JP6738720B2 - Superconducting wire connection structure - Google Patents
Superconducting wire connection structure Download PDFInfo
- Publication number
- JP6738720B2 JP6738720B2 JP2016243543A JP2016243543A JP6738720B2 JP 6738720 B2 JP6738720 B2 JP 6738720B2 JP 2016243543 A JP2016243543 A JP 2016243543A JP 2016243543 A JP2016243543 A JP 2016243543A JP 6738720 B2 JP6738720 B2 JP 6738720B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- superconducting wire
- superconducting
- based superconducting
- coil
- wires
- 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
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
本発明は、超電導線材の接続構造に関する。 The present invention relates to a superconducting wire connection structure.
近年、臨界温度(Tc)が液体窒素温度(約77K)よりも高い酸化物超電導線材として、RE系超電導線材が注目されている。RE系超電導体(RE:希土類元素)、例えば化学式YBa2Cu3O7-yで表されるイットリウム系超電導体(以下、Y系超電導体)が代表的である。RE系超電導線材を、MRIやNMRなどの時間的に安定な磁場が要求される用途に適用する場合、磁場の減衰が極力抑えられる永久電流モードでの運転が有効な選択肢となるが、そのためには超電導コイル間、もしくは超電導コイルと永久電流スイッチの間で10-11Ω以下の接続抵抗で接続する必要がある。
RE系超電導線材は金属基板上にセラミックスからなる酸化物超電導膜が成膜されたのち、銀保護層で覆われた構造を有する。このようなRE系超電導線材同士の接続として最も簡便な方法は半田による接続であるが、その場合10-8Ω程度の接触抵抗が発生してしまい、理想的な永久電流モードとすることは困難であった。
このため、RE系超電導線材で製作された超電導コイル間を低抵抗で接続する方法として、酸化物超電導線材の金属皮膜を除去し、酸化物超電導芯材同士を焼結する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
In recent years, RE-based superconducting wire has attracted attention as an oxide superconducting wire whose critical temperature (Tc) is higher than liquid nitrogen temperature (about 77K). A typical example is an RE-based superconductor (RE: rare earth element), for example, an yttrium-based superconductor represented by the chemical formula YBa 2 Cu 3 O 7-y (hereinafter, Y-based superconductor). When applying a RE superconducting wire to applications such as MRI and NMR that require a stable magnetic field over time, operation in the persistent current mode, which minimizes magnetic field attenuation, is an effective option. Must be connected between the superconducting coils or between the superconducting coil and the persistent current switch with a connection resistance of 10 -11 Ω or less.
The RE superconducting wire has a structure in which an oxide superconducting film made of ceramics is formed on a metal substrate and then covered with a silver protective layer. The simplest method for connecting RE-based superconducting wires to each other is by soldering, but in that case a contact resistance of about 10 -8 Ω is generated and it is difficult to set the ideal permanent current mode. Met.
Therefore, as a method of connecting the superconducting coils made of the RE superconducting wire with low resistance, a method of removing the metal film of the oxide superconducting wire and sintering the oxide superconducting cores has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).
しかしながら、図14に示すように、酸化物超電導線材Lの焼結接続された酸化物超電導膜L1はセラミックスL2を介して接続されているために機械的強度に乏しく、マグネットシステムなどのアプリケーションへの組み上げや、輸送において、曲げや衝撃が加わると破損することがあった。 However, as shown in FIG. 14, since the oxide superconducting film L1 of the oxide superconducting wire L, which is sintered and connected, is connected through the ceramics L2, the mechanical strength is poor, and it is suitable for applications such as magnet systems. When assembled or transported, it could be damaged by bending or impact.
また、酸化物超電導膜の焼結にあたっては800℃程度の高温を要するため、長尺線材の一部を接続予定部として炉の加熱領域に引き込む必要がある。その場合、コイル全体を焼結炉に入れることはできないので、接続部分のみを長く引き出して焼結させる必要があった。
そして、酸化物超電導膜の焼結接続後に要求の性能が出ない、あるいは破損したなどの問題が生じた場合、接続のやり直しが必要となるが、酸化物超電導膜の焼結接続プロセスが同一の接続部で複数回行われると、超電導線材の接続部における金属基板が熱疲労を起こすため歪みが発生し、結果接続部の超電導特性が劣化することが経験によって見出されている。
そのため接続のやり直しにあたっては、焼結接続プロセスを経た部位を切り捨て、近傍の超電導線材部位を新たに接続予定部として焼結接続を試みることが必要となる。したがって、酸化物超電導膜の接続にあたっては、やり直しの可能性を考慮し、実際に焼結作業に必要となる長さ以上の余長を確保した上で焼結接続に臨むことが必要であった。
一方、RE系超電導線材はテープ形状をしており、特定方向の曲がりや折り曲げに弱いことから、余長部分は破損が生じないように機械的に固定されていることが好ましく、余長の調整にあたっては焼結接続箇所が破損しないよう注意する必要があった。
Further, since a high temperature of about 800° C. is required for sintering the oxide superconducting film, it is necessary to draw a part of the long wire into the heating region of the furnace as a planned connection part. In that case, the entire coil cannot be put into the sintering furnace, so that it was necessary to pull out only the connecting portion for sintering.
Then, if there is a problem that the required performance does not appear after the sintered connection of the oxide superconducting film, or if the oxide superconducting film has a problem such as breakage, it is necessary to redo the connection, but the sintering connection process of the oxide superconducting film is the same. It has been found from experience that, if it is performed a plurality of times at the connection portion, the metal substrate in the connection portion of the superconducting wire rod is distorted due to thermal fatigue, resulting in deterioration of the superconducting characteristics of the connection portion.
Therefore, when reconnecting, it is necessary to cut off the portion that has undergone the sintering connection process and try sintering connection by making a neighboring superconducting wire material portion a new planned connection portion. Therefore, when connecting the oxide superconducting film, it was necessary to consider the possibility of redoing and secure a surplus length more than the length actually required for the sintering work before the sintering connection. ..
On the other hand, the RE superconducting wire has a tape shape and is weak in bending and bending in a specific direction. Therefore, it is preferable that the extra length part is mechanically fixed so that damage does not occur. At that time, it was necessary to take care so that the sintered joint was not damaged.
また、酸化物超電導膜の焼結接続された部位はセラミックスであるために熱伝導率が低く、何らかの原因で常電導状態に転移すると非常に高抵抗となってしまうため、過電流等によって一度電圧が発生し始めると、たちまちにホットスポット化し焼損に至るという問題もあった。 In addition, since the portion of the oxide superconducting film that is sintered and connected is a ceramic, its thermal conductivity is low, and if it changes to the normal conducting state for some reason, the resistance becomes extremely high. There was also a problem in that when the occurrence of the phenomenon occurred, it immediately became a hot spot and burned out.
以上のように、本発明は、焼結接続された超電導線材の接続部を効果的に保護する超電導線材の接続構造を提供することをその目的とする。
また、焼結接続された超電導線材の余長部分を好適に保護する超電導線材の接続構造を提供することをさらなる目的とする。
また、焼結接続された超電導線材の接続部分を焼損から好適に保護する超電導線材の接続構造を提供することをさらなる目的とする。
As described above, an object of the present invention is to provide a superconducting wire connecting structure that effectively protects a connecting portion of a sintered superconducting wire.
Another object of the present invention is to provide a superconducting wire connecting structure that suitably protects an extra length portion of a superconducting wire that is sintered and connected.
Another object of the present invention is to provide a connection structure for a superconducting wire, which is capable of suitably protecting a connecting portion of a sintered and connected superconducting wire from burnout.
請求項1記載の発明は、
片側の面に超電導導体層が形成されたテープ状の基材と、
前記基材を被覆する保護層とを備えるRE系の超電導線材の接続構造において、
二本の前記超電導線材の前記保護層から露出した前記超電導導体層を焼結接続した接続部と、
前記接続部が固定された溝部を有する溝付き枠材と、
片方の前記超電導線材の余長部分が巻き付けられた無誘導巻き取り枠材と、
を備えていることを特徴とする。
The invention according to
A tape-shaped base material having a superconducting conductor layer formed on one surface,
In a connection structure of a RE-based superconducting wire comprising a protective layer covering the base material,
A connection portion in which the superconducting conductor layer exposed from the protective layer of the two superconducting wires is sintered and connected ,
A frame member with a groove having a groove portion to which the connecting portion is fixed ,
A non-inductive winding frame member around which the extra length of one of the superconducting wires is wound,
It is characterized by having.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の超電導線材の接続構造において、
前記溝付き枠材は円柱形状部を備え、
前記接続部で接続された前記二本の前記超電導線材が前記円柱形状部に巻線されていることを特徴とする。
The invention according to
The grooved frame material includes a columnar portion,
The two superconducting wires connected by the connecting portion are wound around the columnar portion.
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の超電導線材の接続構造において、
前記二本の前記超電導線材は、前記接続部以外の部分で導通可能に接続されていることを特徴とする。
The invention according to
It is characterized in that the two superconducting wires are connected so as to be able to conduct at portions other than the connecting portion.
請求項4記載の発明は、請求項2記載の超電導線材の接続構造において、
前記二本の前記超電導線材は、前記接続部以外であって前記溝付き枠材に巻線されている部分で導通可能に接続されていることを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the connection structure for a superconducting wire according to
It is characterized in that the two superconducting wires are electrically connected to each other at a portion other than the connecting portion and wound around the grooved frame material.
請求項5記載の発明は、請求項3又は4記載の超電導線材の接続構造において、
前記二本の前記超電導線材は、前記接続部以外の部分で、前記二本の前記超電導線材以外の超電導線材により接続されていることを特徴とする。
The invention according to
The two superconducting wires are connected by a superconducting wire other than the two superconducting wires at a portion other than the connecting portion.
請求項6記載の発明は、請求項1から5のいずれか一項に記載の超電導線材の接続構造において、
前記溝部に樹脂又は低融点金属を有することを特徴とする。
The invention according to
It is characterized in that the groove portion has a resin or a low melting point metal.
請求項7記載の発明は、請求項1から6のいずれか一項に記載の超電導線材の接続構造において、
前記二本の前記超電導線材は、
前記超電導線材の長手方向における前記接続部側に向かう方向が同じ向きになるように接続されていることを特徴とする。
The invention according to
The two superconducting wires,
It is characterized in that the superconducting wires are connected so that the directions toward the connecting portion side in the longitudinal direction are the same.
本発明は、溝付き枠材の溝部内に二本の超電導線材の接続部が固定されているので、接続部の周囲が溝部の内壁に囲まれて機械的強度が高く維持され、曲げや衝撃,その他の外力から保護し、破損の発生を効果的に低減することが可能である。
また、溝付き枠材が円柱形状部を備える構成とした場合には、超電導線材を巻き付けにより保持することができ、超電導線材の余長部分を特定方向の曲がりや折り曲げから保護することが可能となる。
また、二本の超電導線材を接続部以外の部分で導通可能に接続する構成とした場合には、接続部において常電導状態への転移が生じた場合に、バイパス接続部に電流を逃がすことができ、接続部のホットスポット化を抑制し、焼損の発生を低減することが可能となる。
According to the present invention, since the connecting portion of the two superconducting wire members is fixed in the groove portion of the grooved frame member, the periphery of the connecting portion is surrounded by the inner wall of the groove portion and the mechanical strength is kept high, and bending or impact ,It is possible to protect from other external forces and effectively reduce the occurrence of breakage.
Further, when the grooved frame member is configured to have a columnar portion, the superconducting wire can be held by winding, and the extra length portion of the superconducting wire can be protected from bending or bending in a specific direction. Become.
Further, in the case where two superconducting wires are connected so as to be able to conduct at a portion other than the connecting portion, when the transition to the normal conducting state occurs at the connecting portion, current may be released to the bypass connecting portion. Therefore, it is possible to suppress hot spots in the connection portion and reduce the occurrence of burnout.
[第一の実施形態]
以下に、本発明を実施するための好ましい第一の実施の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
本実施形態は、個別に用途が定められた二本の超電導線材としてのRE系超電導線材100を超電導状態で接続可能とするRE系超電導線材の接続構造10に関する。
[First embodiment]
A preferred first embodiment for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the embodiments described below are provided with various technically preferable limitations for carrying out the present invention, but the scope of the present invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.
The present embodiment relates to an RE-based superconducting
[RE系超電導線材]
図1は接続の対象となるRE系超電導線材100の構造を示す斜視図である。
RE系超電導線材100は、超電導成膜用基材1(以下、「基材1」とする)の厚み方向の一方の主面(以下、成膜面11という)に、中間層2及び酸化物超電導導体層3、内部保護層4がこの順に積層されており、さらに、基材1の主面とは逆側の面にも内部保護層4aが形成されている。即ち、RE系超電導線材100は、内部保護層4、基材1、中間層2、酸化物超電導導体層3(以下、「超電導導体層3」とする)、内部保護層4aによる積層構造を有しており、さらに、この積層構造の周囲を被覆する外部保護層5(安定化層)を有している。
なお、以下において、内部保護層4,4a及び外部保護層5を総称して「保護層」という場合がある。
また上記図1以外では、RE系超電導線材100の中間層2、内部保護層4及び内部保護層4aの図示は省略する。
[RE superconducting wire]
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of an RE-based
The RE-based
In the following, the inner
Further, except for FIG. 1, the illustration of the
基材1は、テープ状の低磁性の金属基板やセラミックス基板が用いられる。金属基板の材料としては、例えば、強度及び耐熱性に優れた、Co、Cu、Cr、Ni、Ti、Mo、Nb、Ta、W、Mn、Fe、Ag等の金属又はこれらの合金が用いられる。特に、耐食性及び耐熱性が優れているという観点からハステロイ(登録商標)、インコネル(登録商標)等のNi基合金、またはステンレス鋼等のFe基合金を用いることが好ましい。
また、これら各種金属材料上に各種セラミックスを配してもよい。また、セラミックス基板の材料としては、例えば、MgO、SrTiO3、又はイットリウム安定化ジルコニア等が用いられる。その他にも、サファイアを基材として用いてもよい。
基材1の厚さは50μm程度である(なお、厚さの数値は一例でありこれに限定されない。RE系超電導線材100の他の各層の厚さについても同様である)。
As the
Further, various ceramics may be arranged on these various metal materials. Further, as the material of the ceramic substrate, for example, MgO, SrTiO 3 , or yttrium-stabilized zirconia is used. Besides, sapphire may be used as the base material.
The thickness of the
成膜面11は、略平滑な面とされており、例えば成膜面11の表面粗さが10nm以下とされていることが好ましい。
なお、表面粗さとは、JISB-0601-2001において規定する表面粗さパラメータの「高さ方向の振幅平均パラメータ」における算術平均粗さRaである。
The film forming surface 11 is a substantially smooth surface, and it is preferable that the film forming surface 11 has a surface roughness of 10 nm or less.
The surface roughness is the arithmetic average roughness Ra in the “amplitude average parameter in the height direction” of the surface roughness parameters specified in JIS B-0601-2001.
中間層2は、超電導導体層3において例えば高い2軸配向性を実現するための層である。このような中間層2は、例えば、熱膨張率や格子定数等の物理的な特性値が基材1と超電導導体層3を構成する超電導体との中間的な値を示す。
また、中間層2は、単層構造であってもよく、多層構造であってもよい。多層構造の場合、その層数や種類は限定されないが、非晶質のGd2Zr2O7−δ(δは酸素不定比量)やAl2O3或いはY2O3等を含むベッド層と、結晶質のMgO等を含みIBAD(Ion Beam Assisted Deposition)法により成形された強制配向層と、LaMnO3+δ(δは酸素不定比量)を含むLMO層と、を順に積層した構成となっていてもよい。また、LMO層の上にCeO2等を含むキャップ層をさらに設けてもよい。
上記各層の厚さは、LMO層を30nm、強制配向層のMgO層を40nm、ベッド層のY2O3層を7nm、Al2O3層を80nmとする。
The
The
The thickness of each layer is 30 nm for the LMO layer, 40 nm for the MgO layer as the forced orientation layer, 7 nm for the Y 2 O 3 layer as the bed layer, and 80 nm for the Al 2 O 3 layer.
この中間層2の表面には、超電導導体層3が積層している。超電導導体層3は、高温酸化物超電導体、特に銅酸化物超電導体を含んでいることが好ましい。銅酸化物超電導体としては、高温超電導体としてのREBa2Cu3O7−δ(以下、RE系超電導体と称す)が好ましい。なお、RE系超電導体中のREは、Y,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,YbやLuなどの単一の希土類元素又は複数の希土類元素である。また、δは、酸素不定比量であって、例えば0以上1以下であり、超電導転移温度が高いという観点から0に近いほど好ましい。なお、酸素不定比量は、オートクレーブ等の装置を用いて高圧酸素アニール等を行えば、δは0未満、すなわち、負の値をとることもある。
超電導導体層3の厚さは1μm程度である。
The
The
上記超電導導体層3の表面(中間層2とは逆側の面)及び基材1の主面11とは逆側の面には、それぞれ内部保護層4,4aが積層されている。内部保護層4,4aは、良導体の金属層であり、Ag,Au又はCuの内の少なくとも一つを含む金属が望ましい。ここでは、内部保護層4,4aがAgである場合を例示する。
超電導導体層3側の内部保護層4は厚さ2μm程度、基材1側の内部保護層4aは厚さ1.8μm程度であり、基材1側の内部保護層4aの方が薄く形成されている。
Internal
The internal protective layer 4 on the
外部保護層5は、内部保護層4、基材1、中間層2、超電導導体層3、内部保護層4aからなる積層体の図1における上下の面及び左右の面をRE系超電導線材100の全長に渡って被覆するように形成されている。
この外部保護層5は、上下左右それぞれの厚さが20μm程度で形成される。
この外部保護層5はAgからなる銀安定化層である。また、この安定化層は、単層構造であってもよく、多層構造であってもよい。多層構造の場合、その層数や種類は限定されない。
また、この外部保護層5は、銅から形成した銅安定化層としても良いし、銀安定化層の上に銅安定化層を順に積層した構成となっていてもよい。
The outer
The outer
The outer
The external
[RE系超電導線材の接続構造の概要]
図2はRE系超電導線材の接続構造10の平面図である。
RE系超電導線材の接続構造10(以下、単に「接続構造10」という)は、二本のRE系超電導線材100の保護層から露出した超電導導体層3同士の接続部としての焼結接続部6と、焼結接続部6が埋め込まれた溝部211を有する溝付き枠材20と、片方のRE系超電導線材100の余長部分が巻き付けられた無誘導巻き取り枠材30とを備えている。
[Outline of connection structure of RE superconducting wire]
FIG. 2 is a plan view of the
The RE-based superconducting wire connecting structure 10 (hereinafter, simply referred to as “connecting
[焼結接続部]
図3は焼結接続部6の周辺の平面図である。
接続対象となる二本のRE系超電導線材100は、前述したように、各々が個別に用途(例えば、超電導コイル等)が定められており、その用途に使用されている部分から焼結接続部6を形成するために余長をもって引き出された部分の先端部同士が焼結接続されている。各RE系超電導線材100の余長部分は、焼結接続部6の焼結作業時の高温の影響を避けるために十分な長さと複数回の焼結作業(接続不良が生じた場合には先端の焼結部分を切除して再度焼結作業を行う)を考慮した長さが確保される。
この焼結接続部6は、RE系超電導線材100の各々の接続端部において保護層が一定の長さで除去され、露出状態とされた基材1及び超電導導体層3に対して、各々の先端部の位置を揃えた状態で、超電導導体層3の露出面同士を向かい合わせに貼り合わせた状態で焼結接続を行うことにより形成されている。
また、焼結接続部6において、二本のRE系超電導線材100は、当該RE系超電導線材の長手方向における焼結接続部6側に向かう方向が同じ向きになるように接続されている。
[Sintered connection]
FIG. 3 is a plan view of the periphery of the
As described above, the two RE-based
In the
Further, in the
上記RE系超電導線材100の焼結接続には、MOD法(Metal Organic Deposition法/有機金属堆積法)が採用されている。
二本の超電導導体層3の露出面の間にMOD液を充填し、露出面同士を貼り合わせた状態を維持しながら、二本のRE系超電導線材100の接続端部とその周辺部分のみに対して、N2+O2ガスの雰囲気内で、400℃以上500℃以下の温度範囲で仮焼成を行い、さらに、相互間を加圧しながらAr+O2ガスの雰囲気内で、760℃以上800℃以下の温度範囲で本焼成を行った後に、350℃以上500℃以下の温度範囲の酸素の雰囲気下で酸素アニールを行う。
なお、上述のMOD液は、例えば、RE(Y(イットリウム)、Gd(ガドリニウム)、Sm(サマリウム)及びHo(ホルミウム)等の希土類元素)とBaとCuとが約1:2:3の割合で含まれているアセチルアセトナート系MOD溶液が使用される。
これにより、二本のRE系超電導線材100の超電導導体層3同士が超電導状態で接続され、焼結接続部6が形成される。
The MOD method (Metal Organic Deposition method/organic metal deposition method) is adopted for the sintering connection of the
The MOD liquid is filled between the exposed surfaces of the two superconducting conductor layers 3 and only the connecting ends of the two RE-based
In the above MOD liquid, for example, RE (Y (yttrium), Gd (gadolinium), Sm (samarium) and Ho (holmium) and other rare earth elements), Ba and Cu in a ratio of about 1:2:3. The acetylacetonate-based MOD solution contained in 1) is used.
Thereby, the superconducting conductor layers 3 of the two RE-based
[溝付き枠材]
図4は溝付き枠材20の斜視図である。
図2〜図4に示すように、溝付き枠材20は、円柱状の円柱形状部21と、円柱形状部21の下部(中心線方向の一端部側)の外周に形成されたフランジ部22とを備えている。
RE系超電導線材100は、極低温下での使用が想定されているので、この溝付き枠材20は、枠の材質はGFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics)や銅,アルミなど低温において割れ等が発生し難い材質により一体的に形成されている。
[Grooved frame material]
FIG. 4 is a perspective view of the
As shown in FIGS. 2 to 4, the
Since the RE-based
円柱形状部21は、その上面において、外周面から内部に向かって中心から幾分ずれた位置に真っ直ぐな溝部211が形成されており、外周面から溝部211に進入する入り口には角が丸く成形された円弧部212が形成されている。また、その中心部には、円柱形状部21を上下に貫通して、溝付き枠材20を外部に固定するための取付穴25が形成されている。
そして、溝付き枠材20の円柱形状部21に形成された溝部211には、二本のRE系超電導線材100の焼結接続部6が全長に渡って挿入されており、溝部211と焼結接続部6の間には充填剤23が充填され、焼結接続部6は溝部211に埋め込まれた状態となっている。
なお、充填剤23としては、半田等の低融点金属や樹脂(例えば、エポキシ樹脂)、パラフィン等が使用されている。
A
Then, the
As the
また、二本のRE系超電導線材100の焼結接続部6以外の余長部分は、円弧部212に沿って湾曲し、なお且つ、フランジ部22の上面において円柱形状部21の外周に巻回されている。なお、円柱形状部21や円弧部212の外径は、RE系超電導線材100の許容される最小曲げ直径を下回らないように設定されている。例えば、RE系超電導線材100の許容される最小曲げ直径が11[mm]であれば、円柱形状部21や円弧部212の外径(半径)は5.5[mm]以上の値に設定されている。
巻回された状態の二本のRE系超電導線材100の外周面側には帯状の絶縁材24が配置され、二本のRE系超電導線材100と共に巻回されている。この帯状の絶縁材24としては、ポリイミドテープやフッ素樹脂テープ、もしくはステンレスなどの高抵抗金属テープが使用されている。
これにより、二本のRE系超電導線材100同士は互いに密着しているが、複数回巻き付けられた二本のRE系超電導線材100は、一周ごとに絶縁が図られ、誘導電流の発生が抑制される構造となっている。
In addition, the extra length portion of the two RE-based
A strip-shaped insulating
As a result, the two RE-based
また、二本のRE系超電導線材100には、焼結接続部6以外の部分において、互いの超電導導体層3同士を低抵抗で導通可能に接続するバイパス接続部7が形成されている。このバイパス接続部7は、各RE系超電導線材100の外部保護層5の表面同士を半田等の良導体からなるロウ材で溶接することにより形成されている。
Further, in the two RE-based
上記接続構造10のように、一方のRE系超電導線材100から他方のRE系超電導線材100に対して焼結接続部6を介して導通接続される構造の場合、何らかの原因により、焼結接続部6における超電導導体層3が超電導状態から常電導状態に転移すると、高抵抗となり過電流による発熱する。そして、焼結接続部6は、超電導導体層3の周囲に金属の保護層4,5が存在しないので、電流及び熱の逃げ場がなく、ホットスポット化して焼損するおそれがある。
このため、焼結接続部6以外の部分にバイパス接続部7を設けることで、当該バイパス接続部7を介して電流を流し、焼結接続部6でのホットスポット化の抑制を図っている。
In the case of a structure in which one
Therefore, by providing the
上記目的により形成されるバイパス接続部7は、十分に低抵抗且つ高電流容量であることが望まれる。一方、RE系超電導線材100の基材1の材料に前述したNi合金等を使用している場合には、比較的、高抵抗となるので、バイパス接続部7において、一方のRE系超電導線材100の超電導導体層3と他方のRE系超電導線材100の超電導導体層3との間に基材1が存在しないように、外部保護層5の表面であって基材1に対する超電導導体層3側の面を互いにバイパス接続することが望ましい。
The
なお、図2では、バイパス接続部7が溝付き枠材20に巻回されたRE系超電導線材100の巻線部内に形成されている場合を例示したが、二本のRE系超電導線材100における溝付き枠材20に巻回されていない部分にバイパス接続部7を形成しても良い。その場合、バイパス接続部7を除く、二本のRE系超電導線材100における溝付き枠材20に巻回されていない部分は、相互間を絶縁することが望ましい。相互間の絶縁は、例えば、前述した絶縁材24を介挿することが望ましい。
2 illustrates the case where the
また、溝付き枠材20に巻回された二本のRE系超電導線材100の余長部分は、巻回状態を維持するために、エポキシ等の硬化性樹脂等で固定しても良い。或いは、巻回された二本のRE系超電導線材100の外周に嵌合するC字状の枠で固定しても良い。
The extra length portions of the two RE-based
[無誘導巻き取り枠材]
無誘導巻き取り枠材30は、溝付き枠材20において巻回された二本のRE系超電導線材100の余長部分の長さが異なる場合や内側に巻かれた一方のRE系超電導線材100がその径差により余長部分を溝付き枠材20に巻ききれない場合に、一方のRE系超電導線材100のみ余った余長部分をさらに巻き付けるための枠材である。
[Inductive winding frame material]
The non-inductive winding
図2に示すように、無誘導巻き取り枠材30は、円柱状の円柱形状部31と、円柱形状部31の下部(中心線方向の一端部側)の外周に形成されたフランジ部32とを備えている。また、その中心部には、円柱形状部31を上下に貫通して、無誘導巻き取り枠材30を外部に固定するための取付穴35が形成されている。
極低温下での使用を想定して、この無誘導巻き取り枠材30も、GFRPや銅、アルミ等により一体的に形成されている。
As shown in FIG. 2, the non-induction winding
This non-inductive winding
円柱形状部31は、その外周の一部が切り欠かれた形状であり、当該切り欠き部分には一方のRE系超電導線材100を折り返すための軸部33が形成されている。
即ち、溝付き枠材20に巻ききれない余長部分を生じたRE系超電導線材100は、当該巻ききれない余長部分の中間部分が軸部33の外周に巻かれるように折り返して、円柱形状部31の外周面に二重にRE系超電導線材100の巻き付けが行われている。
The
That is, the RE-based
二重で巻回されたRE系超電導線材100の外周面側にも、前述した絶縁材24と同じ帯状の絶縁材34が配置され、二重のRE系超電導線材100と共に巻回されている。
これにより、二重で巻回されたRE系超電導線材100も一周ごとに絶縁が図られ、誘導電流の発生を抑制することができる。
The same band-shaped insulating
As a result, the double-wound
なお、無誘導巻き取り枠材30に巻回されたRE系超電導線材100の余長部分も、巻回状態を維持するために、エポキシ等の硬化性樹脂等やC字状の枠で固定しても良い。
The extra length of the
[接続構造の技術的効果]
上記RE系超電導線材の接続構造10は、溝付き枠材20の溝部211内に二本のRE系超電導線材100の焼結接続部6が埋め込まれているので、焼結接続部6の周囲が溝部211の内壁に囲まれて機械的強度が高く維持され、曲げや衝撃,その他の外力から保護し、破損の発生を効果的に低減することが可能である。
[Technical effects of connection structure]
In the
また、溝付き枠材20は円柱形状部21を備え、焼結接続部6で接続された二本のRE系超電導線材100が円柱形状部21に巻線されているので、焼結接続部6の焼結作業のために長く引き出されたRE系超電導線材100の余長部分を巻回することにより、当該余長部分を特定方向の曲がりや折り曲げから保護することが可能となる。
また、RE系超電導線材100の余長部分を巻回により安定的に拘束することができ、焼結接続部6側への応力や荷重が加わることを抑制し、焼結接続部6の保護を図ることが可能である。
また、円柱形状部21の溝部211の入り口には円弧部212が形成されているので、溝部211を起点として巻回されるRE系超電導線材100に加わる曲げを緩和し、RE系超電導線材100の保護を図ることが可能となる。
Further, the
Further, the extra length portion of the RE-based
In addition, since the
また、接続構造10において、二本のRE系超電導線材100は、焼結接続部6以外の部分でバイパス接続部7により導通可能に接続されているので、何らかの原因により、焼結接続部6における超電導導体層3が超電導状態から常電導状態に転移した場合に、バイパス接続部7に電流を逃がすことができ、焼結接続部6のホットスポット化を抑制し、焼損の発生を低減することが可能となる。
特に、バイパス接続部7を二本のRE系超電導線材100が円柱形状部21により安定的に拘束された巻線部内に設けたことにより、バイパス接続部7を応力や荷重から保護し、破損の発生を低減することが可能となる。
Further, in the connecting
In particular, since the
また、接続構造10は、無誘導巻き取り枠材30を備えるので、二本のRE系超電導線材100の内の一方のみが他方よりも長い余長部分を有する場合に、当該余長部分を巻回した状態で拘束することができ、かかる余長部分も特定方向の曲がりや折り曲げから保護することが可能となる。
Further, since the
[第二の実施形態]
前述したRE系超電導線材の接続構造10を適用した超電導コイルを用いた電流システム200について図面を参照して説明する。
[Second embodiment]
A
[超電導コイルを用いた電流システム]
図5は超電導コイルを用いた電流システム200の概略構成図である。
上記超電導コイルを用いた電流システム200(以下、「電流システム200」とする)は、直列接続された複数(n個)の超電導コイル40と、これらの超電導コイル40に電流を流して励磁ループErを形成する電源201と、直列接続された複数(n個)の超電導コイル40に対して電源201が介在しない永久電流ループPrを形成する永久電流スイッチ60とを備えている。
そして、上記永久電流ループPrを構成する永久電流スイッチ60及び複数の超電導コイル40は全てRE系超電導線材100により接続されており、これらにはRE系超電導線材100を超電導状態とする極低温に冷却するための図示しない冷凍機が併設されている。
また、上記永久電流ループを構成する永久電流スイッチ60及び複数の超電導コイル40の各部の接続部に、前述したRE系超電導線材の接続構造10が適用されている。
[Current system using superconducting coil]
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a
A
The permanent
Further, the
上記電流システム200は、まず電源201により各超電導コイル40に電流を流し、励磁ループErを形成する。
そして、複数の超電導コイル40と永久電流スイッチ60を、これらが超電導状態となる温度まで冷却すると、電源201側の通電を切断する。これにより、複数の超電導コイル40と永久電流スイッチ60との間で永久電流ループPrを形成することができる。
この永久電流スイッチ60と超電導コイル40による永久電流ループPrが前述した接続構造10によって常電導抵抗を経ることなく成立し、時間的に安定性の高い永久電流システムを製作することができる。
このような超電導コイルを用いた電流システム200の各構成について以下に説明する。
In the
Then, when the plurality of
The permanent current loop Pr formed by the permanent
Each configuration of the
[超電導コイル]
図6は電流システム200の永久電流ループPr側の構成を示す概略構造図である。
各超電導コイル40はRE系超電導線材100を巻回したソレノイドコイルであり、巻き線であるRE系超電導線材100の一端部がコイル内周側から引き出され、RE系超電導線材100の他端部はコイル外周側から引き出されている。
そして、図示のように、複数の超電導コイル40(第一コイル401〜第nコイル40nとする)は、同心であって内側から半径方向外側に向かって順番に配置されている。即ち、外側となる超電導コイル40ほど径が大きくなり、内側の超電導コイル40を内周側に収容している。
[Superconducting coil]
FIG. 6 is a schematic structural diagram showing the configuration of the
Each
Then, as shown in the figure, the plurality of superconducting coils 40 (
ここで、最も内側の第一コイル401とその外側に配置された第二コイル402とを例にして、超電導コイル40の構造をより詳細に説明する。図7は第一コイル401と第二コイル402の斜視図である。
図示のように、第一コイル401は、円筒状のコイル巻枠411と、内側から複数の層をなしてコイル巻枠411に巻回されるRE系超電導線材100と、図示しない冷凍機に接続され、巻回されたRE系超電導線材100の冷却を行う金属スリーブ421とを備えている。
また、第二コイル402は、金属スリーブ421の外周に配置された円筒状のコイル巻枠412と、内側から複数の層をなしてコイル巻枠411に巻回されるRE系超電導線材100と、巻回されたRE系超電導線材100の冷却を行う図示しない金属スリーブとを備えている。
Here, the structure of the
As shown in the drawing, the
The
上記コイル巻枠411,412は、枠の材質はGFRPや銅,アルミなど低温において割れ等が発生し難い材質により一体的に形成されている。ただし、良導体を巻枠として使用する場合は渦電流対策として巻枠の軸方向に切れ目を入れておくことが望ましい。
上記各コイル401及び402の金属スリーブは、伝熱性の高い無酸素銅から形成されている。そして、金属スリーブは、コイル巻枠411,412及び巻回されたRE系超電導線材100と接触する構造であり、これらとの接触面にはグリースが塗布され、伝熱性を高めてコイル巻枠411,412及び巻回されたRE系超電導線材100の冷却効率が高められている。また、金属スリーブにおけるRE系超電導線材100との接触面には絶縁のためのポリイミドフィルムが貼着されている。
The
The metal sleeves of the
第一コイル401のRE系超電導線材100の一端部はコイルの内周側から引き出され(図7では図示略)、電源201側と永久電流スイッチ60側とに分岐している。また、当該RE系超電導線材100の他端部はコイルの外周側から図7における上方(図6では下方)に引き出されている。
第二コイル402のRE系超電導線材100の一端部はコイルの内周側から図7における上方(図6では下方)に引き出されており、当該RE系超電導線材100の他端部はコイルの外周側から図7における上方(図6では下方)に引き出されている(図示略)。
そして、第一コイル401の外周に引き出されたRE系超電導線材100の他端部と第二コイル402の内周に引き出されたRE系超電導線材100の一端部とが、前述したRE系超電導線材の接続構造10を適用した接続器110(後述する)により接続されている。
なお、図7における符号112は、第一コイル401のRE系超電導線材100の他端部と第二コイル402のRE系超電導線材100の一端部とをそれぞれ個別に導く柱状ガイド(後述)である。
One end of the RE-based
One end of the RE-based
The other end of the RE-based
なお、第二コイル402よりも外側の他の超電導コイル40も、第二コイル402と同様に、RE系超電導線材100が巻回されたコイル巻枠と金属スリーブとを備え、巻回されたRE系超電導線材100の一端部と他端部がいずれも図7における上方(図6では下方)に引き出されており、隣り合う超電導コイル40同士で巻回されたRE系超電導線材100の一端部と他端部とが接続器110(後述する)により接続されている。
また、最も外側に配置された第nコイル40nは、RE系超電導線材100の一端部はコイルの内周側から図7における上方(図6では下方)に引き出されており、当該RE系超電導線材100の他端部はコイルの外周側から引き出され、電源201側と永久電流スイッチ60側とに分岐している。
そして、第二コイル402〜第nコイル40nについても、隣り合うコイル同士でRE系超電導線材100の一端部と他端部とが接続器110により接続されている。
Similar to the
Further, in the n-
Also, with respect to the
[接続器]
図8は接続器110の斜視図である。
この接続器110は、二つの超電導コイル40から引き出されたRE系超電導線材100の焼結接続部6を保持する接続構造10と、当該接続構造10の各構成を支持する冷却板111と、冷却板111と一体的に形成され、当該冷却板111から延出された二本の柱状ガイド112とを備えている。
[Connector]
FIG. 8 is a perspective view of the
The
冷却板111及び柱状ガイド112は伝熱性の高い無酸素銅から形成されており、図示しない冷凍機に接続され、RE系超電導線材100の冷却を行う。
冷却板111は、円形の平板であり、その上面には、接続構造10が取り付けられている。なお、冷却板111の形状は円形に限らず任意の形状とすることができる。
接続構造10の溝付き枠材20及び無誘導巻き取り枠材30は、冷却板111との接触面にグリースが塗布され、これらの枠材20,30に巻回されたRE系超電導線材100の冷却効率が高められている。
また、溝付き枠材20及び無誘導巻き取り枠材30は、それぞれの取付穴25,35を通じて図示しないボルトによって冷却板111に締結固定されている。ボルトを緩めることでそれぞれの枠材20,30はボルトを中心に回転させることができ、巻回するRE系超電導線材100の余長部分の長さに応じて巻き取り量を調節することができる。
The
The
The
Further, the
二つの超電導コイル40から引き出されたRE系超電導線材100の余長部分は、個別に各柱状ガイド112に螺旋状に巻き付けられて、冷却板111上の接続構造10において焼結接続部6により焼結接続されている。
なお、各RE系超電導線材100の余長が調節されて各部に巻き付けられた後には、当該RE系超電導線材100及び各枠材20,30は剥離しないようにエポキシ樹脂等で固めることが望ましい。
The extra length portion of the RE-based
After the extra length of each RE-based
各柱状ガイド112と各RE系超電導線材100との間にもグリースを塗布して、冷却効率を高めても良い。
また、冷却板111及び柱状ガイド112の表面において、RE系超電導線材100と接触する部分には、RE系超電導線材100と絶縁を図るためのポリイミドフィルムが貼着されている。
Grease may be applied between each
Further, on the surface of the
これら柱状ガイド112は、より長く延出することにより、各超電導コイル40からの磁場の影響を低減することが可能である。磁場の影響が大きくなると、RE系超電導線材100に流すことが可能な電流値が低減し、また磁場の影響によってRE系超電導線材100が巻回位置から剥離を生じ得るが、柱状ガイド112をより長く延出することで、これらを抑制することが可能となる。
By extending these
上記接続器110により、各超電導コイル40のRE系超電導線材100同士を超電導接続が可能な焼結接続により接続することができる。
また、焼結接続部6は溝付き枠材20により機械的強度が確保された状態で安定的に接続状態を維持し、故障や破損を低減することができる。
さらに、各超電導コイル40のRE系超電導線材100の余長部分は各枠材20,30により巻回状態で保持され、捻れや曲がり等から保護され、安定的に接続状態を維持し、故障や破損を低減することができる。
By the
Further, the
Further, the extra length portion of the RE-based
[永久電流スイッチ]
図9(A)は永久電流スイッチ60の斜視図、図9(B)は永久電流スイッチ60の断面図である。
永久電流スイッチ60は、第一コイル401の内周側から引き出されたRE系超電導線材100の一端部と、第nコイル40nの外周側から引き出されたRE系超電導線材100の他端部とを接続するように設けられ、これにより形成される無端環状のRE系超電導線材100による回路に流れる永久電流ループPrの維持と解除を切り替えるためのスイッチである。
[Permanent current switch]
9A is a perspective view of the persistent
The permanent
この永久電流スイッチ60は、第一コイル401と第nコイル40nから個別に引き出されたRE系超電導線材100同士を焼結接続により接続して保持する接続構造10と、当該接続構造10の各構成を支持する冷却板61と、冷却板61と一体的に形成され、当該冷却板61から立設された支柱62と、支柱62の外周面上に設けられた熱抵抗部63と、支柱62と一体的に形成され、当該支柱62の上端部から延出された二本の柱状ガイド64と、支柱62の熱抵抗部63の外周に巻回されたRE系超電導線材100を加熱する加熱部65とを備えている。
The persistent
冷却板61、支柱62及び柱状ガイド64は、伝熱性の高い無酸素銅から一体的に形成されており、冷却板61が図示しない冷凍機に接続され、RE系超電導線材100の冷却を行う。
冷却板61は、円形の平板であり、その上面には、接続構造10が取り付けられている。なお、この冷却板61も円形に限らず任意の形状とすることができる。
The cooling
The cooling
接続構造10の溝付き枠材20及び無誘導巻き取り枠材30は、冷却板61との接触面にグリースが塗布され、冷却効率が高められている。
また、溝付き枠材20及び無誘導巻き取り枠材30が取付穴25,35を通じてボルトで締結固定され、RE系超電導線材100の巻き取り量が調節可能である点は前述した接続器110と同一である。
The
Further, the
第一コイル401及び第nコイル40nから引き出されたそれぞれのRE系超電導線材100の余長部分は、個別に各柱状ガイド64に螺旋状に巻き付けられ、さらに、RE系超電導線材100は二本並んだ状態で支柱62の外周に設けられた熱抵抗部63の外周に螺旋状に巻き付けられて、冷却板61上の接続構造10において焼結接続部6により焼結接続されている。
各柱状ガイド64と各RE系超電導線材100との間にもグリースを塗布して、冷却効率が高めても良い。
また、冷却板61及び柱状ガイド64の表面において、RE系超電導線材100と接触する部分には、RE系超電導線材100と絶縁を図るためのポリイミドフィルムが貼着されている。
また、各部に巻き付けられたRE系超電導線材100は、各枠材20,30共にエポキシ樹脂により固定される。
The extra length portion of each RE-based
Grease may be applied between each
Further, on the surface of the cooling
Further, the RE-based
熱抵抗部63は、SUS316等の高熱抵抗金属やFRP等の高熱抵抗材料により形成されている。そして、熱抵抗部63の周囲を囲繞するように加熱部65が設けられており、各RE系超電導線材100の熱抵抗部63に巻き付けられた部分は、その外周側から加熱部65のヒーターによって加熱することができるようになっている。また、熱抵抗部63により、支柱62に熱が伝わりにくくしているので、RE系超電導線材100を効果的に加熱することができる。
The
永久電流スイッチ60は、冷却板61を冷凍機により冷却することで、永久電流スイッチ60全体及びRE系超電導線材100を冷却することができ、RE系超電導線材100を超電導状態とすることができる。
そして、この超電導状態により、全ての超電導コイル40のRE系超電導線材100が無端環状に接続され、永久電流ループPrを形成することができる。
また、永久電流ループPrを解除するためには、加熱部65のヒーターによってRE系超電導線材100の温度を高め、超電導状態から常電導状態に切り替える。これにより、各RE系超電導線材100の熱抵抗部63に巻き付けられた部分に大きな常電導抵抗が生じ、永久電流ループPrが解除される。
このようにして、永久電流スイッチ60は、第一コイル401の内周側から引き出されたRE系超電導線材100の一端部と、第nコイル40nの外周側から引き出されたRE系超電導線材100の他端部との接続状態と切断状態との切り替えを行う。
The permanent
Then, in this superconducting state, the RE-based
Further, in order to cancel the persistent current loop Pr, the temperature of the RE-based
In this way, the permanent
上記原理により永久電流ループPrの電流を切断するので、RE系超電導線材100における熱抵抗部63に巻回された余長部分による常電導抵抗を十分に確保する必要がある。このため、RE系超電導線材100における熱抵抗部63に巻回された余長部分の線材長及びターン数は十分に増やす必要があるが、これにより、永久電流スイッチ60が大きなインダクタンスを持ってしまうという弊害も生じ得る。
従って、図9(A)に示すように、互いに逆方向に電流が流れる二本のRE系超電導線材100が並んだ状態で周ごとに隙間を空けて螺旋状態に巻くことにより、無誘導巻き状態となる。これにより、永久電流スイッチ60のインダクタンスを低減している。
Since the current in the permanent current loop Pr is cut off according to the above principle, it is necessary to sufficiently secure the normal conduction resistance due to the extra length portion wound around the
Therefore, as shown in FIG. 9(A), when two RE-based
また、永久電流スイッチ60は、二つの超電導コイル40から引き出された二本のRE系超電導線材100を加熱部65が設けられた熱抵抗部63に巻回し、その先端部を接続構造10により接続する構成なので、二つの超電導コイル40から引き出された二本のRE系超電導線材100を一つの接続構造10で接続することが可能であり、永久電流スイッチ60の構成を簡易にし、部品点数などの低減を実現している。
In addition, the permanent
[第三の実施形態]
前述したRE系超電導線材の接続構造10とは一部構成が異なる他の実施形態としてのRE系超電導線材の接続構造10A(以下、「接続構造10A」とする)を適用した超電導コイルユニット300について図面を参照して説明する。
[Third embodiment]
Regarding
[超電導コイルユニットの概略構成]
図10(A)は超電導コイルユニット300の斜視図、図10(B)はコイルの中心線を通る断面を示す断面図、図11(A)は超電導コイルユニット300の平面図、図11(B)は部分拡大図である。
超電導コイルユニット300は、コイル半径方向に巻回されたRE系超電導線材100がコイル軸方向に積層された、いわゆるパンケーキコイル301が二つ直列に接続されてなるダブルパンケーキコイル302を二組備え、さらに、これら二組のダブルパンケーキコイル302を格納保持する保持枠310と、二組のダブルパンケーキコイル302から個別に引き出されたRE系超電導線材100の余長部分の先端部を焼結接続する接続構造10Aと、接続構造10Aを支持する支持板320とを備えている。
なお、以下の説明において、前述した接続構造10と同一の構成については同符号を付して重複する説明は省略する。
[Schematic configuration of superconducting coil unit]
10(A) is a perspective view of the
The
In the following description, the same components as those of the
[ダブルパンケーキコイル]
ダブルパンケーキコイル302を構成する二つのパンケーキコイル301は、一つのコイル巻枠303にその中心線方向に二つ並んだ状態で配置されている。また、これら二つのパンケーキコイル301を形成するRE系超電導線材100は最内周部でつながっており、二つのパンケーキコイル301は一本のRE系超電導線材100から形成されている。
そして、接続される二組のダブルパンケーキコイル302は片方が超電導層が内側となるように巻線され、もう片方が超電導層が外側となるように巻線されている。
[Double pancake coil]
The two
The two sets of double pancake coils 302 to be connected are wound so that one side has the superconducting layer inside and the other has the superconducting layer outside.
[保持枠]
保持枠310は、一つのダブルパンケーキコイル302をその外周及びコイル中心線方向の両側から囲繞する二つのケース311が同心で並んで連接して構成されている。
また、保持枠310は、各ダブルパンケーキコイル302を形成するRE系超電導線材100の両端部を外部に引き出すスリット状の開口部312が形成されている。
なお、開口部312の縁部は、周面形状に形成され、引き出されるRE系超電導線材100が許容される最小曲げ半径以下で曲げられないように保護している。
[Holding frame]
The holding
In addition, the holding
The edge portion of the
開口部312を通じて、二つのダブルパンケーキコイル302からそれぞれ引き出された二本のRE系超電導線材100の一端部は、いずれも、平行な状態を維持しつつ、保持枠310の外周面を周回して反対側に回り込み、保持枠310に一体的に取り付けられた支持板320の片面に支持された接続構造10Aにおいて接続されている。
これら保持枠310及び支持板320は、例えば、枠の材質はGFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics)や銅,アルミなど低温において割れ等が発生し難い材質により一体的に形成されている。
なお、二つのダブルパンケーキコイル302からそれぞれ引き出された二本のRE系超電導線材100の他端部は、開口部312から引き出され、超電導コイルの用途に応じて、他の構成と接続される。
One end of each of the two RE-based
The holding
The other ends of the two RE-based
[支持板]
支持板320は、コイル中心線方向に対して垂直となる平板であって、二つのダブルパンケーキコイル302からそれぞれ引き出された二本のRE系超電導線材100の他端部が平行且つエッジワイズ方向に曲がりを生じないように、保持枠310に対して、コイル中心線方向について、当該支持板320の片面(接続構造10Aの支持面)の位置が、支持板320に近い方のRE系超電導線材100の当該支持板320側の側端部の位置と一致するように配置されている。
[Support plate]
The
[RE系超電導線材の接続構造]
接続構造10Aは、二つのダブルパンケーキコイル302からそれぞれ引き出された二本のRE系超電導線材100の一端部において保護層から露出した超電導導体層3同士を別のRE系超電導線材100Aにより接続する焼結接続部6Aと、焼結接続部6Aが埋め込まれた溝部211Aを有する溝付き枠材20Aと、片方のRE系超電導線材100の余長部分が巻き付けられた無誘導巻き取り枠材30とを備えている。
[Connection structure of RE superconducting wire]
The
[焼結接続部]
図12は焼結接続部6Aの斜視図である。
二本のRE系超電導線材100は、それぞれのダブルパンケーキコイル302において、基材1に対して超電導導体層3が半径方向外側となる向きと内側となる向きとで個別に巻回されており、保持枠310の開口部312から引き出される際に一方のRE系超電導線材100の向きが反転し、両方とも超電導導体層3が半径方向外側となる向きとなる。そして、接続構造10側まで引き出された二本のRE系超電導線材100の余長部分は、いずれも基材1について同一面側に超電導導体層3が配置されている。そして、各RE系超電導線材100の保護層を除去して露出した状態の超電導導体層3を別のRE系超電導線材100Aがブリッジ接続している。
[Sintered connection]
FIG. 12 is a perspective view of the
In each
別のRE系超電導線材100Aは、二本のRE系超電導線材100と構造が同一であり、これら二本のRE系超電導線材100に直交する方向に延在し、二本のRE系超電導線材100の超電導導体層3に懸架された状態で接続されている。
別のRE系超電導線材100Aは、その両端部において保護層が除去されて超電導導体層3が露出し、両端部で露出したそれぞれの超電導導体層3が二本のRE系超電導線材100の超電導導体層3に対向する向きで、個別にMOD法により焼結接続されている。
Another RE-based
In another RE-based
[溝付き枠材]
図13(A)はRE系超電導線材100が巻回された状態の溝付き枠材20Aの斜視図、図13(B)はRE系超電導線材100が巻回されていない状態の溝付き枠材20Aの斜視図である。
これらの図に示すように、溝付き枠材20Aは、円柱状の円柱形状部21Aと、円柱形状部21Aの外周面の中心線方向中央部にフランジ部22Aとを備えている。
そして、この溝付き枠材20Aも、枠の材質はGFRPや銅,アルミなど低温において割れ等が発生し難い材質により一体的に形成されている。
[Grooved frame material]
FIG. 13(A) is a perspective view of the grooved
As shown in these figures, the
The
円柱形状部21Aはその中心線方向が、ダブルパンケーキコイル302のコイル中心線方向と平行となる向きで支持板320の片面上において支持されている。なお、円柱形状部21Aは、その中心を貫通形成された取付穴25Aに通されるボルトで締結固定され、回転調節可能である点は前述した溝付き枠材20と同じである。
The
円柱形状部21Aは、その片面から裏面まで貫通した真っ直ぐなスリット状の溝部211Aが形成されており、前述した焼結接続部6Aは溝部211A内に挿入されると共に、その隙間に充填剤23が充填され、焼結接続部6Aは溝部211Aに埋め込まれた状態となっている。
The
そして、焼結接続部6Aで接続された二本のRE系超電導線材100は、それぞれフランジ部22Aの両側において、円柱形状部21Aの外周面上に巻回されている。なお、溝部211Aの入り口には、円弧部212Aが形成され、各RE系超電導線材100は、許容される曲げ径よりも小さい曲げが生じないようになっている。
The two RE-based
巻回された状態の二本のRE系超電導線材100の外周面側には絶縁材24が配置され、二本のRE系超電導線材100と共に巻回されている。これにより、複数回巻き付けられた二本のRE系超電導線材100は、一周ごとに絶縁が図られ、誘導電流の発生が抑制される構造となっている。
An insulating
また、二本のRE系超電導線材100には、焼結接続部6A以外の部分において、互いの超電導導体層3同士を低抵抗で導通可能に接続するバイパス接続部7Aが形成されている。このバイパス接続部7Aは、隙間を空けて並んだ二本のRE系超電導線材100の全幅に等しい幅(溝付き枠材20Aの幅と等しい幅)であって長さが短いRE系超電導線材100Bが二本のRE系超電導線材100の外周面に跨がって表面同士を半田等の良導体からなるロウ材で溶接することにより接続されている。
なお、RE系超電導線材100Bは、RE系超電導線材100と同一の層構造である。
そして、二本のRE系超電導線材100は、いずれも、超電導導体層3が基材1に対して外側を向いた状態で溝付き枠材20Aに巻回されており、RE系超電導線材100Bは基材1に対して超電導導体層3がRE系超電導線材100側となるように接続されている。これにより、二本のRE系超電導線材100の超電導導体層3とRE系超電導線材100Bの超電導導体層3との間に基材1が介在しない状態となり、焼結接続部6Aに常電導状態の転移が発生したときに、一方のRE系超電導線材100からRE系超電導線材100Bを通じて他方のRE系超電導線材100にバイパス電流が流れ、焼結接続部6Aの焼損を防ぐことができる。
Further, in the two RE-based
The RE-based
Each of the two RE
なお、溝付き枠材20Aに巻回された二本のRE系超電導線材100の余長部分は、巻回状態を維持するために、エポキシ等の硬化性樹脂等で固定しても良い。或いは、巻回された二本のRE系超電導線材100の外周に嵌合するC字状の枠で固定しても良い。
また、溝付き枠材20AもRE系超電導線材100の巻き取り後は、エポキシ樹脂により支持板320に固定しても良い。
The extra length portions of the two RE-based
The
[無誘導巻き取り枠材]
無誘導巻き取り枠材30は、前述したものと同一である。この無誘導巻き取り枠材30は、一方のダブルパンケーキコイル302から引き出されたRE系超電導線材100の余長部分の長さがもう一方のRE系超電導線材100の余長部分の長さよりも長くなった場合に、その差分を巻回し、当該RE系超電導線材100を変形等から保護する。
なお、無誘導巻き取り枠材30に巻回されたRE系超電導線材100の余長部分もエポキシ等の硬化性樹脂等で固定したり、C字状の枠で固定しても良い。
また、無誘導巻き取り枠材30もRE系超電導線材100の巻き取り後は、エポキシ樹脂により支持板320に固定しても良い。
[Inductive winding frame material]
The non-inductive winding
The extra length of the
Further, the non-inductive winding
[接続構造の技術的効果]
上記RE系超電導線材の接続構造10Aは、接続構造10と同一の技術的効果を備えると共に、その溝付き枠材20Aは、二本平行に引き出されたRE系超電導線材100の焼結接続部6Aを溝部211A内で機械的強度を高く維持して保護することが可能である。
また、溝付き枠材20Aは円柱形状部21Aにより二本のRE系超電導線材100がフランジ部22Aの両側で個別に巻線されているので、二本が平行に引き出されたRE系超電導線材100の余長部分を曲がりや折り曲げから保護することが可能となる。
[Technical effects of connection structure]
The connecting
Further, in the grooved
また、接続構造10Aは、超電導コイルユニット300のように、並べて保持された二つのダブルパンケーキコイル302のRE系超電導線材100を焼結接続する場合にも焼結接続部6A及びRE系超電導線材100の余長部分を効果的に保護することができる。
Further, the
また、接続構造10において、二本のRE系超電導線材100は、他のRE系超電導線材100Aのブリッジ接続により焼結接続を行っているので、二本のRE系超電導線材100が互いの平面を対向状態で密接させて接続することができないような配置、例えば、二本のRE系超電導線材100はその幅方向に平行に並んで離れて配置されているような場合でも、焼結接続を行うことが可能である。
Further, in the
1 超電導成膜用基材
3 酸化物超電導導体層
4 内部保護層
5 外部保護層
6,6A 焼結接続部(接続部)
7,7A バイパス接続部
10,10A 接続構造
20,20A 溝付き枠材
21,21A 円柱形状部
22,22A フランジ部
23 充填剤
24 絶縁材
30 無誘導巻き取り枠材
40 超電導コイル
60 永久電流スイッチ
100,100A,100B RE系超電導線材
110 接続器
200 電流システム
211,211A 溝部
300 超電導コイルユニット
302 ダブルパンケーキコイル
1 Superconducting
7,7A
Claims (7)
前記基材を被覆する保護層とを備えるRE系の超電導線材の接続構造において、
二本の前記超電導線材の前記保護層から露出した前記超電導導体層を焼結接続した接続部と、
前記接続部が固定された溝部を有する溝付き枠材と、
片方の前記超電導線材の余長部分が巻き付けられた無誘導巻き取り枠材と、
を備えていることを特徴とする超電導線材の接続構造。 A tape-shaped base material having a superconducting conductor layer formed on one surface,
In a connection structure of a RE-based superconducting wire comprising a protective layer covering the base material,
A connection portion in which the superconducting conductor layer exposed from the protective layer of the two superconducting wires is sintered and connected ,
A frame member with a groove having a groove portion to which the connecting portion is fixed ,
A non-inductive winding frame member around which the extra length of one of the superconducting wires is wound,
A superconducting wire connection structure, characterized in that
前記接続部で接続された前記二本の前記超電導線材が前記円柱形状部に巻線されていることを特徴とする請求項1に記載の超電導線材の接続構造。 The grooved frame material includes a columnar portion,
The superconducting wire connecting structure according to claim 1, wherein the two superconducting wires connected by the connecting portion are wound around the columnar portion.
前記超電導線材の長手方向における前記接続部側に向かう方向が同じ向きになるように接続されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の超電導線材の接続構造。 The two superconducting wires,
The superconducting wire connecting structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the superconducting wire is connected so that the longitudinal directions of the superconducting wires toward the connecting portion are the same.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016243543A JP6738720B2 (en) | 2016-12-15 | 2016-12-15 | Superconducting wire connection structure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016243543A JP6738720B2 (en) | 2016-12-15 | 2016-12-15 | Superconducting wire connection structure |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018098420A JP2018098420A (en) | 2018-06-21 |
JP6738720B2 true JP6738720B2 (en) | 2020-08-12 |
Family
ID=62634734
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016243543A Active JP6738720B2 (en) | 2016-12-15 | 2016-12-15 | Superconducting wire connection structure |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6738720B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7270908B2 (en) | 2019-05-14 | 2023-05-11 | ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社 | Superconducting magnet device |
JP7236076B2 (en) * | 2019-05-28 | 2023-03-09 | ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社 | Superconducting magnet device |
JP7430344B2 (en) * | 2020-12-22 | 2024-02-13 | ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社 | Superconducting coil device |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03253006A (en) * | 1990-03-01 | 1991-11-12 | Mitsubishi Electric Corp | Manufacture of compound superconductive coil |
JP3018534B2 (en) * | 1991-03-20 | 2000-03-13 | 住友電気工業株式会社 | High temperature superconducting coil |
JP4177700B2 (en) * | 2003-04-16 | 2008-11-05 | 住友重機械工業株式会社 | Superconducting coil and superconducting magnet device |
US7566684B1 (en) * | 2006-08-24 | 2009-07-28 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Machinery windings of yttrium barium copper oxide and related coated conductor |
JP2011187524A (en) * | 2010-03-05 | 2011-09-22 | Hitachi Ltd | High-temperature superconducting parallel conductor, high-temperature superconducting coil using the same, and high-temperature superconducting magnet |
GB2504144B (en) * | 2012-07-20 | 2014-07-16 | Siemens Plc | Superconducting joints |
CN104733151B (en) * | 2013-12-20 | 2019-03-15 | 通用电气公司 | For storing the device and method of superconductor line and using the superconducting magnet system of the device |
-
2016
- 2016-12-15 JP JP2016243543A patent/JP6738720B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2018098420A (en) | 2018-06-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5823116B2 (en) | Superconducting coil | |
JP5259487B2 (en) | Superconducting coil | |
JP5568361B2 (en) | Superconducting wire electrode joint structure, superconducting wire, and superconducting coil | |
JP4743150B2 (en) | Superconducting coil and superconducting conductor used therefor | |
JP2006313924A (en) | High temperature superconducting coil, and high temperature superconducting magnet and high temperature superconducting magnet system employing it | |
JP6725001B2 (en) | Superconducting wire and superconducting coil | |
JP5921940B2 (en) | Superconducting coil conductive cooling plate and superconducting coil device | |
JP6998667B2 (en) | Connection structure | |
JP6738720B2 (en) | Superconducting wire connection structure | |
WO2017057064A1 (en) | High-temperature superconducting conductor, high-temperature superconducting coil, and connecting structure of high-temperature superconducting coil | |
JP2015162367A (en) | Terminal structure of superconducting cable and manufacturing method therefor | |
JP5022279B2 (en) | Oxide superconducting current lead | |
JP5531664B2 (en) | Superconducting current lead | |
JP2012256744A (en) | Superconductive coil | |
JP4719090B2 (en) | High temperature superconducting coil and high temperature superconducting magnet using the same | |
JP4774494B2 (en) | Superconducting coil | |
JP4838199B2 (en) | Oxide superconducting current lead | |
JP2016039289A (en) | High-temperature superconducting coil and high-temperature superconducting magnet device | |
JP7040730B2 (en) | Permanent current switch | |
JP2017204333A (en) | Superconductive tape wire, superconductive current lead using superconductive tape, permanent current switch, and superconductive coil | |
JP2013219196A (en) | Superconducting coil device and manufacturing method of the same | |
JP2017117523A (en) | Connection structure of superconducting wire rod and method for connecting superconducting wire rod | |
JP2012064495A (en) | Method of producing coated superconducting wire rod, electrodeposition method of superconducting wire rod, and coated superconducting wire rod | |
JP6871117B2 (en) | High-temperature superconducting coil device and high-temperature superconducting magnet device | |
JP4634954B2 (en) | Superconducting device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170117 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190719 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200213 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200331 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200525 |
|
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: 20200707 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200720 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6738720 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |