JP2018129128A - Superconductive cable, and connected part of superconductive cable - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超電導ケーブル及び超電導ケーブルの接続部に関する。 The present invention relates to a superconducting cable and a connecting portion of the superconducting cable.
常電導ケーブルと比較して、大容量の電流を低損失で送電できる超電導ケーブルの一般的に知られる構成は、フォーマ(心材)の外周に超電導テープがスパイラル状に巻回されている。また、超電導ケーブルにおいては、大電流送電を可能とするために、超電導テープが、同心円状に多層に配置されている構造も知られている。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。 In a generally known configuration of a superconducting cable capable of transmitting a large-capacity current with low loss compared to a normal conducting cable, a superconducting tape is spirally wound around the outer periphery of a former (core material). In addition, in the superconducting cable, a structure is also known in which superconducting tapes are 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.
このような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及び特許文献2に示すような、超電導ケーブルの超電導テープと、外部電源、外部回路或いは常温ケーブル等の常温側に設置された機器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が用いられる。 When the superconducting cable having such a layer structure is applied to a superconducting application device, for example, as shown in Patent Document 1 and Patent Document 2, a superconducting tape of a superconducting cable and an external power source, an external circuit, a normal temperature cable, or the like A terminal structure in which a metal terminal (electrode) connected to a device installed on the side is electrically connected is used.
特許文献1及び特許文献2の端末構造では、超電導テープが層状に配設された超電導ケーブルの端末を、常温側に設置された設置された機器、例えば、常電導ケーブル等に接続され、且つ、超電導テープによる層の外径に対応した内径の筒状の金属端子に挿入する。 そして、金属端子と、この金属端子に挿入された超電導テープの層との間に半田を流し込むことで超電導テープと金属端子とは電気的に接続されている。 In the terminal structures of Patent Document 1 and Patent Document 2, the terminal of the superconducting cable in which the superconducting tape is arranged in layers is connected to an installed device installed on the normal temperature side, such as a normal conducting cable, and It is inserted into a cylindrical metal terminal having an inner diameter corresponding to the outer diameter of the layer made of superconducting tape. The superconducting tape and the metal terminal are electrically connected by pouring solder between the metal terminal and the layer of the superconducting tape inserted into the metal terminal.
ところで、従来のように、超電導ケーブルを金属端子の内側に挿入して半田を介して接続する構造では、接続長のバラツキや接続作業上の接続精度の問題により、半田の量或いは金属端子と各超電導テープとの接触状態の違い等が生じて、金属端子と各超電導テープとの接続抵抗にバラツキが生じることが多い。接続抵抗にバラツキが生じると、接続抵抗の高い超電導線材を流れない電流は、接続抵抗の低い超電導線材に流れるようになり、許容電流量を超えて、超電導ケーブルの通電性が劣化する恐れがある。特許文献2では、電極に相当する常電導導体に接続される超電導ケーブルの超電導線材毎に、それぞれの長手方向に沿って、分流用超電導部材を取り付けることにより、超電導線材と常電導導体の境界部分における電流の集中が緩和される。 By the way, in the conventional structure in which a superconducting cable is inserted inside a metal terminal and connected via solder, due to variations in connection length and connection accuracy in connection work, the amount of solder or the metal terminal and each Due to the difference in contact state with the superconducting tape, etc., the connection resistance between the metal terminal and each superconducting tape often varies. If the connection resistance varies, the current that does not flow through the superconducting wire with a high connection resistance will flow into the superconducting wire with a low connection resistance, which may exceed the allowable current amount and degrade the conductivity of the superconducting cable. . In Patent Document 2, for each superconducting wire of a superconducting cable connected to a normal conducting conductor corresponding to an electrode, by attaching a superconducting member for shunting along the respective longitudinal direction, a boundary portion between the superconducting wire and the normal conducting conductor The current concentration at is reduced.
しかしながら、特許文献2では、各超電導線材において、それぞれが接続される常電導体との接続抵抗にバラツキがある場合、特に、常電導体側から超電導ケーブル側に送電する場合では、接続抵抗により流れる電流量が決定されるので、接続抵抗のバラツキによって超電導線材毎に流れる電流の大きさの違いは解消されにくい。 However, in Patent Document 2, in each superconducting wire, when there is variation in the connection resistance with the normal conductor to which each is connected, particularly when power is transmitted from the normal conductor side to the superconducting cable side, the current flowing through the connection resistance Since the amount is determined, it is difficult to eliminate the difference in the magnitude of the current flowing for each superconducting wire due to variations in connection resistance.
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、電極に接続される複数の超電導線材の接続抵抗のバラツキを低減して電流を均一化して好適に流すことができる超電導ケーブル及び超電導ケーブルの接続部を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a point, and a superconducting cable capable of reducing the variation in connection resistance of a plurality of superconducting wires connected to electrodes and uniforming the current to flow appropriately, and the connection of the superconducting cable The purpose is to provide a department.
本発明の超電導ケーブルの一つの態様は、
芯材の周囲に円状に複数の超電導線材が巻き付けてなる超電導導体層と、
前記超電導導体層の外周に周方向で巻き付けられ、前記超電導導体層の前記複数の超電導線材のそれぞれに電気的に接続された周設用超電導線材と、
を有する構成を採る。
One aspect of the superconducting cable of the present invention is:
A superconducting conductor layer in which a plurality of superconducting wires are wound in a circle around the core; and
A circumferential superconducting wire wound around an outer periphery of the superconducting conductor layer in a circumferential direction and electrically connected to each of the plurality of superconducting wires of the superconducting conductor layer;
The structure which has is taken.
本発明の超電導ケーブルの接続部の一つの態様は、
上記構成の超電導ケーブルと、
前記超電導ケーブルの前記超電導導体層を囲むように配設され、前記超電導導体層と記周設用超電導線材とに半田部を介して電気的に接合される筒状電極と、
を有する構成を採る。
One aspect of the connecting portion of the superconducting cable of the present invention is:
A superconducting cable configured as described above;
A cylindrical electrode which is disposed so as to surround the superconducting conductor layer of the superconducting cable, and is electrically joined to the superconducting conductor layer and the superconducting wire for peripheral wiring via a solder portion;
The structure which has is taken.
本発明によれば、電極に接続される複数の超電導線材の接続抵抗のバラツキを低減して電流を均一化して好適に流すことができる。 According to the present invention, variation in connection resistance of a plurality of superconducting wires connected to electrodes can be reduced and current can be made to flow uniformly.
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.
(実施の形態1)
図1は、本発明に係る実施の形態1の超電導ケーブルの接続部の構成を示す側面図であり、図2は、同超電導ケーブルの接続部の要部構成を示す縦断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a side view showing the configuration of the connecting portion of the superconducting cable according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the main configuration of the connecting portion of the superconducting cable.
図1に示す超電導ケーブル100の接続部10は、超電導ケーブル100と、筒状の引出用電極(以下、筒状電極と呼ぶ)210とを有する。本実施の形態の例では、筒状電極210は、超電導ケーブル100が有する超電導テープ113aに接続されるとともに、リードケーブル230が電気的に接続される。筒状電極210は、リードケーブル230を介して常電導体である常温部と,超電導ケーブル100の一方の端末とを接続する。実際の使用時には、超電導ケーブル100および筒状電極210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100の電流が、筒状電極210を介してリードケーブル230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230は、ポリマー套管(図示せず)等を介して気中に導出される。なお、超電導ケーブル100の他方の端末は、筒状電極210と同様に形成された筒状電極を介して、他の常温部等に接続される。
The
接続部10では、超電導ケーブル100が、筒状電極210内に挿入され、筒状電極210の内側で半田部170を介して電気的に接続される。
In the
図3は、本実施の形態に係る超電導ケーブルの要部構成を示す斜視図である。 FIG. 3 is a perspective view showing a main configuration of the superconducting cable according to the present embodiment.
図1及び図2に示すように、超電導ケーブル100は、外周に押えテープ112が巻回された芯材(フォーマ)111及び複数の超電導テープ113aを有するケーブル本体部110と、周設用超電導線材120と、を有する。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
芯材111は、円筒形状であり、例えば、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の超電導導体層113を構成する超電導テープ113aが、図3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。押えテープ112は、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。
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、超電導テープ113aによる超電導導体層113は、それぞれ、10本の超電導テープ113aから構成されている。なお、超電導ケーブル100において、超電導テープ113aによる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113a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 of the
超電導テープ113a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113aは、基板と、基板上に当該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と、を備える。
As a material of the
超電導テープ(YBCO超電導線材)113aは、テープ状であり、テープ状の金属製の基板上に、中間層、テープ状の超電導層、安定化層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113aでは、基板、中間層、超電導層及び安定化層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。
The superconducting tape (YBCO superconducting wire) 113a has a tape shape, and is formed by sequentially laminating an intermediate layer, a tape-shaped superconducting layer, and a stabilizing layer on a tape-shaped metal substrate. In the
基板は、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。 The substrate may be, for example, Ni—Cr (specifically, Ni—Cr—Fe—Mo based Hastelloy (registered trademark) B, C, X, etc.), W—Mo, Fe—Cr (eg, austenite). Stainless steel) or Fe—Ni (for example, non-magnetic composition type) and other low magnetic crystal grain non-oriented / heat resistant high strength metal substrates.
中間層は、例えば基板からの元素の拡散が超電導層に及ぶのを防止するための拡散防止層、超電導層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。例えば、中間層は、基板上に、スパッタリング法で成膜された第1中間層としてのAl2O3層を有し、Al2O3層上に、RFスパッタ法またはイオンビームスパッタ法等のスパッタリング法により第2中間層としての非晶質であるLaMnO3層が成膜される。このLaMnO3層上にIBAD法等により成膜された第3中間層としてのMgO層を有する。MgO層上には、スパッタリング法により成膜された第4中間層としてのLaMnO3層を有し、LaMnO3層上に、スパッタリング法等により成膜された第5中間層としてのCeO2層を有する。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、或いは、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。 The intermediate layer has, for example, a plurality of layers such as a diffusion preventing layer for preventing element diffusion from the substrate from reaching the superconducting layer and an orientation layer for orienting the crystals of the superconducting layer in a certain direction. For example, the intermediate layer has an Al 2 O 3 layer as a first intermediate layer formed by sputtering on a substrate, and an RF sputtering method, an ion beam sputtering method, or the like is formed on the Al 2 O 3 layer. An amorphous LaMnO 3 layer is formed as the second intermediate layer by sputtering. On this LaMnO 3 layer, an MgO layer is formed as a third intermediate layer formed by the IBAD method or the like. On the MgO layer, there is a LaMnO 3 layer as a fourth intermediate layer formed by a sputtering method, and a CeO 2 layer as a fifth intermediate layer formed by a sputtering method or the like on the LaMnO 3 layer. Have. The first intermediate layer is replaced with Al 2 O 3 by using ReZrO (Re: Y, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Yb, or one or more selected from them. May be formed by an RF-sputtering method or a MOD method. This first intermediate layer has high heat resistance and is a layer for reducing interfacial reactivity, and also functions as a bed layer used for obtaining the orientation of the film disposed thereon.
超電導層は、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。超電導テープ113aの超電導層には、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113a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。
The superconducting layer is typically an yttrium superconductor (YBCO layer) represented by YBa 2 Cu 3 O 7 . In the superconducting layer of the
安定化層は、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上に成膜される。なお、安定化層は、直下の超電導層が金、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と、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・性能低下とを防止する。 The stabilization layer is a noble metal such as silver, gold, platinum, or an alloy thereof, and is formed on the superconducting layer with a low-resistance metal. The stabilization layer disperses the performance degradation caused by the direct contact of the superconducting layer directly below with noble metals such as gold and silver, or materials other than their alloys, and the heat generated by accident currents and alternating currents. To prevent destruction and performance degradation due to heat generation.
上述のように複数の超電導テープ113aは、基板上に超電導層を備える。そして、複数の超電導テープ113aは、超電導ケーブル100において、超電導層側の面を外周側に向け、且つ、基板側の面を内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113aは、芯材111の周囲に押さえテープで構成される層状の絶縁部分間に、超電導層を外周側及び基板を内周側となるように巻き付けて配置されている。なお、超電導ケーブル100は超電導線材による層を複数有しても良い。複層の超電導線材本体を備える場合、超電導テープ113aの外周に、更に押えテープを押えテープ112と同様に巻回される。この巻回した押えテープの外周に、第2の超電導導体層を構成する複数の超電導テープ113aが、一層目の超電導テープ113a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る。なお、この構成の場合、第2の超電導テープの外周には、押さえテープが、押えテープ112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る。
As described above, the plurality of
なお、超電導ケーブル100は、実際には、超電導導体層113の外周に巻き付けられた押さえテープの外周側に、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113aによる超電導導体層113が筒状電極210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100の超電導テープ113aは、超電導ケーブル100が挿入される筒状電極210の内面に、当該内面との間の半田部170を介して直接電気的に接続される。
The
超電導ケーブル100において、最外周の超電導テープ113aによる超電導導体層113の外周には、周方向に沿って周設用超電導線材120が巻き付けられている。
周設用超電導線材120は、具体的には、超電導ケーブル100のケーブル本体部110において最外周に配置される複数の超電導テープ113aによりなる超電導導体層113の外周に、ケーブル本体部110又は芯材111の延在方向(長手方向)と垂直に巻き付けられる。すなわち、周設用超電導線材120は、長手方向に垂直に巻き付けられているので、周方向で存在する全ての超電導テープ113aに接続される。本実施の形態では、超電導導体層113に巻き付けられる周設用超電導線材120は半田により超電導導体層113に接合される。
In the
Specifically, the peripheral
周設用超電導線材120は、超電導導体層113の超電導テープ113a毎に電気的に接続されている。これにより、超電導ケーブル100の運転時に、超電導導体層113を構成する超電導テープ113a毎に流れる電流は、均一に流れる。
The
周設用超電導線材120は、導電性を有する材料であればどのように構成されてもよいが、本実施の形態では、超電導テープ113aと同様に構成させる超電導テープ121が周設用超電導線材120を形成している。これにより、周設用超電導線材120として、超電導ケーブルを構成する超電導テープ113aを用いることで、周設用超電導線材120自体を別途製造する必要がなく、製造コストの削減を図ることができる。
The
周設用超電導線材120は、超電導導体層113側(芯材111側)に超電導層側を向けて、つまり、周設用超電導線材120の超電導層を超電導ケーブル100の内周側にし、基板を外周側に向けて、超電導導体層113に巻き付けられている。
The
これにより、ケーブル本体部110の超電導テープ113aの超電導層と、周設用超電導線材120の超電導層とが近接する位置に配置され、超電導導体層113と周設用超電導線材120との導電特性の向上を図ることができる。
As a result, the superconducting layer of the
本実施の形態では、超電導導体層113に巻回された周設用超電導線材120は、超電導導体層113とともに筒状電極210内に配置され、半田部170で筒状電極に接合されている。なお、周設用超電導線材120は、図2の符号1200で示すように、超電導導体層113において、接続する筒状電極210の近傍の位置で、超電導導体層113に巻回して半田接合して、超電導導体層113の超電導線材を流れる電流を均一化するようにしてもよい。
In the present embodiment, the
筒状電極210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る。筒状電極210は、内部に配置される超電導ケーブル100の外周面と電気的に接続する。
The
筒状電極210は、図2から明らかなように、超電導ケーブル100が内部を貫通できる筒状構造となっている。なお、筒状電極210は、超電導ケーブル100の延在方向に沿って分割された複数の断面半円弧状の分割体により筒状に構成されてもよい。分割体である場合には、分割体を、超電導ケーブル100の所定の位置に、被せて互いを周方向で気密的に固定することで円筒状に形成するようにする。
As apparent from FIG. 2, the
本実施の形態の筒状電極210では、超電導ケーブル100として、ケーブル本体部110とともに周設用超電導線材120が挿入されて接合される。
In
図4は、図1のA―A線矢視断面図である。図2及び図4に示すように、筒状電極210には、内部と外部とが連通するように周壁部分を貫通して半田用長穴221、空気孔223が形成されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. As shown in FIGS. 2 and 4, the
半田用長穴221は、筒状電極210に、外周側と内周側半径方向に貫通して形成され、筒状電極210の外周側から内周に半田を注入する。
The
半田用長穴221は、筒状電極210の上面部分の中央部分に、長手方向に沿って形成されている。半田用長穴221は、筒状電極210において、リードケーブル230接続部分を挟み両端側に、長手方向(軸方向)に沿ってそれぞれ形成されている。
The solder
これにより、半田用長穴221は、筒状電極210の略全長に渡り配置されているため、半田用長穴221を介して注入する半田を両端部の隅々まで確実に注入させることができる。
Thereby, since the solder
また、筒状電極210には、半田用長穴221の両端側に、半田用長穴221に並んで、半田用長穴221を介して筒状電極210内に注入される半田の注入時のエアを抜く空気孔223がそれぞれ形成されている。
Further, the
筒状電極210では、両端部のそれぞれに、空気孔223に挟まれた半田用長穴221が形成されている。このように半田を注入する孔が長穴であるので、断面積の小さい半田注入孔を介して半田を注入する場合と比較して、溶融半田に巻き込まれた気泡が抜けやすく、半田硬化後に空隙として残りにくくなる。よって空隙により半田の接触面積が小さくならないので、接続抵抗を大きくできる。
In the
このように、半田用長穴221を介して半田を注入する際に巻き込まれた気泡を抜きつつ、筒状電極210の内部の全域に渡って半田を注入して隙間なく充填させることにより、超電導テープ113aと筒状電極210との接続抵抗のバラツキを好適に低減することができる。
In this way, the superconductivity is obtained by injecting the solder over the entire area inside the
また、半田用長穴221を介して注入され、筒状電極210と超電導ケーブル100の超電導導体層113(複数の超電導テープ113a)とを接合する半田は、周設用超電導線材120と超電導導体層113とを接合する半田よりも低融点の半田であることが好ましい。本実施の形態では、超電導導体層113と周設用超電導線材120との接合には、所謂、高温融点半田を用い、筒状電極210と超電導テープ113aとの接合であり半田部170の形成には、いわゆる、低融点半田を用いている。
Also, the solder that is injected through the
なお、半田用長穴221及び空気孔223は、筒状電極210の内部に注入される半田の充填具合を視認や小型化カメラ等を挿入して確認するための確認孔として使用できる。なお、半田用長穴221、空気孔223は、充填時に半田の漏れが発生しなければ、空気孔223で半田用長穴221を挟む配列であれば、どこに設けてもよい。
The solder elongated
筒状電極210の内側では、筒状電極210の内周面と、筒状電極210内で最外層に位置する超電導導体層(超電導テープ113aによる層)113とが、半田部170を介して通電可能に接合(所謂、直付け)されている。
Inside the
筒状電極210の内径は、内部に配置される超電導ケーブル100における周設用超電導線材120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100における周設用超電導線材120の外径との間に隙間が形成される寸法に形成される。
The inner diameter of the
なお、半田部170を形成する際には、筒状電極210の両端部の内周面と、超電導ケーブル100の超電導導体層113との間の隙間には、半田漏れ防止のためのパッキン材を挿入して、筒状電極210の内周面と超電導導体層113の外周面との空間を密閉してから半田用長穴221を介して半田を注入する。なお、パッキン材(図示省略)は、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene:PTFE)、銀、或いは、インジウム等の柔らかい材料により構成されるシート、環状体或いは紐状体を用いてもよい。
When forming the
本実施の形態の超電導ケーブル100は、芯材111の周囲に円状に複数の超電導線材である超電導テープ113aが巻き付けてなる超電導導体層113と、超電導導体層113の外周に周方向で巻き付けられ、超電導導体層113の複数の超電導テープ113aのそれぞれに電気的に接続された周設用超電導線材120とを有する。この構成により、超電導導体層113において複数の超電導テープ113aを流れる電流値が、超電導ケーブルの両端側の一方で接続抵抗値にバラツキがある等して、それぞれ異なる場合でも、周設用超電導線材120により均一化して流すことができる。
すなわち、本実施の形態では、筒状電極(端子)210の近傍で、超電導ケーブルの全超電導テープ(超電導線材)113aを同一の超電導線材である周設用超電導線材120(121)で一体に接続しているため、銅端子である筒状電極210と超電導テープ(超電導線材)113a間に流れ込む電流が均一にすることができる。特に筒状電極210側から超電導ケーブル100の超電導テープ113aに流れる電流値が、筒状電極210接触抵抗によりバラツキがあっても、周設用超電導線材120により均一化して外部(超電導ケーブル100の他端側)に流すことができる。
In other words, in the present embodiment, all superconducting tapes (superconducting wires) 113a of the superconducting cable are integrally connected with the peripheral superconducting wires 120 (121), which are the same superconducting wires, in the vicinity of the cylindrical electrode (terminal) 210. Therefore, the current flowing between the
本実施の形態によれば、電極に接続される複数の超電導線材の接続抵抗のバラツキを低減して電流を均一化して好適に流すことができる。 According to the present embodiment, it is possible to reduce the variation in the connection resistance of the plurality of superconducting wires connected to the electrodes, to make the current uniform and to flow appropriately.
(実施の形態2)
図5は、本発明に係る実施の形態2の超電導ケーブルの接続部の変形例1の要部構成を示す縦断面図である。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a longitudinal cross-sectional view showing the main configuration of Modification 1 of the connecting portion of the superconducting cable according to Embodiment 2 of the present invention.
図5に示す超電導ケーブル100Aの接続部10Aでは、実施の形態1の接続部10と比較して、超電導ケーブル100Aの構成のみ異なり、その他の構成は同様である。
In the connecting
図5に示す超電導ケーブル100Aの接続部10Aは、超電導ケーブル100Aと、筒状の引出用電極(以下、筒状電極と呼ぶ)210とを有する。
A connecting
本実施の形態の例では、筒状電極210は、超電導ケーブル100において、複数の超電導テープ113aによりそれぞれ構成される超電導導体層(113−1、113−2)のそれぞれに接続される。なお、各筒状電極210には、リードケーブル230が電気的に接続されており、筒状電極210は、リードケーブル230を介して常電導体である常温部と,超電導ケーブル100の一方の端末とを接続する。実際の使用時には、超電導ケーブル100Aおよび筒状電極210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100Aの電流が、筒状電極210を介してリードケーブル230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230は、上述のように、ポリマー套管(図示せず)等を介して気中に導出される。なお、超電導ケーブル100Aの他方の端末は、筒状電極210と同様に形成された筒状電極を介して、他の常温部等に接続される。
In the example of the present embodiment, the
接続部10Aでは、超電導ケーブル100Aが、筒状電極210内に挿入され、筒状電極210の内側で半田部170Aを介して電気的に接続される。
In the
本実施の形態の超電導ケーブル100Aは、実施の形態1のケーブル本体部110において、芯材111の外周に、複数の超電導導体層113−1、113−2を有するケーブル本体部110Aと、周設用超電導線材120−1、120−2と、を有する。
The
ケーブル本体部110Aは、ケーブル本体部110において超電導導体層113の外周に、不織布からなる押えテープを介して、第1の超電導導体層113−1を構成する超電導テープ113aと同様の超電導テープがスパイラル状に巻回されている。これら超電導テープは、周方向で各テープ間に若干の所定間隔(第1の超電導導体層と同様の所定間隔G)を空けて配置されており、第2の超電導導体層113−2を構成する。なお、第1の超電導導体層113−1と、第2の113−2との間の押えテープ112は、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、第2の超電導テープによる第2の超電導導体層113−2の外周には、押さえテープが、押えテープ112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。第1の超電導導体層113−1は、実施の形態1の超電導導体層113と同様のものであり、第2の超電導導体層113−2は、第1の超電導導体層113と同様に形成される。
In the
超電導ケーブル100Aは、筒状電極210に接続されるケーブル端部を段剥ぎして、端末側から順に第1の超電導導体層113−1、第2の超電導導体層113−2が外周面として露出している。
In the
超電導ケーブル100Aは、露出している超電導導体層113−1、113−2と、超電導導体層113−1、113−2のそれぞれの外周に、周方向で巻き付けられ、前記超電導導体層の前記複数の超電導線材のそれぞれに電気的に接続された周設用超電導線材120−1、120−2を有する。
The
周設用超電導線材120−1、120−2は、本実施の形態では、それぞれ、超電導導体層113−1、113−2の外周に周方向に沿って芯材の延在方向(超電導ケーブルの長手方向)と垂直に巻回されている。周設用超電導線材120−1、120−2は、各超電導導体層113−1、113−2を構成する複数の超電導テープのそれぞれに半田により電気的に接続されている。 In the present embodiment, the superconducting wires 120-1 and 120-2 for peripheral installation are respectively extended along the circumferential direction of the superconducting conductor layers 113-1 and 113-2 (in the direction of the superconducting cable). It is wound perpendicularly to the (longitudinal direction). The circumferential superconducting wires 120-1 and 120-2 are electrically connected to the respective superconducting tapes constituting the superconducting conductor layers 113-1 and 113-2 by soldering.
また、これら周設用超電導線材120−1、120−2は、実施の形態1と同様に、超電導テープ113aにより形成され、各超電導導体層113−1、113−2側(内径側に相当)に、超電導層側を向けて巻回されている。
Also, these superconducting wires 120-1 and 120-2 for peripheral installation are formed by the
筒状電極210内では、超電導ケーブル100Aにおいて複数の層状に形成された超電導導体層113−1、113−2と、超電導導体層113−1、113−2の外周の周設用超電導線材120−1、120−2とが配置されている。筒状電極210と、超電導導体層113−1、113−2及び周設用超電導線材120−1、120−2とは半田による半田部170Aを介して電気的に接続されている。なお、半田部170Aは、実施の形態1と同様に、半田用長穴221から半田を注入することで形成される。
In the
本実施の形態によれば、超電導ケーブル100Aは、複数の周設用超電導線材120−1、120−2を有する。超電導導体層113−1、113−2は、芯材111の外周に積層される。積層される複数の超電導導体層113−1、113−2のうちの外側の超電導導体層113−2の外周と、当該外側の超電導導体層113−2が段剥ぎされて露出する下側の超電導導体層113−1の外周には、それぞれ周設用超電導線材120−1、120−2がそれぞれ巻き付けられている。複数の周設用超電導線材120−1、120−2は筒状電極210内に配置され、筒状電極210は、半田部170Aを介して、複数の超電導導体層113−1、113−2の超電導テープ(超電導線材)113aとともに気密的に接合される。
According to the present embodiment,
これにより上述した実施の形態1の超電導ケーブル100と同様の効果を、超電導導体層113−1、113−3毎に得ることができ、超電導導体層113−1、113−2のそれぞれを一つの筒状電極210にそれぞれ接触抵抗を低減した状態で好適に接続できる。
As a result, the same effect as that of
(実施の形態3)
図6は、本発明に係る実施の形態3の超電導ケーブルの接続部の変形例2の要部構成を示す縦断面図である。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a main part configuration of Modification 2 of the connection part of the superconducting cable according to Embodiment 3 of the present invention.
図6に示す超電導ケーブル100Bの接続部10Bでは、実施の形態1の接続部10と比較して、超電導ケーブル100Bの構成のみ異なり、その他の構成は同様である。
In
図6に示す超電導ケーブル100Bの接続部10Bは、超電導ケーブル100Aと、筒状の引出用電極(以下、筒状電極と呼ぶ)210とを有する。
A connecting
筒状電極210に挿入される超電導ケーブル100Bは、ケーブル本体部101Aと同様に構成されるケーブル本体部110Bを有する。ケーブル本体110Bでは、芯材111の外周に積層され、それぞれが超電導ケーブル100Bの外周面として露出する複数の超電導導体層113−3、113−4を有する。ケーブル本体部110Bは、ケーブル本体部110Aと比較して、超電導導体層113−3、113−4の段剥ぎ位置が異なる。すなわち、ケーブル本体部110Bでは、内側の超電導導体層113−3の外周は、外側の超電導導体層113−4が段剥ぎされることで露出し、ここでは、筒状電極210の一端部の内側から筒状電極210の内部を通り他端部に向かって延在する。超電導導体層113−4は、筒状電極210の一端部の外側で露出して配置されている。そしてこれら超電導導体層113−3、113−4の段差部分を挟む外面のそれぞれに、周設用超電導線材120−3、120−4である超電導テープ121がそれぞれ巻き付けられている。
The
そして、筒状電極210内に充填される半田部170Bにより、段剥ぎ部分で周設用超電導線材120−3、120−4及びケーブル本体部110Bの超電導導体層113−3、113−4を接続している。この構成によれば、実施の形態2と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、複数の超電導導体層を形成する超電導テープ113aと、筒状電極210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。
Then, the superconducting conductor layers 113-3 and 113-4 of the peripheral superconducting wires 120-3 and 120-4 and the cable
なお、周設用超電導線材120で使用される超電導テープ121は、本数の多い方が均流化(電流の均一化)の効果は大きい。超電導テープ121を2本以上用いて周設用超電導線材120、120−1、120−2を構成しても良い。
In addition, the
<実施例1>
まず、超電導線材(超電導テープ)として、ハステロイ(登録商標)の基板上に、Al2O3層、LaMnO3層、MgO層、LaMnO3層、CeO2層を順に成膜してなる中間層を有し、この中間層上に、YBa2Cu3O7で表されるイットリウム系超電導体(YBCO層)からなる超電導層、銀の安定化層を順に成膜したREBayCu3Oz系超電導線材を、厚さ0.12mm×幅5mmで形成した。これを30本、銅製の外径19mmの芯材111に巻き付けて超電導線材の層(例えば、超電導導体層113)を構成し、これを備えるケーブル本体部110を形成した。このケーブル本体部110の外面に、1本の周設用超電導線材を長手方向と垂直に巻き付けて半田付けし、銅製であり厚み3mmの図2で示す筒状電極210に挿入した。その際の周設用超電導線材の位置は、筒状電極210において、挿入されたケーブル本体部110が導出される側で開口する端部(超電導ケーブル100の基端側の端部)210aの内周面に対向し、周設用超電導線材の基端側の縁部が開口縁と重なる位置とした。この位置で、周設用超電導線材及び超電導ケーブル本体部110と、筒状電極210とを半田付けして、一本の周設用超電導線材を用いて均流化(5mm)とした実施例1の接続部を組み立てた。このように組み立てた接続部において、筒状電極と各超電導線材との接続抵抗を直流四端子法にて測定した(at77K)。具体的には、筒状電極外周と筒状電極近傍の超電導線材に電圧端子に取り付け、液体窒素中で、筒状電極と超電導線材間に電流を流し、電圧端子間の発生電圧を測定することにより抵抗値を算出した。30本の超電導線材毎の接続抵抗の最大値と、最小値と、平均値と、標準偏差を算出した。これらを表1に示す。
<Example 1>
First, as a superconducting wire (superconducting tape), an intermediate layer formed by sequentially forming an Al 2 O 3 layer, a LaMnO 3 layer, a MgO layer, a LaMnO 3 layer, and a CeO 2 layer on a Hastelloy (registered trademark) substrate. A REBa y Cu 3 O z- based superconductor in which a superconducting layer composed of an yttrium-based superconductor (YBCO layer) represented by YBa 2 Cu 3 O 7 and a silver stabilizing layer are sequentially formed on the intermediate layer The wire was formed with a thickness of 0.12 mm and a width of 5 mm. 30 of these were wound around a
<実施例2>
実施例1と同様の超電導線材(超電導テープ)を用いて、実施例1と同様のケーブル本体部110を形成し、このケーブル本体部110の外面に、実施例1の周設用超電導線材を2本、長手方向と垂直に巻き付けて半田付けした。これを、実施例1と同様に、図2で示す筒状電極210に挿入して、図2に示す位置に位置させた。すなわち、2本の周設用超電導線材の位置は、筒状電極210の端部210a側で、実施例1と同様に1本を位置させ、これに隣接してもう1本を筒状電極210内に位置させた。この位置で、2本の周設用超電導線材及び超電導ケーブル本体部110と、筒状電極210とを半田付けして、一本の周設用超電導線材を用いて均流化(10mm)とした実施例2の接続部を組み立てた。このように組み立てた実施例2の接続部において、実施例1と同様に、筒状電極と各超電導線材との接続抵抗を実施例1と同様、直流四端子法にて測定した(at77K)。30本の超電導線材毎の接続抵抗の最大値と、最小値と、平均値と、標準偏差を算出した。これらを表1に示す。
<Example 2>
Using the same superconducting wire (superconducting tape) as in Example 1, the
<比較例1>
実施例1の超電導ケーブルの接続部の構造において、周設用超電導線材を用いずに、筒状電極210に、周設用超電導線材を有しないケーブル本体部110を挿入して、筒状電極を加熱して半田付けを行い超電導ケーブルと筒状電極とを接続して比較例1の接続を組み立てた。この比較例1の接続部において、実施例1と同様に、筒状電極と各超電導テープとの接続抵抗を測定した。30本の超電導線材毎の接続抵抗の最大値と、最小値と、平均値と、標準偏差を算出した。これらを表1に示す。
<Comparative Example 1>
In the structure of the connection part of the superconducting cable of Example 1, the
実施例1、2及び比較例1を比較すると、実施例1,2の方が比較例1よりも、接続抵抗の平均値、標準偏差がともに低くなっており、超電導ケーブルと筒状電極との接続部に周設用超電導線材を設けることで均流化の効果があることがわかった。 When Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 are compared, Examples 1 and 2 have lower average values and standard deviations of connection resistance than Comparative Example 1, and there is a difference between the superconducting cable and the cylindrical electrode. It was found that providing a superconducting wire for peripheral installation at the connecting portion has the effect of leveling.
本発明に係る超電導ケーブルの接続部は、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接続部として有用である。 The connection part of the superconducting cable according to the present invention includes a superconducting cable having a superconducting layer on a substrate, and a superconducting cable wound around the core so that the superconducting layer is on the inner peripheral side and the substrate is on the outer peripheral side. It has the effect of being able to be easily and suitably connected to an electrode with reduced contact resistance, and is useful as a connection part for a multilayer superconducting cable.
10、10A、10B 接続部
100、100A、100B 超電導ケーブル
110、110A、110B ケーブル本体部
111 芯材
112 押えテープ
113a、121 超電導テープ
113、113−1、113−2、113−3、113−4 超電導導体層
120、120−1、120−2、120−3、120−4、1200 周設用超電導線材
170、170A、170B 半田部
210 筒状電極
221 半田用長穴
223 空気孔
10, 10A,
Claims (6)
前記超電導導体層の外周に周方向で巻き付けられ、前記超電導導体層の前記複数の超電導線材のそれぞれに電気的に接続された周設用超電導線材と、
を有する、
超電導ケーブル。 A superconducting conductor layer in which a plurality of superconducting wires are wound in a circle around the core; and
A circumferential superconducting wire wound around an outer periphery of the superconducting conductor layer in a circumferential direction and electrically connected to each of the plurality of superconducting wires of the superconducting conductor layer;
Having
Superconducting cable.
前記超電導導体層は、前記複数の超電導線材を、前記芯材に対して、前記基板を内周側にし、且つ、前記超電導層を外周側に向けて、前記芯材の外周に巻回して構成され、
前記周設用超電導線材は、前記超電導導体層に対して、前記超電導層を内周側にして前記基板を外周側に向けて巻き付けられている、
請求項1記載の超電導ケーブル。 The superconducting wires and the peripheral superconducting wires are each formed on a tape-like substrate, with a superconducting layer formed through an intermediate layer,
The superconducting conductor layer is formed by winding the plurality of superconducting wires around the outer periphery of the core member with the substrate facing the inner peripheral side and the superconducting layer facing the outer peripheral side with respect to the core member. And
The peripheral superconducting wire is wound around the superconducting conductor layer with the superconducting layer on the inner peripheral side and the substrate facing the outer peripheral side,
The superconducting cable according to claim 1.
前記超電導ケーブルの前記超電導導体層を囲むように配設され、前記周設用超電導線材が半田部を介して電気的に接合される筒状電極と、
を有する、
超電導ケーブルの接続部。 The superconducting cable according to claim 1 or 2,
A cylindrical electrode disposed so as to surround the superconducting conductor layer of the superconducting cable, and the circumferential superconducting wire is electrically joined via a solder portion;
Having
Superconducting cable connection.
前記超電導導体層は、前記芯材の外周に積層され、積層される複数の前記超電導導体層のうちの外側の超電導導体層の外周と、当該外側の超電導導体層が段剥ぎされて露出する下側の前記超電導導体層の外周のそれぞれに、前記周設用超電導線材がそれぞれ巻き付けられ、
複数の前記周設用超電導線材は、前記筒状電極内に配置され、前記筒状電極に、前記半田部を介して、複数の前記超電導導体層とともに電気的に接合される、
請求項3記載の超電導ケーブルの接続部。 Having a plurality of the superconducting wires for circumferential installation,
The superconducting conductor layer is stacked on the outer periphery of the core member, and the outer periphery of the outer superconducting conductor layer of the plurality of stacked superconducting conductor layers and the outer superconducting conductor layer are exposed by stepping off. The peripheral superconducting wire is wound around each of the outer peripheries of the superconducting conductor layers on the side,
A plurality of the circumferential superconducting wires are disposed in the cylindrical electrode, and are electrically joined to the cylindrical electrode together with the plurality of superconducting conductor layers via the solder portion.
The connection part of the superconducting cable according to claim 3.
請求項3または4記載の超電導ケーブルの接続部。 The cylindrical electrode is provided penetrating in an outer peripheral side and an inner peripheral radial direction, and has a long hole for solder for injecting solder from the outer peripheral side of the cylindrical electrode to the inner periphery.
The connection part of the superconducting cable according to claim 3 or 4.
請求項5記載の超電導ケーブルの接続部。 In the cylindrical electrode, air holes are respectively formed on both end sides of the solder elongated hole in line with the solder elongated hole.
The connection part of the superconducting cable according to claim 5.
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