JP5434280B2 - Superconducting coil and method of manufacturing superconducting coil - Google Patents
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Description
本発明は、超電導コイルおよび超電導コイルの製造方法に関する。 The present invention relates to a superconducting coil and a method for manufacturing a superconducting coil.
従来より、巻枠と、この巻枠に巻き付けられた超電導線材と、この超電導線材に取り付けられた電極とを備えた超電導コイルが知られている。このような超電導コイルとして、たとえば特開2009−49036号公報(特許文献1)、特開2009−16622号公報(特許文献2)、特開2009−16620号公報(特許文献3)、特開平7−142233号公報(特許文献4)、特開2000−114029号公報(特許文献5)などが挙げられる。 Conventionally, a superconducting coil including a winding frame, a superconducting wire wound around the winding frame, and an electrode attached to the superconducting wire is known. As such superconducting coils, for example, JP 2009-49036 A (Patent Document 1), JP 2009-16622 A (Patent Document 2), JP 2009-16620 A (Patent Document 3), and JP 7 A 7 A. -142233 gazette (patent document 4), Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-114029 (patent document 5), etc. are mentioned.
上記特許文献1〜5のような超電導コイルに用いられる電極は、一般的に超電導線材にはんだ付けされている。この電極には、配線作業などで大きな応力が加わることがある。上記特許文献1〜3の電極に応力が加わると、電極に接続された超電導線材にダメージが加えられる。このため、超電導コイルの特性が劣化するという問題があった。 The electrodes used for the superconducting coils as in Patent Documents 1 to 5 are generally soldered to a superconducting wire. A large stress may be applied to the electrode during wiring work or the like. When stress is applied to the electrodes of Patent Documents 1 to 3, damage is applied to the superconducting wire connected to the electrodes. For this reason, there existed a problem that the characteristic of a superconducting coil deteriorated.
上記特許文献4および5では、超電導線材の内周面、外周面、上面、および下面に樹脂製のカバーを被せている。このため、超電導コイルが大型になるという問題があった。 In Patent Documents 4 and 5, a resin cover is placed on the inner peripheral surface, outer peripheral surface, upper surface, and lower surface of the superconducting wire. Therefore, there is a problem that the superconducting coil becomes large.
そこで、本発明の目的は、特性の劣化を抑制し、かつ大型化を抑制した超電導コイルおよび超電導コイルの製造方法を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a superconducting coil and a method of manufacturing the superconducting coil in which deterioration of characteristics is suppressed and enlargement is suppressed.
本発明の超電導コイルは、巻枠と、超電導線材と、電極と、連結部と、固定部とを備えている。超電導線材は、巻枠に巻き付けられている。電極は、超電導線材に取り付けられている。連結部は、巻枠と電極とを連結している。固定部は、連結部と巻枠とを固定し、かつ連結部と電極とを固定している。このとき、巻枠と電極との間に超電導線材が配置されている。 The superconducting coil of the present invention includes a winding frame, a superconducting wire, an electrode, a connecting portion, and a fixing portion. The superconducting wire is wound around a winding frame. The electrode is attached to the superconducting wire. The connecting part connects the winding frame and the electrode. The fixing portion fixes the connecting portion and the winding frame, and fixes the connecting portion and the electrode. At this time, a superconducting wire is disposed between the winding frame and the electrode.
本発明の超電導コイルの製造方法は、以下の工程を備えている。巻枠に超電導線材を巻き付ける。超電導線材に電極を取り付ける。巻枠と電極とを連結部で連結する。固定部を用いて、連結部と巻枠とを固定し、かつ連結部と電極とを固定する。このとき、巻枠と電極との間に超電導線材が配置されている。 The superconducting coil manufacturing method of the present invention includes the following steps. Wrap the superconducting wire around the reel. Attach an electrode to the superconducting wire . The winding frame and the electrode are connected by a connecting portion. The connecting portion and the winding frame are fixed using the fixing portion, and the connecting portion and the electrode are fixed. At this time, a superconducting wire is disposed between the winding frame and the electrode.
本発明の超電導コイルおよびその製造方法によれば、固定部を用いて、連結部と、電極および巻枠とをそれぞれ固定している。このため、電極に加えられる応力を連結部を介して巻枠に伝達することができる。したがって、超電導線材に加えられる応力を低減できるので、超電導コイルの特性の劣化を抑制することができる。 According to the superconducting coil and the manufacturing method thereof of the present invention, the connecting portion, the electrode, and the winding frame are fixed using the fixing portion. For this reason, the stress applied to an electrode can be transmitted to a winding frame via a connection part. Therefore, since the stress applied to the superconducting wire can be reduced, deterioration of the characteristics of the superconducting coil can be suppressed.
また、固定部を用いて、連結部で電極と巻枠とを固定している。このため、電極が位置していない箇所に連結部を配置しなくても、上記超電導コイルの特性の劣化を抑制できる効果を有する。したがって、超電導コイルの大型化を抑制することができる。 Moreover, the electrode and the winding frame are fixed at the connecting portion using the fixing portion. For this reason, even if it does not arrange | position a connection part in the location where the electrode is not located, it has the effect which can suppress the deterioration of the characteristic of the said superconducting coil. Therefore, an increase in the size of the superconducting coil can be suppressed.
上記超電導コイルにおいて好ましくは、連結部を構成する材料は、ステンレス鋼である。 In the superconducting coil, the material constituting the connecting portion is preferably stainless steel.
上記超電導コイルの製造方法において好ましくは、上記連結する工程では、ステンレス鋼よりなる連結部を用いる。 Preferably, in the method for manufacturing a superconducting coil, a connecting portion made of stainless steel is used in the connecting step.
ステンレス鋼は強度が強く、かつ高抵抗な材料である。強度が強いことにより、連結部の強度を維持できる。高抵抗であることにより、渦電流が発生することを抑制できるため、超電導コイルを交流用途に好適に用いることができる。 Stainless steel is a strong and high resistance material. Since the strength is strong, the strength of the connecting portion can be maintained. Since it is possible to suppress the generation of eddy current due to the high resistance, the superconducting coil can be suitably used for AC applications.
上記超電導コイルにおいて好ましくは、巻枠を構成する材料は、ステンレス鋼または絶縁材料である。 In the superconducting coil, the material constituting the winding frame is preferably stainless steel or an insulating material.
上記超電導コイルの製造方法において好ましくは、上記巻き付ける工程では、ステンレス鋼または絶縁材料よりなる巻枠を用いる。 In the method for manufacturing a superconducting coil, preferably, the winding step uses a winding frame made of stainless steel or an insulating material.
これにより、渦電流が発生することを抑制できるので、超電導コイルを交流用途に好適に用いることができる。 Thereby, since it can suppress that an eddy current generate | occur | produces, a superconducting coil can be used suitably for an alternating current use.
以上より、本発明の超電導コイルおよび超電導コイルの製造方法によれば、特性の劣化を抑制し、かつ大型化を抑制することができる。 As described above, according to the superconducting coil and the method of manufacturing a superconducting coil of the present invention, it is possible to suppress the deterioration of characteristics and suppress the increase in size.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
図1〜図6を参照して、本発明の一実施の形態における超電導コイル10について説明する。本実施の形態における超電導コイル10は、図1〜図4に示すように、巻枠11と、超電導線材12と、電極13と、連結部14と、固定部15a、15bとを備えている。超電導線材12は、巻枠11に巻き付けられている。電極13は、超電導線材12に取り付けられている。連結部14は、巻枠11と電極13とを連結している。固定部15a、15bは、連結部14と巻枠11とを固定し、かつ連結部14と電極13とをそれぞれ固定している。
A
図1に示すように、巻枠11の内部は開口し、巻枠11の外周には超電導線材12が巻回される。巻枠11を構成する材料は特に限定されないが、ステンレス鋼(SUS)または絶縁材料であることが好ましい。絶縁材料としては、たとえばFRP(Fiber Reinforced Plastics:繊維強化プラスチック)を用いることができる。
As shown in FIG. 1, the inside of the
超電導線材12は、巻枠11に巻き付けられてコイルを形成している。本実施の形態では図1に示すように、ダブルパンケーキ型コイルであるが、巻き型は特に限定されず、ダブルパンケーキ型コイル、シングルパンケーキ型コイル、超電導線材がらせん状に巻かれてなるコイルなどを用いることができる。
超電導線材12はテープ状であり、図5に示すように、ビスマス(Bi)系の超電導線材を用いてもよく、図6に示すように、薄膜超電導線材を用いてもよい。
The
ビスマス系の超電導線材は、図5に示すように、長手方向に延びる複数本の超電導体12aと、複数の超電導体12aの全周を被覆するシース部12bとを有している。シース部12bは超電導体12aに接触している。複数本の超電導体12aの各々は、たとえばBi−Pb−Sr−Ca−Cu−O系の組成を有するビスマス系超電導体が好ましく、特に、(ビスマスと鉛):ストロンチウム:カルシウム:銅の原子比がほぼ2:2:2:3の比率で近似して表されるBi2223相を含む材質が最適である。シース部12bの材質は、たとえば銀や銀合金よりなっている。なお、超電導体12aは、単数本であってもよい。
As shown in FIG. 5, the bismuth-based superconducting wire has a plurality of
薄膜超電導線材は、図6に示すように、基板12cと、基板12c上に接して設けられた中間層12dと、中間層12d上に接して設けられた超電導層12eと、超電導層12e上に接して設けられた安定化層12fとを有している。
As shown in FIG. 6, the thin film superconducting wire is formed on the
基板12cは、たとえばステンレス鋼、ニッケル合金(たとえばハステロイ)、または銀合金などの金属よりなっている。中間層12dは、たとえばイットリア安定化ジルコニア、酸化セリウム、酸化マグネシウムまたはチタン酸ストロンチウムなどよりなっている。なお、中間層12dは省略されてもよい。
The
超電導層12eはたとえばRE123系超電導体よりなっている。RE123系超電導体とは、RExBayCuzO7-dにおいて、0.7≦x≦1.3、1.7≦y≦2.3、2.7≦z≦3.3であることを意味する。また、RE123系超電導体のREとは、希土類元素およびイットリウム元素の少なくともいずれかを含む材質を意味する。また、希土類元素としては、たとえばネオジム(Nd)、ガドリニウム(Gd)、ホルミニウム(Ho)、サマリウム(Sm)などが含まれる。RE123系超電導線材は、液体窒素温度(77.3K)での臨界電流密度がビスマス系の超電導線材よりも高いという利点を有している。また、低温下および一定磁場下における臨界電流値が高いという利点を有している。一方で、RE123系超電導体はビスマス系超電導体のようにシース部で被覆することができないので、配向金属基板上に気相法のみまたは液相法のみによって超電導体(超電導薄膜材料)を成膜する方法で製造される。 Superconducting layer 12e is made of, for example, an RE123-based superconductor. The RE123-based superconductor, the RE x Ba y Cu z O 7 -d, is 0.7 ≦ x ≦ 1.3,1.7 ≦ y ≦ 2.3,2.7 ≦ z ≦ 3.3 Means that. The RE of the RE123-based superconductor means a material containing at least one of a rare earth element and an yttrium element. Examples of rare earth elements include neodymium (Nd), gadolinium (Gd), holmium (Ho), and samarium (Sm). The RE123-based superconducting wire has the advantage that the critical current density at the liquid nitrogen temperature (77.3 K) is higher than that of the bismuth-based superconducting wire. Moreover, it has the advantage that the critical current value is high under low temperature and constant magnetic field. On the other hand, since the RE123-based superconductor cannot be covered with the sheath portion unlike the bismuth-based superconductor, the superconductor (superconducting thin film material) is formed on the oriented metal substrate only by the vapor phase method or the liquid phase method. It is manufactured by the method.
また、安定化層12fは、超電導層12eの表面保護のために設けられる層であり、たとえば銀や銅などよりなっている。安定化層12fは省略されてもよい。
The stabilizing
電極13は、図3に示すように、最外周に位置する超電導線材12の終端に形成されている。本実施の形態では、超電導コイルはダブルパンケーキ型であるので、図1に示すように、超電導線材12の終端に位置する2箇所に電極13は形成されている。電極13は、リード線を接続するために設けられている。電極13は、たとえば銅(Cu)端子などを用いることができる。
As shown in FIG. 3, the
電極13は、超電導線材12に取り付けるための円弧状の部分を有し、この円弧状の部分で超電導線材12とはんだ付けされている。電極13にはボルト挿通用の貫通穴13aが設けられており、この貫通穴13aにリード線端末の端子がボルト締めにより接続される。この貫通穴13aの数は、電流容量により任意に選択することができる。
The
連結部14は、電極13が位置する領域において、超電導コイル10の内周側から外周側にかけて覆っている。言い換えると、連結部14は、巻枠11と超電導線材12と、電極13との上に形成されている。さらに言い換えると、図4に示すように、連結部14は、電極13が形成されていない領域には形成されていない。
The connecting
連結部14を構成する材料は特に限定されないが、ステンレス鋼(SUS)または絶縁材料であることが好ましく、ステンレス鋼であることがより好ましい。
Although the material which comprises the
連結部14の形状は特に限定されないが、超電導線材12を保護する観点から強度が高いことが好ましく、電極13よりも機械的強度が高い補強板であることが好ましい。また、図3に示すように、連結部14が板状である場合には、超電導コイル10を積層できる。
The shape of the connecting
また、連結部14は、巻枠11および電極13の熱収縮率と近い材料であることが好ましい。このような材料として、たとえば、巻枠11がFRPで、電極13がCuである場合、連結部14はSUSまたはFRPであることが好ましい。
Moreover, it is preferable that the
図2に示すように、連結部14の幅W14は、短いことが好ましい。幅W14が短いと、渦電流を低減できる。幅W14は、たとえば巻線幅+10mm〜巻線幅+100mmである。
As shown in FIG. 2, the width W14 of the connecting
図2および図3に示すように、固定部15aは、連結部14と巻枠11とを固定している。固定部15bは、連結部14と電極13とを固定している。固定部15a、15bは、たとえばねじである。なお、固定部15a、15bは、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。また、固定部15a、15bは、それぞれ分離していても(複数であっても)、一体であっても(1つであっても)よい。固定部が一体の場合は、たとえば接着剤などを用いることができる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the fixing
超電導コイル10は、電極13と連結部14との間に形成されたFRPなどの絶縁材料をさらに備えていることが好ましい。この場合、電極13と連結部14との間は絶縁される。
The
続いて、本実施の形態における超電導コイル10の製造方法について説明する。まず、図1〜図4に示すように、巻枠11に超電導線材12を巻き付ける。巻き付ける方法は特に限定されず、ダブルパンケーキ型、シングルパンケーキ型、らせん状などのように超電導線材12を巻枠11に巻き付ける。
Then, the manufacturing method of the
この巻き付ける工程では、上述したような巻枠11を用いることができ、ステンレス鋼または絶縁材料よりなる巻枠11を用いることが好ましい。超電導線材12は図5および図6に示すような超電導線材12を用いることができる。
In the winding step, the above-described
次に、超電導線材12に電極13を取り付ける。超電導線材12および電極13は、上述したようなものを用いることができる。また、電極13を取り付ける方法は特に限定されないが、たとえばはんだ付けにより、超電導線材12と電極13とを接続する。
Next, the
次に、巻枠11と電極13とを連結部14で連結する。この連結する工程では、上述したような連結部14を用いることができ、ステンレス鋼よりなる連結部14を用いることが好ましい。また、この連結する工程では、たとえば巻枠11、超電導線材12および電極13上に、連結部14を配置する。
Next, the winding
次に、固定部15a、15bを用いて、連結部14と巻枠11とを固定し、かつ連結部14と電極13とをそれぞれ固定する。この連結する工程では、上述したような固定部を用いることができる。たとえば、巻枠11、超電導線材12および電極13上に連結部14を配置した状態で、巻枠11と連結部14とを固定部15aで連結し、電極13と連結部14とを固定部15bで連結する。
Next, using the fixing
以上の工程を実施することにより、図1〜図4に示す超電導コイル10を製造することができる。
By performing the above steps, the
続いて、図7および図8に示す比較例1および比較例2の超電導コイル100、200と比較して、本実施の形態における超電導コイル10の効果について説明する。なお、図7および図8は、シングルパンケーキ型の超電導コイルにおいて電極を含む位置の長軸方向の断面を示す。
Next, the effect of the
図7に示すように、比較例1の超電導コイル100は、巻枠11と、超電導線材12と、電極13と、樹脂101とを備えている。比較例1の巻枠11、超電導線材12、および電極13は、本実施の形態の超電導コイル10と同様である。樹脂101は、巻枠11、超電導線材12、および電極13の外周を覆っている。比較例1の超電導コイル100の製造方法は、巻枠11、超電導線材12、および電極13を樹脂101に含浸させることにより、一体化している。この比較例1の超電導コイル100は、上記特許文献1〜3と類似している。
As shown in FIG. 7, the
比較例1の超電導コイル100は、配線作業などで電極13に大きな応力が加わると、電極13に接続された超電導線材12にダメージが加えられる。このため、超電導コイル100の特性が劣化するという問題がある。
In the
また、電極13にリード線の端子が接続されている場合、電極13に大きな応力が加わると、この端子が曲がってしまう。このため、超電導コイル100の特性の特性が劣化するという問題がある。
Further, when a lead wire terminal is connected to the
一般的に通電電流が小さいこともあり、電極13の形状は、たとえば幅が10mで、高さが0.5mmで、長さが10mmと小さい。しかし、電極13として、大電流を流すような大きな電極を用いると、電極13自体が重くなる。このため、電極13を超電導線材12に安定して固定することができないという問題がある。
In general, the energization current may be small, and the shape of the
次に、図8に示すように、比較例2の超電導コイル200は、巻枠11と、超電導線材12と、電極13と、固定部115と、フランジ201とを備えている。比較例2の巻枠11、超電導線材12、および電極13は、本実施の形態の超電導コイル10と同様である。フランジ201は、巻枠11と、超電導線材12と、電極13とのすべての上面および下面を覆うように形成されている。固定部115は、フランジ201と電極13とを接続している。この比較例2の超電導コイル200は、上記特許文献4および5と類似している。
Next, as shown in FIG. 8, the
比較例2の超電導コイル200は、巻枠11、超電導線材12、および電極13の全体をフランジ201で覆っている。このため、電極13に加わる応力を低減できる。しかし、超電導コイル200の上下に設けられたフランジ201によって、超電導コイル200が大型になるという問題がある。
The
一方、本実施の形態における超電導コイル10は、固定部15a、15bを用いて、連結部14と電極13とを固定し、かつ連結部14と巻枠11とを固定している。このため、電極13に加えられる応力を連結部14を介して巻枠11に伝達することができる。つまり、電極13に加えられる応力を巻枠11で受けることができる。したがって、超電導線材12に加えられる応力を低減できるので、超電導コイル10の特性の劣化を抑制することができる。
On the other hand, the
また、電極13にリード線の端子が接続されている場合、電極13に大きな応力が加わっても、連結部14を介して巻枠11に応力を伝達できるので、この端子が曲がってしまうことを抑制できる。したがって、超電導コイル10の特性の特性が劣化を抑制することができる。
In addition, when a lead wire terminal is connected to the
さらに、電極13として、大電流を流すような大きな電極を用いた場合、電極13自体が重くなっても、連結部14を介して巻枠11にも電極13の重さを負担することができる。このため、電極13を超電導線材12に安定して固定することができる。
Further, when a large electrode that allows a large current to flow is used as the
さらには、固定部15a、15bを用いて、連結部14で電極13と巻枠11とを固定している。このため、連結部14を電極13が位置する箇所にのみ配置することで、上記超電導コイル10の特性の劣化を抑制できる効果を奏する。言い変えると、電極13が位置していない箇所には連結部14を配置しなくても、上記超電導コイル10の特性の劣化を抑制できる効果を有する。したがって、超電導コイル10の大型化を抑制することができる。
Furthermore, the
以上より、本実施の形態における超電導コイル10およびその製造方法によれば、特性の劣化を抑制し、かつ大型化を抑制することができる。さらに、本実施の形態における超電導コイル10およびその製造方法によれば、電極13を超電導線材12に安定して固定することができる。
As described above, according to the
今回開示された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。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
10 超電導コイル、11 巻枠、12 超電導線材、12a 超電導体、12b シース部、12c 基板、12d 中間層、12e 超電導層、12f 安定化層、13 電極、13a 貫通穴、14 連結部、15a,15b 固定部、W14 幅。 10 superconducting coil, 11 winding frame, 12 superconducting wire, 12a superconductor, 12b sheath part, 12c substrate, 12d intermediate layer, 12e superconducting layer, 12f stabilization layer, 13 electrodes, 13a through hole, 14 connecting parts, 15a, 15b Fixed part, W14 width.
Claims (6)
前記巻枠に巻き付けられた超電導線材と、
前記超電導線材に取り付けられた電極と、
前記巻枠と前記電極とを連結する連結部と、
前記連結部と前記巻枠とを固定し、かつ前記連結部と前記電極とを固定する固定部とを備え、
前記巻枠と前記電極との間に前記超電導線材が配置されている、超電導コイル。 A reel,
A superconducting wire wound around the winding frame;
An electrode attached to the superconducting wire;
A connecting portion connecting the before and Kimakiwaku electrode,
A fixing portion for fixing the connecting portion and the winding frame, and fixing the connecting portion and the electrode;
A superconducting coil in which the superconducting wire is disposed between the winding frame and the electrode .
前記超電導線材に電極を取り付ける工程と、
前記巻枠と前記電極とを連結部で連結する工程と、
固定部を用いて、前記連結部と前記巻枠とを固定し、かつ前記連結部と前記電極とを固定する工程とを備え、
前記巻枠と前記電極との間に前記超電導線材が配置されている、超電導コイルの製造方法。 Winding a superconducting wire around a winding frame;
Attaching an electrode to the superconducting wire;
A step of connecting a connecting portion between the before and Kimakiwaku electrode,
Using a fixing part, fixing the connecting part and the reel, and fixing the connecting part and the electrode,
A method for manufacturing a superconducting coil , wherein the superconducting wire is disposed between the winding frame and the electrode .
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