JPH02132805A - 超伝導コイルの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超伝導コイルの製造方法に関し、特に大型でコ
イル内部に線材同士の接続部を含まないものである。

〔従来の技術〕

現在高エネルギー物理学の分野で用いられる荷電粒子の
加速機や蓄積リングには、直径が１０ｍ以上のリング形
状の大型超伝導コイルが必要とされる場合がある。

一般にこれらの大型リング状コイルにはソレノイドコイ
ルの用いられることが多く、その製作は通常次の（ａ）
に示す小型のソレノイドコイルの製造と同様の方法で行
われる。

（ａ）即ち第５図に示すように駆動装置（１７）により
回動自在な円板状の巻型（１８）に超伝導線（１６）の
一端を固定した後、図示していない線材供給装置により
線材（１６）に適当な張力を加えながら巻型（１８）を
回転して巻線を行い、コイルを製作するものである。

さらに他の方法としては、（ｂ）超伝導線を複数本撚り
合わせて目的コイルの周長と同じ長さのケーブルを製作
し、その両端の線材同士を互いに接続して、１本の線材
がリング状に複数回ターンした構成のコイルを製作する
方法もある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし上記（ａ）の方法で製作した例えば大型で直径１
０ｍ程度のコイルをこの形状のまま使用場所に運搬しよ
うとする場合、陸上運搬手段ではコイルが大きすぎて道
路交通法上の規制を受けるため公道を輸送することは不
可能となる。

そこでこれに対処する１つの方法はこのコイルを運搬可
能な寸法に小さ《折り畳むことにすればよい。

ところが上記（ａ）の方法で製作したコイルは巻型の内
層から外層へ巻回するに従って１夕一ン当たりの線材長
さが増加する構造である。

即ち各層のターンの線長が一定で無く、このために巻き
上がったコイルを巻型から外した後に外力が加わる等の
変形が起きると線材内部に大きな歪みが生じて超伝導特
性が低下したり、またはコイルの断面形状が崩れてしま
うことになるので、完成したコイルには大きな変形を与
えることができなかった。

従って折り畳む等の変形を加えることは可撓性が小さい
上記コイルにおいては超伝導コイルの性能上実施できず
問題であった。

また空路輸送等の輸送手段もコイル品質上等から各種制
限が多くて現実的ではない。

これらの問題を回避するためには結局コイルの製作を、
コイルを設置する場所で実施しなければならないが、こ
の方法にも新たな技術的経済的な困難さを伴うことは明
白である。

次に上記（ｂ）の方法で製作したコイルは大型であって
もケーブル構造であるので可撓性は大きい。しかしこの
方法では超伝導線同士の接続部が不可欠であって、この
箇所は通常線材同士を互いに重ね合わせて半田等で接続
するものであり、該箇所でコイル断面寸法が大きくなっ
てしまい特性上問題であった。またこの部分は超伝導材
ではないので励磁の際に発熱してしまいコイル性能を低
下させるためやはり問題であった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はこれに鑑み種々検討の結果、コイル内部に超伝
導線同士の接続部を全く含まず、かつ可撓性に富み、そ
の形状を容易に変形できる大型の超伝導コイルの製造方
法を開発したものである。

即ち本発明は長尺芯材の周囲に多数本のダミー線を互い
に隣接させてスパイラル状に巻回して撚線ケーブルを製
作した後、該芯材の両端を接続してリング状に形成し、
その後１本のダミー線を取り外すことにより生じた溝に
超伝導線を嵌入して１ターンの超伝導巻線を形成し、引
き続いて連続する超伝導線で順次ダミー線を置き換える
ことにより、１本の超伝導線を芯材の周囲にスパイラル
状に巻回することを特徴とするものであり、芯材として
条材を用い、この周囲に多数本のダミー線をスパイラル
状に巻回した平角成形撚線を製作し、その後この芯材の
両端を接続してリング状に形成するのは有効である。

〔作用〕

このように先ず長尺芯材の周囲に多数本のダミー線を互
いに隣接させてスバイラル状に巻回して撚線ケーブルを
製作するが、これは通常の送電用ケーブルの撚り線に用
いられている技術をそのまま利用できる特徴を有する。

従ってこの方法によれば所望の線径のダミー線を任意数
だけ撚り合わせることができ、また任意の長さの芯材を
使用できるので製造するコイルの径は自由である。

そして芯材の両端を接続してリング状に形成し、その後
１本のダミー線を取り外すことにより生じた溝に超伝導
線を嵌入して１ターンの超伝導巻線を形成し、引き続い
て連続する超伝導線で順次ダミー線を置き換えることに
より、接続部を有しない１本の超伝導線で任意の大きさ
のコイルを製作することが可能となる。さらにこの超伝
導線を用いたコイルはケーブルの撚線の構造で巻回され
るので各ターンの線長は等しくなり、従って可撓性に優
れ、大型のコイルであっても運搬用に折り畳んでも超伝
導特性の低下は起こらない。

また芯材に条材を使用するのは、条材の周囲であれば任
意の線径の線材を隙間なく任意の本数だけスパイラル状
に巻回できるので、製作可能なコイルの範囲が大きく広
がる利点を持つからである。

以上のように製造されるコイルは高エネルギー物理分野
での加速機等の他、トカマク型核融合炉にもちいらるボ
ロイダルコイルやエネルギー貯蔵システム用コイル等に
も有効である。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について説明する。

通常のケーブル撚線機を用いて第１図に示すような厚さ
２ｍｍで幅１２０ｍｍのＳＵＳ３１６製条材からなる芯
材（１）の外周に５０本の直径４．　８１ＩＩｍの銅製
のダミー線（２）を隣同士を密接させてスバイラル状に
隙間なく巻回して平角成形撚線（３）を製作した。

次にこの平角成形撚線（３）を４４ｍの長さで切断して
第２図に示すような撚線装置（４）にセットした。即ち
装置両端部に設置したターンホイール（５）（６）に平
角成形撚線（３）を掛け、下側を走行する撚線（３）は
パックテンション用キャタピラ（７）とキャタピラ引取
機（８）に通し、さらにこれらの間に超伝導線を収容す
るボビノ（９）を備えた撚線機（ＩＯ）、平角成形装置
（１１）およびテーピング機（１２）を介在させ、上側
を走行する撚線（３）は垂れ下がり防止用ガイドロール
（ｌ３）に載せた後、第３図に示すように芯材（１）の
両端同士を突き合わせ溶接して平角成形撚線（３）を撚
線装置（４）にエンドレス状にセットした。なお第３図
中（１４）は溶接部を示す。

次にこのようにリング状に形成した平角成形撚線（３）
から第４図に示すように任意のダミー線（２）を１本取
り除いてダミー線（２）の径の寸法と同じ幅の溝（１５
）をリング状芯材（１）の１周にわたってその外周にス
バイラル状に形成した。

そして撚線機（ｌＯ）は平角成形撚線（３）に撚られた
ダミー線（２）と同一の撚りピッチで連続撚線が可能な
ように調整されているので、エンドレス状の平角成形撚
線（３）を撚線装置（４）内で回転してダミー線（２）
と同一外径を有するＮｂＴｉ超伝導線（１６）をボビン
（９）から繰り出すことにより、該超伝導線（１６）を
上記溝（ｌ５）に嵌入し、■ターンのコイルとした。

次にこの第１ターンのコイルを形成した超伝導線に隣接
するダミー線（２゛）を取り除いて同様の溝を作り、撚
線機（１０）で連続して超伝導線（ｌ６）をこの新たな
溝に嵌入し、第２ターン目を巻回した。以下順次この作
業を繰り返して５０本のダミー線（２）を全て超伝導線
に置き換え、第１図に示すような平角成形撚線構造を有
する超伝導コイルを製作した。なおこのＮｂＴ　ｉ超伝
導線の表面には予めホルマール絶縁を施してあり、また
５０ターン目の巻線時にはテーピング機（ｌ２）により
ケブラーテーブをヘリカルに巻付けて超伝導線を芯材（
１）に強固に押さえ付けた。

巻線が終了した後、コイルを装置から取り出す際には平
角成形装置（１１）およびテーピング機（１２）は２つ
割り構造であるので完成したコイルは容易に取り出すこ
とができる。

以上の本実施例では芯材としてＳＵＳ３１６を使用した
。これは一般にこの種の超伝導コイルの芯材には電気抵
抗が大きく非磁性で高強度の材料が好ましいためである
が、同様な性能を持つ他の材料であっても全く支障はな
い。

またダミー線としては断面円形の銅線を使用したが、芯
材に巻回する時に芯材のエッジ部で塑性変形する材料で
あれば銅である必要は全くない。

また第２図の撚線装置はあくまで本発明の一実施例であ
って、芯材からダミー線を取り除いてその溝に超伝導線
を嵌入する作業は手作業で行ってもよい。

さらに本実施例では芯材に超伝導線の最終ターンを巻回
した後にテープで全体を固定しているが、紐を用いて動
かないように固定してもよく、もしくは超伝導線の塑性
変形を利用してもよい。

〔発明の効果〕

このように本発明によればコイル内部で超伝導線同士の
接続部がないので接続部の発熱による損失がなく、かつ
各線材同士が互いに撚り合わされた構造であるため可撓
性が大きいので大型コイルの場合には巻線完了後は折り
畳む等して小さな荷姿にすることが可能となる。従って
道路交通法上の規制を回避することができるのでコイル
設置現場でのコイル製作が不要であり工期短縮、コスト
ダウン等に顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は平角成形撚線を示す斜視図、第２図は本発明の
実施例で用いた撚線装置を示す側面図、第３図は平角成
形撚線の芯材の接続部を示す斜視図、第４図は平角成形
撚線からダミー線を１本取り除いた状態を示す斜視図、
第５図は従来例を示す斜視図である。 ｌ−・・−・・一芯材 ２，２′−・−ダミ一線 ３・・−・−・−・・平角成形撚線 ４−・一・一　撚線装置 ５．６　−ターンホイール ７−−−−−−−・パックテンション用キャタピラ８・
一一−一−・−・−キャタピラ引取機９・一−−−−・
−　ボビン １０−・・・・・−・撚線機 １１−一一・一一一一・一平角成形装置１２−・・−・
・−・・テーピング機 １３−一−−・−・一垂れ下がり防止用ガイドロールｌ
４・・・−・−・・・一溶接部 １５−−・・−・一・溝 ｌ６−・・・一・・・超伝導線 １７−・・・・−・・一駆動装置 ｌ８−・−・・一巻型 第３図 第牛図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）長尺芯材の周囲に多数本のダミー線を互いに隣接
   させてスパイラル状に巻回して撚線ケーブルを製作した
   後、該芯材の両端を接続してリング状に形成し、その後
   １本のダミー線を取り外すことにより生じた溝に超伝導
   線を嵌入して１ターンの超伝導巻線を形成し、引き続い
   て連続する超伝導線で順次ダミー線を置き換えることに
   より、１本の超伝導線を芯材の周囲にスパイラル状に巻
   回することを特徴とする超伝導コイルの製造方法。
2. （２）芯材として条材を用い、この周囲に多数本のダミ
   ー線をスパイラル状に巻回した平角成形撚線を製作し、
   その後この芯材の両端を接続してリング状に形成する請
   求項（１）記載の超伝導コイルの製造方法。