(57)【要約】【課題】テープ状の超電導線を巻回した超電導コイルにおいて立体的な屈曲部を設ける。【解決手段】テープ状の超電導線を巻回された超電導コイルであって、コイル軸線方向が超電導線の幅方向両側端縁のエッジ面の垂線となる本体部と、前記本体部の周方向の一部に連続させて設けた三次元形状の立体屈曲部とを備え、前記立体屈曲部は、前記超電導の幅方向面をコイル軸線方向に対して傾斜させて捻りながら前記本体部に対して長さ方向で傾斜させる捻り区間を設けて形成していることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープ状の超電導線を巻回された超電導コイルであって、
コイル軸線方向が超電導線の幅方向両側端縁のエッジ面の垂線となる本体部と、
前記本体部の周方向の一部に連続させて設けた三次元形状の立体屈曲部とを備え、
前記立体屈曲部は、前記超電導の幅方向面をコイル軸線方向に対して傾斜させて捻りながら前記本体部に対して長さ方向で傾斜させる捻り区間を設けて形成していることを特徴とする超電導コイル。
【請求項２】
前記立体屈曲部は前記本体部に連続する前記捻り区間を周方向の対向する両側に備え、該捻り区間で前記本体部より立ち上がらせ、該両側の捻り区間に挟まれた連続部はコイル軸線方向が前記エッジ面の垂線となると共に周方向に湾曲させて円弧状とし、該立体屈曲部の連結部と前記本体部とは同一平面に位置させていない請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項３】
前記立体屈曲部の全体を前記本体部に連続する捻り区間として設けると共に、周方向に湾曲させて円弧形状とし、前記本体部と前記円弧形状の頂点とは同一平面に位置させていない請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項４】
前記本体部を同一平面上で周方向で湾曲させると共に両側の円弧部を三次元に屈曲させて立ち上げた鞍型コイル、または前記本体部を直線状とした両側の円弧部を三次元に屈曲させて立ち上げた変形レーストラック型コイルとしている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の超電導コイル。
【請求項５】
シングルパンケーキコイルまたはダブルパンケーキコイルからなる請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の超電導コイル。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の超電導コイルの製造方法であって、
超電導線の巻付作業台上に、前記超電導コイルに設ける立体屈曲部と対応する位置に表面に傾斜面を備えた賦形台を固定すると共に巻枠を載置し、かつ、該巻枠の両側に立体形成部を予め設けておき、該巻枠の立体形成部は前記賦形台上に定置し、
巻回する前記超電導線は、そのコイル軸線方向が超電導線の幅方向両側端縁のエッジ面の垂線となるように前記巻枠の外周面に沿わせて巻き付け、前記賦形台の傾斜面では超電導の幅方向面をコイル軸線方向に対して傾斜させて捻りながら巻き付けていることを特徴とする超電導コイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導コイルおよび該超電導コイルの製造方法に関し、詳しくは、テープ状の超電導線を巻回した超電導コイルを、そのエッジ側端面をコイル軸線に対して傾斜させた立体屈曲部を有する異形としているものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のテープ状の超電導線を巻回した超電導コイルは、図８（Ａ）（Ｂ）に示すように、巻枠１の外周面に沿って超電導線２を巻き付けて形成しており、超電導線２の長さ方向に延在する広幅面２ａの幅方向両端のエッジ２ｂが積層するエッジ側端面Ｘはコイル軸線Ｌに対して直交方向となっている。
この超電導コイルの一部に、図８（Ｃ）に示すように、エッジ側端面Ｘをコイル軸線Ｌに対して直交方向から起立または傾斜させて屈曲部Ｂを設けようとすると、エッジ側端縁Ｘを曲げて、所謂エッジワイズ曲げをする必要がある。
しかしながら、超電導線はテープ状であるため、エッジワイズ曲げをする場合、大きな曲率でしか曲げることはできず、小さい任意の曲率で曲げて立体的な屈曲部を設けようとすると、超電導線に劣化や損傷が生じる。よって、鞍型コイルのような複雑な形状とすることはできない。
【０００３】
例えば、特開平６−３４２７１８号公報（特許文献１）では、図９に示すように、セラミック絶縁板５の上下面に、広幅面を平面として渦巻き状に超電導体６Ａ、６Ｂを印刷または塗布し、上下面の渦巻き状に形成した超電導体を一方は右渦巻き、他方を左渦巻きとして積層した超電導コイルが提案されている。
前記超電導コイルは、広幅面を渦巻きとしているため、所謂エッジワイズ巻き状となるが、これはセラミック絶縁板上に超電導体を印刷または塗布していることにより形成できるものである。
しかしながら、テープ状の超電導線を巻枠に巻き付けてコイルを形成する場合、前記のように任意の曲率でエッジワイズ曲げすることはできない。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３４２７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、テープ状の超電導線を巻回した超電導コイルにおいて、その周方向の一部にエッジ側端面がコイル軸線方向に対して直交方向でない屈曲部、即ちエッジワイズ曲げした場合と同様な立体屈曲部を超電導線に劣化や損傷を発生させることなく、容易に設けることができるようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は、テープ状の超電導線を巻回された超電導コイルであって、
コイル軸線方向が超電導線の幅方向両側端縁のエッジ面の垂線となる本体部と、
前記本体部の周方向の一部に連続させて設けた三次元形状の立体屈曲部とを備え、
前記立体屈曲部は、前記超電導の幅方向面をコイル軸線方向に対して傾斜させて捻りながら前記本体部に対して長さ方向で傾斜させる捻り区間を設けて形成していることを特徴とする超電導コイルを提供している。
【０００７】
また、本発明は、前記超電導コイルの製造方法として、
超電導線の巻付作業台上に、前記超電導コイルに設ける立体屈曲部と対応する位置に表面に傾斜面を備えた賦形台を固定すると共に巻枠を載置し、かつ、該巻枠の両側に立体形成部を予め設けておき、該巻枠の立体形成部は前記賦形台上に定置し、
巻回する前記超電導線は、そのコイル軸線方向が超電導線の幅方向両側端縁のエッジ面の垂線となるように前記巻枠の外周面に沿わせて巻き付け、前記賦形台の傾斜面では超電導の幅方向面をコイル軸線方向に対して傾斜させて捻りながら巻き付けていることを特徴とする超電導コイルの製造方法を提供している。
【０００８】
即ち、巻付作業台上に固定した賦形台に、巻枠の立体形成部を乗せて定置し、該巻枠に沿って超電導線を巻き付け、巻き付け状態で立体屈曲部とする領域では、超電導線の広幅面を外周側または内周側に向けて寝かせるように捻りながら巻枠に巻き付け、その後、外周側から内周側へ、または内周側から外周側に向けて寝た状態から起き上がるように巻き付けることで、本体部から立ち上がりながら立体的に屈曲していく。これにより、巻付作業台および賦形台上から超電導線を巻き付けて巻枠を取り出すことで、簡単に立体屈曲部を有する超電導コイルを製造することができる。
【０００９】
本発明の超電導コイルでは、前記のように、本体部から立体屈曲部への角度を変換する部分では、超電導線に劣化や損傷が発生しない範囲で、捻りを加えているだけであり、この捻りの角度（傾斜角度）を変えることにより、本体部から立ち上がる立体屈曲部の角度を簡単に変えることができる。
前記立体屈曲部はエッジ面が、コイル軸線方向に対して垂線となる本体部からエッジ面を所要角度で立ち上がるように突出する三次元形態を呈するため、立体屈曲部と称している。
前記立体屈曲部は、コイルの周方向の任意の箇所に任意の個数設けることができ、超電導コイルを所望の異形状とすることが容易にできる。
前述したように、超電導線に劣化や損傷させることなくエッジワイズ巻きする場合には曲率が大きくなってコイルが大型化するが、本発明のコイルでは、エッジワイズ巻きせずに、超電導線を捻っているだけであるため、コイルを大型化することなく立体屈曲部を有する異形のコイルを設けることができる。
【００１０】
前記捻り区間は、曲率をφ８０ｍｍ以上とし、捻り長さは線材の単位長さ当たりの捻り区角が２０゜／ｃｍ以下となるように設定することが好ましい。
前記曲率は、テープ状の超電導線の製造経験から、φ８０ｍｍ以上であれば、超電導線に劣化や損傷を発生させずに巻き付けできることによる。
【００１１】
前記のように、本発明の超電導コイルは、周方向の一部に立体屈曲部を設けている形状であればよい。
具体的には、前記立体屈曲部は前記本体部に連続する前記捻り区間を周方向の対向する両側に備え、該捻り区間で前記本体部より立ち上がらせ、該両側の捻り区間に挟まれた連続部は前記エッジ面がコイル軸線方向に垂直とされると共に周方向に湾曲させて円弧状とし、該立体屈曲部の連結部と前記本体部とは同一平面に位置させていない形状としている。
または、前記立体屈曲部の全体を前記本体部に連続する捻り区間として設けると共に、周方向に湾曲させて円弧形状とし、前記本体部と前記円弧形状の頂点とは同一平面に位置させていない形状としている。
【００１２】
前記両側の立体屈曲部は同一角度で立ち上げても良いし、異なる角度で立ち上げてもよい。また、両側の立体屈曲部は、曲率を変えた円弧状として、一側の立体屈曲部は大きな曲率の立体屈曲部とし、他方の立体屈曲部は小さい曲率の立体屈曲部としてもよい。
【００１３】
前記本体部を同一平面上で周方向で湾曲させると共に両側の円弧部を三次元に屈曲させて立ち上げた鞍型コイルとしてもよい。
前記鞍型コイルを一対設け、シンクロトロン型の加速器の加速空洞を形成する円筒状のダクトの外周面に組み合わせて配置する場合に好適に用いられる。
即ち、前記超電導コイルの本体部分を円筒管の外面に軸線方向に沿って配置し、軸線方向の両側に前記立体屈曲部を配置し、対向する一対の超電導コイルの立体屈曲部で環状部を形成し、ダクトを貫通可能に取り付けている。
【００１４】
また、前記本体部を直線状とした両側の円弧部を三次元に屈曲させて立ち上げた変形レーストラック型コイルとしてもよい。
【００１５】
本発明のテープ状の超電導線としては、ビスマス系等の高温超電導線が好適に用いられ、所要の冷媒容器内に収容されて用いられる。
【００１６】
また、本発明の超電導コイルは、シングルパンケーキコイルまたはダブルパンケーキコイルからなる。
【発明の効果】
【００１７】
前述したように、本発明のテープ状の超電導線を巻回した超電導コイルにおいて、テープのエッジ面がコイル軸線に対して垂線となる本体部の周方向の一部に、エッジ面が前記垂線方向から傾斜して屈曲する立体屈曲部を設ける部分では、超電導線を径方向に寝かせて捻りながら所要長さ範囲で本体部から傾斜させることにより三次元形状の立体屈曲部を設けているため、超電導線に劣化や損傷を発生させることなく、簡単に立体屈曲部を有する異形の超電導コイルとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図５に、本発明の超電導コイルの第１実施形態を示す。
該超電導コイル１０は、図１に示すように、テープ状の超電導線１１を巻枠２５の外周面に沿って巻回して積層した鞍型コイルとしている。
【００１９】
即ち、対向する直尺部を本体部１２（１２−１、１２−２）とし、該本体部１２の左右に連続する短尺部を同一方向に立ち上げた立体屈曲部１３（１３−１、１３−２）としている。また、コイル軸線方向Ｌを垂直方向とすると、本体部１２は直交方向する水平方向で長さ方向において大きな曲率で湾曲させている。
【００２０】
超電導コイル１０を形成するテープ状の超電導線１１は、ビスマス系の高温超電導線からなり、長さ方向に連続する広幅面１１ｙの幅方向（Ｗ方向）に両端に幅狭にされたエッジ面１１ｘを有している。該超電導コイル１０はシングルパンケーキ型コイルとしている。
なお、ダブルパンケーキ型コイルとしてもよい。
【００２１】
前記本体部１２は、エッジ面１１ｘをコイル軸線方向Ｌに対して垂線方向して巻回している。該本体部１２の左右両端を連結する一対の立体屈曲部１３は、本体部１２と連続すると共に傾斜しながら立ち上がる前後一対の捻り区間１３ａ、１３ｂと、該前後一対の捻り区間１３ａと１３ｂの間に連続させる連結部１３ｃからなる。
【００２２】
前記左右の立体屈曲部１３の捻り区間１３ａ、１３ｂでは、図２（Ａ）に示すように、超電導線１１の広幅面１１ｙをコイル軸線方向Ｌと平行な状態より、図２（Ｂ）に示すように外周側に寝かせていき、コイル軸線方向Ｌと角度θを持たせて捻りながら、本体部１２より上向きに傾斜させて立体的に立ち上げている。該捻り区間１３ａ、１３ｂの上端側では、外周側に寝かせた状態から図２（Ｃ）に示すように内周側へと次第に起き上がらせている。捻り区間１３ａと１３ｂとの上端を連結する連結部１３ｃでは図２（Ｄ）に示すように、広幅面１１ｙをコイル軸線方向Ｌと平行な図２（Ａ）と同一の垂直状態に戻して大きな曲率で周方向に延在させている。
【００２３】
詳細には、本体部１２−１から捻り区間１３ａで外周側へ寝かせるように捻りながら上向きに傾斜させ、上端に近付くにつれて外周側から内周側へと起き上がらせて連結部１３ｃへと移行し、連結部１３ｃでエッジ面１１ｘを軸線方向Ｌと平行とし、捻り区間１３ｂの上端に達すると、外周側に寝かせながら下向きに傾斜させ、下端側に近付くにつれて外周側から内周側へと起き上がらせて本体部１２−２へと連続させている。
超電導線１１を巻枠２５に沿って巻回して外周側に積層していく際に、捻り区間１３ａ、１３ｂでは図２（Ｂ）（Ｃ）はコイル中心軸線Ｌに対して屈曲角度θの屈曲中心軸Ｚに対して平行に傾斜されて積層されていく。よって、図３にも示すように、捻り区間１３ａ、１３ｂのエッジ面Ｓ２は、コイル軸線方向Ｌと垂線となる本体部１２（１２−１、１２−２）のエッジ面Ｓ１および連結部１３ｃのエッジ面Ｓ３より広がることとなる。
【００２４】
このように、前記本体部１２と捻り部１３ａ、１３ｂの一端側との間で角度変換を行い、捻り部１３ａ、１３ｂの他端と連続部１３ｃとの間で角度変換を行っている。
即ち、本体部１２ではエッジ面１１ｘを積層した端面Ｓ１はコイル軸線方向Ｌと垂線（９０度）となる水平方向であり、捻り部１３ａ、１３ｂではエッジ面１１ｘ（Ｓ２）はコイル軸線方向Ｌに対して傾斜し、連結部１３ｃではエッジ１１面ｘ（Ｓ３）は再びコイル軸線方向Ｌに対して略垂線方向となる。
【００２５】
前記立体屈曲部１３の両側の捻り部１３ａ、１３ｂの長さは、本実施形態では約９０ｍｍとし、該捻り部１３ａ、１３ｂは本体部１２から傾斜させて立ち上げる角度θは４５度としている。該設定として超電導線１１を捻ることで、超電導線１１に劣化および損傷が発生しないようにしている。
【００２６】
前記鞍型とした超電導コイル１０は、図４（Ａ）（Ｂ）に示す製造装置で製造している。
該製造装置は、巻付作業台３０上に、立体屈曲部形成用の賦形台３１、３２を両側に定置している。これら賦形台３１、３２は上面に傾斜部３１ａ、３２ａを備えた台座形状としている。
また、超電導線１１を巻き付ける巻枠２５を予め樹脂成形で設け、該巻枠２５は図１に示す完成状態の鞍型の形状に形成している。即ち、巻枠２５には対向した長尺部２５ａ、２５ｂと、これら長尺部の左右両側を連続する立体形成部２５ｃ、２５ｄを備えた形状としている。立体形成部２５ｃは前記超電導コイル１０の右側の立体屈曲部１３−１の内周と対応させ、立体形成部２５ｄは左側の立体屈曲部１３−２の内周と対応させている。かつ、長尺部２５ａ、２５ｂは水平方向で湾曲させている。
【００２７】
前記巻枠２５を巻付作業台３０上に定置し、その立体形成部２５ｃ、２５ｄを賦形台３１、３２の傾斜した上面３１ａ、３２ａに配置し、安定した状態で定置している。
超電導線１１は前記巻枠２５の外周面に広幅面１１ｙを当接させて巻き付けていき、賦形台３１、３２上に定置した巻枠２５の立体形成部２５ｃ、２５ｄでは、巻枠２５の外周面に沿わせて巻き付けていくと、前記したように、広幅面１１ｙが外周側に寝かされるように捻られる。この捻れた状態で、賦形台３１、３２の表面が傾斜しているため、捻れた状態で長さ方向で傾斜していき、前記捻り区間１３ｂ、１３ｃが形成される。
【００２８】
前述したように、本体部１２−１に連続する捻り区間１３ａでは外周側に寝かせて捻りながら長さ方向で上方に傾斜させた後に、上端側では内周側へと起き上がらせて連結部１３ｃへと連続させる。該連結部１３ｃから次第に外周側へと寝かせながら捻り区間１３ｂを形成し、ついで、外周側から内周側へと起き上がらせて本体部１２−２へと連続させて、立体屈曲部１３−１を形成している。他方の立体屈曲部１３−２も同様として形成している。かつ、本体部１２−１、１２−２は巻枠２５の長尺部２５ａ、２５ｂに沿わせて巻き付けるため、水平方向で大きく湾曲している。
【００２９】
巻枠２５に超電導線１１を巻き付けた後、巻き付けた部分に接着樹脂を塗布し、硬化させる。
なお、超電導線１１の外面に予め接着樹脂を塗布しておき、巻枠２５に沿って巻き付ける工程で巻枠２５と接着し、該巻枠２５に巻き付けた超電導線１１の外周面に積層して巻き付けていく工程で超電導線１１同士を接着樹脂で接着し、最後に加熱硬化してもよい。
【００３０】
前記のように、巻枠２５に設けた立体形成部２５ｃ、２５ｄに巻き付けていくだけで立体屈曲部１３−１、１３−２を簡単に形成することができる。この立体屈曲部１３−１、１３−２では超電導線１１を捻っているだけであるため、超電導線１１に劣化や損傷等を発生させることがない。
【００３１】
本実施形態の鞍型とした超電導コイル１０は、例えば、図５に示す如き医療用等のシンクロトン型加速器３０において、加速器の荷電粒子が通る円環状のダクト３１の外周面に超電導コイル１０Ａと１０Ｂとを組み合わせて外嵌して取り付け、荷電粒子に円形軌道を描かせるための磁場を形成するものとして好適に用いられる。
【００３２】
詳細には、図５（Ａ）は円環状のダクト３１の一部を示し、該ダクト３１の外周の上半周部に超電導コイル１０Ａ、下半周部に超電導コイル１０Ｂを配置し、超電導コイル１０Ａ、１０Ｂでダクト３１を囲むようにしている。
図５（Ｂ）に示すように、超電導コイル１０Ａと１０Ｂの一方の本体部１２−１はダクト３１の軸線方向に沿わせると共に互いに接合配置する一方、他方の本体部１２−２も同様に１８０度対向した位置で互いに接合配置する。
超電導コイル１０Ａと１０Ｂの長さ方向両端の立体屈曲部１３−１、１３−２も同様として、図５（Ｃ）に示すように上下方向に立体屈曲部１３−１同士、１３−２同士を組み合わせて配置している。
このように、超電導コイル１０Ａ、１０Ｂの長さ方向の両端に立体屈曲部１３を設け、該立体屈曲部１３を上下に組み合わせることで、超電導コイル１０Ａと１０Ｂの間にダクト３１を貫通させることができる。
よって、図５（Ｄ）に示すように、円環状としたダクト３１の外周面に周方向に、前記鞍型とした複数対の超電導コイル１０Ａと１０Ｂを連続的に配置していくことができる。
【００３３】
図６に、第２実施形態を示す。
第２実施形態の超電導コイル１０−１は、第１実施形態の超電導コイル１０と同様な鞍型コイルとしているが、立体屈曲部１３の全体を捻って形成し、捻り区間１３ａと１３ｂの頂点を連続させ、該頂点１３ｃでは超電導線１１のエッジ端面Ｓ２−３をコイル軸線方向Ｌと平行としている。他の構成は第１実施形態と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。
【００３４】
図７に、第３実施形態を示す。
第３実施形態の超電導コイル１０−２は変形レーストラック型コイルとしている。該超電導コイル１０−２は長尺な本体部１２（１２−１、１２−２）を直線状としている点が、第１実施形態と相違する。他の構成は同一であるため、同一符号を付して説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の超電導コイルは、特に、鞍型コイルとする必要がある加速器に好適に用いられるが、その他、自動車等の駆動用モータ、発電機、変圧器、超電導電力貯蔵装置（ＳＭＥＳ）等の超電導機器にも好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態の超電導コイルを示し、（Ａ）は全体斜視図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は平面図である。
【図２】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は立体屈曲部の形成方法を示す説明図である。
【図３】立体屈曲部の平面図である。
【図４】第１実施形態の超電導コイルの製造装置の一部を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。
【図５】第１実施形態の超電導コイルの使用例を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）はＡ−Ａ線断面図、（Ｃ）はＢ−Ｂ線断面図、（Ｄ）は全体概略図である。
【図６】第２実施形態を示す一部斜視図である。
【図７】第３実施形態の概略平面図である。
【図８】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は従来例を示す図面である。
【図９】（Ａ）（Ｂ）は他の従来例を示す図面である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  超電導コイル
１１  超電導線
１２（１２−１、１２−２）  本体部
１３（１３−１、１３−２）  立体屈曲部
１３ａ、１３ｂ  捻り区間
１３ｃ  連結部
２５  巻枠
３０  巻付作業台
３１、３２  賦形台
【図１】
2010118457.tif 000003
【図２】
2010118457.tif 000004
【図３】
2010118457.tif 000005
【図４】
2010118457.tif 000006
【図５】
2010118457.tif 000007
【図６】
2010118457.tif 000008
【図７】
2010118457.tif 000009
【図８】
2010118457.tif 000010
【図９】
2010118457.tif 000011