JPH034503A - ヘリカルコイル導体の製造方法 - Google Patents

ヘリカルコイル導体の製造方法

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JPH034503A
JPH034503A JP1139986A JP13998689A JPH034503A JP H034503 A JPH034503 A JP H034503A JP 1139986 A JP1139986 A JP 1139986A JP 13998689 A JP13998689 A JP 13998689A JP H034503 A JPH034503 A JP H034503A
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JP
Japan
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helical coil
coil conductor
copper
cylinder
copper strip
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Pending
Application number
JP1139986A
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English (en)
Inventor
Akinori Nagata
永田 晃則
Hirohisa Takano
高野 広久
Satoru Hanai
哲 花井
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

Landscapes

  • Manufacturing Cores, Coils, And Magnets (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は強磁界発生のための高強度、高導電率を有する
ヘリカルコイル導体の製造方法に関するものである。
(従来の技術) 磁気閉じ込め核融合装置に必要とされる磁界は、10〜
20テスラ以上であろうと予想されている。
これまでの各種核融合装置では、常電導導体(銅線)の
コイルを用いているために膨大な電力を消費している。
このため電力の消費のない超電導線材によるコイルの開
発が不可欠である。
強磁界に耐える高性能な超電導導体の開発のためには、
各種導体を開発して、強磁界発生装置の中に入れ、臨界
電流密度(Jc) 、上部臨界磁界、交流損等を調べる
必要がある。
このために強磁界発生装置が必要であり、30テスラ以
上の磁界を発生させるためには、第5図に示すように超
電導マグネット(外側)121と水冷マグネット(内側
)■を組合せて両者の磁界の和が最大になる磁界の中心
部■が得られるハイブリッドマグネットが用いられる。
この水冷マグネットコイルには、ポリへりックス型とビ
ッタ−型及びモノへりックス型の3つの型があるが本発
明は、ポリヘリックスコイル導体の製造方法に関するも
のである。
ポリへリックス型コイルは、平角線で単層ヘリカルコイ
ルを作り、同心環状に複数個のヘリカルコイルを組合わ
せ、電気的に並・直列に接続した多層コイルである。こ
の層間隙に冷却水を流して冷却する構造が一般に採用さ
れている。この多層コイルが独立に支持されているとす
れば、それぞれのコイルに生ずる円周方向の引張り応力
は、電流密度、コイルの半径及び磁界の積に比例する。
従って、コイル導体としては、できるだけ円周方向の強
度、特に耐力が高く導電率の大きな導体が要求される。
これらの仕様の対象となるCu及びCu合金は数多くあ
る。例えば、第6図(A)、 (B)、 (C)、 (
D)に示すように純銅の円筒素材に)を内側及び外側の
ローラ(5a)、 (5b)で挟み、リングローリング
鍛造によって硬化された円筒(4a)を造り、これを螺
旋状に切断してヘリカルコイル導体■にすることによっ
て、純銅の耐力、引張り強さを上げる方法があるが、こ
の方法では耐力で30kg/■2.引張り強さで40k
g/ms”が限界である。 この他に析出硬化型鋼合金
であるCr=Cu、 Cr−Zr−Cu等があるがいず
れも強度的には不十分である。またアルミナ分散強化型
鋼合金は強度、電気特性共に十分な特性を有しているが
、大型品を製造することが難しい。
(発明が解決しようとする課題) このようにハイブリッドマグネットにおいて強磁界、例
えば40〜50テスラを得ようとすると水冷マグネット
に作用する円周方向応力は、非常に高くなるため、コイ
ル導体の耐力として45 kg / wm ”以上を満
足しなければならない、さらにコンパクト化するには8
0%(IACS)以上の導電率が要求される。
本発明の目的は、より高強度、高導電率を有するヘリカ
ルコイル導体の製造方法を提供することである。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明の製造方法においては、平角形状の銅帯を円筒の
外表面上に螺旋状に多層で巻き付け、高温、高圧中で1
巻き線間を拡散接合して、中空円筒体をつくり、螺旋状
にスリット加工し、ヘリカルコイル導体とする。
(作 用) 通常のヘリカルコイル導体では、電磁力により円周方向
に大きな引張り応力が作用し、軸方向には圧縮応力が生
じ、その値は前者の175〜1/10程度である。そこ
で、軸に直角方向に接合面を設け、円周方向の高応力が
接合部に作用しない構造としたため、冷間加工銅帯の特
性を十分に活用することが可能である。
巻き付ける銅帯は薄肉で幅広の矩形伸銅を用いることが
できるため、円筒の外表面上に容易に巻き付けられる。
更にほこのような薄肉銅帯であるため、高温、高圧中に
おいて、容易に変形し強固な接合状態を得ることができ
る。また1円筒体上に巻いたままのヘリカルコイルでは
、コイルとしての十分な寸法精度を得ることが不可能で
あるが、伸線を円筒状に一体化した後1機械加工するた
め、十分な加工精度を得ることは極めて容易である。
(実施例) 以下1本発明の一実施例について、第1図(A)〜(E
)及び第2図(A)、 (B)を参照して説明する。
第1図と第2図に本発明の一実施例の各製造工程におけ
る状態を示す0本実施例ではアルミナ分散強化鋼を用い
ており、第2図(A)に示すアルミナ(12)を分散し
た棒状伸銅(10)から冷間塑性引き抜き加工によって
、第2図CB)に示す長尺の平角銅帯(11)を得る。
次に第1層銅帯の巻き付け工程として銅帯(11)を第
1図(A)に示す円筒形状の内金型(13)に張力を加
えながら、銅帯間の隙間が極力小さくなるように、第1
層目の巻き付け銅帯(lla)を形成する。
このとき、銅帯(11)が弾・塑性変形することによっ
て、円形状に巻き付けられるが、その内、外径が巻き付
け後変化しないように銅帯(11)の始端と終端を内金
型(13)に固定する。また巻き付け前に銅帯(11)
の表面に付着している不純物を除去するために1表面の
酸洗い、研摩等を行い、表面脱脂することが大切である
内金型(13)材としては、銅帯(11)の加熱による
膨みと冷却時の縮みを考慮し、銅帯(11)の熱膨張係
数と同等あるいは、それ以下の材料を用いることが好ま
しい。特に内金型(13)の軸方向の隙間を熱膨張によ
って小さくするには低熱膨張係数の材料を用いる方が良
い。
同じ要領で第1図(B)に示すように第2層目の巻き付
けから最外層(lid)の巻き付け工程を行い、各銅帯
を内金型(13)に固定する。
その後、巻き付け銅帯のキャニング工程として、内金型
CB)と巻き付けた銅帯(11)全体の清浄化及び脱脂
処理等の熱間等方圧加圧(以下HIPとする)処理する
ための前工程作業を行い、次に、内金型(13)の外側
にある銅帯(11)全体を金属系材料から成るカプセル
(14)に入れて、第1図(C)に示すように内金型(
13)の両端部を溶接部(15)で溶接シールし、その
後、真空脱気口(16)を利用し、全体を200〜30
0℃に保持しながら、カプセル(14)内を高真空状態
にした後、真空脱気口(16)を閉じる。
次に銅帯の一体化処理工程として、一体になっている内
金型(13) 、銅帯(11) 、カプセル(14)を
HIP装置内に入れ、200〜500気圧、600〜S
OO℃の高圧、高温雰囲気中で2〜S時間成形処理する
このような加圧条件により、銅帯(11)間の隙間は殆
んど消失し、銅帯(11)の半径方向、軸方向接合面(
17a)、 (17b)は共に拡散接合される。更には
機械的に、強制的に巻き付けることによって生じた残留
応力もはゾ完全に零に近くなる(第1図(C)参照)。
次にヘリカルコイル導体形成工程として、  HIP処
理により一体化された中空円筒体(18) (第1図(
D)参照)の機械加工、ワイヤカットあるいは放電加工
等を行うことにより、第1図(E)に示す螺旋状スリッ
ト(20)付のヘリカルコイル導体0が得られる。
次に上記実施例の作用について説明する。
上記実施例では、薄肉の平角形状の銅帯を使用して、厚
肉円筒コイル導体素材を成形するため、機械的な巻き付
けが容易に行える。また巻き付けに伴う銅帯外側と内側
の幅方向縮みと膨みを極めて小さく抑えられ、これによ
り拡散接合不良部分を少なくすることができる。更に薄
肉銅帯を用いるため、各肩当りの素材重量が少なくて取
扱いが便利で良いという大きな利点もある。
第1表は上記実施例に用いたアルミナ分散強化銅の各処
理条件における強度特性を示す、冷間加工前の素材の耐
力は27〜32kg/m”であるが、冷間加工すること
により、  50〜55kg/−2に向上し、高温下で
HIP処理するときの焼鈍効果により、その耐力は45
〜50kg/m”に低下するが、素材の1.5〜1.7
倍の強度を維持しており、伸線材の特性が十分活かされ
ている。
第1表 第3図(A)に示す薄銅板(30)を図示しない内金型
に円筒形状に巻き付け、第3図(B)に示すように多層
円筒の円周方向と半径方向に接合面(21) 。
(22)を設けると、電磁界力が円周方向の接合面(2
1)に垂直に作用するため、接合面(21)の機械的強
度、電気的特性が母材並に要求される。しかしながら、
接合面のそれらの特性は第1表に示すように母材の80
〜90%程度までしか得られないことが実験的に判って
いるため、前記した第1図及び第2図の実施例のような
軸方向接合及び半径方向の接合構造を採用することによ
り、上記のような不都合が完全に解消される。特に繊維
強化銅素材を用いた際には、強化材間の接合は殆んど不
可能であるから、前記した第1図及び第2図の実施例に
よる製造方法が有効になることが判る。
このようにして仕上げたヘリカルコイル導体0のマトリ
ックスは軟化されているため第1表に示したHIP処理
したコイル導体の耐力が45〜50kg/m”では不足
であるとする場合にはヘリカルコイル導体0に切断する
前に、第6図(B)に示すリングローリング鍛造を行う
ことによりマトリックスの強度及び強化繊維の強度の向
上を計ることも可能である。
尚1本実施例では第1図(B)に示すように、銅帯(1
1)を幅方向で同一位置に重ねて巻き付けたが。
第4図に示すように各層ごとにラップさせて巻き付けて
も同一の効果が得られる。
前記した第1図及び第2図の実施例では、アルミナ分散
強化銅の銅帯を用いたが、矩繊維、ウィスカ、粒子等を
混入した合金や銅合金層の銅帯を用いてもよい。また強
化繊維として炭化珪素、炭素、ボロン、有機物系、金属
系を用いても同様の効果を得ることができる。
〔発明の効果〕
本発明においては、粒子、ウィスカ、繊維等で強化した
銅帯を内金型に螺旋状に巻き付け、積層して多層巻き付
け円筒とし、高温高圧下において螺旋方向に沿った銅帯
面と積層面を接合した後、螺旋方向に沿ってスリット加
工する。このため母材よりも機械的及び電気的特性の劣
る接合面がコイル導体の円周方向に存在しないため、母
材の冷間加工特性を活した高強度で且つ高導電率を有し
、機械加工仕上げ寸法精度の優れたヘリカルコイル導体
とすることが可能である。これにより、より強磁界用の
水冷マグネットの製作が可能になり、従って、コンパク
トなハイブリッドマグネットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)、 (B)、 (C)、 (D)、 (E
)は(A)〜(E)の順に本発明の一実施例の各工程に
おける状態を示す立面図及び断面図、第2図(A)〜(
B)は第1図の実施例で用いる棒状伸銅及び銅帯の斜視
図、第3図(A)、 (B)は本発明を完成される途中
で考えられた薄銅板及び円筒の斜視図、第4図は積層方
式の異なる他の実施例を示す斜視図、第5図はハイブリ
ッドマグネットを示す縦断面図、第6図(A)。 (B)、 (C)、 CD)は(A)〜(D)の順に従
来のヘリカルコイル導体の製造各工程における状態を示
す斜視図である。 6・・・ヘリカルコイル導体、11・・・平角銅帯。 13・・・円筒状内金型、 20・・・螺旋状スリット。 18・・・中空円筒体。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  平角形状の銅帯を円筒に螺旋状に巻き付け、積層して
    多層巻き付け円筒とし、高温高圧下で、前記銅帯間を一
    体に接合して中空円筒体とした後、この中空円筒体を螺
    旋方向に沿って螺旋状に切断することを特徴とするヘリ
    カルコイル導体の製造方法。
JP1139986A 1989-06-01 1989-06-01 ヘリカルコイル導体の製造方法 Pending JPH034503A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU642290B2 (en) * 1990-08-07 1993-10-14 Asea Brown Boveri Ab Sheet-wound coils

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU642290B2 (en) * 1990-08-07 1993-10-14 Asea Brown Boveri Ab Sheet-wound coils

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