JP2016058608A - High temperature superconducting current lead - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、極低温で動作させる高温超電導コイルに励磁電流を供給するための高温超電導電流リードに関する。 The present invention relates to a high temperature superconducting current lead for supplying an exciting current to a high temperature superconducting coil operated at a cryogenic temperature.
例えば、真空容器中に高温超電導コイルが格納され、極低温域において用いられる高温超電導磁石は、一般的に、励磁電源から常時通電され、磁場発生装置として動作する。このため、高温超電導コイルに励磁電流を供給する電流リードには、低発熱であるとともに高い信頼性が求められる。 For example, a high-temperature superconducting magnet in which a high-temperature superconducting coil is housed in a vacuum vessel and used in a very low temperature region is generally energized constantly from an excitation power source and operates as a magnetic field generator. For this reason, the current lead that supplies the exciting current to the high-temperature superconducting coil is required to have low heat generation and high reliability.
上述のような、高温超電導コイルに電流を供給する電流リードとして、例えば、酸化物系超電導線材からなる高温側超電導電流リードと、金属系超電導線材からなる低温側超電導電流リードとを備えたものが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。特許文献1に記載の電流リードは、高温側超電導電流リードの低温端が低温側超電導電流リードの一方端に接続され、低温側超電導電流リードの他方端が高温超電導コイルに接続された構成とされている。
As described above, the current leads for supplying current to the high-temperature superconducting coil include, for example, a high-temperature superconducting current lead made of an oxide-based superconducting wire and a low-temperature superconducting current lead made of a metal-based superconducting wire. It has been proposed (see, for example, Patent Document 1). The current lead described in
また、高温超電導コイルに接続される低温側超電導電流リードについても、酸化物系超電導線材からなる電流リードが用いられるようになっている(例えば、特許文献2を参照)。このような酸化物系超電導線材は、金属系超電導線材に比べて臨界温度が高く、熱伝導率も小さいため、極低温域で動作させる高温超電導コイルに励磁電流を供給する電流リードの材料として、発熱を抑制する観点から好適である。 In addition, a current lead made of an oxide-based superconducting wire is used for a low-temperature superconducting current lead connected to a high-temperature superconducting coil (see, for example, Patent Document 2). Such an oxide-based superconducting wire has a higher critical temperature and lower thermal conductivity than a metal-based superconducting wire, and therefore, as a material for a current lead that supplies an exciting current to a high-temperature superconducting coil operated in a cryogenic temperature range, This is preferable from the viewpoint of suppressing heat generation.
しかしながら、上述のような超電導線材は、例えば、温度が高くなるほど臨界電流が低減するため、定格温度以上の温度条件で電流が通電されたり、あるいは、冷却が不十分な状態で通電したりすると、急激に発熱して電流リード自体が損傷してしまうおそれがあった。 However, the superconducting wire as described above, for example, because the critical current decreases as the temperature becomes higher, or when the current is energized at a temperature condition higher than the rated temperature, or when energized in an insufficiently cooled state, There was a risk of sudden heat generation and damage to the current lead itself.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、超電導線材を効果的に冷却することで該超電導線材の発熱を抑制できるとともに、万が一、定格以上の電流が通電された場合であっても発熱による損傷を防止でき、冷却効率及び過電流時の耐久性に優れた高温超電導電流リードを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and can effectively suppress the heat generation of the superconducting wire by cooling the superconducting wire, and generate heat even when a current exceeding the rating is energized. An object of the present invention is to provide a high-temperature superconducting current lead that can prevent damage due to heat and has excellent cooling efficiency and durability during overcurrent.
上記課題を解決するため、本発明に係る高温超電導電流リードは、真空容器中に、極低温域で動作させる高温超電導コイルとともに収容され、一端側が電流リードを介して外部電源に接続されるとともに、他端側が前記高温超電導コイルに接続されることで、該高温超電導コイルに励磁電流を供給する高温超電導電流リードであって、少なくとも高純度アルミニウムからなる基材上に、高温超電導線材が積層されてなることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a high-temperature superconducting current lead according to the present invention is housed in a vacuum vessel together with a high-temperature superconducting coil that operates in a cryogenic region, and one end side is connected to an external power source via a current lead, The other end side is connected to the high-temperature superconducting coil, thereby being a high-temperature superconducting current lead for supplying an exciting current to the high-temperature superconducting coil, and a high-temperature superconducting wire is laminated on a substrate made of at least high-purity aluminum It is characterized by becoming.
このような構成の高温超電導電流リードによれば、高温超電導線材が、熱伝導率の高い高純度アルミニウムからなる基材上に積層された構成なので、当該高温超電導電流リードが設置される冷却板からの冷却熱が基材を介して効果的に高温超電導線材に伝わることから、高温超電導線材を安定的して冷却することができる。さらに、基材をなす高純度アルミニウムは電気伝導率も高いことから、高温超電導線材に定格以上の電流が通電された場合であっても、この電流が基材側に分流するので、高温超電導線材が発熱するのが抑制され、高温超電導線材の損傷を防止できる。従って、冷却効率及び過電流時の耐久性に優れた高温超電導電流リードを提供することが可能となる。 According to the high-temperature superconducting current lead having such a configuration, since the high-temperature superconducting wire is laminated on the base material made of high-purity aluminum having high thermal conductivity, the cooling plate on which the high-temperature superconducting current lead is installed Since the cooling heat is effectively transmitted to the high-temperature superconducting wire through the base material, the high-temperature superconducting wire can be stably cooled. Furthermore, since the high-purity aluminum that forms the base material has high electrical conductivity, even when a current exceeding the rated current is applied to the high-temperature superconducting wire, this current is shunted to the base material side, so the high-temperature superconducting wire Is prevented from generating heat, and damage to the high-temperature superconducting wire can be prevented. Accordingly, it is possible to provide a high-temperature superconducting current lead having excellent cooling efficiency and durability during overcurrent.
また、本発明に係る高温超電導電流リードは、上記構成において、前記基材が、高純度アルミニウムからなる冷却基板と、無酸素銅からなる接合基板とが爆着法によって接合された積層構造とされ、前記接合基板上に、前記高温超電導線材がはんだ付けによって接合されている構成を採用することが好ましい。 Further, the high-temperature superconducting current lead according to the present invention has a laminated structure in which the base material is bonded to the cooling substrate made of high-purity aluminum and the joining substrate made of oxygen-free copper by the explosion method in the above-described configuration. It is preferable to adopt a configuration in which the high-temperature superconducting wire is joined to the joining substrate by soldering.
このような構成の高温超電導電流リードによれば、基材が、高純度アルミニウムからなる冷却基板上に無酸素銅からなる接合基板が爆着された構成なので、この接合基板上に、高温超電導線材をはんだ付けによって接合することが可能となる。通常、アルミニウム材の表面には酸化被膜が形成されていることから、一般的なはんだ付けの手法によって高温超電導線材を接合することはできないが、基材を上記のような積層構造で構成することにより、無酸素銅からなる接合基板上へのはんだ付けが可能となる。従って、上述したような冷却効率及び過電流時の耐久性の向上に加え、生産性が向上するという効果が得られる。 According to the high-temperature superconducting current lead having such a configuration, since the base material is a configuration in which a bonding substrate made of oxygen-free copper is exploded on a cooling substrate made of high-purity aluminum, the high-temperature superconducting wire is formed on the bonding substrate. Can be joined by soldering. Usually, since an oxide film is formed on the surface of an aluminum material, a high-temperature superconducting wire cannot be joined by a general soldering method. Thus, soldering onto a bonding substrate made of oxygen-free copper can be performed. Therefore, in addition to the improvement of the cooling efficiency and the durability at the time of overcurrent as described above, the effect of improving the productivity can be obtained.
また、本発明に係る高温超電導電流リードは、上記構成において、前記基材をなす高純度アルミニウムが、純度99.99%以上の高純度アルミニウムであることがより好ましい。 In the high-temperature superconducting current lead according to the present invention, in the above configuration, the high-purity aluminum forming the base material is more preferably high-purity aluminum having a purity of 99.99% or more.
このような構成の高温超電導電流リードによれば、基材に用いられる高純度アルミニウムが、上記のような非常に高純度のものとされることで、熱伝導率及び電気伝導率がより高められるので、上述したような高温超電導線材の冷却効率がさらに向上するとともに、高温超電導線材に定格以上の電流が通電された際には、電流をより効果的に基材側に分流させることができる。従って、上述したような冷却効率及び過電流時の耐久性がさらに向上する効果が得られる。 According to the high-temperature superconducting current lead having such a configuration, the high-purity aluminum used for the base material is made to have a very high purity as described above, so that the thermal conductivity and the electrical conductivity are further increased. Therefore, the cooling efficiency of the high-temperature superconducting wire as described above is further improved, and when a current exceeding the rating is applied to the high-temperature superconducting wire, the current can be more effectively diverted to the substrate side. Therefore, an effect of further improving the cooling efficiency and durability at the time of overcurrent as described above can be obtained.
本発明に係る高温超電導電流リードによれば、上述のように、高温超電導線材が、熱伝導率の高い高純度アルミニウムからなる基材上に積層された構成なので、当該高温超電導電流リードが設置される冷却板からの冷却熱が基材を介して効果的に高温超電導線材に伝わることから、高温超電導線材を安定的して冷却することができる。さらに、基材をなす高純度アルミニウムは電気伝導率も高いことから、高温超電導線材に定格以上の電流が通電された場合であっても、この電流が基材側に分流するので、高温超電導線材が発熱するのが抑制され、高温超電導線材の損傷を防止できる。
従って、冷却効率及び過電流時の耐久性に優れた高温超電導電流リードを提供することが可能となる。
According to the high-temperature superconducting current lead according to the present invention, as described above, the high-temperature superconducting wire is laminated on a base material made of high-purity aluminum having a high thermal conductivity. Therefore, the high-temperature superconducting current lead is installed. Since the cooling heat from the cooling plate is effectively transmitted to the high-temperature superconducting wire through the base material, the high-temperature superconducting wire can be stably cooled. Furthermore, since the high-purity aluminum that forms the base material has high electrical conductivity, even when a current exceeding the rated current is applied to the high-temperature superconducting wire, this current is shunted to the base material side, so the high-temperature superconducting wire Is prevented from generating heat, and damage to the high-temperature superconducting wire can be prevented.
Accordingly, it is possible to provide a high-temperature superconducting current lead having excellent cooling efficiency and durability during overcurrent.
以下、本発明の実施形態である高温超電導電流リードの一例を挙げ、その構成及び作用について、主に図1及び図2を適宜参照しながら詳述する。なお、以下の説明で用いる各図面は、その特徴をわかりやすくするために、便宜上、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は実際とは異なる場合がある。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, an example of the high-temperature superconducting current lead that is an embodiment of the present invention will be given, and its configuration and operation will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2 as appropriate. In addition, each drawing used in the following description may show the characteristic part in an enlarged manner for convenience in order to make the feature easy to understand, and the dimensional ratio of each component is different from the actual case. There is. In addition, the materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited to them, and can be appropriately changed and implemented without changing the gist thereof.
図1は、本実施形態の高温超電導電流リード1の積層構造を説明する斜視図であり、図2は、本実施形態の高温超電導電流リード1を、真空容器11内に収容された高温超電導コイル12への励磁電流の供給手段に用いた高温超電導磁石10の構成を示す概略図である。図2中に示すように、本実施形態の高温超電導電流リード1は、冷凍機13によって冷却される冷却板14上に設置され、外部から高温超電導コイル12に励磁電流を供給するものである。
FIG. 1 is a perspective view for explaining a laminated structure of the high-temperature superconducting
図1に示すように、本実施形態の高温超電導電流リード1は、高純度アルミニウムからなる冷却基板21と、無酸素銅からなる接合基板22とが爆着法によって接合された積層構造の基材2上に、高温超電導線材3が積層された、長尺の線材として概略構成されている。そして、高温超電導電流リード1は、基材2の上面2a、即ち、接合基板22上に、高温超電導線材3が、はんだ付けによって接合された構成とされている。
As shown in FIG. 1, the high-temperature superconducting
基材2は、平面視で長尺板状のものであり、詳細を後述する高温超電導線材3が上面2a側に積層されることから、高温超電導線材3と同様、長尺に構成されるとともに、図示例では、横幅方向の寸法が高温超電導線材3よりも若干大きくなるように構成されている。また、基材2の下面2b側、即ち、冷却基板21の下面側は、詳細を後述する高温超電導磁石10に備えられる冷却板14への設置面となる。
The
冷却基板21は、上述したように、高純度アルミニウムから構成されることで、高い熱伝導率及び電気伝導率を備えるものである。これにより、冷却基板21は、図2に示した高温超電導磁石10に備えられる冷却板14から、高温超電導線材3側に向けて冷却熱を効率的に伝えることができる。
As described above, the
冷却基板21に用いられる高純度アルミニウムとしては、可能な限り高純度であることが好ましく、純度99.99%以上の高純度アルミニウムであることが特に好ましい。このように、冷却基板21を、純度99.99%以上の高純度アルミニウムから構成することで、冷却基板21のみならず、基材2全体の熱伝導率が向上するとともに、電気伝導率もより高いものとなる。
The high-purity aluminum used for the
接合基板22は、図1においては、平面視における寸法や形状が、冷却基板21と同一とされている。
接合基板22の材料としては、冷却基板21の場合と同様、熱伝導率の高いものであることが好ましく、例えば、C1020等の無酸素銅を用いることができる。このような無酸素銅は、高純度アルミニウムと同様、熱伝導率及び電気伝導率にも優れるので、高温超電導線材3側に向けて冷却熱を効率的に伝えることができるとともに、高温超電導線材3に定格以上の電流が通電された際には、電流を効果的に基材2側に分流させることができる。
In FIG. 1, the bonding substrate 22 has the same size and shape in plan view as the
The material of the bonding substrate 22 is preferably a material having high thermal conductivity as in the case of the
そして、基材2は、上記の冷却基板21と接合基板22とが爆着法によって面接合された積層構造を有している。このように、異種金属からなる冷却基板21と接合基板22とを接合するに際しては、その接合強度等を考慮し、ダイナマイトを用いた爆着法を用いることが好ましい。この際の爆着条件としても、従来からアルミニウム材料と銅材料とを接合する際に採用されている条件を、何ら制限無く用いることができる。
The
本実施形態においては、基材2が、高純度アルミニウムからなる冷却基板21上に無酸素銅からなる接合基板22が積層された構成を採用することで、詳細を後述する高温超電導線材3を基材2上に接合するにあたり、接合基板22上へのはんだ付けによる接合が可能になる。
In this embodiment, the
なお、基材2を構成する冷却基板21及び接合基板22の各々の厚みや、基材2全体の厚みとしては、特に限定されないが、本実施形態の高温超電導電流リード1を構成した際のサイズや熱伝導率等を考慮し、例えば、冷却基板21の厚みを4〜7mm、接合基板22の厚みを1〜3mmとし、基材2の全体厚みを5〜10mmの範囲とすることができる。同様に、基材2の幅寸法、即ち、この基材2を構成する冷却基板21及び接合基板22の幅寸法についても、高温超電導電流リード1を構成した際のサイズや熱伝導率等を考慮しながら、適宜決定すればよい。
In addition, although it does not specifically limit as each thickness of the cooling
高温超電導線材3は、高温超電導材料からなる線材であり、図1においては、基材2と同様、平面視で長尺板状に形成されるとともに、その幅方向の寸法が、基材2、即ち、冷却基板21や接合基板22よりも若干狭く構成されている。これにより、高温超電導電流リード1は、平面視した際に、高温超電導線材3の幅方向の両側近傍から基材2の接合基板22が露出するように構成されている。
The high-
本実施形態の高温超電導電流リード1に用いられる高温超電導線材3は、例えば、酸化物系超電導材料からなるものであり、300℃程度の耐熱特性を有するものが用いられる。
より具体的には、高温超電導線材3としては、詳細な図示を省略するが、例えば、金属からなる基材上に、中間層を介して超電導層が積層され、さらに、この上に安定化層及び保護層が順次積層された構造のものが挙げられる。
The high-
More specifically, the high-
高温超電導線材3の基材としては、例えば、Cu上に、Ni−W合金やハステロイ(登録商標)等の合金材料からなる基板が積層されたものを用いることができる。
As the base material of the high-
高温超電導線材3において、基材と超電導層との間に介在する中間層としては、例えば、Y2O3/YSZ/CeO2なる組成及び積層構造を有するものを採用することができる。このような組成の中間層を金属からなる基材上に積層する方法としては、特に限定されないが、例えば、気相成長法(CVD法)やスパッタリング法等、従来公知の方法を用いることができる。
In the high-
高温超電導線材3において、中間層上に設けられる超電導層としては、例えば、REBa2Cu3Ox(但し、RE:Rare Earth(希土類元素))や、ビスマス系超電導層等、臨界温度が高く且つ熱伝導率の小さな酸化物系超電導材料を採用することができる。このような各組成を有する超電導層を中間層上に積層する方法としても、特に限定されないが、例えば、PLD(Pulse Laser Deposition)法等の従来公知の方法を用いることができる。
In the high-
また、高温超電導線材3において、超電導層上に積層される安定化層としては、例えば、Ag材料を用いることができる。
さらに、安定化層上に積層される、高温超電導線材3の保護層としては、例えば、Cu材料を用いることができる。
これらの安定化層及び保護層の形成にあたっては、例えば、従来公知のスパッタリング法等を用いることができる。
In the high-
Furthermore, as the protective layer of the high-
In forming these stabilizing layers and protective layers, for example, a conventionally known sputtering method or the like can be used.
ここで、高温超電導線材3の厚み、並びに、この高温超電導線材3を構成する上記各層の厚みとしては、特に限定されないが、高温超電導電流リード1を構成した際のサイズや電気的特性等を考慮し、例えば、基材の厚みを50〜100μm、中間層の厚みを1〜2μm、超電導層の厚みを1〜6μm、保護層の厚みを1〜5μm、安定化層の厚みを40〜100μmの範囲とし、高温超電導線材3の全体厚みを0.1〜0.2μmの範囲とすることができる。同様に、高温超電導線材3の幅寸法についても、高温超電導電流リード1を構成した際の電気的特性等を考慮しながら、適宜決定すればよい。
Here, the thickness of the high-
また、本実施形態の高温超電導電流リード1に用いられる高温超電導線材としては、上記構成のような、板状に各層が積層されたものには限定されない。例えば、本出願人による特開2012−14883号公報(特願2010−148409)に記載したような、軸材となる金属基材を覆うように、基材、中間層、超電導層、安定化層及び保護層が順次積層され、さらに、断面が多角形状とされた構成の高温超電導線材を採用することも可能である。
Further, the high-temperature superconducting wire used for the high-temperature superconducting
そして、本実施形態で説明する高温超電導電流リード1は、高温超電導線材3における図示略の基材側、即ち、図1中に示す下面3aが、基材2の上面2a(接合基板22)上にはんだ付けされることで、基材2上に高温超電導線材3が接合された積層構造を有する。この際に用いるはんだ材料としては、特に限定されないが、低融点はんだ材料を用いることが好ましい。
In the high-temperature superconducting
本実施形態の高温超電導電流リード1は、上記のように、高温超電導線材3が、熱伝導率及び電気伝導率の高い高純度アルミニウムからなる基材2上に積層された構成とされている。具体的には、高温超電導電流リード1は、基材2が、高純度アルミニウムからなる冷却基板21と無酸素銅からなる接合基板22とが積層されてなり、接合基板22の上に高温超電導線材3が積層された構成とされている。これにより、高温超電導電流リード1が設置される高温超電導磁石10の冷却板14からの冷却熱が基材2を介して効果的に高温超電導線材3に伝わることから、高温超電導線材3が安定的に冷却される効果が得られる。さらに、高純度アルミニウムは電気伝導率が高いことから、高温超電導線材3に定格以上の電流が通電された場合であっても、この電流が基材2側に分流することで、高温超電導線材3の発熱を抑制できるので、高温超電導線材3の損傷を確実に防止できる効果が得られる。
As described above, the high-temperature superconducting
ここで、高温超電導電流リードとして、基材2を高純度アルミニウムからなる冷却基板21のみで構成し、この冷却基板21上に後述の高温超電導線材3を接合した構成とすることも可能である。一方、このような場合には、高温超電導線材3を基材2に接合するに際し、はんだ付け以外の方法を検討する必要がある。このため、本実施形態においては、図1に示すように、基材2が、無酸素銅からなる接合基板22が高純度アルミニウムからなる冷却基板21上に積層された構成とされていることが好ましい。これにより、基材2の上面2a側に配置される接合基板22上への、はんだ付けによる高温超電導線材3の接合が可能になるので、上述したような冷却効率及び過電流時の耐久性の向上に加え、生産性が向上し、製造コストも低減できるという効果が得られる。
Here, as the high-temperature superconducting current lead, the
次に、図2を参照しながら、本実施形態の高温超電導電流リード1が備えられた高温超電導磁石10について説明する。
図2に示すように、高温超電導磁石10は、真空容器11内に、高温超電導コイル12、冷凍機13及び冷却板14が収容されてなる。そして、図示例においては、本実施形態の高温超電導電流リード1、及び、この高温超電導電流リード1に外部から電流を通電する電流リード15の一部が真空容器11内に設置され、外部から高温超電導コイル12に励磁電流を供給できる構成とされている。また、図示例においては、高温超電導電流リード1の一端側1aが、電流リード15を介して図示略の外部電源に接続されるとともに、他端側1bが高温超電導コイル12に接続されている。また、高温超電導電流リード1は、冷凍機13によって冷却される冷却板14上に、例えば、グリースや金属材料等の密着性を高める材料を介して設置されるとともに、基材2の下面2b、即ち、冷却基板21側が冷却板14上に設置されている。
Next, the high-
As shown in FIG. 2, the high-
真空容器11は、高温超電導磁石10の主要な構成を内部空間に収容するものであり、例えば、図示略の真空ポンプよって内部空間が真空減圧される。また、図示例の真空容器11は、容器本体11aの内部に、高温超電導電流リード1、高温超電導コイル12、冷凍機13、冷却板14及び電流リード15の一部が収容され、その開口部が容器蓋部11bによって覆われた構成とされている。
The vacuum vessel 11 accommodates the main components of the high-
高温超電導コイル12は、電流リード15及び高温超電導電流リード1によって外部から励磁電流が供給されることによって、高温超電導磁石10としての強力な磁力を発生させるものである。また、高温超電導コイル12は、図示例のように冷却板14上に設置されている。
The high-
冷凍機13は、例えば、従来公知の圧縮機等から構成されるものであり、後述の冷却板14と熱的・機械的に接続される。冷凍機13は、冷却板14を冷却することにより、冷却板14上に設置された高温超電導コイル12及び高温超電導電流リード1を、例えば、−200℃以下の極低温域まで冷却するものである。
The
冷却板(コールドヘッド)14は、図示例のように、真空容器11の内部空間において概略下方に設置される平板状の部材であり、例えば、熱伝導率の高い金属材料から構成される。冷却板14は、上述のように、その上面側に冷凍機13が接続されることで極低温域まで冷却され、これにより、上面側に設置された高温超電導コイル12及び高温超電導電流リード1の各々を極低温域まで冷却する。
As shown in the illustrated example, the cooling plate (cold head) 14 is a flat plate-like member installed substantially downward in the internal space of the vacuum vessel 11 and is made of, for example, a metal material having high thermal conductivity. As described above, the cooling
電流リード15は、一端側15aが高温超電導電流リード1の一端側1aに接続され、他端側が図示略の外部電源に接続されることで、外部から供給される励磁電流を、高温超電導電流リード1を介して高温超電導コイル12に供給できるように構成される。
The
なお、図2に示す例においては、電流リード15については、正極(+)側と負極(−)側の両方を図示しているが、高温超電導電流リード1については、冷却板14上に設置された状態となることから、一方のみを図示している。
In the example shown in FIG. 2, the
本実施形態の高温超電導電流リード1は、上述のように、高純度アルミニウムからなる冷却基板21側が冷却板14上に設置されることから、基材2を介して伝わる冷却熱により、高温超電導線材3が安定的に冷却されるので、高温超電導線材3の発熱を効果的に抑制でき、また、高温超電導線材3が損傷するのを確実に防止することが可能となる。
As described above, the high-temperature superconducting
次に、本発明を以下の実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。 Next, the present invention will be described in detail by the following examples, but the present invention is not limited only to these examples.
[実施例1]
実施例1においては、以下に示す条件及び手順で、図1に示すような高温超電導電流リードを作製した後、図3に示すような回路構成の試験装置を作製して、高温超電導電流リードの各端部間の電圧を測定した。
[Example 1]
In Example 1, a high-temperature superconducting current lead as shown in FIG. 1 was manufactured under the conditions and procedures shown below, and then a test apparatus having a circuit configuration as shown in FIG. 3 was prepared. The voltage between each end was measured.
まず、純度が99.99%以上の高純度アルミニウムからなる冷却基板上に、無酸素銅からなる接合基板が、ダイナマイトを用いた爆着法によって接合された、長さが200mm、幅が100mm、厚みが41mm(無酸素銅4mm)の基材を準備した。そして、この基材を圧延した後、所定のサイズに切り出すことにより、長さが600mm、幅が12mm、厚みが7mmの平面視長尺状とされ、冷却基板21上に接合基板22が接合されてなる基材2を得た。
First, a bonded substrate made of oxygen-free copper is bonded to a cooling substrate made of high-purity aluminum having a purity of 99.99% or more by a blasting method using dynamite, having a length of 200 mm, a width of 100 mm, A base material having a thickness of 41 mm (oxygen-free copper 4 mm) was prepared. And after rolling this base material, by cutting out to a predetermined size, the length is 600 mm, the width is 12 mm, the thickness is 7 mm in plan view, and the bonding substrate 22 is bonded onto the cooling
また、高温超電導線材3としては、SuperPower社製の2G HTS WIRE(登録商標)を用い、この線材を所定のサイズに切り出すことで、長さが600mm、幅が6mm、厚みが0.1mmとされたものを準備した。
Further, as the high-
そして、上記方法で得られた高温超電導線材3を、この高温超電導線材3の図示略の基材側を底面として、基材2の接合基板22上にはんだ付けした。この際、低融点はんだ材料を用いて、高温超電導線材3と基材2の接合基板22との間を、全面にわたってはんだ付けした。
以上のような条件及び手順により、図1に示すような本実施例の高温超電導電流リード1を得た。
Then, the high-
Under the conditions and procedures as described above, a high-temperature superconducting
次に、上記手順で得られた高温超電導電流リード1を用いて、図3に示すような回路構成の試験装置を作製して、高温超電導電流リード1の各端部間の電圧を測定した。この試験装置は、アルミニウム板上に、2本の高温超電導電流リード1を、図示略の絶縁接着フィルムを用いて平行に配置して接着し、これらの一端側を短絡して直列回路を構成するとともに、他端側に図示略の電源を接続し、電流供給可能な構成とした。また、2本の高温超電導電流リード1の各々に、一端側と他端側との間の電圧を測定するための電圧計を接続した。また、この装置を図示略の断熱容器内に収容し、この断熱容器内に液体窒素を供給することにより、77K(−196℃)に冷却した。
Next, a test apparatus having a circuit configuration as shown in FIG. 3 was prepared using the high-temperature superconducting
そして、一方の高温超電導電流リード1側をプラス(+)側、他方の高温超電導電流リード1側をマイナス(−)側として、0Aから徐々に電流値を増加させながら電流供給を実施した際の、各々の高温超電導電流リード1の両端間の電圧を測定するとともに、これらの目視確認を行った。
Then, when one of the high-temperature superconducting current leads 1 is on the plus (+) side and the other high-temperature superconducting
実施例1の試験結果として、高温超電導電流リードへの印加電流と、各端部間の電圧との関係を図4のグラフに示す。
図4に示すように、本実施例で作製した、本発明に係る構成を有する高温超電導電流リード1は、高温超電導線材の臨界電流である280Aを超えても電圧の上昇カーブは緩やかであり、臨界電流を大きく上回る400Aでも安定して通電でき、発熱に起因する損傷等のトラブルも発生しなかった。
As a test result of Example 1, the relationship between the current applied to the high-temperature superconducting current lead and the voltage between the ends is shown in the graph of FIG.
As shown in FIG. 4, the high-temperature superconducting
なお、図4のグラフにおいて、高温超電導電流リード1のプラス(+)側とマイナス(−)側とで僅かに上昇カーブが異なるのは、各々の電気的接続部における損失等に起因する測定誤差と考えられる。
In the graph of FIG. 4, the rising curve slightly differs between the plus (+) side and the minus (−) side of the high-temperature superconducting
[実施例2]
実施例2においては、実施例1で作製した高温超電導電流リード1、及び、高温超電導線材単体からなる従来の構成の高温超電導電流リードを準備し、これら各々について、それぞれ1本の高温超電導電流リードで評価した点を除き、実施例1と同様の試験装置を用いて、同様の手順で高温超電導電流リードに徐々に電流を印加して、高温超電導電流リードの単位長さ当たりの電圧を調べた。そして、実施例2の試験結果として、高温超電導電流リードの臨界電流(280A)からの超過電流と、高温超電導電流リードの単位長さあたりの電圧との関係を図5のグラフに示した。
[Example 2]
In Example 2, the high-temperature superconducting
図5に示すように、実施例1で作製した、本発明に係る構成を有する高温超電導電流リード1は、高温超電導線材の臨界電流である280Aを超えても、単位長さ当たりの電圧の上昇カーブは緩やかであった。
これに対し、従来の構成の高温超電導電流リードは、この高温超電導電流リードの臨界電流である160Aを超えると、単位長さ当たりの電圧が急激に上昇するカーブ特性を示した。
As shown in FIG. 5, the high-temperature superconducting
On the other hand, the high-temperature superconducting current lead having the conventional configuration exhibited a curve characteristic in which the voltage per unit length suddenly increased when the critical current of the high-temperature superconducting current lead exceeded 160A.
上記各実施例の結果より、本発明に係る高温超電導電流リードが、臨界電流を大きく上回る電流が印加された場合であっても、電圧の上昇カーブは緩やかで、安定した通電が可能であることが明らかとなった。 From the results of each of the above examples, the high-temperature superconducting current lead according to the present invention has a gradual voltage rise curve and can be stably energized even when a current exceeding the critical current is applied. Became clear.
なお、以上説明した実施形態及び各実施例における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は上記の実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。 In addition, each structure in those embodiment and each Example demonstrated above, those combinations, etc. are examples, and addition, omission, substitution, and other change of a structure are possible in the range which does not deviate from the meaning of this invention. . Further, the present invention is not limited by the above-described embodiment, and is limited only by the scope of the claims.
本発明の高温超電導電流リードによれば、上記構成を採用することで、万が一、定格以上の電流が通電された場合であっても発熱による損傷を防止でき、冷却効率及び過電流時の耐久性に優れているものなので、極低温で動作させる高温超電導コイルに励磁電流を供給する用途において非常に有用である。 According to the high-temperature superconducting current lead of the present invention, by adopting the above configuration, it is possible to prevent damage due to heat generation even when a current exceeding the rated current is applied, cooling efficiency and durability during overcurrent Therefore, it is very useful in applications where an exciting current is supplied to a high temperature superconducting coil operated at a very low temperature.
1…高温超電導電流リード
2…基材
2a…上面
2b…下面
21…冷却基板21
22…接合基板
3…高温超電導線材
3a…下面
10…高温超電導磁石
11…真空容器
11a…容器本体
11b…容器蓋部
12…高温超電導コイル
13…冷凍機
14…冷却板
15…電流リード。
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF SYMBOLS 22 ...
Claims (3)
少なくとも高純度アルミニウムからなる基材上に、高温超電導線材が積層されてなることを特徴とする高温超電導電流リード。 A high-temperature superconducting coil that is operated in a cryogenic temperature region is housed in a vacuum vessel, and one end side is connected to an external power source via a current lead, and the other end side is connected to the high-temperature superconducting coil, thereby A high temperature superconducting current lead for supplying an exciting current to the coil,
A high-temperature superconducting current lead comprising a high-temperature superconducting wire laminated on a substrate made of at least high-purity aluminum.
前記接合基板上に、前記高温超電導線材がはんだ付けによって接合されていることを特徴とする請求項1に記載の高温超電導電流リード。 The base material has a laminated structure in which a cooling substrate made of high-purity aluminum and a bonding substrate made of oxygen-free copper are bonded by an explosion method,
The high-temperature superconducting current lead according to claim 1, wherein the high-temperature superconducting wire is bonded onto the bonding substrate by soldering.
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