JP2016524815A - コイル巻線を含む超電導コイル装置 - Google Patents

Abstract

超電導性の帯状導体から成る複数のターンを有する超電導コイル装置を提供する。帯状導体は、コンタクト面として構成されかつコンタクト層が設けられる第１の導体表面を有する。帯状導体は、少なくとも１個のターン内のねじれ領域において自身の長手軸線を中心として約１８０°ねじられており、帯状導体のコンタクト面は、巻線の内側では巻線の中心側にあり、巻線の外側では巻線の中心と反対の側にある。超電導コイル装置の製造方法では、第１の導体表面を有する超電導性の帯状導体が複数のターンで巻線支持体へ巻き回される。巻き回しの開始時には帯状導体のコンタクト面が巻線の中心側に配置され、少なくとも１個のターン内のねじれ領域では帯状導体が自身の長手方向を中心として約１８０°ねじられ、巻線の外側では帯状導体のコンタクト面が巻線の中心と反対の側に配置される。

Description

本発明は、超電導性の帯状導体から成る複数のターンを有する少なくとも１個のコイル巻線を含む超電導コイル装置に関する。本発明はさらに、こうした超電導コイル装置の製造方法に関する。

超電導性の機械及び電磁コイルの分野では、超電導性のワイヤもしくは帯状導体をコイル巻線として巻き回したコイル装置が公知である。ＮｂＴｉ，Ｎｂ_３Ｓｎなどの従来の低温超電導体は、通常、ワイヤ状の導体として使用される。対して、高温超電導体もしくは高Ｔ_Ｃ超電導体ＨＴＳは、２５Ｋを上回る転移温度、幾つかの材料クラスでは７７Ｋを上回る転移温度を有する超電導材料である。こうしたＨＴＳ導体は、典型的には、帯状基体とその上に設けられる超電導層とを含む、平坦な帯状導体の形態で存在する。付加的に、帯状導体はしばしば別の層、例えば、安定化層、コンタクト層、バッファ層、また多くの場合に絶縁層（アイソレータ）などを含む。第２世代（２Ｇ‐ＨＴＳ）のいわゆるＨＴＳ導体の最も重要な材料クラスは、タイプＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘの化合物であり、ここで、ＲＥは希土類の元素もしくは当該元素の混合物を表す。

帯状基体は、典型的には、鋼製もしくはハステロイ合金製である。外部の電流回路への電気コンタクトは、大抵の場合、銅製のコンタクト層を介して製造され、このコンタクト層は、超電導層の上方側に設けられるか、又は、外被層として帯状導体全体を包囲する。どちらのケースにおいても、コンタクトは、帯状基体の、超電導層を支持する側に製造されると都合が良い。超電導体の当該面を以下ではコンタクト面と称する。裏面にコンタクトが形成される場合、つまり、超電導層の存在する面とは反対側の基体面にコンタクトが形成される場合には、高いコンタクト抵抗が発生する。これは大きな電気的損失を生じさせ、当該領域における冷却の必要性を増大させる。

１個の帯状導体の複数の層が上下に複数のターンをなすように巻き回された超電導性のコイル巻線では、コイル巻線の端部をコンタクト面に接触させるのが困難なことが多い。プレート状の巻線を製造するために使用される標準的な巻回技術では、ふつう、巻線の内側もしくは外側に帯状導体のコンタクト面が設けられる。しかし、帯状導体のコンタクト面に低オームのコンタクトを形成するには、公知のコイル装置では、専用構造のコンタクト部材が用いられ、これは帯状導体のコンタクト面に並ぶように巻線に挿入される。ただし、こうしたコイル装置に対しては、必要な機械的安定性を保証するためにコンタクト部材に代えて特別の措置を導入しなければならないので、より複雑な製造プロセスを要する。エポキシ接着剤による湿性巻き回しプロセスが使用される場合、さしあたり、コンタクト箇所に接着剤がかからないようにするために、充填ブロック、例えばテフロン性のブロックを用いなければならない。充填ブロックを除去したあと、当該箇所のコンタクト形成のために、銅製のコンタクト部材に対してはんだ接続部が形成される。こうしたコンタクトが巻線内に存在するので、必要な機械的安定性を形成するには、後から、ガラスファイバで強化されたプラスチックのバンデージとエポキシ接着剤とによってコンタクト領域を固定する必要がある。

未公開の独国特許出願第１０２０１２２２３３６６．０号明細書には、それぞれ１個ずつのコンタクト面を有する少なくとも２個の帯状導体を備えた超電導コイル装置が示されている。コイル装置のコイル巻線内では、第１の帯状導体と第２の帯状導体とが各コンタクト面間の内部コンタクトを介して電気的に接続されている。第１の帯状導体と第２の帯状導体とは、コイルの中心に対するそれぞれの配向の点で相互に異なっており、このため、当該内部コンタクトを通してコンタクト面の配向が反転されている。こうした手段により、アクセス可能に露出されるコンタクト面のコンタクトを、コイル巻線の内側にも外側にも設けることができる。ただし、こうしたコイル巻線には、付加的な内部コンタクトによってコイル内にノーマルな導電性の接続が生じて、コイルの超電導性が内部で中断されてしまい、電気損失ひいては大きな放熱が生じるという欠点がある。

したがって、本発明の課題は、上述した欠点を回避できる超電導コイル装置を提供することである。また、本発明は、こうした超電導コイル装置の製造方法を提供することも課題とする。

この課題は、請求項１に記載された特徴を有するコイル装置、及び、請求項１０に記載された特徴を有する方法により解決される。

本発明の超電導コイル装置は少なくとも１個のコイル巻線を含み、このコイル巻線が、少なくとも１個の超電導性の帯状導体から成る少なくとも１個のターンを有する。帯状導体は、コンタクト面として構成されかつコンタクト層が設けられる第１の導体表面を有する。帯状導体は、少なくとも１個のターン内のねじれ領域において、この帯状導体の長手軸線を中心として約１８０°ねじられており、帯状導体のコンタクト面は、巻線の内側では巻線の中心側にあり、巻線の外側では巻線の中心と反対の側にある。

コイル巻線内の長手軸線を中心として帯状導体をねじることにより、典型的には上下に配置される複数の平坦なターンから成る単巻線の場合、巻線の外側においても内側においても、帯状導体の一方側が低オームでのコンタクトで外側の超電導層へ向かう。通常、超電導性の帯状導体内の不要な付加的ねじれは回避したほうがよい。なぜなら、こうしたねじれにより、層材料に内部応力が発生して剥離に至り、超電導特性が失われることがあるからである。ただし、新規な帯状導体材料の開発、特に、第２世代の高温超電導材料の開発の進行により、これまでの導体構造に比べて著しくしなやかな帯状導体が導入されている。したがって、超電導コイル装置が第２世代のＨＴＳ材料、特に上述したタイプＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘの化合物を含むと有利である。第２世代のＨＴＳ材料は、第１世代のＨＴＳ材料に比べて、高い引張り耐性及び高い臨界電流密度を有するので、きわめて有利である。

独国特許出願第１０２０１２２２３３６６．０号明細書に開示されている解決手段に比べた大きな利点として、ノーマルな導電性の付加的なはんだ部を巻線内に導入しなくてよいことが挙げられる。このため、コイル巻線の製造の煩雑さが低減され、はんだ部に起因する電気損失とこれに対応してコイル巻線内に発生する付加的な熱とが回避される。コイル巻線全体は、平行に延在する１つもしくは複数の超電導性の帯状導体によって形成され、これがコイル巻線の半径方向領域全体にわたって延在する。平行に延在する複数の帯状導体から成る積層体が使用される場合、積層体の個々の帯状導体は個別に順次にねじられるか、又は、積層体の形態で全体としてねじられる。

また、付加的なはんだ部に関連する機械的な問題を回避できる。例えば、巻線内部での帯状導体の屈曲が回避され、内部の付加的なはんだ部に起因する摩耗などによって超電導コイル装置全体の持続性が損なわれることがない。

有利には、本発明のコイル装置は複数のターンを有するコイル巻線を含む。ただし、本発明の帯状導体のねじれの利点は、支持すべきターンが１つのみの適用分野においても得られる。

本発明の、少なくとも１個のコイル巻線を有する超電導コイル装置の製造方法では、超電導性の帯状導体が複数のターンをなすように巻線支持体へ巻き回される。帯状導体は、コンタクト面として構成されかつコンタクト層が設けられる第１の導体表面を有する。この場合、巻き回しの開始時には、帯状導体のコンタクト面は、巻線支持体側ひいては巻線の中心側にある。帯状導体は、少なくとも１個のターン内のねじれ領域で、帯状導体の長手軸線を中心として約１８０°ねじられる。巻線の外側では、帯状導体のコンタクト面は巻線の中心とは反対の側にある。

本発明の製造方法の利点は、本発明の超電導コイル装置の利点と部分的に共通する。別の利点として、帯状導体の配向を変化させるための付加的な内部コンタクトを有するコイル装置の製造に比べて、製造プロセスが簡単化されることが挙げられる。ねじれによって帯状導体を反転させれば、一方では、内部のコンタクト接続を形成する付加的なプロセスステップが回避される。また、機械的に敏感な内部のはんだコンタクトが存在しない場合、より大きな巻き回し張力で巻き回しを行うことができる。巻き回しプロセスは、一般に、唯一の単純な帯状導体、又は、付加的な内部のはんだコンタクトを有さない２個の平行な帯状導体のパケットを巻き回す場合に、簡単かつ迅速に行うことができる。特に、巻き回しプロセスは、内部のはんだコンタクトを設けない場合、付加的な準備を行うプロセスステップが必要なくなるので、いっそう簡単となる。特に、１個の帯状導体もしくは複数個の帯状導体のパケットを供給リールへ巻き取って準備する付加的な巻き換えステップが不要となる。

本発明のコイル装置の有利な実施形態及び実施態様は、請求項１に従属する請求項から得られる。ここで、コイル装置は付加的に以下の特徴を含む。

超電導コイル装置は、コイル巻線の内側では、帯状導体のコンタクト面と内側のコンタクト部材との間に第１のコンタクトを有し、コイル巻線の外側では、帯状導体のコンタクト面と外側のコンタクト部材との間に第２のコンタクトを有する。この場合、コイル巻線の内側は、コイル巻線の中心側に配向され、コイル巻線の外側は、コイル巻線の中心とは反対の側に配向される。第１のコンタクト及び第２のコンタクトは、内側のコンタクト部材及び外側のコンタクト部材を有し、コイル装置を外部の電流回路へ接続するために用いられる。有利には、当該コンタクトはできるだけ低オームに形成され、各コンタクト部材は、電流輸送のための幾何学的断面積が大きくてなるべく導電率の高い導電性材料を含む。例えば、内側のコンタクト部材及び外側のコンタクト部材は銅を含むことができる。この実施形態の利点は、こうした手段により、２個のコンタクト部材へ通じるコンタクトを、コイル巻線の、アクセス可能に露出される側に形成できる点にある。従来技術とは異なり、コイル巻線の製造時には、充填部材を一時的に巻線内へ導入し、巻線の中間空間に導入されるコンタクト部材のスペースを確保するために事後的にそこから除去する必要がない。こうしたスペーサのための大きな必要スペース及び巻線内のコンタクト部材のための必要スペースを省略できる。これにより、巻線内で、より効率の高い電流密度が得られる。また、スペーサを機械的に除去し、巻線の下方に後からコンタクト部材を挿入することで、コイルの機械的安定性が損なわれるおそれを回避できる。さらに、スペーサの材料とコイル巻線の他の材料との熱収縮度の相違によってコイル巻線が動作温度まで冷える際に生じる機械的負荷も回避できる。

コンタクト部材へのコンタクト形成のためのコンタクト位置をアクセス可能に露出することの別の利点として、小さいスペース比で密に、コンタクト部材と帯状導体のコンタクト面との間に、充分に低オームかつ信頼性の高いはんだ接続部を容易に形成できることが挙げられる。外部の電流回路からコンタクト部材へのさらなる通電も簡単化される。なぜなら、コンタクト部材自体がコイル巻線のうちアクセス可能に露出された側にあり、これを容易に外部の電流端子に接続できるからである。

帯状導体は２個の導体表面を有し、コイル装置は少なくとも２個の充填ブロックを含む。これらの充填ブロックは、少なくとも１個のねじられたターンのねじれ領域において、１個ずつ、帯状導体の導体表面のそれぞれに隣接するように配置されることで、ねじれによって隣り合うターン間に生じた中間空間の大部分を充填している。当該実施形態の利点は、帯状導体が少なくとも２個の充填ブロックによって固定保持されるため、得られたコイル巻線の機械的安定性が高まることにある。一方ではコイルの巻き回し時の機械的安定性が高まるので、ねじれ領域において帯状導体を損なうことなく、製造中に大きな巻き回し張力を用いることができる。他方では、充填ブロックによって超電導コイルの動作時の機械的安定性が改善される。超電導コイルには、動作中、例えばジェネレータもしくは機械での回転によって、強い遠心力がかかる。これに代えてもしくはこれに加えて、強い磁界の形成時には、大きなローレンツ力が発生することもある。こうした負荷が発生する際に帯状導体を損傷から保護するには、巻線のねじれ領域における帯状導体を両側で固定保持し、不要な張力もしくはせん断力及び振動を防止すると有利である。したがって、別個の２個の充填ブロックを使用すると、ねじられた帯状導体自体がねじれによってコイル巻線に生じた中間空間をほぼ同じ大きさの相互につながらない２個の部分に分割するので、有利である。

上述した２個の充填ブロックのそれぞれは内側部分ブロックと外側部分ブロックとを含み、各内側部分ブロックは、ねじられた帯状導体のうち局所的に中心に面する側に配置され、各外側部分ブロックは、ねじられた帯状導体のうち局所的に中心とは反対となる側に配置される。充填ブロックをこのようにそれぞれ少なくとも２個の部分ブロックへ分割すると有利である。なぜなら、帯状導体の２個の導体表面は、ねじれによって、それぞれ内側から外側へ又は外側から内側へと交番変化しているからである。長尺の充填ブロックを１個の帯状導体のターンの上側と下側とで同時に位置決めすることは巻線の製造中には困難であるので、各充填ブロックを少なくとも２個の部分ブロックへ分割すれば、製造中の巻線への導入が容易になる。

巻線のねじれ領域は、帯状導体の局所的な長手方向に沿って、帯状導体の幅の少なくとも３倍の大きさを有する。特に有利には、ねじれ領域は、同じ方向で、帯状導体の幅の少なくとも５倍から最大１０倍の大きさを有する。ねじれ領域の縦横比が小さい場合、帯状導体のねじれは密になり、帯状導体の個々の層はねじれによって強く機械的に負荷される。また、縦横比を小さくすると、コンパクト性と場合により生じるコイル装置全体の対称性とが小さい部分領域でしか障害を受けないという利点も得られる。したがって、ねじれ領域を、使用される帯状導体の機械的負荷のもとで可能な程度に小さく選定すると有利である。充填ブロックを設ける実施形態では、充填ブロックの寸法の縦横比は、帯状導体の長手方向と導体幅の方向とで上述したねじれ領域自体の縦横比と類似の大きさとなるか又はほぼ等しくなる。

コイル巻線は少なくとも５個のターンを含み、少なくとも１個のねじられたターンは、巻線の中心とは反対の側の領域にターンの２０％が存在するように配置される。電動機、ジェネレータ及び／又は磁気コイルの分野では、有利には、ターン数ははるかに大きく、例えば１０個から１０００個のターンが存在する。これら全ての分野において、帯状導体のねじれに関連するターンがコイル装置の外側領域に存在すると有利である。コイルは典型的には内側から外側へ向かって巻線支持体に巻き回されるので、有意なことには、コイル巻線の対称性は製造過程の後段になってからしか障害を受けない。したがって、コイル巻線の大部分は大抵の場合有利な対称構造を維持でき、巻線の外側の僅かな部分領域がねじれによる障害を受けるのみである。これに代えて、ねじれに関連する導体領域がコイル装置の内側にあるほうが有利なケースも幾つかある。

ねじられたターンのねじれ領域は、第１のコンタクトの領域に対してほぼ対角線上に設けられる。このようにすると、第１のコンタクトとねじれ領域とによって生じるコイル巻線の非対称性が巻線全体にわたって均等に分布するため、有利である。

コイル巻線は、４個の直線状部分と４個の丸みを帯びた角部とを有する平坦な長方形状コイルとして構成できる。こうした長方形状コイルもしくはトラック状コイルとも称されるコイル形態は、しばしば、ジェネレータ又は同期機のロータの分野で用いられる。ただし、例えば楕円形もしくは円筒形のフラットコイルもしくはサドルコイルなどの他のコイル形態も広く利用可能である。

長方形状のコイル巻線では、ねじれ領域は、長方形状コイルのいずれかの直線状部分の中央に配置される。当該配置は、帯状導体がねじれ領域において長手軸線に沿ってのみねじられ、巻線平面内の同じ位置で同時に屈曲されることがないという利点を有する。同じ位置でねじれや別の軸線を中心とした撓みが同時に生じると、帯状導体は巻線の直線部分での単純なねじれよりも強い負荷を受ける。ねじれ応力が均等に分布するという利点は、ねじれ領域が長方形状コイルのいずれかの直線状部分の中央に配置されることにより得られる。特に有利には、回転する適用部にコイルが設けられる場合、ねじれ領域がコイルの回転軸線上又はその近傍に配置される。このように構成することにより、回転軸線上又はその近傍への配置に基づいてねじれ領域には小さな遠心力しか生じず、帯状導体のうち何らかの機械的なねじれ作用を受ける領域が、さらなる機械的負荷から保護される。

コイル巻線のターンは、注型材料及び／又は接着剤によって機械的に固定される。ここから得られる利点は、ねじれによって発生した中間空間を充填する充填ブロックを使用することの利点と同様である。特に、コイル巻線が、機械的な力作用による損傷から保護される。特に有利には、充填ブロックがコイル巻線の注型材料と組み合わされて使用される。挿入される充填ブロックは、隣接する帯状導体のターンとともに封止される。

本発明の製造方法の有利な実施形態及び発展形態は、請求項１０に従属する各請求項から得られる。つまり、帯状導体を巻き回す前に、帯状導体のコンタクト面と内側のコンタクト部材との間に、第１のコンタクトが形成され、帯状導体を巻き回した後に、帯状導体のコンタクト面と外側のコンタクト部材との間に、第２のコンタクトが形成される。帯状導体の巻き回しの前に内側のコンタクト部材を形成することにより、このコンタクトの形成のためにコイルを巻線支持体からもう一度解く必要がないという利点が得られる。巻線支持体を適切に選択すれば、動作中にコイルを巻線支持体に残しておくことさえ可能である。コイルを既製の内側コンタクトに巻き回す場合、巻き回し張力によって内側コンタクトへの接続部の機械的耐性が強化されるので有利である。

これに代えて、帯状導体を巻き回した後、帯状導体のコンタクト面と内側のコンタクト部材との間に第１のコンタクトを形成し、さらに、帯状導体のコンタクト面と外側のコンタクト部材との間に第２のコンタクトを形成してもよい。この実施形態では、有利には、使用開始前にコイルが巻線支持体から解かれ、支持体なしの自立式モジュールとして用いられるか、又は、動作に際して別個のコイル支持体へ移される。

少なくとも１個のねじられたターンのねじれ領域では、ねじれによって隣り合うターン間に生じた中間空間を充填するために、少なくとも２個の充填ブロックの１個ずつが帯状導体のそれぞれの導体表面に隣接するように配置される。この実施形態によれば、請求項４の利点と同様の利点が得られる。

２個の充填ブロックのそれぞれは、内側部分ブロックと外側部分ブロックとを含むように構成される。ここで、各内側部分ブロックは、ねじられた帯状導体のうち局所的に中心に面する側に配置され、かつ、各外側部分ブロックは、ねじられた帯状導体のうち局所的に中心とは反対となる側に配置される。このように充填ブロックを分割すると、コイルの巻き回し中に各部分ブロックを簡単に挿入できるという利点が得られる。なぜなら、ねじり過程が徐々に行われ、ねじれを有するターンが巻き回される間に次第に生じてくる中間空間に、全部で少なくとも２個の個別の部分ブロックを収容できるからである。

巻き回しの後及び／又は巻き回し中、コイル巻線に注型材料が流し込まれる、及び／又は、コイル巻線が接着剤によって接着される。この実施形態によれば、請求項９の利点と同様の利点が得られる。

本発明を以下に図示の実施形態に即して詳細に説明する。

超電導性の帯状導体を示す概略的な断面図である。 長方形状のコイル巻線を示す概略的な断面図である。 コイル巻線のねじれ領域を示す詳細な断面図である。 充填ブロックの各部分ブロックを示す概略的な斜視図である。

図１には、超電導性の帯状導体１の層構造の概略的断面図が示されている。帯状導体はこの例では帯状基体２を含み、この帯状基体２は１００μｍ厚さのニッケル‐タングステン合金製の基体である。これに代えて、帯状鋼又はハステロイなどの合金製の帯状体も使用可能である。帯状基体の上方には、酸化物材料を含む０．５μｍ厚さのバッファ層４が配置されており、酸化物材料はここでは例えばＣｅＯ_２及びＹ_２Ｏ_３を含む。さらに、本来の超電導層６、ここでは１μｍ厚さのＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘの層が続き、この層が５０μｍ厚さの銅コンタクト層８で覆われる。超電導層と銅コンタクト層との間に付加的に銀カバー層を設けてもよい。ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ材料に代えて、他の希土類ＲＥの化合物ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘも使用可能である。帯状基体の反対側には、別の５０μｍ厚さの銅カバー層１０とこれに続くアイソレータ１２とが配置されており、アイソレータ１２はこの例では２５μｍ厚さのカプトンの帯状体として構成されている。アイソレータ１２は別の絶縁性材料、例えば他のプラスチックから形成されてもよい。図示の例では、アイソレータ１２の幅は、帯状導体１の他の層の幅よりも幾分大きいので、コイル装置の巻線で上下の位置に来るターンが相互に確実に絶縁される。図示の例に代えて、帯状絶縁体をコイル巻線の製造時にはじめて個別の帯状体としてコイル装置に巻き回してもよい。これは、相互に絶縁を行わなくてよい複数の帯状導体が並列に巻き回される場合に特に有利である。この場合、例えば、絶縁層を有さない２個から１０個の帯状導体を上下に並べた積層体が付加的に挿入される帯状絶縁体とともに共通のターンをなすように巻き回される。

帯状導体１のコンタクト形成は、有利には、コンタクト層８によって可能となる。したがって、帯状導体１のうち図１の上方に位置している側がコンタクト面１３となる。

図１に示されている帯状導体１の構造に代えて、他の構造の積層体、特に、帯状導体１の両側にコンタクト層８を設けたタイプのものも可能である。帯状導体１が両側にカバーを有する場合、典型的には、基体２の、超電導層６が配置された側に、好ましいコンタクト面１３が得られる。

図２には、本発明の好ましい実施形態による、長方形状のコイル巻線１５の概略的断面図が示されている。図示されているのは、コイル巻線１５の製造における早期の段階であり、帯状導体１はコイルバッファ１９から巻線支持体１７に巻き回される。この場合は、コイルバッファ１９及び巻線支持体１７の双方とも、図の断面である巻線平面において、図１に示されている回転方向１８，２０で回転される。コイル巻線１５の製造開始時に、帯状導体のコンタクト面１３とわかりやすくするために図示していない第１のコンタクト部材との間に第１のコンタクト２３が形成される。第１のコンタクト部材は例えば主として銅から成り、巻線支持体１７に固定に接続され、及び／又は、巻線支持体１７内に組み込まれる。巻線支持体１７は、この例では、角を丸められた長方形状の断面を有する円筒状ボディである。帯状導体１は、この場合、まず、内部のコンタクト面１３とともに平坦に巻線支持体１７に巻き回される。ここで、幾つかのターンは最初に内部のコンタクト面１３によって形成される。図２には、内部のコンタクト面１３による唯一の１／２ターンが示されているが、これは単なる例示にすぎないと理解されたい。有利には、複数のターンを有し、かつ、コンタクト面１３がコイル巻線１５の内側２９に位置する、コイル巻線１５が製造される。ついで、ターンＷ_ｔ（わかりやすくするために図２ではこれ１個のみが示されている）内で帯状導体１が局所的な長手軸線２４を中心として約１８０°ねじられ、当該ねじれ領域の後方では、帯状導体１のコンタクト面１３がコイル巻線１５の外側３１に位置する。ねじれ領域２５は、この実施形態では、完全に長方形状のコイルの直線部分上に位置するように配置される。ねじれ領域２５の長さ２６は、この例では、帯状導体１の幅３０の５倍であり、帯状導体１が回転しても積層体への過剰な機械的負荷は生じず、ねじれ領域２５も必要以上の広がりを有さない。図２には、後の適用、例えば同期機のロータでの適用において、完成したコイル巻線１５の回転の中心となる回転軸線２８も示されている。ねじれ領域２５は、この例では、回転軸線２８を中心として対称に配置されているので、この感応性領域の遠心力による負荷はほぼ最小化される。局所的な長手軸線２４を中心とした帯状導体の回転中に生じる中間空間に、２個の充填ブロックが収容される。各充填ブロックは、ねじられた帯状導体を機械的に支持するそれぞれ２個の部分ブロック３３を含む。全部で４個の部分ブロック３３は、ねじられたターンＷ_ｔとこれに隣り合うターンとの中間空間が充填されるように成形される。つまり、４個の部分ブロック３３が例えばほぼ等しい容積を充填でき、１個の充填ブロックが１個の下方部分ブロックと１個の上方部分ブロックとを含むように構成される。ここで、一方の組の下方部分ブロック及び上方部分ブロック３３はねじられたターンＷ_ｔのコンタクト面１３に隣接するように配置され、他方の組の２個の部分ブロック３３は相応にねじられた帯状導体１の裏面に隣接するように配置される。

図２に示されている段階の後、外側のコンタクト面１３を有する別の複数のターンが製造され、その後で外側のコンタクト部材を有する巻線の外側３１に第２のコンタクトが製造され、続いてコイルに注型材料が流し込まれて封止されるか、又は、コイルが接着剤で接着される。

図３には、コイル巻線１５のねじれ領域２５の概略図が示されている。この図では、ねじられたターンＷ_ｔに隣り合う２個のターンＷ_ｔ−１，Ｗ_ｔ＋１が示されている。図３の上方領域は、この場合、コイル巻線１５の内面２９の側に配向されており、下方領域はコイル巻線１５の外面３１の側に配向されている。ターンＷ_ｔ−１とこれより内側の全てのターンでは、帯状導体１のコンタクト面１３は、コイルの中心２７側に配向されている。ターンＷ_ｔ＋１とこれより外側の全てのターンでは、帯状導体１のコンタクト面１３は、コイルの中心２８とは反対の側に配向されている。ターンＷ_ｔの長さ２６のセクションでは、帯状導体１が長手軸線２４を中心として約１８０°ねじられている。これにより、当該ターンＷ_ｔの厚さは、局所的に、帯状導体の幅３０に相当する値へ増大する。ねじられた帯状導体１の上方及び下方に挿入される充填ブロックは、わかりやすくするために図３には示されていない。なぜなら、そうしないと、ねじられた帯状導体１の導体表面３６が見えなくなってしまうからである。図示の導体表面３６は例えばコンタクト面１３であってよい。

図４には、充填ブロックの４個の部分ブロック３３の斜視図が示されている。これらの部分ブロックの長さは、ねじれ領域の長さ２６ａの約１／２に相当する。図示されている部分ブロック３３は、５個の境界面３３ａ−３３ｅを含み、そのうち２個が湾曲面３３ｂ，３３ｃであり、３個が平坦面３３ａ，３３ｄ，３３ｅである。この例では、下方部分ブロック３３が、ねじられたターンＷ_ｔと内側の次のターンＷ_ｔ−１との間に挿入される部材である。対応する第２の部分ブロック、すなわち、ねじられた帯状導体１の同じ導体表面３６に並ぶ上方部分ブロックは、ねじられたターンＷ_ｔと外側の次のターンＷ_ｔ＋１との間に挿入される部材である。直線状の境界面３３ａは、１つの組を形成する２個の部分ブロックを接続する。ねじられた境界面３３ｂは、ねじられた導体表面３６が巻き回されてコイルが完成した状態で、ターンＷ_ｔに接する。同様に湾曲した境界面３３ｃは次のターンＷ_ｔ＋１の帯状導体１に接するが、この帯状導体１は、ねじれ領域２５の必要スペースが大きいため、湾曲の形成が容易である。これに対して、図４の下方に位置する境界面３３ｄは、直線状に形成され、内側の次のターンＷ_ｔ−１に接する。さらに、境界面３３ｅも同様に直線状であり、巻線平面に対して垂直な方向で部分ブロックの側方に接する。

好ましい実施形態では、充填ブロックがガラスファイバで強化されたプラスチックから製造される。これに代えてもしくはこれに加えて、充填ブロックが他の材料を含んでもよい。特に適しているのは、コイル巻線１５が室温から動作温度へ（例えば７７Ｋ又は２５Ｋ−３０Ｋ）冷却される際の熱収縮がコイル巻線１５の他の部分の熱収縮と同程度となる材料である。

Claims (15)

1. 少なくとも１個のコイル巻線（１５）を含む超電導コイル装置であって、
   前記コイル巻線（１５）は、少なくとも１個の超電導性の帯状導体（１）から成る少なくとも１個のターン（ｗ_ｔ−１，ｗ_ｔ，ｗ_ｔ＋１）を有しており、
   前記帯状導体（１）は、コンタクト面（１３）として構成されかつコンタクト層（８）が設けられる第１の導体表面（３６）を有する、
   超電導コイル装置において、
   前記帯状導体（１）は、少なくとも１個のターン（ｗ_ｔ）内のねじれ領域（２５）において、該帯状導体（１）の長手軸線（２４）を中心として約１８０°ねじられており、
   前記帯状導体（１）の前記コンタクト面（１３）は、前記巻線の内側（２９）では前記巻線の中心（２７）側にあり、前記巻線の外側（３１）では前記巻線の中心（２７）と反対の側にある、
   ことを特徴とする超電導コイル装置。
2. 前記コイル巻線（１５）の内側（２９）では、前記帯状導体（１）の前記コンタクト面（１３）と内側のコンタクト部材との間に第１のコンタクト（２３）が設けられており、
   前記コイル巻線（１５）の外側（３１）では、前記帯状導体（１）の前記コンタクト面（１３）と外側のコンタクト部材との間に第２のコンタクトが設けられている、
   請求項１記載の超電導コイル装置。
3. 前記帯状導体（１）は２個の導体表面（３６）を有しており、
   前記コイル装置は少なくとも２個の充填ブロックを含んでおり、
   該少なくとも２個の充填ブロックが、１個ずつ、少なくとも１個のねじられたターン（ｗ_ｔ）のねじれ領域（２５）において前記帯状導体（１）の前記２個の導体表面（３６）のそれぞれに隣接するように配置されることで、ねじれによって隣り合うターン（ｗ_ｔ−１，ｗ_ｔ，ｗ_ｔ＋１）間に生じた中間空間の大部分を充填している、
   請求項１又は２記載の超電導コイル装置。
4. 前記少なくとも２個の充填ブロックのそれぞれが内側部分ブロック及び外側部分ブロック（３３）を含んでおり、
   各内側部分ブロック（３３）は、ねじられた前記帯状導体（１）のうち局所的に前記中心（２７）に面する側に配置されており、
   各外側部分ブロックは、ねじられた前記帯状導体（１）のうち局所的に前記中心（２７）とは反対となる側に配置されている、
   請求項３記載の超電導コイル装置。
5. 前記ねじれ領域（２５）は、前記帯状導体（１）の長手方向（２４）に沿って、前記帯状導体の幅（３０）の少なくとも３倍の大きさを有する、
   請求項１から４までのいずれか１項記載の超電導コイル装置。
6. ねじられたターン（ｗ_ｔ）のねじれ領域（２５）は、前記第１のコンタクト（２３）の領域に対してほぼ対角線上にある、
   請求項２から５までのいずれか１項記載の超電導コイル装置。
7. 前記コイル巻線（１５）は、４個の直線状部分と４個の丸みを帯びた角部とを有する平坦な長方形状コイルとして構成されている、
   請求項１から６までのいずれか１項記載の超電導コイル装置。
8. 前記ねじれ領域（２５）は、前記長方形状コイルの前記４個の直線状部分のいずれかの中央に配置されている、
   請求項７記載の超電導コイル装置。
9. 前記コイル巻線（１５）の前記ターン（ｗ_ｔ−１，ｗ_ｔ，ｗ_ｔ＋１）は、注型材料及び／又は接着剤によって機械的に固定されている、
   請求項１から８までのいずれか１項記載の超電導コイル装置。
10. 少なくとも１個のコイル巻線（１５）を含む超電導コイル装置の製造方法であって、
    コンタクト面（１３）として構成されかつコンタクト層（８）が設けられる第１の導体表面（３６）を有する、超電導性の帯状導体（１）を、複数のターン（ｗ_ｔ−１，ｗ_ｔ，ｗ_ｔ＋１）をなすように巻線支持体（１７）へ巻き回す、方法において、
    巻き回しの開始時に、前記帯状導体（１）の前記コンタクト面（１３）を、前記巻線支持体（１７）側ひいては前記巻線の中心（２７）側に配置し、
    少なくとも１個のターン（ｗ_ｔ−１，ｗ_ｔ，ｗ_ｔ＋１）内のねじれ領域（２５）において、前記帯状導体（１）を、該帯状導体（１）の長手軸線（２４）を中心として約１８０°ねじり、
    前記巻線の外側（３１）で、前記帯状導体（１）の前記コンタクト面（１３）を、前記巻線の中心（２７）と反対の側に配置する、
    ことを特徴とする方法。
11. 前記帯状導体（１）を巻き回す前に、前記帯状導体（１）の前記コンタクト面（１３）と内側のコンタクト部材との間に、第１のコンタクト（２３）を形成し、
    前記帯状導体（１）を巻き回した後に、前記帯状導体（１）の前記コンタクト面と外側のコンタクト部材との間に、第２のコンタクトを形成する、
    請求項１０記載の方法。
12. 前記帯状導体（１）を巻き回した後、前記帯状導体（１）の前記コンタクト面（１３）と内側のコンタクト部材との間に、第１のコンタクト（２３）を形成し、さらに、前記帯状導体（１）の前記コンタクト面（１３）と外側のコンタクト部材との間に、第２のコンタクトを形成する、
    請求項１０記載の方法。
13. 少なくとも１個のねじられたターン（ｗ_ｔ）のねじれ領域（２５）において、ねじれによって隣り合うターン（ｗ_ｔ−１，ｗ_ｔ，ｗ_ｔ＋１）間に生じた中間空間の大部分が充填されるように、少なくとも２個の充填ブロックを１個ずつ、前記帯状導体（１）の２個の導体表面（３６）のそれぞれに隣接させて配置する、
    請求項１０から１２までのいずれか１項記載の方法。
14. 前記少なくとも２個の充填ブロックのそれぞれが内側部分ブロック及び外側部分ブロック（３３）を含むように構成し、ここで、各内側部分ブロック（３３）を、ねじられた前記帯状導体（１）のうち局所的に前記中心（２７）に面する側に配置し、かつ、各外側部分ブロック（３３）を、ねじられた前記帯状導体（１）のうち局所的に前記中心（２７）とは反対となる側に配置する、
    請求項１３記載の方法。
15. 巻き回しの後及び／又は巻き回し中、前記コイル巻線（１５）に注型材料を流し込んで封止する、及び／又は、前記コイル巻線（１５）を接着剤によって接着する、
    請求項１０から１４までのいずれか１項記載の方法。

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