JPH11260162A - 超伝導電流リード - Google Patents
超伝導電流リードInfo
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- JPH11260162A JPH11260162A JP10065146A JP6514698A JPH11260162A JP H11260162 A JPH11260162 A JP H11260162A JP 10065146 A JP10065146 A JP 10065146A JP 6514698 A JP6514698 A JP 6514698A JP H11260162 A JPH11260162 A JP H11260162A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 臨界電流値が低下することを防ぎ、コンパク
ト化された超伝導電流リードを提供すること。 【解決手段】 超伝導電流リードは、円筒状の支持部材
４上に、電流経路であるテープ状酸化物超伝導線材から
なるユニット導体が複数本、超伝導線材のテープ面が円
筒座標系における周方向と平行になるように配置され、
複数のユニット導体の間にそれぞれ磁性材料片３が配置
されている。
ト化された超伝導電流リードを提供すること。 【解決手段】 超伝導電流リードは、円筒状の支持部材
４上に、電流経路であるテープ状酸化物超伝導線材から
なるユニット導体が複数本、超伝導線材のテープ面が円
筒座標系における周方向と平行になるように配置され、
複数のユニット導体の間にそれぞれ磁性材料片３が配置
されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、室温におかれた
電源より極低温に冷却された超伝導マグネット等の超伝
導機器へ電流を供給する超伝導電流リードに関する。
電源より極低温に冷却された超伝導マグネット等の超伝
導機器へ電流を供給する超伝導電流リードに関する。
【０００２】
【従来の技術】超伝導マグネットは、物性研究用や磁気
共鳴装置などに利用され、将来的には磁気浮上列車、核
融合用磁気閉じこめ装置等にも応用されつつある。しか
し、これらの極低温中に置かれた超伝導マグネットに
は、室温に置かれた電源より電流を供給する際に、極低
温領域に熱が侵入し、問題となっている。たとえば、液
体ヘリウムは１リットル１０００円もする高価な液体で
ある。また、１Ｗの熱侵入により蒸発した液体ヘリウム
を冷凍機により再液化するために必要な冷凍機入力電力
は、理想的な状態でも４００Ｗ近くあり、実際上は１０
００Ｗに達する。このことから、電流リードを介しての
熱侵入量が多いと液体ヘリウム購入等に伴うコストアッ
プを招くばかりか、再液化のための冷凍機が大型化、大
容量化してしまう。これでは、小型化・低電力化を目指
している超伝導マグネット用電流リードの意味をなさな
くなってしまう。
共鳴装置などに利用され、将来的には磁気浮上列車、核
融合用磁気閉じこめ装置等にも応用されつつある。しか
し、これらの極低温中に置かれた超伝導マグネットに
は、室温に置かれた電源より電流を供給する際に、極低
温領域に熱が侵入し、問題となっている。たとえば、液
体ヘリウムは１リットル１０００円もする高価な液体で
ある。また、１Ｗの熱侵入により蒸発した液体ヘリウム
を冷凍機により再液化するために必要な冷凍機入力電力
は、理想的な状態でも４００Ｗ近くあり、実際上は１０
００Ｗに達する。このことから、電流リードを介しての
熱侵入量が多いと液体ヘリウム購入等に伴うコストアッ
プを招くばかりか、再液化のための冷凍機が大型化、大
容量化してしまう。これでは、小型化・低電力化を目指
している超伝導マグネット用電流リードの意味をなさな
くなってしまう。
【０００３】そこで、低熱侵入型の電流リードの開発が
重要な開発課題となってきている。酸化物超伝導材料の
発見に伴い、電流リードの低温側に酸化物超伝導材料を
用い、極低温部への熱侵入量を低減する電流リードが開
発されてきている。たとえば、特開昭６４−７６７０７
号公報は、液体ヘリウム中の超伝導機器に電流を供給す
る電流リードの中間部を液体窒素温度に冷却するサーマ
ルアンカとし、電流リードの液体窒素によるサーマルア
ンカをとった部分以下のリード部分の材料として臨界温
度が液体窒素の沸点（７８Ｋ）以上である超伝導体（例
えばＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ）を使用し、超伝導体部分の温
度が必ずその臨界温度以下に維持されることによって、
超伝導破壊を防いでいる。また、特開平５−１０９５３
０号公報は、超伝導電流リードを異なる複数種、例えば
３種、の導体、すなわち、低温部、中温部および高温部
で構成し、これらをそれぞれ接続部材で長さ方向に接続
している。これらの低温部、中温部および高温部はそれ
ぞれ形状、超伝導特性（臨界電流密度（Ｊｃ）、臨界温
度、Ｊｃより大きい通電時での抵抗値、およびこれらの
磁場変化、温度変化）、構成法が異なっている。これら
の低温部、中温部および高温部の各導体の材料の例とし
て、低温部の導体は、補強材として熱伝導率の低い絶縁
基板にＡｇの薄い層を介して４．２Ｋで臨界電流密度の
高いＢｉ系の酸化物超伝導体の層を設けたものを使用
し、中温部の導体としては、酸化物系超伝導体からなる
コアを被覆材で被覆したテープ状線材を積層集合化した
もので、コアとしては７７Ｋでの臨界電流密度（Ｊｃ）
が高いＹ系の酸化物超伝導体を、被覆材としては熱侵入
を抑えるため、Ａｕに少量のＰｄを添加した合金を用
い、高温部の導体としては、中温部と同様にテープ状線
材を積層集合化したものであって、コアとして臨界温度
の高いＴｌ系の酸化物超伝導体を用い、被覆材として抵
抗の小さいＡｇを用いることが示されている。このよう
に、超伝導マグネット近傍では熱伝導率の小さな材料を
用いることにより、伝導による侵入熱を低減している。
さらに、特開平４−２１８２１５号公報は、銀シース酸
化物超伝導体と、この酸化物超伝導体と複合化される支
持部材としてＦＲＰ、あるいは銀、銅、アルミニウム、
ニッケル、ステンレス鋼、それらの合金等からなるパイ
プを備え、酸化物超伝導体とこのパイプを接着剤層によ
り接着するか、あるいはテフロンテープなどによって巻
き付けて固定してあり、これにより熱膨張および熱収縮
に際し酸化物超伝導体と支持部材とが一体的に動くよう
にして、温度変化に対しても臨界電流密度が低下せず、
繰り返し温度特性等に優れた超伝導体を提供するように
したものである。この場合、酸化物超伝導体はリード線
の長さ方向に平行に、あるいは螺旋状に配置されてい
る。
重要な開発課題となってきている。酸化物超伝導材料の
発見に伴い、電流リードの低温側に酸化物超伝導材料を
用い、極低温部への熱侵入量を低減する電流リードが開
発されてきている。たとえば、特開昭６４−７６７０７
号公報は、液体ヘリウム中の超伝導機器に電流を供給す
る電流リードの中間部を液体窒素温度に冷却するサーマ
ルアンカとし、電流リードの液体窒素によるサーマルア
ンカをとった部分以下のリード部分の材料として臨界温
度が液体窒素の沸点（７８Ｋ）以上である超伝導体（例
えばＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ）を使用し、超伝導体部分の温
度が必ずその臨界温度以下に維持されることによって、
超伝導破壊を防いでいる。また、特開平５−１０９５３
０号公報は、超伝導電流リードを異なる複数種、例えば
３種、の導体、すなわち、低温部、中温部および高温部
で構成し、これらをそれぞれ接続部材で長さ方向に接続
している。これらの低温部、中温部および高温部はそれ
ぞれ形状、超伝導特性（臨界電流密度（Ｊｃ）、臨界温
度、Ｊｃより大きい通電時での抵抗値、およびこれらの
磁場変化、温度変化）、構成法が異なっている。これら
の低温部、中温部および高温部の各導体の材料の例とし
て、低温部の導体は、補強材として熱伝導率の低い絶縁
基板にＡｇの薄い層を介して４．２Ｋで臨界電流密度の
高いＢｉ系の酸化物超伝導体の層を設けたものを使用
し、中温部の導体としては、酸化物系超伝導体からなる
コアを被覆材で被覆したテープ状線材を積層集合化した
もので、コアとしては７７Ｋでの臨界電流密度（Ｊｃ）
が高いＹ系の酸化物超伝導体を、被覆材としては熱侵入
を抑えるため、Ａｕに少量のＰｄを添加した合金を用
い、高温部の導体としては、中温部と同様にテープ状線
材を積層集合化したものであって、コアとして臨界温度
の高いＴｌ系の酸化物超伝導体を用い、被覆材として抵
抗の小さいＡｇを用いることが示されている。このよう
に、超伝導マグネット近傍では熱伝導率の小さな材料を
用いることにより、伝導による侵入熱を低減している。
さらに、特開平４−２１８２１５号公報は、銀シース酸
化物超伝導体と、この酸化物超伝導体と複合化される支
持部材としてＦＲＰ、あるいは銀、銅、アルミニウム、
ニッケル、ステンレス鋼、それらの合金等からなるパイ
プを備え、酸化物超伝導体とこのパイプを接着剤層によ
り接着するか、あるいはテフロンテープなどによって巻
き付けて固定してあり、これにより熱膨張および熱収縮
に際し酸化物超伝導体と支持部材とが一体的に動くよう
にして、温度変化に対しても臨界電流密度が低下せず、
繰り返し温度特性等に優れた超伝導体を提供するように
したものである。この場合、酸化物超伝導体はリード線
の長さ方向に平行に、あるいは螺旋状に配置されてい
る。
【０００４】一方、電流リードの高温側は銅製リードに
より構成する場合がほとんどである。
より構成する場合がほとんどである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
酸化物超伝導体を用いた電流リードでは以下に述べるよ
うな問題点がある。電流リードの容量すなわち電流値が
大きくなると、電流リード自身より発生する自己磁界が
高くなる。使用する超伝導材料としてはビスマス系とイ
ットリウム系があるが、いずれも磁界中では臨界電流値
が著しく低下する。そのため、材料内で臨界電流密度の
均一なバルク形状の超伝導材料を用いた大電流用の電流
リードでは、必要となる超伝導材料の断面積が大きくな
り、超伝導電流リード部の大型化、複雑化を招くばかり
か、熱侵入量の増大をも招いてしまう欠点がある。この
自己磁界による臨界電流値の低下の問題は従来技術にお
いては着目されていなかった。
酸化物超伝導体を用いた電流リードでは以下に述べるよ
うな問題点がある。電流リードの容量すなわち電流値が
大きくなると、電流リード自身より発生する自己磁界が
高くなる。使用する超伝導材料としてはビスマス系とイ
ットリウム系があるが、いずれも磁界中では臨界電流値
が著しく低下する。そのため、材料内で臨界電流密度の
均一なバルク形状の超伝導材料を用いた大電流用の電流
リードでは、必要となる超伝導材料の断面積が大きくな
り、超伝導電流リード部の大型化、複雑化を招くばかり
か、熱侵入量の増大をも招いてしまう欠点がある。この
自己磁界による臨界電流値の低下の問題は従来技術にお
いては着目されていなかった。
【０００６】この発明は、上述の課題を解決するために
なされたものであり、その目的は臨界電流値が低下する
ことを防ぎ、コンパクト化された超伝導電流リードを提
供することにある。
なされたものであり、その目的は臨界電流値が低下する
ことを防ぎ、コンパクト化された超伝導電流リードを提
供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明の基本的特長
は、電流方向に対して垂直でテープ面と平行に印加され
た磁界に対しては、テープ状の超伝導線材（例えば、銀
で被覆された酸化物超伝導線材）の臨界電流値がそれほ
ど低下しないこと、また複数のテープ状超伝導線材の間
に磁性材料を配置して、テープ面と垂直な磁界成分を抑
制することができ、自己磁界による臨界電流値の劣化を
抑制した電流リードを提供することができる点にある。
は、電流方向に対して垂直でテープ面と平行に印加され
た磁界に対しては、テープ状の超伝導線材（例えば、銀
で被覆された酸化物超伝導線材）の臨界電流値がそれほ
ど低下しないこと、また複数のテープ状超伝導線材の間
に磁性材料を配置して、テープ面と垂直な磁界成分を抑
制することができ、自己磁界による臨界電流値の劣化を
抑制した電流リードを提供することができる点にある。
【０００８】すなわち、この発明においては、円筒状の
支持部材上に、テープ状酸化物超伝導線材からなるユニ
ット導体を複数本、超伝導線材のテープ面が円筒座標系
における周方向と平行になるように配置する。このよう
にすることにより、自己電流により発生する自己磁界の
主成分は超伝導線材のテープ面と平行となる。これによ
り、自己磁界による臨界電流値の低下をある程度抑制す
ることができる。さらに、ユニット導体間に磁性材料片
を配置することにより、超伝導体断面内における非中央
部のテープ面垂直方向磁界成分を抑制し、臨界電流値の
低下を極めて低いレベルに抑え、高い臨界電流値を維持
することができる。
支持部材上に、テープ状酸化物超伝導線材からなるユニ
ット導体を複数本、超伝導線材のテープ面が円筒座標系
における周方向と平行になるように配置する。このよう
にすることにより、自己電流により発生する自己磁界の
主成分は超伝導線材のテープ面と平行となる。これによ
り、自己磁界による臨界電流値の低下をある程度抑制す
ることができる。さらに、ユニット導体間に磁性材料片
を配置することにより、超伝導体断面内における非中央
部のテープ面垂直方向磁界成分を抑制し、臨界電流値の
低下を極めて低いレベルに抑え、高い臨界電流値を維持
することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明はこれらの
実施の形態に限定されない。
明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明はこれらの
実施の形態に限定されない。
【００１０】この発明において、テープ状酸化物超伝導
線材として使用されるのは、好ましくは銀シース超伝導
線として使用する超伝導体、例えば、ビスマス系（Ｂｉ
−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ）、イットリウム系（Ｙ−Ｂａ
−Ｃｕ−Ｏ）などである。この場合、超伝導体に対する
銀の断面積の割合は２から３程度が望ましいが、１程度
でもかまわない。
線材として使用されるのは、好ましくは銀シース超伝導
線として使用する超伝導体、例えば、ビスマス系（Ｂｉ
−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ）、イットリウム系（Ｙ−Ｂａ
−Ｃｕ−Ｏ）などである。この場合、超伝導体に対する
銀の断面積の割合は２から３程度が望ましいが、１程度
でもかまわない。
【００１１】図１は、ビスマス系銀シース型のテープ状
酸化物超伝導線材における印加磁界と臨界電流値の関係
を示すグラフである。図１において、Ｉｐはテープ面平
行磁界に依存する臨界電流値の変化を表わす曲線、Ｉｖ
はテープ面垂直磁界（テープ厚さ方向の磁界）に依存す
る臨界電流値の変化を表す曲線をそれぞれ示す。縦軸に
おいて、臨界電流値は、磁界０（Ｂ＝０）のときの臨界
電流値Ｉｃ０に対する印加された磁界Ｂのときの臨界電
流値Ｉｃ（Ｂ）の比で表してある。図示のように、テー
プ面垂直方向磁界に対しては、１００ガウスの磁界で臨
界電流値は無磁界の場合の８０数％に低下する。５００
ガウス程度の磁界では、無磁界の場合の５０％以下に劣
化してしまう。一方、テープ面平行方向の磁界に対して
は、５００ガウスの磁界に対しても臨界電流値は無磁界
の場合の９５％を維持する。すなわち、テープ状酸化物
超伝導線材では、このような印加磁界方向に対して臨界
電流値の極端な方向性がある。ここで、５００ガウスと
は、１０ｋＡ級の酸化物超伝導体電流リードを構成しよ
うとした場合に発生する自己磁界のおおよその値であ
る。なお、シース材（安定化金属）としては酸化物超伝
導体との望ましくない反応を起こさない金属であればい
ずれでもよく、たとえば、銀または銀合金が使用でき、
金を添加した銀を用いると特によい。
酸化物超伝導線材における印加磁界と臨界電流値の関係
を示すグラフである。図１において、Ｉｐはテープ面平
行磁界に依存する臨界電流値の変化を表わす曲線、Ｉｖ
はテープ面垂直磁界（テープ厚さ方向の磁界）に依存す
る臨界電流値の変化を表す曲線をそれぞれ示す。縦軸に
おいて、臨界電流値は、磁界０（Ｂ＝０）のときの臨界
電流値Ｉｃ０に対する印加された磁界Ｂのときの臨界電
流値Ｉｃ（Ｂ）の比で表してある。図示のように、テー
プ面垂直方向磁界に対しては、１００ガウスの磁界で臨
界電流値は無磁界の場合の８０数％に低下する。５００
ガウス程度の磁界では、無磁界の場合の５０％以下に劣
化してしまう。一方、テープ面平行方向の磁界に対して
は、５００ガウスの磁界に対しても臨界電流値は無磁界
の場合の９５％を維持する。すなわち、テープ状酸化物
超伝導線材では、このような印加磁界方向に対して臨界
電流値の極端な方向性がある。ここで、５００ガウスと
は、１０ｋＡ級の酸化物超伝導体電流リードを構成しよ
うとした場合に発生する自己磁界のおおよその値であ
る。なお、シース材（安定化金属）としては酸化物超伝
導体との望ましくない反応を起こさない金属であればい
ずれでもよく、たとえば、銀または銀合金が使用でき、
金を添加した銀を用いると特によい。
【００１２】図２は、本発明の第１の実施の形態による
超伝導電流リードの横断面図であり、図３はその一部を
拡大した斜視図である。図２、図３に見られるように、
ユニット化されたテープ状酸化物超伝導線材すなわちユ
ニット導体１は、円筒状の支持部材４の外周に、そのテ
ープ面が円筒座標系の周方向と平行になるように配置さ
れている。さらに、ユニット導体１の間に磁性材料片３
が配置されている。図３では、テープ状酸化物超伝導線
材の単線２が８枚積層されたユニット導体１を示してい
るが、単線でもあるいは積層数が８以外でも良い。テー
プ状酸化物超伝導線材は電流リードの電流経路であり、
長手方向の一端部は高温端（通常７７Ｋ）であり、他端
部は低温端（４．２Ｋ）で超伝導マグネット等に接続さ
れる。磁性材料片３は矩形断面が例示されているが、断
面形状は特に制限されない。
超伝導電流リードの横断面図であり、図３はその一部を
拡大した斜視図である。図２、図３に見られるように、
ユニット化されたテープ状酸化物超伝導線材すなわちユ
ニット導体１は、円筒状の支持部材４の外周に、そのテ
ープ面が円筒座標系の周方向と平行になるように配置さ
れている。さらに、ユニット導体１の間に磁性材料片３
が配置されている。図３では、テープ状酸化物超伝導線
材の単線２が８枚積層されたユニット導体１を示してい
るが、単線でもあるいは積層数が８以外でも良い。テー
プ状酸化物超伝導線材は電流リードの電流経路であり、
長手方向の一端部は高温端（通常７７Ｋ）であり、他端
部は低温端（４．２Ｋ）で超伝導マグネット等に接続さ
れる。磁性材料片３は矩形断面が例示されているが、断
面形状は特に制限されない。
【００１３】支持部材４は低熱伝導率材料からなる。電
流リードの低温端部での熱伝導率は１Ｗ／ｍＫ以下であ
ることが望ましい。このような支持部材用低熱伝導率材
料としては、例えばステンレス鋼、ニッケル合金、チタ
ン合金、ＦＲＰ等を使用することができる。磁性材料片
３としては、鉄、珪素鋼、インコネル、インコロイなど
を使用することができる。ただし、例えば、純鉄の熱伝
導率はステンレス鋼と比較しても一桁以上高いため、低
温端部への熱侵入を防ぐためには、磁性材料片３を電流
リードの高温側にのみ（例えば、電流リードの長さの２
分の１）に配置する。
流リードの低温端部での熱伝導率は１Ｗ／ｍＫ以下であ
ることが望ましい。このような支持部材用低熱伝導率材
料としては、例えばステンレス鋼、ニッケル合金、チタ
ン合金、ＦＲＰ等を使用することができる。磁性材料片
３としては、鉄、珪素鋼、インコネル、インコロイなど
を使用することができる。ただし、例えば、純鉄の熱伝
導率はステンレス鋼と比較しても一桁以上高いため、低
温端部への熱侵入を防ぐためには、磁性材料片３を電流
リードの高温側にのみ（例えば、電流リードの長さの２
分の１）に配置する。
【００１４】また、ユニット導体１と支持部材４との界
面を、電気的に、また熱的に接触抵抗が十分小さくなる
ように密着させるようにするとよい。この場合、外周側
からのバインドや拡散接合による一体化が有効である。
このようなユニット導体１と支持部材４との間の接触抵
抗を特に十分小さくした構成とすることにより、次の様
な効果を奏することができる。
面を、電気的に、また熱的に接触抵抗が十分小さくなる
ように密着させるようにするとよい。この場合、外周側
からのバインドや拡散接合による一体化が有効である。
このようなユニット導体１と支持部材４との間の接触抵
抗を特に十分小さくした構成とすることにより、次の様
な効果を奏することができる。
【００１５】すなわち、超伝導体が超伝導状態から常伝
導状態に転移（クェンチ）した場合に電流が安定化金属
である銀に流れ、この際ジュール発熱により銀シース型
のテープ状酸化物超伝導線材の温度が上昇するが、上記
のような構成では、支持部材４とユニット導体１の銀シ
ース型のテープ状酸化物超伝導線材とが熱的に十分な接
触状態にあるため、熱容量としてユニット導体１の銀シ
ース型のテープ状酸化物超伝導線材に加えて支持部材４
も十分に寄与するため、温度上昇を十分に小さく抑える
ことができる。
導状態に転移（クェンチ）した場合に電流が安定化金属
である銀に流れ、この際ジュール発熱により銀シース型
のテープ状酸化物超伝導線材の温度が上昇するが、上記
のような構成では、支持部材４とユニット導体１の銀シ
ース型のテープ状酸化物超伝導線材とが熱的に十分な接
触状態にあるため、熱容量としてユニット導体１の銀シ
ース型のテープ状酸化物超伝導線材に加えて支持部材４
も十分に寄与するため、温度上昇を十分に小さく抑える
ことができる。
【００１６】次に、ユニット導体１および磁性材料片３
を支持部材４に配設する部分の構成の詳細について説明
する。
を支持部材４に配設する部分の構成の詳細について説明
する。
【００１７】この発明の実施の形態では、平板な形状の
ユニット導体１に合わせて、円筒状支持部材４の側面
に、ユニット導体１を配設する箇所に沿って平面状に面
取りした底面を有する溝５を形成して、この溝５の底面
にユニット導体１を配設する構成としている。
ユニット導体１に合わせて、円筒状支持部材４の側面
に、ユニット導体１を配設する箇所に沿って平面状に面
取りした底面を有する溝５を形成して、この溝５の底面
にユニット導体１を配設する構成としている。
【００１８】なお、この溝５に配設されたユニット導体
１は、その外周を巻回して設けられる図示されていない
バインド用テープにより支持部材４に固定される。この
ようにバインド用テープで固定するので、ユニット導体
１と支持部材４の溝５の底面との間には接着剤を付ける
必要はないが、付けてもよい。この部分に接着剤を付け
る場合には熱伝導率の高い接着剤を用いるようにする
と、ユニット導体１と支持部材４との間の熱伝導効率が
良くなり、上記のように支持部材４を転移（クェンチ）
時の温度上昇を小さく抑えるための熱容量として用いる
場合の熱容量としての機能が向上するので好適である。
また、ユニット導体１と支持部材４との間を接着剤で接
着する場合でも、ユニット導体１の外周からバインド用
テープで締め付けるようにすれば、ユニット導体１の支
持部材４への固定をより強固なものとすることができ
る。
１は、その外周を巻回して設けられる図示されていない
バインド用テープにより支持部材４に固定される。この
ようにバインド用テープで固定するので、ユニット導体
１と支持部材４の溝５の底面との間には接着剤を付ける
必要はないが、付けてもよい。この部分に接着剤を付け
る場合には熱伝導率の高い接着剤を用いるようにする
と、ユニット導体１と支持部材４との間の熱伝導効率が
良くなり、上記のように支持部材４を転移（クェンチ）
時の温度上昇を小さく抑えるための熱容量として用いる
場合の熱容量としての機能が向上するので好適である。
また、ユニット導体１と支持部材４との間を接着剤で接
着する場合でも、ユニット導体１の外周からバインド用
テープで締め付けるようにすれば、ユニット導体１の支
持部材４への固定をより強固なものとすることができ
る。
【００１９】このように、円筒状の支持部材４の側面に
設けた溝５の平面状の底面に平板な形状のユニット導体
１を配設する構成としているので、ユニット導体１と支
持部材４とが全面で接触することにより両者間の熱伝導
効率が良くなり、支持部材４を転移（クェンチ）時の温
度上昇を小さく抑えるための熱容量として用いる場合の
熱容量としての機能が高められる。また、上記のように
ユニット導体１と支持部材４とが全面で接触することか
ら、ユニット導体１の外周にバインド用テープを巻回し
て支持部材４に固定する際にユニット導体１が変形して
テープ状酸化物超伝導線材が歪んで臨界電流値が低下す
ることがない。
設けた溝５の平面状の底面に平板な形状のユニット導体
１を配設する構成としているので、ユニット導体１と支
持部材４とが全面で接触することにより両者間の熱伝導
効率が良くなり、支持部材４を転移（クェンチ）時の温
度上昇を小さく抑えるための熱容量として用いる場合の
熱容量としての機能が高められる。また、上記のように
ユニット導体１と支持部材４とが全面で接触することか
ら、ユニット導体１の外周にバインド用テープを巻回し
て支持部材４に固定する際にユニット導体１が変形して
テープ状酸化物超伝導線材が歪んで臨界電流値が低下す
ることがない。
【００２０】また、円筒状の支持部材４の側面に、上記
のような溝加工を加えないで、ユニット導体１を配設す
る箇所を平面状に面取り加工するだけでもよい。また、
上記のような溝加工あるいは面取り加工なしにこの円筒
曲面上に平板な形状のユニット導体１を配置し、両者間
の隙間に接着剤を充填するという構成とすることも可能
である。
のような溝加工を加えないで、ユニット導体１を配設す
る箇所を平面状に面取り加工するだけでもよい。また、
上記のような溝加工あるいは面取り加工なしにこの円筒
曲面上に平板な形状のユニット導体１を配置し、両者間
の隙間に接着剤を充填するという構成とすることも可能
である。
【００２１】なお、複数本のユニット導体１間に配設さ
れる磁性材料片３は、支持部材４の側面に設けられた複
数本の溝５の間に残された円筒曲面部に接着剤で接着し
て取り付けられる。なお、磁性材料片３は転移（クェン
チ）時の温度上昇を抑えるための熱容量として用いられ
ることはないので、この磁性材料片の接着剤は、熱伝導
率の高いものである必要はない。また、支持部材４の円
筒部側面を平面に面取りして、この面に磁性材料片３を
取り付けるようにしてもよい。
れる磁性材料片３は、支持部材４の側面に設けられた複
数本の溝５の間に残された円筒曲面部に接着剤で接着し
て取り付けられる。なお、磁性材料片３は転移（クェン
チ）時の温度上昇を抑えるための熱容量として用いられ
ることはないので、この磁性材料片の接着剤は、熱伝導
率の高いものである必要はない。また、支持部材４の円
筒部側面を平面に面取りして、この面に磁性材料片３を
取り付けるようにしてもよい。
【００２２】また、支持部材４の側面に設けられるユニ
ット導体１と磁性材料片３とは一般にはその外周径が異
なるが、これらを外周からバインド用テープで固定する
場合には、外周径の小さいユニット導体１の方の外周側
に非磁性部材を当てがって高さを磁性材料片３と合わせ
るようにする。
ット導体１と磁性材料片３とは一般にはその外周径が異
なるが、これらを外周からバインド用テープで固定する
場合には、外周径の小さいユニット導体１の方の外周側
に非磁性部材を当てがって高さを磁性材料片３と合わせ
るようにする。
【００２３】再び図１を参照する。図１にはすでに述べ
た臨界電流値を示す曲線の他に、超伝導線材に電流を流
したときに発生する自己磁界と通電電流の関係を示すロ
ードラインを６本の直線で示してある。破線Ａ（垂直）
と破線Ａ（平行）とは、比較例として図４に示すように
磁性材料片３がない場合、すなわち、電流リードがユニ
ット導体１と支持部材４のみで構成された場合のロード
ラインである。臨界電流値は、ロードラインと磁界によ
る臨界電流値の変化を表す曲線（Ｉｐ、Ｉｖ）の交点と
して求められる。テープ面垂直磁界とテープ面平行磁界
により臨界電流値の異なる場合には、低い値の方が臨界
電流値となる。磁性材料片３がない場合には、臨界電流
値ＩｃはＩｃ０（無磁界のときの臨界電流値）の７１％
となる。一方、図１中の４本の実線の内、Ｂ（垂直）、
Ｂ（平行）で示すロードラインが本実施例の場合を示し
ている。この場合、臨界電流値ＩｃはＩｃ０の９０％で
ある。すなわち、磁性材料片３をユニット導体１間に配
置することにより、テープ面垂直方向の自己磁界成分を
磁性材料片３の中に導くことにより抑制し、臨界電流値
の低下を防ぎ、高い臨界電流値を維持した状態で、安定
的に通電することが可能となる。
た臨界電流値を示す曲線の他に、超伝導線材に電流を流
したときに発生する自己磁界と通電電流の関係を示すロ
ードラインを６本の直線で示してある。破線Ａ（垂直）
と破線Ａ（平行）とは、比較例として図４に示すように
磁性材料片３がない場合、すなわち、電流リードがユニ
ット導体１と支持部材４のみで構成された場合のロード
ラインである。臨界電流値は、ロードラインと磁界によ
る臨界電流値の変化を表す曲線（Ｉｐ、Ｉｖ）の交点と
して求められる。テープ面垂直磁界とテープ面平行磁界
により臨界電流値の異なる場合には、低い値の方が臨界
電流値となる。磁性材料片３がない場合には、臨界電流
値ＩｃはＩｃ０（無磁界のときの臨界電流値）の７１％
となる。一方、図１中の４本の実線の内、Ｂ（垂直）、
Ｂ（平行）で示すロードラインが本実施例の場合を示し
ている。この場合、臨界電流値ＩｃはＩｃ０の９０％で
ある。すなわち、磁性材料片３をユニット導体１間に配
置することにより、テープ面垂直方向の自己磁界成分を
磁性材料片３の中に導くことにより抑制し、臨界電流値
の低下を防ぎ、高い臨界電流値を維持した状態で、安定
的に通電することが可能となる。
【００２４】図５は本発明の第２の実施の形態による超
伝導電流リードの横（径方向）断面図である。磁性材料
片３を支持部材４の周方向にはユニット導体１の間に、
径方向にはユニット導体１の最外周よりも外側に配置し
ている。磁性材料片３は、図示を省略したステンレス鋼
等の非磁性体を支持部材４上に配置し、その上に固定す
る。磁性材料片３の断面形状は図４では矩形断面である
が、断面形状は矩形に制限されない。この発明の実施の
形態のように磁性材料片３を配置すると、ユニット導体
１内に発生する自己磁界成分のうち、テープ面垂直方向
成分を最も効果的に抑制することができる。図１に示し
た２本の実線のうちＣ（垂直）、Ｃ（平行）はこの発明
の実施の形態におけるロードラインを示している。この
場合、臨界電流値Ｉｃは無磁界における臨界電流値Ｉｃ
０の９４％にまで達する。すなわち、この発明の実施の
形態のような構成とすることにより、臨界電流値の低下
を防ぎ、高い電流値を維持した状態で安定的に通電する
ことができる。
伝導電流リードの横（径方向）断面図である。磁性材料
片３を支持部材４の周方向にはユニット導体１の間に、
径方向にはユニット導体１の最外周よりも外側に配置し
ている。磁性材料片３は、図示を省略したステンレス鋼
等の非磁性体を支持部材４上に配置し、その上に固定す
る。磁性材料片３の断面形状は図４では矩形断面である
が、断面形状は矩形に制限されない。この発明の実施の
形態のように磁性材料片３を配置すると、ユニット導体
１内に発生する自己磁界成分のうち、テープ面垂直方向
成分を最も効果的に抑制することができる。図１に示し
た２本の実線のうちＣ（垂直）、Ｃ（平行）はこの発明
の実施の形態におけるロードラインを示している。この
場合、臨界電流値Ｉｃは無磁界における臨界電流値Ｉｃ
０の９４％にまで達する。すなわち、この発明の実施の
形態のような構成とすることにより、臨界電流値の低下
を防ぎ、高い電流値を維持した状態で安定的に通電する
ことができる。
【００２５】
【実施例】（実施例１）超伝導材料としてＢｉ2 Ｓｒ2
Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏx を使用したテープ状超伝導線材で、断
面寸法は幅５ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ、銀と超伝導線材の
断面積比が２．５対１程度のものを使用する。この超伝
導線材の７７Ｋにおける臨界電流値は約７０Ａである。
これを８枚積層して１ユニット（これをユニット導体と
呼ぶ）とすると、このユニット導体あたりの臨界電流値
は単線の臨界電流値の８倍とはならずに４２０Ａとな
る。これは、テープ面垂直方向の自己磁界成分が、テー
プを積層するほどに大きくなるためで、臨界電流がテー
プ面垂直方向の磁界成分に敏感であることによる。この
ユニット導体を６０ｍｍ径のステンレス製円筒上に、テ
ープ面が周方向と平行になるように２４ユニット配置し
たもののユニット導体断面内自己磁界（平均値）は、電
流値１００００Ａにおいて垂直方向で１１０Ｇａｕｓ
ｓ、平行方向で３２３Ｇａｕｓｓである。また、このよ
うな構成における臨界電流値の印加磁場依存性は図６の
グラフに示される。前記の自己磁界分布から図６のロー
ドラインを用いることにより計算上の臨界電流値はテー
プ面垂直磁界による臨界電流値の曲線とロードラインと
の交点として１１３６０Ａとなる。次に、断面寸法が
２．３ｍｍ×２．７ｍｍの軟鉄片からなる磁性材料片３
を、図２に示したように、支持部材４の側面上に直付け
で、かつ、２．３ｍｍ部分が円筒周方向と平行になるよ
うにユニット導体間に配置すると、ユニット導体１断面
内の自己磁界（平均値）は、電流値１００００Ａにおい
て垂直方向で４６Ｇａｕｓｓ、平行方向で４３８Ｇａｕ
ｓｓになる。図７（ａ）に磁性材料片３がないものの等
磁気ポテンシャル線図を示す。この線は磁力線と平行で
ある。図７（ｂ）に磁性材料片３をユニット導体１間に
配置したものの等磁気ポテンシャル線図を示す。ユニッ
ト導体１のみのものは、ユニット導体１内でポテンシャ
ル線が大きく変化しているのが分かる。一方、ユニット
導体１間に磁性材料片３を配置したものは、磁性材料片
３内でのポテンシャル線の密度が高く、ユニット導体１
により発生する磁界を引きつけているのが分かる。これ
をユニット導体１内の磁界ベクトル図にて比較してみ
る。図８（ａ）にユニット導体１のみのものの磁界ベク
トル図を、図８（ｂ）にユニット導体１間に磁性材料片
３を配置したものの磁界ベクトル図を示す。これらの図
より、磁性材料片３のないもの（図８（ａ））は、磁界
が導体内で渦を巻くように発生し、テープ面に垂直な方
向の磁界成分がかなり大きいことが分かる。一方、磁性
材料片３をユニット導体１間に配したもの（図８
（ｂ））は、テープ面垂直成分が減少していることがこ
れらの図からも明らかである。磁性材料片３をユニット
導体１間に配置した場合の臨界電流値は、図６のロード
ラインより１３６４０Ａとなる。すなわち、ユニット導
体１間に磁性材料片３を配置した場合には、臨界電流値
は磁性材料片３のない場合に対して２０％増加すること
になる。
Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏx を使用したテープ状超伝導線材で、断
面寸法は幅５ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ、銀と超伝導線材の
断面積比が２．５対１程度のものを使用する。この超伝
導線材の７７Ｋにおける臨界電流値は約７０Ａである。
これを８枚積層して１ユニット（これをユニット導体と
呼ぶ）とすると、このユニット導体あたりの臨界電流値
は単線の臨界電流値の８倍とはならずに４２０Ａとな
る。これは、テープ面垂直方向の自己磁界成分が、テー
プを積層するほどに大きくなるためで、臨界電流がテー
プ面垂直方向の磁界成分に敏感であることによる。この
ユニット導体を６０ｍｍ径のステンレス製円筒上に、テ
ープ面が周方向と平行になるように２４ユニット配置し
たもののユニット導体断面内自己磁界（平均値）は、電
流値１００００Ａにおいて垂直方向で１１０Ｇａｕｓ
ｓ、平行方向で３２３Ｇａｕｓｓである。また、このよ
うな構成における臨界電流値の印加磁場依存性は図６の
グラフに示される。前記の自己磁界分布から図６のロー
ドラインを用いることにより計算上の臨界電流値はテー
プ面垂直磁界による臨界電流値の曲線とロードラインと
の交点として１１３６０Ａとなる。次に、断面寸法が
２．３ｍｍ×２．７ｍｍの軟鉄片からなる磁性材料片３
を、図２に示したように、支持部材４の側面上に直付け
で、かつ、２．３ｍｍ部分が円筒周方向と平行になるよ
うにユニット導体間に配置すると、ユニット導体１断面
内の自己磁界（平均値）は、電流値１００００Ａにおい
て垂直方向で４６Ｇａｕｓｓ、平行方向で４３８Ｇａｕ
ｓｓになる。図７（ａ）に磁性材料片３がないものの等
磁気ポテンシャル線図を示す。この線は磁力線と平行で
ある。図７（ｂ）に磁性材料片３をユニット導体１間に
配置したものの等磁気ポテンシャル線図を示す。ユニッ
ト導体１のみのものは、ユニット導体１内でポテンシャ
ル線が大きく変化しているのが分かる。一方、ユニット
導体１間に磁性材料片３を配置したものは、磁性材料片
３内でのポテンシャル線の密度が高く、ユニット導体１
により発生する磁界を引きつけているのが分かる。これ
をユニット導体１内の磁界ベクトル図にて比較してみ
る。図８（ａ）にユニット導体１のみのものの磁界ベク
トル図を、図８（ｂ）にユニット導体１間に磁性材料片
３を配置したものの磁界ベクトル図を示す。これらの図
より、磁性材料片３のないもの（図８（ａ））は、磁界
が導体内で渦を巻くように発生し、テープ面に垂直な方
向の磁界成分がかなり大きいことが分かる。一方、磁性
材料片３をユニット導体１間に配したもの（図８
（ｂ））は、テープ面垂直成分が減少していることがこ
れらの図からも明らかである。磁性材料片３をユニット
導体１間に配置した場合の臨界電流値は、図６のロード
ラインより１３６４０Ａとなる。すなわち、ユニット導
体１間に磁性材料片３を配置した場合には、臨界電流値
は磁性材料片３のない場合に対して２０％増加すること
になる。
【００２６】（実施例２）支持部材４として実施例１と
同じステンレス製円筒を用いた。実施例１と同じユニッ
ト導体１を２４ユニット支持部材４上に配置し、実施例
１と同じ磁性材料片３を図５に示したように、支持部材
４の周方向にはユニット導体１の間に、径方向にはユニ
ット導体１の最外周よりも外側に配置した。なお、磁性
材料片３と支持部材４との間には非磁性材料を配置し
た。
同じステンレス製円筒を用いた。実施例１と同じユニッ
ト導体１を２４ユニット支持部材４上に配置し、実施例
１と同じ磁性材料片３を図５に示したように、支持部材
４の周方向にはユニット導体１の間に、径方向にはユニ
ット導体１の最外周よりも外側に配置した。なお、磁性
材料片３と支持部材４との間には非磁性材料を配置し
た。
【００２７】このユニット導体１の断面内自己磁界分布
（平均値）は、電流値１００００Ａにおいてテープ面垂
直方向で４５Ｇａｕｓｓ、平行方向で３７５Ｇａｕｓｓ
となる。図６のロードラインを用いて臨界電流値を求め
ると、１３８９０Ａとなる。すなわち、ユニット導体１
間に磁性材料片３がない場合に比べて２２％臨界電流値
が上昇することになる。
（平均値）は、電流値１００００Ａにおいてテープ面垂
直方向で４５Ｇａｕｓｓ、平行方向で３７５Ｇａｕｓｓ
となる。図６のロードラインを用いて臨界電流値を求め
ると、１３８９０Ａとなる。すなわち、ユニット導体１
間に磁性材料片３がない場合に比べて２２％臨界電流値
が上昇することになる。
【００２８】以上の実施例では磁性材料片３として軟鉄
片を使用した例を示した。しかし、磁性材料片３として
粉末状の磁性材料を基材として樹脂等により固めたもの
を使用することができる。その場合、磁性材料片３を自
由な形状に形成できるので、ユニット導体１間を隙間な
く埋めることが可能となり、さらに、粉末磁性材料と樹
脂等との混合比を変えることにより、磁性材料片３の透
磁率を容易に調整できるので、本発明の超伝導リードの
それぞれの製品毎の構成に応じて最適な透磁率を有する
磁性材料片３を得ることができるため、テープ面垂直方
向磁界成分をより有効に抑制することができる。
片を使用した例を示した。しかし、磁性材料片３として
粉末状の磁性材料を基材として樹脂等により固めたもの
を使用することができる。その場合、磁性材料片３を自
由な形状に形成できるので、ユニット導体１間を隙間な
く埋めることが可能となり、さらに、粉末磁性材料と樹
脂等との混合比を変えることにより、磁性材料片３の透
磁率を容易に調整できるので、本発明の超伝導リードの
それぞれの製品毎の構成に応じて最適な透磁率を有する
磁性材料片３を得ることができるため、テープ面垂直方
向磁界成分をより有効に抑制することができる。
【００２９】また、以上の実施例では円筒状の支持部材
として、軸方向に沿って半径が一定の支持部材について
説明したが、半径が軸方向に沿ってテーパ状に変化する
形状の支持部材を用いることもできる。特に、支持部材
の高温端側で半径がより大きく、極低温端側ほど半径が
より小さくなるようなテーパ状とすれば、支持部材の断
面積が極低温端ほど小さくなるので、支持部材を通して
の極低温端側への熱侵入をより低減することが可能とな
る。
として、軸方向に沿って半径が一定の支持部材について
説明したが、半径が軸方向に沿ってテーパ状に変化する
形状の支持部材を用いることもできる。特に、支持部材
の高温端側で半径がより大きく、極低温端側ほど半径が
より小さくなるようなテーパ状とすれば、支持部材の断
面積が極低温端ほど小さくなるので、支持部材を通して
の極低温端側への熱侵入をより低減することが可能とな
る。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、円筒状の支持部材上に、電流経路であるテープ状酸
化物超伝導線材からなるユニット導体が複数本、超伝導
線材のテープ面が円筒座標系における周方向と平行にな
るように配置され、複数のユニット導体の間にそれぞれ
磁性材料片が配置される構成とすることとしたので、自
己磁界による磁界電流値の劣化を抑え、安定した通電が
可能な超伝導電流リードが得られる。
ば、円筒状の支持部材上に、電流経路であるテープ状酸
化物超伝導線材からなるユニット導体が複数本、超伝導
線材のテープ面が円筒座標系における周方向と平行にな
るように配置され、複数のユニット導体の間にそれぞれ
磁性材料片が配置される構成とすることとしたので、自
己磁界による磁界電流値の劣化を抑え、安定した通電が
可能な超伝導電流リードが得られる。
【図１】ビスマス系銀シース型のテープ状酸化物超伝導
線材における臨界電流値の印加磁界依存性を示すグラフ
である。
線材における臨界電流値の印加磁界依存性を示すグラフ
である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による超伝導電流リ
ードの横断面図である。
ードの横断面図である。
【図３】図２の超伝導電流リードの一部を拡大した斜視
図である。
図である。
【図４】比較例としての超伝導電流リードの横断面図で
ある。
ある。
【図５】本発明の第２の実施の形態による超伝導電流リ
ードの横断面図である。
ードの横断面図である。
【図６】実施例１および実施例２の導体の構成における
臨界電流値の印加磁界依存性を示すグラフである。
臨界電流値の印加磁界依存性を示すグラフである。
【図７】ユニット導体の断面内および近傍での等磁気ポ
テンシャル線図である。
テンシャル線図である。
【図８】ユニット導体の断面内での磁界のベクトル図で
ある。
ある。
１ ユニット導体 ２ 単線 ３ 磁性材料片 ４ 支持部材 ５ 溝
フロントページの続き (72)発明者 礒野 高明 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の１ 日本原子力研究所 那珂研究所内 (72)発明者 濱田 一弥 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の１ 日本原子力研究所 那珂研究所内 (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 (72)発明者 野澤 正信 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 (1)
- 【請求項１】 円筒状の支持部材上に、電流経路である
テープ状酸化物超伝導線材からなるユニット導体が複数
本、該超伝導線材のテープ面が円筒座標系における周方
向と平行になるように配置され、前記複数のユニット導
体の間にそれぞれ磁性材料片が配置されていることを特
徴とする超伝導電流リード。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06514698A JP3541123B2 (ja) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | 超伝導電流リード |
| US09/153,695 US6034588A (en) | 1998-03-16 | 1998-09-15 | Superconducting current lead |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06514698A JP3541123B2 (ja) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | 超伝導電流リード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11260162A true JPH11260162A (ja) | 1999-09-24 |
| JP3541123B2 JP3541123B2 (ja) | 2004-07-07 |
Family
ID=13278461
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06514698A Expired - Lifetime JP3541123B2 (ja) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | 超伝導電流リード |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6034588A (ja) |
| JP (1) | JP3541123B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010263721A (ja) * | 2009-05-08 | 2010-11-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導コイル体、超電導機器、ロータおよびステータ |
| JP2010263122A (ja) * | 2009-05-08 | 2010-11-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導コイル体、超電導機器、ロータおよびステータ |
| JP2011176018A (ja) * | 2010-02-23 | 2011-09-08 | Fuji Electric Co Ltd | 超電導電流リード |
| US20220084725A1 (en) * | 2018-09-07 | 2022-03-17 | Tokamak Energy Ltd | Flexible hts current leads |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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