JP2005310395A

JP2005310395A - 超電導導体の接続装置

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Publication number: JP2005310395A
Application number: JP2004121960A
Authority: JP
Inventors: Mitsumi Terasawa; 充水寺澤; Hideji Naito; 秀次内藤; Kazuhiro Nomoto; 一宏野元; Mitsuru Hasegawa; 長谷川　　満; Nobuo Tanaka; 伸雄田中; Sunao Ichihara; 直市原; Masao Morita; 正夫守田; Tetsuya Matsuda; 哲也松田; Takashi Inaguchi; 隆稲口; Kenji Shimohata; 賢司下畑
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-04-16
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2005-11-04
Anticipated expiration: 2024-04-16
Also published as: JP4738755B2

Abstract

【課題】２本の超電導ＣＩＣ導体の電気的な接続箇所の小型化を図ることができるようにすること、変化率が大きな磁場が作用しても、ジュール熱の発生を抑制することができるようにすることを目的とする。
【解決手段】外周被覆３が除去されて超電導撚り線２が剥き出しにされている超電導ＣＩＣ導体１の端部を挿入する挿入口７ａと、外周被覆６が除去されて超電導撚り線５が剥き出しにされている超電導ＣＩＣ導体４の端部を挿入する挿入口７ｂとを有する伝導性の円管７を用いて構成する。また、複数本の超電導線９を円管７の外周又は内周に配線する。
【選択図】図１

Description

この発明は、超電導ＣＩＣ（ＣａｂｌｅＩｎＣｏｎｄｕｉｔ）導体などの超電導導体を相互に接続する超電導導体の接続装置に関するものである。

超電導ＣＩＣ導体は、超電導撚り線の外周がステンレス鋼やインコロイなどで被覆されており、以下の非特許文献１には、２本の超電導ＣＩＣ導体を電気的に接続する超電導導体の接続装置が開示されている。
即ち、２本の超電導ＣＩＣ導体を電気的に接続する場合、超電導ＣＩＣ導体の端部における外周被覆を除去し、その外周被覆の代わりに銅管を被覆する。
そして、平行に並べられている２本の超電導ＣＩＣ導体の銅管間に銅ブロックを挿入し、半田などで各銅管と銅ブロックを接合するようにしている。

Ｈ．Ｔｓｕｊｉｅｔ．ａｌ，ＦｕｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＤｅｓｉｇｎ５５（２００１），ＩＴＥＲＲ＆Ｄ：Ｍａｇｎｅｔｓ：ＣｏｎｄｕｃｔｏｒａｎｄＪｏｉｎｔＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ

従来の超電導導体の接続装置は以上のように構成されているので、超電導ＣＩＣ導体に変動外部磁場が作用すると、銅ブロック及び銅管に渦電流が発生する。銅ブロック及び銅管に渦電流が発生すると、その銅ブロックと超電導ＣＩＣ導体の接続箇所にジュール熱（結合損失、交流損失）が発生する。外部磁場の変化率が大きい場合、渦電流による発熱及び電磁力が過大になり、その接続箇所においてクエンチや破損を招くことがある課題があった。
なお、銅ブロックの厚みを薄くすれば、銅ブロックに発生する渦電流を低減することができるが、超電導ＣＩＣ導体との接続強度を確保するには、ある程度の厚みが必要であり、また、２本の超電導ＣＩＣ導体を平行に並べる必要があるため、２本の超電導ＣＩＣ導体の電気的な接続箇所の小型化を図ることが困難である課題もあった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、２本の超電導ＣＩＣ導体の電気的な接続箇所の小型化を図ることができる超電導導体の接続装置を得ることを目的とする。
また、この発明は、変化率が大きな磁場が作用しても、ジュール熱の発生を抑制することができる超電導導体の接続装置を得ることを目的とする。

この発明に係る超電導導体の接続装置は、外周被覆が除去されて撚り線が剥き出しにされている第１の電導導体の端部を挿入する第１の挿入口と、外周被覆が除去されて撚り線が剥き出しにされている第２の電導導体の端部を挿入する第２の挿入口とを有する電気伝導材の円管を用いて構成するようにしたものである。

この発明によれば、外周被覆が除去されて撚り線が剥き出しにされている第１の電導導体の端部を挿入する第１の挿入口と、外周被覆が除去されて撚り線が剥き出しにされている第２の電導導体の端部を挿入する第２の挿入口とを有する電気伝導材の円管を用いて構成したので、第１及び第２の電導導体の電気的な接続箇所の小型化を図ることができる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による超電導導体の接続装置を示す斜視図であり、図において、第１の電導導体を構成する超電導ＣＩＣ導体１は超電導撚り線２の外周がステンレス鋼やインコロイなどで被覆されている。ただし、超電導ＣＩＣ導体１の端部（図中、点線で描かれている部分）は外周被覆３が除去されて超電導撚り線２が剥き出しにされている。なお、超電導撚り線２の内部には例えば液体ヘリウムなどの冷媒が流れる管路２ａが形成されている。
第２の電導導体を構成する超電導ＣＩＣ導体４は超電導撚り線５の外周がステンレス鋼やインコロイなどで被覆されている。ただし、超電導ＣＩＣ導体４の端部（図中、点線で描かれている部分）は外周被覆６が除去されて超電導撚り線５が剥き出しにされている。なお、図１では明示されていないが、超電導撚り線５の内部には例えば液体ヘリウムなどの冷媒が流れる管路５ａが形成されている。

円管７は例えば銅などの高電気伝導材を用いて構成され、外周被覆３が除去されて超電導撚り線２が剥き出しにされている超電導ＣＩＣ導体１の端部を挿入する挿入口７ａ（第１の挿入）と、外周被覆６が除去されて超電導撚り線５が剥き出しにされている超電導ＣＩＣ導体４の端部を挿入する挿入口７ｂ（第２の挿入口）とを有している。

次に動作について説明する。
超電導ＣＩＣ導体１と超電導ＣＩＣ導体４を電気的に接続する場合、外周被覆３が除去されて超電導撚り線２が剥き出しにされている超電導ＣＩＣ導体１の端部を円管７の挿入口７ａに挿入して、超電導ＣＩＣ導体１の超電導撚り線２を円管７の内側と電気的に接続する。
また、外周被覆６が除去されて超電導撚り線５が剥き出しにされている超電導ＣＩＣ導体４の端部を円管７の挿入口７ｂに挿入して、超電導ＣＩＣ導体４の超電導撚り線５を円管７の内側と電気的に接続する。

これにより、例えば、超電導ＣＩＣ導体１に流れる電流は、円管７を通じて超電導ＣＩＣ導体４に流れ、超電導ＣＩＣ導体４に流れる電流は、円管７を通じて超電導ＣＩＣ導体１に流れるようになる。
この際、円管７に変動外部磁場が作用すると、円管７に渦電流が発生するが、超電導ＣＩＣ導体１，４を平行に並べることなく、電気的に接続できるため、その接続箇所の小型化を図ることができる。

なお、円管７が超電導ＣＩＣ導体１，４を挿入している領域の長さは、超電導ＣＩＣ導体１，４の超電導撚り線２，５と十分に接触して直流抵抗が小さくなるように決定する。
また、円管７の管厚は、コンパクトさを損なうことなく、直流抵抗が小さくなるように決定する。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、外周被覆３が除去されて超電導撚り線２が剥き出しにされている超電導ＣＩＣ導体１の端部を挿入する挿入口７ａと、外周被覆６が除去されて超電導撚り線５が剥き出しにされている超電導ＣＩＣ導体４の端部を挿入する挿入口７ｂとを有する電気伝導材の円管７を用いて構成したので、超電導ＣＩＣ導体１と超電導ＣＩＣ導体４の電気的な接続箇所の小型化を図ることができる効果を奏する。

なお、この実施の形態１では、外周被覆３が除去されて超電導撚り線２が剥き出しにされている超電導ＣＩＣ導体１の端部を円管７の挿入口７ａに挿入し、外周被覆６が除去されて超電導撚り線５が剥き出しにされている超電導ＣＩＣ導体４の端部を円管７の挿入口７ｂに挿入するものについて示したが、外周被覆３が除去されて超電導撚り線２が剥き出しにされている超電導ＣＩＣ導体１の端部に銅管を被せて、その端部を円管７の挿入口７ａに挿入し、外周被覆６が除去されて超電導撚り線５が剥き出しにされている超電導ＣＩＣ導体４の端部に銅管を被せて、その端部を円管７の挿入口７ｂに挿入するようにしてもよい。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、同心状の超電導ＣＩＣ導体１，４を電気的に接続するものについて示したが、超電導ＣＩＣ導体１，４が偏心している場合、図２に示すように、クランク状に形成されている円管７を用いて、超電導ＣＩＣ導体１と超電導ＣＩＣ導体４を電気的に接続するようにしてもよい。

また、平行に並んでいる超電導ＣＩＣ導体１，４を電気的に接続する場合には、図３に示すように、Ｕ字状に形成されている円管７を用いて、超電導ＣＩＣ導体１と超電導ＣＩＣ導体４を電気的に接続するようにしてもよい。
また、図４に示すように、超電導ＣＩＣ導体１と超電導ＣＩＣ導体４を折り曲げ、図１の円管７と同じ円管７を用いて接続するようにしてもよい。

実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３による超電導導体の接続装置を示す斜視図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
冷却管８は超電導ＣＩＣ導体１，４の管路２ａ，５ａに冷媒を流出入させるために、円管７の周囲に取り付けられている。

超電導ＣＩＣ導体１，４の内部には冷媒を流す管路２ａ，５ａが形成されており、例えば、液体ヘリウムなどの冷媒が流されることによって、超電導ＣＩＣ導体１，４の超電導状態が保持される。
例えば、図１などでは超電導ＣＩＣ導体１，４の管路２ａ，５ａに冷媒を流出入させる機構が図示されていないが、円管７とは別途に冷媒供給排出機構を設ける必要がある。

しかし、この実施の形態３では、超電導ＣＩＣ導体１，４の管路２ａ，５ａに冷媒を流出入させる冷却管８を円管７の周囲に取り付けているので、円管７と別個に冷媒供給排出機構を設ける必要がなくなり、装置全体の小型化を図ることができる効果が得られる。

実施の形態４．
図６（ａ）はこの発明の実施の形態４による超電導導体の接続装置を示す斜視図であり、図６（ｂ）はこの発明の実施の形態４による超電導導体の接続装置を示す断面図である。図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
超電導線９は外部変動磁場の方向や変化率に応じて、円管７の外周に所定の間隔で配線されている。なお、超電導線９は円管７の外周に半田付けなどによって固定される。

この実施の形態４の場合も、上記実施の形態１と同様に、超電導ＣＩＣ導体１の端部が円管７の挿入口７ａに挿入され、かつ、超電導ＣＩＣ導体４の端部が円管７の挿入口７ｂに挿入されているので、超電導ＣＩＣ導体１と超電導ＣＩＣ導体４の電気的な接続箇所の小型化を図ることができるが、この実施の形態４では、更に、直流抵抗の低減、並びにジュール熱の発生を抑制する工夫が施されている。

即ち、この実施の形態４では、超電導ＣＩＣ導体１と超電導ＣＩＣ導体４の電気的な接続箇所における抵抗を減らすため、円管７の外周に超電導線９を複数本配線するようにしている。
超電導線９は抵抗がないので、渦電流が円管７より流れ易くなるが、抵抗がないため、ジュール熱の発生量はない。なお、渦電流の大部分は超電導線９を流れ、円管７を流れる渦電流は減少する。

ここで、各超電導線９の間隔や配置は外部変動磁場の方向や変化率を考慮して決定するが、例えば、間隔が広すぎても狭すぎても、ジュール熱の発生量が最小化されないので、試作試験やシミュレーション等を実施することにより、そのジュール熱の発生量が最小化する間隔や位置を精査して決定する。

以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、複数本の超電導線９が円管７の外周に配線されているので、変化率が大きな磁場が作用しても、ほとんどの渦電流は抵抗のない超電導線９を流れるため、ジュール熱の発生を抑制することができる効果を奏する。

実施の形態５．
上記実施の形態４では、複数本の超電導線９を円管７の外周に配線するものについて示したが、図７に示すように、複数本の超電導線９を円管７の内周に配線するようにしてもよい。
この場合、上記実施の形態４と同様の効果を奏するが、超電導線９を円管７の内周に配線する方が、円管７の外周に配線するより、円管７を流れる電流が少なくなり、電気的な接続箇所の直流抵抗を低減することができる。

実施の形態６．
上記実施の形態４では、複数本の超電導線９を円管７の外周に直線状に配線するものについて示したが、図８に示すように、複数本の超電導線９を円管７の外周又は内周に螺旋状に配線するようにしてもよい。
例えば、外部変動磁場の方向が紙面垂直下向きであれば、図９に示すように、超電導線９の鎖交面積が小さくなり、発生する渦電流が減少する。
したがって、上記実施の形態４よりも、更に、ジュール熱の発生を抑制することができる効果を奏する。

実施の形態７．
図１０はこの発明の実施の形態７による超電導導体の接続装置を示す斜視図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
板１０は例えば銅などの高電気伝導材を用いて構成され、外周被覆３が除去されて超電導撚り線２が剥き出しにされている超電導ＣＩＣ導体１の端部と接続するとともに、外周被覆６が除去されて超電導撚り線５が剥き出しにされている超電導ＣＩＣ導体４の端部と接続している。なお、超電導ＣＩＣ導体１，４の超電導撚り線２，５と板１０は半田付けなどにより固定される。

上記実施の形態１では、超電導ＣＩＣ導体１と超電導ＣＩＣ導体４の電気的な接続箇所の小型化を図るために、円管７を用いて超電導ＣＩＣ導体１と超電導ＣＩＣ導体４を電気的に接続しているが、この実施の形態７では、板１０を用いて超電導ＣＩＣ導体１と超電導ＣＩＣ導体４を電気的に接続しているので、上記実施の形態１よりも変動磁場の鎖交面積が減少する。
したがって、この実施の形態４によれば、変化率が大きな磁場が作用しても、渦電流の発生量が減少して、ジュール熱の発生を抑制することができる効果を奏する。
なお、上記実施の形態１と同様に、超電導ＣＩＣ導体１と超電導ＣＩＣ導体４の電気的な接続箇所の小型化を図ることができる。

この実施の形態７では、外周被覆３が除去されて超電導撚り線２が剥き出しにされている超電導ＣＩＣ導体１の端部を板１０に接続し、外周被覆６が除去されて超電導撚り線５が剥き出しにされている超電導ＣＩＣ導体４の端部を板１０に接続するものについて示したが、外周被覆３が除去されて超電導撚り線２が剥き出しにされている超電導ＣＩＣ導体１の端部に銅管を被せて、その銅管を板１０に接続し、外周被覆６が除去されて超電導撚り線５が剥き出しにされている超電導ＣＩＣ導体４の端部に銅管を被せて、その銅管を板１０に接続するようにしてもよい。

実施の形態８．
上記実施の形態７では、同心状の超電導ＣＩＣ導体１，４を電気的に接続するものについて示したが、超電導ＣＩＣ導体１，４が偏心している場合、図１１に示すように、捩れている板１０を用いて、超電導ＣＩＣ導体１と超電導ＣＩＣ導体４を電気的に接続するようにしてもよい。

この発明の実施の形態１による超電導導体の接続装置を示す斜視図である。この発明の実施の形態２による超電導導体の接続装置を示す斜視図である。この発明の実施の形態２による超電導導体の接続装置を示す斜視図である。この発明の実施の形態２による超電導導体の接続装置を示す斜視図である。この発明の実施の形態３による超電導導体の接続装置を示す斜視図である。（ａ）はこの発明の実施の形態４による超電導導体の接続装置を示す斜視図であり、（ｂ）はこの発明の実施の形態４による超電導導体の接続装置を示す断面図である。（ａ）はこの発明の実施の形態５による超電導導体の接続装置を示す斜視図であり、（ｂ）はこの発明の実施の形態５による超電導導体の接続装置を示す断面図である。（ａ）はこの発明の実施の形態６による超電導導体の接続装置を示す斜視図であり、（ｂ）はこの発明の実施の形態６による超電導導体の接続装置を示す断面図である。変動磁場により誘起される渦電流の流れを示す説明図である。この発明の実施の形態７による超電導導体の接続装置を示す斜視図である。この発明の実施の形態８による超電導導体の接続装置を示す斜視図である。

符号の説明

１超電導ＣＩＣ導体（第１の電導導体）、２超電導撚り線、２ａ管路、３外周被覆、４超電導ＣＩＣ導体（第２の電導導体）、５超電導撚り線、５ａ管路、６外周被覆、７円管、７ａ挿入口（第１の挿入）、７ｂ挿入口（第２の挿入）、８冷却管、９超電導線、１０板。

Claims

撚り線の外周が被覆されている第１の電導導体と、撚り線の外周が被覆されている第２の電導導体とを電気的に接続する超電導導体の接続装置において、外周被覆が除去されて撚り線が剥き出しにされている上記第１の電導導体の端部を挿入する第１の挿入口と、外周被覆が除去されて撚り線が剥き出しにされている上記第２の電導導体の端部を挿入する第２の挿入口とを有する電気伝導材の円管を用いて構成されていることを特徴とする超電導導体の接続装置。
第１及び第２の電導導体の管路に冷媒を流出入させる冷却管が円管の周囲に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の超電導導体の接続装置。
複数本の超電導線が円管の外周に配線されていることを特徴とする請求項１記載の超電導導体の接続装置。
複数本の超電導線が円管の内周に配線されていることを特徴とする請求項１記載の超電導導体の接続装置。
複数本の超電導線が螺旋状に配線されていることを特徴とする請求項３または請求項４記載の超電導導体の接続装置。
撚り線の外周が被覆されている第１の電導導体と、撚り線の外周が被覆されている第２の電導導体とを電気的に接続する超電導導体の接続装置において、外周被覆が除去されて撚り線が剥き出しにされている上記第１の電導導体の端部と接続するとともに、外周被覆が除去されて撚り線が剥き出しにされている上記第２の電導導体の端部と接続する電気伝導材の板を用いて構成されていることを特徴とする超電導導体の接続装置。