JP6125350B2 - 超電導線材の接続部及び超電導電流リード - Google Patents
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Description
超電導応用機器の運転は、極低温環境下で行われるため、低温部の断熱性が極めて重要となる。低温部の断熱性が悪く、低温部への熱侵入が大きいと、超電導応用機器の冷却効率が低下して超電導状態を維持するための冷却コストが増大することとなり、場合によっては超電導応用機器を運転できなくなってしまうためである。この低温部への熱侵入の経路としては、低温容器を伝熱する経路、電流リードを伝熱する経路が考えられる。
図1Aに示すように、超電導電流リード50は、テープ状の超電導線材51と、超電導線材51の一端部(高温側)に配置される第1の金属電極52、及び超電導線材51の他端部(低温側)に配置される第2の金属電極53を備える。図1Bに示すように、第1の金属電極52は超電導線材51が挿入される凹部521を有する。
前記金属電極は、前記超電導線材の端部を収容する収容凹部を有し、
前記収容凹部に前記超電導線材の端部が挿入されるとともに、前記超電導線材の前記金属基板側の第1の面に沿って断面V字状の楔部材が挿入され、
前記超電導線材は、前記楔部材によって前記超電導層側の第2の面が半田層を介して前記金属電極に押し付けられた状態で固着され、
前記収容凹部は、前記超電導線材の前記第2の面が押し付けられる第1の凹部内面と、前記第1の凹部内面に対向する第2の凹部内面を有し、
前記第2の凹部内面は、前記楔部材に線接触する少なくとも1つの段部を有し、
前記楔部材は、前記収容凹部の開口端縁と前記段部によって支持されていることを特徴とする。
図2は、本発明の一実施の形態に係る超電導電流リードを用いた超電導磁石装置を示す図である。図2に示すように、超電導磁石装置1は、超電導電流リード10、常電導電流リード15、超電導コイル20、電源30、及び低温容器40等を備える。
電源30は、常温部となる低温容器40外に配置される。電源30は、常電導電流リード15及び超電導電流リード10を介して、超電導コイル20に電流を供給する。常電導電流リード15は、例えば銅線である。
超電導線材11は、超電導層113(図3参照)を有するテープ状の線材である。超電導線材11の高温側となる一端部は第1の電極12に接続され、低温側となる他端部は第2の電極13に接続される。
第2の電極13(低温側電極)は、銅又は銅合金等の金属材料で構成される。第2の電極13は、超電導コイル20の近傍に配置され、超電導コイル20のコイル電極21に接続される。第2の電極13の近傍の温度は、例えば4.2Kである。
超電導線材11において、金属基板111側の面を第1の面11A、超電導層113側(安定化層114側)の面を第2の面11Bと称する。
図4は、超電導電流リード10における超電導線材11と第1の電極12との接続部を示す図である。図4Aは超電導電流リード10の全体図である。図4Bは図4AのIV−IV矢視断面図である。図5は、超電導線材11と第1の電極12との接続部を分解して示す斜視断面図である。図5では、半田層16が省略されている。
なお、図4、図5には超電導線材11と第1の電極12との接続部を示しているが、超電導線材11と第2の電極13との接続部も同様である。
第1の凹部内面121Aは平坦に形成される。第2の凹部内面121Bには、深さ方向略中央部に段部121Cが形成される。この段部121Cは、段部121Cの角部と収容凹部121の開口端縁を結ぶ稜線が、楔部材14の第2の楔面14Bと平行になるように形成される。
実施例では、実施の形態で示した構造の超電導電流リードを作製し、複数のサンプルについて超電導線材と金属電極との接続部の評価を行った。具体的には、超電導電流リードを液体窒素中(77K)に配置し、臨界電流値(Ic)の測定、及び超電導線材と低温側電極との接続部の接続抵抗の測定を行った。
また、比較例として、従来の構造(図1参照)の超電導電流リードを作製し、実施例と同様の評価を行った。評価結果を表1に示す。
また、接続抵抗の標準偏差(サンプル間のばらつき)は、比較例では0.25であったのに対して、実施例では0.020と約1/10に抑えられていた。
さらに、比較例では設計通りの臨界電流値が得られなかったが、実施例では設計通りの臨海電流値が得られた。
例えば、実施の形態では、超電導電流リードにおいて、超電導線材と低温側電極との接続部及び超電導線材と高温側電極との接続部の両方に、本発明に係る超電導線材の接続部を適用しているが、いずれか一方にだけ適用してもよい。
また例えば、収容凹部の第2の凹部内面には、複数の段部を設けるようにしてもよい。
10 超電導電流リード
11 超電導線材
11A 第1の面(金属基板側)
11B 第2の面(超電導層側)
111 金属基板
112 中間層
113 超電導層
114 安定化層
12 第1の電極(高温側電極)
121 収容凹部
121A 第1の凹部内面
121B 第2の凹部内面
121C 段部
13 第2の電極(低温側電極)
14 楔部材
14A 第1の楔面
14B 第2の楔面
15 常電導電流リード
16 半田層
20 超電導コイル
30 電源
40 低温容器
Claims (5)
- 金属基板上に中間層、超電導層、安定化層が順に積層されたテープ状の超電導線材の端部が半田層を介して金属電極に接続されてなる超電導線材の接続部であって、
前記金属電極は、前記超電導線材の端部を収容する収容凹部を有し、
前記収容凹部に前記超電導線材の端部が挿入されるとともに、前記超電導線材の前記金属基板側の第1の面に沿って断面V字状の楔部材が挿入され、
前記超電導線材は、前記楔部材によって前記超電導層側の第2の面が半田層を介して前記金属電極に押し付けられた状態で固着され、
前記収容凹部は、前記超電導線材の前記第2の面が押し付けられる第1の凹部内面と、前記第1の凹部内面に対向する第2の凹部内面を有し、
前記第2の凹部内面は、前記楔部材に線接触する少なくとも1つの段部を有し、
前記楔部材は、前記収容凹部の開口端縁と前記段部によって支持されていることを特徴とする超電導線材の接続部。 - 前記楔部材の先端角度が1〜5°であることを特徴とする請求項1に記載の超電導線材の接続部。
- 前記半田層の厚さが10〜100μmであることを特徴とする請求項1又は2に記載の超電導線材の接続部。
- 前記楔部材は、前記金属電極と同等の熱収縮性を有することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の超電導線材の接続部。
- 低温部に設置される超電導応用機器と常温部に設置される外部機器とを接続するための超電導電流リードであって、請求項1から4のいずれか一項に記載の超電導線材の接続部を備えることを特徴とする超電導電流リード。
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