JP2009049040A - 超電導コイルおよび該超電導コイルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】テープ状の超電導線を巻回した超電導コイルにおいて立体的な屈曲部を設ける。
【解決手段】超電導線の長さ方向と直交する幅方向両端縁のエッジ側端面が、コイル軸線方向と直交方向とされる本体部と、前記エッジ側端面がコイル軸線方向に対して前記直交方向から傾斜した立体屈曲部とを備え、該立体屈曲部は前記本体部の周方向の少なくとも一部に連続して介在し、前記本体部と立体屈曲部との間の角度変換部では、前記超電導線は所要の曲率で湾曲させながら傾斜させている。
【選択図】図1
【解決手段】超電導線の長さ方向と直交する幅方向両端縁のエッジ側端面が、コイル軸線方向と直交方向とされる本体部と、前記エッジ側端面がコイル軸線方向に対して前記直交方向から傾斜した立体屈曲部とを備え、該立体屈曲部は前記本体部の周方向の少なくとも一部に連続して介在し、前記本体部と立体屈曲部との間の角度変換部では、前記超電導線は所要の曲率で湾曲させながら傾斜させている。
【選択図】図1
Description
本発明は、超電導コイルおよび該超電導コイルの製造方法に関し、詳しくは、テープ状の超電導線を巻回した超電導コイルを、そのエッジ側端面をコイル軸線に対して直交方向以外の方向に屈曲している部分を有する異形としているものである。
この種のテープ状の超電導線を巻回した超電導コイルは、図7(A)(B)に示すように、巻枠1の外周面に沿って超電導線2を巻き付けて形成しており、超電導線2の長さ方向に延在する広幅面2aの幅方向両端のエッジ2bが積層するエッジ側端面Xはコイル軸線Lに対して直交方向となっている。
この超電導コイルの一部に、図7(C)に示すように、エッジ側端面Xをコイル軸線Lに対して直交方向から起立または傾斜させて屈曲部Bを設けようとすると、エッジ側端縁Xを曲げて、所謂エッジワイズ曲げをする必要がある。
しかしながら、超電導線はテープ状であるため、エッジワイズ曲げをする場合、大きな曲率でしか曲げることはできず、小さい任意の曲率で曲げて立体的な屈曲部を設けようとすると、超電導線に劣化や損傷が生じる。よって、鞍型コイルのような複雑な形状とすることはできない。
この超電導コイルの一部に、図7(C)に示すように、エッジ側端面Xをコイル軸線Lに対して直交方向から起立または傾斜させて屈曲部Bを設けようとすると、エッジ側端縁Xを曲げて、所謂エッジワイズ曲げをする必要がある。
しかしながら、超電導線はテープ状であるため、エッジワイズ曲げをする場合、大きな曲率でしか曲げることはできず、小さい任意の曲率で曲げて立体的な屈曲部を設けようとすると、超電導線に劣化や損傷が生じる。よって、鞍型コイルのような複雑な形状とすることはできない。
例えば、特開平6−342718号公報(特許文献1)では、図8に示すように、セラミック絶縁板5の上下面に、広幅面を平面として渦巻き状に超電導体6A、6Bを印刷または塗布し、上下面の渦巻き状に形成した超電導体を一方は右渦巻き、他方を左渦巻きとして積層した超電導コイルが提案されている。
前記超電導コイルは、広幅面を渦巻きとしているため所謂エッジワイズ巻き状となるが、これはセラミック絶縁板上に超電導体を印刷または塗布していることにより形成できるものである。
しかしながら、テープ状の超電導線を巻枠に巻き付けてコイルを形成する場合、前記のように任意の曲率でエッジワイズ曲げすることはできない。
前記超電導コイルは、広幅面を渦巻きとしているため所謂エッジワイズ巻き状となるが、これはセラミック絶縁板上に超電導体を印刷または塗布していることにより形成できるものである。
しかしながら、テープ状の超電導線を巻枠に巻き付けてコイルを形成する場合、前記のように任意の曲率でエッジワイズ曲げすることはできない。
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、テープ状の超電導線を巻回した超電導コイルにおいて、その周方向の一部にエッジ側端面がコイル軸線方向に対して直交方向でない屈曲部、即ちエッジワイズ曲げした場合と同様な立体屈曲部を超電導線に劣化や損傷を発生させることなく、容易に設けることができるようにすることを課題としている。
前記課題を解決するため、本発明は、テープ状の超電導線が巻回された超電導コイルであって、
前記超電導線の長さ方向と直交する幅方向両端縁のエッジ側端面が、コイル軸線方向と直交方向とされる本体部と、
前記エッジ側端面がコイル軸線方向に対して前記直交方向から傾斜した立体屈曲部とを備え、該立体屈曲部は前記本体部の周方向の少なくとも一部に連続して介在し、
前記本体部と立体屈曲部との間の角度変換部では、前記超電導線は所要の曲率で湾曲させながら傾斜させていることを特徴とする超電導コイルを提供している。
前記超電導線の長さ方向と直交する幅方向両端縁のエッジ側端面が、コイル軸線方向と直交方向とされる本体部と、
前記エッジ側端面がコイル軸線方向に対して前記直交方向から傾斜した立体屈曲部とを備え、該立体屈曲部は前記本体部の周方向の少なくとも一部に連続して介在し、
前記本体部と立体屈曲部との間の角度変換部では、前記超電導線は所要の曲率で湾曲させながら傾斜させ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、本発明は、前記形状の超電導コイルの製造方法を提供している。
該製造方法は、超電導線の巻付経路の一部に複数本の屈曲用芯材を傾斜させて配置し、
前記巻回する超電導線を、前記屈曲用芯材の外周面に当接させながら傾斜させて1周未満で巻き付けて前記立体屈曲部を形成し、
前記超電導線の巻回終了後に接着樹脂を塗布して硬化させ、あるいは、予め超電導線の外面に塗布している接着樹脂を硬化させ、前記立体屈曲部を有する巻付状態で保形することを特徴としている。
該製造方法は、超電導線の巻付経路の一部に複数本の屈曲用芯材を傾斜させて配置し、
前記巻回する超電導線を、前記屈曲用芯材の外周面に当接させながら傾斜させて1周未満で巻き付けて前記立体屈曲部を形成し、
前記超電導線の巻回終了後に接着樹脂を塗布して硬化させ、あるいは、予め超電導線の外面に塗布している接着樹脂を硬化させ、前記立体屈曲部を有する巻付状態で保形することを特徴としている。
前記屈曲用芯材は、巻枠の一部に傾斜させて突設させておき、
前記巻付枠の外周面に前記超電導線を巻き付けて前記本体部を形成すると共に、前記屈曲用芯材の突設部では、前記本体部を形成する超電導線を屈曲用芯材に巻き付けて巻回している。あるいは、前記屈曲用芯材は、巻枠とは別体として巻付装置に着脱自在に取り付けてもよい。その場合、前記屈曲用芯材の長さが、超電導線の幅以下で超電導線より突出しない場合は除去せずに超電導線と一体化したままでも良い。あるいは、接着樹脂の硬化前に除去してもよい。
前記巻付枠の外周面に前記超電導線を巻き付けて前記本体部を形成すると共に、前記屈曲用芯材の突設部では、前記本体部を形成する超電導線を屈曲用芯材に巻き付けて巻回している。あるいは、前記屈曲用芯材は、巻枠とは別体として巻付装置に着脱自在に取り付けてもよい。その場合、前記屈曲用芯材の長さが、超電導線の幅以下で超電導線より突出しない場合は除去せずに超電導線と一体化したままでも良い。あるいは、接着樹脂の硬化前に除去してもよい。
本発明の超電導コイルでは、前記のように、本体部から立体屈曲部への角度変換部では、超電導線に劣化や損傷が発生しない範囲の曲率で湾曲させながら所要方向に傾斜させ、即ち、螺旋状に1周未満で巻回しているため、本体部のエッジ側端面が所要角度で且つ所要方向に角度変換した屈曲部を設けることができる。該屈曲部はエッジ側端面がコイル軸線方向に対して直交方向の前記本体部から所要角度で立ち上がるように突出する形態を呈するため、前記した立体屈曲部と称する。
前記立体屈曲部の屈曲支点となる前記角度変換部を、コイルの周方向の所要個所に設けることにより、超電導コイルを任意の異形状とすることが容易にできる。
超電導線に劣化や損傷させることなくエッジワイズ巻きする場合には曲率が大きくなってコイルが大型化するが、本発明のコイルでは、コイルを大型化することなく立体屈曲部を有する異形のコイルを設けることができる。
前記立体屈曲部の屈曲支点となる前記角度変換部を、コイルの周方向の所要個所に設けることにより、超電導コイルを任意の異形状とすることが容易にできる。
超電導線に劣化や損傷させることなくエッジワイズ巻きする場合には曲率が大きくなってコイルが大型化するが、本発明のコイルでは、コイルを大型化することなく立体屈曲部を有する異形のコイルを設けることができる。
前記角度変換部では、曲率を16mm以上として1周未満で螺旋状に湾曲させ、該螺旋ピッチは20mm以上としていることが好ましい。
前記曲率は、テープ状の超電導線の製造経験から、φ16mm以上であれば、超電導線に劣化や損傷を発生させずに巻き付けできることによる。
本発明の超電導コイルにおいて、前記立体屈曲部は、本体部に連続させて周方向に介在させるため、最も単純な形状は略コ字状となり、その両側部が本体部から前記角度変換部で屈曲して突出する部分、その間の中間連結部が周方向延在部となり、両側部と中間連結部の両端がそれぞれ屈曲して、4カ所に屈曲部を有する形状となる。
さらに、前記立体屈曲部は、前記本体部からコイル軸線方向に突出する両側立ち上がり部の間にコイル軸線方向と直交方向の略コ字状の連結部を有する形状とし、該立体屈曲部の両側立ち上がり部と前記本体部との間に前記角度変換部を備え、かつ、該立体屈曲部の両側立ち上がり部と前記略コ字状の連結部との間に前記角度変換部を備える形状としてもよい。
さらに、前記立体屈曲部は、前記本体部からコイル軸線方向に突出する両側立ち上がり部の間にコイル軸線方向と直交方向の略コ字状の連結部を有する形状とし、該立体屈曲部の両側立ち上がり部と前記本体部との間に前記角度変換部を備え、かつ、該立体屈曲部の両側立ち上がり部と前記略コ字状の連結部との間に前記角度変換部を備える形状としてもよい。
具体的には、変形レーストラック型コイルとし、前記本体部からなる対向した直線部分と、該直線部分の両端を一対の前記立体屈曲部を介して連結し、該両側の立体屈曲部は前記本体部から同一方向に角度変換して立ち上げている。
あるいは、鞍型コイルとし、対向する前記本体部を長さ方向で湾曲させていると共に、その両端を一対の前記立体屈曲部を介して連結し、該両側の立体屈曲部は前記本体部から同一方向に角度変換して立ち上げている。
前記長さ方向での湾曲は、本体部を直線状に形成した後に、圧力を負荷して円弧状に湾曲させることで形成することができる。
前記長さ方向での湾曲は、本体部を直線状に形成した後に、圧力を負荷して円弧状に湾曲させることで形成することができる。
前記角度変換部は、前記超電導線を前記曲率で傾斜させて巻き付ける屈曲用芯材を備え、該屈曲用芯材の超電導線当接面の曲率を16mm以上の円弧面としてもよい。
即ち、前記本発明の超電導コイルの製造方法で記載した屈曲用芯材を完成した超電導コイルから離脱させない場合には、屈曲用芯材が前記移行部の内周に一体的に固着された形状となっている。
即ち、前記本発明の超電導コイルの製造方法で記載した屈曲用芯材を完成した超電導コイルから離脱させない場合には、屈曲用芯材が前記移行部の内周に一体的に固着された形状となっている。
本発明の超電導コイルは、例えば、一対とした前記変形レーストラック型コイルを線形加速器に、一対とした前記鞍型コイルをシンクロトロン型の加速器の加速空洞を形成する円筒状のダクトの外周面に組み合わせて配置する場合に好適に用いられる。
即ち、前記超電導コイルの本体部分を円筒管の外面に軸線方向に沿って配置し、軸線方向の両端に前記略コ字状の立体屈曲部を配置し、対向する一対の超電導コイルの立体屈曲部で環状部を形成し、ダクトを貫通可能に取り付けている。
即ち、前記超電導コイルの本体部分を円筒管の外面に軸線方向に沿って配置し、軸線方向の両端に前記略コ字状の立体屈曲部を配置し、対向する一対の超電導コイルの立体屈曲部で環状部を形成し、ダクトを貫通可能に取り付けている。
本発明はテープ状の超電導線を巻回した超電導コイルを対象としているが、本発明のように、所要の曲率で湾曲しながら傾斜させて角度変換を図ることより、テープ状の超電導線の配線経路上に立体的な屈曲部を形成することも可能である。
本発明のテープ状の超電導線としては、ビスマス系等の高温超電導線が好適に用いられ、所要の冷媒容器内に収容されて用いられる。
前述したように、本発明のテープ状の超電導線を巻回した超電導コイルにおいて、テープのエッジ側端面がコイル軸線に対して直交方向の本体部の周方向の一部に、エッジ側端面が前記直交方向から傾斜して屈曲する立体屈曲部を設ける際に、屈曲支点となる角度変換部で所要の曲率に湾曲しながら傾斜させて、1周未満の螺旋状として角度変換しているため、超電導線に劣化や損傷を発生させることなく、簡単に立体屈曲部を有する異形の超電導コイルとすることができる。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図1乃至図4に、本発明の超電導コイルの第1実施形態を示す。
該超電導コイル10は、図1に示すように、テープ状の超電導線11を巻回した鞍型コイルとしている。該超電導コイル10では、対向配置される一対の本体部10aの左右両端の連結部分に、本体部10aより同一方向に立ち上げるように屈曲させた略コ字状の立体屈曲部10b、10bを設けた形状としている。
前記一対の本体部10aは、鞍型コイルとしているため、大きな曲率で湾曲させているが、変形レーストラック型コイルとする場合には本体部10aは直線状としている。
図1乃至図4に、本発明の超電導コイルの第1実施形態を示す。
該超電導コイル10は、図1に示すように、テープ状の超電導線11を巻回した鞍型コイルとしている。該超電導コイル10では、対向配置される一対の本体部10aの左右両端の連結部分に、本体部10aより同一方向に立ち上げるように屈曲させた略コ字状の立体屈曲部10b、10bを設けた形状としている。
前記一対の本体部10aは、鞍型コイルとしているため、大きな曲率で湾曲させているが、変形レーストラック型コイルとする場合には本体部10aは直線状としている。
超電導コイル10を形成するテープ状の超電導線11は、ビスマス系の高温超電導線からなり、長さ方向に連続する広幅面11yの幅方向(W方向)に両端に幅狭にされたエッジ11xを有している。
図1中において、前後一対の本体部10aの左右両端を連結する一対の立体屈曲部10bは、前記一対の本体部10aと連続すると共に屈曲して立ち上がる前後一対の立ち上がり部10b−1、10b−1、これら立ち上がり部10b−1、10b−1の上端から屈曲して水平方向で且つ長軸方向に延在する一対の両側部10b−2、10b−2と、これら両側部10b−2の先端を屈曲させて連続させた短軸方向の連結部10b−3とからなり、6個の角度変換部(屈曲部)を有する。即ち、両側立ち上がり部10b−1、10b−1に略コ字状部を連続させて形状としている。
前記本体部10aと両側の立ち上がり部10b−1との角度変換部10d、立ち上がり部10b−1とコ字状の両側部10b−2との角度変換部10eは、いずれも超電導線11のエッジ11x側の端面Sをコイル軸線方向Lに対して角度変換している。
即ち、本体部10aではエッジ11xが積層した端面S1はコイル軸線方向Lと直交方向(90度)の水平方向であり、立ち上がり部ではエッジ11xの端面S2はコイル軸線方向Lと略平行となり、両側部10b−2ではエッジ11xの端面S3は再びコイル軸線方向Lと略直交方向となる。前記連結部10b−3のエッジ11xの端面S4は両側部の端面S3と同一方向である。
即ち、本体部10aではエッジ11xが積層した端面S1はコイル軸線方向Lと直交方向(90度)の水平方向であり、立ち上がり部ではエッジ11xの端面S2はコイル軸線方向Lと略平行となり、両側部10b−2ではエッジ11xの端面S3は再びコイル軸線方向Lと略直交方向となる。前記連結部10b−3のエッジ11xの端面S4は両側部の端面S3と同一方向である。
前記コイル軸線方向Lに対してエッジ11xの端面S1からS2に、S2からS3に角度変化させる角度変換部10d、10eでは、25mm以上の曲率で且つ傾斜させて半周程度螺旋巻きして角度変換とし、該螺旋ピッチは20mm以上としている。
前記角度変換部10d、10eの角度変換の原理は、図2に示すように、断面円形の屈曲用芯材15の外周面に超電導線11の広幅面11yを接触させると共に半周程度巻き付けると共に、該巻き付けを螺旋状の傾斜させて巻き付けている。
前記屈曲用芯材15へ超電導線11をZ1方向から傾斜させて半周巻き付け、Z2方向へと引き出す場合、巻き付けピッチPと巻き付けた曲率(即ち、屈曲用芯材20の外周面の曲率)との相対関係で、Z1とZ2とのなす角度αを90度とすることができる。
よって、Z1が本体部10aで、そのエッジZ1−yが水平方向とした場合、前記屈曲用芯材15を図2(C)に示すように本体部10aに対して傾斜して配置すると、立体屈曲部10bの立ち上がり部10b−1を垂直方向、即ち、コイルの軸線方向Lに対して立ち上がり部10b−1のエッジZ2−yを略平行となるように角度変換して立ち上げることができる。
前記屈曲用芯材15へ超電導線11をZ1方向から傾斜させて半周巻き付け、Z2方向へと引き出す場合、巻き付けピッチPと巻き付けた曲率(即ち、屈曲用芯材20の外周面の曲率)との相対関係で、Z1とZ2とのなす角度αを90度とすることができる。
よって、Z1が本体部10aで、そのエッジZ1−yが水平方向とした場合、前記屈曲用芯材15を図2(C)に示すように本体部10aに対して傾斜して配置すると、立体屈曲部10bの立ち上がり部10b−1を垂直方向、即ち、コイルの軸線方向Lに対して立ち上がり部10b−1のエッジZ2−yを略平行となるように角度変換して立ち上げることができる。
超電導線11では、曲率16mm以上で曲げ加工し、かつ、前記ピッチPを20mm以上として角度変換すると、劣化および損傷が発生しない。よって、前記屈曲用芯材20に外周面の曲率は16mm(T25mm)とし、前記ピッチPは20mmとしている。
前記図1に示す鞍型の超電導コイル10の製造方法を図3を参照して説明する。
超電導線11を巻き付けるための巻枠20は、前後一対の本体部10aを外周面に巻き付ける前後一対の基部20aと、該基部20aの左右両端に連続して設けた立体形成部20bとからなる。該巻枠20は絶縁樹脂の一体成形品からなる。
超電導線11を巻き付けるための巻枠20は、前後一対の本体部10aを外周面に巻き付ける前後一対の基部20aと、該基部20aの左右両端に連続して設けた立体形成部20bとからなる。該巻枠20は絶縁樹脂の一体成形品からなる。
巻枠20の立体形成部20bは、基部20aの端部から該基部20aの45度傾斜させて突出する円柱状の一対の第1屈曲用芯材20cと、該第1屈曲用心材20cと所要間隔をあけた位置から第1屈曲用芯材20cと平行に突出する円柱状の第2屈曲用芯材20dと、前後一対の第1屈曲用芯材20cの先端を連結する第3屈曲用芯材20eからなる。第3屈曲用芯材20eは連結部20e−1の両端には夫々第1屈曲用芯材20cに連結する垂直方向の円柱部20e−2を設けている。
超電導線11の巻枠20への巻き付け方法は、図中矢印で示すように、巻枠20の前側の基部20aの外周面に超電導線11の広幅面11xを沿わせて巻き付けていく。基部20aの一端に達すると、立体形成部20bの前側の第1屈曲用芯材20cの外周面に傾斜させて巻き付け、ついで、第2屈曲用芯材20dの外周面に傾斜させて巻き付け、ついで、第3屈曲用芯材20eの円柱部20e−2に巻き付けて、連続部20e−1に沿わせて後側へと巻く。ついで、後方の円柱部20e−1に巻き付けた後、後側の第2屈曲用芯材20dに傾斜させて巻き付けた後、第1屈曲用芯材20cに巻き付けて、後側の基部20aの外面に沿って矢印方向へと巻き付ける。図示していない他端側に達すると、前記と同様な手法で立体形成部に巻き付けて、その後、前側の基部20aに巻き付け、これを繰り返し、所要回数ターンさせる。
前記巻枠20の前後両側の基部20aの外周面に沿った巻き付けで、略直線方向に延在する本体部10aが形成され、該本体部10aのエッジ側端面S1はコイル軸線方向Lに対して直交方向の水平面となる。
基部20aの左右両側での立体形成部20bにおける巻き付けでは、第1屈曲用芯材20cへの巻き付けて立ち上がり部10c−1が形成できる。この角度変換部10dによる角度変換でエッジ側の端面S2はコイル軸線方向Lと略平行となる。ついで、第2屈曲用芯材20dへの巻き付けて、垂直方向の立ち上がり部10c−1が水平方向に角度変換されて両側部10c−2となり、エッジ側端面S3はコイル軸線方向Lと直交方向となる。
次の第3屈曲用芯材20eの垂直方向の円柱部20e−2での巻き付けは、コイル軸線方向Lに対して直交方向の同一面で円柱部20e−2の外周面に沿って屈曲されるだけで、連結部10c−4のエッジ側端面S4はコイル軸線方向Lに対して直交し、角度変換はなされない。
基部20aの左右両側での立体形成部20bにおける巻き付けでは、第1屈曲用芯材20cへの巻き付けて立ち上がり部10c−1が形成できる。この角度変換部10dによる角度変換でエッジ側の端面S2はコイル軸線方向Lと略平行となる。ついで、第2屈曲用芯材20dへの巻き付けて、垂直方向の立ち上がり部10c−1が水平方向に角度変換されて両側部10c−2となり、エッジ側端面S3はコイル軸線方向Lと直交方向となる。
次の第3屈曲用芯材20eの垂直方向の円柱部20e−2での巻き付けは、コイル軸線方向Lに対して直交方向の同一面で円柱部20e−2の外周面に沿って屈曲されるだけで、連結部10c−4のエッジ側端面S4はコイル軸線方向Lに対して直交し、角度変換はなされない。
巻枠20に超電導線11を巻き付けた後、巻き付けた部分に接着樹脂を塗布し、硬化させる。
なお、超電導線11の外面に予め接着樹脂を塗布しておき、巻枠20に沿って巻き付ける工程で巻枠20と接着し、該巻枠20に巻き付けた超電導線11の外周面に積層して巻き付けていく工程で超電導線11同士を接着樹脂で接着し、最後に加熱硬化してもよい。
かつ、前記直線状に延在する本体部20aは、巻き付け後に圧力を負荷して所要の曲率で湾曲させている。
なお、図1に示す超電導コイル10では、巻枠20を省略している。
なお、超電導線11の外面に予め接着樹脂を塗布しておき、巻枠20に沿って巻き付ける工程で巻枠20と接着し、該巻枠20に巻き付けた超電導線11の外周面に積層して巻き付けていく工程で超電導線11同士を接着樹脂で接着し、最後に加熱硬化してもよい。
かつ、前記直線状に延在する本体部20aは、巻き付け後に圧力を負荷して所要の曲率で湾曲させている。
なお、図1に示す超電導コイル10では、巻枠20を省略している。
前記のように、巻枠20に設けた立体形成部20bに巻き付けていくだけで立体屈曲部10bを簡単に形成することができる。この立体屈曲部10bの角度変換部10d、10eでは、夫々第1、第2屈曲用芯材20c、20dに半周程度螺旋状に巻き付けるため、超電導線11に劣化や損傷等を発生させることない。
本実施形態の鞍型とした超電導コイル10は、例えば、図4に示す如き医療用等のシンクロトン型加速器30において、加速器の荷電粒子が通る円環状のダクト31の外周面に超電導コイル10Aと10Bとを組み合わせて外嵌して取り付け、荷電粒子に円形軌道を描かせるための磁場を形成するものとして好適に用いられる。
詳細には、図4(A)は円環状のダクト31の一部を示し、該ダクト31の外周の上半周部に超電導コイル10A、下半周部に超電導コイル10Bを配置し、超電導コイル10A、10Bでダクト31を囲むようにしている。
図4(B)に示すように、超電導コイル10Aと10Bの一方の本体部10aー1はダクト31の軸線方向に沿わせると共に互いに接合配置する一方、他方の本体部10aー2も同様に180度対向した位置で互いに接合配置する。
超電導コイル10Aと10Bの長さ方向両端の立体屈曲部10bも同様として、図4(C)に示すように上下方向に立体屈曲部10bを組み合わせて配置している。
このように、超電導コイル10A、10Bの長さ方向の両端に立体屈曲部10bを設け、該立体屈曲部10bを上下に組み合わせることで、超電導コイル10Aと10Bの間にダクト31を貫通させることができる。
よって、図4(D)に示すように、円環状としたダクト31の外周面に周方向に、前記鞍型とした複数対の超電導コイル10Aと10Bを連続的に配置していくことができる。
図4(B)に示すように、超電導コイル10Aと10Bの一方の本体部10aー1はダクト31の軸線方向に沿わせると共に互いに接合配置する一方、他方の本体部10aー2も同様に180度対向した位置で互いに接合配置する。
超電導コイル10Aと10Bの長さ方向両端の立体屈曲部10bも同様として、図4(C)に示すように上下方向に立体屈曲部10bを組み合わせて配置している。
このように、超電導コイル10A、10Bの長さ方向の両端に立体屈曲部10bを設け、該立体屈曲部10bを上下に組み合わせることで、超電導コイル10Aと10Bの間にダクト31を貫通させることができる。
よって、図4(D)に示すように、円環状としたダクト31の外周面に周方向に、前記鞍型とした複数対の超電導コイル10Aと10Bを連続的に配置していくことができる。
図5に、第2実施形態を示す。
第2実施形態では、巻枠20の立体形成部20bの形状を第1実施形態と相違させ、大略門型としている。
立体形成部20bは一対の基部20aの長さ方向の先端に夫々連続する一対の両側部20fと、該両側部20fの先端部を連結する連結部20gとからなる。
各両側部20fは広幅の柱状として、第1実施形態の第1、第2屈曲用芯材をまとめた形状とし、その幅方向両端を円弧面20f−1、20f−2とし、かつ、連結部20gの両端外面を円弧面20g−1としている。
両側部20fの円弧面20f−1、円弧面20f−2、連結部20gの円弧面20g−1をそれぞれ第1実施形態の第1屈曲用芯材20c、第2屈曲用芯材20d、第3屈曲用芯材20eの円柱部20e−1と同様に機能させ、前記実施形態と同様に超電導線11を巻回して立体巻線部10bを形成している。
このように、前記立体形成部は、超電導線11に角度変換部を形成するための円弧面を有していればどのような形状であってもよい。
第2実施形態では、巻枠20の立体形成部20bの形状を第1実施形態と相違させ、大略門型としている。
立体形成部20bは一対の基部20aの長さ方向の先端に夫々連続する一対の両側部20fと、該両側部20fの先端部を連結する連結部20gとからなる。
各両側部20fは広幅の柱状として、第1実施形態の第1、第2屈曲用芯材をまとめた形状とし、その幅方向両端を円弧面20f−1、20f−2とし、かつ、連結部20gの両端外面を円弧面20g−1としている。
両側部20fの円弧面20f−1、円弧面20f−2、連結部20gの円弧面20g−1をそれぞれ第1実施形態の第1屈曲用芯材20c、第2屈曲用芯材20d、第3屈曲用芯材20eの円柱部20e−1と同様に機能させ、前記実施形態と同様に超電導線11を巻回して立体巻線部10bを形成している。
このように、前記立体形成部は、超電導線11に角度変換部を形成するための円弧面を有していればどのような形状であってもよい。
なお、前記第1および第2実施形態では立体形成部20bを巻枠20aと一体的に設けているが、立体形成部20bは巻枠とは別体とし、コイル形成装置に着脱自在に取り付けてもよい。この場合、超電導線を巻枠および立体形成部に巻き付けた後、接着樹脂が硬化する前に前記立体形成部を取り外している。
この場合、製造した超電導コイルから屈曲用芯材が除去でき、超電導コイルの軽量化を図ることができる。
また、前記いずれの実施形態においても、超電導線を屈曲用芯材の外周面に180度の半周分を傾斜させて巻き付けて角度変換しているが、変換する方向によっては、180度未満でも良いし、180度を越えて巻き付けてもよい。
この場合、製造した超電導コイルから屈曲用芯材が除去でき、超電導コイルの軽量化を図ることができる。
また、前記いずれの実施形態においても、超電導線を屈曲用芯材の外周面に180度の半周分を傾斜させて巻き付けて角度変換しているが、変換する方向によっては、180度未満でも良いし、180度を越えて巻き付けてもよい。
本発明はテープ状の超電導線11を巻回した超電導コイルを対象としているが、図6の参考実施形態に示すように、超電導線11の配索経路に応用して超電導線11の立体配線を実現することができる。
例えば、テープ状の超電導線11を電源60から電気機器61への配線経路において、超電導線11の配線方向を変換する位置に、円柱形状の治具50A、50B、50C、50Dを所要の角度で配置し、前記実施形態と同様、治具50A〜50Dの外周面に超電導線11を沿わせて傾斜して巻き付けることにより、テープ状の超電導線11を立体配線することができる。
例えば、テープ状の超電導線11を電源60から電気機器61への配線経路において、超電導線11の配線方向を変換する位置に、円柱形状の治具50A、50B、50C、50Dを所要の角度で配置し、前記実施形態と同様、治具50A〜50Dの外周面に超電導線11を沿わせて傾斜して巻き付けることにより、テープ状の超電導線11を立体配線することができる。
本発明の超電導コイルは、特に、鞍型コイルとする必要がある加速器に好適に用いられが、その他、自動車等の駆動用モータ、発電機、変圧器、超電導電力貯蔵装置(SMES)等の超電導機器にも好適に用いられる。
10 超電導コイル
10a 本体部
10b 立体屈曲部
10b−1 立ち上がり部
10b−2 両側部
10b−3 連結部
10d、10e 角度変換部
11 超電導線
20 巻枠
20a 基部
20b 立体形成部
20c 第1屈曲用芯材
20d 第2屈曲用芯材
20e 第3屈曲用芯材
10a 本体部
10b 立体屈曲部
10b−1 立ち上がり部
10b−2 両側部
10b−3 連結部
10d、10e 角度変換部
11 超電導線
20 巻枠
20a 基部
20b 立体形成部
20c 第1屈曲用芯材
20d 第2屈曲用芯材
20e 第3屈曲用芯材
Claims (8)
- テープ状の超電導線が巻回された超電導コイルであって、
前記超電導線の長さ方向と直交する幅方向両端縁のエッジ側端面が、コイル軸線方向と直交方向とされる本体部と、
前記エッジ側端面がコイル軸線方向に対して前記直交方向から傾斜した立体屈曲部とを備え、該立体屈曲部は前記本体部の周方向の少なくとも一部に連続して介在し、
前記本体部と立体屈曲部との間の角度変換部では、前記超電導線は所要の曲率で湾曲させながら傾斜させていることを特徴とする超電導コイル。 - 前記角度変換部では、前記曲率を16mm以上として1周未満で螺旋状に湾曲させ、該螺旋ピッチは20mm以上である請求項1に記載の超電導コイル。
- 前記立体屈曲部は、前記本体部からコイル軸線方向に突出する両側立ち上がり部の間にコイル軸線方向と直交方向の略コ字状の連結部を有する形状であり、該立体屈曲部の両側立ち上がり部と前記本体部との間に前記角度変換部を備え、かつ、該立体屈曲部の両側立ち上がり部と前記略コ字状の連結部との間に前記角度変換部を備えている請求項1または請求項2に記載の超電導コイル。
- 変形レーストラック型コイルであり、前記本体部からなる対向した直線部分と、該直線部分の両端を一対の前記立体屈曲部を介して連結し、該両側の立体屈曲部は前記本体部から同一方向に角度変換して立ち上げている請求項3に記載の超電導コイル。
- 鞍型コイルであり、対向する前記本体部を長さ方向で湾曲させていると共に、その両端を一対の前記立体屈曲部を介して連結し、該両側の立体屈曲部は前記本体部から同一方向に角度変換して立ち上げている請求項3に記載の超電導コイル。
- 前記角度変換部に、前記超電導線を前記曲率で傾斜させて巻き付ける屈曲用芯材を備え、該屈曲用芯材の超電導線当接面の曲率を16mm以上の円弧面としている請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の超電導コイル。
- 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の超電導コイルの製造方法であって、
前記超電導線の巻付経路の一部に複数本の屈曲用芯材を傾斜させて配置し、
前記巻回する超電導線を、前記屈曲用芯材の外周面に当接させながら傾斜させて1周未満で巻き付けて前記立体屈曲部を形成し、
前記超電導線の巻回終了後に接着樹脂を塗布して硬化させ、あるいは、予め超電導線の外面に塗布している接着樹脂を硬化させ、前記立体屈曲部を有する巻付状態で保形していることを特徴とする超電導コイルの製造方法。 - 巻付枠の一部に前記屈曲用芯材と傾斜させて突設しており、
前記巻付枠の外周面に前記超電導線を巻き付けて前記本体部を形成すると共に、前記屈曲用芯材の突設部では、前記本体部を形成する超電導線を屈曲用芯材に巻き付けて巻回している請求項7に記載の超電導コイルの製造方法。
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