JP2871906B2 - 電磁石巻線接続部の固定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁石巻線接続部の固
定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】超電導電磁石は、極小型のものであれば
１本の超電導線で巻線されるが、通常は、複数本の超電
導線を継ぎ足して巻線される。また、巻線の巻き始めま
たは巻き終わりの端末には、外部から電流を供給するた
めのリード線が接続される。

【０００３】従来、超電導電磁石での巻線同士または巻
線とリード線の接続は、巻枠のツバ部の外面上で半田付
けすることにより行われている。しかしながら、半田に
は若干の電気抵抗があるため電流を流したときに発熱す
る。これにより、超電導線の温度が上昇して臨界温度Ｔ
ｃを越えると、超電導線の超電導特性が失われ、抵抗が
発生する。この結果、超電導線の接続部が焼損してしま
う問題があった。このため、接続部を、超電導電磁石を
冷却するための液体ヘリウム等の冷媒で効率よく冷却す
るように考慮する必要がある。

【０００４】一方、接続部の周辺には、超電導電磁石に
よる磁界が発生している。接続された巻線またはリード
線には電流が流れているので、電磁力が作用する。この
ため、電磁力によって接続部の巻線またはリード線が変
形して接続部が破壊されるのを防止するため、接続部を
巻枠等に堅固に固定する必要がある。

【０００５】以上説明した如く、超電導電磁石の巻線接
続部の固定は、該巻線接続部での発熱及び電磁力による
変形を考慮して行わなければならない。従来の接続部の
固定方法としては、次のような方法が行われている。例
えば、図６に示す如く、巻枠６１に巻線された超電導線
６２の端末部を、巻枠６１のツバ部６３に形成された引
出穴６４から引き出し、接続するリード線６６の端末部
に添わせる。次いで、超電導線６２及びリード線６６
を、結束線６７で結束した後半田付けして接続する。そ
して、超電導線６２及びリード線６６の接続部６８を、
ツバ部６３の側端面に設けられたコマ６９に、結束線７
０で縛り付ける。ここで、コマ６９は、絶縁材料で構成
されている。このような巻線接続部の固定方法では、接
続部６２が外部に露出しているので、周囲に存在する液
体ヘリウム等の冷媒と良く接触し、熱放射性に優れてい
る。また、複数個のコマ６９を、比較的短い間隔で設け
ることにより、ある程度の電磁力に耐えることができ
る。このような巻線接続部の固定方法は、小型乃至中型
の超電導電磁石に適用されている。

【０００６】次に、巻線後に熱処理を行って超電導特性
を得る方法を適用した超電導電磁石における巻線接続部
の固定方法を説明する。まず、図７に示す如く、超電導
生成のための熱処理を行う前のニオブ及びスズを複合さ
せた巻線（以下、Ｎｂ／Ｓｎ複合線と記す）を、巻枠７
１に巻線する。次いで、Ｎｂ／Ｓｎ複合線７４を、ツバ
部７２に設けられた引出穴７３から引き出す。一方、ツ
バ部７２の側端面には、耐熱性を有する絶縁材料からな
る、略円筒形の固定用ポスト７６が設けられ、その周面
には銅製の接続金具７５が配置されている。接続金具７
５の周面上にＮｂ／Ｓｎ複合線７４の端末部を巻き付け
る。さらに接続金具７５にリード線７７の端末部を巻き
付ける。ここで、固定用ポスト７６は、その略中央に設
けられた貫通孔に貫挿されたボルト７８によりツバ部７
２に固定されている。接続金具７５はツバ部７２から電
気的に絶縁されている。この後、熱処理を行い、Ｎｂ／
Ｓｎ複合線７４を超電導体化してＮｂ₃ Ｓｎ線７４を得
る。そして、接続金具７５に巻き付けたＮｂ₃ Ｓｎ線７
４及びリード線７７の端末部を半田付けする。

【０００７】なお、上記説明した従来の巻線接続部の固
定方法では、超電導線及びリード線の接続部の固定方法
について説明したが、巻枠に巻線する超電導線を継ぎ足
すときに行う超電導線同士の接続においても、同様の巻
線接続部の固定方法が適用されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
複数個のコマを使用した巻線接続部の固定方法を、巻線
同士の接続部に適用した場合には、巻線の継ぎ足しが多
くなると、巻線接続部を固定するコマの個数が多くな
る。このため、ツバ部の側端面に設けられた各接続部の
固定部分同士の距離が接近し、接続部同士の絶縁を取る
ことが非常に困難である。

【０００９】また、高磁界でかつ大電流の超電導磁石で
は電磁力が非常に大きくなる。例えば、中心磁界１３
Ｔ、通電電流Ｉ＝１３００Ａの超電導電磁石では、巻枠
のツバ部における磁界（Ｂ）が８Ｔになる。この際に、
長さ（Ｌ）１０ｃｍあたりの巻線接続部にかかる電磁力
Ｆは下式（Ｉ）の通りである。

【００１０】 電磁力Ｆ＝Ｉ×Ｂ×Ｌ＝１３００×８×０．１＝１０４０Ｎ＝１０６ｋｇｆ このような電磁力Ｆにより、巻線接続部は超電導電磁石
の巻線径方向に変位する。例えば、巻線の断面寸法が
２．７mm×４．３mmで、接続部を固定するコマ同士の間
隔が５０mmであるとき、該接続部に１０６ｋｇｆの電磁
力Ｆが作用した場合、該接続部の変位量は０．９mmであ
り、曲げ歪は０．８％に達する。このため、例えば、巻
線としてＮｂ₃ Ｓｎ線を使用した場合には、この接続部
の曲げ歪は、Ｎｂ₃ Ｓｎ線の超電導特性劣化の許容限度
である０．３％の値を越えてしまう。

【００１１】一方、固定用ポストに巻線を巻き付けて行
う巻線接続部の固定方法では、超電導線及びリード線の
フィラメント断線を防止するために、接続金具を含めた
固定用ポストの直径がある程度大きくなければならな
い。例えば、ＮｂＴｉ線を巻き付ける場合には、固定用
ポストの直径は、このＮｂＴｉ線の線径の２０倍以上で
ある必要である。ＮｂＴｉ線の断面寸法が２．７mm×
４．３mmである場合、接続金具を含めた固定用ポストの
直径は、５０mm以上確保しなければならない。しかしな
がら、超電導線は非常に固いので、直径５０mm以上の固
定用ポストに巻き付けるのは困難である。また、実用的
なフィラメント断線防止効果を発揮させるためには、固
定用ポストの直径が１００mm以上であることが必要であ
る。このように大きな固定用ポストを、互いに絶縁性を
確保しながら、ツバ部の側端面に多数設けることは非常
に困難である。

【００１２】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、電磁力により、変形または破壊されることがな
く、巻線接続部の相互間における電気絶縁性に優れた超
電導電磁石巻線接続部の固定方法を提供するものであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、２本の巻線端
末同士或いは巻線端末及びリード線端末同士を所定長さ
だけ重なり合わせた接続部を収容するための溝部を少な
くとも１つ有する台部と、前記溝部に収容された接続部
を固定するための固定板からなり、かつ絶縁材料で構成
された接続部固定手段を用いて、２本の前記巻線端末同
士或いは前記巻線端末及び前記リード線端末同士を所定
長さ重なり合わせて前記溝部に収容した後、前記溝部と
前記固定板の間に挟み込んで固定することを特徴とする
電磁石巻線接続部の固定方法を提供する。

【００１４】

【作用】本発明の電磁石巻線接続部の固定方法では、２
本の巻線端末同士或いは巻線端末及びリード線端末同士
を所定長さ重なり合わせた接続部を、溝部と固定板の間
に挟み込んで固定する。これにより、接続部に対して電
磁力が作用した場合、接続部の全体を溝部に収容してい
るので、接続部が変形するのを阻止することができる。
また、接続部固定手段が絶縁材料で構成されているの
で、複数の巻線接続部を固定する場合には、隣接して設
けられた溝部に接続部を夫々収容することにより、各接
続部を容易に絶縁することができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明の超電導電磁石巻線接続部
の固定方法に使用する接続部固定手段の要部を示す説明
図である。図２は、本発明の超電導電磁石巻線接続部の
固定方法を適用した超電導電磁石を示す説明図である。
図３は、図２中の線Ａ−Ａに沿った同実施例の接続部固
定手段の断面図である。

【００１７】図中１１は、ソレノイド型で、有効内径２
４０mm、中心磁界１３Ｔ、通電電流値１３６０Ａの超電
導電磁石１０の巻枠ツバ部である。巻枠ツバ部１１は、
内径２４０mm、外形４３０mmの環状体である。巻枠ツバ
部１１の側端面上には、環状体をその中心を通りかつ所
定の中心角を有する２本の放射線で分割した形状からな
る台座１２が載置されている。台座１２の上には、台座
１２と同様の形状からなるジョイント台１３が載置され
ている。ジョイント台１３の台座１２とは反対側の面に
は、後述する２本の超電導線１６，１７の各端末部を所
定の長さ重なり合わせてなる接続部を収容するための第
１の溝部１４が、略円弧状に、互いに間隔を隔てて３本
形成されている。さらに、第１の溝部１４の底面には、
超電導電磁石を冷却するために用いられる液体ヘリウム
等の冷媒を通過させるための第２の溝部１５が、第１の
溝部１４の長手方向に沿って夫々形成されている。第１
の溝部１４の寸法は、図３に示す如く、収容した超電導
線１６，１７の接続部が、ジョイント台１３から僅かに
突出するように設定する。例えば、第１の溝部１４の深
さは、超電導線１６，１７の接続部の高さよりも、約２
mm浅くなるように設定する。

【００１８】また、ジョイント台１３には、第１の溝部
１４と直交する冷媒通過溝１８が任意の箇所に形成され
ている。冷媒通過溝１８は、第２の溝部１５と同じ深さ
で形成されている。

【００１９】このように第１の溝部１４，第２の溝部１
５及び冷媒通過溝１８が形成されたジョイント台１３の
溝形成面１９を覆うようにして、固定板２０がジョイン
ト台１３上に載置されている。固定板２０には、第１の
溝部１４と外部を連通する冷媒通過孔２１が形成されて
いる。台座１２，ジョイント台１３及び固定板２０は、
図３に示すように、所定箇所に形成された、各部材１
２，１３，２０を貫通するネジ孔２２に、ボルト２３を
貫挿し、巻枠ツバ部１１に螺合することにより固定され
ている。

【００２０】ここで、ジョイント台１３及び固定板２０
は、例えば、ガラスエポキシ樹脂積層板のような絶縁材
料で構成されている。

【００２１】また、第１の溝部１４の数は３本に限定さ
れるものではなく、必要に応じて、または、ジョイント
台１３の大きさ、すなわち、巻枠ツバ部１１の側端面の
面積の許す範囲内で、任意の数だけ第ｌの溝部１４を形
成することができる。

【００２２】このような構成からなる接続部固定手段２
４が、図２に示す如く、巻線された超電導線を引き出す
ための巻線引出孔２５，２６が形成された領域を除く、
巻枠ツバ部１１の側端面上に、第１の溝部１４の位置が
互いに対応するように連設されている。

【００２３】以上説明したような接続部固定手段２４を
用いて、巻枠に巻線される超電導線を継ぎ足す場合の超
電導線の接続部の固定方法について説明する。ここで使
用する超電導線は、３．１mm×４．４mmのＮｂＳｎ線で
ある。まず、図２に示す如く、巻枠に巻線された、第１
の超電導線１６を、巻線引出孔２５を介して巻枠ツバ部
１１の側端面上に引き出す。次いで、引き出された第１
の超電導線１６と、継ぎ足すための第２の超電導線１７
の端末部を、所定の長さで重なり合わせ、半田付けして
接続する。このようにして接続した第１の超電導線１６
及び第２の超電導線１７の接続部を、巻線引出孔２５及
び２６の間に連設された図３に示すジョイント台１３の
第１の溝部１４に押し込む。この後、ジョイント台１３
の溝形成面１９を覆うように固定板２０を載置し、ボル
ト２３をねじ込んで、第１の溝部１４と固定板２０の間
に、第１及び第２の超電導線１６，１７の接続部を挟み
込んで固定する。このように接続部を固定した後、第２
の超電導線１７を巻枠に巻線する。なお、図２では、第
１の溝部１４に収容された超電導線１６，１７の様子が
良く分かるように、接続部固定手段２４の一部には、固
定板２０を図示するのを省略しているが、すべての接続
部固定手段２４において、ジョイント台１３の溝形成面
１９の上には、上述のように固定板２０が載置されてい
る。

【００２４】このように固定された第１の超導電線１６
及び第２の超電導線１７の接続部は、その全長にわたっ
て第１の溝部１４内に収容され、かつ固定板２０により
押さえられている。このため、超電導電磁石１０を励磁
させたときに、発生した電磁力が該接続部に作用した場
合にも、接続部の変形は起こらず、従って亀裂も発生せ
ず、超電導状態が十分に保たれる。

【００２５】また、超電導電磁石を冷却する、液体ヘリ
ウムなどの冷媒が、冷媒流通溝１８及びジョイント台１
３の端面に露出した第２の溝部１５の端部から侵入し、
第２の溝部１５及び第１の溝部１４と該接続部の間隙を
流通する。これにより、該接続部の半田が発熱した場合
に、該接続部が効率良く冷却される。この結果、接続部
の発熱による温度上昇で超電導破壊が起こるのを防止す
ることができる。接続部との熱交換により気体になった
冷媒は、第２の溝部１５の上方に設けられた冷媒通過孔
２１から外部に排出される。

【００２６】また、該接続部は、絶縁材料により構成さ
れたジョイント台１３及び固定板２０の内部に収容され
ている。これにより、該接続部は巻枠ツバ部１１から絶
縁される。また、隣接する第１の溝部１４に、夫々接続
部を固定した場合にも接続部同士を確実に絶縁すること
ができる。このため、比較的少ないスペースで、複数の
超電導線１６，１７の接続部を固定することができる。

【００２７】上記説明した超電導線１６，１７同士の接
続部の固定方法と同様にして、巻枠に巻線された超電導
線と電流供給用のリード線との接続部を固定することが
できる。例えば、図２に示す如く、巻線引出孔２６から
突出した超電導線の巻き始め端末部２７を、リード線３
０と所定長さ重なり合わせ、半田付けして接続する。こ
の後、このように接続した巻き始め端末部２７とリード
線３０の接続部を、接続部固定手段２４ａとは反対側の
巻線引出孔２５，２６の間に連設された接続部固定手段
２４ｂに、上記説明した超電導線１６，１７同士の接続
部の固定方法と同様にして固定することができる。ま
た、巻線された超電導線の巻き終わり端末部２８とリー
ド線３１との接続部の固定も同様に行うことができる。

【００２８】次に、接続部固定手段を、巻枠の長手方向
に取り付けた場合の実施例について説明する。図４は、
巻枠の長手方向に取り付けた接続部固定手段の一例を示
す正面図であり、図５は、同実施例の接続部固定手段の
縦断面図である。

【００２９】図中４１は、前記第１の実施例と同様の構
成からなる超電導電磁石４０の巻枠である。巻枠４１の
ツバ部４３，４４の外縁部の間には、巻枠４１の長手方
向に沿ってジョイント台４５が設けられている。ジョイ
ント台４５の外面上には、その略中央に、後述する超電
導線５１，５２が並設されてなる接続部を収容するため
の第１の溝部４６が、巻枠４１の長手方向に沿って形成
されている。第１の溝部４６の底面には、冷媒が通過す
るための第２の溝部４７が形成されている。さらに、第
１の溝部４５と直交しかつ所定の間隔をおいて複数の冷
媒通過溝４８が形成されている。第１の溝部４６、第２
の溝部４７および冷媒通過溝４８が形成されたジョイン
ト台４５の溝形成面４９を覆うようにして固定板５０が
設けられている。固定板５０には、第１の溝部４６の上
方に位置するように、複数の冷媒通過孔５１が所定の間
隔をおいて形成されている。このような固定板５０が、
ジョイント台４５の上に所定の間隔をおいて形成された
ネジ孔５２に、固定用ボルト５３を螺合することによ
り、ジョイント台４５に固定されている。

【００３０】このような構成からなる接続部固定手段６
０を用いて、次のようにして、超電導線の接続部の固定
を行う。まず、ツバ部４３に形成された引出孔６１を介
して巻線部４２から引き出した第１の超電導線６４、及
び継ぎ足し用の第２の超電導線６５を夫々導入孔６２に
通す。この後、第１の超電導線６４の端末部と第２の超
電導線６５の端末部を、第１の溝部４６の長さだけ重な
り合わせて接続する。接続した第１の超電導線６４及び
第２の超電導線６５の接続部を、第１の溝部４６に押し
込む。次いで、固定板５０を溝形成面４９の上に被せた
後、固定用ボルト５３をねじ込むことにより、接続部を
第１の溝部４６及び固定板５０の間に挟み込んで固定す
る。

【００３１】このように、接続部固定手段６０を、巻枠
４１の外面部に巻枠４１の長手方向に沿って取り付けて
超電導線の接続部の固定を行ったときにも、超電導電磁
石４０を励磁させた場合に、第１の実施例と同様に、接
続部に電磁力が作用しても亀裂が発生するのを防止で
き、かつ接続部を効率よく冷却できた。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した如くに、本発明の電磁石巻
線接続部の固定方法によれば、接続部を溝部内に収容し
て固定している。これにより、電磁石が発生する磁界に
よる電磁力の作用を受けたときにも、接続部が変形した
り亀裂が生じたりするのを阻止することができる。ま
た、複数の接続部を固定する場合には、複数の溝部を並
設して、各接続部を夫々収容することにより、接続部を
互いに絶縁させておくことが容易にできる。このため、
少ないスペースで多くの巻線接続部を固定することがで
きる等顕著な効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超電導電磁石巻線接続部の固定方法に
使用する接続部固定手段の要部を示す説明図。

【図２】本発明の超電導電磁石巻線接続部の固定方法を
適用した超電導電磁石を示す説明図。

【図３】図２中の線Ａ−Ａに沿った同実施例の接続部固
定手段の断面図。

【図４】巻枠の長手方向に取り付けた接続部固定手段の
一例を示す正面図。

【図５】同実施例の接続部固定手段の縦断面図。

【図６】従来の超電導電磁石巻線接続部の固定方法を示
す説明図。

【図７】従来の超電導電磁石巻線接続部の固定方法を示
す説明図。

【符号の説明】 １０…超電導電磁石、１１…巻枠ツバ部、１２…台座、
１３…ジョイント台、１４…第１の溝部、１５…第２の
溝部、１６，１７…超電導線、１８…冷媒通過溝、１９
…溝形成面、２０…固定板、２１…冷媒通過孔、２２…
ネジ孔、２３…ボルト、２４…接続部固定手段、２５，
２６…巻線引出孔、３０、３１…リード線。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２本の巻線端末同士或いは巻線端末及び
   リード線端末同士を所定長さだけ重なり合わせた接続部
   を収容するための溝部を少なくとも１つ有する台部と、
   前記溝部に収容された接続部を固定するための固定板か
   らなり、かつ絶縁材料で構成された接続部固定手段を用
   いて、２本の前記巻線端末同士或いは前記巻線端末及び
   前記リード線端末同士を所定長さ重なり合わせて前記溝
   部に収容した後、前記溝部と前記固定板の間に挟み込ん
   で固定することを特徴とする電磁石巻線接続部の固定方
   法。