JP7278429B2 - 超電導コイル及び超電導コイルの製造方法 - Google Patents

超電導コイル及び超電導コイルの製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP7278429B2
JP7278429B2 JP2021572165A JP2021572165A JP7278429B2 JP 7278429 B2 JP7278429 B2 JP 7278429B2 JP 2021572165 A JP2021572165 A JP 2021572165A JP 2021572165 A JP2021572165 A JP 2021572165A JP 7278429 B2 JP7278429 B2 JP 7278429B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
winding
groove
spacer
winding groove
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021572165A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2021149156A1 (ja
Inventor
航大 野村
彰一 横山
哲也 松田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of JPWO2021149156A1 publication Critical patent/JPWO2021149156A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7278429B2 publication Critical patent/JP7278429B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
    • G01R33/3802—Manufacture or installation of magnet assemblies; Additional hardware for transportation or installation of the magnet assembly or for providing mechanical support to components of the magnet assembly
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
    • G01R33/381—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using electromagnets
    • G01R33/3815—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using electromagnets with superconducting coils, e.g. power supply therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/048—Superconductive coils
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/06—Coil winding
    • H01F41/064—Winding non-flat conductive wires, e.g. rods, cables or cords
    • H01F41/066—Winding non-flat conductive wires, e.g. rods, cables or cords with insulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/06—Coil winding
    • H01F41/071—Winding coils of special form
    • H01F41/073—Winding onto elongate formers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/06—Coil winding
    • H01F41/082—Devices for guiding or positioning the winding material on the former
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/12—Insulating of windings
    • H01F41/122—Insulating between turns or between winding layers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

本開示は、磁気共鳴画像診断（ＭＲＩ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置（以下、ＭＲＩ装置という）に用いる超電導コイル及び超電導コイルの製造方法に関する。
ＭＲＩ装置の静電磁界発生源として、超電導コイルを用いると、高強度、高均一度で時間的に安定した静電磁界が得られることが知られている。
コントラストの高い、精密な人体断層像を撮影するため、ＭＲＩ装置に用いられる超電導コイルには、磁界中心から径３０～４５ｃｍ程度の球状空間内において、０．５～３Ｔｅｓｌａ程度の磁界強度、１～１０ｐｐｍ程度の磁界均一度で０．０５ｐｐｍ／ｈ程度の時間的に安定した静磁界特性が求められる。
これらの条件を満たす超電導コイルの開発が進められる中、撮像空間の周囲に、前述の特性を得るための所望のコイル形状で超電導線を巻くことが検討されており、例えば、形状を整える部材を挿入しながら巻枠に超電導線を巻く方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８－８５３７５号公報
しかしながら、従来の方法では、超電導線を積層して巻く場合に、所望の位置に超電導線を配置することが難しく、巻線間隔を設けることも難しいため、所望のコイル形状を得ることができないという課題があった。
本開示は、上述の課題を解決するためになされたもので、コイル形状を所望の形状としたコイル群を有する超電導コイルを提供することを目的とする。
本開示に係る超電導コイルは、巻枠と、巻枠の外周に配置され、巻枠の周方向に形成されたらせん状の第１巻回溝、第１巻回溝と離れて配置された、らせん状の第２巻回溝、及び第１巻回溝と第２巻回溝との間に設けられた第１連絡溝を具備した第１スペーサと、第１スペーサの上層に配置され、第１巻回溝の上方に配置されたらせん状の第３巻回溝、第３巻回溝と離れて配置され、第２巻回溝の上方に配置されたらせん状の第４巻回溝、第３巻回溝と第４巻回溝との間に設けられた第２連絡溝を具備した第２スペーサと、第１巻回溝に超電導線が巻回されて構成された超電導線の第１層及び第３巻回溝に超電導線が巻回されて構成された超電導線の第２層を含む第１コイル群と、第１コイル群と第１連絡溝及び第２連絡溝上の超電導線で連絡され、第２巻回溝に超電導線が巻回されて構成された超電導線の第１層及び第４巻回溝に超電導線が巻回されて構成された超電導線の第２層を含む第２コイル群とを備えたものである。
また、本開示に係る超電導コイルの製造方法は、巻枠の外周に配置されてらせん状となる第１巻回溝、第１巻回溝と離れて配置されたらせん状となる第２巻回溝、及び第１巻回溝と第２巻回溝とを連絡する第１連絡溝を有する第１スペーサを、巻枠の外周に配置する第１スペーサ配置工程と、第１巻回溝に超電導線を巻回して第１コイル群の第１層を形成し、第１連絡溝及び第２巻回溝に超電導線を巻回して第２コイル群の第１層を形成する第１層形成工程と、第１スペーサ上に配置されてらせん状となる第３巻回溝、第３巻回溝と離れて配置されたらせん状となる第４巻回溝、及び第３巻回溝と第４巻回溝とを連絡する第２連絡溝を有する第２スペーサを、第１巻回溝上に第３巻回溝が、第２巻回溝上に第４巻回溝が設けられるように、第１スペーサ上に配置する第２スペーサ配置工程と、第４巻回溝に超電導線を巻回して第２コイル群の第２層を形成し、第２連絡溝及び第３巻回溝に超電導線を巻回して第１コイル群の第２層を形成する第２層形成工程とを備えたものである。
本開示によれば、コイル形状を所望の形状としたコイル群を有する超電導コイルを得ることができる。
実施の形態１に係る超電導コイルの一部を示す概略断面図である。 実施の形態１に係るスペーサの一部を示す斜視図である。 実施の形態１に係るコイル形状の例を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る超電導コイルを示す概略断面図である。 実施の形態２に係る超電導コイルの一部を示す上面図である。 実施の形態３に係る超電導コイルの製造方法を説明するための説明図である。
以下、図面に基づいて実施の形態について説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る超電導コイル１の一部を概略的に示す断面図である。超電導コイル１は、例えばソレノイド型のＭＲＩ装置に用いられる。超電導コイル１は、略円筒状の真空断熱容器（図示せず）内に設けられ、液体ヘリウム等に浸漬されて低温とされる。また、超電導コイル１は、真空断熱容器の内壁に配置される巻枠２の外周に配置され、巻回溝５及び連絡溝６が設けられたスペーサ３、巻枠２の中心を回転軸（図１におけるＺ軸）として巻回溝５に超電導線４が巻回されて形成されたコイル群Ｃを備える。
巻枠２は、例えば金属、繊維強化プラスチック等で円筒状に形成され、真空断熱容器内に配置される。ここで、円筒状とは、同心円状でない形状を含み、巻枠２が真空断熱容器内に配置できる形状であればよい。
スペーサ３は、例えば、ガラスエポキシによりシート状に形成され、巻枠２の外周に、複数層配置される。シート状に形成されたスペーサ３は、巻枠２上に配置され、巻枠２の外形に伴い、例えば円筒状となる。スペーサ３には、巻回溝５及び連絡溝６が設けられ、これらの溝に超電導線４が巻回されて、円環状のコイル群Ｃが形成される。
コイル群Ｃは、巻枠２上に複数設けられる。コイル群Ｃの数は、コイル設計により異なるため、所望の数設ければよい。各コイル群Ｃは、複数層の折り返された超電導線４で構成される。この層数もコイル群の数と同様、コイル設計により異なるため、それぞれのコイル群Ｃを所望の層数の超電導線４で構成すればよい。以下、説明のため、図１における右側のコイル群Ｃを第１コイル群Ｃ１、左側のコイル群Ｃを第２コイル群Ｃ２という。
図２は、スペーサ３の一部を概略的に示した斜視図である。図２中、下方に第１コイル群Ｃ１、第２コイル群Ｃ２の第１層が形成される第１スペーサ３１、上方に第１コイル群Ｃ１、第２コイル群Ｃ２の第２層が形成される第２スペーサ３２を示す。巻回溝５は、例えば、Ｎｂ－ＴｉをＣｕ及び絶縁材料で被覆した直径２ｍｍ程度の超電導線４が配置される溝であり、スペーサ３が巻枠２に配置されると、らせん状に連続する。溝の幅、深さは、例えば２ｍｍ程度で、超電導線４が溝に配置可能なように形成される。ここで、巻回溝５が形成される方向、つまり超電導線４が巻回される方向を周方向という。
以下、図２において、第１スペーサ３１の右側に形成された巻回溝５を第１巻回溝５１、左側に形成された巻回溝５を第２巻回溝５２、第２スペーサ３２の右側に形成された巻回溝５を第３巻回溝５３、左側に形成された巻回溝５を第４巻回溝５４という。第１巻回溝５１及び第２巻回溝５２、第３巻回溝５３及び第４巻回溝５４は、それぞれ間隔を空けて設けられる。そして、第１巻回溝５１、第２巻回溝５２に超電導線４を巻回することにより、コイル群Ｃの第１層が形成され、第３巻回溝５３、第４巻回溝５４に超電導線４を巻回することにより、コイル群Ｃの第２層が形成される。
また、スペーサ３には、連絡溝６が設けられる。図２の例では、連絡溝６は、第１巻回溝５１及び第２巻回溝５２、第３巻回溝５３及び第４巻回溝５４の間にそれぞれ設けられ、超電導線４が配置される。さらに、連絡溝６に配置された超電導線４は、コイル群Ｃを連絡する。例えば、単層において、超電導線４を第１コイル群Ｃ１から第２コイル群Ｃ２に向かう方向に巻回する場合、第１コイル群Ｃ１の終点と第２コイル群Ｃ２の始点とが超電導線４で連絡される。第１スペーサ３１に設けられる連絡溝６を第１連絡溝６１、第２スペーサ３２に設けられる連絡溝６を第２連絡溝６２という。
このように、一枚のスペーサ３にコイル群Ｃの単層を形成し、これを積層して複数のコイル群Ｃの複数層を形成する。
さらに、図１、図２を用いて、第１コイル群Ｃ１、第２コイル群Ｃ２が形成される超電導コイル１について説明する。第１スペーサ３１は、らせん状に連続するように、互いに離れて配置された第１巻回溝５１及び第２巻回溝５２を有し、これらの間は、第１連絡溝６１により連絡される。第１巻回溝５１には第１コイル群Ｃ１の第１層が形成され、第２巻回溝５２には第２コイル群Ｃ２の第１層が形成される。第１連絡溝６１上に超電導線４を配置することで、これら第１コイル群Ｃ１の第１層と第２コイル群Ｃ２の第１層は、連続した超電導線４で連絡される。
また、第１スペーサ３１上には、第２スペーサ３２が設けられ、第２スペーサ３２に第１コイル群Ｃ１及び第２コイル群Ｃ２の第２層が形成される。第２スペーサ３２は、第１巻回溝５１上に配置された第３巻回溝５３と、第２巻回溝５２上に配置された第４巻回溝５４とを有する。第３巻回溝５３及び第４巻回溝５４は、それぞれらせん状に連続するように形成される。第３巻回溝５３及び第４巻回溝５４の間には、これらを連絡する第２連絡溝６２が設けられる。第１コイル群Ｃ１及び第２コイル群Ｃ２の第１層と同様に、第３巻回溝５３には、超電導線４が巻回されて、第１コイル群Ｃ１の第２層が形成され、第４巻回溝５４には、超電導線４が巻回されて、第２コイル群Ｃ２の第２層が形成される。
第２連絡溝６２上に超電導線４を配置することで、第２層において、これらの第１コイル群Ｃ１と第２コイル群Ｃ２の第２層は、連続した超電導線４で連絡される。第３コイル群Ｃ３、第４コイル群Ｃ４とコイル群Ｃを増やす場合も同様である。この場合、同じ層において、それぞれのコイル群Ｃが、隣接した連絡溝６により隣接したコイル群Ｃと連絡される。
ここで、コイル群Ｃの第１層と第２層との間は、超電導線４が折り返されるため、第１層と第２層を構成する超電導線４は連続する。また、第１層と第２層とは、超電導線４が巻回される方向は反対となる。
このように、スペーサ３の巻回溝５に超電導線４を巻回し、層毎にスペーサ３を配置することを繰り返すことにより、複数のコイル群Ｃを形成することができ、コイル群Ｃのコイル形状を所望のものとすることができる。
例えば、コイル断面形状を非矩形状としたい場合、コイル群Ｃの巻数が上層に向かうにつれて小さくなる、つまり上層に向けて断面視（図１を紙面手前から見た視点）における巻回溝５を構成する溝数が少なくなるようにスペーサ３を設計すればよい。このようにすると、コイル群Ｃの断面を、外方に向かうほど幅が小さくなる非矩形状とすることができる。また、コイル群Ｃの巻数が下層に向かうにつれて小さくなる、つまり下層に向けて断面視における巻回溝５を構成する溝数が少なくなるようにスペーサ３を設計すれば、コイル群Ｃの断面を、内方に向かうほど断面の幅が小さくなる非矩形状とすることもできる。
さらに、スペーサ３において、巻回溝５を構成する溝間の距離を異ならせると、超電導線４の離散的な配置が実現できる。例えば、巻回溝５において、一部の溝間の距離が大きい部分を形成すると、図３に示すコイル群Ｃのように、巻回溝５の溝間距離により間隔７が設けられたコイル断面形状を形成でき、離散的な超電導線４の配置が実現できる。
このように、超電導線４が巻回される巻回溝５及び巻回溝５を連絡する連絡溝６を設けたスペーサ３を、巻枠２の外周に配置し、適宜、巻回溝５の溝数、溝間の距離を設計すれば、所望のコイル断面形状を実現できる。
次に、本実施の形態に係る超電導コイル１の製造方法について説明する。
まず、ガラスエポキシ等で構成された絶縁性のシート上に、らせん状となる第１巻回溝５１と、第１巻回溝５１と離れて配置されたらせん状となる第２巻回溝５２と、第１巻回溝５１及び第２巻回溝５２を連絡する第１連絡溝６１とを設け、第１スペーサ３１を形成する。ここで、第１スペーサ３１の底面から巻回溝５及び連絡溝６の底面までの厚さは、例えば１ｍｍ以下であり、巻回溝５及び連絡溝６の深さ、幅は、例えば２ｍｍ程度である。
次に、第１スペーサ３１と同様に、絶縁性のシート上に、らせん状となる第３巻回溝５３と、第３巻回溝５３と離れて配置されたらせん状となる第４巻回溝５４と、第３巻回溝５３及び第４巻回溝５４を連絡する第２連絡溝６２とを設け、第２スペーサ３２を形成する。そして、第１スペーサ３１及び第２スペーサ３２と同様に、巻回溝５及び隣接した巻回溝５を連絡する連絡溝６を有するスペーサ３を、複数枚形成する。
そして、第１スペーサ３１を、巻枠２の外周に配置する（第１スペーサ配置工程）。
第１巻回溝５１と第２巻回溝５２とに超電導線４を巻回して第１コイル群Ｃ１及び第２コイル群Ｃ２の第１層を形成する工程（第１層形成工程）について述べる。
まず、第１巻回溝５１に超電導線４を巻回し、第１コイル群Ｃ１の第１層を形成する。次に、巻枠２の中心を回転軸として、第１連絡溝６１に超電導線４を巻回して第１層における第１コイル群Ｃ１と第２コイル群Ｃ２とを連続した超電導線４で連絡し（コイル群連絡工程）、第２巻回溝５２に超電導線４を巻回して第２コイル群Ｃ２の第１層を形成する。このようにして第１コイル群Ｃ１及び第２コイル群Ｃ２の第１層を形成する。第１スペーサ３１に、三つ以上のコイル群Ｃを形成する場合においても、同様に隣接する巻回溝５を第１連絡溝６１により連絡して各コイル群Ｃの第１層を形成すればよい。
そして、第１コイル群Ｃ１及び第２コイル群Ｃ２の第１層が形成された第１スペーサ３１上に、第２スペーサ３２を配置する（第２スペーサ配置工程）。第２スペーサ配置工程において、第３巻回溝５３は、第１スペーサ３１の第１巻回溝５１上に、第４巻回溝５４は、第１スペーサ３１の第２巻回溝５２上に配置する。
第３巻回溝５３と第４巻回溝５４とに超電導線４を巻回して、第１コイル群Ｃ１及び第２コイル群Ｃ２の第２層を形成する工程（第２層形成工程）について述べる。
まず、第２コイル群Ｃ２の第１層を構成する超電導線４を、第２スペーサ３２の第４巻回溝５４に渡す。また、コイル群Ｃを三つ以上形成する場合においても、第１層の終点から、第２層の始点へ超電導線４を渡せばよい。
そして、第４巻回溝５４に超電導線４を巻回し、第２コイル群Ｃ２の第２層を形成する。次に、第２連絡溝６２に超電導線４を巻回して第２層における第２コイル群Ｃ２と第１コイル群Ｃ１とを連続した超電導線４で連絡し、第３巻回溝５３に超電導線４を巻回して第１コイル群Ｃ１の第２層を形成する。このようにして第１コイル群Ｃ１及び第２コイル群Ｃ２の第２層を形成する。また、第２スペーサ３２に、三つ以上のコイル群Ｃを形成する場合においても、同様に隣接する巻回溝５を第２連絡溝６２により連絡して各コイル群Ｃの第２層を形成すればよい。
さらに、一枚のスペーサ３を配置する工程、第１コイル群Ｃ１、第２コイル群Ｃ２の単層を形成する工程、及び上層に超電導線４を渡す工程を、所望の層数（Ｎ）得られるまで繰り返して超電導コイル１を得る。ここで、Ｎは１より大きい整数である。
すなわち、複数の巻回溝５と、隣接する巻回溝５を連絡する連絡溝６とを有するスペーサ３を巻枠２の外周に配置し、巻回溝５及び連絡溝６に超電導線４を巻回して、連続したコイル群Ｃの単層を形成する。次に、形成したコイル群Ｃの単層の上層に、スペーサ３を配置し、下層のコイル群Ｃを構成する超電導線４を、上層のスペーサ３に渡す。その後、上層の巻回溝５及び連絡溝６に、超電導線４を巻回して連続したコイル群Ｃの単層を形成し、複数層で構成されたコイル群Ｃを得る。
このようにすると、層毎にスペーサ３を配置することを繰り返すことにより、複数のコイル群Ｃを形成することができ、コイル群Ｃのコイル形状を所望のものとすることができる。さらに、超電導線４の一つのコイル群Ｃの層毎に超電導線４を折り返す必要がなく、単層で複数のコイル群Ｃを折り返さずに連続巻線でき、超電導コイル１の生産効率が向上する。また、巻回溝５に超電導線４を巻回するため、精度よく超電導線４を巻回できる。
なお、本実施の形態において、スペーサ３の材料にガラスエポキシを用いる例について説明したが、例えばアラミド繊維等の強化繊維に、エポキシ樹脂を含浸したプリプレグシートを用いてもよい。この場合、プリプレグシートに溝加工を行い、スペーサ３を、巻枠２の外周に配置する際に８０℃程度に加熱して軟化させ、超電導線４の巻回が終了し、コイル群Ｃを形成した後に、１２０℃程度の環境に３０分程度さらして硬化させればよい。このスペーサ３の硬化処理は、超電導線４の一層の巻回が終了する毎に行ってもよい。このようにすると、スペーサ３の強度を確保できる。また、超電導線４が巻回された巻回溝５、連絡溝６をエポキシ樹脂等の、絶縁性を有する樹脂で封止してもよい。このようにすると、電磁力の作用による超電導線４の変形を抑制でき、超電導コイル１の強度を確保できる。
また、巻回溝５及び連絡溝６の溝の深さを、超電導線４と同程度にする例について説明したが、巻回溝５及び連絡溝６の溝の深さを浅くしてもよく、超電導線４を配置できる程度であればよい。
また、本実施の形態において、スペーサ３にコイル群Ｃを二つ設ける例について説明したが、コイル群Ｃの数は限定しない。この場合、巻回溝５は、所望のコイル群Ｃの数（ｉ）が配置できるよう設ければよい。連絡溝６も巻回溝５の数に対応して設ければよい。スペーサ３に、コイル群Ｃを三つ以上設ける場合は、図４に示すように、超電導線４を巻回して、コイル群Cの単層を形成し、それぞれの層において、超電導線４を上層に渡して、ｉ個のコイル群Ｃ１～Ｃｉを設ければよい。ここで、ｉは１より大きい整数である。この場合において、巻枠２の中央において各コイル群Ｃが対称となるように形成すると、磁場均一度が向上する。
実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る超電導コイル１のスペーサ３の一部を概略的に示す上面図である。本実施の形態に係る超電導コイル１は、実施の形態１と同様に、巻枠２上に巻回溝５及び連絡溝６を有するスペーサ３が配置され、巻回溝５に超電導線４が巻回されて形成されるコイル群Ｃとを備える。さらに、本実施の形態では、上層に配置されたスペーサ３が有する連絡溝６が、下層に配置されたスペーサ３が有する連絡溝６と上面視において交差する。実施の形態１と同じ構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図５におけるスペーサ３のうち、下層の第１スペーサ３１上には、上層の第２スペーサ３２が配置され、第２スペーサ３２から第１スペーサ３１を透視している。そして、図５中破線で示す第１スペーサ３１が有する第１連絡溝６１と、実線で示す第２スペーサ３２が有する第２連絡溝６２は、交差するように配置される。
図５の破線矢印は、第１連絡溝６１に配置された超電導線４に流れる電流の方向を、実線矢印は、第２連絡溝６２に配置された超電導線４に流れる電流の方向を示している。コイル群Ｃは、超電導線４が各層で折り返されて形成されるため、隣接する層間において、連絡溝６に超電導線４を巻回する向きが反対となる。図５の例では、第１層において、超電導線４が、第１巻回溝５１から第２巻回溝５２に向かう方向に巻回されれば、第２層において、超電導線４は、第４巻回溝５４から第３巻回溝５３に向かう方向に巻回される。
したがって、隣接する層間で、超電導線４が巻回される方向を反対とすれば、流れる電流の向きも隣接する層間で反対とできる。これにより、隣接する層間で、連絡溝６を交差させれば、図５におけるＺ軸と直交する磁界成分を打ち消して、不要な磁界成分の発生を抑制できる。
また、第１連絡溝６１と第２連絡溝６２とが上面視において同じ方向に重なるようにしてもよい。同様に、隣接する層間で連絡溝６を流れる電流が反対となるため、Ｚ軸と直交する磁界成分を打ち消して、不要な磁界成分の発生を抑制できる。
このように、上下に隣接する第１スペーサ３１及び第２スペーサ３２がそれぞれ有する第１連絡溝６１及び第２連絡溝６２を、上面視において交差又は同じ方向に重なるように配置すると、第１連絡溝６１及び第２連絡溝６２に配置された超電導線４に流れる電流の向きが互いに反対となり、超電導コイル１が生成する磁界の均一度が向上する。
また、第１連絡溝６１と第２連絡溝６２とは、上面視において、略対称となるように配置されると好ましい。このようにすると、第１連絡溝６１に配置された超電導線４に生じる磁界成分と、第２連絡溝６２に配置された超電導線４に生じる磁界成分とで、Ｚ軸と直交する磁界成分を抑制できる。
なお、本実施の形態では、第１連絡溝６１と第２連絡溝６２とが交差する例について説明したが、第１スペーサ３１の下層又は第２スペーサ３２の上層に他のスペーサ３を配置する場合においても同様である。上層の連絡溝６と下層の連絡溝６とが、上面視において交差又は平行に重なるようにすればよい。
実施の形態３．
図６は、実施の形態３に係る超電導コイル１の製造方法について説明するための説明図である。本実施の形態に係る超電導コイル１の製造方法は、実施の形態１と同様に、巻回溝５及び隣接した巻回溝５を連絡する連絡溝６を有するスペーサ３を、巻枠２上に配置する工程と、超電導線４を巻回溝５及び連絡溝６に巻回してコイル群Ｃの単層を形成する工程とを備える。本実施の形態では、さらに、超電導線４が、巻回溝５及び連絡溝６に自動的に巻回されてコイル群Ｃを形成することが異なる。実施の形態１と同じ構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。
本実施の形態では、超電導線４を巻回ガイド２０と位置検出装置３０を用いて、スペーサ３に巻回し、コイル群Ｃを形成する。巻回ガイド２０は、超電導線４が巻きかけられ、巻枠２の外周上を水平方向（図６におけるＺ軸方向）に移動可能なように配置される。さらに、巻回ガイド２０は、位置検出装置３０が計測した、スペーサ３の巻回溝５及び連絡溝６の位置情報に基づき、位置及び姿勢が制御される。
位置検出装置３０は、レーザ変位計、画像計測装置等で構成される。位置検出装置３０にレーザ変位計を用いた場合、スペーサ３の、巻回溝５及び連絡溝６の溝間の谷と、溝間の山の高さを計測して、変位を取得できる。位置検出装置３０に、例えばＣＣＤカメラの、画像計測装置を用いれば、スペーサ３の、巻回溝５及び連絡溝６の溝間の谷と、溝間の山の焦点位置を自動フォーカスすることで、巻回溝５及び連絡溝６の位置を取得することができる。これらの変位、巻回溝５及び連絡溝６の位置等の、位置情報を制御装置（図示せず）に送信する。さらに、この位置情報を用いて、制御装置により、巻回ガイド２０を巻回溝５、連絡溝６の溝上に配置するように制御する。
また、巻枠２は、Ｚ軸を回転中心として回転可能なように、回転装置（図示せず）に設けられる。巻枠２上にスペーサ３を設け、スペーサ３を巻枠２とともに回転させると、巻回ガイド２０から、超電導線４を巻き取って巻回溝５及び連絡溝６に超電導線４を配置させることができる。
位置検出装置３０により検出した巻回溝５及び連絡溝６の溝上に巻回ガイド２０を配置するように制御し、巻枠２を回転させ、順次、超電導線４が配置されていない溝上に巻回ガイド２０を移動させ、コイル群Ｃの単層を自動的に巻線する。また、コイル群Ｃの単層を形成した後、スペーサ３を新たに配置し、同様にコイル群Ｃの単層を形成し、これを繰り返せば、巻回溝５及び連絡溝６の設計に基づいて、コイル群Ｃを自動的に巻線して形成できる。
このように、巻回溝５及び連絡溝６の設計に基づいて複数層のコイル群Ｃを形成すれば、位置情報を用いて精度よく超電導線４を巻回してコイル形状を所望のものとすることができる。さらに、コイル群Ｃを自動的に巻線できるため、生産効率が向上する。
なお、本実施の形態において、位置検出装置３０にレーザ変位計を用い、Ｚ軸方向に微振動させながら巻回溝５及び連絡溝６の溝間の谷を検出してもよい。このようにすると、位置検出装置３０が取得する巻回溝５及び連絡溝６の位置情報の精度が向上する。
１ 超電導コイル、２ 巻枠、３ スペーサ、４ 超電導線、５ 巻回溝、６ 連絡溝、７ 間隔、２０ 巻回ガイド、３０ 位置検出装置、３１ 第１スペーサ、３２ 第２スペーサ、５１ 第１巻回溝、５２ 第２巻回溝、５３ 第３巻回溝、５４ 第４巻回溝、６１ 第１連絡溝、６２ 第２連絡溝、Ｃ、Ｃｉ コイル群

Claims (10)

  1. 巻枠と、
    前記巻枠の外周に配置され、
    前記巻枠の周方向に形成されたらせん状の第１巻回溝、
    前記第１巻回溝と離れて配置された、らせん状の第２巻回溝、及び
    前記第１巻回溝と前記第２巻回溝との間に設けられた第１連絡溝を具備した第１スペーサと、
    前記第１スペーサの上層に配置され、
    前記第１巻回溝の上方に配置されたらせん状の第３巻回溝、
    前記第３巻回溝と離れて配置され、前記第２巻回溝の上方に配置されたらせん状の第４巻回溝、
    前記第３巻回溝と前記第４巻回溝との間に設けられた第２連絡溝を具備した第２スペーサと、
    前記第１巻回溝に超電導線が巻回されて構成された前記超電導線の第１層及び
    前記第３巻回溝に前記超電導線が巻回されて構成された前記超電導線の第２層を含む第１コイル群と、
    前記第１コイル群と前記第１連絡溝及び前記第２連絡溝上の前記超電導線で連絡され、
    前記第２巻回溝に前記超電導線が巻回されて構成された前記超電導線の第１層及び
    前記第４巻回溝に前記超電導線が巻回されて構成された前記超電導線の第２層を含む第２コイル群と
    を備えた超電導コイル。
  2. 前記第１スペーサの下層及び前記第２スペーサの上層の少なくともいずれかには、複数の前記巻枠の周方向に形成されたらせん状の巻回溝及び隣接した前記巻回溝を連絡する連絡溝を有するスペーサが複数配置され、
    前記巻回溝に、それぞれ前記超電導線が巻回されたコイル群が構成されることを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル。
  3. 断面視における前記第１巻回溝の溝数と前記第３巻回溝の溝数が異なることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超電導コイル。
  4. 前記第１巻回溝は、溝間の距離が異なる部分があることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の超電導コイル。
  5. 前記第１連絡溝と前記第２連絡溝は、交差又は同じ方向に重なることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の超電導コイル。
  6. 前記第１巻回溝及び前記第１連絡溝の少なくともいずれかは、絶縁性を有する樹脂で封止されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の超電導コイル。
  7. 巻枠の外周に配置されてらせん状となる第１巻回溝、前記第１巻回溝と離れて配置されたらせん状となる第２巻回溝、及び前記第１巻回溝と前記第２巻回溝とを連絡する第１連絡溝を有する第１スペーサを、前記巻枠の外周に配置する第１スペーサ配置工程と、
    前記第１巻回溝に超電導線を巻回して第１コイル群の第１層を形成し、
    前記第１連絡溝及び前記第２巻回溝に前記超電導線を巻回して第２コイル群の第１層を形成する第１層形成工程と、
    前記第１スペーサ上に配置されてらせん状となる第３巻回溝、前記第３巻回溝と離れて配置されたらせん状となる第４巻回溝、及び前記第３巻回溝と前記第４巻回溝とを連絡する第２連絡溝を有する第２スペーサを、前記第１巻回溝上に前記第３巻回溝が、前記第２巻回溝上に前記第４巻回溝が設けられるように、前記第１スペーサ上に配置する第２スペーサ配置工程と、
    前記第４巻回溝に前記超電導線を巻回して前記第２コイル群の第２層を形成し、
    前記第２連絡溝及び前記第３巻回溝に前記超電導線を巻回して第１コイル群の第２層を形成する第２層形成工程と
    を備えた超電導コイルの製造方法。
  8. 前記巻枠の外周に配置されてらせん状となる複数の巻回溝及び隣接する前記巻回溝を連絡する複数の連絡溝を有する複数のスペーサを形成する工程と、
    前記スペーサを前記巻枠の外周に配置する工程と、
    前記巻回溝及び前記連絡溝に前記超電導線を巻回し、前記第１コイル群の単層及び前記第２コイル群の単層を含む、連続したコイル群の単層を形成する工程と、
    形成した前記コイル群の単層の上層に前記スペーサを配置し、前記コイル群の単層を構成する前記超電導線を上層に配置した前記スペーサに渡す工程と、
    を備え、
    一枚の前記スペーサを配置する工程、連続した前記コイル群の単層を形成する工程、及び前記コイル群の単層を構成する前記超電導線を上層に配置した前記スペーサに渡す工程を繰り返して、前記コイル群の複数層を形成することを特徴とする請求項７に記載の超電導コイルの製造方法。
  9. 前記第１スペーサ配置工程は、強化繊維にエポキシ樹脂を含浸したプリプレグシートに、前記第１巻回溝、前記第２巻回溝、及び前記第１連絡溝を成形した前記第１スペーサを、加熱により軟化させて、前記巻枠の外周に配置し、
    前記第２スペーサ配置工程は、強化繊維にエポキシ樹脂を含浸したプリプレグシートに、前記第３巻回溝、前記第４巻回溝、及び前記第２連絡溝を成形した前記第２スペーサを、加熱により軟化させて、前記第１スペーサ上に配置し、
    前記第１コイル群及び前記第２コイル群を形成した後、前記第１スペーサ及び前記第２スペーサを硬化させる工程を備えることを特徴とする請求項７に記載の超電導コイルの製造方法。
  10. 前記第１層形成工程は、前記第１巻回溝、前記第２巻回溝、及び前記第１連絡溝の位置を、位置検出装置で検出し、前記超電導線が巻きかけられた巻回ガイドを、前記位置検出装置が検出した位置に移動させるとともに、
    前記巻枠を回転させて、前記巻回ガイドの前記超電導線を、前記第１巻回溝、前記第２巻回溝、及び前記第１連絡溝の位置に配置させ、前記第１コイル群及び前記第２コイル群の前記第１層を形成し、
    前記第２層形成工程は、前記第３巻回溝、前記第４巻回溝、及び前記第２連絡溝の位置を、前記位置検出装置で検出し、前記超電導線が巻きかけられた前記巻回ガイドを、前記位置検出装置が検出した位置に移動させるとともに、
    前記巻枠を回転させて、前記巻回ガイドの前記超電導線を、前記第３巻回溝、前記第４巻回溝、及び前記第２連絡溝の位置に配置させ、前記第１コイル群及び前記第２コイル群の前記第２層を形成することを特徴とする請求項７に記載の超電導コイルの製造方法。
JP2021572165A 2020-01-21 2020-01-21 超電導コイル及び超電導コイルの製造方法 Active JP7278429B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/001947 WO2021149156A1 (ja) 2020-01-21 2020-01-21 超電導コイル及び超電導コイルの製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2021149156A1 JPWO2021149156A1 (ja) 2021-07-29
JP7278429B2 true JP7278429B2 (ja) 2023-05-19

Family

ID=76992127

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021572165A Active JP7278429B2 (ja) 2020-01-21 2020-01-21 超電導コイル及び超電導コイルの製造方法

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP7278429B2 (ja)
CN (1) CN114945998B (ja)
WO (1) WO2021149156A1 (ja)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003115405A (ja) 2001-08-03 2003-04-18 Kyushu Electric Power Co Inc 超電導コイル

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5912003B2 (ja) * 1978-03-22 1984-03-19 三菱電機株式会社 コイル
JPH04174504A (ja) * 1990-11-07 1992-06-22 Fuji Electric Co Ltd 超電導マグネット
JPH0794317A (ja) * 1993-05-18 1995-04-07 Hitachi Ltd 超電導コイル装置
JPH09252147A (ja) * 1996-03-14 1997-09-22 Tokyo Electric Power Co Inc:The 限流装置
JP2004063705A (ja) * 2002-07-26 2004-02-26 Fujikura Ltd 無誘導巻線及びその形成方法並びに永久電流スイッチ
JP2010016094A (ja) * 2008-07-02 2010-01-21 Kobe Steel Ltd 超電導コイル装置
KR101072422B1 (ko) * 2009-06-18 2011-10-11 연세대학교 산학협력단 팬케익형 보빈 및 이를 이용한 한류기
KR101543935B1 (ko) * 2011-02-14 2015-08-11 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 회전전기의 고정자 및 그 권선방법
GB2528947B (en) * 2014-08-07 2018-09-05 Siemens Healthcare Ltd Cylindrical superconducting magnet coil structure with methods of making and assembling it

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003115405A (ja) 2001-08-03 2003-04-18 Kyushu Electric Power Co Inc 超電導コイル

Also Published As

Publication number Publication date
CN114945998B (zh) 2023-06-23
JPWO2021149156A1 (ja) 2021-07-29
US20230036637A1 (en) 2023-02-02
CN114945998A (zh) 2022-08-26
WO2021149156A1 (ja) 2021-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8001672B2 (en) Methods of fabricating a conductor assembly having a curvilinear arcuate shape
CN104822319B (zh) 倾斜磁场线圈装置及磁共振成像装置
JP2009278708A (ja) 回転電機のコイル組立体製造方法
US10228298B2 (en) Torque sensor coil and torque sensor
CN106796837A (zh) 圆柱超导磁体线圈结构及其制造和组装方法
KR20140039323A (ko) 코일 장치 및 자기공명 이메징 장치
JP7278429B2 (ja) 超電導コイル及び超電導コイルの製造方法
JP2011502348A (ja) 磁場発生コイル及びその製造方法
US12040130B2 (en) Superconducting coil and manufacturing method for superconducting coil
US20070085542A1 (en) Mri system having reduced accoustic noise
US9242830B2 (en) Coil winding method and transformer
JP2008000324A (ja) 核磁気共鳴イメージング装置の傾斜磁場コイル装置
JP2015012182A (ja) 超電導コイル装置
JP2708661B2 (ja) 勾配磁場発生装置
KR102282486B1 (ko) 고온초전도 마그네트용 더블 팬케이크 코일 및 이를 이용하는 mri용 고온초전도 마그네트
CN108431623A (zh) 具有紧密包装的绕组的磁场梯度线圈及其制造方法
JP7009240B2 (ja) 磁気共鳴イメージング装置
US7013553B2 (en) Superconducting magnet coil support structure
JP5317487B2 (ja) 磁気共鳴イメージング装置の超伝導磁石及びその製造方法
US20020196114A1 (en) Superconducting magnet support structure
JP2019212864A (ja) 超電導コイル集合体および超電導機器
Israël et al. Industrial Series Fabrication of 722 Superconducting Dipole-and Sextupole/Quadrupole-Correction Magnets for the HERA Proton Storage Ring by Holec, Ridderkerk, The Netherlands
JP2020031124A (ja) 超電導コイル、超電導コイル集合体および超電導機器
JPH04170940A (ja) 磁気共鳴検査装置のプローブ

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220617

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230411

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230509

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7278429

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350