JP2011003494A - 補強高温超電導線およびそれを巻線した高温超電導コイル - Google Patents

Abstract

【課題】真空中での伝熱による冷却が可能であるとともに、巻線作業がし易く、剥離して超電導特性が劣化しない補強高温超電導線、およびそれを巻線した高温超電導コイルを提供することを目的とする。
【解決手段】金属基板４上に中間層５および酸化物超電導層６を形成してなるテープ形状の高温超電導線２と補強テープ線３から構成される補強高温超電導線１において、補強テープ線３は、高温超電導線２を覆うように幅方向の両端が折り曲げられかつこの両端部が接触せずに配置されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は補強高温超電導線、およびそれを巻線した高温超電導コイルに関する。

ハステロイなどのテープ状の金属基板上に酸化セリウムなどの中間層を形成し、その上に厚さ数μｍ程度のイットリウム系などの酸化物超電導層が形成された第２世代線材とよばれる高温超電導線が開発されてきている。この高温超電導線は、酸化物超電導層や中間層などで剥離する可能性があり、剥離した場合には超電導特性が劣化してしまうおそれがあった。

したがって、形状保持や真空中での伝熱を目的として、エポキシ樹脂などで、高温超電導線を巻線したコイルを含浸した場合には、樹脂の硬化収縮や冷却時の熱応力で剥離してしまうおそれがあることが懸念される。

この対策として、高温超電導線を補強することが考えられるが、補強構造としては、特許文献１に示されるように、金属テープ線を用いて高温超電導線を密封する方法が開示されている。

特表２００３−５０５８４８号公報

しかしながら、図９に示すように特許文献１で開示された高温超電導線２を補強テープ線３で密封した構成では、補強テープ線３と高温超電導線２の間の空間２０が断熱層になり、補強した高温超電導線２を、巻回して樹脂含浸して高温超電導コイル（図示せず）を製作した場合に、伝熱により高温超電導線２を冷却することが困難になってしまうという課題があった。一方、補強テープ線３と高温超電導線２の間を半田などで一体化してしまうと、高温超電導線２が厚くなることで曲がりにくくなり、巻線作業が難くなると同時に、曲げ変形により高温超電導線２に応力が発生し、高温超電導線２が劣化し易くなってしまうという課題があった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、酸化物超電導層を剥離させる力に弱い高温超電導線を補強テープ線などで補強したとしても、真空中での伝熱による冷却が可能であるとともに、巻線作業がし易く、超電導特性が劣化しない補強高温超電導線、およびそれを巻線した高温超電導コイルを提供することを目的とする。

本発明は、金属基板上に中間層および酸化物超電導層を形成してなるテープ形状の超電導線と補強テープ線から構成される補強高温超電導線において、補強テープ線は、超電導線を覆うように幅方向の両端が折り曲げられかつこの両端部が接触せずに配置されていることを特徴とする。

また本発明に係る高温超電導コイルは、上記補強超電導線が巻回され、この補強超電導線の周囲またはこの補強超電導線間には絶縁材が配置され樹脂含浸されていることを特徴とする。

本発明によれば、酸化物超電導層を剥離させる力に弱い高温超電導線を補強テープ線などで補強した場合においても、真空中での伝熱による冷却が可能であるとともに、巻線作業がし易く、超電導特性が劣化しない補強高温超電導線、およびそれを巻線した高温超電導コイルを得ることができる。

本発明の補強高温超電導線の第１実施形態の実施例１を示し、（a）は長手軸方向と垂直の面で切断した縦断面図、（b）は（a）で示す高温超伝導線を拡大して示す断面図。 本発明の実施例１の変形例を示す補強高温超電導線の長手軸方向と垂直の面で切断した縦断面図。 本発明の補強高温超電導線の第１実施形態の実施例２を示し、（a）は長手軸方向と垂直の面で切断した縦断面図、（b）は（a）で示す高温超伝導線を拡大して示す断面図。 本発明の第１実施形態の実施例３を示す補強高温超電導線の長手軸方向と垂直の面で切断した縦断面図。 本発明の第１実施形態の実施例４を示す補強高温超電導線の長手軸方向と垂直の面で切断した縦断面図。 本発明の第１実施形態の実施例５を示す補強高温超電導線の長手軸方向と垂直の面で切断した縦断面図。 本発明の高温超電導コイルに係る実施例１を示し、（a）は高温超電導コイルの一部を切断した一部切断斜視図、（b）は（a）のＡ部を拡大して示す断面図。 本発明の高温超電導コイルに係る実施例２を示し、（a）は高温超電導コイルの一部を切断した一部切断斜視図、（b）は（a）のＢ部を拡大して示す断面図。 補強高温超電導線の従来例を示す長手軸方向と垂直の面で切断した縦断面図。

以下、本発明に係る補強高温超電導線、およびそれを巻線した高温超電導コイルの実施の形態について、図面を参照して説明する。

第１実施形態を、以下図１から図６を参照して説明する。

（実施例１）
図１は本発明の補強高温超電導線の第１実施形態に係る実施例１を示し、（a）は長手軸方向と垂直の面で切断した縦断面図であり、（b）は（a）で示す高温超伝導線を拡大して示す断面図である。 図１（a）において補強高温超電導線１は、高温超電導線２と補強テープ線３から構成されている。補強テープ線３は、長手軸方向と直交する幅方向の端部で折り曲げられ、高温超電導線２を覆うように配置されている。

高温超電導線２は 図１（b）に示すように、テープ形状の金属基板４の表面に、中間層５、酸化物超電導層６、および保護層７、安定化層８を順次形成した積層構造を有している。なお、図１では、保護層７および安定化層８を設けた構成を示したが、本発明で用いられる高温超電導線２は、保護層７および安定化層８のいずれかが形成されない構成とすることができる。また、高温超電導線２は、全体をホルマール（登録商標）やカプトン（登録商標）で被覆して絶縁処理された構成としても良い。

補強テープ線３としては、例えば銅やステンレスなどからなる金属テープが用いられる。金属基板４としては、例えばハステロイ（登録商標）などのニッケル合金、ステンレスなどからなるテープが用いられる。

中間層５としては、例えば酸化セリウム、酸化マグネシウムなどからなる複数の層から構成されている。この構成によって金属基板４から酸化物超電導層６への金属の拡散を防止することができ、さらに中間層５の格子定数を金属基板４よりも酸化物超電導層６に近いものとすることができ、それにより金属基板４と酸化物超電導層６との結晶のミスマッチによる格子歪みを緩和することができる。

酸化物超電導層６としては、例えばイットリウムなどの希土類（Ｒｅ）が含まれるＲｅ１２３系などの高温超電導材料が用いられ、Ｒｅは、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ及びＹから選択される１種又は２種以上の元素である。

保護層７としては、例えば銀、金など用いられる。安定化層８としては、例えば銅からなる層が用いられる。安定化層８は、金属テープを半田付けしても良い。また、安定化層８として片面のみに付加する構成を示したが、全面を被覆する構成も可能である。

本構成によれば、補強高温超電導線１を巻回して高温超電導コイルを製作し、冷却や電磁力印加をした場合に、図１（b）に示すように高温超電導線２の積層構造の層間を剥離させる力Ｆが働いたとしても、端部が折り曲げられた補強テープ線３により補強されているので、層間の剥離が抑制される。

また、巻線時には、高温超電導線２と補強テープ線３は一体化されていないため、巻線時に補強高温超電導線１の内部に発生する応力が緩和されるため、巻線作業がし易く、かつ巻回した後に樹脂含浸した場合に、高温超電導線２と補強テープ線３の間にも樹脂が含浸されるため、真空中においても伝導により高温超電導線２を冷却することが可能となる。

なお、図２の実施例１の変形例に示すように、補強高温超電導線１には複数の高温超電導線２が含まれていてもよい。

本実施例によれば、高温超電導線２の層間を剥離させる力Ｆに対して補強テープ線３により補強されているために、超電導特性が劣化することなく、また高温超電導線２と補強テープ線３の間に樹脂を含浸することが可能であるため、真空中での伝導による高温超電導線２の冷却が可能な補強高温超電導線１を提供できる。

（実施例２）
図３は本発明の補強高温超電導線の第１実施形態に係る実施例２を示し、（a）は長手軸方向と垂直の面で切断した縦断面図であり、（b）は（a）で示す高温超伝導線を拡大して示す断面図である。 図３において実施例２として示す補強高温超電導線１の高温超電導線２aは、安定化層８の面を補強テープ線３が折り曲げられた側に、金属基板４の面をその反対側に配置している。

高温超電導線２aの中間層５は、一般的に絶縁物であるために、高温超電導線２aに通電するために、電気的に接続する場合には、基板側４ではなく、安定化層８もしくは安定化層８がない場合には保護層７と電気的に接続する必要がある。

本構成によれば、高温超電導線２aの安定化層８が、補強テープ線３で完全には覆われていないため、通電するために、リード線などと電気的に接続することが容易になる。

したがって、本実施例によれば、高温超電導線２の安定化層８の面を補強テープ線３が折り曲げられた側に配置しているため、通電するために、リード線などと電気的に接続することが容易になる。

（実施例３）
図４は、本発明の第１の実施形態の実施例３である補強高温超電導線１の断面を示している。第１の実施形態の実施例３として示す補強高温超電導線１の補強テープ線３aの折り曲げ部には、貫通孔９が形成されている。

本実施例３によれば、補強高温超電導線１を巻回して高温超電導コイルを製作し、樹脂で含浸した場合に、樹脂は貫通孔９を介して、高温超電導線２と補強テープ線３の間に容易に入り込むことができる。

本実施例によれば、補強テープ線３に貫通孔９が形成されているため、真空中での伝導による高温超電導線２の冷却を可能にするために必要な高温超電導線２と補強テープ線３aの間の樹脂含浸をより確実に実施することができる。

なお、この実施例３に実施例１または２の構成である高温超電導線２、２aを適用できるのは勿論である。

（実施例４）
図５は、本発明の第１の実施形態の実施例４である補強高温超電導線１の断面を示している。第１の実施形態の実施例４として示す補強高温超電導線１の高温超電導線２の表面には、高温超伝導線２の各部材間より剥離しやすい離形材１０が付加されている。

本構成によれば、補強高温超電導線１を巻回して高温超電導コイル（図示せず）を製作し、高温超電導線２と補強テープ線３の間に樹脂を含浸した場合に、高温超電導線２の積層構造の層間を剥離させる力Ｆが働いたとしても、離形材１０が付加されているため、高温超電導線２の内部に力が伝わらず、この高温超電導線２内の層間が剥離するおそれを防止することができる。

離形材１０としては、例えばテフロン（登録商標）などのフッ素系樹脂、パラフィングリース、シリコンオイルなどが用いられる。フッ素系樹脂を用いる場合は、フッ素系樹脂テープを用いることが好ましい。また、この離形材１０は表面全体である必要はなく効果が奏する部分に設けることも可能である。

また、補強テープ線３の表面に離形材１０を付加しても同様の効果が得られる。

本実施例によれば、高温超電導線２と補強テープ線３の間で高温超電導線２もしくは補強テープ線３の表面または表面の一部に離形材１０が配置または塗布された離形処理が成されているため、高温超電導線２の積層構造の層間を剥離させる力Ｆが働いたとしても、高温超電導線２の層間が剥離するおそれを防止することができる。

なお、この実施例４に実施例１から実施例３の構成を適用できるのは勿論である。

（実施例５）
図６は、本発明の第１の実施形態の実施例５である補強高温超電導線１の断面を示している。第１の実施形態の実施例５として示す補強高温超電導線１の高温超電導線２と補強テープ線３は、半田１１で接続されている。なお、半田１１の接続箇所は全面に接続した例で示しているが各々その一部（補強高温超電導線１の長手軸方向の一部または長手軸方向と垂直方向の一部）が電気的に接続されていれば良いのは勿論である。

本構成によれば、高温超電導線２と補強テープ線３が半田１１により電気的に接続されているため、通電するために、高温超電導線２をリード線（図示せず）などと電気的に接続する場合において、補強テープ線３に接続することが可能となり、電気的な接続が容易となる。

高温超電導線２を電気的に接続する場合には、金属基板４側ではなく、安定化層８側と電気的に接続する必要があるため、高温超電導線２は、安定化層８の面が、補強テープ線３が折り曲げられた側の反対の面に配置したほうが望ましい。

本実施例によれば、高温超電導線２と補強テープ線３が半田１１により電気的に接続されているため、通電するために、高温超電導線２をリード線などと電気的に接続する場合において、電気的な接続が容易となる。

（実施例６）
図７は本発明の高温超電導コイルに係る実施例１である本発明の実施例６を示し、（a）は高温超電導コイルの一部を切断した一部切断斜視図であり、（b）は（a）のＡ部を拡大して示す断面図である。 図７は、実施例１から５のいずれかの実施例の補強超電導線１を巻回し、製作した高温超電導コイル１２である。

図７において高温超電導コイル１２は、補強超電導線１の周囲に絶縁材である絶縁層１３を設置し、補強超電導線１どうしを絶縁するとともに、樹脂１４で含浸している。樹脂１４は、絶縁層１３の内側に配置された補強超電導線１まで含浸させる必要があるが、これを実現する絶縁層１３の構成としては、例えば補強超電導線１の周囲に絶縁テープ線をラップ巻きする構成がある。

本実施例６によれば、高温超電導線２の層間を剥離させる力Ｆに対して補強テープ線３により補強されており、かつ高温超電導線２と補強テープ線３の間に樹脂を含浸することが可能である補強超電導線１を巻回し、樹脂含浸して高温超電導コイル１２を製作しているため、真空中での伝導による高温超電導線２の冷却が可能な高温超電導コイル１２を提供することができる。

（実施例７）
図８は本発明の高温超電導コイルに係る実施例２である本発明の実施例７を示し、（a）は高温超電導コイルの一部を切断した一部切断斜視図であり、（b）は（a）のＢ部を拡大して示す断面図である。 図７は、実施例１から５のいずれかの実施例の補強超電導線１を巻回し、製作した高温超電導コイル１２aである。

図８においては、補強超電導線１と絶縁材である絶縁テープ線１５をパンケーキ形状に共巻きし、パンケーキ巻線のいずれかの側面または両側面に絶縁材である絶縁板１６を設置するように構成されている。

本実施例７によれば、実施例６と同様に、真空中での伝導による高温超電導線２の冷却が可能な高温超電導コイル１２aを提供できる。

1… 補強高温超電導線、2… 高温超電導線、3… 補強テープ線、4… 金属基板、5… 中間層、6… 酸化物超電導層、7… 保護層、8… 安定化層、9… 貫通孔、10… 離形材、11… 半田、12… 高温超電導コイル、13… 絶縁層、14… 樹脂、15… 絶縁テープ線、16… 絶縁板、20… 空間。

Claims (6)

1. 金属基板上に中間層および酸化物超電導層を形成してなるテープ形状の高温超電導線と補強テープ線から構成される補強高温超電導線において、補強テープ線は、高温超電導線を覆うように幅方向の両端が折り曲げられかつこの両端部が接触せずに配置されていることを特徴とする補強高温超電導線。
2. 前記高温超電導線の前記金属基板側の面が前記補強テープ線の両端が折り曲げられた側またはその反対側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の補強高温超電導線。
3. 両端が折り曲げられた前記補強テープ線には前記高温超伝導線と補強テープ線との間に導入される樹脂を導く貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の補強高温超電導線。
4. 前記高温超電導線と前記補強テープ線の間で高温超電導線もしくは補強テープ線の表面または表面の一部に離形処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の補強高温超電導線。
5. 前記高温超電導線の少なくとも一部が補強テープ線と半田付けされていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の補強高温超電導線。
6. 請求項１乃至５記載の補強超電導線が巻回され、この補強超電導線の周囲またはこの補強超電導線間には絶縁材が配置され樹脂含浸されていることを特徴とする高温超電導コイル。

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