JP4888086B2

JP4888086B2 - 超電導線材の特性展示装置

Info

Publication number: JP4888086B2
Application number: JP2006323461A
Authority: JP
Inventors: 徹岡崎; 貫木下
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2026-11-30
Also published as: JP2008139408A

Description

本発明は、超電導線材の特性展示装置に関し、詳しくは、超電導線材で形成したコイルを巻き戻し可能として、超電導線材を他の実験にも用いることができるようにするものである。

従来、超電導線材を巻回して形成した超電導コイルでは、特開平５−３２６２４７号公報（特許文献１）で開示しているように、巻線後に超電導コイルを樹脂に含浸させて、巻回した超電導線材を確実に絶縁している。
しかしながら、前記超電導コイルであると、超電導線材が含浸させた樹脂により強固に固定されているため、超電導線材を巻き戻すことができず、一度形成した超電導コイルの超電導線材を他の用途に用いることができない問題がある。

特開平５−３２６２４７号公報

本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、超電導線材の特性を示すための装置に用いられた超電導コイルの超電導線材を巻き戻し可能として、巻き戻した超電導線材を他の用途に使用できるようにすることを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、両端が電源に接続される一次コイルと、両端を接続して閉回路とした二次コイルを備え、前記一次コイルと二次コイルとは超電導線材で形成し、
定置する前記一次コイルの上方に前記二次コイルを軸線方向の端部同士を対向配置させ、前記一次コイルへの通電時に一次コイルに発生する磁束に反発する磁束を前記二次コイルに発生させ、一次コイルに発生する磁束と二次コイルに発生する磁束の反発力により二次コイルを浮上させる超電導線材の特性展示装置であって、
前記一次コイルは、超電導線材の長さ方向の両端に電源接続端子を取り付けていると共に該超電導線材の表面に絶縁層を設け、該超電導線材に非接着性の絶縁テープを重ねて巻枠に巻き付け、最外周の巻き終端に押さえ巻き用の粘着テープを取り付けて、巻き付け状態を保持し、
前記超電導線材の特性展示後に、前記一次コイルは前記粘着テープを剥離して超電導線材を巻き戻しできる構成としていることを特徴とする超電導線材の特性展示装置を提供している。

本発明の超電導線材の特性展示装置によれば、一次コイルを樹脂に含浸させずに、超電導線材の表面に絶縁層を設け、該超電導線材に非接着性の絶縁テープを重ねて巻枠に巻き付けているため、一次コイルの超電導線材を巻き戻すことができる。よって、前記一次コイルを超電導線材の特性展示装置として用いた後に、一次コイルの超電導線材を巻き戻して、全長をそのままあるいは必要な分だけ切り取って超電導線材を他の用途に用いることができる。
超電導線材の他の用途としては、超電導変圧器の試作等の実験や、前記二次コイルに損傷が生じて使用できなくなった場合に、一次コイルから切り取った超電導線材で二次コイルを形成して、二次コイルの代わりに用いてもよい。

前記一次コイルの超電導線材の表面に設けた絶縁層は、ポリイミドテープをラップして形成したり、エナメル焼き付けして形成している。
また、超電導線材と重ねて巻回する絶縁テープや最外周の巻き終端に取り付ける押さえ巻き用のテープとしてはポリイミドテープが挙げられる。

なお、本発明の超電導線材の特性展示装置では、一次コイルへの通電により磁束が発生すると、一次コイルと対向配置させた二次コイルに、一次コイルに発生した磁束を打ち消すような電流が流れて、一次コイルに発生した磁束と反対方向の磁束が発生する。これにより、二次コイルを磁気的反発力により定置する一次コイルと離反する方向に移動させることができる。
また、二次コイルを超電導線材により形成しているため、超電導線材の両端を接続した接続部以外は抵抗がなく、二次コイルに一旦電流が流れると長時間流れ続け、二次コイルを一次コイルから離反した所定の位置に長時間浮上させておくことができる。

前記長さ方向の両端に電源接続端子を取り付けた一次コイルは、さらに、長さ方向の中間位置に複数の追加電源接続端子の取付部を備え、これら取付部は、予め追加電源接続端子を超電導線材に取り付けており、あるいは、追加電源接続端子の取付可能位置である目印を施すと共に前記絶縁層で被覆していない追加端子取付部を設けていることが好ましい。
また、前記追加電源接続端子の取付部は、一対の追加電源接続端子を隣接して配置し、その間に切断ラインの目印を付していることがより好ましい。

前記構成によれば、一次コイルの超電導線材に設けた追加電源接続端子の取付部に近接する位置または前記切断ラインで超電導線材を切断すると、切り取った超電導線材の切断側端部あるいは／および一次コイル側に残った超電導線材の切断側端部に追加電源接続端子の取付部が設けられた状態となる。よって、該取付部に取り付けた追加電源接続端子に電源に接続された電源線を接続することにより両端が電源に接続された一次コイルを容易に形成できると共に、切り取った超電導線材の取付部に取り付けた追加電源接続端子にも他の電線を接続することにより、切り取った超電導線材を他の用途に容易に用いることができる。

前記超電導線材の特性展示装置の使用方法として、
前記一次コイルの終端の押さえ巻き用の粘着テープを外して超電導線材を巻き戻し、所要位置で切断し、該一次コイルのターン数を減少させ、
前記一次コイルのターン数の減少と二次コイルの浮上高さの相対関係を外観表示することが好ましい。

前記使用方法によれば、一次コイルの超電導線材を所要長さ切り取って一次コイルのターン数を減少させた状態で、超電導線材を切断する前と同じ大きさの電流を流すと、一次コイルのターン数が減少している分、一次コイルにより発生する磁束および二次コイルに発生する磁気的反発力が小さくなり、二次コイルの浮上高さが低くなる。これにより、一次コイルのターン数の減少と二次コイルの浮上高さの相対関係を外観表示することができる。

また、本発明の超電導線材の特性展示装置の使用方法として、
前記一次コイルの終端の押さえ巻き用の粘着テープを外して超電導線材を巻き戻し、所要位置で切断し、切断して取得した超電導線材の両端の電源接続端子を任意の電気部品の端子と接続して、超電導線材を用いた他の実験に用いてもよい。

前記使用方法によれば、一次コイルを形成していた超電導線材を他の実験に用いることができ、１つの超電導線材を多様な用途に用いることで超電導線材の利用効率を高めることができる。

前述したように、本発明によれば、超電導線材の特性展示装置に用いる一次コイルを樹脂に含浸させずに、超電導線材の表面に絶縁層を設けると共に、該超電導線材に非接着性の絶縁テープを重ねて巻枠に巻き付けているため、一次コイルの超電導線材を巻き戻すことができる。よって、前記一次コイルを超電導線材の特性展示装置として用いた後に、一次コイルの超電導線材をを他の用途に用いることができる。
また、一次コイルの超電導線材を所要長さ切り取って一次コイルのターン数を減少させた状態で、超電導線材を切断する前と同じ大きさの電流を流すと、一次コイルのターン数が減少している分、二次コイルの浮上高さが低くなり、一次コイルのターン数の減少と二次コイルの浮上高さの相対関係を外観表示することができる。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図５は、本発明の第１実施形態を示し、超電導線材の特性展示装置１０は、教材用や実験用として超電導の性能を外観表示するものである。

超電導線材の特性展示装置１０の本体１１において、台座１２の上面の中央に立設した磁性体からなるガイド軸１３が一次コイル１４と二次コイル１５に貫通しており、これら一次コイル１４と二次コイル１５とを軸線方向の端部同士を対向させていると共に軸線を一致させた状態で配置している。一次コイル１４は台座１２上に定置している一方、二次コイル１５はガイド軸１３の軸線方向に摺動自在に取り付けている。

また、台座１２の上面には、一次コイル１４と二次コイル１５の周囲を囲むように４本の連結棒１６を立設しており、これら連結棒１６の上端に１つの把持板１７を取り付けている。該把持板１７は熱伝導率の低い樹脂により成形しており、一次、二次コイル１４、１５を冷却した状態でも把持板１７を手で持つことができるようにしている。

前記一次コイル１４を形成する超電導線４０は、図２に示すように、帯状のビスマス系超電導線材４１の表面にポリイミドテープをラップして絶縁層４２を設けており、超電導線４０の長さ方向の両端は、絶縁層４２を設けずに超電導線材４１を露出させ、この両端で露出させた超電導線材４１の同一面に電源接続端子４３、４４を半田付けにより取り付けている。さらに、超電導線４０の長さ方向の中間位置に絶縁層４２を設けずに超電導線材４１を露出させた追加電源接続端子の取付部４５を長さ方向に間隔をあけて複数設けている。各取付部４５には、電源接続端子４３、４４の取付面と同一面側に一対の追加電源接続端子４６を半田付けにより隣接して取り付けており、これら一対の追加電源接続端子４６の間に切断ライン４７の目印を着色により付している。
前記電源接続端子４３、４４及び追加電源接続端子４６は共に銅からなり、厚さを２〜３ｍｍ、超電導線４０の長さ方向に対応する方向の長さを２０〜３０ｍｍ、長さ方向に直交する方向の幅を２０ｍｍとし、幅方向の一端を超電導線材４１の幅方向の上端側の端縁より突出させている。

前記超電導線４０の電源接続端子４３、４４及び追加電源接続端子４６を取り付けていない側の面にポリイミドテープからなる非接着性の絶縁テープ４８を重ねて、これら重ねた超電導線４０と絶縁テープ４８を、図３に示すように、絶縁テープ４８が超電導線４０の内周側に配置されるように巻枠４９にシングルパンケーキコイル状に巻き付けている。このように巻回した超電導線４０の最外周の巻き終端に押さえ巻き用の粘着テープ５０を取り付けて、該粘着テープ５０により巻き付け状態を保持して一次コイル１４を形成している。本実施形態では、前記超電導線４０を３００ターン巻回して、内径７０ｍｍ、外径１６０ｍｍ、高さ１０ｍｍのシングルパンケーキコイル状の一次コイル１４を形成している。
なお、図３では隣接するターンの超電導線４０と絶縁テープ４８との間に隙間を設けているが、実際にはこの超電導線４０と絶縁テープ４８とは接触させている。

前記一次コイル１４を形成する超電導線４０の両端に設けた電源接続端子４３、４４に、リード線１８の端末に取り付けた端子（図示せず）を接続し、該リード線１８を介して一次コイル１４を電源２０に接続している。本実施形態では、電源２０は複数の１．５Ｖの乾電池２１を並列に接続したものを用いている。

一方、二次コイル１５はビスマス系超電導線材を２ターン巻回して、全面を半田付けまたは銀で溶接して短絡環とし、閉回路を形成している。

冷媒となる液体窒素を貯留する冷却容器３０は、本体１１の一次、二次コイル１４、１５を十分に収容できる大きさとしており、上面開口から本体１１を挿入および引き出し可能としている。また、本体１１を冷却容器３０に収容した状態で、本体１１の把持板１７を冷却容器３０の上面開口から突出させている。

前記一次コイル１４に電流を通電していない状態では、図４（Ａ）に示すように、一次コイル１４上に二次コイル１５が配置されている。
この状態で、本体１１を冷却容器３０に収容して、一次、二次コイル１４、１５を超電導温度にまで冷却した後、電源２０のスイッチをオンして、一次コイル１４に所要の電流を流すと、図４（Ｂ）に示すように、一次コイル１４の周りに矢印で示す磁束Ｆ１が発生する。すると、二次コイル１５側では、磁束Ｆ１を打ち消そうとする磁束Ｆ２を発生させるように誘導電流が流れる。これにより、二次コイル１５が一次コイル１４に反発し、ガイド軸１３の軸線に沿って上方へ浮上する。二次コイル１５は超電導線からなるため溶接あるいは半田付けした接続部以外は抵抗がなく、極めて低抵抗であるため、一旦電流が流れると長時間流れ続け、二次コイル１５が所要高さで浮上した状態で維持される。これにより、超電導線材の特性展示装置１０により超電導線材の特性を外観表示することができる。

次に、前記一次コイル１４の他の用途への使用方法について説明する。
前記のように、超電導線材の特性展示装置１０を展示した後、一次コイル１４の外周側に設けた電源接続端子４４からリード線１８を取り外すと共に、図５に示すように、一次コイル１４の終端の押さえ巻き用の粘着テープ５０を外して超電導線４０を巻き戻し、所要位置の切断ライン４７で超電導線４０を絶縁テープ４８と共に切断する。一次コイル１４から切り取った超電導線４０Ａには、長さ方向の一端に電源接続端子４４が取り付けられている一方、切断した他端には追加電源接続端子４６が取り付けられており、これら端子４４、４６に任意の電気部品（図示せず）の端子を接続して、切り取った超電導線４０Ａを他の実験に用いることができる。

一方、超電導線４０Ａを切り取った残りの超電導線４０Ｂの最外周の巻き終端に再び粘着テープ５０を取り付けて、該粘着テープ５０により巻き付け状態を保持して一次コイル１４’を形成し、該一次コイル１４’の超電導線４０Ｂの切断側の端部に取り付けた追加電源接続端子４６にリード線１８を接続する。該一次コイル１４’に超電導線４０を切断する前と同一の大きさの電流を流すと、一次コイル１４’のターン数が超電導線４０の切断前よりも減少しているため、図４（Ｃ）に示すように、一次コイル１４’の周りに発生する磁束Ｆ１及び二次コイル１５の周りに発生する磁束Ｆ２が切断前よりも小さくなり、二次コイル１５の浮上高さが低くなる。これにより、一次コイル１４のターン数の減少と二次コイル１５の浮上高さの相関関係を外観表示することができる。
また、一次コイルの超電導線４０を切断した後にも切断前と同程度に二次コイル１５を浮上させたい場合には、一次コイル１４’に通電する電流を大きくすればよい。
この実験後、さらに一次コイル１４’の超電導線４０Ｂを切断して、切り取った超電導線を他の実験に用いると共に、残った超電導線で一次コイルを再び形成し、同様の実験を行ってもよい。

前記構成によれば、一次コイル１４を樹脂に含浸させずに、超電導線４０に非接着性の絶縁テープ４８を重ねて巻枠４９に巻き付けているため、一次コイル１４の超電導線４０を巻き戻すことができる。よって、一次コイル１４を超電導線材の特性展示装置１０として用いた後に、一次コイル１４の超電導線４０を必要な分だけ切り取って、この切り取った超電導線４０Ａを他の用途に用いることができる。
また、一次コイル１４の超電導線４０を所要長さ切り取って一次コイル１４のターン数を減少させた状態で、超電導線４０を切断する前と同じ大きさの電流を流すと、一次コイル１４のターン数が減少している分、二次コイル１５の浮上高さが低くなり、一次コイルのターン数の減少と二次コイル１５の浮上高さの相対関係を外観表示することができる。

図６は、本発明の第２実施形態を示す。
本実施形態では、一次コイル１４を形成するための超電導線４０の長さ方向の中間位置に設けた追加電源接続端子の取付部４５に予め追加電源接続端子４６を取り付けていない追加端子取付部を設けている。超電導線４０に設けた取付部４５は第１実施形態と同様、２つの追加電源接続端子４６を取り付けることができる大きさとし、超電導線４０の長さ方向の中央に切断ライン４７を設けている。また、超電導線４０を巻回した状態でも取付部４５の位置がわかるようにするため、図６（Ｂ）に示すように、取付部４５の幅方向の上端面に着色により目印５１を施している。

前記超電導線４０からなる一次コイル１４を備えた超電導線材の特性展示装置１０を展示した後、一次コイル１４の超電導線４０を、取付部４５に設けた所要の目印５１を設けた位置まで第１実施形態と同様の方法で巻き戻して切断ライン４７で切断した後、該切断によって分割された両方の取付部４５に追加電源接続端子４６をそれぞれ半田付け接続している。

前記構成によれば、第１実施形態と同様、超電導線材の特性展示装置１０で超電導線材の性能を外観表示した後、一次コイル１４の超電導線４０を他の用途に用いることができると共に、超電導線４０に予め追加電源接続端子４６を取り付けていないため、超電導線４を高密度で巻回することができる。
なお、他の構成及び作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。

前記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の超電導線材の特性展示装置は、超電導の性能を示すための教材用として好適に用いられるものである。

本発明の第１実施形態の超電導線材の特性展示装置を示す斜視図である。超電導線の正面図である。一次コイルの平面図である。一次コイルと二次コイルの位置関係を示し、（Ａ）は一次コイルに電流を通電していない状態、（Ｂ）は超電導線を切断する前の一次コイルに電流を通電して二次コイルを浮上させた状態、（Ｃ）は超電導線を切断した後の一次コイルに電流を通電して二次コイルを浮上させた状態を示す図面である。一次コイルの超電導線を巻き戻して切断した状態を示す図面である。第２実施形態の超電導線を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図である。

符号の説明

１０超電導線材の特性展示装置
１４一次コイル
１５二次コイル
２０電源
４０超電導線
４１超電導線材
４２絶縁層
４３、４４電源接続端子
４５追加電源接続端子の取付部
４６追加電源接続端子
４７切断ライン
４８非接着性の絶縁テープ
５０粘着テープ

Claims

両端が電源に接続される一次コイルと、両端を接続して閉回路とした二次コイルを備え、前記一次コイルと二次コイルとは超電導線材で形成し、
定置する前記一次コイルの上方に前記二次コイルを軸線方向の端部同士を対向配置させ、前記一次コイルへの通電時に一次コイルに発生する磁束に反発する磁束を前記二次コイルに発生させ、一次コイルに発生する磁束と二次コイルに発生する磁束の反発力により二次コイルを浮上させる超電導線材の特性展示装置であって、
前記一次コイルは、超電導線材の長さ方向の両端に電源接続端子を取り付けていると共に該超電導線材の表面に絶縁層を設け、該超電導線材に非接着性の絶縁テープを重ねて巻枠に巻き付け、最外周の巻き終端に押さえ巻き用の粘着テープを取り付けて、巻き付け状態を保持し、
前記超電導線材の特性展示後に、前記一次コイルは前記粘着テープを剥離して超電導線材を巻き戻しできる構成としていることを特徴とする超電導線材の特性展示装置。
前記長さ方向の両端に電源接続端子を取り付けた一次コイルは、さらに、長さ方向の中間位置に複数の追加電源接続端子の取付部を備え、これら取付部は、予め追加電源接続端子を超電導線材に取り付けており、あるいは、追加電源接続端子の取付可能位置である目印を施すと共に前記絶縁層で被覆していない追加端子取付部を設けている請求項１に記載の超電導線材の特性展示装置。