JP2012028041A - Superconducting current lead - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超電導線材を用いた超電導電流リードに関する。 The present invention relates to a superconducting current lead using a superconducting wire.
超電導マグネット装置等の超電導機器には、超電導コイル等の超電導体に電力を供給するための電流リードが用いられている。例えば超電導マグネット装置では、電流リードを介して、室温側(高温側)に設置された電力供給源と、低温側に設置された超電導コイルとが電気的に接続される。 In a superconducting device such as a superconducting magnet device, a current lead for supplying power to a superconductor such as a superconducting coil is used. For example, in a superconducting magnet device, a power supply source installed on the room temperature side (high temperature side) and a superconducting coil installed on the low temperature side are electrically connected via a current lead.
超電導コイルには、通常、電流リードを介して大電流が流される。また、超電導コイルの超電導状態を保持するために、超電導コイルの温度を臨界温度以下の極低温に保持する必要がある。従って、電流リードとして、電流が流れる際にジュール熱を発生させないように、電気抵抗が略0に近い超電導体、中でも臨界温度の高いY系、Bi系等の酸化物超電導材料を用いるのが一般的である。以下、超電導体を用いた電流リードを超電導電流リードという。 A large current is normally passed through the superconducting coil via a current lead. Further, in order to maintain the superconducting state of the superconducting coil, it is necessary to maintain the temperature of the superconducting coil at an extremely low temperature that is not higher than the critical temperature. Therefore, as a current lead, it is common to use a superconductor having an electric resistance close to 0, especially an oxide superconducting material such as a Y-based or Bi-based material having a high critical temperature, so that Joule heat is not generated when a current flows. Is. Hereinafter, a current lead using a superconductor is referred to as a superconducting current lead.
また、電力供給源が設置される室温側(高温側)の部分と、超電導コイルが設置される低温側の部分との間には、大きな温度差が存在する。この温度差のため、超電導コイルには、電流リードを介して室温側(高温側)から熱が侵入する。 There is also a large temperature difference between the room temperature side (high temperature side) part where the power supply source is installed and the low temperature side part where the superconducting coil is installed. Due to this temperature difference, heat enters the superconducting coil from the room temperature side (high temperature side) through the current leads.
酸化物超電導材料を用いた超電導電流リードとして、従来は、酸化物超電導材料をバルク状に加工したものである、バルク状超電導体が用いられている。しかし、バルク状超電導体は、それを製造するのに比較的長い時間を要し、比較的高度な技術を要し、比較的大型の製造設備が必要であることから、製造コストが高いという欠点がある。 Conventionally, as a superconducting current lead using an oxide superconducting material, a bulk superconductor obtained by processing an oxide superconducting material into a bulk shape has been used. However, bulk superconductors require a relatively long time to manufacture them, require relatively advanced technology, and require relatively large manufacturing equipment, so that the manufacturing cost is high. There is.
そこで、最近は、製造コストを低減するため、バルク状超電導体に代え、超電導材料を、展性に富み、芯線の超電導状態を安定化させる機能も有する金属材料と複合化し、線材状に加工したものである超電導線材、特に超電導テープ線材が用いられるようになってきている。超電導線材又は超電導テープ線材は、比較的容易に製造することができるため、バルク状超電導体と比較して製造コストも比較的低いという利点を有する。 Therefore, recently, in order to reduce manufacturing costs, instead of bulk superconductors, superconducting materials were compounded with metal materials that are highly malleable and also have the function of stabilizing the superconducting state of the core wire, and processed into wire rods. Superconducting wires, particularly superconducting tape wires, are becoming increasingly used. Since the superconducting wire or the superconducting tape wire can be manufactured relatively easily, it has an advantage that the manufacturing cost is relatively low as compared with the bulk superconductor.
しかし、超電導線材又は超電導テープ線材は、超電導材料よりなる芯線と、金属材料よりなる基材とにより構成されている。そのため、超電導線材又は超電導テープ線材を超電導状態においてバルク状超電導体と等しい電流を流すことができるように設計すると、金属材料よりなる基材を介して室温側(高温側)から低温側に侵入する熱量が大きくなってしまう。 However, the superconducting wire or the superconducting tape wire is composed of a core wire made of a superconducting material and a base material made of a metal material. Therefore, if the superconducting wire or the superconducting tape wire is designed so that a current equal to that of the bulk superconductor can flow in the superconducting state, it penetrates from the room temperature side (high temperature side) to the low temperature side through the base material made of a metal material. The amount of heat will increase.
そこで、超電導線材又は超電導テープ線材を用いる超電導電流リードにおいて、円筒状の支持部材に線材又はテープ線材を巻き回し、熱の伝導経路を長くすることによって、低温側に侵入する侵入熱量を減らす超電導電流リードがある(例えば、特許文献1、2参照)。
Therefore, in a superconducting current lead using a superconducting wire or a superconducting tape wire, a superconducting current that reduces the intrusion heat entering the low temperature side by winding the wire or tape wire around a cylindrical support member and lengthening the heat conduction path. There is a lead (see, for example,
ところが、上記したような、線材又はテープ線材を巻き回し、熱の伝導経路を長くすることによって、低温側に侵入する熱量を減らす超電導電流リードにおいては、次のような問題がある。 However, a superconducting current lead that reduces the amount of heat entering the low temperature side by winding a wire or a tape wire and lengthening the heat conduction path as described above has the following problems.
線材を巻き回す場合、線材に大きな曲げ歪が加えられることによって、臨界電流の値が低下する。また、特にテープ線材では、テープ線材を巻き回すことによって、テープ線材の断面矩形形状のうち長辺を含む幅広面(以下「テープ面」という。)に垂直に磁界が加わることによって、臨界電流の値が低下する。 When winding a wire, a large bending strain is applied to the wire, thereby lowering the value of the critical current. In particular, in the case of a tape wire, by winding the tape wire, a magnetic field is applied perpendicularly to a wide surface (hereinafter referred to as “tape surface”) including a long side of the rectangular shape of the cross section of the tape wire. The value drops.
長尺の線材を巻き回さず、線材が略真っ直ぐに延在するようにすれば、上記の問題は回避できる。しかし、超電導電流リードの長さが非常に大きくなり、超電導マグネット装置等の各種の超電導機器に備え付けることは困難であり、非現実的である。 The above problem can be avoided if the wire is extended substantially straight without winding a long wire. However, the length of the superconducting current lead becomes very large, and it is difficult to install in various superconducting devices such as a superconducting magnet device, which is unrealistic.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、高温側と低温側とを電気的に接続する超電導電流リードにおいて、製造コストの低い超電導線材又は超電導テープ線材を用いるとともに、低温側に侵入する侵入熱量を低減することができる超電導電流リードを提供する。 The present invention has been made in view of the above points, and in a superconducting current lead that electrically connects a high temperature side and a low temperature side, a superconducting wire or a superconducting tape wire having a low manufacturing cost is used and enters the low temperature side. Provided is a superconducting current lead that can reduce the amount of intrusion heat.
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる手段を講じたことを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, the present invention is characterized by the following measures.
本発明は、一端に設けられた高温側電極端子と、他端に設けられた低温側電極端子と、前記高温側電極端子と前記低温側電極端子との間に設けられており、互いに並列に接続された複数本の第1の超電導線材よりなる第1のリード部と、前記第1のリード部と前記低温側電極端子との間に、前記第1のリード部と直列に接続されるように設けられており、前記第1の超電導線材の本数よりも少ない本数の第2の超電導線材よりなる第2のリード部とを有する、超電導電流リードである。 The present invention is provided between the high temperature side electrode terminal provided at one end, the low temperature side electrode terminal provided at the other end, the high temperature side electrode terminal and the low temperature side electrode terminal, and in parallel with each other. The first lead portion made of a plurality of connected first superconducting wires, and the first lead portion and the low temperature side electrode terminal are connected in series with the first lead portion. And a second lead portion made of a second superconducting wire whose number is smaller than the number of the first superconducting wires.
また、本発明は、上述の超電導電流リードにおいて、前記第1のリード部の前記低温側電極端子側と、前記第2のリード部の前記高温側電極端子側とを接続する中間接続端子を有する。 The present invention further includes an intermediate connection terminal for connecting the low temperature side electrode terminal side of the first lead portion and the high temperature side electrode terminal side of the second lead portion in the above-described superconducting current lead. .
また、本発明は、上述の超電導電流リードにおいて、前記中間接続端子は、前記高温側電極端子側から前記低温側電極端子側に向かって延在するように形成された複数の溝部を有し、前記第1の超電導線材及び前記第2の超電導線材の各々は、はんだ接合により前記溝部に埋め込まれている。 Further, the present invention is the above superconducting current lead, wherein the intermediate connection terminal has a plurality of grooves formed so as to extend from the high temperature side electrode terminal side toward the low temperature side electrode terminal side, Each of the first superconducting wire and the second superconducting wire is embedded in the groove by solder bonding.
また、本発明は、上述の超電導電流リードにおいて、前記第2の超電導線材は、前記第1の超電導線材と連続した超電導線材により構成されている。 According to the present invention, in the above-described superconducting current lead, the second superconducting wire is composed of a superconducting wire continuous with the first superconducting wire.
また、本発明は、上述の超電導電流リードにおいて、前記第1のリード部の前記高温側電極端子側は、前記高温側電極端子に接続されており、前記高温側電極端子は、前記第2の超電導線材と連続した超電導線材により構成された第1の超電導線材と、前記高温側電極端子との間の接続抵抗が、前記第2の超電導線材と連続した超電導線材以外の超電導線材により構成された第1の超電導線材と、前記高温側電極端子との間の接続抵抗より大きくなるように調整するための、抵抗調整部を有する。 Further, according to the present invention, in the above-described superconducting current lead, the high temperature side electrode terminal side of the first lead portion is connected to the high temperature side electrode terminal, and the high temperature side electrode terminal is connected to the second high temperature side electrode terminal. The connection resistance between the first superconducting wire composed of a superconducting wire that is continuous with the superconducting wire and the high temperature side electrode terminal is composed of a superconducting wire other than the superconducting wire that is continuous with the second superconducting wire. It has a resistance adjustment part for adjusting so that it may become larger than the connection resistance between a 1st superconducting wire and the said high temperature side electrode terminal.
また、本発明は、上述の超電導電流リードにおいて、前記高温側電極端子と、前記低温側電極端子とを一体に支持する支持部材を有する。 The present invention further includes a support member that integrally supports the high temperature side electrode terminal and the low temperature side electrode terminal in the superconducting current lead described above.
また、本発明は、上述の超電導電流リードにおいて、前記支持部材と前記第1の超電導線材との熱膨張係数の差、及び、前記支持部材と前記第2の超電導線材との熱膨張係数の差が、±0.14%以内である。 Further, according to the present invention, in the above-described superconducting current lead, a difference in thermal expansion coefficient between the support member and the first superconducting wire, and a difference in thermal expansion coefficient between the support member and the second superconducting wire. Is within ± 0.14%.
また、本発明は、上述の超電導電流リードにおいて、前記超電導線材は、超電導テープ線材であり、前記第1の超電導線材は、第1の超電導テープ線材であり、前記第2の超電導線材は、第2の超電導テープ線材であり、前記超電導電流リードは、前記高温側電極端子が超電導マグネット装置内の高温部に接続されると共に、前記低温側電極端子が前記超電導マグネット装置内の低温部に接続されるものであり、前記第1の超電導テープ線材及び前記第2の超電導テープ線材は、前記第1の超電導テープ線材のテープ面及び前記第2の超電導テープ線材のテープ面が、前記超電導マグネット装置が発生する磁界に略平行になるように配置されるものである。 Further, the present invention is the above-described superconducting current lead, wherein the superconducting wire is a superconducting tape wire, the first superconducting wire is a first superconducting tape wire, and the second superconducting wire is a first superconducting wire. The superconducting current lead is connected to a high temperature portion in the superconducting magnet device and the low temperature side electrode terminal is connected to a low temperature portion in the superconducting magnet device. The first superconducting tape wire and the second superconducting tape wire are such that the tape surface of the first superconducting tape wire and the tape surface of the second superconducting tape wire are the superconducting magnet device. It is arranged so as to be substantially parallel to the generated magnetic field.
本発明によれば、高温側と低温側とを電気的に接続する超電導電流リードにおいて、製造コストの低い超電導線材又は超電導テープ線材を用いるとともに、低温側に侵入する侵入熱量を低減することができる。 According to the present invention, in a superconducting current lead that electrically connects a high temperature side and a low temperature side, a superconducting wire or a superconducting tape wire with a low manufacturing cost can be used, and the amount of heat entering the low temperature side can be reduced. .
次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
(第1の実施の形態)
初めに、図1から図3を参照し、第1の実施の形態に係る超電導電流リードについて説明する。
Next, a mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
First, the superconducting current lead according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
図1は、本実施の形態に係る超電導電流リード10の正面図である。図2は、中間接続端子15の付近を拡大して示す斜視図である。図3は、図1のA−A線に沿う中間接続端子15及び超電導線材の断面図である。なお、図3においては、支持部材の図示を省略している。
FIG. 1 is a front view of a superconducting
図1に示すように、本実施の形態に係る超電導電流リード10は、高温側電極端子11、低温側電極端子12、第1のリード部13、第2のリード部14、中間接続端子15、及び支持部材16を有する。
As shown in FIG. 1, a superconducting
高温側電極端子11は、超電導電流リード10の一端に設けられた電極端子であり、低温側電極端子12は、超電導電流リード10の他端に設けられた電極端子である。高温側電極端子11及び低温側電極端子12は、電気の良導体である銅等の金属により構成されている。
The high temperature
第1のリード部13は、高温側電極端子11と低温側電極端子12との間に設けられており、互いに並列に接続された複数本である第1の本数の第1の超電導線材W1よりなる。図1に示す例では、第1の本数が2本である。
The
第2のリード部14は、高温側電極端子11と低温側電極端子12との間に、第1のリード部13の低温側電極端子12側に第1のリード部13と直列に接続されるように設けられており、第1の本数よりも少ない第2の本数の第2の超電導線材W2よりなる。図1に示す例では、第2の本数が1本である。
The
すなわち、本実施の形態に係る超電導電流リード10は、高温側電極端子11と低温側電極端子12との間に中間接続端子15を設け、中間接続端子15と低温側電極端子12との間の超電導線材の本数を、高温側電極端子11と中間接続端子15との間の超電導線材の本数よりも減らすものである。
That is, the superconducting
また、本実施の形態では、第1の超電導線材W1、第2の超電導線材W2は、ともに、超電導テープ線材よりなる。 Moreover, in this Embodiment, both the 1st superconducting wire W1 and the 2nd superconducting wire W2 consist of a superconducting tape wire.
第2の超電導線材W2は、第1の超電導線材W1と連続した超電導線材により構成されている。これにより、第1のリード部13と第2のリード部14との間の接続抵抗が小さくなるため、少ない本数の超電導線材により、大きな電流を流すことができる超電導電流リードを実現することができる。
The second superconducting wire W2 is composed of a superconducting wire continuous with the first superconducting wire W1. Thereby, since the connection resistance between the 1st
なお、第2の超電導線材W2と連続した超電導線材により構成される第1の超電導線材W1を超電導線材W11とする。また、第2の超電導線材W2と連続していない超電導線材により構成される第1の超電導線材W1を超電導線材W12とする。 In addition, let the 1st superconducting wire W1 comprised by the superconducting wire continuous with the 2nd superconducting wire W2 be the superconducting wire W11. Moreover, let the 1st superconducting wire W1 comprised by the superconducting wire which is not continuous with the 2nd superconducting wire W2 be the superconducting wire W12.
第1の超電導線材W1及び第2の超電導線材W2を構成する超電導線材として、例えば、銀等の金属を母材としてBi−2212等の多芯線が被覆されてなる高温超電導線材、あるいは、ハステロイ等の金属テープ基材上にYBCO等の薄膜を堆積してなる高温超電導線材、等の各種の超電導線材を用いることができる。 As the superconducting wire constituting the first superconducting wire W1 and the second superconducting wire W2, for example, a high-temperature superconducting wire in which a multi-core wire such as Bi-2212 is coated with a metal such as silver as a base material, or Hastelloy, etc. Various superconducting wires such as a high-temperature superconducting wire obtained by depositing a thin film such as YBCO on the metal tape substrate can be used.
中間接続端子15は、第1のリード部13と第2のリード部14との間に設けられている。中間接続端子15は、第1のリード部13の低温側電極端子12側が接続されるとともに、第2のリード部14の高温側電極端子11側が接続されるものである。
The
中間接続端子15は、電気の良導体である銅等の金属により構成されている。また、図2及び図3に示すように、中間接続端子15は、高温側電極端子11側から低温側電極端子12側に向かって延在する複数の溝部17を有する。そして、第1の超電導線材W1及び第2の超電導線材W2は、はんだ接合により溝部17に埋め込まれている。
The
具体的には、溝部17にはんだめっきを施すことによって、溝部17の底面及び側面をはんだにより薄く被覆する。そして、はんだめっきにより薄くはんだにより被覆された溝部17に、超電導線材を装填し、超電導線材が装填された状態の溝部17に溶融されたはんだ18を充填し、はんだ18を固化することによって、超電導線材をはんだ接合する。このような方法により、超電導線材を溝部17に埋め込むことができる。
Specifically, the bottom surface and side surface of the
このように、第1の超電導線材W1及び第2の超電導線材W2をはんだ接合により例えば銅等の金属により構成されている中間接続端子15の溝部17に埋め込むことにより、第1の超電導線材W1及び第2の超電導線材W2の各線材を、確実に中間接続端子15に固定することができる。また、第1の超電導線材W1及び第2の超電導線材W2の各線材を、確実に中間接続端子15に電気的に接続することができる。これにより、はんだ及び中間接続端子15の銅よりなる部分を介して第1の超電導線材W1と第2の超電導線材W2との間に流れる電流経路に沿った電気抵抗を低減することができ、第1の超電導線材W1と第2の超電導線材W2との間の接続抵抗を小さくすることができる。
Thus, by embedding the first superconducting wire W1 and the second superconducting wire W2 in the
ここで、図4を参照し、接続抵抗の値の好ましい範囲について説明する。図4は、本実施の形態に係る超電導電流リード10の第1のリード部13及び中間接続端子15の電気的な接続の状態を示す等価回路図である。
Here, with reference to FIG. 4, the preferable range of the value of connection resistance is demonstrated. FIG. 4 is an equivalent circuit diagram showing a state of electrical connection between the
第2の超電導線材W2と連続した超電導線材により構成される第1の超電導線材W1(超電導線材W11)に流れる電流をI1とし、第2の超電導線材W2と連続していない超電導線材により構成される第1の超電導線材W1(超電導線材W12)に流れる電流をI2とする。そして、超電導線材W11の第1のリード部13における抵抗をR1とし、超電導線材W12の第1のリード部13における抵抗、中間接続端子15における接続抵抗を、それぞれR2、Rxとする。
The current flowing through the first superconducting wire W1 constituted (superconducting wire W11) by the superconducting wire continuous with the second superconducting wire W2 to I 1, is constituted by a superconducting wire which is not continuous with the second superconducting wire W2 the first superconducting wire W1 a current flowing through the (superconducting wire W12) and I 2 that. Then, the resistance in the
ここで、超電導線材の抵抗は無視できる程度に小さいので、R1は高温側電極端子11と超電導線材W11との間の接続抵抗、R2は高温側電極端子11と超電導線材W12との間の接続抵抗、Rxは超電導線材W12から中間接続端子15を経由して超電導線材W11までの接続抵抗となる。また、本願において、接続抵抗とは、超電導線材と金属との接続に用いられるはんだなどの接合金属の電気抵抗(はんだなどの接合金属の厚さ、金属と超電導線材との接触面積などに依存)と、超電導線材を金属に接続することにより生じる金属内部の電流分布の偏りによる電気抵抗(金属の形状に依存)との和を示すものである。
すると、電流I1が超電導線材W11を流れる場合も、電流I2が超電導線材W12を流れる場合も、第1のリード部13にかかる電圧が等しいことから、式(1)
Here, since the resistance of the superconducting wire is negligibly small, R 1 is the connection resistance between the high temperature
Then, even when the current I 1 flows through the superconducting wire W11, even if the current I 2 flows through the superconducting wire W12, since the voltage applied to the
ここで、電流I1と電流I2とが略等しくなるためには、式(3) Here, in order for the current I 1 and the current I 2 to be substantially equal, the expression (3)
図2に示すように、中間接続端子15の長さ、すなわち溝部17の長さをL1とする。また、図3に示すように、溝部17同士の間の距離をD1とし、溝部17の下方における中間接続端子15の厚さをT1とし、溝部17の深さをT2とする。また、超電導テープ線材のテープ面に平行な方向のはんだ18の厚さをD2とし、テープ面に垂直な方向のはんだ18の厚さをT3とする。超電導テープ線材の幅をWDとする。一例として、
銅の電気抵抗率ρCu:2.6×10−10Ωm
はんだ18の電気抵抗率ρS:1.0×10−9Ωm
テープ面に平行な方向のはんだ18の厚さD2:0.05mm
テープ面に垂直な方向のはんだ18の厚さT3:0.1mm
テープ線材の幅WD:4.3mm
溝部17の深さT2:0.5mm
とした場合を考える。そして、
溝部17の長さL1:10mm
溝部17同士の間の距離D1:2mm
溝部17の下方における中間接続端子15の厚さT1:8mm
とする。このような条件の下で接続抵抗Rxを数値計算すると、0.03μΩ程度となる。
As shown in FIG. 2, the length of the
Electrical resistivity ρ Cu of copper : 2.6 × 10 −10 Ωm
Electrical resistivity ρ S of solder 18: 1.0 × 10 −9 Ωm
Thickness T3 of
Tape wire width WD: 4.3 mm
Consider the case. And
Distance D1 between the groove portions 17: 2 mm
The thickness T1 of the
And When the connection resistance R x is numerically calculated under such conditions, it is about 0.03 μΩ.
また、はんだ接合を確実にするため、超電導テープ線材の厚さをWTとすると、溝部17の深さT2は、厚さWTと、はんだ18の厚さT3との合計WT+T3よりも大きくすることが好ましい。
Also, in order to ensure solder bonding, assuming that the thickness of the superconducting tape wire is WT, the depth T2 of the
支持部材16は、高温側電極端子11と、低温側電極端子12と、中間接続端子15とを一体に支持する。すなわち、一体に設けられた支持部材16に、高温側電極端子11、低温側電極端子12、及び中間接続端子15のそれぞれを例えばネジ止めすることによって、固定する。高温側電極端子11と、低温側電極端子12と、中間接続端子15とが支持部材16に支持されることによって、超電導線材に応力が加えられ歪むことによる臨界電流値の低下を防止できる。
The
支持部材16を介して低温側電極端子12へ熱が侵入することを防止するため、支持部材16は、熱伝導率が小さい材料よりなることが好ましい。このような熱伝導率が低い材料として、例えばFRP(Fiber Reinforced Plastics)、AlN、ポリイミド等を用いることができる。
In order to prevent heat from entering the low temperature
また、支持部材16を介して高温側電極端子11から低温側電極端子12へ電流が流れることを防止するため、支持部材16は、電気的に絶縁された状態で高温側電極端子11及び低温側電極端子12を支持することが好ましい。支持部材16として、熱伝導率が小さいものの、電気的な絶縁性が高くない材料を用いるときは、高温側電極端子11、低温側電極端子12、及び中間接続端子15の各端子を、例えば電気的な絶縁性を有するナイロンボルト等を用いて支持部材16に固定することができる。
Further, in order to prevent a current from flowing from the high temperature
また、支持部材16と超電導線材との熱膨張係数の差が±0.14%以内であることが好ましい。支持部材16と超電導線材との熱膨張係数の差が±0.14%を超える場合、超電導電流リード10を動作温度まで冷却させたときの支持部材16の収縮量と超電導線材の収縮量の差が大きく、超電導線材の高温側から低温側に向かう方向に大きな歪が加わることによって、臨界電流値が低下するおそれがあるからである。従って、支持部材16と超電導線材との熱膨張係数の差が±0.14%以内であることによって、歪が加えられることによる超電導電流リード10の臨界電流値の低減を防止できる。
Moreover, it is preferable that the difference in thermal expansion coefficient between the
次に、図5を参照し、本実施の形態に係る超電導電流リード10が、比較例に係る超電導電流リード110に比べ、輸送電流を減少させることなく、低温側電極端子12へ侵入する侵入熱量を低減できることについて説明する。図5は、比較例に係る超電導電流リード110の正面図である。
Next, referring to FIG. 5, the superconducting
図5に示すように、比較例に係る超電導電流リード110は、高温側電極端子11、低温側電極端子12、及び支持部材16を有する。高温側電極端子11、低温側電極端子12、及び支持部材16は、第1の実施の形態に係る超電導電流リード10と同様である。一方、比較例に係る超電導電流リード110は、中間接続端子を有しておらず、高温側電極端子11と低温側電極端子12との間には、単一のリード部が設けられ、リード部は、複数本である第1の本数の第1の超電導線材W1よりなる。第1の本数は、本実施の形態に係る超電導電流リード10と同様に、2本である。
As shown in FIG. 5, the superconducting
超電導線材の臨界電流値は、温度の増大に伴って著しく低下する。従って、高温側電極端子11と低温側電極端子12とを接続する超電導線材は、最も臨界電流値が低下する高温側電極端子11と接続される部分における臨界電流値によって、輸送できる最大の電流が制限される。
The critical current value of the superconducting wire decreases significantly with increasing temperature. Therefore, the superconducting wire connecting the high temperature
図1及び図5に示すように、本実施の形態に係る超電導電流リード10も、比較例に係る超電導電流リード110も、高温側電極端子11と接続される超電導線材の本数は等しい。従って、輸送できる最大の電流も等しい。
As shown in FIGS. 1 and 5, the number of superconducting wires connected to the high temperature
一方、低温側電極端子12へ侵入する侵入熱量は、超電導線材の断面積の合計、すなわち、超電導線材の本数に比例する。図1に示すように、本実施の形態に係る超電導電流リード10は、中間接続端子15と低温側電極端子12との間の超電導線材の本数(1本)が、高温側電極端子11と中間接続端子15との間の超電導線材の本数(2本)よりも少ない。そのため、図1及び図5に示すように、本実施の形態に係る超電導電流リード10における低温側電極端子12に接続される超電導線材の本数(1本)は、比較例に係る超電導電流リード110における低温側電極端子12に接続される超電導線材の本数(2本)よりも少ない。従って、本実施の形態に係る超電導電流リード10における低温側電極端子12に侵入する侵入熱量は、比較例に係る超電導電流リード110における低温側電極端子12に侵入する侵入熱量よりも少ない。
On the other hand, the amount of heat entering the low temperature
次に、図6を参照し、本実施の形態に係る超電導電流リード10が、比較例に係る超電導電流リード110に比べ、低温側電極端子12へ侵入する侵入熱量を低減できる量の具体例について説明する。図6は、高温側電極端子11と低温側電極端子12との間における超電導電流リードの温度分布を計算した結果の一例を示すグラフである。
Next, referring to FIG. 6, a specific example of the amount that the superconducting
図6は、本実施の形態に係る超電導電流リード10及び比較例に係る超電導電流リード110について、高温側電極端子11における温度を50K、低温側電極端子12における温度を4Kと仮定したときの、高温側電極端子11と低温側電極端子12との間の温度分布を示す。図6における横軸は、高温側電極端子11から低温側電極端子12までの距離を1として規格化された、各位置における高温側電極端子11からの距離を示す。図6における縦軸は、各位置における温度を示す。実線は、本実施の形態に係る超電導電流リード10における温度分布を示す。点線は、比較例に係る超電導電流リード110における温度分布を示す。
FIG. 6 shows the superconducting
比較例に係る超電導電流リード110では、高温側電極端子11側(以下「高温側」という。)から低温側電極端子12側(以下「低温側」という。)に向かって一様に温度が低下する。また、温度は超電導線材に相当する熱伝導率に逆比例した傾きをもって変化するが、温度の低下に伴って熱伝導率も低下するため、低温側ほど傾きが大きくなり、上に凸の曲線形状を示す。
In the superconducting
一方、本実施の形態に係る超電導電流リード10では、中間接続端子15が設けられている領域において、超電導線材に代え熱伝導率が大きい銅により伝熱されるため、温度が略一定になる。従って、高温側から中間接続端子15まで一様に温度が低下し、中間接続端子15が設けられている領域において温度は略一定になり、中間接続端子15から低温側まで再び一様に温度が低下する。
On the other hand, in superconducting
また、低温側電極端子12に侵入する侵入熱量Qは、高温側電極端子11からの距離が1の近傍における温度勾配と、その温度における超電導線材の熱伝導率と、低温側電極端子12に接続された超電導線材の本数との積に基づいて、求めることができる。中間接続端子の長さを、電流リードを構成する超電導線材の長さの8.3%程度とし、図6から侵入熱量Qを求めた。すると、比較例に係る超電導電流リード110(点線)においてQ=0.269W/mであり、本実施の形態に係る超電導電流リード10(実線)においてQ=0.148W/mであった。従って、中間接続端子15と低温側電極端子12との間の超電導線材の本数を、高温側電極端子11と中間接続端子15との間の超電導線材の本数よりも減らす本実施の形態によれば、高温側電極端子11から低温側電極端子12に向かって超電導線材の本数が変わらない比較例に比べ、例えば侵入熱量Qを45%低減することができる。
The intrusion heat quantity Q entering the low temperature
なお、超電導線材の本数、材料を変更したとき、超電導線材に加えられる磁界の大きさ等、種々の条件を変更したとき、中間接続端子15の高温側電極端子11からの距離を変更することによって、侵入熱量がより小さくなるように設計することも可能である。
By changing the distance from the high-temperature
本実施の形態では、超電導電流リード10が、第1のリード部13と第2のリード部14との間に中間接続端子15を有する例について説明した。しかし、第1のリード部13と第2のリード部14とが電気的に接続されていればよく、中間接続端子がなくてもよい。中間接続端子がないときは、第1のリード部13と第2のリード部14との間で、各超電導テープ線材を直接はんだ接続することによって、電気的に接続することができる。
In the present embodiment, the example in which the superconducting
また、本実施の形態では、超電導線材として、断面矩形形状を有する超電導テープ線材である例について説明した。しかし、超電導線材として、断面矩形形状を有するものに限られるものではなく、断面円形形状を有するものであってもよく、断面多角形形状を有するものであってもよい。
(第1の実施の形態の第1の変形例)
次に、図7を参照し、第1の実施の形態の第1の変形例に係る超電導電流リード10aについて説明する。図7は、本変形例に係る超電導電流リード10aにおける図1のB−B線に相当する線に沿う高温側電極端子11a及び超電導線材の断面図である。なお、本変形例に係る超電導電流リード10aの正面図は、図1に示す第1の実施の形態に係る超電導リード10の正面図と同様であり、図示を省略する。
Moreover, in this Embodiment, the example which is a superconducting tape wire which has a cross-sectional rectangular shape was demonstrated as a superconducting wire. However, the superconducting wire is not limited to one having a rectangular cross section, and may have a circular cross section or a polygonal cross section.
(First modification of the first embodiment)
Next, a superconducting
図7に示すように、超電導線材は、高温側電極端子11aに形成された溝部17aに、はんだ18aを用いたはんだ接合により埋め込まれている。
As shown in FIG. 7, the superconducting wire is embedded in the
第1の実施の形態と同様に、第2の超電導線材W2と連続した超電導線材により構成される第1の超電導線材W1を超電導線材W11とする。また、第2の超電導線材W2と連続していない超電導線材により構成される第1の超電導線材W1を超電導線材W12とする。すると、本変形例に係る超電導電流リード10aでは、図7に示すように、超電導線材W11が埋め込まれている高温側電極端子11aにおける厚さTH1に比べ、超電導線材W12が埋め込まれている高温側電極端子11aにおける厚さTH2が厚い。
Similarly to the first embodiment, the first superconducting wire W1 constituted by a superconducting wire continuous with the second superconducting wire W2 is defined as a superconducting wire W11. Moreover, let the 1st superconducting wire W1 comprised by the superconducting wire which is not continuous with the 2nd superconducting wire W2 be the superconducting wire W12. Then, in the superconducting
すなわち、高温側電極端子11aは、超電導線材W12が埋め込まれている面と反対面に、厚さを厚くするための凸部11a−1を有する。凸部11a−1は、本発明における抵抗調整部に相当する。
That is, the high temperature
図4に示した等価回路図において、中間接続端子15における接続抵抗Rxが抵抗R1、R2と比較して十分小さくない場合には、式(2)により電流I1が電流I2よりも大きくなる。すなわち、図4において、超電導線材W11を介して流れる電流I1は、超電導線材W12に流れる電流に比べて大きい。すなわち、高温側電極端子11aと低温側電極端子12との間を流れる電流Iは各超電導線材に均等に分散されず、偏流することになる。その結果、超電導線材W12を流れる電流I2は臨界電流値を超えていないのに、超電導線材W11を流れる電流I1のみが臨界電流値を超えるおそれがあり、各超電導線材の臨界電流値を有効に活用することができない。
また、超電導線材と高温側電極端子11aとの間の接続抵抗は、高温側電極端子11aにおける厚さTH1、TH2の−0.5乗に比例すると考えられる。すると、前述したように厚さTH1に比べTH2が厚いため、超電導線材W11と高温側電極端子11aとの間の接続抵抗は、超電導線材W12と高温側電極端子11aとの間の接続抵抗よりも大きくなり、R1>R2となる。これにより、式(2)において電流I1と電流I2とを略等しくすることができる。
In the equivalent circuit diagram shown in FIG. 4, when the connection resistance R x at the
Further, it is considered that the connection resistance between the superconducting wire and the high temperature
すなわち、凸部11a−1を設けることによって、超電導線材W11と高温側電極端子11aとの間の接続抵抗が、超電導線材W12と高温側電極端子11aとの間の接続抵抗よりも大きくなるように、調整される。これにより、第1の超電導線材W11、W12に流れる電流を略等しくすることができ、高温側電極端子11aと低温側電極端子12との間を流れる電流Iを、一部の超電導線材に偏流させず、各超電導線材に均等に分散して流すことができる。
(第1の実施の形態の第2の変形例)
次に、図8及び図9を参照し、第1の実施の形態の第2の変形例に係る超電導電流リード10bについて説明する。図8は、本変形例に係る超電導電流リード10bの正面図である。本変形例に係る超電導電流リード10bの高温側電極端子11b以外の部分は、図1を用いて説明した第1の実施の形態に係る超電導電流リード10と同様であり、図8において図1と同一の符号を付し、説明を省略する(以下の変形例、実施の形態においても同様)。また、図9は、本変形例に係る超電導電流リード10bの高温側電極端子11b、第1のリード部13及び中間接続端子15の電気的な接続の状態を示す等価回路図である。
That is, by providing the
(Second modification of the first embodiment)
Next, a superconducting
本変形例に係る超電導電流リード10bは、図8に示すように、高温側電極端子11bの第1のリード部13側にスリットSが形成され、2つの部分に分割されている。第1の実施の形態と同様に、第2の超電導線材W2と連続した超電導線材により構成される第1の超電導線材W1を超電導線材W11とする。また、第2の超電導線材W2と連続していない超電導線材により構成される第1の超電導線材W1を超電導線材W12とする。すると、高温側電極端子11bは、超電導線材W11が接続されている第1の電極端子11b−1と、超電導線材W12が接続されている高温側電極端子11bにおける第2の電極端子11b−2とに分割されている。スリットSは、超電導線材と略平行になるように形成され、接続されている超電導線材の端部よりも更に距離LH0だけ高温側まで形成されている。
As shown in FIG. 8, the superconducting
電流をI1、I2、抵抗R1、R2、Rxの定義を、第1の実施の形態と同様とする。また、接続されている超電導線材の端部とスリットSの上端との間の高温電極端子11bによる抵抗をRCuとする。すると、本変形例に係る超電導電流リード10bの高温側電極端子11b、第1のリード部13及び中間接続端子15の電気的な接続の状態は、図9に示される。そして、電流I1、I2の関係は、式(2)と同様の導出方法により、下記式(4)
The definitions of currents I 1 and I 2 and resistors R 1 , R 2 , and R x are the same as those in the first embodiment. Also, let R Cu be the resistance due to the high
抵抗RCuが抵抗Rxに対して十分大きくなるように距離LH0を十分長くしたときは、式(4)において電流I1と電流I2を略等しくすることができる。これにより、第1の超電導線材W11、W12に流れる電流を略等しくすることができ、高温側電極端子11bと低温側電極端子12との間を流れる電流Iを、一部の超電導線材に偏流させず、各超電導線材に均等に分散して流すことができる。
(第1の実施の形態の第3の変形例)
次に、図10を参照し、第1の実施の形態の第3の変形例に係る超電導電流リード10cについて説明する。図10は、本変形例に係る超電導電流リード10cの正面図である。
When the distance LH0 is sufficiently long so that the resistance R Cu is sufficiently larger than the resistance R x , the current I 1 and the current I 2 can be made substantially equal in the equation (4). Thereby, the currents flowing through the first superconducting wires W11 and W12 can be made substantially equal, and the current I flowing between the high temperature
(Third modification of the first embodiment)
Next, a superconducting
第1の実施の形態と同様に、第2の超電導線材W2と連続した超電導線材により構成される第1の超電導線材W1を超電導線材W11とする。また、第2の超電導線材W2と連続していない超電導線材により構成される第1の超電導線材W1を超電導線材W12とする。すると、本変形例に係る超電導電流リード10cは、図10に示すように、超電導線材W11が埋め込まれている高温側電極端子11cにおける溝部の長さLH1に比べ、超電導線材W12が埋め込まれている高温側電極端子11cにおける溝部の長さLH2が長い。また、超電導線材W11が埋め込まれている長さLH1の溝部の終端からLH2−LH1の長さだけ高温側に延在する部分11c−1は、本発明における抵抗調整部に相当する。
Similarly to the first embodiment, the first superconducting wire W1 constituted by a superconducting wire continuous with the second superconducting wire W2 is defined as a superconducting wire W11. Moreover, let the 1st superconducting wire W1 comprised by the superconducting wire which is not continuous with the 2nd superconducting wire W2 be the superconducting wire W12. Then, as shown in FIG. 10, the superconducting
すなわち、本変形例は、第1の実施の形態の第1の変形例と同様に、式(2)において、R1>R2とすることによって、電流I1と電流I2とを略等しくするものである。従って、高温側電極端子11cと低温側電極端子12との間を流れる電流Iを、一部の超電導線材に偏流させず、各超電導線材に均等に分散して流すことができる。
That is, in the present modification, similarly to the first modification of the first embodiment, the current I 1 and the current I 2 are substantially equal by setting R 1 > R 2 in the equation (2). To do. Therefore, the current I flowing between the high temperature
すなわち、部分11c−1を設けることによって、超電導線材W11と高温側電極端子11cとの間の接続抵抗が、超電導線材W12と高温側電極端子11cとの間の接続抵抗よりも大きくなるように、調整される。これにより、第1の超電導線材W11、W12に流れる電流を略等しくすることができ、高温側電極端子11cと低温側電極端子12との間を流れる電流Iを、一部の超電導線材に偏流させず、各超電導線材に均等に分散して流すことができる。
(第1の実施の形態の第4の変形例)
次に、図11を参照し、第1の実施の形態の第4の変形例に係る超電導電流リード10dについて説明する。図11は、本変形例に係る超電導電流リード10dの正面図である。
That is, by providing the
(Fourth modification of the first embodiment)
Next, a superconducting
第1の実施の形態と同様に、第2の超電導線材W2と連続した超電導線材により構成される第1の超電導線材W1を超電導線材W11とする。また、第2の超電導線材W2と連続していない超電導線材により構成される第1の超電導線材W1を超電導線材W12とする。すると、本変形例に係る超電導電流リード10dでは、図11に示すように、超電導線材W11は、接続抵抗部11d−1を介して高温側電極端子11dと接続されている。また、接続抵抗部11d−1は、本発明における抵抗調整部に相当する。接続抵抗部11d−1としては、例えばはんだ、ステンレス、真鍮等よりなる金属材料を用いることができる。
Similarly to the first embodiment, the first superconducting wire W1 constituted by a superconducting wire continuous with the second superconducting wire W2 is defined as a superconducting wire W11. Moreover, let the 1st superconducting wire W1 comprised by the superconducting wire which is not continuous with the 2nd superconducting wire W2 be the superconducting wire W12. Then, in the superconducting
すなわち、本変形例も、第1の実施の形態の第1の変形例と同様に、式(2)において、R1>R2とすることによって、電流I1と電流I2とを略等しくするものである。従って、高温側電極端子11dと低温側電極端子12との間を流れる電流Iを、一部の超電導線材に偏流させず、各超電導線材に均等に分散して流すことができる。
That is, in the present modification as well, as in the first modification of the first embodiment, the current I 1 and the current I 2 are approximately equal by setting R 1 > R 2 in Equation (2). To do. Therefore, the current I flowing between the high temperature
すなわち、接続抵抗部11d−1を設けることによって、超電導線材W11と高温側電極端子11dとの間の接続抵抗が、超電導線材W12と高温側電極端子11dとの間の接続抵抗よりも大きくなるように、調整される。これにより、第1の超電導線材W11、W12に流れる電流を略等しくすることができ、高温側電極端子11dと低温側電極端子12との間を流れる電流Iを、一部の超電導線材に偏流させず、各超電導線材に均等に分散して流すことができる。
(第1の実施の形態の第5の変形例)
次に、図12から図14を参照し、第1の実施の形態の第5の変形例に係る超電導電流リード10eについて説明する。図12は、本変形例に係る超電導電流リード10eの正面図である。図13は、図12における点線で囲まれた領域IIを拡大して示す斜視図である。図14は、図12のC−C線に沿う中間接続端子15e及び超電導線材の断面図である。
That is, by providing the
(Fifth modification of the first embodiment)
Next, a superconducting
図12に示すように、本変形例に係る超電導電流リード10eは、第1のリード部13及び第2のリード部14において、超電導テープ線材である超電導線材の各テープ面が対向するように設けられている。第2の超電導線材W2が、第1の超電導線材W1と連続した超電導線材により構成されているのは、第1の実施の形態と同様である。
As shown in FIG. 12, the superconducting
中間接続端子15eが、第1のリード部13と第2のリード部14との間に設けられており、第1のリード13部の低温側電極端子12側が接続されるとともに、第2のリード部14の高温側電極端子11側が接続されるのは、第1の実施の形態と同様である。また、中間接続端子15eが、電気の良導体である銅等の金属により構成されているのも、第1の実施の形態と同様である。
An
一方、図13及び図14に示すように、中間接続端子15eは、一の面と、一の面と反対面に、高温側電極端子11側から低温側電極端子12側に向かって延在する複数の溝部17を有しており、高温側電極端子11側から低温側電極端子12側に向かう方向に垂直な断面がH字状の形状を有している。そして、第1の超電導線材W1及び第2の超電導線材W2は、はんだ接合により溝部17に埋め込まれている。これにより、はんだ18及び中間接続端子15eの銅よりなる部分を介して第1の超電導線材W1と第2の超電導線材W2との間に流れる電流経路に沿った抵抗を低減することができ、第1の超電導線材W1と第2の超電導線材W2との間の接続抵抗を小さくすることができる。
On the other hand, as shown in FIGS. 13 and 14, the
図13に示すように、中間接続端子15eの長さ、すなわち溝部17の長さをL2とする。また、図14に示すように、一の面、反対面に形成されている溝部17の底面同士の距離をT4とし、L2=10mm、T4=5mmとする。また、銅の電気抵抗率ρCu、はんだ18の電気抵抗率ρS、テープ面に平行な方向のはんだ18の厚さD2、テープ面に垂直な方向のはんだ18の厚さT3、テープ線材の幅WD、溝部17の深さT2は、第1の実施の形態と同様とする。このような条件の下で第1の超電導線材W1と第2の超電導線材W2との間の接続抵抗Rxを数値計算すると、0.023μΩ程度となる。
As shown in FIG. 13, the length of the
また、はんだ接合を確実にするため、超電導テープ線材の厚さをWTとすると、溝部17の深さT2は、厚さWTと、はんだ18の厚さT3との合計WT+T3よりも大きくすることが好ましい。
Also, in order to ensure solder bonding, assuming that the thickness of the superconducting tape wire is WT, the depth T2 of the
本変形例でも、中間接続端子15eと低温側電極端子12との間の超電導線材の本数を、高温側電極端子11と中間接続端子15eとの間の超電導線材の本数よりも減らすことによって、低温側電極端子12に侵入する侵入熱量Qを低減することができる。
Also in this modification, the number of superconducting wires between the
また、本変形例でも、第1の実施の形態の第1の変形例から第4の変形例のいずれかに係る超電導電流リードにおける接続方法により、超電導線材を高温側電極端子11に接続することができる。これにより、第1の超電導線材W11、W12に流れる電流を略等しくすることができ、高温側電極端子11と低温側電極端子12との間を流れる電流Iを、一部の超電導線材に偏流させず、各超電導線材に均等に分散して流すことができる。
(第1の実施の形態の第6の変形例)
次に、図15を参照し、第1の実施の形態の第6の変形例に係る超電導電流リード10fについて説明する。図15は、本変形例に係る超電導電流リード10fの正面図である。
Also in this modification, the superconducting wire is connected to the high temperature
(Sixth modification of the first embodiment)
Next, a superconducting
本変形例に係る超電導電流リード10fでは、第2の超電導線材W2が第1の超電導線材W1と連続した超電導線材により構成されていない。
In the superconducting
図15に示すように、本変形例に係る超電導電流リード10fでは、第2の超電導線材W2のいずれも中間接続端子15を介して第1の超電導線材W1と接続されている。第2の超電導線材W2が、第1の超電導線材W1と連続した超電導線材により構成されていないこと以外については、本変形例に係る超電導電流リード10fは、図1を用いて説明した第1の実施の形態に係る超電導電流リード10と同様に構成されている。
As shown in FIG. 15, in the superconducting
本変形例に係る超電導電流リード10fは、第2の超電導線材W2のいずれも第1の超電導線材W1と連続していないため、第1の超電導線材W1の各超電導線材における高温側電極端子11と中間接続端子15との間の接続抵抗を等しくすることができる。これにより、製造コストの低い超電導線材又は超電導テープ線材を用いることができ、低温側に侵入する侵入熱量を低減することができるとともに、高温側電極端子11と低温側電極端子12との間を流れる電流Iを、一部の超電導線材に偏流させず、各超電導線材に均等に分散して流すことができる。
(第1の実施の形態の第7の変形例)
次に、図16を参照し、第1の実施の形態の第7の変形例に係る超電導電流リード10gについて説明する。図16は、本変形例に係る超電導電流リード10gの正面図である。
In the superconducting
(Seventh Modification of First Embodiment)
Next, a superconducting
本変形例に係る超電導電流リード10gは、第1のリード部13が3本の第1の超電導線材W1よりなり、第2のリード部14が2本の第2の超電導線材W2よりなる。第1のリード部13は、互いに並列に接続された3本の第1の超電導線材W1よりなる。また、第2のリード部14は、互いに並列に接続された2本の第2の超電導線材W2よりなる。
In the superconducting
第2のリード部14における第2の超電導線材W2の本数(第2の本数)が、第1のリード部13における第1の超電導線材W1の本数(第1の本数)よりも少なければよく、本変形例に示すように、第2の本数、第1の本数のいずれも任意の本数にすることができる。
The number of second superconducting wires W2 (second number) in the
また、第2の本数と第1の本数の差も、本変形例に示すように1本でなくてもよく、2本以上であってもよい。 Further, the difference between the second number and the first number may not be one as shown in the present modification, but may be two or more.
本変形例に係る超電導電流リード10gも、高温側電極端子11と低温側電極端子12との間に中間接続端子15を設け、中間接続端子15と低温側電極端子12との間の超電導線材の本数を、高温側電極端子11と中間接続端子15との間の超電導線材の本数よりも減らすものである。従って、製造コストの低い超電導線材又は超電導テープ線材を用いることができるとともに、低温側に侵入する侵入熱量を低減することができる。
The superconducting
また、本変形例でも、第1の実施の形態の第1の変形例から第4の変形例のいずれかに係る超電導電流リードにおける接続方法により、超電導線材を高温側電極端子11に接続することができる。これにより、第1の超電導線材W11、W12に流れる電流を略等しくすることができ、高温側電極端子11と低温側電極端子12との間を流れる電流Iを、一部の超電導線材に偏流させず、各超電導線材に均等に分散して流すことができる。
(第1の実施の形態の第8の変形例)
次に、図17を参照し、第1の実施の形態の第8の変形例に係る超電導電流リード10hについて説明する。図17は、本変形例に係る超電導電流リード10hの正面図である。
Also in this modification, the superconducting wire is connected to the high temperature
(Eighth modification of the first embodiment)
Next, with reference to FIG. 17, a superconducting
本変形例に係る超電導電流リード10hは、第2のリード部14と低温側電極端子12との間に設けられており、第2のリード部14における第2の超電導線材W2の本数(第2の本数)よりも少ない本数(第3の本数)の第3の超電導線材W3よりなる第3のリード部14hを有する。また、超電導電流リード10hは、第2のリード部14と第3のリード部14hとの間に設けられており、第2のリード部14の低温側電極端子12側が接続されるとともに、第3のリード部14hの高温側電極端子11側が接続される、第2の中間接続端子15hを有する。
The superconducting
第2の中間接続端子15hの形状、構造、材質等は、第1のリード部13と第2のリード部14との間に設けられた中間接続端子15と同様にすることができる。
The shape, structure, material, and the like of the second
なお、各リード部13、14、14hが、それぞれ中間接続端子15、15hを介して高温側電極端子11と低温側電極端子12との間を直列に接続するものであり、各リード部13、14、14hにおける超電導線材の本数が高温側電極端子11側から低温側電極端子12側に向かって順次減少するものであればよい。従って、高温側電極端子11と低温側電極端子12との間を直列に接続するリード部の数を任意の数n(n=1、2、3・・・)にすることができ、このとき、各リード部を接続するための中間接続端子の数をn−1にすることができる。
In addition, each
本変形例に係る超電導電流リード10hは、高温側電極端子11と低温側電極端子12との間に直列に接続された中間接続端子15、15hを設け、各中間接続端子において、高温側電極端子11側における超電導線材の本数に比べ、低温側電極端子12側における超電導線材の本数を少なくするものである。従って、製造コストの低い超電導線材又は超電導テープ線材を用いることができるとともに、低温側に侵入する侵入熱量を低減することができる。
The superconducting
また、本変形例でも、第1の実施の形態の第1の変形例から第4の変形例のいずれかに係る超電導電流リードにおける接続方法により、超電導線材を高温側電極端子に接続することができる。これにより、第1の超電導線材W11、W12に流れる電流を略等しくすることができ、高温側電極端子11と低温側電極端子12との間を流れる電流Iを、一部の超電導線材に偏流させず、各超電導線材に均等に分散して流すことができる。
(第2の実施の形態)
次に、図18を参照し、第2の実施の形態に係る超電導マグネット装置20について説明する。図18は、超電導マグネット装置20の構成を示す断面図である。
Also in this modification, the superconducting wire can be connected to the high temperature side electrode terminal by the connection method in the superconducting current lead according to any one of the first to fourth modifications of the first embodiment. it can. Thereby, the currents flowing through the first superconducting wires W11 and W12 can be made substantially equal, and the current I flowing between the high temperature
(Second Embodiment)
Next, the
本実施の形態に係る超電導マグネット装置20は、第1の実施の形態に係る超電導電流リード10を冷凍機冷却型超電導マグネット装置に応用したものである。冷凍機として、例えば1段式又は2段式のギフォード・マクマホン(Gifford-McMahon:GM)冷凍機を用いることができる。
The
超電導マグネット装置20は、真空容器21、GM冷凍機22、輻射シールド部材23、超電導コイル24、高温側冷却ステージ25、低温側冷却ステージ26、超電導電流リード10、及び電源27を有する。
The
真空容器21は、例えば略円筒状の形状を有している。真空容器21の上面には、GM冷凍機22が固定されている。
The
GM冷凍機22は、1段目冷却シリンダ22a及び2段目冷却シリンダ22bよりなる多段冷却シリンダ構造を有している。1段目冷却シリンダ22a及び2段目冷却シリンダ22bは、真空容器21内に挿入されている。また、2段目冷却シリンダ22bは、真空容器21内に設けられた輻射シールド部材23の内部にも挿入されている。
The
輻射シールド部材23は、銅、アルミニウム等の高熱伝導率部材で形成されており、例えば略円筒状の形状を有している。輻射シールド部材23の天板の上部には、高温側冷却ステージ25が固定されており、高温側冷却ステージ25には、1段目冷却シリンダ22aが接続されている。よって、高温側冷却ステージ25は、1段目冷却シリンダ22aにより冷却される。輻射シールド部材23の天板の下部には、高温側冷却ステージ25と接続するように2段目冷却シリンダ22bが設けられている。2段目冷却シリンダ22bの下側先端には、低温側冷却ステージ26が接続されている。よって、低温側冷却ステージ26は、2段目冷却シリンダ22bにより冷却される。高温側冷却ステージ25及び低温側冷却ステージ26は、銅、アルミニウム等の高熱伝導率部材で形成されている。
The
超電導コイル24は、輻射シールド部材23の内部に設けられている。超電導コイル24は、Cu伝熱板28を介して低温側冷却ステージ26に接続されており、これにより、GM冷凍機22により冷却されて超電導状態となる。なお、図18に示す例では、超電導コイル24が囲繞する空間は輻射シールド部材23の内部に含まれているが、真空容器21及び輻射シールド部材23に円筒状の形状を有する凹部を設け、超電導コイル24が凹部により画成される空間を囲繞するようにしてもよい。
The
超電導コイル24は、電源27から配線29及び超電導電流リード10を介して電力が供給される。配線29は、真空容器21及び輻射シールド部材23に設けられた絶縁碍子30を通り、真空容器21の外部に設けられた電源27と、輻射シールド部材23の内部の高温部31において、超電導電流リード10の高温側電極端子11と接続される。そして、超電導電流リード10の低温側電極端子12は、輻射シールド部材23の内部の低温部32において、超電導コイル24の図示しないコイル電極と接続される。
The
すなわち、本実施の形態において、超電導電流リード10は、高温側電極端子11が、超電導マグネット装置20内の高温部31に接続されると共に、低温側電極端子12が超電導マグネット装置20内の低温部32に接続される。
That is, in the present embodiment, the superconducting
本実施の形態では、超電導電流リード10に代え、第1の実施の形態の第1の変形例から第8の変形例のいずれかに係る超電導電流リード10a〜10hを用いることができる。
In the present embodiment, superconducting
なお、超電導電流リード10は、Bi−2212、YBCO等の高温超電導材料により構成された図示しない磁気シールド部材により囲繞されていてもよい。
The superconducting
本実施の形態に係る超電導マグネット装置20では、超電導電流リード10として、製造コストの低い超電導線材又は超電導テープ線材を用いることができるとともに、低温側、すなわち超電導コイルに侵入する侵入熱量を低減することができる。従って、超電導コイル24が温度上昇して臨界電流値が低下するか、あるいは、更に温度上昇して常電導状態に転移しないように防止することができる。これにより、GM冷凍機22の運転に伴う消費電力を低減することができ、また、超電導マグネット装置20の発生する磁界の安定性を高めることができる。
In the
更に、本実施の形態に係る超電導マグネット装置20では、第1の超電導テープ線材W1及び第2の超電導テープ線材W2は、第1の超電導テープ線材W1のテープ面及び第2の超電導テープ線材W2のテープ面が、超電導マグネット装置20が発生する磁界Hに略平行になるように設けられていることが好ましい。図18に示すように、例えば、超電導電流リード10を、超電導コイル24の中心軸CAの近傍に、中心軸CAと略平行に配置することによって、超電導マグネット装置20が発生する磁界Hに略平行になるようにすることができる。
ここで、酸化物超電導材料の超電導特性は異方的であり、テープ面に垂直に磁場が印加されると著しく臨界電流が低下する。そのため、超電導テープ線材を、テープ面が超電導マグネット装置20が発生する磁界に略平行になるように配置することによって、超電導電流リードの臨界電流値が超電導マグネット装置20の発生する磁界により低下することを防止できる。
Furthermore, in the
Here, the superconducting characteristics of the oxide superconducting material are anisotropic, and the critical current is significantly lowered when a magnetic field is applied perpendicular to the tape surface. Therefore, by arranging the superconducting tape wire so that the tape surface is substantially parallel to the magnetic field generated by the
以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Can be modified or changed.
10、10a〜10h、110 超電導電流リード
11、11a〜11d 高温側電極端子
12 低温側電極端子
13 第1のリード部
14 第2のリード部
14h 第3のリード部
15、15e 中間接続端子
15h 第2の中間接続端子
16 支持部材
17、17a 溝部
18、18a はんだ
20 超電導マグネット装置
21 真空容器
22 GM冷凍機
22a 1段目冷却シリンダ
22b 2段目冷却シリンダ
23 輻射シールド部材
24 超電導コイル
25 高温側冷却ステージ
26 低温側冷却ステージ
27 電源
28 Cu伝熱板
29 配線
30 絶縁碍子
31 高温部
32 低温部
CA 中心軸
H 磁界
W1 第1の超電導線材
W2 第2の超電導線材
10, 10a to 10h, 110 Superconducting
Claims (8)
他端に設けられた低温側電極端子と、
前記高温側電極端子と前記低温側電極端子との間に設けられており、互いに並列に接続された複数本の第1の超電導線材よりなる第1のリード部と、
前記第1のリード部と前記低温側電極端子との間に、前記第1のリード部と直列に接続されるように設けられており、前記第1の超電導線材の本数よりも少ない本数の第2の超電導線材よりなる第2のリード部と
を有する、超電導電流リード。 A high temperature side electrode terminal provided at one end;
A low temperature side electrode terminal provided at the other end;
A first lead portion made of a plurality of first superconducting wires provided in parallel between the high temperature side electrode terminal and the low temperature side electrode terminal;
The first lead portion and the low-temperature side electrode terminal are provided so as to be connected in series with the first lead portion, and the number of the first superconducting wire is less than the number of the first superconducting wires. A superconducting current lead having a second lead portion made of two superconducting wires.
前記第1の超電導線材及び前記第2の超電導線材の各々は、はんだ接合により前記溝部に埋め込まれている、請求項2に記載の超電導電流リード。 The intermediate connection terminal has a plurality of grooves formed to extend from the high temperature side electrode terminal side toward the low temperature side electrode terminal side,
3. The superconducting current lead according to claim 2, wherein each of the first superconducting wire and the second superconducting wire is embedded in the groove by solder bonding.
前記高温側電極端子は、前記第2の超電導線材と連続した超電導線材により構成された第1の超電導線材と、前記高温側電極端子との間の接続抵抗が、前記第2の超電導線材と連続した超電導線材以外の超電導線材により構成された第1の超電導線材と、前記高温側電極端子との間の接続抵抗より大きくなるように調整するための、抵抗調整部を有する、請求項4に記載の超電導電流リード。 The high temperature side electrode terminal side of the first lead portion is connected to the high temperature side electrode terminal,
The high temperature side electrode terminal has a connection resistance between the first superconducting wire composed of a superconducting wire continuous with the second superconducting wire and the high temperature side electrode terminal, and is continuous with the second superconducting wire. 5. A resistance adjustment unit for adjusting the first superconducting wire composed of a superconducting wire other than the superconducting wire to be larger than a connection resistance between the high temperature side electrode terminal and the first superconducting wire. Superconducting current lead.
前記第1の超電導線材は、第1の超電導テープ線材であり、
前記第2の超電導線材は、第2の超電導テープ線材であり、
前記超電導電流リードは、前記高温側電極端子が超電導マグネット装置内の高温部に接続されると共に、前記低温側電極端子が前記超電導マグネット装置内の低温部に接続されるものであり、
前記第1の超電導テープ線材及び前記第2の超電導テープ線材は、前記第1の超電導テープ線材のテープ面及び前記第2の超電導テープ線材のテープ面が、前記超電導マグネット装置が発生する磁界に略平行になるように配置されるものである、請求項1から請求項7のいずれかに記載の超電導電流リード。 The superconducting wire is a superconducting tape wire,
The first superconducting wire is a first superconducting tape wire,
The second superconducting wire is a second superconducting tape wire,
The superconducting current lead is such that the high temperature side electrode terminal is connected to a high temperature part in the superconducting magnet device, and the low temperature side electrode terminal is connected to a low temperature part in the superconducting magnet device,
In the first superconducting tape wire and the second superconducting tape wire, the tape surface of the first superconducting tape wire and the tape surface of the second superconducting tape wire are substantially in the magnetic field generated by the superconducting magnet device. The superconducting current lead according to any one of claims 1 to 7, which is arranged so as to be parallel to each other.
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