JPH10172824A - 誘導電器の超電導コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半径方向に重ねて並列接続する複数の超電導線
を巻回してなる超電導コイルのそれぞれの超電導線に流
れる電流の分担比率を均一にして電流分担が最大の超電
導線の電流分担の値を低減して、誘導電器の許容電流の
低下を抑制する。 【解決手段】３本の超電導線Ａ₁ ，Ａ₂ ，Ａ₃ の半径方
向位置を変える転位箇所を２箇所又は５箇所設けて、こ
の転位箇所で分割される３又は６の数の転位区分を重ね
並列本数と同じかその倍数の数だけ形成してそれぞれの
超電導線の半径位置の違いによって生ずる誘起電圧の差
を打ち消して超電導線の電流分担を平衡させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、変圧器やインダ
クタなどの誘導電器に使用される超電導コイルに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】超電導コイルは高磁界発生手段として種
々の分野で実用されている。一方、変圧器のような交流
機器への超電導コイルの適用は、超電導導体が交流によ
って損失を発生するという現象があることから、その実
用化は進んでいない。近年、超電導導体素線の細線化に
よる交流損失の小さな超電導線が開発されて変圧器など
の交流電器への適用研究が行われている。その場合、ヘ
リウムの蒸発温度である４°Ｋの極低温で超電導状態を
維持する金属超電導体が使用された超電導線に代わっ
て、液体窒素による冷却で超電導状態になる酸化物超電
導体を使用した超電導線が実用的な超電導材料として使
用されることがある。酸化物超電導体は高温超電導体と
も呼ばれており、この高温超電導体を使用した超電導線
は金属超電導体を使用した超電導線に比べて運転コスト
が低いという特長がある。

【０００３】図１７は変圧器のコイル構成図を兼ねた漏
れ磁束分布図である。鉄心１、内側コイル２、外側コイ
ル３はそれぞれ断面図を示しており、これらは同心状に
配置されており、その対称軸はこの図の鉄心１の左側に
ある。したがって、鉄心１の外径側に内側コイル２、更
にその外径側に外側コイル３が配置されていることを示
している。

【０００４】外側コイル３と内側コイル２の図の上下方
向である軸方向の寸法は絶縁構造、電磁力耐力などの点
が考慮されて同じ寸法にするとともに、軸方向に対称に
配置されている。コイルに流れる負荷電流によって発生
する漏れ磁束は軸方向コイル中央部では殆どの成分が上
下方向に向いているが、上下のコイル端部付近では両側
に開くように曲がった分布になっている。この図では軸
方向寸法を短縮して描いてあり、実際の変圧器コイルで
は、一般にコイル高さと呼ばれる軸方向寸法はコイル幅
と呼ばれる半径方向寸法の１０倍以上あるのが普通なの
で、それぞれのコイル２、３の断面形状は図示よりもは
るかに細長いのが実際である。したがって、磁束分布も
軸方向に平行に分布している範囲が図示よりもはるかに
広い。この図はコイルの上下端部の漏れ磁束の曲がりを
強調した図となっている。

【０００５】図示のように内側コイル２の電流の方向を
紙面から手前に向かう方向、外側コイル３の電流の方向
を反対に紙面に侵入する方向にとると、漏れ磁束１００
の方向は上向きになる。また、外側コイル３の上端部を
通る磁束線１０１の半径方向成分は図示のように内径側
から外径側に向かう。図１８は内側コイル、外側コイル
ともに超電導導線が使用された超電導コイルからなる変
圧器コイルのコイル構成図である。この図において、鉄
心１のすぐ外径側に配置された内側コイル２０は３本の
並列接続された超電導線Ａ１，Ａ２，Ａ３からなってい
る。ここでは内側コイルについてだけを対象としている
ので外側コイル３については単に断面だけを示してあ
る。

【０００６】周知のように変圧器コイルにおいて複数の
導体を並列に使用するときには、転位が行われる。すな
わち、複数の導線の相対位置を変えることによってそれ
ぞれの導体を磁気的に一致させて誘起電圧の差を小さく
し、これによってそれぞれの導線の電流分担を均一にす
るためである。図示のように転位をしない内側コイル２
０の場合、３本の超電導線がそれぞれ電流を均一に分担
した場合の電流値をそれぞれ１００％とすると、１本の
超電導線に電流が集中して３００％近い電流が流れると
いう現象が生ずる。

【０００７】交流電流が流れる超電導線では交流損が発
生することが知られており、電気回路的にはこの損失は
抵抗値になるが、その値は小さいので前述の複数導線の
間の電流不平衡の原因となる循環電流はインダクタンス
値で決まると考えてよい。一方、銅やアルミなどの通常
の導体が使用される変圧器コイルでは並列導体間の循環
電流は抵抗値で決まると考えて良い場合が殆どである。

【０００８】負荷電流によって発生した漏れ磁束による
それぞれの並列導体の誘起電圧の差を導線のインピーダ
ンスで除した値が循環電流となるのであるが、通常の導
線の場合にはインピーダンスは抵抗値だけと見なせるの
で循環電流は負荷電流に対して位相が９０°ずれたもの
になる。そのため、例えば３０パーセントの循環電流が
生じたとしても、１本の導線に流れる電流は負荷電流の
１００％とこれに９０°の位相差のある３０％の循環電
流とのベクトル和になってその絶対値はそれぞれの二乗
の和の平方根になることから、約１０５％と循環電流の
割りには電流値の増加は小さい。

【０００９】一方、超電導線の場合、循環電流を決める
インピーダンスは殆どインダクタンスで決まると考えて
よいので、循環電流は負荷電流と同相になる。したがっ
て、仮に循環電流が１０％だとすると、負荷電流にこの
循環電流が加算される超電導線の電流は１１０％にな
る。超電導線の場合、単に電流が１１０％になって、こ
れに伴って発生損失が１２０％になるというだけではな
く、更に大きな影響を与える。周知のように、超電導線
の場合、超電導状態を維持するのに必要な条件があっ
て、それは、温度、磁束密度及び電流値である。温度、
磁束密度が同じ条件下では１１０％の超電導線が存在す
ると、全体の電流許容値は約９０％にまで低下してしま
う。このように、超電導コイルでは通常のコイルに比べ
て並列導体の電流不平衡の影響ははるかに大きい。しか
も、前述のように、超電導コイルの電流不平衡の原因で
ある循環電流はインダクタンスによって決まるから、超
電導線の断面寸法には影響されないという特徴がある。
一方、通常のコイルでは前述のように抵抗値によって循
環電流の値が決まるが、抵抗値は寸法に逆比例するの
で、寸法が小さいほどその値は大きくなる。一方前述の
ように誘起電圧は寸法の二乗に比例するから、通常のコ
イルでの循環電流は寸法の三乗に比例する。すわなち、
寸法が小さくなると循環電流は実質的に無視できる。た
とえば、前述のような３本の導線が半径方向に重ねられ
た導体の場合で、個々の導体の半径方向寸法、通常導体
厚さと呼ばれる寸法が２ミリ程度であれば転位をしなく
ても循環電流は実質的に問題にならない。しかし、超電
導線の場合は導体厚さが１０mmであっても１mmであって
も同じ割合の循環電流が流れる。

【００１０】このようなことから、超電導コイルでは複
数の導体を並列接続すると電流不平衡が大きな問題にな
るのであるが、これを解決するために転位を行うことは
超電導線にとって困難な技術的課題がある。そのため
に、従来の超電導コイルでは断面積の大きな超電導線１
本を巻回してコイルを製作するのが普通である。金属超
電導線は細線化された多数の超電導体を銅などの被覆材
で覆って構成されるが、被覆材の中で多数本の超電導体
は撚られてそれぞれの超電導体ごとの電流分担が一様に
なるような構成になっており、断面積の大きな、したが
って許容電流の大きな超電導線を製作することが可能で
ある。一方、前述の高温超電導線の場合での超電導体
は、銀などの良導体からなる被覆材で被覆された厚みが
数十μｍのフィラメント状に生成される。高温超電導体
の場合には厚みの小さなフィラメント状に形成したあと
熱処理することによって良好な超電導特性を得ることが
できる。このようにフィラメント状に成形するために
は、被覆材で覆われた断面が円形状の高温超電導体の材
料を多数本撚り、これを押しつぶしてそれぞれの高温超
電導体の材料がフィラメント状になるようにする。した
がって、必然的に超電導線そのものが厚みが幅に比べて
はるかに小さな薄い線になる。そして、余り大きな寸法
の超電導線の製作は種々の技術的困難があって、特に変
圧器のコイルに使用できるような長尺のものの製作が困
難であるというのが現状であり、現在変圧器コイルに使
用が可能な高温超電導線の寸法は幅が約３mm、厚みが約
０．２mmという、通常の銅などの導線に比べればはるか
に小さな断面積のものである。ちなみにこのような超電
導線の許容電流は約４０Ａである。

【００１１】このような高温超電導線を用いて変圧器コ
イルを構成する場合、必要とする電流がこの超電導線の
許容電流よりも大きい場合には、超電導線を必要本数並
列にして使用し、そして、複数の並列導体を転位して磁
気的に平衡させて結果的に電流の分担が一様になるよう
な構成の採用が必須となる。しかし、高温超電導線では
塑性変形を受けるほどの大きな変形は超電導体の超電導
特性を著しく低下させるという問題があって、超電導線
の寸法に応じた許容曲げ半径がある。前述の寸法の高温
超電導線ではこの許容曲げ半径は約１５００mmである。
したがって、このような高温超電導線を使用した超電導
コイルの転位部はこの許容値以上の曲げ半径で超電導線
を曲げることによって形成される必要がある。通常の導
線の場合、塑性変形が極端におきるほどに曲げた場合、
塑性変形部に加工硬化が生じて導電率が小さくなるが実
際上問題になることはない。したがって、小さな曲げ曲
率で曲げることによって転位に要する範囲や加工時間を
短縮するような転位構造が採用される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】複数本の超電導線を並
列接続して構成された超電導コイルの例はなく、したが
って、超電導線を転位した例もない。しかし、前述のよ
うに高温超電導線を使用して変圧器などのコイルを構成
し、しかも比較的大きな許容電流のコイルを製作しよう
としたときに、複数の超電導線を並列接続すること、し
たがってこれらの並列超電導線を転位する構成を採用す
ることが必須であるという問題がある。

【００１３】この発明の目的はこのような問題を解決
し、複数本の高温超電導線を並列接続して、それぞれの
高温超電導線の電流分担が平衡するよう転位を施した誘
導電器の超電導コイルを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明によれば、円筒状の超電導コイルが、半径方
向に重ねられ電気的に並列接続される複数の超電導線が
軸方向に並べて巻回されてなり、これら半径方向に重ね
られた複数の超電導線が軸方向の少なくとも１箇所の転
位箇所でそれぞれの半径方向位置を変えることによっ
て、それぞれの超電導線の半径位置の違いによる誘起電
圧の違いを打ち消すことができる。

【００１５】また、転位箇所を、超電導線が許容する曲
率半径を下回らない径で曲げて形成することによって、
超電導線の曲げ加工による許容電流値の低減を実質的に
回避することができる。また、転位箇所を境にして超電
導コイルが分割されて形成される複数の転位区分の数が
半径方向に重ねられた超電導線の数に等しいかその整数
倍になるように転位箇所を設定することによって、全て
の超電導線の半径方向位置を占める割合を平等にするこ
とができる。

【００１６】前述の超電導コイルを４つ半径方向に重ね
て配置して、一つの超電導コイルを挟む２つの超電導コ
イルを同じ並列数の超電導線で構成しこれらを直列接続
した超電導コイルにおいて、一方の超電導コイルの超電
導線の電流分担の大きい方から順番に、他方の超電導コ
イルの超電導線の電流分担の小さい方からの順番に直列
接続する接続方式を採用すれば、電流分担の大きな分と
小さな分とが互いに打ち消しあって理想的に平衡率のよ
い超電導線の電流分担を得ることができることから、前
述のように、電流分担の不平衡による誘導電器の許容電
流の低下を最小限に抑制することができる。

【００１７】また、転位区分の巻数をそれぞれ等しくす
ることによって、超電導線の半径方向位置の違いによる
不平衡電流の発生を低減することができる。又は、それ
ぞれの転位区分のうちの少なくとも１つが他の転位区分
に対して巻数が異なるようにし、それぞれの転位区分の
巻数の配分を適切に設定すれば，巻数を等分して転位区
分に割り当てる場合よりも電流分担をより改善できる場
合がある。この場合、端部転位区分の巻数を中央転位区
分の巻数よりも大きく選定すれば、漏れ磁束がコイルの
軸方向端部で拡散して磁束成分が軸方向に沿って一様で
ないことによる電流不平衡が小さくならない点を補っ
て、より優れた電流平衡を得ることができる。

【００１８】同心状に配置されて軸方向の端部で直列に
接続されてなる少なくとも２つの円筒状の単位コイルか
らなり、これらの単位コイルが、軸方向に並べて電気的
に並列接続される複数の超電導線を軸方向に並べて巻回
してなる超電導コイルにおいて、軸方向に並べて配置さ
れた並列超電導線が、端部の接続部でそれぞれの軸方向
位置を変える接続方法を採用すると、軸方向に並べて配
置した並列超電導線の間に電流不平衡がある場合に、並
列数に応じて可能な接続方法の中から最適の接続方法を
選択することによって軸方向の並べ並列超電導線間の電
流不平衡を小さくすることができる。

【００１９】また、同心状に配置されて軸方向の端部で
直列に接続されてなる少なくとも２つの円筒状の単位コ
イルからなり、これらの単位コイルが、半径方向に重ね
て電気的に並列接続される複数の超電導線を軸方向に並
べて巻回してなる超電導コイルにおいて、半径方向に重
ねて配置された並列超電導線が、端部の接続部でそれぞ
れの半径方向位置を変える接続方法を採用する。すなわ
ち、半径方向に重ねて電気的に並列接続される複数の超
電導線を軸方向に並べて巻回してなる単位コイルを同心
状に配置して直列接続したものにおいては、コイルの上
下端部の漏れ磁束の曲がりと、半径方向に重ねて並列接
続された各超電導線の巻回半径の違いによるインダクタ
ンスの違いとにより、並列接続された各超電導線間の電
流不平衡が生ずるが、上記のように、半径方向に重ねて
配置された並列超電導線が、単位コイル同士間の端部の
接続部でそれぞれの半径方向位置を変える接続方法を採
用すれば、並列数に応じて可能な接続方法の中から最適
の接続方法を選択することによって、このような半径方
向の重ね並列超電導線間の電流不平衡を小さくすること
ができる。

【００２０】また、同心状に配置されて軸方向の端部で
直列に接続されてなる少なくとも２つの円筒状の単位コ
イルからなり、これらの単位コイルが、軸方向に並べる
とともに半径方向にも重ねて電気的に並列接続される複
数の超電導線を軸方向に並べて巻回してなる超電導コイ
ルにおいて、軸方向に並べるとともに半径方向にも重ね
て配置された並列超電導線が、端部の接続部でそれぞれ
の半径方向位置、あるいはそれぞれの軸方向位置と半径
方向位置との両方を変える接続方法を採用すると、並列
数に応じて可能な接続方法の中から最適の接続方法を選
択することによって並列超電導線間の電流不平衡を小さ
くすることができる。

【００２１】そして、超電導コイルが少なくとも３つの
単位コイルからなる場合には接続部は２箇所以上になる
ので、これらの接続部の接続方法を同じにすれば、接続
作業も同じになって効率的な接続作業を行うことができ
る。異なる接続方法を採用すれば、それぞれの接続方法
を最適なものを選択することで同じ接続方法を採用する
よりも更に電流不平衡が小さくなる。

【００２２】同心状に配置されて軸方向の端部で直列に
接続されてなる少なくとも２つの円筒状の単位コイルか
らなる内側コイルと、同心状に配置されて軸方向の端部
で直列に接続されてなる少なくとも２つの円筒状の単位
コイルからなる相対的に内側コイルよりも外径側に配置
される外側コイルとからなり、それぞれの単位コイル
が、軸方向に並べて電気的に並列接続される複数の超電
導線を軸方向に並べて巻回してなる超電導コイルにおい
て、外側コイルを構成する単位コイルと内側コイルを構
成する単位コイルとをそれぞれ半径方向に交互に配置し
てなる場合でも、軸方向に並べて配置された並列超電導
線が、端部の接続部でそれぞれの軸方向位置を変える接
続方法を採用すると、並列数に応じて可能な接続方法の
中から最適の接続方法を選択することによって軸方向の
並べ並列超電導線間の不平衡を小さくすることができ
る。

【００２３】また、同心状に配置されて軸方向の端部で
直列に接続されてなる少なくとも２つの円筒状の単位コ
イルからなる内側コイルと、同心状に配置されて軸方向
の端部で直列に接続されてなる少なくとも２つの円筒状
の単位コイルからなる、相対的に内側コイルよりも外径
側に配置される外側コイルとからなり、それぞれの単位
コイルが、半径方向に重ねて電気的に並列接続される複
数の超電導線を軸方向に並べて巻回してなる超電導コイ
ルにおいて、外側コイルを構成する単位コイルと内側コ
イルを構成する単位コイルとをそれぞれ半径方向に交互
に配置してなる場合でも、半径方向に重ねて配置された
並列超電導線が、端部の接続部でそれぞれの半径方向位
置を変える接続方法を採用すると、並列数に応じて可能
な接続方法の中から最適の接続方法を選択することによ
って半径方向の重ね並列超電導線間の電流不平衡を小さ
くすることができる。

【００２４】また、同心状に配置されて軸方向の端部で
直列に接続されてなる少なくとも２つの円筒状の単位コ
イルからなる内側コイルと、同心状に配置されて軸方向
の端部で直列に接続されてなる少なくとも２つの円筒状
の単位コイルからなる、相対的に内側コイルよりも外径
側に配置される外側コイルとからなり、それぞれの単位
コイルが、軸方向に並べるとともに半径方向にも重ねて
電気的に並列接続される複数の超電導線を軸方向に並べ
て巻回してなる超電導コイルにおいて、外側コイルを構
成する単位コイルと内側コイルを構成する単位コイルと
をそれぞれ半径方向に交互に配置してなる場合において
も、軸方向に並べるとともに半径方向にも重ねて配置さ
れた並列超電導線が、端部の接続部でそれぞれの半径方
向位置、あるいはそれぞれの軸方向位置と半径方向位置
との両方を変える接続方法を採用すると、並列数に応じ
て可能な接続方法の中から最適の接続方法を選択するこ
とによって並列超電導線間の電流不平衡を小さくするこ
とができる。

【００２５】その場合に、２つ以上の接続部の接続方法
を同じにすれば接続作業が効率的になり、接続部ごとに
最適の異なる接続方法を選択すれば更に電流平衡が改善
される。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下この発明を実施例に基づいて
説明する。図１はこの発明の第１と第２の実施例を示す
超電導線を使用した誘導電器のコイル構成図であり、
（ａ）が第１の、（ｂ）が第２のそれぞれ実施例を示し
ており、図１８と同じ構成要素には同じ符号を付けて重
複する説明を省く。図１（ａ）において、内側コイル２
１の超電導線Ａ₁ ，Ａ₂ ，Ａ₃ は２箇所で転位してそれ
ぞれの半径位置を変えている。転位箇所で区分された３
つの部分をそれぞれ転位区分と称すると、一番上の転位
区分での３本の超電導線は内径側からＡ₁ 、Ａ₂ ，Ａ₃
の順に配置されている。この転位区分では実際に軸方向
に超電導線を巻回して複数ターンを形成しているのであ
るが、ここでは単に太線で示して転位区分を構成するそ
れぞれの超電導線は複数の巻数からなることを表してい
る。上の転位位置で、超電導線Ａ₁ は最も外径側にその
位置を変え、他の２本はこれに伴って１本分ずつ鉄心１
に近づいた位置にそれらの位置を変えている。結果とし
て、二つ目の転位区分では内径側からＡ₂ ，Ａ₃ ，Ａ₁
の順になっている。同じようにして最も下の転位区分で
は内径側からＡ₃ ，Ａ₁ ，Ａ₂ の順になっている。した
がって、それぞれの超電導線は１回ずつ最も内径側の位
置、中間位置及び最も外径側の位置に位置することにな
る。このように半径方向のそれぞれの超電導線の相対位
置が平等になるようにすることによって電流不平衡を減
らせるのである。一般にｎ本の並列導線が半径方向に重
ねられて構成されたコイルの場合、ｎ−１回の転位箇所
を設けてｎ個の転位区分を形成すればｎ本の導線の半径
方向位置を占める割合を平等にすることができる。

【００２７】表１は内側巻数２１の３本の超電導線
Ａ₁ ，Ａ₂ ，Ａ₃ の電流分担をコンピュータによる計算
で求めた結果である。

【００２８】

【表１】 導線符号 電流分担（％） ───────────── Ａ₁ １１３ Ａ₂ ８７ Ａ₃ １００ ───────────── この表によれば、超電導線Ａ₁ とＡ₂ の間で１３％の循
環電流が流れている。超電導線Ａ₃ が１００％になった
のは一種の偶然であって必然性がある訳ではない。電流
の大きさがＡ₁ ，Ａ₃ ，Ａ₂ の順になっているのは、中
の転位区分で外径側から内径側に向かってＡ₁ 、Ａ₃ 、
Ａ₂ の順になっているのと定性的には一致する。それ
は、中の転位区分で軸方向の磁束密度が最も大きいの
で、その影響が電流分担に最も大きく影響しているから
である。

【００２９】第２の実施例を示す図１（ｂ）では内側コ
イル２２の転位箇所が５箇所で、ブロックの数が図１
（ａ）の倍の６箇所とした場合である。一般に転位箇所
を多くすると電流不平衡の程度は小さくなる。表２は内
側コイル２２のそれぞれの超電導線の電流分担を表す。

【００３０】

【表２】 導線符号 電流分担（％） ───────────── Ａ₁ １０８ Ａ₂ ９２ Ａ₃ １００ ───────────── この表から分かるように、表１では循環電流が１３％で
あるのに対してこの表２では８％と小さくなっている。
実用上で図１（ａ）と図１（ｂ）のどちらの構成を採用
するかは、種々の要素を検討の上決定されることにな
る。図１（ａ）の場合は転位箇所が少ないので転位箇所
を構成するための作業時間が少なくて済むことと、後述
するように転位箇所１箇所あたり軸方向に超電導線１本
分の余分の寸法が必要となるので、その分転位箇所が少
ない方がコンパクトなコイルになる、というような長所
がある一方で、表１と表２との比較から分かる電流分担
の最大値が大きいという欠点がある。したがって、これ
らを総合判断した上でどちらかを選定する。

【００３１】図２は図１のＰ矢視図である。すなわち、
図１（ａ）の内側コイル２１の図の上の転位箇所を外径
側からみた図であり、転位箇所とこれを挟む上下の１タ
ーン分を図示してある。一番上の１ターン部では図１
（ａ）の上の転位区分の３本の超電導線は、内径側から
Ａ₁ ，Ａ₂ ，Ａ₃ の順序に重ねられている。転位を終わ
った図の下の１ターン部では、内径側からＡ₂ ，Ａ₃ ，
Ａ₁ の順序に重ねられている。転位箇所では、左側から
先ず超電導線Ａ₁ が折り曲げられて１ターン分下の位置
に移動し、ついで超電導線Ａ₂ ，Ａ₃ が同じように１タ
ーン分下の位置に移動して、超電導線Ａ₂ ，Ａ₃ の上に
重ねられる。折り曲げ部の曲げ曲率Ｒは許容曲率よりも
小さくならないように適切な治工具を用いて曲げ加工が
行われる。

【００３２】図ではそれぞれの超電導線の半径方向の移
動が図示されていないが、超電導線Ａ₁ は折り曲げられ
た後にその２倍の寸法分だけ外径側に移動して他の２本
の超電導線の外径側に重ねられ、超電導線Ａ₂ ，Ａ₃ は
超電導線の厚み相当寸法分だけ内径側に移動した後折り
曲げられる。超電導線の半径方向寸法、すなわち、厚み
寸法は幅寸法に比べてはるかに小さいので、その許容曲
率半径も小さいことから、この半径方向移動のための曲
げ寸法が転位箇所の形成に支障を来すことはない。た
だ、銅やアルミの通常の導線による転位の場合と同様に
導線同士が絶対に接触することのないよう細心の注意が
払われて転位箇所が形成される。

【００３３】図３はこの発明の第３の実施例を示す超電
導線を使用した変圧器の超電導コイル構成図であり、図
１８及び図１との違いは、４つの単位コイルが半径方向
に重ねて配置されていることである。そして、最も内径
側の単位コイル２２１と内径側から３番目の単位コイル
２２２とが下部で電気的に直列接続されて１つのまとま
った内側コイル２２を形成し、同じようにして、内径側
から２番目の単位コイル３２１と最も外径側の単位コイ
ル３２２とが直列接続されて外側コイル３２を形成して
いる。これら２つの超電導コイル２２，３２は互いに交
互に配置されているので必ずしも妥当ではないが、ここ
では前述のように内側コイル２２、外側コイル３２と呼
ぶことにする。又、それぞれ内側コイル２２、外側コイ
ル３２を構成する１層分のコイルを単位コイルと呼ぶこ
とにする。

【００３４】単位コイル３２１，３２２はそれぞれ６本
の超電導線ａ₁ ，ａ₂ ，ａ₃ ，ａ₄，ａ₅ ，ａ₆ 及びｂ
₁ ，ｂ₂ ，ｂ₃ ，ｂ₄ ，ｂ₅ ，ｂ₆ からなっていて、半
径方向に３本重ねて更に軸方向に２本並べた構成であ
る。図では、軸方向に並べた導体配置を少し斜めにずら
して重ならないように図示してある。それぞれの単位コ
イル２２１，２２２，３２１，３２２はそれぞれ転位箇
所が５箇所で転位区分の数が６からなっていて図１
（ｂ）と同じ構成が採用されている。また、図の下部で
のそれぞれのコイル間の直列接続は、それぞれのコイル
の３本の導体を電気的に一つにまとめた状態で接続した
構成である。したがって、電流不平衡に関しては例えば
単位コイル２２１と２２２とでは互いに独立しており、
単位コイル３２１と３２２とにおいても同様である。す
なわち、これら４つのコイルは直列接続されるもう一方
のコイルの電流不平衡とは実質的に関係なしにそれぞれ
の中で電流不平衡が生じていると考えてよい。

【００３５】この図のそれぞれの超電導線の電流分担の
比率を表３、表４に示す。

【００３６】

【表３】 電線番号 電流分担（％） 電線番号 電流分担（％） ───────────────────────── Ａ₁ １０７ Ｂ₁ １０７ Ａ₂ ９３ Ｂ₂ ９３ Ａ₃ １００ Ｂ₃ １００ ─────────────────────────

【００３７】

【表４】 電線番号 電流分担（％） 電線番号 電流分担（％） ───────────────────────── ａ₁ ９１ ｂ₁ ９１ ａ₂ １０８ ｂ₂ １０８ ａ₃ １０１ ｂ₃ １０１ ａ₄ ９２ ｂ₄ ９２ ａ₅ １０９ ｂ₅ １０９ ａ₆ ９８ ｂ₆ ９８ ────────────────────────── 表３を表２と比較すれば分かるように、電流不平衡の程
度は類似であり、循環電流が表２では８％であるのに対
して表３では７％である点が異なるだけである。また、
内側コイル２２１と２２２とでは電流分担は同じであ
る。

【００３８】外側コイル３２１，３２２における電流分
担は、ａ₁ ，ａ₂ ，ａ₃ の３本とａ ₄ ，ａ₅ ，ａ₆ の３
本とが略等しい。このことは軸方向に並べて配置された
超電導線同士はおおよそ同じ電流分担になることを表し
ている。ただ、コイルは軸方向に対称構造ではあっても
鉄心１や他の強磁性の構造物との相対位置関係が上下対
称でないことが普通で、そのためにコイルの端部での漏
れ磁束の分布が上下で異なることから、軸方向に並べた
２本の超電導線の電流分担が一致しない要因になる。

【００３９】単位コイル３２１と３２２との比較では内
側コイル２２と同様に双方の電流分担が同じである。こ
のことは、単位コイル２２１と単位コイル３２１、単位
コイル２２２と単位コイル３２２との２つの組み合わせ
が互いに独立したと見なせる磁束分布になり、その分布
も相似になることから表３，表４の結果は定性的にも妥
当な電流分担である。

【００４０】図４はこの発明の第４の実施例を示す超電
導線を使用した変圧器のコイル構成図であり、図３と同
じ構成要素には同じ符号を付けて重複する説明を省く。
この図の図３との違いは図の下部でのそれぞれのコイル
の直列接続方式にある。すなわち、図３では並列導線を
１本にまとめた上で相手の単位コイルと接続した構成で
あるのに対して、図４では超電導線それぞれを単独に相
手の単位コイルの超電導線と接続したことにある。そし
て、単位コイル２２１と単位コイル２２２とのそれぞれ
の超電導線の接続を例にとると、単位コイル２２１の下
端部での内径側の超電導線、これは超電導線Ａ₃ になる
が、この超電導線Ａ₃ と単位コイル２２２の内径側超電
導線Ｂ₃ とが接続され、同じようにして、超電導線Ａ₁
が超電導線Ｂ₁ 、超電導線Ａ₂ が超電導線Ｂ₂ にそれぞ
れ接続される。すなわち、それぞれの単位コイルコイル
の下端部の導線の半径方向の配置の同じ位置同士を接続
したものである。このように、それぞれの超電導線を別
々に接続すると、内側コイル２２としての各超電導線の
電流分担の割合は、単位コイル２２１と単位コイル２２
２のそれぞれの超電導線の電流分担の割合の平均値にな
ると考えてよい。

【００４１】図４の場合、半径方向の順番が同じ、従っ
て、電流分担が同じ割合の超電導線同士を接続した構成
になっているので、図３の場合と同じ電流分担になる。
すなわち、超電導線をそれぞれ別々に下端部で接続して
も半径方向位置が同じ超電導線同士を接続した場合には
図３のようないったん並列導線を一つにまとめた上で接
続する場合に比べてそれぞれの超電導線の電流分担が改
善されないことを示している。ただ、超電導コイルの場
合、複数の並列導体を電気的に１本にまとめるというこ
とは、導線同士を溶接などで接続するということを意味
するのが普通であり、超電導線ではこのような溶接によ
る接続は超電導線の中のフィラメント状の超電導体同士
が直接接続されるのではないことから超電導性を阻害し
て接続部でジュール熱が発生することになって好ましい
ものではない。その意味で、実際の超電導コイルにおい
て図３の構成よりも図４の構成の方が望ましいことの方
が多い。

【００４２】図５はこの発明の第５の実施例を示す誘導
電器の超電導コイルの構成図であり、図４と同じか類似
の構成要素に対しては同じ符号を付けて重複する説明を
省く。この図における図４との違いは、下端部の超電導
線同士の接続の組み合わせが異なる点である。すなわ
ち、単位コイル２２１の超電導線Ａ₃ （下端部内径側）
が単位コイル２２２の超電導線Ｂ₃ （下端部内径側）、
超電導線Ａ₁ （下端部中）が超電導線Ｂ₂ （下端部外径
側）、超電導線Ａ₂ （下端外径側）が超電導線Ｂ ₂ （下
端部中）とがそれぞれ接続される構成である。前述の表
３から明らかなように、超電導線Ａ₁ ，Ａ₂ ，Ａ₃ での
電流分担の大きい方からの順番は、Ａ₁ ，Ａ₃ ，Ａ₂ で
ある。超電導線Ｂ₁ ，Ｂ₂ ，Ｂ₃ の場合も添字の順序は
同じである。したがって、最も電流分担が大きいものと
最も小さなもの同士及び中間同士を接続すれば、互いに
大小関係が打ち消されて電流分担の最も小さな接続方式
が得られる。超電導線Ａ₁ ，Ａ₂ ，Ａ₃ で最も電流分担
の大きな超電導線Ａ₁ と超電導線Ｂ₁ ，Ｂ₂ ，Ｂ₃ で最
も電流分担の小さな超電導線Ｂ₂ を、逆に超電導線
Ａ ₁ ，Ａ₂ ，Ａ₃ で最も電流分担の小さな超電導線Ａ₂
と超電導線Ｂ₁ ，Ｂ₂ ，Ｂ ₃ で最も電流分担の大きな超
電導線Ｂ₁ を、そして、中間同士の超電導線Ａ₃ とＢ₃
を、それぞれ接続すれば、それぞれ接続された超電導線
の組み合わせの電流分担は接続された超電導線の電流分
担の平均値になることから、結果的に次の表５が結果と
して得られる。なお、３つの超電導線の組み合わせの全
部が１００％の理想的な電流分担になっているが、この
ような組み合わせによって必ずこのような理想的な電流
分担が得られるわけではない。

【００４３】

【表５】 電線番号 電流分担（％） ────────────── Ａ₁ −Ｂ₂ １００ Ａ₂ −Ｂ₁ １００ Ａ₃ −Ｂ₃ １００ ────────────── 表６は単位コイル３２１と３２２のそれぞれの超電導線
を単位コイル２２１，２２２と同じ接続方式で接続した
場合のそれぞれの超電導線の組み合わせの電流分担を示
す。この図から分かるように、電流分担の最大が１０１
（計算上は１００．５）、最小が９８と非常に電流分担
の不平衡が減少しているのが分かる。

【００４４】

【表６】 電線番号 電流分担（％） ───────────── ａ₁ −ｂ₂ １００ ａ₂ −ｂ₁ １００ ａ₃ −ｂ₃ １０１ ａ₄ −ｂ₅ １０１ ａ₅ −ｂ₄ １０１ ａ₆ −ｂ₆ ９８ ───────────── 図６はこの発明の第６の実施例を示す誘導電器の超電導
コイルの構成図で、図５と同様にそれぞれのコイルの下
端部での各超電導線の接続の組み合わせが先の実施例と
異なるだけである。

【００４５】実施例６での接続の組み合わせは、転位箇
所と同じように、内径側の超電導線が外径側に移り他の
２本の超電導線が一段ずつ内径側に移動するという接続
方式を採用している。すなわち、単位コイル２２１の内
径側の超電導線Ａ₃ が単位コイル２２２の外径側の超電
導線Ｂ₂ に、単位コイル２２１の中間の超電導線Ａ₁が
単位コイル２２２の内径側の超電導線Ｂ₃ に、単位コイ
ル２２１の外径側の超電導線Ａ₂ が単位コイル２２２の
中間の超電導線Ｂ₁ にそれぞれ接続される。単位コイル
３３１，３３２の場合も同様である。このような接続方
式の場合のそれぞれの超電導線の組み合わせごとの電流
分担の値を内側コイルの場合を表７に、外側コイルの場
合を表８に示す。

【００４６】この図から明らかなように、実施例６にお
ける電流分担は実施例３，４に比べれば電流分担の不平
衡が改善されているが、理想的と考えられる実施例５に
比べれば電流分担の不平衡率は大きい。この実施例６の
長所は、接続方式の考え方が転位箇所における超電導線
の半径方向の移動と同じであることから、接続の組み合
わせに関する考え方が分かり易いので、接続の組み合わ
せを間違う可能性が少ないという点である。この点は前
述の実施例４でも同じである。

【００４７】それぞれの超電導線を接続する接続リード
にも超電導線が使用されるので、接続リードの引き回し
が単純で無理がないということも重要なことなので接続
方式の違いによる接続リードの引き回し構造の違いを無
視することはできない。

【００４８】

【表７】 電線番号 電流分担（％） ────────────── Ａ₁ −Ｂ₃ １０４ Ａ₂ −Ｂ₁ １０１ Ａ₃ −Ｂ₂ ９６ ──────────────

【００４９】

【表８】 電線番号 電流分担（％） ───────────── ａ₁ −ｂ₃ ９６ ａ₂ −ｂ₁ １００ ａ₃ −ｂ₂ １０４ ａ₄ −ｂ₆ ９５ ａ₅ −ｂ₄ １０２ ａ₆ −ｂ₅ １０３ ───────────── 図７はこの発明の第７の実施例を示す誘導電器の超電導
コイルの巻線構成であり、図６と同様にそれぞれの単位
コイルの下端部での各超電導線の接続方法が先の実施例
と異なるだけである。この実施例７での下端部の接続方
法の考え方は、図で明らかなように、内─外、中─中、
外─内の組み合わせにすることであり、この場合も実施
例４，６と同様に超電導線の接続方法の考え方が単純な
ので間違い難いという利点を持っている。このような接
続方法の場合のそれぞれの超電導線の組み合わせごとの
電流分担の値を内側コイル２２の場合を表９に、外側コ
イル２２の場合を表１０に示す。この図によると、内側
コイル２２の場合の電流分担の最大値は１０７％で実施
例３の場合と差はないことから、電流分担の不平衡率が
小さくなるという効果は期待できない。一方、外側コイ
ルの場合は、実施例３の外側コイルの最大の電流分担の
値が１０９であるのに対して、この実施例では１０５と
少し小さくなって改善されている。いずれにしてもこの
実施例は前述のように接続方法の考え方が単純であると
いうのが重要な利点である。

【００５０】

【表９】 電線番号 電流分担（％） ────────────── Ａ₁ −Ｂ₁ １０７ Ａ₂ −Ｂ₃ ９６ Ａ₃ −Ｂ₂ ９６ ──────────────

【００５１】

【表１０】 電線番号 電流分担（％） ───────────── ａ₁ −ｂ₁ ９２ ａ₂ −ｂ₃ １０３ ａ₃ −ｂ₂ １０５ ａ₄ −ａ₄ ９２ ａ₅ −ｂ₆ １０５ ａ₆ −ｂ₅ １０３ ───────────── 図８はこの発明の第８の実施例を示す外側コイルの構成
図であり、図３に対応するものであるが、単位コイル３
２１だけを図示し鉄心１や内側コイル、及び外側コイル
３２のもう一つの単位コイル３２２の図示も省略してあ
る。また、転位箇所の数は２箇所だけにしてある。した
がって、転位区分は３０１，３０２，３０３の３つが形
成されている。上の転位区分３０１の巻数をｎ₁ 、中間
の転位区分３０２の巻数をｎ₂ 、下の転位区分３０３の
巻数をｎ₃ とする。前述の実施例２〜７は全て転位箇所
が５でそれぞれ単位コイルの転位区分の数が６であるの
に対して、この実施例では転位区分の数を半分の３にし
たのは後述する実施例の内容を単純化して明確にするた
めであって、この実施例に係わる発明が転位区分の数が
３のものに限定されるものではない。

【００５２】この実施例に係わる発明の基本は転位区分
ごとの巻数の配分を一様にすることにこだわらず異なる
巻数を採用することである。すなわち、図の巻数ｎ₁ ，
ｎ₂，ｎ₃ はそれぞれ異なる値をとることができる。表
１１はそれぞれの転位区分の巻数の３種類の組み合わせ
を表したものであり、表１２はそれぞれの巻数の組み合
わせの場合の６本の超電導コイルａ₁ 〜ａ₆の電流分担
を示す表である。

【００５３】

【表１１】

【００５４】

【表１２】 これらの表において、表１１のそれぞれの転位区分ごと
の巻数分担を３種類取り上げて計算を行った結果のそれ
ぞれの超電導線ごとの電流分担が表１２である。 単位
コイル３２１の総巻数は５４ターンであり、表１１の巻
数分担 Iではこれを等分割して１８ターンずつをそれぞ
れの転位区分に割り振った場合であり、この実施例に係
わる発明を適用しない場合のものである。巻数分担IIは
中間に位置する転位区分３０２の巻数を２ターン減ら
し、その分を転位区分３０１，３０２に１ターンずつ加
えた場合、巻数分担 IIIは転位区分３０２を１ターン減
らし、転位区分３０１を１ターン増やした場合である。

【００５５】巻数分担 Iの場合には電流分担の最大値は
１１６であるのに対して、巻数分担IIの場合には１１７
とかえって大きくなっている。これに対して巻数分担 I
IIでは１０４と少し小さくなっている。巻数分担IIでは
中間の転位区分３０２の巻数の減り方が大き過ぎたため
にかえって従来の巻数分担 Iに比べて最大電流分担の値
が増加したものと考えられる。したがって、転位区分３
０２の巻数を１ターンだけ減らしてその分を転位区分３
０１の巻数を１ターン増やすことにした巻数分担 IIIが
最大電流分担の値が小さくなったものと推定される。し
たがって、総巻数を１ターン減らして５３ターンにして
巻数分担を転位区分３０１，３０２，３０３の順に１
８，１７，１８にすればもっと最大電流分担の値が小さ
くなることが予想される。いずれにしても一般論として
は端部の転位区分の巻数を大きくして、中央部の転位区
分の巻数を小さくすると良いことは定性的に言える。た
だ、それぞれの転位区分の巻数分担をどうすれば最も効
果的であるかについては試行錯誤的に種々の巻数分担の
条件で計算をして最適の条件を見つけだす作業を行うこ
とによって見つけださねばならない。

【００５６】ところで、第４〜第７の実施例で半径方向
に重ねて配置された並列接続される３本又は３組の超電
導線の接続方法を示してあるが、３の順列は６であるか
ら図４〜図７の他にもう２種類の接続方法がある。図９
は図４〜図７の４つの実施例を示すコイル構成図のコイ
ル間接続方法を別の形式で示した基本構成図である。そ
れぞれの図において、コイル４１は図４〜図７における
単位コイル２２１と単位コイル３２１を代表するもの、
コイル４２は単位コイル２２２と単位コイル３２２を代
表するものである。図９（ａ）は図４の場合と同様に、
コイル４１の内側の超電導線がコイル４２の内側の超電
導線、中の超電導線が中の超電導線、外側の超電導線が
外側の超電導線、というように半径方向の順序を変えな
いで接続された例であり、図９（ｂ）は図５に、図９
（ｃ）は図６に、図９（ｄ）は図７にそれぞれ対応して
いる。図９は以後の接続方法を説明する際での図の表現
形式を図７までのと変えたので、互いの表現形式の関係
が明らかになるように図示したものである。

【００５７】図１０は図９と同じ２組のコイルの超電導
線を接続する場合の異なる接続方法を示す基本構成図で
ある。３本の超電導線の接続方法は３の階乗、すなわち
６種類あるが、図４〜図７及び図９ではそのうちの４種
類を示してあるので、図９と同じ表現形式で後の２種類
を図示したものである。すなわち、図１０（ａ）は、図
で明らかなように、単位コイル間接続部において外径側
の超電導線が内径側に移り、他の２本の超電導線が一段
ずつ外径側に移動するという接続方式であり、図１０
（ｂ）は内側の超電導線と中の超電導線とを入替えた接
続方法である。これらの接続方法は図９の４つの接続方
法に追加して、実際の誘導電器の超電導コイルにおいて
はこれら６種の異なる接続方法の中から最適の接続方法
が選択される。

【００５８】なお、図９〜図１０では、直列接続される
単位コイルが２つあって単位コイル間接続部が１箇所の
場合の接続方法を示しているが、直列接続される単位コ
イルが３つ以上あって単位コイル間接続部が複数箇所あ
る場合、各接続部に全て同じ接続方法を適用してもよ
く、また、異なる接続方法を適用してもよい。すなわ
ち、例えば、各単位コイル間接続部の全てに図１０
（ａ）のように超電導線の半径方向の順序を変える接続
方法を適用してもよく、また、図１０（ａ）のような、
超電導線の半径方向の順序を変える接続箇所と、図９
（ａ）のような、超電導線の半径方向の順序を変えない
接続箇所とを混在させてもよい。

【００５９】図１１は図４〜図７の単位コイル３２１と
３２２の接続方法を、図９、図１０と同じように、接続
される超電導線同士を同じ数字で表す表現形式で図示し
た基本構成図である。単位コイル３２１，３２２は並列
超電導線が軸方向にも２本並べられた構成になっている
ので、図９，図１０のように接続される超電導線同士を
線で連結すると図が煩雑になることからこの連結線は省
略してある。また、表現形式が異なるだけで接続方法は
同じなので詳しい説明は省く。

【００６０】図１２はこの発明の第９の実施例を示す４
つの単位コイルのコイル間接続の基本構成図であり、図
１１の接続方法に対して、軸方向の配置も入れ換える接
続方法を示したものである。前述の実施例では軸方向に
並べた並列超電導線はその軸方向位置を変えないで接続
する方法である。その理由は、単位コイル３２１、３２
２それごとに並べて配置された超電導線同士は磁気的に
平衡しているのでその上下位置を変える必要がないから
であり、したがって、図の下側での単位コイル３２１と
単位コイル３２２との超電導線同士の接続では一般に最
も容易と考えられる方法として前述のように上下位置を
変えない接続方法を採用したのである。

【００６１】このような考えは図１７に示すように、磁
束分布は軸方向に対称になることが前提になっている。
円筒状のコイルを同心配置した構成の変圧器巻線におけ
る磁束分布は多くの場合このように軸方向対称であると
考えてよいのであるが、僅かではあるが非対称の要素が
ある。図１７で上下位置で広がった磁束は鉄心１又は図
示しないが図の右側にある鋼板製の容器に侵入するので
あるが、巻線２，３の位置が鉄心１の軸方向に対してず
れている場合、あるいは容器の形状が上下対称でない場
合には、軸方向に非対称な磁束成分が生ずる。このよう
な場合には軸方向に並べて配置された超電導線同士の間
にも電流分担の不平衡が生ずる。したがって、場合によ
っては軸方向に並べて配置された並列超電導線の軸方向
位置を変える転位を行った方が良い場合がある。

【００６２】図１２の接続方法は図１１の接続方法での
軸方向に並べて配置された導体の位置を入れ換えたもの
である。図１２（ａ）を例にとると、図１１（ａ）では
図の上の超電導線の番号が左から１，２，３であるのに
対して、図１２（ａ）での下の超電導線の番号が同じ
１，２，３になり、反対に図１１（ａ）の下の番号が左
から４，５，６であるのに対して、図１２（ａ）の上の
番号が４，５，６と、上下が入れ代わっている。（ｂ）
〜（ｄ）も同様である。

【００６３】前述のように軸方向の磁束分布に非対称成
分があって軸方向に並べて配置された並列超電導線の間
に電流不平衡があり、単位コイル３２１と単位コイル３
２２とを比べたときに単位コイル３２１、３２２ともに
上又は下の一方の超電導線の方が電流分担が大きいとき
には、図１２のように軸方向位置を変えた転位を行うこ
とによって電流分担の不平衡を小さくすることができ
る。図１２は図９の基本構成図に対応するもので、当然
図１０の基本構成図に対応する接続方法も採用すること
ができるがその図示は省略する。

【００６４】図１３はこの発明の第１０の実施例を示す
４つのコイル間接続方法を示す基本構成図であり、この
実施例では軸方向に並べて配置する並列超電導線の本数
を３とした点で図１１、図１２のそれと異なる。本数が
３の場合には半径方向に重ねて配置した超電導線の場合
に接続方法が６種類あったのと同じように、並べ並列の
場合にも６種類あるが、図１３ではそのうちの４種類を
示してある。

【００６５】図１３（ａ）は軸方向位置を変えない場合
である。すなわち、コイル４３では上から１，２，３の
順の超電導線はコイル４４でもそのまま上から１，２，
３の順序で並んでいる。これに対して図１３（ｂ）は下
の２本の超電導線の位置を入れ替える場合であり、図１
３（ｃ）はコイル４３の上の超電導線をコイル４４では
下に移動させ、これにともなって番号が２，３の超電導
線を一つずつ上に上げた場合であり、図１３（ｄ）は番
号２の中の超電導線はそのままにして番号１と３の超電
導線を入替えた場合である。

【００６６】図１４は図１３の接続方法の基本構成図に
追加する２つの基本構成図である。この図において、図
１４（ａ）は図１３（ｃ）と類似であるが、コイル４３
の下の番号３の超電導線をコイル４４では上に配置し、
これに伴って番号１，２の超電導線を一つずつ下に下げ
た場合であり、図１４（ｂ）は図１３（ｂ）と似ていて
下の番号３の超電導線の位置を変えずに番号２，３の位
置を入れ換えた場合である。

【００６７】軸方向に並べた３本の並列超電導線で構成
されしかも半径方向に３本の並列超電導線、すなわち９
本の並列超電導線で構成された超電導コイルの場合に
は、半径方向の位置を変える転位は図８、図９の６種
類、軸方向の位置を変える転位は図１３、図１４の６種
類あるから、これらの組み合わせから合計３６種類のコ
イル間の接続方法が考えられる。その中には９本の接続
線が複雑に入り組んで実際上は実施困難な接続方法もあ
り得る。したがって、実際に採用される接続方法は単に
電流分担の不平衡だけを考慮するのではなく、接続作業
の難易度も考慮して最適の接続方法が採用される。この
点は前述の６本の並列超電導線からなる巻線の場合も同
様である。

【００６８】なお、上記の図９〜図１４による説明で
は、図４〜図７のような、内側コイルを構成する単位コ
イルと外側コイルを構成する単位コイルとが半径方向に
交互に配置されるとともに、各単位コイル内で並列超電
導線の転位が行われているものについて、単位コイル間
の接続部の接続方法を示したが、図９〜図１４に示され
る単位コイル間の接続部の接続方法は、各単位コイル内
での並列超電導線の転位が行われないものについても適
用することができ、また、直列接続される各単位コイル
同士が半径方向に隣接して配置されるものについても適
用することができる。

【００６９】図１５は発明の第１１の実施例の説明のた
めの巻線構成図である。この図において、内側コイル２
３は４つの単位コイル２３１，２３２，２３３，２３４
からなっていて、それぞれがコイル間接続部５１，５
２，５３で接続された構成である。すなわち、直列接続
される単位コイルが３以上あってコイル間接続部が複数
ある場合の代表例である。４つの単位コイル２３１，２
３２，２３３，２３４が図４〜図７の外側コイル３２の
ように３重２並べの６本の並列超電導線でなっていると
した場合、コイル間接続部５１，５２，５３は図９，図
１０，図１１，図１２に示した１２種類の接続方法の中
から最適のものを選択することになる。その場合、３つ
のコイル間接続部５１，５２，５３に全部同じ接続方法
を採用すれば、接続作業が同じ手順になるので作業効率
が上がるという利点があるが、そうしなければならない
という必然性はない。それぞれのコイル間接続部ごとに
接続作業の難易も考慮した最適な接続方法を採用すれば
よい。なお、４つの単位コイルからなるコイルとして、
図１５では内側コイル２３の場合を示したが、この図で
は単に１つのコイルとして図示した外側コイル３が３つ
以上のコイルからなるものであってもよく、更に、内側
コイル、外側コイルともに複数の単位コイルが直列接続
された構成であってもよく、いずれの場合でも前述のよ
うにそれぞれのコイル間接続部に同じ接続方法を採用し
ても異なる接続方法を採用してもよい。

【００７０】図１６はこの発明の第１２の実施例の説明
のための巻線構成図である。この図における内側コイル
２４と外側コイル３４はそれぞれ直列接続される３つの
単位コイルからなっていて、一方のコイルの単位コイル
の間に他方のコイルの単位コイルが挟まれる、図４〜図
７のコイル構成と類似の構成である。図４〜図７と異な
るのは単位コイルの数が２から３に増えている点であ
る。その結果、内側コイル２４を構成する３つの単位コ
イル２４１，２４２，２４３をそれぞれ接続するコイル
間接続部５４，５６が設けられ、外側コイル３４を構成
する３つの単位コイル３４１，３４２，３４３をそれぞ
れ接続するコイル間接続部５５，５７が設けられてい
る。

【００７１】図１６の実施例１２の場合も、コイル間接
続部５４，５６は同じ接続方法を採用してもよく、異な
る接続方法を採用してもよい。同じようにしてコイル間
接続部５５，５７も同じ接続方法でも異なる接続方法で
もよい。いずれにしても実施例１１と同様に最適な接続
方法の組み合わせを採用すればよい。なお、上記した、
発明の実施例１乃至実施例１２の誘導電器に使用する超
電導線としては、例えば、複数本の超電導体を撚り合わ
せて形成してなる超電導線を使用してもよく、また、こ
のような超電導線を更に複数本撚り合わせて形成してな
る導体を使用してもよい。

【００７２】また、上記のような複数本の超電導線を撚
り合わせて導体を形成する構成として、例えば、１３本
の超電導線を用いて２列にまとめて、これを転位し圧縮
して平形の導体に成形するという、ラザフォード形の成
形撚り線の構成を採用することもできる。

【００７３】

【発明の効果】この発明は前述のように、半径方向に重
ねられた複数の超電導線を軸方向の少なくとも１箇所の
転位箇所でそれぞれの半径方向位置を変える構成を採用
することによって、それぞれの超電導線の半径位置が異
なることによる誘起電圧の違いを打ち消すことができる
ので、超電導線間の循環電流が小さくなって電流分担が
平衡に近くなり、その結果、電流分担の最大となる超電
導線の電流分担の値が減少することから、誘導電器とし
ての許容電流量の電流分担の不平衡による低下を抑制す
ることができる。

【００７４】また、転位箇所が、超電導線が許容する曲
率半径を下回らない径で曲げて形成すれば、曲げ加工に
よる許容電流値の低減を実質的に回避できるので、超電
導線を転位することによるクエンチの可能性の増加など
の超電導コイルとしての性能の低下を来すことがない。
また、転位箇所を境にして超電導コイルが分割されて形
成されてなる複数の転位区分の数が半径方向に重ねられ
た導体の数に等しいかその整数倍になるように転位箇所
を設定することによって、全ての超電導線の半径方向位
置の位置を平等にすることができるので超電導線の電流
分担もより平衡する。

【００７５】前述の超電導コイルを４つ半径方向に重ね
て配置して、一つの超電導コイルを挟む２つの超電導コ
イルを同じ並列数の超電導線で構成しこれらを直列接続
した超電導コイルで、一方の超電導コイルの超電導線の
電流分担の大きい方からと、他方の超電導コイルの超電
導線の電流分担の小さい方からとを順番に直列接続する
接続方法を採用すれば、電流分担の大きな分と小さな分
とが互いに打ち消しあって理想的に平衡率のよい電流分
担を得ることができることから、前述のように、電流分
担の不平衡による誘導電器の許容電流の低下を最小限に
抑制することができる。

【００７６】また、転位区分の巻数をそれぞれ等しくす
ることによって、超電導線の半径方向位置の違いによる
不平衡電流の発生を低減することができる。又は、それ
ぞれの転位区分のうちの少なくとも１つが他の転位区分
に対して巻数が異なるようにし、それぞれの転位区分の
巻数の配分を適切に設定すれば，巻数を等分して転位区
分に割り当てる場合よりも電流分担をより改善できる場
合がある。この場合、端部転位区分の巻数を中央転位区
分の巻数よりも大きく選定すれば、漏れ磁束がコイルの
軸方向端部で拡散して磁束成分が軸方向に沿って一様で
ないことによる電流不平衡が小さくならない点を補っ
て、より優れた電流平衡を得ることができる。

【００７７】同心状に配置されて軸方向の端部で直列に
接続されてなる少なくとも２つの円筒状の単位コイルか
らなり、これらの単位コイルが、軸方向に並べて電気的
に並列接続される複数の超電導線を軸方向に並べて巻回
してなる超電導コイルにおいて、軸方向に並べて配置さ
れた並列超電導線が、端部の接続部でそれぞれの軸方向
位置を変える接続方法を採用すると、軸方向に並べて配
置した並列超電導線の間に電流不平衡がある場合に、並
列数に応じて可能な接続方法の中から最適の接続方法を
選択することによって軸方向の並べ並列超電導線間の電
流不平衡を小さくすることができる。

【００７８】また、同心状に配置されて軸方向の端部で
直列に接続されてなる少なくとも２つの円筒状の単位コ
イルからなり、これらの単位コイルが、半径方向に重ね
て電気的に並列接続される複数の超電導線を軸方向に並
べて巻回してなる超電導コイルにおいて、半径方向に重
ねて配置された並列超電導線が、端部の接続部でそれぞ
れの半径方向位置を変える接続方法を採用すると、並列
数に応じて可能な接続方法の中から最適の接続方法を選
択することによって半径方向の重ね並列超電導線間の電
流不平衡を小さくすることができる。

【００７９】また、同心状に配置されて軸方向の端部で
直列に接続されてなる少なくとも２つの円筒状の単位コ
イルからなり、これらの単位コイルが、軸方向に並べる
とともに半径方向にも重ねて電気的に並列接続される複
数の超電導線を軸方向に並べて巻回してなる超電導コイ
ルにおいて、軸方向に並べるとともに半径方向にも重ね
て配置された並列超電導線が、端部の接続部でそれぞれ
の半径方向位置、あるいはそれぞれの軸方向位置と半径
方向位置との両方を変える接続方法を採用すると、並列
数に応じて可能な接続方法の中から最適の接続方法を選
択することによって並列超電導線間の電流不平衡を小さ
くすることができる。

【００８０】そして、超電導コイルが少なくとも３つの
単位コイルからなる場合に、接続部は２箇所以上になる
ので、これらの接続部の接続方法を同じにすれば、接続
作業も同じになって効率的な接続作業を行うことができ
る。異なる接続方法を採用すれば、それぞれの接続方法
を最適なものを選択することで同じ接続方法を採用する
よりも更に電流不平衡が小さくなる。

【００８１】同心状に配置されて軸方向の端部で直列に
接続されてなる少なくとも２つの円筒状の単位コイルか
らなる内側コイルと、同心状に配置されて軸方向の端部
で直列に接続されてなる少なくとも２つの円筒状の単位
コイルからなる相対的に内側コイルよりも外径側に配置
される外側コイルとからなり、それぞれの単位コイル
が、軸方向に並べて電気的に並列接続される複数の超電
導線を軸方向に並べて巻回してなる超電導コイルにおい
て、外側コイルを構成する単位コイルと内側コイルを構
成する単位コイルとをそれぞれ半径方向に交互に配置し
てなる場合でも、軸方向に並べて配置された並列超電導
線が、端部の接続部でそれぞれの軸方向位置を変える接
続方法を採用すると、並列数に応じて可能な接続方法の
中から最適の接続方法を選択することによって軸方向の
並べ並列超電導線間の電流不平衡を小さくすることがで
きる。

【００８２】また、同心状に配置されて軸方向の端部で
直列に接続されてなる少なくとも２つの円筒状の単位コ
イルからなる内側コイルと、同心状に配置されて軸方向
の端部で直列に接続されてなる少なくとも２つの円筒状
の単位コイルからなる、相対的に内側コイルよりも外径
側に配置される外側コイルとからなり、それぞれの単位
コイルが、半径方向に重ねて電気的に並列接続される複
数の超電導線を軸方向に並べて巻回してなる超電導コイ
ルにおいて、外側コイルを構成する単位コイルと内側コ
イルを構成する単位コイルとをそれぞれ半径方向に交互
に配置してなる場合でも、半径方向に重ねて配置された
並列超電導線が、端部の接続部でそれぞれの半径方向位
置を変える接続方法を採用すると、並列数に応じて可能
な接続方法の中から最適の接続方法を選択することによ
って半径方向の重ね並列超電導線間の電流不平衡を小さ
くすることができる。

【００８３】また、同心状に配置されて軸方向の端部で
直列に接続されてなる少なくとも２つの円筒状の単位コ
イルからなる内側コイルと、同心状に配置されて軸方向
の端部で直列に接続されてなる少なくとも２つの円筒状
の単位コイルからなる、相対的に内側コイルよりも外径
側に配置される外側コイルとからなり、それぞれの単位
コイルが、軸方向に並べるとともに半径方向にも重ねて
電気的に並列接続される複数の超電導線を軸方向に並べ
て巻回してなる超電導コイルにおいて、外側コイルを構
成する単位コイルと内側コイルを構成する単位コイルと
をそれぞれ半径方向に交互に配置してなる場合において
も、軸方向に並べるとともに半径方向にも重ねて配置さ
れた並列超電導線が、端部の接続部でそれぞれの半径方
向位置、あるいはそれぞれの軸方向位置と半径方向位置
との両方を変える接続方法を採用すると、並列数に応じ
て可能な接続方法の中から最適の接続方法を選択するこ
とによって並列超電導線間の電流不平衡を小さくするこ
とができる。

【００８４】その場合に、２つ以上の接続部の接続方法
を同じにすれば接続作業が効率的になり、接続部ごとに
最適の異なる接続方法を選択すれば更に電流平衡が改善
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１と第２の実施例を示す超電導線
を使用した誘導電器のコイル構成図で、（ａ）は第１の
実施例で内側コイルが２箇所転位のもの、（ｂ）は第２
の実施例で５箇所転位のものを示す

【図２】図１のＰ矢視図

【図３】この発明の第３の実施例を示す誘導電器のコイ
ル構成図

【図４】この発明の第４の実施例を示す誘導電器のコイ
ル構成図

【図５】この発明の第５の実施例を示す誘導電器のコイ
ル構成図

【図６】この発明の第６の実施例を示す誘導電器のコイ
ル構成図

【図７】この発明の第７の実施例を示す誘導電器のコイ
ル構成図

【図８】この発明の第８の実施例を示す誘導電器のコイ
ル構成図

【図９】第４〜第７の実施例における４つの異なるコイ
ル間接続の基本構成図

【図１０】図９に付け加える２つの異なるコイル間接続
の基本構成図

【図１１】第４〜第７の実施例における４つの異なるコ
イル間接続の構成図

【図１２】この発明の第９の実施例を示す異なる４つの
コイル間接続の構成図

【図１３】この発明の第１０の実施例を示す異なる４つ
ののコイル間接続の構成図

【図１４】図１３に付け加える外側コイルの異なる２つ
のコイル間接続の構成図

【図１５】この発明の第１１の実施例の説明のためのコ
イル構成図

【図１６】この発明の第１２の実施例の説明のためのコ
イル構成図

【図１７】内側コイルと外側コイルからなる誘導電器の
漏れ磁束分布の模式図

【図１８】従来の誘導電器の超電導コイルの構成図

【符号の説明】

１…鉄心、２，２０，２１，２２，２３，２４…内側コ
イル、２２１，２２２，２３１，２３２，２３３，２３
４，２４１，２４２，２４３，３２１，３２２，３４
１，３４２，３４３…単位コイル、３，３０，３１，３
２，３４…外側コイル、４１，４２，４３，４４…コイ
ル、Ａ₁ ，Ａ₂ ，Ａ₃ ，Ｂ₁ ，Ｂ₂ ，Ｂ₃，ａ₁ ，
ａ₂ ，ａ₃ ，ａ₄ ，ａ₅ ，ａ₆ ，ｂ₁ ，ｂ₂ ，ｂ₃ ，ｂ
₄ ，ｂ₅ ，ｂ₆…超電導線、３０１，３０２，３０３…
転位区分、５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７
…コイル間接続部

フロントページの続き (72)発明者 西條 学 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 伊藤 政芳 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 船木 和夫 福岡県福岡市東区みどりが丘１丁目１番７ 号 (72)発明者 岩熊 成卓 福岡県大野城市下大利団地26−402

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状の超電導コイルが、半径方向に重ね
   られて電気的に並列接続される複数の超電導線が軸方向
   に並べて巻回されてなり、これら半径方向に重ねられた
   複数の超電導線が軸方向の少なくとも１箇所の転位箇所
   でそれぞれの半径方向位置を変えてなることを特徴とす
   る誘導電器の超電導コイル。
2. 【請求項２】転位箇所が、超電導線が許容する曲率半径
   を下回らない径で曲げられて形成されてなることを特徴
   とする請求項１記載の誘導電器の超電導コイル。
3. 【請求項３】転位箇所を境にして超電導コイルが分割さ
   れて形成されてなる複数の転位区分の数が、半径方向に
   重ねられた超電導線の数の１以上の整数倍であることを
   特徴とする請求項１又は２記載の誘導電器の超電導コイ
   ル。
4. 【請求項４】請求項１，２又は３記載の超電導コイルか
   らなる４つの単位コイルが同心状に配置され、一つの単
   位コイルを挟む２つの単位コイルが、同じ並列数の超電
   導線で構成され、これらの超電導線が直列接続された超
   電導コイルにおいて、一方の単位コイルの超電導線の電
   流分担の大きい方から順番に、他方の単位コイルの超電
   導線の電流分担の小さい方からの順番に直列接続する接
   続方式を採用してなることを特徴とする誘導電器の超電
   導コイル。
5. 【請求項５】転位区分の巻数がそれぞれ等しいことを特
   徴とする請求項１，２，３又は４記載の誘導電器の超電
   導コイル。
6. 【請求項６】それぞれの転位区分のうちの少なくとも１
   つが他の転位区分に対して巻数が異なることを特徴とす
   る請求項１，２，３又は４記載の誘導電器の超電導コイ
   ル。
7. 【請求項７】超電導コイルの両端部の一方と転位箇所と
   の間の転位区分を端部転位区分、転位箇所間の転位区分
   を中央転位区分と呼ぶとき、端部転位区分の巻数が中央
   転位区分の巻数よりも大きく選定されてなることを特徴
   とする請求項６記載の誘導電器の超電導コイル。
8. 【請求項８】同心状に配置されて軸方向の端部で直列に
   接続されてなる少なくとも２つの円筒状の単位コイルか
   らなり、これらの単位コイルが、軸方向に並べて電気的
   に並列接続される複数の超電導線を軸方向に並べて巻回
   してなる超電導コイルにおいて、軸方向に並べて配置さ
   れた並列超電導線が、端部の接続部でそれぞれの軸方向
   位置を変える接続方法が採用されてなることを特徴とす
   る誘導電器の超電導コイル。
9. 【請求項９】同心状に配置されて軸方向の端部で直列に
   接続されてなる少なくとも２つの円筒状の単位コイルか
   らなり、これらの単位コイルが、半径方向に重ねて電気
   的に並列接続される複数の超電導線を軸方向に並べて巻
   回してなる超電導コイルにおいて、半径方向に重ねて配
   置された並列超電導線が、端部の接続部でそれぞれの半
   径方向位置を変える接続方法が採用されてなることを特
   徴とする誘導電器の超電導コイル。
10. 【請求項１０】同心状に配置されて軸方向の端部で直列
    に接続されてなる少なくとも２つの円筒状の単位コイル
    からなり、これらの単位コイルが、軸方向に並べるとと
    もに半径方向にも重ねて電気的に並列接続される複数の
    超電導線を軸方向に並べて巻回してなる超電導コイルに
    おいて、軸方向に並べるとともに半径方向にも重ねて配
    置された並列超電導線が、端部の接続部でそれぞれの半
    径方向位置、あるいはそれぞれの軸方向位置と半径方向
    位置との両方を変える接続方法が採用されてなることを
    特徴とする誘導電器の超電導コイル。
11. 【請求項１１】請求項８，９又は１０記載の超電導コイ
    ルが少なくとも３つの単位コイルからなり、これらの単
    位コイルを接続する少なくとも２箇所の接続部におい
    て、同じ接続方法が採用されてなることを特徴とする誘
    導電器の超電導コイル。
12. 【請求項１２】請求項１１記載の超電導コイルの接続部
    の接続方法が異なることを特徴とする誘導電器の超電導
    コイル。
13. 【請求項１３】同心状に配置されて軸方向の端部で直列
    に接続されてなる少なくとも２つの円筒状の単位コイル
    からなる内側コイルと、同心状に配置されて軸方向の端
    部で直列に接続されてなる少なくとも２つの円筒状の単
    位コイルからなる、相対的に内側コイルよりも外径側に
    配置される外側コイルとからなり、それぞれの単位コイ
    ルが、軸方向に並べて電気的に並列接続される複数の超
    電導線を軸方向に並べて巻回してなる超電導コイルにお
    いて、外側コイルを構成する単位コイルと内側コイルを
    構成する単位コイルとをそれぞれ半径方向に交互に配置
    してなり、軸方向に並べて配置された並列超電導線が、
    接続部でそれぞれの軸方向位置を変える接続方法が採用
    されてなることを特徴とする誘導電器の超電導コイル。
14. 【請求項１４】同心状に配置されて軸方向の端部で直列
    に接続されてなる少なくとも２つの円筒状の単位コイル
    からなる内側コイルと、同心状に配置されて軸方向の端
    部で直列に接続されてなる少なくとも２つの円筒状の単
    位コイルからなる、相対的に内側コイルよりも外径側に
    配置される外側コイルとからなり、それぞれの単位コイ
    ルが、半径方向に重ねて電気的に並列接続される複数の
    超電導線を軸方向に並べて巻回してなる超電導コイルに
    おいて、外側コイルを構成する単位コイルと内側コイル
    を構成する単位コイルとをそれぞれ半径方向に交互に配
    置してなり、半径方向に重ねて配置された並列超電導線
    が、接続部でそれぞれの半径方向位置を変える接続方法
    が採用されてなることを特徴とする誘導電器の超電導コ
    イル。
15. 【請求項１５】同心状に配置されて軸方向の端部で直列
    に接続されてなる少なくとも２つの円筒状の単位コイル
    からなる内側コイルと、同心状に配置されて軸方向の端
    部で直列に接続されてなる少なくとも２つの円筒状の単
    位コイルからなる、相対的に内側コイルよりも外径側に
    配置される外側コイルとからなり、それぞれの単位コイ
    ルが、軸方向に並べるとともに半径方向にも重ねて電気
    的に並列接続される複数の超電導線を軸方向に並べて巻
    回してなる超電導コイルにおいて、外側コイルを構成す
    る単位コイルと内側コイルを構成する単位コイルとをそ
    れぞれ半径方向に交互に配置してなり、軸方向に並べる
    とともに半径方向にも重ねて配置された並列超電導線
    が、接続部でそれぞれの半径方向位置、あるいはそれぞ
    れの軸方向位置と半径方向位置との両方を変える接続方
    法が採用されてなることを特徴とする誘導電器の超電導
    コイル。
16. 【請求項１６】請求項１３，１４又は１５記載の超電導
    コイルを構成する外側コイルと内側コイルとの少なくと
    も一方が、少なくとも３つの単位コイルからなり、３つ
    の単位コイルからなるコイルの少なくとも２つの接続部
    の接続方法が同じであることを特徴とする誘導電器の超
    電導コイル。
17. 【請求項１７】請求項１６記載の超電導コイルの接続方
    法が異なることを特徴とする誘導電器の超電導コイル。