JP2018129888A - 常電導接続部材及び超電導ケーブルの端末構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】超電導ケーブルと常電導部とを接続する際に、好適な通電容量を確保しつつ、超電導ケーブルへの外部からの熱侵入量を低減すること。
【解決手段】超電導ケーブルに接続して、当該超電導ケーブルを常温側の機器に電気的に接続する常電導接続部材であって、超電導ケーブルに電気的に接続されるケーブル接続部と、機器に接続される端子部を有する導電フランジを複数備え、端子部とケーブル接続部とを連続させる導電部を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、超電導ケーブルの終端接続部等に用いられる常電導接続部材及び超電導ケーブルの端末構造体に関する。

従来、極低温で超電導状態になる超電導線材を導体として用いた超電導ケーブルが知られている。超電導ケーブルは、大電流を低損失で送電可能な電力ケーブルとして期待されており、実用化に向けて開発が進められている。

超電導ケーブルは、断熱管内に一心又は複数心のケーブルコアが収容された構造を有するものが知られている。一心のケーブルコアとしては、例えば中心から順に、フォーマ、超電導導体層、電気絶縁層、ケーブルシールド層、及び保護層等を有する。また、ケーブルコアとしては、フォーマの外周に、超電導導体層と、電気絶縁層とを交互に同心円状に配置した複数の超電導導体層を同一心で有する同軸型のケーブルコアが知られている。

断熱管は、ケーブルコアを収容し内部に冷媒（例えば液体窒素）が充填される内管（以下「断熱内管」）と、断熱内管の外周を覆う外管（以下「断熱外管」）を有する。断熱内管と断熱外管の間は、断熱のために真空状態とされる。

超電導ケーブルの終端接続部等に適用される超電導ケーブルの端末構造体においては、低温部となる低温容器に超電導ケーブルの端末部が収容され、超電導ケーブルの導体（例えば超電導導体層）がリード部の導体引出部を介して常温部に引き出される。低温容器は、超電導ケーブルの端末部を収容し運転時に液体窒素等の冷媒が充填される冷媒槽と、冷媒槽を収容し運転時に真空状態とされる真空槽とからなる二重構造を有する。

このような超電導ケーブルの端末構造体において、液体窒素が充填される冷媒槽内で、超電導ケーブルの超電導導体層と、導体引出部に接続された常電導接続部材とを接続する構造としては、例えば、特許文献１に示す超電導ケーブルの端末構造が知られている。

特許文献１の端末構造では、導体引出部に接続され円環状の常電導接続部材（電極に相当）の内部に、超電導テープを備える超電導ケーブルの芯材を挿入し、この常電導接続部材の側面に超電導テープが貼着されることで接続されている。なお、導体引出部と常電導接続部材はリード部に含まれる。

また、特許文献２では、円環状の外側フランジの内側に、超電導ケーブルの超電導テープが接続される円環状の内側フランジを、超電導ケーブルを中心に回転自在に電気的に取り付けた常電導接続部材が開示されている。

ところで、超電導ケーブルの終端にリード部を設置する構成では、外部からの熱侵入量を低くするために、伝導熱の経路を長くすることが考えられる。

特許文献２の常電導接続部材では、フランジの表裏面を貫通する同心円の複数のスロットを設けて、端子と内側フランジとの間の通電距離を確保している。

これにより、特許文献２の常電導接続部材は、特許文献１と比較して、通電部分を長くして伝導熱経路を長くし、当該伝導熱経路を伝達して、超電導ケーブルの超電導導体層に伝達する熱の進入を低減している。

特開２０１６−１９５４８５号公報 米国特許出願公開第２０１２／２８９４０５号明細書

特許文献２の常電導接続部材を大容量の超電導ケーブルに接続する場合、許容電流を確保するために通電部分の断面積を増大させる必要がある。この断面積を増大させる手段としては、常電導接続部材の厚みを厚くしているが、常電導接続部材の厚みが増すと、技術的に外フランジを貫通するスロットを開けることが困難になる。

また、特許文献２の常電導接続部材と超電導ケーブルとを接続して通電する際に、常電導接続部材は、直流通電の場合、直流電流は通電領域（導体）の全体に流れるが、交流通電時では、自己磁場の作用により、通電部分の表面にしか電流が流れなくなることが知られている。これは、所謂、表皮効果（Skin effect）として知られており、交流通電では、自己磁場の作用により、通電部分の中心に磁界が集中し、電流が流れにくくなり、スロット間の通電部分の表面の電流が大きくなる。

よって、特許文献２の常電導接続部材では、交流通電時に表皮効果により、通電に寄与しない非通電部分が増大してしまい、伝導熱は低減せずにジュール発熱が増大する、すなわち超電導導体層への熱侵入量を低減できないという恐れがある。

常電導接続部材を有するリードとしては、接続対象が超電導ケーブルであるので、電流量を大きくしつつ、外部からの熱侵入量を伝達しない構成が望まれている。

本発明の目的は、超電導ケーブルと常電導部とを接続する際に、好適な通電容量を確保しつつ、超電導ケーブルへの外部からの熱侵入量を低減することができる常電導接続部材及び超電導ケーブルの端末構造体を提供することである。

本発明に係る常電導接続部材は、
超電導ケーブルに接続して、当該超電導ケーブルを常温側の機器に電気的に接続する常電導接続部材であって、
前記超電導ケーブルに電気的に接続されるケーブル接続部と、前記機器に接続される端子部を有する導電フランジを複数備え、
前記端子部と前記ケーブル接続部とを連続させる導電部を有する構成を採る。

本発明に係る超電導ケーブルの端末構造体は、上記構成の常電導接続部材と、前記常電導接続部材に接続される超電導ケーブルと、を有する構成としても良い。

本発明によれば、超電導ケーブルと常電導部とを接続する際に、好適な通電容量を確保しつつ、超電導ケーブルへの外部からの熱侵入量を低減することができる。

本発明の一実施の形態に係る端末構造体を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る端末構造体における超電導ケーブルの概略構成を示す断面図である。 本発明の一実施の形態に係る端末構造体における常電導接続部材と超電導ケーブルの接続部分を示す正面図である。 本発明の一実施の形態に係る端末構造体における常電導接続部材と超電導ケーブルの接続部分を示す側面である。 導電フランジの変形例を示す断面図である。 本実施の形態の常電導接続部材における通電領域を示し、図６Ａは同常電導接続部材の平面図であり、図６Ｂは、図６ＡのＢ−Ｂ線断面図である。 本発明に係る実施の形態の超電導ケーブルの端末構造体における常電導接続部材の変形例を示す側面図である。 同変形例を示す側断面図である。 本実施の形態の変形例としての常電導接続部材における通電領域を示し、図９Ａは同常電導接続部材の平面図であり、図９Ｂは、図９ＡのＣ−Ｃ線断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る端末構造体１を示す図である。説明の便宜上、超電導ケーブル１０が導入される側を後端側（図１では右側）、反対側を先端側（図１では左側であり挿入方向側ともいう）として説明する。

図１に示すように、端末構造体１は、超電導ケーブル１０の端末部と、常電導接続部材３０と、冷媒槽２１及び真空槽２２を有する低温容器２０と、支持脚部（支持部）２８を有する。

端末構造体１では、中央部に超電導ケーブル１０が挿通された常電導接続部材３０が所定間隔を空けて配置されている。常電導接続部材３０間に、超電導ケーブル１０を囲むように筒状の内側収容片２１１が架設されることに冷媒槽２１が形成される。また、冷媒槽２１を囲むように、筒状の外側収容片２２１が架設されることにより、真空槽２２が形成されている。

すなわち、低温容器２０は、常電導接続部材３０及び内側収容片２１１で構成される内側の冷媒槽２１と、常電導接続部材３０及び外側収容片２２１で構成される外側の真空槽２２とからなる二重構造となっている。

このように構成される低温容器２０（詳細には冷媒槽２１）に超電導ケーブル１０の端末部が所定の状態で水平方向に延在するように収容された状態となっている。

低温容器２０から、常電導接続部材３０（詳細には、図３に示す常電導接続部材３０の端子部３０１）を介して超電導ケーブル１０の導体電流が電力機器等の実系統側に引き出される。

なお、常電導接続部材３０と同様に、シールド通電部を設けて、このシールド通電部に超電導ケーブル１０のケーブルシールド層１１４（図２参照）を接地してもよい。

本実施の形態の超電導ケーブル１０は、超電導線材からなる複層の超電導導体層を有し、端末構造体１において、略水平方向に配置した超電導ケーブル１０から超電導導体層毎に、水平方向で所定間隔を空けて、常電導接続部材３０を介して導体電流を引き出される。

図２は、本発明の一実施の形態に係る端末構造体における超電導ケーブルの概略構成を示す断面図である。

図１及び図２に示すように、超電導ケーブル１０は、断熱管１２内に、電気絶縁層（導体絶縁層）１１３（１１３−１、１１３−２、１１３−３）を介して超電導導体層１１２（１１２−１、１１２−２、１１２−３）を同心円状に複数備えるケーブルコア１１が収容された超電導ケーブルである。超電導ケーブル１０は、各超電導導体層で位相の異なる電流を流す多相超電導ケーブルとしてもよい。ここでは、超電導導体層を、中心から、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流を流す導体として３層で同軸上に有する三相同軸超電導ケーブルとしている。

ケーブルコア１１は、例えば中心から順に、Ｎ_２冷却管である中央冷却管１１１、第１超電導導体層１１２−１、第１電気絶縁層（導体絶縁層）１１３−１、第２超電導導体層１１２−２、第２電気絶縁層（導体絶縁層）１１３−２、第３超電導導体層１１２−３、第３電気絶縁層（導体絶縁層）１１３−３、ケーブルシールド層１１４、及び保護層１１５等を有する。

各超電導導体層１１２及びケーブルシールド層１１４は、例えば、下層の外面に螺旋状に巻き付けた多数本の超電導テープ（テープ状の超電導線材）により構成されるものとした。超電導導体層を構成する各超電導テープは、互いに重ならずに配置されている。

超電導テープは、ここでは、ＲＥＢａ_ｙＣｕ_３Ｏ_ｚ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。）の高温超電導薄膜を備える酸化物超電導材である。この超電導テープは、テープ状の金属基板上に成膜された中間層上に、テープ状の超電導薄膜である酸化物超電導層（以下、「超電導層」と称する）、安定化層が順に積層されることによって作製される。なお、超電導テープの金属基板としては、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金又はステンレス鋼である。また、中間層は、例えば、金属基板上に、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層、ガリウムドープ酸化亜鉛層（Ｇｄ_２Ｚｒ_２Ｏ_７：ＧＺＯ）、或いはイットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等による第１層、Ｙ_２Ｏ_３又は酸化ランタンマンガン（ＬａＭｎＯ_３）等の層である第２層、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等から成る第３層、ＬａＭｎＯ_３等の層である第４層、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）層である第５層を、順に積層することによって構成される。

超電導層は、有機金属酸塩あるいは有機金属化合物を原料とし、真空プロセスを使用せずに、ＭＯＤ法（Metal Organic Deposition Processes：有機酸塩堆積法）により中間層上に成膜される。ＭＯＤ法は、金属基板上に中間層を設けた複合基板上の金属有機酸塩を加熱して熱分解することによって複合基板上に超電導層である薄膜を形成する。

このように構成される超電導テープを、複合基板上において、下層の中央冷却管１１１、電気絶縁層１１３（１１３−１、１１３−２）の外周に、超電導層（超電導薄膜）が外周側、複合基板（基板）が内周側となるように、螺旋状に巻回することによって、各超電導導体層１１２は構成される。

電気絶縁層１１３は、それぞれ下層の超電導導体層１１２の外周に、例えば、半合成絶縁紙を巻回して構成される。

保護層１１５は、例えば、ケーブルシールド層１１４の外周にクラフト紙等を巻回して構成される。

超電導ケーブル１０の端末部においては、図１に示すように、ケーブルコア１１に段剥ぎ加工が施され、先端側から順に各層が露出する。各超電導導体層１１２（１１２−１、１１２−２、１１２−３）には、各超電導導体層１１２（１１２−１、１１２−２、１１２−３）に電気的に接続される常電導接続部材３０（３０−１、３０−２、３０−３）が接続されている。ここでは、常電導接続部材３０は、超電導導体層１１２の外周に配置される。ケーブルシールド層１１４の外周には、ケーブルシールド層１１４に電気的に接続されるシールド接続端子が配置されてもよい。なお、本実施の形態では、超電導導体層１１２（１１２−１、１１２−２、１１２−３）の外周に配置される電気絶縁層１１３（１１３−１、１１３−２、１１３−３）の外周には、ストレスコーン等の電界緩和部１５が配置されている。

断熱管１２は、内側の断熱内管１２１と外側の断熱外管１２２とからなる二重管構造を有する。断熱内管１２１及び断熱外管１２２は、コルゲート状を有することが好ましい。断熱内管１２１及び断熱外管１２２は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）製のコルゲート管（波付き管）によりそれぞれ構成される。

断熱内管１２１は、ケーブルコア１１を収容し、運転時には冷媒（例えば液体窒素）が充填される。これにより、超電導導体層１１２は、超電導状態に維持される。断熱内管１２１と断熱外管１２２の間は、断熱のために、運転時に真空状態に保持される。

このように超電導ケーブル１０は、フォーマの外周側に、超電導導体層１１２と、波付き管である断熱内管１２１と断熱外管１２２とによる二重構造を採る断熱管１２とを順に有する構成となっている。

断熱内管１２１は、シールド通電部の内周部に気密的に固定され、断熱外管１２２は、シールド通電部の外周部に気密的に固定される。
内側収容片２１１は、筒状であり、エポキシ樹脂や繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）等の絶縁材料により構成される絶縁管である。すなわち、超電導ケーブル１０の端末部は、冷媒槽２１である絶縁管に収容された状態となる。

内側収容片２１１の内側は、常電導接続部材３０に、超電導ケーブル１０の延在方向（「軸方向」ともいう）に貫通して形成された貫通孔３４４（図３参照）を介して連通した状態となっている。
なお、冷媒槽２１は、例えば真空槽２２内に配置された架台（図示略）に載置してもよい。冷媒槽２１には、運転時に冷媒循環装置（図示略）により冷媒が循環供給される。冷媒槽２１に連通する断熱内管１２１の内部も冷媒で充填される。

外側収容片２２１は、外周にがい管部２３を有する筒状であり、冷媒槽２１を収容するように常電導接続部材３０間に設けられる。外側収容片２２１は、例えばエポキシ樹脂やＦＲＰ等の絶縁材料で構成され、常電導接続部材３０に気密的に固定される。

外側収容片２２１の内側は、常電導接続部材３０に、超電導ケーブル１０の延在方向に貫通して形成されたスロット３１１，３１３，３１５（図３参照）を介して連通した状態となっている。
がい管部２３は、例えば、ポリマーがい管または磁器がい管により構成される。ここでは、がい管部２３をポリマーがい管で構成したものとして説明する。

がい管部２３は、例えば、絶縁筒の外周面に一体的にポリマー被覆体を一体的に設けて形成される。絶縁筒は、機械的強度の高いＦＲＰ（繊維強化プラスチック）で構成される。冷媒槽２１内の超電導ケーブル１０の外面に電界緩和部１５を取り付けた場合には、この電界緩和層の周囲に、電界緩和部を囲む位置に配置される。ポリマー被覆体は、電気絶縁性能に優れる材料、例えばシリコーンポリマー（シリコーンゴム）などの高分子材料で構成され、外周面に、複数個の傘状の襞部が長手方向に離間して形成される。がい管部２３の内部、つまり、真空槽２２の内部は、運転時には真空引きされて真空状態となる。

常電導接続部材３０及び外側収容片２２１により構成される真空槽２２は、運転時に真空ポンプ（図示略）により真空引きされ、真空状態に保持される。真空槽２２に連通する断熱内管１２１と断熱外管１２２の間の空間が真空状態に保持される。

図３は、本発明の一実施の形態に係る端末構造体における常電導接続部材と超電導ケーブルの接続部分を示す正面図であり、図４は、本発明の一実施の形態に係る端末構造体における常電導接続部材と超電導ケーブルの接続部分を示す側面である。また、図５は、導電フランジの変形例を示す断面図である。図６は、本実施の形態の常電導接続部材における通電領域を示し、図６Ａは同常電導接続部材の平面図であり、図６Ｂは、図６ＡのＢ−Ｂ線断面図である。なお、図６では常電導接続部材の通電領域をドットで示している。

図３〜図６に示す常電導接続部材３０は、内側収容片２１１（冷媒槽２１）の内側の超電導ケーブル１０の外周面に位置する超電導導体層の端末に電気的に接続される。

常電導接続部材３０は、超電導ケーブル１０を、端子部３０１を介して常温側の機器に電気的に接続する。

常電導接続部材３０は、超電導ケーブル１０の外周に電気的に接触して配置される筒状接触部３２と、筒状接触部３２の外周に配置され、内側収容片２１１が固定される内管リング３４と、内管リング３４の外周に配置される複数の導電フランジ３６と、を有する。なお、筒状接触部３２と内管リング３４とにより超電導ケーブル１０に電気的に接続されるケーブル接続部を構成する。

常電導接続部材３０では、筒状接触部３２、内管リング３４、及び複数の導電フランジ３６は、それぞれ互いに、導電部材により形成され、それぞれ電気的に接続される。なお、内管リング３４と導電フランジ３６は、接触子により筒状接触部３２に対して、超電導ケーブル１０を中心に相対的に回動自在となっている。

筒状接触部３２は、内周面で超電導ケーブル１０の外周の超電導導体層に密着して固定される。本実施の形態では、図４に示すように、内管リング３４及び導電フランジ３６の厚みよりも、超電導ケーブル１０の延在方向に長い。

内管リング３４の内周には接触子であるマルチコンタクト３３が取り付けられ、このマルチコンタクト３３を介して筒状接触部３２が電気的に接続されつつ、周方向及び軸方向に摺動自在に外嵌されている。

内管リング３４は、表裏面で、内側収容片２１１の開口端部が固定される円環板状の銅等からなる導電部材である。内管リング３４は、外周部に、内側収容片２１１を固定する固定穴３４２が形成され、この固定穴３４２に気密的に固定された内側収容片２１１の内側部分に内周縁に沿って、冷媒が通る貫通孔３４４が厚み方向に貫通して複数設けられている。
内管リング３４の外周には、接続相手と電気的に接続しつつ、相対的に可動可能にする接触子であるマルチコンタクト３５が取り付けられている。このマルチコンタクト３５を介して、内管リング３４の外周には、複数の導電フランジ３６が、電気的に接続されつつ、軸方向に並んで、周方向及び軸方向に摺動自在に外嵌されている。

複数の導電フランジ３６は、それぞれ端子部３０１と、スロット部３１０と、スロット部３１０により規定され、端子部３０１と内管リング３４とを連続させる導電部３２０と、を有する。なお、導電部３２０は、端子部３０１とケーブル接続部（筒状接触部３２及び内管リング３４の少なくとも一方を含む）とを連続させる。スロット部３１０により規定される導電部３２０は、内管リング３４に形成されてもよい。

導電フランジ３６（３６−１、３６−２）は、ここでは、対向する方向で鏡面対称に形成された２枚からなり、環状の導電板である。導電フランジ３６（３６−１、３６−２）は、例えば、銅等の導電材料により形成され、外周面の一部から突出して端子部３０１が形成されている。なお、導電フランジの１枚の厚さは、通電条件（材料、周波数、温度）により決定される表皮深さの２倍未満であることが望ましい。導電フランジ１枚当たりの厚さを薄くすることにより、交流通電時の表皮効果による非通電領域の割合を減少させる、すなわち、同じ断面積でも通電領域を増加させることが可能となり、常電導接続部材一つ当たりのジュール発熱が低減し、熱侵入量が低減できる。ここで、熱侵入量は、常電導接続部材３０の室温あるいは高温部から低温部に伝わる伝導熱と、通電時のジュール発熱の和で表される。

導電フランジ３６では、表裏面の少なくとも一面に外周縁部３６２に外側収容片２２１（図１参照）が気密的に固定される。図１に示す常電導接続部材３０―１の表面（ここでは、先端側の面）には、真空槽２２の先端面となるカバーが気密的に固定される。

導電フランジ３６の厚みは、内管リング３４の厚みより薄く、２枚の厚みで内管リング３４の厚みと略同様としている。本実施の形態の導電フランジ３６−１、３６−２は同様構成であるので同じ厚みに構成されている。

スロット部３１０は、複数のスロット３１１、３１３、３１５を有する。

スロット部３１０は、端子部３０１と、筒状接触部３２の超電導ケーブル１０との接触部分との間の導電部３２０の長さが、端子部３０１と、筒状接触部３２の超電導ケーブル１０との接触部分との間を少なくとも最短で結ぶ直線よりも長くなるように、導電部３２０を規定する。

本実施の形態では、スロット３１１、３１３、３１５は、それぞれ同心で且つ異なる直径の欠円状（円の一部を直線で切断した形状）をなしている。スロット３１１、３１３、３１５のうち、同心で且つ異なる直径で隣り合うスロット同士が、第１スロット及び第２スロットに相当する。

最外周側のスロット３１１において欠円部分を挟む端部３１１ａは、半径方向で端子部３０１と重なる位置に位置させている。

これら複数のスロット３１１、３１３、３１５において、異なる直径で隣り合うスロット同士は、スロット３１１において欠円部分を挟む端部３１１ａと、スロット３１３において欠円部分を挟む端部３１３ａとは、同心を挟む位置に配置されている。また、異なる直径で隣り合うスロット３１３、３１５では、スロット３１３の欠円部分を挟む端部３１３ａと、スロット３１５において欠円部分を挟む端部３１５ａとは、同心を挟む位置に配置されている。

このように構成される導電フランジ３６−１、３６−２は、図４に示すように、内管リング３４の外周面に、互いに離間して間隔Ｇを空けて配置されている。本実施の形態では、導電フランジ３６−１、３６−２同士の対向面の外周縁部及び内周縁部に絶縁材３６３が設けられている。これら絶縁材を介して、導電フランジ３６−１、３６−２は当接可能となっている。これにより、導電フランジ３６−１、３６−２は、電気的に接続せずに、軸方向に同時にスライド可能となる。

なお、図４に示す導電フランジ３６−１、３６−２同士を離間させずに配置する場合は、図５に示すように導電フランジ３６０１、３６０２のそれぞれが備える導電部の少なくとも一部（例えば、スロット３１１、３１３、３１５で規定される導電部３２０）同士に間隔Ｇ０を空けて配置すればよい。図５は、導電フランジの変形例を示す断面図であり、図５に示す常電導接続部材３００は、常電導接続部材３０の構成において、導電フランジの構成のみが異なる。

常電導接続部材３００の導電フランジ３６０１、３６０２は、導電フランジ３６−１、３６−２の構成において、外周部及び内周部（マルチコンタクト３５が接続される部分）間に配置され，且つ、スロット３１１、３１３、３１５で規定される導電部３２００同士が軸方向で間隔Ｇ０が空くように形成されている。これにより、導電フランジ３６０１、３６０２同士は、導電部３２０に相当する導電部３２００部分同士が間隔Ｇ０で離間した状態で、外周部及び内周部同士で軸方向に密着している。この構成の通電フランジ３６０１、３６０２では、外周部の外周面に突設された端子部（図示省略）から通電されるときに、導電部３２００は、表皮効果によって、軸方向で離間する表裏面のそれぞれに電流が流れ、一枚の導電フランジよりも、好適な通電容量を確保しつつ、超電導ケーブル１０への外部からの熱侵入量を低減できることになる。

図６は、本実施の形態の常電導接続部材３０における通電領域を示し、図６Ａは同常電導接続部材の平面図、図６Ｂは、図６ＡのＢ−Ｂ線断面図である。

図６に示す常電導接続部材３０は、超電導ケーブル１０に接続される筒状接触部３２の外周に、内管リング３４を介して複数の導電フランジ３６−１、３６−２を配置し、これらを介して超電導ケーブル１０と端子部３０１とを導通させる。

このように、本実施の形態では、導電フランジを２枚有するので、スロットを有しながら必要な断面積を得ることが可能となる。なお、導電フランジにおいてスロットの加工が可能な限界厚さが４０ｍｍ程度であるが、これ以上の厚さにも対応できる。

また、交流通電時の場合、１枚のフランジを介して通電させる従来構成と比較して、表皮効果により、通電領域が減少することがない。

したがって、超電導ケーブル１０と常電導部とを接続する際に、好適な通電容量を確保しつつ、超電導ケーブルへの外部からの熱侵入量を低減することができる。

（変形例１）
図７は、本発明に係る実施の形態の超電導ケーブルの端末構造体における常電導接続部材の変形例を示す側面図である。図８は、本発明に係る実施の形態の超電導ケーブルの端末構造体における常電導接続部材の変形例を示す側断面図である。図９は同常電導接続部材の変形例１における通電領域を示す図であり、図９Ａは、変形例１としての常電導接続部材の通電領域を示す平面図であり、図９Ｂは図９ＡのＣ−Ｃ線矢視断面図である。なお、図９では常電導接続部材における通電領域をドットで示している。

図７及び図８に示す常電導接続部材３０Ａは、常電導接続部材３０と比較して、同様の基本的構成を有しており、導電フランジ３６Ａの数のみ異なる。よって、常電導接続部材３０Ａは、常電導接続部材３０と、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

すなわち、常電導接続部材３０Ａは、超電導ケーブル１０の外周に電気的に接触して配置される筒状接触部３２と、筒状接触部３２の外周に配置され、内側収容片２１１が固定される内管リング３４と、内管リング３４の外周に配置される複数の導電フランジ３６Ａと、を有する。

常電導接続部材３０Ａは、常電導接続部材３０と同様に、筒状接触部３２と内管リング３４の間、及び、内管リング３４と複数の導電フランジ３６Ａ（３６−３、３６−４、３６−５）との間には相対的に回動自在で電気的に接続させる接触子（マルチコンタクト３３、３５Ａを介して電気的に接続している。これにより、冷却時において、超電導ケーブル１０（具体的には、超電導導体層）が熱収縮して、軸方向に収縮したり、またねじれる方向に移動したりしても、これに追従して移動する筒状接触部３２により、内管リング３４及び複数の導電フランジ３６Ａが移動して損傷することなく、超電導ケーブル１０に電気的に接続した状態を維持できる。
また、超電導ケーブル１０の外周に固定される筒状接触部３２を囲む内管リング３４の外周面には、マルチコンタクト３５Ａを介して、電気的に接続される３枚の導電フランジ３６Ａが超電導ケーブル１０を中心に相対的に回動自在に且つ互いに間隔Ｇ１を空けて設けられている。

本実施の形態の導電フランジ３６Ａ（３６−３、３６−４、３６−５）のそれぞれは、同様の材料で同様に構成された円環板状をなしている。導電フランジ３６Ａ（３６−３、３６−４、３６−５）のそれぞれには、端子部３０１とケーブル接続部（内管リング３４及び筒状接触部３２）との間に形成されたスロット部３１０により規定され、端子部３０１とケーブル接続部（筒状接触部３２、内管リング３４）とを連続させる導電部３２０が設けられている。

なお、導電フランジ３６Ａでは、導電部３２０が形成された領域は、導電フランジ３６Ａの外縁部及び内縁部よりも薄く形成されてもよい。すなわち、導電フランジ３６−３、３６−４，３６−５において軸方向で対向する対向面は、中央に凹部が形成された形状としてもよい。導電フランジ３６Ａにおいて各導電フランジの外周縁部及び内周縁部には絶縁材（図示省略）が設けられている。

導電フランジ３６Ａでは、軸方向で対向する対向面の外縁部及び内縁部の少なくともどちらか一方に絶縁材が介設されている。これにより、導電フランジ３６−３、３６−４、３６−５は、電気的に接続せずに、軸方向に同時にスライド可能となる。

図８及び図９に示すように、導電フランジ３６Ａ（３６−３、−３６−４、３６−５）を３枚で構成しトータルの厚みを、実施の形態とほぼ同様にしているので、図９に示すように、さらに表皮効果による通電容量の減少を防ぐことができる。よって、超電導ケーブルと常電導部とを接続する際に、好適な通電容量を確保しつつ、超電導ケーブルへの外部からの熱侵入量を低減することができる。

また、本実施の形態の端末構造体１においては、複数層の超電導導体層を有する超電導ケーブル１０、特に３相超電導ケーブルとしたが、これに限らず、超電導導体層が一層で一相の超電導ケーブル１０を用いた構成としてもよい。
また、スロット部３１０の形状はどの様に形成されてもよく、葛折り状、枠状、渦巻状等として、端子部３０１と、内管リング３４に至る距離を長くして、超電導ケーブル１０に接続される筒状接触部３２までの距離を常電導接続部材の中心から端部までの直線よりも長くする構成としてもよい。

なお、実施の形態の常電導接続部材３０及び変形例１において、導電フランジ３６−１〜３６−５の外周をグラスウール等の断熱材７（図６Ａ及び図９Ａに二点鎖線で示す）で覆うようにしてもよい。これにより、外側フランジ３６に外部からの熱侵入をより防止できる。なお、図５に示す、導電フランジ３６０１、３６０２の外周にも同様にグラスウール等の断熱材で覆うようにしてもよい。

［実施例１］
図３に示す常電導接続部材３０を、無酸素銅に銀メッキした材料を用いて、図１に示す端末構造体を製造した。常電導接続部材３０は、通電フランジ３６を通電部分（導電部３２０部分の厚みに相当）の断面１９．５ｍｍ厚の２枚を１ｍｍ空け内管リング３４の外周に設けた構成とした。

［実施例２］
実施例１と同様の構成において、導電フランジのみ変更し、通電部断面１２．７ｍｍ×３枚（積層間隔：１ｍｍ）として、図９に示す端末構造体を実施例２として製造した。

［比較例１］
実施例１と同様の構成において、導電フランジのみ変更し、通電部断面４０ｍｍ×１枚として、比較例１として製造した。

これら実施例１、２及び比較例１のそれぞれについて、通電電流ＡＣ３０００Ａ（実効値）、周波数６０Ｈｚで通電して、熱侵入量を測定したところ、実施例１は３１５Ｗであり、実施例２は２９８Ｗであり、比較例１は３４６Ｗであった。なお、熱侵入量は、カロリメトリック法にて測定した。
測定の結果、実施例１では、比較例１に対して９１％、実施例２は、比較例１に対して８６％の熱侵入量となり、比較例１と比較して減少することが判った。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 端末構造体
１０ 超電導ケーブル
１１ ケーブルコア
１２ 断熱管
２０ 低温容器
２１ 冷媒槽
２２ 真空槽
２３ がい管部
３０、３０Ａ、３００ 常電導接続部材
３２ 筒状接触部（ケーブル接続部）
３３、３５、３５Ａ マルチコンタクト
３４ 内管リング（ケーブル接続部）
３６、３６−１、３６−２、３６−３、３６−４、３６−５、３６Ａ、３６０１、３６０２ 導電フランジ
１１１ 中央冷却管
１１２ 超電導導体層
１１３ 電気絶縁層
１１４ ケーブルシールド層
１１５ 保護層
１２１ 断熱内管
１２２ 断熱外管
２１１ 内側収容片
２２１ 外側収容片
３０１ 端子部
３１０ スロット部
３１１、３１３、３１５ スロット
３２０、３２００ 導電部
３４２ 固定穴
３４４ 貫通孔
３６２ 外周縁部
３６３ 絶縁材
３１１ａ、３１３ａ、３１５ａ 端部
Ｇ、Ｇ０、Ｇ１ 間隔

Claims (8)

1. 超電導ケーブルに接続して、当該超電導ケーブルを常温側の機器に電気的に接続する常電導接続部材であって、
   前記超電導ケーブルに電気的に接続されるケーブル接続部と、前記機器に接続される端子部を有する導電フランジを複数備え、
   前記端子部と前記ケーブル接続部とを連続させる導電部を有する、
   常電導接続部材。
2. 複数の前記導電フランジのそれぞれが備える前記導電部の少なくとも一部同士が、間隔を空けて配置されている、
   請求項１記載の常電導接続部材。
3. 複数の前記導電フランジは間隔を空けて配置されている、
   請求項１記載の常電導接続部材。
4. 複数の前記導電フランジ間には、絶縁材が配設されている、
   請求項３記載の常電導接続部材。
5. 前記導電フランジのそれぞれには、前記導電部が、前記端子部と前記ケーブル接続部との間に形成されたスロット部により規定されている、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の常電導接続部材。
6. 前記スロット部は、同心で且つ異なる直径の欠円状の複数のスロットを有し、且つ、前記同心部分に前記超電導ケーブルが接続されている、
   請求項５記載の常電導接続部材。
7. 前記複数のスロットは、同心で且つ異なる直径で隣り合う欠円状の第１スロット及び第２スロットを含み、
   前記第１スロットにおいて欠円部分を挟む端部と、前記第２スロットにおいて欠円部分を挟む端部とは、前記同心を挟む位置に配置されている、
   請求項６記載の常電導接続部材。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の前記常電導接続部材と、
   前記常電導接続部材に接続される超電導ケーブルと、
   を有する、
   超電導ケーブルの端末構造体。

Images