(57)【要約】【課題】細幅方向に対向する最内周の超電導線の間隔を５０ｍｍ以下として、超電導コイルを細幅化する。【解決手段】連続した帯状のビスマス系の超電導線を用いて形成され、円弧部の直径が５０ｍｍ以下１ｍｍ以上である折り曲げ部と、直径５０ｍｍ以上無限大までの円弧状部分または直線状部分を有し、両端円弧部の直径が５０ｍｍ以下のレーストラック型等の超電導コイルからなる。また、連続した帯状の超電導線が前記両端円弧部の頂点部で屈折され、該屈折部の両端の超電導線が他の導電材で接続されている。前記他の導電材は銅等からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続した帯状のビスマス系の超電導線を用いて形成され、円弧部の直径が５０ｍｍ以下１ｍｍ以上である折り曲げ部と、直径５０ｍｍ以上無限大までの円弧状部分または直線状部分を有することを特徴とする超電導コイル。
【請求項２】
前記円弧部の直径が５０ｍｍ以下の折り曲げ部の長さが、前記超電導線全長の１／２以下である請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項３】
連続した帯状の超電導線が円弧部の頂点部で屈折され、該屈折部の両端の超電導線が他の導電材で接続されていることを特徴とする超電導コイル。
【請求項４】
前記屈折部に沿って他の導電材が積層して配置され、該他の導電材の長さ方向の両端が前記超電導線と接続されている請求項３に記載の超電導コイル。
【請求項５】
レーストラック型コイルとされている請求項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】
隙間をあけて対向する直線部に夫々帯状の超電導線が積層して配置され、これら対向する両側の最内層の一対の超電導線の長さ方向の一端が他の導電材を介して接続され、一方側の超電導線の他端が他方側の外層の超電導線の他端と前記他の導電材を介して接続され、該他の導電材を介した超電導線の端部の接続を繰り返して前記対向する超電導が順次連続され、前記隙間の回りに超電導線が巻回された構成とされていることを特徴とする超電導コイル。
【請求項７】
前記両側の超電導線の長さ方向の端部が近接するように円弧状に湾曲され、湾曲された端部同士が前記他の導電材で接続され、両端円弧部の直径が５０ｍｍ以下のレーストラック型のコイルとされている請求項６に記載の超電導コイル。
【請求項８】
前記他の導電材は銅、アルミ、真ちゅう、金、銀等から選択され、該導電材は前記超電導線に半田付け、溶接あるいはクラッドされている請求項３乃至請求項７のいずれか１項に記載の超電導コイル。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の超電導コイルを備えた超電導機器。
【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を備えた超電導機器に関し、特に、両端円弧部の曲率が小さいレーストラック型コイルとして好適に用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、本出願人は、特開平６−２７５４２９号公報（特許文献１）において、図９に示すレーストラック型の超電導コイル１を提供している。該レーストラック型の超電導コイル１は、帯状の超電導線２を直線状に配置した直線部１ａと、対向させた直線部１ａの端部同士を連結する両端円弧部１ｂとからなり、１本の超電導線２を巻枠３に内周側から連続的に巻回して形成している。
【０００３】
【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】
【０００４】
しかしながら、超電導線を小さい曲率で湾曲させると、超電導線の超電導性が消失し始めるため、小さい曲率の円形コイルや、両端湾曲部が小さい曲率のレーストラック形のコイルを連続した超電導線で形成することは困難であった。
【０００５】
本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、前記円弧部の直径が５０ｍｍ以下のコイルを超電導線から形成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、第１の発明として、連続した帯状のビスマス系の超電導線を用いて形成され、円弧部の直径が５０ｍｍ以下１ｍｍ以上である折り曲げ部と、直径５０ｍｍ以上無限大までの円弧状部分または直線状部分を有することを特徴とする超電導コイルを提供している。
【０００７】
通常、超電導線は円弧部の直径が５０ｍｍ以下で超電導性が消失し始めるが、ビスマス系超電導線は銀のマトリクスを利用しているため、超電導性が消失しても電気的には通電しており、該超電導性消失部分がコイル全体の一部であれば、常電導コイルと比較して超電導コイルとしての優位性は保持している。しかしながら、１ｍｍ未満に折り曲げると銀の接続部分も切れて導電性が消失するため、円弧部の直径は１ｍｍ以上とする必要がある。一方、円弧部の直径が５０ｍｍ以下であると、銀をマトリクスとするビスマス系超電導線以外の超電導線では超電導性が消失するため、本発明ではビスマス系超電導線を用いることで、本発明が目的とする円弧部の直径が５０ｍｍ以下の曲率が小さい超電導コイルを形成することができる。
【０００８】
しかしながら、前記円弧部の直径が５０ｍｍ以下１ｍｍ以上の折り曲げ部は超電導性は劣化するため、コイル全体を前記直径が５０ｍｍ以下１ｍｍ以上とするのではなく、円弧部の直径が５０ｍｍ以上無限大までの円弧状部分または直線状部分を有するものとして超電導コイルとしての機能を有するものとしている。
【０００９】
超電導コイルとしての機能を維持するには、超電導性が劣化する円弧部の直径が５０ｍｍ以下１ｍｍ以上の折り曲げ部と、超電導性が劣化しない円弧部の直径が５０ｍｍ以上無限大までの部分との割合が問題となり、超電導コイルとしての機能を維持するには、円弧部の直径が５０ｍｍ以下となる折り曲げ部の長さが、超電導線全長の１／２以下とすることが好ましい。
これは、前記円弧部の直径が５０ｍｍ以下１ｍｍ以上の折り曲げ部において超電導性が仮に完全に消失するとしても、この小さい曲率の折り曲げ部の長さと、超電導性を有する直径５０ｍｍ以上無限大の部分の長さが同一以上であれば、全てを常電導線で構成したコイルと比較して１／２以下の抵抗となり、常電導コイルに対して優位性を有することに因る。
【００１０】
本発明は、第２の発明として、連続した帯状の超電導線が円弧部の頂点部で屈折され、該屈折部の両端の超電導線が他の導電材で接続されていることを特徴とする超電導コイルを提供している。
【００１１】
前記第２の発明の超電導コイルによれば、円弧部の頂点で完全に屈折させてしまい、該屈折で超電導線が断線することを前提とし、この断線を銅等の導電性の良い他の導電材を屈折部の両端の超電導線を接続することで補償している。
即ち、他の導電材の介在して超電導線を接続した場合、該他の導電材の介在部は抵抗部となって発熱が生じるが、該他の導電材のみを介して導通する区間は超電導線の折り曲げ端の間の０．１ｍｍ程度の微小寸法に過ぎず、発熱量も微小となる。よって、他の導電材を介在させても超電導線を連続させても発熱の問題はなく、連続した１本のコイル形成材とすることができる。
また、前記のように他の導電材を介在させて屈折部両端の超電導線を接続すると、ビスマス系超電導線以外の超電導線にも適用することができる。
【００１２】
前記第１および第２の発明により、両端円弧部の直径が５０ｍｍ以下、さらに２５ｍｍ以下の直線部の間の幅が狭い、細幅なレーストラック型コイルを超電導線で設けることができる。
【００１３】
例えば、前記円弧部の頂点で屈折させる場合、前記他の導電材は屈折部の外周側で直径５０ｍｍ以下の円弧状に配置し、該導電材の両側内面を前記超電導線の外面に接続していることが好ましい。
即ち、超電導線の屈折部に取り付ける他の導電材として、直径５０ｍｍ以下に湾曲させることができる導電材を用い、該他の導電材を折り曲げた超電導線の両端の外面に取り付けることで、直線部の両端を若干湾曲させた形状とすることができ、見かけ上において両端が湾曲したレーストラック型コイルとすることができる。
かつ、前記他の導電材の両側内面を超電導線の外面に沿わせて接続することで、超電導線と他の導電材との接続部を安定させることができる。
なお、他の導電材と両端の超電導線の接続長さは限定されないが、２ｍｍ〜１００ｍｍ程度とすることが好ましくい。
【００１４】
また、本発明は、第３の発明として、隙間をあけて対向する直線部に夫々帯状の超電導線が積層して配置され、これら対向する両側の最内層の一対の超電導線の長さ方向の一端が他の導電材を介して接続され、一方側の超電導線の他端が他方側の外層の超電導線の他端と前記他の導電材を介して接続され、該他の導電材を介した超電導線の端部の接続を繰り返して前記対向する超電導が順次連続され、前記隙間の回りに超電導線が巻回された構成とされていることを特徴とする超電導コイルを提供している。
【００１５】
前記第３の発明では、１つの超電導コイルからコイルを形成するのではなく、複数本に分断された超電導線を用い、これら分断した超電導線を他の導電材で接続して連続させて形成している。即ち、前記第１の発明では、連続した１本の超電導線を用い、両端で折り曲げているが、本発明では、折り曲げる代わりに、最初から分断された超電導線を用い、該分断箇所を他の導電材で接続している。
このように、超電導線を両端で曲げる必要はないため、両端円弧部の直径は規制されず、他の導電材の長さを調節することで、直線部の間の距離をより近接させることも可能で、任意な細幅のコイルを形成することができる。
【００１６】
前記直線部の超電導線の両端を湾曲させずに直線状のまま他の導電材と接続してもよい。
さらに、前記両側の超電導線の長さ方向の端部が近接するように円弧状に湾曲させ、湾曲した端部同士を前記他の導電材で接続し、両端円弧部の直径が５０ｍｍ以下のレーストラック型のコイルとしてもよい。
【００１７】
前記他の導電材は銅、アルミ、真ちゅう、金、銀等から選択され、該導電材は前記超電導線に半田付け、溶接あるいはクラッドされていることが好ましい。
超電導線と銅板の接続幅は、前記したように、超電導線の長さ方向に２ｍｍ以上とすることが好ましい。これは、超電導線の長さ方向の接続幅が２ｍｍより短いと接続不良が生じるおそれがあることによる。
【００１８】
また、前記他の導電材の長さ方向に直交する方向の幅は、超電導線の幅以下としていることが好ましい。
前記構成によれば、他の導電材が超電導コイルの高さ方向に突出せず、他の導電材が外部材と干渉するのを防止できると共に、複数の超電導コイルを容易に重ね合わせて配置することができる。
なお、他の導電材の幅を超電導線の幅より大として、コイルから突出させて、該突出部分を放熱部としてもよい。
【００１９】
さらに、本発明は、前記超電導コイルを備えた超電導機器を提供している。
前記超電導機器としては、モータ、発電機、変圧器、超電導電力貯蔵装置（ＳＭＥＳ）、限流器等が挙げられる。
【発明の効果】
【００２０】
前述したように、第１の発明では、超電導線としてビスマス系超電導線を用いることで、円弧部の直径が５０ｍｍ以下１ｍｍ以上とした超電導コイルを形成することができる。
また、第２の発明では、小さい曲率とする円弧部を設ける場合、該円弧部の頂点で屈折し、該屈折部に他の導電材を取り付け、該導電材を屈折部の両側の超電導線と接続することで、小さい曲率を有する超電導コイルを形成することができる。
さらに、第３の発明では、超電導線を予め分断し、該分断部を他の導電材で接続することで対向する直線部の幅を小さくした超電導コイルを形成することができる。
前記第１、第２、第３の発明の構成とすることで、従来、超電導線で形成することが出来なかった両端円弧部の直径が５０ｍｍ（対向する直線部の間が５０ｍｍ以下）の細幅のレーストラック型コイルを超電導線で形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１及び図２に、本発明の第１実施形態を示す。
本実施形態の超電導コイル１０は、リニアモータに用いられるレーストラック型の超電導コイルである。該超電導コイル１０は前記第２の発明の形態としている。
【００２２】
前記超電導コイル１０を形成する超電導線１１は、帯状のビスマス系超電導線材からなり、その表面にポリイミドテープをラップして絶縁層（図示せず）を設けている。
本実施形態では、帯状の超電導線１１の長さ方向に直交する幅を４ｍｍとしている。
【００２３】
前記超電導コイル１０は、長軸方向の長さＬ１を１０００ｍｍ、短軸方向の長さＬ２を１０ｍｍとした巻枠２０に、連続した超電導線１１を４０ターン巻回して形成しており、巻枠２０の長軸方向の外面に沿う直線部１０ａと、対向する直線部１０ａを連結する両端円弧部１０ｂからなる。
【００２４】
超電導コイル１０の両端円弧部１０ｂは、その先端を屈折し、該屈折部の頂点部１０ｃとし、該頂点部１０ｃを挟んだ両側を緩やかに湾曲させている。頂点部１０ｃを挟んだ両側部では、超電導線１１の外周側表面に設けた絶縁層を剥離して超電導線１１を露出させている。
前記露出させた超電導線１１に、該超電導線１１の外形に沿わせた形状に湾曲させた他の導電材の銅板１２の内面を重ね合わせて半田付けし、頂点部１０ｃを挟んだ超電導線１１の両側部を銅板１２を介して接続している。
詳細には、銅板１２は、厚さ０．５ｍｍ、長さ４０ｍｍ、幅４ｍｍの平板を長さ方向の中央で折り曲げ、銅板１２の中央の折り曲げ部近傍から両端までの約２０ｍｍの範囲で超電導線１１に沿わせて半田付けしている。
【００２５】
次に、前記超電導コイルをの製造方法について説明する。
まず、図２（Ａ）に示すように、超電導線１１を巻枠２０の長軸方向の一方の外面に沿わせる。
次いで、図２（Ｂ）に示すように、巻枠２０から突出した超電導線１１を巻枠２０側に直径５０ｍｍ以上の曲率で緩やかに湾曲させ、図２（Ｃ）に示すように、頂点部１１ｃとなる位置で超電導線１１を巻枠２０側に屈折し、該屈折部に連続する超電導線１１を巻枠２０の長軸方向の他方の外面に沿わせる。
次いで、図２（Ｄ）に示すように、超電導線１１の屈折部の両側の絶縁層より露出させた超電導線１１に銅板１２を半田付けする。
前記工程を巻枠２０の長軸方向の両端で交互に繰り返し、巻枠２０に超電導線１１を４０ターン巻回する。
【００２６】
なお、前記のように巻枠２０に超電導線１１を巻き付けながら、両端の屈折部に銅板１２を半田付けする方法に代えて、超電導線１１と同様に巻枠２０に巻き付ける際に折り曲げられることができる銅板１２あるいは他の可撓性を有する他の導電材を用い、超電導線１１の屈折位置となる部位に他の導電材をあらかじめ半田付けしておき、この状態で巻枠に巻き付けていってもよい。
【００２７】
前記のように、本実施形態の超電導コイル１０では、両端円弧部１０ｂの超電導線１１を小さい曲率で湾曲させるのではなく、超電導線１１を両端円弧部１０ｂの頂点部１０ｃで屈折してしまい、頂点部１０ｃ以外の両端円弧部１０ｂでは、超電導線１１を直径５０ｍｍ以上の曲率で緩やかに湾曲させている。よって、超電導コイル１０の対向する直線部１０ａの最内周の超電導線１１の間隔（両端円弧部１０ｂの直径）を巻枠２０の短軸方向の長さである１０ｍｍとすることができ、レーストラック型の超電導コイル１０を細幅化することができる。
また、両端円弧部１０ｂの直径を５０ｍｍ以下としているが、超電導線１１に断線や損傷が生じ得るのは頂点部１０ｃのみとなり、銅板１２で接続する長さは実質的に０．１ｍｍ程度であるため、抵抗となる銅板１２の介在で生じる発熱量は極めて微小であり、導通不良が生じることがない。
なお、図１（Ｂ）では超電導コイル１０の最内周の超電導線１１のみを図示しており、外周側の超電導線の図示を省略している。
【００２８】
図３及び図４に、本発明の第３の発明に基づく第２実施形態を示す。
本実施形態の超電導コイル１０では、連続する超電導線１１を頂点部１０ｃで屈折するのではなく、直線部１０ｂに夫々別体の帯状の超電導線１１を積層配置し、これら超電導線１１の長さ方向の先端を両端円弧部１０ｂで互いに近接方向に湾曲し、湾曲させた端部同士を第１実施形態と同様の銅板１２で接続している。
【００２９】
詳細には、対向する両直線部１０ａの最内層の一対の超電導線１１Ａ、１１Ｂの長さ方向の一端を銅板１２を介して接続し、一方側の超電導線１１Ｂの他端を他方側の超電導線１１Ａの外層の超電導線１１Ｃの他端と銅板１２を介して接続している。該銅板１２を介した超電導線１１の端部の接続を繰り返して対向する超電導１１を順次連続し、巻枠２０の回りに超電導線１１を巻回している。
【００３０】
次に、本実施形態の超電導コイル１０の製造方法について説明する。
まず、図４（Ａ）に示すように、巻枠２０の長軸方向の両外面に所要長さの超電導線１１Ａ、１１Ｂをそれぞれ沿わせて配置する。
次いで、図４（Ｂ）に示すように、超電導線１１Ａ、１１Ｂの一端を近接する方向へ直径５０ｍｍ以上の緩やかな曲率で円弧状に湾曲させ、絶縁層より露出させた超電導線１１Ａ、１１Ｂの端部に銅板１２を半田付けして接続する。
次いで、図４（Ｃ）に示すように、超電導線１１Ａの外面に他の超電導線１１Ｃを沿わせ、図４（Ｄ）に示すように、超電導線１１Ｂ、１１Ｃの他端を近接する方向へ直径５０ｍｍ以上の緩やかな曲率で円弧状に湾曲させ、絶縁層より露出させた超電導線１１Ｂ、１１Ｃの端部に銅板１２を半田付けして接続する。
前記工程を巻枠２０の長軸方向の両端で交互に繰り返し、巻枠２０に超電導線１１を所要ターン巻回する。
【００３１】
前記構成によれば、超電導線１１を折り返す位置で、別体の超電導線１１同士を他の導電材である銅板１２で接続しているため、超電導線１１を均一の曲率で屈曲させた両端円弧部を設ける必要がなくなり、直線部１０ａの間隔が超電導線を均一の曲率で屈曲させた両端円弧部の直径に規制されなくなる。よって、直線部１０ａをより近接させて、超電導コイル１０を細幅化することができる。
なお、他の構成及び作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３２】
図５に、第２実施形態の第１変形例を示す。
本変形例では、直線部１０ｂに夫々別体の帯状の超電導線１１を配置し、これら超電導線１１の長さ方向の先端を両端円弧部１０ｂで互いに近接方向に湾曲し、湾曲させた端部内面に銅板１２の両側外面を半田付けして接続している。
なお、図５では超電導コイル１０の最内周の超電導線１１のみを図示しており、外周側の超電導線の図示を省略している。
また、他の構成及び作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
図６に、第２実施形態の第２変形例を示す。
本変形例では、超電導線１１を接続する他の導電材を第２実施形態と相違させており、超電導線１１を両端円弧部１０ｂで互いに近接方向に湾曲し、湾曲させた端部同士を金１３で接続している。
なお、図６では超電導コイル１０の最内周の超電導線１１のみを図示しており、外周側の超電導線の図示を省略している。
また、他の構成及び作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３４】
図７に、本発明の第３実施形態を示す。
本実施形態では、超電導コイル１０に両端円弧部を設けていない。
即ち、直線部１０ｂに積層配置した別体の帯状の超電導線１１の両端を屈曲させずに、対向する超電導線１１間に配置されるブロック状の銅１４を半田付けして接続している。
本実施形態でも、第２実施形態と同様、対向する両直線部１０ａの最内層の一対の超電導線１１Ａ、１１Ｂの長さ方向の一端を銅１４を介して接続し、一方側の超電導線１１Ｂの他端を他方側の超電導線１１Ａの外層の超電導線１１Ｃの他端と銅１４を介して接続している。該銅１４を介した超電導線１１の端部の接続を繰り返して対向する超電導１１を順次連続し、巻枠２０の回りに超電導線１１を巻回している。
なお、他の構成及び作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３５】
図８に、本発明の第４実施形態を示す。
第４実施形態では、前記第１の発明の実施形態であり、他の導電材を用いていない。
超電導線１１は銀をマトリクスとするビスマス系超電導線のみからレーストラック型の超電導コイル１０としている。
該超電導コイル１０では、対向する直線部１０ａを連結する両端円弧部１０ｂでは、超電導線１１を直径１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の曲率で湾曲している。本実施形態では２５ｍｍとしている。  
【００３６】
ビスマス系超電導線１１では、直径５０ｍｍ以下に折り曲げると超電導線の超電導性は消失しはじめるが、消失したとしても、マトリクスとなる銀により電気的に導通するにすぎない。
よって、例えば４０ターンのコイルとすると、直線部１０ａの長さが８０ｍｍであれば、超電導線全長６３４０ｍｍに対して直径５０ｍｍ以下の折り曲げ部の長さは合計３１４０ｍｍに過ぎず、超電導コイルとして常電導コイルと比較して優位性を保持し、超電導コイルとしての機能は保持している。
【００３７】
本発明は前記実施の形態に限定されず、例えば、レーストラック型コイルに限定されず、頂角部が直径１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の曲率を有する四角形状としたコイルとしてもよい。さらに、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の超電導コイルは、自動車等の駆動用モータや、その他発電機、変圧器、超電導電力貯蔵装置（ＳＭＥＳ）等の超電導機器に用いられるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施形態の超電導コイルを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は要部拡大図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）は第１実施形態の超電導コイルの製造方法を示す図面である。
【図３】第２実施形態を示す図面である。
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）は第２実施形態の超電導コイルの製造方法を示す図面である。
【図５】第２実施形態の第１変形例を示す図面である。
【図６】第２実施形態の第２変形例を示す図面である。
【図７】第３実施形態を示す図面である。
【図８】（Ａ）（Ｂ）は第４実施形態を示す図面である。
【図９】従来例を示す図面である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  超電導コイル
１０ａ  直線部
１０ｂ  両端円弧部
１０ｃ  頂点部
１１  超電導線
１２  銅板
【図１】
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【図２】
2008153372.tif 000004
【図３】
2008153372.tif 000005
【図４】
2008153372.tif 000006
【図５】
2008153372.tif 000007
【図６】
2008153372.tif 000008
【図７】
2008153372.tif 000009
【図８】
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【図９】
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