(57)【要約】【課題】特性を向上した多段超電導コイルおよび超電導機器を提供する。【解決手段】多段超電導コイル１は、超電導線材が巻回された鞍型の超電導コイル１０が複数積層された多段超電導コイルであって、複数の鞍型の超電導コイル１０と、ブリッジ配線１３と、スペーサ１２とを備えている。ブリッジ配線１３は、複数の超電導コイル１０のうち、最内周および最外周の少なくとも一方同士を電気的に接続する直線状の超電導線材からなる。スペーサ１２は、ブリッジ配線１３の少なくとも一方の端部において、超電導コイル１０とブリッジ配線１３との間に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導線材が巻回された鞍型の超電導コイルが複数積層された多段超電導コイルであって、
複数の鞍型の前記超電導コイルと、
複数の前記超電導コイルのうち、最内周および最外周の少なくとも一方同士を電気的に接続する直線状の超電導線材からなるブリッジ配線と、
前記ブリッジ配線の少なくとも一方の端部において、前記超電導コイルと前記ブリッジ配線との間に配置されたスペーサとを備えた、多段超電導コイル。
【請求項２】
前記スペーサは、非磁性体である、請求項１に記載の多段超電導コイル。
【請求項３】
請求項１または２に記載の多段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、多段超電導コイルおよび超電導機器に関し、超電導線材が巻回された鞍型の超電導コイルが複数積層された多段超電導コイルおよび超電導機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、テープ状の超電導線材を巻きつけて形成した超電導コイルが開示されている（たとえば特開２００２−１１０４１６号公報（特許文献１））。特許文献１には、多数回巻回された超電導コイル単体を接続部を残して樹脂含浸してなる超電導コイル単体を接続部が同一位置となるように複数段重ね合わせた後、各超電導コイル単体の接続部に金属電極を冶金的に接続する超電導コイルが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１１０４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１では、レーストラック形の超電導コイルが複数台積層されたものが互いに接続されている。このため、上記特許文献１では、各超電導コイル単体の接続部に接続される金属電極の形状は、略板状である。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の超電導コイルを、モータを構成するロータやステータなどの超電導機器に適用すると、超電導コイルの底面を円筒面に沿って配置することができない。そこで、円筒面に沿って超電導コイルを配置することが可能な、湾曲部と、この湾曲部に接続された直線部とを有する鞍形の超電導コイルを用いる技術が考えられる。しかし、複数の鞍形の超電導コイルを積層すると、直線部が傾斜しているため、複数の超電導コイルの接続部が同一平面上に位置しない。このため、上記特許文献１のような板状の配線で複数の超電導コイルを接続することができない。
【０００６】
また接続部が同一平面上に位置しない複数の超電導コイルを接続するために、銅（Ｃｕ）などの可撓性の高い材料からなる配線を用いる技術が考えられる。しかし、このような材料の配線で複数の超電導コイルを接続すると、接続部での抵抗が高いため、通電損失が大きくなり、特性が悪くなる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、特性を向上した多段超電導コイルおよび超電導機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の多段超電導コイルは、超電導線材が巻回された鞍型の超電導コイルが複数積層された多段超電導コイルであって、複数の鞍型の超電導コイルと、ブリッジ配線と、スペーサとを備えている。ブリッジ配線は、複数の超電導コイルのうち、最内周および最外周の少なくとも一方同士を電気的に接続する直線状の超電導線材からなる。スペーサは、ブリッジ配線の少なくとも一方の端部において、超電導コイルとブリッジ配線との間に配置されている。
【０００９】
本発明の多段超電導コイルによれば、超電導コイルの底部（下縁）を超電導機器の円筒面に沿って配置することが可能な鞍形の超電導コイルを複数積層した場合において、複数の超電導コイルの最内周および最外周の少なくとも一方同士を直線状に結ぶことができるようにスペーサが配置されている。このため、複数の超電導コイルの最内周および最外周の少なくとも一方同士を直線状の超電導線材で接続することができる。超電導線材は接続抵抗を低減できるため、接続部での抵抗を低減することで通電損失を低減することができる。したがって、特性を向上した多段超電導コイルを実現することができる。
【００１０】
上記多段超電導コイルにおいて好ましくは、スペーサは、非磁性体である。これにより、スペーサによる磁性の影響を低減できるので、より特性を向上した多段超電導コイルを実現することができる。
【００１１】
本発明の超電導機器は、上記多段超電導コイルを備えている。本発明の超電導機器によれば、特性を向上できる多段超電導コイルを用いている。このため、超電導機器の特性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上より、本発明の多段超電導コイルおよび超電導コイル機器によれば、ブリッジ配線の少なくとも一方の端部において、超電導コイルとブリッジ配線との間に配置されたスペーサとを備えているので、ブリッジ配線として超電導線材を用いることにより、特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における多段超電導コイルを概略的に示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１における多段超電導コイルを構成する鞍形の超電導コイルを概略的に示し、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の矢印Ｉ（Ｂ）から見たときの側面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における多段超電導コイルを構成する超電導線材を概略的に示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１における多段超電導コイルを構成する超電導線材を概略的に示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態１における多段超電導コイルを概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における多段超電導コイルと磁束との関係を模式的に示す断面図である。
【図７】（Ａ）は、図６における下側の超電導コイルの主表面の傾斜角度を示す概略図であり、（Ｂ）は、図６における中央の超電導コイルの主表面の傾斜角度を示す概略図であり、（Ｃ）は、図６における上側の超電導コイルの主表面の傾斜角度を示す概略図である。
【図８】本発明の実施の形態１における別の多段超電導コイルを概略的に示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１における多段超電導コイルの一製造工程を概略的に示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における多段超電導コイルの一製造工程を概略的に示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態１における多段超電導コイルの一製造工程を概略的に示す斜視図である。
【図１２】比較例１における多段超電導コイルを概略的に示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態１の変形例１における多段超電導コイルを概略的に示す断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態１の変形例２における多段超電導コイルを概略的に示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態２におけるモータを概略的に示す断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態２におけるロータを概略的に示す斜視図である。
【図１７】図１５における領域ＸＶＩＩを概略的に示す断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態２におけるステータを概略的に示す斜視図である。
【図１９】図１５における領域ＸＩＸを概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１５】
（実施の形態１）
図１〜図８を参照して、本発明の一実施の形態における多段超電導コイル１について説明する。図１〜図８を参照して、本実施の形態の多段超電導コイル１は、超電導線材１１（図２参照）が巻回された鞍型の超電導コイル１０が複数積層された多段超電導コイルである。
【００１６】
図１に示すように、本実施の形態における多段超電導コイル１は、複数の鞍形の超電導コイル１０と、スペーサ１２と、ブリッジ配線１３と、ねじり配線１４とを備えている。ブリッジ配線１３は、複数の超電導コイル１０のうち、最内周および最外周の少なくとも一方同士（本実施の形態では最内周同士）を電気的に接続する。スペーサ１２は、ブリッジ配線１３の少なくとも一方の端部（本実施の形態では両端）において、超電導コイル１０とブリッジ配線１３との間に配置される。ねじり配線１４は、超電導コイル１０の接続部１０ｅとスペーサ１２とを接続する。
【００１７】
複数の鞍形の超電導コイル１０は、積層されている。積層とは、巻回された超電導線材の幅方向の端部がなす平面（巻回された超電導線材の各領域が集合することにより形成される平面）に交差する方向に複数台の超電導コイル１０が積み重なることを意味する。具体的には、一の超電導コイル（図１における下側の超電導コイル１０）の上縁（上縁端部平面）に他の超電導コイル（図１における上側の超電導コイル１０）の下縁（下縁端部平面）が対向するように複数台積層される。
【００１８】
ここで、鞍形の超電導コイル１０について説明する。鞍形とは、超電導線材がレーストラック状に巻回され、長軸方向に関する端部（コイルエンド部）の一部において、超電導線材が上縁側に湾曲した形状を意味する。具体的には、図２の超電導コイル１０は、鞍形とするために、湾曲部１０ｂの一部の領域において、上縁１０ｃ側に凸形状となるように（下縁１０ｄ側に凹形状となるように）巻回された形状となっている。つまり湾曲部１０ｂの一部の領域において、超電導線材１１が全体的に上縁１０ｃの存在する側に寄る（向かう）ように湾曲している。言い換えれば、湾曲部１０ｂの一部の領域において、超電導線材１１が全体的に下縁１０ｄの位置する側から離れるように湾曲している。
【００１９】
図２（Ａ）に示すように、鞍形の超電導コイル１０は、直線部１０ａと、直線部１０ａと接続された湾曲部１０ｂとを有している。直線部１０ａは、長軸方向に延びる直線の部分であり、湾曲部１０ｂは上から見たときに曲線となる部分（コイルエンド部）である。湾曲部１０ｂは、図２（Ｂ）に示すように底部である下縁１０ｄが上縁１０ｃに向けて円弧状に湾曲している鞍形である。
【００２０】
なお、上縁１０ｃとは、巻回された超電導線材１１の幅方向の一方の端部であり、図２（Ａ）および（Ｂ）において上側に位置する端部である。下縁１０ｄは、巻回された超電導線材１１の幅方向の一方の端部であり、図２（Ａ）および（Ｂ）において下側に位置する端縁である。なお、上述した上縁１０ｃおよび下縁１０ｄは、超電導コイル１０を平坦な面に載置したときに現れる。
【００２１】
次いで、超電導コイル１０を構成する超電導線材１１について説明する。超電導線材１１は、テープ状であり、図３に示すように、ビスマス（Ｂｉ）系の超電導線材を用いてもよく、図４に示すように、薄膜超電導線材を用いてもよい。
【００２２】
ビスマス系の超電導線材は、図３に示すように、長手方向に延びる複数本の超電導体１１ａと、複数の超電導体１１ａの全周を被覆するシース部１１ｂとを有している。シース部１１ｂは超電導体１１ａに接触している。複数本の超電導体１１ａの各々は、たとえばＢｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の組成を有するビスマス系超電導体が好ましく、特に、（ビスマスと鉛）：ストロンチウム：カルシウム：銅の原子比がほぼ２：２：２：３の比率で近似して表されるＢｉ２２２３相を含む材質が最適である。シース部１１ｂの材質は、たとえば銀や銀合金よりなっている。なお、超電導体１１ａは、単数本であってもよい。
【００２３】
薄膜超電導線材は、図４に示すように、基板１１ｃと、基板１１ｃ上に接して設けられた中間層１１ｄと、中間層１１ｄ上に接して設けられた超電導層１１ｅと、超電導層１１ｅ上に接して設けられた安定化層１１ｆとを有している。
【００２４】
基板１１ｃは、たとえばステンレス鋼、ニッケル合金（たとえばハステロイ）、または銀合金などの金属よりなっている。中間層１１ｄは、たとえばイットリア安定化ジルコニア、酸化セリウム、酸化マグネシウムまたはチタン酸ストロンチウムなどよりなっている。なお、中間層１１ｄは省略されてもよい。
【００２５】
超電導層１１ｅはたとえばＲＥ１２３系超電導体よりなっている。ＲＥ１２３系超電導体とは、ＲＥxＢａyＣｕzＯ7-dにおいて、０．７≦ｘ≦１．３、１．７≦ｙ≦２．３、２．７≦ｚ≦３．３であることを意味する。また、ＲＥ１２３系超電導体のＲＥとは、希土類元素およびイットリウム元素の少なくともいずれかを含む材質を意味する。また、希土類元素としては、たとえばネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ホルミニウム（Ｈｏ）、サマリウム（Ｓｍ）などが含まれる。ＲＥ１２３系超電導線材は、液体窒素温度（７７．３Ｋ）での臨界電流密度がビスマス系の超電導線材よりも高いという利点を有している。また、低温下および一定磁場下における臨界電流値が高いという利点を有している。一方で、ＲＥ１２３系超電導体はビスマス系超電導体のようにシース部で被覆することができないので、配向金属基板上に気相法のみまたは液相法のみによって超電導体（超電導薄膜材料）を成膜する方法で製造される。
【００２６】
また、安定化層１１ｆは、超電導層１１ｅの表面保護のために設けられる層であり、たとえば銀や銅などよりなっている。安定化層１１ｆは省略されてもよい。
【００２７】
図３および図４に示すように、超電導線材１１が巻回されたときに、上縁１０ｃに位置する上面と、下縁１０ｄに位置する下面と、側面とを、超電導線材１１は有している。図４に示す超電導線材１１については、上面と下面とが反対になるように巻きつけてもよい。超電導層１１ｅが内周側に配置する場合には、超電導層１１ｅに圧縮応力が加えられることを抑制できるので、超電導層１１ｅの劣化を抑制できる点で有利である。超電導層１１ｅを外側に配置する場合には、外部電源との端子をとりやすい点で有利である。
【００２８】
なお、各々の超電導線材１１の間に挟まれた領域にはたとえば液体窒素などの超電導線材１１の冷媒を流してもよい。冷媒は、超電導線材１１の冷却効率を高める作用を有するものである。
【００２９】
複数の超電導コイル１０の最外周または最内周の超電導線材において、図１に示すように、接続部１０ｅ（端子部）が形成されている。超電導コイル１０の最内周および最外周を含む表面に樹脂からなる皮膜が形成されている場合には、接続部１０ｅは、皮膜が剥離された領域である。接続部１０ｅは、超電導コイル１０の直線部１０ａに形成されることが好ましい。
【００３０】
スペーサ１２は、超電導コイル１０の接続部１０ｅが形成された面において、接続部１０ｅから所定の距離を隔てて配置されている。ここで、所定の距離（図９および図１０における距離Ｙ、Ｚ）とは、たとえば５ｃｍ以上１０ｃｍ以下である。スペーサ１２は、ブリッジ配線１３が直線状に位置することが可能になるような形状を有する。スペーサ１２の材料は特に限定されないが、非磁性体であることが好ましく、絶縁体であることがより好ましい。このようなスペーサ１２の材料として、たとえばＦＲＰが挙げられる。
【００３１】
本実施の形態のスペーサ１２は、ブリッジ配線１３の両端部において超電導コイル１０とブリッジ配線１３との間に配置されているが、スペーサ１２はブリッジ配線１３の一方の端部にのみ配置されていてもよい。つまり、スペーサ１４は、接続される複数の超電導コイル１０のうち、少なくとも１つの超電導コイル１０にのみ配置されてもよい。
【００３２】
ねじり配線１４は、超電導コイル１０の接続部１０ｅとスペーサ１２とを接続する。ねじり配線１４は、延在方向においてねじられている。ねじり配線１４は、超電導線材を用いることが好ましく、たとえば４ｍｍの幅を有し、延在方向に１０ｃｍ進む毎に４５度以内のねじりが可能なビスマス系の超電導線材を用いる。なお、超電導線材は、ねじれに対しては性能が劣化しにくい。
【００３３】
ブリッジ配線１３は、スペーサ１２上に位置するねじり配線１４上に配置されている。また、ブリッジ配線１３は、ねじり配線１４を介して複数の超電導コイル１０の接続部１０ｅと電気的に接続されている。ブリッジ配線１３は、直線状の超電導線材からなる。超電導線材は、図３および図４を用いて説明した超電導線材１１と同様であり、ステンレスなどで補強された超電導線材であることが好ましい。ブリッジ配線１３は、たとえば０ｍｍを超え１０ｍｍ以下の長さを有し、約３ｍｍ程度であることが好ましい。また、超電導線材は１本に限定されず、並列に配置される複数本であってもよい。
【００３４】
なお、本実施の形態では、各々の超電導コイル１０を接続するためのブリッジ配線は１箇所に形成されているが、複数箇所においてブリッジ配線１３が形成されていてもよい。この場合、超電導線材が並列巻きされることにより形成された超電導コイル１０についても、本実施の形態を適用することができる。
【００３５】
また、本実施の形態のブリッジ配線１３は、複数の超電導コイル１０のうち、最内周同士を電気的に接続しているが、複数の超電導コイル１０のうち、最外周同士、または、最内周と最外周とを接続してもよい。超電導コイル１０の最内周とは、超電導コイル１０を構成する超電導線材１１のうち、最内周に位置する領域である。超電導コイル１０の最外周とは、超電導コイル１０を構成する超電導線材１１のうち、最外周に位置する領域である。
【００３６】
また、超電導コイル１０の接続部１０ｅとねじり配線１４との間、および、ねじり配線１４とブリッジ配線１３との間の少なくとも一方には、はんだが配置されていてもよい。
【００３７】
ここで、図１では、多段超電導コイル１として、２台の超電導コイル１０が積層されているが、本発明の多段超電導コイルは、鞍形の超電導コイル１０が複数積層されていれば限定されず、図５に示すように３台以上の超電導コイル１０が積層されていてもよい。超電導コイル１０を複数台積層させて多段超電導コイル１とすれば、当該多段超電導コイル１が発生する磁場の大きさは、単一のコイルである超電導コイル１０が発生する磁場の大きさよりも大きくなる。このため、多段超電導コイル１をたとえばモータのステータやロータに用いる場合においては、単一のコイルである超電導コイル１０を用いるよりも、複数台の超電導コイル１０が積層された多段超電導コイル１を用いることにより、出力を大きくすることができる。
【００３８】
なお、図５に示す３台の鞍形の超電導コイル１０を積層した場合、上から１段目および２段目の超電導コイル１０は、最外周同士がブリッジ配線１３で接続され、上から２段目および３段目の超電導コイル１０は、最内周同士がブリッジ配線１３で接続されている。
【００３９】
また、複数の超電導コイル１０は、段間配線３３により接続されている。段間配線３３は、各々の超電導コイル１０の間に配置され、超電導コイル１０を保持する。段間配線３３は、たとえばＦＲＰからなり、積層される一の超電導線材１１と他の超電導線材１１との間の電気的な短絡を抑制するためのものである。
【００４０】
また、上から１断目および３段目の超電導コイル１０は外部配線４２を用いて外部接続端子４１を介して外部電源（図示せず）と接続されている。
【００４１】
また、多段超電導コイル１において、各々の超電導コイル１０は、磁束の向きと超電導線材１１の向きとが平行に近づくように配置されていることが好ましい。このことについて、図５に示す３台の超電導コイル１０を備えた多段超電導コイル１を例に挙げて説明する。
【００４２】
多段超電導コイル１の各超電導コイル１０に電流を流した際に発生する磁場（磁束線）は、たとえばモータを構成するロータやステータに多段超電導コイル１を用いた場合において、やや上縁側に傾斜するような軌跡を描く。具体的には、図６に示すように、図６の上下方向に延在する軸（図示せず）に対する磁束線１１１の進行方向がなす角度が、積層される各超電導線材１１からなる系の上側において、下側よりもやや大きくなっている。
【００４３】
このため、多段超電導コイル１を構成する個々の超電導コイル１０は、中空部の中心における軸に対してすべて同一の角度を有するよう超電導線材１１が傾斜されたものを用いてもよいが、積層される個々の超電導コイル１０の主表面の傾斜角度がそれぞれ異なるように調整されていることがより好ましい。
【００４４】
このことを図６および図７を用いてより具体的に説明する。図７（Ａ）は図６の下側の超電導コイル１０（超電導線材１１）の主表面１１０ａが、図６の左右方向に延びる線分（図７における一点鎖線）となす角度θ１を示す。同様に図７（Ｂ）は図６の中央の超電導コイル１０（超電導線材１１）の主表面１１０ｂが、図７における一点鎖線となす角度θ２を示す。図７（Ｃ）は図６の上側の超電導コイル１０（超電導線材１１）の主表面１１０ｃが、図７における一点鎖線となす角度θ３を示す。
【００４５】
図６および図７に示すように、図６の下側の超電導コイル１０の主表面１１０ａよりも、上側の超電導コイル１０の主表面１１０ｃの方が、左右方向に延在する軸となす角度が小さい（逆に言えば、主表面１１０ａよりも主表面１１０ｃの方が、上下方向に延在する軸となす角度が大きい）。このようにすれば、積層された各超電導コイル１０に流れる電流が作る磁束線１１１の進行する方向が、各領域において、磁束線１１１に対向する超電導コイル（超電導線材１１）の主表面１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃに沿った方向を向くことになる。このため、積層された超電導コイル１０のいずれについても、磁束線１１１が超電導線材１１の主表面１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃに交差する方向（つまり超電導線材１１の厚み方向に沿った、主表面１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを貫通する方向）となるように進行する割合が減少する。したがって、超電導線材１１（超電導コイル１０）の電流特性の劣化を抑制することができる。
【００４６】
なお、複数の超電導コイル１０は、図６に示すように、それぞれ厚みが同じであってもよく、図８に示すように、それぞれ厚みが異なっていてもよく、一部の厚みが同じである超電導コイルと厚みが異なる超電導コイルが混在していてもよい（図示せず）。つまり、多段超電導コイル１を構成する複数の超電導コイル１０のターン数は限定されない。
【００４７】
続いて、本実施の形態における多段超電導コイル１の製造方法について説明する。以下では、２台の超電導コイル１０を用いて２段積層された図１に示す多段超電導コイル１の製造方法について説明する。
【００４８】
まず、図９に示すように、鞍形の超電導コイル１０を複数準備する。その後、複数の超電導コイル１０の段間接続位置Ｘを決定する。段間接続位置Ｘとは、ブリッジ配線を用いて接続する位置である。次いで、複数の超電導コイル１０に接続部１０ｅを形成する。接続部１０ｅは、段間接続位置Ｘに対してねじり配線を配置するために所定の距離Ｙ、Ｚを隔てた位置に形成する。所定の距離Ｙ、Ｚは、たとえば５ｃｍ以上１０ｃｍ以下である。なお、距離Ｙ、Ｚは、用いるねじり配線の種類とねじり角に応じて適宜選択することができる。図９では、上段および下段の超電導コイル１０の最内周に、接続部１０ｅを形成している。
【００４９】
次に、図１０に示すように、複数の超電導コイル１０における段間接続位置Ｘに、スペーサ１２を配置する。スペーサ１２の形状（テーパの角度や厚さなどの形状）は、超電導コイル１０の段間接続位置Ｘにおいて直線状に接続可能になるように適宜選択することができる。スペーサ１２の形成方法は特に限定されず、たとえばエポキシ樹脂等の（熱硬化性）樹脂や、ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）などを採用することができる。
【００５０】
次に、図１１に示すように、各々の超電導コイル１０において、接続部１０ｅとスペーサ１２とを接続するねじり配線１４を形成する。本実施の形態では、一端が超電導コイル１０の最内周の接続部１０ｅに配置され、他端がスペーサ１２上に配置するように、超電導コイル１０の延在方向に沿ってねじり配線１４が延在するように、ねじり配線１４を形成する。ねじり配線１４は、超電導線材を用いることが好ましく、たとえば４ｍｍの幅を有し、１０ｃｍ進む毎に４５度以内のねじりが可能なビスマス系の超電導線材を用いる。接続部１０ｅとの接続方法は特に限定されないが、たとえばはんだ接続を採用することができる。
【００５１】
次に、図１に示すように、段間接続位置Ｘに、スペーサ１２上のねじり配線１４同士を接続するブリッジ配線１３を形成する。ブリッジ配線１３は、直線状の超電導線材である。ブリッジ配線１３の形成方法は特に限定されず、たとえばはんだ接続を採用することができる。これにより、複数の超電導コイル１０のうち、最内周および最外周の少なくとも一方同士を電気的に接続する直線状の超電導線材からなるブリッジ配線１３を形成できる。
【００５２】
以上の工程を実施することにより、図１に示す多段超電導コイル１を製造することができる。
【００５３】
続いて、図１２に示す比較例の多段超電導コイル２００と比較して、図５に示す本実施の形態における多段超電導コイル１の効果について説明する。
【００５４】
図１２に示すように、比較例１における多段超電導コイル２００は、図５に示す本実施の形態の多段超電導コイル１と基本的には同様の構成を備えているが、スペーサ１２を備えていない点、超電導線材の代わりに可撓性のブリッジ配線２２０を備えている点において異なる。つまり、鞍形の超電導コイル１０を複数積層された多段超電導コイル２００がスペーサ１２を備えていない場合、図１２に示すように、超電導コイル１０の最内周および最外周同士を電気的に接続するためのブリッジ配線２２０は、屈曲部が必要であるので直線状の線を用いることができず、たとえば銅の編組線など可撓性の高い導電性の線を用いる必要がある。このため、比較例の多段超電導コイル２００では、ブリッジ配線２２０の材料に制約が生じるため、ブリッジ配線２２０と超電導コイル１０との接続部における抵抗が高いという問題がある。
【００５５】
一方、本実施の形態における多段超電導コイル１によれば、図１および図５に示すように、複数の超電導コイル１０の最内周および最外周の少なくとも一方同士を直線状に結ぶことができるようにスペーサ１２が配置されている。このため、複数の超電導コイル１０の最内周および最外周の少なくとも一方同士をブリッジ配線１３として直線状の超電導線材で接続することができる。超電導線材は接続抵抗を低減できるため、接続部での抵抗を低減することで通電損失を低減することができる。したがって、特性を向上した多段超電導コイル１を実現することができる。
【００５６】
また、多段超電導コイル１を構成する複数の超電導コイル１０は鞍形であるので、多段超電導コイル１の底部（下縁１０ｄ）を超電導機器の円筒面に沿って配置することができる。このため、本実施の形態の多段超電導コイル１を超電導機器に用いると、超電導機器の小型化を図ることができる。
【００５７】
本実施の形態の多段超電導コイル１において好ましくは、漏れ磁束の場所によって最適な超電導コイル１０（超電導線材１１）の面角度となるように、各々の超電導コイル１０の面角度が調整されている。つまり、多段超電導コイル１において、各々の超電導コイル１０（超電導線材１１）のテープ面の傾きが互いに異なることが好ましい。このような超電導コイル１０の各々は、たとえば直線部１０ａの少なくとも中央部分では、上縁１０ｃが下縁１０ｄよりも内周側に位置する。この場合、直線部１０ａの中央部分においては、超電導コイル１０を構成する超電導線材１１の主表面が、超電導コイル１０の中空部の中心における軸に対して鋭角をなすように配置される。これにより、超電導線材１１に流れる電流により発生する磁束線は、超電導線材１１の主表面に沿った方向に進行するようになる。つまり、当該磁束線が超電導線材１１の主表面を貫通するように進行する割合が少なくなる。このため、超電導線材１１のなすコイルの電流特性が劣化することを抑制することができる。つまり、多段超電導コイル１は、漏れ磁束の影響を小さくする鞍形の超電導コイル１０を備えるので、特性を向上できる。
【００５８】
（変形例１）
図１３を参照して、本実施の形態の変形例１の多段超電導コイル２について説明する。変形例１の多段超電導コイル２は、基本的には図５に示す多段超電導コイル１と同様の構成を備えているが、スペーサ１２の形状が異なる。変形例１のスペーサ１２は、ブリッジ配線１３の延在方向に沿って延在する。具体的には、スペーサ１２は、積層される超電導コイル１０のうち、一の超電導コイル１０の最外周（または最内周）から他の超電導コイル１０の最外周（または最内周）を覆うように形成されている。スペーサ１２において超電導コイル１０と反対側の面は、直線を含む平面である。なお、変形例１では、スペーサ１２は２の隣り合う超電導コイル１０を覆うように形成されているが、３以上の超電導コイル１０を覆うように形成されていてもよい。変形例１のスペーサ１２を用いると、ブリッジ配線１３を補強することができる。
【００５９】
（変形例２）
図１４を参照して、本実施の形態の変形例２の多段超電導コイル３について説明する。変形例２の多段超電導コイル３は、基本的には図５に示す多段超電導コイル１と同様の構成を備えているが、スペーサ１２の形状が異なる。上から１段目と２段目の超電導コイル１０に配置される変形例２のスペーサ１２は、段間配線３３も兼ねている。つまり、このスペーサ１２は、隣り合う超電導コイル１０の間に配置され、かつ隣り合う超電導コイル１０の延在方向に沿って延在する。このスペーサ１２は、たとえば一体成形されてなる。変形例２のスペーサ１２を用いると、段間配線３３を省略できるので、部品点数を削減することができる。
【００６０】
（実施の形態２）
図１５〜図１９を参照して、本発明の超電導機器の一実施の形態におけるモータ１４０を説明する。モータ１４０は、回転子であるロータ１３０と、ロータ１３０の周囲に配置された固定子であるステータ１２０とを備えている。
【００６１】
図１５〜図１７に示すように、ロータ１３０は、実施の形態１の多段超電導コイル１と、ロータコア１１３と、ロータ軸１１６と、冷媒１１７と、回転軸１１８とを含んでいる。
【００６２】
ロータ軸１１６は、回転軸１１８の長軸方向に延びる外周面の周囲に形成されている。ロータ軸１１６の外表面は円弧状である。ロータコア１１３は、ロータ軸１１６の、回転軸１１８に交差する断面における中央部分（回転軸１１８が配置されている領域）から放射状に、ロータ軸１１６の外周面から突出するように延びている。多段超電導コイル１は、ロータコア１１３を囲むように、かつロータ軸１１６の円弧状の外表面に沿うように配置されている。冷媒１１７は、超電導コイル１０を冷却する。超電導コイル１０の冷媒１１７とは、断熱容器の内部に配置されている。
【００６３】
図１７に示すように、ロータ１３０のロータコア１１３の外周を巻回するように配置された多段超電導コイル１は、複数の超電導コイル１０のそれぞれの主表面１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの、図１７の左右方向に延在する軸に対する傾斜角度（図１７のロータコア縁部１１３ａに対する傾斜角度）が異なっていることが好ましい。具体的には実施の形態１の図６および図７に示すように、下側の超電導コイル１０の主表面１１０ａよりも、上側の超電導コイル１０の主表面１１０ｃの方が、左右方向に延在する軸となす角度が小さい（逆に言えば、主表面１１０ａよりも主表面１１０ｃの方が、上下方向に延在するロータコア縁部１１３ａとなす角度が大きい）。
【００６４】
図１５に示すように、ロータ１３０の周囲には、モータ１４０の固定子としてのステータ１２０が形成されている。図１５、図１８および図１９に示すように、ステータ１２０は、実施の形態１の多段超電導コイル１と、ステータヨーク１２１と、ステータコア１２３と、冷媒１１７とを含んでいる。
【００６５】
ステータヨーク１２１は、ロータコア１１３の外周を取り囲んでいる。ステータヨーク１２１の外表面は円弧状である。多段超電導コイル１は、ステータヨーク１２１の円弧状の外表面に沿うように配置されている。冷媒１１７は、超電導コイル１０を冷却する。多段超電導コイル１と冷媒１１７とは、断熱容器の内部に配置されている。断熱容器は、ステータコア１２３の一部が配置されるように多段超電導コイル１の中心において開口部を有している。ステータコア１２３は、多段超電導コイル１の周囲を取り囲み、多段超電導コイル１の中心部を貫通するように配置されている。
【００６６】
図１９に示すように、ステータ１２０のステータコア１２３の外周を巻回するように配置された多段超電導コイル１の複数の超電導コイル１０についても、それぞれの主表面１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの、図１９の左右方向に延在する軸に対する傾斜角度（図１９のステータコア縁部１２３ａに対する傾斜角度）が異なっていることが同様に好ましい。本実施の形態のステータ１２０においても、ロータ１３０と同様に、下側の超電導コイル１０の主表面１１０ａよりも、上側の超電導コイル１０の主表面１１０ｃの方が、左右方向に延在する軸となす角度が小さい（逆に言えば、主表面１１０ａよりも主表面１１０ｃの方が、上下方向に延在するステータコア縁部１２３ａとなす角度が大きい）。
【００６７】
ロータ１３０およびステータ１２０において図１７および図１８に示すように複数の超電導コイル１０を配置すると、実施の形態１で説明したように、各々の超電導コイル１０の厚み方向に沿った方向（主表面に交差する方向）に磁束線１１１が貫通することを抑制することができる。つまり、臨界電流値Ｉｃなどの低下を抑制することができるので、複数の超電導コイル１０の電流特性の劣化を抑制することができる。これは、図１７および図１９に示すように、各超電導コイル１０に流れる電流により生じる磁束線１１１の向きは、各図の上側において下側よりも、ロータコア縁部１１３ａ（ステータコア縁部１２３ａ）の延在する方向に対する傾斜角度が大きくなるためである。つまり各領域において配置される超電導コイル１０の主表面の延在方向が、当該超電導コイル１０に対向する磁束線１１１の進行する方向に沿った方向となるためである。
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態における超電導機器としてのモータ１４０は、実施の形態１における多段超電導コイル１を備えている。つまり、特性を向上できる多段超電導コイル１を用いている。このため、モータ１４０の特性を向上することができる。また、多段超電導コイル１を構成する複数の超電導コイル１０は鞍形であるので、超電導コイル１０の底部（下縁）を円筒面に沿って配置することができる。このため、モータ１４０の小型化を図ることもできる。
【００６９】
なお、本実施の形態では、超電導機器として、ロータ１３０とステータ１２０とを含むモータ１４０を例に挙げて説明したが、本発明の超伝導機器はモータに特に限定されず、たとえば、発電機などにも適用可能である。
【００７０】
今回開示された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。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて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。
【符号の説明】
【００７１】
１，２，３  多段超電導コイル、１０  超電導コイル、１０ａ  直線部、１０ｂ  湾曲部、１０ｃ  上縁、１０ｄ  下縁、１０ｅ  接続部、１１  超電導線材、１１ａ  超電導体、１１ｂ  シース部、１１ｃ  基板、１１ｄ  中間層、１１ｅ  超電導層、１１ｆ  安定化層、１２  スペーサ、１３  ブリッジ配線、１４  ねじり配線、３３  段間配線、４１  外部接続端子、４２  外部配線、１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ  主表面、１１１  磁束線、１１３  ロータコア、１１３ａ  ロータコア縁部、１１６  ロータ軸、１１７  冷媒、１１８  回転軸、１２０  ステータ、１２１  ステータヨーク、１２３  ステータコア、１２３ａ  ステータコア縁部、１３０  ロータ、１４０  モータ、Ｘ  段間接続位置、Ｙ，Ｚ  距離、θ１，θ２，θ３  角度。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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