JP2005333040A - Superconducting coil - Google Patents
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Abstract
Description
超電導電力貯蔵装置、核融合炉等に使用される大型超電導マグネット用の超電導コイルに関する。 The present invention relates to a superconducting coil for a large superconducting magnet used in a superconducting power storage device, a nuclear fusion reactor or the like.
高温超電導体は、超電導電力貯蔵(SMES)装置用の超電導コイルや超電導変圧器用の超電導コイルなどのコイル用途に用いる導体として、高臨界温度であること、運転コストが安いこと、運転時に電気的・熱的に安定していることの点が、従来の金属系低温超電導導体よりも優れており、例えば、ビスマス系やイットリウム系酸化物高温超電導体が開発されてきた。 High-temperature superconductors are used for coil applications such as superconducting coils for superconducting power storage (SMES) devices and superconducting coils for superconducting transformers, and have high critical temperatures, low operating costs, Thermal stability is superior to conventional metal-based low-temperature superconductors. For example, bismuth-based and yttrium-based oxide high-temperature superconductors have been developed.
しかし、これらの高温超電導導体を用いた超電導線は、臨界電流密度が、金属系低温超電導導体を用いた超電導線に比べて低いため、実用化の妨げとなっている。 However, superconducting wires using these high-temperature superconducting conductors have a low critical current density compared to superconducting wires using metal-based low-temperature superconducting conductors, which hinders practical application.
そこで、この導体電流容量を増やす手段として、複数本の超電導素線を転位させて一つの導体とする方法が開発され、超電導電力ケーブルなどに利用されている(例えば、特許文献1、2参照)。
Therefore, as a means for increasing the conductor current capacity, a method of transposing a plurality of superconducting wires to form a single conductor has been developed and used for superconducting power cables and the like (for example, see
この転位導体は、交流通電やパルス的な通電電流に対して素線間の電流が均流化するので、容量を増強できると共に交流損失を抑えることができる構造として、他の導体化構造よりも優れていることが特徴である。即ち、通電電流が素線間を均流化して流れる場合は、そうでない場合と比較して、素線間の電磁力均衡や損失について抑制あるいは低減できるからである。 In this dislocation conductor, the current between the strands is equalized with respect to alternating current or pulsed current, so that the capacity can be increased and the alternating current loss can be suppressed as compared to other conductive structures. It is characterized by being excellent. In other words, when the energization current flows with the current flowing between the strands, the electromagnetic force balance between the strands and the loss can be suppressed or reduced as compared with the case where the current does not flow.
しかしながら、転位導体を使用して超電導コイルを作製する場合に、幾つかの問題が生じている。 However, several problems have arisen when producing superconducting coils using dislocation conductors.
問題点の第一は、転位導体を巻線して超電導コイルを作製する際に、その導体特性(超電導特性)が著しく低下し、超電導体素線を複数本束ねて転位導体化したことにより期待される電流容量増加効果が得られないという問題である。 The first problem is that when a superconducting coil is produced by winding a dislocation conductor, the conductor characteristics (superconducting characteristics) are significantly reduced, and it is expected that a plurality of superconductor strands are bundled into a dislocation conductor. It is a problem that the effect of increasing the current capacity cannot be obtained.
この理由の一つとして、超電導コイルの作製時に転位導体を構成する超電導体素線(以下、素線と略す)間の滑りが悪く、素線の一部に引っかかりが生じ、特性低下が発生するほどのひずみが付与されることが考えられる。 One reason for this is that slippage between superconductor strands (hereinafter abbreviated as strands) constituting the dislocation conductor is poor during the production of the superconducting coil, and some of the strands are caught, resulting in deterioration of characteristics. It is conceivable that moderate strain is applied.
別の理由として、転位導体から超電導コイルを作製する巻線作業時に、使用する巻線装置において転位導体に付与される曲げひずみが考えられる。 Another reason is considered to be bending strain applied to the dislocation conductor in the winding device used during the winding work for producing the superconducting coil from the dislocation conductor.
即ち、巻線作業を一時停止したり、巻戻しを行ったりすると転位導体の一部が、巻出し装置と巻取り装置間で垂れ下がり、曲げひずみを転位導体に与えることである。 That is, when the winding operation is temporarily stopped or unwound, a part of the dislocation conductor hangs down between the unwinding device and the winding device, and a bending strain is applied to the dislocation conductor.
更に、巻出し装置から引き出された転位導体が、張力制御装置などの巻線装置部材で構成される巻線ラインを通る際に、曲げ方向の逆転が生じると過大な曲げひずみが付与されて、転位導体の特性を著しく劣化させる場合である。実際の超電導コイルの巻線作業では、この両者の影響により導体特性が劣化するものと思われる。 Furthermore, when the dislocation conductor drawn from the unwinding device passes through a winding line composed of a winding device member such as a tension control device, an excessive bending strain is applied when reversal of the bending direction occurs, This is a case where the characteristics of the dislocation conductor are significantly deteriorated. In actual winding work of superconducting coils, it seems that the conductor characteristics deteriorate due to the influence of both.
例えば、図6を参照して説明する。巻き線装置20は、巻き出し装置21、張力検出リール22、方向変換リール23、巻内径120mmのボビン24を備えた巻取り装置25で構成されている。巻き線装置20では、転位導体1は矢印方向に巻き取られ、曲げ方向が、張力検出リール22と方向変換リール23間で走行中に逆転されるようになっている。
For example, a description will be given with reference to FIG. The
上記の巻き線装置20を用いて転位導体1を巻線し、該転位導体1の端部に銅製板電極をはんだ付けして超電導コイルを作製し、ついで、該超電導コイルを用いて通電試験を行った。その結果、臨界電流が転位導体形成直後よりも5割低下し、超電導コイルとして要求される性能が得られなかった。
A
更に、この超電導コイルに1T(以降Tはテスラを示す)の磁界を加え、液体ヘリウム温度で通電すると、56MPaのフープ電磁力で臨界電流に達した。しかし、この値は、通常の機器製品で想定されるフープ電磁力100MPaに比べてほぼ半分の値であった。従って、上記問題点は、酸化物超電導体による製品化の妨げとなっていた。 Further, when a magnetic field of 1 T (hereinafter, T represents Tesla) was applied to the superconducting coil and energized at a liquid helium temperature, the critical current was reached with a 56 MPa hoop electromagnetic force. However, this value was almost half of the hoop electromagnetic force 100 MPa assumed for normal equipment products. Therefore, the above problem has hindered commercialization with oxide superconductors.
問題点の第二として、巻線して超電導コイル化した後に、通電用電極を形成する電極部品と転位導体の端部とをはんだ付けにより接続した場合に、通電によって転位導体の超電導体素線間で均流化しなかったり、通電による電磁力によって電極付近の転位導体の素線にひずみが加わることにより特性の劣化が生じることである。 The second problem is that, after winding and forming a superconducting coil, when the electrode parts forming the energization electrode and the end of the dislocation conductor are connected by soldering, the superconductor strand of the dislocation conductor is energized. In other words, the characteristics are deteriorated due to the fact that the current is not smoothed between the electrodes, or the distortion is applied to the strands of the dislocation conductor in the vicinity of the electrodes due to the electromagnetic force generated by energization.
この原因は以下のようである。転位導体の端部には通電用の電極を設ける必要がある。しかし、転位導体は超電導体素線を複数本束ねたものであるため、単純に転位導体の端部を金属板にはんだ付けして接続した場合には、接続抵抗のバラツキによって転位による均流化が妨げられることがある。 The cause of this is as follows. It is necessary to provide an electrode for energization at the end of the dislocation conductor. However, because the dislocation conductor is a bundle of multiple superconductor wires, when the end of the dislocation conductor is simply soldered to a metal plate and connected, current distribution by dislocation is caused by variation in connection resistance. May be hindered.
更に、はんだ付け作業時や通電による電磁力で電極近傍の導体に局所的なひずみが加わり、転位導体の特性劣化を引き起こすものとも考えられる。 Furthermore, it is considered that local distortion is applied to the conductor in the vicinity of the electrode due to electromagnetic force during soldering work or energization, causing deterioration of the characteristics of the dislocation conductor.
問題点の第三として、転位導体の形状を維持するには結束部が必要であり、その結束部が位置する転位導体巻回コイルの上下層の転位導体には、局所的なひずみが加わることになり転位導体の特性低下が生じてしまうことである。 As a third problem, a binding part is necessary to maintain the shape of the dislocation conductor, and local strain is applied to the dislocation conductors above and below the dislocation conductor winding coil where the binding part is located. And the deterioration of the characteristics of the dislocation conductor occurs.
そこで、本発明では転位導体を使用する超電導コイルに生じる種々の問題を解決して、優れた超電導特性を発揮する超電導コイル及び、そのような超電導コイルをもたらす巻線装置、転位導体用電極、転位導体などを提供するものである。 Therefore, in the present invention, various problems that occur in superconducting coils using dislocation conductors are solved, and a superconducting coil that exhibits excellent superconducting characteristics, a winding device that provides such superconducting coils, electrodes for dislocation conductors, dislocations Provide conductors and the like.
前記課題を解決するために、本発明の第1の態様は、外周に平滑層を備える高温超電導体素線を積み重ねて形成される転位導体を巻線して構成する超電導コイルであって、
該超電導コイルの巻線時及び巻線後における該転位導体に付与されている曲げひずみが1%以下であることを特徴とする超電導コイルである。
In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention is a superconducting coil configured by winding a dislocation conductor formed by stacking high-temperature superconductor wires each having a smooth layer on the outer periphery,
The superconducting coil is characterized in that a bending strain applied to the dislocation conductor during and after winding of the superconducting coil is 1% or less.
本発明の第2の態様は、前記平滑層は、樹脂材料層、金属材料層の何れか、又は1種以上の層で構成されることを特徴とする超電導コイルである。 A second aspect of the present invention is the superconducting coil, wherein the smooth layer is composed of any one of a resin material layer and a metal material layer, or one or more layers.
本発明の第3の態様は、前記超電導コイルの重なり合う転位導体と転位導体の間にスペーサーが備えられていることを特徴とする超電導コイルである。 A third aspect of the present invention is a superconducting coil, characterized in that a spacer is provided between the dislocation conductors and the dislocation conductors that overlap each other in the superconducting coil.
本発明の第4の態様は、前記転移導体の厚みがt(mm)であり、前記転位導体を巻線して形成したコイルの巻内径がD(mm)である超電導コイルであって、
該転位導体の厚みt(mm)及び該超電導コイルの巻内径D(mm)が下記式の関係を満たしていることを特徴とする超電導コイルである。
0<t≦D/100
A fourth aspect of the present invention is a superconducting coil in which the thickness of the transition conductor is t (mm), and the winding inner diameter of a coil formed by winding the dislocation conductor is D (mm),
The superconducting coil is characterized in that the thickness t (mm) of the dislocation conductor and the winding inner diameter D (mm) of the superconducting coil satisfy the following relationship.
0 <t ≦ D / 100
本発明の第5の態様は、超電導コイルを形成する転位導体に付与される曲げが、同じ方向の曲げであって、且つその曲げひずみが1%以下であるように巻線されたものであることを特徴とする超電導コイルの製造方法である。 In the fifth aspect of the present invention, winding is performed so that the bending applied to the dislocation conductor forming the superconducting coil is bending in the same direction and the bending strain is 1% or less. This is a method for manufacturing a superconducting coil.
本発明の第6の態様は、巻出し装置と巻取り装置とそれらの間に少なくとも一つ以上の巻線装置構成部品を備える巻線装置において、
前記巻出し装置と巻取り装置間で、前記転位導体に付与されている曲げひずみが1%以下となるように巻出し装置、巻取り装置及び巻線装置構成部品が配置されていることを特徴とする巻線装置である。
According to a sixth aspect of the present invention, in the winding device including the unwinding device, the winding device, and at least one winding device component between them,
The unwinding device, the winding device, and the winding device components are arranged so that the bending strain applied to the dislocation conductor is 1% or less between the unwinding device and the winding device. Is a winding device.
本発明の第7の態様は、巻出し装置と巻取り装置とそれらの間に少なくとも一つ以上の巻線装置構成部品を備える巻線装置において、
転位導体に同じ方向の曲げが付与されるように巻出し装置、巻取り装置及び巻線装置構成部品が配置されていることを特徴とする巻線装置である。
According to a seventh aspect of the present invention, in the winding device including the unwinding device, the winding device, and at least one winding device component between them,
The winding device is characterized in that an unwinding device, a winding device, and a winding device component are arranged so that the dislocation conductor is bent in the same direction.
本発明の第8の態様は、巻出し装置と巻取り装置とそれらの間に少なくとも一つ以上の巻線装置構成部品を備える巻線装置において、
前記巻出し装置と巻取り装置間で、前記転位導体に付与されている曲げひずみが1%以下となるように巻出し装置、巻取り装置及び巻線装置構成部品が配置されており、
且つ転位導体に同じ方向の曲げが付与されるように巻出し装置、巻取り装置及び巻線装置構成部品が配置されていることを特徴とする巻線装置である。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a winding device including a winding device, a winding device, and at least one winding device component between them.
Between the unwinding device and the winding device, the unwinding device, the winding device, and the winding device components are arranged so that the bending strain applied to the dislocation conductor is 1% or less,
The winding device is characterized in that the unwinding device, the winding device, and the winding device components are arranged so that the dislocation conductor is bent in the same direction.
本発明の第9の態様は、巻出し装置と巻取り装置とそれらの間に少なくとも一つ以上の巻線装置構成部品を備える巻線装置において、前記巻線装置構成部品が走行中の転位導体のたるみを抑制する部品であることを特徴とする巻線装置である。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a winding device including a winding device, a winding device, and at least one winding device component therebetween, and the dislocation conductor in which the winding device component is running. A winding device characterized in that it is a component that suppresses sagging.
本発明の第10の態様は、高温超電導体素線を積み重ねて形成されている転位導体の各高温超電導体素線の厚みにあわせて設けられた転位導体接続用の段差を備える超電導コイル用電極である。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a superconducting coil electrode including a step for connecting a dislocation conductor provided in accordance with a thickness of each high-temperature superconductor element of a dislocation conductor formed by stacking high-temperature superconductor elements. It is.
本発明の第11の態様は、超電導コイル電極を、超電導コイルの端部に備えることを特徴とする超電導コイルである。 An eleventh aspect of the present invention is a superconducting coil comprising a superconducting coil electrode at an end of the superconducting coil.
本発明により酸化物高温超電導体を使用した転位導体で構成される特性に優れた超電導コイルの製作が可能となり、また、超電導電力貯蔵装置、超電導変圧器及び交流コイルなどの応用機器の開発、製造が可能となる。従って、工業上顕著な効果を奏するものである。 The present invention makes it possible to produce superconducting coils with excellent characteristics composed of dislocation conductors using high-temperature oxide superconductors, and to develop and manufacture superconducting power storage devices, superconducting transformers, and AC coils. Is possible. Therefore, there is an industrially remarkable effect.
先ず、超電導コイルにおいて、長手方向の曲げひずみを1%以下とする。1%以下とするには、転位導体を構成する超電導体素線(以下、素線と略す)表面を滑らかにして、素線同士のすべりを平滑にすることが必要である。平滑にする方法には、例えば樹脂などをコーティングする、或いはステンレスなどの平滑平面を有する金属材料を素線に貼り合わせるなどの方法がある。 First, in the superconducting coil, the bending strain in the longitudinal direction is set to 1% or less. In order to make it 1% or less, it is necessary to smooth the surface of the superconductor wire (hereinafter abbreviated as “wire”) constituting the dislocation conductor and smooth the slip between the wires. Examples of the smoothing method include a method of coating a resin or the like, or attaching a metal material having a smooth flat surface such as stainless steel to an element wire.
又、下記式(1)で示した曲げひずみに関する式を用いて、コイル巻回時に転位導体へ加わる曲げひずみが1%以内になるように、超電導コイルの巻内径と導体の厚みを調整する方法がある。 A method for adjusting the winding inner diameter of the superconducting coil and the thickness of the conductor so that the bending strain applied to the dislocation conductor at the time of winding the coil is within 1% by using the formula relating to the bending strain shown in the following formula (1). There is.
これにより、コイル巻枠で巻回される転位導体は、素線同士の巻回中に滑ることが可能となり、局所的な曲げひずみを回避してコイル巻回時に転位導体に付与される曲げひずみを1%以内に抑えることができ、超電導特性の劣化が生じなくなる。
ε=(t/D)×100・・・・・・(1)
ここで各記号は以下を示す。
ε(%) :曲げひずみ
t(mm):転位導体厚み
D(mm):コイルの巻内径
As a result, the dislocation conductor wound by the coil winding frame can slip during the winding of the strands, avoiding local bending strain and bending strain applied to the dislocation conductor during coil winding. Can be suppressed to within 1%, and superconducting characteristics are not deteriorated.
ε = (t / D) × 100 (1)
Here, each symbol indicates the following.
ε (%): Bending strain t (mm): Dislocation conductor thickness D (mm): Inside diameter of coil
なお、本発明では、該転位導体の厚み(t)及び該超電導コイルの巻内径(D)が下記式の関係を満たすことを特徴とする。
0<t≦D/100・・・・・・(2)
即ち、本発明では曲げひずみを1%以内にする。そのために、式(1)を変形すると下記式(3)のように示される。
ε=(t/D)×100≦1・・(3)
更に、式(3)を変形すると、下記式(4)のように示される。
t≦D/100・・・・・・・・(4)
なお、tの値は0(mm)以上である。従って、式(4)から、本発明において、前記式(2)が誘導される。
In the present invention, the thickness (t) of the dislocation conductor and the winding inner diameter (D) of the superconducting coil satisfy the relationship of the following formula.
0 <t ≦ D / 100 (2)
That is, in the present invention, the bending strain is set within 1%. Therefore, when formula (1) is modified, the following formula (3) is obtained.
ε = (t / D) × 100 ≦ 1 (3)
Further, when the formula (3) is modified, the following formula (4) is obtained.
t ≦ D / 100 (4)
The value of t is 0 (mm) or more. Therefore, the formula (2) is derived from the formula (4) in the present invention.
転位導体を巻線して超電導コイルを作製する巻線装置において、転位導体の走行ラインは、巻出し装置から途中数カ所の送り備品(以下リールと称す)を経て、コイル巻枠に到達し、巻回されて超電導コイルが形成される。この走行ラインにおいて、リール間にパイプや板などで構成される転位導体支持具を設けて転位導体を支持する構造にすることにより本発明の目的を達成することができる。 In a winding device for producing a superconducting coil by winding a dislocation conductor, the travel line of the dislocation conductor reaches a coil winding frame through several feeds (hereinafter referred to as a reel) from the unwinding device. Turned to form a superconducting coil. In this travel line, the object of the present invention can be achieved by providing a dislocation conductor support made of a pipe, a plate or the like between the reels so as to support the dislocation conductor.
即ち、転位導体について、設置したパイプの中を通したり、板の上を滑らせたり、板の直上を走行させることにより、巻線作業を中断したときに、巻戻しなどの際の転位導体に弛みが発生した場合にも、転位導体支持具により転位導体に発生する曲げひずみを1%以内に収めることができ、よって、転位導体特性の劣化を防止することができるのである。 In other words, when the winding work is interrupted by passing through the installed pipe, sliding on the plate, or running just above the plate, the dislocation conductor can be used for rewinding. Even in the case where slack occurs, the bending strain generated in the dislocation conductor by the dislocation conductor support can be kept within 1%, thereby preventing the deterioration of the dislocation conductor characteristics.
また、転位導体については、巻出し装置から走行ライン上に繰り出された後、曲げ方向が片振り曲げのように一方向となるように、巻線装置の構成部品の配置を行うことが望ましい。すると、転位導体に付与される曲げひずみは、片方向のみとなり繰り返し曲げのような曲げ方向の逆転が生じないので、転位導体特性の劣化を防ぐことができる。 Further, regarding the dislocation conductor, it is desirable to arrange the components of the winding device so that the bending direction becomes one direction like a swing swing after being fed out from the unwinding device onto the travel line. Then, the bending strain applied to the dislocation conductor is only in one direction, and the reversal of the bending direction such as repeated bending does not occur, so that deterioration of the dislocation conductor characteristics can be prevented.
転位導体の端部に設けられ電極は、転位導体の積層数に等しい段数で、且つ転位導体を構成する素線厚みに合った高さの段差が設けられた構造を有することを特徴とする。この段差部に転位導体の各層をハンダ付けで接続する。 The electrode provided at the end of the dislocation conductor has a structure in which the number of steps is equal to the number of stacked dislocation conductors, and a step having a height corresponding to the thickness of the strand constituting the dislocation conductor is provided. Each layer of dislocation conductors is connected to the stepped portion by soldering.
これにより、電極を構成する金属板と転位導体間の接続抵抗をほぼ等しい値に揃えることが可能となり、均流化することができる。又、はんだ付け時の局所的なひずみや、電磁力による局所的なひずみの発生を防ぐことができると共に、通電による導体特性の低下も防止することができる。 As a result, the connection resistance between the metal plate constituting the electrode and the dislocation conductor can be made to be substantially equal to each other, and the current can be leveled. In addition, it is possible to prevent local distortion during soldering and local distortion due to electromagnetic force, and it is possible to prevent deterioration of conductor characteristics due to energization.
転位導体は、その形状を保持するための結束部を設ける場合には、結束部をコイル形状に巻回した場合に結束部の上下層の転位導体に局所的なひずみを加えることになる。これら局所的なひずみを防ぐために各層間に板状やフィルム状のスペーサーを設けて転位導体巻回コイルを作製することが望ましい。 When the bundling portion for holding the shape of the dislocation conductor is provided, when the bundling portion is wound in a coil shape, local distortion is applied to the dislocation conductors in the upper and lower layers of the bundling portion. In order to prevent these local distortions, it is desirable to produce a dislocation conductor wound coil by providing a plate-like or film-like spacer between each layer.
図1〜図5を参照して、本発明を詳細に説明する。図1、図2において、図番の1は転位導体、図番の2は素線(超電導体)、3は素線表面に設けられる平滑層であり、4aは樹脂被覆素線、4bは金属板貼付素線である。図1に示したように、転移導体1を構成する素線2には、厚み0.2mm、幅1.85mmの銀マグネシウム合金シースを用いたビスマス系高温超電導体素線を使用した。
The present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2,
この素線の表面に設けられる平滑層3として、フォルマール絶縁樹脂を被覆厚み約20μmに設けて、樹脂被覆素線4aを作製した。なお、被覆はフォルマール以外にも、エポキシ樹脂やポリイミドテープやマイラテープなどで被覆しても良く、又は図1(b)で示したように、ステンレステープや銅テープなどの表面が平滑な金属テープ類を貼り合わせたり、重ねたりしても良い。
As the
次いで、この樹脂被覆素線を転位導体化した。図2で示されるように、先ず長さ50mの樹脂被覆素線4aを6本用意し、それらを転位ピッチ570mmで転位しながら転位導体化した。この転位導体の寸法は厚み1.3mm、幅4.0mmで、この転位導体1の自己磁界下における液体窒素温度での臨界電流(Ic)は、156Aであった。
Next, this resin-coated strand was converted into a dislocation conductor. As shown in FIG. 2, first, six resin-coated
この転位導体を巻内径φ200mmのボビンに巻取り、転位導体供給コイルを作製した。 This dislocation conductor was wound on a bobbin having a winding inner diameter of φ200 mm to produce a dislocation conductor supply coil.
超電導コイルの作製には、図3(a)に示した、例えば巻内径が200mm、巻幅が90mmのガラス繊維強化プラスチック製ボビン5を用いた。このボビン5の巻内径は転位導体に付与されるひずみが1%以内に収まるように決められているが、0.3%程度のひずみを安全マージンとして見込み、転位導体の曲げひずみが0.7%程度になるように、前記式(1)から求めた。従って、ボビンの巻内径がD=200mmの場合、曲げひずみεは0.65%とした。
For production of the superconducting coil, for example, a glass fiber reinforced
転位導体は、このボビン5にソレノイド巻で巻線した。図3(b)に示したように、ソレノイド巻の巻線においては転位導体を1層形成するごとに、その層の外周にエポキシ樹脂を塗り込み、更にその上に幅5mm、厚み0.4mmの繊維強化プラスチック製スペーサー6を設けた。スペーサー6は、超電導コイルの巻線の周方向に24等配となるように配置した。スペーサー6上に次の転位導体の層を巻線することを繰り返して所定の巻数を形成した。
The dislocation conductor was wound around the
巻線中は転位導体を形成している素線同士がお互いに平滑に滑ることで素線に局所的な曲げひずみが生じることがないようにした。巻線終了後には、転位導体の両端部に電極をはんだ付けした。 During winding, the strands forming the dislocation conductors slip smoothly from each other so that local bending strain does not occur in the strands. After the end of winding, electrodes were soldered to both ends of the dislocation conductor.
図4には、転位導体1をボビンに巻線して超電導コイルを作製する巻線装置を示した。超電導コイル用のボビン5を巻線装置7の巻取り装置8に取り付け、ボビン5を回転させて転位導体1を、矢印方向に巻取り装置8で巻取り、超電導コイル9を作製した。
FIG. 4 shows a winding apparatus for producing a superconducting coil by winding a
転位導体1は、巻出し装置10に設置された転位導体供給コイル11から繰り出されて、巻線装置7の走行ラインを進む。この走行ラインには途中φ300mmの張力検出用リール12があり、この張力検出用リール12の信号をフィードバックして、転位導体1の巻線張力を制御する。
The
張力検出用リール12を通った転位導体1は、ボビン5に巻線されるが、転位導体1の曲げ方向は、常に転位導体供給コイル11の巻き方向と同じ向きとなるように、張力検出リール12やボビン5などの巻線装置構成部品を配置した。
The
更に、張力検出リール12とボビン5間には、転位導体1が垂れ下がっても曲げひずみが1%以内に収まるように支持具13が設けた。この支持具13は塩化ビニルや金属などのチャンネル材、板又は筒などを用いている。ここでは、塩化ビニル製チャンネル材を用いたる。
Further, a
支持具13は転位導体1の走行ラインの下方に、例えば約1mmの間隔の所に固定されており、転位導体1が緩んで垂れ下がってきても、この支持具13に転位導体1が支えられて転位導体1に加わる曲げひずみを1%以内に抑えることができる。また、転位導体1の巻戻し時に発生する一時的な転位導体1の垂れ下がりに対応できるので、曲げひずみを1%以内に抑えることができる。
The
図5に示した本発明に係る電極14は、JIS C1100に準じて作製した銅製の電極であり、転位導体との半田付け接続部位15は階段状に段差16を設けた。図5では、段差が2段になっているが、用いる転位導体によって2段、又は多段に設けて良い。
The
この段差16の大きさは、図4の電極の場合には、2列3層の素線で構成される転位導体1の素線厚みにほぼ相当するように設けられ、例えば0.5mmとした。この電極の段差量を素線の厚み相当にして、転位導体の電極はんだ付け接続部位に曲げ歪みを与えないようにした。
In the case of the electrode of FIG. 4, the size of the
なお、電極構造は、この他にも繊維強化プラスチック製の板に銅板を組み合わせて段差を形成するなどの方法でも良く、本発明の段差を有する電極構造を実現する方法であるなら、どのような方法を用いても良い。 In addition, the electrode structure may be a method of forming a step by combining a copper plate with a plate made of fiber reinforced plastic, and any method can be used as long as the electrode structure having a step of the present invention is realized. A method may be used.
次いで、この電極の一つの段差に、転位導体の素線2列分をはんだ接続した。これを3回繰り返し、6本の素線全てを電極にはんだ付けにより接続した。さらに転位導体の残りの端部も同じ電極を用意し、同様のはんだ付けにより接続した。 Subsequently, two strands of dislocation conductors were soldered to one step of this electrode. This was repeated three times, and all six strands were connected to the electrodes by soldering. Further, the same electrode was prepared for the remaining end of the dislocation conductor and connected by the same soldering.
次に、本発明による巻線装置、電極を用いて作製した超電導コイルの特性示す。作製した超電導コイルを液体窒素温度に冷却し、自己磁界下での臨界電流を測定し、140Aの臨界電流値を得た。この臨界電流値はコイル形状により発生する磁界による超電導特性の影響であって、コイル作製時の曲げひずみによる変化ではないことを確認した。 Next, characteristics of the superconducting coil manufactured using the winding device and the electrode according to the present invention will be shown. The produced superconducting coil was cooled to liquid nitrogen temperature, the critical current was measured under a self-magnetic field, and a critical current value of 140 A was obtained. It was confirmed that this critical current value was influenced by the superconducting characteristics due to the magnetic field generated by the coil shape, and was not changed by bending strain during coil production.
高磁界下での臨界電流とフープ電磁力測定するため、内径300mmの断熱筒の内側に本発明の超電導コイルを取り付け、液体ヘリウム温度まで冷却し、14Tの磁界環境下で通電試験を行った。その結果、臨界電流値は360Aで、そのときの転位導体に加わるフープ電磁力は136MPaであった。 In order to measure the critical current and the hoop electromagnetic force under a high magnetic field, the superconducting coil of the present invention was attached to the inside of a heat insulating cylinder having an inner diameter of 300 mm, cooled to the liquid helium temperature, and an energization test was performed in a 14 T magnetic field environment. As a result, the critical current value was 360 A, and the hoop electromagnetic force applied to the dislocation conductor at that time was 136 MPa.
更に、14Tの磁界中で励磁と減磁を3回繰り返したが、臨界電流特性に変化は見られなかった。従って、本発明による超電導コイルは、実用化に充分な電気的及び機械的特性を兼ね備えている。 Furthermore, excitation and demagnetization were repeated three times in a 14T magnetic field, but no change was observed in the critical current characteristics. Therefore, the superconducting coil according to the present invention has electrical and mechanical characteristics sufficient for practical use.
超電導電力貯蔵装置、核融合炉等に使用される大型超電導マグネット用の超電導コイルに利用できる。 It can be used for superconducting coils for large superconducting magnets used in superconducting power storage devices, nuclear fusion reactors and the like.
1 転位導体
2 超電導体素線
3 素線表面の平滑層
4a 樹脂被覆素線
4b 金属材料貼付素線
5 超電導コイル用ボビン
6 スペーサー
7 巻線装置
8 巻取り装置
9 超電導コイル
10 巻出し装置
11 転位導体供給コイル
12 張力検出リール
13 支持具
14 超電導コイル用電極
15 はんだ接続部位
16 段差
20 巻線装置
21 巻出し装置
22 張力検出リール
23 方向変換リール
24 ボビン
25 巻取り装置
DESCRIPTION OF
Claims (11)
該超電導コイルの巻線時及び巻線後における該転位導体に付与されている曲げひずみが1%以下であることを特徴とする超電導コイル。 A superconducting coil configured by winding a dislocation conductor formed by stacking high-temperature superconductor strands having a smooth layer on the outer periphery,
A superconducting coil, wherein a bending strain applied to the dislocation conductor during and after winding of the superconducting coil is 1% or less.
該転位導体の厚みt(mm)及び該超電導コイルの巻内径D(mm)が下記式の関係を満たしていることを特徴とする超電導コイル。
0<t≦D/100 The superconducting coil according to any one of claims 1 to 3, wherein a thickness of the transition conductor is t (mm), and a winding inner diameter of a coil formed by winding the dislocation conductor is D (mm).
A superconducting coil characterized in that a thickness t (mm) of the dislocation conductor and a winding inner diameter D (mm) of the superconducting coil satisfy a relationship of the following formula.
0 <t ≦ D / 100
前記巻出し装置と巻取り装置間で、前記転位導体に付与されている曲げひずみが1%以下となるように巻出し装置、巻取り装置及び巻線装置構成部品が配置されていることを特徴とする巻線装置。 In a winding device comprising at least one winding device component between the unwinding device and the winding device,
The unwinding device, the winding device, and the winding device components are arranged so that the bending strain applied to the dislocation conductor is 1% or less between the unwinding device and the winding device. Winding device.
転位導体に同じ方向の曲げが付与されるように巻出し装置、巻取り装置及び巻線装置構成部品が配置されていることを特徴とする巻線装置。 In a winding device comprising at least one winding device component between the unwinding device and the winding device,
A winding device, wherein a winding device, a winding device, and a winding device component are arranged so that the dislocation conductor is bent in the same direction.
前記巻出し装置と巻取り装置間で、前記転位導体に付与されている曲げひずみが1%以下となるように巻出し装置、巻取り装置及び巻線装置構成部品が配置されており、
且つ転位導体に同じ方向の曲げが付与されるように巻出し装置、巻取り装置及び巻線装置構成部品が配置されていることを特徴とする巻線装置。 In a winding device comprising at least one winding device component between the unwinding device and the winding device,
Between the unwinding device and the winding device, the unwinding device, the winding device, and the winding device components are arranged so that the bending strain applied to the dislocation conductor is 1% or less,
A winding device, wherein a winding device, a winding device, and a winding device component are arranged so that the dislocation conductor is bent in the same direction.
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