JP2008028147A - 鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置および鞍形コイル巻線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鞍形コイル励磁の電磁石装置の超電導コイルの剛性が高くなるように鞍形コイルを構成する。
【解決手段】円筒部材の両外側部の対称位置に一対の鞍形コイル巻枠を設けたコイル巻芯に、超電導導体により一対の鞍形コイルが巻回された超電導励磁コイルと、内筒と外筒を同心状に配置し、両端部を封止して密閉された円筒状空間を形成し、この円筒状空間に超電導励磁コイルを収容し、極低温冷媒が充填される極低温槽と、円筒状空間を形成し、超電導励磁コイルを収容した極低温槽を収容し、内壁と極低温槽外壁との間に所定の離隔距離が確保できる円筒状空間を形成し、真空状態に維持する真空槽と、真空槽の円筒状空間内に極低温槽が収容された状態で、極低温槽の外壁と、真空槽内壁との間の空間に極低温槽の全周を囲うように配置された熱シールドとを備えた構成とした。
【選択図】図１

Description

この発明は、シリコン単結晶引き上げ装置等の溶融槽に対して水平方向の磁場を与える鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置および鞍形コイル巻線装置に関するものである。

シリコン単結晶引き上げ装置溶融槽の中心部に対して水平方向の磁場を与える電磁石装置としては、例えば、特許文献１に記載されている。
特許文献１の電磁石装置は、特許文献１の第１図〜第４図に示されているように、一対の中空半円筒状の外筒継鉄と、外筒継鉄の上下端部に固着された半円状の端部継鉄と、外筒継鉄の内面に組み付けられた横断面形状が円弧状の一対の磁極片と、この磁極片にはめ込まれた鞍形形状の一対の励磁コイルとで構成され、半円状の外筒継鉄部をつなぎ合わせて円筒状に構成し、このつなぎ合わされた電磁石装置が、特許文献１の第４図のようにシリコン単結晶引き上げ装置の溶融槽の外周部に配置されて、溶融槽の中心部に、中心軸に対して直交方向の磁界を与える構成である。

この特許文献１のシリコン単結晶引き上げ装置等の溶融槽に磁界を与える電磁石装置は、励磁コイルが常電導線を巻回した構成であり、励磁するための電力が常時消費され、ランニングコストが高くなる。

電磁石装置のコイルを超電導導体が巻回された超電導電磁石装置とすることにより、運転中の励磁電力は零となりランニングコストを低く抑えることができる。

超電導電磁石装置における励磁コイルは、常電導励磁コイルの場合に比較して励磁時の容積あたりの電流密度が高くなり導体間に大きな電磁機械力が働く、特に鞍形に形成されたコイルでは電磁機械力に対して変形しないように強固に構成する必要がある。

また、励磁コイルの巻回時は、直円筒状の通常の超電導電磁石では、直円筒状の巻芯の外周に、充分な張力を加えて連続巻きすることができるので剛性の高いコイルは容易に製作することができるが、鞍形コイルの場合はその構成が直円筒状の筒体の両側部に設けられた鞍形巻芯に巻回するために、巻回方向の横部分は円筒状部分の外周に沿って湾曲しており、筒体の表面から外周側の方向に巻くときは張力を加えて巻くことができるが、外周側から円筒表面に向かって巻くときには、張力を加えることができないので、剛性を高くする巻回ができない問題点がある。

特開昭６１−２３９６０５号公報

上記特許文献１のシリコン単結晶引き上げ装置の溶融槽に磁界を与える電磁石装置は、溶融槽の両側に配置された鞍形形状の一対の励磁コイルが、常電導線を巻回した構成であり、励磁するための電力が常時消費され、ランニングコストが高く、効率的な運転ができないという問題点があった。
また、超電導電磁石装置では、コイル内部の励磁電流による損失が発生しないので電流密度は高く設定されるが、このためにコイル素線間に働く電磁機械力が大きくなり、鞍形コイルは、コイル巻芯の側部の周囲に沿って鞍形に形成され、コイル巻芯の軸方向に平行な部分が存在し、円筒形コイルに比較して、コイル内の電磁機械力のバランスが悪くコイルを変形させる方向の荷重も大きくなるので、コイルの剛性を高くして強固に構成しなければならないという問題点があった。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、電磁石装置の鞍形コイル部分の剛性が高くできるように構成し、励磁コイルを超電導導体で構成し、ランニングコストが低い鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置を提供することを目的とする。

この発明に係る鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置は、円筒部材の両外側部の対称位置に一対の鞍形コイル巻枠が設けられたコイル巻芯に、超電導導体により一対の鞍形コイルが巻回された超電導励磁コイルと、極低温内筒と極低温外筒を同心状に配置し、両端部を封止して密閉された円筒状空間を形成し、この円筒状空間に超電導励磁コイルを収容し、極低温冷媒が充填される極低温槽と、真空槽内筒と真空槽外筒を同心状に配置し、両端部を封止して密閉された円筒状空間を形成し、この円筒状空間に超電導励磁コイルを収容した極低温槽を収容し、極低温槽外壁との間に所定の離隔距離が確保できる円筒状空間を形成し、円筒状空間の内部が真空状態に維持し、真空槽内筒の内側を磁場発生空間とする真空槽と、この真空槽に極低温槽が収容された状態で、極低温槽の外壁と、真空槽内壁との間の空間に極低温槽の全周を囲うように配置された熱シールドとを備え、真空槽の磁場発生空間に、軸方向に対して直角方向の磁界を発生させる構成としたものである。

この発明の係る鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置は、円筒部材の両外側部の対称位置に一対の鞍形コイル巻枠が設けられたコイル巻芯に、超電導導体により一対の鞍形コイルが巻回された超電導励磁コイルで構成したことにより、超電導導体に充分な張力をかけて巻回することができ、鞍形コイルの周囲は隙間がないように固定部材により固定して剛性を高くすることも容易であり、超電導電磁石装置としてコイル部分が電流密度の高い構成であっても、励磁電流による電磁機械力による変形もなく安定して運転できるとともにランニングコストの低い励磁コイル励磁の超電導電磁石装置が構成できる。

実施の形態１．
図１〜図４に実施の形態１の鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置の構成を示す。図１は鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置の断面図、図２は図１の鞍形コイルの構成を示す斜視図、図３は鞍形コイルが巻回されるコイル巻芯の構成を示す横断面図、図４は巻回された鞍形コイルの接続図である。

実施の形態１の鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置は、円筒部材２ａの両外側部の対称位置に一対の鞍形コイル巻枠３Ａ、３Ｂが設けられたコイル巻芯２に、超電導導体により一対の鞍形コイル４Ａ、４Ｂを巻回して超電導励磁コイル１を構成している。円筒部材２ａはコイルを収容する極低温槽の内筒を兼用した構成である。

図１の超電導励磁コイル１は、図２に示すように構成されており、そのコイル巻芯２の横断面は図３に示す通りとしている。
コイル巻芯２は、円筒部材２ａの両外側部の対称位置に一対の鞍形コイル巻枠３Ａ、３Ｂを溶接等により取付けた構成であり、鞍形コイル巻枠３Ａ、３Ｂのコイル巻回面は図３に示すように、円筒部材２ａの外周の取り付ける位置における法線方向に延在するように形成している。
このようにコイル巻回面を円筒部材２ａの外周の法線方向に延在するように形成すると、コイルを巻回するときに超電導導体に充分な張力を加え、鞍形コイル巻枠３Ａまたは３Ｂの巻回面および円筒部材の表面側に押し付けて巻回できるようになり、巻線層が締め付けられて剛性の高い巻回層が形成できる。

巻回する鞍形コイル４Ａ、４Ｂ毎に、鞍形コイル巻枠３Ａ、３Ｂにそれぞれ巻回する所定の巻回数を偶数に分割し、分割した１分割の巻回数を１巻線単位として、それぞれの鞍形コイル巻枠３Ａ、３Ｂの外周に１巻線単位毎に層状に巻回し、巻回した表面に絶縁テープを巻き付けて巻回した巻線層を円筒部材２ａに密着させて巻崩れを防止し、順次上層に巻回方向を反対方向として順次所定の巻線単位を巻回する。

巻回された鞍形コイル４Ａ、４Ｂは、図４に示すように、例えば鞍形コイル４Ａの分割数が６個とし、分割したコイルを第１層から４Ａ１、４Ａ２・・・４Ａ６とした場合、奇数番目層と偶数番目層は巻回方向が互いに反対方向になっているので、各鞍形コイル４Ａ、４Ｂが励磁電流が同一方向になるように直列接続するためには、コイル内周側では、４Ａ１と４Ａ２，４Ａ３と４Ａ４、４Ａ５と４Ａ６のそれぞれの巻始めどうしを接続導体７で接続し、コイル外側では、４Ａ２と４Ａ３，４Ａ４と４Ａ５の巻終わりどうしを接続導体８で接続し、１層目４Ａ１の巻終わり側が鞍形コイルの一方を端部、６層目４Ａ６の巻終わり側が他方の端部となる。

このようにコイル巻芯２の鞍形コイル巻枠３Ａ、３Ｂに巻回された一対の鞍形コイル４Ａ、４Ｂで構成された超電導励磁コイル１は、極低温槽１０の端部材１３側に固定部材５Ａ、５Ｂに間挿して隙間が生じないように固定し、超電導励磁コイル１の外周側は、隙間が生じないようにして固定部材６Ａ、６Ｂにより固定している。

超電導励磁コイル１が収容される極低温槽１０は、コイル巻芯２の円筒部材２ａを極低温槽内筒に利用したものであり、この円筒部材２ａと同心状に極低温槽外筒１２を配置し、両端部を極低温槽封止部材１３により封止して円筒状空間Ｒを形成し、この円筒状空間Ｒに超電導励磁コイル１が収容された状態で液体ヘリウムの極低温冷媒１５が充填される。

真空槽２０は真空槽内筒２１と真空槽外筒２２を同心状に配置し、両端部を真空槽端部材２３で封止し、この真空槽２０の内壁と、収容される極低温槽１０の外壁との間に所定の離隔距離Ｇが確保できる円筒状空間Ｓを形成し、円筒状空間Ｓは常時真空状態に維持される。
円筒状空間Ｓ内に超電導励磁コイル１が収容された極低温槽１０を収容し、極低温槽１０の外壁と真空槽２０の内壁との間に極低温槽１０の全周を囲うように熱シールド２５を配置し、真空槽２０の内壁から極低温槽１０に放射熱が伝達されるのを防止している。

このように構成された超電導励磁コイル１が極低温状態（４Ｋ）に維持されるように、極低温冷凍機３０が設けられている。極低温冷凍機３０はヘリウムガスを複数段の断熱膨張を繰り返すことにより最終段で極低温（４Ｋ）を発生するものである。
極低温冷凍機３０の極低温ステージ３１（４Ｋステージ）が極低温槽１０に熱接続され、中間ステージ３２は５０〜６０Ｋの温度であり、熱シールド２５に熱接続されている。冷凍機３０の外周部は、真空状態が維持できるように冷凍機取付座３７で囲い、常時真空状態に維持される。
このように構成された鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置は、真空槽２０の真空槽内筒２１の内径部が磁場発生空間となり、軸方向に対して直角方向の磁場を発生する。

以上のように構成した鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置は、超電導励磁コイル１を充分な張力をかけて巻回し、鞍形コイル４Ａ、４Ｂの周囲は隙間がないように固定部材５Ａ、５Ｂ、６Ａ、６Ｂにより固定しているので、剛性の高い構成となっており、超電導電磁石装置としてコイル部分に励磁電流による電磁機械力が加わっても、変形することなく安定して運転できる鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置を構成することができる。

また、極低温槽１０の内筒はコイル巻芯２の円筒部材２の機能を兼ねているので、極低温槽１０を軽量に構成することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、超電導励磁コイル１は、鞍形コイル巻枠３Ａ、３Ｂに巻回する巻回数を偶数に分割し、分割した１分割の巻回数を１巻線単位として、鞍形コイル巻枠３Ａ、３Ｂのそれぞれの外周に１巻線単位毎に層状として層毎に巻回方向を反対方向として順次上層に巻回し、各巻線単位が直列状態になるように内周側どうし、外周側どうしを接続する構成としたが、この方法では各巻線単位を直列状態にするために、内周側と外周側で接続する必要があった。
この実施の形態２は、巻線単位毎に巻回方向を反対方向とする２巻線単位を１組とし、内側から外周方向に巻回しても、内周側の接続が不要となる巻回方法で巻回したものである。

図５は、巻回方向が反対方向の巻線単位を１組として巻回した鞍形コイルの構成図である。図５（ａ）は２巻線単位を１組とし、一条の超電導導体で１組の巻線単位を巻回した鞍形コイルの部分断面図である。図５（ｂ）は図５（ａ）の巻線終端部の側面を示した部分図である。

この実施の形態２の巻回方法は、例えば鞍形コイル４４Ａの場合で、巻回数を偶数に分割し、１分割を１巻線単位とした２巻線単位を１組とし、鞍形コイル巻枠３Ａに巻回する２巻線単位に必要な超電導導体の長さの１／２を鞍形コイル巻枠３Ａの部分に仮置きし、下層となる巻線単位を巻回した後に、上記の仮置きした超電導導体により、巻回方向を反対方向として上層に巻回する。この巻回方法にて所定の組数の巻線単位を巻回して鞍形コイル４４Ａを巻き上げる。

例えば、鞍形コイルの巻回数を６分割し、分割した巻線単位を巻芯側から４４Ａ１、４４Ａ２、４４Ａ３、４４Ａ４、４４Ａ５、４４Ａ６とした場合、４４Ａ１と４４Ａ２、４４Ａ３と４４Ａ４、４４Ａ５と４４Ａ６はそれぞれ内周側で繋がっているので、直列状態に接続するには図６に示すように外周側で接続導体８で接続するのみでよい。

このように２巻線単位を１組とし、２巻線単位を１条の超電導導体で巻回すると、コイルを直列状態にするのに内周側で接続する必要がなく、外周側の接続のみで直列状態に接続され、接続箇所を少なくすることができる。

実施の形態３．
実施の形態１では、鞍形コイル巻枠に巻回する巻回数を偶数に分割し、分割した１分割の巻回数を１巻線単位として１巻線単位毎に巻回方向を反対方向として層状に巻回したが、この実施の形態３は、作業効率を向上させるために複数の巻線単位を同時巻回する実施の形態である。

鞍形コイル巻枠に巻回する巻回数を偶数に分割した同一巻回方向の巻線単位の複数を同時に巻回し、その上層に巻回方向が反対方向の複数の巻線単位を同時に巻回する。
例えば、１つの鞍形コイル巻枠３Ａに巻回する巻回数を６分割した５４Ａ１、５４Ａ２、５４Ａ３、５４Ａ４、５４Ａ５、５４Ａ６とした場合、５４Ａ１、５４Ａ２、５４Ａ３の３巻線単位を同一巻回方向で鞍形コイル巻枠３Ａに同時に巻回し、その上層に５４Ａ４、５４Ａ５、５４Ａ６を同時に巻回方向を反対方向として巻回する。
巻回した各巻線単位は図７に示すように、直列で電流方向が同一方向となるように接続する。すなわち、内周側は５４Ａ１と５４Ａ４、５４Ａ２と５４Ａ５、５４Ａ３と５４Ａ６の巻はじめどうしを接続し、外周側は５４Ａ２と５４Ａ４、５４Ａ３と５４Ａ５の巻終わりどうしを接続する。

このように同一巻回方向の複数の巻線単位を同時巻回すると、巻回作業の作業効率が向上し、巻回作業時間が短縮され、画業効率がよくなる。

実施の形態４．
実施の形態４は、鞍形コイルを巻回する超電導線の断面形状を矩形とした扁平導体としたものである。
超電導導体の断面の形状を図８に示す。

鞍形コイルを扁平導体で巻回すると、巻回されたコイルは導体の平面部で接触するので、巻回時の巻線整列状態がよくなり、精度よく巻回することができ、コイルの剛性が高くなって変形しにくいコイルが構成できる。

実施の形態５．
実施の形態５は、鞍形コイルを巻回する超電導線の断面形状をレーストラック形とした扁平導体としたものである。レーストラック形超電導導体は、断面円形の超電導線を２方向から圧延することにより断面レーストラック形の超電導導体が製作できる。
超電導導体の断面の形状を図９に示す。

この場合においても、鞍形コイルを扁平導体であり、実施の形態４と同様に、巻回されたコイルは導体の平面部で接触するので、巻回時の巻線整列状態がよくなり、精度よく巻回することができ、コイルの剛性が高くなり、変形しにくいコイルが構成できる。

実施の形態６．
実施の形態１の鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置の超電導コイルは、コイル巻芯は極低温槽の内筒を利用して円筒状空間の内径側に収容した構成であったが、この実施の形態４は超電導コイルを極低温糟の外周側に収容した構成である。
実施の形態６の鞍形コイル励磁超電導電磁石装置の構成を図１０に示す。この構成は実施の形態１の図１の構成とは、超電導コイルと、超電導コイルを収容する極低温槽の部分が異なるのみで、その他の部分は実施の形態１の図１と同一である。

実施の形態６の超電導励磁コイル６１は、コイル巻芯６２を円筒部材６２ａの外周側部鞍形コイル巻枠６３Ａ、６３Ｂを設けて、実施の形態１と同様に、鞍形コイル６４Ａ、６４Ｂを巻回し、超電導励磁コイル１が収容される極低温槽７０は、極低温槽内筒７１と同心状に極低温槽外筒７２を配置し、両端部を封止する極低温槽封止部材７３により封止して円筒状空間Ｒを形成し、この円筒状空間Ｒに超電導励磁コイル６１が収容された状態で液体ヘリウムの極低温冷媒１５が充填される。

その他の真空糟２０、熱シールド２５および極低温冷凍機３０およびその関連する部分は、実施の形態１の図１と同一であるので、説明は省略する。

このように超電導コイル６１を極低温槽７０の外周側に配置すると、鞍形コイル６４Ａ ，６４Ｂの軸方向側の固定は固定部材６５Ａ、６５Ｂで固定し、外周側は極低温糟外筒７２に添わせて挿入することで、極低温槽外筒７２で固定する構成となり、鞍形コイル６４Ａ、６４Ｂの固定するためのコストを低減することができる。

実施の形態７．
実施の形態１〜６の鞍形コイルを巻回する前に超電導導体の表面に熱硬化性樹脂を半硬化状態で塗布し、鞍形コイル巻回後に加熱して硬化すると、超電導導体の表面が互いに固着するので、剛性が高く機械的強度の強い鞍形コイルが形成できる。

実施の形態８．
実施の形態１〜６の鞍形コイルを巻回後、コイル部分に熱硬化性樹脂を含浸して加熱して硬化すると、鞍形コイル内部の隙間がなくなり、この場合においても剛性が高く機械的強度の強い鞍形コイルが形成できる。

実施の形態９．
実施の形態９は、鞍形コイルを巻回する鞍形コイル巻線装置の実施の形態である。
図１１は実施の形態９の鞍形コイル巻線装置の構成を示す斜視図である。
図１１の構成は、鞍形コイル巻芯２の内径部に挿入して支持する巻芯支持具８１と、巻芯支持具８１を回転自在に支持する巻芯支持台８０と、コイル巻芯２を支持した状態で巻芯支持具８１を巻線状態に応じて回転させる巻芯回転駆動機構８２と、巻回する鞍形コイル素材の超電導導体の所定量を巻き取った素材リール８４と、素材リール８４から巻回位置に案内する案内ローラ８５と、巻芯回転駆動機構８２により駆動制御されるコイル巻芯２の巻回位置に超電導導体を案内する案内ローラ８５と、素材リール８４を装着し、先端部に案内ロール８５を支持する巻付アーム８３と、巻付アーム８３の先端部の案内ロール８５と素材リール８４の関係位置が適正な巻回位置駆動制御する巻付アーム駆動機構８６と、巻回部分に対する巻付アーム８３の位置を前後移動する移動アーム８７を備えている。

このように構成された、鞍形コイル巻線装置の巻回動作は、巻回位置がコイル巻芯２の円筒部材２ａの周方向の時は、巻芯回転駆動機構８２によりコイル巻芯２を装着した巻芯支持具８１を回転制御し、巻回位置がコイル巻芯２の軸方向の時は巻付アーム駆動機構８６により巻付アーム８３の位置を移動アーム８７に沿ってコイル巻芯２の軸方向に移動するように巻付アーム駆動機構８６により制御する。
このように巻芯回転駆動機構８２と巻付アーム駆動機構８６により巻回位置に素材リール８４から超電導導体が円滑に供給される位置に制御することで鞍形コイルを巻回することができる。

このように構成された鞍形コイル巻線装置でコイル巻芯２に鞍形コイル４Ａ、４Ｂを適正な張力を加えて巻回することができる。

上記の鞍形コイル巻線装置は、鞍形コイルは１巻線単位で巻くように構成しているが、実施の形態３の鞍形コイルを巻回できるようにするには、図１１の鞍形コイル巻線装置の、巻き付けアーム８３装着される案内ローラ８５および素材リール８４の複数を複数段にして装着することで、複数の巻線単位を同時に巻回できる鞍形コイル巻線装置となる。

実施の形態１の鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置の断面図である。 図１の鞍形コイルの構成を示す斜視図である。 鞍形コイルが巻回されるコイル巻芯の構成を示す横断面図である。 実施の形態１の鞍形コイルの接続図である。 実施の形態２の巻回方向が反対方向の巻線単位を１組として巻回した鞍形コイルの構成図である。 実施の形態２の鞍形コイルの接続図である。 実施の形態３の鞍形コイルの接続図である。 実施の形態４の巻回する超電導導体の断面図である。 実施の形態５の巻回する超電導導体の断面図である。 実施の形態６の鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置の断面図である。 実施の形態９の鞍形コイル巻線装置の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ 超電導励磁コイル、２ コイル巻芯、３Ａ，３Ｂ 鞍形コイル巻芯、
４Ａ，４Ｂ 鞍形コイル、５Ａ，５Ｂ 端部固定部材、６Ａ，６Ｂ 外周固定部材、
１０ 極低温槽、１２ 極低温槽外筒、１３ 極低温槽端部材、１５ 極低温冷媒、
２０ 真空槽、２１ 真空槽内筒、２２ 真空槽外筒、２３ 真空糟端部材、
２５ 熱シールド、３０ 極低温冷凍機、４４Ａ１〜４４Ａ６ 鞍形コイル単位巻線、
５４Ａ１〜５４Ａ６ 鞍形コイル単位巻線、６１ 超電導励磁コイル、
７２ コイル巻芯、６３Ａ，６３Ｂ 鞍形コイル巻芯、６４Ａ，６４Ｂ 鞍形コイル、
６５Ａ，６５Ｂ 端部固定部材、７１ 極低温槽、７２ 極低温槽外筒、
７３ 極低温槽端部材、８０ 巻芯支持台、８１ 巻芯支持具、
８２ 巻芯回転駆動機構、８３ 巻付アーム、８４ 素材リール、８５ 案内ローラ、
８６ 巻き付けアーム駆動機構、８７ 移動アーム。

Claims (12)

1. 円筒部材の両外側部の対称位置に一対の鞍形コイル巻枠が設けられたコイル巻芯に、超電導導体により一対の鞍形励磁コイルを巻回した超電導励磁コイルと、極低温槽内筒と極低温槽外筒を同心状に配置し、両端部を封止して密閉された円筒状空間を形成し、該円筒状空間に上記超電導励磁コイルを収容し、極低温冷媒が充填された極低温槽と、真空槽内筒と真空槽外筒を同心状に配置し、両端部を封止して密閉された円筒状空間を形成し、該円筒状空間に上記超電導励磁コイルが収容された極低温槽を収容し、内壁と極低温槽の外壁との間に所定の離隔距離が確保できる円筒状空間を形成し、該円筒状空間の内部が真空状態に維持され、上記真空槽内筒の内側を磁場発生空間とする真空槽と、該真空槽の上記円筒状空間内に上記極低温槽が収容された状態で、上記極低温槽の外壁と、上記真空槽内壁との間の空間に上記極低温槽の全周を囲うように配置された熱シールドとを備え、上記真空槽の上記磁場発生空間に、軸方向に対して直角方向の磁界を発生させる鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置。
2. 上記超電導励磁コイルは、上記円筒部材両側部の対称位置に、コイル巻回面が上記円筒部材外周面の法線方向に延在する一対の鞍形コイル巻枠が設けられたコイル巻芯を形成し、このコイル巻芯のそれぞれの上記鞍形コイル巻枠に巻回される鞍形コイルの所定の巻回数を偶数に分割し、分割した１分割の巻回数を１巻線単位として、それぞれの上記鞍形コイル巻枠の外周に１単位巻線を１層として超電導導体を上記円筒部材表面に沿わせて巻回し、巻回された上層に順次巻回方向を層毎に反対方向として所定の巻線単位を巻回し、各巻線単位が直列状態で電流方向が同一方向となるように、内周側の巻始めどうし、外周側の巻き終わりどうしをそれぞれ接続した一対の鞍形コイルを形成したことを特徴とする請求項１記載の鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置。
3. 上記超電導励磁コイルは、上記各鞍形コイルの所定の巻回数を偶数に分割した巻線単位の巻回方向が互いに反対方向の隣接する２巻線単位を一組とし、各組は外層側の巻線単位の所要巻線量の超電導導体を上記コイル巻芯の上記鞍形コイル巻枠部に仮置きし、下層となる巻線単位を巻回した後に上記仮置きした超電導導体により、巻回方向を反対方向として上層の巻線単位を巻回する巻回方法で所定組数を巻回し、各巻線単位が直列状態で電流方向が同一方向となるように、隣接する組の巻終わりどうしを接続したことを特徴とする請求項２記載の鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置。
4. 上記コイル巻芯の上記鞍形コイル巻枠に巻回された単位巻線毎に巻回された鞍形コイルの外周面に絶縁テープを巻回して上記円筒部材外周面側に押圧したことを特徴とする請求項２または請求項３記載の鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置。
5. 上記超電導励磁コイルは、上記一対の鞍形コイル巻枠にそれぞれ巻回する巻数を偶数に分割した巻線単位の巻き方向が同一方向の複数の巻線単位を並列して同時に巻回した後に、巻回した上層に巻方向が反対方向の複数の巻線単位を巻回し、巻回した巻線単位は、全巻線単位が直列状態で電流方向が同一方向となるように直列接続したことを特徴とする請求項２記載の鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置。
6. 上記鞍形コイルを形成する超電導導体の断面形状は、長方形に形成された扁平形状としたことを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれかに記載の鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置。
7. 鞍形コイルを形成する超電導導体の断面形状は、レーストラック形に形成された扁平形状としたことを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれかに記載の鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置。
8. 上記鞍形コイルを形成する超電導導体は、表面に常温で固体状態の熱硬化形樹脂を塗布し、上記コイル巻芯に上記鞍形コイルを巻回し、巻回後に加熱して塗布された熱硬化形樹脂を硬化したことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置。
9. 上記コイル巻芯に巻回して形成した超電導励磁コイルは、鞍形コイル巻回後のコイル部分に熱硬化形樹脂を含浸し、加熱硬化したことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置。
10. 上記極低温容器内筒をコイル巻芯の円筒部材とし、この円筒部材の両側部の対称位置に一対の鞍形コイル巻枠を設けてコイル巻芯としたことを特徴とする請求項２〜請求項９のいずれかに記載の鞍形コイル励磁の超電導電磁石装置。
11. 円筒部材の両側部対称位置に鞍形コイル巻枠を有するコイル巻芯の円筒部材中心軸を回転の中心として回転自在に支持し、上記コイル巻芯をコイル巻回動作に対応して回転駆動するコイル巻芯回転駆動機構を備えたコイル巻芯支持機構と、先端部に案内ローラを配置し、鞍形コイル巻線素材の超電導導体を巻いた素材リールを取り付ける巻付アームと、該巻付アームを回転自在に支持し、上記案内ローラの位置を上記超電導線が巻回位置に案内されるように移動させる移動アームとで構成されたコイル巻付機構とを備え、上記コイル巻芯支持機構は、巻付位置を上記案内ローラから超電導導体が供給される位置に回転移動するとともに、上記案内ローラは、上記超電導導体が上記鞍形コイルの巻回位置に案内される位置に移動するように制御し、上記鞍形コイルを巻回することを特徴とする鞍形コイル巻線装置。
12. 上記巻付ローラおよび上記素材リールは、それぞれ複数段に配置したことを特徴とする請求項１１記載の鞍形コイル巻線装置。

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