JP2003324013A - 酸化物超電導体電流リード - Google Patents
酸化物超電導体電流リードInfo
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Abstract
化物超電導体電流リードを提供する。 【解決手段】 酸化物超電導体と、該酸化物超電導体の
両端に接続された電極端子とからなる酸化物超電導体電
流リードにおいて、前記酸化物超電導体の端面以外の一
面と前記電極端子の端面以外の一面とを電気的に接続す
る接続部を有する電流リードであって、前記電極端子
が、前記接続部の断面積よりも大きな断面積を有する部
位を有する電極端子であることを特徴とする酸化物超電
導体電流リードである。
Description
等の極低温機器に電流を供給するための電流リードに関
する。
極低温の超電導マグネットに電流を供給する導体のこと
である。従来は、電気伝導率が高いCu製の電流リード
が一般的であった。しかし、Cuは電気伝導率が高いも
のの電気抵抗が存在するためジュール発熱が生じ、さら
にCuは熱伝導率が高いために外部から侵入する熱も大
きいので、超電導マグネットを冷却している高価な液体
ヘリウムの消費量が大きいという問題があった。そこ
で、酸化物超電導体を利用した電流リードが提案されて
いる。酸化物超電導体は超電導体であるためジュール発
熱がなく、さらに酸化物超電導体は酸化物であるため熱
伝導率が比較的低いので、酸化物超電導体電流リードを
用いるとCu製電流リードに比べて熱侵入量を小さくでき
る。
るためには、酸化物超電導体に外部と接続するための電
極端子を取り付ける必要がある。酸化物超電導体電流リ
ードの電極端子構造や接続方法の従来例としては、例え
ば、特開平7−297025号公報に記載されているよ
うなものがあり、その簡略化した構造断面図を図5に従
来例として示すように、酸化物超電導体1の片面が、断
面積が一様な電極端子10の片面と電気的に接続してい
る。また、別の従来例として、電極端子に酸化物超電導
体の断面形状と同じ穴を設け、その穴に酸化物超電導体
を挿入し電気的に接続するというものが知られている。
図5のような電極端子構造や接続方法は、電極端子の穴
に酸化物超電導体を挿入し電気的に接続する方法に比べ
て、片側から押し付けながら半田付け等の電気的接続作
業を行えるので組立作業が非常に簡便になる。
の一様な電極端子を有する酸化物超電導体電流リードに
は、臨界電流が低くなるという問題があった。すなわ
ち、酸化物超電導体自身には抵抗がなくジュール発熱は
生じないが、酸化物超電導体と電極端子の接続部分には
接触抵抗が存在し、接続部分のジュール発熱によって酸
化物超電導体の温度が局部的に上昇し、臨界電流が低く
なるのである。この問題を防ぐためには、接続部分のジ
ュール発熱を速やかに抜熱する必要がある。抜熱だけな
ら、単に一様な断面積の電極端子の厚さを厚くすればよ
いが、電流リード全体が大型化してかさばったものにな
り、さらに必要以上に厚くすると機械的強度が小さい酸
化物超電導体への機械的負担が大きくなり、酸化物超電
導体が割れやすくなるという別の問題が生じる。本発明
は、上記の問題を解決し、組立が簡便で、小型で、臨界
電流が大きい酸化物超電導体電流リードを提供すること
である。
導体電流リードは、酸化物超電導体と、該酸化物超電導
体の両端に接続された電極端子とからなる酸化物超電導
体電流リードにおいて、前記酸化物超電導体の端面以外
の一面と前記電極端子の端面以外の一面とを電気的に接
続する接続部を有する電流リードであって、前記電極端
子が、前記接続部の断面積よりも大きな断面積を有する
部位を有する電極端子であることを特徴とする酸化物超
電導体電流リードである。また、前記部位が接続部に隣
接して設けられていること、前記電極端子の前記酸化物
超電導体との接続部の断面形状が凹状であること、前記
酸化物超電導体の端面も前記電極端子に電気的に接続さ
れていること、前記酸化物超電導体電流リードの少なく
とも酸化物超電導体及び酸化物超電導体と電極端子との
接続部が補強支持体で補強されてなることを特徴とす
る。
基本的には通電方向に垂直な断面での断面積のことであ
るが、電極端子と酸化物超電導体との接続部での電極端
子の断面積に関しては、電極端子の通電方向に垂直な断
面の中で、接続面の法線方向から見て酸化物超電導体と
重複する部分のみの断面積と定義する。すなわち、電極
端子接続部に関しては、酸化物超電導体より幅広の部分
や凹状の部分になっている電極端子接続部の全断面積を
含むものではない。
と、酸化物超電導体と電極端子との接続部の電極端子断
面積よりも断面積が大きな部位を有する電極端子である
ため、接続部において生じるジュール発熱を速やかに抜
熱できるので、酸化物超電導体の局所的な温度上昇を抑
制でき、その結果、臨界電流の低下も抑制できる。電極
端子の断面積が大きい部位を接続部に隣接して設けるこ
と、電極端子形状を凹形状にすること、酸化物超電導体
の端面も電気的に電極端子に接続することによって、よ
り大きな抑制効果を得ることができる。
ドによると、電極端子に接続部断面積よりも大きな断面
積を有する部位を設けることにより、接続部に生じるジ
ュール発熱の抜熱効果を高めるために、電流リード全体
の厚さを厚くする必要はなく、電流リード全体が大型化
してかさばったものになることを避けることができる。
例えば、電極端子に接続部断面積よりも大きな断面積を
有する部位を設けた具体的な構造例として、段差構造を
有する電極端子があるが、段差の低い面に酸化物超電導
体を接続することで、電流リード全体の厚さを厚くする
ことを避けることができる。このとき、電極端子に設け
る段差の厚さを酸化物超電導体の厚さと同程度とするこ
とが、電流リード全体の厚さを厚くすることなく、抜熱
効果を最大化できるので好ましい。同様の理由で、電極
端子の断面形状が凹形状の場合には、凹形状の内部に酸
化物超電導体を接続した方が好ましく、また凹形状の壁
の高さを酸化物超電導体の厚さと同程度にした方が好ま
しい。
ドによると、電極端子に接続部断面積よりも大きな断面
積を有する部位を設けるような電極端子構造ではある
が、酸化物超電導体の端面以外の一面と電極端子の端面
以外の一面が電気的に接続する接続部を有するものであ
るため、片側から押し付けながら半田付け等の電気的接
続作業を行うことができるので、組立作業が非常に簡便
になる。また、電極端子に設けた段差部や凹形状部が酸
化物超電導体を電気的に接続する位置のガイドになるた
め、組立作業がますます簡便になる。
ドによると、酸化物超電導体電流リードの少なくとも酸
化物超電導体及び酸化物超電導体と電極端子との接続部
が補強支持体で補強されているので、機械的強度の小さ
い酸化物超電導体を効果的に補強することができる。ま
た、電極端子の断面積が大きな部位が接続部に隣接して
設けられている場合には、電極端子の断面積が大きな部
位も併せて補強支持体で補強することが、より強固に補
強することになり好ましい。以上により、本発明の酸化
物超電導体電流リードは、組立が簡便で、小型で、臨界
電流が高い酸化物超電導体電流リードであることが分か
る。
の図面に基づいて詳述する。図1は、本発明に基づいた
酸化物超電導体電流リードの一実施形態を示す構造断面
図である。図1では、酸化物超電導体1の両端に電極端
子2が接続しており、機械的強度改善のため補強支持体
3でカバーされている。酸化物超電導体1と電極端子2
は端面以外の1つの面で接続されている。電極端子は段
差を有する構造となっており、電極端子の段差の低い部
分で酸化物超電導体と電極端子が電気的に接続してい
る。図1では、電極端子の外部と接続する部分で再び段
差が低くなっている。電極端子の外部接続部分は、冷媒
または冷凍機によって直接冷却される部分であり、電流
容量から要求される電極端子の断面積に戻してもよいこ
とから段差を再び低くしている。図1のような構造の酸
化物超電導体電流リードにすることによって、図5に示
す従来例の酸化物超電導体電流リードに比べて、外見上
は同じサイズであるのに、酸化物超電導体と電極端子の
接続部分の抜熱効果を高め、臨界電流を高くできる。
超電導体であればよく、Y系、Bi系等適宜用いること
ができるが、ピンニング力の強い酸化物超電導体の方が
より強い漏洩磁場中でも動作可能であるので好ましい。
ピンニング力の強い酸化物超電導体の例としては、QM
G材と呼ばれるもので、単結晶状のREBa2Cu3Ox相(REは
Yまたは希土類元素およびその組み合わせ)中にRE2BaCu
O5相が微細分散している酸化物超電導体がある。
CuやAg等の電気的良導体が好ましく、半田付け作業
を簡便にするため表面をSnやNi等でメッキしたもの
が好ましい。また、図1に示した補強支持体は必ず必要
なものではないが、機械的強度改善のためには補強支持
体を用いた方が好ましい。補強支持体としては、剛性が
あり熱伝導率が比較的小さいものであればよく、繊維強
化プラスチック、ステンレス、チタンおよびチタン合
金、銅合金、フィラー配合樹脂、ベークライト等が好ま
しい。
の実施形態を示す構造断面図である。図1では電極端子
1の段差を2ヶ所設けて、電極端子の外部接続部分の厚
さを元の厚さに戻しているが、図2では電極端子4の段
差は1箇所で、電極端子の外部接続部分でも厚さは一定
のままである。このような電極端子形状にすることによ
って、電流リード全体の厚さを変化させずに、電極端子
の製作をより容易にできるという利点がある。
の実施形態を示す構造断面図である。図1では酸化物超
電導体1と電極端子2は端面以外の1つの面で接続され
ているが、図3では電極端子2の段差を利用して酸化物
超電導体1の端面も電極端子に接続されている。電極端
子の段差を利用することで、片側から押し付けながら半
田付け等の電気的接続作業を行うことができるという組
立作業の簡便性を維持しながら、2つの面で接続するこ
とで、接続部で生じるジュール発熱の抜熱効果を高める
とともに、酸化物超電導体と電極端子の接続部の接触抵
抗を小さくしジュール発熱自体を小さくすることができ
るという利点がある。
の実施形態を示す構造断面図である。図4では、酸化物
超電導体6と電極端子7との接続部における電極端子の
断面形状が、A−A’断面図に示しているように、凹形
状になっている。凹形状の壁の高さと酸化物超電導体の
厚さを同程度にすることによって、電流リード全体を大
型化してかさばるものになることを避けることができ
る。また、凹形状の溝部のサイズを酸化物超電導体と同
程度にすることにより、酸化物超電導体の端面や側面も
電極端子に電気的に接続させることができ、接続部の抜
熱効果を高めるとともにジュール発熱を小さくすること
ができる。
本発明の酸化物超電導体電流リード(試料A)と、図5
に示した従来例の酸化物超電導体電流リード(試料B)
に関して、臨界電流を比較した。試料Aと試料Bの製作
においては、酸化物超電導体としてはY系酸化物超電導
体を用い、電極端子としては無酸素銅を用い、補強支持
体としてはGFRPを用いた。また、酸化物超電導体と
電極端子との接続は半田付けで行った。酸化物超電導体
1のサイズは、幅3mm、厚さ2mm、長さ40mmで
あった。試料B用の電極端子10のサイズは、幅4m
m、厚さ2mm、長さ30mmであった。試料A用の電
極端子2のサイズは、段差の高い部分は長さ10mm、厚
さ4mmで、それ以外は試料B用の電極端子と同じであ
った。
て0.5Tの磁場を印加した状態で、液体窒素に浸漬し
て直流電流を通電することで行った。測定結果は、試料
Bは600Aの通電で溶断したが、試料Aは800Aの
通電でも溶断しなかった。すなわち、同じ断面積の酸化
物超電導体を用いているにもかかわらず、従来例の試料
Bの臨界電流は600Aであるのに対し、本発明の試料
Aの臨界電流は800A以上であった。本実験の結果、
本発明によって臨界電流が3割以上改善することが分か
った。以上の結果から、本発明の酸化物超電導体電流リ
ードにおいては、組立が簡便で、小型で、かつ臨界電流
が大きいことが分かった。
れば、組立が容易で接続抵抗の小さい酸化物超電導体電
流リードを提供できるので工業上顕著な効果を奏するこ
とができる。
の構造断面図
例の構造断面図
例の構造断面図
例の構造断面図
構造断面図
Claims (5)
- 【請求項1】 酸化物超電導体と、該酸化物超電導体の
両端に接続された電極端子とからなる酸化物超電導体電
流リードにおいて、前記酸化物超電導体の端面以外の一
面と前記電極端子の端面以外の一面とを電気的に接続す
る接続部を有する電流リードであって、前記電極端子
が、前記接続部の断面積よりも大きな断面積を有する部
位を有する電極端子であることを特徴とする酸化物超電
導体電流リード。 - 【請求項2】 前記部位が、接続部に隣接して設けられ
ている請求項1に記載の酸化物超電導体電流リード。 - 【請求項3】 前記電極端子の前記酸化物超電導体との
接続部の断面形状が凹状である請求項1又は2に記載の
酸化物超電導体電流リード。 - 【請求項4】 前記酸化物超電導体の端面も前記電極端
子に電気的に接続されている請求項1〜3のいずれかに
記載の酸化物超電導体電流リード。 - 【請求項5】 前記酸化物超電導体電流リードの少なく
とも酸化物超電導体及び酸化物超電導体と電極端子との
接続部が、補強支持体で補強されてなる請求項1〜4の
いずれかに記載の酸化物超電導体電流リード。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002129841A JP2003324013A (ja) | 2002-05-01 | 2002-05-01 | 酸化物超電導体電流リード |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2002129841A JP2003324013A (ja) | 2002-05-01 | 2002-05-01 | 酸化物超電導体電流リード |
Publications (1)
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2002129841A Pending JP2003324013A (ja) | 2002-05-01 | 2002-05-01 | 酸化物超電導体電流リード |
Country Status (1)
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2020136637A (ja) * | 2019-02-26 | 2020-08-31 | 株式会社東芝 | 高温超電導磁石装置 |
-
2002
- 2002-05-01 JP JP2002129841A patent/JP2003324013A/ja active Pending
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