DE69106080T2

DE69106080T2 - Hochtemperatur-supraleitende Spule.

Info

Publication number: DE69106080T2
Application number: DE1991606080
Authority: DE
Inventors: Kenichi Sato
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1990-08-24
Filing date: 1991-08-22
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2011-08-23
Also published as: JPH04106906A; DE69106080D1; EP0472197B1; EP0472197A1; JP3309390B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochtemperatur- Supraleiterwicklung und insbesondere, betrifft sie eine Verbesserung von Eigenschaften, besonders der kritischen Strom-Eigenschaft einer solchen Hochtemperatur-Supraleiterwicklung.

Beschreibung des allgemeinen Standes der Technik

Ein Hochtemperatur-Supraleitermaterial, welches als ein keramischer Supraleiter bekannt ist, wird mit einem Metall beschichtet, und durch eine Deformationsverarbeitung zu einem dünnen Band mit Kraft verarbeitet (strongly worked). Es wurde als möglich erkannt, eine hohe kritische Stromdichte durch Kombinieren solcher Deformationsverarbeitung mit Wärmebehandlung zu erreichen.
Um einen solchen bandförmigen Hochtemperatur-supraleitenden Draht beispielsweise für eine Spule anzuwenden ist es notwendig, den Draht zu winden. Insbesondere wird ein solcher bandförmiger Hochtemperatur-supraleitender Draht geeignet in die Form einer Doppelscheibenspule gewunden.
In einer solchen Doppelscheibenspule wird ein einzelner Hochtemperaturdraht angepaßt, um zwei Spulenbereiche zu bilden. Daher wird ein Durchgangsbereich (Kreuzungsbereich) benötigt, welcher sich von dem einen Spulenbereich zu dem anderen Spulenbereich ausdehnt. Bezüglich der Anwendung des bandförmigen Hochtemperatur-supraleitenden Drahtes wurde jedoch erkannt, daß die kritische Stromdichte aufgrund von Scherbeanspruchung, welche auf den "Durchgangsbereich" angewendet wird, vermindert wird, da der Draht notwendigerweise in dem "Durchgangsbereich" gedreht ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochtemperatur-Supraleiterwicklung zur Verfügung zu stellen, welche durch Winden eines bandförmigen Hochtemperatur-supraleitenden Drahtes in die Form einer Doppelscheibenspule erhalten wurde, welche eine Erzeugung von Scherbeanspruchung in einem Kreuzungsbereich unterdrücken kann, und dadurch eine Verminderung der kritischen Stromdichte verhindert.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine keramische Hochtemperatur-Supraleiterwicklung gerichtet, welche durch Winden eines bandförmigen keramischen Hochtemperatur-supraleitenden Drahtes, welcher mit einem Metall verbunden ist, in die Form einer Doppelscheibenspule erhalten wurde. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bemerkt, daß die Länge eines Kreuzungsbereichs, wie auch die kritische Stromdichte, stark von der oben erwähnten Scherbeanspruchung betroffen ist.
In der vorliegenden Erfindung wird die Länge eines Kreuzungsbereichs, welche zwischen den Scheiben zur Verfügung gestellt wird, so ausgewählt, daß sie wenigstens viermal der Breite des bandförmigen Hochtemperatur-supraleitenden Drahtes entspricht, um das oben erwähnte technische Problem zu lösen.
In der Hochtemperatur-Supraleiterwicklung gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Hochtemperatur-supraleitende Draht mit einem isolierenden Material aus einer anorganischen Substanz, wie z.B. Glimmer, Glasfaser oder Quarzfaser, oder einer organischen Substanz, wie z.B. Tetrafluoroethylen, Polyimidharz oder Formalharz bedeckt sein.
Die erfindungsgemäße Hochtemperatur-Supraleiterwicklung wird vorzugsweise mit einem Epoxyharz imprägniert. Besonders bevorzugt enthält das Epoxyharz Fasern und/oder Pulver.
Ein Hochtemperatur-Supraleiter, welcher in dem Hochtemperatur-supraleitenden Draht enthalten ist, kann in einen mehradrigen Zustand unterteilt sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Länge des Kreuzungsbereichs so ausgewählt, daß sie wenigstens viermal der Breite des bandförmigen Hochtemperatur-supraleitenden Drahtes entspricht, wodurch es möglich ist, eine Erzeugung von Scherbeanspruchung in dem Kreuzungsbereich zu unterdrücken, wodurch eine Verminderung der kritischen Stromdichte, welche durch eine solche Scherbeanspruchung verursacht wird, verhindert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Hochtemperatur- supraleitende Draht vorzugsweise mit einer isolierenden Hülle versehen, so daß derselbe direkt, ohne ein bestimmtes isolierendes Material, zu einer Spule gewunden werden kann.
Weiterhin ist die Hochtemperatur-Supraleiterwicklung gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise mit einem Epoxyharz imprägniert, so daß die Wicklung widerstandsfähig gegenüber Belastung ist, welche bei der Herstellung einer solchen Wicklung oder während einer Anregung darauf ausgeübt werden kann. Besonders bevorzugt enthält das Epoxyharz Fasern und/oder Pulver, so daß die Wicklung noch widerstandsfähiger gegenüber der oben erwähnten Belastung ist.
Der Hochtemperatur-Supraleiter, welcher in dem Hochtemperatur-supraleitenden Draht enthalten ist, ist vorzugsweise in einen mehradrigen Zustand unterteilt, so daß der Hochtemperatur-Supraleiter im Beanspruchungswiderstand verbessert ist und nach dem Sintern ohne Probleme gewunden werden kann.
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung deutlicher werden, wenn die im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Vorderansicht, welche eine Hochtemperatur- Supraleiterwicklung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 2 ist eine Aufsicht der Hochtemperatur-Supraleiterwicklung 1, die in Fig. 1 gezeigt ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fign. 1 und 2 stellen eine Hochtemperatur-Supraleiterwicklung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Fig. 1 ist eine Vorderansicht und Fig. 2 ist eine Aufsicht.
Diese Hochtemperatur-Supraleiterwicklung 1 wird gebildet, indem ein bandförmiger Hochtemperatur-supraleitender Draht 2, welcher mit einem Metall verbunden ist, auf einer zylindrischen Spule 3 in die Form einer Doppelscheibenspule gewunden wird.
Genauer gesagt wird der einzelne bandförmige Hochtemperatur-supraleitende Draht 2 von seiner inneren umfangsseitigen Seite aus auf die Spule 3 gewunden, um eine obere Scheibe, d.h. eine ersten Spulenbereich 4, zu bilden. Ein Kreuzungsbereich 5, welcher mit dem Anfangsende des ersten Spulenbereichs 4 verbunden ist, wird geführt, um sich auf der Spule 3 schräg nach unten hin auszudehnen. Der Hochtemperatur-supraleitende Draht 2 wird dann auf der äußeren umfangsseitigen Oberfläche der Spule 3 von der inneren umfangsseitigen Seite invers zu dem ersten Spulenbereich 4 gewunden, wodurch eine untere Scheibe, d.h. ein zweiter Spulenbereich 6, gebildet wird.
In dem oben erwähnten gewundenen Zustand des bandförmigen Hochtemperatur-supraleitenden Drahtes 2, werden aufgrund der Bildung des Kreuzungsbereichs 5 Zwischenräume entlang den ersten und zweiten Spulenbereichen 4 und 6 definiert, während Platzhalter 7 und 8 eingeführt werden, um solche Zwischenräume aufzunehmen.
Stromführende Anschlüsse 9 und 10 werden an beiden Endbereichen des gewundenen Hochtemperatur-supraleitenden Drahtes 2 angebracht.
Während die Spule 3 einfach in einer zylindrischen Anordnung dargestellt ist, werden im allgemeinen Flansche (nicht gezeigt) an beiden Endbereichen davon gebildet.
In dieser Beschreibung bezeichnet der Ausdruck "Länge des Kreuzungsbereichs" die Länge der Mittellinie des Kreuzungsbereichs 5, der in Fig. 1 gezeigt ist, in einem Teil, welcher von den ersten und zweiten Spulenbereichen 4 und 6 nicht verdeckt wird.
Beispiele, welche gemacht wurden, um die Wirkung der vorliegenden Erfindung zu bestätigen, werden nun im Detail beschrieben.

Beispiel 1

Oxide oder Carbonate, welche Bi, Pb, Sr, Ca, und Cu enthalten, wurden so gemischt, daß diese Elemente in Zusammensetzungsverhältnissen von 1,82 : 0,43 : 2,01 : 2,22 : 3,03 vorlagen, und diese Mischung wurde wärmebehandelt, um ein Pulver herzustellen, welches eine 2212-Phase aufwies, die aus Bi, Pb, Sr, Ca und Cu, im wesentlichen in dem Verhältnis von 2:2:1:2 zusammengesetzt war, und nicht-supraleitende Phasen. Dieses Pulver wurde unter einer dekomprimierten Atmosphäre von 2 Torr 3 Stunden lang bei 700ºC entgast.
Das so gebildete Pulver wurde in Silberrohre gefüllt. 1296 solcher Silberrohre wurden in ein großes Silberrohr von 12 mm im äußeren Durchmesser und 10 mm im inneren Durchmesser gefüllt, welches dann zu einem äußeren Durchmesser von 1 mm gezogen wurde, und dann zu einer Dicke von 0,18 mm gerollt wurde.
Der so gebildete bandförmige Draht wurde 50 Stunden lang bei 840ºC wärmebehandelt, und dann zu einem bandförmigen Draht von 4 mm in der Breite und 0,15 mm in der Dicke gerollt. Dieser bandförmige Draht wurde dann 50 Stunden lang bei 840ºC wärmebehandelt.
Dieser bandförmige Draht wurde mit einem Formalharzfilm von 0,1 mm in der Dicke beschichtet, und auf einen Spulenkörper von 15 mm im äußeren Durchmesser gewunden, um eine Doppelscheibenspule so herzustellen, daß jede Scheibe zehn Windungen hatte. Einige Proben solcher Doppelscheibenspulen wurden mit Kreuzungsbereichen von verschiedenen Längen hergestellt, um JC,Spule/JCO (kritische Stromdichte in der Spulenform/kritische Stromdichte des Drahtes selbst) zu messen.
Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse. Tabelle 1 Länge des Durchgangs Breite
Aus Tabelle 1 ist klar zu sehen, daß die Eigenschaft der Wicklung deutlich verbessert wurde, wenn die Länge des Kreuzungsbereichs wenigstens viermal die Breite des bandförmigen Drahtes aufwies.

Beispiel 2

Ein bandförmiger Draht mit 4,3 mm in der Breite und 0,14 mm in der Dicke wurde auf eine ähnliche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, und mit einem Polyimidharzfilm anstelle des Formalharzfilms beschichtet, um eine Doppelscheibenspule herzustellen, welche ähnlich der in Beispiel 1 war. Gemäß Beispiel 2 wurde die Spule mit einem Epoxyharz imprägniert, welches Glasfaser enthielt.
Tabelle 2 zeigt Ergebnisse der Auswertung der so gebildeten Proben. Tabelle 2 Länge des Durchgangs Breite
Aus Tabelle 2 ist zu sehen, daß die Wirkung der vorliegenden Erfindung weiter verbessert wurde, wenn die Wicklung mit Epoxyharz imprägniert wurde.

Beispiel 3

Ein einadriger Draht wurde durch Schritte hergestellt, welche denen in Beispiel 1 ähnlich waren. Dieser Draht wurde zu einer Dicke von 0,18 mm gerollt, mit Quarzfaser beschichtet, und zu einer Doppelscheibenspule verarbeitet, welche 50 Stunden lang bei 840ºC wärmebehandelt wurde.
Auch in diesem Fall zeigte die Spule eine ausgezeichnete kritische Stromdichte, welche 90% von der des Drahtes selbst überschritt, wenn die Länge des Kreuzungsbereichs auf wenigstens viermal die Breite des Drahtes gesetzt wurde.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben und dargestellt wurde, ist es klar zu verstehen, daß dieselbe nur zur Darstellung und als Beispiel dient und nicht als Beschränkung gesehen werden soll, wobei der Umfang der vorliegenden Erfindung nur durch die Begriffe der nachfolgenden Ansprüche beschränkt sein soll.

Claims

1. Eine supraleitende Doppelscheibenspule, umfassend:

eine keramische Hochtemperatur-Supraleiterwicklung (1), welche einen bandförmigen keramischen Hochtemperatur- supraleitenden Draht (2) umfaßt, der mit einem Metall verbunden ist und in die Form einer Doppelscheibenspule gewunden ist, wobei

die Länge eines Kreuzungsbereichs (5), der zwischen den Scheiben (4, 6) zur Verfügung gestellt wird, wenigstens viermal der Breite des bandförmigen keramischen Hochtemperatur-supraleitenden Drahtes (2) entspricht.

2. Eine keramische Hochtemperatur-Supraleiterwicklung (1) gemäß Anspruch 1, wobei

der keramische Hochtemperatur-supraleitende Draht (2) mit einer isolierenden Schicht versehen ist.

3. Eine keramische Hochtemperatur-Supraleiterwicklung (1) gemäß Anspruch 1, wobei

die Wicklung mit einem Epoxyharz imprägniert ist.

4. Eine keramische Hochtemperatur-Supraleiterwicklung (1) gemäß Anspruch 3, wobei

das Epoxyharz Fasern und/oder Pulver enthält.

5. Eine keramische Hochtemperatur-Supraleiterwicklung (1) gemäß Anspruch 1, wobei

ein keramischer Hochtemperatur-Supraleiter, der in dem keramischen Hochtemperatur-supraleitenden Draht (2) enthalten ist, in einen mehradrigen Zustand aufgeteilt ist.