DE69714646T3

DE69714646T3 - Verbindungsstruktur für ein Supraleiter

Info

Publication number: DE69714646T3
Application number: DE69714646T
Authority: DE
Inventors: Munetsugu 1-3 Ueyama; Kengo 1-3 Ohkura; Kenichi 1-3 Sato
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1997-04-17
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2017-04-18
Also published as: AU1909097A; CA2204107A1; US20020020546A1; JP3521612B2; US6414244B1; DE69714646T2; DE69714646D1; JPH09306565A; EP0807994B1; AU727324B2; EP0807994A2; EP0807994B2; EP0807994A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsstruktur für supraleitende Leiter, von denen jeder hergestellt wurde, indem man eine Vielzahl von supraleitenden Leitungsdrähten zusammenfügte, und insbesondere betrifft sie eine Verbindungsstruktur für supraleitende Leiter, die in dem Bereich des Leistungstransports, des Hochenergietransports, der ärztlichen Behandlung oder dergleichen unter effektiver Nutzung von Supraleitern verwendet werden.
Beschreibung des Stands der Technik
Um supraleitende Leiter beispielsweise auf eine Spule oder dergleichen anzuwenden, ist es erforderlich, die Leiter miteinander zu verbinden. Falls supraleitende Leiter, von denen jeder hergestellt wurde, indem man eine Vielzahl von supraleitenden Leitungsdrähten miteinander zusammenfügte, direkt miteinander durch Lötmetall oder dergleichen verbunden werden, wird jedoch der Verbindungswiderstand nachteiligerweises erhöht.
Andererseits sind allgemein verschiedene Studien in Bezug auf eine Verbindungsstruktur für supraleitende Leitungsdrähte mit einem kleinen Verbindungswiderstand gemacht wurden.
In Bezug auf Strukturen von verbundenen Bereichen von beispielsweise metallischen supraleitenden Leitungsdrähten umfassen solche Studien ein Verfahren zum direkten Verbinden von supraleitenden Filamenten miteinander zum Verringern des Verbindungswiderstandes, wie es in "Superconductivity • Cryogenic Engineering Handbook" (von Ohmsha, herausgegeben am 30. November 1993), Seiten 913 bis 914, beschrieben ist. Gemäß diesem Verfahren wird der Verbindungswiderstand extrem verringert, und daher können die supraleitenden Leiter auf eine Kernmagnetresonanzabbildungsvorrichtung angewendet werden, die für ärztliche Behandlung oder dergleichen verwendet wird.
Als eine Verbindungsstruktur für oxidische supraleitende Leitungsdrähte werden andererseits Supraleiter aus metallüberzogenen supraleitenden Leitungsdrähten miteinander verbunden wie es in dem offengelegten japanischen Patent Nr. 4-269471 (1992) offenbart ist, oder supraleitende Filamente von supraleitenden Multifilament-Leitungsdrähten werden miteinander verbunden wie es in dem offengelegten japanischen Patent Nr. 5-234626 (1993) offenbart ist. Gemäß diesem Verfahren wird der Verbindungswiderstand unterdrückt, um eine anhaltende Stromverbindung zu ermöglichen.
Desweiteren offenbart "Applied Superconductivity" (von Nikkan Kogyo Shimbun Ltd., die erste Ausgabe herausgegeben am 15. July 1986, Seiten 111 bis 112) ein Verfahren zum direkten Verbinden von Filamenten miteinander während Matrizen zum Verringern des Verbindungswiderstandes entfernt werden, falls supraleitende Leitungsdrähte in einer Zwischenstufe der elektrischen Installation einer MRI-Spule miteinander verbunden werden müssen, die in einem anhaltenden Strommodus betrieben wird, der ein Abschwächung des Magnetfeldes vermeiden muss.
Jedoch erfordert jeder solcher Stand der Technik nachteiligerweise eine ausgefeilte Technologie für die Verbindung, obwohl ein kleiner Widerstand erreicht werden kann, wie oben beschrieben wurde.
In dem in dem offengelegten japanischen Patent Nr. 5-234626 (1993) offenbarten Verfahren müssen beispielsweise die Überzüge der Multifilament-Leitungsdrähte zum Freilegen der Bereiche der supraleitenden Filamente, die miteinander verbunden werden sollen, entfernt werden, wobei es vorherzusehen ist, dass diese Operation wegen den extrem kleinen Durchmessern der Filamente kompliziert und schwierig ist. Insbesondere bei supraleitenden Multifilament-Leitungsdrähten, die jeder eine Anzahl von darin eingebetteten Filamenten besitzen, ist es extrem schwierig, solche Filamente miteinander zu verbinden. Desweiteren ist es insbesondere schwierig, die Filamente von oxidischen Supraleitern freizulegen, aufgrund der schlechten Flexibilität der Keramiken.
In EP-A-0556 837 werden zwei einzelne, metallüberzogene, oxidische supraleitende Multifilament-Leitungsdrähte miteinander verbunden, indem man zwischen den zwei Supraleitern eine supraleitende Verbindung bereitstellt. Zu diesem Zweck werden die Filamente von jedem Leitungsdraht – wobei die Filamente aus einem oxidischen Supraleitermaterial bestehen, das ein oxidisches Bismut- oder Thallium-Supraleitermaterial sein kann – freigelegt, indem man den entsprechenden Metallüberzug an den Endbereichen der zu verbindenden Leitungsdrähte entfernt. Dieser Metallüberzug kann aus Silber, einer Silberlegierung oder einer Silber-Antimon-Legierung bestehen. Dann, als zweites, werden die freigelegten Endbereiche miteinander überlagert und eine Wärmebehandlung und/oder Druckbehandlung wird darauf angewendet, um die supraleitende Verbindung zu erreichen.
Desweiteren offenbart JP-A-04-39875 einen Weg, um supraleitende Leitungsdrähte mittels Verwenden einer speziellen Verbindungslegierung zu verbinden, die den elektrischen Widerstand beim Verbindungsbereich der Leitungsdrähte verringert.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die vorerwähnten Probleme zu lösen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbindungsstruktur für supraleitende Leiter bereitzustellen, die supraleitende Leiter einfach miteinander mit einem kleinen Verbindungswiderstand und ohne die Erfordernis ausgefeilter Technologie verbinden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Verbindungsstruktur für supraleitende Leiter gemäß Anspruch 1 gelöst.
Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung eine normalleitende Verbindung zwischen zwei supraleitenden Leitern bereit. Desweiteren ist eine Verbindungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung leicht zu erreichen – ohne ausgefeilte Technologie – und liefert einen verringerten Verbindungswiderstand, dadurch, dass sie eine Vielzahl von Verbindungskörpern aufweist. Jeder der zwei miteinander zu verbindenden supraleitenden Leiter weist eine Vielzahl von metallüberzogenen Multifilament-Leitungsdrähten auf, und jeder Verbindungskörper wird gebildet, indem man zwei entsprechende Multifilament-Leitungsdrähte der zwei supraleitenden Leiter verbindet, wobei die elektrische Verbindung durch Lötmetall erhalten wird. Desweiteren können die Verbindungskörper weiter miteinander verbunden werden oder können voneinander isoliert werden.
Im einzelnen wird die Verbindungsstruktur für supraleitende Leiter gemäß der vorliegeden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sowohl ein erster als auch ein zweiter supraleitender Leiter, die miteinander verbunden werden sollen, von einer Vielzahl von metallüberzogenen supraleitenden Leitungsdrähten gebildet wird, jeder der supraleitenden Leitungsdrähte eine Filamentanordnung, die supraleitende Filamente enthält, umfasst, jeder der supraleitenden Leitungsdrähte, die den ersten supraleitenden Leiter bilden, mit einem entsprechenden – der sich in einer entsprechenden Position befindet – von den supraleitenden Leitungsdrähten, die den zweiten supraleitenden Leiter bilden, verbunden wird, derart, dass die Enden der Leitungsdrähte, die miteinander verbunden werden sollen, überlagert werden und die Metallüberzüge miteinander verbunden werden, jedes Paar von verbundenen Leitungsdrähten einen Verbindungskörper definiert, das Verbinden mittels elektrischer Verbindung durch Lötmetall erreicht wird, und wobei die Verbindungskörper voneinander isoliert sind.
Und zwar betrifft die vorliegende Erfindung hauptsächlich eine Verbindungsstruktur zum Verbinden zweier supraleitender Leiter, von denen jeder hergestellt wird, indem man eine Vielzahl von supraleitenden Multifilament-Leitungsdrähten miteinander auf Endbereichen davon zusammenfügt.
Während im allgemeinen erste und zweite supraleitende Leiter, die identische Querschnittsstrukturen besitzen, miteinander verbunden werden, ist die vorliegende Erfindung dafür geeignet, den ersten supraleitenden Leitungsdraht, der den ersten supraleitenden Leiter bildet, mit dem ersten supraleitenden Leitungsdraht zu verbinden, der sich in einer Position in den supraleitenden Leitungsdrähten, die den zweiten supraleitenden Leiter bilden, befindet, die dem ersten supraleitenden Leitungsdraht des ersten supraleitenden Leiters in einem Querschnitt des Leiters entspricht. Gleichermaßen werden die entsprechenden supraleitenden Leitungsdrähte, die den ersten supraleitenden Leiter bilden, mit den supraleitenden Leitungsdrähten, die den zweiten supraleitenden Leiter bilden und sich in entsprechenden Positionen befinden, verbunden.
Beispielsweise werden die supraleitenden Leiter an den Endbereichen davon in die entsprechenden supraleitenden Leitungsdrähte aufgeteilt, so dass die zu verbindenden supraleitenden Leitungsdrähte danach miteinander in konstanten Längen überlagert und miteinander verbunden werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung mit der vorerwähnten Struktur wird eine Verbindungsstruktur mit einem kleineren Verbindungswiderstand im Vergleich zu dem Fall des direkten Verbindens von supraleitenden Leitern miteinander erhalten. Desweiteren erfordert die vorliegende Erfindung keine ausgefeilte Technologie für das Verbinden im Vergleich zu dem Fall des Verbindens von Filamenten miteinander, anders als nach dem Stand der Technik.
Folglich können supraleitende Leiter einfach miteinander mit einem kleinen Verbindungswiderstand und ohne die Erfordernis ausgefeilter Technologie verbunden werden.
Demgemäß wird ein erster Verbindungskörper, der dadurch definiert wird, dass die ersten supraleitenden Leitungsdrähte, die die ersten und zweiten supraleitenden Leiter bilden, miteinander verbunden werden, weiter mit einem zweiten Verbindungskörper verbunden, der dadurch definiert wird, dass die zweiten supraleitenden Leitungsdrähte, die die ersten und zweiten supraleitenden Leiter bilden, miteinander verbunden werden.
Demgemäß ist der erste Verbindungskörper, der dadurch definiert wird, dass die ersten supraleitenden Leitungsdrähte, die die ersten und zweiten supraleitenden Leiter bilden, miteinander verbunden werden, von dem zweiten Verbindungskörper, der dadurch definiert wird, dass die zweiten supraleitenden Leitungsdrähte, die die ersten und zweiten supraleitenden Leiter bilden, miteinander verbunden werden, elektrisch isoliert werden.
Wenn die Verbindungskörper voneinander elektrisch isoliert werden, wird der Verbindungswiderstand weiter verringert.
Um die Verbindungskörper voneinander elektrisch zu isolieren, wird beispielsweise ein Verfahren des Einfügens eines Isoliermaterials wie eines Teflonbandes zwischen den Verbindungskörpern verwendet. In diesem Fall ist es vorteilhaft, ein Isoliermaterial zu verwenden, das eine Länge besitzt, die wenigstens identisch zu jenen der Verbindungsbereiche ist, die durch zwei supraleitende Leitungsdrähte definiert werden, die miteinander überlagert sind, und ein Isoliermaterial, das eine Länge besitzt, die größer als jene der Verbindungsbereiche ist, kann verwendet werden.
Um die Verbindungskörper voneinander elektrisch zu isolieren, wird auch ein Verfahren des Umwickelns des Verbindungsbereiches von jedem Verbindungskörper mit einem Teflonband oder dergleichen verwendet, anstelle des Verfahren des Einfügens des Isoliermaterials zwischen den Verbindungskörpern. Auch in diesem Fall ist es vorteilhaft, mit einem Isoliermaterial zu umwickeln, das eine Länge besitzt, die wenigstens identisch zu jenen der Verbindungsbereiche ist, und mit einem Isoliermaterial, das eine Länge besitzt, die größer als jene der Verbindungsbereiche ist, kann umwickelt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden das Verbinden zwischen den supraleitenden Leitungsdrähten und das weitere Verbinden zwischen den Verbindungskörpern mittels einer elektrischen Verbindung mit beispielsweise Lötmetall erreicht. Das Lötmetall kann beispielsweise aus Pb-Sn hergestellt sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die supraleitenden Leitungsdrähte beispielsweise durch metallüberzogene supraleitende Leitungsdrähte gebildet werden. Ein Metall, das für solch einen Metallüberzug verwendet wird, reagiert vorteilhafterweise nicht mit Supraleitern und ist leicht zu verarbeiten, und genauer gesagt wird Silber oder Gold, oder eine Legierung wie eine Gold-Silber-Legierung, eine Gold-Mangan-Legierung oder eine Silber-Antimon-Legierung, verwendet.
Während die vorliegende Erfindung auf sowohl eine Verbindung zwischen metallischen supraleitenden Leitern als auch jene zwischen oxidischen supraleitenden Leitern angewendet werden kann, wird die Wirkung der vorliegenden Erfindung desweiteren auf exzellente Weise insbesondere im Fall des Verbindens von oxidischen supraleitenden Leitern miteinander erreicht, im Vergleich mit dem Stand der Technik, der bemerkenswerte Nachteile bei der Anwendung hat.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein oxidischer Yttrium-, Bismut- oder Thallium-Supraleiter als ein oxidischer Supraleiter verwendet, wobei der oxidische Bismut-Supraleiter angesichts einer hohen kritischen Temperatur, einer hohen Stromdichte, niedrigen Toxizität und keiner Erfordernis für ein Seltenerdmetall am vorteilhaftesten ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Gleichstromleiter beschränkt sondern ist auch anwendbar auf die Verbindung von supraleitenden Wechselstromleitern.
Das Vorhergehende und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichungen offensichtlicher werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht typischerweise einen Querschnitt eines bandartigen supraleitenden Multifilament-Leitungsdrahtes;
die 2 und 4 bis 6 sind Längsquerschnittsansichten, die typischerweise beispielhafte Verbindungsstrukturen für supraleitende Leiter gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
7 ist eine Querschnittsansicht, die typischerweise eine weitere beispielhafte Verbindungsstruktur für supraleitende Leiter gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist eine Querschnittsansicht, die typischerweise eine beispielhafte Struktur eines supraleitenden Leiters zeigt;
die 9 bis 12 und 14 sind Querschnittsansichten, die typischerweise beispielhafte Verbindungsstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung für supraleitende Leiter zeigen, von denen jeder die in 8 gezeigte Struktur besitzt;
15 ist eine Querschnittsansicht, die typischerweise eine weitere beispielhafte Struktur eines supraleitenden Leiters zeigt;
die 16, 18, 19 und 21 sind Querschnittsansichten, die typischerweise beispielhafte Verbindungsstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung für supraleitende Leiter zeigen, von denen jeder die in 15 gezeigte Struktur besitzt;
22 ist eine Querschnittsansicht, die typischerweise noch eine weitere beispielhafte Struktur eines supraleitenden Leiters zeigt;
die 23 und 25 sind Querschnittsansichten, die typischerweise beispielhafte Verbindungsstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung für supraleitende Leiter zeigen, von denen jeder die in 22 gezeigte Struktur besitzt; und
26 ist eine Längsquerschnittsansicht, die typischerweise eine beispielhafte Verbindungsstruktur für supraleitende Leiter gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt.
Die Ausführungsformen nach den 3, 10, 13, 17, 20, 24 dienen nur zu Zwecken der Veranschaulichung und zeigen die Erfindung nicht.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Oxide oder Carbonate werden so miteinander gemischt, dass Bi, Pb, Sr, Ca und Cu in den Mischungsverhältnissen 1,80 : 0,41 : 2.01 : 2,18 : 3,02 stehen, um ein Pulver herzustellen, das mittels Wärmebehandlung hauptsächlich aus einer 2212-Phase und einer nicht-supraleitenden Phase besteht. Dieses Pulver wurde in der Atmosphäre bei 800°C für zwei Stunden entgast. Das entgaste Pulver wurde in eine Silberröhre mit 12 mm Außendurchmesser und 10 mm Innendurchmesser eingefüllt und auf einen Durchmesser von 1,93 mm gezogen. 61 solcher gezogener Pulvermaterialien wurden in eine Silberröhre mit 21,23 mm Außendurchmesser und 17,37 mm Innendurchmesser eingefüllt, die wiederum auf einen Außendurchmesser von 1,4 mm gezogen wurde. Der erhaltene Draht wurde auf eine Dicke von 0,26 mm gewalzt.
1 veranschaulicht typischerweise einen Querschnitt eines bandartigen supraleitenden Multifilament-Leitungsdrahtes 1, der auf die vorerwähnte Weise hergestellt wurde.
Wie man 1 entnimmt, wird dieser bandartige supraleitende Multifilament-Leitungsdraht 1 von einem stabilisierenden Material 3 gebildet, das aus Silber besteht, und 61 Filamenten 2, die aus einem oxidischen Supraleiter bestehen, die darin eingebettet sind.
Dieser bandartige supraleitende Multifilament-Leitungsdraht 1 besitzt eine Breite von 3,6 mm und eine Dicke von 0,24 mm, und zeigte einen kritischen Strom von 60 A und eine kritische Stromdichte von 30 000 A/cm².
Dann wurden Paare von supraleitenden Leitern A und B, von denen jeder gebildet wurde, indem drei solche bandartigen supraleitenden Multifilament-Leitungsdrähte 1 gestapelt wurden, hergestellt und mit den folgenden verschiedenen Verfahren miteinander verbunden:
Beispiel 1 zum Zweck der Veranschaulichung
Zuerst wurde jeder der supraleitenden Leiter A und B in die entsprechenden supraleitenden Leitungsdrähte bis zu einem Bereich von ungefähr 40 mm von einem Ende davon aufgeteilt. Dann wurden die supraleitenden Leitungsdrähte, die den supraleitenden Leiter A bilden, und jene, die den supraleitenden Leiter B bilden, miteinander eins zu eins ungefähr 30 mm überlagert und durch Lötmetall, das aus Pb-Sn bestand, miteinander elektrisch verbunden.
2 ist eine Längsquerschnittsansicht, die typischerweise eine Verbindungsstruktur für den supraleitenden Leiter A, der gebildet wurde, indem drei supraleitende Multifilament-Leitungsdrähte 11a, 21a und 31a zusammengefügt wurden, und den supraleitenden Leiter B, der gebildet wurde, indem die supraleitenden Multifilament-Leitungsdrähte 11b, 21b und 31b zusammengefügt wurden, zeigt.
Wie man 2 entnimmt, wurden die supraleitenden Leitungsdrähte 11a und 11b, die die supraleitenden Leiter A bzw. B bilden, miteinander durch eine Lötmetallschicht 4 verbunden während ihre Enden miteinander ungefähr 30 mm überlagert waren. Die Lötmetallschicht 4 hatte eine Dicke von ungefähr 10 bis 100 mm und eine Länge von ungefähr 30 mm, was identisch zu jenen der Verbindungsbereiche war.
Gleichermaßen wurden die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b, die die supraleitenden Leiter A bzw. B bilden, miteinander durch Lötmetallschichten 4 in einem Zustand verbunden, in dem miteinander ungefähr 30 mm überlagert waren.
Dann wurde ein Verbindungskörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 11a und 11b miteinander verbunden wurden, desweiteren mit jenem verbunden, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander durch Lötmetall verbunden wurden. Gleichermaßen wurde der Verbindungkörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander verbunden wurden, mit jenem verbunden, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 31a und 31b miteinander durch Lötmetall verbunden wurden.
3 ist eine Längsquerschnittsansicht, die typischerweise eine Verbindungsstruktur für die supraleitenden Leiter A und B zeigt, die auf die vorerwähnte Weise erhalten wurde.
Wie man 3 entnimmt, wurde der Verbindungskörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 11a und 11b miteinander verbunden wurden, desweiteren mit jenem verbunden, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander durch eine Lötmetallschicht 4 verbunden wurden. Gleichermaßen wurde der Verbindungkörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander verbunden wurden, desweiteren mit jenem verbunden, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 31a und 31b miteinander durch eine Lötmetallschicht 4 verbunden wurden. Jede der Lötmetallschichten 4, die diese Verbindungskörper weiter miteinander verbinden, hatte ebenfalls ein Dicke von ungefähr 10 bis 100 mm und eine Länge von ungefähr 30 mm.
Beispiel 2
Nachdem die supraleitenden Leitungsdrähte, die die supraleitenden Leiter A bzw. B bilden, miteinander verbunden waren wie in 2 gezeigt, wurde der Verbindungskörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 11a und 11b miteinander verbunden wurden, von jenem elektrisch isoliert, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander verbunden wurden, indem ein Teflonband dazwischen eingefügt wurde. Gleichermaßen wurde der Verbindungkörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander verbunden wurden, ebenfalls von jenem elektrisch isoliert, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 31a und 31b miteinander verbunden wurden, indem ein Teflonband dazwischen eingefügt wurde.
4 ist eine Längsquerschnittsansicht, die typischerweise eine Verbindungsstruktur für die supraleitenden Leiter A und B zeigt, die auf die vorerwähnte Weise erhalten wurde.
Wie man 4 entnimmt, wurde der Verbindungskörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 11a und 11b miteinander verbunden wurden, durch ein Teflonband 5 von jenem elektrisch isoliert, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander verbunden wurden. Gleichermaßen wurde der Verbindungkörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander verbunden wurden, ebenfalls durch ein Teflonband 5 von jenem elektrisch isoliert, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 31a und 31b miteinander verbunden wurden. Jedes von diesen Teflonbändern 5 hatte eine Dicke von ungefähr 50 mm und eine Länge von ungefähr 30 mm, ähnlich zu den Verbindungsbereichen.
Während die Teflonbänder 5 Längen haben müssen, die wenigstens identisch zu jenen der Verbindungsbereiche sind, um die Verbindungskörper voneinander elektrisch zu isolieren, können solche Teflonbänder 5 Längen besitzen, die größer sind als jene der Verbindungsbereiche, wie in 5 gezeigt.
Als ein Verfahren zum elektrischen Isolieren von Verbindungskörpern voneinander durch Teflonbänder ist ebenfalls ein Verfahren des Umwickelns der Peripherien der verbundenen Bereiche der Verbindungskörper mit Teflonbändern denkbar, zusätzlich zu dem vorerwähnten Verfahren des Einfügens der Teflonbänder zwischen den Verbindungskörpern.
Die 6 und 7 sind eine Längs- bzw. Querschnittsansicht, die typischerweise eine Verbindungsstruktur für supraleitende Leiter im Fall des Umwickelns mit Teflonbändern zeigen.
Wie man den 6 und 7 entnimmt, sind Teflonbänder 5 um die gesamten Peripherien der Verbindungskörper herum gewickelt. Gemäß dieser Struktur kann eine weitere Verringerung des Verbindungswiderstandes erwartet werden.
Auch in diesem Fall müssen die Teflonbänder 5 über Längen gewickelt werden, die wenigstens identisch zu jenen der Verbindungsbereiche sind, oder können über Bereiche gewickelt werden, die länger als die Verbindungsbereiche sind.
Vergleichsbeispiel 1
Zum Zwecke des Vergleichs wurden supraleitende Leiter A und B durch Lötmetall, das aus Pb-Sn bestand, in einem Zustand miteinander elektrisch verbunden, in dem sie miteinander ungefähr 30 mm überlagert waren.
26 ist eine Längsquerschnittsansicht, die typischerweise eine Verbindungsstruktur für die supraleitenden Leiter A und B zeigt, die auf die vorerwähnte Weise erhalten wurde.
Wie man 26 entnimmt, wurde der supraleitende Leiter A, der gebildet wurde, indem man die supraleitenden Leitungsdrähte 11a, 21a und 31a zusammenfügte, integral mit dem supraleitenden Leiter B, der gebildet wurde, indem man die supraleitenden Leitungsdrähte 11b, 21b und 31b zusammenfügte, durch eine Lötmetallschicht 4 verbunden.
Verbindungswiderstandsmesstest
Was die Verbindungsstrukturen gemäß den Beispielen 1 und 2 und dem Vergleichsbeispiel 1, die in den 3, 4 bzw. 26 gezeigt sind, anbelangt, wurden drei Proben einer Messung des Verbindungswiderstandes unterworfen und die erhaltenen Werte wurden miteinander verglichen.
Der Verbindungswiderstand wurde berechnet, indem jede Probe mit flüssigem Stichstoff gekühlt, Anschlüsse auf Bereichen von 10 mm von beiden Enden der verbundenen Bereiche zum Einspeisen eines Gleichstromes angebracht und ein Stromwert und ein Spannungswert bei einer Entfernung von ungefähr 50 mm zwischen den Aschlüssen gemessen wurde.
Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Messung.
Tabelle 1
Wie man Tabelle 1 entnimmt, wurde der Verbindungswiderstand in Beispiel 1, das die supraleitenden Leitungsdrähte miteinander verbindet, im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 1, das die Leiter integral miteinander verbindet, verringert.
Man erkennt ebenfalls, dass der Verbindungswiderstand in Beispiel 2, das die Verbindungskörper voneinander elektrisch isoliert, weiter verringert wurde.
Die vorerwähnte Offenbarung in Bezug auf Beispiel 2 zeigt nur konkrete Beispiele der vorliegenden Erfindung. Mit anderen Worten, die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht beschränkt auf die Verbindung zwischen dreischichtigen Leitern aus bandartigen supraleitenden Multifilament-Leitungsdrähten. Eine beispielhafte Anwendung der vorliegenden Erfindung auf supraleitende Leiter, die eine andere Struktur haben, wird nun unter Bezugnahme auf die übrigen Zeichnungen beschrieben.
8 ist eine Querschnittsansicht, die typischerweise eine beispielhafte Struktur eines supraleitenden Leiters zeigt.
Die 9 bis 14 sind Querschnittsansichten, die typischerweise Verbindungsstrukturen für Paare von supraleitenden Leitern A und B zeigen, von denen jeder die in 8 gezeigte Struktur besitzt, jeweils miteinander.
Im Fall des Verbindens von zwei supraleitenden Leitern A und B miteinander, von denen jeder die in 8 gezeigte Struktur besitzt, ist beispielsweise ein Verfahren des Verbindens der supraleitenden Leitungsdrähte 11a und 11b, die die supraleitenden Leiter A bzw. B bilden, miteinander durch eine Lötmetallschicht 4, derart, dass die Bandoberflächen miteinander überlagert sind, während des ebenfalls Verbindens der supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b und 31a und 31b, die die supraleitenden Leiter A bzw. B bilden, gleichermaßen miteinander durch Lötmetallschichten 4, wie in 9 gezeigt, denkbar.
Wie in 10 gezeigt ist, kann ein Verbindungskörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 11a und 11b miteinander verbunden wurden, weiter durch eine Lötmetallschicht 4 mit jenem verbunden werden, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander verbunden wurden, während der Verbindungkörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander verbunden wurden, ebenfalls mit jenem, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 31a und 31b miteinander verbunden wurden, gleichermaßen durch eine Lötmetallschicht 4 verbunden wird.
In Übereinstimmung mit der Erfindung kann der Verbindungskörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 11a und 11b miteinander verbunden wurden, von jenem durch ein Isolierband 5 elektrisch isoliert werden, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander verbunden wurden, während der Verbindungkörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander verbunden wurden, ebenfalls von jenem, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 31a und 31b miteinander verbunden wurden, gleichermaßen durch ein Isolierband 5 elektrisch isoliert wird, wie in 11 gezeigt.
Die in den 9, 10 und 11 gezeigten Beispiele fallen mit jenen zusammen, die in den 2, 3 bzw. 4 oder 5 gezeigt sind.
Im Fall des Verbindens von zwei supraleitenden Leitern A und B miteinander, von denen jeder die in 8 gezeigte Struktur besitzt, ist andererseits ebenfalls beispielsweise ein Verfahren des Verbindens der supraleitenden Leitungsdrähte 11a und 11b, die die supraleitenden Leiter A bzw. B bilden, miteinander durch eine Lötmetallschicht 4, derart, dass die Seitenoberflächen der bandartigen Leitungsdrähte 11a und 11b miteinander überlagert sind, während des ebenfalls Verbindens der supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b und 31a und 31b, die die supraleitenden Leiter A bzw. B bilden, gleichermaßen miteinander durch Lötmetallschichten 4, wie in 12 gezeigt, denkbar.
Desweiteren kann der Verbindungskörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 11a und 11b miteinander verbunden wurden, weiter durch eine Lötmetallschicht 4 mit jenem verbunden werden, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander verbunden wurden, während der Verbindungkörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander verbunden wurden, ebenfalls mit jenem, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 31a und 31b miteinander verbunden wurden, gleichermaßen durch eine Lötmetallschicht 4 verbunden wird, wie in 13 gezeigt.
In Übereinstimmung mit der Erfindung kann der Verbindungskörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 11a und 11b miteinander verbunden wurden, von jenem durch ein Isolierband 5 elektrisch isoliert werden, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander verbunden wurden, während der Verbindungkörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander verbunden wurden, ebenfalls von jenem, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 31a und 31b miteinander verbunden wurden, gleichermaßen durch ein Isolierband 5 elektrisch isoliert wird, wie in 14 gezeigt.
15 ist eine Querschnittsansicht, die typischerweise eine weitere beispielhafte Struktur eines supraleitenden Leiters zeigt.
Die 16 bis 21 sind Querschnittsansichten, die typischerweise Verbindungsstrukturen für Paare von supraleitenden Leitern A und B zeigen, von denen jeder jeweils die in 15 gezeigte Struktur besitzt.
Im Fall des Verbindens von zwei supraleitenden Leitern A und B miteinander, von denen jeder die in 15 gezeigte Struktur besitzt, ist beispielsweise ein Verfahren des Verbindens der supraleitenden Leitungsdrähte 11a und 11b, die die supraleitenden Leiter A bzw. B bilden, miteinander durch eine Lötmetallschicht 4, derart, dass die Bandoberflächen miteinander überlagert sind, während des ebenfalls Verbindens der supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b und 31a und 31b, die die supraleitenden Leiter A bzw. B bilden, gleichermaßen miteinander durch Lötmetallschichten 4, wie in 16 gezeigt, denkbar.
Wie in 17 gezeigt kann ein Verbindungskörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungs drähte 11a und 11b miteinander verbunden wurden, weiter durch eine Lötmetallschicht 4 mit jenem verbunden werden, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander verbunden wurden, während der Verbindungkörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander verbunden wurden, ebenfalls mit jenem, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 31a und 31b miteinander verbunden wurden, gleichermaßen durch eine Lötmetallschicht 4 verbunden wird.
In Übereinstimmung mit der Erfindung kann der Verbindungskörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 11a und 11b miteinander verbunden wurden, von jenem durch ein Isolierband 5 elektrisch isoliert werden, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander verbunden wurden, während der Verbindungkörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander verbunden wurden, ebenfalls von jenem, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 31a und 31b miteinander verbunden wurden, gleichermaßen durch ein Isolierband 5 elektrisch isoliert wird, wie in 18 gezeigt.
Im Fall des Verbindens von zwei supraleitenden Leitern A und B miteinander, von denen jeder die in 15 gezeigte Struktur besitzt, ist andererseits ebenfalls beispielsweise ein Verfahren des Verbindens der supraleitenden Leitungsdrähte 11a und 11b, die die supraleitenden Leiter A bzw. B bilden, miteinander durch eine Lötmetallschicht 4, derart, dass die Seitenoberflächen der bandartigen Leitungsdrähte 11a und 11b miteinander überlagert sind, während des ebenfalls Verbindens der supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b und 31a und 31b, die die supraleitenden Leiter A bzw. B bilden, gleichermaßen miteinander durch Lötmetallschichten 4, wie in 12 gezeigt, denkbar.
Desweiteren kann ein Verbindungskörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 11a und 11b miteinander verbunden wurden, weiter durch eine Lötmetallschicht 4 mit jenem verbunden werden, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander verbunden wurden, während der Verbindungkörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander verbunden wurden, ebenfalls mit jenem, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 31a und 31b miteinander verbunden wurden, gleichermaßen durch eine Lötmetallschicht 4 verbunden wird, wie in 20 gezeigt.
In Übereinstimmung mit der Erfindung kann der Verbindungskörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 11a und 11b miteinander verbunden wurden, von jenem durch ein Isolierband 5 elektrisch isoliert werden, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander verbunden wurden, während der Verbindungkörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b miteinander verbunden wurden, ebenfalls von jenem, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 31a und 31b miteinander verbunden wurden, gleichermaßen durch ein Isolierband 5 elektrisch isoliert wird, wie in 21 gezeigt.
22 ist eine Querschnittsansicht, die noch eine weitere beispielhafte Struktur eines supraleitenden Leiters zeigt.
Die 23 bis 25 sind Querschnittsansichten, die typischerweise Verbindungsstrukturen für Paare von supraleitenden Leitern A und B zeigen, von denen jeder jeweils die in 22 gezeigte Struktur besitzt.
Im Fall des Verbindens von zwei supraleitenden Leitern A und B miteinander, von denen jeder die in 15 gezeigte Struktur besitzt, ist beispielsweise ein Verfahren des Verbindens der supraleitenden Leitungsdrähte 11a und 11b, die die supraleitenden Leiter A bzw. B bilden, miteinander durch eine Lötmetallschicht 4 während des ebenfalls Verbindens der supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b, 31a und 31b, 41a und 41b und 51a und 51b, die die supraleitenden Leiter A bzw. B bilden, gleichermaßen miteinander durch Lötmetallschichten 4, wie in 23 gezeigt, denkbar.
Wie in 24 gezeigt kann ein Verbindungskörper, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 11a und 11b miteinander verbunden wurden, weiter durch eine Lötmetallschicht 4 mit jenem verbunden werden, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 31a und 31b miteinander verbunden wurden, während die Verbindungkörper, die definiert wurden, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 21a und 21b, 41a und 41b und 51a und 51b miteinander verbunden wurden, ebenfalls mit jenem, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 31a und 31b miteinander verbunden wurden, gleichermaßen durch Lötmetallschichten 4 verbunden werden.
In Übereinstimmung mit der Erfindung kann ein Isolierband 5 um den Verbindungskörper gewickelt werden, der definiert wurde, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 11a und 11b miteinander verbunden wurden, um diesen Verbindungskörper von den übrigen zu isolieren, während Isolierbänder 5 ebenfalls jeweils um die Verbindungkörper herum gewickelt werden, die definiert wurden, indem die supraleitenden Leitungsdrähte 31a und 31b, 41a und 41b und 51a und 51a miteinander verbunden wurden, um diese Verbindungskörper voneinander zu isolieren, wie in 25 gezeigt.
Obwohl die vorliegende Erfindung ausführlich beschrieben und veranschaulicht worden ist, versteht es sich klarerweise, dass dies nur der Veranschaulichung diente und nur beispielhaft war und nicht als Ein schränkung verstanden werden darf, da der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche begrenzt wird.

Claims

Eine Verbindungsstruktur für supraleitende Leiter, bei der sowohl ein erster als auch ein zweiter supraleitender Leiter, die miteinander verbunden werden sollen, von einer Vielzahl von metallüberzogenen supraleitenden Leitungsdrähten (1, 11, 11a, 11b, 21, 21a, 21b, 31, 31a, 31b, 41, 41a, 41b, 51, 51a, 51b) gebildet wird, jeder der supraleitenden Leitungsdrähte (1, 11, 11a, 11b, 21, 21a, 21b, 31, 31a, 31b, 41, 41a, 41b, 51, 51a, 51b) eine Filamentanordnung, die supraleitende Filamente (2) enthält, umfasst, jeder der supraleitenden Leitungsdrähte (11a, 21a, 31a, 41a, 51a), die den ersten supraleitenden Leiter bilden, mit einem entsprechenden – der sich in einer entsprechenden Position befindet – von den supraleitenden Leitungsdrähten (11b, 21b, 31b, 41b, 51b), die den zweiten supraleitenden Leiter bilden, verbunden wird, derart, dass die Enden der Leitungsdrähte, die miteinander verbunden werden sollen, überlagert werden und die Metallüberzüge miteinander verbunden werden, jedes Paar (11a, 11b; 21a, 21b; 31a, 31b; 41a, 41b; 51a, 51b) von verbundenen Leitungsdrähten einen Verbindungskörper definiert, das Verbinden mittels elektrischer Verbindung durch Lötmetall (4) erreicht wird, und wobei die Verbindungskörper voneinander isoliert sind.
Die Verbindungsstruktur für supraleitende Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Material, das jeden der metallüberzogenen supraleitenden Leitungsdrähte überzieht, irgendein Material umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Silber, Gold, einer Silberlegierung und einer Goldlegierung besteht.
Die Verbindungsstruktur für supraleitende Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der supraleitenden Leitungsdrähte aus einem oxidischen Supraleiter besteht.
Die Verbindungsstruktur für supraleitende Leiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der oxidische Supraleiter einen oxidischen Wismut-Supraleiter aufweist.