JP6238623B2 - Superconducting current lead - Google Patents
Superconducting current lead Download PDFInfo
- Publication number
- JP6238623B2 JP6238623B2 JP2013159228A JP2013159228A JP6238623B2 JP 6238623 B2 JP6238623 B2 JP 6238623B2 JP 2013159228 A JP2013159228 A JP 2013159228A JP 2013159228 A JP2013159228 A JP 2013159228A JP 6238623 B2 JP6238623 B2 JP 6238623B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- superconducting
- superconducting wire
- electrode
- current lead
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 42
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 42
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 31
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 5
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims description 5
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 claims description 2
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 17
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 13
- 102100040287 GTP cyclohydrolase 1 feedback regulatory protein Human genes 0.000 description 7
- 101710185324 GTP cyclohydrolase 1 feedback regulatory protein Proteins 0.000 description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 7
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 229910000856 hastalloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 3
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 3
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000007735 ion beam assisted deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 229910021521 yttrium barium copper oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017060 Fe Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002544 Fe-Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- MKYBYDHXWVHEJW-UHFFFAOYSA-N N-[1-oxo-1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propan-2-yl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(C(C)NC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 MKYBYDHXWVHEJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical group [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-M Trifluoroacetate Chemical compound [O-]C(=O)C(F)(F)F DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000005609 naphthenate group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000001552 radio frequency sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- WROMPOXWARCANT-UHFFFAOYSA-N tfa trifluoroacetic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)F.OC(=O)C(F)(F)F WROMPOXWARCANT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical group [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
- H01F6/065—Feed-through bushings, terminals and joints
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
- H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
- H01R4/58—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation characterised by the form or material of the contacting members
- H01R4/68—Connections to or between superconductive connectors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Description
本発明は、酸化物超電導線材を用いた超電導電流リードに関し、特に、超電導線材及び金属電極が補強部材に収容されてなる超電導電流リードに関する。 The present invention relates to a superconducting current lead using an oxide superconducting wire, and more particularly to a superconducting current lead in which a superconducting wire and a metal electrode are accommodated in a reinforcing member.
近年、超電導ケーブルや超電導マグネット等、超電導を利用した超電導応用機器の分野では、実用化に向けてさかんに研究、開発が行われている。一般に、超電導応用機器は低温部(低温容器)に設置され、常温部に設置された外部機器(例えば電源)と、電流リードを介して接続される。
超電導応用機器の運転は、極低温環境下で行われるため、低温部の断熱性が極めて重要となる。低温部の断熱性が悪く、低温部への熱侵入が大きいと、超電導応用機器の冷却効率が低下して超電導状態を維持するための冷却コストが増大することとなり、場合によっては超電導応用機器を運転できなくなってしまうためである。この低温部への熱侵入の経路としては、低温容器を伝熱する経路、電流リードを伝熱する経路が考えられる。
In recent years, in the field of superconducting applied equipment using superconductivity such as superconducting cables and superconducting magnets, research and development have been conducted for practical use. In general, a superconducting application device is installed in a low temperature part (low temperature container) and connected to an external device (for example, a power source) installed in the normal temperature part via a current lead.
Since the operation of superconducting equipment is performed in a cryogenic environment, the heat insulation of the low temperature part is extremely important. If the heat insulation property of the low temperature part is poor and the heat penetration into the low temperature part is large, the cooling efficiency of the superconducting application equipment will decrease and the cooling cost for maintaining the superconducting state will increase. This is because it becomes impossible to drive. As a path of heat penetration into the low temperature part, a path for transferring heat through the low temperature container and a path for transferring heat through the current leads are conceivable.
低温容器を介した熱侵入を防止するための手法としては、液体窒素等の冷媒及び超電導応用機器を収容する冷媒槽と、冷媒槽の外側に設けられる真空槽とを有する二重構造の低温容器が知られている。この低温容器によれば、真空断熱により低温部への熱侵入が低減される。 As a technique for preventing heat intrusion through a cryogenic vessel, a dual-structure cryogenic vessel having a refrigerant tank containing a refrigerant such as liquid nitrogen and a superconducting application device and a vacuum tank provided outside the refrigerant vessel It has been known. According to this low-temperature container, heat penetration into the low-temperature part is reduced by vacuum insulation.
電流リードを介した熱侵入を防止するための手法としては、酸化物超電導体を用いた超電導電流リードが提案されている。酸化物超電導体は、液体窒素温度以下では電気抵抗がゼロ、かつ熱伝導率が小さい(銅の数10分の1)。そのため、超電導電流リードにおいては、通電時にジュール熱の発生はなく、低温部への伝熱量も極めて小さくなる。したがって、超電導電流リードによれば、低温部への熱侵入が低減される。 As a technique for preventing heat intrusion through the current lead, a superconducting current lead using an oxide superconductor has been proposed. An oxide superconductor has zero electrical resistance and low thermal conductivity below the liquid nitrogen temperature (one tenth of copper). Therefore, in the superconducting current lead, Joule heat is not generated during energization, and the amount of heat transferred to the low temperature portion is extremely small. Therefore, according to the superconducting current lead, heat penetration into the low temperature portion is reduced.
一般に、超電導電流リードは、テープ状の超電導線材、超電導線材の一端部(高温側)に配置される第1の金属電極、及び超電導線材の他端部(低温側)に配置される第2の金属電極を備える。超電導線材と第1の金属電極及び第2の金属電極は、例えば半田付けにより接合される。
超電導線材、第1の金属電極、及び第2の金属電極とからなるリード本体は、補強部材内に位置決めした状態で収容され、支持される(例えば特許文献1)。補強部材は、低熱伝導性の材料(例えば繊維強化プラスチック(GFRP:Glass Fiber Reinforced Plastics)、ステンレス合金、ニッケル基合金、チタン合金等)で構成される。このように、リード本体が補強部材内に収容される場合、超電導線材は直線状に保持されるのが一般的である。
In general, a superconducting current lead is a tape-shaped superconducting wire, a first metal electrode disposed at one end (high temperature side) of the superconducting wire, and a second disposed at the other end (low temperature side) of the superconducting wire. A metal electrode is provided. The superconducting wire, the first metal electrode, and the second metal electrode are joined by soldering, for example.
A lead body composed of a superconducting wire, a first metal electrode, and a second metal electrode is accommodated and supported in a state of being positioned in the reinforcing member (for example, Patent Document 1). The reinforcing member is made of a material having low thermal conductivity (for example, fiber reinforced plastic (GFRP), stainless alloy, nickel-base alloy, titanium alloy, etc.). Thus, when the lead body is accommodated in the reinforcing member, the superconducting wire is generally held in a straight line.
しかしながら、上述した超電導電流リードを極低温環境下で用いると、それぞれの構成部材が熱収縮するため、以下のような不具合が生じる。
例えば、超電導線材の熱収縮率が補強部材の熱収縮率よりも大きい場合、超電導線材の方が大きく収縮するため、超電導線材と金属電極との接合部(半田付け部分)に過大な負荷が生じ、損傷する虞がある。そして、接合部が損傷すると接続抵抗が大きくなるため、大電流を流すことが困難となる。
However, when the above-described superconducting current lead is used in a cryogenic environment, the respective components are thermally contracted, resulting in the following problems.
For example, when the thermal contraction rate of the superconducting wire is larger than the thermal contraction rate of the reinforcing member, the superconducting wire contracts more greatly, resulting in an excessive load at the joint (soldering part) between the superconducting wire and the metal electrode. There is a risk of damage. And if a junction part is damaged, since connection resistance will become large, it will become difficult to flow a big electric current.
一方、超電導線材の熱収縮率が補強部材の熱収縮率よりも小さい場合、超電導線材に撓みが生じるだけであり、一見、超電導線材と金属電極との接合部に過大な負荷は生じないように考えられる。しかし、超電導線材の熱伝導率と補強部材の熱伝導率は異なるため、冷却の進行度合いも異なる。すなわち、熱伝導率の高い超電導線材の方が冷却の進行が速く、冷却初期の収縮量は補強部材よりも超電導線材の方が大きくなる。したがって、やはり超電導線材と金属電極との接合部には過大な負荷が生じることとなる。特に、一般的な酸化物超電導線材は、熱伝導率の高いAgやCuからなる安定化層を有するため、かかる問題は顕著となる。 On the other hand, when the thermal contraction rate of the superconducting wire is smaller than the thermal contraction rate of the reinforcing member, the superconducting wire only bends. At first glance, an excessive load is not generated at the joint between the superconducting wire and the metal electrode. Conceivable. However, since the heat conductivity of the superconducting wire and the heat conductivity of the reinforcing member are different, the progress of cooling is also different. That is, the superconducting wire having a high thermal conductivity is more rapidly cooled, and the amount of shrinkage at the initial stage of cooling is larger in the superconducting wire than in the reinforcing member. Therefore, too much load is generated at the junction between the superconducting wire and the metal electrode. In particular, since a general oxide superconducting wire has a stabilizing layer made of Ag or Cu having high thermal conductivity, such a problem becomes remarkable.
本発明の目的は、冷却時の熱収縮により、超電導線材と金属電極との接合部が損傷するのを防止できる信頼性の高い超電導電流リードを提供することである。 An object of the present invention is to provide a highly reliable superconducting current lead capable of preventing damage to a joint portion between a superconducting wire and a metal electrode due to thermal contraction during cooling.
本発明に係る超電導電流リードは、金属基板上に中間層、超電導層、安定化層が順に積層されたテープ状の超電導線材と、
前記超電導線材の両端部に接合される金属電極と、
前記超電導線材と前記金属電極とを含むリード本体を収容する補強部材と、を備え、
前記リード本体は、前記超電導線材が前記金属電極間において撓みを有するように、所定の電極間距離で前記補強部材に収容されていることを特徴とする。
The superconducting current lead according to the present invention is a tape-shaped superconducting wire in which an intermediate layer, a superconducting layer, and a stabilizing layer are laminated in order on a metal substrate,
Metal electrodes bonded to both ends of the superconducting wire;
And a reinforcing member which yield volumes of lead body comprising said metal electrode and the superconducting wire,
The lead body is accommodated in the reinforcing member at a predetermined inter-electrode distance so that the superconducting wire has a bend between the metal electrodes.
本発明によれば、超電導線材に形成された撓みによって、冷却時に超電導線材に生じる熱収縮が吸収されるので、超電導線材と金属電極との接合部に過大な負荷が生じることはなく、高い信頼性が確保される。 According to the present invention, since the thermal contraction generated in the superconducting wire during cooling is absorbed by the bending formed in the superconducting wire, an excessive load is not generated at the joint between the superconducting wire and the metal electrode, and high reliability is achieved. Sex is secured.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係る超電導電流リード10を用いた超電導磁石装置1を示す図である。図2は、超電導リード10の外観図である。図3は、超電導線材11の一般的な構成を示す図である。図4は、超電導電流リードをZ方向先端側から見た平面図である。図5は、図6におけるVI−VI矢視断面図である。図6は、超電導電流リードをY方向基端側から見た正面図である。図7は、図4におけるIV−IV矢視断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a
図1に示すように、超電導磁石装置1は、超電導電流リード10、常電導電流リード15、超電導コイル20、電源30、及び低温容器40等を備える。
低温容器40は、内側の容器41と外側の真空槽42とからなる二重構造を有する。容器41は冷凍機(図示略)に接続され、例えば液体ヘリウムによって内部を極低温(例えば77K)に保持される。真空槽42は真空ポンプ(図示略)に接続され、内部を真空状態に保持される。
As shown in FIG. 1, the
The
超電導コイル20は、超電導線材を巻線したコイルである。超電導コイル20は、低温部となる容器41内に配置される。超電導コイル20は、超電導電流リード10と接続するためのコイル電極21を有する。
電源30は、常温部となる低温容器40外に配置される。電源30は、常電導電流リード15及び超電導電流リード10を介して、超電導コイル20に電流を供給する。常電導電流リード15は、例えば銅線である。
The
The
超電導電流リード10は、超電導線材11、第1の電極12、第2の電極13、及び補強部材14を有する。超電導電流リード10は、容器41内に配置される。超電導線材11の高温側となる一端部は第1の電極12に接続され、低温側となる他端部は第2の電極13に接続される。
本実施の形態では、超電導線材11を1本用いた超電導電流リード10について説明するが、本発明は、後述する実施例2のように、超電導線材11を複数本有する超電導電流リードに適用することもできる。
The superconducting
In this embodiment, a superconducting
超電導線材11は、図3に示すように、超電導層113を有するテープ状の線材である。超電導線材11は、例えばテープ状の金属基板111上に、中間層112、超電導層113、安定化層114が順に形成された積層構造を有する。
The
金属基板111は、Ni合金(例えばハステロイ(登録商標))、W−Mo系、Fe−Cr系(例えばオーステナイト系ステンレス)、又はFe−Ni系の材料に代表される低磁性の無配向金属基板である。
The
中間層112は、例えば金属基板111からの元素の拡散が超電導層113に及ぶのを防止するための第1の中間層(拡散防止層)と、超電導層113の結晶を一定の方向に配向させるための第2の中間層(配向層)など、複数の中間層を有する。第1の中間層は、例えばガリウムドープ酸化亜鉛層(GZO)又はイットリウム安定化ジルコニア層(YSZ)で構成される。第1の中間層の成膜には、例えばイオンビームアシスト蒸着法(IBAD:Ion Beam Assisted Deposition)を適用できる。第2の中間層は、例えば酸化セリウム層(CeO2)で構成される。第2の中間層の成膜には、例えばRFスパッタ法を適用できる。
The
超電導層113は、例えばRE系超電導体(RE:Y、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm及びYbから選択される1又は2種以上の希土類元素)等の酸化物超電導体で構成される。RE系超電導体としては、YBa2Cu3O7で表されるイットリウム系超電導体が代表的である。超電導層113の成膜には、有機金属体積法(MOD:Metal-organic deposition)、パルスレーザー蒸着法(PLD:Pulsed Laser Deposition)、スパッタ法、又は有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)を適用できる。
The
超電導層113には、Y、Zr、Sn、Ti、Ceのうち少なくとも1つを含む50μm以下の酸化物粒子が磁束ピンニング点として分散していることが好ましい。この場合、超電導層113の成膜法としては、三フッ化酢酸塩(TFA)を用いたTFA−MOD法が好適である。例えば、TFAを含むBa溶液中に、Baと親和性の高いZr含有ナフテン酸塩等を混合することにより、RE系超電導体からなる超電導層113に、Zrを含む酸化物粒子(BaZrO3)を磁束ピンニング点として分散させることができる。なお、超電導層113中に磁束ピンニング点を分散する手法は、公知の技術を適用することができる(例えば特開2012−059468号公報)。
超電導層113中に磁束ピンニング点を分散させることにより、超電導線材11が湾曲した状態で用いられても、磁場の影響を受けにくく、安定した超電導特性が発揮される。
In the
By dispersing the magnetic flux pinning points in the
安定化層114は、超電導層113を保護するとともに、超電導状態が部分的に破れて抵抗が発生(常電導転移)した場合に電流を迂回させるための層である。安定化層114は、電気抵抗率が低く、熱伝導率の高い材料で構成されるのが好ましく、例えばAg又はCuで構成される。安定化層114の成膜には、例えばスパッタ法を適用できる。
The
超電導線材11の熱収縮率は、主として金属基板111に依存する。室温から77Kに冷却した際のハステロイの熱収縮率は、0.204%である。また、超電導線材11の熱伝導率は、主として金属基板111及び安定化層114に依存する。77Kにおけるハステロイの熱伝導率は5.164W/(m・K)であり、Agの熱伝導率は237.3W/(m・K)である。
The thermal contraction rate of the
第1の電極12(高温側電極)及び第2の電極13(低温側電極)は、銅又は銅合金等の金属材料で構成される。第1の電極12は、容器41の底面近傍に配置され、導体引出部(図示略)を介して常電導電流リード15に接続される。第1の電極12の近傍の温度は、例えば77Kである。第2の電極13は、超電導コイル20の近傍に配置され、超電導コイル20のコイル電極21に接続される。第2の電極13の近傍の温度は、例えば4.2Kである。
The 1st electrode 12 (high temperature side electrode) and the 2nd electrode 13 (low temperature side electrode) are comprised with metal materials, such as copper or a copper alloy. The
第1の電極12及び第2の電極13は、それぞれ長さ方向(X方向)における一方の端面に、超電導線材11を固定するための固定溝12a、13aを有する。固定溝12a、13aの幅方向(Y方向)両端は、開放されていてもよいし、閉塞されていてもよい。固定溝12a、13aの高さ(Z方向)は、超電導線材11の厚みよりも若干大きく設定される。固定溝12a、13aの深さ(X方向)は、超電導線材11と強固に接合し、接続抵抗が充分小さく、かつ支持できる程度であればよい。
The
第1の電極12の固定溝12aには、超電導線材11の一方の端部が固定溝12aの底部に突き当たるまで挿入される。第2の電極13の固定溝13aには、超電導線材11の他方の端部が固定溝13aの底部に突き当たるまで挿入される。超電導線材11と固定溝12a、13aの隙間には溶融半田が充填される。すなわち、超電導線材11と第1の電極12及び第2の電極13は、半田付けにより接合され、電気的に接続される。
The
このように、超電導電流リード11においては、固定溝12a、13aに超電導線材11が挿入されて接合されるので、リード本体の組立工程が極めて容易であり、また超電導電流リード11の小型化を図る上でも有用である。
Thus, since the
補強部材14は、超電導線材11よりも熱伝導率が低い。これにより、外部からの熱侵入量を低減することができる。
熱侵入量を低減する観点からは、GFRPが好適である。77KにおけるGFRPの熱伝導率は0.39W/(m・K)であり、超電導線材11の熱伝導率よりも著しく小さい。また、77KにおけるGFRPの熱収縮率は0.213%であり、超電導線材11の熱収縮率よりも大きい。
一方、超電導線材11が破損したときに超電導磁石装置1を保護する観点からは、バイパスとして機能するステンレス合金、ニッケル基合金、チタン合金等が好適である。77Kにおけるステンレス合金(SUS304、SUS316)の熱伝導率は7.9W/(m・K)であり、超電導線材11の熱伝導率よりも小さい。また、77Kにおけるステンレス合金(SUS304)の熱収縮率は0.281であり、熱伝導線材11の熱収縮率よりも大きい。
The reinforcing
From the viewpoint of reducing the amount of heat penetration, GFRP is preferred. The thermal conductivity of GFRP at 77 K is 0.39 W / (m · K), which is significantly smaller than the thermal conductivity of the
On the other hand, from the viewpoint of protecting the
補強部材14は、超電導線材11の両端部に第1の電極12と第2の電極13が接合されたリード本体を、所定の電極間距離(第1の電極12と第2の電極13の離間距離)となるように位置決めした状態で収容する。補強部材14は、中空の直方体部材であり、天面が開口した収容部142及び開口を閉塞する蓋部141を有する。収容部142にリード本体が収容された後、収容部142の開口を閉塞するように蓋部141が接着される。なお、収容部142及び蓋部141には、部分的に開口が形成されていてもよい。
The reinforcing
収容部142にはリード本体が収容され、所定の電極間距離となるように位置決めされる。具体的には、リード本体の位置決めを行うための位置決め部(図示略)を補強部材14に設けておき、これを利用して第1の電極12及び第2の電極13を所定の位置に固定する。
The
本実施の形態では、リード本体が補強部材14に収容されたときに、超電導線材11が第1の電極12と第2の電極13との電極間において撓みを有する。超電導線材11に形成される撓みを図8に示す。
In the present embodiment, when the lead body is accommodated in the reinforcing
図8Aに示すように、超電導線材11の露出長Lscは、超電導線材11の全長から固定溝12a、13aの深さ(X方向の長さ)を除いた長さである。このリード本体を補強部材14に収容したときの電極間距離Leが超電導線材11の露出長Lscよりも短ければ、図8Bに示すように、超電導線材11に撓み量ΔDの撓みが形成される。
As shown in FIG. 8A, the exposed length Lsc of the
例えば、固定溝12a、13aのそれぞれの深さを25mm、超電導線材11の全長を151mmとした場合、超電導線材11の露出長Lscは101mmとなる。このリード本体を補強部材14に収容したときの電極間距離Leが100mmの場合、1mm分の撓みが形成されることになる。
For example, when the depth of each of the fixing
ここで、撓み率ΔD/Leは、0.5%以上であることが好ましい。撓み率ΔD/Leを0.5%以上とすることにより、冷却時に超電導線材11に生じる熱収縮は撓みによって確実に吸収されるので、超電導線材11と第1の電極12及び第2の電極13との接合部に過大な負荷がかかるのを確実に防止することができる。
Here, the deflection rate ΔD / Le is preferably 0.5% or more. By setting the deflection rate ΔD / Le to 0.5% or more, the thermal contraction that occurs in the
なお、超電導線材11に生じる熱収縮を吸収する観点からは、撓み率ΔD/Leの上限は特に制限されない。しかし、撓みが大きすぎると補強部材14に収容するのが困難となったり、超電導特性が低下したりする虞がある。かかる観点から、撓み率ΔD/Leは10%以下であることが好ましい。
Note that the upper limit of the deflection rate ΔD / Le is not particularly limited from the viewpoint of absorbing thermal shrinkage generated in the
このように、実施の形態に係る超電導電流リード10は、金属基板111上に中間層112、超電導層113、安定化層114が順に積層されたテープ状の超電導線材11と、超電導線材11の両端部に接合される金属電極(第1の電極12、第2の電極13)と、超電導線材11と金属電極(12、13)とを含むリード本体を、所定の電極間距離Leとなるように位置決めした状態で収容する補強部材14と、を備える。そして、超電導線材11は、金属電極(12、13)間において撓みを有する。
As described above, the superconducting
超電導電流リード10において、補強部材14がGFRPやステンレス合金等で構成される場合、超電導線材11の熱収縮率は補強部材14の熱収縮率よりも小さい。この場合、熱伝導率の高い超電導線材11の方が冷却の進行が速く、冷却初期の収縮量は補強部材14よりも超電導線材11の方が大きくなるため、超電導線材11に撓みが形成されていなければ、超電導線材11と第1の電極12及び第2の電極13との接合部に過大な負荷が生じる。
超電導電流リード10によれば、超電導線材11に形成された撓みによって、冷却時に超電導線材11に生じる熱収縮が吸収されるので、超電導線材11と第1の電極12及び第2の電極13との接合部に過大な負荷が生じることはなく、高い信頼性が確保される。
In the superconducting
According to the superconducting
また、超電導線材11の熱収縮率が補強部材14の熱収縮率よりも大きい場合は、冷却初期だけでなく、運転中の極低温環境下においても、熱収縮量の差によって超電導線材11と第1の電極12及び第2の電極13との接合部に過大な負荷が生じる。この場合も、超電導線材11に撓みを形成することにより、超電導線材11に生じる熱収縮を吸収し、超電導線材11と第1の電極12及び第2の電極13との接合部に過大な負荷が生じるのを防止することができる。
Further, when the thermal contraction rate of the
[実施例1]
実施例1では、YBCOからなる超電導層を有する1本の超電導線材を用意し、この両端部に、表面に錫めっき処理が施された無酸素銅製の金属電極を接合し、さらにGFRP製の補強部材に収容して、超電導電流リードを作製した。電極間距離Leは100mmとし、電極間における超電導線材の撓み率は、超電導線材の全長を変化させることにより、1%、2%、5%、20%となるようにした。
[Example 1]
In Example 1, one superconducting wire having a superconducting layer made of YBCO is prepared, and an oxygen-free copper metal electrode having a surface plated with tin is bonded to both ends thereof, and a GFRP reinforcement is further provided. A superconducting current lead was prepared by being housed in the member. The interelectrode distance Le was 100 mm, and the deflection rate of the superconducting wire between the electrodes was changed to 1%, 2%, 5%, and 20% by changing the total length of the superconducting wire.
[参照例1]
参照例1では、実施例1と同様の構成を有する超電導電流リードを、撓み率が0.3%となるように作製した。
[Reference Example 1]
In Reference Example 1, a superconducting current lead having the same configuration as in Example 1 was produced so that the deflection rate was 0.3%.
実施例1及び参照例1に係る超電導電流リードについて、極低温環境下における臨界電流特性を評価した。具体的には、超電導電流リードの金属電極に熱伝導板を取り付け、伝導冷却により超電導電流リード全体が73〜78Kとなるように冷却し、臨界電流値Ic(設計値200A)を測定した。なお、外部磁場は0T(自己磁場中)とした。評価結果を表1に示す。 The superconducting current leads according to Example 1 and Reference Example 1 were evaluated for critical current characteristics in a cryogenic environment. Specifically, a heat conduction plate was attached to the metal electrode of the superconducting current lead, and the whole superconducting current lead was cooled by conduction cooling to 73 to 78K, and the critical current value Ic (design value 200A) was measured. The external magnetic field was 0T (in a self magnetic field). The evaluation results are shown in Table 1.
[実施例2]
実施例2では、YBCOからなる超電導層を有する超電導線材を2本用意し、これらの金属基板面同士を貼着して複合型の超電導線材を作製した。そして、この複合型の超電導線材を幅方向に2本並設した両端部に、表面に錫めっき処理が施された無酸素銅製の金属電極を接合し、さらにGFRP製の補強部材に収容して、超電導電流リードを作製した。つまり、実施例2では4本の超電導線材を用いた超電導電流リードを作製した。電極間距離Leは100mmとし、電極間における超電導線材の撓み率は、超電導線材の全長を変化させることにより、1.2%、2%、6%、18%となるようにした。
[Example 2]
In Example 2, two superconducting wires having a superconducting layer made of YBCO were prepared, and these metal substrate surfaces were bonded together to produce a composite type superconducting wire. Then, an oxygen-free copper metal electrode whose surface is tin-plated is joined to both ends of the two composite superconducting wires arranged side by side in the width direction, and further accommodated in a reinforcing member made of GFRP. A superconducting current lead was produced. That is, in Example 2, a superconducting current lead using four superconducting wires was produced. The interelectrode distance Le was 100 mm, and the deflection rate of the superconducting wire between the electrodes was changed to 1.2%, 2%, 6%, and 18% by changing the total length of the superconducting wire.
[参照例2]
参照例2では、実施例2と同様の構成を有する超電導電流リードを、撓み率が0.4%となるように作製した。
[Reference Example 2]
In Reference Example 2, a superconducting current lead having the same configuration as in Example 2 was produced so that the deflection rate was 0.4%.
実施例2及び参照例2に係る超電導電流リードについて、極低温環境下における臨界電流特性を評価した。具体的には、超電導電流リードの金属電極に熱伝導板を取り付け、伝導冷却により超電導電流リード全体が73〜78Kとなるように冷却し、臨界電流値Ic(設計値800A)を測定した。なお、外部磁場は0T(自己磁場中)とした。評価結果を表2に示す。 The superconducting current leads according to Example 2 and Reference Example 2 were evaluated for critical current characteristics in a cryogenic environment. Specifically, a heat conduction plate was attached to the metal electrode of the superconducting current lead, and the whole superconducting current lead was cooled by conduction cooling to 73 to 78K, and the critical current value Ic (design value 800A) was measured. The external magnetic field was 0T (in a self magnetic field). The evaluation results are shown in Table 2.
表1、2に示すように、撓み率ΔD/Leが0.5%以上である実施例1及び実施例2では、設計値とほぼ同等の臨界電流特性が得られた。これより、超電導線材に撓みを形成するという本発明の有効性が確認された。なお、実施例1−4、実施例2−4では、設計値通りの臨界電流特性が得られたが、超電導線材が大きく撓み、補強部材への収容が困難であった。このように、実施例1−4、実施例2−4は実用的ではないため、表1、表2では参考例として示した。 As shown in Tables 1 and 2, in Example 1 and Example 2 in which the deflection rate ΔD / Le was 0.5% or more, critical current characteristics almost equal to the design values were obtained. This confirmed the effectiveness of the present invention to form a deflection in the superconducting wire. In Examples 1-4 and 2-4, the critical current characteristics as designed were obtained, but the superconducting wire was greatly bent and it was difficult to accommodate the reinforcing member. Thus, since Example 1-4 and Example 2-4 are not practical, it showed as a reference example in Table 1 and Table 2.
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be changed without departing from the gist thereof.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 超電導磁石装置
10 超電導電流リード
11 超電導線材
111 金属基板
112 中間層
113 超電導層
114 安定化層
12 第1の電極(金属電極)
13 第2の電極(金属電極)
14 補強部材
15 常電導電流リード
20 超電導コイル
30 電源
40 低温容器
DESCRIPTION OF
13 Second electrode (metal electrode)
14 Reinforcing
Claims (8)
前記超電導線材の両端部に接合される金属電極と、
前記超電導線材と前記金属電極とを含むリード本体を収容する補強部材と、を備え、
前記リード本体は、前記超電導線材が前記金属電極間において撓みを有するように、所定の電極間距離で前記補強部材に収容されていることを特徴とする超電導電流リード。 A tape-shaped superconducting wire in which an intermediate layer, a superconducting layer, and a stabilizing layer are laminated in order on a metal substrate;
Metal electrodes bonded to both ends of the superconducting wire;
And a reinforcing member which yield volumes of lead body comprising said metal electrode and the superconducting wire,
The lead body is accommodated in the reinforcing member at a predetermined inter-electrode distance so that the superconducting wire is bent between the metal electrodes.
前記固定溝に前記超電導線材の端部が挿入され、接合されることにより、前記金属電極と前記超電導線材とが電気的に接続されることを特徴とする請求項1又は2に記載の超電導電流リード。 The metal electrode has a fixing groove on one end surface,
The superconducting current according to claim 1 or 2, wherein the metal electrode and the superconducting wire are electrically connected by inserting and joining an end portion of the superconducting wire into the fixed groove. Lead.
前記超電導層中に、Y、Zr、Sn、Ti、Ceのうち少なくとも1つを含む50μm以下の酸化物粒子が磁束ピンニング点として分散していることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の超電導電流リード。 The superconducting layer is formed by a TFA-MOD method,
6. The oxide particle of 50 μm or less containing at least one of Y, Zr, Sn, Ti, and Ce is dispersed as a magnetic flux pinning point in the superconducting layer. The superconducting current lead according to one item.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013159228A JP6238623B2 (en) | 2013-07-31 | 2013-07-31 | Superconducting current lead |
PCT/JP2014/002573 WO2015015680A1 (en) | 2013-07-31 | 2014-05-15 | Superconducting current lead |
CN201480042321.6A CN105408969B (en) | 2013-07-31 | 2014-05-15 | Superconductive current lead |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013159228A JP6238623B2 (en) | 2013-07-31 | 2013-07-31 | Superconducting current lead |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015032612A JP2015032612A (en) | 2015-02-16 |
JP6238623B2 true JP6238623B2 (en) | 2017-11-29 |
Family
ID=52431246
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013159228A Active JP6238623B2 (en) | 2013-07-31 | 2013-07-31 | Superconducting current lead |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6238623B2 (en) |
CN (1) | CN105408969B (en) |
WO (1) | WO2015015680A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108573789B (en) * | 2018-06-29 | 2024-04-19 | 宁波健信超导科技股份有限公司 | Fixing device for high-temperature superconductive current lead |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3468888B2 (en) * | 1994-11-29 | 2003-11-17 | 株式会社東芝 | Current leads for superconducting devices |
JPH08339915A (en) * | 1995-06-09 | 1996-12-24 | Fuji Electric Co Ltd | Current lead for superconducting device |
US6864430B2 (en) * | 1999-09-09 | 2005-03-08 | Southwire Company | Superconducting cable having a flexible former |
JP2006253592A (en) * | 2005-03-14 | 2006-09-21 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Superconducting coil and its manufacturing method |
JP2010098270A (en) * | 2008-10-20 | 2010-04-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Superconducting coil apparatus |
JP5675232B2 (en) * | 2010-09-07 | 2015-02-25 | 昭和電線ケーブルシステム株式会社 | Superconducting current lead |
JP2012064323A (en) * | 2010-09-14 | 2012-03-29 | Swcc Showa Cable Systems Co Ltd | Superconductive current lead |
KR101798659B1 (en) * | 2011-04-27 | 2017-11-16 | 엘에스전선 주식회사 | Super-conducting cable device |
-
2013
- 2013-07-31 JP JP2013159228A patent/JP6238623B2/en active Active
-
2014
- 2014-05-15 WO PCT/JP2014/002573 patent/WO2015015680A1/en active Application Filing
- 2014-05-15 CN CN201480042321.6A patent/CN105408969B/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105408969B (en) | 2018-03-20 |
CN105408969A (en) | 2016-03-16 |
WO2015015680A1 (en) | 2015-02-05 |
JP2015032612A (en) | 2015-02-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2741370A1 (en) | Method for joining second generation rebco high temperature superconductors using partial micro-melting diffusion welding by direct contact of high temperature superconductors and for recovering superconducting characteristics by oxygen supply annealing heat treatment | |
JP5568361B2 (en) | Superconducting wire electrode joint structure, superconducting wire, and superconducting coil | |
JP2007266149A (en) | Method of connecting superconductive wire rod, and superconductive wire rod | |
JP5724029B2 (en) | Superconducting current lead, superconducting current lead device, and superconducting magnet device | |
JP2013175293A (en) | Superconductive current lead, current lead device, and superconducting magnet device | |
JP5022279B2 (en) | Oxide superconducting current lead | |
JP5675232B2 (en) | Superconducting current lead | |
JP6238623B2 (en) | Superconducting current lead | |
JP6678509B2 (en) | Superconducting tape wire, superconducting current lead using superconducting tape, permanent current switch and superconducting coil | |
JP6444549B2 (en) | Superconducting current lead | |
JP5789696B1 (en) | Superconducting current lead and method of manufacturing superconducting current lead | |
JP2018055990A (en) | Superconductive current lead and oxide superconducting wire material | |
JP5925827B2 (en) | Superconducting current lead | |
JP6314022B2 (en) | Superconducting current lead and method of manufacturing superconducting current lead | |
JP6353334B2 (en) | Superconducting current lead | |
JP5882402B2 (en) | Superconducting current lead | |
JP2009230912A (en) | Oxide superconductive current lead | |
JP2012064323A (en) | Superconductive current lead | |
JP2015162427A (en) | Superconductive current lead | |
JP6125350B2 (en) | Superconducting wire connection and superconducting current lead | |
JP2015122163A (en) | Superconductive current lead | |
JP2015185423A (en) | Superconductive current lead | |
JP3766448B2 (en) | Superconducting current lead | |
JP2014179526A (en) | Current lead |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160420 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170404 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170601 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20171017 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20171031 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6238623 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |