JPH10144518A

JPH10144518A - 超電導コイル

Info

Publication number: JPH10144518A
Application number: JP30220396A
Authority: JP
Inventors: Shoji Iwasaki; 庄治岩崎; Kenji Goto; 謙次後藤; Nobuyuki Sadakata; 伸行定方; Takashi Saito; 隆斉藤
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1996-11-13
Filing date: 1996-11-13
Publication date: 1998-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】超電導コイルの端末を電源リードと接続する
際に、屈曲歪みによる特性の劣化が防止された超電導コ
イルを得る。【解決手段】超電導巻線１１が巻枠１２とフランジ１
３ａ，１３ｂとからなるボビン１４に複数の層を形成し
て巻回されてなるコイル１０であって、このボビンの２
箇所に電源リードＬを接続する接続端子１５，１６が形
成され、巻線の内層端末１１ａと外層端末１１ｂとが、
それぞれの巻回曲率を保持したまま、それぞれの接続端
子１５，１６に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源リードとの接
続端末に生じる超電導線の歪みが解消され、超電導特性
の劣化が防止された超電導コイルに関する。

【０００２】

【従来の技術】交流超電導コイル、超電導変圧器、超電
導マグネット、超電導永久電流スイッチなどの各種超電
導機器に用いられる超電導コイルの材質としては、臨界
温度Ｔｃと臨界磁場Ｈｃが他の金属元素超電導体や合金
超電導体に比べ比較的高いために、Ｎｂ₃Ｓｎ、Ｎｂ₃Ａ
ｌ、Ｖ₃Ｇａなどの化合物超電導体が多く用いられるよ
うになってきている。

【０００３】ところが、これらの化合物超電導体は一般
に非常に脆い性質を有していて、コイルの巻線などとし
て用いるために湾曲すると、導体内に歪みが発生して超
電導特性を劣化させる問題があった。そこで、化合物超
電導体を巻線として用いて超電導コイルを製造する際に
は、一般にワインド・アンド・リアクト法（Ｗ＆Ｒ法）
と呼ばれる方法が用いられている。

【０００４】Ｗ＆Ｒ法は、例えばＮｂ₃Ｓｎ超電導体の
場合について一例を示せば、Ｃｕ−Ｓｎ合金の線材をマ
トリクスとし、この中に多数本のＮｂ細線を埋め込んで
複合線材を形成し、これを延伸して極細のＮｂフィラメ
ントを含む多心線を作成し、この多心線を耐熱性ボビン
に巻いた後に、例えば５００℃〜７００℃程度の温度で
焼成を行い、Ｃｕ−Ｓｎ合金中のＳｎと心材のＮｂとを
反応させて、Ｎｂ₃Ｓｎからなる超電導導体を生成させ
る。この方法によれば、超電導導体がコイルに巻かれた
状態を安定状態として形成されるので、特性劣化の少な
い超電導コイルが得られる。

【０００５】しかし、Ｗ＆Ｒ法は、ボビンがステンレス
鋼など耐熱性の素材に限定されるため重く、また絶縁材
も、後から巻き戻して施すことができないので７００℃
以上の耐熱性絶縁材が要求されるなど制約が多く、経費
が嵩むことになる。

【０００６】そこで、前記のＷ＆Ｒ法とは逆に、線材中
に超電導体を形成した後にコイルに巻く、いわゆるリア
クト・アンド・ワインド法（Ｒ＆Ｗ法）が検討された。
この方法を実用化するためには、少なくともコイルの巻
枠の曲率程度の屈曲に耐える超電導材が開発される必要
があった。しかし、Ｎｂ₃Ｓｎなどの化合物超電導体は
本質的に屈曲歪みに敏感であるために、この方法は現状
では実用化に至っていない。しかし、最近になって、高
強度の超電導線材が開発され、Ｒ＆Ｗ法にも実用化の見
通しが立てられるようになってきた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】高強度の超電導線材を
用い、Ｒ＆Ｗ法によって超電導コイルを製造する場合
は、比較的緩やかな曲率となる巻線部では、屈曲による
特性劣化が軽減される。しかし、コイルの巻線端末にお
いては、ボビンのフランジに固定しかつ電源リードと接
続するために、超電導巻線にほぼ直角の屈曲が要求され
る。現状ではこのように深い屈曲に耐える超電導線材は
開発されていないので、巻線端末の屈曲に関しては従来
と同様にＷ＆Ｒ法による処理が行われている。すなわ
ち、図２に示すように、未焼成の線材１の端末１ａを治
具２で屈曲状態に固定した状態で焼成し、化合物超電導
体を生成させた後に治具２を取り外して超電導巻線端末
を形成する方法が採られていた。

【０００８】しかし、前記のように予め巻線端末を屈曲
した状態で超電導コイルを製造しても、ボビンを焼成用
のものから実使用のものに巻き替えたり、絶縁被覆を施
したり、実使用のボビン上で端末の固定化処理を行った
り、電源リードと接続したりする過程では端末を一時的
に直線状態に延ばす必要が生じ、このときは大きな曲率
変化が起こるので、巻線端末の屈曲部に歪みが発生する
可能性があった。

【０００９】超電導線は、その一部にでも歪みが発生す
ると、この部分の超電導特性が劣化して通電時に過大な
発熱が起こり、臨界温度Ｔｃを越えて超電導線全体が超
電導状態から常電導状態に転移する現象、いわゆるクエ
ンチを起こし、超電導コイルとしての性能が損なわれる
ことになる。

【００１０】本発明は、この問題を解決するためになさ
れたものであって、従ってその目的は、巻線端末におけ
る超電導線の急激な屈曲を不要とし、歪みの原因を解消
したことによって超電導特性の劣化が防止された超電導
コイルを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決する手
段として本発明は、巻線が巻枠とフランジとからなるボ
ビンに複数の層を形成して巻回されてなるコイルであっ
て、このボビンの２箇所に電源リードを接続する接続端
子が形成され、巻線の内層端末と外層端末とが、それぞ
れの巻回曲率を保持したまま、それぞれの接続端子に接
続されてなる超電導コイルを提供する。

【００１２】前記のコイルは、巻線の内層端末用の接続
端子がボビンの巻枠とフランジとの接合部に形成され、
この内層端末用の接続端子が、巻枠の曲率と同じ曲率で
かつ巻線径と同じ幅で、巻枠の周面またはフランジ内面
と面一に延びる内層接続面を有し、この内層接続面に、
巻線の内層端末が接続されてなるものであることが好ま
しい。

【００１３】また、前記のコイルは、巻線の外層端末用
の接続端子がフランジに形成され、この外層端末用の接
続端子が、巻線の外層端末が接触するフランジ内面の位
置に、この外層端末の巻回曲率と同じ曲率でかつ巻線径
と同じ幅で、外層端末に沿ってフランジ内面と面一に延
びる外層接続面を有し、この外層接続面に、巻線の外層
端末が接続されてなるものであることが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例により図面を用いて説明する。図１（ａ）（ｂ）は、
本発明の一実施例を示している。図１（ａ）（ｂ）にお
いて、このコイル１０は、概略、筒状の巻枠１２と、そ
の両側の端部に接合されたフランジ１３ａ，１３ｂとか
らなるボビン１４に、１本の巻線１１が複数の層を形成
して巻回されてなっている。

【００１５】このボビン１４には、その巻枠１２と一方
のフランジ１３ａとの接合部に、巻線１１の内層端末１
１ａ用の銅製の接続端子（内層端子）１５が形成されて
いる。この内層端子１５は、巻枠１２とフランジ１３ａ
との接合線に沿って互いに断面Ｌ字形をなして延びる内
層接続面１５ａ、１５ｂを有している。この内層接続面
１５ａ、１５ｂは、巻枠１２の曲率と同じ曲率でかつ巻
線１１の直径と同じ幅を有し、それぞれ巻枠１２の周面
およびフランジ１３ａの内面と面一に形成されている。
そして、この内層接続面１５ａ、１５ｂに、巻線の内層
端末１１ａが、その巻回曲率を変えることなく半田づけ
により接続されている。

【００１６】この内層端子１５は、ボビン１４内部を貫
通してフランジ１３ａの外面に延び、更にフランジ外面
から突設された電源リード接続ピン１５ｃに接続されて
いる。この接続ピン１５ｃは、端末に受孔が形成された
一方の電源リードＬの受孔に嵌入され、半田づけにより
接続されるようになっている。

【００１７】このフランジ１３ａには、その端縁近傍
に、巻線１１の外層端末１１ｂ用の接続端子（外層端
子）１６が形成されている。この外層端子１６は、フラ
ンジ１３ａの内面の、巻線の外層端末１１ｂが接触する
位置に、この外層端末１１ｂの巻回曲率と同じ曲率で、
かつ巻線の直径と同じ幅で、外層端末１１ｂに沿ってフ
ランジ１３ａの内面と面一に延びる扇形の外層接続面１
６ａを有している。そして、この外層接続面１６ａに、
巻線の外層端末１１ｂが、その巻回曲率を変えることな
く半田づけにより接続されている。

【００１８】この外層端子１６は、フランジ１３ａの端
縁部を断面コ字状に屈曲して外面に延び、更にフランジ
外面から突設された電源リード接続ピン１６ｃに接続さ
れている。この接続ピン１６ｃは、端末に受孔が形成さ
れたもう一方の電源リードＬの受孔に嵌入され、半田づ
けにより接続されるようになっている。

【００１９】このコイル１０は、前記の電源リード用接
続ピン１５ｃ，１６ｃに、それぞれ電源リードＬ，Ｌを
接続し、極低温冷媒に浸漬して通電すれば、巻線１１が
超電導状態に転移し、超電導コイルとして使用すること
ができる。このとき、巻線１１の内層端末１１ａにおい
ても、外層端末１１ｂにおいても、巻線１１がコイルに
巻かれたときの曲率が保たれているので、このコイルが
Ｒ＆Ｗ法を適用して作成されたものであっても、電源リ
ードとの接続部における深い屈曲に起因する超電導体の
歪みが発生しない。従って、巻線端末の屈曲に起因する
クエンチを防止することができる。

【００２０】また、内層接続面１５ａ，１５ｂと外層接
続面１６ａとは、いずれも、コイル１０に巻かれた巻線
１１のそれぞれの端末と密着し、かつ巻線の直径と等し
い幅に成形されているので、それぞれの端末１１ａ，１
１ｂ以外の巻線部分に触れることはなく、短絡の惧れは
ない。

【００２１】本発明のコイルにおいて、巻線１１は、超
電導線であれば、合金超電導線、化合物超電導線、金属
酸化物超電導線など、いずれも適用できる。特に、大き
い屈曲によって導体内に歪みが発生し、超電導特性に障
害をもたらす可能性が大きいＲ＆Ｗ法による化合物超電
導線などを用いるときに有利である。本発明のコイルに
おいて、巻線１１は、冷媒による冷却効率を高めるため
に、スペーサなどを用いて上下左右に隣合う巻線が間隔
巻きにされていてもよい。

【００２２】本発明に用いるボビンの材質としては、耐
極低温性であり、かつ変動磁界による渦電流損失を低減
させるために比抵抗の高いものが好ましい。その例とし
ては、例えばＦＲＰ、エポキシ樹脂、フェノール樹脂な
どを挙げることができる。また内層端子と外層端子は、
導電性の良好な常電導体であればいずれの材質のもので
もよい。好ましい素材の例は銅、銀、金などである。巻
線１１および電源リードとの半田づけの容易さから銅を
用いることが好ましい。

【００２３】（実施例）図１に示したものと同様の構成
を有するコイルを作成した。外径１２０ｍｍ、長さ１２
０ｍｍの円筒形の巻枠１２と、その両側の端部に接合さ
れた直径１６０ｍｍ、厚さ１５ｍｍのフランジ１３ａ，
１３ｂとを有するＦＲＰ製のボビンを作成し、このボビ
ンの巻枠１２とフランジ１３ａとの接合線に沿って、幅
１ｍｍ、長さ６０ｍｍの内層接続面１５ａ、１５ｂを有
する銅製の内層端子１５を組み込んだ。

【００２４】また、フランジ１３ａの内面の、巻線の外
層端末１１ｂが接触する位置に、幅１ｍｍ、長さ１２０
ｍｍの、最外層の巻線と等しい曲率を有する扇形の外層
接続面１６ａを有する銅製の外層端子１６を組み込ん
だ。これらの内層端子１５と外層端子１６はそれぞれ、
フランジ１３ａの外面に突設された電源リード接続ピン
１５ｃ，１６ｃに接続されている。

【００２５】このボビンの内層接続面１５ａ，１５ｂに
沿わせて、Ｒ＆Ｗ法で製造した線径１ｍｍのＮｂ₃Ｓｎ
超電導線の一方の端末（内層端末１１ａ）を半田づけ
し、巻線１１を巻枠１２上に巻回して層状に巻き進め、
２０層が形成されたとき、その巻き終わりの外層端末１
１ｂを外層接続面１６ａに沿わせて半田づけし、実施例
のコイルを製造した。

【００２６】製造されたコイル１０のそれぞれの電源リ
ード接続ピン１５ｃ，１６ｃに電源リードＬ，Ｌを半田
づけにより接続し、このコイル全体を液体ヘリウム中に
浸漬し、電源リードＬ，Ｌから電流を負荷し、このコイ
ルの超電導特性を試験した。結果は、コイルの臨界電流
値Ｉｃが、巻き線を行う以前のＮｂ₃Ｓｎ超電導素線と
同等であり、巻線端末１１ａ，１１ｂを含む全ての超電
導体部分において、超電導特性の劣化が防止されてい
た。

【００２７】

【発明の効果】本発明の超電導コイルは、超電導巻線の
端末が、それぞれの巻回曲率を保持したまま、ボビン表
面に形成された電源リードとの接続端子に接続されてい
るので、巻線端末における超電導線の屈曲が巻回曲率と
同等となり、コイルの全ての部分において超電導特性の
劣化が防止される。本発明の超電導コイルは、特にＲ＆
Ｗ法を適用する場合に有利となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す立断面図（ａ）と、
ボビンのフランジ内側面で切った横断面図（ｂ）。

【図２】従来の超電導コイルの巻線端末の処理方法の
一例を示す断面図。

【符号の説明】

１０…超電導コイル、１１…超電導巻線、１１ａ…内層
端末、１１ｂ…外層端末、１２…ボビン巻枠、１３ａ，
１３ｂ…フランジ、１４…ボビン、１５…内層接続端
子、１５ａ，１５ｂ…内層接続面、１６…外層接続端
子、１６ａ…外層接続面、Ｌ…電源リード。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斉藤隆東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超電導巻線が巻枠とフランジとからなる
ボビンに複数の層を形成して巻回されてなるコイルであ
って、このボビンの２箇所に電源リードを接続する接続
端子が形成され、巻線の内層端末と外層端末とが、それ
ぞれの巻回曲率を保持したまま、それぞれの接続端子に
接続されてなることを特徴とする超電導コイル。
【請求項２】巻線の内層端末用の接続端子がボビンの
巻枠とフランジとの接合部に形成され、この内層端末用
の接続端子が、巻枠の曲率と同じ曲率でかつ巻線径と同
じ幅で巻枠の周面またはフランジ内面と面一に延びる内
層接続面を有し、この内層接続面に、巻線の内層端末が
接続されてなることを特徴とする請求項１に記載の超電
導コイル。
【請求項３】巻線の外層端末用の接続端子がフランジ
に形成され、この外層端末用の接続端子が、巻線の外層
端末が接触するフランジ内面の位置に、この外層端末の
巻回曲率と同じ曲率でかつ巻線径と同じ幅で、外層端末
に沿ってフランジ内面と面一に延びる外層接続面を有
し、この外層接続面に、巻線の外層端末が接続されてな
ることを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル。