JP2003505877A - 超伝導磁気コイル - Google Patents

超伝導磁気コイル

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Abstract

(57)【要約】 超伝導コイル（１０）および製造方法は、超伝導コイル（１０）の軸線（１６）の周囲に同心的に巻回され、かつ軸線（１６）に沿って配設されて、軸線（１６）に沿う方向においてコイル（１０）の第１端部から第２端部まで漸進的に減少する寸法を有する開口（１９）を画定する超伝導体テープ（１２）を備える。超伝導体テープ（１２）の各ターンはコイル（１０）の軸線（１６）にほぼ平行に維持された広幅面を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】連邦支援による研究に関する説明 本発明は、エネルギ省によりリライアンスエレクトリック社（Ｒｅｌｉａｎｃ
ｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏ．）に与えられた本契約第ＤＥ−ＦＣ３６−９３Ｃ
Ｈ１０５８０号に基づく政府支援により為されたものである。米国政府は、本発
明に基づく一定の権利を有する。
【０００２】発明の背景 本発明は超伝導磁気コイルに関する。 超伝導体は、ソレノイド、多重極磁石などの超伝導磁気コイルを作製するため
に使用され得、前記超伝導磁気コイルでは超伝導体はコイル状に巻回されている
。超伝導体が超伝導状態で存在し得るに十分なほどコイルの温度が低い場合、電
流容量、ならびに、該コイルにより生成される磁界の大きさは相当に増大される
。
【０００３】 典型的な超伝導材料としては、ニオブ−チタン、ニオブ−スズ、ならびに、希
土類−銅−酸化物系（すなわちＹＢＣＯ）、タリウム−バリウム−カルシウム−
銅−酸化物系（すなわちＴＢＣＣＯ）、水銀−バリウム−カルシウム−銅−酸化
物系（すなわちＨｇＢＣＣＯ）およびビスマス−ストロンチウム−カルシウム−
銅−酸化物系（鉛置換基を有するか又は鉛置換基を有さないもの、すなわち、（
Ｂｉ，Ｐｂ）2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏ10、Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏ10（ＢＳ
ＣＣＯ（２２２３））の要素（ｍｅｍｂｅｒ）などの銅酸化物セラミクスなどが
あり、これらは、これらの超伝導性および対応する大きな電流密度特性が比較的
高温（Ｔc ＝１０８°Ｋ）にて達成されることから特に良好に機能する。
【０００４】 特定の超伝導磁気コイルを作製する場合、超伝導体は、該導体がコアの直径の
周囲に周囲に湾曲さられ得る様に、薄いテープの形状に形成され得る。例えば高
温超伝導体（ＨＴＳ）は、マルチフィラメント複合超伝導体が、ほぼ該マルチフ
ィラメント複合導体の長さにわたって延在し、かつ一般には銀または他の貴金属
であるマトリクス形成材料により包囲された複数の別個の超伝導フィラメントを
備える薄いテープとして作製されることが多い。上記マトリクス形成材料は電気
を導通するが、それは超伝導ではない。上記超伝導フィラメントおよびマトリク
ス形成材料は協働して、上記マルチフィラメント複合導体を形成する。特定の用
途において上記超伝導フィラメントおよびマトリクス形成材料は、絶縁層内（図
示せず）に収納される。
【０００５】 超伝導テープを巻回して磁気コイルとする一つの手法は、パンケーキ状巻回（
ｐａｎｃａｋｅ ｗｉｎｄｉｎｇ）として公知であり、この場合に超伝導体テー
プは先行する巻きの上に一巻きされることにより、コイルの軸線に直交する巻き
平面を形成する。一連のパンケーキ状コイルを使用してコイルを形成するという
用途において、各パンケーキ状コイルは二重パンケーキ（ｄｏｕｂｌｅ ｐａｎ
ｃａｋｅ）として巻回され得る。
【０００６】 いくつかの用途においては（一重または二重であるかを問わず）パンケーキ状
コイルを使用した超伝導磁気コイルアセンブリは、該コイルアセンブリの長さに
沿って同軸的に配設された数個のコイルを備え得る。個々のコイルは、例えば銅
酸化物セラミクスなどのような上述の種類の超伝導材料から作成された短い超伝
導ワイヤもしくはリボンを使用して相互接続される。
【０００７】 この配置構成の一例は、本発明の譲受人に対して譲渡されると共に、本明細書
中に援用される米国特許第５，５８１，２２０号に記述されている。前記特許は
、可変径方向断面を備えた（階段状などの）可変外形超伝導磁気コイルを記載し
ている。パンケーキ状コイルが積層された配置構成を有する超伝導コイルの別の
例は、角部が丸められた長円形もしくは矩形の“サドル形”コイルである。
【０００８】 上記の可変縦断面コイルおよびサドル形コイルは、超伝導磁気コイルが回転式
電気機械などのアセンブリの環状領域に合致するか、または該領域内に配置され
ることが必要な用途において好適に使用される。
【０００９】発明の要約 本発明は、円錐形（ｃｏｎｉｃａｌ）もしくはテーパ状（ｔａｐｅｒｅｄ）の
外形（ｐｒｏｆｉｌｅ）を有する超伝導コイルを特徴とする。 本発明の一つの態様において、上記超伝導コイルは、該コイルの軸線の周囲に
巻回され、かつ該軸線に沿って配設されて、上記軸線に沿う方向において該コイ
ルの第１端部から第２端部まで漸減する寸法を有する開口を画定する複数の同心
的ターン（ｔｕｒｎ）を提供する超伝導体テープを備える。上記超伝導体テープ
の各ターンは、上記コイルの上記軸線とほぼ平行に維持された広幅面を有する。
【００１０】 上記コイルの巻回形状により画定される上記の寸法減少開口は、テーパ状の外
形を有するコイルを提供する。この配置構成を有するテーパ状超伝導コイルの利
点は多数ある。例えば上記テーパ状超伝導コイルは、（例えばモータまたは発電
機などの）回転式電気機械において一般的に見られるような環状空間内にコイル
が配置される用途における使用に特に適している。一般に、上記テーパ状配置構
成は、他の積層配置に共通する段状の外形を排除する。特に、環状空間を充填す
る上で、上記テーパ状超伝導コイルが必要とする積層個別コイルの数は比較的少
ない。これは、環状空間を充填するために、多数のより薄寸の個別コイルの積層
を必要とする他の超伝導コイルアセンブリと対照的である。更に、個別コイルの
個数を低減すると個別コイル間の電気接続箇所の個数が減少することから、各テ
ーパ状コイルを使用するコイルアセンブリの全体的な性能および信頼性が高めら
れる。
【００１１】 これに加えて、本発明の超伝導体テープは、その広幅面が上記コイルの上記軸
線（ならびに各隣接ターン）とほぼ平行に維持されながら巻回される。この特徴
は、上記テープがセラミック系高温超伝導材料などの可撓性が低く脆い材料で作
成される場合に特に好適である。
【００１２】 更に、上記テーパ形状は、より良好な臨界電流（Ｉc ）保持特性を提供し、よ
り良好なコイル等級を許容する。 本発明の別の態様において、超伝導コイルアセンブリは、各々が上述の特性を
有する、積層配置された複数の超伝導コイルを含む。各コイルの超伝導体テープ
の各ターンの広幅面は、上記コイルアセンブリの軸線にほぼ平行に維持されるこ
とから、各個別コイルはスペーサもしくは楔なしで容易に積層される。本発明の
この態様の特定の実施形態においては、各コイルはほぼ同一であり、それはコイ
ルアセンブリが所定の環状空間内に載置されるという特定の用途（例えば回転式
機械）において特に有利である。
【００１３】 特定の積層配置において、積層体の各端部（第１端部コイルおよび第２端部コ
イルの各々）における頂部および底部コイル（例えばパンケーキ）は、該積層体
の頂部および底部コイルの間に配置された複数のコイルの臨界電流保持特性より
も大きな臨界電流保持特性を有するように予め選択される。同様に、前記コイル
アセンブリの頂端部および底端部におけるコイル群は、より大きな臨界電流保持
特性を有するように予め選択され得る。大きな臨界電流保持特性を有する頂部パ
ンケーキ状コイルおよび底部パンケーキ状コイルをこの様に配置すると、該コイ
ルアセンブリ全体の電力損失が相当に減少され得る。前記頂部パンケーキ状コイ
ルおよび底部パンケーキ状コイルは、それらの内在的特性に依り予め選択される
か、それにかわって、超伝導体テープの寸法を僅かに変更して予め選択され得る
。
【００１４】 本発明のこれらの態様の各実施形態はまた、以下の特徴の一つ以上も含み得る
。 超伝導体テープは、一対の対向する弧状端部区域および一対の対向する略直線
状側部区域を画定するレーストラック形に巻回される。
【００１５】 超伝導体テープは、複数の別個の超伝導フィラメントを含むマルチフィラメン
ト複合超伝導体をし、前記超伝導フィラメントは、前記マルチフィラメント複合
導体の長さにわたって延在し、かつマトリクス形成材料により包囲されている。
上記超伝導体テープは、好ましくは（Ｂｉ，Ｐｂ）2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏなど
の異方性高温超伝導体を含む。別の実施形態において、上記超伝導体テープとし
て、希土類−銅−酸化物系（すなわちＹＢＣＯ）の要素などの銅酸化物セラミク
スなどが挙げられる。
【００１６】 特定の実施形態において、超伝導体テープは、一対の超伝導体層および少なく
とも一つの機械的補強層を備える。前記一対の超伝導体層は、各々がステンレス
鋼を含む一対の機械的補強層の間に配設される。
【００１７】 前記超伝導コイルは、二重パンケーキ状コイルなどのパンケーキ状コイルの形
態にある。 一実施形態において、超伝導体テープは、コイルの軸線に沿って延在する前記
コイルの直線的なテーパ状内面を提供するように巻回される。別の実施形態にお
いて、超伝導体テープは、コイルの軸線に沿って延在するコイルの湾曲内面を提
供するように巻回される。この実施形態において、巻回された超伝導体テープの
湾曲内面は、対向する略直線状側部区域に沿っては円筒状であり、かつ対向する
弧状端部区域に沿っては球形状である。
【００１８】 本発明の別の態様において、超伝導コイルを提供する方法は以下の工程を含む
。超伝導体テープがコイルの軸線の周囲に巻回されて、該コイルの前記軸線に対
してほぼ平行に維持された広幅面を有する内寸を備える開口を画定する複数の同
心的ターンを提供する。上記テープは、上記開口が前記軸線に沿う方向において
第１端部から第２端部まで漸減するように巻回される。
【００１９】 本発明のこの態様の実施形態は、以下の特徴の一つ以上を含む。 前記超伝導コイルは、前記テーパを画定する各表面を有するマンドレルを使用
して巻回される。例えば各表面は、直線的なテーパ状にされてもよいし、または
湾曲されてもよい（例えば、円筒状または球形状）。代替的手法においては、一
対の加熱プレートを使用して熱および圧力を加え、超伝導コイルをテーパ状の外
形に成形する。 他の利点および特徴は以下の説明および請求の範囲から明らかとなろう。
【００２０】発明の詳細な説明 図１を参照すると、テーパ状超伝導コイル１０は略長円形もしくは略レースト
ラック形（ｒａｃｅｔｒａｃｋ ｓｈａｐｅ）に巻回された超伝導体テープ１２
を備える。“レーストラック形”の超伝導コイル１０は、対向する一対の略直線
状側部区域１４ａおよび対向する一対の湾曲端部区域１４ｂを備え、それらの区
域は一体となって角部が丸められた略矩形のコイルを形成する。コイル１０は“
レーストラック形”ではあるが、該コイルが公知のレーストラックコイルの形状
もしくは構造を有するのではないことを銘記することが重要である。一つの作製
手法に関して以下に記載されるように、コイル１０は連続した１本のまたは一連
の長尺状の超伝導体テープから該コイルの軸線１６の周囲に巻回されることによ
り、該コイルの多数の巻線（ｗｉｎｄｉｎｇ）すなわちターン（ｔｕｒｎ）１８
を形成する（図３参照）。これらのターンは協働して、以下で更に詳述されるよ
うに最も内側のターンから最も外側のターンにかけて寸法が増大する開口１９を
画定する。超伝導体テープを巻回するこの手法は、多くの場合、超伝導体テープ
が先行ターンの上に一巻きされることによりコイル１０の軸線１６に直交するタ
ーンの平面を形成するというパンケーキ状巻回と称される。
【００２１】 図３を参照すると、超伝導体テープ１２は広幅側面２２および狭幅側面２４を
備える。一実施形態において、超伝導体テープはマルチフィラメント複合超伝導
体層２５を含むが、この層２５は、実質的にマルチフィラメント複合導体の長さ
に沿って延在し、かつ銀などのマトリクス形成材料により包囲された複数の別個
の超伝導フィラメントを有する。上記超伝導フィラメントおよびマトリクス形成
材料は協働してマルチフィラメント複合導体を形成する。多くの用途において、
上記超伝導フィラメントおよびマトリクス形成材料は絶縁層（図示せず）に被包
されている。
【００２２】 図２を参照すると、一実施形態において、一対の超伝導体層２５は、超伝導体
層２０に対して機械的支持を提供するステンレス鋼などの一対の補強部材２６の
間に挟持される。この様に補強された超伝導体テープを作製する一つの手法は、
本発明の譲受人であるアメリカン・スーパーコンダクタ社（Ａｍｅｒｉｃａｎ
Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）に譲渡されると共に
本明細書中に援用される米国特許出願第０８／７０１，３７５号に記載される。
【００２３】 図３を参照すると、超伝導体テープ１２の各ターン１８は、軸線１６の方向に
おいて各ターンが先行ターンから僅かに偏倚されることにより、最も内側のター
ン１８ａ（図１）から最も外側のターン１８ｂにかけてコイル１０が仮想線２８
に沿ってテーパ状に巻回される様に巻回される。各ターン１８の広幅側面２２が
軸線１６と相互に平行なことに注目することが重要である。
【００２４】 図４を参照すると、ここではマンドレル３０は例えばアルミニウムからなり、
更に超伝導体層およびステンレス補強部材の各巻枠（いずれもが図示せず）を担
持する巻回機構とともに使用されて、超伝導体コイル１０を巻回する。マンドレ
ル３０は、対向するテーパ付け用側部区域３４および対向するテーパ付け用端部
区域３６により包囲された中央取付け区域３２を備える。マンドレルは、コイル
１０を巻回するための形状およびテーパの角度を定義する。工具（図示せず）は
マンドレル３０の表面に従って、該マンドレル上の所定位置に超伝導体テープ１
２を案内する。
【００２５】 図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、テーパ状超伝導コイル１０を形成する代替
的手法が示されている。この手法において超伝導コイル１０は先ず、テーパ状の
縁部を有さない従来のパンケーキ状コイル１０ａとして形成され、すなわち、コ
イル１０ａの各ターンはその全体が先行ターンの上に直接載置される。上記パン
ケーキ状コイルの巻回プロセスの間において、超伝導体テープ１２と共に、Ｂ段
階エポキシを有するカプトン（Ｋａｐｔｏｎ（登録商標））テープ（デラウェア
州、ウィルミントン所在のＥ．Ｉ．デュポン・ド・ヌムール・アンド・カンパニ
ー（Ｅ．Ｉ．ｄｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｕｏｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ）
の製品）が“手巻き”で被覆される。上記エポキシは、隣接する各ターンを相互
に保持するのを助力する粘着特性を有する。図５Ａを参照すると、パンケーキ状
コイル１０ａは次に、超伝導コイル１０のための形状および所望のテーパ角度を
定義する各テーパ表面４２を有する一対の加熱プレート４０の間に載置される。
図５Ｂを参照すると加熱プレート４０は（図５Ａの矢印４３の方向に）相互に合
わせられてパンケーキ状コイル１０ａに対して熱および圧力を加えることで超伝
導コイル１０を形成する。上記の熱および圧力は所定時間後に除去されて、上記
エポキシを冷却させ、その結果、超伝導コイル１０の隣接するターンが相互に接
合される。
【００２６】 図６を参照すると、超伝導コイルの代替実施形態１００は、コイル１０を巻回
するために上述したのと同一の超伝導体テープ１２を巻回して示されている。但
し、この実施形態においては、超伝導体テープ１２は、対向する側部区域１０４
ａに沿ったテープの領域が円筒状にテーパ状にされ、一方、対向する端部区域１
０４ｂに沿ったテープの領域は球形状にテーパ状にされる様に巻回される。
【００２７】 特に図７を参照すると、超伝導体テープ１２は側部区域１０４ａおよび端部区
域１０４ｂの双方にて仮想湾曲線１０６に沿ってテーパ状に巻回される。側部区
域１０４ａはコイルの平面内において直線状であることから、これらの区域に沿
ったテーパ付けは円筒形に基づくものである。一方、丸められた端部区域１０４
ｂにおいてテーパ付けは球面の１／４の部分に基づいている。直線状にテーパ付
けられた上記実施形態の場合と同様に、この場合の超伝導体テープの各ターンの
広幅側面２２同士は依然として相対的に平行であり、かつ軸線１６に対して平行
であることに留意されたい。
【００２８】 図８を参照すると、超伝導コイル１００を形成するマンドレル１３０が示され
る。対向する各テーパ付け用側部区域１３４および対向する各テーパ付け用端部
区域１３６の夫々の表面が湾曲されて、丸められた側部区域１０４ａおよび端部
区域１０４ｂの湾曲形状を画定することを除き、マンドレル１３０は本質的に上
述のマンドレル３０と同一である。
【００２９】 超伝導コイル１０および超伝導コイル１００は双方ともに、電気モータのロー
タアセンブリにおいて一般的な様に円弧形状（ａｎｇｕｌａｒｌｙ−ｓｈａｐｅ
ｄ）の領域内にコイルが配置される必要があるという用途に良く適している。
【００３０】 図９を参照すると、一例において、同期モータ用のロータアセンブリ２００は
、アセンブリ全体内の真空層を包囲する外側シールドの無い４極トポロジを有す
る。この実施形態において、ロータアセンブリ２００は、高強度を有する延性の
非磁性材料（例えばステンレス鋼）から作製されたトルク管２２０を備える。ト
ルク管２２０の外側面は、各巻線がモータの一つの極に対応する４個の超伝導コ
イルアセンブリ２３０（２個のみが示されている）を支持する。上記トルク管の
内側空間内には、透磁性が高く飽和磁束密度の高い材料（例えば鉄）で形成され
た中空コア部材２５０が配置されて、コイルアセンブリ２３０により生成された
磁界に対する低リラクタンスの磁束経路を提供する。コイルアセンブリ２３０は
、トルク管２２０と協働して円筒を画定するトルク管２２０の外側面と磁極キャ
ップ２６０の内面とにより画定された環状領域２４０内に配置される。
【００３１】 その形状の故に環状領域２４０は、積層パンケーキおよびレーストラックコイ
ルなどの超伝導コイルを受容するに良好に適するものではない。故にこれらの種
類の超伝導コイルにより各環状領域２４０を充填するためには、上記コイルアセ
ンブリが、階段状に段差配置された別個のコイル（例えばパンケーキ）により構
成される必要がある。上記環状領域を効率的に充填するには、比較的に多数の個
別コイルが薄く形成され、積層されてから相互に接続されることが必要である。
これらの配置構成において個別コイルを接続することは容易では無く、かつ、一
般的に、各コイルアセンブリを支持するためには対応する階段状表面による上記
トルク管の加工が必要であって、これはモータ製造のコストおよび複雑さを増大
する。
【００３２】 上記超伝導コイル１０および超伝導コイル１００はテーパ付けされていること
から、いずれのコイルアセンブリも直線的にもしくは湾曲された様式で各環状領
域２４０内に合致して各環状領域２４０を充填し得る。また、上述の積層パンケ
ーキの配置構成とは異なり、上記空間を充填するために必要なコイルの個数は相
当に少なくなることから、接続の数が少なくなり、かつコイルアセンブリの信頼
性および性能は増大する。故に、更に効率的で組み立てが容易なモータ構造が提
供される。しかもテーパ状コイルは、モータのアーマチュアにより接近して好適
に配置される。
【００３３】 更に、多くの用途において上記環状領域は、積層されてテーパ状にされた超伝
導コイルがほぼ同一である様に形成され得ることから、製造コストが更に削減さ
れる。斯かる環状領域内には、積層された一群のほぼ同一のテーパ状超伝導コイ
ルが単純に接続して載置される。
【００３４】 上記の円錐状もしくはテーパ状の超伝導コイルの別の重要な利点は、積層され
た配置構成においてその形状は、超伝導体テープの長辺面に直交する磁界から各
積層コイルの内側のものを遮蔽するということである。故に一連のテーパ状超伝
導コイルは、より良好な性能特性を有するコイルが積層体の頂部および底部に載
置される様にして積層され得る。
【００３５】 他の実施形態は特許請求の範囲の範囲内である。例えば上記においては、テー
パ状超伝導コイルまたは円錐状超伝導コイルの単一配置構成および積層配置構成
の双方について記載した。しかし特定の用途においては、同一幅を有する薄寸の
コイルの多数個を積層するのでは無く、単一のパンケーキとして超伝導コイルを
巻回することが望ましい。単一のパンケーキ配置構成は、自己シールド特性およ
び大きな臨界電流保持特性を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る超伝導コイルの部分的破断斜視図。
【図２】 図１の超伝導コイルを巻回する超伝導テープの一部の側断面図。
【図３】 図１の３−３線に沿った超伝導コイルの一部の分解図。
【図４】 図１の超伝導コイルを巻回するに適したマンドレルの斜視図。
【図５Ａ】 図１の超伝導コイルを形成する代替的手法を示す図。
【図５Ｂ】 図１の超伝導コイルを形成する代替的手法を示す図。
【図６】 超伝導コイルの代替実施形態の斜視図。
【図７】 図６の７−７線に沿った超伝導コイルの一部の分解図。
【図８】 図６の超伝導コイルを巻回するに適したマンドレルの斜視図。
【図９】 図６の超伝導コイルを含むロータの一部の端部断面図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ， ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，Ｋ Ｒ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ガンブル、ブルース ビー． アメリカ合衆国 02181 マサチューセッ ツ州 ウェルズリー パインウッド ロー ド 14 (72)発明者 ヴォッチオ、ジョン ピー． アメリカ合衆国 02143 マサチューセッ ツ州 サマービル スケハン ストリート 16 Ｆターム(参考） 5G321 AA01 AA05 BA03 CA09 CA18 CA34 CA52

Claims (39)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 軸線と、第１端部と、第２端部とを有する超伝導コイルであっ
    て、 該超電導コイルは、該コイルの前記軸線の周囲に巻回され、かつ該軸線に沿っ
    て配設されて、該軸線に沿う方向において該コイルの第１端部から第２端部まで
    漸減する寸法を有する開口を画定する複数の同心的ターンを提供し、各ターンは
    該コイルの軸線にほぼ平行に維持された広幅面を有する超伝導体テープからなる
    超伝導コイル。
  2. 【請求項２】 前記超伝導体テープは、一対の対向する弧状端部区域と一対の
    対向する略直線状側部区域とを画定するレーストラック形に巻回される請求項１
    に記載の超伝導コイル。
  3. 【請求項３】 前記超伝導体テープは、複数の別個の超伝導フィラメントを有
    するマルチフィラメント複合超伝導体を備え、前記超伝導フィラメントは前記マ
    ルチフィラメント複合導体の長さにわたって延在し、かつマトリクス形成材料に
    より包囲されている請求項２に記載の超伝導コイル。
  4. 【請求項４】 前記超伝導体テープが、異方性高温超伝導体を備える請求項２
    に記載の超伝導コイル。
  5. 【請求項５】 前記異方性高温超伝導体が、Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏであ
    る請求項４に記載の超伝導コイル。
  6. 【請求項６】 前記異方性高温超伝導体が、希土類−銅−酸化物系の要素であ
    る請求項４に記載の超伝導コイル。
  7. 【請求項７】 前記超伝導体テープは、複数の別個の超伝導フィラメントを有
    するマルチフィラメント複合超伝導体を備え、前記超伝導フィラメントは前記マ
    ルチフィラメント複合導体の長さにわたって延在し、かつマトリクス形成材料に
    より包囲されている請求項４に記載の超伝導コイル。
  8. 【請求項８】 前記超伝導体テープは、一対の超伝導体層と、少なくとも一つ
    の機械的補強層とを有する請求項２に記載の超伝導コイル。
  9. 【請求項９】 前記一対の超伝導体層は、各機械的補強層がステンレス鋼を含
    む一対の機械的補強層の間に配設される請求項８に記載の超伝導コイル。
  10. 【請求項１０】 前記超伝導体テープは、複数の別個の超伝導フィラメントを
    有するマルチフィラメント複合超伝導体を備え、前記超伝導フィラメントは前記
    マルチフィラメント複合導体の長さにわたって延在し、かつマトリクス形成材料
    により包囲されている請求項９に記載の超伝導コイル。
  11. 【請求項１１】 前記コイルがパンケーキ状コイルの形態にある請求項２に記
    載の超伝導コイル。
  12. 【請求項１２】 前記パンケーキ状コイルが二重パンケーキ状コイルである請
    求項１１に記載の超伝導コイル。
  13. 【請求項１３】 巻回された超伝導体テープが、コイルの軸線に沿って延在す
    る該コイルの直線状テーパ内面を画定する請求項２に記載の超伝導コイル。
  14. 【請求項１４】 巻回された超伝導体テープが、コイルの軸線に沿って延在す
    る該コイルの湾曲内面を画定する請求項２に記載の超伝導コイル。
  15. 【請求項１５】 巻回された超伝導体テープの湾曲内面が、対向する略直線状
    側部区域の各々に沿って円筒状であり、かつ対向する弧状端部区域の各々に沿っ
    て球形状である請求項１４に記載の超伝導コイル。
  16. 【請求項１６】 軸線と、第１端部と、第２端部とを有する超伝導コイルを提
    供する方法であって、該方法は、 該コイルの軸線の周囲に超伝導体テープを巻回して、内寸を有する開口を画定
    する複数の同心的ターンを提供する工程からなり、巻回された前記超伝導体テー
    プは該コイルの軸線にほぼ平行に維持された広幅面を有し、前記開口は前記軸線
    に沿う方向において前記第１端部から前記第２端部まで漸減している方法。
  17. 【請求項１７】 超伝導体テープが、一対の対向する弧状端部区域および一対
    の対向する略直線状側部区域を画定するレーストラック形に巻回される請求項１
    ６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 各コイルを該コイルの軸線の周囲に同心的にかつ該軸線に沿
    って配置する工程が、一対の対向する側部表面と一対の対向する端部表面とを有
    するマンドレルの周囲に超伝導体テープを巻回する工程を含む請求項１７に記載
    の方法。
  19. 【請求項１９】 前記マンドレルの一対の側部表面および一対の端部表面は直
    線状にテーパ付けされる請求項１８に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記マンドレル一対の対向する側部表面は円筒形状であり、
    かつ前記マンドレルの対向する弧状表面は球形状である請求項１８に記載の方法
    。
  21. 【請求項２１】 超伝導体テープが異方性高温超伝導体を含む請求項１６に記
    載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記超伝導体テープは、複数の別個の超伝導フィラメントを
    有するマルチフィラメント複合超伝導体を備え、前記超伝導フィラメントは前記
    マルチフィラメント複合導体の長さにわたって延在し、かつマトリクス形成材料
    により包囲されている請求項１６に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記コイルがパンケーキ状コイルとして巻回される請求項１
    ６に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記コイルが二重パンケーキ状コイルとして巻回される請求
    項２３に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 軸線と、第１端部と、第２端部とを有する超伝導コイルアセ
    ンブリであって、該超伝導コイルは、 積層配置された複数のコイルからなり、各コイルは、該コイルの軸線の周囲に
    巻回され、かつ該軸線に沿って配設されて、該軸線に沿う方向において該コイル
    の第１端部から第２端部まで漸減する寸法を有する開口を画定する複数の同心的
    ターンを提供する超伝導体テープを備え、該超伝導体テープの各ターンは当該コ
    イルアセンブリの軸線にほぼ平行に維持された広幅面を有する超伝導コイルアセ
    ンブリ。
  26. 【請求項２６】 各コイルは、一対の対向する弧状端部区域および一対の対向
    する略直線状側部区域を画定するレーストラック形に巻回される請求項２５に記
    載の超伝導コイルアセンブリ。
  27. 【請求項２７】 各コイルの巻回超伝導体テープは、該コイルの軸線に沿って
    延在する該コイルの直線状テーパ内面を画定する請求項２５に記載の超伝導コイ
    ルアセンブリ。
  28. 【請求項２８】 各コイルの巻回超伝導体テープは、該コイルの軸線に沿って
    延在する該コイルの湾曲内面を画定する請求項２５に記載の超伝導コイルアセン
    ブリ。
  29. 【請求項２９】 前記巻回超伝導体テープの湾曲内面は、対向する略直線状側
    部区域に沿って円筒状であり、かつ対向する弧状端部区域に沿って球形状である
    請求項２８に記載の超伝導コイルアセンブリ。
  30. 【請求項３０】 前記各コイルはほぼ同一である請求項２５に記載の超伝導コ
    イルアセンブリ。
  31. 【請求項３１】 各コイルの超伝導体テープが、複数の別個の超伝導フィラメ
    ントを有するマルチフィラメント複合超伝導体を備え、前記超伝導フィラメント
    は前記マルチフィラメント複合導体の長さにわたって延在し、かつマトリクス形
    成材料により包囲されている請求項２５に記載の超伝導コイルアセンブリ。
  32. 【請求項３２】 前記超伝導体テープは異方性高温超伝導体を備える請求項２
    ５に記載の超伝導コイルアセンブリ。
  33. 【請求項３３】 コイルがパンケーキ状コイルの形態にある請求項２６に記載
    の超伝導コイルアセンブリ。
  34. 【請求項３４】 複数のコイルの第１端部コイルおよび第２端部コイルが、該
    第１端部コイルおよび該第２端部コイルの間に配置されたコイルの臨界電流保持
    特性よりも大きな臨界電流保持特性を有するように予め選択される請求項２５に
    記載の超伝導コイルアセンブリ。
  35. 【請求項３５】 第１端部コイルおよび第２端部コイルの大きな臨界電流保持
    特性が、該第１端部コイルおよび該第２端部コイルの内在的特性である請求項３
    ４に記載の超伝導コイルアセンブリ。
  36. 【請求項３６】 第１端部コイルおよび前記第２端部コイルの大きな臨界電流
    保持特性が、該第１端部コイルおよび該第２端部コイルの予め選択された寸法に
    基づいている請求項３４に記載の超伝導コイルアセンブリ。
  37. 【請求項３７】 コイルアセンブリの第１端部における第１群の複数のコイル
    およびコイルアセンブリの第２端部における第２群の複数のコイルが、その第１
    群のコイルと第２群のコイルと間に配置されたコイルの臨界電流保持特性よりも
    大きな臨界電流保持特性を有するように予め選択される請求項２５に記載の超伝
    導コイルアセンブリ。
  38. 【請求項３８】 第１群の複数のコイルおよび第２群の複数のコイルの大きな
    臨界電流保持特性が内在的特性である請求項３７に記載の超伝導コイルアセンブ
    リ。
  39. 【請求項３９】 第１群の複数のコイルおよび第２群の複数のコイルの大きな
    臨界電流保持特性が、該第１群および該第２群のコイルの予め選択された寸法に
    基づいている請求項３７に記載の超伝導コイルアセンブリ。
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