JP2840721B2 - 鞍型コイルの巻線方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、長手方向が円弧状に延びる鞍型コイルの
巻線方法に関するものである。

［従来の技術］ たとえば超電導線材を用いて超電導マグネットを得よ
うとする場合、超電導線材からなるコイルを形成するた
めの巻線技術が必要となる。他方、このような超電導コ
イルにおいて、その用途に応じて、鞍型の形態をなすよ
うにコイルを巻線しなければならない場合がある。

長手方向が直線状に延びる鞍型コイルの巻線方法は、
ほぼ確立されており、たとえば第７図に示すように実施
される。すなわち、コイルに対して鞍型の形状を与える
ために、鞍型の巻枠１が用意される。巻枠１上には、巻
芯２が位置決めされ、適当な手段によって固定される。
その状態で、巻芯２の周囲には、たとえば超電導材料か
らなる線材３が、巻芯２に沿って巻かれ、それによっ
て、コイル４が形成される。このとき、コイル４の形状
を整えるため、複数の押し込み治具５によって、矢印６
で示すように、線材３が外方から押しつけられる。な
お、押し込み治具５は、線材３の巻回が進むにつれて大
きくなるコイル４の外形寸法に適合するようにするた
め、巻枠１上においてスライド可能に保持されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した巻線方法は、長手方向が直線状に延びる鞍型
コイルを得るためのものである。したがって、この巻線
方法をそのまま適用したとしても、長手方向が円弧状に
延びる鞍型コイルを得ることはできない。

上述したような円弧状の鞍型コイルは、たとえば、シ
クロトロン用ベンディングマグネットにおいて有利に用
いられる。このような円弧状の鞍型コイルを得るために
は、長手方向が円弧状に延びる巻芯を用いながら、第７
図に示した直線状の巻枠１に代えて、長手方向が円弧状
に延びる巻枠を用いればよい、と単純には考えられる。

しかながら、第７図に示したのと実質的に同様の方法
により、線材３を側面のみから押し込み治具５で押えな
がら、コイル４を形成するように、線材３を整列させる
には、線材３に比較的大きな剛性が必要であり、そのた
め、一般的には幅10〜20mm程度のテープ状線材またはキ
ーストン型線材が用いられている。たとえば、直径約1m
m程度の細い線材を用いて、円弧状の鞍型コイルを、第
７図に示したのと実質的に同様の方法により得ることは
困難である。すなわち、このような細い線材を用いなが
ら、第７図に示したような押し込み治具５により線材の
側面から押えつけるだけで巻線を実施したとき、線材が
潰れたり、既に巻かれた線材を乗越えたりする。このこ
とを、第８図を参照して説明する。

第８図には、円弧状の巻芯2aの周囲に線材3aが巻かれ
ている状態が概略的に示されている。巻芯2aの外周側に
おいては、線材3aに対して、矢印７および８で示すよう
な張力が働き、それらの合成張力は、矢印９で表わされ
る。他方、巻芯2aの内周側においては、線材3aに対し
て、矢印10および11で示すような張力が働き、その合成
張力は、矢印12で表わされる。これら合成張力９および
12の方向からわかるように、特に、巻芯2aの内周側にお
いては、線材3aを巻芯2aから浮き上がらす方向の合成張
力12が働き、線材3aの整列状態がより乱れやすくなる。

そこで、この発明は、たとえ細い線材であっても、適
正な整列状態を維持しながら巻線を施すことができる、
長手方向が円弧状に延びる鞍型コイルの巻線方法を提供
しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明は、上述したように、長手方向が円弧状に延
びる鞍型コイルの巻線方法に向けられるものであって、
この技術的課題を解決するため、次のようなステップを
備えることが特徴である。すなわち、 長手方向が円弧状に延びる巻芯を、長手方向が円弧状
に延びる鞍型の巻枠上に、それぞれの長手方向が揃うよ
うに位置決めし、 前記巻芯の周囲に巻こうとすべき線材の１層分の空間
を形成すべく前記巻枠と対向するように押え治具を配置
し、 その状態で、線材を前記巻芯の周囲に巻く、各ステッ
プを備える。

前記巻芯の周囲に巻こうとすべき線材の１層分の空間
は、当初は、押え治具と巻枠とによって形成されるが、
線材が多層に巻かれる場合には、この空間は、押え治具
と既に巻かれた線材の層とによって形成される。

また、上述のように、線材が多層に巻かれる場合、既
に巻かれた線材の上に絶縁シートが配置されることが好
ましい。

［作用］ この発明において、巻こうとすべき線材は、押え治具
によって規制された線材の１層分の空間に受け入れられ
ながら、巻芯の周囲に巻かれる。

［発明の効果］ したがって、この発明によれば、押え治具は、巻芯の
周囲において巻こうとすべき線材の１層分の空間しか形
成しないので、巻芯の周囲に巻かれる線材は、押え治具
によって規制されながら、前記空間内において整列され
た状態で、巻かれることができる。

なお、線材を多層に巻こうとするとき、巻芯の周囲に
巻こうとすべき線材の１層分の空間は、押え治具と既に
巻かれた線材の層との間に形成されるが、このとき、既
に巻かれた線材の層の上に絶縁シートを配置すれば、既
に巻かれた線材の層の表面に形成される凹凸をなくすこ
とができる。したがって、既に巻かれた線材の層とこれ
から巻こうとする線材との間での摩擦を低減し、それに
よって、円滑な巻線作業を可能にするとともに、線材の
表面に形成された絶縁被覆に損傷を与えることがなく、
さらに、絶縁シート自身によってより完全な絶縁を与え
ることが可能になる。

また、この発明にかかる方法によって巻かれた線材
は、その後の取扱い等において整列状態が崩れないよう
にするため、接着剤で固定することが好ましい。接着剤
としては、速乾性接着剤、自己融着樹脂、等が有利に用
いられる。

［実施例］ 第１図および第２図には、この発明の一実施例が示さ
れている。この実施例は、２極鞍型コイルの巻線方法に
関するもので、第１図は、平面図を示し、第２図は、第
１図の線II−IIに沿う切断部端面図を示している。

まず、長手方向が円弧状に延びる巻芯21が用意され
る。また、同じく長手方向が円弧状が延びる鞍型の巻枠
22が用意される。これら巻芯21および巻枠22は、それぞ
れが形成する円弧に対する中心角が約90度に選ばれてい
る。巻芯21は、巻枠22の真上において、それぞれの長手
方向が揃うように、位置決めされる。この位置決め状態
は、図示しないが、適当な固定手段によって固定され
る。

コイル20を形成するため、巻芯21の周囲には、たとえ
ば超電導線材のような線材23が巻かれる。用いられる超
電導線材としては、可撓性のある合金系のものが好まし
いが、その他の材料系の超電導線材であってもよい。ま
た、超電導線材ではなく、常電導線材を線材23として用
いてもよい。線材23は、直径約1mm程度の細いものが用
いられる。

上述のように、線材23が巻心21の周囲に巻かれると
き、巻こうとすべき線材23の１層分の空間24を形成する
ように、押え治具25が、巻枠22と対向するように配置さ
れる。押え治具25は、第２図によく示されているよう
に、巻枠22の断面円弧状の外周面26と相似する内周面27
を有しており、上述した１層分の空間24は、これら外周
面26と内周面27との間に形成される。また、押え治具25
には、溝28が形成され、この溝28内に巻芯21が受け入れ
られることによって、押え治具25は巻芯21に対して位置
決めされる。

このようにして、線材23は、その１層分の空間24内に
比較的弱い力で押し込まれながら、巻芯21の周囲に巻か
れる。このとき、線材23は、空間24を規定する巻枠22の
外周面26と押え治具25の内周面25とによって動きが規制
されるため、線材23の既に巻かれた部分の上に乗上げる
ことはない。したがって、適正な整列状態で巻かれた線
材23を備える鞍型コイル20が得られる。このような線材
23の整列状態を保持するため、線材23の巻回を終えた
後、たとえば嫌気性かつ速乾性の接着剤でその状態を固
定してもよい。

上述したような速乾性の接着剤を使用する代わりに、
線材23に自己融着樹脂を予め塗布しておき、巻回後にお
いて、自己融着可能な温度にまで加熱して、鞍型コイル
20の形態を固定するようにしてもよい。線材23として、
超電導線材を用いる場合には、この加熱温度としては、
超電導線材の性能を劣化させない範囲の温度に選ぶこと
が重要である。

上述のような工程を終えたとき、押え治具25および巻
枠22から巻芯21が取外され、それによって、巻枠22およ
びその周囲に巻かれた線材23からなる２極鞍型コイル20
が得られる。

線材は、第３図に示すように、多層に巻くことも可能
である。第３図は、前述した第２図に相当する図であ
る。

線材23の１層目の巻回を終えた後、第２図に示した押
え治具25は、第３図に示すように、別の押え治具25aと
交換される。押え治具25aは、押え治具25の内周面27に
比べて、曲率がより小さい、すなわち曲率半径がより大
きい内周面27aを備える。巻こうとすべき線材23の１層
分の空間24aは、１層目の線材23の外周側の面29と内周
面27aとの間に形成される。また、押え治具25aは、押え
治具25と同様、巻芯21を受け入れる溝28aを備える。

このようにして、線材23の２層目の巻回が、巻芯21の
周囲であって、押え治具25aの内周面27aと１層目の線材
23の外周側の面29との間に形成された空間24a内におい
て行なわれる。

以後、さらに線材23の積層を繰返す場合には、各積層
段階に適合した曲率を有する内周面を備える押え治具に
順次交換されながら、線材23の巻回が１層ずつ行なわれ
る。

上述したように、巻回された線材23を多層化する場
合、たとえば、第３図に示すように、既に巻かれた線材
23の外周側の面29は凹凸をなしているので、これから巻
こうとする線材23との間で比較的大きな摩擦が生じ、線
材23の絶縁被覆に損傷を与える可能性がある。このこと
を解決するため、第４図に示すように、既に巻かれた線
材23の層の上に絶縁シート30を配置するのが好ましい。

第４図には、押え治具25bを用いて、３層目の線材23
を巻いている途中の状態が示されている。第４図におい
て、第２図に示した部分に相当の部分は、同様の参照番
号を付し、重複する説明は省略する。

第４図に示すように、絶縁シート30を用いたとき、巻
芯21の周囲に巻こうとすべき線材23の１層分の空間24b
は、絶縁シート30と押え治具25bの内周面27bとの間に形
成される。したがって、絶縁シート30の存在は、線材23
の絶縁被覆に及ぼされる損傷を低減するばかりでなく、
線材23の巻線作業をより円滑なものとするとともに、絶
縁シート30自身が与える絶縁によって、線材23の各部分
間の絶縁をより完全なものとすることができる。

第５図および第６図には、４極鞍型コイル31の巻線方
法が示されている。ここで、第５図は、巻線を実施して
いる状態を斜視図で示し、第６図は、第５図の線VI−VI
に沿う切断部端面図である。

長手方向が円弧状に延びる鞍型の巻枠32が用意され
る。この巻枠32は、前述した巻枠22と実質的に同様の形
状を有している。巻枠32の内周側であって、巻枠32の真
上から45度ずれた位置には、長手方向が円弧状に延びる
巻芯33が位置決めされる。このとき、巻芯33の長手方向
と巻芯32の長手方向とは、互いに揃っている。

複数の押え治具34が、巻枠32と対向するように、巻芯
33に対して位置決めされる。押え治具34は、前述した押
え治具25等と実質的に同様の形状を有している。すなわ
ち、押え治具34は、円弧状に延びる内周面35を備え、こ
の内周面35によって、巻芯33の周囲に巻こうとすべき線
材36の１層分の空間37が与えられる。この実施例では、
前述した絶縁シート30と同様の絶縁シート38が用いられ
ており、この空間37は、内周面35と絶縁シート38との間
に形成される。押え治具34は、また、巻芯33を受け入れ
る溝39を形成している。

線材36を巻芯33の周囲に巻く作業については、前述し
た実施例と同様である。

得ようとするコイルの形態に応じて、巻枠、巻芯およ
び押え治具等の形状は、任意に変更することができる。

たとえば、第５図および第６図に示した実施例では、
巻枠32の真上より内周側に巻芯33を位置決めして、巻線
作業を行なったが、逆に、巻枠32の真上より外周側に巻
芯を位置決めして、巻線作業を行なってもよい。

また、上述した実施例は、いずれも、中心角がほぼ90
度の円弧の形態をなす巻枠および巻芯を用いたが、それ
以外の大きさの中心角を有する円弧状の巻枠および巻芯
を用いて巻線を行なってもよい。

【図面の簡単な説明】 第１図は、この発明の一実施例による巻線作業を実施し
ている状態を示す平面図である。第２図は、第１図の線
II−IIに沿う切断部端面図である。 第３図は、第２図に相当する図であって、線材23を多層
に巻いている状態を示している。 第４図は、第２図に相当する図であって、巻かれた線材
23の層の間に絶縁シート30を挿入する実施例を示してい
る。 第５図は、この発明のさらに他の実施例による巻線を実
施している状態を示す斜視図である。第６図は、第５図
の線VI−VIに沿う切断部端面図である。 第７図は、従来の直線状の鞍型コイルの巻線方法を実施
している状態を示す斜視図である。 第８図は、長手方向が円弧状に延びる鞍型コイルの巻線
方法において遭遇する問題点を説明するための図であ
る。 図において、20,31は鞍型コイル、21,33は巻芯、22,32
は巻枠、23,36は線材、24,24a,24b,37は１層分の空間、
25,25a,25b,34は押え治具、30,38は絶縁シートである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−108200（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−147312（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01F 6/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】長手方向が円弧状に延びる鞍型コイルの巻
   線方法であって、 長手方向が円弧状に延びる巻芯を、長手方向が円弧状に
   延びる鞍型の巻枠上に、それぞれの長手方向が揃うよう
   に位置決めし、 前記巻芯の周囲に巻こうとすべき線材の１層分の空間を
   形成すべく前記巻枠と対向するように押え治具を配置
   し、 その状態で、線材を前記巻芯の周囲に巻く、各ステップ
   を備える、鞍型コイルの巻線方法。
2. 【請求項２】前記巻芯の周囲に巻こうとすべき線材の１
   層分の空間は、前記押え治具と前記巻枠とによって形成
   される、請求項１に記載の鞍型コイルの巻線方法。
3. 【請求項３】前記巻芯の周囲に巻こうとすべき線材の１
   層分の空間は、前記押え治具と既に巻かれた線材の層と
   によって形成される、請求項１に記載の鞍型コイルの巻
   線方法。
4. 【請求項４】前記既に巻かれた線材の層の上に絶縁シー
   トが配置される、請求項３に記載の鞍型コイルの巻線方
   法。