JP2015032612A - 超電導電流リード - Google Patents
超電導電流リード Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015032612A JP2015032612A JP2013159228A JP2013159228A JP2015032612A JP 2015032612 A JP2015032612 A JP 2015032612A JP 2013159228 A JP2013159228 A JP 2013159228A JP 2013159228 A JP2013159228 A JP 2013159228A JP 2015032612 A JP2015032612 A JP 2015032612A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- superconducting
- superconducting wire
- current lead
- electrode
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 claims description 2
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 abstract description 17
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 14
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 abstract description 2
- 102100040287 GTP cyclohydrolase 1 feedback regulatory protein Human genes 0.000 description 7
- 101710185324 GTP cyclohydrolase 1 feedback regulatory protein Proteins 0.000 description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 7
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 229910000856 hastalloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 3
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 3
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000007735 ion beam assisted deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 229910021521 yttrium barium copper oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017060 Fe Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002544 Fe-Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- MKYBYDHXWVHEJW-UHFFFAOYSA-N N-[1-oxo-1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propan-2-yl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(C(C)NC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 MKYBYDHXWVHEJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical group [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-M Trifluoroacetate Chemical compound [O-]C(=O)C(F)(F)F DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000005609 naphthenate group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000001552 radio frequency sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- WROMPOXWARCANT-UHFFFAOYSA-N tfa trifluoroacetic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)F.OC(=O)C(F)(F)F WROMPOXWARCANT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical group [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
- H01F6/065—Feed-through bushings, terminals and joints
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
- H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
- H01R4/58—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation characterised by the form or material of the contacting members
- H01R4/68—Connections to or between superconductive connectors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
【課題】冷却時の熱収縮により、超電導線材と金属電極との接合部が損傷するのを防止できる信頼性の高い超電導電流リードを提供する。【解決手段】超電導電流リードは、金属基板上に中間層、超電導層、安定化層が順に積層されたテープ状の超電導線材と、超電導線材の両端部に接合される金属電極と、超電導線材と金属電極とを含むリード本体を、所定の電極間距離となるように位置決めした状態で収容する補強部材と、を備える。超電導線材は、金属電極間において撓みを有する。【選択図】図８
Description
本発明は、酸化物超電導線材を用いた超電導電流リードに関し、特に、超電導線材及び金属電極が補強部材に収容されてなる超電導電流リードに関する。
近年、超電導ケーブルや超電導マグネット等、超電導を利用した超電導応用機器の分野では、実用化に向けてさかんに研究、開発が行われている。一般に、超電導応用機器は低温部（低温容器）に設置され、常温部に設置された外部機器（例えば電源）と、電流リードを介して接続される。
超電導応用機器の運転は、極低温環境下で行われるため、低温部の断熱性が極めて重要となる。低温部の断熱性が悪く、低温部への熱侵入が大きいと、超電導応用機器の冷却効率が低下して超電導状態を維持するための冷却コストが増大することとなり、場合によっては超電導応用機器を運転できなくなってしまうためである。この低温部への熱侵入の経路としては、低温容器を伝熱する経路、電流リードを伝熱する経路が考えられる。
超電導応用機器の運転は、極低温環境下で行われるため、低温部の断熱性が極めて重要となる。低温部の断熱性が悪く、低温部への熱侵入が大きいと、超電導応用機器の冷却効率が低下して超電導状態を維持するための冷却コストが増大することとなり、場合によっては超電導応用機器を運転できなくなってしまうためである。この低温部への熱侵入の経路としては、低温容器を伝熱する経路、電流リードを伝熱する経路が考えられる。
低温容器を介した熱侵入を防止するための手法としては、液体窒素等の冷媒及び超電導応用機器を収容する冷媒槽と、冷媒槽の外側に設けられる真空槽とを有する二重構造の低温容器が知られている。この低温容器によれば、真空断熱により低温部への熱侵入が低減される。
電流リードを介した熱侵入を防止するための手法としては、酸化物超電導体を用いた超電導電流リードが提案されている。酸化物超電導体は、液体窒素温度以下では電気抵抗がゼロ、かつ熱伝導率が小さい（銅の数１０分の１）。そのため、超電導電流リードにおいては、通電時にジュール熱の発生はなく、低温部への伝熱量も極めて小さくなる。したがって、超電導電流リードによれば、低温部への熱侵入が低減される。
一般に、超電導電流リードは、テープ状の超電導線材、超電導線材の一端部（高温側）に配置される第１の金属電極、及び超電導線材の他端部（低温側）に配置される第２の金属電極を備える。超電導線材と第１の金属電極及び第２の金属電極は、例えば半田付けにより接合される。
超電導線材、第１の金属電極、及び第２の金属電極とからなるリード本体は、補強部材内に位置決めした状態で収容され、支持される（例えば特許文献１）。補強部材は、低熱伝導性の材料（例えば繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：Glass Fiber Reinforced Plastics）、ステンレス合金、ニッケル基合金、チタン合金等）で構成される。このように、リード本体が補強部材内に収容される場合、超電導線材は直線状に保持されるのが一般的である。
超電導線材、第１の金属電極、及び第２の金属電極とからなるリード本体は、補強部材内に位置決めした状態で収容され、支持される（例えば特許文献１）。補強部材は、低熱伝導性の材料（例えば繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：Glass Fiber Reinforced Plastics）、ステンレス合金、ニッケル基合金、チタン合金等）で構成される。このように、リード本体が補強部材内に収容される場合、超電導線材は直線状に保持されるのが一般的である。
しかしながら、上述した超電導電流リードを極低温環境下で用いると、それぞれの構成部材が熱収縮するため、以下のような不具合が生じる。
例えば、超電導線材の熱収縮率が補強部材の熱収縮率よりも大きい場合、超電導線材の方が大きく収縮するため、超電導線材と金属電極との接合部（半田付け部分）に過大な負荷が生じ、損傷する虞がある。そして、接合部が損傷すると接続抵抗が大きくなるため、大電流を流すことが困難となる。
例えば、超電導線材の熱収縮率が補強部材の熱収縮率よりも大きい場合、超電導線材の方が大きく収縮するため、超電導線材と金属電極との接合部（半田付け部分）に過大な負荷が生じ、損傷する虞がある。そして、接合部が損傷すると接続抵抗が大きくなるため、大電流を流すことが困難となる。
一方、超電導線材の熱収縮率が補強部材の熱収縮率よりも小さい場合、超電導線材に撓みが生じるだけであり、一見、超電導線材と金属電極との接合部に過大な負荷は生じないように考えられる。しかし、超電導線材の熱伝導率と補強部材の熱伝導率は異なるため、冷却の進行度合いも異なる。すなわち、熱伝導率の高い超電導線材の方が冷却の進行が速く、冷却初期の収縮量は補強部材よりも超電導線材の方が大きくなる。したがって、やはり超電導線材と金属電極との接合部には過大な負荷が生じることとなる。特に、一般的な酸化物超電導線材は、熱伝導率の高いＡｇやＣｕからなる安定化層を有するため、かかる問題は顕著となる。
本発明の目的は、冷却時の熱収縮により、超電導線材と金属電極との接合部が損傷するのを防止できる信頼性の高い超電導電流リードを提供することである。
本発明に係る超電導電流リードは、金属基板上に中間層、超電導層、安定化層が順に積層されたテープ状の超電導線材と、
前記超電導線材の両端部に接合される金属電極と、
前記超電導線材と前記金属電極とを含むリード本体を、所定の電極間距離となるように位置決めした状態で収容する補強部材と、を備え、
前記超電導線材が、前記金属電極間において撓みを有することを特徴とする。
前記超電導線材の両端部に接合される金属電極と、
前記超電導線材と前記金属電極とを含むリード本体を、所定の電極間距離となるように位置決めした状態で収容する補強部材と、を備え、
前記超電導線材が、前記金属電極間において撓みを有することを特徴とする。
本発明によれば、超電導線材に形成された撓みによって、冷却時に超電導線材に生じる熱収縮が吸収されるので、超電導線材と金属電極との接合部に過大な負荷が生じることはなく、高い信頼性が確保される。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る超電導電流リード１０を用いた超電導磁石装置１を示す図である。図２は、超電導リード１０の外観図である。図３は、超電導線材１１の一般的な構成を示す図である。図４は、超電導電流リードをＺ方向先端側から見た平面図である。図５は、図６におけるＶＩ−ＶＩ矢視断面図である。図６は、超電導電流リードをＹ方向基端側から見た正面図である。図７は、図４におけるＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。
図１は、本発明の一実施の形態に係る超電導電流リード１０を用いた超電導磁石装置１を示す図である。図２は、超電導リード１０の外観図である。図３は、超電導線材１１の一般的な構成を示す図である。図４は、超電導電流リードをＺ方向先端側から見た平面図である。図５は、図６におけるＶＩ−ＶＩ矢視断面図である。図６は、超電導電流リードをＹ方向基端側から見た正面図である。図７は、図４におけるＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。
図１に示すように、超電導磁石装置１は、超電導電流リード１０、常電導電流リード１５、超電導コイル２０、電源３０、及び低温容器４０等を備える。
低温容器４０は、内側の容器４１と外側の真空槽４２とからなる二重構造を有する。容器４１は冷凍機（図示略）に接続され、例えば液体ヘリウムによって内部を極低温（例えば７７Ｋ）に保持される。真空槽４２は真空ポンプ（図示略）に接続され、内部を真空状態に保持される。
低温容器４０は、内側の容器４１と外側の真空槽４２とからなる二重構造を有する。容器４１は冷凍機（図示略）に接続され、例えば液体ヘリウムによって内部を極低温（例えば７７Ｋ）に保持される。真空槽４２は真空ポンプ（図示略）に接続され、内部を真空状態に保持される。
超電導コイル２０は、超電導線材を巻線したコイルである。超電導コイル２０は、低温部となる容器４１内に配置される。超電導コイル２０は、超電導電流リード１０と接続するためのコイル電極２１を有する。
電源３０は、常温部となる低温容器４０外に配置される。電源３０は、常電導電流リード１５及び超電導電流リード１０を介して、超電導コイル２０に電流を供給する。常電導電流リード１５は、例えば銅線である。
電源３０は、常温部となる低温容器４０外に配置される。電源３０は、常電導電流リード１５及び超電導電流リード１０を介して、超電導コイル２０に電流を供給する。常電導電流リード１５は、例えば銅線である。
超電導電流リード１０は、超電導線材１１、第１の電極１２、第２の電極１３、及び補強部材１４を有する。超電導電流リード１０は、容器４１内に配置される。超電導線材１１の高温側となる一端部は第１の電極１２に接続され、低温側となる他端部は第２の電極１３に接続される。
本実施の形態では、超電導線材１１を１本用いた超電導電流リード１０について説明するが、本発明は、後述する実施例２のように、超電導線材１１を複数本有する超電導電流リードに適用することもできる。
本実施の形態では、超電導線材１１を１本用いた超電導電流リード１０について説明するが、本発明は、後述する実施例２のように、超電導線材１１を複数本有する超電導電流リードに適用することもできる。
超電導線材１１は、図３に示すように、超電導層１１３を有するテープ状の線材である。超電導線材１１は、例えばテープ状の金属基板１１１上に、中間層１１２、超電導層１１３、安定化層１１４が順に形成された積層構造を有する。
金属基板１１１は、Ｎｉ合金（例えばハステロイ（登録商標））、Ｗ−Ｍｏ系、Ｆｅ−Ｃｒ系（例えばオーステナイト系ステンレス）、又はＦｅ−Ｎｉ系の材料に代表される低磁性の無配向金属基板である。
中間層１１２は、例えば金属基板１１１からの元素の拡散が超電導層１１３に及ぶのを防止するための第１の中間層（拡散防止層）と、超電導層１１３の結晶を一定の方向に配向させるための第２の中間層（配向層）など、複数の中間層を有する。第１の中間層は、例えばガリウムドープ酸化亜鉛層（ＧＺＯ）又はイットリウム安定化ジルコニア層（ＹＳＺ）で構成される。第１の中間層の成膜には、例えばイオンビームアシスト蒸着法（ＩＢＡＤ：Ion Beam Assisted Deposition）を適用できる。第２の中間層は、例えば酸化セリウム層（ＣｅＯ２）で構成される。第２の中間層の成膜には、例えばＲＦスパッタ法を適用できる。
超電導層１１３は、例えばＲＥ系超電導体（ＲＥ：Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ及びＹｂから選択される１又は２種以上の希土類元素）等の酸化物超電導体で構成される。ＲＥ系超電導体としては、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７で表されるイットリウム系超電導体が代表的である。超電導層１１３の成膜には、有機金属体積法（ＭＯＤ：Metal-organic deposition）、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ：Pulsed Laser Deposition）、スパッタ法、又は有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）を適用できる。
超電導層１１３には、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｃｅのうち少なくとも１つを含む５０μｍ以下の酸化物粒子が磁束ピンニング点として分散していることが好ましい。この場合、超電導層１１３の成膜法としては、三フッ化酢酸塩（ＴＦＡ）を用いたＴＦＡ−ＭＯＤ法が好適である。例えば、ＴＦＡを含むＢａ溶液中に、Ｂａと親和性の高いＺｒ含有ナフテン酸塩等を混合することにより、ＲＥ系超電導体からなる超電導層１１３に、Ｚｒを含む酸化物粒子（ＢａＺｒＯ３）を磁束ピンニング点として分散させることができる。なお、超電導層１１３中に磁束ピンニング点を分散する手法は、公知の技術を適用することができる（例えば特開２０１２−０５９４６８号公報）。
超電導層１１３中に磁束ピンニング点を分散させることにより、超電導線材１１が湾曲した状態で用いられても、磁場の影響を受けにくく、安定した超電導特性が発揮される。
超電導層１１３中に磁束ピンニング点を分散させることにより、超電導線材１１が湾曲した状態で用いられても、磁場の影響を受けにくく、安定した超電導特性が発揮される。
安定化層１１４は、超電導層１１３を保護するとともに、超電導状態が部分的に破れて抵抗が発生（常電導転移）した場合に電流を迂回させるための層である。安定化層１１４は、電気抵抗率が低く、熱伝導率の高い材料で構成されるのが好ましく、例えばＡｇ又はＣｕで構成される。安定化層１１４の成膜には、例えばスパッタ法を適用できる。
超電導線材１１の熱収縮率は、主として金属基板１１１に依存する。室温から７７Ｋに冷却した際のハステロイの熱収縮率は、０．２０４％である。また、超電導線材１１の熱伝導率は、主として金属基板１１１及び安定化層１１４に依存する。７７Ｋにおけるハステロイの熱伝導率は５．１６４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、Ａｇの熱伝導率は２３７．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
第１の電極１２（高温側電極）及び第２の電極１３（低温側電極）は、銅又は銅合金等の金属材料で構成される。第１の電極１２は、容器４１の底面近傍に配置され、導体引出部（図示略）を介して常電導電流リード１５に接続される。第１の電極１２の近傍の温度は、例えば７７Ｋである。第２の電極１３は、超電導コイル２０の近傍に配置され、超電導コイル２０のコイル電極２１に接続される。第２の電極１３の近傍の温度は、例えば４．２Ｋである。
第１の電極１２及び第２の電極１３は、それぞれ長さ方向（Ｘ方向）における一方の端面に、超電導線材１１を固定するための固定溝１２ａ、１３ａを有する。固定溝１２ａ、１３ａの幅方向（Ｙ方向）両端は、開放されていてもよいし、閉塞されていてもよい。固定溝１２ａ、１３ａの高さ（Ｚ方向）は、超電導線材１１の厚みよりも若干大きく設定される。固定溝１２ａ、１３ａの深さ（Ｘ方向）は、超電導線材１１と強固に接合し、接続抵抗が充分小さく、かつ支持できる程度であればよい。
第１の電極１２の固定溝１２ａには、超電導線材１１の一方の端部が固定溝１２ａの底部に突き当たるまで挿入される。第２の電極１３の固定溝１３ａには、超電導線材１１の他方の端部が固定溝１３ａの底部に突き当たるまで挿入される。超電導線材１１と固定溝１２ａ、１３ａの隙間には溶融半田が充填される。すなわち、超電導線材１１と第１の電極１２及び第２の電極１３は、半田付けにより接合され、電気的に接続される。
このように、超電導電流リード１１においては、固定溝１２ａ、１３ａに超電導線材１１が挿入されて接合されるので、リード本体の組立工程が極めて容易であり、また超電導電流リード１１の小型化を図る上でも有用である。
補強部材１４は、超電導線材１１よりも熱伝導率が低い。これにより、外部からの熱侵入量を低減することができる。
熱侵入量を低減する観点からは、ＧＦＲＰが好適である。７７ＫにおけるＧＦＲＰの熱伝導率は０．３９Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、超電導線材１１の熱伝導率よりも著しく小さい。また、７７ＫにおけるＧＦＲＰの熱収縮率は０．２１３％であり、超電導線材１１の熱収縮率よりも大きい。
一方、超電導線材１１が破損したときに超電導磁石装置１を保護する観点からは、バイパスとして機能するステンレス合金、ニッケル基合金、チタン合金等が好適である。７７Ｋにおけるステンレス合金（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６）の熱伝導率は７．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、超電導線材１１の熱伝導率よりも小さい。また、７７Ｋにおけるステンレス合金（ＳＵＳ３０４）の熱収縮率は０．２８１であり、熱伝導線材１１の熱収縮率よりも大きい。
熱侵入量を低減する観点からは、ＧＦＲＰが好適である。７７ＫにおけるＧＦＲＰの熱伝導率は０．３９Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、超電導線材１１の熱伝導率よりも著しく小さい。また、７７ＫにおけるＧＦＲＰの熱収縮率は０．２１３％であり、超電導線材１１の熱収縮率よりも大きい。
一方、超電導線材１１が破損したときに超電導磁石装置１を保護する観点からは、バイパスとして機能するステンレス合金、ニッケル基合金、チタン合金等が好適である。７７Ｋにおけるステンレス合金（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６）の熱伝導率は７．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、超電導線材１１の熱伝導率よりも小さい。また、７７Ｋにおけるステンレス合金（ＳＵＳ３０４）の熱収縮率は０．２８１であり、熱伝導線材１１の熱収縮率よりも大きい。
補強部材１４は、超電導線材１１の両端部に第１の電極１２と第２の電極１３が接合されたリード本体を、所定の電極間距離（第１の電極１２と第２の電極１３の離間距離）となるように位置決めした状態で収容する。補強部材１４は、中空の直方体部材であり、天面が開口した収容部１４２及び開口を閉塞する蓋部１４１を有する。収容部１４２にリード本体が収容された後、収容部１４２の開口を閉塞するように蓋部１４１が接着される。なお、収容部１４２及び蓋部１４１には、部分的に開口が形成されていてもよい。
収容部１４２にはリード本体が収容され、所定の電極間距離となるように位置決めされる。具体的には、リード本体の位置決めを行うための位置決め部（図示略）を補強部材１４に設けておき、これを利用して第１の電極１２及び第２の電極１３を所定の位置に固定する。
本実施の形態では、リード本体が補強部材１４に収容されたときに、超電導線材１１が第１の電極１２と第２の電極１３との電極間において撓みを有する。超電導線材１１に形成される撓みを図８に示す。
図８Ａに示すように、超電導線材１１の露出長Ｌｓｃは、超電導線材１１の全長から固定溝１２ａ、１３ａの深さ（Ｘ方向の長さ）を除いた長さである。このリード本体を補強部材１４に収容したときの電極間距離Ｌｅが超電導線材１１の露出長Ｌｓｃよりも短ければ、図８Ｂに示すように、超電導線材１１に撓み量ΔＤの撓みが形成される。
例えば、固定溝１２ａ、１３ａのそれぞれの深さを２５ｍｍ、超電導線材１１の全長を１５１ｍｍとした場合、超電導線材１１の露出長Ｌｓｃは１０１ｍｍとなる。このリード本体を補強部材１４に収容したときの電極間距離Ｌｅが１００ｍｍの場合、１ｍｍ分の撓みが形成されることになる。
ここで、撓み率ΔＤ／Ｌｅは、０．５％以上であることが好ましい。撓み率ΔＤ／Ｌｅを０．５％以上とすることにより、冷却時に超電導線材１１に生じる熱収縮は撓みによって確実に吸収されるので、超電導線材１１と第１の電極１２及び第２の電極１３との接合部に過大な負荷がかかるのを確実に防止することができる。
なお、超電導線材１１に生じる熱収縮を吸収する観点からは、撓み率ΔＤ／Ｌｅの上限は特に制限されない。しかし、撓みが大きすぎると補強部材１４に収容するのが困難となったり、超電導特性が低下したりする虞がある。かかる観点から、撓み率ΔＤ／Ｌｅは１０％以下であることが好ましい。
このように、実施の形態に係る超電導電流リード１０は、金属基板１１１上に中間層１１２、超電導層１１３、安定化層１１４が順に積層されたテープ状の超電導線材１１と、超電導線材１１の両端部に接合される金属電極（第１の電極１２、第２の電極１３）と、超電導線材１１と金属電極（１２、１３）とを含むリード本体を、所定の電極間距離Ｌｅとなるように位置決めした状態で収容する補強部材１４と、を備える。そして、超電導線材１１は、金属電極（１２、１３）間において撓みを有する。
超電導電流リード１０において、補強部材１４がＧＦＲＰやステンレス合金等で構成される場合、超電導線材１１の熱収縮率は補強部材１４の熱収縮率よりも小さい。この場合、熱伝導率の高い超電導線材１１の方が冷却の進行が速く、冷却初期の収縮量は補強部材１４よりも超電導線材１１の方が大きくなるため、超電導線材１１に撓みが形成されていなければ、超電導線材１１と第１の電極１２及び第２の電極１３との接合部に過大な負荷が生じる。
超電導電流リード１０によれば、超電導線材１１に形成された撓みによって、冷却時に超電導線材１１に生じる熱収縮が吸収されるので、超電導線材１１と第１の電極１２及び第２の電極１３との接合部に過大な負荷が生じることはなく、高い信頼性が確保される。
超電導電流リード１０によれば、超電導線材１１に形成された撓みによって、冷却時に超電導線材１１に生じる熱収縮が吸収されるので、超電導線材１１と第１の電極１２及び第２の電極１３との接合部に過大な負荷が生じることはなく、高い信頼性が確保される。
また、超電導線材１１の熱収縮率が補強部材１４の熱収縮率よりも大きい場合は、冷却初期だけでなく、運転中の極低温環境下においても、熱収縮量の差によって超電導線材１１と第１の電極１２及び第２の電極１３との接合部に過大な負荷が生じる。この場合も、超電導線材１１に撓みを形成することにより、超電導線材１１に生じる熱収縮を吸収し、超電導線材１１と第１の電極１２及び第２の電極１３との接合部に過大な負荷が生じるのを防止することができる。
［実施例１］
実施例１では、ＹＢＣＯからなる超電導層を有する１本の超電導線材を用意し、この両端部に、表面に錫めっき処理が施された無酸素銅製の金属電極を接合し、さらにＧＦＲＰ製の補強部材に収容して、超電導電流リードを作製した。電極間距離Ｌｅは１００ｍｍとし、電極間における超電導線材の撓み率は、超電導線材の全長を変化させることにより、１％、２％、５％、２０％となるようにした。
実施例１では、ＹＢＣＯからなる超電導層を有する１本の超電導線材を用意し、この両端部に、表面に錫めっき処理が施された無酸素銅製の金属電極を接合し、さらにＧＦＲＰ製の補強部材に収容して、超電導電流リードを作製した。電極間距離Ｌｅは１００ｍｍとし、電極間における超電導線材の撓み率は、超電導線材の全長を変化させることにより、１％、２％、５％、２０％となるようにした。
［参照例１］
参照例１では、実施例１と同様の構成を有する超電導電流リードを、撓み率が０．３％となるように作製した。
参照例１では、実施例１と同様の構成を有する超電導電流リードを、撓み率が０．３％となるように作製した。
実施例１及び参照例１に係る超電導電流リードについて、極低温環境下における臨界電流特性を評価した。具体的には、超電導電流リードの金属電極に熱伝導板を取り付け、伝導冷却により超電導電流リード全体が７３〜７８Ｋとなるように冷却し、臨界電流値Ｉｃ（設計値２００Ａ）を測定した。なお、外部磁場は０Ｔ（自己磁場中）とした。評価結果を表１に示す。
［実施例２］
実施例２では、ＹＢＣＯからなる超電導層を有する超電導線材を２本用意し、これらの金属基板面同士を貼着して複合型の超電導線材を作製した。そして、この複合型の超電導線材を幅方向に２本並設した両端部に、表面に錫めっき処理が施された無酸素銅製の金属電極を接合し、さらにＧＦＲＰ製の補強部材に収容して、超電導電流リードを作製した。つまり、実施例２では４本の超電導線材を用いた超電導電流リードを作製した。電極間距離Ｌｅは１００ｍｍとし、電極間における超電導線材の撓み率は、超電導線材の全長を変化させることにより、１．２％、２％、６％、１８％となるようにした。
実施例２では、ＹＢＣＯからなる超電導層を有する超電導線材を２本用意し、これらの金属基板面同士を貼着して複合型の超電導線材を作製した。そして、この複合型の超電導線材を幅方向に２本並設した両端部に、表面に錫めっき処理が施された無酸素銅製の金属電極を接合し、さらにＧＦＲＰ製の補強部材に収容して、超電導電流リードを作製した。つまり、実施例２では４本の超電導線材を用いた超電導電流リードを作製した。電極間距離Ｌｅは１００ｍｍとし、電極間における超電導線材の撓み率は、超電導線材の全長を変化させることにより、１．２％、２％、６％、１８％となるようにした。
［参照例２］
参照例２では、実施例２と同様の構成を有する超電導電流リードを、撓み率が０．４％となるように作製した。
参照例２では、実施例２と同様の構成を有する超電導電流リードを、撓み率が０．４％となるように作製した。
実施例２及び参照例２に係る超電導電流リードについて、極低温環境下における臨界電流特性を評価した。具体的には、超電導電流リードの金属電極に熱伝導板を取り付け、伝導冷却により超電導電流リード全体が７３〜７８Ｋとなるように冷却し、臨界電流値Ｉｃ（設計値８００Ａ）を測定した。なお、外部磁場は０Ｔ（自己磁場中）とした。評価結果を表２に示す。
表１、２に示すように、撓み率ΔＤ／Ｌｅが０．５％以上である実施例１及び実施例２では、設計値とほぼ同等の臨界電流特性が得られた。これより、超電導線材に撓みを形成するという本発明の有効性が確認された。なお、実施例１−４、実施例２−４では、設計値通りの臨界電流特性が得られたが、超電導線材が大きく撓み、補強部材への収容が困難であった。このように、実施例１−４、実施例２−４は実用的ではないため、表１、表２では参考例として示した。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 超電導磁石装置
１０ 超電導電流リード
１１ 超電導線材
１１１ 金属基板
１１２ 中間層
１１３ 超電導層
１１４ 安定化層
１２ 第１の電極（金属電極）
１３ 第２の電極（金属電極）
１４ 補強部材
１５ 常電導電流リード
２０ 超電導コイル
３０ 電源
４０ 低温容器
１０ 超電導電流リード
１１ 超電導線材
１１１ 金属基板
１１２ 中間層
１１３ 超電導層
１１４ 安定化層
１２ 第１の電極（金属電極）
１３ 第２の電極（金属電極）
１４ 補強部材
１５ 常電導電流リード
２０ 超電導コイル
３０ 電源
４０ 低温容器
Claims (7)
- 金属基板上に中間層、超電導層、安定化層が順に積層されたテープ状の超電導線材と、
前記超電導線材の両端部に接合される金属電極と、
前記超電導線材と前記金属電極とを含むリード本体を、所定の電極間距離となるように位置決めした状態で収容する補強部材と、を備え、
前記超電導線材が、前記金属電極間において撓みを有することを特徴とする超電導電流リード。 - 前記電極間距離をＬ１、前記超電導線材のたわみ量をΔＤとしたとき、ΔＤ／Ｌ１で表される撓み率が０．５％以上であることを特徴とする請求項１に記載の超電導電流リード。
- 前記金属電極は、一端面に固定溝を有し、
前記固定溝に前記超電導線材の端部が挿入され、接合されることにより、前記金属電極と前記超電導線材とが電気的に接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導電流リード。 - 前記補強部材は、前記超電導線材よりも熱伝導性の低い材料で構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の超電導電流リード。
- 前記補強部材は、繊維強化プラスチックで構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の超電導電流リード。
- 前記超電導層がＴＦＡ−ＭＯＤ法により形成され、
前記超電導層中に、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｃｅのうち少なくとも１つを含む５０μｍ以下の酸化物粒子が磁束ピンニング点として分散していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の超電導電流リード。 - 前記安定化層が、Ａｇで構成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の超電導電流リード。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013159228A JP6238623B2 (ja) | 2013-07-31 | 2013-07-31 | 超電導電流リード |
| CN201480042321.6A CN105408969B (zh) | 2013-07-31 | 2014-05-15 | 超导电流引线 |
| PCT/JP2014/002573 WO2015015680A1 (ja) | 2013-07-31 | 2014-05-15 | 超電導電流リード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013159228A JP6238623B2 (ja) | 2013-07-31 | 2013-07-31 | 超電導電流リード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015032612A true JP2015032612A (ja) | 2015-02-16 |
| JP6238623B2 JP6238623B2 (ja) | 2017-11-29 |
Family
ID=52431246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013159228A Active JP6238623B2 (ja) | 2013-07-31 | 2013-07-31 | 超電導電流リード |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6238623B2 (ja) |
| CN (1) | CN105408969B (ja) |
| WO (1) | WO2015015680A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108573789B (zh) * | 2018-06-29 | 2024-04-19 | 宁波健信超导科技股份有限公司 | 一种高温超导电流引线的固定装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08153618A (ja) * | 1994-11-29 | 1996-06-11 | Toshiba Corp | 超電導装置用電流リード |
| JPH08339915A (ja) * | 1995-06-09 | 1996-12-24 | Fuji Electric Co Ltd | 超電導装置用電流リード |
| JP2012059468A (ja) * | 2010-09-07 | 2012-03-22 | Swcc Showa Cable Systems Co Ltd | 超電導電流リード |
| JP2012064323A (ja) * | 2010-09-14 | 2012-03-29 | Swcc Showa Cable Systems Co Ltd | 超電導電流リード |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6864430B2 (en) * | 1999-09-09 | 2005-03-08 | Southwire Company | Superconducting cable having a flexible former |
| JP2006253592A (ja) * | 2005-03-14 | 2006-09-21 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 超電導コイル及びその製造方法 |
| JP2010098270A (ja) * | 2008-10-20 | 2010-04-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導コイル装置 |
| KR101798659B1 (ko) * | 2011-04-27 | 2017-11-16 | 엘에스전선 주식회사 | 초전도 케이블 장치 |
-
2013
- 2013-07-31 JP JP2013159228A patent/JP6238623B2/ja active Active
-
2014
- 2014-05-15 WO PCT/JP2014/002573 patent/WO2015015680A1/ja active Application Filing
- 2014-05-15 CN CN201480042321.6A patent/CN105408969B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08153618A (ja) * | 1994-11-29 | 1996-06-11 | Toshiba Corp | 超電導装置用電流リード |
| JPH08339915A (ja) * | 1995-06-09 | 1996-12-24 | Fuji Electric Co Ltd | 超電導装置用電流リード |
| JP2012059468A (ja) * | 2010-09-07 | 2012-03-22 | Swcc Showa Cable Systems Co Ltd | 超電導電流リード |
| JP2012064323A (ja) * | 2010-09-14 | 2012-03-29 | Swcc Showa Cable Systems Co Ltd | 超電導電流リード |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105408969A (zh) | 2016-03-16 |
| WO2015015680A1 (ja) | 2015-02-05 |
| CN105408969B (zh) | 2018-03-20 |
| JP6238623B2 (ja) | 2017-11-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2741370A1 (en) | Method for joining second generation rebco high temperature superconductors using partial micro-melting diffusion welding by direct contact of high temperature superconductors and for recovering superconducting characteristics by oxygen supply annealing heat treatment | |
| JP5568361B2 (ja) | 超電導線材の電極部接合構造、超電導線材、及び超電導コイル | |
| JP2013175293A (ja) | 超電導電流リードおよび電流リード装置と超電導マグネット装置 | |
| JP5724029B2 (ja) | 超電導電流リード、超電導電流リード装置、および超電導マグネット装置 | |
| JP5022279B2 (ja) | 酸化物超電導電流リード | |
| US20210407716A1 (en) | Motive systems comprising a high temperature superconductor (hts) cable | |
| JP2012256744A (ja) | 超電導コイル | |
| JP5675232B2 (ja) | 超電導電流リード | |
| JP6238623B2 (ja) | 超電導電流リード | |
| JP6678509B2 (ja) | 超電導テープ線、超電導テープを用いた超電導電流リード、永久電流スイッチおよび超電導コイル | |
| JP6444549B2 (ja) | 超電導電流リード | |
| JP2018055990A (ja) | 超電導電流リード及び酸化物超電導線材 | |
| JP5789696B1 (ja) | 超電導電流リード及び超電導電流リードの製造方法 | |
| JP5925827B2 (ja) | 超電導電流リード | |
| JP6314022B2 (ja) | 超電導電流リード及び超電導電流リードの製造方法 | |
| JP5882402B2 (ja) | 超電導電流リード | |
| JP6353334B2 (ja) | 超電導電流リード | |
| JP2012064323A (ja) | 超電導電流リード | |
| JP2015162427A (ja) | 超電導電流リード | |
| JP6125350B2 (ja) | 超電導線材の接続部及び超電導電流リード | |
| JP2015122163A (ja) | 超電導電流リード | |
| JP2015185423A (ja) | 超電導電流リード | |
| JP2014179526A (ja) | 電流リード | |
| JPH0817621A (ja) | 超電導電流リード |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160420 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170404 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170601 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20171017 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20171031 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6238623 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |