超電導コイル
【課題】各超電導素線のインダクタンスの各和を均一化して循環電流を抑制し並列導体の温度上昇を抑制できるとともに巻線高さの制約も緩和できるようにして安全かつコンパクトな超電導コイルを提供する。
【解決手段】複数の超電導素線が軸方向に２本以上並べられるとともに半径方向にも２本以上重ねられて電気的に並列化された並列導体を転位させながら巻回してなる超電導コイルにおいて、上記転位として、並列導体における最外径部の１本の超電導素線が並べ方向に隣接する位置に移動し、最内径部の１本の超電導素線が最外径部とは逆の並べ方向に隣接する位置に移動するヘリカル転位を行なうとともに、並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数のヘリカル転位を整数回のターンで行う。
【解決手段】複数の超電導素線が軸方向に２本以上並べられるとともに半径方向にも２本以上重ねられて電気的に並列化された並列導体を転位させながら巻回してなる超電導コイルにおいて、上記転位として、並列導体における最外径部の１本の超電導素線が並べ方向に隣接する位置に移動し、最内径部の１本の超電導素線が最外径部とは逆の並べ方向に隣接する位置に移動するヘリカル転位を行なうとともに、並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数のヘリカル転位を整数回のターンで行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導変圧器，超電導リアクトル，超電導限流器，超電導電動機，超電導発電機などの超電導機器における、超電導線材を巻回してなる超電導コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導コイルは高磁界発生手段として種々の分野で実用されている。一方、変圧器やリアクトルなどのような交流機器への超電導コイルの適用は、超電導導体が交流によって損失を発生するという現象があることから、その実用化は、あまり進んでいない。
【０００３】
しかしながら、近年、超電導導体素線の細線化による交流損失の小さな超電導線が開発されて以来、変圧器などの交流機器への適用研究が進展し、その超電導コイルの構成に関しても、種々の提案が行われている。
【０００４】
この場合の超電導導体としては、液体ヘリウムの蒸発温度である４Ｋの極低温で超電導状態を維持する金属超電導体を使用した超電導線が、実用的な超電導材料として、主に使用されるが、最近では、酸化物超電導体を適用した超電導コイルの開発も進められている。この酸化物超電導体は高温超電導体とも呼ばれており、この高温超電導体を使用した場合には、金属超電導体を使用した場合に比べて運転コストが低い利点がある。
【０００５】
ところで、通電電流が高速で変動する、例えば変圧器のような交流機器において、複数の導体を並列に使用するときには、転位が行われる。これは、複数の導体の相対位置を変えることによってそれぞれの導体を磁気的に一致させて誘起電圧の差を小さくし、これによってそれぞれの導体の電流分担を均一にするためである。
【０００６】
負荷電流によって発生した漏れ磁束によるそれぞれの並列導体の誘起電圧の差を、導体のインピーダンスで除した値が循環電流となるのであるが、銅やアルミなどの通常の導体の場合には、インピーダンスは抵抗値だけと見なせるので、循環電流は負荷電流に対し位相が９０°ずれたものになる。そのため、例えば３０％の循環電流が発生したとしても、１本の導体に流れる電流は負荷電流の１００％と９０°の位相差のある３０％の循環電流とのベクトル和となって、その絶対値はそれぞれの二乗の和の平方根になることから、約１０５％となり、循環電流の割には電流値の増加は小さい。
【０００７】
一方、導体として超電導線を用いた場合、超電導状態では抵抗はほぼ零であるので、循環電流を決めるインピーダンスはほとんどインダクタンスで決まる。従って循環電流は負荷電流と同相になり、仮に循環電流が３０％とすると、負荷電流にこの循環電流が加算されて超電導線には１３０％の電流が流れることになる。
【０００８】
超電導線は、超電導状態を維持するために、温度，電流，磁場が、所定値以下である必要がある。この所定値を、それぞれ臨界温度，臨界電流，臨界磁場といい、循環電流によって臨界電流以上の電流が流れた場合には、超電導状態から常電導状態、すなわち抵抗を持った通常の導体になり、ジュール発熱により破損する可能性がある。
【０００９】
また、常電導状態にまで至らずとも、並列導体を構成する超電導素線に流れる電流が臨界電流を越えると、その超電導素線は磁束フロー状態、すなわち僅かながら抵抗のある状態になる。超電導コイルの電流を増やしている状態、すなわち励磁時にこの状態が発生すると、その磁束フロー状態となった超電導素線の電流は臨界電流以上には増加せず、他の臨界電流に達していない超電導素線の電流だけが増加することになる。
【００１０】
この状態でしばらく励磁を続けると、並列導体内の超電導素線間の電流分流比は、インダクタンスのみで決定される初期の（ゼロ磁場からの増磁時の）電流分流比と次第にずれて来る。すなわち、循環電流は初期値及び２本以上の並列導体では、その分布まで含めて初期状態とは次第にずれて来る。
【００１１】
このような状態でコイルの最大磁界、すなわち最大電流まで到達した後に消磁を始める場合、各超電導素線の電流は、その時点での電流値を初期値とし、電流の変化率がインダクタンスのみで決まる初期状態と同じであるように変化していく。すなわち、循環電流はその時点の値および分布を初期値として、変化率を初期状態と同じにして流れ始める。このような励消磁を任意の同じまたは異なった電流値において何度か繰り返すと、並列導体に流れる電流は超電導素線間で激しく偏り、偏流に伴う交流損失の増大や不安定性を増大させる可能性がある。
【００１２】
このように、超電導線を用いたコイルでは、循環電流を抑制することが極めて重要となる。超電導導体でも転位を行なうことにより循環電流を抑制することが可能であり、従来の転位法の１例を図５に示す。すなわち、図５は、従来の超電導コイルにおける転位部の構成例を示す斜視図である。図５において、８本の超電導素線１〜８が軸方向（すなわち超電導コイルの軸方向であって矢印ＡＸで示す方向）に２本並べられるとともに半径方向（すなわち超電導コイルの半径方向であって矢印ＲＡで示す方向）にも４本重ねられて電気的に並列化された並列導体１０２（以下では「４重ね２並べの並列導体」とも称する）を超電導コイルとして巻回していく途中で、軸方向に２本並べられた超電導素線（以下「２並べの超電導素線」とも称する）を同時に転位させている。なお、図５において、並列導体１０２は、平角状の超電導素線１〜８の幅方向が並べ方向となるように構成されている。
【００１３】
次に、図５のような超電導導体の転位を行いながら巻線された超電導コイルの巻線構成を図６に例示する。図６は、従来の超電導コイルの構成例を示す巻線展開図であり、超電導コイルにおけるリード１０３が設けられた一方端側の近傍部分の構成を部分的に示すものである。図６の巻線構成では、例えば円筒状の巻枠１０１に軸方向の一方側から他方側に向かって並列導体１０２を巻回していきながら、４ターンごとに１回の転位を行なっている。なお、図６において、並列導体１０２の転位を行なう領域が転位領域ＴＰとして図示されている。
【００１４】
そして、並列導体１０２において半径方向に重ねられている超電導素線の本数（以下では「重ね枚数」とも称する）をｎとして、図６のような転位を（ｎ−１）回，あるいは（２×ｎ−１）回行い、循環電流を極力抑制するようにした転位方式が提案されている（例えば下記特許文献１〜２参照）。
【００１５】
図７は、４つの導体Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４からなる並列導体を３回（＝（４−１）回）転位した構成の超電導コイルを電源１２１に接続した状態を示す電気的等価回路図である。ここで、４つの導体Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、軸方向に並べられる超電導素線が１本である並列導体（以下「１並べの並列導体」とも称する）の場合は１本の超電導素線を示すが、軸方向に並べられた超電導素線が２本である並列導体（以下「２並べの並列導体」とも称する）の場合は同径で並んでいる２本の超電導素線を示し、上記のように２並べの超電導素線ごとに転位させることになる。
【００１６】
図７では、並列導体１０２を構成する４つの導体Ａ１〜Ａ４の重ね順がそれぞれ異なる４つのブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４を設け、隣接するブロック同士の間に設けた３つの転位部２ａ，２ｂ，２ｃで転位を行なうようにしている。すなわち、例えば並列導体１０２を構成する４つの導体Ａ１〜Ａ４がブロックＢ１においてコイル内径方向からＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の重ね順に巻かれている場合、転位部２ａでＡ４，Ａ１，Ａ２，Ａ３の重ね順に転位させ、転位部２ｂでＡ３，Ａ４，Ａ１，Ａ２の重ね順に転位させ、転位部２ｃでＡ２，Ａ３，Ａ４，Ａ１の重ね順に転位させるようにしている。上述したように、超電導線のインピーダンスはインダクタンス分のみであるので、図７に示すような転位により並列導体の各超電導素線のインダクタンスの各和を等しくすることによって循環電流を抑制した状態で電流を流すようにすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平１０−１７２８２４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１０９０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ところが、超電導コイルにおける並列導体を対象とした上述の転位による各超電導素線のインダクタンスの各和は厳密に言うと等しくない。それは、各ブロックのインダクタンスが微妙に異なることによる。すなわち、上述の図７の例では、例えばブロックＢ２における導体Ａ４と、ブロックＢ３における導体Ａ３とは軸方向において対称の位置にあるため、インダクタンスが等しくなる。ところが、ブロックＢ１における導体Ａ１とブロックＢ２における導体Ａ４とは、インダクタンスが厳密には等しくない。これは、ブロックＢ１における導体Ａ１とブロックＢ２における導体Ａ４とでは、内径および巻数は同じであるが、コイル中心からの軸方向の位置が異なるからである。そして、このような並列導体を構成する各超電導素線のインダクタンスの各和の微妙な違いにより循環電流が生じることになるため、並列導体を構成する各超電導素線のインダクタンスの各和は極力同等とすることが好ましい。
【００１９】
また、上述の図５のような従来の転位法を適用した場合、図６に示すように、転位領域ＴＰにおいては、転位部の前後で並列導体１０２の軸方向位置、すなわちターン位置を移動させるため、１ターン分の軸方向スペースＳＰ（以下「空白のターン」とも称する）が必要となる。よって、転位の数を増やすことにより、巻線の軸方向寸法が増大し、巻線高さが高くなってしまうという問題がある。
【００２０】
このため、本発明は、超電導コイルにおける並列導体を構成する各超電導素線のインダクタンスの各和を均一化して循環電流を抑制し並列導体の温度上昇を十分に抑制できるようにするとともに、転位部を設ける超電導コイルとしての巻線高さの制約も十分に緩和できるようにして、安全かつコンパクトな超電導コイルを提供できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明によれば、超電導コイルとして、複数の超電導素線が軸方向に２本以上並べられるとともに半径方向にも２本以上重ねられて電気的に並列化された並列導体を転位させながら巻回してなる超電導コイルにおいて、前記転位として、前記並列導体における最外径部の１本の超電導素線が並べ方向に隣接する位置に移動し、最内径部の１本の超電導素線が最外径部とは逆の並べ方向に隣接する位置に移動するヘリカル転位を行なうとともに、前記並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数の前記ヘリカル転位を整数回のターンで行うようにしてなる構成とする（請求項１の発明）。
【００２２】
上記請求項１の発明によれば、超電導コイルにおける並列導体の転位方式として、並列導体における最外径部の１本の超電導素線が並べ方向に隣接する位置に移動し、最内径部の１本の超電導素線が最外径部とは逆の並べ方向に隣接する位置に移動するヘリカル転位を適用するとともに、並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数の上記ヘリカル転位を整数回のターンで行うようにしていることにより、各超電導素線のインダクタンスの各和をより十分に均一化して循環電流をより十分に抑制することができ、これによって、並列導体の温度上昇をより十分に抑制することができるようになる。
【００２３】
また、図６で説明した従来の超電導コイルでは、上述のように、転位部の前後で並列導体の軸方向位置（ターン位置）を移動させるために軸方向スペース（空白のターン）が必要であり、これが巻線高さの増大をもたらす要因となっていたが、本発明では、並列導体の転位方式として上記ヘリカル転位を適用していることにより、転位部のための軸方向スペース（空白のターン）が必要ないため、転位部を設ける超電導コイルとしての巻線高さの制約も十分に緩和することができ、巻線高さの増大を抑制できるようになる。
【００２４】
したがって、上記請求項１の発明によれば、安全かつコンパクトな超電導コイルを提供できるようになる。
また、上記請求項１に記載の超電導コイルにおいて、前記並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数の前記ヘリカル転位を１回のターンで行なうようにしてなる構成とすることができる（請求項２の発明）。
【００２５】
また、上記請求項１に記載の超電導コイルにおいて、前記並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数の前記ヘリカル転位を２以上の整数回のターンで行なうようにしてなる構成とすることができる（請求項３の発明）。
【００２６】
超電導コイルに要求される仕様によっては、巻線径が小さいために１回のターンでは並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数のヘリカル転位を施すことが困難である場合、さらには、並列導体を構成する超電導素線の本数が多いために必要なヘリカル転位の回数が増大する場合も想定されるが、上記請求項３の発明によれば、並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数のヘリカル転位を２以上の整数回のターンで行なうようにしていることにより、上記のような場合にも十分に対応でき、安全かつコンパクトな超電導コイルを提供できるようになる。
【００２７】
また、上記請求項３に記載の超電導コイルにおいて、前記並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数の前記ヘリカル転位を、前記超電導コイルの全巻数を整数で除した回数のターンで行なうようにしてなる構成とすることができる（請求項４の発明）。
【００２８】
上記請求項４の発明によれば、並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数のヘリカル転位を、超電導コイルの全巻数を整数で除した回数のターンで行なうようにしていることにより、各超電導素線のインダクタンスの各和をより十分に均一化して循環電流をより十分に抑制することができ、これによって、並列導体の温度上昇をより十分に抑制することができるようになり、損失が低く，安全性の高い大容量超電導コイルを提供できるようになる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、超電導コイルにおける並列導体を構成する各超電導素線のインダクタンスの各和を均一化して循環電流を抑制し並列導体の温度上昇を十分に抑制できるとともに、転位部を設ける超電導コイルとしての巻線高さの制約も十分に緩和でき、これにより、安全かつコンパクトな超電導コイルを提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例による超電導コイルにおけるヘリカル転位部の構成例を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例による超電導コイルにおける並列導体の断面での超電導素線の移動を示す模式図である。
【図３】本発明の実施例による超電導コイルの構成例を示す巻線展開図である。
【図４】本発明の実施例による超電導コイルの異なる構成例を示す巻線展開図である。
【図５】従来の超電導コイルにおける転位部の構成例を示す斜視図である。
【図６】従来の超電導コイルの構成例を示す巻線展開図である。
【図７】４つの導体からなる並列導体を３回転位した構成の電気的等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態を図１〜図４に示す実施例に基づいて説明する。同一の構成要素については、同一の符号を付け、重複する説明は省略する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。
［本発明の実施形態］
図１は、本発明の実施例による超電導コイルにおけるヘリカル転位部の構成例を示す斜視図であり、並列導体１０２が、４重ね２並べ導体、すなわち、８本の超電導素線１〜８が軸方向（すなわち超電導コイルの軸方向であって矢印ＡＸで示す方向）に２本並べられるとともに半径方向（すなわち超電導コイルの半径方向であって矢印ＲＡで示す方向）にも４本重ねられて電気的に並列化された並列導体である場合のヘリカル転位部を示している。なお、図１において、並列導体１０２は、平角状の超電導素線１〜８の幅方向が並べ方向となるように構成されている。また、本発明において、並列導体１０２を構成する超電導素線１〜８としては、例えばテープ状の酸化物超電導素線を用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００３２】
図１において、並列導体１０２における最上部（最外径部）の右側の超電導素線２が左側に移動（転位）し、同時に最下部（最内径部）の左側の超電導素線７が右側に移動（転位）している。このような転位手法をヘリカル転位と呼ぶ。なお、当然のことながら、ヘリカル転位としては、図１に示されるような反時計回りのヘリカル転位に限定されるものでなく、並列導体１０２における最上部（最外径部）の左側の超電導素線１が右側に移動（転位）し、同時に最下部（最内径部）の右側の超電導素線８が左側に移動（転位）する時計回りのヘリカル転位であっても、転位の効果は同じである。
【００３３】
なお、超電導コイルが、同心状に配置された内径側コイルと外径側コイルとを備え、内径側コイルおよび外径側コイルのいずれも、複数の超電導素線が軸方向に２本以上並べられるとともに半径方向にも２本以上重ねられて電気的に並列化された並列導体（図１の並列導体１０２）を巻回してなる構成である場合、並列導体に対するヘリカル転位は、一方のコイルでは時計回りとし他方のコイルでは反時計回りとすることが好適である。
【００３４】
図２は、本発明の実施例による超電導コイルにおける並列導体の断面での超電導素線の移動を示す模式図であって、並列導体１０２が４重ね２並べの並列導体である場合について、ヘリカル転位によって並列導体における各超電導素線の位置が移動していく態様を示している。図２において、白抜き矢印で示すヘリカル転位Ｔ１〜Ｔ８によって、並列導体１０２における各超電導素線１〜８の位置が反時計回りに移動していく。なお、図２における並列導体１０２の各断面図の上下にそれぞれ付記している円弧状の実線矢印は、Ｔ１，Ｔ２，・・・の順に進行する転位処理の流れの中で直後のヘリカル転位により行われる超電導素線の移動の方向を示すものである。
【００３５】
並列導体１０２が図２のように８本の超電導素線１〜８を用いた４重ね２並べ導体である場合、並列導体１０２における各超電導素線１〜８の位置は８回のヘリカル転位Ｔ１〜Ｔ８によりちょうど一巡し、各超電導素線１〜８がそれぞれ全ての位置を経験することとなる。
【００３６】
なお、ヘリカル転位Ｔ８の次のヘリカル転位（後述の図３〜４におけるヘリカル転位Ｔ９）からは各超電導素線の移動が２巡目に入る。図２には示していないが、２巡目では、図２のヘリカル転位Ｔ１，Ｔ２，・・・を、ヘリカル転位Ｔ９，Ｔ１０，・・・に置き換えたものとなり、各超電導素線の移動の３巡目以降も同様である。
【００３７】
このような８回のヘリカル転位Ｔ１〜Ｔ８を１回のターンで行えば、各超電導素線１〜８のインダクタンスの各和がほぼ等しくなることとなる。なお、各超電導素線１〜８のインダクタンスの各和の均一化を極力十分なものとするため、各超電導素線１〜８の位置を一巡させるための８回のヘリカル転位Ｔ１〜Ｔ８は、丁度１回のターンで行なうようにすることが好適である。
【００３８】
図３は、本発明の実施例による超電導コイルの構成例を示す巻線展開図であり、ヘリカル転位方式を適用した超電導コイルの巻線構成を展開図として示すものである。なお、図３は、超電導コイルにおけるリード１０３が設けられた一方端側の近傍部分の構成を部分的に示している。図３において、縦方向は巻線高さ、横方向は巻線角度を示している。図３の巻線構成では、例えば円筒状の巻枠１０１に軸方向の一方側から他方側に向かって４重ね２並べの並列導体１０２を巻回し、丁度１回のターンで８回のヘリカル転位Ｔ１〜Ｔ８を行っており、２ターン目以降はその繰り返しである。なお、図３では、例えばリード１０３に直近の転位部をヘリカル転位Ｔ１とした場合における、以降のヘリカル転位Ｔ２〜Ｔ１７の位置を図示している。
【００３９】
そして、図３の構成では、例えばヘリカル転位Ｔ１直前の並列導体部（リード１０３とヘリカル転位Ｔ１との間の並列導体部）とヘリカル転位Ｔ８直後の並列導体部（ヘリカル転位Ｔ８とヘリカル転位Ｔ９との間の並列導体部）とで各超電導素線の位置が一致するとともに、ヘリカル転位Ｔ１直前の並列導体部とヘリカル転位Ｔ８直後の並列導体部とはコイル軸方向に沿って隣接し周方向位置が一致する関係にあり、丁度１周（すなわち丁度１回のターン）で並列導体１０２の各超電導素線の位置が一巡するように構成されている。
【００４０】
また、図３において、ヘリカル転位部同士の位置関係としては、並列導体１０２の超電導素線の本数をｎ本（図３ではｎ＝８）として、１巡目（第１ターン）におけるｉ番目（ｉ＝１〜ｎ）のヘリカル転位部（例えば１巡目における１番目のヘリカルＴ１）と２巡目（第２ターン）におけるｉ番目のヘリカル転位部（例えば２巡目における１番目のヘリカル転位Ｔ９）との周方向位置が一致するように構成されており、このようなヘリカル転位部同士の位置関係は３巡目以降も同様に構成されている。
【００４１】
ここで、上述の図６で説明した従来の超電導コイルにおける転位方式と比較すると、本発明によるヘリカル転位方式は、転位部のための軸方向スペース（空白のターン）が必要ないため、転位部を設ける超電導コイルとしての巻線高さの制約が緩和され、巻線高さを小さくすることができる。
【００４２】
また、超電導コイルに要求される仕様によっては、巻線径が小さいために、１回のターンでは、並列導体の各超電導素線の位置を一巡させるために必要な所定回数、すなわち、並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数のヘリカル転位を施すことが困難である場合が想定される。さらには、並列導体を構成する超電導素線の本数が多いために必要なヘリカル転位の回数が増大する場合も想定される。このような場合には、後述の図４に示すように、並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数のヘリカル転位を２以上の整数回のターンで行うようにすればよく、これにより、並列導体の各超電導素線のインダクタンスの各和が十分に均一化される効果が得られる。なお、この場合も、各超電導素線のインダクタンスの各和の均一化を極力十分なものとするため、並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数のヘリカル転位は、丁度、２以上の整数回のターンで行なうようにすることが好適である。
【００４３】
図４は、本発明の実施例による超電導コイルの異なる構成例を示す巻線展開図であり、４重ね２並べ導体である並列導体１０２を用いて２ターンで８回のヘリカル転位を行った超電導コイルの巻線構成を展開図として示すものである。なお、図４は、図３と同様に、超電導コイルにおけるリード１０３が設けられた一方端側の近傍部分の構成を部分的に示している。図４において、図３と同様に、縦方向は巻線高さ、横方向は巻線角度を示している。図４の巻線構成では、例えば円筒状の巻枠１０１に軸方向の一方側から他方側に向かって４重ね２並べの並列導体１０２を巻回し、丁度２回のターンで８回のヘリカル転位Ｔ１〜Ｔ８を行っており、３ターン目以降はその繰り返しである。なお、図４では、例えばリード１０３に直近の転位部をヘリカル転位Ｔ１とした場合における、以降のヘリカル転位Ｔ２〜Ｔ１７の位置を図示している。
【００４４】
そして、図４の構成では、例えばヘリカル転位Ｔ１直前の並列導体部（リード１０３とヘリカル転位Ｔ１との間の並列導体部）とヘリカル転位Ｔ８直後の並列導体部（ヘリカル転位Ｔ８とヘリカル転位Ｔ９との間の並列導体部）とで各超電導素線の位置が一致するとともに、ヘリカル転位Ｔ１直前の並列導体部とヘリカル転位Ｔ８直後の並列導体部とは周方向位置が一致する関係にあり、丁度２周（すなわち丁度２回のターン）で並列導体１０２の各超電導素線の位置が一巡するように構成されている。
【００４５】
また、図４において、ヘリカル転位部同士の位置関係としては、並列導体１０２の超電導素線の本数をｎ本（図４ではｎ＝８）として、１巡目（第１ターンおよび第２ターン）におけるｉ番目（ｉ＝１〜ｎ）のヘリカル転位部（例えば１巡目における１番目のヘリカルＴ１）と２巡目（第３ターンおよび第４ターン）におけるｉ番目のヘリカル転位部（例えば２巡目における１番目のヘリカル転位Ｔ９）との周方向位置が一致するように構成されており、このようなヘリカル転位部同士の位置関係は３巡目以降も同様に構成されている。
【００４６】
また、並列導体の各超電導素線の位置を一巡させるために必要な所定回数、すなわち、並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数のヘリカル転位は、図３に示した１ターンで行なう構成、図４に示した２ターンで行なう構成に限定されるものではなく、３ターンやそれ以上の整数回のターン数で行なうようにしてもよい。
【００４７】
なお、並列導体の各超電導素線の位置を一巡させるために必要な所定回数、すなわち、並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数のヘリカル転位を２以上の整数回のターン数ｍで行なうように構成する場合、上記ターン数ｍは、超電導コイルの全巻数Ｎを整数ｋで除した回数のターン数（ｍ＝Ｎ／ｋ）とすることが好適である。また、並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数のヘリカル転位を行うターン数が超電導コイルの設計条件などにより例えばｍ１ターン（ｍ１は２以上の整数）に規定される場合には、超電導コイルの全巻数Ｎを調整し、全巻数Ｎがｍ１の整数倍となるように設定する。
【符号の説明】
【００４８】
１〜８・・・超電導素線
２ａ〜２ｃ・・・転位部
１０１・・・巻枠
１０２・・・並列導体
１０３・・・リード部
１２１・・・電源
Ａ１〜Ａ４・・・導体
Ｂ１〜Ｂ４・・・ブロック
ＳＰ・・・軸方向スペース（空白のターン）
Ｔ１〜Ｔ１７・・・ヘリカル転位
ＴＰ・・・転位領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導変圧器，超電導リアクトル，超電導限流器，超電導電動機，超電導発電機などの超電導機器における、超電導線材を巻回してなる超電導コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導コイルは高磁界発生手段として種々の分野で実用されている。一方、変圧器やリアクトルなどのような交流機器への超電導コイルの適用は、超電導導体が交流によって損失を発生するという現象があることから、その実用化は、あまり進んでいない。
【０００３】
しかしながら、近年、超電導導体素線の細線化による交流損失の小さな超電導線が開発されて以来、変圧器などの交流機器への適用研究が進展し、その超電導コイルの構成に関しても、種々の提案が行われている。
【０００４】
この場合の超電導導体としては、液体ヘリウムの蒸発温度である４Ｋの極低温で超電導状態を維持する金属超電導体を使用した超電導線が、実用的な超電導材料として、主に使用されるが、最近では、酸化物超電導体を適用した超電導コイルの開発も進められている。この酸化物超電導体は高温超電導体とも呼ばれており、この高温超電導体を使用した場合には、金属超電導体を使用した場合に比べて運転コストが低い利点がある。
【０００５】
ところで、通電電流が高速で変動する、例えば変圧器のような交流機器において、複数の導体を並列に使用するときには、転位が行われる。これは、複数の導体の相対位置を変えることによってそれぞれの導体を磁気的に一致させて誘起電圧の差を小さくし、これによってそれぞれの導体の電流分担を均一にするためである。
【０００６】
負荷電流によって発生した漏れ磁束によるそれぞれの並列導体の誘起電圧の差を、導体のインピーダンスで除した値が循環電流となるのであるが、銅やアルミなどの通常の導体の場合には、インピーダンスは抵抗値だけと見なせるので、循環電流は負荷電流に対し位相が９０°ずれたものになる。そのため、例えば３０％の循環電流が発生したとしても、１本の導体に流れる電流は負荷電流の１００％と９０°の位相差のある３０％の循環電流とのベクトル和となって、その絶対値はそれぞれの二乗の和の平方根になることから、約１０５％となり、循環電流の割には電流値の増加は小さい。
【０００７】
一方、導体として超電導線を用いた場合、超電導状態では抵抗はほぼ零であるので、循環電流を決めるインピーダンスはほとんどインダクタンスで決まる。従って循環電流は負荷電流と同相になり、仮に循環電流が３０％とすると、負荷電流にこの循環電流が加算されて超電導線には１３０％の電流が流れることになる。
【０００８】
超電導線は、超電導状態を維持するために、温度，電流，磁場が、所定値以下である必要がある。この所定値を、それぞれ臨界温度，臨界電流，臨界磁場といい、循環電流によって臨界電流以上の電流が流れた場合には、超電導状態から常電導状態、すなわち抵抗を持った通常の導体になり、ジュール発熱により破損する可能性がある。
【０００９】
また、常電導状態にまで至らずとも、並列導体を構成する超電導素線に流れる電流が臨界電流を越えると、その超電導素線は磁束フロー状態、すなわち僅かながら抵抗のある状態になる。超電導コイルの電流を増やしている状態、すなわち励磁時にこの状態が発生すると、その磁束フロー状態となった超電導素線の電流は臨界電流以上には増加せず、他の臨界電流に達していない超電導素線の電流だけが増加することになる。
【００１０】
この状態でしばらく励磁を続けると、並列導体内の超電導素線間の電流分流比は、インダクタンスのみで決定される初期の（ゼロ磁場からの増磁時の）電流分流比と次第にずれて来る。すなわち、循環電流は初期値及び２本以上の並列導体では、その分布まで含めて初期状態とは次第にずれて来る。
【００１１】
このような状態でコイルの最大磁界、すなわち最大電流まで到達した後に消磁を始める場合、各超電導素線の電流は、その時点での電流値を初期値とし、電流の変化率がインダクタンスのみで決まる初期状態と同じであるように変化していく。すなわち、循環電流はその時点の値および分布を初期値として、変化率を初期状態と同じにして流れ始める。このような励消磁を任意の同じまたは異なった電流値において何度か繰り返すと、並列導体に流れる電流は超電導素線間で激しく偏り、偏流に伴う交流損失の増大や不安定性を増大させる可能性がある。
【００１２】
このように、超電導線を用いたコイルでは、循環電流を抑制することが極めて重要となる。超電導導体でも転位を行なうことにより循環電流を抑制することが可能であり、従来の転位法の１例を図５に示す。すなわち、図５は、従来の超電導コイルにおける転位部の構成例を示す斜視図である。図５において、８本の超電導素線１〜８が軸方向（すなわち超電導コイルの軸方向であって矢印ＡＸで示す方向）に２本並べられるとともに半径方向（すなわち超電導コイルの半径方向であって矢印ＲＡで示す方向）にも４本重ねられて電気的に並列化された並列導体１０２（以下では「４重ね２並べの並列導体」とも称する）を超電導コイルとして巻回していく途中で、軸方向に２本並べられた超電導素線（以下「２並べの超電導素線」とも称する）を同時に転位させている。なお、図５において、並列導体１０２は、平角状の超電導素線１〜８の幅方向が並べ方向となるように構成されている。
【００１３】
次に、図５のような超電導導体の転位を行いながら巻線された超電導コイルの巻線構成を図６に例示する。図６は、従来の超電導コイルの構成例を示す巻線展開図であり、超電導コイルにおけるリード１０３が設けられた一方端側の近傍部分の構成を部分的に示すものである。図６の巻線構成では、例えば円筒状の巻枠１０１に軸方向の一方側から他方側に向かって並列導体１０２を巻回していきながら、４ターンごとに１回の転位を行なっている。なお、図６において、並列導体１０２の転位を行なう領域が転位領域ＴＰとして図示されている。
【００１４】
そして、並列導体１０２において半径方向に重ねられている超電導素線の本数（以下では「重ね枚数」とも称する）をｎとして、図６のような転位を（ｎ−１）回，あるいは（２×ｎ−１）回行い、循環電流を極力抑制するようにした転位方式が提案されている（例えば下記特許文献１〜２参照）。
【００１５】
図７は、４つの導体Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４からなる並列導体を３回（＝（４−１）回）転位した構成の超電導コイルを電源１２１に接続した状態を示す電気的等価回路図である。ここで、４つの導体Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、軸方向に並べられる超電導素線が１本である並列導体（以下「１並べの並列導体」とも称する）の場合は１本の超電導素線を示すが、軸方向に並べられた超電導素線が２本である並列導体（以下「２並べの並列導体」とも称する）の場合は同径で並んでいる２本の超電導素線を示し、上記のように２並べの超電導素線ごとに転位させることになる。
【００１６】
図７では、並列導体１０２を構成する４つの導体Ａ１〜Ａ４の重ね順がそれぞれ異なる４つのブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４を設け、隣接するブロック同士の間に設けた３つの転位部２ａ，２ｂ，２ｃで転位を行なうようにしている。すなわち、例えば並列導体１０２を構成する４つの導体Ａ１〜Ａ４がブロックＢ１においてコイル内径方向からＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の重ね順に巻かれている場合、転位部２ａでＡ４，Ａ１，Ａ２，Ａ３の重ね順に転位させ、転位部２ｂでＡ３，Ａ４，Ａ１，Ａ２の重ね順に転位させ、転位部２ｃでＡ２，Ａ３，Ａ４，Ａ１の重ね順に転位させるようにしている。上述したように、超電導線のインピーダンスはインダクタンス分のみであるので、図７に示すような転位により並列導体の各超電導素線のインダクタンスの各和を等しくすることによって循環電流を抑制した状態で電流を流すようにすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平１０−１７２８２４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１０９０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ところが、超電導コイルにおける並列導体を対象とした上述の転位による各超電導素線のインダクタンスの各和は厳密に言うと等しくない。それは、各ブロックのインダクタンスが微妙に異なることによる。すなわち、上述の図７の例では、例えばブロックＢ２における導体Ａ４と、ブロックＢ３における導体Ａ３とは軸方向において対称の位置にあるため、インダクタンスが等しくなる。ところが、ブロックＢ１における導体Ａ１とブロックＢ２における導体Ａ４とは、インダクタンスが厳密には等しくない。これは、ブロックＢ１における導体Ａ１とブロックＢ２における導体Ａ４とでは、内径および巻数は同じであるが、コイル中心からの軸方向の位置が異なるからである。そして、このような並列導体を構成する各超電導素線のインダクタンスの各和の微妙な違いにより循環電流が生じることになるため、並列導体を構成する各超電導素線のインダクタンスの各和は極力同等とすることが好ましい。
【００１９】
また、上述の図５のような従来の転位法を適用した場合、図６に示すように、転位領域ＴＰにおいては、転位部の前後で並列導体１０２の軸方向位置、すなわちターン位置を移動させるため、１ターン分の軸方向スペースＳＰ（以下「空白のターン」とも称する）が必要となる。よって、転位の数を増やすことにより、巻線の軸方向寸法が増大し、巻線高さが高くなってしまうという問題がある。
【００２０】
このため、本発明は、超電導コイルにおける並列導体を構成する各超電導素線のインダクタンスの各和を均一化して循環電流を抑制し並列導体の温度上昇を十分に抑制できるようにするとともに、転位部を設ける超電導コイルとしての巻線高さの制約も十分に緩和できるようにして、安全かつコンパクトな超電導コイルを提供できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明によれば、超電導コイルとして、複数の超電導素線が軸方向に２本以上並べられるとともに半径方向にも２本以上重ねられて電気的に並列化された並列導体を転位させながら巻回してなる超電導コイルにおいて、前記転位として、前記並列導体における最外径部の１本の超電導素線が並べ方向に隣接する位置に移動し、最内径部の１本の超電導素線が最外径部とは逆の並べ方向に隣接する位置に移動するヘリカル転位を行なうとともに、前記並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数の前記ヘリカル転位を整数回のターンで行うようにしてなる構成とする（請求項１の発明）。
【００２２】
上記請求項１の発明によれば、超電導コイルにおける並列導体の転位方式として、並列導体における最外径部の１本の超電導素線が並べ方向に隣接する位置に移動し、最内径部の１本の超電導素線が最外径部とは逆の並べ方向に隣接する位置に移動するヘリカル転位を適用するとともに、並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数の上記ヘリカル転位を整数回のターンで行うようにしていることにより、各超電導素線のインダクタンスの各和をより十分に均一化して循環電流をより十分に抑制することができ、これによって、並列導体の温度上昇をより十分に抑制することができるようになる。
【００２３】
また、図６で説明した従来の超電導コイルでは、上述のように、転位部の前後で並列導体の軸方向位置（ターン位置）を移動させるために軸方向スペース（空白のターン）が必要であり、これが巻線高さの増大をもたらす要因となっていたが、本発明では、並列導体の転位方式として上記ヘリカル転位を適用していることにより、転位部のための軸方向スペース（空白のターン）が必要ないため、転位部を設ける超電導コイルとしての巻線高さの制約も十分に緩和することができ、巻線高さの増大を抑制できるようになる。
【００２４】
したがって、上記請求項１の発明によれば、安全かつコンパクトな超電導コイルを提供できるようになる。
また、上記請求項１に記載の超電導コイルにおいて、前記並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数の前記ヘリカル転位を１回のターンで行なうようにしてなる構成とすることができる（請求項２の発明）。
【００２５】
また、上記請求項１に記載の超電導コイルにおいて、前記並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数の前記ヘリカル転位を２以上の整数回のターンで行なうようにしてなる構成とすることができる（請求項３の発明）。
【００２６】
超電導コイルに要求される仕様によっては、巻線径が小さいために１回のターンでは並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数のヘリカル転位を施すことが困難である場合、さらには、並列導体を構成する超電導素線の本数が多いために必要なヘリカル転位の回数が増大する場合も想定されるが、上記請求項３の発明によれば、並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数のヘリカル転位を２以上の整数回のターンで行なうようにしていることにより、上記のような場合にも十分に対応でき、安全かつコンパクトな超電導コイルを提供できるようになる。
【００２７】
また、上記請求項３に記載の超電導コイルにおいて、前記並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数の前記ヘリカル転位を、前記超電導コイルの全巻数を整数で除した回数のターンで行なうようにしてなる構成とすることができる（請求項４の発明）。
【００２８】
上記請求項４の発明によれば、並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数のヘリカル転位を、超電導コイルの全巻数を整数で除した回数のターンで行なうようにしていることにより、各超電導素線のインダクタンスの各和をより十分に均一化して循環電流をより十分に抑制することができ、これによって、並列導体の温度上昇をより十分に抑制することができるようになり、損失が低く，安全性の高い大容量超電導コイルを提供できるようになる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、超電導コイルにおける並列導体を構成する各超電導素線のインダクタンスの各和を均一化して循環電流を抑制し並列導体の温度上昇を十分に抑制できるとともに、転位部を設ける超電導コイルとしての巻線高さの制約も十分に緩和でき、これにより、安全かつコンパクトな超電導コイルを提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例による超電導コイルにおけるヘリカル転位部の構成例を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例による超電導コイルにおける並列導体の断面での超電導素線の移動を示す模式図である。
【図３】本発明の実施例による超電導コイルの構成例を示す巻線展開図である。
【図４】本発明の実施例による超電導コイルの異なる構成例を示す巻線展開図である。
【図５】従来の超電導コイルにおける転位部の構成例を示す斜視図である。
【図６】従来の超電導コイルの構成例を示す巻線展開図である。
【図７】４つの導体からなる並列導体を３回転位した構成の電気的等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態を図１〜図４に示す実施例に基づいて説明する。同一の構成要素については、同一の符号を付け、重複する説明は省略する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。
［本発明の実施形態］
図１は、本発明の実施例による超電導コイルにおけるヘリカル転位部の構成例を示す斜視図であり、並列導体１０２が、４重ね２並べ導体、すなわち、８本の超電導素線１〜８が軸方向（すなわち超電導コイルの軸方向であって矢印ＡＸで示す方向）に２本並べられるとともに半径方向（すなわち超電導コイルの半径方向であって矢印ＲＡで示す方向）にも４本重ねられて電気的に並列化された並列導体である場合のヘリカル転位部を示している。なお、図１において、並列導体１０２は、平角状の超電導素線１〜８の幅方向が並べ方向となるように構成されている。また、本発明において、並列導体１０２を構成する超電導素線１〜８としては、例えばテープ状の酸化物超電導素線を用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００３２】
図１において、並列導体１０２における最上部（最外径部）の右側の超電導素線２が左側に移動（転位）し、同時に最下部（最内径部）の左側の超電導素線７が右側に移動（転位）している。このような転位手法をヘリカル転位と呼ぶ。なお、当然のことながら、ヘリカル転位としては、図１に示されるような反時計回りのヘリカル転位に限定されるものでなく、並列導体１０２における最上部（最外径部）の左側の超電導素線１が右側に移動（転位）し、同時に最下部（最内径部）の右側の超電導素線８が左側に移動（転位）する時計回りのヘリカル転位であっても、転位の効果は同じである。
【００３３】
なお、超電導コイルが、同心状に配置された内径側コイルと外径側コイルとを備え、内径側コイルおよび外径側コイルのいずれも、複数の超電導素線が軸方向に２本以上並べられるとともに半径方向にも２本以上重ねられて電気的に並列化された並列導体（図１の並列導体１０２）を巻回してなる構成である場合、並列導体に対するヘリカル転位は、一方のコイルでは時計回りとし他方のコイルでは反時計回りとすることが好適である。
【００３４】
図２は、本発明の実施例による超電導コイルにおける並列導体の断面での超電導素線の移動を示す模式図であって、並列導体１０２が４重ね２並べの並列導体である場合について、ヘリカル転位によって並列導体における各超電導素線の位置が移動していく態様を示している。図２において、白抜き矢印で示すヘリカル転位Ｔ１〜Ｔ８によって、並列導体１０２における各超電導素線１〜８の位置が反時計回りに移動していく。なお、図２における並列導体１０２の各断面図の上下にそれぞれ付記している円弧状の実線矢印は、Ｔ１，Ｔ２，・・・の順に進行する転位処理の流れの中で直後のヘリカル転位により行われる超電導素線の移動の方向を示すものである。
【００３５】
並列導体１０２が図２のように８本の超電導素線１〜８を用いた４重ね２並べ導体である場合、並列導体１０２における各超電導素線１〜８の位置は８回のヘリカル転位Ｔ１〜Ｔ８によりちょうど一巡し、各超電導素線１〜８がそれぞれ全ての位置を経験することとなる。
【００３６】
なお、ヘリカル転位Ｔ８の次のヘリカル転位（後述の図３〜４におけるヘリカル転位Ｔ９）からは各超電導素線の移動が２巡目に入る。図２には示していないが、２巡目では、図２のヘリカル転位Ｔ１，Ｔ２，・・・を、ヘリカル転位Ｔ９，Ｔ１０，・・・に置き換えたものとなり、各超電導素線の移動の３巡目以降も同様である。
【００３７】
このような８回のヘリカル転位Ｔ１〜Ｔ８を１回のターンで行えば、各超電導素線１〜８のインダクタンスの各和がほぼ等しくなることとなる。なお、各超電導素線１〜８のインダクタンスの各和の均一化を極力十分なものとするため、各超電導素線１〜８の位置を一巡させるための８回のヘリカル転位Ｔ１〜Ｔ８は、丁度１回のターンで行なうようにすることが好適である。
【００３８】
図３は、本発明の実施例による超電導コイルの構成例を示す巻線展開図であり、ヘリカル転位方式を適用した超電導コイルの巻線構成を展開図として示すものである。なお、図３は、超電導コイルにおけるリード１０３が設けられた一方端側の近傍部分の構成を部分的に示している。図３において、縦方向は巻線高さ、横方向は巻線角度を示している。図３の巻線構成では、例えば円筒状の巻枠１０１に軸方向の一方側から他方側に向かって４重ね２並べの並列導体１０２を巻回し、丁度１回のターンで８回のヘリカル転位Ｔ１〜Ｔ８を行っており、２ターン目以降はその繰り返しである。なお、図３では、例えばリード１０３に直近の転位部をヘリカル転位Ｔ１とした場合における、以降のヘリカル転位Ｔ２〜Ｔ１７の位置を図示している。
【００３９】
そして、図３の構成では、例えばヘリカル転位Ｔ１直前の並列導体部（リード１０３とヘリカル転位Ｔ１との間の並列導体部）とヘリカル転位Ｔ８直後の並列導体部（ヘリカル転位Ｔ８とヘリカル転位Ｔ９との間の並列導体部）とで各超電導素線の位置が一致するとともに、ヘリカル転位Ｔ１直前の並列導体部とヘリカル転位Ｔ８直後の並列導体部とはコイル軸方向に沿って隣接し周方向位置が一致する関係にあり、丁度１周（すなわち丁度１回のターン）で並列導体１０２の各超電導素線の位置が一巡するように構成されている。
【００４０】
また、図３において、ヘリカル転位部同士の位置関係としては、並列導体１０２の超電導素線の本数をｎ本（図３ではｎ＝８）として、１巡目（第１ターン）におけるｉ番目（ｉ＝１〜ｎ）のヘリカル転位部（例えば１巡目における１番目のヘリカルＴ１）と２巡目（第２ターン）におけるｉ番目のヘリカル転位部（例えば２巡目における１番目のヘリカル転位Ｔ９）との周方向位置が一致するように構成されており、このようなヘリカル転位部同士の位置関係は３巡目以降も同様に構成されている。
【００４１】
ここで、上述の図６で説明した従来の超電導コイルにおける転位方式と比較すると、本発明によるヘリカル転位方式は、転位部のための軸方向スペース（空白のターン）が必要ないため、転位部を設ける超電導コイルとしての巻線高さの制約が緩和され、巻線高さを小さくすることができる。
【００４２】
また、超電導コイルに要求される仕様によっては、巻線径が小さいために、１回のターンでは、並列導体の各超電導素線の位置を一巡させるために必要な所定回数、すなわち、並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数のヘリカル転位を施すことが困難である場合が想定される。さらには、並列導体を構成する超電導素線の本数が多いために必要なヘリカル転位の回数が増大する場合も想定される。このような場合には、後述の図４に示すように、並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数のヘリカル転位を２以上の整数回のターンで行うようにすればよく、これにより、並列導体の各超電導素線のインダクタンスの各和が十分に均一化される効果が得られる。なお、この場合も、各超電導素線のインダクタンスの各和の均一化を極力十分なものとするため、並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数のヘリカル転位は、丁度、２以上の整数回のターンで行なうようにすることが好適である。
【００４３】
図４は、本発明の実施例による超電導コイルの異なる構成例を示す巻線展開図であり、４重ね２並べ導体である並列導体１０２を用いて２ターンで８回のヘリカル転位を行った超電導コイルの巻線構成を展開図として示すものである。なお、図４は、図３と同様に、超電導コイルにおけるリード１０３が設けられた一方端側の近傍部分の構成を部分的に示している。図４において、図３と同様に、縦方向は巻線高さ、横方向は巻線角度を示している。図４の巻線構成では、例えば円筒状の巻枠１０１に軸方向の一方側から他方側に向かって４重ね２並べの並列導体１０２を巻回し、丁度２回のターンで８回のヘリカル転位Ｔ１〜Ｔ８を行っており、３ターン目以降はその繰り返しである。なお、図４では、例えばリード１０３に直近の転位部をヘリカル転位Ｔ１とした場合における、以降のヘリカル転位Ｔ２〜Ｔ１７の位置を図示している。
【００４４】
そして、図４の構成では、例えばヘリカル転位Ｔ１直前の並列導体部（リード１０３とヘリカル転位Ｔ１との間の並列導体部）とヘリカル転位Ｔ８直後の並列導体部（ヘリカル転位Ｔ８とヘリカル転位Ｔ９との間の並列導体部）とで各超電導素線の位置が一致するとともに、ヘリカル転位Ｔ１直前の並列導体部とヘリカル転位Ｔ８直後の並列導体部とは周方向位置が一致する関係にあり、丁度２周（すなわち丁度２回のターン）で並列導体１０２の各超電導素線の位置が一巡するように構成されている。
【００４５】
また、図４において、ヘリカル転位部同士の位置関係としては、並列導体１０２の超電導素線の本数をｎ本（図４ではｎ＝８）として、１巡目（第１ターンおよび第２ターン）におけるｉ番目（ｉ＝１〜ｎ）のヘリカル転位部（例えば１巡目における１番目のヘリカルＴ１）と２巡目（第３ターンおよび第４ターン）におけるｉ番目のヘリカル転位部（例えば２巡目における１番目のヘリカル転位Ｔ９）との周方向位置が一致するように構成されており、このようなヘリカル転位部同士の位置関係は３巡目以降も同様に構成されている。
【００４６】
また、並列導体の各超電導素線の位置を一巡させるために必要な所定回数、すなわち、並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数のヘリカル転位は、図３に示した１ターンで行なう構成、図４に示した２ターンで行なう構成に限定されるものではなく、３ターンやそれ以上の整数回のターン数で行なうようにしてもよい。
【００４７】
なお、並列導体の各超電導素線の位置を一巡させるために必要な所定回数、すなわち、並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数のヘリカル転位を２以上の整数回のターン数ｍで行なうように構成する場合、上記ターン数ｍは、超電導コイルの全巻数Ｎを整数ｋで除した回数のターン数（ｍ＝Ｎ／ｋ）とすることが好適である。また、並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数のヘリカル転位を行うターン数が超電導コイルの設計条件などにより例えばｍ１ターン（ｍ１は２以上の整数）に規定される場合には、超電導コイルの全巻数Ｎを調整し、全巻数Ｎがｍ１の整数倍となるように設定する。
【符号の説明】
【００４８】
１〜８・・・超電導素線
２ａ〜２ｃ・・・転位部
１０１・・・巻枠
１０２・・・並列導体
１０３・・・リード部
１２１・・・電源
Ａ１〜Ａ４・・・導体
Ｂ１〜Ｂ４・・・ブロック
ＳＰ・・・軸方向スペース（空白のターン）
Ｔ１〜Ｔ１７・・・ヘリカル転位
ＴＰ・・・転位領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の超電導素線が軸方向に２本以上並べられるとともに半径方向にも２本以上重ねられて電気的に並列化された並列導体を転位させながら巻回してなる超電導コイルにおいて、
前記転位として、前記並列導体における最外径部の１本の超電導素線が並べ方向に隣接する位置に移動し、最内径部の１本の超電導素線が最外径部とは逆の並べ方向に隣接する位置に移動するヘリカル転位を行なうとともに、
前記並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数の前記ヘリカル転位を整数回のターンで行なうようにしてなる
ことを特徴とする超電導コイル。
【請求項２】
前記並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数の前記ヘリカル転位を１回のターンで行なうようにしてなる
ことを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項３】
前記並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数の前記ヘリカル転位を２以上の整数回のターンで行なうようにしてなる
ことを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項４】
前記並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数の前記ヘリカル転位を、前記超電導コイルの全巻数を整数で除した回数のターンで行なうようにしてなる
ことを特徴とする請求項３に記載の超電導コイル。
【請求項１】
複数の超電導素線が軸方向に２本以上並べられるとともに半径方向にも２本以上重ねられて電気的に並列化された並列導体を転位させながら巻回してなる超電導コイルにおいて、
前記転位として、前記並列導体における最外径部の１本の超電導素線が並べ方向に隣接する位置に移動し、最内径部の１本の超電導素線が最外径部とは逆の並べ方向に隣接する位置に移動するヘリカル転位を行なうとともに、
前記並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数の前記ヘリカル転位を整数回のターンで行なうようにしてなる
ことを特徴とする超電導コイル。
【請求項２】
前記並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数の前記ヘリカル転位を１回のターンで行なうようにしてなる
ことを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項３】
前記並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数の前記ヘリカル転位を２以上の整数回のターンで行なうようにしてなる
ことを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項４】
前記並列導体を構成する超電導素線の本数と同じ回数の前記ヘリカル転位を、前記超電導コイルの全巻数を整数で除した回数のターンで行なうようにしてなる
ことを特徴とする請求項３に記載の超電導コイル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１１９４０４（Ｐ２０１２−１１９４０４Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６５９１７（Ｐ２０１０−２６５９１７）
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
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