JP2005116234A - 転位セグメント導体 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、素線に生じる歪を許容歪み以下に抑制でき、安定した電気伝導特性を維持するとともに、高い長期信頼性が実現できる転位セグメント導体を提供する。
【解決手段】 本発明は、テープ状の素線を複数本、転位撚り合わせてなる転位セグメントを、管体の周囲に螺旋状に巻き付けてなる転位セグメント導体において、前記管体の直径をＤ［ｍｍ］、前記素線の厚さをｔ［ｍｍ］、前記素線の幅をＷ［ｍｍ］、前記素線の許容歪をε_ｐ、前記転位セグメントの転位渡り長をＬ［ｍｍ］、前記転位セグメントのスパイラルピッチをｓ［ｍｍ］とすると、下記式（１）及び式（２）を満足する構成とする。
ε_ｐ≧［｛ｔ／（Ｄ＋ｔ）｝ｃｏｓ^２θ＋３（Ｗ／Ｌ）^２ｃｏｓ^２φ］・・・・・・（１）
ｔａｎ（θ＋φ）＝ｓ／（πＤ）・・・・・・（２）
【選択図】 図１０

Description

本発明は、テープ状の超電導素線を複数本、転位撚り合わせてなる転位セグメント導体に関する。

従来、超電導ケーブルとして、図１２に示されたように、テープ状の超電導体からなる素線１０２を複数本、転位撚り合わせてなる転位セグメント１０３を、円筒状コアからなる管体（通称フォーマと呼称する）１０４の周囲に螺旋状に巻き付けてなる転位セグメント導体１０１が広く知られている（例えば、特願２００３−５４１８８，特許文献１参照）。
この転位セグメント１０３では、各テープ状の超電導素線１０２が、その長手方向において順次その位置を代えて変位するように撚り合わされており、超電導素線１０２は、エッジワイズ曲げにより長手方向に歪みを受けることになる。
また、現在主に作製されているＹ系超電導材料の素線１０２は、幅Ｗが１０ｍｍ程度、厚さｔが０．１ｍｍ程度のテープ形状をなしている。このようなアスペクト比（Ｗ／ｔ）が大きいテープ状の素線１０２を複数本、撚り合わせてなる転位セグメント１０３を、前記したフォーマ１０４に螺旋状に巻き付けた後、その上から絶縁テープなどの被覆テープを巻き付けた場合、テープ状の素線１０２は、フォーマ１０４の外周方向に、フォーマ１０４の直径Ｄ相当の曲げ径で曲げられ、大きな歪を受けることになる。

近年、Ｙ系超電導材料は、曲げ歪が０．４％を越えると電気伝導特性などが劣化することが報告されている（非特許文献１参照。）。
従って、Ｙ系超電導素線を用いた場合、許容歪みが０．４％以下であるとすると、この許容歪みを上回る曲げ歪が素線１０２に加わると、極端な場合には転位セグメント１０３の内部で幅方向において中折れ現象が発生し、転位セグメント１０３の構造が乱れる恐れがあり、電気伝導特性を大きく阻害する要因となる。このように、電気ロスが生じたり、ひいては破断の危険性すらあるため、安定した電気伝導特性を維持するとともに、高い長期信頼性を確立するという側面からも、上記のような周方向の曲げ歪がほとんど発生しない構造を備えてなる転位セグメント導体１０１の開発が期待されていた。
特開平１１−２０３９６１号公報 飯島康裕，アドバンス・イン・スーパーコンダクティビティー（Advance in Superconductivity）ＸＩ，シュプリンガー・フェアラーク・東京（Springer-Verlag Tokyo）株式会社，１９９９年，ｐ．７８５−７８８

本発明の目的は、上記した事情に鑑みなされたものである。すなわち、テープ状の素線に生じる歪を許容歪み以下に抑制でき、安定した電気伝導特性を維持するとともに、高い長期信頼性が実現できる転位セグメント導体を提供することを目的とする。

本発明に係る転位セグメント導体は、テープ状の素線を複数本、転位撚り合わせてなる転位セグメントを、管体の周囲に螺旋状に巻き付けてなる転位セグメント導体において、前記管体の直径をＤ［ｍｍ］、前記素線の厚さをｔ［ｍｍ］、前記素線の幅をＷ［ｍｍ］、前記素線の許容歪をε_ｐ、前記転位セグメントの転位渡り長をＬ［ｍｍ］、前記転位セグメントのスパイラルピッチをｓ［ｍｍ］とすると、下記式（１）及び式（２）を満足することを特徴とする。
ε_ｐ≧［｛ｔ／（Ｄ＋ｔ）｝ｃｏｓ^２θ＋３（Ｗ／Ｌ）^２ｃｏｓ^２φ］・・・・・・（１）
ｔａｎ（θ＋φ）＝ｓ／（πＤ）・・・・・・（２）
前記式（１）及び式（２）を満足することによって、素線に加わる歪みを許容歪ε_ｐ以下とすることができ、転位セグメントの構造が乱れることが無くなり、安定した電気伝導特性が得られ、かつ高い長期信頼性が実現できる。

かかる転位セグメント導体の構成において、前記素線の厚さｔに対する幅Ｗの比で表されるアスペクト比（Ｗ／ｔ）が２０以上であることを特徴とする。

かかる転位セグメント導体の構成において、前記素線が、一般式Ｙ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−ｘで表される酸化物超電導材料を備えてなることを特徴とする。

本発明の転位セグメント導体によれば、安定した電気伝導特性を維持するとともに、高い長期信頼性が実現できる。

以下、本発明に係る転位セグメント導体を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の転位セグメント導体１の一実施形態を示す斜視図であり、図２は、この転位セグメント導体１の概略断面図である。
転位セグメント導体１は、テープ状の超電導素線２を複数本転位撚り合わせした転位セグメント３が、パイプ状のフォーマ（管体）４の周囲に螺旋状に巻回されてなるものである。

前記転位セグメント３は、図３に示すようにテープ状の超電導素線２を複数本（図面では６本）転位撚り合わせてなる長尺の帯状のものである。この転位セグメント３では、各テープ状の超電導素線２が、その長尺方向において順次その位置を代えて変位するように撚り合わされている。
個々の超電導素線２は、その長さ方向において転位セグメント３の表面側（外層側）に位置する領域と底面側（内層側）に位置する領域が交互に繰り返されるように配置されている。このような転位セグメント３の巻回方向は、Ｓ巻（右巻）の方向またはＺ巻（左巻）の方向となっている。この転位セグメント３のスパイラルピッチｓとしては、通常５０〜２０００ｍｍ程度である。

ここで、本明細書では、転位セグメント３のうち、特定の超電導素線２が、隣接する他の超電導素線２上を渡って転位する転位部を転位渡り部３１と言い、隣り合う転位渡り部３１間を非転位渡り部３２と言う。
前記転位セグメント３では、非転位渡り部３２の所定箇所が保形テープ５によって結束されており、テープ状の超電導素線２の転位撚りが崩れないように固定されている。前記保形テープ５は、ポリイミド樹脂などから構成され、一方の面全体に粘着剤が塗布されたもので、この粘着剤を介して超電導素線２に貼着固定されている。
転位セグメント３のうち、保形テープ５によって結束された部分は素線保形部とも言い、以下、隣接する素線保形部間の距離を転位渡り長Ｌという。

前記フォーマ４は、ステンレス鋼などからなるものである。このようなフォーマ４の表面は、フォーマ４と転位セグメント３間の通電を抑制するために絶縁処理が施されている。このフォーマ４の内部は、液体窒素等の冷却媒体の流路とされ、テープ状の超電導素線２の冷却を行うことができるようになっている。

前記テープ状の超電導素線２としては、基材上に超電導層を形成したものや、断面視円形状の超電導多心素線（図示せず。）が圧延加工等により平坦化されたものなどが挙げられる。この超電導素線２の横断面形状は、矩形状とすることが好ましく、転位セグメント３とした際、各超電導素線２を密着させて配置させることができ、超電導素線２間の隙間を最小に抑えることができる。

前記超電導層となる材料としては、例えば、Ｙ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−ｘ（ＹＢＣＯ），Ｈｏ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−ｘ，Ｎｄ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−ｘなどの希土類系の酸化物超電導材料、Ｂｉ_２Ｓｒ_２Ｃａ_１Ｃｕ_２Ｏ_ｘ（Ｂｉ２２１２），Ｂｉ_２Ｓｒ_２Ｃａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ（Ｂｉ２２２３），Ｂｉ_１．６Ｐｂ_０．４Ｓｒ_２Ｃａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘなどのＢｉ系の酸化物超電導材料、Ｎｂ_３Ｓｎ，Ｎｂ_３ＡｌなどのＡ１５型材料からなる金属系の低温超電導材料などが好ましく適用できる。
これらは１種を単独で用いても良いし、複数種を併用しても良い。

また、前記基材としては、ステンレス鋼，ハステロイ合金などの金属基材、表面にＮｉ酸化物層が形成されたＮｉ金属基材や、これら金属基材上に中間層としてイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）が形成されたものなどが好ましく適用できる。
基材のヤング率は１０ＧＰａ以上が好ましく、これにより剛性に優れ、破断し難い超電導素線２が得られる。
特に本発明では、超電導素線２としては、前記金属基材上にイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）中間層を介してＹ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−ｘ（ＹＢＣＯ）が成膜されたものが好ましく、これにより、比較的高温度で高い臨界電流値が得られる。

前記テープ状の超電導素線２の外周には、素線絶縁として絶縁層が設けられている。この絶縁層をなす絶縁材料としては、ポリエステル，ポリエステルイミド，ポリエステルイミドヒダントイン，エナメルなどが用いられる。このような絶縁層の厚みとしては、０．１〜１００μｍ程度の範囲のものとされる。

本実施形態の転位セグメント導体１では、下記式（１）及び式（２）を満足するように、超電導素線やフォーマなどの寸法などが定められており、これによりテープ状の素線に生じる歪を許容歪み以下に抑制できる。
ここで、式（１）及び式（２）中、Ｄは、フォーマ４の直径［ｍｍ］を示し、ｔ，Ｗ，ε_ｐは、素線２の厚さ［ｍｍ］，幅［ｍｍ］，許容歪をそれぞれ示し、Ｌ，ｓは、転位セグメント３の転位渡り長［ｍｍ］，スパイラルピッチ［ｍｍ］をそれぞれ示す。

ε_ｐ≧［｛ｔ／（Ｄ＋ｔ）｝ｃｏｓ^２θ＋３（Ｗ／Ｌ）^２ｃｏｓ^２φ］・・・・・・（１）

ｔａｎ（θ＋φ）＝ｓ／（πＤ）・・・・・・（２）

超電導素線２に加わる歪みと、前記式（１）及び式（２）との関係について以下に詳細に示す。
転位セグメント３では、図３に示されたように、各テープ状の超電導素線２が、その長尺方向において順次その位置を代えて変位するように撚り合わされており、超電導素線２には、エッジワイズ曲げによる長手方向の歪みが生じている（以下、エッジワイズ歪みε_ｅｄとも言う。）。
この超電導素線２が転位撚り合わせられたことによって生じるエッジワイズ歪みε_ｅｄは、以下の式（３）によって表されることが知られている。

ε_ｅｄ＝３（Ｗ／Ｌ）^２・・・・・・（３）

また、転位セグメント３は、フォーマ４に螺旋状に巻き付けられており、超電導素線２は、フォーマ４の直径Ｄ相当の曲げ径で曲げられ、フラットワイズ曲げによりフォーマ４の周方向に歪みが生じている（以下、フラットワイズ歪みとも言う。）。

超電導素線２がフォーマ４の直径Ｄ相当の曲げ径で曲げられると、図４に示されたように超電導素線２はその幅方向にフォーマ４の外周に沿って曲がると共に、その長手方向にもフォーマ４の外周に沿って曲がることになる。このため、フラットワイズ歪みε_ｆｌ、すなわちフォーマ４の周方向の曲げ歪みは、超電導素線２の幅方向成分（以下、ε_垂直と言う。）と長手方向成分（以下、ε_平行と言う。）とに分離できる。
一般に、素線２のアスペクト比が２０以上の場合、フラットワイズ歪みε_ｆｌの最大値は、以下の式（４）で表される。このため、このε_ｆｌの超電導素線２の幅方向成分ε_垂直の最大値は、以下の式（５）で表され、またε_ｆｌの転位セグメント３の長手方向成分ε_平行の最大値は以下の式（６）で表される。

ε_ｆｌ＝ｔ／（Ｄ＋ｔ）・・・・・・（４）

ε_垂直＝｛ｔ／（Ｄ＋ｔ）｝ｃｏｓ^２α＝｛ｔ／（Ｄ＋ｔ）｝［ｓ^２／｛ｓ^２＋（πＤ）^２｝］・・・・・・（５）

ε_平行＝｛ｔ／（Ｄ＋ｔ）｝ｃｏｓ^２β＝｛ｔ／（Ｄ＋ｔ）｝［（πＤ）^２／｛ｓ^２＋（πＤ）^２｝］・・・・・・（６）

ここで、式（５），式（６）中、角度αは、フォーマ４の長手方向と転位セグメント３の長手方向とのなす角度を示し、また角度βは、フォーマ４の周方向と転位セグメント３の長手方向とのなす角度をそれぞれ示す。
本発明者らは、以下に示されたようにして、転位セグメント３の超電導素線２に加わるε_垂直とε_平行を測定してε_ｆｌを求め、測定結果と前記式（５）及び式（６）より算出される計算値との比較を行った。
図５は、フォーマ４に巻回された転位セグメント３の平面図である。非転位渡り部３２を保形テープ５で結束し、転位渡り部３１にはそれぞれ５箇所（□印、番号α１〜α１０で示す部分）に歪ゲージを設けた状態を示している。厚さｔが０．１ｍｍ、幅Ｗが５ｍｍのテープ状の超電導素線２を６本撚り合わせて形成した転位セグメント３を用意し、歪ゲージを前記したとおり設け、この転位セグメント３を直径Ｄが２２ｍｍのフォーマ４にスパイラルピッチｓが４００ｍｍとなるように螺旋巻きし、各位置におけるε_垂直，ε_平行を測定した。

図６は、歪ゲージの取り付け位置とε_垂直との関係を示す図である。図中、２点鎖線は、ε（＝｛ｔ／（Ｄ＋ｔ）｝［ｓ^２／｛ｓ^２＋（πＤ）^２｝］）＝０．００４４（０．４４％）を満たす直線である。測定されたε_垂直の極大値と前記２点鎖線とがほぼ一致することが確認された。
また、図７は、歪ゲージの取り付け位置とε_平行との関係を示す図である。図中、２点鎖線は、ε（＝｛ｔ／（Ｄ＋ｔ）｝［（πＤ）^２／｛ｓ^２＋（πＤ）^２｝］）＝０．０００１（０．０１％）を満たす直線である。測定されたε_平行の極大値と前記２点鎖線とがほぼ一致することが確認された。
以上により、前述した式（５）と式（６）は共に、測定結果と精度良く一致し、フラットワイズ歪みε_ｆｌは、前述した式（４）により表されることがわかる。

図８は、フォーマ４の外周に巻回された転位セグメント３の超電導素線２に加わるε_ｅｄとε_ｆｌを示す概略図である。
ε_ｅｄとε_ｆｌとの合成歪みεとε_ｆｌとのなす角度をθとし、合成歪みεとε_ｅｄとのなす角度をφとすると、合成歪みεは以下の式（７）により表される。

ε＝ε_ｆｌｃｏｓ^２θ＋ε_ｅｄｃｏｓ^２φ・・・・・・（７）

前記式（７）に、前述した式（３）及び式（４）を代入すると、以下の式（８）となる。また角度θとφとは、図８に示されたように以下の式（２）を満たすことがわかる。

ε＝｛ｔ／（Ｄ＋ｔ）｝ｃｏｓ^２θ＋３（Ｗ／Ｌ）^２ｃｏｓ^２φ・・・・・・（８）

ｔａｎ（θ＋φ）＝ｓ／（πＤ）・・・・・・（２）

以上により、フォーマ４の外周に巻回された転位セグメント３の超電導素線２において、ε_ｅｄとε_ｆｌとの合成歪みεが、前記した式（８）により表されることになる。この式（８）が許容歪みε_ｐ以下となるように、すなわち前述した式（１）を満たすように、超電導素線２やフォーマ４などの寸法（Ｄ，ｔ，Ｗ，Ｌ，ｓ）を定めることによって、超電導素線２に加わる合成歪みεを許容歪みε_ｐ以下とすることができる。
これにより、歪みによって転位セグメント３の構造が乱れることが無く、安定した電気伝導特性が得られ、かつ高い長期信頼性が実現できる。

ここで、許容歪みε_ｐとしては、特に限定されず、転位セグメント導体１に要求される電気伝導特性や使用条件に応じて適宜決定される。例えば、予め電気伝導特性と超電導素線２に加わる歪みの大きさとの関係を測定しておき、この測定結果をもとに許容歪みε_ｐを求めることができる。
また、Ｙ系超電導材料では、曲げ歪が０．４％を越えると電気伝導特性などが大幅に劣化することが報告されており（飯島康裕，Advance in Superconductivity ＸＩ，１９９９年，ｐ．７８５−７８８）、この報告をもとに超電導素線２としてＹ系超電導材料が用いられた場合、許容値を０．４％とすることができる。

なお、本実施形態では、超電導素線２を用いた場合を例示したが、テープ状の平角断面を備えた素線であれば、いかなる材料の素線であっても適用でき、本実施形態と同様の作用効果が得られる。

［具体例１］
テープ状の超電導素線２として、ステンレス鋼もしくはハステロイ合金などの金属基材上にイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）中間層を介してＹ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−ｘ（ＹＢＣＯ）酸化物超電導膜が成膜されたものを用いた。
この超電導素線２の幅Ｗは２．４ｍｍであり、厚さｔは０．０８ｍｍである。
ここで、転位セグメントを形成する際に、強度が強く剛性の高い素線を転位撚り合わせ、転位渡り長Ｌで両端側に保形テープを設けて拘束すると、転位渡り部がエッジワイズ曲げされずに浮き上がる場合がある。しかし、実験的経験として、転位渡り長Ｌを以下の式（９）を満たす値とすることによって、張力が加わっても、転位セグメント３の転位渡り部３１が浮き上がることがほとんどない。

Ｌ≧｛Ｗ^２／（０．６ｔ）｝・・・・・・（９）

前記式（９）にＷ＝２．４，ｔ＝０．０８を代入すると、Ｌ≧１２０となる。このため、転位渡り長Ｌを１２０ｍｍ以上とすることによって、転位セグメント３の転位渡り部３１の浮き上がりをほとんどなくすることができる。そこで、転位渡り長Ｌを１２０ｍｍとして転位セグメント３を製造した。
次に、前記転位セグメント３を、直径Ｄが２１．４ｍｍのフォーマ４の外周にスパイラルピッチｓが１３１ｍｍとなるように螺旋状に巻回した。このようにしてフォーマ４の外周に転位セグメント３を３層巻回し、転位セグメント導体１を製造した。
ここで、現在、３層一括導体では、直径Ｄが２１．４ｍｍ以下のフォーマ４を用いるように規定されており、製造された転位セグメント導体１は、この規格に沿ったものである。

超電導素線２には、転位セグメント３を製造する際、転位撚り合わせに伴ってエッジワイズ歪みε_ｅｄ（＝３（Ｗ／Ｌ）^２）＝０．００１２（０．１２％）が加わる。
また、転位セグメント３をフォーマ４の外周に巻回する際、超電導素線２には、フラットワイズ歪みε_ｆｌ（＝ｔ／（Ｄ＋ｔ））＝０．００３７２４（０．３７２４％）が加わる。また、前述した式（２）よりｔａｎ（θ＋φ）（＝ｓ／（πＤ））＝１．９４８５となり、θ＋φ＝６２．８°となる。

図９は、シミュレーションにより算出された超電導素線２に加わる合成歪みεと角度θとの関係を示す図である。図中、実線で示された合成歪みεは、前述した式（７）にε_ｅｄ＝０．１２％、ε_ｆｌ＝０．３７２４％、φ＝６２．８°−θを代入して得られた以下の式（１０）で表される。

ε（％）＝０．３７２４ｃｏｓ^２θ＋０．１２ｃｏｓ^２（６２．８°−θ）・・・・・・（１０）

許容歪みε_ｐを０．４％とすると、ε_ｅｄ，ε_ｆｌは共に許容歪みε_ｐよりも小さく、θ＝０°では合成歪みεは０．３９７％となり、許容歪みε_ｐよりも小さい。
しかし、θ＝９°のとき、合成歪みεの極大値は０．４０５％となり許容歪みε_ｐよりも大きくなる。このため、製造された転位セグメント導体１は、安定した電気伝導特性を維持することができないことがわかる。
以上のように、転位渡り長Ｌを前述した式（９）を満たす値として、転位セグメント３の転位渡り部３１の浮き上がりをなくしても、前述した式（１）を満たすように超電導素線２やフォーマ４などの寸法（Ｄ，ｔ，Ｗ，Ｌ，ｓ）を定めなければ、超電導素線２の面内方向に加わる合成歪みεを許容歪みε_ｐ以下とすることができないことがわかる。

［具体例２］
超電導素線２の厚さｔを０．０７ｍｍとし、転位渡り長Ｌを１４０ｍｍとする以外は、具体例１と同様にして、転位セグメント導体１を製造した。
図１０は、シミュレーションにより算出された具体例２の超電導素線２に加わる合成歪みεと角度θとの関係を示す図である。
具体例２では、ε_ｅｄ（＝３（Ｗ／Ｌ）^２）＝０．０８８％となり、ε_ｆｌ（＝ｔ／（Ｄ＋ｔ））＝０．３２６％となる。また、ｔａｎ（θ＋φ）（＝ｓ／（πＤ））＝１．９４８５となり、θ＋φ＝６２．８°となる。
図中、実線で示された合成歪みεは、前述した式（７）にε_ｅｄ＝０．０８８％、ε_ｆｌ＝０．３２６％、φ＝６２．８°−θを代入して得られた以下の式（１１）で表される。

ε（％）＝０．３２６ｃｏｓ^２θ＋０．０８８ｃｏｓ^２（６２．８°−θ）・・・・・・（１１）

合成歪みεの極大値は、０．３４９％であり、許容歪みε_ｐの０．４％よりも小さく、前述した式（１）を満たしていることがわかる。このように許容歪みε_ｐ以下であるため、歪みによって転位セグメントの構造が乱れることが無く、安定した電気伝導特性が得られ、かつ高い長期信頼性が実現できる。

［具体例３］
スパイラルピッチを２００ｍｍとする以外は、具体例１と同様にして、転位セグメント導体を製造した。
図１１は、シミュレーションにより算出された具体例３の超電導素線に加わる合成歪みεと角度θとの関係を示す図である。
具体例３では、ε_ｅｄ（＝３（Ｗ／Ｌ）^２）＝０．１２％となり、ε_ｆｌ（＝ｔ／（Ｄ＋ｔ））＝０．３７２％となる。また、ｔａｎ（θ＋φ）（＝ｓ／（πＤ））＝２．９７５となり、θ＋φ＝７１．４°となる。
図中、実線で示された合成歪みεは、前述した式（７）にε_ｅｄ＝０．１２％、ε_ｆｌ＝０．３７２％、φ＝７１．４°−θを代入して得られた以下の式（１２）で表される。

ε（％）＝０．３７２ｃｏｓ^２θ＋０．１２ｃｏｓ^２（７１．４°−θ）・・・・・・（１２）

合成歪みεの極大値は、０．３８２％であり、許容歪みε_ｐの０．４％よりも小さく、前述した式（１）を満たしていることがわかる。このように許容歪みε_ｐ以下であるため、歪みによって転位セグメント３の構造が乱れることが無く、安定した電気伝導特性が得られ、かつ高い長期信頼性が実現できる。
以上のように、前述した式（７）を用いることによって、シミュレーションにより超電導素線２に加わる合成歪みεを算出することができる。このため、種々の超電導素線２やフォーマ４などの寸法（Ｄ，ｔ，Ｗ，Ｌ，ｓ）について予め合成歪みεを算出し、この合成歪の最大値が許容歪みε_ｐ以下となる寸法を求めておく。そして、算出された寸法に応じて転位セグメント導体１を製造することによって、超電導素線２に加わる合成歪みεを許容歪みε_ｐ以下とすることができる。

特に、具体例３は、具体例１に比べてスパイラルピッチｓが異なるだけである。このように、超電導素線２，転位セグメント３，フォーマ４の寸法（Ｄ，ｔ，Ｗ，Ｌ）を変化させなくとも、転位セグメント３をフォーマ４の外周に巻回する際のスパイラルピッチｓのみを調整することによって、既存の超電導素線２やフォーマ４などを用いて、簡便に前述した式（１）及び式（２）を満たすようにすることができる。

本発明では、素線に加わる合成歪みεが許容歪みε_ｐ以下となる転位セグメント導体を実現できる。素線として超電導素線を用いた転位セグメント導体は、安定した電気伝導特性を維持するとともに高い長期信頼性し、かつ大容量の超電導ケーブルとして利用できる。

本発明の転位セグメント導体の一実施形態を示す斜視図である。 本発明の転位セグメント導体の一実施形態を示す概略断面図である。 本発明の転位セグメントの一実施形態を示す斜視図である。 巻回された転位セグメント上に被覆テープが設けられた転位セグメント導体の要部を示す断面図である。 転位セグメントの平面図である。 歪ゲージの取り付け位置とε_垂直との関係を示す図である。 歪ゲージの取り付け位置とε_平行との関係を示す図である。 フォーマの外周に巻回された転位セグメントの超電導素線に加わるε_ｅｄとε_ｆｌを示す概略図である。 シミュレーションにより算出された具体例１の超電導素線に加わる合成歪みと角度θとの関係を示す図である。 シミュレーションにより算出された具体例２の超電導素線に加わる合成歪みと角度θとの関係を示す図である。 シミュレーションにより算出された具体例３の超電導素線に加わる合成歪みと角度θとの関係を示す図である。 従来の転位セグメント導体を示す斜視図である。

符号の説明

１‥‥転位セグメント導体、２‥‥超電導素線（素線）、３‥‥転位セグメント、４‥‥管体（フォーマ）、３１‥‥転位渡り部

Claims (3)

1. テープ状の素線を複数本、転位撚り合わせてなる転位セグメントを、管体の周囲に螺旋状に巻き付けてなる転位セグメント導体において、
   前記管体の直径をＤ［ｍｍ］、前記素線の厚さをｔ［ｍｍ］、前記素線の幅をＷ［ｍｍ］、前記素線の許容歪をε_ｐ、前記転位セグメントの転位渡り長をＬ［ｍｍ］、前記転位セグメントのスパイラルピッチをｓ［ｍｍ］とすると、
   下記式（１）及び式（２）を満足することを特徴とする転位セグメント導体。
   ε_ｐ≧［｛ｔ／（Ｄ＋ｔ）｝ｃｏｓ^２θ＋３（Ｗ／Ｌ）^２ｃｏｓ^２φ］・・・・・・（１）
   ｔａｎ（θ＋φ）＝ｓ／（πＤ）・・・・・・（２）
2. 前記素線の厚さｔに対する幅Ｗの比で表されるアスペクト比（Ｗ／ｔ）が２０以上であることを特徴とする請求項１に記載の転位セグメント導体。
3. 前記素線が、一般式Ｙ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−ｘで表される酸化物超電導材料を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の転位セグメント導体。
   

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