JPH0365627B2

JPH0365627B2 -

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Publication number: JPH0365627B2
Application number: JP18689184A
Authority: JP
Priority date: 1984-09-06
Filing date: 1984-09-06
Publication date: 1991-10-14
Also published as: JPS6166380A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」この発明は該融合炉等の超電導マグネツトの超
電導コイルに使用される超電導導体の接続構造に
関するものである。

「従来技術とその問題点」最近に至り、断面中央に冷却媒体通路を形成し
たいわゆる中空超電導導体を用い、冷却媒体通路
に超臨界圧ヘリウム等の冷却媒体を強制循環させ
て超電導線をその内側から強制冷却するようにし
た超電導コイルが種々提案されている。このよう
な超電導コイルに使用される中空超電導導体とし
ては、例えば第９図に示す第１の従来例のよう
に、中央に冷却媒体通路１を形成した断面矩形状
の銅製等の安定化母材２の壁面内に超電導素線３
Ａが埋め込まれた型式のもの、さらには、第１０
図に示す第２の従来例のように断面矩形状の安定
化母材２の外面に凹溝４が形成されるとともに各
凹溝４に成形超電導素線３Ｃが嵌合固定された形
式のもの等がある。

上記第９図と第１０図に示すような超電導導体
の接続構造の一例として、第１１図に示す第３の
従来例のように、対向させた一対の超電導導体
５，６の端部どうしがパイプ７を介して突き合わ
され、各端部とパイプ７が半田付けされるととも
に、超電導導体５の端部からパイプ７を介して超
電導導体６の端部にかけてNbTi、Nb₃Sn製等の
超電導線８が巻き掛けられて成るものが知られて
いる。

ところが、第１１図に示す接続構造にあつて
は、パイプ７による冷媒の流路の確保や超電導線
８による電気的接続がなされているものの、超電
導線８と冷媒の流路が離れて間接冷却なつている
ので、冷却効率が低く、そのため何らかの原因で
超電導線８の一部にヒートスポツトが生じて超電
導特性が失われた場合に、その回復が遅れる問題
がある。また、第１１図に示す第３の従来の接続
構造では、超電導線を冷媒の流路内に設けた直接
冷却式の超電導導体においては、超電導線の電気
的な接続が困難になる欠点がある。

一方、超電導素線を捻り合わせて構成した超電
導線の一般的な接続構造として第１２図ないし第
１５図に示す各種の構造が知られている。第１２
図に示す第４の従来の構造は、超電導線１０，１
１の各々の端部が２層に分けられ、一層どうしが
違いちがいに重ねて突き合わされ、半田付けされ
た構造である。第１３図に示す第５の従来の構造
は、超電導線１２，１３の各端面が突き合わさ
れ、突き合わせ部分が半田付けされた構造であ
る。第１４図に示す第６の従来の構造は、撚線化
された超電導線１４，１５を構成する超電導素線
１４ａ，１５ａが１本ずつ相互の端面どうし半田
付けされた構造である。第１５図に示す第７の従
来の構造は、超電導線１６，１７の端部どうしが
突き合わされるとともに、超電導素線を撚つて形
成したテープ状の超電導片１８，１９が超電導線
１６，１７の端部上面と端部下面にまたがつた状
態で半田付けされた構造である。

ところが、上記した各構造にあつては、以下に
述べるような欠点を有していた。第１２図に示す
構造にあつては、超電導線１０，１１の重なる部
分の長さが大きくとれないために、電気的接続に
問題を生じ、第１３図に示す構造にあつては、超
電導線１２，１３の端面どうしの接続のために、
電気的、機械的（接続強度の面）、いずれの面に
おいても接続不充分であり、第１４図に示す構造
にあつては、超電導素線１４ａ，１５ａの各々１
本ずつの接続のために接続強度が弱く、超電導コ
イルの発生させる電磁力によつて超電導線１４，
１５が動いた際に接続部が損傷を受ける虞れがあ
り、第１５図に示す構造にあつては、接続部が他
の部分より大きくなつてしまう問題があつた。

「発明の目的」この発明は、上述した事情に鑑みてなされたも
ので、冷媒による冷却効果が高く、電気的にも充
分な接続で、かつ、機械強度が高いとともに、接
続部の遮蔽も充分な強制冷却超電導導体の接続構
造の提供を目的とする。

「問題点を解決するための手段」この発明は、外被の端部から露出した超電導線
を一層以上ごとに重ね合わせてろう付けし、この
ろう付けされた超電導線の外面にスペーサ部材を
固定し、外被の端部間の超電導線とスペーサ部材
とをジヨイントカバーで気密に覆い、ジヨイント
カバーの端部の各々を上記外被の端部に接合して
外被の端部どうしを連結してなるものである。

「作用」超電導線どうしは重なり合つて長い部分でろう
接して電気的に充分に接続するとともに接合強度
を向上させ、スペーサ部材は外被内の流路を流れ
る冷媒を円滑に流し、カバー部材は超電導線とス
ペーサ部材と外被の端部とを覆つてこれらと外被
外方との遮断をなすとともに外被どうしを強固に
接合する。

「実施例」第１図ないし第４図はこの発明の一実施例を示
すもので、図中２０，２１はこの実施例の接合構
造によつて接続された超電導導体を示している。
上記超電導導体２０（あるいは２１）は、第３図
に示すように、超電導素線２０ａ（あるいは２１
ａ）…をテープ状に捻つて多層化して成形された
超電導線２０Ａ（あるいは２１Ａ）と、この超電
導線２０Ａ（あるいは２１Ａ）を収納した横断面
略矩形状の安定化母材２０Ｂ（あるいは２１Ｂ）
と、この安定化母材２０Ｂ（あるいは２１Ｂ）を
収納した横断面略矩形状の外被２０Ｃ（あるいは
２１Ｃ）とを主体として構成されたものである。
なお、安定化母材２０Ｂ（あるいは２１Ｂ）の外
面には安定化母材２０Ｂ（あるいは２１Ｂ）の長
さ方向に沿つて突条部２０ｂ（あるいは２１ｂ）
が形成されていて、これら突条部２０ｂ（あるい
は２１ｂ）を外被２０ｃ（あるいは２１ｃ）の内
面に当接させて安定化母材２０Ｂ（あるいは２１
Ｂ）が外被２０ｃ（あるいは２１ｃ）内に収納さ
れ、安定化母材２０Ｂ（あるいは２１Ｂ）と外被
２０ｃ（あるいは２１ｃ）との間には冷却媒体の
流路S₁（あるいはS₂）が形成されている。

上記超電導導体２０，２１の外被２０ｃ，２０
ｃの端部２０ｄ，２０ｄからは、各々超電導線２
０Ａ，２１Ａが所定長さ露出され、露出された超
電導線２０Ａ，２１Ａの半分程度が各々の厚さ方
向に沿う上下２層に分割されて第４図に示すよう
に交互に重ねられ、重ねられた部分全部が半田付
けされている。また、上記のように重ねられた超
電導線２０Ａ，２１Ａの上下両面には、横断面楕
円状或いは矩形状のスペーサパイプ（スペーサ部
材）２２が、その端部の開口面を上記外被２０ｃ
（あるいは２１ｃ）の流路S₁（あるいはS₂）の開口
部に臨ませて、半田あるいは銀ロウ等によりろう
付けされている。（或いはステンレス鋼線などに
よるバインドによつて固定されることもある。）
なお、スペーサパイプ２２を構成する材料は、
銅、銅合金、ステンレス鋼、アルミニウム、アル
ミニウム合金等の金属材料或いはFRP等の非金
属材料が用いられる。そして、上記外被２０ｃ，
２１ｃの端部２０ｄ，２１ｄとこれら端部２０
ｄ，２１ｄの間の超電導線２０Ａ，２０Ａと、ス
ペーサパイプ２２，２２とが、上記端部２０ｄ，
２１ｄを両端部に嵌入した角型筒状の銅製あるい
はステンレス銅製のジヨイントカバー２３によつ
て覆われるとともに、このジヨイントカバー２３
の端部を上記外被２０ｃ（あるいは２１ｃ）に、
銀ロウあるいは半田等を用いたろう付けによつ
て、あるいは溶接によつて、気密に接合して上記
外被２０の端部２０ｄと外被２１の端部２１ｄと
が連結されている。

上記の接続構造は、超電導導線２０，２１によ
つて各々形成された超電導コイルどうしの接続等
に適用される。そして、超電導導体２０，２１の
流路S₁、S₂には超臨界圧ヘリウム等の冷媒を流し
て超電導導体２０，２１を極低温に冷却するとと
もに、超電導コイルを真空容器に収納して使用す
る。

上述したような接続構造にあつては、超電導線
２０Ａ，２１Ａを重ねてろう付けしてあり、第１
２図〜第１４図に示す従来の構造に比較して、ろ
う付けされた部分が長いため、超電導線２０Ａ，
２１Ａの電気的接続が充分であり、接続強度も高
い。そして、超電導線２０Ａ，２１Ａは撚線にな
つているため、重ね合わせた場合に、重ね合わせ
部分の厚みの増加を第１５図に示す従来の構造よ
りも少なくできる。また、ろう付けされた超電導
線２０Ａ，２１Ａの両側のスペーサパイプ２２は
流路S₁，S₂に通じ、ろう付けされた超電導線２０
Ａ，２１Ａはジヨイントカバー２３で覆われてい
るため、流路S₁，S₂に冷媒を流した場合、冷媒は
スペーサパイプ２２の内部と周囲とを流れるの
で、冷媒によつて超電導線２０Ａ，２１Ａの接続
部を直接冷却でき、冷却効果が高い。なお、スペ
ーサパイプ２２は冷媒の通路となつてジヨイント
カバー２３内での冷媒の流れを円滑にするととも
に、外被２０ｃの端部２０ｄと外被２１ｃの端部
２１ｂとの間の超電導線２０Ａ，２１Ａの保護用
ともなる。すなわち、超電導線２０Ａ，２１Ａに
電流を流して強大な電磁力を発生させた場合、超
電導線２０Ａ，２１Ａに電磁力が作用するが、ス
ペーサパイプ２２がジヨイントカバー２３に接し
て超電導線２０Ａ，２１Ａの接続部の動きを抑
え、その損傷を防止する。そらに、ジヨイントカ
バー２３は外被２０ｃの端部２０ｄと外被２１ｃ
の端部２１ｄとに固定されているため、外被２０
ｃ，２１ｃにこれらを離す方向に力が作用して
も、ジヨイントカバー２３がこの力を支え、内部
の超電導線２０Ａ，２１Ａのろう付け部分に負荷
をかけないようになつている。なおまた、ジヨイ
ントカバー２３は、外被２０ｃ，２１ｃに接合さ
れていて、ジヨイントカバー２３の内外を気密に
遮断しているので、超電導導体２０，２１を真空
容器に入れて使用した場合に、ジヨイントカバー
２３外部の真空雰囲気とジヨイントカバー２３内
部の冷媒とを完全に分けることができる。

ところで、上記構造を強制冷却超電導マグネツ
ト〔10T（テスラー）−10KA〕の４つのダブルパ
ンケーキコイルの間の接続に適用して、実際に上
記マグネツトを作動させてみた。外部磁場6Tを
得てコイルに10KAで通電した場合、中心磁場
10Tを生じた。この結果は、短線試料結果から描
かれる負荷曲線に十分対応し、接続部分で劣化も
認められなかつた。即ち、接続部分での異常はな
く、電磁力による超電導線の動きも発生せず、接
続部分の冷却が充分なされていたことを証明する
ものである。

第５図は、外被２０ｃ，２１ｃから出された超
電導線２０A′，２１A′の重ね合わせ構成の他の
例を示すもので、２層に分割した超電導線２０
A′の間に超電導線２１A′の先端部を挟み込んで
重ね合わせたものである。

なお、超電導線２０Ａ，２０A′，２１Ａ，２
１A′は各々３層以上に分割して重ね合わせても
よい。

第６図は、スペーサパイプの第２の例を示すも
ので、この例のスペーサパイプ２２′の天井壁と
底壁には、スペーサパイプ２２′の中空部に通じ
る連絡孔２２ａが複数形成され、これら連絡孔２
２ａを介して冷媒が流出入できるようになつてお
り、直接冷媒が接続部の超電導線を冷却できる。

第７図は、スペーサパイプの第３の例を示すも
ので、この例のスペーサパイプ２２″の側部には
スペーサパイプ２２″の中空部に通じるスリツト
２２ｂが複数形成され、これらスリツト２２ｂを
介して冷媒が流出入できるようになつている。

第８図は、ジヨイントカバーの他の例を示すも
ので、この例のジヨイントカバー２３′は横断面
コ字状の第１カバー部材２３ａと第２カバー部材
２３ｂとから構成され、２つのカバー部材２３
ａ，２３ｂを勘合して筒状とし、先の実施例のジ
ヨイントカバー２３と同様に使用するものであ
る。カバー部材２３ａ，２３ｂは、銀ロウや半田
等を用いたロウ付け、あるいは、溶接によつて一
体化する。なお、この例のジヨイントカバー２
３′は、一方のカバー部材２３ａ（あるいは２３
ｂ）を外被２０ｃ，２１ｃの端部２０ｄ，２１ｄ
に嵌合した後に他方のカバー部材２３ｂ（あるい
は２３ａ）を嵌合し、一体化して使用できるの
で、先の実施例のカバー部材２３の取り付けが困
難な場合でも簡単に取り付けうることがある。な
お、このような嵌合型ではなく、筒状のジヨイン
トカバーを用いることも可能である。この場合に
は、接続時にあらかじめ一方の導体側にジヨイン
トカバーを挿入しておき、中心の超電導素線を半
田固定した後、接続部を覆うように移動し、ジヨ
イントカバーの両端を導体に半田固定すればよ
い。

「発明の効果」以上説明したようにこの発明は、一対の外被の
端部から一層で、或いは、２層以上に分割して露
出した超電導線を一層以上の層ごとに重ね合わせ
てろう付けし、このろう付けされた超電導線の外
面にスペーサ部材を固定し、外被の端部間の超電
導線とスペーサ部材とをジヨイントカバーで覆
い、ジヨイントカバーの端部の各々を上記外被の
端部に接合して外被の端部どうしを連結したもの
であり、超電導線のろう付け部の周囲に冷媒が流
れ、上記ろう付け部が冷媒の流路内にあるため、
直接冷却となつて冷却効果が高い。また、超電導
線を一層以上の層ごとに重ね合わせてろう付けし
ていて、従来構造に比較してろう付け部分を長く
してあるため、超電導線どうしの電気的接続が充
分になるとともに接続強度も高い。さらに、スペ
ーサ部材は、ジヨイントカバー内での超電導線の
移動をジヨイントカバーに当接して抑えるため、
電磁力が作用して動こうとする超電導線を押さ
え、ろう付け部分を保護する。そして、ジヨイン
トカバーはその両端で外被に接合して、ジヨイン
トカバーの内外を遮断するため、超電導導体を真
空容器に入れて使用した場合に、ジヨイントカバ
ー外方の真空雰囲気とジヨイントカバー内の冷媒
とを分けて相互の影響を無くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図はこの発明の一実施例を示
すもので、第１図は要部の断面図、第２図は斜視
図、第３図は超電導導体の斜視図、第４図は超電
導線の重ね合わせ状態を示す略図、第５図は超電
導線の重ね合わせ状態の例を示す略図、第６図は
スペーサパイプの第２の例を示す斜視図、第７図
はスペーサパイプの第３の例を示す斜視図、第８
図はジヨイントカバーの他の例を示す斜視図、第
９図は第１の従来例を示す横断面図、第１０図は
第２の従来例を示す横断面図、第１１図は第３の
従来例を示す斜視図、第１２図は第４の従来例を
示す斜視図、第１３図は第５の従来例を示す斜視
図、第１４図は第６の従来例を示す斜視図、第１
５図は第７の従来例を示す斜視図である。２０，２１……超電導導体、２０Ａ，２１Ａ…
…超電導線、２０ｃ，２１ｃ……外被、S₁，S₂…
…流路、２０ｄ，２１ｄ……端部、２２，２２′，
２２″……スペーサパイプ（スペーサ部材）、２
３，２３′……ジヨイントカバー、２０A′，２１
A′……超電導線。

Claims

【特許請求の範囲】

１内部に冷媒の流路が形成された外被と、上記
流路に挿入された超電導線とを有する強制冷却超
電導導体どうしの接続構造であつて、対向する一
対の外被の各々の端部から一層で、或いは、二層
以上に分割して露出された超電導線が、所定長さ
にわたつて、一層以上の層ごとに重ね合わされて
ろう付けされ、このろう付けされた超電導線の外
面には、スペーサ部材が、固定されるとともに、
上記一対の外被の端部とこれら端部間の超電導線
とスペーサ部材とがジヨイントカバーで気密に覆
われ、ジヨイントカバーの端部を各々外被の端部
に接合して上記一対の外被が連結されてなること
を特徴とする強制冷却超電導導体の接続構造。