(57)【要約】【課題】本発明は、従来の超電導ケーブルの接続構造における接続強度、超電導の破損などの問題点を解決する超電導ケーブルの接続構造を提供する。【解決手段】絶縁スペーサーの中心導体と超電導ケーブルとが、その端部がスリーブ形状の導体接続部材を介して接続されていることを特徴とする超電導ケーブルの接続構造。特に絶縁スペーサーの中心導体と導体接続部材とがマルチコンタクトにより接続されていることを特徴とする超電導ケーブルの接続構造。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁スペーサーの中心導体と超電導ケーブルとが、その端部がスリーブ形状の導体接続部材を介して接続されていることを特徴とする超電導ケーブルの接続構造。
【請求項２】
絶縁スペーサーの中心導体と導体接続部材とがマルチコンタクトにより接続されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブルの接続構造。
【請求項３】
絶縁スペーサーの中心導体と導体接続部材とが摩擦圧接により接続されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブルの接続構造。
【請求項４】
絶縁スペーサーの中心導体の材質が、アルミニウムを主体とする金属であり、導体接続部材の材質が、銅を主体とする金属であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の超電導ケーブルの接続構造。
【請求項５】
超電導ケーブルと長尺導体とが導体接続部材を介して接続されている超電導ケーブルの接続構造において、該超電導ケーブルのフォーマーの端末部と該導体接続部材とが圧縮接合により接続され、かつ該フォーマー外周に設けられた超電導層と該導体接続部材とがハンダ付けまたはロウ付けにより接続されていることを特徴とする超電導ケーブルの接続構造。
【請求項６】
長尺導体が絶縁スペーサーの中心導体であることを特徴とする請求項５に記載の超電導ケーブルの接続構造。
【請求項７】
超電導ケーブルと長尺導体とが導体接続部材を介して接続されている超電導ケーブルの接続構造において、絶縁スペーサーの中心部に設けられた中空管の内部に、該導体接続部材と該超電導ケーブルとの接続部が設置されていることを特徴とする超電導ケーブルの接続構造。
【請求項８】
絶縁スペーサーの中心部に設けられた中空管の内部に、導体接続部材と長尺導体との接続部が設置されていることを特徴とする請求項７に記載の超電導ケーブルの接続構造。
【請求項９】
超電導ケーブルと接続される中心導体を有し、該中心導体が超電導層を有することを特徴とする超電導ケーブル接続用絶縁スペーサー。
【請求項１０】
中心導体が導体接続部材を介して超電導ケーブルと接続される中心導体であることを特徴とする超電導ケーブル接続用絶縁スペーサー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導ケーブルの接続に適用される接続構造および絶縁スペーサーに関するものである。より詳細には、超電導ケーブルの終端接続部あるいは超電導ケーブル同士の接続部において、アース部分と超電導ケーブル端末部とを絶縁するために用いられる絶縁スペーサーの中心導体と、超電導ケーブル端末との接続構造および接続に用いられる絶縁スペーサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超電導ケーブルの代表的な例の斜視図を図４に示す。超電導ケーブルは、その中心に金属線からなるフォーマー４０を有しており、その周りが超電導層４１（超電導線からなる層）により覆われている。超電導層４１は、通常、超電導フィラメントが内部に設けられたテープ状の超電導線４２をスパイラルピッチを少しずつずらして積層した層からなり、本例では４層からなる。超電導層４１は、絶縁層４３を介してシールド層４４により覆われている。
【０００３】
シールド層４４は、超電導層４１から発生する電界をシールドする機能を果し、通常、超電導層４１と同様に超電導フィラメントが内部に設けられテープ状の超電導線をスパイラルピッチを少しずつずらし積層した層からなり、本例では２層からなる。シールド層４４の周りはさらに保護層４５で覆われている。（非特許文献１、第２０頁）
【０００４】
次に、電力送電用の超電導ケーブルと、外部電流系統に電流を引出すための電流リードとを接続する終端接続部の代表的な例の正面説明図を図５に示す。超電導ケーブル端末部５３では、超電導ケーブル５１の保護層、絶縁層などは取り除かれ、代わりに補強絶縁紙５２により覆われており、さらにその外側から液体窒素などの冷媒５８により超電導ケーブル端末部５３が冷却されている。超電導ケーブル５１は、その端末部５３に接続されている導体を通して電流リード５５と接続されているが、この接続は、外部への電界の漏れを防ぐために設置された下部シールド５４内で行なわれている。
【０００５】
電流リード５５は、電界の漏れを防ぐために、ＦＲＰなどをその材質とするブッシング５６に覆われており、終端接続部の上部においては、さらにその外側が碍管５７により覆われている。電流リード５５の下部や下部シールド５４は、液体窒素などの冷媒５８により冷却されている。冷媒槽５９は、断熱のための真空槽６０内に設けられている。
【０００６】
このような終端接続部では、冷媒槽５９や真空槽６０はアースされているので、これらと超電導ケーブル端末部５３との間は、絶縁されている必要がある。この絶縁のために、絶縁スペーサー６１が用いられる。絶縁スペーサー６１は、通常、エポキシ樹脂をその材質とし（エポキシユニットと通称されている。）、中央が太く両端がコーン状に形成されており、中心部に電気を流すための中心導体が設けられている。
【０００７】
超電導ケーブル端末部５３の終端は、この中心導体の一端と接続され、中心導体の他端は、下部シールド５４内に導かれて、直接または間接に電流リード５５と接続されている。（非特許文献１、第２０頁）
【０００８】
絶縁スペーサーの中心導体と超電導ケーブルの端部との接続構造については、公開された構造例は未だ見られないが、常電導のＯＦケーブル、ＣＶケーブルなどでは、中心導体とケーブルの端部との接続は、圧縮スリーブを介した圧縮接続により行われている。
【０００９】
【非特許文献１】
増田外１１名「６６ＫＶ３心一括型高温超電導ケーブルの実用性検証試験」超電導応用電力機器、リニアドライブ合同研究会資料、社団法人電気学会、２００２年１月２４日、資料番号ＡＳＣ−０２−４、ＬＤ−０２−４、第２０頁
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記の、絶縁スペーサーの中心導体と常電導ケーブルの接続方法を、超電導ケーブルの端部との接続に使用すると、超電導ケーブル内の超電導層（超電導線）が破損し易く、超電導特性が維持できなくなるなどの問題が生じる。また、絶縁スペーサーの中心導体は、通常、アルミニウムや銅などを主体とする金属をその材質とするが、これらと、材質や構造が全く異なる超電導ケーブルを直接接続することは困難である。
【００１１】
本発明者は、このような問題がない接続方法を検討の結果、中心導体と超電導ケーブル端末部の接続を、端部、特に両端がスリーブ形状の導体接続部材を介して行うことにより、上記の問題が解決できることを見出した。（本発明の第１の態様）
【００１２】
しかし、この接続方法によっても、
中心導体と導体接続部材との接続を、溶接、特に電子線を用いた溶接（ＥＢ溶接）やハンダ付けなどにより行うと、溶接とくにＥＢ溶接には、特別な装置や技術を必要とするので、終端接続部を設置する現場において、この方法により絶縁スペーサーの中心導体と導体接続部材を接続することは困難な場合が多い、
絶縁スペーサーの中心導体と導体接続部材が異なった材質からなる場合、ハンダ付けなどによる接続では充分な強度の接続が達成されない、
などの問題が生じる。
【００１３】
また、導体接続部材と超電導ケーブル端末部との接続を、超電導ケーブル端末部を、導体接続部材の凹部に挿入し、該凹部を外側より圧縮する圧縮接続により行うと、上記と同様に、超電導ケーブル内の超電導層（超電導線）が破損し易く、超電導特性が維持できなくなるなどの問題が生じる。
さらに、ケーブル長手方向の接続長さに、導体接続部材の長さがさらに必要になるので、接続構造全体が長くなるとの問題も生じる。
本発明は、大電流の通電が可能であり、かつ前記の問題点を解決する超電導ケーブル端末構造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】
本発明の第１の態様は、絶縁スペーサーの中心導体と超電導ケーブルとが、その端部がスリーブ形状の導体接続部材を介して接続されていることを特徴とする超電導ケーブルの接続構造である。
本発明の第２の態様および第３の態様は、この第１の態様の好ましい態様であり、絶縁スペーサーの中心導体と導体接続部材との接続に、マルチコンタクトによる接続や摩擦接合による接続を用いることにより、終端接続部を設置する現場においても、また絶縁スペーサーの中心導体と導体接続部材が異なった材質からなる場合であっても、中心導体と導体接続部材の充分な強度の接続を容易に行うことができる超電導ケーブルの接続構造を提供するものである。
【００１５】
本発明者は、絶縁スペーサーの中心導体と導体接続部材との接続において、従来行われていたＥＢ溶接やハンダ付けなどによらず、マルチコンタクトや摩擦圧接によっても、この接続に求められる強度や耐久性および、電流特性について、従来と同等ないしそれ以上の特性が得られることを見出し、第２、第３の態様の発明を完成したものである。
【００１６】
即ち、本発明の第２の態様は、絶縁スペーサーの中心導体と超電導ケーブルとが、その端部がスリーブ形状の導体接続部材を介して接続されている超電導ケーブルの接続構造において、該絶縁スペーサーの中心導体と該導体接続部材とがマルチコンタクトにより接続されていることを特徴とする超電導ケーブルの接続構造である。
【００１７】
本発明の第３の態様は、絶縁スペーサーの中心導体と超電導ケーブルとが、その端部がスリーブ形状の導体接続部材を介して接続されている超電導ケーブルの接続構造において、該絶縁スペーサーの中心導体と該導体接続部材とが摩擦圧接により接続されていることを特徴とする超電導ケーブルの接続構造である。
【００１８】
次に、本発明の第４の態様は、超電導ケーブルと導体接続部材との接続に関し、超電導ケーブルのフォーマーと導体接続部材とは圧縮接合により接合し、導体接続部材と超電導層とはハンダ付けまたはロウ付けで接続することにより、導体接続部材と超電導ケーブルとが、超電導層を破損することなく、かつ充分な強度で接続されている超電導ケーブルの接続構造を提供するものである。
【００１９】
即ち、本発明の第４の態様は、超電導ケーブルと長尺導体とが導体接続部材を介して接続されている超電導ケーブルの接続構造において、該超電導ケーブルのフォーマーの端末部と該導体接続部材とが圧縮接合により接続され、かつ該フォーマー外周に設けられた超電導層と該導体接続部材とがハンダ付けまたはロウ付けにより接続されていることを特徴とする超電導ケーブルの接続構造である。
ここで、長尺導体としては、絶縁スペーサーの中心導体が挙げられるが、これに限定されるものではなく、常電導ケーブルや他の超電導ケーブルの端末も例示することができる。
【００２０】
さらに、本発明の第５の態様は、絶縁スペーサーの中心部に、中空管を設け、該中空管内に導体接続部材と超電導ケーブルとの接続部を設置することにより、ケーブル長手方向の長さが短い超電導ケーブルの接続構造を提供するものである。
【００２１】
即ち、本発明の第５の態様は、超電導ケーブルと長尺導体とが導体接続部材を介して接続されている超電導ケーブルの接続構造において、絶縁スペーサーの中心部に設けられた中空管の内部に、該導体接続部材と該超電導ケーブルとの接続部が設置されていることを特徴とする超電導ケーブルの接続構造である。
【００２２】
中空管の内部に、導体接続部材と長尺導体との接続部が設けられていると、ケーブル長手方向の長さが短いとの効果をより奏する。なお、中空管の材質は導体に限定されない。
【００２３】
本発明の第６の態様は、絶縁スペーサーの中心導体として、超電導層を有する中心導体を用いることにより、超電導ケーブルの接続を電流容量の観点からさらに効果的に行なうものである。
【００２４】
即ち、本発明の第６の態様は、超電導ケーブルと接続される中心導体を有し、該中心導体が超電導層を有することを特徴とする超電導ケーブル接続用絶縁スペーサーである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。
はじめに、本発明の第１ないし第３の態様の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１、第２および第４の態様の、超電導ケーブルの接続構造の一例を示す正面説明図である。本例では、絶縁スペーサー１は、樹脂部２および中実の中心導体３から構成されている。樹脂部２には、通常エポキシ樹脂が用いられる。
【００２６】
中心導体３の材質としては、低温で低抵抗となる金属が用いられ、銅またはアルミニウムを主体とする金属が例示される。中でも、アルミニウムを主体とする金属がより好ましく用いられている。ここでアルミニウムを主体とするとは、アルミニウム単体およびアルミニウムを主成分とする合金も含まれるとの意味である。
【００２７】
図１中、４は導体接続部材である。導体接続部材４の材質としては、銅またはアルミニウムを主体とする金属が例示される。中でも、銅を主体とする金属が好ましく用いられている。ここで銅を主体とするとは、銅単体および銅を主成分とする合金も含まれるとの意味である。
【００２８】
中心導体３にアルミニウムを主体とする金属を用い、導体接続部材４に銅を主体とする金属を用いる場合、異種の金属の接続となるためハンダ付けやロウ付けなどによっては、充分な強度の接続は困難である。前記のように、本発明の第２の態様では、マルチコンタクトによる接続を行なうことにより、この問題が解決されている。
【００２９】
即ち、図１の例では、中心導体３と導体接続部材４の接続は、マルチコンタクトにより行われている。より具体的には、導体接続部材４はその一端末に凹部７を有し、かつその内周に３本の溝５が設けられ、溝５に導電弾性体（図示せず。）が挿入されている。中心導体３の端末には、凹部７の内径よりわずかに小さい径の突出部６が設けられ、突出部６が凹部７に挿入されている。
【００３０】
マルチコンタクトを使用することにより、中心導体３と導体接続部材４の接続は、終端接続部を設置する現場においても容易に行うことができるとともに、この接続部に大きな電流を通電することができる。ただしマルチコンタクトは、導電弾性体のばね性により凹部７（接続孔）に挿入保持されているだけであるため、そのままでは突出部６が抜け落ちるおそれがある。このため、マルチコンタクトによる接続部分にロックナット、係止リングなどの係止機構（図示せず。）を使用し、突出部６の抜け落ちを防止することが好ましい。例えば、接続部分の中心導体３の表面および導体接続部材４の表面に雄ねじを設け、これらを両端にロックナットを有する連結ナットでつなぐ方法が考えられる。雄ねじによりロックナットを締め、該ロックナットの締め付け力により係止する。
【００３１】
なお、図１の例では溝５は３本であるが、この本数は限定されず１本または複数本の溝を設けることができる。凹部７の内周に溝５を設ける代わりに、突出部６の外周に溝５を設けていてもよい。また本例では、中心導体３に突出部６が設けられ、導体接続部材４に凹部７が設けられているが、中心導体３に凹部が設けられ、導体接続部材４に突出部が設けられている構造でもよい。
【００３２】
本発明の第３の態様では、中心導体３と導体接続部材４の接続は、マルチコンタクトによる代わりに摩擦圧接により行われる。摩擦圧接とは、被接続部材（図１の例では、中心導体３と導体接続部材４）の接続部を接触させ、一方を回転させて（または、回転速度または回転方向を相違させながら両方を回転させて）接触摩擦発熱をさせた後、回転を停止して、発生した摩擦熱と接続部に加えられた圧力により接合する方法である。摩擦圧接によっても、中心導体３と導体接続部材４の接続は、終端接続部を設置する現場においても容易に行うことができるとともに、この接続部に大きな電流を通電することができる。
【００３３】
次に本発明の第４の態様の実施形態について説明する。
図１の導体接続部材４の他方の端末は、超電導ケーブル８の端末と接続されている。図１の例の超電導ケーブル８は、図４に示す従来の超電導ケーブルの例と同様の構造を有している。
【００３４】
すなわち、その中心に金属線からなるフォーマー１０を有しており、その周りが超電導層９により覆われ、さらにその周りが絶縁層、シールド層、保護層により覆われているが、導体接続部材４との接続部分では絶縁層、シールド層、保護層は取り除かれており、超電導層９の各層およびフォーマー１０が階段状に露出している。
【００３５】
そして、超電導層９がハンダ付けにより導体接続部材４に接続されている。図１の例においては、超電導層９は４層からなるが、各層毎に導体接続部材４とハンダ付けにより接続されている。本例においては、この接続はハンダ付けにより接続されているが、銀ロウ付けなどのロウ付けにより接続されていてもよい。
フォーマー１０は、導体接続部材４と圧縮接合により接続されている。すなわち、導体接続部材４は凹部１１を有し、その中にフォーマー１０を挿入し、その挿入部の外側から導体接続部材４を圧縮することにより、導体接続部材４とフォーマー１０が接続されている。
【００３６】
本例において、超電導層９と導体接続部材４との接続は、ハンダ付けなどにより行われ、圧縮接合されていないので、従来技術の応用で問題になると考えられた接続による超電導層の破損が生じることはなく、また大電流が通電可能な接続が達成される。一方、フォーマー１０と導体接続部材４との接続は、圧縮接合によるので、充分な強度を有する接続が達成される。すなわち超電導ケーブル８と導体接続部材４との間で、充分な強度を有し大電流が通電可能な接続が、超電導層の破損を生じることなく達成される。
【００３７】
なお、中心導体３としては中空の管を用いることもできる。電流の表皮効果により、中空の管を用いても通電容量が大幅に低下することはない。
【００３８】
次に本発明の第５の態様の実施形態について説明する。
図２は、本発明の第５の態様の一例を示す正面説明図である。図に示されるように、中空管２２の内部で超電導ケーブル２１の端末と導体接続部材２４との接続がされている。この接続部の構造は特に限定されないが、図２の例では図１の場合と同様の構造を有している。中空管２２内に接続部を設置することにより、導体接続部材２４と超電導ケーブル２１端末部の長さ分だけ、超電導ケーブルの接続構造を短くすることができる。
【００３９】
図２の例では、導体接続部材２４の他方の端末は、他の長尺導体２５と接続されている。その接続部の構造は特に限定されないが、マルチコンタクトなどを用いることができる。このように、導体接続部材２４が他の長尺導体２５と接続されている場合は、中空管２２は必ずしも導体である必要はなく、絶縁物からなるものであってもよく、例えば絶縁スペーサーの樹脂部２３の樹脂により形成された管であってもよい。
【００４０】
あるいは、中空管２２としてアルミニウムなどの導体の管を用い、中空管２２と導体接続部材２４を、大電流の通電が可能なように接続してもよい。さらに中空管２２が絶縁スペーサーの中心導体としての役割を併用していてもよい。
なお、導体接続部材２４が他の長尺導体２５と接続される部分は、必ずしも中空管２２内になくてもよいが、図２の例のように中空管２２内に設けられていると超電導ケーブルの接続構造をより短くすることができる。
【００４１】
図３は第５の態様における超電導ケーブル同士の接続の一例を示す正面説明図であり、樹脂部３３と中空管３２からなる絶縁スペーサーの中空管３２の中で、超電導ケーブル３０および超電導ケーブル３１が、導体接続部材３４により接続されている。
【００４２】
次に本発明の第６の態様の実施形態について説明する。
本発明の第６の態様では、図１の超電導ケーブルの接続構造において、中心導体３が、本発明の超電導ケーブルの接続構造が使用される環境下で超電導状態となる超電導層（超電導線）を有している。中心導体３が、超電導層を有せず、かつその断面積が充分大きくない場合、中心導体３に大電流を通電すると発熱量が大きくなる。その結果、液体窒素などの冷媒の気化による絶縁破壊などの問題が生じるおそれがあるので、この問題の発生を防ぐために大容量の冷凍機を使用する必要がある。
【００４３】
一方、大電流の通電に対応するため中心導体３の断面積を大きくすると、絶縁スペーサー１全体の形状も大きくなり、冷却の際の中心導体３と樹脂の熱収縮の相違により樹脂部２が割れやすくなるという問題が生じる。中心導体３が超電導層を有する場合は、超電導層により発熱を伴わずに大電流を通電することができ、中心導体３の断面積を大きくする必要がないため好ましい。
【００４４】
中心導体３に超電導層を設ける方法としては、超電導線を中心導体３に沿わしてハンダ付けする、中心導体３内に超電導線材を埋め込む方法などが例示される。なお、前記のような超電導層をその中心導体に有する絶縁スペーサーは、前記の本発明の第１〜５の態様以外の場合、さらには超電導ケーブル端末と該中心導体とを、導体接続部材を介さずに接続する場合においても使用でき、これらの場合においても、発熱を伴わずに大電流を通電することができ、中心導体の断面積を大きくする必要がないという効果を奏する。
【００４５】
本発明の第１〜６の態様の超電導ケーブルの接続構造の用途は、超電導ケーブルと常電導ケーブルとの接続、超電導ケーブル同士の接続のいずれにも用いることができる。
【００４６】
【発明の効果】
絶縁スペーサーの中心導体と導体接続部材との接続に、マルチコンタクトまたは摩擦圧接を用いることを特徴とする本発明の第１、第２の態様の超電導ケーブルの接続構造は、大電流が通電可能であり、かつ、中心導体と導体接続部材との接続を、終端接続部を設置する現場などにおいても、また中心導体と導体接続部材が異なった材質からなる場合であっても、容易にすることができ、かつ充分な強度の接続が得られる。
【００４７】
導体接続部材と、超電導ケーブルのフォーマー端末とが圧縮接合により接続され、かつ導体接続部材と超電導層端末とがハンダ付けまたはロウ付けにより接続されていることを特徴とする本発明の第４の態様の超電導ケーブルの接続構造は、大電流が通電可能であり、導体接続部材と超電導ケーブルとが、超電導線が破損されることなく、さらに充分な強度で接続されている。
【００４８】
絶縁スペーサーの中心にある中空管内に、導体接続部材と超電導ケーブルとの接続部が設置されていることを特徴とする本発明の第５の態様の超電導ケーブルの接続構造は、ケーブル長手方向の接続長さが短く、接続構造全体の長さを短くすることができる。
【００４９】
絶縁スペーサーの中心導体に超電導層を設けた本発明の第６の態様の超電導ケーブル接続用絶縁スペーサーは、大電流の通電が可能であると共に、中心導体の断面積を小さくすることができ、絶縁スペーサーの小型化と絶縁スペーサーの樹脂部の割れ防止の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例を示す正面説明図。
【図２】本発明の他の例を示す正面説明図。
【図３】本発明の他の例を示す正面説明図。
【図４】従来の超電導ケーブルの一例を示す斜視図。
【図５】従来の終端接続部の一例を示す正面説明図。
【符号の説明】
１．６１．絶縁スペーサー
２．２３．３３．樹脂部
３．中心導体
４．２４．３４．導体接続部材
５．溝
６．突出部
７．１１．凹部
８．２１．３０．３１．５１．超電導ケーブル
９．４１．超電導層
１０．４０．フォーマー
２２．３２．中空管
２５．長尺導体
４２．超電導線
４３．絶縁層
４４．シールド層
４５．保護層
５２．補強絶縁紙
５３．超電導ケーブル端末部
５４．下部シールド
５５．電流リード
５６．ブッシング
５７．碍管
５８．冷媒
５９．冷媒槽
６０．真空槽
【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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