JP2718864B2 - 超電導導体の接続構造 - Google Patents

超電導導体の接続構造

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば超電導マグネッ
ト装置における超電導導体同志もしくはブスバーとの接
続構造と、高磁界発生用コイルに用いられる化合物系超
電導導線を用いたケーブル・イン・コンジット型強制冷
却の超電導導体の接続構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば強制冷却コイル等の超電導
導体の接続構造としては、図5に示すように銅製ブロッ
ク1等に複数の超電導線を撚り合わせた超電導導体2を
はんだで接続し、さらに双方の銅製ブロック1,1をは
んだ3を介して接続する構造が採用されていた。この種
の接続構造では、接続部における発熱を低減するため、
超電導導体2と銅製ブロック1または銅製ブロック1同
志の接触面積を大きくし、さらに銅製ブロック1の段面
積も大きく必要があった。
【0003】一方、超電導線を複数本撚り合わせてステ
ンレスなどの強度部材で作られたコンジット内に収納
し、超電導線相互間の空間および、超電導線とコンジッ
トとの空間に冷媒を強制的に流して冷却を行うケーブル
・イン・コンジット型強制冷却の超電導導体の接続構造
は、特開昭57-171841 号公報に示されているように、接
続されるべき部分を重ね合わせてかしめて接続後、熱処
理を施して超電導導体を生成し、超電導導体の接続構造
を構成したもの、また、特開昭61-66380号,特開昭62-2
9081号,特開平1-177114号公報に示されているように、
熱処理を施した超電導導体の超電導線同志を交互に重ね
合わせてろう付け、あるいは接続部材と交互に重ね合わ
せてはんだ付けしたもの、柱状の接続部材の周面に形成
した複数の溝に相互に超電導線を分割して収納し、はん
だで含浸したものなどが用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、核融合
炉用の超電導ポロイダルコイル等においては、スペース
的な制約が厳しく接続部をできる限りコンパクトに設計
する必要がある。しかも、パルス励磁が行われる際の交
流損失も小さく抑える必要がある。銅ブロックをハンダ
で接続する従来構造を採用した場合、コンパクトに構成
することが困難となるだけでなく、さらに交流損失によ
る発熱が大きくなり超電導コイルを安定に励磁する上で
障害になる可能性が大きい。
【0005】一方、上述したケーブル・イン・コンジッ
ト型強制冷却の超電導導体の接続構造においては、熱処
理前に接続部を重ねてかしめ接続した後、熱処理をして
いるため、接続加工時の接続箇所での超電導特性の劣
化、損傷の恐れは無い。しかしながら、スリーブのよう
な接続構造物にお互いを挿入してスリーブと一緒にかし
めるのではなく、超電導燃線を互いに単に重ね合わせて
かしめて接続しているため、接続を強固なものとする場
合、接続部を一体にして拘束すると共に、接続部がコン
ジット内で電磁力等によって動かないように長手方向に
数箇所、支持具で固定し、かつ接続部とコンジット間に
冷却流路を確保しなければ超電導特性や冷却特性が悪く
なる不都合があった。一方、熱処理後の超電導線同志を
接続する超電導導体の接続構造においては、強度的に脆
い化合物系超電導材料を用いているため、接続箇所での
超電導特性の劣化、損傷の恐れがあるばかりでなく、超
電導線相互間に異種金属である接続部材およびろう、は
んだ等の抵抗体が介在するため、接続部分でのジュール
発熱が生じ、特に強制冷却導体の場合は冷媒温度が上昇
し、超電導状態の不安定性の原因となっている。さらに
これらの接続構造では、接続部が巨大化し、誤差磁場や
寸法制限の点で問題があった。
【0006】そこで、本発明の第1の目的は、コンパク
トでかつ交流損失を低減した超電導導体の接続構造を提
供することにある。また、本発明の第2の目的は、小型
で、かつジュール発熱の少ない低抵抗の接続性能を有
し、接続部で超電導特性の劣化を生じることのないケー
ブル・イン・コンジット型強制冷却の超電導導体の接続
構造を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記した第1
の目的を達成するため、複数の超電導線を撚り合わせた
超電導導体の接続構造において、接続される相互の超電
導導体の端部を、低抵抗材から形成され表面に超電導体
層を形成したスリーブ内に挿入し、このスリーブと超電
導導体が形成する隙間に超電導性を有する材料を充填す
るように構成したものである。
【0008】また、上記した本発明の第2の目的を達成
するため、複数の化合物系超電導線を用いたケーブル・
イン・コンジット型強制冷却の超電導導体の接続構造に
おいて、接続すべき化合物系極細多芯線の撚線を分割し
て低抵抗材料から成る接続スリーブに挿入して圧縮成形
し、これら複数の接続部を束ねた外周をコンジットで覆
った後さらに圧縮成形して導体部コンジットと同形状に
し、熱処理を施して構成したものである。
【0009】
【作用】第1の手段においては、スリーブ内部は、磁気
的にシールドされ、超電導導体とスリーブが形成する隙
間に充填された超電導性を有する材料により超電導状態
を維持しているため、通電時におけるジュール発熱を抑
えることができる。また、パルス通電時の交流損失(主
として、渦流損失)は、良導電体であるスリーブが磁気
的にシールドされ、磁場変化の影響を受けなくなるた
め、従来の構成に比較して非常に小型化したものとな
る。
【0010】また、第2の手段においては、超電導線同
志の接続に低抵抗率で高熱伝導率の接続スリーブを用
い、圧縮成形を二段階に分けて最後に熱処理をすること
により、低発熱で優れた除熱特性を有し、機械的にも強
固で、かつ電磁力によるワイヤームーブメントも少ない
ため、発熱に伴う超電導不安定性を抑制すると共に超電
導特性の劣化の少ないコンパクトな構造とすることがで
きる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は、本発明の一実施例の一部を切断して示す
正面図である。同図において、2は複数の超電導線を撚
り合わせた超電導導体で、4はスリーブである。このス
リーブ4は、銅材から形成され、超電導導体2の直径よ
り大きい内径を有する円筒状のスリーブ本体5と、この
スリーブ本体5の表面にスリーブ内の磁気シールドのた
めにコーティングしたBi系等の酸化物超電導体層6
と、スリーブ5の中間部に設けられたはんだ充填口7で
構成されている。8は、このはんだ充填口7から注入さ
れて充填された低融点はんだである。
【0012】また、超電導導体2の内部およびスリーブ
4の端部と超電導導体2の間には低融点はんだ8より融
点が高く円板状としたはんだ板9を配置して設け、低融
点はんだ8をはんだ充填口7から注入する際に外部に流
失しないように構成する。なお、スリーブ4には、低融
点はんだ8を注入する際内部の空気を排出するための空
気抜き口(図示しない)を設けている。
【0013】以上のように構成することにより、スリー
ブ4内のはんだの経験磁界を低く抑えることができ、は
んだの臨界電流を大きくとることができる。これによ
り、ジュール発熱の伴わないコンパクトな接続部を構成
することができる。さらに、パルス的な通電を行った場
合、従来の構成では磁場変化によって接続部に生じてい
た渦電流損失を、本実施例では抑えることができる。
【0014】また、図2は、本発明の他の実施例の一部
を切断して示す正面図である。同図において、2は超電
導導体で、10はスリーブである。このスリーブ10は、銅
材から形成されたスリーブ本体5と、このスリーブ本体
5の表面にスリーブ内の磁気シールドのためにコーティ
ングされたBi系等の酸化物超電導体層6と、スリーブ
本体5内に埋設されたNbTi等より成り、はんだの有
効断面積を大きくするように作用する超電導線11で構成
されている。この超電導線11は、複数の超電導線を撚り
合わせている。スリーブ本体5内には図示しないはんだ
充填口を介して低融点はんだ8が注入され充填される
が、この低融点はんだ8が流失しないようにはんだ板9
を配置して設ける。なお、スリーブ10には、はんだ8を
注入する際内部の空気を排出する空気抜き口(図示しな
い)を設けている。
【0015】以上のように構成することにより、超電導
導体2を流れてきた電流は、はんだを介してスリーブ10
内に埋設された超電導線11にも流れ、結果として接続部
における臨界電流値を大きくすることができる。
【0016】図3は、本発明のさらに異なる他の実施例
の一部を切断して示す斜視図である。この実施例のケー
ブル・イン・コンジット型強制冷却の超電導導体の接続
構造は、導体をコイル形状に形成した後に熱処理を施す
Wind & React法で製作する強制冷却コイルを対象として
いる。
【0017】同図において、12A,12Bは接続すべき導
体で、それぞれのコンジットにはサブケーブル13A,13
Bが収容される。このサブケーブル13A,13Bは、例え
ばNb3 Snのような化合物系の超電導部材と、銅のよ
うな安定化材と拡散,絶縁を主目的としたバーリヤ材か
ら構成される極細多芯線14を数本ずつ撚り合わせ、それ
らをさらに数本ずつ撚り合わせて構成したものである。
【0018】このサブケーブル13A,13Bを、それぞれ
例えば銅や純アルミニウムのような低抵抗材料から成る
接続スリーブ15に挿入した後かしめる。ここで、接続ス
リーブ15は、外周に電気絶縁のための酸化膜または電気
絶縁材のコーティング等を施し、接続部間の交流損失に
よる発熱を低減する。また、それぞれの接続箇所(つま
り、接続スリーブ15の位置)は、長手方向に沿った位置
を適宜ずらされ、接続箇所で全体の外周りの寸法が巨大
化するのを防止する。
【0019】以上のようにして接続された接続部16は、
束ねられ、2分割したコンジット17A,17Bで覆われ、
かつ気密を保持するため相互に接続すべき導体12A,12
Bのそれぞれのコンジットにコンジット17A,17Bが溶
接される。このようにしてコンジットで覆われた接続部
は、所定の寸法に圧縮成形された後、熱処理されて超電
導導体を形成する。なお、コンジットと内部に収容され
るサブケーブル13A,13Bとの間には隙間があるので、
冷媒はこの隙間を流通する。
【0020】以上の構成によれば、ケーブル・イン・コ
ンジット型強制冷却の超電導導体の接続構造において、
超電導線同志の接続に通電時のジュール発熱を軽減し、
かつ超電導線周りの冷媒であるヘリウムとの熱交換を良
好にするため、低抵抗率で高い熱伝導率を有する接続ス
リーブ15を用いている。また、圧縮成形することにより
機械的に強固に接続することができる。接続部16は、束
ねて外周にコンジット17A,17Bを溶接加工後、更に圧
縮成形しているため、コンジット内で一体、かつ拘束さ
れており、電磁力で極細多芯線14が動いて超電導不安定
性を生じることがない。さらに、接続スリーブ15に、9
9.999%以上の純度を有した高純度アルミニウムを用
い、かつ接続後のコンジットの圧縮成形による接続スリ
ーブ15の最終加工度が20%以下、もしくは90%以上と成
るよう寸法,形状を選定することによって、図4(第30
回低温工学研究発表会予縞集、B1-3,pp.20(1983)より引
用)に示すように、低い抵抗率を維持することができ、
ジュール発熱を軽減できる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ジ
ュール発熱,渦電流損失が生じることがなく、さらにコ
ンパクトな超電導導体の接続構造を提供することができ
る。また、小型でかつジュール発熱の少ない低抵抗の接
続性能を有し、接続部で超電導特性の劣化を生じないケ
ーブル・イン・コンジット型強制冷却の超電導導体の接
続構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の一部を切断して示す正面
図。
【図2】本発明の他の実施例の一部を切断して示す正面
図。
【図3】本発明のさらに異なる他の実施例の一部を切断
して示す斜視図。
【図4】本発明のさらに異なる他の実施例の作用を説明
するための高純度アルミニウムの冷間加工度と比抵抗の
関係を示す曲線図。
【図5】従来の超電導体の接続構成を示す正面図。
【符号の説明】
2…超電導導体、4,10…スリーブ、5…スリーブ本
体、6…酸化物超電導体層、7…はんだ充填口、8…低
融点はんだ、9…はんだ板、11…超電導線、12A,12B
…導体、13A,13B…サブケーブル、14…極細多芯線、
15…接続スリーブ、16…接続部、17A,17B…コンジッ
ト。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の超電導線を撚り合わせて成る超電
    導導体の接続構造において、接続される相互の超電導導
    体の端部を、低抵抗材から形成され表面に超電導体層を
    形成したスリーブ内に挿入し、このスリーブと前記超電
    導導体が形成する隙間に超電導性を有する材料を充填し
    て構成したことを特徴とする超電導導体の接続構造。
  2. 【請求項2】 複数の化合物系超電導線を用いたケーブ
    ル・イン・コンジット型強制冷却の超電導導体の接続構
    造において、接続すべき化合物系極細多芯線の撚線を分
    割して低抵抗材料から成る接続スリーブに挿入して圧縮
    成形し、これら複数の接続部を束ねた外周をコンジット
    で覆った後さらに圧縮成形して導体部コンジットと同形
    状にし、熱処理を施して構成したことを特徴とするケー
    ブル・イン・コンジット型強制強制冷却の超電導導体の
    接続構造。
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JP4857436B2 (ja) * 2003-03-14 2012-01-18 Dowaエレクトロニクス株式会社 酸化物超電導電流リードおよび超電導システム、並びに、金属導体と金属超電導導体との接続方法
JP4927794B2 (ja) * 2008-07-09 2012-05-09 住友電気工業株式会社 超電導ケーブル用フォーマの接続方法、および超電導ケーブル用フォーマの接続構造

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