JPS596486B2 - 超電導コイルの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は核融合装置、エネルギ蓄積装置等に使用され
る大形の超電導コイルの製造方法に関するものである。

エネルギ蓄積装置や核融合炉用の磁界発生装置の構成要
素として超電導コイルの使用が考えられているが、超電
導コイルの大きさはギガジュール（ＧＪ＝１０９Ｊ）以
上の巨大なものである。

第１図は大形超電導コイルの一種であるパンケーキ形超
電導コイルの一部破断斜視図で、この超電導コイル１は
、超電導線２をターン間スペーサ３を介して巻回したパ
ンケーキコイル１００を複数個、層間スペーサ４を介し
て巻枠５内に積重ねて固定した構成を有し、超電導線２
はターン間・層間の両方ともターン間スペーサ３および
層間スペーサ４によつて電気的に絶縁され、かつ層間ス
ペーサ４により、液体ヘリウムなどの冷却媒体が流され
る間隙６が形成される。この間隙６は超電導線２の表面
に発生した冷却媒体の気泡を逃がす役割と、冷却媒体を
供給する役割をもつ。第２図は大形超電導コイルの一種
であるディスク形超電導コイルの断面図で、この超電導
コイル１では、金属または絶縁物よりなる板状の保持部
材１の両側面に複数個のコイル溝８を設け、そのコイル
溝に超電導線２を収納して形成される超電導ディスク２
００を複数個重ねて、ボルト９及びナット１０で締付け
て組立てられている。

ディスク形超電導コイル１は、第１図のパンケーキ形超
電導コイルと同様の第３図ａに示す円形コイル１、第３
図ｂに示すレーストラック形コイル１、あるいは第３図
ｃ（７）Ｄ形コイル１である。これら大形超電導コイル
に使用される大電流容量の超電導線２として最適と考え
られるものは、ソルダ方式超電導線である。

第４図ａおよびｂはソルダ方式超電導線の斜視図で、常
電導金属基材１１に切られた溝１２に複数本の超電導素
線１３の集合体１４がソルダ（Ｐｂ−Ｓｎ等の金属性接
着物）１５によつて固着されて構成されている。

常電導金属基材１１は、極低温（例えば液体ヘリウム温
度４．２に）で電気抵抗率の小さい銅やアルミニウムで
あり、現在銅がよく使用されている。

超電導素線１３は、Ｎｂ−Ｔｉ、Ｎｂ３Ｓｎなどの超電
導体そのものでもよいが、超電導体に銅やアルミニウム
を被覆したもの、銅などの常電導金属の中に複数本の超
電導フイラメントが埋め込まれた極細多芯超電導線、あ
るいは上記超電導フイラメントがツイストされて常電導
金属の中に埋め込まれた極細多芯ツイスト超電導線でも
よい。超電導素線の集合体１４は例えば第５図ａに斜視
図で示すような、断面同一円周上に超電導素線１３が配
置された中空の撚り線を圧延することによつて、第５図
ｂに示すような扁平な集合体１４を容易に得ることがで
きる。

上記の集合体１４は帯状撚線であるが、帯状撚線の代り
に帯状編組線でもよい。

なお、第４図・の超電導線２には溝１２が設けられてい
るが、溝のない平角の常電導金属基材１１の側面に超電
導素線集合体１４をソルダで固着した超電導線であつて
も使用することができる。

次に従来の超電導コイルの製造方法について述べる。常
電導金属基材１１の溝１２に超電導素線１３をソルダ１
５で固着することによつて製作された超電導線２を、第
３図に示す形状に巻回して超電導コイル１を形成する。
コイル巻回のときの超電導線の曲げは、第１図のパンケ
ーキ形超電導コイルではフラツト・ワイス、第２図のデ
イスク形超電導コイルではエツヂ・ワイスである。エネ
ルギ蓄積装置や核融合炉に使用される超電導コイル１は
ギガジュール以上のエネルギをもつ巨大なものであり、
これに巻回される超電導線２は大電流、例えば３万アン
ペア、を通電することのできる大きい寸法、例えば外側
寸法１０ｍｆ６０ｍｕをもつものである。このように大
きい寸法の超電導線２を第３図のような形状に巻回する
場合、コイルの最少曲げ半径を例えば１ｍとすると、フ
ラツト・ワイスで０．５（ｆ）、エツヂ・ワイスで３（
：ｆ）の歪みが超電導線２に発生する。

特にエツヂ・ワイス曲げの場合の歪みは大きい。このコ
イル巻回時の超電導線の歪みは、超電導線２の基本的構
成要素である超電導素線１３のもつ超電導電流容量を大
巾に低下させ、結果として超電導コイル１のつくる磁界
を設計値より大巾に低下させることがある。

特に超電導体がＮｂ３Ｓｎ等の化合物である場合には超
電導特性の低下は著しい。この発明は上記のような従来
の超電導コイルの製造方法の欠点を除去するためになさ
れたもので、超電導線２が巻回による変形を受ける際に
、ソルダ１５が溶融状態にあるようにして、超電導素線
１３に歪みの加わることを避けることにより、エネルギ
蓄積装置や核融合炉に使用される超電導特性の低下のな
い大形超電導コイルを提供し得るものである。

第６図はこの発明の超電導コイルの製造方法の一実施例
を示す。

線材ドラム１６から供給された超電導線２は、コイル巻
型１７に巻き取られコイルに成形される。コイル巻型１
７に近接して加熱装置１８を設け、超電導線２を加熱し
、その構成要素であるソルダ１５を溶融状態に保つたま
まコイル巻型に巻き取られるようにする。このようにす
れば超電導線２が巻回による変形を受けても、その構成
要素である超電導素線１３は全く歪みを生じない。何故
ならば、溶融状態にあるソルダ１５は全く固着力を失つ
ているため、超電導素線１３相互の間、或いは超電導素
線と常電導金属基材１１との間は固着されておらず超電
導素線の集合体１４は自由に変形できるからである。コ
イル巻型に巻き取られ変形を終えた超電導線は自然冷却
され、又は必要があれば強制冷却を施されてソルダ１５
は再び固化し、固着力を回復し元の超電導線の状態にも
どる。このように本発明によれば、超電導素線１３が常
電導金属基材１１に固着されたまま巻回された場合に生
ずる歪みを発生させることが有り得ないから、超電導特
性の低下のない超電導コイルを提供することができる。

なお、第６図では第３図ａに示す円形コイルの製造の場
合を示しているが、第３図ｂのレーストラツクコイル、
第３図ＣＯＤ形コイル、あるいは第１図に示すパンケー
キ形コイルの製造の場合にも発発明をそのまま適用する
ことができる。

また、加熱装置としては通常のヒータによる加熱炉でも
良いし、他の誘導加熱装置や超電導線の適当な部分に電
流を通じる通電加熱等の方法が用いられても良いことは
言うまでもない。なお、上記の超電導コイルでは、超電
導線２は加熱装置１８を経てコイル巻型１７に巻回され
たが、ほぼコイル形状に巻回してのち超電導コイルに形
成することもできる。

この方法は特にデイスク形超電導コイルにおいて有効で
ある。以上のようにこの発明によれば、ソルダ方式超電
導線を巻回して成る超電導コイルの製造において、超電
導線が巻回による変形を受ける際に、ソルダが溶融状態
にあるようにしているので、超電導素線に歪みが加わる
ことなく、超電導特性が低下することのない大形超電導
コイルを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はパンケーキ形超電導コイルの一部破断図、第２
図はデイスク形超電導コイルの断面図、第３図は超電導
コイル形状を示す斜視図、第４図はソルダ方式超電導線
の斜視図、第５図は撚線および帯状撚線を示す斜視図、
第６図はこの発明の超電導コイル製造方法の一実施例を
示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 常電導金属基材の表面に超電導素線を金属性接着物
   で固着した超電導線を巻回して成る超電導コイルの製造
   方法において、上記超電導線を加熱して上記金属性接着
   物を溶融状態にして巻回するようにしたことを特徴とす
   る超電導コイルの製造方法。 ２ 常電導金属基材の表面に超電導素線を金属性接着物
   で固着した超電導線を巻回してなる超電導コイルの製造
   方法において、上記超電導線を加熱して上記金属性接着
   物を溶融状態にして略コイル状に巻回し、その後所定の
   コイル形状に成形するようにしたことを特徴とする超電
   導コイルの製造方法。