(57)【要約】【課題】漏洩に対する信頼性を低下させることなく、端子部で発生するジュール発熱を低減できる超電導機器の端子部を提供する。【解決手段】内部に収納された電気機器を超電導状態に冷却する冷媒が注入された容器１の外壁に設けられ、容器１の外側にて外部と容器１の内側にて電気機器とにそれぞれ接続される超電導機器の端子部において、容器１の外壁に気密に貫設された端子棒２１と、端子棒２１の外側に開口し端子棒２１を貫通していない外側穴２１ａに一端が挿入されはんだ付けにて固設され他端が外部と接続するため外側超電導線２４と、端子棒２１の内側に開口し端子棒２１を貫通していなくかつ外側穴２１ａに連通していない内側穴２１ｂに一端が挿入されはんだ付けにて固設され他端が電気機器と接続するための内側超電導線２７とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に収納された電気機器を超電導状態に冷却する冷媒が注入された容器の外壁に設けられ、上記容器の外側にて外部と上記容器の内側にて上記電気機器とにそれぞれ接続される超電導機器の端子部において、上記容器の外壁に気密に貫設された端子棒と、上記端子棒の上記外側に開口し上記端子棒を貫通していない外側穴に一端が挿入されはんだ付けにて固設され他端が上記外部と接続するため外側超電導線と、上記端子棒の上記内側に開口し上記端子棒を貫通していなくかつ上記外側穴に連通していない内側穴に一端が挿入されはんだ付けにて固設され他端が上記電気機器と接続するための内側超電導線とを備えたことを特徴とする超電導機器の端子部。
【請求項２】
上記外側超電導線および上記内側超電導線の一端は上記外側穴および上記内側穴に対してそれぞれ外側補助電極および内側補助電極を介して挿入され、上記外側超電導線および上記内側超電導線は上記外側補助電極および内側補助電極にはんだ付けにて固設され、上記外側補助電極および内側補助電極は上記外側穴および上記内側穴に挿入されはんだ付けにて固設して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導機器の端子部。
【請求項３】
内部に収納された電気機器を超電導状態に冷却する冷媒が注入された容器との外壁に設けられ、上記容器の外側にて外部と上記容器の内側にて上記電気機器とにそれぞれ接続される超電導機器の端子部において、上記容器の外壁に気密に貫設された端子棒と、上記端子棒の上記外側に開口し上記端子棒を貫通していない外側穴に一端が挿入されはんだ付けにて固設され他端が外部に露出して形成された外側超電導部と、上記外側超電導部の他端に一端がはんだ付けにて接続され他端が上記外部と接続するための外側超電導線と、上記端子棒の上記内側に開口し上記端子棒を貫通していなくかつ上記外側穴に連通していない内側穴に一端が挿入されはんだ付けにて固設され他端が内側に露出する内側超電導部と、上記内側超電導部の他端に一端が接続され他端が上記電気機器と接続する内側超電導線とを備えたことを特徴とする超電導機器の端子部。
【請求項４】
上記外側穴および上記内側穴の形成位置関係が、上記端子棒の外側から内側における方向の位置関係において、相対する位置関係箇所を有す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機器の端子部。
【請求項５】
上記端子棒の上記外側穴および上記内側穴の形成箇所以外の箇所で上記端子棒を貫通していない補助穴に固設された補助超電導部を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の超電導機器の端子部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、漏洩に対する信頼性を低下させることなく、ジュール発熱を低減する超電導機器の端子部に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の超電導機器の端子部は、内部に冷媒としての液体ヘリウムが注入されステンレス鋼板で気密に製作された容器に形成された端子穴には、熱膨張係数の小さい鉄・ニッケル・コバルト合金のコバール材で管状に製作された管の下端が挿入され、容器に気密に溶接されている。管の上端には、セラミック材から管と同一径に製作された絶縁管の下端が重ねられ、ろう付けで管に接合されている。さらに、絶縁管の上端には、管と同一材料のコバール材から断面Ｕ字状に加工された管の開口側が重ねられ、絶縁管にろう付けされている。管の上端の中心に加工された貫通穴には、純銅材から外周を加工して所定の外径の棒状に形成された端子棒が貫挿され、管にろう付けされている。容器は、外容器に収納され、この外容器と容器との間は、断熱性能を向上させるために真空となっている。端子棒の上端は、外容器を気密に貫通した端子導体の下端に接続され、端子棒の下端は、容器の内部に注入された液体ヘリウムで冷却され超電導状態で通電される電気機器に接続されている。このように構成された超電導機器の端子部においては、管及び絶縁管と管を互いにろう付けし、端子棒を管にろう付けした後、管の下端が容器にろう付けされる。
【０００３】
他の従来の超電導機器の端子部は、端子棒が管に貫設されているのに対し、一対の超電導線が使われていることが異なる。すなわち、管の上端中央部に形成された貫通穴には、外径が端子棒と同一で、断面Ｕ字状に純銅から加工された電極の下端が挿入され、管にろう付けされている。この管の内周には、一対の超電導線の上端が対称的に挿入され、管の内周にろう付けされている。超電導線には、銀・ニッケル合金にニオブチタンの細線が埋め込まれた交流用超電導線が使われている。
さらに、他の従来の超電導機器の端子部は、超電導線は端子部を貫通しており、はんだ付けによって、気密が確保されている。超電導機器から配線される超電導線は、それぞれ端子棒、超電導線、内側電極にはんだ付けされる。また外部端子から配線される超電導線はそれぞれ、端子棒、電極、外側電極にはんだ付けされる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２０３５７５号公報（図４、図５、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の超電導機器の端子部は、超電導部分から超電導部分までの距離が長くなったり、接続面積が小さくなりジュール発熱が大きくなったりという問題点があった。
【０００６】
さらに、超電導線自体を容器の外壁に貫設させる例も考えられるが、その場合、漏洩に対する信頼性を確保するためには、超電導線自体を容器の外壁にろう付けまたは溶接により固設する必要がある。しかしながら、電気機器および外部との他の箇所との接続により制約を受けている超電導線（例えば、太さの細いもの）の場合、その性質上ろう付けおよび溶接による固設を行うことは困難である。よって、このような場合の固設にははんだ付けを用いることとなる。すると、容器を貫通するはんだ付けが存在することとなり、冷媒と真空との封止を行っているため、はんだ付けでは漏洩に対する信頼性が低下する。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、漏洩に対する信頼性を低下させることなく、ジュール発熱を低減できる超電導機器の端子部を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、内部に収納された電気機器を超電導状態に冷却する冷媒が注入された容器の外壁に設けられ、容器の外側にて外部と容器の内側にて電気機器とにそれぞれ接続される超電導機器の端子部において、容器の外壁に気密に貫設された端子棒と、端子棒の外側に開口し端子棒を貫通していない外側穴に一端が挿入されはんだ付けにて固設され他端が外部と接続するため外側超電導線と、端子棒の内側に開口し端子棒を貫通していなくかつ外側穴に連通していない内側穴に一端が挿入されはんだ付けにて固設され他端が電気機器と接続するための内側超電導線とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の超電導機器の端子部は、内部に収納された電気機器を超電導状態に冷却する冷媒が注入された容器の外壁に設けられ、容器の外側にて外部と容器の内側にて電気機器とにそれぞれ接続される超電導機器の端子部において、容器の外壁に気密に貫設された端子棒と、端子棒の外側に開口し端子棒を貫通していない外側穴に一端が挿入されはんだ付けにて固設され他端が外部と接続するため外側超電導線と、端子棒の内側に開口し端子棒を貫通していなくかつ外側穴に連通していない内側穴に一端が挿入されはんだ付けにて固設され他端が電気機器と接続するための内側超電導線とを備えたので、漏洩に対する信頼性を低下させることなく、ジュール発熱を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１における超電導機器の端子部の構成を示す断面図である。図において、内部に冷媒としての液体ヘリウムが注入され内部に配設した電気機器を超伝導状態に冷却し、ステンレス鋼板で気密に製作された容器１に超電導機器の端子部は形成されており、容器１は図示しない外容器に収納され、この外容器と容器１との間は、断熱性能を向上させるために真空となっている。そして、超電導機器の端子部は、この容器１の外壁の所望箇所に形成された端子穴１ａに熱膨張係数の小さい鉄・ニッケル・コバルト合金のコバール材にて管状に製作された一端が挿入され容器１と気密と成るように溶接された第１の管２と、この第１の管２の他端に第１の管２と同一径のセラミック材から製作され、一端がろう付けで第１の管２に接合されている絶縁管３と、この絶縁管３の他端に第１の管２と同一材料のコバール材にて断面Ｕ字状に加工され開口側が重ねられ絶縁管３にろう付けされている第２の管４と、この第２の管４の上端の中心に加工された貫通穴４ａに純銅材から外周を加工して所定の外径の棒状に形成され貫通され第２の管４にろう付けされ容器１の外壁に気密に貫設された端子棒２１とを備える。
【００１１】
さらに、端子棒２１の外側に開口し端子棒２１を貫通していない外側穴２１ａに、例えば純銅材にて成る外側補助電極２３に一端がはんだ付けにて固設されて挿入され、外側補助電極２３が外側穴２１ａにはんだ付けされ、他端が外部と接続するため外側超電導線２４と、端子棒２１の内側に開口し端子棒２１を貫通していなくかつ外側穴２１ａに連通していない内側穴２１ｂに、例えば純銅材にて成る内側補助電極２６に一端がはんだ付けにて固設され挿入され、内側補助電極２６が内側穴２１ｂにはんだ付けされ、他端が電気機器と接続するための内側超電導線２７とを備える。
【００１２】
次に上記のように構成された実施の形態１の超電導機器の端子部の動作について説明する。まず、内部に冷媒としての液体ヘリウムが注入されステンレス鋼板で気密に製作された容器１に形成された端子穴１ａに取り付けられた端子部には、容器１内の電気機器に通電するための比較的大きな電流（５Ａから５０００Ａ以上）が通電される。このとき、端子部は液体ヘリウムから内側超電導線２７を通じて冷却されているので、内側超電導線２７は超電導状態である。一方、端子棒２１は純銅で形成されているため、通電により発熱する。この発熱も内側超電導線２７を通じて容器１内の液体ヘリウムにより冷却される。この発熱は液体ヘリウムの消費量に影響する。本発明の端子の場合、５０００Ａ程度の通電で１Ｗ程度、５００Ａの通電で０．１Ｗ程度の発熱量に抑制することができることが確認されている。
【００１３】
上記のように構成された実施の形態１の超電導機器の端子部は、容器に対しては溶接とろう付けとのみに気密に固設され、さらに、外側超電導線および内側超電導線が連通していない外側穴および内側穴内に挿入されてはんだ付けにより形成されているため、超電導機器の端子部を貫通するはんだ付けが存在しないので、漏洩に対しては非常に信頼性が高く、かつ、ジュール発熱を低減することができる。また、外側補助電極および内側補助電極に外側超電導線および内側超電導線をはんだ付けにより固設した状態にて、外側穴および内側穴に挿入して固設しているため、他の制約を受けている外側超電導線および内側超電導線に接続における製作が容易となる。
【００１４】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、端子棒に超電導状態にある電気機器および外部端子に接続される内側超電導線および外側超電導線を内側補助電極および外側補助電極を介して内側穴および外側穴に挿入して固設する例を示したが、これに限られることはなく、例えば、図２に示すように（但し、上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。）端子棒２１の外側に開口し端子棒２１を貫通しておらず、外側超電導線２４のみを挿入してはんだ付け可能な程度の大きさにて成る外側穴２１ｄ、および、端子棒２１の内側に開口し端子棒２１を貫通していなくかつ外側穴２１ｃに連通していなく、内側超電導線２７のみを挿入してはんだ付け可能な程度の大きさにて成る内側穴２１ｃを形成し、これら各外側穴２１ｃおよび内側穴２１ｄに外側超電導線２４および内側超電導線２７のみを挿入するしてはんだ付けして固設する。
【００１５】
上記のように構成された実施の形態２の超電導機器の端子部によれば、上記実施の形態１の場合より、外側超電導線および内側超電導線の大きさおよび形状などの制約を受け、各外側穴および内側穴の形成が加工上困難となる可能性があるものの、上記実施の形態１よりも部品点数が削減され、構成および工程数が簡便と成る。また、他の部分においては上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。また、本実施の形態２の構成は、他の実施の形態においても同様に適宜採用することが可能であるためその説明は適宜省略する。
【００１６】
実施の形態３．
上記各実施の形態では、端子棒の内部に外側超電導線および内側超電導線が端子棒の外側から内側における方向の位置関係において、突き合うような位置関係にて配設する例を示したが、これに限られることはなく、例えば、図３に示すように（但し、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。）、端子棒２１の外側に開口し端子棒２１を貫通していない外側穴２１ｅ、および、端子棒２１の内側に開口し端子棒２１を貫通していなくかつ外側穴２１ｅに連通していない内側穴２１ｆを形成し、外側穴２１ｅおよび内側穴２１ｆの形成位置関係が、端子棒２１の外側から内側における方向Ａの位置関係において、相対する位置関係箇所を有するように形成する。そして、各外側穴２１ｅおよび内側穴２１ｆ内に外側超電導線２４および内側超電導線２７がはんだ付けにより固設された外側補助電極２８および内側補助電極２９を挿入してはんだ付けにより固設する。よって、外側超電導線２４および内側超電導線２７の形成された位置関係が、端子棒２１の外側から内側の方向Ａの位置関係において、相対する位置関係箇所を有するよう構成される。
【００１７】
上記のように構成された実施の形態３の超電導機器の端子部によれば、上記各実施の形態の同様の効果を奏するのはもちろんのこと、外側超電導線から内側超電導線までの電流の経路が短くなるので、上記各実施の形態に比較して、ジュール発熱がより小さくなり、超電導機器に対する熱負荷が小さくなる。また、本実施の形態３の構成は、他の実施の形態においても同様に適宜採用することが可能であるためその説明は適宜省略する。
【００１８】
実施の形態４．
上記各実施の形態では、端子棒の内部に外側超電導線および内側超電導線のみの超電導線を配設する例を示したが、これに限られることはなく、例えば図４に示すように（但し、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。）、端子棒２１内に外側穴２１ａおよび内側穴２１ｂの形成箇所以外の箇所に端子棒２１を貫通していない補助穴２１ｇ、２１ｈを形成する。ここでは２箇所に補助穴を形成する例を示すが、これに限られることはない。但し、補助穴の個数が多くなると補助穴を形成するための面積が必要となり、端子棒自体の大きさが大きくなり取り扱いが不便となる。そして、この補助穴２１ｇ、２１ｈ内にはんだ付けにて固設された補助超電導部３０、３１を形成する。
【００１９】
上記のように構成された実施の形態４の超電導機器の端子部によれば、上記各実施の形態の同様の効果を奏するのはもちろんのこと、電流が補助超電導部をバイパスするため、ジュール熱による発熱をより低減することが可能である。これにより、超電導機器に対する熱負荷が小さくなる。又、補助超電導部は他の制約を受けていない為、所望の形状のものを使用することが可能となり、製作は容易となる。また、本実施の形態４の構成は、他の実施の形態においても同様に適宜採用することが可能であるためその説明は適宜省略する。
【００２０】
実施の形態５．
上記各実施の形態では、端子棒の内部に外側超電導線および内側超電導線を配設する例を示したが、これに限られることはなく、例えば図５に示すように（但し、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。）、端子棒２１の外側に開口し端子棒２１を貫通していない外側穴２１ｉに一端が挿入されはんだ付けにて固設され他端が外部に露出して形成された外側超電導部３２と、外側超電導部３２の他端に一端がはんだ付けにて接続され他端が外部と接続するための外側超電導線２４と、端子棒２１の内側に開口し端子棒２１を貫通していなくかつ外側穴２１ｉに連通していない内側穴２１ｊに一端が挿入されはんだ付けにて固設され他端が内側に露出する内側超電導部３３と、内側超電導部３３の他端に一端が接続され他端が電気機器と接続する内側超電導線２７とにて成る。
【００２１】
上記のように構成された実施の形態５の超電導機器の端子部によれば、上記各実施の形態の同様の効果を奏するのはもちろんのこと、他の接続箇所によって制約を受けていないため作業の行いやすい大きさの外側超電導部および内側超電導部を端子棒に挿入して、端子棒にはんだ付けし、さらに、他の接続箇所によって制約を受けている外側超電導線および内側超電導線は各外側超電導部および内側超電導部の端子棒に挿入されていない箇所にてはんだ付けにて固設されているため、作業性が向上する。また、本実施の形態５の構成は、他の実施の形態においても同様に適宜採用することが可能であるためその説明は適宜省略する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態１の超電導機器の端子部の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態２の超電導機器の端子部の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態３の超電導機器の端子部の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態４の超電導機器の端子部の構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態５の超電導機器の端子部の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  容器、２１  端子棒、２１ａ，２１ｃ，２１ｅ，２１ｉ  外側穴、
２１ｂ，２１ｄ，２１ｆ，２１ｊ  内側穴、２１ｇ，２１ｈ  補助穴、
２３，２８  外側補助電極、２４  外側超電導線、２６，２９  内側補助電極、
２７  内側超電導線、３０，３１  補助超電導部、３２  外側超電導部、
３３  内側超電導部。
【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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