(57)【要約】【課題】超電導コイルユニットの放熱性と冷却効率を高めることにより、超電導コイルユニットに通電可能な電流量を向上させる。【解決手段】超電導線が巻回されたパンケーキコイルを複数備え、これらパンケーキコイルを軸線方向に積層した超電導コイルユニットであって、前記各パンケーキコイルの軸線方向の両端に絶縁性を有するセパレータが配置され、軸線方向に隣接するパンケーキコイルのいずれか一方のセパレータの外面に凸部が設けられ、該凸部は隣接するパンケーキコイルのセパレータの外面に当接し、隣接するセパレータ間に冷媒流入部を設けている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導線が巻回されたパンケーキコイルを複数備え、これらパンケーキコイルを軸線方向に積層した超電導コイルユニットであって、
前記各パンケーキコイルの軸線方向の両端に絶縁性を有するセパレータが配置され、
軸線方向に隣接するパンケーキコイルのいずれか一方のセパレータの外面に凸部が設けられ、該凸部は隣接するパンケーキコイルのセパレータの外面に当接し、隣接するセパレータ間に冷媒流入部を設けていることを特徴とする超電導コイルユニット。
【請求項２】
前記パンケーキコイルは超電導線の最内周ターンの渡り部で連続するダブルパンケーキコイルからなり、該ダブルパンケーキコイルの軸線方向両側のシングル部の間に介在させるセパレータと一方のシングル部の軸線方向の他端に配置するセパレータは凸部を有しないセパレータとする一方、他方のシングル部の軸線方向の他端に配置するセパレータは前記凸部を有するセパレータとされている請求項１に記載の超電導コイルユニット。
【請求項３】
前記セパレータはパンケーキコイルのコイル外径より大とした円形状とし、該セパレータの外周部に前記凸部を設けている請求項１または請求項２に記載の超電導コイルユニット。
【請求項４】
前記セパレータの外面に設ける前記凸部は周方向に１０〜３０度の間隔をあけて複数設けている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の超電導コイルユニット。
【請求項５】
前記凸部の突出量を０．５〜１．５ｍｍとしている請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の超電導コイルユニット。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の超電導コイルユニット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、超電導コイルユニットおよび該超電導コイルユニットを備えた超電導機器に関し、詳しくは、超電導線を巻回したコイルが複数層に積層された超電導コイルユニットの温度上昇を低減するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、帯状の超電導線を巻回して形成された超電導コイルが提供されており、本出願人は、特開平１０−３０８３０６号公報（特許文献１）において、図４に示すように、超電導線を巻回して形成した複数のコイル２をコイル軸線方向に積層し、隣接するコイル２の超電導線を導通させて１つのコイルとした超電導コイルユニット１を提供している。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３０８３０６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、特許文献１で提供している超電導コイルユニット１は、隣接するコイル２間に隙間を設けていないため放熱性が良くなく、かつ、各コイル２間に冷媒が流入しないため冷却効率も良くない。これにより、超電導コイルユニット１の温度が上昇しやすく、超電導コイルユニット１に通電可能な電流量が低下しやすいため、改善の余地がある。
【０００５】
本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、超電導コイルユニットの放熱性と冷却効率を高めることにより、超電導コイルユニットに通電可能な電流量を向上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】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は、超電導線が巻回されたパンケーキコイルを複数備え、これらパンケーキコイルを軸線方向に積層した超電導コイルユニットであって、
前記各パンケーキコイルの軸線方向の両端に絶縁性を有するセパレータが配置され、
軸線方向に隣接するパンケーキコイルのいずれか一方のセパレータの外面に凸部が設けられ、該凸部は隣接するパンケーキコイルのセパレータの外面に当接し、隣接するセパレータ間に冷媒流入部を設けていることを特徴とする超電導コイルユニットを提供している。
【０００７】
前記構成の超電導コイルユニットによれば、各パンケーキコイルのセパレータに凸部を設け、該凸部により積層したパンケーキコイルのセパレータ間に設けられる空隙を冷媒流入部としているため、各パンケーキコイル間に熱がこもることがなく放熱性が良く、かつ、この冷媒流入部に液体窒素等からなる冷媒が流入するため、各パンケーキコイルの内周側の超電導線まで効率良く冷却することができる。これにより、超電導コイルユニットの温度上昇を小さくでき、超電導コイルユニットへの通電量を大きくすることができ、超電導コイルユニットの性能を向上させることができる。
【０００８】
前記パンケーキコイルは超電導線の最内周ターンの渡り部で連続するダブルパンケーキコイルからなり、該ダブルパンケーキコイルの軸線方向両側のシングル部の間に介在させるセパレータと一方のシングル部の軸線方向の他端に配置するセパレータは凸部を有しないセパレータとする一方、他方のシングル部の軸線方向の他端に配置するセパレータは前記凸部を有するセパレータとされていることが好ましい。
【０００９】
前記構成によれば、積層される一方のセパレータに凸部を設ける一方、他方のセパレータには凸部を設けずに平坦面としているため、これらセパレータを重ね合わせると、一方のセパレータの凸部突出端面が他方のセパレータの平坦面に当接し、安定した状態で均等な冷媒流入部をセパレータ間に形成することができる。
また、各ダブルパンケーキコイル間に冷媒流入部を形成するため、ダブルパンケーキコイルの２層のシングル部をそれぞれ軸線方向の外面側から冷却することができる。
なお、超電導コイルユニットの各パンケーキコイルはダブルパンケーキコイルに限らず、シングルパンケーキコイルであってもよい。
さらに、超電導線の最内周ターンの渡り部で連続するダブルパンケーキコイルではなく、シングルパンケーキコイルを２層積層することにより形成したダブルパンケーキ形状のコイルとし、各ダブルパンケーキ形状のコイル間に冷媒流入部を設ける構成としてもよい。
【００１０】
前記セパレータはパンケーキコイルのコイル外径より大とした円形状とし、該セパレータの外周部に前記凸部を設けていることが好ましい。
また、前記セパレータの外面に設ける前記凸部は周方向に１０〜３０度の間隔をあけて複数設けていることが好ましい。
【００１１】
前記構成によれば、セパレータの凸部を周方向に間隔をあけて複数設けているため、冷媒がセパレータ間の冷媒流入部に流入しやすく、また、前記凸部により冷媒流入部が閉鎖されていないため、積層したコイル間の冷媒流入部に気泡が溜まることがなく、該気泡により冷却効率が低下することがない。
また、前記凸部を設ける位置はセパレータの外周部に限らず、内周側に設けて内周側でも隣接するセパレータ間の間隔を保持する構成としてもよい。
【００１２】
前記凸部の突出量を０．５〜１．５ｍｍとしていることが好ましい。
積層したセパレータ間には凸部の突出量に対応した幅の空隙が形成されるため、前記のように、凸部の突出量を０．５〜１．５ｍｍとすれば、セパレータ間に冷媒が流入するのに十分な空隙を形成することができる。該凸部が０．５ｍｍより小さいとセパレータ間に十分な幅の冷媒流入部を形成することができず、１．５ｍｍより大きいと超電導コイルユニットが軸線方向に大きくなりすぎてしまう。
また、前記凸部の径方向の幅は内径側に隙間が空き、かつ巻線部に掛かる程度のサイズとしていることが好ましい。
前記凸部が巻線部に掛かっていないと凸部でセパレータ間の空隙を支持できなくなるからであり、内径側に隙間が空かないと冷媒流入部の体積が小さくなって冷却効率が低下すると共に、冷媒流入部における冷媒の流れがコイル円周方向で阻害されるからである。
【００１３】
また、本発明は前記超電導コイルユニット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】
【００１４】
前述したように、本発明によれば、各パンケーキコイルのセパレータに凸部を設け、該凸部により積層したパンケーキコイルのセパレータ間に冷媒流入部を形成しているため、各コイル間に熱がこもることがなく放熱性が良く、かつ、この冷媒流入部に液体窒素等からなる冷媒が流入するため、各コイルの内周側の超電導線まで効率良く冷却することができる。これにより、超電導コイルユニットの温度上昇を小さくでき、超電導コイルユニットへの通電量を大きくすることができ、超電導コイルユニットの性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図３に、本発明の実施形態を示す。
本実施形態の超電導コイルユニット１０は、超電導機器である超電導モータに用いられるものである。
前記超電導コイルユニット１０は、幅４ｍｍの帯状のビスマス系超電導線２１と絶縁テープ（図示せず）を重ね合わせた状態で円筒状の巻枠２２に巻回した第１シングル部２０ａと第２シングル部２０ｂからなるダブルパンケーキコイル２０を軸線方向に複数積層している。
【００１６】
前記ダブルパンケーキコイル２０の第１シングル部２０ａと第２シングル部２０ｂとは、第１シングル部２０ａの最内周ターンの超電導線２１と第２シングル部２０ｂの最内周ターンの超電導線２１とを斜めに延びる渡り部（図示せず）の超電導線で連続させている。また、ダブルパンケーキコイル２０の軸線方向の両端面および第１シングル部２０ａと第２シングル部２０ｂの間には、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）からなり第１、第２シングル部２０ａ、２０ｂの外径よりも大径の円形状で厚さＬ１を０．２ｍｍとしたセパレータ２３を配置している。
【００１７】
前記セパレータ２３のうち、第１シングル部２０ａの外端面に設けたセパレータ２３Ａは、第１、第２シングル部２０ａ、２０ｂ間および第２シングル部２０ｂの外端面に設けたセパレータ２３Ｂと相違させている。
即ち、第１シングル部２０ａの外端面に設けたセパレータ２３Ａには、図３に示すように、その外面に空隙形成用の凸部２４を一体に設けている。該凸部２４はセパレータ２３Ａの外周縁に沿う円弧形状あるいは矩形状とし、セパレータ２３Ａの外面の外周縁に沿って周方向に間隔をあけて設けている。本実施形態では、凸部２４のセパレータ２３Ａ外面からの突出量Ｌ２を１．０ｍｍ、径方向の幅Ｌ３を内径側に隙間が空き、かつ巻線部に掛かる程度のサイズとし、凸部２４の周方向長さはセパレータ２３Ａの軸心を支点として５度の範囲とし、１つのセパレータ２３Ａに周方向に２０度ピッチで１８個の凸部２４を設けている。
なお、本実施形態では、セパレータ２３Ａ全体を凸部２４と同等の厚さに成形し、凸部２４以外の部分を切削して、凸部２４以外の部分を０．２ｍｍの厚さとしている。
また、射出成形により凸部２４を設けたセパレータ２３Ａを一体成形してもよいし、セパレータ２３Ａに別体の凸部２４を接着剤等により取り付けてもよい。
【００１８】
一方、第１、第２シングル部２０ａ、２０ｂ間および第２シングル部２０ｂの外端面に設けたセパレータ２３Ｂには、凸部２４を設けておらず、両面とも平坦面としている。
【００１９】
前記ダブルパンケーキコイル２０をセパレータ２３Ａを上面として軸線方向に重ね合わせて積層し、隣接するダブルパンケーキコイル２０同士を接着剤で接着させて、複数のダブルパンケーキコイル２０を積層した１つの超電導コイルユニット１０としている。このとき、図１に示すように、ダブルパンケーキコイル２０のセパレータ２３Ａに設けた凸部２４の突出端面２４ａが上層側に隣接するダブルパンケーキコイル２０のセパレータ２３Ｂの外面と当接し、これらセパレータ２３Ａと２３Ｂとの間に冷媒流入部Ｓが形成されている。即ち、全てのダブルパンケーキコイル２０において、第１シングル部２０ａの上方に冷媒流入部Ｓが形成されると共に、第２シングル部２０ｂの下方に冷媒流入部Ｓが形成されている。よって、これら冷媒流入部Ｓに冷媒が流入することにより、第１シングル部２０ａは上方から、第２シングル部２０ｂは下方から冷却されることとなる。
なお、各ダブルパンケーキコイル２０を形成する超電導線２１の端末に取り付けた端子（図示せず）にはそれぞれ電源に接続されたリード線端末の端子（図示せず）が接続される。
【００２０】
次に、前記超電導コイルユニット１０の製造方法について説明する。
まず、巻枠２２の外周面に超電導線２１を巻回して第１シングル部２０ａを形成し、第１シングル部２０ａの第２シングル部２０ｂが形成される側にセパレータ２３Ｂを配置して、さらに第２シングル部２０ｂを形成する。
次いで、第１シングル部２０ａと第２シングル部２０ｂの間にセパレータ２３Ｂを配置したコイルをエポキシ樹脂に含浸した後、第１シングル部２０ａの軸線方向外端面にセパレータ２３Ａ、第２シングル部２０ｂの軸線方向外端面にセパレータ２３Ｂを配置して、前記エポキシ樹脂を硬化させて一体化する。
前記方法により作成した複数のダブルパンケーキコイル２０を軸線方向に積層して、それぞれ接着剤により接着固定する。このとき、全てのダブルパンケーキコイル２０を第１シングル部２０ａが上層、第２シングル部２０ｂが下層となるように同一方向に配置して、ダブルパンケーキコイル２０のセパレータ２３Ａに設けた凸部２４の突出端面２４ａを隣接するダブルパンケーキコイル２０のセパレータ２３Ｂの外面に当接させて、セパレータ２３Ａと２３Ｂとの間に冷媒流入部Ｓを形成している。
【００２１】
前記構成によれば、各ダブルパンケーキコイル２０のセパレータ２３Ａに凸部２４を設け、該凸部２４により積層したダブルパンケーキコイル２０のセパレータ２３間に冷媒流入部Ｓを形成しているため、各ダブルパンケーキコイル２０間に熱がこもることがなく放熱性が良く、かつ、この冷媒流入部Ｓに液体窒素等からなる冷媒が流入するため、各ダブルパンケーキコイル２０の内周側の超電導線２１まで効率良く冷却することができる。これにより、超電導コイルユニット１０の温度上昇を小さくでき、超電導コイルユニット１０への通電量を大きくすることができ、超電導コイルユニット１０の性能を向上させることができる。
【００２２】
また、ダブルパンケーキコイル２０間に形成した冷媒流入部Ｓに気泡が溜まると冷却効率が低下してしまうが、セパレータ２３Ａの外周縁に沿って周方向に間隔をあけて凸部２４を設けることにより冷媒や気泡の流路を閉鎖しないようにしているため、冷媒流入部Ｓに気泡が溜まるのを防止でき、冷却効率を低下させることがない。
【００２３】
前記実施の形態はすべての点で例示であって、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】
【００２４】
本発明の超電導コイルユニットは、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】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態の超電導コイルユニットの断面図である。
【図２】本実施形態のダブルパンケーキコイルを示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図である。
【図３】凸部を設けたセパレータを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は要部拡大断面図である。
【図４】従来例を示す図面である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  超電導コイルユニット
２０  ダブルパンケーキコイル
２０ａ  第１シングル部
２０ｂ  第２シングル部
２１  超電導線
２３Ａ、２３Ｂ  セパレータ
２４  凸部
Ｓ  冷媒流入部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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