JP2013178960A

JP2013178960A - 接続部材

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Publication number: JP2013178960A
Application number: JP2012042270A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Hirose; 正幸廣瀬; Tatsuo Nakanishi; 辰雄中西
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2013-09-09

Abstract

【課題】超電導導体層の接続箇所での電流分布の集中を緩和することができ、かつ、超電導ケーブル導体の端末部と接続導体との間を低損失で電流を流すことができる接続部材を提供する。
【解決手段】超電導ケーブル導体10は、フォーマ11の外周に超電導導体層12を有する。超電導ケーブル導体10の端末部110は、超電導ケーブル導体10の端部を段剥ぎしてフォーマ11及び超電導導体層12を露出させ、この端部に端末金具20を取り付けることで構成されている。接続部材30は、一端側に端末金具20が挿入され電気的に接続される挿入部31と、他端側に接続導体が電気的に接続される接続部36とを有する。そして、接続部材30は、挿入部31において、端末金具20内の超電導導体層12と径方向に重複する部分に超電導線材32が埋設され、この超電導線材32が挿入部31側から接続部36側に向かって延設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、フォーマとその外周に形成された超電導導体層とが露出された超電導ケーブル導体の端末部に取り付けられた端末金具と、超電導導体層に流れる電流を授受する接続導体とを接続するための接続部材に関するものである。

超電導ケーブル導体の端末部には、超電導導体層に流れる電流を授受する接続導体が電気的に接続される。例えば特許文献１には、超電導導体層を露出させた端部にCuスリーブ（端末金具）の一端を半田接続し、該スリーブの他端に接続導体である常温側導体（例、電流リード）を接続する接続構造が記載されている（同文献１の段落００２５参照）。

超電導ケーブル導体は代表的には、フォーマの外周に超電導導体層が形成された構造であり、超電導ケーブル導体が断熱管内に収納されて超電導ケーブルを構成する。超電導導体層は、フォーマの外周にテープ状の超電導線材を螺旋状に単層或いは多層に巻回することで形成されている。超電導ケーブル導体の端末部は、段剥ぎしてフォーマ及び超電導導体層を階段状に露出させ、常電導材料で形成された端末金具が取り付けられる。

図９（A）は、従来の接続構造における超電導ケーブル導体の端末部を部分的に示す要部概略半断面図である。この端末部110は、超電導ケーブル導体10の端部を段剥ぎしてフォーマ11及び超電導導体層12を階段状に露出させ、この端部に端末金具20を装着して半田付けなどにより取り付けることで構成されており、超電導導体層12と端末金具20とが接続されている。また、端末金具20において、超電導ケーブル導体10の端部が挿入される側とは反対側の他端側には、接続導体（図示せず）が接続されている。なお、図９（A）では、超電導導体層12が、フォーマ11の外周に内側から超電導導体層121,122,123が積層された３層構造である場合を例示している。また、図９（A）では省略しているが、フォーマ11と超電導導体層12との間（フォーマ11と超電導導体層121との間）及び各超電導導体層121,122,123の層間には、例えばクラフト紙などを巻回して、クッション層及び層間絶縁層が形成されている。

特開２００９−１７１７４３号公報

近年、超電導線材の臨界電流を向上させる研究開発が活発に行われている。しかし、上記した従来の接続構造では、超電導線材の臨界電流の向上に伴い、以下のような問題が生じることが懸念される。

図９（B）は、図９（A）において、超電導導体層12と端末金具20との接続箇所近傍での電流の流れのイメージを白抜き矢印で示す図であり、図中の白抜き矢印の向きが電流の向き、矢印の大きさが電流密度の大きさを表している。図９（B）では、超電導導体層12に流れる電流が端末金具20を介して接続導体に向かって流れる場合を例示している。この場合、超電導導体層12から端末金具20へ電流が乗り移る（移行する）際に、各超電導導体層121,122,123の先端部に電流が集中する傾向があり、また表皮効果によって端末金具20の表面に電流が流れようとする。その結果、端末金具20における超電導導体層12の接続箇所近傍の電流移行部（図中、破線で囲む部分C）では、電流が集中する部分が生じ、電流分布に偏りが生じる。そのため、その電流が集中する部分で局所的に発熱が大きくなり、またこの部分は超電導導体層12の接続箇所近傍であり、超電導導体層12の温度を上げることになる。したがって、超電導導体層12が許容温度を超えないように、超電導導体層12に流れる電流を制限するなどの問題がある。

さらに、端末金具20における電流移行部より接続導体側（図中、破線で囲む部分D）では、表皮効果によって表面側に電流が集中し、電流密度が高くなるため、発熱による損失が大きい。以上の問題は、超電導導体層12に流れる電流が大きくなるにつれ、顕在化する。

そこで、本発明の目的の一つは、超電導導体層の接続箇所での電流分布の集中を緩和することができ、かつ、超電導ケーブル導体の端末部と接続導体との間を低損失で電流を流すことができる接続部材を提供することにある。

本発明は、フォーマとその外周に形成された超電導導体層とが露出された超電導ケーブル導体の端末部に取り付けられた端末金具と、超電導導体層に流れる電流を授受する接続導体とを接続するための接続部材である。本発明の接続部材は、一端側に端末金具が挿入され電気的に接続される挿入部と、他端側に接続導体が電気的に接続される接続部とを有する。そして、挿入部において、端末金具内の超電導導体層と径方向に重複する部分に超電導線材が埋設され、この超電導線材が挿入部側から接続部側に向かって延設されていることを特徴とする。

この構成によれば、超電導導体層に流れる電流が径方向に重複する低抵抗の超電導線材に向かって電流が流れ、電流の向きが径方向に矯正されることで、超電導導体層から電流が乗り移る（移行する）際に、電流が集中することを抑制できる。即ち、超電導導体層の接続箇所での電流分布の集中を緩和することができる。よって、電流移行部での電流分布の偏りが小さくなり、局所的発熱が抑制され、損失も低減される。

また、端末金具が挿入される挿入部の径は、端末金具の径よりも大きい。そのため、表皮効果によって電流が集中する表面側の径方向断面積が相対的に大きくなることから、電流密度を小さくして低損失で電流を流すことができる。さらに、超電導線材が埋設されていることで、電流を低損失で流すことができ、発熱も低減できる。

超電導導体層は通常、径方向断面が略円環状であり、この超電導導体層に対応するように、超電導線材は、接続部材（挿入部）において略同心円上に配置（配列）された状態となる。挿入部の径が超電導導体層の径よりも大きいため、超電導線材の使用量（本数）を超電導導体層に比較して多くすることができ、これにより更なる低損失化を図ることができる。

本発明の接続部材の一形態としては、接続部材の径方向断面において、表皮効果により電流が偏流する箇所に超電導線材が配置されている形態が挙げられる。

この構成によれば、表皮効果により電流が偏流する箇所に超電導線材が配置されていることで、表面側に集中する電流を効果的に低損失で流すことができ、発熱もより低減できる。表皮効果により電流が偏流する箇所（表皮深さ）は、流れる電流や接続部材を構成する材料によって異なり、公知の計算式（表皮深さδ[m]＝√（2／ωμσ）、ω：電流の角速度（ω＝2πf）、μ：材料の透磁率、σ：材料の導電率）によって求められる。

本発明の接続部材の一形態としては、超電導線材が多層に配置されている形態が挙げられる。

この構成によれば、超電導線材が多層に配置され、超電導線材の使用量（本数）を増やすことで、電流をより低損失で流すことができ、発熱もより低減できる。超電導線材の層数は、超電導導体層の層数と同じであっても、異なってもよい。

本発明の接続部材の一形態としては、次の構成を備える形態が挙げられる。超電導ケーブル導体の超電導導体層が多層に形成され、端末部で内層が外層から露出するように階段状に積層されている。また、超電導線材が多層に配置されると共に、各層の超電導線材が挿入部側で外層が内層から露出するように階段状に積層されている。そして、各層の超電導線材の挿入部側端部が、各超電導導体層の端部と径方向に互いに対応して重複するように配置されている。

超電導導体層が多層に形成されている場合、超電導ケーブル導体の端部を段剥ぎして超電導導体層の各層を階段状に露出させることで、各超電導導体層が、端末部で内層が外層から露出するように階段状に積層された状態となる。そして、この構成によれば、各超電導導体層に対応するように、各層の超電導線材が挿入部側で外層が内層から露出すように階段状に積層され、各層の超電導線材の挿入部側端部と各超電導導体層の端部とが径方向に互いに重複して配置されている。これにより、各超電導導体層からそれぞれ対応する各層の超電導線材に電流が乗り移り易く、電流分布の集中を効果的に緩和することができる。また、各層の超電導線材に流れる電流を均流化できる。

超電導導体層及び超電導線材がそれぞれ階段状に積層され、両者の端部が径方向に互いに対応して重複する上記形態において、各超電導導体層の端部と各層の超電導線材との間の径方向の距離が一定である形態が挙げられる。

この構成によれば、各超電導導体層の端部と各層の超電導線材との径方向の距離が一定となるように各層の超電導線材が配置されていることで、両者間の径方向の電気抵抗値が簡易的に略等しくなる。即ち、各超電導導体層からそれぞれ対応する各層の超電導線材に電流が乗り移る各移行経路での電気抵抗値が略等しく、電流分布の集中をより緩和することができる。なお、各超電導導体層の端部を通る仮想線に対して各層の超電導線材の端部を通る仮想線の傾きが等しい（仮想線同士が平行となる）場合、各超電導導体層の端部と各層の超電導線材との径方向の距離が一定であるとみなすことができる。

超電導導体層及び超電導線材がそれぞれ階段状に積層され、両者の端部が径方向に互いに対応して重複する上記形態において、各超電導導体層の端部と各層の超電導線材との間の径方向の電気抵抗値が一定である形態が挙げられる。

この構成によれば、各超電導導体層の端部と各層の超電導線材との径方向の電気抵抗値が一定となるように各層の超電導線材が配置されていることで、両者間の径方向の電気抵抗値が等しくなる。即ち、各超電導導体層からそれぞれ対応する各層の超電導線材に電流が乗り移る各移行経路での電気抵抗値が等しく、電流分布の集中をより緩和することができる。上述したように、超電導導体層の各層は通常、径方向断面が略円環状であり、各層の超電導線材は、それぞれ対応する各超電導導体層の外側に略同心円上に配置されることになる。そのため、上記形態のように、各超電導導体層の端部と各層の超電導線材との径方向の距離を一定にしても、各超電導導体層と各層の超電導線材の径の違いから、厳密にいえば、上記した各移行経路での電気抵抗値が等しくならない。そこで、各超電導導体層と各層の超電導線材の径の違いを考慮して、各超電導導体層の端部と各層の超電導線材との間のそれぞれの径方向の距離を調節して、両者間の径方向の電気抵抗値を一定とする。具体的には、超電導導体層の外周面の半径をr1、超電導線材の内周面の半径をr2としたとき、両者間の径方向の電気抵抗値はln（r2/r1）に比例することから、各超電導導体層の端部と各層の超電導線材でのそれぞれのln（r2/r1）が一定となるように、各層の超電導線材のそれぞれの径方向の位置を調整する。この場合、各超電導導体層の端部と各層の超電導線材との径方向の距離を一定とする上記形態に比較して、電流分布の集中をより緩和することができる。

本発明の接続部材の一形態としては、挿入部において、端末金具におけるフォーマの端部が挿入された箇所の外周面との間に空間が形成されている形態が挙げられる。

この構成によれば、挿入部と端末金具におけるフォーマの端部が挿入された箇所との電気的な接続箇所が少なくなり、超電導導体層側から超電導線材側に向かって径方向に電流が流れ易い。さらに、端末金具における超電導導体層の端部が挿入された箇所から先端側に亘って、この空間が形成されていることが好ましい。

本発明の接続部材は、挿入部における超電導導体層と径方向に重複する部分に超電導線材が埋設され、この超電導線材が挿入部側から接続部側に向かって延設されていることで、超電導導体層の接続箇所での電流分布の集中を緩和することができ、かつ、超電導ケーブル導体の端末部と接続導体との間を低損失で電流を流すことができる。

本発明の実施例１に係る接続部材を説明するための概略図であり、（A）は全体断面図、（B）は拡大半断面図を示す。接続部材の作製方法の一例を説明するための概略図であり、（A）は超電導線材を１層配置する場合の方法、（B）は超電導線材を多層に配置する場合の方法、（C）は超電導線材を多層に配置する場合の別の方法を示す。接続部材の作製方法の別の一例を説明するための概略図であり、（A）は超電導線材を１層配置する場合の方法、（B）は超電導線材を多層に配置する場合の方法を示す。接続部材の作製方法の別の一例を説明するための概略図であり、超電導線材を多層に配置する場合の別の方法を示す。図１の接続部材に接続導体を接続する構成の一例を示す概略断面図である。図１の接続部材に接続導体を接続する構成の別の一例を示す概略断面図である。実施例１の変形例１に係る接続部材を説明するための概略断面図である。実施例１の変形例２に係る接続部材を説明するための概略断面図である。従来の接続構造を説明するための概略図であり、(A)は超電導ケーブル導体の端末部を部分的に示す要部半断面図、（B）は図（A）において電流の流れのイメージを示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。各図において、同一又は相当する部材には同一の符号を付している。

［実施例１］
図１に基づいて、本発明の実施例１に係る接続部材を説明する。この接続部材30は、超電導ケーブル導体10の端末部110と、接続導体（図示せず）とを接続するための部材である。以下では、超電導導体層12に流れる電流が接続部材30を介して接続導体に向かって流れる場合を想定して説明する。

（超電導ケーブル導体）
超電導ケーブル導体10は、中心から順にフォーマ11、超電導導体層12、電気絶縁層13を有する。フォーマ11は、超電導導体層12を保形する部材であり、長手方向（軸方向）に直交する断面外形が円形である。超電導導体層12は、フォーマ11の外周にテープ状の超電導線材を螺旋状に巻回することで形成されており、この例では、内側（フォーマ11側）から超電導導体層121,122,123が積層された３層構造である（図１（B）参照）。超電導線材としては、例えば、Bi2223系銀シース超電導線材（Ag‐MnやAgなどの安定化金属中に酸化物超電導導体からなるフィラメントが配されたシース線線材）、RE123系薄膜超電導線材（RE：希土類元素（例えばY、Ho、Nd、Sm、Gdなど）。金属基板上に酸化物超電導相が成膜された積層線材）を使用することができる。電気絶縁層13は、超電導導体層12の外周に絶縁材料（例、ＰＰＬＰ（登録商標，Polypropylene Laminated Paper））を巻回することで形成されている。

超電導ケーブル導体10の端末部110は、超電導ケーブル導体10の端部を段剥ぎしてフォーマ11及び超電導導体層12の各層121,122,123を階段状に露出させ、この端部に端末金具20を取り付けることで構成されている。つまり、各超電導導体層121,122,123が、端末部110（端末金具20内）で内層が外層から露出するように階段状に積層された状態となる。端末金具20は、例えば、筒状（この例では円筒状）の部材であり、銅、アルミニウム、銀などの金属及びその合金といった常電導材料で形成されている。端末金具20の取り付けは、段剥ぎ処理した超電導ケーブル導体10の端部を端末金具20の一端側から挿入し、露出したフォーマ11の端部が挿入された箇所を外側から圧縮してフォーマ11と端末金具20とを圧縮接合することで機械的に固定すると共に、露出した超電導導体層12と端末金具20とを半田付けなどで電気的に接続することで行われている。

（接続部材）
接続部材30は、例えば、筒状（この例では円筒状）の部材であり、一端側に端末金具20が挿入され電気的に接続される挿入部31と、他端側に接続導体が電気的に接続される接続部36とを有する。接続部材30は、銅、アルミニウム、銀などの金属及びその合金といった常電導材料で形成され、一部に超電導線材32が埋設され一体化されている。具体的には、挿入部31に端末金具20が挿入されたとき、挿入部31において、端末金具20内の超電導導体層12と径方向に重複する部分に超電導線材32が埋設されている。そして、超電導線材32は、挿入部31側から接続部36側に向かって長手方向（軸方向）に沿って延設されている。また、この例では、接続部材30の径方向断面において表皮効果により電流の偏流が生じる箇所に超電導線材32が埋設されている。超電導線材32には、上記したBi2223系銀シース超電導線材やRE123系薄膜超電導線材を使用することができる。

超電導線材32は、接続部材30（挿入部31）に全周に亘って間隔をあけて同心円状に層状に配置（配列）されており、この例では、各超電導導体層121,122,123に対応するように、内側（中心側）から超電導線材321,322,323が積層された３層構造である（図１（B）参照）。また、各層の超電導線材321,322,323が、接続部材30の挿入部31側で外層が内層から露出すように階段状に積層されている。つまり、各層の超電導線材321,322,323は、挿入部31側端部で、超電導線材321から超電導線材322が露出し、更に、超電導線材322から超電導線材323が露出している。そして、各層の超電導線材321,322,323の挿入部31側端部が、各超電導導体層121,122,123の端部と径方向に互いに対応して重複するように配置されている。なお、この例では、超電導線材32の層数は、超電導導体層12に合わせて超電導導体層12と同じ層数としているが、異なっていてもよく、単層であってもよい。また、各層の超電導線材321,322,323は、挿入部31側端部が揃っていてもよい。一方、各層の超電導線材321,322,323は、接続部36側端部が揃っているが、後述するように、接続部36側で内層が外層から露出すように階段状に積層されていてもよい。

接続部材30の挿入部31は、端末金具20と電気的に接続されている。具体的には、接続部材30における挿入部31の内周面と、端末金具20における露出した超電導導体層12の端部が挿入された箇所の外周面とが電気的に接続されている。接続部材30と端末金具20とは、例えば、挿入部31と端末金具20と間にマルチコンタクトなどの接続用コンタクトを配置し、この接続用コンタクトを介して両者を電気的に接続したり、両者を半田付けすることで電気的に接続したりすることができる。この例では、挿入部31の内側にマルチコンタクト（図示せず）を設け、接続部材30と端末金具20とを電気的・機械的に接続している。また、端末金具20におけるフォーマ11の端部が挿入された箇所は外側から圧縮され、その外周面が圧縮変形しており、この外周面と接続部材30（挿入部31）との間に空間が形成されている。

接続部材30の接続部36は、他端側の端面に全周に亘って接続端子361を形成することで構成されている。

（接続導体）
図５に基づいて、接続部材30の接続部36に接続導体を接続する構成を説明する。この例では、接続導体として電流リード50を接続している。この電流リード50は、極低温（例、液体窒素温度（約-200℃））に冷却された超電導ケーブル導体10（超電導導体層12）と常温に配置された電力機器（例、常電導ケーブル）との間で電流の授受を行う部材である。電流リード50は、銅、アルミニウム、銀などの金属及びその合金といった常電導材料で形成され、この例では、円筒状に構成されている。また、電流リード50の周囲には、ＦＲＰなどの絶縁性樹脂で形成された固体絶縁層（図示せず）が被覆されている。接続部36（接続端子361）に接続される電流リード50の端面には、全周に亘って接続端子51が形成されている。そして、接続部材30の端面に設けられた接続端子361と、電流リード50の端面に設けられた接続端子51とを溶接や半田で接合することで、両者が電気的に接続されている。これにより、接続部材30の長手方向に電流リード50が接続されることになり、接続部材30の端面（接続端子361）から電流リード50の端面（接続端子51）に電流が乗り移る。

図５では、接続部材30の接続部36に接続導体（電流リード50）を直接接続すする構成を説明したが、図６に示すように、接続部36に編組線60を接続し、この編組線60を介して接続導体を接続してもよい。編組線60は、銅、アルミニウム、銀などの金属及びその合金といった常電導材料で形成された素線で構成されており、接続部36（接続端子361）に接続される先端に接続端子61が設けられている。そして、接続部材30の端面に設けられた接続端子361と、編組線60の先端に設けられた接続端子61とを溶接や半田で接合することで、両者が電気的に接続されている。なお、接続部36に編組線60を接続する場合、円筒状の編組線60を接続してもよいし、複数の帯状や線状の編組線60を略円筒状に配置して接続してもよい。

（接続部材の作製方法の一例）
このような接続部材30は、次のようにして作製することができる。作製方法の一例（図２参照）としては、接続部材30の挿入部側（図２では手前側）の端面310から接続部側（図２では奥側）に向かって長手方向（軸方向）に延びる溝を穿設し、この溝に超電導線材32を挿入して配置することが挙げられる。

超電導線材32を同心円上に１層配置する場合は、図２（A）に示すように、接続部材30の挿入部側の端面310に超電導線材32の厚みに応じた径方向の幅を有する溝331を同心円上に形成し、この溝331に超電導線材32を挿入して配置する。超電導線材32は、半田や導電性接着剤などで固定して接続部材に一体化するとよい。各溝331は、端面310の周方向に連続していてもよい。溝331の深さ（端面310から軸方向に沿った深さ）は、接続部材30における超電導線材32を配置する軸方向の長さに応じて適宜決定すればよく、貫通していてもよい。超電導線材32は、端面310からはみ出さない長さとし、溝331の深さより短くてもよい。超電導線材32が溝331の深さが短い場合、超電導線材32が配置されない溝331の残部空間は半田などを充填して埋めればよい。

超電導線材32を多層に配置する、例えば超電導線材321,322,323を積層するように配置する場合は、図２（B）に示すように、径の異なる同心円上に溝331,332,333を軸方向に沿って穿設し、各溝331,332,333に超電導線材321,322,323を挿入して配置する。各溝331,332,333は、各層の超電導線材321,322,323の厚みに応じた径方向の幅を有する。超電導線材321,322,323は、半田や導電性接着剤などで固定して接続部材に一体化するとよい。各層の超電導線材321,322,323を接続部材30の挿入部側の端部で階段状に積層する場合は、各溝331,332,333の深さを異ならせ、各溝の深さを溝333、溝332、溝331の順に深くしてもよい。或いは、各層の超電導線材321,322,323の長さを異ならせ、各層の超電導線材321,322,323の長さを超電導線材321、超電導線材322、超電導線材323の順に長くしてもよい。前者の場合、各層の超電導線材321,322,323が接続部材30の接続部側の端部で内層が外層から露出すように階段状に積層されることになり、後者の場合、各層の超電導線材321,322,323の接続部側端部が揃うことになる。

超電導線材321,322,323を多層に積層配置する別の方法としては、図２（C）に示すように、超電導線材321,322,323を積層したときの厚みに応じた径方向の幅を有する溝334を穿設し、この溝334に積層した超電導線材321,322,323を挿入して配置するようにしてもよい。この場合、超電導線材321,322,323を積層して、予め半田など一体化しておいてもよい。

（接続部材の作製方法の別の一例）
また、作製方法の別の一例（図３参照）としては、接続部材30の超電導線材32が埋設される部分を別部材とし、これを径方向に複数分割した筒状体の組み合わせにより構成することが挙げられる。なお、図３では、右側が挿入部側、左側が接続部側である（後述する図４も同様）。

超電導線材32を同心円上に１層配置する場合は、図３（A）に示すように、筒状体301の外周面に挿入部側から接続部側に向かって長手方向（軸方向）に沿って溝331を形成し、この溝331に超電導線材32を配置する。溝331は、超電導線材32の厚みに応じた径方向の深さを有する。溝331の位置や長さは、接続部材30における超電導線材32を配置する軸方向の位置や長さに応じて適宜決定すればよく、両端まで達していてもよい。そして、この筒状体301の外側に別の筒状体304を重ね合わせ、これら筒状体301,304を圧接するなどして接合する。配置した超電導線材32は、半田や導電性接着剤などで溝に固定して接続部材に一体化する他、筒状体の圧接により同時に一体化してもよい。

超電導線材32を多層に配置する場合は、例えば超電導線材321,322,323を積層するように配置する場合は、層数に応じて筒状体の数を増やすことで対応することが可能である。具体的には、図３（B）に示すように、径方向に分割した筒状体301,302,303のそれぞれの外周面に軸方向に沿って溝331,332,333を形成し、各溝331,332,333に超電導線材321,322,323を配置する。各溝331,332,333は、各層の超電導線材321,322,323の厚みに応じた径方向の深さを有する。そして、各筒状体301,302,303を重ね合わせると共に、更にその外側に別の筒状体304を重ね合わせ、これら筒状体301,302,303,304を圧接するなどして一体化する。配置した超電導線材321,322,323は、半田や導電性接着剤などで溝に固定して接続部材に一体化する他、筒状体の圧接により同時に一体化してもよい。各溝331,332,333は、長さが異なっていてもよく、各層の超電導線材321,322,323を接続部材30の挿入部側の端部で階段状に積層する場合は、各溝の長さを溝333、溝332、溝331の順に長くする、或いは、各溝331,332,333の形成位置（両端の位置）を異ならせてもよい。なお、逆に、筒状体の内周面に超電導線材を配置する溝を形成し、その内側に別の筒状体を重ね合わせるように構成してもよい。

超電導線材321,322,323を多層に積層配置する別の方法としては、図４に示すように、超電導線材321,322,323を積層したときの厚みに応じた径方向の深さを有する溝334を筒状体301の外周面に軸方向に沿って形成し、この溝334に積層した超電導線材321,322,323を配置するようにしてもよい。この場合、超電導線材321,322,323を積層して、予め半田など一体化しておいてもよい。これら積層した線材のうち、最外層にある超電導線材323の外側を筒状体304で覆う点は、図３で説明した接続部材の作製方法と同様である。

（作用効果）
上記した図１に示す実施例１に係る接続部材30によれば、超電導ケーブル導体10の端末部110（端末金具20）が挿入部31に挿入され、端末金具20と電気的に接続されたとき、超電導導体層12と径方向に重複する部分に超電導線材32が埋設されている。図１（B）中の白抜き矢印は、図９（B）で説明したのと同様に電流の流れのイメージを示す。図１（B）中の白抜き矢印で示すように、接続部材30と端末金具20との接続箇所で、超電導導体層12（121,122,123）に流れる電流が低抵抗の超電導線材32（321,322,323）に向かって径方向に流れ、電流の向きが径方向に矯正される。そのため、超電導導体層12から電流が乗り移る際に、電流が集中することを抑制できる。よって、超電導導体層12の接続箇所での電流分布の集中が緩和され、局所的発熱を抑制でき、損失も低減できる。

この例では、挿入部31において、端末金具20におけるフォーマ11の端部が挿入された箇所の外周面との間に空間が形成されていることから、挿入部31と端末金具20におけるフォーマ11の端部が挿入された箇所との電気的な接続箇所が少なくなる。よって、超電導導体層12（121,122,123）側から超電導線材32（321,322,323）側に向かって径方向に電流が流れ易い。

また、超電導線材32が挿入部31側から接続部36側に向かって延設され、この超電導線材32に電流が流れることで、挿入部31側から接続部36側に電流を低損失で流すことができ、接続部材30の発熱を低減できる。特に、接続部材30の表皮効果により電流が偏流する箇所に超電導線材32が配置されているので、接続部材30の表面側に集中する電流が超電導線材32に流れることから、電流を効果的に低損失で流すことができ、発熱をより低減できる。

さらに、超電導導体層12が３層の超電導導体層121,122,123で構成され、各超電導導体層121,122,123の端部が、内層が外層から露出するように階段状に積層されている。そして、接続部材30では、各超電導導体層121,122,123に対応するように、各層の超電導線材321,322,323が挿入部31側で外層が内層から露出すように階段状に積層され、各層の超電導線材321,322,323の挿入部31側端部と各超電導導体層121,122,123の端部とが径方向に互いに重複して配置されている。各超電導導体層121,122,123からそれぞれ対応する各層の超電導線材321,322,323に電流が乗り移り、電流分布の集中を効果的に緩和することができる。また、挿入部31側から接続部36側に向かって各層の超電導線材321,322,323に流れる電流を均流化できる。

（変形例１）
図７に基づいて、実施例１の変形例１に係る接続部材ついて、図１に示す実施例１の接続部材との相違点を中心に説明する。

図７に示す接続部材30では、接続部36が、他端側の外周面の全周に亘って接続端子362を形成することで構成されており、各層の超電導線材321,322,323が、接続部36側で内層が外層から露出すように階段状に積層されている。具体的には、各層の超電導線材321,322,323の接続部36側端部が、接続端子362と径方向に重複する箇所で内層が外層から露出すように階段状に積層されている。これにより、接続部36側で各層の超電導線材321,322,323から接続端子362に電流が流れる際に、電流が集中することを抑制できる。

さらに、この例では、端末金具20におけるフォーマ11の端部が挿入された箇所の先端部が、接続部材20の他端側（端末金具20が挿入される側とは反対側）から突出している。そのため、フォーマ11が機械的に固定された端末金具20の先端部に、この部分を把持する把持部材（図示せず）を接続する作業が行い易い。この把持部材を、例えば超電導ケーブルの終端接続部で容器に固定すると共に、この把持部材によりフォーマ11を支持することで、超電導ケーブル導体10が冷却された際に発生する熱収縮による引張力をフォーマ11に負担させることができる。これにより、超電導ケーブル導体10の熱収縮による引張力を引き止めながら、この引張力が作用してもフォーマ11が引張力を負担して、超電導導体層12が損傷することを回避できる。

（変形例２）
図８に基づいて、実施例１の変形例１に係る接続部材ついて、図１に示す実施例１の接続部材との相違点を中心に説明する。

図８に示す接続部材30では、各層の超電導線材321,322,323の挿入部31側端部と各超電導導体層121,122,123の端部とが径方向に互いに重複して配置されている箇所で、各超電導導体層121,122,123の端部と各層の超電導線材321,322,323との間の径方向の距離を一定としている。具体的には、図８に示すように、各超電導導体層121,122,123の端部を通る仮想線L12に対して各層の超電導線材321,322,323の端部を通る仮想線L32の傾きが等しくなる（仮想線同士が平行となる）ように、各層の超電導線材321,322,323が配置されている。これにより、各超電導導体層121,122,123とこれに対応する各層の超電導線材321,322,323との間の径方向の電気抵抗値が略等しくなるため、電流分布の集中をより緩和することができる。

（変形例３）
上記した実施例２では、各超電導導体層121,122,123の端部と各層の超電導線材321,322,323との径方向の距離が一定となるように各層の超電導線材321,322,323を配置することで、対応する両者間の径方向のそれぞれの電気抵抗値を簡易的に略等しくする構成を説明した。しかし、この場合、各超電導導体層121,122,123と各層の超電導線材321,322,323の径の違いから、厳密にいえば、対応する両者間の径方向のそれぞれの電気抵抗値は等しくならない。そこで、変形例３では、各超電導導体層121,122,123と各層の超電導線材321,322,323の径の違いを考慮して、各超電導導体層121,122,123の端部と各層の超電導線材321,322,323との間のそれぞれの径方向の距離を調節して、両者間の径方向の電気抵抗値を実質的に一定とする。具体的には、超電導導体層の外周面の半径（中心軸から超電導導体層の外周面までの距離）をr1、超電導線材の内周面の半径（中心軸から超電導線材の内周面までの距離）をr2としたとき、各超電導導体層121,122,123と各層の超電導線材321,322,323でのそれぞれのln（r2/r1）が一定となるように、各層の超電導線材321,322,323のそれぞれの径方向の位置を調整して配置する。これにより、変形例２に比較して、電流分布の集中をより緩和することができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

本発明の接続部材は、超電導ケーブル導体と接続導体との電気的接続に好適に利用することが可能である。

10 超電導ケーブル導体 110 端末部
11 フォーマ 12,121,122,123 超電導導体層
13 電気絶縁層
20 端末金具
30 接続部材
31 挿入部 32,321,322,323 超電導線材
310 端面
331,332,333,334 溝 301,302,303,304 筒状体
36 接続部 361,362 接続端子
50 電流リード 51 接続端子
60 編組線 61 接続端子

Claims

フォーマとその外周に形成された超電導導体層とが露出された超電導ケーブル導体の端末部に取り付けられた端末金具と、前記超電導導体層に流れる電流を授受する接続導体とを接続するための接続部材であって、
接続部材の一端側に前記端末金具が挿入され電気的に接続される挿入部と、他端側に前記接続導体が電気的に接続される接続部とを有し、
前記挿入部において、前記端末金具内の前記超電導導体層と径方向に重複する部分に超電導線材が埋設され、
この超電導線材が前記挿入部側から前記接続部側に向かって延設されていることを特徴とする接続部材。
接続部材の径方向断面において、表皮効果により電流が偏流する箇所に前記超電導線材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の接続部材。
前記超電導線材が多層に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の接続部材。
前記超電導ケーブル導体の超電導導体層が多層に形成され、端末部で内層が外層から露出するように階段状に積層されており、
前記超電導線材が多層に配置されると共に、各層の超電導線材が前記挿入部側で外層が内層から露出するように階段状に積層され、
前記各層の超電導線材の挿入部側端部が、前記各超電導導体層の端部と径方向に互いに対応して重複するように配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の接続部材。
前記各超電導導体層の端部と前記各層の超電導線材との間の径方向の距離が一定であることを特徴とする請求項４に記載の接続部材。
前記各超電導導体層の端部と前記各層の超電導線材との間の径方向の電気抵抗値が一定であることを特徴とする請求項４に記載の接続部材。
前記挿入部において、前記端末金具における前記フォーマの端部が挿入された箇所の外周面との間に空間が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の接続部材。