JPS607376B2 - コイル巻線方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は核融合装置用高耐力コイルの巻線方法に関する
ものである。

核融合装置に於ては重水素のプラズマを真空容器中に強
磁場でとじ込めることが行なわれており、この強磁場を
得るには空心の磁場コイルが必要である。

近年核融合の臨界条件を目指して装置が大形化してきて
おるが、それにつれ磁場コイルも益々大形化かつ強磁場
化してきており、従来の電気機械のようなコイルの製造
技術では、製作が非常に困難になってきている。しかも
強磁場によりコイル自身に働らく電磁力も強大なものと
なり、当然コイルの導体断面も厚く、大きなものが使わ
れるようになってきた。従ってコイル導体の製造も製造
設備の限界により最尺物の製造は不可能であり、導体を
ロー付又は溶接等により冶金的に接続しながらコイルを
巻線する必要にせまられる。従来このような磁場コイル
の製造はコイル導体を、コイルの１ターン毎に１ケ所又
は数ケ所に分割した製造可能な長さとし、この導体をあ
らかじめコイル形状に合った形でプレス又はローラーで
成形したものをコイルの巻枠に巻付ける段階で冶金的に
導体を接続しながらコイルを製作していく方法がとられ
ている。

第１図〜第４図に従来の製造方法による手順図を示す。

第１図は導体の曲げ加工後の形を示す。（この場合はコ
イルの１／２ターン毎に導体を冶金的接続するものとし
て示す）第１図に於て、ｌａは第５図（コイル完成図）
に於けるコイル導体１−１〜１−ｎである。一般に強磁
場用のコイルは必然的に大電流を流すことが多く、コイ
ル導体に中空導体を使用し、中空穴の中に冷却用液体を
流して冷却する方法がとられる。しかし導体の断面が大
きくなると中空導体の製作が製造設備の限界から困難と
なり、この様な場合には第２図の如く中実の導体ｌａに
溝ｂを掘って、中空導体ｌｂを半田付等で溝の中に埋め
込む方法がとられる。従って第１図に於て導体ｌａの内
周側、又は外周側に溝を設けるのが普通である。この溝
は一般に導体ｌａの曲げ加工前に行うが、曲げ加工後に
行うことも可能である。第３図および第４図は第１図の
如く成形した導体を用いて、コイルとして巻線していく
途中段階の図である。第３図に於て、２はコイル受台、
３はコイル受台上に固定された巻芯である。この場合巻
芯は４分割構成として示した。巻線方法としては、まず
最初に巻始めとなる成形されたコイル導体１−０と１−
１をあらかじめ冶金的に接続しておき、接続されたコイ
ル導体１−０，１−１を巻芯３にクランプ４で固定する
。この際コイル導体１−１を巻方向に導体掴み雇５を介
してウィンチ等によるテンション装置６で引張りながら
固定する。次にコイル導体１一１と継ながるコイル導体
１−２を導体接続部“Ｘ”を合せながら導体突張雇７を
用いてコイル導体が塑性変形しない範囲で曲げ半径を大
きくしておき、導体接続部“×”を冶金的接続装置８に
より冶金的に援綾する。次に第４図に示す如くコイル導
体１−２を１−１と同様に導体引張雇を介してテンショ
ン装置で引張ながらコイル導体１一１を巻芯にクランプ
４が固定していく。さらに冷却管９をこの段階でコイル
導体１−０，１一１に半田付けする。次に接続すべきコ
イル導体１−３も同様の方法で巻線していけばよいが、
前に巻線したコイル導体上に重なる部分にはコイル導体
間に層間絶縁材１０をはさみ込んでい〈必要がある。同
じようにしてコイル導体１一３から１一ｎまでを順次接
続しながら巻回していけば最終的に第５図の如きコイル
を製作することが出来る。このような巻線方法の特徴は
、あらかじめ成形しておいたコイル導体を巻線の途中で
接続しながら巻芯に巻付ける段階でウィンチ等によるテ
ンション装置でコイル導体を引張って巻芯に固定してい
くことである。

大形の核融合装置の磁場コイルでは、強大な電磁力によ
るコイル自身の機械的強度を要求されることになるため
、コイル導体自身の機械的強度も必要であるが、巻線に
よりコイル導体が層間の絶縁層を介して前後のターンと
完全に密着されるように巻き、コイルとして一体化され
、コイル全体で電磁力を受持つようにすることが好まし
く、このように巻線することによって、より高耐力のコ
イルが得られる。

従って前述の巻線方法で層間絶縁層を介してコイル導体
同志を密着させて巻線するには、導体断面が非常に大き
いため、強力なテンション装置により引張る必要がある
が、巻芯，コイル受台，テンション装置など巻線装置全
体をかなりの剛性をもった構造による必要があり、巻線
装置全体が大がかりなものになってしまい不経済である
。またその他の欠点としては巻線前にせつかく設計寸法
に成形しておいたコイル導体を巻線時に引伸しながら、
コイル導体同志の冶金的接続と巻線を行うことになり、
導体を引張った時、万一導体の一部が塑性変形を起した
ような場合には「その部分の前後はコイル導体間の層間
絶縁部に空隙が出来てしまい、その部分の導体に機械的
な応力が集中しコイルとしての強度を弱めるばかりでな
く、巻線後の寸法も狂ってくるため、磁場精度を要求さ
れる核融合装置等のコイルに於ては不整磁場が問題とな
ってきて、磁場の仕様を満足することが出来なくなる恐
れがある。さらにこの巻線方法では、コイル導体を巻線
時に引張ったり、コイル導体同志の冶金的接続部を、コ
イル導体が曲つた状態で突合せ、位置決めしてから冶金
的接続をする等の段取り作業時間が非常に長くなるため
、製造工期が長くかかる等の欠点がある。本発明はこれ
らの問題点を鑑み、より高耐力のコイルを得ると共に製
作精度の向上と製造工期の短縮が可能な巻線方法を提供
しようとするものである。本発明による巻線方法の一実
施例を第６図〜第８図により説明する。

第６図（平面図），第７図（立面図）に於て１一０〜１
−３は第５図に於けるコイル導体１一０〜１一３である
。２はコイル受台，３はコイル巻芯，４はクランプ，１
１はこれらの物の固定してコイル導体を巻芯に巻付けな
がら回転する回転テーブルである。

コイル導体は直線状態のうちに冷却管用の溝を加工して
おいたものを用いて、コイル導体１一１と１一２を直線
状態で冶金的接続装置８により接続し、高周波，又はガ
スバーナー等による導体加熱装置１２を通し、コイル導
体を導体材料の軟化点以下の温度に加熱し冷却管９を導
体の冷却管用溝の中に埋込み半田付け等で導体に固着さ
れる。冷却管接着後、必要により冷却装置１３ーーを通
して導体温度を所望の温度に調整した上でコイル導体１
ーーをコイル巻芯３にクランプ４で固定し、回転テーフ
ル１１を回しながら順次、巻芯に巻付けてクランプして
いく。この際クランプを施した部所については、冷却装
置１３一２により風冷又は水冷で導体の温度を下げ常温
まで戻す。このようにして第８図の如く巻回したコイル
導体が、次のターンの導体と重なる部分に層間絶縁材１
０を挿入していく。尚、回転テーブルを回し導体を巻芯
にクランフ。していく際簡単なブレーキ装置１４を用い
て巻回すると、巻芯又は前のターンの導体に、より密着
させて巻くことが出来る。又層間絶縁材も前記のセパレ
ーター方式によらずテーピング方式により第８図の“Ｙ
”位置でコイル導体にテーピングしてゆく方法も可能で
ある。このようにして巻回すると、例えばコイル導体の
温度は、冷却管９の半田付時点では、加熱装置１２によ
り半田の溶融温度である１９０ｏ○〜２３０ｏｏ前後に
なるが、この温度はコイル導体材料（例えば鋼材）の軟
化点以下である。

又、加熱装置１２を出た所の自然放熱により１００００
〜１５０ｏｏ前後の温度となるが、必要により空冷又は
水袷にて所定の温度に制御することも可能である。さら
に、導体を巻芯に巻付けクランプする段階では１００ｑ
○以下になると考えられる。クランプ後では冷却装置に
より導体温度を常温まで下げることが出来る。このよう
にして巻く場合、コイル導体は熱膨張により、導体温度
に即した伸びを示す。例えば導体材料を鋼材とした時、
銅の熱膨張率は約ｌｒ６×１０‐５であるから１の当り
のコイル導体の伸びは常温（２０００として）の時点と
較べ、２００ｑｏに於ては２．８８脚となり、又、１０
０００に於ては１．２８帆となる。コイル導体をクラン
プする時の温度を６５こ０とした場合、コイル導体は１
机当り０．７２肌伸びた状態でクランプされ、クランプ
後常温に戻せばこの伸びの分が逆に緊縛力となって導体
に働くことになる。この力はコイル導体を機械的に引張
って１の当り０．７２肌の変位を与えて巻いた場合と同
じに考えることが出来る。そしてその力の値は鋼材の縦
弾性係数を１１．３×ｌぴｋ９／柵とすれば導体断面積
１桝当り約８ｋ９もの大きな力となる。又この力はクラ
ンプ時点の温度を制御することによって所望の力を得る
ことが可能であり、導体材料の弾性限界以下の荷重で適
切な値となるようクランプ時点の温度を制御すればよい
。第９図は本発明の変形例を示す。

第９図に於て前記巻線法と較べ大きな相違はコイル導体
を巻芯に巻回する前にあらかじめ導体を巻線する時の曲
率に近い状態に曲げておくことにある。第９図において
８は導体を直線状態のうちに接続する冶金的接続装置，
９は導体に埋込まれる冷却管，１２は冷却管を導体に埋
込むための加熱半田付装置，１５は埋込まれた冷却管と
共に導体を巻線時の曲率に，ローラー又はプレス等によ
り曲げる導体曲げ装置，１６は曲げた導体を巻芯に巻込
む時の導体案内装置，１３−１は加熱半田付装置１２に
より、加熱された導体を必要により所定の温度に制御冷
却する冷却装置，１７は導体を巻芯に巻回する時に導体
を巻芯に押つけながら回転するローフー装置，４は巻芯
に巻付いた導体を巻芯に締付るクランプ，１３−２はク
ランプされた導体を常温まで冷却する冷却装置，１川ま
導体のターン間を電気的に絶縁するため導体を巻回する
際、クランプ４を外しながら巻込む層間絶縁材である。
この変形例に於ても前記方法と同様にクランプ時点の導
体温度を常温より多少高めに設定し、クランプ後導体を
常温まで冷却して導体自身の熱収縮を利用し、巻回時の
緊縛力を得ようとするものである。本発明による効果は
、導体加熱時の熱膨張による伸びを利用した冷却時に導
体間に緊縛力を与えることによって、導体のターン間を
層間絶縁を介して、完全に密着させ得ることである。

従ってコイルとしての成形精度が向上する上に磁場精度
の向上が計れる。又、コイルに加わる電磁力をコイルの
導体が平均して受持つようになるため、より高耐力のコ
イルを得ることが出来る。さらに本発明の巻線方法では
導体を機械的に強力に引張って巻く必要がないため、テ
ンション装置が必要でないばかりでなく、回転テーブル
の動力も小さくてすみ、装置全体の剛性を下げられるの
で、巻線装置全体を経済的に作ることが出来る。尚、コ
イル導体を直線状態のうちに接続し、巻回していくので
、従来方法の如くコイル導体を前工程で曲げておく必要
がないので全体の製造工期を短縮出釆るばかりでなく顧
客に対しても、より経済的なコイルを提供することが出
来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の巻線方法によりコイル導体の一部を曲げ
加工した斜視図，第２図はコイル導体に冷却管が埋込ま
れた状態を示す部分斜視図，第３図および第４図は従来
の巻線方法によりコイルを巻線する途中段階の図，第５
図はそのコイルの完成図，第６図〜第８図は本発明によ
るコイル巻線法の一実施例により巻線している状態を示
す平面図と立面図，第９図は本発明による巻線法の変形
例により巻線している状態を示す平面図である。 ｌａ，１−１，１−２，１一３……コイル導体、２・・
・・・・コイル受台、３・・・・・・巻芯、４・・・・
・・クランプ、８・・・・・・冶金的接続装置、１２・
・・・・・導体加熱装置、１３ーー，１３一２・・・・
・・冷却装置、１５・・・・・・導体曲げ装置、１６・
・・・・・導体案内装置、１７…．・・ローラー装置。
第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ コイル導体を巻芯に巻付ける前に加熱し、コイル導
   体に熱伸びを与えた状態で巻芯に巻付け、巻芯にクラン
   プした上で冷却し、熱収縮によりコイル導体に緊縛力を
   与えることを特徴とするコイル巻線方法。