JP4734004B2

JP4734004B2 - 超電導電流リード

Info

Publication number: JP4734004B2
Application number: JP2005083737A
Authority: JP
Inventors: 光一大勢持; 努来栖; 通隆小野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2025-03-23
Also published as: JP2006269184A

Description

本発明は、極低温に冷却される超電導機器に接続される超電導電流リードに関するものである。

超電導現象の最大の特徴は、臨界温度で導体の電気抵抗がゼロになるため通電しても熱が発生せず、そのため無損失で大電流を流すことができるということである。超電導電力貯蔵システムに使用される超電導マグネット装置は、この超電導現象を応用したその代表的な装置である。

この超電導マグネット装置は、下記の特許文献１、あるいは添付した図４で示すように、超電導コイル４０をクライオスタットと称する真空断熱容器４１の中間温度シールド４２内に液体ヘリウムとともに収容して外部環境から熱遮蔽した状態で極低温（液体ヘリウム温度の場合、マイナス269度）に保持するように構成されているので、図示しない外部の電源装置より電流リード４３を介して電流を供給する必要がある。

電流リード４３は、上記の温度環境に対応するように常温下に晒される銅または銅合金等の低抵抗金属製の導体で構成された常電導電流リード４３_１、極低温下に晒される酸化物超電導体で構成された超電導電流リード４３_２とを直列に接続して構成されており、冷凍機４４の冷媒による伝導冷却により冷却される構造になっている。

図４中、４５は常電導電流リード４３_１と超電導コイル４０とを電気的に接続する通電端子、４６は通電端子４５と超電導コイル４０とを接続するバイパス、４７は通電端子４５を冷却する冷却板、４８は冷凍機４３と冷却板４７との間を電気的に絶縁する絶縁体、４９は超電導コイル４０を冷却する冷却板、５０は電流リード４３を図示しない外部の電源装置に接続するための通電端子である。
従来の超電導電流リード４３の一形態として、細い酸化物超電導素材を複数本並列にしたうえでツイストするように構成したものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開平5-114515号公報。特開平8-8469号公報

これまでに開発されてきた酸化物超電導電流リードの場合、酸化物超電導体は機械強度が小さく、取り扱いが難しい。したがって、組み立て時の負荷や超電導マグネットの冷却過程における熱収縮、通電時に発生する電磁力により、酸化物超電導電流リード４３_２が破損する惧れがあった。しかも超電導電流リード４３_２は、常電導電流リード４３_１と超電導コイル４０との電気的な接続を容易にするために低抵抗金属製の電極端子を固着しており、通電時にこの電極端子による電流パスが長くなれば、電流リードとしての抵抗が大きくなり、電極端子の部分で発生する侵入熱が大きくなるという課題があった。

また、上記特許文献２では複数本並列接続した酸化物超電導素材をツイストすることによって、誘起電圧による循環電流によって一部の酸化物超電導素材に電流が集中するのを防ぐようにしたものとの記述はあるが、超電導マグネットの運転時に発生する熱収縮や電磁力などによる負荷に対し、電流リードに十分な機械剛性を持たせることができるか否かについての記述はない。

そこで本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、超電導マグネット運転時に発生する熱収縮や電磁力などによる負荷に対し、十分な機械強度を持たせ、かつ低抵抗金属導体と酸化物超電導体との接続部分で発生する発熱を抑える酸化物超電導電流リードを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る超電導電流リードは、真空断熱容器内で冷却される超電導機器に接続され電流を通電する超電導電流リードにおいて、一対の電極端子間に複数枚の板状の酸化物超電導体を任意の間隙を隔てて平行状態に配置し、かつ当該各酸化物超電導体の両端を前記各電極端子の一方の端部に形成した複数の平行溝のそれぞれに嵌合し接続することを特徴とする。

本発明によれば、酸化物超電導体全体が板バネ構成になり、並列設置方向の弾性率が高くなり、剛性を向上させることができるので、超電導マグネット運転時に発生する熱収縮や電磁力などによる負荷に対し、十分な機械剛性を持ち、かつ電極端子で発生する熱量を抑えることのできる酸化物超電導電流リードを提供できる。

以下、発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図を通じて同一部分には同一符号を付けて、重複する説明は省略する。

（第１の実施の形態）
図１は本発明に係わる超電導電流リードの第１の実施形態を示す構成図であり、図１(a)は斜視図、図１(b)は超電導電流リードを長手方向と平行する面１Ｂで切断した状態の断面図、図１(c)は超電導電流リードを側面１Ｂと直交する面１Ｃで切断した状態の断面図である。

図１において、１は本実施の形態における酸化物超電導電流リードであり、図示しない真空断熱容器内に収容され極低温状態に保持された超電導コイルとともに一部を冷媒中に浸漬して冷却されるか、あるいは冷凍機により冷却されるようになっている。この酸化物超電導電流リード１は、図１(b)で示すように、板状に形成された２枚の酸化物超電導体２_１、２_２を隙間３を隔てた状態で並列に並べ、それらの両端に銅あるいは銅合金等の低抵抗金属製の電極端子４_１、４_２を接続することによって構成されている。

酸化物超電導体２_１、２_２の長手方向端部は、電極端子４_１、４_２にそれぞれ形成した水平な２本の平行溝５_１、５_２に嵌合され、かつ嵌合部をハンダで接続するようにしている。６は酸化物超電導体２_１、２_２を保護するために隙間３および酸化物超電導体２_１、２_２の外周部に充填し固化したエポキシ樹脂等の絶縁体である。

本実施の形態の酸化物超電導電流リード１は、このように板状の酸化物超電導体２_１、２_２を長手方向に平行して配置し、両端部を銅あるいは銅合金等の低抵抗金属製の電極端子４_１、４_２の２本の平行溝５_１、５_２に嵌合して接続するように構成したので、酸化物超電導体全体が板バネ構成になり、並列設置方向の弾性率が高くなり、剛性を向上させることができる。

（第２の実施の形態）
図２は本発明に係わる超電導電流リードの第２の実施形態を示す構成図であり、図２(a)は斜視図、図２(b)は超電導電流リードを長手方向と平行する面２Ｂで切断した状態の断面図、図２(c)は超電導電流リードを側面１Ｂと直交する面２Ｃで切断した状態の断面図である。

図２において、２０は本実施の形態における酸化物超電導電流リードである。本実施の形態は、第１の実施の形態と同様の構造であるが、第１の実施の形態に比べて異なるところは、電極端子４Ａ_１、４Ａ_２のそれぞれの長手方向端部側面に通電方向と同じ方向に切り欠き部７₁、７_２を設け、その切り欠き部７₁、７_２に超電導体８_１、８_２を嵌合して接続する構造とした点にある。

本実施の形態の酸化物超電導電流リード２０は、このように電極端子４Ａ_１、４Ａ_２のそれぞれの端部側面に通電方向と同じ方向に切り欠き部７₁、７_２を設け、その切り欠き部７₁、７_２に超電導体８_１、８_２を嵌合接続する構造としたので、電極端子４Ａ_１、４Ａ_２において、電流が低抵抗金属製の電極端子４Ａ_１、４Ａ_２よりも超電導体８_１、８_２に流れ、酸化物超電導体２_１、２_２と超電導体８_１、８_２間の電極端子４Ａ_１、４Ａ_２の通電パスが短くなる。このことにより、酸化物超電導電流リード２０としての電気抵抗が小さくなり、発生熱量を低く抑えることができる。

（第３の実施の形態）
図３は本発明に係わる超電導電流リードの第３の実施形態を示す構成図であり、図３(a)は斜視図、図３(b)は超電導電流リードを長手方向と平行する面３Ｂで切断した状態の断面図、図３(c)は超電導電流リードを側面３Ｂと直交する面３Ｃで切断した状態の断面図である。

図３において、３０は本実施の形態における酸化物超電導電流リードである。第３の実施の形態においては、第１の実施の形態と同様の構造であるが、第１の実施の形態に比べて異なるところは、酸化物超電導体２_１、２_２の両端に接続される電極端子４Ｂ_１、４Ｂ_２の側面に通電方向と直交する方向に切り欠き部９_１、９_２を設け、その切り欠き部９_１、９_２に超電導体１０_１、１０_２を嵌合接続し、かつ超電導体１０_１、１０_２を酸化物超電導体２_１、２_２の端部に直接接続した構造とした点である。

本実施の形態の酸化物超電導電流リード３０は、このような構成にすることによって、電流が電極端子４Ｂ_１、４Ｂ_２に取り付けた超電導体１０_１、１０_２に一旦入り、そこから酸化物超電導体２_１、２_２に流れることにより、酸化物超電導体２_１、２_２と超電導体１０_１、１０_２間の電極端子４Ｂ_１、４Ｂ_２の通電パスが短くなり、かつ抵抗のほとんどない超電導体間同士の電流の出入りになるため、電極端子で発生する熱量を極めて低く抑えることができる。

なお、以上述べた実施の形態では、２枚の酸化物超電導体を任意の間隙を隔てて並置するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、３枚以上の酸化物超電導体を並置するようにしてもよい。

本発明に係わる超電導電流リードの第１の実施形態を示す構成図であり、図１(a)は斜視図、図１(b)は超電導電流リードを長手方向と平行する面１Ｂで切断した状態の断面図、図１(c)は超電導電流リードを側面３Ｂと直交する面１Ｃで切断した状態の断面図。本発明に係わる超電導電流リードの第２の実施形態を示す構成図であり、図２(a)は斜視図、図２(b)は超電導電流リードを長手方向と平行する面２Ｂで切断した状態の断面図、図２(c)は超電導電流リードを側面３Ｂと直交する面２Ｃで切断した状態の断面図。本発明に係わる超電導電流リードの第３の実施形態を示す構成図であり、図３(a)は斜視図、図３(b)は超電導電流リードを長手方向と平行する面３Ｂで切断した状態の断面図、図３(c)は超電導電流リードを側面３Ｂと直交する面３Ｃで切断した状態の断面図。従来の伝導冷却式電流リードシステムの例を示す概略図。

符号の説明

１、２０、３０…超電導電流リード、２_１、２_２…酸化物超電導体、３…空隙、４_１、４_２、４Ａ_１、４Ａ_２、４Ｂ_１、４Ｂ_２…電極端子、５…切り欠き部、６…絶縁材カバー、７…切り欠き部、８_１、８_２…超電導体、９_１、９_２…切り欠き部、１０_１、１０_２…超電導体。

Claims

真空断熱容器内で冷却される超電導機器に接続され電流を通電する超電導電流リードにおいて、一対の電極端子間に複数枚の板状の酸化物超電導体を任意の間隙を隔てて平行状態に配置し、かつ当該各酸化物超電導体の両端を前記各電極端子の一方の端部に形成した複数の平行溝のそれぞれに嵌合し接続することを特徴とする超電導電流リード。
前記各電極端子の他方の端部の外周に切り欠き部を設け、当該切り欠き部に超電導体を嵌合して接続したことを特徴とする請求項１記載の超電導電流リード。
前記各電極端子の側面に通電方向と直交する方向に切り欠き部を設け、その切り欠き部に超電導体を嵌合し、かつ超電導体を酸化物超電導体の端部に直接接続したことを特徴とする請求項１記載の超電導電流リード。
前記各電極端子は、銅又は銅合金で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の超電導電流リード。
前記酸化物超電導体は、絶縁材カバーを貫通して設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の超電導電流リード。