JP2010263699A - 超電導ケーブルの端末構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】超電導ケーブルの超電導導体層903と、この導体層と接続されて常温側の機器と電力を入出力するための常電導導体部703とを備える超電導ケーブルの端末構造である。導体層903は、基板上11に形成された超電導薄膜15を有する超電導線材1を、超電導薄膜15が内周側、基板11が外周側となるように螺旋状に巻回して構成される。この端末構造は、超電導薄膜に対向される接合面を有する一端側と、常電導導体部703に接続される他端側とを有する常電導接続部材709と、超電導線材1の端部における超電導薄膜15と接合面とを接合する導電接合材3とを備える。
【選択図】図1
Description
〔全体構成〕
実施形態1に係る端末構造を図1及び図5〜図7に基づいて説明する。本例の端末構造は、図5に示すように、超電導ケーブルと、その端部に形成される端末容器部7とを備える。
超電導ケーブルは、図5には1心しか示していないが、図6のように断熱管内に3心のコア95を収納した構造である。断熱管は、外管91・内管93の間を真空引きした断熱二重管で構成され、外管91と内管93との間には輻射断熱材(図示略)が配置される。一方、コア95は、中心から外周側に向かって順に、心材901、超電導導体層903、絶縁層905、超電導シールド層907、保護層909を備える。
一方、端末容器部7は、真空槽に収納された冷媒槽を備える。真空層には主真空槽71と、主真空槽71の側面につながった接続真空槽75とを備える(図5)。同様に冷媒槽も主冷媒槽73と、主冷媒槽73の側面につながった接続冷媒槽77とを備える。常電導ケーブル(図示せず)に接続されるブッシング701の上端は、主冷媒槽73と主真空槽71とを順次貫通し、主真空槽71の外部に引き出される。一方、ブッシング701の下端は、常電導導体部703の一端と、主冷媒槽73の内部の接続部705で接続される。そして、超電導ケーブルの端部から引き出した超電導導体層903と常電導導体部703の他端とが接続冷媒槽77の内部で接続される。
本発明端末構造の最も特徴とするところは、この超電導導体層903と常電導導体部703との接続構造にある。この接続構造は、図1に示すように、超電導ケーブルの端部、常電導導体部703、常電導接続部材709、及び導電接合材3を備える。
図6のような超電導ケーブル9の端部では、コア95を構成する心材901から超電導シールド層907までの各層が段階的に露出される。心材901には複数の銅素線からなる撚り線を、超電導導体層903と超電導シールド層907とを構成する図7のような超電導線材1にはRE123系線材(RE:希土類元素、例えばY、Ho、Nd、Sm、Gdなど)を、絶縁層にはポリプロピレンとクラフト紙がラミネートされたPPLP(登録商標)を利用できる。
図5の常電導導体部703は、超電導ケーブルの超電導導体層903と端末容器部内に配されるブッシング701の端部との間を電気的に接続するための導体である。この常電導導体部703は、超電導ケーブルからの電流又はブッシング701からの電流の容量に応じた断面積を備えており、例えば、銅や銅合金など高導電率材料からなる棒材、或いは撚り線で構成される。ここでは、複数本の銅素線から構成され、超電導ケーブル9の心材901と実質的に同径の撚り線で常電導導体部703を構成している。
常電導接続部材709は、各コア95の超電導導体層903と常電導導体部703とを接続するための部材である(図1)。本例では、銅製のスリーブ材を常電導接続部材709としている。この常電導接続部材709の一端側の内側には常電導導体部703が嵌めこまれ、他端側の内側には心材901が嵌め込まれる。常電導導体部703と心材901は、両者の突き合せ箇所を覆う常電導接続部材709により圧縮接続される。
導電接合材3は、超電導薄膜15と常電導接続部材709の接合面とを導電接続する。具体的には半田が利用できる。低融点半田を利用してもよい。この導電接合材3により、超電導薄膜15と常電導接続部材709の接合面との間には、半田や安定化層17(図7)だけが介在され、高抵抗の基板11が介在されることはない。半田以外の材料であっても、超電導薄膜15と常電導接続部材709の接合面とを電気的に低抵抗で接続でき、かつ機械的にも適切な接合強度が得られる材料であれば導電接合材3として利用できる。
以上の本発明端末構造は、次のようにして組み立てられる。
このような本発明端末構造によれば、超電導導体層903が、基板11よりも超電導薄膜15を内周側として巻回された超電導線材1で構成されている場合に、超電導薄膜15と常電導接続部材709の接合面との間に高抵抗の基板11が介在されることはない。そのため、この接合箇所での抵抗を低減できる。
以上の実施形態では、超電導導体層903を2層しか示していないが、この層数が特に限定されるわけではなく、単層や3層以上などであってもよい。また、組立方法も上記の手順に限定されるものではなく、常電導接続部材709の圧縮を行う前に、予め超電導導体層903の各層を所定の長さに切断しておいてもよい。
次に、実施形態1の変形例として、常電導導体部と常電導接続部材とをボルトの締め付けにより接続する構成を図2に基づいて説明する。
次に、実施形態1とは構成が異なる実施形態2について説明する。実施形態1との主たる相違点は、図3のように常電導接続部材709における接合面の形状である。図3では超電導線材1を基板11と超電導薄膜15と区別して示していないが、基板11がコア95の外周側、超電導薄膜15がコア95の内周側である点は実施形態1と同様である。
この常電導接続部材709の他端側(超電導ケーブル側)の外周には、傾斜状の接合面が形成されている。この接合面は、常電導接続部材709の他端(超電導ケーブル側)から一端(常電導導体部側)に向かって外径が増大する略円錐面に形成されている。常電導接続部材709の縦断面において、接合面のコア95の軸方向に対する傾斜角は、接合後の超電導線材1に過度の歪が作用しない限度で適宜選択することができる。もっとも、この接合面の傾斜角は、段階状に構成した超電導導体層903の端部の傾斜、つまり各層の端部を形成する内周側角部をつなぐ仮想線の傾斜に対応した角度とすることが好ましい。常電導接続部材709の他端部は、最も外径が細くなるため、最内層の超電導導体層903からの電流容量を考慮して適切な厚さを選択する。そして、接合面には、超電導導体層903の各層の端部における内周面が対面され、導電接合材3を介して接合される。図3において、接合面の傾斜角・超電導線材1の厚さ・超電導線材1と接合面との接合距離の相互の関係は誇張して示されている。
このような本発明端末構造によれば、超電導導体層903が、基板11よりも超電導薄膜15を内周側として巻回された超電導線材1で構成されている場合に、超電導薄膜15と常電導接続部材709の接合面との間に高抵抗の基板11が介在されることはない。そのため、この接合箇所での抵抗を低減できる。
次に、実施形態1とは構成が異なる実施形態3について説明する。実施形態1、2との主たる相違点は、図4のように常電導接続部材709における接合面の形状である。図4では超電導線材1を基板11と超電導薄膜15と区別して示していないが、基板11がコア95の外周側、超電導薄膜15がコア95の内周側である点は実施形態1と同様である。
この常電導接続部材709の他端側(超電導ケーブル側)の外周は、常電導接続部材709の他端から一端(常電導導体部側)に向かって一様な径を有する円筒面で構成されている。常電導接続部材709の他端部は、超電導導体層903からの電流容量を考慮して適切な厚さを選択する。そして、超電導導体層903の各層の端部における内周面が接合面に対面され、導電接合材3を介して接合される。
このような本発明端末構造によれば、超電導導体層903が、基板11よりも超電導薄膜15を内周側として巻回された超電導線材1で構成されている場合に、超電導薄膜15と常電導接続部材709の接合面との間に高抵抗の基板11が介在されることはない。そのため、この接合箇所での抵抗を低減できる。
11 基板 13 中間層 15 超電導薄膜 17 安定化層
3 導電接合材(半田)
7 端末容器部
71 主真空槽 73 主冷媒槽 75 接続真空槽 77 接続冷媒槽
701 ブッシング 703 常電導導体部 705 接続部
707 補強絶縁層 709 常電導接続部材 710 平板状端子部
712 ボルト孔
9 超電導ケーブル
91 外管 93 内管 95 コア
901 心材 903 超電導導体層 905 絶縁層
907 超電導シールド層 909 保護層
Claims (4)
- 超電導ケーブルの超電導導体層と、この導体層と接続されて常温側の機器と電力を入出力するための常電導導体部とを備える超電導ケーブルの端末構造であって、
前記導体層は、基板上に形成された超電導薄膜を有する超電導線材を、超電導薄膜が内周側、基板が外周側となるように螺旋状に巻回して構成され、
この端末構造は、
前記超電導薄膜に対向される接合面を有する一端側と、前記常電導導体部に接続される他端側とを有する常電導接続部材と、
前記超電導線材の端部における超電導薄膜と前記接合面とを接合する導電接合材とを備えることを特徴とする超電導ケーブルの端末構造。 - 前記導体層は、複数の超電導線材が径方向に積層され、
この導体層の端部は、外層側の超電導線材の端部を内層側の超電導線材の端部よりもケーブル軸端方向に長くして、各層の超電導薄膜を段階状に構成したことを特徴とする請求項1に記載の超電導ケーブルの端末構造。 - 前記常電導接続部材の接合面は、前記段階状に構成された導体層の超電導薄膜に対応する段階状に構成されたことを特徴とする請求項2に記載の超電導ケーブルの端末構造。
- 前記常電導接続部材の接合面は、常電導接続部材の前記一端側から他端側に向けて径が大きくなる傾斜面を備えることを特徴とする請求項2に記載の超電導ケーブルの端末構造。
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