JP2005183578A - 電流リードおよびこれを用いた超電導装置 - Google Patents

Abstract

【課題】真空中に課電部が構成される電流リードに対して電気絶縁耐力が安定であり、放電の発生を抑制することができる電流リードおよび電流リードを用いた超電導装置を提供することを目的とする。
【解決手段】冷凍機１８は、冷凍機１８と超電導コイル１０とを熱的に接続する冷凍機二段ステージ２０を介して超電導コイル１０を冷却する。そして、熱シールド１２によって常温から熱遮断された超電導コイル１０は、冷凍機二段ステージ２０によって徐々に冷却され、３０Ｋから４．２Ｋ程度に冷却される。一方、冷凍機１８の冷凍機一段ステージ１９は、電流リード１３と熱的に接続された伝熱部材１７を介して電流リード１３を冷却する。そして、電流リード１３は、冷凍機一段ステージ１９によって７７Ｋ程度まで冷却される。
【選択図】図１

Description

本発明は、臨界温度以下に保持されるコイルや素子などの超電導部材と室温にある電源とを電気的に接続する電流リードに関し、特に熱伝導による熱やジュール熱を電気的絶縁を保持しつつ冷凍機などへ伝える電流リードおよびこれを用いた超電導装置に関する。

従来、臨界温度以下に冷却された超電導コイルと室温にある電源とを電気的に接続し、かつ超電導コイルを永久電流モードに励磁し、あるいは永久電流モードを消磁するために用いられる電流リードの冷却方式には、伝導冷却式とガス冷却式とがある。

ここでは、従来の伝導冷却式電流リードを用いた超電導装置の一例について、図１０および１１を参照して説明する。

図１０に、従来の伝導冷却式電流リードを用いた超電導装置３００の代表的な構成を示す。また、図１１に、熱アンカー部３０９の断面図を示す。

この従来の超電導装置３００は、超電導線を巻回して構成される超電導コイル３０１を収容している内槽容器３０２と、この内槽容器３０２を収容し、かつ断熱状態に保持するために内部が真空状態にされる真空容器３０３と、超電導コイル３０１に電流供給を担う電流リード３０４と、超電導コイル３０１および電流リード３０４を冷却する冷凍機３０５と、熱アンカー部３０９とから主に構成されている。

この超電導装置３００において、超電導コイル３０１は、冷凍機３０５に熱的に接続された冷凍機二段ステージ３０６により冷却される。

電力供給を担う電流リード３０４の一端は、電源３１１に電気的に接続された室温側端子３１２に接続され、他端は、絶縁導入部３０７を介して内槽容器３０２内の超電導コイル３０１と電気的に接続される。この電流リード３０４は、高温側電流リード３０４ｂと低温側電流リード３０４ａに区分され、その間に熱アンカー部３０９が設置されている。

熱アンカー部３０９は、高温側電流リード３０４ｂによって熱伝導で伝えられた真空容器３０３の外部の熱、高温側電流リード３０４ｂで発生したジュール熱などの少なくとも一部を、冷凍機３０５に熱的に接続された冷凍機一段ステージ３１０に放熱させるために設けられている。また、冷凍機一段ステージ３１０は、一般には接地電位にあるため、熱アンカー部３０９は、熱的には良好な伝導体で、電気的には絶縁体である必要がある。

熱アンカー部３０９の電流リード側と冷凍機一段ステージ３１０側は、銅、アルミニウムなどの金属で形成された金属部材３０９ａ、３０９ｂで構成されている。また、これらの金属部材３０９ａ、３０９ｂの間には、電気絶縁体３０９ｃが介在している。

この電気絶縁体３０９ｃには、電気的には絶縁体であり、かつ、熱的には良導体の性質を有する、例えば、窒化アルミニウム、サファイアなどが用いられている。また、電気絶縁体３０９ｃの金属部材３０９ａ、３０９ｂと接触する面の面積を、金属部材３０９ａ、３０９ｂが電気絶縁体３０９ｃと接触する面の面積よりも大きく構成しているのは、高電位側の金属部材３０９ａから接地側の金属部材３０９ｂまでの沿面距離をかせぐためである（例えば、特許文献１参照。）。
特開平０７−１９３９９４号公報

上記した従来の超電導装置３００の熱アンカー部３０９では、熱アンカー部３０９の電流リード側の金属部材３０９ａと電気絶縁体３０９ｃの接触面の境界部３１３、つまり、電流リード３０４側の金属部材３０９ａのＲ部が始まる部分は、高電位にある金属部材３０９ａと、電気絶縁体３０９ｃと、真空部３０８との境界に構成される、いわゆるトリプルジャンクションにあたり、沿面方向に向かい高電界となりやすい。そのため、電流リード３０４の通電により電位が高くなると、このトリプルジャンクションにあたる金属部材３０９ａと電気絶縁体３０９ｃの接触面の境界部３１３から放電しやすくなるという問題があった。最悪の場合、高電位側の金属部材３０９ａから接地側の金属部材３０９ｂまでの絶縁破壊を生じるという問題もあった。

また、電気絶縁体３０９ｃの金属部材３０９ａ、３０９ｂと接触する面の面積をさらに大きくし、高電位側の金属部材３０９ａから接地側の金属部材３０９ｂまでの沿面距離を増加させても、トリプルジャンクションにおける電界を下げることにはならないので、放電の起点となることは避けられないという問題があった。

さらに、高電位側の金属部材３０９ａから接地側の金属部材３０９ｂまでの沿面表面に例えば、水分や不純物などが付着していると放電しやすくなることがあり、沿面表面の状態の影響を受けやすいという問題があった。

このように、従来の超電導装置３００の熱アンカー部３０９では、真空沿面による電気絶縁を確保する構成を有しているため、電気絶縁耐力が非常に不安定であるという問題を有していた。

そこで本発明は、上記したような課題を解決するために、真空中に課電部が構成される電流リードに対して電気絶縁耐力が安定であり、放電の発生を抑制することができる電流リードおよびこれを用いた超電導装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電流リードは、室温にある電源から臨界温度以下に冷却保持される超電導部材に電力を給電する電流リードであって、前記超電導部材と前記電源とを電気的に接続する導電体と、前記導電体の側面に被着された電気絶縁被覆部とを具備することを特徴とする。

この発明によれば、導電体の側面の全部または一部を電気絶縁層によって被覆しているので、電気絶縁耐力を安定させることができる。また、高電位にある導電体と、電気絶縁体と、真空部との境界に構成される、いわゆるトリプルジャンクションにおける電界集中が緩和されるので、電界集中による放電などの発生を防止することができる。

また、本発明の超電導装置は、臨界温度以下に冷却保持される超電導部材と、前記を超電導部材を収納する真空容器と、前記真空容器外の電源と前記超電導部材とを電気的に接続する導電体および該導電体の側面に被着された電気絶縁被覆部で形成される電流リードと、前記電流リードの電気絶縁被覆部の所定の位置を挟持する第１の伝熱部材と、前記真空容器内で前記超電導部材を収納し熱遮断する熱シールドと、前記熱シールドまたは前記超電導部材に接続された第２の伝熱部材と、前記第１の伝熱部材および前記第２の伝熱部材と接続された冷凍機とを具備することを特徴とする。

この発明によれば、導電体の側面の全部または一部を電気絶縁層によって被覆しているので、電気絶縁耐力を安定させることができる。また、高電位にある導電体と、電気絶縁体と、真空部との境界に構成されるトリプルジャンクションにおける電界集中が緩和されるので、電界集中による放電などの発生を防止することができ、安定した運転をすることができる。

さらに、本発明の超電導装置は、臨界温度以下に冷却保持される超電導部材と、前記を超電導部材を収納する真空容器と、前記真空容器外の電源と前記超電導部材とを電気的に接続する導電体および該導電体の側面に被着された電気絶縁被覆部で形成される電流リードと、前記電流リードの電気絶縁被覆部に、一部を前記導電体に沿って延設して埋没させた第１の伝熱部材と、前記真空容器内で前記超電導部材を収納し熱遮断する熱シールドと、前記熱シールドまたは前記超電導部材に接続された第２の伝熱部材と、前記第１の伝熱部材および前記第２の伝熱部材と接続された冷凍機とを具備することを特徴とする。

この発明によれば、電流リードの電気絶縁被覆部に一部を導電体に沿って延設して埋没させた第１の伝熱部材を備えることによって、この導電体に沿って延設して埋没させた部分が電気シールドとしての機能を発揮する。また、この第１の伝熱部材を設けることによって、同電位層が広がり、電位の集中を抑制することができるので、いわゆるトリプルジャンクションに生じる電界集中を緩和することができ、これによって放電などの発生を抑制することができる。さらに、第１の伝熱部材の一部を導電体に沿って延設して埋没させることで、伝熱面積が増加し、電流リードの冷却効果を向上させることができる。

また、本発明の超電導装置は、臨界温度以下に冷却保持される超電導部材と、前記を超電導部材を収納する真空容器と、前記真空容器外の電源と前記超電導部材とを電気的に接続する導電体および該導電体の側面に被着された電気絶縁被覆部で形成される電流リードと、前記電気絶縁被覆部に、前記導電体に沿って埋没させた少なくとも１つの電極部材と、前記電流リードの電気絶縁被覆部の所定の位置を挟持する第１の伝熱部材と、前記真空容器内で前記超電導部材を収納し熱遮断する熱シールドと、前記熱シールドまたは前記超電導部材に接続された第２の伝熱部材と、前記第１の伝熱部材および前記第２の伝熱部材と接続された冷凍機とを具備することを特徴とする。

この発明によれば、電気絶縁被覆部に電極部材を埋没させることによって、この電極部材が、導電体と電位を有しない第１の伝熱部材との中間電位を有し、電界を弱めることができ、トリプルジャンクションに生じる電界集中を緩和することができる。

本発明の電流リードおよびこれを用いた超電導装置によれば、真空中に課電部が構成される電流リードに対して電気絶縁耐力が安定であり、放電の発生を抑制することができる。

以下、本発明の一実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態における超電導装置１の構成を模式的に示す断面図である。
超電導装置１には、超電導部材として機能する超電導コイル１０などの構成部を収納する真空容器１１内に、超電導コイル１０を高温側から熱遮断する熱シールド１２が支持部材（図示しない）によって吊設されている。熱シールド１２内には、超電導コイル１０が内蔵されている。なお、真空状態に維持された真空容器１１内は、１．３３×１０^−４Ｐａ程度の圧力に設定されている。この真空容器１１は、例えば、ステンレス鋼などの非磁性金属材または繊維強化プラスチックなどで形成されている。また、熱シールド１２は、銅やアルミニウムなどの非磁性で良伝導な材料で形成され、または、繊維強化プラスチックなどの表面に、これらの非磁性で良伝導な材料の層を設けたもので形成される。

超電導コイル１０には、電力供給を担う電流リード１３の一端が電気的に接続され、他端は、絶縁導入部１４を介して室温側端子１５に接続されている。この室温側端子１５は、電力を供給し、超電導コイル１０を励磁または消磁する電源１６に電気的に接続されている。

ここで、電流リード１３の導電体は、第１の導電体として機能する高温側導電部１３ａと、第２の導電部として機能する低温側導電部１３ｂに区分される。そして、これらの高温側導電部１３ａおよび低温側導電部１３ｂそれぞれの周囲を電気絶縁被覆部として機能する電気絶縁層１３ｃで被覆して、電流リード１３を形成している。

また、電流リード１３は、伝熱部材１７によって、高温側導電部１３ａと低温側導電部１３ｂに区分される部分を囲むように電気絶縁層１３ｃを介して挟持されている。

この電気絶縁層１３ｃを介して高温側導電部１３ａと低温側導電部１３ｂに区分される部分を伝熱部材１７で挟持する構成が熱アンカー部２１としての構成を形成する。また、伝熱部材１７の他端は、冷凍機１８の冷凍機一段ステージ１９に接続されている。

この伝熱部材１７は、高温側導電部１３ａにおいての通電時に発生したジュール熱や高温側導電部１３ａによって伝わる外部の熱の少なくとも一部を、電気絶縁層１３ｃを介して熱伝導により受熱し、その受熱した熱を冷凍機一段ステージ１９に放熱させるために設けられている。そのため伝熱部材１７は、熱伝導率の高い材料で形成されることが好ましく、例えば、銅、アルミニウムなどが用いられる。この冷凍機一段ステージ１９によって、電流リード１３は、７７Ｋ程度まで冷却される。また、冷凍機一段ステージ１９は、伝熱部材１７が電気絶縁層１３ｃを介して高温側導電部１３ａおよび低温側導電部１３ｂを挟持しているため接地電位となる。

また、冷凍機１８には、冷凍機二段ステージ２０が備えられ、この冷凍機二段ステージ２０は、例えば、超電導コイル１０に接続されている。この冷凍機二段ステージ２０によって、超電導コイル１０は、３０Ｋから４．２Ｋ程度まで冷却される。

なお、超電導コイル１０を冷却する方法は、この方法に限られるものではなく、熱シールド１２内に収納された超電導コイル１０を、さらに液体ヘリウムや液体窒素などの冷媒を有し、臨界温度以下の状態を保持した内槽容器に収納する構成を採ることもできる。この場合には、内槽容器に絶縁導入部を設けて、その絶縁導入部を介して電流リード１３が超電導コイル１０側に導かれる。また、新たに冷凍機などの冷却装置を設けて、それによって伝熱部材を介して内槽容器内を冷却するようにしてもよい。

電気絶縁層１３ｃは、電気的絶縁材料で、かつ熱伝導率の高い材料で形成されることが好ましく、例えば、エチレン・プロピレンゴム、エポキシ、フッ素系樹脂などが用いられる。また、電気絶縁層１３ｃは、所定の伝熱条件を満たすように、電流リード１３の仕様に対応させて適宜に電気絶縁層１３ｃの面積や厚さを設計することが必要となる。

次に、超電導コイル１０の冷却動作について説明する。
冷凍機１８を作動させ冷却動作を開始する。冷凍機１８は、冷凍機１８と超電導コイル１０とを熱的に接続する冷凍機二段ステージ２０を介して超電導コイル１０を冷却する。そして、熱シールド１２によって常温から熱遮断された超電導コイル１０は、冷凍機二段ステージ２０によって徐々に冷却され、３０Ｋから４．２Ｋ程度に冷却される。

一方、冷凍機１８の冷凍機一段ステージ１９は、電流リード１３と熱的に接続された伝熱部材１７を介して電流リード１３を冷却する。そして、電流リード１３は、冷凍機一段ステージ１９によって７７Ｋ程度まで冷却される。これにより、電流リード１３からの超電導コイル１０側への熱伝導による熱侵入をほぼ完全に抑えることができる。

次に、熱アンカー部２１としての構成を形成する、電気絶縁層１３ｃを有する電流リード１３、およびこの電気絶縁層１３ｃを介して電流リード１３を挟持し、高温側導電部１３ａにおいての通電時に発生したジュール熱や高温側導電部１３ａによって伝わる外部の熱の少なくとも一部を冷凍機一段ステージ１９に放熱させる伝熱部材１７の実施の形態について、図を参照して説明する。また、以下の説明では、同一構成部分には同一符号を付して、重複する説明を省略する。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態の熱アンカー部２１の構成を図２を参照して説明する。

図２は、第１の実施の形態の熱アンカー部２１の断面図を示している。
熱アンカー部２１は、電気絶縁層１３ｃで側面が被覆された電流リード１３と、その電流リード１３を電気絶縁層１３ｃを介して挟持する伝熱部材１７とから構成される。この伝熱部材１７は、電気絶縁層１３ｃの周囲を囲むように電気絶縁層１３ｃに当接して電流リード１３を挟持している。

ここで、電流リード１３の導電体は、高温側導電部１３ａと低温側導電部１３ｂに区分される。ここに示された高温側導電部１３ａと低温側導電部１３ｂは、常伝導金属の銅で形成されているが、この構成に限るものではない。例えば、高温側導電部１３ａを常伝導金属の銅で形成し、低温側導電部１３ｂを、例えば、ビスマス系超電導材料などの高温超電導材料で形成することもできる。この場合には、高温側導電部１３ａと低温側導電部１３ｂとは、例えば、半田などによって接続される。

伝熱部材１７は、例えば、高温側導電部１３ａと低温側導電部１３ｂに区分される部分の周囲を電気絶縁層１３ｃを介して、電流リード１３を挟持するように設置されている。

電気絶縁層１３ｃは、電気的絶縁材料で、かつ熱伝導率の高い材料で形成されることが好ましく、例えば、エチレン・プロピレンゴム、エポキシ、フッ素系樹脂などが用いられる。この電気絶縁層１３ｃは、電流リード１３の側面の全部に被覆されるのが好ましいが、電流リード１３の側面の、伝熱部材１７の取り付け部およびその取り付け部から電流リード１３の双方向に沿った所定の位置まで被覆するする構成を採ることもできる。

また、電気絶縁層１３ｃは、これらの材料で形成されるものに限られるものでなはく、例えば、図３に示す電気絶縁層１３ｃの他の構成を採用することもできる。

図３には、電気絶縁層１３ｃの構成の一例を示す概要図が示されている。図３に示すように、電気絶縁層１３ｃとして、例えば、エチレン・プロピレンゴム、エポキシ、フッ素系樹脂などの電気的絶縁材料を媒質３０とし、この媒質３０中に熱伝導率の高い材料でかつ電気的絶縁材料ある、例えば、窒化アルミニウム、黒鉛、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、人工ダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、カーボン状ダイヤモンド、炭化珪素、マイカなどの微粒子を充填物３１として含有させたものを用いることもできる。この充填物３１は、平均粒径で０．０１μｍ〜１００μｍ程度の微粒子が用いられる。また、この充填物３１は、媒質３０中に均一に分散されることが好ましい。なお、この電気絶縁層１３ｃの構成は、後述する他の実施の形態にも使用することができる。

次に、図４には、媒質３０に含有される充填物３１の体積分率に対する等価熱伝導率が示され、図５には、媒質３０に含有される充填物３１の体積分率に対する電気絶縁層１３ｃを介した温度差が示されている。

媒質３０中に充填物３１が均一に分散された電気絶縁層１３ｃでは、図４または図３に示すように等価熱伝導率または温度差が体積分率に対して変化するので、これに基づいて、各設計パラメータを適宜に設定することができる。

次に、熱アンカー部２１における熱移動について説明する。
高温側導電部１３ａにおいての通電時に発生したジュール熱や高温側導電部１３ａによって伝わる外部の熱は、電気絶縁層１３ｃを介して伝熱部材１７に熱伝導により移動する。伝熱部材１７に移動した熱は、伝熱部材１７を伝導し、冷凍機一段ステージ１９に放熱される。これによって、電流リード１３は７７Ｋ程度まで冷却される。

上記したように、電流リード１３は、その側面の全部が電気絶縁層１３ｃによって被覆されているので、従来の熱アンカー部の構成のように、真空沿面での絶縁構成ではなく、電気絶縁耐力を安定させることができる。

また、電流リード１３は、その側面の全部が電気絶縁層１３ｃによって被覆されているので、高電位にある金属部材と、電気絶縁体と、真空部との境界に構成される、いわゆるトリプルジャンクションにおける電界集中が緩和されるので、電界集中による放電などの発生を防止することができる。

さらに、電気絶縁層１３ｃを電気的絶縁材料である媒質３０中に熱伝導率の高い材料でかつ電気的絶縁材料ある微粒子を充填物３１として含有させることにより、電気絶縁層１３ｃの有効熱伝導率を高めることができる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の熱アンカー部２１の構成を図６を参照して説明する。

図６は、第２の実施の形態の熱アンカー部２１の断面図を示している。
熱アンカー部２１を構成する電流リード１３の導電体は、高温側導電部１３ａと、低温側導電部１３ｂと、これらの高温側導電部１３ａと低温側導電部１３ｂとの間に介在する接続部材４０とから構成されている。そして、高温側導電部１３ａと接続部材４０、低温側導電部１３ｂと接続部材４０は、例えば、半田などで接続されている。

また、高温側導電部１３ａ、低温側導電部１３ｂおよび接続部材４０の側面は、電気絶縁層１３ｃで被覆されている。そして、電気絶縁層１３ｃで被覆された接続部材４０が、伝熱部材１７によって電気絶縁層１３ｃの周囲を囲むように電気絶縁層１３ｃに当接された状態で挟持されている。

接続部材４０は、高温側導電部１３ａおよび低温側導電部１３ｂの周囲長よりも長い周囲長を有した、例えば円柱などで構成されている。この接続部材４０の周囲長は、高温側導電部１３ａおよび低温側導電部１３ｂの周囲長を１とすると、２〜４の範囲で構成されている。この接続部材４０は、常伝導金属である、例えば、銅などで形成される。

高温側導電部１３ａは、常伝導金属である、例えば、銅などで形成され、一方、低温側導電部１３ｂは、ビスマス系超電導材料などの高温超電導材料で形成されている。

このように接続部材４０の周囲長を増大し、その周囲に電気絶縁層１３ｃを介して伝熱部材１７を設け、伝熱面積を増加させることができるので、接続部材４０から電気絶縁層１３ｃを介して伝熱部材１７に伝達される熱量を増加させ、電流リード１３の冷却を促進することができる。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態の熱アンカー部２１の構成を図７を参照して説明する。

図７は、第３の実施の形態の熱アンカー部２１の断面図を示している。
熱アンカー部２１を構成する電流リード１３の導電体は、高温側導電部１３ａと、低温側導電部１３ｂと、これらの高温側導電部１３ａと低温側導電部１３ｂとの間に介在する接続部材４０とから構成されている。そして、高温側導電部１３ａと接続部材４０、低温側導電部１３ｂと接続部材４０は、例えば、半田などで接続されている。

また、高温側導電部１３ａおよび低温側導電部１３ｂの側面に沿って摺動層５０が形成され、その摺動層５０の側面が電気絶縁層１３ｃで被覆されている。一方、接続部材４０の側面は、摺動層５０を形成せずに、電気絶縁層１３ｃで被覆されている。そして、電気絶縁層１３ｃで被覆された接続部材４０は、伝熱部材１７によって電気絶縁層１３ｃの周囲を囲むように電気絶縁層１３ｃに当接された状態で挟持されている。

この接続部材４０は、高温側導電部１３ａおよび低温側導電部１３ｂの周囲長よりも長い周囲長を有した円柱体などで構成されている。この接続部材４０の周囲長は、高温側導電部１３ａおよび低温側導電部１３ｂの周囲長を１とすると、２〜４の範囲で構成されている。

高温側導電部１３ａおよび接続部材４０は、常伝導金属である、例えば、銅などで形成される。一方、低温側導電部１３ｂは、ビスマス系超電導材料などの高温超電導材料で形成されている。

摺動層５０は、例えば、フッ素系樹脂、テフロン（登録商標）、ナイロン、ポリエチレンなどで形成される。

このように、高温側導電部１３ａおよび低温側導電部１３ｂと、電気絶縁層１３ｃとの間に摺動層５０を設けることによって、高温側導電部１３ａおよび低温側導電部１３ｂを構成する材料の熱収縮率と、電気絶縁層１３ｃを構成する材料の熱収縮率とが異なる場合であっても摺動可能であるため、冷却過程で熱歪みが生じて、電気絶縁層１３ｃが破壊するのを防止することができる。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態の熱アンカー部２１の構成を図８を参照して説明する。

図８は、第４の実施の形態の熱アンカー部２１の断面図を示している。
熱アンカー部２１は、電気絶縁層１３ｃで被覆された電流リード１３と、電気絶縁層１３ｃ内に埋没され、電流リード１３に沿って延設する筒体部６０ａとその筒体部６０ａの側面の周上に形成された突条部６０ｂとその突条部６０ｂの一部に一端が接続され他端が冷凍機一段ステージ１９と接続された伝熱部６０ｃとからなる伝熱部材６０とから構成されている。この伝熱部材６０の突条部６０ｂの一部は、電気絶縁層１３ｃから外部に突出している。また、伝熱部材６０は、電流リード１３と同軸的に配置されている。

ここで、電流リード１３の導電体は、高温側導電部１３ａと低温側導電部１３ｂに区分される。ここに示された高温側導電部１３ａと低温側導電部１３ｂは、常伝導金属の銅で形成されているが、この構成に限るものではない。例えば、高温側導電部１３ａを常伝導金属の銅で形成し、低温側導電部１３ｂをビスマス系超電導材料などの高温超電導材料で形成することもできる。この場合には、高温側導電部１３ａと低温側導電部１３ｂとは、例えば、半田などによって接続される。

伝熱部材６０は、熱伝導率の高い材料で形成されることが好ましく、例えば、銅、アルミニウムなどが用いられる。

伝熱部材６０を構成する筒体部６０ａは、電気絶縁層１３ｃ内に埋没され、電流リード１３に沿って延設されているので、電気シールドとしての機能を発揮することができる。また、この筒体部６０ａを設けることで、同電位層が広がり、電位の集中を抑制することができるので、電気絶縁層１３ｃから外部に突出している突条部６０ｂと、その突条部６０ｂに接する電気絶縁層１３ｃと、真空部との境界に形成されるトリプルジャンクション６１に生じる電界集中を緩和することができ、これによって放電などの発生を抑制することができる。

さらに、伝熱部材６０では、電流リード１３に沿って延設する筒体部６０ａによって伝熱面積を増加させることができるので、電気絶縁層１３ｃを介して伝熱部材６０に伝達される熱量を増加させ、電流リード１３の冷却効果を向上させることができる。

なお、高温側導電部１３ａおよび低温側導電部１３ｂと、筒体部６０ａとの間に介在する電気絶縁層１３ｃの厚みは、所定の電位においても絶縁破壊を生じない程度の厚さに設定される。

（第５の実施の形態）
第５の実施の形態の熱アンカー部２１の構成を図９を参照して説明する。

図９は、第５の実施の形態の熱アンカー部２１の断面図を示している。
熱アンカー部２１は、電気絶縁層１３ｃで被覆された電流リード１３と、電気絶縁層１３ｃ内の所定の位置に埋没され電流リード１３に沿って延設する少なくとも１つの筒体電極部７０と、電流リード１３を筒体電極部７０に対応させて電気絶縁層１３ｃを介して挟持する伝熱部材１７とから構成される。

ここで、伝熱部材１７が、筒体電極部７０に対応させて電気絶縁層１３ｃを介して電流リード１３を挟持するとは、挟持する伝熱部材１７の端部に、電気絶縁層１３ｃ内に埋没された筒体電極部７０の少なくとも一部が電気絶縁層１３ｃを介してかかるように伝熱部材１７が電流リード１３を挟持し、さらに伝熱部材１７は、電気絶縁層１３ｃの周囲を囲むように電気絶縁層１３ｃに当接して電流リード１３を挟持していることを言う。また、筒体電極部７０は、電気絶縁層１３ｃ内に電流リード１３と同軸的に配置されている。

ここで、電流リード１３の導電体は、高温側導電部１３ａと低温側導電部１３ｂに区分される。ここに示された高温側導電部１３ａと低温側導電部１３ｂは、常伝導金属の銅で形成されているが、この構成に限るものではない。例えば、高温側導電部１３ａを常伝導金属の銅で形成し、低温側導電部１３ｂをビスマス系超電導材料などの高温超電導材料で形成することもできる。この場合には、高温側導電部１３ａと低温側導電部１３ｂとは、例えば、半田などによって接続される。

電極部材として機能する筒体電極部７０は、所定の長さを有する円筒などで構成されている。また、筒体電極部７０は、誘電率を有する材料で形成され、例えば、導電体である金属、カーボンなどが用いられる。

このように電気絶縁層１３ｃ内の所定の位置に筒体電極部７０を埋没させることによって、この筒体電極部７０が、高温側導電部１３ａと低温側導電部１３ｂと、電位を有しない伝熱部材１７との中間電位を有し、電界を弱めることができる。また、伝熱部材１７と、電気絶縁層１３ｃと、真空部との境界に構成されるトリプルジャンクション７１に生じる電界集中を緩和することができる。

なお、高温側導電部１３ａおよび低温側導電部１３ｂと、筒体電極部７０との間に介在する電気絶縁層１３ｃの厚みは、所定の電位においても絶縁破壊を生じない程度の厚さに設定される。

本発明の一実施形態における超電導装置の構成を模式的に示す断面図。 第１の実施の形態の熱アンカー部の断面図。 電気絶縁層の構成の一例を示す概要図。 媒質に含有される充填物の体積分率に対する等価熱伝導率を示す図。 媒質に含有される充填物の体積分率に対する電気絶縁層を介した温度差を示す図。 第２の実施の形態の熱アンカー部の断面図。 第３の実施の形態の熱アンカー部の断面図。 第４の実施の形態の熱アンカー部の断面図。 第５の実施の形態の熱アンカー部の断面図。 従来の伝導冷却式電流リードを用いた超電導装置の代表的な構成を示す図。 従来の熱アンカー部の断面図。

符号の説明

１…超電導装置、１０…超電導コイル、１１…真空容器、１２…熱シールド、１３…電流リード、１３ａ…高温側導電部、１３ｂ…低温側導電部、１３ｃ…電気絶縁層、１４…絶縁導入部、１５…室温側端子、１６…電源、１７…伝熱部材、１８…冷凍機、１９…冷凍機一段ステージ、２０…冷凍機二段ステージ、２１…熱アンカー部。

Claims (12)

1. 室温にある電源から臨界温度以下に冷却保持される超電導部材に電力を給電する電流リードであって、
   前記超電導部材と前記電源とを電気的に接続する導電体と、
   前記導電体の側面に被着された電気絶縁被覆部と
   を具備することを特徴とする電流リード。
2. 前記導電体が、
   前記電源と一端が接続された第１の導電体と、
   前記第１の導電体の他端と一端が接続され、他端が前記超電導部材と接続された第２の導電体と
   から構成されることを特徴とする請求項１記載の電流リード。
3. 前記導電体が、
   前記電源に一端が接続された第１の導電体と、
   前記超電導部材に一端が接続された第２の導電体と、
   前記第１の導電体と前記第２の導電体との間に両導電体と接続されて介在し、前記第１の導電体および前記第２の導電体よりも周囲長が長い第３の導電体と
   から構成されることを特徴とする請求項１記載の電流リード。
4. 前記電流リードが、
   前記電気絶縁被覆部に、一部を前記導電体に沿って延設して埋没させた伝熱部材をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の電流リード。
5. 前記電流リードが、
   前記電気絶縁被覆部に、前記導電体に沿って埋没させた少なくとも１つの電極部材をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の電流リード。
6. 前記電気絶縁被覆部が、第１の電気絶縁部材に、該第１の電気絶縁部材よりも熱伝導率の高い粒子形状の第２の電気絶縁部材を含有して形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の電流リード。
7. 臨界温度以下に冷却保持される超電導部材と、
   前記を超電導部材を収納する真空容器と、
   前記真空容器外の電源と前記超電導部材とを電気的に接続する導電体および該導電体の側面に被着された電気絶縁被覆部で形成される電流リードと、
   前記電流リードの電気絶縁被覆部の所定の位置を挟持する第１の伝熱部材と、
   前記真空容器内で前記超電導部材を収納し熱遮断する熱シールドと、
   前記熱シールドまたは前記超電導部材に接続された第２の伝熱部材と、
   前記第１の伝熱部材および前記第２の伝熱部材と接続された冷凍機と
   を具備することを特徴とする超電導装置。
8. 前記導電体が、
   前記電源と一端が接続された第１の導電体と、
   前記第１の導電体の他端に一端が接続され、他端が前記超電導部材に接続された第２の導電体と
   から構成されることを特徴とする請求項７記載の超電導装置。
9. 前記導電体が、
   前記電源に一端が接続された第１の導電体と、
   前記超電導部材に一端が接続された第２の導電体と、
   前記第１の導電体と前記第２の導電体との間に両導電体と接続されて介在し、前記第１の導電体および前記第２の導電体よりも周囲長が長い第３の導電体と
   から構成され、前記第１の伝熱部材が、前記電気絶縁被覆部を介して前記第３の導電体を挟持することを特徴とする請求項７記載の超電導装置。
10. 臨界温度以下に冷却保持される超電導部材と、
    前記を超電導部材を収納する真空容器と、
    前記真空容器外の電源と前記超電導部材とを電気的に接続する導電体および該導電体の側面に被着された電気絶縁被覆部で形成される電流リードと、
    前記電流リードの電気絶縁被覆部に、一部を前記導電体に沿って延設して埋没させた第１の伝熱部材と、
    前記真空容器内で前記超電導部材を収納し熱遮断する熱シールドと、
    前記熱シールドまたは前記超電導部材に接続された第２の伝熱部材と、
    前記第１の伝熱部材および前記第２の伝熱部材と接続された冷凍機と
    を具備することを特徴とする超電導装置。
11. 臨界温度以下に冷却保持される超電導部材と、
    前記を超電導部材を収納する真空容器と、
    前記真空容器外の電源と前記超電導部材とを電気的に接続する導電体および該導電体の側面に被着された電気絶縁被覆部で形成される電流リードと、
    前記電気絶縁被覆部に、前記導電体に沿って埋没させた少なくとも１つの電極部材と、
    前記電流リードの電気絶縁被覆部の所定の位置を挟持する第１の伝熱部材と、
    前記真空容器内で前記超電導部材を収納し熱遮断する熱シールドと、
    前記熱シールドまたは前記超電導部材に接続された第２の伝熱部材と、
    前記第１の伝熱部材および前記第２の伝熱部材と接続された冷凍機と
    を具備することを特徴とする超電導装置。
12. 前記電気絶縁被覆部が、第１の電気絶縁部材に、該第１の電気絶縁部材よりも熱伝導率の高い粒子形状の第２の電気絶縁部材を含有して形成されることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項記載の超電導装置。

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