JP6567451B2 - Superconducting coil and superconducting coil manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、超電導コイルと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 the superconducting coil.
従来から、テープ状の超電導線材を円筒状の巻枠にその中心軸方向に2段となるように巻回して構成される、いわゆるダブルパンケーキ型の超電導コイル(以下、ダブルパンケーキコイル)が知られている。
このようなダブルパンケーキコイルでは、超電導線材の両端部をコイルの外径側に配置することができ、超電導線材を巻枠に1段となるように巻回した、いわゆるシングルパンケーキコイルのように、超電導線材の一端部がコイルの内径側に配置される場合と異なり、コイルの内径側の空間を有効に利用することができるという利点がある。また、コイルの内径側は多くの場合、強い磁場環境に曝されるため、クエンチが発生するおそれがあり、この部分に発熱が生じる電流端子部を設置することはコイルの安定性の観点からも好ましくない。そのため、電流端子をコイルの外径側に設置することができることもダブルパンケーキコイルの利点である。
Conventionally, a so-called double pancake-type superconducting coil (hereinafter referred to as a double pancake coil) is formed by winding a tape-shaped superconducting wire around a cylindrical winding frame so as to have two stages in the central axis direction. Are known.
In such a double pancake coil, both ends of the superconducting wire can be arranged on the outer diameter side of the coil, and a so-called single pancake coil is formed by winding the superconducting wire on the winding frame in one stage. In addition, unlike the case where one end of the superconducting wire is disposed on the inner diameter side of the coil, there is an advantage that the space on the inner diameter side of the coil can be used effectively. Moreover, since the inner diameter side of the coil is often exposed to a strong magnetic field environment, there is a risk of quenching, and installing a current terminal part that generates heat in this part is also from the viewpoint of coil stability. It is not preferable. Therefore, it is an advantage of the double pancake coil that the current terminal can be installed on the outer diameter side of the coil.
一般にダブルパンケーキコイルの最内周の巻線(第一巻き線部とする)は図10のような形態をとり、螺旋状にテープ状超電導線材を巻枠に巻線し、第一巻き線部101の両端部をそれぞれ半径方向外側に重ねて巻き線を行うことで、上下二段のパンケーキコイル(第二巻き線部とする)を形成する。このとき、第一巻き線部101は螺旋状となることから、テープ状超電導線材にエッジワイズ歪み(テープ幅方向の歪み)を加えながら張力をかけ、巻線を行うこととなる。
In general, the innermost winding of the double pancake coil (referred to as the first winding portion) takes the form as shown in FIG. 10, and a tape-like superconducting wire is wound around the winding frame in a spiral form, and the first winding The upper and lower two-stage pancake coils (referred to as the second winding portion) are formed by winding the both ends of the
しかし、テープ状超電導線材は、高強度金属基板を基材としており、フラットワイズ方向(テープ平面に垂直な方向)の曲げはある程度許容する(最小曲げ直径10mm程度)反面、エッジワイズ方向の歪みはほとんど許容しないという特徴がある。
第一巻線部のエッジワイズ歪みは、巻線後に残留応力が解放され、巻枠からの巻線部の滑落の原因となる。
また、超電導コイルとして運用した場合、適用するシステムの磁場環境によっては、テープ状超電導線材に対して巻枠中心軸方向に電磁力がかかることとなり、エッジワイズ歪みの影響はさらに大きくなる。
However, the tape-shaped superconducting wire is based on a high-strength metal substrate, and allows bending to some extent in the flatwise direction (direction perpendicular to the tape plane) (minimum bending diameter of about 10 mm), but distortion in the edgewise direction is There is a feature that is almost unacceptable.
The edgewise distortion of the first winding portion releases the residual stress after the winding and causes the winding portion to slip off from the winding frame.
Further, when operated as a superconducting coil, depending on the magnetic field environment of the applied system, an electromagnetic force is applied to the tape-shaped superconducting wire in the direction of the central axis of the winding frame, and the influence of edgewise distortion is further increased.
このため、従来は、巻き枠に内底部が傾斜した溝を形成して、当該溝に第一巻き線部を巻き付けることでエッジワイズ歪みを抑える構造が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 For this reason, the structure which suppresses edgewise distortion by forming the groove | channel where the inner bottom part inclined in the winding frame, and winding the 1st winding part around the said groove | channel conventionally is proposed (for example, refer patent document 1). ).
しかしながら、上記特許文献1のように、テープ状超電導線材にかかるエッジワイズ歪みを低減するために第一巻き線部101を巻枠105に対して傾斜させて巻線した場合、第二巻線部102を巻枠垂直方向に巻線するためには、図11のようなパテ埋めをせねばならず、パテPの塗布が精密に行われていないと巻枠と第二巻線部102の間の密着性が失われ、第二巻線部102の滑落という問題が生じる。
本発明は、テープ状超電導線材にかかるエッジワイズ歪みの影響を低減でき、製造が容易な超電導コイル及びその製造方法を提供することをその目的とする。
However, as in Patent Document 1, when the first winding
An object of the present invention is to provide a superconducting coil that can reduce the influence of edgewise strain on the tape-shaped superconducting wire and can be easily manufactured, and a method for manufacturing the same.
請求項1記載の発明は、超電導コイルにおいて、
内側巻枠と、
当該内側巻枠の外側に配置される外側巻枠と、
テープ状の超電導線材が、少なくとも前記超電導線材の幅一つ分ずれるように前記内側巻枠の外周に螺旋状に巻回された第一巻線部と、
前記第一巻線部の一端部と他端部とにそれぞれ連続したテープ状の超電導線材が前記外側巻枠の外周に重ねて巻回された二段の第二巻線部とを備え、
前記外側巻枠は、前記第一巻線部の一端部と他端部とにそれぞれ連続したテープ状の超電導線材を外周に通すための開口部を備えることを特徴とする。
The invention according to claim 1 is a superconducting coil,
An inner reel,
An outer reel disposed outside the inner reel;
A tape-shaped superconducting wire, a first winding portion spirally wound around the outer periphery of the inner winding frame so as to shift at least one width of the superconducting wire;
A tape-shaped superconducting wire continuous to one end and the other end of the first winding part, and a two-stage second winding part wound around the outer periphery of the outer winding frame;
The outer winding frame includes an opening for passing a tape-shaped superconducting wire continuous to one end and the other end of the first winding portion through the outer periphery.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の超電導コイルにおいて、
前記内側巻枠と前記外側巻枠の位置が相対的に固定されていることを特徴とする。
The invention according to
The positions of the inner reel frame and the outer reel frame are relatively fixed.
請求項3記載の発明は、請求項2記載の超電導コイルにおいて、
前記内側巻枠と前記外側巻枠の位置が含浸材、固定具のいずれか、又は両方により固定されていることを特徴とする。
The invention according to
The positions of the inner reel and the outer reel are fixed by an impregnation material, a fixture, or both.
請求項4記載の発明は、請求項3記載の超電導コイルにおいて、
前記内側巻枠と前記第一巻線部の間及び前記外側巻枠と前記第一巻線部の間に含浸材を介在させたことを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the superconducting coil according to
An impregnation material is interposed between the inner winding frame and the first winding portion and between the outer winding frame and the first winding portion.
請求項5記載の発明は、請求項3又は4記載の超電導コイルにおいて、
前記含浸材が、硬化性の樹脂、低融点金属、パラフィン、またはグリースであることを特徴とする。
The invention according to
The impregnating material is curable resin, low melting point metal, paraffin, or grease.
請求項6記載の発明は、請求項3から5のいずれか一項に記載の超電導コイルにおいて、
前記外側巻枠と前記第二巻線部の間にも前記含浸材を介在させたことを特徴とする。
The invention according to claim 6 is the superconducting coil according to any one of
The impregnation material is also interposed between the outer winding frame and the second winding portion.
請求項7記載の発明は、請求項1から6のいずれか一項に記載の超電導コイルにおいて、
前記開口部は、前記外側巻枠をその中心軸方向に沿って分断するスリットからなることを特徴とする。
The invention according to claim 7 is the superconducting coil according to any one of claims 1 to 6,
The opening includes a slit that divides the outer winding frame along the central axis direction.
請求項8記載の発明は、請求項7記載の超電導コイルにおいて、
前記内側巻枠は、外周の形状が、円形であって前記外側巻枠のスリット側に膨らんだ膨出部を有する形状であることを特徴とする。
The invention according to claim 8 is the superconducting coil according to claim 7,
The inner winding frame is characterized in that the outer shape is circular and has a bulging portion that bulges toward the slit side of the outer winding frame.
請求項9記載の発明は、請求項7又は8記載の超電導コイルにおいて、
前記内側巻枠の外周面又は前記外側巻枠の内周面であって、前記スリットに臨む位置に、前記第一巻線部の一端部と他端部とを仕切る突起又は凸条を設けたことを特徴とする。
The invention according to claim 9 is the superconducting coil according to claim 7 or 8,
On the outer peripheral surface of the inner winding frame or the inner peripheral surface of the outer winding frame, a protrusion or ridge that partitions one end portion and the other end portion of the first winding portion is provided at a position facing the slit. It is characterized by that.
請求項10記載の発明は、請求項1から6のいずれか一項に記載の超電導コイルにおいて、
前記開口部は、前記第一巻線部の一端部を通す第一の開口部と前記第一巻線部の他端部を通す第二の開口部とからなることを特徴とする。
The invention according to
The opening is composed of a first opening through which one end of the first winding portion passes and a second opening through which the other end of the first winding portion passes.
請求項11記載の発明は、請求項1から10のいずれか一項に記載の超電導コイルにおいて、
前記超電導線材は酸化物超電導線材であることを特徴とする。
The invention according to claim 11 is the superconducting coil according to any one of claims 1 to 10,
The superconducting wire is an oxide superconducting wire.
請求項12記載の発明は、請求項1記載の超電導コイルの製造方法であって、
前記内側巻枠と前記外側巻枠の相対位置を固定してから、前記テープ状の超電導線材を前記内側巻枠に螺旋状に巻回して前記第一巻線部を形成し、
さらに、前記第一巻線部の一端部と他端部とを前記外側巻枠の開口部に通してから、前記第一巻線部の一端部と他端部とに連続するそれぞれの前記テープ状の超電導線材を前記外側巻枠の外周に重ねて巻回し、前記外側巻枠の中心軸方向に二段の第二巻線部を並べて形成すること特徴とする。
The invention described in claim 12 is a method of manufacturing a superconducting coil according to claim 1,
After fixing the relative position of the inner winding frame and the outer winding frame, the tape-shaped superconducting wire is spirally wound around the inner winding frame to form the first winding portion,
Further, each tape that passes through one end and the other end of the first winding part through the opening of the outer winding frame and continues to the one end and the other end of the first winding part. A superconducting wire in the form of a coil is wound on the outer periphery of the outer winding frame, and two-stage second winding portions are formed side by side in the central axis direction of the outer winding frame.
請求項13記載の発明は、請求項1記載の超電導コイルの製造方法であって、
前記テープ状の超電導線材を前記内側巻枠に螺旋状に巻回して前記第一巻線部を形成し、
さらに、前記第一巻線部の一端部と他端部とを前記外側巻枠の開口部に通してから前記内側巻枠と前記外側巻枠の相対位置を固定し、
次いで、前記第一巻線部の一端部と他端部とに連続するそれぞれの前記テープ状の超電導線材を前記外側巻枠の外周に重ねて巻回し、前記外側巻枠の中心軸方向に二段の第二巻線部を並べて形成すること特徴とする。
Invention of Claim 13 is a manufacturing method of the superconducting coil of Claim 1, Comprising:
The tape-shaped superconducting wire is spirally wound around the inner winding frame to form the first winding part,
Furthermore, the relative position of the inner winding frame and the outer winding frame is fixed after passing one end and the other end of the first winding portion through the opening of the outer winding frame,
Next, each of the tape-shaped superconducting wires continuous to one end and the other end of the first winding portion is wound on the outer periphery of the outer winding frame, and is wound in the direction of the central axis of the outer winding frame. The second winding part of the stage is formed side by side.
請求項14記載の発明は、請求項12又は13記載の超電導コイルの製造方法において、
前記外側巻枠の中心軸方向に二段の第二巻線部を並べて形成する前に、前記内側巻枠と前記外側巻枠の間に硬化性の含浸材を介在させて硬化させること特徴とする。
The invention described in claim 14 is the method of manufacturing a superconducting coil according to claim 12 or 13,
Before the two-stage second winding part is formed side by side in the central axis direction of the outer winding frame, a curable impregnating material is interposed between the inner winding frame and the outer winding frame and cured. To do.
上記発明では、内側巻枠と外側巻枠の間に螺旋状に巻回された第一巻線部が配置され、当該第一巻線部の一端部と他端部とにそれぞれ連続したテープ状の超電導線材を外周に通すための開口部が外側巻枠に設けられているので、各巻枠を中心とする半径方向の伸縮による螺旋状の第一巻線部のエッジワイズ方向の歪みへの影響を低減することができ、超電導特性の低下の発生を低減することが可能となる。
また、これにより、超電導コイルの冷却時における熱収縮や通電時のコイル中心部の電磁力による影響を抑え、第一巻線部の超電導特性を高く維持することが可能となる。
また、従来のパテ付けのように精密性を要求される作業が不要であることから、製造の容易化を図ることが可能である。
In the above-mentioned invention, the first winding part wound spirally between the inner winding frame and the outer winding frame is disposed, and the tape-like shape is continuous to one end and the other end of the first winding part. Since the opening for passing the superconducting wire in the outer circumference is provided in the outer winding frame, the influence on the edgewise distortion of the spiral first winding portion due to radial expansion and contraction around each winding frame Therefore, it is possible to reduce the occurrence of deterioration of superconducting characteristics.
In addition, this makes it possible to suppress the influence of heat shrinkage during cooling of the superconducting coil and electromagnetic force at the coil central portion during energization, and to maintain high superconducting characteristics of the first winding portion.
In addition, since the work that requires precision like the conventional putty is not required, the manufacturing can be facilitated.
また、上記超電導コイルを、内側巻枠と外側巻枠の固定、第一巻線部の形成、第一巻線部の開口部の挿通、第二巻線部の形成等の工程により容易に製造することができ、超電導コイルを容易に提供することが可能である。 In addition, the superconducting coil can be easily manufactured by steps such as fixing the inner and outer winding frames, forming the first winding portion, inserting the opening of the first winding portion, and forming the second winding portion. It is possible to easily provide a superconducting coil.
[第一の実施形態]
以下に、本発明を実施するための好ましい第一の実施の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
[First embodiment]
Hereinafter, a preferred first embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiments described below are given various technically preferable limitations for carrying out the present invention, but the scope of the present invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.
[超電導コイルの概要]
図1(A)は超電導コイル10の平面図、図1(B)は斜視図である。
超電導コイル10は、内側巻枠20と、当該内側巻枠20の外側に配置される外側巻枠30と、テープ状の超電導線材100が内側巻枠20の外周に一巻きに対して少なくとも超電導線材100の幅一つ分ずれるように螺旋状に巻回された第一巻線部40と、第一巻線部40の一端部と他端部とにそれぞれ連続したテープ状の超電導線材100が外側巻枠30の外周に重ねて巻回された二段の第二巻線部50とを備えた、いわゆるダブルパンケーキコイルである。
[Overview of superconducting coil]
1A is a plan view of the
The
[超電導線材]
図2は上記第一巻線部40及び第二巻線部50を形成するテープ状の超電導線材100の構造を示す斜視図である。
この超電導線材100は、基板1の片方の主面(厚み方向における一方の面)上に中間層2、超電導層3、保護層4が順に積層された積層体と、その積層体の周囲を被覆する銅安定化層5を備えているテープ状の超電導線である。
超電導層3を構成する超電導体としては、液体窒素温度以上で超電導を示すRE系超電導体(RE:希土類元素)、例えば化学式YBa2Cu3O7-yで表されるイットリウム系超電導体(以下、Y系超電導体)が代表的である。つまり、このテープ状の超電導線材100は、酸化物超電導線材である。
なお、図2では、テープ状の超電導線材100について、テープ幅に対する厚さを厚く図示しているが、実際には、テープ幅に対してその厚さは非常に薄くなっている。
[Superconducting wire]
FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the tape-shaped
The
As a superconductor constituting the
In FIG. 2, the tape-shaped
[内側巻枠]
内側巻枠20は、図1に示すように、円筒状であって中心軸方向について超電導線材100の幅の二倍以上の高さを有している。
この内側巻枠20は、超電導コイル10に通電したときに渦電流が発生しないように、絶縁体の樹脂(例えば、FRP[fiberglass reinforced plastics]等)によって形成されている。
[Inner reel]
As shown in FIG. 1, the
The inner winding
[外側巻枠]
外側巻枠30は、図1に示すように、円筒状であって中心軸方向について内側巻枠20と同程度の高さを有している。
また、外側巻枠30は第一巻線部40を介して内側巻枠20の外周に配置されるので、その内半径は、内側巻枠20の外半径に超電導線材100の厚さを加えた寸法となっている。
[Outside reel]
As shown in FIG. 1, the
Further, since the outer winding
また、外側巻枠30は、円周の一部を分断するように全高に渡って開口部としてのスリット31が形成されている。
この外側巻枠30は、スリット31により円周の一部が分断されているので、超電導コイル10に通電したときに渦電流が発生しない。従って、外側巻枠30は、絶縁体から形成してもよいが、必要な強度を有する他の材料も選択可能である。外側巻枠30としては、コイルの冷却効率を高めるために高熱伝導率材料、例えば、銅等の金属から形成することが望ましい。
In addition, the
Since a part of the circumference of the outer winding
[第一巻線部]
第一巻線部40は、外側巻枠30の外周に上下二段で形成される二つの第二巻線部50を構成する超電導線材100を電気的に接続するためのものである。
この第一巻線部40は、図3に示すように、内側巻枠20の外周に一巻き分だけ巻回された超電導線材100から構成されており、当該一巻きに対して少なくとも中心軸方向に超電導線材100の幅一つ分ずれるように螺旋状に巻回されている。
第一巻線部40の一巻きに対する中心軸方向のズレ量は、大きくなるほどエッジワイズ方向の歪みが大きくなるので、最小限、つまり、超電導線材100の幅一つ分丁度とすることが望ましい。例えば、図3(B)では、第一巻線部40の一端部と他端部との間に隙間が形成されているが、この隙間が狭いことが望ましく、一端部と他端部とが接している状態であっても良い。
[First winding part]
The first winding
As shown in FIG. 3, the first winding
Since the amount of deviation in the central axis direction with respect to one turn of the first winding
また、第一巻線部40の一端部と他端部は、いずれもスリット31から外側巻枠30の外部に互いに逆方向に延出されており、当該一端部と他端部は、それぞれが上下に重ねて配置された第二巻線部50を構成する超電導線材100に連続的につながっている。
なお、外側巻枠30のスリット31は、周方向にある程度の幅を持たせて形成されている。これは、スリット31を通過する第一巻線部40の一端部側の超電導線材100と他端部側の超電導線材100とに生じるフラットワイズ方向の曲げを小さくするためである。
Moreover, both the one end part and the other end part of the first winding
The
また、第一巻線部40の内側の面と内側巻枠20の外周面との隙間、及び、第一巻線部40の外側の面と外側巻枠30の内周面との隙間は、含浸材により埋められており、内側巻枠20と第一巻線部40と外側巻枠30とが相対的に固定されている。
含浸材としては、パラフィンやグリースのような軟質のものでも良いが、エポキシ、シアノ系接着剤のように硬質化する含浸材により相互間を強固に固定できるものがより望ましい。また、含浸材として半田等の低融点金属を用いて固着させてもよい。
また、含浸材ではなく粘着テープで固定しても良い。
Moreover, the clearance gap between the inner surface of the
As the impregnating material, a soft material such as paraffin or grease may be used, but a material that can be firmly fixed to each other by a hardened impregnating material such as an epoxy or cyano adhesive is more preferable. Further, a low melting point metal such as solder may be used as the impregnation material.
Moreover, you may fix with an adhesive tape instead of an impregnation material.
[第二巻線部]
第一巻線部40の一端部に連なる超電導線材100を外側巻枠30の外周面上において、テープ平面を重ねるように積層状態に巻き付けた一方の第二巻線部50と、第一巻線部40の他端部に連なる超電導線材100を一方の第二巻線部50と逆方向に重ねるように巻き付けた他方の第二巻線部50とが、中心軸方向に並んで形成されている。
前述したように、一方の第二巻線部50と他方の第二巻線部50は、その最も内側となる超電導線材100の端部同士が第一巻線部40を介して接続されているので、それぞれの第二巻線部50の最も外側となる超電導線材100の端部に図示しない接続端子を設けることができる。
[Second winding part]
One second winding
As described above, one end of the
また、第二巻線部50の最も内側の層となる超電導線材100の内側の面と外側巻枠30の外周面との隙間は、含浸材により埋められており、相対的に固定されている。
含浸材としては、第一巻線部40と同じものを使用することができる。
Further, the gap between the inner surface of the
As the impregnating material, the same material as the first winding
[超電導線材の製造方法]
上記超電導コイル10の製造方法について説明する。
まず、図3に示すように、第一巻線部40を構成する超電導線材100を内側巻枠20に螺旋状に一周分の巻き付けを行う。これにより、第一巻線部40が形成される(第一巻線部形成工程)。
さらに、内側巻枠20の外側に配置された外側巻枠30に対して、第一巻線部40の一端部と他端部とを外側巻枠30の外側巻枠30のスリット31から互いに逆方向に向けて外部に通す(開口部挿通工程)。
そして、図4に示す側板60により、内側巻枠20と外側巻枠30の相対的な位置を固定する(巻枠固定工程)。
なお、側板60は、内側巻枠20の中心軸方向の一端部と外側巻枠30の中心軸方向の一端部とをそれぞれ挿入可能な溝61,62が形成されている。
この側板60は、内側巻枠20及び外側巻枠30の中心軸方向の一端側だけではなく両端側に設けてもよい。
さらに、第一巻線部40と内側巻枠20の隙間及び第一巻線部40と外側巻枠30の隙間を含浸材に含浸させる(含浸工程)。
そして、内側巻枠20と外側巻枠30の間で含浸材が硬化状態となってから、外側巻枠30の外周面上に、第一巻線部40の一端部に連続する超電導線材100の巻き付けを行って一方の第二巻線部50を形成する。さらに、外側巻枠30の外周面上に、第一巻線部40の他端部に連続する超電導線材100の巻き付けを行って一方の第二巻線部50を形成する(第二巻線部形成工程)。なお、それぞれの第二巻線部50の一周目の巻き始めの際には、含浸材を一周目の超電導線材100と外側巻枠30の外周面の間に介在させ、最終的に硬化させる。
これらの工程により超電導コイル10は製造される。
[Manufacturing method of superconducting wire]
A method for manufacturing the
First, as shown in FIG. 3, the
Further, with respect to the outer winding
And the relative position of the inner
The
The
Further, the impregnation material is impregnated with the gap between the first winding
Then, after the impregnated material is cured between the inner winding
The
[第一の実施形態の技術的効果]
超電導コイル10は、内側巻枠20と外側巻枠30により第一巻線部40を半径方向内側と外側について拘束する構造なので、当該半径方向の伸縮による螺旋状の第一巻線部40のエッジワイズ方向の歪みへの影響を低減することができ、超電導特性の低下の発生を低減することが可能となる。
また、これにより、超電導コイル10の冷却時における熱収縮や通電時のコイル中心部の電磁力による影響を抑え、第一巻線部40の超電導特性を高く維持することが可能となる。
[Technical effects of the first embodiment]
Since the
In addition, this makes it possible to suppress the effects of heat shrinkage during cooling of the
特に、超電導コイル10は、内側巻枠20と外側巻枠30の位置が、片側又は両側の側板60により、相対的に固定されているので、第一巻線部40のエッジワイズ方向の歪みへの影響をさらに効果的に低減することが可能となる。
さらに、内側巻枠20と第一巻線部40の間及び外側巻枠30と第一巻線部40の間に硬化性の含浸材を介在させているので、第一巻線部40のエッジワイズ方向の歪みへの影響をより効果的に低減することが可能となる。
また、内側巻枠20と第一巻線部40と外側巻枠30とを含浸材で固定すること、外側巻枠30と第二巻線部50とを含浸材で固定すること等により、内側巻枠20又は外側巻枠30からの各巻線部40,50の滑落をより効果的に防止することが可能となる。
In particular, in the
Further, since a curable impregnating material is interposed between the inner winding
Further, by fixing the inner winding
また、超電導コイル10では、外側巻枠30にスリット31を形成し、第一巻線部40の一端部と他端部とを外部に通しているので、簡易な構成により第一巻線部40を内外から拘束する構造を実現することが可能である。
また、このスリット31は、第一巻線部40の一端部と他端部の両方を通すことができるので、個別に開口を設ける必要がなく、容易に形成することが可能である。
Further, in the
Moreover, since this slit 31 can pass both the one end part and the other end part of the 1st coil | winding
また、超電導コイル10の製造方法にあっては、内側巻枠20と外側巻枠30の間の含浸材が硬化してから、第二巻線部50の形成を行っているので、当該第二巻線部50の巻き付け作業による第一巻線部40への引っ張り応力の発生を抑制し、第一巻線部40のエッジワイズ方向の歪みへの影響を低減すると共に、第一巻線部40の超電導特性を高く維持することが可能となる。
Moreover, in the manufacturing method of the
[超電導線材の製造方法の他の例]
なお、超電導線材の製造方法としては、各種工程の順番を一部入れ替えることが可能である。
例えば、前述の例では、第一巻線部形成工程と開口部挿通工程を経てから内側巻枠20と外側巻枠30を相対的に固定する巻枠固定工程を行っているが、最初に巻枠固定工程を行ってから、それ以外の他の工程を実施してもよい。
具体的には、図4の側板60により、予め、内側巻枠20と外側巻枠30とを相対的に固定してから、第一巻線部形成工程、開口部挿通工程、含浸工程、第二巻線部形成工程を行ってもよい。
この方法でも超電導コイル10を製造することができる。
[Another example of manufacturing method of superconducting wire]
In addition, as a manufacturing method of a superconducting wire, it is possible to partially change the order of various processes.
For example, in the above-described example, a winding frame fixing step of relatively fixing the inner winding
Specifically, after the inner winding
The
[第二の実施形態]
第二の実施形態として、内側巻枠の外側巻枠の他の例について説明する。
図5に示す内側巻枠20Aは、その外周の形状が、円形であって外側巻枠30Aのスリット31A側に膨らんだ膨出部21Aを有する形状となっている。なお、外側巻枠30Aは、内側巻枠20Aの膨出部21Aに対応して、前述した外側巻枠30のスリット31に比べてスリット31Aの円周方向の開口幅が大きくなっている。
[Second Embodiment]
As a second embodiment, another example of the outer reel of the inner reel will be described.
The inner winding
膨出部21Aは、中心軸方向から見た形状が長円の円弧状であり、内側巻枠20Aの膨出部21A以外の円形の部分に対して、外形が滑らかに連続して連なっている。
この膨出部21Aを設けることにより、第一巻線部40の一端部と他端部とは、スリット31Aを通過する前後において裏面が膨出部21Aの外周面に密接した状態となるので、フラットワイズ方向の曲げが低減され、超電導線材100の保護を図ることができる。
超電導コイルに使用される超電導線材100のフラットワイズ方向の許容される最小曲げ半径は10[mm]程度が一般的なので、上記膨出部21Aは全体的にこの最小曲げ半径よりも曲率半径を大きくすれば良い。
なお、これら内側巻枠20A及び外側巻枠30Aの場合も、中心軸方向から見た形状に応じた溝が形成された側板により相対的な位置が固定される。
The bulging
By providing the bulging
Since the allowable minimum bending radius in the flatwise direction of the
In the case of the inner winding
[第三の実施形態]
第三の実施形態として、内側巻枠の外側巻枠のさらに他の例について説明する。
図6(A)に示す内側巻枠20B及び外側巻枠30Bは、図3の内側巻枠20及び外側巻枠30と中心軸方向から見た形状が同一だが、図6(B)に示すように、内側巻枠20BにおけるX−X線に沿った断面形状が異なっている。
即ち、内側巻枠20Bの外周面であって外側巻枠30Bのスリット31Bに臨む位置に、第一巻線部40の一端部と他端部とを仕切る突起22Bが形成されている。この突起22Bは、少なくとも超電導線材100の厚さよりも突出高さが高くなるように設定されている。
なお、突起22Bは、スリット31Bを挟んで両側に設けられている。
この突起22Bにより、同位置において、外側巻枠30Bのスリット31Bにおける縁部による第一巻線部40の一端部と他端部に対する圧迫から保護することができる。従って、超電導線材100の破壊や損傷による超電導特性の低下等の発生を効果的に低減することが可能となる。
[Third embodiment]
As a third embodiment, another example of the outer reel of the inner reel will be described.
The
That is, the
The
By this
なお、突起32Bに替えて周方向に沿った凸条を形成してもよい。
また、図6(C)に示すように、内側巻枠20B側ではなく、外側巻枠30Bの内周面側であってスリット31Bに臨む位置に、突起32B(又は凸条)を設けてもよい。
また、この第三の実施形態では、内側巻枠20Aと同様に膨出部21Bを有する内側巻枠20Bに突起22Bを設けることを例示したが、これにかぎらず、例えば、膨出部を有していない内側巻枠20(図1参照)のスリット31に望む位置に突起又は凸条を設けてもよい。
In addition, you may form the protruding item | line along the circumferential direction instead of the
Further, as shown in FIG. 6C, a
In the third embodiment, the
[第四の実施形態]
第四の実施形態として、外側巻枠の他の例について説明する。
図7に示す内側巻枠20は、前述した図1及び図3に示す内側巻枠20と同一である。
一方、外側巻枠30Dは、超電導線材100のフラットワイズ方向の許容される最小曲げ半径(例えば10[mm])の二倍以上の厚さを有し、スリット31D側の端部を半円状に形成し、当該スリット31Dに通される第一巻線部40の超電導線材100が許容される最小曲げ半径より小さい曲率の曲がりを生じないようにしている。
これにより、超電導線材100の保護を図っている。
なお、これら外側巻枠30Dの場合も、中心軸方向から見た形状に応じた溝が形成された側板により相対的な位置が固定される。
[Fourth embodiment]
As a fourth embodiment, another example of the outer reel will be described.
The
On the other hand, the outer winding
Thereby, the
In the case of these
なお、これら内側巻枠20及び外側巻枠30Dの場合も、中心軸方向から見た形状に応じた溝が形成された側板により相対的な位置が固定される。
In the case of the
[第五の実施形態]
第五の実施形態として、外側巻枠の他の例について説明する。
図8に示す内側巻枠20は、前述した図1及び図3に示す内側巻枠20と同一である。
一方、外側巻枠30Eは、スリット31に替えて、第一巻線部40の一端部を通す第一の開口部311Eと第一巻線部40の他端部を通す第二の開口部312Eとから構成した点が前述した外側巻枠30と異なっている。
即ち、図8(B)に示すように、第一の開口部311Eと第二の開口部312Eは、外側巻枠30の外周面上において、中心軸方向及び周方向についてずれて配置されている。
なお、第一の開口部311Eと第二の開口部312Eは、外側巻枠30の内周面側ではつながっているが、当該内周面側も第一の開口部311Eと第二の開口部312Eは分離していても良い。
[Fifth embodiment]
As the fifth embodiment, another example of the outer reel will be described.
The
On the other hand, the outer winding
That is, as shown in FIG. 8B, the first opening 311E and the second opening 312E are arranged on the outer circumferential surface of the
Although the first opening 311E and the second opening 312E are connected on the inner peripheral surface side of the
このように、第一巻線部40の一端部と他端部とは、共通する一つの開口部を通す必要はなく、第一の開口部311Eと第二の開口部312Eに個別に通してもよい。
そして、このように開口部を第一の開口部311Eと第二の開口部312Eとに個別に分けることにより、互いに逆向きに通される第一巻線部40の一端部と他端部とに対してそれぞれの向きに適した方向で第一の開口部311Eと第二の開口部312Eとを形成することができ、超電導線材100の曲げを低減し、超電導線材100を保護することが可能となる。
Thus, the one end part and the other end part of the first winding
Then, by dividing the opening into the first opening 311E and the second opening 312E in this way, one end and the other end of the first winding
なお、これら内側巻枠20及び外側巻枠30Eの場合も、中心軸方向から見た形状に応じた溝が形成された側板により相対的な位置が固定される。
In the case of the
[第六の実施形態]
第六の実施形態として、内側巻枠及び外側巻枠の他の例について説明する。
図9(A)に示すように、内側巻枠20F及び外側巻枠30Fの中心軸方向から見た形状は、円形に限られず、例えば、長円形状(レーストラックコイル状)としてもよい。さらに、長円形状の中央平行部を湾曲させた楕円形状としてもよい。
このように、内側巻枠20F及び外側巻枠30Fの中心軸方向から見た形状は円形に限られず、超電導線材100を巻いた時に許容される最小曲げ半径よりも小さい曲率で曲げが生じない形状であれば他の各種の形状とすることができる。
[Sixth embodiment]
As a sixth embodiment, another example of the inner reel and the outer reel will be described.
As shown in FIG. 9A, the shape of the inner winding
Thus, the shape seen from the central axis direction of the inner winding
また、このように、と図9(B)に示すように、内側巻枠20G及び外側巻枠30Gの中心軸方向から見た形状を円形以外とした場合でも、スリット31Gの幅を広く設定し、内側巻枠20G側に膨出部21Gを形成してもよい。
Further, as shown in FIG. 9B, the width of the
なお、これら内側巻枠20F,20G及び外側巻枠30F,30Gの場合も、中心軸方向から見た形状に応じた溝が形成された側板により相対的な位置が固定される。
In the case of the
[その他]
なお、上記各実施形態における超電導コイルはいずれも、側板と硬化性の含浸材により内側巻枠と外側巻枠とが固定されるが、側板と硬化性の含浸材は、いずれか一方のみを使用する構成としてもよい。
[Others]
In each of the above-described embodiments, the superconducting coil is fixed to the inner winding frame and the outer winding frame by the side plate and the curable impregnating material, but only one of the side plate and the curable impregnating material is used. It is good also as composition to do.
10 超電導コイル
20,20A,20B,20F,20G 内側巻枠
21A,21B,21G 膨出部
22B 突起
30,30A,30B,30D,30E,30F,30G 外側巻枠
31,31A,31B,31D スリット
32B 突起
40 第一巻線部
50 第二巻線部
60 側板
100 超電導線材
311E 第一の開口部
312E 第二の開口部
10 Superconducting coils 20, 20A, 20B, 20F, 20G
Claims (14)
当該内側巻枠の外側に配置される外側巻枠と、
テープ状の超電導線材が、少なくとも前記超電導線材の幅一つ分ずれるように前記内側巻枠の外周に螺旋状に巻回された第一巻線部と、
前記第一巻線部の一端部と他端部とにそれぞれ連続したテープ状の超電導線材が前記外側巻枠の外周に重ねて巻回された二段の第二巻線部とを備え、
前記外側巻枠は、前記第一巻線部の一端部と他端部とにそれぞれ連続したテープ状の超電導線材を外周に通すための開口部を備えることを特徴とする超電導コイル。 An inner reel,
An outer reel disposed outside the inner reel;
A tape-shaped superconducting wire, a first winding portion spirally wound around the outer periphery of the inner winding frame so as to shift at least one width of the superconducting wire;
A tape-shaped superconducting wire continuous to one end and the other end of the first winding part, and a two-stage second winding part wound around the outer periphery of the outer winding frame;
The outer winding frame includes an opening for passing a tape-shaped superconducting wire continuous to one end and the other end of the first winding part to the outer periphery.
前記内側巻枠と前記外側巻枠の相対位置を固定してから、前記テープ状の超電導線材を前記内側巻枠に螺旋状に巻回して前記第一巻線部を形成し、
さらに、前記第一巻線部の一端部と他端部とを前記外側巻枠の開口部に通してから、前記第一巻線部の一端部と他端部とに連続するそれぞれの前記テープ状の超電導線材を前記外側巻枠の外周に重ねて巻回し、前記外側巻枠の中心軸方向に二段の第二巻線部を形成すること特徴とする超電導コイルの製造方法。 A method of manufacturing a superconducting coil according to claim 1,
After fixing the relative position of the inner winding frame and the outer winding frame, the tape-shaped superconducting wire is spirally wound around the inner winding frame to form the first winding portion,
Further, each tape that passes through one end and the other end of the first winding part through the opening of the outer winding frame and continues to the one end and the other end of the first winding part. A method of manufacturing a superconducting coil, wherein a superconducting wire in the form of a coil is wound on the outer periphery of the outer winding frame so as to form a two-stage second winding portion in the central axis direction of the outer winding frame.
前記テープ状の超電導線材を前記内側巻枠に螺旋状に巻回して前記第一巻線部を形成し、
さらに、前記第一巻線部の一端部と他端部とを前記外側巻枠の開口部に通してから前記内側巻枠と前記外側巻枠の相対位置を固定し、
次いで、前記第一巻線部の一端部と他端部とに連続するそれぞれの前記テープ状の超電導線材を前記外側巻枠の外周に重ねて巻回し、前記外側巻枠の中心軸方向に二段の第二巻線部を形成すること特徴とする超電導コイルの製造方法。 A method of manufacturing a superconducting coil according to claim 1,
The tape-shaped superconducting wire is spirally wound around the inner winding frame to form the first winding part,
Furthermore, the relative position of the inner winding frame and the outer winding frame is fixed after passing one end and the other end of the first winding portion through the opening of the outer winding frame,
Next, each of the tape-shaped superconducting wires continuous to one end and the other end of the first winding portion is wound on the outer periphery of the outer winding frame, and is wound in the direction of the central axis of the outer winding frame. A method of manufacturing a superconducting coil, comprising forming a second winding portion of a step.
前記内側巻枠と前記外側巻枠の間に硬化性の含浸材を介在させて硬化させること特徴とする請求項12又は13記載の超電導コイルの製造方法。 Before forming the two-stage second winding portion in the central axis direction of the outer winding frame,
The method of manufacturing a superconducting coil according to claim 12 or 13, wherein a curable impregnating material is interposed between the inner winding frame and the outer winding frame to be cured.
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