JP2015162367A - Terminal structure of superconducting cable and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超電導ケーブルの端末構造体に関し、特に、超電導層を有する超電導線材の超電導層をケーブルの内側に向けて螺旋状に巻回されてなる超電導ケーブルの端末構造体に関する。 The present invention relates to a terminal structure of a superconducting cable, and more particularly to a terminal structure of a superconducting cable in which a superconducting layer of a superconducting wire having a superconducting layer is spirally wound toward the inside of the cable.
従来、超電導ケーブルにおいては、芯材(フォーマ)の外周にテープ状の超電導線材(以下、「超電導テープ」とも称する)が螺旋状に巻回されている。また、超電導ケーブルでは、大電流送電を可能とするために、超電導テープを、同心円状に多層に配置している場合が多い。多層配置された超電導テープの層間(すなわち超電導テープの間)には、超電導テープを押えるとともに、超電導テープ間での電気絶縁をとる押えテープが設けられる。また、超電導テープとしては、REBayCu3Oz系(REは、Y、Nd、Sm、Eu、Gd及びHoから選択された1種以上の元素を示し、y≦2及びz=6.2〜7である。)の超電導線材が知られている。REBayCu3OzBayCu3Oz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線材が代表的である。
イットリウム系超電導線材は、テープ状の基板上に中間層を介して超電導層が形成されており、これを備える超電導ケーブルでは、基板が外周側、超電導層が内周側となるように超電導テープを芯材に巻回することで各層が構成されている。
Conventionally, in a superconducting cable, a tape-shaped superconducting wire (hereinafter also referred to as “superconducting tape”) is spirally wound around the outer periphery of a core (former). Also, in superconducting cables, superconducting tapes are often concentrically arranged in multiple layers to enable large current transmission. Between the layers of the superconducting tapes arranged in multiple layers (that is, between the superconducting tapes), a presser tape is provided for pressing the superconducting tape and for electrically insulating the superconducting tape. As the superconducting tape, REBa y Cu 3 O z system (RE is, Y, indicated Nd, Sm, Eu, one or more elements selected from Gd, and Ho, y ≦ 2 and z = 6.2 ˜7) is known. The REBa y Cu 3 O z Ba y Cu 3 O z superconductors, yttrium-based superconducting wire represented by YBa 2 Cu 3 O 7 is typical.
The yttrium-based superconducting wire has a superconducting layer formed on a tape-like substrate via an intermediate layer. In a superconducting cable having this, the superconducting tape is placed so that the substrate is on the outer peripheral side and the superconducting layer is on the inner peripheral side. Each layer is formed by winding around a core material.
このような多層構造の超電導ケーブルを、超電導応用機器に応用する場合、例えば、特許文献1に示すように、超電導ケーブルの超電導テープと、外部電源或いは外部回路に接続される金属端子(電極)とを電気的に接続した端末構造体が用いられる。なお、この超電導ケーブルの端末構造体は、超電導ケーブルの終端部の構成と言うこともできる。 When such a superconducting cable having a multilayer structure is applied to a superconducting application device, for example, as shown in Patent Document 1, a superconducting tape of a superconducting cable and a metal terminal (electrode) connected to an external power source or an external circuit, A terminal structure in which the terminals are electrically connected is used. In addition, the terminal structure of this superconducting cable can also be said to be the structure of the termination | terminus part of a superconducting cable.
特許文献1の端末構造体では、超電導ケーブルの超電導テープは、超電導ケーブルの芯材が挿入された筒状の金属端子(電極)である常電導接続部材の外面に接続されている。具体的には、この常電導接続部材の外面には、軸心に沿って超電導テープ側から離れるに従って外径が大きくなる段差が設けられている。これら段差は、超電導テープの層に対応しており、段差がつけられた段部の上面(「接続面」とも称する)毎に、各層の超電導テープが超電導層側で接続されている。この常電導接続部材を介して、極低温部に配された超電導ケーブルは常温部に引き出されている。 In the terminal structure of Patent Document 1, the superconducting tape of the superconducting cable is connected to the outer surface of a normal conducting connecting member that is a cylindrical metal terminal (electrode) into which the core of the superconducting cable is inserted. Specifically, the outer surface of the normal conductive connecting member is provided with a step whose outer diameter increases along the axis from the superconducting tape side. These steps correspond to the layers of the superconducting tape, and the superconducting tape of each layer is connected on the superconducting layer side for each upper surface (also referred to as “connection surface”) of the stepped portion. The superconducting cable arranged in the cryogenic part is drawn out to the room temperature part via this normal conducting connecting member.
このように超電導テープが常電導接続部材の外面(接続面)に接続された構成において、接続面の外径が、接続対象である超電導テープの層の外径よりも大きい場合、超電導テープの層では、接続部分の外径が、芯材に巻回された本来の状態の外径よりも大きくなる。 Thus, in the configuration in which the superconducting tape is connected to the outer surface (connection surface) of the normal conductive connecting member, when the outer diameter of the connection surface is larger than the outer diameter of the layer of the superconducting tape to be connected, the layer of the superconducting tape Then, the outer diameter of a connection part becomes larger than the outer diameter of the original state wound by the core material.
すなわち、超電導テープの各層における接続部分(接続面に接続する部分)では、超電導テープの周方向の間隔は、芯材に巻回された本来の状態における間隔よりも拡がることになる。このように、超電導テープの各層において超電導テープ同士の周方向での間隔に変化がある場合、超電導ケーブル及び常電導接続部材に液体窒素温度で通電(交流電流で通電)すると、超電導テープに発生する交流損失が大きくなる。この大きな交流損失の発生に伴い、熱損失が大きくなり、これを冷却する冷凍機の負荷が増大することが考えられる。よって、超電導テープを電極の外面の接続面に接続する構成では、外面における接続面の外径を、対応する超電導テープの層の外径と正確に合わせる必要があり、接続面を有する常電導接続部材の製作に手間がかかる。また、端末構造体の組み立て作業時においても、各層の超電導テープと、対応する常電導接続部材の接続面との接続を、各層で正確に注意して行う必要があり手間がかかるものとなる。また、これら接続を一本ずつ手作業で行う場合、互いの接続部分の接続抵抗値にばらつき生じやすくなるという問題がある。 That is, in the connection portion (portion connected to the connection surface) in each layer of the superconducting tape, the interval in the circumferential direction of the superconducting tape is larger than the interval in the original state wound around the core material. As described above, when there is a change in the circumferential interval between the superconducting tapes in each layer of the superconducting tape, when the superconducting cable and the normal conducting connecting member are energized at the liquid nitrogen temperature (energized with an alternating current), the superconducting tape is generated. AC loss increases. With the occurrence of this large AC loss, it is considered that the heat loss increases and the load on the refrigerator that cools this increases. Therefore, in the configuration in which the superconducting tape is connected to the connection surface on the outer surface of the electrode, it is necessary to accurately match the outer diameter of the connection surface on the outer surface with the outer diameter of the layer of the corresponding superconducting tape. It takes time to manufacture the members. In addition, even when the terminal structure is assembled, it is necessary to accurately and carefully connect the superconducting tape of each layer and the connection surface of the corresponding normal conductive connecting member in each layer, which is troublesome. In addition, when these connections are made manually one by one, there is a problem that the connection resistance values of the connection portions tend to vary.
一方、特許文献2及び特許文献3では、特許文献1と異なり、超電導ケーブルの超電導テープを超電導ケーブルの芯材が挿入される筒状の電極の内面に接続する構成が開示されている。 On the other hand, in Patent Document 2 and Patent Document 3, unlike Patent Document 1, a configuration in which a superconducting tape of a superconducting cable is connected to an inner surface of a cylindrical electrode into which a core material of the superconducting cable is inserted is disclosed.
特許文献2では、筒状の電極としての常電導接続部材では一端側に、端末容器部内のブッシングの端部を接続する導体が挿入されており、他端側(超電導ケーブル側)の内周には、超電導テープが接続される段階状の接続面が形成されている。接続面は、常電導接続部材の他端(超電導ケーブル側)から一端(常電導導体部側)に向かって段階的に内径が減少するように構成され、かつ、超電導ケーブルにおける超電導テープによる各層の段階状態に対応するように形成されている。これら接続面に、超電導テープの超電導層側で接続した接続用超電導シートを半田で取り付けることで超電導テープとブッシングの端部とを電気的に接続している。 In patent document 2, the conductor which connects the edge part of the bushing in a terminal container part is inserted in the one end side in the normal conducting connection member as a cylindrical electrode, and the inner periphery of the other end side (superconducting cable side) Has a stepped connection surface to which the superconducting tape is connected. The connecting surface is configured such that the inner diameter gradually decreases from the other end (superconducting cable side) of the normal conducting connection member to one end (normal conducting conductor side), and each layer of the superconducting tape in the superconducting cable It is formed to correspond to the stage state. A superconducting sheet for connection, which is connected on the superconducting layer side of the superconducting tape, is attached to these connecting surfaces by soldering to electrically connect the superconducting tape and the end of the bushing.
また、特許文献3には、(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3O10−X(0≦X<1)等のビスマス系2223超電導層を有する超電導テープの各層を、これら各層の外径に対応した内径の筒状の金属端子内にそれぞれ挿入して、金属端子と超電導テープとを接続した構成が開示されている。このような構成により特許文献2及び特許文献3は、特許文献1の問題点を解消している。 Further, in Patent Document 3, each layer of a superconducting tape having a bismuth-based 2223 superconducting layer such as (Bi, Pb) 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10-X (0 ≦ X <1) is provided outside these layers. A configuration is disclosed in which a metal terminal and a superconducting tape are connected by being inserted into a cylindrical metal terminal having an inner diameter corresponding to the diameter. With such a configuration, Patent Document 2 and Patent Document 3 solve the problem of Patent Document 1.
近年では、基板上に中間層を介して超電導層を備えるイットリウム系超電導線材と、電極とを接触抵抗を極力低減して接続したいという要望がある。
しかしながら、特許文献2の超電導ケーブルの端末構造体では、超電導ケーブルの超電導テープと常電導接続部材(電極)との接続は、超電導層を有する超電導シートを介在させている。このため、超電導テープと常電導接続部材(電極)とを直接接続する構成よりも、接続箇所が増えることになり、結果として接続抵抗が高くなるという課題が生ずる。る。また、特許文献3の超電導ケーブル導体の端末構造では、端子の内面に超電導線材が接続されている。しかし、かかる超電導線材は、ビスマス系2223(ビスマス系酸化物超電導導体)を備える超電導線材を想定しており、イットリウム系超電導線材を備える超電導ケーブルの端末構造とは、その課題が明らかに相違する。つまり、イットリウム系超電導線材を備える超電導ケーブルでは、超電導テープを、基板側が外周側、超電導層側が内周側となるように芯材に巻回する必要がある。これにより、イットリウム系超電導線材を備える超電導ケーブルの端末構造体では、超電導テープの基板側を電極と接続するのか、超電導層側を電極と接続するのかにより、交流損失や接続抵抗が大きく変化するという課題が生ずる。
一方で、ビスマス系酸化物超電導導体を備える超電導線材の断面は、中心を挟み基板側、超電導層側で非対称ではなく、対称的なテープ状線材であることから、テープ状線材の裏側に接続しようとも、表側に接続しようとも、そもそも交流損失や接続抵抗が大きく変化するという課題は発生しない。
In recent years, there is a demand for connecting an yttrium-based superconducting wire having a superconducting layer on a substrate via an intermediate layer and an electrode with a contact resistance reduced as much as possible.
However, in the terminal structure of the superconducting cable disclosed in Patent Document 2, the superconducting tape of the superconducting cable and the normal conducting connecting member (electrode) are connected with a superconducting sheet having a superconducting layer. For this reason, compared with the structure which connects a superconducting tape and a normal conducting connection member (electrode) directly, a connection location will increase and the subject that a connection resistance becomes high as a result arises. The Moreover, in the terminal structure of the superconducting cable conductor of patent document 3, the superconducting wire is connected to the inner surface of the terminal. However, such a superconducting wire is assumed to be a superconducting wire provided with a bismuth-based oxide 2223 (bismuth-based oxide superconducting conductor), and the problem is clearly different from the terminal structure of a superconducting cable provided with an yttrium-based superconducting wire. That is, in a superconducting cable provided with an yttrium-based superconducting wire, it is necessary to wind the superconducting tape around the core so that the substrate side is the outer peripheral side and the superconducting layer side is the inner peripheral side. As a result, in the terminal structure of a superconducting cable provided with an yttrium-based superconducting wire, the AC loss and the connection resistance change greatly depending on whether the substrate side of the superconducting tape is connected to the electrode or the superconducting layer side is connected to the electrode. Challenges arise.
On the other hand, the cross section of the superconducting wire with a bismuth-based oxide superconducting conductor is not asymmetrical on the substrate side and superconducting layer side with respect to the center, but is a symmetrical tape-like wire, so let's connect it to the back side of the tape-like wire In either case, even if the connection is made on the front side, the problem that AC loss and connection resistance change greatly does not occur in the first place.
本発明の目的は、基板上に中間層を介して超電導層を備える超電導線材を、芯材の周囲に、前記超電導層を内周側及び前記基板を外周側となるように巻き付けた超電導ケーブルと電極とを接触抵抗を低減した状態で容易に好適に接続できる超電導ケーブルの端末構造体を提供することである。 An object of the present invention is to provide a superconducting cable having a superconducting wire provided with a superconducting layer on a substrate via an intermediate layer, around the core so that the superconducting layer is wound on the inner peripheral side and the substrate on the outer peripheral side. It is an object of the present invention to provide a terminal structure of a superconducting cable that can be easily and suitably connected to an electrode with reduced contact resistance.
本発明の超電導ケーブルの端末構造体の一つの態様は、基板上に中間層を介して超電導層を備える超電導線材を複数有し、これら複数の超電導線材を、芯材の周囲に同心円状に、前記超電導層を内周側及び前記基板を外周側となるように巻き付けて多層配置されている超電導ケーブルと、前記超電導線材が終端接続される筒状の電極と、を備える超電導ケーブル端末構造体であって、前記電極内に前記超電導ケーブルは配置され、前記電極の内面は、前記複数の超電導線材のうち前記電極内で最外層に位置する前記超電導線材の外周側の面に接続されている、構成を採る。 One aspect of the terminal structure of the superconducting cable of the present invention has a plurality of superconducting wires provided with a superconducting layer via an intermediate layer on a substrate, and the plurality of superconducting wires are concentrically around the core material. A superconducting cable terminal structure comprising: a superconducting cable in which the superconducting layer is wound on an inner peripheral side and the substrate is wound on an outer peripheral side, and a cylindrical electrode on which the superconducting wire is terminated and connected. The superconducting cable is disposed in the electrode, and the inner surface of the electrode is connected to the outer peripheral surface of the superconducting wire located in the outermost layer in the electrode among the plurality of superconducting wires. Take the configuration.
本発明の超電導ケーブルの端末構造体の製造方法の一つの態様は、基板上に超電導層を備える超電導線材を複数有し、これら複数の超電導線材を、芯材の周囲に同心円状に、前記超電導層を内周側及び前記基板を外周側となるように巻き付けて多層配置されている超電導ケーブルと、前記超電導線材が終端接続される筒状の電極とを備える超電導ケーブル端末構造体の製造方法であって、前記電極は、前記超電導ケーブルの延在方向に沿って分割された複数の分割体により筒状に構成され、前記超電導ケーブルを筒状の前記分割体内に配置し、且つ、前記分割体の内周面と前記複数の超電導線材のうち前記電極内で最外層に位置する前記超電導線材の外周側の面との間に半田を配置する工程と、前記電極の外周に、縮径可能な筒状の縮径部材を外装して縮径することで、前記電極の内面を前記超電導ケーブルの外面に押し付ける工程と、前記縮径部材の外方から前記半田を加熱する加熱工程と、を有する、ようにした。 One aspect of the method for manufacturing a terminal structure of a superconducting cable according to the present invention includes a plurality of superconducting wires provided with a superconducting layer on a substrate, and the superconducting wires are concentrically formed around a core material. A method of manufacturing a superconducting cable terminal structure comprising a superconducting cable arranged in multiple layers by winding a layer on the inner peripheral side and the substrate on the outer peripheral side, and a cylindrical electrode to which the superconducting wire is terminated. The electrode is configured in a cylindrical shape by a plurality of divided bodies divided along the extending direction of the superconducting cable, the superconducting cable is disposed in the cylindrical divided body, and the divided body A solder is disposed between an inner peripheral surface of the superconducting wire and an outer peripheral surface of the superconducting wire located in the outermost layer of the plurality of superconducting wires, and the outer periphery of the electrode can be reduced in diameter. Tubular reduced diameter member By diameter and exterior, a step of pressing the inner surface of the electrode on the outer surface of the superconducting cable, having a heating step of heating the solder from the outside of the reduced-diameter member, and so.
本発明によれば、基板上に超電導層を備える超電導線材を、芯材の周囲に、前記超電導層を内周側及び前記基板を外周側となるように巻き付けた超電導ケーブルと電極とを接触抵抗を低減した状態で容易に好適に接続できる。 According to the present invention, a superconducting wire provided with a superconducting layer on a substrate is contacted between a superconducting cable and an electrode wound around the core so that the superconducting layer is on the inner peripheral side and the substrate is on the outer peripheral side. Can be easily and suitably connected in a reduced state.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態の超電導ケーブルの端末構造体の概略構成を示す側面図である。実施の形態では、説明を簡単化するために、超電導ケーブルが2層構造、すなわち、2層の超電導テープ(超電導線材)を有する場合を例示するが、1層構造、或いは、3層構造以上すなわち3層以上の超電導テープを有する場合でも、本発明を適用可能である。図2は、端末構造体100の筒状電極120を後方側(つまり図1の右側であり、筒状電極の後方)から見た要部構成図である。
FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of a terminal structure of a superconducting cable according to an embodiment of the present invention. In the embodiment, in order to simplify the explanation, a case where the superconducting cable has a two-layer structure, that is, a two-layer superconducting tape (superconducting wire) is illustrated, but a one-layer structure, or a three-layer structure or more, The present invention is applicable even when the superconducting tape has three or more layers. FIG. 2 is a main part configuration diagram of the
図1及び図2に示すように、端末構造体100は、超電導ケーブル110、筒状の引出用電極(以下、筒状電極と呼ぶ)120及び筒状の縮径部材140を有する。筒状電極120は、超電導テープの層数分だけ設けられている。本実施の形態の例では、超電導ケーブル110の超電導テープの層数が2層なので、2個の筒状電極120−1、120−2が設けられている。各筒状電極120−1、120−2には、リードケーブル130−1、130−2が電気的に接続されている。実際の使用時には、超電導ケーブル110および筒状電極120は、液体窒素等の極低温の液体に浸される。そして、超電導ケーブル110の電流が、筒状電極120を介してリードケーブル130によって常温部に引き出されるようになっている。例えば、リードケーブル130は、ポリマー套管(図示せず)等を介して気中に導出される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図3は、図1に示す超電導ケーブルの端末構造体の概略構成を示す断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the terminal structure of the superconducting cable shown in FIG.
図1及び図3に示すように、超電導ケーブル110は、芯材(フォーマ)111、押えテープ112、第1の超電導テープ113、押えテープ114、第2の超電導テープ115、押さえテープ116を有する。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
芯材111は、円筒形状であり、Cu(銅)の撚線から構成されている。この芯材111の外周には、不織布からなる押えテープ112が巻回されている。
The
押えテープ112の外周には、第1の超電導テープ層を構成する第1の超電導テープ113が、図4に示すように、周方向で各テープ間に若干の所定間隔Gを空けて、それぞれスパイラル状に巻回されている。第1の超電導テープ113の外周には、不織布からなる押えテープ114が巻回されている。なお、押えテープ112、114は、それぞれ、1本の不織布が間隔を空けずにスパイラル状に巻回されることにより層状の絶縁部分として構成されている。なお、押えテープ114の外周には、第2の超電導テープ層を構成する第2の超電導テープ115が第1の超電導テープ113と同様に、周方向で所定間隔を空けて、それぞれスパイラル状に巻回されている。この第2の超電導テープ115の外周には、押さえテープ116が、押えテープ112、114と同様に、1本の不織布が間隔を空けずにスパイラル状に巻回されている。
On the outer periphery of the
本実施の形態の例では、1層あたり10本の超電導テープがスパイラル状に所定間隔を空けて巻回されている。つまり、第1の超電導テープ113および第2の超電導テープ115による各超電導テープ層は、それぞれ、10本の超電導テープから構成されている。なお、超電導ケーブル110において、超電導テープによる各層を構成する超電導テープの本数は、何本でもよく、12本等の10本以上で構成して良いし、少なくとも1本以上であればよい。超電導テープ113、115による層としては、例えば、厚さ0.1mm、幅5mmの超電導テープが撚ピッチ250mmで、10枚巻回されている。押えテープ112、114としては、例えば、厚さ0.2mm、幅45mmの不織布が1/2ラップ巻きされている(つまり、テープ幅の半分ずつがオーバーラップして巻回されている)。
In the example of the present embodiment, ten superconducting tapes per layer are wound spirally at a predetermined interval. That is, each superconducting tape layer formed by the first
超電導テープ113、115の材料としては、従来提案されている種々の超電導材料を用いることができる。ここでは、超電導テープ113、115は、基板と基板に沿って形成されたREBayCu3Oz系(REは、Y、Nd、Sm、Eu、Gd及びHoから選択された1種以上の元素を示し、y≦2及びz=6.2〜7である。)の高温超電導薄膜である超電導層を備える。
As materials for the
図5は超電導テープの要部構成を模式的に示す断面図である。なお、超電導テープ115は、超電導テープ113と同様の構成を有し、超電導テープ113と同様に、芯材111の周囲に配置されるものである。よって、超電導テープ113の構成のみ説明し、超電導テープ115の説明は省略する。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a main configuration of the superconducting tape. The
超電導テープ(YBCO超電導線材)113(115)は、テープ状であり、テープ状の金属製の基板1131上に、中間層1132、テープ状の超電導層1133、安定化層1134が順に積層されることによって形成される。なお、超電導テープ113では、基板1131、中間層1132、超電導層1133及び安定化層1134からなる積層構造は、導電材料(銅)からなる被覆材によって被覆されていることが好ましい。
Superconducting tape (YBCO superconducting wire) 113 (115) is in the form of a tape, and an intermediate layer 1132, a tape-shaped
基板1131は、例えば、Ni−Cr系(具体的には、Ni−Cr−Fe−Mo系のハステロイ(登録商標)B、C、X等)、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(例えば、非磁性の組成系のもの)等の材料に代表される低磁性の結晶粒無配向・耐熱高強度金属基板である。中間層1132は、例えば基板1131からの元素の拡散が超電導層1133に及ぶのを防止するための拡散防止層、超電導層1133の結晶を一定の方向に配向させるための配向層等の複数の層を有する。ここでは、中間層1132は、基板1131上に第1中間層としてのAl2O3層を有し、Al2O3層上に第2中間層としてのY2O3層を有し、Y2O3層上に第3中間層としてのMgO層を有する。また、中間層1132は、MgO層上に第4中間層としてのLaMnO3層を有し、LaMnO3層上に第5中間層としてのCeO2層を有する。第1中間層としてのAl2O3層は、基板1131上にスパッタリング法で成膜される。なお、第1中間層は、Al2O3に代えて、ReZrO(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)で、RF−スパッタリング法、MOD法などで成膜してもよい。この第1中間層は、耐熱性が高く、界面反応性を低減するための層であり、その上に配される膜の配向性を得るために用いられるベッド層としても機能する。第2中間層としてのMgO層は、Al2O3層上にIBAD法により成膜される。第3中間層としてのLaMnO3層は、MgO層上にスパッタリング法により成膜される。第4中間層であるCeO2層は、超電導層1133の直下に配置される層であり、LaMnO3層上にスパッタリング法で成膜される。CeO2層は、超電導層(YBCO層)1133との整合性がよく、且つ、超電導層1133との反応性が小さいため最も優れた中間層の一つとして知られている。CeO2層は、スパッタリング法に代えてPLD(Pulsed Laser Deposition:パルスレーザ蒸着法)法で、成膜されてもよい。なお、MgO層より上方の層は、超電導層1133との反応を防止する反応防止層としても機能する。なお、中間層1132は、1層〜3層或いは5層以上で形成されてもよい。
The
超電導層1133は、YBa2Cu3O7で表されるイットリウム系超電導体(YBCO層)が代表的なものである。
The
超電導テープ113、115の超電導層1133には、Zr、Sn、Ce、Ti、Hf、Nbのうち少なくとも1つを含む酸化物粒子(粒径50[μm]以下)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、高温超電導薄膜としての超電導層の成膜法としては、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高温超電導薄膜に、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、高温超電導薄膜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)。超電導テープ113、115の高温超電導薄膜中に磁束ピンニング点を分散させることにより、超電導テープ113、115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。
In the
安定化層1134は、銀、金、白金等の貴金属、あるいはそれらの合金であり低抵抗の金属により超電導層1133上に成膜される。なお、安定化層1134は、超電導層1133の直上に形成することによって、超電導層1133が金、銀などの貴金属、あるいはそれらの合金以外の材料と直接的な接触によって反応によって引き起こす性能低下を防止する。これに加えて、安定化層1134は、事故電流や交流通電により発生した熱を分散して発熱による破壊・性能低下を防止する。
The stabilizing
このように複数の超電導テープ113、115は、基板1131上に超電導層1133を備える。そして、複数の超電導テープ113、115は、超電導ケーブル110において、超電導層側の面113aを内周側に向け、且つ、基板側の面113bを外周側に向くようにして、芯材111の周囲に同心円状に配置されている。すなわち、超電導テープ113、115は、芯材111の周囲に、且つ、押さえテープで構成される層状の絶縁部分間に、超電導層1133を内周側及び基板1131を外周側となるように巻き付けて多層配置されている。
As described above, the plurality of
なお、超電導ケーブル110は、実際には、押さえテープ116の外周側に、電気絶縁層や、超電導シールド層、外部安定化層、コルゲート管等が設けられている。しかしながら、これらの部材は、超電導テープ113、115が筒状電極120に接続される端末箇所では取り除かれるため、図1〜図3では、これらは省略して示している。
Note that the
超電導ケーブル110は、筒状電極120(120−1、120−2)内を通るように、筒状電極120(120−1、120−2)内に配置されている。
筒状電極120(120−1、120−2)は、全体として筒状であり、Cu(銅)等の導電性を有する金属材料により形成されている。筒状電極120(120−1、120−2)は、図2から明らかなように、超電導ケーブル110が内部を貫通できる中空構造となっている。
The cylindrical electrode 120 (120-1, 120-2) is cylindrical as a whole, and is formed of a conductive metal material such as Cu (copper). As is apparent from FIG. 2, the cylindrical electrodes 120 (120-1 and 120-2) have a hollow structure through which the
超電導ケーブル110の超電導テープ113、115のうち、最外周側に設けられた第2の超電導テープ115は、超電導ケーブル110の終端側から最も遠くに設けられた筒状電極120−1の内面に半田を介して直接接続される。
最外周から2番目(図1の例の場合、最内周)に設けられた第1の超電導テープ113は、先の筒状電極120−1の次に、超電導ケーブル110の終端側(図1の例の場合、最も終端側を示す図面右側)に設けられた筒状電極120−2の内面に半田を介して直接接続される。
Of the
The first
すなわち、超電導ケーブル110は、複数の筒状電極120−1、120−2に、超電導ケーブル110の終端側から順次貫通した状態で配置される。そして、筒状電極120−1、120−2の内面に、筒状電極120(120−1,120−2)内に配置された超電導ケーブル110において外周側の超電導テープ115、113による層から順に終端側に向かって一層ずつ、超電導テープ115、113が接続される。
言い換えれば、筒状電極120(120−1、120−2)は、その内面(内周面)で、内部で最外層に位置する超電導テープ113、115に、半田のみを介して接合(所謂、直付け)されている。
That is, the
In other words, the cylindrical electrodes 120 (120-1 and 120-2) are joined to the
具体的には、図3に示すように、筒状電極120−1は、その内面で、筒状電極120−1内で最外層に位置する第2の超電導テープ115と、半田170(半田メッキである予備半田部171、172)を介して通電可能に半田のみを介して接合(所謂、直付け)されている。
Specifically, as shown in FIG. 3, the cylindrical electrode 120-1 has, on its inner surface, the second
また、筒状電極120−2は、その内面で、筒状電極120−2内で最外層に位置する第1の超電導テープ113と、半田170(予備半田部171、172)を介して通電可能に半田のみを介して接合(所謂、直付け)されている。
Further, the cylindrical electrode 120-2 can be energized on the inner surface via the first
筒状電極120(120−1、120−2)は、超電導ケーブル110の延在方向に沿って分割された複数の分割体121、122により筒状に構成されている。
The cylindrical electrode 120 (120-1, 120-2) is configured in a cylindrical shape by a plurality of divided
すなわち、筒状電極120(120−1、120−2)は、分割体121、122を、超電導ケーブル110の外周の所定位置上で組み合わせることで、当該所定位置を囲むように筒状に配置される。
That is, the cylindrical electrodes 120 (120-1 and 120-2) are arranged in a cylindrical shape so as to surround the predetermined position by combining the divided
図6は図3のA−A断面を示す断面図である。なお、図6では、図を簡単化するために、筒状電極120−1に接続されるリードケーブル130−1(図1参照)は省略して示してある。
図1〜3及び図6に示すように、筒状電極120(120−1、120−2)は、水平方向に沿って2つの分割体(半割体)121、122として2分割可能な構成である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the AA cross section of FIG. In FIG. 6, in order to simplify the drawing, the lead cable 130-1 (see FIG. 1) connected to the cylindrical electrode 120-1 is omitted.
As shown in FIGS. 1 to 3 and 6, the cylindrical electrode 120 (120-1, 120-2) can be divided into two parts (half parts) 121, 122 along the horizontal direction. It is.
筒状電極120(120−1、120−2)の内径は、内部に配置される超電導ケーブル110の外径と略同じであるか、或いは、内部に配置される超電導ケーブル110の外径よりも小さいものとなっている。
The inner diameter of cylindrical electrode 120 (120-1, 120-2) is substantially the same as the outer diameter of
筒状電極120−1の内面において、超電導ケーブル110の最外層を構成する超電導テープ115の端部と対向する部分、つまり、接続部分には、予備半田処理により予備半田部172が設けられている。また、超電導テープ115側において、筒状電極120−1の内面と接続する端部に、予備半田処理により予備半田部171が設けられている。これら筒状電極120−1の内面と超電導テープ115の端部は、双方の間の予備半田部171、172が溶融されることで、半田接続されている。ここでは、筒状電極120−1の内面と超電導テープ115の端部との互いの接続部分の双方に予備半田処理により予備半田部171、172が設けられている構成としたが、これに限らず少なくとも一方に設けられていればよい。
On the inner surface of the cylindrical electrode 120-1, a
筒状電極120(120−1、120−2)の外周には、縮径可能な筒状の縮径部材140が配置されている。筒状電極120(120−1、120−2)は、縮径部材140が縮径することで、筒状電極120(120−1、120−2)の内面、つまり、分割体121、122の内面は、超電導ケーブル110の外面に密着するように押圧されている。
On the outer periphery of the cylindrical electrode 120 (120-1, 120-2), a cylindrical
縮径部材140は、熱伝導性を有する筒状体であり、拡縮可能に構成されている。縮径部材140は、超電導テープ113の外周側で、超電導テープ113と筒状電極120とによる接続部分の外周に配置されている。
The diameter-reducing
ここでは、縮径部材140(140−1、140−2)は、半田170を介して接続された超電導テープ113の端部を覆う筒状電極120(120−1、120−2)を外周側から覆うように、筒状電極120に対して螺旋状に巻き付けられている。
Here, the diameter-reducing member 140 (140-1, 140-2) is an outer peripheral side of the cylindrical electrode 120 (120-1, 120-2) covering the end of the
図7は、図1の縮径部材140を示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing the reduced
ここでは、縮径部材140は、図7に示すように、テープ状の熱伝導性を有するバネ材をロール状に巻回し、且つ、ロールの軸方向にスパイラル状で延在させた形状を有する。縮径部材140はロールスプリングと称することもある。
Here, as shown in FIG. 7, the diameter-reducing
この縮径部材140の内径は、筒状電極120(120−1、120−2)の外径よりも小さい。縮径部材140は、筒状電極120(120−1、120−2)に、拡径(半径方向で外方に向く矢印方向)して被せている。これにより、縮径部材140は、縮径(半径方向で中心側に向く矢印方向)して、筒状電極120(120−1、120−2)を外周側から全面に亘って、筒状電極120(120−1、120−2)の中心側、つまり、筒状電極120(120−1、120−2)内の超電導ケーブル110の外面側に押し付けている。
The inner diameter of the reduced
なお、筒状電極120(120−1、120−2)は、本実施の形態では、超電導ケーブル110の延在方向に沿って2分割された構成としたが、これに限らず、2分割以上の分割体により構成してもよい。
In this embodiment, cylindrical electrode 120 (120-1, 120-2) is divided into two along the extending direction of
図8は、実施の形態に係る超電導ケーブルの端末構造体における筒状電極の変形例を示す斜視図である。図8に示す筒状電極120(120−1、120−2)の変形例である筒状電極120Aは、超電導ケーブル110の延在方向(軸心C方向に相当)に沿って3分割された分割体123〜125によって筒状に構成されている。筒状電極120Aは、筒状電極120(120−1、120−2)と同様の作用効果を奏する。
FIG. 8 is a perspective view showing a modification of the cylindrical electrode in the terminal structure of the superconducting cable according to the embodiment. A
また、筒状電極120(120−1、120−2)は、縮径部材140の縮径によって、筒状電極120(120−1、120−2)内に配置される超電導ケーブル110に固定された状態となっている。すなわち、超電導ケーブル110自体に、穿孔加工等の加工を施すこと無く、超電導ケーブル110を筒状電極120−1に固定させることができる。
The cylindrical electrode 120 (120-1, 120-2) is fixed to the
次に、図9〜図14を参照して、本実施の形態の超電導ケーブルの端末構造体100の製造方法を説明する。図9〜図14は、本実施の形態の超電導ケーブルの端末構造体の製造方法の説明に供する図である。ここでは、超電導ケーブルの端末構造体100の製造方法として、筒状電極120(120−1、120−2)のうち筒状電極120−1と、超電導ケーブル110とを接続する方法について説明する。
Next, with reference to FIGS. 9-14, the manufacturing method of the
図9に示すように、超電導ケーブル110において、所定箇所の押さえテープ116を矧がして、筒状電極120−1に接続される第2の超電導テープ115の端部を露出させる。また、端末において押さえテープ116の外周側に設けられている電気絶縁層、超電導シールド層及び外部安定化層を剥いでおく等して、超電導テープ115の端部を、筒状電極120−1の外面として露出させておく。
As shown in FIG. 9, in the
そして、図10に示すように、筒状電極120−1及び第2の超電導テープ115の互いに接続される部分の少なくとも一方に、予備半田処理(半田メッキ)を施す。ここでは、筒状電極120−1の内面の一部と、この内面に対応する第2の超電導テープ115の外面の双方に、半田メッキ処理を施したので、予備半田部172、172が設けられている。なお、筒状電極120−1の内面に設けられる予備半田部172の長手方向の長さと超電導テープ115の端部に設けられる予備半田部171の長手方向の長さは、互いに接続される部分の長手方向の長さとなる。
Then, as shown in FIG. 10, preliminary soldering (solder plating) is performed on at least one of the cylindrical electrode 120-1 and the second
このとき、超電導テープ115の端部は、それぞれ重ならないように位置した状態となっている。
At this time, the ends of the
次いで、図11に示すように、超電導テープ115の外周側から、分割体121、122(筒状電極120−1)を超電導テープ115の所定位置を覆う位置に配置して、筒状にする。このとき、分割体121、122を筒状電極120−1となるように筒状にし、その筒状体内に超電導ケーブル110を挿入することで配置してもよい。
Next, as shown in FIG. 11, from the outer peripheral side of the
そして、図12に示すように、筒状電極120−1(分割体121、122)に、縮径部材140を、外周側から囲むように外装する。言い換えれば、縮径部材140は、分割体121、122の外周側から、超電導テープ115の端部と筒状電極120−1との接続部分を、外周側から覆うように配置される。このとき、縮径部材140(140−1)は、縮径方向への付勢力に抗して拡径させつつ、設置される。
Then, as shown in FIG. 12, the reduced
そして、縮径部材140を、筒状電極120−1上、つまり、超電導テープ115と筒状電極120−1との接続部分上(接続部分の外周側)で縮径させる。このとき、図13に示すように、縮径部材140は、縮径することで、筒状電極120−1(分割体121、122)を、その全周に亘って、軸心(超電導ケーブル110の軸心に相当)側、言い換えれば、超電導テープ115側に押し付ける。
Then, the diameter-reducing
これにより、筒状電極120−1は、予備半田部171、172を介して、超電導テープ115の外面に押し付けられて密着した状態となり、超電導ケーブル110自体に固定される。この構成は、超電導ケーブル110が筒状電極120−1に支持された状態といえる。
Thereby, the cylindrical electrode 120-1 is pressed against the outer surface of the
このように縮径部材140が縮径することで、縮径部材140の内周側に位置する筒状電極120−1の内面は、内部に配置される超電導ケーブル110の外面を構成する第2の超電導テープ115に予備半田部171、172を介して押し付けられる。特に、縮径部材140は、テープ状のバネ材により構成され、筒状電極120−1の全周に亘って配置されているため、筒状電極120−1内の内面は超電導テープ115の外面全面に対して押圧されることで固定される。
As the diameter-reducing
次いで、図14に示すように、超電導テープ115と筒状電極120−1との接続部分を、縮径部材140の外方からヒータ等の熱源180により加熱して(加熱工程)、予備半田部171、172を溶融する。これにより、超電導テープ115に押し付けられる筒状電極120−1は、超電導テープ115と半田170(予備半田部171、172)を介して電気的に接続する。予備半田部171、172が溶融している間も常に、縮径部材140は、筒状電極120−1を、外周側から、全面に亘って超電導テープ115側に押し付ける。これにより、互いの接続部分を構成する予備半田部171、172による層は、複数の超電導テープ115と筒状電極120−1の内面との間で、均一に薄くできる。
Next, as shown in FIG. 14, the connecting portion between the
このように本実施の形態の超電導ケーブルの端末構造体100では、超電導テープ113、115と筒状電極120との接続抵抗を低く抑えることが可能で、接続部分におけるジュール熱の発生を低減でき、さらに、ばらつくことがないため偏流が起きにくく、超電導ケーブル110に通電できる電流容量が低下することはない。
Thus, in the
例えば、筒状電極の外面に、筒状電極内部を貫通する超電導ケーブルの超電導線材を手作業で接続する従来の構成と異なり、超電導ケーブル110の超電導テープ113、115を1本ずつ筒状電極120に半田付けを行う必要がなく、互いの接続部分の接続抵抗値が作業によって大きくばらつくことがない。
For example, unlike the conventional configuration in which the superconducting wire of the superconducting cable penetrating the inside of the cylindrical electrode is manually connected to the outer surface of the cylindrical electrode, the
また、本実施の形態によれば、筒状電極120の内面と、筒状電極120内を通る超電導テープ113、115とを接続する構成であっても、従来の超電導ケーブルの端末構造体(特許文献2)と異なり、接続用超電導シートを介すことなく、直接接続している。つまり、筒状電極120の内面と、筒状電極120内を通る超電導テープ113、115とは、半田のみで接続(直付け)している。よって、双方を接続する際の接続箇所を極力少なくすることができ、接続抵抗を極力低減できる。また、筒状電極120と超電導テープ113、115との接続は、超電導テープを手作業で一本ずつ接続することなく行うことができるため、接続箇所における接続抵抗のばらつきが生じ難く双方を容易に接続できる。
Further, according to the present embodiment, even if the inner surface of the
このように、超電導ケーブルの端末構造体100では、複数の超電導テープ113、115と筒状電極120とを半田を介して、接触抵抗を低減した状態で容易に好適に接続でき、確実で好適な通電容量を確保できる。
As described above, in the
なお、本実施の形態の端末構造体100では、縮径部材140を、図7に示すように、テープ状の熱伝導性を有するバネ材をロール状に巻回し、且つ、ロールの軸方向にスパイラル状で延在させた形状としたが、縮径する構成であれば、これに限らない。縮径部材140は、テープ状の熱伝導性を有するバネ材をロール状で、複層となるように巻回して構成してもよい。
In the
また、本実施の形態では、縮径部材140は、テープ状の熱伝導性を有するバネ材をスパイラル状、つまり、ロール状に巻回したものとしたが、これに限らず、棒状材等の線状材をスパイラル状に形成したコイルとしてもよい。
In the present embodiment, the diameter-reducing
また、超電導テープの層数が2層以上の場合、層数と同じ数の筒状電極120内に、超電導ケーブル110を配置し、各筒状電極は、その内面で、超電導ケーブルの端末側に向かって内側に位置する層を構成する超電導テープを順に接続する構成となる。
In addition, when the number of layers of the superconducting tape is two or more, the
<実施例1>
図5に示すREBayCu3Oz系超電導線材を、厚さ0.12[mm]×幅5[mm]で形成し、これを10本芯材に巻き付けて超電導テープの各層を構成した超電導ケーブルと、筒状電極と、縮径部材とを用いて上記構成の端末構造体100を製造した。筒状電極120−1の内面は、超電導テープ115に、外周側の面(基板側の面)で、半田170を介して接続した。また、筒状電極120と超電導テープ115との接続に際し、双方の接続面に、予備半田部171、172を設け、これらを図9〜図14に示すように製造した。
<Example 1>
The REBa y Cu 3 O z- based superconducting wire shown in FIG. 5 is formed with a thickness of 0.12 [mm] × width of 5 [mm], and this is wound around a core material to constitute each layer of the superconducting tape. The
<比較例1>
実施例1の超電導ケーブルの端末構造体において、分割体からなる筒状電極を、同形状の一つの筒状体である筒状電極に変更し、この筒状電極に超電導ケーブルを挿入し、超電導ケーブルの外層側にある超電導テープを、筒状電極の内面ではなく外面に接続した。このとき、超電導テープは、筒状電極の外面に、内周側の面(超電導層側の面)で半田を介して接続した。
<比較例2>
実施例1の超電導ケーブルの端末構造体において、筒状電極の内周面と、筒状電極内の超電導ケーブルの内周側の面とを、特許文献2の接続用シートと同様のシートを介して接続した。筒状電極の内周面とシート及び筒状電極内の超電導ケーブルの内周側の面とシートとは半田で接続した。
<Comparative Example 1>
In the terminal structure of the superconducting cable according to the first embodiment, the cylindrical electrode formed of the divided body is changed to a cylindrical electrode that is one cylindrical body of the same shape, and the superconducting cable is inserted into the cylindrical electrode. The superconducting tape on the outer layer side of the cable was connected to the outer surface instead of the inner surface of the cylindrical electrode. At this time, the superconducting tape was connected to the outer surface of the cylindrical electrode via solder on the inner peripheral surface (surface on the superconducting layer side).
<Comparative Example 2>
In the terminal structure of the superconducting cable of Example 1, the inner peripheral surface of the cylindrical electrode and the inner peripheral surface of the superconducting cable in the cylindrical electrode are interposed through a sheet similar to the connection sheet of Patent Document 2. Connected. The inner peripheral surface of the cylindrical electrode and the sheet and the inner peripheral surface of the superconducting cable in the cylindrical electrode and the sheet were connected by solder.
そして、実施例1、比較例1、比較例2の端末構造体を液体窒素中(@77K)に浸漬した状態で、内部導体交流損失[W/m]を測定した。これらを表1に示す。また、各超電導線材と筒状電極との接続抵抗を、直流4端子法で測定したところ、実施例1における電極或いは超電導テープを含む接続箇所の接続抵抗の平均値[μΩ/本]が0.25μΩであり、比較例1もほぼ同様の値を示した。しかしながら、比較例2では、実施例1の接続抵抗の値をはるかに超える値を示した。 And the internal conductor alternating current loss [W / m] was measured in the state where the terminal structure of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 was immersed in liquid nitrogen (@ 77K). These are shown in Table 1. Moreover, when the connection resistance between each superconducting wire and the cylindrical electrode was measured by the DC four-terminal method, the average value [μΩ / piece] of the connection resistance of the connection portion including the electrode or the superconducting tape in Example 1 was 0. The value was 25 μΩ, and Comparative Example 1 showed almost the same value. However, Comparative Example 2 showed a value far exceeding the connection resistance value of Example 1.
表1から、超電導線材を、芯材の周囲に同心円状に、超電導層を内周側及び基板を外周側となるように巻き付けて多層配置された超電導ケーブルを、筒状電極の内周面に接続した構成は、外周面に接続した構成よりも交流損失を低下できることがわかった。 From Table 1, the superconducting cable is arranged on the inner peripheral surface of the cylindrical electrode by concentrically arranging the superconducting wire around the core, winding the superconducting layer on the inner peripheral side and the substrate on the outer peripheral side. It was found that the connected configuration can reduce the AC loss more than the configuration connected to the outer peripheral surface.
本発明に係る超電導ケーブルの端末構造体は、基板上に超電導層を備える超電導線材を、芯材の周囲に、前記超電導層を内周側及び前記基板を外周側となるように巻き付けた超電導ケーブルと電極とを接触抵抗を低減した状態で容易に好適に接続できる効果を有し、多層の超電導ケーブルの端末構造体として有用である。 A terminal structure of a superconducting cable according to the present invention is a superconducting cable in which a superconducting wire having a superconducting layer on a substrate is wound around the core so that the superconducting layer is on the inner peripheral side and the substrate is on the outer peripheral side. And the electrode can be easily and suitably connected with reduced contact resistance, and is useful as a terminal structure of a multilayer superconducting cable.
100 端末構造体
110 超電導ケーブル
111 芯材
112、114、116 押さえテープ
113、115 超電導テープ
113a 超電導層側の面
113b 基板側の面
120、120A 筒状電極
121、122、123、124、125 分割体
130 リードケーブル
140 縮径部材
170 半田
171、172 予備半田部
180 熱源
1131 基板
1132 中間層
1133 超電導層
1134 安定化層
100
Claims (5)
前記超電導線材が終端接続される筒状の電極と、
を備える超電導ケーブル端末構造体であって、
前記電極内に前記超電導ケーブルは配置され、
前記電極の内面は、前記複数の超電導線材のうち前記電極内で最外層に位置する前記超電導線材の外周側の面に接続されている、
超電導ケーブルの端末構造体。 A plurality of superconducting wires having a superconducting layer via an intermediate layer on the substrate, the plurality of superconducting wires being concentrically around the core material, the superconducting layer being the inner peripheral side and the substrate being the outer peripheral side A superconducting cable that is wound and multilayered,
A cylindrical electrode to which the superconducting wire is terminated, and
A superconducting cable terminal structure comprising:
The superconducting cable is disposed in the electrode,
The inner surface of the electrode is connected to the outer peripheral surface of the superconducting wire located in the outermost layer in the electrode among the plurality of superconducting wires,
Superconducting cable terminal structure.
請求項1記載の超電導ケーブルの端末構造体。 The electrode is configured in a cylindrical shape by a plurality of divided bodies divided along the extending direction of the superconducting cable.
The superconducting cable terminal structure according to claim 1.
請求項1または2記載の超電導ケーブルの端末構造体。 On the outer periphery of the electrode, a cylindrical reduced-diameter member capable of reducing the diameter is packaged.
The terminal structure of the superconducting cable according to claim 1 or 2.
請求項1から3のいずれか一項に記載の超電導ケーブルの端末構造体。 Of the inner surfaces of the electrodes connected to each other and the outer peripheral surface of the superconducting wire located in the outermost layer in the electrodes, at least one surface has been subjected to solder plating.
The terminal structure of the superconducting cable according to any one of claims 1 to 3.
前記電極は、前記超電導ケーブルの延在方向に沿って分割された複数の分割体により筒状に構成され、
前記超電導ケーブルを筒状の前記分割体内に配置し、且つ、前記分割体の内周面と前記複数の超電導線材のうち前記電極内で最外層に位置する前記超電導線材の外周側の面との間に半田を配置する工程と、
前記電極の外周に、縮径可能な筒状の縮径部材を外装して縮径することで、前記電極の内面を前記超電導ケーブルの外面に押し付ける工程と、
前記縮径部材の外方から前記半田を加熱する加熱工程と、
を有する、
超電導ケーブルの端末構造体の製造方法。 A plurality of superconducting wires provided with a superconducting layer on a substrate, a plurality of superconducting wires are concentrically formed around a core material, and the superconducting layer is wound on an inner peripheral side and the substrate on an outer peripheral side. A method of manufacturing a superconducting cable terminal structure comprising a superconducting cable disposed and a cylindrical electrode to which the superconducting wire is terminated,
The electrode is configured in a cylindrical shape by a plurality of divided bodies divided along the extending direction of the superconducting cable,
The superconducting cable is disposed in the tubular divided body, and an inner peripheral surface of the divided body and a surface on the outer peripheral side of the superconducting wire located in the outermost layer in the electrode among the plurality of superconducting wires. Placing the solder between them,
A step of pressing the inner surface of the electrode against the outer surface of the superconducting cable by sheathing and reducing the diameter of the cylindrical outer diameter member on the outer periphery of the electrode; and
A heating step of heating the solder from the outside of the reduced diameter member;
Having
A method of manufacturing a terminal structure of a superconducting cable.
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Cited By (1)
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Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106253199B (en) * | 2016-08-08 | 2018-05-25 | 华北电力大学 | A kind of cold insulation high-temperature superconductive cable shielded layer end construction and connection method |
CN110136883B (en) * | 2019-06-19 | 2020-07-14 | 东部超导科技(苏州)有限公司 | Superconducting cable based on YBCO superconducting material and convenient to connect |
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Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3796850B2 (en) * | 1996-10-21 | 2006-07-12 | 住友電気工業株式会社 | Terminal structure of superconducting cable conductor and connection method thereof |
JP4055489B2 (en) * | 2002-06-26 | 2008-03-05 | 住友電気工業株式会社 | Manufacturing method of superconducting thin film wire |
JP4298450B2 (en) * | 2003-09-24 | 2009-07-22 | 住友電気工業株式会社 | Superconducting cable terminal structure |
JP4689984B2 (en) * | 2004-07-20 | 2011-06-01 | 株式会社ワイ・ワイ・エル | DC superconducting power transmission cable and power transmission system |
FR2878654B1 (en) * | 2004-12-01 | 2007-01-12 | Nexans Sa | CONNECTING ARRANGEMENT FOR SUPERCONDUCTING CABLES SCREENS |
JP2006221877A (en) * | 2005-02-08 | 2006-08-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Intermediate connection structure of superconductive cable |
CN101689758B (en) * | 2007-03-21 | 2013-09-04 | Nkt电缆乌尔特拉有限公司 | Cryogenic cable termination unit |
JP4838199B2 (en) * | 2007-06-11 | 2011-12-14 | 昭和電線ケーブルシステム株式会社 | Oxide superconducting current lead |
JP5244337B2 (en) * | 2007-06-12 | 2013-07-24 | 公益財団法人国際超電導産業技術研究センター | Tape-shaped oxide superconductor |
JP2010287349A (en) * | 2009-06-09 | 2010-12-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Terminal structure of superconducting cable |
US8864503B2 (en) * | 2009-12-10 | 2014-10-21 | Prysmian S.P.A. | Biasing connector |
WO2011152342A1 (en) * | 2010-05-31 | 2011-12-08 | 古河電気工業株式会社 | Terminal structure and terminal member of superconducting cable conductor |
JP6219278B2 (en) * | 2012-06-27 | 2017-10-25 | 古河電気工業株式会社 | Superconducting wire |
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- 2014-02-27 JP JP2014037117A patent/JP2015162367A/en active Pending
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019161873A (en) * | 2018-03-14 | 2019-09-19 | 古河電気工業株式会社 | Superconducting cable terminal structure |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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