JPH08339915A

JPH08339915A - 超電導装置用電流リード

Info

Publication number: JPH08339915A
Application number: JP7142998A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Tatsukawa; 昌弘辰川; Kiyoshi Takita; 清滝田; Kiyoshi Sakaki; 喜善榊; Yukio Yasukawa; 保川　　幸雄
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1995-06-09
Filing date: 1995-06-09
Publication date: 1996-12-24

Abstract

(57)【要約】【目的】低温側リードに酸化物超電導体を用いた電流リ
ードにおいて、熱応力による破損を防止し、長期にわた
り安全に使用できるものとする。【構成】酸化物超電導体からなる低温側導体１３Ａを外
筒１４に収納し低温のヘリウムガスを通流して冷却する
低温側リードにおいて、円筒状の低温側導体１３Ａの両
端部に、長手方向に延びる複数のスリット１８および１
９を設け、高温側導体１１に接続された良導電性金属か
らなる中間接続体１５Ａ、および同じく良導電性金属か
らなる低温端子４Ａの凹部に挿入して接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、極低温にある超電導
コイルに室温にある電源から電流を通電する電流リー
ド、ことに低温側リードに高温酸化物超電導体を用いた
電流リードの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】超電導装置の超電導コイルは、液体ヘリ
ウム等の極低温冷媒により冷却されることによって超電
導状態に保持される。したがって、通常、真空断熱容器
内に液体ヘリウムに浸漬して収納される。この超電導コ
イルを励磁するためには、真空断熱容器に電流リードを
組み込み、外部の電源と接続して励磁電流を通電する必
要がある。このとき、電流リードは常温部と極低温部と
を連結することとなるので、この電流リードを介して極
低温部へ侵入する熱が多いと高価な液体ヘリウムが多量
に蒸発し気化することとなる。したがって、電流リード
で発生するジュール発熱を抑制するとともに気化した低
温のヘリウムガスを流して侵入熱を抑える方法が採られ
ている。

【０００３】電流リードの導体の材料としては、銅ある
いは銅合金のような良導電性金属を用いるのが一般的で
あるが、これらの材料は熱伝導性も良いので、侵入熱量
を抑制するためには、ジュール発熱量を勘案して電流値
に対応した導体断面積の最適化が必要である。近年、臨
界温度の極めて高い酸化物超電導体が発見されるととも
に、ジュール発熱がゼロとなりかつ熱伝導率が極めて低
いというその特性に着目して、電流リードの低温側に酸
化物超電導体を用い高温側には従来のように良導電性金
属を用いる方式の電流リード（特開昭63−292610号参
照）が注目され、開発が進められている。

【０００４】図６は、超電導コイルに接続された従来の
電流リードの基本構成を示す超電導装置の模式図であ
る。図において、電流リードは、一端に常温端子１を備
えた高温側リード２と、一端に低温端子４を備えた低温
側リード３とからなり、取付けフランジ７によって真空
断熱容器８に保持されている。常温端子１には、図示さ
れていない外部電源からの接続導体が接続され、低温端
子４には、真空断熱容器８の液体ヘリウム容器９の内部
に液体ヘリウムに浸漬された超電導コイル５の低温接続
導体６が接続されている。侵入熱によって液体ヘリウム
が蒸発して生じた極低温のヘリウムガスは、低温端子４
に設けられた図示しないヘリウムガス入口より低温側リ
ード３の内部へと導かれ、さらに高温側リード２へと送
られ、内部の導体を冷却したのち、ヘリウムガス出口１
０より外部へと排出される。

【０００５】図７は、上記の従来の電流リードの構成を
示す断面図で、（ａ）は高温側リードの横断面図、
（ｂ）は低温側リードの縦断面図、（ｃ）は低温側リー
ドのＸ−Ｘ面の横断面図である。（ａ）に見られるよう
に、高温側リードは、銅あるいは銅合金等の良導電性金
属からなる円形断面の多数本の高温側導体１１を、例え
ばステンレス鋼からなる外筒１２の中に組み込んで構成
されており、内部の空隙に低温のヘリウムガスを通流さ
せて冷却している。

【０００６】また、（ｂ）および（ｃ）に見られるよう
に、低温側リードは、臨界温度の高いＢｉ２２２３（ B
i₂Sr₂Ca₂Cu₃O_X）等の酸化物超電導体からなる円形断面
の低温側導体１３を、例えばステンレス鋼からなる外筒
１４の中に収納して構成されており、低温側導体１３の
外周部に低温のヘリウムガスを通流させて冷却する構成
である。低温側導体１３の一端は、多数本の高温側導体
１１が電気的に接続された良導電性金属からなる中間接
続体１５の凹部に挿入されハンダ付け接続され、また他
端は、同じく良導電性金属からなる低温端子４の凹部に
挿入されハンダ付け接続され、電気的、機械的な接続が
保持されている。液体ヘリウムが蒸発して生じた低温の
ヘリウムガスは、低温端子４に設けられたヘリウムガス
入口１６より導入され、酸化物超電導体からなる低温側
導体１３を冷却して超電導状態に保持するとともに、中
間接続体１５に設けられたヘリウムガス通流孔１７を通
じて高温側リードの内部に流れ、高温側導体１１を冷却
する。

【０００７】上記のごとく、臨界温度が高く、熱伝導率
の小さい酸化物超電導体を用いることにより、従来の電
流リードは、侵入熱が低減され、液体ヘリウムの蒸発量
の少ない効率的な電流リードとなっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに低侵入熱の優れた特性をもつ従来の電流リードにお
いても、以下のように熱応力により低温側導体１３が損
傷する恐れがあるという難点がある。すなわち、従来の
電流リードでは、低温側導体１３の一端が中間接続体１
５の凹部に挿入され、また他端が低温端子４の凹部に挿
入され、それぞれハンダ付け接続されており、かつ中間
接続体１５および低温端子４は外筒１４により支持され
ている。一方、電流リードの製作時には上記の接続部は
500〔Ｋ〕以上の高い温度に加熱してハンダ付けされ、
使用時には70〔Ｋ〕以下の極低温に冷却され、使用停止
の時は室温に温度を上げて保管される。したがって、低
温側リードの各部は、構成する材料の熱膨張の差（例え
ば、長さ 100[mm]の銅を室温から 4.2[K] へ冷却すると
約 0.3 [mm] 収縮するのに対して、長さ 100[mm]の酸化
物超電導体では約 0.1 [mm] の収縮に留まる）によって
相互に熱応力を及ぼしあい、相対的に機械的強度の劣る
酸化物超電導体からなる低温側導体１３、あるいはその
接続部が破損する恐れがあった。

【０００９】この発明の目的は、上記のように低温側導
体に酸化物超電導体を用いた低温側リードを備えた電流
リードにおいて、温度変化に伴う熱応力が緩和され、破
損が防止されて、長期にわたり安全に使用できる低熱侵
入型の電流リードを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、 (1) 超電導コイルに外部電源から電流を通電する電流リ
ードで、常温端子と、高温側リードの良導電性金属から
なる高温側導体と、中間接続体と、低温側リードの高温
酸化物超電導体からなる低温側導体と、低温端子とを直
列に接続してなる電流リードにおいて、低温側導体の長
手方向の両端部に、長手方向に延びるスリットを備える
円筒部を設け、中間接続体および低温端子に設けられた
円断面の凹部に挿入して接続することとする。

【００１１】(2) また、超電導コイルに外部電源から電
流を通電する電流リードで、常温端子と、高温側リード
の良導電性金属からなる高温側導体と、中間接続体と、
低温側リードの高温酸化物超電導体からなる低温側導体
と、低温端子とを直列に接続してなる電流リードにおい
て、中間接続体および低温端子に、長手方向に延びるス
リットを備える円筒状の突出部を設け、突出部の凹部に
低温側導体を挿入して接続することとする。

【００１２】(3) さらに、上記の低温側導体の長手方向
の両端部に、長手方向に延びるスリットを備える円筒部
を設けることとする。 (4) また、超電導コイルに外部電源から電流を通電する
電流リードで、常温端子と、高温側リードの良導電性金
属からなる高温側導体と、中間接続体と、低温側リード
の高温酸化物超電導体からなる低温側導体と、低温端子
とを直列に接続してなる電流リードにおいて、中間接続
体と低温側導体、ならびに低温側導体と低温端子を、例
えば、良導電性金属の薄板、あるいは薄板の積層体、あ
るいは網状体からなり、屈曲部を有する形状に形成され
た可撓接続体を介して接続することとする。

【００１３】

【作用】上記(1) のごとく、低温側導体の長手方向の両
端部に、長手方向に延びるスリットを備える円筒部を設
け、中間接続体および低温端子に設けられた円断面の凹
部に挿入して接続することとすれば、低温に冷却して使
用するとき、熱膨張係数の差によって低温側導体が中間
接続体あるいは低温端子によって径方向中心向きの熱応
力を受けても、この部分の低温側導体はスリットを備え
た円筒形状となっているので、容易に撓むことができ、
熱応力による破損は回避されることとなる。

【００１４】また上記(2) のごとく、中間接続体および
低温端子に長手方向に延びるスリットを備える円筒状の
突出部を設け、突出部の凹部に低温側導体を挿入して接
続することとすれば、低温に冷却して使用するとき、熱
膨張係数の差によって中間接続体あるいは低温端子が低
温側導体より大きな割合で収縮することとなっても、こ
の部分の中間接続体あるいは低温端子はスリットにより
分割されているので、低温側導体へ加わる熱応力は微小
に抑えられ、破損は回避されることとなる。本構成にお
いて、さらに(3) のごとく、低温側導体の長手方向の両
端部に、長手方向に延びるスリットを備える円筒部を設
けることとすれば、低温側導体が容易に撓むことができ
るので、熱応力がさらに微小に抑えられ、低温側導体の
破損が確実に回避されることとなる。

【００１５】また上記(4) のごとく、中間接続体と低温
側導体、ならびに低温側導体と低温端子を、例えば、良
導電性金属の薄板、あるいは薄板の積層体、あるいは網
状体からなり、屈曲部を備えた形状に形成された可撓接
続体により接続することとすれば、低温側導体と中間接
続体あるいは低温端子が、熱膨張係数の差によって異な
った割合で収縮することがあっても、それらの間は可撓
接続体により接続されているので、互いに及ぼす熱応力
は緩和されて極微小に抑えられるので、低温側導体の破
損が確実に防止されることとなる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は、本発明の超電導装置用電流リードの第１の
実施例の低温側リード部分の要部断面図で、（ａ）は縦
断面図、（ｂ）はＡ−Ａ面での横断面図である。図７に
示した従来の電流リードと同一機能を有する構成部品に
ついては、同一符号を付して重複する説明は省略する。

【００１７】本実施例の電流リードの従来例との差異
は、低温側導体１３Ａの構成にあり、従来例では円柱状
であったのに対して、本実施例では、円筒状をなし、特
に両端部に、周方向に分散配置され長手方向に延びる複
数のスリット１８、および１９が設置されている点が特
徴である。また、本構成では、円筒状の低温側導体１３
Ａの採用にともない、低温端子４Ａおよび中間接続体１
５Ａの中央部にもそれぞれヘリウムガス入口１６および
ヘリウムガス通流口１７が設けられており、低温側導体
１３Ａは外周側からのみならず、内周側からも低温のヘ
リウムガスにより冷却される構成である。

【００１８】本構成においては、良導電性金属からなる
低温端子４Ａおよび中間接続体１５Ａは、酸化物超電導
体からなる低温側導体１３Ａより熱膨張係数が大きいの
で、使用時に低温に冷却すると、低温側導体１３Ａが低
温端子４Ａおよび中間接続体１５Ａより圧縮力を受ける
こととなるが、複数のスリット１８、および１９が設置
されているので、低温側導体１３Ａは撓むことができ、
熱応力による破損が回避されることとなる。

【００１９】図２は、本発明の超電導装置用電流リード
の第２の実施例の低温側リード部分の要部断面図で、
（ａ）は縦断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ面での横断面図であ
る。この実施例の電流リードにおいては、低温端子４Ｂ
および中間接続体１５Ｂが、低温側導体１３との接続側
に円筒状の突出部を備え、かつ突出部に周方向に分散配
置され長手方向に延びるスリット２０、および２１を備
えていることが特徴であり、各々の突出部の凹部に低温
側導体１３を挿入して接続されている。本構成において
は、低温への冷却にともない熱膨張の差により低温側導
体１３へ加わる熱応力が上記のスリット２０、および２
１によって緩和され、微小に抑えられるので、低温側導
体１３の破損が回避される。

【００２０】図３は、本発明の超電導装置用電流リード
の第３の実施例の低温側リード部分の要部断面図で、
（ａ）は縦断面図、（ｂ）はＣ−Ｃ面での横断面図であ
る。この実施例の電流リードは、円筒状で、両端部に長
手方向に延びる複数のスリット２０、および２１を備え
た低温側導体１３Ｂを、第２の実施例の電流リードに用
いた低温端子および中間接続体と類似の円筒状の突出部
を備え、中央部にヘリウムガス入口１６、ヘリウムガス
通流孔１７を付加した低温端子４Ｃおよび中間接続体１
５Ｃに挿入し接続するよう構成されたものである。本構
成では、低温側導体１３Ｂと、低温端子４Ｃおよび中間
接続体１５Ｃとの双方の接続部にスリットが設けられ、
分割されているので、熱応力が効果的に緩和され、確実
に破損が回避されることとなる。

【００２１】図４は、本発明の超電導装置用電流リード
の第４の実施例の低温側リード部分の要部断面図で、
（ａ）は縦断面図、（ｂ）はＤ−Ｄ面での横断面図であ
る。この実施例の電流リードの従来例との差異は、円筒
状の低温側導体１３Ｃが、それぞれ良導電性金属からな
る４個の可撓接続体２２および２３により、低温端子４
Ｄおよび中間接続体１５Ｄに接続保持されている点にあ
る。可撓接続体２２および２３は、いずれも金属薄板積
層体で形成され、中間部分に屈曲部を有する構成である
ので、電流リードの長手方向、径方向の双方に可撓性を
保持している。したがって、本構成では、冷却にともな
い熱収縮の差が生じても、低温端子４Ｄおよび中間接続
体１５Ｄから低温側導体１３Ｃに働く熱応力は可撓接続
体２２および２３により吸収され、微小に抑えられるの
で、低温側導体１３Ｃが破損することはない。

【００２２】図５は、本発明の超電導装置用電流リード
の第５の実施例の低温側リード部分の要部縦断面図であ
る。この実施例の電流リードは、第４の実施例の電流リ
ードに用いた可撓接続体の構成の他の例を示すもので、
コの字状に形成して屈曲部を備えた金属薄板積層体で４
個の可撓接続体２２Ａおよび２３Ａを構成したもので、
第４の実施例と同様に、低温側導体１３Ｃに働く熱応力
が微小に抑えられ、低温側導体１３Ｃの破損が防止され
る。

【００２３】なお、上記の第１の実施例においては、低
温側導体１３Ａを円筒状のものとして例示しているが、
円筒状に限らず、中間部は円柱状で両端部が円筒状のも
のにあっても同様な効果が得られることは明らかであ
る。また、上記の第４、第５の実施例においては、低温
側導体１３Ｃを円筒状のものとして例示しているが、円
筒状に限らず、円柱状であっても同様な効果が得られる
ことは明らかである。また、これらの例において、可撓
接続体を良導電性金属からなる金属薄板積層体より構成
しているが、金属薄板そのものを用いてもよく、また多
数の細線を編組してなる金属製の網状体を用いてもよ
い。

【００２４】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、 (1) 超電導コイルに外部電源から電流を通電する電流リ
ードで、常温端子と、高温側リードの良導電性金属から
なる高温側導体と、中間接続体と、低温側リードの高温
酸化物超電導体からなる低温側導体と、低温端子とを直
列に接続してなる電流リードにおいて、低温側導体の長
手方向の両端部に、長手方向に延びるスリットを備える
円筒部を設け中間接続体および低温端子に設けられた円
断面の凹部に挿入して接続することとしたので、低温側
導体が中間接続体あるいは低温端子によって熱応力を受
けても、容易に撓んで、熱応力による破損が回避される
こととなり、長期にわたり安全に使用できる低熱侵入型
の電流リードが得られることとなった。

【００２５】(2) また、超電導コイルに外部電源から電
流を通電する電流リードで、常温端子と、高温側リード
の良導電性金属からなる高温側導体と、中間接続体と、
低温側リードの高温酸化物超電導体からなる低温側導体
と、低温端子とを直列に接続してなる電流リードにおい
て、中間接続体および低温端子に長手方向に延びるスリ
ットを備える円筒状の突出部を設け、突出部の凹部に低
温側導体を挿入して接続することとしたので、低温側導
体に加わる熱応力が緩和され、熱応力による破損が回避
されることとなるので、長期にわたり安全に使用できる
低熱侵入型の電流リードが得られる。

【００２６】(3) さらに、上記の低温側導体の長手方向
の両端部に長手方向に延びるスリットを備える円筒部を
設けることとすれば、低温側導体に加わる熱応力がより
効果的に緩和されることとなるので、長期にわたり安全
に使用できる低熱侵入型の電流リードとしてより好適で
ある。 (4) また、超電導コイルに外部電源から電流を通電する
電流リードで、常温端子と、高温側リードの良導電性金
属からなる高温側導体と、中間接続体と、低温側リード
の高温酸化物超電導体からなる低温側導体と、低温端子
とを直列に接続してなる電流リードにおいて、中間接続
体と低温側導体、ならびに低温側導体と低温端子を、例
えば、良導電性金属の薄板、あるいは薄板の積層体、あ
るいは網状体からなり、屈曲部を有する形状に形成され
た可撓接続体を介して接続することとすれば、低温側導
体と中間接続体あるいは低温端子が互いに及ぼす熱応力
が緩和されて極微小に抑えられ、低温側導体の破損が確
実に防止されることとなるので、長期にわたり安全に使
用できる低熱侵入型の電流リードとして好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超電導装置用電流リードの第１の実施
例の低温側リード部分の要部断面図で、（ａ）は縦断面
図、（ｂ）は横断面図

【図２】本発明の超電導装置用電流リードの第２の実施
例の低温側リード部分の要部断面図で、（ａ）は縦断面
図、（ｂ）は横断面図

【図３】本発明の超電導装置用電流リードの第３の実施
例の低温側リード部分の要部断面図で、（ａ）は縦断面
図、（ｂ）は横断面図

【図４】本発明の超電導装置用電流リードの第４の実施
例の低温側リード部分の要部断面図で、（ａ）は縦断面
図、（ｂ）は横断面図

【図５】本発明の超電導装置用電流リードの第５の実施
例の低温側リード部分の要部縦断面図

【図６】超電導コイルに接続された従来の電流リードの
基本構成を示す超電導装置の模式図

【図７】従来の電流リードの構成を示す断面図で、
（ａ）は高温側リードの横断面図、（ｂ）は低温側リー
ドの縦断面図、（ｃ）は低温側リードの横断面図

【符号の説明】

１常温端子２高温側リード３低温側リード４，４Ａ，４Ｂ低温端子４Ｃ，４Ｄ低温端子５超電導コイル６低温接続導体８真空断熱容器９液体ヘリウム容器１１高温側導体１２外筒１３，１３Ａ低温側導体１３Ｂ，１３Ｃ低温側導体１４外筒１５，１５Ａ中間接続体１５Ｂ，１５Ｃ中間接続体１５Ｄ中間接続体１６ヘリウムガス入口１７ヘリウムガス通流孔１８，１８Ａスリット１９，１９Ａスリット２０スリット２１スリット２２，２２Ａ可撓接続体２３，２３Ａ可撓接続体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者保川幸雄神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空断熱容器に収納され液体ヘリウムに浸
漬された超電導コイルに外部電源から電流を通電する超
電導装置用電流リードで、良導電性金属からなる常温端
子と、高温側リードの良導電性金属からなる高温側導体
と、良導電性金属からなる中間接続体と、低温側リード
の高温酸化物超電導体からなる低温側導体と、良導電性
金属からなる低温端子とを直列に接続してなる超電導装
置用電流リードにおいて、低温側導体が、長手方向の両
端部に長手方向に延びるスリットを備える円筒部を有
し、中間接続体および低温端子に設けられる円断面の凹
部に挿入接続されることを特徴とする超電導装置用電流
リード。
【請求項２】真空断熱容器に収納され液体ヘリウムに浸
漬された超電導コイルに外部電源から電流を通電する超
電導装置用電流リードで、良導電性金属からなる常温端
子と、高温側リードの良導電性金属からなる高温側導体
と、良導電性金属からなる中間接続体と、低温側リード
の高温酸化物超電導体からなる低温側導体と、良導電性
金属からなる低温端子とを直列に接続してなる超電導装
置用電流リードにおいて、中間接続体および低温端子
が、長手方向に延びるスリットを備える円筒状の突出部
を有し、前記突出部の凹部に低温側導体が挿入接続され
ることを特徴とする超電導装置用電流リード。
【請求項３】前記低温側導体が、長手方向の両端部に長
手方向に延びるスリットを備える円筒部を有することを
特徴とする請求項２に記載の超電導装置用電流リード。
【請求項４】真空断熱容器に収納され液体ヘリウムに浸
漬された超電導コイルに外部電源から電流を通電する超
電導装置用電流リードで、良導電性金属からなる常温端
子と、高温側リードの良導電性金属からなる高温側導体
と、良導電性金属からなる中間接続体と、低温側リード
の高温酸化物超電導体からなる低温側導体と、良導電性
金属からなる低温端子とを直列に接続してなる超電導装
置用電流リードにおいて、中間接続体と低温側導体、な
らびに低温側導体と低温端子が、可撓接続体を介して接
続されていることを特徴とする超電導装置用電流リー
ド。
【請求項５】前記可撓接続体が、良導電性金属の薄板、
あるいは薄板の積層体、あるいは網状体からなり、屈曲
部を有する形状に形成されてなることを特徴とする請求
項４に記載の超電導装置用電流リード。