JP2871930B2 - 超電導コイル用着脱式パワーリード - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、超電導コイルに通電
するために使用する着脱式のパワーリードに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図２は例えば、第３７回低温工学研究発
表会予稿集（１９８７年）、第１３６頁に掲載された従
来の着脱式パワーリードの接続部を示す構成図である。
図において、１１はリードケーブル、１２は着脱用の可
動側マルチピンコネクタ、１３は着脱用の固定側マルチ
ピンコネクタ、１４は可動側マルチピンコネクタ１２の
可動ストロークを確保するためのベロー、１５はマルチ
ピンコネクタ１２、１３を支える構造体、１６は着脱部
全体を支持するための支持棒、１７はベロー１４に伸縮
動作をさせるためのヘリウムガスを供給する駆動用ヘリ
ウムガス配管、１８は駆動用ヘリウムガスを送排気する
ためのガス制御系で、圧縮・真空ポンプ、バッファ、バ
ルブ類などから構成されている。

【０００３】図２のように構成された着脱式パワーリー
ドの動作について説明する。そもそもパワーリードに着
脱方式を適用するのは、熱侵入の小さい超電導マグネッ
トを実現するためである。通常、パワーリードに用いら
れる材料は銅などの熱良導体であるため直結式パワーリ
ードでは熱伝導による熱侵入量が極めて大きくなる。こ
れを極力抑えるため、通電時にのみパワーリードを装着
し、定格電流まで通電した後には超電導コイルを永久電
流モードで運転してパワーリードを取り去り、熱伝導に
よる侵入熱の低減化を図るのである。パワーリードを取
り去るといっても完全に取り外す必要はなく、単に熱的
な侵入経路をしゃ断しさえすれば良い。このことが着脱
式パワーリードが必要とされる理由である。

【０００４】図２に示した着脱式パワーリードでは、熱
的回路をしゃ断するために、ピンコネクタ１２、１３を
使用し、上部のマルチピンコネクタ１２を可動部とし、
これをベロー１４の伸縮を利用して可動させ着脱させる
構成である。ベロー１４は駆動用ヘリウムガス配管１７
を介して常温部に置かれたヘリウムガス制御系１８によ
って送排気されるヘリウムガスにより動かされる。例え
ば、固定側マルチピンコネクタ１３に可動側マルチピン
コネクタ１２を装着する場合には、ガス制御系１８から
圧縮ガスを送りベロー１４を伸長させることによって行
う。外す場合には、ヘリウムガスを排気することにより
ベロー１４を収縮させて行うのである。このように動作
させることにより、通電時には可動側マルチピンコネク
タ１２と固定側マルチピンコネクタ１３とは接続され、
パワーリードとしての動作が可能となる。また、非通電
時には可動側マルチピンコネクタ１２と固定側マルチピ
ンコネクタ１３とは離されて、熱的に絶縁されることに
なる。

【０００５】以上のように、ベロー１４を利用してマル
チピンコネクタ１２、１３を装着及び脱離させるわけで
あるが、この時に問題となるのが可動側マルチピンコネ
クタ１２と固定側マルチピンコネクタ１３との装着時の
位置合わせである。従来例では、この問題を解決するた
め支持構造体１５にマルチピンコネクタ１２、１３を位
置的に合わせた状態で固定することにより行っている。
この装着を上手にしないと、接触抵抗が大きくなり、通
電時の着脱部での発熱が大きくなるという問題が生じ
る。これを解消するために、従来例ではマルチピンコネ
クタ１２、１３を採用して接触抵抗を抑えると共に、リ
ード１本あたりの通電電流を小さくして接触抵抗による
発熱を抑えるように構成している。

【０００６】即ち、マルチピンコネクタ１２、１３を採
用してピン１本あたりの通電電流値を小さくし、着脱部
における通電時の発熱を抑えている。しかし、ピン数が
あまり多いと装着時の位置合わせが難しくなって、ピン
を壊す確率も大きくなる。また、マルチピンであるため
ピンは比較的細く、この点でも装着時に巧く位置合わせ
ができていないと壊れ易くなる。さらに、１つの低温容
器内に複数の超電導コイルが設置されているような場合
には、益々ピン数が増えるためより一層の位置合わせが
問題となる。もしコイル１つごとに着脱パワーリードを
設置すれば、多くのスペースが必要となり構成も複雑と
なる。しかも数が増えただけ熱侵入量も増えることにな
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
超電導コイル用着脱式パワーリードでは、ピン数を多く
して大容量化を図ると、装着時の位置合わせが難しくな
り、ピンが壊れやすくなるという問題点があった。

【０００８】この発明はかかる問題点を解消するために
なされたもので、リード用接触ピンの大容量化を可能に
し、かつパワーリード脱離時には極めて小さい熱侵入量
であることを維持し、さらに、パワーリード装着時には
複数のピン同士を確実に均一の力で装着させることによ
りピン間の接触抵抗を小さくでき、接触ピン１本あたり
の通電電流値を大きくできる超電導コイル用着脱式パワ
ーリードを得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る超電導コ
イル用着脱式パワーリードは、凸部（あるいは凹部）を
有する複数の可動部接触ピン、この可動部接触ピンと嵌
合可能な凹部（あるいは凸部）を有する複数の固定部接
触ピン、先端にテーパ部を有する案内ピン、この案内ピ
ンを嵌挿可能な案内孔、案内ピンと案内孔のどちらか一
方と可動部接触ピンを支持する可動コネクタ、案内ピン
と案内孔の他方と固定部接触ピンを支持する固定コネク
タ、及び接触ピンの少なくともどちらか一方とこれを支
持するコネクタとの間に介在させた伸縮性反力構造体を
備え、接触ピンに、軸方向に冷媒ガスを通風する貫通孔
を設けたことを特徴とするものである。

【００１０】

【００１１】

【作用】この発明における超電導コイル用着脱式パワー
リードは、片側の接触ピンが伸縮性反力構造体を介して
コネクタに取り付けてあることから、可動部接触ピンと
固定部接触ピンとの装着が複数本の同時装着であって
も、確実にしかも１本１本均一な力で装着できることに
なる。このため、接触抵抗を小さく抑えることができ、
ピン１本あたりの通電電流値を大きくできる。さらに、
案内ピンと案内孔によって、装着時に接触ピンを案内し
て容易に位置合わせができる。また、冷媒ガスを貫通孔
をに通風すれば、接触ピンを効率良く冷却できる。

【００１２】

【実施例】実施例１． 以下、この発明の一実施例による超電導コイル用着脱式
パワーリードを図について説明する。図１はこの発明の
一実施例による超電導コイル用着脱式パワーリードを示
す構成図である。この実施例は固定側に伸縮性反力構造
体を用いたものである。図１において、１は可動部接触
ピン、例えば可動メスピンであり、株式会社ソルトンの
ソケットタイプＢＸＮ接続子（Ｘはピンの寸法に応じた
数字）を用いている。２は可動メスピン１と嵌合可能な
固定部接触ピン、例えば固定オスピンであり、可動メス
ピン１と同様に株式会社ソルトンのプラグタイプＳＸＮ
接続子（Ｘはピンの寸法に応じた数字）を用いている。
３は先端にテーパ部を設けた案内ピン、４は案内ピン３
を嵌挿するため入口部に面取り加工がなされた案内孔、
５は可動メスピン１と案内ピン３とを一体化するため、
電気絶縁物で構成された可動コネクタ、６は固定オスピ
ン２と案内孔４を一体化するために、電気絶縁物で構成
された固定コネクタである。７は伸縮性反力構造体で、
例えば圧縮バネであり、固定オスピン２と固定コネクタ
６との間に介在する用に構成されている。８は圧縮バネ
７の押さえ座、９ａ、９ｂ、９ｃはそれぞれ可動メスピ
ン１、固定オスピン２、案内ピン３をコネクタ５、６に
取り付けるナットである。圧縮バネ７は取り付け状態に
おいて、例えば既にある長さだけ縮められた状態でナッ
ト９ｂにより取り付けられている。１０ａ、１０ｂはそ
れぞれ可動メスピン１及び固定オスピン２に開けられた
冷媒ガスを通風する貫通孔で、例えば冷媒の蒸発ガス用
通風孔である。

【００１３】さらに図示されてはいないが、可動メスピ
ン１は矢印Ａで例えば銅管などにより常温部まで連結さ
れ電流リードを形成しており、やはり図示されていない
駆動機構（モータあるいはガス圧）と連結されている。
また、実際の使用形態下では固定オスピン２も矢印Ｂで
図示されていない超電導コイルにつながっている。な
お、図１には可動オスピン１および固定メスピン２を１
本づつしか明示していないが、実際には偶数（行き、戻
り）の多数本が設置されている。

【００１４】また、案内ピン３の先端に形成されている
テーパ部の角度は、例えば軸方向：径方向が４：１や
５：１程度に傾斜している。また、可動コネクタ５と固
定コネクタ６とは、例えば１０ｃｍ程度の隔たりがあ
り、案内ピン３のテーパ部の根元から案内孔４までは３
ｃｍ程度離している。可動オスピン１と固定メスピン２
の両先端の間隔は、例えば案内ピン３のテーパ部の根元
から案内孔４までよりも大きく構成している。

【００１５】このように構成された超電導コイル用着脱
式パワーリードの動作について、装着動作時に主眼を置
いて説明する。可動コネクタ５は図示されていない駆動
機構により動かされ固定コネクタ６に徐々に近づき、先
ずはじめに案内ピン３が案内孔４に入り始める。この動
作及びこの後の動作をゆっくり行うことにより案内ピン
３のテーパ部を介して互いのコネクタ５、６の位置合わ
せが行われれる。またテーパ部の長さを適切に取ること
で、テーパ部が全て案内孔４に挿入された段階では可動
コネクタ５と固定コネクタ６とはほぼ位置が一致するこ
とになる。さらに可動させると、複数本の固定メスピン
１と同数の可動オスピン２とが接触し始めるが、既に位
置合わせが概ね済んでいるため良好な接触状態を保ちな
がら挿入することができる。

【００１６】しかし、一般にピン数が多くなるにしたが
い、全ての接触ピンを力、傾き、位置ずれ、ゆがみなど
において同一条件で装着することが難しくなる。そこで
複数本の接触ピンを同一条件で装着するための保障機構
が伸縮性反力構造体、即ちここでは圧縮バネ８である。
既にある長さだけ縮められた状態で設置されていること
から、固定メスピン１にはある反力が可動オスピン２方
向に働いている。この力が複数本からなる接触ピンの均
一装着の保障力となる。つまりこの保障力以上の押しつ
け力で可動オスピン２を固定メスピン１に装着すれば、
各々の固定メスピン１は可動オスピン２に対して保障力
の押しつけ力が働く。このため、コネクタ５、６に対す
るピン１、２の取り付けに多少のズレやゆがみがあって
も、ほぼ均一な装着状態が実現できることになる。また
押しつけ力についても多少のバラツキはあるものの、可
動オスピン２の押しつけ力以上の力が確実に働く状態と
なる。

【００１７】装着時の動作は以上のようであるが、Ｂ１
０Ｎ、Ｓ１０Ｎを６本づつ装備した試験装置における液
体ヘリウム温度（１気圧下で約−２６９℃）下の測定に
よれば、５００Ａ通電時の着脱部の抵抗は１箇所あたり
〜１００μΩであった。この値はモータ駆動による数十
回の脱着動作後も変わらなかった。

【００１８】このように、複数本の固定部接触ピン２を
圧縮バネ７を介して固定コネクタ６に取り付けたため、
リード用接触ピンを大容量化しかつ本数が多くなっても
各々均一な状態で装着できるため、接触抵抗の小さい確
実な接続が可能となる。上記実施例では圧縮バネ８は既
にある長さだけ縮められた状態で設置されているが、あ
らかじめ弾性力が蓄勢されていなくても、可動オスピン
２を固定メスピン１に装着した時に、圧縮バネ８によっ
て各々の固定メスピン１は可動オスピン２に対して保障
力の押しつけ力が働くように構成されていればよい。

【００１９】次に、可動メスピン１及び固定オスピン２
にそれぞれ設けられた冷媒の蒸発ガス用通風孔１０ａ、
１０ｂの効果について説明する。通常の直結式パワーリ
ードでは通電時に導体部に発熱があり、この熱が、例え
ば液体ヘリウムなどの冷媒に伝わり冷媒液が蒸発する。
蒸発ガスは十分冷たいため、この顕熱を利用してリード
部を冷却している。即ち、リードを銅管などで構成し、
その内部を通じて蒸発ガスを放出するのである。一方、
着脱式パワーリードでは、リード以外に着脱部において
も発熱することになる。従って着脱部の冷却も重要とな
り、これを効果的に実施する必要が生じる。そのために
通風孔１０ａ、１０ｂを設けている。着脱部の発熱は接
続部の抵抗により生じることから、接触ピン１、２を冷
却すれば効果が大きい。従って接触ピン１、２に貫通通
風孔１０ａ、１０ｂを開け、ここに蒸発ガスを通すこと
により接触ピン１、２を効率良く冷却できる。

【００２０】このように、接触ピンを内部から直接的に
通風冷却するため、効率の良い着脱部の冷却が可能とな
ったことから、ピン１本あたり大きな電流を流せる効果
がある。さらに、複数の超電導コイルに対して１セット
の着脱パワーリードで対応できるという大きな効果があ
る。

【００２１】この実施例では、可動側に凹部を有する接
触ピンを用いて圧縮バネを取り付けたが、可動側に凸部
を有する接触ピンを用いてもよい。また、伸縮性反力構
造体を可動側の接触ピンとコネクタ間に設けているが、
固定側の接触ピンとコネクタ間に設けて、固定側に保障
力を働かせるように構成してもよい。伸縮性反力構造体
についても、圧縮バネに限らず、例えば皿バネやベロー
などの他の構造物であってもよい。また、上記実施例で
は押さえ座を用いているが無くてもよく、接触ピンのコ
ネクタへの固定方法についても、市販品（ネジ部付き）
を利用してナットで止める方法を採用したが、他の方法
であってももちろんよい。さらに、上記実施例の接触ピ
ン１、２間の接触は固定メスピン１内に装着されている
例えばベリリウム銅製のバネによって維持しているが、
これに限らず例えばインジウムなどの電気良導体を利用
した押しつけ接触方式であってもよく、この場合には上
記実施例よりもその効果はより顕著となる。通風孔１０
ａ、１０ｂについても接触ピン１、２を効率良く冷却で
きれば、ストレート状の孔でなくても良い。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、凸部
（あるいは凹部）を有する複数の可動部接触ピン、この
可動部接触ピンと嵌合可能な凹部（あるいは凸部）を有
する複数の固定部接触ピン、先端にテーパ部を有する案
内ピン、この案内ピンを嵌挿可能な案内孔、案内ピンと
案内孔のどちらか一方と可動部接触ピンを支持する可動
コネクタ、案内ピンと案内孔の他方と固定部接触ピンを
支持する固定コネクタ、及び接触ピンの少なくともどち
らか一方とこれを支持するコネクタとの間に介在させた
伸縮性反力構造体を備え、接触ピンに、軸方向に冷媒ガ
スを通風する貫通孔を設けたことにより、接触抵抗の小
さい確実な接続ができ、さらに、リード接触ピンを内部
から直接的に通風冷却するため、効率の良い着脱部の冷
却が可能となったことから、ピン１本あたり大きな電流
を流せる超電導コイル用着脱式パワーリードが得られる
効果がある。

【００２３】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１による超電導コイル用着脱
式パワーリードの構成図である。

【図２】従来の超電導コイル用着脱式パワーリードの構
成図である。

【符号の説明】

１ 可動部接触ピン ２ 固定部接触ピン ３ 案内ピン ４ 案内孔 ５ 可動コネクタ ６ 固定コネクタ ７ 伸縮性反力構造体 １０ａ 貫通孔 １０ｂ 貫通孔

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凸部（あるいは凹部）を有する複数の可
   動部接触ピン、この可動部接触ピンと嵌合可能な凹部
   （あるいは凸部）を有する複数の固定部接触ピン、先端
   にテーパ部を有する案内ピン、この案内ピンを嵌挿可能
   な案内孔、上記案内ピンと案内孔のどちらか一方と上記
   可動部接触ピンを支持する可動コネクタ、上記案内ピン
   と案内孔の他方と上記固定部接触ピンを支持する固定コ
   ネクタ、及び上記接触ピンの少なくともどちらか一方と
   これを支持するコネクタとの間に介在させた伸縮性反力
   構造体を備え、上記接触ピンに、軸方向に冷媒ガスを通
   風する貫通孔を設けたことを特徴とする超電導コイル用
   着脱式パワーリード。