JP4738755B2 - Superconducting conductor connection device - Google Patents
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この発明は、超電導CIC(Cable In Conduit)導体などの超電導導体を相互に接続する超電導導体の接続装置に関するものである。 The present invention relates to a superconducting conductor connection device for connecting superconducting conductors such as superconducting CIC (Cable In Conduit) conductors to each other.
超電導CIC導体は、超電導撚り線の外周がステンレス鋼やインコロイなどで被覆されており、以下の非特許文献1には、2本の超電導CIC導体を電気的に接続する超電導導体の接続装置が開示されている。
即ち、2本の超電導CIC導体を電気的に接続する場合、超電導CIC導体の端部における外周被覆を除去し、その外周被覆の代わりに銅管を被覆する。
そして、平行に並べられている2本の超電導CIC導体の銅管間に銅ブロックを挿入し、半田などで各銅管と銅ブロックを接合するようにしている。
In the superconducting CIC conductor, the outer periphery of the superconducting stranded wire is covered with stainless steel, incoloy, or the like, and the following Non-Patent Document 1 discloses a superconducting conductor connecting device that electrically connects two superconducting CIC conductors. Has been.
That is, when two superconducting CIC conductors are electrically connected, the outer periphery covering at the end of the superconducting CIC conductor is removed, and a copper tube is covered instead of the outer periphery covering.
Then, a copper block is inserted between the copper tubes of the two superconducting CIC conductors arranged in parallel, and each copper tube and the copper block are joined by solder or the like.
従来の超電導導体の接続装置は以上のように構成されているので、超電導CIC導体に変動外部磁場が作用すると、銅ブロック及び銅管に渦電流が発生する。銅ブロック及び銅管に渦電流が発生すると、その銅ブロックと超電導CIC導体の接続箇所にジュール熱(結合損失、交流損失)が発生する。外部磁場の変化率が大きい場合、渦電流による発熱及び電磁力が過大になり、その接続箇所においてクエンチや破損を招くことがある課題があった。
なお、銅ブロックの厚みを薄くすれば、銅ブロックに発生する渦電流を低減することができるが、超電導CIC導体との接続強度を確保するには、ある程度の厚みが必要であり、また、2本の超電導CIC導体を平行に並べる必要があるため、2本の超電導CIC導体の電気的な接続箇所の小型化を図ることが困難である課題もあった。
Since the conventional superconducting conductor connecting device is configured as described above, when a varying external magnetic field acts on the superconducting CIC conductor, eddy currents are generated in the copper block and the copper tube. When an eddy current is generated in the copper block and the copper tube, Joule heat (coupling loss, AC loss) is generated at the connection point between the copper block and the superconducting CIC conductor. When the rate of change of the external magnetic field is large, heat generation due to eddy current and electromagnetic force become excessive, and there is a problem that may cause quenching or breakage at the connection location.
If the thickness of the copper block is reduced, eddy currents generated in the copper block can be reduced. However, in order to secure the connection strength with the superconducting CIC conductor, a certain thickness is required. Since it is necessary to arrange the two superconducting CIC conductors in parallel, there is a problem that it is difficult to reduce the size of the electrical connection portion of the two superconducting CIC conductors.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、2本の超電導CIC導体の電気的な接続箇所の小型化を図ることができる超電導導体の接続装置を得ることを目的とする。
また、この発明は、変化率が大きな磁場が作用しても、ジュール熱の発生を抑制することができる超電導導体の接続装置を得ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a superconducting conductor connection device capable of reducing the size of an electrical connection portion between two superconducting CIC conductors. .
Another object of the present invention is to provide a superconducting conductor connection device that can suppress the generation of Joule heat even when a magnetic field having a large rate of change acts.
この発明に係る超電導導体の接続装置は、撚り線の外周が被覆されている第1の電導導体と、撚り線の外周が被覆されている第2の電導導体とを電気的に接続する超電導導体の接続装置において、外周被覆が除去されて撚り線が剥き出しにされている上記第1の電導導体の端部を挿入して電気的に接続する第1の挿入口と、外周被覆が除去されて撚り線が剥き出しにされている上記第2の電導導体の端部を挿入して電気的に接続する第2の挿入口とを有する電気伝導材の円管を用いて構成され、複数本の超電導線が前記円管の外周に配線されているようにしたものである。
The superconducting conductor connection device according to the present invention is a superconducting conductor that electrically connects a first conductive conductor whose outer periphery of a stranded wire is coated with a second conductive conductor whose outer periphery of a stranded wire is covered. In the connecting apparatus, the first insertion port for inserting and electrically connecting the end portion of the first conductive conductor from which the outer sheath is removed and the stranded wire is exposed, and the outer sheath is removed. A plurality of superconducting conductors are formed using a circular tube of an electrically conductive material having a second insertion port for inserting and electrically connecting the end portion of the second conductive conductor from which the stranded wire is exposed. The wire is wired around the outer circumference of the circular tube .
この発明によれば、第1及び第2の電導導体の電気的な接続箇所の小型化を図ることができる効果がある。
According to this invention, there exists an effect which can attain size reduction of the electrical connection location of the 1st and 2nd electrical conductor.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による超電導導体の接続装置を示す斜視図であり、図において、第1の電導導体を構成する超電導CIC導体1は超電導撚り線2の外周がステンレス鋼やインコロイなどで被覆されている。ただし、超電導CIC導体1の端部(図中、点線で描かれている部分)は外周被覆3が除去されて超電導撚り線2が剥き出しにされている。なお、超電導撚り線2の内部には例えば液体ヘリウムなどの冷媒が流れる管路2aが形成されている。
第2の電導導体を構成する超電導CIC導体4は超電導撚り線5の外周がステンレス鋼やインコロイなどで被覆されている。ただし、超電導CIC導体4の端部(図中、点線で描かれている部分)は外周被覆6が除去されて超電導撚り線5が剥き出しにされている。なお、図1では明示されていないが、超電導撚り線5の内部には例えば液体ヘリウムなどの冷媒が流れる管路5aが形成されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a perspective view showing a superconducting conductor connecting apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, a superconducting CIC conductor 1 constituting the first conducting conductor has a superconducting stranded
In the
円管7は例えば銅などの高電気伝導材を用いて構成され、外周被覆3が除去されて超電導撚り線2が剥き出しにされている超電導CIC導体1の端部を挿入する挿入口7a(第1の挿入)と、外周被覆6が除去されて超電導撚り線5が剥き出しにされている超電導CIC導体4の端部を挿入する挿入口7b(第2の挿入口)とを有している。
The
次に動作について説明する。
超電導CIC導体1と超電導CIC導体4を電気的に接続する場合、外周被覆3が除去されて超電導撚り線2が剥き出しにされている超電導CIC導体1の端部を円管7の挿入口7aに挿入して、超電導CIC導体1の超電導撚り線2を円管7の内側と電気的に接続する。
また、外周被覆6が除去されて超電導撚り線5が剥き出しにされている超電導CIC導体4の端部を円管7の挿入口7bに挿入して、超電導CIC導体4の超電導撚り線5を円管7の内側と電気的に接続する。
Next, the operation will be described.
When the superconducting CIC conductor 1 and the
Further, the end portion of the
これにより、例えば、超電導CIC導体1に流れる電流は、円管7を通じて超電導CIC導体4に流れ、超電導CIC導体4に流れる電流は、円管7を通じて超電導CIC導体1に流れるようになる。
この際、円管7に変動外部磁場が作用すると、円管7に渦電流が発生するが、超電導CIC導体1,4を平行に並べることなく、電気的に接続できるため、その接続箇所の小型化を図ることができる。
Thereby, for example, a current flowing through the superconducting CIC conductor 1 flows to the
At this time, when a fluctuating external magnetic field acts on the
なお、円管7が超電導CIC導体1,4を挿入している領域の長さは、超電導CIC導体1,4の超電導撚り線2,5と十分に接触して直流抵抗が小さくなるように決定する。
また、円管7の管厚は、コンパクトさを損なうことなく、直流抵抗が小さくなるように決定する。
The length of the region in which the
Further, the tube thickness of the
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、外周被覆3が除去されて超電導撚り線2が剥き出しにされている超電導CIC導体1の端部を挿入する挿入口7aと、外周被覆6が除去されて超電導撚り線5が剥き出しにされている超電導CIC導体4の端部を挿入する挿入口7bとを有する電気伝導材の円管7を用いて構成したので、超電導CIC導体1と超電導CIC導体4の電気的な接続箇所の小型化を図ることができる効果を奏する。
As apparent from the above, according to the first embodiment, the
なお、この実施の形態1では、外周被覆3が除去されて超電導撚り線2が剥き出しにされている超電導CIC導体1の端部を円管7の挿入口7aに挿入し、外周被覆6が除去されて超電導撚り線5が剥き出しにされている超電導CIC導体4の端部を円管7の挿入口7bに挿入するものについて示したが、外周被覆3が除去されて超電導撚り線2が剥き出しにされている超電導CIC導体1の端部に銅管を被せて、その端部を円管7の挿入口7aに挿入し、外周被覆6が除去されて超電導撚り線5が剥き出しにされている超電導CIC導体4の端部に銅管を被せて、その端部を円管7の挿入口7bに挿入するようにしてもよい。
In the first embodiment, the end portion of the superconducting CIC conductor 1 from which the
実施の形態2.
上記実施の形態1では、同心状の超電導CIC導体1,4を電気的に接続するものについて示したが、超電導CIC導体1,4が偏心している場合、図2に示すように、クランク状に形成されている円管7を用いて、超電導CIC導体1と超電導CIC導体4を電気的に接続するようにしてもよい。
In the first embodiment, the concentric
また、平行に並んでいる超電導CIC導体1,4を電気的に接続する場合には、図3に示すように、U字状に形成されている円管7を用いて、超電導CIC導体1と超電導CIC導体4を電気的に接続するようにしてもよい。
また、図4に示すように、超電導CIC導体1と超電導CIC導体4を折り曲げ、図1の円管7と同じ円管7を用いて接続するようにしてもよい。
Further, when the
Also, as shown in FIG. 4, the superconducting CIC conductor 1 and the
実施の形態3.
図5はこの発明の実施の形態3による超電導導体の接続装置を示す斜視図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
冷却管8は超電導CIC導体1,4の管路2a,5aに冷媒を流出入させるために、円管7の周囲に取り付けられている。
5 is a perspective view showing a superconducting conductor connecting apparatus according to
The
超電導CIC導体1,4の内部には冷媒を流す管路2a,5aが形成されており、例えば、液体ヘリウムなどの冷媒が流されることによって、超電導CIC導体1,4の超電導状態が保持される。
例えば、図1などでは超電導CIC導体1,4の管路2a,5aに冷媒を流出入させる機構が図示されていないが、円管7とは別途に冷媒供給排出機構を設ける必要がある。
The
For example, in FIG. 1 and the like, a mechanism for flowing the refrigerant in and out of the
しかし、この実施の形態3では、超電導CIC導体1,4の管路2a,5aに冷媒を流出入させる冷却管8を円管7の周囲に取り付けているので、円管7と別個に冷媒供給排出機構を設ける必要がなくなり、装置全体の小型化を図ることができる効果が得られる。
However, in the third embodiment, since the
実施の形態4.
図6(a)はこの発明の実施の形態4による超電導導体の接続装置を示す斜視図であり、図6(b)はこの発明の実施の形態4による超電導導体の接続装置を示す断面図である。図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
超電導線9は外部変動磁場の方向や変化率に応じて、円管7の外周に所定の間隔で配線されている。なお、超電導線9は円管7の外周に半田付けなどによって固定される。
FIG. 6 (a) is a perspective view showing a superconducting conductor connecting device according to
The
この実施の形態4の場合も、上記実施の形態1と同様に、超電導CIC導体1の端部が円管7の挿入口7aに挿入され、かつ、超電導CIC導体4の端部が円管7の挿入口7bに挿入されているので、超電導CIC導体1と超電導CIC導体4の電気的な接続箇所の小型化を図ることができるが、この実施の形態4では、更に、直流抵抗の低減、並びにジュール熱の発生を抑制する工夫が施されている。
In the case of the fourth embodiment, similarly to the first embodiment, the end of the superconducting CIC conductor 1 is inserted into the
即ち、この実施の形態4では、超電導CIC導体1と超電導CIC導体4の電気的な接続箇所における抵抗を減らすため、円管7の外周に超電導線9を複数本配線するようにしている。
超電導線9は抵抗がないので、渦電流が円管7より流れ易くなるが、抵抗がないため、ジュール熱の発生量はない。なお、渦電流の大部分は超電導線9を流れ、円管7を流れる渦電流は減少する。
That is, in the fourth embodiment, a plurality of
Since the
ここで、各超電導線9の間隔や配置は外部変動磁場の方向や変化率を考慮して決定するが、例えば、間隔が広すぎても狭すぎても、ジュール熱の発生量が最小化されないので、試作試験やシミュレーション等を実施することにより、そのジュール熱の発生量が最小化する間隔や位置を精査して決定する。
Here, the interval and arrangement of the
以上で明らかなように、この実施の形態4によれば、複数本の超電導線9が円管7の外周に配線されているので、変化率が大きな磁場が作用しても、ほとんどの渦電流は抵抗のない超電導線9を流れるため、ジュール熱の発生を抑制することができる効果を奏する。
As apparent from the above, according to the fourth embodiment, since a plurality of
実施の形態5.
上記実施の形態4では、複数本の超電導線9を円管7の外周に配線するものについて示したが、図7に示すように、複数本の超電導線9を円管7の内周に配線するようにしてもよい。
この場合、上記実施の形態4と同様の効果を奏するが、超電導線9を円管7の内周に配線する方が、円管7の外周に配線するより、円管7を流れる電流が少なくなり、電気的な接続箇所の直流抵抗を低減することができる。
In the fourth embodiment, a case where a plurality of
In this case, the same effect as in the fourth embodiment is obtained, but the current flowing through the
実施の形態6.
上記実施の形態4では、複数本の超電導線9を円管7の外周に直線状に配線するものについて示したが、図8に示すように、複数本の超電導線9を円管7の外周又は内周に螺旋状に配線するようにしてもよい。
例えば、外部変動磁場の方向が紙面垂直下向きであれば、図9に示すように、超電導線9の鎖交面積が小さくなり、発生する渦電流が減少する。
したがって、上記実施の形態4よりも、更に、ジュール熱の発生を抑制することができる効果を奏する。
In the fourth embodiment, the case where a plurality of
For example, when the direction of the externally varying magnetic field is downward perpendicular to the paper surface, as shown in FIG. 9, the interlinkage area of the
Therefore, there is an effect that generation of Joule heat can be further suppressed as compared with the fourth embodiment.
実施の形態7.
図10はこの発明の実施の形態7による超電導導体の接続装置を示す斜視図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
板10は例えば銅などの高電気伝導材を用いて構成され、外周被覆3が除去されて超電導撚り線2が剥き出しにされている超電導CIC導体1の端部と接続するとともに、外周被覆6が除去されて超電導撚り線5が剥き出しにされている超電導CIC導体4の端部と接続している。なお、超電導CIC導体1,4の超電導撚り線2,5と板10は半田付けなどにより固定される。
FIG. 10 is a perspective view showing a superconducting conductor connecting device according to
The
上記実施の形態1では、超電導CIC導体1と超電導CIC導体4の電気的な接続箇所の小型化を図るために、円管7を用いて超電導CIC導体1と超電導CIC導体4を電気的に接続しているが、この実施の形態7では、板10を用いて超電導CIC導体1と超電導CIC導体4を電気的に接続しているので、上記実施の形態1よりも変動磁場の鎖交面積が減少する。
したがって、この実施の形態4によれば、変化率が大きな磁場が作用しても、渦電流の発生量が減少して、ジュール熱の発生を抑制することができる効果を奏する。
なお、上記実施の形態1と同様に、超電導CIC導体1と超電導CIC導体4の電気的な接続箇所の小型化を図ることができる。
In the first embodiment, the superconducting CIC conductor 1 and the
Therefore, according to this
As in the first embodiment, the electrical connection location between the superconducting CIC conductor 1 and the
この実施の形態7では、外周被覆3が除去されて超電導撚り線2が剥き出しにされている超電導CIC導体1の端部を板10に接続し、外周被覆6が除去されて超電導撚り線5が剥き出しにされている超電導CIC導体4の端部を板10に接続するものについて示したが、外周被覆3が除去されて超電導撚り線2が剥き出しにされている超電導CIC導体1の端部に銅管を被せて、その銅管を板10に接続し、外周被覆6が除去されて超電導撚り線5が剥き出しにされている超電導CIC導体4の端部に銅管を被せて、その銅管を板10に接続するようにしてもよい。
In the seventh embodiment, the end portion of the superconducting CIC conductor 1 from which the
実施の形態8.
上記実施の形態7では、同心状の超電導CIC導体1,4を電気的に接続するものについて示したが、超電導CIC導体1,4が偏心している場合、図11に示すように、捩れている板10を用いて、超電導CIC導体1と超電導CIC導体4を電気的に接続するようにしてもよい。
In the seventh embodiment, the concentric
1 超電導CIC導体(第1の電導導体)、2 超電導撚り線、2a 管路、3 外周被覆、4 超電導CIC導体(第2の電導導体)、5 超電導撚り線、5a 管路、6 外周被覆、7 円管、7a 挿入口(第1の挿入)、7b 挿入口(第2の挿入)、8 冷却管、9 超電導線、10 板。 1 superconducting CIC conductor (first conducting conductor), 2 superconducting stranded wire, 2a pipe, 3 outer sheath, 4 superconducting CIC conductor (second conducting conductor), 5 superconducting stranded wire, 5a duct, 6 outer sheath, 7 circular tube, 7a insertion port (first insertion), 7b insertion port (second insertion), 8 cooling tube, 9 superconducting wire, 10 plate.
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