JP6782147B2 - Terminal structure of superconducting cable - Google Patents

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Description

本発明は、超電導ケーブルの端子構造に関する。 The present invention relates to a terminal structure of a superconducting cable.

超電導ケーブル２００は、一般に、フォーマ２０１を中心として複数の超電導導体層２０２が順次積層されて形成されている。そして、それぞれの超電導導体層２０２は、同心で螺旋状に巻かれた複数の超電導線材から構成されている。
このような超電導ケーブル２００の端部には、当該超電導ケーブル２００から電力を取り出すために或いは他の超電導ケーブルと接続するために、所定の端子構造２１０が形成される。
この超電導ケーブル２００の端子構造２１０は、図４に示すように、各超電導導体層２０２が順番に段剥ぎされ、筒状導体２０３に挿入されると共に当該筒状導体２０３と段剥ぎされた超電導導体層２０２との間に半田層２０４が介挿され、超電導導体層２０２と筒状導体２０３の電気的接続が図られていた。 The superconducting cable 200 is generally formed by sequentially laminating a plurality of superconducting conductor layers 202 around the former 201. Each of the superconducting conductor layers 202 is composed of a plurality of superconducting wires wound concentrically and spirally.
A predetermined terminal structure 210 is formed at the end of such a superconducting cable 200 in order to extract power from the superconducting cable 200 or to connect with another superconducting cable.
In the terminal structure 210 of the superconducting cable 200, as shown in FIG. 4, each superconducting conductor layer 202 is sequentially stripped, inserted into the tubular conductor 203, and the superconducting conductor stripped from the tubular conductor 203. A solder layer 204 was interposed between the layer 202, and the superconducting conductor layer 202 and the tubular conductor 203 were electrically connected to each other.

ところが、上述のような超電導ケーブルの端子構造２１０では、各超電導導体層２０２に流れる電流が不均一となり、例えば、内側に位置する超電導導体層２０２への通電電流量が低下することがあるため、ケーブルの臨界電流値が低くなってしまう課題があった。その課題克服のために、それぞれの超電導導体層２０２と筒状導体２０３の間の電気抵抗を等しくする必要があった。
Ｌ１〜Ｌ４を各超電導導体層２０２の剥ぎ出し長さ、ｒ１〜ｒ４を各超電導導体層２０２の外径、ｔ１〜ｔ４を各超電導導体層２０２の周囲の半田層２０４の厚さ、ρを半田層２０４の電気抵抗率とした場合に、各超電導導体層２０２の電気抵抗値Ｒ１〜Ｒ４は次式で求めることができる。
Ｒｎ＝ρ・ｔｎ／（Ｌｎ×２πｒｎ）
但し、ｎ＝１〜４
従って、上式から求まる各超電導導体層２０２の電気抵抗値Ｒ１〜Ｒ４が全て等しくなるように各超電導導体層２０２の剥ぎ出し長さＬ１〜Ｌ４を調整すれば良い。 However, in the terminal structure 210 of the superconducting cable as described above, the current flowing through each superconducting conductor layer 202 becomes non-uniform, and for example, the amount of current applied to the superconducting conductor layer 202 located inside may decrease. There is a problem that the critical current value of the cable becomes low. In order to overcome this problem, it was necessary to equalize the electrical resistance between each superconducting conductor layer 202 and the tubular conductor 203.
L1 to L4 are the stripped lengths of each superconducting conductor layer 202, r1 to r4 are the outer diameters of each superconducting conductor layer 202, t1 to t4 are the thickness of the solder layer 204 around each superconducting conductor layer 202, and ρ is soldered. When the electrical resistivity of the layer 204 is used, the electrical resistance values R1 to R4 of each superconducting conductor layer 202 can be obtained by the following equations.
Rn = ρ · tun / (Ln × 2πrn)
However, n = 1 to 4
Therefore, the bare lengths L1 to L4 of the superconducting conductor layers 202 may be adjusted so that the electrical resistance values R1 to R4 of the superconducting conductor layers 202 obtained from the above equation are all equal.

しかしながら、実際には、超電導ケーブルの端子構造２１０の形成作業において、線材の持つ剛性による線材の広がり（線材位置ずれ）や、半田層形成空間の同心円からの偏り（ケーブル軸ずれ）が生じるため、各超電導導体層２０２の周囲の半田層２０４の厚さｔ１〜ｔ４を設定値通りにすることが非常に困難であった。
このため、従来は次のような超電導ケーブルの端子構造が提案されていた。 However, in reality, in the work of forming the terminal structure 210 of the superconducting cable, the wire rod spreads due to the rigidity of the wire rod (wire rod misalignment) and the solder layer forming space is deviated from the concentric circles (cable shaft misalignment). It was very difficult to set the thicknesses t1 to t4 of the solder layer 204 around each superconducting conductor layer 202 to the set values.
Therefore, conventionally, the following terminal structures of superconducting cables have been proposed.

特許文献１では、超電導ケーブルの複数の超電導導体層が段剥ぎされ、各超電導導体層ごとに筒状電極が設けられ、当該筒状電極のテーパ部の先端外周面に段剥ぎされた超電導導体層の超電導線材の先端部が半田付けされた端子構造が記載されている。 In Patent Document 1, a plurality of superconducting conductor layers of a superconducting cable are stripped, a tubular electrode is provided for each superconducting conductor layer, and a superconducting conductor layer stripped on the outer peripheral surface of the tip of a tapered portion of the tubular electrode. The terminal structure in which the tip of the superconducting wire is soldered is described.

また、特許文献２では、超電導ケーブルの複数の超電導導体層が段剥ぎされ、当該段剥ぎされたそれぞれの超電導導体層の外径に対応するように内径が段階的に変化した筒状導体に挿入された端子構造が記載されている。 Further, in Patent Document 2, a plurality of superconducting conductor layers of a superconducting cable are stripped and inserted into a tubular conductor whose inner diameter is gradually changed so as to correspond to the outer diameter of each superconducting conductor layer stripped. The terminal structure is described.

また、特許文献３では、超電導ケーブルの複数の超電導導体層が段剥ぎされ、各超電導導体層ごとにその外径に対応する内径の筒状電極が設けられ、全筒状電極の端子部分がネジで接続板に固定される端子構造が記載されている。 Further, in Patent Document 3, a plurality of superconducting conductor layers of a superconducting cable are stripped off, a tubular electrode having an inner diameter corresponding to the outer diameter of each superconducting conductor layer is provided, and a terminal portion of all the tubular electrodes is screwed. The terminal structure fixed to the connection plate is described in.

特許第５８２９６３４号公報Japanese Patent No. 5829634 特許第５５３７７６１号公報Japanese Patent No. 5537761 特許第３７９６８５０号公報Japanese Patent No. 3796850

しかしながら、上記特許文献１の端子構造は、超電導導体層ごとに抵抗値の均一化を図ることが可能だが、一端部にテーパ部を有する筒状電極が各超電導導体層のサイズに応じて個別に必要であり、また、個々の筒状電極のテーパ部の先端外周面に超電導導体層の先端部を半田付けする構成のため、その構造が複雑であり、製造コストが高く、施工作業も繁雑であった。 However, in the terminal structure of Patent Document 1, although it is possible to make the resistance value uniform for each superconducting conductor layer, the tubular electrode having a tapered portion at one end is individually provided according to the size of each superconducting conductor layer. In addition, the structure is complicated, the manufacturing cost is high, and the construction work is complicated because the tip of the superconducting conductor layer is soldered to the outer peripheral surface of the tip of the tapered portion of each tubular electrode. there were.

また、特許文献２の接続方法は、超電導導体層ごとに抵抗値の均一化を図ることが可能だが、筒状導体の内部に段部が形成される構造のため、段剥ぎされた超電導ケーブルの先端部を挿入することが難しく、施工作業が困難であった。 Further, the connection method of Patent Document 2 can make the resistance value uniform for each superconducting conductor layer, but since the structure is such that a step portion is formed inside the tubular conductor, the superconducting cable stripped of the step is used. It was difficult to insert the tip, and the construction work was difficult.

また、特許文献３の接続方法は、超電導導体層ごとに抵抗値の均一化を図ることが可能だが、各超電導導体層ごとにその外径に対応する内径の筒状電極が必要であり、構造が複雑化していた。また、各筒状電極を一つの接続板にネジで固定する際に各超電導導体層に捻れが生じて当該超電導導体層に剥離や破損を生じるおそれがあった。 Further, the connection method of Patent Document 3 can make the resistance value uniform for each superconducting conductor layer, but each superconducting conductor layer requires a tubular electrode having an inner diameter corresponding to the outer diameter thereof, and has a structure. Was complicated. Further, when each tubular electrode is fixed to one connection plate with a screw, each superconducting conductor layer may be twisted, and the superconducting conductor layer may be peeled off or damaged.

本発明は、構造がシンプル且つ形成が容易であり、各超電導導体層の接続抵抗の均一化を図ることが可能な超電導ケーブルの接続部を提供することをその目的とする。 An object of the present invention is to provide a connecting portion of a superconducting cable having a simple structure and easy to form, and capable of making the connection resistance of each superconducting conductor layer uniform.

請求項１記載の発明は、超電導ケーブルの端子構造において、
同心で重ねて形成された複数の超電導導体層を備える超電導ケーブルの一端部において、前記複数の超電導導体層は内側の超電導導体層が外側の超電導導体層よりも前記一端部側に延出されており、
前記外側の超電導導体層よりも延出された状態の前記内側の超電導導体層の内側に設けられたスペーサーにより、全ての前記超電導導体層の一端部の外径が一様に揃えられていることを特徴とする。 The invention according to claim 1 relates to a terminal structure of a superconducting cable.
At one end of a superconducting cable having a plurality of superconducting conductor layers formed concentrically stacked, the inner superconducting conductor layer extends toward the one end side of the outer superconducting conductor layer. Ori,
The outer diameters of one ends of all the superconducting conductor layers are uniformly aligned by the spacers provided inside the inner superconducting conductor layer in a state of extending from the outer superconducting conductor layer. It is characterized by.

請求項２記載の発明は、請求項１記載の超電導ケーブルの端子構造において、
前記スペーサーは平均体積熱伝導率が1[W/(m・K)]以下であることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the terminal structure of the superconducting cable according to claim 1.
The spacer is characterized in that the average volume thermal conductivity is 1 [W / (m · K)] or less.

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の超電導ケーブルの端子構造において、
前記複数の超電導導体層の一端部を囲繞する導体スリーブと、
当該導体スリーブと前記複数の超電導導体層の一端部との間に介在する介在層とを備えることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the terminal structure of the superconducting cable according to claim 1 or 2.
A conductor sleeve that surrounds one end of the plurality of superconducting conductor layers,
It is characterized by including an intervening layer interposed between the conductor sleeve and one end of the plurality of superconducting conductor layers.

請求項４記載の発明は、請求項３記載の超電導ケーブルの端子構造において、
前記介在層は、半田又はそれ以外の低融点金属からなることを特徴とする。 The invention according to claim 4 is the terminal structure of the superconducting cable according to claim 3.
The interposition layer is characterized by being made of solder or other low melting point metal.

請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の超電導ケーブルの端子構造において、
前記導体スリーブは、二部材からなる半割構造であることを特徴とする。 The invention according to claim 5 is the terminal structure of the superconducting cable according to claim 3 or 4.
The conductor sleeve is characterized by having a half-split structure composed of two members.

請求項６記載の発明は、請求項３から５のいずれか一項に記載の超電導ケーブルの端子構造において、
前記超電導導体層は、前記超電導ケーブルの外周に沿って並んだ複数の超電導線材により形成されており、
前記複数の超電導線材の前記導体スリーブに対する接続抵抗値が均一であることを特徴とする。 The invention according to claim 6 is the terminal structure of the superconducting cable according to any one of claims 3 to 5.
The superconducting conductor layer is formed of a plurality of superconducting wires arranged along the outer circumference of the superconducting cable.
It is characterized in that the connection resistance values of the plurality of superconducting wires to the conductor sleeves are uniform.

本発明により、構造がシンプル且つ形成が容易であり、各超電導導体層の接続抵抗の均一化を図ることが可能となる。 According to the present invention, the structure is simple and easy to form, and it is possible to make the connection resistance of each superconducting conductor layer uniform.

発明の実施形態である超電導ケーブルの端子構造の斜視図である。It is a perspective view of the terminal structure of the superconducting cable which is an embodiment of the invention. 発明の実施形態である超電導ケーブルの端子構造の断面図である。It is sectional drawing of the terminal structure of the superconducting cable which is an embodiment of an invention. 超電導線材の断面図である。It is sectional drawing of the superconducting wire material. 従来の超電導ケーブルの端子構造の断面図である。It is sectional drawing of the terminal structure of the conventional superconducting cable.

[発明の実施形態の概要]
以下に、本発明を実施するための好ましい実施の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複した説明を適宜省略する。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。 [Outline of Embodiment of the Invention]
Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. However, although the embodiments described below are provided with various technically preferable limitations for carrying out the present invention, the scope of the present invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples. Further, in each drawing, the same or corresponding elements are appropriately designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted as appropriate. Furthermore, it should be noted that the drawings are schematic and the dimensional relationships of each element may differ from the actual ones. Even between drawings, there may be parts with different dimensional relationships and ratios.

図１は本発明の実施形態に係る超電導ケーブルの端子構造１０の斜視図、図２は断面図である。なお、超電導ケーブルの端子構造１０は、後述する銅スリーブ７０を除いて超電導ケーブル９０の中心線回りに同一構造なので、図２では、当該中心線より下側の図示を省略している。 FIG. 1 is a perspective view of the terminal structure 10 of the superconducting cable according to the embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view. Since the terminal structure 10 of the superconducting cable has the same structure around the center line of the superconducting cable 90 except for the copper sleeve 70 described later, the illustration below the center line is omitted in FIG.

［超電導ケーブル］
超電導ケーブル９０は、その中心から外側に向かって、フォーマ２０、内部電気絶縁層３０、四層の超電導導体層４０、外部電気絶縁層５０が順番で形成されている。
また、実際には、超電導ケーブル９０は、外部電気絶縁層５０の外周側に、超電導シールド層、外部安定化層などが設けられているが、これらの部材は、端子構造１０を形成するケーブル端部では取り除かれるので、図２ではこれらの図示を省略している。 [Superconducting cable]
In the superconducting cable 90, a former 20, an internal electrical insulating layer 30, a four-layer superconducting conductor layer 40, and an external electrical insulating layer 50 are formed in this order from the center to the outside.
Further, in reality, the superconducting cable 90 is provided with a superconducting shield layer, an external stabilizing layer, etc. on the outer peripheral side of the external electrical insulating layer 50, but these members are cable ends forming the terminal structure 10. Since they are removed in the section, these illustrations are omitted in FIG.

フォーマ２０は、例えば銅等の導電性材料を撚り合わせて構成される。なお、フォーマ２０は内部が中実で図示されているが、内部を中空としても良い。 The former 20 is constructed by twisting a conductive material such as copper. Although the inside of the former 20 is shown as solid, the inside may be hollow.

四層の超電導導体層４０は同心で重ねて形成されており、それぞれの超電導導体層４０の間にはポリエチレン等の絶縁材料からなる図示しないシート材が介挿されている。
また、各超電導導体層４０は、複数本の超電導線材１００が螺旋状に巻回されることにより形成されている。
なお、各超電導導体層４０を構成する超電導線材１００は、その幅に比べて厚さが十分に薄く、各超電導導体層４０を構成する超電導線材１００の本数は同一となっている。 The four superconducting conductor layers 40 are concentrically stacked and formed, and a sheet material (not shown) made of an insulating material such as polyethylene is interposed between the four superconducting conductor layers 40.
Further, each superconducting conductor layer 40 is formed by spirally winding a plurality of superconducting wire members 100.
The thickness of the superconducting wire members 100 constituting each superconducting conductor layer 40 is sufficiently thinner than the width thereof, and the number of superconducting wire members 100 constituting each superconducting conductor layer 40 is the same.

各超電導導体層４０を構成する超電導線材１００は、例えば、図３に示すように、基材１の片方の主面（厚み方向における一方の面）上に中間層２、超電導層３、保護層４が順に積層された積層体と、その積層体の周囲を被覆する銅安定化層５を備えているテープ状の超電導線である。
超電導層３を構成する超電導体としては、液体窒素温度以上で超電導を示すＲＥ系超電導体（ＲＥ：希土類元素）、例えば化学式ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-y（ｙは酸素不定比量）で表されるイットリウム系超電導体（以下、Ｙ系超電導体）が代表的である。
なお、前述したように、超電導線材１００の厚さ（図３における上下方向の寸法）は幅（図３における左右方向の寸法）に比べて非常に薄くなっているが、図２では構造の明確化のために実際よりも厚さを厚くして図示している。 As shown in FIG. 3, for example, as shown in FIG. 3, the superconducting wire 100 constituting each superconducting conductor layer 40 has an intermediate layer 2, a superconducting layer 3, and a protective layer on one main surface (one surface in the thickness direction) of the base material 1. It is a tape-shaped superconducting wire including a laminated body in which 4 is laminated in order and a copper stabilizing layer 5 that covers the periphery of the laminated body.
The superconductor constituting the superconducting layer 3 is represented by a RE-based superconductor (RE: rare earth element) showing superconductivity at a liquid nitrogen temperature or higher, for example, the chemical formula YBa 2 Cu 3 O 7-y (y is an oxygen non-stoichiometric amount). The yttrium-based superconductor (hereinafter referred to as Y-based superconductor) is typical.
As described above, the thickness of the superconducting wire 100 (vertical dimension in FIG. 3) is much thinner than the width (horizontal dimension in FIG. 3), but the structure is clear in FIG. The figure is made thicker than it actually is for the sake of conversion.

内部電気絶縁層３０及び外部電気絶縁層５０は、いずれも、絶縁性紙類、例えば絶縁紙、絶縁紙とポリプロピレンフィルムを接合した半合成紙、高分子不織布テープなどで構成され、フォーマ２０又は超電導導体層４０の最外層の上に巻回することにより積層状態で形成される。 The internal electrical insulating layer 30 and the external electrical insulating layer 50 are both made of insulating paper, for example, insulating paper, semi-synthetic paper in which insulating paper and polypropylene film are bonded, polymer non-woven tape, etc., and the former 20 or superconducting It is formed in a laminated state by winding it on the outermost layer of the conductor layer 40.

［端子構造］
端子構造１０が形成される超電導ケーブル９０の一端部において、四層の超電導導体層４０は、内側の超電導導体層４０が外側の超電導導体層４０よりも一端部側（図２における左側）に延出されている。つまり、各超電導導体層４０の中でより内側のものは、その先端部がより超電導ケーブル９０の一端部側まで延出され、より外側のものは、その先端部が超電導ケーブル９０の一端部からより後退した位置（図２における右側）となる。また、最外層となる超電導導体層４０は、外部電気絶縁層５０よりも一端部側に延出されている。 [Terminal structure]
At one end of the superconducting cable 90 in which the terminal structure 10 is formed, in the four-layer superconducting conductor layer 40, the inner superconducting conductor layer 40 extends to one end side (left side in FIG. 2) with respect to the outer superconducting conductor layer 40. It has been issued. That is, in each superconducting conductor layer 40, the tip of the inner one extends to one end side of the superconducting cable 90, and the tip of the outer one extends from one end of the superconducting cable 90. It will be a more retracted position (right side in FIG. 2). Further, the superconducting conductor layer 40, which is the outermost layer, extends to one end side of the external electrical insulating layer 50.

つまり、各超電導導体層４０は、いわゆる段剥ぎの状態とされており、その状態からさらに、最外層となる超電導導体層４０を除いて、各超電導導体層４０の内側にスペーサー６０が形成されている。
各スペーサー６０は、各超電導導体層４０がそのすぐ外側の超電導導体層４０よりも延出されている先端部の範囲の内側に形成されている。そして、各スペーサー６０により、各超電導導体層４０におけるそのすぐ外側の超電導導体層４０よりも延出されているその先端部の外周の外径が、最外層となる超電導導体層４０の外周の外径と等しくされている。
従って、四つの超電導導体層４０の延出された先端部は、いずれも、外径が一様となるように揃えられている。 That is, each superconducting conductor layer 40 is in a so-called stepped state, and a spacer 60 is formed inside each superconducting conductor layer 40 except for the superconducting conductor layer 40 which is the outermost layer. There is.
Each spacer 60 is formed inside the range of the tip portion where each superconducting conductor layer 40 extends from the superconducting conductor layer 40 just outside the superconducting conductor layer 40. Then, the outer diameter of the outer periphery of the tip portion of each spacer 60 extending from the superconducting conductor layer 40 immediately outside the superconducting conductor layer 40 is the outer diameter of the outer circumference of the superconducting conductor layer 40 which is the outermost layer. It is equal to the diameter.
Therefore, the extended tip portions of the four superconducting conductor layers 40 are all aligned so that the outer diameters are uniform.

ここで、最も外側となる超電導導体層４０以外の各超電導導体層４０が、いずれも、そのすぐ外側となる超電導導体層４０よりも長さＬだけ超電導ケーブル９０の一端部側に延出されているとする。
そして、最も内側の超電導導体層４０の先端部と内部電気絶縁層３０との間には、ケーブル長手方向における長さＬの範囲で、超電導導体層４０の三層分の厚さ（厳密には、各超電導導体層４０の間に介挿されているシート材の厚さも含む）でスペーサー６０が形成されている。
なお、以下の説明では、「長さ」という場合には特にことわりがない限り、超電導ケーブルの長手方向における長さを示すものとする Here, each of the superconducting conductor layers 40 other than the outermost superconducting conductor layer 40 extends to one end side of the superconducting cable 90 by a length L from the superconducting conductor layer 40 immediately outside the superconducting conductor layer 40. Suppose you are.
Then, between the tip of the innermost superconducting conductor layer 40 and the internal electrical insulating layer 30, the thickness of three layers of the superconducting conductor layer 40 (strictly speaking, within the range of the length L in the longitudinal direction of the cable). , Including the thickness of the sheet material inserted between the superconducting conductor layers 40), the spacer 60 is formed.
In the following description, the term "length" shall indicate the length of the superconducting cable in the longitudinal direction unless otherwise specified.

また、内側から二番目の超電導導体層４０の先端部と最も内側の超電導導体層４０との間には、ケーブル長手方向における長さＬの範囲で、超電導導体層４０の二層分の厚さ（シート材の厚さも含む）でスペーサー６０が形成されている。
さらに、内側から三番目の超電導導体層４０の先端部と内側から二番目の超電導導体層４０との間には、ケーブル長手方方向における長さＬの範囲で、超電導導体層４０一層分の厚さ（シート材の厚さも含む）でスペーサー６０が形成されている。
これらにより、内側から一〜三番目の超電導導体層４０の先端部の外径は、いずれも、最も外側の超電導導体層４０の外径と等しくなり、四つの超電導導体層４０の延出された先端部は外径が一様となっている。 Further, between the tip of the second superconducting conductor layer 40 from the inside and the innermost superconducting conductor layer 40, the thickness of two layers of the superconducting conductor layer 40 is within the range of the length L in the longitudinal direction of the cable. The spacer 60 is formed of (including the thickness of the sheet material).
Further, between the tip of the third superconducting conductor layer 40 from the inside and the second superconducting conductor layer 40 from the inside, the thickness of one layer of the superconducting conductor layer 40 is within the range of the length L in the longitudinal direction of the cable. The spacer 60 is formed by the conductor (including the thickness of the sheet material).
As a result, the outer diameter of the tip of the first to third superconducting conductor layers 40 from the inside became equal to the outer diameter of the outermost superconducting conductor layer 40, and the four superconducting conductor layers 40 were extended. The tip has a uniform outer diameter.

なお、前述したように各超電導導体層４０は複数の超電導線材１００から構成されており、各超電導線材１００は、超電導層３が保護層４及び銅安定化層５に被覆されているが、銅スリーブ７０の内側となる範囲内では、各超電導導体層４０の各超電導線材１００はいずれも保護層４及び銅安定化層５が除去され、超電導層３が露出した状態となっている。 As described above, each superconducting conductor layer 40 is composed of a plurality of superconducting wire members 100, and in each superconducting wire member 100, the superconducting layer 3 is covered with the protective layer 4 and the copper stabilizing layer 5, but copper. Within the range inside the sleeve 70, the protective layer 4 and the copper stabilizing layer 5 are removed from each superconducting wire 100 of each superconducting conductor layer 40, and the superconducting layer 3 is exposed.

なお、各スペーサー６０は、平均体積熱伝導率が1[W/(m・K)]以下の絶縁材料から形成されている。具体的には、ポリイミドからなる樹脂テープ（例えば、カプトンＣ（登録商標））の巻き付けによりスペーサー６０が形成されている。
なお、スペーサー６０は、この樹脂テープのように、上記熱伝導率の条件を満たす熱抵抗体であって、超電導ケーブル９０の使用環境温度（極低温）に耐久し、絶縁性を有する他の材料から形成しても良い。 Each spacer 60 is formed of an insulating material having an average volume thermal conductivity of 1 [W / (m · K)] or less. Specifically, the spacer 60 is formed by winding a resin tape made of polyimide (for example, Kapton C (registered trademark)).
The spacer 60 is another material such as this resin tape, which is a thermal resistor satisfying the above conditions of thermal conductivity, is durable against the operating environment temperature (cryogenic) of the superconducting cable 90, and has insulating properties. It may be formed from.

前述したように、最外層の超電導導体層４０を除く各超電導導体層４０は、いずれも、そのすぐ外側の超電導導体層４０よりも長さＬだけ超電導ケーブル９０の一端部側に延出されている。また、最外層の超電導導体層４０がすぐ外側の外部電気絶縁層５０よりも長さＬだけ超電導ケーブル９０の一端部側に延出されている。
そして、全ての超電導導体層４０における長さＬだけ延出された先端部は、全て外径が一様となっている。
この外径が等しい四つの超電導導体層４０の延出された先端部は、これらの一様な外径よりも僅かに内径が大きな導体スリーブとしての銅スリーブ７０に挿入され、周囲が囲繞された状態となっている。
この銅スリーブ７０は、四つの超電導導体層４０の長さＬの延出された先端部を囲繞するので、その長さが４Ｌとなっている。
また、銅スリーブ７０は、図１に示すように、円筒状の外周面にから半径方向外側に延出された平板状の端子接続部７１が一体的に形成されている。この端子接続部７１は、矩形平板状であって、ケーブル長手方向に沿って銅スリーブ７０のほぼ全長に渡って形成され、端子の接続を容易にするために貫通孔が三つ並んで形成されている。 As described above, each of the superconducting conductor layers 40 except the superconducting conductor layer 40, which is the outermost layer, extends to one end side of the superconducting cable 90 by a length L from the superconducting conductor layer 40 immediately outside the superconducting conductor layer 40. There is. Further, the superconducting conductor layer 40 of the outermost layer extends to one end side of the superconducting cable 90 by a length L from the external electrical insulating layer 50 immediately outside.
The outer diameters of all the tip portions of all the superconducting conductor layers 40 extending by the length L have a uniform outer diameter.
The extended tips of the four superconducting conductor layers 40 having the same outer diameter were inserted into a copper sleeve 70 as a conductor sleeve having an inner diameter slightly larger than these uniform outer diameters, and the periphery was surrounded. It is in a state.
Since the copper sleeve 70 surrounds the extended tip portion of the length L of the four superconducting conductor layers 40, the length is 4 L.
Further, as shown in FIG. 1, the copper sleeve 70 is integrally formed with a flat plate-shaped terminal connecting portion 71 extending outward in the radial direction from a cylindrical outer peripheral surface. The terminal connection portion 71 has a rectangular flat plate shape, is formed over approximately the entire length of the copper sleeve 70 along the longitudinal direction of the cable, and is formed with three through holes arranged side by side to facilitate terminal connection. ing.

また、外径が等しい四つの超電導導体層４０の延出された先端部の外周面と銅スリーブ７０の内周面との間には半田からなる介在層８０が介在している。なお、介在層８０は、伝導性に優れる低融点金属であれば半田以外で形成しても良い。 Further, an intervening layer 80 made of solder is interposed between the outer peripheral surface of the extended tip portion of the four superconducting conductor layers 40 having the same outer diameter and the inner peripheral surface of the copper sleeve 70. The intervening layer 80 may be formed of a metal other than solder as long as it is a low melting point metal having excellent conductivity.

上記外径が等しい四つの超電導導体層４０の延出された先端部は、いずれも均一な長さＬとしており、その範囲で介在層８０を介して銅スリーブ７０に接続されている。
そして、各超電導導体層４０は、それぞれが同じ本数の超電導線材１００によって形成されているので、銅スリーブ７０の内周面に対する各超電導導体層４０の個々の超電導線材１００の超電導層の対向面積はいずれも［線材幅×長さＬ］となり、各超電導線材１００の銅スリーブ７０に対する接続抵抗値の均一化が図られている。
また、各超電導導体層４０の超電導線材１００の本数が等しいので、各超電導導体層４０の銅スリーブ７０に対する接続抵抗値も均一化が図られている。 The extended tip portions of the four superconducting conductor layers 40 having the same outer diameter all have a uniform length L, and are connected to the copper sleeve 70 via the intervening layer 80 within that range.
Since each of the superconducting conductor layers 40 is formed of the same number of superconducting wire members 100, the area of the superconducting wire members 100 facing the inner peripheral surface of the copper sleeve 70 is different from that of the individual superconducting wire members 100. In each case, the ratio is [wire width x length L], and the connection resistance value of each superconducting wire 100 with respect to the copper sleeve 70 is made uniform.
Further, since the number of superconducting wire members 100 in each superconducting conductor layer 40 is the same, the connection resistance value of each superconducting conductor layer 40 to the copper sleeve 70 is also made uniform.

［端子構造の形成方法］
上記構成の超電導ケーブルの端子構造１０の形成方法について説明する。
まず、超電導ケーブル９０の一端部において、各超電導導体層４０を長さＬで全て段剥ぎする（段剥ぎ工程）。
次いで、最外層を除く各超電導導体層４０の内面側にスペーサー６０を形成し、各超電導導体層４０の段剥ぎにより延出された先端部の外径の均一化を図る（均一化工程）。このとき、スペーサー６０は、カプトンＣ（登録商標）のテープ巻により形成する。
次いで、各超電導導体層４０を構成する各超電導線材１００の先端部の超電導層３を露出させ、各超電導導体層４０の延出された先端部の外周に溶融半田を塗布し、銅スリーブ７０に挿入する（スリーブ装着工程）。この際、銅スリーブ７０に対して超電導ケーブル９０が同心状態を維持するように、治具等で保持した状態で銅スリーブ７０に対する超電導ケーブル９０の各超電導導体層４０の延出された先端部を挿入する作業を行うことが望ましい。
そして、溶融半田を冷却し、介在層８０が形成されて電導ケーブルの端子構造１０は完成となる。 [Method of forming terminal structure]
A method of forming the terminal structure 10 of the superconducting cable having the above configuration will be described.
First, at one end of the superconducting cable 90, all the superconducting conductor layers 40 are stripped in steps of length L (step stripping step).
Next, a spacer 60 is formed on the inner surface side of each superconducting conductor layer 40 excluding the outermost layer, and the outer diameter of the tip portion extended by step peeling of each superconducting conductor layer 40 is made uniform (uniformization step). At this time, the spacer 60 is formed by winding a tape of Kapton C (registered trademark).
Next, the superconducting layer 3 at the tip of each superconducting wire 100 constituting each superconducting conductor layer 40 is exposed, molten solder is applied to the outer periphery of the extended tip of each superconducting conductor layer 40, and the copper sleeve 70 is covered with molten solder. Insert (sleeve mounting process). At this time, in order to maintain the superconducting cable 90 in a concentric state with respect to the copper sleeve 70, the extended tip portion of each superconducting conductor layer 40 of the superconducting conductor layer 40 with respect to the copper sleeve 70 is held in a state of being held by a jig or the like. It is desirable to perform the work of inserting.
Then, the molten solder is cooled, the intervening layer 80 is formed, and the terminal structure 10 of the conductive cable is completed.

［実施形態の技術的効果］
上記超電導ケーブルの端子構造１０は、複数の超電導導体層４０の延出された先端部の外径が複数のスペーサー６０により、一様に揃えられているので、超電導導体層４０の各層ごとに内径の異なる複数のスリーブを用意したり、複数のスリーブを束ねる接続板に接続したり、スリーブ内に段部を形成して、内径を段階的に変化させたりする必要がなく、均一な内径の銅スリーブ７０を装着することで全ての超電導導体層４０との導通を図ることが可能である。
このため、端子構造１０の構造はシンプルになり、その施工作業も非常に容易に行うことが可能となる。また、銅スリーブ７０内は一様な内径であって段差はなく、各超電導導体層４０に捻れが生じる作業もないので、施工時における各超電導導体層４０の破損等の発生を効果的に低減することも可能である。 [Technical effect of the embodiment]
In the terminal structure 10 of the superconducting cable, the outer diameters of the extended tips of the plurality of superconducting conductor layers 40 are uniformly aligned by the plurality of spacers 60, so that the inner diameter of each layer of the superconducting conductor layers 40 is uniform. Copper with a uniform inner diameter without the need to prepare multiple sleeves with different diameters, connect to a connecting plate that bundles multiple sleeves, or form a step in the sleeve to change the inner diameter step by step. By attaching the sleeve 70, it is possible to achieve continuity with all the superconducting conductor layers 40.
Therefore, the structure of the terminal structure 10 becomes simple, and the construction work thereof can be performed very easily. Further, since the inside of the copper sleeve 70 has a uniform inner diameter, there is no step, and there is no work in which each superconducting conductor layer 40 is twisted, the occurrence of damage to each superconducting conductor layer 40 during construction is effectively reduced. It is also possible to do.

超電導ケーブルの端子構造１０は、銅スリーブ７０を接続端子に接続し、超電導ケーブル９０を流れる電流を取り出す超電導ケーブルの終端接続部として利用することが可能である。
また、超電導ケーブルの端子構造１０は、銅スリーブ７０を他の超電導ケーブルに設けられた端子構造１０の銅スリーブ７０と電気的に接続し、超電導ケーブルの中間接続部として利用することも可能である。 The terminal structure 10 of the superconducting cable can be used as a terminal connection portion of the superconducting cable by connecting the copper sleeve 70 to the connection terminal and extracting the current flowing through the superconducting cable 90.
Further, the terminal structure 10 of the superconducting cable can be used as an intermediate connection portion of the superconducting cable by electrically connecting the copper sleeve 70 to the copper sleeve 70 of the terminal structure 10 provided on the other superconducting cable. ..

また、上記端子構造１０では、複数の超電導導体層４０の延出された先端部の外径がスペーサー６０により一様に揃えられているので、各超電導導体層４０の延出された先端部の表面積を均一に揃えるだけで、各超電導導体層４０ごとに銅スリーブ７０に対する接続抵抗の均一化を図ることが可能となる。また、各超電導導体層４０ごとに銅スリーブ７０に対する距離が異なる場合のように、端子構造１０の形成時における位置調節が困難になる場合と異なり、その形成作業を非常に容易に行うことが可能となる。 Further, in the terminal structure 10, since the outer diameters of the extended tip portions of the plurality of superconducting conductor layers 40 are uniformly aligned by the spacer 60, the extended tip portions of the superconducting conductor layers 40 are aligned with each other. By simply making the surface areas uniform, it is possible to make the connection resistance to the copper sleeve 70 uniform for each superconducting conductor layer 40. Further, unlike the case where the position adjustment at the time of forming the terminal structure 10 becomes difficult as in the case where the distance to the copper sleeve 70 is different for each superconducting conductor layer 40, the forming work can be performed very easily. It becomes.

また、スペーサー６０の形成材料を平均体積熱伝導率が1[W/(m・K)]以下のものとしているので、端子構造１０の形成時における介在層８０の半田の熱が周囲に伝達することを抑制し、各超電導導体層４０の超電導線材１００の熱破壊や超電導性能の低下の発生を低減することが可能となる。 Further, since the material for forming the spacer 60 has an average volume thermal conductivity of 1 [W / (m · K)] or less, the heat of the solder of the intervening layer 80 at the time of forming the terminal structure 10 is transferred to the surroundings. This can be suppressed, and the occurrence of thermal destruction of the superconducting wire 100 of each superconducting conductor layer 40 and deterioration of superconducting performance can be reduced.

また、銅スリーブ７０と複数の超電導導体層４０の一端部との間に介在層８０を設けたので、銅スリーブ７０と複数の超電導導体層４０の導電性を確保しつつも銅スリーブ７０に対する複数の超電導導体層４０の挿入を容易に行うことができ、端子構造１０の形成のさらなる容易化を図ることが可能となる。
また、介在層８０は、半田等の低融点金属からなるので、形成時に各超電導導体層４０の加熱を最低限に抑え、熱破壊や超電導性能の低下の発生をより低減することが可能となる。 Further, since the intervening layer 80 is provided between the copper sleeve 70 and one end of the plurality of superconducting conductor layers 40, a plurality of layers with respect to the copper sleeve 70 while ensuring the conductivity of the copper sleeve 70 and the plurality of superconducting conductor layers 40. The superconducting conductor layer 40 can be easily inserted, and the formation of the terminal structure 10 can be further facilitated.
Further, since the intervening layer 80 is made of a low melting point metal such as solder, it is possible to minimize the heating of each superconducting conductor layer 40 at the time of formation, and to further reduce the occurrence of thermal destruction and deterioration of superconducting performance. ..

また、各超電導導体層４０は、複数の超電導線材１００から形成しているので、端子構造を形成する際の加工、例えば、超電導線材１００の裏側にスペーサー６０を介挿する作業等を容易に行うことが可能である。
また、上記各超電導導体層４０では、いずれも同じ本数の超電導線材１００により形成されているが、これらが異なる本数の場合であっても、各超電導導体層４０の本数を把握すれば、各超電導導体層４０の銅スリーブ７０に対する対向面積を容易に把握することができ、各超電導導体層４０の接続抵抗値の管理或いは設計を容易に行うことが可能である。 Further, since each superconducting conductor layer 40 is formed from a plurality of superconducting wire members 100, processing when forming a terminal structure, for example, a work of inserting a spacer 60 on the back side of the superconducting wire member 100, etc. can be easily performed. It is possible.
Further, each of the above superconducting conductor layers 40 is formed of the same number of superconducting wire members 100, but even if these are different numbers, if the number of each superconducting conductor layer 40 is grasped, each superconducting conductor layer 40 is formed. The area of the conductor layer 40 facing the copper sleeve 70 can be easily grasped, and the connection resistance value of each superconducting conductor layer 40 can be easily managed or designed.

［その他］
上記導体スリーブは、銅スリーブ７０に限らず、他の良導体から形成しても良いことは言うまでもない。
また、銅スリーブ７０を含む導体スリーブは、その中心線を通る半割面で二分した二部材から形成しても良い。その場合、超電導ケーブル９０の各超電導導体層４０に対して、挿入ではなく、両側から挟むように導体スリーブの取り付けを行うことができ、露出した超電導層の破損を防ぎ、信頼性の高い端子構造を形成することが可能となる。 [Other]
Needless to say, the conductor sleeve is not limited to the copper sleeve 70 and may be formed from other good conductors.
Further, the conductor sleeve including the copper sleeve 70 may be formed of two members divided into two by a half-split surface passing through the center line thereof. In that case, the conductor sleeve can be attached to each superconducting conductor layer 40 of the superconducting cable 90 so as to be sandwiched from both sides instead of being inserted, preventing damage to the exposed superconducting layer and having a highly reliable terminal structure. Can be formed.

また、導体スリーブの内周面に一乃至複数の溝を形成すれば、先に導体スリーブに超電導ケーブル９０の各超電導導体層４０を挿入し固定した状態で、溝から半田を流し込むことが可能となり、隙間寸法の精度を高めると共に形成作業をより容易に行うことが可能となる。
また、導体スリーブの内周面に形成された溝は、半田等からなる介在層８０に生じた気泡を外部に排出するための排出溝として利用することも可能である。 Further, if one or a plurality of grooves are formed on the inner peripheral surface of the conductor sleeve, it is possible to pour solder from the grooves in a state where each superconducting conductor layer 40 of the superconducting cable 90 is first inserted and fixed in the conductor sleeve. , The accuracy of the gap dimension can be improved and the forming work can be performed more easily.
Further, the groove formed on the inner peripheral surface of the conductor sleeve can also be used as a discharge groove for discharging air bubbles generated in the intervening layer 80 made of solder or the like to the outside.

また、超電導ケーブル９０は中心にフォーマ２０を備える構造としているが、フォーマ２０に替えて、ケーブル冷却用の液体冷媒を流す管路を設けてもよい。
また、超電導ケーブル９０の超電導導体層４０は四層の場合を例示したが超電導導体層４０の数は増減させてもよい。 Further, although the superconducting cable 90 has a structure in which the former 20 is provided in the center, a pipeline through which a liquid refrigerant for cooling the cable flows may be provided instead of the former 20.
Further, although the case where the superconducting conductor layer 40 of the superconducting cable 90 has four layers is illustrated, the number of superconducting conductor layers 40 may be increased or decreased.

また、超電導ケーブルの端子構造１０は、各超電導導体層４０を構成する複数の超電導線材１００の内の少なくとも一本について、前述した延出長さＬよりも長く延ばし、銅スリーブ７０の外部に各超電導導体層４０ごとに少なくとも一本の超電導線材１００を引出し、これを超電導導体層４０と銅スリーブ７０との接続抵抗の検査用の配線として利用しても良い。 Further, in the terminal structure 10 of the superconducting cable, at least one of the plurality of superconducting wire members 100 constituting each superconducting conductor layer 40 is extended longer than the above-mentioned extension length L, and is provided outside the copper sleeve 70. At least one superconducting wire 100 may be drawn out for each superconducting conductor layer 40, and this may be used as a wiring for inspecting the connection resistance between the superconducting conductor layer 40 and the copper sleeve 70.

かかる構成により検査する場合には、超電導ケーブル９０を冷却により超電導状態とし、超電導ケーブル９０の全体には通電を行わない状態で、各超電導導体層４０から引き出された検査用の配線としての超電導線材の先端部から銅スリーブ７０まで、電流値が既知である検査用の電流を流し、その際の電圧を測定することにより、各超電導導体層４０ごとに銅スリーブ７０に対する接続抵抗値を求めることができる。これにより、施工後の超電導ケーブルの端子構造１０の良否検査を行うことができる。 When inspecting with such a configuration, the superconducting cable 90 is brought into a superconducting state by cooling, and the superconducting wire material as an inspection wiring drawn from each superconducting conductor layer 40 without energizing the entire superconducting cable 90. The connection resistance value to the copper sleeve 70 can be obtained for each superconducting conductor layer 40 by passing an inspection current having a known current value from the tip of the superconducting conductor layer 40 to the copper sleeve 70 and measuring the voltage at that time. it can. As a result, the quality of the terminal structure 10 of the superconducting cable after construction can be inspected.

１ 基材
２ 中間層
３ 超電導層
４ 保護層
５ 銅安定化層
１０ 端子構造
２０ フォーマ
３０ 内部電気絶縁層
４０ 超電導導体層
５０ 外部電気絶縁層
６０ スペーサー
７０ 銅スリーブ（導体スリーブ）
８０ 介在層
９０ 超電導ケーブル
１００ 超電導線材 1 Base material 2 Intermediate layer 3 Superconducting layer 4 Protective layer 5 Copper stabilizing layer 10 Terminal structure 20 Former 30 Internal electrical insulation layer 40 Superconducting conductor layer 50 External electrical insulation layer 60 Spacer 70 Copper sleeve (conductor sleeve)
80 Intervening layer 90 Superconducting cable 100 Superconducting wire material

Claims (6)

同心で重ねて形成された複数の超電導導体層を備える超電導ケーブルの一端部において、前記複数の超電導導体層は内側の超電導導体層が外側の超電導導体層よりも前記一端部側に延出されており、
前記外側の超電導導体層よりも延出された状態の前記内側の超電導導体層の内側に設けられたスペーサーにより、全ての前記超電導導体層の一端部の外径が一様に揃えられていることを特徴とする超電導ケーブルの端子構造。 At one end of a superconducting cable having a plurality of superconducting conductor layers formed concentrically stacked, the inner superconducting conductor layer extends toward the one end side of the outer superconducting conductor layer. Ori,
The outer diameters of one ends of all the superconducting conductor layers are uniformly aligned by the spacers provided inside the inner superconducting conductor layer in a state of extending from the outer superconducting conductor layer. The terminal structure of the superconducting cable is characterized by. 前記スペーサーは平均体積熱伝導率が1[W/(m・K)]以下であることを特徴とする請求項１記載の超電導ケーブルの端子構造。 The terminal structure of a superconducting cable according to claim 1, wherein the spacer has an average volume thermal conductivity of 1 [W / (m · K)] or less. 前記複数の超電導導体層の一端部を囲繞する導体スリーブと、
当該導体スリーブと前記複数の超電導導体層の一端部との間に介在する介在層とを備えることを特徴とする請求項１又は２記載の超電導ケーブルの端子構造。 A conductor sleeve that surrounds one end of the plurality of superconducting conductor layers,
The terminal structure of a superconducting cable according to claim 1 or 2, further comprising an intervening layer interposed between the conductor sleeve and one end of the plurality of superconducting conductor layers. 前記介在層は、半田又はそれ以外の低融点金属からなることを特徴とする請求項３記載の超電導ケーブルの端子構造。 The terminal structure of a superconducting cable according to claim 3, wherein the intervening layer is made of solder or a low melting point metal other than that. 前記導体スリーブは、二部材からなる半割構造であることを特徴とする請求項３又は４記載の超電導ケーブルの端子構造。 The terminal structure of a superconducting cable according to claim 3 or 4, wherein the conductor sleeve has a half-split structure including two members. 前記超電導導体層は、前記超電導ケーブルの外周に沿って並んだ複数の超電導線材により形成されており、
前記複数の超電導線材の前記導体スリーブに対する接続抵抗値が均一であることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の超電導ケーブルの端子構造。 The superconducting conductor layer is formed of a plurality of superconducting wires arranged along the outer circumference of the superconducting cable.
The terminal structure of a superconducting cable according to any one of claims 3 to 5, wherein the connection resistance values of the plurality of superconducting wires to the conductor sleeve are uniform.
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