JPH0869827A - 交流超電導機器の端子部 - Google Patents
交流超電導機器の端子部Info
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- JPH0869827A JPH0869827A JP20693594A JP20693594A JPH0869827A JP H0869827 A JPH0869827 A JP H0869827A JP 20693594 A JP20693594 A JP 20693594A JP 20693594 A JP20693594 A JP 20693594A JP H0869827 A JPH0869827 A JP H0869827A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】端子部で発生する渦電流による温度上昇を防い
で、外形の小形化と省エネルギー化を図る。 【構成】窒化アルミニウム材の端子板3の片面に平行な
一対の溝3aを形成する。端子板3の片面には、一対の
湾曲部5aが突設された接続板5をろう付で接合する。
この接続板5の湾曲部5aの片側の内側に超電導導体2
aをろう付で接合し、湾曲部5aの内側の他側に外部導
体4をろう付で接合する。超電導導体2aと外部導体4
との間に接続板5を介して流れる電流で発生する磁束
は、接続板5の外側に位置する端子板3を通過させるこ
とによって、接続板5に発生する渦電流を防いで、この
渦電流による熱の発生を防ぐ。
で、外形の小形化と省エネルギー化を図る。 【構成】窒化アルミニウム材の端子板3の片面に平行な
一対の溝3aを形成する。端子板3の片面には、一対の
湾曲部5aが突設された接続板5をろう付で接合する。
この接続板5の湾曲部5aの片側の内側に超電導導体2
aをろう付で接合し、湾曲部5aの内側の他側に外部導
体4をろう付で接合する。超電導導体2aと外部導体4
との間に接続板5を介して流れる電流で発生する磁束
は、接続板5の外側に位置する端子板3を通過させるこ
とによって、接続板5に発生する渦電流を防いで、この
渦電流による熱の発生を防ぐ。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、極低温容器内に収納さ
れる交流超電導機器の端子部に関する。
れる交流超電導機器の端子部に関する。
【0002】
【従来の技術】超電導応用技術の一つとして、超電導コ
イルを組み込んだ超電導限流器や超電導変圧器などの交
流超電導機器が開発されている。
イルを組み込んだ超電導限流器や超電導変圧器などの交
流超電導機器が開発されている。
【0003】これらの交流超電導機器を実用化するため
には、極低温領域で発生する損失を減らすことが重要と
なる。例えば、超電導コイルを構成する超電導導体に
は、この超電導導体の端子部で発生する交番磁界による
ヒステリシンス損失や結合損失によって生じる熱が問題
となる。
には、極低温領域で発生する損失を減らすことが重要と
なる。例えば、超電導コイルを構成する超電導導体に
は、この超電導導体の端子部で発生する交番磁界による
ヒステリシンス損失や結合損失によって生じる熱が問題
となる。
【0004】すなわち、常温端子と超電導コイルとの間
を接続する電流リードや低温容器の導入端子部には、接
続部の接触抵抗によるジュール熱で発生する損失や、通
電電流で発生する交番磁界による渦電流損失がある。
を接続する電流リードや低温容器の導入端子部には、接
続部の接触抵抗によるジュール熱で発生する損失や、通
電電流で発生する交番磁界による渦電流損失がある。
【0005】図6は、従来の交流超電導機器の端子部を
示す図で、符号1は巻枠、符号2は巻枠1に巻き付けら
れた超電導コイルの線材としての超電導導体、符号3C
は超電導コイルの両端に接続される端子、符号4は各端
子3Cにそれぞれ接続される外部導体を示す。
示す図で、符号1は巻枠、符号2は巻枠1に巻き付けら
れた超電導コイルの線材としての超電導導体、符号3C
は超電導コイルの両端に接続される端子、符号4は各端
子3Cにそれぞれ接続される外部導体を示す。
【0006】このように構成された超電導コイルにおい
て、ガラス繊維強化プラスチックなどの絶縁材料で構成
された円柱状の巻枠1の始端と終端には、銅板製の端子
3Cが一対のなべ小ねじ7で対称的にそれぞれ固定され
ている。超電導導体2は、巻枠1に螺旋状に形成された
溝に沿って所定の張力で巻装されており、その両端の超
電導導体2aは、半田付けなどの方法で端子3Cに接続
されている。
て、ガラス繊維強化プラスチックなどの絶縁材料で構成
された円柱状の巻枠1の始端と終端には、銅板製の端子
3Cが一対のなべ小ねじ7で対称的にそれぞれ固定され
ている。超電導導体2は、巻枠1に螺旋状に形成された
溝に沿って所定の張力で巻装されており、その両端の超
電導導体2aは、半田付けなどの方法で端子3Cに接続
されている。
【0007】この端子3Cに求められる機能は、第1
に、巻枠1に巻装された超電導導体2の張力を維持する
ことで、第2に、始端と終端に接続された超電導導体2
aの超電導状態の安定化である。
に、巻枠1に巻装された超電導導体2の張力を維持する
ことで、第2に、始端と終端に接続された超電導導体2
aの超電導状態の安定化である。
【0008】このうち、第1の機能は、電磁力などによ
って超電導導体が移動することを防ぎ、移動によるクエ
ンチ発生の防止と、移動時の摩擦熱によって通電容量が
低下するのを防ぐことである。
って超電導導体が移動することを防ぎ、移動によるクエ
ンチ発生の防止と、移動時の摩擦熱によって通電容量が
低下するのを防ぐことである。
【0009】すなわち、超電導導体に電流が流れると、
超電導導体には隣接導体の間に電磁力(コイルが軸方向
に収縮しようとする力)とフープ力と称する周方向の電
磁力(直径を膨らませようとする力)が発生する。これ
らの電磁力に対抗して超電導導体の移動を防ぐために
は、巻枠の外周に形成された溝の形状の最適化を図ると
ともに、超電導導体と巻枠との間の摩擦係数と巻線にか
かる張力を増やす必要がある。そのために、超電導導体
の巻線にかかる張力は、通常、超電導導体の許容応力の
上限に近い値で巻線に巻装される。
超電導導体には隣接導体の間に電磁力(コイルが軸方向
に収縮しようとする力)とフープ力と称する周方向の電
磁力(直径を膨らませようとする力)が発生する。これ
らの電磁力に対抗して超電導導体の移動を防ぐために
は、巻枠の外周に形成された溝の形状の最適化を図ると
ともに、超電導導体と巻枠との間の摩擦係数と巻線にか
かる張力を増やす必要がある。そのために、超電導導体
の巻線にかかる張力は、通常、超電導導体の許容応力の
上限に近い値で巻線に巻装される。
【0010】したがって、各端子3Cには、このような
超電導導体にかかる張力に対して、歪や変形を生じない
でその位置を維持することができる強度が必要となる。
超電導導体にかかる張力に対して、歪や変形を生じない
でその位置を維持することができる強度が必要となる。
【0011】第2の機能は、電流が外部導体から超電導
コイルへ流れる部分で発生する抵抗による損失や、その
他の損失によって超電導導体の温度が上昇し、この温度
上昇による通電容量の低下を防ぐことである。
コイルへ流れる部分で発生する抵抗による損失や、その
他の損失によって超電導導体の温度が上昇し、この温度
上昇による通電容量の低下を防ぐことである。
【0012】すなわち、超電導コイルに流出入する電流
は、端子部において必ず常電導部を通過するが、超電導
線自体がマトリクスと呼ばれる安定化材(例えば、銅あ
るいは銅ニッケル合金などの常電導層)の中に超電導フ
ィラメントを埋め込んだ構造となっていること、及び接
合に使用される半田は、極めて弱い磁界で超電導導体か
ら常電導体に転移し電気抵抗が発生するので、超電導導
体の超電導状態の維持が困難となるからである。この超
電導コイルに流れる電流は、これらの常電導層を流れる
ときにジュール熱による損失を発生し、超電導導体や接
合に用いられた半田層の温度を上昇させる。
は、端子部において必ず常電導部を通過するが、超電導
線自体がマトリクスと呼ばれる安定化材(例えば、銅あ
るいは銅ニッケル合金などの常電導層)の中に超電導フ
ィラメントを埋め込んだ構造となっていること、及び接
合に使用される半田は、極めて弱い磁界で超電導導体か
ら常電導体に転移し電気抵抗が発生するので、超電導導
体の超電導状態の維持が困難となるからである。この超
電導コイルに流れる電流は、これらの常電導層を流れる
ときにジュール熱による損失を発生し、超電導導体や接
合に用いられた半田層の温度を上昇させる。
【0013】これに対し、端子板3Cは、前述の常電導
層とは電気的に並列に構成されていることから、電路の
抵抗を減らし発熱量も減らす作用がある。さらに、端子
板3Cは、これらの発生熱量を吸収するとともに、その
表面から周囲の冷媒に対して放熱する作用もある。これ
により、超電導導体の温度上昇が抑えられ、超電導導体
の通電容量の低下を防いでいる。
層とは電気的に並列に構成されていることから、電路の
抵抗を減らし発熱量も減らす作用がある。さらに、端子
板3Cは、これらの発生熱量を吸収するとともに、その
表面から周囲の冷媒に対して放熱する作用もある。これ
により、超電導導体の温度上昇が抑えられ、超電導導体
の通電容量の低下を防いでいる。
【0014】したがって、端子板3Cには、通電電流に
対する電気抵抗の低減機能と常電導部で発生する熱量の
吸収(蓄熱)と放熱機能が求められる。そのため、従来
の端子板には、これらの要求機能に対応するため、固有
抵抗が少なく熱伝導率の大きい無酸素銅が一般に使用さ
れている。
対する電気抵抗の低減機能と常電導部で発生する熱量の
吸収(蓄熱)と放熱機能が求められる。そのため、従来
の端子板には、これらの要求機能に対応するため、固有
抵抗が少なく熱伝導率の大きい無酸素銅が一般に使用さ
れている。
【0015】図7(a)は、従来のkA級の交流超電導コ
イルの端子板の形状と大きさの一例を示し、また、図7
(b)は、図7(a)のC−C矢視図である。図7
(a),(b)に示すように、端子板3Cは、幅W=5
(cm),長さ(L)=10(cm),厚さ(t)= 0.5(c
m)となっており、超電導導体2aは、端子板3Cの幅
方向中心部上を長さ方向に沿って配設され、超電導導体
2aは、外部導体4とともに端子板3Cに半田付けで接
合されている。
イルの端子板の形状と大きさの一例を示し、また、図7
(b)は、図7(a)のC−C矢視図である。図7
(a),(b)に示すように、端子板3Cは、幅W=5
(cm),長さ(L)=10(cm),厚さ(t)= 0.5(c
m)となっており、超電導導体2aは、端子板3Cの幅
方向中心部上を長さ方向に沿って配設され、超電導導体
2aは、外部導体4とともに端子板3Cに半田付けで接
合されている。
【0016】なお、巻枠1には、端子体3Cを取り付け
るために平坦部が形成されていて、この平坦部には、一
対のヘリサート6が螺合されている。端子体3Cは、ヘ
リサート6に先端が螺合されたなべ小ねじ7によって巻
枠1に固定されている。また、端子板3Cの長さ10(c
m)は、超電導コイル用導体から外部導体への電流の転
移を安定して行うために必要な寸法であり、kA級の超電
導コイルの実験結果を基に決められた数値である。
るために平坦部が形成されていて、この平坦部には、一
対のヘリサート6が螺合されている。端子体3Cは、ヘ
リサート6に先端が螺合されたなべ小ねじ7によって巻
枠1に固定されている。また、端子板3Cの長さ10(c
m)は、超電導コイル用導体から外部導体への電流の転
移を安定して行うために必要な寸法であり、kA級の超電
導コイルの実験結果を基に決められた数値である。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成された従来の交流超電導機器の端子部においては、
前述したように、超電導導体中を流れる電流によって発
生する渦電流損が問題となる。
構成された従来の交流超電導機器の端子部においては、
前述したように、超電導導体中を流れる電流によって発
生する渦電流損が問題となる。
【0018】例えば、図7に示すような端子部において
は、電流iは抵抗のない超電導導体2aに集中して流れ
る。この電流iで発生した交番磁束φは、図8の説明図
に示すように、端子板3Cの両側を貫通する。すると、
この端子板3Cは前述したように無酸素銅材のため、こ
の交番磁束φiを打ち消すように逆起電力Eeが誘起さ
れ、渦電流ieが流れる。その結果、この渦電流ieと
端子板3Cの抵抗分によって、端子板3Cには渦電流損
Peが発生する。
は、電流iは抵抗のない超電導導体2aに集中して流れ
る。この電流iで発生した交番磁束φは、図8の説明図
に示すように、端子板3Cの両側を貫通する。すると、
この端子板3Cは前述したように無酸素銅材のため、こ
の交番磁束φiを打ち消すように逆起電力Eeが誘起さ
れ、渦電流ieが流れる。その結果、この渦電流ieと
端子板3Cの抵抗分によって、端子板3Cには渦電流損
Peが発生する。
【0019】図9は、端子板3Cに流れる渦電流の等価
回路と逆起電力の算出式を示したもので、符号Eeは、
逆起電力で発生した電圧、符号Leは、インダクタンス
分であり、符号Reは抵抗分である。
回路と逆起電力の算出式を示したもので、符号Eeは、
逆起電力で発生した電圧、符号Leは、インダクタンス
分であり、符号Reは抵抗分である。
【0020】このようにして発生した渦電流によって、
従来のkA級の交流超電導コイルの端子部には、数Wの損
失、すなわち熱が発生する。この熱によって、超電導コ
イルを冷却している冷媒(液体ヘリウム)の気化量が増
えるので、その再液化のために数kW規模の冷凍機が組み
込まれている。したがって、交流超電導コイルにおける
端子板の損失は、このような超電導装置を小形化し省電
力化する上で解決すべき必須の課題となる。
従来のkA級の交流超電導コイルの端子部には、数Wの損
失、すなわち熱が発生する。この熱によって、超電導コ
イルを冷却している冷媒(液体ヘリウム)の気化量が増
えるので、その再液化のために数kW規模の冷凍機が組み
込まれている。したがって、交流超電導コイルにおける
端子板の損失は、このような超電導装置を小形化し省電
力化する上で解決すべき必須の課題となる。
【0021】そこで、本発明は、以上のような課題に鑑
み、交流超電導機器の端子部で発生する渦電流による損
失を減らし、交流超電導装置の小形化と省電力化を図る
ことのできる交流超電導機器の端子部を得ることを目的
とする。
み、交流超電導機器の端子部で発生する渦電流による損
失を減らし、交流超電導装置の小形化と省電力化を図る
ことのできる交流超電導機器の端子部を得ることを目的
とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、超電導コイルの端部に片側が接続され固定される絶
縁板と、この絶縁板の少なくとも片面に固定され超電導
コイルの一端が固定される接続板と、超電導コイルの導
体の一端と対置して接続板に固定され超電導コイルの外
部と接続される外部導体を備えた交流超電導機器の端子
部である。
は、超電導コイルの端部に片側が接続され固定される絶
縁板と、この絶縁板の少なくとも片面に固定され超電導
コイルの一端が固定される接続板と、超電導コイルの導
体の一端と対置して接続板に固定され超電導コイルの外
部と接続される外部導体を備えた交流超電導機器の端子
部である。
【0023】また、請求項2に記載の発明は、超電導コ
イルの端部に片側が接続され固定される絶縁板と、この
絶縁板の少なくとも片面に形成され超電導コイルの一端
が固定される導電被覆と、超電導コイルの導体の一端と
対置して導電被覆に固定され超電導コイルの外部と接続
される外部導体を備えた交流超電導機器の端子部であ
る。
イルの端部に片側が接続され固定される絶縁板と、この
絶縁板の少なくとも片面に形成され超電導コイルの一端
が固定される導電被覆と、超電導コイルの導体の一端と
対置して導電被覆に固定され超電導コイルの外部と接続
される外部導体を備えた交流超電導機器の端子部であ
る。
【0024】また、請求項3に記載の発明は、超電導コ
イルの端部に片側が接続され固定される金属板と、この
金属板の少なくとも片面に固定され超電導コイルの一端
が固定される超電導層と、超電導コイルの導体の一端と
対置して超電導層に固定され超電導コイルの外部と接続
される外部導体を備えた交流超電導機器の端子部であ
る。
イルの端部に片側が接続され固定される金属板と、この
金属板の少なくとも片面に固定され超電導コイルの一端
が固定される超電導層と、超電導コイルの導体の一端と
対置して超電導層に固定され超電導コイルの外部と接続
される外部導体を備えた交流超電導機器の端子部であ
る。
【0025】さらに、請求項4に記載の発明は、請求項
3に記載の交流超電導機器の端子部において、超導電層
を酸化物超電導体としたことを特徴とする。
3に記載の交流超電導機器の端子部において、超導電層
を酸化物超電導体としたことを特徴とする。
【0026】
【作用】請求項1に記載の発明においては、超電導コイ
ルの一端と外部導体との間に流れる交流で発生する磁束
は、接続板を介して相対置した超電導コイル及び外部導
体と、これらの超電導コイルと外部導体の間の接続板を
流れる交流によって、接続板の外周を通過することにな
る。
ルの一端と外部導体との間に流れる交流で発生する磁束
は、接続板を介して相対置した超電導コイル及び外部導
体と、これらの超電導コイルと外部導体の間の接続板を
流れる交流によって、接続板の外周を通過することにな
る。
【0027】また、請求項2に記載の発明においては、
超電導コイルの一端と外部導体との間に流れる交流で発
生する磁束は、導電被覆を介して相対置した超電導コイ
ル及び外部導体と、これらの超電導コイルと外部導体の
間の導電被覆を流れる交流によって、導電被覆の外周を
通過することになる。
超電導コイルの一端と外部導体との間に流れる交流で発
生する磁束は、導電被覆を介して相対置した超電導コイ
ル及び外部導体と、これらの超電導コイルと外部導体の
間の導電被覆を流れる交流によって、導電被覆の外周を
通過することになる。
【0028】また、請求項3に記載の発明においては、
超電導コイルの一端と外部導体との間に流れる交流で発
生する磁束は、超電導層を介して相対置した超電導コイ
ル及び外部導体と、これらの超電導コイルと外部導体の
間の超電導層を流れる交流によって、超電導層と金属板
の外周を通過することになる。
超電導コイルの一端と外部導体との間に流れる交流で発
生する磁束は、超電導層を介して相対置した超電導コイ
ル及び外部導体と、これらの超電導コイルと外部導体の
間の超電導層を流れる交流によって、超電導層と金属板
の外周を通過することになる。
【0029】さらに、請求項4に記載の発明において
は、超電導コイルの一端と外部導体との間に流れる交流
で発生する磁束は、酸化物超電導体を介して相対置した
超電導コイル及び外部導体と、これらの超電導コイルと
外部導体の間の酸化物超電導体を流れる交流によって、
酸化物超電導体と金属板の外周を通過することになる。
は、超電導コイルの一端と外部導体との間に流れる交流
で発生する磁束は、酸化物超電導体を介して相対置した
超電導コイル及び外部導体と、これらの超電導コイルと
外部導体の間の酸化物超電導体を流れる交流によって、
酸化物超電導体と金属板の外周を通過することになる。
【0030】
【実施例】以下、本発明の交流超電導機器の端子部の一
実施例を図面を参照して説明する。図1(a)は、請求
項1に記載の発明の交流超電導機器の端子部を示す図
で、従来の技術で示した図7(a)に対応する図、図1
(b)は、図1(a)のA−A矢視図で、同じく図7
(b)に対応する図、また、図1(c)は、図1(b)
の部分拡大図である。
実施例を図面を参照して説明する。図1(a)は、請求
項1に記載の発明の交流超電導機器の端子部を示す図
で、従来の技術で示した図7(a)に対応する図、図1
(b)は、図1(a)のA−A矢視図で、同じく図7
(b)に対応する図、また、図1(c)は、図1(b)
の部分拡大図である。
【0031】図1において、従来の技術で示した図7と
異なるところは、端子板3の材料及び、この端子板3に
対する超電導導体2aと外部導体4の固定構造で、他
は、図7と同一である。
異なるところは、端子板3の材料及び、この端子板3に
対する超電導導体2aと外部導体4の固定構造で、他
は、図7と同一である。
【0032】すなわち、図1に示す窒化アルミニウム材
で製作された端子板3の片面の中央部には、詳細を図1
(c)に示す弧状の一対の溝3aが平行に横にあらかじ
め形成されている。この一対の溝3aの間隔は、これら
の溝3aにはんだ付される後述する超電導導体2aと外
部導体4のうちの片側を接合したり取り外すときに、他
側の超電導導体2aの接合力に影響しないように、設定
されている。
で製作された端子板3の片面の中央部には、詳細を図1
(c)に示す弧状の一対の溝3aが平行に横にあらかじ
め形成されている。この一対の溝3aの間隔は、これら
の溝3aにはんだ付される後述する超電導導体2aと外
部導体4のうちの片側を接合したり取り外すときに、他
側の超電導導体2aの接合力に影響しないように、設定
されている。
【0033】端子板3の片面には、図1(c)で示す弧
状の湾曲部5aが両側に折曲形成された1mmの厚さの無
酸素銅板製の接続板5が、この接続板5の湾曲部5aを
端子板3の溝3aに嵌合させて添設され、融点が 800℃
の銀ろうで端子板3にはんだ付けされている。
状の湾曲部5aが両側に折曲形成された1mmの厚さの無
酸素銅板製の接続板5が、この接続板5の湾曲部5aを
端子板3の溝3aに嵌合させて添設され、融点が 800℃
の銀ろうで端子板3にはんだ付けされている。
【0034】このうち、図1において、接続板5の後方
に形成された湾曲部5aの溝部には、巻枠1に巻き付け
られたNb−Ti系で直径が2mmの超電導導体2の接続
部となる、超電導導体2と同一材料の超電導導体2aが
挿入され、融点が 200℃の銀ろうではんだ付けされてい
る。
に形成された湾曲部5aの溝部には、巻枠1に巻き付け
られたNb−Ti系で直径が2mmの超電導導体2の接続
部となる、超電導導体2と同一材料の超電導導体2aが
挿入され、融点が 200℃の銀ろうではんだ付けされてい
る。
【0035】同じく、図1において接続板5の前方に形
成された湾曲部5aの溝部には、図6及び図7で示した
外部導体4と同一品の外部導体4が挿入され、融点が 2
00℃の銀ろうではんだ付けされている。
成された湾曲部5aの溝部には、図6及び図7で示した
外部導体4と同一品の外部導体4が挿入され、融点が 2
00℃の銀ろうではんだ付けされている。
【0036】図2(a)は、図1(a)で示した交流超
電導機器の端子部に交流電流が流れたときに発生する磁
束を示す図で、電流方向が巻枠1側の方から外部導体4
の方向へ流れる場合を示す説明図である。また、図2
(b)は、図2(a)の右側面図である。
電導機器の端子部に交流電流が流れたときに発生する磁
束を示す図で、電流方向が巻枠1側の方から外部導体4
の方向へ流れる場合を示す説明図である。また、図2
(b)は、図2(a)の右側面図である。
【0037】図2(a),(b)おいて、超電導導体2
aから外部導体4を経て外部に流れる電流itは、超電
導導体2aから図1で示した接続板5を超電導導体2a
に対してほぼ直交方向に、ほぼ平均して全対向部で流れ
る。
aから外部導体4を経て外部に流れる電流itは、超電
導導体2aから図1で示した接続板5を超電導導体2a
に対してほぼ直交方向に、ほぼ平均して全対向部で流れ
る。
【0038】したがって、電流itによって発生する磁
束は、接続板5と鎖交しない。また、超電導導体2aと
外部導体4は、近接しており、且つ、平行に設けられて
いる。また、このうち、超電導導体2aから外部導体4
へ流れる電流itは、前述したように、超電導導体2a
と外部導体4の対向部でほぼ平均して全面に亘って流れ
るので、超電導導体2aから外部導体4を経て外部に流
れる電流iで発生する磁束φiは、図2(a),(b)
に示すように、接続板5の外側の端子板3を貫通する。
束は、接続板5と鎖交しない。また、超電導導体2aと
外部導体4は、近接しており、且つ、平行に設けられて
いる。また、このうち、超電導導体2aから外部導体4
へ流れる電流itは、前述したように、超電導導体2a
と外部導体4の対向部でほぼ平均して全面に亘って流れ
るので、超電導導体2aから外部導体4を経て外部に流
れる電流iで発生する磁束φiは、図2(a),(b)
に示すように、接続板5の外側の端子板3を貫通する。
【0039】すると、この端子板3は、ほぼ絶縁材の窒
化アルミニウムで製作されているので、渦電流は流れ
ず、したがって、この渦電流による損失、すなわち、熱
は発生しない。
化アルミニウムで製作されているので、渦電流は流れ
ず、したがって、この渦電流による損失、すなわち、熱
は発生しない。
【0040】また、接続板3は、無酸素銅で製作され、
板厚も1mmの材料が使われているので、後述する電流の
表皮効果による実質抵抗の増加の影響のおそれもない。
板厚も1mmの材料が使われているので、後述する電流の
表皮効果による実質抵抗の増加の影響のおそれもない。
【0041】さらに、常電導線である外部導体4及びは
んだの膜で発生した僅かな熱は、接続板5に伝達され、
表面積の広いこの接続板5から冷媒中に放熱されるの
で、超電導導体2a及び超電導導体2に対する熱伝導の
おそれもない。
んだの膜で発生した僅かな熱は、接続板5に伝達され、
表面積の広いこの接続板5から冷媒中に放熱されるの
で、超電導導体2a及び超電導導体2に対する熱伝導の
おそれもない。
【0042】表1は、図6及び図7で示した従来の無酸
素銅材の端子体3Cと、図1及び図2で示す無酸素銅材
の接続板5及び窒化アルミニウム材の端子板3の外形と
極低温(4.2k)における特性を比較したものである。な
お、この特性値は、通電電流がAC1000Arms50Hzで、極低
温環境は液体ヘリウム内とした。
素銅材の端子体3Cと、図1及び図2で示す無酸素銅材
の接続板5及び窒化アルミニウム材の端子板3の外形と
極低温(4.2k)における特性を比較したものである。な
お、この特性値は、通電電流がAC1000Arms50Hzで、極低
温環境は液体ヘリウム内とした。
【0043】
【表1】
【0044】表1に示すように、従来の端子部に用いた
端子板3Cで発生した損失が、実測値で 1.5Wであった
のに対し、本発明の端子部に用いた接続板5の損失は、
計算値で0.01Wで、従来の 150分の1である。
端子板3Cで発生した損失が、実測値で 1.5Wであった
のに対し、本発明の端子部に用いた接続板5の損失は、
計算値で0.01Wで、従来の 150分の1である。
【0045】ここで、前述したように、接続板5の板厚
を電流の表皮効果の影響を避けて1mmとした理由を、以
下説明する。すなわち、表皮効果によって導体の表面に
流れる電流の浸透深さδは、物質の導電率κに依存し、
次の式(1)から求められる。
を電流の表皮効果の影響を避けて1mmとした理由を、以
下説明する。すなわち、表皮効果によって導体の表面に
流れる電流の浸透深さδは、物質の導電率κに依存し、
次の式(1)から求められる。
【0046】 δ=1/(ω・μ・κ)0.5 (m)・・・・(1) ここで、ω:電流の角周波数 (rad/sec) ω=2・π・f f:電流の周波数 (Hz) μ:透磁率 (H/m) μ=μo・μs μo:真空の透磁率4π×10-7 (H/m) μs:比透磁率 κ:導電率(S) κ=1/ρ ρ:抵抗率(Ωm)
【0047】極低温下(4.2K)で、50Hzの交流を通電し
たときの銅の表皮効果(電流の浸透深さδ)を表1で示
した値及び式(1)から求めると、δ=4.2k=0.0005
(m)= 0.5(mm)となる。すなわち、接続板の板厚が
1mm程度以上あれば、表皮効果を殆ど考慮しなくて導体
の抵抗、すなわち、ジュール熱を計算してもよいことに
なる。
たときの銅の表皮効果(電流の浸透深さδ)を表1で示
した値及び式(1)から求めると、δ=4.2k=0.0005
(m)= 0.5(mm)となる。すなわち、接続板の板厚が
1mm程度以上あれば、表皮効果を殆ど考慮しなくて導体
の抵抗、すなわち、ジュール熱を計算してもよいことに
なる。
【0048】以上の結果から、接続板5の実効抵抗Rc
を求めると、 Rc=ρ・L/S =1×10-10 ×0.01/0.0001 =1×10-8(Ω) ここで、ρ:接続板の抵抗率 1×10-10 (Ω
m) L:導体間の距離 0.01 (m) S:接続板の通電断面積 0.0001 (m2 )
を求めると、 Rc=ρ・L/S =1×10-10 ×0.01/0.0001 =1×10-8(Ω) ここで、ρ:接続板の抵抗率 1×10-10 (Ω
m) L:導体間の距離 0.01 (m) S:接続板の通電断面積 0.0001 (m2 )
【0049】したがって、接続板5で発生する損失は、
式(2)で求めた接続板5の実効抵抗1×10-8(Ω)に
対して、通電電流の2乗1×106 (1000Aの2乗)を乗
じて求められ、表1で示したように0.01(W)となる。
式(2)で求めた接続板5の実効抵抗1×10-8(Ω)に
対して、通電電流の2乗1×106 (1000Aの2乗)を乗
じて求められ、表1で示したように0.01(W)となる。
【0050】次に、図3は、請求項2に記載の交流超電
導機器の端子部の一実施例を示す図で、図1に対応する
図である。図1(a),(b),(c)においては、通
電容量が数kAと大きいことから、絶縁性の端子板の片面
に無酸素銅材の接続板を接合した例で説明したが、通電
容量が小さいときには、図3に示すような端子部にして
もよい。
導機器の端子部の一実施例を示す図で、図1に対応する
図である。図1(a),(b),(c)においては、通
電容量が数kAと大きいことから、絶縁性の端子板の片面
に無酸素銅材の接続板を接合した例で説明したが、通電
容量が小さいときには、図3に示すような端子部にして
もよい。
【0051】図3において、図1と異なるところは、図
1で示した接続板5の代わりに、図1で示した端子板3
とほぼ同一形状で、一対の溝の間隔が狭い窒化アルミニ
ウム材の端子板3Aの片面中央部に対して、銅材の蒸着
被覆層8が形成されていることで、他は、図2と同様で
ある。この場合には、厚い蒸着被覆層8を形成すること
は困難であるので、通電容量の大きい接続部には適用で
きないが、接続板が不要となり、はんだによる接合工程
も不要となる利点がある。
1で示した接続板5の代わりに、図1で示した端子板3
とほぼ同一形状で、一対の溝の間隔が狭い窒化アルミニ
ウム材の端子板3Aの片面中央部に対して、銅材の蒸着
被覆層8が形成されていることで、他は、図2と同様で
ある。この場合には、厚い蒸着被覆層8を形成すること
は困難であるので、通電容量の大きい接続部には適用で
きないが、接続板が不要となり、はんだによる接合工程
も不要となる利点がある。
【0052】また、図4は、請求項3及び請求項4に記
載の交流超電導機器の端子部を示す図で、(a)は図1
(a)及び図3に対応する図、また、(b)は、図4
(a)のB−B矢視図で、同じく図1(b)に対応する
図である。この場合には、図1及び図3で示した窒化ア
ルミニウム材の端子板の表面に対して、超電導層4が形
成されている。
載の交流超電導機器の端子部を示す図で、(a)は図1
(a)及び図3に対応する図、また、(b)は、図4
(a)のB−B矢視図で、同じく図1(b)に対応する
図である。この場合には、図1及び図3で示した窒化ア
ルミニウム材の端子板の表面に対して、超電導層4が形
成されている。
【0053】図4(a),(b)において、図1及び図
で示した端子板3,3Aと比べて板厚が僅かに薄い端子
板3Bの両面には、酸化物超電導材の導板9がろう付け
されれている。
で示した端子板3,3Aと比べて板厚が僅かに薄い端子
板3Bの両面には、酸化物超電導材の導板9がろう付け
されれている。
【0054】図5は、図4に示した交流超電導機器の端
子部に通電される電流によって発生した磁束の分布を示
す説明図である。図5において、超電導導体2aから外
部導体4を経て外部の機器に流れる電流の一部は、超電
導導体2aから外部導体4に流れる過程で、導体9にも
分流する。したがって、端子部の磁束φiは、図5に示
すように導体9の外側となって、導体9を貫通しない。
したがって、このように構成された交流超電導機器の端
子部においても、渦電流は発生しないので、この渦電流
による熱の発生を防ぐことができる。
子部に通電される電流によって発生した磁束の分布を示
す説明図である。図5において、超電導導体2aから外
部導体4を経て外部の機器に流れる電流の一部は、超電
導導体2aから外部導体4に流れる過程で、導体9にも
分流する。したがって、端子部の磁束φiは、図5に示
すように導体9の外側となって、導体9を貫通しない。
したがって、このように構成された交流超電導機器の端
子部においても、渦電流は発生しないので、この渦電流
による熱の発生を防ぐことができる。
【0055】なお、導体9のろう付は片面のみ行っても
よく、導体9のろう付の代わりに、端子板3Bの片面ま
たは両面に酸化物超電導材の粉末を蒸着してもよい。
よく、導体9のろう付の代わりに、端子板3Bの片面ま
たは両面に酸化物超電導材の粉末を蒸着してもよい。
【0056】この場合、超電導層の表面遮蔽電流による
損失は、超電導層の抵抗値が零であることから殆ど無視
できる値となる。このような構成とすることで、先の実
施例と同様の効果を奏することができると同時に、超電
導導体2と外部導体4間が超電導層によって抵抗値を零
として接続されるため、その部分の損失をほぼ零にする
効果も得られる。
損失は、超電導層の抵抗値が零であることから殆ど無視
できる値となる。このような構成とすることで、先の実
施例と同様の効果を奏することができると同時に、超電
導導体2と外部導体4間が超電導層によって抵抗値を零
として接続されるため、その部分の損失をほぼ零にする
効果も得られる。
【0057】したがって、低温冷媒を使用して冷却され
る超電導コイルの端子部の損失を従来の交流超電導機器
の端子部の約 150分の1に減らすことができ、冷凍機や
圧縮機の容量を減らすことができ、外形の小形化を図る
こともできる。
る超電導コイルの端子部の損失を従来の交流超電導機器
の端子部の約 150分の1に減らすことができ、冷凍機や
圧縮機の容量を減らすことができ、外形の小形化を図る
こともできる。
【0058】
【発明の効果】以上、請求項1に記載の発明によれば、
超電導コイルの端部に片側が接続され固定される絶縁板
と、この絶縁板の少なくとも片面に固定され超電導コイ
ルの一端が固定される接続板と、超電導コイルの導体の
一端と対置して接続板に固定され超電導コイルの外部と
接続される外部導体を交流超電導機器の端子部に備える
ことで、超電導コイルの一端と外部導体との間に流れる
交流で発生する磁束を接続板を介して相対置した超電導
コイル及び外部導体と、これらの超電導コイルと外部導
体の間の接続板を流れる交流によって接続板の外周を通
過させたので、端子部で発生する渦電流による損失を減
らし、交流超電導装置の小形化と省電力化を図ることの
できる交流超電導機器の端子部を得ることができる。
超電導コイルの端部に片側が接続され固定される絶縁板
と、この絶縁板の少なくとも片面に固定され超電導コイ
ルの一端が固定される接続板と、超電導コイルの導体の
一端と対置して接続板に固定され超電導コイルの外部と
接続される外部導体を交流超電導機器の端子部に備える
ことで、超電導コイルの一端と外部導体との間に流れる
交流で発生する磁束を接続板を介して相対置した超電導
コイル及び外部導体と、これらの超電導コイルと外部導
体の間の接続板を流れる交流によって接続板の外周を通
過させたので、端子部で発生する渦電流による損失を減
らし、交流超電導装置の小形化と省電力化を図ることの
できる交流超電導機器の端子部を得ることができる。
【0059】また、請求項2に記載の発明によれば、超
電導コイルの端部に片側が接続され固定される絶縁板
と、この絶縁板の少なくとも片面に形成され超電導コイ
ルの一端が固定される導電被覆と、超電導コイルの導体
の一端と対置して導電被覆に固定され超電導コイルの外
部と接続される外部導体を交流超電導機器の端子部に備
えることで、超電導コイルの一端と外部導体との間に流
れる交流で発生する磁束を導電被覆を介して相対置した
超電導コイル及び外部導体と、これらの超電導コイルと
外部導体の間の導電被覆を流れる交流によって、導電被
覆の外周を通過させたので、端子部で発生する渦電流に
よる損失を減らし、交流超電導装置の小形化と省電力化
を図ることのできる交流超電導機器の端子部を得ること
ができる。また、請求項3に記載の発明によれば、超電
導コイルの端部に片側が接続され固定される金属板と、
この金属板の少なくとも片面に固定され超電導コイルの
一端が固定される超電導層と、超電導コイルの導体の一
端と対置して超電導層に固定され超電導コイルの外部と
接続される外部導体を交流超電導機器の端子部に備える
ことで、超電導コイルの一端と外部導体との間に流れる
交流で発生する磁束を超電導層を介して相対置した超電
導コイル及び外部導体と、これらの超電導コイルと外部
導体の間の超電導層を流れる交流によって、超電導層と
金属板の外周を通過させたので、端子部で発生する渦電
流による損失を減らし、交流超電導装置の小形化と省電
力化を図ることのできる交流超電導機器の端子部を得る
ことができる。
電導コイルの端部に片側が接続され固定される絶縁板
と、この絶縁板の少なくとも片面に形成され超電導コイ
ルの一端が固定される導電被覆と、超電導コイルの導体
の一端と対置して導電被覆に固定され超電導コイルの外
部と接続される外部導体を交流超電導機器の端子部に備
えることで、超電導コイルの一端と外部導体との間に流
れる交流で発生する磁束を導電被覆を介して相対置した
超電導コイル及び外部導体と、これらの超電導コイルと
外部導体の間の導電被覆を流れる交流によって、導電被
覆の外周を通過させたので、端子部で発生する渦電流に
よる損失を減らし、交流超電導装置の小形化と省電力化
を図ることのできる交流超電導機器の端子部を得ること
ができる。また、請求項3に記載の発明によれば、超電
導コイルの端部に片側が接続され固定される金属板と、
この金属板の少なくとも片面に固定され超電導コイルの
一端が固定される超電導層と、超電導コイルの導体の一
端と対置して超電導層に固定され超電導コイルの外部と
接続される外部導体を交流超電導機器の端子部に備える
ことで、超電導コイルの一端と外部導体との間に流れる
交流で発生する磁束を超電導層を介して相対置した超電
導コイル及び外部導体と、これらの超電導コイルと外部
導体の間の超電導層を流れる交流によって、超電導層と
金属板の外周を通過させたので、端子部で発生する渦電
流による損失を減らし、交流超電導装置の小形化と省電
力化を図ることのできる交流超電導機器の端子部を得る
ことができる。
【0060】さらに、請求項4に記載の発明によれば、
請求項3に記載の交流超電導機器の端子部において、超
導電層を酸化物超電導体とすることで、超電導コイルの
一端と外部導体との間に流れる交流で発生する磁束を酸
化物超電導体を介して相対置した超電導コイル及び外部
導体と、これらの超電導コイルと外部導体の間の酸化物
超電導体を流れる交流によって、酸化物超電導体と金属
板の外周を通過させたので、端子部で発生する渦電流に
よる損失を減らし、交流超電導装置の小形化と省電力化
を図ることのできる交流超電導機器の端子部を得ること
ができる。
請求項3に記載の交流超電導機器の端子部において、超
導電層を酸化物超電導体とすることで、超電導コイルの
一端と外部導体との間に流れる交流で発生する磁束を酸
化物超電導体を介して相対置した超電導コイル及び外部
導体と、これらの超電導コイルと外部導体の間の酸化物
超電導体を流れる交流によって、酸化物超電導体と金属
板の外周を通過させたので、端子部で発生する渦電流に
よる損失を減らし、交流超電導装置の小形化と省電力化
を図ることのできる交流超電導機器の端子部を得ること
ができる。
【図1】(a)は請求項1に記載の発明の交流超電導機
器の端子部の一実施例を示す図、(b)は、(a)のA
−A矢視図、(c)は、(b)の部分拡大詳細図であ
る。
器の端子部の一実施例を示す図、(b)は、(a)のA
−A矢視図、(c)は、(b)の部分拡大詳細図であ
る。
【図2】(a)は、請求項1に記載の発明の交流超電導
機器の端子部の作用を示す正面図、(b)は、(a)の
右側面図。
機器の端子部の作用を示す正面図、(b)は、(a)の
右側面図。
【図3】請求項2に記載の発明の交流超電導機器の端子
部の一実施例を示す図。
部の一実施例を示す図。
【図4】(a)は、請求項2に記載の発明の交流超電導
機器の端子部の一実施例を示す正面図。
機器の端子部の一実施例を示す正面図。
【図5】請求項3に記載の発明の交流超電導機器の端子
部の作用を示す右側面図。
部の作用を示す右側面図。
【図6】従来の交流超電導機器の端子部の一例を示す
図。
図。
【図7】(a)は図6の部分拡大詳細図、(b)は、
(a)のC−C矢視図。
(a)のC−C矢視図。
【図8】従来の交流超電導機器の端子部の作用を示す説
明図。
明図。
【図9】従来の交流超電導機器の端子部の作用を示す接
続図。
続図。
【符号の説明】 1…巻枠、2,2a…超電導導体、3,A,3B…端子
板、3a…溝、4…外部導体、5…接続板、5a…湾曲
部、6…ヘリサート、7…なべ小ねじ、8…蒸着被覆
層、9…導板。
板、3a…溝、4…外部導体、5…接続板、5a…湾曲
部、6…ヘリサート、7…なべ小ねじ、8…蒸着被覆
層、9…導板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鶴永 和行 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 矢澤 孝 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 多田 孝光 東京都港区芝浦一丁目1番1号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 松崎 順 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東芝 府中工場内
Claims (4)
- 【請求項1】 超電導コイルの端部に片側が接続され固
定される絶縁板と、この絶縁板の少なくとも片面に固定
され前記超電導コイルの一端が固定される接続板と、前
記超電導コイルの導体の一端と対置して前記接続板に固
定され前記超電導コイルの外部と接続される外部導体を
備えた交流超電導機器の端子部。 - 【請求項2】 超電導コイルの端部に片側が接続され固
定される絶縁板と、この絶縁板の少なくとも片面に形成
され前記超電導コイルの一端が固定される導電被覆と、
前記超電導コイルの導体の一端と対置して前記導電被覆
に固定され前記超電導コイルの外部と接続される外部導
体を備えた交流超電導機器の端子部。 - 【請求項3】 超電導コイルの端部に片側が接続され固
定される金属板と、この金属板の少なくとも片面に固定
され前記超電導コイルの一端が固定される超電導層と、
前記超電導コイルの導体の一端と対置して前記超電導層
に固定され前記超電導コイルの外部と接続される外部導
体を備えた交流超電導機器の端子部。 - 【請求項4】 超導電層を酸化物超電導体としたことを
特徴とする請求項3に記載の交流超電導機器の端子部。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20693594A JPH0869827A (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 交流超電導機器の端子部 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20693594A JPH0869827A (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 交流超電導機器の端子部 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0869827A true JPH0869827A (ja) | 1996-03-12 |
Family
ID=16531481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20693594A Pending JPH0869827A (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 交流超電導機器の端子部 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0869827A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000014827A1 (en) * | 1998-09-09 | 2000-03-16 | Pirelli Cables (2000) Limited | Superconducting leads |
| JP2010278391A (ja) * | 2009-06-01 | 2010-12-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導コイルおよび超電導コイルの製造方法 |
-
1994
- 1994-08-31 JP JP20693594A patent/JPH0869827A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000014827A1 (en) * | 1998-09-09 | 2000-03-16 | Pirelli Cables (2000) Limited | Superconducting leads |
| JP2010278391A (ja) * | 2009-06-01 | 2010-12-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導コイルおよび超電導コイルの製造方法 |
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