JP4282196B2 - Superconducting coil and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属間化合物超電導線にガラスやセラミックス絶縁を施した絶縁被覆超電導線を巻枠に巻回し、その後に超電導生成熱処理を施して形成される超電導コイルおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、極低温下で使用する超電導線としては、NbTi等の金属超電導線とNb3SnやNbAl等の金属間化合物超電導線が用いられる。この内Nb3SnやNbAl等の金属間化合物超電導線を巻枠に巻回して形成する超電導コイルは高磁界中でも超電導特性に優れている。その反面長手方向の引っ張り力や曲げ歪に非常に弱く、臨界電流が急激に小さくなる欠点がある。
【0003】
したがって、事前に熱処理を施した超電導線を巻枠に巻回して超電導コイルを形成することは曲げ歪が0.2%以下になるような大径コイルで一部実用化されているものの、一般的には未熱処理の超電導線を巻枠に巻回後に超電導生成熱処理を施して超電導コイルを製造する。超電導生成熱処理はアルゴンガス等の不活性ガスや真空炉中で600℃から700℃の高温で数十時間処理されるために、超電導線の電気絶縁にはその温度でも熱劣化の起きにくいセラミックス繊維やガラス繊維が使用される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、超電導線に被覆するガラス繊維には製紐作業等を容易にするために、一般に、澱粉等の有機材料が数%混入されている。このような絶縁被覆超電導線で形成された超電導コイルを前記したように、アルゴンガスや真空雰囲気中の無酸素状態で600℃から700℃の超電導生成熱処理をすると、これら有機物は所謂蒸し焼き状態になって、導電性の炭素となってガラス繊維からなる絶縁被覆に残留する。したがって、超電導線間や沿面方向に導電性の電流パスができて絶縁破壊電圧が低下し、絶縁不良や絶縁破壊が起き易くなる。
【0005】
これを避けるために、超電導生成熱処理の前に、超電導コイルを一度約300℃大気中で熱処理し、有機物を一酸化炭素や二酸化炭素等にガス化して放出する所謂一次熱処理工程が施される。しかし、この一次熱処理工程を実施しても、絶縁被覆超電導線が幾重にも多層に巻回された超電導コイルでは、巻き芯近傍の内層まで大気が十分拡散浸透せず、この部分の有機物は酸素欠乏によって未反応でそのまま残留したり、一部は蒸し焼き状態での炭化物として残留する。この未反応で残留した有機物は超電導生成熱処理(以下、二次熱処理工程と称す)で当然炭化してしまい、結果として絶縁不良や絶縁破壊が起き易くなる。
【0006】
一方、内層と外気が自然対流や分圧で相互拡散するために、一次熱処理工程を長時間行うと、超電導線を構成する銅等の酸化膜が厚くなって正味の銅が減少し、超電導特性が不安定な超電導線になる。
【0007】
また、一次熱処理工程で有機物が完全にガス化して放出したかの確認方法がなく、これまでは経験に基づいて処理時間が決定されていた。そのために、超電導コイルの形状や寸法によっては、有機物が炭化物として残留して絶縁不良箇所が生じ、それが原因で絶縁破壊による放電やジュール発熱で超電導線が溶断する虞があった。
【0008】
さらに、超電導線を巻枠に巻回する際には一定の張力を加えながら行うが、ガラス被覆絶縁は非常に弱くて巻回時に巻線機や隣接する超電導線同士がこすれて破損しやすく、加える張力に限界がある。したがって、例えば、レーストラック状の超電導コイルを製造する場合など直線部の膨らみが大きく、寸法精度の悪い超電導コイルになる。
【0009】
そこで、本発明は、超電導線の絶縁被覆に混入している有機物を超電導線が損傷劣化しない比較的短時間の加熱によりガス化して放出し、絶縁上有害な炭化物が残留しない信頼性の高い超電導コイルおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
さらに、本発明は、巻回時に超電導線に過度な張力を加えることなく、寸法精度の高い超電導コイルの製造方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明に係わる超電導コイルは、巻き芯の両側に巻き鍔を有する巻枠に、絶縁被覆超電導線を多数回巻回して形成した超電導コイルにおいて、前記巻枠に流体が流通する複数個の貫通孔を設け、前記巻枠の側面の貫通孔と多数回巻回された絶縁被覆超電導線との間、または絶縁被覆超電導線間に、銀からなるシート状の板を設けたことを特徴とする。
【0012】
本発明では、酸素含有気体が巻枠に設けられた複数個の貫通孔から超電導コイルの内部まで容易に拡散して、絶縁被覆に混入する有機物を一次熱処理工程でガス化して放出できるので、絶縁不良等を回避できる。
さらに、酸素含有気体の透過通路は最外層から各層の絶縁被覆を通り最内層の絶縁被覆から銀シート板を通り貫通孔から外へ出る。また超電導線間に銀シート板を設けている場合には最外層から最内層への酸素含有気体の透過をスムーズにする。
【0013】
請求項2の発明に係わる超電導コイルは、請求項1の発明において、貫通孔は、巻き芯の内周と外周を連通する穴、または巻きつばのコイル側と反コイル側とを連通する穴の少なくともいずれか一方であることを特徴とする。
【0014】
本発明では、請求項1記載の発明の作用効果に加えて、酸素含有気体が巻き芯の内周と外周を連通する穴、または巻きつばのコイル側と反コイル側とを連通する穴から超電導コイルの内部まで容易に拡散して絶縁被覆に混入する有機物を一次熱処理工程でガス化して放出できるので、絶縁不良等を回避できる。
【0015】
特に、酸素が欠乏し易い巻き芯側の内層側でも、酸素含有気体との反応面積が増加するとともに、超電導コイルの内部まで容易に酸素含有気体が浸透する。
【0020】
請求項3の発明に係わる超電導コイルは、請求項1の発明において、巻き芯の両側に巻き鍔を有する巻枠に、絶縁被覆超電導線を多数回巻回して形成した超電導コイルにおいて、巻枠はその材質として銀を用いたことを特徴とする。
【0021】
本発明では、請求項1の発明の作用効果に加え、酸素含有気体が酸素透過性の優れた銀材質の巻枠から超電導コイルの内部まで容易に拡散して絶縁被覆に混入する有機物を一次熱処理工程でガス化して放出できるので、絶縁不良等を回避できる。
【0022】
請求項4の発明に係わる超電導コイルの製造方法は、巻き芯の両側に巻き鍔を有する巻枠に、絶縁被覆超電導線を多数回巻回して形成した超電導コイルの製造方法において、巻枠に流体が流通する複数個の貫通孔を設ける工程と、巻枠へのコイル巻回に先立って巻枠に絶縁材を被着する工程と、この絶縁材の上に絶縁被覆超電導線を巻回する巻回工程と、絶縁材および絶縁被覆に含まれる有機物をガス化して放出させる一次熱処理工程と、一次熱処理工程が終了したことを判定する一次熱処理完了判定工程と、超電導線を超電導体化するための二次熱処理工程とを具備したことを特徴とする。
【0023】
本発明では、一次熱処理工程中に絶縁被覆に含まれる有機物がほぼガス化して放出されたことを判定する工程を具備したので、残留有機物が二次熱処理工程で炭化し、絶縁不良等を起こすのを回避できる。
【0024】
請求項5の発明に係わる超電導コイルの製造方法は、巻き芯の両側に巻き鍔を有する巻枠に、絶縁被覆超電導線を多数回巻回して形成した超電導コイルの製造方法において、前記巻枠に流体が流通する複数個の貫通孔を設ける工程と、前記巻枠へのコイル巻回に先立って離型剤を介して前記巻枠に設けられた貫通孔の位置に貫通孔が設けられた金属箔を装着する工程と、この金属箔の上に絶縁材を被着する工程と、この絶縁材の上に絶縁被覆超電導線を巻回する巻回工程と、絶縁材および絶縁被覆に含まれる有機物をガス化して放出させる一次熱処理工程と、前記一次熱処理工程が終了したことを判定する一次熱処理完了判定工程と、前記超電導線を超電導体化するための二次熱処理工程と、絶縁材および絶縁被覆超電導線を絶縁物で含浸一体化する工程と、その後巻枠をコイルから分解する工程とを具備したことを特徴とする。
【0025】
本発明では、請求項4の発明の作用効果に加え、巻枠をコイルから分解して使用する超電導コイルでも、コイル巻回に先立って巻枠に離型剤を介して金属箔を装着したので、絶縁物で含浸一体化した後でも容易に巻枠を分解できる。
【0026】
すなわち、分解の際に、まず最初に巻き枠を金属箔から分離し、次に金属箔を絶縁物で含浸された超電導コイルから剥離する。この場合、薄い金属箔は可撓性に富むので、僻開力で含浸絶縁物から容易に引き剥がすことができる。したがって、二次熱処理終了後の脆くなっている超電導線に過度の力が加わることもなく、超電導性能の劣化を回避できる。
【0027】
請求項6の発明に係わる超電導コイルの製造方法は、請求項4または請求項5の発明において、巻枠に流体が流通する複数個の貫通孔を設ける工程に代えて、巻枠を銀で形成する工程としたことを特徴とする。
【0028】
本発明では、請求項4または請求項5の発明の作用効果に加え、一次熱処理工程において、絶縁材および絶縁被覆に含まれる有機物を適切にガス化して放出させることができる。
【0029】
請求項7の発明に係わる超電導コイルの製造方法は、請求項4または請求項5の発明において、巻枠に流体が流通する複数個の貫通孔を設ける工程と、巻枠の側面の貫通孔と多数回巻回された絶縁被覆超電導線との間、または絶縁被覆超電導線間に、銀からなるシート状の板を設ける工程と追加して設けたことを特徴とする。
【0030】
本発明では、請求項4または請求項5の発明の作用効果に加え、一次熱処理工程において、絶縁材および絶縁被覆に含まれる有機物を適切にガス化して放出させることができる。
【0031】
請求項8の発明に係わる超電導コイルの製造方法は、請求項4または請求項5の発明において、一次熱処理工程は、酸素を含有する気体中で炉中加熱する工程であり、一次熱処理完了判定工程は、炉内の一酸化炭素あるいは二酸化炭素濃度が規定値以下であること確認する工程であることを特徴とする。
【0032】
本発明では、請求項4または請求項5の発明の作用効果に加え、一次熱処理完了判定を炉内の一酸化炭素あるいは二酸化炭素濃度を測定し、その値が例えば炉内に供給する酸素含有気体のレベルとほぼ同等である規定値以下であることを確認し、一次熱処理を完了する。仮に酸素含有気体が大気の場合は、通常の二酸化濃度は約400ppmであり、これを規定値にする。
【0033】
このように、有機物の残留がないことを確認するので、超電導コイルの形状や寸法に影響しない方法で判定できる。したがって、残留炭化物による絶縁不良等を回避できる。
【0034】
請求項9の発明に係わる超電導コイルの製造方法は、請求項4または請求項5の発明において、一次熱処理工程は、酸素を含有する気体中で炉中加熱する工程であり、一次熱処理完了判定工程は、炉内の酸素濃度が規定値以上であることを確認する工程であることを特徴とする。
【0035】
本発明では、請求項4または請求項5の発明の作用効果に加え、一次熱処理完了判定を炉内の酸素濃度を測定し、その値が例えば炉内に供給する酸素含有気体のレベルとほぼ同等である規定値以上であることを確認し、一次熱処理を完了する。仮に酸素含有気体が大気の場合は、通常、酸素濃度は約21%であることから、これを規定値にする。
【0036】
このように、有機物の残留がないことを、超電導コイルの形状や寸法に影響しない絶対法で判定できる。したがって、残留炭化物による絶縁不良等を回避できる。
【0037】
請求項10の発明に係わる超電導コイルの製造方法は、請求項4または請求項5の発明において、一次熱処理完了判定工程後に、さらに、炉内を減圧脱気して再び炉内を酸素含有気体に置換して加熱する追加の熱処理工程を具備したことを特徴とする。
【0038】
本発明では、請求項4または請求項5の発明の作用効果に加え、一次熱処理完了判定をさらに信頼性を高めるために、例えば、二酸化炭素濃度が規定値以下になった後に、炉内を減圧脱気して再び炉内を酸素含有気体に置換して加熱する。減圧脱気することによりコイル内部の気体が排出され、酸素含有気体に容易に置換される。この状態で加熱を続行すると、もし未反応の有機物が残留している場合には、置換された酸素含有気体と酸化反応して、炉内の二酸化濃度が再び上昇する。二酸化濃度が規定値以下になるまでこの工程を繰り返して実施する。一方、残留有機物が完全に放出されている場合には、置換した後も二酸化濃度が規定値以下になる。本方法によれば、一次熱処理完了判定の信頼性が格段に向上し、絶縁不良のない超電導コイルを製造できる。
【0039】
請求項11の発明に係わる超電導コイルの製造方法は、請求項4または請求項5の発明において、一次熱処理工程は、真空中に微量の水素を含有する炉中加熱する工程であることを特徴とする。
【0040】
本発明では、炉内を真空にして不要な成分を除去した雰囲気中で、水素を供給して加熱するので、絶縁被覆に混入した有機物が効率よく水素と反応し、ガス化して放出できる。
【0041】
請求項12の発明に係わる超電導コイルの製造方法は、請求項4または請求項5の発明において、一次熱処理工程は、水素プラズマ雰囲気を保持している炉中加熱する工程であることを特徴とする。
【0042】
本発明では、水素プラズマを使用することにより水素を使用する場合よりも、さらに効率よく、絶縁被覆に混入する有機物が水素と反応し、ガス化して放出できる。
【0043】
請求項13の発明に係わる超電導コイルの製造方法は、請求項4または請求項5の発明において、請求項1または請求項2記載の超電導コイルを製造するための超電導コイルの製造方法において、一次熱処理工程は、巻き鍔に設けられた貫通孔をジャケットで覆い、このジャケットに接続された給気管で外部から酸素含有気体を強制給気しながら加熱する工程であることを特徴とする。
【0044】
本発明では、請求項4または請求項5の発明の作用効果に加え、外部から酸素含有気体を強制給気しながら加熱するので、コイル内部に常に酸素が供給され、絶縁被覆に混入する有機物を効率よくガス化して放出できる。また、強制給気することによって、酸化反応で生成した二酸化炭素等のガスもコイル内部に滞留することなく、外部に排出される。したがって、残留炭化物による絶縁不良等を回避できる。
【0045】
請求項14の発明に係わる超電導コイルの製造方法は、請求項4または請求項5の発明において、請求項1または請求項2記載の超電導コイルを製造するための超電導コイルの製造方法において、一次熱処理工程は、巻き芯の両端部を蓋で覆い、この蓋に接続された給気管で外部から酸素を含有した気体を強制給気しながら加熱する工程であることを特徴とする。
【0046】
本発明では、請求項4または請求項5の発明の作用効果に加え、外部から強制給気された酸素含有気体は、巻き芯内側からコイル最内層に流れ、コイルの絶縁被覆内を貫流して巻き鍔に設けられた穴やコイルの外周から排出される。したがって、コイル内部に常に酸素が供給され、絶縁被覆に混入する有機物を効率よくガス化して放出できる。また、強制給気することによって、酸化反応で生成した二酸化炭素等のガスもコイル内部に滞留することなく、外部に排出される。その結果、残留炭化物による絶縁不良等を回避できる。
【0047】
請求項15の発明に係わる超電導コイルの製造方法は、請求項4または請求項5の発明において、巻き芯の両側に巻き鍔を有する巻枠に、絶縁被覆超電導線を多数回巻回して形成した超電導コイルの製造方法において、巻回工程は絶縁被覆超電導線が巻枠に巻回される手前で絶縁被覆超電導線を加熱する工程と、巻枠に巻回された後、速やかに絶縁被覆超電導線を冷却する工程とを具備したことを特徴とする。
【0048】
本発明では、巻回前と巻回後の超電導線の熱膨張差を利用して超電導線に一定の張力を加えることができる。したがって、絶縁被覆の破損による絶縁不良を回避できる。さらに、レーストラック状の超電導コイルで起こりがちの直線部の膨らみも抑止できる。
【0057】
請求項16の発明に係わる超電導コイルの製造方法は、請求項1または請求項2記載の超電導コイルを製造するための超電導コイルの製造方法において、超電導線に絶縁被覆を編付ける製紐工程と、絶縁被覆超電導線を巻枠に巻回する巻回工程と、巻回された絶縁被覆超電導線の絶縁被覆内に残存する有機物質を除去する工程とを具備したことを特徴とする。
【0058】
本発明では、超電導線の絶縁被覆には有機物が含まれていないので、絶縁不良が抑制できると共に、一次熱処理工程が省略できる。さらに、一次熱処理が省略できることから、超電導線を構成する銅等の酸化膜が厚くなって正味の銅が減少し、超電導特性が不安定となることも避けることができる。
【0059】
請求項17の発明に係わる超電導コイルの製造方法は、請求項16の発明において、有機物質除去工程は、水を用いて有機物質を洗浄する工程であることを特徴とする。
【0060】
本発明では、澱粉などの有機物質が水に溶けやすい性質を利用しているので、室温付近の比較的低温で有機物質を除去することができる。
【0061】
請求項18の発明に係わる超電導コイルの製造方法は、請求項17の発明において、有機物質除去工程は、超音波またはバブルを併用することを特徴とする。
【0062】
本発明では、水洗いのときに超音波またはバブルを併用するので、有機物を効果的に除去することができ、超電導コイルとしての絶縁性能が高く、電気的に安定となり、高性能な超電導コイルを製造できる。
【0063】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係わる超電導コイルの説明図であり、図1(a)は超電導コイルの断面図、図1(b)は絶縁被覆超電導線の斜視図である。
【0064】
図1(a)に示すように、超電導コイル1は超電導コイル本体1aと巻枠7とら構成される。超電導コイル本体1aは絶縁被覆超電導線4と絶縁材8とから構成され、巻枠7は中空の巻き芯5とその端部に形成された巻き鍔6とから構成されている。すなわち、巻枠7の巻き芯5には貫通孔9bが設けられ、また巻枠7の巻き鍔6には貫通孔9aが設けられている。
【0065】
絶縁被覆超電導線4は、図1(b)に示すように、超電導線2に絶縁被覆3が施されたものであり、超電導線2の素線材料としてNb3SnやNbAl等の金属間化合物超電導線が用いられ、その超電導線2に素線絶縁としてガラス繊維やセラミックス繊維等の絶縁被覆3が施される。
【0066】
このように構成された絶縁被覆超電導線4を、図1(a)に示すように、巻き芯5の両側に巻き鍔6を有する巻枠7に対して、絶縁材8を介して幾重にも多層に巻回して超電導コイル本体1aは形成されている。そして、巻枠7には前述したように、流体が流通する複数個の貫通孔9が設けられている。
【0067】
このように形成された超電導コイル1は、絶縁材8や絶縁被覆3に含まれる澱粉等の有機物を酸素含有気体と酸化反応させ、ガス化して放出するために一次熱処理工程が実施される。
【0068】
図2は、その一次熱処理工程の説明図である。この一次熱処理工程は、超電導コイル1を酸素含有気体雰囲気の加熱炉10中に置き、酸素含有気体を補給しながら、約300℃で約十時間加熱する。その後、ガス濃度計11で二酸化炭素や一酸化炭素濃度を測定し、その濃度が規定値以下であることを判定して一次熱処理工程を完了する。
【0069】
ここで、酸素含有気体が大気の場合、通常の大気中の二酸化濃度は約400ppmであり、これを規定値にする。大気以外の酸素含有気体の場合の規定値も同様に、その気体に元々含まれる二酸化炭素濃度でよい。
【0070】
そして、一次熱処理完了判定後に降温し、加熱炉10内の気体を排気装置12で排気してアルゴンガス等の不活性ガス13や真空に置換した後、超電導生成処理として、加熱炉10中で600℃から700℃の高温で数十時間二次熱処理を行う。
【0071】
次に、このような貫通孔9を有する超電導コイル1の熱処理の際の作用を説明する。一次熱処理工程の際には、酸素含有気体が巻枠7に設けられた複数個の貫通孔9から超電導コイル本体1aの内部まで容易に拡散していく。すなわち、巻き鍔6に設けられた貫通孔9aおよび巻き芯5に設けられた貫通孔9bから、酸素含有気体は超電導コイル本体1aの内部まで拡散し、絶縁材8や絶縁被覆3に含有する有機物をガス化して放出する。
【0072】
これにより、特に、酸素が欠乏し易い巻き芯5側に近接する超電導コイル本体1aの内層1a側でも、酸素含有気体との反応面積が増加するとともに、超電導コイル本体1aの内部まで容易に酸素含有気体が浸透する。したがって、残存有機物を適正に除去できるので、残存有機物が前記した二次熱処理で炭化することによって起こる絶縁不良等を回避できる。
【0073】
以上の説明では、中空の巻き芯5に貫通孔9bを設けたものを示したが、図3に示すように、巻き芯5が中実である場合には、貫通孔9bに代えて溝5aを設ける。すなわち、中実の巻き芯5の外周に軸方向に沿う複数本の溝5aを形成し、巻き鍔6には、その溝5aに対峙する位置にコイル側と反コイル側とを連通する穴9aが設けられている。
【0074】
このように構成された超電導コイル1の場合にも、一次熱処理工程の際には、酸素含有気体は巻き鍔6に設けられた穴9aから巻き芯5に形成された溝5aに流入し、この溝5aから超電導コイル1の内部まで容易に拡散し、絶縁材8や絶縁被覆3に含有する有機物をガス化して放出する。特に、酸素が欠乏し易い巻き芯5側に近接する超電導コイル本体1aの内層側でも、酸素含有気体との反応面積が増加するとともに、超電導コイル本体1aの内部まで容易に酸素含有気体が浸透する。したがって、残存有機物が前記した二次熱処理で炭化することによって起こる絶縁不良等を回避できる。
【0075】
さらに、ガス濃度計11を二酸化炭素や一酸化炭素濃度計に代えて酸素濃度計にしてもよい。この場合は、一次熱処理完了判定を炉内の酸素濃度を測定し、その値が例えば炉内に供給する酸素含有気体のレベルとほぼ同等である規定値以上であることを確認し、一次熱処理を完了することになる。仮に酸素含有気体が大気の場合は、通常、酸素濃度は約21%であることから、これを規定値にする。
【0076】
このように、超電導コイル1を構成する巻枠7に複数個の貫通孔9を設けておくので、一次熱処理の際の酸素含有気体の透過性が格段に向上する。酸素含有気体の透過通路は最外層から各層の絶縁被覆3を通り、最内層の絶縁被覆3から貫通孔9へ至る。また、その逆の経路も可能である。
【0077】
したがって、超電導コイル本体1aを形成する絶縁被覆超電導線4の各層中の絶縁被覆3に含まれる有機物に酸素が十分に行き渡り、ガス化して放出される。このため、絶縁不良や絶縁破壊の原因となる炭素材の存在は皆無となる。なお、貫通孔9の大きさは穴開け作業上1〜3mmぐらいが妥当である。
【0078】
また、絶縁被覆超電導線4の各層が多い場合には、中間層に酸素透過性の高い銀シートを挿入して最内層への酸素含有気体の透過をスムーズに起こるようにしてもよい。
【0079】
また、巻枠7の材料を酸素透過性の優れた銀材料にすることも可能である。この場合の酸素含有気体の透過通路は最外層から各層の絶縁被覆3を通り最内層の絶縁被覆3から銀材料の巻枠7を通り外へ出る。この場合においても、超電導が多い場合、中間層に銀シートを挿入し、最内層への酸素含有気体の透過をスムーズに起こるようにしてもよい。
【0080】
ここで、巻枠7に複数個の貫通孔9を設けてから有機物を炭化する一次熱処理と超電導生成のための二次熱処理とを行った後、このコイルを超電導状態にして磁場を発生すると、フープ力が発生する。このフープ力による超電導線2の材料の劣化を防ぐためにエポキシ樹脂を超電導コイル1の巻枠7全体に含浸する。
【0081】
この場合、巻枠7に複数個の貫通孔9を明けたままでいると、エポキシ樹脂が貫通孔9から漏れ出て含浸できなくなるので、巻枠7の貫通孔9を設けた箇所に酸素透過性の優れたシート状の銀材料を介在させる。その後に、絶縁被覆超電導線4を多層にソレノイド状に巻く作業を行う。これにより、一連の熱処理後にエポキシ樹脂を含浸してもエポキシ樹脂は銀シートに阻まれて漏れ出ることはなく、正常な含浸作業が完了できる利点がある。
【0082】
一次熱処理する温度は250℃から500℃位がよい。250℃の場合は40〜100時間程度、500℃では5時間程度の熱処理でよいが、超電導コイル1の大きさ、つまり絶縁被覆超電導線4の絶縁被覆3に含まれる有機物の絶対量によって熱処理温度と時間を決めることになる。
【0083】
次に、本発明の第1の実施の形態における実施例1乃至実施例3および比較例をについて説明する。
【0084】
(実施例1)
図4に示すように、巻き鍔6の外径300mm、巻き芯5の外径50mm、巻き芯5の内径40mm、巻き芯5の長さ250mmのステンレス製からなる巻枠7を用意し、巻き芯5および巻き鍔6に直径2mmの複数個の貫通穴9を約10mm間隔で設けた。そして、この巻枠7の巻き芯5および巻き鍔6に板厚さ2mmの銀シートを設け、直径1mmの絶縁被覆超電導線4を25層巻き付けた。
【0085】
これを300℃で20時間、酸素含有気体中(大気中)で一次熱処理を行い、各層の絶縁被覆(ガラス繊維)中の有機物を大気中の酸素と反応させ、炭酸ガス化してガラス繊維から除いた。次に巻かれた絶縁被覆超電導線4中の超電導相の生成のために700℃で50時間真空中(1×10-6torr)で熱処理を行った。
【0086】
そして、各層の絶縁被覆超電導線4における絶縁被覆(ガラス繊維)の絶縁性を確認するために巻きほぐし、各層の絶縁被覆超電導線4をサンプリングした。これらの絶縁被覆超電導線4を絶縁抵抗計で測り、絶縁被覆(ガラス繊維)の絶縁性を調べた。各層の絶縁抵抗は500Vの印加に対し無限大を示し、極めて良好な絶縁性があることが判った。
【0087】
(実施例2)
巻き鍔6の外径300mm、巻き芯5の外径50mm、巻き芯5の内径40mm、巻き芯5の長さ250mmのステンレス製からなる巻枠7を用意し、巻き芯5および巻き鍔6の絶縁被覆超電導線4が配置される部分に板厚さ1mmの銀シートを設け、直径1mmの絶縁被覆超電導線4を25層巻き付けた。
【0088】
これを300℃で20時間、酸素含有気体中(大気中)で一次熱処理を行い、各層の絶縁被覆(ガラス繊維)中の有機物を大気中の酸素と反応させ、炭酸ガス化してガラス繊維から除いた。次に巻かれた絶縁被覆超電導線4中の超電導相の生成のために700℃で50時間真空中(1×10-6torr)で二次熱処理を行った。
【0089】
そして、各層の絶縁被覆超電導線4におけるガラス繊維の絶縁性を確認するために巻きほぐし、各層の絶縁被覆超電導線4をサンプリングした。これらの絶縁被覆超電導線4を絶縁抵抗計で測り、ガラス繊維の絶縁性を調べた。各層の絶縁抵抗は無限大を示し、極めて良好な絶縁性があることが判った。
【0090】
(実施例3)
巻き鍔6の外径300mm、巻き芯5の外径50mm、巻き芯5の内径40mm、巻き芯5の長さ250mmの銀製からなる巻枠7を用意し、直径1mmの絶縁被覆超電導線4を25層巻き付けた。
【0091】
これを300℃で20時間、酸素含有気体中(大気中)で一次熱処理を行い、各層の絶縁被覆(ガラス繊維)中の有機物を大気中の酸素と反応させ、炭酸ガス化してガラス繊維から除いた。次に巻かれた絶縁被覆超電導線4中の超電導相の生成のために700℃で50時間真空中(1×10-6torr)で二次熱処理を行った。
【0092】
そして、各層の絶縁被覆超電導線4におけるガラス繊維の絶縁性を確認するために巻きほぐし、各層の絶縁被覆超電導線4をサンプリングした。これらの絶縁被覆超電導線4を絶縁抵抗計で測り、ガラス繊維の絶縁性を調べた。各層の絶縁抵抗は無限大を示し、極めて良好な絶縁性があることが判った。
【0093】
また、本発明のこれらの実施例1乃至実施例3との比較のため、実施例1乃至実施例3で採用した巻枠7と同等寸法の貫通孔9のないステンレス製の巻枠7を作り、銀シートを使用しない巻枠7に直径1mmの絶縁被覆超電導線4を25層巻き付けた。
【0094】
これに、実施例1乃至実施例3で述べた同等の一次熱処理および二次熱処理を行った後、各層の絶縁被覆超電導線4におけるガラス繊維の絶縁性を確認するために巻きほぐし、各層の絶縁被覆超電導線4をサンプリングした。これらの絶縁被覆超電導線4を絶縁抵抗計で測り、ガラス繊維の絶縁性を調べた。
【0095】
図5は本発明の実施例での各層のガラス繊維の電気絶縁抵抗、および比較例での各層のガラス繊維の電気絶縁抵抗を示している。本発明の実施例では、各層のガラス繊維の絶縁抵抗は無限大を示し、極めて良好な絶縁性示しているのに対し、比較例では、大気(酸素)と一番接する最外層は無限大の絶縁抵抗を示したが、各層のガラス繊維の絶縁抵抗は最内層へいくほど抵抗値が低下し、層全体的に不均一な絶縁性であることが判った。
【0096】
第1の実施の形態によれば、超電導コイル1を構成する巻枠7に複数個の貫通孔9を設けたり、絶縁被覆超電導線4と接する部分に銀材料を設けることにより、巻枠7に多層に巻かれた絶縁被覆超電導線4の最外層から最内層まで酸素透過性のよい構造体になる。このため、酸素含有気体中で熱処理を行うことにより、絶縁被覆超電導線4の絶縁被覆(セラミックスやガラス繊維)に含まれている有機物をガス化して蒸発させることが可能になる。したがって、絶縁被覆3中に導電性の炭素が残留することがなく、絶縁被覆超電導線4間の絶縁性の優れた超電導コイルを提供することが可能となる。
【0097】
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態は、第1の実施の形態における超電導コイルの製造方法の工程に対し、一次熱処理完了判定工程後に、さらに、加熱炉10内を減圧脱気して再び加熱炉10内を酸素含有気体に置換して加熱する熱処理工程を追加して設けたものである。
【0098】
一次熱処理完了判定工程で、二酸化炭素や一酸化炭素あるいは酸素の濃度が規定値に達してほぼ一定になると、絶縁材8や絶縁被覆3に含有する有機物と酸素との酸化反応がほぼ終了したことを示す。この状態になったとしても、超電導コイル1の内部等酸素が十分供給されない部分では、未反応のまま有機物が残留している虞がある。
【0099】
そこで、例えば、二酸化炭素濃度が規定値以下になった後に、加熱炉10の炉内を排気装置12で減圧脱気して再び加熱炉10の炉内雰囲気を酸素含有気体に置換して加熱する。減圧脱気することにより超電導コイル本体1aの内部の絶縁材8や絶縁被覆3に存在する二酸化炭素の豊富な気体が排出され、酸素含有気体に容易に置換される。
【0100】
この状態で加熱を続行すると、もし未反応の有機物が残留している場合には、置換された酸素含有気体と酸化反応して加熱炉10内の二酸化濃度が再び上昇する。この二酸化濃度をガス濃度系11でモニターし、二酸化濃度が規定値以下になるまでこの工程を繰り返して実施する。一方、残留有機物が完全に放出されている場合には、置換した後も二酸化濃度が規定値以下になる。
【0101】
この第2の実施の形態によれば、一次熱処理完了判定の信頼性が格段に向上し、絶縁不良のない超電導コイルを製造できる。
【0102】
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。第3の実施の形態は、第1の実施の形態における超電導コイルの製造方法の工程に対し、巻枠7に絶縁材8を被着する前工程として、巻枠7と絶縁材8との間に巻枠7に設けられた貫通孔の位置に貫通孔が設けられた金属箔を被着する工程を追加している。超電導コイル1の完成姿としては巻枠7を装着したままのものと、絶縁物を含浸後に巻枠7を分解するものとがある。この第3の実施の形態は巻枠7を分解する超電導コイル1の製造方法に適用させるものである。
【0103】
図6は、第3の実施の形態に係わる超電導コイルの製造方法を適用する超電導コイル1の断面図である。図6において、超電導コイル1は、コイル巻回に先立って巻枠7に離型剤14を介在して巻枠7に設けられた貫通孔の位置に貫通孔が設けられた金属箔15を装着し、さらに、この金属箔15の上に絶縁材8を被着して絶縁被覆超電導線4を幾重にも多層に巻回される。以後、第1の実施の形態と同様に一次熱処理工程と、一次熱処理完了判定工程と、二次熱処理工程を経て、絶縁材8および絶縁被覆超電導線4を絶縁物で含浸一体化する。その後巻枠7を超電導コイル1から分解する製造方法である。
【0104】
この第3の実施の形態によれば、第1の実施の形態の作用効果に加えて、巻枠7を超電導コイル1から分解して使用する超電導コイルでも、絶縁被覆超電導線4の巻回に先立って巻枠7に離型剤14を介在して金属箔15を装着したので、超電導コイル1を絶縁物で含浸一体化した後でも容易に巻枠7を分解できる。
【0105】
すなわち、分解の際に、まず最初に巻枠7を金属箔15から分離し、次に金属箔15を絶縁物で含浸された超電導コイル1から剥離する。この場合、薄い金属箔15は可撓性に富むので、僻開力で含浸絶縁物から容易に引き剥がすことができる。したがって、二次熱処理終了後の脆くなっている絶縁被覆超電導線4に過度の力が加わることもなく、超電導性能の劣化を回避できる。
【0106】
ここで、離型剤14としては、二次熱処理温度である600℃から700℃に耐え、かつ、含浸絶縁物と離型し易いボロンナイトライド粉末や窒化クロムコーティングが適している。また、金属箔15としては、耐食性に優れ、かつ強度の高いステンレス鋼やインコネル等のニッケル合金が適している。
【0107】
次に本発明の第4の実施の形態について説明する。図7は、本発明の第4の実施の形態における、一次熱処理工程時の超電導コイル1を示す断面図である。第4の実施の形態は、第1の実施の形態における超電導コイルの製造方法の工程に対し、一次熱処理工程は、巻き鍔6に設けられた貫通孔9aをジャケット16で覆い、このジャケット16に接続された給気管17で外部から酸素含有気体を強制給気しながら加熱する工程としたものである。
【0108】
図7において、一次熱処理工程は、巻き鍔6に設けられた貫通孔9aをジャケット16で覆い、このジャケット16に接続された給気管17で図示しない加熱炉の外部から酸素含有気体を強制給気しながら加熱する。
【0109】
一次熱処理工程の際、加熱炉の外部から給気管17でジャケット16内に強制給気された酸素含有気体は、巻枠7に設けられた複数個の貫通孔9a、9bから超電導コイル1の内部に流入し、超電導コイル1内を貫流して外周から加熱炉内に排出される。この過程で、超電導コイル1の内部まで酸素含有気体が容易に拡散して絶縁材8や絶縁被覆3に含有する有機物と酸化反応し、有機物を一酸化炭素や二酸化炭素にガス化して放出する。特に、酸素が欠乏し易い巻き芯5側に近接する超電導コイル1の内層側でも、酸化反応が活発に行われる。さらに、酸化反応で生成した二酸化炭素等の反応ガスも超電導コイル1の内部に滞留することなく外部に排出される。
【0110】
このように、第4の実施の形態によれば、絶縁材8絶縁被覆3に含有する有機物を一次熱処理でほぼ完全に除去できるので、残存有機物が二次熱処理で炭化することによって起こる絶縁不良等を回避できる。
【0111】
以上の説明では、ジャケット16を用いたものを示したが、図8に示すように、ジャケット16に代えて、蓋18を使用するようにしてもよい。
【0112】
図8において、一次熱処理工程において巻き芯5の両端部を蓋18で覆い、この蓋18に接続された給気管17で図示しない加熱炉の外部から酸素含有気体を強制給気しながら加熱する。一次熱処理工程の際、加熱炉の外部から蓋18に接続された給気管17で巻き芯5内に強制給気された酸素含有気体は、巻き芯5に設けられた複数個の孔9bから超電導コイル1の最内層に流れ、超電導コイル1の絶縁材8や絶縁被覆3内を貫流して巻き鍔6に設けられた穴9aや超電導コイル1の外周から加熱炉内に排出される。
【0113】
この過程で、超電導コイル1の内部まで酸素含有気体が容易に拡散して絶縁材8や絶縁被覆3に含有する有機物と酸化反応し、有機物を一酸化炭素や二酸化炭素にガス化して放出する。特に、酸素が欠乏し易い巻き芯5側に近接する超電導コイル1の内層側でも、酸化反応が活発に行われる。さらに、酸化反応で生成した二酸化炭素等の反応ガスも超電導コイル1の内部に滞留することなく、外部に排出される。
【0114】
したがって、絶縁材8や絶縁被覆3に含有する有機物を一次熱処理でほぼ完全に除去できるので、残存有機物が二次熱処理で炭化することによって起こる絶縁不良等を回避できる。
【0115】
次に、本発明の第5の実施の形態を説明する。図9は、第5の実施の形態に係る超電導コイルの製造方法の工程のうち、絶縁被覆超電導線の巻回工程を示す構成図である。
【0116】
図9において、絶縁被覆超電導線4はボビン19に巻かれており、ボビン19から所定の張力で巻枠7に巻き取られる。ボビン19には張力付加装置23が取り付けられており、この張力付加装置23で一定の張力がかけられ、巻枠7に取り付けられた巻線機20でボビン19に巻かれた絶縁被覆超電導線4を巻枠7に巻回して超電導コイル1を製造する。
【0117】
第5の実施の形態では、絶縁被覆超電導線4が巻枠7に巻回される手前に、絶縁被覆超電導線4を加熱する加熱手段21が設けられており、さらに、巻枠7に巻回された後、速やかに絶縁被覆超電導線4を冷却するための冷却手段22が設けられている。
【0118】
加熱手段21で加熱された絶縁被覆超電導線4は、巻線する場所(巻枠7)の雰囲気温度より数℃高く、巻枠7に巻回されると同時に速やかに冷却手段22で冷却される。したがって、熱膨張差により巻枠7に巻回される絶縁被覆超電導線4は緩みなく適切に巻回される。
【0119】
この際の熱膨張差に起因して超電導線2に働く張力Fは、以下の(1)式のように示される。
F=E・α・T・A …(1)
ここで、Eは超電導線2のヤング率、αは超電導線2の線膨張係数、Tは雰囲気と加熱された超電導線2との温度差、Aは超電導線2の断面積である。
【0120】
また、張力Fは、F=σ・Aでも表わすことができる。ここで、σは超電導線2に生じる応力で、σ=E・α・Tとなる。一般に、ガラス絶縁被覆の超電導線2に負荷できる張力は、絶縁被覆の健全性の点から5kgに抑えられる。しかし、寸法精度を上げるには、10kg以上の張力が望ましい。そこで、超電導線2にT=50℃の温度差を与えた場合の応力は、σ=8.5kg/mm2にもなる。したがって、張力付加装置23との併用で10kg以上の張力を付加できる。
【0121】
さらに、超電導コイル1の形状が円形でなく、直線部を有するレーストラック状の場合は、レーストラック状の超電導コイルで起こりがちの直線部の膨らみ防止に対しても効果大である。一例として、直線部の長さが150mmのレーストラック状超電導コイルの場合について説明する。直線部の膨らみが1mmとすると、約3℃の温度差で膨らみをほぼゼロにできる。
【0122】
以上の説明では、加熱手段21はボビン19と巻線機20との間に配設し、絶縁被覆超電導線4を加熱するようにしているが、ボビン19自体を加熱するようにしてもよい。また、冷却手段22としては、巻枠7に冷却流体を流すか、あるいは、外部から冷却流体を吹き付けて強制冷却してもよい。
【0123】
このように、第5の実施の形態によれば、巻回前と巻回後の超電導線の熱膨張差を利用して超電導線に一定の張力を加えることができる。したがって、絶縁被覆の破損による絶縁不良を回避できる。さらに、レーストラック状の超電導コイルで起こりがちの直線部の膨らみも抑止でき、寸法精度が高くなる。
【0124】
次に、本発明の第6の実施の形態を説明する。図10は、第6の実施の形態に係る超電導コイルの製造方法の工程のうち、水素使用による一次熱処理工程を示す構成図である。一次熱処理工程において、一旦、加熱炉10内を1Pa程度まで、真空排気装置11で排気し、その後、水素ボンベ24から加熱炉10内へ水素ガスを少量供給する。このとき、絶縁材8や絶縁被覆3に含有する有機物は、
C + 2H2 → CH4
のように反応し、有機物中の炭素がガス化する。加熱炉10内は水素の圧力分だけの低い圧力になっているので、生成されたガスは、そのほとんどが超電導コイル1から加熱炉10内へ放出される。超電導コイル1内の残留ガスも排出するためには反応が完了した後に、再び、真空排気装置11により発生ガスを排気する。
【0125】
反応の完了は、前述した酸素濃度や一酸化炭素濃度の検出により行うことができる。また、加熱炉10にマイクロ波発生器25を取り付けることにより水素ガスをプラズマ化することが可能になる。水素プラズマは、
C + 4H+ → CH4
のように反応し、水素よりも激しく反応するために短時間でより確実に炭素がガス化する。
【0126】
さらに、この方法においては、二次熱処理である真空雰囲気中の無酸素状態で600℃から700℃で行う超電導生成と同時に処理することができ、一次熱処理工程について省略できる利点がある。一次熱処理工程を長時間行うと、超電導線を構成する銅等の酸化膜が厚くなって正味の銅が減少し、超電導特性が不安定となることがあるが、一次熱処理工程を省略できるので、信頼性の高い安価な超電導コイルの製造が可能となる。
【0127】
次に本発明の第7の実施の形態について説明する。図11は、本発明の第7の実施の形態における絶縁被覆内に残存する有機物質除去作業を含む製紐作業を示す説明図である。超電導線に製紐機を用いて絶縁被覆を編付けた後、ボビンに絶縁被覆超電導線を巻き付ける前に、水洗い工程および乾燥工程を行う。
【0128】
図11において、超電導線2に製紐機26で絶縁被覆を編付けた後、ボビン19に絶縁被覆超電導線4を巻き付ける前に、水洗い工程および乾燥工程を行う。
【0129】
水洗い工程では、微細化した水27を吹き付けて製紐作業用に混入した澱粉等の有機物質を洗い落とす。次いで乾燥工程において乾燥機(図示せず)で温度を高めた空気28を送り、絶縁被覆内あるいは超電導線の表面に残っている水分を除去する。水洗いの方法は、シャワー式によらないときは浴槽に水を張り、浸漬してもよい。また、水に代えて、水蒸気を使用してもよい。
【0130】
この方法においては一次熱処理工程を省略できるので、長時間にわたる一次熱処理工程のために超電導線を構成する銅等の酸化膜が厚くなって正味の銅が減少し、超電導特性が不安定となるのを抑制することができ、信頼性の高い安価な超電導コイルの製造が可能となる。
【0131】
このように、第7の実施の形態によれば、二次熱処理後に炭化物として残留し、絶縁不良の原因となる有機物を含まない超電導線をコイルに巻回すことができるので、絶縁不良が確実に抑えられると共に、一次熱処理工程が省略できるので、信頼性の高い安価な超電導コイルの製造が可能になる。
【0132】
次に本発明の第8の実施の形態について説明する。図12は、本発明の第8の実施の形態における絶縁被覆内に残存する有機物質除去作業を含むコイル巻回作業を示す説明図である。絶縁被覆超電導線を巻き付けてあるボビンから巻線機を用いて巻枠に巻回する間に、水洗い工程および乾燥工程を行う。
【0133】
図12において、絶縁被覆超電導線4を巻き取っているボビン19から巻線機(図示せず)で巻枠7に巻回する間に、水洗い工程および乾燥工程を行う。水洗い工程では、微細化した水27を吹き付けて製紐作業用に混入した澱粉等の有機物質を洗い落とす。次いで乾燥工程において乾燥機(図示せず)で温度を高めた空気28を送り、絶縁被覆内あるいは超電導線の表面に残っている水分を除去する。水洗いの方法は、シャワー式によらないときは容器に水を張り、浸漬してもよい。また、水に代えて、水蒸気を使用してもよい。
【0134】
この方法においては一次熱処理工程を省略できるので、長時間にわたる一次熱処理工程のために超電導線を構成する銅等の酸化膜が厚くなって正味の銅が減少し、超電導特性が不安定となるのを抑制することができ、信頼性の高い安価な超電導コイルの製造が可能となる。
【0135】
このように、第8の実施の形態によれば、二次熱処理後に炭化物として残留し、絶縁不良の原因となる有機物を含まない超電導線をコイルに巻回すことができるので、絶縁不良が確実に抑えられると共に、一次熱処理工程が省略できるので、信頼性の高い安価な超電導コイルの製造が可能となる。
【0136】
次に本発明の第9の実施の形態について説明する。図13は、本発明の第9の実施の形態における絶縁被覆内に残存する有機物質除去作業を含むコイル巻回作業を示す構成図である。超電導コイルを巻回した後、二次熱処理を行う前に、超電導コイルを水槽に入れ、超音波発生器を用いて超音波洗浄する。
【0137】
図13において、通常の手順で超電導コイル1を巻回した後、二次熱処理を行う前に、超電導コイル1を水を張った水槽29に入れる。超電導コイル1を水中に置くだけでは超電導コイル1の内層側の絶縁材や絶縁被覆に含有する有機物が十分に水に溶ける可能性がない。そこで、超音波発生器30から超電導コイル1に超音波を発射して超音波洗浄する。
【0138】
このような超音波を利用することにより超電導コイル1の内層側の絶縁材や絶縁被覆に含有する有機物が十分に水に溶け出し、有機物を除去することができる。使用する水は、温度の高い温水を使用することで、より効果を高めることができる。なお、本実施の形態は超音波発生器30に代えて、バブル発生器によりバブルを発生させる方法を用いてもよい。
【0139】
本実施の形態によれば、超音波またはバブルを併用するので、有機物を効果的に除去することができる。したがって、超電導コイルとしての絶縁性が高く、電気的に安定となり、高性能な超電導コイルを製造できる。
【0140】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、絶縁被覆超電導線を巻回して形成した超電導コイルにおいて、絶縁被覆などに含有している有機物を超電導線が損傷劣化しない比較的短時間の加熱によりガス化して確実に放出でき、あるいは、特別な加熱処理を施さずに、電気絶縁上有害な炭化物が残留しない信頼性の高い超電導コイルおよびその製造方法を提供することができる。
【0141】
また、本発明によれば、絶縁被覆超電導線の巻回時に過度な張力を加えなくとも高い寸法精度を実現でき、絶縁被覆の損傷がない高性能、高精度の超電導コイルの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る超電導コイルを示すもので、(a)は超電導コイルの断面図、(b)は絶縁被覆超電導線の斜視図。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係る超電導コイルを形成する際の一次熱処理工程を示す説明図。
【図3】本発明の第1の実施の形態に係る超電導コイルの他の一例を示す断面図。
【図4】本発明の第1の実施の形態における実施例1で使用した巻枠を示す斜視図。
【図5】本発明の第1の実施の形態にける実施例での各層のガラス繊維の電気絶縁特性を従来例との比較で示した特性図。
【図6】本発明の第3の実施の形態に係る超電導コイルの製造方法を適用した超電導コイルを示す断面図。
【図7】本発明の第4の実施の形態に係る超電導コイルの製造方法を適用した場合の一次熱処理工程時の超電導コイルを示す断面図。
【図8】本発明の第4の実施の形態に係る超電導コイルの製造方法を適用した場合の一次熱処理工程時の超電導コイルの他の例を示す断面図。
【図9】本発明の第5の実施の形態に係る超電導コイルの製造方法の工程のうち、絶縁被覆超電導線の巻回工程を示す構成図。
【図10】本発明の第6の実施の形態に係る超電導コイルの製造方法の工程のうち、水素使用による一次熱処理工程を示す構成図。
【図11】本発明の第7の実施の形態に係る超電導コイルの製造方法の工程のうち、有機物質除去工程を示す説明図。
【図12】本発明の第8の実施の形態に係る超電導コイルの製造方法の工程のうち、有機物質除去工程を示す説明図。
【図13】本発明の第9の実施の形態に係る超電導コイルの製造方法の工程のうち、有機物質除去工程を示す構成図。
【符号の説明】
1 超電導コイル
1a 超電導コイル本体
2 超電導線
3 絶縁被覆
4 絶縁被覆超電導線
5 巻き芯
6 巻き鍔
7 巻枠
8 絶縁材
9 貫通孔
15 金属箔
16 ジャケット
18 蓋[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a superconducting coil formed by winding an insulating coated superconducting wire obtained by applying glass or ceramic insulation to an intermetallic compound superconducting wire around a winding frame, and then performing a superconducting heat treatment.
[0002]
[Prior art]
In general, superconducting wires used at extremely low temperatures include metal superconducting wires such as NbTi and NbThreeAn intermetallic compound superconducting wire such as Sn or NbAl is used. Of these, NbThreeA superconducting coil formed by winding an intermetallic compound superconducting wire such as Sn or NbAl around a winding frame has excellent superconducting characteristics even in a high magnetic field. On the other hand, it is very weak against the tensile force and bending strain in the longitudinal direction, and has the disadvantages that the critical current rapidly decreases.
[0003]
Therefore, forming a superconducting coil by winding a preheated superconducting wire around a winding frame has been put into practical use with a large-diameter coil with a bending strain of 0.2% or less. Specifically, a superconducting coil is manufactured by winding an unheated superconducting wire around a winding frame and then performing a superconducting heat treatment. Since the superconducting heat treatment is performed in an inert gas such as argon gas or in a vacuum furnace at a high temperature of 600 ° C. to 700 ° C. for several tens of hours, ceramic fibers that are less susceptible to thermal degradation at that temperature are used for electrical insulation of superconducting wires. Glass fiber is used.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to facilitate the stringing operation and the like, the glass fiber covering the superconducting wire generally contains several percent of organic material such as starch. As described above, when a superconducting coil formed of such an insulation-coated superconducting wire is subjected to a superconducting heat treatment at 600 ° C. to 700 ° C. in an oxygen-free state in argon gas or a vacuum atmosphere, these organic substances are in a so-called steamed state. Thus, it becomes conductive carbon and remains on the insulating coating made of glass fiber. Therefore, a conductive current path can be formed between the superconducting wires and in the creeping direction, the dielectric breakdown voltage is lowered, and insulation failure and dielectric breakdown are likely to occur.
[0005]
In order to avoid this, a so-called primary heat treatment step in which the superconducting coil is heat-treated once in the atmosphere at about 300 ° C. and gasified into carbon monoxide, carbon dioxide or the like and released is performed before the superconducting heat treatment. However, even if this primary heat treatment step is performed, in the superconducting coil in which the insulation superconducting wire is wound in multiple layers, the atmosphere does not sufficiently diffuse and penetrate to the inner layer near the winding core, and the organic matter in this part is oxygen Due to the deficiency, it remains unreacted or partly remains as a carbide in the steamed state. This unreacted remaining organic matter is naturally carbonized in a superconducting heat treatment (hereinafter referred to as a secondary heat treatment step), and as a result, insulation failure and dielectric breakdown are likely to occur.
[0006]
On the other hand, since the inner layer and the outside air are mutually diffused by natural convection and partial pressure, if the primary heat treatment process is performed for a long time, the oxide film such as copper constituting the superconducting wire becomes thicker and the net copper is reduced. Becomes an unstable superconducting wire.
[0007]
In addition, there is no method for confirming whether organic substances are completely gasified and released in the primary heat treatment step, and the treatment time has been determined based on experience so far. For this reason, depending on the shape and dimensions of the superconducting coil, the organic matter remains as carbides, resulting in defective insulation, which may cause the superconducting wire to melt due to discharge due to dielectric breakdown or Joule heating.
[0008]
Furthermore, when winding the superconducting wire around the winding frame, it is performed while applying a certain tension, but the glass-coated insulation is very weak and the winding machine and adjacent superconducting wires are easily rubbed and damaged during winding. There is a limit to the tension applied. Therefore, for example, in the case of manufacturing a racetrack-shaped superconducting coil, the bulge of the straight portion is large and the superconducting coil has poor dimensional accuracy.
[0009]
Therefore, the present invention provides a highly reliable superconducting material in which organic matter mixed in the insulation coating of the superconducting wire is gasified and released by heating in a relatively short time that the superconducting wire is not damaged and deteriorated, and no harmful carbides remain on insulation. An object of the present invention is to provide a coil and a manufacturing method thereof.
[0010]
Furthermore, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a superconducting coil with high dimensional accuracy without applying excessive tension to the superconducting wire during winding.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The superconducting coil according to the invention of
[0012]
In the present invention, the oxygen-containing gas easily diffuses from the plurality of through holes provided in the winding frame to the inside of the superconducting coil, and the organic matter mixed in the insulating coating can be gasified and released in the primary heat treatment process. Defects can be avoided.
Further, the oxygen-containing gas permeation path passes from the outermost layer through the insulating coating of each layer and out of the through hole from the innermost insulating coating through the silver sheet plate. Further, when a silver sheet plate is provided between the superconducting wires, the permeation of the oxygen-containing gas from the outermost layer to the innermost layer is made smooth.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a superconducting coil according to the first aspect of the present invention, wherein the through hole is a hole communicating the inner periphery and the outer periphery of the winding core, or a hole communicating the coil side and the non-coil side of the winding collar. It is characterized by being at least one of them.
[0014]
In the present invention, in addition to the function and effect of the first aspect of the invention, superconductivity is achieved from a hole through which the oxygen-containing gas communicates between the inner circumference and the outer circumference of the winding core, or a hole that communicates the coil side and the non-coil side of the winding collar. Since the organic matter that diffuses easily into the coil and enters the insulating coating can be gasified and discharged in the primary heat treatment step, insulation failure or the like can be avoided.
[0015]
In particular, the reaction area with the oxygen-containing gas also increases and the oxygen-containing gas easily penetrates into the superconducting coil even on the inner layer side on the winding core side where oxygen is easily deficient.
[0020]
Claim3The superconducting coil according to the invention isIn the invention of
[0021]
In the present invention,In addition to the effects of the invention of
[0022]
Claim4The method of manufacturing a superconducting coil according to the invention is the method of manufacturing a superconducting coil formed by winding a number of insulation-coated superconducting wires around a winding frame having winding rods on both sides of the winding core. A step of providing a plurality of through-holes, a step of attaching an insulating material to the winding frame prior to winding the coil on the winding frame, and a winding step of winding an insulation-coated superconducting wire on the insulating material; A primary heat treatment step for gasifying and releasing organic substances contained in the insulating material and the insulation coating, a primary heat treatment completion judgment step for judging that the primary heat treatment step is completed, and a secondary heat treatment for converting the superconducting wire into a superconductor And a process.
[0023]
In the present invention, since the organic substance contained in the insulating coating is judged to be almost gasified and released during the primary heat treatment process, the residual organic substance is carbonized in the secondary heat treatment process, resulting in insulation failure and the like. Can be avoided.
[0024]
Claim5The method of manufacturing a superconducting coil according to the invention is a method of manufacturing a superconducting coil formed by winding a number of insulation-coated superconducting wires around a winding frame having winding rods on both sides of the winding core. A step of providing a plurality of through holes, and a coiling agent prior to winding the coil on the winding frameA through hole was provided at a position of the through hole provided in the winding frame.Included in the step of attaching the metal foil, the step of depositing the insulating material on the metal foil, the winding step of winding the insulating coating superconducting wire on the insulating material, and the insulating material and the insulating coating A primary heat treatment step for gasifying and releasing organic matter;AboveA primary heat treatment completion determination step for determining that the primary heat treatment step is completed;AboveIt comprises a secondary heat treatment step for converting the superconducting wire into a superconductor, a step of impregnating and integrating the insulating material and the insulation coated superconducting wire with an insulator, and a step of disassembling the winding frame from the coil. To do.
[0025]
In the present invention, the claims4In addition to the effects of the invention, even in a superconducting coil that is used by disassembling the winding frame from the coil, since the metal foil is attached to the winding frame via a release agent prior to coil winding, impregnation with an insulator is integrated. The reel can be easily disassembled even after
[0026]
That is, at the time of disassembly, the winding frame is first separated from the metal foil, and then the metal foil is peeled off from the superconducting coil impregnated with the insulator. In this case, since the thin metal foil is rich in flexibility, it can be easily peeled off from the impregnated insulator by the cleavage force. Therefore, excessive force is not applied to the brittle superconducting wire after the end of the secondary heat treatment, and deterioration of the superconducting performance can be avoided.
[0027]
Claim6A method of manufacturing a superconducting coil according to the invention is as follows.4Or claims5In the invention, instead of the step of providing a plurality of through holes through which a fluid flows in the winding frame, a step of forming the winding frame with silver is used.
[0028]
In the present invention, the claims4Or claims5In addition to the effects of the present invention, the organic material contained in the insulating material and the insulating coating can be appropriately gasified and released in the primary heat treatment step.
[0029]
Claim7A method of manufacturing a superconducting coil according to the invention is as follows.4Or claims5In the invention of the present invention, the step of providing a plurality of through holes through which the fluid flows in the winding frame and the through hole on the side surface of the winding frame and the insulation coated superconducting wire wound many times, or between the insulating coated superconducting wires The step of providing a sheet-like plate made of silver is additionally provided.
[0030]
In the present invention, the claims4Or claims5In addition to the effects of the present invention, the organic material contained in the insulating material and the insulating coating can be appropriately gasified and released in the primary heat treatment step.
[0031]
Claim8A method of manufacturing a superconducting coil according to the invention is as follows.4Or claims5In the invention, the primary heat treatment step is a step of heating in a furnace in a gas containing oxygen, and the primary heat treatment completion determination step confirms that the concentration of carbon monoxide or carbon dioxide in the furnace is not more than a specified value. It is a process.
[0032]
In the present invention, the claims4Or claims5In addition to the effects of the invention of the present invention, the determination of completion of the primary heat treatment is performed by measuring the concentration of carbon monoxide or carbon dioxide in the furnace, and the value is, for example, below a specified value that is substantially equivalent to the level of the oxygen-containing gas supplied to the furnace. Confirm that there is, complete the primary heat treatment. If the oxygen-containing gas is the atmosphere, the normal concentration of dioxide is about 400 ppm, which is the specified value.
[0033]
In this way, since it is confirmed that no organic matter remains, it can be determined by a method that does not affect the shape and dimensions of the superconducting coil. Accordingly, it is possible to avoid insulation failure due to residual carbide.
[0034]
Claim9A method of manufacturing a superconducting coil according to the invention is as follows.4Or claims5In the present invention, the primary heat treatment step is a step of heating in a furnace in a gas containing oxygen, and the primary heat treatment completion determination step is a step of confirming that the oxygen concentration in the furnace is a specified value or more. It is characterized by.
[0035]
In the present invention, the claims4Or claims5In addition to the operational effects of the invention, the primary heat treatment completion determination is made by measuring the oxygen concentration in the furnace and confirming that the value is equal to or higher than a specified value that is substantially equivalent to the level of the oxygen-containing gas supplied to the furnace, for example. Complete the primary heat treatment. If the oxygen-containing gas is the atmosphere, the oxygen concentration is usually about 21%, so this is set to the specified value.
[0036]
Thus, it can be determined by an absolute method that does not affect the shape and dimensions of the superconducting coil that there is no organic residue. Accordingly, it is possible to avoid insulation failure due to residual carbide.
[0037]
Claim10A method of manufacturing a superconducting coil according to the invention is as follows.4Or claims5In the invention, after the primary heat treatment completion determination step, an additional heat treatment step is further provided in which the inside of the furnace is degassed under reduced pressure, and the inside of the furnace is again replaced with an oxygen-containing gas and heated.
[0038]
In the present invention, the claims4Or claims5In addition to the effects of the invention of the present invention, in order to further improve the reliability of the primary heat treatment completion determination, for example, after the carbon dioxide concentration has fallen below a specified value, the inside of the furnace is degassed under reduced pressure and the inside of the furnace is again filled with oxygen Substitute for heating. By degassing under reduced pressure, the gas inside the coil is discharged and easily replaced with an oxygen-containing gas. When heating is continued in this state, if unreacted organic matter remains, it undergoes an oxidation reaction with the substituted oxygen-containing gas, and the concentration of dioxide in the furnace rises again. This process is repeated until the dioxide concentration is below the specified value. On the other hand, if the residual organic matter is completely released, the dioxide concentration remains below the specified value even after replacement. According to this method, the reliability of the primary heat treatment completion determination is remarkably improved, and a superconducting coil free from defective insulation can be manufactured.
[0039]
Claim11A method of manufacturing a superconducting coil according to the invention is as follows.4Or claims5In the invention, the primary heat treatment step is a step of heating in a furnace containing a small amount of hydrogen in a vacuum.
[0040]
In the present invention, hydrogen is supplied and heated in an atmosphere in which the inside of the furnace is evacuated and unnecessary components are removed, so that organic substances mixed in the insulating coating efficiently react with hydrogen and can be gasified and released.
[0041]
Claim12A method of manufacturing a superconducting coil according to the invention is as follows.4Or claims5In the invention, the primary heat treatment step is a step of heating in a furnace maintaining a hydrogen plasma atmosphere.
[0042]
In the present invention, by using hydrogen plasma, the organic matter mixed in the insulating coating reacts with hydrogen and can be gasified and released more efficiently than when hydrogen is used.
[0043]
Claim13A method of manufacturing a superconducting coil according to the invention is as follows.4Or claims5In the invention of
[0044]
In the present invention, the claims4Or claims5In addition to the effects of the present invention, the oxygen-containing gas is heated while being forcedly supplied from the outside, so that oxygen is always supplied to the inside of the coil, and organic substances mixed in the insulating coating can be efficiently gasified and released. In addition, by forced air supply, a gas such as carbon dioxide generated by the oxidation reaction is discharged outside without staying in the coil. Accordingly, it is possible to avoid insulation failure due to residual carbide.
[0045]
Claim14A method of manufacturing a superconducting coil according to the invention is as follows.4Or claims5The superconducting coil manufacturing method for manufacturing the superconducting coil according to
[0046]
In the present invention, the claims4Or claims5In addition to the effects of the invention, the oxygen-containing gas forcedly supplied from the outside flows from the inner side of the winding core to the innermost layer of the coil, flows through the inside of the insulating coating of the coil, and the outer periphery of the coil Discharged from. Therefore, oxygen is always supplied into the coil, and organic substances mixed in the insulating coating can be efficiently gasified and released. In addition, by forced air supply, a gas such as carbon dioxide generated by the oxidation reaction is discharged outside without staying in the coil. As a result, insulation failure due to residual carbides can be avoided.
[0047]
Claim15A method of manufacturing a superconducting coil according to the invention is as follows.4Or claims5In the method of manufacturing a superconducting coil formed by winding a number of insulation-coated superconducting wires around a winding frame having winding rods on both sides of the winding core, the winding step is performed by winding the insulation-coated superconducting wire around the winding frame. It is characterized by comprising a step of heating the insulation coated superconducting wire before being performed, and a step of cooling the insulation coated superconducting wire promptly after being wound around the winding frame.
[0048]
In the present invention, a constant tension can be applied to the superconducting wire by utilizing the difference in thermal expansion of the superconducting wire before and after winding. Therefore, it is possible to avoid insulation failure due to breakage of the insulation coating. Furthermore, the bulging of the straight portion that tends to occur in a racetrack-shaped superconducting coil can be suppressed.
[0057]
Claim16A superconducting coil manufacturing method according to the invention is the superconducting coil manufacturing method for manufacturing a superconducting coil according to
[0058]
In the present invention, since the organic coating is not contained in the insulation coating of the superconducting wire, insulation failure can be suppressed and the primary heat treatment step can be omitted. Furthermore, since the primary heat treatment can be omitted, it is also possible to avoid that the oxide film such as copper constituting the superconducting wire is thick and the net copper is reduced, and the superconducting characteristics are unstable.
[0059]
Claim17A method of manufacturing a superconducting coil according to the invention is as follows.16In the present invention, the organic substance removing step is a step of washing the organic substance with water.
[0060]
In the present invention, since an organic substance such as starch is easily dissolved in water, the organic substance can be removed at a relatively low temperature around room temperature.
[0061]
Claim18A method of manufacturing a superconducting coil according to the invention is as follows.17In the invention, the organic substance removing step is characterized by using ultrasonic waves or bubbles in combination.
[0062]
In the present invention, since ultrasonic waves or bubbles are used together when washing with water, organic substances can be effectively removed, and the insulation performance as a superconducting coil is high, which is electrically stable, and produces a high-performance superconducting coil. it can.
[0063]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is an explanatory view of a superconducting coil according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) is a sectional view of the superconducting coil, and FIG. 1 (b) is a perspective view of an insulation coated superconducting wire.
[0064]
As shown in FIG. 1A, the
[0065]
As shown in FIG. 1 (b), the insulation-coated
[0066]
As shown in FIG. 1A, the insulation-coated
[0067]
[0068]
FIG. 2 is an explanatory diagram of the primary heat treatment step. In this primary heat treatment step, the
[0069]
Here, when the oxygen-containing gas is air, the normal atmospheric dioxide concentration is about 400 ppm, which is set to a specified value. Similarly, the specified value in the case of an oxygen-containing gas other than the atmosphere may be the carbon dioxide concentration originally contained in the gas.
[0070]
Then, the temperature is lowered after the completion of the primary heat treatment, and the gas in the
[0071]
Next, the effect | action at the time of heat processing of the
[0072]
As a result, especially on the
[0073]
In the above description, the
[0074]
Also in the case of the
[0075]
Further, the
[0076]
As described above, since the plurality of through
[0077]
Therefore, oxygen is sufficiently distributed to the organic matter contained in the insulating
[0078]
In addition, when there are many layers of the insulation
[0079]
Further, the material of the
[0080]
Here, after providing a plurality of through-
[0081]
In this case, if a plurality of through
[0082]
The temperature for the primary heat treatment is preferably about 250 ° C to 500 ° C. The heat treatment temperature may be about 40 to 100 hours at 250 ° C. and about 5 hours at 500 ° C., but the heat treatment temperature depends on the size of the
[0083]
Next, examples 1 to 3 and a comparative example according to the first embodiment of the present invention will be described.
[0084]
Example 1
As shown in FIG. 4, a winding
[0085]
This is subjected to primary heat treatment at 300 ° C. for 20 hours in an oxygen-containing gas (in the air) to react organic substances in the insulation coating (glass fiber) of each layer with oxygen in the air, and carbon dioxide gas is removed from the glass fiber. It was. Next, in order to generate a superconducting phase in the wound insulation-coated
[0086]
And in order to confirm the insulation of the insulation coating (glass fiber) in the insulation
[0087]
(Example 2)
A winding
[0088]
This is subjected to primary heat treatment at 300 ° C. for 20 hours in an oxygen-containing gas (in the air) to react organic substances in the insulation coating (glass fiber) of each layer with oxygen in the air, and carbon dioxide gas is removed from the glass fiber. It was. Next, in order to generate a superconducting phase in the wound insulation-coated
[0089]
And in order to confirm the insulation of the glass fiber in the insulation
[0090]
(Example 3)
A winding
[0091]
This is subjected to primary heat treatment at 300 ° C. for 20 hours in an oxygen-containing gas (in the air) to react organic substances in the insulation coating (glass fiber) of each layer with oxygen in the air, and carbon dioxide gas is removed from the glass fiber. It was. Next, in order to generate a superconducting phase in the wound insulation-coated
[0092]
And in order to confirm the insulation of the glass fiber in the insulation
[0093]
Further, for comparison with the first to third embodiments of the present invention, a
[0094]
After performing the same primary heat treatment and secondary heat treatment as described in Examples 1 to 3, this was unwound in order to confirm the insulating properties of the glass fibers in the insulation-coated
[0095]
FIG. 5 shows the electrical insulation resistance of the glass fiber of each layer in the example of the present invention and the electrical insulation resistance of the glass fiber of each layer in the comparative example. In the examples of the present invention, the insulation resistance of the glass fiber of each layer shows infinite and very good insulation, whereas in the comparative example, the outermost layer closest to the atmosphere (oxygen) is infinite. Insulation resistance was shown, but it was found that the insulation resistance of the glass fiber of each layer decreased as it went to the innermost layer, and the entire layer was non-uniform insulation.
[0096]
According to the first embodiment, a plurality of through
[0097]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, after the primary heat treatment completion determination step, the inside of the
[0098]
In the primary heat treatment completion determination step, when the concentration of carbon dioxide, carbon monoxide or oxygen reaches a specified value and becomes almost constant, the oxidation reaction between the organic substance contained in the insulating
[0099]
Therefore, for example, after the carbon dioxide concentration becomes equal to or less than a specified value, the inside of the
[0100]
If heating is continued in this state, if unreacted organic substances remain, the oxidation reaction with the substituted oxygen-containing gas causes an increase in the concentration of dioxide in the
[0101]
According to the second embodiment, the reliability of the primary heat treatment completion determination is remarkably improved, and a superconducting coil having no insulation failure can be manufactured.
[0102]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, as a pre-process for attaching the insulating
[0103]
FIG. 6 is a cross-sectional view of a
[0104]
According to the third embodiment, in addition to the function and effect of the first embodiment, the superconducting coil used by disassembling the winding
[0105]
That is, at the time of disassembly, first, the winding
[0106]
Here, as the
[0107]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the
[0108]
In FIG. 7, in the primary heat treatment step, a through
[0109]
During the primary heat treatment process, the oxygen-containing gas forcedly supplied into the
[0110]
As described above, according to the fourth embodiment, since the organic matter contained in the insulating
[0111]
In the above description, the
[0112]
In FIG. 8, both ends of the
[0113]
In this process, the oxygen-containing gas easily diffuses into the
[0114]
Therefore, since the organic substance contained in the insulating
[0115]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 9: is a block diagram which shows the winding process of an insulation coating superconducting wire among the processes of the manufacturing method of the superconducting coil which concerns on 5th Embodiment.
[0116]
In FIG. 9, the insulating coated
[0117]
In the fifth embodiment, the heating means 21 for heating the insulating coated
[0118]
The insulation-coated
[0119]
The tension F acting on the
F = E ・ α ・ T ・ A (1)
Here, E is the Young's modulus of the
[0120]
The tension F can also be expressed by F = σ · A. Here, σ is a stress generated in the
[0121]
Furthermore, when the shape of the
[0122]
In the above description, the heating means 21 is disposed between the
[0123]
Thus, according to the fifth embodiment, a constant tension can be applied to the superconducting wire by utilizing the difference in thermal expansion between the superconducting wire before and after winding. Therefore, it is possible to avoid insulation failure due to breakage of the insulation coating. Further, the bulge of the straight portion that tends to occur in the racetrack-shaped superconducting coil can be suppressed, and the dimensional accuracy is increased.
[0124]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a configuration diagram showing a primary heat treatment process using hydrogen among the processes of the method of manufacturing a superconducting coil according to the sixth embodiment. In the primary heat treatment step, the inside of the
C + 2H2 → CHFour
The carbon in the organic substance is gasified. Since the inside of the
[0125]
Completion of the reaction can be performed by detecting the oxygen concentration or carbon monoxide concentration described above. Further, by attaching the
C + 4H+ → CHFour
In this way, carbon reacts more securely in a short time because it reacts more violently than hydrogen.
[0126]
Furthermore, this method has an advantage that the primary heat treatment step can be omitted because the heat treatment can be performed simultaneously with the superconductivity generation performed at 600 ° C. to 700 ° C. in an oxygen-free state in a vacuum atmosphere, which is a secondary heat treatment. If the primary heat treatment step is performed for a long time, the oxide film such as copper constituting the superconducting wire becomes thick and the net copper is decreased, and the superconducting characteristics may become unstable, but the primary heat treatment step can be omitted. A highly reliable and inexpensive superconducting coil can be manufactured.
[0127]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is an explanatory view showing a string making operation including an organic substance removing operation remaining in the insulating coating according to the seventh embodiment of the present invention. After the insulation coating is knitted on the superconducting wire using a string making machine, the washing step and the drying step are performed before the insulation coating superconducting wire is wound around the bobbin.
[0128]
In FIG. 11, after the insulation coating is knitted on the
[0129]
In the water washing process,
[0130]
In this method, since the primary heat treatment step can be omitted, the oxide film such as copper constituting the superconducting wire becomes thick due to the long time primary heat treatment step, and the net copper is reduced, and the superconducting characteristics become unstable. Therefore, it is possible to manufacture a highly reliable and inexpensive superconducting coil.
[0131]
As described above, according to the seventh embodiment, the superconducting wire that does not contain organic matter that remains as carbide after the secondary heat treatment and does not cause insulation failure can be wound around the coil. In addition to being suppressed, the primary heat treatment step can be omitted, so that a highly reliable and inexpensive superconducting coil can be manufactured.
[0132]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 is an explanatory view showing a coil winding operation including an organic substance removing operation remaining in the insulating coating according to the eighth embodiment of the present invention. A water washing step and a drying step are performed while the bobbin around which the insulating coating superconducting wire is wound is wound around the winding frame using a winding machine.
[0133]
In FIG. 12, a water washing step and a drying step are performed while the
[0134]
In this method, since the primary heat treatment step can be omitted, the oxide film such as copper constituting the superconducting wire becomes thick due to the long time primary heat treatment step, and the net copper is reduced, and the superconducting characteristics become unstable. Therefore, it is possible to manufacture a highly reliable and inexpensive superconducting coil.
[0135]
Thus, according to the eighth embodiment, the superconducting wire that remains as carbide after the secondary heat treatment and does not contain organic matter that causes insulation failure can be wound around the coil, so that insulation failure is ensured. In addition to being suppressed, the primary heat treatment step can be omitted, so that a highly reliable and inexpensive superconducting coil can be manufactured.
[0136]
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described. FIG. 13: is a block diagram which shows the coil winding operation | work including the organic substance removal operation | work which remains in the insulation coating in the 9th Embodiment of this invention. After winding the superconducting coil, before performing the secondary heat treatment, the superconducting coil is put in a water tank and ultrasonically cleaned using an ultrasonic generator.
[0137]
In FIG. 13, after winding the
[0138]
By using such an ultrasonic wave, the organic substance contained in the insulating material and the insulating coating on the inner layer side of the
[0139]
According to the present embodiment, since ultrasonic waves or bubbles are used in combination, organic substances can be effectively removed. Therefore, the superconducting coil has high insulation, is electrically stable, and can produce a high-performance superconducting coil.
[0140]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a superconducting coil formed by winding an insulation-coated superconducting wire, organic substances contained in the insulation coating or the like are gasified by heating in a relatively short time without damaging and degrading the superconducting wire. Therefore, it is possible to provide a highly reliable superconducting coil that can be reliably released without being subjected to special heat treatment and that does not leave harmful carbides in electrical insulation, and a method for manufacturing the same.
[0141]
Further, according to the present invention, there is provided a method for producing a high-performance, high-precision superconducting coil that can realize high dimensional accuracy without applying excessive tension when winding an insulation-coated superconducting wire and that does not damage the insulation coating. be able to.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show a superconducting coil according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a cross-sectional view of the superconducting coil, and FIG. 1B is a perspective view of an insulation-coated superconducting wire.
FIG. 2 is an explanatory view showing a primary heat treatment step when forming the superconducting coil according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of the superconducting coil according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing a winding frame used in Example 1 according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the electrical insulation characteristics of the glass fibers of each layer in the example according to the first embodiment of the present invention in comparison with the conventional example.
FIG. 6 is a sectional view showing a superconducting coil to which a superconducting coil manufacturing method according to a third embodiment of the present invention is applied.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a superconducting coil at the time of a primary heat treatment when a superconducting coil manufacturing method according to a fourth embodiment of the present invention is applied;
FIG. 8 is a cross-sectional view showing another example of the superconducting coil at the time of the primary heat treatment when the superconducting coil manufacturing method according to the fourth embodiment of the present invention is applied.
FIG. 9 is a configuration diagram showing a winding step of an insulation-coated superconducting wire in the steps of a superconducting coil manufacturing method according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram showing a primary heat treatment step using hydrogen among the steps of a method of manufacturing a superconducting coil according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an explanatory view showing an organic substance removing step among the steps of the superconducting coil manufacturing method according to the seventh embodiment of the present invention.
FIG. 12 is an explanatory view showing an organic substance removing step among the steps of the superconducting coil manufacturing method according to the eighth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a structural diagram showing an organic substance removing step in the steps of the superconducting coil manufacturing method according to the ninth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Superconducting coil
1a Superconducting coil body
2 Superconducting wire
3 Insulation coating
4 Insulated superconducting wire
5 rollscore
6 rolls鍔
7 reel
8 Insulation material
9 Through hole
15 Metal foil
16 jacket
18 lid
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