JP2005286194A - 超電導電力貯蔵装置（ｓｍｅｓ）用コイルの巻き線方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 臨界温度以下で電気抵抗がゼロになる超伝導導体を、コイル状にして電流を流すことにより、エネルギーを磁気として貯蓄できる装置において、そのコイルで使用される超伝導導体の交流損失を最小にすることを目的として、導体を捻りながら巻き取る方法と装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、導体の内部にある超伝導成型撚り線に加わる磁場がその撚り線に対して平行になっているとき交流損失（結合損失）は最も小さくなることに着眼したものであり、コイル断面における各導体はあらかじめ計算した磁場角度と図１に示した導体角度が一致するように捻りながら巻線を行えば、損失を低滅することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、超電導電力貯蔵装置（SMES）用コイルの、巻き線方法及び装置に関するものである。

本発明は、最新の技術である超電導電力貯蔵装置（SMES）の開発により発生した技術であり、超伝導導体の交流損失を最小にする目的をもって、導体をコイル状に巻き取る方法に関するものである。

臨界温度以下で電気抵抗がゼロになる超伝導導体を、コイル状にして電流を流すことにより、エネルギーを磁気として貯蓄できる装置において、そのコイルで使用される超伝導導体の交流損失を最小にすることを目的として、導体を捻りながら巻き取る方法と装置を提供する。

本発明は、導体の内部にある超伝導成型撚り線に加わる磁場がその撚り線に対して平行になっているとき交流損失（結合損失）は最も小さくなることに着眼したものであり、コイル断面における各導体はあらかじめ計算した磁場角度と導体角度が一致するように捻りながら巻線を行えば、損失を低滅することができる。

本発明の効果として導体の内部にある超伝導成型撚り線に加わる磁場がその撚り線に対して平行になっているとき交流損失（結合損失）は最も小さくなる。したがって、コイル断面における各導体はあらかじめ計算した磁場角度と導体角度が一致するように捻りながら巻線を行えば、損失を低滅することができる。

本発明は、超電導電力貯蔵装置（SMES）に使用される超伝導導体の交流損失を最小にすることを目的として、導体を捻りながらコイル状に巻き取る方法と装置を提供するものである。以下、実施の形態を示し、さらに詳しくこの発明について説明する。もちろんこの発明は以下の実施の形態によって限定されるものではない。

超電導電力貯蔵装置（SMES）は、臨界温度以下で電気抵抗がゼロになる超伝導導体をコイル状にして電流を流すことにより、エネルギーを磁気として貯めておくことができる装置である。、この装置をユーザー施設の電力系統に接続することで、施設全体をカバーできる瞬低対策用の高品位新電力供給システムが構築されるものである。

本発明は、上記超電導電力貯蔵装置（SMES）に使用される超伝導導体を捻りながらコイル状に巻き取る方法と装置に関するものであるが、これは超伝導導体の交流損失を最小にする方法として、導体を捻りながら巻き取っていくことが必要と考えられることによるものである。

SMES用コイルには信頼性と取扱いの容易さが要求されることから、低温超伝導導体を用いた伝導冷却型パルスコイル方式を選定することが望ましい。しかしこの方式は、ヘリウムの高い比熱に頼った冷却ができないため、導体の交流損失を低減すると共に導体温度上昇を抑えた超伝導導体が必要となる。使用する導体としては、NbTi/Cu成型撚線をアルミニウムと共に押出成型したものを挙げることができる。

コイルの巻き線は前述の理由により導体を捻りながら行う必要があることから、捻り角が導体外観から判別できるよう図１に示されるような溝2が導体長手方向に二つ程度設けられる。コイル内には高熱伝導率を確保するための素線絶縁した銅撚線（リッツ線）とスペーサ（ダイニーマ製）を交互に配置することで機械強度と熱伝導度の両立を図ることができる。

以上のことから、SMES用コイルを巻くために必要な巻き線機は、コイルに蓄積された電力を取り出す際に生じる力に備え、円断面の超伝導導体を設計値±5度の精度で捻りながら、1000N程度の張力を保って巻くことが必要となる。

図2は本発明の１実施例を示した概略図である。巻取り部4には導体をコイル状に巻き取る巻取りモーターと横行モーターを、捻り部6には1000Nの張力を検出する張力検出器と張力を制御するための中間軸モーターを、巻き出し部8には、巻き出し張力を一定に保つための巻き出しモーターがそれぞれ設置され、導体を捻るため捻り部6と巻き出し部8に捻りモーターを１台づつ設置されている。この他に導体の捻り角度を検出するための近接センサが巻取り部と中間部の間のコイルよりに設置されている。近接センサ10は、駆動用モーターによって図１に示されるように導体外周に沿うように回転し、導体に設けられた溝を検出する。

巻いたコイルが27ターンの場合14層のものとなり、各層間には其々48本のスペーサとリッツ線が入ることになる。現状ではそれらを手作業で挿入しているため、巻き線作業も各層を巻き終わる毎に断続的に巻取る必要がある。スペーサとリッツ線はトータルで1400本程度になり、１日の巻き線作業では到底終わることはない。

前記のように巻き線作業を中断している時でも常に1000Nの張力を維持する必要がある。このため、各サーボモーターの制御にはPLC （Programmable Logic Controllcr）が使用される。制御対象のモーターのなかでも、巻取り、中間、巻き出しモーターはトルク制御する必要がある。モータードライバにパルス列を入力すると位置決めされ、アナログ信号を加えるとその電圧に応じたトルクで回転する。

各モーターは、停止時に張力を維持するために電磁ブレーキ付のものが選定されるため、ブレーキの制御も必要になる。各モーターの回転位置を知るためにはロータリーエンコーダの信号を取り込み、回転角に応じた横行モーターの制御を行う。各モーターの出力が比較的大きく、誤動作時の被害が心配されるため、非常停止スイッチ、モーターのトルク・速度制限等のインターロックは特に厳重に行わなければならない。

導体の内部にある超伝導成型撚り線に加わる磁場がその撚り線に対して平行になっているとき交流損失（結合損失）は最も小さくなる。したがって、コイル断面における各導体はあらかじめ計算した磁場角度と図１に示した導体角度θが一致するように捻りながら巻線を行えば、損失を低滅することができる。あらかじめ計算した磁場角度は数値データとして与えられる。

コイル巻枠に導体を巻き取る巻線部の手前に図3のような捻り角度検出・制御部が設けられ、導体を捻る場合、巻線部手前のプーリ12は固定で中間軸14を回転させて導体に捻りを加える。２つのプーリ間の導体角度は、近接センサ10によって測定された２箇所の導体角度から直線近似することにより求められる。

導体を捻りながら巻線を行うときの制御手順を次に示す。
（１）近接センサを用いて２箇所の導体角度を計測し、捻り前の角度関数を求める。
（２）中間軸の回転角度を求める。
（３）求まった回転角度を用いて中間軸を回転させ、導体に捻りを加える。
（４）導体を指定した間隔だけ送り、巻線を行う。
以上のような操作はパソコンによる計算結果に基づいた動作指令がPLCに与えられ、
捻り巻線制御を繰り返し行いながら巻き線作業が進められる。

本発明は、導体を捻りながらコイル状に巻き取ることを特徴とする巻き線方法とその装置に関するものであり、巻き取には各種制御機器が用いられ導体の張力、捻り角度等が厳密に制御されるものである。したがって捻り斑が極めて少ない捻れ材、撚り斑が極めて少ない撚り線材等を広く提供することができる。

導体の概略図 巻き線装置の概略図 捻り制御部の概略図

符号の説明

2 溝
4 巻取り部
6 捻り部
8 巻き出し部
10 近接センサ
12 巻線部手前のプーリ
14 中間軸
θ 導体角度

Claims (3)

1. 巻き取り部と、導体を捻るための捻り部と、捻り部と同期して傾斜する巻き出し部からなり、導体の送出を捻り部と巻き出し部を回転させて行うことにより、導体が捻られた状態で巻き取り部に巻き取られることを特徴とするSMES用コイルの巻き線方法。
2. 導体がアルミ被覆線であり長手方向に溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のSMES用コイルの巻き線方法。
3. 巻き取り部には導体を巻き取るための巻取りモーターと横行モーターを、捻り部には1000Nの張力を検出する張力検出器と張力を制御するための中間軸モーターを、巻き出し部には、巻き出し張力を一定に保つための巻き出しモーターを、導体を捻るため、捻り部と巻き出し部に捻りモーターを設置するとともに、導体の捻り角度を検出するための近接センサを巻取り部と中間部の巻取り部よりに設置し、近接センサを駆動用モーターによって導体外周に沿うように回転させて導体の溝を検出することを特徴とする請求項１、請求項２のSMES用コイルの巻き線方法。
   

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