JP2007227771A - Superconductive coil device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高温超電導線を巻回してコイルとし、このコイルに通電することにより磁場を発生させる超電導コイル装置に関する。 The present invention relates to a superconducting coil device that winds a high-temperature superconducting wire into a coil and generates a magnetic field by energizing the coil.
超電導コイルを構成する超電導線は超電導コイルが発生する磁場によって磁化される。超電導線の磁化は磁場変化に対してヒステリシスをもつため、磁場が変化すると超電導線は発熱する。この磁化のヒステリシスによる発熱はヒステリシス損失と呼ばれる。ヒステリシス損失を小さくする効果的な手段としては、従来の金属系超電導体の場合は、超電導フィラメント径を小さくし、フィラメントをツイストすることが一般的である。また、超電導フィラメント径を小さくする際に隣接フィラメント間隔まで小さくなり過ぎると、近接効果によりマトリクスを介してフィラメントが磁気結合してしまうため、フィラメント径を10μm程度よりも小さくする場合には、近接効果を生じにくいCuNi等の合金を高抵抗母材としてフィラメントの周囲に備えることが一般的である。 The superconducting wire constituting the superconducting coil is magnetized by the magnetic field generated by the superconducting coil. Since the magnetization of the superconducting wire has hysteresis with respect to the magnetic field change, the superconducting wire generates heat when the magnetic field changes. Heat generation due to this magnetization hysteresis is called hysteresis loss. As an effective means for reducing the hysteresis loss, in the case of a conventional metal superconductor, it is common to reduce the diameter of the superconducting filament and twist the filament. Further, when the superconducting filament diameter is reduced, if the distance between adjacent filaments becomes too small, the filament is magnetically coupled through the matrix due to the proximity effect. Therefore, when the filament diameter is made smaller than about 10 μm, the proximity effect is obtained. It is common to provide an alloy such as CuNi that does not easily cause cracks around the filament as a high resistance base material.
一方、高温超電導線材の場合は、フィラメント径を減じることは可能であるが、線材の製法上、フィラメントをツイストすること、および高抵抗母材をフィラメント周囲に配置することが技術的に困難であり、フィラメント間の磁気結合を十分に切ることが現状できていない。フィラメント間が磁気結合している状態であると、特にテープ線材の場合は、テープ面に垂直方向の磁場に伴い非常に大きなヒステリシス損失が生じる。この大きなヒステリシス損失が高温超電導コイルを実用化する上で大きな障害になっている場合が多い。特に、テープ線材幅が広いイットリウム系超電導線材の場合は、ヒステリシス損失の問題が顕著である。 On the other hand, in the case of high-temperature superconducting wire, it is possible to reduce the filament diameter, but it is technically difficult to twist the filament and to arrange the high-resistance base material around the filament because of the manufacturing method of the wire. However, the magnetic coupling between the filaments cannot be sufficiently cut. When the filaments are in a magnetically coupled state, particularly in the case of a tape wire, a very large hysteresis loss occurs with a magnetic field perpendicular to the tape surface. This large hysteresis loss often becomes a major obstacle to putting the high-temperature superconducting coil into practical use. In particular, in the case of an yttrium-based superconducting wire having a wide tape wire width, the problem of hysteresis loss is significant.
ヒステリシス損失を低減するための手段として、下記特許文献1には、コイルの軸に対するテープ面の角度を磁場ベクトルに合わせて巻線内で少しずつ変化させていく方法が開示されているが、この方法では、巻線が難しいこと、コイル電流密度が低くなるなどの問題がある。
上記のように、従来の高温超電導コイルではヒステリシス損失が非常に大きいという問題があった。
そこで本発明は、高温超電導線を用いて高い電流密度をとることができ、ヒステリシス損失の少ない超電導コイル装置を提供することを目的とする。
As described above, the conventional high-temperature superconducting coil has a problem that hysteresis loss is very large.
Therefore, an object of the present invention is to provide a superconducting coil device that can take a high current density by using a high-temperature superconducting wire and has little hysteresis loss.
上記課題を解決するために、本発明の請求項1は、厚さをdとし幅をWとするときW≧5dである高温超電導テープ線材を巻回してなる超電導コイルを備え、前記高温超電導テープ線材の幅Wの面における磁場の強さの前記幅Wの面に垂直な成分が平行な成分の2分の1以下であるようにした構成とする。 In order to solve the above-mentioned problem, claim 1 of the present invention comprises a superconducting coil formed by winding a high-temperature superconducting tape wire W ≧ 5d when the thickness is d and the width is W, and the high-temperature superconducting tape is provided. The configuration is such that the component perpendicular to the plane of the width W of the magnetic field strength in the plane of the width W of the wire is one half or less of the parallel component.
本発明によれば、高温超電導線を用いて高い電流密度をとることができ、ヒステリシス損失の少ない超電導コイル装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a high current density can be taken using a high temperature superconducting wire, and a superconducting coil apparatus with few hysteresis losses can be provided.
以下、本発明に係る超電導コイル装置の第1ないし第6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)
図1は、本発明の第1の実施の形態の超電導コイル装置を示す斜視図である。本実施の形態の超電導コイル装置は、厚さdと幅Wを持つテープ状の高温超電導テープ線材1をドーナツ状のコイル巻枠2にトロイダル形状に巻回した超電導コイル11を備えている。コイル巻枠2の表面に沿って高温超電導テープ線材1の幅Wの面がコイル巻枠2の表面に平行になる向きに巻かれている。高温超電導テープ線材1の幅Wは厚さdの5倍以上の長さを有している。図1では、高温超電導テープ線材1が疎巻きに巻かれている場合を示しているが、高温超電導テープ線材1が密巻に巻かれていてもよい。また、複数層に巻かれていてもよい。超電導コイル11にはエポキシ系樹脂が含浸され、真空容器内に配置されて伝導冷却で冷却される。
Hereinafter, first to sixth embodiments of a superconducting coil device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing a superconducting coil device according to a first embodiment of the present invention. The superconducting coil device of this embodiment includes a
本実施の形態によれば、アスペクト比(W/d)が5以上の高温超電導テープ線材1をトロイダルコイル形状に巻線した超電導コイル11を備えることにより、ヒステリシス損失低減効果が高い。また、幅Wの線材面に垂直に印加される磁場成分が小さくなることから、臨界電流密度が高くなり、結果として少ない線材量で超電導コイルを製作することができる。ヒステリシス損失低減によってランニングコスト低減効果が得られ、臨界電流密度増加によってイニシャルコスト低減効果が得られる。
According to the present embodiment, by providing the
(第2の実施の形態)
図2は、本発明の第2の実施の形態の超電導コイル装置を示す断面図である。本実施の形態の超電導コイル装置は、第1の実施の形態で説明したテープ状の高温超電導テープ線材1を巻線した複数の超電導要素コイル3をトロイダル形状に配置した構成である。超電導要素コイル3のコイル形状は、円形、レーストラック形状、D型形状などどのような形状でもよい。また、要素コイル3はパンケーキ巻線構造でもレイヤー巻構造でもよい。超電導要素コイル3にはエポキシ系樹脂が含浸され、真空容器内に配置されて伝導冷却で冷却される。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a sectional view showing a superconducting coil device according to a second embodiment of the present invention. The superconducting coil device of the present embodiment has a configuration in which a plurality of superconducting element coils 3 wound with the tape-like high-temperature
ただし、要素コイル3の構造、数量、および配置は、超電導要素コイル3内における高温超電導テープ線材1の幅Wの線材面に垂直な方向の磁場成分最大値B⊥maxが、おなじ線材面に平行な方向の磁場成分最大値B//maxの半分以下であるように構成されている。磁場成分比を2倍以上と限定する理由は下記のとおりである。すなわち、図3に示す磁場および線材使用量の要素コイル数依存性のグラフに示されているように、磁場成分比が約2倍で線材使用量が極大値をとり、磁場成分比が大きくなるほど、線材使用量は急激に少なくなるからである。
However, the structure, quantity, and arrangement of the element coil 3 are such that the maximum magnetic field component value B⊥max in the direction perpendicular to the wire surface of the width W of the high-temperature
(第3の実施の形態)
本実施の形態の超電導コイル装置は、図4に示すように、テープ状の高温超電導テープ線材1を複数枚束ねて構成された高温超電導バンドル導体4をドーナツ状のコイル巻枠2に巻回した構成である。高温超電導バンドル導体4は、高温超電導線1が複数枚どのように配置されてもよい。いくつかの配置例を図4(b)〜(e)に示す。
本実施の形態によれば、電流容量が大きくヒステリシス損失の少ない超電導コイル装置を提供することができる。
(Third embodiment)
In the superconducting coil device according to the present embodiment, as shown in FIG. 4, a high-temperature
According to the present embodiment, it is possible to provide a superconducting coil device having a large current capacity and a small hysteresis loss.
(第4の実施の形態)
本実施の形態の超電導コイル装置は、図5に示すように、テープ状の高温超電導テープ線材1を複数枚束ねて構成された高温超電導バンドル導体4を巻回した複数の超電導要素コイル5をトロイダル形状に配置した構成である。超電導要素コイル5のコイル形状は、円形、レーストラック形状、D型形状などどのような形状でもよい。また、超電導要素コイル5はパンケーキ巻線構造でもレイヤー巻構造でもよい。超電導要素コイル5の構造、数量、および配置は、超電導要素コイル5内における高温超電導テープ線材1の幅Wの線材面に垂直な方向の磁場成分最大値B⊥maxが、おなじく幅Wの線材面に平行な方向の磁場成分最大値B//maxの半分以下であるように構成されている。
本実施の形態によれば、電流容量が大きくヒステリシス損失の少ない大型の超電導コイル装置を提供することができる。
(Fourth embodiment)
As shown in FIG. 5, the superconducting coil device according to the present embodiment has a plurality of superconducting element coils 5 each wound with a high-temperature
According to the present embodiment, it is possible to provide a large superconducting coil device having a large current capacity and a small hysteresis loss.
(第5の実施の形態)
図6は、本発明の超電導コイル装置に使用される高温超電導テープ線材の一例を示している。すなわち、高温超電導テープ線材1は、基板7と、基板7上に設けられたイットリウム系酸化物超電導体6と、導電性金属から成りイットリウム系酸化物超電導体6を保護する保護層8を備え、保護層8には、銅あるいは銅合金あるいは銅化合物で形成された銅テープ9が電気的に接触するように配置されている。銅テープ9の厚さdcuは、イットリウム系酸化物超電導体6の厚さdyの少なくとも20倍以上である。
(Fifth embodiment)
FIG. 6 shows an example of a high temperature superconducting tape wire used in the superconducting coil device of the present invention. That is, the high-temperature
本実施の形態の効果を検証するために、dcu=10dy,20dy,50dyの超電導テープ線材1を準備し、冷凍機で試料を70Kに冷却した状態で臨界電流をそれぞれの試料に通電したことを想定した熱解析を実施した。その結果、図7のグラフに示すような試料両端電圧の時間変化が得られた。dcu=50dyでは試料の両端電圧にほとんど時間変化がなく、安定な通電が可能である。dcu=10dyでは試料の電圧変化が急激で、焼損に至る。dcu=20dyでは、電圧の上昇はみられるものの、電圧の時間変化は比較的緩やかであるので、電圧上昇を検知して、電流をゼロにすることができ、焼損には至らない。以上の結果から、超電導テープ線材1が焼損に至ることを防ぐためには、イットリウム系酸化物超電導体6の厚さの20倍以上の厚さの銅テープ9が必要であると結論付けられる。
In order to verify the effect of the present embodiment, a
(第6の実施の形態)
図8は、本発明の超電導コイル装置に使用される高温超電導テープ線材1の他の例を示している。すなわち、高温超電導テープ線材1は、基板7と、イットリウム系酸化物超電導体6と、安定化材10から構成されており、安定化材10は銀、銅、銀合金、銅合金、銀化合物、銅化合物のいずれかあるいは複数からなり、イットリウム系酸化物超電導体6と電気的に接触するように配置されている。安定化材10の厚さdsは、イットリウム系酸化物超電導体6の厚さdyの20倍以上である。
本実施の形態によれば、電流容量が大きくヒステリシス損失の少ない超電導コイル装置を提供することができる。
(Sixth embodiment)
FIG. 8 shows another example of the high-temperature
According to the present embodiment, it is possible to provide a superconducting coil device having a large current capacity and a small hysteresis loss.
1…高温超電導テープ線材、2…コイル巻枠、3…超電導要素コイル、4…高温超電導バンドル導体、5…高温超電導バンドル導体を巻回した超電導要素コイル、6…イットリウム系酸化物超電導体、7…基板、8…保護層、9…銅テープ、10…安定化材、11…超電導コイル。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
8. The superconducting coil device according to claim 7, wherein the superconducting coil is disposed in a vacuum vessel and cooled by conduction cooling.
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009238888A (en) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Toshiba Corp | Superconducting coil apparatus |
JP2014513913A (en) * | 2011-05-17 | 2014-06-05 | ヘロン エナジー ピーティーイー リミテッド | Low speed electromagnetic turbine |
KR101502234B1 (en) * | 2013-10-08 | 2015-03-12 | 창원대학교 산학협력단 | Toroid-type HTS DC Reactor using D-shape superconducting coil |
CN107799264A (en) * | 2016-09-07 | 2018-03-13 | 中国电力科学研究院 | A kind of fixed mount of high-temperature superconducting magnet |
US20180096785A1 (en) * | 2016-10-05 | 2018-04-05 | The Boeing Company | Superconducting air core inductor systems and methods |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01189813A (en) * | 1988-01-22 | 1989-07-31 | Hokuriku Electric Power Co Inc:The | Oxide superconductive wire material |
JPH01246801A (en) * | 1988-03-19 | 1989-10-02 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | Superconducting magnet |
JPH0773758A (en) * | 1993-09-06 | 1995-03-17 | Fujikura Ltd | Structure of oxide superconductor with stabilized metallic layer |
JPH07335051A (en) * | 1994-06-02 | 1995-12-22 | Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai | Oxide superconductive tape with stabilizing layer and manufacture thereof |
JP2000197263A (en) * | 1998-12-25 | 2000-07-14 | Toshiba Corp | Superconductive coil device for current limiting element |
JP2001244108A (en) * | 2000-02-29 | 2001-09-07 | Fuji Electric Co Ltd | Superconducting coil of induction apparatus |
JP2003505848A (en) * | 1999-07-23 | 2003-02-12 | アメリカン・スーパーコンダクター・コーポレーション | Encapsulated ceramic superconductor |
JP2004510346A (en) * | 2000-09-27 | 2004-04-02 | アイジーシー−スーパーパワー、リミテッド ライアビリティー カンパニー | Low AC loss superconducting coil |
JP2004303694A (en) * | 2003-04-01 | 2004-10-28 | Fujikura Ltd | Transposition segment, method and device for manufacturing transposition segment, and superconductive application apparatus |
JP2004342972A (en) * | 2003-05-19 | 2004-12-02 | Kyushu Electric Power Co Inc | Superconductive coil |
WO2005008687A1 (en) * | 2003-07-17 | 2005-01-27 | Fuji Electric Systems Co., Ltd. | Superconducting wire and superconducting coil employing it |
-
2006
- 2006-02-24 JP JP2006048627A patent/JP2007227771A/en active Pending
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01189813A (en) * | 1988-01-22 | 1989-07-31 | Hokuriku Electric Power Co Inc:The | Oxide superconductive wire material |
JPH01246801A (en) * | 1988-03-19 | 1989-10-02 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | Superconducting magnet |
JPH0773758A (en) * | 1993-09-06 | 1995-03-17 | Fujikura Ltd | Structure of oxide superconductor with stabilized metallic layer |
JPH07335051A (en) * | 1994-06-02 | 1995-12-22 | Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai | Oxide superconductive tape with stabilizing layer and manufacture thereof |
JP2000197263A (en) * | 1998-12-25 | 2000-07-14 | Toshiba Corp | Superconductive coil device for current limiting element |
JP2003505848A (en) * | 1999-07-23 | 2003-02-12 | アメリカン・スーパーコンダクター・コーポレーション | Encapsulated ceramic superconductor |
JP2001244108A (en) * | 2000-02-29 | 2001-09-07 | Fuji Electric Co Ltd | Superconducting coil of induction apparatus |
JP2004510346A (en) * | 2000-09-27 | 2004-04-02 | アイジーシー−スーパーパワー、リミテッド ライアビリティー カンパニー | Low AC loss superconducting coil |
JP2004303694A (en) * | 2003-04-01 | 2004-10-28 | Fujikura Ltd | Transposition segment, method and device for manufacturing transposition segment, and superconductive application apparatus |
JP2004342972A (en) * | 2003-05-19 | 2004-12-02 | Kyushu Electric Power Co Inc | Superconductive coil |
WO2005008687A1 (en) * | 2003-07-17 | 2005-01-27 | Fuji Electric Systems Co., Ltd. | Superconducting wire and superconducting coil employing it |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009238888A (en) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Toshiba Corp | Superconducting coil apparatus |
JP2014513913A (en) * | 2011-05-17 | 2014-06-05 | ヘロン エナジー ピーティーイー リミテッド | Low speed electromagnetic turbine |
US9762094B2 (en) | 2011-05-17 | 2017-09-12 | Heron Energy Pte Ltd | Low speed electromagnetic turbine |
KR101502234B1 (en) * | 2013-10-08 | 2015-03-12 | 창원대학교 산학협력단 | Toroid-type HTS DC Reactor using D-shape superconducting coil |
CN107799264A (en) * | 2016-09-07 | 2018-03-13 | 中国电力科学研究院 | A kind of fixed mount of high-temperature superconducting magnet |
CN107799264B (en) * | 2016-09-07 | 2021-04-30 | 中国电力科学研究院 | Fixing frame of high-temperature superconducting magnet |
US20180096785A1 (en) * | 2016-10-05 | 2018-04-05 | The Boeing Company | Superconducting air core inductor systems and methods |
US10573458B2 (en) * | 2016-10-05 | 2020-02-25 | The Boeing Company | Superconducting air core inductor systems and methods |
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