JP2001307917A - 超電導線接続方法 - Google Patents

超電導線接続方法

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JP2001307917A
JP2001307917A JP2000120575A JP2000120575A JP2001307917A JP 2001307917 A JP2001307917 A JP 2001307917A JP 2000120575 A JP2000120575 A JP 2000120575A JP 2000120575 A JP2000120575 A JP 2000120575A JP 2001307917 A JP2001307917 A JP 2001307917A
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superconducting
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伴之 服部
Minoru Yamada
穣 山田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は超電導コイル内の接続による発熱に
起因した温度分布を緩和し、超電導マグネットをより安
定に運転できる超電導線接続方法を提供するものであ
る。 【解決手段】 超電導線で構成されたパンケーキコイル
11〜14を多層積層した超電導コイルのそれぞれのパ
ンケーキコイルを接続するにあたり、隣り合ったパンケ
ーキコイル間の接続部位の位相が周方向でずれるように
接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は酸化物超電導コイル
に良く見られるパンケーキ型の超電導コイル間の超電導
線接続方法に関する。
【0002】
【従来の技術】通常、平角型の超電導線を用いて超電導
マグネットを作成する場合、線材幅方向の歪などによる
超電導特性の劣化がなく、クエンチなどによって損傷し
た部分のみを取り替えることが出来る特徴をもっている
積層パンケーキコイル構造をとることが多い。
【0003】ここで、クエンチとは、超電導コイルの発
熱により超電導性を失い、常電導転移を起こし、発熱部
分が拡大する現象を云う。超電導コイルの発熱は、外部
磁場の変動で電磁誘導により超電導コイル内に流れる電
流に起因するオーム損あるいはコイルの摩擦(超電導線
そのものが動くことによる)等により起こる。
【0004】また、従来技術では、超電導線からなる各
パンケーキコイルを構成する超電導線同士の接続には、
ハンダなどを用いている。そのため接続部分では通電時
に発熱がおこる。この発熱箇所が一箇所に固まった場
合、超電導コイルの温度分布が不均一になり接続箇所近
傍でクエンチが起こりやすくなる。このため、Bi系銀
シース線の場合について述べると、パンケーキコイルは
歪による劣化を防止するため、通常エポキシ樹脂等によ
って含浸され、また電極部分についても接続時に劣化を
起こさぬように、接続部位のみを外部に露出する構造を
とっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上説
明したように、従来の超電導線接続方法では、発熱抑制
の観点からは不充分であり、場合により超電導コイルを
安定に運転できなくなるという問題があった。
【0006】本発明の目的は、超電導コイル内の超電導
線同士の接続部位における発熱に起因した温度分布を完
全に緩和し、超電導マグネットをより安定に運転できる
超電導線接続方法を得ることである。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係わる
超電導線接続方法は、超電導線で構成されたパンケーキ
コイルを多層積層した超電導コイルの超電導線接続方法
において、隣り合ったパンケーキコイル間の接続部位の
位相が周方向でずれていることを特徴とする。これによ
り、接続部位の位相がずれているため、それぞれの接続
部位で発熱があっても、前記接続部位同士が離れている
ため、局部的な発熱を防止できる。
【0008】請求項2の発明に係わる超電導線接続方法
は、請求項1の発明において、前記超電導コイルが前記
パンケーキコイルの外側または内側の接続部位がn箇所
存在する場合に、前記超電導コイルの中心軸方向からみ
て、前記接続部位がm角形を描いていることを特徴とす
る。これにより、接続部位がn個所あった場合でも、前
記接続部位をm箇所に分割配置できる。
【0009】請求項3の発明に係わる超電導線接続方法
は、請求項2記載の超電導線接続方法において、n=m
であることを特徴とする。
【0010】請求項4の発明に係わる超電導線接続方法
は、請求項1及至請求項3記載の超電導線接続方法にお
いて、前記接続部位の位相のずれが、前記接続部位と超
電導コイルの中心軸とを結ぶ中心角の最小値xが{(3
60/m)−(36/m)}<x<(360/m)とな
ることを特徴とする。これにより、接続部位における発
熱の局部的な偏りを最小に抑制することができる。
【0011】請求項5の発明に係わる超電導線接続方法
は、請求項1乃至請求項4のいずれか1項の発明におい
て、接続部位を、パンケーキコイルの中心軸方向からみ
て、正多角形を描く位置に設けることを特徴とする。こ
れにより、発熱部となり得る接続部位を効果的に分散す
ることができる。
【0012】請求項6の発明に係わる超電導線接続方法
は、請求項1の発明において、パンケーキコイルとして
シングルパンケーキコイルを採用し、前記超電導コイル
内側の接続部位と前記超電導コイル外側の接続部位の距
離が、コイルの径方向の厚さ以上であることを特徴とす
る。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施の形態
を説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態に係わ
る構成説明図である。図1に、銀シース線で作成された
ダブルパンケーキコイル11、12、13、14を4層
積層した超電導コイル21の例を示す。第1層目のパン
ケーキコイル11は電極部位15と接続部位16を有し
ており、電極部15と接続部位16の位置は、たとえば
45度位相がずれている。第2層目のパンケーキコイル1
2は、第1層目のパンケーキコイルの接続部位16と接
続される接続部位16と接続部位17を有しており、接
続部位16と接続部位17の位置は、たとえば45度位相
がずれている。第3層目のパンケーキコイル13は、第
2層目のパンケーキコイルの接続部位17と接続される
接続部位17と接続部位18を有しており、接続部位1
7と接続部位18の位置は、たとえば45度位相がずれて
いる。第4層目のパンケーキコイル14は、第3層目の
パンケーキコイルの接続部位18と接続される接続部位
18と電極部19(または第5のパンケーキコイルとの
接続部位となる)を有しており、接続部位18と電極部
19の位置は、たとえば45度位相がずれている。パンケ
ーキコイル11、12、13、14を積層した超電導コ
イル21の中心部の空間20は、高磁場空間である。
【0014】図1に示されるように、ダブルパンケーキ
コイルの場合、内層での接続箇所はなく、外層における
接続部位をコイル中心軸からコイル幅方向の面内におい
て、たとえば45度位相をずらしてあるので、接続部位
は、超電導コイル21の中心軸方向から見ると、正4角
形となる配置になっている。
【0015】図2(a)、(b)は、それぞれ、接続部
位の位相をずらした接続方法を用いた超電導コイルと、
接続部位が一直線上にある超電導コイルについて、4.2
K 冷却下で通電運転した時における超電導コイルの温
度分布の測定結果を示した図である。接続部位をコイル
中心軸方向に一直線に配置した接続方法を用いたコイル
内部の温度分布(図2(b))に比較して、接続部位の
位相をずらし、コイル平面内に均等に配置する接続方法
を採用したコイルの温度分布(図2(a))の方が、明ら
かに均一化されている。なお、本実施例では、ダブルパ
ンケーキコイルを4層積層した場合について述べたが、
4層に限定するものではないことは云うまでもない。
【0016】以上説明したように、コイルの温度が均一
に冷却され、局部的な温度上昇を防止することができる
ので、各パンケーキコイル11、12、13、14の接
続部位16、17、18の温度上昇によるクエンチは防
止できる。また、接続部位16、17、18がずれてい
るため、パンケーキコイル11、12、13、14の接
続作業の作業性は大きく改善出来る。
【0017】また図3に示すシングルパンケーキコイル
における接続において、コイル外側の接続部位と内側の
接続部位の位相をずらして接続しても、超電導コイルの
温度分布は均一化され、同様の効果が得られる。
【0018】次に本発明の第2の実施の形態について説
明する。たとえば、第1の実施の形態と同じパンケーキ
コイルを、たとえば5層接続した超電導コイル21を考
える。すなわち、m=4で接続部位が4箇所となる超電
導コイルについて、温度分布を調べた。試料1、試料2
はそれぞれ、図4のように円周方向に中心角をパラメー
タとしてとったとき、すなわち、角接続部位と超電導コ
イルの中心軸を結んだ角度をパラメータとしたとき、
{0(360)°、90°、180°、240°}で接続を行った超電
導コイルと、{0(360)°、90°、180°、260°}で接続
を行なった超電導コイルである。この時の温度分布を図
5に示す。図5では、接続部位の間の中心角が小さく、
接続部位間の距離が短くなっているところでは、温度が
高くなっていることがわかる。また試料2においては、
中心角にわずかな位相のずれが生ずるが、最高温度に差
異は発生しない。この場合、中心角のなす最小角度が80
°まで許容できることを示している。
【0019】同様に多角形の場合について調査した結
果、必ずしも正多角形の配置にしなくても中心角のなす
最小角度が{(360/m)−(36/m)}<x<
(360/m)であれば、最高温度に差は発生せず、均
一な温度分布にすることができることを確認した。
【0020】次に、本発明の第3の実施の形態について
説明する。従来の接続部位を超電導コイルの中心軸方向
に一直線に配置した接続方法で接続作業を行ったとき、
各接続部位の接続抵抗(接続距離10cm)は、77Kで5×10-8
Ωであったが、本発明に係わる隣り合ったパンケーキコ
イル間で各パンケーキコイルの接続部位を周方向にずら
して配置した接続方法について、同じハンダを用いて接
続作業を行ったところ、各コイルの接続部、たとえば、
図1の16、17、18の接続抵抗(接続距離10cm)の平
均は、2×10-8Ωであった。この結果、一直線に配置し
た接続方法と比較して、隣り合った接続箇所がずれてい
る場合の接続については作業性が向上し、安定して良好
な抵抗を得ることができる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
超電導コイル内の接続による発熱に起因した温度分布を
緩和し、従って、超電導コイルの接続部位における発熱
によるクエンチを抑制することができるので、超電導マ
グネットをより安定に運転することが可能となる。ま
た、本発明により、接続作業の作業性を大幅に短縮で
き、超電導線の接続部位の接続抵抗を小さくすることが
出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における超電導コイ
ルの構成図。
【図2】本発明の第1の実施の形態における超電導コイ
ルの温度分布の説明図。
【図3】本発明の第1の実施の形態における超電導コイ
ルの別の一例を示す構成図。
【図4】本発明の第2の実施の形態の配置に関する説明
図。
【図5】本発明の第2の実施の形態における超電導コイ
ルの温度分布の特性図。
【符号の説明】
1:シングルパンケーキコイルの最下層(第1層)電極
部 2:シングルパンケーキコイルの第1層と第2層の接続
部 3:シングルパンケーキコイルの第2層と第3層の接続
部 4:シングルパンケーキコイルの第3層と第4層の接続
部 5:シングルパンケーキコイルの第4層と第5層の接続
部 6:シングルパンケーキコイルの第5層と第6層の接続
部 7:シングルパンケーキコイルの第6層と第7層の接続
部 8:シングルパンケーキコイルの第7層と第8層の接続
部または最上部電極部 11、12、13、14:ダブルパンケーキコイル 15:最下層(第1層)のダブルパンケーキコイルの電
極部 16:ダブルパンケーキコイルの第1層と第2層の接続
部 17:ダブルパンケーキコイルの第2層と第3層の接続
部 18:ダブルパンケーキコイルの第3層と第4層の接続
部 19:ダブルパンケーキコイルの第4層の電極部 20:超電導コイルの内部空間 21:超電導コイル

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超電導線で構成されたパンケーキコイル
    を多層積層した超電導コイルの超電導線接続方法におい
    て、隣り合ったパンケーキコイル間の接続部位の位相が
    周方向でずれていることを特徴とする超電導線接続方
    法。
  2. 【請求項2】 前記超電導コイルが前記パンケーキコイ
    ルの外側または内側の接続部位がn箇所存在する場合
    に、前記超電導コイルの中心軸方向から見て、前記接続
    部位がm角形を描いていることを特徴とする請求項1記
    載の超電導線接続方法。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の超電導線接続方法にお
    いて、n=mであることを特徴とする超電導線接続方
    法。
  4. 【請求項4】 請求項2または請求項3に記載の超電導
    線接続方法において、前記接続部位の位相のずれが、前
    記接続部位とコイル中心軸を結ぶ中心角の最小値xが
    {(360/m)−(36/m)}<x<(360/
    m)であることを特徴とする超電導線接続方法。
  5. 【請求項5】 前記接続部位を、パンケーキコイルの中
    心軸方向からみて、正多角形を描く位置に設けることを
    特徴とする請求項2及至請求項4のいずれか1項に記載
    の超電導線接続方法。
  6. 【請求項6】 前記パンケーキコイルとしてシングルパ
    ンケーキコイルを採用し、前記超電導コイル内側の接続
    箇所と前記超電導コイル外側の接続箇所の距離が、コイ
    ルの径方向の厚さ以上であることを特徴とする請求項1
    に記載の超電導線接続方法。
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