(57)【要約】【課題】超電導線材を巻き回してなる超電導コイルを中心軸方向に複数積層した超電導コイル装置の超電導線材に作用する剥離応力を低減する超電導コイル装置を提供する。【解決手段】超電導コイル装置５０Ａは、巻枠１１に超電導テープ線１を巻き回してなる巻線部１２を備える超電導コイル１０Ａを前記超電導コイルの軸方向に複数積層して前記超電導コイルが多層化された超電導コイル装置であり、巻枠の少なくとも一部が接着材で接着されていることを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻枠に超電導テープ線を巻き回してなる巻線部を備える超電導コイルを前記超電導コイルの軸方向に複数積層して前記超電導コイルが多層化された超電導コイル装置であり、
前記複数積層される超電導コイルのうち、隣接する前記巻枠の少なくとも一部が接着材で接着されていることを特徴とする超電導コイル装置。
【請求項２】
前記複数積層される超電導コイルのうち、隣接する前記超電導コイルによって形成される前記超電導コイルの層間の少なくとも一部に、接着材との接着力を弱める離形部を設けたことを特徴とする請求項１記載の超電導コイル装置。
【請求項３】
前記離形部の前記超電導コイルの径方向の範囲は、少なくとも前記巻線部の内周面の位置から前記巻線部の外周面の位置までにおよぶことを特徴とする請求項１または２に記載の超電導コイル装置。
【請求項４】
前記超電導コイルは、シングルパンケーキコイル、およびダブルパンケーキコイルの少なくとも一方であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の超電導コイル装置。
【請求項５】
前記巻枠の前記超電導コイルの軸方向に対する両端に位置する面のうち少なくとも一方の面に、他の前記巻枠と一体的に連結する連結部をさらに設けたことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の超電導コイル装置。
【請求項６】
前記連結部は、互いに嵌め合い可能な凹部および凸部の少なくとも一方によって構成されることを特徴とする請求項５に記載の超電導コイル装置。
【請求項７】
前記凸部は、前記巻枠の前記超電導コイルの軸方向に対する両端に位置する面のうち少なくとも一方の面に、棒状体を一部突出させた状態で埋設して形成されることを特徴とする請求項６に記載の超電導コイル装置。
【請求項８】
前記連結部は、前記巻枠に設けられ、前記超電導コイルの軸方向と平行に貫通する貫通孔によって構成されることを特徴とする請求項５に記載の超電導コイル装置。
【請求項９】
前記複数積層される前記超電導コイルの層間、および前記超電導コイルの軸方向に対する両端に位置する二つの面から選択される少なくとも１箇所に熱を伝熱する第１の伝熱部をさらに設けたことを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の超電導コイル装置。
【請求項１０】
前記第１の伝熱部は、前記層間に設けられる場合、当該層間を形成する２個の前記超電導コイルと接しているとともに、前記超電導コイルの径方向の両端が、それぞれ、前記超電導コイルの内周面から外周面までの範囲に収まるように構成されることを特徴とする請求項９に記載の超電導コイル装置。
【請求項１１】
前記超電導コイルの内周面および外周面から選択される二つの面のうち少なくとも一方の面に熱を伝熱する第２の伝熱部をさらに設けたことを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の超電導コイル装置。
【請求項１２】
前記超電導コイルの軸方向に対する両端に位置する二つの面にフランジ部をさらに設けたことを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載の超電導コイル装置。
【請求項１３】
前記フランジ部は、前記巻枠の一部であることを特徴とする請求項１２記載の超電導コイル装置。
【請求項１４】
前記離形部は、前記接着材との接着力を弱める処理として、フッ素樹脂テープ、パラフィン、グリース、およびシリコンオイルから選択される少なくとも一種を離形材として接着および塗布の何れか一方を行うことによって形成されることを特徴とする請求項１から１３の何れか１項に記載の超電導コイル装置。
【請求項１５】
前記絶縁部は、ポリイミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ガラス繊維強化プラスチック、炭素繊維強化プラスチック、ポリテトラフルオロエチレン、および熱硬化性樹脂で含浸されたガラスクロスから選択される少なくとも一種の絶縁材によって形成されることを特徴とする請求項１から１４の何れか１項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するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導コイル装置に用いられる高温超電導線材としては、例えば、テープ状の金属基板、中間層、ＲＥ系（希土類元素系）酸化物超電導層および保護金属層を積層した多層構造の薄膜超電導線材がある。
【０００３】
超電導コイルは、一般に樹脂を含浸した状態で使用されることが多く、このような多層構造の薄膜超電導線材においては、冷却時に樹脂と線材との熱収縮差に起因する積層方向に対する引張応力（剥離応力）が作用する。その結果、超電導薄膜内で亀裂が生じたり、層間剥離が生じたりし、安定した超電導特性を得られない場合がある。剥離応力は、コイル内径と外径の比（内外径比）が大きくなるほど増大する傾向にある。
【０００４】
これまで超電導線材に作用する剥離応力を低減する対策として、巻線部の一部のターンに接着力の弱い箇所を設けることで巻線部を内外径比の小さい複数の部分に分断し、剥離応力を許容応力以下に低減する技術が提案されている。(例えば、特許文献１参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−００３４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
複数の超電導コイルを積層する際、積層する超電導コイル同士は、その間を樹脂などの絶縁層を介して接着する必要があり、超電導コイルの巻線部の上面および下面は隣接する他の超電導コイルによって物理的に拘束されてしまう。
【０００７】
そのため、特許文献１に記載される超電導コイルおよび超電導コイル装置のように、巻線部の一部のターンに接着力の弱い箇所を設けて巻線部を複数の部分に分断可能な構成としても、隣接する他の超電導コイルの拘束によって熱収縮が阻害され、超電導線材に作用する剥離応力を低減できないという課題があった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、超電導線材を巻き回してなる超電導コイルを中心軸方向に複数積層した超電導コイル装置の超電導線材に作用する剥離応力を低減する超電導コイル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態に係る超電導コイル装置は、上述した課題を解決するため、巻枠に超電導テープ線を巻き回してなる巻線部を備える超電導コイルを前記超電導コイルの軸方向に複数積層して前記超電導コイルが多層化された超電導コイル装置であり、前記複数積層される超電導コイルのうち、隣接する前記巻枠の少なくとも一部が接着材で接着されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、超電導線材を巻き回してなる超電導コイルを中心軸方向に複数積層した超電導コイル装置においても、超電導線材に作用する剥離応力を十分に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る超電導コイルを形成する際に使用される超電導線材（超電導テープ線）の構成図。
【図２】本発明の実施形態に係る超電導コイル装置に適用される超電導コイルの構成を示す構成図であり、（Ａ）が斜視図、（Ｂ）が縦断面図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る超電導コイル装置の縦断面図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る超電導コイル装置（第１変形例）の縦断面図。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る超電導コイル装置（第２変形例）の縦断面図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る超電導コイル装置の縦断面図。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る超電導コイル装置（第１変形例）の縦断面図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る超電導コイル装置（第２変形例）の縦断面図。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る超電導コイル装置（第３変形例）の縦断面図。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る超電導コイル装置の縦断面図。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る超電導コイル装置（第１変形例）の縦断面図。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る超電導コイル装置（第２変形例）の縦断面図。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る超電導コイル装置の縦断面図。
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る超電導コイル装置の縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係る超電導コイル装置について、添付の図面を参照して説明する。なお、以下の記載において、上、下、左、右等の方向を示す用語は、図示の状態、または通常の使用状態において使用される用語である。
【００１３】
＜超電導線材＞
本発明の実施形態に係る超電導コイル装置を説明するのに先立ち、まず、本発明の実施形態に係る超電導コイル装置に適用される超電導コイルを形成する際に巻き回す超電導線材について説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施形態に係る超電導コイルを形成する際に使用される超電導線材の一例である超電導テープ線（薄膜超電導線材）１の構成図である。
【００１５】
超電導テープ線１は、所定の幅をもつ多層の線材で構成されており、少なくとも、テープ基板２と、中間層３と、超電導層４とを有し、その両面が安定化層５で被覆されている。また、薄膜超電導線材１は、必要に応じて、テープ基板２と中間層３との間に配向層６を、超電導層４と安定化層５との間に保護層７を設けることができる。
【００１６】
テープ基板２は、例えば、ステンレス鋼、ハステロイ（登録商標）等のニッケル合金、銀合金等の材質で形成される。
【００１７】
中間層３は、拡散防止層であり、例えば、酸化セリウム、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化イッテルビウム、バリウムジルコニアなどの材質からなり、テープ基板２の上に形成される。
【００１８】
超電導層４は、例えば、ＲＥ１２３系の組成（ＲＥ１Ｂ２Ｃ３Ｏ７等）を有する超電導体薄膜からなる。なお、「ＲＥ1Ｂ2Ｃ3Ｏ7」の「ＲＥ」は希土類元素（例えば、ネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ホルミニウム（Ｈｏ）、サマリウム（Ｓｍ）等）及びイットリウム元素の少なくともいずれかを、「Ｂ」はバリウム（Ｂａ）を、「Ｃ」は銅（Ｃｕ）を、「Ｏ」は酸素（Ｏ）を意味している。
【００１９】
安定化層５は、超電導層４に過剰に電気が流れた場合に超電導層４が燃焼するのを防止する目的で設けられ、導電性の銀や銅等から形成される。
【００２０】
配向層６は、テープ基板２上に中間層３を配向させて形成する目的で設けられ、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等から形成される。なお、配向した基板を用いる場合には省略することができる。
【００２１】
保護層７は、超電導層４が空気中の水分に触れて劣化するのを防止する等の目的で設けられ、銀等から形成される。なお、保護層７も超電導層４に過剰に電気が流れた場合に超電導層４が燃焼するのを防止する役割も果たす。
【００２２】
このような多層からなる超電導テープ線１のテープ幅ｗは、例えば４ｍｍ〜１２ｍｍ、厚さｔは０．１〜０．２ｍｍとされる。また、超電導テープ線１は、長手方向の機械強度に優れている一方、薄膜の積層方向、すなわちテープ面垂直方向の引張応力（剥離応力）には脆弱である。
【００２３】
＜超電導コイル＞
続いて、上述した超電導線材１を巻回して形成され、本発明の実施形態に係る超電導コイル装置（超電導コイル装置５０）に適用される超電導コイル１０について説明する。
【００２４】
図２は、本発明の実施形態に係る超電導コイル装置の一例である超電導コイル装置５０に適用される超電導コイル１０の構成を示す構成図であり、より詳細には、図２（Ａ）が超電導コイル１０の斜視図、図２（Ｂ）が超電導コイル１０の縦断面図である。なお、図２（Ｂ）では、超電導コイル１０が中心軸ＣＡに対して軸対称であることから、中心軸ＣＡに対して片側（右半分）のみを図示し、もう片側（左半分）については図を省略している。
【００２５】
超電導コイル１０は、絶縁テープ線（絶縁線材）８と重ね合わせた状態で、繊維強化プラスチック（Fiber Reinforced Plastics：ＦＲＰ）や補強型ポリテトラフルオロエチレン（補強型ＰＴＦＥ）等の絶縁材で構成される巻枠１１の周囲に渦巻状に巻回される巻線部１２と、巻線部１２の上面（中心軸ＣＡの正方向の面）および下面（中心軸ＣＡの負方向の面）に配設される絶縁部１３とを備えて構成される。絶縁部１３は、複数の超電導コイル１０を積層する際、超電導コイル１０の巻線部１２を隣接する他の超電導コイル１０の巻線部１２から絶縁保護する役割を果たす。
【００２６】
絶縁部１３は、例えば、ポリイミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリビニルホルマール、およびポリビニルブチラールといった絶縁フィルム、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、およびメラミン樹脂といった熱硬化性樹脂、ガラス繊維強化プラスチック（Glass Fiber Reinforced Plastics：ＧＦＲＰ）、および炭素繊維強化プラスチック（Carbon Fiber Reinforced Plastics：ＣＦＲＰ）のような繊維強化プラスチック、並びにエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で含浸されたガラスクロス等の絶縁体の少なくとも何れかを配設することによって形成される。
【００２７】
すなわち、絶縁部１３は、上述した何れかの絶縁体に限らず、上述した何れかの絶縁体を複数積層することによって形成されていてもよい。例えば、熱硬化性樹脂で含浸されたガラスクロスを巻線部１２の上面および下面に対して直に固着し、さらに、固着したガラスクロスの上に絶縁フィルムを熱硬化性樹脂で接着するなどして、ガラスクロスと絶縁フィルムとの２層に積層された絶縁材の積層部を絶縁部１３とすることもできる。
【００２８】
超電導コイル１０は、巻回後、例えばエポキシ系の熱硬化性樹脂を接着材として一体的に含浸される。この接着材は使用環境に応じてエポキシ系の熱硬化性樹脂のほかパラフィン、ワックス、高分子系の接着剤等も使用することができる。当該処理は、超電導コイル１０のコイル形状や強度を保持すると共に、超電導テープ線１のターン間における絶縁保護を行い、超電導コイル１０の超電導状態が壊れる状態である「クエンチ」を防止するために有効とされている。
【００２９】
なお、超電導コイル１０は、上面側に位置する絶縁部１３のさらに上面および下面側に位置する絶縁部１３のさらに下面に後述する離形部１４（図３等）が設けられていてもよい。
【００３０】
本発明の実施形態に係る超電導コイル装置は、上述した超電導コイル１０を少なくとも２個を中心軸ＣＡの方向に積層し、超電導コイル１０が多層化されて構成される。
【００３１】
＜超電導コイル装置＞
続いて、本発明の各実施形態に係る超電導コイル装置について説明する。
【００３２】
［第１の実施形態］
図３，４，５は、本発明の第１の実施形態に係る超電導コイル装置の一例である超電導コイル装置５０Ａの縦断面図である。なお、超電導コイル装置５０Ａは、中心軸ＣＡに対して軸対称であることから、図３〜５では中心軸ＣＡに対して一方の側（右側半分）のみを示し、他方の側（左側半分）については図を省略している。
【００３３】
超電導コイル装置５０Ａは、上述した超電導コイル１０（図２）の一例であるシングルパンケーキコイル１０Ａを、中心軸ＣＡの方向に複数個（図３に示される例では４個）積層し、積層する各シングルパンケーキコイル１０Ａの間（層間）に離形部１４を設けて構成される。
【００３４】
離形部１４は、超電導コイル１０の形状保持等の観点から超電導コイル１０を含浸硬化させる際に用いられる含浸材（例えば、エポキシ系の樹脂等）との接着力を弱めるようにするために、フッ素樹脂テープ、パラフィン、グリース、およびシリコンオイルから選択される少なくとも一種を離形材として、接触対象物であるシングルパンケーキコイル１０Ａ（絶縁部１３）を被覆する樹脂の被覆面上に接着または塗布することによって形成される。
【００３５】
また、離形部１４は、隣接するシングルパンケーキコイル１０Ａの巻線部１２同士が物理的に拘束するのを防止する観点から、例えば、巻線部１２の中心軸ＣＡに垂直な断面として現れる略円環の径とほぼ同径となる円環（中心軸ＣＡに垂直な断面が円となる環）状の形状に形成される。
【００３６】
このように、積層する各シングルパンケーキコイル１０Ａの層間であって、各シングルパンケーキコイル１０Ａの巻線部１２の上面側および下面側にシングルパンケーキコイル１０Ａを含浸させて熱硬化させた樹脂との接着力を弱める離形部１４が設けられている超電導コイル装置５０Ａでは、隣接する他の超電導コイルによって巻線部１２の上面および下面が物理的に拘束される従来の超電導コイル装置とは異なり、巻線部１２の上面および下面が物理的に拘束される事象を回避できる。
【００３７】
従って、超電導コイル装置５０Ａでは、積層する各シングルパンケーキコイル１０Ａの超電導線材１に作用する剥離応力を十分に低減することができ、安定に通電可能な積層型の超電導コイル装置５０Ａを得ることができる。
【００３８】
なお、図３に示される超電導コイル装置５０Ａは、超電導コイル装置５０Ａに適用される超電導コイル１０の一例として、シングルパンケーキコイル１０Ａが４個積層される構成例を示しているが、超電導コイル装置５０Ａ等の本発明の実施形態に係る超電導コイル装置において、積層されるシングルパンケーキコイル１０Ａの個数は、図示される個数に限定されるものではなく、少なくとも２個であれば任意である。
【００３９】
また、超電導コイル装置５０Ａ等の本発明の実施形態に係る超電導コイル装置に適用される超電導コイル１０は、シングルパンケーキコイル１０Ａに限定されるものではない。例えば、積層される超電導コイル１０の少なくとも一部にダブルパンケーキコイル１０Ｂを適用したり（図４）、例えば、レーストラック型、鞍型、楕円型などの径方向の断面が円形状ではない（非円形状の）超電導コイルを適用したりしても、積層される全ての超電導コイル１０がシングルパンケーキコイル１０Ａである場合（図３）と同様に作用し、同様の効果を得ることができる。
【００４０】
さらに、上述した超電導コイル装置５０Ａは、離形部１４が巻線部１２の中心軸ＣＡに垂直な断面として現れる略円環の径とほぼ同径となる１個の円環状の立体（円環状体）で構成される一例であるが、本発明の実施形態に係る超電導コイル装置では、当該円環状体は複数に分割されたものでもよい。すなわち、離形部１４の形状を、部分円環（中心軸ＣＡに垂直な断面がおうぎ形となる環）状、同じ位置を中心とした多重円環（中心軸ＣＡに垂直な断面が多重円となる環）状、またはこれらの組み合わせでもよい。
【００４１】
さらにまた、図３，４に示される超電導コイル装置５０Ａでは、離形部１４の内径と巻線部１２の内径とがほぼ同じに構成されているが、本発明の実施形態に係る超電導コイル装置ではこれらに限定されない。例えば、図５に示されるように、離形部１４の内径の大きさを、巻枠１１の内径以上、かつ巻枠１１の外径以下とすることもできる。
【００４２】
但し、離形部１４をシングルパンケーキコイル１０Ａ（超電導コイル）と略同径に構成すると、積層する各シングルパンケーキコイル１０Ａの超電導線材１に作用する剥離応力を低減する効果を高めることができる一方で、超電導コイル装置５０Ａ全体の機械強度を低下させてしまう。この場合、隣接するシングルパンケーキコイル１０Ａの巻枠１１同士を固着させる固着具５２を取り付ける等して適宜機械強度を補強してもよい。
【００４３】
例えば、図５に示されるように、シングルパンケーキコイル１０Ａの内周面上であって、Ｕ字状（コの字状）の固着具５２の一端を隣接するシングルパンケーキコイル１０Ａの一方の巻枠１１に、固着具５２の他端を他方の巻枠１１に埋め込むことで、隣接するシングルパンケーキコイル１０Ａ同士を固着して超電導コイル装置５０Ａ全体の機械強度を補強することができる。
【００４４】
さらにまた、図３に示される超電導コイル装置５０Ａは、積層されるシングルパンケーキコイル１０Ａの各層間に離形部１４が設けられているが、超電導コイル装置５０Ａ等の本発明の実施形態に係る超電導コイル装置では、必ずしも全ての層間に離形部１４を設ける必要はなく、少なくとも１個の層間に離形部１４を設けていればよい。
【００４５】
［第２の実施形態］
図６〜９は、本発明の第２の実施形態に係る超電導コイル装置の一例である超電導コイル装置５０Ｂの縦断面図である。なお、超電導コイル装置５０Ｂは、上述した超電導コイル装置５０Ａと同様に中心軸ＣＡに対して軸対称であることから、図３等と同様に中心軸ＣＡに対して片側（左側半分）の図を省略している。
【００４６】
超電導コイル装置５０Ｂは、超電導コイル装置５０Ａに対して、中心軸方向に積層されるシングルパンケーキコイル（超電導コイル）１０Ａの巻枠１１の軸方向の両端面に隣接するシングルパンケーキコイル１０Ａの巻枠１１と連結する連結部５４が設けられている点で相違するが、その他の点では実質的に相違しない。そこで、超電導コイル装置５０Ａと実質的に相違しない構成要素については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４７】
超電導コイル装置５０Ｂは、例えば、４個のシングルパンケーキコイル１０Ａを積層して構成される。また、超電導コイル装置５０Ｂは、隣接するシングルパンケーキコイル１０Ａの巻枠１１同士が連結部５４を介して連結可能に構成される。
【００４８】
連結部５４は、例えば、図６に示されるように、巻枠１１の軸方向の両端面のうち一方の端面（図６では下面）に凹部５４ａを、他方の端面（図６では上面）に凸部５４ｂを設け、隣接するシングルパンケーキコイル１０Ａの巻枠１１の軸方向の端面に設けられる凹部５４ａまたは凸部５４ｂと嵌め合うことによって連結が可能に構成される。なお、凸部５４ｂは、必ずしも巻枠１１そのものによって構成される必要はなく、図７に例示されるように、ピン５５等の棒状体を巻枠１１の軸方向の端面の一方に部突出させた状態で埋め込む（埋設する）ことで形成されてもよい。
【００４９】
また、連結部５４は、他の例として、図８，９に示されるように、巻枠１１に軸方向と平行に貫通する貫通孔５４ｃを設け、この貫通孔５４ｃに他のシングルパンケーキコイル１０Ａの巻枠１１に設けられる凸部５４ｂやピン５６等の棒状体を嵌め込むことによって積層する複数のシングルパンケーキコイル１０Ａの連結が可能に構成されてもよい。
【００５０】
なお、連結部５４は、巻枠１１に少なくとも１箇所設けられていればよく、例えば、巻枠１１の周方向にわたって円環状に形成されてもよいし、周方向の特定の位相に配置されていてもよい。また、連結部５４を複数設ける場合、連結部５４を設ける周方向の位相、配置数、および配置間隔は、適宜設定してよい。
【００５１】
このように構成される超電導コイル装置５０Ｂでは、超電導コイル装置５０Ａと同様に、巻線部１２の上面および下面が物理的に拘束される事象を回避できるので、積層する各シングルパンケーキコイル１０Ａの超電導線材１に作用する剥離応力を十分に低減することができ、安定に通電可能な積層型の超電導コイル装置５０Ｂを得ることができる。
る。
【００５２】
また、超電導コイル装置５０Ｂでは、巻枠１１が絶縁部１３を介して全て一体化されるため、巻線部１２の上面および下面に対する物理的な拘束緩和の効果を犠牲にすることなく、超電導コイル装置５０Ａよりも超電導コイル装置５０Ｂ全体の機械強度をさらに向上することができる。従って、超電導コイル装置５０Ｂでは、超電導コイル装置５０Ａに対し、より安定的な通電が可能となる。
【００５３】
なお、超電導コイル装置５０Ｂは、図６〜９に示される例に限定されない。図６に示される超電導コイル装置５０Ｂは、一例として超電導コイル装置５０Ａに対して巻枠１１に連結部５４を追設して構成されているが、例えば、後述する超電導コイル装置５０Ｃ等の超電導コイル装置５０Ａ以外の本発明の実施形態に係る超電導コイル装置に対して巻枠１１に連結部５４を追設して構成することもできる。
【００５４】
［第３の実施形態］
図１０，１１は、本発明の第３の実施形態に係る超電導コイル装置の一例である超電導コイル装置５０Ｃの縦断面図である。なお、超電導コイル装置５０Ｃは、上述した超電導コイル装置５０Ａ等と同様に中心軸ＣＡに対して軸対称であることから、図３等と同様に中心軸ＣＡに対して片側（左側半分）の図を省略している。
【００５５】
超電導コイル装置５０Ｃは、例えば、超電導コイル装置５０Ａに対して、層間、および軸方向の両端面のうち、少なくとも１箇所に伝熱部５８をさらに設けている点で相違するが、その他の点では実質的に相違しない。そこで、超電導コイル装置５０Ａと実質的に相違しない構成要素については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００５６】
超電導コイル装置５０Ｃは、例えば、超電導コイル装置５０Ａに対して、層間、および中心軸ＣＡの軸方向の両端に位置する二つの面（上面および下面）のうち、少なくとも１箇所に伝熱部５８が追設される。伝熱部５８は、一般的にヒートシンク材として活用される高熱伝導体で構成される。高熱伝導体の一例としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）等の金属や絶縁体であるが比較的熱伝導率が高い窒化アルミニウム等である。
【００５７】
なお、図１０に示される超電導コイル装置５０Ｃでは、伝熱部５８の径方向の長さがシングルパンケーキコイル１０Ａの径方向の長さよりも長く構成されているが、必ずしもシングルパンケーキコイル１０Ａの径方向の長さよりも長くする必要はない。例えば、図１１に示される超電導コイル装置５０Ｃのように、伝熱部５８の径方向の長さがシングルパンケーキコイル１０Ａの径方向の長さよりも短く構成され、層間に位置する絶縁部１３の内部に埋め込まれている状態でも良い。
【００５８】
このように構成される超電導コイル装置５０Ｃでは、層間、および軸方向の両端面のうち、少なくとも１箇所に伝熱部５８が設けられるため、超電導コイル装置５０Ｃの熱的接続がより高まり、外部の冷却手段から供給される冷熱を伝熱部５８を介して超電導コイル装置５０Ｃ全体に効率的に伝熱させる。
【００５９】
超電導コイル装置５０Ｃによれば、超電導コイル装置５０Ａが奏する効果に加え、伝熱部５８を介して冷却手段から供給される冷熱を効率的に伝熱することができ、超電導コイル装置５０Ｃ全体をより速く冷却することができる。すなわち、超電導コイル装置５０Ｃでは、巻線部１２の上面および下面に対する物理的な拘束緩和の効果を維持しつつ、伝熱部５８を介して供給される冷熱を効率良く装置全体に伝えることができるため、より安定的な通電が可能となる。
【００６０】
なお、超電導コイル装置５０Ｃは、図１０，１１に示される例に限定されない。図１０，１１に示される超電導コイル装置５０Ｃは、一例として超電導コイル装置５０Ａに対して伝熱部５８を追設して構成されているが、例えば超電導コイル装置５０Ｂ等の超電導コイル装置５０Ａ以外の本発明の実施形態に係る超電導コイル装置に対して伝熱部５８を追設して構成することもできる。
【００６１】
図１２は、図１０，１１に示される超電導コイル装置５０Ｃとは異なる一例であって、超電導コイル装置５０Ｂに対して伝熱部５８，５９を追設して構成される超電導コイル装置５０Ｃの縦断面図である。
【００６２】
図１２に示される超電導コイル装置５０Ｃのように、超電導コイル装置５０Ｂに対して伝熱部５８を追設した構成を採る場合、超電導コイル装置５０Ｂの凸部５４ｂと伝熱部５８とを一体的に構成してもよい。すなわち、伝熱部５８に凸部５４ｂを設けた伝熱部５９を伝熱部５８の代わりに追設して超電導コイル装置５０Ｃを構成してもよい。
【００６３】
［第４の実施形態］
図１３は、本発明の第４の実施形態に係る超電導コイル装置の一例である超電導コイル装置５０Ｄの縦断面図である。なお、超電導コイル装置５０Ｄは、上述した超電導コイル装置５０Ａ等と同様に中心軸ＣＡに対して軸対称であることから、図３等と同様に中心軸ＣＡに対して片側（左側半分）の図を省略している。
【００６４】
超電導コイル装置５０Ｄは、例えば、図１１に示される超電導コイル装置５０Ｃに対して、シングルパンケーキコイル１０Ａ（超電導コイル）の内周面、および外周面の少なくとも一方に高熱伝導体を固着して構成される伝熱部６１（６１ａ，６１ｂ）を追設した点で相違するが、その他の点では実質的に相違しない。そこで、超電導コイル装置５０Ｃと実質的に相違しない構成要素については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００６５】
超電導コイル装置５０Ｄは、例えば、図１１に示される超電導コイル装置５０Ｃのように、第１の伝熱部としての伝熱部５８が積層されるシングルパンケーキコイル１０Ａ（超電導コイル）の層間に、第２の伝熱部としての伝熱部６１ａ，６１ｂがコイルの内周面および外周面に設けられる。伝熱部６１ａ，６１ｂは伝熱部５８と同様に、アルミニウム（Ａｌ）等の高熱伝導体で構成される。
【００６６】
伝熱部６１ａは、周方向において、シングルパンケーキコイル１０Ａの内周の全部または一部にわたって構成される。また、伝熱部６１ｂは、シングルパンケーキコイル１０Ａの外周の全部または一部にわたって構成される。なお、伝熱部６１ａ，６１ｂを周方向に対して複数設ける場合、伝熱部６１ａ，６１ｂを設ける周方向の位相、配置数、および配置間隔は、適宜設定してよい。
【００６７】
このように構成される超電導コイル装置５０Ｄでは、積層されるシングルパンケーキコイル１０Ａ（超電導コイル）各々の内周面および外周面の少なくとも一方（図１３に示される例では内周面および外周面の両方）に伝熱部６１（６１ａ，６１ｂ）を設けることによって、超電導コイル装置５０Ｄ全体が一体化される。
【００６８】
また、超電導コイル装置５０Ｄでは、伝熱部６１が設けられるため、超電導コイル装置５０Ｃと同様に、超電導コイル装置５０Ｄの熱的接続がより高まり、外部の冷却手段から供給される冷熱を伝熱部５８，６１を介して超電導コイル装置５０Ｃ全体に効率的に伝熱させる。
【００６９】
超電導コイル装置５０Ｄによれば、図１１に示される超電導コイル装置５０Ｃが奏する効果に加え、伝熱部５８，６１を介して冷却手段から供給される冷熱を効率的に伝熱することができ、超電導コイル装置５０Ｄ全体をより速く冷却することができる。すなわち、超電導コイル装置５０Ｄでは、巻線部１２の上面および下面に対する物理的な拘束緩和の効果を維持しつつ、伝熱部５８，６１を介して供給される冷熱を効率良く装置全体に伝えることができるため、より安定的な通電が可能となる。
【００７０】
また、超電導コイル装置５０Ｄによれば、伝熱部６１を設けることによって超電導コイル装置５０Ｄ全体が一体化されるため、超電導コイル装置５０Ｄ全体の機械強度をさらに向上させることができる。
【００７１】
なお、超電導コイル装置５０Ｄは、図１３に示される例に限定されない。図１３に示される超電導コイル装置５０Ｄは、一例として図１２に示される超電導コイル装置５０Ｃに対してシングルパンケーキコイル１０Ａ（超電導コイル）の内周面および外周面に伝熱部６１（６１ａ，６１ｂ）を追設して構成されているが、例えば、上述した超電導コイル装置５０Ａ等の図１２に示される超電導コイル装置５０Ｃ以外の本発明の実施形態に係る超電導コイル装置に対して伝熱部６１（６１ａ，６１ｂ）を追設して構成することもできる。
【００７２】
[第５の実施形態]
図１４は、本発明の第５の実施形態に係る超電導コイル装置の一例である超電導コイル装置５０Ｅの縦断面図である。なお、超電導コイル装置５０Ｅは、上述した超電導コイル装置５０Ａ等と同様に中心軸ＣＡに対して軸対称であることから、図３等と同様に中心軸ＣＡに対して片側（左側半分）の図を省略している。
【００７３】
超電導コイル装置５０Ｅは、例えば、超電導コイル装置５０Ａに対して、複数積層されるシングルパンケーキコイル１０Ａ（超電導コイル）の軸方向の両端面（上面および下面）にフランジ部６３を追設した点で相違するが、その他の点では実質的に相違しない。そこで、超電導コイル装置５０Ａと実質的に相違しない構成要素については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００７４】
超電導コイル装置５０Ｅは、例えば、超電導コイル装置５０Ａに対して、複数積層されるシングルパンケーキコイル１０Ａ（超電導コイル）の軸方向の両端面（上面および下面）にフランジ６３部を追設して構成される。
【００７５】
なお、フランジ部６３とシングルパンケーキコイル１０Ａ（より詳細には絶縁部１３）との間に離形部１４が配設されていてもよい。この離形部１４は、シングルパンケーキコイル１０Ａの軸方向の応力がフランジ部６３に作用した場合に巻線部１２の軸方向に対する両端面（上面および下面）が、フランジ部６３によって物理的に拘束される作用をより緩和する。
【００７６】
また、フランジ部６３は、複数積層されるシングルパンケーキコイル１０Ａの軸方向の両端に位置するシングルパンケーキコイル１０Ａの巻枠１１および絶縁部１３を介して部材を接着することによって、または巻枠１１と一体的に構成される部材によって形成される。
【００７７】
フランジ部６３を形成する部材は、目的に応じて適切に選択される。例えば、超電導コイル装置５０Ｅの絶縁性能をより高めたい場合には絶縁体が選択され、伝熱性能をより高めたい場合には前述した高熱伝導体が選択される。
【００７８】
このように構成される超電導コイル装置５０Ｅでは、フランジ部６３に力を加えて中心軸ＣＡの方向にかしめることができるので、超電導コイル装置５０Ｅ全体の機械強度が向上する。
【００７９】
超電導コイル装置５０Ｅによれば、超電導コイル装置５０Ａが奏する効果に加え、フランジ部６３に力を加えて中心軸ＣＡの方向にかしめることができるので、超電導コイル装置５０Ｅ全体の機械強度を向上させることができ、より安定的な通電が可能となる。
【００８０】
以上、超電導コイル装置５０Ａ〜５０Ｅによれば、積層する各シングルパンケーキコイル１０Ａの層間であって、各シングルパンケーキコイル１０Ａの巻線部１２の上面側および下面側にシングルパンケーキコイル１０Ａを含浸させて熱硬化させた樹脂との接着力を弱める離形部１４が設けられているので、従来の超電導コイル装置とは異なり、巻線部１２の上面および下面が物理的に拘束される事象を回避できる。
【００８１】
従って、超電導コイル装置５０Ａ〜５０Ｅでは、積層する各シングルパンケーキコイル１０Ａの超電導線材１に作用する剥離応力を十分に低減することができ、安定に通電可能な積層型の超電導コイル装置５０Ａを得ることができる。
【００８２】
また、超電導コイル装置５０Ｂによれば、巻枠１１が絶縁部１３を介して全て一体化（連結）されるため、巻線部１２の上面および下面に対する物理的な拘束緩和の効果を損なうことなく、装置全体の機械強度をさらに向上することができる。
【００８３】
超電導コイル装置５０Ｃによれば、巻線部１２の上面および下面に対する物理的な拘束緩和の効果を維持しつつ、伝熱部５８を介して冷却手段から供給される冷熱を効率的に装置全体に伝えることができるため、より安定的に通電することができる。
【００８４】
超電導コイル装置５０Ｄによれば、巻線部１２の上面および下面に対する物理的な拘束緩和の効果を維持しつつ、伝熱部５８，６１を介して冷却手段から供給される冷熱を効率的に装置全体に伝えることができるため、より安定的に通電することができる。
【００８５】
超電導コイル装置５０Ｅによれば、巻線部１２の上面および下面に対する物理的な拘束緩和の効果を維持しつつ、フランジ部６３に力を加えて中心軸ＣＡの方向にかしめることができるので、超電導コイル装置５０Ｅ全体の機械強度を向上させることができ、より安定的な通電が可能となる。
【００８６】
なお、本明細書において、幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではない。すなわち、実施段階では、上述した実施例以外にも様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、追加、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８７】
１…超電導テープ線（薄膜超電導線材）、２…テープ基板、３…中間層、４…超電導層、５…安定化層、６…配向層、７…保護層、１０…超電導コイル、１０Ａ…シングルパンケーキコイル（超電導コイル）、１０Ｂ…ダブルパンケーキコイル（超電導コイル）、１１…巻枠、１２…巻線部、１３…絶縁部、１４…離形部、５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ…超電導コイル装置、５２…固着具、５４…連結部、５４ａ…凹部、５４ｂ…凸部、５４ｃ…貫通孔、５５，５６…ピン（棒状体）、５８，５９，６１（６１ａ，６１ｂ）…伝熱部、６３…フランジ部。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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