JP6005386B2 - Superconducting coil device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、例えば基板上に希土類系酸化物超電導体による超電導層を有するテープ状の超電導線材を巻回して形成され、超電導線材の変形によるひずみを抑えて、超電導特性を維持することができる超電導コイル装置及びその製造方法に関する。   The present invention is, for example, formed by winding a tape-shaped superconducting wire having a superconducting layer made of a rare earth oxide superconductor on a substrate, and suppressing the strain due to deformation of the superconducting wire and maintaining superconducting characteristics. The present invention relates to a coil device and a manufacturing method thereof.

希土類系酸化物超電導体を用いたテープ状の超電導線材を巻回してなる超電導パンケーキコイルは、高磁場マグネット等として好適に利用される。この高磁場マグネットにおいては、発生した高磁場に基づいて超電導線材のコイル径を拡げるように円周方向にフープ応力(電磁応力)が働く。このため、超電導パンケーキコイルにはそのフープ応力に耐え得る機械的強度が必要であるとともに、引張りや曲げなどの変形に対して許容できるひずみ量の大きいことが求められる。   A superconducting pancake coil formed by winding a tape-shaped superconducting wire using a rare earth oxide superconductor is suitably used as a high magnetic field magnet or the like. In this high magnetic field magnet, hoop stress (electromagnetic stress) acts in the circumferential direction so as to expand the coil diameter of the superconducting wire based on the generated high magnetic field. For this reason, the superconducting pancake coil is required to have a mechanical strength that can withstand the hoop stress, and is required to have a large amount of strain that can be tolerated against deformation such as tension and bending.

この種の超電導コイルが例えば特許文献1に開示されている。すなわち、この超電導コイルは、内周面とフランジ側の平面とを有する巻枠と、該巻枠に巻き付けられた超電導体とを有し、巻枠と超電導体との間には絶縁材を具備するスペーサが配置されている。このスペーサは内周面に複数の絶縁材がシート状に積層され、フランジ側の平面には板状の絶縁材が配設されて構成されている。また、前記巻枠の外周面にはバインドを有し、該バインドと超電導体との間には絶縁材を具備するスペーサが配置されている。   This type of superconducting coil is disclosed in Patent Document 1, for example. That is, the superconducting coil has a winding frame having an inner peripheral surface and a flat surface on the flange side, and a superconductor wound around the winding frame, and an insulating material is provided between the winding frame and the superconductor. A spacer is disposed. This spacer is formed by laminating a plurality of insulating materials in the form of a sheet on the inner peripheral surface, and a plate-like insulating material is disposed on the flat surface on the flange side. Further, the outer peripheral surface of the winding frame has a binding, and a spacer having an insulating material is disposed between the binding and the superconductor.

特開2007−214466号公報JP 2007-214466 A

前述した特許文献1に記載されている従来構成の超電導コイルにおいては、前記バインドが巻枠に設けられた一対のフランジの外面間に架設されていることから、バインドが超電導コイルに対して縮径方向の圧縮力を直接働かせることはできなかった。このため、超電導コイルが使用時に電磁応力を受けて拡径しようとしたとき、バインドがその電磁応力を十分に受け止めることができず、超電導コイルが変形して超電導特性の低下を招くおそれがあった。また、超電導コイルが電磁応力によって変形すると、超電導コイルの端部に接続されている電極が剥れやすくなり、超電導コイルの性能が発現できなくなるおそれがあった。   In the superconducting coil having the conventional configuration described in Patent Document 1 described above, since the binding is provided between the outer surfaces of a pair of flanges provided on the winding frame, the binding has a reduced diameter with respect to the superconducting coil. The compressive force in the direction could not be applied directly. For this reason, when the superconducting coil is subjected to electromagnetic stress during use and attempts to expand its diameter, the binding cannot sufficiently receive the electromagnetic stress, and the superconducting coil may be deformed to cause deterioration of the superconducting characteristics. . Further, when the superconducting coil is deformed by electromagnetic stress, the electrode connected to the end of the superconducting coil is likely to be peeled off, and the performance of the superconducting coil may not be expressed.

そこで、本発明の目的とするところは、電磁応力を受けたときに超電導コイルの変形を抑制することができ、超電導特性を良好に発揮することができる超電導コイル装置及びその製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a superconducting coil device capable of suppressing the deformation of the superconducting coil when subjected to electromagnetic stress and exhibiting superconducting characteristics well, and a method for manufacturing the same. It is in.

上記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明の超電導コイル装置は、希土類系酸化物超電導体を有するテープ状の超電導線材を巻回して超電導コイルを形成し、超電導コイルの外周には該超電導コイルの拡径を抑えるための外周枠を設け、該外周枠の一部を切欠いてその切欠き部に電極を装着するとともに、前記外周枠の外周には電気絶縁性の保持リングを配置し、外周枠を締付けて超電導コイルに縮径方向の圧縮力を作用させるように構成するとともに、前記超電導コイルは超電導線材が中間規制枠の貫通孔を通って中間規制枠の両面に2段に巻回されたダブルパンケーキコイルにより構成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a superconducting coil device according to claim 1 is formed by winding a tape-shaped superconducting wire having a rare-earth oxide superconductor to form a superconducting coil, and forming the superconducting coil on the outer periphery of the superconducting coil. Is provided with an outer peripheral frame for suppressing the diameter expansion of the superconducting coil, a part of the outer peripheral frame is notched and an electrode is mounted on the notch, and an electrically insulating retaining ring is provided on the outer periphery of the outer peripheral frame. arranged to, as well as configured to exert a compressive force direction of reducing the diameter to the superconducting coil by tightening the peripheral frame, wherein the superconducting coil 2 stages on both surfaces of the intermediate regulating frame superconducting wire through the through hole of the intermediate regulation frame It is comprised by the double pancake coil wound around.

請求項2に記載の発明の超電導コイル装置は、請求項1に係る発明において、前記電気絶縁性の保持リングは、電気絶縁性の被覆を施した金属テープを環状に形成して構成されていることを特徴とする。   A superconducting coil device according to a second aspect of the present invention is the superconducting coil device according to the first aspect, wherein the electrically insulating retaining ring is formed by annularly forming a metal tape with an electrically insulating coating. It is characterized by that.

請求項に記載の発明の超電導コイル装置は、請求項2に係る発明において、前記超電導線材は、基板上に希土類系酸化物超電導体による超電導層を形成したテープ状の超電導線材であり、前記金属テープは超電導線材の基板と同材料又は超電導線材の基板よりも熱膨張率の高い材料で形成されていることを特徴とする。 The superconducting coil device according to a third aspect of the present invention is the superconducting coil device according to the second aspect , wherein the superconducting wire is a tape-shaped superconducting wire in which a superconducting layer made of a rare earth oxide superconductor is formed on a substrate. The metal tape is formed of the same material as the substrate of the superconducting wire or a material having a higher thermal expansion coefficient than the substrate of the superconducting wire.

請求項に記載の発明の超電導コイル装置の製造方法は、請求項1から請求項のいずれか一項に記載の超電導コイル装置の製造方法であって、前記超電導線材を、中間規制枠の貫通孔を通って中間規制枠の両面に2段に巻回したダブルパンケーキコイルにより超電導コイルを形成し、その外周には外周枠を設け、該外周枠の切欠き部に電極を装着し、電気絶縁性の保持リングを形成する電気絶縁性の被覆を施した金属テープを外周枠より径が小さくなるように巻き、金属テープの端部を固定して保持リングを形成し、該保持リングを加熱して膨張させ、その径を外周枠の径より大きくして外周枠の外周に配置した後冷却し、保持リングを縮径させ、外周枠を締付けて超電導コイルに縮径方向の圧縮力を作用させることを特徴とする。 A method for manufacturing a superconducting coil device according to a fourth aspect of the present invention is the method for manufacturing a superconducting coil device according to any one of the first to third aspects, wherein the superconducting wire is attached to an intermediate restriction frame. A superconducting coil is formed by a double pancake coil wound in two steps on both sides of the intermediate regulation frame through the through hole, an outer peripheral frame is provided on the outer periphery, and an electrode is attached to a notch portion of the outer peripheral frame, A metal tape with an electrically insulating coating forming an electrically insulating retaining ring is wound so that the diameter is smaller than that of the outer peripheral frame, the end of the metal tape is fixed to form a retaining ring, and the retaining ring is It is heated and expanded, its diameter is made larger than the diameter of the outer peripheral frame, it is placed on the outer periphery of the outer peripheral frame, and then cooled, the holding ring is reduced, the outer peripheral frame is tightened, and the compressive force in the reduced diameter direction is applied to the superconducting coil. It characterized the Turkey to act.

本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
本発明の超電導コイル装置では、超電導コイルの外周に外周枠が設けられ、該外周枠の切欠き部に電極が装着されるとともに、外周枠の外周には電気絶縁性の保持リングが配置されている。そして、この保持リングが外周枠を締付けて超電導コイルに縮径方向の圧縮力を作用させる。
According to the present invention, the following effects can be exhibited.
In the superconducting coil device of the present invention, an outer peripheral frame is provided on the outer periphery of the superconducting coil, an electrode is mounted on a notch portion of the outer peripheral frame, and an electrically insulating holding ring is disposed on the outer periphery of the outer peripheral frame. Yes. The retaining ring tightens the outer peripheral frame and applies a compressive force in the direction of diameter reduction to the superconducting coil.

このため、超電導コイルを例えば高磁場マグネット等として使用した場合、高磁場による電磁応力が超電導コイルに作用してコイルを拡げるように働いたとき、この応力が前記圧縮力により緩和される。すなわち、超電導線材に作用する電磁応力は、外周枠及び保持リングに分担して受承されて軽減される。従って、超電導コイルの機能は、電磁応力による影響が抑制されて良好に発揮される。
加えて、前記超電導コイルはダブルパンケーキコイルにより形成されていることから、前記外周枠及び保持リングにより、2段に巻回された超電導線材に作用する電磁応力を緩和することができる。
For this reason, when the superconducting coil is used as, for example, a high magnetic field magnet or the like, when the electromagnetic stress due to the high magnetic field acts on the superconducting coil to expand the coil, the stress is relieved by the compressive force. That is, the electromagnetic stress acting on the superconducting wire is received and reduced by being shared by the outer peripheral frame and the holding ring. Therefore, the function of the superconducting coil is satisfactorily exhibited by the influence of electromagnetic stress being suppressed.
In addition, since the superconducting coil is formed of a double pancake coil, the outer peripheral frame and the retaining ring can alleviate electromagnetic stress acting on the superconducting wire wound in two stages.

よって、本発明の超電導コイル装置によれば、電磁応力を受けたときに超電導コイルの変形を抑制することができ、超電導特性を良好に発揮することができるという効果を奏する。   Therefore, according to the superconducting coil device of the present invention, the deformation of the superconducting coil can be suppressed when subjected to electromagnetic stress, and the superconducting characteristics can be exhibited well.

参考形態の超電導コイル装置を示す図であって、(a)はシングルパンケーキコイルの外周に外周枠及び保持リングを配置した状態を示す概略横断面図、(b)はその超電導コイル装置を示す概略縦断面図、(c)は超電導コイル装置を示す要部拡大縦断面図。 It is a figure which shows the superconducting coil apparatus of a reference form, Comprising: (a) is a schematic cross-sectional view which shows the state which has arrange | positioned the outer periphery frame and the holding ring to the outer periphery of a single pancake coil, (b) shows the superconducting coil apparatus. A schematic longitudinal cross-sectional view, (c) is an enlarged vertical cross-sectional view of a main part showing a superconducting coil device. テープ状の超電導線材を示す断面図。Sectional drawing which shows a tape-shaped superconducting wire. その超電導コイル装置の製造工程を示す図であって、(a)は内周枠にテープ状の超電導線材を巻回した状態を示す概略横断面図、(b)はその超電導線材の外周に外周枠及び電極を配置する状態を示す概略横断面図。It is a figure which shows the manufacturing process of the superconducting coil apparatus, Comprising: (a) is a schematic cross-sectional view which shows the state which wound the tape-shaped superconducting wire around the inner peripheral frame, (b) is outer periphery on the outer periphery of the superconducting wire The schematic cross-sectional view which shows the state which arrange | positions a frame and an electrode. 超電導コイル装置の製造工程を示す図であって、(a)は外周枠よりも径の小さい金属テープのリングを示す平面図、(b)はそのリングを熱膨張させて外周枠の外側に配置した状態を示す断面図。It is a figure which shows the manufacturing process of a superconducting coil apparatus, Comprising: (a) is a top view which shows the ring of a metal tape smaller in diameter than an outer periphery frame, (b) is thermally expanded and arrange | positioned the outer side of the outer periphery frame. Sectional drawing which shows the state which carried out. 施形態の超電導コイル装置を示す図であって、(a)はダブルパンケーキコイルの外周に外周枠及び保持リングを配置した状態を示す概略横断面図、(b)はその超電導コイル装置を示す概略縦断面図、(c)は超電導コイル装置を示す要部拡大縦断面図。A diagram showing a superconducting coil apparatus implementation form, (a) shows the schematic cross-sectional view showing a state of arranging the peripheral frame and the retaining ring on the outer periphery of the double pancake coils, a (b) its superconducting coil apparatus The schematic longitudinal cross-sectional view shown, (c) is a principal part expanded longitudinal cross-sectional view which shows a superconducting coil apparatus. そのダブルパンケーキコイルの製造工程を示す図であって、内周枠の周囲にテープ状の超電導線材を巻回し始めた状態を示す斜視図。It is a figure which shows the manufacturing process of the double pancake coil, Comprising: The perspective view which shows the state which started winding the tape-shaped superconducting wire around the inner peripheral frame. 図6の状態から、さらに超電導線材を巻回した状態を示す部分縦断面図。The partial longitudinal cross-sectional view which shows the state which wound the superconducting wire from the state of FIG. 図7の状態から、超電導線材の外周に外周枠を配置した後、超電導線材の上部にパラフィンのモールド層を形成した状態を示す部分縦断面図。The partial longitudinal cross-sectional view which shows the state which formed the paraffin mold layer in the upper part of a superconducting wire after arrange | positioning an outer periphery frame to the outer periphery of a superconducting wire from the state of FIG. 本発明の別例としての超電導線材を示す断面図。Sectional drawing which shows the superconducting wire as another example of this invention.

参考形態)
以下、超電導コイル装置をシングルパンケーキコイルで形成した参考形態に関し、図1〜図4に基づいて詳細に説明する。
( Reference form)
Hereinafter relates Reference Embodiment forming the superconducting coil device with a single pancake coil, it is described in detail with reference to FIGS.

図1(a)〜(c)に示すように、超電導コイル装置10を構成する超電導コイルとしてのシングルパンケーキコイル11A(以下、単にコイルともいう)は、円筒状の内周枠12の周囲にテープ状の超電導線材13が巻回されて形成されている。このコイル11Aの外周には、円筒状をなす外周枠14が配置されている。該外周枠14はその一部が切欠かれ、その切欠き部14aに一対の電極15が設けられている。一方の電極15は巻回された超電導線材13の外周端に接続され、他方の電極15は超電導線材13の内周端に図示しないリード線を介して接続されている。コイル11Aの外周に外周枠14を設けることにより、コイル11Aが高磁場によるフープ応力(電磁応力)を受けたときに、そのコイルの拡径を抑えるようになっている。   As shown in FIGS. 1A to 1C, a single pancake coil 11 </ b> A (hereinafter also simply referred to as a coil) constituting the superconducting coil device 10 is disposed around a cylindrical inner peripheral frame 12. Tape-shaped superconducting wire 13 is formed by winding. A cylindrical outer peripheral frame 14 is disposed on the outer periphery of the coil 11A. A part of the outer peripheral frame 14 is notched, and a pair of electrodes 15 are provided in the notch portion 14a. One electrode 15 is connected to the outer peripheral end of the wound superconducting wire 13, and the other electrode 15 is connected to the inner peripheral end of the superconducting wire 13 via a lead wire (not shown). By providing the outer peripheral frame 14 on the outer periphery of the coil 11A, when the coil 11A receives a hoop stress (electromagnetic stress) due to a high magnetic field, the diameter expansion of the coil is suppressed.

前記外周枠14の外周には、電気絶縁性の被覆を施した金属テープ16が巻き付けられ、円環状に固定されて形成された保持リング17が配置されている。保持リング17の幅(高さ)は、外周枠14の幅と同一に設定されている。この保持リング17により、外周枠14を介してコイル11Aに縮径方向の圧縮力を作用させるように構成されている。   On the outer periphery of the outer peripheral frame 14, a metal ring 16 with an electrically insulating coating is wound, and a holding ring 17 formed in an annular shape is disposed. The width (height) of the holding ring 17 is set to be the same as the width of the outer peripheral frame 14. The holding ring 17 is configured to apply a compressive force in the diameter reducing direction to the coil 11 </ b> A via the outer peripheral frame 14.

図2に示すように、前記テープ状の超電導線材13は、基板18上に中間層19を介して超電導層20が形成され、その超電導層20上に第1安定化層21が形成されるとともに、それらの外周部に第2安定化層22が被覆されて構成されている。前記基板18は、ニッケル合金(ハステロイ)、銀、銀合金等の金属により、例えば厚さ100μm、幅10mmに形成されている。なお、ハステロイは、ニッケルを主成分とし、クロム、モリブデン等を含む合金で、耐熱性、機械的強度等が良好である。中間層19は、ガドリニウム・ジルコニウム酸化物(Gd・Zr酸化物)、酸化マグネシウム(MgO)、イットリウム安定化ジルコニウム(YSZ)、バリウム・ジルコニウム酸化物(Ba・Zr酸化物)、酸化セリウム(CeO)等の化合物により、例えば厚さ500nm、幅10mmに形成されている。 As shown in FIG. 2, the tape-shaped superconducting wire 13 has a superconducting layer 20 formed on a substrate 18 via an intermediate layer 19, and a first stabilizing layer 21 is formed on the superconducting layer 20. The second stabilizing layer 22 is covered on the outer peripheral portion thereof. The substrate 18 is made of a metal such as nickel alloy (Hastelloy), silver, or silver alloy, for example, with a thickness of 100 μm and a width of 10 mm. Hastelloy is an alloy containing nickel as a main component and containing chromium, molybdenum, and the like, and has good heat resistance, mechanical strength, and the like. The intermediate layer 19 includes gadolinium / zirconium oxide (Gd / Zr oxide), magnesium oxide (MgO), yttrium-stabilized zirconium (YSZ), barium / zirconium oxide (Ba / Zr oxide), cerium oxide (CeO 2 ). ) And the like, for example, a thickness of 500 nm and a width of 10 mm.

超電導層20は、希土類系酸化物超電導体のCVD法(化学蒸着法)により、例えば厚さ約1μm、幅10mmに形成されている。希土類元素としては、ランタン(La)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、イットリウム(Y)、イッテルビウム(Yb)等が挙げられる。希土類系酸化物としては、RE・Ba・Cu・O等が挙げられる。但し、REは希土類元素を表す。この超電導層20として具体的には、イットリウム・バリウム・銅酸化物(Y・Ba・Cu酸化物)、ランタン・バリウム・銅酸化物(La・Ba・Cu酸化物)等が挙げられる。   The superconducting layer 20 is formed, for example, to a thickness of about 1 μm and a width of 10 mm by a rare earth oxide superconductor CVD method (chemical vapor deposition method). As rare earth elements, lanthanum (La), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), yttrium (Y), And ytterbium (Yb). Examples of rare earth oxides include RE, Ba, Cu, and O. However, RE represents a rare earth element. Specific examples of the superconducting layer 20 include yttrium / barium / copper oxide (Y / Ba / Cu oxide), lanthanum / barium / copper oxide (La / Ba / Cu oxide), and the like.

第1安定化層21は、銀等の金属のスパッタリング等により、例えば厚さ約15μm、幅10mmに形成されている。第2安定化層22は、銅等の金属のメッキ等により、例えば厚さ約50μmに形成されている。   The first stabilization layer 21 is formed to have a thickness of about 15 μm and a width of 10 mm, for example, by sputtering metal such as silver. The second stabilization layer 22 is formed to have a thickness of about 50 μm, for example, by plating with a metal such as copper.

前記外周枠14は、繊維強化樹脂又は電気絶縁性の被覆が施された金属により形成されている。繊維強化樹脂(FRP)としては、ガラス繊維強化樹脂(GFRP)、炭素繊維強化樹脂(CFRP)等が用いられる。電気絶縁性の被覆が施された金属としては、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂(ナイロン樹脂)等の合成樹脂が被覆されたステンレス鋼等が用いられる。   The outer peripheral frame 14 is formed of a fiber reinforced resin or a metal with an electrically insulating coating. As the fiber reinforced resin (FRP), glass fiber reinforced resin (GFRP), carbon fiber reinforced resin (CFRP), or the like is used. As the metal having an electrically insulating coating, stainless steel coated with a synthetic resin such as an epoxy resin or a polyamide resin (nylon resin) is used.

図1(c)に示すように、前記コイル11Aの上部には、パラフィン、ワックス等のモールド材によるモールド層23が形成されている。このモールド材は、シングルパンケーキコイル11Aを液体ヘリウム、液体窒素等で冷却する際に超電導線材13が損傷を受けないように保護するための低強度の材料である。すなわち、冷却時にはモールド層23が冷却による応力を受け止め、場合によっては自らが壊れることにより、超電導線材13を保護するようになっている。   As shown in FIG. 1C, a mold layer 23 made of a mold material such as paraffin or wax is formed on the coil 11A. This mold material is a low-strength material for protecting the superconducting wire 13 from being damaged when the single pancake coil 11A is cooled with liquid helium, liquid nitrogen or the like. That is, at the time of cooling, the mold layer 23 receives the stress due to cooling, and in some cases breaks itself, thereby protecting the superconducting wire 13.

前記テープ状の超電導線材13をコイル状に巻回する際には、超電導線材13は超電導層20が内周側で基板18が外周側に位置するように配置される。超電導層20を内周側に配置することにより、超電導層20の円弧が基板18の外周側の円弧に比べて小さくなることから、圧縮ひずみが大きくなり、コイル11Aがフープ応力を受けたときに及ぼされる引張りひずみが緩和され、フープ応力に対する抵抗性が大きくなるため好ましい。   When the tape-shaped superconducting wire 13 is wound in a coil shape, the superconducting wire 13 is disposed such that the superconducting layer 20 is located on the inner peripheral side and the substrate 18 is located on the outer peripheral side. By disposing the superconducting layer 20 on the inner peripheral side, the arc of the superconducting layer 20 becomes smaller than the arc on the outer peripheral side of the substrate 18, so that the compressive strain increases and the coil 11A receives a hoop stress. This is preferable because the tensile strain exerted is relaxed and the resistance to the hoop stress is increased.

前記金属テープ16を構成する金属としては、超電導線材13の基板18と同材料又は基板18を形成する材料よりも熱膨張率の高い金属が好適に用いられる。そのような金属として具体的には、ニッケル合金(ハステロイ)、アルミニウム合金等が挙げられる。ニッケル合金の熱膨張率は10×10−6〜11×10−6/℃、アルミニウム合金の熱膨張率は23×10−6〜24×10−6/℃である。前記基板18を形成する銀の熱膨張率は19×10−6/℃である。また、該金属の電気絶縁性被覆は、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂(ナイロン樹脂)等の耐熱性(200℃以上の耐熱性)を有する電気絶縁性の合成樹脂を用いて行われる。 As the metal constituting the metal tape 16, a metal having a higher coefficient of thermal expansion than the same material as the substrate 18 of the superconducting wire 13 or the material forming the substrate 18 is preferably used. Specific examples of such metals include nickel alloys (Hastelloy) and aluminum alloys. The thermal expansion coefficient of the nickel alloy is 10 × 10 −6 to 11 × 10 −6 / ° C., and the thermal expansion coefficient of the aluminum alloy is 23 × 10 −6 to 24 × 10 −6 / ° C. The thermal expansion coefficient of silver forming the substrate 18 is 19 × 10 −6 / ° C. Moreover, the electrically insulating coating of the metal is performed using an electrically insulating synthetic resin having heat resistance (heat resistance of 200 ° C. or higher) such as epoxy resin and polyamide resin (nylon resin).

保持リング17を外周枠14の外周に配置する場合には、まず電気絶縁性の被覆が施された金属テープ16を外周枠14の外径より小さい円形に巻いて、その状態でエポキシ樹脂接着剤等の接着剤により少なくとも金属テープ16の両端部が移動しないように接合して円環状の保持リング17を形成する。この金属テープ16の接合は、金属テープ16にエポキシ樹脂を含浸させて接着する方法等により行うこともできる。得られた保持リング17を加熱膨張させて、保持リング17の内径が外周枠14の外径よりも大きくなるように拡径し、拡径した状態で外周枠14の外側に配置することができる。その後、保持リング17が冷却すると、外周枠14を介してコイル11Aに締付力を作用させるようになっている。   When the retaining ring 17 is disposed on the outer periphery of the outer peripheral frame 14, first, the metal tape 16 with the electrically insulating coating is wound into a circle smaller than the outer diameter of the outer peripheral frame 14, and in this state, the epoxy resin adhesive An annular holding ring 17 is formed by bonding such that at least both ends of the metal tape 16 do not move with an adhesive such as. The joining of the metal tape 16 can also be performed by a method in which the metal tape 16 is impregnated with an epoxy resin and bonded. The obtained retaining ring 17 is heated and expanded so that the inner diameter of the retaining ring 17 is larger than the outer diameter of the outer peripheral frame 14, and can be arranged outside the outer peripheral frame 14 in the expanded state. . Thereafter, when the holding ring 17 is cooled, a tightening force is applied to the coil 11 </ b> A via the outer peripheral frame 14.

次に、前記超電導コイル装置10の製造方法について説明する。
図3(a)に示すように、まず円筒状に形成された内周枠12の外周に、テープ状の超電導線材13をその一端から所定の巻数で巻回してコイル11Aを形成する。続いて、図3(b)に示すように、超電導線材13のコイル11Aの外周に外周枠14を配置してコイル11Aを形成する。この場合、コイル11Aの外周面と外周枠14の内周面との間に若干の隙間が形成されていてもよい。そして、前記外周枠14の切欠き部14aに電極15を挿着し、コイル11Aの組立体を形成する。この状態で、コイル11Aの組立体をパラフィン溶湯に浸漬し、脱気した後、冷却してモールド層23を形成する。
Next, a method for manufacturing the superconducting coil device 10 will be described.
As shown in FIG. 3A, first, a tape-shaped superconducting wire 13 is wound around one end of the inner peripheral frame 12 formed in a cylindrical shape at a predetermined number of turns to form a coil 11A. Subsequently, as shown in FIG. 3B, the outer peripheral frame 14 is arranged on the outer periphery of the coil 11A of the superconducting wire 13 to form the coil 11A. In this case, a slight gap may be formed between the outer peripheral surface of the coil 11 </ b> A and the inner peripheral surface of the outer peripheral frame 14. Then, the electrode 15 is inserted into the notch portion 14a of the outer peripheral frame 14 to form an assembly of the coil 11A. In this state, the assembly of the coil 11 </ b> A is immersed in molten paraffin, degassed, and then cooled to form the mold layer 23.

一方、図4(a)に示すように、電気絶縁性の被覆が施された金属テープ16を所定回数巻いてその両端部が動かないようにエポキシ樹脂接着剤により接着して円環状の保持リング17を形成する。その保持リング17の内径は、外周枠14の外径よりも小さくなるように設定する。その後、図4(b)に示すように、当該保持リング17を200℃程度に加熱して金属テープ16を熱膨張させ、保持リング17の内径が外周枠14の外径よりも大きくなるようにし、その膨張状態で保持リング17を外周枠14の外側に配置する。その後、図1(a)に示すように、保持リング17が冷却するに伴って金属テープ16が収縮し、外周枠14を締付ける。   On the other hand, as shown in FIG. 4A, an annular retaining ring is formed by winding a metal tape 16 coated with an electrical insulating coating a predetermined number of times and adhering it with an epoxy resin adhesive so that both ends thereof do not move. 17 is formed. The inner diameter of the holding ring 17 is set to be smaller than the outer diameter of the outer peripheral frame 14. Thereafter, as shown in FIG. 4B, the holding ring 17 is heated to about 200 ° C. to thermally expand the metal tape 16 so that the inner diameter of the holding ring 17 is larger than the outer diameter of the outer peripheral frame 14. The retaining ring 17 is disposed outside the outer peripheral frame 14 in the expanded state. Thereafter, as shown in FIG. 1A, the metal tape 16 contracts as the holding ring 17 cools, and the outer peripheral frame 14 is tightened.

次に、上記のように構成された超電導コイル装置10について作用を説明する。
さて、本参考形態の超電導コイル装置10を高磁場マグネット等として使用する場合には、コイル11Aに通電して発生した高磁場に基づいてコイル11Aの接線方向(周方向)にフープ応力(引張応力)が作用し、そのフープ応力がコイル11Aを拡げるように働く。この場合、コイル11Aの外周部には外周枠14が配置され、その外周枠14には保持リング17が外嵌されていることから、フープ応力が外周枠14と保持リング17とに分担して受け止められる。
Next, the operation of the superconducting coil device 10 configured as described above will be described.
Now, when using the superconducting coil apparatus 10 of the present reference embodiment as a high magnetic field magnet or the like, a tangential direction (circumferential direction) on the hoop stress (tensile stress of coil 11A on the basis of a high magnetic field generated by energizing the coil 11A ) Acts so that the hoop stress expands the coil 11A. In this case, since the outer peripheral frame 14 is disposed on the outer peripheral portion of the coil 11A and the holding ring 17 is fitted on the outer peripheral frame 14, the hoop stress is shared between the outer peripheral frame 14 and the holding ring 17. It is accepted.

さらに、保持リング17により、外周枠14を介してコイル11Aに縮径方向の圧縮力が作用していることから、その圧縮力がフープ応力に対抗して均衡が保たれ、コイル11Aの変形が抑えられる。このため、コイル11Aにフープ応力が作用して拡径しようとする力が働いても、その応力が超電導線材13に及ぶことを抑制することができる。   Further, since the compressive force in the direction of diameter reduction acts on the coil 11A via the outer peripheral frame 14 by the holding ring 17, the compressive force is balanced against the hoop stress and the coil 11A is deformed. It can be suppressed. For this reason, even if the hoop stress acts on the coil 11 </ b> A and a force to increase the diameter acts, the stress can be prevented from reaching the superconducting wire 13.

その結果、超電導線材13の引張ひずみを限界ひずみ量(不可逆ひずみ量、0.7%程度)よりも小さくすることができ、通電特性を維持することができる。言い換えれば、コイル11Aはその形状を保持することができ、フープ応力の影響を極力回避することができ、超電導特性を良好に発揮することができる。   As a result, the tensile strain of the superconducting wire 13 can be made smaller than the limit strain amount (irreversible strain amount, about 0.7%), and the current-carrying characteristics can be maintained. In other words, the coil 11A can retain its shape, can avoid the influence of hoop stress as much as possible, and can exhibit the superconducting characteristics well.

以上詳述した参考形態によって得られる効果を以下にまとめて記載する。
(1)この参考形態の超電導コイル装置10においては、テープ状の超電導線材13が巻回されたシングルパンケーキコイル11Aの外周には外周枠14が配置され、該外周枠14には保持リング17が外嵌されている。この保持リング17は外周枠14を締付けてコイル11Aに縮径方向の圧縮力を作用させるようになっている。
The effects obtained by the reference embodiment detailed above will be summarized below.
(1) In the superconducting coil device 10 of this reference embodiment, an outer peripheral frame 14 is disposed on the outer periphery of a single pancake coil 11A around which a tape-like superconducting wire 13 is wound, and a holding ring 17 is provided on the outer peripheral frame 14. Is externally fitted. The holding ring 17 tightens the outer peripheral frame 14 to apply a compressive force in the diameter reducing direction to the coil 11A.

このため、コイル11Aを例えば高磁場マグネット等として使用した場合、高磁場による電磁応力がコイル11Aに作用して該コイル11Aを拡径するように働いたとき、この応力が前記圧縮力により緩和される。従って、超電導線材13に作用する電磁応力は外周枠14及び保持リング17に分担して受承されて軽減され、コイル11Aは電磁応力の影響を受けることが極力回避され、その機能が良好に発揮される。   For this reason, when the coil 11A is used as, for example, a high magnetic field magnet or the like, when the electromagnetic stress due to the high magnetic field acts on the coil 11A to expand the diameter of the coil 11A, the stress is relieved by the compressive force. The Therefore, the electromagnetic stress acting on the superconducting wire 13 is distributed and received by the outer peripheral frame 14 and the holding ring 17, and the coil 11A is prevented from being affected by the electromagnetic stress as much as possible, and its function is exhibited well. Is done.

よって、参考形態の超電導コイル装置10によれば、電磁応力を受けたときにシングルパンケーキコイル11Aの変形を抑制することができ、超電導特性を良好に発揮することができるという優れた効果を奏する。
(2)前記電気絶縁性の保持リング17は、電気絶縁性の被覆を施した金属テープ16を巻いて環状に構成されている。このため、保持リング17を簡単に構成することができるとともに、保持リング17の径を容易に設定することができる。
(3)前記電気絶縁性の被覆を施した金属テープ16は、外周枠14より径が小さくなるように環状に形成し、その状態で加熱して膨張状態で外周枠14の外周に配置し、冷却されることにより外周枠14を締付けてコイル11Aに縮径方向の圧縮力を作用させるように構成されている。従って、金属テープ16の材質及び保持リング17の径を設定することにより、外周枠14を介してコイル11Aを締付けるための保持リング17の圧縮力を容易に調整することができる。
(4)前記超電導線材13は、基板18上に希土類系酸化物超電導体による超電導層20を形成したテープ状の超電導線材13であり、前記金属テープ16は超電導線材13の基板18と同材料又は超電導線材13の基板18よりも熱膨張率の高い材料で形成されている。そのため、熱膨張した金属テープ16の冷却に基づく収縮力により、コイル11Aにその中心方向へ向かう圧縮力を働かせることができる。
(5)超電導コイル装置10の製造方法では、金属テープ16を外周枠14より径が小さくなるように巻き、その端部を固定して保持リング17を形成し、該保持リング17を加熱、膨張させ、その径を外周枠14の径より大きくして外周枠14の外周に配置した後冷却する。この製造方法によれば、簡単な操作により保持リング17が外周枠14を締付けてコイル11Aに縮径方向の圧縮力を作用させることができ、超電導コイル装置10を効率良く製造することができる。
(実施形態)
次に、本発明の超電導コイル装置10をダブルパンケーキコイルで形成した実施形態に関し、図5〜図8に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態では、主に前記参考形態と相違する部分について説明し、重複する部分について説明を省略する。
Therefore, according to the superconducting coil device 10 of the reference embodiment, the deformation of the single pancake coil 11 </ b> A can be suppressed when subjected to electromagnetic stress, and the excellent effect that the superconducting characteristics can be satisfactorily exhibited. .
(2) The electrically insulating retaining ring 17 is formed in an annular shape by winding a metal tape 16 having an electrically insulating coating. For this reason, the holding ring 17 can be configured easily, and the diameter of the holding ring 17 can be easily set.
(3) The metal tape 16 with the electrically insulating coating is formed in an annular shape so as to have a diameter smaller than that of the outer peripheral frame 14, and is heated in that state and placed on the outer periphery of the outer peripheral frame 14 in an expanded state. By being cooled, the outer peripheral frame 14 is tightened to apply a compressive force in the diameter reducing direction to the coil 11A. Therefore, by setting the material of the metal tape 16 and the diameter of the holding ring 17, the compressive force of the holding ring 17 for tightening the coil 11 </ b> A via the outer peripheral frame 14 can be easily adjusted.
(4) The superconducting wire 13 is a tape-shaped superconducting wire 13 in which a superconducting layer 20 made of a rare earth oxide superconductor is formed on a substrate 18, and the metal tape 16 is the same material as the substrate 18 of the superconducting wire 13 or The superconducting wire 13 is made of a material having a higher coefficient of thermal expansion than the substrate 18. Therefore, a compressive force toward the center of the coil 11 </ b> A can be applied to the coil 11 </ b> A by a contraction force based on cooling of the thermally expanded metal tape 16.
(5) In the method of manufacturing the superconducting coil device 10, the metal tape 16 is wound so that the diameter is smaller than that of the outer peripheral frame 14, the end is fixed to form the holding ring 17, and the holding ring 17 is heated and expanded. The diameter of the outer peripheral frame 14 is made larger than that of the outer peripheral frame 14 and the outer peripheral frame 14 is cooled. According to this manufacturing method, the holding ring 17 can tighten the outer peripheral frame 14 by a simple operation to apply a compressive force in the diameter reducing direction to the coil 11A, and the superconducting coil device 10 can be manufactured efficiently.
(Implementation form)
Next, relates implementation form a superconducting coil apparatus 10 is formed in a double pancake coil of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 5-8. In the implementation form of this, a description of the parts which differ mainly the reference embodiment, the description thereof is omitted for overlapping portions.

図5(a)〜(c)に示すように、超電導コイルとしてのダブルパンケーキコイル11Bは、内周枠12の外周に超電導線材13が巻回されて形成されたコイル11Bが中間規制枠24を介して上下2段に積層されている。各段のコイル11Bの外周にはそれぞれ外周枠14が配置されている。下段のコイル11Bにおいては、その下部にパラフィン等のモールド材によるモールド層23が形成されるとともに、上段のコイル11Bにおいては、その上部に同様のモールド層23が形成されている。上下の各外周枠14の外周には、それぞれ電気絶縁性の被覆が施された金属テープ16により形成された保持リング17が配置されている。   As shown in FIGS. 5A to 5C, the double pancake coil 11 </ b> B as a superconducting coil has a coil 11 </ b> B formed by winding a superconducting wire 13 around the outer periphery of the inner peripheral frame 12, and an intermediate restriction frame 24. Are stacked in two upper and lower stages. An outer peripheral frame 14 is disposed on the outer periphery of each stage of the coil 11B. In the lower coil 11B, a mold layer 23 made of a molding material such as paraffin is formed in the lower part, and in the upper coil 11B, a similar mold layer 23 is formed in the upper part. On the outer periphery of each of the upper and lower outer peripheral frames 14, a holding ring 17 formed by a metal tape 16 with an electrically insulating coating is disposed.

次に、この超電導コイル装置10の製造方法について説明する。
図6に示すように、中間規制枠24が連結された内周枠12に対し、1本のテープ状をなす超電導線材13の中央部を中心にして上下2段に反対方向に巻き付ける。すなわち、上段のコイル11Bは上方から見て反時計方向に巻回し、下段のコイル11Bは上方から見て時計方向に巻回する。なお、中間規制枠24には図示しない貫通孔が設けられ、その貫通孔を超電導線材13が通るようになっている。また、内周枠12に対する超電導線材13の巻き付け方向は、上記とは逆方向であってもよい。
Next, a method for manufacturing the superconducting coil device 10 will be described.
As shown in FIG. 6, the inner peripheral frame 12 to which the intermediate restriction frame 24 is connected is wound in two opposite directions in the upper and lower stages around the central portion of the superconducting wire 13 having a single tape shape. That is, the upper coil 11B is wound counterclockwise when viewed from above, and the lower coil 11B is wound clockwise when viewed from above. A through hole (not shown) is provided in the intermediate restriction frame 24 so that the superconducting wire 13 passes through the through hole. Further, the winding direction of the superconducting wire 13 around the inner peripheral frame 12 may be opposite to the above.

そして、図7に示すように、各段において超電導線材13を所定方向へ巻回することにより、中間規制枠24の上下両面にコイル11Bが形成される。続いて、図8に示すように、各段のコイル11Bの外周にそれぞれ外周枠14を配置してコイル11Bの組立体を形成する。次いで、コイル11Bの組立体をパラフィン溶湯に浸漬し、脱気した後、冷却して各コイル11Bの上部及び下部の空間部にモールド層23を形成する。   As shown in FIG. 7, the coil 11 </ b> B is formed on both upper and lower surfaces of the intermediate restriction frame 24 by winding the superconducting wire 13 in a predetermined direction at each stage. Then, as shown in FIG. 8, the outer peripheral frame 14 is arrange | positioned to the outer periphery of the coil 11B of each step, respectively, and the assembly of the coil 11B is formed. Next, the assembly of the coils 11B is immersed in molten paraffin, deaerated, and then cooled to form the mold layer 23 in the upper and lower space portions of each coil 11B.

その後、図5(c)に示すように、上段及び下段の外周枠14に第1実施形態と同様にして、それぞれ金属テープ16による保持リング17を外嵌する。このようにして、超電導コイル装置10を得ることができる。   After that, as shown in FIG. 5C, holding rings 17 are respectively fitted onto the upper and lower outer peripheral frames 14 in the same manner as in the first embodiment. In this way, the superconducting coil device 10 can be obtained.

次に、以上のように構成された超電導コイル装置10の作用を説明する。
さて、第2実施形態の超電導コイル装置10を高磁場マグネット等として用いる場合には、発生する高磁場に基づいてコイル11Bを拡げる方向にフープ応力が作用する。このとき、上下のコイル11Bの外周部にはそれぞれ外周枠14及び保持リング17が配置されていることから、フープ応力は外周枠14と保持リング17とに分担して受け止められる。
Next, the operation of the superconducting coil device 10 configured as described above will be described.
When the superconducting coil device 10 of the second embodiment is used as a high magnetic field magnet or the like, hoop stress acts in the direction of expanding the coil 11B based on the generated high magnetic field. At this time, since the outer peripheral frame 14 and the holding ring 17 are arranged on the outer peripheral portions of the upper and lower coils 11B, the hoop stress is shared by the outer peripheral frame 14 and the holding ring 17 and received.

さらに、上下の外周枠14にはそれぞれ保持リング17が外嵌され、その保持リング17によりコイル11Bの径方向内側への圧縮力が作用していることから、各コイル11Bにフープ応力が作用して拡径力が働いても、その拡径力が前記圧縮力で緩和され、超電導線材13に拡径力が及ぶことを抑制することができる。従って、ダブルパンケーキコイル11Bはその形状を保持することができ、フープ応力の影響を極力軽減できて、優れた超電導特性を発揮することができる。   Further, holding rings 17 are fitted on the upper and lower outer peripheral frames 14, respectively, and the holding rings 17 exert a compressive force acting on the inner side in the radial direction of the coil 11B, so that a hoop stress acts on each coil 11B. Even if the diameter expansion force works, the diameter expansion force is alleviated by the compressive force, and it is possible to suppress the diameter expansion force from reaching the superconducting wire 13. Therefore, the double pancake coil 11B can maintain its shape, can reduce the influence of the hoop stress as much as possible, and can exhibit excellent superconducting characteristics.

ここで、上記のダブルパンケーキコイル11Bを用いた超電導コイル装置10に関し、通電特性の試験を行った結果について説明する。
温度4.2K(液体ヘリウム中)、磁束密度8Tの外部磁場中で、ダブルパンケーキコイル11B(超電導線材13の長さは50m)に17A/秒の電流を総電流量が1500Aに到るまで通電を行った。このとき、コイル11Bに電磁誘導で発生する電圧は40mV程度であった。この外部磁場中では、コイル11Bには2GPa以上のフープ応力が作用した。
Here, the result of having conducted the test of the energization characteristic regarding the superconducting coil device 10 using the double pancake coil 11B will be described.
In an external magnetic field with a temperature of 4.2 K (in liquid helium) and a magnetic flux density of 8 T, a current of 17 A / second is applied to the double pancake coil 11B (the length of the superconducting wire 13 is 50 m) until the total current reaches 1500 A. Energized. At this time, the voltage generated by electromagnetic induction in the coil 11B was about 40 mV. In this external magnetic field, a hoop stress of 2 GPa or more was applied to the coil 11B.

この状態において、コイル11Bに流れるコイル電流(A)とコイル電圧(mV)の変化を常法に従って測定したところ、コイル電圧には限界電流を超える電圧(5mVの電圧が発生したときの電流値が限界電流)は観察されず、良好な通電特性が得られた。加えて、上記通電特性の試験を繰り返してもコイル11Bに劣化は認められなかった。   In this state, when changes in the coil current (A) and the coil voltage (mV) flowing through the coil 11B were measured according to a conventional method, the coil voltage has a voltage exceeding the limit current (a current value when a voltage of 5 mV is generated). No limit current was observed, and good current-carrying characteristics were obtained. In addition, no deterioration was found in the coil 11B even after repeating the above test of the energization characteristics.

また、ひずみゲージを用いて超電導線材13のひずみ量を測定した結果、ひずみ量は超電導線材13の限界ひずみ量である0.7%を下回っていた。上記通電特性の試験を複数回繰り返しても超電導線材13のひずみ量は限界ひずみ量を下回っていた。従って、超電導コイル装置10は優れた超電導特性を維持できることが確認された。   Further, as a result of measuring the strain amount of the superconducting wire 13 using a strain gauge, the strain amount was less than 0.7% which is the limit strain amount of the superconducting wire 13. Even when the test for the current-carrying characteristics was repeated a plurality of times, the strain amount of the superconducting wire 13 was less than the limit strain amount. Therefore, it was confirmed that the superconducting coil device 10 can maintain excellent superconducting characteristics.

なお、前記実施形態を次のように変更して具体化することも可能である。
・ 前記テープ状の超電導線材13として、図9に示すような構成の超電導線材13を用いてもよい。すなわち、この超電導線材13は、ビスマス系酸化物の超電導体25が銀(Ag)のシース26中に分散された構造を有している。
It is also possible to embody changed before you facilities embodiment as follows.
As the tape-shaped superconducting wire 13, a superconducting wire 13 configured as shown in FIG. 9 may be used. That is, the superconducting wire 13 has a structure in which a bismuth oxide superconductor 25 is dispersed in a silver (Ag) sheath 26.

・ 前記実施形態において、コイル11A、11Bの上部及び下部の少なくとも一方に、外周枠14及び内周枠12にボルトや接着剤で連結固定される上部規制枠又は下部規制枠を設け、フープ応力による外周枠14の移動(拡径)を一層有効に抑制するように構成してもよい。 - before you facilities embodiment, the coils 11A, 11B top and at least one of the lower, provided the upper regulating frame or lower regulating frame which is connected and fixed to the peripheral frame 14 and the inner peripheral frame 12 by bolts or adhesives, hoop You may comprise so that the movement (expansion) of the outer periphery frame 14 by stress may be suppressed more effectively.

・ 前記実施形態におけるコイル11A、11Bの内周枠12を取り外して超電導コイル装置10を構成してもよい。
・ 前記実施形態において、内周枠12及び外周枠14の少なくとも一方を、上段と下段で一体となるように構成してもよい。その場合、中間規制枠24は内周枠12又は外周枠14の分だけ径方向に幅狭に形成される。
Coil 11A before you facilities embodiment, may be configured superconducting coil apparatus 10 and remove the inner peripheral frame 12 of 11B.
- before you facilities embodiment, at least one of the inner peripheral frame 12 and the outer peripheral frame 14, with upper and lower may be configured so as to be integrated. In that case, the intermediate restriction frame 24 is formed to be narrow in the radial direction by the amount corresponding to the inner peripheral frame 12 or the outer peripheral frame 14.

・ 前記保持リング17は、その一部を切欠いてCリング状に構成してもよい。この場合、Cリングの内径を外周枠14の外径よりも小さくなるように設定し、拡径させて外周枠14に外嵌することにより、外周枠14を介してコイル11A、11Bに圧縮力を作用させることができる。   The retaining ring 17 may be configured as a C ring by cutting out a part of the retaining ring 17. In this case, the inner diameter of the C-ring is set so as to be smaller than the outer diameter of the outer peripheral frame 14, and the compression is applied to the coils 11 </ b> A and 11 </ b> B via the outer peripheral frame 14 by expanding the diameter and fitting the outer periphery frame 14. Can act.

10…超電導コイル装置、11A…超電導コイルとしてのシングルパンケーキコイル、11B…超電導コイルとしてのダブルパンケーキコイル、13…超電導線材、14…外周枠、14a…切欠き部、15…電極、16…金属テープ、17…保持リング、18…基板、20…超電導層。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Superconducting coil apparatus, 11A ... Single pancake coil as a superconducting coil, 11B ... Double pancake coil as a superconducting coil, 13 ... Superconducting wire, 14 ... Outer frame, 14a ... Notch part, 15 ... Electrode, 16 ... Metal tape, 17 ... retaining ring, 18 ... substrate, 20 ... superconducting layer.

Claims (4)

希土類系酸化物超電導体を有するテープ状の超電導線材を巻回して超電導コイルを形成し、超電導コイルの外周には該超電導コイルの拡径を抑えるための外周枠を設け、該外周枠の一部を切欠いてその切欠き部に電極を装着するとともに、前記外周枠の外周には電気絶縁性の保持リングを配置し、外周枠を締付けて超電導コイルに縮径方向の圧縮力を作用させるように構成するとともに、前記超電導コイルは超電導線材が中間規制枠の貫通孔を通って中間規制枠の両面に2段に巻回されたダブルパンケーキコイルにより構成されていることを特徴とする超電導コイル装置。 A superconducting coil is formed by winding a tape-shaped superconducting wire having a rare earth oxide superconductor, and an outer peripheral frame for suppressing the expansion of the superconducting coil is provided on the outer periphery of the superconducting coil, and a part of the outer peripheral frame In order to apply a compressive force in the reduced diameter direction to the superconducting coil by placing an electrically insulating retaining ring on the outer periphery of the outer peripheral frame and tightening the outer peripheral frame. The superconducting coil device is characterized in that the superconducting coil is constituted by a double pancake coil in which a superconducting wire is wound in two stages on both surfaces of the intermediate restricting frame through the through hole of the intermediate restricting frame. . 前記電気絶縁性の保持リングは、電気絶縁性の被覆を施した金属テープを環状に形成して構成されてい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 2. The superconducting coil device according to claim 1, wherein the electrically insulating retaining ring is formed by forming an annular metal tape with an electrically insulating coating . 前記超電導線材は、基板上に希土類系酸化物超電導体による超電導層を形成したテープ状の超電導線材であり、前記金属テープは超電導線材の基板と同材料又は超電導線材の基板よりも熱膨張率の高い材料で形成されていることを特徴とする請求項2に記載の超電導コイル装置。The superconducting wire is a tape-shaped superconducting wire in which a superconducting layer made of a rare earth oxide superconductor is formed on a substrate, and the metal tape has the same coefficient of thermal expansion as the superconducting wire substrate or the superconducting wire substrate. The superconducting coil device according to claim 2, wherein the superconducting coil device is made of a high material. 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の超電導コイル装置の製造方法であって、It is a manufacturing method of the superconducting coil device according to any one of claims 1 to 3,
前記超電導線材を、中間規制枠の貫通孔を通って中間規制枠の両面に2段に巻回したダブルパンケーキコイルにより超電導コイルを形成し、その外周には外周枠を設け、該外周枠の切欠き部に電極を装着し、電気絶縁性の保持リングを形成する電気絶縁性の被覆を施した金属テープを外周枠より径が小さくなるように巻き、金属テープの端部を固定して保持リングを形成し、該保持リングを加熱して膨張させ、その径を外周枠の径より大きくして外周枠の外周に配置した後冷却し、保持リングを縮径させ、外周枠を締付けて超電導コイルに縮径方向の圧縮力を作用させることを特徴とする超電導コイル装置の製造方法。  A superconducting coil is formed by a double pancake coil in which the superconducting wire is wound in two stages on both sides of the intermediate restriction frame through the through hole of the intermediate restriction frame, and an outer peripheral frame is provided on the outer periphery thereof. An electrode is attached to the notch, and a metal tape with an electrically insulating coating that forms an electrically insulating retaining ring is wound so that the diameter is smaller than the outer peripheral frame, and the end of the metal tape is fixed and held. A ring is formed, the holding ring is heated to expand, the diameter is made larger than the diameter of the outer peripheral frame and the outer ring is arranged and then cooled, the holding ring is reduced in diameter, and the outer peripheral frame is tightened to superconducting. A manufacturing method of a superconducting coil device, wherein a compressive force in a diameter reducing direction is applied to a coil.
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