JP2000082851A - 超電導装置用電流リード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】シース型高温超電導導体の特性劣化の防止と長
期信頼性の向上を図ることのできる超電導装置用電流リ
ードを提供する。 【解決手段】積層シース型高温超電導導体３００の低温
側端は、低温側端子３０４に半田５００により電気的機
械的に接続され、他端は高温側端子３０３に半田５００
により電気的機械的に接続されている。積層シース型高
温超電導導体３０１の高温側端は、高温側端子３０３に
半田５００により電気的機械的に接続されている。積層
シース型高温超電導導体３０１の低温側端には、その端
面がコーティング材６００で覆われるようにコーティン
グ材６００が施工されている。積層シース型高温超電導
導体３００および３０１は、支持体３０２の溝部に挿入
され支持されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気浮上列車、磁
気共鳴画像診断装置等の超電導装置において、真空断熱
容器に収納され液体ヘリウムに浸漬された超電導コイル
等に外部電源から電流を供給するための超電導装置用電
流リードに関する。

【０００２】

【従来の技術】超電導装置の超電導コイルは、液体ヘリ
ウム等の極低温冷媒により冷却されることにより超電導
状態を保持するので、通常、極低温の窒素を用いた輻射
シールドや多重断熱層を備えた真空断熱容器中に、液体
ヘリウムに浸漬した状態で収納される。この超電導コイ
ルを励磁するためには、真空断熱容器に電流リードを組
み込み、外部電源と接続して励磁電流を通電する。この
とき、常温部と極低温部とを連結することになるので、
この電流リードを介して極低温部へ侵入する熱が多い
と、高価な液体ヘリウムを大量に消費することになる。
従って、電流リードは自身による熱侵入により気化した
低温のヘリウムガスを利用して自己冷却され、常温側か
らの伝導による熱侵入、および通電に伴うジュール発熱
が極低温部へ侵入するのを極力抑制するように配慮して
構成されている。常温部からの熱侵入を抑えるために
は、電流リードの導体の断面積を小さくすることが有効
であるが、導体の断面積を小さくすると電流リードの電
気抵抗が大きくなるので、ジュール発熱が大きくなる。
従って、冷却効果を勘案しこれらのバランスのとれた構
成とすることが重要である。

【０００３】電流リードの導体には、一般に、銅あるい
は銅合金等の良電導体の金属が使用されてきたが、高温
超電導導体が発見されてから、高温超電導導体が液体窒
素温度状態でも超電導状態を保持できるため、ジュール
発熱がなく、かつ銅導体に比べ低熱伝導性を有すること
から、電流リードの低温側リード部の導体としての応用
が期待される。このため、極低温部への熱侵入を低減で
きる超電導装置用電流リードの開発が行われており、例
えば、特開平４−１６８７０５号で提案されている。こ
の提案では、電流リードが複数の平行に並ぶ酸化物超電
導導線で構成され、この酸化物超電導導線は酸化物超電
導導体が金属シースによって被覆されたものである。ま
た、この並列に配置した複数枚の超電導導線を拡散接合
により一体化して導体化している。また、特開平５−１
０９５３０号では超電導特性の異なる複数種類、例えば
低温部、中温部、高温部で構成し、これらをそれぞれ接
続部材で長さ方向に接続している。

【０００４】シース型高温超電導導体は、シース材料を
合金化（例えば、金を添加）することにより、熱伝導を
純銀に比べ小さく抑えることが現在の技術で可能であ
る。また、シース型高温超電導導体は、バルク型高温超
電導導体に比べ、導体部にクエンチ（超電導状態から常
電導状態に移行する現象）が発生した場合に、電流がシ
ース材（銀または銀合金）にバイパスして流れるため、
安全性が高いことから、大容量電流リードの低温側リー
ドへの応用が期待される。現在では、１０ｋＡ級超電導
電流リードの開発例がある。このため、超電導装置の経
済的な運転を実現するために、高温超電導導体を用いた
電流リードの開発が活発化している。

【０００５】次に、具体的な図面で説明する。図２は、
従来技術による超電導装置用電流リードを用いた超電導
装置の一例を示す概要図であり、（ａ）は全体構成図、
（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’部分の拡大断面図、（ｃ）は
（ａ）のＣ−Ｃ’部分の拡大断面図である。図２におい
て、１は超電導コイル、２は電流リード、３は真空容
器、４は液体ヘリウム、１０は液体ヘリウム容器、１１
は引出しリード、２０は中間接続金具、２１は低温端
子、２２は低温側リード、２３は高温側リード、２４は
常温端子、４１はヘリウムガス、２２１は筒状容器、２
２２は高温超電導導体、２２３は中空部、２３１は筒状
容器、２３２は導体束、２３３は中空部、２４１は出口
管、２４２は端子金具である。電流リード２は、下から
低温端子２１、低温側リード２２、高温側リード２３お
よび常温端子２４から構成され、低温側リード２２と高
温側リード２３は中間接続金具２０により電気的機械的
に接続されている。低温端子２１は、引出しリード１１
を介して、真空で断熱された液体ヘリウム容器１０に収
納された液体ヘリウム４に浸漬されている超電導コイル
１に接続されている。常温端子２４は、一部だけを示す
真空容器３の外部の大気中にあり、端子金具２４２を介
して図示されていない外部電源に接続されている。ヘリ
ウムガス４１は、低温端子２１に設置された流通孔から
電流リード２の内部へ流入し、その内部にある導体を冷
却したのち、常温端子２４に設置した出口管２４１より
外部に放出されるか、場合によっては回収される。低温
側リード２２は、筒状容器２２１とこの内部に配置され
た高温超電導導体２２２とからなり、これらの間に中空
部２２３がある。この中空部２２３をヘリウムガス４１
が流れることにより、高温超電導導体２２２が超電導状
態に保持される。図では、高温超電導導体２２２が平板
状のシース型で構成されたものを示している。高温側リ
ード２３は、筒状容器２３１とこの中を通る導体束２３
２とから構成され、中空部２３３を導体冷却のためのヘ
リウムガス４１が流れる。

【０００６】図３は、従来技術による超電導装置用電流
リードの低温側リードを示す概念図で、（ａ）は導体部
の概念図、（ｂ）は低温側リードの導体構成を示す概念
図である。（ａ）に示すように、導体部は、シース型高
温超電導導体２４０〜２４３が、この順番で徐々に短く
形成され、これらのシース型高温超電導導体２４０〜２
４３の高温側端面を合わせるようにして並列配置される
構成であり、低温側になるほどシース型高温超電導導体
の積層枚数が低減する構成となっている。なお、シース
型高温超電導導体２４０〜２４３は、その各金属シース
が隣接するもの同士の間で拡散接合されることにより一
体化されている。また、（ｂ）に示すように、低熱伝導
性の材料からなる支持体２００に設けられた溝部に、図
４（ａ）に示すシース型高温超電導導体２４０〜２４３
を挿入し、樹脂２５０を用いて固定している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した構成の低温側
リードにおいては、シース型高温超電導導体が熱サイク
ル（室温−極低温）によって超電導特性（臨界電流）が
低下する問題がある。この原因の一つとして、室温から
極低温までの冷却または昇温の際に、導体（２４１，２
４２，２４３）の端部から冷媒ガスや水分などがシース
型高温超電導導体における高温超電導導体材料の内部に
侵入することによるものと推測される。

【０００８】本発明の目的は、シース型高温超電導導体
の特性劣化の防止と長期信頼性の向上を図ることのでき
る超電導装置用電流リードを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、真空断熱容器に収納され液体ヘ
リウムにより極低温に冷却された超電導コイルに外部電
源から電流を供給するものであって、良導電性金属から
なる高温側リードとシース型高温超電導導体からなる低
温側リードとが直列に接続された超電導装置用電流リー
ドにおいて、前記低温側リードの支持体に形成された溝
部に、長さ方向で導体断面積が減少するように積層され
たシース型高温超電導導体を配置し、かつ、該シース型
高温超電導導体の端部にコーティング材を施工すること
とした。

【００１０】また、低融点金属または銀入り低融点金属
でコーティングすることとした。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の超電導装置用
電流リードの低温側リードの導体構成例を示す概念図
で、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’面より
右側の部分の斜視図である。図１において、３００およ
び３０１はシース型高温超電導導体を積層してなる積層
シース型高温超電導導体、３０２は支持体、３０３は高
温側端子、３０４は低温側端子、５００は半田、６００
はコーティング材である。積層シース型高温超電導導体
３００とこれより長さの短い積層シース型高温超電導導
体３０１とがそれらの高温側端面を合わせるようにして
並列に配置され、低温側でのシース型高温超電導導体の
積層枚数の合計値が高温側よりも低減し、低温側の導体
断面積が高温側よりも小さくなっている。また、積層シ
ース型高温超電導導体３００，３０１は、その各シース
型高温超電導導体の金属シースが隣接するもの同士の間
で拡散接合されることにより一体化されるとともに、両
導体３００，３０１間も拡散接合により一体化されてい
る。積層シース型高温超電導導体３００の低温側端は、
低温側端子３０４に半田５００により電気的機械的に接
続され、他端は高温側端子３０３に半田５００により電
気的機械的に接続されている。積層シース型高温超電導
導体３０１の高温側端は、高温側端子３０３に半田５０
０により電気的機械的に接続されている。高温側のみに
配置された積層シース型高温超電導導体３０１の低温側
端には、その端面がコーティング材６００で覆われるよ
うにコーティング材６００が施工されている。コーティ
ング材６００としては低融点半田、インジウムなどの低
融点金属を用いるとよい。また、特に、シース型高温超
電導導体のシース材が銀合金で構成される場合には、銀
入り低融点半田などの銀入り低融点金属を用いるとよ
い。

【００１２】なお、積層シース型高温超電導導体３００
と積層シース型高温超電導導体３０１とからなる導体部
は、支持体３０２に設けられた溝部に挿入され支持され
ている。また、上記の図１による説明では、２種類の長
さの積層シース型高温超電導導体を、それらの高温側端
面を合わせるようにして並列に配置する構成を示した
が、並列に配置する積層シース型高温超電導導体のそれ
ぞれの長さが３種類以上の場合でも本発明は適用可能で
あり、両端が高温側端子および低温側端子に接続される
最も長い積層シース型高温超電導導体以外の各積層シー
ス型高温超電導導体のそれぞれの低温端側にコーティン
グ材が施工される構成となる。

【００１３】また、上述の長さの異なる各積層シース型
高温超電導導体は、それぞれの積層数が１層の場合でも
本発明は適用可能である。

【００１４】

【発明の効果】本発明によれば、シース型高温超電導導
体の端部にコーティング材を施工することにより、室温
から極低温までの冷却または昇温の時に、導体の端部か
ら冷媒や水分などがシース型高温超電導導体における高
温超電導導体材料の内部に侵入することを防止できるの
で、電流リードの特性劣化を防止でき、長期信頼性の向
上を図ることができる。

【００１５】なお、コーティング材として低融点金属
（例えば、半田）を用いることにより、シース型高温超
電導導体の端部に容易にコーティング可能であり、極低
温時の機械的強度も十分にある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の超電導装置用電流リードの低温側リ
ードの導体構成例を示す概念図で、（ａ）は断面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’面より右側の部分の斜視図。

【図２】従来技術による超電導装置用電流リードを用い
た超電導装置の概念図で、（ａ）は全体構成図、（ｂ）
は（ａ）のＢ−Ｂ’部分の拡大断面図、（ｃ）は（ａ）
のＣ−Ｃ’部分の拡大断面図。

【図３】従来技術による超電導装置用電流リードの低温
側リードを示す概念図で、（ａ）は導体部の概念図、
（ｂ）は低温側リードの導体構成を示す概念図。

【符号の説明】

３００，３０１…積層シース型高温超電導導体、３０２
…支持体、３０３…高温側端子、３０４…低温側端子、
５００…半田、６００…コーティング材。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空断熱容器に収納され液体ヘリウムによ
   り極低温に冷却された超電導コイルに外部電源から電流
   を供給するものであって、良導電性金属からなる高温側
   リードとシース型高温超電導導体からなる低温側リード
   とが直列に接続された超電導装置用電流リードにおい
   て、前記低温側リードの支持体に形成された溝部に、長
   さ方向で導体断面積が減少するように積層されたシース
   型高温超電導導体を配置し、かつ、該シース型高温超電
   導導体の端部にコーティング材を施工したことを特徴と
   する超電導装置用電流リード。
2. 【請求項２】請求項１記載の超電導装置用電流リードに
   おいて、低融点金属でコーティングしたことを特徴とし
   た超電導装置用電流リード。
3. 【請求項３】請求項１記載の超電導装置用電流リードに
   おいて、銀入り低融点金属でコーティングしたことを特
   徴とした超電導装置用電流リード。