(57)【要約】【課題】レーストラック形状のパンケーキ型の超電導コイルを積層し、積層した超電導コイルの端末同士を半田で接続する場合に、該半田付け部分の超電導線材に発生する強度低下および歪みの発生を低減する。【解決手段】テープ状の超電導線材を対向する直線部を両側の円弧部で連続させたレーストラック形状または４辺の直線部を４隅の円弧部で連続させた四角枠形状に巻回したパンケーキ型の超電導コイルを、軸線方向に積層した超電導コイル装置からなり、隣接して積層配置する第一超電導コイルと第二超電導コイルとは、第一超電導コイルの前記直線部で超電導線材を渡り方向に傾斜させながら引き出すと共に、該引き出した超電導線材の端末部を前記第二超電導コイルの前記円弧部の超電導線材の端末部とラップさせて半田を介して接続している。【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材を対向する直線部を両側の円弧部で連続させたレーストラック形状または４辺の直線部を４隅の円弧部で連続させた四角枠形状に巻回したパンケーキ型の超電導コイルを、軸線方向に積層した超電導コイル装置からなり、
隣接して積層配置する第一超電導コイルと第二超電導コイルとは、第一超電導コイルの前記直線部で超電導線材を渡り方向に傾斜させながら引き出すと共に、該引き出した超電導線材の端末部を前記第二超電導コイルの前記円弧部の超電導線材の端末部とラップさせて半田を介して接続していることを特徴とする超電導コイル装置。
【請求項２】
前記超電導コイルはレーストラック形状とし、前記第二超電導コイルの円弧部の全長で、第一、第二超電導コイルの超電導線材の端末同士を半田を介して接続している請求項１に記載の超電導コイル装置。
【請求項３】
前記超電導コイルは、上下一対の第１コイル部と第２コイル部とを内周端で超電導線材を渡らせたダブルパンケーキ型のコイルとし、
前記コイルの第１コイル部および第２コイル部の最外周の超電導線材の端末部を引き出して、積層するダブルパンケーキコイルの層間で接続している請求項１または請求項２に記載の超電導コイル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超電導コイル装置に関し、詳しくは、レーストラック形状としたパンケーキ型の超電導コイルを積層して用いる場合に、積層する超電導コイルの接続部に強度を持たせると共に歪みを発生させないように接続するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導コイルを形成する超電導線材としては、高温酸化物系超電導線材や金属系超電導線材があり、線材形状としては、丸線形状とテープ状（帯状）の２種類がある。
前記テープ状の超電導線材のコイルの巻線方法は、ソレノイド巻（レイヤー巻とも称す）と、パンケーキ巻とに大別される。
前記ソレノイド巻の場合は、超電導線材をコイル軸線方向に巻線していき、１層目の巻線が終了すると折り返して２層目を巻線し、この往復の巻線を繰り返してコイル化している。
前記パンケーキ巻の場合は、コイルの径方向に巻線していくため、最外周で所定の巻数が終了する。よって、超電導マグネット等を構成する場合は複数のパンケーキ型コイルを軸線方向に積層していき、パンケーキ型コイル間で超電導線材を接続する必要がある。
【０００３】
前記パンケーキ型のコイルとして、本出願人は、特開平６−２７５４２９号公報においてレーストラック型の超電導コイルを提供している。
図５（Ａ）に示すように、レーストラック形状のコイル１００は対向する直線部１００ａと１００ｂとを両側の円弧部１００ｃと１００ｄで連続させた形状からなる。
【０００４】
該レーストラック形状としたダブルパンケーキ型のコイルを図５（Ｂ）に示すように軸線方向に積層して用いる場合、前記のように、積層したコイル１００−１、１００−２、〜１００−Ｎを順次接続していく必要がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２７５４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記レーストラック形状としたパンケーキ型コイルを積層し、層間で超電導線材を接続する際、円弧部分１００ｃまたは１００ｄで渡らせて接続すると、超電導線材にコイル軸線方向の歪みと、円弧部分に曲げ歪みとがかかる問題がある。
一方、直線部分１００ａまたは１００ｂで渡らせて接続しても、コイル軸線方向の歪みが発生する問題がある。
【０００７】
また、前記超電導線材同士の接続は、超電導線材の先端側部をラップさせ、該ラップ部分を半田を用いて固着しているが、該半田付け部分を挟む前後部分で超電導線材に座屈が発生しやすく、強度的に弱くなりやすい。直線部分１００ａまたは１００ｂで接続すると、直線部には電磁力（フープ力）は超電導線材を折り曲げる方向に働くため、座屈が発生しやすく、強度的に弱くなる接続部を直線部分に設けることは望ましくない。
【０００８】
本発明は前記問題に鑑みてなされたもので、レーストラック形状としたパンケーキ型コイルを積層して用いる場合に、層間での超電導線材の接続を改良し、コイルに歪みや強度低下部を発生させない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】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明は、テープ状の超電導線材を対向する直線部を両側の円弧部で連続させたレーストラック形状または４辺の直線部を４隅の円弧部で連続させた四角枠形状に巻回したパンケーキ型の超電導コイルを、軸線方向に積層した超電導コイル装置からなり、
隣接して積層配置する第一超電導コイルと第二超電導コイルとは、第一超電導コイルの前記直線部で超電導線材を渡り方向に傾斜させながら引き出すと共に、該引き出した超電導線材の端末部を前記第二超電導コイルの前記円弧部の超電導線材の端末部とラップさせて半田を介して接続していることを特徴とする超電導コイル装置を提供している。
【００１０】
前記のように、本発明の超電導コイル装置においては、レーストラック形状または四角枠形状のパンケーキ型コイルの層間接続は、一方の第一超電導コイルの端末部分では、長尺な直線部から超電導線材の端末を引き出して渡らせ、他方の第二超電導コイルの円弧部の外周に達するまで長手方向に引っ張り、該第二超電導コイルの円弧部でラップさせ、該ラップ部分を半田で接続している。
このように、直線部分で半田付けで接続せず、直線部分から超電導線材を引き出して、円弧部分へと引っ張っていることで、電磁力（フープ力）を超電導線材の長手方向の引っ張り力として強度を持たせている。
また、超電導線材同士は円弧部分で半田付けしているが、直線部分から引き出して引っ張っているため、円弧部分で半田付けしても、円弧部分の超電導線材にコイル軸線方向の歪みや円弧部分に曲げ歪みの発生を抑制することができる。
【００１１】
前記超電導コイルはレーストラック形状とした場合、前記第二超電導コイルの円弧部の全長で、第一、第二超電導コイルの超電導線材の端末同士を半田を介して接続している。レーストラック形状とすると、円弧部の長さが四角枠形状としたコイルの４隅の円弧部よりも円弧部の長さが比較的大きくなるため、半田付けする超電導線材の長さが大となり、半田接続部分での抵抗を小さくすることができる。
【００１２】
また、前記超電導コイルは、上下一対の第１コイル部と第２コイル部とを内周端で超電導線材を渡らせたダブルパンケーキ型のコイルとし、
前記コイルの第１コイル部および第２コイル部の最外周の超電導線材の端末部を引き出して、前記のように、積層するダブルパンケーキコイルの層間で接続していることが好ましい。
【００１３】
なお、シングルパンケーキ型の超電導コイルを積層する場合、巻回する超電導線材の長さ方向の両端の最内周の端末と最外周の端末とを層間で順次接続する必要がある。この場合、最内周側も、最外周側とどうように、一方の超電導コイルの内周端の端末部を直線部から引き出して、他方の超電導コイルの最内周の円弧部でラップして半田接続している。
【００１４】
前記超電導線材としては、高温酸化物系超電導線材を用いることが好ましい。
該高温酸化物系超電導線材で超電導コイルを形成すると、冷却機構として、冷凍機冷却直冷方式を用いて超電導コイルを冷却することができ、冷却機構を簡単とすることができる。
【００１５】
前記半田付け部分では、前記超電導線材の絶縁被覆層を剥離して導電層を露出させ、該導電層の一面同士を半田付けし、該半田の厚さは１μｍ〜１０μｍとすると共に、半田付け部分の長さは３０〜３００ｍｍとすることが好ましい。
前記半田の厚さは従来の超電導線材同士を半田付けする厚さよりも薄い厚さである一方、半田付け部分の長さは従来よりも長くしており、半田接続部での接触面積を大として、接触抵抗を低減し、その結果は半田接続部での発熱を抑制できる。
また、前記絶縁被覆層を剥離した他面側は絶縁テープで被覆して、最外周（または最内周）に隣接する巻回部分の超電導線材と絶縁している。
【発明の効果】
【００１６】
前記のように、本発明のレーストラック形状または４隅に円弧部を有する４角枠形状とした超電導コイルを積層し、積層したコイル間で超電導線材を接続する場合、接続する端末部の超電導線材を直線部から渡り用として引き出し、円弧部でラップさせて半田付けで接続している。これにより、電磁力（フープ力）を超電導線材の長手方向の引っ張り力として強度を持たることができ、かつ、円弧部分の曲げ歪みの発生を抑制した状態で接続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１（Ａ）〜（Ｃ）及び図２に第一実施形態を示す。
図１に示すように、超電導コイル装置１は、複数個のレーストラック形状としたダブルパンケーキ型の第一超電導コイル２、第二超電導コイル３、第三超電導コイル４（以下、コイル２、３、４と略す。）を軸線方向に積層したスタックタイプとしている。なお、図示を簡略化するために３つのダブルパンケーキ型のコイルを積層しているが、３以上の多数個のコイルを積層する場合も多い。
【００１８】
前記コイル２、３、４は同一形状で、テープ状の高温酸化物系の超電導線材５を巻き付けて形成している。
超電導線材５は広幅面５ａをコイル２、３、４の軸線方向Ｙと平行とし、エッジ面５ｂを軸線方向Ｙと直交方向として所要回転数（ターン数）を巻回している。
ダブルパンケーキ型のコイル２は下部側の第１コイル部２１と上部側の第２コイル部２２とは内周側で超電導線材５を架け渡して連続させている。コイル３も第１コイル部３１と第２コイル部３２とを内周側で超電導線材５を架け渡して連続させている。コイル４も第１コイル部４１と第２コイル部４２とを内周側で超電導線材５を架け渡して連続させている。
【００１９】
前記ダブルパンケーキ型のコイル２、３、４は図１（Ａ）に示すように、対向する直線部２５、３５、４５の長さ方向の両側を円弧部２６、３６、４６で連続させたレーストラック形状としている。本実施形態のコイル２、３、４では、直線部２５、３５、４５の長さは５０ｃｍとし、円弧部２６、３６、４６は半径５ｃｍとしている。
【００２０】
前記ダブルパンケーキ型のコイル２と３、３と４の超電導線材５を順次同一の形態で接続しており、以下に、コイル２と３との接続について詳述する。
【００２１】
前記下層のコイル２の上部の第２コイル部２２の最外周の超電導線材の端末２２ａを、中層のコイル３の下部の第１コイル部３１の最外周の超電導線材の端末３１ａと一方の円弧部３６で重ねて半田Ｈを用いて接続している。
【００２２】
前記下層のコイル２では、前記端末２２ａに連続する超電導線材５の最外周の一方の直線部２５を、図１（Ｂ）に示すように渡り領域Ｘとし、該渡り領域Ｘの渡り部分２５ａを上向きに僅かに傾斜させながら中層のコイル３の一方の円弧部３６に向けて長手方向に引っ張り、該中層のコイル３の円弧部３６の外周面に重ねてラップさせ、該ラップ部分を半田Ｈで固着している。
【００２３】
中層のコイル３と上層のコイル４とも同様に接続しており、中層のコイル３の第２コイル部３２の最外周の超電導線材５を直線部３５で引き出し、上層のコイル４の円弧部４６まで引っ張って重ね、超電導線材の端末部３２ａと４１ａとを半田Ｈで固着している。
【００２４】
前記半田Ｈで固着する部分では、図２に拡大して示すように、超電導線材５の絶縁被覆層３０ａを剥離して導体３０ｂを露出させ、重ね合わせる導体３０ｂの間に半田Ｈを介在させて固着している。
半田Ｈで固着しない他側面には絶縁テープ３１を固着して、隣接する内周側の超電導線材５との間に絶縁テープ３１を介在させている。
【００２５】
前記導体３０ｂの間に介在させる半田Ｈの厚さｔは１〜１０μｍとしている。また、円弧部２６、３６、４６の全長に渡って半田Ｈで固着しているため、本実施形態では半田Ｈで固着される周方向長さＬは約１５ｃｍとなる。また、半田Ｈは超電導線材５の広幅面５ａの幅Ｗ（４．３ｍｍ）の全幅方向で固着しているため、半田接続面積Ｓは６．４５ｃｍ2となる。
【００２６】
半田Ｈで接続する部分に発生する抵抗Ｒは、Ｒ＝ρ×（ｔ／Ｓ）（ρ：半田の抵抗率）となり、面積Ｓを大きくし、厚さｔを薄くすると、抵抗Ｒを小さくできる。本実施形態では、厚さｔは１〜１０μｍとし、面積Ｓは６．４５ｃｍ2としているため、抵抗Ｒを０に近似できる程度に小さくでき、その結果、半田Ｈでの接続箇所での発熱を略無くすことができる。
【００２７】
前記のようにレーストラック形状のダブルパンケーキ型のコイルを積層し、上下層のコイル２と３、３と４とは、下層側のコイルの直線部から渡らせ、上層のコイルの円弧部へと長手方向に引っ張って円弧部に重ねて半田付けしている。これにより直線部２５、３５、４５には電磁力（フープ力）を長手方向に引っ張り力として強度を持たせることができる。
また、半田Ｈで接続する円弧部２６、３６、４６では、超電導線材５を直線部２５、３５、４５から若干傾斜させながら引き出し、円弧部の全長に渡って半田Ｈで接続しているため、円弧部２６、３６、４６にコイル軸線方向Ｙの歪み及び曲げ歪みの発生を低減できる。
【００２８】
図３に第二実施形態を示す。
第二実施形態では４辺の直線部５１を４隅の円弧部５２とで連続して四角枠形状のダブルパンケーキ型の超電導コイル５０とした点で、第一実施形態と相違している。
該超電導コイル５０においても、下層の第一超電導コイル５０の最外周の１辺の直線部５１ａを渡り領域とし超電導線材５を引き出し、上層の第二超電導コイル５０の１つの円弧部５２ａに重ねて半田Ｈで接続している。
このように、直線部５１と円弧部５２で連続した四角枠形状の超電導コイルを積層して、超電導線材５を半田接続する場合においても、第一実施形態と同様の作用効果を有する。
【００２９】
図４に第三実施形態を示す。
第三実施形態では、第一実施形態と同様にレーストラック形状としたパンケーキ型コイルを、ダブルパンケーキ型とせずに、シングルパンケーキ型のコイル６０としている点で第一実施形態と相違している。
３個のシングルパンケーキ型のコイル６０（６０−１〜６０−３）を上下に積層し、下層のコイル６０−１の最内周の超電導線材５と中層のコイル６０−２の最内周の超電導線材５の端末同士を半田Ｈで接続し、中層のコイル６０−２と上層のコイル６０−３の最外周の超電導線材５の端末同士を半田Ｈで接続している。
【００３０】
前記のように、シングルパンケーキ型のコイルであるため、下層のコイル６０−１と中層のコイル６０−２とは最内周の超電導線材の端末同士を接続している。このように、最内周の端末同士を接続する場合も、最内周の直線部から超電導線材を渡り部として引き出し、円弧部で重ね合わせて半田Ｈで接続している。
最内周の端末同士を半田Ｈで接続する場合においても、最外周の端末同士を接続する場合と同様に、直線部には電磁力（フープ力）を長手方向に引っ張り力として強度を持たせることができると共に、円弧部ではコイル軸線方向Ｙの歪み及び曲げ歪みの発生を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第一実施形態を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は左側面図である。
【図２】（Ａ）は第一実施形態の半田付け部分の拡大図、（Ｂ）は断面図である。
【図３】第二実施形態を示す概略平面図である。
【図４】第三実施形態を示し、（Ａ）が概略平面図、（Ｂ）は概略正面図である。
【図５】（Ａ）（Ｂ）は従来例を示す図面である。
【符号の説明】
【００３２】
１  超電導コイル装置
２、３、４  レーストラック形状のダブルパンケーキ型の超電導コイル
５  超電導線材
２５、３５、４５  直線部
２６、３６、４６  円弧部
Ｈ  半田
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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