JPS644656B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は超電導円筒形コイルの巻回方法と前
記コイルの巻回装置に関する。

この種の超電導コイルではその電流によつて発
生する大きな電磁力によりコイルが緩まないよう
に強固に保持することが必要である。

普通の常電導円筒形コイルのように、コイルを
流れる電流が小さく、従つて半径方向にコイルを
膨脹させる電磁力が小さい場合は、コイル自体の
強度でこの電磁力に耐えることができる。しかし
超電導円筒形コイルのように電流密度を大きく半
径方向にコイルを膨脹させる電磁力が大きくなる
とコイル自体ではこの電磁力に耐えることができ
ず、コイルの外側にバインド線を巻きつけたり、
外筒に挿入したりして電磁力に耐えるような手段
がとられていた。しかし従来のコイルの上記補強
方法は工数と熟練を要し巻回方法は第１図に示す
ように、超電導線１に張力２を加えながら内筒３
に巻きつけるため、コイルを半径方向に圧縮しよ
うとする応力が残る。また電磁力に耐えるために
コイル外側を巻き上げるバインド線の力の方向や
外筒を使用する場合にコイルに加えられる力の方
向も全てコイルを半径方向に圧縮する方向とな
り、コイルの半径方向の膨脹的電磁力の方向と全
く逆方向であつた。このため電磁力とコイルの構
造ならびに構成材との相互作用で生じるとされる
トレーニングの防止に有効ではなかつた。従つて
トレーニング回数が多いという欠点をもつてい
た。

ちなみに、トレーニングとは、超電導線の短尺
試料の特性から推定される最大電流値に至る以前
のより低い電流値でクエンチ（超電導状態が破れ
常電導に移行する現象）を起すが通電を繰り返す
うちにコイルの構成材になじみを生じ、次第にク
エンチ電流値が上昇し、短尺試料特性から推定さ
れる最大電流値に近づく現象である。

この発明は、上述の従来の欠点を除き、トレー
ニング回数が少なく、従つてクエンチの発生の少
ない安全性、信頼性の高い超電導円筒形コイルを
製作することを目的とする。

かかる目的を達成するための指標として、高エ
ネルギー物理学研究所の山本明氏より基本的かつ
原理的な提案がなされている。この提案は、超電
導線を仮巻きし予備整形したコイルを支持用の外
筒内に配置し、このコイルを外筒の内側に押し付
けるようにほどきながら超電導線を外筒の内側に
密着させるというもので、外筒を電磁力支持構造
体としてのみならず巻枠及び冷却伝熱体としても
用いるようにした点に大きな特徴を有するもので
ある。

本発明は上記の山本明氏の原理構想を実現させ
る上で、巻回が容易で構造が簡単な巻回方法なら
びに巻回装置を提供することを直接の目的とする
ものである。

本発明によればこの目的は、回転しうる内筒を
有する巻枠に予じめ超電導線を円筒状に巻回して
なる仮コイルの端部を前記内筒の外側に同心に配
して固定された外筒の内側に渡して固定し、前記
仮コイルの外周を押さえる複数個の保持ローラお
よび前記仮コイルの渡り部を前記外筒の内側に案
内する１個ないし複数個の案内ローラと、これら
のローラを支えて周方向に回転可能な押さえ装置
を前記巻枠に取付け、前記内筒、仮コイルおよび
押さえ装置全体を回転させて前記仮コイルの渡り
部に周方向の圧縮力をかけることによつて前記仮
コイルの渡り部を前記案内ローラに接触させかつ
前記外筒の内側に密着させながら前記押さえ装置
のみを前記内筒の回転方向と逆向きに回転させて
仮コイルを順次外筒に巻回することによつて達成
される。

次にこの発明の実施例につき図面について詳細
に説明する。第２図ないし第４図はこの発明の概
念を得るための説明図で、回転しうる巻枠の内筒
２１は外側に円筒状に予じめ巻回された仮コイル
２２の超電導線の端部を仮コイル２２を外側にほ
ぼ同心に配して固定された外筒２３の内側に渡し
て固定し、仮コイル２２の外周を押える複数個の
保持ローラ２４及び前記超電導線の渡り部２５を
外筒２３の内側に案内する１個ないし複数個（図
では１個）の案内ローラ２６を共に支える図示し
ない押え装置を内筒２１がその一部をなす図示し
ない巻枠に装着し、該巻枠（図では内筒２１）、
仮コイル２２及び押え装置（図ではローラ２４，
２６）と共に時計方向に回転して超電導線の渡り
部２５に圧縮力（第４図の矢印２７）を支えなが
ら超電導線１の外筒２３の内側に密着させると同
時に案内ローラ２６が超電導線の渡り部２５の一
方側に接触した状態とする（第２図）、次いで図
示しない押え装置（図では保持ローラ２４及び案
内ローラ２６）のみを逆回転させると、内筒２１
および仮コイル２２には時計方向に回転力が常時
作用しているので第３図に示すように仮コイル２
２は順次送り出されて第４図に示す外筒２３によ
り補強された円筒形コイル２８が得られる。

この場合仮コイル２２の軸を垂直にし最下端部
の超電導線１を外筒２３の内側の下部に固定し、
仮コイル２２の下端から順次巻き戻して外筒２３
の内側下端から順次上方に巻回することにより、
巻回時に巻き易くするため仮コイル２２の下方端
面と外筒に巻かれる超電導円筒形コイル２８の端
面とを合せるために仮コイル２２をその軸方向に
移動させる距離が少なくて済む。若し仮コイル２
２を上部から巻戻し外筒２３内部の下方から巻き
上げると仮コイルの移動はその高さの２倍となり
作業のための所要スペースが非常に大きくなる
（第７図参照）。

また仮コイル２２と外筒内部に巻かれる超電導
円筒形コイル２８とはその巻き方向を逆にするこ
とにより巻回時に生ずる導体内のストレスが同一
方向となるため導体に余分なストレスをかけなく
て済み、巻き易くなる利点が生ずる。

かかる円筒形コイルを作製する装置は構造簡単
でスペースを要さないことが望まれる。この発明
は上記の要望に応じ、所要の機能をもたせるため
に次のように構成した。すなわち、超電導円筒形
コイルが巻かれる外筒の中に、前記超電導円筒形
コイルより小さく巻いた仮コイルをもつた巻枠を
配し、該巻枠外に設ける必要のある装置以外は総
て巻枠内に収納して装置を簡単にし、かつ平面的
に外筒のスペースより突出するものをなくし、ま
た前述のように仮コイルをその下部より巻き戻す
ことにより作業時の所要高さを大幅に低減した。

第５図ないし第７図はこの発明実施例の超電導
円筒形コイルの巻回装置の構造図である。

この装置はあらかじめ超電導線を使用して巻回
された円筒形仮コイル２２をその軸を垂直に立て
てその下部より巻き戻し、該巻き戻された超電導
線に仮コイル２２を時計方向（図においては）に
回転させることにより圧縮力をかけながら仮コイ
ル２２とほぼ同心に外部に配して固定された外筒
２３の内側に密に再巻回して外筒２３により補強
された超電導円筒形コイルとする装置である。こ
の装置は内部が円筒形空洞となつた外筒２３と、
仮コイル２２が巻回される内筒２１と、該内筒の
軸方向両端部に配されて内筒２１と一体とされる
端子６１とよりなる巻枠６２と、該巻枠をその端
板６１部においてころ軸受け６３等により回転自
在に支持し巻枠の軸線上に配された支え軸６４
と、該支え軸をその軸方向に移動させて仮コイル
の下端面と外筒内に巻回されたコイルの上端面と
のレベルを合わせるリフター６５と、巻枠６２を
支え軸６４の周りに回転させる巻枠回転装置６６
とを備える。この他仮コイル２２の外周を押える
複数個の保持ローラ２４及び仮コイル２２の渡り
部超電導線２５を押えて外筒２３の内側に導く１
個ないし複数個の案内ローラ２６で２種のローラ
２４，２６はともに仮コイル２２の軸方向に伸
び、かつ前記押え力を調整できる押え装置６７
と、該押え装置を巻枠６２の軸を中心に回転し得
る押え回転装置６８とより構成されている。

また巻枠６２の内筒２１には複数個の方向に伸
びる窓６９があけられ、仮コイル２２の状態を監
視することができる。

リフター６５は支え軸６４をその軸方向に移動
し得るように支える受け台７０と、支え軸６４の
下部に固定され、受け台７０の支え軸６４の支え
部７０ａを貫通して突出したウオームホイール７
１と該ウオームホイールに係合するウオーム７２
と該ウオームに連結された電動機７３とよりな
り、電動機７３により巻枠６２を上下させて直径
の差によつて生ずる仮コイル２２の下端面と超電
導コイル２８の上端面との差を修正して巻回し易
くすることができる。

巻枠回転装置６６は第７図に明示されているよ
うに、巻枠６２内において支え軸６４に固定され
たウオームホイール７４と該ウオームホイールに
係合するウオーム７５と該ウオームに連結され、
巻枠６２に固定された電動機７６とよりなり、ウ
オームホイール７４は静止しその周囲を巻枠６２
等が回転することになる。このように巻枠回転装
置６６を巻枠６２内に収納することにより簡単で
スペースをとらない巻回装置を得ることができ
る。

押え装置６７は仮コイル２２の外周面上に配さ
れ、仮コイル２２の軸方向に伸びる複数の保持ロ
ーラ２４及び案内ローラ２６とそれら各ローラの
両端をそれぞれ一方の端部において回転自在に支
持し、中央部が支点７７によつて支持されるリン
ク７８と、該リンクの他端部を押圧する、固定さ
れた座７９とそのめねじに係合するボルト８０か
らなり、ローラ２４，２６の押圧力の調整ボルト
８０の先端でリンク７８を押す力の調整により簡
単に行なうことができる。

押え回転装置６８は第５図及び第７図に明示す
るように巻枠６２の両端板６１の軸方向の外方に
設けられた凸部案内８１に溝８２において係合し
て案内され仮コイル２２の軸を中心に回転し得、
かつ内径部に歯車８３が設けられたリング板状体
８４と、歯車８３に係合する二つの小歯車８５
と、該二つの小歯車を連結し端板６１に支えられ
る軸８６と、該軸を減速機構８７を介して駆動す
る電動機８８とよりなり、減速機構８７及び電動
機８８は巻枠６２内に収納されている。またリン
グ板状体８４はその軸方向に移動しないように図
示しない押え板で巻枠６２に回転自在に保持され
ている。

仮コイル２２の重量をその下端面で受ける支持
装置８９は仮コイル２２の下端面を支える複数の
ローラ９０と、該ローラをそれぞれ支持し仮コイ
ル２２の軸方向にぬねじが切られ、かつ図示しな
い廻り止めを備えたローラ受け９１と、該ローラ
受けのぬねじに係合し両端が二つの端板６１によ
り支持されるねじが切られた軸９２と、該軸を歯
車装置９３を介して回転する電動機９４とよりな
る。そしてローラ受け９１は窓６９を貫通して取
り付けられている。またこの装置の操作は仮コイ
ル下端面の変位を検出して自動的に行なわせて
も、あるいは目視により手動で行なつてもよい。

以下図面に基づいてこの発明による巻回装置の
作用について説明する。第８図は、この発明の実
施例による巻回装置の動き形を説明する説明図
で、第８図Ａは仮コイルが巻枠に巻かれた状態を
示す図、第８図Ｂは第８図Ａの仮コイルの外側に
保持ローラを取り付けた図、第８図Ｃは第８図Ｂ
の仮コイル及び保持ローラの外側に外筒を設置し
た図である。第８図において、第５図、第６図、
及び第７図と同じ部位は同じ番号を付してある。

先ず仮コイル２２を巻枠６２に巻いて第８図Ａ
の如くセツトし、次に前記仮コイル２２がばらば
らにくずれるのを防ぐため第８図Ｂの如く仮コイ
ル２２の外側に保持ローラ２４を取り付ける。さ
らに第８図Ｃの如く仮コイル２２及び保持ローラ
２４の外側に外筒２３を設置し、仮コイル２２の
下端を枠６２から引き出して前記外筒２３の下部
に固定する。

以下仮コイル２２を巻枠６２から外筒２３に巻
回するために各部分がどのように動作するかにつ
いて説明する。

はじめに巻枠６２を回転させる巻枠回転装置６
６の動作について説明する。第７図において、電
動機７６が回転するとこの電動機７６の軸に直結
されているウオーム７５が回転し、さらにウオー
ムホイール７４が回転する。このウオームホイー
ル７４は支え軸６４に取り付けられていて、この
支え軸６４は支え部７０ａに支持されているの
で、ウオームホイール７４が回転すると前記支え
軸６４に固定されている巻枠６２が回転する。

前記巻枠６２を回転させる力は、巻枠６２に巻
かれている仮コイル２２をほどく方向に働き、ほ
どかれた仮コイル２２の一端は外筒２３に固定さ
れているので、仮コイル２２はその長手方向に圧
縮力を生ずることになり、そのため仮コイル２２
は外筒２３の内面に押しつけられる。その際巻枠
６２に巻かれる仮コイル２２がほどけないように
仮コイル２２を保持ローラ２４で保持している。

第６図は、仮コイル２２がほどかれて外筒２３
の内側に超電導円筒形コイル２８として巻回が進
んだ状態を示している。

次にリフター６５の動作について説明する。第
７図において仮コイル２２が引き出されるに伴つ
て、仮コイル２２の引き出し位置の高さが巻回す
べき外筒２３の内面の高さと一致しなくなるの
で、仮コイル２２の高さを補正するためにリフタ
ー６５を用いる。電動機７０が回転するとこの電
動機７０の軸に直結されているウオーム７２が回
転し、ウオーム７２に結合しているウオームホイ
ール７１が上下するのでこのウオームホイール７
１と一体の支え軸６４が上下して前記巻枠６２を
上下する。

押え回転装置６８の動作について説明する。仮
コイル２２が巻枠６２から引き出されるにつれて
保持ローラ２４が邪魔になるため、前記保持ロー
ラ２４を移動させる装置が押え回転装置６８であ
る。即ち仮コイル２２が巻枠６２から引き出され
ると、引き出し点の位置が巻枠６２の円周状を移
動する。これに伴つて保持ローラ２４も円周状を
移動させなければならないので、電動機８８が回
転すると減速機構８７を介して軸８６が回転し、
この軸８６の上下には小歯車８５が取り付けてあ
り、この小歯車８５と噛み合つている上部及び下
部のリング板状体８４が回転する。

この上下のリング板状体８４は保持ローラ２４
を支えているので、電動機８８を作動させると保
持ローラ２４が仮コイル２２の引き出し点位置を
回避するよう前記リング板状体２４を移動させ
る。

支持装置８９の動作について説明する。第７図
において、仮コイル２２が巻枠６２から引き出さ
れると、この仮コイル２２を支えている複数のロ
ーラ９０の中の一部のローラが支持能力を失うの
で、このローラ９０が仮コイル２２を支持するよ
うに移動させる装置が支持装置８９である。仮コ
イル２２が巻枠から引き出されると、引き出し位
置は巻枠６２の円周上を移動する。巻枠６２に巻
回されている仮コイル２２の重量は、巻枠６２の
円周上に開けられた複数の縦長の窓６９から差し
出されたローラ受け９１の先に取り付けられたロ
ーラ９０によつて支持されている。仮コイル２２
が巻枠６２から引き出されると、このコイルの厚
み分だけローラ９０の高さを補正しなければ（上
にあげなければ）ローラ９０は支持の役にたたな
くなるので、電動機９４が回動すると歯車装置９
３を介して軸９２が回転し、この軸９２にねじで
結合しているローラ受９１が上下する。従つて電
動機９４が回転すると前記ローラ９０の高さを補
正できる。

以上の如く各部分の動作によつて仮コイル２２
を順次巻枠６２から外筒２３に巻回する。

以上の説明で明らかなように、この発明の超電
導円筒形コイルの巻回方法によればトレーニング
回数が少なく、従つてクエンチの発生の少ない安
全性、信頼性の高い超電導円筒形コイルを得るこ
とができる。また、この発明の巻回装置によれば
構造簡単で小形な超電導円筒形コイルの巻回装置
を得ることができた。

なお以上の説明は超電導円筒形コイルに付いて
述べたがこの発明は超電導円筒形コイルにとどま
らず他の、例えばレーストラツク形コイル、くら
形コイル、陰陽形コイル等の製造に際しても適用
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の円筒形コイルの斜視図、第２図
および第３図はこの発明実施例の円筒形コイル巻
回方法の説明図、第４図はこの発明になる円筒形
コイルの一部断面斜視図、第５図ないし第７図は
この発明実施例の円筒形コイル巻回装置の構造図
で第５図は平面図、第６図は一部断面正面図、第
７図は縦断面図、第８図はこの発明実施例による
巻回装置の動き方を説明する説明図で、第８図Ａ
は仮コイルが巻枠に巻かれた状態を示す図、第８
図Ｂは第８図Ａにおける仮コイルの外側に保持ロ
ーラを取り付けた状態を示す図、第８図Ｃは第８
図Ｂにおける仮コイル及び保持ローラの外側に外
筒を設置した図である。 １：超電導線、２１：内筒、２２：仮コイル、
２３：外筒、２４：保持ローラ、２５：超電導線
の渡り部、２６：案内ローラ、２７：圧縮力、２
８：超電導円筒形コイル、６１：端板、６４：支
え軸、６５：リフター、６６：巻枠回転装置、６
７：押え装置、６８：押え回転装置、６９：窓、
７０：受け台、７０ａ：支え部、７１，７４：ウ
オームホイール、７２：ウオーム、７３，８８，
９４：電動機、７７：支点、７８：リンク、７
９：座、８０：ボルト、８１，８２：案内部、８
３：歯車、８４：リング板状体、８５：小歯車、
８６：軸、８７：減速機構、９０：ローラ、９
１：ローラ受け、９２：ねじが切られた軸、９
３：歯車装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転しうる内筒を有する巻枠に予じめ超電導
   線を円筒状に巻回してなる仮コイルの端部を、前
   記内筒の外側に同心に配して固定された外筒の内
   側に渡して固定し、前記仮コイルの外周を押さえ
   る複数個の保持ローラおよび前記仮コイルの渡り
   部を前記外筒の内側に案内する１個ないし複数個
   の案内ローラと、これらのローラを支えて周方向
   に回転可能な押さえ装置、前記内筒および仮コイ
   ルを回転させて前記仮コイルの渡り部に周方向の
   圧縮力をかけることによつて前記仮コイルの渡り
   部を前記案内ローラに接触させかつ前記外筒の内
   側に密着させながら前記押さえ装置のみを前記内
   筒の回転方向と逆向きに回転させて仮コイルを順
   次外筒に巻回することを特徴とする超電導円筒形
   コイルの巻回方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、
   巻枠を垂直にし、仮コイルの最下端部を外筒内側
   の下部に固定し、仮コイルの下端から順次巻戻し
   て外筒内側の下部から順次上部に巻回することを
   特徴とする超電導円筒形コイルの巻回方法。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項のいずれ
   かに記載の方法において、外筒内側に巻回される
   コイルは仮コイルの巻回方向と逆向きに巻回され
   ることを特徴とする超電導円筒形コイルの巻回方
   法。 ４ 廻転しうる内筒を有する巻枠に予じめ超電導
   線を円筒状に巻回してなる仮コイルを巻戻して、
   前記仮コイルの周方向に圧縮力をかけながら前記
   内筒の外側に配して固定された外筒の内側に密に
   巻回して前記外筒により補強された円筒形コイル
   を巻回する装置で、該装置は前記外筒と、前記仮
   コイルが巻回される内筒と該内筒の軸方向両端部
   に配されて内筒に固定された端板とよりなる巻枠
   と、前記巻枠をその端板部において廻転自在に支
   持し前記巻枠の軸線上に配された支え軸と、該軸
   をその軸方向に移動させて仮コイルの下端面と外
   筒内に巻回されたコイルの上端面とのレベルを合
   わせるリフターと、前記巻枠を前記支え軸の周り
   に廻転させる巻枠廻転板と、前記仮コイルの外周
   を押させる複数個の保持ローラおよび仮コイルの
   渡り部を前記外筒の内側に導く１個ないし複数個
   の案内ローラを内筒の周方向に移動させかつロー
   ラの押さえ力を調整できるとともに前記２種のロ
   ーラを相互に周方向の間隔を保つ押え装置と、前
   記押さえ装置を前記内筒の廻りに回転させる押さ
   え廻転装置とから構成されたことを特徴とする超
   電導円筒形コイルの巻回装置。 ５ 特許請求の範囲第４項記載の装置において、
   内筒に複数個の軸方向に伸びた窓がもうけられた
   ことを特徴とする超電導円筒形コイルの巻回装
   置。 ６ 特許請求の範囲第４項記載の装置において、
   リフターは支え軸と、この支え軸を上下に移動し
   うるように支える受け台と、前記支え軸の下部に
   支え軸と一体にそなえたウオームホイールと、該
   ウオームホイールに係合するウオームに連結され
   た電動機とからなることを特徴とする超電導円筒
   形コイルの巻回装置。 ７ 特許請求の範囲第４項記載の装置において、
   巻枠回転装置は支え軸に固定されたウオームホイ
   ールと該ウオームホイールに係合するウオームに
   連結され、内筒内に固定された電動機とからなる
   ことを特徴とする超電導円筒形コイルの巻回装
   置。 ８ 特許請求の範囲第４項記載の装置において、
   押さえ装置が複数の保持ローラおよび１個ないし
   複数個の案内ローラと、前記各ローラを一方の端
   部において回動自在に支持し、中央部が支点によ
   つて支持されるリンクと、該リンクの他方端部を
   押圧するボルトと、このボルトに係合するねじ部
   をそなえ固定された座とからなることを特徴とす
   る超電導円筒形コイルの巻回装置。 ９ 特許請求の範囲第４項記載の装置において、
   押さえ回転装置は巻枠の両端板の半径方向外側に
   もうけられた案内部に係合して案内され巻枠の支
   え軸を中心に回転できて、かつ内側に歯車が切ら
   れたリング板状体と、前記巻枠の内側にもうけら
   れた歯車に係合する二つの小歯車と、該二つの小
   歯車を連結する軸と、該軸を減速機構を介して回
   転させる電動機とからなることを特徴とする超電
   導円筒形コイルの巻回装置。 １０ 特許請求の範囲第４項記載の装置におい
   て、仮コイルの支持装置は仮コイルの下端面を支
   える複数個のローラと該ローラをそれぞれ支持し
   前記巻枠の軸方向にめねじが切られたローラ受け
   と、前記めねじに係合し両端が端板により支持さ
   れねじが切られた軸と、該ねじが切られた軸を歯
   車装置を介して回転する電動機とからなることを
   特徴とする超電導円筒形コイルの巻回装置。