(57)【要約】【課題】電流リード本体と超電導コイルとの電気的接続部の電気絶縁の信頼性の向上、特に、真空容器内の真空度が低下した際であっても、所定の電気絶縁性能が維持可能な超電導コイル用電流リードを提供する。【解決手段】真空容器２内に設置されて冷却される超電導コイルに対し、真空容器外部から電流リード本体７ａを介して電流を供給し、絶縁被覆された超電導コイルの口出しリード線６と電流リード本体低温側端子８との電気的接続部が、真空容器内に配設される超電導コイル用電流リードにおいて、電流リード本体の真空容器貫通部と電気的接続部及び口出しリード線端部の外周部全体にわたって、真空容器内の真空層とは気密の独立空間を作るように、電気絶縁材料（１０，１３，１２）により包囲して、電流リードの高電位部と真空容器ないし真空容器内部材の接地電位部との間を電気的に絶縁してなるものとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に設置されて冷却される超電導コイルに対して、少なくとも一部が前記真空容器を貫通して設けられ、真空容器外部から導電材料からなる電流リード本体を介して電流を供給する電流リードであって、絶縁被覆された超電導コイルの口出しリード線と電流リード本体の低温側端子との電気的接続部が、前記真空容器内に配設される超電導コイル用電流リードにおいて、
前記電流リード本体の真空容器貫通部と前記電気的接続部および口出しリード線端部の外周部全体にわたって、前記真空容器内の真空層とは気密の独立空間を作るように、電気絶縁材料により包囲して、電流リードの高電位部と真空容器ないし真空容器内部材の接地電位部との間を電気的に絶縁してなることを特徴とする超電導コイル用電流リード。
【請求項２】
請求項１に記載のものにおいて、前記気密の独立空間は、真空容器内の真空層とは異なる真空断熱層としたことを特徴とする超電導コイル用電流リード。
【請求項３】
請求項２に記載のものにおいて、前記真空断熱層は、その真空引き口を、シールオフバルブにより封じ切りとしたことを特徴とする超電導コイル用電流リード。
【請求項４】
請求項１に記載のものにおいて、前記気密の独立空間は、その内部にプラスチックフォームを充填した非真空の断熱層としたことを特徴とする超電導コイル用電流リード。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のものにおいて、前記電流リードの高電位部と真空容器ないし真空容器内部材の接地電位部との間を電気的に絶縁した部分は、フランジ付電流リード本体用絶縁筒と、電気接続部用絶縁筒と、口出しリード線貫通部用の塞ぎ板とから構成したことを特徴とする超電導コイル用電流リード。
【請求項６】
請求項５に記載のものにおいて、前記電流リード本体は、その真空容器外の軸方向端部にベローズを介して結合された対面する２個のフランジを有し、真空容器側の一方のフランジのフランジ主面と前記フランジ付電流リード本体用絶縁筒のフランジ主面とを接合して、前記独立空間の上部を封止する構成としたことを特徴とする超電導コイル用電流リード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、真空容器内に設置されて冷却される超電導コイルに対して、真空容器外部から電流を供給する電流リード、特に、電流リード本体と超電導コイルとの電気的接続部の電気絶縁構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導コイルの冷却や電流リードの構成に関しては、種々の方式が開発されている。近年、冷凍機の冷凍能力の向上に伴って、超電導コイルに冷凍機を付設して熱伝導によって超電導コイルを冷却する方式の超電導磁石装置の開発が盛んに進められている（特許文献１および特許文献２参照）。
【０００３】
図６は、特許文献１に開示された従来の冷凍機冷却方式の超電導磁石装置の基本構成を模式的に示す断面図で、中央部に常温の高磁界空間を備えた超電導磁石装置について中心軸を通る断面を示したものである。図６において、１は超電導線をソレノイド状に巻回して構成された超電導コイル、４は超電導コイル１の周囲に配され、外部からの熱輻射を遮断して断熱する輻射シールド、２はこれらを取り囲み内部を真空に保持して断熱する真空容器である。また、３は超電導コイル１を冷却する冷凍機、３３は冷凍機３に圧縮ヘリウムガスを供給し運転制御する圧縮機、７は超電導コイル１に図示しない電源より電流を供給して励磁する電流リードである。
【０００４】
図６に示すように、冷凍機３は、超電導コイル１を側面より支持する冷却フランジ５４と輻射シールド４に接続されており、超電導コイル１を極低温に、また輻射シールド４を、例えば約８０Ｋの低温に冷却する。超電導コイル１は円筒状の冷却ボビン５５に図示しない超電導線を層状に巻回して構成されており、両側面に冷却フランジ５４が、また外周に冷却板５６が備えられている。冷凍機３により図中下側の冷却フランジ５４の一端を冷却することにより、これに連結された冷却ボビン５５、冷却板５６、上部の冷却フランジ５４が熱伝導により冷却され、さらにこれらに取り囲まれた超電導コイル１が熱伝導により超電導線の臨界温度以下の温度に冷却され、超電導状態に保持される。超電導状態において電流リード７を用いて超電導コイル１に電流を供給すると、強磁界が生じ、同時にインダクタンスに比例した磁気エネルギーが超電導コイル１に蓄積されることとなる。なお、静磁界として用いる場合に、超電導コイル１と電流リード７との間に超電導コイル１を短絡するスイッチ（永久電流スイッチ）を組み込んで、いわゆる永久電流モードとして使用される場合もある。
【０００５】
次に、図５について述べる。図５は、図６に示す超電導磁石装置に関し、電流リード部分に着目してその詳細断面を示し、かつ説明の便宜上、他の部分は全体的に簡略化して模式的に示した図であり、図６と同一機能部材には、同一番号を付して、その詳細説明は省略する。なお、図５に示す超電導磁石装置においては、超電導コイル１の外面に、コイル絶縁５を示し、冷凍機３は、コイル絶縁５を介して超電導コイル１に接し冷却する構成を示す。また、超電導コイル１の口出しリード線６が電流リード７と接続されて、電流リード７から超電導コイル１に電流が供給される構成を示すが、本質的には図６と同一である。
【０００６】
図４は、図５における電流リード７の部分の詳細断面図であり、電流リード７と口出しリード線６(口出しリード線２本の内１本を図示)の接続部の詳細断面を示す。図４によれば、電流リード本体低温端子８と口出しリード線端子９はボルトにより接続されている。口出しリード線６は、リード絶縁１６により被覆されている。また、電流リード７にはガラス強化樹脂（GFRP）製の電流リード本体用絶縁筒１０が配設されて、電流リード本体７ａの絶縁を保っている。接続部の絶縁は電流リード本体低温端子８と口出しリード線端子９とをボルト接続後に、例えばカプトンテープ等の絶縁テープを前記接続部に巻き付けて接続部絶縁１１を施している。
【特許文献１】特開平１０−１１６７２５号公報（第２頁、図８，９）
【特許文献２】特開平１１−１４４９３８号公報（第２−４頁、図１，４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来の電流リード本体と超電導コイルとの電気的接続部の電気絶縁構成に関しては、下記のような問題点がある。
【０００８】
第１の問題点は、接続部絶縁１１に関わり、ボルト締め後に絶縁テープを前記接続部に巻き付けて絶縁を行う際に、ボルト部に凹凸があり、また接続部の絶縁対象部の形状が複雑なために、絶縁施行が上手く出来ず、絶縁の信頼性に問題があった。
【０００９】
第２の問題点は、電流リード本体用絶縁筒１０と接続部絶縁１１との間に、電流リード本体の高電位部が絶縁で覆われない部分が存在することによる後述の問題点である。通常の高真空状態においては、高真空中の絶縁耐力は非常に高いので、設計上、絶縁に覆われない高電位部と最短接地電位部（例えば、近傍の幅射シールド４）との絶縁距離ｄを、高電圧に耐える所定寸法とすれば良い。
【００１０】
しかしながら、何らかの原因、例えば、真空容器貫通部のシール不良や真空容器自体のリーク、アウトガスによる真空度の悪化、不十分な真空引きで運転スタート等の原因で、真空度が悪くなった時、いわゆるパツシェンミニマム時には、真空中の絶縁耐力は極端に低くなり、この場合には、絶縁に覆われない高電位部と近くの接地電位部の絶縁を、前記絶縁距離ｄを大きくとることで絶縁を保つのは不可能となる。
【００１１】
この発明は上記の点に鑑みてなされたもので、本発明の課題は、電流リード本体と超電導コイルとの電気的接続部の電気絶縁の信頼性の向上、特に、真空容器内の真空度が低下した際であっても、所定の電気絶縁性能が維持可能な超電導コイル用電流リードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題は、以下により達成される。即ち、請求項１の発明によれば、真空容器内に設置されて冷却される超電導コイルに対して、少なくとも一部が前記真空容器を貫通して設けられ、真空容器外部から導電材料からなる電流リード本体を介して電流を供給する電流リードであって、絶縁被覆された超電導コイルの口出しリード線と電流リード本体の低温側端子との電気的接続部が、前記真空容器内に配設される超電導コイル用電流リードにおいて、前記電流リード本体の真空容器貫通部と前記電気的接続部および口出しリード線端部の外周部全体にわたって、前記真空容器内の真空層とは気密の独立空間を作るように、電気絶縁材料により包囲して、電流リードの高電位部と真空容器ないし真空容器内部材の接地電位部との間を電気的に絶縁してなることを特徴とする。
【００１３】
前記構成によれば、電気的絶縁の施工が容易であり、かつ真空容器内の真空層を介しての電気的絶縁部がないので、前記パツシェンミニマム時の絶縁不良問題も解消でき、全体として絶縁の信頼性が向上する。
【００１４】
上記請求項１の発明の実施態様としては、下記請求項２ないし６の発明が好ましい。即ち、前記請求項１に記載のものにおいて、前記気密の独立空間は、真空容器内の真空層とは異なる真空断熱層としたことを特徴とする（請求項２）。これにより、電流リードの良好な絶縁構成と断熱構成とが実現できる。
【００１５】
また、前記請求項２に記載のものにおいて、前記真空断熱層は、その真空引き口を、シールオフバルブにより封じ切りとしたことを特徴とする（請求項３）。これにより、前記真空断熱層は封じ切りとなるので、封じ切り後は、当該真空断熱層の真空引き配管は取り外しが可能となる。従って、この場合、接地電位にある真空引き配管の絶縁は不要となる。
【００１６】
さらに、下記のような実施態様によっても、前記態様と同様の絶縁の信頼性向上が図れる。即ち、前記請求項１に記載のものにおいて、前記気密の独立空間は、その内部にプラスチックフォームを充填した非真空の断熱層としたことを特徴とする（請求項４）。例えば、独立空間に、発泡ポリウレタンを充填することにより、断熱性能の高い独立空間を構成することができる。
【００１７】
さらにまた、前記請求項１ないし４のいずれか１項に記載のものにおいて、前記電流リードの高電位部と真空容器ないし真空容器内部材の接地電位部との間を電気的に絶縁した部分は、フランジ付電流リード本体用絶縁筒と、電気接続部用絶縁筒と、口出しリード線貫通部用の塞ぎ板とから構成したことを特徴とする（請求項５）。前記各絶縁筒および塞ぎ板との間を、例えば接着剤で接合することにより、前記独立空間の組み立てが容易となり、独立空間をシンプルに構成することができる。
【００１８】
また、前記請求項５に記載のものにおいて、前記電流リード本体は、その真空容器外の軸方向端部にベローズを介して結合された対面する２個のフランジを有し、真空容器側の一方のフランジのフランジ主面と前記フランジ付電流リード本体用絶縁筒のフランジ主面とを接合して、前記独立空間の上部を封止する構成としたことを特徴とする（請求項６）。上記構成により、導電材料からなる電流リード本体と電気絶縁材料からなる前記独立空間の組み立て体との間の熱膨張係数の差を吸収して、熱応力の緩和を図ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、絶縁被覆された超電導コイルの口出しリード線と電流リード本体の低温側端子との電気的接続部が、真空容器内に配設される超電導コイル用電流リードにおいて、電流リード本体と超電導コイルとの電気的接続部の電気絶縁の信頼性の向上を図ることができ、特に、真空容器内の真空度が低下した場合であっても、所定の電気絶縁性能が維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、この発明の実施形態に関して、図１ないし図３に基いて説明する。なお、図１ないし図３において、図４ないし図６における同一機能部材には同一番号を付してその詳細説明を省略する。まず、図１および図２について述べる。
【００２１】
図１および図２は、それぞれ、従来装置の図４および図５に対応するこの発明の実施形態に係る電流リードの詳細断面図および超電導電磁石装置の模式図を示す。図４における構成と同様に、電流リード本体低温端子８と口出しリード線端子９とはボルトにて接続され、電流リード本体７ａは、GFRP製の電流リード本体用絶縁筒１０により包囲されて、絶縁を保っている。
【００２２】
また、接続部の絶縁としては、電流リード本体低温端子８と口出しリード線端子９とをボルト接続後に、GFRP製の塞ぎ板１２，GFRP製の電気接続部用絶縁筒１３との組み立て体を、樹脂接着により、口出しリード線絶縁１６と電流リード本体用絶縁筒１０とに取り付ける。場合によっては、GFRP製の塞ぎ板１２と電気接続部用絶縁筒１３とは分割しておき、分割部も、後から樹脂接着するようにしてもよい。
【００２３】
電流リード７の常温側には、前述の塞ぎ板１２，電気接続部用絶縁筒１３，電流リード本体用絶縁筒１０等で閉じられた部分の空間を真空引きする為の真空引き口１４が設けられている。真空引き口１４の先端には、市販品のシールオフバルブ１５を設けることにより、真空引き後に、真空封じ切りができる。
【００２４】
上記のように、接続部の絶縁を電気接続部用絶縁筒で行うことにより、ボルトの凹凸部のテーピングより遥かに絶縁の信頼性が向上できる。また、塞ぎ板１２，電気接続部用絶縁筒１３および電流リード本体用絶縁筒１０等で閉じられた部分を形成し、電流リード本体および接続部が、電気絶縁材料なしに真空容器内の真空層を介して接地電位部に対向する部分が無いので、真空容器内の超電導コイル周りの真空が劣化しても、所望の絶縁性能を維持することができる。
【００２５】
さらに、前記閉じられた部分の真空引き口を電流リード高電位部に設け、先端をシールオフバルブで封じ切りする構成により、接地電位にある真空引き配管との絶縁が不要となり、真空引き作業を含めた装置構成が簡単となる。
【００２６】
なお、前記口出しリード線絶縁１６は、絶縁・接着・耐真空洩れの機能を果たすようにするために、例えば、カプトンなどの高分子絶縁フィルムとエポキシ樹脂とを組み合わせた複合絶縁とするのが好ましい。また、前記閉じられた部分の空間は、上述のように真空断熱層として構成することに代えて、前述のように、前記空間の内部にプラスチックフォームを充填した非真空の断熱層とすることもできる。
【００２７】
次に、図３について述べる。図３は、請求項６に係る電流リードの模式的断面図を示す。
即ち、図３の実施形態においては、電流リード本体７ａが、その真空容器外の軸方向端部に、ベローズ１７を介して結合された対面する２個のフランジ７ｂ，７ｃを有するものとし、真空容器側の一方のフランジ７ｃのフランジ主面とフランジ付電流リード本体用絶縁筒１０のフランジ１０ａのフランジ主面とを接合して、独立真空層の上部を封止する構成としている。この構成によれば、導電材料からなる電流リード本体７ａと電気絶縁材料からなるフランジ付電流リード本体用絶縁筒１０等との間の熱膨張係数の差を吸収して、特に、超電導コイルおよび電流リードの冷却時に発生する熱応力の緩和を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施形態に関わる電流リードの詳細断面図。
【図２】この発明の実施形態に関わる超電導電磁石装置の模式図。
【図３】この発明の図１とは異なる実施形態の電流リードの模式的断面図。
【図４】従来の電流リードの詳細断面図。
【図５】従来の超電導電磁石装置の模式図。
【図６】従来の超電導電磁石装置の構成図。
【符号の説明】
【００２９】
１    超電導コイル
２    真空容器
３    冷凍機
４    幅射シールド
６    口出しリード線
７    電流リード
７ａ    電流リード本体
７ｂ，７ｃ，１０ａ  フランジ
８    電流リード本体低温端子
９    口出しリード線端子
１０    電流リード本体用絶縁筒
１２    塞ぎ板
１３    電気接続部用絶縁筒
１４    真空引き口
１５    シールオフバルブ
１６    口出しリード線絶縁
１７    ベローズ
【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】
2005175123.tif 000007
【図６】
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