JPH0936445A - 超電導線用端子および超電導線の接続方法 - Google Patents
超電導線用端子および超電導線の接続方法Info
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- JPH0936445A JPH0936445A JP8117669A JP11766996A JPH0936445A JP H0936445 A JPH0936445 A JP H0936445A JP 8117669 A JP8117669 A JP 8117669A JP 11766996 A JP11766996 A JP 11766996A JP H0936445 A JPH0936445 A JP H0936445A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】渦電流損失を大幅に低減でき、冷媒消費量の低
減または冷凍機容量の低減に寄与できる超電導線用端子
および超電導線の接続方法を提供する。 【構成】少なくとも超電導線11a,11b同士の接続
部12に接続される側の表層部に、接続部12の回りに
発生する変動磁界が内部へ侵入するのを阻止する超電導
体層15を備えている。
減または冷凍機容量の低減に寄与できる超電導線用端子
および超電導線の接続方法を提供する。 【構成】少なくとも超電導線11a,11b同士の接続
部12に接続される側の表層部に、接続部12の回りに
発生する変動磁界が内部へ侵入するのを阻止する超電導
体層15を備えている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超電導線用端子お
よび超電導線の接続方法に関する。
よび超電導線の接続方法に関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、超電導線を利用した超電
導機器は、クライオスタット内に収容され、このクライ
オスタト内において超電導転移温度以下に冷却された状
態で使用される。
導機器は、クライオスタット内に収容され、このクライ
オスタト内において超電導転移温度以下に冷却された状
態で使用される。
【0003】このような超電導機器の多くは、クライオ
スタットの壁を貫通させて銅などのような常電導金属か
らなる電流リードを設け、この電流リードを介して超電
導転移温度以下に冷却された超電導線に電流を供給する
構造を採用している。このため、クライオスタット内に
は、常電導金属からなる電流リードと超電導線とを電気
的に接続する接続部が存在している。また、複数の超電
導コイルで回路を構成している超電導機器では、超電導
線同士の接続部も存在している。
スタットの壁を貫通させて銅などのような常電導金属か
らなる電流リードを設け、この電流リードを介して超電
導転移温度以下に冷却された超電導線に電流を供給する
構造を採用している。このため、クライオスタット内に
は、常電導金属からなる電流リードと超電導線とを電気
的に接続する接続部が存在している。また、複数の超電
導コイルで回路を構成している超電導機器では、超電導
線同士の接続部も存在している。
【0004】ところで、超電導線同士を接続したり、超
電導線と常電導線とを接続したりする場合には、通常、
両線の強固な接続や超電導線の接続部における安定化を
図るために、銅ブロックなどで形成された常電導金属ブ
ロックを介挿したり、裏打ちしたりすることが行われて
いる。このような目的で超電導線の端部に設けられる常
電導金属ブロックは、通常、端子と呼ばれている。
電導線と常電導線とを接続したりする場合には、通常、
両線の強固な接続や超電導線の接続部における安定化を
図るために、銅ブロックなどで形成された常電導金属ブ
ロックを介挿したり、裏打ちしたりすることが行われて
いる。このような目的で超電導線の端部に設けられる常
電導金属ブロックは、通常、端子と呼ばれている。
【0005】図10には、超電導線1a,1bの端部同
士を接続する接続部2に裏打ちされて、両線の強固な接
続と超電導線1a,1bの接続箇所の安定化とを図るよ
うに設けられた従来の端子3が示されている。
士を接続する接続部2に裏打ちされて、両線の強固な接
続と超電導線1a,1bの接続箇所の安定化とを図るよ
うに設けられた従来の端子3が示されている。
【0006】端子3は板状に形成された、たとえば銅の
ブロックで形成されている。超電導線1a,1bは、た
とえば銅安定化Nb−Ti合金線や銅安定化Nb3 Sn
化合物線で形成されている。そして、これら超電導線1
a,1bの端部同士を互い違いに合わせ、この合わせ部
をハンダで電気的および機械的に接続して接続部2を形
成し、この接続部2を端子3の一方の表面に対してハン
ダで電気的および機械的に接続している。
ブロックで形成されている。超電導線1a,1bは、た
とえば銅安定化Nb−Ti合金線や銅安定化Nb3 Sn
化合物線で形成されている。そして、これら超電導線1
a,1bの端部同士を互い違いに合わせ、この合わせ部
をハンダで電気的および機械的に接続して接続部2を形
成し、この接続部2を端子3の一方の表面に対してハン
ダで電気的および機械的に接続している。
【0007】このように設けられる端子3は、接続部2
の機械的な強度維持に寄与するばかりか、何等かの原因
で超電導線1a,1bの接続部2を構成している部分が
常電導転移(クエンチ)しようとしたときに電流のバイ
パス通路として働き、超電導線の安定化に寄与する。
の機械的な強度維持に寄与するばかりか、何等かの原因
で超電導線1a,1bの接続部2を構成している部分が
常電導転移(クエンチ)しようとしたときに電流のバイ
パス通路として働き、超電導線の安定化に寄与する。
【0008】しかしながら、上記のように構成された従
来の超電導線用端子にあっては次のような問題があっ
た。すなわち、超電導線1a,1bからなる直列電路に
交流電流4が流れると、この交流電流4の作る変動磁場
5によって端子3の内部に渦電流6が誘起され、この渦
電流6によってジュール損失が発生する。端子3は超電
導線1a,1bと同じ極低温に保持される必要があるの
で、端子3で発生したジュール損失、つまり発生熱を速
やかに排除する必要がある。この場合、超電導機器にお
ける低温部での損失は、冷却のためのエネルギ効率を考
慮すると、たとえば液体ヘリウム温度である4.2Kを
例にとった場合、常温での損失の約500倍に相当す
る。このため、端子3で発生した渦電流損失は、冷媒や
冷凍機に対して非常に大きな熱負荷となり、交流超電導
機器の実用化を阻害する一因となっている。
来の超電導線用端子にあっては次のような問題があっ
た。すなわち、超電導線1a,1bからなる直列電路に
交流電流4が流れると、この交流電流4の作る変動磁場
5によって端子3の内部に渦電流6が誘起され、この渦
電流6によってジュール損失が発生する。端子3は超電
導線1a,1bと同じ極低温に保持される必要があるの
で、端子3で発生したジュール損失、つまり発生熱を速
やかに排除する必要がある。この場合、超電導機器にお
ける低温部での損失は、冷却のためのエネルギ効率を考
慮すると、たとえば液体ヘリウム温度である4.2Kを
例にとった場合、常温での損失の約500倍に相当す
る。このため、端子3で発生した渦電流損失は、冷媒や
冷凍機に対して非常に大きな熱負荷となり、交流超電導
機器の実用化を阻害する一因となっている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の超
電導線用端子は、渦電流損失の発生を防止することがで
きないため、結果として冷媒消費量の増加や冷凍機容量
の増大を招くという問題があった。
電導線用端子は、渦電流損失の発生を防止することがで
きないため、結果として冷媒消費量の増加や冷凍機容量
の増大を招くという問題があった。
【0010】そこで本発明は、渦電流損失を大幅に低減
でき、冷媒消費量の低減または冷凍機容量の低減に寄与
できる超電導線用端子および超電導線の接続方法を提供
することを目的としている。
でき、冷媒消費量の低減または冷凍機容量の低減に寄与
できる超電導線用端子および超電導線の接続方法を提供
することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第1の発明に係る超電導線用端子は、少な
くとも超電導線同士の接続部に接続される側の表層部
に、上記接続部の回りに発生する磁界が内部へ侵入する
のを阻止する超電導体層を備えている。
に、本発明の第1の発明に係る超電導線用端子は、少な
くとも超電導線同士の接続部に接続される側の表層部
に、上記接続部の回りに発生する磁界が内部へ侵入する
のを阻止する超電導体層を備えている。
【0012】上記端子は前記超電導体層と常電導金属材
層との積層構造に形成されていてもよいし、全体が超電
導体層で形成されていてもよいし、超電導線とのハンダ
接続を容易にするため前記超電導体層の表面部に薄い常
電導金属膜が設けられていてもよい。なお、ここでいう
超電導体層には超電導体で形成されたメッシュを含んで
いる。
層との積層構造に形成されていてもよいし、全体が超電
導体層で形成されていてもよいし、超電導線とのハンダ
接続を容易にするため前記超電導体層の表面部に薄い常
電導金属膜が設けられていてもよい。なお、ここでいう
超電導体層には超電導体で形成されたメッシュを含んで
いる。
【0013】上記目的を達成するために、本発明の第2
の発明に係る超電導線用端子は、超電導線と常電導線と
の間に両線を接続するために設けられる端子であって、
常電導金属材で形成された端子本体と、この端子本体の
前記超電導線側に位置する表面を覆うように設けられた
超電導体層とを備えている。
の発明に係る超電導線用端子は、超電導線と常電導線と
の間に両線を接続するために設けられる端子であって、
常電導金属材で形成された端子本体と、この端子本体の
前記超電導線側に位置する表面を覆うように設けられた
超電導体層とを備えている。
【0014】なお、この第2の発明に係る超電導線用端
子では、前記超電導体層の表面部に常電導金属膜を備え
ていてもよい。また、前記端子本体が前記常電導線の一
部で形成されていてもよい。ここでいう超電導体層にも
超電導体で形成されたメッシュを含んでいる。
子では、前記超電導体層の表面部に常電導金属膜を備え
ていてもよい。また、前記端子本体が前記常電導線の一
部で形成されていてもよい。ここでいう超電導体層にも
超電導体で形成されたメッシュを含んでいる。
【0015】上記目的を達成するために、本発明の第3
の発明に係る超電導線の接続方法では、超電導線同士を
接続するに当たり、各超電導線の端部をそれそれ複数に
分割するとともに分割端部同士を接続し、かつ各接続部
を少なくとも表層部が超電導体層で形成された安定化用
の端子の上記表層部に電気的に接続するようにしてい
る。
の発明に係る超電導線の接続方法では、超電導線同士を
接続するに当たり、各超電導線の端部をそれそれ複数に
分割するとともに分割端部同士を接続し、かつ各接続部
を少なくとも表層部が超電導体層で形成された安定化用
の端子の上記表層部に電気的に接続するようにしてい
る。
【0016】上記目的を達成するために、本発明の第4
の発明に係る超電導線の接続方法では、超電導線と常電
導線とを接続するに当たり、超電導線の端部を複数に分
割し、分割端部を少なくとも表層部が超電導体層で形成
された端子を介して上記常電導線に接続するようにして
いる。
の発明に係る超電導線の接続方法では、超電導線と常電
導線とを接続するに当たり、超電導線の端部を複数に分
割し、分割端部を少なくとも表層部が超電導体層で形成
された端子を介して上記常電導線に接続するようにして
いる。
【0017】なお、第3および第4の発明に係る接続方
法において、前記端子として、前記超電導体層と常電導
金属材層との積層構造に形成されたものを用いてもよい
し、前記超電導体層の表面部に常電導金属膜の形成され
たものを用いてもよい。さらに、前記端子として断面形
状が多角形もしくは円形のものを用い、この端子に対し
て前記各接続部または前記分割端部を幾何学的に対称に
配置するとさらに好ましい。
法において、前記端子として、前記超電導体層と常電導
金属材層との積層構造に形成されたものを用いてもよい
し、前記超電導体層の表面部に常電導金属膜の形成され
たものを用いてもよい。さらに、前記端子として断面形
状が多角形もしくは円形のものを用い、この端子に対し
て前記各接続部または前記分割端部を幾何学的に対称に
配置するとさらに好ましい。
【0018】第1および第2の発明に係る超電導線用端
子では、超電導線同士の接続部に接続される側の表層部
または超電導線側に位置する表層部に超電導体層を設け
ているので、通電電流により発生する変動磁場が端子内
に侵入するのを上記超電導体層で遮蔽することが可能と
なる。したがって、渦電流損失の低減に寄与できる。
子では、超電導線同士の接続部に接続される側の表層部
または超電導線側に位置する表層部に超電導体層を設け
ているので、通電電流により発生する変動磁場が端子内
に侵入するのを上記超電導体層で遮蔽することが可能と
なる。したがって、渦電流損失の低減に寄与できる。
【0019】第3および第4の発明に係る超電導線の接
続方法では、超電導線を複数に分割して接続し、かつ表
層部に超電導体層を設けた端子を用いる方法を採用して
いるので、分割した超電導線の間隔を広げて端子に接続
することで、通電電流により発生する変動磁場そのもの
を小さくすることができる。したがって、上記構造の端
子の使用と相俟って渦電流損失を一層低減できる。ま
た、端子に対して幾何学的に対称になるように分割した
超電導線を配置すると、各分割部の自己および相互イン
ダクタンスをとれぞれ等しくでき、各分割部に流れる電
流の均等化を図れるので、局部的に変動磁場が大きくな
る部分の発生を防止でき、超電導線を複数に分割したこ
とによる利点を確実に発揮させることができる。
続方法では、超電導線を複数に分割して接続し、かつ表
層部に超電導体層を設けた端子を用いる方法を採用して
いるので、分割した超電導線の間隔を広げて端子に接続
することで、通電電流により発生する変動磁場そのもの
を小さくすることができる。したがって、上記構造の端
子の使用と相俟って渦電流損失を一層低減できる。ま
た、端子に対して幾何学的に対称になるように分割した
超電導線を配置すると、各分割部の自己および相互イン
ダクタンスをとれぞれ等しくでき、各分割部に流れる電
流の均等化を図れるので、局部的に変動磁場が大きくな
る部分の発生を防止でき、超電導線を複数に分割したこ
とによる利点を確実に発揮させることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら発明の
実施形態を説明する。図1には超電導線11a,11b
の端部同士を接続する接続部12に裏打ちされて、両線
の強固な接続と超電導線11a,11bの接続箇所の安
定化とを図るように設けられた本発明の第1の実施形態
に係る端子13が示されている。
実施形態を説明する。図1には超電導線11a,11b
の端部同士を接続する接続部12に裏打ちされて、両線
の強固な接続と超電導線11a,11bの接続箇所の安
定化とを図るように設けられた本発明の第1の実施形態
に係る端子13が示されている。
【0021】端子13は全体が板状に形成されており、
端子本体となるたとえば銅などの常電導金属材層14
と、この常電導金属材層14の一方の表面にハンダ等を
介して積層固着された超電導体層15とで構成されてい
る。
端子本体となるたとえば銅などの常電導金属材層14
と、この常電導金属材層14の一方の表面にハンダ等を
介して積層固着された超電導体層15とで構成されてい
る。
【0022】超電導線11a,11bは、たとえば銅安
定化Nb−Ti合金線や銅安定化Nb3 Sn化合物線等
で形成されている。そして、これら超電導線11a,1
1bの端部同士を互い違いに合わせ、この合わせ部をた
とえばハンダで電気的および機械的に接続して接続部1
2を形成し、この接続部12を端子13の一方の表面、
つまり超電導体層15に対して上述した元素を含むハン
ダで電気的および機械的に接続している。
定化Nb−Ti合金線や銅安定化Nb3 Sn化合物線等
で形成されている。そして、これら超電導線11a,1
1bの端部同士を互い違いに合わせ、この合わせ部をた
とえばハンダで電気的および機械的に接続して接続部1
2を形成し、この接続部12を端子13の一方の表面、
つまり超電導体層15に対して上述した元素を含むハン
ダで電気的および機械的に接続している。
【0023】なお、端子13を含めた接続部は、超電導
線11a,11bおよび超電導体層15の臨界温度以下
に冷却される。このような構成であると、超電導線11
a,11bからなる直列電路に交流電流が流れると、超
電導線11a,11bの回りに変動磁場が発生する。こ
の磁場の強さが超電導体層15の下部臨界磁場Hc1以
下、すなわち超電導体層15が磁場を完全に排除するマ
イスナー状態であると、端子13の表層部に配置された
超電導体層15により磁場が完全に遮蔽され、常電導金
属材層14には渦電流損失は発生しない。
線11a,11bおよび超電導体層15の臨界温度以下
に冷却される。このような構成であると、超電導線11
a,11bからなる直列電路に交流電流が流れると、超
電導線11a,11bの回りに変動磁場が発生する。こ
の磁場の強さが超電導体層15の下部臨界磁場Hc1以
下、すなわち超電導体層15が磁場を完全に排除するマ
イスナー状態であると、端子13の表層部に配置された
超電導体層15により磁場が完全に遮蔽され、常電導金
属材層14には渦電流損失は発生しない。
【0024】磁場の強さがHc1より徐々に大きくなる
と、これに伴って常電導金属材層14への磁場の侵入量
も徐々に増加し、侵入した磁場に相当する渦電流損失が
常電導金属材層14に発生する。そして、磁場の強さが
超電導体層15の超電導性が完全になくなる上部臨界磁
場Hc2を越えると、超電導体層15による磁場遮蔽機能
が完全になくなる。このように、磁場の強さがHc1を越
えてもHc2までの範囲では超電導体層15による磁場遮
蔽効果があるので、渦電流損失の低減が期待できるが、
Hc1以下で使用するのがより効果的である。
と、これに伴って常電導金属材層14への磁場の侵入量
も徐々に増加し、侵入した磁場に相当する渦電流損失が
常電導金属材層14に発生する。そして、磁場の強さが
超電導体層15の超電導性が完全になくなる上部臨界磁
場Hc2を越えると、超電導体層15による磁場遮蔽機能
が完全になくなる。このように、磁場の強さがHc1を越
えてもHc2までの範囲では超電導体層15による磁場遮
蔽効果があるので、渦電流損失の低減が期待できるが、
Hc1以下で使用するのがより効果的である。
【0025】ここで、端子の具体的な例を説明する。常
電導金属材層14として銅製の平板(幅50mm×長さ100m
m ×厚さ3mm )を用い、この常電導金属材層14の表面
に超電導体層15としての鉛−63% 錫合金をメッキして
端子13を形成した。この端子13に、図1に示すよう
に超電導線11a,11bを接続し、これら超電導線1
1a,11bからなる直列電路に交流電流を通電したと
きの損失を蒸発法で測定した。
電導金属材層14として銅製の平板(幅50mm×長さ100m
m ×厚さ3mm )を用い、この常電導金属材層14の表面
に超電導体層15としての鉛−63% 錫合金をメッキして
端子13を形成した。この端子13に、図1に示すよう
に超電導線11a,11bを接続し、これら超電導線1
1a,11bからなる直列電路に交流電流を通電したと
きの損失を蒸発法で測定した。
【0026】鉛−63% 錫合金のHC1は400 Gauss であ
る。本端子では通電電流90Armsまで測定装置の精度以下
(<0.01W )の損失しか測定されなかった。これに対し
て、同一寸法の銅製平板のみからなる従来の端子では90
Armsで0.05W の損失が観測され、本端子の有効性が確認
された。
る。本端子では通電電流90Armsまで測定装置の精度以下
(<0.01W )の損失しか測定されなかった。これに対し
て、同一寸法の銅製平板のみからなる従来の端子では90
Armsで0.05W の損失が観測され、本端子の有効性が確認
された。
【0027】図2には本発明の第2の実施形態に係る超
電導線用端子13aが示されている。なお、この図では
図1と同一機能部分が同一符号で示されている。したが
って、重複する部分の詳しい説明は省略する。
電導線用端子13aが示されている。なお、この図では
図1と同一機能部分が同一符号で示されている。したが
って、重複する部分の詳しい説明は省略する。
【0028】この例に係る端子13aでは、磁場を遮蔽
する超電導体層15をNb等で構成している。周知のよ
うに、Nbはハンダとの接合性が悪い。そこで、この例
に係る端子13aでは、超電導体層15の上にハンダと
の接合性の良い常電導金属膜16を積層固着することに
よって超電導線11a,11bと端子13aとのハンダ
付けを容易にしている。なお、超電導体層15の表面に
配置される常電導金属膜16は、渦電流損失がほとんど
発生しない程度に薄くする必要がある。
する超電導体層15をNb等で構成している。周知のよ
うに、Nbはハンダとの接合性が悪い。そこで、この例
に係る端子13aでは、超電導体層15の上にハンダと
の接合性の良い常電導金属膜16を積層固着することに
よって超電導線11a,11bと端子13aとのハンダ
付けを容易にしている。なお、超電導体層15の表面に
配置される常電導金属膜16は、渦電流損失がほとんど
発生しない程度に薄くする必要がある。
【0029】図3には本発明の第3の実施形態に係る超
電導線用端子13bが示されている。なお、この図にお
いても図1と同一機能部分は同一符号で示されている。
したがって、重複する部分の詳しい説明は省略する。
電導線用端子13bが示されている。なお、この図にお
いても図1と同一機能部分は同一符号で示されている。
したがって、重複する部分の詳しい説明は省略する。
【0030】この例に係る端子13bでは、磁場を遮蔽
する超電導体層17がメッシュ状に形成されいる。メッ
シュに形成された超電導体層17であっても良好な磁場
遮蔽機能を発揮する。したがって、超電導体層17によ
って磁場の侵入を完全に阻止することができ、常電導金
属材層14に渦電流損失が発生するのを防止することが
できる。
する超電導体層17がメッシュ状に形成されいる。メッ
シュに形成された超電導体層17であっても良好な磁場
遮蔽機能を発揮する。したがって、超電導体層17によ
って磁場の侵入を完全に阻止することができ、常電導金
属材層14に渦電流損失が発生するのを防止することが
できる。
【0031】特にメッシュ状の超電導体層17を用いた
場合には、超電導体層を薄く構成できるので、磁気的不
安定性(フラックスジャンプ)を抑制できる。図4には
本発明の第4の実施形態に係る超電導線用端子13cが
示されている。なお、この図おいても図1と同一機能部
分が同一符号で示されている。したがって、重複する部
分の詳しい説明は省略する。
場合には、超電導体層を薄く構成できるので、磁気的不
安定性(フラックスジャンプ)を抑制できる。図4には
本発明の第4の実施形態に係る超電導線用端子13cが
示されている。なお、この図おいても図1と同一機能部
分が同一符号で示されている。したがって、重複する部
分の詳しい説明は省略する。
【0032】この例に係る端子13cでは、端子全体が
超電導体15aで形成されている。したがって、超電導
線11a,11bに流れる電流の作る磁場が超電導体1
5aのHC1を越えるまで渦電流損失は発生しない。
超電導体15aで形成されている。したがって、超電導
線11a,11bに流れる電流の作る磁場が超電導体1
5aのHC1を越えるまで渦電流損失は発生しない。
【0033】図5には本発明に係る端子、ここには図1
に示される端子13上での超電導線11a,11bの接
続方法を説明するための図が示されている。上述の如
く、超電導線11a,11bに流れる電流が作る変動磁
場を超電導体層15で完全に遮蔽するには、磁場の強さ
が超電導体層15の下部臨界磁場HC1以下である必要が
ある。したがって、その磁場の強さを何等かの手段で小
さくすることができれば、より大きな通電電流まで超電
導体層15での磁場遮蔽効果を発揮させることが可能と
なる。
に示される端子13上での超電導線11a,11bの接
続方法を説明するための図が示されている。上述の如
く、超電導線11a,11bに流れる電流が作る変動磁
場を超電導体層15で完全に遮蔽するには、磁場の強さ
が超電導体層15の下部臨界磁場HC1以下である必要が
ある。したがって、その磁場の強さを何等かの手段で小
さくすることができれば、より大きな通電電流まで超電
導体層15での磁場遮蔽効果を発揮させることが可能と
なる。
【0034】このことを、さらに詳しく説明する。超電
導線に流れる電流が超電導線の外側に作る磁束密度B
は、 B=(μ0 /2 π)・(I/r) …(1) で表される。なお、μ0 は真空の透磁率、Iは通電電
流、rは超電導線11の中心からの距離である。
導線に流れる電流が超電導線の外側に作る磁束密度B
は、 B=(μ0 /2 π)・(I/r) …(1) で表される。なお、μ0 は真空の透磁率、Iは通電電
流、rは超電導線11の中心からの距離である。
【0035】断面形状が円形の超電導線の半径をRとす
ると、(1) 式から判るように超電導線の外周面である半
径r=Rの位置における磁場の強さが最も大きくなる。
一方、超電導線に単位断面積当たりi0 の電流が流れる
場合、超電導線全体に流れる電流Iは、 I=i0 ・πR2 …(2) で表される。この(2) 式を(1) 式に代入して変形する
と、 B=(μ0 /2 π)・i0 ・πR …(3) となる。
ると、(1) 式から判るように超電導線の外周面である半
径r=Rの位置における磁場の強さが最も大きくなる。
一方、超電導線に単位断面積当たりi0 の電流が流れる
場合、超電導線全体に流れる電流Iは、 I=i0 ・πR2 …(2) で表される。この(2) 式を(1) 式に代入して変形する
と、 B=(μ0 /2 π)・i0 ・πR …(3) となる。
【0036】この式(3) から、電流密度i0 が等しけれ
ば、超電導線の半径Rが小さくなるほど、換言すれば超
電導線を細かく分割するほど、その外周面における磁束
密度が小さくなることが判る。
ば、超電導線の半径Rが小さくなるほど、換言すれば超
電導線を細かく分割するほど、その外周面における磁束
密度が小さくなることが判る。
【0037】これを実際の超電導撚り線導体を例にとり
説明する。図6(a) は超電導線の素線21の断面、図6
(b) は素線21と同径の中心補強線22の回りに6本の
素線21を撚った1次撚り線23の断面、図6(c) はそ
の1次撚り線23を再び1次撚り線と同径の中心補強線
24の回りに6本撚った2次撚り線25の断面である。
説明する。図6(a) は超電導線の素線21の断面、図6
(b) は素線21と同径の中心補強線22の回りに6本の
素線21を撚った1次撚り線23の断面、図6(c) はそ
の1次撚り線23を再び1次撚り線と同径の中心補強線
24の回りに6本撚った2次撚り線25の断面である。
【0038】素線21の半径r=R0 、素線21に流れ
る電流I=i0 、素線21の外周面に発生する磁束密度
B=B0 =(μ0 /2 π)・(i0 /R)とした場合に
ついて、それぞれの撚りレベルにおける半径r、電流
I、磁束密度Bを表1に示す。
る電流I=i0 、素線21の外周面に発生する磁束密度
B=B0 =(μ0 /2 π)・(i0 /R)とした場合に
ついて、それぞれの撚りレベルにおける半径r、電流
I、磁束密度Bを表1に示す。
【0039】
【表1】
【0040】表1において、磁束密度Bを比較すると、
素線21のみのB0 に対し、1次撚り線23では2B
0 、2次撚り線25では4B0 となる。したがって、2
次撚り線25よりも1次撚り線23、1次撚り線23よ
りも素線21というように、分割するほど磁束密度Bは
小さくなることが判る。
素線21のみのB0 に対し、1次撚り線23では2B
0 、2次撚り線25では4B0 となる。したがって、2
次撚り線25よりも1次撚り線23、1次撚り線23よ
りも素線21というように、分割するほど磁束密度Bは
小さくなることが判る。
【0041】そこで、図5に示す例では、超電導線11
a,11bの端部を2つに分割し、分割端部26aと2
7aとを端子13上において接続し、この接続部28a
から距離的に離して分割端部26bと27bとを端子1
3上において接続している。
a,11bの端部を2つに分割し、分割端部26aと2
7aとを端子13上において接続し、この接続部28a
から距離的に離して分割端部26bと27bとを端子1
3上において接続している。
【0042】したがって、上記構成であると、超電導線
11a,11bの分割端部26a,26b,27a,2
7bの回りに発生する磁場は、分割しない場合より小さ
くなり、この結果として超電導体層15の下部臨界磁場
Hc1に達する電流値を増やすことができる。
11a,11bの分割端部26a,26b,27a,2
7bの回りに発生する磁場は、分割しない場合より小さ
くなり、この結果として超電導体層15の下部臨界磁場
Hc1に達する電流値を増やすことができる。
【0043】なお、この例では、接続部28a,28b
に均等に電流を流すために、端子13上において接続部
28a,28bを幾何学的に対称に配置し、各接続部に
よって形成された電路の自己および相互インダクタンス
がそれぞれ等しくするなるようにしている。
に均等に電流を流すために、端子13上において接続部
28a,28bを幾何学的に対称に配置し、各接続部に
よって形成された電路の自己および相互インダクタンス
がそれぞれ等しくするなるようにしている。
【0044】このように、接続部28a,28bを幾何
学的に対称に配置すると、両接続部28a,28bに均
等に電流を配分することができるので、超電導線11
a,11bの端部を複数に分割したことによる効果を確
実に発揮させることができる。
学的に対称に配置すると、両接続部28a,28bに均
等に電流を配分することができるので、超電導線11
a,11bの端部を複数に分割したことによる効果を確
実に発揮させることができる。
【0045】図5に示す接続方法の具体的な例を説明す
る。図1に示した端子、すなわち常電導金属材層14と
して銅製の平板(幅50mm×長さ100mm ×厚さ3mm )の表
面に超電導体層15としての鉛−63% 錫合金をメッキし
た端子13を用い、この端子13の超電導体層15上に
おいて、超電導線11a,11bの端部を2分割して接
続した場合の損失を蒸発法で測定した。その結果、通電
電流190Arms まで損失は観測されなかった。一方、図1
0に示す従来の端子を用いた場合には、190Arms で0.22
W の損失が観測され、図5に示す接続方法が有効である
ことが確認された。
る。図1に示した端子、すなわち常電導金属材層14と
して銅製の平板(幅50mm×長さ100mm ×厚さ3mm )の表
面に超電導体層15としての鉛−63% 錫合金をメッキし
た端子13を用い、この端子13の超電導体層15上に
おいて、超電導線11a,11bの端部を2分割して接
続した場合の損失を蒸発法で測定した。その結果、通電
電流190Arms まで損失は観測されなかった。一方、図1
0に示す従来の端子を用いた場合には、190Arms で0.22
W の損失が観測され、図5に示す接続方法が有効である
ことが確認された。
【0046】なお、分割数を増やしてさらに磁場を小さ
くしようとする場合には、配置の容易化を図るために、
図7(a) 、(b) に示すように、断面形状が円形の端子1
3dを用い、各超電導線11a,11bの端部をたとえ
ば6分割し、分割端部29aと30a、分割端部29b
と30b、分割端部29cと30c、分割端部29dと
30d、分割端部29eと30e、分割端部29fと3
0fの接続部31a,31b,31c,31c,31
d,31e,31fを幾何学的に対称に配置すればよ
い。
くしようとする場合には、配置の容易化を図るために、
図7(a) 、(b) に示すように、断面形状が円形の端子1
3dを用い、各超電導線11a,11bの端部をたとえ
ば6分割し、分割端部29aと30a、分割端部29b
と30b、分割端部29cと30c、分割端部29dと
30d、分割端部29eと30e、分割端部29fと3
0fの接続部31a,31b,31c,31c,31
d,31e,31fを幾何学的に対称に配置すればよ
い。
【0047】図7に示す接続方法の具体例を説明する
と、端子本体を兼ねた常電導金属材層としての直径10m
m、長さ100mm の銅製円柱体の表面に超電導体層として
の鉛−63% 錫合金をメッキした端子を用い、この端子の
表面上に2本の超電導線の端部を6分割した各分割部同
士の接続部を対称に配置して交流損失を測定した。その
結果、500Arms で0.05W の損失が観測された。
と、端子本体を兼ねた常電導金属材層としての直径10m
m、長さ100mm の銅製円柱体の表面に超電導体層として
の鉛−63% 錫合金をメッキした端子を用い、この端子の
表面上に2本の超電導線の端部を6分割した各分割部同
士の接続部を対称に配置して交流損失を測定した。その
結果、500Arms で0.05W の損失が観測された。
【0048】また、上述した各例は、超電導線同士の接
続例であるが、図8に示すように、超電導線11aと常
電導線32との間に上述した構造の端子13eを介在さ
せ、超電導線11aの分割された端部を幾何学的に対称
配置するようにしても同様の効果が得られる。
続例であるが、図8に示すように、超電導線11aと常
電導線32との間に上述した構造の端子13eを介在さ
せ、超電導線11aの分割された端部を幾何学的に対称
配置するようにしても同様の効果が得られる。
【0049】この場合、端子13eの一部を構成してい
る常電導金属材層14を常電導線32の一部で兼用させ
てもよい。また、図9に示すように、端子13fの一部
を構成している常電導金属材層14の中心部に孔33を
設け、この孔33に相手線である超電導線、この例では
ステンレス鋼パイプ34の表面に超電導細線35を複数
配置した超電導線36を差し込んでハンダ接続する構成
を採用することもできる。なお、ステンレス鋼パイプ3
4を用いず、他の構成の超電導線を上記孔33に差し込
んで接続してもよい。
る常電導金属材層14を常電導線32の一部で兼用させ
てもよい。また、図9に示すように、端子13fの一部
を構成している常電導金属材層14の中心部に孔33を
設け、この孔33に相手線である超電導線、この例では
ステンレス鋼パイプ34の表面に超電導細線35を複数
配置した超電導線36を差し込んでハンダ接続する構成
を採用することもできる。なお、ステンレス鋼パイプ3
4を用いず、他の構成の超電導線を上記孔33に差し込
んで接続してもよい。
【0050】また、図5、図7、図8、図9の例におい
て、超電導体層としてハンダとの接合性に劣るものを用
いた場合には、この超電導体層の表面に薄い常電導金属
膜を設けることもできる。
て、超電導体層としてハンダとの接合性に劣るものを用
いた場合には、この超電導体層の表面に薄い常電導金属
膜を設けることもできる。
【0051】また、上述した例では超電導体層として鉛
−63% 錫合金を用いたが、本発明はこれに限定されるも
のではない。超電導体層としては、Bi,Pb,Sn,
Cd,Inの少なくともいずれかを含む金属または合金
を用いることができる。たとえばBi−Pb−Sn合金
のように、Biを主成分とした合金やInを含む合金等
は、本発明において臨界磁場を高くする効果を有してい
る。
−63% 錫合金を用いたが、本発明はこれに限定されるも
のではない。超電導体層としては、Bi,Pb,Sn,
Cd,Inの少なくともいずれかを含む金属または合金
を用いることができる。たとえばBi−Pb−Sn合金
のように、Biを主成分とした合金やInを含む合金等
は、本発明において臨界磁場を高くする効果を有してい
る。
【0052】また、本発明に係る超電導線用端子および
超電導線の接続方法は、超電導交流機器、たとえば超電
導送電ケーブル、超電導限流器、超電導変圧器、エネル
ギ貯蔵用超電導マグネット等へ適用することによって優
れた効果を発揮する。
超電導線の接続方法は、超電導交流機器、たとえば超電
導送電ケーブル、超電導限流器、超電導変圧器、エネル
ギ貯蔵用超電導マグネット等へ適用することによって優
れた効果を発揮する。
【0053】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
超電導線を流れる電流が作る変動磁場を超電導体で遮蔽
するようにしているので、渦電流損失の少ない端子を提
供できる。特に、磁場が下部臨界磁場Hc1以下であれ
ば、常電導金属材層には渦電流が誘起されないので、渦
電流損失の発生しない端子を提供できる。また、端子そ
のものを超電導体で形成することにより同様の端子を提
供できる。
超電導線を流れる電流が作る変動磁場を超電導体で遮蔽
するようにしているので、渦電流損失の少ない端子を提
供できる。特に、磁場が下部臨界磁場Hc1以下であれ
ば、常電導金属材層には渦電流が誘起されないので、渦
電流損失の発生しない端子を提供できる。また、端子そ
のものを超電導体で形成することにより同様の端子を提
供できる。
【0054】また、超電導体層がハンダとの接合性に劣
る場合には、超電導体層の表面に常電導金属膜を配置す
ることにより、ハンダによる接続が容易となる端子を提
供できる。
る場合には、超電導体層の表面に常電導金属膜を配置す
ることにより、ハンダによる接続が容易となる端子を提
供できる。
【0055】一方、本発明の接続方法では、超電導線を
複数に分割して端子に接続する方式を採用しているの
で、超電導線が作る磁場を小さくでき、より高い通電電
流まで超電導体の磁場遮蔽効果を維持させることができ
る。
複数に分割して端子に接続する方式を採用しているの
で、超電導線が作る磁場を小さくでき、より高い通電電
流まで超電導体の磁場遮蔽効果を維持させることができ
る。
【0056】この場合、分割した超電導線を幾何学的に
対称に配置してそれぞれの自己および相互インダクタン
スを等しくし、分割した全ての超電導線に均等に電流が
流れるようにすることによって、その分割数における磁
場を最小とすることができる。さらに、端子の断面形状
を多角形もしくは円形にすることによって、分割した超
電導線同士の間で偏流を起こさずに分割数を増やすこと
が可能となる。
対称に配置してそれぞれの自己および相互インダクタン
スを等しくし、分割した全ての超電導線に均等に電流が
流れるようにすることによって、その分割数における磁
場を最小とすることができる。さらに、端子の断面形状
を多角形もしくは円形にすることによって、分割した超
電導線同士の間で偏流を起こさずに分割数を増やすこと
が可能となる。
【図1】本発明の第1の実施形態に係る超電導線用端子
を用いた接続例を示す図
を用いた接続例を示す図
【図2】本発明の第2の実施形態に係る超電導線用端子
を用いた接続例を示す図
を用いた接続例を示す図
【図3】本発明の第3の実施形態に係る超電導線用端子
を用いた接続例を示す図
を用いた接続例を示す図
【図4】本発明の第4の実施形態に係る超電導線用端子
を用いた接続例を示す図
を用いた接続例を示す図
【図5】本発明に係る超電導線の接続方法の一例を説明
するための図
するための図
【図6】同接続方法の利点を説明するための図
【図7】本発明に係る超電導線の接続方法の別の例を説
明するための図
明するための図
【図8】本発明に係る超電導線の接続方法のさらに別の
例を説明するための図
例を説明するための図
【図9】本発明に係る超電導線の接続方法のさらに異な
る例を説明するための図
る例を説明するための図
【図10】従来の超電導線用端子を用した接続例を示す
図
図
11a,11b…超電導線 12,28a,28b,31a〜31f…接続部 13,13a,13b,13c,13d,13e,13
f…端子 14…端子本体としての常電導金属材層 15,15a,17…超電導体層 16…常電導金属膜 26a,26b,27a,27b,29a〜29f,3
0a〜30f…分割端部 36…超電導線
f…端子 14…端子本体としての常電導金属材層 15,15a,17…超電導体層 16…常電導金属膜 26a,26b,27a,27b,29a〜29f,3
0a〜30f…分割端部 36…超電導線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中出 雅彦 神奈川県横浜市鶴見区江ケ崎町4番1号 東京電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者 戸坂 泰造 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 (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 野村 俊自 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
Claims (10)
- 【請求項1】超電導線同士の接続部に電気的に接続され
て主として上記接続部の安定化を図るための端子であっ
て、少なくとも前記接続部に接続される側の表層部に、
上記接続部の回りに発生する磁界が内部へ侵入するのを
阻止する超電導体層を備えてなることを特徴とする超電
導線用端子。 - 【請求項2】前記超電導体層と常電導金属材層との積層
構造に形成されていることを特徴とする請求項1に記載
の超電導線用端子。 - 【請求項3】前記超電導体層の表面部に常電導金属膜が
設けられていることを特徴とする請求項1または2に記
載の超電導線用端子。 - 【請求項4】超電導線と常電導線との間に両線を接続す
るために設けられる端子であって、常電導金属材で形成
された端子本体と、この端子本体の前記超電導線側に位
置する表面を覆うように設けられた超電導体層とを具備
してなることを特徴とする超電導線用端子。 - 【請求項5】前記超電導体層の表面部に常電導金属膜が
設けられていることを特徴とする請求項4に記載の超電
導線用端子。 - 【請求項6】前記端子本体は、前記常電導線の一部で形
成されていることを特徴とする請求項4に記載の超電導
線用端子。 - 【請求項7】超電導線同士を接続するに当たり、各超電
導線の端部をそれそれ複数に分割するとともに分割端部
同士を接続し、かつ各接続部を少なくとも表層部が超電
導体層で形成された安定化用の端子の上記表層部に電気
的に接続するようにしたことを特徴とする超電導線の接
続方法。 - 【請求項8】超電導線と常電導線とを接続するに当た
り、超電導線の端部を複数に分割し、分割端部を少なく
とも表層部が超電導体層で形成された端子を介して上記
常電導線に接続するようにしたことを特徴とする超電導
線の接続方法。 - 【請求項9】前記端子として、断面形状が多角形もしく
は円形のものを用いることを特徴とする請求項7または
8に記載の超電導線の接続方法。 - 【請求項10】前記各接続部または前記分割端部を幾何
学的に対称に配置することを特徴とする請求項7または
8に記載の超電導線の接続方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8117669A JPH0936445A (ja) | 1995-05-16 | 1996-05-13 | 超電導線用端子および超電導線の接続方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11749995 | 1995-05-16 | ||
| JP7-117499 | 1995-05-16 | ||
| JP8117669A JPH0936445A (ja) | 1995-05-16 | 1996-05-13 | 超電導線用端子および超電導線の接続方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0936445A true JPH0936445A (ja) | 1997-02-07 |
Family
ID=26455595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8117669A Pending JPH0936445A (ja) | 1995-05-16 | 1996-05-13 | 超電導線用端子および超電導線の接続方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0936445A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005310395A (ja) * | 2004-04-16 | 2005-11-04 | Mitsubishi Electric Corp | 超電導導体の接続装置 |
-
1996
- 1996-05-13 JP JP8117669A patent/JPH0936445A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005310395A (ja) * | 2004-04-16 | 2005-11-04 | Mitsubishi Electric Corp | 超電導導体の接続装置 |
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