JP2008244284A - 超電導コイルの製造方法および超電導コイル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】超電導線11が巻回されて形成された超電導コイル10において、前記超電導線11はエポキシ樹脂を加熱硬化させた巻線保持部14によりコイル部13の外周面および両側端面が被覆されて巻回状態が保持されており、前記超電導線11を巻回する巻枠を備えていない構成としている。
【選択図】図2
Description
しかしながら、前記巻枠は熱伝導率が悪いため、クエンチ発生時に超電導コイルの温度上昇を十分に抑制できない問題がある。
巻枠に超電導線を巻回してコイル部を形成する工程と、
前記コイル部に熱硬化性樹脂を含浸させると共に、該熱硬化性樹脂を加熱硬化させる工程と、
前記巻枠を溶解させて除去し、あるいは前記巻枠を前記コイル部から押し出したり、引っ張り出す取出工程とからなる超電導コイルの製造方法を提供している。
前記熱硬化性樹脂の含浸は、エポキシ樹脂の溶液槽に巻枠に超電導線を巻き付けた状態で浸漬しても良いが、エポキシ樹脂を巻枠に巻き付けた超電導線の外周面および両側端面に塗布して含浸させ、巻枠に前記樹脂を含浸させないことが好ましい。これは、巻枠も超電導線と共に樹脂の溶液槽に浸漬して含浸させて超電導線と一体的に硬化させると、巻枠が取り出しにくくなることによる。
前記巻枠は溶解させて除去するため、巻枠を円筒状とした場合には、厚さを自由に設定できる。よって、厚紙により巻枠を形成しても超電導線を巻回するのに十分な強度を付与することができる。また、さらに強度が必要な場合には、紙を渦巻き状に巻回して巻枠を形成し、中実の円柱状とすることもできる。
また、巻枠を紙製とすると、巻枠を溶解するのに特別な溶剤を用いる必要がなく、水で溶かしたり、軟化させて取り出すこともことができるため、製造コストを低減することができる。
さらに、超電導線を埋設するエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂よりも溶融温度が低い熱可塑性樹脂で巻枠を成形し、該巻枠の成形材の溶融温度で加熱して除去してもよい。
さらに、巻枠は樹脂製、金属製、木製等とし、該巻枠をコイル部から叩き出して押し出す、あるいは巻枠に予め設けておいた係止部にロッド先端を係止して引き抜いて取り出す等、機械的手段で取り出してもよい。
内周に巻枠がなく、前記巻回した超電導線の少なくとも外周面および両側端面が樹脂で被覆されて巻回状態が保持されていることを特徴とする超電導コイルを提供している。
また、超電導コイルの内周側は発生する磁場が高く発熱しやすいが、巻枠を設けていないため、内周側の超電導線を冷媒により冷却することができ、超電導コイルを効率良く冷却することができる。
シングルパンケーキ型コイルであれば、リード線と接続する長さ方向両端の最外周ターンの外周面先端および最内周ターンの内周面先端は前記樹脂で被覆せず、超電導線を露出させている。
このように、コイルの最内周ターンの内周面に樹脂被覆層が無いため(存在しても非常に薄い層であるため)、内周側の超電導線を冷媒により効果的に冷却することができ、超電導コイルを効率良く冷却することができる。
この超電導線を巻回する巻枠を備えていない超電導コイルでは、巻枠を備えた同一内径の超電導コイルと比較して、巻枠がない分だけ超電導線の占積率を上げることができる。これにより、超電導コイルの電流密度が高くなって、大きな磁場を発生できるようになり、超電導コイルの性能を向上させることができる。
また、超電導コイルの内周側に巻枠を設けていないため、巻枠を介在させずに内周側の超電導線を冷媒により冷却することができ、超電導コイルを効率良く冷却することができる。
図1乃至図3に、本発明の実施形態を示す。
本実施形態の超電導コイル10は、超電導機器である超電導モータに用いられるものであり、幅4mmの帯状のビスマス系超電導線11とポリイミドからなる絶縁テープ12を重ね合わせた状態で巻回して、シングルパンケーキ形状としている。
一方、コイル13の最内周ターン13dの内周面には前記巻枠保持部14は設けられていない。
まず、厚紙からなる円筒状の巻枠20を用意し、図3(A)に示すように、巻枠20の外周面に、重ね合わせた超電導コイル11と絶縁テープ12を、絶縁テープ12が内周側となるように巻回し、シングルパンケーキ形状のコイル部13を形成する。
次いで、図3(B)に示すように、前記巻枠20の外周に形成したコイル部13の最外周ターン13aの外周面及び両側端面13b、13cの全面にエポキシ樹脂を塗布して、コイル部13にエポキシ樹脂を含浸させる。なお、最外周ターン13aの先端面はリード線接続部13eを形成するためエポキシ樹脂は塗布しない。
その後、80℃で3時間、160℃で5時間加熱して、エポキシ樹脂を硬化させ、前記巻線保持部14を成形する。
ついで、前記巻枠20に水を含浸させて、巻枠20を溶解し、コイル部13の内周から巻枠20を除去し、図1および図2に示す超電導コイル10としている。
このように、超電導線11の占積率を上げることができため、超電導コイル10の電流密度が高くなって、大きな磁場を発生でき、超電導コイル10の性能を向上させることができる。
また、超電導コイル10の内周側は発生する磁場が高く発熱しやすいが、巻枠を設けていなと共に巻線保持部14の樹脂で被覆されていないため、内周側の超電導線を冷媒により冷却することができ、超電導コイル10を効率良く冷却することができる。
さらに、超電導コイル10の製造工程において、紙からなる巻枠20を水で溶解しているため、製造コストを低減することができる。
また、前記実施形態では、シングルパンケーキ形状の超電導コイルとしているが、ダブルパンケーキ形状でもよいし、ソレノイド形状でもよい。
本変形例では、前記実施形態と超電導コイル10の製造方法を相違させており、繊維強化樹脂(FRP)からなる巻枠20を用いている。該巻枠20を除去する工程において、巻枠20を一方から軸線方向(図5に示す矢印方向)に加圧して押し出すことにより、超電導コイルから巻枠20を取り外している。
なお、他の構成及び作用効果は前記実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
11 超電導線
12 絶縁テープ
13 コイル部
14 巻線保持部
20 巻枠
Claims (5)
- 巻枠に超電導線を巻回してコイル部を形成する工程と、
前記コイル部に熱硬化性樹脂を含浸させると共に、該熱硬化性樹脂を加熱硬化させる工程と、
前記巻枠を溶解させて除去し、あるいは前記巻枠を前記コイル部から押し出したり、引っ張り出す取出工程とからなる超電導コイルの製造方法。 - 前記巻枠は紙製で、該巻枠を水で溶解または軟化させて取り出している請求項1に記載の超電導コイルの製造方法。
- 超電導線が巻回されて形成された超電導コイルであって、
内周に巻枠がなく、前記巻回した超電導線の少なくとも外周面および両側端面が樹脂で被覆されて巻回状態が保持されていることを特徴とする超電導コイル。 - 請求項1または請求項2の製造方法で製造された請求項3に記載の超電導コイル。
- 前記樹脂が最外周ターンの外周面および両端面に厚さ0.1〜2.0mmで被覆され、最内周ターンの内周面は前記樹脂で被覆されておらず、あるいは前記最外周ターンの外周面より薄い厚さで前記樹脂で被覆されている請求項3または請求項4に記載の超電導コイル。
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