JPS58197703A - 超電導コイルの製造方法 - Google Patents

超電導コイルの製造方法

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JPS58197703A
JPS58197703A JP57079873A JP7987382A JPS58197703A JP S58197703 A JPS58197703 A JP S58197703A JP 57079873 A JP57079873 A JP 57079873A JP 7987382 A JP7987382 A JP 7987382A JP S58197703 A JPS58197703 A JP S58197703A
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JP
Japan
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coil
superconducting
conductor
superconductive
winding
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JP57079873A
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English (en)
Inventor
Naofumi Tada
直文 多田
Kunishige Kuroda
黒田 邦茂
Katsuzou Aihara
相原 勝「ぞう」
Hiroshi Kimura
浩 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • 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
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超電導コイルの製造方法に係り、特に核融合用
大盤超電導コイルに好適な超電導コイルの製造方法に関
する。
一般に超電導コイルは、大きな電力消費なしにコイル中
心軸上で強磁界を発生出来、核融合装置のプラズマ閉込
めなどに利用されつつある。ところが大盤・高磁界超電
導コイルで大きな超磁力を必要とする場合でも、従来は
超電導導体の製造規模やコイル巻線性を考慮して、数1
0キロアンペアの超電導導体を多層に数百から数千ター
ン巻回するのが通例である。太麺超電導コイルでは、電
流を分担する超電導線以外に多量の安定化材並びに補強
材などが必要で、コイル全体の電流密度を大きく出来な
い欠点があるう 通常、超電導導体の横断面は′141図に示す如く導体
1の断面中心Km電導素線′2が配置され、その外周に
安定化材3があり、場合によっては超電導素線2と安定
化材3の聞は半田など低融点金属4で固着されている。
また第2図の如く超電導線2を導体lの片側に偏在させ
た超電導導体も提案されているが、横断面が非対称で一
体物として塑性加工が困−であること、a−a軸を中心
にコイル巻線すると超電導線2に加わる曲げ歪が大きく
なり、特に化合物系超電導線の場合にはこの曲げ歪のた
め導体lの性能劣化をきたす可能性がある。
縞2図の導体lは、超電導線2を片側に偏在させ磁界発
生に必要なコイルの起磁力を低減させる試みであるが、
多層に数百から数千ターン巻回する大型超電導コイルで
は、起磁力の低減効果は1パーセント以下で、導体製作
の困癲さ、導体性能の低下など欠点が利点を上1m#)
、第2図の如き導体lFi殆ど実用化されて^ない。
本発明の目的は、上記の如き欠点を排除し、大型超電導
コイルであっても実質的にコイルの電流密度を高めた、
云すかえると起磁力が小さくて本大きな磁界発生が可能
なことは勿論、製造が簡単で超電導線に加わる曲げ歪を
小さくした大型超電導コイルの製造方法を提供すること
にある。
本発明は超電導線、安定化材、補強材などより構成され
る大型超電導導体を単層巻回して形成する超電導コイル
の製造方法において、超電導線をコイル内周側に偏在し
て配置し超電導導体を組立ながら巻回することKより所
期の目的を達成するように成し九4のである。
以下、図面の実施例に基づいて本発明を説明する。
第3図は本発明の超電導コイルの横断面を示す概略図で
、コイル中心軸b −b[対称であるが下半分は図では
省略している。今、大蓋超電導導体1は、コイル内周側
すなわちb−b軸に近い側に集中配置し走超電導線2と
超電導線2を取囲む安定化材3で構成され、超電導コイ
ル5け、上記大蓋超電導導体1をコイルの径方向に1層
、コイル全体として10ターン巻回した例である。この
ように超電導線2をコイル内局側圧集中配置すると、超
電導状−では超電導1a2のみに電流が流れるので、導
体lの中で超電導@2が分散している場合や、コイル径
方向に2層以上巻回されている場合に比べて、コイル中
心軸b−b上の中点0に作る磁界はより少ない起磁力で
よいことになる。このことは、強磁界を発生するための
実質的なコイルの電流密度を上げたことになる。ただ第
3図にも示した如く、大型超電導導体は、超電導状態で
大電流を安定に過酸する必要上、大量の安定化材3が必
要で、安定化材3も含めたコイルの形式的な電流密度は
大幅に大きくなるわけではない。
第4図は本発明の超電導コイルの1ターンの横断面、す
なわち超電導導体lの横断面を示したもので、第4図(
烏)は浸漬冷却型の例、第4図向は強制冷却型の例であ
る。第4図の如き超電導コイルけ、例えば次の如き方法
で超電導導体1¥r組立ながらコイルを製作することが
出来る。まず、門型安定化材3′をコイル巻線し、次い
でこの門型溝中に複合超電導線或は複合超電導撚線2′
を挿入しながらコイル巻線し、この超電導撚線2′を所
要本数になるまで繰返し積層しながら巻線する。
次いで安定化材3を既に巻線した超電導撚線2′を含む
門型安定化材3′の上に重ねて巻線しなか〉 ら境界面8を接合する。安定化材3は更に必要本数繰返
して重ねて巻線しながら境界面8を接合する。浸漬冷却
型コイルの場合には、門型安定化材3′と超電導撚線2
′の関に半田など低融点金属4を挿入、固着させながら
コイル巻線し、冷却ペリメータを大きくするため、安定
化材3,3Iには予め外面にフィン7を設けた安定化材
を用いることが好オしい。また強制冷却型コイルの場合
には、門型安定化材3′と超電導撚線2′の聞は液体ヘ
リウムなどの冷媒流路6′としてもよく、安定化材3に
は予めその断面中央に内面フィン7を有する冷媒流路6
を設けた安定化材3を用いる。
このように大型超電導導体を組立ながら単層のコイルを
巻線することにより、超電導線をコイル断面の中で偏在
させた超電導コイルを比較的容易Kll造することが出
来、超電導撚線も分割して単独で巻線出来るのでコイル
巻線時の曲げ歪も極めて小さく、化合物系超電導線であ
ってもコイル巻線時に性能劣化を来すことはない。また
、このように大型超電導導体を組立ながらコイル巻線す
ることKよ抄、電磁力の大きい門型安定化材3′に安定
化材3とは異なる材質あるいけ強度の高強度な安定化材
3′を用いたり、補強材を挿入すること一出来る。その
他、コイル構成部材の夫々の機能に応じ九部材を必要量
自由に組立てることが出来る。
実施例1゜ 第4図(a)と類似の導体横断面構造を有する35.5
オリメートル中で550ミリメートル高さの大型超電導
導体を組立ながら、コイル内径10.4メートルの円形
コイルを1層で64タ一ン巻回した。
超電導撚Sは外径1.82 ミIJメートルの超電導素
纏(ニオブチタン合金のフィラメント41.6ミクロン
を1060本含んだ鋼被複合超璽導線)を31本撚った
ものを予め巻線しである外面フィン付の門型安定化鋼中
に挿入しながらコイル巻線し、超電導撚線と門型安定化
鋼の間を半田付した。この超電導撚線は更[30段積層
し、上記作業を繰返した。次いで、外面にフィンを有す
る35.5ミリメートル巾で140ミリメートル高さの
安定化鋼を既に巻線済の門型安定化鋼の上に積層しなが
ら巻線し、両者の境界面を半田で接合した。この安定化
鋼は艶に2段積層し、上記作業を繰返した。
本導体は、8テスラの磁界中で900キロアンペアとい
う大電流を流し得る大型導体で、上記巻回しえ超電導コ
イルを42にの液体ヘリウム中で通電した結果、531
キロアンペア通電した時、コイル中心で19テスラの磁
界を安定に発生させることが出来た。
今、本実施例と同一寸法の超電導コイルで、超電導線が
コイル内周側に1在していないコイルと比較してみると
、コイル中心で19テスラの磁界を発生させるのに計算
上togx1gyアンペア・ターンの起磁力を必要とす
ることになり、本発明の実施例の方が約16バーセント
少ない起磁力で同一磁界を一生させることが出来る。
実施例2゜ 第4図(b)と類似の導体横断面構造を有する4&Oi
リメートル巾で1000ミリメートル高さの大型超電導
導体を組立ながら、コイル内径11.0メートルの円形
コイルを1層で70タ一ン巻回した。
超電導撚線は外径1.70tlJメートルの超電導素線
(ニオブ3錫フィラメント4ミクロンを37070本含
んだ銅被複合超電導線)を45本撚ったものを予め巻線
しである門型安定化鋼中に挿入しながらコイル巻線した
。この超電導撚線は更に57段積層し、上記作業を繰返
した。次いで内面にフィンを有する3&5ミリメートル
巾で166ミリメードル高さの冷媒流路を有する安定化
鋼を既に巻線済の門型安定化鋼の上に積層しながら巻線
し、両者の境界面を銀ろうで接合した。この安定化鋼は
更[2段積層し、上記作業を繰返した。
本導体は、11テスラの磁界中で1500キロアンペア
という大電流を流し得る大型導体で、安定化材中の冷媒
流路Kt5にの超臨界ヘリウムを1600グラム/秒の
流駿で、tた超電導撚線間の冷媒流路に45にの超臨界
ヘリリムを10グラム/秒で流し、上記超電導コイルの
通電試験をした。
その結果、729キロアンペア通電した時、コイル中心
で45テスラの磁界を安定に発生させることが出来た。
今、本実施例と同一寸法の超電導コイルで、超電導線が
コイル内周l!に偏在していないコイルと比較してみる
と、コイル中心で5.5テスラ→磁界を発生させるのに
計算上6.02X10マアンペア・ターンの起磁力を必
要とすることになり、本発明の実施例の方が約15パー
セント少ない起磁力で同一磁界を発生させることが出来
る。
九だ従来の超電導コイルの製造方法では、本実施例の如
く二゛オブ3錫超電導線を用いるとコイル巻線時の曲げ
歪が大きく、超電導状態で729キロアンペアも通電出
来ず、必要な中心磁界発生が不可能になることで、その
点、本発明の方法では分割し九超電導撚纏を個別に組立
ながら巻線するので、ニオブ3錫超電導lsK加わるコ
イル巻線時の曲げ歪を極めて小さくし、超電導コイルの
性能を低下させることなく犬種高磁界超電導コイルを製
造出来た。
以上説明した本発明の超電導コイルの製造方法によれば
、超電導線をコイル内周側に偏在して配置し、超電導導
体を組立ながら巻回した本のであるから、大型超電導コ
イルの製作ができ起磁力が小さくて4高磁界発生が可能
な超電導コイルとすることが出来る。このことは高価な
超電導導体の量が少なくなり、コイルの巻線厚みも減少
することから、高価な液体ヘリウムなどの使用t4低減
出来、その経済的効果は極めて大きい。超電導コイルの
巻線内径が前述の実施例より更に小さくなれば、起磁力
の低減効果は更に大きくなる。あるいは、コイル寸法を
その壕\にすると通電電流は少なくてよく、大蓋超電導
コイルの安定性は大巾に向上し、信頼性を増す効果があ
るし、更に製造が簡単で高性能な超電導コイルを製造す
ることが出来る。4IK超電導コイルが大型で複雑な形
状になる程製造工数の低減効果が著しく、その経済的1
効果は極めて大きい、前述の実施例では円形コイルで説
明したが、コイルがヘリカル状のものになると本発明の
製造方法を用いないとコイルの製造そのものが不可能と
なり、その経済的効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は従来の超電導導体を説明するための
導体横断面図、第3図は本発明の超電導コイルを説明す
るためのコイル横断面図、第4図(a)、(b)は本発
明の超電導コイルの製造方法を説明するための超電導導
体の横断面概略図である。 1・・・超電導導体、2・・・超電導線、2′・・・超
電導撚線、訃・・安定化材、3′・・・門型安定化材、
4・・・低2.′11 融点金属、5・・・超電導コイル、6,6′・・・冷媒
流路、7・・・フィン、8・・・境界面。 著/房 茅ztb

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、超電導線、安定化材、補強材などより構成される大
    盤超電導導体を単rfNk回して形成する超電導コイル
    の製造方法において、前記超電導線をコイル内周側圧偏
    在して配置し、超電導導体を組立ながら巻回することを
    特徴とする超電導コイルの製造方法。
JP57079873A 1982-05-14 1982-05-14 超電導コイルの製造方法 Pending JPS58197703A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0375353A2 (en) * 1988-12-22 1990-06-27 General Atomics A reinforcement for a superconductor means

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0375353A2 (en) * 1988-12-22 1990-06-27 General Atomics A reinforcement for a superconductor means
EP0375353A3 (en) * 1988-12-22 1991-08-21 General Atomics A reinforcement for a superconductor means

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