JP2943032B2 - 高温超電導体電流リード - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高温超電導体電流リード
にかかるもので、とくに冷凍機によるサーマルアンカー
を設けて、電流リード本体の強度補強および破損防止と
ともに侵入熱の低減およびクエンチ対策を容易とした高
温超電導体電流リードに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の超電導コイル装置１について図５
にもとづきその一例を説明する。この超電導コイル装置
１は、超電導コイル２と、コイル容器３と、このコイル
容器３内の冷媒４（たとえば液体ヘリウム）と、熱シー
ルド板５と、クライオスタット容器６と、正極用電流リ
ード７および負極用電流リード８と、外部電源９と、コ
イル側接続線１０および電源側接続線１１と、正極用電
流リード７および負極用電流リード８を被覆しているガ
イド管１２とを有する。

【０００３】上記正極用電流リード７、負極用電流リー
ド８、コイル側接続線１０および電源側接続線１１によ
り、超電導コイル２を外部電源９に電気的に接続するも
のである。

【０００４】なお、ガス冷却型の電流リードの場合に
は、図示のようにガイド管１２内を上昇する冷媒４の蒸
発ガスにより、正極用電流リード７、負極用電流リード
８、コイル側接続線１０および電源側接続線１１を冷却
し、外部からの侵入熱を低く抑えるようにしている。

【０００５】しかして、当該正極用電流リード７および
負極用電流リード８の全体あるいは一部を、熱伝導度の
低い高温超電導体たとえば酸化物高温超電導体により製
作することによって、この部分を通した外部からの熱侵
入量、および同部分におけるジュール熱発生量を低く抑
えることができる。

【０００６】なお、酸化物高温超電導体としては、ビス
マス系、イットリウム系、タリウム系などのものがあ
る。

【０００７】しかしながら、酸化物高温超電導体は、異
種材料との溶接が困難であること（電気的および機械的
接続困難性）、さらに衝撃値等強度が低く、電極端子を
取り付けるために力を加えることが困難であること（機
械的接続困難性）などの問題があり、その両端に電極端
子を取り付けることにより電流リードとする上での障害
となっていた。

【０００８】また超電導コイル装置に酸化物高温超電導
体電流リードを組み込んだ場合、電流リード本体の強度
不足のため、熱的衝撃および外部振動等に対して損傷の
おそれという問題もある。

【０００９】さらに、高温超電導体を利用する場合に
は、その臨界温度以下に冷却する必要があることはもち
ろんであり、その冷却機構の従来技術として、特開昭６
４−７６７０７号による電流リードがある。

【００１０】この電流リードにおいては、銅と酸化物高
温超電導体とを接合して電流リードとし、液体窒素を流
す冷却パイプをこの電流リードに巻くことにより冷却す
るものである。 あるいは超電導体と銅との接合部を液
体窒素に直接接触させて冷却する場合もある。

【００１１】しかしながら、この電流リードにおいて
は、扱い方法が面倒な液体窒素を用いるために、電流リ
ードの冷却を自動化することができないこと、冷却にと
もなう熱応力に対する高温超電導体の補強機構を設ける
ことが困難であること、この高温超電導体がクエンチし
た場合に電流が流れないこと等の諸問題がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、とくに液体窒素温度
以上で超電導状態となる酸化物高温超電導体などの高温
超電導体を用いた電流リードであって、液体窒素などの
冷却流体を用いずに、電流リード本体を冷却可能であ
り、超電導コイル側および電源側の電極端子との間の電
気的接続を保証しつつ機械的強度を補強可能で、破損を
防止し、侵入熱の低減、クエンチ対策が容易な安定した
性能の高温超電導体電流リードを提供することを課題と
する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、酸化
物高温超電導体などの高温超電導体をたとえば小型のギ
フォード・マクマホン冷凍機などの冷凍機により所定温
度に冷却すること、および電流リード本体を高温超電導
体と良導体とから構成することに着目したもので、超電
導コイルと、外部電源とを電気的に接続可能な高温超電
導体電流リードであって、上記超電導コイルと上記外部
電源との間に配置した冷凍機と、この冷凍機の常温部側
に第１の絶縁フランジを介して取り付けた電源側電極端
子と、上記冷凍機の冷凍部分に第２の絶縁フランジを介
して取り付けるとともに上記超電導コイルに接続可能な
電流リード本体とを有し、この電流リード本体を、高温
超電導体と、この高温超電導体に一体に組み合わせた良
導体とから構成し、この良導体により、該電流リード本
体を上記電源側電極端子および上記超電導コイルに接続
可能としたことを特徴とする高温超電導体電流リードで
ある。

【００１４】上記良導体は、ワイヤ部材からこれを構成
するとともに、その両端部にたるみを持たせて接続する
ようにすることが望ましい。

【００１５】

【作用】本発明による高温超電導体電流リードにおいて
は、超電導コイルと外部電源との間に配置した冷凍機の
冷却部に高温超電導体を接続したので、電流リード本体
が所定温度に冷却されるため、その超電導状態を維持し
てジュール発熱を抑え、かつ熱伝導度の低い高温超電導
体により侵入熱もこれを抑えることができる。

【００１６】さらに、電流リード本体を高温超電導体と
良導体とから構成したので、万が一超電導状態が破損し
ても、良導体部分を電流が流れ、超電導コイルへの通電
状態を維持することができる。

【００１７】また、上記良導体の長さを高温超電導体よ
り長くして両端部に突出させることにより、この良導体
部分で接続することができるため、他の部品との接続部
分において、温度変化による熱収縮応力に対応して良導
体が膨張および収縮することとなり、機械的および電気
的接続性を維持可能である。

【００１８】

【実施例】つぎに、本発明の一実施例による高温超電導
体電流リード２０を、酸化物高温超電導体により電流リ
ード本体を構成した場合を例に取って図１ないし図４に
もとづき説明する。 ただし、図５と同様の部分には同
一符号を付し、その詳述はこれを省略する。

【００１９】図１は、高温超電導体電流リード２０の斜
視図であって、この高温超電導体電流リード２０は、た
とえば小型のギフォード・マクマホン冷凍機などの冷凍
機２１と、電源側電極端子２２と、第１の絶縁フランジ
２３と、第２の絶縁フランジ２４と、絶縁固定材２５
と、第１の接続冷却板２６と、第２の接続冷却板２７
と、第１の電流リード本体２８と、第２の電流リード本
体２９とを有する。

【００２０】冷凍機２１は二段冷凍式であって、上部フ
ランジ２１Ａと、冷却温度８０Ｋの一段目冷却部２１Ｂ
と、冷却温度２０Ｋの二段目冷却部２１Ｃとを有する。

【００２１】上部フランジ２１Ａと前記クライオスタッ
ト容器６との間に第１の絶縁フランジ２３を介し、この
冷凍機２１を固定してある。

【００２２】電源側電極端子２２、第１の接続冷却板２
６、および第２の接続冷却板２７は、銀、銅、アルミニ
ウムなどの良導体からこれを構成する。

【００２３】電源側電極端子２２を、第１の絶縁フラン
ジ２３の固定孔２３Ａに挿入して固定する。

【００２４】冷凍機２１の一段目冷却部２１Ｂと第１の
接続冷却板２６との間に、第２の絶縁フランジ２４をは
さんで固定する。

【００２５】第１の電流リード本体２８は、酸化物高温
超電導体などによる高温超電導体２８Ａと、銀、あるい
は銀メッキした銅やアルミニウムなどの低抵抗体による
ワイヤ状の良導体２８Ｂとからこれを構成する。

【００２６】この良導体２８Ｂの上下両端部を第１の接
続冷却板２６の固定孔２６Ａおよび第２の接続冷却板２
７の固定孔２７Ａにそれぞれ挿入してハンダ付けにより
固定する。

【００２７】第２の電流リード本体２９は、同じく酸化
物高温超電導体などによる高温超電導体２９Ａと、銀、
あるいは銀メッキした銅やアルミニウムなどの低抵抗体
によるワイヤ状の良導体２９Ｂとからこれを構成してあ
る。

【００２８】上記冷凍機２１の二段目冷却部２１Ｃにお
いて、絶縁固定材２５の上部フランジ部２５Ａに第２の
接続冷却板２７を固定するとともに、第２の電流リード
本体２９の良導体２９Ｂの上下両端部を第２の接続冷却
板２７の固定穴２７Ａおよび下部フランジ部２５Ｂの固
定孔２５Ｃにそれぞれ挿入してハンダ付けにより固定す
る。

【００２９】第２の電流リード本体２９の良導体２９Ｂ
を、前記超電導コイル２に接続する。

【００３０】第１の電流リード本体２８あるいは第２の
電流リード本体２９の構成は任意であり、その成型方法
としてはＣＩＰ（静水圧等方プレス）あるいは圧延処理
を行い、焼結法、部分溶融法、溶融法などにより高温超
電導体２８Ａ、２９Ａと良導体２８Ｂ、２９Ｂとをそれ
ぞれ一体成型する。

【００３１】この電流リード本体としては、図３に示す
円筒状の電流リード本体３０、あるいは図４に示す板状
の電流リード本体３１その他任意の構成を取ることがで
きる。

【００３２】なお、第１の電流リード本体２８の良導体
２８Ａおよび第２の電流リード本体２９の良導体２９Ａ
の、第１の接続冷却板２６、第２の接続冷却板２７およ
び絶縁固定材２５への接続部分には、それぞれたるみを
持たせてある。

【００３３】同様に、第１の絶縁フランジ２３と第２の
絶縁フランジ２４との間の電源側電極端子２２の部分に
もたるみを持たせてある。

【００３４】こうした構成の高温超電導体電流リード２
０においては、冷凍機２１を起動すると、数分で一段目
冷却部２１Ｂが温度８０Ｋ以下となり、二段目冷却部２
１Ｃが温度２０Ｋ以下となって、第１の電流リード本体
２８および第２の電流リード本体２９をその臨界温度以
下に冷却するとともに、それぞれ一段目のサーマルアン
カーおよび二段目のサーマルアンカーとして機能する。

【００３５】前記外部電源９からの電流は、電源側電極
端子２２、第１の接続冷却板２６、第１の電流リード本
体２８、第２の接続冷却板２７および第２の電流リード
本体２９を介して前記超電導コイル２に供給される。

【００３６】このとき、第１の電流リード本体２８およ
び第２の電流リード本体２９には通電の抵抗がないので
ジュール発熱がなく、かつ第１の電流リード本体２８お
よび第２の電流リード本体２９は熱伝導度が小さいの
で、前記超電導コイル２部分への侵入熱を小さく抑え
る。

【００３７】高温超電導体２８Ａおよび高温超電導体２
９Ａとそれぞれ一体成形した良導体２８Ｂおよび良導体
２９Ｂが熱応力等を吸収するので、冷却時および電磁力
発生時に高温超電導体２８Ａおよび高温超電導体２９Ａ
を破損することがない。

【００３８】しかも、これら良導体２８Ｂおよび良導体
２９Ｂの上下接続両端部、および電源側電極端子２２の
部分にたるみを持たせてあり、熱応力の吸収機能を向上
可能である。

【００３９】高温超電導体２８Ａあるいは高温超電導体
２９Ａが万一クエンチ状態となって電流が流れなくなっ
ても、高温超電導体２８Ａおよび高温超電導体２９Ａと
それぞれ一体成形した良導体２８Ｂおよび良導体２９Ｂ
に電流がバイパスし、電流リードとしての機能を保持し
ておくことができる。

【００４０】二段目冷却部２１Ｃの温度２０Ｋ付近で
も、第１の電流リード本体２８および第２の電流リード
本体２９に同様に冷却を加えているので、超電導コイル
２側への侵入熱がより小さいものである。

【００４１】さらに、冷凍機２１に電源側電極端子２
２、第１の絶縁フランジ２３、第２の絶縁フランジ２４
と、絶縁固定材２５、第１の接続冷却板２６、第２の接
続冷却板２７、第１の電流リード本体２８、および第２
の電流リード本体２９を取り付ける構造としたので、冷
凍機２１を芯として正極および負極を一体としたコンパ
クトで使いやすい高温超電導体電流リード２０とするこ
とができる。

【００４２】また高温超電導体２８Ａおよび高温超電導
体２９Ａを用いているので、上述のように外部からの侵
入熱を小さくすることができるとともに、

【００４３】第１の接続冷却板２６および第２の接続冷
却板２７を介して第１の電流リード本体２８および第２
の電流リード本体２９を取り付けたので、これら電流リ
ード本体２８、２９の機械的補強機構を確保することが
可能である。

【００４４】しかも、高温超電導体２８Ａおよび高温超
電導体２９Ａがクエンチ状態となったときに、良導体２
８Ｂおよび良導体２９Ｂの方にバイパス回路が形成され
るため、通電状態が保持され安全である。

【００４５】なお、上述の実施例による高温超電導体電
流リード２０においては、冷凍機２１の冷却温度８０Ｋ
の一段目冷却部２１Ｂによる一段目のサーマルアンカ
ー、および冷却温度２０Ｋの二段目冷却部２１Ｃによる
二段目のサーマルアンカーを設けたが、この二段目のサ
ーマルアンカーを省略することもできる。

【００４６】また、電流リード本体として用いる高温超
電導体の数は、必要な電流に応じて任意に選定するもの
とする。

【００４７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、冷凍機を
用い、さらに電流リード本体を高温超電導体と良導体と
から構成したので、コンパクトで取り扱い容易、かつ高
温超電導体の強度補強および破損防止とともに、外部か
らの侵入熱低減およびクエンチ対策を容易可能な高い信
頼性の高温超電導体電流リードを得ることができる。

【００４８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による高温超電導体電流リー
ド２０の斜視図である。

【図２】同、高温超電導体電流リード２０の縦断面図で
ある。

【図３】同、円筒状の電流リード本体３０の斜視図であ
る。

【図４】同、板状の電流リード本体３１の斜視図であ
る。

【図５】従来の超電導コイル装置１の概略図である。

【符号の説明】

１ 超電導コイル装置 ２ 超電導コイル ３ コイル容器 ４ 冷媒（液体ヘリウム） ５ 熱シールド板 ６ クライオスタット容器 ７ 正極用電流リード ８ 負極用電流リード ９ 外部電源 １０ コイル側接続線 １１ 電源側接続線 １２ ガイド管 ２０ 高温超電導体電流リード ２１ 冷凍機（小型のギフォード・マクマホン冷凍機） ２１Ａ 冷凍機２１の上部フランジ ２１Ｂ 冷凍機２１の一段目冷却部 ２１Ｃ 冷凍機２１の二段目冷却部 ２２ 電源側電極端子 ２３ 第１の絶縁フランジ ２３Ａ 第１の絶縁フランジ２３の固定孔 ２４ 第２の絶縁フランジ ２５ 絶縁固定材 ２５Ａ 絶縁固定材２５の上部フランジ部 ２５Ｂ 絶縁固定材２５の下部フランジ部 ２５Ｃ 絶縁固定材２５の固定孔 ２６ 第１の接続冷却板 ２６Ａ 第１の接続冷却板２６の固定孔 ２７ 第２の接続冷却板 ２７Ａ 第２の接続冷却板２７の固定穴 ２８ 第１の電流リード本体（高温超電導体電流リー
ド） ２８Ａ 第１の電流リード本体２８の高温超電導体 ２８Ｂ 第１の電流リード本体２８の良導体 ２９ 第２の電流リード本体（高温超電導体電流リー
ド） ２９Ａ 第２の電流リード本体２９の高温超電導体 ２９Ｂ 第２の電流リード本体２９の良導体 ３０ 円筒状の電流リード本体 ３１ 板状の電流リード本体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 39/04 H01F 6/00 H01B 12/00 - 12/16 H01B 13/00 561 - 565

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超電導コイルと、外部電源とを電気的
   に接続可能な高温超電導体電流リードであって、 前記超電導コイルと前記外部電源との間に配置した冷凍
   機と、 この冷凍機の常温部側に第１の絶縁フランジを介して取
   り付けた電源側電極端子と、 前記冷凍機の冷凍部分に第２の絶縁フランジおよび接続
   冷却板を介して取り付けるとともに前記超電導コイルに
   接続可能な電流リード本体とを有し、 この電流リード本体を、高温超電導体と、この高温超電
   導体に一体に組み合わせたワイヤ部材による良導体とか
   ら構成し、 この良導体により、該電流リード本体を、前記接続冷却
   板を介して前記電源側電極端子に、および絶縁固定材を
   介して前記超電導コイルに接続可能としたことを特徴と
   する高温超電導体電流リード。
2. 【請求項２】 前記良導体は、その両端部にたるみを
   持たせて接続するようにしたことを特徴とする請求項１
   記載の高温超電導体電流リード。