JP2010021475A - 超電導コイルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒状の胴部を備えた巻枠を用いてクエンチを抑えることが可能な超電導コイルを提供する。
【解決手段】この超電導コイル１は、胴部１１と通電体２０とが非接触となるように両者の間に配設されるとともに、通電体２０を軸方向の相対移動を規制するように保持し、非通電状態に構成される保持体３０を備えている。保持体３０は、胴部１１の外周面１１ａに沿うように螺旋状に設けられた補助線材３１からなる。補助線材３１は、その螺旋方向および螺旋ピッチが、通電体２０の径方向内端部を構成する超電導線材２１の第２線材部分２１ａの螺旋方向および螺旋ピッチと各々一致するように設けられている。通電体２０は、超電導線材２１の第２線材部分２１ａが、その長さ方向の略全域に亘って、補助線材３１の軸方向に隣り合う一対の支持部３２，３３によって支持されることで、保持体３０に対する軸方向の移動が規制されるように保持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、極低温下で励磁される超電導コイルおよびその製造方法に関する。

従来、円筒状の胴部とこの胴部の軸方向両端から径外方向に延びるように設けられる一対のフランジ部とを含む巻枠と、前記胴部および一対のフランジ部で囲まれる領域に螺旋状に設けられた超電導線材からなる通電部とを備えた超電導コイルが知られている。

この超電導コイルの通電部には、当該超電導コイルが極低温下で励磁されることによって、径方向のフープ力と軸方向の圧縮力とが作用する。これにより、通電部が巻枠に対して微小変位した場合には、通電部を構成する超電導線材と巻枠との間に発生する摩擦熱によってクエンチが発生するという不都合があった。

そこで、超電導線材に大きな張力を付与しながら巻枠の胴部に巻回したり、通電部の外周にバインド線を巻回したりすることで、通電部の微小変位を抑え込み、これによって巻枠との間に摩擦熱が発生するのを防止する技術がある。

さらに、特許文献１には、巻枠の胴部の外周に、超電導線材と断面形状が一致する円弧状の溝を螺旋状に形成した超電導コイルが開示されている。この超電導コイルでは、前記螺旋溝によって超電導線材のうちの通電部の径方向内端部を構成する部分が保持されており、これによって通電部の巻枠に対する微小変位を防止することでクエンチをより抑制することができるようになっている。
特開平８−５１０１６号公報

しかしながら、特許文献１のように、巻枠の胴部の形状を変化させて通電部を保持する構成では、巻枠に複雑な加工を施す必要があるので、超電導コイルが高価なものになるとともに、その製造工程が煩雑になるという問題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、従来からの円筒状の胴部を備えた巻枠をそのまま用いてクエンチを抑えることが可能な超電導コイルを提供することを目的とする。

また、本発明は、クエンチ抑制効果を有するコイルの製造工程が煩雑になるのを抑えることが可能な超電導コイルの製造方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、円筒状の胴部とこの胴部の軸方向両端から径外方向に延びるように設けられる一対のフランジ部とを含む巻枠と、前記胴部および前記一対のフランジ部で囲まれる領域に螺旋状に設けられた超電導線材からなる通電部とを備えた超電導コイルであって、前記胴部と前記通電部とが非接触となるように両者の間に配設されるとともに、前記通電部を軸方向の相対移動を規制するように保持し、非通電状態に構成される第１の保持体をさらに備え、前記第１の保持体は、前記胴部の外周面に沿うように螺旋状に設けられた第１の補助線材からなるとともに、前記第１の補助線材は、前記第１の保持体の径方向外端部を構成する第１線材部分の螺旋方向および螺旋ピッチが、前記通電部の径方向内端部を構成する前記超電導線材の第２線材部分の螺旋方向および螺旋ピッチと各々一致するように設けられ、前記通電部は、前記超電導線材の第２線材部分が、その長さ方向の略全域に亘って、前記第１の補助線材の第１線材部分のうちの軸方向に隣り合う一対の支持部によって支持されることで、前記第１の保持体に対する軸方向の移動が規制されるように保持されていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の超電導コイルにおいて、前記一対のフランジ部と前記通電部とが非接触となるように両者の間に配設されるとともに、前記通電部を径方向の相対移動を規制するように保持し、非通電状態に構成される第２の保持体をさらに備え、前記第２の保持体は、前記一対のフランジ部の相対向する面に沿うように、前記胴部の軸心を中心に略円環状に設けられた第２の補助線材からなり、前記通電部は、当該通電部の軸方向端部を構成する前記超電導線材の第３線材部分が、径方向に隣り合う前記第２の補助線材によって支持されることで、前記第２の保持体に対する径方向の移動が規制されるように保持されていることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、円筒状の胴部とこの胴部の軸方向両端から径外方向に延びるように設けられる一対のフランジ部とを含む巻枠と、前記胴部および前記一対のフランジ部で囲まれる領域に螺旋状に設けられた超電導線材からなる通電部とを備えた超電導コイルであって、前記一対のフランジ部と前記通電部とが非接触となるように両者の間に配設されるとともに、前記通電部を径方向の相対移動を規制するように保持し、非通電状態に構成される第２の保持体をさらに備え、前記第２の保持体は、前記一対のフランジ部の相対向する面に沿うように、前記胴部の軸心を中心に略円環状に設けられた第２の補助線材からなり、前記通電部は、当該通電部の軸方向端部を構成する前記超電導線材の第３線材部分が、径方向に隣り合う前記第２の補助線材によって支持されることで、前記第２の保持体に対する径方向の移動が規制されるように保持されていることを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の超電導コイルにおいて、前記補助線材と、前記超電導線材とは、同一サイズの円形断面を有していることを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の超電導コイルにおいて、前記補助線材は、前記超電導線材と同一の線材であることを特徴とするものである。

請求項６の発明は、円筒状の胴部とこの胴部の軸方向両端から径外方向に延びるように設けられる一対のフランジ部とを含む巻枠の前記胴部および前記一対のフランジ部で囲まれる領域に、巻線機から繰り出された円形断面の超電導線材を螺旋状に巻回することにより超電導コイルを形成する超電導コイルの製造方法であって、前記巻線機に保持されている超電導線材を、前記胴部の外周面に沿うように螺旋状に巻回し、その超電導線材の前記巻線機へと延びる所定部位を切断することで、前記胴部の外周に非通電状態に構成される第１の保持体を形成する工程と、前記切断されて前記巻線機に保持されている超電導線材を、前記第１の保持体の外周に巻回することで、前記巻枠の胴部と非接触となるように配設される通電部を形成する工程とを備え、前記第１の保持体を構成する超電導線材は、当該第１の保持体の径方向外端部を構成する第１線材部分の螺旋方向および螺旋ピッチが、前記通電部の径方向内端部を構成する超電導線材の第２線材部分の螺旋方向および螺旋ピッチと各々一致するように巻回され、前記通電部は、前記超電導線材の第２線材部分が、その長さ方向の略全域に亘って、前記第１の補助線材の第１線材部分のうちの軸方向に隣り合う一対の支持部によって支持されることで、前記第１の保持体に対する軸方向の移動が規制されるように保持されていることを特徴とするものである。

請求項７の発明は、請求項６に記載の超電導コイルの製造方法において、前記第１の保持体の外周に前記通電部を形成した状態で、前記第１の保持体および前記通電部を含浸材に含浸する工程をさらに備えることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、通電部と巻枠の胴部とが非接触となるように両者の間に設けた第１の保持体によって、通電部を当該第１の保持体に対する軸方向の移動が規制されるように保持する構成としたので、極低温下で励磁されることにより通電部にフープ力や軸方向圧縮力が作用しても、通電部が第１の保持体に対して微小変位するのを抑えることができる。これにより、通電部と第１の保持体との間に摩擦熱が発生するのを抑えることができるので、クエンチの発生を抑えることができる。

また、請求項１の発明によれば、第１の補助線材を巻枠の胴部の外周に螺旋状に設けることで第１の保持体を構成し、その第１の保持体によって通電部を軸方向の相対移動を規制するように保持しているので、例えば巻枠の胴部の外周に保持部を形成し、その保持部に通電部を保持させる場合と異なり、巻枠自体の形状は複雑化しない。これにより、従来からの円筒状の胴部を備えた巻枠をそのまま用いてクエンチの発生を抑えることができるようになる。また、この場合、巻枠の胴部に複雑な加工処理を施す必要がないので、当該超電導コイルの製造工程が煩雑になるのを防ぐことができる。

なお、冷却時の軸方向圧縮力等によって第１の保持体が巻枠の胴部に対して微小変位した場合、その微小変位により発生する摩擦熱は、第１の保持体の第１の補助線材において拡散される。このため、前記摩擦熱は通電部まで伝達され難くなっており、第１の保持体と巻枠の胴部との間の摩擦熱による通電部の温度上昇およびこれに起因するクエンチの発生が未然に防止されるようになっている。

請求項２および３の発明によれば、通電部と巻枠のフランジ部とが非接触となるように両者の間に設けた第２の保持体によって、通電部を当該第２の保持体に対する径方向の移動が規制されるように保持する構成としたので、極低温下で励磁されることにより通電部にフープ力や軸方向圧縮力が作用しても、通電部が第２の保持体に対して微小変位するのを抑えることができる。これにより、通電部と第２の保持体との間に摩擦熱が発生するのを抑えることができるので、クエンチの発生を抑えることができる。

また、請求項２および３の発明によれば、第２の補助線材を巻枠のフランジ部の対向面に沿うように設けることで第２の保持体を構成し、その第２の保持体によって通電部を径方向の相対移動を規制するように保持しているので、例えば巻枠のフランジ部の対向面に保持部を形成し、その保持部に通電部を保持させる場合と異なり、巻枠自体の形状は複雑化しない。これにより、従来からの巻枠をそのまま用いてクエンチの発生を抑えることができるようになる。また、この場合、巻枠のフランジ部に複雑な加工処理を施す必要がないので、当該超電導コイルの製造工程が煩雑になるのを防ぐことができる。

なお、冷却時の軸方向圧縮力等によって第２の保持体が巻枠のフランジ部に対して微小変位した場合、その微小変位により発生する摩擦熱は、第２の保持体の第２の補助線材において拡散される。このため、前記摩擦熱は通電部まで伝達され難くなっており、第２の保持体と巻枠のフランジ部との間の摩擦熱による通電部の温度上昇およびこれに起因するクエンチの発生が未然に防止されるようになっている。

請求項４の発明によれば、胴部と一対のフランジ部とで囲まれる領域に超電導線材を密に配設する場合とほぼ同じ構成になるので、保持体によって通電部を安定して保持することができる。また、第１の補助線材を軸方向に密となるように設けるだけで、第１の補助線材の螺旋ピッチを超電導線材の螺旋ピッチに容易に一致させることができる。

請求項５の発明によれば、通電部を構成する超電導線材を用いて各保持体を形成することができるため、保持体用の線材を別途必要としない。

請求項６の発明によれば、巻枠の胴部の外周に巻回した超電導線材からなる第１の保持体によって、通電部を当該第１の保持体に対する軸方向の移動が規制されるように、かつ、通電部と巻枠の胴部とが非接触となるように保持したので、極低温下で励磁されることにより通電部にフープ力や軸方向圧縮力が作用しても、通電部が第１の保持体に対して微小変位するのを抑えることができる。これにより、通電部と第１の保持体との間に摩擦熱が発生するのを抑えることができるので、クエンチの発生を抑えることができる。

また、請求項６の発明によれば、第１の保持体を、通電部を構成する超電導線材を用いて形成したので、上記クエンチ抑制効果のある超電導コイルを、単一の巻線機を用いて、かつ、線材を交換することなく製造することができる。これにより、超電導コイルの製造工程が煩雑にならない。

請求項７の発明によれば、第１の保持体と通電部とを含浸材で固定することができるので、通電部が第１の保持体に対して微小変位するのをより確実に防ぐことができる。これにより、励磁状態でのクエンチの発生をより確実に抑えることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による超電導コイルの全体構成を示した正面断面図である。また、図２は、図１に示した超電導コイルの通電体および第１の保持体を示した拡大正面断面図である。まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態による超電導コイル１の全体構成について説明する。

第１実施形態の超電導コイル１は、極低温（約４．２Ｋ以下）に冷却した状態で通電することにより励磁されるように構成されている。この超電導コイル１は、図１に示すように、巻枠１０と、通電体（通電部）２０とを備えている。

巻枠１０は、円筒状の胴部１１と、この胴部１１の軸方向両端から径外方向に延びるように設けられた一対のフランジ部１２，１３とを含んでいる。巻枠１０の材料としては、アルミニウム合金やステンレス鋼等を挙げることができる。

通電体２０は、胴部１１および一対のフランジ部１２，１３で囲まれる領域に配されている。この通電体２０は、円形断面の超電導線材２１を螺旋状に巻回することにより構成されている。なお、超電導線材２０の材料としては、ＮｂＴｉ、Ｎｂ_３ＳｎおよびＮｂ_３Ａｌ等を挙げることができる。

ここで、第１実施形態の超電導コイル１は、図１および図２に示すように、補助線材３１からなる保持体３０を備えている。なお、保持体３０は、本発明の「第１の保持体」に相当し、補助線材３１は、本発明の「第１の補助線材」に相当する。

保持体３０は、胴部１１と通電体２０とが非接触となるように両者の間に設けられており、通電体２０を、当該保持体３０に対する通電体２０の軸方向の移動が規制されるように保持している。この保持体３０は、当該超電導コイル１の励磁時には非通電状態となるように構成されている。

また、前記補助線材３１は、通電体２０を構成する超電導線材２１と同一サイズの円形断面を有する線材であり、胴部１１の外周面１１ａを覆うように当該外周面１１ａに沿って螺旋状に、巻枠１０の径方向に１層となるように巻回されている。

補助線材３１は、その螺旋方向および螺旋ピッチが、通電体２０の径方向内端部を構成する超電導線材２１の第２線材部分２１ａの螺旋方向および螺旋ピッチと各々一致するように、胴部１１の外周に巻回されている。第１実施形態では、補助線材３１を径方向に１層となるように巻回して保持体３０を構成しているため、補助線材３１全体が、本発明の「第１の補助線材の第１線材部分」に相当する第１線材部分３１ａとなっている。

なお、補助線材３１として、通電体２０を構成する超電導線材２１を用いることも好適な例として採用可能である。

上記構成の保持体３０は、補助線材３１（第１線材部分３１ａ）の軸方向に隣り合う一対の支持部３２，３３により構成される溝状保持部３４を有している。この溝状保持部３４は、胴部２１の軸心Ｒを中心に通電体２０の超電導線材２１の第２線材部分２１ａと同一ピッチとなるように螺旋状に延在している。

そして、通電体２０は、超電導線材２１の第２線材部分２１ａが、その長さ方向の全域に亘って、前記溝状保持部３４に嵌まり込んでおり、これによって、胴部１１に非接触な状態で、かつ、保持体３０に対して軸方向の移動が規制されるように保持体３０に保持されている。

ところで、励磁状態にある超電導コイル１では、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により通電体２０を超電導コイル１の径外方向に膨らませようとするフープ力Ｆ１が当該通電体２０に作用する。また、極低温まで冷却されることにより、巻枠１０の材料の熱収縮率にしたがって、一対のフランジ部１２，１３同士が互いに近づくように巻枠１０が収縮するため、通電体２０には軸方向の圧縮力Ｆ２が作用する。これにより、通電体２０が微小変位した場合、通電体２０と当該通電体２０が接触する部材との間に発生する摩擦熱によって、クエンチ現象が発生するという不都合がある。

しかし、本実施形態では、上記のように、保持体３０によって、通電体２０が胴部１１と非接触となるように保持され、かつ、保持体３０に対する通電体２０の軸方向の移動が規制されているため、前記フープ力Ｆ１および圧縮力Ｆ２によって通電体２０と当該通電体２０が接触する部材との間に発生する摩擦熱が抑えられ、これによってクエンチの発生が抑制されるようになっている。

上記構成の超電導コイル１は、従来から超電導コイルの製造に用いられている巻線機を使用して容易に製造することが可能である。なお、以下に説明する製造方法では、通電体２０を構成する超電導線材２１を用いて保持体３０を形成している。つまり、前記補助線材３１として、超電導線材２１が使用されている。

本実施形態の超電導コイル１の製造方法によれば、まず、巻線機に保持されている超電導線材２１を、胴部１１の外周面１１ａを覆うように当該外周面１１ａに沿って螺旋状に、巻枠１０の径方向に１層となるように巻回し、その超電導線材２１の巻線機へと延びる部位を切断する。これにより、胴部１１の外周に超電導線材２１（補助線材３１）からなる保持体３０を形成する。この保持体３０は、非通電状態に構成されている。

前記保持体３０には、当該保持体３０を構成する超電導線材２１の軸方向に隣り合う一対に支持部３２，３３（図２参照）により構成される溝状保持部３４が形成されている。この溝状保持部３４は、胴部１１の軸心Ｒを中心に次述の通電体２０の超電導線材２１と同一ピッチで螺旋状に延びている。

次に、巻線機に保持されている超電導線材２１を、保持体３０の外周に巻回することで、巻枠１０の胴部１１と非接触となるように配設される通電体２０を形成する。

前記通電体２０は、当該通電体２０の径方向内端部を構成する超電導線材２１の第２線材部分２１ａが、その長さ方向の全域に亘って、保持体３０の溝状保持部３４に嵌まり込んでおり、当該保持体３０の一対の支持部３２，３３によって支持されている。これによって、通電体２０が、胴部１１に非接触な状態で、かつ、保持体３０に対して軸方向の移動が規制されるように保持体３０に保持される。

なお、保持体３０の外周に通電体２０を形成した後に、保持体３０および通電体２０を含浸材に含浸して、含浸材によって両者を固定するようにしてもよい。

また、前記超電導線材２１は、張力付与装置を用いて、所定のテンションが付与された状態で巻回されるようになっている。このように巻回することによって、超電導コイル１の極低温下でのクエンチを抑制することができる。また、通電体２０の外周にバインド線を巻回すれば、さらにクエンチを抑制することが可能になる。

第１実施形態の超電導コイル１では、上記のように、通電体２０と巻枠１０の胴部１１とが非接触となるように両者の間に設けた保持体３０によって、通電体２０を当該保持体３０に対する軸方向の移動が規制されるように保持する構成としたので、極低温下で励磁されることにより通電体２０にフープ力Ｆ１や軸方向圧縮力Ｆ２が作用しても、通電体２０が保持体３０に対して微小変位するのを抑えることができる。これにより、通電体２０と保持体３０との間に摩擦熱が発生するのを抑えることができるので、クエンチの発生を抑えることができる。

また、第１実施形態の超電導コイル１では、上記のように、補助線材３１を巻枠１０の胴部１１の外周に螺旋状に設けることで保持体３０を構成し、その保持体３０によって通電体２０を軸方向の相対移動を規制するように保持しているので、例えば巻枠の胴部の外周に保持部を形成し、その保持部に通電体２０を保持させる場合と異なり、巻枠１０自体の形状は複雑化しない。これにより、従来からの円筒状の胴部を備えた巻枠をそのまま用いてクエンチの発生を抑えることができるようになる。また、この場合、巻枠１０の胴部１１に複雑な加工処理を施す必要がないので、当該超電導コイル１の製造工程が煩雑になるのを防ぐことができる。

なお、冷却時の軸方向圧縮力Ｆ２等によって保持体３０が巻枠１０の胴部１１に対して微小変位した場合、その微小変位により発生する摩擦熱は、保持体３０の補助線材３１において拡散される。このため、前記摩擦熱は通電体２０まで伝達され難くなっており、保持体３０と巻枠１０の胴部１１との間の摩擦熱による通電体２０の温度上昇およびこれに起因するクエンチの発生が未然に防止されるようになっている。

また、第１実施形態の超電導コイル１では、上記のように、通電体２０を構成する超電導線材２１と同一サイズの円形断面を有する補助線材３１を用いることによって、胴部１１と一対のフランジ部１２，１３とで囲まれる領域に超電導線材２１を密に配設する場合とほぼ同じ構成になるので、保持体３０によって通電体２０を安定して保持することができる。また、補助線材３１を軸方向に密となるように設けるだけで、補助線材３１の螺旋ピッチを超電導線材２１の螺旋ピッチに容易に一致させることができる。

また、第１実施形態の超電導コイル１では、上記のように、補助線材３１として超電導線材２１を使用することによって、通電体２０を構成する超電導線材２１を用いて保持体３０を形成することができるため、保持体３０用の線材を別途必要としない。

また、第１実施形態の超電導コイル１の製造方法では、上記のように、保持体３０を、通電体２０を構成する超電導線材２１を用いて形成したので、上記クエンチ抑制効果のある超電導コイル１を、単一の巻線機を用いて、かつ、線材を交換することなく製造することができる。これにより、超電導コイル１の製造工程が煩雑にならない。

また、第１実施形態の超電導コイル１の製造方法では、上記のように、保持体３０と通電体２０とを含浸材に含浸することによって、保持体３０と通電体２０とを含浸材で固定することができるので、通電体２０が保持体３０に対して微小変位するのをより確実に防ぐことができる。これにより、励磁状態でのクエンチの発生をより確実に抑えることができる。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態による超電導コイルの全体構成を示した正面断面図である。この第２実施形態の超電導コイル１００は、図３に示すように、補助線材４１（４１ａ〜４１ｈ）からなる保持体４０Ａ，４０Ｂを備える点で上記第１実施形態と異なっている。なお、保持体４０Ａ，４０Ｂは、本発明の「第２の保持体」に相当し、補助線材４１は、本発明の「第２の補助線材」に相当する。

保持体４０Ａ，４０Ｂは、それぞれ、フランジ部１２，１３と通電体２０とが非接触となるように両者の間に設けられており、通電体２０を、当該保持体４０Ａ，４０Ｂに対する通電体２０の径方向の移動が規制されるように保持している。この保持体４０Ａ，４０Ｂは、当該超電導コイル１の励磁時には非通電状態となるように構成されている。

また、前記補助線材４１は、通電体２０を構成する超電導線材２１と同一サイズの円形断面を有する線材であり、一対のフランジ部１２，１３の相対向する面１２ａ，１３ａに沿うように、胴部１１の軸心Ｒを中心に略円環状に設けられている。

通電体２０は、当該通電体２０の軸方向端部を構成する超電導線材２１の第３線材部分２１ｂが、径方向に隣り合う補助線材４１（例えば４１ａおよび４１ｂ）によって支持されることで、フランジ部１２，１３に非接触な状態で、かつ、保持体４０Ａ，４０Ｂに対する径方向の移動が規制されるように保持体４０Ａ，４０Ｂに保持されている。

この第２実施形態の超電導コイル１００は、例えば、通電体２０および保持体３０を形成するための超電導線材２１を保持する巻線機と、保持体４０Ａを形成するための補助線材４１ａ〜４１ｄを保持する巻線機と、保持体４０Ｂを形成するための補助線材４１ｅ〜４１ｈを保持する巻線機との３つの巻線機を用いて製造することができる。

第２実施形態では、上記のように、通電体２０と巻枠１０のフランジ部１２，１３とが非接触となるように両者の間に設けた保持体４０Ａ，４０Ｂによって、通電体２０を当該保持体４０Ａ，４０Ｂに対する径方向の移動が規制されるように保持する構成としたので、極低温下で励磁されることにより通電体２０にフープ力や軸方向圧縮力が作用しても、通電体２０が保持体４０Ａ，４０Ｂに対して微小変位するのを抑えることができる。これにより、通電体２０と保持体４０Ａ，４０Ｂとの間に摩擦熱が発生するのを抑えることができるので、クエンチの発生を抑えることができる。

また、第２実施形態では、上記のように、補助線材４１を巻枠１０のフランジ部１２，１３の対向面１２ａ，１３ａに沿うように設けることで保持体４０Ａ，４０Ｂを構成し、その保持体４０Ａ，４０Ｂによって通電体２０を径方向の相対移動を規制するように保持しているので、例えば巻枠のフランジ部の対向面に保持部を形成し、その保持部に通電体２０を保持させる場合と異なり、巻枠１０自体の形状は複雑化しない。これにより、従来からの巻枠をそのまま用いてクエンチの発生を抑えることができるようになる。また、この場合、巻枠１０のフランジ部１２，１３に複雑な加工処理を施す必要がないので、当該超電導コイル１００の製造工程が煩雑になるのを防ぐことができる。

なお、冷却時の軸方向圧縮力等によって保持体４０Ａ，４０Ｂが巻枠１０のフランジ部１２，１３に対して微小変位した場合、その微小変位により発生する摩擦熱は、保持体４０Ａ，４０Ｂの補助線材４１において拡散される。このため、前記摩擦熱は通電体２０まで伝達され難くなっており、保持体４０Ａ，４０Ｂと巻枠１０のフランジ部１２，１３との間の摩擦熱による通電体２０の温度上昇およびこれに起因するクエンチの発生が未然に防止されるようになっている。

上記実施形態では、補助線材３１を胴部１１の外周に径方向に１層となるように巻回して保持体３０を構成したが、保持体３０を構成する補助線材３１の径方向の層数はこれに限らない。例えば図４に示すように、補助線材３１を胴部１１の外周に径方向に２層となるように巻回することで保持体（第１の保持体）２３０を構成するようにしてもよい。このような構成の超電導コイル２００では、保持体２３０の微小変位によって保持体２３０と巻枠１０の胴部１１との間に発生した摩擦熱が、保持体２３０において十分に拡散されるようになるので、通電体２０により伝達され難くすることができるようになる。この補助線材３１の層数は、通電体２０へ伝達される摩擦熱を十分に低減可能な否かを考慮して設定されるのが好ましい。また、保持体４０Ａ，４０Ｂを構成する補助線材４１の層数も同様に、適宜変更設定可能である。

また、上記実施形態では、超電導線材２１と同一サイズの補助線材３１を用いて保持体３０を構成する例を示したが、これに限らず、例えば図５に示すように、超電導線材２１の直径φ１の約半分の直径φ２の２本の補助線材（第１の補助線材）３３１ａ，３３１ｂを、軸方向に並べた状態で巻枠１０の胴部１１に螺旋状に巻回することによって保持体（第１の保持体）３３０を形成するようにしてもよい。この構成では、超電導線材２１の第２線材部分２１ａが、２本の補助線材３３１ａ，３３１ｂの各支持部３３２，３３３により構成される溝状保持部３３４に嵌まり込むとともに、前記支持部３３２，３３３によって支持されることで、通電体２０が保持体３３０によって軸方向の相対移動を規制されるように保持されている。

また、第２実施形態の保持体４０Ａ，４０Ｂのみを備えた超電導コイルであってもよい。

本発明の第１実施形態による超電導コイルの全体構成を示した正面断面図である。 図１に示した超電導コイルの通電体および第１の保持体を示した拡大正面断面図である。 本発明の第２実施形態による超電導コイルの全体構成を示した正面断面図である。 変形例１による第１の保持体を備えた超電導コイルの全体構成を示した正面断面図である。 変形例２による第１の保持体を備えた超電導コイルの要部構成を示した拡大正面断面図である。

符号の説明

１，１００，２００ 超電導コイル
１０ 巻枠
１１ 胴部
１１ａ 外周面
１２，１３ フランジ部
１２ａ，１３ａ 対向面
２０ 通電体（通電部）
２１ 超電導線材
２１ａ 第２線材部分
２１ｂ 第３線材部分
３０，２３０，３３０ 保持体（第１の保持体）
３１，３３１ａ，３３１ｂ 補助線材（第１の補助線材）
３１ａ 第１線材部分
３２，３３，３３２，３３３ 支持部
４０Ａ，４０Ｂ 保持体（第２の保持体）
４１，４１ａ〜４１ｈ 補助線材（第２の補助線材）
Ｒ 軸心

Claims (7)

1. 円筒状の胴部とこの胴部の軸方向両端から径外方向に延びるように設けられる一対のフランジ部とを含む巻枠と、前記胴部および前記一対のフランジ部で囲まれる領域に螺旋状に設けられた超電導線材からなる通電部とを備えた超電導コイルであって、
   前記胴部と前記通電部とが非接触となるように両者の間に配設されるとともに、前記通電部を軸方向の相対移動を規制するように保持し、非通電状態に構成される第１の保持体をさらに備え、
   前記第１の保持体は、前記胴部の外周面に沿うように螺旋状に設けられた第１の補助線材からなるとともに、前記第１の補助線材は、前記第１の保持体の径方向外端部を構成する第１線材部分の螺旋方向および螺旋ピッチが、前記通電部の径方向内端部を構成する前記超電導線材の第２線材部分の螺旋方向および螺旋ピッチと各々一致するように設けられ、
   前記通電部は、前記超電導線材の第２線材部分が、その長さ方向の略全域に亘って、前記第１の補助線材の第１線材部分のうちの軸方向に隣り合う一対の支持部によって支持されることで、前記第１の保持体に対する軸方向の移動が規制されるように保持されていることを特徴とする超電導コイル。
2. 前記一対のフランジ部と前記通電部とが非接触となるように両者の間に配設されるとともに、前記通電部を径方向の相対移動を規制するように保持し、非通電状態に構成される第２の保持体をさらに備え、
   前記第２の保持体は、前記一対のフランジ部の相対向する面に沿うように、前記胴部の軸心を中心に略円環状に設けられた第２の補助線材からなり、
   前記通電部は、当該通電部の軸方向端部を構成する前記超電導線材の第３線材部分が、径方向に隣り合う前記第２の補助線材によって支持されることで、前記第２の保持体に対する径方向の移動が規制されるように保持されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル。
3. 円筒状の胴部とこの胴部の軸方向両端から径外方向に延びるように設けられる一対のフランジ部とを含む巻枠と、前記胴部および前記一対のフランジ部で囲まれる領域に螺旋状に設けられた超電導線材からなる通電部とを備えた超電導コイルであって、
   前記一対のフランジ部と前記通電部とが非接触となるように両者の間に配設されるとともに、前記通電部を径方向の相対移動を規制するように保持し、非通電状態に構成される第２の保持体をさらに備え、
   前記第２の保持体は、前記一対のフランジ部の相対向する面に沿うように、前記胴部の軸心を中心に略円環状に設けられた第２の補助線材からなり、
   前記通電部は、当該通電部の軸方向端部を構成する前記超電導線材の第３線材部分が、径方向に隣り合う前記第２の補助線材によって支持されることで、前記第２の保持体に対する径方向の移動が規制されるように保持されていることを特徴とする超電導コイル。
4. 前記補助線材と、前記超電導線材とは、同一サイズの円形断面を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超電導コイル。
5. 前記補助線材は、前記超電導線材と同一の線材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の超電導コイル。
6. 円筒状の胴部とこの胴部の軸方向両端から径外方向に延びるように設けられる一対のフランジ部とを含む巻枠の前記胴部および前記一対のフランジ部で囲まれる領域に、巻線機から繰り出された円形断面の超電導線材を螺旋状に巻回することにより超電導コイルを形成する超電導コイルの製造方法であって、
   前記巻線機に保持されている超電導線材を、前記胴部の外周面に沿うように螺旋状に巻回し、その超電導線材の前記巻線機へと延びる所定部位を切断することで、前記胴部の外周に非通電状態に構成される第１の保持体を形成する工程と、
   前記切断されて前記巻線機に保持されている超電導線材を、前記第１の保持体の外周に巻回することで、前記巻枠の胴部と非接触となるように配設される通電部を形成する工程とを備え、
   前記第１の保持体を構成する超電導線材は、当該第１の保持体の径方向外端部を構成する第１線材部分の螺旋方向および螺旋ピッチが、前記通電部の径方向内端部を構成する超電導線材の第２線材部分の螺旋方向および螺旋ピッチと各々一致するように巻回され、
   前記通電部は、前記超電導線材の第２線材部分が、その長さ方向の略全域に亘って、前記第１の補助線材の第１線材部分のうちの軸方向に隣り合う一対の支持部によって支持されることで、前記第１の保持体に対する軸方向の移動が規制されるように保持されていることを特徴とする超電導コイルの製造方法。
7. 前記第１の保持体の外周に前記通電部を形成した状態で、前記第１の保持体および前記通電部を含浸材に含浸する工程をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の超電導コイルの製造方法。

Images