JP2016163026A - High-temperature superconducting coil - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、積層された薄層から構成されてテープ状に成形された高温超電導線材を用いた高温超電導コイルに関する。 Embodiments of the present invention relate to a high-temperature superconducting coil using a high-temperature superconducting wire composed of laminated thin layers and formed into a tape shape.
近年、レアアース(RE:Rear Earth)を含む(RE)Ba2Cu3O7を用いたREBCO線材を代表とする高温超電導線材を用いた高温超電導コイルの研究が盛んにされている。 In recent years, research on high-temperature superconducting coils using a high-temperature superconducting wire typified by REBCO wire using (RE) Ba 2 Cu 3 O 7 including rare earth (RE) has been actively conducted.
特に、厚さ百μm程度の基板上に、複数の種類の層を形成して作製される高温超電導線材(以下、「薄膜テープ線」という)は、高磁場下での電流容量が大きいという特性がある。
よって、高磁場を発生させるために必要な高い電流密度および高い許容応力を有する高温超電導コイルの実現が期待されている。
実用される高温超電導コイルの形成方法は、薄膜テープ線の巻回方法の違いによっていくつかに大別することができる。
In particular, a high temperature superconducting wire (hereinafter referred to as “thin film tape wire”) produced by forming a plurality of types of layers on a substrate having a thickness of about 100 μm has a large current capacity under a high magnetic field. There is.
Therefore, realization of a high-temperature superconducting coil having a high current density and a high allowable stress necessary for generating a high magnetic field is expected.
The methods for forming high-temperature superconducting coils that are put into practical use can be broadly classified into several groups depending on the method of winding the thin film tape wire.
これらの形成方法で代表的なものに、薄膜テープ線を同心円状に巻回したパンケーキコイルを巻回軸方向に複数積み重ねて1つの高温超電導コイルにする方法がある。
隣接するパンケーキコイルは、その最内周または最外周のいずれかにおいて、段違いに金属板が架設されて、電気的に接続される。
この金属板によって積み重ねられた全てのパンケーキコイルは、超電導電流が通流する1つの経路を形成する。
A typical example of these forming methods is a method of stacking a plurality of pancake coils in which thin film tape wires are concentrically wound in the winding axis direction to form one high-temperature superconducting coil.
Adjacent pancake coils are electrically connected with either one of the innermost circumference or the outermost circumference with a metal plate installed in a stepwise manner.
All pancake coils stacked by this metal plate form one path through which the superconducting current flows.
薄膜テープ線は、また、テープ長手方向に高い外力をかけても超電導特性が失われないという特徴もある。
一方、この薄膜テープ線は、上述した複数の層の積層方向にかかる外力に対しては脆弱であり、微小な外力で容易に超電導特性を劣化させてしまう。
例えば、薄膜テープ線に局部的に曲げ応力がかかった場合、容易に層の剥離や層の破断が発生して、超電導特性が低下する。
従来から、薄膜テープ線の始端に接続する電極を巻枠に固定するなどして、薄膜テープ線が不要に歪むことを防止する工夫がなされている(例えば、特許文献1参照)。
The thin film tape wire is also characterized in that the superconducting properties are not lost even when a high external force is applied in the longitudinal direction of the tape.
On the other hand, this thin film tape wire is fragile to the external force applied in the stacking direction of the plurality of layers described above, and easily deteriorates the superconducting characteristics with a small external force.
For example, when a bending stress is locally applied to the thin film tape wire, peeling of the layer or breaking of the layer easily occurs, and the superconducting characteristics are deteriorated.
Conventionally, a device has been devised to prevent the thin film tape wire from being unnecessarily distorted by fixing an electrode connected to the starting end of the thin film tape wire to the reel (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、薄膜テープ線に金属板を架設する場合、金属板の周縁周辺の薄膜テープ線が劣化するという課題があった。
薄膜テープ線にかかる応力は、金属板が接合されている部分と接合されていない部分との境界である金属板の周縁で不連続になる。
この場合、薄膜テープ線のうちこの周縁の近傍が微小に変形するなどして、応力が周縁周辺に集中する。
However, when a metal plate is installed on the thin film tape wire, there is a problem that the thin film tape wire around the periphery of the metal plate deteriorates.
The stress applied to the thin film tape line becomes discontinuous at the periphery of the metal plate which is the boundary between the portion where the metal plate is joined and the portion where the metal plate is not joined.
In this case, the stress is concentrated around the periphery because the vicinity of the periphery of the thin film tape line is slightly deformed.
上述したように、薄膜テープ線は、層の積層方向の応力に脆弱であるので、この応力によって薄膜テープ線の層の剥離や破断が発生するおそれがある。
つまり、薄膜テープ線に金属板が架設されることで、金属板をはんだ付けする際の熱応力または冷却時の応力集中等により、金属板の周縁周辺の薄膜テープ線が劣化する可能性がある。
このような劣化は、特に積層体の最上層または最下層に貼り合される安定化層が薄く形成されている場合に顕著となる。
As described above, since the thin film tape wire is vulnerable to the stress in the layer stacking direction, the stress may cause the thin film tape wire to peel off or break.
In other words, when a metal plate is installed on the thin film tape wire, the thin film tape wire around the periphery of the metal plate may be deteriorated due to thermal stress when soldering the metal plate or stress concentration during cooling. .
Such deterioration becomes remarkable particularly when the stabilization layer bonded to the uppermost layer or the lowermost layer of the laminate is formed thin.
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、パンケーキコイルの最外周における金属板の架設による薄膜テープ線の耐劣化性能を向上した高温超電導コイルを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a high-temperature superconducting coil having improved deterioration resistance performance of a thin film tape wire by installing a metal plate on the outermost periphery of the pancake coil.
本実施形態にかかる高温超電導コイルは、少なくとも高温超電導層を含む積層体で構成される薄膜超電導テープ線が巻回されてなるパンケーキコイルと、前記パンケーキコイルの最外周の外表面に貼り合される可撓性を有する導体の補強線材と、巻回軸方向に積み重ねられた複数の前記パンケーキコイルのうち隣接する2つにそれぞれ貼り合された前記補強線材に架設される金属板と、を備えるものである。 The high-temperature superconducting coil according to the present embodiment is bonded to a pancake coil formed by winding a thin film superconducting tape wire composed of a laminate including at least a high-temperature superconducting layer, and an outermost surface of the pancake coil. A flexible conductor reinforcing wire, and a metal plate laid on the reinforcing wire bonded to two adjacent pancake coils stacked in the winding axis direction, and Is provided.
本発明により、パンケーキコイルの最外周における金属板の架設による薄膜テープ線の耐劣化性能を向上した高温超電導コイルが提供される。 According to the present invention, there is provided a high temperature superconducting coil having improved deterioration resistance performance of a thin film tape wire by installing a metal plate on the outermost periphery of the pancake coil.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
まず、層構造をとるテープ形状の高温超電導線材20(以下、「薄膜テープ線20」という)の構成を、図1を用いて説明する。
図1は、一般的な薄膜テープ線20の構成斜視図である。
薄膜テープ線20は、例えばRE酸化物からなる高温超電導層25(以下、「超電導層25」という)を含むREBCO線材などの線材である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
First, the structure of a tape-shaped high-temperature
FIG. 1 is a structural perspective view of a general thin
The thin
薄膜テープ線20は、例えば、ニッケル基合金、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の表面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電導性金属であり超電導層25への過剰超電導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、薄膜テープ線20を構成する各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。
The thin
However, the kind and number of each layer which comprise the thin film tape wire |
(第1実施形態)
図2は、第1実施形態にかかる高温超電導コイル10(以下、単に「超電導コイル10」という)の断面斜視図である。
図3は、第1実施形態にかかる超電導コイル10に用いられる積み重ねられたパンケーキコイル11の斜視図である。
なお、図2では、図3に示される巻枠19は省略している。
(First embodiment)
FIG. 2 is a cross-sectional perspective view of the high-temperature superconducting coil 10 (hereinafter simply referred to as “
FIG. 3 is a perspective view of the
In FIG. 2, the
第1実施形態にかかる超電導コイル10は、図1〜図3に示されるように、少なくとも超電導層25を含む積層体40で構成される薄膜超電導テープ線20(薄膜テープ線20)が巻回されてなるパンケーキコイル11と、パンケーキコイル11の最外周の外表面12に貼り合される可撓性を有する導体の補強線材13と、巻回軸方向Aに積み重ねられた複数のパンケーキコイル11のうち隣接する2つにそれぞれ貼り合された補強線材13に架設される金属板14と、を備える。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
パンケーキコイル11は、巻回軸方向Aに絶縁体(図示せず)などで絶縁されて複数積み重ねられる。
積み重ねられたパンケーキコイル11は、通常、巻回軸方向Aの両端からフランジ16で固定される。
フランジ16に接触するパンケーキコイル11には口出し電極17が接続されて、パンケーキコイル11を通流する超電導電流Iを流入または流出させる。
A plurality of
The stacked
A
隣接するパンケーキコイル11は、その最内周または最外周のいずれかにおいて、段違いに金属板14が架設されて、電気的に接続される。
金属板14は、例えばインジウム、銅、銀または金やこれらの合金で好適に構成される金属である。
この金属板14によって、積み重ねられた全てのパンケーキコイル11は、超電導電流Iが通流する1つの経路を形成する。
The
With this
つまり、例えば、パンケーキコイル11の最内周に接続された口出し電極17から流入した超電導電流Iは、このパンケーキコイル11を内周から外周に向けて周回しながら通流する。
このパンケーキコイル11の最外周に到達した超電導電流Iは、金属板14によって隣接するパンケーキコイル11の最外周に流入する。
パンケーキコイル11に流入した超電導電流Iは、外周から内周に向けて周回しながら通流する。
パンケーキコイル11の最内周に到達した超電導電流Iは、最内周の内側面18に設けられた金属板14からさらに隣接するパンケーキコイル11に流入する。
That is, for example, the superconducting current I flowing from the
The superconducting current I that has reached the outermost periphery of the
The superconducting current I flowing into the
The superconducting current I that has reached the innermost periphery of the
この金属板14は、薄膜テープ線20の外表面12に直接接合されるのではなく、外表面12のそれぞれに半田などで貼り合わせられた補強線材13に接合される。
補強線材13は、例えば、金属板14と同様に、インジウム、銅、銀、金またはこれらの合金などで好適に構成される線材である。
補強線材13は薄く可撓性を有するので、薄膜テープ線20の変形とともに変形する層が追加されることになる。
つまり、補強線材13は、通常外表面12になる安定化層21のうち、金属板14の架設される部分を実質的に厚くして補強する効果を有する。
The
The reinforcing
Since the reinforcing
That is, the reinforcing
この補強線材13の線材幅は、薄膜テープ線20の線材幅と同一または僅かに狭く調整し、薄膜テープ線20からはみ出させないのが望ましい。
薄膜テープ線20からはみ出した部分による薄膜テープ線20への局所的な応力の発生、および隣接するパンケーキコイル11への短絡を防止するためである。
なお、薄膜テープ線20の線材幅とは、薄膜テープ線20をパンケーキコイル11にしたときの巻回軸方向Aの長さを指す。
同様に、補強線材13の線材幅とは、補強線材13をパンケーキコイル11の最外周に沿って貼り合わせたときの巻回軸方向Aの長さを指す。
The wire width of the reinforcing
This is to prevent local stress from being generated on the thin
The wire width of the thin
Similarly, the wire width of the reinforcing
一方、補強線材13の周方向Bの長さは、金属板14の周方向Bの長さよりも長く調整される。
補強線材13の周方向Bの長さを長くすることで、金属板14を直接薄膜テープ線20に接合するよりも、広い接触面積で貼り合される。
接触面積を広くすることで、接続抵抗を小さくするとともに、後述するように接続部分における薄膜テープ線20にかかる応力を分散させる。
補強線材13は、外表面12を一周被覆してもよい。
On the other hand, the length of the reinforcing
By extending the length of the reinforcing
By increasing the contact area, the connection resistance is reduced, and the stress applied to the thin
The reinforcing
ところで、前述したように、薄膜テープ線20に直接金属板14を設けた場合、金属板14の周辺にかかる外力は、金属板14の周縁に偏在した応力を発生させる。
このような応力の偏在は、補強線材13の端辺27でも同様に発生し得る。
しかし、超電導コイル10で用いられる補強線材13は、径方向Cの厚さが金属板14と比較して薄い。
By the way, as described above, when the
Such uneven distribution of stress can occur in the
However, the reinforcing
補強線材13を薄くすることで、薄膜テープ線20の上に設けられた補強線材13による不連続な段差が小さくなり、薄膜テープ線20と補強線材13との接続形状が滑らかになる。
接続形状が滑らかになることで、端辺27の周辺への応力の集中を防止することができる。
By making the reinforcing
By smoothing the connection shape, stress concentration around the
また、補強線材13は、可撓性を有するので、薄膜テープ線20の変形とともに変形し、金属板14を直接接合した場合ほどには補強線材13が薄膜テープ線20を拘束しない。
よって、補強線材13の端辺27による薄膜テープ線20の劣化は、金属板14を直接接合させたときよりも大幅に軽減される。
Further, since the reinforcing
Therefore, the deterioration of the thin
次に、図4〜図5を用いて、補強線材13の好適な例について説明する。
図4(A)は、巻回軸方向Aからみた補強線材13の好適な例を示す側面図である。
図4(A)に示されるように、補強線材13の端辺27に、パンケーキコイル11の径方向Cに対してテーパ28を設けることで、さらに連続的で滑らかな接続形状にすることができる。
また、図4(B)は、巻回軸方向Aからみた補強線材13の変形例を示す側面図である。
図4(B)に示されるように、外表面12と接触する補強線材13が、最大表面積を有する複数の補強線材13を積層してテーパ28として形成してもよい。
Next, a suitable example of the reinforcing
FIG. 4A is a side view showing a preferred example of the reinforcing
As shown in FIG. 4A, by providing a
FIG. 4B is a side view showing a modification of the reinforcing
As shown in FIG. 4B, the reinforcing
また、図5(A)〜図5(D)は、いずれも径方向Cからみた補強線材13の形状の例を示す正面図である。
補強線材13の端辺27は、できるだけ長くして端辺27の周辺にかかる応力を分散させるのが望ましい。
そこで、図5(A)に示されるように、端辺27に、巻回軸方向Aからの角度θが有限となるような勾配をつけて端辺27の長さを長くするのが望ましい。
5A to 5D are front views showing examples of the shape of the reinforcing
It is desirable that the
Therefore, as shown in FIG. 5A, it is desirable to increase the length of the
また、図5(B)のように、端辺27の中央部を突出させて周方向Bに最長となるようにすることでも、端辺27の長さを長くすることができる。
さらに、図5(C)のように、端辺27は曲率を有していてもよい。
なお、図5(D)に示されるように、巻回軸方向Aに対して角度θをもたずに切断されても当然よい。
Further, as shown in FIG. 5B, the length of the
Further, as shown in FIG. 5C, the
In addition, as shown in FIG. 5D, it may naturally be cut without an angle θ with respect to the winding axis direction A.
また、図6は、第1実施形態にかかる超電導コイル10に用いられる積み重ねられたパンケーキコイル11の変形例の斜視図である。
補強線材13のうち、端辺27の形状の工夫や接合面積の考慮による保護が特に必要になるのは、超電導電流Iの通流経路になる部分である。
FIG. 6 is a perspective view of a modified example of the stacked pancake coils 11 used in the
Of the reinforcing
例えば図6のように、図中上段の第1パンケーキコイル11a(11)に設けられた第1補強線材13a(13)を超電導電流Iの進行方向に対して、金属板14の前側部分および後側部分をそれぞれ第1区間Eおよび第2区間Fに区分けして考える。
同様に、第1パンケーキコイル11aと金属板14で接続された第2パンケーキコイル11b(11)に設けられた第2補強線材13b(13)を金属板14の前側部分および後側部分をそれぞれ第3区間Gおよび第4区間Hに区分けする。
For example, as shown in FIG. 6, the first reinforcing
Similarly, the second reinforcing
超電導電流Iは、第1区間Eに流入した後、金属板14を介して大半が第4区間Hに流出する。
よって、第2区間Fおよび第3区間Gにはほとんど超電導電流Iが流れない。
つまり、第2区間Fおよび第3区間Gの端辺27においては、超電導層25などが多少破断しても、超電導コイル10の超電導特性に及ぼす影響は小さい。
After the superconducting current I flows into the first section E, most of it flows out to the fourth section H via the
Therefore, the superconducting current I hardly flows in the second section F and the third section G.
In other words, in the end sides 27 of the second section F and the third section G, even if the
一方、第1区間Eおよび第4区間Hは、超電導電流Iの経路となるので、これらの端辺27の周辺に応力が集中することによる積層体40の剥離や破断は防止される必要がある。
そこで、コイル設計による形状的な要請を考慮しながら、例えば図6のように、必要に応じてこれらの区間の大きさおよびその形状を決定してもよい。
On the other hand, since the first section E and the fourth section H serve as a path for the superconducting current I, it is necessary to prevent the laminate 40 from being peeled off or broken due to the stress concentration around the
Therefore, the size and shape of these sections may be determined as necessary, for example, as shown in FIG.
以上のように、第1実施形態にかかる超電導コイル10によれば、パンケーキコイル11の最外周における金属板14の架設による薄膜テープ線20の耐劣化性能を向上させ、また劣化を防止することができる。
As described above, according to the
(第2実施形態)
図7は、第2実施形態にかかる超電導コイル10の金属板14の架設箇所を巻回軸方向Aからみた拡大断面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of the installation location of the
第2実施形態にかかる超電導コイル10の補強線材13は、図7に示されるように、積層体40の積層方向にかかる剥離応力に対する超電導特性の低下比率が薄膜テープ線20と比較して低い超電導テープ線30が用いられる。
As shown in FIG. 7, the reinforcing
図8は、第2実施形態において補強線材13として用いられるビスマス系超電導線材30A(30)の断面斜視図である。
なお、図8において、テープ状のビスマス系超電導線材30Aの一部をテープ長手方向に切断して切断断面を表示している。
超電導テープ線30は、例えば図8に示したビスマス系超電導線材30Aである。
FIG. 8 is a cross-sectional perspective view of a bismuth-based
In FIG. 8, a part of the tape-like
The
ビスマス系超電導線材30Aは、積層構造の薄膜テープ線20の構造とは大きく異なり、母材である銀マトリクス31に超電導フィラメント32が平行に複数埋め込まれた構造を有する。
一般に、超電導フィラメント32の材質として、Bi2Sr2Ca2Cu3O10などが用いられる。
The bismuth-based
In general, Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10 or the like is used as the material of the
ビスマス系超電導線材30Aは、積層構造になっていないので、許容される剥離方向Cの応力が薄膜テープ線20と比較して大きい。
よって、薄膜テープ線20に合わせてテープ形状にした線材片にして補強線材13として用いることができる。
Since the bismuth-based
Therefore, it can be used as the reinforcing
ビスマス系超電導線材30Aは超電導線材であるので、極低温において、第1実施形態で例示した常電導体と比較して低い抵抗で電流を流すことができる。
つまり、薄膜テープ線20がビスマス系超電導線材30Aを貼り合わせた部分において劣化した場合でも、超電導電流Iはビスマス系超電導線材30Aに迂回することができる。
さらに、ビスマス系超電導線材30Aは、薄膜テープ線20と異なり基板22(図1)のような高抵抗な層を含まない。
つまり、極低温において、薄膜テープ線20と比較しても低い電気抵抗で、超電導フィラメント32に垂直な方向に超電導電流Iを横断させることができる。
Since the bismuth-based
That is, even when the thin
Furthermore, unlike the thin
That is, the superconducting current I can be traversed in the direction perpendicular to the
なお、補強線材13としてビスマス系超電導線材30Aを用いること以外は、第2実施形態は第1実施形態と同じ構造および動作手順となるので、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部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。
Since the second embodiment has the same structure and operation procedure as the first embodiment except that the bismuth-based
Also in the drawings, portions having a common configuration or function are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
このように、第2実施形態にかかる超電導コイル10によれば、第1実施形態の効果に加え、より低い電気抵抗で超電導電流Iを金属板14に流入させることができる。
As described above, according to the
(第3実施形態)
図9は、第3実施形態にかかる超電導コイル10の金属板14の架設箇所を巻回軸方向Aからみた拡大断面図である。
(Third embodiment)
FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of the installation location of the
第3実施形態にかかる超電導コイル10は、図9および図1に示されるように、第1実施形態などの構成において、薄膜テープ線20の側面のうち基板22に関して超電導層25と反対側の側面38(以下、「裏面38」という)に補強線材13が設けられる。
As shown in FIGS. 9 and 1, the
通常、層の形成を容易にするために、基板22の表面に超電導層25などの他の層を形成する。
つまり、通常、積層体40である薄膜テープ線20は、層として基板22を含む。
ステンレスなどの常電導体で組成されて層厚が厚い基板22は、電気抵抗が高い。
Usually, other layers such as the
That is, the thin
The
一方、安定化層21などの他の層は薄く、超電導層25を通流した超電導電流Iを容易に通す。
よって、薄膜テープ線20は、薄膜テープ線20の側面のうち基板22に関して超電導層25と同一側の側面39(以下、「表面39(おもてめん)」という)から電流が流出する。
そこで、通常、超電導電流Iを他の導体に流出させる場合、この導体を表面39に接合する。
On the other hand, the other layers such as the
Therefore, current flows out from the
Therefore, normally, when the superconducting current I flows out to another conductor, this conductor is joined to the
しかし、安定化層21など基板22以外の層は薄いため、容易に受けた外力を他の層へ伝播させてしまう。
特に、安定化層21が薄く形成された薄膜テープ線20を使用した場合、薄膜テープ線20の超電導特性の劣化が顕著になる。
そこで、パンケーキコイル11の最外周において裏面38が外表面12となるように薄膜テープ線20を巻回して、補強線材13を薄膜テープ線20のこの裏面38に接合する。
補強線材13を裏面38に接合することで、端辺27(図6等)の周辺に集中する応力が剥離または破断しやすい層などに外力が伝播するのを基板22で阻止することができる。
However, since the layers other than the
In particular, when the thin
Therefore, the thin
By joining the reinforcing
また、図10は、第3実施形態にかかる超電導コイル10で用いられる薄膜テープ線20の変形例の断面斜視図である。
なお、図10では、超電導層25、基板22および安定化層21以外の図1において示した各層は省略している。
FIG. 10 is a cross-sectional perspective view of a modification of the thin
In FIG. 10, the layers shown in FIG. 1 other than the
図10に示されるように、安定化層21を除く積層体40の外周を安定化層21で被覆した薄膜テープ線20を用いてもよい。
外周を安定化層21で被覆することで、超電導層25を通流した超電導電流Iは、安定化層21を流れることで基板22を迂回して裏面38に到達することができる。
つまり、安定化層21で被覆することで、超電導電流Iが基板22を直接横断する場合よりも低い電気抵抗で、超電導電流Iを金属板14に流入させることができる。
As shown in FIG. 10, a thin
By covering the outer periphery with the
That is, by covering with the
なお、薄膜テープ線20の裏面38が外表面12となるように薄膜テープ線20を巻回することおよびこの裏面38に補強線材13を接合すること以外は、第3実施形態は第1実施形態と同じ構造および動作手順となるので、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部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。
The third embodiment is the first embodiment except that the thin
Also in the drawings, portions having a common configuration or function are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
このように、第3実施形態にかかる超電導コイル10によれば、第1実施形態の効果に加え、補強線材13を設けることによる薄膜テープ線20の劣化をさらに効果的に防止することができる。
Thus, according to the
(第4実施形態)
図11は、第4実施形態にかかる超電導コイル10を構成するパンケーキコイル11の上面断面図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 11 is a top sectional view of the
第4実施形態にかかる超電導コイル10は、図11に示されるように、巻回されて対向する薄膜テープ線20の対向面間の間隙に接着材(図示せず)が配置され、接着材は、対向面への接着力を抑制する離形処理が施される。
例えば、フッ素樹脂テープ、パラフィン、グリース、シリコンオイルなどを塗布して接着材の表面の一部に離形層43を形成して接着材の一部が容易に離形させる。
In the
For example, a
例えば、超電導コイル10に超電導電流Iが通流して高い磁場が発生している場合、超電導コイル10には、径方向Cの外向きに外力がかかる。
また、超電導コイル10を極低温まで冷却するときにも、薄膜テープ線20に固定されている種々の部材の熱収縮の差異によって不均一な応力が発生することがある。
For example, when the superconducting current I flows through the
Further, when the
前述したように、薄膜テープ線20は剥離方向C(すなわち径方向C)の応力に対して非常に脆弱であるので、このような応力で容易に超電導特性を劣化させてしまう。
よって、熱収縮率の異なる接着材に拘束されて薄膜テープ線20の自由な熱収縮が阻害されて、薄膜テープ線20に不要な剥離応力が発生しないように、接着材に離形処理をすることがある。
As described above, since the thin
Therefore, the adhesive is subjected to a release treatment so that it is constrained by adhesives having different thermal shrinkage rates and free heat shrinkage of the thin
しかし、離形処理を施すと、パンケーキコイル11の変形の自由度が上がる。また、離形を繰り返すうちに、パンケーキコイル11の剛性も低下する。
よって、金属板14を架設することで金属板14の周縁にパンケーキコイル11の変形による応力の集中がより発生しやすくなる。
よって、このような離形処理が施されているパンケーキコイル11を用いる場合には特に第1実施形態から第3実施形態までで示した補強線材13を用いることが効果的になる。
However, when the mold release process is performed, the degree of freedom of deformation of the
Therefore, the concentration of stress due to the deformation of the
Therefore, when using the
なお、超電導コイル10を構成するパンケーキコイル11に離形処理が施されていること以外は、第4実施形態は第1実施形態と同じ構造および動作手順となるので、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部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。
Since the fourth embodiment has the same structure and operation procedure as the first embodiment except that the
Also in the drawings, portions having a common configuration or function are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
このように、第4実施形態にかかる超電導コイル10によれば、第1実施形態の効果に加え、離形処理が施されて変形の自由度の高いパンケーキコイル11においても超電導特性の低下を防止することができる。
As described above, according to the
以上述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、補強線材13を介して金属板14を架設することにより、パンケーキコイル11の最外周における金属板14の架設による薄膜テープ線20の耐劣化性能を向上することが可能となる。
According to the
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。
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention.
These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the scope of the invention.
例えば、補強線材13および金属板14は、一体にして形成してもよい。
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。
For example, the reinforcing
These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10…高温超電導コイル(超電導コイル)、11…パンケーキコイル、11a(11)…第1パンケーキコイル、11b(11)…第2パンケーキコイル、12…外表面、13(13a,13b)…補強線材(第1補強線材,第2補強線材)、14…金属板、16…フランジ、17…口出し電極、18…内側面、19…巻枠、20…高温超電導線材(薄膜超電導テープ線,薄膜テープ線)、21…安定化層、22…基板、23…配向層、24…中間層、25…高温超電導層(超電導層)、26…保護層、27…端辺、28…テーパ、30(30A)…超電導テープ線(ビスマス系超電導線材)、31…銀マトリクス、32…超電導フィラメント、38…裏面、39…表面、40…積層体、43…離形層、A…巻回軸方向、B…周方向、C…径方向(剥離方向)、E…第1区間、F…第2区間、G…第3区間、H…第4区間、I…超電導電流、θ…角度。
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記パンケーキコイルの最外周の外表面に貼り合される可撓性を有する導体の補強線材と、
巻回軸方向に積み重ねられた複数の前記パンケーキコイルのうち隣接する2つにそれぞれ貼り合された前記補強線材に架設される金属板と、を備えることを特徴とする高温超電導コイル。 A pancake coil formed by winding a thin film superconducting tape wire composed of a laminate including at least a high-temperature superconducting layer;
A reinforcing wire of a flexible conductor that is bonded to the outermost outer surface of the pancake coil;
A high-temperature superconducting coil comprising: a metal plate laid on the reinforcing wire bonded to two adjacent pancake coils stacked in the winding axis direction.
前記薄膜超電導テープ線の側面のうち前記基板に関して前記高温超電導層と反対側の側面に前記補強線材を設ける請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の高温超電導コイル。 The laminate includes a substrate as a layer,
10. The high-temperature superconducting coil according to claim 1, wherein the reinforcing wire is provided on a side surface of the thin film superconducting tape wire opposite to the high-temperature superconducting layer with respect to the substrate.
前記接着材は、前記対向面への接着力を抑制する離形処理が施されている請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の高温超電導コイル。 An adhesive is placed in the gap between the opposing surfaces of the thin film superconducting tape wire that is wound and opposed,
The high-temperature superconducting coil according to any one of claims 1 to 10, wherein the adhesive is subjected to a release treatment for suppressing an adhesive force to the facing surface.
前記両端の前記安定化層は、互いに電気的に接続されている請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の高温超電導コイル。 The layers at both ends of the laminate are stabilization layers composed of normal conductors,
The high-temperature superconducting coil according to any one of claims 1 to 13, wherein the stabilizing layers at both ends are electrically connected to each other.
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