JP2002075727A - 超電導コイル、その製造方法及びそれに用いる超電導導体 - Google Patents
超電導コイル、その製造方法及びそれに用いる超電導導体Info
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- JP2002075727A JP2002075727A JP2000264070A JP2000264070A JP2002075727A JP 2002075727 A JP2002075727 A JP 2002075727A JP 2000264070 A JP2000264070 A JP 2000264070A JP 2000264070 A JP2000264070 A JP 2000264070A JP 2002075727 A JP2002075727 A JP 2002075727A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超電導コイルの端部に発生するコイル軸に垂
直な方向の磁界や他のコイルから加わる磁界に起因す
る、高温超電導コイルの垂直磁界通電特性劣化現象、高
温および低温超伝導コイルの損失増大を、コイル、線
材、導体それぞれの構造を複雑化せず、しかも超電導線
材や導体の量を減らす方向で解決する。 【解決手段】 通電特性または損失特性が外部から加わ
る横磁界に対して方向性を有し、超電導線材の一本また
は複数本を含む通電部を有している導体１１を巻装した
超電導コイル１０であって、前記通電部が、各巻装位置
において、横磁界の方向に対して通電特性または損失特
性が最良となる方向に略一致するように捻りを与えられ
て導体１１が巻かれている超電導コイル。
直な方向の磁界や他のコイルから加わる磁界に起因す
る、高温超電導コイルの垂直磁界通電特性劣化現象、高
温および低温超伝導コイルの損失増大を、コイル、線
材、導体それぞれの構造を複雑化せず、しかも超電導線
材や導体の量を減らす方向で解決する。 【解決手段】 通電特性または損失特性が外部から加わ
る横磁界に対して方向性を有し、超電導線材の一本また
は複数本を含む通電部を有している導体１１を巻装した
超電導コイル１０であって、前記通電部が、各巻装位置
において、横磁界の方向に対して通電特性または損失特
性が最良となる方向に略一致するように捻りを与えられ
て導体１１が巻かれている超電導コイル。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力貯蔵装置、変
圧器、半導体単結晶引き上げ装置、限流器、ＭＲＩなど
に用いられる超電導コイル及びその製造方法並びにそれ
に用いる超電導導体に関する。
圧器、半導体単結晶引き上げ装置、限流器、ＭＲＩなど
に用いられる超電導コイル及びその製造方法並びにそれ
に用いる超電導導体に関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導を応用した電力機器は、高効率、
機器の省スペース化などの特長を有しており、実用化に
向けた研究開発が進められている。超電導体は、液体ヘ
リウム温度（４．２Ｋ）近傍のみで動作する金属系の低
温超電導体に対し、アルカリ土類金属を主成分として焼
成により得られる高温超電導体は液体ヘリウム温度のみ
ならず、冷凍機による伝導冷却温度（約２０Ｋ）、過冷
却液体窒素温度（６６Ｋ）、液体窒素温度（７７Ｋ）あ
るいはそれ以上の温度領域でも使用できるため、冷却の
経済性やハンドリングの容易さなどから電力機器への応
用が期待されている。
機器の省スペース化などの特長を有しており、実用化に
向けた研究開発が進められている。超電導体は、液体ヘ
リウム温度（４．２Ｋ）近傍のみで動作する金属系の低
温超電導体に対し、アルカリ土類金属を主成分として焼
成により得られる高温超電導体は液体ヘリウム温度のみ
ならず、冷凍機による伝導冷却温度（約２０Ｋ）、過冷
却液体窒素温度（６６Ｋ）、液体窒素温度（７７Ｋ）あ
るいはそれ以上の温度領域でも使用できるため、冷却の
経済性やハンドリングの容易さなどから電力機器への応
用が期待されている。
【０００３】超電導導体の構造の例を図７に示す。図中
（ａ）は素線２１を撚ったものを扁平状に並べて成形し
たラザフォードケーブルと呼ばれる平角成形より線、
（ｂ）はＣｕなどの門型の補強材２２内に平角成形より
線２３とＡｌなどの安定化材２４を収納した複合導体、
（ｃ）はステンレスなどのコンジット２５内に素線２１
を収納したケーブル・イン・コンジット導体、（ｄ）は
素線２１を撚った一次より線２６を小径の補強用線材２
７に巻いた二次より線２８を大径の補強用線材２９の回
りに配した多重より線導体、（ｅ）は複数のテープ状素
線３０を積層した並列導体、（ｆ）はテープ状素線３０
を円形コンジット３１の回りに同心円状に配した同心円
形より線導体である。
（ａ）は素線２１を撚ったものを扁平状に並べて成形し
たラザフォードケーブルと呼ばれる平角成形より線、
（ｂ）はＣｕなどの門型の補強材２２内に平角成形より
線２３とＡｌなどの安定化材２４を収納した複合導体、
（ｃ）はステンレスなどのコンジット２５内に素線２１
を収納したケーブル・イン・コンジット導体、（ｄ）は
素線２１を撚った一次より線２６を小径の補強用線材２
７に巻いた二次より線２８を大径の補強用線材２９の回
りに配した多重より線導体、（ｅ）は複数のテープ状素
線３０を積層した並列導体、（ｆ）はテープ状素線３０
を円形コンジット３１の回りに同心円状に配した同心円
形より線導体である。
【０００４】このような導体のうち、図７（ｃ），
（ｄ），（ｆ）の導体は外部から加わる横磁界の方向に
対して特性上の方向性はないが、（ａ），（ｂ），
（ｅ）の導体は、方向性を有する。また、（ｅ）を除く
すべての導体で、一部あるいは全体により線加工がなさ
れており、（ｃ），（ｄ），（ｆ）では導体軸のまわり
に規則的な捻りが施されていると見ることもできる。
（ｄ），（ｆ）の導体は外部から加わる横磁界の方向に
対して特性上の方向性はないが、（ａ），（ｂ），
（ｅ）の導体は、方向性を有する。また、（ｅ）を除く
すべての導体で、一部あるいは全体により線加工がなさ
れており、（ｃ），（ｄ），（ｆ）では導体軸のまわり
に規則的な捻りが施されていると見ることもできる。
【０００５】ところで、高温超電導コイルの巻線に使わ
れるＢｉ２２２３テープ線材の幅広面に垂直に加わる横
磁界（軸に平行な磁界は縦磁界と呼び、これと区別す
る）がコイルの最大通電電流いわゆる臨界電流を劣化さ
せる現象（以下、「垂直磁界通電特性劣化現象」と呼
ぶ）のために、コイルの性能（最大出力磁界及び最大貯
蔵エネルギー）は低く押えられているのが現状である。
れるＢｉ２２２３テープ線材の幅広面に垂直に加わる横
磁界（軸に平行な磁界は縦磁界と呼び、これと区別す
る）がコイルの最大通電電流いわゆる臨界電流を劣化さ
せる現象（以下、「垂直磁界通電特性劣化現象」と呼
ぶ）のために、コイルの性能（最大出力磁界及び最大貯
蔵エネルギー）は低く押えられているのが現状である。
【０００６】また、Ｂｉ２２２３テープ線材に限らず、
Ｙ１２３テープ線材やＴｌ １２２３テープ線材、Ｎｂ
3Ｓｎテープ線材など、種々のテープ形状の超電導線
材、あるいは、外観がテープ形状に近い平角成形より線
導体の場合についても、テープあるいは平角成形より線
の幅広面に垂直な磁界下では、幅広面に平行な横磁界の
場合に比べ、条件によっては１から５桁も大きなヒステ
リシス損失あるいは結合損失が発生し、問題となってい
る。
Ｙ１２３テープ線材やＴｌ １２２３テープ線材、Ｎｂ
3Ｓｎテープ線材など、種々のテープ形状の超電導線
材、あるいは、外観がテープ形状に近い平角成形より線
導体の場合についても、テープあるいは平角成形より線
の幅広面に垂直な磁界下では、幅広面に平行な横磁界の
場合に比べ、条件によっては１から５桁も大きなヒステ
リシス損失あるいは結合損失が発生し、問題となってい
る。
【０００７】高温超電導コイルの垂直磁界通電特性劣化
現象の対策としては、線材内の超電導材料の量を増やす
ことや導体内の線材の数量を増やすことが最も有効であ
る。これは超電導材料の総量を増やしコスト高の要因と
なる。これを少しでも解消するためには、金属系の低温
超電導コイルで従来から採用されている「グレーディン
グ技術」が比較的有効と考えられる。これは、必要な部
分だけ、必要な量だけ、局所的に線材量を加減して、超
電導材料の量の最小化を図るというものである。
現象の対策としては、線材内の超電導材料の量を増やす
ことや導体内の線材の数量を増やすことが最も有効であ
る。これは超電導材料の総量を増やしコスト高の要因と
なる。これを少しでも解消するためには、金属系の低温
超電導コイルで従来から採用されている「グレーディン
グ技術」が比較的有効と考えられる。これは、必要な部
分だけ、必要な量だけ、局所的に線材量を加減して、超
電導材料の量の最小化を図るというものである。
【０００８】しかしながら、図１に示す有限長ソレノイ
ドの例のように、垂直磁界は一般に、コイル１０の端部
において大きくなるため、グレーティング技術によって
その部分だけを補強することになるなど、コイル構造を
複雑化させ製作技術上の困難を伴う。また、特殊な応
用、例えば超電導トランスでは、比較的低磁界で使われ
コイル中心部分に鉄心を入れるので、垂直磁界通電特性
劣化現象は起きない。
ドの例のように、垂直磁界は一般に、コイル１０の端部
において大きくなるため、グレーティング技術によって
その部分だけを補強することになるなど、コイル構造を
複雑化させ製作技術上の困難を伴う。また、特殊な応
用、例えば超電導トランスでは、比較的低磁界で使われ
コイル中心部分に鉄心を入れるので、垂直磁界通電特性
劣化現象は起きない。
【０００９】ところが、一般の応用では、高い発生磁界
のために、鉄心内の磁束密度が飽和するので鉄心を入れ
ることができない。たとえ鉄心を入れることができて
も、付加的に鉄心内で発生するヒステリシス損失や渦電
流損失が大きくなり問題になる。また磁界印加方向によ
らず特性が均一な高温超電導の丸断面線材の開発も進め
られているが、テープ線材以上の性能は本質的に得られ
ない。
のために、鉄心内の磁束密度が飽和するので鉄心を入れ
ることができない。たとえ鉄心を入れることができて
も、付加的に鉄心内で発生するヒステリシス損失や渦電
流損失が大きくなり問題になる。また磁界印加方向によ
らず特性が均一な高温超電導の丸断面線材の開発も進め
られているが、テープ線材以上の性能は本質的に得られ
ない。
【００１０】代表的な平角成形より線導体であるラザフ
ォードケーブルは超電導高エネルギー加速器用に開発さ
れたもので加速器の主たる構成物であるダイポールマグ
ネットなどの巻線として用いられる。ダイポールマグネ
ットを例にとると、数ｍの長いマグネットの両端部で
は、電子などの粒子が走るマグネット中心長軸上におけ
る磁界の均一度が最優先される。そのためラザフォード
ケーブルは３次元的に加工されたスペーサに沿って巻線
加工がなされる。その際、ラザフォードケーブルはその
軸のまわりにわずかな捻りが結果的に加わることにな
る。
ォードケーブルは超電導高エネルギー加速器用に開発さ
れたもので加速器の主たる構成物であるダイポールマグ
ネットなどの巻線として用いられる。ダイポールマグネ
ットを例にとると、数ｍの長いマグネットの両端部で
は、電子などの粒子が走るマグネット中心長軸上におけ
る磁界の均一度が最優先される。そのためラザフォード
ケーブルは３次元的に加工されたスペーサに沿って巻線
加工がなされる。その際、ラザフォードケーブルはその
軸のまわりにわずかな捻りが結果的に加わることにな
る。
【００１１】しかしながら、その捻りは巻線加工時に結
果的に生じるものであり、その作用については予測する
ことができない。
果的に生じるものであり、その作用については予測する
ことができない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、超電導コイルの端部に発生するコイル軸に
垂直な方向の磁界や他のコイルから加わる磁界に起因す
る、高温超電導コイルの垂直磁界通電特性劣化現象、高
温及び低温超伝導コイルの損失増大、という２つの問題
に対し、コイル、線材、導体それぞれの構造を複雑化せ
ず、しかも超電導線材や導体の量を減らす方向で解決す
る超電導コイル及びその製造方法並びにそれに用いる超
電導導体を提供することにある。
する課題は、超電導コイルの端部に発生するコイル軸に
垂直な方向の磁界や他のコイルから加わる磁界に起因す
る、高温超電導コイルの垂直磁界通電特性劣化現象、高
温及び低温超伝導コイルの損失増大、という２つの問題
に対し、コイル、線材、導体それぞれの構造を複雑化せ
ず、しかも超電導線材や導体の量を減らす方向で解決す
る超電導コイル及びその製造方法並びにそれに用いる超
電導導体を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の超電導コイルは、通電特性または損失特性
が外部から加わる横磁界に対して方向性を有し、超電導
線材の一本または複数本を含む通電部を有している導体
を巻装した超電導コイルであって、前記通電部が、各巻
装位置において、前記横磁界の方向に対して前記通電特
性または損失特性が最良となる方向に略一致するように
捻りを与えられて前記導体が巻かれていることを特徴と
する。
め、本発明の超電導コイルは、通電特性または損失特性
が外部から加わる横磁界に対して方向性を有し、超電導
線材の一本または複数本を含む通電部を有している導体
を巻装した超電導コイルであって、前記通電部が、各巻
装位置において、前記横磁界の方向に対して前記通電特
性または損失特性が最良となる方向に略一致するように
捻りを与えられて前記導体が巻かれていることを特徴と
する。
【００１４】ここで「通電部」とは、超電導線材の一本
または複数本のほかに、安定化材や構造材の一部も含ん
だものを言う。
または複数本のほかに、安定化材や構造材の一部も含ん
だものを言う。
【００１５】この超電導コイルの製造方法には、次の２
つの方法がある。
つの方法がある。
【００１６】（１）超電導コイルの巻枠に前記導体を巻
く際に、各巻装位置において、前記横磁界の方向に対し
て前記通電特性または損失特性が最良となる方向に略一
致するように導体供給部を導体の軸方向を中心として捻
りを与えながら前記導体を巻く。
く際に、各巻装位置において、前記横磁界の方向に対し
て前記通電特性または損失特性が最良となる方向に略一
致するように導体供給部を導体の軸方向を中心として捻
りを与えながら前記導体を巻く。
【００１７】この場合、線材や導体の中心軸に対して捻
りを制御しながら巻線加工が容易にできるよう、線材や
導体断面の外形は円あるいは多角形とし、線材や導体の
外周表面に加えられた捻りの応力が確実に内部の超電導
線材や導体などに伝わるように、線材や導体の周囲に置
かれた部材とそれより内部の線材や導体とは機械的に一
体化する。
りを制御しながら巻線加工が容易にできるよう、線材や
導体断面の外形は円あるいは多角形とし、線材や導体の
外周表面に加えられた捻りの応力が確実に内部の超電導
線材や導体などに伝わるように、線材や導体の周囲に置
かれた部材とそれより内部の線材や導体とは機械的に一
体化する。
【００１８】（２）超電導コイルの巻枠に前記導体を巻
く前に、巻いた後の状態で、各巻装位置において、前記
横磁界の方向に対して前記通電特性または損失特性が最
良となる方向に略一致することになるように、導体内の
通電部に予め軸方向を中心として捻りを与えておき、当
該導体を前記巻枠に巻く。
く前に、巻いた後の状態で、各巻装位置において、前記
横磁界の方向に対して前記通電特性または損失特性が最
良となる方向に略一致することになるように、導体内の
通電部に予め軸方向を中心として捻りを与えておき、当
該導体を前記巻枠に巻く。
【００１９】この場合、巻き線作業工程を出来る限り単
純化し、またコイル巻き線部分の巻き線同士の密着性を
良くするために、線材や導体とその周囲に配する部材と
を一体化する前に、予め計算された磁界の印加方向を考
慮して線材や導体に捻りを施したものを用いる。その場
合は、巻き線時に捻りを与えない通常の巻き線方法が採
用できる。
純化し、またコイル巻き線部分の巻き線同士の密着性を
良くするために、線材や導体とその周囲に配する部材と
を一体化する前に、予め計算された磁界の印加方向を考
慮して線材や導体に捻りを施したものを用いる。その場
合は、巻き線時に捻りを与えない通常の巻き線方法が採
用できる。
【００２０】さらに、本発明の超電導コイルに用いる超
電導導体は、通電特性または損失特性が外部から加わる
横磁界に対して方向性を有し、超電導線材の一本または
複数本を含む通電部を有している導体であって、当該導
体の通電部または導体全体が、導体の軸に対して捻りを
与えられており、その捻りが導体の長手方向に変化する
ことを特徴とする。
電導導体は、通電特性または損失特性が外部から加わる
横磁界に対して方向性を有し、超電導線材の一本または
複数本を含む通電部を有している導体であって、当該導
体の通電部または導体全体が、導体の軸に対して捻りを
与えられており、その捻りが導体の長手方向に変化する
ことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の一
実施形態をＢｉ２２２３テープ線材を積層した超電導導
体を例にとって説明する。
実施形態をＢｉ２２２３テープ線材を積層した超電導導
体を例にとって説明する。
【００２２】図２は、導体１１の一例である。これは、
Ｂｉ２２２３テープ線材１を２８本積層して円形のコン
ジット３内に収納したものであり、テープ線材１同士は
絶縁物あるいは高抵抗金属からなる介在テープ２によっ
て電気的に分離されている。このテープ線材１間の通電
電流を均一化するために転位されている。ここでは、個
々のテープ幅を３．５ｍｍ、テープ厚みを０．２５ｍｍ
とすると、１本当たりの転位におおよそ５０ｍｍを要す
るので、全体の転位には、約１．４ｍを要す。また、導
体１１の外形は円形とし、外径は約１０ｍｍである。こ
の導体１１を使って巻線する、平均直径８２０ｍｍ、コ
イル長７６０ｍｍ、コイル巻線部厚み１８０ｍｍの図３
のようなソレノイド状コイルを考える。全体の転位長
１．４ｍはコイル０．５ターン程度に相当する。コイル
１０の中心部分の導体は、磁界の方向がコイル軸に平行
であるため（図１参照）、（ａ）に示すように横磁界の
方向に対してテープ線材１の幅広面が平行になるように
巻き、コイル１０の端部では、図１に示すように磁界の
方向がコイル軸に対して傾くため、図３（ｂ），（ｃ）
に示すように、横磁界の方向に対してテープ線材１の幅
広面が平行になるように捻って斜めに巻く。その中間に
おいては、磁界の方向は徐々に変化するため、導体１１
も徐々に傾くように巻く。
Ｂｉ２２２３テープ線材１を２８本積層して円形のコン
ジット３内に収納したものであり、テープ線材１同士は
絶縁物あるいは高抵抗金属からなる介在テープ２によっ
て電気的に分離されている。このテープ線材１間の通電
電流を均一化するために転位されている。ここでは、個
々のテープ幅を３．５ｍｍ、テープ厚みを０．２５ｍｍ
とすると、１本当たりの転位におおよそ５０ｍｍを要す
るので、全体の転位には、約１．４ｍを要す。また、導
体１１の外形は円形とし、外径は約１０ｍｍである。こ
の導体１１を使って巻線する、平均直径８２０ｍｍ、コ
イル長７６０ｍｍ、コイル巻線部厚み１８０ｍｍの図３
のようなソレノイド状コイルを考える。全体の転位長
１．４ｍはコイル０．５ターン程度に相当する。コイル
１０の中心部分の導体は、磁界の方向がコイル軸に平行
であるため（図１参照）、（ａ）に示すように横磁界の
方向に対してテープ線材１の幅広面が平行になるように
巻き、コイル１０の端部では、図１に示すように磁界の
方向がコイル軸に対して傾くため、図３（ｂ），（ｃ）
に示すように、横磁界の方向に対してテープ線材１の幅
広面が平行になるように捻って斜めに巻く。その中間に
おいては、磁界の方向は徐々に変化するため、導体１１
も徐々に傾くように巻く。
【００２３】コイルの巻線を捻りながらコイル巻き枠に
巻く方法の一例を図６に示す。同図において、１２はコ
イル巻き枠、１３はコイル巻き芯、１４は導体巻き取り
枠である。コイル巻き枠１２に導体１１を巻く際に、導
体１１のコイル上の位置に応じて導体１１が所定の角度
捻られるように、導体巻き取り枠１４の軸を±９０度の
範囲で傾けながらコイル巻き枠１２に巻くと、図３に示
すコイル１０を得ることができる。
巻く方法の一例を図６に示す。同図において、１２はコ
イル巻き枠、１３はコイル巻き芯、１４は導体巻き取り
枠である。コイル巻き枠１２に導体１１を巻く際に、導
体１１のコイル上の位置に応じて導体１１が所定の角度
捻られるように、導体巻き取り枠１４の軸を±９０度の
範囲で傾けながらコイル巻き枠１２に巻くと、図３に示
すコイル１０を得ることができる。
【００２４】この形状のコイルを２０Ｋで用いると、コ
イルの最大通電電流が２．５ｋＡのとき、巻線部分にお
けるコイル軸方向の最大磁界は４Ｔ、コイル半径方向の
最大磁界は２．５Ｔである。Ｂｉ２２２３テープ線材１
本の臨界電流の磁界依存性を図４に示す。テープ幅広面
に垂直に２．５Ｔの横磁界が加わるとテープ１本当たり
９０Ａ流れるのに対し、テープ幅広面に平行に４Ｔの横
磁界が加わると、５６％増の１４０Ａ流れる。テープ２
８本では、前者は２．５ｋＡ、後者は５６％増の３．９
ｋＡとなる。したがって、図３の例示のように、コイル
巻線部分の磁界方向と導体断面の特定の方向（ここでは
内部のテープ幅広面に平行方向）とを略一致させること
により、コイルの最大通電電流２．５ｋＡを変えないと
すると、使用するテープ線材の本数を３６％削減でき
る。
イルの最大通電電流が２．５ｋＡのとき、巻線部分にお
けるコイル軸方向の最大磁界は４Ｔ、コイル半径方向の
最大磁界は２．５Ｔである。Ｂｉ２２２３テープ線材１
本の臨界電流の磁界依存性を図４に示す。テープ幅広面
に垂直に２．５Ｔの横磁界が加わるとテープ１本当たり
９０Ａ流れるのに対し、テープ幅広面に平行に４Ｔの横
磁界が加わると、５６％増の１４０Ａ流れる。テープ２
８本では、前者は２．５ｋＡ、後者は５６％増の３．９
ｋＡとなる。したがって、図３の例示のように、コイル
巻線部分の磁界方向と導体断面の特定の方向（ここでは
内部のテープ幅広面に平行方向）とを略一致させること
により、コイルの最大通電電流２．５ｋＡを変えないと
すると、使用するテープ線材の本数を３６％削減でき
る。
【００２５】次に、本コイルを６６Ｋで使用することを
考える。図５に示すように、テープ幅広面に垂直な場合
と平行な場合との臨界電流特性の差は２０Ｋに比べ顕著
になる。コイル最大通電電流は０．４５ｋＡ、テープ幅
広面に平行に加わる最大横磁界は０．７Ｔ、幅広面に垂
直に加わる最大磁界は０．４Ｔである。このとき図５よ
り、テープ１本の臨界電流値は、平行な横磁界０．７Ｔ
が印加されるとき４２Ａ、垂直な横磁界０．４Ｔが印加
されるとき１６Ａである。テープ２８本では、後者は
０．４５ｋＡ、前者は２．６倍の１．２ｋＡとなる。し
たがって、図３の例示のように、コイル巻線部分の磁界
方向と導体断面の特定の方向（ここでは内部のテープ幅
広面に平行方向）とを略一致させることにより、コイル
の最大通電電流０．４５ｋＡを変えないとすると、使用
するテープ線材の本数は６２％削減できることになる。
考える。図５に示すように、テープ幅広面に垂直な場合
と平行な場合との臨界電流特性の差は２０Ｋに比べ顕著
になる。コイル最大通電電流は０．４５ｋＡ、テープ幅
広面に平行に加わる最大横磁界は０．７Ｔ、幅広面に垂
直に加わる最大磁界は０．４Ｔである。このとき図５よ
り、テープ１本の臨界電流値は、平行な横磁界０．７Ｔ
が印加されるとき４２Ａ、垂直な横磁界０．４Ｔが印加
されるとき１６Ａである。テープ２８本では、後者は
０．４５ｋＡ、前者は２．６倍の１．２ｋＡとなる。し
たがって、図３の例示のように、コイル巻線部分の磁界
方向と導体断面の特定の方向（ここでは内部のテープ幅
広面に平行方向）とを略一致させることにより、コイル
の最大通電電流０．４５ｋＡを変えないとすると、使用
するテープ線材の本数は６２％削減できることになる。
【００２６】さらに損失についても、２０Ｋ、６６Ｋい
ずれの場合も、コイル巻き線のコイル内の位置にもよる
が、局所的に最大１桁以上小さくできる。したがって、
コイル全体で損失を数分の１に小さくできる。
ずれの場合も、コイル巻き線のコイル内の位置にもよる
が、局所的に最大１桁以上小さくできる。したがって、
コイル全体で損失を数分の１に小さくできる。
【００２７】Ｙ１２３やＴｌ １２２３のテープ線材の
場合は、臨界電流値の改善も期待できるが、特に損失の
低減効果が著しい。これは、Ｙ１２３のテープ線材では
超電導材料のＹ１２３が１〜１０ミクロン厚の膜状に形
成されており、線材断面における超電導材料部分のアス
ペクト比が約３桁であることによる。したがって、横磁
界の方向がテープ面に平行な場合、垂直な場合に比べ損
失が約３桁小さい。
場合は、臨界電流値の改善も期待できるが、特に損失の
低減効果が著しい。これは、Ｙ１２３のテープ線材では
超電導材料のＹ１２３が１〜１０ミクロン厚の膜状に形
成されており、線材断面における超電導材料部分のアス
ペクト比が約３桁であることによる。したがって、横磁
界の方向がテープ面に平行な場合、垂直な場合に比べ損
失が約３桁小さい。
【００２８】平角成形より線１本ないし複数本からなる
超電導導体、あるいはそれらを一部とする超電導導体で
巻線されたコイルを考える。コイルの形状は図３に示す
形態と同じとする。図８に一例を示すように、超電導導
体内に複数の平角成形より線２３がある場合、それらの
幅広面同士が合わさるように積層されており、結果とし
て、導体断面において内部の平角成形より線２３の幅広
面に平行な方向が導体の「特定の方向」となる。この導
体の特定の方向と、コイル巻線部分における発生磁界の
方向とを略一致させる。その結果、内部の平角成形より
線にはその幅広面に平行な方向の横磁界が印加されるこ
とになり、幅広面に垂直な方向に印加された場合に発生
する大きな素線間結合損失を極めて小さくすることがで
きる。従来の研究によると、結合損失を簡単に１桁小さ
くできる。あるいは導体の構造によってはさらに１桁か
ら３桁小さくできる。なお図８において２４は安定化
材、３２は構造材であるが、この例では、安定化材２４
や構造材３２で発生する渦電流損失も幅広面に平行な横
磁界が印加されるために小さくできている。
超電導導体、あるいはそれらを一部とする超電導導体で
巻線されたコイルを考える。コイルの形状は図３に示す
形態と同じとする。図８に一例を示すように、超電導導
体内に複数の平角成形より線２３がある場合、それらの
幅広面同士が合わさるように積層されており、結果とし
て、導体断面において内部の平角成形より線２３の幅広
面に平行な方向が導体の「特定の方向」となる。この導
体の特定の方向と、コイル巻線部分における発生磁界の
方向とを略一致させる。その結果、内部の平角成形より
線にはその幅広面に平行な方向の横磁界が印加されるこ
とになり、幅広面に垂直な方向に印加された場合に発生
する大きな素線間結合損失を極めて小さくすることがで
きる。従来の研究によると、結合損失を簡単に１桁小さ
くできる。あるいは導体の構造によってはさらに１桁か
ら３桁小さくできる。なお図８において２４は安定化
材、３２は構造材であるが、この例では、安定化材２４
や構造材３２で発生する渦電流損失も幅広面に平行な横
磁界が印加されるために小さくできている。
【００２９】
【発明の効果】本発明によると、超電導線材または超電
導導体断面の特定の方向に磁界が加わると通電特性ある
いは損失特性などに優れた性能が期待できる超電導線材
または超電導導体でコイルを巻線する場合、巻線時ある
いは巻線前に導体軸のまわりに適当な捻りを加えること
によって、線材または導体に加わる外部横磁界の方向
と、導体断面の特定の方向とを略一致させることがで
き、コイルの性能が飛躍的に高まる。
導導体断面の特定の方向に磁界が加わると通電特性ある
いは損失特性などに優れた性能が期待できる超電導線材
または超電導導体でコイルを巻線する場合、巻線時ある
いは巻線前に導体軸のまわりに適当な捻りを加えること
によって、線材または導体に加わる外部横磁界の方向
と、導体断面の特定の方向とを略一致させることがで
き、コイルの性能が飛躍的に高まる。
【図１】 超電導コイルによる磁力線の方向及び強さを
示す説明図である。
示す説明図である。
【図２】 導体の一例を示す斜視図である。
【図３】 コイル巻線の一例を示す斜視図である。
【図４】 ２０ＫにおけるＢｉ２２２３テープ線材の臨
界電流特性グラフである。
界電流特性グラフである。
【図５】 ６６ＫにおけるＢｉ２２２３テープ線材の臨
界電流特性グラフである。
界電流特性グラフである。
【図６】 コイル巻線時に導体を捻りながら巻く方法の
例を示す斜視図である。
例を示す斜視図である。
【図７】 一般的な導体の構造の例を示す断面図であ
る。
る。
【図８】 導体の別の例を示す断面図である。
１ テープ線材、２ 介在テープ、３ コンジット、１
０ コイル、１１ 導体、１２ コイル巻き枠、１３
コイル巻き芯、１４ 導体巻き取り枠、２１ 素線、２
２ 門型の補強材、２３ 平角成形より線、２４ 安定
化材、２５ コンジット、２６ 一次より線、２７ 小
径の補強用線材、２８ 二次より線、２９大径の補強用
線材、３０ テープ状素線、３１ 円形コンジット、３
２ 構造材
０ コイル、１１ 導体、１２ コイル巻き枠、１３
コイル巻き芯、１４ 導体巻き取り枠、２１ 素線、２
２ 門型の補強材、２３ 平角成形より線、２４ 安定
化材、２５ コンジット、２６ 一次より線、２７ 小
径の補強用線材、２８ 二次より線、２９大径の補強用
線材、３０ テープ状素線、３１ 円形コンジット、３
２ 構造材
Claims (4)
- 【請求項１】 通電特性または損失特性が外部から加わ
る横磁界に対して方向性を有し、超電導線材の一本また
は複数本を含む通電部を有している導体を巻装した超電
導コイルであって、前記通電部が、各巻装位置におい
て、前記横磁界の方向に対して前記通電特性または損失
特性が最良となる方向に略一致するように捻りを与えら
れて前記導体が巻かれていることを特徴とする超電導コ
イル。 - 【請求項２】 通電特性または損失特性が、外部から加
わる横磁界に対して方向性を有し、超電導線材の一本ま
たは複数本を含む通電部を有している導体を巻装する超
電導コイルの製造方法であって、当該超電導コイルの巻
枠に前記導体を巻く際に、前記通電部が、各巻装位置に
おいて、前記横磁界の方向に対して前記通電特性または
損失特性が最良となる方向に略一致するように導体供給
部を導体の軸方向を中心として捻りを与えながら前記導
体を巻くことを特徴とする超電導コイルの製造方法。 - 【請求項３】 通電特性または損失特性が、外部から加
わる横磁界に対して方向性を有し、超電導線材の一本ま
たは複数本を含む通電部を有している導体を巻装する超
電導コイルの製造方法であって、当該超電導コイルの巻
枠に前記導体を巻く前に、巻いた後の状態で前記通電部
が、各巻装位置において、前記横磁界の方向に対して前
記通電特性または損失特性が最良となる方向に略一致す
ることになるように、導体内の通電部に予め軸を中心と
して捻りを与えておき、当該導体を前記巻枠に巻くこと
を特徴とする超電導コイルの製造方法。 - 【請求項４】 通電特性または損失特性が外部から加わ
る横磁界に対して方向性を有し、超電導線材の一本また
は複数本を含む通電部を有している導体であって、当該
導体の通電部または導体全体が、導体の軸に対して捻り
を与えられており、その捻りが導体の長手方向に変化す
ることを特徴とする超電導導体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000264070A JP4757985B2 (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | 超電導コイル、その製造方法及びそれに用いる超電導導体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000264070A JP4757985B2 (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | 超電導コイル、その製造方法及びそれに用いる超電導導体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002075727A true JP2002075727A (ja) | 2002-03-15 |
| JP4757985B2 JP4757985B2 (ja) | 2011-08-24 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000264070A Expired - Fee Related JP4757985B2 (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | 超電導コイル、その製造方法及びそれに用いる超電導導体 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4757985B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005286194A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Nakajima Kogyo:Kk | 超電導電力貯蔵装置（ｓｍｅｓ）用コイルの巻き線方法及び装置 |
| JP2010263122A (ja) * | 2009-05-08 | 2010-11-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導コイル体、超電導機器、ロータおよびステータ |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5866311A (ja) * | 1981-10-16 | 1983-04-20 | Hitachi Ltd | 超電導マグネツト |
| JPH01246801A (ja) * | 1988-03-19 | 1989-10-02 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 超伝導マグネット |
| JPH04343404A (ja) * | 1991-05-21 | 1992-11-30 | Furukawa Electric Co Ltd:The | ソレノイド型超電導コイル |
| JPH065414A (ja) * | 1992-06-22 | 1994-01-14 | Toshiba Corp | 超電導マグネット |
| JPH07142245A (ja) * | 1993-11-17 | 1995-06-02 | Mitsubishi Electric Corp | 高温超電導マグネット、その設計方法および運転方法、並びに高温超電導テープ材の製造方法 |
| JPH08148327A (ja) * | 1994-11-18 | 1996-06-07 | Hitachi Ltd | 超電導磁石及び当該超電導磁石を備えた粒子加速器 |
-
2000
- 2000-08-31 JP JP2000264070A patent/JP4757985B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2005286194A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Nakajima Kogyo:Kk | 超電導電力貯蔵装置（ｓｍｅｓ）用コイルの巻き線方法及び装置 |
| JP4552178B2 (ja) * | 2004-03-30 | 2010-09-29 | 有限会社中島工業 | 超電導電力貯蔵装置（ｓｍｅｓ）用コイルの巻き線方法及び装置 |
| JP2010263122A (ja) * | 2009-05-08 | 2010-11-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導コイル体、超電導機器、ロータおよびステータ |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4757985B2 (ja) | 2011-08-24 |
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