともに、所定の温度領域内で超電導特性を呈する前記材料（5）の体積の少なくとも２倍、好ましくは少なくとも５倍の体積を有することを特徴とする金属組立体。
【請求項４】
前記請求項のいずれかに記載の金属組立体において、前記伝熱性材料は、高純度銅、高純度アルミニウム、または銅被覆アルミニウム複合体から選択されることを特徴とする金属組立体。
【請求項５】
前記請求項のいずれかに記載の金属組立体において、前記電気絶縁層（7）は、少なくとも1010Ωmの比抵抗を有する絶縁体を含むことを特徴とする金属組立体。
【請求項６】
前記請求項のいずれかに記載の金属組立体において、前記ポリマベースの絶縁体は、ポリビニルアセタール樹脂（Formvar）、ポリエチレンイミン（PEI）、ポリエチレンテレフタラート（PET）、ガラス繊維、ポリエステル、およびポリイミド（PI）からなる群から選択されることを特徴とする金属組立体。
【請求項７】
前記請求項のいずれかに記載の金属組立体において、該金属組立体はさらに、前記伝熱要素（3）に被覆として配設された高電気抵抗層を含むことを特徴とする金属組立体。
【請求項８】
請求項７に記載の金属組立体において、前記高電気抵抗層は、クロム、ニッケル、スズ、またはそれらの合金を含む金属層であることを特徴とする金属組立体。
【請求項９】
請求項７に記載の金属組立体において、前記高電気抵抗層は、セラミック、または、例えば酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化チタン、酸化ジルコニウムもしくはアルミナ−酸化チタンを含む酸化物層であることを特徴とする金属組立体。
【請求項１０】
請求項７に記載の金属組立体において、前記高電気抵抗層は電気絶縁性有機ポリマフィルムであることを特徴とする金属組立体。
【請求項１１】
前記請求項のいずれかに記載の金属組立体において、該金属組立体（1）は、ワイヤ・イン・チャネル構造として構成され、前記少なくとも１つの絶縁型超電導ワイヤ（2）は、前記伝熱要素（3）にある長手方向溝に配設されていることを特徴とする金属組立体。
【請求項１２】
請求項１ないし10のいずれかに記載の金属組立体において、前記伝熱要素（3）は、前記少なくとも１つの絶縁型超電導ワイヤ（2）全体を囲繞する層として配設されていることを特徴とする金属組立体。
【請求項１３】
前記請求項のいずれかに記載の金属組立体において、該金属組立体はさらに、該金属組立体の最外側に配設された金属メッシュを含むことを特徴とする金属組立体。
【請求項１４】
前記請求項のいずれかに記載の金属組立体（1）を含むことを特徴とする電磁石用コイル。
【請求項１５】
請求項14に記載のコイルを含むことを特徴とする伝導冷却電磁石。
【請求項１６】
請求項14に記載のコイルを含むことを特徴とする寒剤冷却電磁石。
【国際調査報告】
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