JP3257703B2 - パルス又は交流用電流リード及び前記電流リードにa15型化合物超電導撚線を接続する方法 - Google Patents

パルス又は交流用電流リード及び前記電流リードにa15型化合物超電導撚線を接続する方法

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  • Manufacturing Of Electrical Connectors (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液体He等で冷却した
A15型化合物超電導撚線にパルス又は交流電流を通電す
るのに適した電流リード、及び前記電流リードにA15型
化合物超電導撚線を接続する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】A15型化合物超電導線は、SMES発電
機、MHD発電機、磁気浮上列車、核融合炉、医療用M
RI、加速器用マグネット等の導体として使用されてお
り、このA15型化合物超電導線への電力は電流リードを
介して供給され、この電流リードには無垢のCu製棒材
が用いられていた。又前記電流リードとA15型化合物超
電導撚線との接続は、前記電流リードにA15型化合物超
電導撚線をそのまま巻き付け、半田付けしてなされてい
た。又A15型化合物超電導体は脆い為、これを線状体等
に加工するには、例えばCu−Sn合金(ブロンズ)製
管内にNb製棒材を充填して複合ビレットとなし、この
複合ビレットを延伸加工して複合線材となしたのち、こ
の複合線材の多数本をCu製パイプ内に充填して再び延
伸加工を施し、次いでこの延伸加工材に所定の熱処理を
施して、延伸加工材中のNbフィラメントにブロンズ中
のSnを拡散させて、最後に前記NbとSnを反応させ
てNb3 Sn化合物超電導体相を生成させるブロンズ法
が多用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前述のような、電流リ
ードに無垢のCu製棒材を用い、この電流リードにA15
型化合物超電導撚線をそのまま巻き付け、半田付けする
接続方法では、これにパルス又は交流電流を通電する
と、A15型化合物超電導撚線を冷却する液体Heの蒸発
量が増大するという問題があった。
【0004】
【課題を解決する為の手段】本発明は、かかる状況に鑑
み鋭意研究を行ない、パルス又は交流電流を通電する際
にA15型化合物超電導撚線を冷却する液体Heの蒸発量
が増大する原因が、電流リードにおける渦電流損失、
電流リードとA15型化合物超電導撚線との間の電流伝
播不良、A15型化合物超電導撚線の臨界電流値(J
c)の低下、の3点にあることを知見し、更に研究を重
ねて本発明を完成するに至ったものである。 即ち、請
求項1の発明は、X元素(但し、XはSn,Ga,A
l,Geの内の少なくとも1種の元素。)を含有又は被
覆した金属製棒材に、複数本のCu細線をバリア金属層
を介在させて複合したことを特徴とするパルス又は交流
用電流リードである。
【0005】この電流リードには、A15型化合物超電導
撚線が次に記す請求項2の方法により接続される。即
ち、請求項2の発明は、Nbフィラメントを多数本Cu
−X合金(但し、XはSn,Ga,Al,Geの内の少
なくとも1種の元素。)製棒材中に埋込んだA15型化合
物超電導線材を所要本数撚り合わせた撚線の端部をほぐ
し、このA15型化合物超電導線材の1本づつを請求項1
記載の電流リードの外周に寄り付け、この電流リードに
寄り付けたA15型化合物超電導線材に所定の熱処理を施
して前記NbフィラメントとCu−X合金中のX元素を
Nb3 X超電導体相に反応させて、前記A15型化合物超
電導線材をA15型化合物超電導線となし、しかるのち前
記A15型化合物超電導線を前記電流リードに半田付けす
ることを特徴とするものである。
【0006】以下に請求項1の発明の電流リードを図を
参照して具体的に説明する。図1イ,ロは、この発明の
電流リードの態様例を示す断面図である。図1イに示し
た電流リード1はCu−X合金(但し、XはSn,G
a,Al,Geの内の少なくとも1種の元素。)製棒材
2中にCu細線3を外周にバリア金属層4を介在させて
多数本複合したものである。又図1ロに示した電流リー
ド1は、銅製棒材5の外周にX元素金属の被覆層6を形
成したものである。これらの電流リード1では、電流は
主にCu細線3中を流れる。パルス又は交流電流通電時
の渦電流損失は導体の半径の二乗に比例して増加するの
で、このように電流リード1を多数本のCu細線3に分
割して構成することにより渦電流損失を低減できる。
【0007】請求項2の発明において、A15型化合物超
電導撚線を、熱処理前のA15型化合物超電導線材の状
態、つまり多数本のNbフィラメントがブロンズマトリ
クスに埋込まれた状態で電流リードに寄り付ける理由
は、熱処理後のNb3 Sn超電導体相は脆く、寄り付け
時に亀裂が入る為である。
【0008】請求項1の発明において、Cu細線を複合
する金属製棒材に、X元素(但し、XはSn,Ga,A
l,Geの内の少なくとも1種の元素。)を含有又は被
覆した金属製棒材を用いる理由は、A15型化合物超電導
線材を寄り付けて熱処理を施す際に、寄り付けたA15型
化合物超電導線材外周のCu−X合金層のX元素が電流
リードに喰われるのを防止する為である。又Cu細線と
金属製棒材との間にバリア金属層を介在させた理由は、
金属製棒材に含有又は被覆されたX元素が熱処理の際に
拡散してCu細線と反応するのを防止する為である。こ
のバリア金属にはCuと非反応性で、融点の高いNbや
Ta等の金属材が用いられる。Cu細線を複合した金属
製棒材にX元素(但し、XはSn,Ga,Al,Geの
内の少なくとも1種の元素。)を含有させるには合金化
が一般的であるが、X元素材を表面近傍に埋込み内蔵す
る方法も適用し得る。又X元素金属層を被覆するには、
メッキ等の任意の方法が用いられる。
【0009】次に、請求項2の発明を図を参照して具体
的に説明する。図2イ,ロは請求項1の電流リードにA
15型化合物超電導撚線を接続する方法の態様例を示す工
程説明図である。多数本のNbフィラメント7がブロン
ズマトリクス8中に埋込まれたNb3 Sn超電導線材9
を撚り合わせた撚線の端部をほぐし(図2イ)、ほぐさ
れた線材の1本1本を電流リード1の外周に寄り付かせ
る(図2ロ)。次にこれを所定温度で熱処理してNb3
Sn超電導体相を生成させてNb3 Sn超電導線とな
し、しかるのち双方を半田付けする。請求項2の発明に
おいて、所定の熱処理を施すことにより生成するNb3
X超電導体相とは、Nb3 Sn,Nb3 Ga,Nb3
l,Nb3 Ge,Nb3 (AlGe)等の化合物であ
る。
【0010】
【作用】本発明の電流リードは、金属製棒材中に多数本
のCu細線を複合したものなので渦電流損失が小さい。
又前記電流リードにA15型化合物超電導撚線を端部をほ
ぐして超電導線の1本1本を寄り付け半田付けしたの
で、電流伝播が良好になされる。超電導線の寄り付けを
熱処理前の超電導線材の状態で行うので、超電導線に亀
裂等が入らない。又電流リードにX元素を含有又は被覆
してあるので、熱処理時に超電導線材中のX元素が電流
リードに喰われることがない。又電流リード中のCu細
線は金属製棒材中にバリア金属層を介在させて複合され
ているのでX元素が拡散して銅細線が合金化するような
ことがない。
【0011】
【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。 実施例1 Nb3 Sn超電導撚線の両端に図1イに示した構造の電
流リードを夫々接続した。図1イの電流リードは20mmφ
のCu−14.3%Sn合金(ブロンズ)製棒材中に0.2 mm
φのCu細線をTa金属層を介在させて 200本複合した
ものである。Nb3 Sn超電導撚線は、0.15mmφのNb
3 Sn超電導線材( 0.5umφのNbフィラメントをブロ
ンズマトリクス中に多数本埋込んだ線材、ブロンズ比
6。)を6本、SUS線の回りに撚り合わせたもので、
この撚線の両端をほぐし、各々のNb3 Sn超電導線材
を1本宛電流リードに等間隔に寄り付かせ、この上から
SUS線を巻いて仮止めした。次いで、前記端部を電流
リードに寄り付かせたNb3 Sn超電導線材に 600℃×
10時間の熱処理を施してNbフィラメントにブロンズ中
のSnを熱拡散させて両者を反応させ、前記Nb3 Sn
超電導線材をNb3 Sn超電導線となした。しかるの
ち、SUS線を取り除き、各々のNb3 Sn超電導線を
電流リードに半田付けした。
【0012】実施例2 実施例1において、電流リードに図1ロに示した構造の
電流リードを用いた他は、実施例1と同じ方法により、
Nb3 Sn超電導撚線の両端に電流リードを夫々接続し
た。前記電流リードは、Snを0.1 mm厚さメッキした20
mmφのCu製棒材中に0.2 mmφのCu細線を外周にTa
金属層を介在させて 200本複合したものである。
【0013】比較例1 電流リードに、表面にSnを0.1 mm厚さメッキした20mm
φの無垢のCu製棒材を用いた他は、実施例1と同じ方
法によりNb3 Sn超電導撚線の両端に電流リードを夫
々接続した。 比較例2 電流リードに、20mmφの無垢のCu製棒材を用いた他
は、実施例1と同じ方法によりNb3 Sn超電導撚線の
両端に電流リードを夫々接続した。 比較例3 実施例1においてCu−X合金中にCu細線を直接複合
した他は、実施例1と同じ方法によりNb3 Sn超電導
撚線の両端に電流リードを夫々接続した。 比較例4 実施例1において、Nb3 Sn超電導線材の撚線をその
まま電流リードに寄り付けた他は、実施例1と同じ方法
によりNb3 Sn超電導撚線の両端に電流リードを夫々
接続した。 このようにして得られた、両端に電流リードを接続した
Nb3 Sn超電導撚線(長さ 500mm)を液体He中に浸
漬して20Hz の交流電流を外部電源から100A通電
して液体Heの蒸発量を測定した。又電流リードとNb
3 Sn超電導線の接触部位をSEM観察してNbフィラ
メントのNb3 Sn超電導体相への反応率を調べた。結
果を表1に示した。
【0014】
【表1】
【0015】表1より明らかなように、本発明例品(No
1,2)は、いずれも液体Heの蒸発損失量が少なかっ
た。又接続部位のNbフィラメントは全てNb3 Sn超
電導体相に反応しているのがSEMにより観察された。
これに対し比較例品のNo3は電流リードが無垢のCu製
棒状体で渦電流損失が大きかった為、又No4は更に電流
リードにSnがメッキされておらず超電導線材のブロン
ズマトリクス中のSnが電流リードに喰われてJcが低
下した為、又No5は電流リード中のCu細線の周囲にバ
リア金属層が配置されていなかった為Cu細線が合金化
した為、又No6はNb3 Sn超電導撚線をそのまま寄り
付けた為電流伝播が十分になされず、いずれも液体He
の蒸発量が増大した。
【0016】
【効果】以上述べたように、本発明の電流リードは、交
流損失が小さい為、パルス又は交流電流を小さい渦電流
損失で通電でき、又本発明の接続方法によれば、前記電
流リードとA15型化合物超電導撚線とを低抵抗下で接続
でき、依ってA15型化合物超電導撚線を冷却する液体H
eの使用量が節約され、工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電流リードの態様を示す断面図であ
る。
【図2】本発明の電流リードにA15型化合物超電導撚線
を接続する方法の態様を示す工程説明図である。
【符号の説明】
1 電流リード 2 Cu−X合金製棒材 3 Cu細線 4 バリア金属層 5 Cu製棒材 6 X元素金属の被覆層 7 Nbフィラメント 8 ブロンズマトリクス 9 Nb3 Sn超電導線材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−86806(JP,A) 特開 平4−33272(JP,A) 特開 平4−188681(JP,A) 特開 平5−145125(JP,A) 特開 平4−359408(JP,A) 特開 平4−315703(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01R 4/68 ZAA H01R 43/02 ZAA H01B 12/08 ZAA

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 X元素(但し、XはSn,Ga,Al,
    Geの内の少なくとも1種の元素。)を含有又は被覆し
    た金属製棒材に、複数本のCu細線をバリア金属層を介
    在させて複合したことを特徴とするパルス又は交流用電
    流リード。
  2. 【請求項2】 Nbフィラメントを多数本Cu−X合金
    (但し、XはSn,Ga,Al,Geの内の少なくとも
    1種の元素。)製棒材中に埋込んだA15型化合物超電導
    線材を所要本数撚り合わせた撚線の端部をほぐし、この
    A15型化合物超電導線材の1本づつを請求項1記載の電
    流リードの外周に寄り付け、この電流リードに寄り付け
    たA15型化合物超電導線材に所定の熱処理を施して前記
    NbフィラメントとCu−X合金中のX元素をNb3
    超電導体相に反応させて、前記A15型化合物超電導線材
    をA15型化合物超電導線となし、しかるのち前記A15型
    化合物超電導線を前記電流リードに半田付けすることを
    特徴とする電流リードにA15型化合物超電導撚線を接続
    する方法。
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