JPH0864330A - 超電導線の接続方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の超電導線を常電導金属と並列に接続す
る際、各超電導線を流れる電流を均一化することができ
る、超電導線の接続方法を提供する。 【構成】 ２本の超電導線１ａ，１ｂを常電導金属２と
並列に接続する方法であって、常電導金属２と各超電導
線１ａ，１ｂとの間に、超電導線３ａ，３ｂを直列に接
続することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超電導線の接続方法に
関するものであり、特に、電流リード、超電導ケーブル
等において、大電流を流すために超電導線を並列接続す
る必要がある場合の超電導線の接続方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般に、銅等の常電導金属端子に、超電
導線を並列に複数本接続する際には、金属端子に直接超
電導線をハンダ付けして接続していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように超電導線
を接続した場合、超電導線自体の抵抗は０であるため、
並列線の抵抗は、各接続部の接触抵抗およびハンダの抵
抗が支配的になる。しかしながら、接触抵抗およびハン
ダの抵抗は、ハンダ付けの条件（接触面積、ハンダ厚み
等）によるものであり、すべての接続部の抵抗を同じに
するのは非常に困難である。この接続抵抗自体は小さい
が、各々の超電導線に流れる電流はこれらの抵抗の逆比
で分流する。そのため、接続部の抵抗が小さいほど、接
続抵抗の誤差が大きく分流値に影響を与える。以下、図
を用いて詳しく説明する。

【０００４】図１２は、簡単のため、従来の方法により
２本の超電導線を常電導金属に並列に接続した状態を示
す図である。

【０００５】図１２を参照して、２本の超電導線１ａ，
１ｂが、常電導金属２ａ，２ｂに直接ハンダ付けされて
いる。Ｒ₁ ，Ｒ₃ ，Ｒ₄ およびＲ₆ は、それぞれ接触抵
抗とハンダ抵抗との和であり、Ｒ₂ およびＲ₅ は超電導
体抵抗である。

【０００６】ここで、前述のように、超電導体自体の抵
抗は０であるから、Ｒ₂ ＝Ｒ₅ ＝０となる。このときの
等価回路を、図１３に示す。

【０００７】図１３において、超電導線１ａおよび１ｂ
を流れる電流ｉ₁ およびｉ₂ は、それぞれ以下の式で表
わすことができる。

【０００８】 ｉ₁ ＝｛（Ｒ₄ ＋Ｒ₆ ）／（Ｒ₁ ＋Ｒ₃ ＋Ｒ₄ ＋Ｒ₆ ）｝Ｉ …（１） ｉ₂ ＝｛（Ｒ₁ ＋Ｒ₃ ）／（Ｒ₁ ＋Ｒ₃ ＋Ｒ₄ ＋Ｒ₆ ）｝Ｉ …（２） ここで、接触抵抗とハンダ抵抗の和であるＲ₁ ，Ｒ₃ ，
Ｒ₄ およびＲ₆ は、十分に小さくすることができるが、
ハンダ付けの条件によってばらつきが生じる。

【０００９】たとえば、Ｒ₁ ＝Ｒ₃ ＝Ｒ₄ ＝１μΩ，Ｒ
₆ ＝２μΩと仮定すると、ｉ₁ ＝（３／４）Ｉ，ｉ₂ ＝
（１／２）Ｉとなり、ｉ₁ はｉ₂ の１．５倍となる。

【００１０】以上説明したように、従来の方法により複
数の超電導線を常電導金属に並列接続した際には、各超
電導線を流れる電流に電流の大きさが不均一になるとい
う問題があった。また、その結果、均一に電流が分流し
ているときと比較して、磁場分布が異なるといった問題
があった。

【００１１】この発明の目的は、上述の問題点を解決
し、複数の超電導線を常電導金属と並列に接続する際、
各超電導線を流れる電流を均一化することができる、超
電導線の接続方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明による超
電導線の接続方法は、複数の超電導線を常電導金属と並
列に接続する方法であって、常電導金属と各超電導線と
の間に、常電導線を直列に接続することを特徴としてい
る。

【００１３】請求項２の発明による超電導線の接続方法
は、複数の超電導線を常電導金属と並列に接続する方法
であって、常電導金属を複数の超電導線と同数の枝に分
岐させ、分岐された各枝と各超電導線とを接続すること
を特徴としている。

【００１４】好ましくは、常電導金属の分岐された各枝
の長さは、該枝部分の抵抗値が超電導線との接続部分の
抵抗値よりも十分に大きくなるような長さであることを
特徴とするとよい。

【００１５】

【作用】請求項１の発明によれば、複数の超電導線を常
電導金属に並列に接続する際、常電導金属と各超電導線
との間に、超電導線が直列に接続される。

【００１６】また、請求項２の発明によれば、分岐され
た常電導金属の各枝と各超電導線とが接続される。

【００１７】そのため、各並列部分の抵抗は、接続部分
の抵抗と、常電導線もしくは分岐された常電導金属の枝
の抵抗との和となる。ここで、接続部分の抵抗は、常電
導線もしくは分岐された常電導金属の枝の抵抗と比較す
ると、十分に小さいものである。その結果、各並列線の
抵抗値は、常電導線もしくは分岐された常電導金属の枝
の抵抗値を均一化することにより、容易に均一化され
る。

【００１８】

【実施例】図１は、本発明により、２本の超電導線を常
電導金属に並列に接続した状態の一例を示す図である。

【００１９】図１を参照して、２本の超電導線を常電導
金属と並列に接続する際、常電導金属２と各超電導線１
ａ，１ｂとの間に、常電導線３ａ，３ｂが直列にハンダ
付けにより接続されている。

【００２０】図２は、本発明により２本の超電導線を常
電導金属に並列に接続した状態の他の例を示す図であ
る。

【００２１】図２を参照して、常電導金属２を２つの枝
４ａ，４ｂに分岐させ、分岐された各枝４ａ，４ｂと各
超電導線１ａ，１ｂとがハンダ付けにより接続されてい
る。

【００２２】図１もしくは図２に示す超電導線の接続状
態の等価回路を、図３に示す。図３において、Ｒ₁ およ
びＲ₄ は接続抵抗（接触抵抗＋ハンダ抵抗）を示し、Ｒ
₂ およびＲ₅ は常電導抵抗（分岐された枝の常電導抵抗
もしくは常電導線抵抗）を示し、Ｒ₃ およびＲ₆ は超電
導体抵抗を示す。

【００２３】このとき、超電導線１ａおよび１ｂを流れ
る電流ｉ₁ およびｉ₂ は、それぞれ以下の式で表わすこ
とができる。

【００２４】 ｉ₁ ＝｛（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ＋Ｒ₃ ）／（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ＋Ｒ₃ ＋Ｒ₄ ＋Ｒ₅ ＋Ｒ₆ ）｝ Ｉ …（３） ｉ₂ ＝｛（Ｒ₄ ＋Ｒ₅ ＋Ｒ₆ ）／（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ＋Ｒ₃ ＋Ｒ₄ ＋Ｒ₅ ＋Ｒ₆ ）｝ Ｉ …（４） ここで、超電導体自体の抵抗は０である。また、接続抵
抗Ｒ₁ ，Ｒ₄ （接触抵抗＋ハンダ抵抗）は、接触面積に
対するハンダの厚みが小さいため、抵抗値としては、常
電導抵抗Ｒ₂ ，Ｒ₅ と比較して十分小さいものである。

【００２５】したがって、Ｒ₃ ＝Ｒ₆ ＝０，Ｒ₁ ≪
Ｒ₂ ，Ｒ₄ ≪Ｒ₅ となり、上記の式（３），（４）は、
以下の式（５），（６）となる。

【００２６】 ｉ₁ ≒｛Ｒ₅ ／（Ｒ₂ ＋Ｒ₅ ）｝Ｉ …（５） ｉ₂ ≒｛Ｒ₂ ／（Ｒ₂ ＋Ｒ₅ ）｝Ｉ …（６） ここで、Ｒ₂ とＲ₅ の値は、超電導線３ａ，３ｂの長さ
もしくは分岐された枝４ａ，４ｂの長さに依存するた
め、比較的容易にＲ₂ ＝Ｒ₅ とすることができる。その
結果、ｉ₁ ＝ｉ₂ とすることが可能となる。

【００２７】特に、それぞれの長さを長くすることによ
り、各抵抗値Ｒ₂ ，Ｒ₅ に対する｜Ｒ₂ −Ｒ₅ ｜の値を
小さくすることができ、ｉ₁ ＝ｉ₂ とすることがさらに
容易となる。

【００２８】なお、図２に示すように、常電導金属を分
岐することによるジュール損失は、分岐させない場合と
同じである。以下、図を用いて説明する。

【００２９】図４は、分岐させない場合の常電導金属の
ジュール損失を説明するための図である。

【００３０】図４を参照して、抵抗Ｒ＝ρ（Ｌ／Ｓ）よ
り、発熱Ｐは以下の式で表わすことができる。

【００３１】 Ｐ＝Ｉ² Ｒ＝Ｉ² ×ρ（Ｌ／Ｓ） …（７） 一方、図５は、分岐させた場合の常電導金属のジュール
損失を説明するための図である。

【００３２】図５を参照して、発熱Ｐ′は以下の式で表
わすことができる。 Ｐ′＝（Ｉ／２）² ×ρ｛Ｌ／（Ｓ／２）｝＋（Ｉ／２）² ×ρ｛Ｌ／（Ｓ／ ２）｝ ＝（１／２）×Ｉ² ×ρ（Ｌ／Ｓ）＋（１／２）×Ｉ² ×ρ（Ｌ／Ｓ） ＝Ｉ² ×ρ（Ｌ／Ｓ） …（８） したがって、上記の式（７），（８）の結果より、Ｐ＝
Ｐ′となることから、本発明により常電導金属を分岐さ
せた場合にも、発熱の増加はないことがわかる。

【００３３】次に、さらに具体的な例を用いて、本発明
を以下説明する。まず、２本の超電導線を銅板に並列に
ハンダ付けし、各超電導線に合計４０Ａ（２０Ａ／本）
を流すことを考える。なお、各超電導線と銅板とのハン
ダ付けによる接触面積は、５０ｍｍ² とし、ハンダの厚
みは０．１ｍｍ〜０．２ｍｍとする。また、各材料の７
７Ｋにおける抵抗率は以下のとおりとする。

【００３４】銅：２．０×１０^-9Ωｍ ハンダ：３．０×１０^-8Ωｍ 超電導体：０ （Ａ） 銅板（常電導端子）に分岐がない場合（従来
例） 図６は、分岐のない銅板に２本の超電導線を接続した状
態を示す図である。

【００３５】図６を参照して、断面積４０ｍｍ² ，長さ
２００ｍｍの銅板２に、２本の超電導線１ａ，１ｂが、
ハンダ５により接続されている。

【００３６】このときの等価回路を、図７に示す。図７
において、Ｒ₁ およびＲ₈ は銅板（Ｃｕ）の抵抗を示
し、Ｒ₂ ，Ｒ₄ ，Ｒ ₅ およびＲ₇ はハンダの抵抗を示
し、Ｒ₃ およびＲ₆ は超電導線（ＳＣ）の抵抗を示す。

【００３７】ここで、たとえばＲ₂ ，Ｒ₄ およびＲ₅ の
部分に相当するハンダの厚みを０．１ｍｍとし、Ｒ₇ の
部分に相当するハンダの厚みを０．２ｍｍとし、Ｒ＝ρ
（Ｌ／Ｓ）で考えると、各超電導線に流れる電流Ｉ₁ ，
Ｉ₂ は以下のようになる。

【００３８】Ｉ₁ ＝｛（Ｒ₅ ＋Ｒ₆ ＋Ｒ₇ ）／（Ｒ₂ ＋
Ｒ₃ ＋Ｒ₄ ＋Ｒ₅ ＋Ｒ₆ ＋Ｒ₇ ）｝×４０Ａ＝２４Ａ Ｉ₂ ＝｛（Ｒ₂ ＋Ｒ₃ ＋Ｒ₄ ）／（Ｒ₂ ＋Ｒ₃ ＋Ｒ₄ ＋
Ｒ₅ ＋Ｒ₆ ＋Ｒ₇ ）｝×４０Ａ＝１６Ａ （Ｂ） 銅板（常電導端子）に分岐がある場合（本発明
例） 図８は、分岐のある銅板に２本の超電導線を接続した状
態を示す図である。なお、左右対称のため、右側半分の
図示は省略する。

【００３９】図８を参照して、断面積４０ｍｍ² 、長さ
２００ｍｍの銅板２は、１９０ｍｍの長さの２本の枝４
ａ，４ｂに分岐され、各枝４ａ，４ｂと各超電導線１
ａ，１ｂとがそれぞれハンダ５により接続されている。

【００４０】このときの等価回路を、図９に示す。図９
において、Ｒ₁ ，Ｒ₅ ，Ｒ₆ およびＲ₁₀は、分岐された
銅板（Ｃｕ）の各枝の抵抗を示し、Ｒ₂ ，Ｒ₄ ，Ｒ₇ お
よびＲ₉ はハンダの抵抗を示し、Ｒ₃ およびＲ₈ は超電
導線（ＳＣ）の抵抗を示す。

【００４１】ここで、たとえばＲ₂ ，Ｒ₄ およびＲ₇ の
部分に相当するハンダの厚みを０．１ｍｍとし、Ｒ₉ の
部分に相当するハンダの厚みを０．２ｍｍとすると、各
超電導線に流れる電流Ｉ₁ ，Ｉ₂ は以下のようになる。

【００４２】 Ｉ₁ ＝｛（Ｒ₆ ＋Ｒ₇ ＋Ｒ₉ ＋Ｒ₁₀）／（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ＋Ｒ₄ ＋Ｒ₅ ＋Ｒ₆ ＋Ｒ ₇ ＋Ｒ₉ ＋Ｒ₁₀）｝×４０Ａ …（９） Ｉ₂ ＝｛（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ＋Ｒ₄ ＋Ｒ₅ ）／（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ＋Ｒ₄ ＋Ｒ₅ ＋Ｒ₆ ＋Ｒ ₇ ＋Ｒ₉ ＋Ｒ₁₀）｝×４０Ａ …（１０） ここで、Ｒ＝ρ（Ｌ／Ｓ）より、 Ｒ₁ ＝Ｒ₅ ＝Ｒ₆ ＝Ｒ₁₀＝１．９×１０^-5（Ω） Ｒ₂ ＝Ｒ₄ ＝Ｒ₇ ＝６×１０^-8（Ω） であるから、上記の式（９），（１０）に代入して、 Ｉ₁ ＝Ｉ₂ ≒２０．０Ａとなる。

【００４３】以上従来例（Ａ）および本発明例（Ｂ）の
結果からも明らかなように、金属端子を分岐させること
により、分流が均一化されることがわかる。

【００４４】図１０は、本発明の超電導電流リードへの
応用例を示す斜視図である。図１０を参照して、常電導
金属からなる通電端子２が２本の枝４ａ，４ｂに分岐さ
れ、この分岐された枝と各超電導線１ａ，１ｂとが接続
されている。なお、分岐された枝４ａ，４ｂの長さが長
いほど、各分岐部の抵抗が均一化し、その結果分流が均
等になる。

【００４５】図１１は、本発明の超電導ケーブルへの応
用例を示す斜視図である。図１１を参照して、巻芯６の
周囲に配置された常電導金属からなる通電端子２は、枝
４ａ，４ｂ，４ｃ，…に分岐された分岐構造を有し、各
枝４ａ，４ｂ，４ｃ，…と各超電導線１ａ，１ｂ，１
ｃ，…とが接続されている。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、複数の超電導線を常電導金属に並列に接続する際、
並列部分に常電導金属を含むようにすることにより、各
並列線の抵抗値を均一化することができ、その結果とし
て各超電導線を流れる電流を均一化することができる。

【００４７】そのため、本発明は、超電導電流リードお
よび超電導ケーブル等へ適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超電導線の接続方法の一例を示す
斜視図である。

【図２】本発明による超電導線の接続方法の他の例を示
す斜視図である。

【図３】図１または図２に示す状態の等価回路を示す図
である。

【図４】分岐させない場合の常電導金属のジュール損失
を説明するための図である。

【図５】分岐させた場合の常電導金属のジュール損失を
説明するための図である。

【図６】分岐のない銅板に２本の超電導線を接続した状
態を示す図である。

【図７】図６に示す状態の等価回路を示す図である。

【図８】分岐のある銅板に２本の超電導線を接続した状
態を示す図である。

【図９】図８に示す状態の等価回路を示す図である。

【図１０】本発明の超電導電流リードへの応用例を示す
斜視図である。

【図１１】本発明の超電導ケーブルへの応用例を示す斜
視図である。

【図１２】従来の方法により２本の超電導線を常電導金
属に並列に接続した状態を示す図である。

【図１３】図１２に示す状態の等価回路を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，…，１ｅ 超電導線 ２ 常電導金属 ３ａ，３ｂ 超電導線 ４ａ，４ｂ，…，４ｅ 常電導金属の分岐された枝 ５ ハンダ なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の超電導線を常電導金属と並列に接
   続する方法であって、 前記常電導金属と前記各超電導線との間に、常電導線を
   直列に接続することを特徴とする、超電導線の接続方
   法。
2. 【請求項２】 複数の超電導線を常電導金属と並列に接
   続する方法であって、 前記常電導金属を前記複数の超電導線と同数の枝に分岐
   させ、分岐された各枝と前記各超電導線とを接続するこ
   とを特徴とする、超電導線の接続方法。
3. 【請求項３】 前記常電導金属の分岐された各枝の長さ
   は、該枝部分の抵抗値が前記超電導線との接続部分の抵
   抗値よりも十分に大きくなるような長さであることを特
   徴とする、請求項２記載の超電導線の接続方法。