特開 2023-169958 高温超電導コイル及び高温超電導コイル装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023169958

(43)【公開日】2023-12-01

(54)【発明の名称】高温超電導コイル及び高温超電導コイル装置

(51)【国際特許分類】

   H01F 6/06 20060101AFI20231124BHJP

【ＦＩ】

H01F6/06 110

H01F6/06 ZAA

H01F6/06 500

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022081322

(22)【出願日】2022-05-18

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100145816

【弁理士】

【氏名又は名称】鹿股 俊雄

(74)【代理人】

【識別番号】100195718

【弁理士】

【氏名又は名称】市橋 俊規

(74)【代理人】

【識別番号】100196003

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 太郎

(72)【発明者】

【氏名】宇都 達郎

(72)【発明者】

【氏名】岩井 貞憲

(57)【要約】

【課題】高温超電導コイルの周面に金属板を架設した場合でも、高温超電導線材の変形による特性劣化のリスクを低減する。
【解決手段】高温超電導線材２０が巻回された巻線部１２と、前記巻線部の両側の巻回軸方向側面に設けられた側面絶縁材１９と、を有する高温超電導コイル１０において、前記側面絶縁材は、前記高温超電導コイルの最外周の周面及び／又は最内周の周面の少なくとも一部に、当該高温超電導コイルの径方向外側及び／又は径方向内側に延伸する第１の突出部１７を有する。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高温超電導線材が巻回された巻線部と、前記巻線部の両側の巻回軸方向側面に設けられた側面絶縁材と、を有する高温超電導コイルにおいて、
前記側面絶縁材は、前記高温超電導コイルの最外周の周面及び／又は最内周の周面の少なくとも一部に、当該高温超電導コイルの径方向外側及び／又は径方向内側に延伸する第１の突出部を有することを特徴とする高温超電導コイル。

【請求項2】

前記側面絶縁材は、絶縁シート及び／又は絶縁樹脂層からなることを特徴とする請求項１記載の高温超電導コイル。

【請求項3】

高温超電導線材が巻回された巻線部と、前記巻線部の両側の巻回軸方向側面に設けられた側面絶縁材と、からなる高温超電導コイルと、前記高温超電導コイルの最外周の周面及び／又は最内周の周面に設けられた電極と、を有する高温超電導コイル装置において、
前記側面絶縁材は、前記高温超電導コイルの最外周の周面及び／又は最内周の周面の少なくとも一部に、当該高温超電導コイルの径方向外側及び／又は径方向内側に延伸する第１の突出部を有し、前記電極の周面に前記第１の突出部と嵌合する切欠き凹部を設けたことを特徴とする高温超電導コイル装置。

【請求項4】

積層された複数の高温超電導コイルと、隣接する前記高温超電導コイルの最外周の周面及び／又は最内周の周面に跨がって設けられた電極と、を有し、前記複数の高温超電導コイルが接する側面絶縁材の第１の突出部が、前記電極の周面に形成された切欠き凹部に嵌合することを特徴とする請求項３記載の高温超電導コイル装置。

【請求項5】

前記切欠き凹部は、前記側面絶縁材が当該切欠き凹部に嵌合した際に、径方向及び/又は軸方向に所定の空隙が形成されることを特徴とする請求項３又は４記載の高温超電導コイル装置。

【請求項6】

前記第１の突出部に、巻回軸方向に延伸する第２の突出部を設けたことを特徴とする請求項３又は４に記載の高温超電導コイル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、高温超電導線材を用いた高温超電導コイル及び高温超電導コイル装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、レアアース（ＲＥ：Ｒｅａｒ Ｅａｒｔｈ）を含む（ＲＥ）Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７等の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行われている。特に、厚さ５０～１００μｍ程度の基板上に、複数の種類の層を形成して作製される高温超電導線材（以下、「薄膜線材」ともいう。）は、高磁場下での電流容量が大きいという特性がある。したがって、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。

【0003】

実用化されている高温超電導コイルの形成方法は、テープ状の高温超電導線材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、高温超電導線材を同心円状に巻回したパンケーキコイル状の高温超電導コイルを巻回軸方向に複数積層して１つの高温超電導コイル装置にする方法がある。

【0004】

積層された高温超電導コイルは、その最内周及び／又は最外周の周面のいずれかにおいて、隣接する高温超電導コイル同士に跨がるように金属板（電極）が架設されて、電気的に接続される。この金属板によって積層された全ての高温超電導コイルは、超電導電流が通流する１つの経路を形成する。テープ状の高温超電導線材は、テープ長手方向に高い外力をかけても超電導特性が失われないという特徴もある。

【0005】

一方、この高温超電導線材は、上述した複数の層の積層方向にかかる外力に対しては脆弱であり、微小な外力で容易に超電導特性を劣化させてしまう。例えば、高温超電導線材に局部的に曲げ応力がかかった場合、容易に層の剥離や層の破断が発生して、超電導特性が低下する。

【0006】

従来から、高温超電導コイルを樹脂含浸して、高温超電導線材を機械的に固定する工夫がなされている。また、高温超電導線材の始端に接続する電極を巻枠に固定するなどして、高温超電導線材が不要に歪むことを防止する工夫がなされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第６５４８９１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上述した従来の高温超電導コイルにおいて、高温超電導コイルの最外周の周面に金属板（電極）を架設する場合、高温超電導コイルの最外周ターンに位置する高温超電導線材（薄膜線材）は、金属板との干渉を避けるために、高温超電導コイルの形状を保持している側面絶縁材等の構造物を最外周面よりも径方向外側に延伸することができない。

【0009】

さらに、それらの構造物の径方向端部が高温超電導コイルの最外周面と完全に一致するように調整することは困難であるから、金属板との干渉を確実に避けるためには、構造物を高温超電導コイル径方向端部よりも内周側に調整する必要が生じる。したがって、最外周ターンに位置する薄膜線材を機械的に保持する構造物の強度は、他のターンにおける薄膜線材を保持する構造物の強度よりも低下してしまう。

【0010】

このように、高温超電導コイルの最外周において薄膜線材を保持する構造物の強度が低いために、高温超電導コイルが外力や電磁力等により変形した際に、特に、最外周ターンの薄膜線材が変形して特性劣化してしまうリスクが高いという課題がある。さらに、高温超電導コイルの最内周の周面に金属板を架設する場合も同様な課題がある。

【0011】

本発明に係る実施形態は、このような課題を解決するためになされたもので、高温超電導コイルの周面に金属板を架設した場合でも、薄膜線材の変形による特性劣化のリスクを低減することが可能な高温超電導コイル及び高温超電導コイル装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するために、本実施形態に係る高温超電導コイルは、高温超電導線材が巻回された巻線部と、前記巻線部の両側の巻回軸方向側面に設けられた側面絶縁材と、を有する高温超電導コイルにおいて、前記側面絶縁材は、前記高温超電導コイルの最外周の周面及び／又は最内周の周面の少なくとも一部に、当該高温超電導コイルの径方向外側及び／又は径方向内側に延伸する第１の突出部を有することを特徴とする。

【0013】

また、本実施形態に係る高温超電導コイル装置は、高温超電導線材が巻回された巻線部と、前記巻線部の両側の巻回軸方向側面に設けられた側面絶縁材と、からなる高温超電導コイルと、前記高温超電導コイルの最外周の周面及び／又は最内周の周面に設けられた電極と、を有する高温超電導コイル装置において、前記側面絶縁材は、前記高温超電導コイルの最外周の周面及び／又は最内周の周面の少なくとも一部に、当該高温超電導コイルの径方向外側及び／又は径方向内側に延伸する第１の突出部を有し、前記電極の周面に前記第１の突出部と嵌合する切欠き凹部を設けたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明の実施形態によれば、高温超電導コイルの周面に金属板を架設した場合でも、高温超電導線材の変形による特性劣化のリスクを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】一般的な高温超電導線材の構成図。

【図2】一般的な高温超電導コイルの斜視図。

【図3】図２のII－II線断面図。

【図4】図３の領域Ω部の拡大図。

【図5】電極が取り付けられた一般的な高温超電導コイル装置の斜視図

【図6】高温超電導コイルが積層された一般的な高温超電導コイル装の斜視図

【図7】図６の高温超電導コイル装置の平面図。

【図8】（ａ）、（ｂ）は図７の位置Ａにおける拡大断面図、（ｃ）は図７の位置Ｂにおける拡大断面図。

【図9】（ａ）～（ｃ）は第１の実施形態に係る高温超電導コイル装置の拡大断面図。

【図10】第２の実施形態に係る高温超電導コイル装置の拡大断面図。

【図11】第３の実施形態に係る高温超電導コイル装置の拡大断面図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明に係る高温超電導コイル及び高温超電導コイル装置の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

【0017】

（高温超電導線材の構成）
まず、一般的な高温超電導線材（薄膜線材）２０の構成について、図１を用いて説明する。
高温超電導線材２０は、図１に示すように、一般にテープ状の薄膜状の層が積層された構成となっている。

【0018】

高温超電導線材２０は、例えば、ニッケル基合金、ステンレス又は銅等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等からなる配向層２３と、中間層２４の上に形成されるＲＥＢＣＯ線材等のレアメタル酸化物からなる超電導層２５と、銀、金又は白金等で組成される保護層２６と、銅又はアルミニウム等の良伝導性金属である安定化層２１と、から構成される。

【0019】

中間層２４は、基板２２と超電導層２５の熱収縮の際に起因する熱歪みを防止する。また、保護層２６は、超電導層２５に含まれる酸素が超電導層２５から拡散することを防止して、超電導層２５を保護している。また、安定化層２１は、超電導層２５への過剰通電電流の迂回経路となって熱暴走を防止する。ただし、高温超電導線材２０を構成する各層の種類及び数はこれに限定されるものではなく、必要に応じて適宜増減してもよい。

【0020】

（高温超電導コイル）
図２は一般的な高温超電導コイル１０の構成例を示す斜視図で、図３は図２のII－II線に沿うコイル径方向Ｂの断面図である。また、図４は図３の領域Ω部の拡大断面図である。

【0021】

図２及び図３に示される高温超電導コイル１０は、高温超電導線材２０が巻枠１４へ巻回されることにより、巻回軸中心軸を貫通する空間を有するパンケーキ状の巻線部１２を形成することによって得られる。高温超電導線材２０を同心円状に巻回してパンケーキ状に形成されたコイルをパンケーキコイルと呼ぶ。

【0022】

ここで、図２に示すように、高温超電導コイル１０の巻回軸と平行な方向を巻回軸方向Ｃ、高温超電導線材２０を巻き回す方向をコイル周方向Ａ、巻回により高温超電導線材２０が積層される方向をコイル径方向Ｂと呼ぶ。また、高温超電導コイル１０において隣接する別のターンの高温超電導線材２０同士の間隙のことを単にコイルターン間と呼ぶ。

【0023】

図４に示すように、高温超電導線材２０の間には、隣接するコイルターン間の絶縁のために、ターン間絶縁材３３が挿入される。ターン間絶縁材３３としては、一般に、例えばポリイミド等により形成された絶縁性テープが用いられる。テープ状のターン間絶縁材３３は、高温超電導線材２０と共巻することによりコイルターン間に挿入される。

【0024】

また、高温超電導コイル１０は、エポキシ樹脂などの粘着性を有する絶縁材料で含浸されることもある。粘着性のある樹脂で含浸されることにより、高温超電導コイル１０内の隣接する高温超電導線材２０がターン間絶縁材３３により固着され、高温超電導コイル１０の熱伝導度及び機械的強度が向上する。

【0025】

なお、エポキシ樹脂などの粘着性を有する絶縁材料もコイルターン間に挿入されることでターン間絶縁材３３として機能するが、コイルターン間の確実な絶縁のためには、テープ状のポリイミド等の絶縁性テープにより確実にコイルターン間を絶縁することが好ましい。

【0026】

巻線部１２の上下の側面には絶縁シート１６が設けられており、巻線部１２に隣接する他の高温超電導コイル等から絶縁する。絶縁シート１６としてはエポキシ樹脂や繊維強化プラスチックが好適に用いられる。また、エポキシ樹脂等の粘着性を有する絶縁樹脂層１８を巻線部１２と絶縁シート１６の間に形成してもよい。

【0027】

なお、絶縁シート１６と絶縁樹脂層１８のいずれか一方が形成されていれば、巻線部１２を隣り合う他の超電導コイル等から絶縁することができるが、図４に示すように、絶縁シート１６と絶縁樹脂層１８の両方を形成してもよい。絶縁シート１６と絶縁樹脂層１８の両方又はいずれか一方からなる構成要素を側面絶縁材１９と呼ぶ。

【0028】

（単層の高温超電導コイル装置）
高温超電導コイル装置１００として、高温超電導コイル１０に通電を行う際は、図５に示すように、巻線部１２の最外周ターン又は最内周ターンの高温超電導線材２０の周面に電極４０を接続する。電極４０は高温超電導線材２０にはんだ付けなどにより電気的に接続されて、高温超電導コイル１０を通流する通電電流Ｉを流入又は流出させる。電極４０は例えば銅、銀、金、インジウムやこれらの合金で好適に構成される。

【0029】

（多層の高温超電導コイル装置）
図６に示すように、高温超電導コイル１０を巻回軸方向に同心円状に複数積層して、多層の高温超電導コイル装置１００としてもよい。

【0030】

図６に示す高温超電導コイル装置１００は、積層された複数の高温超電導コイル１０のうち、隣接する２つに架設される金属板４１を有する。金属板４１は薄膜線材２０にはんだ付けなどにより電気的に接続されて、架設される２つの高温超電導コイル１０のうち、片方の高温超電導コイル１０から流出した通電電流Ｉをもう片方の高温超電導コイル１０に流入させる。金属板４１は、例えば銅、銀、金、インジウムやこれらの合金で好適に構成される。

【0031】

なお、上述した電極４０と金属板４１の違いは、１つの高温超電導コイル１０に接続されるか、２つの高温超電導コイル１０に跨って接続されるかの違いであって、どちらも高温超電導コイル１０から電流を流出入させるための金属製の部材であるから、実質的に同一視できる。以下に説明する実施形態では金属板４１として記載したが、電極４０に置き換えても同様な作用効果が得られる。

【0032】

ここで、図７に示すように、積層した２つの高温超電導コイル１０Ａ及び１０Ｂを跨がって金属板（電極）４１が設けられた周面を領域１といい、金属板４１が設けられていない周面を領域２という。

【0033】

そして、図８（ａ）、（ｂ）は金属板４１が設けられた領域１の拡大断面図で（図７の位置Ａ）、図８（ｃ）は金属板４１が設けられていない領域２の拡大断面図である（図７の位置Ｂ）。

【0034】

図８（ａ）～（ｃ）において、各高温超電導コイル１０Ａ、１０Ｂは、それぞれ高温超電導線材２０とターン間絶縁材３３が複数巻きに巻回され、その上下の側面には絶縁シート１６及び絶縁樹脂層１８からなる側面絶縁材１９が形成されている。なお、図８（ｂ）は、コイル径方向端部が最外周ターンの高温超電導線材２０Ａのコイル径方向端部よりも、径方向内周側に位置している場合の断面図である。

【0035】

また、図８（ａ）～（ｃ）の２０Ａは高温超電導線材２０の最外周ターンを指し、２０Ｂはその１つ前のターンを指す。上述した一般的な高温超電導コイル装置１００の作用については後述する。

【0036】

［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る高温超電導コイル及び高温超電導コイル装置について、図９（ａ）～（ｃ）を用いて説明する。

【0037】

（構成）
図９（ａ）～（ｃ）は、２つの高温超電導コイル１０Ａ、１０Ｂを積層した高温超電導コイル装置１００Ａの部分拡大断面図で、いずれも２つの高温超電導コイル１０Ａ、１０Ｂに跨がって金属板（電極）４１が取り付けられている箇所の拡大断面図である（図７の位置Ａ参照）。

【0038】

本第１の実施形態に係る高温超電導コイル装置１００Ａは、図９（ａ）に示すように、２つの高温超電導コイル１０Ａ、１０Ｂが積層される面に絶縁シート１６と絶縁樹脂層１８からなる側面絶縁材１９が設けられ、その側面絶縁材１９がコイル径方向外側に延伸する第１の突出部１７を有しており、当該第１の突出部１７は金属板４１の内周に形成された切欠き凹部４５に嵌合する。

【0039】

図９（ａ）の例では第１の突出部１７は切欠き凹部４５に略隙間なく嵌合しているが、第１の突出部１７と切欠き凹部４５の形状が完全に一致する必要はなく、図９（ｂ）に示すように、コイル径方向について、第１の突出部１７のコイル径方向大きさを切欠き凹部４５のコイル径方向の大きさよりも小さくして、所定の空隙を形成するようにしてもよい。さらに、図９（ｃ）に示すように、コイル軸方向について、第１の突出部１７との間に所定の空隙が生じるように切欠き凹部４５を形成してもよい。

【0040】

ここで重要なことは最外周ターンの高温超電導線材２０Ａの位置よりも径方向外側に向かって第１の突出部１７が延伸し、金属板４１には第１の突出部１７と干渉しないような形状の切欠き凹部４５が形成されていることである。

【0041】

具体的には、高温超電導線材２０の厚みは約０．１ｍｍ～０．２ｍｍであり、ターン間絶縁材３３の厚みは約０．０３ｍｍ～０．１ｍｍであるから、一般的な高温超電導コイル１０の１ターン当たりの径方向大きさは約０．１ｍｍ～０．３ｍｍである。

【0042】

したがって、薄膜線材２０Ａの外周側に１ターン分の大きさの第１の突出部１７を設けるためには、第１の突出部１７のコイル径方向の大きさは０．１ｍｍ以上であることが望ましく、より好ましくは０．３ｍｍ以上であることが望ましい。

【0043】

一方、第１の突出部１７のコイル径方向の大きさに上限はないものの、不要に大きくしてしまうとその分切欠き凹部４５のコイル径方向の大きさを増大させなければならず、金属板４１の断面積を不必要に狭めてしまい、金属板４１の電気抵抗が増大してしまう。また、金属板４１の断面積を大きくするために、金属板４１のコイル径方向の大きさを増大させることも考えられるが、金属板４１のコスト増や装置全体の大型化を招いてしまう。したがって、第１の突出部１７のコイル径方向の大きさは、金属板４１の径方向の大きさに比べて小さい値に設定することが好ましい。

【0044】

具体的には、金属板４１のコイル径方向の厚みは一般的に約１ｍｍ～５ｍｍあれば十分であるから、第１の突出部１７のコイル径方向の大きさは具体的には１ｍｍ以下、より好ましくは、０．５ｍｍ以下であることが望ましい。

【0045】

第１の突出部１７は、高温超電導コイル１０Ａ、１０Ｂの周面の一部に設けられるが、高温超電導コイル１０の全周に亘って形成してもよい。
第１の突出部１７を高温超電導コイル１０の全周に亘って形成した場合は、第１の突出部１７を形成した後に、領域１（図７参照）の部分に存在する第１の突出部１７のみ、切欠き凹部４５に適合させるため、コイル径方向の大きさを小さくするよう調整することで、領域１の第１の突出部１７のコイル径方向の大きさが、領域２（図７参照）の第１の突出部１７のコイル径方向の大きさよりも小さくなるようにしてもよい。

【0046】

なお、領域１の第１の突出部の寸法で全周に亘って第１の突出部を形成してもよく、さらに、領域１にのみ第１の突出部を形成してもよい。

【0047】

（作用）
まず、図８（ａ）～（ｃ）を用いて、２つの高温超電導コイル１０Ａ、１０Ｂを積層した従来の一般的な高温超電導コイル装置１００の作用について説明する。

【0048】

図８（ａ）は金属板４１が架設されている部分（図７の位置Ａ）の拡大断面図であり、絶縁シート１６と絶縁樹脂層１８からなる側面絶縁材１９のコイル径方向端部と最外周ターンの高温超電導線材２０Ａのコイル径方向端部が、径方向の同じ位置に並んでいる。

【0049】

そこでは、最外周ターンの高温超電導線材２０Ａはその径方向外側に側面絶縁材１９が存在していないため、１ターン前の高温超電導線材２０Ｂと比べて機械的強度が小さく、電磁力や熱応力により高温超電導線材２０Ａに折れやねじれの変形が生じるリスクが高い。また、高温超電導線材２０Ａの径方向外側に次のターンが存在しない代わりに、金属板４１がはんだ付けなどによって架設されており、これにより機械的強度が向上する効果はあるものの、金属板４１をはんだ付けする際に発生する熱応力による変形のリスクを低減することはできない。

【0050】

図８（ｂ）は図７の位置Ａにおいて、側面絶縁材１９のコイル径方向端部が最外周ターンの高温超電導線材２０Ａのコイル径方向端部よりも、径方向内周側に位置している場合の断面図である。

【0051】

金属板４１と側面絶縁材１９の干渉を避けつつ、高温超電導線材２０を保持する強度を最大にするためには、図８（ａ）のように側面絶縁材１９のコイル径方向端部と最外周ターンの高温超電導線材２０Ａのコイル径方向端部の径方向位置が揃っている方が望ましいが、金属板４１と側面絶縁材１９の干渉を確実に避けるためには、実際には側面絶縁材１９のコイル径方向端部がわずかでも高温超電導線材２０Ａのコイル径方向端部よりも、内周側に位置するように調整しなければならない。
この場合も、図８（ａ）よりもさらに高温超電導線材２０を保持する側面絶縁材１９の断面積が小さくなることから、図８（ａ）の場合よりもさらに機械的強度が低下してしまう。

【0052】

図８（ｃ）は金属板４１が架設されていない部分（図７の位置Ｂ）における高温超電導コイル１０Ａ、１０Ｂの拡大断面図である。位置Ｂでは、原理的には第１の突出部１７を形成することが可能であるが、金属板４１との干渉を確実に避けるためには、金属板４１の周方向終端から少なくとも１ｍｍ程度は突出部が形成されていない領域が存在しなければならない。

【0053】

したがって、図８（ｃ）のように第１の突出部１７が形成されておらず、かつ金属板４１が架設されていない断面がわずかでも存在してしまう。このような場所では、上述したような金属板４１がはんだ付けなどによって架設されることによる機械的強度の向上効果は望めず、図８（ａ）の場合よりもさらに機械強度が低下してしまう。

【0054】

次に、本第１の実施形態に係る高温超電導コイル装置１００Ａの作用について説明する。
本第１の実施形態では、図９（ａ）～（ｃ）に示すように、側面絶縁材１９の径方向端部が高温超電導線材２０Ａよりも径方向外側に延伸して第１の突出部１７を形成しているため、最外周ターンの高温超電導線材２０Ａに電磁力や熱応力が加わった際に、高温超電導線材２０を保持する力が図８（ａ）に示す従来の高温超電導コイル装置１００と比較して大きくなる。

【0055】

また、金属板４１に第１の突出部１７と嵌合するように切欠き凹部４５が形成されているため、金属板４１を高温超電導線材２０に取り付ける際に第１の突出部１７と干渉せずに取り付けることができる。

【0056】

さらに、図９（ａ）に示すように、第１の突出部１７のコイル軸方向の大きさが切欠き凹部４５の軸方向の大きさと同略一になるように形成し、第１の突出部１７のコイル軸方向に垂直な面が切欠き凹部４５のコイル軸方向に垂直な面と略一致するように組み上げた場合は、側面絶縁材１９のコイル軸方向への変位を抑制することで高温超電導線材２０Ａを保持する力をさらに強化する作用も期待できる。

【0057】

また、前述したように、図７の領域１における第１の突出部１７のコイル径方向の大きさが大きすぎると、切欠き凹部４５の径方向の大きさも増大してしまうデメリットがあるため、適度な大きさに調整する必要があるが、領域２においてはそのようなデメリットはないため、領域１に比べて第１の突出部１７のコイル径方向の大きさを大きくしてもよい。これにより、領域２における高温超電導線材２０を保持する強度が十分に確保できる。

【0058】

また、図９（ｂ）、（ｃ）に示す高温超電導コイル装置１００Ａも上記と同様な作用を奏するほか、第１の突出部１７と切欠き凹部４５とのコイル軸方向及び／又は径方向に、所定の空隙を持たせたことにより、熱膨張を吸収可能とするとともに、組み立ての際の余裕度を持たせることができる。

【0059】

（効果）
以上説明したように、本第１の実施形態によれば、高温超電導コイル１０Ａ、１０Ｂの側面絶縁材１９に、金属板４１の内周に設けた切欠き凹部４５と嵌合可能な第１の突出部１７を設けたことで、高温超電導線材２０に電磁力や熱応力が加わった際の変形を抑制できるとともに、高温超電導線材２０の特性劣化リスクを低減することが可能となる。

【0060】

［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る高温超電導コイル及び高温超電導コイル装置について、図１０を用いて説明する。なお、第１の実施形態と同一又は類似の構成には同一の符号を付し、重複説明は省略する。

【0061】

第２実施形態に係る高温超電導コイル装置１００Ａでは、図１０に示すように、側面絶縁材１９の第１の突出部１７がコイル軸方向へ延伸し、最外周ターンの高温超電導線材２０Ａの径方向外周側の表面に沿って形成された、第２の突出部２７を有している。

【0062】

この構造は、例えば絶縁樹脂層１８を高温超電導線材２０Ａの径方向外周側の表面に沿って形成することで得られる。第２の突出部２７のコイル軸方向の大きさが大きいほど、第１の突出部１７と高温超電導線材２０Ａの接着面積を大きくすることができるが、高温超電導線材２０Ａと金属板４１の接着面の面積が小さくなってしまう。

【0063】

したがって、高温超電導線材２０Ａと金属板４１との接着を大きく阻害しない範囲で設定する必要がある。具体的には、一般的な高温超電導線材２０の幅は２ｍｍ～１２ｍｍほどであるが、例えば幅４ｍｍの高温超電導線材２０Ａの場合は、第２の突出部２７のコイル軸方向の大きさは０．２ｍｍ～１ｍｍ程度であることが望ましく、より好ましくは、０．２ｍｍ～０．５ｍｍ程度であることが望ましい。

【0064】

本第２の実施形態によれば、第１の実施形態の作用に加えて、第２の突出部２７が高温超電導線材２０Ａのコイル径方向外周面の一部を保持することで、さらに最外周ターンの高温超電導線材２０Ａを保持する作用を強化することができる。
これにより、従来例と比べて高温超電導線材２０Ａに電磁力や熱応力が加わった際の変形を抑制できるので、高温超電導線材２０Ａの特性劣化リスクを低減することが可能となる。

【0065】

［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る高温超電導コイル及び高温超電導コイル装置について、図１１を用いて説明する。なお、上記実施形態と同一又は類似の構成には同一の符号を付し、重複説明は省略する。

【0066】

第３実施形態に係る高温超電導コイル装置１００Ａでは、図１１に示すように、最外周ターンの高温超電導線材２０Ａの径方向外側表面と金属板４１の間に導電性スペーサ３０が配置されている。

【0067】

導電性スペーサ３０は、金属板４１が架設される２つの高温超電導コイル１０Ａと高温超電導コイル１０Ｂの径方向大きさが異なる場合に、それらの径方向大きさの差分を解消する目的で配置される。
導電性スペーサは、銅、銀、金、インジウムやこれらの合金で好適に構成される。導電性スペーサ３０のコイル軸方向の大きさＷ０は高温超電導線材２０の大きさＷ１と同程度とすることが好ましい。

【0068】

また、図１０に示すように、第２の突出部２７が存在している場合は、第２の突出部２７のコイル軸方向の大きさをＷ２として、導電性スペーサ３０のコイル軸方向の大きさＷ０は、Ｗ０＝Ｗ１－Ｗ２（第２の突出部２７が薄膜線材２０Ａの幅方向片側のみに形成されている場合）、又はＷ０＝Ｗ１－Ｗ２×２（第２の突出部２７が薄膜線材２０Ａの幅方向両側に形成されている場合）としてもよい。

【0069】

なお、導電性スペーサ３０のコイル周方向の大きさは、金属板４１のコイル周方向の大きさよりも大きくするか、又は同程度とすることが好ましい。さらに、導電性スペーサ３０を径方向に分割して形成してもよい。

【0070】

本第３の実施形態によれば、隣接する高温超電導コイル１０Ａ、１０Ｂの径方向の高さが異なる場合でも上記実施形態の作用を得ることができる。
これにより、従来例と比べて最外周の高温超電導線材２０Ａに電磁力や熱応力が加わった際の変形を抑制できるので、高温超電導線材２０Ａの特性劣化リスクを低減することが可能となる。

【0071】

（変形例）
上述した第１～第３の実施形態では、第１の突出部１７を高温超電導コイル１０の径方向外側に延伸させた例について説明したが、金属板（電極）４１が高温超電導コイル１０の最内周の周面に設けられている場合は、第１の突出部１７を高温超電導コイル１０の径方向内側に延伸させるようにしてもよい。この構成、及び作用効果は第１～第３の実施形態と同様なので説明を省略する。

【0072】

以上、本発明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。

【0073】

例えば、上記実施形態においてコイル形状として円形の高温超電導コイルを例示したが、適用できる巻線部は円形のパンケーキコイルに限定されず、鞍型、楕円型などの非円形形状コイルなどにも適用することができる。

【符号の説明】

【0074】

１０、１０Ａ、１０Ｂ…高温超電導コイル、１２…巻線部、１４…巻枠、１５…常電導箇所、１６…絶縁シート、１７…第１の突出部、１８…絶縁樹脂層、１９…側面絶縁材、２０、２０Ａ、２０Ｂ…高温超電導線材（薄膜線材）、２１…安定化層、２２…基板、２３…配向層、２４…中間層、２５…高温超電導層、２６…保護層、２７…第２の突出部、３０…導電性スペーサ、３３…ターン間絶縁材、４０…電極、４１…金属板（電極）、４５…切欠き凹部、１００、１００Ａ…高温超電導コイル装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】