JP3521612B2 - 超電導導体の接続構造 - Google Patents
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Description
材を集合してなる超電導導体の接続構造に関するもので
あり、特に、電力輸送、高エネルギ輸送、医療等の超電
導体が有効利用される分野において用いられる、超電導
導体の接続構造に関するものである。
る場合には、導体同士の接続が必要となる。ここで、複
数本の超電導線材を集合してなる超電導導体同士を半田
等でそのまま接続したのでは、接続抵抗が大きくなって
しまうという問題が生じる。
造については、従来より種々の検討が行なわれている。
の接続部の構造としては、「超電導・低温工学ハンドブ
ック」(オーム社、平成5年11月30日発行)p91
3〜914に示されるように、接続抵抗を小さくするた
めに、超電導フィラメント同士を直接に接続するという
方法があった。この接続方法によれば、接続抵抗が非常
に小さくなるため、たとえば医療等に用いられている核
磁気共鳴イメージング装置等への応用が可能になった。
は、特開平4−269471号公報に開示されるよう
に、金属被覆された超電導線材の超電導体同士を接続す
る方法や、特開平5−234626号公報に開示される
ように、超電導多芯線の超電導フィラメント同士を接続
する方法等があった。これらの方法によれば、接続抵抗
が抑えられ、永久電流接合が可能となった。
の従来の技術によれば、小さな接続抵抗が得られるもの
の、接続の際に高度な技術を必要とするという欠点があ
った。
26号公報に開示された方法の場合には、接合部分にお
いて、多芯線の被覆材を除去して超電導フィラメントを
露出させ、フィラメント同士を接続することが必要にな
るが、フィラメントの径は極めて細いため、作業が煩雑
で困難となることが予想される。また、特に多数のフィ
ラメントが埋込まれてなる多芯超電導線の場合には、そ
の各フィラメントごとに接合を行なうことは極めて困難
である。さらに、特に、酸化物超電導体の場合には、セ
ラミックスであるため可撓性に乏しく、フィラメントを
露出させる作業が特に困難となる。
超電導導体を、小さな接続抵抗で、かつ、高度な技術を
要さず簡便に接続することができる、超電導導体の接続
構造を提供することにある。
体の接続構造は、互いに接続される第1と第2の超電導
導体の各々が第1と第2の超電導線から構成され、第1
と第2の超電導線の各々は、超電導フィラメントを収容
するフィラメント集合体を含み、第1の超電導導体を構
成する第1の超電導線が第2の超電導導体を構成する第
1の超電導線に接合され、第1の超電導導体を構成する
第2の超電導線が第2の超電導導体を構成する第2の超
電導線に接合されていることを特徴としている。
導線を複数本集合してなる2本の超電導導体を、その末
端部において接続する際の、接続構造に関するものであ
る。
際には、断面の構造が同じ超電導導体同士を接続するこ
とになるが、本願発明によれば、第1の超電導導体を構
成する第1の超電導線が、第2の超電導導体を構成する
超電導線のうち、導体の断面において第1の超電導導体
の第1の超電導線と対応した位置にある第1の超電導線
とが接合される。同様に、第1の超電導導体を構成する
超電導線の各々が、第2の超電導導体を構成する対応し
た位置にある超電導線の各々と接合される。
おいて各超電導線ごとに分割した後、接合する超電導線
同士を一定の長さで重ね合わせて接合することができ
る。
超電導導体同士をそのまま接続した場合と比較して、接
続抵抗のより小さい接続構造が得られる。その上、本願
発明によれば、従来の技術のようにフィラメント同士を
接続する場合と比較して、接続に高度な技術を必要とし
ない。
を、小さな接続抵抗で、かつ、高度な技術を要さず簡便
に接続することができる。
第1の超電導線と第2の超電導導体を構成する第1の超
電導線とを接合してなる第1の接合体と、第1の超電導
導体を構成する第2の超電導線と第2の超電導導体を構
成する第2の超電導線とを接合してなる第2の接合体と
は、さらに接合されているとよい。
とにより、超電導導体の接続がより固定される。
成する第1の超電導線と第2の超電導導体を構成する第
1の超電導線とを接合してなる第1の接合体と、第1の
超電導導体を構成する第2の超電導線と第2の超電導導
体を構成する第2の超電導線とを接合してなる第2の接
合体とは、電気的に絶縁されていてもよい。
ることにより、接続抵抗がより低減される。
には、たとえば、テフロンテープ等の絶縁材料を接合体
間に挟む方法が用いられる。この場合には、少なくとも
2本の超電導線が重ね合わされてなる接合部分の長さと
同じ長さの絶縁材料を用いることが好ましく、接合部分
の長さ以上の絶縁材料を用いてもよい。
には、絶縁材料を接合体間に挟む方法の他に、テフロン
テープ等を各接合体の接合部分に巻付ける方法も用いら
れる。この場合にも、少なくとも接合部分の長さと同じ
長さの部分に絶縁材料を巻付けることが好ましく、接合
部分の長さ以上の絶縁材料を巻付けてもよい。
接合および接合体同士のさらなる接合は、たとえば、半
田を用いて電気的に接続することにより行なわれる。な
お、半田としては、たとえば、Pb−Sn等を用いるこ
とができる。
は、たとえば、金属被覆超電導線を用いることができ
る。このような金属被覆に用いられる材料としては、超
電導体と反応せず、かつ、加工が容易なものが好まし
く、具体的には、銀、金の他、金−銀合金、金−マンガ
ン合金または銀−アンチモン合金等の合金が用いられ
る。
び酸化物超電導導体のいずれの超電導導体の接続にも用
いられるが、特に、酸化物超電導導体を接続する場合に
は、前述のように、従来の方法では作業上の欠点が大き
いため、本発明の効果がより発揮される。
としては、たとえば、イットリウム系、ビスマス系また
はタリウム系酸化物超電導体が用いられるが、高い臨界
温度、高い電流密度、低い毒性および希土類元素が不必
要である点で、ビスマス系がより好ましい。
れず、交流用途の超電導導体を接続する際にも適用され
る。
0.41:2.01:2.18:3.02の組成を持つ
ように、酸化物または炭酸塩を混合し、熱処理により主
に2212相と非超電導相からなる粉末を調製した。こ
の粉末に対して、大気中800℃、2時間の脱ガス処理
を行なった。脱ガス処理した粉末を、外径12mm、内
径10mmの銀パイプに充填し、直径1.93mmまで
伸線加工した。伸線加工したもの61本を、外径21.
23mm、内径17.37mmの銀パイプに詰めた後、
伸線加工して外径1.4mmとした。この線を0.26
mmの厚みまで圧延加工した。
状多芯超電導線の横断面を模式的に示す図である。
線1は、銀からなる安定化材3中に、61本の酸化物超
電導体からなるフィラメント2が埋込まれた構造を有し
ている。
3.6mm、厚みは0.24mmであり、臨界電流は6
0A、臨界電流密度は30,000A/cm2 であっ
た。
積層してなる超電導導体を2本(A,B)準備し、以下
のような種々の方法により接続を行なった。
導体Bのそれぞれについて、末端から約40mmの部分
まで超電導線ごとに分割した。次に、超電導導体Aを構
成する超電導線と超電導導体Bを構成する超電導線と
を、それぞれ1本ずつ約30mm重ね合わせた状態で、
Pb−Snからなる半田を用いて電気的に接続した。
体の接続構造を模式的に示す縦断面図であり、3本の多
芯超電導線11a,21aおよび31aを集合してなる
超電導導体Aと、多芯超電導線11b,21bおよび3
1bを集合してなる超電導導体Bとの接続構造である。
超電導線11aと、超電導導体Bを構成する超電導線1
1bとが、その末端を30mm重ね合わせた状態で、半
田4により接合されていた。半田4は、厚さが約10μ
m〜100μmで、長さは接合部分の長さと同じ約30
mmであった。
21aと超電導導体Bを構成する超電導線21bおよび
超電導導体Aを構成する超電導線31aと超電導導体B
を構成する超電導線31bについても、約30mm重ね
合わせた状態で、半田4により接合されていた。
を接合してなる接合体と、超電導線21aと超電導線2
1bとを接合してなる接合体とを、さらに半田を用いて
接合した。同様に、超電導線21aと超電導線21bと
を接合してなる接合体と、超電導線31aと超電導線3
1bとを接合してなる接合体とについても、さらに半田
を用いて接合した。
体の接続構造を模式的に示す縦断面図である。
線11bとを接合してなる接合体と、超電導線21aと
超電導線21bとを接合してなる接合体とが、半田4に
よりさらに接合されていた。また、同様に、超電導線2
1aと超電導線21bとを接合してなる接合体と、超電
導線31aと超電導線31bとを接合してなる接合体と
についても、半田4によりさらに接合されていた。この
接合体同士をさらに接合する半田4も、厚さが約10μ
m〜100μmで、長さが約30mmであった。
体Aと超電導導体Bとについて、超電導線同士を接合し
た後、超電導線11aと超電導線11bとを接合してな
る接合体と、超電導線21aと超電導線21bとを接合
してなる接合体とを、テフロンテープを間に挟むことに
より、電気的に絶縁した。同様に、超電導線21aと2
1bとを接合してなる接合体と、超電導線31aと超電
導線31bとを接合してなる接合体についても、テフロ
ンテープを間に挟むことにより、電気的に絶縁した。
体の接続構造を模式的に示す縦断面図である。
線11bとを接合してなる接合体と、超電導線21aと
超電導線21bとを接合してなる接合体とが、テフロン
テープ5により電気的に絶縁されていた。また、同様
に、超電導線21aと超電導線21bとを接合してなる
接合体と、超電導線31aと超電導線31bとを接合し
てなる接合体とについても、テフロンテープ5により電
気的に絶縁されていた。このテフロンテープ5は、厚さ
が約50μmで、長さは接合部分の長さと同じく約30
mmであった。
は、テフロンテープ5は少なくとも接合部分と同じ長さ
であることが必要であるが、図5に示すように、接合部
分よりも長い長さのものが用いられてもよい。
を電気的に絶縁する方法としては、上述のように接合体
間にテフロンテープを挟む方法の他、接合体の接続部分
の周囲に、テフロンテープを巻付ける方法も考えられ
る。
ープを巻付けた際の超電導導体の接続構造を模式的に示
す縦断面図および横断面図である。
プ5は、接合体の全周にわたって巻付けられている。こ
のような構造によれば、さらに接続抵抗の低減が期待で
きる。
も、挟む場合と同様に、テフロンテープは少なくとも接
合部分と同じ長さにわたって巻付けられることが必要で
あり、接合部分よりも長い範囲にわたって巻付けられて
もよい。
超電導導体Bとを、導体ごと約30mm重ね合わせた状
態で、Pb−Snからなる半田を用いて電気的に接続し
た。
導体の接続構造を模式的に示す縦断面図である。
導線21aおよび超電導線31aとを集合してなる超電
導導体Aと、超電導線11b、超電導線21bおよび超
電導線31bとを集合してなる超電導導体Bとが、半田
4により一体的に接合されていた。
られた図3に示す実施例1の接続構造と、図4に示す実
施例2の接続構造と、図26に示す比較例1の接続構造
について、各構造ごとにそれぞれ3つのサンプルを用い
て接続抵抗の測定を行ない、その値を比較した。
続部分の両端から各10mmのところに端子を取付けて
直流電流を流し、端子間距離約50mmでの電流値およ
び電圧値を測定することにより算出した。
た比較例1と比較して、超電導線ごとに接続した実施例
1によれば、接続抵抗が低減していることがわかる。
施例2によれば、接続抵抗はさらに低減していることが
わかる。
明の単なる具体例にすぎず、本発明の技術的範囲を何ら
制限するものではない。すなわち、本発明の適用は、テ
ープ状多芯超電導線の3層積層導体の接続に限られるも
のではない。以下、他の構造を有する超電導導体への適
用例について、図を用いて説明する。
に示す横断面図である。図9〜図14は、図8に示す構
造を有する2本の超電導導体A,Bの接続構造を模式的
に示す横断面図である。
A,Bを接続する際には、たとえば、図9に示すよう
に、超電導導体Aを構成する超電導線11aと超電導導
体Bを構成する超電導線11bとを、テープ面同士が重
なり合うように半田4で接合し、同様に、超電導導体A
を構成する超電導線21aと超電導導体Bを構成する超
電導線21b、および超電導導体Aを構成する超電導線
31aと超電導導体Bを構成する超電導線31bについ
ても、同様に半田4で接合する方法が考えられる。
aと超電導線11bとを接合してなる接合体と、超電導
線21aと超電導線21bとを接合してなる接合体とを
さらに半田4で接合し、かつ、超電導線21aと超電導
線21bとを接合してなる接合体と、超電導線31aと
超電導線31bとを接合してなる接合体とについても、
同様に半田4で接合してもよい。
aと超電導線11bとを接合してなる接合体と、超電導
線21aと超電導線21bとを接合してなる接合体とを
絶縁テープ5を介して電気的に絶縁し、かつ、超電導線
21aと超電導線21bとを接合してなる接合体と、超
電導線31aと超電導線31bとを接合してなる接合体
とについても、同様に絶縁テープ5を介して電気的に絶
縁してもよい。
と一致し、図10に示す例は前述の図3に示す例と一致
し、さらに、図11に示す例は前述の図4または図5に
示す例と一致する。
導導体A,Bを接続する際には、たとえば、図12に示
すように、超電導導体Aを構成する超電導線11aと超
電導導体Bを構成する超電導線11bとを、テープ状線
材の側面同士が重なり合うように、半田4で接合し、同
様に、超電導導体Aを構成する超電導線21aと超電導
導体Bを構成する超電導線21b、および超電導導体A
を構成する超電導線31aと超電導導体Bを構成する超
電導線31bについても、同様に半田4で接合する方法
も考えられる。
aと超電導線11bとを接合してなる接合体と、超電導
線21aと超電導線21bとを接合してなる接合体とを
さらに半田4で接合し、かつ、超電導線21aと超電導
線21bとを接合してなる接合体と、超電導線31aと
超電導線31bとを接合してなる接合体とについても、
同様に半田4で接合してもよい。
aと超電導線11bとを接合してなる接合体と、超電導
線21aと超電導線21bとを接合してなる接合体とを
絶縁テープ5を介して電気的に絶縁し、かつ、超電導線
21aと超電導線21bとを接合してなる接合体と、超
電導線31aと超電導線31bとを接合してなる接合体
とについても、同様に絶縁テープ5を介して電気的に絶
縁してもよい。
造を模式的に示す横断面図である。図16〜図21は、
図15に示す構造を有する2本の超電導導体A,Bの接
続構造を模式的に示す横断面図である。
体A,Bを接続する際には、たとえば、図16に示すよ
うに、超電導導体Aを構成する超電導線11aと超電導
導体Bを構成する超電導線11bとを、テープ面同士が
重なり合うように半田4で接合し、同様に、超電導導体
Aを構成する超電導線21aと超電導導体Bを構成する
超電導線21b、および超電導導体Aを構成する超電導
線31aと、超電導導体Bを構成する超電導線31bに
ついても、同様に半田4で接合する方法が考えられる。
aと超電導線11bとを接合してなる接合体と、超電導
線21aと超電導線21bとを接合してなる接合体とを
さらに半田4で接合し、かつ、超電導線21aと超電導
線21bとを接合してなる接合体と、超電導線31aと
超電導線31bとを接合してなる接合体とについても、
同様に半田4で接合してもよい。
aと超電導線11bとを接合してなる接合体と、超電導
線21aと超電導線21bとを接合してなる接合体とを
さらに絶縁テープ5を介して電気的に絶縁し、かつ、超
電導線21aと超電導線21bとを接合してなる接合体
と、超電導線31aと超電導線31bとを接合してなる
接合体とについても、同様に絶縁テープ5を介して電気
的に絶縁してもよい。
電導導体A,Bを接続する際には、たとえば、図19に
示すように、超電導導体Aを構成する超電導線11aと
超電導導体Bを構成する超電導線11bとを、テープ状
線材の側面同士が重なり合うように、半田4で接合し、
同様に、超電導導体Aを構成する超電導線21aと超電
導導体Bを構成する超電導線21b、および超電導導体
Aを構成する超電導線31aと超電導導体Bを構成する
超電導線31bについても、同様に半田4で接合する方
法も考えられる。
aと超電導線11bとを接合してなる接合体と、超電導
線21aと超電導線21bとを接合してなる接合体とを
さらに半田4で接合し、かつ、超電導線21aと超電導
線21bとを接合してなる接合体と、超電導線31aと
超電導線31bとを接合してなる接合体とについても、
同様に半田4で接合してもよい。
aと超電導線11bとを接合してなる接合体と、超電導
線21aと超電導線21bとを接合してなる接合体とを
さらに絶縁テープ5を介して電気的に絶縁し、かつ、超
電導線21aと超電導線21bとを接合してなる接合体
と、超電導線31aと超電導線31bとを接合してなる
接合体とについても、同様に絶縁テープ5を介して電気
的に絶縁してもよい。
例の構造を模式的に示す横断面図である。
する2本の超電導導体A,Bの接続構造を模式的に示す
横断面図である。
体A,Bを接続する際には、たとえば、図23に示すよ
うに、超電導導体Aを構成する超電導線11aと超電導
導体Bを構成する超電導線11bとを、半田4で接合
し、同様に、超電導導体Aを構成する超電導線21aと
超電導導体Bを構成する超電導線21b、超電導導体A
を構成する超電導線31aと超電導導体Bを構成する超
電導線31b、超電導導体Aを構成する超電導線41a
と超電導導体Bを構成する超電導線41b、および超電
導導体Aを構成する超電導線51aと超電導導体Bを構
成する超電導線51bについても、同様に半田4で接合
する方法が考えられる。
aと11bとを接合してなる接合体と、超電導線31a
と超電導線31bとを接合してなる接合体とをさらに半
田4で接合し、かつ、超電導線21aと超電導線21b
とを接合してなる接合体と、超電導線31aと超電導線
31bとを接合してなる接合体とについても、同様に半
田4で接合し、かつ、超電導線41aと超電導線41b
とを接合してなる接合体と、超電導線31aと超電導線
31bとを接合してなる接合体とについても、同様に半
田4で接合し、かつ、超電導線51aと超電導線51b
とを接合してなる接合体と、超電導線31aと超電導線
31bとを接合してなる接合体とについても、同様に半
田4で接合してもよい。
aと11bとを接合してなる接合体の周囲に絶縁テープ
5を巻付けて他の接合体から電気的に絶縁し、かつ、超
電導線21aと超電導線21bとを接合してなる接合
体、超電導線31aと超電導線31bとを接合してなる
接合体と、超電導線41aと超電導線41bとを接合し
てなる接合体、および超電導線51aと超電導線51b
とを接合してなる接合体についても同様に、その周囲に
絶縁テープ5を巻付けて他の接合体から絶縁してもよ
い。
図である。
式的に示す縦断面図である。
模式的に示す縦断面図である。
の例を模式的に示す縦断面図である。
の例を模式的に示す縦断面図である。
の例を模式的に示す縦断面図である。
の例を模式的に示す横断面図である。
である。
続構造の一例を模式的に示す横断面図である。
接続構造の他の例を模式的に示す横断面図である。
接続構造のさらに他の例を模式的に示す横断面図であ
る。
接続構造のさらに他の例を模式的に示す横断面図であ
る。
接続構造のさらに他の例を模式的に示す横断面図であ
る。
接続構造のさらに他の例を模式的に示す横断面図であ
る。
断面図である。
の接続構造の一例を模式的に示す横断面図である。
の接続構造の他の例を模式的に示す横断面図である。
の接続構造のさらに他の例を模式的に示す横断面図であ
る。
の接続構造のさらに他の例を模式的に示す横断面図であ
る。
の接続構造のさらに他の例を模式的に示す横断面図であ
る。
の接続構造のさらに他の例を模式的に示す横断面図であ
る。
示す横断面図である。
の接続構造の一例を模式的に示す横断面図である。
の接続構造の他の例を模式的に示す横断面図である。
の接続構造のさらに他の例を模式的に示す横断面図であ
る。
模式的に示す縦断面図である。
1,31a,31b,41,41a,41b,51,5
1a,51b 超電導線 2 フィラメント 3 銀 4 半田 5 テフロンテープ なお、各図中同一符号は、同一または相当部分を示す。
Claims (8)
- 【請求項1】 互いに接続される第1と第2の超電導導
体の各々は、第1と第2の超電導線から構成され、 前記第1と第2の超電導線の各々は、超電導フィラメン
トを収容するフィラメント集合体を含み、 前記第1の超電導導体を構成する前記第1の超電導線
が、前記第2の超電導導体を構成する前記第1の超電導
線に接合され、 前記第1の超電導導体を構成する前記第2の超電導線
が、前記第2の超電導導体を構成する前記第2の超電導
線に接合されていることを特徴とする、超電導導体の接
続構造。 - 【請求項2】 前記第1の超電導導体を構成する前記第
1の超電導線と前記第2の超電導導体を構成する前記第
1の超電導線とを接合してなる第1の接合体と、前記第
1の超電導導体を構成する前記第2の超電導線と前記第
2の超電導導体を構成する前記第2の超電導線とを接合
してなる第2の接合体とが、さらに接合されていること
を特徴とする、請求項1記載の超電導導体の接続構造。 - 【請求項3】 前記第1の超電導導体を構成する前記第
1の超電導線と前記第2の超電導導体を構成する前記第
1の超電導線とを接合してなる第1の接合体と、前記第
1の超電導導体を構成する前記第2の超電導線と前記第
2の超電導導体を構成する前記第2の超電導線とを接合
してなる第2の接合体とが、電気的に絶縁されているこ
とを特徴とする、請求項1記載の超電導導体の接続構
造。 - 【請求項4】 前記接合は、半田により電気的に接続さ
れたものであることを特徴とする、請求項1〜3のいず
れかに記載の超電導導体の接続構造。 - 【請求項5】 前記超電導線は、金属被覆超電導線であ
ることを特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれかに
記載の超電導導体の接続構造。 - 【請求項6】 前記金属被覆超電導線の被覆材料は、
銀、金、銀合金および金合金からなる群から選ばれるい
ずれかの材料を含む、請求項5記載の超電導導体の接続
構造。 - 【請求項7】 前記超電導線は、酸化物超電導体からな
ることを特徴とする、請求項1〜請求項6のいずれかに
記載の超電導導体の接続構造。 - 【請求項8】 前記酸化物超電導体は、ビスマス系酸化
物超電導体を含む、請求項7記載の超電導導体の接続構
造。
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