JP2014112617A - 超電導コイルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却時の超電導層の剥離を防止する技術を施した超電導コイルおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】超電導コイル１０は、少なくとも超電導層を含む超電導テープ２０および絶縁テープ３０を積層させて巻回させたパンケーキコイル５０と、巻回の中心軸方向に積層される複数のパンケーキコイル５０の間に設けられ、室温から液体窒素温度までの径方向の熱収縮率値εが０．３％〜３％の絶縁体である絶縁部材４０と、を備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各種層からなる超電導テープを有する超電導コイルおよびその製造方法に関する。

超電導コイルは、超電導層を含む超電導テープおよび絶縁テープを積層させて巻回させたパンケーキコイルを、巻回の軸方向に複数積層して使用されるものが知られている。
この場合、単純にパンケーキコイルを積層するとパンケーキコイル間で電気的に接触し短絡の生じるおそれがある。

そこで、各パンケーキコイル間にはポリアミドフィルムなどの絶縁部材を設けることが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
超電導磁気エネルギー貯蔵器、限流器および変圧器のような高電圧の機器でこの超電導コイルを用いる場合は、隣接するパンケーキコイル間で絶縁破壊が起こりうる。

そこで、この絶縁部材は電圧に合わせて数百μｍから数十ｍｍ程度の厚さで調整される。
この絶縁部材は、超電導コイル全体にかかる圧力や冷却性の観点から、パンケーキコイルに接合されていることが多い。

ところで、超電導コイルが臨界電流を上回って使用されると、超電導状態を保つことができず、超電導層の一部が、高い電気抵抗を持った常伝導体に変化する。
この時、常伝導体に流れる電流によって熱が発生し、この熱によりさらに常伝導体化が進み、超電導コイルの焼き切れや冷却材の一瞬の気化が起こりうる（クエンチ現象）。
クエンチ現象は、その他種々の要因で起こり、例えば、超電導コイルに交流電流を流すことによる交流損失などでも起こりうる（例えば、特許文献１から特許文献３参照）。

このような超電導性の消失を防ぐため、発生した熱を逃がす等して超電導性を安定させる複数の層で超電導層を挟んだ、超電導テープが用いられる（例えば、特許文献１参照）。
このような超電導テープを構成する複数の層は、互いに剥離しやすいことが知られている。
そして、超電導テープ自体に着目した剥離の防止のための改良発明がなされている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−１８８０６５号公報 特開２０１１−１９８４６９号公報 特開２０１１−４０１７６号公報

超電導コイルを液体窒素温度まで冷却すると超電導コイルを構成する各々の部材は収縮する。
この熱収縮の際、接合された絶縁部材およびパンケーキコイルのそれぞれの熱収縮率値の差により、パンケーキコイルの径方向に外向きの応力が働く場合がある。
超電導テープを形成する複数の層どうしは、前述のように剥離しやすく、この応力で剥離による超電導性の不安定化などの劣化がおこりうるという課題があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、冷却時の超電導層の剥離を防止する技術を施した超電導コイルおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる超電導コイルは、少なくとも超電導層を含む超電導テープおよび絶縁テープを積層させて巻回させたパンケーキコイルと、前記巻回の中心軸方向に積層される複数の前記パンケーキコイルの間に設けられ、室温から液体窒素温度までの径方向の熱収縮率値が０．３％〜３％の絶縁体である絶縁部材と、を備えるものである。

本発明により、冷却時の超電導層の剥離を防止する技術を施した超電導コイルおよびその製造方法が提供される。

（Ａ）は本発明の各実施形態にかかる超電導コイルの上面図、（Ｂ）は本発明の各実施形態にかかる超電導コイルのＩ−Ｉ断面の断面図。 （Ａ）は本発明の第１実施形態にかかる超電導コイルの絶縁部材の上面図、（Ｂ）は絶縁部材のＩＩ−ＩＩ断面の断面図。 超電導テープおよび絶縁テープが積層された状態を示す斜視図。 各実施形態に適用されるダブルパンケーキコイルを示す斜視図。 接合層の熱収縮率値を変えた際に観測される最大径方向応力の測定結果を表すテーブル。 （Ａ）は本発明の第２実施形態にかかる超電導コイルの絶縁部材の上面図、（Ｂ）は絶縁部材のＩＩＩ−ＩＩＩ断面の断面図、（Ｃ）は絶縁部材のＩＶ−ＩＶ断面の断面図。 （Ａ）は本発明の第３実施形態にかかる超電導コイルの絶縁部材の上面図、（Ｂ）は絶縁部材のＶ−Ｖ断面の断面図、（Ｃ）は絶縁部材のＶ−Ｖ断面の変形例の断面図。 （Ａ）は本発明の第４実施形態にかかる超電導コイルの絶縁部材の上面図、（Ｂ）は絶縁部材のＶＩ−ＶＩ断面の断面図。 （Ａ）は本発明の第４実施形態の変形例の上面図、（Ｂ）は絶縁部材のＶＩＩ−ＶＩＩ断面の断面図、（Ｃ）は絶縁部材のＶＩＩ−ＶＩＩ断面の変形例の断面図。 （Ａ）は本発明の第４実施形態の変形例の上面図、（Ｂ）は絶縁部材のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面の断面図、（Ｃ）は絶縁部材のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面の変形例の断面図。 本発明の第１実施形態にかかる超電導コイルの製造手順を示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１（Ａ）は、本発明の各実施形態にかかる超電導コイル１０の上面図、図１（Ｂ）は本発明の各実施形態にかかる超電導コイル１０のＩ−Ｉ断面の断面図である。

（第１実施形態）
図２（Ａ）は、本発明の第１実施形態にかかる超電導コイル１０の絶縁部材４０の上面図、図２（Ｂ）は、絶縁部材４０のＩＩ−ＩＩ断面の断面図である。
第１実施形態にかかる超電導コイル１０は、図１または図２に示されるように、少なくとも超電導層２５（図３）を含む超電導テープ２０および絶縁テープ３０を積層させて巻回させたパンケーキコイル５０と、巻回の中心軸方向に積層される複数のパンケーキコイル５０の間に設けられ、室温から液体窒素温度まで（以下、単に「冷却時」という）の径方向の熱収縮率値ε（以下、単に「熱収縮率値ε」という）が０．３％〜３％の絶縁体である絶縁部材４０と、を備える。

そして、絶縁部材４０は、電気絶縁層４２および接合層４３から構成される。
さらに、絶縁部材４０のいくつかには、その内部に、外部の冷却器（図示せず）に接続された冷却板４１が配置される。

冷却板４１によって、超電導コイル１０が液体窒素温度になるまで、外部の冷却器の冷熱がパンケーキコイル５０へ送られる。
この冷却板４１は、すべての電気絶縁層４２の内部に配置される必要はない。
ただし、冷却板４１が設けられていない絶縁部材４０では、伝熱の観点からパンケーキコイル５０が絶縁部材４０に確実に接合される必要性が高くなる。

図３は、超電導テープ２０および絶縁テープ３０を示した図である。
パンケーキコイル５０は、図３で示されるような超電導層２５を含む超電導テープ２０および絶縁テープ３０の積層を、さらに巻回させたものである。

超電導テープ２０は、例えば、ステンレスまたは銅などの高強度の金属材質である基板２２と、基板２２の上に形成されて基板２２と超電導層２５の熱収縮の際に起因する熱歪みを防止する中間層２４と、中間層２４を基板２２の上に配向させるマグネシウムなどからなる配向層２３と、中間層２４の上に形成される酸化物でできた超電導層２５と、銀、金または白金などで組成され、超電導層２５に含まれる酸素が超電導層２５から拡散することを防止して超電導層２５を保護する保護層２６と、銅またはアルミニウムなどの良伝導性の金属メッキであり超電導層２５への過剰電流の迂回経路となってクエンチ現象を防止する安定化層２１と、から構成される。

ただし、超電導テープ２０を構成する層の種類および数はこれに限定されるものではなく、必要に応じて多くても少なくてもよい。
これら超電導テープ２０を構成する層は剥離しやすいことが知られている。

超電導コイル１０を液体窒素温度まで冷却すると超電導コイル１０を構成する各々の部材は熱収縮する。
熱収縮の際、接合された絶縁部材４０およびパンケーキコイル５０の熱収縮率値εの差により、パンケーキコイル５０に径方向の外向きに応力が働くことがある。
すると、超電導テープ２０を形成する複数の層どうしは前述のように剥離し、超電導性が不安定化する。

絶縁テープ３０は、数μｍ〜数ｍｍ程度の樹脂などの絶縁体から成り、超電導テープ２０の径方向の短絡を防止する。
なお、複数のパンケーキコイル５０どうしは、超電導コイル１０の作製工程の中で、巻回の最内側または最外側で電気的に接続される。

図４は、ダブルパンケーキコイル５１を示す図である。
図４に示されるように、２つのパンケーキコイル５０が、巻回の最内側で予め電気的に接続されて対となって市販されているダブルパンケーキコイル５１を用いることもできる。
ダブルパンケーキコイル５１の場合、電気的な接続箇所を減らせるので、接続工程の作業負担が軽減される。

電気絶縁層４２は、巻回の中心軸方向に積層される複数のパンケーキコイル５０の間に設けられ、隣接するパンケーキコイル５０の間の短絡を防止する。
層厚は、電圧に合わせておよそ数百μｍ〜数十ｍｍ程度である。
なお、第１実施形態においては、電気絶縁層４２は、接合層４３と同様に熱収縮率値εが０．３％〜３％程度である。

接合層４３は、パンケーキコイル５０および電気絶縁層４２を接合し、冷却時の熱収縮率値εが０．３％〜３％の絶縁体である。
電気絶縁層４２および接合層４３は、材質を同一にして一体にさせて絶縁部材４０としてもよい。

接合力があり、さらに熱収縮率値εが０．３％〜３％である絶縁体は、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂または熱可塑性樹脂などがある。
これらの材質で電気絶縁層４２を形成すれば、電気絶縁層４２および接合層４３を一体とした絶縁部材４０が得られる。

さらに電気絶縁層４２は熱収縮率値εが０．３％〜３％の絶縁体として、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、繊維方向を絶縁部材４０の厚み方向に配向させたＧＦＲＰ、繊維方向を絶縁部材４０の厚み方向に配向させたＣＦＲＰまたはガラスクロスであってもよい。

ＧＦＲＰ（Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）およびＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）は、繊維方向によって熱収縮率値εに異方性がある。

広く市販されているＧＦＲＰおよびＣＦＲＰは、繊維方向を面方向に配向させて切断されているため、熱収縮率値εは０．３％未満である。
しかし、同じＧＦＲＰあるいはＣＦＲＰであっても繊維を厚み方向に配向させ、この厚みに合わせて長さが切断されることで熱収縮率値εが０．３％以上である電気絶縁層４２にすることができる。

図５は熱収縮率値εを変えた際の最大径方向応力σの測定結果を表すテーブルである。
図５に示されるコイルＡ（比較例）は繊維方向を電気絶縁層４２の面方向に配向させたＧＦＲＰ、コイルＢ（実施例）はエポキシ樹脂で電気絶縁層４２を形成している。
接合層４３はいずれもエポキシ樹脂であり、コイルＢにおいては、電気絶縁層４２と一体化しており区別する必要はない。

図５に示されるように、コイルＡおよびコイルＢはいずれも内径、外径、ターン数および絶縁部材４０の厚みの条件は揃えられている。
そして、パンケーキコイル５０の室温から液体窒素温度まで下げた際の熱収縮率値εも、０．３％で同じである。

一方、絶縁部材４０の熱収縮率値εは、コイルＡは０．２％とパンケーキコイル５０の熱収縮率値εよりも小さい一方、コイルＢは０．４％と大きい。
測定の結果、冷却時の最大径方向応力σは、コイルＡは１４ＭＰａであるのに対してコイルＢは４．７ＭＰａと、コイルＢの方が小さくなっていることがわかる。

すなわち、絶縁部材４０の熱収縮率値εがパンケーキコイル５０の熱収縮率値ε以上になると最大径方向応力σは大幅に減少するということである。
この効果は大きく、この最大径方向応力σの減少によって、超電導コイル１０の剥離による劣化が生じる割合を大幅に減らすことができる。

絶縁部材４０の熱収縮率値εがパンケーキコイル５０の熱収縮率値εを下回ると最大径方向応力σは大きくなるので、絶縁部材４０の熱収縮率値εの下限はパンケーキコイル５０の熱収縮率値εと同じ０．３％であることが望ましい。

一方、絶縁部材４０の熱収縮率値εが極端に高いと、パンケーキコイル５０と絶縁部材４０との接合が劣化してしまう。
よって、接合の劣化を招かない３％程度が絶縁部材４０の熱収縮率値εの上限となる。
よって、絶縁部材４０の熱収縮率値εは、好適には、０．３％〜３％程度である。
より好ましくは０．３％〜１．２％、さらに好ましくは０．３％〜０．８％である。

ところで、ダブルパンケーキコイル５１を使用する場合であっても、そのパンケーキコイル５０どうしの間には、絶縁部材４０は必要である。

次に、図１１を参照して、本発明の第１実施形態にかかる超電導コイル１０の製造手順を説明する。
図１１は本発明の第１実施形態にかかる超電導コイル１０の製造手順を示すフローチャートである。
まず、超電導層２５を含む超電導テープ２０および絶縁テープ３０を積層させ、さらに巻回させてパンケーキコイル５０を作成する（ステップＳ１１）。

次に、フェノール樹脂などの冷却時の熱収縮率値εが０．３％〜３％の糊状の絶縁体をパンケーキコイル５０の上に塗布して、接合層４３を形成させる（ステップＳ１２）。
接合層４３の上に、ポリエステルなどの電気絶縁層４２を形成させる（ステップＳ１３）。
なお、電気絶縁層４２は、液状であってもすでに固体であってもよい。

フェノール樹脂など接合層４３と同一の材質を用いる場合は、接合層４３を形成する工程（ステップＳ１２）および電気絶縁層４２を形成する工程（ステップＳ１３）を区別する必要はない。

さらに、このポリエステルの上に再度接合層４３を塗布して形成し（ステップＳ１４）、次のパンケーキコイル５０をのせ（ステップＳ１５）、接合層４３を硬化させる（ステップＳ１６）。

そして、隣り合うパンケーキコイル５０を巻回の最内側または最外側で電気的に接続する（ステップＳ１７）。
なお、ダブルパンケーキコイル５１を用いる場合は、すでにそのパンケーキコイル５０どうしは予め最内側で接続されているので、隣り合うダブルパンケーキコイル５１どうしを最外側でのみ接続すればよい。

以上の手順を繰り返し（ステップＳ１８；ＮＯ：ステップＳ１２へ戻る）、超電導コイル１０を形成する。
すべてのパンケーキコイル５０が積層されたら（ステップＳ１８；ＹＥＳ）、製造を終了する。
なお、冷却板４１を配置する場合、予め電気絶縁層４２に埋め込んでおくのがよい。

以上のように、本発明の第１実施形態にかかる超電導コイル１０によれば、絶縁部材４０の熱収縮率値εをパンケーキコイル５０のものより大きくすることで冷却時の超電導層２５の剥離を防止することができる。

（第２実施形態）
図６（Ａ）は、本発明の第２実施形態にかかる超電導コイル１０の絶縁部材４０の上面図、図６（Ｂ）は、絶縁部材４０のＩＩＩ−ＩＩＩ断面の断面図、図６（Ｃ）は、絶縁部材４０のＩＶ−ＩＶ断面の断面図である。
図６（Ａ）においては、接合層４３の図示を省略している。

第２実施形態にかかる超電導コイル１０は、図６（Ａ），（Ｂ）に示されるように、第１実施形態にかかる超電導コイル１０に加え、新たに熱収縮率値εが０．３％〜３％で、かつ高熱伝導率の熱伝達部材４４を備える。

熱伝達部材４４は、図６（Ｂ）で示されるように、電気絶縁層４２の一部として電気絶縁層４２の内部または表面に配置される。
熱伝達部材４４が設けられている冷却領域６０は、図６（Ａ）で示すように、一部分であってもよいし、絶縁部材４０の全体であってもよい。

なお、熱伝達部材４４を備える冷却領域６０が設けられたこと以外は、第２実施形態は第１実施形態と同じ構造および製造手順を有するので、重複する説明を省略する。
また、第１実施形態に引き続き、電気絶縁層４２は、接合層４３と同様に熱収縮率値εが０．３％〜３％程度である。

同様に、第１実施形態に引き続き、電気絶縁層４２は接合層４３と同一の材質からなり一体化して絶縁部材４０となっていてもよい。
図面においても、共通の構成または機能を有する領域は同一符号で示し、重複する説明を省略する。
なお、図２（Ｂ）に示される冷却板４１は図６から図１０において省略しているが、第２実施形態以降においても、適宜設けてもよい。

熱伝達部材４４は、例えばアルミニウムなどで、通電時(クエンチ現象発生時)にパンケーキコイル５０で発生する熱を回収する。
熱伝達部材４４は、銅、真鍮またはジュラルミンなどであってもよい。

これらアルミニウム、ジュラルミン、銅または真鍮はいずれも冷却時の熱収縮率値εが０．３％以上で、かつ高熱伝導率ある。
熱伝達部材４４に使用されるアルミニウムは、熱伝性の観点から純度はより高いものがよく、好適には９９％以上である。

なお、熱伝達部材４４は、冷却板４１とは異なり外部の冷却器（図示せず）とは接続されていない。
熱伝達部材４４は、超電導コイル１０の冷却性の観点から、特に、冷却板４１が設けられていない絶縁部材４０に設けるのがよい。

このように、本発明の第３実施形態にかかる超電導コイル１０によれば、電気絶縁層４２が熱収縮率値εが小さい材質で構成されていても、熱伝達部材４４および接合層４３の熱収縮に引っ張られ、電気絶縁層４２が熱収縮する。
よって、冷却時の超電導層２５の剥離を防止することができる。

（第３実施形態）
図７（Ａ）は、本発明の第３実施形態にかかる超電導コイル１０の絶縁部材４０の上面図、図７（Ｂ）は、絶縁部材４０のＶ−Ｖ断面の断面図、図７（Ｃ）は、絶縁部材４０のＶ−Ｖ断面の変形例の断面図である。
図７（Ａ）においては、接合層４３の図示を省略している。

第３実施形態にかかる超電導コイル１０は、図７（Ａ）に示されるように、接合層４３の少なくとも一部に、パンケーキコイル５０の接合を防ぐ非接合領域７０を備える。

第３実施形態にかかる超電導コイル１０は、電気絶縁層４２の冷却時の熱収縮率値εが０．３％未満である場合にも、好適に適用できる。
なお、接合層４３は、第１実施形態と同様に、熱収縮率値εが０．３％〜３％のものが使用される。

なお、非接合領域７０を設けることおよび電気絶縁層４２の冷却時の熱収縮率値εが０．３％未満であっても適用できること以外は、第３実施形態は第１実施形態と同じ構造および製造手順を有するので、重複する説明を省略する。
図面においても、共通の構成または機能を有する領域は同一符号で示し、重複する説明を省略する。

非接合領域７０は例えば図７（Ｂ）に示されるように、非接合層７１などを設けることで実現される。
非接合層７１は、例えば、接合層４３とパンケーキコイル５０の接合面にポリテトラフルオロエチレンで被膜を形成し、絶縁部材４０とパンケーキコイル５０との接合を防ぐ。
非接合層７１を備える非接合領域７０は、冷却時にパンケーキコイル５０への径方向の外向きの応力を生じさせない。

よって、パンケーキコイル５０の絶縁部材４０による拘束を弱めることができる。
非接合領域７０は、被膜に限らず、例えば図７（Ｃ）に示されるように、電気絶縁層４２の表面に凹凸を持たせて実現することも可能である。

このように、本発明の第３実施形態にかかる超電導コイル１０によれば、非接合層７１を設けることによって、電気絶縁層４２が熱収縮率値εが小さい材質で構成されていても、冷却時の超電導層２５の剥離を防止することができる。

（第４実施形態）
図８（Ａ）は、本発明の第４実施形態にかかる超電導コイル１０の絶縁部材４０の上面図、図８（Ｂ）は、絶縁部材４０のＶＩ−ＶＩ断面の断面図である。
図８（Ａ）においては、接合層４３の図示を省略している。
図９（Ａ）は、本発明の第４実施形態の変形例、図９（Ｂ）は、絶縁部材４０のＶＩＩ−ＶＩＩ断面の断面図、図９（Ｃ）は、絶縁部材４０のＶＩＩ−ＶＩＩ断面の変形例の断面図である。
図１０（Ａ）は、本発明の第４実施形態の変形例、図１０（Ｂ）は、絶縁部材４０のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面の断面図、図１０（Ｃ）は、絶縁部材４０のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面の変形例の断面図である。

第４実施形態にかかる超電導コイル１０は、電気絶縁層４２に、径方向に沿う形状（図８（Ａ））、同心円形状（図９（Ａ））または渦形状（図１０（Ａ））のスリットが入れられている。
ただし、スリットの形状は上述の形状に限られるものではない。

また、第４実施形態にかかる超電導コイル１０は、電気絶縁層４２の冷却時の熱収縮率値εが０．３％未満である場合にも、好適に適用できる。
一方、接合層４３は、第１実施形態と同様に、熱収縮率値εが０．３％〜３％のものが使用される。

なお、電気絶縁層４２にスリットを設けることおよび電気絶縁層４２の冷却時の熱収縮率値εが０．３％未満であっても適用できること以外は、第３実施形態は第１実施形態と同じ構造および製造手順を有するので、重複する説明を省略する。
図面においても、共通の構成または機能を有する領域は同一符号で示し、重複する説明を省略する。

電気絶縁層４２の材質の熱収縮率値εが０．３％未満である場合でも、冷却時には、接合層４３に引っ張られ、電気絶縁層４２は撓むことができる。
このように、電気絶縁層４２にスリットを入れることによって、絶縁部材４０の全体としての熱収縮率値εを実質０．３％〜３％であるのと同様の効果を得ることができる。

電気絶縁層４２に配置された接合層４３の分布は図９（Ｂ）および図１０（Ｂ）に示すように電気絶縁層４２の全体を覆うように配置される仕方がある。
また、接合層４３は、図９（Ｃ）および図１０（Ｃ）に示すようにスリットを埋めるように配置させてもよい。

この場合、電気絶縁層４２およびパンケーキコイル５０は、パンケーキコイル５０の絶縁部材４０による拘束が弱められるので、第３実施形態と同様の効果も期待できる。
すなわち、電気絶縁層４２の露出領域は非接合領域７０と同様に、冷却時にパンケーキコイル５０への径方向の外向きの応力を生じさせない。

このように、本発明の第４実施形態にかかる超電導コイル１０によれば、電気絶縁層４２が熱収縮率値εの小さい材質で構成されていても、冷却時の超電導層２５の剥離を防止することができる。

以上のべた少なくとも一つの実施形態の超電導コイル１０によれば、冷却時の熱収縮率値εが０．３％〜３％の絶縁体である絶縁部材４０を備えることにより、冷却時の超電導層２５の剥離を防止することが可能となる。

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、組み合わせを行うことができる。
これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…超電導コイル、２０…超電導テープ、２１…安定化層、２２…基板、２３…配向層、２４…中間層、２５…超電導層、２６…保護層、３０…絶縁テープ、４０…絶縁部材、４１…冷却板、４２…電気絶縁層、４３…接合層、４４…熱伝達部材、５０…パンケーキコイル、５１…ダブルパンケーキコイル、６０…冷却領域、７０…非接合領域、７１…非接合層、ε…熱収縮率値、σ…最大径方向応力、Ａ…コイル、Ｂ…コイル。

Claims (11)

1. 少なくとも超電導層を含む超電導テープおよび絶縁テープを積層させて巻回させたパンケーキコイルと、
   前記巻回の中心軸方向に積層される複数の前記パンケーキコイルの間に設けられ、室温から液体窒素温度までの径方向の熱収縮率値が０．３％〜３％の絶縁体である絶縁部材と、を備えることを特徴とする超電導コイル。
2. 前記絶縁部材は、
   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、繊維方向を前記絶縁部材の厚み方向に配向させたＧＦＲＰ、前記絶縁部材の厚み方向に配向させたＣＦＲＰ、熱可塑性樹脂およびガラスクロスから選ばれた少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル。
3. 前記絶縁部材の少なくとも一部に、前記パンケーキコイルの前記接合を防ぐ非接合領域を設けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超電導コイル。
4. 前記絶縁部材は、
   短絡を防止する電気絶縁層と、
   前記パンケーキコイルおよび前記電気絶縁層を接合する接合層と、を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超電導コイル。
5. 前記接合層は、
   エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂および熱可塑性樹脂から選ばれた少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項４に記載の超電導コイル。
6. 前記絶縁部材はさらに、
   前記パンケーキコイルよりも熱伝達係数の大きい熱伝達部材を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超電導コイル。
7. 前記熱伝達部材は、
   アルミニウムを主成分とすることを特徴とする請求項６に記載の超電導コイル。
8. 前記絶縁部材は、
   スリットが入れられていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の超電導コイル。
9. 前記スリットの形状は、
   径方向に沿う形状、同心円形状および渦形状のうちのいずれかであることを特徴とする請求項８に記載の超電導コイル。
10. 隣り合う２つの前記パンケーキコイルは、
    前記巻回の最内側で予め電気的に接続されて対を成すダブルパンケーキコイルであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の超電導コイル。
11. 少なくとも超電導層を含む超電導テープおよび絶縁テープを積層させて巻回させたパンケーキコイルを作成するステップと、
    前記巻回の中心軸方向に積層される前記パンケーキコイルの積層面に、室温から液体窒素温度までの径方向の熱収縮率値が０．３％〜３％の絶縁体である絶縁部材を設けるステップと、を含むことを特徴とする超電導コイルの製造方法。

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