JP3720854B2 - 超電導コイル - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は核融合、超電導エネルギー貯蔵等に用いられる超電導コイルに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
核融合、超電導エネルギー貯蔵装置は、大型の超電導コイルを用いることにより、装置自身の発生ロスを減らし、効率よくエネルギーを発生、または貯蔵するものである。従って、このような装置においては、安定で信頼性の高い超電導コイルを製作する必要がある。
【0003】
ところで、超電導コイルが大型化すると、コイルにかかる電磁力は強大なものとなるため、コイルを支持するにあたっては機械的な強度に十分耐えられるものが要求される。また、高精度の磁場を発生する必要のあるトカマク形、ヘリカル形、あるいはミラー形などの磁気閉じ込め形核融合装置では、単にコイルが電磁力に耐えるだけでなく、コイル通電中においてコイルの変形が小さくなるように十分な剛性をコイル自身に持たせるか、または強固な外部からの支持を行う必要がある。
【0004】
最近、コイル自身の剛性を高め、変位しにくいコイルを実現するために、金属製のコンジットの中に多数の細い超電導素線を収納し、コンジット内に超臨界ヘリウム等の冷媒を強制的に流す、強制冷却方式の導体が開発されており、その適用例が増えてきている。
【0005】
従来、強制冷却導体を使って超電導コイルを作る場合、コイルを2つの渦巻形に巻いたコイル(パンケーキコイルと呼ぶ)を重ねて巻き、「ダブルパンケーキコイル」とし、このダブルパンケーキコイルを単位として1つまたは複数個組合せて構成する方法が多くとられる。この場合、複数個のダブルパンケーキの口出し部の超電導導体どうしを接続し、この部分での超電導状態を保ったまま電流を流すことが必要となる。
【0006】
図9はかかる従来の超電導導体の接続部の一例を示すものである。
図9において、1は強制冷却形超電導導体のコンジットであり、この中に超電導素線2が収納されている。2つの超電導導体を接続する場合、これらの導体のコンジット1は、図示するように同一の方向に曲げられ、その中の超電導素線2を一定の長さだけコンジット1から引出している。そして、超電導素線どうしは数本ずつ互いに組合せて接続する。この場合、超電導素線どうしの接続は、超音波接合、または拡散接合などの方法がとられる。
【0007】
図9に示す例では超音波接合の場合であり、導体押さえ5は超音波接合のとき使用され、この導体押さえ5部分で超電導素線2に流れる電流が一方の超電導素線2からもう一方の超電導導体へ渡っていく。また、超電導素線どうしの接続部の周囲を容器4で覆い、必要によってはその中を半田で満たして固定することも行われる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
実用形の超電導コイルでは、導体どうしの接続部をできるだけコンパクトに作り、不要なスペースを作らないようにすると共に、接続部によってできる誤差磁場をできる限り減らして磁場精度を高めることが重要となる。
【0009】
図9に示した接続部の例では導体どうしは互いに平行な状態であり、素線の引出し、相互の接続が比較的に容易である反面、接続部の占める空間が大きくなり、ここで発生する誤差磁場が問題となる。
【0010】
また、接続部のサイズを小さくするために、例えば図10に示すように導体の向きを変える部分をコンジット1から出して接続部の曲げ部分のスペースを縮小することが考えられるが、超電導素線2の最小曲げ半径の関係からスペースの節約にも限度がある。
【0011】
そこで、2つの超電導導体の接続時に、図11に示すように超電導素線2を互いに対向する方向に引出して接続する方法がある。図11において、図10と同一部品には同一符号を付して示してある。図11に示すような構成の場合には、2つの超電導導体から引出した超電導素線2の長さに余り余裕がなく、また超電導素線2どうしの接続時に超電導素線2の引出し位置を動かす必要がある。
【0012】
しかし、優れた超電導特性を持つNb3 Sn(ニオブ3スズ)製の超電導素線を用いる場合には、Nb3 Snとしての超電導特性を得るために必要な熱処理を行った後では、超電導素線がセラミック状となり、自由には曲げることができないため、曲げ半径に制限を生ずる。
【0013】
従って、Nb3 Snの強制冷却導体の接続部には、図9または図10に示すような非対向の方式にせざるを得なかった。
本発明は上記のような点を考慮し、超電導導体の接続部において、接続作業時の曲げ半径に制限のある超電導導体の素線どうしでも互いに対向する方向で接続できるようにして接続のためのスペースを低減し、且つ誤差磁場を減らすことができる超電導コイルを提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段により超電導コイルを構成する。
(1)本発明は、金属製のコンジット内に収納された複数の超電導素線からなる一対の超電導導体と、前記超電導導体の各々から引き出された前記超電導素線を複数本集めた先端部分を拡散接合によって角柱状に形成してそれぞれ構成され、且つ対向する方向のものどうしを2方向それぞれ互い違いに重ねて全体が直方体になるように半田付けまたは拡散接合により固定されることにより前記一対の超電導導体を電気的に接続する超電導接続部とを備える。
(2)本発明は、金属製のコンジット内に収納された複数の超電導素線からなる一対の超電導導体と、前記超電導導体の各々から引き出された前記超電導素線を複数本集めた先端部分を拡散接合によって角柱状にそれぞれ形成し、これら先端部どうしの間に設けられる超電導線からなる接続線を複数本集めた両端部分を拡散接合によって角柱状にそれぞれ形成して構成され、且つ前記接続線の両端部分と前記両超電導素線の先端部とを対向する方向のものどうしを2方向それぞれ互い違いに重ねて全体が直方体になるように半田付けまたは拡散接合により固定されることにより前記一対の超電導導体を電気的に接続する超電導接続部とを備える。
(3)本発明は、上記(1)の構成において、前記超電導素線を複数本集めて拡散接合によって角柱状に形成された先端部を互い違いに積上げて接続する部分に絶縁シートを挟んで複数個の先端部毎に絶縁する。
【0015】
【作用】
上記(1)のような構成の超電導コイルにあっては、2つの超電導導体の各々から引出した超電導素線を複数本それぞれ集めて構成された複数の超電導接続部を互いに積み重ねて接合されているので、超電導素線が例えばNB3Snのような導体であっても熱処理前に先端部の接続を行うことが可能となり、超電導素線の損傷を防止することができる。
【0016】
上記(2)のような構成の超電導コイルにあっては、一対の超電導導体を電気的に接続する複数の超電導接続部が別に用意した接続線により接続されるので、超電導素線の先端の引出し量を最小限に抑えることができる。
【0017】
上記(3)のような構成の超電導コイルにあっては、各超電導接続部の積み重ね相互間に絶縁シートを挟み込むことによって、外部磁場の変化時に超電導導体に発生する交流損失を低減することができる。
【0020】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図1は本発明による超電導コイルの第1の実施例における接続部を示す構成図であり、図2は図1のA−A線に沿う矢視断面図である。図1及び図2において、超電導素線2は複数本集めて束ね、その先端部分を拡散接合によって4角柱状に形成して接続部6を構成する。この接続部6は対向する方向のものどうしを互い違いに重ねてこれらを半田または拡散接合で固定し、電気的に接続する。
【0021】
この場合、4角柱状の接続部6は、超電導素線2が例えばNb3 Snのように熱処理により優れた超電導特性を得る種類の導体に対しては、熱処理を行う前に先端部の拡散接合による電気的な接続が行われる。
【0022】
従って、この先端部の形成は超電導線2が熱処理によって硬化する前に行うことができ、超電導素線2の損傷を防ぐことができる。
上述した第1の実施例においては、対向する超電導素線2どうしを超電導素線2の線上の1ケ所で接続するようにしたが、接続部6の先端がそれぞれ接続する場所に引出せない場合には、図3に示すような構成とすればよい。
【0023】
すなわち、図3は本発明の第2の実施例を示す構成図である。図3に示すように両方の超電導素線2の先端どうしの間に別の接続線7を設け、この接続線7の両端を前述同様に4角形状に形成することによって接続したい超電導素線2群の先端位置を接続のための引出し量を最小限とすることができる。
【0024】
この場合、超電導素線2の先端はこれまでに述べたと同様に4角柱状に成形されている。また、接続線7は超電導線を使用し、2つの対向する超電導素線2群の先端部どうしの間に介在させて両者を電気的に接続する。
【0025】
なお、上記第1の実施例及び第2の実施例では、超電導素線2の先端部を4角柱状に形成した例で説明したが、4角柱状以外でもよく、6角柱状とすればさらに接続部の断面積を減らすことが可能である。
【0026】
以上の第1及び第2の実施例では、超電導素線2の接続部どうしの全てを電気的に接続したが、外部磁場が変化するときに超電導導体に発生する交流損失を低減させる目的で、図4に示すようにこの接続部6に絶縁物8を挟むようにしてもよい。
【0027】
すなわち、図4は本発明の第3の実施例における超電導導体の接続部の断面図を示すものである。図4に示すように超電導素線2を複数本集めて角柱状の接続部を互い違いに積上げて接続する部分に絶縁シート8を挟んで複数個の接続部毎に絶縁することにより、この部分に発生する交流損失を低減することができる。
【0028】
また、第1及び第2の実施例では、超電導素線どうしの接続部を互い違いに組合せるようにしたので、この部分の断面積は一方の超電導素線が占める断面積の2倍となる。この様子を図5に示す。図5において、超電導素線2を複数個束ねた接続部どうしを組合せて積上げると、その部分の幅Aが片方の超電導線群の幅aの2倍になる。これは電気的な接続をもっぱら接続部の側面どうしを使って行っているためである。
【0029】
従って、超電導素線2の接続部を互いに超電導素線の方向にずらすことにより、接続部の断面積の増加を防止することができるが、超電導素線を切る位置を互い違いに変えるなど作業が複雑になるという欠点がある。
【0030】
そこで、接続部どうしを超電導素線2の対向する方向に差し込む形でつなげば、断面積が最低限となるようにすることが可能である。
すなわち、図6はかかる点を考慮した本発明の第4の実施例における超電導導体の接続部の構成を示すものである。図6に示すように、超電導素線2の先端部を互いに同心円状の嵌め合いとなっている一対の接続金具9及び10に拡散接合し、この接続金具9,10を超電導素線2どうしの接続部として構成する。
【0031】
このような構成とすれば、超電導線の接続部のスペースをより縮小し、且つ作業性を高めることができる。
図6においては、接続金具9,10の先端形状を同心円状としたが、超電導素線2どうしをこの接続金具9,10で接続する場合、接続金具9,10の中心どうしを合せる必要があるので、多少作業性が悪くなる。
【0032】
そこで、接続金具の形状を同心円状ではなく、一方向に平行な溝を持った嵌め合い構成とすれば、作業性をより高めることができる。
すなわち、図7はかかる点を考慮した本発明の第5の実施例における超電導導体の接続部を示し、図8に図7をC−C線に沿って矢印方向に見た接続部の構成を示すものである。図7に示すように、接続金具9及び10は互いに嵌め合い構成とし、その先端部形状は図8に示すように縦方向に平行にしたものである。
【0033】
従って、このような構成とすれば、超電導素線2を縮める方向に押す必要がないので、超電導素線2の変形を減らすことができる。
なお、これまでの各実施例では、ダブルパンケーキコイルでの各パンケーキコイル間の接続部をについて述べたが、超電導導体の素線どうしの接続部分に関して全て同様に適用することができる。
【0034】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、硬くて脆い性質を持つNb3 Sn等の超電導線どうしを不要な力をかけることなく、しかも小さいスペースで接続することができる超電導コイルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による超電導コイルの第1の実施例を示す構成図。
【図2】図1における接続部のA−A矢視断面図。
【図3】本発明による超電導コイルの第2の実施例を示す構成図。
【図4】本発明の第3の実施例における接続部の構成図。
【図5】第1及び第2の実施例における超電導導体が占める断面積についての説明図。
【図6】本発明による超電導コイルの第4の実施例を示す構成図。
【図7】従来の超電導コイルの接続部の第1の構成例を示す図。
【図8】図7における接続部をC−C線に沿って矢印方向から見た図。
【図9】従来の超電導コイルの第2の構成例を示す図。
【図10】従来の超電導コイルの第3の構成例を示す図。
【図11】従来の超電導コイルの第4の構成例を示す図。
【符号の説明】
1……コンジット、2……超電導素線、3……接続部容器、4……接続部カバー、5……接続部押さえ、6……接続部、7……接続線、8……絶縁シート、9、10……接続金具。
Claims (3)
- 金属製のコンジット内に収納された複数の超電導素線からなる一対の超電導導体と、
前記超電導導体の各々から引き出された前記超電導素線を複数本集めた先端部分を拡散接合によって角柱状に形成してそれぞれ構成され、且つ対向する方向のものどうしを2方向それぞれ互い違いに重ねて全体が直方体になるように半田付けまたは拡散接合により固定されることにより前記一対の超電導導体を電気的に接続する超電導接続部と、
を備えたことを特徴とする超電導コイル。 - 金属製のコンジット内に収納された複数の超電導素線からなる一対の超電導導体と、
前記超電導導体の各々から引き出された前記超電導素線を複数本集めた先端部分を拡散接合によって角柱状にそれぞれ形成し、これら先端部どうしの間に設けられる超電導線からなる接続線を複数本集めた両端部分を拡散接合によって角柱状にそれぞれ形成して構成され、且つ前記接続線の両端部分と前記両超電導素線の先端部とを対向する方向のものどうしを2方向それぞれ互い違いに重ねて全体が直方体になるように半田付けまたは拡散接合により固定されることにより前記一対の超電導導体を電気的に接続する超電導接続部と、
を備えたことを特徴とする超電導コイル。 - 請求項1記載の超電導コイルにおいて、
前記超電導素線を複数本集めて拡散接合によって角柱状に形成された先端部を互い違いに積上げて接続する部分に絶縁シートを挟んで複数個の先端部毎に絶縁することを特徴とする超電導コイル。
Priority Applications (1)
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JP19967293A JP3720854B2 (ja) | 1993-08-11 | 1993-08-11 | 超電導コイル |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP19967293A JP3720854B2 (ja) | 1993-08-11 | 1993-08-11 | 超電導コイル |
Publications (2)
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JPH0757929A JPH0757929A (ja) | 1995-03-03 |
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ID=16411705
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JP19967293A Expired - Lifetime JP3720854B2 (ja) | 1993-08-11 | 1993-08-11 | 超電導コイル |
Country Status (1)
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Families Citing this family (1)
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JP2013187405A (ja) * | 2012-03-08 | 2013-09-19 | Toshiba Corp | 超伝導マグネット装置の接続導体及び超伝導マグネット装置 |
-
1993
- 1993-08-11 JP JP19967293A patent/JP3720854B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH0757929A (ja) | 1995-03-03 |
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