(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の超電導素線を複数の段階にわたって撚り合わせることにより最終の撚り線となる複数のサブケーブルを作成し、これら複数のサブケーブルを撚り合わせて管体に収納してなる超電導導体において、
隣り合う前記サブケーブルに異なる材質のテープを巻き付けたことを特徴とする超電導導体。
【請求項２】
複数の超電導素線を複数の段階にわたって撚り合わせることにより最終の撚り線となる複数のサブケーブルを作成し、これら複数のサブケーブルを撚り合わせて管体に収納してなる超電導導体において、
隣り合う前記各サブケーブルに巻き付けるテープの表面に異なる材料のメッキ処理を施したことを特徴とする超電導導体。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する超電導導体の接続構造において、
前記超電導導体の端部を所定長さにわたって前記管体に代わって導電性金属のスリーブを被せるとともに、当該スリーブ内の複数のサブケーブル間に冷媒供給用管体を挿入し、かつ、前記スリーブ内の複数のサブケーブルをハンダ含浸してなる接続構造としたことを特徴とする超電導導体接続構造。
【請求項４】
請求項３に記載する超電導導体接続構造において、
前記超電導導体の端部に被せたスリーブを、メッシュ状の高抵抗層をもつ台座に接続したことを特徴とする超電導導体接続構造。
【請求項５】
請求項３に記載する超電導導体接続構造において、
前記スリーブ内における複数のサブケーブルのハンダ含浸部は、複数のサブケーブルの長手方向に従って徐々にハンダ含浸厚さが薄くなるようにしたことを特徴とする超電導導体接続構造。
【請求項６】
請求項３ないし請求項５の何れか１つに記載の超電導導体接続構造において、
前記超電導導体の両端部の接続部分をカバーで覆うとともに、このカバーから導出される前記冷媒供給用管体に冷媒貯液部または熱交換器を接続したことを特徴とする超電導導体接続構造。
【請求項７】
請求項１または請求項２の超電導導体を熱処理後、所要形状のコイルに巻線し、そのコイル端部を請求項３ないし請求項６の何れか１つの超電導導体接続構造としたことを特徴とする超電導コイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の超電導素線を撚り線とする超電導導体、超電導導体接続構造およびそれらの構造を用いた超電導コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超電導エネルギー貯蔵装置等の大型超電導コイルに用いられる大電流容量の超電導導体は、比較的細い超電導素線を多数本撚り合わせることにより、電流容量を大きくすることが行われている。
【０００３】
図４は従来の超電導素線を撚り合わせた超電導導体の断面構成を摸式的に表わした図である。
【０００４】
この超電導導体は、約１mm直径の超電導素線ＳＣを３本撚り合わせて１次撚り線５１とし、この１次撚り線５１を３本撚り合わせて２次撚り線５２とし、この２次撚り線５２を５本撚り合わせて３次撚り線５３、この３次撚り線５３を４本撚り合わせて４次撚り線５４、さらに４次撚り線５４を６本撚り合わせた例である。
【０００５】
前記超電導素線ＳＣは、Ｎｂ３Aｌからなる超電導材料が用いられ、熱処理を必要とする。この熱処理時における各撚り線５４間の溶着を防止し、交流損失を低減するために、４次撚り線（以下、サブケーブルと呼ぶ）５４の周囲にはステンレス等の金属製テープ５５を巻き付ける。
【０００６】
最終的な超電導導体としては、金属製テープ５５が巻装された６本のサブケーブル５４を撚り合わせ、外管５６に挿入することにより構成されている。５７は導体を冷却するための冷媒が流通する冷媒供給用管である。
【０００７】
よって、以上のような超電導導体の素線本数は１０８０本であり、これら本数の素線を撚り線とすることにより、全体の電流容量は素線１本の電流容量に比べて、素線本数倍である約１０００倍程度の電流容量が得られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような大電流容量の超電導導体は、多数の素線を複数の段階で撚り合わせていくことが基本であり、また熱処理を必要とする場合にはサブケーブル５４にテープ５５で巻き付けることにより束ねた構成となっている。
【０００９】
その結果、テープ５５がサブケーブル５４の途中等において切れてしまう不具合が発生する。特に、超電導導体では、複数のサブケーブル５４全体を外管５６に入れることが多いが、管内に入れた後に外管５６とサブケーブル５４との隙間を調整するためにサブケーブル５４を圧縮するが、この圧縮時に管内部においてサブケーブル５４を束ねているテープ５５が擦り切れたり，切断することがある。
【００１０】
このようなテープ切れの状態が発生すると、圧縮後異なる束の撚り線を構成する超電導素線ＳＣが電気的に比較的容易に接触してしまうことになる。このような状態において超電導導体に対して通電が行われると、それら超電導素線間に予期せぬ電流が誘起され、所定の電流値まで通電させることが難しく、また予想外の交流損失の増加をもたらす不具合が生ずる。
【００１１】
また、図４に示す超電導導体は、超電導素線ＳＣがＮｂ３Ａｌで構成されているので、熱処理後に与えることのできる機械的な歪の許容度が大きく、導体の熱処理後に巻線とすることが本来ならば可能である。
【００１２】
しかし、超電導コイルの形状が大型となり、特に巻線形状が非円形になると、巻線の巻き付け精度にもよるが、導体端部に相当する各サブケーブルや各超電導素線の接続部の位置がずれてしまう。その結果、熱処理を必要とする超電導導体で構成された大型の超電導コイルの接続部においては、超電導導体の熱処理前に巻線化し、接続部の位置を確認した上で熱処理加工することが行われている。その結果、導体の熱処理前に巻線により所要形状のコイルとする必要があり、超電導素線の材料であるＮｂ３Ａｌの特性を生かすことができない問題がある。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、サブケーブルに巻き付けるテープの破断を低減化し、ひいては交流損失の低減化を図る大電流容量の超電導導体を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、導体端部の位置ずれが生じないようにし、よって超電導導体の熱処理後に巻線化可能とする信頼性の高い超電導導体接続構造を提供することにある。
【００１５】
さらに、本発明の他の目的は、熱処理後に超電導導体を用いて容易に所要形状のコイルに形成する信頼度の高い超電導コイルを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、複数の超電導素線を複数の段階にわたって撚り合わせることにより最終の撚り線となる複数のサブケーブルを作成し、これら複数のサブケーブルを撚り合わせて管体に収納してなる超電導導体において、隣り合うサブケーブルに異なる材質のテープを巻き付け、或いは隣り合う各サブケーブルに巻き付けるテープの表面に異なる材料のメッキ処理を施した超電導導体である。
【００１７】
本発明は、以上のような手段を講じたことにより、隣り合うサブケーブルに摩擦が低減するような組み合わせとなる異なる材質のテープを用いて巻き付けるので、撚り線全体を挿入した外管に圧縮する場合でも、隣り合う触れ合っているテープ間の摩擦を低減することが可能となり、テープの破断を低減できる。
【００１８】
また、隣り合う各サブケーブルに巻き付けるテープの表面に異なる材料のメッキ処理を施すことにより、テープ間摩擦の低減化の他に、熱処理時に有効なものとすることができる。
【００１９】
また、別の発明は、上記超電導導体の端部を所定長さにわたって管体に代わって導電性金属のスリーブを被せるとともに、当該スリーブ内の複数のサブケーブル間に冷媒供給用管体を挿入し、かつ、前記スリーブ内の複数のサブケーブルをハンダ含浸してなる接続構造としたことにより、複数のサブケーブル相互間及び各サブケーブルを構成する各超電導導体相互の隙間がハンダで含浸される結果、超電導導体端部の位置ずれがなくなり、これら超電導導体端部とハンダを介してスリーブに電気的に接続でき、よってスリーブ自体を電気的に接続端子とすることができる。また、超電導導体端部の位置ずれが無くなれば、超電導導体の熱処理を行った後に所要形状のコイルとすることができ、超電導導体を構成する撚り線に過度の機械的歪みを加わることなく容易にコイル加工することができる。さらに、ハンダ含浸によって超電導導体とスリーブとが電気的に接続され、スリーブが接続端子としての役目を果たすことができる。
【００２０】
また、前記超電導導体の端部に被せたスリーブを、メッシュ状の高抵抗層をもつ台座に接続することにより、交流損失の小さい接続構造とすることができる。
【００２１】
さらに、前記スリーブ内における複数のサブケーブルのハンダ含浸部として、複数のサブケーブルの長手方向に従って徐々にハンダ含浸厚さが薄くなるようにすれば、サブケーブルの端部が固定するとともに、超電導導体に冷却媒体を流通させた場合には冷却特性を損なわれない接続構造を提供できる。
【００２２】
さらに、前記超電導導体の両端部の接続部分をカバーで覆うとともに、このカバーから導出される前記冷媒供給用管体に冷媒貯液部または熱交換器を接続することにより、導体接続部分の発熱を良好に除去でき、導体に供給する冷媒の温度を所定温度に保つことができる。
【００２３】
さらに、別の発明は、超電導導体を熱処理後、所要形状のコイルに巻線し、そのコイル端部を以上のような超電導導体接続構造とすれば、導体を熱処理する前の接続部の位置決めのために仮巻線が不要となってコイルの製作が容易となり、また前述する接続構造の効果も期待できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明に係わる超電導導体の一実施の形態を示す構成図である。
【００２５】
この超電導導体は、例えば図４に示すような直径の超電導素線ＳＣを最小構成単位とし、これら超電導素線ＳＣを複数の段階で撚り合わせながら、例えば４次撚り線である例えば６本のサブケーブル１〜６によって構成されている。なお、超電導素線ＳＣの超電導材料としては例えばＮｂ３Ａｌが用いられる。このＮｂ３Ａｌは、熱処理後に加えることができる機械的な歪みの許容度が大きいことから、熱処理後に容易に所要形状のコイルに巻線できる。
【００２６】
これら６本のサブケーブル１〜６のうち、隣り合うサブケーブルどうしの間では互いに異なる材質のテープを巻き付けて撚り線を束ねる。異なる材質のテープとしては、摩擦が低減するような組み合わせのテープを選択することにあり、実験の結果から例えばステンレステープ１１とインコネルテープ１２との組み合わせが挙げられる。従って、具体的には、サブケーブル１，３，５にはステンレステープ１１を巻き付け、サブケーブル２，４，６にはインコネルテープ１２を巻き付けることによって撚り線を束ねる。
【００２７】
そして、これら異なる材質のテープ１１，１２を巻き付けてなる６本のサブケーブル１〜６は交互に配列して撚り合わせるとともに、例えばステンレス製管１３に挿入することにより、超電導導体を完成する。
【００２８】
なお、全部のサブケーブル１〜６に同一材質のテープ，例えばステンレステープ１１等を巻き付けることが可能であるが、この場合には隣り合うサブケーブル（１，３，５）と（２，４，６）とのテープ表面に異なる材料のメッキを施すものとする。この例としては、一方のテープ表面にメッキ処理を施し、他方のテープ表面にメッキ処理を施さずに用いるものも含むものである。また、異なる材質のテープの表面にメッキを施す場合にも、前述同様に異なる材料のメッキを施すものである。
【００２９】
従って、以上のような実施の形態によれば、隣り合うサブケーブルに異なる材質のテープ１１，１２を巻き付けたことにより、撚り線全体を管１３内に挿入圧縮する際、隣り合うテープ１１，１２に擦れ合ったときに摩擦が低減する異なる材質のものを用いることにより、触れ合っているテープどうしの摩擦が低減され、テープ１１，１２の溶着による切れを減らすことができる。
【００３０】
また、隣接するサブケーブル１〜６に巻き付けるテープとして、例えばステンレステープ１１およびインコネルテープ１２を用いれば、いずれのテープも比較的容易に製作可能であり、しかも超電導導体自体の熱処理も行うことができる。その結果、超電導導体を低コストで実現できる。
【００３１】
さらに、熱処理を必要とする超電導材料を用いた超電導導体において、撚り線を束ねる例えばステンレステープ表面に異なる材料のメッキを施すとき、熱処理上有効なメッキ，例えばセラミックス系などのメッキ処理を施せば、超電導導体の熱処理を容易に行うことができる。
（第２の実施の形態）
図２は本発明に係る超電導導体端部の接続構造および超電導コイルの一実施の形態を説明する図である。
【００３２】
図１に示す超電導導体を用いて超電導コイルを製作する場合、ステンレス製管１３内に複数本のサブケーブル１〜６を撚り合わせ収納することにより超電導導体を製作し、この製作された超電導導体を熱処理する。さらに、この熱処理後の超電導導体を用いて所要形状のコイルに巻線する。この巻線の際、超電導導体に絶縁物を巻き付けながら巻線を行う。
【００３３】
以上のようにして所要形状のコイルを製作するが、このコイル製作後に超電導導体端部の接続構造が問題となる。
【００３４】
図２はかかる超電導導体端部の接続構造を示す図である。
【００３５】
なお、導体各端部は、各部材の符号に添字ａ，ｂを付して区別する。
【００３６】
先ず、超電導導体両端部を位置決めした後、各導体端部から所要長さ分だけステンレス製管１３ａ，１３ｂを除去する。これらステンレス製管１３ａ，１３ｂを除去した後の導体両端部に銅、アルミニウム或いは銀などのスリーブ２１ａ，２１ｂ（以下、２１ｂは図示せず）を被せた後、サブケーブル１〜６の中央部分に所定長さのステンレス製の冷媒供給用管体２２ａ，２２ｂを挿入する。冷媒供給用管体２２ａ，２２ｂは超電導素線を強制的に冷却するための冷媒を供給する機能をもっている。スリーブ２１ａ，２１ｂとして、銅、アルミニウム或いは銀を用いれば、比較的加工が容易であり、信頼性の高い接続構造となる。
【００３７】
以上のような状態において超電導導体端部をこのハンダ槽の中に侵入させてハンダ２３ａ，２３ｂ（以下、２３ｂは図示せず）を含浸する。このとき、導体端部はハンダ槽に斜めに侵入させてハンダ付けすることにより、導体端部のハンダ含浸厚さを最も厚くし、導体の長手方向に行くに従って徐々にハンダ含浸厚さを薄く形成することにより、撚り線端部全体を固定し、かつ、冷媒による冷却特性を損なわないような接続構造とすることができる。
【００３８】
さらに、各導体端部の管１３ａ，１３ｂは固定台座２４ａ，２４ｂに設定され、これら各管１３ａ，１３ｂが溶接等により固定台座２４ａ，２４ｂに固定される。
【００３９】
また、各固定台座２４ａ，２４ｂの隣接位置に銅製スリーブ２１ａ，２１ｂを設定するための接続台座２５ａ，２５ｂが設置されている。この接続台座２５ａ，２５ｂは固定台座２４ａ，２４ｂに固定され、ハンダ２３ａ，２３ｂを含浸した導体端部がハンダ等によって接続台座２５ａ，２５ｂに接続されている。この接続台座２４ａ，２４ｂにはメッシュ構造となるように高抵抗層のスリット２６ａ，２６ｂが形成されている。このように接続台座２５ａ，２５ｂにメッシュ構造となるように高抵抗層のスリット２６ａ，２６ｂを設けたことにより、導体通電時の交流損失を低減できる接続構造とすることができる。
【００４０】
なお、接続台座２５ａ，２５ｂとしては、その母材に銅を用い、メッシュ状の区画を区切るための材料としてＣｕＮｉを用いれば、ＣｕＮｉ自体は銅との相性がよく、また加工性も優れている。
【００４１】
図３は図２に示す導体端部の接続構造をカバー３０にて液密に覆うた収納例である。
【００４２】
すなわち、超電導導体の端部はカバー３０に収納され、これら各導体端部の冷媒供給用管体２２ａ，２２ｂは冷媒流通パイプ３１を介して冷媒貯液部または熱交換器３２に接続することにより、導体接続部の発熱を良好に除去でき、また導体に供給する冷媒の温度を常に一定に保つことができる。
【００４３】
従って、以上のような実施の形態によれば、所要形状のコイルに巻線後、導体接続部の処理を行うことができるので、従来のように接続部の位置決めのための仮巻線が不要となる。また、接続台座２５ａ，２５ｂには高抵抗層によるスリット２６ａ，２６ｂを設けたことにより、導体間の接続抵抗を低く維持可能となり、交流損失を低減できる。
【００４４】
また、一般に、導体に過度的な入熱があったとき、交流損失等によって生じた高い温度の冷媒が逆流するが、冷媒供給用管体２２ａ，２２ｂに熱交換器等３２を接続することにより、逆流した冷媒を効率よく冷却でき、超電導導体に常に低温の冷媒を供給できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、サブケーブルに巻き付けるテープの破断を低減でき、よってコイル形成前の熱処理を可能とする大電流容量の超電導導体を提供できる。
【００４６】
また、本発明は、導体を構成する撚り線端部をハンダ含浸層とすることにより、撚り線端部を均一に固定でき、導体端部の位置ずれが防止でき、また導体端部をメッシュ構造の高抵抗層のスリットをもつ接続台座に固定することにより、導体通電時の交流損失を大幅に低減できる接続構造を提供できる。
【００４７】
さらに、本発明は、熱処理後に超電導導体を用いて容易に所要形状のコイルに形成できる信頼度の高い超電導コイルを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わる超電導導体の一実施の形態を示す断面構成図。
【図２】  本発明に係わる超電導導体接続構造の一実施の形態を示す外観図。
【図３】  本発明に係わる超電導導体接続構造の他の実施の形態を示す外観図。
【図４】  従来の超電導導体を示す断面図。
【符号の説明】
１〜６…サブケーブル
１１…ステンレステープ
１２…インコネルテープ
１３ａ，１３ｂ…ステンレス製管
２１ａ，２１ｂ…スリーブ
２２ａ，２２ｂ…冷媒供給用管体
２３ａ，２３ｂ…ハンダ
２５ａ，２５ｂ…接続台座
２６ａ，２６ｂ…スリット
【図１】
0003851739.tif 000002
【図２】
0003851739.tif 000003
【図３】
0003851739.tif 000004
【図４】
0003851739.tif 000005