積層型超電導コイル装置および超電導コイル装置
【課題】超電導特性の低下を防止し、超電導コイルの安定性を向上させることができる積層型超電導コイル装置および超電導コイル装置を提供する。
【解決手段】超電導テープ線１１を外径方向に巻き回して形成された超電導コイル１０と、複数個の超電導コイル１０を軸方向に積層した超電導コイル装置３１と、各超電導コイル１０に設けられ、超電導コイル１０の最外周より内周側に、超電導コイル１０の周方向に沿って設けられたコイルカバー１３と、超電導テープ線１１の端末部１１ａで複数個の超電導コイル１０間を電気的に接続する接続板１５とを備える。端末部１１ａは、コイルカバー１３を介して巻回され、各コイルカバー１３の超電導コイル径方向の寸法は、超電導コイル１０の中心から接続板１５による接続位置までの超電導コイル１０の径方向寸法が、複数個の超電導コイル１０間で略等しくなるように決定された。
【解決手段】超電導テープ線１１を外径方向に巻き回して形成された超電導コイル１０と、複数個の超電導コイル１０を軸方向に積層した超電導コイル装置３１と、各超電導コイル１０に設けられ、超電導コイル１０の最外周より内周側に、超電導コイル１０の周方向に沿って設けられたコイルカバー１３と、超電導テープ線１１の端末部１１ａで複数個の超電導コイル１０間を電気的に接続する接続板１５とを備える。端末部１１ａは、コイルカバー１３を介して巻回され、各コイルカバー１３の超電導コイル径方向の寸法は、超電導コイル１０の中心から接続板１５による接続位置までの超電導コイル１０の径方向寸法が、複数個の超電導コイル１０間で略等しくなるように決定された。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テープ形状の超電導線材を巻回してなる超電導コイル装置および複数個の超電導コイル装置を軸方向に積層した積層型超電導コイル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導コイル装置は、絶縁物からなる巻枠に超電導テープ線を巻き回して形成され、一般的に、軸方向に複数個積層して使用される。積層された複数の超電導コイル装置は、金属板にてハンダ接続されることにより電気的に接続される。
【０００３】
超電導コイル装置間をハンダ接続した場合、超電導テープ線にはねじり力が作用し、超電導テープ線に局部的に曲げ応力が働く。この曲げ応力は、超電導コイルの超電導特性を低下させてしまう恐れがあった。
【０００４】
従来、超電導コイルの端末部に接続した電極をボビンと固定することにより超電導テープ線に曲げが発生することを防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電極は、超電導コイルの端末部に対してハンダ接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−９８２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
金属製の電極を超電導コイルの端末部にハンダ接続する際、端末部を加熱する必要が生じる。この結果、超電導コイルは端末部のみならず全体が加熱されてしまい、超電導コイルの超電導特性は低下してしまうという課題があった。
【０００７】
また、積層された複数個の超電導コイル間の寸法は、必ずしも一致するとは限らない。超電導コイル間の寸法にずれがある場合には、金属板と超電導コイル端末部とに隙間が生じるため、ハンダ量が増加し、接続抵抗が増加するという課題があった。
【０００８】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、超電導特性の低下を防止し、超電導コイルの安定性を向上させることができる積層型超電導コイル装置および超電導コイル装置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】
【０００９】
本発明に係る積層型超電導コイル装置は、上述した課題を解決するために、超電導テープ線を外径方向に巻き回して形成された超電導コイルと、複数個の前記超電導コイルを軸方向に積層した超電導コイル装置と、各前記超電導コイルに設けられ、前記超電導コイルの最外周より内周側に、前記超電導コイルの周方向に沿って設けられたコイルカバーと、前記超電導テープ線の端末部で複数個の前記超電導コイル間を電気的に接続する接続板とを備え、前記端末部は、前記コイルカバーを介して巻回され、各前記コイルカバーの前記超電導コイル径方向の寸法は、前記超電導コイルの中心から前記接続板による接続位置までの前記超電導コイルの径方向寸法が、複数個の前記超電導コイル間で略等しくなるように決定されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る積層型超電導コイル装置および超電導コイル装置においては、超電導特性の低下を防止し、超電導コイルの安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態における超電導コイル装置の平面図。
【図２】超電導コイル装置の超電導コイルを説明する構成図。
【図３】超電導コイル装置の超電導テープ線を説明する構成図。
【図４】超電導コイル装置のカバーの構成図。
【図５】図１の超電導コイル装置を２個積層した積層型超電導コイル装置の平面図。
【図６】図５の積層型超電導コイル装置の正面図。
【図７】第２実施形態における超電導コイル装置が２個積層された積層型超電導コイル装置の平面図。
【図８】図７の積層型超電導コイル装置の正面図。
【図９】超電導テープ線のスペックの一例を示す表。
【図１０】段差吸収用テープ線を有する超電導コイル装置の平面図。
【図１１】離形材層を有する超電導コイル装置の平面図。
【図１２】溝を有するカバーの構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１実施形態］
本発明に係る積層型超電導コイル装置および超電導コイル装置の第１実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、第１実施形態における超電導コイル装置１の平面図である。
【００１４】
図２は、超電導コイル装置１の超電導コイル１０を説明する構成図である。
【００１５】
図３は、超電導コイル装置１の超電導テープ線１１を説明する構成図である。
【００１６】
図４は、超電導コイル装置１のカバー１３の構成図である。
【００１７】
図１に示すように、超電導コイル装置１は、超電導コイル１０、巻枠１４、およびカバー１３を有する。
【００１８】
超電導コイル１０は、図２に示すように、巻枠１４を軸にテープ状の超電導テープ線１１を外径方向に巻き回すことにより形成される（いわゆる、パンケーキコイル）。図３に示すように、超電導テープ線１１は、複数のテープ状の部材が積層された多層構造を有する。超電導テープ線１１は、安定化層２１、基板２２、配向層２３、中間層２４、超電導層２５、保護層２６、安定化層２１が順次積層されて形成される。例えば、安定化層２１は銅、ステンレスなどの金属層であり、基板２２はハステロイ（登録商標）などのニッケル合金、ステンレスなどの金属基板であり、中間層２４は多結晶薄膜などである。
【００１９】
配向層２３は、例えばＩＢＡＤ法などで成膜される層である。超電導層２５はイットリウム系（例えば、ＹＢＣＯ系）、ビスマス系（例えば、Ｂｉ２２２３相型、Ｂｉ２２１２相型）、タリウム（Ｔｌ）系、水銀（Ｈｇ）系などの酸化物系の高温超電導層であり、保護層２６は金、銀などの金属層である。
【００２０】
巻枠１４は、繊維強化プラスチック（Fiber Reinforced Plastics、ＦＲＰ）や補強型ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの絶縁物で形成される。
【００２１】
カバー１３は、超電導コイル１０の外形の少なくとも一部に沿う平面視円弧状であり、外周面１３ｂおよび内周面１３ｃは、曲面状である。カバー１３は、超電導コイル１０の周方向に沿う端部（カバー端部）がテーパー形状に形成される。
【００２２】
カバー１３は、超電導テープ線１１の幅（コイル軸方向長さ）とほぼ等しい幅を有する。カバー１３は、カバー１３の幅方向に設けられる２つの貫通孔１３ａを位置決め手段として有する。なお、カバー１３の周方向、径方向および幅方向は、超電導コイル１０の周方向、径方向および幅方向に等しい。
【００２３】
カバー１３は、ＦＲＰなどの絶縁物、またはＣｕやＡｇなどの熱伝導率が高く、電気抵抗値が小さい金属で形成される。カバー１３は、一般的な超電導コイル装置で用いられる電極と同材料で形成されることにより、超電導コイル装置１の電極としても用いることができる。
【００２４】
カバー１３は、超電導コイル１０の最外周より内周側に、超電導コイル１０の周方向に沿って設けられる。具体的には、カバー１３は、最外周を形成する超電導テープ線１１と最外周から１つ前の周を形成する超電導テープ線１１との間に配置される。カバー１３の外周面１３ｂは、超電導コイル１０の最外周を形成する超電導テープ線１１の内周面１１ｂに対向する。カバー１３の内周面１３ｃは、最外周から１つ前の周を形成する超電導テープ線１１の外周面１１ｃに対向して配置される。カバー１３は、エポキシ樹脂などの絶縁物により形成される接着層により対向する各超電導テープ線１１に取り付けられる。カバー１３は、この接着層により超電導コイル１０より落下しないように構成されている。
【００２５】
カバー１３は、最外周を形成する超電導テープ線１１の端末部１１ａであって、複数の超電導コイル装置１を積層し電気的に接続するための金属板１５（図５参照）が接続される周方向位置に対応して配置される。
【００２６】
また、最外周を形成する超電導テープ線１１の端末部１１ａは、カバー１３の外周面１３ｂに沿って巻回される。すなわち、超電導テープ線１１の端末部１１ａは、カバー１３を介して巻線部１０ａ（巻枠１４）に巻回される。
【００２７】
なお、端末部１１ａは、超電導コイル１０の最外周を形成する超電導テープ線１１の全ておよび一部を含む。
【００２８】
次に、超電導コイル装置１を積層した積層型超電導コイル装置３１について説明する。
【００２９】
図５は、図１の超電導コイル装置１を２個積層した積層型超電導コイル装置３１の平面図である。図６は、図５の積層型超電導コイル装置３１の正面図である。
【００３０】
積層型超電導コイル装置３１は、上述した図１の超電導コイル装置１を軸方向に２個積層した積層コイル形状を有する。超電導コイル装置１、１は、超電導テープ線１１の端末部１１ａ、１１ａにおいて積層型超電導コイル装置３１の軸方向に伸びた金属板１５により電気的に接続される。
【００３１】
各カバー１３、１３の径方向寸法は、超電導コイル装置１、１の中心から金属板１５による接続位置までの超電導コイル装置１、１の径方向寸法が超電導コイル装置１、１間で略等しくなるように決定される。このため、各超電導コイル装置１、１に設けられるカバー１３、１３の寸法は異なる場合があり、このカバー１３、１３の寸法の違いにより超電導コイル装置１、１の寸法の違いを吸収する。
【００３２】
貫通孔１３ａ、１３ａは、超電導コイル装置１、１を積層するための基準となる位置に設けられる。超電導コイル装置１、１は、貫通孔１３ａ、１３ａを基準に積層するための位置が決定される。
【００３３】
超電導コイル装置１、１の中心から金属板１５による接続位置までの径方向寸法は略等しいため、超電導テープ線１１、１１の端末部１１ａ、１１ａは積層型超電導コイル装置３１における径方向の位置が略一致する。金属板１５は、径方向に略等しい位置で、積層型超電導コイル装置３１の軸方向に略平行になるように配置され、超電導コイル装置１、１の端末部１１ａ、１１ａを接続することができる。この結果、積層型超電導コイル装置３１は、金属板１５と端末部１１ａ、１１ａとに不要な隙間を形成しないため、金属板１５と端末部１１ａ、１１ａとを接続するためのハンダの量を低減できる。
【００３４】
また、積層型超電導コイル装置３１において、カバー１３、１３は、端末部１１ａ、１１ａと金属板１５とをハンダ接続する際に発生する熱を巻線部１０ａ、１０ａへ流入させることを阻止するよう機能する。
【００３５】
このような第１実施形態における超電導コイル装置１は、カバー１３を有するため、積層型超電導コイル装置３１を形成する際においては、複数の超電導コイル装置１の外径を等しくさせ、また貫通孔１３ａを基準に積層位置を容易にかつ正確に決定することができる。
【００３６】
また、超電導コイル装置１、積層型超電導コイル装置３１は、端末部１１ａを金属板１５で接続するためのハンダ量の増加に起因する、超電導コイル１０に生じる接続抵抗を低減することができる。
【００３７】
さらに、超電導コイル装置１、積層型超電導コイル装置３１は、ハンダ接続の際に生ずる熱の流入をカバー１３で阻止することにより巻線部１０ａに伝達させない。このため、超電導コイル装置１、積層型超電導コイル装置３１は、超電導コイル１０の劣化を防止し、安定性を向上させることができる。
【００３８】
［第２実施形態］
本発明に係る超電導コイル装置の第２実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３９】
図７は、第２実施形態における超電導コイル装置４１が２個積層された積層型超電導コイル装置５１の平面図である。
【００４０】
図８は、図７の積層型超電導コイル装置５１の正面図である。
【００４１】
第２実施形態における超電導コイル装置４１が第１実施形態における超電導コイル装置１と異なる点は、カバー４２の外周面は、少なくとも金属板１５が配置される面が平面状に形成される点である。第１実施形態における超電導コイル装置１と対応する構成および部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４２】
超電導コイル装置４１は、超電導テープ線１１、巻枠１４、およびカバー４２を有する。
【００４３】
カバー４２は、カバー４２の幅方向に設けられる２つの貫通孔４２ａを位置決め手段として有する。カバー４２の内周面４２ｃは、平面視形状が超電導コイル１０の外形の少なくとも一部に沿う円弧状である。カバー４２の外周面４２ｂは、平面視形状が直線部４２ｄおよび立ち上がり部４２ｅと、これら直線部４２ｄと立ち上がり部４２ｅとをつなぐ曲部４２ｆとを有する。
【００４４】
カバー４２の直線部４２ｄにおいては、カバー４２の外周面４２ｂは、曲面ではなく平面状に形成される。直線部４２ｄの外周面４２ｂは、例えば超電導コイル１０の接線方向に伸びた平面である。この直線部４２ｄは、複数個の超電導コイル装置４１が積層され各超電導テープ線１１の端末部１１ａが金属板１５により接続される場合において、金属板１５が配置される箇所に設けられる。すなわち、金属板１５は、カバー４２の直線部４２ｄにおいて超電導テープ線１１の端末部１１ａを接続する。
【００４５】
ここで、図９は、超電導テープ線１１のスペックの一例を示す表である。
【００４６】
超電導テープ線１１は、図９に示すとおり、引っ張りおよび圧縮応力に対する最小曲げ直径が１１ｍｍとなっている。このため、カバー４２の曲部４２ｆの曲率は、超電導テープ線１１の最小曲げ直径１１ｍｍに対応する曲率以下に設定される。すなわち、曲部４２ｆの曲率は、超電導テープ線１１を最小曲げ直径より小さく曲げさせないよう構成される。このため、カバー４２の外周面４２ｂに巻き付けられる超電導テープ線１１の劣化を防止することができる。
【００４７】
図７および図８に示す積層型超電導コイル装置５１は、超電導コイル装置４１、４１を軸方向に２個積層した積層コイル形状である。超電導コイル装置４１、４１は、超電導テープ線１１の端末部１１ａ、１１ａにおいて積層型超電導コイル装置５１の軸方向に配置された金属板１５により電気的に接続される。各カバー４２、４２の径方向寸法は、超電導コイル装置４１、４１の中心から金属板１５による接続位置までの超電導コイル装置４１、４１の径方向寸法が超電導コイル装置４１、４１間で略等しくなるように決定される。
【００４８】
第２実施形態における超電導コイル装置４１、４１は、直線部４２ｄを有するカバー４２を有するため、平板状の金属板１５を用いて、カバー４２の平面上で超電導コイル装置４１、４１の端末部１１ａ、１１ａを電気的に接続することができる。
【００４９】
第２実施形態における積層型超電導コイル装置５１は、第１実施形態における積層型超電導コイル装置３１とは異なり、金属板１５は直線部４２ｄにおいて平面対平面で製作性よく端末部１１ａ、１１ａを接続できる。このため、積層型超電導コイル装置５１は、端末部１１ａ、１１ａを接続するためのハンダの量を低減することができる。また、積層型超電導コイル装置５１は、製作性が向上することによりハンドリングにより超電導コイル１０を劣化させてしまうことを防止することができ、積層型超電導コイル装置５１の安定性が向上する。
【００５０】
また、超電導コイル装置４１、４１は、超電導テープ線１１の最小曲げ直径を考慮した曲率を有するカバー４２を有することにより、超電導コイル装置４１、４１の安定性を向上させることができる。
【００５１】
なお、超電導コイル装置４１は、図１０および図１１の変形例のように構成してもよい。
【００５２】
図１０は、段差吸収用テープ線６１を有する超電導コイル装置４１の平面図である。
【００５３】
図１０の超電導コイル装置４１は、カバー４２の外周面と超電導コイル１０の最外周を形成する超電導テープ線１１との間に、段差吸収用テープ線６１を有する。段差吸収用テープ線６１は、カバー４２と同様にＦＲＰなどの絶縁物またはＣｕやＡｇなどの金属で形成されるテープ線である。段差吸収用テープ線６１は、超電導テープ線１１が巻き付く対象が巻線部１０ａからカバー４２に切り替わる際に、カバー４２の形状に起因する超電導コイル１０とカバー端部４２ｇとの間の段差を吸収する。
【００５４】
超電導コイル装置４１は、段差吸収用テープ線６１を設けることにより、最外周の超電導テープ線１１の巻き付き先を直線的または曲線的に巻線部１０ａからカバー４２へと移行することができる。これにより、超電導コイル装置４１は、段差の発生により超電導テープ線１１の劣化を防止でき、超電導コイル装置４１の安定性を向上させることができる。
【００５５】
図１１は、離形材層６２を有する超電導コイル装置４１の平面図である。
【００５６】
超電導コイル装置４１においては、カバー４２の内周面と、カバー４２の内周面と対向する超電導テープ線１１とは、上述したとおり接着層で接着される。図１１に示す超電導コイル装置４１は、この接着層と超電導テープ線１１との間に離形材層６２を有する。離形材層６２と超電導テープ線１１との間の接着力は、超電導テープ線１１とカバー４２（接着層）との間の接着力弱くなる。
【００５７】
離形材層６２は、例えば、テフロン（登録商標）などのフッ素系樹脂、パラフィン、グリースおよびシリコンオイルより選ばれた少なくとも１種からなる層である。フッ素系樹脂を用いる場合は、フッ素系樹脂テープを用いることが好ましい。離形材層６２が上記材質の２種以上を用いて形成される場合としては、例えば、離形材層６２を、グリース層およびシリコンオイル層の２層構造とすることが考えられる。
【００５８】
接着層は、例えば冷却時に発生する熱応力の影響により、固定先の超電導コイル１０にダメージを与える可能性がある。これに対し、離形材層６２は、超電導コイル１０に対するカバー４２（接着層）の接着力を緩和することができ、冷却時などに生じる熱応力による超電導コイル１０の劣化を防止することができる。
【００５９】
なお、図１０および図１１の段差吸収用テープ線６１および離形材層６２は、第１実施形態の超電導コイル装置１に設けてもよい。
【００６０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００６１】
例えば、カバー１３、４２は、位置決め手段としての貫通孔１３ａに代えて、または貫通孔１３ａと共に、溝１３ｂを形成してもよい。図１２は、溝１３ｂを有するカバー１３の構成図である。溝１３ｂは、超電導コイル装置４１の軸方向に設けられる。複数の超電導コイル装置１、４１が積層される場合、貫通孔１３ａと同様に溝１３ｂを基準に積層位置を決定することができる。
【００６２】
また、カバー１３、４２は、超電導コイル１０の周方向の全体を覆うようにしてもよい。カバー１３、４２は、超電導コイル１０の最外周を形成する超電導テープ線１１と最外周から１つ前の周を形成する超電導テープ線１１との間に限らず、超電導コイル１０の巻線部１０ａのさらに内周側に配置されてもよい。
【００６３】
積層型超電導コイル装置３１、５１は、２個以上の複数個の超電導コイル装置１、４１が積層された積層コイルでもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１、４１ 超電導コイル装置
１０ 超電導コイル
１０ａ 巻線部
１１ 超電導テープ線
１１ａ 端末部
１３、４２ カバー
１３ａ、４２ａ 貫通孔
１３ｂ 溝
１４ 巻枠
１５ 金属板
３１、５１ 積層型超電導コイル装置
６１ 段差吸収用テープ線
６２ 離形材層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テープ形状の超電導線材を巻回してなる超電導コイル装置および複数個の超電導コイル装置を軸方向に積層した積層型超電導コイル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導コイル装置は、絶縁物からなる巻枠に超電導テープ線を巻き回して形成され、一般的に、軸方向に複数個積層して使用される。積層された複数の超電導コイル装置は、金属板にてハンダ接続されることにより電気的に接続される。
【０００３】
超電導コイル装置間をハンダ接続した場合、超電導テープ線にはねじり力が作用し、超電導テープ線に局部的に曲げ応力が働く。この曲げ応力は、超電導コイルの超電導特性を低下させてしまう恐れがあった。
【０００４】
従来、超電導コイルの端末部に接続した電極をボビンと固定することにより超電導テープ線に曲げが発生することを防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電極は、超電導コイルの端末部に対してハンダ接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−９８２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
金属製の電極を超電導コイルの端末部にハンダ接続する際、端末部を加熱する必要が生じる。この結果、超電導コイルは端末部のみならず全体が加熱されてしまい、超電導コイルの超電導特性は低下してしまうという課題があった。
【０００７】
また、積層された複数個の超電導コイル間の寸法は、必ずしも一致するとは限らない。超電導コイル間の寸法にずれがある場合には、金属板と超電導コイル端末部とに隙間が生じるため、ハンダ量が増加し、接続抵抗が増加するという課題があった。
【０００８】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、超電導特性の低下を防止し、超電導コイルの安定性を向上させることができる積層型超電導コイル装置および超電導コイル装置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】
【０００９】
本発明に係る積層型超電導コイル装置は、上述した課題を解決するために、超電導テープ線を外径方向に巻き回して形成された超電導コイルと、複数個の前記超電導コイルを軸方向に積層した超電導コイル装置と、各前記超電導コイルに設けられ、前記超電導コイルの最外周より内周側に、前記超電導コイルの周方向に沿って設けられたコイルカバーと、前記超電導テープ線の端末部で複数個の前記超電導コイル間を電気的に接続する接続板とを備え、前記端末部は、前記コイルカバーを介して巻回され、各前記コイルカバーの前記超電導コイル径方向の寸法は、前記超電導コイルの中心から前記接続板による接続位置までの前記超電導コイルの径方向寸法が、複数個の前記超電導コイル間で略等しくなるように決定されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る積層型超電導コイル装置および超電導コイル装置においては、超電導特性の低下を防止し、超電導コイルの安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態における超電導コイル装置の平面図。
【図２】超電導コイル装置の超電導コイルを説明する構成図。
【図３】超電導コイル装置の超電導テープ線を説明する構成図。
【図４】超電導コイル装置のカバーの構成図。
【図５】図１の超電導コイル装置を２個積層した積層型超電導コイル装置の平面図。
【図６】図５の積層型超電導コイル装置の正面図。
【図７】第２実施形態における超電導コイル装置が２個積層された積層型超電導コイル装置の平面図。
【図８】図７の積層型超電導コイル装置の正面図。
【図９】超電導テープ線のスペックの一例を示す表。
【図１０】段差吸収用テープ線を有する超電導コイル装置の平面図。
【図１１】離形材層を有する超電導コイル装置の平面図。
【図１２】溝を有するカバーの構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１実施形態］
本発明に係る積層型超電導コイル装置および超電導コイル装置の第１実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、第１実施形態における超電導コイル装置１の平面図である。
【００１４】
図２は、超電導コイル装置１の超電導コイル１０を説明する構成図である。
【００１５】
図３は、超電導コイル装置１の超電導テープ線１１を説明する構成図である。
【００１６】
図４は、超電導コイル装置１のカバー１３の構成図である。
【００１７】
図１に示すように、超電導コイル装置１は、超電導コイル１０、巻枠１４、およびカバー１３を有する。
【００１８】
超電導コイル１０は、図２に示すように、巻枠１４を軸にテープ状の超電導テープ線１１を外径方向に巻き回すことにより形成される（いわゆる、パンケーキコイル）。図３に示すように、超電導テープ線１１は、複数のテープ状の部材が積層された多層構造を有する。超電導テープ線１１は、安定化層２１、基板２２、配向層２３、中間層２４、超電導層２５、保護層２６、安定化層２１が順次積層されて形成される。例えば、安定化層２１は銅、ステンレスなどの金属層であり、基板２２はハステロイ（登録商標）などのニッケル合金、ステンレスなどの金属基板であり、中間層２４は多結晶薄膜などである。
【００１９】
配向層２３は、例えばＩＢＡＤ法などで成膜される層である。超電導層２５はイットリウム系（例えば、ＹＢＣＯ系）、ビスマス系（例えば、Ｂｉ２２２３相型、Ｂｉ２２１２相型）、タリウム（Ｔｌ）系、水銀（Ｈｇ）系などの酸化物系の高温超電導層であり、保護層２６は金、銀などの金属層である。
【００２０】
巻枠１４は、繊維強化プラスチック（Fiber Reinforced Plastics、ＦＲＰ）や補強型ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの絶縁物で形成される。
【００２１】
カバー１３は、超電導コイル１０の外形の少なくとも一部に沿う平面視円弧状であり、外周面１３ｂおよび内周面１３ｃは、曲面状である。カバー１３は、超電導コイル１０の周方向に沿う端部（カバー端部）がテーパー形状に形成される。
【００２２】
カバー１３は、超電導テープ線１１の幅（コイル軸方向長さ）とほぼ等しい幅を有する。カバー１３は、カバー１３の幅方向に設けられる２つの貫通孔１３ａを位置決め手段として有する。なお、カバー１３の周方向、径方向および幅方向は、超電導コイル１０の周方向、径方向および幅方向に等しい。
【００２３】
カバー１３は、ＦＲＰなどの絶縁物、またはＣｕやＡｇなどの熱伝導率が高く、電気抵抗値が小さい金属で形成される。カバー１３は、一般的な超電導コイル装置で用いられる電極と同材料で形成されることにより、超電導コイル装置１の電極としても用いることができる。
【００２４】
カバー１３は、超電導コイル１０の最外周より内周側に、超電導コイル１０の周方向に沿って設けられる。具体的には、カバー１３は、最外周を形成する超電導テープ線１１と最外周から１つ前の周を形成する超電導テープ線１１との間に配置される。カバー１３の外周面１３ｂは、超電導コイル１０の最外周を形成する超電導テープ線１１の内周面１１ｂに対向する。カバー１３の内周面１３ｃは、最外周から１つ前の周を形成する超電導テープ線１１の外周面１１ｃに対向して配置される。カバー１３は、エポキシ樹脂などの絶縁物により形成される接着層により対向する各超電導テープ線１１に取り付けられる。カバー１３は、この接着層により超電導コイル１０より落下しないように構成されている。
【００２５】
カバー１３は、最外周を形成する超電導テープ線１１の端末部１１ａであって、複数の超電導コイル装置１を積層し電気的に接続するための金属板１５（図５参照）が接続される周方向位置に対応して配置される。
【００２６】
また、最外周を形成する超電導テープ線１１の端末部１１ａは、カバー１３の外周面１３ｂに沿って巻回される。すなわち、超電導テープ線１１の端末部１１ａは、カバー１３を介して巻線部１０ａ（巻枠１４）に巻回される。
【００２７】
なお、端末部１１ａは、超電導コイル１０の最外周を形成する超電導テープ線１１の全ておよび一部を含む。
【００２８】
次に、超電導コイル装置１を積層した積層型超電導コイル装置３１について説明する。
【００２９】
図５は、図１の超電導コイル装置１を２個積層した積層型超電導コイル装置３１の平面図である。図６は、図５の積層型超電導コイル装置３１の正面図である。
【００３０】
積層型超電導コイル装置３１は、上述した図１の超電導コイル装置１を軸方向に２個積層した積層コイル形状を有する。超電導コイル装置１、１は、超電導テープ線１１の端末部１１ａ、１１ａにおいて積層型超電導コイル装置３１の軸方向に伸びた金属板１５により電気的に接続される。
【００３１】
各カバー１３、１３の径方向寸法は、超電導コイル装置１、１の中心から金属板１５による接続位置までの超電導コイル装置１、１の径方向寸法が超電導コイル装置１、１間で略等しくなるように決定される。このため、各超電導コイル装置１、１に設けられるカバー１３、１３の寸法は異なる場合があり、このカバー１３、１３の寸法の違いにより超電導コイル装置１、１の寸法の違いを吸収する。
【００３２】
貫通孔１３ａ、１３ａは、超電導コイル装置１、１を積層するための基準となる位置に設けられる。超電導コイル装置１、１は、貫通孔１３ａ、１３ａを基準に積層するための位置が決定される。
【００３３】
超電導コイル装置１、１の中心から金属板１５による接続位置までの径方向寸法は略等しいため、超電導テープ線１１、１１の端末部１１ａ、１１ａは積層型超電導コイル装置３１における径方向の位置が略一致する。金属板１５は、径方向に略等しい位置で、積層型超電導コイル装置３１の軸方向に略平行になるように配置され、超電導コイル装置１、１の端末部１１ａ、１１ａを接続することができる。この結果、積層型超電導コイル装置３１は、金属板１５と端末部１１ａ、１１ａとに不要な隙間を形成しないため、金属板１５と端末部１１ａ、１１ａとを接続するためのハンダの量を低減できる。
【００３４】
また、積層型超電導コイル装置３１において、カバー１３、１３は、端末部１１ａ、１１ａと金属板１５とをハンダ接続する際に発生する熱を巻線部１０ａ、１０ａへ流入させることを阻止するよう機能する。
【００３５】
このような第１実施形態における超電導コイル装置１は、カバー１３を有するため、積層型超電導コイル装置３１を形成する際においては、複数の超電導コイル装置１の外径を等しくさせ、また貫通孔１３ａを基準に積層位置を容易にかつ正確に決定することができる。
【００３６】
また、超電導コイル装置１、積層型超電導コイル装置３１は、端末部１１ａを金属板１５で接続するためのハンダ量の増加に起因する、超電導コイル１０に生じる接続抵抗を低減することができる。
【００３７】
さらに、超電導コイル装置１、積層型超電導コイル装置３１は、ハンダ接続の際に生ずる熱の流入をカバー１３で阻止することにより巻線部１０ａに伝達させない。このため、超電導コイル装置１、積層型超電導コイル装置３１は、超電導コイル１０の劣化を防止し、安定性を向上させることができる。
【００３８】
［第２実施形態］
本発明に係る超電導コイル装置の第２実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３９】
図７は、第２実施形態における超電導コイル装置４１が２個積層された積層型超電導コイル装置５１の平面図である。
【００４０】
図８は、図７の積層型超電導コイル装置５１の正面図である。
【００４１】
第２実施形態における超電導コイル装置４１が第１実施形態における超電導コイル装置１と異なる点は、カバー４２の外周面は、少なくとも金属板１５が配置される面が平面状に形成される点である。第１実施形態における超電導コイル装置１と対応する構成および部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４２】
超電導コイル装置４１は、超電導テープ線１１、巻枠１４、およびカバー４２を有する。
【００４３】
カバー４２は、カバー４２の幅方向に設けられる２つの貫通孔４２ａを位置決め手段として有する。カバー４２の内周面４２ｃは、平面視形状が超電導コイル１０の外形の少なくとも一部に沿う円弧状である。カバー４２の外周面４２ｂは、平面視形状が直線部４２ｄおよび立ち上がり部４２ｅと、これら直線部４２ｄと立ち上がり部４２ｅとをつなぐ曲部４２ｆとを有する。
【００４４】
カバー４２の直線部４２ｄにおいては、カバー４２の外周面４２ｂは、曲面ではなく平面状に形成される。直線部４２ｄの外周面４２ｂは、例えば超電導コイル１０の接線方向に伸びた平面である。この直線部４２ｄは、複数個の超電導コイル装置４１が積層され各超電導テープ線１１の端末部１１ａが金属板１５により接続される場合において、金属板１５が配置される箇所に設けられる。すなわち、金属板１５は、カバー４２の直線部４２ｄにおいて超電導テープ線１１の端末部１１ａを接続する。
【００４５】
ここで、図９は、超電導テープ線１１のスペックの一例を示す表である。
【００４６】
超電導テープ線１１は、図９に示すとおり、引っ張りおよび圧縮応力に対する最小曲げ直径が１１ｍｍとなっている。このため、カバー４２の曲部４２ｆの曲率は、超電導テープ線１１の最小曲げ直径１１ｍｍに対応する曲率以下に設定される。すなわち、曲部４２ｆの曲率は、超電導テープ線１１を最小曲げ直径より小さく曲げさせないよう構成される。このため、カバー４２の外周面４２ｂに巻き付けられる超電導テープ線１１の劣化を防止することができる。
【００４７】
図７および図８に示す積層型超電導コイル装置５１は、超電導コイル装置４１、４１を軸方向に２個積層した積層コイル形状である。超電導コイル装置４１、４１は、超電導テープ線１１の端末部１１ａ、１１ａにおいて積層型超電導コイル装置５１の軸方向に配置された金属板１５により電気的に接続される。各カバー４２、４２の径方向寸法は、超電導コイル装置４１、４１の中心から金属板１５による接続位置までの超電導コイル装置４１、４１の径方向寸法が超電導コイル装置４１、４１間で略等しくなるように決定される。
【００４８】
第２実施形態における超電導コイル装置４１、４１は、直線部４２ｄを有するカバー４２を有するため、平板状の金属板１５を用いて、カバー４２の平面上で超電導コイル装置４１、４１の端末部１１ａ、１１ａを電気的に接続することができる。
【００４９】
第２実施形態における積層型超電導コイル装置５１は、第１実施形態における積層型超電導コイル装置３１とは異なり、金属板１５は直線部４２ｄにおいて平面対平面で製作性よく端末部１１ａ、１１ａを接続できる。このため、積層型超電導コイル装置５１は、端末部１１ａ、１１ａを接続するためのハンダの量を低減することができる。また、積層型超電導コイル装置５１は、製作性が向上することによりハンドリングにより超電導コイル１０を劣化させてしまうことを防止することができ、積層型超電導コイル装置５１の安定性が向上する。
【００５０】
また、超電導コイル装置４１、４１は、超電導テープ線１１の最小曲げ直径を考慮した曲率を有するカバー４２を有することにより、超電導コイル装置４１、４１の安定性を向上させることができる。
【００５１】
なお、超電導コイル装置４１は、図１０および図１１の変形例のように構成してもよい。
【００５２】
図１０は、段差吸収用テープ線６１を有する超電導コイル装置４１の平面図である。
【００５３】
図１０の超電導コイル装置４１は、カバー４２の外周面と超電導コイル１０の最外周を形成する超電導テープ線１１との間に、段差吸収用テープ線６１を有する。段差吸収用テープ線６１は、カバー４２と同様にＦＲＰなどの絶縁物またはＣｕやＡｇなどの金属で形成されるテープ線である。段差吸収用テープ線６１は、超電導テープ線１１が巻き付く対象が巻線部１０ａからカバー４２に切り替わる際に、カバー４２の形状に起因する超電導コイル１０とカバー端部４２ｇとの間の段差を吸収する。
【００５４】
超電導コイル装置４１は、段差吸収用テープ線６１を設けることにより、最外周の超電導テープ線１１の巻き付き先を直線的または曲線的に巻線部１０ａからカバー４２へと移行することができる。これにより、超電導コイル装置４１は、段差の発生により超電導テープ線１１の劣化を防止でき、超電導コイル装置４１の安定性を向上させることができる。
【００５５】
図１１は、離形材層６２を有する超電導コイル装置４１の平面図である。
【００５６】
超電導コイル装置４１においては、カバー４２の内周面と、カバー４２の内周面と対向する超電導テープ線１１とは、上述したとおり接着層で接着される。図１１に示す超電導コイル装置４１は、この接着層と超電導テープ線１１との間に離形材層６２を有する。離形材層６２と超電導テープ線１１との間の接着力は、超電導テープ線１１とカバー４２（接着層）との間の接着力弱くなる。
【００５７】
離形材層６２は、例えば、テフロン（登録商標）などのフッ素系樹脂、パラフィン、グリースおよびシリコンオイルより選ばれた少なくとも１種からなる層である。フッ素系樹脂を用いる場合は、フッ素系樹脂テープを用いることが好ましい。離形材層６２が上記材質の２種以上を用いて形成される場合としては、例えば、離形材層６２を、グリース層およびシリコンオイル層の２層構造とすることが考えられる。
【００５８】
接着層は、例えば冷却時に発生する熱応力の影響により、固定先の超電導コイル１０にダメージを与える可能性がある。これに対し、離形材層６２は、超電導コイル１０に対するカバー４２（接着層）の接着力を緩和することができ、冷却時などに生じる熱応力による超電導コイル１０の劣化を防止することができる。
【００５９】
なお、図１０および図１１の段差吸収用テープ線６１および離形材層６２は、第１実施形態の超電導コイル装置１に設けてもよい。
【００６０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００６１】
例えば、カバー１３、４２は、位置決め手段としての貫通孔１３ａに代えて、または貫通孔１３ａと共に、溝１３ｂを形成してもよい。図１２は、溝１３ｂを有するカバー１３の構成図である。溝１３ｂは、超電導コイル装置４１の軸方向に設けられる。複数の超電導コイル装置１、４１が積層される場合、貫通孔１３ａと同様に溝１３ｂを基準に積層位置を決定することができる。
【００６２】
また、カバー１３、４２は、超電導コイル１０の周方向の全体を覆うようにしてもよい。カバー１３、４２は、超電導コイル１０の最外周を形成する超電導テープ線１１と最外周から１つ前の周を形成する超電導テープ線１１との間に限らず、超電導コイル１０の巻線部１０ａのさらに内周側に配置されてもよい。
【００６３】
積層型超電導コイル装置３１、５１は、２個以上の複数個の超電導コイル装置１、４１が積層された積層コイルでもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１、４１ 超電導コイル装置
１０ 超電導コイル
１０ａ 巻線部
１１ 超電導テープ線
１１ａ 端末部
１３、４２ カバー
１３ａ、４２ａ 貫通孔
１３ｂ 溝
１４ 巻枠
１５ 金属板
３１、５１ 積層型超電導コイル装置
６１ 段差吸収用テープ線
６２ 離形材層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導テープ線を外径方向に巻き回して形成された超電導コイルと、
複数個の前記超電導コイルを軸方向に積層した超電導コイル装置と、
各前記超電導コイルに設けられ、前記超電導コイルの最外周より内周側に、前記超電導コイルの周方向に沿って設けられたコイルカバーと、
前記超電導テープ線の端末部で複数個の前記超電導コイル間を電気的に接続する接続板とを備え、
前記端末部は、前記コイルカバーを介して巻回され、
各前記コイルカバーの前記超電導コイル径方向の寸法は、前記超電導コイルの中心から前記接続板による接続位置までの前記超電導コイルの径方向寸法が、複数個の前記超電導コイル間で略等しくなるように決定されたことを特徴とする積層型超電導コイル装置。
【請求項２】
前記コイルカバーは、前記超電導コイル周方向のカバー端部を有し、
前記カバー端部は、テーパー状に形成された請求項１記載の積層型超電導コイル装置。
【請求項３】
前記コイルカバーは、前記超電導コイル径方向外側方向のカバー外周面を有し、
前記カバー外周面は、曲面状に形成される請求項１または２記載の積層型超電導コイル装置。
【請求項４】
前記コイルカバーは、前記超電導コイル径方向外側方向のカバー外周面を有し、
前記カバー外周面は、少なくとも前記接続板が配置される面が平面状に形成される請求項１または２記載の積層型超電導コイル装置。
【請求項５】
前記コイルカバーは、前記カバー外周面に曲率を有し、
前記曲率は、前記超電導テープ線の最小曲げ直径に略対応する曲率以下である請求項３または４記載の積層型超電導コイル装置。
【請求項６】
各前記コイルカバーは、複数個の前記超電導コイルを積層するための基準となる、前記超電導コイルの軸方向の貫通孔を有する請求項１〜５のいずれか一項記載の積層型超電導コイル装置。
【請求項７】
各前記コイルカバーは、複数の前記超電導コイルを積層するための基準となる、前記超電導コイルの軸方向の溝を有する請求項１〜６のいずれか一項記載の積層型超電導コイル装置。
【請求項８】
前記コイルカバーと前記コイルカバーに巻回される前記超電導テープ線との間に、前記超電導コイルと前記コイルカバーの前記超電導コイル周方向のカバー端部との間の段差を吸収する段差吸収用テープ線をさらに備える請求項１〜７のいずれか一項記載の積層型超電導コイル装置。
【請求項９】
前記コイルカバーの前記超電導コイル径方向内側方向のカバー内周面と、前記カバー内周面と対向する前記超電導テープ線とは、接着層により接着され、
前記接着層は、前記超電導テープ線に対して離形処理が施された請求項１〜８のいずれか一項記載の積層型超電導コイル装置。
【請求項１０】
前記離形材層は、フッ素樹脂テープ、パラフィン、グリース、シリコンオイルのうち少なくとも１種で形成される請求項９記載の積層型超電導コイル装置。
【請求項１１】
超電導テープ線を外径方向に巻き回して形成された超電導コイルと、
前記超電導コイルに設けられ、前記超電導コイルの最外周より内周側に、前記超電導コイルの周方向に沿って設けられたコイルカバーとを備え、
前記端末部は、前記コイルカバーを介して巻回されたことを特徴とする超電導コイル装置。
【請求項１】
超電導テープ線を外径方向に巻き回して形成された超電導コイルと、
複数個の前記超電導コイルを軸方向に積層した超電導コイル装置と、
各前記超電導コイルに設けられ、前記超電導コイルの最外周より内周側に、前記超電導コイルの周方向に沿って設けられたコイルカバーと、
前記超電導テープ線の端末部で複数個の前記超電導コイル間を電気的に接続する接続板とを備え、
前記端末部は、前記コイルカバーを介して巻回され、
各前記コイルカバーの前記超電導コイル径方向の寸法は、前記超電導コイルの中心から前記接続板による接続位置までの前記超電導コイルの径方向寸法が、複数個の前記超電導コイル間で略等しくなるように決定されたことを特徴とする積層型超電導コイル装置。
【請求項２】
前記コイルカバーは、前記超電導コイル周方向のカバー端部を有し、
前記カバー端部は、テーパー状に形成された請求項１記載の積層型超電導コイル装置。
【請求項３】
前記コイルカバーは、前記超電導コイル径方向外側方向のカバー外周面を有し、
前記カバー外周面は、曲面状に形成される請求項１または２記載の積層型超電導コイル装置。
【請求項４】
前記コイルカバーは、前記超電導コイル径方向外側方向のカバー外周面を有し、
前記カバー外周面は、少なくとも前記接続板が配置される面が平面状に形成される請求項１または２記載の積層型超電導コイル装置。
【請求項５】
前記コイルカバーは、前記カバー外周面に曲率を有し、
前記曲率は、前記超電導テープ線の最小曲げ直径に略対応する曲率以下である請求項３または４記載の積層型超電導コイル装置。
【請求項６】
各前記コイルカバーは、複数個の前記超電導コイルを積層するための基準となる、前記超電導コイルの軸方向の貫通孔を有する請求項１〜５のいずれか一項記載の積層型超電導コイル装置。
【請求項７】
各前記コイルカバーは、複数の前記超電導コイルを積層するための基準となる、前記超電導コイルの軸方向の溝を有する請求項１〜６のいずれか一項記載の積層型超電導コイル装置。
【請求項８】
前記コイルカバーと前記コイルカバーに巻回される前記超電導テープ線との間に、前記超電導コイルと前記コイルカバーの前記超電導コイル周方向のカバー端部との間の段差を吸収する段差吸収用テープ線をさらに備える請求項１〜７のいずれか一項記載の積層型超電導コイル装置。
【請求項９】
前記コイルカバーの前記超電導コイル径方向内側方向のカバー内周面と、前記カバー内周面と対向する前記超電導テープ線とは、接着層により接着され、
前記接着層は、前記超電導テープ線に対して離形処理が施された請求項１〜８のいずれか一項記載の積層型超電導コイル装置。
【請求項１０】
前記離形材層は、フッ素樹脂テープ、パラフィン、グリース、シリコンオイルのうち少なくとも１種で形成される請求項９記載の積層型超電導コイル装置。
【請求項１１】
超電導テープ線を外径方向に巻き回して形成された超電導コイルと、
前記超電導コイルに設けられ、前記超電導コイルの最外周より内周側に、前記超電導コイルの周方向に沿って設けられたコイルカバーとを備え、
前記端末部は、前記コイルカバーを介して巻回されたことを特徴とする超電導コイル装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−８９８１７（Ｐ２０１３−８９８１７Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３００４２（Ｐ２０１１−２３００４２）
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
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