JP3330267B2 - Superconducting connection structure - Google Patents

Superconducting connection structure

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JP3330267B2
JP3330267B2 JP29293495A JP29293495A JP3330267B2 JP 3330267 B2 JP3330267 B2 JP 3330267B2 JP 29293495 A JP29293495 A JP 29293495A JP 29293495 A JP29293495 A JP 29293495A JP 3330267 B2 JP3330267 B2 JP 3330267B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、金属系超電導線材
または酸化物超電導線材を、低融点合金を介在させつつ
超電導接続する構造に関するものであり、特に超電導マ
グネットに適した場合に、該マグネットにおける中心磁
界減衰を発生しない様にした超電導接続構造に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure for superconducting connection of a metal superconducting wire or an oxide superconducting wire with a low melting point alloy interposed therebetween. The present invention relates to a superconducting connection structure in which central magnetic field attenuation is not generated.

【0002】[0002]

【従来の技術】超電導現象は、抵抗ゼロで大電流を流し
得るという特徴を活かして、大電流送電や強磁場発生機
器等などの各方面での利用が広がりつつある。特に高分
解能NMR分析装置に用いられる超電導マグネットで
は、大電流誘電による強磁場発生と抵抗ゼロを利用した
永久電流運転を行なうものであり、超電導現象を利用す
ることで初めて実現可能な応用の典型である。
2. Description of the Related Art The superconductivity phenomenon has been widely used in various fields such as large current transmission and high magnetic field generation equipment, taking advantage of the feature that a large current can flow with zero resistance. In particular, superconducting magnets used in high-resolution NMR analyzers generate a strong magnetic field due to high-current dielectric and perform permanent current operation using zero resistance. This is a typical application that can be realized for the first time by using superconductivity. is there.

【0003】従来、超電導マグネットの素材となる超電
導線材としては、NbTi,Nb3Sn,Nb3 Al等
の金属系超電導線材が知られており、これらの金属系超
電導線材は、MRI医療診断装置、高分解能NMR装置
等の様に、高精度安定磁場が要求される各種機器に応用
されてきた。これらの場合、前述の特徴を有効に活用す
るには、装置に用いられる超電導線材同士を超電導状態
を維持しつつ接続することによって、ループ状に永久電
流が流れる様に構成されている。また近年では、酸化物
系超伝導体線材によって超電導マグネットを構成する技
術も試みられている。これらの超電導マグネットを永久
電流モードで動作させためには、金属系超電導線材同士
または酸化物系超電導線材同士、或は金属系超電導線材
と酸化物系超電導線材とを、超電導状態で接続すること
が必要になる。
Conventionally, metal superconducting wires such as NbTi, Nb 3 Sn, and Nb 3 Al have been known as superconducting wires used as materials for superconducting magnets. These metal superconducting wires are used in MRI medical diagnostic devices, It has been applied to various devices that require a high-precision stable magnetic field, such as a high-resolution NMR apparatus. In these cases, in order to effectively utilize the above-described features, the superconducting wires used in the device are connected to each other while maintaining the superconducting state, so that a permanent current flows in a loop. In recent years, a technique for forming a superconducting magnet using an oxide-based superconductor wire has also been attempted. In order to operate these superconducting magnets in the permanent current mode, it is necessary to connect metal superconducting wires or oxide superconducting wires, or connect a metal superconducting wire and an oxide superconducting wire in a superconducting state. Will be needed.

【0004】ところで、金属系超電導線材および酸化物
系超電導線材のいずれにしても、臨界電流密度を高める
という観点から、線材内部に多数のフィラメント群を内
包した様に構成されのが一般的であるが、これらの線材
同士を接続する方法としては、下記の2種類の方法に大
別できる。即ち、(1)接続する超電導線材のフィラメ
ントとフィラメントを溶接等の技術によって直接的に接
続する方法と、(2)接続する超電導線材のフィラメン
トとフィラメントを、第3の超電導材料を介在させて間
接的に接続する方法である。
[0004] Regardless of the metal-based superconducting wire and the oxide-based superconducting wire, from the viewpoint of increasing the critical current density, the wire is generally configured to include a large number of filament groups inside the wire. However, methods for connecting these wires can be roughly classified into the following two methods. That is, (1) a method of directly connecting the filament of the superconducting wire to be connected to the filament by a technique such as welding; It is a method of making a connection.

【0005】前者の方法は、完全な接続を目標とするも
のであるが、接続の成功例は少なく、また接続部が脆く
なる等の欠点がある。とりわけ、被接続線材が酸化物系
超電導線材であったり、Nb3 Snの様な金属系超電導
線材であったりして、脆い材料の場合には、この方法は
実施できない。
The former method aims at perfect connection, but has few successes in connection and has drawbacks such as brittle connection parts. In particular, this method cannot be performed when the connected wire is a brittle material such as an oxide-based superconducting wire or a metal-based superconducting wire such as Nb 3 Sn.

【0006】後者の方法は、例えば特開平6−2957
53号に開示されている様に、Pb等を主成分とした低
融点合金を介在させることによって、手軽に短時間で接
続できるという利点があるものの、臨界電流値が低くな
るという欠点がある。これは、低融点合金の臨界電流密
度が、金属系超電導体の1種であるNbTiのそれの1
/100程度と極めて低いからである。そのために、超
電導線材のフィラメントと他の超電導線材のフィラメン
トとを、フィラメントの断面積と同じ面積で低融点合金
を接触させて電流を仲介させた場合には、低融点合金部
が律則となり、臨界電流密度が制限されることになる。
そこで、こうした不都合を回避するという観点から、露
出させるフィラメント群の長さをできるだけ長くして、
フィラメントと低融点合金との接触面積をできるだけ大
きくなる様にして、臨界電流密度を向上させるのが一般
的である。
The latter method is disclosed, for example, in JP-A-6-2957.
As disclosed in Japanese Patent No. 53, there is an advantage that the connection can be made easily and in a short time by interposing a low melting point alloy containing Pb or the like as a main component, but there is a disadvantage that the critical current value is lowered. This is because the critical current density of the low melting point alloy is one of that of NbTi, which is a kind of metallic superconductor.
This is because it is extremely low at about / 100. Therefore, when a superconducting wire filament and another superconducting wire filament are brought into contact with a low-melting alloy in the same area as the cross-sectional area of the filament to mediate current, the low-melting alloy portion becomes a rule, The critical current density will be limited.
Therefore, from the viewpoint of avoiding such inconvenience, the length of the exposed filament group is made as long as possible,
In general, the critical current density is improved by increasing the contact area between the filament and the low melting point alloy as much as possible.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】超電導マグネットを永
久電流モードで運転する場合には、マグネットの中心磁
界減衰(以下、「ドリフト」と呼ぶことがある)が発生
するという問題がある。これは、超電マグネットと超電
導線材で構成される閉回路に流れる電流が、様々な要因
によって減衰してしまうことから生じるものである。こ
うした要因の一つとしては、超電導線材内部の輸送電流
分布の不均一さが挙げられる。この輸送電流分布の不均
一は、超電導線材への直流通電の際に発生する。即ち、
直流通電を行なうと、超電導線材自体が発生する磁界に
より、輸送電流がフィラメント群の外側のみに流れて、
中心部付近には流れないのである。こうした現象を、一
般に自己磁界効果と呼んでいる。この現象が発生したま
ま、永久電流モードにすると、輸送電流が一様化するの
で、磁束クリープを伴う輸送電流分布の一様化が進み、
前記した様なドリフトを引き起こすことになる。
When the superconducting magnet is operated in the permanent current mode, there is a problem that the central magnetic field of the magnet is attenuated (hereinafter sometimes referred to as "drift"). This is due to the fact that the current flowing in the closed circuit composed of the superconducting magnet and the superconducting wire is attenuated by various factors. One of such factors is the non-uniformity of the transport current distribution inside the superconducting wire. The non-uniformity of the transport current distribution occurs when direct current is applied to the superconducting wire. That is,
When direct current is applied, the transport current flows only outside the filament group due to the magnetic field generated by the superconducting wire itself,
It does not flow near the center. Such a phenomenon is generally called a self-magnetic field effect. When the permanent current mode is set while this phenomenon is occurring, the transport current becomes uniform, so the transport current distribution accompanied by magnetic flux creep progresses,
This causes the drift as described above.

【0008】超電導マグネットを永久電流モードで運転
する場合には、ドリフトに対しては、超電導接続の性能
の良否が極めて重要なポイントになる。この超電導接続
の性能を決定する因子は、超電導接続部分の抵抗もさる
ことながら、超電導接続において超電導フィラメント群
に流れ込む輸送電流分布の均一性も重要な因子になる。
[0008] When the superconducting magnet is operated in the permanent current mode, the quality of the superconducting connection is extremely important for the drift. The factor that determines the performance of the superconducting connection is not only the resistance of the superconducting connection part, but also the uniformity of the distribution of the transport current flowing into the superconducting filament group in the superconducting connection.

【0009】低融点合金を用いて、例えばNb3 Snを
超電導接続した場合には、接続領域内で露出したフィラ
メント群の内部にあるフィラメントに電流が全く流れ
ず、フィラメント群外部にあるフィラメントに殆どの電
流が流れ込むことになる。こうした現象に対しては、超
電導接続部付近では、外部磁場が小さいために、フィラ
メントの臨界電流密度が大きくなり、フィラメント群外
部のフィラメントだけによる通電だけで持ちこたえるこ
とができる。しかしながら、こうした状態のままでは前
に述べた自己磁界効果による電流分布不均一が、磁束ク
リープによって輸送電流分布の一様化の傾向へ進んだと
しても、接続部付近では輸送電流分布の一様化が進まな
いことになる。
In the case where Nb 3 Sn is superconductively connected using a low melting point alloy, for example, no current flows through the filaments inside the filaments exposed in the connection region, and almost no current flows through the filaments outside the filaments. Will flow in. In order to cope with such a phenomenon, the critical current density of the filament increases due to the small external magnetic field near the superconducting connection portion, and the filament can be sustained only by energizing only the filament outside the filament group. However, in such a state, even if the non-uniform current distribution due to the self-magnetic field effect described above has progressed toward a uniform transport current distribution due to magnetic flux creep, the uniformity of the transport current distribution near the connection part Will not progress.

【0010】上記の現象を防止するために、超電導接続
内部の電流分布の不均一を防ぐ工夫が様々なされてい
る。例えば、特開昭60−157167号には、お互い
に露出させたNbTiフィラメントを、1本1本撚り合
わせ、更にその上から低融点合金を含浸する技術が開示
されている。また特開平3−194874号には、超電
導フィラメントの露出長さに傾斜を付けて、双方の短い
線から順番に接合する提案されている。しかしながらこ
れらの方法は、いずれもNbTiフィラメントの様に加
工性の良好なフィラメントを想定してなされたものであ
り、Nb3 SnやNb3 Al、或は酸化物超電導体の様
に、堅くて脆いフィラメントに対しては適用できないと
いう欠点がある。
In order to prevent the above-mentioned phenomenon, various measures have been taken to prevent the current distribution inside the superconducting connection from becoming uneven. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-157167 discloses a technique in which NbTi filaments exposed to each other are twisted one by one and further impregnated with a low melting point alloy. Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-194874 proposes that the exposed length of the superconducting filament is inclined so that both short wires are joined in order. However, each of these methods is based on the assumption of a filament having good workability like NbTi filament, and is hard and brittle like Nb 3 Sn, Nb 3 Al, or oxide superconductor. It has the disadvantage that it cannot be applied to filaments.

【0011】本発明はこうした状況の下になされたもの
であって、その目的は、堅くて脆いフィラメントに対し
ても適用でき、超電導接続における超電導線材に流れ込
む輸送電流分布の均一化を図り、永久電流モードでの超
電導マグネットの運転に適用した場合に、電流減衰を効
果的に防止することのできる超電導接続構造を提供する
ことにある。
The present invention has been made under such a circumstance, and has an object to be applied to a hard and brittle filament, to achieve a uniform distribution of transport current flowing into a superconducting wire in a superconducting connection, An object of the present invention is to provide a superconducting connection structure capable of effectively preventing current attenuation when applied to the operation of a superconducting magnet in a current mode.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明とは、金属系超電導線材または酸化物超電導線材を
低融点金属を介在させつつ超電導接続する構造であっ
て、少なくともいずれか一方の被接続線材の端部の超電
導フィラメント群を露出させると共に、該超電導フィラ
メント群の外周側フィラメントの全部または一部が短く
なる様に山型に成形して接続したものである点に要旨を
有する超電導接続構造である。
The present invention, which has achieved the above object, has a structure in which a metallic superconducting wire or an oxide superconducting wire is superconductively connected with a low melting point metal interposed therebetween. In addition to exposing the superconducting filament group at the end of the connected wire rod, the superconducting filament group is formed and connected in a mountain shape so that all or a part of the outer peripheral filaments of the superconducting filament group are shortened. It is a superconducting connection structure.

【0013】上記の超電導接続構造においては、前記金
属系超電導線材が、Nb3 SnまたはNb3 Alからな
る超電導フィラメント群を内包したものであるときに、
本発明の効果が最も有効に発揮される。上記山型として
は、具体的には円錐型または角錐型の他、両刃型に形成
されたもの等が挙げられる。
In the above-described superconducting connection structure, when the metal-based superconducting wire includes a superconducting filament group made of Nb 3 Sn or Nb 3 Al,
The effects of the present invention are most effectively exhibited. Specific examples of the mountain shape include a cone shape and a pyramid shape, and a double-edge shape.

【0014】また前記金属系超電導線材が超電導フィラ
メント群外周に拡散バリヤー層を有しているものである
ときに、露出させる該超電導フィラメント群の端部を両
刃型の山型にする際に、両刃の2面が傾斜を付けた面と
する共に、残りの2面が拡散バリヤー層を残存させる様
にしても良い。さらに、本発明で用いる低融点合金とし
ては、Pb−Bi系合金やウッドメタルを好適に用いる
ことができる。
When the metal-based superconducting wire has a diffusion barrier layer on the outer periphery of the superconducting filament group, when the exposed end of the superconducting filament group is formed into a double-edged mountain shape, the double-edged type is used. The two surfaces may be inclined surfaces, and the remaining two surfaces may leave the diffusion barrier layer. Further, as the low melting point alloy used in the present invention, a Pb-Bi alloy or a wood metal can be suitably used.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明は上述の如く、金属系超電
導線材または酸化物超電導線材を、低融点合金を介在さ
せつつ超電導接続する構造であって、酸化物超電導線材
をも対象とするものであるが、以下では金属系超電導線
材を中心に説明を進める。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION As described above, the present invention relates to a superconducting structure in which a metal superconducting wire or an oxide superconducting wire is connected with a low melting point alloy interposed therebetween, and is also applicable to an oxide superconducting wire. However, the following mainly describes the metal-based superconducting wire.

【0016】本発明は上記の如く構成されるが、要する
に、良好な超電導接続を得るために、Nb3 SnやNb
3 Al等の脆いフィラメント群を露出する際に、その露
出されたフィラメント群の外周側フィラメントの全部ま
たは一部が短くなる様に山型に成形する様にすれば、従
来技術における様な問題を発生させることなく、良好な
超電導接続が達成できることを見い出し、本発明を完成
した。
The present invention is constructed as described above. In short, in order to obtain a good superconducting connection, Nb 3 Sn or Nb 3
3 When exposing a brittle filament group such as Al or the like, if the whole outer filament of the exposed filament group is formed into a mountain shape so that all or a part of the outer filament is shortened, the problem as in the prior art can be solved. It has been found that a good superconducting connection can be achieved without causing such a problem, and the present invention has been completed.

【0017】フィラメント群を山型に成形する際の具体
的な手順は、例えば下記の通りである。まずNb3 Sn
やNb3 Al等を生成する熱処理前の線材の端部を、樹
脂等の埋め込み材で埋め込み、角度を付けて研磨する。
このときフィラメント群は、外側のマトリックス材およ
び埋め込み材と共に研磨され、広い断面が露出する。次
に、更に埋め込み材で埋め込み、他の角度から研磨して
斜めの断面を出す。
A specific procedure for forming the filament group into a mountain shape is as follows, for example. First, Nb 3 Sn
An end portion of the wire before heat treatment for producing Nb 3 Al or the like is embedded with an embedding material such as a resin and polished at an angle.
At this time, the filament group is polished together with the outer matrix material and the embedding material, and a wide cross section is exposed. Next, it is further embedded with an embedding material and polished from another angle to obtain an oblique cross section.

【0018】例えば平角線においては、従来では図1
(a)の様に、フィラメント群がそのまま露出されてい
たのであるが、本発明の接続構造によれば、例えば外部
安定化銅(拡散バリヤー層)を外周側に埋設したタイプ
の線材の場合には、図1(b)に示す様に、短い側の辺
の拡散バリヤー層を残し、長い側の辺の2面を研磨して
フィラメント群の面(フィラメント面)を露出させて、
両刃型の山型とする。また拡散バリヤー層がない場合に
は、図1(c)に示す様に、フィラメント群の外周側フ
ィラメントの全部を短くし、4面ともフィラメント面に
なる様に研磨してフィラメント群を角錐型の山型にして
も良い。
For example, in the case of a flat wire, FIG.
As shown in (a), the filament group was exposed as it is. According to the connection structure of the present invention, for example, in the case of a wire rod of a type in which external stabilizing copper (diffusion barrier layer) is embedded on the outer peripheral side. As shown in FIG. 1 (b), leaving the diffusion barrier layer on the short side and polishing the two sides on the long side to expose the surface of the filament group (filament surface),
It is a double-edged mountain type. When there is no diffusion barrier layer, as shown in FIG. 1 (c), the entire outer peripheral filaments of the filament group are shortened, and the filament groups are polished so that all four planes are filament planes. It may be mountain-shaped.

【0019】一方、丸線の場合も同様にして、従来では
図2(a)の様に、フィラメント群がそのまま露出され
ていたのであるが、例えば図2(b)〜(d)に示す様
に、各種の形状に成形されて露出される。尚図2(b)
は、拡散バリヤー層を残して2面を研磨した場合、図2
(c)は、4面の全てを研磨して角錐型の山型にした場
合、図2(d)はフィラメント群を円錐状に研磨した場
合の夫々を示している。
On the other hand, similarly, in the case of the round wire, the filament group is conventionally exposed as shown in FIG. 2A, but as shown in FIGS. 2B to 2D, for example. Then, it is formed and exposed to various shapes. FIG. 2 (b)
FIG. 2 shows a case where two surfaces are polished while leaving a diffusion barrier layer.
FIG. 2C shows the case where all four surfaces are polished to form a pyramid-shaped mountain, and FIG. 2D shows the case where the filament group is polished in a conical shape.

【0020】上記の様にして露出させたフィラメント群
の端部を、生成熱処理を行なった後、例えば図3に示す
様に、ウッドメタル(Pb−Sn−Bi−Cd系合金)
等の低融点合金浴内に、他の線材端部と共に浸漬し、接
続を行なう。
After the end of the filament group exposed as described above is subjected to the formation heat treatment, for example, as shown in FIG. 3, wood metal (Pb-Sn-Bi-Cd-based alloy)
Immersed in a low melting point alloy bath together with the other wire ends, and connected.

【0021】本発明の超電導接続構造における原理につ
いて、更に詳細に説明する。ここで、フィラメント領域
が断面で2×1(mm)の外部安定化銅型Nb3 Sn線
材と、NbTi線材との超電導接続を想定する。そして
接続に用いた低融点合金は、1T(テスラ)での臨界電
流密度が5×106 A/m2 であるとする。また定格の
通電電流が250Aであるとする。更に、NbTiフィ
ラメントと低融点合金の接触面積は、Nb3 Snと低融
点合金の接触面積と比べて、十分に大きいものとする。
実際、NbTiフィラメントは、柔らかくて、ばらばら
に解すことが可能であるので、この様になる。そして露
出させたフィラメント群の長さを、50mmとすると、
前記図1(b)の様に加工した場合には、接触面積は約
200mm2 になる。
The principle of the superconducting connection structure of the present invention will be described in more detail. Here, a superconducting connection between an externally stabilized copper-type Nb 3 Sn wire having a filament region of 2 × 1 (mm) in cross section and an NbTi wire is assumed. The low melting point alloy used for the connection has a critical current density at 1 T (tesla) of 5 × 10 6 A / m 2 . It is also assumed that the rated current is 250 A. Further, the contact area between the NbTi filament and the low melting point alloy is sufficiently larger than the contact area between Nb 3 Sn and the low melting point alloy.
In fact, this is because NbTi filaments are soft and can be unraveled. If the length of the exposed filament group is 50 mm,
When processed as shown in FIG. 1B, the contact area becomes about 200 mm 2 .

【0022】本発明によれば、Nb3 SnやNb3 Al
等のフィラメントを山型に成形することによって、フィ
ラメント群中の各フィラメントは、中央部のものから外
周部のものまで均等の接触面積で低融点合金と接触する
ことになる。従って、断面を図4に示した線材の直線
(a)上での臨界電流密度Jcは、例えば図5のライン
(i)の様になる。このとき、超電導接続自体の臨界電
流値は、低融点合金の臨界電流密度と、Nb3 Snと低
融点合金の接触面積に制約されるので、前記図1(b)
における臨界電流値は1000Aとなる。
According to the present invention, Nb 3 Sn or Nb 3 Al
By forming such filaments into a mountain shape, each filament in the filament group comes into contact with the low melting point alloy with a uniform contact area from the central part to the peripheral part. Therefore, the critical current density Jc on the straight line (a) of the wire whose cross section is shown in FIG. 4 is, for example, as shown by the line (i) in FIG. At this time, the critical current value of the superconducting connection itself is limited by the critical current density of the low melting point alloy and the contact area between Nb 3 Sn and the low melting point alloy.
Is 1000 A.

【0023】一方、山形の加工を行なわない従来形状
[前記図1(a)]の場合には、フィラメント群の表面
積は、約300mm2 になる。よって、接続部全体の臨
界電流値は、1500Aとなる。しかしながら、Nb3
Snフィラメントの直径を5μmとすると、フィラメン
ト群の外周部(体積にすると約1.5%の領域)のフィ
ラメントにしか電流が流れ込まないことになる。従っ
て、前記図4の直線(a)における臨界電流密度は、図
5のライン(j)の様になる。
On the other hand, in the case of the conventional shape (FIG. 1A) in which the mountain-shaped processing is not performed, the surface area of the filament group is about 300 mm 2 . Therefore, the critical current value of the entire connection portion is 1500 A. However, Nb 3
Assuming that the diameter of the Sn filament is 5 μm, current flows only into the filament at the outer peripheral portion (a region of about 1.5% in volume) of the filament group. Accordingly, the critical current density in the straight line (a) in FIG. 4 is as shown in line (j) in FIG.

【0024】前述した様に、自己磁界効果による輸送電
流分布の不均一は、フラックスクリープにより、次第に
一様化される。しかし、従来の接続方法では、マグネッ
ト端部の輸送電流Jの分布が極めて不均一であるので、
例えば図6に示すの様に、マグネット端部からある長さ
までの間、輸送電流Jが中央部に流れ込む現象が発生す
る。これに対し、本発明の接続構造を採用した場合に
は、図7に示す様に、端部から一様化した輸送電流Jの
分布が得られる。尚図6および図7に示した点線矢印
は、超電導マグネット内における電流の流れを示したも
のであるが、その流れている部分については、超電導マ
グネットにおける螺旋状に巻回した超電導線材を直線に
延ばした状態を想定したものである。即ち、マグネット
端部は超電導接続に近い部分、マグネット中心は実際は
螺旋状に巻回してある部分を示している。
As described above, the unevenness of the transport current distribution due to the self-magnetic field effect is gradually made uniform by the flux creep. However, in the conventional connection method, the distribution of the transport current J at the end of the magnet is extremely uneven, so that
For example, as shown in FIG. 6, a phenomenon occurs in which the transport current J flows into the center from the end of the magnet to a certain length. On the other hand, when the connection structure of the present invention is employed, a uniform distribution of the transport current J is obtained from the end as shown in FIG. The dotted arrows shown in FIGS. 6 and 7 indicate the flow of current in the superconducting magnet, and the flowing portion of the superconducting magnet is a straight line formed by spirally winding the superconducting wire in the superconducting magnet. It is assumed that the state is extended. That is, the end of the magnet indicates a portion close to the superconducting connection, and the center of the magnet indicates a portion which is actually spirally wound.

【0025】従来の接続を採用した場合の、輸送電流の
中央部への流れ込みが起こる際の、マトリックスの常電
導抵抗値を計算してみると、下記の如くである。例えば
図8に超電導マグネットの模式図を、またその等価回路
を図9に示すが、この等価回路の電気抵抗Rは一般的に
下記(1)式の如く記載される。 R=ρ(l/S) …(1) 但し、ρ:マトリックスの電気抵抗率 l:抵抗を生じる導体の長さ S:抵抗を生じる導体の断面積
Calculation of the normal conduction resistance value of the matrix when the transport current flows into the central part when the conventional connection is adopted is as follows. For example, FIG. 8 shows a schematic diagram of a superconducting magnet, and FIG. 9 shows an equivalent circuit thereof. The electric resistance R of this equivalent circuit is generally described as in the following equation (1). R = ρ (l / S) (1) where ρ: electric resistivity of the matrix l: length of a conductor generating resistance S: cross-sectional area of a conductor generating resistance

【0026】前記図8に示した様に、超電導線材の断面
幅をw,超電導線材の断面高さをt,線材における流れ
込みが発生する領域の長さをdとし、且つ超電導線材の
マトリックスの占有率をλとすると、l=w/2,S=
d・t・λであるので、前記(1)式は、下記(2)式
の様に変形できる。 R=ρ{(w/2)/(d・t・λ)} …(2) ここで、流れ込みが起こる領域の長さd=1m,t=1
mm,w=2mmとすると、Rは下記の計算式によって
求められる。 R=(1.6×10-10 )×{(1×10-3)/(1×1×10-3×0.5)} =3.2×10-10 (Ω) 即ち、本発明の超電導接続構造においては、上記の電気
抵抗分をカットできることになる。
As shown in FIG. 8, the cross-sectional width of the superconducting wire is w, the cross-sectional height of the superconducting wire is t, the length of the region where the inflow occurs in the wire is d, and the matrix of the superconducting wire is occupied. If the ratio is λ, l = w / 2, S =
Since d · t · λ, the above equation (1) can be transformed into the following equation (2). R = ρ {(w / 2) / (d · t · λ)} (2) where d = 1 m, t = 1
Assuming that mm and w = 2 mm, R is obtained by the following formula. R = (1.6 × 10 −10 ) × {(1 × 10 −3 ) / (1 × 1 × 10 −3 × 0.5)} = 3.2 × 10 −10 (Ω) That is, the present invention In the superconducting connection structure described above, the above-described electric resistance can be cut.

【0027】ところで本発明で対象とする超電導線材
は、前述した様に金属系超電導線材に限らず酸化物系超
電導線材であっても良いが、このような酸化物超電導線
材としては、Bi系酸化物超電導線材、Y系酸化物超電
導線材等が挙げられる。また本発明で用いる低融点合金
としては、前記したウッドメタルの他に、Pb−Bi系
合金等が挙げられる。
The superconducting wire of the present invention is not limited to a metal-based superconducting wire as described above, but may be an oxide-based superconducting wire. Superconducting wire, Y-based oxide superconducting wire, and the like. Examples of the low melting point alloy used in the present invention include a Pb-Bi alloy in addition to the above-mentioned wood metal.

【0028】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはい
ずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the following examples do not limit the present invention, and any design change in the spirit of the present invention will be described. Included in the technical scope.

【0029】[0029]

【実施例】図10は、本発明の超電導接続を適用した超
電導マグネットシステムの回路図である。このとき、超
電導マグネットのインダクタンスは170H(ヘンリ
ー)である。また超電導線材は、「発明の実施の形態」
の項目で示したものを用いた。
FIG. 10 is a circuit diagram of a superconducting magnet system to which the superconducting connection of the present invention is applied. At this time, the inductance of the superconducting magnet is 170H (Henry). Further, the superconducting wire is described in "Embodiments of the Invention"
What was shown by the item of was used.

【0030】最初に永久電流スイッチ用ヒータ(PSC
ヒーター)をONし、電源から電流を供給した。そし
て、目標電流値の250Aに達したところで、PSCヒ
ーターのスイッチをOFFにした。線材内部の輸送電流
分布が落ち着いた後、NMR磁束計で超電導マグネット
の磁界減衰を測定した。
First, a heater for a permanent current switch (PSC)
The heater was turned on, and a current was supplied from a power supply. Then, when the current reached the target current value of 250 A, the switch of the PSC heater was turned off. After the transport current distribution inside the wire settled down, the magnetic field attenuation of the superconducting magnet was measured with an NMR magnetometer.

【0031】図10に示した超電導接続のNb3 Snの
部分に、従来の接続を用いた実験を(A)、上記した本
発明の超電導接続を用いた実験を(B)とする。また本
発明の実験(B)では、Nb3 Snの両端部を図1
(b)に示した形状に加工した。下記表1に、実験
(A),(B)の夫々の中心磁界減衰の測定結果を示
す。尚実験は、夫々3回づつ行なった。表1から明らか
な様に、本発明の超電導接続を用いたものでは、ドリフ
トを約40%削減できることがわかる。
An experiment using a conventional connection for the Nb 3 Sn portion of the superconducting connection shown in FIG. 10 is shown as (A), and an experiment using the above-described superconducting connection of the present invention is shown as (B). In the experiment (B) of the present invention, both ends of Nb 3 Sn are shown in FIG.
It processed into the shape shown to (b). Table 1 below shows the measurement results of the center magnetic field attenuation in each of the experiments (A) and (B). The experiment was performed three times each. As is evident from Table 1, the drift using the superconducting connection of the present invention can be reduced by about 40%.

【0032】[0032]

【表1】 [Table 1]

【0033】[0033]

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、従来の
超電導接続構造と比較して、永久電流モードの超電導マ
グネットの中心磁界減衰を大幅に削減することができ
た。NMR等の機器には、超電導接続が10〜20か所
使用されているのが一般的であるが、これらの超電導接
続の全てに本発明の超電導接続構造を採用すれば、その
特性の大幅な向上が期待できる。
As described above, according to the present invention, the central magnetic field attenuation of the superconducting magnet in the permanent current mode can be greatly reduced as compared with the conventional superconducting connection structure. In devices such as NMR, it is common that 10 to 20 superconducting connections are used, but if all of these superconducting connections employ the superconducting connection structure of the present invention, the characteristics thereof will be significant. Improvement can be expected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】超電導接続に用いる平角線の線材端部の各種形
状を示す概略説明図である。
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing various shapes of a wire end portion of a rectangular wire used for superconducting connection.

【図2】超電導接続に用いる丸線の線材端部の各種形状
を示す概略説明図である。
FIG. 2 is a schematic explanatory view showing various shapes of a wire end portion of a round wire used for superconducting connection.

【図3】本発明の超電導接続構造を示す縦断面図であ
る。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a superconducting connection structure of the present invention.

【図4】超電導線材の横断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a superconducting wire.

【図5】超電導線材の電流分布例を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a current distribution example of a superconducting wire.

【図6】両端が従来の接続構造で接続した超電導マグネ
ットの輸送電流分布を示す概略説明図である。
FIG. 6 is a schematic explanatory view showing a transport current distribution of a superconducting magnet whose both ends are connected by a conventional connection structure.

【図7】両端が本発明の接続構造で接続した超電導マグ
ネットの輸送電流分布を示す概略説明図である。
FIG. 7 is a schematic explanatory view showing a transport current distribution of a superconducting magnet whose both ends are connected by the connection structure of the present invention.

【図8】輸送電流の中央部への流れ込みが起こる際の、
マトリックスの常電導抵抗値を計算する為の超電導マグ
ネットの模式図である。
FIG. 8 shows a state in which a transport current flows into a central portion.
It is a schematic diagram of the superconducting magnet for calculating the normal conduction resistance value of a matrix.

【図9】図8に示した超電導マグネットの等価回路であ
る。
FIG. 9 is an equivalent circuit of the superconducting magnet shown in FIG.

【図10】本発明の超電導接続構造を適用した超電導マ
グネットシステムの回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram of a superconducting magnet system to which the superconducting connection structure of the present invention is applied.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 溝俣 洋一 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所 神戸総合技術研 究所内 (72)発明者 広瀬 量一 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所 神戸総合技術研 究所内 審査官 松縄 正登 (56)参考文献 特開 平3−194874(JP,A) 特開 昭59−18584(JP,A) 実開 昭60−187464(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01R 4/68 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yoichi Mizomata 1-5-5 Takatsukadai, Nishi-ku, Kobe City, Hyogo Prefecture Kobe Steel, Ltd. Kobe Research Institute (72) Inventor Ryuichi Hirose Kobe, Hyogo Prefecture 1-5-5 Takatsukadai, Nishi-ku, Kobe Examiner, Koto Steel Works, Ltd. Kobe Research Institute, Masato Matsunawa (56) References JP-A-3-194874 (JP, A) JP-A-59-18584 (JP, A) Japanese Utility Model 60-187464 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01R 4/68

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 金属系超電導線材または酸化物系超電導
線材を、低融点合金を介在させつつ超電導接続する構造
であって、 少なくともいずれか一方の被接続線材の端部の超電導フ
ィラメント群を露出させると共に、 該超電導フィラメント群の外周側フィラメントの全部ま
たは一部が短くなる様に山型に成形して露出させた端部
を、低融点合金浴内に浸漬して接続したものであること
を特徴とする超電導接続構造。
1. A superconducting connection between a metal-based superconducting wire and an oxide-based superconducting wire with a low-melting-point alloy interposed therebetween, wherein at least one of the superconducting filaments at the end of the connected wire is exposed. At the same time, an end portion formed and exposed in a mountain shape such that all or a part of the outer peripheral side filament of the superconducting filament group is shortened.
Immersed in a low-melting alloy bath and connected.
【請求項2】 前記金属系超電導線材が、Nb3Snま
たはNb3Alからなる超電導フィラメント群を内包し
たものである請求項1に記載の超電導接続構造。
2. The superconducting connection structure according to claim 1, wherein the metal superconducting wire includes a superconducting filament group made of Nb 3 Sn or Nb 3 Al.
【請求項3】 山型が円錐型または角錐型に形成された
ものである請求項1または2に記載の超電導接続構造。
3. The superconducting connection structure according to claim 1, wherein the mountain shape is formed in a conical shape or a pyramid shape.
【請求項4】 山型が両刃型に形成されたものである請
求項1または2に記載の超電導接続構造。
4. The superconducting connection structure according to claim 1, wherein the mountain shape is formed as a double-edge shape.
【請求項5】 前記金属系超電導線材が、超電導フィラ
メント群外周に拡散バリヤー層を有しているものである
ときに、露出させる該超電導フィラメント群の端部を山
型にする際に、両刃の2面が傾斜を付けた面とする共
に、残りの2面が拡散バリヤー層を残存させる様にした
ものである請求項4に記載の超電導接続構造。
5. When the metal-based superconducting wire has a diffusion barrier layer on the outer periphery of a superconducting filament group, when the end of the superconducting filament group to be exposed is formed into a mountain shape, a double-edged blade is used. 5. The superconducting connection structure according to claim 4, wherein the two surfaces are inclined surfaces, and the remaining two surfaces are left with a diffusion barrier layer.
【請求項6】6. 前記低融点合金が、Pb−Bi系合金でThe low melting point alloy is a Pb-Bi alloy
ある請求項1〜5のいずれかに記載の超電導接続構造。The superconducting connection structure according to any one of claims 1 to 5.
【請求項7】7. 前記低融点合金が、ウッドメタルであるThe low melting point alloy is wood metal
請求項1〜5のいずれかに記載の超電導接続構造。A superconducting connection structure according to claim 1.
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