JP3792132B2 - Electrode structure of oxide superconducting current lead - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍機冷却型超電導マグネットの超電導コイルに接続される酸化物超電導電流リードの電極構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、図4に示すような冷凍機冷却型超電導マグネットが提案されている。
【0003】
図4に示すような超電導マグネット50においては、真空容器51内にコイル巻枠52が配置され、コイル巻枠52には、所謂超伝導コイル53が巻かれている。コイル巻枠52の外周面には、外周冷却用銅ブロック54が装着され、外周冷却用銅ブロック54はコイル巻枠52とともに冷却ステージ55に装着されている。そして、この冷却ステージ55は、冷媒(例えば、ヘリウム)通路管部56に支持されている。
【0004】
さらに、冷却ステージ55には、一対の電極(以下、この電極を低温側電極と呼ぶ)57及び57が絶縁体(図示せず)を介して支持され、図示はしないが、これらの低温側電極57及び57はコイル53に夫々接続されている。冷却ステージ55の下側には、別の冷却ステージ58が冷媒通路管部56に支持されており、この冷却ステージ58には、一対の電極(以下、この電極を高温側電極と呼ぶ)59及び59が絶縁体(図示せず)を介して支持されている。夫々対応する低温側電極57と高温側電極59との間には、酸化物超電導電流リードバルク60が夫々装着されており、これらの低温側電極57、高温側電極59、及び電流リードバルク60によって超電導電流リード部が構成される。
【0005】
超電導コイル53は、冷却ステージ58の外周端に支持された熱シールド板61によって、覆われている。高温側電極59及び59には、銅製電流リード62が接続され(図5には、高温側電極59に接続された銅製電流リード62のみを示す)、この銅製電流リード62は、真空容器51外に引き出されている。なお、真空容器51の下側には、所謂GM冷凍機63が取り付けられ、この冷凍機63は冷媒通路管部56に連結されている。
【0006】
このような従来の冷凍機冷却型の酸化物超電導電流リードに通電するための電極として、図5及び図6に示すような高温及び低温側電極(銅キャップ)57,59を使用していた。
【0007】
図5は従来の酸化物超電導電流リードを示す部分側面断面図、図6(a)は図5の酸化物超電導リードの銅キャップを示す平面断面図、図6(b)は図6(a)の銅キャップの正面断面図、図6(c)は図6(b)の銅キャップの一側面図、図6(d)は図6(b)の銅キャップの他の側面図である。
【0008】
図5に示すように、中空円筒状の酸化物超電導電流リードバルク60の両端に銅キャップ57,59が装着され、符号65に示すように、半田付けされて固定されている。ここで、銅キャップ57と、59とは同様な形状を備えているので、ここでは,銅キャップ57についてのみ説明する。
【0009】
図6を参照すると、銅キャップ57は、円筒状の外筒部57bと、この外筒部57bの内部を通って一端側に圧入されて装着される内円筒部57cとを備えている。また、外円筒部57bの一端から軸方向外方に板状の接続部57dが設けられており、この接続部には、固定するためのねじ孔57a,57aが設けられている。
【0010】
酸化物超伝導電流リードバルク60の一端は、銅キャップ57の外円筒部57b,57cとの問に、挟み込まれ、半田付けによって接合固定される。
【0011】
この銅キャップ57,59は、液体窒素中(77K)において1000A通電したとき接続抵抗は、0.2μオーム以下となり、良好な値を示していた。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の銅キャップ電極を用いた電流リードを装置に組み入れた場合、熱収縮(最も低くなるところで約5K)あるいは振動等による外力が直接電流リードに加わり、電極部の接続抵抗が大きくなってしまったり、場合によっては電流リードが破損してしまうことがあった。
【0013】
したがって、外力を緩和するため、図7に示すように、酸化物超伝導電流リードバルク60の片側電極に銅網線66を用いるなどして、その先端部66aを装着してフレキシブルな構造を採用した事もあった。
【0014】
この従来の編電極では、外力緩和を図る事はできたが、銅網線66を符号65に示すように、半田付けしなくてはならないため、半田付けに時間を要し、また、網線であるため半田が部分的についていない事があった。このため、電極部での接続抵抗に関しては、個々のばらつきが大きいとともに、接続抵抗もCuキャップ電極に比べて大きくなっていた。例えば、接続抵抗の基準値0.5μΩ以下(1000A通電時)をクリアしないものも出ていた。
【0015】
そこで、本発明の技術的課題は、冷凍機冷却型の超電導マグネットに使用する酸化物超電導電流リードの電極に関して、冷却時の熱収縮あるいは振動等の外力による電流リードへの荷重負荷を軽減し、電流リードの破損防止、特性劣化防止することができる酸化物超電導電流リードの電極構造を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、冷凍機冷却型超電導マグネットに用いられるとともに超電導コイルに接続される酸化物超電導電流リードの両端に設けられ、当該酸化物超電導リードを支持するとともに電気接続する電極構造において、前記酸化物超電導電流リードの両端に装着される一対のキャップと、前記一対のキャップの夫々一端に接続された一対の高温側電極の接続部と低温側電極の接続部とを備え、前記高温側電極の接続部は、前記キャップに接合される一端側がU字形状に2回折り曲げたフレキシブルなS字形状の部位を備えた板材からなり、前記低温側電極の接続部は前記キャップに接合される一端側がフレキシブルなU字形状の部位を備えた板材からなり、前記低温側電極の接続部に接続される端子部がL字形状を有し、前記高温側電極の接続部には前記S字形状の部位から延在している端子部が形成され、前記S字形状の部位の屈曲部及び前記U字形状の部位の屈曲部の少なくとも一方に少なくとも一本の切り込みからなるスリットを設け、前記S字形状の部位と、前記U字形状の部位は、前記中心軸回りに互いに90度回転した位置に設けられていることを特徴とする酸化物超電導電流リードの電極構造が得られる。
【0018】
また、本発明によれば、前記酸化物超電導電流リードの電極構造において、前記両端のU字形状の部位は、前記酸化物超電導電流リードの中心軸回りに互いに位置ずれして設けられていることを特徴とする酸化物超電導電流リードの電極構造が得られる。
【0020】
また、本発明によれば、前記の酸化物超電導電流リードの電極構造において、前記キャップは軸方向に設けられた切り込みからなる少なくとも2本のスリットを備えていることを特徴とする酸化物超電導電流リードの電極構造が得られる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0022】
図1(a)は本発明の実施の形態による酸化物超電導電流リード部を示す正面断面図、図1(b)は図1(a)の酸化物超電流リード部の高温側電極の部分側面図、図1(c)は図1(a)の酸化物超電流リード部の低温側電極の部分側面図である。
【0023】
図1(a)に示すように、酸化物超電導電流リードは、中空円筒状の酸化物超電導電流リードバルク20と、その一端に設けられた高温側電極と、他端に設けられた低温側電極とを備えている。酸化物超伝導リードバルク20は先の従来例のところで説明したものと同様に、中空円筒形状を備えている。夫々の電極は十分に焼きなましされた銅から形成されている。
【0024】
高温側電極は、銅からなるキャップ部1と、その一端に半田付け等によって一端が接合された接続部2とを備えたキャップ状を呈している。キャップ部1は、従来技術のところで説明したものと同様に、2重円筒構造である。しかし、本発明の実施の形態によるものは、軸方向に設けられた開口側からの切り込みによるスリット3aを備えている点で従来技術によるものとは異なっている。また、接続部2は長尺状の銅板の一端をU字形状に2回、即ち、S字形状に折り曲げた形状を有している。接続部2のキャップ部・側の折り曲げ部(R部)2aには、後に詳しく説明するように、長さ方向に切り込みが設けられており、この部分にフレキシビリティを持たせてある。また、折り曲部2a,2bに連続した他端側は真っ直ぐで長孔2dが形成された端子部2cとなっている。
【0025】
また、低温側電極は、銅からなるキャップ部3と、その一端に半田付け等によって一端が接続された接続部4とを備えている。キャップ部3はキャップ部1と同様に2重円筒形状で開口側からスリット3aが設けられている。接続部4のキャップ部1に接合された側と反対の他端側は、支持台5に半田付けされている。
【0026】
また、支持台5には、円形の孔部6a,6aを備えたL字形状の細長い銅板6が端子部として設けられている。
【0027】
なお,接続部2,4は、酸化物超電導電流リードブロック20を介して、軸回りに互いに90度ずれた位置となるように、設けられている。
【0028】
図2(a)は接続部2の屈曲部2aを示す部分平面図、図2(b)は接続部2の屈曲部2aを示す部分正面図,図2(c)は接続部2の屈曲部2aを示す斜視図である。
【0029】
図2を参照すると、接続部2は屈曲部2aを通過するように、屈曲部に沿って2本の切り込みからなるスリット21,21が設けられている。これによって、屈曲部2aはフレキシブルとなる。
【0030】
図3(a)は低温側電極を示す平而断面図、図3(b)は図3(a)の低温側電極の縦断面図である。
【0031】
図3(a)及び図3(b)を参照すると、キャップ部3は2重円筒形状であり、外側の円筒部には、軸方向に2本のスリット3a,3aが設けられている。キャップを支持する接続部4はU字形状であり、その屈曲部(R部)を通過するように、長さ方向に切り込みからなるスリット41が、図2のスリット21と同様な形状で設けられている。
【0032】
このような酸化物超電導電流リード部を作製するには、図1に示すように、酸化物超伝導リードバルク20の両端に高温側電極及び低温側電極のキャップ部1,3の開口を夫々差し込めばよい。
【0033】
また、キャップ部1,3と接続部2,4との接合は、酸化物超伝導リードバルク20にキャップ部1,3を設けた後でも良いが、夫々の接続部のU字形状の位置が軸回りに90度ずれるように、構成しなければならない。
【0034】
このように、本発明の実施の形態による電極構造においては、酸化物超電導電流リードの両端電極ともに、U字型の板を取りいれた構造とし、U字は高温側と低温側とで90度の角度を持たせている。このU字部分には、更にフレキシブルとするため、夫々2本のスリット21,21及び41,41を入れている。
【0035】
さらに、キャップ部1,3には、スリット3aが設けられているために、熱収縮による電極の円周方向に加わる応力を緩和することができる。
【0036】
次に、本発明の実施の形態による電極構造を用いた電流リードを使用して、その作用効果について検討した。
【0037】
その時の接続抵抗は安定して0.2μΩ以下(液体窒素温度77Kにおいて、1000A通電時)となり、個々のばらつきは殆ど無かった。(仕様0.5μΩ以下をクリア)また、本発明の電極構造により、電流リードの長手方向、横方向において、3mm前後の変位であれば吸収可能であった。
【0038】
また、実際の熱収縮量は最大となる長手方向で1mm以下であるため、十分許容可能である。
【0039】
また、本発明の実施の形態による電極構造では、数百グラムの外力で約3mm変位し、実際に電流リードに加わる熱収縮力あるいは他の外力は大きく見積もっても2kgであり、本電極で外力を吸収可能である。これにより、電流リードには殆ど外力が加わる事が無くなることが判明した。
【0040】
なお、本発明の実施の形態による電極構造を用いた電流リードは、冷凍機冷却超電導マグネットに組み込まれ、1年以上経過しているが、問題なく稼動している。
【0041】
以上説明した本発明の実施の形態による電極構造では,冷凍機冷却型超電導マグネットの電流リードにする以外に(超電導マグネットに限らず)冷凍機あるいは液体ヘリウムを使用する低温機器への電流通電用電極として有望である。
【0042】
また、本発明の実施の形態による電極構造では、酸化物超電導一般(Bi系超電導体、Y系超電導体、酸化物Agシース線材等)にも適用できる。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、冷凍機冷却型の超電導マグネットに使用する酸化物超電導電流リードの電極に関して、冷却時の熱収縮あるいは振動等の外力による電流リードへの荷重負荷を軽減し、電流リードの破損防止、特性劣化防止することができる酸化物超電導電流リードの電極構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の実施の形態による酸化物超電導電流リード部を示す正面断面図である。
(b)は(a)の酸化物超電流リード部の高温側電極の部分側面図である。
(c)は(a)の酸化物超電流リード部の低温側電極の部分側面図である。
【図2】(a)は接続部2の屈曲部2aを示す部分平面図である。
(b)は接続部2の屈曲部2aを示す部分正面図である。
(c)は接続部2の屈曲部2aを示す斜視図である。
【図3】(a)は低温側電極を示す平面断面図である。
(b)は(a)の低温側電極の縦断面図である。
【図4】従来技術による冷凍機冷却型超電導マグネットを示す図である。
【図5】従来の酸化物超電導電流リードを示す部分側面断面図である。
【図6】(a)は図5の酸化物超電導リードの銅キャップを示す平面断面図である。
(b)は(a)の銅キャップの正面断面図である。
(c)は(b)の銅キャップの一側面図である。
(d)は(b)の銅キャップの他の側面図である。
【図7】従来の酸化物超伝導電流リードバルク60の電極の他の例を示す正面図である。
【符号の説明】
1 キャップ部(高温側電極)
2 接続部
2a,2b 折曲部(R部)
2c 端子部
2d 長孔
3 キャップ部(低温側電極)
3a スリット
4 接続部
5 支持台
6 端子部
6a 孔部
20 酸化物超電導電流リードバルク
21,41 スリット
50 超電導マグネット
51 真空容器
52 コイル巻枠
53 超伝導コイル
54 外周冷却用銅ブロック
55 冷却ステージ
56 通路管部
57 低温側電極
57a ねじ孔
57b 外円筒部
57c 内円筒部
57d 接続部
58 冷却ステージ
59 高温側電極
60 酸化物超伝導電流リードバルク
61 熱シールド板
62 銅製電流リード
63 GM冷凍機
66 銅網線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrode structure of an oxide superconducting current lead connected to a superconducting coil of a refrigerator-cooled superconducting magnet.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a refrigerator cooled superconducting magnet as shown in FIG. 4 has been proposed.
[0003]
In a
[0004]
Further, a pair of electrodes (hereinafter referred to as “low temperature side electrodes”) 57 and 57 are supported on the
[0005]
The
[0006]
High-temperature and low-temperature side electrodes (copper caps) 57 and 59 as shown in FIGS. 5 and 6 have been used as electrodes for energizing such conventional refrigerator-cooled oxide superconducting current leads.
[0007]
5 is a partial side sectional view showing a conventional oxide superconducting current lead, FIG. 6 (a) is a plan sectional view showing a copper cap of the oxide superconducting lead of FIG. 5, and FIG. 6 (b) is FIG. 6 (a). Fig. 6C is a side view of the copper cap of Fig. 6B, and Fig. 6D is another side view of the copper cap of Fig. 6B.
[0008]
As shown in FIG. 5,
[0009]
Referring to FIG. 6, the
[0010]
One end of the oxide superconducting
[0011]
When the
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a current lead using the above-described copper cap electrode is incorporated in the device, external force due to heat shrinkage (about 5K at the lowest point) or vibration is directly applied to the current lead, and the connection resistance of the electrode portion increases. In some cases, current leads could be damaged.
[0013]
Therefore, in order to relieve the external force, as shown in FIG. 7, a flexible structure is adopted in which the
[0014]
In this conventional knitted electrode, the external force could be reduced, but the copper mesh wire 66 must be soldered as indicated by
[0015]
Therefore, the technical problem of the present invention is to reduce the load applied to the current lead due to external force such as thermal contraction or vibration during cooling with respect to the electrode of the oxide superconducting current lead used in the superconducting magnet cooled by the refrigerator, It is an object of the present invention to provide an electrode structure of an oxide superconducting current lead capable of preventing breakage of current leads and preventing characteristic deterioration.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, in the electrode structure used for the refrigerator-cooled superconducting magnet and provided at both ends of the oxide superconducting current lead connected to the superconducting coil, supporting and electrically connecting the oxide superconducting lead, A pair of caps attached to both ends of the oxide superconducting current lead; a pair of high-temperature side electrode connection portions connected to one end of each of the pair of caps; and a low-temperature side electrode connection portion; The connecting portion is made of a plate material having a flexible S-shaped portion whose one end joined to the cap is bent twice into a U shape, and the connecting portion of the low temperature side electrode is one end joined to the cap. side is a plate member having a portion of the flexible U-shaped terminal portions connected to the connecting portion of the low-temperature side electrode has an L-shape, of the high temperature side electrode The connecting portion is formed with a terminal portion extending from the S-shaped portion, and at least one notch is formed in at least one of the bent portion of the S-shaped portion and the bent portion of the U-shaped portion. An electrode of an oxide superconducting current lead , wherein the S-shaped portion and the U-shaped portion are provided at positions rotated by 90 degrees around the central axis. A structure is obtained.
[0018]
According to the present invention, in the electrode structure of the oxide superconducting current lead, the U-shaped portions at both ends are provided so as to be displaced from each other around the central axis of the oxide superconducting current lead. Thus, an electrode structure of an oxide superconducting current lead can be obtained.
[0020]
According to the present invention, in the electrode structure of the oxide superconducting current lead, the cap has at least two slits made of cuts provided in the axial direction, and the oxide superconducting current is characterized in that A lead electrode structure is obtained.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
1A is a front sectional view showing an oxide superconducting current lead portion according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a partial side view of a high temperature side electrode of the oxide supercurrent lead portion of FIG. FIG. 1C is a partial side view of the low temperature side electrode of the oxide supercurrent lead portion of FIG.
[0023]
As shown in FIG. 1 (a), an oxide superconducting current lead includes a hollow cylindrical oxide superconducting
[0024]
The high temperature side electrode has a cap shape including a
[0025]
Moreover, the low temperature side electrode is provided with the
[0026]
Further, the
[0027]
The connecting
[0028]
2A is a partial plan view showing the
[0029]
Referring to FIG. 2, the connecting
[0030]
FIG. 3A is a cross sectional view showing the low temperature side electrode, and FIG. 3B is a vertical cross sectional view of the low temperature side electrode of FIG.
[0031]
3A and 3B, the
[0032]
In order to manufacture such an oxide superconducting current lead portion, as shown in FIG. 1, the openings of the
[0033]
In addition, the
[0034]
As described above, in the electrode structure according to the embodiment of the present invention, both end electrodes of the oxide superconducting current lead have a structure in which a U-shaped plate is incorporated, and the U-shape is 90 degrees between the high temperature side and the low temperature side. Have an angle. The U-shaped portion is provided with two
[0035]
Furthermore, since the
[0036]
Next, the effect of the current lead using the electrode structure according to the embodiment of the present invention was examined.
[0037]
The connection resistance at that time was stably 0.2 μΩ or less (at a liquid nitrogen temperature of 77 K when 1000 A was energized), and there was almost no individual variation. (Clear specification 0.5 μΩ or less) In addition, the electrode structure of the present invention was able to absorb a displacement of about 3 mm in the longitudinal and lateral directions of the current lead.
[0038]
Further, since the actual heat shrinkage is 1 mm or less in the maximum longitudinal direction, it is sufficiently acceptable.
[0039]
Further, in the electrode structure according to the embodiment of the present invention, the displacement is about 3 mm with an external force of several hundred grams, and the thermal contraction force or other external force actually applied to the current lead is 2 kg at most. Can be absorbed. As a result, it has been found that almost no external force is applied to the current lead.
[0040]
In addition, the current lead using the electrode structure according to the embodiment of the present invention has been incorporated in the refrigerator-cooled superconducting magnet and has been operating for one year or more, but has been operating without any problem.
[0041]
In the electrode structure according to the embodiment of the present invention described above, in addition to the current lead of the refrigerator-cooled superconducting magnet (not limited to the superconducting magnet), an electrode for energizing current to a refrigerator or a low-temperature device using liquid helium As promising.
[0042]
In addition, the electrode structure according to the embodiment of the present invention can be applied to oxide superconductivity in general (Bi-based superconductor, Y-based superconductor, oxide Ag sheath wire, etc.).
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, with respect to the electrode of the oxide superconducting current lead used in the refrigerator-conducting superconducting magnet, the load on the current lead due to external force such as thermal contraction or vibration during cooling is reduced. In addition, it is possible to provide an electrode structure of an oxide superconducting current lead that can prevent a current lead from being damaged and prevent deterioration of characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a front sectional view showing an oxide superconducting current lead portion according to an embodiment of the present invention.
(B) is the partial side view of the high temperature side electrode of the oxide supercurrent lead | read | reed part of (a).
(C) is the partial side view of the low temperature side electrode of the oxide supercurrent lead | read | reed part of (a).
2A is a partial plan view showing a
FIG. 4B is a partial front view showing a
(C) is a perspective view showing a
FIG. 3A is a plan sectional view showing a low temperature side electrode.
(B) is a longitudinal cross-sectional view of the low temperature side electrode of (a).
FIG. 4 is a view showing a refrigerator-cooled superconducting magnet according to the prior art.
FIG. 5 is a partial side sectional view showing a conventional oxide superconducting current lead.
6A is a plan sectional view showing a copper cap of the oxide superconducting lead of FIG.
(B) is front sectional drawing of the copper cap of (a).
(C) is one side view of the copper cap of (b).
(D) is another side view of the copper cap of (b).
7 is a front view showing another example of an electrode of a conventional oxide superconducting
[Explanation of symbols]
1 Cap (high temperature side electrode)
2
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