(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のコンジット内に収納された複数の超電導素線からなる一対の超電導導体と、
前記超電導導体の各々から引き出された前記超電導素線を複数本集めた先端部分を拡散接合によって角柱状に形成してそれぞれ構成され、且つ対向する方向のものどうしを２方向それぞれ互い違いに重ねて全体が直方体になるように半田付けまたは拡散接合により固定されることにより前記一対の超電導導体を電気的に接続する超電導接続部と、
を備えたことを特徴とする超電導コイル。
【請求項２】
金属製のコンジット内に収納された複数の超電導素線からなる一対の超電導導体と、
前記超電導導体の各々から引き出された前記超電導素線を複数本集めた先端部分を拡散接合によって角柱状にそれぞれ形成し、これら先端部どうしの間に設けられる超電導線からなる接続線を複数本集めた両端部分を拡散接合によって角柱状にそれぞれ形成して構成され、且つ前記接続線の両端部分と前記両超電導素線の先端部とを対向する方向のものどうしを２方向それぞれ互い違いに重ねて全体が直方体になるように半田付けまたは拡散接合により固定されることにより前記一対の超電導導体を電気的に接続する超電導接続部と、
を備えたことを特徴とする超電導コイル。
【請求項３】
請求項１記載の超電導コイルにおいて、
前記超電導素線を複数本集めて拡散接合によって角柱状に形成された先端部を互い違いに積上げて接続する部分に絶縁シートを挟んで複数個の先端部毎に絶縁することを特徴とする超電導コイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は核融合、超電導エネルギー貯蔵等に用いられる超電導コイルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
核融合、超電導エネルギー貯蔵装置は、大型の超電導コイルを用いることにより、装置自身の発生ロスを減らし、効率よくエネルギーを発生、または貯蔵するものである。従って、このような装置においては、安定で信頼性の高い超電導コイルを製作する必要がある。
【０００３】
ところで、超電導コイルが大型化すると、コイルにかかる電磁力は強大なものとなるため、コイルを支持するにあたっては機械的な強度に十分耐えられるものが要求される。また、高精度の磁場を発生する必要のあるトカマク形、ヘリカル形、あるいはミラー形などの磁気閉じ込め形核融合装置では、単にコイルが電磁力に耐えるだけでなく、コイル通電中においてコイルの変形が小さくなるように十分な剛性をコイル自身に持たせるか、または強固な外部からの支持を行う必要がある。
【０００４】
最近、コイル自身の剛性を高め、変位しにくいコイルを実現するために、金属製のコンジットの中に多数の細い超電導素線を収納し、コンジット内に超臨界ヘリウム等の冷媒を強制的に流す、強制冷却方式の導体が開発されており、その適用例が増えてきている。
【０００５】
従来、強制冷却導体を使って超電導コイルを作る場合、コイルを２つの渦巻形に巻いたコイル（パンケーキコイルと呼ぶ）を重ねて巻き、「ダブルパンケーキコイル」とし、このダブルパンケーキコイルを単位として１つまたは複数個組合せて構成する方法が多くとられる。この場合、複数個のダブルパンケーキの口出し部の超電導導体どうしを接続し、この部分での超電導状態を保ったまま電流を流すことが必要となる。
【０００６】
図９はかかる従来の超電導導体の接続部の一例を示すものである。
図９において、１は強制冷却形超電導導体のコンジットであり、この中に超電導素線２が収納されている。２つの超電導導体を接続する場合、これらの導体のコンジット１は、図示するように同一の方向に曲げられ、その中の超電導素線２を一定の長さだけコンジット１から引出している。そして、超電導素線どうしは数本ずつ互いに組合せて接続する。この場合、超電導素線どうしの接続は、超音波接合、または拡散接合などの方法がとられる。
【０００７】
図９に示す例では超音波接合の場合であり、導体押さえ５は超音波接合のとき使用され、この導体押さえ５部分で超電導素線２に流れる電流が一方の超電導素線２からもう一方の超電導導体へ渡っていく。また、超電導素線どうしの接続部の周囲を容器４で覆い、必要によってはその中を半田で満たして固定することも行われる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
実用形の超電導コイルでは、導体どうしの接続部をできるだけコンパクトに作り、不要なスペースを作らないようにすると共に、接続部によってできる誤差磁場をできる限り減らして磁場精度を高めることが重要となる。
【０００９】
図９に示した接続部の例では導体どうしは互いに平行な状態であり、素線の引出し、相互の接続が比較的に容易である反面、接続部の占める空間が大きくなり、ここで発生する誤差磁場が問題となる。
【００１０】
また、接続部のサイズを小さくするために、例えば図１０に示すように導体の向きを変える部分をコンジット１から出して接続部の曲げ部分のスペースを縮小することが考えられるが、超電導素線２の最小曲げ半径の関係からスペースの節約にも限度がある。
【００１１】
そこで、２つの超電導導体の接続時に、図１１に示すように超電導素線２を互いに対向する方向に引出して接続する方法がある。図１１において、図１０と同一部品には同一符号を付して示してある。図１１に示すような構成の場合には、２つの超電導導体から引出した超電導素線２の長さに余り余裕がなく、また超電導素線２どうしの接続時に超電導素線２の引出し位置を動かす必要がある。
【００１２】
しかし、優れた超電導特性を持つＮｂ3 Ｓｎ（ニオブ３スズ）製の超電導素線を用いる場合には、Ｎｂ3 Ｓｎとしての超電導特性を得るために必要な熱処理を行った後では、超電導素線がセラミック状となり、自由には曲げることができないため、曲げ半径に制限を生ずる。
【００１３】
従って、Ｎｂ3 Ｓｎの強制冷却導体の接続部には、図９または図１０に示すような非対向の方式にせざるを得なかった。
本発明は上記のような点を考慮し、超電導導体の接続部において、接続作業時の曲げ半径に制限のある超電導導体の素線どうしでも互いに対向する方向で接続できるようにして接続のためのスペースを低減し、且つ誤差磁場を減らすことができる超電導コイルを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段により超電導コイルを構成する。
（１）本発明は、金属製のコンジット内に収納された複数の超電導素線からなる一対の超電導導体と、前記超電導導体の各々から引き出された前記超電導素線を複数本集めた先端部分を拡散接合によって角柱状に形成してそれぞれ構成され、且つ対向する方向のものどうしを２方向それぞれ互い違いに重ねて全体が直方体になるように半田付けまたは拡散接合により固定されることにより前記一対の超電導導体を電気的に接続する超電導接続部とを備える。
（２）本発明は、金属製のコンジット内に収納された複数の超電導素線からなる一対の超電導導体と、前記超電導導体の各々から引き出された前記超電導素線を複数本集めた先端部分を拡散接合によって角柱状にそれぞれ形成し、これら先端部どうしの間に設けられる超電導線からなる接続線を複数本集めた両端部分を拡散接合によって角柱状にそれぞれ形成して構成され、且つ前記接続線の両端部分と前記両超電導素線の先端部とを対向する方向のものどうしを２方向それぞれ互い違いに重ねて全体が直方体になるように半田付けまたは拡散接合により固定されることにより前記一対の超電導導体を電気的に接続する超電導接続部とを備える。
（３）本発明は、上記（１）の構成において、前記超電導素線を複数本集めて拡散接合によって角柱状に形成された先端部を互い違いに積上げて接続する部分に絶縁シートを挟んで複数個の先端部毎に絶縁する。
【００１５】
【作用】
上記（１）のような構成の超電導コイルにあっては、２つの超電導導体の各々から引出した超電導素線を複数本それぞれ集めて構成された複数の超電導接続部を互いに積み重ねて接合されているので、超電導素線が例えばＮＢ3Ｓｎのような導体であっても熱処理前に先端部の接続を行うことが可能となり、超電導素線の損傷を防止することができる。
【００１６】
上記（２）のような構成の超電導コイルにあっては、一対の超電導導体を電気的に接続する複数の超電導接続部が別に用意した接続線により接続されるので、超電導素線の先端の引出し量を最小限に抑えることができる。
【００１７】
上記（３）のような構成の超電導コイルにあっては、各超電導接続部の積み重ね相互間に絶縁シートを挟み込むことによって、外部磁場の変化時に超電導導体に発生する交流損失を低減することができる。
【００２０】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は本発明による超電導コイルの第１の実施例における接続部を示す構成図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。図１及び図２において、超電導素線２は複数本集めて束ね、その先端部分を拡散接合によって４角柱状に形成して接続部６を構成する。この接続部６は対向する方向のものどうしを互い違いに重ねてこれらを半田または拡散接合で固定し、電気的に接続する。
【００２１】
この場合、４角柱状の接続部６は、超電導素線２が例えばＮｂ3 Ｓｎのように熱処理により優れた超電導特性を得る種類の導体に対しては、熱処理を行う前に先端部の拡散接合による電気的な接続が行われる。
【００２２】
従って、この先端部の形成は超電導線２が熱処理によって硬化する前に行うことができ、超電導素線２の損傷を防ぐことができる。
上述した第１の実施例においては、対向する超電導素線２どうしを超電導素線２の線上の１ケ所で接続するようにしたが、接続部６の先端がそれぞれ接続する場所に引出せない場合には、図３に示すような構成とすればよい。
【００２３】
すなわち、図３は本発明の第２の実施例を示す構成図である。図３に示すように両方の超電導素線２の先端どうしの間に別の接続線７を設け、この接続線７の両端を前述同様に４角形状に形成することによって接続したい超電導素線２群の先端位置を接続のための引出し量を最小限とすることができる。
【００２４】
この場合、超電導素線２の先端はこれまでに述べたと同様に４角柱状に成形されている。また、接続線７は超電導線を使用し、２つの対向する超電導素線２群の先端部どうしの間に介在させて両者を電気的に接続する。
【００２５】
なお、上記第１の実施例及び第２の実施例では、超電導素線２の先端部を４角柱状に形成した例で説明したが、４角柱状以外でもよく、６角柱状とすればさらに接続部の断面積を減らすことが可能である。
【００２６】
以上の第１及び第２の実施例では、超電導素線２の接続部どうしの全てを電気的に接続したが、外部磁場が変化するときに超電導導体に発生する交流損失を低減させる目的で、図４に示すようにこの接続部６に絶縁物８を挟むようにしてもよい。
【００２７】
すなわち、図４は本発明の第３の実施例における超電導導体の接続部の断面図を示すものである。図４に示すように超電導素線２を複数本集めて角柱状の接続部を互い違いに積上げて接続する部分に絶縁シート８を挟んで複数個の接続部毎に絶縁することにより、この部分に発生する交流損失を低減することができる。
【００２８】
また、第１及び第２の実施例では、超電導素線どうしの接続部を互い違いに組合せるようにしたので、この部分の断面積は一方の超電導素線が占める断面積の２倍となる。この様子を図５に示す。図５において、超電導素線２を複数個束ねた接続部どうしを組合せて積上げると、その部分の幅Ａが片方の超電導線群の幅ａの２倍になる。これは電気的な接続をもっぱら接続部の側面どうしを使って行っているためである。
【００２９】
従って、超電導素線２の接続部を互いに超電導素線の方向にずらすことにより、接続部の断面積の増加を防止することができるが、超電導素線を切る位置を互い違いに変えるなど作業が複雑になるという欠点がある。
【００３０】
そこで、接続部どうしを超電導素線２の対向する方向に差し込む形でつなげば、断面積が最低限となるようにすることが可能である。
すなわち、図６はかかる点を考慮した本発明の第４の実施例における超電導導体の接続部の構成を示すものである。図６に示すように、超電導素線２の先端部を互いに同心円状の嵌め合いとなっている一対の接続金具９及び１０に拡散接合し、この接続金具９，１０を超電導素線２どうしの接続部として構成する。
【００３１】
このような構成とすれば、超電導線の接続部のスペースをより縮小し、且つ作業性を高めることができる。
図６においては、接続金具９，１０の先端形状を同心円状としたが、超電導素線２どうしをこの接続金具９，１０で接続する場合、接続金具９，１０の中心どうしを合せる必要があるので、多少作業性が悪くなる。
【００３２】
そこで、接続金具の形状を同心円状ではなく、一方向に平行な溝を持った嵌め合い構成とすれば、作業性をより高めることができる。
すなわち、図７はかかる点を考慮した本発明の第５の実施例における超電導導体の接続部を示し、図８に図７をＣ−Ｃ線に沿って矢印方向に見た接続部の構成を示すものである。図７に示すように、接続金具９及び１０は互いに嵌め合い構成とし、その先端部形状は図８に示すように縦方向に平行にしたものである。
【００３３】
従って、このような構成とすれば、超電導素線２を縮める方向に押す必要がないので、超電導素線２の変形を減らすことができる。
なお、これまでの各実施例では、ダブルパンケーキコイルでの各パンケーキコイル間の接続部をについて述べたが、超電導導体の素線どうしの接続部分に関して全て同様に適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、硬くて脆い性質を持つＮｂ3 Ｓｎ等の超電導線どうしを不要な力をかけることなく、しかも小さいスペースで接続することができる超電導コイルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超電導コイルの第１の実施例を示す構成図。
【図２】図１における接続部のＡ−Ａ矢視断面図。
【図３】本発明による超電導コイルの第２の実施例を示す構成図。
【図４】本発明の第３の実施例における接続部の構成図。
【図５】第１及び第２の実施例における超電導導体が占める断面積についての説明図。
【図６】本発明による超電導コイルの第４の実施例を示す構成図。
【図７】従来の超電導コイルの接続部の第１の構成例を示す図。
【図８】図７における接続部をＣ−Ｃ線に沿って矢印方向から見た図。
【図９】従来の超電導コイルの第２の構成例を示す図。
【図１０】従来の超電導コイルの第３の構成例を示す図。
【図１１】従来の超電導コイルの第４の構成例を示す図。
【符号の説明】
１……コンジット、２……超電導素線、３……接続部容器、４……接続部カバー、５……接続部押さえ、６……接続部、７……接続線、８……絶縁シート、９、１０……接続金具。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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