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Q)
-181-4. 4 一次撚線を用いた小型マグネットの特性
4. 4. 1 小型マグネットの設計と製作
開発したブロンズ法交流用線材の商用周波数での通電特性評価を行うために小 型マグネットを製作した。 巻き線には近接結合が見られず履歴損失が最も低下し たD線材の線径O. 16m mを使用して中心にsus線材を配置した7本(8 + 1 ) の一次撚線を製作した。 撚線はマグネットにした際に各層間の絶縁を取るため、
及び撚線を保護しその固定を確実にするために、 ガラス編組で絶縁被認を施した。
使用した撚線の断面写真を 図4-15に示す。
小型マグネットの設計方針として、 使用するバイポーラ電源の制約上250A-10V peakの範囲内で、 周波数50H zにおいて中心磁界0.5 T以上が発生可能なことを条 件とした設計がなされた。 製作方法は先ず2層毎に冷却チャンネルを設けたセラ
ミック製ボビンに撚線を巻き付けて固定し、 熱処理を施した後さらにエポキシ含 浸を行った。 生成熟処理は撚線の1 cとして磁界1 Tで100 A以上を目標に、 J c測 定と履歴損失の結果に基づいて6500C x 4 hを選択した。 表4-2に製作した撚線およ び小型マグネットの諸元を、 また図4-15にその外観を示す。
4. 4. 2 小型マグネットの交流損失
小型マグネットの交流損失測定は交流通電損失による液体ヘリウムの蒸発ガス をガスフローメターで測定することにより行われた。 図4-1 6にその測定ブロック 図を示す。 測定の 際にマグネットの交流損失以外の損失を極力少なくするためマ グネットは円筒形のFRPケースに入れられ、 電流リードはその外側に配置されてい る 。 ケースとクライオスタット内の圧力は同一にするために気圧計が取り付けら れ、 バル ブにより調節を行った口 蒸発したガス量は最終的に一気圧、 室温で測定 された。 損失の校正はケース内に設置したマンガニンヒーターにより行い、 その
-182-St工and Dìameter
Filament diameteど Twìst pìtch
0.16 mm
0.31μm 1.65 mm
表4-2 製作された小型マグネットと巻き線に使用した撚線の諸元
Stranded cable
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u w n n N T 工 工
6 + 1 4 mm
braided glass 0.8 mm
923K X斗H 257A Heat trea七ment
Cどitical cu工rent at 1T
Coil 工nneど boどe diameter
Ou七er bore diameter
10.1 mm
36.1 mm
25 mm
10
0.0075TjA 0.38 mH
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e 七 y n a a l st e gι n c o o n c a h
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e u --n L N F 工
-183-図4-15 小型マグネットの巻き線に使用したD線材O.16mmの一次撚線の断面写 真、 及び小型マグネットの外観。
-184-Jh
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V1
図4-16 蒸発法による小型マグネットの交流通電損失測定ブロック図
-185-POWER SUPPLIES
分解能は数mWである。
交流通電損失の測定は周波数10Hz"-50Hzでマグネットの中心磁界0.lT"'0.7 Tの範囲で実施した。 ガス流量測定は蒸発ガスが安定した定常状態で1 0分間の 流量の平均値をとり、 ヒータ一校正値と比較して求めた。 測定結果を図4-17に示 す。 さらに中心sus線を除いた線材体積当たりの損失を図4-18に示す。 周波数 の増加に伴って交流損失は増加するが、 その損失は中心磁界のほぼl乗に比例し ている。 50Hzでの中心磁界::f::: 0.51'時の損失は178kW/m3であり、 今までに交流用 として開発された各製法によるNb3Sn�:泉材と比較して大幅に減少した[25，77J。 図
4-19にlサイクル当たりの線材の交流損失を示す。 周波数依存性は顕著でなく 結合損失がほとんど無いことがわかる。 実際の素線の履歴損失は周波数50Hz、
::f::: 0.5 Tで350kW/m3であり、 また結合損失はフィラメント聞の垂直比抵抗ρ上= 2.
5X10-a Q mを仮定すると27.6kW/m3となる。 従ってマグネット内部の磁場分布も考 慮するとマグネットの交流損失は素�:泉の履歴損失が主な損失であるといえる。
4. 4. 3 通電特性
小型マグネットにDC、 及びAC通電を行いクエンチ電流値を測定した。 例として 50H zにおけるクエンチ時の電流-電圧波形を図4-20に示す。 またマグネットの
ロードライン上におけるクエンチ点と撚線の1 c- B特性を合わせて図4-21に示す。
DCクエンチ電流は217Aに達し、 O. 1μV/mmの電界定義による1 c - B特性をロ ードライン上で少しオーバーしたリーズナブルな値であった。 このことは線材の 長尺化によってもフィラメントの均一性が損なわれていないこと、 またマグネッ ト製作時のハンドリングによる線材のダメージも無かったことを意味している。
一方、 ACクエンチ電流は周波数を上げるにつれ低下が観測され、 50Hzではロー ドライン上で1 cの約9害I}に相当する195Aであった。 今回使用した巻き線はl次 の7本(8 + 1 )撚線であるので各素線のインダクタンスは均ーであり、 また縦
-186
-500
口