(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻枠胴部上に巻回された巻回用超電導線と、巻枠鍔部の外面上に配された電極とが連結用超電導線を介して接続されており、前記連結用超電導線に導電材料からなる補強部材を前記電極まで沿わせて前記補強部材を金属線で結束していることを特徴とする超電導コイルの端末構造。
【請求項２】
前記連結用超電導線の前記巻枠鍔部の引出口から接続部にかけての形状がＬ字状に形成されており、その一端から屈曲部までの直線部の少なくとも１部が前記電極に接続され、他の一端から前記屈曲部までの直線部が前記巻回用超電導線の端部に接続されていることを特徴とする請求項１記載の超電導コイルの端末構造。
【請求項３】
前記巻回用超電導線の端部と、前記連結用超電導線の端部とが所定長さ添わされて接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の超電導コイルの端末構造。
【請求項４】
前記巻回用超電導線が、超電導熱処理後、前記巻枠胴部上に巻回されており、前記連結用超電導線が、所定形状に成形後、超電導熱処理されていることを特徴とする請求項１、２、３のいずれかに記載の超電導コイルの端末構造。
【請求項５】
前記接続部が、前記巻枠胴部周面または前記巻枠鍔部の内面に被覆された絶縁層に設けられた絶縁層溝内に配されていることを特徴とする請求項２、３、４のいずれかに記載の超電導コイルの端末構造。
【請求項６】
前記絶縁層溝が前記巻回用超電導線の接線方向に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の超電導コイルの端末構造。
【請求項７】
前記連結用超電導線が前記巻枠鍔部の前記引出口に合成樹脂により固定されていることを特徴とする請求項２、３、４、５、６のいずれかに記載の超電導コイルの端末構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低コストのＲ＆Ｗ法製の超電導コイルが使用できる超電導コイルの端末構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超電導コイルは、図７に示すように、巻枠胴部上に超電導線３が巻回され、前記超電導線３の端部が巻枠鍔部８の引出口９から引出されて、巻枠鍔部８外面上に配された電極４（外部導体と接続する端子）に接続されたものである。
ところで、Ｎｂ3 Ｓｎなどの化合物超電導線は変形（歪み）によりその超電導特性が著しく低下するため、前記化合物超電導線が巻かれた超電導コイルは、超電導熱処理（超電導体に反応させるための熱処理）前の段階で胴部に巻回し、さらにその端部を巻枠鍔部８の引出口９から所定長さ引出した状態で超電導熱処理を施すＷ＆Ｒ（ＷＩＮＤＩＮＧ＆ＲＥＡＣＴ）法により製造されていた。
このＷ＆Ｒ法では、超電導熱処理後は超電導線に曲げなどの変形が加わらないため、超電導特性が低下することがない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このＷ＆Ｒ法は巻枠胴部に巻回した状態で超電導熱処理するため大型炉が必要で製造コストが高くなるという問題があった。
このようなことから、超電導熱処理後に巻回する（Ｒ＆Ｗ法）ことができる強化型Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線やステンレステープで補強した酸化物超電導線が開発された。
【０００４】
しかし、これらの超電導線は、曲げ曲率の大きい巻枠胴部上への巻回は問題なく行えるが、曲げ曲率の小さい（曲げ半径約５ｍｍ）引出口で超電導特性が大幅に低下するという問題があった。
この対策として、引出口近傍の胴部にスロープを付けて超電導線を徐々に曲げる方法が提案されたが、この方法では励磁中の電磁力により引出口部分の超電導線に歪みが加わり、この部分で超電導特性が低下するという問題があった（参考文献：K.Goto他,IEEE transaction on Applied Superconductivity, vol.11,No.1,p3623-3626,2001 ）。
本発明の目的は、低コストのＲ＆Ｗ法製の超電導コイルが使用できる超電導コイルの端末構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載発明は、巻枠胴部上に巻回された巻回用超電導線と、巻枠鍔部の外面上に配された電極とが連結用超電導線を介して接続されており、前記連結用超電導線に導電材料からなる補強部材を前記電極まで沿わせて金属線で結束していることを特徴とする超電導コイルの端末構造である。
【０００６】
請求項２記載発明は、前記連結用超電導線の前記巻枠鍔部の引出口から接続部にかけての形状がＬ字状に形成されており、その一端から屈曲部までの直線部の少なくとも１部が電極に接続され、他の一端から前記屈曲部までの直線部が前記巻回用超電導線の端部に接続されていることを特徴とする超電導コイルの端末構造である。
【０００７】
請求項３記載発明は、前記巻回用超電導線の端部と、前記連結用超電導線の端部とが所定長さ添わされて接続されていることを特徴とする超電導コイルの端末構造である。
【０００８】
請求項４記載発明は、前記巻回用超電導線が、超電導熱処理後、前記巻枠胴部上に巻回されており、前記連結用超電導線が、所定形状に成形後、超電導熱処理されていることを特徴とする超電導コイルの端末構造である。
【０００９】
請求項５記載発明は、前記接続部が、前記巻枠胴部周面または前記巻枠鍔部の内面に被覆された絶縁層に設けられた絶縁層溝内に配されていることを特徴とする超電導コイルの端末構造である。
【００１０】
請求項６記載発明は、前記絶縁層溝が前記巻回用超電導線の接線方向に設けられていることを特徴とする超電導コイルの端末構造である。
【００１１】
請求項７記載発明は、前記連結用超電導線が前記巻枠鍔部の前記引出口に合成樹脂により固定されていることを特徴とする超電導コイルの端末構造である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を図を参照して具体的に説明する。
図１（イ）、（ロ）は、本発明の端末構造の実施形態を示す平面図および側面説明図である。
巻枠１の胴部２上に超電導熱処理後の超電導線３が巻回されており（Ｒ＆Ｗ法）、電極４の片面中央部には上下方向に溝１１が形成されており、この溝１１内に成形後超電導熱処理された連結用超電導線５の上部が半田（図示せず）で埋設され、この連結用超電導線５は引出口から接続部１５にかけてＬ字状に形成されており、前記Ｌ字状部分の電極４に接続された直線部（以下直線部６と記す）６が引出口９を通り、巻回用超電導線３に接続された直線部１３が超電導線３の端部７に所定長さ添わされて接続されている。前記添わせる長さは接続部１５の接触抵抗や接続方法などを考慮して適宜決められる。
【００１３】
連結用超電導線５の引出口から接続部にかけて形成されるＬ字形状は、連結用超電導線５の上部が電極４に接続された状態で、前記Ｌ字状部分の直線部１３が接続相手の巻回用超電導線端部７と接続されている。このためＬ字状部分の直線部１３と巻回用超電導線端部７とは変形されずに（歪みを生じずに）接続され、その超電導特性は高度に維持される。
なお、連結用超電導線５の引出口から接続部１５にかけての形状は、巻枠胴部２上に巻回された巻回用超電導線３と巻枠鍔部８外面上に配された電極４とを、巻回用超電導線３を変形させずに（歪みを生じずに）接続できる形状であれば良く、前記Ｌ字状に限るものではない。
【００１４】
本発明では、超電導熱処理後の超電導線を巻枠胴部２に巻回するので、超電導熱処理に大型炉を用いる必要がなく、製造コストを安くできる。
【００１５】
本発明において、電極４には銅板などの導電材料が使用され、この電極４は巻枠鍔部８外面上にＦＲＰなどの絶縁層１０を介して配される。
また、巻枠胴部２と巻枠鍔部８には、通常、ステンレスなどの高強度材が使用され、巻枠胴部２周面と巻枠鍔部８内面には、図３に示すように、ＦＲＰなどからなる絶縁層１２が被覆される。
前記接続部は、図３に示すように、前記絶縁層１２に設けた溝１４内に配して保護するのが望ましい。この絶縁層溝１４は、巻回された巻回用超電導線３の端部７の巻回方向とほぼ同じ方向に形成される。
【００１６】
接続部の形成方法としては、図４（イ）、（ロ）に示すように前記直線部１３を巻回方向と逆方向に向ける場合と、図５（イ）、（ロ）に示すように連結用超電導線の直線部１３を巻回方向に向ける場合とがあり、これらは電極の位置によって適宜選択される。
前記図４、５では、絶縁層溝１４は巻回方向に添って設けたが、絶縁層溝１４は図６（イ）、（ロ）に示すように巻回用超電導線３の接線方向に設けることもできる。この方法は、図４に示した方法より、接続部１５に掛かる歪みを小さくすることができ望ましい方法である。
【００１７】
前記連結用超電導線５のＬ字状部分の直線部１３と巻回用超電導線３の端部７との接続には、両超電導線３、５に歪みを生じさせない任意の方法、例えば半田付けやろう付けなどが適用できる。
連結用超電導線５の屈曲部１６は、図２に示すように、連結用超電導線５に補強部材１７を添わせて金属線１８などで結束しておくと、屈曲部１６の変形が防止され接続性が向上する。また補強部材１７に銅などの導電材料を用い、これを電極まで添わせることによりクエンチ発生時に分流効果が得られる。さらに図３に示した絶縁層溝１４の底部に銅板（図示せず）を配し、その上に接続部１５（図２参照）を半田またはエポキシ樹脂で接合すると接続部１５の変形が防止される。連結用超電導線５と補強部材１７は金属線１８による結束に加え半田付けなどをしておくと補強部材１７の効果が一層発現される。半田付けのみでも差し支えない。
【００１８】
本発明において、巻回用超電導線３は、巻回後、クエンチ防止のため、エポキシなどの合成樹脂を充填して相互に固定する。合成樹脂は、引出口９や絶縁層溝１４内にも充填して連結用超電導線５や接続部１５を固定するのが望ましい。
前記クエンチとは通電時に生じる電磁力で巻回用超電導線３が局部的に動いて発熱し、この熱により超電導状態が破れる現象である。
【００１９】
この他、合成樹脂を充填する効果としては、液体窒素や液体ヘリウム冷却の場合は電極４部分が局部冷却し熱収縮して起きる接続部１５の破断防止が図れ、冷凍機冷却の場合は熱伝導性が改善され冷却効率が向上する、などが挙げられる。合成樹脂の充填には、塗り込み法や含浸釜に浸漬する方法などの常法が適用できる。
【００２０】
【実施例】
以下に本発明を実施例により詳細に説明する。
（実施例１）
ブロンズ法により製造した外径１ｍｍの強化型Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線（外部銅安定化銅比２０％）を巻回用（絶縁として厚さ２５μｍ、幅４ｍｍのポリイミドテープによるハーフラッピング施工）と連結用（絶縁なし）の両方に用いて図１に示した端末構造の超電導コイルを製造した。
前記超電導線は、巻回用には束状にして超電導熱処理したものを用い、連結用には引出口から接続部にかけての部分をＬ字状に成形後に超電導熱処理したものを用いた。
【００２１】
超電導コイルは下記（１）→（６）の工程に従って製造した。
（１）電極４（幅３０ｍｍ、高さ８０ｍｍ、厚さ５ｍｍの銅板）の片面中央部上下方向に形成された溝１１（幅２ｍｍ、深さ２ｍｍ）内に連結用超電導線５の上部を半田（図示せず）で埋設して接続し、（２）連結用超電導線５下部のＬ字状部分を引出口９に通し、（３）電極４をＦＲＰ製絶縁層１０を介して巻枠鍔部８外面上に非金属製ボルトで締結し、（４）連結用超電導線５Ｌ字状部分の直線部１３と巻回用超電導線３の端部７とを所定長さ添わせ、さらに連結用超電導線５のＬ字状部分に同じＬ字状の銅製の補強部材１７を添わせ、この添わせた部分を銅線１８を巻いて結束した。接続部は巻回用超電導線端部７も含めて結束した（図２参照）。（５）前記接続部１５を巻枠鍔部８内面の絶縁層溝１４（図３参照）内に配し、さらにこの接続部１５を絶縁層溝１４内の底部に配した銅板（幅２ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚さ１ｍｍ、図示せず）上に半田付けして接続と固定を行い、（６）巻回用超電導線３を巻枠胴部２上にエポキシ樹脂を塗り込みながら巻回した。エポキシ樹脂は接続部１５が配された絶縁層溝１４内および連結用超電導線５が通る引出口９にも塗り込んだ。
【００２２】
このようにして製造した超電導コイルを液体ヘリウム中に浸漬し、最大２００Ａの電流を流して、８Ｔの磁界を発生させることができた。そのときの接続部の発熱は約１ｍＷでありコイル性能として全く問題がなかった。
【００２３】
以上、外部導体を接続する電極の端末構造について説明したが、本発明は、巻枠胴部に複数の超電導線を並列巻きし、各超電導線を直列につなぐ際に用いるつなぎ用電極の端末構造にも適用できる。
【００２４】
以上に述べたように、本発明の超電導コイルの端末構造は、巻枠胴部上に巻回された巻回用超電導線と、巻枠鍔部外面上に配された電極とが連結用超電導線を介して接続されており、前記連結用超電導線に導電材料からなる補強部材を前記電極まで沿わせて金属線で結束しているので、前記巻回用超電導線を小曲率で曲げて電極に接続する必要がない。従って、低コストのＲ＆Ｗ法製の超電導コイルが使用でき、工業上顕著な効果を奏する。また、補強部材を前記電極まで沿わせていることにより、クエンチ発生時に分流効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超電導コイルの端末構造の実施形態を示す（イ）平面図および（ロ）側面説明図（（イ）のＡ−Ａ矢視図）である。
【図２】本発明における超電導線接続部の補強方法の実施形態を示す斜視図である。
【図３】本発明で用いる巻枠の実施形態を示す斜視説明図である。
【図４】（イ）、（ロ）は本発明における接続部の第１の例を示すそれぞれ斜視図または平面透視図である。
【図５】（イ）、（ロ）は本発明における接続部の第２の例を示すそれぞれ斜視図または平面透視図である。
【図６】（イ）、（ロ）は本発明における接続部の第３の例を示すそれぞれ斜視図または平面透視図である。
【図７】従来の超電導コイルの端末構造の側面説明図である。
【符号の説明】
１  巻枠
２  巻枠胴部
３  巻回用超電導線
４  電極
５  連結用超電導線
６  連結用超電導線のＬ字状部分の電極に接続された直線部
７  巻回用超電導線の端部
８  巻枠鍔部
９  巻枠鍔部の引出口
１０  電極と巻枠鍔部間の絶縁層
１１  電極に形成された溝
１２  巻枠胴部上または巻枠鍔部内面上の絶縁層
１３  連結用超電導線のＬ字状部分の巻回用超電導線に接続された直線部
１４  絶縁層に形成された溝
１５  連結用超電導線の直線部（前記１３）と巻回用超電導線端部との接続部
１６  連結用超電導線のＬ字状部分の屈曲部
１７  補強部材
１８  結束用金属線
【図１】
0004158878.tif 000002
【図２】
0004158878.tif 000003
【図３】
0004158878.tif 000004
【図４】
0004158878.tif 000005
【図５】
0004158878.tif 000006
【図６】
0004158878.tif 000007
【図７】
0004158878.tif 000008