JP5118412B2 - Assembled conductor of oxide superconducting wire and method for producing the assembled conductor - Google Patents
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Description
本発明は、酸化物超電導素線を複数集合化した集合化導体、及びこの集合化導体の製造方法に関する。 The present invention relates to an assembly conductor in which a plurality of oxide superconducting wires are assembled, and a method for manufacturing the assembly conductor.
近年、超電導線材を用いた電力応用機器として、種々の機器装置の開発が進められている。例えば、超電導磁気エネルギー貯蔵装置(Superconducting Magnetic Energy Storage、以下SMESと略称する)は、他のエネルギー貯蔵装置と比べてエネルギーの貯蔵効率が高い、エネルギーの出し入れ速度が速い等の特徴を有しており、精力的に開発が進められている。また、変圧器に代表される交流コイル、電動機や発電機に代表される超電導回転機、常電導時高抵抗線材を使用した限流器等の開発も進められている。 In recent years, various devices have been developed as power application devices using superconducting wires. For example, a superconducting magnetic energy storage device (hereinafter abbreviated as SMES) has features such as higher energy storage efficiency and faster energy loading / unloading speed than other energy storage devices. Development is underway energetically. In addition, development of AC coils typified by transformers, superconducting rotating machines typified by electric motors and generators, current limiters using high-resistance wires during normal conduction, and the like are also under development.
このような電力応用機器に、NbTiやNb3Snなどの金属系超電導線材を用いた場合は、冷却材として液体ヘリウムを用いて4.2K又はそれに近い温度まで線材を冷却しなければ超電導状態にならないため、冷却コストが増大し、実用化の弊害となっている。一方、Bi系やY系の酸化物超電導線材は、超電導転移温度が高く、超電導状態にするための冷却材として77.3Kの液体窒素を用いることができるため、冷却コストを大幅に低減可能である。例えば、Y系酸化物超電導テープ線材の場合、典型的なものは、テープ幅が10mmで、液体窒素により77.3Kまで冷却し、外部磁界0Tとした場合の臨界電流が約100〜300Aという超電導特性を有するものが入手可能であり、例えばパンケーキコイル等として利用できる。 When a metal-based superconducting wire such as NbTi or Nb 3 Sn is used for such power application equipment, it will be in a superconducting state unless the wire is cooled to a temperature close to 4.2 K using liquid helium as a coolant. Therefore, the cooling cost increases, which is an adverse effect of practical use. On the other hand, Bi-based and Y-based oxide superconducting wires have a high superconducting transition temperature and can use 77.3K liquid nitrogen as a coolant for achieving a superconducting state, so that the cooling cost can be greatly reduced. is there. For example, in the case of a Y-based oxide superconducting tape wire, a typical superconducting material having a tape width of 10 mm, a critical current of about 100 to 300 A when cooled to 77.3 K with liquid nitrogen and an external magnetic field of 0 T is used. Those having characteristics are available and can be used as, for example, pancake coils.
また、一般に、NbTiやNb3Sn等の金属系超電導線材の場合は、臨界電流を超える電流が流れると即座に常電導転移を起こし、超電導状態が保てなくなってしまう。そのため、例えばこのような金属系超電導線材を用いてSMESを構成した場合、臨界電流を超える電流が流れると即座に常電導転移を起こしてコイルに蓄積されていたエネルギーが放出されてしまう。一方、Y系酸化物超電導テープ線材の場合は、臨界電流を超える電流を流しても磁束流領域と称される電流範囲であれば、常電導転移を生じることなく超電導状態を維持することができる。そこで、このようなY系酸化物超電導テープ線材の利点を活かした応用が期待されている。 In general, in the case of a metal-based superconducting wire such as NbTi or Nb 3 Sn, if a current exceeding the critical current flows, a normal conducting transition occurs immediately and the superconducting state cannot be maintained. Therefore, for example, when the SMES is configured using such a metal-based superconducting wire, when a current exceeding the critical current flows, the normal conduction transition occurs immediately and the energy accumulated in the coil is released. On the other hand, in the case of a Y-based oxide superconducting tape wire, a superconducting state can be maintained without causing a normal conducting transition as long as it is in a current range called a magnetic flux flow region even if a current exceeding the critical current is passed. . Therefore, applications utilizing the advantages of such Y-based oxide superconducting tape wires are expected.
また、SMESや変圧器等の各種電力応用機器に適用する場合には、さらなる電流の増大が求められている。そこで、超電導線材を複数本並列接続して集合化し、全体として流すことのできる許容電流を増大させることが考えられている(例えば、特許文献1参照。)。
ところで、複数の超電導素線を並列接続するためには、その接続部分で銅などの常電導材料の電極が用いられ、所定長の超電導素線を得るために複数の超電導素線を直列接続する場合にも、その接続部分で常電導材料の電極が用いられる。また、このような超電導素線を外部の回路と接続するためにも、必ず常電導材料の電極と接続する必要が生じる。そうすると、各超電導素線そのものは超電導状態であって抵抗がゼロであっても、各超電導素線と各電極との接続抵抗にわずかでもばらつきがあると、各超電導素線に流れる電流に偏りが生じ、一部の超電導素線に大きな電流が流れる電流偏流が生じる。 By the way, in order to connect a plurality of superconducting strands in parallel, an electrode made of a normal conducting material such as copper is used at the connecting portion, and a plurality of superconducting strands are connected in series in order to obtain a superconducting strand having a predetermined length. Even in this case, an electrode made of a normal conducting material is used at the connecting portion. Further, in order to connect such a superconducting element wire to an external circuit, it is necessary to always connect it to an electrode made of a normal conducting material. Then, even if each superconducting wire itself is in a superconducting state and the resistance is zero, if there is a slight variation in the connection resistance between each superconducting wire and each electrode, the current flowing through each superconducting wire will be biased. As a result, current drift occurs in which a large current flows in some superconducting wires.
そうすると、偏流により最も大きな電流が流れる超電導素線の臨界電流によって、集合化導体全体に流すことのできる電流が制限されるため、集合化導体の臨界電流は、集合化された超電導素線の臨界電流の合計を下回ってしまうという不都合があった。 As a result, the critical current of the superconducting element wire through which the largest current flows due to the drift current limits the current that can flow through the entire assembly conductor. There was an inconvenience that the total current was lower.
本発明は、このような事情に鑑みて為された発明であり、複数の酸化物超電導線材を用いつつ、電流偏流を低減することができる酸化物超電導素線の集合化導体を提供することを目的とする。そして、このような酸化物超電導素線の集合化導体の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an aggregated conductor of oxide superconducting wires capable of reducing current drift while using a plurality of oxide superconducting wires. Objective. And it aims at providing the manufacturing method of the assembly conductor of such an oxide superconducting strand.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、複数の酸化物超電導素線と、複数の酸化物超電導素線の両端にそれぞれ接続される複数の電極との間の接続抵抗を、所定の抵抗値範囲にすることにより、複数の酸化物超電導素線間の電流偏流を低減することができることを見出した。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have determined connection resistances between a plurality of oxide superconducting element wires and a plurality of electrodes respectively connected to both ends of the plurality of oxide superconducting element wires. The inventors have found that current drift between a plurality of oxide superconducting wires can be reduced by setting the resistance value range within a predetermined range.
すなわち、本発明に係る酸化物超電導素線の集合化導体は、並列接続するための複数の酸化物超電導素線と、前記複数の酸化物超電導素線の両端にそれぞれ接続される電極とを備え、前記各酸化物超電導素線の長さをL(mm)、外部磁界0Tにおける0.01μV/mm基準での各酸化物超電導素線の臨界電流をIc(A)とした場合、前記各酸化物超電導素線と当該各酸化物超電導素線の両端にそれぞれ接続された電極との接続抵抗R(Ω)は、当該各酸化物超電導素線の使用温度において、それぞれ以下の式(1)で示す条件を満たし、前記各酸化物超電導素線が、前記両端にそれぞれ接続された電極を介して並列に接続され、集合化されている。
0.01×0.01×10−6×L/Ic≦R≦5×0.01×10−6×L/Ic ・・・(1)
この構成によれば、複数の酸化物超電導線材を用いつつ、電流偏流を低減することができる。
That is, an assembly conductor of oxide superconducting wires according to the present invention includes a plurality of oxide superconducting wires for parallel connection and electrodes respectively connected to both ends of the plurality of oxide superconducting wires. When the length of each oxide superconducting wire is L (mm) and the critical current of each oxide superconducting wire on the basis of 0.01 μV / mm in an external magnetic field of 0 T is Ic (A), The connection resistance R (Ω) between the superconducting element wire and the electrodes connected to both ends of each oxide superconducting wire is expressed by the following formula (1) at the operating temperature of each oxide superconducting wire, respectively. Each of the oxide superconducting wires is connected in parallel through electrodes connected to both ends, and is assembled.
0.01 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic ≦ R ≦ 5 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic (1)
According to this configuration, current drift can be reduced while using a plurality of oxide superconducting wires.
また、前記接続抵抗R(Ω)は、以下の式(2)で示す条件を満たすことが好ましい。
0.1×0.01×10−6×L/Ic≦R≦2×0.01×10−6×L/Ic ・・・(2)
この構成によれば、電流偏流をさらに低減することができる。
Moreover, it is preferable that the connection resistance R (Ω) satisfies the condition represented by the following formula (2).
0.1 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic ≦ R ≦ 2 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic (2)
According to this configuration, current drift can be further reduced.
また、前記酸化物超電導素線と前記電極とは、ビスマス(Bi)含有合金を用いたはんだによって、はんだ付けされていることが好ましい。また、前記はんだは、ビスマス(Bi)と錫(Sn)との合金であることが好ましい。また、前記はんだは、ビスマス(Bi)とインジウム(In)との合金としてもよい。 The oxide superconducting element wire and the electrode are preferably soldered with solder using a bismuth (Bi) -containing alloy. The solder is preferably an alloy of bismuth (Bi) and tin (Sn). The solder may be an alloy of bismuth (Bi) and indium (In).
この構成によれば、接続抵抗Rのばらつきを低減することができる。 According to this configuration, variations in connection resistance R can be reduced.
また、前記複数の酸化物超電導素線を、並列に接続する接続部をさらに備えることが好ましい。この構成によれば、接続部によって、複数の酸化物超電導素線が並列に接続されて集合化導体が構成され、単一の酸化物超電導素線に流せる電流よりも集合化導体に流せる電流を増大させることができる。 Moreover, it is preferable to further provide a connection part for connecting the plurality of oxide superconducting wires in parallel. According to this configuration, a plurality of oxide superconducting wires are connected in parallel by the connecting portion to form an assembly conductor, and a current that can be passed through the assembly conductor is greater than a current that can be passed through a single oxide superconducting wire. Can be increased.
また、本発明に係る酸化物超電導素線の集合化導体の製造方法は、複数の酸化物超電導素線の両端部と複数の電極とを、ビスマス(Bi)を含有するはんだを用いて100℃〜200℃の範囲内における所定の温度ではんだ付けすることにより、前記複数の酸化物超電導素線の両端部と複数の電極とを接続し、前記複数の電極を介して前記複数の酸化物超電導素線を並列に接続することにより、前記複数の酸化物超電導素線を集合化し、前記各酸化物超電導素線の長さをL(mm)、外部磁界0Tにおける0.01μV/mm基準での各酸化物超電導素線の臨界電流をIc(A)とした場合、前記各酸化物超電導素線と当該各酸化物超電導素線の両端にそれぞれ接続された電極との接続抵抗R(Ω)を、当該各酸化物超電導素線の使用温度において、それぞれ以下の式(1)で示す条件を満たすように設定するものである。
0.01×0.01×10 −6 ×L/Ic≦R≦5×0.01×10 −6 ×L/Ic ・・・(1)
Moreover, the manufacturing method of the assembly conductor of the oxide superconducting wire which concerns on this invention is 100 degreeC using the solder containing bismuth (Bi) for the both ends and several electrodes of a some oxide superconducting wire. By soldering at a predetermined temperature within a range of ˜200 ° C., both ends of the plurality of oxide superconducting wires are connected to a plurality of electrodes, and the plurality of oxide superconductivity is connected via the plurality of electrodes. By connecting the strands in parallel, the plurality of oxide superconducting strands are assembled, and the length of each of the oxide superconducting strands is L (mm) on the basis of 0.01 μV / mm at an external magnetic field of 0T. When the critical current of each oxide superconducting element wire is Ic (A), the connection resistance R (Ω) between each of the oxide superconducting element wires and electrodes connected to both ends of each of the oxide superconducting element wires At the operating temperature of each oxide superconducting wire. And are set so as to satisfy the conditions represented by the following formula (1) .
0.01 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic ≦ R ≦ 5 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic (1)
この構成によれば、複数の酸化物超電導線材を用いつつ、電流偏流を低減することができる酸化物超電導素線の集合化導体を製造することができる。また、この構成によれば、接続抵抗Rのばらつきを低減することができる。
According to this configuration, it is possible to manufacture an aggregated conductor of oxide superconducting wires that can reduce current drift while using a plurality of oxide superconducting wires. Further, according to this configuration, it is possible to reduce variations in the connection resistance R.
また、前記はんだは、ビスマス(Bi)と錫(Sn)との合金であり、前記温度は、140℃〜200℃の範囲内の温度であることが好ましい。また、前記はんだは、ビスマス(Bi)とインジウム(In)との合金であり、前記温度は、100℃〜200℃の範囲内の温度であってもよい。この構成によれば、接続抵抗Rのばらつきを低減することができる。 The solder is an alloy of bismuth (Bi) and tin (Sn), and the temperature is preferably in the range of 140 ° C to 200 ° C. The solder may be an alloy of bismuth (Bi) and indium (In), and the temperature may be in the range of 100 ° C to 200 ° C. According to this configuration, variations in connection resistance R can be reduced.
また、前記接続抵抗R(Ω)は、前記酸化物超電導素線と前記電極との接続面積を調節することにより、設定されることが好ましい。この構成によれば、接続抵抗R(Ω)を、上述の条件を満たす抵抗値の範囲に設定することが容易である。 The connection resistance R (Ω) is preferably set by adjusting the connection area between the oxide superconducting element wire and the electrode. According to this configuration, it is easy to set the connection resistance R (Ω) within a resistance value range that satisfies the above-described conditions.
このような構成の酸化物超電導素線の集合化導体及びこの集合化導体の製造方法によれば、複数の酸化物超電導素線と、前記複数の酸化物超電導素線の両端にそれぞれ接続される複数の電極とを備え、前記各酸化物超電導素線の長さをL(mm)、外部磁界0Tにおける0.01μV/mm基準での臨界電流をIc(A)とした場合、前記酸化物超電導素線それぞれと前記電極それぞれとの接続抵抗R(Ω)は、0.01×0.01×10−6×L/Ic≦R≦5×0.01×10−6×L/Icとなる条件を満たすことにより、複数の酸化物超電導線材を用いつつ、電流偏流を低減することができる。 According to the assembly conductor of the oxide superconducting wire having such a configuration and the method of manufacturing the assembly conductor, the plurality of oxide superconducting wires are connected to both ends of the plurality of oxide superconducting wires. A plurality of electrodes, the length of each of the oxide superconducting wires is L (mm), and the critical current on the basis of 0.01 μV / mm at an external magnetic field of 0 T is Ic (A), the oxide superconductivity The connection resistance R (Ω) between each of the strands and each of the electrodes is 0.01 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic ≦ R ≦ 5 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic. By satisfying the conditions, current drift can be reduced while using a plurality of oxide superconducting wires.
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図1は、本発明の一実施形態に係る酸化物超電導素線の集合化導体の構成の一例、及びこの集合化導体の特性を測定するための測定回路を概念的に示した説明図である。また、図2は、図1に示す集合化導体の電極付近における拡大図、及びこの集合化導体の特性を測定するための測定回路を概念的に示した説明図である。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted. FIG. 1 is an explanatory diagram conceptually showing an example of the configuration of an aggregated conductor of oxide superconducting wires according to an embodiment of the present invention and a measurement circuit for measuring the characteristics of the aggregated conductor. . FIG. 2 is an enlarged view of the assembly conductor in the vicinity of the electrode shown in FIG. 1 and an explanatory diagram conceptually showing a measurement circuit for measuring the characteristics of the assembly conductor.
図1に示す集合化導体1は、酸化物超電導素線を集合化して得られる導体の一例であり、例えば、磁気エネルギー貯蔵、変圧器、核融合コイル等の超電導コイルに代表される液体窒素冷却型の超電導マグネット、及び冷凍機冷却型の超電導マグネット等の構成素材として用いられる酸化物超電導線材である。なお、本発明に係る酸化物超電導素線を集合化した適用例としては、パンケーキ状コイル等が挙げられる。
An assembled
図1に示す集合化導体1は、酸化物超電導素線11,21と、酸化物超電導素線11の両端にそれぞれ接続された電極12,13と、酸化物超電導素線21の両端にそれぞれ接続された電極22,23とを備えている。
The
酸化物超電導素線11,21は、例えば、厚さ100μm、幅10mm、長さ10mのハステロイ基板の上に、Gd−Zr酸化物を中間層として1μm堆積し、その上に厚さ0.5μmのCeO2層をキャップ層として形成し、その上に厚さ1μmのYBa2Cu3O7−x超電導膜をCVD(Chemical Vapor Deposition)装置により成膜し、最後に保護層としてAg層を成膜して得られたY系超電導テープ線材から切り出されて、作成されている。図1、図2は、酸化物超電導素線11,21を厚み方向から見て図示している。
For example, the
電極12,13,22,23は、例えば銅等の常電導材料によって構成されている。そして、酸化物超電導素線11と電極12とは、はんだ14によってはんだ付けされ、酸化物超電導素線11と電極13とは、はんだ15によってはんだ付けされている。また、酸化物超電導素線21と電極22とは、はんだ24によってはんだ付けされ、酸化物超電導素線21と電極23とは、はんだ25によってはんだ付けされている。
The
電極12,13,22,23は、例えば酸化物超電導素線11,21を、常電導の回路部に接続するための接続端子であってもよく、例えば複数の酸化物超電導素線を直列に接続して延長するための接続端子であってもよい。
The
なお、図1に示す集合化導体1では、後述する比較例1、及び実施例1〜3において、電流偏流の低減効果を確認するために、酸化物超電導素線11の両端すなわち電極12,13間に生じる電圧V1と、酸化物超電導素線21の両端すなわち電極22,23間に生じる電圧V2とを個別に測定する必要があることから、電極12と電極22、及び電極13と電極23を、それぞれ分離絶縁しているが、電極12と電極22、及び電極13と電極23をそれぞれ配線等の導体からなる接続部により接続することで、酸化物超電導素線11,21を並列接続する構成としてもむろんよい。また、電極12と電極22、電極13と電極23をそれぞれ単一の電極として構成し、例えば一の電極の一部を電極12、残りの一部を電極22とし、他の一の電極の一部を電極13、残りの一部を電極23として用いることで、単一の電極を接続部として用いてもよい。
In addition, in the
はんだ14,15,24,25としては、例えばSn−Ag−Cu、Bi−Sn、Bi−In等、種々のはんだを用いることができる。なお、本明細書において、「はんだ」とは、JIS Z 3001の定義に従い「450℃未満の低い融点をもつろう接用溶加材」を指し、「はんだ付」とは「はんだを用いて母材をできるだけ溶融しないで行う溶接方法」を指すこととする。
As the
酸化物超電導素線11,21と、電極12,13,22,23との接続部は、例えば幅10mm×長さ14mmの範囲にされている。なお、酸化物超電導素線11,21と、電極12,13,22,23との接続部の面積は、酸化物超電導素線の長さをL(mm)、外部磁界0Tにおける0.01μV/mm基準での臨界電流をIc(A)とした場合に、酸化物超電導素線と電極との接続抵抗R(Ω)が、以下の式(1)で示す条件を満たすような面積になっていればよく、幅10mm×長さ14mmに限らない。
A connecting portion between the
0.01×0.01×10−6×L/Ic≦R≦5×0.01×10−6×L/Ic ・・・(1)
このように、酸化物超電導素線と電極との接続抵抗R(Ω)を、酸化物超電導素線と電極との接続部の面積を調節することにより、式(1)で示す条件を満たすように設定する。
0.01 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic ≦ R ≦ 5 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic (1)
As described above, the connection resistance R (Ω) between the oxide superconducting element wire and the electrode is adjusted so as to satisfy the condition represented by the expression (1) by adjusting the area of the connecting portion between the oxide superconducting element wire and the electrode. Set to.
ここで、酸化物超電導素線の長さLとは、両端に接続された電極間に挟まれた酸化物超電導素線の長さを示し、例えば酸化物超電導素線11における長さLとは、図1において、符号X1で示す位置から符号X2で示す位置までの酸化物超電導素線11の長さを意味し、例えば酸化物超電導素線12における長さLとは、図1において、符号Y1で示す位置から符号Y2で示す位置までの酸化物超電導素線12の長さを意味している。
Here, the length L of the oxide superconducting wire indicates the length of the oxide superconducting wire sandwiched between the electrodes connected to both ends. For example, the length L of the
はんだ14,15,24,25として融点が130℃のBi−Snを用いた場合、はんだ付温度は140℃〜200℃の範囲が望ましく、例えば150℃とされる。また、はんだ14,15,24,25として融点が80℃のBi−Inを用いた場合、はんだ付温度は100℃〜200℃の範囲が望ましく、例えば120℃とされる。このように、はんだ付温度を200℃以下にすることにより、酸化物超電導素線11,21の劣化を低減することができる。はんだ付けの際には、はんだを溶融した後、酸化物超電導素線11及び電極12,13、酸化物超電導素線21及び電極22,23が、それぞれはがれないように両者を固定した状態で冷却することで、安定した接続抵抗が得られる。
When Bi-Sn having a melting point of 130 ° C. is used as the
このようにして得られた酸化物超電導素線の集合化導体1について、後述する比較例1、及び実施例1〜3に示す実験結果から、以下の知見が得られた。
The following findings were obtained from the experimental results shown in Comparative Example 1 and Examples 1 to 3 described below for the aggregated
第1の知見は、以下のものである。すなわち、集合化導体1を冷却して酸化物超電導素線11,21を超電導状態にした状態で、電極12から酸化物超電導素線11を介して電極13に至る電流経路L1と、電極22から酸化物超電導素線21を介して電極23に至る電流経路L2とを並列に接続して集合化し、この並列回路に電流を流すと、酸化物超電導素線11,21の抵抗値はゼロであるから、電流経路L1を流れる電流I1と電流経路L2を流れる電流I2とは、酸化物超電導素線11,21と電極12,13,22,23との間の各接続抵抗Rのバランスによって電流値に差異が生じ、すなわち電流偏流が生じることとなる。
The first finding is as follows. That is, in a state where the assembled
電流偏流をなくすためには、理想的には、各接続抵抗Rをすべてゼロにするか、各接続抵抗Rを完全に同一にすればよいが、実際の装置において、各接続抵抗Rをすべてゼロにしたり、各接続抵抗Rを完全に同一にすることは困難である。むしろ、各接続抵抗Rをゼロに近づけようとして抵抗値を減少させると、各接続抵抗R間のばらつきにより、逆に電流偏流が増大することが実験的に確認された。 In order to eliminate current drift, ideally, each connection resistance R should be all zero or each connection resistance R should be completely the same. However, in an actual device, each connection resistance R is all zero. It is difficult to make each connection resistance R completely the same. Rather, it has been experimentally confirmed that when the resistance value is decreased so as to bring each connection resistance R close to zero, current drift increases conversely due to variations among the connection resistances R.
そして、各接続抵抗Rを、磁束流抵抗によって酸化物超電導素線11,21に生じる電圧との関係で得られる抵抗値、具体的には、以下の式(3)の条件を満たす抵抗値にすることにより、電流経路L1,L2間の電流偏流を抑制することができることを見いだした。これは、従来の金属系超電導線材の偏流防止の対策としては知られていなかった知見である。
Then, each connection resistance R is set to a resistance value obtained in relation to a voltage generated in the oxide
R≧0.01×0.01×10−6×L/Ic ・・・(3)
但し、各酸化物超電導素線の長さ:L(mm)
外部磁界0Tにおける0.01μV/mm基準での臨界電流:Ic(A)
第2の知見は、以下のものである。
R ≧ 0.01 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic (3)
However, the length of each oxide superconducting wire: L (mm)
Critical current on the basis of 0.01 μV / mm at an external magnetic field of 0 T: Ic (A)
The second finding is as follows.
複数の酸化物超電導素線を作成した場合、各酸化物超電導素線の臨界電流Icにはばらつきが生じるため、全く臨界電流が等しい酸化物超電導素線を作成することは、困難である。また、酸化物超電導素線の抵抗値は、流れる電流が、臨界電流Icに近づくと僅かながら増大し、臨界電流Icを超えると急激に増大する性質がある。 When a plurality of oxide superconducting wires are created, the critical current Ic of each oxide superconducting wire varies, so it is difficult to create an oxide superconducting wire having the same critical current. The resistance value of the oxide superconducting element wire has a property that the flowing current slightly increases when the current approaches the critical current Ic and rapidly increases when the current exceeds the critical current Ic.
ここで、臨界電流がIc1の酸化物超電導素線11と、臨界電流がIc2の酸化物超電導素線21とを並列接続した場合、仮に、電極との接続抵抗Rがゼロオームであって、この並列回路には、酸化物超電導素線11,21自体に生じる抵抗のみしか存在しない理想的な条件を仮定する。そして、臨界電流Ic1が臨界電流Ic2より小さいものとする。そうすると、酸化物超電導素線11,21を流れる電流は、まず先に酸化物超電導素線11において、臨界電流Ic1に近くなる。そうすると、酸化物超電導素線11でわずかに抵抗が生じて酸化物超電導素線11を流れる電流が減少し、酸化物超電導素線21を流れる電流が増大するように、電流が分配される。
Here, when the oxide
このように、上述のような理想的な条件下では、酸化物超電導素線11,21を流れる電流は、臨界電流Ic1の付近で自動的にバランスするので、例え臨界電流Ic1と臨界電流Ic2とに差異があっても、酸化物超電導素線11に流れる電流を臨界電流Ic1近くまで増大させ、酸化物超電導素線21に流れる電流を臨界電流Ic2近くまで増大させることができる結果、酸化物超電導素線11,21の並列回路に(Ic1+Ic2)の電流を流すことができる。
In this way, under the ideal conditions as described above, the currents flowing through the
しかし、実際には、このような理想的な条件を実現することは困難であり、酸化物超電導素線と電極との接続抵抗Rが存在する。そして、電流経路L1,L2の抵抗値は、酸化物超電導素線11,21の抵抗値と接続抵抗Rとをそれぞれ加算したものとなる。そうすると電流経路L1,L2全体の抵抗値に対する酸化物超電導素線11,21自体の抵抗値の比率が相対的に小さくなる結果、一方の酸化物超電導素線11において、流れる電流が臨界電流Ic1に近くなって酸化物超電導素線11に抵抗が生じた場合であっても、上述のように酸化物超電導素線11で臨界電流Ic1を超えないような電流分配が生じ難くなる。そして、接続抵抗Rが増大するほど、相対的に酸化物超電導素線11自体の抵抗が酸化物超電導素線11,21間の電流配分に及ぼす影響が減少する結果、酸化物超電導素線11,21の並列回路に流すことのできる電流は、上述のような理想的な条件下において流れる電流(Ic1+Ic2)よりも減少する。このような事情は、酸化物超電導素線を三本以上並列接続した場合であっても同様である。
However, in practice, it is difficult to realize such ideal conditions, and there is a connection resistance R between the oxide superconducting element wire and the electrode. The resistance values of the current paths L1 and L2 are obtained by adding the resistance values of the
本願発明者らは、複数の酸化物超電導素線を並列接続した場合に、各酸化物超電導素線の接続抵抗Rを、以下の式(4)の条件を満たす抵抗値にすることにより、並列接続された複数の酸化物超電導素線に流すことのできる合計の電流値を増大させることができることを見いだした。 In the case where a plurality of oxide superconducting element wires are connected in parallel, the inventors of the present application change the connection resistance R of each oxide superconducting element wire to a resistance value that satisfies the following expression (4), thereby providing a parallel connection. It has been found that the total current value that can be passed through a plurality of connected oxide superconducting wires can be increased.
R≦5×0.01×10−6×L/Ic ・・・(4)
以上、第1及び第2の知見から、接続抵抗Rの値を、式(3)及び式(4)の条件を同時に満たす式(1)で示す範囲に設定することにより、電流経路L1,L2間の電流偏流を低減しつつ、酸化物超電導素線11,21それぞれについて臨界電流近傍まで電流を増大させることができ、すなわち集合化導体1に流すことのできる許容電流を増大させることができる。
R ≦ 5 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic (4)
As described above, from the first and second findings, the value of the connection resistance R is set in the range indicated by the expression (1) that satisfies the conditions of the expressions (3) and (4) at the same time. The current can be increased to near the critical current for each of the
ここで、式(1)から明らかなように、接続抵抗Rの適切な抵抗値の範囲は、酸化物超電導素線の長さL(mm)、外部磁界0Tにおける0.01μV/mm基準での臨界電流Ic(A)に応じて変化するものであり、絶対値として適切な抵抗値の範囲が存在するわけではない。 Here, as apparent from the equation (1), the range of the appropriate resistance value of the connection resistance R is the length L (mm) of the oxide superconducting element wire, 0.01 μV / mm standard in the external magnetic field 0T. It changes according to the critical current Ic (A), and there is no appropriate resistance value range as an absolute value.
なお、集合化導体1は、酸化物超電導素線を二本用いた例を示したが、酸化物超電導素線は複数であればよく、三本以上を集合化してもよい。また、各酸化物超電導素線の長さLが同じでもよく、異なっていてもよい。さらに、各酸化物超電導素線の長さLが同じで、各酸化物超電導素線の材質や構造、超電導層の厚み等を変更してもよい。
In addition, although the
第3の知見は、以下のものである。すなわち、はんだ14,15,24,25として、融点が130℃のBi−Snや融点が80℃のBi−In等、融点の低いビスマス(Bi)含有合金を用いて、200℃以下の温度、例えばBi−Snであれば140℃〜200℃の範囲、例えばBi−Inであれば100℃〜200℃の範囲の温度ではんだを加熱して溶融させた後に冷却してはんだ付けすることにより、単位面積あたりの接続抵抗を再現性よく制御できることを見いだした。これにより、酸化物超電導素線と電極との接続面積を実用的な範囲、例えば幅10mm×長さ100mm程度以下の範囲に抑えつつ、式(1)の条件を満たす接続抵抗Rに設定することが容易となった。
The third finding is as follows. That is, as the
次に、図1に示す酸化物超電導素線の集合化導体1について、サンプルを用いて実験的に電流偏流を測定した実施例と、集合化導体1と同様の構造で、酸化物超電導素線と電極との接続抵抗Rが式(1)の条件を満たさないサンプルを用いて実験的に電流偏流を測定した比較例とについて、説明する。
Next, with respect to the
比較例1では、酸化物超電導素線11と電極12,13との間の接続抵抗R、及び酸化物超電導素線21と電極22,23との間の接続抵抗Rが、式(1)の条件を満たさない場合における酸化物超電導素線11,酸化物超電導素線21間の電流偏流の評価結果を示す。
In Comparative Example 1, the connection resistance R between the
外形60mmの円盤状のFRP(Fiber Reinforced Plastics)製の巻枠(図略)に、電極12,13,22,23を固定した。そして、電極22の幅10mm×長さ14mmの範囲にSn−Pbはんだを載せ、280℃に加熱した後に酸化物超電導素線21の一方端部のAg側を溶融したはんだに接触させるようにして固定した。次に、電極12の幅10mm×長さ14mmの範囲にSn−Pbはんだを載せ、280℃に加熱した後に酸化物超電導素線11の一方端部のAg側を溶融したはんだに接触させるようにして固定した。
The
そして、酸化物超電導素線11,21を図略の巻枠に沿って配置し、電極23の幅10mm×長さ14mmの範囲にSn−Pbはんだを載せ、280℃に加熱した後に酸化物超電導素線21の他端部のAg側を溶融したはんだに接触させるようにして固定した。次に、電極13の幅10mm×長さ14mmの範囲にSn−Pbはんだを載せ、280℃に加熱した後に酸化物超電導素線11の他端部のAg側を溶融したはんだに接触させるようにして固定した。
Then, the
このとき、図1では、説明の関係上、酸化物超電導素線11,21の長さが異なっているように図示されているが、実際には電極12と電極13との間の酸化物超電導素線11の長さLと、電極22と電極23との間の酸化物超電導素線21の長さLとが、いずれも120mmになるように固定した。そして、集合化導体1を室温まで自然冷却してはんだを固着させた。
At this time, in FIG. 1, the oxide
このようにして得られたサンプルにおいて、酸化物超電導素線11,21の自己インダクタンスは、共に約1.0×10−7Hになっている。
In the sample thus obtained, the self-inductances of the
また、酸化物超電導素線11,21について、温度77.3K、外部磁場0Tの条件で臨界電流Ic1,Ic2を測定したところ、酸化物超電導素線11の臨界電流Ic1は、143A、酸化物超電導素線21の臨界電流Ic2は、147Aとなった。この場合、臨界電流の定義は、「発生電圧を、電極12,22と電極13,23との間の酸化物超電導素線11,21の長さL(例えば120mm)で除したときの電界が、0.1μV/cm(=0.01μV/mm)となるとき(すなわち発生電圧が1.2μVとなるとき)の電流値」である。
Further, when the critical currents Ic1 and Ic2 of the
次に、このようにして得られた集合化導体のサンプルを、液体窒素に浸漬して冷却し、酸化物超電導素線11,21を超電導状態にした上で、以下のようにして接続抵抗Rと酸化物超電導素線11,21間の電流偏流を評価した。
Next, the assembled conductor sample thus obtained is immersed in liquid nitrogen and cooled, and the oxide
まず、接続抵抗Rの測定方法について説明する。図2に示すように、酸化物超電導素線11上の、はんだ14の端部から5mm以内の位置に設けられた測定点P1と、電極12の、はんだ14との界面から5mm以内の位置に設けられた測定点P2との間に、直流電流源101を用いて所定の測定用電流Imを流し、電圧計を用いて測定点P1と測定点P2との間に生じた電圧V1を測定する。そうすると、酸化物超電導素線11と電極12との接続抵抗Rは、V1/Imとして得られる。
First, a method for measuring the connection resistance R will be described. As shown in FIG. 2, the measurement point P <b> 1 provided at a position within 5 mm from the end of the
また、酸化物超電導素線21上の、はんだ24の端部から5mm以内の位置に設けられた測定点P3と、電極22の、はんだ24との界面から5mm以内の位置に設けられた測定点P4との間に、直流電流源102を用いて所定の測定用電流Imを流し、電圧計を用いて測定点P3と測定点P4との間に生じた電圧V2を測定する。そうすると、酸化物超電導素線21と電極22との接続抵抗Rは、V2/Imとして得られる。
Further, the measurement point P3 provided at a position within 5 mm from the end of the
このように、はんだ14,24の端部から測定点P1,P3間での距離、及び電極12,22とはんだ14,24との界面から測定点P2,P4までの距離を5mm以内としたのは、これ以上の距離となると酸化物超電導素線と銅電極との間の接続抵抗よりも銅電極そのものの抵抗が大きくなって、接続抵抗Rを精度よく求めることが困難となるからである。
As described above, the distance between the end portions of the
同様にして、酸化物超電導素線11と電極13との接続抵抗R、及び酸化物超電導素線21と電極23との接続抵抗Rを求めた。そうすると、酸化物超電導素線11と電極12,13との間の接続抵抗Rは、3.18×10−6Ω、3.89×10−6Ωとなった。また、酸化物超電導素線21と電極22,23との間の接続抵抗Rは、3.64×10−6Ω、3.48×10−6Ωとなった。
Similarly, the connection resistance R between the
ここで、酸化物超電導素線11の長さLは120mm、臨界電流Ic1は143Aであるから、5×0.01×10−6×L/Ic=4.20×10−8Ωとなる。そうすると、酸化物超電導素線11と電極12,13との間の接続抵抗Rは、5×0.01×10−6×L/Icの値を大きく超えて、式(1)の条件を満たさない。
Here, since the length L of the
また、酸化物超電導素線21の長さLは120mm、臨界電流Ic2は147Aであるから、5×0.01×10−6×L/Ic=4.17×10−8Ωとなる。そうすると、酸化物超電導素線21と電極22,23との間の接続抵抗Rもまた5×0.01×10−6×L/Icの値を大きく超えて、式(1)の条件を満たさない。
In addition, since the length L of the oxide
次に、電流偏流の評価結果について説明する。まず、図1に示すように、直流電流源103を用いて、電流経路L1と電流経路L2との並列回路に電流を流し、酸化物超電導素線11,21に流れる合計の電流Itを測定した。直流電流源103の出力電流は、60A/minの速度で徐々に増加させるようにした。そして、このとき酸化物超電導素線11に生じる電圧V11を、酸化物超電導素線11上の、はんだ14の端部から5mm以内の位置に設けられた測定点P1と、はんだ15の端部から5mm以内の位置に設けられた測定点P5との間で測定した。同様に、このとき酸化物超電導素線21に生じる電圧V21を、酸化物超電導素線21上の、はんだ24の端部から5mm以内の位置に設けられた測定点P3と、はんだ25の端部から5mm以内の位置に設けられた測定点P6との間で測定した。
Next, the evaluation result of current drift will be described. First, as shown in FIG. 1, using a direct
酸化物超電導素線11,21の自己インダクタンスは共に約1.0×10−7Hであり、自己インダクタンスにより生じる電圧が、酸化物超電導素線11,21と電極12,13,22,23との接続抵抗Rにより生じる電圧や、磁束流抵抗により生じる電圧より十分小さくなるようにした。
The self-inductances of the
そして、便宜上、酸化物超電導素線11に生じる電圧V11が1.2μVとなるときの電流Itを、電流Itc1、酸化物超電導素線21に生じる電圧V21が1.2μVとなるときの電流Itを、電流Itc2として測定した。そうすると、電流Itc1として238Aが得られ、電流Itc2として226Aが得られた。
For convenience, the current It when the voltage V11 generated in the
この場合、酸化物超電導素線11,21に電流偏流が無く、酸化物超電導素線11,21の臨界電流Ic1,Ic2がそれぞれ同時に流れた場合には、Itc1/(Ic1+Ic2)=Itc2/(Ic1+Ic2)=1.0となる。このことから、Itc1/(Ic1+Ic2)、Itc2/(Ic1+Ic2)の値が1.0より小さくなるほど、電流偏流が大きいことが判る。そこで、以下の説明において、Itc1/(Ic1+Ic2)とItc2/(Ic1+Ic2)とを、偏流の評価値として用いる。
In this case, when there is no current drift in the
なお、本明細書において、偏流とは、特定の線材に大きな電流が流れ、ある線材には臨界電流に比べてわずかしか電流が流れない場合を意味するものとする。 In this specification, the drift means a case where a large current flows through a specific wire, and a small amount of current flows through a certain wire as compared with a critical current.
電流Itc1=238A、電流Itc2=226Aであるから、Itc1/(Ic1+Ic2)、Itc2/(Ic1+Ic2)を計算すると、Itc1/(Ic1+Ic2)=0.82、Itc2/(Ic1+Ic2)=0.78となり、顕著な偏流が生じていることが確認された。 Since current Itc1 = 238A and current Itc2 = 226A, itc1 / (Ic1 + Ic2) = 0.82 and Itc2 / (Ic1 + Ic2) = 0.78 are significant when calculating Itc1 / (Ic1 + Ic2) and Itc2 / (Ic1 + Ic2). It was confirmed that a large drift occurred.
以上のように、比較例1では、酸化物超電導素線11と電極12,13との間の接続抵抗R、及び酸化物超電導素線21と電極22,23との間の接続抵抗Rが、式(1)の条件を満たさない場合、電流偏流の評価値として、0.82と0.78とが得られた。
As described above, in Comparative Example 1, the connection resistance R between the oxide
実施例1では、はんだ14,15,24,25として融点280℃のSn96.5Ag3Cu0.5を用いた。また、酸化物超電導素線の長さLや、酸化物超電導素線と電極との接続面積、はんだの加熱温度を変化させて、接続抵抗Rを異ならせた複数のサンプルを作成し、Itc1/(Ic1+Ic2)、Itc2/(Ic1+Ic2)の値を算出して電流偏流の評価を行った。なお、本明細書において、はんだの種類(組成)の表記はJIS Z 3282に従うものとする。
In Example 1, Sn96.5Ag3Cu0.5 having a melting point of 280 ° C. was used as the
まず、比較例1と同様に、酸化物超電導素線11,21としてY系超電導テープ素線を2本作成し、温度77.3K、外部磁場0Tの条件で臨界電流Ic1,Ic2を測定したところ、酸化物超電導素線11の臨界電流Ic1は151A、酸化物超電導素線21の臨界電流Ic2は146Aとなった。このようにして得られた酸化物超電導素線11,21を用いて、比較例1とは、はんだ14,15,24,25としてSn96.5Ag3Cu0.5を用いる以外は同様の構成で、集合化導体1のサンプルを作成した。
First, as in Comparative Example 1, two Y-based superconducting tape strands were prepared as
このサンプルについて、比較例1と同様にして接続抵抗Rを測定すると、酸化物超電導素線11と電極12,13との間の接続抵抗Rは、3.61×10−8Ω、3.29×10−8Ωとなった。また、酸化物超電導素線21と電極22,23との間の接続抵抗Rは、3.37×10−8Ω、3.58×10−8Ωとなった。
When the connection resistance R of this sample was measured in the same manner as in Comparative Example 1, the connection resistance R between the oxide
ここで、酸化物超電導素線11の長さLは120mm、臨界電流Ic1は151Aであり、0.01×0.01×10−6×L/Ic=0.08×10−9Ω、5×0.01×10−6×L/Ic=3.97×10−8Ωとなるから、酸化物超電導素線11と電極12,13との間の接続抵抗Rは、いずれも式(1)の条件を満たしている。
Here, the length L of the
また、酸化物超電導素線21の長さLは120mm、臨界電流Ic2は146Aであるから、0.01×0.01×10−6×L/Ic=0.08×10−9Ω、5×0.01×10−6×L/Ic=4.11×10−8Ωとなるから、酸化物超電導素線21と電極22,23との間の接続抵抗Rは、いずれも式(1)の条件を満たしている。
Further, since the length L of the oxide
そして、比較例1と同様に、臨界電流Itc1,Itc2を測定したところ、臨界電流Itc1は283A、臨界電流Itc2は273Aであった。そうすると、Itc1/(Ic1+Ic2)=0.95、Itc2/(Ic1+Ic2)=0.92となり、集合化導体1全体を流れる電流Itc1,Itc2として、臨界電流Ic1,Ic2の合計の92%以上を確保することができた。
As in Comparative Example 1, when the critical currents Itc1 and Itc2 were measured, the critical current Itc1 was 283A and the critical current Itc2 was 273A. Then, Itc1 / (Ic1 + Ic2) = 0.95 and Itc2 / (Ic1 + Ic2) = 0.92, and 92% or more of the total of the critical currents Ic1, Ic2 is secured as the currents Itc1, Itc2 flowing through the
すなわち、式(1)の条件を満たさない比較例1の場合に対し、式(1)の条件を満たす実施例1では、Itc1/(Ic1+Ic2)、Itc2/(Ic1+Ic2)の値が増大して、電流偏流を低減できることが確認できた。 That is, the value of Itc1 / (Ic1 + Ic2), Itc2 / (Ic1 + Ic2) increases in Example 1 that satisfies the condition of Expression (1) as compared to the case of Comparative Example 1 that does not satisfy the condition of Expression (1). It was confirmed that current drift can be reduced.
図3は、酸化物超電導素線の長さLや、酸化物超電導素線と電極との接続面積、はんだの加熱温度を変化させて、接続抵抗Rを異ならせた複数のサンプルを作成し、Itc1/(Ic1+Ic2)、Itc2/(Ic1+Ic2)の値を算出した結果を示すグラフである。 FIG. 3 shows a plurality of samples in which the connection resistance R is varied by changing the length L of the oxide superconducting element wire, the connection area between the oxide superconducting element wire and the electrode, and the heating temperature of the solder. It is a graph which shows the result of having calculated the value of Itc1 / (Ic1 + Ic2), Itc2 / (Ic1 + Ic2).
図3に示すように、0.01≦R×Ic/(0.01×10−6×L)≦5を満足する範囲、すなわち0.01×0.01×10−6×L/Ic≦R≦5×0.01×10−6×L/Icを満足する範囲で、Itc1/(Ic1+Ic2)とItc2/(Ic1+Ic2)とが共に0.90以上の値となることが確認でき、すなわち式(1)の条件を満たす範囲で効果的に電流偏流を抑制できることが確認できた。 As shown in FIG. 3, a range satisfying 0.01 ≦ R × Ic / (0.01 × 10 −6 × L) ≦ 5, that is, 0.01 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic ≦ It can be confirmed that both Itc1 / (Ic1 + Ic2) and Itc2 / (Ic1 + Ic2) are 0.90 or more in a range satisfying R ≦ 5 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic. It was confirmed that current drift can be effectively suppressed within the range satisfying the condition (1).
また、より望ましい接続抵抗Rの範囲は、0.01×0.01×10−6×L/Ic≦R≦2×0.01×10−6×L/Icであり、この範囲では、Itc1/(Ic1+Ic2)とItc2/(Ic1+Ic2)とが共に0.95以上の値となることが確認でき、すなわち式(2)の条件を満たす範囲で、より効果的に電流偏流を抑制できることが確認できた。 A more desirable range of the connection resistance R is 0.01 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic ≦ R ≦ 2 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic, and in this range, itc1 / (Ic1 + Ic2) and Itc2 / (Ic1 + Ic2) can both be confirmed to be 0.95 or more, that is, it can be confirmed that current drift can be more effectively suppressed within the range satisfying the expression (2). It was.
なお、上記実験結果は、酸化物超電導素線11,21としてY系超電導テープ線材を用いた場合のものであるが、Ag及びAg基合金シースを用いたBi系酸化物超電導線材を用いても、表面がY系超電導テープ線材と同様にAg又はAg基合金であるので、同様な結果が得られる。
In addition, although the said experimental result is a thing at the time of using a Y-type superconducting tape wire as the
実施例2では、実施例1と同様、はんだ14,15,24,25として融点280℃のSn96.5Ag3Cu0.5を用い、280℃加熱の条件で酸化物超電導素線11,21と、電極12,13,22,23とをはんだ付けしたサンプルを、5個作成した。そして、5個のサンプルにおける酸化物超電導素線と電極との全接続箇所、20箇所について、比較例1と同様にして、温度77.3K、外部磁場0Tの条件で接続抵抗Rを測定した。
In Example 2, as in Example 1, Sn96.5Ag3Cu0.5 having a melting point of 280 ° C. was used as the
その結果、20箇所の接続抵抗Rすべてについて、5.38×10−9Ω≦R≦4.03×10−8Ωの範囲でばらついたものの、式(1)で示す抵抗値範囲である7.92×10−11Ω≦R≦4.16×10−8Ωの条件を満たした。 As a result, all of the 20 connection resistances R varied within the range of 5.38 × 10 −9 Ω ≦ R ≦ 4.03 × 10 −8 Ω, but the resistance value range represented by Equation (1) 7 The condition of .92 × 10 −11 Ω ≦ R ≦ 4.16 × 10 −8 Ω was satisfied.
はんだ14,15,24,25として融点130℃のBi58Sn42を用い、150℃に加熱した後に冷却することで、酸化物超電導素線11,21と、電極12,13,22,23とをはんだ付けした以外の条件を、実施例2を同一にして集合化導体1のサンプルを5個作成した。そして、5個のサンプルにおける酸化物超電導素線と電極との全接続箇所、20箇所について、実施例2と同様にして、温度77.3K、外部磁場0Tの条件で接続抵抗Rを測定した。
By using Bi58Sn42 having a melting point of 130 ° C. as the
その結果、20箇所の接続抵抗Rすべてについて、式(1)で示す0.01×0.01×10−6×L/Ic≦R≦5×0.01×10−6×L/Icの条件を満足し、且つ3.18×10−8Ω≦R≦3.56×10−8Ωの範囲内に収まり、実施例2よりも接続抵抗Rのばらつき範囲を小さくすることができた。 As a result, for all of the 20 connection resistances R, 0.01 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic ≦ R ≦ 5 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic represented by the formula (1) The conditions were satisfied, and they were within the range of 3.18 × 10 −8 Ω ≦ R ≦ 3.56 × 10 −8 Ω, and the variation range of the connection resistance R was smaller than that of Example 2.
なお、はんだ付けの加熱温度は、150℃に限られず、140℃〜200℃の温度範囲で同様の結果が得られる。 In addition, the heating temperature of soldering is not restricted to 150 degreeC, The same result is obtained in the temperature range of 140 to 200 degreeC.
また、はんだ14,15,24,25として融点80℃のIn65Bi35を用い、120℃に加熱した後に冷却することで、酸化物超電導素線11,21と、電極12,13,22,23とをはんだ付けした以外の条件を、実施例2を同一にして集合化導体1のサンプルを5個作成した。そして、5個のサンプルにおける酸化物超電導素線と電極との全接続箇所、20箇所について、実施例2と同様にして、温度77.3K、外部磁場0Tの条件で接続抵抗Rを測定した。
Also, using In65Bi35 having a melting point of 80 ° C. as the
その結果、20箇所の接続抵抗Rすべてについて、式(1)で示す0.01×0.01×10−6×L/Ic≦R≦5×0.01×10−6×L/Icの条件を満足し、且つ3.25×10−8Ω≦R≦3.72×10−8Ωの範囲内に収まり、実施例2よりも接続抵抗Rのばらつき範囲を小さくすることができた。 As a result, for all of the 20 connection resistances R, 0.01 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic ≦ R ≦ 5 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic represented by the formula (1) The condition was satisfied, and it was within the range of 3.25 × 10 −8 Ω ≦ R ≦ 3.72 × 10 −8 Ω, and the variation range of the connection resistance R could be made smaller than that in Example 2.
なお、はんだ付けの加熱温度は、120℃に限られず、100℃〜200℃の温度範囲で同様の結果が得られる。 In addition, the heating temperature of soldering is not restricted to 120 degreeC, The same result is obtained in the temperature range of 100 to 200 degreeC.
1 集合化導体
11,21 酸化物超電導素線
12,13,22,23 電極
14,15,24,25 はんだ
1
Claims (10)
前記複数の酸化物超電導素線の両端にそれぞれ接続される電極とを備え、
前記各酸化物超電導素線の長さをL(mm)、外部磁界0Tにおける0.01μV/mm基準での各酸化物超電導素線の臨界電流をIc(A)とした場合、前記各酸化物超電導素線と当該各酸化物超電導素線の両端にそれぞれ接続された電極との接続抵抗R(Ω)は、当該各酸化物超電導素線の使用温度において、それぞれ以下の式(1)で示す条件を満たし、前記各酸化物超電導素線が、前記両端にそれぞれ接続された電極を介して並列に接続され、集合化されていること
を特徴とする酸化物超電導素線の集合化導体。
0.01×0.01×10−6×L/Ic≦R≦5×0.01×10−6×L/Ic ・・・(1) A plurality of oxide superconducting wires for parallel connection;
Electrodes respectively connected to both ends of the plurality of oxide superconducting wires,
When the length of each oxide superconducting wire is L (mm) and the critical current of each oxide superconducting wire on the basis of 0.01 μV / mm in an external magnetic field of 0 T is Ic (A), each oxide The connection resistance R (Ω) between the superconducting element wire and the electrodes connected to both ends of each oxide superconducting element wire is represented by the following formula (1) at the operating temperature of each oxide superconducting element wire. An aggregated conductor of oxide superconducting wires, characterized in that the respective oxide superconducting wires satisfy the conditions and are connected in parallel via electrodes connected to both ends, respectively.
0.01 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic ≦ R ≦ 5 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic (1)
を特徴とする請求項1記載の酸化物超電導素線の集合化導体。
0.1×0.01×10−6×L/Ic≦R≦2×0.01×10−6×L/Ic ・・・(2) The assembly conductor of an oxide superconducting element wire according to claim 1, wherein the connection resistance R (Ω) satisfies a condition represented by the following formula (2).
0.1 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic ≦ R ≦ 2 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic (2)
を特徴とする請求項1又は2に記載の酸化物超電導素線の集合化導体。 The assembly of the oxide superconducting element wire according to claim 1 or 2, wherein the oxide superconducting element wire and the electrode are soldered by solder using a bismuth (Bi) -containing alloy. conductor.
を特徴とする請求項3記載の酸化物超電導素線の集合化導体。 The aggregated conductor of an oxide superconducting element wire according to claim 3, wherein the solder is an alloy of bismuth (Bi) and tin (Sn).
を特徴とする請求項3記載の酸化物超電導素線の集合化導体。 The aggregated conductor of an oxide superconducting wire according to claim 3, wherein the solder is an alloy of bismuth (Bi) and indium (In).
を特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の酸化物超電導素線の集合化導体。 The assembly conductor of the oxide superconducting wire according to any one of claims 1 to 5, further comprising a connecting portion that connects the plurality of oxide superconducting wires in parallel.
前記各酸化物超電導素線の長さをL(mm)、外部磁界0Tにおける0.01μV/mm基準での各酸化物超電導素線の臨界電流をIc(A)とした場合、前記各酸化物超電導素線と当該各酸化物超電導素線の両端にそれぞれ接続された電極との接続抵抗R(Ω)を、当該各酸化物超電導素線の使用温度において、それぞれ以下の式(1)で示す条件を満たすように設定すること
を特徴とする酸化物超電導素線の集合化導体の製造方法。
0.01×0.01×10 −6 ×L/Ic≦R≦5×0.01×10 −6 ×L/Ic ・・・(1) By soldering both ends of a plurality of oxide superconducting wires and a plurality of electrodes at a predetermined temperature within a range of 100 ° C. to 200 ° C. using solder containing bismuth (Bi), A plurality of oxide superconducting wires are assembled by connecting both ends of the oxide superconducting wire and a plurality of electrodes, and connecting the plurality of oxide superconducting wires in parallel via the plurality of electrodes. and reduction,
When the length of each oxide superconducting wire is L (mm) and the critical current of each oxide superconducting wire on the basis of 0.01 μV / mm in an external magnetic field of 0 T is Ic (A), each oxide The connection resistance R (Ω) between the superconducting element wire and the electrodes respectively connected to both ends of each oxide superconducting element wire is represented by the following formula (1) at the operating temperature of each oxide superconducting element wire. A method for producing an aggregated conductor of oxide superconducting wires, characterized in that it is set so as to satisfy a condition .
0.01 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic ≦ R ≦ 5 × 0.01 × 10 −6 × L / Ic (1)
前記温度は、140℃〜200℃の範囲内の温度であること
を特徴とする請求項7記載の酸化物超電導素線の集合化導体の製造方法。 The solder is an alloy of bismuth (Bi) and tin (Sn),
The said temperature is a temperature within the range of 140 degreeC-200 degreeC. The manufacturing method of the assembly conductor of the oxide superconducting wire of Claim 7 characterized by the above-mentioned.
前記温度は、100℃〜200℃の範囲内の温度であること
を特徴とする請求項7記載の酸化物超電導素線の集合化導体の製造方法。 The solder is an alloy of bismuth (Bi) and indium (In),
The said temperature is the temperature in the range of 100 to 200 degreeC. The manufacturing method of the assembly | attachment conductor of the oxide superconducting strand of Claim 7 characterized by the above-mentioned.
を特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の酸化物超電導素線の集合化導体の製造方法。 10. The oxidation according to claim 7, wherein the connection resistance R (Ω) is set by adjusting a connection area between the oxide superconducting element wire and the electrode. A method for manufacturing an assembly conductor of a superconducting element wire.
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