JP2006329925A

JP2006329925A - 超電導導体の評価方法および装置

Info

Publication number: JP2006329925A
Application number: JP2005157114A
Authority: JP
Inventors: Kei Koyanagi; 圭小柳; Michitaka Ono; 通隆小野; Takashi Yazawa; 孝矢澤; Shiyunji Nomura; 俊自野村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-05-30
Filing date: 2005-05-30
Publication date: 2006-12-07

Abstract

【課題】超電導導体に臨界電流値以下の電流を通電した際に得られる電圧信号強度のノイズ成分に対する比率を向上させて電圧発生挙動を高い精度で測定することのできる超電導導体の評価方法および装置を提供する。
【解決手段】少なくとも一部が被測定超電導導体２によって形成された２次側コイル１２に電流源７に接続された１次側コイル１１からの電磁誘導によって電流を流して被測定超電導導体２の通電特性を測定する方法とする。
【選択図】図１

Description

本発明は超電導導体の通電特性の評価方法および装置に関し、特に、超電導体生成熱処理工程を有する製造方法により製作された長尺の高温超電導導体の通電特性をコイル化する前の段階で比較的簡易に測定するのに有効な超電導導体の評価方法および装置に関する。

超電導導体において臨界電流値等の通電特性は重要な特性であり、その測定方法や測定装置が従来いろいろ発明されている（特許文献１および２参照）。

図５は、長尺の超電導導体の全長に通電して臨界電流値を測定するための従来の装置の基本的な構成例を示す図である。即ち、それぞれ超電導導体からなる１次側コイル１１および２次側コイル１２に対して低温容器６の外部に配置した電流源７から電流リード５を介して電流を供給して、超電導導体の発生電圧を測定する。２次側コイル１２を構成する被測定超電導導体２と１次側コイル１１を構成する通電用超電導導体１ａは図６のように共巻きされて一端が接部続３において接続され、無誘導巻きにして２本直列に通電し測定される。被測定超電導導体２の電圧発生は、ある間隔毎に電圧タップ８を設置してデジタルボルトメータ等の電圧計９で計測する。

超電導導体の測定は、本例のように製造された超電導導体の出荷前検査のように長尺導体全長に亘って通電し測定する場合もあるし、長尺導体の一部を切り出した短尺のサンプルについて行う場合もある。図５および図６に示した例では超電導導体１ａ，２が冷媒４に浸漬されているが、別の従来例として、超電導導体が極低温小型冷凍機により伝導冷却されて測定に供される場合もある。いずれの場合においても、超電導導体両端には電流を供給するための電流リードが接続され、この電流リードは銅あるいはリン脱酸銅等の銅合金を通常使用して室温の電流導入端子を介して外部の電流源７へと接続されている。
特開２００３−１４９２７８号公報特開２００４−１１７０８２号公報

しかしながら、上記の従来例のように外部の電流源から電流リードを介して超電導導体に電流供給した場合、電流源出力のリップルや電流源ラインからの伝導ノイズ等が重畳し、これによって被測定超電導導体から得られる電圧信号にばらつきが生じる。その結果、臨界電流値の定義レベルより２桁以上小さい電圧を測定する際には、信号に対するノイズの比が無視できなくなり、測定の精度が低下する。一方、電圧の絶対値は被測定超電導導体上の電圧タップ間距離に比例するので距離を長くすれば信号強度を上げることができるが、電圧タップ間距離は測定装置により制限があり、従来より数桁長い電圧タップ間距離で温度および経験磁場を一定にした測定はできない。また、被測定超電導導体全長に通電する方法の場合も、導体の局所の劣化の有無を判別するためにはある程度短い間隔で電圧タップを設けて測定する必要があり、従来の測定方法あるいは装置では外部電流源に起因するノイズと同程度以下の強度の電圧信号は検出することができない。

そこで本発明は、超電導導体に臨界電流値以下の電流を通電した際に得られる電圧信号強度のノイズ成分に対する比率を向上させて電圧発生挙動を高い精度で測定することのできる超電導導体の評価方法および装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の請求項１は、少なくとも一部が被測定超電導導体によって形成された２次側コイルに、電流源が接続された１次側コイルからの電磁誘導によって電流を流して前記被測定超電導導体の通電特性を測定する方法とする。

請求項６の発明は、少なくとも一部が被測定超電導導体によって形成された２次側コイルと、前記２次側コイルと電磁誘導可能に配置され電流源に接続される１次側コイルと、前記被測定超電導導体上の所定の２点間の電位差を測定する電圧計とを備えている構成とする。

本発明によれば、超電導導体に臨界電流値以下の電流を通電した際に得られる電圧信号強度のノイズ成分に対する比率を向上させて電圧発生挙動を高い精度で測定することのできる超電導導体の評価方法および装置を提供することができる。

以下、本発明の第１ないし第３の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態は、図１、図２に示すように、被測定超電導導体２からなる２次側コイル１２および誘導用の超電導導体１からなる１次側コイル１１を冷却装置である低温容器６内で冷媒４に浸漬冷却して測定する。被測定超電導導体２は２次側コイル１２を構成し、接続部３をハンダ等で短絡されて閉回路を形成する。誘導用の超電導導体１は被測定超電導導体２と電気絶縁しながら共巻きされて１次側コイル１１を形成し、その両端は電流リード５によって外部の電流源７に接続される。

本実施の形態によれば、１次側コイル１１を励磁あるいは消磁する過程で、２次側コイル１２に誘導起電力が生じる。このとき、２次側コイル１２は接続部３等による微小な常電導抵抗を含む超電導閉回路であるので、その抵抗値で制限される電流値まで電流を通電することができ、その後抵抗値とインダクタンスとにより決まる時定数で減衰する。被測定超電導導体２に電圧タップ８を設置して２次側コイル１２に電流が流れる間に発生する電圧をデジタルボルトメータ等の電圧計９で計測する。電圧タップ８は通常、ある間隔毎に被測定超電導導体２全長に亘って電圧が観測できるように設置する。被測定超電導導体２が撚り線である場合には撚りピッチの整数倍の間隔で設ける。

１次側コイル１１に外部の電流源７から電流供給している間には電流源ラインからのノイズによって２次側コイル１２に誘導ノイズが重畳される恐れがあるが、１次側コイル１１の消磁過程で２次側コイル１２に電流を誘導し消磁完了後に１次側コイル１１の電流源７を遮断することによって、２次側コイルに対する誘導ノイズ要因は除去される。２次側コイル１２に誘導される電流の最大値は１次側コイルの磁場変化量によるため、通電後に保持する１次側コイル１１の電流の値を変化させることによって、１次側コイル１１の発生する磁場が２次側コイル１２に印加されて、被測定超電導導体２の超電導特性の磁場依存性を測定することができる。

本実施の形態によれば、被測定超電導導体２への電流リードからの伝導ノイズを無くし、比較的簡易に高精度な電圧測定が実現できる。また、被測定超電導導体２に流す電流の最大値が電源設備出力容量の制約を受けず、大電流を被測定超電導導体２へ通電にすることができる。また、被測定超電導導体２を常電導化させる加熱装置を設けて２次コイル１２の回路の抵抗値を変化させることによって、１次側コイル１１の励磁中と消磁中とで２次側コイルに誘導される電流の減衰速度を変化させることができる。これにより、励磁中に誘導された電流は早く減衰させ、消磁中に誘導された電流を比較的長い時間で減衰させて、この減衰の過程で電圧を測定することにより、発生電圧の電流値依存性を測定することができる。

なお、被測定超電導導体２の撚りピッチの整数倍の間隔で電圧タップを設けて発生電圧を測定するようにすると、電圧端子間において撚られている被測定超電導導体２の各構成素線が導体幅方向端部で等しく変形を経験する。これにより、電圧端子に挟まれた領域における素線間の偏流で生じる起電力が有意な電圧信号に重畳するのを回避することができる。

また、２次側コイル１２をパンケーキ巻きを接続した形状にして、パンケーキを構成する被測定超電導導体２の端部の位相を一致させた構成にすると、複数の被測定超電導導体２のそれぞれの端部が一致し、相対位置関係が全長に亘って同条件になる。これが、被測定超電導導体２に対して、隣接する別の被測定超電導導体２による磁場を全長に亘り等しく経験させるように作用する。これにより、被測定超電導導体２全長に亘り同じ経験磁場の条件下で特性評価することができる。

被測定超電導導体２は、パンケーキコイル状に巻いて超電導体生成熱処理をされた高温超電導導体であってもよい。
２次側コイル１２に設けられた抵抗値可変の部分と、前記抵抗値を調節して２次側コイル１２の電流減衰速度を制御する手段とを備えた構成にすると測定が行いやすくなる。

２次側コイル１２に誘導電流を流し１次側コイル１１の電流を一定に保持して１次側コイル１１の発生磁場を２次側コイル１２に印加することによって、被測定超電導導体２の通電特性の磁界依存性を測定することもできる。

また、２次側コイル１２の回路中にダイオードを接続し１次側コイル１１の励磁速度を調節することによって、２次側コイル１２の両端電圧と前記ダイオードの順方向阻止電圧との大小関係を変化させるようにしてもよい。このようにすると、１次側の電流掃引速度によって２次側回路に生じる誘導電圧とダイオードの順方向阻止電圧との大小関係によって、１次側電流が変化しても誘導電流が評価用導体へ流れないようにすることができる。即ち、１次側電流増加時には２次側回路に生じる誘導電圧がダイオードの順方向阻止電圧以下になるよう掃引速度を遅く設定し、１次側電流を下げる時には順方向阻止電圧以上の誘導電圧が生じる掃引速度に設定して電流を誘導することで、１次側電流立ち下げ完了後に２次側電流のピークを得ることができる。これにより、被測定超電導導体２の特性を、１次側の導体の発生磁場を経験しない条件下で測定することができる。

被測定超電導導体２に電圧計９を接続する電流リード５上に恒温の信号増幅回路を備えるようにしてもよい。このようにすると、実験室の計測器周辺におけるノイズが多く熱ゆらぎの大きい環境から信号増幅回路即ちプリアンプを隔離し一定温度に保つことができる。これは、プリアンプ内の導体結合部における熱起電力の発生および変動を抑制するように作用する。これにより、測定したい電圧信号に重畳するノイズ成分を低減させることができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は図３に示すように、ともに誘導用超電導導体からなり冷却装置である低温容器６内の冷媒４に浸漬冷却された１次側コイル１１および２次側コイル１２を備えている。１次側コイル１１は２つのパンケーキ巻線部を有するスプリットコイル形状であり、２次側コイル１２は前記２つのパンケーキ巻線部の間に位置し中心軸が一致するように配置されている。２次側コイル１２の端子間には被測定超電導導体２が接続され、被測定超電導導体２の端部間には電圧タップ８を介して電圧計９が接続されている。
本実施の形態によれば、被測定超電導導体２の長さが比較的短い場合でも誘導により電流を流して低ノイズで通電特性を測定することができる。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態は図４に示すように、２次側コイル１２が冷媒４に浸漬冷却されるとともに、低温容器６の外部に冷凍機伝導冷却型の直冷式超電導マグネット１３を配置して１次側コイルとしている。２次側コイル１２の端子間には被測定超電導導体２が接続され、被測定超電導導体２の端部間には電圧タップ８を介して電圧計９が接続されている。

本実施の形態においては低温容器６に電流リードを設ける必要がないため、極低温部分への熱侵入を低減でき、その結果、冷媒液面の低下により通電測定時間が制限されることなく、比較的長時間の大電流通電測定を行うことができる。

本発明の第１の実施の形態の超電導導体の評価装置の構成を示す模式図。図１の要部の構成を示す斜視図。本発明の第２の実施の形態の超電導導体の評価装置の構成を示す模式図。本発明の第３の実施の形態の超電導導体の評価装置の構成を示す模式図。従来の超電導導体の評価装置の構成を示す模式図。図５の要部の構成を示す斜視図。

符号の説明

１…誘導用超電導導体、１ａ…通電用超電導導体、２…被測定超電導導体、３…接続部、４…冷媒、５…電流リード、６…低温容器、７…電流源、８…電圧タップ、９…電圧計、１１…１次側コイル、１２…２次側コイル、１３…直冷式超電導マグネット。

Claims

少なくとも一部が被測定超電導導体によって形成された２次側コイルに、電流源が接続された１次側コイルからの電磁誘導によって電流を流して前記被測定超電導導体の通電特性を測定することを特徴とする超電導導体の評価方法。
前記２次側コイルに誘導電流を通電した後の前記誘導電流の減衰過程で前記被測定超電導導体の発生電圧を測定することを特徴とする請求項１記載の超電導導体の評価方法。
前記被測定超電導導体を常電導化させる加熱装置で前記１次側コイルによる磁場印加時と一定保持時とで前記２次側コイルに誘導される電流を制御しながら前記被測定超電導導体の超電導特性を測定することを特徴とする請求項１記載の超電導導体の評価方法。
前記２次側コイルに誘導電流を流し前記１次側コイルの電流を一定に保持して１次側コイルの発生磁場を２次側コイルに印加することにより前記被測定超電導導体の通電特性の磁界依存性を測定することを特徴とする請求項１記載の超電導導体の評価方法。
前記被測定超電導導体の撚りピッチの整数倍の間隔で電圧タップを設けて発生電圧を測定して前記被測定超電導導体の超電導特性をすることを特徴とする請求項１記載の超電導導体の評価方法。
少なくとも一部が被測定超電導導体によって形成された２次側コイルと、前記２次側コイルと電磁誘導可能に配置され電流源に接続される１次側コイルと、前記被測定超電導導体上の所定の２点間の電位差を測定する電圧計とを備えていることを特徴とする超電導導体の評価装置。
前記１次側コイルと前記２次側コイルは超電導導体によって構成され、電気絶縁しながら共巻きされた構造であることを特徴とする請求項６記載の超電導導体の評価装置。
前記１次側コイルは２つのパンケーキ巻線部を有するスプリットコイル形状であり、前記２次側コイルは前記２つのパンケーキ巻線部の間に位置し中心軸が一致するよう配置されることを特徴とする請求項６記載の超電導導体の評価装置。
前記２次側コイルをパンケーキ巻きを接続した形状にして、パンケーキを構成する被測定超電導導体端部の位相を一致させたことを特徴とする請求項６記載の超電導導体の評価装置。
前記１次側コイルと前記２次側コイルは別容器に配置されて独立に温度制御されることを特徴とする請求項６記載の超電導導体の評価装置。
前記２次側コイルに設けられた抵抗値可変の部分と、前記抵抗値を調節して２次側コイルの電流減衰速度を制御する手段とを備えていることを特徴とする請求項６記載の超電導導体の評価装置。
前記２次側コイルの回路中にダイオードを接続し１次側コイルの励磁速度を調節することによって、２次側コイルの両端電圧と前記ダイオードの順方向阻止電圧との大小関係を変化させるようにしたことを特徴とする請求項６記載の超電導導体の評価装置。
前記被測定超電導導体に前記電圧計を接続する信号線上に恒温の信号増幅回路を備えていることを特徴とする請求項６記載の超電導導体の評価装置。