JP2014022543A - 超電導コイル及び超電導コイル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜超電導線材に作用する剥離応力を低減して超電導コイルの超電導特性の低下を防止し、且つ超電導コイルの軸方向端面の絶縁性能を確保し、これらにより安定した通電を実現できること。
【解決手段】多層構造で且つテープ形状の超電導テープ線１１を絶縁テープ線１２と共に巻枠１３に巻き回して形成された巻線部１４と、この巻線部１４の軸方向端面に固着された絶縁層１５と、を有する超電導コイル１０であって、超電導テープ線１１の幅をＷ１とし、絶縁層１５を含めた巻線部１４の軸方向厚さをＷ２としたとき、これらの比Ｗ２／Ｗ１が、Ｗ２／Ｗ１≦１．１５に設定されたものである。
【選択図】 図３

Description

本発明は超電導コイル及び超電導コイル装置に係り、更に詳しくは、多層構造で且つテープ形状の薄膜超電導線材と絶縁材とを巻き回してなる巻線部と、この巻線部の端面に固着された絶縁層とを有する超電導コイル、及びこの超電導コイルを備えてなる超電導コイル装置に関する。

図１４に示す超電導コイル１００の巻線部１０１を構成する超電導線材としては、例えばテープ状の金属基板、中間層、ＲＥ系酸化物超電導層及び保護金属層を積層した多層構造の薄膜超電導線材が用いられる。

ところで、超電導コイル１００の巻線部１０１は、一般に樹脂を含浸した状態で使用されることが多い。この場合、多層構造の薄膜超電導線材においては、冷却時に樹脂と薄膜超電導線材との熱収縮差に起因して積層方向に引張り応力（剥離応力）が作用し、層間剥離あるいは亀裂が生じて、安定した超電導特性が得られなくなる恐れがある。

このような剥離応力は、超電導コイル１００における巻線部１０１の内径と外径の比（内外径比）が大きくなるほど増大する。これまで、薄膜超電導線材に作用する剥離応力を低減する対策として、巻線部１０１の一部のターンに接着力の弱い箇所を設けることで巻線部１０１を内外径比の小さな複数の部分１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄに分断し、薄膜超電導線材に作用する剥離応力を許容応力以下に低減する技術が開示されている（特許文献１参照）。

特開２０１０−２６７８３５号公報

しかしながら、超電導磁気エネルギ貯蔵装置（ＳＭＥＳ）や限流器のようにｋＶオーダーの耐電圧が求められる場合、または複数の超電導コイル１００を積層する際や冷却用の伝熱板（不図示）を取り付ける際には、巻線部１０１の上下両端面に絶縁層１０２が必要となり、巻線部１０１は両端面から絶縁層１０２によって物理的に拘束されてしまう。そのため、巻線部１０１の一部のターンに接着力の弱い箇所を設けて、巻線部１０１を複数の部分１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄに分断しても、絶縁層１０２による拘束によって、巻線部１０１の複数の部分１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄが一体化されることになるので、薄膜超電導線材に作用する剥離応力を低減できない課題があった。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、薄膜超電導線材に作用する剥離応力を低減して超電導コイルの超電導特性の低下を防止し、且つ超電導コイルの軸方向端面の絶縁性能を確保し、これらにより安定した通電を実現できる超電導コイル及び超電導コイル装置を提供することにある。

本発明に係る超電導コイルは、多層構造で且つテープ形状の薄膜超電導線材を絶縁材と共に巻枠に巻き回して形成された巻線部と、この巻線部の軸方向端面に固着された絶縁層と、を有する超電導コイルであって、前記薄膜超電導線材の幅をＷ１とし、前記絶縁層を含めた前記巻線部の軸方向厚さをＷ２としたとき、これらの比Ｗ２／Ｗ１が、Ｗ２／Ｗ１≦１．１５に設定されたことを特徴とするものである。

また、本発明に係る超電導コイル装置は、前記発明の超電導コイルが複数積層され、それぞれの前記超電導コイルが電気的に接続されて構成されたことを特徴とするものである。

本発明に係る超電導コイル、及びこの超電導コイルを備えた超電導コイル装置によれば、薄膜超電導線材に作用する剥離応力を低減して超電導コイルの超電導特性の低下を防止し、且つ超電導コイルの軸方向端面の絶縁性能を確保し、これらにより安定した通電を実現できる。

本発明に係る超電導コイルの第１実施形態を示す斜視図。 図１の超電導コイルを示す平面図。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図。 図３の超電導テープ線の多層構造を示す斜視図。 超電導コイルの軸方向厚さを変化させた４つのケースについて超電導コイルの諸元を示す図表。 超電導テープ線の幅Ｗ１に対する超電導コイルの軸方向厚さＷ２の比Ｗ２／Ｗ１とコイル臨界電流値との関係を示すグラフ。 本発明に係る超電導コイルの第２実施形態を示す平面図。 本発明に係る超電導コイルの第３実施形態を示す平面図。 図８の第３実施形態の変形形態における超電導コイルの平面図。 本発明に係る超電導コイルの第４実施形態を示す図３に対応する半断面図。 本発明に係る超電導コイルの第５実施形態を示す図３に対応する半断面図。 （Ａ）は本発明に係る超電導コイルの第６実施形態を示す図３に対応する半断面図、（Ｂ）は図１２（Ａ）の超電導テープ線などを示す斜視図。 本発明に係る超電導コイルの第７実施形態等を示す図３に対応する半断面図。 従来の超電導コイルを示す半断面図。

以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１〜図６）
図１は、本発明に係る超電導コイルの第１実施形態を示す斜視図である。図２は、図１の超電導コイルを示す平面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。

これらの図１〜図３に示す超電導コイル１０は、薄膜超電導線材としての超電導テープ線１１と絶縁材としての絶縁テープ線１２とを重ね合せつつ巻枠１３に共に巻き回して形成された巻線部１４と、この巻線部１４の軸方向両端面に固着された絶縁層１５とを有して、例えばパンケーキ形状に形成される。

超電導テープ線１１は、多層構造でテープ形状に形成され、図４に示すように、少なくとも、テープ基板１６と中間層１７と超電導層１８とを有し、これらの両側が安定化層１９で被覆されている。また、超電導テープ線１１は、必要に応じて、テープ基板１６と中間層１７との間に配向層２０を、超電導層１８と一方の安定化層１９との間に保護層２１をそれぞれ設けることもできる。

テープ基板１６は、例えば、ステンレス鋼、ハステロイ等のニッケル合金、銀合金等の材質で形成される。また、中間層１７は拡散防止層であり、例えば、酸化セリウム、ＹＳＺ（イットリア）、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化イッテルビウム、バリウムジルコニアなどの材質からなり、テープ基板１６上に形成される。

超電導層１８は、例えば、ＲＥ１２３系の組成（ＲＥ１Ｂ２Ｃ３Ｏ７等）を有する超電導体薄膜からなる。尚、「ＲＥ１Ｂ２Ｃ３Ｏ７」の「ＲＥ」は希土類元素（例えば、ネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ホルミニウム（Ｈｏ）、サマリウム（Ｓｍ）等）及びイットリウム元素の少なくともいずれかを、「Ｂ」はバリウム（Ｂａ）を、「Ｃ」は銅（Ｃｕ）を、「Ｏ」は酸素（Ｏ）をそれぞれ意味している。また、安定化層１９は、超電導層１８に過剰に電気が流れた場合に、この超電導層１８が燃焼するのを防止する目的で設けられ、導電性の銀等から構成される。

配向層２０は、テープ基板１６上に中間層１７を配向させて形成する目的で設けられ、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等から形成される。尚、テープ基板１６が配向された層を有する基板の場合には、配向層２０を省略することができる。また、保護層２１は、超電導層１８が空気中の水分に触れて劣化するのを防止する等の目的で設けられ、銀等から形成される。尚、この保護層２１も、超電導層１８に過剰に電気が流れた場合に超電導層１８が燃焼するのを防止する役割を果たす。

このような多層構造からなるテープ形状の超電導テープ線１１の幅（テープ幅）Ｗ１は例えば４．０ｍｍ、厚さＴは例えば０．１ｍｍとされる。また、超電導テープ線１１は、長手方向の機械強度に優れるが、長手方向に対し垂直な方向の引張応力（剥離応力）に対しては脆弱である。

図１及び図３に示す絶縁テープ線１２は、例えばポリイミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール等の絶縁フィルム、またはＧＦＲＰ、ＣＦＲＰのような繊維強化プラスチック、または熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂等）で含浸されたガラスクロスにて形成される。

巻枠１３は、ガラス繊維強化プラスチックや補強型ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の絶縁材から構成される。

絶縁層１５は、超電導磁気エネルギ貯蔵装置（ＳＭＥＳ）や限流器のようにｋＶオーダーの耐電圧が求められる場合、または複数の超電導コイルを積層する際や冷却用の伝熱板を取り付ける際に、巻線部１４を外部から絶縁保護するために設けられる。

更に、この絶縁層１５は、例えばポリイミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール等の絶縁フィルム、またはエポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂、またはＧＦＲＰ、ＣＦＲＰのような繊維強化プラスチック、または前記熱硬化性樹脂で含浸されたガラスクロスにて構成される。あるいは、これらの絶縁層形成材を積層してもよい。例えば、巻線部１４の端面に熱硬化性樹脂で含浸されたガラスクロスを固着し、その上に絶縁フィルム（ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラールを除く）を熱硬化性樹脂にて接着し、またはポリビニルホルマール若しくはポリビニルブチラールを前記ガラスクロスに直接固着してもよい。

上述のように構成された超電導テープ線１１では、巻線部１４の両端面に絶縁層１５を固着する前に、エポキシなどの絶縁性樹脂（不図示）を用いて、巻線部１４（特に超電導テープ線１１と絶縁テープ線１２）が一体的に含浸硬化される。これにより、超電導コイル１０の使用時における超電導テープ線１１の機械的動きが抑制されてコイル強度が確保されると共に、巻線部１４のターン間における絶縁保護がなされる。これらにより、超電導コイル１０の超電導状態が壊れる状態である「クエンチ」を有効に防止することが可能になる。

但し、巻線部１４は、図２及び図３に示すように、径方向に分断された略同心円形状の複数の巻線部エレメント１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ及び１４Ｄから構成される。これらの隣接する巻線部エレメント１４Ａ〜１４Ｄ間の境界部分２３における上述の樹脂（例えばエポキシ樹脂）による接着力は、各巻線部エレメント１４Ａ〜１４Ｄ内での上述の樹脂（例えばエポキシ樹脂）による接着力よりも低く設定されている。各巻線部エレメント１４Ａ〜１４Ｄでは、それぞれの内径と外径の比は、超電導テープ線１１に作用する剥離応力を低減して超電導コイル１０の超電導特性の低下を防止し得る小さな値に設定される。

巻線部１４が上述のように巻線部エレメント１４Ａ〜１４Ｄに分断されたので、例えばエポキシ樹脂にて含浸された巻線部１４を備える超電導コイル１０が室温から液体窒素温度まで冷却されることで、巻線部１４の内部の個々の部材（特に超電導テープ線１１と例えばエポキシ樹脂）との線膨張率の異方性により超電導テープ線１１に剥離応力が発生しても、この超電導テープ線１１に作用する剥離応力が、超電導コイル１０の超電導特性を低下させない許容値以下に低減されることになる。

ところで、本発明者らの研究によれば、巻線部１４の両端面に絶縁層１５が固着されると、巻線部１４は両端面から絶縁層１５によって物理的に拘束されてしまう。そのため、巻線部１４は、一部のターンに接着力の弱い箇所（即ち境界部分２３）が設けられて巻線部エレメント１４Ａ〜１４Ｄに分断されても、絶縁層１５の拘束によって巻線部エレメント１４Ａ〜１４Ｄが一体化されるため、超電導テープ線１１に作用する剥離応力を低減できないことが分かった。

そこで、本実施形態では、超電導テープ線１１の幅をＷ１（図４参照）とし、絶縁層１５を含めた巻線部１４の軸方向厚さ（即ち超電導コイル１０の軸方向厚さ；図３参照）をＷ２としたとき、これらの比Ｗ２／Ｗ１がＷ２／Ｗ１≦１．１５になるように設定されている。これにより、絶縁層１５の厚さが薄くなり、この絶縁層１５による巻線部１４の両端面の拘束が弱められて、巻線部エレメント１４Ａ〜１４Ｄの一体化が回避される。

例えば、図５は、超電導コイル１０の軸方向厚さＷ２を変化させた超電導コイル１０の４つのケースＩ〜ＩＶについて、その諸元を示したものである。それぞれのケースＩ〜ＩＶにおける超電導コイル１０の超電導特性であるコイル臨界電流値を調べたところ、図６に示す結果になった。

即ち、超電導テープ線１１の幅Ｗ１に対する超電導コイル１０の軸方向厚さＷ２の比Ｗ２／Ｗ１が１．１５を超えると、超電導テープ線１１に作用する剥離応力によってコイル臨界電流値が大きく低下する。一方、比Ｗ２／Ｗ１が１．１５以下ではコイル臨界電流値の低下はない。従って、比Ｗ２／Ｗ１を１．１５以下にすることで、絶縁層１５が存在していても超電導テープ線１１に作用する剥離応力の低減効果が得られることが判明した。

従って、本第１実施形態によれば、次の効果を奏する。
超電導コイル１０において超電導テープ線１１の幅をＷ１とし、絶縁層１５を含めた巻線部１４の軸方向厚さ（超電導コイル１０の軸方向厚さ）をＷ２としたとき、これらの比Ｗ２／Ｗ１がＷ２／Ｗ１≦１．１５に設定されたので、絶縁層１５の厚さを薄くできる。従って、この絶縁層１５による巻線部１４の拘束を弱めることができ、巻線部１４における巻線部エレメント１４Ａ〜１４Ｄの一体化を回避できる。この結果、巻線部１４の各巻線部エレメント１４Ａ〜１４Ｄにおける内径と外径の比が適切に保持されることで、各巻線部エレメント１４Ａ〜１４Ｄの超電導テープ線１１に作用する剥離応力を低減して、超電導コイル１０の超電導特性の低下を防止できる。更に、巻線部１４の軸方向端面に絶縁層１５が固着されたことで、超電導コイル１０の軸方向端面の絶縁性能を確保できる。これらのことから、安定した通電を実現できる超電導コイル１０を提供できる。

［Ｂ］第２実施形態（図７）
図７は、本発明に係る超電導コイルの第２実施形態を示す平面図である。この第２実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本第２実施形態の超電導コイル２５が第１実施形態と異なる点は、絶縁層２６が、巻線部１４（巻線部エレメント１４Ａ〜１４Ｄ）の両端面のそれぞれの一部に固着されている点である。

絶縁層２６が固着される個所は、例えば冷却用の伝熱板（不図示）を取り付ける箇所などのように絶縁保護が必要な部分である。また、この絶縁層２６が固着された箇所において、この絶縁層２６を含めた巻線部１４の軸方向厚さ（超電導コイル２５の軸方向厚さ）Ｗ２と超電導テープ線１１の幅Ｗ１との比Ｗ２／Ｗ１は、Ｗ２／Ｗ１≦１．１５に設定されている。

上述のように、本第２実施形態の超電導コイル２５では、巻線部１４の両端面において絶縁層２６の固着範囲が限定されることで、絶縁層２６による巻線部１４（巻線部エレメント１４Ａ〜１４Ｄ）の両端面の拘束が必要最小限に抑制される。この結果、超電導コイル２５は、第１実施形態に比べ、超電導テープ線１１に作用する剥離応力をより一層低減できるので、超電導特性の低下が一層防止できて、より安定した通電を実現できる。

［Ｃ］第３実施形態（図８、図９）
図８は、本発明に係る超電導コイルの第３実施形態を示す平面図である。この第３実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本第３実施形態の超電導コイル３０が第１実施形態と異なる点は、巻線部１４（巻線部エレメント１４Ａ〜１４Ｄ）の両端面のそれぞれの略全面に絶縁層３１が、第１実施形態の場合と同様に形成されると共に、この絶縁層３１には、径方向の少なくとも一部にスリット３２、３３が形成された点である。スリット３２は、図８に示す同心円形状のスリットであり、スリット３３は、図９に示す渦形状のスリットである。

本実施形態においても、スリット３２または３３が形成された絶縁層３１を含めた巻線部１４の軸方向厚さ（即ち超電導コイル３０の軸方向厚さ）Ｗ２と超電導テープ線１１の幅Ｗ１との比Ｗ２／Ｗ１は、Ｗ２／Ｗ１≦１．１５に設定されている。

上述のように、本第３実施形態の超電導コイル３０では、絶縁層３１に形成されたスリット３２または３３によって巻線部１４の両端面には、超電導コイル３０の径方向において絶縁層３１が存在しない部分が設けられる。ここで、巻線部１４の超電導テープ線１１に作用する剥離応力の方向は、超電導コイル３０の径方向である。従って、絶縁層３１に形成されたスリット３２または３３により、巻線部１４の両端面が超電導コイル３０の径方向において絶縁層３１の拘束から部分的に解放される。このため、本実施形態の超電導コイル３０では、超電導テープ線１１に作用する剥離応力を第１実施形態の場合よりもより一層低減できる。この結果、超電導コイル３０は、超電導特性の低下が一層防止できて、より安定した通電を実現できる。

［Ｄ］第４実施形態（図１０）
図１０は、本発明に係る超電導コイルの第４実施形態を示す図３に対応する半断面図である。この第４実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本第４実施形態の超電導コイル３５が第１実施形態と異なる点は、巻線部１４（巻線部エレメント１４Ａ〜１４Ｄ）の両端面のそれぞれ略全面に絶縁層３６が、第１実施形態の場合と同様に形成されると共に、この絶縁層３６には、径方向の少なくとも一部に同心円形状または渦形状のスリット３７が形成され、このスリット３７が、隣接する巻線部１４Ａ〜１４Ｄ間の境界部分２３に対応して形成された点である。

このスリット３７は、同心円形状の場合には、図１０に示すように巻線部エレメント１４Ａ〜１４Ｄ間の境界部分２３と略一致して位置づけられ、渦形状の場合には、絶縁層３６の周方向において巻線部エレメント１４Ａ〜１４Ｄ間の境界部分２３と部分的に一致して位置づけられる。

また、本実施形態においても、スリット３７が形成された絶縁層３６を含めた巻線部１４の軸方向厚さ（即ち超電導コイル３５の軸方向厚さ）をＷ２と、超電導テープ線１１の幅Ｗ１との比Ｗ２／Ｗ１は、Ｗ２／Ｗ１≦１．１５に設定されている。

上述のように、本第４実施形態の超電導コイル３５では、絶縁層３６に形成されたスリット３７が、隣接する巻線部エレメント１４Ａ〜１４Ｄ間の境界部分２３に対応する位置（スリット３７が同心円形状の場合には境界部分２３に略一致する位置、スリット３７が渦形状の場合には絶縁層３５の周方向において境界部分２３と部分的に一致する位置）に形成されている。このため、絶縁層３６の存在によっても巻線部エレメント１４Ａ〜１４Ｄを分離状態に保持できるので、巻線部１４（巻線部エレメント１４Ａ〜１４Ｄ）の両端面に対する絶縁層３６の拘束を解消または極めて弱くできる。この結果、第３実施形態の場合に比べて、巻線部１４の超電導テープ線１１に作用する剥離応力をより一層低減できるので、超電導コイル３５は、超電導特性の低下がより一層防止されて、より安定した通電を実現できる。

［Ｅ］第５実施形態（図１１）
図１１は、本発明に係る超電導コイルの第５実施形態を示す図３に対応する半断面図である。この第５実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本第５実施形態における超電導コイル４０が第３及び第４実施形態と異なる点は、巻線部１４（巻線部エレメント１４Ａ〜１４Ｄ）の両端面のそれぞれ略全面に形成される絶縁層４１には、径方向の少なくとも一部に同心円形状または渦形状の凹部４２が形成された点である。この凹部４２は、隣接する巻線部エレメント１４Ａ〜１４Ｄ間の境界部分２３に対応する位置に形成されることが好ましい。

また、本実施形態においても、絶縁層４１（但し凹部４２を除いた部分）を含めた巻線部１４の軸方向厚さ（即ち超電導コイル４０の軸方向厚さ）Ｗ２と、超電導テープ線１１の幅Ｗ１との比Ｗ２／Ｗ１は、Ｗ２／Ｗ１≦１．１５に設定されている。

本第５実施形態の超電導コイル４０では、絶縁層４１に形成された凹部４２による巻線部１４の端面の拘束が絶縁層４１の他の部分に比べて弱くなるので、第３及び第４実施形態の場合と同様に、巻線部１４の超電導テープ線１１に作用する剥離応力を低減できる。このため、超電導コイル４０は、超電導特性の低下が防止されて、より安定した通電を実現できる。

更に、本第５実施形態の超電導コイル４０では、凹部４２の形成によっても絶縁層４１の一体性が確保されるので、巻線部１４の端面への絶縁層４１の固着作業を容易化できる。

［Ｆ］第６実施形態（図１２）
図１２の（Ａ）は本発明に係る超電導コイルの第６実施形態を示す図３に対応する半断面図、（Ｂ）は、図１２（Ａ）の超電導テープ線などを示す斜視図である。この第６実施形態において、第１及び第４実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本第６実施形態の超電導コイル４５が第１及び第４実施形態と異なる点は、巻線部１４（巻線部エレメント１４Ａ〜１４Ｄ）における超電導テープ線１１の周囲が絶縁材４６により絶縁被覆されている点である。このとき、絶縁材４６が施された超電導テープ線１１間に、第１実施形態の絶縁テープ線１２（図３）が介在されても、介在されなくてもよい。

絶縁材４６の被覆は、例えばポリビニルホルマールもしくはポリビニルブチラールなどの粘着性の絶縁材を塗布または接着することでなされ、またはポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミドなどの絶縁材料からなる非粘着性の絶縁フィルムを、超電導テープ線１１の周囲に重なり部分を設けて巻く、所謂ラップ巻きを行うことによりなされる。

また、本実施形態においても、第４実施形態と同様に、スリット３７が形成された絶縁層３６を含めた巻線部１４の軸方向厚さ（即ち超電導コイル４５の軸方向厚さ）Ｗ２と超電導テープ線１１の幅Ｗ１との比Ｗ２／Ｗ１は、Ｗ２／Ｗ１≦１．１５に設定されている。

上述のように、巻線部１４の超電導テープ線１１における周囲全体が絶縁材４６により直接絶縁されるので、超電導コイル４５の絶縁性能が向上する。従って、超電導コイル４５は、第４実施形態における超電導特性の低下防止効果に加え、上述の絶縁性能向上の効果により、より安定した通電を実現できる。

［Ｇ］第７実施形態（図１３）
図１３は、本発明に係る超電導コイルの第７実施形態等を示す図３に対応する半断面図である。この第７実施形態において、第１及び第４実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本第７実施形態の超電導コイル５０が第１及び第４実施形態と異なる点は、巻線部１４の両端面に固着された絶縁層３６のうち、少なくとも一方の表面に冷却手段としての冷却用伝熱板５１が固着され、この冷却用伝熱板５１を挟むようにして複数の超電導コイル５０が軸方向に積層され、各超電導コイル５０が電気的に接続されて超電導コイル装置５２が構成された点である。

ここで、冷却用伝熱板５１は、巻線部１４及び絶縁層３６よりも熱伝導率が高いに伝熱材、例えば銅やアルミニウムなどの金属にて構成される。また、本第７実施形態の超電導コイル５０においても、スリット３７が形成された絶縁層３６含めた巻線部１４の軸方向厚さ（即ち超電導コイル５０の軸方向厚さ）Ｗ２と、超電導テープ線１１の幅Ｗ１との比Ｗ２／Ｗ１は、Ｗ２／Ｗ１≦１．１５に設定されている。

上述のように構成された超電導コイル５０では、冷却用伝熱板５１との絶縁を絶縁層３６により確保しつつ、冷却用伝熱板５１により冷却されるので、超電導コイル５０は、第４実施形態における超電導特性の低下防止効果に加え、上述の冷却性能向上によってより安定した通電を実現できる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

例えば、第１〜第６実施形態の各超電導コイル１０、２５、３０、３５、４０、４５は、第７実施形態と同様に冷却用伝熱板５１を介在させることにより、または冷却用伝熱板５１を介在させることなく、軸方向に積層され、互いに電気的に接続されて超電導コイル装置を構成してもよい。

また、第１〜第７実施形態の各超電導コイル１０、２５、３０、３５、４０、４５、５０は、パンケーキ形に限定されず、レーストラック型、鞍型、または楕円等のような非円形状に構成されてもよい。

更に、第１〜第７実施形態の超電導コイル１０、２５、３０、３５、４０、４５、５０における各巻線部１４は、内外径比が小さく、巻線部１４の超電導テープ線１１に剥離能力が発生しにくい場合には、複数の巻線部エレメントに分断される必要はない。

１０ 超電導コイル
１１ 超電導テープ線（薄膜超電導線材）
１２ 絶縁テープ線（絶縁材）
１３ 巻枠
１４ 巻線部
１４Ａ〜１４Ｄ 巻線部エレメント
１５ 絶縁層
２３ 境界部分
２５、３０、３５、４０、４５、５０ 超電導コイル
２６、３１、３６、４１ 絶縁層
３２、３３、３７ スリット
４２ 凹部
４６ 絶縁材
５１ 冷却用伝熱板
５２ 超電導コイル装置
Ｗ１ 幅
Ｗ２ 軸方向厚さ

Claims (10)

1. 多層構造で且つテープ形状の薄膜超電導線材を絶縁材と共に巻枠に巻き回して形成された巻線部と、この巻線部の軸方向端面に固着された絶縁層と、を有する超電導コイルであって、
   前記薄膜超電導線材の幅をＷ１とし、前記絶縁層を含めた前記巻線部の軸方向厚さをＷ２としたとき、これらの比Ｗ２／Ｗ１が、Ｗ２／Ｗ１≦１．１５に設定されたことを特徴とする超電導コイル。
2. 前記巻線部は、径方向に分断された略同心円形状の複数の巻線部エレメントからなり、隣接する前記巻線部エレメント間の境界部分の接着力が、前記巻線部エレメント内の接着力よりも低く設定されたことを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル。
3. 前記絶縁層は、巻線部の端面の一部に固着されたことを特徴とする請求項１または２に記載の超電導コイル。
4. 前記絶縁層は、巻線部の端面の略全面に固着されると共に、径方向の少なくとも一部にスリットまたは凹部が形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の超電導コイル。
5. 前記スリットまたは前記凹部は、同心円形状または渦形状であることを特徴とする請求項４に記載の超電導コイル。
6. 前記スリットまたは前記凹部は、隣接する巻線部エレメント間の境界部分に対応する位置に設けられたことを特徴とする請求項４または５に記載の超電導コイル。
7. 前記薄膜超電導線材は、その周囲が絶縁材により絶縁被覆されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の超電導コイル。
8. 前記絶縁層は、ポリイミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ＧＦＲＰ、ＣＦＲＰ、熱硬化性樹脂で含浸されたガラスクロス、からなる群より選ばれた少なくとも一種からなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の超電導コイル。
9. 前記絶縁層の表面に冷却手段が設けられ、この冷却手段は、巻線部及び前記絶縁層よりも熱伝導率が高い伝熱材にて構成されたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の超電導コイル。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の超電導コイルが複数積層され、それぞれの前記超電導コイルが電気的に接続されて構成されたことを特徴とする超電導コイル装置。

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