CN103688316B - 超导线的连接构造、超导线的连接方法以及连接用超导线 - Google Patents

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Abstract

通过采用如下的超导线的连接构造，能够抑制在连接了第3超导线（13）的部位中的由电流集中引起的发热，减少超导层（3）的劣化，能够得到稳定的超导性能：在第1超导线（11）与第2超导线（12）的端部分开而相对配置的部位，沿着第1超导线（11）和第2超导线（12）的长度方向、并以横跨第1超导线（11）和第2超导线（12）的方式连接第3超导线（13），该第3超导线（13）的至少一部分比第1超导线（11）和第2超导线（12）的宽度窄。

Description

超导线的连接构造、超导线的连接方法以及连接用超导线
技术领域
本发明涉及超导线的连接构造、超导线的连接方法以及连接用超导线。
背景技术
以往，例如如图8A、图8B、图8C所示，在连接超导线时，通过焊接或点焊将为了连接而切短的超导线100贴合到超导线10的端部彼此对接的部分来进行接合，从而进行电连接。
例如在专利文献1(参照专利文献1的图3)中也公开了如上所述的连接结构。
另外，已知有如下的技术：通过蒸镀在超导线的端部彼此对接的部分堆积超导薄膜而进行接合的技术(例如，参照专利文献2、3)；以及在超导线的剥掉表面金属层的部分粘贴连接用超导线，并用暂且剥掉的表面金属层覆盖该连接用超导线而进行接合的技术(例如，参照专利文献4)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3717638号公报
专利文献2：日本专利第3836299号公报
专利文献3：日本专利第4182832号公报
专利文献4：日本特开2008-234957号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在上述以往技术和专利文献1的连接构造的情况下，存在如下问题：如图8B、图8C所示，在连接用超导线100的端部附近(图中，由虚线包围的部分)由于趋肤效应而发生电流集中，电流密度上升而导致发热，并且由于该热而导致超导线的超导层劣化，使得超导性能下降。
另外，在上述专利文献2、3的情况下，在应用到应用设备时(例如，超导线缆的铺设)，难以将蒸镀装置带入作业现场，并不是一种实用的连接方法。
另外，在上述专利文献4的情况下，只要表面金属层是铜带那样能够剥掉，就能够应用上述连接方法，但是在具有铜镀层等以无法剥掉的方式形成的表面金属层的超导线中则不能适用上述连接方法，另外，一旦剥掉所形成的表面金属层，则有可能使超导性能下降。
本发明的目的在于，提供一种容易连接、且能够获得稳定的超导性能的超导线的连接构造、超导线的连接方法以及连接用超导线。
用于解决课题的手段
为了解决以上课题，第1方面的发明提供一种超导线的连接构造，其特征在于，具有：
端部彼此相对的第1超导线和第2超导线；以及
第3超导线，其沿着所述第1超导线和所述第2超导线的长度方向配置，以横跨所述第1超导线和所述第2超导线的方式连接，
所述第1超导线、所述第2超导线以及所述第3超导线是在基板上至少层叠了超导层的带状的超导线，所述第3超导线被配置为在所述基板上层叠了所述超导层的面朝向所述第1超导线和所述第2超导线的在所述基板上层叠了所述超导层的面，并且所述第3超导线的至少一部分的宽度比所述第1超导线和所述第2超导线的宽度窄，所述第3超导线在俯视时呈椭圆形或在俯视时呈菱形形状，在所述第3超导线的长度方向的端部，所述第3超导线的宽度方向两侧的边缘不与所述第1超导线和所述第2超导线的宽度方向两侧的边缘相接。
第2方面的发明是，在第1方面发明的超导线的连接构造中，其特征在于，
在所述第3超导线中，越是靠近两侧的端部，宽度形成得越窄。
第3方面的发明是，在第1或2方面发明的超导线的连接构造中，其特征在于，
所述第1超导线和所述第2超导线隔开间隙而相对。
第4方面的发明是，在第1或2发明的超导线的连接构造中，其特征在于，
在所述第3超导线中，与所述第1超导线和所述第2超导线的间隙相应的部分的宽度形成得最宽。
第5方面的发明是一种超导线的连接方法，该超导线为带状，在基材上至少层叠超导层而成，所述连接方法的特征在于，
在第1超导线与第2超导线的端部分开而相对配置的部位，沿着所述第1超导线和所述第2超导线的长度方向、并以横跨所述第1超导线和所述第2超导线的方式连接第3超导线，该第3超导线具有比所述第1超导线和所述第2超导线的宽度窄的部分，所述第3超导线在俯视时呈椭圆形或在俯视时呈菱形形状，在所述第3超导线的长度方向的端部，所述第3超导线的宽度方向两侧的边缘不与所述第1超导线和所述第2超导线的宽度方向两侧的边缘相接。
第6方面的发明是一种超导线的连接方法，其特征在于，
在具有夹着电气上劣化的劣化区域的第1区域和第2区域的超导线中的所述第1区域与所述第2区域相对的部分，沿着所述超导线的长度方向、并以横跨所述第1区域和所述第2区域的方式连接具有比所述超导线的宽度窄的部分且俯视时呈椭圆形或俯视时呈菱形形状的连接用超导线，在所述连接用超导线的长度方向的端部，所述连接用超导线的宽度方向两侧的边缘不与所述第1区域和所述第2区域的宽度方向两侧的边缘相接。
第7方面的发明是一种连接用超导线，其用于对端部彼此相对的第1超导线与第2超导线进行电连接，该连接用超导线的特征在于，
在该连接用超导线中，其长度方向的中央部的宽度最宽，且宽度从所述中央部朝向端部形成得窄，所述连接用超导线在俯视时呈椭圆形或在俯视时呈菱形形状，
在所述连接用超导线对所述第1超导线与所述第2超导线进行电连接时，在所述连接用超导线的长度方向的端部，所述连接用超导线的宽度方向两侧的边缘不与所述第1超导线和所述第2超导线的宽度方向两侧的边缘相接。
第8方面的发明是，在第7方面发明的连接用超导线中，其特征在于，
该连接用超导线是包含超导层的层叠体，所述层叠体的侧面被导电体覆盖。
发明效果
根据本发明，能够以可获得稳定的超导性能的方式容易地对超导线进行连接。
附图说明
图1是示出超导线的层结构的说明图。
图2是示出本发明的超导线的连接构造的截面图。
图3是示出本发明的超导线的连接构造的俯视图。
图4是示出超导线的连接构造的变形例的说明图。
图5是示出超导线的连接构造的变形例的说明图。
图6是示出超导线的连接构造的另一实施例的俯视图。
图7是示出超导线的连接构造的另一实施例的截面图。
图8A是示出以往的超导线的连接构造的立体图。
图8B是示出以往的超导线的连接构造的侧视图。
图8C是示出以往的超导线的连接构造的俯视图。
具体实施方式
下面，利用附图，对实施本发明的优选方式进行说明。其中，在以下所述的实施方式中，施加了为了实施本发明而在技术上优选的各种限定，但是本发明的范围不限定于以下的实施方式和图示例。
图1是示出超导线的层结构的说明图。
例如，如图1所示，超导线10是带状的超导线，其具有：在基板1上依次层叠中间层2、超导层3、保护层4而成的层叠体；和覆盖该层叠体周围的稳定化层5。
基板1例如是由哈氏合金(HASTELLOY，注册商标)等低磁性的无取向金属构成的带状的金属基板。
中间层2是为了在超导层3中实现高面内取向性而形成的层。
超导层3是例如由REBCO系超导体构成的超导层，是通过MOCVD法等而成膜的层。此处，RE是稀土族元素，例如可例举如下元素：Y(钇)、Sc(钪)、La(镧)、Ce(铈)、Pr(镨)、Nd(钕)、Pm(钷)、Sm(钐)、Eu(铕)、Gd(钆)、Tb(铽)、Dy(镝)、Ho(钬)、Er(铒)、Tm(铥)、Yb(镱)、Lu(镥)等。
保护层4是例如通过溅射法而成膜的银薄膜，是为了保护超导层3而形成的层。
稳定化层5例如通过镀铜而形成，是由覆盖层叠体的侧面的导电体构成的层，该层叠体由基板1、中间层2、超导层3、保护层4构成。该稳定化层5是为了散发局部的发热和在失超(quench)时使电流旁通而形成的层。
该超导线10的层结构对于后述的第1超导线11、第2超导线12、第3超导线13是相同的。
接着，对本发明的超导线的连接构造和超导线的连接方法进行说明。
图2是示出超导线的连接构造的说明图，该图通过截面图示出了通过连接用的第3超导线13来连接第1超导线11与第2超导线12的状态。
如图2所示，第1超导线11与第2超导线12以端部彼此分开的配置方式相对，在第1超导线11与第2超导线12隔开间隙而相对的部位，经由焊料层6连接有第3超导线13。从强度方面考虑，第1超导线11与第2超导线12的间隙优选为1mm至5mm左右。
该第3超导线13沿着第1超导线11和第2超导线12的长度方向配置，并以横跨第1超导线11和第2超导线12的方式连接。此时，第1超导线11和第2超导线12的宽度在长度方向上基本恒定，优选为第1超导线11与第2超导线12的宽度相同。
特别是，第3超导线13的特征在于，具有宽度比第1超导线11和第2超导线12的宽度窄的部分。另外，优选第3超导线13的宽度在最宽的部分也就是与第1超导线11和第2超导线12的宽度相同的尺寸。
例如如图3所示，第3超导线13预先被切断成较短长度，并且在其长度方向的整个长度上以比第1超导线11和第2超导线12窄的宽度来形成，俯视时大致呈长方形形状。
另外，第1超导线11和第2超导线12的端部大多是例如在超导线缆的铺设等的作业现场中被切断而形成的，但第3超导线13优选为不在作业现场进行切断，而是预先通过激光切割加工而切断并形成为期望的形状。激光切割的切断面由于热而熔接，因此能够抑制构成第3超导线13的超导层3剥离等问题，能够切断加工成期望的形状/尺寸，因此是优选的。另外，第3超导线13优选为在进行激光切割之后进行镀铜处理等，通过金属覆盖切断面。
并且，在该连接部分中，第1超导线11与第2超导线12以彼此的超导层3侧的面相对的方式配置。
另外，将第1超导线11和第2超导线12与第3超导线13接合的焊料层6优选为在获得适合的超导性能的基础上具有160℃以下的熔点，具体地讲，优选由具有120℃左右的熔点的焊料(例如，铋系合金等)构成。
根据这种超导线的连接构造，由于第3超导线13经由焊料层6与第1超导线11和第2超导线12接触的面的边缘的长度比以往长，因此缓和由趋肤效应引起的电流集中，能够降低第3超导线13的长度方向上的端部附近的电流密度。
并且，通过降低第3超导线13的长度方向上的端部附近的电流密度，能够抑制由电流集中引起的发热，能够减少超导层3的劣化。
另外，如果在第1超导线11与第2超导线12之间不设置间隙，而以使第1超导线11与第2超导线12接触的方式配置，则会产生第1超导线11、第2超导线12以及第3超导线13接触的部位，并发生该部位上的电流集中，并且伴随由电流集中引起的发热而发生超导层3的劣化。因此，通过在第1超导线11与第2超导线12之间设置间隙，能够抑制由电流集中引起的发热，并抑制超导层3的劣化。
这样，在如下的超导线的连接构造的情况下，能够抑制在第3超导线13与第1超导线材11和第2超导线材12连接的部位处的由电流集中引起的发热，能够减少各超导线的超导层3的劣化，并能够获得稳定的超导性能：在第1超导线11与第2超导线12的端部分开而相对配置的部位，沿着第1超导线11和第2超导线12的长度方向连接了第3超导线13，该第3超导线13的至少一部分的宽度比第1超导线11和第2超导线12的宽度窄。
也就是说，本发明的超导线的连接构造是能够通过焊接而容易地将第1超导线11和第2超导线12与第3超导线13进行连接的构造，是能够获得稳定的超导性能的优异的技术。
另外，本发明不限定于上述实施方式。
例如，如图4所示，作为连接用超导线材的第3超导线13可以是如下形成的超导线：其长度方向的中央部的宽度最宽，且宽度从中央部朝向两侧的端部变窄，从而俯视时大致呈椭圆形状。
在这种俯视时大致呈椭圆形状的第3超导线13的情况下，也由于第3超导线13经由焊料层6与第1超导线11和第2超导线12接触的面的边缘的长度比以往长，因此能够缓和由趋肤效应引起的电流集中，降低第3超导线13的端部附近的电流密度，并能够抑制由电流集中引起的发热而减少超导层3的劣化。
另外，该大致椭圆形状的第3超导线13中的长度方向的中央侧的宽度最宽，形成为与第1超导线11和第2超导线12的宽度相同的尺寸。该第3超导线13的宽度最宽的中央侧成为与第1超导线11和第2超导线12的间隙相应的部分而接合，从而能够良好地维持连接部分的强度。
另外，如图5所示，作为连接用超导线材的第3超导线13可以是如下形成的超导线：其长度方向的中央部的宽度最宽，且宽度从中央部朝向两侧的端部变窄，从而俯视时大致呈菱形形状。
在这种形状为朝向两端部楔状地变细的第3超导线13的情况下，也由于第3超导线13经由焊料层6与第1超导线11和第2超导线12接触的面的边缘的长度比以往长，因此能够缓和由趋肤效应引起的电流集中，降低第3超导线13的端部附近的电流密度，能够抑制由电流集中引起的发热而减少超导层3的劣化。
另外，该大致菱形形状的第3超导线13中的长度方向的中央侧的宽度最宽，形成为与第1超导线11和第2超导线12的宽度相同的尺寸。该第3超导线13的宽度最宽的中央侧成为与第1超导线11和第2超导线12的间隙相应的部分而接合，从而能够良好地维持连接部分的强度。
另外，为了防止该第3超导线13的剥落，优选进行去掉第3超导线13中的大致菱形的角的倒角处理。
另外，本发明中的超导线的连接方法不限于通过连接用的第3超导线13来连接第1超导线11和第2超导线12这样的两根超导线的手法。
例如，本发明还可适用于如下的情况：在虽然是一根超导线10，但在超导线中存在因某些问题而导致超导性能下降、临界电流降低等的劣化区域R的情况下，通过连接用的第3超导线13将夹着该劣化区域R的第1区域与第2区域电连接。也就是说，可以将超导线10中由劣化区域R隔开的第1区域10a和第2区域10b分别看作第1超导线和第2超导线，通过第3超导线13进行电连接。
例如，如图6、图7所示，在超导线10中存在劣化区域R，夹着该劣化区域R而将第1区域10a与第2区域10b连起来的情况下，在超导线10中的第1区域10a与第2区域10b相对的部分，沿着超导线10的长度方向、并以横跨第1区域10a和第2区域10b的方式连接至少一部分的宽度比超导线10的宽度窄的第三超导线13即可。此处，将俯视时大致呈椭圆形状的第3超导线13经由焊料层6而接合到超导线10。
这样，利用第3超导线13将超导线10中由于劣化区域R而在电气上隔开的第1区域10a与第2区域10b连接起来，从而能够获得具有稳定的超导性能的超导线连接构造。
另外，在以上的实施方式中，例示了俯视时大致呈长方形形状、俯视时大致呈椭圆形状、俯视时大致呈菱形形状的第3超导线13，但本发明不限定于此，只要是其至少一部分的宽度比第1超导线11和第2超导线12的宽度窄的第3超导线13，则也可以是其他任意的形状。
另外，例如若通过化学蚀刻等而对第3超导线13的外周进行绝缘处理，则能够进一步缓和电流密度。
另外，当然，对于其他具体的细节构造等也能够适当地进行变更。
产业上的可利用性
本发明如上所述构成，因此可利用于超导线的连接构造、超导线的连接方法以及作为连接用超导线而连接超导线的技术中。
标号说明
1 基板
2 中间层
3 超导层
4 保护层
5 稳定化层
6 焊料层
10 超导线
11 第1超导线
12 第2超导线
13 第3超导线(连接用超导线)

Claims (8)

1.一种超导线的连接构造，其特征在于，具有：
端部彼此相对的第1超导线和第2超导线；以及
第3超导线，其沿着所述第1超导线和所述第2超导线的长度方向配置，以横跨所述第1超导线和所述第2超导线的方式连接，
所述第1超导线、所述第2超导线以及所述第3超导线是在基板上至少层叠了超导层的带状的超导线，所述第3超导线被配置为在所述基板上层叠了所述超导层的面朝向所述第1超导线和所述第2超导线的在所述基板上层叠了所述超导层的面，并且所述第3超导线的至少一部分的宽度比所述第1超导线和所述第2超导线的宽度窄，所述第3超导线在俯视时呈椭圆形或在俯视时呈菱形形状，在所述第3超导线的长度方向的端部，所述第3超导线的宽度方向两侧的边缘不与所述第1超导线和所述第2超导线的宽度方向两侧的边缘相接。
2.根据权利要求1所述的超导线的连接构造，其特征在于，
在所述第3超导线中，越是靠近两侧的端部，宽度形成得越窄。
3.根据权利要求1或2所述的超导线的连接构造，其特征在于，
所述第1超导线和所述第2超导线隔开间隙而相对。
4.根据权利要求3所述的超导线的连接构造，其特征在于，
在所述第3超导线中，与所述第1超导线和所述第2超导线的间隙相应的部分的宽度形成得最宽。
5.一种超导线的连接方法，该超导线为带状，在基材上至少层叠了超导层而成，所述连接方法的特征在于，
在第1超导线与第2超导线的端部分开而相对配置的部位，沿着所述第1超导线和所述第2超导线的长度方向、并以横跨所述第1超导线和所述第2超导线的方式连接第3超导线，该第3超导线具有比所述第1超导线和所述第2超导线的宽度窄的部分，所述第3超导线在俯视时呈椭圆形或在俯视时呈菱形形状，在所述第3超导线的长度方向的端部，所述第3超导线的宽度方向两侧的边缘不与所述第1超导线和所述第2超导线的宽度方向两侧的边缘相接。
6.一种超导线的连接方法，其特征在于，
在具有夹着电气上劣化的劣化区域的第1区域和第2区域的超导线中的所述第1区域与所述第2区域相对的部分，沿着所述超导线的长度方向、并以横跨所述第1区域和所述第2区域的方式连接具有比所述超导线的宽度窄的部分且俯视时呈椭圆形或俯视时呈菱形形状的连接用超导线，在所述连接用超导线的长度方向的端部，所述连接用超导线的宽度方向两侧的边缘不与所述第1区域和所述第2区域的宽度方向两侧的边缘相接。
7.一种连接用超导线，其用于对端部彼此相对的第1超导线与第2超导线进行电连接，该连接用超导线的特征在于，
在该连接用超导线中，其长度方向的中央部的宽度最宽，且宽度从所述中央部朝向端部形成得窄，所述连接用超导线在俯视时呈椭圆形或在俯视时呈菱形形状，
在所述连接用超导线对所述第1超导线与所述第2超导线进行电连接时，在所述连接用超导线的长度方向的端部，所述连接用超导线的宽度方向两侧的边缘不与所述第1超导线和所述第2超导线的宽度方向两侧的边缘相接。
8.根据权利要求7所述的连接用超导线，其特征在于，
该连接用超导线是包含超导层的层叠体，所述层叠体的侧面被导电体覆盖。
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