(57)【要約】【課題】１つの超電導コイルを複数の分割コイルにより形成し、各分割コイルに効率良く電流を流して大きな起磁力を発生させることを課題としている。【解決手段】超電導テープ線を巻回して形成した複数の分割コイルを備え、前記複数の分割コイルを軸線方向に沿って並列配置し、前記軸線方向に並列する分割コイルのうち、軸線方向の中央部に配置する分割コイルの巻回数を軸線方向の両側に配置する分割コイルの巻回数よりも少なくし、かつ、これら分割コイルは夫々電源接続部を備え、これら各分割コイルの電源接続部は、同一電圧が印加される場合には１つの電源に並列接続されると共に、異なる電圧が印加される場合は異なる電源に接続される構成としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導テープ線を巻回して形成した複数の分割コイルを備え、
前記複数の分割コイルを軸線方向に沿って並列配置し、
前記軸線方向に並列する分割コイルのうち、軸線方向の中央部に配置する分割コイルの巻回数を軸線方向の両側に配置する分割コイルの巻回数よりも少なくし、
かつ、これら分割コイルは夫々電源接続部を備え、これら各分割コイルの電源接続部は、同一電圧が印加される場合には１つの電源に並列接続されると共に、異なる電圧が印加される場合は異なる電源に接続される構成としていることを特徴とする超電導コイル。
【請求項２】
前記分割コイルの巻回数を軸線方向の中心に対して対称とし、両端の分割コイルから中央部の分割コイルにかけて巻回数を段階的に減少させている請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項３】
前記軸線方向の中央部の分割コイルの電源接続部は印加電圧が大きい電源と接続され、
軸線方向の両側の分割コイルの電源接続部は印加電圧が小さい電源と接続される請求項１または請求項２に記載の超電導コイル。
【請求項４】
軸線方向の両側における前記分割コイル間の距離を、軸線方向の中央における前記分割コイル間の距離よりも大としている請求項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】
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、詳しくは、１つの超電導コイルを複数の分割コイルにより形成し、各分割コイルに効率良く電流を流して大きな起磁力を発生するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、本出願人は、特開平８−１９０８２３号公報（特許文献１）において、帯状の超電導テープ線１をソレノイド状に巻いた図６に示す超電導コイル２を、また、特開平１１−３４００７１号公報（特許文献２）において超電導テープ線１をパンケーキ状に巻いた図７に示す超電導コイル３を提供している。
前記ソレノイド状の超電導コイル２が軸線方向に長尺であるのに対して、パンケーキ状の超電導コイル３は軸線方向に偏平であるため、複数の超電導コイル３を軸線方向に重ね合わせて隣接する超電導コイル３同士を直列に接続することにより１つの超電導コイル４を形成している。
【０００３】
ところで、超電導テープ線は磁場の影響を受けやすく、帯状の超電導テープ線の幅広面に対して直交方向の磁場がかかると臨界電流が低下して、超電導の特性を効率良く発揮できなくなる問題がある。
前記超電導コイル２、４では、超電導コイル２、４に電流を通電すると、図８（Ａ）に示すようような磁場５が発生し、超電導コイル２、４の軸線方向Ｘの各位置の超電導テープ線にかかる直交方向の磁場は、図８（Ｂ）に示すように、軸線方向Ｘの中央で最も小さく、両側へいくに従って大きくなる。
よって、超電導コイル２、４の軸線方向Ｘの各位置の超電導テープ線の臨界電流は、図８（Ｃ）に破線で示すように、超電導コイル２、４の軸線方向Ｘの中央付近は大きいが、両側へいくに従って小さくなる。
【０００４】
ソレノイド状の超電導コイル２は１本の超電導テープ線からなり、超電導コイル４は複数のパンケーキ状の超電導コイル３を直列接続しているため、図８（Ｃ）に実線で示すように、超電導コイル２、４には、コイル両端の臨界電流よりも小さな電流が均一に流れる。
よって、超電導コイル２、４の軸線方向Ｘの中央付近では、臨界電流が大きいにもかかわらず、少しの電流しか流すことができず、負荷率（電流値／臨界電流値）が低く、軸線方向Ｘの中央付近の超電導テープ線を有効に利用できていない。
【０００５】
また、前記パンケーキ状の超電導コイル３を軸線方向Ｘに重ね合わせ、図９（Ａ）に示すように、各超電導コイル３を１つの電源７に並列接続した超電導コイル６では、両端の超電導コイル３Ａのインダクタンスが他の超電導コイル３Ｂよりも小さくなって電流が流れやすくなる。よって、図９（Ｂ）に示すように、軸線方向Ｘの両端の超電導コイル３Ａには大きな電流が流れるが、両端を除いた中央の超電導コイル３Ｂには両端の超電導コイル３Ａに比べて小さな電流しか流れない。
このように、軸線方向両端の超電導コイル３Ａには、大きな電流を流すことができるが、この電流値を前記臨界電流値よりも小さく設定しなければならず、中央の超電導コイル３に流せる電流はますます小さくなり、超電導コイル６においても、軸線方向の中央付近の超電導テープ線を有効に利用できていない。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１９０８２３号公報
【特許文献２】特開平１１−３４００７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、１つの超電導コイルを複数の分割コイルにより形成し、各分割コイルに効率良く電流を流して大きな起磁力を発生させることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明は、超電導テープ線を巻回して形成した複数の分割コイルを備え、
前記複数の分割コイルを軸線方向に沿って並列配置し、
前記軸線方向に並列する分割コイルのうち、軸線方向の中央部に配置する分割コイルの巻回数を軸線方向の両側に配置する分割コイルの巻回数よりも少なくし、
かつ、これら分割コイルは夫々電源接続部を備え、これら各分割コイルの電源接続部は、同一電圧が印加される場合には１つの電源に並列接続されると共に、異なる電圧が印加される場合は異なる電源に接続される構成と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。
【０００９】
本発明の超電導コイルでは、超電導テープ線を巻回して形成した分割コイルをそれぞれ電源に接続すると共に、分割コイルの配置位置によって超電導テープ線の巻回数（以下、ターン数と称す）を相違させることにより、軸線方向の中央の分割コイルにも大きな電流を流せるようにしている。
従来例で示したように分割コイルのターン数を全て均一とすると、軸線方向の両端の分割コイルに比べ中央の分割コイルのインダクタンスが大きく、軸線方向の中央の分割コイルには大きな電流を流すことができなかった。
そこで、本発明では、軸線方向中央の分割コイルのターン数を少なくすることにより、中央の分割コイルのインダクタンスＬ（Ｌ＝μＮ２Ｓ／ｌ、μ：定数、Ｎ：ターン数、Ｓ：コイル断面積、ｌ：コイル長さ）を小さくして、中央の分割コイルに大きな電流が流れるようにしている。これにより、中央の分割コイルに効率良く電流を流して負荷率を高めることができ、高い起磁力（電流値×ターン数）を発生させることができる。また、本発明の超電導コイルは負荷率を高めているため、従来の超電導コイルに比べて超電導テープ線の量を低減してコイル自体を小型化することができる。
【００１０】
前記分割コイルの巻回数を軸線方向の中心に対して対称とし、両端の分割コイルから中央部の分割コイルにかけて巻回数を段階的に減少させていることが好ましい。
前記構成によれば、超電導コイルの軸線方向位置にかかわらず、各分割コイルにより効率良く電流を流すことができるため、より高い起磁力を発生させることができる。
【００１１】
前記軸線方向の中央部の分割コイルの電源接続部は印加電圧が大きい電源と接続され、
軸線方向の両側の分割コイルの電源接続部は印加電圧が小さい電源と接続されることが好ましい。
前記構成によれば、各分割コイルの臨界電流に応じて印加する電圧値を相違させることにより、軸線方向の中央の分割コイルにさらに大きな電流を流すことができる。
【００１２】
前記分割コイルに印加する電圧を軸線方向の中央で対称とし、両端の分割コイルから中央の分割コイルにかけて印加する電圧を段階的に大きくしていることが好ましい。
前記構成によれば、各分割コイルの臨界電流に応じてより適度な電圧を印加することができ、より効率良く各分割コイルに電流を流すことができる。
また、軸線方向の中央から等距離に配置した分割コイルを同一の電源に並列接続すれば、多くても電源の個数を、分割コイルが偶数ｎ個の場合にはｎ／２個、分割コイルが奇数ｍ個の場合には（（ｍ−１）／２）＋１個とすることができる。
【００１３】
軸線方向の両側における前記分割コイル間の距離を軸線方向の中央における前記分割コイル間の距離よりも大としていることが好ましい。
前記構成によれば、軸線方向の両側における分割コイル間の距離を大きくすることにより、漏れ磁束を作り両側の分割コイルへの磁束の影響を小さくして安定した状態で電流を流すことができる。
軸線方向の両側における前記分割コイル間の距離を軸線方向の中央における前記分割コイル間の距離の１．１〜５０倍としていることが好ましい。
【００１４】
軸線方向の両端の前記分割コイルの軸線方向長さを他の分割コイルの軸線方向長さよりも長くしていることが好ましい。
前記構成によれば、軸線方向の端部の超電導コイルのインダクタンスが低下するのを防止でき、端部における電流の偏流をなくすことができる。
【００１５】
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】
【００１６】
前述したように、本発明によれば、超電導テープ線を巻回して形成した分割コイルをそれぞれ電源に接続すると共に、中央の分割コイルのターン数を両端の分割コイルのターン数よりも少なくして、中央の分割コイルのインダクタンスを小さくしているため、中央の分割コイルに効率良く電流を流して負荷率を高めることができ、高い起磁力（電流値×ターン数）を発生させることができる。また、本発明の超電導コイルは負荷率を高めているため、従来の超電導コイルに比べて超電導テープ線の量を低減してコイル自体を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、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、モータからなる超電導機器に用いられるものであり、帯状のビスマス系超電導テープ線１１をダブルパンケーキ状に巻回した分割コイル１２を複数個（本実施形態では１８個）備え、これら分割コイル１２を軸線方向Ｘに並列配置し、各分割コイル１２の電源接続部１２ａをリード線１４を介してそれぞれ所要の電源１３に接続している。電源接続部１２ａでは、超電導テープ線１１とリード線１４をハンダ付けしている。
【００１８】
前記分割コイル１２は、軸線方向Ｘの配置位置によって、超電導テープ線１１のターン数を変えており、中央の分割コイル１２のターン数を両端の分割コイル１２のターン数よりも少なくしている。
詳細には、軸線方向Ｘの中央に配置される２つの分割コイル１２Ａを６８ターン、該分割コイル１２Ａの軸線方向端部側に配置された２つの分割コイル１２Ｂを７０ターン、該分割コイル１２Ｂの軸線方向端部側に配置された２つの分割コイル１２Ｃを７２ターン、該分割コイル１２Ｃの軸線方向端部側に配置された２つの分割コイル１２Ｄを７４ターン、該分割コイル１２Ｄの軸線方向端部側に配置された端部までの１０個の分割コイル１２Ｅを７６ターンとしている。
なお、前記分割コイル１２Ａ〜１２Ｅはターン数のみ変えており、コイルの内径を２３０ｍｍ、軸線方向長さを９．５ｍｍで均一とし、分割コイル１２Ａ〜１２Ｅの外径を２４５ｍｍ〜２５５ｍｍと変えている。
【００１９】
また、前記分割コイル１２は軸線方向Ｘの配置位置に応じて異なる電源１３にリード線１４を介して接続している。
詳細には、軸線方向Ｘの中央の分割コイル１２Ａ〜１２Ｄと、分割コイル１２Ｅのうち最も軸線方向中央側に配置された２つの分割コイル１２Ｅ−１の計１０個の分割コイルを電源１３Ａに並列接続している。また、該分割コイル１２Ｅ−１の軸線方向端部側に配置された２つの分割コイル１２Ｅ−２を電源１３Ｂに並列接続し、該分割コイル１２Ｅ−２の軸線方向端部側に配置された２つの分割コイル１２Ｅ−３を電源１３Ｃに並列接続し、該分割コイル１２Ｅ−３の軸線方向端部側に配置された２つの分割コイル１２Ｅ−４を電源１３Ｄに並列接続し、該分割コイル１２Ｅ−４の軸線方向端部側に配置された超電導コイル１０の両端の２つの分割コイル１２Ｅ−５を電源１３Ｅに並列接続している。
各電源１３Ａ〜１３Ｅによって分割コイル１２に印加される電圧値を相違させており、分割コイル１２Ａ〜１２Ｅ−１、１２Ｅ−２、１２Ｅ−３、１２Ｅ−４、１２Ｅ−５にそれぞれ２００、１９１、１７６、１５８、１３６ボルトの電圧を印加している。
即ち、分割コイル１２Ａ〜１２Ｅに印加する電圧を軸線方向Ｘの中央で対称とし、両端の分割コイル１２Ｅ−５から中央の分割コイル１２Ａにかけて印加する電圧を段階的に大きくしている。
【００２０】
前記構成によれば、軸線方向の両側の分割コイルよりも中央側の分割コイルのターン数を少なくすることにより、中央の分割コイルのインダクタンスＬ（Ｌ＝μＮ２Ｓ／ｌ、μ：定数、Ｎ：ターン数、Ｓ：コイル断面積、ｌ：コイル長さ）を小さくすると共に、各分割コイル１２Ａ〜１２Ｅの臨界電流に応じて印加する電圧値を相違させることにより、中央の分割コイルに大きな電流が流れるようにしている。
これにより、図１（Ｂ）に示すように、臨界電流値の高い中央の分割コイルに効率良く電流を流して負荷率を高めることができ、高い起磁力（電流値×ターン数）を発生させることができる。また、本発明の超電導コイルは負荷率を高めているため、従来の超電導コイルに比べて超電導テープ線の量を低減してコイル自体を小型化することができる。
【００２１】
なお、本実施形態では、パンケーキ状の分割コイルをそれぞれ電源に接続しているが、複数のソレノイド状の分割コイルをそれぞれ電源に接続してもよい。
また、本実施形態では、超電導コイルの冷却構造について説明及び図示を省略しているが、液体窒素等の冷媒を収容した断熱性を有する容器内に超電導コイルを配置して超電導温度まで冷却している。
さらに、本実施形態では、超電導コイルをモータからなる超電導機器に用いているが、発電機、変圧器、超電導電力貯蔵装置（ＳＭＥＳ）あるいは限流器からなる他の超電導機器に用いてもよい。
【００２２】
図２は、本発明の第２実施形態を示す。
本実施形態の超電導コイル２０は、帯状のビスマス系超電導テープ線２１をダブルパンケーキ状に巻回した分割コイル２２を複数個（本実施形態では１６個）備え、これら分割コイル２２を軸線方向Ｘに並列配置し、各分割コイル２２の電源接続部２２ａをリード線２４を介して１つの電源２３に並列接続している。
【００２３】
前記分割コイル２２は、軸線方向Ｘの配置位置によって、超電導テープ線２１のターン数を変えており、中央の分割コイル２２のターン数を両端の分割コイル２２のターン数よりも少なくしている。
詳細には、軸線方向Ｘの中央に配置される４つの分割コイル２２Ａを７６ターンとし、該分割コイル２２Ａの両側から端部までの分割コイル２２Ｂ〜２２Ｇのターン数を段階的に増やしており、中央側から順に７８ターン、８１ターン、８３ターン、８６ターン、９４ターン、１０４ターンとしている。
【００２４】
本実施形態では、複数の分割コイル２２Ａ〜２２Ｇを１つの電源２３に並列接続しており、各分割コイル２２Ａ〜２２Ｇに２００ボルトの電圧を印加している。
【００２５】
前記構成によれば、軸線方向の両側の分割コイルよりも中央の分割コイルのターン数を少なくすることにより、中央の分割コイルのインダクタンスＬ（Ｌ＝μＮ２Ｓ／ｌ、μ：定数、Ｎ：ターン数、Ｓ：コイル断面積、ｌ：コイル長さ）を小さくして、中央の分割コイルに大きな電流が流れるようにしている。
これにより、図２（Ｂ）に示すように、臨界電流値の高い中央の分割コイルに効率良く電流を流して負荷率を高めることができ、高い起磁力（電流値×ターン数）を発生させることができ、コイル自体を小型化することができる。
また、本実施形態では、複数の分割コイル２２を１つの電源２３に並列接続しているため、電源数を低減できると共に、超電導コイル２０を収容する冷媒容器に１本のリード線２４を貫通させるだけでよいため構造を簡素化できる。
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。
【００２６】
図３は、本発明の第３実施形態を示す。
本実施形態の超電導コイル３０は、ソレノイド状に巻回した長尺な分割コイル３２Ａの軸線方向Ｘの両側にそれぞれ２つずつダブルパンケーキ状の分割コイル３２Ｂ、３２Ｃを配置し、各分割コイル３２Ａ〜３２Ｃの電源接続部３２ａをそれぞれ異なる電源３３Ａ〜３３Ｃに接続している。
中央の分割コイル３２Ａは両側の分割コイル３２Ｂ、３２Ｃよりもターン数を少なくしており、かつ、各分割コイル３２Ａ〜３２Ｃに印加する電圧は、第１実施形態と同様、両端の分割コイル３２Ｃから中央の分割コイル３２Ａにかけて段階的に大きくしている。
【００２７】
前記構成によれば、前記実施形態と同様、軸線方向Ｘの中央の分割コイルにも大きな電流を流すことができ、中央の分割コイルに効率良く電流を流して負荷率を高めることができ、高い起磁力（電流値×ターン数）を発生させることができる。
また、中央の分割コイル３２Ａをソレノイド状の長尺な１つの分割コイルとしているため、分割コイルの個数及び電源数を低減して、構造の簡素化及び低コスト化を図ることができる。
なお、本実施形態においても、前記第２実施形態のように分割コイルを１つの電源に並列接続してもよい。
【００２８】
図４は、本発明の第４実施形態を示す。
本実施形態の超電導コイル４０は、軸線方向Ｘの中央にダブルパンケーキ状の分割コイル４２Ａを複数配置し、該分割コイル４２Ａの軸線方向Ｘの両側にソレノイド状に巻回した長尺な分割コイル４２Ｂをそれぞれ１つずつ配置し、各分割コイル４２Ａ、４２Ｂの電源接続部４２ａをそれぞれ異なる電源４３Ａ、４３Ｂに接続している。
中央の分割コイル４２Ａは両側の分割コイル４２Ｂよりもターン数を少なくしており、かつ、分割コイル４２Ａには、その両側に配置された分割コイル４２Ｂよりも大きな電圧を印加している。
【００２９】
前記構成によれば、軸線方向Ｘの端部の分割コイルを長尺としているため、該分割コイルのインダクタンスが低下するのを防止でき、端部における電流の偏流をなくすことができる。
なお、端部の分割コイルをソレノイド状のコイルに替えて、パンケーキ状のコイルを直列に接続して軸線方向に長尺な分割コイルとしてもよい。
また、本実施形態においても、前記第２実施形態のように分割コイルを１つの電源に並列接続してもよい。
【００３０】
図５は、本発明の第５実施形態を示す。
本実施形態の超電導コイル５０は、帯状のビスマス系超電導テープ線をダブルパンケーキ状に巻回した分割コイル５２を軸線方向Ｘの端部同士を対向させて隙間をあけて配置し、各分割コイル５２の電源接続部５２ａを所要の電源５３に接続している。
【００３１】
本変形例の超電導コイル５０では、軸線方向Ｘの両側における分割コイル５２間の距離を軸線方向の中央における分割コイル５２間の距離よりも大としている。
詳細には、超電導コイル５０の軸線方向Ｘの中央の２つの分割コイル５２Ａ間の軸線方向Ｘの隙間の距離をＬ１、分割コイル５２Ａとその両側の分割コイル５２Ｂとの間の軸線方向Ｘの隙間の距離をＬ２、分割コイル５２Ｂとその両側の分割コイル５２Ｃとの間の軸線方向Ｘの隙間の距離をＬ３、分割コイル５２Ｃとその両側の分割コイル５２Ｄとの間の軸線方向Ｘの隙間の距離をＬ４とすると、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４としている。
また、軸線方向Ｘの中央の分割コイル５２Ａから両端の分割コイル５２Ｄにかけてターン数を段階的に増やしており、分割コイル５２Ａ〜５２Ｄはそれぞれ電源５３Ａ〜５３Ｄに接続して、中央の分割コイルに両側の分割コイルよりも大きな電圧を印加している。
【００３２】
前記構成によれば、軸線方向Ｘの両側における分割コイル間の距離を大きくすることにより、漏れ磁束を作り両側の分割コイルへの磁束の影響を小さくして安定した状態で電流を流すことができる。
なお、本実施形態においても、前記第２実施形態のように分割コイルを１つの電源に並列接続してもよい。
【００３３】
前記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した意味ではなく、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意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
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】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態を示し、（Ａ）は超電導コイルの概略図、（Ｂ）は分割コイルの位置と通電される電流値の関係を示す図面である。
【図２】本発明の第２実施形態を示し、（Ａ）は超電導コイルの概略図、（Ｂ）は分割コイルの位置と通電される電流値の関係を示す図面である。
【図３】本発明の第３実施形態の超電導コイルの概略図である。
【図４】本発明の第４実施形態の超電導コイルの概略図である。
【図５】本発明の第５実施形態の超電導コイルの概略図である。
【図６】従来のソレノイド状の超電導コイルを示す図面である。
【図７】従来のパンケーキ状の超電導コイルを示す図面である。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は従来例の問題点を示す図面である。
【図９】（Ａ）（Ｂ）は他の従来例の問題点を示す図面である。
【符号の説明】
【００３６】
１０、２０、３０、４０、５０  超電導コイル
１１、２１、３１  超電導テープ線
１２、２２、３２、４２、５２  分割コイル
１２ａ、２２ａ、３２ａ、４２ａ、５２ａ  電源接続部
１３、２３、３３、４３、５３  電源
【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】
2008047563.tif 000007
【図６】
2008047563.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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