JP2020202316A - Wind and react type superconducting coil, wind and react type superconducting coil manufacturing method, and superconducting electromagnet device - Google Patents

Wind and react type superconducting coil, wind and react type superconducting coil manufacturing method, and superconducting electromagnet device Download PDF

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Abstract

To provide a highly reliable wind and react type superconducting coil and a manufacturing method thereof which eliminate a gap between coil members of a wind and react type superconducting coil and avoid a coil winding from being displaced relative to a bobbin inside a superconducting coil.SOLUTION: A wind and react type superconducting coil 1A includes a bobbin (2a, 2b, 2c, 2d) divided into multiple parts in the circumferential direction, a coil winding 4 in which a wire rod that functions as a superconductor in a predetermined environment is wound around the bobbin, and a ring 3 placed inside the bobbin concentrically with the bobbin, and the outer diameter side of the bobbin (2a, 2b, 2c, 2d) and the inner diameter side of the coil winding 4 are in close contact with each other.SELECTED DRAWING: Figure 2C

Description

本発明は、ワインド&アンドリアクト型超電導コイル、ワインド&リアクト型超電導コイルの製造方法、超電導電磁石装置に関する。 The present invention relates to a wind & and react type superconducting coil, a method for manufacturing a wind & react type superconducting coil, and a superconducting magnet device.

超電導電磁石装置は、銅製の電力ケーブルを用いた磁石装置と比較して数十〜数百倍の電流密度の電流を通電可能で、より強力な磁場を発生することが可能である。そして、このような超電導電磁石装置は、MRI(Magnetic Resonance Imaging)装置やNMR(Nuclear Magnetic Resonance)装置、粒子加速器用マグネットといった強磁場が必要される製品に適用されている。
前記のような超電導電磁石は、ニオブチタン(NbTi)、ニオブ酸スズ(Nb3Sn)、ニホウ化マグネシウム(MgB2)、ビスマス系超電導体(BSCCO)、イットリウム系超電導体(YBCO)に代表される超電導線を用いた超電導コイルから構成される。ただし、これらの超電導線のなかでもNb3SnやMgB2を利用したものは歪みに弱く、0.2%程度の歪みを印加されるだけでもその超電導性能を失ってしまう。そこで、寸法等の制約からコイル製作中に超電導線に過大な歪みが印加される恐れがある場合、まず最初に超電導体として機能する前段階の物質を保持した線材をボビンに巻線し、その後、ボビンごと線材を高温で熱処理して超電導体を生成させ、超電導線として利用するワインド&リアクト法が採用されている。
The superconducting magnet device can carry a current having a current density several tens to several hundred times higher than that of a magnet device using a copper power cable, and can generate a stronger magnetic field. Such superconducting magnet devices are applied to products that require a strong magnetic field, such as MRI (Magnetic Resonance Imaging) devices, NMR (Nuclear Magnetic Resonance) devices, and magnets for particle accelerators.
The above-mentioned superconducting magnets are superconducting typified by niobium titanium (NbTi), tin niobate (Nb 3 Sn), magnesium niborate (MgB 2 ), bismuth superconductor (BSCCO), and yttrium superconductor (YBCO). It consists of a superconducting coil using wires. However, among these superconducting wires, those using Nb 3 Sn or MgB 2 are vulnerable to distortion, and even if a strain of about 0.2% is applied, the superconducting performance is lost. Therefore, if there is a risk that excessive strain will be applied to the superconducting wire during coil production due to restrictions such as dimensions, first wind a wire material holding the material in the previous stage that functions as a superconductor, and then wind it on the bobbin. , The wind & react method is adopted in which the wire rod together with the bobbin is heat-treated at a high temperature to generate a superconductor and used as a superconducting wire.

前記のように歪みに弱い超電導線を超電導電磁石装置に適用可能とするワインド&リアクト法であるが、その超電導体を生成するには巻線と、この巻線が巻回されたボビンとを共に500℃以上の高温で熱処理する必要がある。そして、その熱処理の際にコイル構成部材の熱膨張差や焼きなましを起因とする熱変形や、超電導体の生成反応による体積変化によって、コイル構成部材の間に隙間が生じる場合がある。 As described above, it is a wind and react method that makes it possible to apply a superconducting wire that is sensitive to distortion to a superconducting magnet device. To generate the superconductor, both the winding and the bobbin around which this winding is wound are used. It is necessary to heat-treat at a high temperature of 500 ° C. or higher. Then, during the heat treatment, a gap may be generated between the coil constituent members due to thermal deformation caused by a difference in thermal expansion or annealing of the coil constituent members or a volume change due to a reaction of forming a superconductor.

一例を、図10を参照して具体的に説明する。図10は、従来例のワインド&リアクト法で超電導体のコイル巻線4を形成した状態の一例を示す図である。図10において、ボビン27にコイル巻線4を巻きつけた状態を示している。当初(熱処理前)において、コイル巻線4は、ボビン27に密着して巻かれていたが、超電導線とするために、コイル巻線4を500℃以上の高温で熱処理した際に、コイル巻線4とボビン27との熱膨張差や焼きなましを起因とする熱変形の差によって、コイル巻線4とボビン27との間に隙間11が形成された様子を示している。 An example will be specifically described with reference to FIG. FIG. 10 is a diagram showing an example of a state in which the coil winding 4 of the superconductor is formed by the wind and react method of the conventional example. FIG. 10 shows a state in which the coil winding 4 is wound around the bobbin 27. Initially (before heat treatment), the coil winding 4 was wound in close contact with the bobbin 27, but when the coil winding 4 was heat-treated at a high temperature of 500 ° C. or higher in order to form a superconducting wire, the coil winding 4 was wound. It shows a state in which a gap 11 is formed between the coil winding 4 and the bobbin 27 due to the difference in thermal expansion between the wire 4 and the bobbin 27 and the difference in thermal deformation caused by annealing.

このような隙間が生じると、熱処理後のボビンに対して、コイル巻線が相対変位して超電導線材の一部に過度な歪みが生じることがあり、超電導性能が損なわれたりすることがある。
また、コイル巻線は、ボビンと同心円上に位置すべきだが、相対変位により異なる仕様の磁場が発生し、例えばMRI装置では撮像不可となったり、加速器用マグネットではビームが加速できなくなったりするといった問題が発生することがある。
このようなコイル部材間の隙間や熱処理および冷却中に、過大な歪みに対処するものとして特許文献1や特許文献2がある。
When such a gap is generated, the coil winding may be displaced relative to the bobbin after the heat treatment, and a part of the superconducting wire may be excessively distorted, and the superconducting performance may be impaired.
In addition, the coil winding should be located on a concentric circle with the bobbin, but a magnetic field with different specifications is generated due to relative displacement, for example, imaging is not possible with an MRI device, or the beam cannot be accelerated with an accelerator magnet. Problems may occur.
Patent Document 1 and Patent Document 2 deal with such a gap between coil members and excessive strain during heat treatment and cooling.

特許文献1の[要約]には、「超伝導物質の製造方法及びシステムが記載される。1つの実施形態において、耐火クッション層は、スプールの上に配置される。超伝導ケーブルの第1層ル耐火クロスの第1層上に巻かれる。スプール上の超伝導ケーブルを熱処理反応する。耐火ファブリックの第1層を耐火クッション層上に配置することができる。1つ以上の調節機構を超伝導ケーブルの第1層とスプールとの間に配置することができる。」と記載され、超伝導物質の製造方法の技術が開示されている。 [Summary] of Patent Document 1 describes "a method and system for producing a superconducting material. In one embodiment, a fireproof cushion layer is arranged on a spool. A first layer of a superconducting cable. The superconducting cable on the spool is heat-reacted on the first layer of the fireproof cloth. The first layer of the fireproof fabric can be placed on the fireproof cushion layer. Superconducting one or more adjustment mechanisms. It can be placed between the first layer of the cable and the spool. ”, Discloses a technique for manufacturing a superconducting material.

特許文献2の[要約]には、「[目的]製造工程での超電導特性の劣化を抑制でき、高磁界中での電磁力に耐えることのできる酸化物超電導コイルの製造方法を提供する。[構成]酸化物超電導コイルの短絡防止のために用いるターン間絶縁層3の材料として、熱処理過程で酸化物超電導体2と反応せず、その冷却過程においても超電導体に熱歪みを生じさせない耐熱性セラミックスを使用し、その後極低温にコイルを冷却した場合に絶縁層3の熱収縮率が酸化物超電導体の熱収縮率が同程度となるように絶縁性樹脂をターン間に含浸する。」と記載され、酸化物超電導コイルの製造方法の技術が開示されている。 [Abstract] of Patent Document 2 provides "[Purpose] a method for manufacturing an oxide superconducting coil capable of suppressing deterioration of superconducting characteristics in a manufacturing process and withstanding an electromagnetic force in a high magnetic field. Configuration] As a material for the inter-turn insulating layer 3 used to prevent short circuits in the oxide superconducting coil, heat resistance that does not react with the oxide superconductor 2 in the heat treatment process and does not cause thermal strain in the superconductor even in the cooling process. When ceramics are used and then the coil is cooled to an extremely low temperature, the insulating resin is impregnated between turns so that the heat shrinkage of the insulating layer 3 becomes the same as that of the oxide superconductor. " It is described and discloses a technique of a method for manufacturing an oxide superconducting coil.

特表2017−517899号公報Special Table 2017-517899 特開平9−63881号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-63881

しかしながら、特許文献1および特許文献2に開示された技術においても、超電導コイルの製造中、製造後におけるコイル巻線がボビンに対して相対変位して超電導線材の一部に過度な歪みが生じて超電導性能が損なわれたり、コイル内部で所定の位置にコイル巻線を配置できなくなるといった課題(問題)に対して、不充分であること、および製造工程が複雑であるという課題(問題)があった。 However, also in the techniques disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, the coil windings are displaced relative to the bobbin during and after the production of the superconducting coil, causing excessive distortion in a part of the superconducting wire. There is a problem (problem) that the superconducting performance is impaired and the coil winding cannot be arranged at a predetermined position inside the coil, but it is insufficient and the manufacturing process is complicated. It was.

本発明は、ワインド&リアクト型超電導コイル(ワインド・アンド・リアクト型超電導コイル)の熱処理後に生じるコイル部材間の隙間を解消し、超電導コイルの内部でコイル巻線がコイルボビンに対して相対変位することを避けて、信頼性の高いワインド&リアクト型超電導コイル、および、その製造方法を提供することを課題(目的)とする。 The present invention eliminates the gap between coil members that occurs after heat treatment of a wind-and-react type superconducting coil (wind-and-react type superconducting coil), and the coil winding is displaced relative to the coil bobbin inside the superconducting coil. It is an object (purpose) to provide a highly reliable wind & react type superconducting coil and a method for manufacturing the coil, while avoiding the above.

前記の課題を解決するために、本発明を以下のように構成した。
すなわち、本発明のワインド&リアクト型超電導コイルは、周方向に複数に分割されたボビンと、所定の環境において超電導体として機能する線材を前記ボビンに巻回したコイル巻線と、前記ボビンと同心円状に前記ボビンの内側に配置されたリングと、を備え、前記ボビンの外径側と前記コイル巻線の内径側とが密着している、ことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention was configured as follows.
That is, in the wind & react type superconducting coil of the present invention, a bobbin divided into a plurality of parts in the circumferential direction, a coil winding in which a wire rod functioning as a superconductor in a predetermined environment is wound around the bobbin, and a concentric circle with the bobbin. The bobbin is provided with a ring arranged inside the bobbin, and the outer diameter side of the bobbin and the inner diameter side of the coil winding are in close contact with each other.

また、本発明のワインド&リアクト型超電導コイルの製造方法は、周方向に複数に分割されたボビンと、超電導体として機能する線材を前記ボビンに巻回したコイル巻線と、前記ボビンと同心円状に前記ボビンの内側に配置されたリングとを備えるワインド&リアクト型超電導コイルを、前記ボビンが配置されるベースプレートと、前記ボビンを前記ベースプレートに締結する締結機構と、前記リングの温度調整をする温度調整機構と、前記ワインド&リアクト型超電導コイルの全体を加熱して熱処理を行う熱処理装置とを用いて製造するワインド&リアクト型超電導コイルの製造方法であって、前記ボビンと前記リングと前記コイル巻線は、前記ベースプレートの上に配置され、前記ベースプレートと前記ボビンとの締結を解除し、前記熱処理装置が、前記ボビンと前記コイル巻線と前記リングと前記ベースプレートとを含めて、前記コイル巻線に保持された前記超電導体として機能する前段階の物質が超電導体を生成する所定の温度を加えて所定の時間保持する熱処理を行い、前記リングと前記コイル巻線とで所定の温度差を保つように前記温度調整機構をオンして調整しながら、前記熱処理装置が前記ボビンと前記コイル巻線と前記リングと前記ベースプレートとを含めて冷却し、前記コイル巻線の温度が常温に戻った後に前記温度調整機構をオフし、前記ボビンと前記コイル巻線と前記リングと前記ベースプレートが常温に戻った後に、前記ボビンと前記ベースプレートとを再び締結する、ことを特徴とする。 Further, in the method for manufacturing a wind & react type superconducting coil of the present invention, a bobbin divided into a plurality of parts in the circumferential direction, a coil winding in which a wire rod functioning as a superconductor is wound around the bobbin, and a concentric circle with the bobbin. A wind and react type superconducting coil including a ring arranged inside the bobbin, a base plate on which the bobbin is arranged, a fastening mechanism for fastening the bobbin to the base plate, and a temperature for adjusting the temperature of the ring. A method for manufacturing a wind & react type superconducting coil, which is manufactured by using an adjusting mechanism and a heat treatment apparatus that heats the entire wind & react type superconducting coil to perform heat treatment, wherein the bobbin, the ring, and the coil winding are used. The wire is placed on the base plate, the fastening between the base plate and the bobbin is released, and the heat treatment device includes the bobbin, the coil winding, the ring, and the base plate, and the coil winding. The material in the previous stage that functions as the superconductor held in the coil heats the ring and the coil winding to maintain a predetermined temperature difference by applying a predetermined temperature for producing the superconductor and holding the coil winding for a predetermined time. After the heat treatment device cools the bobbin, the coil winding, the ring, and the base plate while turning on and adjusting the temperature adjusting mechanism as described above, and the temperature of the coil winding returns to room temperature. The temperature adjusting mechanism is turned off, and after the bobbin, the coil winding, the ring, and the base plate have returned to room temperature, the bobbin and the base plate are refastened.

また、本発明の超電導電磁石装置は、前記ワインド&リアクト型超電導コイルを備える、ことを特徴とする。 Further, the superconducting magnet device of the present invention is characterized by including the wind & react type superconducting coil.

また、その他の手段は、発明を実施するための形態のなかで説明する。 In addition, other means will be described in the form for carrying out the invention.

本発明によれば、ワインド&リアクト型超電導コイルの熱処理後に生じるコイル部材間の隙間を解消し、超電導コイルの内部でコイル巻線がボビンに対して相対変位することを避けて、信頼性の高いワインド&リアクト型超電導コイル、およびその製造方法を提供できる。 According to the present invention, the gap between the coil members generated after the heat treatment of the wind & react type superconducting coil is eliminated, and the coil winding is prevented from being displaced relative to the bobbin inside the superconducting coil, so that the reliability is high. We can provide wind & react type superconducting coils and methods for manufacturing them.

本発明の第1実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイルの構成例を側面から見た図2AのI−I軸における断面の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of the cross section in the I-I axis of FIG. 2A which looked at the structural example of the wind & react type superconducting coil which concerns on 1st Embodiment of this invention from the side. 本発明の第1実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイルの熱処理前の構成例を上面から見た図1のII−II軸における断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section in the II-II axis of FIG. 1 which looked at the structural example before heat treatment of the wind & react type superconducting coil which concerns on 1st Embodiment of this invention from the top surface. 本発明の第1実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイルの熱処理中の構成例を上面から見た図1のII−II軸における断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section in the II-II axis of FIG. 1 which looked at the structural example during heat treatment of the wind & react type superconducting coil which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイルの熱処理後の構成例を上面から見た図1のII−II軸における断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section in the II-II axis of FIG. 1 which looked at the structural example after heat treatment of the wind & react type superconducting coil which concerns on 1st Embodiment of this invention from the top surface. 本発明の第1実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイルの製造方法のフローチャート例を示す図である。It is a figure which shows the flowchart example of the manufacturing method of the wind & react type superconducting coil which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイルの構成例を側面から見た図5AのIV−IV軸における断面の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of the cross section in the IV-IV axis of FIG. 5A which looked at the structural example of the wind & react type superconducting coil which concerns on 2nd Embodiment of this invention from the side. 本発明の第2実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイルの熱処理前の構成例を上面から見た図4のV−V軸における断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section in the VV axis of FIG. 4 which looked at the structural example before the heat treatment of the wind & react type superconducting coil which concerns on 2nd Embodiment of this invention from the top surface. 本発明の第2実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイルの熱処理中の構成例を上面から見た図4のV−V軸における断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section in the VV axis of FIG. 4 which looked at the structural example during heat treatment of the wind & react type superconducting coil which concerns on 2nd Embodiment of this invention from the top surface. 本発明の第2実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイルの熱処理後の構成例を上面から見た図4のV−V軸における断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section in the VV axis of FIG. 4 which looked at the structural example after heat treatment of the wind & react type superconducting coil which concerns on 2nd Embodiment of this invention from the top surface. 本発明の第2実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイルの製造方法のフローチャート例を示す図である。It is a figure which shows the flowchart example of the manufacturing method of the wind & react type superconducting coil which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイルの構成例を側面から見た図8AのVII−VII軸における断面の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of the cross section in the VII-VII axis of FIG. 8A which looked at the structural example of the wind & react type superconducting coil which concerns on 3rd Embodiment of this invention from the side. 本発明の第3実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイルの熱処理前の構成例を上面から見た図7のVIII−VIII軸における断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section in the VIII-VIII axis of FIG. 7 which looked at the structural example before heat treatment of the wind & react type superconducting coil which concerns on 3rd Embodiment of this invention from the top surface. 本発明の第3実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイルの熱処理中の構成例を上面から見た図7のVIII−VIII軸における断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section in the VIII-VIII axis of FIG. 7 which looked at the structural example during heat treatment of the wind & react type superconducting coil which concerns on 3rd Embodiment of this invention from the top surface. 本発明の第3実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイルの熱処理後の構成例を上面から見た図7のVIII−VIII軸における断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section in the VIII-VIII axis of FIG. 7 which looked at the structural example after the heat treatment of the wind & react type superconducting coil which concerns on 3rd Embodiment of this invention from the top surface. 本発明の第4実施形態に係る超電導電磁石装置のワインド&リアクト型超電導コイルに関連する部分の概略の構成例を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure example of the part related to the wind & react type superconducting coil of the superconducting magnet device which concerns on 4th Embodiment of this invention. 従来例のワインド&リアクト法で超電導体のコイル巻線を形成した状態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the state which formed the coil winding of a superconductor by the wind & react method of the conventional example.

以下、本発明を実施するための形態(以下においては「実施形態」と表記する)を、適宜、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described as appropriate with reference to the drawings.

≪第1実施形態≫
本発明の第1実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイル、およびワインド&リアクト型超電導コイルの製造方法について図1〜図3を参照して説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイル1Aの構成例を側面から見た後記する図2AのI−I軸における断面の一部を示す図である。
図1において、ワインド&リアクト型超電導コイル1Aは、ボビン(コイルボビン)2、リング3、コイル巻線4、ベースプレート5、温度調整機構6A、締結機構7を備えて構成される。なお、温度調整機構6Aは、ワインド&リアクト型超電導コイル1Aが形成された後に除去される場合もある。また、中心軸22は、後記する図2A、図2B、図2Cの断面図における二つのI−I軸の交点に位置するワインド&リアクト型超電導コイル1Aの中心軸を示している。
<< First Embodiment >>
The wind & react type superconducting coil and the method for manufacturing the wind & react type superconducting coil according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
FIG. 1 is a diagram showing a part of a cross section on the I-I axis of FIG. 2A, which will be described later when a configuration example of the wind & react type superconducting coil 1A according to the first embodiment of the present invention is viewed from the side.
In FIG. 1, the wind & react type superconducting coil 1A includes a bobbin (coil bobbin) 2, a ring 3, a coil winding 4, a base plate 5, a temperature adjusting mechanism 6A, and a fastening mechanism 7. The temperature adjusting mechanism 6A may be removed after the wind & react type superconducting coil 1A is formed. Further, the central axis 22 shows the central axis of the wind & react type superconducting coil 1A located at the intersection of the two I-I axes in the cross-sectional views of FIGS. 2A, 2B, and 2C described later.

図1に示すワインド&リアクト型超電導コイル1Aは、後記する図2Aの中心軸22から4方向のI軸における断面構造を示している。つまり、前記の図2Aの中心軸22から4方向のI軸におけるワインド&リアクト型超電導コイル1Aの断面構造は、4方向において、図1に示す断面構造を有している。
なお、図1におけるII−II軸の水平方向の断面が、後記する図2A、図2B、図2Cのそれぞれの断面構造となる。
図1において、リング3とボビン2とコイル巻線4は、ベースプレート5の上に配置されている。
リング3は、ボビン2に対して径方向内側に配置されている。
ボビン2は、コイル巻線4の巻回時の巻枠として使用される。
また、ボビン2は、締結機構7によってベースプレート5に締結される。リング3は、ヒータ等の加熱手段である温度調整機構6Aによって温度を調整される。
The wind-and-react type superconducting coil 1A shown in FIG. 1 shows a cross-sectional structure in the I-axis in four directions from the central axis 22 of FIG. 2A, which will be described later. That is, the cross-sectional structure of the wind & react type superconducting coil 1A in the I-axis in the four directions from the central axis 22 in FIG. 2A has the cross-sectional structure shown in FIG. 1 in the four directions.
The horizontal cross section of the II-II axis in FIG. 1 has the cross-sectional structures of FIGS. 2A, 2B, and 2C, which will be described later.
In FIG. 1, the ring 3, the bobbin 2, and the coil winding 4 are arranged on the base plate 5.
The ring 3 is arranged radially inside the bobbin 2.
The bobbin 2 is used as a winding frame when winding the coil winding 4.
Further, the bobbin 2 is fastened to the base plate 5 by the fastening mechanism 7. The temperature of the ring 3 is adjusted by a temperature adjusting mechanism 6A which is a heating means such as a heater.

図2A、図2B、図2Cは、本発明の第1実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイル1Aの構成例を上面から見た図1のII−II軸における断面を示す図である。
図2Aは、熱処理前のワインド&リアクト型超電導コイル1Aの構成を示している。図2Bは、熱処理中(温度調整機構作動)のワインド&リアクト型超電導コイル1Aの構成を示している。図2Cは、熱処理後のワインド&リアクト型超電導コイル1Aの構成を示している。
なお、図2A、図2B、図2Cにおいて、リング3とボビン2(2a,2b,2c,2d)とコイル巻線4が示されている。ただし、図1のII−II軸の断面図である図2A、図2B、図2Cでは、ベースプレート5、温度調整機構6A、締結機構7は、示されない。
また、図2A、図2B、図2Cに示すように、ボビン2は、ボビン2a,2b,2c,2dに均等に4分割されている。
2A, 2B, and 2C are views showing a cross section of the wind & react type superconducting coil 1A according to the first embodiment of the present invention in the II-II axis of FIG. 1 as viewed from above.
FIG. 2A shows the configuration of the wind & react type superconducting coil 1A before the heat treatment. FIG. 2B shows the configuration of the wind & react type superconducting coil 1A during heat treatment (temperature adjustment mechanism is activated). FIG. 2C shows the configuration of the wind & react type superconducting coil 1A after the heat treatment.
Note that, in FIGS. 2A, 2B, and 2C, the ring 3, the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d), and the coil winding 4 are shown. However, in FIGS. 2A, 2B, and 2C, which are cross-sectional views of the II-II axis of FIG. 1, the base plate 5, the temperature adjusting mechanism 6A, and the fastening mechanism 7 are not shown.
Further, as shown in FIGS. 2A, 2B, and 2C, the bobbin 2 is evenly divided into four bobbins 2a, 2b, 2c, and 2d.

なお、図1と図2A、図2B、図2Cには図示されていないが、ワインド&リアクト型超電導コイル1Aの全体を加熱して熱処理を行う熱処理装置が、ワインド&リアクト型超電導コイルの製造装置(不図示)に備えられ、製造工程において用いられる。
また、ワインド&リアクト型超電導コイル1Aの全体が置かれている雰囲気中の温度や、リング3、コイル巻線4のそれぞれの温度を計測する温度計測装置(不図示)が、ワインド&リアクト型超電導コイルの製造装置に備えられ、製造工程において用いられる。
Although not shown in FIGS. 1 and 2A, 2B, and 2C, a heat treatment apparatus that heats and heat-treats the entire wind & react type superconducting coil 1A is a wind & react type superconducting coil manufacturing apparatus. (Not shown) and used in the manufacturing process.
In addition, a temperature measuring device (not shown) that measures the temperature in the atmosphere in which the entire wind & react type superconducting coil 1A is placed and the temperature of each of the ring 3 and the coil winding 4 is a wind & react type superconducting. It is provided in the coil manufacturing equipment and used in the manufacturing process.

《熱処理前》
前記したように図2Aは、ワインド&リアクト型超電導コイル1Aが前記した熱処理装置によって行われる熱処理前の状態を示している。
図2Aにおいては、ボビン2a,2b,2c,2dは、接触してボビン2を構成している。また、リング3とボビン2a,2b,2c,2dとは、離れて配置されている。
なお、コイル巻線4は、超電導体として機能する前段階の物質を保持した線材を、ボビン2に巻回して構成されている。
また、コイル巻線4は、ボビン2(2a,2b,2c,2d)に巻回されて構成されるので、コイル巻線4とボビン2(2a,2b,2c,2d)との間には隙間がある可能性がある。
また、ボビン2(2a,2b,2c,2d)とベースプレート5との締結機構7による締結を解除する。
《Before heat treatment》
As described above, FIG. 2A shows the state of the wind & react type superconducting coil 1A before the heat treatment performed by the heat treatment apparatus described above.
In FIG. 2A, the bobbins 2a, 2b, 2c, and 2d are in contact with each other to form the bobbin 2. Further, the ring 3 and the bobbins 2a, 2b, 2c, and 2d are arranged apart from each other.
The coil winding 4 is configured by winding a wire rod holding a substance in the previous stage that functions as a superconductor around a bobbin 2.
Further, since the coil winding 4 is configured to be wound around the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d), there is a gap between the coil winding 4 and the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d). There may be a gap.
Further, the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) and the base plate 5 are released from the fastening mechanism 7.

《熱処理中》
前記したように、図2Bは、ワインド&リアクト型超電導コイル1Aが熱処理中の状態を示している。なお、温度調整機構6Aは、加熱手段として作動(ON)する。
また、前記したように、図2Bには図示していないが、ワインド&リアクト型超電導コイル1Aの全体を加熱して熱処理を行う熱処理装置がある。つまり、図示していない熱処理装置がワインド&リアクト型超電導コイル1Aの全体を加熱処理する。また、温度調整機構6Aは、リング3とコイル巻線4との温度差を制御する。
《During heat treatment》
As described above, FIG. 2B shows a state in which the wind & react type superconducting coil 1A is undergoing heat treatment. The temperature adjusting mechanism 6A operates (ON) as a heating means.
Further, as described above, although not shown in FIG. 2B, there is a heat treatment apparatus that heats the entire wind & react type superconducting coil 1A to perform heat treatment. That is, a heat treatment apparatus (not shown) heat-treats the entire wind & react type superconducting coil 1A. Further, the temperature adjusting mechanism 6A controls the temperature difference between the ring 3 and the coil winding 4.

ワインド&リアクト型超電導コイル1Aのコイル巻線4を超電導体とするために、熱処理装置によって熱処理を行う。この熱処理装置による熱処理は、図1および図2Bで示したワインド&リアクト型超電導コイル1Aを高温にして行う。この熱処理によって、超電導体として機能する前段階の物質を保持していた線材を有するコイル巻線4は、超電導コイルとなる。
なお、超電導コイルとなるコイル巻線4は、熱処理によって、例えば超電導体として、ニホウ化マグネシウム(MgB2)を有することになる。また、熱処理前に超電導体として機能する前段階の物質とは、例えば熱処理によって、ニホウ化マグネシウム(MgB2)を構成する基となる物質である。
In order to make the coil winding 4 of the wind & react type superconducting coil 1A a superconductor, heat treatment is performed by a heat treatment apparatus. The heat treatment by this heat treatment apparatus is performed by heating the wind & react type superconducting coil 1A shown in FIGS. 1 and 2B to a high temperature. By this heat treatment, the coil winding 4 having the wire rod holding the substance in the previous stage that functions as a superconductor becomes a superconducting coil.
The coil winding 4 to be the superconducting coil will have magnesium diboride (MgB 2 ) as, for example, a superconductor by heat treatment. The substance in the pre-stage that functions as a superconductor before the heat treatment is, for example, a substance that is a base that constitutes magnesium diboride (MgB 2 ) by the heat treatment.

また、この熱処理とは別に、リング3を温度調整機構6Aの加熱手段によって、さらに温度を上昇させる。この温度調整機構6Aによる温度上昇によって、リング3は膨張し、図2Bに矢印で示した外力14Aが発生する。
なお、温度調整機構6Aは、リング3とコイル巻線4とで規定(所定)の温度差を保つように制御して、リング3を加熱する。
このリング3の膨張に起因する外力14Aによって、ボビン2(2a,2b,2c,2d)は、径方向外側に圧力を受ける。なお、ボビン2(2a,2b,2c,2d)は、ベースプレート5に締結されていない状態である。
周方向に分割されていたボビン2a〜2dは、径方向にそれぞれ単独に変位することが可能であるので、径方向外側に変位する。この変位によって、ボビン2(2a,2b,2c,2d)は、コイル巻線4との隙間を解消する。
なお、図2Bに示した外力14Aの発生の仕方の補足、詳細は後記する。
また、温度調整機構6Aの調整の仕方の補足と詳細は後記する。
In addition to this heat treatment, the temperature of the ring 3 is further raised by the heating means of the temperature adjusting mechanism 6A. Due to the temperature rise by the temperature adjusting mechanism 6A, the ring 3 expands and an external force 14A indicated by an arrow in FIG. 2B is generated.
The temperature adjusting mechanism 6A heats the ring 3 by controlling the ring 3 and the coil winding 4 so as to maintain a specified (predetermined) temperature difference.
The bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) receives pressure outward in the radial direction due to the external force 14A caused by the expansion of the ring 3. The bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) is not fastened to the base plate 5.
Since the bobbins 2a to 2d divided in the circumferential direction can be individually displaced in the radial direction, they are displaced outward in the radial direction. Due to this displacement, the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) eliminates the gap with the coil winding 4.
A supplement and details on how the external force 14A shown in FIG. 2B is generated will be described later.
Further, a supplement and details of how to adjust the temperature adjusting mechanism 6A will be described later.

《熱処理後》
前記したように、図2Cは、熱処理後のワインド&リアクト型超電導コイル1Aの構成を示している。
ワインド&リアクト型超電導コイル1Aのコイル巻線4を超電導体とするため熱処理後においては、リング3とコイル巻線4との間を規定(所定)の温度差を保つように温度調整機構6Aで調整しながら、熱処理装置による熱処理を停止してワインド&リアクト型超電導コイル1Aの全体を冷却する。
そして、コイル巻線4の温度が常温(室温、冷却後の所定の温度)に戻った後、温度調整機構6Aをオフ(OFF)にする。
ワインド&リアクト型超電導コイル1Aの構成部材のすべてが常温に戻ってから、ボビン2(2a,2b,2c,2d)とベースプレート5とを、締結機構7で再び締結する。
《After heat treatment》
As described above, FIG. 2C shows the configuration of the wind & react type superconducting coil 1A after the heat treatment.
Since the coil winding 4 of the wind & react type superconducting coil 1A is used as a superconductor, the temperature adjusting mechanism 6A keeps a specified (predetermined) temperature difference between the ring 3 and the coil winding 4 after the heat treatment. While adjusting, the heat treatment by the heat treatment apparatus is stopped to cool the entire wind & react type superconducting coil 1A.
Then, after the temperature of the coil winding 4 returns to room temperature (room temperature, a predetermined temperature after cooling), the temperature adjusting mechanism 6A is turned off (OFF).
After all the components of the wind & react type superconducting coil 1A have returned to room temperature, the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) and the base plate 5 are refastened by the fastening mechanism 7.

図2Cに示す熱処理後のワインド&リアクト型超電導コイル1Aにおいては、ボビン2(2a,2b,2c,2d)の外径側とコイル巻線4の内径側とが、隙間なく密着している。すなわち、ワインド&リアクト型超電導コイル1Aの内部でコイル巻線4がボビン2(2a,2b,2c,2d)に対して相対変位することが避けられる。
そのため、超電導線であるコイル巻線4に過大な歪が生じることによる超電導状態や超電導性能が失われることが防止できる。
なお、ワインド&リアクト型超電導コイル1Aを、完成後において、超電導状態で使用する場合には、ワインド&リアクト型超電導コイル1Aの全体を所定の低温状態(超電導の臨界温度以下)にする。
In the wind & react type superconducting coil 1A after heat treatment shown in FIG. 2C, the outer diameter side of the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) and the inner diameter side of the coil winding 4 are in close contact with each other without a gap. That is, it is possible to prevent the coil winding 4 from being displaced relative to the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) inside the wind & react type superconducting coil 1A.
Therefore, it is possible to prevent the superconducting state and the superconducting performance from being lost due to excessive distortion in the coil winding 4 which is the superconducting wire.
When the wind & react type superconducting coil 1A is used in a superconducting state after completion, the entire wind & react type superconducting coil 1A is brought into a predetermined low temperature state (below the critical temperature of superconductivity).

<ワインド&リアクト型超電導コイル1Aの製造方法のフローチャート>
以上のワインド&リアクト型超電導コイル1Aの製造方法について、熱処理前の工程から熱処理後の工程までをフローチャートとして説明する。
図3は、本発明の第1実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイル1Aの製造方法のフローチャート例を示す図である。
図3において、ステップS100〜ステップS110について順に説明する。
<Flowchart of manufacturing method of wind & react type superconducting coil 1A>
The above-mentioned manufacturing method of the wind & react type superconducting coil 1A will be described as a flowchart from the process before the heat treatment to the process after the heat treatment.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a flowchart of a method for manufacturing the wind & react type superconducting coil 1A according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 3, steps S100 to S110 will be described in order.

《ステップS100》
ステップS100においては、熱処理前の状態である図2Aに示すワインド&リアクト型超電導コイル1Aのボビン2(2a,2b,2c,2d)とリング3をコイル巻線4の内周側に設置する。
<< Step S100 >>
In step S100, the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) and the ring 3 of the wind & react type superconducting coil 1A shown in FIG. 2A, which is the state before the heat treatment, are installed on the inner peripheral side of the coil winding 4.

《ステップS101》
ステップS101においては、図2Aに示すワインド&リアクト型超電導コイル1Aのベースプレート5とボビン2(2a,2b,2c,2d)との固定を解除する。つまり、締結機構7による締結を解除する。
<< Step S101 >>
In step S101, the base plate 5 of the wind & react type superconducting coil 1A shown in FIG. 2A and the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) are released from being fixed. That is, the fastening by the fastening mechanism 7 is released.

《ステップS102》
ステップS102においては、熱処理装置によって熱処理を開始する。すなわち、ワインド&リアクト型超電導コイル1Aの全体を所定の温度、例えば500℃以上の高温とする。
<< Step S102 >>
In step S102, the heat treatment is started by the heat treatment apparatus. That is, the entire wind & react type superconducting coil 1A is set to a predetermined temperature, for example, a high temperature of 500 ° C. or higher.

《ステップS103》
ステップS103においては、熱処理装置によってワインド&リアクト型超電導コイル1Aの全体を所定の温度、例えば500℃以上の高温を維持して、コイル巻線4の線材に超電導体として機能する前段階の物質を反応させる。そして、コイル巻線4を超電導線とする。
<< Step S103 >>
In step S103, the entire wind & react type superconducting coil 1A is maintained at a predetermined temperature, for example, a high temperature of 500 ° C. or higher by a heat treatment apparatus, and a substance in the previous stage that functions as a superconductor is applied to the wire rod of the coil winding 4. React. Then, the coil winding 4 is used as a superconducting wire.

《ステップS104》
ステップS104においては、温度調整機構6Aをオン(ON)する。すなわち、リング3をコイル巻線4より所定の温度だけ高温にする。
するとリング3が膨張して、ボビン2(2a,2b,2c,2d)に外力14A(図2B)を及ぼし、ボビン2(2a,2b,2c,2d)をコイル巻線4に押しつけるように作用する。
<< Step S104 >>
In step S104, the temperature adjusting mechanism 6A is turned ON. That is, the ring 3 is heated to a predetermined temperature from the coil winding 4.
Then, the ring 3 expands to exert an external force 14A (FIG. 2B) on the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) and press the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) against the coil winding 4. To do.

《ステップS105》
コイル巻線4が超電導線となってステップS102で開始した熱処理装置による熱処理を終了する段階に至るとステップS105が始まる。
ステップS105においては、温度調整機構6Aをオンしたまま、すなわちリング3とコイル巻線4との温度差を規定値(所定値)になるように温度調整機構6Aの温調ヒータ出力を制御しつつ、ワインド&リアクト型超電導コイル1Aの全体を熱処理装置による熱処理を停止して冷却する。
<< Step S105 >>
Step S105 starts when the coil winding 4 becomes a superconducting wire and reaches the stage where the heat treatment by the heat treatment apparatus started in step S102 is completed.
In step S105, while keeping the temperature adjusting mechanism 6A on, that is, controlling the temperature control heater output of the temperature adjusting mechanism 6A so that the temperature difference between the ring 3 and the coil winding 4 becomes a specified value (predetermined value). , The entire wind & react type superconducting coil 1A is cooled by stopping the heat treatment by the heat treatment apparatus.

《ステップS106》
ステップS106においては、ステップS105で開始したワインド&リアクト型超電導コイル1Aの全体を冷却したことによって、コイル巻線4の温度が常温(室温、冷却後の所定の温度)になったことを確認する。
<< Step S106 >>
In step S106, it is confirmed that the temperature of the coil winding 4 has reached room temperature (room temperature, a predetermined temperature after cooling) by cooling the entire wind & react type superconducting coil 1A started in step S105. ..

《ステップS107》
ステップS107においては、ステップS106のコイル巻線4の温度が常温(室温、冷却後の所定の温度)になったことの確認後、温度調整機構6Aをオフ(OFF)する。
<< Step S107 >>
In step S107, after confirming that the temperature of the coil winding 4 in step S106 has reached room temperature (room temperature, a predetermined temperature after cooling), the temperature adjusting mechanism 6A is turned off (OFF).

《ステップS108》
ステップS108においては、リング3の温度が常温(室温、冷却後の所定の温度)になったことを確認する。
<< Step S108 >>
In step S108, it is confirmed that the temperature of the ring 3 has reached room temperature (room temperature, a predetermined temperature after cooling).

《ステップS109》
ステップS109においては、図2Cに示したボビン2(2a,2b,2c,2d)、リング3、コイル巻線4の位置関係となるので、ボビン2(2a,2b,2c,2d)とベースプレート5とを、締結機構7によって再び締結する。
<< Step S109 >>
In step S109, the positional relationship between the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d), the ring 3, and the coil winding 4 shown in FIG. 2C is such that the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) and the base plate 5 are in a positional relationship. Is refastened by the fastening mechanism 7.

《ステップS110》
ステップS110において、以上の熱処理を終了する。
<< Step S110 >>
In step S110, the above heat treatment is completed.

<外力14Aの発生の仕方の補足と詳細>
図2Bで示した外力14Aの発生の仕方について、補足、詳細の説明をする。
例えば、直径1mのリング3(図2B)を非磁性で耐熱性が高いニッケル合金(モネル400、線膨張係数14.2×10-6[1/K](100℃−21℃間))で構成した場合において、コイル巻線4およびボビン2(2a,2b,2c,2d)が常温(21℃)であるのに対し、リング3を温度調整機構6Aによって100℃に保持すれば、常温(21℃)での寸法に対して、リング3の直径が1.12mm大きくなる。
そのため、周方向に分割されたボビン2a,2b,2c,2dを内側から0.56mmずつ径方向外側へ変位させることが可能となる。
<Supplement and details of how external force 14A is generated>
The method of generating the external force 14A shown in FIG. 2B will be supplemented and explained in detail.
For example, a ring 3 (FIG. 2B) having a diameter of 1 m is made of a non-magnetic nickel alloy having high heat resistance (Monel 400, coefficient of linear expansion 14.2 × 10 -6 [1 / K] (between 100 ° C and 21 ° C)). In the configured case, the coil winding 4 and the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) are at room temperature (21 ° C.), whereas the ring 3 is held at 100 ° C. by the temperature adjusting mechanism 6A at room temperature (21 ° C.). The diameter of the ring 3 is 1.12 mm larger than the dimension at 21 ° C.).
Therefore, the bobbins 2a, 2b, 2c, and 2d divided in the circumferential direction can be displaced radially outward by 0.56 mm from the inside.

なお、ボビン2の径方向内側にリング3が配置された本(第1)実施形態では、リング3の線膨張率は、コイル巻線4の線膨張率と同等か、それより小さいことが望ましい。
その理由は、リング3の線膨張率がコイル巻線4の線膨張率より大きい場合、超電導体を生成する際の熱処理時にリング3がコイル巻線4を押し広げる寸法まで熱膨張するためコイル巻線4の超電導線を損傷する可能性があるからである。
In the present (first) embodiment in which the ring 3 is arranged radially inside the bobbin 2, the coefficient of linear expansion of the ring 3 is preferably equal to or smaller than the coefficient of linear expansion of the coil winding 4. ..
The reason is that when the coefficient of linear expansion of the ring 3 is larger than the coefficient of linear expansion of the coil winding 4, the ring 3 thermally expands to the size that expands the coil winding 4 during the heat treatment when forming the superconductor, so that the coil winding This is because there is a possibility of damaging the superconducting wire of the wire 4.

<温度調整機構6Aの調整の仕方の補足、詳細>
図1で示した温度調整機構6Aによって、制御されるリング3とコイル巻線4との温度差は、熱処理によって生じる隙間(例えば図10における隙間11)の大きさに合わせて設定され、隙間が大きくなればなるほど温度差を大きく制御する。
<Supplementary details on how to adjust the temperature adjustment mechanism 6A>
The temperature difference between the ring 3 and the coil winding 4 controlled by the temperature adjusting mechanism 6A shown in FIG. 1 is set according to the size of the gap (for example, the gap 11 in FIG. 10) caused by the heat treatment, and the gap is set. The larger the size, the larger the temperature difference is controlled.

<第1実施形態の総括>
本発明の第1実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイル1Aは、図1、図2A〜2Cに示した構造、および図3に示した熱処理手順を採用することで、周方向に分割されたボビン2a〜2dは、周方向に連続した従来のボビンとは異なり、外力14A(図2B)によって径方向にそれぞれ単独に変位することが可能となっている。
そのため、ベースプレート5との固定を解除してから熱処理装置による熱処理を開始し、その熱処理の途中で温度調整機構6Aの加熱による外力14Aを加えることで、図2Bに示すように、コイル巻線4との隙間を解消するようにボビン2a〜2dを変位させることが可能となる。
<Summary of the first embodiment>
The wind & react type superconducting coil 1A according to the first embodiment of the present invention is divided in the circumferential direction by adopting the structure shown in FIGS. 1 and 2A to 2C and the heat treatment procedure shown in FIG. Unlike the conventional bobbins that are continuous in the circumferential direction, the bobbins 2a to 2d can be independently displaced in the radial direction by an external force 14A (FIG. 2B).
Therefore, after releasing the fixation with the base plate 5, heat treatment by the heat treatment apparatus is started, and an external force 14A due to heating of the temperature adjusting mechanism 6A is applied during the heat treatment, so that the coil winding 4 is as shown in FIG. 2B. It is possible to displace the bobbins 2a to 2d so as to eliminate the gap between them.

なお、本発明において、図2Bに前記した外力14Aは、規定温度に超電導コイルを保持して超電導体を生成した後、温度調整機構6Aによって、コイル巻線4とリング3とで温度差が生じるように調整してリング3の直径を変化させる。この外力14Aによるリング3の直径の変化によって、リング3をボビン2(2a,2b,2c,2d)に接触させ、隙間を解消することが可能である。
また、周方向に連続した前記のリング3を用いてボビン2a〜2dを変位させることで、周方向に分割されたボビン2a〜2d、コイル巻線4、リング3のそれぞれを同心円上に配置させることが可能となる。
なお、前記リング3を用いるさらなる効果として、一様の材料で製作されたリングは真円の形状を保ったまま熱膨張するため、リング3の中心を基準とした同心円上に周方向に分割された複数のボビンおよびコイル巻線を配置することが可能となり、超電導コイル内部におけるコイル巻線の相対変位を解消することが可能となる。
In the present invention, the external force 14A shown in FIG. 2B holds the superconducting coil at a specified temperature to generate a superconductor, and then the temperature adjusting mechanism 6A causes a temperature difference between the coil winding 4 and the ring 3. The diameter of the ring 3 is changed so as to be adjusted. By changing the diameter of the ring 3 due to the external force 14A, the ring 3 can be brought into contact with the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) and the gap can be eliminated.
Further, by displacing the bobbins 2a to 2d using the ring 3 continuous in the circumferential direction, the bobbins 2a to 2d, the coil winding 4, and the ring 3 divided in the circumferential direction are arranged concentrically. It becomes possible.
As a further effect of using the ring 3, since the ring made of a uniform material thermally expands while maintaining the shape of a perfect circle, it is divided in the circumferential direction on a concentric circle with respect to the center of the ring 3. It is possible to arrange a plurality of bobbins and coil windings, and it is possible to eliminate the relative displacement of the coil windings inside the superconducting coil.

<第1実施形態の効果>
本発明の第1実施形態によれば、ワインド&リアクト型超電導コイル(ワインド・アンド・リアクト型超電導コイル)の熱処理後に生じるコイル部材間の隙間を解消し、超電導コイルの内部でコイル巻線がボビン(コイルボビン)に対して相対変位することを避けて、信頼性の高い超電導コイルを提供することができる。
<Effect of the first embodiment>
According to the first embodiment of the present invention, the gap between the coil members generated after the heat treatment of the wind-and-react type superconducting coil (wind-and-react type superconducting coil) is eliminated, and the coil winding is bobbed inside the superconducting coil. It is possible to provide a highly reliable superconducting coil by avoiding relative displacement with respect to (coil bobbin).

≪第2実施形態≫
次に、本発明の第2実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイル、およびワインド&リアクト型超電導コイルの製造方法について、図4、図5A〜図5C、図6を参照して説明する。
図4は、本発明の第2実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイル1Bの構成例を側面から見た後記する図5AのIV−IV軸における断面の一部を示す図である。この「断面の一部」とは、後記する図5Aの中心軸22から4方向のIV軸における断面構造を示している。つまり、前記の図5Aの中心軸22から4方向のIV軸におけるワインド&リアクト型超電導コイル1Aの断面構造は、4方向において、図4に示す断面構造を有している。
図4において、ワインド&リアクト型超電導コイル1Bは、ボビン2(第1のボビン)、ボビン17(第2のボビン、コイルボビン)、リング3、コイル巻線4、ベースプレート5、温度調整機構6B、締結機構7を備えて構成される。
<< Second Embodiment >>
Next, a method for manufacturing the wind & react type superconducting coil and the wind & react type superconducting coil according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4, 5A to 5C, and FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a part of a cross section on the IV-IV axis of FIG. 5A, which will be described later when a configuration example of the wind & react type superconducting coil 1B according to the second embodiment of the present invention is viewed from the side. The "part of the cross section" indicates a cross-sectional structure in the IV axis in the four directions from the central axis 22 of FIG. 5A described later. That is, the cross-sectional structure of the wind & react type superconducting coil 1A in the IV axis in the four directions from the central axis 22 in FIG. 5A has the cross-sectional structure shown in FIG. 4 in the four directions.
In FIG. 4, the wind & react type superconducting coil 1B includes bobbin 2 (first bobbin), bobbin 17 (second bobbin, coil bobbin), ring 3, coil winding 4, base plate 5, temperature adjusting mechanism 6B, and fastening. It is configured to include a mechanism 7.

なお、図4のワインド&リアクト型超電導コイル1Bが図1のワインド&リアクト型超電導コイル1Aと異なるのは、リング3がボビン2の径方向外側に配置され、コイル巻線4の径方向内側にボビン17が配置されている点である。ボビン17は、コイル巻線4の巻回時の巻枠として使用される。
また、ボビン17は、温度調整機構6Bと共に熱処理の終了後には取り除かれる。
また、図4における温度調整機構6Bは、冷媒23を循環させる冷却手段である。図1における温度調整機構6Aが加熱手段であったのに対して、図4における温度調整機構6Bは、冷却手段であることが異なる。
また、図4においては、ボビン2とボビン17とがベースプレート5に締結機構7によって、締結される。
The wind & react type superconducting coil 1B of FIG. 4 is different from the wind & react type superconducting coil 1A of FIG. 1 in that the ring 3 is arranged on the radial outside of the bobbin 2 and on the radial inside of the coil winding 4. This is the point where the bobbin 17 is arranged. The bobbin 17 is used as a winding frame when winding the coil winding 4.
Further, the bobbin 17 is removed together with the temperature adjusting mechanism 6B after the heat treatment is completed.
Further, the temperature adjusting mechanism 6B in FIG. 4 is a cooling means for circulating the refrigerant 23. The temperature adjusting mechanism 6A in FIG. 1 is a heating means, whereas the temperature adjusting mechanism 6B in FIG. 4 is a cooling means.
Further, in FIG. 4, the bobbin 2 and the bobbin 17 are fastened to the base plate 5 by the fastening mechanism 7.

また、図4における中心軸22は、後記する図5A、図5B、図5Cの断面図における二つのIV−IV軸の交点に位置するワインド&リアクト型超電導コイル1Aの中心軸を示している。
図4に示すワインド&リアクト型超電導コイル1Bは、後記する図5A、図5B、図5Cの中心軸22から4方向のIV軸における断面構造を示している。つまり、前記の図5A、図5B、図5Cの中心軸22から4方向のIV軸におけるワインド&リアクト型超電導コイル1Bの断面構造は、4方向において、図4に示す断面構造を有している。
なお、図4におけるV−V軸の水平方向の断面が、後記する図5A、図5B、図5Cのそれぞれの断面構造となる。
Further, the central axis 22 in FIG. 4 shows the central axis of the wind & react type superconducting coil 1A located at the intersection of the two IV-IV axes in the cross-sectional views of FIGS. 5A, 5B, and 5C described later.
The wind & react type superconducting coil 1B shown in FIG. 4 shows a cross-sectional structure in the IV axis in four directions from the central axis 22 of FIGS. 5A, 5B, and 5C described later. That is, the cross-sectional structure of the wind & react type superconducting coil 1B in the IV axis in the four directions from the central axis 22 of FIGS. 5A, 5B, and 5C has the cross-sectional structure shown in FIG. 4 in the four directions. ..
The horizontal cross section of the VV axis in FIG. 4 has the cross-sectional structures of FIGS. 5A, 5B, and 5C, which will be described later.

図5A、図5B、図5Cは、本発明の第2実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイル1Bの構成例を上面から見た図4のV−V軸における断面を示す図である。
図5Aは、熱処理前のワインド&リアクト型超電導コイル1Bの構成を示している。図5Bは、熱処理中(温度調整機構作動)のワインド&リアクト型超電導コイル1Bの構成を示している。図5Cは、熱処理後のワインド&リアクト型超電導コイル1Bの構成を示している。
なお、図5A、図5B、図5Cにおいて、ボビン2(2a,2b,2c,2d)とボビン17とリング3とコイル巻線4が示されている。ただし、図4のV−V軸の断面図である図5A、図5B、図5Cでは、ベースプレート5、温度調整機構6B、締結機構7は示されない。
また、図5A、図5B、図5Cに示すように、ボビン2は、ボビン2a,2b,2c,2dに4分割されている。
5A, 5B, and 5C are views showing a cross section in the VV axis of FIG. 4 when a configuration example of the wind & react type superconducting coil 1B according to the second embodiment of the present invention is viewed from above.
FIG. 5A shows the configuration of the wind & react type superconducting coil 1B before the heat treatment. FIG. 5B shows the configuration of the wind & react type superconducting coil 1B during heat treatment (temperature adjustment mechanism is activated). FIG. 5C shows the configuration of the wind & react type superconducting coil 1B after the heat treatment.
Note that, in FIGS. 5A, 5B, and 5C, the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d), the bobbin 17, the ring 3, and the coil winding 4 are shown. However, in FIGS. 5A, 5B, and 5C, which are cross-sectional views of the VV axis of FIG. 4, the base plate 5, the temperature adjusting mechanism 6B, and the fastening mechanism 7 are not shown.
Further, as shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C, the bobbin 2 is divided into four bobbins 2a, 2b, 2c, and 2d.

なお、図4と図5A、図5B、図5Cには図示されていないが、ワインド&リアクト型超電導コイル1Bの全体を加熱して熱処理を行う熱処理装置が、ワインド&リアクト型超電導コイルの製造装置(不図示)に備えられ、製造工程において用いられる。
また、ワインド&リアクト型超電導コイル1Bの全体が置かれている雰囲気中の温度や、リング3、コイル巻線4、(ボビン17)のそれぞれの温度を計測する温度計測装置(不図示)が、ワインド&リアクト型超電導コイルの製造装置に備えられ、製造工程において用いられる。
Although not shown in FIGS. 4 and 5A, 5B, and 5C, a heat treatment apparatus that heats and heat-treats the entire wind & react type superconducting coil 1B is a wind & react type superconducting coil manufacturing apparatus. (Not shown) and used in the manufacturing process.
In addition, a temperature measuring device (not shown) that measures the temperature in the atmosphere in which the entire wind & react type superconducting coil 1B is placed and the temperatures of the ring 3, the coil winding 4, and (bobbin 17) is provided. It is installed in the manufacturing equipment for wind and react type superconducting coils and is used in the manufacturing process.

《熱処理前》
前記したように、図5Aは、ワインド&リアクト型超電導コイル1Bが熱処理前の状態を示している。
図5Aにおいては、ボビン2a,2b,2c,2dは、分割して配置されている。また、リング3とボビン2a,2b,2c,2dとは、離れて配置されている。
なお、コイル巻線4は、超電導体として機能する前段階の物質を保持した線材をボビン17に巻回して構成されている。
また、ボビン2a,2b,2c,2dとボビン17を、ベースプレート5との締結機構7による締結を解除する。
《Before heat treatment》
As described above, FIG. 5A shows the state of the wind & react type superconducting coil 1B before the heat treatment.
In FIG. 5A, the bobbins 2a, 2b, 2c, and 2d are arranged separately. Further, the ring 3 and the bobbins 2a, 2b, 2c, and 2d are arranged apart from each other.
The coil winding 4 is configured by winding a wire rod holding a substance in the previous stage that functions as a superconductor around a bobbin 17.
Further, the bobbins 2a, 2b, 2c, 2d and the bobbin 17 are released from the fastening mechanism 7 with the base plate 5.

《熱処理中》
前記したように、図5Bは、ワインド&リアクト型超電導コイル1Bが熱処理中の状態を示している。なお、温度調整機構6Bは、冷却手段として作動する。
なお、図4、および図5B(図5A、図5C)には図示していないが、前記したように、ワインド&リアクト型超電導コイル1Bの全体を加熱して熱処理を行う熱処理装置がある。つまり、図示していない熱処理装置がワインド&リアクト型超電導コイル1Bの全体を加熱処理し、温度調整機構6Bは、リング3とコイル巻線4との温度差を制御する。
ワインド&リアクト型超電導コイル1Bのコイル巻線4を超電導体とするために熱処理を行う。この熱処理は、図4および図5Bで示したワインド&リアクト型超電導コイル1Bを高温にして行う。この熱処理によって、超電導体として機能する前段階の物質を保持していたコイル巻線4は、超電導コイルとなる。
《During heat treatment》
As described above, FIG. 5B shows a state in which the wind & react type superconducting coil 1B is undergoing heat treatment. The temperature adjusting mechanism 6B operates as a cooling means.
Although not shown in FIGS. 4 and 5B (FIGS. 5A and 5C), as described above, there is a heat treatment apparatus that heats the entire wind & react type superconducting coil 1B to perform heat treatment. That is, a heat treatment apparatus (not shown) heat-treats the entire wind & react type superconducting coil 1B, and the temperature adjusting mechanism 6B controls the temperature difference between the ring 3 and the coil winding 4.
Heat treatment is performed to make the coil winding 4 of the wind & react type superconducting coil 1B a superconductor. This heat treatment is performed by heating the wind & react type superconducting coil 1B shown in FIGS. 4 and 5B to a high temperature. By this heat treatment, the coil winding 4 holding the substance in the previous stage that functions as a superconductor becomes a superconducting coil.

また、この熱処理とは別に、リング3を温度調整機構6Bの冷却手段によって、リング3の温度を下降させる。この温度調整機構6Bによる温度下降によって、リング3は、ボビン2a,2b,2c,2dに対しては相対的に収縮する。そのため、図5Bに示した外力14Bが発生する。なお、ワインド&リアクト型超電導コイル1Bの全体を高温で熱処理する工程では、リング3とボビン2a,2b,2c,2dとは共に膨張するが、リング3を温度調整機構6Bによって冷却するために、リング3の膨張率はボビン2a,2b,2c,2dの膨張率よりも低くなる。そのため前記したように、「リング3はボビン2a,2b,2c,2dに対しては相対的に収縮する。」のである。
また、温度調整機構6Bは、リング3とコイル巻線4とで規定(所定)の温度差を保つように制御して、リング3を冷却する。
In addition to this heat treatment, the temperature of the ring 3 is lowered by the cooling means of the temperature adjusting mechanism 6B. Due to the temperature drop by the temperature adjusting mechanism 6B, the ring 3 contracts relatively with respect to the bobbins 2a, 2b, 2c, and 2d. Therefore, the external force 14B shown in FIG. 5B is generated. In the step of heat-treating the entire wind & react type superconducting coil 1B at a high temperature, the ring 3 and the bobbins 2a, 2b, 2c, and 2d both expand, but the ring 3 is cooled by the temperature adjusting mechanism 6B. The expansion coefficient of the ring 3 is lower than the expansion coefficient of the bobbins 2a, 2b, 2c, and 2d. Therefore, as described above, "the ring 3 contracts relatively with respect to the bobbins 2a, 2b, 2c, and 2d."
Further, the temperature adjusting mechanism 6B cools the ring 3 by controlling the ring 3 and the coil winding 4 so as to maintain a specified (predetermined) temperature difference.

このリング3の収縮に起因する矢印で示した外力14Bによって、ボビン2(2a,2b,2c,2d)は、径方向内側に圧力を受ける。なお、ボビン2(2a,2b,2c,2d)はベースプレート5に締結されていない状態である。
周方向に分割されていたボビン2a〜2dは、径方向にそれぞれ単独に変位することが可能であるので、径方向内側に変位する。この変位によって、ボビン2(2a,2b,2c,2d)は、コイル巻線4と密着して、隙間を解消する。
なお、ボビン2(2a,2b,2c,2d)とコイル巻線4とが密着して、隙間を解消することが重要であるが、ボビン2a,2b,2c,2dが互いの密着することは、必須要件ではない。
The bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) receives pressure inward in the radial direction due to the external force 14B indicated by the arrow due to the contraction of the ring 3. The bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) is not fastened to the base plate 5.
Since the bobbins 2a to 2d divided in the circumferential direction can be individually displaced in the radial direction, they are displaced inward in the radial direction. Due to this displacement, the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) is brought into close contact with the coil winding 4 to eliminate the gap.
It is important that the bobbins 2 (2a, 2b, 2c, 2d) and the coil winding 4 are in close contact with each other to eliminate the gap, but the bobbins 2a, 2b, 2c, 2d are in close contact with each other. , Not a mandatory requirement.

《熱処理後》
前記したように、図5Cは、熱処理後のワインド&リアクト型超電導コイル1Aの構成を示している。
ワインド&リアクト型超電導コイル1Bのコイル巻線4を超電導体とするため、熱処理後においては、リング3とコイル巻線4との間を規定(所定)の温度差を保つように温度調整機構6Bで調整しながら、ワインド&リアクト型超電導コイル1Bの全体を、熱処理装置によって冷却する。
そして、コイル巻線4の温度が常温(室温、冷却後の所定の温度)に戻った後、温度調整機構6Bをオフ(OFF)にする。
ワインド&リアクト型超電導コイル1Bの構成部材のすべてが常温に戻ってから、ボビン2(2a,2b,2c,2d)とベースプレート5に締結機構7で再び締結する。
《After heat treatment》
As described above, FIG. 5C shows the configuration of the wind & react type superconducting coil 1A after the heat treatment.
Since the coil winding 4 of the wind & react type superconducting coil 1B is used as a superconductor, the temperature adjusting mechanism 6B keeps a specified (predetermined) temperature difference between the ring 3 and the coil winding 4 after the heat treatment. The entire wind & react type superconducting coil 1B is cooled by a heat treatment device while adjusting with.
Then, after the temperature of the coil winding 4 returns to room temperature (room temperature, a predetermined temperature after cooling), the temperature adjusting mechanism 6B is turned off (OFF).
After all the components of the wind & react type superconducting coil 1B have returned to room temperature, they are refastened to the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) and the base plate 5 by the fastening mechanism 7.

図5Cに示す熱処理後のワインド&リアクト型超電導コイル1Bにおいては、ボビン2(2a,2b,2c,2d)の内径側とコイル巻線4の外径側とが、隙間なく密着している。すなわち、ワインド&リアクト型超電導コイル1Bの内部でコイル巻線4がボビン2(2a,2b,2c,2d)に対して相対変位することが避けられる。
そのため、超電導線であるコイル巻線4に過大な歪が生じることによる超電導状態や超電導性能が失われることが防止できる。
また、リング3とボビン2(2a,2b,2c,2d)との間には隙間がある。また、コイル巻線4とボビン17との間には隙間ができるので、熱処理後、ボビン17を削除する。
なお、ワインド&リアクト型超電導コイル1Bを、完成後において、超電導状態で使用する場合には、ワインド&リアクト型超電導コイル1Bの全体を所定の低温状態(超電導の臨界温度以下)にする。
In the wind-and-react type superconducting coil 1B after heat treatment shown in FIG. 5C, the inner diameter side of the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) and the outer diameter side of the coil winding 4 are in close contact with each other without a gap. That is, it is possible to prevent the coil winding 4 from being displaced relative to the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) inside the wind & react type superconducting coil 1B.
Therefore, it is possible to prevent the superconducting state and the superconducting performance from being lost due to excessive distortion in the coil winding 4 which is the superconducting wire.
In addition, there is a gap between the ring 3 and the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d). Further, since a gap is formed between the coil winding 4 and the bobbin 17, the bobbin 17 is deleted after the heat treatment.
When the wind & react type superconducting coil 1B is used in a superconducting state after completion, the entire wind & react type superconducting coil 1B is brought into a predetermined low temperature state (below the critical temperature of superconductivity).

<ワインド&リアクト型超電導コイル1Bの製造方法のフローチャート>
以上のワインド&リアクト型超電導コイル1Bの製造方法について、熱処理前の工程から熱処理後の工程までをフローチャートとして説明する。
図6は、本発明の第2実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイル1Bの製造方法のフローチャート例を示す図である。
図6において、ステップS200〜ステップS211について順に説明する。
<Flowchart of manufacturing method of wind & react type superconducting coil 1B>
The above-mentioned manufacturing method of the wind & react type superconducting coil 1B will be described as a flowchart from the process before the heat treatment to the process after the heat treatment.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a flowchart of a method for manufacturing the wind & react type superconducting coil 1B according to the second embodiment of the present invention.
In FIG. 6, steps S200 to S211 will be described in order.

《ステップS200》
ステップS200においては、熱処理前の状態である図5Aに示すワインド&リアクト型超電導コイル1Bのボビン2(2a,2b,2c,2d)とリング3をコイル巻線4の外周側に配置(設置)する。なお、コイル巻線4は、ボビン17に巻回されている。また、ボビン17は、コイル巻線4の内周側に配置(設置)されていることに相当する。
<< Step S200 >>
In step S200, the bobbins 2 (2a, 2b, 2c, 2d) and the ring 3 of the wind & react type superconducting coil 1B shown in FIG. 5A, which is the state before the heat treatment, are arranged (installed) on the outer peripheral side of the coil winding 4. To do. The coil winding 4 is wound around the bobbin 17. Further, the bobbin 17 corresponds to being arranged (installed) on the inner peripheral side of the coil winding 4.

《ステップS201》
ステップS201においては、図5Aに示すワインド&リアクト型超電導コイル1Bのベースプレート5と、ボビン2(2a,2b,2c,2d)およびボビン17との固定を解除する。つまり、締結機構7による締結を解除する。
<< Step S201 >>
In step S201, the base plate 5 of the wind & react type superconducting coil 1B shown in FIG. 5A is released from the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) and the bobbin 17. That is, the fastening by the fastening mechanism 7 is released.

《ステップS202》
ステップS202においては、熱処理を開始する。すなわち、ワインド&リアクト型超電導コイル1Bの全体を、熱処理装置によって所定の温度、例えば500℃以上の高温とする。
<< Step S202 >>
In step S202, the heat treatment is started. That is, the entire wind & react type superconducting coil 1B is heated to a predetermined temperature, for example, 500 ° C. or higher by the heat treatment apparatus.

《ステップS203》
ステップS203においては、ワインド&リアクト型超電導コイル1Bの全体を所定の温度、例えば500℃以上の高温を維持して、コイル巻線4の線材に超電導体として機能する前段階の物質を反応させる(超電導体生成)。そして、コイル巻線4を超電導線とする。
<< Step S203 >>
In step S203, the entire wind & react type superconducting coil 1B is maintained at a predetermined temperature, for example, a high temperature of 500 ° C. or higher, and the wire rod of the coil winding 4 is reacted with a substance in the previous stage that functions as a superconductor (). Superconductor generation). Then, the coil winding 4 is used as a superconducting wire.

《ステップS204》
ステップS204においては、温度調整機構6Bをオン(ON)する。すなわち、リング3をコイル巻線4(ボビン2a,2b,2c,2d)より所定の温度だけ低温にする。
するとリング3がボビン2(2a,2b,2c,2d)に対して、相対的に収縮して、ボビン2(2a,2b,2c,2d)に外力14B(図5B)を及ぼし、ボビン2(2a,2b,2c,2d)をコイル巻線4に押しつけるように作用する。
<< Step S204 >>
In step S204, the temperature adjusting mechanism 6B is turned ON. That is, the ring 3 is lowered by a predetermined temperature from the coil winding 4 (bobbins 2a, 2b, 2c, 2d).
Then, the ring 3 contracts relative to the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d), exerts an external force 14B (FIG. 5B) on the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d), and the bobbin 2 (FIG. 5B). It acts to press 2a, 2b, 2c, 2d) against the coil winding 4.

《ステップS205》
コイル巻線4が超電導線となってステップ202で開始した熱処理を終了する段階に至るとステップS205が始まる。
ステップS205においては、温度調整機構6Bをオンしたまま、すなわちリング3とコイル巻線4との温度差を規定値(所定値)になるように温度調整機構6Bの温調ヒータ出力を制御しつつ、ワインド&リアクト型超電導コイル1Bの全体を熱処理装置によって冷却する。
<< Step S205 >>
Step S205 starts when the coil winding 4 becomes a superconducting wire and reaches the stage where the heat treatment started in step 202 is completed.
In step S205, while keeping the temperature adjusting mechanism 6B on, that is, controlling the temperature control heater output of the temperature adjusting mechanism 6B so that the temperature difference between the ring 3 and the coil winding 4 becomes a specified value (predetermined value). , The entire wind & react type superconducting coil 1B is cooled by a heat treatment apparatus.

《ステップS206》
ステップS206においては、ステップS205で開始したワインド&リアクト型超電導コイル1Bの全体を冷却したことによって、コイル巻線4の温度が常温(室温、冷却後の所定の温度)になったことを確認する。
<< Step S206 >>
In step S206, it is confirmed that the temperature of the coil winding 4 has reached room temperature (room temperature, a predetermined temperature after cooling) by cooling the entire wind & react type superconducting coil 1B started in step S205. ..

《ステップS207》
ステップS207においては、ステップS206のコイル巻線4の温度が常温(室温、冷却後の所定の温度)になったことの確認後、温度調整機構6Bをオフ(OFF)する。
<< Step S207 >>
In step S207, after confirming that the temperature of the coil winding 4 in step S206 has reached room temperature (room temperature, a predetermined temperature after cooling), the temperature adjusting mechanism 6B is turned off (OFF).

《ステップS208》
ステップS208においては、リング3の温度が常温(室温、冷却後の所定の温度)になったことを確認する。
<< Step S208 >>
In step S208, it is confirmed that the temperature of the ring 3 has reached room temperature (room temperature, a predetermined temperature after cooling).

《ステップS209》
ステップS209においては、図5Cに示したボビン2(2a,2b,2c,2d)、リング3、コイル巻線4の位置関係となるので、ボビン2(2a,2b,2c,2d)とベースプレート5(図4)とを再び締結する。
<< Step S209 >>
In step S209, the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d), the ring 3, and the coil winding 4 are in a positional relationship as shown in FIG. 5C. Therefore, the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) and the base plate 5 (Fig. 4) is fastened again.

《ステップS210》
ステップS210において、ボビン17を除去する。
<< Step S210 >>
In step S210, the bobbin 17 is removed.

《ステップS211》
ステップS211において、以上の熱処理を終了する。
<< Step S211 >>
In step S211 the above heat treatment is completed.

<リング3の線膨張率の補足>
ボビン2の径方向外側にリング3が配置された本(第2)実施形態では、リング3の線膨張率は、コイル巻線4の線膨張率と同等かそれより大きいことが望ましい。
その理由は、超電導体を生成する際の熱処理時にリング3の熱膨張が、コイル巻線4の熱膨張より小さいと、コイル巻線4がリング3に押し潰されるように変形して、超電導線を損傷する可能性があるからである。
<Supplement to the coefficient of linear expansion of ring 3>
In the present (second) embodiment in which the ring 3 is arranged radially outside the bobbin 2, it is desirable that the coefficient of linear expansion of the ring 3 is equal to or greater than the coefficient of linear expansion of the coil winding 4.
The reason is that if the thermal expansion of the ring 3 during the heat treatment for producing the superconductor is smaller than the thermal expansion of the coil winding 4, the coil winding 4 is deformed so as to be crushed by the ring 3, and the superconducting wire This is because it may damage the coil.

<第2実施形態の総括>
第2実施形態のワインド&リアクト型超電導コイル1Bは、第1実施形態のワインド&リアクト型超電導コイル1Aと以下の構成と制御において、主に異なっている。
すなわち、第2実施形態のワインド&リアクト型超電導コイル1Bは、図4〜図6に示すように、周方向に分割されたボビン2(2a,2b,2c,2d)がコイル巻線4の径方向外側に位置し、リング3はボビン2の径方向外側に配置されている。また、温度調整機構6Bは、冷媒等を循環させた冷却手段である。また、コイル巻線4の径方向内側には熱処理後に取り除かれるボビン17が配置されている。また、規定(所定)の温度を保持して超電導体を生成した後の冷却過程は、リング3の温度をコイル巻線4より低く保つように温度調整機構6Bを制御する。
<Summary of the second embodiment>
The wind & react type superconducting coil 1B of the second embodiment is mainly different from the wind & react type superconducting coil 1A of the first embodiment in the following configuration and control.
That is, in the wind & react type superconducting coil 1B of the second embodiment, as shown in FIGS. 4 to 6, the bobbins 2 (2a, 2b, 2c, 2d) divided in the circumferential direction have the diameter of the coil winding 4. Located on the outer side of the direction, the ring 3 is arranged on the outer side of the bobbin 2 in the radial direction. Further, the temperature adjusting mechanism 6B is a cooling means in which a refrigerant or the like is circulated. Further, a bobbin 17 to be removed after the heat treatment is arranged inside the coil winding 4 in the radial direction. Further, in the cooling process after the superconductor is generated while maintaining the specified (predetermined) temperature, the temperature adjusting mechanism 6B is controlled so that the temperature of the ring 3 is kept lower than that of the coil winding 4.

このような構造をとることで、図5Bに示すように熱処理中にリング3を熱収縮させ、周方向に分割されたボビン2に径方向外側から外力14Bを加えてコイル巻線4と密着させることが可能となる。この構成と制御によって、第1実施形態と同様に、熱処理で発生するコイル部材間の隙間を解消することが可能となる。また、径方向外側からコイル巻線4を支持するボビン2が設置可能となる。なお、コイル巻線4の径方向内側に設置されるボビン17は、コイル巻線4の卷回時の巻枠として使用し、熱処理後には除去することが可能である。 By adopting such a structure, as shown in FIG. 5B, the ring 3 is thermally shrunk during the heat treatment, and an external force 14B is applied to the bobbin 2 divided in the circumferential direction from the outside in the radial direction to bring it into close contact with the coil winding 4. It becomes possible. With this configuration and control, it is possible to eliminate the gap between the coil members generated by the heat treatment, as in the first embodiment. Further, the bobbin 2 that supports the coil winding 4 can be installed from the outside in the radial direction. The bobbin 17 installed inside the coil winding 4 in the radial direction is used as a winding frame when the coil winding 4 is wound, and can be removed after the heat treatment.

<第2実施形態の効果>
本発明の第2実施形態によれば、ワインド&リアクト型超電導コイル(ワインド・アンド・リアクト型超電導コイル)の熱処理後に生じるコイル部材間の隙間を解消し、超電導コイルの内部でコイル巻線がボビンに対して相対変位することを避けて、信頼性の高い超電導コイルを提供することができる。
<Effect of the second embodiment>
According to the second embodiment of the present invention, the gap between the coil members generated after the heat treatment of the wind-and-react type superconducting coil (wind-and-react type superconducting coil) is eliminated, and the coil winding is bobbed inside the superconducting coil. It is possible to provide a highly reliable superconducting coil by avoiding relative displacement with respect to the coil.

≪第3実施形態≫
本発明の第3実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイル、およびワインド&リアクト型超電導コイルの製造方法について図7、図8A〜図8Cを参照して説明する。
図7は、本発明の第3実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイル1Cの構成例を側面から見た図8AのVII−VII軸における断面の一部を示す図である。
図7において、ワインド&リアクト型超電導コイル1Cは、ボビン2、リング3B、コイル巻線4、ベースプレート5、温度調整機構6A、締結機構7を備えて構成される。
<< Third Embodiment >>
The wind & react type superconducting coil and the method for manufacturing the wind & react type superconducting coil according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7, 8A to 8C.
FIG. 7 is a diagram showing a part of a cross section of the VII-VII axis of FIG. 8A when a configuration example of the wind & react type superconducting coil 1C according to the third embodiment of the present invention is viewed from the side.
In FIG. 7, the wind & react type superconducting coil 1C includes a bobbin 2, a ring 3B, a coil winding 4, a base plate 5, a temperature adjusting mechanism 6A, and a fastening mechanism 7.

また、図7のワインド&リアクト型超電導コイル1Cが、図1のワインド&リアクト型超電導コイル1Aと異なるのは、リング3Bをベースプレート5の上部ではなく、超電導コイル(ワインド&リアクト型超電導コイル1C)から独立して配置したことである。
図7において、リング3Bが、図8Aにおける断面視として、リング3(図2A)のような輪ではなく、円形状で構成されている。なお、円形状で構成されるリング3Bの中心を基準点20として表記している。リング3Bは前記のように円形状で構成されているので同心円状の中心部(基準点20)にもリング構成部材を有している。この点が第1実施形態における輪の形状のリング3(図2A〜図2C)と異なる。リング3Bは、中心部(基準点20)のリング構成部材を利用して、ベースプレート5とは独立に配置できる。
この基準点20を中心に円形状のリング3B(図7A)を配置し、ボビン2、ベースプレート5、温度調整機構6A、締結機構7の構造物も、基準点20を中心として規定し、配置される。また、コイル巻線4は、ボビン2(2a,2b,2c,2d)を巻枠として巻回される。
Further, the wind & react type superconducting coil 1C of FIG. 7 is different from the wind & react type superconducting coil 1A of FIG. It was placed independently of.
In FIG. 7, the ring 3B is formed in a circular shape instead of a ring as in the ring 3 (FIG. 2A) as a cross-sectional view in FIG. 8A. The center of the ring 3B having a circular shape is indicated as the reference point 20. Since the ring 3B is formed in a circular shape as described above, the ring 3B also has a ring constituent member at a concentric central portion (reference point 20). This point is different from the ring-shaped ring 3 (FIGS. 2A to 2C) in the first embodiment. The ring 3B can be arranged independently of the base plate 5 by using the ring constituent member at the central portion (reference point 20).
A circular ring 3B (FIG. 7A) is arranged around the reference point 20, and the structures of the bobbin 2, the base plate 5, the temperature adjusting mechanism 6A, and the fastening mechanism 7 are also defined and arranged around the reference point 20. To. Further, the coil winding 4 is wound around the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) as a winding frame.

なお、温度調整機構6Aとリング3Bは、熱処理時のみに必要であり、共に、ワインド&リアクト型超電導コイル1Cが形成された後に除去される場合もある。
また、中心軸22は、円形状であるリング3Bの基準点20を通過している。また、中心軸22は、後記する図8A、図8B、図8Cの断面図における二つのVII−VII軸の交点に位置するワインド&リアクト型超電導コイル1Cの中心軸を示している。
The temperature adjusting mechanism 6A and the ring 3B are necessary only during the heat treatment, and both of them may be removed after the wind & react type superconducting coil 1C is formed.
Further, the central axis 22 passes through the reference point 20 of the ring 3B having a circular shape. Further, the central axis 22 shows the central axis of the wind & react type superconducting coil 1C located at the intersection of the two VII-VII axes in the cross-sectional views of FIGS. 8A, 8B, and 8C described later.

図7に示すワインド&リアクト型超電導コイル1Cは、後記する図8A、図8B、図8Cの中心軸22(基準点20)から4方向のVII軸における断面構造を示している。つまり、前記の図8A、図8B、図8Cの中心軸22(基準点20)から4方向のVII軸におけるワインド&リアクト型超電導コイル1Cの断面構造は、4方向において、図7に示す断面構造を有している。
なお、図7におけるVIII−VIII軸の水平方向の断面が、後記する図8A、図8B、図8Cのそれぞれの断面構造となる。
図7において、ボビン2とコイル巻線4は、ベースプレート5の上に配置されている。また、ボビン2は、締結機構7によってベースプレート5に締結される。リング3Bは、温度調整機構6Aによって温度を調整される。
また、リング3Bは、ボビン2に対して径方向内側に配置されている。
The wind & react type superconducting coil 1C shown in FIG. 7 shows a cross-sectional structure in the VII axis in four directions from the central axis 22 (reference point 20) of FIGS. 8A, 8B, and 8C described later. That is, the cross-sectional structure of the wind & react type superconducting coil 1C in the VII axis in four directions from the central axis 22 (reference point 20) in FIGS. 8A, 8B, and 8C is the cross-sectional structure shown in FIG. 7 in four directions. have.
The horizontal cross section of the VIII-VIII axis in FIG. 7 has the cross-sectional structure of FIGS. 8A, 8B, and 8C, which will be described later.
In FIG. 7, the bobbin 2 and the coil winding 4 are arranged on the base plate 5. Further, the bobbin 2 is fastened to the base plate 5 by the fastening mechanism 7. The temperature of the ring 3B is adjusted by the temperature adjusting mechanism 6A.
Further, the ring 3B is arranged radially inside the bobbin 2.

図8A、図8B、図8Cは、本発明の第3実施形態に係るワインド&リアクト型超電導コイル1Cの構成例を上面から見た図7のVIII−VIII軸における断面を示す図である。
図8Aは、熱処理前のワインド&リアクト型超電導コイル1Cの構成を示している。図8Bは、熱処理中(温度調整機構作動)のワインド&リアクト型超電導コイル1Cの構成を示している。図8Cは、熱処理後のワインド&リアクト型超電導コイル1Cの構成を示している。
なお、図8A、図8B、図8Cにおいて、ボビン2とリング3Bとコイル巻線4が示されている。ただし、図7のVIII−VIII軸の断面図である図8A、図8B、図8Cでは、ベースプレート5、温度調整機構6A、締結機構7は示されない。
また、図8A、図8B、図8Cに示すように、ボビン2は、ボビン2a,2b,2c,2dに4分割されている。
8A, 8B, and 8C are views showing a cross section of the wind & react type superconducting coil 1C according to the third embodiment of the present invention in the VIII-VIII axis of FIG. 7 when viewed from above.
FIG. 8A shows the configuration of the wind & react type superconducting coil 1C before the heat treatment. FIG. 8B shows the configuration of the wind & react type superconducting coil 1C during heat treatment (temperature adjustment mechanism is operated). FIG. 8C shows the configuration of the wind & react type superconducting coil 1C after the heat treatment.
The bobbin 2, the ring 3B, and the coil winding 4 are shown in FIGS. 8A, 8B, and 8C. However, in FIGS. 8A, 8B, and 8C, which are cross-sectional views of the VIII-VIII axis of FIG. 7, the base plate 5, the temperature adjusting mechanism 6A, and the fastening mechanism 7 are not shown.
Further, as shown in FIGS. 8A, 8B, and 8C, the bobbin 2 is divided into four bobbins 2a, 2b, 2c, and 2d.

《熱処理前》
前記したように、図8Aは、ワインド&リアクト型超電導コイル1Cが熱処理前の状態を示している。
図8Aにおいては、ボビン2a,2b,2c,2dは、接触してボビン2を構成している。また、リング3Bとボビン2a,2b,2c,2dとは、離れて配置されている。
なお、コイル巻線4は、超電導体として機能する前段階の物質を保持した線材をボビン2に巻回して構成されている。
また、コイル巻線4は、ボビン2(2a,2b,2c,2d)に巻回されて構成されるので、コイル巻線4とボビン2(2a,2b,2c,2d)との間には隙間がある可能性がある。
また、ボビン2(2a,2b,2c,2d)とベースプレート5の締結機構7による締結を解除する。
《Before heat treatment》
As described above, FIG. 8A shows the state of the wind & react type superconducting coil 1C before the heat treatment.
In FIG. 8A, the bobbins 2a, 2b, 2c, and 2d are in contact with each other to form the bobbin 2. Further, the ring 3B and the bobbins 2a, 2b, 2c, 2d are arranged apart from each other.
The coil winding 4 is configured by winding a wire rod holding a substance in the previous stage that functions as a superconductor around a bobbin 2.
Further, since the coil winding 4 is configured to be wound around the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d), there is a gap between the coil winding 4 and the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d). There may be a gap.
Further, the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) and the base plate 5 are released from the fastening mechanism 7.

《熱処理中》
前記したように、図8Bは、ワインド&リアクト型超電導コイル1Cが熱処理装置(不図示)による熱処理中の状態を示している。なお、温度調整機構6Aは加熱手段として作動する。
ワインド&リアクト型超電導コイル1Cのコイル巻線4を超電導体とするために、熱処理装置による熱処理を行う。この熱処理は図7および図8Bで示したワインド&リアクト型超電導コイル1Cを高温にして行う。この熱処理によって、超電導体として機能する前段階の物質を保持していたコイル巻線4は、超電導コイルとなる。
《During heat treatment》
As described above, FIG. 8B shows a state in which the wind & react type superconducting coil 1C is undergoing heat treatment by a heat treatment apparatus (not shown). The temperature adjusting mechanism 6A operates as a heating means.
In order to make the coil winding 4 of the wind & react type superconducting coil 1C a superconductor, heat treatment is performed by a heat treatment apparatus. This heat treatment is performed by heating the wind & react type superconducting coil 1C shown in FIGS. 7 and 8B to a high temperature. By this heat treatment, the coil winding 4 holding the substance in the previous stage that functions as a superconductor becomes a superconducting coil.

また、この熱処理とは別に、リング3Bを温度調整機構6Aの加熱手段によって、さらに温度を上昇させる。この温度調整機構6Aによる温度上昇によって、リング3Bは膨張し、図8Bに示した外力14Aが発生する。
なお、温度調整機構6Aは、リング3Bとコイル巻線4とで規定(所定)の温度差を保つように制御して、リング3Bを加熱する。
このリング3Bの膨張に起因する矢印で示した外力14Aによって、ボビン2(2a,2b,2c,2d)は、径方向外側に圧力を受ける。なお、ボビン2(2a,2b,2c,2d)は、ベースプレート5に締結されていない状態である。
周方向に分割されていたボビン2a〜2dは、径方向にそれぞれ単独に変位することが可能であるので、径方向外側に変位する。この変位によって、ボビン2(2a,2b,2c,2d)は、コイル巻線4との隙間を解消する。
In addition to this heat treatment, the temperature of the ring 3B is further raised by the heating means of the temperature adjusting mechanism 6A. Due to the temperature rise by the temperature adjusting mechanism 6A, the ring 3B expands and the external force 14A shown in FIG. 8B is generated.
The temperature adjusting mechanism 6A heats the ring 3B by controlling the ring 3B and the coil winding 4 so as to maintain a specified (predetermined) temperature difference.
The bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) is pressured radially outward by the external force 14A indicated by the arrow due to the expansion of the ring 3B. The bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) is not fastened to the base plate 5.
Since the bobbins 2a to 2d divided in the circumferential direction can be individually displaced in the radial direction, they are displaced outward in the radial direction. Due to this displacement, the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) eliminates the gap with the coil winding 4.

《熱処理後》
前記したように、図8Cは、熱処理後のワインド&リアクト型超電導コイル1Cの構成を示している。
ワインド&リアクト型超電導コイル1Cのコイル巻線4を超電導体とするための熱処理の後においては、リング3Bとコイル巻線4(ボビン2a,2b,2c,2d)との間を規定(所定)の温度差を保つように温度調整機構6Aで調整しながら、ワインド&リアクト型超電導コイル1Cの全体を、熱処理装置によって冷却する。
そして、コイル巻線4の温度が常温(室温、冷却後の所定の温度)に戻った後、温度調整機構6Aをオフ(OFF)にする。
ワインド&リアクト型超電導コイル1Cの構成部材のすべてが常温(室温、冷却後の所定の温度)に戻ってから、ボビン2(2a,2b,2c,2d)とベースプレート5とを、締結機構7で再び締結する。
また、リング3Bを除去する。
《After heat treatment》
As described above, FIG. 8C shows the configuration of the wind & react type superconducting coil 1C after the heat treatment.
After the heat treatment for making the coil winding 4 of the wind & react type superconducting coil 1C a superconductor, the distance between the ring 3B and the coil winding 4 (bobbins 2a, 2b, 2c, 2d) is specified (predetermined). The entire wind & react type superconducting coil 1C is cooled by a heat treatment device while being adjusted by the temperature adjusting mechanism 6A so as to maintain the temperature difference between the two.
Then, after the temperature of the coil winding 4 returns to room temperature (room temperature, a predetermined temperature after cooling), the temperature adjusting mechanism 6A is turned off (OFF).
After all the components of the wind & react type superconducting coil 1C have returned to room temperature (room temperature, a predetermined temperature after cooling), the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) and the base plate 5 are fastened by the fastening mechanism 7. Fasten again.
Also, the ring 3B is removed.

図8Cに示す熱処理後のワインド&リアクト型超電導コイル1Cにおいては、ボビン2(2a,2b,2c,2d)の外径側とコイル巻線4の内径側とが、隙間なく密着している。すなわち、ワインド&リアクト型超電導コイル1Cの内部でコイル巻線4がボビン2(2a,2b,2c,2d)に対して相対変位することが避けられる。
そのため、超電導線であるコイル巻線4に過大な歪が生じることによる超電導状態や超電導性能が失われることが防止できる。
なお、ワインド&リアクト型超電導コイル1Cを完成後において、超電導状態で使用する場合には、ワインド&リアクト型超電導コイル1Cの全体を所定の低温状態(超電導の臨界温度以下)にする。
In the wind & react type superconducting coil 1C after heat treatment shown in FIG. 8C, the outer diameter side of the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) and the inner diameter side of the coil winding 4 are in close contact with each other without a gap. That is, it is possible to prevent the coil winding 4 from being displaced relative to the bobbin 2 (2a, 2b, 2c, 2d) inside the wind & react type superconducting coil 1C.
Therefore, it is possible to prevent the superconducting state and the superconducting performance from being lost due to excessive distortion in the coil winding 4 which is the superconducting wire.
When the wind & react type superconducting coil 1C is used in the superconducting state after completion, the entire wind & react type superconducting coil 1C is brought into a predetermined low temperature state (below the critical temperature of superconductivity).

<第3実施形態の総括>
第3実施形態のワインド&リアクト型超電導コイル1Cは、第1実施形態のワインド&リアクト型超電導コイル1Aと以下の構成において、異なっている。
すなわち、第3実施形態のワインド&リアクト型超電導コイル1Cは、図7〜図8Cに示すように、リング3Bをベースプレート5の上部ではなく、コイル巻線(超電導コイル)4から独立した基準点20に固定して配置した点で異なる。
このような構造をとることで、第1実施形態と同様の効果を得られるだけでなく、図8Bに示すように、コイル巻線(超電導コイル)4以外の構造物を基準点20にコイル巻線(超電導コイル)4の中心位置を規定することが可能となる。なお、第3実施形態においては、リング3Bは熱処理時にのみ必要であり、コイル巻線4の巻回時および熱処理後には省略することが可能である。
<Summary of the third embodiment>
The wind & react type superconducting coil 1C of the third embodiment is different from the wind & react type superconducting coil 1A of the first embodiment in the following configurations.
That is, in the wind & react type superconducting coil 1C of the third embodiment, as shown in FIGS. 7 to 8C, the ring 3B is not the upper part of the base plate 5, but the reference point 20 independent of the coil winding (superconducting coil) 4. It differs in that it is fixedly placed in.
By adopting such a structure, not only the same effect as that of the first embodiment can be obtained, but also a structure other than the coil winding (superconducting coil) 4 is coiled around the reference point 20 as shown in FIG. 8B. It is possible to define the center position of the wire (superconducting coil) 4. In the third embodiment, the ring 3B is required only at the time of heat treatment, and can be omitted at the time of winding the coil winding 4 and after the heat treatment.

<第3実施形態の効果>
本発明の第3実施形態によれば、ワインド&リアクト型超電導コイル(ワインド・アンド・リアクト型超電導コイル)の熱処理後に生じるコイル部材間の隙間を解消し、超電導コイルの内部でコイル巻線がボビン(コイルボビン)に対して相対変位することを避けて、信頼性の高い超電導コイルを提供することができる。
また、コイル巻線4以外の構造物を基準点20にコイル巻線(超電導コイル)4の中心位置を規定することが可能であり、製造工程が容易になる。
<Effect of the third embodiment>
According to the third embodiment of the present invention, the gap between the coil members generated after the heat treatment of the wind-and-react type superconducting coil (wind-and-react type superconducting coil) is eliminated, and the coil winding is bobbed inside the superconducting coil. It is possible to provide a highly reliable superconducting coil by avoiding relative displacement with respect to (coil bobbin).
Further, it is possible to define the center position of the coil winding (superconducting coil) 4 at the reference point 20 for a structure other than the coil winding 4, which simplifies the manufacturing process.

≪第4実施形態≫
次に、本発明のワインド&リアクト型超電導コイルを備えた超電導電磁石装置について説明する。
図9は、本発明の第4実施形態に係る超電導電磁石装置40のワインド&リアクト型超電導コイル10に関連する部分の概略の構成例を示す図である。
図9において、超電導電磁石装置40は、複数の超電導コイル(ワインド&リアクト型超電導コイル)10(10a,10b)、真空容器41、輻射シールド42、冷凍機43を備えて構成される。
超電導コイル(ワインド&リアクト型超電導コイル)10(10a,10b)は、第1実施形態〜第3実施形態のワインド&リアクト型超電導コイル1A〜1Cに相当する。また、図9の超電導電磁石装置40の中心軸22は、図1、図4、図7に示したワインド&リアクト型超電導コイル1A,1B,1Cの中心軸22と一致している。
<< Fourth Embodiment >>
Next, a superconducting electromagnet device including the wind & react type superconducting coil of the present invention will be described.
FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration example of a portion of the superconducting magnet device 40 according to the fourth embodiment of the present invention, which is related to the wind & react type superconducting coil 10.
In FIG. 9, the superconducting magnet device 40 includes a plurality of superconducting coils (wind & react type superconducting coils) 10 (10a, 10b), a vacuum container 41, a radiation shield 42, and a refrigerator 43.
The superconducting coils (wind & react type superconducting coils) 10 (10a, 10b) correspond to the wind & react type superconducting coils 1A to 1C of the first to third embodiments. Further, the central axis 22 of the superconducting magnet device 40 of FIG. 9 coincides with the central axis 22 of the wind & react type superconducting coils 1A, 1B, 1C shown in FIGS. 1, 4, and 7.

図9において、ワインド&リアクト型超電導コイル)10(10a,10b)は、輻射シールド42に内包されている。また、輻射シールド42は、真空容器41に内包されている。
冷凍機43は、真空容器41と輻射シールド42とを貫いて、ワインド&リアクト型超電導コイル10(10a,10b)に熱的に接触している。
ワインド&リアクト型超電導コイル10(10a,10b)は、冷凍機43、真空容器41、輻射シールド42によって超電導の臨界温度以下に保持されることで、超電導状態となっている。
超電導電磁石装置40の外部の電力供給装置(不図示)から、ワインド&リアクト型超電導コイル10(10a,10b)に通電することで、ワインド&リアクト型超電導コイル10(10a,10b)は、超電導状態で磁場を発生する。そして、超電導電磁石装置40は、電力効率のよい超電導状態の電磁石装置となる。
In FIG. 9, the wind & react type superconducting coil) 10 (10a, 10b) is included in the radiation shield 42. Further, the radiation shield 42 is included in the vacuum container 41.
The refrigerator 43 penetrates the vacuum container 41 and the radiation shield 42 and is in thermal contact with the wind & react type superconducting coils 10 (10a, 10b).
The wind and react type superconducting coils 10 (10a, 10b) are kept in a superconducting state by being held below the critical temperature of superconductivity by the refrigerator 43, the vacuum container 41, and the radiation shield 42.
By energizing the wind & react type superconducting coil 10 (10a, 10b) from an external power supply device (not shown) of the superconducting magnet device 40, the wind & react type superconducting coil 10 (10a, 10b) is in a superconducting state. Generates a magnetic field. Then, the superconducting magnet device 40 becomes an electromagnet device in a superconducting state with good power efficiency.

<第4実施形態の効果>
本発明の第4実施形態によれば、信頼性の高く、電力効率のよい超電導電磁石装置を提供できる。
<Effect of Fourth Embodiment>
According to the fourth embodiment of the present invention, it is possible to provide a highly reliable and power-efficient superconducting electromagnet device.

≪その他の実施形態≫
なお、本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものでなく、さらに様々な変形例が含まれる。例えば、前記の実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために、詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成の一部で置き換えることが可能であり、さらに、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成の一部または全部を追加・削除・置換をすることも可能である。
以下に、その他の実施形態や変形例について、さらに説明する。
<< Other Embodiments >>
The present invention is not limited to the embodiments described above, and further includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to those having all the described configurations. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with a part of the configuration of another embodiment, and further, add a part or all of the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. It is also possible to delete / replace.
Hereinafter, other embodiments and modifications will be further described.

《ボビンの分割》
第1〜第3実施形態において、ボビン2を4分割(2a,2b,2c,2d)にする実施形態を示した。しかし4分割に限定されない。例えば3分割でも5分割以上でも可能である。
《Bobbin split》
In the first to third embodiments, an embodiment in which the bobbin 2 is divided into four (2a, 2b, 2c, 2d) is shown. However, it is not limited to four divisions. For example, it can be divided into 3 or 5 or more.

《ボビンとコイル巻線》
第1実施形態においては、図1に示すように、ベースプレート5と締結機構7とによって、ボビン2とコイル巻線4との配置関係を確保していた。
しかし、図2Cで示すボビン2とコイル巻線4との配置関係を形成する方法として、ベースプレート5と締結機構7が不可欠な要素であると限定されない。他の機構によって、図2Cに示すボビン2とコイル巻線4との配置関係を確保できれば、他の方法でもよい。
《Bobbin and coil winding》
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the arrangement relationship between the bobbin 2 and the coil winding 4 is secured by the base plate 5 and the fastening mechanism 7.
However, the base plate 5 and the fastening mechanism 7 are not limited to being indispensable elements as a method for forming the arrangement relationship between the bobbin 2 and the coil winding 4 shown in FIG. 2C. As long as the arrangement relationship between the bobbin 2 and the coil winding 4 shown in FIG. 2C can be secured by another mechanism, another method may be used.

《リング》
第1実施形態において、図2Cに示すボビン2とコイル巻線4との配置関係を確保できた場合には、図2Cにおけるリング3は必須の構成要素ではない。リング3を除去できる場合には取り除いてもよい。
"ring"
In the first embodiment, when the arrangement relationship between the bobbin 2 and the coil winding 4 shown in FIG. 2C can be secured, the ring 3 in FIG. 2C is not an indispensable component. If the ring 3 can be removed, it may be removed.

《リングの材質》
第1実施形態の説明において、リング3の材質を非磁性で耐熱性が高いニッケル合金(モネル400、線膨張係数14.2×10-6[1/K](100℃−21℃間))で構成した場合を説明したが、前記のニッケル合金に限定されない。他の金属、合金を用いてもよい。
《Ring material》
In the description of the first embodiment, the material of the ring 3 is a non-magnetic nickel alloy having high heat resistance (Monel 400, coefficient of linear expansion 14.2 × 10 -6 [1 / K] (between 100 ° C and 21 ° C)). However, the case is not limited to the above-mentioned nickel alloy. Other metals and alloys may be used.

《製造工程後の部品の除去》
第2実施形態のワインド&リアクト型超電導コイルの製造における熱処理後においては、ボビン17と温度調整機構6Aを除去する例を示した。また、第3実施形態のワインド&リアクト型超電導コイルの製造における熱処理後においては、リング3Bと温度調整機構6Bを除去する例を示した。しかし、製造における熱処理後において除去できるものは前記の部品に限定されない。例えば、ベースプレート5および締結機構7を除去することも可能である。
<< Removal of parts after manufacturing process >>
An example in which the bobbin 17 and the temperature adjusting mechanism 6A are removed after the heat treatment in the production of the wind & react type superconducting coil of the second embodiment is shown. Further, an example in which the ring 3B and the temperature adjusting mechanism 6B are removed after the heat treatment in the production of the wind & react type superconducting coil of the third embodiment is shown. However, what can be removed after the heat treatment in manufacturing is not limited to the above-mentioned parts. For example, it is also possible to remove the base plate 5 and the fastening mechanism 7.

《ワインド&リアクト型超電導コイルの材質》
第1実施形態においては、ワインド&リアクト型超電導コイルの超電導体の材質の例として、ニホウ化マグネシウム(MgB2)を示したが、ニホウ化マグネシウムに限定されない。例えば、ニオブチタン(NbTi)、ニオブ酸スズ(Nb3Sn)、ビスマス系超電導体(BSCCO)、イットリウム系超電導体(YBCO)でもよい。
<< Material of wind & react type superconducting coil >>
In the first embodiment, magnesium diboride (MgB 2 ) is shown as an example of the material of the superconductor of the wind & react type superconducting coil, but the material is not limited to magnesium diboride. For example, niobium titanium (NbTi), tin niobium acid (Nb 3 Sn), bismuth-based superconductor (BSCCO), and yttrium-based superconductor (YBCO) may be used.

《熱処理装置による熱処理温度》
第1実施形態のワインド&リアクト型超電導コイル1Aの製造方法においては、ステップS103では、熱処理装置による熱処理温度を500℃以上と説明したが、超電導体を形成する物質の素材によっては、前記の温度に限定されない。500℃未満で超電導体が形成されるものもありうる。
また、熱処理装置による熱処理温度は、一定の温度であるとは限らない。熱処理の前半、中間、後半において、適宜、熱処理温度を変える場合もある。
また、超電導体が形成される高温を維持する時間も、超電導体を形成する物質の素材によって様々に設定されることがある。
<< Heat treatment temperature by heat treatment equipment >>
In the method for manufacturing the wind & react type superconducting coil 1A of the first embodiment, the heat treatment temperature by the heat treatment apparatus was described as 500 ° C. or higher in step S103, but the above temperature depends on the material of the substance forming the superconductor. Not limited to. In some cases, superconductors are formed at temperatures below 500 ° C.
Further, the heat treatment temperature by the heat treatment apparatus is not always a constant temperature. In the first half, middle, and second half of the heat treatment, the heat treatment temperature may be changed as appropriate.
Further, the time for maintaining the high temperature at which the superconductor is formed may be set variously depending on the material of the substance forming the superconductor.

《熱処理装置の冷却温度》
第1実施形態のワインド&リアクト型超電導コイル1Aの製造方法においては、超電導体の形成後において、コイル巻線4の温度が常温(室温、冷却後の所定の温度)に戻った後に温度調整機構6Aをオフにすると説明した。
しかし、温度調整機構6Aをオフにするのは、常温(室温)に限定されない。ワインド&リアクト型超電導コイル1Aが所定の形状になれば、常温(室温)に戻らなくとも、作業効率の観点から次の工程(例えば、温度調整機構6Aのオフ)に移ってもよい。
<< Cooling temperature of heat treatment equipment >>
In the method for manufacturing the wind & react type superconducting coil 1A of the first embodiment, after the formation of the superconductor, the temperature of the coil winding 4 returns to room temperature (room temperature, a predetermined temperature after cooling), and then the temperature adjusting mechanism He explained that he would turn off 6A.
However, turning off the temperature adjusting mechanism 6A is not limited to room temperature (room temperature). Once the wind & react type superconducting coil 1A has a predetermined shape, it may be moved to the next step (for example, the temperature adjusting mechanism 6A is turned off) from the viewpoint of work efficiency without returning to room temperature (room temperature).

《ワインド&リアクト型超電導コイルの応用》
第4実施形態においては、本発明のワインド&リアクト型超電導コイルを超電導電磁石装置に備える例を説明した。しかし、本発明のワインド&リアクト型超電導コイルの応用(適用)は、超電導電磁石装置に限定されない。例えば、電動機(モータ)や発電機の回転機器のコイルにも応用できる。また、磁気浮上式鉄道用コイルやNMRやSMES(Superconducting Magnetic Energy Storage)の超電導コイルにも適用できる。また超電導電磁石装置としても加速器用マグネットやMRI用マグネットなどに広く展開できる。
《Application of wind & react type superconducting coil》
In the fourth embodiment, an example in which the wind & react type superconducting coil of the present invention is provided in the superconducting magnet device has been described. However, the application (application) of the wind & react type superconducting coil of the present invention is not limited to the superconducting electromagnet device. For example, it can be applied to a coil of a rotating device of an electric motor (motor) or a generator. It can also be applied to magnetic levitation type railway coils and superconducting coils of NMR and SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage). Further, as a superconducting magnet device, it can be widely deployed in accelerator magnets, MRI magnets, and the like.

1A,1B,1C,10,10a,10b ワインド&リアクト型超電導コイル
2,2a,2b,2c,2d ボビン、第1のボビン
3,3B リング
4 コイル巻線
5 ベースプレート
6A,6B 温度調整機構
7 締結機構
17 ボビン、第2のボビン
27 ボビン
40 超電導電磁石装置
41 真空容器
42 輻射シールド
43 冷凍機
1A, 1B, 1C, 10, 10a, 10b Wind & React type superconducting coil 2,2a, 2b, 2c, 2d Bobbin, 1st bobbin 3,3B Ring 4 Coil winding 5 Base plate 6A, 6B Temperature control mechanism 7 Fastened Mechanism 17 Bobbin, 2nd bobbin 27 Bobbin 40 Superconducting electromagnet device 41 Vacuum container 42 Radiation shield 43 Refrigerator

Claims (15)

周方向に複数に分割されたボビンと、
所定の環境において超電導体として機能する線材を前記ボビンに巻回したコイル巻線と、
前記ボビンと同心円状に前記ボビンの内側に配置されたリングと、
を備え、
前記ボビンの外径側と前記コイル巻線の内径側とが密着している、
ことを特徴とするワインド&リアクト型超電導コイル。
A bobbin divided into multiple parts in the circumferential direction,
A coil winding in which a wire rod that functions as a superconductor in a predetermined environment is wound around the bobbin,
A ring arranged inside the bobbin concentrically with the bobbin,
With
The outer diameter side of the bobbin and the inner diameter side of the coil winding are in close contact with each other.
A wind and react type superconducting coil that features this.
請求項1において、
前記ボビンが固定されるベースプレートと、
前記ボビンと前記ベースプレートを締結する締結機構と、
を備える、
ことを特徴とするワインド&リアクト型超電導コイル。
In claim 1,
The base plate to which the bobbin is fixed and
A fastening mechanism for fastening the bobbin and the base plate,
To prepare
A wind and react type superconducting coil that features this.
請求項1または請求項2において、
前記ボビンが4分割されている、
ことを特徴とするワインド&リアクト型超電導コイル。
In claim 1 or 2,
The bobbin is divided into four parts.
A wind and react type superconducting coil that features this.
周方向に複数に分割されたボビンと、
所定の環境において超電導体として機能する線材を前記ボビンの内径側に配置されたコイル巻線と、
前記ボビンと同心円状に前記ボビンの外側に配置されたリングと、
を備え、
前記ボビンの内径側と前記コイル巻線の外径側が密着している、
ことを特徴とするワインド&リアクト型超電導コイル。
A bobbin divided into multiple parts in the circumferential direction,
A wire rod that functions as a superconductor in a predetermined environment is placed on the inner diameter side of the bobbin with a coil winding.
A ring arranged on the outside of the bobbin concentrically with the bobbin,
With
The inner diameter side of the bobbin and the outer diameter side of the coil winding are in close contact with each other.
A wind and react type superconducting coil that features this.
請求項4において、
前記ボビンが固定されるベースプレートと、
前記ボビンと前記ベースプレートを締結する締結機構と、
を備える、
ことを特徴とするワインド&リアクト型超電導コイル。
In claim 4,
The base plate to which the bobbin is fixed and
A fastening mechanism for fastening the bobbin and the base plate,
To prepare
A wind and react type superconducting coil that features this.
請求項1または請求項2において、
前記リングの熱膨張率は、前記コイル巻線の熱膨張率と同じかそれ以下である、
ことを特徴とするワインド&リアクト型超電導コイル。
In claim 1 or 2,
The coefficient of thermal expansion of the ring is equal to or less than the coefficient of thermal expansion of the coil winding.
A wind and react type superconducting coil that features this.
請求項4または請求項5において、
前記リングの熱膨張率は、前記コイル巻線の熱膨張率と同じかそれ以上である、
ことを特徴とするワインド&リアクト型超電導コイル。
In claim 4 or 5,
The coefficient of thermal expansion of the ring is equal to or greater than the coefficient of thermal expansion of the coil winding.
A wind and react type superconducting coil that features this.
請求項1または請求項4において、
前記コイル巻線は、ニホウ化マグネシウムを含んでなる、
ことを特徴とするワインド&リアクト型超電導コイル。
In claim 1 or 4,
The coil winding comprises magnesium niboride.
A wind and react type superconducting coil that features this.
周方向に複数に分割されたボビンと、超電導体として機能する線材を前記ボビンに巻回したコイル巻線と、前記ボビンと同心円状に前記ボビンの内側に配置されたリングとを備えるワインド&リアクト型超電導コイルを、前記ボビンが配置されるベースプレートと、前記ボビンを前記ベースプレートに締結する締結機構と、前記リングの温度調整をする温度調整機構と、前記ワインド&リアクト型超電導コイルの全体を加熱して熱処理を行う熱処理装置とを用いて製造するワインド&リアクト型超電導コイルの製造方法であって、
前記ボビンと前記リングと前記コイル巻線は、前記ベースプレートの上に配置され、
前記ベースプレートと前記ボビンとの締結を解除し、
前記熱処理装置が、前記ボビンと前記コイル巻線と前記リングと前記ベースプレートとを含めて、前記コイル巻線に保持された前記超電導体として機能する前段階の物質が超電導体を生成する所定の温度を加えて所定の時間保持する熱処理を行い、
前記リングと前記コイル巻線とで所定の温度差を保つように前記温度調整機構をオンして調整しながら、前記熱処理装置が前記ボビンと前記コイル巻線と前記リングと前記ベースプレートとを含めて冷却し、
前記コイル巻線の温度が常温に戻った後に前記温度調整機構をオフし、
前記ボビンと前記コイル巻線と前記リングと前記ベースプレートが常温に戻った後に、前記ボビンと前記ベースプレートとを再び締結する、
ことを特徴とするワインド&リアクト型超電導コイルの製造方法。
A wind and reactor including a bobbin divided into a plurality of parts in the circumferential direction, a coil winding in which a wire rod functioning as a superconductor is wound around the bobbin, and a ring arranged concentrically with the bobbin inside the bobbin. The type superconducting coil heats the base plate on which the bobbin is arranged, the fastening mechanism for fastening the bobbin to the base plate, the temperature adjusting mechanism for adjusting the temperature of the ring, and the entire wind & react type superconducting coil. This is a method for manufacturing a wind and react type superconducting coil, which is manufactured by using a heat treatment device that performs heat treatment.
The bobbin, the ring, and the coil winding are arranged on the base plate.
Release the fastening between the base plate and the bobbin,
A predetermined temperature at which the pre-stage material in which the heat treatment apparatus functions as the superconductor held in the coil winding, including the bobbin, the coil winding, the ring, and the base plate, produces a superconductor. Is added and heat-treated to hold for a predetermined time.
The heat treatment apparatus includes the bobbin, the coil winding, the ring, and the base plate while turning on and adjusting the temperature adjusting mechanism so as to maintain a predetermined temperature difference between the ring and the coil winding. Cool and
After the temperature of the coil winding returns to room temperature, the temperature adjustment mechanism is turned off.
After the bobbin, the coil winding, the ring, and the base plate have returned to room temperature, the bobbin and the base plate are refastened.
A method of manufacturing a wind and react type superconducting coil, which is characterized by this.
周方向に複数に分割された第1のボビンと、超電導体として機能する線材を前記第1のボビンの内径側に配置したコイル巻線と、前記第1のボビンと同心円状に前記第1のボビンの外側に配置されたリングとを備えるワインド&リアクト型超電導コイルを、前記コイル巻線の内径側に仮配置された第2のボビンと、前記第1のボビンと前記第2のボビンが配置されるベースプレートと、前記第1のボビンと前記第2のボビンを前記ベースプレートに締結する締結機構と、前記リングの温度調整をする温度調整機構と、前記ワインド&リアクト型超電導コイルの全体を加熱して熱処理を行う熱処理装置とを用いて製造するワインド&リアクト型超電導コイルの製造方法であって、
前記第1ボビンと前記コイル巻線と前記第2のボビンと前記リングとは、前記ベースプレートの上に配置され、
前記ベースプレートと前記第1のボビンおよび前記第2のボビンの前記締結機構による締結を解除し、
前記熱処理装置が、前記第1のボビンと前記コイル巻線と前記第2のボビンと前記リングと前記ベースプレートとを含めて、前記コイル巻線に保持された前記超電導体として機能する前段階の物質が超電導体を生成する所定の温度を加えて所定の時間保持する熱処理を行い、
前記リングと前記コイル巻線とで所定の温度差を保つように前記温度調整機構で調整しながら、前記熱処理装置が前記第1のボビンと前記コイル巻線と前記第2のボビンと前記リングと前記ベースプレートとを含めて冷却し、
前記コイル巻線の温度が常温に戻った後に前記温度調整機構をオフし、
前記第1のボビンと前記コイル巻線と前記第2のボビンと前記リングと前記ベースプレートが常温に戻った後に、前記第1のボビンと前記ベースプレートとを再び締結し、
前記第2のボビンを除去する、
ことを特徴とするワインド&リアクト型超電導コイルの製造方法。
A first bobbin divided into a plurality of parts in the circumferential direction, a coil winding in which a wire rod functioning as a superconductor is arranged on the inner diameter side of the first bobbin, and the first bobbin concentrically with the first bobbin. A wind-and-react type superconducting coil having a ring arranged on the outside of the bobbin is arranged with a second bobbin temporarily arranged on the inner diameter side of the coil winding, and the first bobbin and the second bobbin. The base plate, the fastening mechanism for fastening the first bobbin and the second bobbin to the base plate, the temperature adjusting mechanism for adjusting the temperature of the ring, and the entire wind & react type superconducting coil are heated. This is a method for manufacturing a wind & react type superconducting coil, which is manufactured by using a heat treatment device that performs heat treatment.
The first bobbin, the coil winding, the second bobbin, and the ring are arranged on the base plate.
The fastening of the base plate, the first bobbin, and the second bobbin by the fastening mechanism is released.
A pre-stage substance in which the heat treatment apparatus functions as the superconductor held in the coil winding, including the first bobbin, the coil winding, the second bobbin, the ring, and the base plate. Is heat-treated to generate a superconductor by applying a predetermined temperature and holding it for a predetermined time.
While adjusting by the temperature adjusting mechanism so as to maintain a predetermined temperature difference between the ring and the coil winding, the heat treatment apparatus uses the first bobbin, the coil winding, the second bobbin, and the ring. Cool including the base plate and
After the temperature of the coil winding returns to room temperature, the temperature adjustment mechanism is turned off.
After the first bobbin, the coil winding, the second bobbin, the ring, and the base plate have returned to room temperature, the first bobbin and the base plate are refastened.
Remove the second bobbin,
A method of manufacturing a wind and react type superconducting coil, which is characterized by this.
周方向に複数に分割されたボビンと、超電導体として機能する線材を前記ボビンに巻回したコイル巻線とを備えるワインド&リアクト型超電導コイルを、前記ボビンと同心円状に前記ボビンの内側に配置され前記同心円状の中心部にもリング構成部材を有するリングと、前記ボビンが配置されるベースプレートと、前記ボビンを前記ベースプレートに締結する締結機構と、前記リングの温度調整をする温度調整機構と、前記ワインド&リアクト型超電導コイルの全体を加熱して熱処理を行う熱処理装置とを用いて製造するワインド&リアクト型超電導コイルの製造方法であって、
前記ボビンと前記コイル巻線は、前記ベースプレートの上に配置され、
前記ベースプレートと前記ボビンの締結を解除し、
前記熱処理装置が、前記ボビンと前記コイル巻線と前記リングと前記ベースプレートとを含めて、前記コイル巻線に保持された前記超電導体として機能する前段階の物質が超電導体を生成する所定の温度を加えて所定の時間保持する熱処理を行い、
前記リングと前記コイル巻線とで所定の温度差を保つように前記温度調整機構をオンして調整しながら、前記熱処理装置が前記ボビンと前記コイル巻線と前記リングと前記ベースプレートとを含めて冷却し、
前記コイル巻線の温度が常温に戻った後に前記温度調整機構をオフし、
前記コイル巻線を構成するすべての部材が常温に戻った後に、前記ボビンと前記ベースプレートとを再び締結し、
前記リングを除去する、
ことを特徴とするワインド&リアクト型超電導コイルの製造方法。
A wind-and-react type superconducting coil including a bobbin divided into a plurality of parts in the circumferential direction and a coil winding in which a wire rod functioning as a superconductor is wound around the bobbin is arranged inside the bobbin concentrically with the bobbin. A ring having a ring component also in the center of the concentric circle, a base plate on which the bobbin is arranged, a fastening mechanism for fastening the bobbin to the base plate, and a temperature adjusting mechanism for adjusting the temperature of the ring. A method for manufacturing a wind & react type superconducting coil, which is manufactured by using a heat treatment apparatus that heats the entire wind & react type superconducting coil to perform heat treatment.
The bobbin and the coil winding are arranged on the base plate.
Release the fastening between the base plate and the bobbin,
A predetermined temperature at which the pre-stage material in which the heat treatment apparatus functions as the superconductor held in the coil winding, including the bobbin, the coil winding, the ring, and the base plate, produces a superconductor. Is added and heat-treated to hold for a predetermined time.
The heat treatment apparatus includes the bobbin, the coil winding, the ring, and the base plate while turning on and adjusting the temperature adjusting mechanism so as to maintain a predetermined temperature difference between the ring and the coil winding. Cool and
After the temperature of the coil winding returns to room temperature, the temperature adjustment mechanism is turned off.
After all the members constituting the coil winding have returned to room temperature, the bobbin and the base plate are refastened.
Remove the ring,
A method of manufacturing a wind and react type superconducting coil, which is characterized by this.
請求項9または請求項11において、
前記温度調整機構は、加熱手段である、
ことを特徴とするワインド&リアクト型超電導コイルの製造方法。
In claim 9 or 11.
The temperature adjusting mechanism is a heating means.
A method of manufacturing a wind and react type superconducting coil, which is characterized by this.
請求項10において、
前記温度調整機構は、冷却手段である、
ことを特徴とするワインド&リアクト型超電導コイルの製造方法。
In claim 10,
The temperature adjusting mechanism is a cooling means.
A method of manufacturing a wind and react type superconducting coil, which is characterized by this.
請求項9から請求項11のいずれか一項において、
前記コイル巻線に保持された前記超電導体として機能する前段階の物質が超電導体を生成する所定の温度は、500℃以上である、
ことを特徴とするワインド&リアクト型超電導コイルの製造方法。
In any one of claims 9 to 11.
A predetermined temperature at which a substance in the previous stage that functions as the superconductor held in the coil winding produces a superconductor is 500 ° C. or higher.
A method of manufacturing a wind and react type superconducting coil, which is characterized by this.
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のワインド&リアクト型超電導コイルを備える、
ことを特徴とする超電導電磁石装置。
The wind & react type superconducting coil according to any one of claims 1 to 5 is provided.
A superconducting electromagnet device characterized by this.
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