JPH02295103A - 超電導コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、環状の強制冷却型超電導コイル、ことＫ核
融合炉における超電導トロイダル磁場コイルに関する。

〔従来の技術〕

核融合炉においては、ドーナツ状の真空容器内にプラズ
マを閉じ込めるために、真空容器を包囲する環状Ｋ形成
された超′Ｉ！導トロイダル磁場コイル（以下トロイダ
ルコイルと略称する）複数個をドーナツ状に配列して真
空容器内をドーナツ状に周回する高い磁束密度のトロイ
ダル磁場を発生させる。

第２図はトロイダルコイルの概略構造を示す斜視断面図
である。図において、１Ａ，　１Ｂ，ＩＣは剛性の高い
金属材料からなる複数層の金属プレートであ夛、中央部
にドーナツ状の真空容器が貫通する孔２を有する平板リ
ング状に形成され、その内周側および外周側にそれぞれ
複数個形成された締付ボルトの挿通孔３を介して各金属
プレートの積１一方向に締付荷重を加えることにより、
金属プレートの積層体からなる剛性の高いコイル支持体
１が形成される。また、各金属プレートの積層面Ｋはそ
の両側の金属プレートにまたがるコイル収納溝４が積層
面に沿って孔２を周回する渦巻状に形成され、この溝４
に超電導コイル導体が渦巻状に納められることによ夛、
腹数層のコイル（層コイル）５Ａ，５Ｂが形成される。

また、金属プレート１Ｂを介して互いに隣接するコイル
５Ａ，５Ｂはその内周側で金属プレート１８を貫通する
孔を通る内周側渡り部乙によって直列接続され、通称ダ
ブルパンケーキ巻きと呼ばれる２層コイル５を形成する
。さらに、各層コイルの外周側の端末は金属プレートを
半径方向に貞通する孔を通して外側に引き出され、引出
し部７が形成される。複数組のダブルパンケーキ巻きコ
イル５は引き出し部７を互いに接続する外周側渡ク部１
７によって直列接続され、複数組のダブルパンケーキ巻
きコイル５が直列接続された超電導コイル１０が形成さ
れる。なお、このようＫ＃ｆ成の真空雰囲気中に収納さ
れ、同じく図示しない環状の真空容器に複数個取付けら
れ、真空容器内に図中矢印で示すトロイダル磁界１００
を発生する。

第３図は超電導コイル導体を示す断面図であ勺、超電導
コイル導体１１は、絶縁被覆１２を有するコンジットパ
イプ１３中に多数条の超電導線１４が収納されてお）、
絶縁被覆１２によって金属プレートと電気的に絶縁され
るとともに、コンジットパイプ１３に冷媒としてのヘリ
ウム９を流すことによシ超電導線１４の超電導性が保持
される。

なお、トロイダルコイルの各金属プレートには図中矢印
で示すパルス状のポロイダル磁界１１０が図示しないボ
ロイダル磁界コイルから印加されるので、この磁界変化
Ｋよって金属プレート間にうず電流が発生するのを防ぐ
ために、金属プレートを相互に絶縁する薄い絶縁層が介
装される。このよりに構成された装置でトロイダル磁界
を発生するには超電導コイル１０に励磁電流を供給する
が、この励磁電流を遮断する際、通常２０Ｋ’ｆｆｉ超
える異常電圧が発生する。第２図Ｋ示す従来装置におい
ては、金属プレートの積層体１は大地電位Ｋ保持される
ので、超電導コイル導体１１はその絶縁被覆１２をその
全長にわたって２０ｘｖ以上の異常電圧に耐える厚みと
して超電導コイル１０とコイル支持体としての金属プレ
ートの積層体１との間の耐電圧性能を保持する必要があ
る。このように構成されたトロイダルコイルＫおいては
、コイル収納溝４に占める絶縁被５Ｅ１２の断面積が大
きくな）、これが原因で超電導コイル導体１１中の超電
導線１４の占積率が低下し、その分発生するトロイダル
磁界１００の磁束密度が低下してしまう。

そこで、第４図に改良された従来のトロイダルコイルの
断面図を示すようＫ，２１は外周側の引出し部７または
渡力部１７と金属プレートとを同７電位にするための給
電部、２２は内周側の渡シ部６と金属プレートとを同電
位にするための給電部であル、互いに隣接する金属グレ
ー｝１−互いＫ外周側，内周側交互に超電導コイル１０
に導電接続することによク、各層コイルとその両側の金
属プレートとの間の最大電位差（絶縁被覆１２の負担電
圧）を各層コイルの分担電圧と等しくするとともに、金
属プレート相互間に各層コイルの分担電圧に相尚する電
位差に耐える金属プレート間絶縁層４０を設け、異常電
圧を超電導コイル導体の絶縁被覆層１２と複数の金属プ
レート間絶縁層４ｏとで分担するよう構成したものが本
願出願人等によってすでに提案されている。

このように構成されたトロイダルコイルκおいては、超
電導コイル導体の絶縁被覆が分担する電圧がコイル層数
分の一に低減されるので、その分超電導線１４の占積率
を高めることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来技術において金属プレート間絶縁＃４０としては、
ポリイミドフイルム等のプラスチックフイルムを中央層
とし、ガラス繊維基材の熱硬化性プリプレグシ一トｉ両
側層とする重ね材を金属プレートの積層面に介装し、ト
ロイダルコイル全体を加熱することによ＃）重ね材の硬
化層からなる金属プレート間絶縁層４０を形成するもの
、または金属プレートの積層面をコイル収納溝にまたが
って覆う〈ら形断面を有する環状のプラスチック成形材
，あるいは両面にプリプレグシ一ト層ヲ有するプラスチ
ック成形材を用いて金属プレート間絶縁層を形成するも
のなどが提案されている。このようにして形成された金
属プレート間絶縁層４０は、例えばブリプレクシ一トに
含浸された半硬化樹脂が加熱硬化工程で一旦流動性を増
し、金属プレート間の隙間や各層コイル絶縁被覆層との
間の隙間を埋め、硬化時点では空隙を含まず耐電圧性能
の優れた金属プレート間絶縁層を形成する。しかしなが
ら、金属プレートの内周縁，外周縁，あるいは絶縁ボル
ト３１の挿通孔３の周縁部分は一対の金属プレートのエ
ッジ部が薄い金属プレート間絶縁層を挾んでギャップ全
構成することになムギャップ間の火花電圧は固体絶縁物
からなる金属プレート間絶縁層の絶縁破壊電圧に比べて
低いので、この部分の火花電圧によって金属プレート間
の耐電圧性能が左右されるという問題が発生する。

この発明の目的は、金属プレートのエッジ部Ｋおける７
ラッシオーパ電圧を高めることによシ、金属プレート相
互間の耐電圧性能を向上することにある。

〔諌題を解決するための手段〕

上記ａ題全解決するために、この発明によれば、平板リ
ング状に形成された金属プレートの積層体と、その積層
面に沿って渦巻状に形成されたコイル収納溝と、このコ
イル収納溝に収納された絶縁被覆を有する複数層のコイ
ルと、前記金属プレートを相互に絶縁する金属プレート
間絶縁層および金属プレートを相互に連結する絶縁ボル
トとを備え、互いに隣接する各相コイルが内周側渡９部
および外周側＆Ｃ部によシ交互に直列接続され、各層コ
イルを挾む一対の金属プレートの一方が前記外周側渡夛
部と同電位に保持され、他方が前記内周側渡シ部と同電
位に保持されたものにおいて、互いＫ隣接する金属プレ
ートの外周縁，？３周縁，および前記絶縁ボルトの貫通
孔の周縁を両者の積層面に対してほぼ対称に切り欠いて
なる凹溝と、この凹溝内に前記金属プレート間絶縁層を
延長してなる絶縁隔壁部とを備えてなるものとする。

〔作用〕

上記手段において、平板リング状の互いに隣接する金属
プレートの内外周および絶縁ボルトの貫通孔それぞれの
エッジ部を所望の半径または角度で切９欠いて凹Ｉ１Ｉ
ｔ−形成し、金属プレート間絶縁層を凹溝内に延長して
絶縁隔壁部を形成したことにより、金属プレートエッジ
部の電界緩和作用によって凹溝中のギャップ間の火花電
圧を向上できるとともに、絶縁隔壁部のバリャ効果によ
って火花放電のストリーマの進展が阻止されるので、金
属プレート相互間の７ランシオーバー電圧全向上するこ
とができる．また、絶縁隔壁部が凹溝内に納まシ、金属
プレートの積層体の外側に突出しないので、絶縁隔壁が
外部に突出することによる大型化や絶縁隔壁の損傷を防
止することができる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。

第１図はこの発明の実施例金示すトロイダルコイルの断
面図であシ、従来装置と同じ部分には同一参照符号を用
いることにより詳細な説明全省略する．図は説明を簡単
化するために、層コイル５Ａ，５Ｂからなるダブルパン
ケーキ巻きコイル５を３枚の金属プレートＩＡ，ＩＢ，
１０で扶持し、挿通孔３に挿入された絶縁ボルト３１で
締め付けて一体化したトロイダルコイル全例に示したも
のであシ、各金属プレートは層コイル５Ａ，５Ｅの内周
側および外周側渡り部と交互に導電接続され、互いに隣
接する金属プレー｝１Ａ，ＩＢ問およびｉＢ，ｉＣ間に
は層コイル５Ａまたは５Ｂの分担電圧Ｋ相当する異常電
圧が発生するものと仮定し、金属プレート間には、例え
ばグラスチック成形材からなる厚みｔなる金属プレート
間絶縁層４　０　Ａ，４０Ｂが設け′られる。

各金属プレートの直径Φなる内周側の角部，外周側の角
部，および絶縁ボルト３１の億通孔３の角部は、金属プ
レートの積層面に対して角度θ々る切シ欠きが周縁に沿
って形成され、角度２θなる凹溝が形成される。また、
金属プレート間絶縁層４０Ａ，４０Ｂは凹溝４１に向け
て延長されて絶縁隔壁部４２を形成する。なお、図では
金属プレートの角部を角度θで切シ欠いて凹溝を形成し
た例を示したが、切シ欠き部に半径ｒなる四分円からな
る丸みを持たせて凹溝を形成してよいことはいうまでも
ないことである。

このようＫ形成された実施例トロイダルコイルにおいて
は、絶縁隔壁４２によって二つＫ画成された凹溝４１内
のギャップ中の電界が角度θで広がるギャップ長の増加
によって緩やかに弱まシ、角部が直角である場合に比べ
てギャップ間の電界集中が大幅に緩和されるので、ギャ
ップ間の火花電圧を大幅に高めることができる。また最
も電界が高くなる凹溝の奥部（ギャップ長が最も小さい
部分）でギャップが小さな火花放電を発生しても、絶縁
隔壁４２が火花放電の進展全阻止するバリャ効果を持つ
ので、絶縁隔壁部４２を放電ストリーマが橋絡して耐電
圧性能が低下するに至るフラッシオーバ電圧を一層高い
値とすることができる。

したがって、切り欠きの角度θや凹溝の深さ，または切
シ欠きの曲率半径等を金属プレート間に発生する異常電
圧に対応して決めることＫよシ、金属プレート間絶縁層
の耐電圧性能と、金属プレート周縁部やボルト挿通孔部
分のギャップの７ラッシオーバー電圧とのバランスのと
れた絶縁システムを得ることができる。

〔発明の効果〕 この発明は前述のようＫ１金属プレートの角部をその積
層面で切り欠いて凹溝を形成し、かつ金属プレート間絶
縁層を凹溝内Ｋ延長して絶縁隔壁部を形成するよう構成
した。その結果、凹溝を形成したことによる金属プレー
ト角部の電界緩和効果と、絶縁隔壁部によるバリャ効果
とによって金属フレート間絶縁層の周縁部のフラッシオ
ーバー電圧を金属プレート間に発生する異常電圧値Ｋ対
応して高めることが可能となシ、優れた耐電圧性能を有
する金属プレート間絶縁層を備えた超電導コイル，こと
に超電導トロイダル磁場コイルを提供することができる
。また、絶縁隔壁部が凹溝内Ｋ位置して機械的損傷全回
避できるとともに、金属プレートの外側Ｋ絶縁層が突出
することによって生ずる装置の大型化や取扱い難さを回
避できる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す要部の断面図、第２図
は従来構造を示す斜視断面図、第３図は超電導コイル導
体の断面図、第４図は改良された従来構造を示す断面図
である。 １・・・コイル支持体（金属プレートの積層体）、ｌＡ
，１Ｂ，ｉＣ・・・金属プレート、２・・・孔、６・・
・締付ボルトの挿通孔、４・・・コイル収納溝、５Ａ，
５Ｂ・・・層コイル、５・・・ダブルパンケーキ巻きコ
イル、６．１７・・・渡り部、１０・・・超電導コイル
、２１，２２・・・給電部、３０・・・締付ボルト、３
１・・・絶縁ボルト、４０・・・金属プレート間絶縁層
、４１・・・凹溝、４２・・・絶縁隔壁部、θ・・・切
夛欠き角度、ｔ・・・金属プレート間絶縁層の厚み、Φ
・・・貫通孔２の第Ｚ１２］ 第３ｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）平板リング状に形成された金属プレートの積層体と
   、その積層面に沿って渦巻状に形成されたコイル収納溝
   と、このコイル収納溝に収納された絶縁被覆を有する複
   数層のコイルと、前記金属プレートを相互に絶縁する金
   属プレート間絶縁層および金属プレートを相互に連結す
   る絶縁ボルトとを備え、互いに隣接する各相コイルが内
   周側渡り部および外周側渡り部により交互に直列接続さ
   れ、各層コイルを挟む一対の金属プレートの一方が前記
   外周側渡り部と同電位に保持され、他方が前記内周側渡
   り部と同電位に保持されたものにおいて、互いに隣接す
   る金属プレートの外周縁，内周縁，および前記絶縁ボル
   トの貫通孔の周縁を両者の積層面に対してほぼ対称に切
   り欠いてなる凹溝と、この凹溝内に前記金属プレート間
   絶縁層を延長してなる絶縁隔壁部とを備えてなることを
   特徴とする超電導コイル。