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JP6567334B2 - Multilayer superconducting coil device - Google Patents
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JP6567334B2 - Multilayer superconducting coil device - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、高温超電導コイルを積層させた積層型超電導コイル装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a laminated superconducting coil device in which high-temperature superconducting coils are laminated.

近年、レアアース(RE:Rear Earth)を含む(RE)Ba2Cu37を用いたREBCO線材を代表とする高温超電導線材を用いた高温超電導コイルの研究が盛んにされている。 In recent years, research on high-temperature superconducting coils using a high-temperature superconducting wire typified by REBCO wire using (RE) Ba 2 Cu 3 O 7 including rare earth (RE) has been actively conducted.

特に、厚さ百μm程度の基板上に、複数の種類の層を形成して製作される高温超電導線材(以下、「薄膜テープ線」という)は、高磁場下での電流容量が大きいという特性がある。
よって、高磁場を発生させるために必要な高い電流密度および高い許容応力を有する高温超電導コイルの実現が期待されている。
In particular, a high-temperature superconducting wire (hereinafter referred to as “thin film tape wire”) produced by forming a plurality of types of layers on a substrate having a thickness of about 100 μm has a large current capacity under a high magnetic field. There is.
Therefore, realization of a high-temperature superconducting coil having a high current density and a high allowable stress necessary for generating a high magnetic field is expected.

実用される高温超電導コイルの形成方法は、薄膜テープ線の巻回方法の違いによっていくつかに大別することができる。
これらの形成方法で代表的なものに、薄膜テープ線を同心円状に巻回した超電導コイルを巻回軸方向に複数積層して1つの積層型高温超電導コイルにする方法がある。
隣接する超電導コイルは、その最内周または最外周のいずれかにおいて、段違いに金属板が架設されて、電気的に接続される。
積層された全ての超電導コイルは、この金属板によって超電導電流が通流する1つの経路を形成する。
The methods for forming high-temperature superconducting coils that are put into practical use can be broadly classified into several groups depending on the method of winding the thin film tape wire.
A typical example of these forming methods is a method of laminating a plurality of superconducting coils in which thin film tape wires are concentrically wound in the winding axis direction to form one laminated high temperature superconducting coil.
Adjacent superconducting coils are electrically connected with either one of the innermost circumference or the outermost circumference with a metal plate installed in a stepwise manner.
All the superconducting coils stacked form one path through which the superconducting current flows by this metal plate.

一般に、超電導コイルには、自らが発生させた磁場による外力がかかる。
この外力によって超電導コイルが規定位置からずれると、この磁場の強度分布は設計した強度分布から外れる。
また、冷却時の超電導コイルの熱収縮による変形によっても超電導コイルは規定位置からずれて、磁場の強度分布は設計した強度分布から外れる。
また、このような超電導コイルのずれや変形によってクエンチが発生すると、発生磁場を維持することができない。
このずれおよび変形を防止するため、従来のように低温超電導コイルを用いる場合、積層されて隣接する超電導コイルを相互に接着することが望ましい。
低温超電導コイルについては、接着に加えて、中心軸方向の上下端に可動に設けられたフランジを超電導コイルに押し当てることでこのずれの防止を補強することもある。
なお、冷熱の伝導性を高める観点からも、隣接する超電導コイルは、相互に接着されていることが望ましい。
Generally, an external force is applied to a superconducting coil by a magnetic field generated by itself.
If the superconducting coil deviates from the specified position due to this external force, the intensity distribution of the magnetic field deviates from the designed intensity distribution.
In addition, even when the superconducting coil is deformed due to thermal contraction during cooling, the superconducting coil is displaced from the specified position, and the intensity distribution of the magnetic field deviates from the designed intensity distribution.
In addition, when quenching occurs due to such deviation or deformation of the superconducting coil, the generated magnetic field cannot be maintained.
In order to prevent this shift and deformation, when using a low-temperature superconducting coil as in the prior art, it is desirable to bond the superconducting coils that are stacked and adjacent to each other.
In addition to adhesion, the low temperature superconducting coil may reinforce the prevention of this shift by pressing flanges movably provided at the upper and lower ends in the central axis direction against the superconducting coil.
Note that it is desirable that adjacent superconducting coils are bonded to each other also from the viewpoint of improving the conductivity of the cold heat.

このように積層された超電導コイルの位置の固定は、薄膜テープ線で製作された超電導コイルでも同様に求められる。
薄膜テープ線においても、クエンチによる発生磁場の消失を防止するとともに、発生磁場がその設計どおりの強度分布から外れて歪むことを防止する必要がある。
発生磁場が歪むことで、超電導コイルどうしの接続部など強度が低い箇所が破壊されることもあり、最悪の場合焼損してしまう。
Fixation of the position of the superconducting coils laminated in this way is similarly required for a superconducting coil manufactured with a thin film tape wire.
In the thin film tape wire as well, it is necessary to prevent disappearance of the generated magnetic field due to quenching and to prevent the generated magnetic field from being distorted out of the designed intensity distribution.
When the generated magnetic field is distorted, a portion having a low strength such as a connection portion between the superconducting coils may be destroyed, and in the worst case, it is burned out.

特許第2745780号公報Japanese Patent No. 2745780 特開2010−219226号公報JP 2010-219226 A

しかしながら、上述した薄膜テープ線はその製作難度の高さから、欠陥を含む頻度が低温超電導コイルに比較して高い。
よって、磁場の出力試験時などの積層型超電導コイル装置の製作工程が進んだ段階においても、超電導コイルの交換が必要となる頻度が高くなる。
However, the above-described thin film tape wire has a high frequency of production, and thus the frequency of including defects is higher than that of the low temperature superconducting coil.
Therefore, the frequency at which the superconducting coil needs to be replaced increases even at the stage where the manufacturing process of the laminated superconducting coil device has advanced, such as during a magnetic field output test.

しかし、薄膜テープ線に含まれる酸化物超電導層などの各層は脆弱なため、微小な外力によって容易に超電導特性を低下させてしまう。
つまり、超電導コイルを隣接する他の超電導コイルに強固に接着してしまうと、部分的な交換ができずに、全ての超電導コイルを交換しなければならないという課題があった。
また、超電導コイルの変形による各層の剥離を防止する観点からも、超電導コイルどうしを強固に接着して自由な変形を阻害するのは好ましくない。
However, since each layer such as an oxide superconducting layer included in the thin film tape wire is fragile, the superconducting characteristics are easily deteriorated by a minute external force.
That is, if the superconducting coil is firmly bonded to another adjacent superconducting coil, there is a problem that all superconducting coils must be replaced without being able to be partially replaced.
Also, from the viewpoint of preventing separation of each layer due to deformation of the superconducting coil, it is not preferable to firmly bond the superconducting coils to inhibit free deformation.

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、積層された各高温超電導コイルの規定位置からのずれを抑制させるとともにその一部を容易に交換することが可能な積層型超電導コイル装置を提供する。   The present invention has been made in consideration of such circumstances, and a laminated superconducting coil device capable of suppressing deviation from a specified position of each laminated high temperature superconducting coil and easily exchanging a part thereof. I will provide a.

本実施形態にかかる積層型超電導コイル装置は、高温超電導線材が巻回されてなる超電導コイルが巻回軸方向に複数積層された巻線部材と、超電導コイルの最内周面に沿って配置されて巻線部材を巻回軸方向に貫通する筒材と、巻線部材の巻回軸方向の端面の少なくとも一面に対向するように筒材に固定されるフランジと、フランジに巻回軸方向に可動に固定されて端面に押し当てられる押当て部材と、前記端面に設けられて前記押当て部材による前記端面への圧力を分散させる分散板と、を備え、前記分散板は、コイルばね、薄板ばねおよび皿ばねからなる群より選ばれた少なくとも一種のばね材を備え、積層される超電導コイルの隣接する他の高温超電導コイルと接触する接触面の少なくとも一部を非接着または離形処理による弱接着にするものである。
The laminated superconducting coil device according to the present embodiment is disposed along a winding member in which a plurality of superconducting coils each having a high-temperature superconducting wire wound thereon are laminated in the winding axis direction, and the innermost circumferential surface of the superconducting coil. A cylindrical member penetrating the winding member in the winding axis direction, a flange fixed to the cylindrical member so as to face at least one end surface of the winding member in the winding axis direction, and the flange in the winding axis direction A pressing member that is movably fixed and pressed against an end surface; and a dispersion plate that is provided on the end surface and disperses the pressure applied to the end surface by the pressing member. The distribution plate includes a coil spring and a thin plate. It is provided with at least one spring material selected from the group consisting of a spring and a disc spring, and at least a part of the contact surface that comes into contact with another adjacent high-temperature superconducting coil of the superconducting coil to be laminated is weakened by non-adhesion or demolding treatment. For bonding Is shall.

本発明により、積層された複数の高温超電導コイルの規定位置からのずれを抑制させるとともにその一部を容易に交換することが可能な積層型超電導コイル装置が提供される。   According to the present invention, there is provided a laminated superconducting coil device capable of suppressing deviation from a specified position of a plurality of laminated high temperature superconducting coils and easily exchanging a part thereof.

実施形態にかかる超電導コイルの薄膜テープ線の構成斜視図。The composition perspective view of the thin film tape wire of the superconducting coil concerning an embodiment. 実施形態で好適に用いられる超電導コイルの概略斜視図。The schematic perspective view of the superconducting coil used suitably by embodiment. 第1実施形態にかかる積層型超電導コイル装置の概略断面斜視図。1 is a schematic cross-sectional perspective view of a multilayer superconducting coil device according to a first embodiment. (A)は第2実施形態にかかる積層型超電導コイル装置の概略正面断面図、(B)は第2実施形態にかかる積層型超電導コイル装置の変形例を示す概略正面断面図。(A) is a schematic front sectional view of the multilayer superconducting coil device according to the second embodiment, and (B) is a schematic front sectional view showing a modification of the multilayer superconducting coil device according to the second embodiment. (A)は第3実施形態にかかる積層型超電導コイル装置の概略正面断面図、(B)は(A)で示す積層型超電導コイル装置のI−I断面の上面断面図。(A) is a schematic front sectional view of the multilayer superconducting coil device according to the third embodiment, and (B) is a top sectional view of the I-I section of the multilayer superconducting coil device shown in (A). 第4実施形態にかかる積層型超電導コイル装置の概略正面断面図。The schematic front sectional drawing of the laminated superconducting coil apparatus concerning 4th Embodiment. (A)はダブルパンケーキコイルの概略斜視図、(B)はソレノイドコイルの概略斜視図、(C)はレーストラック型コイルの概略上面図。(A) is a schematic perspective view of a double pancake coil, (B) is a schematic perspective view of a solenoid coil, and (C) is a schematic top view of a racetrack coil.

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
まず、図1の実施形態にかかる超電導コイル11の薄膜テープ線20の構成斜視図を用いて、薄膜テープ線20を説明する。
薄膜テープ線20は、例えば第二世代のRE系の高温超電導物質からなる酸化物超電導層25を含むテープ状の線材である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
First, the thin film tape wire 20 is demonstrated using the structure perspective view of the thin film tape wire 20 of the superconducting coil 11 concerning embodiment of FIG.
The thin film tape wire 20 is a tape-like wire material including an oxide superconducting layer 25 made of, for example, a second generation RE-based high-temperature superconducting material.

薄膜テープ線20は、例えば、ニッケル基合金、ステンレスまたは銅などの高強度の金属材質である基板22と、基板22の上に形成されて基板22と酸化物超電導層25の熱収縮の際に起因する熱歪みを防止する中間層24と、中間層24を基板22の表面に配向させるマグネシウムなどからなる配向層23と、中間層24の上に形成される酸化物でできた酸化物超電導層25と、銀、金または白金などで組成され、酸化物超電導層25に含まれる酸素が酸化物超電導層25から拡散することを防止して酸化物超電導層25を保護する保護層26と、銅またはアルミニウムなどの良伝導性金属であり酸化物超電導層25への過剰電流の迂回経路となってクエンチ現象を防止する安定化層21と、から構成される。   The thin film tape wire 20 is formed on the substrate 22 made of a high-strength metal material such as a nickel-base alloy, stainless steel, or copper, and when the substrate 22 and the oxide superconducting layer 25 are thermally contracted. An intermediate layer 24 that prevents thermal distortion caused by it, an alignment layer 23 made of magnesium or the like for aligning the intermediate layer 24 on the surface of the substrate 22, and an oxide superconducting layer made of an oxide formed on the intermediate layer 24 25, a protective layer 26 that is composed of silver, gold, platinum, or the like, protects the oxide superconducting layer 25 by preventing oxygen contained in the oxide superconducting layer 25 from diffusing from the oxide superconducting layer 25, and copper Alternatively, the stabilization layer 21 is a highly conductive metal such as aluminum and serves as a detour path for excess current to the oxide superconducting layer 25 to prevent a quench phenomenon.

ただし、薄膜テープ線20を構成する各層の種類および数はこれに限定されるものではなく、必要に応じて多くても少なくてもよい。また、このような層構造をとるREBCO線材に限定されるものではなく、酸化物超電導体のフィラメントから構成されるBSCCO線材や、MgB2線材でもよい。
薄膜テープ線20を構成するこれらの層は、微小な応力で容易に剥離し、超電導性が不安定化する。
However, the kind and number of each layer which comprise the thin film tape wire | line 20 are not limited to this, You may increase or decrease as needed. Also, the present invention is not limited to the REBCO wire having such a layer structure, but may be a BSCCO wire made of an oxide superconductor filament or an MgB2 wire.
These layers constituting the thin film tape wire 20 are easily peeled off by a minute stress, and the superconductivity becomes unstable.

また、図2は実施形態で好適に用いられる超電導コイル11の概略斜視図である。
薄膜テープ線20は、図2に示されるように、巻回軸Cを中心に、テープ幅方向の両側縁を揃えて巻枠13に同心円状に巻回されて、いわゆるパンケーキコイルと呼ばれる高温超電導コイル11にされる。
この高温超電導コイル11(以下、単に「超電導コイル11」という)を巻回軸方向Cに複数積層して、例えば、冷却器(図示せず)に収容して超電導高磁場磁石にする。
FIG. 2 is a schematic perspective view of a superconducting coil 11 that is preferably used in the embodiment.
As shown in FIG. 2, the thin film tape wire 20 is wound around the winding frame 13 concentrically around the winding axis C with both side edges in the tape width direction aligned, and is called a so-called pancake coil. The superconducting coil 11 is used.
A plurality of the high-temperature superconducting coils 11 (hereinafter simply referred to as “superconducting coils 11”) are stacked in the winding axis direction C and accommodated in, for example, a cooler (not shown) to form a superconducting high-field magnet.

(第1実施形態)
図3は、第1実施形態にかかる積層型超電導コイル装置10(以下、単に「装置10」という)の概略断面斜視図である。
第1実施形態にかかる装置10は、図3に示されるように、巻回軸方向Cに積層された複数の超電導コイル11で構成される巻線部材12を備える。
隣接する超電導コイル11どうしの接触面は互いに絶縁されており、薄膜テープ線20の最内周または最外周のいずれかのみで電気的に接続されている。
(First embodiment)
FIG. 3 is a schematic cross-sectional perspective view of the multilayer superconducting coil device 10 (hereinafter simply referred to as “device 10”) according to the first embodiment.
As shown in FIG. 3, the device 10 according to the first embodiment includes a winding member 12 including a plurality of superconducting coils 11 stacked in the winding axis direction C.
Contact surfaces of adjacent superconducting coils 11 are insulated from each other, and are electrically connected only at the innermost circumference or the outermost circumference of the thin film tape wire 20.

超電導コイル11は、通常巻枠13に沿って巻回されるため、巻回軸Cを中心とする円形の空洞を有する。
よって、超電導コイル11を積層した巻線部材12もまた、巻回軸Cを中心とする円筒状の空洞部14を有することになる。
この空洞部14には、この空洞部14の直径と同程度または一回り小さい直径を有する筒材35がこの空洞部14を貫通して設けられる。
なお、この空洞部14の直径と筒材35の直径との差異を、超電導コイル11の法線方向Dのずれの許容範囲内にすることで、筒材35が超電導コイル11の法線方向Dのずれのストッパとなる。
Since the superconducting coil 11 is normally wound along the winding frame 13, it has a circular cavity centered on the winding axis C.
Therefore, the winding member 12 on which the superconducting coil 11 is laminated also has a cylindrical cavity portion 14 with the winding axis C as the center.
The hollow portion 14 is provided with a cylindrical member 35 having a diameter approximately equal to or slightly smaller than the diameter of the hollow portion 14 so as to penetrate the hollow portion 14.
In addition, by making the difference between the diameter of the hollow portion 14 and the diameter of the tubular member 35 within an allowable range of deviation in the normal direction D of the superconducting coil 11, the tubular member 35 is in the normal direction D of the superconducting coil 11. It becomes a stopper for deviation.

そして、この筒材35には、超電導コイル11の最外周の直径と同程度の直径のフランジ33が固定される。
このフランジ33は、巻線部材12の巻回軸方向Cの端面32の片面または両面に対向するように固定される。
A flange 33 having a diameter approximately equal to the diameter of the outermost periphery of the superconducting coil 11 is fixed to the cylindrical member 35.
The flange 33 is fixed so as to face one side or both sides of the end face 32 in the winding axis direction C of the winding member 12.

そして、このフランジ33の少なくとも一方には、押当て部材34が巻回軸方向Cに可動に固定される。
フランジ33が両方の端面32について設けられている場合、押当て部材34は、いずれか一方のみに設けられていてもよい。
押当て部材34は、例えば、図3に示されるように、フランジ33を貫通して設けられたボルトなどである。
押当て部材34は、押し当てによる圧力を分散する分散板37を介して、巻線部材12の端面32に押し当てられる。
A pressing member 34 is fixed to at least one of the flanges 33 so as to be movable in the winding axis direction C.
When the flange 33 is provided for both end surfaces 32, the pressing member 34 may be provided on only one of them.
The pressing member 34 is, for example, a bolt or the like provided through the flange 33 as shown in FIG.
The pressing member 34 is pressed against the end surface 32 of the winding member 12 via a dispersion plate 37 that distributes the pressure generated by the pressing.

押当て部材34の押し当てに分散板37を介させることで、端面32を形成する薄膜テープ線20の一部に圧力が集中して薄膜テープ線20が劣化することを回避することができる。
これら押当て部材34および分散板37は、一体に形成されていてもよい。
なお、筒材35には、押当て部材34の押し当てによる反発力でフランジ33が跳ね上がるのを防止する例えばリング状のストッパ38が一体化または後付けによって設けられてもよい。
By using the dispersion plate 37 for the pressing of the pressing member 34, it is possible to prevent the thin film tape wire 20 from being deteriorated due to the pressure being concentrated on a part of the thin film tape wire 20 forming the end face 32.
The pressing member 34 and the dispersion plate 37 may be integrally formed.
The tubular member 35 may be provided with, for example, a ring-shaped stopper 38 that prevents the flange 33 from jumping up due to the repulsive force caused by the pressing of the pressing member 34, by integration or retrofitting.

以上述べた筒材35、フランジ33および分散板37は、例えば、銅、アルミニウム、ステンレスまたは真鍮などの非磁性金属が好適に用いられる。
また、繊維強化プラスチックまたはポリカーボネートなどの非磁性体で高い絶縁性を有する有機材料も同様に好適に用いられる。
For the cylindrical member 35, the flange 33, and the dispersion plate 37 described above, for example, a nonmagnetic metal such as copper, aluminum, stainless steel, or brass is preferably used.
In addition, a non-magnetic material such as fiber reinforced plastic or polycarbonate, which has a high insulating property, is also preferably used.

そして、積層される超電導コイル11のうち、一部の超電導コイル11は、他の超電導コイル11と非接着または弱接着にされている。
弱接着とは、接着された超電導コイル11の一方を、他の超電導コイル11の超電導特性を劣化させるような損傷を与えずに引き離すことができる程度に接着されていることである。
例えば、引き離された後の超電導コイル11の抵抗値の増加率が1%以下であるとき、この超電導コイル11の超電導特性は、損傷していないといえる。
Of the superconducting coils 11 to be laminated, some of the superconducting coils 11 are not bonded or weakly bonded to other superconducting coils 11.
Weak adhesion means that one of the superconducting coils 11 that have been adhered is adhered to such an extent that they can be pulled apart without causing damage that would degrade the superconducting characteristics of the other superconducting coil 11.
For example, when the increasing rate of the resistance value of the superconducting coil 11 after being separated is 1% or less, it can be said that the superconducting characteristic of the superconducting coil 11 is not damaged.

超電導コイル11を弱接着に接着するには、例えば、エポキシ樹脂などの接着材39と超電導コイル11との接着面41に離形剤を接着または塗布して離形層42を形成する。
離形剤には、フッ素樹脂テープ、パラフィン、グリースまたはシリコンオイルなどが好適に用いられる。
以下、各実施形態において、超電導コイル11どうしが非接着または弱接着であることを、弱接着に接着されていることも含めて「非接着」と表す。
In order to adhere the superconducting coil 11 to weak adhesion, for example, a release agent 42 is bonded or applied to the adhesive surface 41 between the adhesive 39 such as an epoxy resin and the superconducting coil 11 to form the release layer 42.
As the release agent, a fluororesin tape, paraffin, grease, silicone oil, or the like is preferably used.
Hereinafter, in each embodiment, the fact that the superconducting coils 11 are non-adhered or weakly bonded is expressed as “non-adhered” including that they are bonded to weakly bonded.

このような非接着な箇所は、例えば、いくつかおきの超電導コイル11に設けられる。
例えば、超電導コイル11を12個積層して3つおきに非接着な箇所を設ければ、巻線部材12は、4つの超電導コイル11で構成される3つのブロックに分けることができる。
つまり、超電導コイル11の交換が必要になったとき、1つのブロックを交換すれば、全てを交換しなくてもよいことになる。
当然、全ての超電導コイル11を非接着に積層してもよい。
Such non-adhesive portions are provided in every several superconducting coils 11, for example.
For example, if twelve superconducting coils 11 are stacked and non-adhered portions are provided every three, the winding member 12 can be divided into three blocks composed of four superconducting coils 11.
That is, when the superconducting coil 11 needs to be replaced, if one block is replaced, it is not necessary to replace all of them.
Of course, all superconducting coils 11 may be laminated in a non-adhesive manner.

前述したように、低温超電導コイルを用いた場合、低温超電導コイルのずれによる特性劣化を防止するため、隣接する低温超電導コイルを強固に接着していた。
しかし、高温超電導コイルを用いる場合、低温超電導コイルを用いたときには問題にならない一部の高温超電導コイルの交換も容易にすることができる必要がある。
そこで、第1実施形態にかかる装置10では、超電導コイル11間を非接着にする一方で、押当て部材34で巻線部材12の端面32を巻回軸方向Cに加圧する。
超電導コイル11の巻回軸方向Cおよび巻回軸方向Cに垂直な方向への超電導コイル11のずれを防止することができる。
As described above, when the low-temperature superconducting coil is used, the adjacent low-temperature superconducting coils are firmly bonded in order to prevent the characteristic deterioration due to the shift of the low-temperature superconducting coil.
However, when using a high-temperature superconducting coil, it is necessary to be able to easily replace some high-temperature superconducting coils that are not problematic when using a low-temperature superconducting coil.
Thus, in the apparatus 10 according to the first embodiment, the superconducting coils 11 are not bonded, while the pressing member 34 presses the end surface 32 of the winding member 12 in the winding axis direction C.
The superconducting coil 11 can be prevented from shifting in the winding axis direction C and the direction perpendicular to the winding axis direction C of the superconducting coil 11.

また、超電導コイル11間を非接着にすることで、薄膜テープ線20の過度な拘束を回避して、薄膜テープ線20の各層(21〜26)の剥離による薄膜テープ線20の劣化も回避することもできる。   Further, by making the superconducting coils 11 non-bonded, excessive restraint of the thin film tape wire 20 is avoided, and deterioration of the thin film tape wire 20 due to peeling of each layer (21 to 26) of the thin film tape wire 20 is also avoided. You can also.

以上のように、第1実施形態にかかる装置10によれば、積層された複数の超電導コイル11の規定位置からのずれを抑制させるとともにその一部を容易に交換することができる。   As described above, according to the device 10 according to the first embodiment, it is possible to suppress the deviation of the plurality of stacked superconducting coils 11 from the specified position and easily exchange a part thereof.

(第2実施形態)
図4(A)は、第2実施形態にかかる装置10の概略正面断面図である。
また、図4(B)は、第2実施形態にかかる装置10の変形例を示す概略正面断面図である。
なお、図4(A),(B)は、第1実施形態で示した図3と同じ位置における正面断面図であるが、簡単のため断面部分のみを示している。以降の各図も同様である。
(Second Embodiment)
FIG. 4A is a schematic front sectional view of the device 10 according to the second embodiment.
FIG. 4B is a schematic front sectional view showing a modification of the device 10 according to the second embodiment.
4A and 4B are front cross-sectional views at the same position as in FIG. 3 shown in the first embodiment, but only a cross-sectional portion is shown for simplicity. The same applies to the subsequent drawings.

第2実施形態にかかる装置10は、図4(A),(B)に示されるように、分散板37または押当て部材34には、コイルばね、薄板ばねおよび皿ばねなどのばね材43が設けられて、巻回軸方向Cに弾性を有する。
図4(A)は、分散板37にばね材43を設けた例を示しており、図4(B)は、押当て部材34にばね材43を設けた例を示している。
In the apparatus 10 according to the second embodiment, as shown in FIGS. 4A and 4B, the dispersion plate 37 or the pressing member 34 has a spring material 43 such as a coil spring, a thin plate spring, and a disc spring. It is provided and has elasticity in the winding axis direction C.
FIG. 4A shows an example in which the spring material 43 is provided on the dispersion plate 37, and FIG. 4B shows an example in which the spring material 43 is provided on the pressing member 34.

超電導コイル11自体は、押当て部材34による加圧の有無に関わらず、熱収縮などで変形する。
よって、押当て部材34または分散板37に弾性が全くない場合、室温で最適な圧力で押当て部材34を押し当てても、超電導電流発生時には非接触となってしまう。
よって、押当て部材34または分散板37は、熱収縮量および電磁力による巻線部材12の変位量の総和よりも大きい変位裕度を有している必要がある。
The superconducting coil 11 itself is deformed by thermal contraction or the like regardless of whether or not the pressing member 34 is pressurized.
Therefore, when the pressing member 34 or the dispersion plate 37 is not elastic at all, even if the pressing member 34 is pressed at an optimum pressure at room temperature, it becomes non-contact when the superconducting current is generated.
Therefore, the pressing member 34 or the dispersion plate 37 needs to have a displacement tolerance larger than the sum of the amount of thermal contraction and the amount of displacement of the winding member 12 due to electromagnetic force.

そこで、上述のように、ばね材43の長さ、種類および数などを調節して、分散板37にこの変位量の総和よりも大きい変位裕度を付与する。
このような高い弾性を有する分散板37または押当て部材34で加圧することで、隣接する超電導コイル11に非接着な超電導コイル11があっても、外力による超電導コイル11のずれが軽減される。
Therefore, as described above, the length, type, number, and the like of the spring member 43 are adjusted to give the dispersion plate 37 a displacement margin that is larger than the total amount of displacement.
By applying pressure with such a highly elastic dispersion plate 37 or pressing member 34, even if there is a non-adhered superconducting coil 11 in the adjacent superconducting coil 11, the displacement of the superconducting coil 11 due to external force is reduced.

なお、分散板37または押当て部材34に十分な弾性を付与すること以外は、第2実施形態は第1実施形態と同じ構造となるので、重複する説明を省略する。
図面においても、共通の構成または機能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。
In addition, since 2nd Embodiment becomes the same structure as 1st Embodiment except providing sufficient elasticity to the dispersion plate 37 or the pressing member 34, the overlapping description is abbreviate | omitted.
Also in the drawings, portions having a common configuration or function are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

このように第2実施形態によれば、隣接する超電導コイル11どうしが非接着であっても、巻回軸方向Cに確実に加圧して、超電導コイル11のずれを軽減することができる。   As described above, according to the second embodiment, even when the adjacent superconducting coils 11 are not bonded, it is possible to reliably pressurize in the winding axis direction C and reduce the deviation of the superconducting coil 11.

(第3実施形態)
図5(A)は、第3実施形態にかかる装置10の概略正面断面図、図5(B)は、図5(A)で示す装置10のI−I断面の上面断面図である。
第3実施形態にかかる装置10は、図5に示されるように、一部またはすべての超電導コイル11について、巻回されて対向する特定のターン20n,20n+1間を非接着にする。
(Third embodiment)
FIG. 5A is a schematic front cross-sectional view of the device 10 according to the third embodiment, and FIG. 5B is a top cross-sectional view taken along the line II of the device 10 shown in FIG.
As shown in FIG. 5, the device 10 according to the third embodiment winds a part or all of the superconducting coils 11 to be non-adhered between specific turns 20 n and 20 n + 1 facing each other. .

通常、薄膜テープ線20が巻回されて対向する第k周目のターン20kと第k+1週目のターン20k+1とは、これらの間隙に配置される絶縁材44によって絶縁される。
絶縁材44の配置の方法は、例えば、以下の2つに大別することができる。
一方は、薄膜テープ線20の単体での巻回の後、超電導コイル11に樹脂を含浸させて各ターン20k(k=1,2,…,n,…)間を絶縁する方法である。
Usually, the thin film tape line 20 and the first k-th revolution of the turn 20 k and the k + 1 week of the turn 20 k + 1 that faces wound, is insulated by an insulating material 44 disposed on these gaps.
The method of arranging the insulating material 44 can be roughly divided into the following two, for example.
One is a method of insulating the turns 20 k (k = 1, 2,..., N,...) By impregnating the superconducting coil 11 with resin after winding the thin film tape wire 20 alone.

他方は、薄膜テープ線20と同一形状の絶縁テープをこの薄膜テープ線20に重ねて巻回することで絶縁する方法である。
絶縁テープを用いる場合も、超電導コイル11の成形後に樹脂を含浸させて超電導コイル11の全体を固定することが多い。
いずれの場合も、各ターン20kが絶縁されることで、超電導電流が法線方向Dに短絡することが防止されている。
The other is a method in which an insulating tape having the same shape as the thin film tape wire 20 is wound on the thin film tape wire 20 while being wound.
Even when an insulating tape is used, the superconducting coil 11 is often fixed by impregnating the resin after the superconducting coil 11 is formed.
In any case, each turn 20 k is insulated, thereby preventing the superconducting current from being short-circuited in the normal direction D.

冷却時などの超電導コイル11の収縮または膨張は、対向する各ターン20kに、これらターンの相対位置を変位させる応力を発生させる。
しかし、従来低温超電導コイルに施したように対向するターン20k,20k+1を絶縁するとともに強固に接着してしまうと、応力に従った薄膜テープ線20の自由な変位が阻害される。
よって、この応力が脆弱で容易に剥離する薄膜テープ線20の各層(21〜26)を剥離または破断させて薄膜テープ線20を劣化させることがある。
The contraction or expansion of the superconducting coil 11 during cooling or the like generates a stress that displaces the relative position of these turns at each of the opposing turns 20 k .
However, if the opposing turns 20 k and 20 k + 1 are insulated and firmly bonded as applied to the conventional low-temperature superconducting coil, free displacement of the thin film tape wire 20 in accordance with the stress is hindered.
Therefore, the thin film tape wire 20 may be deteriorated by peeling or breaking each layer (21 to 26) of the thin film tape wire 20 that is weak and easily peels off.

そこで、このような劣化の恐れが高い一部または全部の超電導コイル11について、巻回されて対向するターン20n,20n+1間に配置される絶縁材44に離形層42を形成して離形処理をする。
第1実施形態で述べたとおり、超電導コイル11の変形は磁場形状を変形させるので、ターン全体のうち、特定のターン20n,20n+1間にこのような離形処理をするのが望ましい。
Therefore, for some or all of the superconducting coils 11 having a high risk of deterioration, a release layer 42 is formed on the insulating material 44 that is wound and disposed between the opposing turns 20 n and 20 n + 1. To release the mold.
As described in the first embodiment, since the deformation of the superconducting coil 11 changes the shape of the magnetic field, it is desirable to perform such a separation process between specific turns 20 n and 20 n + 1 of the entire turn. .

例えば、第1実施形態で示した離形剤を薄膜テープ線20に予め塗布することで、離形処理をすることができる。
この離形処理によって、強い応力が薄膜テープ線20にかかった場合に、ターン20nが剥離して、応力を緩和する形状に変形することができる。
なお、非接着にするターン20nの位置は、超電導コイル11の積層位置などによって、適宜決定する。
例えば、積層位置によっては、その超電導コイル11の全てのターン20kを非接着にしてもよい。
For example, it is possible to perform a release treatment by previously applying the release agent shown in the first embodiment to the thin film tape wire 20.
By this release treatment, when a strong stress is applied to the thin film tape wire 20, the turn 20n is peeled off and can be deformed into a shape that relaxes the stress.
Note that the position of the turn 20 n to be non-adhered is appropriately determined depending on the position where the superconducting coil 11 is laminated.
For example, depending on the stacking position, all the turns 20 k of the superconducting coil 11 may be unbonded.

なお、超電導コイル11のターン20n,20n+1間の接着を弱接着にすること以外は、第3実施形態は第1実施形態と同じ構造となるので、重複する説明を省略する。
図面においても、共通の構成または機能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。
Since the third embodiment has the same structure as that of the first embodiment except that the bonding between the turns 20 n and 20 n + 1 of the superconducting coil 11 is weakly bonded, the redundant description is omitted.
Also in the drawings, portions having a common configuration or function are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

このように、第3実施形態にかかる装置10によれば、第1実施形態の効果に加え、一部または全部のターン20n,20n+1間の相対位置の変位を許容することで、薄膜テープ線20を構成する各層(21〜26)の剥離に起因する超電導特性の劣化を防止することができる。 Thus, according to the device 10 according to the third embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, by allowing the displacement of the relative position between some or all of the turns 20 n and 20 n + 1 , It is possible to prevent deterioration of superconducting characteristics due to peeling of the respective layers (21 to 26) constituting the thin film tape wire 20.

(第4実施形態)
図6は、第4実施形態にかかる装置10の概略正面断面図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a schematic front sectional view of the device 10 according to the fourth embodiment.

第4実施形態にかかる装置10は、図6に示されるように、積層されて隣接する超電導コイル11どうしの間隙に、超電導コイル11に冷熱を伝熱する冷却箔45を配置する。
この間隙に接着材39が配置されているときは、冷却箔45は、この接着剤46の中に埋め込まれるように配置される。
In the apparatus 10 according to the fourth embodiment, as shown in FIG. 6, a cooling foil 45 that transfers cold heat to the superconducting coil 11 is disposed in the gap between the superconducting coils 11 that are stacked and adjacent to each other.
When the adhesive 39 is disposed in the gap, the cooling foil 45 is disposed so as to be embedded in the adhesive 46.

前述したように、装置10は、多くの場合、冷却器(図示せず)に収容されて冷却されて超電導高磁場磁石にされる。
冷却器には、超電導コイル11を冷却する冷熱源となる冷凍機47が設置される。
この冷凍機47には、冷凍機47の冷熱を超電導コイル11に伝熱する冷却箔45の一端が接続される。
As described above, the device 10 is often housed in a cooler (not shown) and cooled into a superconducting high field magnet.
A refrigerator 47 serving as a cooling heat source for cooling the superconducting coil 11 is installed in the cooler.
One end of a cooling foil 45 that transfers the cold heat of the refrigerator 47 to the superconducting coil 11 is connected to the refrigerator 47.

従来、冷却箔45の他端は巻線部材12の端面32などの巻線部材12の外面に設けられていた。
そして、この端面32から隣接する超電導コイル11を順々に伝熱して内部の超電導コイル11を冷却していた。
しかし、このように巻線部材12の外面の一部のみから巻線部材12を冷却すると、巻線部材12の中腹の超電導コイル11が十分に冷却されるまでに、巻線部材12に不均一な温度分布ができる。
同様に、このような冷却方法は、1つの超電導コイル11内においても、不均一な温度分布を発生させる。
Conventionally, the other end of the cooling foil 45 is provided on the outer surface of the winding member 12 such as the end surface 32 of the winding member 12.
And the superconducting coil 11 which adjoined from this end surface 32 was transferred in order, and the internal superconducting coil 11 was cooled.
However, when the winding member 12 is cooled only from a part of the outer surface of the winding member 12 in this way, the winding member 12 is not uniform until the superconducting coil 11 in the middle of the winding member 12 is sufficiently cooled. Temperature distribution is possible.
Similarly, such a cooling method generates a non-uniform temperature distribution even within one superconducting coil 11.

このような温度分布によって、超電導コイル11に発生する応力が局在することに加えて、この応力によって、不均一に変形させてしまう。
そこで、第4実施形態では、冷却箔45の他端を超電導コイル11どうしの接着部分に差し込むことで、中腹部の超電導コイル11もそれぞれ直接冷却する。
Such a temperature distribution causes the stress generated in the superconducting coil 11 to be localized, and causes the stress to deform nonuniformly.
Therefore, in the fourth embodiment, the other end of the cooling foil 45 is inserted into the bonding portion between the superconducting coils 11 to directly cool the superconducting coils 11 in the middle part.

また、冷却箔45は、接着材39が配置された超電導コイル11の側面を不足なく被覆するように配置する。
このように冷却箔45が超電導コイル11の側面を不足なく被覆することで、同一の超電導コイル11内にできる温度分布が均一な状態を維持して冷却される。
Moreover, the cooling foil 45 is arrange | positioned so that the side surface of the superconducting coil 11 in which the adhesive 39 is arrange | positioned may be coat | covered without lack.
Thus, the cooling foil 45 covers the side surface of the superconducting coil 11 without deficiency, so that the temperature distribution generated in the same superconducting coil 11 is maintained to be uniform and cooled.

なお、この冷却箔45自体に温度分布が発生しないように、冷却箔45には、超電導コイル11よりも熱伝導率が高いものを用いるのが好ましい。
また、冷却箔45が超電導コイル11に電気的に接続されて超電導電流が短絡しないように、必要に応じて冷却箔45をコーティングするなどの絶縁処理をする。
In addition, it is preferable to use the cooling foil 45 having a higher thermal conductivity than the superconducting coil 11 so that the temperature distribution does not occur in the cooling foil 45 itself.
In addition, insulation treatment such as coating the cooling foil 45 is performed as necessary so that the cooling foil 45 is not electrically connected to the superconducting coil 11 and the superconducting current is short-circuited.

なお、冷却箔45を隣接する超電導コイル11間に差し込むこと以外は、第4実施形態は第1実施形態と同じ構造となるので、重複する説明を省略する。
図面においても、共通の構成または機能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。
Since the fourth embodiment has the same structure as that of the first embodiment except that the cooling foil 45 is inserted between the adjacent superconducting coils 11, a duplicate description is omitted.
Also in the drawings, portions having a common configuration or function are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

このように、第4実施形態にかかる装置10によれば、第1実施形態の効果に加え、冷却時に不均一な温度分布に起因する応力、およびこの応力による変形が発生することを防止することができる。   As described above, according to the device 10 according to the fourth embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, it is possible to prevent the stress caused by the non-uniform temperature distribution during the cooling and the deformation due to the stress from occurring. Can do.

以上述べた少なくとも一つの実施形態の装置10によれば、積層された複数の超電導コイル11の規定位置からのずれを抑制させるとともにその一部を容易に交換することが可能となる。   According to the apparatus 10 of at least one embodiment described above, it is possible to suppress the deviation of the plurality of stacked superconducting coils 11 from the specified position and to easily replace a part thereof.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。
これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention.
These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the scope of the invention.
These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

例えば、図7(A)はダブルパンケーキコイル51の概略斜視図である。
ダブルパンケーキコイル51とは、薄膜テープ線20を同心円状に巻回した超電導コイル11を2段積層させて最内周を電気的に接続することで一体化したコイルである。
また、図7(B)はソレノイドコイル52の概略斜視図である。
ソレノイドコイル52とは、一本の薄膜テープ線20を巻回軸方向Cにずらしながら巻回して、この巻回と端部での折り返しを繰り返して成形されるコイルである。
積層される超電導コイル11は、ダブルパンケーキコイル51であってもよいし、ソレノイドコイル52であってもよい。
For example, FIG. 7A is a schematic perspective view of the double pancake coil 51.
The double pancake coil 51 is a coil integrated by stacking two stages of superconducting coils 11 in which thin film tape wires 20 are concentrically wound and electrically connecting the innermost circumference.
FIG. 7B is a schematic perspective view of the solenoid coil 52.
The solenoid coil 52 is a coil formed by winding one thin film tape wire 20 while shifting in the winding axis direction C, and repeating this winding and folding at the end.
The superconducting coil 11 to be laminated may be a double pancake coil 51 or a solenoid coil 52.

さらに、図7(C)はレーストラック型コイル53の概略上面図である。
レーストラック型コイル53とは、上述した超電導コイル11と同様に、薄膜テープ線20を巻回軸方向Cにずらさずに同心円状に巻回したコイルである。
レーストラック型コイル53は、レーストラック形状の巻枠13に巻回することで、全体がレーストラック形状に成形されたものである。
積層される超電導コイル11は、このようなレーストラック型コイル53であってもよい。
Further, FIG. 7C is a schematic top view of the racetrack coil 53.
The racetrack type coil 53 is a coil obtained by winding the thin film tape wire 20 concentrically without shifting in the winding axis direction C, like the superconducting coil 11 described above.
The racetrack type coil 53 is entirely formed into a racetrack shape by being wound around a racetrack-shaped winding frame 13.
The superconducting coil 11 to be laminated may be such a racetrack type coil 53.

10…積層型超電導コイル装置(装置)、11…高温超電導コイル(超電導コイル)、12…巻線部材、13…巻枠、14…空洞部、20{20k(20n)}…薄膜テープ線(高温超電導線材){ターン(非接着なターン)}、21…安定化層、22…基板、23…配向層、24…中間層、25…酸化物超電導層、26…保護層、32…端面、33…フランジ、34…押当て部材、35…筒材、37…分散板、38…ストッパ、39…接着材、41…接着面(接触面)、42…離形層、43…ばね材、44…絶縁材、45…冷却箔、46…接着剤、47…冷凍機、C…巻回軸(巻回軸方向)、D…法線方向。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Laminated superconducting coil apparatus (apparatus), 11 ... High temperature superconducting coil (superconducting coil), 12 ... Winding member, 13 ... Winding frame, 14 ... Cavity, 20 { 20k ( 20n )} ... Thin film tape wire (High-temperature superconducting wire) {turn (non-adhesive turn)}, 21 ... stabilization layer, 22 ... substrate, 23 ... alignment layer, 24 ... intermediate layer, 25 ... oxide superconducting layer, 26 ... protective layer, 32 ... end face 33 ... Flange 34 ... Pressing member 35 ... Cylinder material 37 ... Distributing plate 38 ... Stopper 39 ... Adhesive material 41 ... Adhesive surface (contact surface) 42 ... Releasing layer 43 ... Spring material 44 ... insulating material, 45 ... cooling foil, 46 ... adhesive, 47 ... refrigerator, C ... winding axis (winding axis direction), D ... normal direction.

Claims (9)

高温超電導線材が巻回されてなる超電導コイルが巻回軸方向に複数積層された巻線部材と、
前記超電導コイルの最内周面に沿って配置されて前記巻線部材を前記巻回軸方向に貫通する筒材と、
前記巻線部材の前記巻回軸方向の端面の少なくとも一面に対向するように前記筒材に固定されるフランジと、
前記フランジに前記巻回軸方向に可動に固定されて前記端面に押し当てられる押当て部材と、
前記端面に設けられて前記押当て部材による前記端面への圧力を分散させる分散板と、を備え、
前記分散板は、コイルばね、薄板ばねおよび皿ばねからなる群より選ばれた少なくとも一種のばね材を備え、
積層される前記超電導コイルの隣接する他の高温超電導コイルと接触する接触面の少なくとも一部を非接着または離形処理による弱接着にすることを特徴とする積層型超電導コイル装置。
A winding member in which a plurality of superconducting coils formed by winding a high-temperature superconducting wire are laminated in the winding axis direction;
A cylindrical material that is disposed along the innermost circumferential surface of the superconducting coil and penetrates the winding member in the winding axis direction; and
A flange fixed to the cylindrical member so as to face at least one of the end surfaces of the winding member in the winding axis direction;
A pressing member fixed to the flange movably in the winding axis direction and pressed against the end face;
A dispersion plate that is provided on the end surface and disperses the pressure applied to the end surface by the pressing member;
The dispersion plate includes at least one spring material selected from the group consisting of a coil spring, a thin plate spring, and a disc spring,
A laminated superconducting coil device characterized in that at least a part of a contact surface in contact with another adjacent high-temperature superconducting coil of the superconducting coil to be laminated is made non-adhesive or weakly bonded by a release process.
前記押当て部材は、前記フランジを貫通して設けられたボルトである請求項1に記載の積層型超電導コイル装置。 The multilayer superconducting coil device according to claim 1, wherein the pressing member is a bolt provided through the flange. 前記押当て部材の押し当て時における変位量は、前記巻線部材の冷却による熱収縮量および電磁力による変位量の前記巻回軸方向の総和よりも大きい請求項1又は請求項2に記載の積層型超電導コイル装置。 The pressing displacement during pressing member Te is according to claim 1 or claim 2 greater than the sum of the winding axis direction of the displacement due to thermal shrinkage amount and the electromagnetic force generated by the cooling of the winding member Multilayer superconducting coil device. 前記筒材は、前記最内周面に接触して設けられる請求項1から請求項のいずれか1項に記載の積層型超電導コイル装置。 The multilayer superconducting coil device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the cylindrical member is provided in contact with the innermost peripheral surface. 前記離形処理は、接着材の前記超電導コイルとの接着面における離形層の形成である請求項1から請求項のいずれか1項に記載の積層型超電導コイル装置。 The multilayer superconducting coil device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the releasing treatment is formation of a releasing layer on an adhesive surface of the adhesive with the superconducting coil. 前記超電導コイルの少なくとも1つは、巻回されて対向するターン間に配置される絶縁材に前記離形処理がなされる請求項1から請求項のいずれか1項に記載の積層型超電導コイル装置。 The laminated superconducting coil according to any one of claims 1 to 5 , wherein at least one of the superconducting coils is wound and the release treatment is performed on an insulating material disposed between opposing turns. apparatus. 前記離形処理は、フッ素樹脂テープ、パラフィン、グリースおよびシリコンオイルからなる群より選ばれた少なくとも一種の離形剤の接着もしくは塗布である請求項に記載の積層型超電導コイル装置。 The multilayer superconducting coil device according to claim 6 , wherein the release treatment is adhesion or application of at least one release agent selected from the group consisting of fluororesin tape, paraffin, grease and silicone oil. 隣接する前記超電導コイルどうしの間隙に、前記超電導コイルに冷熱を伝熱する冷却箔を配置する請求項1から請求項のいずれか1項に記載の積層型超電導コイル装置。 The laminated superconducting coil device according to any one of claims 1 to 7 , wherein a cooling foil that transfers cold heat to the superconducting coils is disposed in a gap between the adjacent superconducting coils. 前記冷却箔は、前記超電導コイルよりも熱伝導率が高い請求項に記載の積層型超電導コイル装置。 The stacked superconducting coil device according to claim 8 , wherein the cooling foil has higher thermal conductivity than the superconducting coil.
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