JP3133329B2 - 酸化物超電導体電流リード - Google Patents
酸化物超電導体電流リードInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は極低温下で使用する機器と常温で使用する
装置との間の温度勾配部で給電を行う電流リードであっ
て、特に、超電導装置に対する大電力供給を目的とする
超電導体電流リードに関する。クエンチ、磁場捕捉、破
損事故等の対策を講じて酸化物超電導体を適用した電流
リードに関する。
装置との間の温度勾配部で給電を行う電流リードであっ
て、特に、超電導装置に対する大電力供給を目的とする
超電導体電流リードに関する。クエンチ、磁場捕捉、破
損事故等の対策を講じて酸化物超電導体を適用した電流
リードに関する。
背景分野 従来、電流を供給するために用いる電流リードには、
電気抵抗の小さい銅合金などの材料が用いられていた。
極低温下にある超電導装置に給電を行う場合、常温部と
の間には温度勾配が生じ、電流リードを介して熱の侵入
が起こる。超電導装置は作動中に極低温を保たなければ
ならないので、温度勾配部で用いる電流リードは電気抵
抗が小さいことのほかに、超電導装置への熱侵入を少な
く抑えるためになるべく熱伝導度が小さいことが要求さ
れている。
電気抵抗の小さい銅合金などの材料が用いられていた。
極低温下にある超電導装置に給電を行う場合、常温部と
の間には温度勾配が生じ、電流リードを介して熱の侵入
が起こる。超電導装置は作動中に極低温を保たなければ
ならないので、温度勾配部で用いる電流リードは電気抵
抗が小さいことのほかに、超電導装置への熱侵入を少な
く抑えるためになるべく熱伝導度が小さいことが要求さ
れている。
酸化物超電導体は臨界温度が高いことから、液体ヘリ
ウムで冷却されているような極低温の超電導装置と常温
の外界を連絡する電流リードとしての応用が期待されて
いる。酸化物超電導体は液体窒素温度でも超電導状態に
なりうるので、より常温の外界に接近した箇所まで抵抗
ゼロの超電導体電流リードとして使用できる。さらに、
酸化物超電導体のみで構成されている電流リードは熱伝
導度が小さいという利点がある。電流リードを介して常
温の外界から超電導装置側への熱侵入量が抑えられるた
め、冷媒消費量が減少し、冷媒装置の小型化を通じて装
置全体の小型化も期待されている。
ウムで冷却されているような極低温の超電導装置と常温
の外界を連絡する電流リードとしての応用が期待されて
いる。酸化物超電導体は液体窒素温度でも超電導状態に
なりうるので、より常温の外界に接近した箇所まで抵抗
ゼロの超電導体電流リードとして使用できる。さらに、
酸化物超電導体のみで構成されている電流リードは熱伝
導度が小さいという利点がある。電流リードを介して常
温の外界から超電導装置側への熱侵入量が抑えられるた
め、冷媒消費量が減少し、冷媒装置の小型化を通じて装
置全体の小型化も期待されている。
酸化物超電導体を用いる電流リードは、金属円筒中に
超電導原料粉末を充填して成形、焼結する金属シース
法、あるいは冷間静水圧加圧で成形、焼結するCIP加圧
焼結法、溶融法などの方法により製作される。これらの
方法により作製される円柱形の超電導体は、衝撃や温度
に対する強度があって電流リードとして加工しやすいた
めに最も普通に使用されており、液体窒素温度下で数10
A〜数100A程度の臨界電流を持つものが作られている。
超電導原料粉末を充填して成形、焼結する金属シース
法、あるいは冷間静水圧加圧で成形、焼結するCIP加圧
焼結法、溶融法などの方法により製作される。これらの
方法により作製される円柱形の超電導体は、衝撃や温度
に対する強度があって電流リードとして加工しやすいた
めに最も普通に使用されており、液体窒素温度下で数10
A〜数100A程度の臨界電流を持つものが作られている。
超電導体を用いる電流リードは当然、臨界電流密度を
超えて電流を流すことはできない。より大きな電流を流
す必要がある場合は、複数本の電流リードを並列に接続
するか、電流リードの径を大きくするかしていた。
超えて電流を流すことはできない。より大きな電流を流
す必要がある場合は、複数本の電流リードを並列に接続
するか、電流リードの径を大きくするかしていた。
電流リードの径を大きくして断面積を増大させること
で流すことのできる電流を増やすことはできるが、その
場合、臨界電流は断面積に比例しては増えない。第１図
に円柱形の超電導体の直径と臨界電流、臨界電流密度の
関係を示す。白点は臨界電流値、黒点は臨界電流密度を
表す。超電導体の円柱の直径を大きくしてゆくと臨界電
流は増大するが臨界電流密度は逆に減少してしまうこと
がわかる。つまり、断面積の増加に比例しては臨界電流
は増やすことができない。
で流すことのできる電流を増やすことはできるが、その
場合、臨界電流は断面積に比例しては増えない。第１図
に円柱形の超電導体の直径と臨界電流、臨界電流密度の
関係を示す。白点は臨界電流値、黒点は臨界電流密度を
表す。超電導体の円柱の直径を大きくしてゆくと臨界電
流は増大するが臨界電流密度は逆に減少してしまうこと
がわかる。つまり、断面積の増加に比例しては臨界電流
は増やすことができない。
また、大型で厚肉の酸化物超電導体は焼結時に超電導
体内部に温度差が生じてワレが発生するため、製作が困
難である。実際には、装置の設計上からは一定の径であ
る大きさの電流を流せる電流リードの要求がなされるこ
とが多い。
体内部に温度差が生じてワレが発生するため、製作が困
難である。実際には、装置の設計上からは一定の径であ
る大きさの電流を流せる電流リードの要求がなされるこ
とが多い。
超電導コイルなどに使用される多芯超電導体線材によ
れば、臨界電流密度を保持したまま臨界電流を増大させ
ることが出来、例えば直径30mm前後で1000Aの大電流に
耐え得るようなものも可能性はある。しかし、多芯超電
導体線材は熱伝導に関しては安定化材の熱伝導が大きい
ことから、電流リードには不向きである。結局、従来の
電流リードでは小径で大電流を流すという要求を充分に
満たしていない。
れば、臨界電流密度を保持したまま臨界電流を増大させ
ることが出来、例えば直径30mm前後で1000Aの大電流に
耐え得るようなものも可能性はある。しかし、多芯超電
導体線材は熱伝導に関しては安定化材の熱伝導が大きい
ことから、電流リードには不向きである。結局、従来の
電流リードでは小径で大電流を流すという要求を充分に
満たしていない。
超電導体を電流リードに用いた場合、磁場の影響によ
り超電導特性、特に臨界電流および臨界電流密度の低下
が起こり、クエンチが発生する。そのため高磁場源にな
りやすい超電導機器とともに使用する電流リードは、熱
伝導率のほか、磁気シールド材が必要だと考えられてい
る。磁気シールド効果の大きい材料としてはフェライ
ト、パーマロイ等の金属材が挙げられている。
り超電導特性、特に臨界電流および臨界電流密度の低下
が起こり、クエンチが発生する。そのため高磁場源にな
りやすい超電導機器とともに使用する電流リードは、熱
伝導率のほか、磁気シールド材が必要だと考えられてい
る。磁気シールド効果の大きい材料としてはフェライ
ト、パーマロイ等の金属材が挙げられている。
上記のフェライト、パーマロイといった磁気シールド
材は金属材料であるため、熱伝導率の高いものである。
これらの材質をシールド材として電流リードを保護すれ
ば、シールド材からの熱侵入量が大きく、冷媒の損耗が
激しいものとなる。大型の冷媒装置が必要となり、超電
導機器を安定して極低温下におくことが困難となる。ま
た、電流リードも金属製シールド材を用いることによ
り、電流リード全体の大きさ、重量が大きくなり、更に
冷媒の消費量を増加させる原因となる。
材は金属材料であるため、熱伝導率の高いものである。
これらの材質をシールド材として電流リードを保護すれ
ば、シールド材からの熱侵入量が大きく、冷媒の損耗が
激しいものとなる。大型の冷媒装置が必要となり、超電
導機器を安定して極低温下におくことが困難となる。ま
た、電流リードも金属製シールド材を用いることによ
り、電流リード全体の大きさ、重量が大きくなり、更に
冷媒の消費量を増加させる原因となる。
超電導機器には大電流を供給する必要があるため、電
流リードにはかなりの電流が流れているが、冷媒の供給
不足により温度上昇が起こると、クエンチが発生する。
超電導状態を維持することができなくなると、電流リー
ドの抵抗が上昇して給電量が急激に減少し、通電停止を
引き起こす。また、抵抗上昇により超電導体が発熱し、
超電導特性の劣化を起こす。超電導機器の作る磁界の影
響を受ける場合、より深刻なクエンチを生じ、酸化物超
電導体電流リードが破壊されてしまう可能性がある。
流リードにはかなりの電流が流れているが、冷媒の供給
不足により温度上昇が起こると、クエンチが発生する。
超電導状態を維持することができなくなると、電流リー
ドの抵抗が上昇して給電量が急激に減少し、通電停止を
引き起こす。また、抵抗上昇により超電導体が発熱し、
超電導特性の劣化を起こす。超電導機器の作る磁界の影
響を受ける場合、より深刻なクエンチを生じ、酸化物超
電導体電流リードが破壊されてしまう可能性がある。
本発明は、小径、小断面積で、かつ加圧成形が容易で
ありながら、高臨界電流密度を有し、大電流を供給でき
る超電導体電流リードを提供することを目的とする。超
電導体電流リードに熱侵入量の小さい磁気シールドを施
して磁場の悪影響を排除し、深刻なクエンチの発生を防
止する。併せて電流リードがクエンチを起こした際、電
流リードに流れる電流を抑えて、発熱を防ぎ、超電導機
器への給電を安定させる。
ありながら、高臨界電流密度を有し、大電流を供給でき
る超電導体電流リードを提供することを目的とする。超
電導体電流リードに熱侵入量の小さい磁気シールドを施
して磁場の悪影響を排除し、深刻なクエンチの発生を防
止する。併せて電流リードがクエンチを起こした際、電
流リードに流れる電流を抑えて、発熱を防ぎ、超電導機
器への給電を安定させる。
発明の開示 本発明の電流リードは、電流の流れる断面の周囲長が
大きく、かつ薄肉で加圧成形が容易な中空の円筒形の酸
化物超電導体を用いている。本発明の超電導体電流リー
ドの特徴を説明するため、臨界電流の性質に関して行っ
た試験について説明する。Ａ、Ｂの２つの異なる製作条
件で作られた直径の異なる円柱形の酸化物超電導体の臨
界電流、臨界電流密度と直径の関係を調べた。臨界電流
値を円柱の周囲長で除した値IC/πｄ（A/cm）と直径と
の関係を第２図に示す。臨界電流値を円柱の周囲長で除
した値IC/πｄ（A/cm）は、直径の大きさによらず一定
で、製作条件Ａで作られた試料は55A/cm製作条件Ｂでは
20A/cm前後となっている。このことから、臨界電流は電
流の流れる断面の周囲長に比例することが推測される。
そこで、電流の流れる断面の周囲長が大きくするため、
中実の円柱にかえて中空の円筒としたところ、断面積の
減少にも関わらず、臨界電流が増大した。中空の円筒と
することにより電流の流れる断面の周囲長が大きくなる
ため、臨界電流が大きくかつ高臨界電流密度を有する電
流リードを得る。
大きく、かつ薄肉で加圧成形が容易な中空の円筒形の酸
化物超電導体を用いている。本発明の超電導体電流リー
ドの特徴を説明するため、臨界電流の性質に関して行っ
た試験について説明する。Ａ、Ｂの２つの異なる製作条
件で作られた直径の異なる円柱形の酸化物超電導体の臨
界電流、臨界電流密度と直径の関係を調べた。臨界電流
値を円柱の周囲長で除した値IC/πｄ（A/cm）と直径と
の関係を第２図に示す。臨界電流値を円柱の周囲長で除
した値IC/πｄ（A/cm）は、直径の大きさによらず一定
で、製作条件Ａで作られた試料は55A/cm製作条件Ｂでは
20A/cm前後となっている。このことから、臨界電流は電
流の流れる断面の周囲長に比例することが推測される。
そこで、電流の流れる断面の周囲長が大きくするため、
中実の円柱にかえて中空の円筒としたところ、断面積の
減少にも関わらず、臨界電流が増大した。中空の円筒と
することにより電流の流れる断面の周囲長が大きくなる
ため、臨界電流が大きくかつ高臨界電流密度を有する電
流リードを得る。
さらに、上述した本発明の電流リードに用いる薄肉円
筒形の酸化物超電導体の円筒の肉厚に変化をつけること
により機械的強度を高めることが出来る。酸化物超電導
体の臨界電流は、温度が低下するにしたがってその値が
増大する。酸化物超電導体の線材の例では、液体窒素温
度（77.3K）の場合に比べて、液体ヘリウム温度では５
倍以上の臨界電流値となる。
筒形の酸化物超電導体の円筒の肉厚に変化をつけること
により機械的強度を高めることが出来る。酸化物超電導
体の臨界電流は、温度が低下するにしたがってその値が
増大する。酸化物超電導体の線材の例では、液体窒素温
度（77.3K）の場合に比べて、液体ヘリウム温度では５
倍以上の臨界電流値となる。
ここで電流リード作動時の温度勾配条件の一例とし
て、4.2Kで作動する超電導磁石に酸化物超電導体電流リ
ードを通じて給電する場合について考える。電流リード
には、軸方向に均一な肉厚を有する筒形超電導体を使用
するものとし、液体窒素温度で臨界電流が1000A程度の
ものである。この場合、超電導磁石に接続する一端は約
4.2K、他端は約77.3Kの温度下におかれる。給電可能な
電流量は高温側の77.3Kの条件で決定される1000Aとな
る。一方、4.2Kの低温側においては、1000Aを大きく超
える臨界電流値を有し、流せる電流量に余裕がある。臨
界電流値に関連すると考えられる超電導体断面の周囲長
をある程度小さくして、臨界電流値を抑えても給電量に
は影響しない。そこで高温条件下におかれる部分は円筒
の肉厚を薄くして断面の周囲長を大きく保って臨界電流
値を高める一方、他方の低温条件下におかれる部分で
は、通電可能電流量に余裕があるので、酸化物超電導体
の円筒の肉厚を厚くし、強度を改善する。
て、4.2Kで作動する超電導磁石に酸化物超電導体電流リ
ードを通じて給電する場合について考える。電流リード
には、軸方向に均一な肉厚を有する筒形超電導体を使用
するものとし、液体窒素温度で臨界電流が1000A程度の
ものである。この場合、超電導磁石に接続する一端は約
4.2K、他端は約77.3Kの温度下におかれる。給電可能な
電流量は高温側の77.3Kの条件で決定される1000Aとな
る。一方、4.2Kの低温側においては、1000Aを大きく超
える臨界電流値を有し、流せる電流量に余裕がある。臨
界電流値に関連すると考えられる超電導体断面の周囲長
をある程度小さくして、臨界電流値を抑えても給電量に
は影響しない。そこで高温条件下におかれる部分は円筒
の肉厚を薄くして断面の周囲長を大きく保って臨界電流
値を高める一方、他方の低温条件下におかれる部分で
は、通電可能電流量に余裕があるので、酸化物超電導体
の円筒の肉厚を厚くし、強度を改善する。
第３図に、上述したような円筒形の超電導体の特性に
ついて説明する図を示す。円筒形の超電導体には、通電
時に矢線10で示されるようなループ状の遮蔽電流が流れ
る。この遮蔽電流により中空部分に磁場11が捕捉される
という性質がある。交流磁場中でこのような中空円筒形
超電導体の電流リードを使用する際は、磁場捕捉のため
に交流損失を生じる。本発明の超電導体は、円筒形の側
面を一部分取り除き、軸方向の断面形状をＣ形とするこ
とにより、遮蔽電流の流路を断ち、磁場を捕捉する性質
を弱め、交流磁場中での交流損失を解消する。
ついて説明する図を示す。円筒形の超電導体には、通電
時に矢線10で示されるようなループ状の遮蔽電流が流れ
る。この遮蔽電流により中空部分に磁場11が捕捉される
という性質がある。交流磁場中でこのような中空円筒形
超電導体の電流リードを使用する際は、磁場捕捉のため
に交流損失を生じる。本発明の超電導体は、円筒形の側
面を一部分取り除き、軸方向の断面形状をＣ形とするこ
とにより、遮蔽電流の流路を断ち、磁場を捕捉する性質
を弱め、交流磁場中での交流損失を解消する。
酸化物超電導体の超電導特性の一つである磁気シール
ド性に着目し、本発明の超電導体電流リードは、酸化物
超電導体を用いて磁気シールドするものである。酸化物
超電導体は、超電導体電流リード本体そのものに利用さ
れているように、熱伝導率が低く、熱侵入量が極めて少
ない材料である。酸化物超電導体でシールドすることに
より、磁気シールドからの熱侵入がほとんどなくなり、
安定して給電を行うことができる。冷却が効率的とな
り、冷媒の消費量を抑え、冷却装置を小型化することも
可能となる。
ド性に着目し、本発明の超電導体電流リードは、酸化物
超電導体を用いて磁気シールドするものである。酸化物
超電導体は、超電導体電流リード本体そのものに利用さ
れているように、熱伝導率が低く、熱侵入量が極めて少
ない材料である。酸化物超電導体でシールドすることに
より、磁気シールドからの熱侵入がほとんどなくなり、
安定して給電を行うことができる。冷却が効率的とな
り、冷媒の消費量を抑え、冷却装置を小型化することも
可能となる。
外部と酸化物超電導体電流リードの接続抵抗に対し、
外部と磁気シールドの接続抵抗を大きくしておくと、酸
化物超電導体磁気シールドは定常状態下では磁気シール
ドとして作用し、クエンチが発生したときは通電電流の
バイアスとなって電流リードを保護する。
外部と磁気シールドの接続抵抗を大きくしておくと、酸
化物超電導体磁気シールドは定常状態下では磁気シール
ドとして作用し、クエンチが発生したときは通電電流の
バイアスとなって電流リードを保護する。
図面の簡単な説明 第１図は、円柱形の超電導体の直径と臨界電流、臨界
電流密度の関係を示す図である。
電流密度の関係を示す図である。
第２図は、臨界電流値を円柱の周囲長で除した値IC/
πｄ（A/cm）と直径との関係を示す図である。
πｄ（A/cm）と直径との関係を示す図である。
第３図は、円筒形の超電導体の特性について説明する
図である。
図である。
第４図は、軸方向全体にテーパ形状に肉厚を変化させ
た場合の本発明の超電導体電流リードの断面図である。
た場合の本発明の超電導体電流リードの断面図である。
第５図は、軸方向に高温条件側半分ほどにテーパ形状
に肉厚を変化させ、低温条件側を均一な形状とした場合
の本発明の超電導体電流リードの断面図である。
に肉厚を変化させ、低温条件側を均一な形状とした場合
の本発明の超電導体電流リードの断面図である。
第６図は、円筒の側面の一部を不連続とし、遮蔽電流
の流路を一部取り除いた超電導体を示す図である。
の流路を一部取り除いた超電導体を示す図である。
第７図は、円筒の側面の一部が常電導体で構成されて
いる超電導体を示す図である。
いる超電導体を示す図である。
第８図は、本発明の磁気シールド付きの酸化物超電導
体電流リードの一例を示す断面図である。
体電流リードの一例を示す断面図である。
第９図に本発明の電流リードの等価回路図を示す。
発明を実施するための最良の形態 本発明の酸化物超電導体電流リードについて具体例を
挙げて説明する。内径28mm、外径32mmの均一な肉厚の円
筒形の酸化物超電導体を冷間静水圧加圧（CIP）によっ
て内径d1が28mm、外径d2が30mmの大きさに成形した後焼
結した。この酸化物超電導体について試験を行った。そ
の結果、臨界電流Ic＝1000A、臨界電流密度Jc＝1100A/c
m2、周囲長はπ（d1＋d2）＝18.2mmである。比較として
臨界電流Ic＝1000Aを有する円柱形の酸化物超電導体を
作製してその直径等を測定したところ、直径ｄ＝58mm、
臨界電流密度Jc＝38A/cm2、周囲長πｄ＝18cmとなっ
た。本発明の円筒形の酸化物超電導体電流リードの重量
比は、円柱形のものに対して3.4％でありながら、約30
倍の臨界電流密度を実現することができる。
挙げて説明する。内径28mm、外径32mmの均一な肉厚の円
筒形の酸化物超電導体を冷間静水圧加圧（CIP）によっ
て内径d1が28mm、外径d2が30mmの大きさに成形した後焼
結した。この酸化物超電導体について試験を行った。そ
の結果、臨界電流Ic＝1000A、臨界電流密度Jc＝1100A/c
m2、周囲長はπ（d1＋d2）＝18.2mmである。比較として
臨界電流Ic＝1000Aを有する円柱形の酸化物超電導体を
作製してその直径等を測定したところ、直径ｄ＝58mm、
臨界電流密度Jc＝38A/cm2、周囲長πｄ＝18cmとなっ
た。本発明の円筒形の酸化物超電導体電流リードの重量
比は、円柱形のものに対して3.4％でありながら、約30
倍の臨界電流密度を実現することができる。
本発明の電流リードに用いる円筒形の酸化物超電導体
の肉厚を変化させて機械的強度を改善させた具体例につ
いて説明する。高温条件下におかれる部分は円筒の肉厚
を薄くして断面の周囲長を大きく保って臨界電流値を高
める一方、他方の低温条件下におかれる部分では、酸化
物超電導体の円筒の肉厚を厚くし、強度を改善する。肉
厚を変化させるには、外周の径を一定とした場合は、低
温条件におかれる部分では内径を小さくし、高温条件に
おかれる部分では内径を大きくする。円筒の内径は使用
温度条件を考慮して適当な傾斜ないしは段差を設けて内
径を変化させる。外径を均一とする場合の他、臨界電流
が断面の周長に依存することから、逆に内径を均一に外
径を変化させるか、内径および外径ともに変化させるこ
とで断面の周長を変化させてもよい。第４図には、一定
の外径に対して低温条件側では内径を小さく、高温条件
側では内径を大きくし、軸方向全体にテーパ形状に肉厚
を変化させた場合の酸化物超電導体電流リードの断面図
を示す。高温条件側の内径をD2、低温条件側の内径をD3
とすると、この例ではD3/D2は約0.3とした。第５図は、
他の例として、軸方向に高温条件側半分ほどにテーパ形
状に肉厚を変化させ、低温条件側を均一な形状とした場
合の超電導体電流リードの断面図である。
の肉厚を変化させて機械的強度を改善させた具体例につ
いて説明する。高温条件下におかれる部分は円筒の肉厚
を薄くして断面の周囲長を大きく保って臨界電流値を高
める一方、他方の低温条件下におかれる部分では、酸化
物超電導体の円筒の肉厚を厚くし、強度を改善する。肉
厚を変化させるには、外周の径を一定とした場合は、低
温条件におかれる部分では内径を小さくし、高温条件に
おかれる部分では内径を大きくする。円筒の内径は使用
温度条件を考慮して適当な傾斜ないしは段差を設けて内
径を変化させる。外径を均一とする場合の他、臨界電流
が断面の周長に依存することから、逆に内径を均一に外
径を変化させるか、内径および外径ともに変化させるこ
とで断面の周長を変化させてもよい。第４図には、一定
の外径に対して低温条件側では内径を小さく、高温条件
側では内径を大きくし、軸方向全体にテーパ形状に肉厚
を変化させた場合の酸化物超電導体電流リードの断面図
を示す。高温条件側の内径をD2、低温条件側の内径をD3
とすると、この例ではD3/D2は約0.3とした。第５図は、
他の例として、軸方向に高温条件側半分ほどにテーパ形
状に肉厚を変化させ、低温条件側を均一な形状とした場
合の超電導体電流リードの断面図である。
円筒形の酸化物超電導体は円柱形のものに比べて、1.
5〜２倍の引っ張り強度を有し、熱応力等の静的強度に
優れている。使用温度条件に応じて円筒形の酸化物超電
導体の肉厚を厚くすることにより、衝撃に対する機械的
強度を改善することができる。薄肉の円筒形の酸化物超
電導体を、金型やゴム型で成形、加圧した後の型離れの
悪さが破損の原因となっていたが、テーパ形状とするこ
とで型離れの悪さが解消する。
5〜２倍の引っ張り強度を有し、熱応力等の静的強度に
優れている。使用温度条件に応じて円筒形の酸化物超電
導体の肉厚を厚くすることにより、衝撃に対する機械的
強度を改善することができる。薄肉の円筒形の酸化物超
電導体を、金型やゴム型で成形、加圧した後の型離れの
悪さが破損の原因となっていたが、テーパ形状とするこ
とで型離れの悪さが解消する。
円筒形の酸化物超電導体に通電した際に、円筒の外周
に沿って発生する遮蔽電流が、磁場を捕捉し、交流磁場
中で交流損失の原因となる。本発明の酸化物超電導体
は、遮蔽電流の流路を断つことにより交流損失を解消し
ている。本発明の酸化物超電導体の遮蔽電流の流路を断
つ手段を具体例を挙げ、図面とともに説明する。第６図
は、円筒の側面の一部を不連続とし、遮蔽電流の流路を
一部取り除いた超電導体を示す図である。遮蔽電流の流
路に切れ目を設け、遮蔽電流の発生を妨げる。酸化物超
電導体をこのような形状に作るには、最初からこのよう
な形状で成形、焼結する、あるいは、始めに切れ目のな
い通常の円筒形に作製してから機械的加工で切除する等
の方法が考えられる。
に沿って発生する遮蔽電流が、磁場を捕捉し、交流磁場
中で交流損失の原因となる。本発明の酸化物超電導体
は、遮蔽電流の流路を断つことにより交流損失を解消し
ている。本発明の酸化物超電導体の遮蔽電流の流路を断
つ手段を具体例を挙げ、図面とともに説明する。第６図
は、円筒の側面の一部を不連続とし、遮蔽電流の流路を
一部取り除いた超電導体を示す図である。遮蔽電流の流
路に切れ目を設け、遮蔽電流の発生を妨げる。酸化物超
電導体をこのような形状に作るには、最初からこのよう
な形状で成形、焼結する、あるいは、始めに切れ目のな
い通常の円筒形に作製してから機械的加工で切除する等
の方法が考えられる。
第７図は円筒の側面の一部が常電導体で構成されてい
る超電導体を示す図である。第７図のような超電導体を
得るには、通常の円筒形の酸化物超電導体を作製してか
ら水素、ヘリウム、窒素等のイオンビームで照射して常
電導状態に戻す、あるいは図１のような断面がＣ形状の
超電導体を作製しＣ形状の切れ目に常電導体を取り付け
る等の方法が考えられる。
る超電導体を示す図である。第７図のような超電導体を
得るには、通常の円筒形の酸化物超電導体を作製してか
ら水素、ヘリウム、窒素等のイオンビームで照射して常
電導状態に戻す、あるいは図１のような断面がＣ形状の
超電導体を作製しＣ形状の切れ目に常電導体を取り付け
る等の方法が考えられる。
以上は円筒形の超電導体を例に挙げて本発明の超電導
体電流リードについて説明している。円筒形の超電導体
は超電導特性や機械的性質に優れているが、本発明の超
電導体電流リードは、円筒に限らず筒状超電導体に適用
が可能である。本発明の磁気シールド付きの酸化物超電
導体電流リードの一例を示す断面図を第８図に示す。内
部に臨界温度以下で用いる酸化物超電導体電流リード３
があり、酸化物超電導体は円柱、円筒、板状等の形状が
考えられる。この例では円筒形のものが使われている。
体電流リードについて説明している。円筒形の超電導体
は超電導特性や機械的性質に優れているが、本発明の超
電導体電流リードは、円筒に限らず筒状超電導体に適用
が可能である。本発明の磁気シールド付きの酸化物超電
導体電流リードの一例を示す断面図を第８図に示す。内
部に臨界温度以下で用いる酸化物超電導体電流リード３
があり、酸化物超電導体は円柱、円筒、板状等の形状が
考えられる。この例では円筒形のものが使われている。
酸化物超電導体電流リード３の一端には、常温で使用
する装置と接続し、臨界温度以上で用いられる電流リー
ド１があり、他端には、超電導機器と接続する電極２が
ある。超電導体電流リード３は接続部５を介して外部の
電流リード１と接続し、酸化物超電導体磁気シールド４
が接続部６を介して外部の電流リード１と接続してい
る。酸化物超電導体電流リード３と接続部５、６の周囲
を、磁気シールド材として酸化物超電導体４が取り囲む
構造となっている。この例では、単体で用いているが、
複数を並列に接続したものも有り得る。
する装置と接続し、臨界温度以上で用いられる電流リー
ド１があり、他端には、超電導機器と接続する電極２が
ある。超電導体電流リード３は接続部５を介して外部の
電流リード１と接続し、酸化物超電導体磁気シールド４
が接続部６を介して外部の電流リード１と接続してい
る。酸化物超電導体電流リード３と接続部５、６の周囲
を、磁気シールド材として酸化物超電導体４が取り囲む
構造となっている。この例では、単体で用いているが、
複数を並列に接続したものも有り得る。
このような電流リードの動作を説明するため、第９図
に本発明の電流リードの等価回路図を示す。RC1は超電
導体電流リードと外部の電流リードを介する接続部の接
続抵抗、RC2は酸化物超電導体磁気シールドと外部の電
流リードを介する接続部の接続抵抗、RS1は超電導体電
流リードの抵抗、RS2は酸化物超電導体磁気シールド４
の抵抗、iNは超電導体電流リードを流れる電流、iANは
酸化物超電導体磁気シールドを流れる電流を表す。
に本発明の電流リードの等価回路図を示す。RC1は超電
導体電流リードと外部の電流リードを介する接続部の接
続抵抗、RC2は酸化物超電導体磁気シールドと外部の電
流リードを介する接続部の接続抵抗、RS1は超電導体電
流リードの抵抗、RS2は酸化物超電導体磁気シールド４
の抵抗、iNは超電導体電流リードを流れる電流、iANは
酸化物超電導体磁気シールドを流れる電流を表す。
外部と超電導体電流リードとの接続抵抗RC1に対し、
酸化物超電導体磁気シールドとの接続抵抗RC2を２〜３
桁程度大きくしておく。超電導体電流リードの抵抗RS1
は、超電導状態下ではほぼ０と考えられる。接続抵抗R
C1はRS1より大きく、さらに、接続抵抗RC2はRC1よりは
るかに大きいので、RS1≒０＜RC1≪RC2となる。
酸化物超電導体磁気シールドとの接続抵抗RC2を２〜３
桁程度大きくしておく。超電導体電流リードの抵抗RS1
は、超電導状態下ではほぼ０と考えられる。接続抵抗R
C1はRS1より大きく、さらに、接続抵抗RC2はRC1よりは
るかに大きいので、RS1≒０＜RC1≪RC2となる。
定常状態では通電電流ｉはRS1（超電導体電流リー
ド）を流れ、ｉ≒iNとなる。この時、磁気シールドはシ
ールド体として働き、超電導体電流リードをシールドし
て磁場から守り、臨界電流値および臨界電流密度の低下
を防いでいる。超電導体電流リードに作用するローレン
ツ力を軽減して、歪みの発生を抑えている。
ド）を流れ、ｉ≒iNとなる。この時、磁気シールドはシ
ールド体として働き、超電導体電流リードをシールドし
て磁場から守り、臨界電流値および臨界電流密度の低下
を防いでいる。超電導体電流リードに作用するローレン
ツ力を軽減して、歪みの発生を抑えている。
一方、超電導体電流リードがクエンチを起こして一部
が常電導状態になった場合、超電導体電流リードの抵抗
R3は上昇し、接続抵抗RC1、RC2よりはるかに大きくな
る。RS1＝Rqとおくと、RC1≪RC2≪Rcとなる。そのため
通電電流ｉのほとんどがRS2（磁気シールド）を流れ、
ｉ≒iANとなる。この分流作用により、クエンチを起こ
した超電導体電流リードに流れる電流がごく少なくなる
ので、発熱に起因する焼損等から守られる。その後、冷
却されて再び超電導状態に復帰できれば、通電電流ｉは
超電導体電流リードを流れ、定常状態に回復できる。
が常電導状態になった場合、超電導体電流リードの抵抗
R3は上昇し、接続抵抗RC1、RC2よりはるかに大きくな
る。RS1＝Rqとおくと、RC1≪RC2≪Rcとなる。そのため
通電電流ｉのほとんどがRS2（磁気シールド）を流れ、
ｉ≒iANとなる。この分流作用により、クエンチを起こ
した超電導体電流リードに流れる電流がごく少なくなる
ので、発熱に起因する焼損等から守られる。その後、冷
却されて再び超電導状態に復帰できれば、通電電流ｉは
超電導体電流リードを流れ、定常状態に回復できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 前置審査 (56)参考文献 特開 平１−161810（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−127511（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−102997（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−84714（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01F 6/00
Claims (4)
- 【請求項１】酸化物超電導体からなる電流リードにおい
て、薄肉筒体形であって、電流リードの高温条件下で使
用される部分の肉厚を、低温条件下で使用される部分の
肉厚より薄くして、前記高温条件下で使用される部分の
断面の周囲長が、前記低温条件下で使用される部分の周
囲長よりも大きくしたことを特徴とする電流リード。 - 【請求項２】酸化物超電導体からなる電流リードにおい
て、薄肉筒体形の超電導体において、薄肉筒体形であっ
て、該筒体側面が一部欠損した断面形状としたことを特
徴とする電流リード。 - 【請求項３】酸化物超電導体からなる電流リードにおい
て、薄肉筒体形の超電導体において、薄肉筒体形であっ
て、該筒体側面の一部を常電導体としたことを特徴とす
る電流リード。 - 【請求項４】酸化物超電導体からなる電流リードにおい
て、酸化物超電導体磁気シールドで遮蔽したことを特徴
とする請求項１乃至３記載の電流リード。
Applications Claiming Priority (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16510591 | 1991-06-10 | ||
| JP19242891 | 1991-07-05 | ||
| JP28576291 | 1991-10-05 | ||
| JP3-165105 | 1991-10-05 | ||
| JP3-285762 | 1991-10-05 | ||
| JP3-192428 | 1991-10-05 | ||
| PCT/JP1992/000741 WO1992022915A1 (en) | 1991-06-10 | 1992-06-10 | Current lead of an oxide superconductor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3133329B2 true JP3133329B2 (ja) | 2001-02-05 |
Family
ID=27322431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04510798A Expired - Fee Related JP3133329B2 (ja) | 1991-06-10 | 1992-06-10 | 酸化物超電導体電流リード |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3133329B2 (ja) |
| WO (1) | WO1992022915A1 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6342672B1 (en) | 1994-02-14 | 2002-01-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Superconducting lead with recoverable and nonrecoverable insulation |
| US5742217A (en) * | 1995-12-27 | 1998-04-21 | American Superconductor Corporation | High temperature superconductor lead assembly |
| CN105957701B (zh) * | 2016-07-08 | 2018-12-25 | 福州大学 | 一种变线规无线电能传输磁耦合线圈设计方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54102997A (en) * | 1978-01-31 | 1979-08-13 | Toshiba Corp | Power lead device |
| JPH0782927B2 (ja) * | 1986-11-18 | 1995-09-06 | 株式会社東芝 | 低温装置用絶縁アンカ− |
| JPH01161810A (ja) * | 1987-12-18 | 1989-06-26 | Toshiba Corp | 超伝導装置用パワーリード |
-
1992
- 1992-06-10 JP JP04510798A patent/JP3133329B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1992-06-10 WO PCT/JP1992/000741 patent/WO1992022915A1/ja unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1992022915A1 (en) | 1992-12-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |