JP3172893B2 - Superconducting current lead - Google Patents
Superconducting current leadInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は超電導電磁石に電流を供
給する際に用いられる超電導電流リード体に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting current lead used for supplying a current to a superconducting magnet.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、超電導電磁石ではヘリウムを用
いて極低温に冷却されており、このため、超電導電磁石
に電流を供給する超電導電流リードには酸化物セラミッ
クスが用いられている。2. Description of the Related Art In general, superconducting electromagnets are cooled to extremely low temperatures using helium. For this reason, oxide ceramics are used for superconducting current leads for supplying current to the superconducting magnet.
【0003】ここで、図5を参照して、超電導電磁石の
構成について概説する。Here, the configuration of the superconducting electromagnet will be outlined with reference to FIG.
【0004】真空容器11内にはコイル巻枠12が配設
され、このコイル巻枠12には所謂超電導コイル13が
巻かれている。図示のようにコイル12の外周面には外
周冷却用銅ブロック14が装着され、外周冷却用銅ブロ
ック14は巻枠12とともに冷却ステージ15に装着さ
れている。そして、この冷却ステージ15は冷媒(例え
ば、ヘリウム)通路管部16に支持されている。[0004] A coil winding frame 12 is provided in the vacuum vessel 11, and a so-called superconducting coil 13 is wound around the coil winding frame 12. As shown, an outer peripheral cooling copper block 14 is mounted on the outer peripheral surface of the coil 12, and the outer peripheral cooling copper block 14 is mounted on the cooling stage 15 together with the bobbin 12. The cooling stage 15 is supported by a refrigerant (for example, helium) passage tube 16.
【0005】さらに、冷却ステージ15には一対の電極
(以下この電極を低温側電極と呼ぶ)17a及び17b
が絶縁体(図示せず)を介して支持され、図示はしない
がこれら低温側電極17a及び17bはコイル13に接
続されている。冷却ステージ15の下側には別の冷却ス
テージ18が冷媒通路管部16に支持されており、この
冷却ステージ18には一対の電極(以下この電極を高温
側電極と呼ぶ)19a及び19bが絶縁体(図示せず)
を介して支持されている。低温側電極17aと高温側電
極19aとの間には電流リードバルク20aが装着され
ており、これら低温側電極17a、高温側電極19a、
及び電流リードバルク20aによって超電導電流リード
が構成される。同様に、低温側電極17bと高温側電極
19bとの間には電流リードバルク20bが装着されて
おり、これら低温側電極17b、高温側電極19b、及
び電流リードバルク20bによって超電導電流リードが
構成される。Further, a pair of electrodes (hereinafter referred to as low-temperature side electrodes) 17a and 17b
Are supported via an insulator (not shown). Although not shown, these low-temperature electrodes 17 a and 17 b are connected to the coil 13. Below the cooling stage 15, another cooling stage 18 is supported by the refrigerant passage tube portion 16, and a pair of electrodes (hereinafter, this electrode is referred to as a high-temperature side electrode) 19a and 19b are insulated on the cooling stage 18. Body (not shown)
Is supported through. A current lead bulk 20a is mounted between the low-temperature side electrode 17a and the high-temperature side electrode 19a, and these low-temperature side electrode 17a, high-temperature side electrode 19a,
A superconducting current lead is constituted by the current lead bulk 20a. Similarly, a current lead bulk 20b is mounted between the low-temperature side electrode 17b and the high-temperature side electrode 19b, and the low-temperature side electrode 17b, the high-temperature side electrode 19b, and the current lead bulk 20b constitute a superconducting current lead. You.
【0006】図示のように、超電導コイル13は冷却ス
テージ18の外周端に支持された熱シールド板21によ
って覆われている。高温側電極19a及び19bには銅
製電流リード22が接続され(図5には高温側電極19
aに接続された銅製電流リード22のみを示す)、この
銅製電流リード22は真空容器11外に引き出されてい
る。なお、真空容器11の下側には所謂GM冷凍機23
が取り付けられ、この冷凍機23は冷媒通路管部16に
連結されている。As shown, the superconducting coil 13 is covered by a heat shield plate 21 supported on the outer peripheral end of the cooling stage 18. Copper current leads 22 are connected to the high-temperature electrodes 19a and 19b (FIG. 5 shows the high-temperature electrodes 19a and 19b).
Only the copper current lead 22 connected to a is shown), and this copper current lead 22 is drawn out of the vacuum vessel 11. The so-called GM refrigerator 23 is located below the vacuum vessel 11.
The refrigerator 23 is connected to the refrigerant passage tube 16.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、超電導電流
リードに用いられている電流リードバルクには一般に酸
化物セラミックスが用いられている。このため、電流リ
ードバルクは脆く、酸化物セラミックスは構造用セラミ
ックス、例えば、アルミナ、ジルコニア、又は窒化ケイ
素に比べてその強度が数分の1から10分の1程度であ
る。従って、実際に電流リードバルクを用いる際には、
熱応力を十分に低減させることが必要である。By the way, oxide ceramics are generally used for a current lead bulk used for a superconducting current lead. For this reason, the current lead bulk is brittle, and the strength of oxide ceramics is about several tenths to one-tenth that of structural ceramics, for example, alumina, zirconia, or silicon nitride. Therefore, when actually using the current lead bulk,
It is necessary to sufficiently reduce the thermal stress.
【0008】しかしながら、設計上完全に熱応力を取り
除くことは不可能であり、しかも輸送時等において、外
力が加わると、超電導電流リードが破損する恐れが大き
いという問題点がある。However, it is impossible to completely eliminate the thermal stress from the viewpoint of design, and there is a problem that the superconducting current lead is likely to be damaged when an external force is applied during transportation or the like.
【0009】上述のような不具合を防止するため、仮焼
粉に対してAg若しくはZrO2を添加した後成形して
焼結を行ってバルク体を得る方法が提案されているが、
Agを添加した場合、Agの熱伝導率が大きいことに起
因してバルク体自体の熱伝導率が大きくなってしまい、
電流リードとして用いることが不適当となってしまう。
一方、ZrO2を添加した場合には、臨界電流密度Jc
が低下してしまうという問題点がある。In order to prevent the above-mentioned problems, there has been proposed a method in which Ag or ZrO 2 is added to the calcined powder, followed by molding and sintering to obtain a bulk body.
When Ag is added, the thermal conductivity of the bulk body itself increases due to the high thermal conductivity of Ag,
It becomes unsuitable for use as a current lead.
On the other hand, when ZrO 2 is added, the critical current density Jc
Is reduced.
【0010】この点を解決するため、バルク体を熱伝導
率の小さな材料、例えば、ステンレス(SUS)又はガ
ラス繊維プラスチック(FRP)をバルク体の外周面に
補強材として配置することがある(バルク体が円筒形状
である場合にはFRPをその内周面に配置する)。しか
しながら、補強材とバルク体とは熱膨張率が大きくこと
なるため、熱膨張差によって熱応力が発生してしまうと
いう問題点がある。加えて、バルク体は焼結時に若干変
形する。この点を考慮して、補強材をバルク体毎に作製
しなければならず、作製が極めて面倒であるという問題
点がある。In order to solve this problem, a material having a low thermal conductivity, for example, stainless steel (SUS) or glass fiber plastic (FRP) may be disposed as a reinforcing material on the outer peripheral surface of the bulk material (bulk material). If the body is cylindrical, place the FRP on its inner peripheral surface). However, there is a problem that thermal stress is generated due to a difference in thermal expansion between the reinforcing member and the bulk body because the coefficient of thermal expansion is large. In addition, the bulk body deforms slightly during sintering. In consideration of this point, the reinforcing material must be manufactured for each bulk body, and there is a problem that the manufacturing is extremely troublesome.
【0011】本発明の目的は破損等の恐れが極めて少な
い超電導電流リードを提供することにある。It is an object of the present invention to provide a superconducting current lead that is extremely unlikely to be damaged or the like.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、超電導
磁石に電流を供給する際に用いられる超電導電流リード
であって、両端に電極が形成された中空のセラミック製
導体部を備え、前記電極の一部を除いて前記セラミック
製導体部は前記電極とともに樹脂モールドされ、前記樹
脂モールドにはセラミックス粉が添加されていることを
特徴とする超電導電流リード体が得られる。According to the present invention, there is provided a superconducting current lead used for supplying a current to a superconducting magnet, comprising a hollow ceramic conductor having electrodes formed at both ends thereof. the ceramic conductor portion except for a portion of the electrode is resin-molded together with the electrode, the tree
The fat mold superconducting current lead body characterized in that the ceramic powder is added is obtained.
【0013】[0013]
【作用】本発明では、セラミック製導体部を電極の一部
を除いて電極とともに樹脂モールドしたから、応力に対
する強度が増し、しかも樹脂モールドにセラミック粉を
添加することによって樹脂モールドの熱膨張率とセラミ
ック製導電体の熱膨張率をほぼ同じにすることができ、
その結果、熱応力の発生がほとんどない。According to the present invention, since the ceramic conductor is resin-molded together with the electrode except for a part of the electrode, the strength against stress is increased, and the thermal expansion coefficient of the resin mold is increased by adding ceramic powder to the resin mold. The coefficient of thermal expansion of the ceramic conductor can be almost the same,
As a result, almost no thermal stress is generated.
【0014】[0014]
【実施例】以下本発明について実施例によって説明す
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to embodiments.
【0015】まず、図1を参照して、本発明による超電
導電流リードは円筒形状の電流リードバルク(超電導
体)30を備えており、超電導体30の両端部近傍外周
面にはそれぞれ銀電極部31が形成されている。銀電極
部31を形成に当たっては、超電導体30との接触抵抗
を低減させるため、超電導体30への銀テープの巻き付
け又は銀溶射等を行った後熱処理されて銀電極部31が
形成される。各銀電極部31には銅電極32が取り付け
られている。銅電極32は円環状部32aと接続部32
bとを備えており、円環状部32aによって銀電極部3
1が挟持されている。銅電極32の一方は図5に示す超
電導コイルに接続部32bで接続され、銅電極32の他
方は図5に示す銅製電流リードに接続部32bで接続さ
れる(なお、銅製電流リードは室温から77Kまでの範
囲で用いられる)。First, referring to FIG. 1, a superconducting current lead according to the present invention includes a current lead bulk (superconductor) 30 having a cylindrical shape. 31 are formed. In forming the silver electrode portion 31, in order to reduce the contact resistance with the superconductor 30, a silver tape is wound around the superconductor 30 or silver spraying is performed, and then heat treatment is performed to form the silver electrode portion 31. A copper electrode 32 is attached to each silver electrode part 31. The copper electrode 32 includes an annular portion 32a and a connection portion 32.
b, and the silver electrode portion 3 is formed by the annular portion 32a.
1 is pinched. One of the copper electrodes 32 is connected to the superconducting coil shown in FIG. 5 at a connection portion 32b, and the other of the copper electrodes 32 is connected to a copper current lead shown in FIG. 5 at a connection portion 32b. Used up to 77K).
【0016】ここで、図2を参照して、上述のように得
られた超電導電流リードは接続部32bの一部を残して
溶融樹脂に所定の時間浸漬され、その後引き上げられて
樹脂硬化が行われる。このような操作を少なくとも一回
行って図2に太線で示すように樹脂モールド層33を形
成する。上述の樹脂にはセラミック粉が適宜添加され、
これによって、超電導体30の熱膨張率と樹脂モールド
層33の熱膨張率とを近似させる。Here, referring to FIG. 2, the superconducting current lead obtained as described above is immersed in the molten resin for a predetermined time while leaving a part of the connection portion 32b, and then pulled up to cure the resin. Will be By performing such an operation at least once, the resin mold layer 33 is formed as shown by a thick line in FIG. Ceramic powder is appropriately added to the above resin,
Thereby, the coefficient of thermal expansion of the superconductor 30 and the coefficient of thermal expansion of the resin mold layer 33 are approximated.
【0017】ところで、図1に示す状態の超電導電流リ
ードは一般にA点に応力が集中して、その結果、破損に
至る場合が多い。一方、図2に示す状態の超電導電流リ
ードでは樹脂モールド層33によって電極を含めて超電
導体30全体が補強されているので、A点への応力集中
が緩和され、破損に至ることが極めて少ない。さらに、
超電導体30の熱膨張率と樹脂モールド層33の熱膨張
率とはほぼ同じであるので、熱応力が生じることがな
い。更に、超電導体30が中空であることにより、円柱
状のものに比べて高電流を流すことができるという利点
もある。これは、円柱状の超電導体の場合、その中心軸
に近い領域では結晶の配向性がばらばらであるのに対
し、超電導体30が中空であると、その成形に際して結
晶が一方向に配列されることにより配向性が良くなるか
らである。 By the way, in the superconducting current lead in the state shown in FIG. 1, stress is generally concentrated at point A, and as a result, the lead often breaks. On the other hand, in the superconducting current lead in the state shown in FIG. 2, since the entire superconductor 30 including the electrodes is reinforced by the resin mold layer 33, stress concentration at the point A is alleviated, and breakage is extremely small. further,
Since the thermal expansion coefficient of the superconductor 30 and the thermal expansion <br/> of the resin molded layer 33 is substantially the same, never thermal stress occurs. Furthermore, since the superconductor 30 is hollow, it has a cylindrical shape.
Of high current flow compared to the shape
There is also. This is the central axis of a cylindrical superconductor.
In the region close to, the orientation of the crystal is
However, if the superconductor 30 is hollow,
Does orientation improve when crystals are arranged in one direction?
It is.
【0018】ここで、図3を参照して、図2に示す超電
導電流リードの取り付けについて具体的に説明する。な
お、図2において、図5と同一の構成要素については同
一の参照番号を付して説明を省略する。Here, the attachment of the superconducting current lead shown in FIG. 2 will be specifically described with reference to FIG. In FIG. 2, the same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【0019】冷却ステージ15には低温側電極17aが
絶縁体17cを介して支持され、低温側電極17aは超
電導コイルに接続されている。同様に、冷却ステージ1
8には高温側電極19aが絶縁体19cを介して支持さ
れている。そして、低温側電極17aと高温側電極19
aとの間には図2に示す超電導電流リード40が配置さ
れる。The low-temperature side electrode 17a is supported on the cooling stage 15 via an insulator 17c, and the low-temperature side electrode 17a is connected to a superconducting coil. Similarly, cooling stage 1
8, a high-temperature side electrode 19a is supported via an insulator 19c. Then, the low-temperature side electrode 17a and the high-temperature side electrode 19
A superconducting current lead 40 shown in FIG.
【0020】超電導電流リード40を低温側電極17a
及び高温側電極19aに取り付ける際には、図4に示す
ように別にリング状電極41を準備する。このリング状
電極41は円環状部41aと接続部41bとを備えてお
り、接続部41bが銅電極32の接続部32bとボルト
42にて固定される。そして、リング状電極41の円環
状部41aにそれぞれ低温側電極17a及び高温側電極
19aを挿入した後半田で固定する。The superconducting current lead 40 is connected to the low-temperature side electrode 17a.
When attaching to the high-temperature side electrode 19a, a ring-shaped electrode 41 is separately prepared as shown in FIG. The ring electrode 41 is provided with a connection portion 41b and the annular portion 41a, connecting portions 41b are manually fixed to the connecting portion 32b and the bolt 42 of the copper electrode 32. Then, after inserting the low-temperature side electrode 17a and the high-temperature side electrode 19a into the annular portion 41a of the ring-shaped electrode 41, respectively, they are fixed with solder.
【0021】[0021]
【発明の効果】以上説明したように、本発明ではセラミ
ック製導体部(電流リードバルク)を電極の一部を除い
て電極とともに樹脂モールドしたから、応力に対する強
度が増し、しかも樹脂モールドにセラミック粉を添加す
ることによって樹脂モールドの熱膨張率とセラミック製
導電体の熱膨張率をほぼ同じにすることができ、その結
果、熱応力の発生がほとんどないという効果がある。ま
た、超電導体が中空であることにより、円柱状のものに
比べて高電流を流すことができるという効果が得られ
る。 As described above, in the present invention, since the ceramic conductor (current lead bulk) is resin-molded together with the electrodes except for a part of the electrodes, the strength against stress is increased, and the ceramic powder is added to the resin mold. It can be substantially the same thermal expansion coefficient of the thermal expansion coefficient of the ceramic Seishirube collector of the resin mold by adding, as a result, there is an effect that occurrence of thermal stress is hardly. Ma
In addition, since the superconductor is hollow, it becomes cylindrical.
The effect that a higher current can be flowed is obtained.
You.
【図1】本発明による超電導電流リードを樹脂モールド
する前の状態で示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a superconducting current lead according to the present invention in a state before resin molding.
【図2】本発明による超電導電流リードを樹脂モールド
された後の状態で示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a superconducting current lead according to the present invention in a state after resin molding.
【図3】本発明による超電導電流リードの取り付けを説
明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining attachment of a superconducting current lead according to the present invention.
【図4】本発明による超電導電流リードの取り付けの際
用いられるリング状電極について説明するための図であ
る。FIG. 4 is a diagram for explaining a ring-shaped electrode used when attaching a superconducting current lead according to the present invention.
【図5】超電導電磁石装置を概略的に示す図である。FIG. 5 is a diagram schematically showing a superconducting electromagnet device.
11 真空容器 12 コイル巻枠 13 超電導コイル 14 外周冷却用銅ブロック 15 冷却ステージ 16 冷媒通路管部 17a,17b 低温側電極 18 冷却ステージ 19a,19b 高温側電極 20a,20b 電流リードバルク 21 熱シールド板 22 銅製電流リード 23 GM冷凍機23 30 電流リードバルク(超電導体) 31 銀電極部 32 銅電極 32a 円環状部 32b 接続部 33 樹脂モールド層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Vacuum container 12 Coil winding frame 13 Superconducting coil 14 Peripheral cooling copper block 15 Cooling stage 16 Refrigerant passage tube part 17a, 17b Low-temperature side electrode 18 Cooling stage 19a, 19b High-temperature side electrode 20a, 20b Current lead bulk 21 Heat shield plate 22 Copper current lead 23 GM refrigerator 23 30 Current lead bulk (superconductor) 31 Silver electrode part 32 Copper electrode 32a Annular part 32b Connection part 33 Resin mold layer
Claims (1)
れる超電導電流リードであって、両端に電極が形成され
た中空のセラミック製導体部を備え、前記電極の一部を
除いて前記セラミック製導体部は前記電極とともに樹脂
モールドされ、前記樹脂モールドにはセラミックス粉が
添加されていることを特徴とする超電導電流リード体。1. A superconducting current lead for use in supplying a current to a superconducting magnet, comprising: a hollow ceramic conductor portion having electrodes formed at both ends; The conductor is resin-molded together with the electrodes, and the resin mold contains ceramic powder.
A superconducting current lead, wherein the lead is added .
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- 1992-10-22 JP JP28446092A patent/JP3172893B2/en not_active Expired - Fee Related
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