JPH088469A

JPH088469A - 超電導機器用電流リードおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH088469A
Application number: JP6137277A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Saeki; 満佐伯; Masaichi Endo; 政市遠藤; Yoshie Wakiya; 吉衞脇屋; Mitsugi Nagano; 貢永野; Yuji Yaegashi; 裕司八重樫
Original assignee: Tohoku Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Current assignee: Tohoku Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Priority date: 1994-06-20
Filing date: 1994-06-20
Publication date: 1996-01-12

Abstract

(57)【要約】【目的】酸化物超電導部材の互に並列接続された複数
の酸化物超電導素材に均一に電流を分配し得る超電導機
器用電流リード、およびこの超電導機器用電流リードを
容易に製造し得る製造方法を提供すること。【構成】酸化物超電導部材９の互に並列接続された複
数の酸化物超電導素材９ａを一括して撚ることによっ
て、その各位置を相互に交換（転位）し、各酸化物超電
導素材９ａに外部の変動磁場に起因して誘起される電圧
を均一化し、この誘起電圧による循環電流によって一部
の酸化物超電導素材９ａに電流が集中して流れるのを防
ぎ、各酸化物超電導素材９ａに均一に電流を分配し得る
ようにし、また、酸化物超電導部材９の焼結に際して、
焼結前あるいは焼結の初期段階において各酸化物超電導
素材９ａを撚り、その後に最終段階までの焼結を行なう
ことにより、上記撚りを容易にして電流リードを容易に
製造し得るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超電導機器用電流リー
ドおよびその製造方法に係り、特に熱損失をきわめて少
なくするために電流通電部の少なくとも一部を酸化物超
電導部材で構成した超電導機器用電流リードおよびその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、超電導機器は断熱性の高いクライ
オスタットのなかで、液体ヘリウム等の極低温冷媒で冷
却されることによって超電導状態を保っており、常温空
間からの熱侵入は極低温冷媒の蒸発をもたらしまた冷却
設備の負荷となっている。従って、超電導機器を運転す
る上で極低温冷媒への熱侵入をいかに低減するかが大き
な命題となっている。熱侵入のなかでも、図５に示すよ
うに、常温の電源部からクライオスタット４内の超電導
機器に電流を供給する電流リード１が常電導金属材料で
構成されている場合にそこで発生するジュール発熱は、
その機器の性格上避けられないばかりか全熱侵入量の主
要部分になっている。なお、図５中、２は超電導機器へ
の接続部、３は常温部端子である。

【０００３】そこで、超電導臨界温度が液体窒素温度以
上の酸化物超電導材料を利用して、電流リードの熱侵入
を低減しようという試みがなされている。図６はこの従
来例を示している。超電導機器を構成する超電導材料が
ＮｂＴｉ合金やＮｂ₃Ｓｎ及びＶ₃Ｇａ化合物等のいわゆ
る低温超電導材料の場合は、極低温冷媒として液体ヘリ
ウムを使用し、普通液体ヘリウム領域は中間温度シール
ド５で囲まれ、液体ヘリウム槽への熱侵入を低減してい
る。中間温度シールド５は液体窒素を用いて冷却する場
合が多いが、蒸発ヘリウムを利用したり冷凍機によって
直接冷却する場合もある。常温部分から液体ヘリウム槽
を支持する荷重支持体など、常温と液体ヘリウム槽を連
結するものは、この中間温度シールド５で温度定点を作
ることによって、常温からの侵入熱は一旦中間温度シー
ルド５の冷却手段で取り去ることができ、液体ヘリウム
槽へは中間温度シールド５の温度からの入熱に抑えられ
ている。電流リードは、クライオスタット４と中間温度
シールド５との間の領域に位置する常温側の電流リード
部分６と、中間温度シールド温度以下の領域に位置する
極低温側の電流リード部分７と、これらの間を接続する
中間接続部８とから構成されている。中間温度シールド
５での温度定点をサーマルアンカというが、電流リード
もその中間接続部８でサーマルアンカを取り、中間温度
シールド温度以下の電流リード部分７を互に並列に接続
された酸化物超電導素材７ａからなる酸化物超電導部材
で構成し、この部分でのジュール発熱を零にし、電流リ
ードから液体ヘリウム槽への入熱を大幅に低減しようと
いうものである。また、常温側の電流リード部分６は互
に並列接続された複数の常電導素材６ａからなる常電導
部材で構成し、中間接続部８は常電導材料で構成してい
る。

【０００４】なお、この種の酸化物超電導部材で構成し
た超電導機器用電流リードの一例は特開昭６４−４５１
０６公報に開示されており、また、実際の試作例として
は、アイトリプルイートランスアクションオンマ
グネティクスＶＯＬ２７ＮＯ．２（１９９１年）
１８６１頁から１８６５頁（ＩＥＥＥＴＲＡＮＳＡＣ
ＴＩＯＮＯＮＭＡＧＮＥＴＩＣＳ，ＶＯＬ２７
ＮＯ．２（１９９１）１８６１〜１８６５に報告さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】酸化物超電導材料は、
焼結することによって超電導体の組成となる、いわゆる
セラミクス超電導体であるため、従来の合金系はもとよ
り化合物系の超電導材料より歪に弱く、単純な構造が一
般的である。例えば、試作例を報告した上記刊行物では
一本の円柱または複数本の角柱で構成されている。一
方、酸化物超電導材料はその断面を小さくするのに限界
があると同時に均一な超電導体を作成する大きさにも限
度があるため、超電導機器の大電流化に伴い電流リード
を構成する酸化物超電導部材は、複数の酸化物超電導素
材を並列に配置して接続し、この並列回路の合計電流と
して電流容量を満たす構成となっている。

【０００６】従来、このような構造、すなわち複数の素
材を並列接続した部材からなる電流リードを常電導金属
で構成した場合は、自己安定化作用があり電流分配を均
一にする作用があった。つまり、電流が複数の素材のう
ちのある素材に集中して流れると、その素材のジュール
発熱が増加し、それに伴って温度及び抵抗値が高くなる
ので、電流は集中した素材からその他の素材に分配され
る。

【０００７】ところが、抵抗が存在しない酸化物超電導
部材で構成した場合はこの安定化作用がないため初期に
与えられた電流分布が保持されることになる。そこで、
試作例を報告した上記刊行物では複数の酸化物超電導素
材とこれらを接続する常電導金属からなる接続部の接続
抵抗を均一化することにより電流分布の均一化を計って
いる。しかし、このような単純な並列回路を構成する酸
化物超電導素材からなる酸化物超電導部材に外部から変
動磁場が印加されると、並列回路を構成する各酸化物超
電導素材の間を磁束が通過し、その鎖交磁束を打ち消す
ように循環電流が流れようとする。そして、変動磁場が
充分大きくなると、誘導電圧が接続部の抵抗電圧に打ち
勝ち循環電流が流れ、その結果としてある一部の酸化物
超電導素材のみに電流が流れ、その酸化物超電導素材で
電流密度が酸化物超電導体の臨界電流密度に達すると常
電導転移し酸化物超電導体としての特質が完全に失われ
てしまうことが判明した。すなわち、超電導機器が磁場
を発生する超電導磁石の場合は、洩れ磁場が電流リード
部分に印加されるため励磁および消磁時に磁束が変化
し、誘導電圧が発生して接続部の抵抗電圧より大きくな
る場合がある。とくに、超電導機器が電力を磁気エネル
ギーとして貯蔵する超電導エネルギー貯蔵（ＳＭＥＳ）
用の超電導磁石であって、電力系統の脈動を平準化する
目的で励磁および消磁を繰り返す場合は、電流リード部
分にも洩れ磁場が変動磁場として印加され、その誘導電
圧による循環電流により一部の酸化物超電導素材に電流
が集中することになる。逆に、一部の酸化物超電導素材
に電流が集中しないように上記接続抵抗を大きくする
と、接続抵抗によるジュール発熱が大きくなり、やはり
酸化物超電導体を電流リードの部材として使用した特質
が打ち消されてしまうという問題のあることが判明し
た。

【０００８】本発明の第１の目的は、電流通電部の少な
くとも一部を構成する酸化物超電導部材の互に並列接続
された複数の酸化物超電導素材に均一に電流を分配する
ことのできる超電導機器用電流リードを提供することに
ある。

【０００９】また、本発明の第２の目的は、上記超電導
機器用電流リードを容易に製造することのできる製造方
法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、本発明は、酸化物超電導部材の互に並列接続さ
れた複数の酸化物超電導素材を、例えば一括して撚る
（ツイストする）ことによって、転位（トランプポジシ
ョン）する、すなわちその各位置を相互に交換すること
を特徴とする。

【００１１】また、上記第２の目的を達成するため、本
発明は、酸化物超電導部材の互に並列接続された複数の
酸化物超電導素材を、転位し易い、焼結前あるいは焼結
の初期段階において転位し、その後、最終段階までの焼
結を行なうことを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明は、酸化物超電導部材の互に並列接続さ
れた複数の酸化物超電導素材を転位し、外部からの変動
磁場に対して、各酸化物超電導素材が交互にその位置を
交換するようにしたので、各酸化物超電導素材に誘起さ
れる電圧は均一化され、誘起電圧による循環電流によっ
て一部の酸化物超電導素材に電流が集中することなく、
各酸化物超電導素材に均一に電流を分配することができ
る。

【００１３】また、酸化物超電導部材の互に並列接続さ
れた複数の酸化物超電導素材を焼結するに際して、焼結
前または焼結の初期段階で上記転位を施し、その後、最
終段階までの焼結を行なうようにしたので、例えば転位
ピッチが短かく、その曲げがきびしい場合などにおいて
も、その転位が容易で、この種の超電導機器用電流リー
ドを容易に製造することができる。

【００１４】

【実施例】以下、図面に示した実施例について本発明を
さらに詳しく説明する。

【００１５】図１は本発明の一実施例を示す電流リード
の全体構成図である。中間温度シールド温度以下の領域
に位置する電流リード部分９は、互に並列接続された複
数個の酸化物超電導素材９ａからなる酸化物超電導部材
で構成されている。通電電流はこの複数個の並列回路を
形成する酸化物超電導素材９ａにそれぞれに分配され、
全体として超電導機器に必要な電流容量を得るようにな
っている。ここでは、複数個の酸化物超電導素材９ａは
概円周上に一層で配置され、並列回路上で一括して撚る
（ツイストする）ことにより、各々の位置が交換され
て、いわゆる転位（トランスポジション）されている。
撚る（ツイストする）角度は、酸化物超電導部材からな
る電流リード部分９に作用する外部の変動磁場の大きさ
に応じて決めるが、１回転、すなわち３６０度以上にす
るのが望ましい。酸化物超電導部材９に通電された電流
は超電導機器へ接続部２を通して供給される。常温側の
電流リード部分６は通常クライオスタット４の外側で常
温部端子３により常温の電源装置と接続されるととも
に、中間接続部８を介して中間温度シールド５の内側で
酸化物超電導部材９に接続されている。本実施例では常
温側の電流リード部分６は互に並列配置された複数個の
常電導素材６ａからなる常電導部材で構成し、自己安定
化作用により電流分配を均一化するようになっている。
両電流リード部分６，９の間には中間接続部８が接続さ
れ、これをサーマルアンカとすることによって極低温側
の電流リード部分９を構成する酸化物超電導部材の温度
を臨界温度以下に保持している。

【００１６】図２は本発明の他の実施例を示す電流リー
ドの全体構成図である。電流リード１０は互に並列接続
された複数個の酸化物超電導素材１０ａからなる酸化物
超電導部材で構成され、超電導機器への接続部２と常温
部端子３との間を接続している。ここで、複数個の酸化
物超電導素材１０ａは概円周上に配置され、並列回路上
で一括して撚る（ツイストする）ことにより、各々の位
置が交換されて、いわゆる転位（トランスポジション）
されている。この場合、酸化物超電導部材で構成された
電流リード１０は常温から極低温まで、全ての温度領域
をまたがるため臨界温度以下の領域で超電導、臨界温度
以上の領域で常電導となる。酸化物超電導材料は他の低
温超電導材料と同様常電導となると抵抗率が大きく、大
電流を流すことができない。従って、本実施例で用いる
酸化物超電導素材１０ａは、例えば図３の（ａ），
（ｂ）に示すように酸化物超電導金属部片１１の両側に
常電導金属部片１２を接合したもの、あるいは酸化物超
電導金属部片１１を常電導金属部片１２中に埋設したも
のである必要がある。この場合の常電導金属としてはア
ルミや銅のような良電導材料が安定性の面からは好まし
いが、この常電導金属材料を伝導しての熱侵入を抑える
ために、銀金クラッド材や銀合金を用いてもよい。

【００１７】図４は本発明のさらに他の実施例を示す電
流リードの全体構成図である。この実施例では往路およ
び復路の電流リードが同軸同筒状に形成されている。す
なわち、往路の電流リードを構成する、常温部端子３
Ａ、常電導部材からなる常温側電流リード部分１３Ａ、
中間接続部８Ａ、複数個の酸化物超電導素材９ａを並列
回路上で一括して撚る（ツイストする）ことにより転位
（トランスポジション）した酸化物超電導部材からなる
極低温側電流リード部分９Ａ、および超電導機器への接
続部２Ａの外周に、復路の電流リードを構成する、それ
ぞれほぼ円筒状の、常温部端子３Ｂ、常電導部材からな
る常温側電流リード部分１３Ｂ、中間接続部８Ａ、複数
個の酸化物超電導素材９ａを並列回路上で一括して撚る
（ツイストする）ことにより転位（トランスポジショ
ン）した酸化物超電導部材からなる極低温側電流リード
部分９Ｂ、および超電導機器への接続部２Ｂがほぼ同軸
状となるように構成されている。なお、両常温部端子３
Ａ，３Ｂの間はセラミックなどの絶縁板１４で閉塞さ
れ、常温側電流リード部分１３Ｂのクライオスタット４
より外側に突出した部分にはヘリウムガスの排出口１５
が設けられている。

【００１８】このような構成にすることにより、通電電
流に伴う電磁力、具体的には外部磁場にたいするローレ
ンツ力及び往復電流の反発力を相互に打ち消すことが可
能になる。つまり、内外通電部である酸化物超電導部材
からなる電流リード部分９Ａ，９Ｂを相互に支持するこ
とにより外力としては発生させないで、内力で平衡させ
ることが可能である。前述したように、酸化物超電導材
料は歪に弱いので、電磁力による変位歪を解消する手段
として有効である。

【００１９】ところで、上記したように外部の変動磁場
が大きい場合、これに起因して酸化物超電導部材からな
る電流リード部分に発生する誘導電圧を抑制するために
は、複数個の酸化物超電導素材の撚る角度を大きく、す
なわちピッチ（ツイストピッチ）などの転位ピッチを短
かくする必要があり、酸化物超電導材料は曲げ歪に弱い
ので、これに耐えられない場合が生じるが、このような
場合には、転位し易い、焼結前または焼結の初期段階で
撚る（ツイストする）などの転位（トランスポジショ
ン）を施し、その後に最終段階までの焼結を行なう、い
わゆるワインドアンドリアクトによる製法を実行すれば
よい。

【００２０】上記した各実施例では、複数個の酸化物超
電導素材を撚る（ツイストする）ことによって転位（ト
ランスポジション）しているが、撚る以外の手段で転位
してもよい。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
超電導機器用電流リードの電流通電部の少なくとも一部
を構成する酸化物超電導部材の互に並列接続された複数
の酸化物超電導素材を転位（トランスポジション）した
ので、これに作用する外部の変動磁場によって各酸化物
超電導素材に誘起される電圧を均一化し、この誘起電圧
による循環電流によって一部の酸化物超電導素材に電流
が集中して流れるのを防ぎ、各酸化物超電導素材に均一
に電流を分配することができる。

【００２２】また、酸化物超電導部材は、その複数の酸
化物超電導素材を、転位し易い、焼結前または焼結の初
期段階において転位し、その後に最終段階までの焼結を
行なうようにしたので、転位ピッチが短かくその曲げが
きびしい場合などにおいても、その転位が容易で、この
種の超電導機器用電流リードを容易に製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電流リードの全体構成
図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す電流リードの全体構
成図である。

【図３】酸化物超電導素材の各例を示す断面図である。

【図４】本発明のさらに他の実施例を示す電流リードの
全体構成図である。

【図５】従来の電流リードの一例を示す全体構成図であ
る。

【図６】従来の電流リードの他の例を示す全体構成図で
ある。

【符号の説明】

２，２Ａ，２Ｂ超電導機器への接続部３，３Ａ，３Ｂ常温部端子４クライオスタット５中間温度シールド６常温側電流リード部分（常電導部材）９，９Ａ，９Ｂ極低温側電流リード部分（酸化物超電
導部材）９ａ酸化物超電導素材１０電流リード（酸化物超電導部材）１０ａ酸化物超電導素材１３Ａ，１３Ｂ常温側電流リード部分（常電導部材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者脇屋吉衞宮城県仙台市青葉区中山七丁目２番１号東北電力株式会社応用技術研究所内 (72)発明者永野貢宮城県仙台市青葉区中山七丁目２番１号東北電力株式会社応用技術研究所内 (72)発明者八重樫裕司宮城県仙台市青葉区中山七丁目２番１号東北電力株式会社応用技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】極低温側に配置された超電導機器に常温
側より通電電流を供給するものであって、電流通電部の
少なくとも一部が互に並列接続された複数の酸化物超電
導素材からなる酸化物超電導部材で構成された超電導機
器用電流リードにおいて、上記酸化物超電導部材の複数
の酸化物超電導素材を転位したことを特徴とする超電導
機器用電流リード。
【請求項２】請求項１において、上記転位は上記酸化
物超電導部材の複数の酸化物超電導素材を一括して撚る
ことによって行なったことを特徴とする超電導機器用電
流リード。
【請求項３】請求項１および請求項２のいずれか１つ
の項において、常温側と極低温側との間を中間温度シー
ルドによって液体窒素温度以下の低温側領域と液体窒素
温度より高い常温側領域に分け、低温側領域の電流通電
部を上記酸化物超電導部材で構成し、常温側領域の電流
通電部を常電導部材で構成したことを特徴とする超電導
機器用電流リード。
【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれか１つ
の項において、上記酸化物超電導部材の複数の酸化物超
電導素材は、常電導金属材に隣接して接合されるか埋設
されていることを特徴とする超電導機器用電流リード。
【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれか１つ
の項において、上記酸化物超電導部材で構成された電流
通電部は、ほぼ同軸円筒状に形成された往路電流通電部
と復路電流通電部からなることを特徴とする超電導機器
用電流リード。
【請求項６】請求項１ないし請求項５のいずれか１つ
の項において、上記超電導機器は、磁場を発生する超電
導コイルであることを特徴とする超電導機器用電流リー
ド。
【請求項７】請求項６において、上記超電導コイル
は、励磁および消磁を繰り返す用途に使用するものであ
ることを特徴とする超電導機器用電流リード。
【請求項８】請求項７において、上記用途は、電力を
磁気エネルギーとして貯蔵する超電導エネルギー貯蔵用
であることを特徴とする超電導機器用電流リード。
【請求項９】極低温側に配置された超電導機器に常温
側より通電電流を供給するものであって、電流通電部の
少なくとも一部が互に並列接続された複数の酸化物超電
導素材からなる酸化物超電導部材で構成された超電導機
器用電流リードの製造方法において、上記酸化物超電導
部材の複数の酸化物超電導素材を転位し、その後、焼結
したことを特徴とする超電導機器用電流リードの製造方
法。
【請求項１０】請求項９において、上記転位を焼結の
初期段階において行ない、その後、最終段階まで焼結を
行なうことを特徴とする超電導機器用電流リードの製造
方法。