JP4476425B2 - 超電導コイル装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テープ状の超電導線材を巻回してコイルに形成する際、引張り強度を高めた超電導コイル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、超電導コイル装置は、金属系超電導線材であれ、酸化物超電導線材であれ、その線材をコイル状に巻回する場合、巻き始めと巻き終りに、例えば銅板等の常電導金属に接続する、いわゆる電極部を備えている。この電極部を通じて超電導コイル装置には、電源から電流が供給されるようになっている。
【０００３】
この超電導コイル装置は、変圧器、限流器等の静止形電力機器のコイル用として多く適用されているが、コイルを作製するにあたって図１２に示す手順が採られていた。
【０００４】
超電導コイル装置は、例えば銅板製の電極部１にテープ状の超電導線材２を半田付した後、その超電導線材２に張力を加えながら円筒状の巻枠３の周方向に沿ってソレノイド状に巻回し、コイルを作製していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１２で示した超電導線材２の巻回手順を採る従来の超電導コイル装置では、いくつかの不具合、不都合な問題点があった。
【０００６】
超電導コイル装置は、超電導線材２を巻枠３の周方向に沿って巻回し、コイルを作製するにあたり、当初、電極部１に半田付を施工してから超電導線材２を巻回するため、巻き始めの部分にほとんど張力が働いていないかあるいは張力が過度に働きすぎている等張力に過不足が生じていた。このため、コイルには、長年の使用の結果、変形または亀裂等の機械的劣化を生じさせることがあった。
【０００７】
また、超電導線材２の巻き始めの部分に張力の過不足が生じていると、超電導コイル装置は、例えば臨界電流やｎ値（電流・電圧の立ち上り傾斜等）の指標が低くなり、性能劣化を引き起す要因にもなっていた。
【０００８】
このように、従来の超電導コイル装置には、いくつかの問題点があり、長年使用していても品質の保証をより長く維持させる新たなコイルの実現が望まれていた。
【０００９】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、超電導線材を巻回してコイルを作製するにあたり、超電導線材に張力を加えながら電極部に半田付けを施工して超電導線材に過不足なく均一に引張り応力を与え、長年実施していても良好な品質を長く維持させる超電導コイル装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項１に記載したように、巻枠の周方向に沿って巻回させた超電導線材と、この超電導線材に固着させた電極部とを備えた超電導コイル装置において、上記超電導線材は、上記巻枠に設けた固定板に固着手段で固着させるとともに、上記電極部に固着手段で固着させる際、張力を加えながら固着させた後、上記固定板から上記電極部までを切断し、さらに上記固定板を上記巻枠から取り除いたものである。
【００１２】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項２に記載したように、電極部に超電導線材を固着させる固着手段は、半田であることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項３に記載したように、固定板に超電導線材を固着させる固着手段は、半田およびエポキシ接着剤のうち、いずれか一方であることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項４に記載したように、超電導線材は、複数本の超電導線材を半田部で固着させて巻枠の周方向に沿って巻回させたものである。
【００１５】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項５に記載したように、超電導線材は、絶縁被覆を施工していないことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項６に記載したように、超電導線材は、絶縁被覆を施工するとともに、電極部に固着させる部分を絶縁被覆の撚り線から剥し、丸線として電極部に固着させたものである。
【００１７】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項７に記載したように、超電導線材は、巻枠の周方向に沿って巻回させる際、パンケーキ状に形成したものである。
【００１８】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項８に記載したように、超電導線材は、巻枠の周方向に沿って巻回させる際、パンケーキ状に形成するとともに、パンケーキ状のものを軸方向に配置組み合わせてコイルとしたものである。
【００１９】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項９に記載したように、巻枠の周方向に沿って巻回させた超電導線材と、この超電導線材に固着させた電極部とを備えた超電導コイル装置において、上記超電導線材を上記巻枠に設けた固定板に固着手段で固着させるとともに、上記電極部に固着手段で固着させる際、張力を加えながら固着させた後、上記固定板から上記電極部までの上記超電導線材を切断し、さらに上記固定板を上記巻枠から取り除いて形成した第１コイルと、上記別の超電導線材を上記別の巻枠に設けた別の固定板に固着手段で固着させるとともに、上記別の電極部に固着手段で固着させる際、張力を加えながら固着させた後、上記別の固定板から上記別の電極部までの上記別の超電導線材を切断し、さらに上記別の固定板を上記別の巻枠から取り除いて形成した第２コイルと、上記第１コイルの電極部と上記第２コイルの電極部とを連結部で接続させたものである。
【００２０】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項１０に記載したように、超電導線材を巻回させる巻枠は、周方向に沿って設けた突き出し部で区画した溝部を備えたものである。
【００２１】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項１１に記載したように、第１コイルおよび第２コイルは、ともに超電導線材を巻枠の周方向に沿って巻回させる際、時計方向および反時計方向のうち、いずれか一方を選択したことを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項１２に記載したように、請求項１に記載の超電導線材を変圧器の一次巻線に適用するとともに、請求項９に記載の超電導線材を変圧器の二次巻線に適用したものである。
【００２３】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項１３に記載したように、請求項１に記載の超電導線材を直径の異なる複数個組み合わせてコイルを作製し、限流器および永久電流スイッチのいずれかに適用したものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る超電導コイル装置の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２５】
図１は、本発明に係る超電導コイル装置の第１実施形態を説明するために用いた概念図である。なお、図１中、（ａ）は巻枠に対し、超電導線材の仮りの巻回始期を説明するために用いた概念図であり、（ｂ）は巻枠に対し、超電導線材の仮りの巻回中間期を説明するために用いた概念図であり、（ｃ）は巻枠に対し、超電導線材の実際の巻回始期を説明するために用いた概念図である。
【００２６】
また、本発明に係る超電導コイル装置に適用する超電導線材は、絶縁被覆を施工していないビスマス系、具体的には（ＢｉＰｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ（Ｂｉ２２２３）のＡｇシーステープで、幅３．８ｍｍ、厚み０．２５ｍｍである。
【００２７】
本実施形態に係る超電導コイル装置は、コイルを作製するにあたり、図１（ａ）に示すように、先ず、筒状の巻枠１０に設けた銅板製の固定板１１にＡｇシースＢｉ２２２３の超電導線材１２の端部を半田部１３で固着させるとともに、超電導線材１２の中間部分が予め電極部１４に当接することを予想した位置に半田位置決め部１５を付し、矢印ＣＷで示す時計方向に向って１０ＭＰａの引張り応力で超電導線材１２を巻枠１０の周方向に沿って巻回させる。
【００２８】
次に、超電導線材１２の半田位置決め部１５が図１（ｂ）に示すように、電極部１４に当接すると、本実施形態は超電導線材１２に張力を加えたまま電極部１４に半田部１３で固着させた後、図１（ｃ）に示すように、固定板１１から電極部１４までの間の超電導線材１２を切断するとともに、固定板１１を取り除き、電極部１４に固着させた超電導線材１２に初期応力を与える。
【００２９】
巻回による張力と半田部１３の固着力に基づく初期応力が与えられた超電導線材１２は、図１（ｃ）に示すように、実質上の巻回始期を開始し、巻枠１０に対し、矢印ＣＷで示す時計方向に向って巻回させてコイルを作製する。
【００３０】
このように、本実施形態は、超電導線材１２の巻回開始時、固定板１１や電極部１４に半田部１３で溶着させて超電導線材１２に予め初期応力を与えた後、電極部１４の手前側から切断して実質上の巻回開始時期とし、超電導線材１２の電極部１４に対する巻回開始部分に局所的に断線がなく均一な応力を加えたので、長年実施していても臨界電流を高く維持させることと相まってｎ値も高く維持させた高品質のコイルを保証することができる。
【００３１】
なお、本実施形態は、コイルを液体窒素の中に浸漬冷却し、通電したところ、臨界電流、ｎ値ともに好成績の実験結果が認められた。
【００３２】
図２は、本発明に係る超電導コイル装置の第２実施形態を説明するために用いた概念図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００３３】
本発明に係る超電導コイル装置に適用する超電導線材は、絶縁被覆を施工していないビスマス系、具体的にはＢｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏｙ（Ｂｉ２２１２）のＡｇシーステープで、幅３．８ｍｍ、厚み０．２５ｍｍである。
【００３４】
本実施形態は、まず、筒状の巻枠１０にＡｇシースＢｉ２２１２の超電導線材１２の端部を約２ｃｍに亘ってエポキシ接着剤１６で固着させるとともに、超電導線材１２の中間部分が予め電極部１４に当接することを予想した位置に半田位置決め部１５を付し、矢印ＣＷで示す時計方向に向って５ＭＰａの引張り応力で超電導線材１２を巻枠１０の周方向に沿って巻回させる。
【００３５】
次に、超電導線材１２の半田位置決め部１５が電極部１４に当接すると、本実施形態は、超電導線材１２に張力を加えたまま電極部１４に半田部１３で固着させた後、巻枠１０の周方向に沿って超電導線材１２を巻回させ、コイルを作製する。
【００３６】
このように、本実施形態は、超電導線材１２を電極部１４に半田部１３で固着させる際、超電導線材１２の端部をエポキシ接着剤１６で固着させ、超電導線材１２の電極部１４の当接する位置に予め適正な初期応力を与えたので、臨界電流やｎ値を高く維持させた高品質のコイルを保証することができる。
【００３７】
なお、本実施形態は、コイルを液体窒素の中に浸漬冷却し、通電したところ、臨界流、ｎ値ともに好成績の実験結果が認められた。
【００３８】
図３は、本発明に係る超電導コイル装置の第３実施形態を説明するために用いた概念図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００３９】
本発明に係る超電導コイル装置に適用する超電導線材は、絶縁被覆を施工していないイットリウム系、具体的にはＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ（Ｙ１２３）／ＸＹＺのハステロイ基板テープで、幅１０ｍｍ、厚み０．１ｍｍである。
【００４０】
本実施形態は、まず、筒状の巻枠１０に設けた銅板製の固定板１１にハステロ基板テープの第１超電導線材１２ａと第２超電導線材１２ｂとを２枚重ねにして半田部１３で固着させるとともに、第１超電導線材１２ａの中間部分が予め電極部１４に当接することを予想した位置に半田位置決め部１５を付し、矢印ＣＷで示す時計方向に向って１ＭＰａの引張り応力で第１超電導線材１２ａおよび第２超電導線材１２ｂを巻枠１０の周方向に沿って巻回させる。なお、第１超電導線材１２ａと第２超電導線材１２ｂとは、互いに半田部１３で固着される。
【００４１】
次に、第１超電導線材１２ａの半田位置決め部１５が電極部１４に当接すると、本実施形態は、半田部１３で固着させた２枚重ねの第１超電導線材１２ａと第２超電導線材１２ｂとに張力を加えたまま第１超電導線材１２ａを電極部１４に半田部１３で固着させた後、巻枠１０の周方向に沿って第１超電導線材１２ａおよび第２超電導線材１２ｂを巻回させ、コイルを作製する。
【００４２】
このように、本実施形態は、半田部１３で互いに固着させた第１超電導線材１２ａおよび第２超電導線材１２ｂを電極部１４に半田部１３で固着させる際、２枚重ねの第１超電導線材１２ａおよび第２超電導線材１２ｂのそれぞれの端部を固定板１１で固着させ、第１超電導線材１２ａおよび第２超電導線材１２ｂのそれぞれの電極部１４の当接する位置に予め適正な初期応力を与えたので、臨界電流やｎ値を高く維持させた高品質のコイルを保証することができる。また、本実施形態の場合、大電流用に有効である。
【００４３】
図４は、本発明に係る超電導コイル装置の第４実施形態を説明するために用いた概念図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００４４】
本発明に係る超電導コイル装置に適用する超電導線材は、線径０．１ｍｍのＣｕＮｉ／ＣｕマトリックスのＮｂＴｉ系の線材を３本撚り合わせ絶縁被覆したものである。
【００４５】
本実施形態は、まず、超電導線材１２をその端部から数十ｃｍの長さに亘って絶縁被覆を剥し、丸線材１７ａ，１７ｂ，１７ｃとして巻枠１０に設けた固定板１１に半田部１３で固着させる。また、丸線材１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、その中間部分に予め電極部１４が当接することを予想した位置に半田位置決め部１５を付し、矢印ＣＣＷで示す反時計方向に向って１ＭＰａの引張り応力で巻枠１０の周方向に沿って巻回させる。
【００４６】
次に、丸線材１７ａ，１７ｂ，１７ｃの半田位置決め部１５が電極部１４に当接すると、本実施形態は、丸線材１７ａ，１７ｂ，１７ｃに引張り張力を加えたまま丸線材１７ａ，１７ｂ，１７ｃを電極部１４に半田部１３で固着させた後、巻枠の周方向に沿って超電導線材１２を巻回させ、コイルを作製する。
【００４７】
このように、本実施形態は３本の線材を撚り合わせて絶縁被覆した超電導線材１２のうち、丸線材１７ａ，１７ｂ，１７ｃのそれぞれの端部を固定板１１に半田部１３で固着させ、丸線材１７ａ，１７ｂ，１７ｃのそれぞれの電極部１４の当接する位置に予め適正な初期応力を与えたので、臨界電流やｎ値を高く維持させた高品質のコイルを保証することができる。
【００４８】
図５は、本発明に係る超電導コイル装置の第５実施形態を説明するために用いた概念図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。また、図５中、（ａ）は巻枠に対し、超電導線材の仮りの巻回始期を説明するために用いた第１コイルの概念図であり、（ｂ）は巻枠に対し、超電導線材の仮りの巻回始期を説明するために用いた第２コイルの概念図であり、（ｃ）は第１コイルと第２コイルとを同心的に配置して組み合わせたことを説明するために用いた概念図である。
【００４９】
本発明に係る超電導コイル装置は、直径約２０ｃｍの第１コイル１８ａと、直径約２１．４ｃｍの第２コイル１８ｂとを組み合わせて構成される。
【００５０】
第１コイル１８ａは、図５（ａ）に示すように、筒状の巻枠１０に設けた銅板製の固定板１１に超電導線材１２の端部を半田部１３で固着させるとともに、超電導線材１２の中間部分が予め電極部１４に当接することを予想した位置に半田位置決め部１５を付し、矢印ＣＣＷで示す反時計方向に向って張力を加えながら超電導線材１２を巻枠１０の周方向に沿って巻回させる。
【００５１】
次に、超電導線材１２の半田位置決め部１５が電極１４に当接すると、本実施形態は、第１実施形態と同様に、超電導線材１２に張力を加えたまま電極部１４に半田部１３で固着させた後、固定板１１から電極部１４までの間の超電導線材１２を切断するとともに、固定板１１を取り除き、電極部１４に固着させた超電導線材１２に初期応力を与える。
【００５２】
初期応力が与えられた超電導線材１２は、再び巻枠１０の周方向に沿い、矢印ＣＣＷで示す反時計方向に向って巻回させた後、ソレノイドの第１コイル１８ａを作製する。
【００５３】
一方、第２コイル１８ｂは、図５（ｂ）に示すように、円筒状の巻枠１０に設けた銅板製の固定板１１に超電導線材１２の端部を半田部１３で固着させた後、第１コイル１８ａの作製手順と同様に、超電導線材１２を電極部１４に半田部１３で固着させる際、初期応力を与えてから切断し、切断後の超電導線材１２を矢印ＣＷで示す時計方向に向って巻回させた後、ソレノイドの第２コイル１８ｂを作製する。
【００５４】
このようにして作製された第１コイル１８ａおよび第２コイル１８ｂは、図５（ｃ）に示すように、同心状に配置し、電極部１４，１４を例えば銅板等の連結部１９で接続させる。
【００５５】
本実施形態は、第１コイル１８ａと第２コイル１８ｂとを組み合わせて超電導コイル装置を作製する際、第１コイル１８ａの超電導線材１２を巻枠１０に対し、反時計方向に向って巻回するとともに、第２コイル１８ｂの超電導線材１２を巻枠１０に対し、時計方向に向って巻回し、各コイル１８ａ，１８ｂの電極部１４，１４を連結部１９で接続させる一方、各コイル１８ａ，１８ｂの電極部１４，１４に超電導線材１２，１２を固着させる際、張力を加えながら超電導線材１２，１２の端部に予め適正な初期応力を与えたので、臨界電流やｎ値を高く維持させた高品質のコイルを保証することができる。
【００５６】
図６は、本発明に係る超電導コイル装置の第６実施形態を説明するために用いた概念図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００５７】
本発明に係る超電導コイル装置に適用する超電導線材は、第１実施形態と同様に、絶縁被覆を施工していないビスマス系、具体的には（ＢｉＰｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ（Ｂｉ２２２３）のＡｇＭｎシーステープで、幅３．８ｍｍ、厚み０．２５ｍｍである。
【００５８】
本実施形態に係る超電導コイル装置は、図６に示すように、筒状の巻枠１０に対し、ＡｇシースＢｉ２２２３の超電導線材１２の端部を絶縁テープ２０で固定するとともに、超電導線材１２の中間部分が予め電極部１４に当接することを見越した位置に半田位置決め部１５を付し、矢印ＣＣＷで示した反時計方向に向って１０ＭＰａの引張応力で超電導線材１２を巻枠１０の周方向に沿って巻回させ、電極部１４で超電導線材１２を半田部１３により固着させた後、再び矢印ＣＣＷで示した反時計方向に向って巻回させ、パンケーキ状の単位コイル２１が作製される。
【００５９】
パンケーキ状に作製した単位コイル２１は、図７に示すように、電極部１４の軸方向に沿って配置・組み合わせて一つのユニットコイル２２が作製される。
【００６０】
このように、本実施形態は、パンケーキ状の単位コイル２１を電極部１４の軸方向に沿って配置・組み合わせて一つのユニットコイル２２を作製するにあたり、単位コイル２１毎に超電導線材１２を電極部１４に固着させる際、引張り張力を加えながら予め適正な初期応力を与えたので、臨界電流やｎ値を高く維持させた高品質のコイルを保証することができる。
【００６１】
なお、本実施形態は、コイルを２０Ｋの液体窒素の中に浸漬冷却し、通電したところ臨界電流、ｎ値ともに好成績の実験結果が認められた。
【００６２】
図８は、本発明に係る超電導コイル装置の第７実施形態を説明するために用いた概念図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００６３】
本発明に係る超電導コイル装置に適用する超電導線材は、第１実施形態と同様に、絶縁被覆を施工していないビスマス系、具体的には（ＢｉＰｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ（Ｂｉ２２２３）のＡｇシーステープで、幅３．８ｍｍ、厚み０．２５ｍｍである。
【００６４】
本実施形態に係る超電導コイル装置は、図８に示すように、周方向に沿って突き出し部２３，２３で区画した溝部２４を備えた筒状の巻枠１０に、固定板１１を設け、この固定板１１にＡｇシースＢｉ２２２３の超電導線材１２の端部を図９に示すように、半田部１３で固着させるとともに、超電導線材１２の中間部分が予め電極部１４に当接することを予想した位置に半田位置決め部１５を付し、矢印ＣＣＷで示した反時計方向に向って１０ＭＰａの引張応力で超電導線材１２を巻枠１０の溝部２４に沿って巻回させる。
【００６５】
超電導線材１２の半田位置決め部１５が電極部１４に当接すると、本実施形態は超電導線材１２に引張り張力を加えたまま電極部１４に半田部１３で固着させた後、固定板１１から電極部１４までの間の超電導線材１２を切断するとともに、固定板１１を取り除き、電極部１４に固着させた超電導線材１２に初期応力を与える。
【００６６】
巻回による引張り応力と半田部１３の固着力に基づく初期応力が与えられた超電導線材１２は、再び巻枠１０の溝部２４に沿って矢印ＣＣＷで示した反時計方向に向って巻回させてコイルを作製する。
【００６７】
このように、本実施形態は、巻枠１０の溝部２４に沿って巻回した超電導線材１２の電極部１４に固着させる際、引張り張力を加えながら予め適正な初期応力を与えたので、臨界電流やｎ値を高く維持させた高品質のコイルを保証することができる。
【００６８】
なお、本実施形態は、コイルを７７．３Ｋの液体窒素の中に浸漬冷却し、通電したところ臨界電流、ｎ値ともに好成績の実験結果が認められた。
【００６９】
図１０は、本発明に係る超電導コイル装置の第８実施形態を説明するために用いた概念図である。なお、第１実施形態および第５実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００７０】
本発明に係る超電導コイル装置は、変圧器に適用するもので、鉄心２５に対峙する一次巻線２６ａ，２６ｂに、溝部２４を形成した巻枠１０の周方向に、矢印ＣＷで示した時計方向に向って巻回させ、第１実施形態と同様に、電極部１４に固着させる際、超電導線材１２に予め初期応力を与えたコイルを使用する一方、一次巻線２６ａ，２６ｂの中間部分に配置した二次巻線２７に、図５で示した第５実施形態の第１コイル１８ａと第２コイル１８ｂとを組み合せたコイルを使用したものである。なお、第１コイル１８ａおよび第２コイル１８ｂは、ともに巻枠１０に溝部２４が形成され、溝部２４に沿って超電導線材１２が巻回されている。また、一次巻線２６ａ，２６ｂに適用するコイルの超電導線材１２の巻回方向と二次巻線２７に適用するコイルの超電導線材１２の巻回方向とを同一の方向であっても、また互いに逆向きの方向のいずれであってもよい。また、他の構成は第１実施形態および第５実施形態と同一なので、その説明を省略する。
【００７１】
このように、本実施形態は、一次巻線２６ａ，２６ｂおよび二次巻線２７ともに、超電導線材１２に電極部１４を固着させる際、超電導線材１２に適正な初期応力を与えたのでｎ値等高い性能を保証した変圧器を実現することができる。
【００７２】
図１１は、本発明に係る超電導コイル装置の第９実施形態を説明するために用いた概念図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００７３】
本発明に係る超電導コイル装置は、限流器や永久電流スイッチに適用するもので、巻枠１０に形成した溝部２４に沿って超電導線材１２を巻回させるとともに、その巻回手順を第１実施形態と同様に、電極部１４に超電導線材１２を固着させる際、超電導線材１２に予め適正な初期応力を与えて作製したコイルのうち、直径の異なる単位コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃ………を同心状に数個または数十個配置してユニットコイル２２に形成したものである。
【００７４】
このように、本実施形態は、電極部１４に固着させる超電導線材１２に予め適正な初期応力を与えてコイルに作製し、そのコイルを限流器等に組み込んだので、ｎ値等性能を高く維持させて限流器等の品質を保証することができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係る超電導コイル装置は、超電導線材を電極部に固着させ、巻枠の周方向に沿って巻回させてコイルを作製する際、電極部に固着させる超電導線材に、予め初期応力を与えて負荷を均一化させて局所的な線材の断線等を防止したので、臨界電流やｎ値を高く維持させた高品質のコイルを保証することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超電導コイル装置の第１実施形態を説明するために用いた概念図で、（ａ）は巻枠に対し、超電導線材の仮りの巻回始期を説明するために用いた概念図、（ｂ）は巻枠に対し、超電導線材の仮りの巻回中間期を説明するために用いた概念図、（ｃ）は巻枠に対し、超電導線材の実際の巻回始期を説明するために用いた概念図。
【図２】本発明に係る超電導コイル装置の第２実施形態を説明するために用いた概念図。
【図３】本発明に係る超電導コイル装置の第３実施形態を説明するために用いた概念図。
【図４】本発明に係る超電導コイル装置の第４実施形態を説明するために用いた概念図。
【図５】本発明に係る超電導コイル装置の第５実施形態を説明するために用いた概念図で、（ａ）は巻枠に対し、超電導線材の仮りの巻回始期を説明するために用いた第１コイルの概念図、（ｂ）は巻枠に対し、超電導線材の仮りの巻回始期を説明するために用いた第２コイルの概念図、（ｃ）は第１コイルと第２コイルとを同心的に配置して組み合わせたことを説明するために用いた概念図。
【図６】本発明に係る超電導コイル装置の第６実施形態を説明するために用いた概念図。
【図７】パンケーキ状に作製した単位コイルを電極部の軸方向に沿って配置・組み合わせたユニットコイルを説明するために用いた概念図。
【図８】本発明に係る超電導コイル装置の第７実施形態を説明するために用いた概念図。
【図９】図８のＡ部拡大部分断面図。
【図１０】本発明に係る超電導コイル装置の第８実施形態を説明するために用いた概念図。
【図１１】本発明に係る超電導コイル装置の第９実施形態を説明するために用いた概念図。
【図１２】従来の超電導コイル装置を示す概念図。
【符号の説明】
１ 電極部
２ 超電導線材
３ 巻枠
１０ 巻枠
１１ 固定板
１２ 超電導線材
１２ａ 第１超電導線材
１２ｂ 第２超電導線材
１３ 半田部
１４ 電極部
１５ 半田位置決め部
１６ エポキシ接着剤
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 線材
１８ａ 第１コイル
１８ｂ 第２コイル
１９ 連結部
２０ 絶縁テープ
２１ 単位コイル
２２ ユニットコイル
２３ 突き出し部
２４ 溝部
２５ 鉄心
２６ａ，２６ｂ 一次巻線
２７ 二次巻線
【発明の属する技術分野】
本発明は、テープ状の超電導線材を巻回してコイルに形成する際、引張り強度を高めた超電導コイル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、超電導コイル装置は、金属系超電導線材であれ、酸化物超電導線材であれ、その線材をコイル状に巻回する場合、巻き始めと巻き終りに、例えば銅板等の常電導金属に接続する、いわゆる電極部を備えている。この電極部を通じて超電導コイル装置には、電源から電流が供給されるようになっている。
【０００３】
この超電導コイル装置は、変圧器、限流器等の静止形電力機器のコイル用として多く適用されているが、コイルを作製するにあたって図１２に示す手順が採られていた。
【０００４】
超電導コイル装置は、例えば銅板製の電極部１にテープ状の超電導線材２を半田付した後、その超電導線材２に張力を加えながら円筒状の巻枠３の周方向に沿ってソレノイド状に巻回し、コイルを作製していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１２で示した超電導線材２の巻回手順を採る従来の超電導コイル装置では、いくつかの不具合、不都合な問題点があった。
【０００６】
超電導コイル装置は、超電導線材２を巻枠３の周方向に沿って巻回し、コイルを作製するにあたり、当初、電極部１に半田付を施工してから超電導線材２を巻回するため、巻き始めの部分にほとんど張力が働いていないかあるいは張力が過度に働きすぎている等張力に過不足が生じていた。このため、コイルには、長年の使用の結果、変形または亀裂等の機械的劣化を生じさせることがあった。
【０００７】
また、超電導線材２の巻き始めの部分に張力の過不足が生じていると、超電導コイル装置は、例えば臨界電流やｎ値（電流・電圧の立ち上り傾斜等）の指標が低くなり、性能劣化を引き起す要因にもなっていた。
【０００８】
このように、従来の超電導コイル装置には、いくつかの問題点があり、長年使用していても品質の保証をより長く維持させる新たなコイルの実現が望まれていた。
【０００９】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、超電導線材を巻回してコイルを作製するにあたり、超電導線材に張力を加えながら電極部に半田付けを施工して超電導線材に過不足なく均一に引張り応力を与え、長年実施していても良好な品質を長く維持させる超電導コイル装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項１に記載したように、巻枠の周方向に沿って巻回させた超電導線材と、この超電導線材に固着させた電極部とを備えた超電導コイル装置において、上記超電導線材は、上記巻枠に設けた固定板に固着手段で固着させるとともに、上記電極部に固着手段で固着させる際、張力を加えながら固着させた後、上記固定板から上記電極部までを切断し、さらに上記固定板を上記巻枠から取り除いたものである。
【００１２】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項２に記載したように、電極部に超電導線材を固着させる固着手段は、半田であることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項３に記載したように、固定板に超電導線材を固着させる固着手段は、半田およびエポキシ接着剤のうち、いずれか一方であることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項４に記載したように、超電導線材は、複数本の超電導線材を半田部で固着させて巻枠の周方向に沿って巻回させたものである。
【００１５】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項５に記載したように、超電導線材は、絶縁被覆を施工していないことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項６に記載したように、超電導線材は、絶縁被覆を施工するとともに、電極部に固着させる部分を絶縁被覆の撚り線から剥し、丸線として電極部に固着させたものである。
【００１７】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項７に記載したように、超電導線材は、巻枠の周方向に沿って巻回させる際、パンケーキ状に形成したものである。
【００１８】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項８に記載したように、超電導線材は、巻枠の周方向に沿って巻回させる際、パンケーキ状に形成するとともに、パンケーキ状のものを軸方向に配置組み合わせてコイルとしたものである。
【００１９】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項９に記載したように、巻枠の周方向に沿って巻回させた超電導線材と、この超電導線材に固着させた電極部とを備えた超電導コイル装置において、上記超電導線材を上記巻枠に設けた固定板に固着手段で固着させるとともに、上記電極部に固着手段で固着させる際、張力を加えながら固着させた後、上記固定板から上記電極部までの上記超電導線材を切断し、さらに上記固定板を上記巻枠から取り除いて形成した第１コイルと、上記別の超電導線材を上記別の巻枠に設けた別の固定板に固着手段で固着させるとともに、上記別の電極部に固着手段で固着させる際、張力を加えながら固着させた後、上記別の固定板から上記別の電極部までの上記別の超電導線材を切断し、さらに上記別の固定板を上記別の巻枠から取り除いて形成した第２コイルと、上記第１コイルの電極部と上記第２コイルの電極部とを連結部で接続させたものである。
【００２０】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項１０に記載したように、超電導線材を巻回させる巻枠は、周方向に沿って設けた突き出し部で区画した溝部を備えたものである。
【００２１】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項１１に記載したように、第１コイルおよび第２コイルは、ともに超電導線材を巻枠の周方向に沿って巻回させる際、時計方向および反時計方向のうち、いずれか一方を選択したことを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項１２に記載したように、請求項１に記載の超電導線材を変圧器の一次巻線に適用するとともに、請求項９に記載の超電導線材を変圧器の二次巻線に適用したものである。
【００２３】
また、本発明に係る超電導コイル装置は、上記目的を達成するために、請求項１３に記載したように、請求項１に記載の超電導線材を直径の異なる複数個組み合わせてコイルを作製し、限流器および永久電流スイッチのいずれかに適用したものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る超電導コイル装置の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２５】
図１は、本発明に係る超電導コイル装置の第１実施形態を説明するために用いた概念図である。なお、図１中、（ａ）は巻枠に対し、超電導線材の仮りの巻回始期を説明するために用いた概念図であり、（ｂ）は巻枠に対し、超電導線材の仮りの巻回中間期を説明するために用いた概念図であり、（ｃ）は巻枠に対し、超電導線材の実際の巻回始期を説明するために用いた概念図である。
【００２６】
また、本発明に係る超電導コイル装置に適用する超電導線材は、絶縁被覆を施工していないビスマス系、具体的には（ＢｉＰｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ（Ｂｉ２２２３）のＡｇシーステープで、幅３．８ｍｍ、厚み０．２５ｍｍである。
【００２７】
本実施形態に係る超電導コイル装置は、コイルを作製するにあたり、図１（ａ）に示すように、先ず、筒状の巻枠１０に設けた銅板製の固定板１１にＡｇシースＢｉ２２２３の超電導線材１２の端部を半田部１３で固着させるとともに、超電導線材１２の中間部分が予め電極部１４に当接することを予想した位置に半田位置決め部１５を付し、矢印ＣＷで示す時計方向に向って１０ＭＰａの引張り応力で超電導線材１２を巻枠１０の周方向に沿って巻回させる。
【００２８】
次に、超電導線材１２の半田位置決め部１５が図１（ｂ）に示すように、電極部１４に当接すると、本実施形態は超電導線材１２に張力を加えたまま電極部１４に半田部１３で固着させた後、図１（ｃ）に示すように、固定板１１から電極部１４までの間の超電導線材１２を切断するとともに、固定板１１を取り除き、電極部１４に固着させた超電導線材１２に初期応力を与える。
【００２９】
巻回による張力と半田部１３の固着力に基づく初期応力が与えられた超電導線材１２は、図１（ｃ）に示すように、実質上の巻回始期を開始し、巻枠１０に対し、矢印ＣＷで示す時計方向に向って巻回させてコイルを作製する。
【００３０】
このように、本実施形態は、超電導線材１２の巻回開始時、固定板１１や電極部１４に半田部１３で溶着させて超電導線材１２に予め初期応力を与えた後、電極部１４の手前側から切断して実質上の巻回開始時期とし、超電導線材１２の電極部１４に対する巻回開始部分に局所的に断線がなく均一な応力を加えたので、長年実施していても臨界電流を高く維持させることと相まってｎ値も高く維持させた高品質のコイルを保証することができる。
【００３１】
なお、本実施形態は、コイルを液体窒素の中に浸漬冷却し、通電したところ、臨界電流、ｎ値ともに好成績の実験結果が認められた。
【００３２】
図２は、本発明に係る超電導コイル装置の第２実施形態を説明するために用いた概念図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００３３】
本発明に係る超電導コイル装置に適用する超電導線材は、絶縁被覆を施工していないビスマス系、具体的にはＢｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏｙ（Ｂｉ２２１２）のＡｇシーステープで、幅３．８ｍｍ、厚み０．２５ｍｍである。
【００３４】
本実施形態は、まず、筒状の巻枠１０にＡｇシースＢｉ２２１２の超電導線材１２の端部を約２ｃｍに亘ってエポキシ接着剤１６で固着させるとともに、超電導線材１２の中間部分が予め電極部１４に当接することを予想した位置に半田位置決め部１５を付し、矢印ＣＷで示す時計方向に向って５ＭＰａの引張り応力で超電導線材１２を巻枠１０の周方向に沿って巻回させる。
【００３５】
次に、超電導線材１２の半田位置決め部１５が電極部１４に当接すると、本実施形態は、超電導線材１２に張力を加えたまま電極部１４に半田部１３で固着させた後、巻枠１０の周方向に沿って超電導線材１２を巻回させ、コイルを作製する。
【００３６】
このように、本実施形態は、超電導線材１２を電極部１４に半田部１３で固着させる際、超電導線材１２の端部をエポキシ接着剤１６で固着させ、超電導線材１２の電極部１４の当接する位置に予め適正な初期応力を与えたので、臨界電流やｎ値を高く維持させた高品質のコイルを保証することができる。
【００３７】
なお、本実施形態は、コイルを液体窒素の中に浸漬冷却し、通電したところ、臨界流、ｎ値ともに好成績の実験結果が認められた。
【００３８】
図３は、本発明に係る超電導コイル装置の第３実施形態を説明するために用いた概念図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００３９】
本発明に係る超電導コイル装置に適用する超電導線材は、絶縁被覆を施工していないイットリウム系、具体的にはＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ（Ｙ１２３）／ＸＹＺのハステロイ基板テープで、幅１０ｍｍ、厚み０．１ｍｍである。
【００４０】
本実施形態は、まず、筒状の巻枠１０に設けた銅板製の固定板１１にハステロ基板テープの第１超電導線材１２ａと第２超電導線材１２ｂとを２枚重ねにして半田部１３で固着させるとともに、第１超電導線材１２ａの中間部分が予め電極部１４に当接することを予想した位置に半田位置決め部１５を付し、矢印ＣＷで示す時計方向に向って１ＭＰａの引張り応力で第１超電導線材１２ａおよび第２超電導線材１２ｂを巻枠１０の周方向に沿って巻回させる。なお、第１超電導線材１２ａと第２超電導線材１２ｂとは、互いに半田部１３で固着される。
【００４１】
次に、第１超電導線材１２ａの半田位置決め部１５が電極部１４に当接すると、本実施形態は、半田部１３で固着させた２枚重ねの第１超電導線材１２ａと第２超電導線材１２ｂとに張力を加えたまま第１超電導線材１２ａを電極部１４に半田部１３で固着させた後、巻枠１０の周方向に沿って第１超電導線材１２ａおよび第２超電導線材１２ｂを巻回させ、コイルを作製する。
【００４２】
このように、本実施形態は、半田部１３で互いに固着させた第１超電導線材１２ａおよび第２超電導線材１２ｂを電極部１４に半田部１３で固着させる際、２枚重ねの第１超電導線材１２ａおよび第２超電導線材１２ｂのそれぞれの端部を固定板１１で固着させ、第１超電導線材１２ａおよび第２超電導線材１２ｂのそれぞれの電極部１４の当接する位置に予め適正な初期応力を与えたので、臨界電流やｎ値を高く維持させた高品質のコイルを保証することができる。また、本実施形態の場合、大電流用に有効である。
【００４３】
図４は、本発明に係る超電導コイル装置の第４実施形態を説明するために用いた概念図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００４４】
本発明に係る超電導コイル装置に適用する超電導線材は、線径０．１ｍｍのＣｕＮｉ／ＣｕマトリックスのＮｂＴｉ系の線材を３本撚り合わせ絶縁被覆したものである。
【００４５】
本実施形態は、まず、超電導線材１２をその端部から数十ｃｍの長さに亘って絶縁被覆を剥し、丸線材１７ａ，１７ｂ，１７ｃとして巻枠１０に設けた固定板１１に半田部１３で固着させる。また、丸線材１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、その中間部分に予め電極部１４が当接することを予想した位置に半田位置決め部１５を付し、矢印ＣＣＷで示す反時計方向に向って１ＭＰａの引張り応力で巻枠１０の周方向に沿って巻回させる。
【００４６】
次に、丸線材１７ａ，１７ｂ，１７ｃの半田位置決め部１５が電極部１４に当接すると、本実施形態は、丸線材１７ａ，１７ｂ，１７ｃに引張り張力を加えたまま丸線材１７ａ，１７ｂ，１７ｃを電極部１４に半田部１３で固着させた後、巻枠の周方向に沿って超電導線材１２を巻回させ、コイルを作製する。
【００４７】
このように、本実施形態は３本の線材を撚り合わせて絶縁被覆した超電導線材１２のうち、丸線材１７ａ，１７ｂ，１７ｃのそれぞれの端部を固定板１１に半田部１３で固着させ、丸線材１７ａ，１７ｂ，１７ｃのそれぞれの電極部１４の当接する位置に予め適正な初期応力を与えたので、臨界電流やｎ値を高く維持させた高品質のコイルを保証することができる。
【００４８】
図５は、本発明に係る超電導コイル装置の第５実施形態を説明するために用いた概念図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。また、図５中、（ａ）は巻枠に対し、超電導線材の仮りの巻回始期を説明するために用いた第１コイルの概念図であり、（ｂ）は巻枠に対し、超電導線材の仮りの巻回始期を説明するために用いた第２コイルの概念図であり、（ｃ）は第１コイルと第２コイルとを同心的に配置して組み合わせたことを説明するために用いた概念図である。
【００４９】
本発明に係る超電導コイル装置は、直径約２０ｃｍの第１コイル１８ａと、直径約２１．４ｃｍの第２コイル１８ｂとを組み合わせて構成される。
【００５０】
第１コイル１８ａは、図５（ａ）に示すように、筒状の巻枠１０に設けた銅板製の固定板１１に超電導線材１２の端部を半田部１３で固着させるとともに、超電導線材１２の中間部分が予め電極部１４に当接することを予想した位置に半田位置決め部１５を付し、矢印ＣＣＷで示す反時計方向に向って張力を加えながら超電導線材１２を巻枠１０の周方向に沿って巻回させる。
【００５１】
次に、超電導線材１２の半田位置決め部１５が電極１４に当接すると、本実施形態は、第１実施形態と同様に、超電導線材１２に張力を加えたまま電極部１４に半田部１３で固着させた後、固定板１１から電極部１４までの間の超電導線材１２を切断するとともに、固定板１１を取り除き、電極部１４に固着させた超電導線材１２に初期応力を与える。
【００５２】
初期応力が与えられた超電導線材１２は、再び巻枠１０の周方向に沿い、矢印ＣＣＷで示す反時計方向に向って巻回させた後、ソレノイドの第１コイル１８ａを作製する。
【００５３】
一方、第２コイル１８ｂは、図５（ｂ）に示すように、円筒状の巻枠１０に設けた銅板製の固定板１１に超電導線材１２の端部を半田部１３で固着させた後、第１コイル１８ａの作製手順と同様に、超電導線材１２を電極部１４に半田部１３で固着させる際、初期応力を与えてから切断し、切断後の超電導線材１２を矢印ＣＷで示す時計方向に向って巻回させた後、ソレノイドの第２コイル１８ｂを作製する。
【００５４】
このようにして作製された第１コイル１８ａおよび第２コイル１８ｂは、図５（ｃ）に示すように、同心状に配置し、電極部１４，１４を例えば銅板等の連結部１９で接続させる。
【００５５】
本実施形態は、第１コイル１８ａと第２コイル１８ｂとを組み合わせて超電導コイル装置を作製する際、第１コイル１８ａの超電導線材１２を巻枠１０に対し、反時計方向に向って巻回するとともに、第２コイル１８ｂの超電導線材１２を巻枠１０に対し、時計方向に向って巻回し、各コイル１８ａ，１８ｂの電極部１４，１４を連結部１９で接続させる一方、各コイル１８ａ，１８ｂの電極部１４，１４に超電導線材１２，１２を固着させる際、張力を加えながら超電導線材１２，１２の端部に予め適正な初期応力を与えたので、臨界電流やｎ値を高く維持させた高品質のコイルを保証することができる。
【００５６】
図６は、本発明に係る超電導コイル装置の第６実施形態を説明するために用いた概念図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００５７】
本発明に係る超電導コイル装置に適用する超電導線材は、第１実施形態と同様に、絶縁被覆を施工していないビスマス系、具体的には（ＢｉＰｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ（Ｂｉ２２２３）のＡｇＭｎシーステープで、幅３．８ｍｍ、厚み０．２５ｍｍである。
【００５８】
本実施形態に係る超電導コイル装置は、図６に示すように、筒状の巻枠１０に対し、ＡｇシースＢｉ２２２３の超電導線材１２の端部を絶縁テープ２０で固定するとともに、超電導線材１２の中間部分が予め電極部１４に当接することを見越した位置に半田位置決め部１５を付し、矢印ＣＣＷで示した反時計方向に向って１０ＭＰａの引張応力で超電導線材１２を巻枠１０の周方向に沿って巻回させ、電極部１４で超電導線材１２を半田部１３により固着させた後、再び矢印ＣＣＷで示した反時計方向に向って巻回させ、パンケーキ状の単位コイル２１が作製される。
【００５９】
パンケーキ状に作製した単位コイル２１は、図７に示すように、電極部１４の軸方向に沿って配置・組み合わせて一つのユニットコイル２２が作製される。
【００６０】
このように、本実施形態は、パンケーキ状の単位コイル２１を電極部１４の軸方向に沿って配置・組み合わせて一つのユニットコイル２２を作製するにあたり、単位コイル２１毎に超電導線材１２を電極部１４に固着させる際、引張り張力を加えながら予め適正な初期応力を与えたので、臨界電流やｎ値を高く維持させた高品質のコイルを保証することができる。
【００６１】
なお、本実施形態は、コイルを２０Ｋの液体窒素の中に浸漬冷却し、通電したところ臨界電流、ｎ値ともに好成績の実験結果が認められた。
【００６２】
図８は、本発明に係る超電導コイル装置の第７実施形態を説明するために用いた概念図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００６３】
本発明に係る超電導コイル装置に適用する超電導線材は、第１実施形態と同様に、絶縁被覆を施工していないビスマス系、具体的には（ＢｉＰｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ（Ｂｉ２２２３）のＡｇシーステープで、幅３．８ｍｍ、厚み０．２５ｍｍである。
【００６４】
本実施形態に係る超電導コイル装置は、図８に示すように、周方向に沿って突き出し部２３，２３で区画した溝部２４を備えた筒状の巻枠１０に、固定板１１を設け、この固定板１１にＡｇシースＢｉ２２２３の超電導線材１２の端部を図９に示すように、半田部１３で固着させるとともに、超電導線材１２の中間部分が予め電極部１４に当接することを予想した位置に半田位置決め部１５を付し、矢印ＣＣＷで示した反時計方向に向って１０ＭＰａの引張応力で超電導線材１２を巻枠１０の溝部２４に沿って巻回させる。
【００６５】
超電導線材１２の半田位置決め部１５が電極部１４に当接すると、本実施形態は超電導線材１２に引張り張力を加えたまま電極部１４に半田部１３で固着させた後、固定板１１から電極部１４までの間の超電導線材１２を切断するとともに、固定板１１を取り除き、電極部１４に固着させた超電導線材１２に初期応力を与える。
【００６６】
巻回による引張り応力と半田部１３の固着力に基づく初期応力が与えられた超電導線材１２は、再び巻枠１０の溝部２４に沿って矢印ＣＣＷで示した反時計方向に向って巻回させてコイルを作製する。
【００６７】
このように、本実施形態は、巻枠１０の溝部２４に沿って巻回した超電導線材１２の電極部１４に固着させる際、引張り張力を加えながら予め適正な初期応力を与えたので、臨界電流やｎ値を高く維持させた高品質のコイルを保証することができる。
【００６８】
なお、本実施形態は、コイルを７７．３Ｋの液体窒素の中に浸漬冷却し、通電したところ臨界電流、ｎ値ともに好成績の実験結果が認められた。
【００６９】
図１０は、本発明に係る超電導コイル装置の第８実施形態を説明するために用いた概念図である。なお、第１実施形態および第５実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００７０】
本発明に係る超電導コイル装置は、変圧器に適用するもので、鉄心２５に対峙する一次巻線２６ａ，２６ｂに、溝部２４を形成した巻枠１０の周方向に、矢印ＣＷで示した時計方向に向って巻回させ、第１実施形態と同様に、電極部１４に固着させる際、超電導線材１２に予め初期応力を与えたコイルを使用する一方、一次巻線２６ａ，２６ｂの中間部分に配置した二次巻線２７に、図５で示した第５実施形態の第１コイル１８ａと第２コイル１８ｂとを組み合せたコイルを使用したものである。なお、第１コイル１８ａおよび第２コイル１８ｂは、ともに巻枠１０に溝部２４が形成され、溝部２４に沿って超電導線材１２が巻回されている。また、一次巻線２６ａ，２６ｂに適用するコイルの超電導線材１２の巻回方向と二次巻線２７に適用するコイルの超電導線材１２の巻回方向とを同一の方向であっても、また互いに逆向きの方向のいずれであってもよい。また、他の構成は第１実施形態および第５実施形態と同一なので、その説明を省略する。
【００７１】
このように、本実施形態は、一次巻線２６ａ，２６ｂおよび二次巻線２７ともに、超電導線材１２に電極部１４を固着させる際、超電導線材１２に適正な初期応力を与えたのでｎ値等高い性能を保証した変圧器を実現することができる。
【００７２】
図１１は、本発明に係る超電導コイル装置の第９実施形態を説明するために用いた概念図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００７３】
本発明に係る超電導コイル装置は、限流器や永久電流スイッチに適用するもので、巻枠１０に形成した溝部２４に沿って超電導線材１２を巻回させるとともに、その巻回手順を第１実施形態と同様に、電極部１４に超電導線材１２を固着させる際、超電導線材１２に予め適正な初期応力を与えて作製したコイルのうち、直径の異なる単位コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃ………を同心状に数個または数十個配置してユニットコイル２２に形成したものである。
【００７４】
このように、本実施形態は、電極部１４に固着させる超電導線材１２に予め適正な初期応力を与えてコイルに作製し、そのコイルを限流器等に組み込んだので、ｎ値等性能を高く維持させて限流器等の品質を保証することができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係る超電導コイル装置は、超電導線材を電極部に固着させ、巻枠の周方向に沿って巻回させてコイルを作製する際、電極部に固着させる超電導線材に、予め初期応力を与えて負荷を均一化させて局所的な線材の断線等を防止したので、臨界電流やｎ値を高く維持させた高品質のコイルを保証することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超電導コイル装置の第１実施形態を説明するために用いた概念図で、（ａ）は巻枠に対し、超電導線材の仮りの巻回始期を説明するために用いた概念図、（ｂ）は巻枠に対し、超電導線材の仮りの巻回中間期を説明するために用いた概念図、（ｃ）は巻枠に対し、超電導線材の実際の巻回始期を説明するために用いた概念図。
【図２】本発明に係る超電導コイル装置の第２実施形態を説明するために用いた概念図。
【図３】本発明に係る超電導コイル装置の第３実施形態を説明するために用いた概念図。
【図４】本発明に係る超電導コイル装置の第４実施形態を説明するために用いた概念図。
【図５】本発明に係る超電導コイル装置の第５実施形態を説明するために用いた概念図で、（ａ）は巻枠に対し、超電導線材の仮りの巻回始期を説明するために用いた第１コイルの概念図、（ｂ）は巻枠に対し、超電導線材の仮りの巻回始期を説明するために用いた第２コイルの概念図、（ｃ）は第１コイルと第２コイルとを同心的に配置して組み合わせたことを説明するために用いた概念図。
【図６】本発明に係る超電導コイル装置の第６実施形態を説明するために用いた概念図。
【図７】パンケーキ状に作製した単位コイルを電極部の軸方向に沿って配置・組み合わせたユニットコイルを説明するために用いた概念図。
【図８】本発明に係る超電導コイル装置の第７実施形態を説明するために用いた概念図。
【図９】図８のＡ部拡大部分断面図。
【図１０】本発明に係る超電導コイル装置の第８実施形態を説明するために用いた概念図。
【図１１】本発明に係る超電導コイル装置の第９実施形態を説明するために用いた概念図。
【図１２】従来の超電導コイル装置を示す概念図。
【符号の説明】
１ 電極部
２ 超電導線材
３ 巻枠
１０ 巻枠
１１ 固定板
１２ 超電導線材
１２ａ 第１超電導線材
１２ｂ 第２超電導線材
１３ 半田部
１４ 電極部
１５ 半田位置決め部
１６ エポキシ接着剤
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 線材
１８ａ 第１コイル
１８ｂ 第２コイル
１９ 連結部
２０ 絶縁テープ
２１ 単位コイル
２２ ユニットコイル
２３ 突き出し部
２４ 溝部
２５ 鉄心
２６ａ，２６ｂ 一次巻線
２７ 二次巻線
Claims (13)
- 巻枠の周方向に沿って巻回させた超電導線材と、この超電導線材に固着させた電極部とを備えた超電導コイル装置において、上記超電導線材は、上記巻枠に設けた固定板に固着手段で固着させるとともに、上記電極部に固着手段で固着させる際、張力を加えながら固着させた後、上記固定板から上記電極部までを切断し、さらに上記固定板を上記巻枠から取り除いたことを特徴とする超電導コイル装置。
- 電極部に超電導線材を固着させる固着手段は、半田であることを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル装置。
- 固定板に超電導線材を固着させる固着手段は、半田およびエポキシ接着剤のうち、いずれか一方であることを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル装置。
- 超電導線材は、複数本の超電導線材を半田部で固着させて巻枠の周方向に沿って巻回させたことを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル装置。
- 超電導線材は、絶縁被覆を施工していないことを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル装置。
- 超電導線材は、絶縁被覆を施工するとともに、電極部に固着させる部分を絶縁被覆の撚り線から剥し、丸線として電極部に固着させたことを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル装置。
- 超電導線材は、巻枠の周方向に沿って巻回させる際、パンケーキ状に形成したことを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル装置。
- 超電導線材は、巻枠の周方向に沿って巻回させる際、パンケーキ状に形成するとともに、パンケーキ状のものを軸方向に配置組み合わせてコイルとしたことを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル装置。
- 巻枠の周方向に沿って巻回させた超電導線材と、この超電導線材に固着させた電極部とを備えた超電導コイル装置において、上記超電導線材を上記巻枠に設けた固定板に固着手段で固着させるとともに、上記電極部に固着手段で固着させる際、張力を加えながら固着させた後、上記固定板から上記電極部までの上記超電導線材を切断し、さらに上記固定板を上記巻枠から取り除いて形成した第１コイルと、上記別の超電導線材を上記別の巻枠に設けた別の固定板に固着手段で固着させるとともに、上記別の電極部に固着手段で固着させる際、張力を加えながら固着させた後、上記別の固定板から上記別の電極部までの上記別の超電導線材を切断し、さらに上記別の固定板を上記別の巻枠から取り除いて形成した第２コイルと、上記第１コイルの電極部と上記第２コイルの電極部とを連結部で接続させたことを特徴とする超電導コイル装置。
- 超電導線材を巻回させる巻枠は、周方向に沿って設けた突き出し部で区画した溝部を備えたことを特徴とする請求項１または９に記載の超電導コイル装置。
- 第１コイルおよび第２コイルは、ともに超電導線材を巻枠の周方向に沿って巻回させる際、時計方向および反時計方向のうち、いずれか一方を選択したことを特徴とする請求項９に記載の超電導コイル装置。
- 請求項１に記載の超電導線材を変圧器の一次巻線に適用するとともに、請求項９に記載の超電導線材を変圧器の二次巻線に適用したことを特徴とする超電導コイル装置。
- 請求項１に記載の超電導線材を直径の異なる複数個組み合わせてコイルを作製し、限流器および永久電流スイッチのいずれかに適用したことを特徴とする超電導コイル装置。
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