JP2021064687A - 超電導コイル - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1実施形態の超電導コイル100の正面図である。図2は、超電導コイル100の側面図である。図3は、超電導コイル100を構成するコイル体10の概略図である。図4は、超電導コイル100の一部の断面図である。図4は、図1に示すI−I断面図である。図5は、超電導コイル100を構成する酸化物超電導線材30の断面図である。図5は、酸化物超電導線材30の長さ方向に直交する断面の図である。
超電導積層体5は、基材1と、中間層2と、酸化物超電導層3と、保護層4とを備える。超電導積層体5は、基材1上に中間層2を介して酸化物超電導層3および保護層4が形成された構造を有する。すなわち、超電導積層体5は、テープ状の基材1の一方の面に、中間層2、酸化物超電導層3、および保護層4がこの順に積層された構成を有する。
安定化層6は、酸化物超電導層3が常電導状態に転移した時に発生する過電流を転流させるバイパス部としての機能を有する。安定化層6の構成材料としては、銅、銅合金(例えばCu−Zn合金、Cu−Ni合金等)、アルミニウム、アルミニウム合金、銀等の金属が挙げられる。安定化層6は、めっき(例えば電解めっき)によって形成することができる。
図2に示すように、第2コイル体10Bは、第1コイル体10Aと共通の巻回軸Cを有する。第1コイル体10Aと第2コイル体10Bとは、巻回軸Cの方向に積層されている。第1コイル体10Aと第2コイル体10Bとは、巻回軸Cの方向に隣り合っている。図4に示すように、第1コイル体10Aと第2コイル体10Bとの間には、絶縁性のスペーサ41(絶縁シート)が設けられている。
超電導コイル100では、接続導体20は、酸化物超電導線材30(図5参照)と同様の酸化物超電導線材50(超電導線材)によって構成されている。
接続導体20では、基材1は、「接続導体基材」の一例である。中間層2は、「接続導体中間層」の一例である。酸化物超電導層3は、「接続導体酸化物超電導層」の一例である。保護層4は、「接続導体保護層」の一例である。
また、接続導体20の幅W1と、2つのコイル体10の幅W3とは略同一であると良い。これにより、電磁力等の応力がコイル体10A,10Bの拡径方向に作用した場合に、コイル体10A,10Bの酸化物超電導線材30が外方に倒れ込む変形を抑制することができる。
図4では、接合層25は接続導体20と同じ幅とされているが、接合層は、コイル体の外周面に接続導体の幅を越えて幅方向に濡れ広がった形態であってもよい。
図6は、第2実施形態の超電導コイル200の正面図である。図7は、超電導コイル200の側面図である。なお、他の実施形態と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
接続導体120の周回部分122のうち、第1端120aを含む第1層122Aは、外周面11A,11Bの全周にわたって設けられている。第1層122Aは、コイル体10A,10Bの外周面11A,11Bに、接合層125を介して接している。周回部分122のうち第2層122Bは、第1層122Aの外周面に接合層126を介して重ねられている。第2端120bを含む第2長さ領域120B(余長部分)は、第2層122Bの外周面に接合層127を介して重ねられている。
図8は、第3実施形態の超電導コイル300の正面図である。図9は、超電導コイル300の側面図である。なお、他の実施形態と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
図10は、第4実施形態の超電導コイル400の正面図である。図11は、超電導コイル400の一部の断面図である。図11は、図10に示すII−II断面図である。なお、他の実施形態と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
第2接続導体320Bおよび第3接続導体320Cは、金属テープで構成されている。金属テープを構成する金属は、ニッケル合金(ハステロイ(登録商標)等)、銅、銅合金、銀合金などを挙げることができる。
第2接続導体320Bは、第1接続導体220Aの外周面を1周回する長さを有する。そのため、第2接続導体320Bは、第1接続導体220Aを周方向に沿って1周回する。第2接続導体320Bの第1端320Baと第2端320Bbとは向かい合っている。すなわち、第2接続導体320Bの両端同士は向かい合っている。第1端320Baと第2端320Bbとは突き合わせられていてもよい。
第3接続導体320Cは、第2接続導体320Bの第1長さ領域320B1から、第2長さ領域320B2にかけて周方向に架け渡されている。第1長さ領域320B1は、第2接続導体320Bのうち第1端320Baを含む長さ領域である。第2長さ領域320B2は、第2接続導体320Bのうち第2端320Bbを含む長さ領域である。
図11では、第2接続導体320Bの幅W2は、コイル体10A,10Bの合計幅W3より小さい。第2接続導体320Bの第1側縁320Bcは、第1コイル体10Aの上面より低く位置する。第2接続導体320Bの第2側縁320Bdは、第2コイル体10Bの下面より高く位置する。
第3接続導体320C(図10参照)の幅は、第2接続導体320Bの幅と同じであってよい。
例えば、接続導体320B,320Cを構成する金属がニッケル合金(ハステロイ(登録商標)等)であれば、接続導体320B,320Cの機械的強度が高くなるため、前記応力の影響を低減するうえで有利となる。接続導体320Bを構成する金属が良導性金属(例えば銅、銅合金、銀合金など)であれば、バイパス部としての接続導体320Bの機能を高めることができる。
図12は、第5実施形態の超電導コイル500の正面図である。図13は、超電導コイル500の側面図である。なお、他の実施形態と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
第2接続導体420Bは、第1接続導体220Aの外周面を1周回する長さを有する。そのため、第2接続導体420Bは、第1接続導体220Aを周方向に沿って1周回する。第2接続導体420Bの第1端420Baと第2端420Bbとは向かい合っている。すなわち、第2接続導体420Bの両端同士は向かい合っている。第1端420Baと第2端420Bbとは突き合わせられていてもよい。
なお、第2接続導体は、第1接続導体の外周面に、1周回を越えて巻き付けられてもよい。その場合、第2接続導体は、一部の長さ領域が互いに重なり合う。
図14は、第6実施形態の超電導コイル600の正面図である。図15は、超電導コイル600の側面図である。なお、他の実施形態と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
第2接続導体520Bは、第1接続導体220Aの外周面を1周回する長さを有する。そのため、第2接続導体520Bは、第1接続導体220Aを周方向に沿って1周回する。第2接続導体520Bの第1端520Baと第2端520Bbとは向かい合っている。すなわち、第2接続導体520Bの両端同士は向かい合っている。第1端520Baと第2端520Bbとは突き合わせられていてもよい。
図16は、第7実施形態の超電導コイル700の正面図である。図17は、超電導コイル700の側面図である。なお、他の実施形態と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
第2接続導体620Bは、第1接続導体20の1周回を越える長さを有する。そのため、第2接続導体620Bは、第1接続導体20を周方向に沿って1周回し、この周回部分622に余長部分(第2長さ領域620D)が重ねられている。第2接続導体620Bの第2長さ領域620D(余長部分)は、周回部分622の第1長さ領域620Cの外周面に、接合層627を介して重ねられている。
図18は、第8実施形態の超電導コイル800の正面図である。図19は、超電導コイル800の側面図である。図20は、超電導コイル800の一部の断面図である。図20は、図18に示すIII−III断面図である。なお、他の実施形態と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
超電導コイル800では、接続導体720は、酸化物超電導線材30(図5参照)と同様の酸化物超電導線材50によって構成されている。
図2および図4に示す超電導コイル100は、2つのコイル体10が積層されて構成されているが、超電導コイルは、3以上の任意の数のコイル体が積層されて構成されていてもよい。例えば、4つのコイル体を積層した構成、6つのコイル体を積層した構成,8つのコイル体を積層した構成などを例示できる。その場合、接続導体は、少なくとも隣り合う2つのコイル体の外周面に全周にわたって接する。接続導体は、コイル体の周方向の少なくとも一部分において互いに重なり合うようにコイル体に巻き付けられる。これにより、接続導体は、隣り合う2つのコイル体を電気的に接続する。
Claims (10)
- テープ状の超電導線材が巻回されることで構成された少なくとも2つのコイル体と、
2つの前記コイル体を電気的に接続する接続導体と、を備え、
2つの前記コイル体は、前記コイル体の巻回軸方向に積層され、
前記接続導体は、2つの前記コイル体の外周面に全周にわたって導電性の接合層を介して巻き付けられ、
前記コイル体の周方向の少なくとも一部分において、前記接続導体同士が重なり合っている、超電導コイル。 - 前記接続導体は、前記コイル体の外周面に、2周回以上巻き付けられている、請求項1記載の超電導コイル。
- 前記接続導体は、前記コイル体の外周面に巻き付けられて両端同士が向かい合うテープ状の第1部材と、
前記第1部材の外周面に重なるテープ状の第2部材と、を含み、
前記第2部材は、少なくとも前記第1部材の一端を含む領域から他端を含む領域に架け渡されている、請求項1記載の超電導コイル。 - 前記第2部材は、前記第1部材の外周面に1周回以上巻き付けられている、請求項3記載の超電導コイル。
- 前記第2部材の外周面に重なるテープ状の第3部材をさらに備え、
前記第2部材は、前記第1部材の外周面に巻き付けられて両端同士が向かい合い、
前記第3部材は、前記第2部材の一端を含む領域から他端を含む領域に架け渡されている、請求項3記載の超電導コイル。 - 前記コイル体を構成する超電導線材は、テープ状のコイル基材と、前記コイル基材に積層されたコイル超電導層とを有し、前記コイル超電導層を外に向けた姿勢とされ、
前記接続導体は、テープ状の接続導体基材と、前記接続導体基材に積層された接続導体超電導層とを有する超電導線材によって構成され、前記接続導体超電導層を内に向けた姿勢とされている、請求項1〜5のうちいずれか1項に記載の超電導コイル。 - 前記第1部材は、超電導線材で構成され、
前記第2部材は、金属テープで構成されている、請求項3または4に記載の超電導コイル。 - 前記第1部材は、前記コイル体の外周面に、1周回を越えて巻き付けられ、
前記第2部材は、前記第1部材の外周面に、1周回を越えて巻き付けられている、請求項7記載の超電導コイル。 - 前記接続導体の幅は、2つの前記コイル体の積層方向の合計幅以下である、請求項1〜8のうちいずれか1項に記載の超電導コイル。
- テープ状の超電導線材が巻回されることで構成された少なくとも2つのコイル体と、
2つの前記コイル体を電気的に接続する接続導体と、を備え、
2つの前記コイル体は、前記コイル体の巻回軸方向に積層され、
前記接続導体は、2つの前記コイル体の内周面に全周にわたって導電性の接合層を介して巻き付けられ、
前記コイル体の周方向の少なくとも一部分において、前記接続導体同士が重なり合っている、超電導コイル。
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