JP2021097082A - Winding device and winding method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、巻線装置および巻線方法に関するものである。 The present disclosure relates to winding devices and winding methods.
磁気共鳴画像診断(MRI:magnetic resonance imaging)に適用する高磁場を発生するための超電導コイルは、均一な空間の磁場を得る。このため超電導コイルは、その位置精度およびサイズが精密に制御されることが重要である。そのため、超電導線を巻枠などに巻回する際に、巻かれる超電導線の複数のループ間の間隔が一定となるように、巻回が進む方向についての一の超電導線のループと、それに隣り合う他の超電導線のループとの間にクリアランスを設けながら巻回される。たとえば特開2016−100354号公報(特許文献1)には、超電導線の張力変動への追従性を向上させて、超電導線が巻き付けられる位置の精度を向上でき巻線機が提案されている。 A superconducting coil for generating a high magnetic field, which is applied to magnetic resonance imaging (MRI), obtains a magnetic field in a uniform space. Therefore, it is important that the position accuracy and size of the superconducting coil are precisely controlled. Therefore, when winding the superconducting wire around a winding frame or the like, one loop of the superconducting wire in the direction in which the winding advances and adjacent to it so that the distance between the plurality of loops of the superconducting wire to be wound is constant. It is wound with a clearance between it and the loop of other matching superconducting wires. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-100534 (Patent Document 1) proposes a winding machine capable of improving the followability of the superconducting wire to tension fluctuations and improving the accuracy of the position where the superconducting wire is wound.
特開2016−100354号公報においては、超電導線を巻枠側へ供給するガイド部材が、巻枠の1対のフランジに挟まれる領域の外側にて超電導線を巻枠側へ供給し、巻枠に巻回させていると推定される。その場合、ガイド部材と巻枠とが離れているため、超電導線の巻回される位置の精度が低下すると考えられる。つまり一の超電導線のループと、それに隣り合う他の超電導線のループとの間のクリアランスを精度よく設けるためには、超電導線を巻き付ける位置の制御が重要となる。このため超電導線を巻回させるガイドを巻枠になるべく近づけて巻線する必要がある。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-100534, a guide member for supplying superconducting wires to the winding frame side supplies the superconducting wires to the winding frame side outside the region sandwiched between a pair of flanges of the winding frame, and the winding frame. It is presumed that it is wound around. In that case, since the guide member and the winding frame are separated from each other, it is considered that the accuracy of the winding position of the superconducting wire is lowered. That is, in order to provide an accurate clearance between the loop of one superconducting wire and the loop of another superconducting wire adjacent to the loop, it is important to control the position where the superconducting wire is wound. Therefore, it is necessary to wind the guide for winding the superconducting wire as close as possible to the winding frame.
ところが、特開2016−100354号公報にて仮にガイド部材を1対のフランジに挟まれる位置の内部に配置しガイド部材に近づければ、ガイド部材がフランジにぶつかる恐れがある。 However, if the guide member is placed inside the position where it is sandwiched between the pair of flanges and brought close to the guide member in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-100534, the guide member may hit the flange.
本開示は上記の課題に鑑みなされたものである。その目的は、巻枠に近づけた場合でも巻枠に干渉することなくスムーズに高い位置精度で超電導線を巻回できる巻線装置、および巻回方法を提供することである。 The present disclosure has been made in view of the above issues. An object of the present invention is to provide a winding device and a winding method capable of winding a superconducting wire smoothly and with high position accuracy without interfering with the winding frame even when the superconducting wire is brought close to the winding frame.
本開示に従った巻線装置は、第1ガイドローラと、第2ガイドローラとを備えている。第1ガイドローラおよび第2ガイドローラは、壁部を有する巻枠に供給される超電導線の延びるX方向に交差するY方向に互いに対向可能となっている。第1ガイドローラおよび第2ガイドローラは個別に、巻枠の表面から突起するように形成された壁部の突起方向に沿って移動可能である。第1ガイドローラおよび第2ガイドローラがX方向に沿って移動することにより、第1ガイドローラおよび第2ガイドローラのいずれかが交互に巻枠の壁部に隣接する領域に超電導線を巻回するようガイド可能である。 A winding device according to the present disclosure includes a first guide roller and a second guide roller. The first guide roller and the second guide roller can face each other in the Y direction intersecting the X direction in which the superconducting wire supplied to the winding frame having the wall portion extends. The first guide roller and the second guide roller can be individually moved along the projecting direction of the wall portion formed so as to project from the surface of the winding frame. As the first guide roller and the second guide roller move along the X direction, either the first guide roller or the second guide roller alternately winds the superconducting wire in the region adjacent to the wall portion of the winding frame. It is possible to guide you to do so.
本開示に従った巻線方法は、第1巻回工程と、切り替えられる工程と、第2巻回工程とを備える。第1巻回工程では、第1ガイドローラおよび第2ガイドローラのうち一方が壁部を有する巻枠に近接しながら超電導線の巻回が進む方向に沿って動く。第1巻回工程では上記一方が超電導線を巻枠に巻回するようガイドし、超電導線が巻枠に巻回される。切り替えられる工程では、第1ガイドローラおよび第2ガイドローラのうち上記一方とは異なる他方が超電導線を巻枠に巻回するようガイドするようにされる。第2巻回工程では、上記他方が巻枠に近接しながら、上記他方が超電導線を巻枠に巻回するようガイドし、超電導線が巻枠に巻回される。 The winding method according to the present disclosure includes a first winding step, a switching step, and a second winding step. In the first winding step, one of the first guide roller and the second guide roller moves in the direction in which the winding of the superconducting wire advances while being close to the winding frame having the wall portion. In the first winding step, one of the above guides the superconducting wire to be wound around the winding frame, and the superconducting wire is wound around the winding frame. In the switching step, the other of the first guide roller and the second guide roller, which is different from the above one, is guided to wind the superconducting wire around the winding frame. In the second winding step, while the other is close to the winding frame, the other guides the superconducting wire to be wound around the winding frame, and the superconducting wire is wound around the winding frame.
本開示に従えば、巻枠に近づけた場合でも巻枠に干渉することなくスムーズに高い位置精度で超電導線を巻回できる巻線装置、および巻回方法を提供できる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a winding device and a winding method capable of smoothly winding a superconducting wire with high position accuracy without interfering with the winding frame even when the superconducting wire is brought close to the winding frame.
以下、本実施の形態について図に基づいて説明する。 Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings.
後に詳述するが、最初に、本実施の形態の巻線装置の構成の概略について図6を用いて簡単に説明する。なお、説明の便宜のため、X方向、Y方向、Z方向が導入されている。図6は、本実施の形態の巻線装置の構成を示す概略平面図である。図6を参照して、本実施の形態の巻線装置1000は、第1ガイドローラ19と、第2ガイドローラ20とを備えている。第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20は、壁部4を有する巻枠1に供給される超電導線3の延びるX方向に交差するY方向に互いに対向可能となっている。第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20は個別に、巻枠1の表面から突起するように形成された壁部4の突起方向である図6のX方向に沿って移動可能である。第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20がX方向に沿って移動することにより、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のいずれかが交互に巻枠1の壁部4に隣接する領域に超電導線3を巻回するようガイド可能である。以下、本実施の形態について詳述する。
Although will be described in detail later, first, an outline of the configuration of the winding device of the present embodiment will be briefly described with reference to FIG. For convenience of explanation, the X direction, the Y direction, and the Z direction are introduced. FIG. 6 is a schematic plan view showing the configuration of the winding device of the present embodiment. With reference to FIG. 6, the
まず、本実施の形態の巻線装置により形成される超電導コイルアセンブリの構成について図1〜図3を用いて説明する。図1は、本実施の形態の巻線装置により巻回される超電導コイルアセンブリの内部を切り開きその構成を示す概略斜視図である。図2は、本実施の形態の巻線装置により巻回される超電導コイルアセンブリの内部構成を示す概略断面図である。図3は、本実施の形態の巻線装置により巻回される超電導コイルアセンブリに含まれる、図2の点線で囲む領域IIIでの超電導コイルの態様を示す概略断面図である。 First, the configuration of the superconducting coil assembly formed by the winding device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a schematic perspective view showing the configuration of a superconducting coil assembly wound by the winding device of the present embodiment by cutting open the inside. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an internal configuration of a superconducting coil assembly wound by the winding device of the present embodiment. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an aspect of the superconducting coil in the region III surrounded by the dotted line in FIG. 2 included in the superconducting coil assembly wound by the winding device of the present embodiment.
図1および図2を参照して、本実施の形態の超電導コイルアセンブリ100は、磁気共鳴画像診断用の部材である。超電導コイルアセンブリ100は、巻枠1と、超電導線が巻回されたループとしての複数の超電導コイル2とを備えている。つまり超電導コイル2は巻枠1に巻回されている。超電導コイル2は、MRIに適用する高磁場を発生するためのものである。
With reference to FIGS. 1 and 2, the
巻枠1は、中央部分に空洞を有するたとえば円筒形状である。巻枠1は、オーステナイトステンレスおよびアルミニウムのいずれかにより形成されている。巻枠1の外側を向く筒状の側面である外側面上には、壁部4が形成されている。壁部4はそれ以外の領域に対して巻枠1の外側面が外側に突起した領域である。壁部4は巻枠1の延びる方向すなわち図2の左右方向に沿って間隔をあけて複数形成されている。複数の壁部4のそれぞれは、巻枠1の外側面を1周する形状を有している。すなわち巻枠1が円筒形状であれば、複数の壁部4のそれぞれは円環形状である。複数の壁部4のうち、隣り合う1対の壁部4の間に挟まれるように、複数の超電導コイル2のうちの1つが配置される。したがって複数の超電導コイル2のそれぞれは、巻枠1の外側面上のうち、1対の壁部4の間に挟まれ溝状となった領域に1つずつ配置されている。それら複数の超電導コイル2のそれぞれは図2の左右方向に互いに間隔をあけて配置されている。それぞれの超電導コイル2は、これを挟む1対の壁部4により、巻枠1の延びる方向について動かないように位置決めされている。
The winding
壁部4は巻枠1の延びる方向の一方および他方の端部にも形成されてもよい。図2に示すように、当該一方および他方の端部としての壁部4は、他の壁部4すなわち上記一方の端部および他方の端部の間の領域の壁部4よりも図2の上下方向に長く延びていてもよい。
The
図3を参照して、たとえば図2の左右方向に隣り合う1対の壁部4の間には、1つの超電導コイル2として、超電導線3が巻回されたループが複数配置されている。これらの複数の超電導線3が巻回されたループは、図2の左右方向に隣り合う1対の壁部4の間に挟まれた領域ごとに1本ずつの超電導線3が、互いに間隔をあけて複数回巻回されたものであり、それらが任意の手段で電気的に繋がることにより全体として1本の超電導線として機能するものであってもよい。あるいは複数の超電導線3が巻回されたループは、図2の左右方向に隣り合う1対の壁部4の間に挟まれた領域ごとに1本の超電導線3が複数回巻回されることで複数の互いに間隔をあけた超電導線3のループを形成したものであり、それらが隣り合う1対の壁部4の間に挟まれた領域間で互いに繋がらないよう独立したものであってもよい。以下においてはこれら双方の場合の、1対の壁部4の間に挟まれた領域内に形成される単一の超電導コイル2内に含まれる複数の超電導線3のループのことを、複数の超電導線3と総括して表記する。
With reference to FIG. 3, for example, a plurality of loops around which a
超電導線3が複数回巻回されることにより、単一の超電導コイル2が形成されている。図3の断面図においては複数の超電導線3が図の上下方向および左右方向に行列状に並ぶように巻回されている。しかし1対の壁部4の間での複数の超電導線3の巻回態様はこれに限られない。たとえば上下方向および左右方向について無秩序に複数の超電導線3が配置されるように巻回されることで超電導コイル2が形成されていてもよい。
A
巻枠1には複数の超電導コイル2が巻回される。超電導コイル2を構成する超電導線は、たとえば一般公知のニオブチタンなどにより形成されている。これにより、外部から超電導コイルアセンブリ100への通電により超電導コイル2がつくる磁場の均一性が高められる。
A plurality of
図1および図2において、巻枠1に超電導コイル2が巻回される位置および数は、外部から超電導コイルアセンブリ100への通電により超電導コイル2がつくる磁場の強度およびその磁場の均一性の仕様を満たすように設計される。したがって超電導コイル2の巻回される密度は、必ずしも図2の左右方向において全体に亘り均等でなくてもよい。また単一の超電導コイル2に含まれる複数の超電導線3の数についても同様に、外部から超電導コイルアセンブリ100への通電により超電導コイル2がつくる磁場の強度およびその磁場の均一性の仕様を満たすように設計される。
In FIGS. 1 and 2, the position and number at which the
超電導コイルアセンブリ100において、以上の超電導コイル2は、容器10内に収納されている。容器10は巻枠1の外表面の外側に、巻枠1を包むように形成されている、筒状の部材である。ただし巻枠1は容器10の一部を構成する。すなわち容器10は、巻枠1と、フランジ5と、外筒6とにより形成されている。巻枠1とフランジ5と外筒6とはいずれも同一の材質である、たとえばステンレス、アルミニウムまたはガラス繊維強化エポキシ樹脂により形成されることが好ましい。
In the
フランジ5は巻枠1の外表面の一部、特に巻枠1の延びる方向の一方および他方の端部に接合されている。フランジ5は、巻枠1に接合される領域に比べて、巻枠1から外側すなわち図2の上下側に離れた領域において、その延びる方向すなわち図2の左右方向の寸法が、巻枠1よりも少し小さくなるような形状を有している。具体的には、フランジ5は、図2の左右方向の一方及び他方の端部が左右方向に沿って互いに向かい合うように延びている。図2の左右方向の間隔を保ちつつ、フランジ5は巻枠1から離れるように、すなわち巻枠1の外側に向けて延びている。このためにフランジ5は、図2の左右方向から、巻枠1から離れる外側方向に延びるように屈曲している。
The
外筒6はフランジ5の延びる方向の一方および他方の端部に接合されている。外筒6は巻枠1およびフランジ5を外側から囲むようにフランジ5の延びる方向に延びる、筒状、たとえば円筒状の部材である。ただし図示されないが外筒6はフランジ5からその外側に延びる部分を含んでいてもよい。フランジ5と外筒6とを併せた部分が、巻枠1を外側から覆う蓋のように配置されている。
The outer cylinder 6 is joined to one end and the other end in the extending direction of the
フランジ5と外筒6とが接合されることにより、フランジ5の巻枠1と反対側すなわち外側の縁に近い領域には、そこから図の左右方向に延びる部分と、屈曲部と、図の上下方向に延びる部分とを有するように壁部4が形成されている。この壁部4と、フランジ5と、外筒6の延びる方向すなわち図2の左右方向の端部とに囲まれた領域が形成されている。この囲まれた領域にも、超電導コイル2が配置される。
By joining the
このように巻枠1とフランジ5と外筒6とが接合されることで形成された容器10の内部には、液体冷媒11が充填されている。
The inside of the
次に、図4〜図17、および必要に応じて図3を用いて、上記超電導コイルアセンブリ100の製造方法について説明する。なおここでは特に、超電導コイルアセンブリ100の製造方法のうち、図9〜図17の超電導線3の巻線方法、および図6〜図8の当該巻線工程に用いられる巻線装置について重点的に説明する。
Next, a method of manufacturing the
図4は、本実施の形態の巻線装置により巻回される超電導コイルアセンブリの製造方法の第1工程の態様を示す概略断面図である。図4を参照して、まず巻枠1が準備される。ここで準備される巻枠1は、上記のように間隔をあけて複数の壁部4が形成されていることが好ましい。この1対の壁部4の図4の左右方向の間隔は、次工程にてその壁部4の間に挟まれるように巻回される超電導コイル2の幅にほぼ等しくなり、壁部4が超電導コイル2に接触する程度の間隔であることが好ましい。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an aspect of a first step of a method for manufacturing a superconducting coil assembly wound by the winding device of the present embodiment. With reference to FIG. 4, first, the winding
次に、巻枠1に超電導線が巻回される。つまり巻枠1に形成された複数の壁部4のうち互いに隣り合う1対の壁部4の間に挟まれる領域に、1本の超電導線が複数回巻回される。したがって複数の超電導線3のループとしての上記したような複数の超電導線3が形成される。これにより、互いに隣り合う1対の壁部4の間に挟まれる領域に巻回された超電導線は、複数の超電導線3を含む単一の超電導コイル2となる。なお当該複数の超電導線3は、一の1対の壁部4の間に挟まれる領域と、それに隣り合う他の1対の壁部4の間に挟まれる領域との間で電気的に接続されてもよいし、電気的に繋がらず互いに独立していてもよい。
Next, the superconducting wire is wound around the winding
このとき、超電導線3が膨らまない程度の比較的小さいテンションで超電導線3が巻回される。これにより、超電導線3の巻回による巻枠1の変形を小さくできる。巻枠1の変形を小さくすることで、超電導コイル2の位置精度が向上する。これにより、超電導コイルアセンブリ100への通電時に超電導コイル2がつくる磁場の均一性が高められる。
At this time, the
図3を再度参照して、超電導コイル2の形成において、巻枠1に巻回される複数の超電導線3は、巻枠1の延びる方向すなわち図3の左右方向にて互いに間隔をあけて配置される。図3の左右方向の隣り合う1対の超電導線3に挟まれる間隔は、クリアランス9として形成された隙間である。クリアランス9を設けることにより、図3の左右方向に隣り合う1対の超電導線3の間についてその幅の寸法の自由度を高めることができる。つまり、超電導コイルアセンブリ100への通電による超電導コイル2がつくる磁場の強度および均一性を高めるために、超電導コイル2の位置および形状の設計の自由度を高める必要がある。超電導コイル2の位置は巻枠1の加工精度によって決定する。超電導コイル2の形状は、通常、超電導線3の形状、超電導線3の巻回される数、および超電導線3の図3の上下方向に積層される層数によって決まる。そこで超電導線3とそれの図3の左右方向に隣り合う超電導線3との間にクリアランス9を設けることが好ましい。これにより、超電導コイル2の図3の左右方向の幅の寸法の自由度を高めることができる。
With reference to FIG. 3 again, in the formation of the
また複数の超電導線3は、図3の上下方向に複数層積層されるように巻回されている。図3の上下方向において互いに隣り合う1対の超電導線3の間には互いに間隔をあけるように、超電導線3が配置されてもよい。図3に示すように、複数の超電導線3のうち、図3の上下方向について、すなわち巻枠1の巻回される径方向について、隣り合う1対の超電導線3の間に隙間が存在する場合、当該隙間にはたとえばシート材8が巻回されることが好ましい。たとえば当該シート材8は、図3の上下方向に隣り合う1対の超電導線3の間に樹脂材料が含浸されることで形成されてもよい。あるいは当該シート材8は上記方法以外の方法により形成された絶縁材料であってもよい。
Further, the plurality of
なおこのようなシート材8を挟まず、複数の超電導線3のうち、図3の上下方向について、すなわち巻枠1の巻回される径方向について、隣り合う1対の超電導線3の間は単に隙間が形成されてもよい。あるいは上記図3の上下方向の隣り合う1対の超電導線3に挟まれる層が複数形成されるうちの一部の層のみにシート材8が設けられ、他の層にはシート材8が設けられず単に隙間が設けられてもよい。
Of the plurality of
シート材8は、絶縁性のある薄い素材である。具体的には、シート材8は、一般公知のPET(Polyethylene Terephthalate:ポリエチレンテレフタラート)、ガラスクロス、ノーメックスシート、クラフト紙からなる群から選択されるいずれかの材料であることが好ましい。なお超電導線3とその外側(図3の上側)に隣接するように巻かれる超電導線3との間にシート材8を挟むように巻回することで、超電導線3の図3上下方向の高さの寸法を設計する自由度を高めることができる。
The
あるいは図3の左右方向の1対の超電導線3間のクリアランス9、および図3の上下方向のシート材8の配置部分には、以下のようにワニスが供給されてもよい。その場合、超電導線3が巻回され超電導コイル2が形成された後、超電導コイル2の超電導線3が励磁時に動かないように、真空含浸により巻枠1と一体化される。
Alternatively, varnish may be supplied as follows to the
具体的には、超電導コイル2が巻回された巻枠1が乾燥された後、これが真空装置内に投入され、真空装置内が比較的低真空の状態とされる。超電導コイル2が巻回された巻枠1が指定温度になり、かつ真空装置内が必要な真空度となったところで、装置内にワニスが注入され、超電導コイル2の超電導線3の隙間にワニスが供給される。なおワニスは、供給される前に脱泡され、ワニス内に溶解している空気が排出され、指定温度に制御される。必要な量のワニスが超電導コイル2側に供給された後に、真空装置内に窒素または空気が供給され、真空装置内が大気圧以上の圧力となるように加圧される。加圧することにより、超電導コイル2を構成する複数の超電導コイル3間のクリアランス9などに確実にワニスを入れることができる。その後、真空装置内でワニスが加熱により硬化される。これにより超電導コイル2を構成する複数の超電導線3と巻枠1とが一体化される。
Specifically, after the winding
次に、巻枠1等が真空装置から取り出された後、巻枠1の外表面上にフランジ5が、たとえば気密溶接により取り付けられる。図5は、本実施の形態の巻線装置により巻回される超電導コイルアセンブリの製造方法の第2工程の態様を示す概略断面図である。図5を参照して、巻枠1が真空装置から取り出された後、巻枠1の外表面上に、外筒6が、たとえば気密溶接により取り付けられる。フランジ5および外筒6が取り付けられることにより、巻枠1とフランジ5と外筒6とからなる容器10が形成され、図5の工程での超電導コイル2は容器10内に収納される。なお図5に示すように、フランジ5と外筒6との境界部分に追加で壁部4が形成され、ここにも超電導コイル2が巻回され含浸された部材が配置されてもよい。
Next, after the winding
超電導コイル2が収納された容器10内には、液体冷媒11が充填される。これにより超電導コイルアセンブリ100が形成される。
The
次に、図6〜図8を用いて、超電導コイルアセンブリ100の製造方法のうち、特に超電導コイル2の巻枠1への巻線工程に用いられる巻線装置について重点的に説明する。
Next, with reference to FIGS. 6 to 8, among the methods for manufacturing the
図7は、本実施の形態の巻線装置の構成を示す概略側面図である。図6および図7を参照して、巻線装置1000は、超電導線ドラム13と、ドラム回転駆動部14と、第1固定ローラ15と、可動ローラ16と、第2固定ローラ17と、テンションコントローラ18と、第1ガイドローラ19と、第2ガイドローラ20と、巻枠回転駆動部21と、テンション変動吸収部22とを主に備えている。なお第1固定ローラ15、可動ローラ16、第2固定ローラ17、およびテンションコントローラ18はテンショナー部200として配置されている。また第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20を含む部分はトラバーサ部300として配置されている。
FIG. 7 is a schematic side view showing the configuration of the winding device of the present embodiment. With reference to FIGS. 6 and 7, the winding
超電導線3はX方向に沿って延び、図6の矢印X1の方向に沿って流れる。巻線装置1000のX方向正側、すなわち超電導線3の流れるX方向についての下流側に、巻回されるべき巻枠1が配置される。巻枠1はたとえばその円筒形状が延びる方向が、超電導線3の延びるX方向に交差するY方向となるように、配置されている。壁部4は、巻枠1の延びる方向であるY方向に互いに間隔をあけて複数配置されている。また巻枠1にはこれを回転駆動させることが可能な巻枠回転駆動部21が取り付けられていることが好ましい。巻枠回転駆動部21としてはたとえばサーボモータが用いられる。
The
超電導線ドラム13は、巻枠1に供給されるべき超電導線3が初期状態において巻き付けられている部材である。超電導線ドラム13はたとえば木材または樹脂材料により形成され、たとえば図6のY方向に延び、XZ平面上にて円形状を有する円柱形状または円筒形状を有することが好ましい。
The
ドラム回転駆動部14は、超電導線ドラム13を回転駆動させ、超電導線ドラム13に巻回されている超電導線3を引き出す部材である。ドラム回転駆動部14はたとえば超電導線ドラム13の円柱形状の延びるY方向の一方の端部に取り付けられていてもよいがこれに限られない。ドラム回転駆動部14としてはたとえばサーボモータが用いられる。
The drum
ドラム回転駆動部14は、自身が回転することにより超電導線ドラム13からほどけるように超電導線3を引き出し、これを巻枠1側すなわち図6のX方向右側へ送り出す機構を有している。またドラム回転駆動部14は、超電導線ドラム13をその軸方向すなわち図6のY方向に沿って移動させる機構を有している。ドラム回転駆動部14が超電導線ドラム13から超電導線3を巻き解く角度に応じて、テンショナー部200に供給される超電導線3の角度が変化する。このため、超電導線ドラム13がたとえばY方向に沿う図中矢印Y1で示す方向に移動される。これにより、超電導線3の供給される角度がたとえばX方向に沿う方向などの所望の方向となるように制御される。
The drum
テンショナー部200は、巻枠1に巻回される際の超電導線3のテンションをコントロールする。具体的には、第1固定ローラ15は、超電導線ドラム13から供給される超電導線3が、超電導線3の上流側にて巻掛けられる部材である。第2固定ローラ17は、超電導線ドラム13から供給される超電導線3が、超電導線3の下流側にて巻掛けられる部材である。
The
可動ローラ16は、超電導線3の流れるX方向について第1固定ローラ15と第2固定ローラ17との間に配置されている。すなわち超電導線ドラム13から引き出された超電導線3は、第1固定ローラ15、可動ローラ16、第2固定ローラ17の順に巻掛けられる。可動ローラ16は、超電導線3のテンションの変動に応じて第1固定ローラ15から第2固定ローラ17に向かうX方向に直交するY方向に移動可能に設けられた部材である。可動ローラ16はテンション変動吸収部22としてのバネまたはエアシリンダに取り付けられ、当該テンション変動吸収部22により支持されている。たとえば超電導線3のテンションが変動した場合、テンション変動吸収部22としてのバネまたはエアシリンダにより可動ローラ16が、X方向およびY方向の双方に直交する図7のZ方向に沿う図中矢印Z1で示す方向に移動する。これにより可動ローラ16およびテンション変動吸収部22は、超電導線3のテンションが一定値となるように維持している。つまりテンション変動吸収部22は、超電導線3に付加されるテンションの変動をバネなどで吸収可能な部材である。
The
第1固定ローラ15および第2固定ローラ17は、樹脂材料、ステンレスおよびアルミニウムから選択されるいずれかの材料により形成されている。
The first fixed
テンションコントローラ18は、超電導線3のテンションをコントロールする部材である。テンションコントローラ18は市販品の購入部品であってもよい。テンションコントローラ18は、図6および図7に示すようにX方向に互いに間隔をあけて2台配置されてもよい。テンションコントローラ18は、超電導線3のテンションを測定して、当該テンションが一定値となるように、ドラム回転駆動部14および巻枠回転駆動部21をフィードバック制御する。
The
トラバーサ部300は、超電導線3を巻枠1の表面上のどの位置に巻回するかについて、当該位置をコントロールする。ここで図8は、図6中の点線で囲まれた領域VIIIの概略拡大断面図である。図6、図7および図8を参照して、トラバーサ部300は、超電導線3の延びるX方向について、巻枠1に隣接する位置に配置されている。トラバーサ部300はX方向について、テンショナー部200と巻枠1との間に配置されている。
The
トラバーサ部300は、X方向についてテンショナー部200との間に、十分な距離を保つように設置されることが好ましい。テンショナー部200とトラバーサ部300とのX方向の距離が短い場合、テンショナー部200からトラバーサ部300側に向かう超電導線3は、X方向に対する角度が所望の大きさに対して大幅にずれ、超電導線3に意図しない曲げ跡が生じる可能性があるためである。ただしこのようなX方向の距離を充分に設けるだけのスペースが存在しない場合には、テンショナー部200に図示されない巻枠1の軸方向すなわちY方向に沿って超電導線3を移動させることが可能な機構を設けることが好ましい。このようにすれば、巻線装置1000全体をコンパクトにしつつ、上記のような超電導線3の延びる方向のずれを抑制できる。
It is preferable that the
X方向に沿って延びる超電導線3に交差する方向、すなわちY方向に互いに対向可能となるように、トラバーサ部300を構成する第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20が配置される。なおY方向に対向可能とは、2つのガイドローラ間がY方向に対向する場合に限らず、両者間のY方向の位置ずれが大きくY方向に全く対向しない場合も本実施の形態として含み得ることを意図する。第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20は、超電導線3の位置をY方向について拘束するようにガイドする、たとえば円盤形状の部材である。第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20は、樹脂、ステンレスおよびアルミニウムからなる群から選択されるいずれかの材料により形成されることが好ましい。
The
つまりトラバーサ部300において、超電導線3は、第1ガイドローラ19よりY方向負側には配置されず、第2ガイドローラ20よりY方向正側には配置されないように、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20によりY方向の位置が拘束されている。つまりY方向について、第1ガイドローラ19と第2ガイドローラ20との一方に超電導線3を沿わせることにより、超電導線3のY方向の位置をガイドしている。
That is, in the
ここでは第1ガイドローラ19は巻枠1への超電導線3の巻回が後からなされる方向すなわち図6および図8のY方向負側に配置される。また第2ガイドローラ20は巻枠1への超電導線3の巻回が先になされる方向すなわち図6および図8のY方向正側に配置される。
Here, the
駆動機構23が取り付けられた回転軸24がY方向に沿って延び、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20を貫通している。回転軸24はたとえばボールねじのオスねじが形成された軸であり、駆動機構23はたとえば回転軸24を軸周りに回転させることが可能なサーボモータである。これにより第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20はY方向に沿って移動可能となっている。ただし第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20をY方向に移動可能とさせるために、駆動機構23および回転軸24として上記の代わりにたとえばエアシリンダが用いられてもよい。
The rotating
第1ガイドローラ19には、駆動機構23Aが取り付けられた回転軸24Aが、X方向に沿って延びたものが取り付けられている。つまり第1ガイドローラ19のY方向負側を向く円形の面側と、回転軸24Aのボールねじに含まれるナットとが接合されることで、回転軸24Aが第1ガイドローラ19に取り付けられてもよい。あるいは第1ガイドローラ19と回転軸24Aとはリニアガイドにより接続されてもよい。これにより第1ガイドローラ19はX方向に沿って、すなわち図6および図8の矢印X2の方向に移動可能となっている。駆動機構23A、回転軸24Aの代わりにエアシリンダが用いられてもよい。
A
第2ガイドローラ20には、駆動機構23Bが取り付けられた回転軸24Bが、X方向に沿って延びたものが取り付けられている。つまり第2ガイドローラ20のY方向正側を向く円形の面側と、回転軸24Bのボールねじに含まれるナットとが接合されることで、回転軸24Bが第2ガイドローラ20に取り付けられてもよい。あるいは第2ガイドローラ20と回転軸24Bとはリニアガイドにより接続されてもよい。これにより第2ガイドローラ20はX方向に沿って、すなわち図6および図8の矢印X2の方向に移動可能となっている。駆動機構23B、回転軸24Bの代わりにエアシリンダが用いられてもよい。
A rotary shaft 24B to which the
したがって第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20は、回転軸24に対して径方向の位置が変化し偏心するように、X方向に沿って移動可能である。また第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20は、これらを貫通する回転軸24により、Y方向に沿って図6の矢印Y2の方向に移動可能である。
Therefore, the
このようにX方向についての矢印X2に沿う動きは、第1ガイドローラ19と第2ガイドローラ20との間で異なる部材により個別に制御される。つまり第1ガイドローラ19は切替機構としてのボールねじなどの回転軸24Aにより、X方向に移動する。第2ガイドローラ20は切替機構としてのボールねじなどの回転軸24Bにより、X方向に移動する。
As described above, the movement along the arrow X2 in the X direction is individually controlled by different members between the
このため第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20は個別に、巻枠1の表面から突起するように形成された壁部4の突起方向であるX方向に沿って移動可能である。この第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のX方向についての個別の動きにより、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のいずれかが交互に、巻枠1の壁部4に隣接する領域に超電導線3を巻回するようガイド可能である。
Therefore, the
つまり第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のうち一方が超電導線3を所望の位置に巻回するように超電導線3のY方向の位置を拘束する。そのために第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のいずれかが超電導線3を巻枠1の表面上に巻かれるよう保持する。なおここでの巻枠1の表面とは、巻枠1上に既に巻回された超電導線3の表面の上側の領域を含むものとする。第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のいずれかが、巻かれようとする超電導線3を、Y方向について第1ガイドローラ19または第2ガイドローラ20のうちのいずれか、ガイドを行なうほうの表面に沿わせるように接触された状態とする。すなわち第1ガイドローラ19のY方向正側の円盤状の表面、または第2ガイドローラ20のY方向負側の円盤状の表面に、その直後に巻かれる予定の直線状の超電導線3の部分のY方向の端部が沿うように接触される。このようにして超電導線3が第1ガイドローラまたは第2ガイドローラにガイド(位置を拘束)された状態で、超電導線3が巻枠1に巻回される。第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のうち他方は超電導線3のY方向の位置の拘束には関与しない。
That is, one of the
超電導コイルアセンブリ100(図1参照)は、巻枠1に複数回超電導線3を巻回することで形成される複数のループ状の超電導線3のクリアランス9(図3参照)を確保する必要がある。コイルの磁場を均一にするためである。そのために、超電導線3の巻回されるべき位置の精度を向上する必要がある。そのためには巻枠1と、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20とのX方向の距離をなるべく近づけることが好ましい。そのためにトラバーサ部300には、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20と巻枠1とのX方向の距離を測定するための、図示されないレーザー変位計が設置されることが好ましい。当該レーザー変位計は、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20と巻枠1とのX方向の距離を測定する。その測定値を基に、上記のように第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のいずれかがX方向について巻枠1に近づきながら、超電導線3を高い位置精度で巻回させるよう、そのY方向の位置をガイドする。
The superconducting coil assembly 100 (see FIG. 1) needs to secure a clearance 9 (see FIG. 3) of a plurality of loop-shaped
次に、図9のフローチャートおよび図10〜図17を用いて、超電導コイルアセンブリ100の製造方法のうち、特に上記巻線装置1000を用いた超電導コイル2の巻枠1への巻線工程について重点的に説明する。
Next, with reference to the flowchart of FIG. 9 and FIGS. 10 to 17, of the methods for manufacturing the
図9は、本実施の形態の巻線方法における巻枠への超電導線の巻回工程を示すフローチャートである。図10は、本実施の形態の巻線方法における巻枠への超電導線の巻回工程の第1工程を示す概略断面図である。なお図10〜図17においては第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のうち、巻枠1に近接しながら超電導線3のX方向の位置をガイドしている側については参照符号の最後にAを付している。
FIG. 9 is a flowchart showing a winding process of the superconducting wire around the winding frame in the winding method of the present embodiment. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the first step of the winding step of the superconducting wire around the winding frame in the winding method of the present embodiment. In FIGS. 10 to 17, of the
図9を参照して、まず第2ガイドローラ20を退避させる(S10)。具体的には、図10を参照して、第2ガイドローラ20が、巻枠1の延びる図の左右方向(Y方向)に交差する図の上下方向(X方向)について壁部4から離れるように、図の上側へ退避する。つまり第2ガイドローラ20は、巻枠1の表面すなわちたとえば円柱状の側面から突起するように形成された壁部4より、巻枠1に対して外側に配置された状態となる。この退避は、ボールねじなどの回転軸24B(図8参照)および、これを回転させるサーボモータなどの駆動機構23B(図8参照)によりなされるが、図10以降では回転軸24Bおよび駆動機構23Bは図示省略されている。これにより第2ガイドローラ20は、たとえその配置位置のY座標が壁部4と一致しても、壁部4と接触せず、壁部4からの干渉を受けない状態となる。
With reference to FIG. 9, first, the
この状態で、第1ガイドローラ19Aにより、超電導線ドラム13から供給される超電導線3のY方向位置がガイドされながら、超電導線3が巻枠1に巻回される(S20)。つまり第1ガイドローラ19Aが、X方向について壁部4を有する巻枠1に近接し、超電導線3の巻回が進む図10の矢印M1の方向、すなわちY方向に沿って図6の矢印Y2の方向に動きながら、超電導線3が巻枠1に巻回される第1巻回工程がなされる。このとき第1ガイドローラ19Aは、超電導線3を巻枠1に巻回するようガイドする観点から、巻かれようとする超電導線3をY方向について第1ガイドローラ19Aの表面に沿わせるように接触された状態とする。この状態が、超電導線3が第1ガイドローラ19Aにガイドされた状態である。この状態で、超電導線3が巻枠1に巻回されることがより好ましい。
In this state, the
このとき第1ガイドローラ19Aの矢印M1の方向への動きは、ボールねじなどの回転軸24および、これを回転させるサーボモータなどの駆動機構23によりなされる。なおこれにより第2ガイドローラ20も矢印M1の方向へ移動する。
At this time, the movement of the
なお超電導線3の巻回は、原則として図のY方向正側から負側へ、すなわち図10の左側から右側へ進行する。ただし超電導線3の積層される上層の巻回時に、後述のように巻回の進行方向が逆転し、図10の右側から左側へ進行する場合があってもよいし、なくてもよい。
As a general rule, the winding of the
図11は、本実施の形態の巻線方法における巻枠への超電導線の巻回工程の第2工程を示す概略断面図である。図11を参照して、第1ガイドローラ19Aおよび第2ガイドローラ20が矢印M1の方向に動き、やがて第2ガイドローラ20が壁部4と干渉しない位置に達する。つまり第2ガイドローラ20は図11の左側の壁部4よりも右側の領域に達する。このように第2ガイドローラ20が巻枠1の壁部4と干渉しない位置まで、超電導線3の巻枠1への巻回が進む(S30)。第2ガイドローラ20が巻枠1の壁部4と干渉しない位置まで超電導線3の巻枠1への巻回が進んだ後も、しばらくは引き続き、第1ガイドローラ19Aによる超電導線3のガイドがなされてもよい。つまり図11のように、第2ガイドローラ20が巻枠1の壁部4と干渉しない位置まで超電導線3の巻枠1への巻回が進んだ後も、しばらくは第1ガイドローラ19Aが第2ガイドローラ20よりも巻枠1に近い位置に配置される状態が維持されてもよい。ただし図11においては、第1ガイドローラ19Aおよび第2ガイドローラ20の巻枠1に対するX方向の距離が図10に対しやや変化してもよい。そして超電導線3が一旦停止する(S40)。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a second step of the winding step of the superconducting wire around the winding frame in the winding method of the present embodiment. With reference to FIG. 11, the
図12は、本実施の形態の巻線方法における巻枠への超電導線の巻回工程の第3工程を示す概略断面図である。図12を参照して、次に、第2ガイドローラ20が巻枠1に近づけられる(S50)。つまり図10、図11においてX方向について巻枠1の表面および壁部4から離れるように退避していた第2ガイドローラ20が、図12では巻枠1の表面に近づくように移動する。この移動は、ボールねじなどの回転軸24Bおよび、これを回転させるサーボモータなどの駆動機構23Bによりなされる。このとき第2ガイドローラ20は巻回される超電導線3に接触する態様となることが好ましい。これにより、それまでX方向について巻枠1に対して退避していた第2ガイドローラ20が巻枠1に近接するように切り替えられる。この結果、以降は第2ガイドローラ20が超電導線3を巻枠1に巻回するようガイドするように切り替えられてもよい。なおこの工程(S50)は、第2ガイドローラ20が壁部4に干渉しない位置に配置されている限り、任意のタイミングで行なえる。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a third step of the winding step of the superconducting wire around the winding frame in the winding method of the present embodiment. With reference to FIG. 12, the
第2ガイドローラ20が巻枠1に近づけられた後、超電導線3のX方向に沿う進行が再開される。ここでは第2ガイドローラ20Aが巻回される超電導線3に接触している。このため、図12のように第2ガイドローラ20Aに超電導線3を沿わせることにより超電導線3のY方向位置がガイドされながら、超電導線3が巻枠1に巻回されてもよい(S60)。この場合は工程(S60)は第2巻回工程と考えられる。しかしたとえば引き続き第1ガイドローラ19Aに超電導線3を沿わせることにより超電導線3のY方向位置がガイドされながら、超電導線3が巻枠1に巻回されてもよい(S60)。この場合は工程(S60)は引き続き第1巻回工程と考えられる。
After the
図13は、本実施の形態の巻線方法における巻枠への超電導線の巻回工程の第4工程を示す概略断面図である。図13を参照して、第1ガイドローラ19が退避される(S70)。すなわち矢印M1の方向への第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20Aの進行により、やがて第1ガイドローラ19が右側の壁部4に干渉する位置に到達する。そこで、当該位置に到達する直前に、第1ガイドローラ19が、巻枠1の延びる図の左右方向(Y方向)に交差する図の上下方向(X方向)について壁部4から離れるように、図の上側へ退避する。つまり第1ガイドローラ19は、壁部4より巻枠1に対して外側に配置された状態となる。この退避は、ボールねじなどのオスねじが形成された回転軸24A(図8参照)および、これを回転させるサーボモータなどの駆動機構23A(図8参照)によりなされるが、図10以降ではこれらは図示省略されている。これにより第1ガイドローラ19は、たとえその配置位置のY座標が壁部4と一致しても、壁部4と接触せず、壁部4からの干渉を受けない状態となる。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a fourth step of the winding step of the superconducting wire around the winding frame in the winding method of the present embodiment. With reference to FIG. 13, the
上記のガイドローラが切り替えられる工程は、工程(S50)に加えて、第1ガイドローラ19を壁部4の突起方向であるX方向に沿って、巻枠1の表面と反対側である図13の上側に移動させる工程(S70)を有していると考えてもよい。この場合、工程(S70)はこれ以降は第2ガイドローラ20が超電導線3を巻枠1に巻回するようガイドするように切り替えられる工程となる。あるいは工程(S50)のみをガイドローラが切り替えられる工程と考えてもよい。
In the step of switching the guide roller, in addition to the step (S50), the
このように切り替えられた後、第2ガイドローラ20Aにより、超電導線ドラム13から供給される超電導線3のY方向位置がガイドされながら、超電導線3が巻枠1に巻回される(S80)。つまり第2ガイドローラ20AがX方向について巻枠1に近接し、超電導線3の巻回が進む図10の矢印M1の方向、すなわちX方向に沿って図6の矢印X2の方向に動きながら、超電導線3が巻枠1に巻回される第2巻回工程がなされる。このとき第2ガイドローラ20Aは、超電導線3を巻枠1に巻回するようガイドする観点から、巻かれようとする超電導線3をY方向について第2ガイドローラ20Aの表面に沿わせるように接触された状態とする。この状態が、超電導線3が第2ガイドローラ20Aにガイドされた状態である。この状態で、超電導線3が巻枠1に巻回されることがより好ましい。
After switching in this way, the
図14は、本実施の形態の巻線方法における巻枠への超電導線の巻回工程の第5工程を示す概略断面図である。図14を参照して、巻回が進み、右側の壁部4に達したところで、以降の超電導線3は、たとえばその直前に巻回された超電導線3の直上の層を形成するように巻回される、いわゆる層上りがなされる(S90)。第2ガイドローラ20Aは右側の壁部4に隣接する位置に達しているため、これまでと巻回の進行方向を逆転させ、図14の右側から左側へ、図中の矢印M2の方向へ進行する態様とされてもよい。このようにすれば巻回の効率を高められる。ただし(S90)の直後においても第2ガイドローラ20Aの巻回の進行方向をその直前と同一の図13の矢印M1の方向としてもよい。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a fifth step of the winding step of the superconducting wire around the winding frame in the winding method of the present embodiment. With reference to FIG. 14, when the winding progresses and reaches the
引き続き図14を参照して、第2ガイドローラ20Aおよび第1ガイドローラ19が矢印M2の方向に動きながら超電導線3が巻回される(S100)。これにより、やがて第1ガイドローラ19が壁部4と干渉しない位置に達する。つまり第1ガイドローラ19は図14の右側の壁部4よりも左側の領域に達する。このように第1ガイドローラ19が巻枠1の壁部4と干渉しない位置まで、超電導線3の巻枠1への巻回が進む(S110)。第1ガイドローラ19が巻枠1の壁部4と干渉しない位置まで超電導線3の巻枠1への巻回が進んだ後も、しばらくは引き続き、第2ガイドローラ20Aによる超電導線3のガイドがなされてもよい。つまり図14のように、第1ガイドローラ19が巻枠1の壁部4と干渉しない位置まで超電導線3の巻枠1への巻回が進んだ後も、しばらくは第2ガイドローラ20Aが第1ガイドローラ19よりも巻枠1に近い位置に配置される状態が維持されてもよい。ただし図14においては、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20Aの巻枠1に対するX方向の距離が図13に対しやや変化してもよい。そして超電導線3が一旦停止する(S120)。
Subsequently, referring to FIG. 14, the
図15は、本実施の形態の巻線方法における巻枠への超電導線の巻回工程の第6工程を示す概略断面図である。図15を参照して、次に、第1ガイドローラ19が巻枠1に近づけられる(S130)。つまり図13、図14においてX方向について巻枠1の表面および壁部4から離れるように退避していた第1ガイドローラ19が、図15では巻枠1の表面に近づくように移動する。この移動は、ボールねじなどの回転軸24Aおよび、これを回転させるサーボモータなどの駆動機構23Aによりなされる。このとき第1ガイドローラ19は巻回される超電導線3に接触する態様となることが好ましい。これにより、それまでX方向について巻枠1に対して退避していた第1ガイドローラ19が巻枠1に近接するように切り替えられる。この結果、以降は第2ガイドローラ20が超電導線3を巻枠1に巻回するようガイドするように切り替えられてもよい。なおこの工程(S130)は、第1ガイドローラ19が壁部4に干渉しない位置に配置されている限り、任意のタイミングで行なえる。
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing a sixth step of the winding step of the superconducting wire around the winding frame in the winding method of the present embodiment. With reference to FIG. 15, the
第1ガイドローラ19が巻枠1に近づけられた後、超電導線3のX方向に沿う進行が再開される。ここでは第1ガイドローラ19Aが巻回される超電導線3に接触している。このため、図15のように第1ガイドローラ19Aに超電導線3を沿わせることにより超電導線3のY方向位置がガイドされながら、超電導線3が巻枠1に巻回されてもよい(S140)。この場合は工程(S140)は第1巻回工程と考えられる。しかしたとえば引き続き第2ガイドローラ20Aに超電導線3を沿わせることにより超電導線3のY方向位置がガイドされながら、超電導線3が巻枠1に巻回されてもよい(S140)。この場合は工程(S140)は引き続き第2巻回工程と考えられる。
After the
図16は、本実施の形態の巻線方法における巻枠への超電導線の巻回工程の第7工程を示す概略断面図である。図16を参照して、第2ガイドローラ20が退避される(S150)。すなわち矢印M2の方向への第2ガイドローラ20および第1ガイドローラ19Aの進行により、やがて第2ガイドローラ20が右側の壁部4に干渉する位置に到達する。そこで、当該位置に到達する直前に、第2ガイドローラ20が、巻枠1の延びる図の左右方向(Y方向)に交差する図の上下方向(X方向)について壁部4から離れるように、図の上側へ退避する。つまり第2ガイドローラ20は、壁部4より巻枠1に対して外側に配置された状態となる。この工程では(S10)と同様の動作がなされる。
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing a seventh step of the winding step of the superconducting wire around the winding frame in the winding method of the present embodiment. With reference to FIG. 16, the
上記のガイドローラが切り替えられる工程は、工程(S130)に加えて、第2ガイドローラ20を壁部4の突起方向であるX方向に沿って、巻枠1の表面と反対側である図16の上側に移動させる工程(S150)を有していると考えてもよい。この場合、工程(S70)はこれ以降は第1ガイドローラ19が超電導線3を巻枠1に巻回するようガイドするように切り替えられる工程となる。あるいは工程(S130)のみをガイドローラが切り替えられる工程と考えてもよい。
In the step of switching the guide roller, in addition to the step (S130), the
このように切り替えられた後、工程(S20)などと同様に再度、第1ガイドローラ19AによりY方向位置がガイドされながら、超電導線3が巻枠1に巻回される(S160)。第1ガイドローラ19Aが巻枠1に近接しながら超電導線3が巻枠1に巻回される。その他については工程(S20)と同様である。
After switching in this way, the
図17は、本実施の形態の巻線方法における巻枠への超電導線の巻回工程の第8工程を示す概略断面図である。図17を参照して、巻回が進み左側の壁部4に達したところで、工程(S90)と同様にいわゆる層上りがなされる(S170)。その後、再度巻線が矢印M1の方向に進むように、工程(S20)と同様の巻線がなされる。以降、図9のフローチャートに示す各工程が繰り返される。
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing the eighth step of the winding step of the superconducting wire around the winding frame in the winding method of the present embodiment. With reference to FIG. 17, when the winding progresses and reaches the
なお図2および図4では、ある1対の壁部4の間に挟まれた領域と、それのY方向に隣り合う1対の壁部4の間に挟まれた領域との間には、超電導線3が巻回されない領域が存在する。このような構成であってもよい。しかし図6、図8、図10〜図17のように、超電導線3が巻回される1対の壁部4間の領域に隣り合う1対の壁部4間の領域にも超電導線3が巻かれてもよい。
Note that in FIGS. 2 and 4, the region sandwiched between a pair of
また図10〜図17に示すように、X方向について隣り合う1対の超電導線3の間には、シート材8が巻回されることが好ましい。シート材8は上記の巻線装置1000を用いた超電導コイル2の巻枠1への巻線工程の最中であっても、上記の位置に挟み込むように配置することが可能である。
Further, as shown in FIGS. 10 to 17, it is preferable that the
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。 Next, the action and effect of the present embodiment will be described.
本開示に従った巻線装置1000は、壁部4を有する巻枠1に供給される超電導線3の延びるX方向に交差するY方向に互いに対向可能となる第1ガイドローラ19と第2ガイドローラ20とを備えている。第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20は個別に、巻枠1の表面から突起するように形成された上記壁部4の突起方向であるX方向に沿って移動可能である。第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20が突起方向であるX方向に沿って移動することにより、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のいずれかが交互に巻枠1の壁部4に隣接する領域に超電導線3を巻回するようガイド可能である。
The winding
このようにすれば、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20の少なくともいずれかを巻回対象物である巻枠1に接近させることで、巻枠1に超電導線3を、より高い位置精度で巻回できる。ガイドローラが巻枠1から離れていては、超電導線3を巻回する巻枠1の表面上の位置が安定せず、形成される超電導コイルアセンブリ100の磁場の均一性低下など、品質低下を招き得る。しかしガイドローラが巻枠1に接近すると、これが壁部4に干渉して巻回工程が円滑になされないという工程上の問題を招き得る。本開示によれば上記の双方の問題を解消し、ガイドローラを壁部4に干渉させることなく、高い位置精度で超電導線3を巻回できる。
In this way, by bringing at least one of the
上記巻線装置1000は、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20を突起方向であるX方向に沿って移動させる切替機構としての回転軸24,24A,24Bをさらに備えることが好ましい。このようにすれば、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20の、超電導線3の延びるX方向についての位置を、高精度に調整できる。
The winding
上記巻線装置1000において、上記切替機構は、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のそれぞれに個別に取り付けられたボールねじであることが好ましい。このようにすれば、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20の、超電導線3の延びるX方向についての位置を、高精度に調整できる。
In the winding
上記巻線装置1000において、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のいずれかに沿わせるように接触された超電導線3が巻枠1に巻回される。このような構成であってもよい。このようにして第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のいずれかの円盤状の主表面が、直後に巻かれようとしている直線状の超電導線3のたとえば図6、図8のY方向の位置を決めるようにガイドする。このようにすれば、超電導線3の巻枠1に対する巻回の位置精度をいっそう高めることができる。その結果、より高品質の超電導コイルアセンブリ100を提供できる。
In the winding
本開示に従った巻線方法においては、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のうち一方が壁部4を有する巻枠1に近接しながら超電導線3の巻回が進む方向であるY方向に沿って動き、上記一方が超電導線3を巻枠1に巻回するようガイドし、超電導線3が巻枠1に巻回される第1巻回工程がなされる。第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のうち上記一方とは異なる他方が超電導線3を巻枠1に巻回するようガイドするように切り替えられる工程がなされる。上記他方が巻枠1に近接しながら、上記他方が超電導線3を巻枠1に巻回するようガイドし、超電導線3が巻枠1に巻回される第2巻回工程がなされる。
In the winding method according to the present disclosure, one of the
第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20を用いて超電導線3を巻線することにより、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20の巻枠1に設けられた壁部4との干渉が抑制できる。また壁部4に極めて近い領域への超電導線3の巻回においても、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のいずれかのみを巻回させたい部分に近接させることで、超電導線3の位置を精密制御することができる。超電導線3を巻回させたい位置に応じて第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のうち巻枠1に近づけ超電導線3をガイドするものを切り替えることで、いずれか一方の退避すべきガイドローラを巻枠1から退避させ、他方の近接すべきガイドローラを巻枠1に近づけることができるためである。これにより、2つのうちいずれかのガイドローラを巻枠1に近づけることで、高い位置精度で超電導線3を巻回できるため、超電導コイルアセンブリ100の磁場の均一性を向上できる。
By winding the
また、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20を切り替えるときにおいても、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のいずれかが必ず超電導線3をガイドしている。このため巻枠1に隣接する位置において超電導線3の位置が指定した位置から動くことがない。これによる位置精度向上の効果も得られる。
Further, even when switching between the
さらに、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20で超電導線3をY方向についてのいずれの方向にガイドすべきかを自動で切り替えることができる。このため超電導線3を自動で巻枠1に巻回できる。
Further, the
上記巻線方法においては、第1巻回工程においては、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のうち他方が、巻枠1の表面から突起するように形成された上記壁部4より巻枠1に対して外側に配置された状態となる。第2巻回工程においては、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のうち一方が壁部4より巻枠1に対して外側に配置された状態となる。このようになされることが好ましい。このようにすれば、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20の壁部4との干渉を抑制できる。
In the winding method, in the first winding step, the other of the
上記巻線方法において、切り替えられる工程は、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のうち一方を、上記壁部4の突起方向であるX方向に沿って巻枠1の表面と反対側へ移動させる工程を有することが好ましい。このようにすれば、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20の壁部4との干渉を抑制できる。
In the winding method, in the step of switching, one of the
上記巻線方法において、第1巻回工程は第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のうち上記他方を巻枠1に近づける工程を含む。第2巻回工程は第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のうち上記一方を巻枠1に近づける工程を含む。このようになされることが好ましい。このようにすれば、高い位置精度で超電導線3を巻回できるため、超電導コイルアセンブリ100の磁場の均一性を向上できる。
In the winding method, the first winding step includes a step of bringing the other of the
上記巻線方法において、第1巻回工程および第2巻回工程においては、第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のいずれかに沿わせるように接触された超電導線3が巻枠1に巻回される。このような構成であってもよい。このようにして第1ガイドローラ19および第2ガイドローラ20のいずれかの円盤状の主表面が、直後に巻かれようとしている直線状の超電導線3のたとえば図6、図8のY方向の位置を決めるようにガイドする。このようにすれば、超電導線3の巻枠1に対する巻回の位置精度をいっそう高めることができる。その結果、より高品質の超電導コイルアセンブリ100を提供できる。
In the above winding method, in the first winding step and the second winding step, the
以上に述べた実施の形態(に含まれる各例)に記載した特徴を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。 The features described in the above-described embodiments (each example included in the embodiment) may be applied so as to be appropriately combined within a technically consistent range.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The present disclosure is expressed by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 巻枠、2 超電導コイル、3 超電導線、4 壁部、5 フランジ、6 外筒、8 シート材、9 クリアランス、10 容器、11 液体冷媒、13 超電導線ドラム、14 ドラム回転駆動部、15 第1固定ローラ、16 可動ローラ、17 第2固定ローラ、18 テンションコントローラ、19,19A 第1ガイドローラ、20,20A 第2ガイドローラ、21 巻枠回転駆動部、22 テンション変動吸収部、23,23A,23B 駆動機構、24,24A,24B 回転軸、100 超電導コイルアセンブリ、200 テンショナー部、300 トラバーサ部、1000 巻線装置。 1 winding frame, 2 superconducting coil, 3 superconducting wire, 4 wall part, 5 flange, 6 outer cylinder, 8 sheet material, 9 clearance, 10 container, 11 liquid refrigerant, 13 superconducting wire drum, 14 drum rotation drive unit, 15th 1 Fixed roller, 16 Movable roller, 17 2nd fixed roller, 18 Tension controller, 19, 19A 1st guide roller, 20, 20A 2nd guide roller, 21 winding frame rotation drive unit, 22 tension fluctuation absorption unit, 23, 23A , 23B drive mechanism, 24, 24A, 24B rotating shaft, 100 superconducting coil assembly, 200 tensioner part, 300 traverser part, 1000 winding device.
Claims (9)
前記第1ガイドローラおよび前記第2ガイドローラは個別に、前記巻枠の表面から突起するように形成された前記壁部の突起方向に沿って移動可能であり、
前記第1ガイドローラおよび前記第2ガイドローラが前記突起方向に沿って移動することにより、前記第1ガイドローラおよび前記第2ガイドローラのいずれかが交互に前記巻枠の前記壁部に隣接する領域に前記超電導線を巻回するようガイド可能である、巻線装置。 It is provided with a first guide roller and a second guide roller that can face each other in a direction intersecting the extending direction of the superconducting wire supplied to the winding frame having a wall portion.
The first guide roller and the second guide roller can be individually moved along the projection direction of the wall portion formed so as to project from the surface of the winding frame.
As the first guide roller and the second guide roller move along the projection direction, either the first guide roller or the second guide roller alternately adjacent to the wall portion of the winding frame. A winding device that can guide the superconducting wire to wind around the region.
前記第1ガイドローラおよび前記第2ガイドローラのうち前記一方とは異なる他方が前記超電導線を前記巻枠に巻回するようガイドするように切り替えられる工程と、
前記他方が前記巻枠に近接しながら、前記他方が前記超電導線を前記巻枠に巻回するようガイドし、前記超電導線が前記巻枠に巻回される第2巻回工程とを備える、巻線方法。 One of the first guide roller and the second guide roller moves along the direction in which the winding of the superconducting wire advances while being close to the winding frame having a wall portion, and the one winds the superconducting wire around the winding frame. In the first winding process in which the superconducting wire is wound around the winding frame,
A step in which the other of the first guide roller and the second guide roller, which is different from the one, is switched to guide the superconducting wire to be wound around the winding frame.
A second winding step is provided in which the other side guides the superconducting wire to be wound around the winding frame while the other side is close to the winding frame, and the superconducting wire is wound around the winding frame. Winding method.
前記第2巻回工程においては、前記第1ガイドローラおよび前記第2ガイドローラのうち前記一方が、前記壁部より前記巻枠に対して外側に配置された状態となる、請求項5に記載の巻線方法。 In the first winding step, the other of the first guide roller and the second guide roller is outside the winding frame from the wall portion formed so as to protrude from the surface of the winding frame. It will be in the state of being placed in
The fifth aspect of the present invention, wherein in the second winding step, one of the first guide roller and the second guide roller is arranged outside the winding frame from the wall portion. Winding method.
前記第2巻回工程は前記一方を前記巻枠に近づける工程を含む、請求項5〜7のいずれか1項に記載の巻線方法。 The first winding step includes a step of bringing the other closer to the winding frame.
The winding method according to any one of claims 5 to 7, wherein the second winding step includes a step of bringing one of the windings closer to the winding frame.
In the first winding step and the second winding step, the superconducting wire contacted along either the first guide roller or the second guide roller is wound around the winding frame. , The winding method according to any one of claims 5 to 8.
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