JPH081846B2 - 超電導コイル及びその製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は超電導コイルとその製造法に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

第５図は例えばアドバンシーズ イン クライオジェ
ニック エンジニアリング（Advances in Cryogenic En
gineering）の第25巻93頁に示された従来の超電導コイ
ルの構成を示す斜視図である。図において、（1b）は超
電導コイルであり、（２）は超電導々体である。（２）
の超電導々体は上フランジ（３）と下フランジ（４）の
間に軸（９）に多層巻回されている。超電導コイル（1
b）内の超電導々体（２）を巻回した各層間にはスペー
サ（5c）が挿入されている。（6a），（6b）は下フラン
ジ（４）及び上フランジ（３）に設けられたスペーサ
（5c）の固定用溝である。下フランジ（４）には液体ヘ
リウム流入口（７）が設けられており，上フランジ
（３）には気体ヘリウム流出口（８）が設けられてい
る。（９）は超電導々体巻回用軸である。（10）はロッ
クナットで、超電導々体（２）を巻回後、ロックナット
を旋回しフランジ（３）（４）間に圧力を加え、コイル
（1b）の軸方向のゆるみを調整している。

次に動作について説明する。超電導コイル（1b）は通
常液体ヘリウム（図示せず）に浸漬冷却されており、そ
の状態では超電導々体（２）の電気抵抗が零となり大電
流が流せて高磁場発生が可能であるので該融合や物理実
験用、リニヤモータ等の高磁場発生用装置として使用さ
れる。しかしながら超電導コイル（1b）には、各種不安
定性が存在し、部分的に超電導状態がこわれ常電導状態
が発生することがある。

かかる場合に、超電導コイルには大電流が流れている
ので、わずかの発生抵抗でも大きなジュール発熱が発生
し、超電導々体（２）の温度が上昇し、漸次抵抗発生部
分が拡大され、ついには、クエンチと呼ばれるコイル全
体がなだれ的に超電導が破壊するという現象が引きおこ
される。超電導コイル（1b）をパルス運転すると、超電
導々体（２）には交流損失が発生し、交流損失は発熱と
なるのでこの問題が更に引き起こされ易い。

上記問題を解決するために、コイル（1b）の冷却面積
を増し、安定性を向上させ、局所的に発生する熱をすみ
やかに除去する必要がある。そのため、超電導コイル
（1b）の層間毎の円周上にほぼ等ピッチに短冊状のスペ
ーサ（5c）を多数配設し、下フランジ（４）には液体ヘ
リウム流入口（７）が、上フランジ（３）には気体ヘリ
ウムガス流出口（８）を設け、超電導々体（２）とスペ
ーサ（5c）と、液体ヘリウム流入口（７），気体ヘリウ
ム流出口（８）とで冷却チャンネル（100）を構成し、
超電導々体（２）に発生した熱は、コイル（1b）表面や
上記冷却チャンネル内を流れる液体ヘリウムですみやか
に冷却される。

この時液体ヘリウムの一部は気化し、気体は、上フラ
ンジ（３）の気体ヘリウム流出口（８）よりコイル外部
に抜け、下フランジ（４）の流体ヘリウム流入口（７）
より新しく液体ヘリウムが補充される。上記の構造の場
合、スペーサ（5c）をコイル層間円周上にほぼ等ピッチ
に配置し導体を均等に冷却する必要があり、導体巻回時
にスペーサ（5C）がずれないように固定するため、上下
フランジ（３）（４）に溝を設け、これにスペーサ（5
C）を挿入し固定していた。

しかしながらこの方法では、上下フランジ（３）
（４）の加工が複雑になりコスト高となることや、ヘリ
ウム流入出口（７）（８）と溝（6a）（6b）とのスペー
ス取り合いで充分な冷却路を確保出来ないことや、スペ
ーサ固定作業に手間がかかるなどの問題点があった。

更にまた、最近になってコイル（1b）に上下フランジ
（３）（４）を設けない各種高磁場発生装置の必要性が
高まってきた。例えば円環軸に、ヘリカル状にコイル巻
回してなるヘリオトロン形該融合装置用ヘリカルコイル
では円環軸にフランジが無く、円環軸上やコイル層上に
スペーサを精度良く配置することは極めてむづかしく、
高価な専用工具を必要としていた。

このような問題を、ある程度解決する方法が特公昭53
-3633号公報に示されている。

同公報第３図，第４図には、スペーサを連結材により
相互に連結してハシゴ状に構成したものをコイルの層間
に巻回することが示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の超電導コイルは以上のように構成されているの
でスペーサの取扱いが困難だったり、フランジの加工が
複雑であったり、又、ハシゴ状のスペーサを用いる場合
には連結部材はスペーサの下面（コイルが巻回されるの
と同じ層）に取付けられているので、その部分即ち巻芯
上の第１層部分及び各層に於ける両側の端の部分にはコ
イルを巻く事ができず、結局連結部材の寸法の分だけコ
イルが直径方向と軸方向の両方に大きくなると言う問題
があった。

この発明は上記の問題点を解消するためになされたも
ので、上下フランジにスペーサ固定用の溝が無くてもま
た上下フランジが無くても、層間にほぼ等ピッチに冷却
チャンネルをもつことができ、又、上下フランジに接す
る部分までコイルをいっぱいに巻くことが可能な超電導
電磁石とその製造法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る超電導コイルは、スペーサ固定用溝を
有しない上下フランジ付コイル及び上下フランジ無しコ
イルに於いて、簀の子状スペーサをコイル巻回時にコイ
ル巻回軸やコイル層間に配設し、その上に超電導々体を
巻回する。この簀の子状スペーサは板にスリットを設け
る方法で製作されているのでスペーサは互いにスペーサ
と同一の面内の連結材で連結されている。

又、コイルの構造、用途に応じてコイル形成後にコイ
ルとスペーサを互いに接着した後、簀の子状スペーサ端
部の連結部分を切り離す工程を持つことでコイル冷媒流
路の冷却チャンネルを精度よく形成したものである。

〔作用〕

この発明に於ける超電導コイルは、スペーサを連結す
る連結部がスペーサと同一面内にあるのでコイルをスペ
ーサの端部まで巻くことができる、また、第１層のコイ
ルは巻芯からスペーサの厚みだけ隔たった位置から巻始
めることが出来る。又、精度よくスリットを設けた簀の
子状スペーサ上に超電導々体を巻回し、コイルとスペー
サを接着した後、スペーサの端部を切離すので、フラン
ジなしでのコイルの巻回作業が容易である。

〔発明の実施例〕

以下この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において（５）は簀の子状スペーサであり屈曲可能な
矩形板の一辺に並行に複数個のスリット（Sa）が窓状に
設けられ、スリット（Sa）とスリット（Sa）とのあいだ
はスペーサとなる。各スペーサはスペーサ端部（Ｅ）で
このスペーサと同一面内にある連結材で互いに連結され
ている。また端部（Ｅ）にも溝（Sb）及び（Sc）が設け
られている、溝（Sb）（Sc）は図に示すとおり前記矩形
板の厚みより浅くしてある。

尚第１図は矩形板をまるめた状態を図示している。第
２図は本発明による上記第１図の簀の子状スペーサ
（５）を用いた超電導コイルの一実施例である。図にお
いて、（１）は超電導コイル、（２）は超電導々体であ
り多層に巻回されている。（３）は上フランジであり液
体ヘリウム流出口（８）を有し、（４）は下フランジで
気体ヘリウム流入口（７）が設けられている。

（５）は簀の子状スペーサでありコイル軸（９）上及
びコイル層間毎に層の外周にそって巻きつけられ接着剤
等によりコイルと固着される。（100）は冷却チャネル
であり流体ヘリウム流入口（７）、簀の子状スペーサ
（５）に設けたスリット（Sa）、溝（Sb）（Sc）、気体
ヘリウム流出口（８）により構成されている。

上記のような簀の子状スペーサ（５）を設けた超電導
コイル（１）は、コイルフランジ（３）（４）にスペー
サ固定溝が無くても冷却チャンネル（100）がコイル軸
（９）上やコイル層間の円周上に精度よく形成され、超
電導々体が均等に冷却され、超電導コイルの安定性を向
上させる。次に本発明の簀の子状スペーサを有する超電
導コイルの製造法を図について説明する。

第３図は上下フランジ無しの超電導コイル（1a）の超
電導々体（２）が３層目の巻回時を示す状態を示してい
る。図において簀の子状スペーサ（5a）は、超電導コイ
ル（1a）の２層目外周にそって巻きつけられ接着剤等に
よりコイルに固着されていて、このスペーサ（5a）上を
超電導々体（２）が巻線機（図示してない）により張力
を加え巻回されている。

第３図に示すように１層毎に巻回完了後、簀の子状ス
ペーサ（5a）の端部（Ea）がコイル巾（ｌ）とほぼ同じ
長さにコイルの端部で切り取られてスペーサ（5b）とな
り、スペーサ（5b）間のスリット（Sa）がコイル（1a）
の円周上精度よく形成されている。第４図に端部（Ea）
が全数切り取られた後のコイル（1a）を示す。

尚、コイル（１）の軸方向圧力調整はコイル（１）の
巻回後別途準備された専用工具で行い、コイル絶縁物
（図示してない）の加熱硬化により強固に固着させてい
る。又、第３図に示すスペーサ（5a）には、端部（Ea）
が切り取られるため、第１図に例示した簀の子状スペー
サ（５）の端部溝（Sb）（Sc）は設ける必要はない。
尚、第２図，第３図，第４図に示す上記実施例では、１
層分のスペーサを１枚の簀の子状スペーサで示したが、
コイルの大きさや冷却チャンネルの大きさなどを勘案し
て複数枚の簀の子状スペーサを使用しても良い。

又、上記実施例では簀の子状スペーサを接着剤で固着
することを示したが、樹脂を半固化状態で塗布してお
き、全層コイル巻回完了後、加温して超電導々体と固着
させてもよい。

尚、又、第３図及び第４図に示す上記実施例では、コ
イル１層分の巻回後に簀の子状スペーサ端部を切り取っ
たが、全層コイル巻回完了後に端部を切り取ってもよ
い。

又、第３図第４図はソレノイドコイルの例で示した
が、軸が該融合装置用のトーラスを為し、この上にヘリ
カル状に超電導々体を巻回するヘリカルコイルの場合で
も同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、上下フランジ付コ
イルに於いて、スペーサが互いに同じ面内に設けられた
連結材で連結された簀の子状スペーサをコイル巻回時に
コイル巻回軸上やコイル層間に配設し、その上に超電導
々体を巻回したことにより、連結されたスペーサを用い
ていながらコイルをフランジ面までいっぱいに巻くこと
が可能な超電導コイルを得ることができる。

又、コイル構造，用途に応じてコイル巻回後にスペー
サとコイルとを接着したのち簀の子状スペーサ端部を切
り取る工程を持つことで、高磁界発生装置やヘリオトロ
ン型該融合装置のヘリカルコイル等フランジの無い超電
導コイルのコイル冷媒流路の冷却チャンネルを精度よ
く、容易に作ることが出来、安定性の高い超電導コイル
が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すスペーサの斜視図、
第２図，第３図，第４図はこの発明の一実施例を示す超
電導コイルの斜視図、第５図は、従来の超電導コイルを
示す斜視図である。（１）（1a）（1b）は超電導コイ
ル、（５）（5a）は簀の子状スペーサ、（Sa），（Sb）
（Sc）はスリット、（Ｅ）（Ea）はスペーサの端部であ
る。 尚、図中同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両側にコイルフランジを有するコイル巻枠
   に超電導線材を多層に巻回し、この層間にスペーサを巻
   回してなる超電導コイルであって、前記コイルが前記フ
   ランジ間の全巾に渡って巻回されているとともに、前記
   スペーサは厚みが均一で屈曲可能な矩形板の一辺に平行
   にこの辺の長さより短い窓状のスリットを前記矩形板の
   どの辺にも接しないように複数個設け、さらにこのスリ
   ットの両端からこのスリットの延長線上に対向するこの
   矩形板の辺に達するミゾをこの矩形板の上に設けて冷媒
   流路とした簀の子状スペーサであることを特徴とする超
   電導コイル。
2. 【請求項２】コイル巻枠上に、厚みが均一で屈曲可能な
   矩形板の一辺に平行にこの辺の長さより短い窓状のスリ
   ットを前記矩形板のどの辺にも接しないように複数個設
   けてなる簀の子状スペーサを巻く工程と、この簀の子状
   スペーサの上に超電導線材を前記スリットの長さより短
   い巻巾に巻回する工程と、前記超電導線材の巻回後にス
   ペーサと前記コイルとを接着する工程と、前記接着後に
   前記スペーサの端部を前記巻回したコイルの端部位置で
   切離す工程とを有することを特徴とする超電導コイルの
   製造法。