JPH07312310A - Superconducting coil - Google Patents

Superconducting coil

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Publication number
JPH07312310A
JPH07312310A JP6103170A JP10317094A JPH07312310A JP H07312310 A JPH07312310 A JP H07312310A JP 6103170 A JP6103170 A JP 6103170A JP 10317094 A JP10317094 A JP 10317094A JP H07312310 A JPH07312310 A JP H07312310A
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JP
Japan
Prior art keywords
cable
conduit
superconducting coil
twisting
conductor
Prior art date
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Pending
Application number
JP6103170A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mamoru Shimada
守 嶋田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH07312310A publication Critical patent/JPH07312310A/en
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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
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a forced air-cooled superconducing coil using a cable conduit conductor wherein the current distribution is uniform and AC loss never increases. CONSTITUTION:A superconducting oil is a coil of cable-in-conduit type forced air-cooled superconductor composed of strands 8 and 9 twisted together and inserted in a pipe. The length of each turn of the coil is integral multiples of the lengths of the twist pitch of the strands composing a cable-in-conduit conductor 10.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、超電導コイルに関り、
特にケーブルインコンジットタイプの超電導導体を用い
る強制冷却超電導コイルに関する。
The present invention relates to a superconducting coil,
In particular, it relates to a forced cooling superconducting coil using a cable-in-conduit type superconducting conductor.

【0002】[0002]

【従来の技術】強制冷却超電導コイル(FCC)は、擾
乱に対する安定性や機械的剛性の点で優れた特性を持ち
将来の核融合装置などの大型マグネットの有力な候補の
一つとなっている。強制冷却超電導コイルに用いられる
導体の構成としていくつかのタイプのものが考えられて
いるが、超電導線を多数本束ねてステンレスなどで作成
した管の中に入れたタイプのいわゆる、ケーブルインコ
ンジットタイプの強制冷却超電導導体が有力である。こ
のタイプの導体においては、冷却周長を長くでき冷却効
率を高めることができる。そのため、擾乱にたいして高
い安定性を持つ。
2. Description of the Related Art Forced cooling superconducting coils (FCC) have excellent characteristics in terms of stability against disturbance and mechanical rigidity, and are one of the promising candidates for large magnets in future fusion devices. Several types of conductors are considered for the structure of the forced cooling superconducting coil, but a so-called cable-in-conduit type in which a large number of superconducting wires are bundled and put in a tube made of stainless steel or the like. The force-cooled superconducting conductor of is promising. In this type of conductor, the cooling circumference can be increased and the cooling efficiency can be improved. Therefore, it has high stability against disturbance.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】一般的に、大型の核融
合装置用として用いられるケーブルインコンジット導体
においては、そのケーブルインコンジット導体を構成す
る超電導線の本数は数百本になる。このように多数の素
線を撚り合わせているため、その撚り線の工程において
撚り乱れが発生することがあり、その様な場合には各素
線の持つインダクタンスにアンバランスが生ずる。特に
撚り線時に、6束以上の撚り線(図では7束の場合を示
した)を撚り合わせると、図5に示したように、ある1
束の撚り線が、導体の中央に落ち込むことが多く、この
ような場合には、中央部にある束の撚り線と、周囲に有
る撚り線との間に、インダクタンスのアンバランスが発
生する。
Generally, in a cable-in-conduit conductor used for a large-scale nuclear fusion device, the number of superconducting wires constituting the cable-in-conduit conductor is several hundreds. Since many strands are twisted in this way, twisting disorder may occur in the process of twisting the strands, and in such a case, the inductance of each strand is unbalanced. In particular, when twisting 6 or more twisted wires (7 bundles are shown in the figure) when twisted, as shown in FIG.
The stranded wire of the bundle often falls in the center of the conductor, and in such a case, an imbalance of inductance occurs between the stranded wire of the bundle in the central portion and the stranded wire in the periphery.

【0004】また、撚り線の本数の多いために、最終の
撚り線ピッチは1m程度となる。そのため、仮に完全に
均一に撚り線したとしても、コイル形状にした場合に、
図6に示すように、コイルの1ターンにおいて、撚り線
のピッチが整数倍にならずに、コイルとして見た場合
に、各素線のインダクタンスが不均一になってしまう。
インダクタンスは、線の囲む面積にほぼ比例する。図6
で線8と9とが囲む面積は、それぞれA8 +AC1
C2、A9 +AC1+AC2であり、AC1,AC2は共通であ
り、A8 >A9 より線8の方がインダクタンスが大きく
なる。また、通常のコイルでは各ターンにおいて磁界が
異なるため、ターン毎に均一にすることが望ましい。そ
のようなコイルに外部より通電すると、各素線が絶縁さ
れている場合には、各素線間にインダクタンスのアンバ
ランスが有るために、電流が均一に流れない。そのた
め、安定性が著しく低下してしまうと言う欠点がある。
また、各素線を絶縁しない場合には、インダクタンスに
アンバランスがあっても、インダクタンスの不均一によ
る電圧が表面抵抗によって短絡されるため、各素線に流
れる電流は、励磁の段階で均一化される。しかし、この
均一化の過程において、各素線間に流れる電流によっ
て、交流損失が増大してしまうという欠点がある。特
に、この自己通電時における交流損失の増加について
は、導体の階段では評価することが困難であり、コイル
設計時に支障を来す。
Since the number of stranded wires is large, the final stranded wire pitch is about 1 m. Therefore, even if the wires are evenly wound evenly, if they are coiled,
As shown in FIG. 6, in one turn of the coil, the pitch of the stranded wire does not become an integral multiple, and when viewed as a coil, the inductance of each wire becomes non-uniform.
The inductance is almost proportional to the area surrounded by the line. Figure 6
The area surrounded by lines 8 and 9 is A 8 + A C1 +
A C2 , A 9 + A C1 + A C2 , A C1 and A C2 are common, and the line 8 has a larger inductance than A 8 > A 9 . Further, in a normal coil, the magnetic field is different in each turn, so it is desirable to make it uniform for each turn. When such a coil is energized from the outside, when the wires are insulated, the current does not flow uniformly because of the imbalance of the inductance between the wires. Therefore, there is a drawback that the stability is significantly reduced.
If the wires are not insulated, the voltage flowing due to the non-uniformity of the inductance is short-circuited by the surface resistance even if there is an imbalance in the inductance, so the current flowing in each wire is made uniform during the excitation stage. To be done. However, there is a drawback that AC loss increases due to the current flowing between the individual wires in the process of homogenization. In particular, it is difficult to evaluate the increase in AC loss during self-energization with the conductor stairs, which causes a problem when designing the coil.

【0005】本発明の目的は、電流分布が均一になり、
かつ、交流損失の増加することのない、ケーブルインコ
ンジット導体を用いた強制冷却超電導コイルを提供する
ことにある。
The object of the present invention is to make the current distribution uniform,
Another object of the present invention is to provide a forced cooling superconducting coil that uses a cable-in-conduit conductor without increasing AC loss.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の超電導コイル
は、複数の素線を撚り合わせて管の中に入れたケーブル
インコンジットタイプの強制冷却超電導導体を巻回した
超電導コイルにおいて、超電導コイルの各ターンの長さ
がケーブルインコンジット導体を構成する素線の撚り線
ピッチの長さの整数倍になっている構成とする。また、
使用するケーブルインコジット導体が、4束あるいは5
束の撚り線を撚り合わせる工程を、少なくとも2回以上
含み、その撚り工程の間に3束の撚り線を撚り合わせる
工程を1回以上含むか、あるいは、ケーブルインコンジ
ット導体が、6束以上の撚り線を撚り合わせる工程を含
み、その撚り線の中央にスペーサーを配置する構成と
し、ケーブルインコンジット導体の中央に配置するスペ
ーサーは、ケーブルインコンジット導体の長さより短い
絶縁性の管あるいは、表面に絶縁処理をした構成とす
る。
The superconducting coil of the present invention is a superconducting coil in which a cable-in-conduit type forced cooling superconducting conductor in which a plurality of strands are twisted and put in a tube is wound. The length of each turn is an integral multiple of the length of the stranded wire pitch of the wires that make up the cable-in-conduit conductor. Also,
4 or 5 bundles of cable incogit conductors used
The step of twisting the stranded wires of the bundle is included at least twice or more, and the step of twisting the stranded wires of three bundles is included one or more times during the twisting step, or the cable-in-conduit conductor has six or more bundles. Including the step of twisting the twisted wires, the spacer is arranged in the center of the twisted wire, and the spacer placed in the center of the cable in conduit conductor is an insulating tube or surface shorter than the length of the cable in conduit conductor. Insulation-treated structure.

【0007】[0007]

【作用】上記の構成を有する本発明の超電導コイルにお
いては、コイルを構成する強制冷却超電導導体内部にお
ける電流分布が均一になり、かつ、交流損失の増加する
ことのないコイルを提供できる。
In the superconducting coil of the present invention having the above structure, it is possible to provide a coil in which the current distribution inside the forced cooling superconducting conductor forming the coil is uniform and the AC loss does not increase.

【0008】[0008]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図1は、本発明に係わる超電導コイルの一実施
例を示す。なお、従来の構成と同一または対応する部分
には図5,6と同一の符号を用いて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of a superconducting coil according to the present invention. Note that the same or corresponding portions as those of the conventional configuration will be described using the same reference numerals as those in FIGS.

【0009】図1では、簡単のために最も長い撚り線ピ
ッチを持つ超電導線8,9を1組示した。図1では、撚
り線ピッチがコイルの1ターンの長さの1/2の長さに
なっている。
In FIG. 1, one set of superconducting wires 8 and 9 having the longest twisted wire pitch is shown for simplicity. In FIG. 1, the stranded wire pitch is half the length of one turn of the coil.

【0010】このように本実施例によれば、最も長い撚
り線ピッチを持つ素線の組のインダクタンスをコイルと
して見たときに均一にできる。 (他の実施例)図2は、超電導コイルを構成するケーブ
ルインコンジット導体の断面図を模式的に示したもので
ある。この実施例においては、4束の撚り線を撚り合わ
せる工程を、2回含み(11および12)、その撚り工程の
間に3束の撚り線を撚り合わせる工程13を1回含む。
As described above, according to this embodiment, the inductance of the set of wires having the longest stranded wire pitch can be made uniform when viewed as a coil. (Other Embodiments) FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a cable-in-conduit conductor forming a superconducting coil. In this embodiment, the step of twisting four bundles of twisted wires is included twice (11 and 12), and the step of twisting three bundles of twisted wires is included once during the twisting step.

【0011】4束の撚り線を撚り合わせた撚り線11を3
束撚り合わせる場合にはスペース的な制限が緩くなるた
め、撚り線時に超電導線が断線するなどの不具合がなく
なる。また、撚り線では最高でも、5束の撚り線を撚り
合わせるだけなので、従来の6束の撚り線を撚り合わせ
る場合のように、ある1束の撚り線が、導体中央に落ち
込んでしまうようなことが無い。
3 twisted wires 11 made by twisting 4 bundles of twisted wires
When the bundles are twisted together, the space limitation is loosened, so that there is no problem such as disconnection of the superconducting wire during twisting. In addition, since the maximum number of twisted wires is to twist only 5 bundles of twisted wires, one bundle of twisted wires may fall into the center of the conductor as in the case of twisting 6 twisted wires of the related art. There is nothing.

【0012】(他の実施例)図3は、超電導コイルを構
成するケーブルインコンジット導体の他の実施例による
断面図を模式的に示したものである。この実施例におい
ては、ケーブルインコンジット導体が、6束の撚り線を
撚り合わせる工程を含み、その撚り線の中央にスペーサ
ー18を配置している。スペーサーの中央には穴が空いて
おり、冷媒を流すことができる。
(Other Embodiments) FIG. 3 is a schematic sectional view showing another embodiment of the cable-in-conduit conductor constituting the superconducting coil. In this embodiment, the cable-in-conduit conductor includes the step of twisting six bundles of stranded wire, with a spacer 18 located in the center of the stranded wire. There is a hole in the center of the spacer to allow the coolant to flow.

【0013】この実施例においては、1束の撚り線が落
ち込むスペースが無く、撚り乱れが発生しない。 (他の実施例)図4は、中央流路用の管18の外形を示し
たものである。
In this embodiment, there is no space for one bundle of twisted wires to fall, and twisting disorder does not occur. (Other Embodiments) FIG. 4 shows the outer shape of the tube 18 for the central flow path.

【0014】本実施例においては管18は、チタンを用い
ており、表面セラミックスの絶縁層を持つ。そのため、
超電導線同士が中央流路用の管で短絡されることがなく
なり、交流損失が増加しない。また、端部に切り欠きを
つけて有るため、中央流路用の管18の内部と外部とを冷
媒が自由に行き来することができ、冷却効率が高まる。
In this embodiment, the tube 18 is made of titanium and has an insulating layer of surface ceramics. for that reason,
The superconducting wires will not be short-circuited with each other in the tube for the central flow path, and the AC loss will not increase. Further, since the end portion is provided with a notch, the refrigerant can freely flow between the inside and the outside of the central channel pipe 18 and the cooling efficiency is improved.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電流分布が均一になり、かつ、交流損失の増加すること
のない、ケーブルインコンジット導体を用いた強制冷却
超電導コイルを提供できる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to provide a forced cooling superconducting coil using a cable-in-conduit conductor in which the current distribution is uniform and the AC loss does not increase.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係わる超電導コイルの一実施例を示す
模式図
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a superconducting coil according to the present invention.

【図2】本発明の他の実施例によるケーブルインコンジ
ット導体の断面図
FIG. 2 is a sectional view of a cable in conduit conductor according to another embodiment of the present invention.

【図3】本発明の他の実施例によるケーブルインコンジ
ット導体の断面図
FIG. 3 is a cross-sectional view of a cable in conduit conductor according to another embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例による中央流路用の管の外形を
示す図
FIG. 4 is a diagram showing an outer shape of a tube for a central flow passage according to an embodiment of the present invention.

【図5】従来の超電導コイルに用いているケーブルイン
コンジット導体の一例を示す断面図
FIG. 5 is a sectional view showing an example of a cable-in-conduit conductor used in a conventional superconducting coil.

【図6】従来の超電導コイルを示す模式図FIG. 6 is a schematic diagram showing a conventional superconducting coil.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2,3,4,5,6,7…超電導線あるいはその撚
り線 8,9…超電導線あるいは1束の撚線 10…コンジットの外形 11,12…4束の超電導線あるいは撚線を撚り合わせる工
程 13,14,15…3束の超電導線あるいは撚線を撚り合わせ
る工程 16a,16b,16c…超電導線 17…コンジット 18…管 19a,19b,19c,19d,19e,19f…超電導線あるい
はその撚り線
1,2,3,4,5,6,7 ... Superconducting wire or its stranded wire 8,9 ... Superconducting wire or one bundle of stranded wire 10 ... Conduit outline 11, 12 ... 4 bundles of superconducting wire or stranded wire Steps of twisting 13, 14, 15 ... Steps of twisting three bundles of superconducting wires or twisted wires 16a, 16b, 16c ... Superconducting wires 17 ... Conduit 18 ... Tubes 19a, 19b, 19c, 19d, 19e, 19f ... Superconducting wires or That strand

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の素線を撚り合わせて管の中に入れ
たケーブルインコンジットタイプの強制冷却超電導導体
を巻回した超電導コイルにおいて、超電導コイルの各タ
ーンの長さをケーブルインコンジット導体を構成する素
線の撚り線ピッチの長さの整数倍にしたことを特徴とす
る超電導コイル。
1. In a superconducting coil formed by winding a cable-in-conduit type forced cooling superconducting conductor in which a plurality of strands are twisted and placed in a tube, the length of each turn of the superconducting coil is set to the cable-in-conduit conductor. A superconducting coil characterized in that it is an integral multiple of the length of the stranded wire pitch of the constituent wires.
【請求項2】 ケーブルインコンジット導体が、4束あ
るいは5束の撚り線を撚り合わせる工程を、少なくとも
2回以上含み、その撚り工程の間に3束の撚り線を撚り
合わせる工程を1回以上含むことを特徴とする請求項1
記載の超電導コイル。
2. The cable-in-conduit conductor includes at least two or more steps of twisting four or five bundles of twisted wires, and one or more steps of twisting three bundles of twisted wires during the twisting step. Claim 1 characterized by including.
The superconducting coil described.
【請求項3】 ケーブルインコンジット導体が、6束以
上の撚り線を撚り合わせる工程を含み、その撚り線の中
央にスペーサーを配置することを特徴とする請求項1記
載の超電導コイル。
3. The superconducting coil according to claim 1, wherein the cable-in-conduit conductor includes a step of twisting six or more bundles of twisted wires, and a spacer is arranged at the center of the twisted wires.
【請求項4】 ケーブルインコンジット導体が、中央部
に冷媒を流すための流路を持ち、その流路がケーブルイ
ンコンジット導体の長さより短い中央流路用の管からな
るケーブルインコンジット導体からなることを特徴とす
る請求項1記載の超電導コイル。
4. A cable-in-conduit conductor having a flow path for flowing a refrigerant in a central portion, the flow path being a tube for a central flow path shorter than the length of the cable-in-conduit conductor. The superconducting coil according to claim 1, wherein
【請求項5】 管の表面に絶縁被覆が施されていること
を特徴とする請求項4記載の中央流路用の管。
5. The pipe for a central flow passage according to claim 4, wherein the surface of the pipe is provided with an insulating coating.
【請求項6】 管が繊維強化プラスチックから成る絶縁
物で構成されていることを特徴とする請求項4記載の中
央流路用の管。
6. The pipe for a central channel according to claim 4, wherein the pipe is made of an insulating material made of fiber reinforced plastic.
【請求項7】 管に内部と外部とをつなぐための穴ある
いは切り欠きを有することを特徴とする請求項4ないし
請求項6記載の中央流路用の管。
7. The pipe for a central flow passage according to claim 4, wherein the pipe has a hole or a notch for connecting the inside and the outside.
JP6103170A 1994-05-18 1994-05-18 Superconducting coil Pending JPH07312310A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006158196A (en) * 2004-12-01 2006-06-15 Nexans Connecting device for superconductor cable shield

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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