フィルム被覆超電導線およびその製造方法ならびにこのフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイル
【課題】超電導線を高分子フィルムで被覆することにより、隣接超電導線間の電気絶縁性を向上させることができ、隣接超電導線間距離を大幅に短縮した小型のコイルを容易に作製することができるフィルム被覆超電導線およびその製造方法ならびにこのフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイルを提供する。
【解決手段】超電導コイル２０は、一枚のフィルム被覆超電導線１０を折り重ねたものを巻回することにより構成されたものである。フィルム被覆超電導線１０は、テープ状の超電導線と、この超電導線よりも広い幅を持つ二枚の高分子フィルムとから構成される。
超電導線は、超電導線の厚さ方向の両側から、この超電導線よりも広い幅を持つ二枚の高分子フィルムによりそれぞれ長手方向に平行に最も広い面どうしを重ね合わせて挟まれる。超電導線および二枚の高分子フィルムは、融着または接着されることにより一体的に成形され、一枚のフィルム被覆超電導線１０を構成する。
【解決手段】超電導コイル２０は、一枚のフィルム被覆超電導線１０を折り重ねたものを巻回することにより構成されたものである。フィルム被覆超電導線１０は、テープ状の超電導線と、この超電導線よりも広い幅を持つ二枚の高分子フィルムとから構成される。
超電導線は、超電導線の厚さ方向の両側から、この超電導線よりも広い幅を持つ二枚の高分子フィルムによりそれぞれ長手方向に平行に最も広い面どうしを重ね合わせて挟まれる。超電導線および二枚の高分子フィルムは、融着または接着されることにより一体的に成形され、一枚のフィルム被覆超電導線１０を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導線を高分子フィルムで被覆したフィルム被覆超電導線およびその製造方法ならびにこのフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧が発生する超電導コイルでは、隣接する超電導線間の短絡を防ぐため隣接する超電導線間を電気絶縁する必要がある。また、複数の単層超電導コイルを同心円状に設置した多層コイルでは、さらに、層間を電気絶縁する必要がある。
【０００３】
この多層コイルとして、たとえば、交流電路に組み込まれる超電導変圧器や、短絡や地絡などの事故などによる過大な電流を抑制するための超電導コイルを用いた抵抗型限流器などが挙げられる。
【０００４】
この超電導コイルを用いた抵抗型限流器は、超電導線の常電導転移を利用したものであり、通常時には低インピーダンスであり損失（電圧降下）は非常に小さいが、臨界電流を越える過大な電流が超電導線に通電されると超電導線が常電導転移して高インピーダンスとなり、過大電流を速やかに抑制することができるようになっている。この抵抗型限流器に用いられる超電導コイルは、一般に、通常運転時の損失を小さくするために、無誘導コイルを構成することが多い。ここで、無誘導コイルとは、単層コイルを同心円状に配置した多層コイルであって、各層毎に通電方向が逆になるように巻線することにより各層の誘導磁場が互いに打ち消し合うように構成されたコイルであり、層間は電気絶縁のために空間を空けて配置される。
【０００５】
従来、この種の超電導コイルに、特開２００２−２８０２１３号公報（特許文献１）に開示された超電導コイル装置がある。
【０００６】
この超電導コイル装置は、超電導線材を、少なくとも３個以上の同心状に配置された円筒形状巻枠の軸方向外周面にターン間に所要の絶縁距離を設けて螺旋状に重層することなく巻回することにより、多層コイルを構成している。
【０００７】
この超電導コイル装置は、ターン間に絶縁距離を設け重層することなく巻線しているため、隣接する超電導線間の電気絶縁性能を確保できるようになっている。また、単層コイルを同心円状に空間を空けて配置することで層間の絶縁距離を確保することにより、層間を電気絶縁することができるようになっている。
【特許文献１】特開２００２−２８０２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の超電導コイルでは、ターン間に絶縁距離を設け重層することなく巻線するとともに、多層コイルの層間の絶縁距離を確保するために、各コイルを同心円状に空間を空けて配置している。このため、超電導装置として必要なインピーダンスを確保するためには、コイルが大型化してしまう。
【０００９】
また、抵抗型限流器に用いられる超電導コイルでは、通常運転時のインピーダンスを小さくするために多層からなる無誘導コイルが構成されているが、所要のターン間絶縁距離および層間絶縁距離を設けられているため、漏れ磁束によるインダクタンスが残ってしまう。
【００１０】
抵抗型限流器に用いられる超電導コイルには、液体ヘリウムや液体窒素などの液化ガスに浸漬して冷却されるものがある。この冷媒として用いられる液化ガスは、超電導線の交流損失などにより気化する可能性がある。この気化により発生したガスは、液体状態に比べて電気絶縁性能に劣る。このため、このガスは超電導線間を橋絡するおそれがある。したがって、液化ガスを用いる超電導コイルの場合、このガスによる超電導線間の橋絡を防止するために、あらかじめ余裕を持ってターン間距離および層間距離を確保しておく必要があり、更に大型化してしまう。
【００１１】
また、この冷媒の気化による弊害を防止するために、冷媒温度を沸点以下に保つ必要が生じる。このため、冷凍機などの付帯設備が必要となり、通常運転時に付帯設備の損失が発生する。
【００１２】
コイルの小型化のためにターン間の絶縁距離を短くするためには、隣接超電導線間の電気絶縁特性を向上させる必要がある。この方法として、たとえば超電導線の先端部などの角部を曲面に加工することが考えられる。しかし、酸化物超電導線で用いられるような厚さが約１mm以下のテープ状超電導線では曲率加工が困難であり、またその効果も小さい。
【００１３】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、超電導線を高分子フィルムで被覆することにより、隣接超電導線間の電気絶縁性を向上させることができ、隣接超電導線間距離を大幅に短縮した小型のコイルを容易に作製することができるフィルム被覆超電導線およびその製造方法ならびにこのフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るフィルム被覆超電導線は、上述した課題を解決するために、テープ状の超電導線と、この超電導線にその長手方向に重ね合わせられ、上記超電導線よりも広い幅を持つ絶縁性高分子フィルムと、を有することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明に係るフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイルは、上述した課題を解決するために、テープ状の超電導線とこの超電導線よりも広い幅を持つ絶縁性高分子フィルムとを長手方向に沿って重ね合わせたフィルム被覆超電導線を長手方向の所要位置で幅方向に沿って折り返して重ねたものを、コイル状あるいは渦巻状に巻回してなることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明に係るフィルム被覆超電導線の製造方法は、上述した課題を解決するために、超電導線とこの超電導線よりも広い幅をもつ絶縁性高分子フィルムとを長手方向に沿って重ねるステップと、前記超電導線と前記絶縁性高分子フィルムを加熱するステップと、前記超電導線と前記絶縁性高分子フィルムを圧縮して互いを融着するステップと、を有することを特徴とする方法である。
【００１７】
また、本発明に係るフィルム被覆超電導線の製造方法は、上述した課題を解決するために、超電導線を加熱するステップと、前記加熱後に前記超電導線とこの超電導線よりも広い幅をもつ絶縁性高分子フィルムとを長手方向に沿って重ねるステップと、前記超電導線と前記高分子フィルムを圧縮して互いを融着するステップと、を有することを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るフィルム被覆超電導線およびその製造方法ならびにこのフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイルによれば、超電導線を高分子フィルムで被覆することにより、隣接超電導線間の電気絶縁性を向上させることができ、隣接超電導線間距離を大幅に短縮した小型のコイルを容易に作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係るフィルム被覆超電導線およびその製造方法ならびにこのフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイルの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係るフィルム被覆超電導線およびこのフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイルの第１実施形態を模式的に示す平面図である。
【００２１】
図１に示すように、この超電導コイル２０は、一枚のフィルム被覆超電導線１０を二つ折りして折り返し、折り重ねたものを渦巻状（あるいはコイル状）に巻回することにより構成される。
【００２２】
図２（ａ）に示すように、フィルム被覆超電導線１０は、テープ状の超電導線１１と、この超電導線１１よりも広い幅を持つ二枚の高い絶縁性を有する高分子フィルム１２とから構成される。なお、本明細書では、テープ状の六面体において、最も長い辺の方向を長手方向、長手方向に直交する平面による六面体の断面における短い辺の方向を厚さ方向およびこの断面におけるもう一方の辺の方向を幅方向と呼ぶ。
【００２３】
超電導線１１は、超電導線１１の厚さ方向の両側から、この超電導線１１よりも広い幅を持つ二枚の高分子フィルム１２によりそれぞれ長手方向に平行に最も広い面どうしを重ね合わせて挟まれる。超電導線１１および二枚の高分子フィルム１２は、図２（ｂ）に示すように、固着界面１３において融着または接着されることにより一体的に成形され、一枚のフィルム被覆超電導線１０を構成する。
【００２４】
図３は、本発明に係るフィルム被覆超電導線１０の製造方法の一例を概略的に示す説明図である。
【００２５】
フィルム被覆超電導線１０の製造方法（以下、製造方法１という）は、図３に示すように、ヒータなどの熱源２１ａを有する加熱炉２１により、三枚合わせされた超電導線１１および二枚の高分子フィルム１２を同時に加熱してから融着させる方法である。
【００２６】
この製造方法１では、まず、最も広い面どうしが重ね合わさるように、超電導線１１を中にして二枚の高分子フィルム１２により長手方向に沿って両側から挟んだ位置におく（図２(ａ)参照）。次に、この超電導線１１および二枚の高分子フィルム１２を、加熱炉２１において同時に加熱する。このとき、互いの位置関係が乱れないようにガイドローラ２３などを用いるとよい。次に、圧縮ローラ２２により二枚の高分子フィルム１２の外側から圧縮することによって、超電導線１１および二枚の高分子フィルム１２を固着界面１３において融着させる（図２（ｂ）参照）。
【００２７】
以上の手順によって、超電導線１１および二枚の高分子フィルム１２は一体的に成形され、一枚のフィルム被覆超電導線１０を得ることができる。
【００２８】
このフィルム被覆超電導線１０の製造方法１は、超電導線１１および二枚の高分子フィルム１２を同時に加熱した後に圧縮する方法である。このため、超電導線１１と高分子フィルム１２および高分子フィルム１２どうしを固着界面１３において強固に融着することができる。また、圧縮することにより、固着界面１３における空隙などの欠陥の発生を防ぐことができる。したがって、製造方法１によれば、フィルム被覆超電導線１０は高い電気絶縁特性を持つことができる。
【００２９】
図４は、本発明に係るフィルム被覆超電導線１０の製造方法の他の一例を概略的に示す説明図である。
【００３０】
図４に示すフィルム被覆超電導線１０の製造方法（以下、製造方法２という）では、超電導線１１のみを加熱炉２１により加熱してから超電導線１１と二枚の高分子フィルム１２を両側から重ね合わせて融着させる方法である。
【００３１】
まず、超電導線１１のみを加熱炉２１で加熱する。次に、超電導線１１が二枚の高分子フィルム１２により長手方向に平行に最も広い面どうしを重ね合わせて挟まれるように添わせる（重ね合わせる）（図２(ａ)参照）。次に、圧縮ローラ２２により二枚の高分子フィルム１２の外側から圧縮することによって、超電導線１１および二枚の高分子フィルム１２を固着界面１３において融着させる（図２（ｂ）参照）。
【００３２】
以上の手順によっても、超電導線１１および二枚の高分子フィルム１２は一体的に成形され、一枚のフィルム被覆超電導線１０を得ることができる。
【００３３】
この製造方法２は、超電導線１１のみを加熱した後に超電導線１１および二枚の高分子フィルム１２を圧縮する方法である。高分子フィルム１２のうち、加熱された超電導線１１と接触する部分のみが溶融または軟化する。このため、高分子フィルム１２のうち、超電導線１１と接触する部分のみが局所的に変形し、超電導線１１と強固に融着される。したがって、高分子フィルム１２のうち、超電導線１１と非接触の部分はほとんど変形しないため、融着時の変形による高分子フィルム１２の電気絶縁特性の低下を抑えることができる。
【００３４】
なお、製造方法１および製造方法２において、二枚の高分子フィルム１２で超電導線１１を挟むかわりに、１枚の高分子フィルム１２を長手方向に沿って二つ折りに折りたたみ、その間に超電導線１１を長手方向に挟みこむようにしてもよいし、中空のチューブ状の高分子フィルム１２の内側に超電導線１１を挿入してよい。
【００３５】
また、二枚の高分子フィルム１２で超電導線１１を両側から挟んだもの所要の位置で幅方向に沿って折り返して折り重ねた後に、製造方法１によって加熱し圧縮してもよい。折り重ねた後に加熱し圧縮する場合、折り重ねの内側にできる高分子フィルム１２どうしの界面を融着させることにより固着界面１３とすることができる。したがって、さらに空隙などの欠陥の発生を防ぐことができ、フィルム被覆超電導線１０はより高い電気絶縁特性を持つことができる。
【００３６】
図５は、フィルム被覆超電導線１０を、長手方向に垂直かつ幅方向に平行な直線に沿って折り返して重ねた様子を示す概略的な斜視図である。
【００３７】
この折り重ねたフィルム被覆超電導線１０を、折り返し部が内側に来るように密接して巻回することにより、図１に示す超電導コイル２０を構成することができる。
【００３８】
次に、本発明に係るフィルム被覆超電導線１０およびこのフィルム被覆超電導線１０を用いた超電導コイル２０の作用について説明する。
【００３９】
図６は、図１に示す超電導コイル２０のＩＩ−ＩＩ線に沿う平面において切断した縦断面図である。
【００４０】
超電導コイル２０は、折り重ねたフィルム被覆超電導線１０を渦巻状（またはコイル状）に巻回して構成されている。このため、界面は、図６に示すように、最外層から内側に向かって、固着界面１３、折り返しの内側どうしの界面である内側接触界面１４、固着界面１３、折り返しの外側どうしの界面である外側接触界面１５の順に現れ、これを繰り返す。したがって、隣接する超電導線１１の間には、常に高分子フィルム１２が存在することになる。
【００４１】
なお、二枚の高分子フィルム１２で超電導線１１を挟んだものを折り重ねた後に、製造方法１によって加熱し圧縮した場合、図６に示す界面のうち、折り返しの内側どうしの界面である内側接触界面１４は、高分子フィルム１２どうしの固着界面１３となる。
【００４２】
図６において、たとえば紙面最右（超電導コイル２０の最外層）の超電導線１１から紙面奥へ電流を流す場合、この電流は、紙面左から３番目の超電導線１１を紙面奥へ流れてフィルム被覆超電導線１０の折り返し部に到達して戻り、紙面右から４番目の超電導線１１を紙面手前方向へ流れたのち紙面右から２番目の超電導線１１から紙面手前方向へと流れる。
【００４３】
本実施形態に係るフィルム被覆超電導線１０を用いた超電導コイル２０は、隣接する超電導線１１の間（ターン間）に、常に二枚の絶縁性の高分子フィルム１２が存在する。この高分子フィルム１２は、超電導線１１とともに重層し、または巻回してコイル形状としても、電気絶縁性能の低下がほとんどない。このため、隣接する超電導線１１の間は、この高分子フィルム１２によって、安定した電気絶縁性能が確保される。
【００４４】
したがって、超電導コイル２０の通常運転時において、超電導線１１が常電導転移することなどにより、隣接する超電導線１１どうしの間に電位差が生じた場合でも、隣接する超電導線１１どうしが短絡することがない。したがって、このフィルム被覆超電導線１０を用いた超電導コイル２０によれば、フィルム被覆超電導線１０どうしを密接して巻線することができ、隣接超電導線間距離を大幅に短縮した小型の多層コイルを容易に作製することができる。
【００４５】
また、隣り合う超電導線１１には逆方向の電流が流れるため、互いに誘導磁場を打ち消し合う。このため、超電導コイル２０は無誘導コイルを構成する。フィルム被覆超電導線１０は密接して巻回されているため、その磁気結合は大きく、超電導コイル２０は、インダクタンスが極めて小さなコイルとすることができる。
【００４６】
なお、フィルム被覆超電導線１０において、固着界面１３が電気絶縁的な弱点部になるが、本実施形態で示したように、超電導線１１よりも広い幅を持つ高分子フィルム１２を用いることにより、隣接超電導線１１の間の電位差に対して十分な電気絶縁性を保つことができる。
【００４７】
一般に、超電導コイルを液体ヘリウムや液体窒素などの液体冷媒に浸漬する場合、超電導線が常電導転移してジュール発熱し冷媒が蒸発すると、超電導線の周囲に熱伝導率が低く比熱の小さな気体の膜が形成されるために、超電導線の温度が上昇してしまう。
【００４８】
本実施形態に係る超電導コイル２０を構成するフィルム被覆超電導線１０は、超電導線１１を高分子フィルム１２により被覆している。このため、超電導コイル２０を液体冷媒に浸漬する場合、この冷媒は高分子フィルム１２を介して超電導線１１を冷却する。したがって、超電導線１１が常電導転移しジュール発熱しても、超電導線１１の周囲には気体に比べて比熱の大きな高分子フィルム１２が配置されているため、超電導線１１の温度上昇を抑制することができる。
【００４９】
次に、図７に図１に示すフィルム被覆超電導線１０の第１変形例を示す。
【００５０】
図７においては、このフィルム被覆超電導線１０は、テープ状の超電導線１１の外側に導電性高分子フィルム１６を巻回して設け、その両側に高分子フィルム１２を製造方法１または製造方法２によって融着や接着するなどして構成している。
【００５１】
図７に示す実施形態の構成によれば、超電導線１１の外側に巻回した導電性高分子フィルム１６外周面の曲率半径は超電導線１１の端部の曲率半径よりも大きくなるため、超電導線１１の端部の角部への電界集中を抑制することができ、電気絶縁特性を向上することができる。
【００５２】
このフィルム被覆超電導線１０を第１実施形態のフィルム被覆超電導線１０として用いても、同様の作用効果を得ることができる。
【００５３】
なお、導電性高分子フィルム１６は、１枚の導電性高分子フィルム１６を長手方向に沿って二つ折りに折りたたみ、その間に超電導線１１を長手方向に挟みこむようにしてもよいし、中空のチューブ状の導電性高分子フィルム１６内に超電導線１１を挿入したのちに、加熱し、圧縮することなどで平面状に成形して構成してもよい。
【００５４】
次に、図８（ｂ）に図１に示すフィルム被覆超電導線１０の第２変形例を示す。
【００５５】
図８（ａ）に示すように、フィルム被覆超電導線１０は、高分子フィルム１２よりも融点の低い低融点高分子フィルム１７を有する。この低融点高分子フィルム１７は高分子フィルム１２と超電導線１１の間に挿入される。
【００５６】
図８（ｂ）に示す実施形態の構成によれば、製造方法１または製造方法２などによりに融着や接着するなどする場合、低融点高分子フィルム１７の溶融を利用することで、高分子フィルム１２は変化させずに超電導線１１と高分子フィルム１２を、融着することができるため、高い電気絶縁性能を確保することができる。
【００５７】
たとえば、低融点高分子フィルム１７としてたとえば低密度ポリエチレン（融点１２０℃）を用いる場合、この低融点高分子フィルム１７の外側に位置する高分子フィルム１２には低密度ポリエチレンよりも高融点の材料、たとえばポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）（融点２５８℃）を用いるとよい。この場合、製造方法１または製造方法２を適用するにあたり、加熱温度をたとえば１３０℃に設定すれば、低融点高分子フィルム１７のみが融解し、外側の高分子フィルム１２はほとんど変形しない。したがって、低融点高分子フィルム１７を用いることにより、高分子フィルム１２の電気絶縁性能は損なわれず、高い電気絶縁性能を有するフィルム被覆超電導線１０を得ることができる。
【００５８】
このフィルム被覆超電導線１０を第１実施形態のフィルム被覆超電導線１０として用いても、同様の作用効果を得ることができる。
【００５９】
図９は、本発明に係るフィルム被覆超電導線およびこのフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイルの第２実施形態を模式的に示す平面図である。
【００６０】
この実施形態を説明するにあたり、図１に示された超電導コイル２０と同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００６１】
この実施形態に示された超電導コイル２０Ａは、一枚のフィルム被覆超電導線１０Ａを折り重ねたものを渦巻状またはコイル状に巻回することにより構成される。
【００６２】
図１０（ａ）に示すように、フィルム被覆超電導線１０Ａは、テープ状の超電導線１１と、この超電導線１１よりも広い幅を持つ一枚の高分子フィルム１２とから構成される。
【００６３】
超電導線１１は、厚さ方向の片側において、この超電導線１１よりも広い幅を持つ一枚の高分子フィルム１２と最も広い面どうしを重ね合わせ、図１０（ｂ）に示すように、固着界面１３において融着または接着されることにより一体的に成形され、一枚のフィルム被覆超電導線１０Ａを構成する。
【００６４】
なお、このフィルム被覆超電導線１０Ａの製造には、製造方法１または製造方法２のいずれを用いてもよい。いずれの製造方法によっても、高分子フィルム１２は超電導線１１と接触する部分のみが局所的に変形し、固着界面１３において超電導線１１と強固に融着される。
【００６５】
このフィルム被覆超電導線１０Ａを折り重ねて巻回して超電導コイル２０Ａを構成するにあたり、超電導線１１どうしの接触短絡を防ぐ必要がある。この接触短絡は、大きくわけて次の二通りの巻回方法により防ぐことができる。
【００６６】
第一の巻回方法（以下、方法１という）は、超電導線１１が内側に来るようにフィルム被覆超電導線１０Ａを折り重ねる場合の巻回方法である。
【００６７】
超電導線１１が内側に来るようにフィルム被覆超電導線１０Ａを折り重ねる場合、折り重ねの内側で超電導線１１どうしが接触してしまう。この接触を防ぐために、図１１（ａ）に示すように、折り重ねの内側に絶縁性の高分子フィルム１２を挿入する。この高分子フィルム１２を挿入したフィルム被覆超電導線１０Ａを巻回することにより、超電導線１１どうしの接触を防ぐことができる。
【００６８】
なお、この挿入する高分子フィルム１２を二枚とした場合は、第１実施形態と同様に、隣接する超電導線１１の間（ターン間）に、常に二枚の高分子フィルム１２が存在することになる。
【００６９】
第二の巻回方法（以下、方法２という）は、超電導線１１が外側に来るようにフィルム被覆超電導線１０Ａを折り重ねる場合の巻回方法である。
【００７０】
超電導線１１が外側に来るようにフィルム被覆超電導線１０Ａを折り重ねる場合、この折り重ねたものを重層して巻回すると、ターン間で折り重ねの外側の超電導線１１どうしが接触してしまう。この接触を防ぐために、図１１（ｂ）に示すように、折り重ねたフィルム被覆超電導線１０Ａのターンの内側となる側に高分子フィルム１２を添えたものを巻回する。この結果、ターン間に高分子フィルム１２を挿入しながら巻回することになり、超電導線１１どうしの接触を防ぐことができる。
【００７１】
なお、添える高分子フィルム１２を二枚とした場合は、第１実施形態と同様に、隣接する超電導線１１の間（ターン間）に、常に二枚の高分子フィルム１２が存在することになる。
【００７２】
この方法１または方法２でフィルム被覆超電導線１０Ａを巻回した超電導コイル２０Ａは、方法１で挿入したまたは方法２で添えられた高分子フィルム１２と超電導線１１との間にはわずかながら隙間が存在する。このため、超電導コイル２０Ａを液化ガスなどの液体冷媒で冷却する場合、この高分子フィルム１２と超電導線１１との隙間に冷媒が浸透するため、超電導線１１の冷却特性が向上し、超電導状態の安定性を向上させることができる。
【００７３】
なお、超電導コイル２０Ａにおいて、隣接するフィルム被覆超電導線１０Ａ間に発生する電圧に対しては高分子フィルム１２の沿面絶縁となるが、超電導線１１に比べて幅の広い高分子フィルム１２を用いることにより、電気絶縁特性を確保することができる。
【００７４】
なお、第１実施形態に示したフィルム被覆超電導線１０の変形例１および変形例２をフィルム被覆超電導線１０Ａとして用いてもよい。このとき、フィルム被覆超電導線１０を構成する二枚の高分子フィルム１２のうち一方は不要であることに注意する。変形例１または変形例２の特有の効果を得ることができるとともに、第２実施形態に示した作用効果を得ることができる。
【００７５】
図１２は、本発明に係るフィルム被覆超電導線およびこのフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイルの第３実施形態を模式的に示す平面図である。
【００７６】
この実施形態を説明するにあたり、図１に示された超電導コイル２０と同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００７７】
図１２に示すように、この実施形態に示された超電導コイル２０Ｂは、フィルム被覆超電導線１０Ｂを渦巻状あるいはコイル状に巻回して構成される。
【００７８】
図１３(ａ)に示すように、フィルム被覆超電導線１０Ｂは、３枚のテープ状の超電導線１１と、この超電導線１１よりも広い幅を持つ四枚の高分子フィルム１２とから構成される。このため、フィルム被覆超電導線１０Ｂは、第１実施形態に示したフィルム被覆超電導線１０三枚（三層）からなる集合体ということができる。また、フィルム被覆超電導線１０Ｂは、第２実施形態に示したフィルム被覆超電導線１０Ａ（図１０（ｂ）参照）三枚（三層）からなる集合体において最外部となる超電導線１１に高分子フィルム１２を重ねたものということもできる。三枚の超電導線１１と四枚の高分子フィルム１２は、それぞれ長手方向に平行に最も広い面どうしで交互に重ね合わされる。このとき、最外部は高分子フィルム１２となることに注意する。
【００７９】
この３枚のテープ状の超電導線１１と四枚の高分子フィルム１２は、図１３（ｂ）に示すように、固着界面１３において融着または接着されることにより一体的に成形され、三枚のフィルム被覆超電導線１０からなる一枚のフィルム被覆超電導線１０Ｂを構成する。
【００８０】
このフィルム被覆超電導線１０Ｂを製造する際には、超電導線１１と高分子フィルム１２を図１３（ａ）に示すように交互に重ね合わせた後に、加熱し、圧縮して一体化する（以下、製造方法３という）。
【００８１】
この製造方法３によれば、フィルム被覆超電導線１０Ｂの全ての界面を融着させることにより固着界面１３とすることができる。このため、フィルム被覆超電導線１０Ｂをフィルム被覆超電導線１０またはフィルム被覆超電導線１０Ａを三層重ねた集合体として考えた場合、各フィルム被覆超電導線１０またはフィルム被覆超電導線１０Ａの界面に生じるギャップを極力抑えることができる。したがって、フィルム被覆超電導線１０またはフィルム被覆超電導線１０Ａを三層重ねた集合体たるフィルム被覆超電導線１０Ｂを、高い電気絶縁特性を有するものとすることができる。
【００８２】
次に、本発明に係るフィルム被覆超電導線１０またはフィルム被覆超電導線１０Ａを三層重ねた集合体たるフィルム被覆超電導線１０Ｂおよびこのフィルム被覆超電導線１０Ｂを用いた超電導コイル２０Ｂの作用について説明する。
【００８３】
図１４は、図１２に示す超電導コイル２０ＢのＩＩ−ＩＩ線に沿う平面において切断した縦断面図である。
【００８４】
超電導コイル２０Ｂは、フィルム被覆超電導線１０またはフィルム被覆超電導線１０Ａを三層重ねた集合体たるフィルム被覆超電導線１０Ｂを渦巻状あるいはコイル状に巻回して構成されている。このため、界面は、図１４に示すように、最外層から内側に向かって、固着界面１３が五面現れた後にフィルム被覆超電導線１０Ｂどうしの接触界面１８が現れ、これを繰り返す。したがって、隣接する超電導線１１の間には、常に高分子フィルム１２が存在することになる。
【００８５】
図１４において、超電導線１１ａ、１１ｂおよび１１ｃにはそれぞれ１２０°位相がずれた電流を流すとよい。このことにより、お互いの誘導磁場を打ち消しあうことができる。超電導線１１ａ、１１ｂおよび１１ｃは密接しているため、互いに磁気結合が強い。したがって、超電導コイル２０Ｂは、きわめて小さなインピーダンスとすることができる。
【００８６】
また、この超電導コイル２０Ｂにおいて、単相または２相のみに超電導線の臨界電流を越えた事故電流が流れた場合、この事故電流が流れた超電導線が常電導状態に遷移して抵抗性のインピーダンスを発生する。このとき、同時に３相のバランスが崩れてしまうため、コイルに大きなインダクタンスが生じる。したがって、この超電導コイル２０Ｂは、限流器として用いると、大きな限流効果を得ることができる。
【００８７】
なお、第１実施形態に示したフィルム被覆超電導線１０の変形例１および変形例２を三層重ねたものを利用してフィルム被覆超電導線１０Ｂを構成してもよい。変形例１または変形例２の特有の効果を得ることができるとともに、第３実施形態に示した作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明に係るフィルム被覆超電導線およびこのフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイルの第１実施形態を模式的に示す平面図。
【図２】（ａ）は図１に示すフィルム被覆超電導線の構成要素を示す概略的な斜視図、（ｂ）は図１に示すフィルム被覆超電導線の断面を概略的に示す斜視図。
【図３】本発明に係るフィルム被覆超電導線の製造方法の一例を概略的に示す説明図。
【図４】本発明に係るフィルム被覆超電導線の製造方法の他の一例を概略的に示す説明図。
【図５】フィルム被覆超電導線を、長手方向に垂直かつ幅方向に平行な直線に沿って折り返して重ねた様子を示す概略的な斜視図。
【図６】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う平面において切断した縦断面図。
【図７】図１に示すフィルム被覆超電導線１０の第１変形例を示す縦断面図。
【図８】（ａ）は図１に示すフィルム被覆超電導線１０の第２変形例の構成要素を示す概略的な縦断面図、（ｂ）は図１に示すフィルム被覆超電導線１０の第２変形例を概略的に示す縦断面図。
【図９】本発明に係るフィルム被覆超電導線およびこのフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイルの第２実施形態を模式的に示す平面図。
【図１０】（ａ）は図９に示すフィルム被覆超電導線の構成要素を示す概略的な縦断面図、（ｂ）は図９に示すフィルム被覆超電導線を概略的に示す縦断面図。
【図１１】（ａ）は第一の巻回方法を概略的に示す説明図、（ｂ）は第二の巻回方法を概略的に示す説明図。
【図１２】本発明に係るフィルム被覆超電導線およびこのフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイルの第３実施形態を模式的に示す平面図。
【図１３】（ａ）は図１２に示すフィルム被覆超電導線の集合体の構成要素を示す概略的な縦断面図、（ｂ）は図１２に示すフィルム被覆超電導線の集合体を概略的に示す縦断面図。
【図１４】図１２のＩＩ−ＩＩ線に沿う平面において切断した縦断面図。
【符号の説明】
【００８９】
１０、１０Ａ、１０Ｂ フィルム被覆超電導線
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 超電導線
１２ 高分子フィルム
１３ 固着界面
１４ 内側接触界面
１５ 外側接触界面
１６ 導電性高分子フィルム
１７ 高分子材料
１８ 接触界面
２０、２０Ａ、２０Ｂ 超電導コイル
２１ 加熱炉
２１ａ 熱源
２２ 圧縮ローラ
２３ ガイドローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導線を高分子フィルムで被覆したフィルム被覆超電導線およびその製造方法ならびにこのフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧が発生する超電導コイルでは、隣接する超電導線間の短絡を防ぐため隣接する超電導線間を電気絶縁する必要がある。また、複数の単層超電導コイルを同心円状に設置した多層コイルでは、さらに、層間を電気絶縁する必要がある。
【０００３】
この多層コイルとして、たとえば、交流電路に組み込まれる超電導変圧器や、短絡や地絡などの事故などによる過大な電流を抑制するための超電導コイルを用いた抵抗型限流器などが挙げられる。
【０００４】
この超電導コイルを用いた抵抗型限流器は、超電導線の常電導転移を利用したものであり、通常時には低インピーダンスであり損失（電圧降下）は非常に小さいが、臨界電流を越える過大な電流が超電導線に通電されると超電導線が常電導転移して高インピーダンスとなり、過大電流を速やかに抑制することができるようになっている。この抵抗型限流器に用いられる超電導コイルは、一般に、通常運転時の損失を小さくするために、無誘導コイルを構成することが多い。ここで、無誘導コイルとは、単層コイルを同心円状に配置した多層コイルであって、各層毎に通電方向が逆になるように巻線することにより各層の誘導磁場が互いに打ち消し合うように構成されたコイルであり、層間は電気絶縁のために空間を空けて配置される。
【０００５】
従来、この種の超電導コイルに、特開２００２−２８０２１３号公報（特許文献１）に開示された超電導コイル装置がある。
【０００６】
この超電導コイル装置は、超電導線材を、少なくとも３個以上の同心状に配置された円筒形状巻枠の軸方向外周面にターン間に所要の絶縁距離を設けて螺旋状に重層することなく巻回することにより、多層コイルを構成している。
【０００７】
この超電導コイル装置は、ターン間に絶縁距離を設け重層することなく巻線しているため、隣接する超電導線間の電気絶縁性能を確保できるようになっている。また、単層コイルを同心円状に空間を空けて配置することで層間の絶縁距離を確保することにより、層間を電気絶縁することができるようになっている。
【特許文献１】特開２００２−２８０２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の超電導コイルでは、ターン間に絶縁距離を設け重層することなく巻線するとともに、多層コイルの層間の絶縁距離を確保するために、各コイルを同心円状に空間を空けて配置している。このため、超電導装置として必要なインピーダンスを確保するためには、コイルが大型化してしまう。
【０００９】
また、抵抗型限流器に用いられる超電導コイルでは、通常運転時のインピーダンスを小さくするために多層からなる無誘導コイルが構成されているが、所要のターン間絶縁距離および層間絶縁距離を設けられているため、漏れ磁束によるインダクタンスが残ってしまう。
【００１０】
抵抗型限流器に用いられる超電導コイルには、液体ヘリウムや液体窒素などの液化ガスに浸漬して冷却されるものがある。この冷媒として用いられる液化ガスは、超電導線の交流損失などにより気化する可能性がある。この気化により発生したガスは、液体状態に比べて電気絶縁性能に劣る。このため、このガスは超電導線間を橋絡するおそれがある。したがって、液化ガスを用いる超電導コイルの場合、このガスによる超電導線間の橋絡を防止するために、あらかじめ余裕を持ってターン間距離および層間距離を確保しておく必要があり、更に大型化してしまう。
【００１１】
また、この冷媒の気化による弊害を防止するために、冷媒温度を沸点以下に保つ必要が生じる。このため、冷凍機などの付帯設備が必要となり、通常運転時に付帯設備の損失が発生する。
【００１２】
コイルの小型化のためにターン間の絶縁距離を短くするためには、隣接超電導線間の電気絶縁特性を向上させる必要がある。この方法として、たとえば超電導線の先端部などの角部を曲面に加工することが考えられる。しかし、酸化物超電導線で用いられるような厚さが約１mm以下のテープ状超電導線では曲率加工が困難であり、またその効果も小さい。
【００１３】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、超電導線を高分子フィルムで被覆することにより、隣接超電導線間の電気絶縁性を向上させることができ、隣接超電導線間距離を大幅に短縮した小型のコイルを容易に作製することができるフィルム被覆超電導線およびその製造方法ならびにこのフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るフィルム被覆超電導線は、上述した課題を解決するために、テープ状の超電導線と、この超電導線にその長手方向に重ね合わせられ、上記超電導線よりも広い幅を持つ絶縁性高分子フィルムと、を有することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明に係るフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイルは、上述した課題を解決するために、テープ状の超電導線とこの超電導線よりも広い幅を持つ絶縁性高分子フィルムとを長手方向に沿って重ね合わせたフィルム被覆超電導線を長手方向の所要位置で幅方向に沿って折り返して重ねたものを、コイル状あるいは渦巻状に巻回してなることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明に係るフィルム被覆超電導線の製造方法は、上述した課題を解決するために、超電導線とこの超電導線よりも広い幅をもつ絶縁性高分子フィルムとを長手方向に沿って重ねるステップと、前記超電導線と前記絶縁性高分子フィルムを加熱するステップと、前記超電導線と前記絶縁性高分子フィルムを圧縮して互いを融着するステップと、を有することを特徴とする方法である。
【００１７】
また、本発明に係るフィルム被覆超電導線の製造方法は、上述した課題を解決するために、超電導線を加熱するステップと、前記加熱後に前記超電導線とこの超電導線よりも広い幅をもつ絶縁性高分子フィルムとを長手方向に沿って重ねるステップと、前記超電導線と前記高分子フィルムを圧縮して互いを融着するステップと、を有することを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るフィルム被覆超電導線およびその製造方法ならびにこのフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイルによれば、超電導線を高分子フィルムで被覆することにより、隣接超電導線間の電気絶縁性を向上させることができ、隣接超電導線間距離を大幅に短縮した小型のコイルを容易に作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係るフィルム被覆超電導線およびその製造方法ならびにこのフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイルの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係るフィルム被覆超電導線およびこのフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイルの第１実施形態を模式的に示す平面図である。
【００２１】
図１に示すように、この超電導コイル２０は、一枚のフィルム被覆超電導線１０を二つ折りして折り返し、折り重ねたものを渦巻状（あるいはコイル状）に巻回することにより構成される。
【００２２】
図２（ａ）に示すように、フィルム被覆超電導線１０は、テープ状の超電導線１１と、この超電導線１１よりも広い幅を持つ二枚の高い絶縁性を有する高分子フィルム１２とから構成される。なお、本明細書では、テープ状の六面体において、最も長い辺の方向を長手方向、長手方向に直交する平面による六面体の断面における短い辺の方向を厚さ方向およびこの断面におけるもう一方の辺の方向を幅方向と呼ぶ。
【００２３】
超電導線１１は、超電導線１１の厚さ方向の両側から、この超電導線１１よりも広い幅を持つ二枚の高分子フィルム１２によりそれぞれ長手方向に平行に最も広い面どうしを重ね合わせて挟まれる。超電導線１１および二枚の高分子フィルム１２は、図２（ｂ）に示すように、固着界面１３において融着または接着されることにより一体的に成形され、一枚のフィルム被覆超電導線１０を構成する。
【００２４】
図３は、本発明に係るフィルム被覆超電導線１０の製造方法の一例を概略的に示す説明図である。
【００２５】
フィルム被覆超電導線１０の製造方法（以下、製造方法１という）は、図３に示すように、ヒータなどの熱源２１ａを有する加熱炉２１により、三枚合わせされた超電導線１１および二枚の高分子フィルム１２を同時に加熱してから融着させる方法である。
【００２６】
この製造方法１では、まず、最も広い面どうしが重ね合わさるように、超電導線１１を中にして二枚の高分子フィルム１２により長手方向に沿って両側から挟んだ位置におく（図２(ａ)参照）。次に、この超電導線１１および二枚の高分子フィルム１２を、加熱炉２１において同時に加熱する。このとき、互いの位置関係が乱れないようにガイドローラ２３などを用いるとよい。次に、圧縮ローラ２２により二枚の高分子フィルム１２の外側から圧縮することによって、超電導線１１および二枚の高分子フィルム１２を固着界面１３において融着させる（図２（ｂ）参照）。
【００２７】
以上の手順によって、超電導線１１および二枚の高分子フィルム１２は一体的に成形され、一枚のフィルム被覆超電導線１０を得ることができる。
【００２８】
このフィルム被覆超電導線１０の製造方法１は、超電導線１１および二枚の高分子フィルム１２を同時に加熱した後に圧縮する方法である。このため、超電導線１１と高分子フィルム１２および高分子フィルム１２どうしを固着界面１３において強固に融着することができる。また、圧縮することにより、固着界面１３における空隙などの欠陥の発生を防ぐことができる。したがって、製造方法１によれば、フィルム被覆超電導線１０は高い電気絶縁特性を持つことができる。
【００２９】
図４は、本発明に係るフィルム被覆超電導線１０の製造方法の他の一例を概略的に示す説明図である。
【００３０】
図４に示すフィルム被覆超電導線１０の製造方法（以下、製造方法２という）では、超電導線１１のみを加熱炉２１により加熱してから超電導線１１と二枚の高分子フィルム１２を両側から重ね合わせて融着させる方法である。
【００３１】
まず、超電導線１１のみを加熱炉２１で加熱する。次に、超電導線１１が二枚の高分子フィルム１２により長手方向に平行に最も広い面どうしを重ね合わせて挟まれるように添わせる（重ね合わせる）（図２(ａ)参照）。次に、圧縮ローラ２２により二枚の高分子フィルム１２の外側から圧縮することによって、超電導線１１および二枚の高分子フィルム１２を固着界面１３において融着させる（図２（ｂ）参照）。
【００３２】
以上の手順によっても、超電導線１１および二枚の高分子フィルム１２は一体的に成形され、一枚のフィルム被覆超電導線１０を得ることができる。
【００３３】
この製造方法２は、超電導線１１のみを加熱した後に超電導線１１および二枚の高分子フィルム１２を圧縮する方法である。高分子フィルム１２のうち、加熱された超電導線１１と接触する部分のみが溶融または軟化する。このため、高分子フィルム１２のうち、超電導線１１と接触する部分のみが局所的に変形し、超電導線１１と強固に融着される。したがって、高分子フィルム１２のうち、超電導線１１と非接触の部分はほとんど変形しないため、融着時の変形による高分子フィルム１２の電気絶縁特性の低下を抑えることができる。
【００３４】
なお、製造方法１および製造方法２において、二枚の高分子フィルム１２で超電導線１１を挟むかわりに、１枚の高分子フィルム１２を長手方向に沿って二つ折りに折りたたみ、その間に超電導線１１を長手方向に挟みこむようにしてもよいし、中空のチューブ状の高分子フィルム１２の内側に超電導線１１を挿入してよい。
【００３５】
また、二枚の高分子フィルム１２で超電導線１１を両側から挟んだもの所要の位置で幅方向に沿って折り返して折り重ねた後に、製造方法１によって加熱し圧縮してもよい。折り重ねた後に加熱し圧縮する場合、折り重ねの内側にできる高分子フィルム１２どうしの界面を融着させることにより固着界面１３とすることができる。したがって、さらに空隙などの欠陥の発生を防ぐことができ、フィルム被覆超電導線１０はより高い電気絶縁特性を持つことができる。
【００３６】
図５は、フィルム被覆超電導線１０を、長手方向に垂直かつ幅方向に平行な直線に沿って折り返して重ねた様子を示す概略的な斜視図である。
【００３７】
この折り重ねたフィルム被覆超電導線１０を、折り返し部が内側に来るように密接して巻回することにより、図１に示す超電導コイル２０を構成することができる。
【００３８】
次に、本発明に係るフィルム被覆超電導線１０およびこのフィルム被覆超電導線１０を用いた超電導コイル２０の作用について説明する。
【００３９】
図６は、図１に示す超電導コイル２０のＩＩ−ＩＩ線に沿う平面において切断した縦断面図である。
【００４０】
超電導コイル２０は、折り重ねたフィルム被覆超電導線１０を渦巻状（またはコイル状）に巻回して構成されている。このため、界面は、図６に示すように、最外層から内側に向かって、固着界面１３、折り返しの内側どうしの界面である内側接触界面１４、固着界面１３、折り返しの外側どうしの界面である外側接触界面１５の順に現れ、これを繰り返す。したがって、隣接する超電導線１１の間には、常に高分子フィルム１２が存在することになる。
【００４１】
なお、二枚の高分子フィルム１２で超電導線１１を挟んだものを折り重ねた後に、製造方法１によって加熱し圧縮した場合、図６に示す界面のうち、折り返しの内側どうしの界面である内側接触界面１４は、高分子フィルム１２どうしの固着界面１３となる。
【００４２】
図６において、たとえば紙面最右（超電導コイル２０の最外層）の超電導線１１から紙面奥へ電流を流す場合、この電流は、紙面左から３番目の超電導線１１を紙面奥へ流れてフィルム被覆超電導線１０の折り返し部に到達して戻り、紙面右から４番目の超電導線１１を紙面手前方向へ流れたのち紙面右から２番目の超電導線１１から紙面手前方向へと流れる。
【００４３】
本実施形態に係るフィルム被覆超電導線１０を用いた超電導コイル２０は、隣接する超電導線１１の間（ターン間）に、常に二枚の絶縁性の高分子フィルム１２が存在する。この高分子フィルム１２は、超電導線１１とともに重層し、または巻回してコイル形状としても、電気絶縁性能の低下がほとんどない。このため、隣接する超電導線１１の間は、この高分子フィルム１２によって、安定した電気絶縁性能が確保される。
【００４４】
したがって、超電導コイル２０の通常運転時において、超電導線１１が常電導転移することなどにより、隣接する超電導線１１どうしの間に電位差が生じた場合でも、隣接する超電導線１１どうしが短絡することがない。したがって、このフィルム被覆超電導線１０を用いた超電導コイル２０によれば、フィルム被覆超電導線１０どうしを密接して巻線することができ、隣接超電導線間距離を大幅に短縮した小型の多層コイルを容易に作製することができる。
【００４５】
また、隣り合う超電導線１１には逆方向の電流が流れるため、互いに誘導磁場を打ち消し合う。このため、超電導コイル２０は無誘導コイルを構成する。フィルム被覆超電導線１０は密接して巻回されているため、その磁気結合は大きく、超電導コイル２０は、インダクタンスが極めて小さなコイルとすることができる。
【００４６】
なお、フィルム被覆超電導線１０において、固着界面１３が電気絶縁的な弱点部になるが、本実施形態で示したように、超電導線１１よりも広い幅を持つ高分子フィルム１２を用いることにより、隣接超電導線１１の間の電位差に対して十分な電気絶縁性を保つことができる。
【００４７】
一般に、超電導コイルを液体ヘリウムや液体窒素などの液体冷媒に浸漬する場合、超電導線が常電導転移してジュール発熱し冷媒が蒸発すると、超電導線の周囲に熱伝導率が低く比熱の小さな気体の膜が形成されるために、超電導線の温度が上昇してしまう。
【００４８】
本実施形態に係る超電導コイル２０を構成するフィルム被覆超電導線１０は、超電導線１１を高分子フィルム１２により被覆している。このため、超電導コイル２０を液体冷媒に浸漬する場合、この冷媒は高分子フィルム１２を介して超電導線１１を冷却する。したがって、超電導線１１が常電導転移しジュール発熱しても、超電導線１１の周囲には気体に比べて比熱の大きな高分子フィルム１２が配置されているため、超電導線１１の温度上昇を抑制することができる。
【００４９】
次に、図７に図１に示すフィルム被覆超電導線１０の第１変形例を示す。
【００５０】
図７においては、このフィルム被覆超電導線１０は、テープ状の超電導線１１の外側に導電性高分子フィルム１６を巻回して設け、その両側に高分子フィルム１２を製造方法１または製造方法２によって融着や接着するなどして構成している。
【００５１】
図７に示す実施形態の構成によれば、超電導線１１の外側に巻回した導電性高分子フィルム１６外周面の曲率半径は超電導線１１の端部の曲率半径よりも大きくなるため、超電導線１１の端部の角部への電界集中を抑制することができ、電気絶縁特性を向上することができる。
【００５２】
このフィルム被覆超電導線１０を第１実施形態のフィルム被覆超電導線１０として用いても、同様の作用効果を得ることができる。
【００５３】
なお、導電性高分子フィルム１６は、１枚の導電性高分子フィルム１６を長手方向に沿って二つ折りに折りたたみ、その間に超電導線１１を長手方向に挟みこむようにしてもよいし、中空のチューブ状の導電性高分子フィルム１６内に超電導線１１を挿入したのちに、加熱し、圧縮することなどで平面状に成形して構成してもよい。
【００５４】
次に、図８（ｂ）に図１に示すフィルム被覆超電導線１０の第２変形例を示す。
【００５５】
図８（ａ）に示すように、フィルム被覆超電導線１０は、高分子フィルム１２よりも融点の低い低融点高分子フィルム１７を有する。この低融点高分子フィルム１７は高分子フィルム１２と超電導線１１の間に挿入される。
【００５６】
図８（ｂ）に示す実施形態の構成によれば、製造方法１または製造方法２などによりに融着や接着するなどする場合、低融点高分子フィルム１７の溶融を利用することで、高分子フィルム１２は変化させずに超電導線１１と高分子フィルム１２を、融着することができるため、高い電気絶縁性能を確保することができる。
【００５７】
たとえば、低融点高分子フィルム１７としてたとえば低密度ポリエチレン（融点１２０℃）を用いる場合、この低融点高分子フィルム１７の外側に位置する高分子フィルム１２には低密度ポリエチレンよりも高融点の材料、たとえばポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）（融点２５８℃）を用いるとよい。この場合、製造方法１または製造方法２を適用するにあたり、加熱温度をたとえば１３０℃に設定すれば、低融点高分子フィルム１７のみが融解し、外側の高分子フィルム１２はほとんど変形しない。したがって、低融点高分子フィルム１７を用いることにより、高分子フィルム１２の電気絶縁性能は損なわれず、高い電気絶縁性能を有するフィルム被覆超電導線１０を得ることができる。
【００５８】
このフィルム被覆超電導線１０を第１実施形態のフィルム被覆超電導線１０として用いても、同様の作用効果を得ることができる。
【００５９】
図９は、本発明に係るフィルム被覆超電導線およびこのフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイルの第２実施形態を模式的に示す平面図である。
【００６０】
この実施形態を説明するにあたり、図１に示された超電導コイル２０と同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００６１】
この実施形態に示された超電導コイル２０Ａは、一枚のフィルム被覆超電導線１０Ａを折り重ねたものを渦巻状またはコイル状に巻回することにより構成される。
【００６２】
図１０（ａ）に示すように、フィルム被覆超電導線１０Ａは、テープ状の超電導線１１と、この超電導線１１よりも広い幅を持つ一枚の高分子フィルム１２とから構成される。
【００６３】
超電導線１１は、厚さ方向の片側において、この超電導線１１よりも広い幅を持つ一枚の高分子フィルム１２と最も広い面どうしを重ね合わせ、図１０（ｂ）に示すように、固着界面１３において融着または接着されることにより一体的に成形され、一枚のフィルム被覆超電導線１０Ａを構成する。
【００６４】
なお、このフィルム被覆超電導線１０Ａの製造には、製造方法１または製造方法２のいずれを用いてもよい。いずれの製造方法によっても、高分子フィルム１２は超電導線１１と接触する部分のみが局所的に変形し、固着界面１３において超電導線１１と強固に融着される。
【００６５】
このフィルム被覆超電導線１０Ａを折り重ねて巻回して超電導コイル２０Ａを構成するにあたり、超電導線１１どうしの接触短絡を防ぐ必要がある。この接触短絡は、大きくわけて次の二通りの巻回方法により防ぐことができる。
【００６６】
第一の巻回方法（以下、方法１という）は、超電導線１１が内側に来るようにフィルム被覆超電導線１０Ａを折り重ねる場合の巻回方法である。
【００６７】
超電導線１１が内側に来るようにフィルム被覆超電導線１０Ａを折り重ねる場合、折り重ねの内側で超電導線１１どうしが接触してしまう。この接触を防ぐために、図１１（ａ）に示すように、折り重ねの内側に絶縁性の高分子フィルム１２を挿入する。この高分子フィルム１２を挿入したフィルム被覆超電導線１０Ａを巻回することにより、超電導線１１どうしの接触を防ぐことができる。
【００６８】
なお、この挿入する高分子フィルム１２を二枚とした場合は、第１実施形態と同様に、隣接する超電導線１１の間（ターン間）に、常に二枚の高分子フィルム１２が存在することになる。
【００６９】
第二の巻回方法（以下、方法２という）は、超電導線１１が外側に来るようにフィルム被覆超電導線１０Ａを折り重ねる場合の巻回方法である。
【００７０】
超電導線１１が外側に来るようにフィルム被覆超電導線１０Ａを折り重ねる場合、この折り重ねたものを重層して巻回すると、ターン間で折り重ねの外側の超電導線１１どうしが接触してしまう。この接触を防ぐために、図１１（ｂ）に示すように、折り重ねたフィルム被覆超電導線１０Ａのターンの内側となる側に高分子フィルム１２を添えたものを巻回する。この結果、ターン間に高分子フィルム１２を挿入しながら巻回することになり、超電導線１１どうしの接触を防ぐことができる。
【００７１】
なお、添える高分子フィルム１２を二枚とした場合は、第１実施形態と同様に、隣接する超電導線１１の間（ターン間）に、常に二枚の高分子フィルム１２が存在することになる。
【００７２】
この方法１または方法２でフィルム被覆超電導線１０Ａを巻回した超電導コイル２０Ａは、方法１で挿入したまたは方法２で添えられた高分子フィルム１２と超電導線１１との間にはわずかながら隙間が存在する。このため、超電導コイル２０Ａを液化ガスなどの液体冷媒で冷却する場合、この高分子フィルム１２と超電導線１１との隙間に冷媒が浸透するため、超電導線１１の冷却特性が向上し、超電導状態の安定性を向上させることができる。
【００７３】
なお、超電導コイル２０Ａにおいて、隣接するフィルム被覆超電導線１０Ａ間に発生する電圧に対しては高分子フィルム１２の沿面絶縁となるが、超電導線１１に比べて幅の広い高分子フィルム１２を用いることにより、電気絶縁特性を確保することができる。
【００７４】
なお、第１実施形態に示したフィルム被覆超電導線１０の変形例１および変形例２をフィルム被覆超電導線１０Ａとして用いてもよい。このとき、フィルム被覆超電導線１０を構成する二枚の高分子フィルム１２のうち一方は不要であることに注意する。変形例１または変形例２の特有の効果を得ることができるとともに、第２実施形態に示した作用効果を得ることができる。
【００７５】
図１２は、本発明に係るフィルム被覆超電導線およびこのフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイルの第３実施形態を模式的に示す平面図である。
【００７６】
この実施形態を説明するにあたり、図１に示された超電導コイル２０と同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００７７】
図１２に示すように、この実施形態に示された超電導コイル２０Ｂは、フィルム被覆超電導線１０Ｂを渦巻状あるいはコイル状に巻回して構成される。
【００７８】
図１３(ａ)に示すように、フィルム被覆超電導線１０Ｂは、３枚のテープ状の超電導線１１と、この超電導線１１よりも広い幅を持つ四枚の高分子フィルム１２とから構成される。このため、フィルム被覆超電導線１０Ｂは、第１実施形態に示したフィルム被覆超電導線１０三枚（三層）からなる集合体ということができる。また、フィルム被覆超電導線１０Ｂは、第２実施形態に示したフィルム被覆超電導線１０Ａ（図１０（ｂ）参照）三枚（三層）からなる集合体において最外部となる超電導線１１に高分子フィルム１２を重ねたものということもできる。三枚の超電導線１１と四枚の高分子フィルム１２は、それぞれ長手方向に平行に最も広い面どうしで交互に重ね合わされる。このとき、最外部は高分子フィルム１２となることに注意する。
【００７９】
この３枚のテープ状の超電導線１１と四枚の高分子フィルム１２は、図１３（ｂ）に示すように、固着界面１３において融着または接着されることにより一体的に成形され、三枚のフィルム被覆超電導線１０からなる一枚のフィルム被覆超電導線１０Ｂを構成する。
【００８０】
このフィルム被覆超電導線１０Ｂを製造する際には、超電導線１１と高分子フィルム１２を図１３（ａ）に示すように交互に重ね合わせた後に、加熱し、圧縮して一体化する（以下、製造方法３という）。
【００８１】
この製造方法３によれば、フィルム被覆超電導線１０Ｂの全ての界面を融着させることにより固着界面１３とすることができる。このため、フィルム被覆超電導線１０Ｂをフィルム被覆超電導線１０またはフィルム被覆超電導線１０Ａを三層重ねた集合体として考えた場合、各フィルム被覆超電導線１０またはフィルム被覆超電導線１０Ａの界面に生じるギャップを極力抑えることができる。したがって、フィルム被覆超電導線１０またはフィルム被覆超電導線１０Ａを三層重ねた集合体たるフィルム被覆超電導線１０Ｂを、高い電気絶縁特性を有するものとすることができる。
【００８２】
次に、本発明に係るフィルム被覆超電導線１０またはフィルム被覆超電導線１０Ａを三層重ねた集合体たるフィルム被覆超電導線１０Ｂおよびこのフィルム被覆超電導線１０Ｂを用いた超電導コイル２０Ｂの作用について説明する。
【００８３】
図１４は、図１２に示す超電導コイル２０ＢのＩＩ−ＩＩ線に沿う平面において切断した縦断面図である。
【００８４】
超電導コイル２０Ｂは、フィルム被覆超電導線１０またはフィルム被覆超電導線１０Ａを三層重ねた集合体たるフィルム被覆超電導線１０Ｂを渦巻状あるいはコイル状に巻回して構成されている。このため、界面は、図１４に示すように、最外層から内側に向かって、固着界面１３が五面現れた後にフィルム被覆超電導線１０Ｂどうしの接触界面１８が現れ、これを繰り返す。したがって、隣接する超電導線１１の間には、常に高分子フィルム１２が存在することになる。
【００８５】
図１４において、超電導線１１ａ、１１ｂおよび１１ｃにはそれぞれ１２０°位相がずれた電流を流すとよい。このことにより、お互いの誘導磁場を打ち消しあうことができる。超電導線１１ａ、１１ｂおよび１１ｃは密接しているため、互いに磁気結合が強い。したがって、超電導コイル２０Ｂは、きわめて小さなインピーダンスとすることができる。
【００８６】
また、この超電導コイル２０Ｂにおいて、単相または２相のみに超電導線の臨界電流を越えた事故電流が流れた場合、この事故電流が流れた超電導線が常電導状態に遷移して抵抗性のインピーダンスを発生する。このとき、同時に３相のバランスが崩れてしまうため、コイルに大きなインダクタンスが生じる。したがって、この超電導コイル２０Ｂは、限流器として用いると、大きな限流効果を得ることができる。
【００８７】
なお、第１実施形態に示したフィルム被覆超電導線１０の変形例１および変形例２を三層重ねたものを利用してフィルム被覆超電導線１０Ｂを構成してもよい。変形例１または変形例２の特有の効果を得ることができるとともに、第３実施形態に示した作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明に係るフィルム被覆超電導線およびこのフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイルの第１実施形態を模式的に示す平面図。
【図２】（ａ）は図１に示すフィルム被覆超電導線の構成要素を示す概略的な斜視図、（ｂ）は図１に示すフィルム被覆超電導線の断面を概略的に示す斜視図。
【図３】本発明に係るフィルム被覆超電導線の製造方法の一例を概略的に示す説明図。
【図４】本発明に係るフィルム被覆超電導線の製造方法の他の一例を概略的に示す説明図。
【図５】フィルム被覆超電導線を、長手方向に垂直かつ幅方向に平行な直線に沿って折り返して重ねた様子を示す概略的な斜視図。
【図６】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う平面において切断した縦断面図。
【図７】図１に示すフィルム被覆超電導線１０の第１変形例を示す縦断面図。
【図８】（ａ）は図１に示すフィルム被覆超電導線１０の第２変形例の構成要素を示す概略的な縦断面図、（ｂ）は図１に示すフィルム被覆超電導線１０の第２変形例を概略的に示す縦断面図。
【図９】本発明に係るフィルム被覆超電導線およびこのフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイルの第２実施形態を模式的に示す平面図。
【図１０】（ａ）は図９に示すフィルム被覆超電導線の構成要素を示す概略的な縦断面図、（ｂ）は図９に示すフィルム被覆超電導線を概略的に示す縦断面図。
【図１１】（ａ）は第一の巻回方法を概略的に示す説明図、（ｂ）は第二の巻回方法を概略的に示す説明図。
【図１２】本発明に係るフィルム被覆超電導線およびこのフィルム被覆超電導線を用いた超電導コイルの第３実施形態を模式的に示す平面図。
【図１３】（ａ）は図１２に示すフィルム被覆超電導線の集合体の構成要素を示す概略的な縦断面図、（ｂ）は図１２に示すフィルム被覆超電導線の集合体を概略的に示す縦断面図。
【図１４】図１２のＩＩ−ＩＩ線に沿う平面において切断した縦断面図。
【符号の説明】
【００８９】
１０、１０Ａ、１０Ｂ フィルム被覆超電導線
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 超電導線
１２ 高分子フィルム
１３ 固着界面
１４ 内側接触界面
１５ 外側接触界面
１６ 導電性高分子フィルム
１７ 高分子材料
１８ 接触界面
２０、２０Ａ、２０Ｂ 超電導コイル
２１ 加熱炉
２１ａ 熱源
２２ 圧縮ローラ
２３ ガイドローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープ状の超電導線と、
この超電導線にその長手方向に重ね合わせられ、上記超電導線よりも広い幅を持つ絶縁性高分子フィルムと、
を有することを特徴とするフィルム被覆超電導線。
【請求項２】
前記絶縁性高分子フィルムは、超電導線を挟んで両側に配置されたものである請求項１記載のフィルム被覆超電導線。
【請求項３】
前記超電導線と前記絶縁性高分子フィルムは、長手方向に沿って互いに融着されたものである請求項１または２に記載のフィルム被覆超電導線。
【請求項４】
前記超電導線は、この超電導線の周囲を導電性を有する導電性高分子フィルムで囲まれたものであり、
前記絶縁性高分子フィルムは前記導電性高分子フィルムよりも広い幅を持つものである請求項１ないし３のいずれか１項に記載のフィルム被覆超電導線。
【請求項５】
前記超電導線と前記絶縁性高分子フィルムの間にこの絶縁性高分子フィルムよりも低融点の高分子材料からなる低融点高分子フィルムを挿入して重ね合わせたものである請求項１ないし４のいずれか１項に記載のフィルム被覆超電導線。
【請求項６】
テープ状の超電導線とこの超電導線よりも広い幅を持つ絶縁性高分子フィルムとを長手方向に沿って重ね合わせたフィルム被覆超電導線を長手方向の所要位置で幅方向に沿って折り返して重ねたものを、コイル状あるいは渦巻状に巻回してなることを特徴とする超電導コイル。
【請求項７】
前記フィルム被覆超電導線は、請求項２ないし５のいずれか１項に記載のフィルム被覆超電導線である請求項６記載の超電導コイル。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のフィルム被覆超電導線を三層重ねてコイル状あるいは渦巻状に巻回したことを特徴とする超電導コイル。
【請求項９】
超電導線とこの超電導線よりも広い幅をもつ絶縁性高分子フィルムとを長手方向に沿って重ねるステップと、
前記超電導線と前記絶縁性高分子フィルムを加熱するステップと、
前記超電導線と前記絶縁性高分子フィルムを圧縮して互いを融着するステップと、
を有することを特徴とするフィルム被覆超電導線の製造方法。
【請求項１０】
超電導線を加熱するステップと、
前記加熱後に前記超電導線とこの超電導線よりも広い幅をもつ絶縁性高分子フィルムとを長手方向に沿って重ねるステップと、
前記超電導線と前記高分子フィルムを圧縮して互いを融着するステップと、
を有することを特徴とするフィルム被覆超電導線の製造方法。
【請求項１１】
前記超電導線と前記高分子フィルムとを長手方向に沿って重ねるステップは、複数の前記超電導線と複数の前記高分子フィルムを交互に長手方向に沿って重ねるステップである請求項９記載のフィルム被覆超電導線の製造方法。
【請求項１】
テープ状の超電導線と、
この超電導線にその長手方向に重ね合わせられ、上記超電導線よりも広い幅を持つ絶縁性高分子フィルムと、
を有することを特徴とするフィルム被覆超電導線。
【請求項２】
前記絶縁性高分子フィルムは、超電導線を挟んで両側に配置されたものである請求項１記載のフィルム被覆超電導線。
【請求項３】
前記超電導線と前記絶縁性高分子フィルムは、長手方向に沿って互いに融着されたものである請求項１または２に記載のフィルム被覆超電導線。
【請求項４】
前記超電導線は、この超電導線の周囲を導電性を有する導電性高分子フィルムで囲まれたものであり、
前記絶縁性高分子フィルムは前記導電性高分子フィルムよりも広い幅を持つものである請求項１ないし３のいずれか１項に記載のフィルム被覆超電導線。
【請求項５】
前記超電導線と前記絶縁性高分子フィルムの間にこの絶縁性高分子フィルムよりも低融点の高分子材料からなる低融点高分子フィルムを挿入して重ね合わせたものである請求項１ないし４のいずれか１項に記載のフィルム被覆超電導線。
【請求項６】
テープ状の超電導線とこの超電導線よりも広い幅を持つ絶縁性高分子フィルムとを長手方向に沿って重ね合わせたフィルム被覆超電導線を長手方向の所要位置で幅方向に沿って折り返して重ねたものを、コイル状あるいは渦巻状に巻回してなることを特徴とする超電導コイル。
【請求項７】
前記フィルム被覆超電導線は、請求項２ないし５のいずれか１項に記載のフィルム被覆超電導線である請求項６記載の超電導コイル。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のフィルム被覆超電導線を三層重ねてコイル状あるいは渦巻状に巻回したことを特徴とする超電導コイル。
【請求項９】
超電導線とこの超電導線よりも広い幅をもつ絶縁性高分子フィルムとを長手方向に沿って重ねるステップと、
前記超電導線と前記絶縁性高分子フィルムを加熱するステップと、
前記超電導線と前記絶縁性高分子フィルムを圧縮して互いを融着するステップと、
を有することを特徴とするフィルム被覆超電導線の製造方法。
【請求項１０】
超電導線を加熱するステップと、
前記加熱後に前記超電導線とこの超電導線よりも広い幅をもつ絶縁性高分子フィルムとを長手方向に沿って重ねるステップと、
前記超電導線と前記高分子フィルムを圧縮して互いを融着するステップと、
を有することを特徴とするフィルム被覆超電導線の製造方法。
【請求項１１】
前記超電導線と前記高分子フィルムとを長手方向に沿って重ねるステップは、複数の前記超電導線と複数の前記高分子フィルムを交互に長手方向に沿って重ねるステップである請求項９記載のフィルム被覆超電導線の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−２７３１３９（Ｐ２００７−２７３１３９Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−９４１２８（Ｐ２００６−９４１２８）
【出願日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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