JP2018125147A - Connection part of superconductive cable and assembly method therefor - Google Patents
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Abstract
【課題】半田漏れが発生することなく、接続抵抗も低く抑えて超電導特性を劣化させることなく、電極と超電導線材とを好適に接続できること。【解決手段】芯材の周囲に円状に複数の超電導線材が巻き付けてなる超電導導体層を有する超電導ケーブルと、超電導ケーブルが挿入され、超電導導体層と接合される筒状電極と、を有し、超電導導体層と筒状電極とは半田付け接合により接合され、筒状電極の外面と超電導導体層に掛け渡して設けられ、超電導線材と筒状電極の端部との間を覆う樹脂被覆層を備える。【選択図】図5An electrode and a superconducting wire can be suitably connected without causing leakage of solder and without lowering connection resistance and degrading superconducting characteristics. A superconducting cable having a superconducting conductor layer formed by winding a plurality of superconducting wires in a circle around a core material, and a cylindrical electrode into which the superconducting cable is inserted and joined to the superconducting conductor layer. The superconducting conductor layer and the cylindrical electrode are joined by soldering, and are provided across the outer surface of the cylindrical electrode and the superconducting conductor layer, and cover the space between the superconducting wire and the end of the cylindrical electrode. Is provided. [Selection] Figure 5
Description
本発明は、電極に接続して形成される超電導ケーブルの接続部に関し、特に、複数の超電導線材を芯材に巻き付けた超電導ケーブルの接続部及びその組立方法に関する。 The present invention relates to a connecting portion of a superconducting cable formed by connecting to an electrode, and more particularly to a connecting portion of a superconducting cable in which a plurality of superconducting wires are wound around a core member and an assembling method thereof.
従来、超電導ケーブルにおいては、芯材(フォーマ)の外周にテープ状の超電導線材(以下、「超電導テープ」とも称する)が螺旋状に巻回されている。また、超電導ケーブルでは、大電流送電を可能とするために、超電導テープを、同心円状に多層に配置している場合も多くみられる。芯材と超電導テープの層との間に、多層を有する場合は、多層配置された超電導テープの層間(すなわち超電導テープの間)に、芯材と超電導テープの間或いは超電導テープ間での電気絶縁をとる押えテープが設けられる。多層の超電導テープの層を有する場合は、押えテープは、超電導テープを押える機能も有する。なお、超電導テープとしては、REBayCu3Oz系(REは、Y、Nd、Sm、Eu、Gd及びHoから選択された1種以上の元素を示し、y≦2及びz=6.2〜7である。)の超電導線材が知られている。REBayCu3OzBayCu3Oz系超電導体としては、YBa2Cu3O7で表されるイットリウム系超電導線材が代表的である。 Conventionally, in a superconducting cable, a tape-shaped superconducting wire (hereinafter also referred to as “superconducting tape”) is spirally wound around the outer periphery of a core (former). Moreover, in superconducting cables, superconducting tapes are often concentrically arranged in multiple layers in order to enable large current transmission. When there are multiple layers between the core material and the superconducting tape layer, electrical insulation between the core material and the superconducting tape or between the superconducting tapes between the layers of the superconducting tapes arranged in multiple layers (ie, between the superconducting tapes) A presser tape is provided. In the case of having a multilayer superconducting tape layer, the presser tape also has a function of pressing the superconducting tape. As the superconducting tape, REBa y Cu 3 O z system (RE is, Y, indicated Nd, Sm, Eu, one or more elements selected from Gd, and Ho, y ≦ 2 and z = 6.2 ˜7) is known. The REBa y Cu 3 O z Ba y Cu 3 O z superconductors, yttrium-based superconducting wire represented by YBa 2 Cu 3 O 7 is typical.
ところで、上述したような芯材の外周に複数の超電導線材を層状に備える超電導ケーブルを、超電導応用機器に応用する場合、超電導ケーブルは、超電導応用機器に接続される筒状の金属端子(電極)に挿入して接続することで、使用される(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。なお、このようなケーブルと金属端子との接続部分を超電導ケーブルの接続部と称し、超電導ケーブルの終端部と言うこともできる。 By the way, when applying a superconducting cable having a plurality of superconducting wires in the form of a layer on the outer periphery of the core as described above to a superconducting application device, the superconducting cable is a cylindrical metal terminal (electrode) connected to the superconducting application device. It is used by inserting and connecting to (for example, refer to Patent Document 1 and Patent Document 2). In addition, the connection part of such a cable and a metal terminal is called the connection part of a superconducting cable, and can also be called the termination | terminus part of a superconducting cable.
特許文献1及び特許文献2に示す構造では、超電導ケーブルの超電導線材は、筒状の金属端子の内側で、金属端子の内周面に半田を介して接続されている。特許文献1では、金属端子の内周面と、内周面と対向する超電導線材の外面とにそれぞれ予備半田を塗布しておく。そして、超電導ケーブルを金属端子に挿入した後、金属端子を外方から加熱することにより予備半田を溶融して、金属端子と超電導ケーブルとが接合される。 In the structures shown in Patent Document 1 and Patent Document 2, the superconducting wire of the superconducting cable is connected to the inner peripheral surface of the metal terminal via solder inside the cylindrical metal terminal. In Patent Document 1, preliminary solder is applied to the inner peripheral surface of the metal terminal and the outer surface of the superconducting wire facing the inner peripheral surface. After the superconducting cable is inserted into the metal terminal, the metal terminal is heated from the outside to melt the preliminary solder, thereby joining the metal terminal and the superconducting cable.
また、特許文献2では、超電導ケーブルにおいて外周側の保護層を除去して超電導体層を露出させた部分に、断面半円弧状の分割片を筒状に被せて固定する。そして、分割片と超電導層との間に低融点半田を流し込むことで、分割片により形成される金属端子と超電導層とが電気的に接合される。 In Patent Document 2, a superconducting cable is covered with a semicircular arc-shaped divided piece and fixed to a portion where the outer peripheral protective layer is removed and the superconductor layer is exposed. Then, by pouring low melting point solder between the segment and the superconducting layer, the metal terminal formed by the segment and the superconducting layer are electrically joined.
近年では、特許文献1に示すように、筒状の金属端子(電極)に、外周に超電導線材が配置された超電導ケーブルを挿入する構造において、特許文献2に示すように、金属端子と金属端子の内側の超電導線材との間に、半田を流し込むことにより両者を接合する構造が知られている。 In recent years, as shown in Patent Document 1, in a structure in which a superconducting cable having a superconducting wire arranged on the outer periphery is inserted into a cylindrical metal terminal (electrode), as shown in Patent Document 2, a metal terminal and a metal terminal A structure is known in which solder is poured into a superconducting wire on the inside of the wire to join them together.
このとき、特許文献2に記載のように、金属端子の端部と金属端子内の超電導線材との間を、パッキンやゴム系のマスキング材で目止めして、金属端子内に流し込まれる半田が外部に漏れないようにして金属端子の内部で充填されるようにしている。 At this time, as described in Patent Document 2, the gap between the end portion of the metal terminal and the superconducting wire in the metal terminal is fixed with a packing or a rubber-based masking material, and the solder poured into the metal terminal is The metal terminal is filled so as not to leak outside.
しかしながら、金属端子の端部と、金属端子内の超電導線材との間をパッキンまたはマスキング材で目止めするだけでは、層を形成する複数の超電導線材同士の隙間から外部に半田が漏れ出る恐れがある。また、マスキング材で金属端子の端部と超電導線材との間を目止めする構成では、マスキング材を塗布する際に気泡が生じたり、塗布した際に隙間が発生しやすく、目止めした部分から外部に半田が流れ出るといった所謂半田漏れが発生するという問題がある。半田漏れが発生した場合、目止めをやり直すとともに、目止め後に再び半田を流し込むために金属端子を再加熱しなければならず、接続する超電導線材に長時間の熱履歴がかかり超電導特性が劣化し、さらに、製造コストがかかるという問題がある。 However, if only the gap between the end of the metal terminal and the superconducting wire in the metal terminal is sealed with a packing or masking material, solder may leak out from the gap between the plurality of superconducting wires forming the layer. is there. In addition, in the configuration where the gap between the end of the metal terminal and the superconducting wire is sealed with a masking material, air bubbles are easily generated when the masking material is applied, or gaps are likely to occur when the masking material is applied. There is a problem in that so-called solder leakage occurs such that solder flows out to the outside. When solder leakage occurs, the sealing must be performed again and the metal terminals must be reheated in order to reflow the solder after the sealing, and the superconducting wire will be subjected to a long thermal history and the superconducting characteristics will deteriorate. Furthermore, there is a problem that the manufacturing cost is high.
本発明の目的は、半田漏れが発生することなく、接続抵抗も低く抑えて超電導特性を劣化させずに、電極と超電導線材とを好適に接続できる超電導ケーブルの接続部及びその組立方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a superconducting cable connecting portion and an assembling method thereof that can suitably connect an electrode and a superconducting wire without causing leakage of solder, keeping the connection resistance low and degrading superconducting characteristics. That is.
本発明の超電導ケーブルの接続部の一つの態様は、
芯材の周囲に円状に複数の超電導線材が巻き付けてなる超電導導体層を有する超電導ケーブルと、
前記超電導ケーブルが挿入され、前記超電導導体層と接合される筒状電極と、
を有し、
前記超電導導体層と前記筒状電極とは半田付け接合により接合され、
前記筒状電極の外面と前記超電導導体層に掛け渡して設けられ、前記超電導線材と前記筒状電極の端部との間を覆う樹脂被覆層を備える構成を採る。
One aspect of the connecting portion of the superconducting cable of the present invention is:
A superconducting cable having a superconducting conductor layer formed by winding a plurality of superconducting wires in a circle around the core; and
A cylindrical electrode into which the superconducting cable is inserted and joined to the superconducting conductor layer;
Have
The superconducting conductor layer and the cylindrical electrode are joined by solder joint,
A configuration is adopted in which a resin coating layer is provided to span between the outer surface of the cylindrical electrode and the superconducting conductor layer, and covers between the superconducting wire and the end of the cylindrical electrode.
本発明の超電導ケーブルの接続部の組立方法の一つの態様は、
基板上に超電導層を備える超電導線材が、芯材の周囲に、前記超電導層が外周側に配置するように前記基板を内周側に向けて複数本巻き付けて構成される超電導導体層を有する超電導ケーブルを、筒状電極に挿入して前記筒状電極と前記超電導導体層とを接続する超電導ケーブルの接続方法において、
前記超電導ケーブルを前記筒状電極に挿入し、前記筒状電極の内周面の端部と、当該筒状電極内の前記超電導導体層との間にパッキン材を埋設し、
前記パッキン材の埋設箇所を前記筒状電極の外部から覆うように、前記筒状電極の開口縁部と当該開口縁部から導出する前記超電導導体層の部位に跨がってマスキング材を設け、
前記マスキング材上に、樹脂被覆層を、前記筒状電極の外面と前記超電導導体層に掛け渡して設けて、前記超電導導体層と前記筒状電極の端部との間を覆った後で、
前記筒状電極に形成された半田注入孔を介して、前記筒状電極の内周面と前記超電導導体層との間に半田を充填するようにした。
One aspect of the method of assembling the connecting portion of the superconducting cable of the present invention is
A superconducting wire having a superconducting conductor layer comprising a superconducting wire on a substrate, the superconducting wire having a superconducting wire wound around the core so that the superconducting layer is arranged on the outer peripheral side so as to be disposed on the outer peripheral side. In the superconducting cable connection method of connecting the cylindrical electrode and the superconducting conductor layer by inserting a cable into the cylindrical electrode,
Inserting the superconducting cable into the cylindrical electrode, burying a packing material between the end portion of the inner peripheral surface of the cylindrical electrode and the superconducting conductor layer in the cylindrical electrode,
In order to cover the embedded portion of the packing material from the outside of the cylindrical electrode, a masking material is provided across the opening edge of the cylindrical electrode and the portion of the superconducting conductor layer derived from the opening edge,
On the masking material, a resin coating layer is provided across the outer surface of the cylindrical electrode and the superconducting conductor layer, and after covering between the superconducting conductor layer and the end of the cylindrical electrode,
Solder is filled between the inner peripheral surface of the cylindrical electrode and the superconducting conductor layer through a solder injection hole formed in the cylindrical electrode.
本発明によれば、超電導線材を芯材の周囲に巻き付けた超電導ケーブルと電極とを、半田漏れが発生することなく、接続抵抗も低く抑えて超電導特性を劣化させずに、好適に接続できる。 According to the present invention, a superconducting cable and an electrode in which a superconducting wire is wound around a core can be suitably connected without causing leakage of solder and suppressing connection resistance to a low level without degrading superconducting characteristics.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<超電導ケーブルの構成>
図1は、本発明の実施の形態の超電導ケーブルの接続部100の概略構成を示す側面図である。実施の形態では、説明を簡単化するために、超電導ケーブルが2層構造、すなわち、2層の超電導テープ(超電導線材)を有する場合を例示するが、1層構造、或いは、3層構造以上すなわち複数の超電導テープによる層が3層以上の場合でも、本発明を適用可能である。図2は、図1のA―A線矢視断面図であり、接続部100の筒状電極120を後方側(つまり図1の右側であり、筒状電極120の後方)から見た要部構成図である。
<Configuration of superconducting cable>
FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of a connecting
図1及び図2に示すように、接続部100は、超電導ケーブル110、筒状の引出用電極(以下、筒状電極と呼ぶ)120及び樹脂被覆層140(140−1〜140−4)を有する。筒状電極120は、超電導テープの層数分だけ設けられている。本実施の形態の例では、超電導ケーブル110の超電導テープの層数が2層なので、2個の筒状電極120−1、120−2が設けられている。各筒状電極120−1、120−2には、リードケーブル130−1、130−2が電気的に接続されている。実際の使用時には、超電導ケーブル110および筒状電極120は、液体窒素等の極低温の液体に浸される。そして、超電導ケーブル110の電流が、筒状電極120を介してリードケーブル130によって常温部に引き出されるようになっている。例えば、リードケーブル130は、ポリマー套管(図示せず)等を介して気中に導出される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the connecting
接続部100では、超電導ケーブル110が、筒状電極120内に通されて、筒状電極120の開口側の両端部(開口縁部に相当)は、樹脂被覆層140で覆われている。
In the connecting
図3は、図1に示す超電導ケーブルの接続部の概略構成を示す断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a connecting portion of the superconducting cable shown in FIG.
図1及び図3に示すように、超電導ケーブル110は、芯材(フォーマ)111、押えテープ112、第1の超電導テープ113、押えテープ114、第2の超電導テープ115、押えテープ116を有する。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
芯材111は、円筒形状であり、Cu(銅)の撚線から構成されている。この芯材111の外周には、不織布からなる押えテープ112が巻回されている。
The
押えテープ112の外周には、第1の超電導導体層を構成する第1の超電導テープ113が、図4に示すように、周方向で各テープ間に若干の所定間隔Gを空けて、それぞれスパイラル状に巻回されている。第1の超電導テープ113の外周には、不織布からなる押えテープ114が巻回されている。なお、押えテープ112、114は、それぞれ、1本の不織布が間隔を空けずにスパイラル状に巻回されることにより層状の絶縁部分として構成されている。なお、押えテープ114の外周には、第2の超電導導体層を構成する第2の超電導テープ115が第1の超電導テープ113と同様に、周方向で所定間隔を空けて、それぞれスパイラル状に巻回されている。この第2の超電導テープ115の外周には、押えテープ116が、押えテープ112、114と同様に、1本の不織布が間隔を空けずにスパイラル状に巻回されている。
On the outer periphery of the
本実施の形態の例では、1層あたり10本の超電導テープがスパイラル状に所定間隔を空けて巻回されている。つまり、第1の超電導テープ113および第2の超電導テープ115による各超電導テープ層は、それぞれ、10本の超電導テープから構成されている。なお、超電導ケーブル110において、超電導テープによる各層を構成する超電導テープの本数は、何本でもよく、12本等の10本以上で構成して良いし、少なくとも1本以上であればよい。超電導テープ113、115による層としては、例えば、厚さ0.1mm、幅5mmの超電導テープが撚ピッチ250mmで、10枚巻回されている。押えテープ112、114としては、例えば、厚さ0.2mm、幅45mmの不織布が1/2ラップ巻きされている(つまり、テープ幅の半分ずつがオーバーラップして巻回されている)。
In the example of the present embodiment, ten superconducting tapes per layer are wound spirally at a predetermined interval. That is, each superconducting tape layer formed by the first
超電導テープ113、115の材料としては、従来提案されている種々の超電導材料を用いることができる。ここでは、超電導テープ113、115は、基板と、基板上に当該基板に沿って形成されたREBayCu3Oz系(REは、Y、Nd、Sm、Eu、Gd及びHoから選択された1種以上の元素を示し、y≦2及びz=6.2〜7である。)の高温超電導薄膜である超電導層と、を備える。
As materials for the
超電導テープ115は、超電導テープ113と同様の構成を有し、超電導テープ113と同様に、芯材111の周囲に配置されるものである。よって、超電導テープ113の構成のみ説明し、超電導テープ115の説明は省略する。
The
超電導テープ(YBCO超電導線材)113は、テープ状であり、テープ状の金属製の基板上に、中間層、テープ状の超電導層、安定化層が順に積層されることによって形成される。なお、超電導テープ113では、基板、中間層、超電導層及び安定化層からなる積層構造は、導電材料(銅)からなる被覆材によって被覆されていることが好ましい。
Superconducting tape (YBCO superconducting wire) 113 has a tape shape, and is formed by sequentially laminating an intermediate layer, a tape-shaped superconducting layer, and a stabilizing layer on a tape-shaped metal substrate. In the
基板は、例えば、Ni−Cr系(具体的には、Ni−Cr−Fe−Mo系のハステロイ(登録商標)B、C、X等)、W−Mo系、Fe−Cr系(例えば、オーステナイト系ステンレス)、又は、Fe−Ni系(例えば、非磁性の組成系のもの)等の材料に代表される低磁性の結晶粒無配向・耐熱高強度金属基板である。 The substrate may be, for example, Ni—Cr (specifically, Ni—Cr—Fe—Mo based Hastelloy (registered trademark) B, C, X, etc.), W—Mo, Fe—Cr (eg, austenite). Stainless steel) or Fe—Ni (for example, non-magnetic composition type) and other low magnetic crystal grain non-oriented / heat resistant high strength metal substrates.
中間層は、例えば基板からの元素の拡散が超電導層に及ぶのを防止するための拡散防止層、超電導層の結晶を一定の方向に配向させるための配向層等の複数の層を有する。例えば、中間層は、基板上に、スパッタリング法で成膜された第1中間層としてのAl2O3層を有し、Al2O3層上に、RFスパッタ法またはイオンビームスパッタ法等のスパッタリング法により第2中間層としての非晶質であるLaMnO3層が成膜される。このLaMnO3層上にIBAD法等により成膜された第3中間層としてのMgO層を有する。MgO層上には、スパッタリング法により成膜された第4中間層としてのLaMnO3層を有し、LaMnO3層上に、スパッタリング法等により成膜された第5中間層としてのCeO2層を有する。なお、第1中間層は、Al2O3に代えて、ReZrO(Re:Y、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm及びYbから選択される1又は2種以上の希土類元素)で、RF−スパッタリング法、或いは、MOD法などで成膜してもよい。この第1中間層は、耐熱性が高く、界面反応性を低減するための層であり、その上に配される膜の配向性を得るために用いられるベッド層としても機能する。 The intermediate layer has, for example, a plurality of layers such as a diffusion preventing layer for preventing element diffusion from the substrate from reaching the superconducting layer and an orientation layer for orienting the crystals of the superconducting layer in a certain direction. For example, the intermediate layer has an Al 2 O 3 layer as a first intermediate layer formed by sputtering on a substrate, and an RF sputtering method, an ion beam sputtering method, or the like is formed on the Al 2 O 3 layer. An amorphous LaMnO 3 layer is formed as the second intermediate layer by sputtering. On this LaMnO 3 layer, an MgO layer is formed as a third intermediate layer formed by the IBAD method or the like. On the MgO layer, there is a LaMnO 3 layer as a fourth intermediate layer formed by a sputtering method, and a CeO 2 layer as a fifth intermediate layer formed by a sputtering method or the like on the LaMnO 3 layer. Have. The first intermediate layer is replaced with Al 2 O 3 by using ReZrO (Re: Y, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Yb, or one or more selected from them. May be formed by an RF-sputtering method or a MOD method. This first intermediate layer has high heat resistance and is a layer for reducing interfacial reactivity, and also functions as a bed layer used for obtaining the orientation of the film disposed thereon.
超電導層は、YBa2Cu3O7で表されるイットリウム系超電導体(YBCO層)が代表的なものである。超電導テープ113の超電導層には、Zr、Sn、Ce、Ti、Hf、Nbのうち少なくとも1つを含む酸化物粒子(粒径50[μm]以下)が磁束ピンニング点として分散していることが好ましい。この場合、高温超電導薄膜としての超電導層の成膜法としては、三フッ化酢酸塩(TFA)を用いたTFA−MOD法が好適である。例えば、TFAを含むBa溶液中に、Baと親和性の高いZr含有ナフテン酸塩等を混合することにより、RE系超電導体からなる高温超電導薄膜に、Zrを含む酸化物粒子(BaZrO3)を磁束ピンニング点として分散させることができる。なお、高温超電導薄膜中に磁束ピンニング点を分散する手法は、公知の技術を適用することができる(例えば特開2012−059468号公報)。超電導テープの高温超電導薄膜中に磁束ピンニング点を分散させることにより、超電導テープ113、115が湾曲した状態で用いられても、磁場の影響を受けにくく、安定した超電導特性が発揮される。
The superconducting layer is typically an yttrium superconductor (YBCO layer) represented by YBa 2 Cu 3 O 7 . In the superconducting layer of the
安定化層は、銀、金、白金等の貴金属、あるいはそれらの合金であり低抵抗の金属により超電導層上に成膜される。なお、安定化層は、直下の超電導層が金、銀などの貴金属、あるいはそれらの合金以外の材料と直接的な接触によって反応によって引き起こす性能低下と、事故電流や交流通電により発生した熱を分散して発熱による破壊・性能低下とを防止する。 The stabilization layer is a noble metal such as silver, gold, platinum, or an alloy thereof, and is formed on the superconducting layer with a low-resistance metal. The stabilization layer disperses the performance degradation caused by the direct contact of the superconducting layer directly below with noble metals such as gold and silver, or materials other than their alloys, and the heat generated by accident currents and alternating currents. To prevent destruction and performance degradation due to heat generation.
上述のように複数の超電導テープ113、115は、基板上に超電導層を備える。そして、複数の超電導テープ113、115は、超電導ケーブル110において、超電導層側の面を外周側に向け、且つ、基板側の面を内周側に向くようにして、芯材111の周囲に同心円状に配置されている。すなわち、超電導テープ113、115は、芯材111の周囲に、且つ、押えテープで構成される層状の絶縁部分間に、超電導層を外周側及び基板を内周側となるように巻き付けて多層配置されている。
As described above, the plurality of
なお、超電導ケーブル110は、実際には、押えテープ116の外周側に、電気絶縁層や、超電導シールド層、外部安定化層、コルゲート管等が設けられている。しかしながら、これらの部材は、超電導テープ113、115が筒状電極120に接続される端末箇所では取り除かれるため、図1〜図3では、これらは省略して示している。
The
超電導ケーブル110の超電導テープ113、115のうち、最外周側に設けられた第2の超電導テープ115は、超電導ケーブル110の終端側から最も遠くに設けられた筒状電極120−1の内面に形成する半田層150を介して直接電気的に接続される。
Of the
最外周から2番目(図1の例の場合、最内周)に設けられた第1の超電導テープ113は、先の筒状電極120−1の次に、超電導ケーブル110の終端側(図1の例の場合、最も終端側を示す図面右側)に設けられた筒状電極120−2の内面に形成する半田層150を介して直接電気的に接続される。
The first
すなわち、超電導ケーブル110は、複数の筒状電極120−1、120−2に、外周面に超電導導体層を配置させて、超電導ケーブル110の終端側から順次挿通させた状態で配置される。そして、筒状電極120−1、120−2の内面に、筒状電極120(120−1,120−2)内に配置された超電導ケーブル110において外周側の超電導テープ115、113による層から順に終端側に向かって一層ずつ、半田層150を介して超電導テープ115、113が接続されている。言い換えれば、筒状電極120(120−1、120−2)は、その内面(内周面)で、内部で最外層に位置する超電導テープ113、115に、半田付けにより形成される半田層150を介して接合(所謂、直付け)されている。
That is, the
筒状電極120(120−1、120−2)は、全体として筒状であり、Cu(銅)等の導電性を有する金属材料により形成されている。筒状電極120(120−1、120−2)は、図2から明らかなように、超電導ケーブル110が内部を貫通できる筒状構造となっている。なお、筒状電極120(120−1、120−2)は、超電導ケーブル110の延在方向に沿って分割された複数の断面半円弧状の分割体により筒状に構成されてもよい。分割体である場合には、分割体を、超電導ケーブル110の所定の位置に、被せて互いを周方向で気密的に固定することで円筒状に形成するようにする。
The cylindrical electrode 120 (120-1, 120-2) is cylindrical as a whole, and is formed of a conductive metal material such as Cu (copper). As is apparent from FIG. 2, the cylindrical electrodes 120 (120-1 and 120-2) have a cylindrical structure through which the
筒状電極120(120−1、120−2)には、内部と外部とを連通させて複数の貫通孔が形成されている。これら貫通孔は、筒状電極120(120−1、120−2)の外部から内部に半田を注入する半田注入孔124、空気孔126及び確認孔128である(図5参照)。半田注入孔124、空気孔126及び確認孔128は、筒状電極120において、軸方向に一列に並べて、それぞれ筒状電極120を貫通して形成されている。これら半田注入孔124、空気孔126及び確認孔128は、充填する半田の漏れを防ぐともに、半田の充填時に内部の空気を抜くために、筒状電極120(120−1、120−2)の上面部分に、軸方向で一列に並んで形成されることが好ましい。なお、半田注入孔124、空気孔126及び確認孔128は、充填時に半田の漏れが発生しなければどこに設けてもよいが、確認孔128の位置は、筒状電極120の端部(開口部分)への半田の充填具合を確認するため、端部近傍に位置することが望ましい。なお、半田注入孔124、空気孔126及び確認孔128となる貫通孔は三つ以上設けても良い。具体的には、半田注入孔124、空気孔126及び確認孔128の少なくても1つを二つ以上設けても良い。筒状電極120の両端部近傍にそれぞれ確認孔128があれば、半田の充填具合を両端部のそれぞれで確認できる。
The cylindrical electrode 120 (120-1, 120-2) is formed with a plurality of through-holes so that the inside and the outside communicate with each other. These through holes are a
筒状電極120の内側では、筒状電極120の内周面122(図5参照)と、筒状電極120内で最外層に位置する超電導導体層(超電導テープ115による層)とが、半田層150を介して通電可能に接合(所謂、直付け)されている。 Inside the cylindrical electrode 120, an inner peripheral surface 122 (see FIG. 5) of the cylindrical electrode 120 and a superconducting conductor layer (a layer made of the superconducting tape 115) located in the outermost layer in the cylindrical electrode 120 are solder layers. 150 is joined (so-called direct attachment) so as to be energized.
筒状電極120(120−1、120−2)の内径は、内部に配置される超電導ケーブル110の外径と略同じであるか、或いは、内部に配置される超電導ケーブル110の外径との間に隙間が形成される寸法に形成される。なお、筒状電極120−1と超電導テープ115により構成される超電導導体層との接続と、筒状電極120−2と超電導テープ113により構成される超電導導体層との接続とは、同様の構造である。すなわち、双方の接続はともに、筒状電極120の内周面122と、筒状電極120内で最外層に位置する超電導導体層(超電導テープ113、115による層)との接続である。よって、筒状電極120−1、120−2を、筒状電極120とし、超電導ケーブル110の最外層である超電導テープ115の超電導導体層及び超電導テープ113の超電導導体層を超電導導体層SCと称して、図5を参照して説明する。
The inner diameter of cylindrical electrode 120 (120-1, 120-2) is substantially the same as the outer diameter of
図5は、筒状電極120(120−1、120−2)と超電導ケーブル110の超電導導体層SC(超電導テープ113の超電導導体層、超電導テープ115の超電導導体層)との接合状態の要部構成を示す断面図である。なお、図5では、筒状電極120に挿通される超電導ケーブル110(超電導テープ113の層、押えテープ及び芯材部分)は便宜上一体的に図示している。
FIG. 5 shows the main part of the joined state of the cylindrical electrode 120 (120-1, 120-2) and the superconducting conductor layer SC of the superconducting cable 110 (superconducting conductor layer of the
図5に示すように、筒状電極120の両端部120a、120bと、筒状電極120に挿入される超電導ケーブル110の外周面の超電導導体層SCとの間には、半田漏れ防止のためのパッキン材160が挿入されている。
As shown in FIG. 5, between the both ends 120a and 120b of the cylindrical electrode 120 and the superconducting conductor layer SC on the outer peripheral surface of the
パッキン材160は、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene:PTFE)、銀、或いは、インジウム等の柔らかい材料により構成されるシート、環状体或いは紐状体を用いてもよい。
As the
筒状電極120(120−1、120−2)の両端部120a、120bと、両端部120a、120bから延出する超電導ケーブル110の外面(外周面に相当)110aの部分との間でパッキン材160が挿入された部位を外方から閉塞するようにマスキング材170が取り付けられている。
Packing material between both
マスキング材170は、筒状電極120の両端部120a、120bにおいて、両端面と、筒状電極120の外部で露出する超電導ケーブル110の外面(超電導導体層)110aとの間に跨って配置され、筒状電極120(120−1、120−2)の内周面122の両端と超電導ケーブルの外面110aとの間でパッキン材160が介在する隙間部分を覆う。具体的には、マスキング材170は、筒状電極120の両端の外縁から、超電導ケーブル110の外周面(超電導テープ113、115によりなる超電導導体層SCの外面110a)の間を覆う。
The masking
マスキング材170は、テープ材、ペースト材、塗布材のいずれでもよいが、本実施の形態では常温固化のペースト材を用いている。マスキング材170は、例えば、アンモニア不含有の合成ゴム材であり、例えば、室温で1時間、65℃で30分、82℃で20分加熱することにより固化する合成ゴム(例えば、粘度28000〜30000cps)等であることが望ましい。具体的には、ペースト状であるマスキング材の成分として、純水50〜60%、合成ゴム30〜40%に着色料等を含有したペーストが用いられることが望ましい。
The masking
筒状電極120の内周面122の内側において、両端部120a、120bのパッキン材160の間で、内周面122と、超電導ケーブル110の最外層を構成する超電導テープ115の外面110aとの間には、半田で形成される半田層150が設けられている。半田層150は、筒状電極120に超電導ケーブル110を挿入した後、半田注入孔124を介して注入される半田により形成される。半田層150により、筒状電極120と、超電導ケーブル110(具体的には、超電導導体層SC)とは電気的に接合される。なお、半田層150の半田は、筒状電極120内に充填されるので、超電導ケーブル110において螺旋状に配置される複数の超電導テープ115間の隙間G(図3参照)にも充填される。
Inside the inner
樹脂被覆層140は、超電導ケーブル110の外面(ここでは、最外層である超電導テープ115の超電導体層)110aと、筒状電極120の外周面129とに渡って、筒状電極120−1の両端部120a、120bと、超電導ケーブル110との間のマスキング材170を完全に外方から被覆するように設けられている。
The
樹脂被覆層140は、エポキシ樹脂により形成される。樹脂被覆層140は、本実施の形態では、エポキシ樹脂を、マスキング材170の外面に、筒状電極120−1の端部の外周面と、超電導ケーブルの超電導テープ(113、115)による超電導導体層SCの外面とに跨がるように塗布することで形成される。これにより樹脂被覆層140は、マスキング材170が設けられた部分、およびマスキング材170自体の隙間も完全に閉塞する。樹脂被覆層140は、常温硬化のエポキシ樹脂であり、硬化前では、マスキング材170より粘度が低く、マスキング材170と併用することにより、半田充填時における半田漏れを防止している。なお、樹脂被覆層140は、螺旋状に巻かれる超電導テープ115間の隙間も閉塞する。
The
<超電導ケーブルの接続部100の組立方法>
図6〜図8を参照して超電導ケーブルの接続部の組立方法を説明する。
<Assembly Method of
A method for assembling the connecting portion of the superconducting cable will be described with reference to FIGS.
図6〜図8は超電導ケーブルの接続部の組立方法の説明に供する図であり、図6は、筒状電極に超電導ケーブルを挿入してパッキン材を配設した状態を示す図であり、図7は、マスキング材を塗布した状態を示す図であり、図8は、樹脂被覆層を設けた状態を示す図である。
ここでは、超電導ケーブルの接続部100の組立方法として、筒状電極120(120−1、120−2)のうち筒状電極120−1と、超電導ケーブル110とを接続する方法について説明する。なお、筒状電極120−1を有する接続部分の構造と筒状電極120−2を有する接続部分の構造とでは、筒状電極120−1と筒状電極120−2に挿通される超電導ケーブル110の構成が異なるだけで実質同様の接続構造となっており、接続方法も同様である。なお、筒状電極120−1に挿通される超電導ケーブル110は、最外周に第2の超電導テープによりなる層(超電導導体層)が配置された構成、つまり、芯材111、押えテープ112、第1の超電導テープ113、押えテープ114及び第2の超電導テープ115を備える構成である。これに対し、筒状電極120−2に挿通される超電導ケーブル110は、第1の超電導テープ113によりなる層が最外周に位置した構成であり、芯材111、押えテープ112及び第1の超電導テープ113を備える構成となる。よって、筒状電極120−1と、筒状電極120−1の内側に位置する超電導導体層であって、超電導テープ115の超電導導体層との接続の説明のみ行い、筒状電極120−2と、筒状電極120−2内側に位置する超電導導体層であって、超電導テープ113の超電導導体層との接続方法の説明は省略する。
6 to 8 are views for explaining a method of assembling the connecting portion of the superconducting cable, and FIG. 6 is a view showing a state in which the packing material is disposed by inserting the superconducting cable into the cylindrical electrode. 7 is a diagram showing a state where a masking material is applied, and FIG. 8 is a diagram showing a state where a resin coating layer is provided.
Here, as a method for assembling the connecting
まず、超電導ケーブル110において、所定箇所の押えテープ116を矧がして、筒状電極120−1に接続される第2の超電導テープ115の端部を露出させる(図3及び図4参照)。また、端末において押えテープ116の外周側に設けられている電気絶縁層、超電導シールド層及び外部安定化層を剥いでおく等して、超電導テープ115の端部を、筒状電極120−1の外面として露出させておく。
First, in the
そして、図6に示すように、筒状電極120−1内に超電導ケーブル110を挿入して固定する。このとき、筒状電極120−1の内周面122と、筒状電極120−1の接合対象となる超電導ケーブル110の外面110a、つまり、超電導テープ115によりなる超電導導体層の外面を対向させた状態で、且つ、半田層150となる隙間Hを空けた状態で固定する。なお、超電導ケーブル110の固定は、筒状電極120−1に対応させた状態で、筒状電極120−1に挿入される部位とは異なる部位などで据え付けの部材あるいは、筒状電極120−1とともに設けられる装置の部位等に固定する。
次いで、筒状電極120−1の両端部120a、120bの内周面122と超電導ケーブル110の最外周に位置する超電導導体層(超電導テープ115によりなる層)の外面(超電導ケーブル110の外面110aに相当)との間に、パッキン材160を挿入して隙間Hをその両端で目止め(閉塞)する。
And as shown in FIG. 6, the
Next, the outer surface (the
次いで、図7に示すように、筒状電極120−1の両端部120a、120bと超電導ケーブル110との隙間、つまり、パッキン材160により目止めされた部分を覆うように、マスキング材170を塗布する。マスキング材170は、筒状電極120−1の両端面121、123と超電導ケーブル110の外面110aとに跨るように塗布されることで配設される。なお、マスキング材170は、本実施の形態では加熱硬化するが、常温硬化でもよい。
Next, as shown in FIG. 7, a masking
次いで、図8に示すように、マスキング材170を覆うように樹脂被覆層140が形成される。樹脂被覆層140は、マスキング材170が硬化した後、マスキング材170自体を覆うように、且つ、マスキング材170が塞いだ隙間を埋めるように、配設される。 樹脂被覆層140は、本実施の形態では、エポキシ樹脂であり、筒状電極120−1の両端部120a、120bの外周面129と、超電導ケーブル110の外面110aとに跨って、マスキング材170を完全に覆うように設けられる。そして、樹脂被覆層140は、常温で硬化して、両端部と超電導ケーブル110との隙間を完全に閉塞する。このとき、両端部の内側に位置する超電導テープ115間の隙間Gも完全に閉塞された状態となる。
Next, as shown in FIG. 8, a
次いで、筒状電極120−1を筒状電極120−1の外方からヒータ等の熱源により加熱する。このように筒状電極120−1を加熱しつつ、半田注入孔124から筒状電極120−1内の隙間Hに半田を注入する。加熱により投入される半田は、筒状電極120−1の内側でも溶融した状態が維持されるので、隙間なく半田が隙間Hを流れ、隙間Hを含む筒状電極120−1と超電導ケーブル110との間に充填される。このときの半田の注入量は、筒状電極120(120−1、120−2)及び各超電導導体層の外径、各超電導導体層を形成する複数の超電導テープ間の隙間Gに充填される量、パッキン材170間の量等に基づいて、筒状電極120の内周面122と超電導ケーブル110の最外層の超電導導体層との間に好適に充填される量として予め設定されている。隙間Hにおいて半田漏れが生じやすい筒状電極120の両端部と超電導ケーブル110との接続部分が、パッキン材160に加えてマスキング材170、更には、樹脂被覆層140とで完全に気密的に被覆されており、隙間Hには漏れ無く半田が注入される。
Next, the cylindrical electrode 120-1 is heated from the outside of the cylindrical electrode 120-1 by a heat source such as a heater. In this way, solder is injected from the
このように本実施の形態の超電導ケーブルの接続部100では、半田漏れの不具合は発生することなく、超電導テープの劣化もなく、接続抵抗も低く抑えることができる。
As described above, in the connecting
すなわち、超電導テープ113、115と筒状電極120との接続抵抗を低く抑えることが可能で、接続部分におけるジュール熱の発生を低減でき、さらに、ばらつくことがないため偏流が起きにくく、超電導ケーブル110に通電できる電流容量が低下することはない。
That is, the connection resistance between the
また、本実施の形態によれば、筒状電極120の内周面122と、筒状電極120内を通る超電導テープ113、115とが直接接続しているので、双方を接続する際の接続箇所を極力少なくすることができ、接続抵抗を極力低減できる。
In addition, according to the present embodiment, since the inner
このように、超電導ケーブル110の接続部100では、複数の超電導テープ113、115と筒状電極120とを半田を介して、接触抵抗を低減した状態で容易に好適に接続でき、確実で好適な通電容量を確保できる。
Thus, in the
<実施例1>
ハステロイ(登録商標)の基板上に、Al2O3層、LaMnO3層、MgO層、LaMnO3層、CeO2層を順に成膜してなる中間層を有し、この中間層上に、YBa2Cu3O7で表されるイットリウム系超電導体(YBCO層)からなる超電導層、銀の安定化層を順に成膜したREBayCu3Oz系超電導線材を、厚さ0.12[mm]×幅5[mm]で形成し、これを10本、銅製の外径19mmの芯材111に巻き付けて超電導テープの層(例えば、超電導導体層113)を構成した超電導ケーブル110と、銅製であり厚み3mmの筒状電極120と、を半田付けして上記構成の接続部100を組み立てた。この接続部100の組立に際し、まず、超電導ケーブル110を筒状電極に挿入して、筒状電極120の内周面の端部と、超電導導体層(超電導テープ113による層)との間に、テフロン(登録商標)製のパッキン材160を埋設する。次いで、パッキン材160の埋設箇所を筒状電極120の外部から覆うように、筒状電極120の開口縁部と当該開口縁部から導出する超電導導体層の部位にマスキング材170を設けた。次いで、マスキング材170上に、樹脂被覆層140であるエポキシ被覆樹脂層を、筒状電極120の外面と超電導導体層に掛け渡して設けて、超電導導体層と筒状電極120の端部との間を覆った。その後、筒状電極に形成された半田注入孔124を介して、筒状電極の内周面122と超電導導体層との間に半田を充填して、半田を介して筒状電極120と超電導ケーブルの超電導導体層とを接続した。なお、超電導層は、Zrを含む50[nm]以下の酸化物粒子が磁束ピンニング点として分散している。
<Example 1>
On the Hastelloy (registered trademark) substrate, an Al 2 O 3 layer, an LaMnO 3 layer, an MgO layer, an LaMnO 3 layer, and a CeO 2 layer are formed in this order, and an YBa layer is formed on the intermediate layer. 2 Cu 3 yttrium-based superconductors represented by O 7 superconductor layer made of (YBCO layer), a REBa y Cu 3 O z superconducting wire obtained by sequentially depositing a stabilizing layer of silver, thickness 0.12 [mm ]
<比較例1>
実施例1の超電導ケーブルの接続部において、樹脂被覆層を用いずに、筒状電極を加熱して半田付けを行い超電導ケーブルと筒状電極とを接続した。
<Comparative Example 1>
In the connection part of the superconducting cable of Example 1, the cylindrical electrode was heated and soldered without using the resin coating layer, and the superconducting cable and the cylindrical electrode were connected.
<比較例2>
実施例1の超電導ケーブルの接続部において、マスキング材及び樹脂被覆層で筒状電極の両端部を覆うこと無く、筒状電極を加熱して半田付けを行い超電導ケーブルと筒状電極とを接続した。
<Comparative example 2>
In the connection part of the superconducting cable of Example 1, the cylindrical electrode was heated and soldered without covering both ends of the cylindrical electrode with the masking material and the resin coating layer, thereby connecting the superconducting cable and the cylindrical electrode. .
実施例1の接続部を目視にて確認した結果、接続部から外部に半田が漏れ出すことはなかった。一方、比較例1の接続部を目視にて確認した結果、接続部から外部に半田が漏れ出す箇所が一部存在した。また、比較例2の接続部を目視にて確認した結果、接続部から外部に半田が漏れ出す箇所が多数存在した。さらに、液体窒素中(@77K)に浸漬した状態で、各超電導線材と筒状電極との接続抵抗を、直流4端子法で測定(例えば、半田付けした接続部分を挟むように、リードケーブル130或いは筒状電極120の外面と、筒状電極から導出する超電導導体層との間のそれぞれに直流電流計、直流電圧計を接続してそれぞれの値に基づいて測定)したところ、比較例1、2に比べて実施例1の接続抵抗の値ははるかに小さい値を示した。
As a result of visually confirming the connection portion of Example 1, solder did not leak out from the connection portion. On the other hand, as a result of visually confirming the connection portion of Comparative Example 1, there was a portion where solder leaked to the outside from the connection portion. Moreover, as a result of visually confirming the connection part of Comparative Example 2, there were many places where solder leaked to the outside from the connection part. Furthermore, in the state immersed in liquid nitrogen (@ 77K), the connection resistance between each superconducting wire and the cylindrical electrode is measured by the direct current four-terminal method (for example, the
これにより、マスキング材、樹脂被覆層で筒状電極120−1の両端部を覆うことで、半田漏れが防止されて、接続抵抗が小さくできることがわかった。 Thus, it was found that by covering both ends of the cylindrical electrode 120-1 with a masking material and a resin coating layer, solder leakage is prevented and the connection resistance can be reduced.
本発明に係る超電導ケーブルの接続部は、超電導線材を芯材の周囲に巻き付けた超電導ケーブルと電極とを、半田漏れが発生することなく、接続抵抗を低く抑えて、超電導特性を劣化させずに接続する効果を有し、多層の超電導ケーブルの接続部として有用である。 The connection part of the superconducting cable according to the present invention is such that the superconducting cable and the electrode in which the superconducting wire is wound around the core material, the solder resistance does not occur, the connection resistance is kept low, and the superconducting characteristics are not deteriorated. It has an effect of connection and is useful as a connection part of a multilayer superconducting cable.
100 接続部
110 超電導ケーブル
111 芯材
112、114、116 押えテープ
113、115 超電導テープ
120、120−1、120−2 筒状電極
120a、120b 端部
122 内周面
124 半田注入孔
126 空気孔
128 確認孔
130、130−1、130−2 リードケーブル
140、140−1、140―2、140−3、140−4 樹脂被覆層
150 半田層
160 パッキン材
170 マスキング材
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記超電導ケーブルが挿入され、前記超電導導体層と接合される筒状電極と、
を有し、
前記超電導導体層と前記筒状電極とは半田付け接合により接合され、
前記筒状電極の外面と前記超電導導体層に掛け渡して設けられ、前記超電導線材と前記筒状電極の端部との間を覆う樹脂被覆層を備える、
超電導ケーブルの接続部。 A superconducting cable having a superconducting conductor layer formed by winding a plurality of superconducting wires in a circle around the core; and
A cylindrical electrode into which the superconducting cable is inserted and joined to the superconducting conductor layer;
Have
The superconducting conductor layer and the cylindrical electrode are joined by solder joint,
A resin coating layer provided between the outer surface of the cylindrical electrode and the superconducting conductor layer and covering between the superconducting wire and an end of the cylindrical electrode;
Superconducting cable connection.
請求項1記載の超電導ケーブルの接続部。 The resin coating layer is an epoxy resin.
The connection part of the superconducting cable according to claim 1.
請求項1または2に記載の超電導ケーブルの接続部。 A masking material is provided between the outer surface of the superconducting conductor layer and the connecting portion at the end of the inner peripheral surface of the cylindrical electrode, and the resin coating layer.
The connection part of the superconducting cable according to claim 1 or 2.
請求項3記載の超電導ケーブルの接続部。 The masking material is a synthetic rubber material containing no ammonia.
The connection part of the superconducting cable according to claim 3.
請求項1から4のいずれか一項に記載の超電導ケーブルの接続部。 The superconducting wire is provided with a superconducting layer via an intermediate layer on the substrate, and the substrate is wound toward the inner peripheral side so that the superconducting layer is disposed on the outer peripheral side,
The connection part of the superconducting cable as described in any one of Claim 1 to 4.
前記超電導ケーブルを前記筒状電極に挿入し、前記筒状電極の内周面の端部と、当該筒状電極内の前記超電導導体層との間にパッキン材を埋設し、
前記パッキン材の埋設箇所を前記筒状電極の外部から覆うように、前記筒状電極の開口縁部と当該開口縁部から導出する前記超電導導体層の部位に跨がってマスキング材を設け、
前記マスキング材上に、樹脂被覆層を、前記筒状電極の外面と前記超電導導体層に掛け渡して設けて、前記超電導導体層と前記筒状電極の端部との間を覆った後で、
前記筒状電極に形成された半田注入孔を介して、前記筒状電極の内周面と前記超電導導体層との間に半田を充填する、
超電導ケーブルの組立方法。 A superconducting wire having a superconducting conductor layer comprising a superconducting wire on a substrate, the superconducting wire having a superconducting wire wound around the core so that the superconducting layer is arranged on the outer peripheral side so as to be disposed on the outer peripheral side. In a method of assembling a superconducting cable in which a cable is inserted into a cylindrical electrode to connect the cylindrical electrode and the superconducting conductor layer,
Inserting the superconducting cable into the cylindrical electrode, burying a packing material between the end portion of the inner peripheral surface of the cylindrical electrode and the superconducting conductor layer in the cylindrical electrode,
In order to cover the embedded portion of the packing material from the outside of the cylindrical electrode, a masking material is provided across the opening edge of the cylindrical electrode and the portion of the superconducting conductor layer derived from the opening edge,
On the masking material, a resin coating layer is provided across the outer surface of the cylindrical electrode and the superconducting conductor layer, and after covering between the superconducting conductor layer and the end of the cylindrical electrode,
Filling the space between the inner peripheral surface of the cylindrical electrode and the superconducting conductor layer via the solder injection hole formed in the cylindrical electrode,
Assembling method of superconducting cable.
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|---|---|---|---|---|
| CN113689990A (en) * | 2021-08-27 | 2021-11-23 | 深圳供电局有限公司 | High temperature superconducting tape connected ring electrode device |
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