JPH113814A - シングルパンケーキ巻線、及びダブルパンケーキ巻線、並びに超電導コイル、及びそのコイルを備えた核融合装置 - Google Patents

シングルパンケーキ巻線、及びダブルパンケーキ巻線、並びに超電導コイル、及びそのコイルを備えた核融合装置

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JPH113814A
JPH113814A JP9154744A JP15474497A JPH113814A JP H113814 A JPH113814 A JP H113814A JP 9154744 A JP9154744 A JP 9154744A JP 15474497 A JP15474497 A JP 15474497A JP H113814 A JPH113814 A JP H113814A
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superconducting
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JP9154744A
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Hideo Tsukamoto
英雄 塚本
Soji Kajiura
宗次 梶浦
Michio Otsuka
道夫 大塚
Mitsuru Kikuchi
満 菊池
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Hitachi Ltd
Japan Atomic Energy Agency
Original Assignee
Hitachi Ltd
Japan Atomic Energy Research Institute
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10—Nuclear fusion reactors

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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、蓋の加工及び溶接時間の低減
を図ると共に、加工及び溶接時に発生する蓋の変形量が
低減でき、かつ、十分な強度を確保できる巻線を得るに
ある。 【構成】本発明のシングルパンケーキ巻線は、ディスク
１の片面に溝が設けられ、該溝には、この溝と同形状に
巻回された後に絶縁が施された超電導導体２が収納さ
れ、更に、超電導導体２を支持固定するために一体の蓋
３で覆い、該蓋３をディスク１に貫通電子ビーム溶接、
又は貫通レーザ溶接９ａで接合して構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はシングルパンケーキ巻
線、及びダブルパンケーキ巻線、並びに超電導コイル、
及びそのコイルを備えた核融合装置に係り、例えば、核
融合装置の超電導トロイダル磁場コイルの如く、超電導
導体を用いた大型で大電磁力を発生する高電流密度のも
のに好適なシングルパンケーキ巻線、及びダブルパンケ
ーキ巻線、並びに超電導コイル、及びそのコイルを備え
た核融合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】核融合炉として実現性が高いトカマク型
核融合装置では、近年、プラズマの高性能化に伴い、コ
イルの高電流密度化が要求されており、少ない強度部材
で大電磁力を支える、即ち高応力下での設計が必要にな
っている。
【０００３】また、大電流を連続通電するためにコイル
には超電導導体を使用し、高磁界下で使用されるためＮ
ｂ3ＳｎやＮｂ3Ａｌといった化合物系の超電導線材の適
用が必要になってくる。
【０００４】化合物系の超電導線材を得るためには数百
度の超電導生成熱処理を必要とする。また、化合物系の
超電導線は、歪、例えば熱処理温度から極低温までの間
に生じる強度部材との熱収縮差による歪に対して超電導
特性が劣化しやすい。
【０００５】このような点からＳＵＳを始めとする強度
部材は、超電導線の熱処理後に取り付ける巻線構造、例
えばディスク構造，プリフォームド・アーマ構造等が提
案されてきた。
【０００６】導体を巻回するのみの一般的な巻線構造で
は、強度部材が導体自体にあり、各導体が絶縁されるた
めの強度部材を一体化して剛性を高めることが難しかっ
た。前述のディスク構造のシングルパンケーキ巻線を図
４、及び図５に示す。図４に示すシングルパンケーキ巻
線は、周方向に連続して設けられた溝を有するディスク
１と呼ばれる一体の強度部材のその溝に、絶縁が施され
た超電導導体２を巻回して、溝幅と略同等の幅を有する
蓋３を用いて各超電導導体２をディスク１に溶接固定す
る構造であり、しかも、その溶接固定は開先を採り非貫
通溶接９ｂで行うものである。
【０００７】図５に示す構造は、図４と略同様であるが
蓋３が図４のものに比べ幅が広く、ディスク１の凸部に
非貫通溶接９ｂで固定するものである。
【０００８】尚、この種のものに関連するものとして
は、特開平6−162835 号公報が挙げられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前記したディスク構造
では、径方向に所定の間隔で設けられた複数の溝に対す
る蓋３を一つ一つ取り付けていく方式であるため、溝の
数だけの蓋３を製作し、ディスク１に溶接していく必要
がある。
【００１０】また、円弧部全長に渡って蓋３とディスク
１間の開先寸法を許容値以下にする必要がある。更に、
溶接による蓋３，ディスク１の変形が重要な解決課題で
あると共に、蓋３の下には絶縁が巻回された超電導導体
２があるため、溶接火花が直接絶縁を損傷しないような
溶接部形状とする必要がある。
【００１１】本発明は上述の点に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、蓋の加工及び溶接時間の低減
を図ると共に、加工及び溶接時に発生する蓋の変形量が
低減でき、かつ、十分な強度を確保できるシングルパン
ケーキ巻線、及びダブルパンケーキ巻線、並びに超電導
コイル、及びそのコイルを備えた核融合装置を提供する
にある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、片面に所定間隔をもって設けられた複数の
溝を有するディスクと、該ディスクの各々の溝に収納さ
れる絶縁が施された超電導導体と、該超電導導体を前記
ディスクに支持固定するために、該超電導導体を覆いデ
ィスクに接合された、又はディスクに貫通電子ビーム溶
接、若しくは貫通レーザ溶接により接合された一体の蓋
とを備えているシングルパンケーキ巻線、このシングル
パンケーキ巻線を複数積層して構成する超電導コイル、
この超電導コイルを超電導トロイダル磁場コイルに用い
た核融合装置、更には両面に所定間隔をもって設けられ
た複数の溝を有するディスクと、該ディスクの両面各々
の溝に収納される絶縁が施された超電導導体と、該超電
導導体を前記ディスクの各面に支持固定するために、該
超電導導体を覆いディスクの各々の面に接合された、又
はディスクの各々の面に貫通電子ビーム溶接、若しくは
貫通レーザ溶接により接合された一体の蓋とを備えてい
るダブルパンケーキ巻線、このダブルパンケーキ巻線を
複数積層して構成する超電導コイル、この超電導コイル
を超電導トロイダル磁場コイルに用いた核融合装置とし
たことを特徴とする。
【００１３】
【作用】本発明では複数の溝に対して蓋を一体化してい
るため、蓋の加工量と溶接量が少なくなり、かつ、径方
向への蓋とディスクの突き合わせ開先を無くすことがで
き、また、貫通電子ビーム溶接、若しくは貫通レーザ溶
接で蓋とディスクの合わせ面を溶接固定するため、開先
無しで溶接可能となる。
【００１４】これによって、蓋の加工数と溶接量が少な
いので製作コスト及び加工，溶接変形が低減されると共
に、十分な強度を確保したパンケーキ巻線とすることが
できる。
【００１５】
【実施例】以下、図示した実施例に基づいて本発明を説
明する。
【００１６】図１に本発明のシングルパンケーキ巻線の
一実施例を示す。該図の如く、シングルパンケーキ巻線
は、ディスク１の片面に溝が設けられ、該溝には、この
溝と同形状に巻回された後に絶縁が施された超電導導体
２が収納され、更に、超電導導体２を支持固定するため
に一体の蓋３で覆い、該蓋３をディスク１に貫通電子ビ
ーム溶接、又は貫通レーザ溶接９ａで接合して構成され
る。
【００１７】尚、この場合、蓋３は超電導導体２の長手
方向に分割されていてもよく、径方向には少なくとも二
本以上の超電導導体２を一枚の蓋３が覆えばよい。
【００１８】このシングルパンケーキ巻線を複数個積層
して形成した超電導コイルを図６に示す。該図の如く、
図１の如く形成したシングルパンケーキ巻線を複数個積
層し、コイル絶縁６を施して超電導コイルを構成する。
【００１９】図７に単位巻線がダブルパンケーキ巻線の
例を示す。該図の如く、ダブルパンケーキ巻線は、ディ
スク１の両面にそれぞれ溝が設けられ、該それぞれの溝
には、この溝と同形状に巻回された後に絶縁が施された
超電導導体２が収納され、更に、ディスク１の両面に超
電導導体２を支持固定するために一体の蓋３で覆い、該
蓋３をディスク１の両面に貫通電子ビーム溶接、又は貫
通レーザ溶接９ａで接合して構成される。
【００２０】このダブルパンケーキ巻線を複数個積層し
て形成した超電導コイルを図８に示す。該図の如く、図
７の如く形成したシングルパンケーキ巻線を複数個積層
し、コイル絶縁６を施して超電導コイルを構成する。
【００２１】ところで、上述したシングルパンケーキ巻
線で構成される超電導コイル、若しくはダブルパンケー
キ巻線で構成される超電導コイルの適用製品としては、
核融合装置において、主にプラズマを閉じ込める目的の
超電導トロイダル磁場コイルがある。
【００２２】この核融合装置の構造を図２に示す。該図
に示すごとく、核融合装置は内部にプラズマ１１を封入
する真空容器１２と、該真空容器１２の周方向に所定間
隔をもって複数個配置され、前記プラズマ１１を真空容
器１２に閉じ込める超電導トロイダル磁場コイル１４
と、前記真空容器１２に沿って複数個配置され、前記プ
ラズマ１１を誘起，制御する超電導ポロイダル磁場コイ
ル１５とから概略構成される。
【００２３】図３に上記した超電導トロイダル磁場コイ
ル１４の代表的な構造を示す。該図の如く、単位巻線は
ディスク１と呼ばれる強度部材と絶縁付き超電導導体
２、及び超電導導体２の支持固定用の蓋３で構成される
ダブルパンケーキ巻線５であり、超電導トロイダル磁場
コイル１４は、この単位巻線を複数個積層した後にコイ
ル絶縁６で電気的に保護し、更にステンレス製コイルケ
ース８によって機械的に保護して製作される。
【００２４】そして、ダブルパンケーキ巻線として図７
に示したもの、これを用いた図８に示した超電導コイル
を超電導トロイダル磁場コイル１４として採用すること
により、核融合装置が得られる。
【００２５】尚、単位巻線の一般的な種類にはシングル
パンケーキ巻線とダブルパンケーキ巻線があり、図３に
はダブルパンケーキ巻線の例を示すがシングルパンケー
キ巻線であっても同様であり、図６に示したような超電
導コイルを超電導トロイダル磁場コイル１４として採用
することができることは勿論である。
【００２６】次に、蓋３とディスク１との溶接の仕方の
他の例を図９、及び図１０に示す。図９の例は、蓋３と
ディスク１の接合面１０を、蓋３に垂直に入射する電子
ビーム、またはレーザと平行面とし、接合面積を大きく
した例である。このようにすると、上述した実施例に比
べより十分な接合強度が得られる。
【００２７】図１０に示す例は、蓋３とディスク１の接
合面１０を、蓋３に対して傾斜させ、電子ビーム、また
はレーザを蓋３の斜め上部から接合面１０と平行近くな
るような角度で入射して行う例である。このようにする
と、接合面積を大きくしつつ、該接合面と超電導導体２
との距離を確保することができる。
【００２８】
【発明の効果】以上説明した本発明によれば、片面に所
定間隔をもって設けられた複数の溝を有するディスク
と、該ディスクの各々の溝に収納される絶縁が施された
超電導導体と、該超電導導体を前記ディスクに支持固定
するために、該超電導導体を覆いディスクに接合され
た、又はディスクに貫通電子ビーム溶接、若しくは貫通
レーザ溶接により接合された一体の蓋とを備えているシ
ングルパンケーキ巻線、このシングルパンケーキ巻線を
複数積層して構成する超電導コイル、この超電導コイル
を超電導トロイダル磁場コイルに用いた核融合装置、更
には両面に所定間隔をもって設けられた複数の溝を有す
るディスクと、該ディスクの両面各々の溝に収納される
絶縁が施された超電導導体と、該超電導導体を前記ディ
スクの各面に支持固定するために、該超電導導体を覆い
ディスクの各々の面に接合された、又はディスクの各々
の面に貫通電子ビーム溶接、若しくは貫通レーザ溶接に
より接合された一体の蓋とを備えているダブルパンケー
キ巻線、このダブルパンケーキ巻線を複数積層して構成
する超電導コイル、この超電導コイルを超電導トロイダ
ル磁場コイルに用いた核融合装置としたものであるか
ら、蓋の加工及び溶接時間の低減を図ると共に、加工及
び溶接時に発生する蓋の変形量が低減でき、かつ、十分
な強度を確保できると言う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるシングルパンケーキ巻
線を示す分解斜視図である。
【図２】本発明が適用される核融合装置を示す断面図で
ある。
【図３】図２を構成する超電導トロイダル磁場コイルを
示す部分断面斜視図である。
【図４】従来のシングルパンケーキ巻線を示す分解斜視
図である。
【図５】従来の別のシングルパンケーキ巻線を示す分解
斜視図である。
【図６】本発明のシングルパンケーキ巻線を積層した超
電導コイルの一実施例を示す斜視図である。
【図７】本発明の他の実施例であるダブルパンケーキ巻
線を示す斜視図である。
【図８】本発明のダブルパンケーキ巻線を積層した超電
導コイルの一実施例を示す斜視図である。
【図９】本発明の溶接方式の他の例を示す斜視図であ
る。
【図１０】本発明の溶接方式の更に他の例を示す斜視図
である。
【符号の説明】
１…ディスク、２…超電導導体、３…蓋、４…シングル
パンケーキ巻線、５…ダブルパンケーキ巻線、６…コイ
ル絶縁、７…超電導コイル、８…コイルケース、９ａ…
貫通電子ビーム溶接、又は貫通レーザ溶接、１０…接合
面、１４…超電導トロイダル磁場コイル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大塚 道夫 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 菊池 満 茨城県那珂郡那珂町大字向山801−１ 日 本原子力研究所 那珂研究所内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】片面に所定間隔をもって設けられた複数の
    溝を有するディスクと、該ディスクの各々の溝に収納さ
    れる絶縁が施された超電導導体と、該超電導導体を前記
    ディスクに支持固定するために、該超電導導体を覆いデ
    ィスクに接合された一体の蓋とを備えていることを特徴
    とするシングルパンケーキ巻線。
  2. 【請求項２】片面に所定間隔をもって設けられた複数の
    溝を有するディスクと、該ディスクの各々の溝に収納さ
    れる絶縁が施された超電導導体と、該超電導導体を前記
    ディスクに支持固定するために、該超電導導体を覆いデ
    ィスクに貫通電子ビーム溶接、若しくは貫通レーザ溶接
    により接合された一体の蓋とを備えていることを特徴と
    するシングルパンケーキ巻線。
  3. 【請求項３】片面に所定間隔をもって設けられた複数の
    溝を有するディスクと、該ディスクの各々の溝に収納さ
    れる絶縁が施された超電導導体と、該超電導導体を前記
    ディスクに支持固定するために、該超電導導体を覆いデ
    ィスクに接合された一体の蓋とを備えているシングルパ
    ンケーキ巻線が複数個積層され、その周囲に絶縁が施さ
    れて構成されることを特徴とする超電導コイル。
  4. 【請求項４】片面に所定間隔をもって設けられた複数の
    溝を有するディスクと、該ディスクの各々の溝に収納さ
    れる絶縁が施された超電導導体と、該超電導導体を前記
    ディスクに支持固定するために、該超電導導体を覆いデ
    ィスクに貫通電子ビーム溶接、若しくは貫通レーザ溶接
    により接合された一体の蓋とを備えているシングルパン
    ケーキ巻線が複数個積層され、その周囲に絶縁が施され
    て構成されることを特徴とする超電導コイル。
  5. 【請求項５】内部にプラズマを封入する真空容器と、該
    真空容器の周方向に所定間隔をもって複数個配置され、
    前記プラズマを真空容器に閉じ込める超電導トロイダル
    磁場コイルと、前記真空容器に沿って複数個配置され、
    前記プラズマを誘起，制御する超電導ポロイダル磁場コ
    イルとを備えた核融合装置において、 前記超電導トロイダル磁場コイルは、片面に所定間隔を
    もって設けられた複数の溝を有するディスクと、該ディ
    スクの各々の溝に収納される絶縁が施された超電導導体
    と、該超電導導体を前記ディスクに支持固定するため
    に、該超電導導体を覆いディスクに接合された一体の蓋
    とを備えているシングルパンケーキ巻線が複数個積層さ
    れ、その周囲に絶縁が施されて構成されることを特徴と
    する核融合装置。
  6. 【請求項６】内部にプラズマを封入する真空容器と、該
    真空容器の周方向に所定間隔をもって複数個配置され、
    前記プラズマを真空容器に閉じ込める超電導トロイダル
    磁場コイルと、前記真空容器に沿って複数個配置され、
    前記プラズマを誘起，制御する超電導ポロイダル磁場コ
    イルとを備えた核融合装置において、 前記超電導トロイダル磁場コイルは、片面に所定間隔を
    もって設けられた複数の溝を有するディスクと、該ディ
    スクの各々の溝に収納される絶縁が施された超電導導体
    と、該超電導導体を前記ディスクに支持固定するため
    に、該超電導導体を覆いディスクに貫通電子ビーム溶
    接、若しくは貫通レーザ溶接により接合された一体の蓋
    とを備えているシングルパンケーキ巻線が複数個積層さ
    れ、その周囲に絶縁が施されて構成されることを特徴と
    する核融合装置。
  7. 【請求項７】両面に所定間隔をもって設けられた複数の
    溝を有するディスクと、該ディスクの両面各々の溝に収
    納される絶縁が施された超電導導体と、該超電導導体を
    前記ディスクの各面に支持固定するために、該超電導導
    体を覆いディスクの各々の面に接合された一体の蓋とを
    備えていることを特徴とするダブルパンケーキ巻線。
  8. 【請求項８】両面に所定間隔をもって設けられた複数の
    溝を有するディスクと、該ディスクの両面各々の溝に収
    納される絶縁が施された超電導導体と、該超電導導体を
    前記ディスクの各面に支持固定するために、該超電導導
    体を覆いディスクの各々の面に貫通電子ビーム溶接、若
    しくは貫通レーザ溶接により接合された一体の蓋とを備
    えていることを特徴とするダブルパンケーキ巻線。
  9. 【請求項９】両面に所定間隔をもって設けられた複数の
    溝を有するディスクと、該ディスクの両面各々の溝に収
    納される絶縁が施された超電導導体と、該超電導導体を
    前記ディスクの各面に支持固定するために、該超電導導
    体を覆いディスクの各々の面に接合された一体の蓋とを
    備えているダブルパンケーキ巻線が複数個積層され、そ
    の周囲に絶縁が施されて構成されることを特徴とする超
    電導コイル。
  10. 【請求項１０】両面に所定間隔をもって設けられた複数
    の溝を有するディスクと、該ディスクの両面各々の溝に
    収納される絶縁が施された超電導導体と、該超電導導体
    を前記ディスクの各面に支持固定するために、該超電導
    導体を覆いディスクの各々の面に貫通電子ビーム溶接、
    若しくは貫通レーザ溶接により接合された一体の蓋とを
    備えているダブルパンケーキ巻線が複数個積層され、そ
    の周囲に絶縁が施されて構成されることを特徴とする超
    電導コイル。
  11. 【請求項１１】内部にプラズマを封入する真空容器と、
    該真空容器の周方向に所定間隔をもって複数個配置さ
    れ、前記プラズマを真空容器に閉じ込める超電導トロイ
    ダル磁場コイルと、前記真空容器に沿って複数個配置さ
    れ、前記プラズマを誘起，制御する超電導ポロイダル磁
    場コイルとを備えた核融合装置において、 前記超電導トロイダル磁場コイルは、両面に所定間隔を
    もって設けられた複数の溝を有するディスクと、該ディ
    スクの両面各々の溝に収納される絶縁が施された超電導
    導体と、該超電導導体を前記ディスクの各面に支持固定
    するために、該超電導導体を覆いディスクの各々の面に
    接合された一体の蓋とを備えているダブルパンケーキ巻
    線が複数個積層され、その周囲に絶縁が施されて構成さ
    れることを特徴とする核融合装置。
  12. 【請求項１２】内部にプラズマを封入する真空容器と、
    該真空容器の周方向に所定間隔をもって複数個配置さ
    れ、前記プラズマを真空容器に閉じ込める超電導トロイ
    ダル磁場コイルと、前記真空容器に沿って複数個配置さ
    れ、前記プラズマを誘起，制御する超電導ポロイダル磁
    場コイルとを備えた核融合装置において、 前記超電導トロイダル磁場コイルは、両面に所定間隔を
    もって設けられた複数の溝を有するディスクと、該ディ
    スクの両面各々の溝に収納される絶縁が施された超電導
    導体と、該超電導導体を前記ディスクの各面に支持固定
    するために、該超電導導体を覆いディスクの各々の面に
    貫通電子ビーム溶接、若しくは貫通レーザ溶接により接
    合された一体の蓋とを備えているダブルパンケーキ巻線
    が複数個積層され、その周囲に絶縁が施されて構成され
    ることを特徴とする核融合装置。
JP9154744A 1997-06-12 1997-06-12 シングルパンケーキ巻線、及びダブルパンケーキ巻線、並びに超電導コイル、及びそのコイルを備えた核融合装置 Pending JPH113814A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007019091A (ja) * 2005-07-05 2007-01-25 Toshiba Corp 超伝導コイルの製造方法および超伝導コイル
JP2022517726A (ja) * 2018-12-27 2022-03-10 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー 溝付きの積重される板の超伝導磁石、および、導電性端子ブロック、および、関係付けられる構築技法

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