JP2729523B2 - 複合超電導線の接続方法及び接続構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複合超電導線の接続に係り、特に、複数の
常電導金属が用いられた複合超電導線の良好な接続を得
るに好適な複合超電導線の接続方法及び接続構造に関す
る。

〔従来の技術〕

従来の超電導マグネットの巻線は、超電導体を多数本
のフィラメント状に分割してこれらを常電導金属中に埋
め込んだり、更に別の常電導金属を配置した複合構造を
有する超電導導体で、複合超電導線と呼ばれるものが使
用されている。これは、超電導フィラメントの小部分が
抵抗のある常電導状態に転移した場合、代わりに局所的
な電流のバイパスを形成すること及び超電導フィラメン
トに発生した熱を超電導体よりも熱伝導度の大きい常電
導金属によって超電導フィラメントに沿った方向ではな
く、それと直交する常電導金属の方向に逃がすようにす
ることによって、フラックスジャンプと呼ばれる磁気的
な不安定性などを低減するためである。それで、複合超
電導線に使用される常電導金属は安定化材ともいわれ
て、通常は銅またはアルミニウムなどの電気抵抗の小さ
い金属が使用されている。

一方、超電導線（超電導体）は、超電導線の製造上の
制約から製造可能な長さが制限されるため、結局有限な
長さの超電導線を接続して製作する必要がある。しか
し、この超電導線の接続部において微小な電気抵抗が生
じ、更に常電導金属による安定化性能が低下して、超電
導コイルの性能を劣化させる。特に、超電導コイルを永
久電流モードで運転する場合、超電導コイルの発生磁場
が接続部の抵抗によって減衰し、更に接続部において超
電導特性が不安定になり電流容量が低下し不都合であ
る。

そこで極めて低い接続抵抗が要求される、永久電流モ
ードで運転する超電導コイルに適用可能な超電導線の接
続方法として種々提案されているが、その内で最も簡便
な接続構造は、第７図に示すように、両複合超電導線1,
2の端部の銅などの常電導金属を除去し、超電導フィラ
メント３同士を銅などの常電導金属のチューブ５に入れ
て圧着したものである。

ところで、第７図に示した接続構造を詳細に調べる
と、超電導フィラメント同士を圧着するためプレスでき
る場所は、むき出しにされた超電導フィラメントの先端
部分のみであって超電導フィラメントがむき出しにされ
ずに銅などの常電導金属が残っている部分に近い所は、
プレスすると常電導金属を除去した所と除去せず残って
いる所との境界Ａなどで超電導フィラメントが断線する
ためプレスできない。その結果として、常電導金属を除
去せず残っている所とプレスした所との間はプレスされ
ていないため、超電導フィラメントと常電導金属とが機
械的にも電気的にも接触が良くなく、この部分の超電導
フィラメントの安定化がなされていないことがわかる。
これは、超電導フィラメント同士を接続するため接続部
において複合超電導線の銅、アルミニュウムなどの常電
導金属を除去し、圧着によって超電導フィラメント同士
を接続した後で、接続部分において銅、アルミニュウム
などの常電導金属が除去する前のように超電導フィラメ
ントの周囲に十分密着した状態に復帰できていないこと
によって生じている。

従って、第７図に示すような接続構造においては、常
電導金属を除去せず残っている所とプレスした所との間
は、超電導フィラメント周りの安定化のための銅、アル
ミニュウムなどの常電導金属が超電導フィラメントの周
囲に十分密着した状態でないため、他の部分に比べて、
その部分の超電導フィラメントについて電流及び熱の迂
回路をつくるようになっていない。それに伴って、常電
導金属を除去せず残っている所とプレスした所との間
は、常電導金属の安定化の効果が低下して超電導特性が
不安定になるという欠点を有している。なお、この種の
接続方法として関連するものには例えば特公昭61−2138
7号公報等が挙げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の複合超電導線の接続方法にあっては、第１の常
電導金属を除去した所と除去しない所の境界などで、超
電導フィラメントと常電導金属との間の接触が不十分で
超電導特性が不安定になる問題点があった。

本発明の目的は、超電導フィラメントの接続部を第２
の常電導金属と十分接触させ、超電導特性を安定化させ
る複合超電導線の接続方法及び接続構造を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

前記の目的を達成するため、本発明に係る複合超電導
線の接続方法は、超電導フィラメントを少くとも一種の
第１の常電導金属に埋め込み、少くとも一種の第２の常
電導金属を内蔵した複合超電導線の接続方法において、
互に接続するそれぞれの端部の第１の常電導金属を除去
し、超電導フィラメントのそれぞれの端部を直結すると
ともに、第２の常電導金属のそれぞれの端部を直結する
ように構成されている。

そして超電導フィラメントを少くとも一種の第１の常
電導金属に埋め込み、少くとも一種の第２の常電導金属
を内蔵した複合超電導線の接続方法において、互に接続
するそれぞれの端部の第１の常電導金属を除去し、超電
導フィラメントのそれぞれの端部を直結するとともに、
第２の常電導金属のそれぞれの端部を直結し、第２の常
電導金属及び超電導フィラメントのそれぞれの接続部
を、内面の軟金属と外面の硬金属とからなる２重管で覆
い、かつ該２重管の外面をプレス加工する構成でも良
い。

また超電導フィラメントのそれぞれの端部を、スポッ
ト溶接して直結するとともに第２の常電導金属のそれぞ
れの端部を冷間圧接する構成でも良い。

さらに超電導フィラメントのそれぞれの端部を、拡散
接合又は超音波接合して直結するとともに第２の常電導
金属のそれぞれの端部を冷間圧接する構成でも良い。

そして永久電流モード運転の超電導マグネットにおい
ては、請求項１〜４のいずれか１項記載の複合超電導線
の接続方法により、コイル導体と永久電流スイッチ導体
とを接続した構成とする。

また超電導フィラメントを少くとも一種の第１の常電
導金属に埋め込み、少くとも一種の第２の常電導金属を
内蔵した複合超電導線の接続構造においては、互に接続
するそれぞれの端部の第１の常電導金属を除去して直結
した超電導フィラメントの接続部と、第２の常電導金属
のそれぞれの端部を直結した接続部とからなる構成であ
る。

そして超電導フィラメントを少くとも一種の第１の常
電導金属に埋め込み、少くとも一種の第２の常電導金属
を内蔵した複合超電導線の接続構造において、互いに接
続するそれぞれの端部の第１の常電導金属を除去して直
結した超電導フィラメントの接続部と、第２の常電導金
属のそれぞれの端部を直結した接続部と、第２の常電導
金属及び超電導フィラメントのそれぞれの接続部を覆う
２重管とからなり、２重管を内面の軟金属と外面の硬金
属とにより形成した構成でも良い。

また超電導フィラメントの接続部に、挿通されかつ圧
着される小径の軟金属管を設けるとともに、軟金属管の
一端を第１の常電導金属の端面より離間させてある構成
である。

また第１の常電導金属は、銅で形成されるとともに、
第２の常電導金属は、アルミニウムで形成されてある構
成とする。

さらに２重管の内面の軟金属は、アルミニウム又はイ
ンジウムで形成されてある構成である。

〔作用〕

本発明の複合超電導線の接続方法によれば、超電導フ
ィラメント同士を直接接続したため、接続抵抗が非常に
小さくなる。また第２の常電導金属同士を直接接続して
いるため、超電導フィラメントの接続部の小部分が抵抗
のある常電導状態に転移した場合、安定化のために第２
の常電導金属が代わりに電流のバイパスを形成し、電気
抵抗が格段に小さいことからバイパス電流による発熱も
小さく接続部の不安定性が低減する。

さらに境界で、２重管の内面を形成する軟金属が２重
管を外面からプレスすることにより、超電導フィラメン
トの周りに密着し、超電導フィラメントが断線されない
とともに、接続部の電気容量が大きくなる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図及び第２図を参照しながら
説明する。

第１図及び第２図に示すように、超電導フィラメント
３を少なくとも一種の第１の常電導金属８に埋め込み、
少くとも一種の第２の常電導金属４を内蔵した複合超電
導線の接続方法において、互いに接続するそれぞれの端
部の第１の常超電導金属８を除去し、超電導フィラメン
ト３の端部を直結するとともに、例えばアルミニウムの
第２の常電導金属４のそれぞれの端部を直結し、第２の
常電導金属４及び超電導フィラメントのそれぞれの接続
部を、内面の軟金属６と外面の硬金属７とからなる２重
管で覆い、かつ２重管の外面をプレスするように構成さ
れている。

なお、永久電流モード運転の超電導マグネットにおい
ては、コイル導体と永久電流スイッチ（PCS）導体とを
前記接続方法を用いて接続する構成になっている。

次に、第３図〜第６図を参照しながら本実施例の製作
手順を説明する。まず第３図に示すように、接続する複
合超電導線1,2のそれぞれの端部において、超電導フィ
ラメント３が埋め込まれた第１の常電導金属例えば銅を
化学的溶解によって除去する。ここで別の安定化材であ
る第２の常電導金属４例えばアルミニウムは、複合超電
導線の中心部に配置した構造であるが、これは除去しな
いで残しておく。次に第４図に示すように、超電導フィ
ラメント３同士を完全な超電導性の接合を形成するよう
に小径の軟金属管５例えば銅チューブに挿通して圧着や
スポット溶接、拡散接合又は超音波接合などで直結す
る。この時、軟金属管５の一端は、銅の除去された所と
除去されない所との境界Ａより所定寸法ｌだけ離間され
ている。ついで第５図に示すように、残しておいた第２
の常電導金属４を冷間圧接により直結する。さらに第６
図に示すように、内面が例えば高純度アルミニウム又は
インジウムの軟金属６と、外面が例えば銅の硬金属７で
形成された２重管を接続部の周囲に配置し、その２重管
を外面からプレス加工することによって、最終的に第１
図に示すように、軟金属管５に挿通して圧着又はスポッ
ト溶接で直結された接続部と境界Ａの部分の超電導フィ
ラメント３及び冷間圧延された第２の常電導金属４のそ
れぞれの周囲が更に軟金属６で覆われ、かつその外面が
より硬い硬金属７で覆われた複合超電導線の接続構造が
完成する。軟金属管５が境界Ａでｌ寸法離間しているた
め、その部分に軟金属６が入り込み、超電導フィラメン
ト３との接触が良くなるとともに、断線し難い構造にな
っている。

このような接続方法により作製した複合超電導線の接
続構造を実験したところ、超電導特性に対する不定性が
小さくなり、また超電導フィラメントの断線もなくなっ
て接続部の電流容量が約20％向上した。

〔発明の効果〕

本発明の複合超電導の接続方法によれば、超電導フィ
ラメント同士と第２の常電導金属同士のそれぞれが直結
されるため、超電導フィラメントとその周囲の安定化材
である第２の常電導金属とが機械的にも電気的にも接触
が良くなり、また超電導フィラメントの断線も防止でき
て、超電導特性が安定し、かつ電流容量の大きい超電導
線の接続構造を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は第
１図のII−II線の断面図、第３図〜第６図は本実施例の
製作手段を示す断面図、第７図は従来の技術を示す断面
図である。 1,2……複合電導線、３……超電導フィラメント、 ４……第２の常電導金属、５……軟金属管、 ６……軟金属、７……硬金属、 ８……第１の常電導金属。

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超電導フィラメントを少くとも一種の第１
   の常電導金属に埋め込み、少くとも一種の第２の常電導
   金属を内蔵した複合超電導線の接続方法において、互に
   接続するそれぞれの端部の前記第１の常電導金属を除去
   し、前記超電導フィラメントのそれぞれの端部を直結す
   るとともに、前記第２の常電導金属のそれぞれの端部を
   直結することを特徴とする複合超電導線の接続方法。
2. 【請求項２】超電導フィラメントを少くとも一種の第１
   の常電導金属に埋め込み、少くとも一種の第２の常電導
   金属を内蔵した複合超電導線の接続方法において、互に
   接続するそれぞれの端部の前記第１の常電導金属を除去
   し、前記超電導フィラメントのそれぞれの端部を圧着し
   て直結するとともに、前記第２の常電導金属のそれぞれ
   の端部を冷間圧接して直結し、該第２の常電導金属及び
   前記超電導フィラメントのそれぞれの接続部を、内面の
   軟金属と外面の硬金属とからなる２重管で覆い、かつ該
   ２重管の外面をプレス加工することを特徴とする複合超
   電導線の接続方法。
3. 【請求項３】超電導フィラメントのそれぞれの端部を、
   スポット溶接して直結するとともに第２の常電導金属の
   それぞれの端部を冷間圧接することを特徴とする請求項
   １又は２記載の複合超電導線の接続方法。
4. 【請求項４】超電導フィラメントのそれぞれの端部を、
   拡散接合又は超音波接合して直結するとともに第２の常
   電導金属のそれぞれの端部を冷間圧接することを特徴と
   する請求項１又は２記載の複合超電導線の接続方法。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項記載の複合超
   電導線の接続方法により、コイル導体と永久電流スイッ
   チ導体とを接続したことを特徴とする永久電流モード運
   転の超電導マグネット。
6. 【請求項６】超電導フィラメントを少くとも一種の第１
   の常電導金属に埋め込み、少くとも一種の第２の常電導
   金属を内蔵した複合超電導線の接続構造において、互に
   接続するそれぞれの端部の前記第１の常電導金属を除去
   して直結した前記超電導フィラメントの接続部と、前記
   第２の常電導金属のそれぞれの端部を直結した接続部と
   からなることを特徴とする複合超電導線の接続構造。
7. 【請求項７】超電導フィラメントを少くとも一種の第１
   の常電導金属に埋め込み、少くとも一種の第２の常電導
   金属を内蔵した複合超電導線の接続構造において、互い
   に接続するそれぞれの端部の前記第１の常電導金属を除
   去して直結した前記超電導フィラメントの接続部と、前
   記第２の常電導金属のそれぞれの端部を直結した接続部
   と、該第２の常電導金属及び前記超電導フィラメントの
   それぞれの接続部を覆う２重管とからなり、該２重管を
   内面の軟金属と外面の硬金属とにより形成したことを特
   徴とする複合超電導線の接続構造。
8. 【請求項８】超電導フィラメントの接続部に、挿通され
   かつ圧着される小径の軟金属管を設けるとともに、該軟
   金属管の一端を第１の常電導金属の端面より離間させて
   あることを特徴とする請求項６又は７記載の複合超電導
   線の接続構造。
9. 【請求項９】第１の常電導金属は、銅で形成されるとと
   もに、第２の常電導金属は、アルミニウムで形成されて
   あることを特徴とする請求項６又は７記載の複合超電導
   線の接続構造。
10. 【請求項１０】２重管の内面の軟金属は、アルミニウム
    又はインジウムで形成されてあることを特徴とする請求
    項７記載の複合超電導線の接続構造。