JP7334351B2

JP7334351B2 - 超伝導体の可撓性相互接続のための支持構造

Info

Publication number: JP7334351B2
Application number: JP2022528055A
Authority: JP
Inventors: ブロクナークリスチャンセン、マーティン; クレイマーファースター、キャサリン; ダイク、ジョナサンフランシスヴァン
Original assignee: Northrop Grumman Systems Corp
Current assignee: Northrop Grumman Systems Corp
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2020-10-05
Publication date: 2023-08-28
Anticipated expiration: 2040-10-05
Also published as: EP4073852B1; US11032935B1; WO2021118676A1; JP2023503266A; US20210176890A1; EP4073852A1

Description

本開示は超伝導に関するものである。より具体的には、本開示は、超伝導システムの可撓性相互接続（ｆｌｅｘｉｂｌｅｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）のための支持構造に関する。

超伝導は、特定の材料に見られる一連の物理的特性であり、電気抵抗がもはや存在せず、そこから磁束場が放出される。これらの特性を示す材料は、超伝導体である。絶対零度近くまで温度が下がると抵抗が徐々に減少する通常の金属導体とは異なり、超伝導体は、臨界温度以下で抵抗が急激にゼロになる特性臨界温度を有する。超伝導配線のループを流れる電流は、電源がなくても無期限に持続することができる。

一部の銅酸化物－ペロブスカイトセラミック材料は、９０Ｋ（－１８３°Ｃ）を超える臨界温度を有していることが発見された。このような高い転移温度は、従来の超伝導体では理論的に不可能であり、この材料は高温超伝導体と呼ばれている。容易に利用できる冷却剤液体窒素は７７Ｋで沸騰するため、これよりも高い温度で超伝導が存在すると、低温では実用的ではない多くの実験や応用が容易になる。

高密度集積型の極低温電子システムは、電気相互接続技術を採用している。特に、多重信号、高信号密度、低損失、低熱漏れ、および小断面積を備えた超伝導ケーブルが相互接続として動作するために必要である。薄膜ニオブ（Ｎｂ）の超伝導特性により、薄膜Ｎｂが、高密度ＤＣケーブル、およびマイクロストリップおよびストリップラインを含むＲＦケーブルなどの低温（４Ｋ以下）の超伝導ケーブルを実現するための実行可能な材料となる。ポリマー誘電体を組み込んだ薄膜可撓性超伝導リボンケーブルは、異なる基板間および／または異なる温度帯間で複数の相互接続を行う場合に特に有用である。

一例は、熱伝導性材料で形成された支持部材を含むことができる超伝導システムのための支持構造に関する。支持部材は、複数の並列スロットを含むことができる。各スロットは、支持部材の基部の第１の表面から基部の第２の表面まで延在し、基部の第１および第２の表面は、平行な平面上に位置している。各スロットは、個々のコネクタアセンブリを支持部材に固定することを可能にする締結具の相対的な移動を可能にするように形成することができる。個々のコネクタアセンブリは、超伝導システムの可撓性相互接続に機械的支持を提供し、かつ可撓性相互接続と支持部材との間に熱経路を確立することができる。支持部材は、基部の第１の表面に対して横断方向に延在する壁をさらに含むことができ、壁は、複数の貫通孔を含むことができる。

別の例は、超伝導システムのための支持構造に関する。支持構造は、熱伝導性材料で形成された支持部材を含むことができる。支持部材は、複数の並列スロットを含むことができ、各スロットは、支持部材の基部の第１の表面から基部の第２の表面まで延在し、第１および第２の表面は、平行な平面上に位置している。また、支持部材は、基部の第１の表面に対して横断方向に延在する壁を含むことができ、壁は、複数の貫通孔を含む。さらに、支持部材は、複数のコネクタ支持ロッドを含むことができる。複数のコネクタ支持ロッドの各々は、個々のスロットを介して支持部材の基部に固定することができる。さらに、支持構造は、複数のコネクタを含むことができ、各コネクタは個々のコネクタ支持ロッドに固定され、各コネクタは、超伝導システムの個々のブレード上に搭載された少なくとも２つの超伝導回路間の可撓性相互接続に対する機械的支持を提供する。

さらに別の例は、第１の超伝導システムを含むことができるシステムに関する。第１の超伝導システムは、複数のブレードおよび複数の超伝導回路を含むことができる。各超伝導回路は、第１の超伝導システムの個々のブレード上に搭載することができ、第１の超伝導システムにおける複数の超伝導回路の各々は、低温超伝導材料を含む。また、システムは、第２の超伝導システムを含むことができ、第２の超伝導システムは、複数のブレードおよび複数の超伝導回路を含むことができる。第２の超伝導システムにおける各超伝導回路は、第２の超伝導システムの個々のブレード上に搭載され、第２の超伝導システムにおける複数の超伝導回路の各々は、高温超伝導材料を含む。システムは、支持構造をさらに含む。支持構造は、熱伝導性材料で形成することができる支持部材を含む。支持部材は、複数の並列スロットを含み、各スロットは、支持部材の基部の第１の表面から基部の第２の表面まで延在し、第１および第２の表面は、平行な平面上に位置している。また、支持部材は、基部の第１の表面に対して横断方向に延在する壁を含む。壁は、壁の第１の表面から壁の第２の表面まで延在する複数の貫通孔を含むことができる。支持部材は、複数のコネクタアセンブリをさらに含む。各コネクタアセンブリは、個々のスロットを介して支持構造の基部に固定されるコネクタ支持ロッドと、個々のコネクタ支持ロッドに固定されるコネクタとを含むことができ、コネクタは、第１の超伝導システムの個々のブレード上に搭載された少なくとも２つの超伝導回路間の可撓性相互接続に対する機械的支持を提供する。支持構造は、支持部材の壁の表面に平行な方向に延在する基部を有することができる延長アームをさらに含むことができる。また、延長アームは、基部に対して横断方向に延在する支柱を有することができる。延長アームの支柱には、複数の位置合わせコネクタを固定することができる。各位置合わせコネクタは、第１の超伝導システムの所与のブレードを第２の超伝導システムの対応するブレードに機械的に結合する。

超伝導システムの支持構造の一例を示す図である。超伝導システムの支持構造の支持部材の一例を示す図である。支持部材にプリント回路基板（ＰＣＢ）が固定された超伝導システムの支持構造の支持部材の一例を示す図である。超伝導システムの支持構造の支持部材に固定することができるＰＣＢの一例を示す図である。超伝導システムの支持構造用のコネクタ支持ロッドの一例を示す図である。超伝導システムの支持構造用のコネクタアセンブリの一例を示す図である。超伝導システムの支持構造用のコネクタアセンブリの別の一例を示す図である。可撓性相互接続と支持部材との間に熱経路を確立するコネクタアセンブリを含む支持構造の一例を示す図である。第２の超伝導システムと通信する第１の超伝導システム用の支持構造の一例の斜視図である。第２の超伝導システムと通信する第１の超伝導システムの支持構造の上面図である。延長アームを備えた支持構造の一例を示す図である。

本明細書で説明される例は、シャーシ内に収容された第１の複数のブレードを備えた第１の超伝導システムを含むシステムに関連している。第１の複数のブレードの各々は、ブレード上に搭載された超伝導回路を有し、第１の超伝導システムにおける複数の超伝導回路の各々は、４Ｋ（ケルビン）以下の温度で超伝導となる材料（例えば、低温超伝導材料）を含む。また、システムは、第２の複数のブレードを有する第２の超伝導システムを含むことができ、第２の複数のブレードの各々は、ブレードの上に搭載された超伝導回路を有し、第２の超伝導システムの複数の超伝導回路の各々は、７７Ｋ以下の温度で超伝導となる材料（例えば、高温超伝導材料）を含む。

また、システムは、熱伝導性材料で形成することができる支持部材を有することができる支持構造を含む。支持部材は、複数の並列スロットを含むことができ、各スロットは、支持部材の基部の第１の表面から基部の第２の表面まで延在する（例えば、貫通孔）。また、支持部材は、基部の第１の表面に対して横断方向に延在する壁を含むことができる。壁は、支持部材を基板に固定するために使用可能な複数の貫通孔を含むことができる。

支持部材は、複数のコネクタアセンブリをさらに含むことができ、各コネクタアセンブリは、支持部材の個々のスロットを介して支持部材の基部に固定されるコネクタ支持ロッドを有することができる。各コネクタアセンブリは、個々のコネクタ支持ロッドの端部に固定されるコネクタを含むことができ、コネクタは、第１の超伝導システムの個々のブレード上に搭載された少なくとも２つの超伝導回路間の可撓性相互接続に対する機械的支持を提供することができる。さらに、各コネクタアセンブリは、極低温環境で動作するときに熱を放散するために、可撓性相互接続と支持部材との間に熱経路を確立する。

さらに、いくつかの例では、支持構造は、支持部材に取り外し可能に取り付けられた延長アームを含むことができる。延長アームは、支持部材の壁の表面に平行な方向に延在する基部と、基部に対して横断方向に延在する支柱とを含むことができる。支持構造は、延長アームの支柱に固定される複数の位置合わせコネクタを有することができる。各位置合わせコネクタは、第１の超伝導システムの対応するブレードを第２の超伝導システムの対応するブレードに機械的に結合することができる。このようにして、支持構造（延長アームを含む）を１つの軸（例えば、水平軸）上で移動させることができ、この移動により、位置合わせコネクタを介して支柱に固定されている第１の超伝導システムにおける第１の複数のブレードおよび第２の超伝導システムにおける第２の複数のブレードにおいて対応する移動が生じ、これは、相互接続構成要素の破損を防止する。

図１は、超伝導システム５２の支持構造５０の一例を示す。超伝導システム５２は、約４ケルビン（Ｋ）以下の温度の極低温環境の領域などの極低温環境で動作することができる。超伝導システム５２は、シャーシ５４の溝５７内でスライド可能なＭ個（Ｍは、２つ以上の整数）のブレード５６を収容するシャーシ５４を含むことができ、図面では、そのような溝５７のうちの２個のみに参照番号が付されている。Ｍ個のブレード５６の各々は、対応する超伝導回路５８（それらのうちのいくつかは隠れていて見えない）のためのヒートスプレッダとして作動することができる。いくつかの例では、各超伝導回路５８またはそのいくつかの一部は、マルチチップモジュール（ＭＣＭ：ｍｕｌｔｉ－ｃｈｉｐｍｏｄｕｌｅ）として実装することができる。シャーシ５４は、熱伝導性基板６０（例えば、導電性材料の板状体）に固定することができる。

各超伝導回路５８は、４Ｋ以下で超伝導となる材料（例えば、低温超伝導材料）を含むことができる。所与のブレード５６上の各超伝導回路５８は、可撓性相互接続６２を介して、別の超伝導回路５８または複数の超伝導回路５８と通信することができる。換言すれば、各可撓性相互接続６２は、２つの超伝導回路５８の間に超伝導通信経路を提供する。各可撓性相互接続６２は、ポリ－オキシジフェニレン－ピロメリチミド（ｐｏｌｙ－ｏｘｙｄｉｐｈｅｎｙｌｅｎｅ－ｐｙｒｏｍｅｌｌｉｔｉｍｉｄｅ）などの超伝導ポリイミドで形成することができる。

不用意な損傷を避けるために、可撓性相互接続６２は、室温（例えば、２７３Ｋより高い温度）と超伝導温度（例えば、４Ｋ以下）の両方で注意して取り扱う必要がある。さらに、超伝導システム５２が室温（例えば、２７３Ｋより高い）から超伝導温度（例えば、４Ｋ以下）に移行するとき、超伝導システム５２の異なる構成要素は、異なる熱膨張係数（ＣＴＥ：ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｆｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎ）を有する。従って、室温から極低温（例えば、７７Ｋ以下）への移行中に、可撓性相互接続６２は、超伝導システム５２に対する構成要素間の相対的な移動によって（例えば、異なるＣＴＥによって）、破損しやすい。さらに、超伝導システム５２の構成要素間の異なるＣＴＥの問題は、温度が極低温に向かって低下するにつれて増幅される。

各可撓性相互接続６２（またはそのいくつかの一部）は、支持構造５０のコネクタ７０によってクランプすることができる。各コネクタ７０は、対応する可撓性相互接続６２上のトレースを位置合わせして接続する。支持構造５０は、Ｋ個のコネクタ７０を含むことができ、ここで、Ｋは、１以上の整数である。コネクタ７０は、支持構造５０のコネクタ支持ロッド７２に固定されている（例えば、搭載される）。コネクタ７０およびコネクタ支持ロッド７２は、アルミニウム６０６１などの熱伝導性材料で形成することができる。コネクタ支持ロッド７２は、支持部材７６上のスロット７８を介して支持構造５０の支持部材７６（ペグボード（ｐｅｇｂｏａｒｄ）と呼ばれ得る）に固定することができる。プリント回路基板（ＰＣＢ）８０は、支持部材７６上に固定することができる。支持ロッド７０および支持部材７６は、各コネクタ７０および各可撓性相互接続６２に熱的サポートおよび構造的支持の両方を提供する。

図２～図７は、図１の支持構造５０の構成要素およびアセンブリを示す。さらに、図２～図７は、同じ構造を示すために同じ参照番号を使用する。さらに、説明を簡単にするために、全ての参照番号が図２～図７の各々の説明に導入されているか、または含まれているわけではない。

図２は、図１の支持部材７６を実施するために使用可能な、支持構造（例えば、図１の支持構造５０）の支持部材１００の一例を示す。支持部材１００は、ペグボードと呼ばれ得る。支持部材１００は、アルミニウムなどの導電性材料で形成することができる。より具体的には、支持部材１００は、アルミニウム６０６１で形成することができる。

支持部材１００は、第１の平面内に延在する基部１０２（例えば、プレート）を含むことができる。基部１０２は、直角プリズム様の形状を有することができる。基部１０２は、支持部材１００の基部１０２の表面に対して垂直な方向に延在する複数のボス１０４（例えば、突起）を含むことができる。各ボス１０４は、円形を有するとともに、中心孔を有することができる。いくつかの例では、中心孔にはネジが切られていてもよい。各ボス１０４の中心孔は、ＰＣＢ（例えば、図１のＰＣＢ８０）を支持部材１００に固定するために、締結具（例えば、ネジ、ボルト、または押さえ）を受容することができる。即ち、各ボス１０４は、ＰＣＢを支持部材１００に固定するために使用可能な締結具用のレセプタクルとして実施することができる。図示されている例では、９個のボス１０４が設けられているが、他の例では、より多くの、またはより少ないボス１０４を設けることができる。

基部１０２はまた、複数のスロット１０６を含むことができる。図示されている例では、１２個のスロットが設けられているが、他の例では、より多くの、またはより少ないスロット１０６を設けることができる。複数のスロット１０６は、並列に配置することができる。さらに、各スロット１０６は、基部１０２の第１の表面から基部１０２の第２の表面まで延在する細長い貫通孔（例えば、楕円形の底面形状を有する）である。実際、本明細書で使用する場合、「貫通孔」という用語は、材料の所与の表面から材料の別の表面まで延在する孔を意味し、別の表面は所与の表面に対向する。

本明細書で説明するように、スロット１０６は、コネクタ支持ロッド（例えば、図１のコネクタ支持ロッド７２）を支持部材１００に固定する締結具を受容するように形成されている。さらに、スロット１０６は、コネクタ支持ロッドの１つの軸（例えば、水平軸）における相対的な移動を可能にするように細長く形成されている。

基部１０２は、一組の貫通孔１０８を含むことができる。２個の貫通孔１０８が設けられているが、他の例では、より多くの貫通孔１０８または単一の貫通孔１０８を設けることができる。貫通孔１０８は、ＰＣＢからのコネクタが通過できるように、丸い角部を有する正方形の孔として実施することができる。

支持部材１００はまた、基部１０２に対して横断方向に（例えば、９０度の角度で）延在する第１の壁１１０を含むことができる。第１の壁１１０は、支持部材１００を基板（例えば、図１の熱伝導性基板６０）に固定することを可能にする締結具を受容することができる貫通孔１１２を含む。図示されている例では、４個の貫通孔１１２が設けられているが、他の例では、より多くの、またはより少ない貫通孔１１２を設けることができる。さらに、第１の壁１１０は、ハードウェア用の切欠部１１４（例えば、凹部）を含むことができる。

支持部材１００は、基部１０２に対して横断方向に延在する第２の壁１２０をさらに含むことができる。さらに、第２の壁１２０は、支持部材１００の角部１２２で第１の壁１１０と交差することができる。いくつかの例では、角部１２２には抜き勾配角度（または曲線部）が設けられている。いくつかの例では、第２の壁１２０は三角柱の形状を有する。

図３は、支持部材１００の一例を示しており、ここで、ＰＣＢ１５０が、締結具１５２（一部のみに参照番号が付されている）によって支持部材１００の基部１０２に固定されている。締結具１５２は、ボルトまたはネジなどの機械式締結具として実施することができる。図示されている例では、各締結具１５２は六角頭付きボルトとして実施されている。さらに、各締結具１５２は、ＰＣＢ１５０の貫通孔（隠れていて見えない）を貫通して、支持部材１００のボス１０４（図２に示されている）内に延在する。

ＰＣＢ１５０は、ＰＣＢ１５０上に搭載された複数のＩＣチップ１５６を含むことができる。いくつかの例として、ＩＣチップ１５６は、温度センサ、ヒータ、またはそれらの組み合わせとして実施することができる。各ＩＣチップ１５６、またはそのいくつかの一部は、コネクタに結合することができる。図４は、図３では隠れていて見えないＰＣＢ１５０の一面（例えば、裏面）を示す。図４に示されるように、ＰＣＢ１５０は、第１の組のコネクタ１６０および第２の組のコネクタ１６２を含む。第１の組のコネクタ１６０および第２の組のコネクタ１６２の各コネクタは、図１に示される支持構造の基部１０２の孔１０８の１つを貫通して突出することができる。コネクタは、ケーブル（図示せず）を介して外部システムに結合することができる。

図５は、図１のコネクタ支持ロッド７２を実施するために使用可能な、図１の支持構造５０のためのコネクタ支持ロッド２００の一例を示す。図に示すように、コネクタ支持ロッド２００は、４つの部分、即ち第１の部分２０２、第２の部分２０４、第３の部分２０６、および第４の部分２０８を含む。

第１の部分２０２は、複数の貫通孔２２０を含む。図示の例では、コネクタ支持ロッド２００の第１の部分２０２に２個の貫通孔２２０が設けられている。しかしながら、他の例では、より多くの、またはより少ない貫通孔２２０が設けられてもよい。貫通孔２２０は、締結具（例えば、ボルトやネジ）を貫通させることが可能である。さらに、コネクタ支持ロッド２００は、第１の部分２０２が、図２に示される基部１０２の表面上の平面に平行に延在するように構成される。このような状況では、締結具は貫通孔２２０を通過して、図１のスロット１０６のうちの１つに挿入される。スロット１０６のサイズにより、コネクタ支持ロッド２００は、締結具が締め付けられるまで、図１の支持部材１００に対して１つの軸（例えば、水平軸）上で移動することができる。

第２の部分２０４は、第１の部分２０２に対して横断方向に延在する。さらに、第３の部分２０６は、第２の部分２０４に対して横断方向に、かつ第１の部分２０２とは反対の方向に延在する。第４の部分２０８は、第３の部分２０６に対して横断方向に延在し、かつ第２の部分２０４の表面の平面に平行な平面上に延在する。

第４の部分２０８は、複数の貫通孔２２２を含む。図５に示す例では、４個の貫通孔２２２が設けられているが、他の例では、より多くの、またはより少ない貫通孔２２２が設けられてもよい。貫通孔２２２は、第４の部分２０８にコネクタを固定することを可能にする。

図６は、コネクタアセンブリ２５０の一例を示しており、ここで、コネクタ２５１は、図５のコネクタ支持ロッド２００の第４の部分２０８に固定される。コネクタ２５１は、第１のプレート２５２および第２のプレート２５４を含む。

第１のプレート２５２は、コネクタ支持ロッド２００の第４の部分２０８の複数の孔（図５の場合は２２２）を通過する締結具２５６を受容する第１の組の貫通孔（隠れていて見えない）を含む。さらに、第１のプレート２５２は、第２の組の孔を含み、締結具２５６が第２の組の孔を通過して、第２のプレート２５４の隠れていて見えない貫通孔に挿入される。このようにして、コネクタ２５１の第２のプレート２５４は、コネクタ２５１の第１のプレート２５２に固定される。

第１のプレート２５２と第２のプレート２５４の間には、可撓性相互接続２６０を挟み込むことができる。このようにして、コネクタ２５１の第１のプレート２５２および第２のプレート２５４は、可撓性相互接続２６０をクランプして、可撓性相互接続２６０を保持する。可撓性相互接続２６０は、図１の可撓性相互接続６２の一例を代表するものとすることができる。

図７は、コネクタアセンブリ３００の一例を示しており、ここで、コネクタ３０１は、図５のコネクタ支持ロッド２００の第４の部分２０８に固定されている。コネクタ３０１は、第１のプレート３０２、第２のプレート３０４、第３のプレート３０６、および第４のプレート３０８を含む。コネクタ３０１は、図６のコネクタ２５１の２つの例として実施することができ、ここで、締結具３２０は、コネクタ３０１をコネクタ支持ロッド２００に固定する。さらに、コネクタ３０１は、互いに平行な位置に保持され得る２個の可撓性相互接続２６０をクランプすることができる。

図１に戻ると、機械的支持に加えて、各可撓性相互接続６２（またはそのいくつかの一部）を個々のコネクタ７０にクランプすることによって、熱経路が可撓性相互接続６２と支持構造５０の支持部材７６との間に確立される。より具体的には、可撓性相互接続６２は、コネクタ支持ロッド７２に固定されたコネクタ７０によってクランプされ、ここで、コネクタ支持ロッド７２が支持部材７６に固定されている。さらに、可撓性相互接続６２、コネクタ７０、コネクタ支持ロッド７２、および支持構造５０の支持部材７６は、熱的に連通している。従って、結果として形成される熱経路により、（２つの超伝導回路６２間の通信に起因して）可撓性相互接続６２上に蓄積された熱が支持部材７６において放散することができる。

さらに、前述したように、各可撓性相互接続６２（またはそのいくつかの一部）をクランプすることによって、クランプされた可撓性相互接続６２は比較的静止した状態に保持され、それにより、そうでなければ接続された超伝導回路５８に加えられ、部品の障害につながり得る張力（例えば、重力に起因する）が緩和される。

図８は、超伝導システム４０２の支持構造４００の別の一例を示す。超伝導システム４０２は、図１の超伝導システム５２と同様の方法で実施することができ、ここで、視覚的に分かり易くするためにシャーシが省略されている。

支持構造４００は、支持部材４０６を含む。支持部材４０６は、アルミニウム（例えば、アルミニウム６０６１）などの熱伝導性材料で形成することができる。支持部材４０６は、並列に配置された複数のスロット４１０を含み、１つのスロットのみに参照番号が付されている。複数のスロット４１０は、図１に示されている複数のスロット７８かつ／または図２のスロット１０６と同様の方法で実施することができる。さらに、支持部材４０６は、ヒータおよび／または温度センサ（図示せず）などの電気部品を取り付ける複数のボビン孔４１４（例えば、貫通孔）を含む。

超伝導システム４０２および支持構造４００は、約４Ｋ以下の温度を有する極低温環境の領域などの極低温環境で動作することができる。超伝導システム４０２は、Ｍ個のブレード４２０を収容するシャーシ（分かり易くするために省略されている）を含むことができる。Ｍ個のブレード４２０の各々は、対応する超伝導回路４２２用のヒートスプレッダとして機能することができる。いくつかの例では、各超伝導回路５８またはそのいくつかの一部は、ＭＣＭとして実施することができる。

超伝導回路４２２は、図１の可撓性相互接続６２として実施することができる可撓性相互接続４２４を介して接続することができる。各可撓性相互接続４２４は、対応するコネクタアセンブリによってクランプされる。図８は、個々のスロット４１０を介して支持部材４０６に固定されている３個のコネクタアセンブリを示す。より具体的には、支持構造４００は、第１のコネクタアセンブリ４３０、第２のコネクタアセンブリ４３２、および第３のコネクタアセンブリ４３４を含む。第１のコネクタアセンブリ４３０および第３のコネクタアセンブリは、図６のコネクタアセンブリ２５０として実施することができる。第２のコネクタアセンブリ４３２は、図７のコネクタアセンブリ３００として実施することができる。

図示のように、支持構造４００は、可撓性相互接続４２４の各々に対して機械的支持を提供する。さらに、第１のコネクタアセンブリ４３０、第２のコネクタアセンブリ４３２、および第３のコネクタアセンブリ４３４は、対応する各可撓性相互接続４２４から支持部材４０６への熱経路を提供する。

図９は、第２の超伝導システム５２０に通信可能に結合された第１の超伝導システム５１０に対する支持構造５００の一例の斜視図を示す。第１の超伝導システム５１０は、約４Ｋ以下である第１の極低温帯で動作することができ、第２の超伝導システム５２０は、約７７Ｋから約７５Ｋである第２の極低温帯で動作することができる。即ち、第１の超伝導システム５１０は、第２の超伝導システム５２０よりも低い温度で動作する。

第１の超伝導システム５１０は、図１の超伝導システム５２および／または図８の超伝導システム４０２と同様のものとすることができる。第２の超伝導システム５２０は、シャーシ５２２を含むことができ、シャーシ５２２内にはＪ個のブレード５２４が設置され、ここで、Ｊは、１以上の整数である。各ブレード５２４は、超伝導回路５２６（１つの超伝導回路のみに参照番号が付されている）のヒートスプレッダとして機能することができる。各超伝導回路５２６は、高温超伝導（ＨＴＳ：ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ）材料により実現されたＭＣＭを含むことができる。同様に、第１の超伝導システム５１０は、図１に関して説明したように、超伝導回路５３２（例えば、ＭＣＭ）をそれぞれが含む複数のブレード５３０を収容するシャーシ５２８を含むことができる。

さらに、図１０は、第２の超伝導システム５２０に通信可能に結合された第１の超伝導システム５１０の支持構造５００の上面図を示す。図１０および図１１は、同じ構造を示すために同じ参照番号を使用する。さらに、図１０では、視覚的に分かり易くするために、第１の超伝導システム５１０のシャーシ５２８および第２の超伝導システム５１０のシャーシ５２２の上部が除去されている。

第１の超伝導システム５１０および第２の超伝導システム５２０は、通信チャネル５３６および５３８を介して通信することができる。いくつかの例では、通信チャネル５３６および５３８は、配線および／または可撓性相互接続（例えば、超伝導可撓性相互接続）から形成することができる。

支持構造５００は、図１の支持構造５０および／または図８の支持構造４００の特徴を含むことができる。従って、支持構造５００は、支持部材５４０を含む。支持部材５４０は、図２の支持部材１００および／または図８の支持部材４０６により実施することができる。さらに、コネクタアセンブリ５４２は、本明細書で説明される方法で（例えば、図１および９に示されるように）、第１の超伝導システム５１０の可撓性相互接続５４４をクランプして保持する。

さらに、支持構造５００は、支持構造５００に取り外し可能に接続された延長アーム５５０を含むことができる。延長アーム５５０は、支持部材５４０の壁５５２の表面に平行な方向に延在する基部５５１を含む。延長アーム５５０は、延長アーム５５０の基部５５１に対して横断方向に延在する支柱５５４を含むことができる。複数の位置合わせコネクタ５５８を支柱５５４に固定することができる（図１０には１つのコネクタのみが示されている）。各位置合わせコネクタ５５８は、第１のピン対５６０および第２のピン対５６２を含むことができる。第１のピン対５６０は、第１の超伝導システム５１０のブレード５３０に含まれる貫通孔５６４および貫通スロット５６６（例えば、楕円形の底面形状を有する貫通孔）内に突出するピンとして実施される。同様に、第２のピン対５６２は、第２の超伝導システム５２０のブレード５２４に含まれる貫通孔５６８および貫通スロット５７０（例えば、楕円形の底面形状を有する貫通孔）内に突出するピンとして実施される。従って、第１の超伝導システム５１０の各ブレード５３０（またはそのいくつかの一部）は、第２の超伝導システム５１０の対応するブレード５２４に堅固に接続されている。さらに、第１の超伝導システム５１０の各ブレード５３０（またはそのいくつかの一部）および第２の超伝導システム５２０の各ブレード５２４は、支持構造５００の支柱５５４に堅固に接続されている。このようにして、室温（例えば、２７３Ｋを超える温度）での設置中に、支持構造５００は、矢印５７４によって示される方向（例えば、水平方向）に移動することができる。

図１１は、図１０の支持構造５００を実施するために使用可能な支持構造６００の一例を示す。さらに、分かり易くするために、第１の超伝導システム５１０および第２の超伝導システム５２０は図示されていない。

支持構造６００は、支持部材６１０を含む。図１１に示されている支持部材６１０は、図８の支持部材４０６を用いて実施される。しかしながら、他の例では、図２の支持部材１００などの別の支持部材も支持部材６１０として使用することができる。支持部材６１０は、支持部材６１０の基部６１４に対して横断方向に延在する壁６１２を含む。

支持部材６１０の壁６１２は、第１の平面上に延在する表面を含む。さらに、延長アーム６２０は、壁６１２の表面と同じ平面である第１の平面内に延在する基部６２２を含む。さらに、支柱６２４は、第１の平面に対して横断方向に延在し、かつ支持部材６１０の基部６１４の表面に平行である。図１１の支柱５５４を実施するために支柱６２４を使用することができる。

支柱６２４は、Ｊ個の貫通孔６３０を含むことができ、ここで、Ｊは、１以上の整数である。Ｊ個の貫通孔６３０の各々は、位置合わせコネクタ６３４を支柱６２４に固定するための締結具（例えば、ボルトまたはネジ）を受容するように形成されている。図１１は、Ｊ個の位置合わせコネクタ６３４を示しているが、いくつかの例では、より少ない位置合わせコネクタ６３４が設けられ得る。各位置合わせコネクタ６３４は、第１の一対のピン６３６および第２の組のピン６３８を含むことができ、ここで、図１１は、位置合わせコネクタ６３４のうちの１つのピン対のみに参照番号が付されている。図１０に詳細に示されているように、第１の一対のピン６３６および第２の組のピン６３８は、第１の超伝導システムのブレードおよび第２の超伝導システムのブレードを機械的に結合するために使用可能である。

図１０に戻ると、支持構造を方向５７４に移動させると、第１の超伝導システム５１０の各ブレード５３０（またはそのいくつかの一部）と、第２の超伝導システム５２０の各ブレード５２４（またはそのいくつかの一部）が協調して移動する。従って、第１の超伝導システム５１０と第２の超伝導システム５２０との間の通信チャネル５３６および５３８は、互いに相対的に移動しない。即ち、通信チャネル５３６および５３８はそれぞれ、第１の超伝導システム５１０の対応するブレード５３０および第２の超伝導システムの対応するブレード５２４と共に移動する。さらに、方向５７４に移動すると、第１の超伝導システム５１０の可撓性相互接続５４４も、個々のブレード５３０と協調して移動する。従って、支持構造５００を（室温で）移動させることにより、ブレード５３０にアクセスすることが可能となり、さらに、可撓性相互接続５４４を損傷する可能性があるそのようなブレード５３０間の相対的な移動を防止する。

設置後、第１の超伝導システム５１０と第２の超伝導システム５２０との間の望ましくない熱伝達を防止するために、支柱５５４を含む延長アーム５５０を除去することができる。従って、延長アーム５５０は、第１の超伝導システム５１０および第２の超伝導システム５２０の繊細な部品を乱すことなく、第１の超伝導システム５１０および第２の超伝導システム５２０の特定の部品へのアクセスを容易にする。

上記した説明は、本例である。もちろん、構成要素または方法の考えられる全ての組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者は、さらに多くの組み合わせおよび置換が可能であることを認識するであろう。従って、本開示は、添付の特許請求の範囲を含む本出願の範囲内にあるそのような全ての変更、修正、および変形を包含することを意図している。本明細書で使用される場合、「含む」という用語は、限定することなく含むことを意味する。「基づく（ｂａｓｅｄｏｎ）」という用語は、少なくとも部分的に基づくことを意味する。さらに、開示または特許請求の範囲が「１つの（ａ，ａｎ）」、「第１の（ａｆｉｒｓｔ）」、「もう一つの（ａｎｏｔｈｅｒ）」要素、またはそれらの均等物を記載する場合、１つまたは複数のそのような要素を含むと解釈されるべきであり、２つ以上のそのような要素を必要とも除外もしない。
以下に、上記実施形態から把握できる技術思想を付記として記載する。
［付記１］
超伝導システムの可撓性相互接続のための支持構造であって、
熱伝導性材料で形成された支持部材を備え、前記支持部材は、
複数の並列スロットと、各スロットは、前記支持部材の基部の第１の表面から前記基部の第２の表面まで延在し、前記基部の前記第１および第２の表面は、平行な平面上に位置しており、各スロットは、個々のコネクタアセンブリを前記支持部材に固定することを可能にする締結具の相対的な移動を可能にし、個々の前記コネクタアセンブリは、超伝導システムの可撓性相互接続に機械的支持を提供し、かつ、前記可撓性相互接続と前記支持部材との間に熱経路を確立し、
前記基部の前記第１の表面に対して横断方向に延在する壁と、を含み、前記壁は、複数の貫通孔を含み、
前記支持部材の前記基部に搭載されたプリント回路基板をさらに備える、支持構造。
［付記２］
プリント回路基板は、ヒータおよび温度センサのうちの少なくとも１つを含む、付記１に記載の支持構造。
［付記３］
超伝導回路のための支持構造であって、
熱伝導性材料で形成された支持部材を備え、前記支持部材は、
複数の並列スロットと、各スロットは、前記支持部材の基部の第１の表面から前記基部の第２の表面まで延在し、前記第１および第２の表面は、平行な平面上に位置しており、
前記基部の前記第１の表面に対して横断方向に延在する壁と、前記壁は、複数の貫通孔を含んでおり、
複数のコネクタ支持ロッドと、前記複数のコネクタ支持ロッドの各々が、個々のスロットを介して前記支持部材の前記基部に固定されており、
複数のコネクタと、を備え、各コネクタが個々のコネクタ支持ロッドに固定され、各コネクタが、超伝導システムの個々のブレード上に搭載された少なくとも２つの超伝導回路間の可撓性相互接続に対する機械的支持を提供する、支持構造。
［付記４］
前記超伝導システムが第１の超伝導システムであり、システムが
延長アームであって、
前記支持部材の前記壁の表面に平行な方向に延在する基部と、
前記延長アームの前記基部に対して横断方向に延在する支柱と、を含む、前記延長アームと、
前記延長アームの前記支柱に固定される複数の位置合わせコネクタと、をさらに備え、前記複数の位置合わせコネクタの各々は、第１の超伝導システムのブレードに接続するための第１の組のピンと、第２の超伝導システムのブレードに接続するための第２の組のピンとを含む、付記３に記載の支持構造。
［付記５］
前記延長アームの移動により、前記第１の超伝導システムの前記ブレードおよび前記第２の超伝導システムの前記ブレードの移動が生じる、付記４に記載の支持構造。

Claims

超伝導システムの可撓性相互接続のための支持構造であって、
熱伝導性材料で形成された支持部材を備え、前記支持部材は、
複数の並列スロットと、各スロットは、前記支持部材の基部の第１の表面から前記基部の第２の表面まで延在し、前記基部の前記第１および第２の表面は、平行な平面上に位置しており、各スロットは、個々のコネクタアセンブリを前記支持部材に固定することを可能にする締結具の相対的な移動を可能にし、個々の前記コネクタアセンブリは、超伝導システムの可撓性相互接続に機械的支持を提供し、かつ、前記可撓性相互接続と前記支持部材との間に熱経路を確立し、
前記基部の前記第１の表面に対して横断方向に延在する壁と、を含み、前記壁は、複数の貫通孔を含む、支持構造。
前記壁が第１の壁であり、前記支持部材は、
複数のボスと、各ボスは、前記支持部材の前記第１の表面に垂直に延在しており、
前記基部に対して横断方向に延在する第２の壁と、をさらに含み、前記第１の壁と前記第２の壁が前記支持部材の角部で交わっている、請求項１に記載の支持構造。
前記第１の壁は、前記複数の貫通孔のうちの２つの間に配置された切欠部を含む、請求項２に記載の支持構造。
前記支持部材は、１つの貫通孔をさらに含み、前記貫通孔は、前記複数の並列スロットの各々から離間されており、前記貫通孔は、丸い角部を有する正方形である、請求項１に記載の支持構造。
各コネクタアセンブリは、熱伝導性材料で形成されたコネクタ支持ロッドを含み、前記コネクタ支持ロッドは、
前記支持部材の前記基部の前記第１の表面に沿って延在する第１の部分と、前記第１の部分は、前記コネクタ支持ロッドを前記支持部材の前記複数の並列スロットの個々のスロットに固定する締結具を受容するように形成された複数の貫通孔を含んでおり、ここで、前記コネクタ支持ロッドは、前記支持部材と熱的に連通しており、
前記コネクタ支持ロッドの前記第１の部分に対して横断方向に延在する第２の部分と、
前記コネクタ支持ロッドの前記第２の部分に平行に延在する第３の部分と、を含み、前記第３の部分は、熱伝導性材料で形成されたコネクタを前記コネクタ支持ロッドに固定するための複数の貫通孔を含み、ここで、前記コネクタは、前記支持部材と熱的に連通している、請求項１に記載の支持構造。
前記コネクタが
第１のプレートであって、
前記コネクタ支持ロッドの前記第３の部分に前記第１のプレートを固定するための締結具用の第１の複数の貫通孔と、
第２の複数の貫通孔と、を含む前記第１のプレートと、
第２のプレートと、を含み、前記第２のプレートは、前記第２のプレートを前記コネクタの前記第１のプレートに固定するための締結具用の複数の貫通孔を含む、請求項５に記載の支持構造。
前記超伝導システムの前記可撓性相互接続は、前記コネクタの前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間にクランプされ、前記可撓性相互接続は、前記超伝導システムの第１のマルチチップモジュール（ＭＣＭ）および第２のＭＣＭに結合され、前記可撓性相互接続は、前記支持部材と熱的に連通している、請求項６に記載の支持構造。
前記可撓性相互接続は、極低温環境で動作する超伝導材料から形成され、前記可撓性相互接続は、前記可撓性相互接続からの熱が熱経路を介して前記支持部材に放散されるように、前記コネクタよりも高い温度で動作する、請求項７に記載の支持構造。
前記コネクタは、
第１のプレートであって、第１の複数の貫通孔と、当該第１のプレートを前記コネクタ支持ロッドの前記第３の部分に固定するための締結具用の第２の複数の貫通孔とを含む、前記第１のプレートと、
第２のプレートであって、当該第２のプレートを前記コネクタの前記第１のプレートに固定する締結具用の第１の複数の貫通孔を含む、前記第２のプレートと、
第３のプレートであって、第１の複数の貫通孔と、当該第３のプレートを前記コネクタ支持ロッドの前記第３の部分に固定するための締結具用の第２の複数の貫通孔とを含む、前記第３のプレートと、
第４のプレートであって、当該第４のプレートを前記コネクタの前記第３のプレートに固定する締結具用の複数の貫通孔を含む、前記第４のプレートと、を含む、請求項５に記載の支持構造。
前記超伝導システムの前記可撓性相互接続は、
前記コネクタの前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間にクランプされる第１の可撓性相互接続と、
前記コネクタの前記第３のプレートと前記第４のプレートとの間にクランプされる第２の可撓性相互接続と、を含み、前記第１の可撓性相互接続は、第１のマルチチップモジュール（ＭＣＭ）および第２のＭＣＭに結合され、前記第２の可撓性相互接続は、前記第１のＭＣＭおよび第３のＭＣＭに結合される、請求項９に記載の支持構造。
延長アームをさらに備え、前記延長アームが
前記支持部材の前記壁に平行な方向に延在する基部と、
前記延長アームの前記基部に対して横断方向に、かつ前記支持部材の前記基部に平行に延在する支柱と、を含む、請求項１０に記載の支持構造。
前記延長アームの前記支柱が複数の貫通孔を含み、前記支持構造が
前記支柱に固定される複数の並列位置合わせコネクタを含み、各並列位置合わせコネクタは、超伝導ＭＣＭ用のヒートスプレッダをそれぞれが提供する一対のブレードに接続するための複数のピンを含む、請求項１１に記載の支持構造。
所与の位置合わせコネクタに結合された所与の一対のブレードの第１のブレードは、第１の極低温で動作するように構成され、前記所与の一対のブレードの第２のブレードは、第２の極低温で動作するように構成され、前記第２の極低温は、前記第１の極低温よりも高い、請求項１２に記載の支持構造。
前記支持部材は、複数のボビン孔をさらに含み、前記複数のボビン孔の各々は、貫通孔を含む、請求項１に記載の支持構造。
システムであって、
第１の超伝導システムであって、
複数のブレードと、
複数の超伝導回路と、を含み、各超伝導回路が前記第１の超伝導システムの個々のブレード上に搭載され、前記第１の超伝導システムにおける前記複数の超伝導回路の各々が低温超伝導材料を含む、前記第１の超伝導システムと、
第２の超伝導システムであって、
複数のブレードと、
複数の超伝導回路、とを含み、前記第２の超伝導システムにおける各超伝導回路が前記第２の超伝導システムの個々のブレード上に搭載され、前記第２の超伝導システムにおける前記複数の超伝導回路の各々が高温超伝導材料を含む、前記第２の超伝導システムと、
支持構造であって、
熱伝導性材料で形成された支持部材であって、
複数の並列スロットと、各スロットは、前記支持部材の基部の第１の表面から前記基部の第２の表面まで延在し、前記第１および第２の表面は、平行な平面上に位置しており、
前記基部の前記第１の表面に対して横断方向に延在する壁と、を含み、前記壁は、前記壁の第１の表面から前記壁の第２の表面まで延在する複数の貫通孔を含んでいる、前記支持部材と、
複数のコネクタアセンブリであって、
個々のスロットを介して前記支持構造の前記基部に固定されるコネクタ支持ロッドと、
個々のコネクタ支持ロッドに固定されるコネクタと、を含み、前記コネクタは、前記第１の超伝導システムの個々のブレード上に搭載された少なくとも２つの超伝導回路間の可撓性相互接続に対する機械的支持を提供する、前記複数のコネクタアセンブリと、を含む前記支持構造と、
延長アームであって、
前記支持部材の前記壁の表面に平行な方向に延在する基部と、
前記基部に対して横断方向に延在する支柱と、
前記延長アームの前記支柱に固定される複数の位置合わせコネクタと、を含み、各位置合わせコネクタは、前記第１の超伝導システムの所与のブレードを前記第２の超伝導システムの対応するブレードに機械的に結合する、前記延長アーム、とを備える、システム。