JP2023161914A - Laminated wire overhead structure, and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、積層線材架線体、およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a laminated wire overhead wire body and a method for manufacturing the same.
高温超電導体は、その臨界温度が液体窒素温度を超えることから超電導マグネット、超電導ケーブル、電力機器、およびデバイス等への応用が期待されており、多くの研究結果が報告されている。 Since the critical temperature of high-temperature superconductors exceeds the temperature of liquid nitrogen, high-temperature superconductors are expected to be applied to superconducting magnets, superconducting cables, power equipment, devices, etc., and many research results have been reported.
高温超電導体を上記の分野に適用するためには、長尺状の線材とする必要がある。また特に、高温超電導化合物として希土類(Rare Earth(RE))を含む化合物を使用する場合には、金属テープ等からなる金属基板上に高温超電導化合物を積層して、テープ状の線材とすることが一般的である。 In order to apply high-temperature superconductors to the above-mentioned fields, they need to be made into long wires. In particular, when using a compound containing rare earth (RE) as a high-temperature superconducting compound, the high-temperature superconducting compound may be laminated on a metal substrate such as a metal tape to form a tape-shaped wire. Common.
近年、希土類を含む超電導層を有する、RE系超電導線材を、超電導層どうしが向かい合うように2枚貼り合わせた積層線材(face to face double stacked線材、以下「FFDS線材」とも称する)が提案されている(非特許文献1~3参照)。RE系高温超電導線材は,長尺に渡る薄膜形成プロセスで作製されるために現在の技術では線材中に存在する欠陥(Icを低下させる部位)を完全には排除できない。これに対し、上記FFDS線材では、一方の線材に欠陥が生じても、電流が対向する他方の線材に移行し、欠陥を回避して進むことができる。つまり、線材中の欠陥の影響を減らすことができる。また、FFDS線材では、超電導層が応力中心に近いことから、曲げ強度が強い。さらに、FFDS線材は、超電導線材を2枚貼り合わせていることから、通常の超電導線材の2倍の臨界電流(Ic)を有する。ただし、このようなFFDS線材を、マグネット、ケーブル、回転機等に適用するためには何kmもの長い線材が必要である。
In recent years, a face-to-face double stacked wire (hereinafter also referred to as "FFDS wire") has been proposed, which is made by laminating two RE-based superconducting wires with superconducting layers containing rare earth elements so that the superconducting layers face each other. (Refer to Non-Patent
しかしながら、現在の技術では、RE系超電導線材およびFFDS線材の単長を数kmとすることが困難であり、FFDS線材の接続方法の確立が急務である。また超電導線材の応用においては、コイル間の接続等、様々な状況においても接続が求められており、積層線材架線体やその製造方法の提供が求められている。 However, with current technology, it is difficult to make the single length of RE-based superconducting wires and FFDS wires several kilometers, and there is an urgent need to establish a connection method for FFDS wires. In addition, in applications of superconducting wires, connections are required in various situations such as connections between coils, and there is a need to provide laminated wire overhead wire bodies and methods for manufacturing the same.
そこで、本発明は、臨界電流(Ic)を劣化させることなく積層線材を複数接続した新しい積層線材架線体、およびその製造方法の提供を目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a new laminated wire overhead wire body in which a plurality of laminated wires are connected without deteriorating the critical current (Ic), and a method for manufacturing the same.
即ち、本発明は、希土類元素を含む第1超電導層を有する長尺状の第1線材と、希土類元素を含む第2超電導層を有する長尺状の第2線材とを積層した積層線材を、長さ方向に複数本接続した積層線材架線体であり、前記積層線材どうしの接続部は、前記第1線材および前記第2線材の間に、希土類元素を含む第3超電導層を有し、かつ隣接する2つの前記第1線材を接続するための第1バイパスと、希土類元素を含む第4超電導層を有し、かつ隣接する2つの前記第2線材を接続するための第2バイパスと、を有し、前記第1バイパスの前記第3超電導層は、隣接する2つの前記第1線材の前記第1超電導層に向かい合うように配置されており、前記第2バイパスの前記第4超電導層は、隣接する2つの前記第2線材の前記第2超電導層に向かい合うように配置されている、積層線材接続体を提供する。 That is, the present invention provides a laminated wire material in which a first elongated wire material having a first superconducting layer containing a rare earth element and a second elongated wire material having a second superconducting layer containing a rare earth element are laminated. A laminated wire overhead wire body in which a plurality of laminated wire rods are connected in the length direction, and the connection portion between the laminated wire rods has a third superconducting layer containing a rare earth element between the first wire rod and the second wire rod, and a first bypass for connecting two adjacent first wires; and a second bypass having a fourth superconducting layer containing a rare earth element and for connecting two adjacent second wires. The third superconducting layer of the first bypass is arranged to face the first superconducting layers of two adjacent first wires, and the fourth superconducting layer of the second bypass is A laminated wire connection body is provided, which is arranged so as to face the second superconducting layers of two adjacent second wires.
また、本発明は、希土類元素を含む第1超電導層を有する長尺状の第1線材、および希土類元素を含む第2超電導層を有する長尺状の第2線材を積層した積層線材を複数準備する工程と、希土類元素を含む第3超電導層を有する第1バイパス、および希土類元素を含む第4超電導層を有する第2バイパスを準備する工程と、前記複数の積層線材のうちの1つの積層線材の端部における、前記第1線材および前記第2線材を分離する工程と、前記複数の積層線材のうちの他の積層線材の端部における、前記第1線材および前記第2線材を分離する工程と、前記第1バイパスの前記第3超電導層が、前記2つの積層線材の前記第1超電導層に向かい合うように、前記第1バイパスを配置し、前記第2バイパスの前記第4超電導層が、前記2つの積層線材の前記第2超電導層に向かい合うように、前記第2バイパスを配置する工程と、を含む、積層線材接続体の製造方法を提供する。 Further, the present invention provides a plurality of laminated wire rods in which a first elongated wire rod having a first superconducting layer containing a rare earth element and a second elongated wire rod having a second superconducting layer containing a rare earth element are laminated. a step of preparing a first bypass having a third superconducting layer containing a rare earth element, and a second bypass having a fourth superconducting layer containing a rare earth element, and one laminated wire of the plurality of laminated wires. a step of separating the first wire rod and the second wire rod at an end portion of the wire rod, and a step of separating the first wire rod and the second wire rod at an end portion of another laminated wire rod among the plurality of laminated wire rods. The first bypass is arranged such that the third superconducting layer of the first bypass faces the first superconducting layer of the two laminated wires, and the fourth superconducting layer of the second bypass is Provided is a method for manufacturing a laminated wire connection body, including the step of arranging the second bypass so as to face the second superconducting layer of the two laminated wires.
本発明によれば、臨界電流(Ic)を劣化させることなく、複数の積層線材を接続した新しい積層線材接続体、およびその製造方法が提供される。 According to the present invention, a new laminated wire connector in which a plurality of laminated wires are connected without deteriorating the critical current (Ic), and a method for manufacturing the same are provided.
本明細書において、「~」で示す数値範囲は、「~」の前後に記載された数値を含む数値範囲を意味する。 In this specification, a numerical range indicated by "~" means a numerical range including the numerical values written before and after "~".
1.積層線材接続体
本発明の積層線材接続体(以下、「FFDS線材接続体」とも称する)は、希土類元素を含む第1超電導層を有する長尺状の第1線材と、希土類元素を含む第2超電導層を有する長尺状の第2線材とを積層した積層線材(以下、「FFDS線材」とも称する)を長さ方向に複数本接続した構造体である。FFDS線材接続体中のFFDS線材の数は特に制限されず、例えば2本であってもよく、3本以上であってもよい。また、各FFDS線材の長さも特に制限されず、一例として、長さ100m~150mのFFDS線材が挙げられる。以下、FFDS線材接続体が含む、各FFDS線材の構造を説明し、その後、FFDS線材どうしの接続部について説明する。
1. Laminated Wire Connector The laminated wire connector of the present invention (hereinafter also referred to as "FFDS wire connector") includes a long first wire having a first superconducting layer containing a rare earth element and a rare earth element. It is a structure in which a plurality of laminated wire rods (hereinafter also referred to as "FFDS wire rods") in which a long second wire rod having a second superconducting layer is laminated are connected in the length direction. The number of FFDS wire rods in the FFDS wire rod connection body is not particularly limited, and may be, for example, two or three or more. Further, the length of each FFDS wire is not particularly limited, and an example is an FFDS wire with a length of 100 m to 150 m. Hereinafter, the structure of each FFDS wire rod included in the FFDS wire rod connection body will be described, and then the connection portion between the FFDS wire rods will be described.
(FFDS線材について)
FFDS線材は、2つの線材(本明細書では、第1線材および第2線材とも称する)を、その超電導層どうしが向かい合うように貼り合わせた構造を有する。なお、本明細書において、「超電導層どうしが向かい合うように」とは、2つの超電導層の間に、金属基板を挟まずに対向していることを意味し、2つの超電導層の間には他の層(例えば、安定化層や中間層等)を含んでいてもよい。
(About FFDS wire)
The FFDS wire has a structure in which two wires (also referred to as a first wire and a second wire in this specification) are bonded together so that their superconducting layers face each other. In this specification, "the superconducting layers face each other" means that the two superconducting layers face each other without sandwiching the metal substrate, and there is no space between the two superconducting layers. Other layers (eg, stabilization layer, intermediate layer, etc.) may also be included.
図1Aに第1線材101および第2線材102の長さ方向に垂直な断面図を示し、図1Bに、FFDS線材100の長さ方向に垂直な断面図を示す。
FIG. 1A shows a sectional view perpendicular to the length direction of the
図1Aに示すように、第1線材101は、第1金属基板11a、第1バッファ層12a、第1超電導層13a、および第1安定化層14aがこの順に積層された構造を有する。第2線材102も同様に、第2金属基板11b、第2バッファ層12b、第2超電導層13b、および第2安定化層14bがこの順に積層された構造を有する。
As shown in FIG. 1A, the
また、図1Bに示すように、2つの線材(第1線材101および第2線材102)は、第1安定化層14a、第2安定化層14bの間に中間層15を配置することで、貼り合わせられている。
In addition, as shown in FIG. 1B, the two wire rods (the
上記第1金属基板11aおよび第2金属基板11b(以下、これらをまとめて「金属基板11」とも称する)は、長尺状の基板であって、その上に配置される各層を支持可能であれば、その種類は特に制限されない。ただし、金属基板11は、低磁性、高い耐熱性、および高い強度を兼ね備えることが好ましい。金属基板11がこれらを兼ね備えると、FFDS線材接続体を種々の用途に適用しやすくなる。金属基板11は、単層で構成されていてもよく、多層で構成されていてもよい。また、第1金属基板11aおよび第2金属基板11bは同じ種類の基板であってもよく、異なる種類の基板であってもよい。
The
金属基板11の材料の例には、ニッケル(Ni)や、ニッケル合金、タングステン合金、ステンレス鋼、銀(Ag)、銅(Cu)等が含まれる。より具体的には、ハステロイ(登録商標)B、ハステロイ(登録商標)C、ハステロイ(登録商標)X等のNi-Cr系合金;W-Mo系合金;オーステナイト系ステンレス鋼等のFe-Cr系合金;非磁性のFe-Ni系合金;等が含まれる。金属基板11は、強度の観点からビッカース硬度(Hv)が150以上であることが好ましい。また、金属基板11の厚みは、通常100μm以下が好ましい。 Examples of materials for the metal substrate 11 include nickel (Ni), nickel alloy, tungsten alloy, stainless steel, silver (Ag), copper (Cu), and the like. More specifically, Ni-Cr alloys such as Hastelloy (registered trademark) B, Hastelloy (registered trademark) C, and Hastelloy (registered trademark) X; W-Mo alloys; Fe-Cr alloys such as austenitic stainless steel; Alloys; non-magnetic Fe--Ni alloys; and the like. The metal substrate 11 preferably has a Vickers hardness (Hv) of 150 or more from the viewpoint of strength. Further, the thickness of the metal substrate 11 is preferably 100 μm or less.
上記第1バッファ層12aおよび第2バッファ層12b(以下、これらをまとめて「バッファ層12」とも称する)は、第1超電導層13aや第2超電導層13b(以下、これらをまとめて「超電導層13」とも称する)を金属基板11上に形成しやすくするための層である。第1バッファ層12aおよび第2バッファ層12bは、互いに同じ種類の層であってもよく、異なる種類の層であってもよい。
The
バッファ層12は、二軸配向性を有することが好ましく、単層で構成されてもよく、複数層で構成されていてもよい。バッファ層12が複数層で構成される場合、金属基板11から超電導層13側への元素の拡散を抑制するための拡散防止層や、バッファ層12に二軸配向性を付与するための配向層等を含むことが好ましい。 The buffer layer 12 preferably has biaxial orientation, and may be composed of a single layer or a plurality of layers. When the buffer layer 12 is composed of multiple layers, a diffusion prevention layer for suppressing the diffusion of elements from the metal substrate 11 to the superconducting layer 13 side, and an alignment layer for imparting biaxial orientation to the buffer layer 12. It is preferable to include the following.
複数層からなるバッファ層12の一例として、金属基板11側から順に、Al2O3層またはGd2ZrO7層(第1の層)/Y2O3層(第2の層)/MgO層(第3の層)/LaMnO3層(第4の層)/CeO2層(第5の層)をこの順に積層した積層体等が挙げられる。ただし、バッファ層12は当該構成に限定されず、例えば、CeO2層(第5の層)がないものや、Al2O3/Y2O3が第1の層および第2の層を兼ねるもの等、種々の構成とすることができる。また、各層の厚みは適宜選択される。上記バッファ層12の総厚みは、通常1.5μm未満が好ましい。 As an example of the buffer layer 12 consisting of multiple layers, in order from the metal substrate 11 side, 3 layers of Al 2 O or 7 layers of Gd 2 ZrO (first layer) / 3 layers of Y 2 O (second layer) / MgO layer (Third layer) / 3 layers of LaMnO (4th layer) / 2 layers of CeO (5th layer) are laminated in this order. However, the buffer layer 12 is not limited to this configuration; for example, there may be one without two CeO layers (fifth layer), or one where Al 2 O 3 /Y 2 O 3 serves as the first layer and the second layer. Various configurations can be used, such as: Further, the thickness of each layer is appropriately selected. The total thickness of the buffer layer 12 is preferably less than 1.5 μm.
上記超電導層13(第1超電導層13aおよび第2超電導層13b)は、希土類元素を含む超電導体を含む層であれば特に制限されない。超電導層13の例には、超電導体としてREBa2Cu3Ox系化合物(REは、Gd、Eu、Y、Sm、Nd、Dy、Er、Yb、Ho、La、Tb、Tm、およびLuからなる群から選択される、少なくとも1種の元素を表し、xは6.2~7.0を表す)を含む層が含まれる。ここで、REは、上記のいずれの元素であってもよいが、Y、Gd、EuまたはYおよびGdの併用が好ましく、Y、またはYおよびGdの併用が特に好ましい。また、超電導層13中のREBa2Cu3Ox系化合物の量は、70体積%以上が好ましく、80~100体積%がより好ましい。第1超電導層13aおよび第2超電導層13bは、互いに同じ種類の層であってもよく、異なる種類の層であってもよい。
The superconducting layer 13 (first
また、超電導層13の厚みは、0.5μm以上5.0μm以下が好ましく、1.0μm以上2.0μm以下がより好ましい。超電導層13の厚みが当該範囲であると、FFDS線材接続体を各種用途に使用しやすくなる。 Further, the thickness of the superconducting layer 13 is preferably 0.5 μm or more and 5.0 μm or less, more preferably 1.0 μm or more and 2.0 μm or less. When the thickness of the superconducting layer 13 is within this range, the FFDS wire connector can be easily used for various purposes.
上記第1安定化層14aおよび第2安定化層14b(以下、これらをまとめて「安定化層14」とも称する)は、超電導層13の変質等を抑制するための層であり、例えば超電導層13中の超電導体と反応し難い銀を含む層である。安定化層14は、銀からなる層の他に、銅、金、白金、あるいはこれらの合金等を含む層をさらに含んでいてもよい。第1安定化層14aおよび第2安定化層14bは、互いに同じ種類の層であってもよく、異なる種類層であってもよい。また、安定化層14の厚みは、数μm以上が好ましい。
The first stabilizing
中間接続層15は、はんだや合金ペースト等、導電性を有する材料によって形成された層であることが好ましい。また後述するように、複数のFFDS線材100を接続する際には、FFDS線材100の端部において、第1線材101の第1安定化層14aおよび第2線材102の第2安定化層14bの間で分離を行う必要がある。そのため、中間接続層15は熱によって容易に溶融しやすい層であることが好ましく、はんだによって形成された層であることが好ましい。
The
また、中間接続層15の抵抗は、通常100nΩ以下が好ましく、50nΩ以下がより好ましい。中間接続層15の抵抗が100nΩ以下であると、一方の超電導層13が欠陥を有している場合に、他方の超電導層13側に超電導流が流れ込みやすく、FFDS線材架線体の臨界電流(Ic)が低下し難くなる。
Further, the resistance of the
中間接続層15の厚みは、2μm以上20μm以下が好ましい。中間接続層15の厚みが当該範囲であると、複数のFFDS線材100を接続する際に、FFDS線材100の端部で、第1線材101および第2線材102を分離しやすくなる。
The thickness of the
なお、各FFDS線材は、必要に応じて、上述の各層以外の層を含んでいてもよい。例えば、各金属基板11のバッファ層と反対側に、さらに銀や銅を含む層(図示せず)が配置されていてもよく、さらにその外側にはんだ層(図示せず)が配置されていてもよい。 Note that each FFDS wire may include layers other than the above-mentioned layers, if necessary. For example, a layer containing silver or copper (not shown) may be further disposed on the side opposite to the buffer layer of each metal substrate 11, and a solder layer (not shown) may be further disposed outside of the layer. Good too.
(隣り合う2つのFFDS線材の架線部について)
次に、隣り合う2つのFFDS線材100を接続する架線部の構造について、図2A~図2Dを参照して説明する。図2A~図2Dは、いずれも、FFDS線材架線体1の架線部2の近傍を長さ方向に平行に切断したときの断面図である。図2A~図2Dでは、互いに異なる方法で2つの線材(以下、一方の線材を「第1のFFDS線材100」と称し、他方の線材を「第2のFFDS線材200」とも称する)を接続している。FFDS線材架線体では、通常、同一の種類かつ同一の構造のFFDS線材を接続する。したがって、以下では、第1のFFDS線材100および第2のFFDS線材が同一の構成を有し、それぞれの第1線材101、201や、第2線材102、202が、同一の種類かつ同一の構成であるものとして説明する。ただし、本発明のFFDS線材架線体の構造や、FFDS線材架線体の製造方法は、異なる種類のFFDS線材どうしを接続する場合にも適用可能である。
(About the overhead line parts of two adjacent FFDS wires)
Next, the structure of the overhead wire section that connects two adjacent
本発明のFFDS線材架線体1の架線部2は、いずれの態様においても、隣接する2つの第1線材101、201を接続するための第1バイパス310と、隣接する2つの第2線材102、202を接続するための第2バイパス320と、を有し、これらが、第1線材101、201および第2線材102、202の間に挿入されている。また、第1バイパス310は、希土類元素を含む超電導層(図示せず、本明細書では「第3超電導層」とも称する)を含んでおり、当該超電導層は、隣接する2つの第1線材101、201の第1超電導層(図示せず)に向かい合うように配置されている。同様に、第2バイパス320も、希土類元素を含む超電導層(図示せず、本明細書では「第4超電導層」とも称する)を有し、当該超電導層は、隣接する2つの第2線材102、202の第2超電導層(図示せず)に向かい合うように配置されている。
In any aspect, the
ここで、第1バイパス310および第2バイパス320の構造は特に制限されず、それぞれ超電導層を含んでいればよいが、上述の第1線材101や第2線材102と同様の構成であることが好ましい。具体的には、第1バイパス310が、第3金属基板、第3バッファ層、第3超電導層、および第3安定化層を有していることが好ましい。同様に第2バイパス320が、第4金属基板、第4バッファ層、第4超電導層、および第4安定化層を有していることが好ましい。また、第1バイパス310および第2バイパス320の各層の種類(組成)は、第1線材101、201や第2線材102、202と同一であってもよく、異なっていてもよい。第1バイパス310および第2バイパス320が含む各層については、上述のFFDS線材で説明した各層と同様であるので、ここでの詳しい説明を省略し、架線部2の第1の態様~第4の態様の詳しい構造について、以下説明する。
Here, the structure of the
・第1の態様
図2Aに示す第1の態様では、第1線材101、201、および第2線材102、202の間に、第1バイパス310および第2バイパス320が積層された状態で挿入されている。このとき、第1バイパス310および第2バイパス320は、金属基板(図示せず)どうしが向かい合うように配置されている。
- First aspect In the first aspect shown in FIG. 2A, the
本態様の第1バイパス310および第2バイパス320(以下、これらをまとめて「バイパス310、320」とも称する)の長さ(図2Aにおいて、L2で示す長さ)は、互いに同じであってもよく、異なっていてもよいが、通常同じである。また、各バイパス310、320の長さは、電流が第1のFFDS線材100から第2のFFDS線材200側に流れる場合、各線材(第1線材101または第2線材102)を流れる電流が、バイパス310、320を通り、再び線材(第1線材201または第2線材202)に戻ることが可能な長さであればよく、通常3~16cm程度が好ましく、6~12cm程度がより好ましい。バイパス310、320の長さが3cm以上であると、線材を流れる電流がバイパス310、320に移行し、さらに再度線材側に戻りやすくなる。一方、バイパス310、320の長さが16cm以下であると、架線部2の長さが過度に長くならないという利点がある。
The lengths of the
また平面視したとき、バイパス310、320の長さ方向中央部と、2つの第1線材101、201の架線部2aおよび2つの第2線材102、202の架線部2bとが、それぞれ同じ位置になるように、バイパス310、320が配置されていることが好ましい。各架線部2a、2bの両側に、同じ長さのバイパスが配置されることで、電流がバイパス310、320に移行しやすくなったり、戻りやすくなったりする。
In addition, when viewed from above, the longitudinal center portions of the
また、当該FFDS線材架線体1を平面視したときの架線部2a、2bの形状は特に制限されず、FFDS線材架線体1の長さ方向に略垂直な直線状であってもよく、垂直でなくてもよく、曲線状であってもよい。ただし、架線部2a、2bの形状が、FFDS線材架線体1の長さ方向に略垂直な直線状であることが好ましい。この場合、臨界電流値(Ic)が高くなりやすい。さらに、FFDS線材架線体1を断面視したときの、2つの第1線材101、201の架線部2aの幅、および2つの第2線材102、202の架線部2bの幅は、本発明の目的および効果を損なわない範囲であれば、特に制限されない。
Further, the shape of the
なお、第1線材101、201(第1安定化層)と第1バイパス310(第1安定化層)との間、第1バイパス310(金属基板)と第2バイパス320(金属基板)との間、さらに第2バイパス320(第2安定化層)と第2線材102、202(第2安定化層)との間は、通常、溶融はんだ、はんだめっき、インジウムめっき、金属ペースト由来の層等で固定されている。
In addition, between the
・第2の態様
図2Bに示す第2の態様では、隣り合う2つの第1線材101、201の架線部2aと、隣り合う2つの第2線材102、202の架線部2bとが、平面視したときに、離れた位置にある。さらに、第1線材101、201、および第2線材102、202の間に、第1バイパス310および第2バイパス320が重ならないように、所定の間隙(図2Bにおいて、L3で表される長さ)をあけて配置されている。このように、第1バイパス310および第2バイパス320が重ならないように、かつ2つの線材の架線部2a、2bを離れた位置に配置することで、架線部2の厚みを薄くできる。さらに、各線材の架線部2a、2bを離れた位置に配置することで、後述の実施例で示すように、2つの線材をまたぐ臨界電流(Ic)が、接続前の線材と同程度になる。また、このような構成とすることで、各線材の架線部2a、2bでFFDS線材が折れ難くなり、強度も格段に高くなる。当該態様では、2つの線材の架線部2a、2bの距離(図2Bにおいて、L1で示す長さ)は、3~16cm程度が好ましく、6~12cmがより好ましい。架線部2a、2bの距離L1が3cm以上であると、第1バイパス310および第2バイパス320の長さを十分に長くすることができる。一方、架線部2a、2bの距離L1が16cm以下であると、架線部2の長さが過度に長くならないという利点がある。
- Second aspect In the second aspect shown in FIG. 2B, the
また、本態様において、第1バイパス310および第2バイパス320の長さは、互いに同じであってもよく、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。また、バイパス310、320の長さ(図2Bにおいて、L2で示す長さ)は、通常3~16cm程度が好ましく、6~12cm程度がより好ましい。バイパス310、320の長さが3cm以上であると、第1線材101、201や第2線材102、202を流れる電流がバイパス310、320に移行したり、戻ったりしやすくなる。一方、バイパス310、320の長さが16cm以下であると、架線部2の長さが過度に長くならない。
Furthermore, in this aspect, the lengths of the
また、架線部2を平面視したとき、バイパス310の長さ方向中央部と、2つの第1線材101、201の架線部2aとが、同じ位置になるように、バイパス310が配置されていることが好ましい。同様に、バイパス320の長さ方向中央部と、2つの第2線材102、202の架線部2bとが、同じ位置になるように、バイパス320が配置されていることが好ましい。各架線部2a、2bの両側に、同じ長さのバイパスが配置されることで、電流がバイパス310、320に移行しやすくなったり、戻りやすくなったりする。
Furthermore, when the
ここで、バイパス310、320の端部間の長さL3は、上述の架線部2a、2bの距離L1、および各バイパス310、320の長さL2に応じて適宜選択される。
Here, the length L3 between the ends of the
また、本態様では、第1線材101、201(第1安定化層)と第1バイパス310(第3安定化層)との間、第1バイパス310(第3金属基板)と第2線材102、202(第2安定化層)との間、第2バイパス320(第4金属基板)と第1線材101、201(第1安定化層)との間、さらに第2バイパス(第4安定化層)と第2線材102、202(第2安定化層)との間は、通常、溶融はんだ、はんだめっき、インジウムめっき、金属ペースト由来の層等で固定されている。
In addition, in this aspect, between the
・第3の態様
図2Cに示す第3の態様でも、隣り合う2つの第1線材101、201の架線部2aと、隣り合う2つの第2線材102、202の架線部2bとが、平面視したときに、離れた位置にある。さらに、第1線材101、201、および第2線材102、202の間に、第1バイパス310および第2バイパス320が重ならないように配置されており、第1バイパス310と第2バイパス320との間に、スペーサ330が配置されている。
- Third aspect Also in the third aspect shown in FIG. 2C, the
上述のように、第1バイパス310および第2バイパス320が重ならないように、かつ2つの線材の架線部2a、2bを離れた位置に配置することで、2つのFFDS線材100、200の架線部2の厚みを薄くできる。さらに、このような構成にすることで、後述の実施例で示すように、線材をまたぐ臨界電流(Ic)が、接続前の線材と同程度になる。また、第1バイパス310および第2バイパス320の間にスペーサ330を配置することで、架線部2a、2b間でFFDS線材が折れ難くなり、曲げ強度が良好になる。当該態様における、2つの線材の架線部2a、2b間の距離L1や、第1バイパス310および第2バイパス320の長さL2は、第2の態様と同様とすることができる。
As described above, by arranging the
また、第1バイパス310および第2バイパスの間に配置されるスペーサ330は、上記第1バイパス310と、第2バイパス320との間を埋めることが可能であれば、その種類や構造等は特に制限されない。ただし、第1バイパス310および第2バイパス320と同等の厚みを有することが好ましい。また、第1線材101、201や第2線材102、202に影響を及ぼし難いことが好ましく、第1バイパス310や第2バイパス320と同様の構造の線材であることが好ましい。このとき、線材の向きは制限されない。また、その長さについては、上述の架線部2a、2b間の距離L1、および各バイパス310、320の長さL2に応じて適宜選択される。
In addition, the
なお、本態様でも、第1線材101、201(第1安定化層)と第1バイパス310(第3安定化層)との間、第1バイパス310(第3金属基板)と第2線材102、202(第2安定化層)との間、第2バイパス320(第4金属基板)と第1線材101、201(第1安定化層)との間、さらに第2バイパス(第4安定化層)と第2線材102、202(第2安定化層)との間は、通常、それぞれ溶融はんだ、はんだめっき、インジウムめっき、金属ペースト由来の層等で固定されている。さらに、スペーサ330と、第1線材201との間、スペーサ330と第2線材102との間も、それぞれ溶融はんだ、はんだめっき、インジウムめっき、金属ペースト由来の層等で固定されている。
In addition, also in this aspect, between the
・第4の態様
図2Dに示す第4の態様でも、隣り合う2つの第1線材101、201の架線部2aと、隣り合う2つの第2線材102、202の架線部2bとが、平面視したときに、離れた位置にある。さらに、第1線材101、201、および第2線材102、202の間に、第1バイパス310および第2バイパス320が重ならないように、かつ平面視したときに、第1バイパス310の端部および第2バイパス320の端部が接触するように、第1バイパス310および第2バイパス320が配置されている。なお、第1バイパス310および第2バイパス320の端部は、FFDS線材架線体1を平面視したときに、一部が接触していればよいが、これらの間に隙間が生じないように接続されていることがより好ましい。
- Fourth aspect Also in the fourth aspect shown in FIG. 2D, the
上述のように、第1バイパス310および第2バイパス320が重ならないように、かつ2つの線材の架線部2a、2bを離れた位置に配置することで、2つのFFDS線材100、200の架線部2の厚みを薄くできる。さらに、本態様のように、第1バイパス310および第2バイパス320が接するように配置することで、後述の実施例で示すように、2つの線材をまたぐ臨界電流(Ic)が、接続前の線材と同程度になるだけでなく、架線部2a、2b間でFFDS線材が折れ難くなり、さらには曲げ強度が格段に高くなる。また、架線部2の長さが、第2の態様や第3の態様の架線部2と比較して短くなるという利点もある。当該態様における、2つの線材の架線部2a、2b間の距離L1や、第1バイパス310および第2バイパス320の長さL2は、第2の態様と同様とすることができる。
As described above, by arranging the
なお、本態様でも、第1線材101、201(第1安定化層)と第1バイパス310(第3安定化層)との間、第1バイパス310(第3金属基板)と第2線材102、202(第2安定化層)との間、第2バイパス320(第4金属基板)と第1線材101、201(第1安定化層)との間、さらに第2バイパス(第4安定化層)と第2線材102、202(第2安定化層)との間は、通常、それぞれ溶融はんだ、はんだめっき、インジウムめっき等で固定されている。
In addition, also in this aspect, between the
(用途)
上述のFFDS線材架線体の用途は特に制限されないが、超電導マグネット(MRI、ガントリー、加速器用マグネット等)、超電導ケーブル、超電導回転機(モーター、発電機等)、電力機器、および各種デバイス等に適用可能である。
(Application)
The use of the above-mentioned FFDS wire overhead wire body is not particularly limited, but it can be applied to superconducting magnets (MRI, gantry, accelerator magnets, etc.), superconducting cables, superconducting rotating machines (motors, generators, etc.), power equipment, and various devices. It is possible.
(本発明の積層線材架線体の効果)
一般的に、2つのFFDS線材を接続しようとする場合、FFDS線材の一方の金属板どうしを一定距離重ね合わせて積層し、接続することが考えられる(後述の比較例、および図7A参照)。しかしながら、当該方法では、FFDS線材どうしの架線部における接続抵抗が非常に高くなり、現実的ではない。
(Effects of the laminated wire overhead wire body of the present invention)
Generally, when trying to connect two FFDS wires, it is conceivable to stack the metal plates of one of the FFDS wires by overlapping each other a certain distance and then connect them (see Comparative Example and FIG. 7A to be described later). However, in this method, the connection resistance at the overhead wire portion between the FFDS wires becomes extremely high, and this is not practical.
これに対し、本発明の積層線材架線体では、上述のいずれの架線部においても、2つのバイパスを、隣接する2つの第1線材および第2線材の間に配置する。そのため、一方の第1線材または一方の第2線材を流れる電流が、第1バイパス310または第2バイパス320を通って、他方の第1線材または他方の第2線材に移行することができる。つまり、各線材の架線部を迂回して、電流が流れる。そして、本発明のFFDS線材架線体では、2つの線材をまたぐ臨界電流(Ic)が、接続前の線材と同程度になる。その結果、本発明の積層線材架線体では、各架線部の接続抵抗を数十nΩ程度に収めることが可能であり、臨界電流(Ic)を実用レベルとすることができる。
On the other hand, in the laminated wire overhead wire body of the present invention, two bypasses are arranged between two adjacent first wire rods and second wire rods in any of the above-mentioned overhead wire sections. Therefore, the current flowing through one of the first wires or one of the second wires can pass through the
2.積層線材架線体の製造方法
上述のFFDS線材架線体は、例えば以下の製造方法で製造できる。ただし、FFDS線材架線体の製造方法は、これらに限定されない。
2. Manufacturing method of laminated wire overhead wire body The above-mentioned FFDS wire overhead wire body can be manufactured, for example, by the following manufacturing method. However, the method for manufacturing the FFDS wire overhead wire body is not limited to these.
上述のFFDS線材架線体の製造方法の一例として、希土類元素を含む第1超電導層を有する長尺状の第1線材と、希土類元素を含む第2超電導層を有する長尺状の第2線材とを積層した積層線材を複数準備する工程(FFDS線材準備工程)と、希土類元素を含む第3超電導層を有する第1バイパス、および希土類元素を含む第4超電導層を有する第2バイパスを準備する工程(バイパス準備工程)と、複数の積層線材のうちの1つの積層線材の端部における、第1線材および第2線材を分離する工程(第1分離工程)と、複数の積層線材のうちの他の積層線材の端部における、第1線材および第2線材を分離する工程(第2分離工程)と、第1バイパスの第3超電導層が、2つの積層線材の第1超電導層に向かい合うように、第1バイパスを配置し、第2バイパスの第4超電導層が、2つの積層線材の第2超電導層に向かい合うように、第2バイパスを配置する工程(バイパス配置工程)と、を含む方法が挙げられる。以下、上述の第1~第4の架線部を有するFFDS線材架線体の製造方法を説明する。 As an example of the method for manufacturing the above-mentioned FFDS wire overhead wire body, a first elongated wire having a first superconducting layer containing a rare earth element, a second elongated wire having a second superconducting layer containing a rare earth element, A step of preparing a plurality of laminated wire rods (FFDS wire preparation step), a step of preparing a first bypass having a third superconducting layer containing a rare earth element, and a second bypass having a fourth superconducting layer containing a rare earth element. (bypass preparation step); a step of separating the first wire rod and the second wire rod at the end of one of the plurality of laminated wire rods (first separation step); A step of separating the first wire and the second wire at the ends of the laminated wires (second separation step), and a third superconducting layer of the first bypass facing the first superconducting layer of the two laminated wires. , a step of arranging the first bypass and arranging the second bypass so that the fourth superconducting layer of the second bypass faces the second superconducting layer of the two laminated wires (bypass arrangement step). Can be mentioned. Hereinafter, a method for manufacturing an FFDS wire overhead wire body having the above-described first to fourth overhead wire sections will be described.
・第1の態様のFFDS線材架線体の製造方法
第1の態様の架線部を有するFFDS線材架線体を製造する場合を図3A~図3Eに基づいて説明する。まず、上述のFFDS線材を複数準備する(図3A、FFDS線材準備工程)。具体的には、上述の第1線材および第2線材(図示せず)を作製し、これらを超電導層が向かい合うように貼り合わせ、複数のFFDS線材(ここでは、第1のFFDS線材100および第2のFFDS線材200)を準備する。続いて、同様に作製した、所望の長さの2つの線材を、金属板どうしが向かい合うように貼り合わせ、第1バイパス310および第2バイパス320を準備する(図3B、バイパス準備工程)。
- Method for manufacturing the FFDS wire overhead wire body of the first aspect A case of manufacturing an FFDS wire overhead wire body having the overhead wire section of the first aspect will be described based on FIGS. 3A to 3E. First, a plurality of the above-mentioned FFDS wire rods are prepared (FIG. 3A, FFDS wire preparation step). Specifically, the above-mentioned first wire rod and second wire rod (not shown) are produced and bonded together so that the superconducting layers face each other, and a plurality of FFDS wire rods (here, the first
次いで、第1のFFDS線材100の端部における、第1線材101および第2線材102を分離する。同様に、第2のFFDS線材200の端部における、第1線材201および第2線材202を分離する(図3C、第1分離工程および第2分離工程)。第1線材101、201および第2線材102、202の分離方法は特に制限されず、第1線材101、201、および第2線材102、202を接続する中間接続層の種類等に応じて適宜選択される。例えば、中間接続層がはんだ等で接続されている場合には、当該中間接続層に熱をかけることで、容易に分離できる。
Next, the
その後、第1バイパス310の超電導層が、隣り合う2つの第1線材101、201の第1超電導層とそれぞれ向かい合い、第2バイパス320の超電導層が、隣り合う2つの第2線材102、202の第2超電導層とそれぞれ向かい合うように、第1バイパス310および第2バイパス320を配置する(図3D、バイパス配置工程)。
Thereafter, the superconducting layer of the
その後、各層の間をはんだ等で固定し、FFDS線材架線体1を得る。なお、2本以上のFFDS線材を接続する場合には、同様の工程を繰り返す。
Thereafter, each layer is fixed with solder or the like to obtain an FFDS wire
・第2の態様のFFDS線材架線体の製造方法
第2の態様の架線部を有するFFDS線材架線体を製造する場合を図4A~4Fに基づいて説明する。まず、第1のFFDS線材準備工程と同様に、FFDS線材を複数準備する(図4A、FFDS線材準備工程)。続いて、所望の長さの第1バイパス310および第2バイパス320(いずれも線材)を準備する(図4B、バイパス準備工程)。
- Method for manufacturing the FFDS wire overhead wire body according to the second aspect A case of manufacturing an FFDS wire overhead wire body having the overhead wire section according to the second aspect will be described based on FIGS. 4A to 4F. First, similarly to the first FFDS wire preparation step, a plurality of FFDS wires are prepared (FIG. 4A, FFDS wire preparation step). Subsequently, a
次いで、第1のFFDS線材100の端部における、第1線材101および第2線材102を分離し、第1線材101の長さが、第2線材102の長さより所定の長さ(図4DではL1)短くなるように、第1線材101の一部を切断する(図4C左図および図4D左図、第1分離工程)。また、第2のFFDS線材200の端部における、第1線材201および第2線材202を分離し、第2線材202の長さが、第1線材201の長さより所定の長さ(図4DではL1)短くなるように、第2線材202の一部を切断する(図4C右図、図4D右図、第2分離工程)。なお、第1線材101、201および第2線材102、202の分離方法は特に制限されず、第1の態様と同様に、当該中間接続層に熱をかける方法等であってもよい。また、第1線材101および第2線材202の切断方法は特に制限されず、公知の方法を利用できる。
Next, the
その後、第1バイパス310の超電導層が、隣り合う2つの第1線材101、201とそれぞれ向かい合うように第1バイパス310を配置する。同様に、第2バイパス320の超電導層が、隣り合う2つの第2線材102、202とそれぞれ向かい合うように第2バイパス320を配置する(図4Eおよび図4F、バイパス配置工程)。このとき、図4Eに示すように、第1のFFDS線材100の第1線材101と第2線材102との間に第1バイパス310を挟み、第2のFFDS線材200の第1線材201と第2線材202との間に第2バイパス320を挟み、これらを重ね合わせてもよい。
After that, the
その後、各層の間をはんだ等で固定し、FFDS線材架線体1を得る。なお、2本以上のFFDS線材を接続する場合には、同様の工程を繰り返す。
Thereafter, each layer is fixed with solder or the like to obtain an FFDS wire
・第3の態様のFFDS線材架線体の製造方法
第3の態様の架線部を有するFFDS線材架線体を製造する場合を図5A~5Fに示す。図5Aは、FFDS線材準備工程を示し、図5Bはバイパス準備工程を示し、図5Cおよび図5Dは、第1分離工程および第2分離工程を示す。これらの工程は、第2の態様の各工程と同一である。また、バイパス配置工程(図5Eおよび図5F)も、第1バイパス310および第2バイパス320の間にスペーサ330を配置する以外は、第2の態様のバイパス配置工程と同様である。スペーサ330としては、第1分離工程や第2分離工程で、切断した第1線材101や第2線材201を所望の長さに切断し、これを使用してもよい。
- Manufacturing method of FFDS wire overhead wire body according to the third embodiment A case in which an FFDS wire overhead wire body having the overhead wire section according to the third embodiment is manufactured is shown in FIGS. 5A to 5F. FIG. 5A shows the FFDS wire preparation process, FIG. 5B shows the bypass preparation process, and FIGS. 5C and 5D show the first separation process and the second separation process. These steps are the same as each step of the second embodiment. Further, the bypass placement process (FIGS. 5E and 5F) is also similar to the bypass placement process of the second embodiment, except that a
その後、各層の間をはんだ等で固定し、FFDS線材架線体1を得る。なお、2本以上のFFDS線材を接続する場合には、同様の工程を繰り返す。
Thereafter, each layer is fixed with solder or the like to obtain an FFDS wire
・第4の態様のFFDS線材架線体の製造方法
第4の態様の架線部を有するFFDS線材架線体を製造する場合を図6A~6Fに示す。図6Aは、FFDS線材準備工程を示し、図6Bはバイパス準備工程を示し、図6Cおよび図6Dは、第1分離工程および第2分離工程を示す。これらの工程は、第2の態様の各工程と同一である。ただし、本態様では、バイパス準備工程において、第1バイパス310および第2バイパス320として、所望の長さより、長さが長い第1バイパス310および第2バイパスを準備する(図6B)。そして、バイパス配置工程において、第1バイパス310の超電導層が、隣り合う2つの第1線材101、201の第1超電導層とそれぞれ向かい合うように第1バイパス310を配置する。同様に、第2バイパス320の超電導層が、隣り合う2つの第2線材102、202の第2超電導層とそれぞれ向かい合うように前記第2バイパス320を配置する(図6Eおよび図6F)。このとき、図6Eに示すように、第1のFFDS線材100の第1線材101と第2線材102との間に第1バイパス310を挟み、第2のFFDS線材200の第1線材201と第2線材202との間に第2バイパス320を挟んでから、これらを所望の位置に配置すると、第1バイパス310および第2バイパス320の一部が重なる。そこで、これらを重ねて切断し、余剰の第1バイパス310および第2バイパス320を取り除く。これにより、第1バイパス310および第2バイパス320が重ならず、かつこれらの端部が接触するようになる。その後、各層の間をはんだ等で固定し、FFDS線材架線体を得る。なお、2本以上のFFDS線材を接続する場合には、同様の工程を繰り返す。
- Method for manufacturing an FFDS wire overhead wire body according to the fourth aspect A case in which an FFDS wire overhead wire body having an overhead wire section according to the fourth aspect is manufactured is shown in FIGS. 6A to 6F. FIG. 6A shows the FFDS wire preparation process, FIG. 6B shows the bypass preparation process, and FIGS. 6C and 6D show the first separation process and the second separation process. These steps are the same as each step of the second embodiment. However, in this aspect, in the bypass preparation step, the
(本発明の積層線材架線体の製造方法の効果)
本発明の積層線材架線体の製造方法によれば、特別な装置を用いることなく、簡易な方法で、複数のFFDS線材を接続できる。また当該方法によれば、2つの線材をまたぐ臨界電流(Ic)が、接続前の線材と同程度になる。つまり、本発明の積層線材架線体の製造方法によれば、各架線部の接続抵抗を数十nΩ程度に収めることができ、臨界電流(Ic)が実用レベルである非常に高品質な積層線材架線体を効率よく製造できる。
(Effects of the method for manufacturing a laminated wire overhead wire body of the present invention)
According to the method for manufacturing a laminated wire overhead wire body of the present invention, a plurality of FFDS wires can be connected by a simple method without using any special equipment. Further, according to this method, the critical current (Ic) across the two wires becomes comparable to that of the wires before connection. In other words, according to the method of manufacturing a laminated wire overhead wire body of the present invention, the connection resistance of each overhead wire section can be kept to about several tens of nΩ, and a very high quality laminated wire with a practical level of critical current (Ic) can be produced. Catenary wire bodies can be manufactured efficiently.
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。しかしながら、本発明の範囲はこれによって何ら制限を受けない。 Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples. However, the scope of the present invention is not limited thereby.
[比較例1]
4mm幅、厚み40μmのテープ状のハステロイC276(登録商標)製の第1金属基板の片面に、約56nm厚のGd2Zr2O7(GZO)と、約14nm厚のY2O3層と、約5nm厚のMgO層と、約7nm厚のLaMnO3層と、600~900nmのCeO2層と、を成膜し、これらを第1バッファ層とした。当該第1バッファ層の上に1.6μm厚のEuBa2Cu3O7からなる第1超電導層を形成した。さらに、当該第1超電導層上に第1安定化層として銀を2μm厚、さらに銅を5μm厚で成膜し、これを第1線材とした。その後、第1線材と同様に、第2線材を準備した。そして、第1線材の第1安定化層上に金ナノペーストを塗布した。そして、第1線材の第1安定化層と、第2線材の第2安定化層とが向かい合うように、第1線材および第2線材を重ね合わせ、150℃で2時間熱処理して接続し、第1のFFDS線材とした。同様の方法によって、第2のFFDS線材を準備した。
[Comparative example 1]
On one side of a tape-shaped first metal substrate made of Hastelloy C276 (registered trademark) with a width of 4 mm and a thickness of 40 μm, Gd 2 Zr 2 O 7 (GZO) with a thickness of about 56 nm, Y 2 O 3 layers with a thickness of about 14 nm, and , an MgO layer with a thickness of approximately 5 nm, three layers of LaMnO with a thickness of approximately 7 nm, and two layers of CeO with a thickness of 600 to 900 nm were formed, and these were used as the first buffer layer. A first superconducting layer made of EuBa 2 Cu 3 O 7 with a thickness of 1.6 μm was formed on the first buffer layer. Further, on the first superconducting layer, a silver film was formed as a first stabilizing layer to a thickness of 2 μm, and a copper film was further formed to a thickness of 5 μm, and this was used as a first wire material. Thereafter, a second wire was prepared in the same manner as the first wire. Then, gold nanopaste was applied onto the first stabilizing layer of the first wire. Then, the first wire rod and the second wire rod are stacked so that the first stabilizing layer of the first wire rod and the second stabilizing layer of the second wire rod face each other, and are connected by heat treatment at 150 ° C. for 2 hours, This was used as the first FFDS wire. A second FFDS wire was prepared in a similar manner.
そして、図7Aに示すように、第1のFFDS線材100の第1金属基板(図示せず)および第2のFFDS線材200の第2金属基板(図示せず)が6cm重なるようにはんだで固定した。そして、第1の積層線材100の端部、および第2の積層線材200の端部に電流端子900(銅ブロック)を配置し、当該電流端子900間での電流-電圧特性を測定した。結果を図7Bに示す。図7Bから読み取れるように、接続抵抗が1.9μΩとなっており、実用レベルに対して非常に高かった。
Then, as shown in FIG. 7A, the first metal substrate (not shown) of the
[実施例1]
上述の比較例1と同様の方法で、第1のFFDS線材100および第2のFFDS線材200を作製した。また、上述の比較例1の線材の作製方法と同様に2つの線材を作製し、これらを金属基板どうしが向かい合うように貼り合わせて、第1バイパスおよび第2バイパスとした。
[Example 1]
A
そして、図3Cに示すように、第1のFFDS線材100の端部の第1線材101および第2線材102を分離した。同様に第2のFFDS線材200の端部の第1線材201および第2線材202も分離した。そして、図3Dに示すように、2つの第1線材101、201の第1超電導層と第1バイパス310の超電導層が向かい合うように、さらに、2つの第2線材102、202の第2超電導層と第2バイパス320の超電導層とが向かい合うように、第1バイパス310および第2バイパス320を挟み、はんだで固定した。
Then, as shown in FIG. 3C, the
当該FFDS線材架線体について、比較例1と同様に、電流-電圧特性を測定した。結果を図8Bに示す。図8Bから読み取れるように、臨界電流Icは170Aであり、かつ接続抵抗は56nΩであった。つまり、当該FFDS接続線材では、比較例1と比較して、格段に接続抵抗が低く、臨界電流Icが高くなり、実用レベルであった。 Regarding the FFDS wire overhead wire body, the current-voltage characteristics were measured in the same manner as in Comparative Example 1. The results are shown in Figure 8B. As can be read from FIG. 8B, the critical current Ic was 170 A and the connection resistance was 56 nΩ. In other words, in the FFDS connection wire, the connection resistance was significantly lower and the critical current Ic was higher than in Comparative Example 1, which was at a practical level.
[実施例2]
上述の比較例1と同様の方法で、第1のFFDS線材100および第2のFFDS線材200を作製した。また、上述の比較例1の線材の作製方法と同様に2つの線材を作製し、これらを第1バイパスおよび第2バイパスとした。
[Example 2]
A
そして、図4Cおよび図4Dに示すように、第1のFFDS線材100の端部の第1線材101および第2線材102を分離し、第1線材101の長さが第2線材102の長さよりL1分短くなるように第1線材101を切断した。一方第2のFFDS線材200の端部の第1線材201および第2線材202も分離し、第2線材202の長さが第1線材201の長さよりL1分短くなるように第2線材202を切断した。そして、図4Eおよび図4Fに示すように、2つの第1線材101、201の第1超電導層と第1バイパス310の超電導層が向かい合うように、さらに、2つの第2線材102、202の第2超電導層と第2バイパス320の超電導層とが向かい合うように、第1バイパス310および第2バイパス320を挟み、はんだで固定した。その後、比較例1と同様に、電流-電圧特性を測定した。
Then, as shown in FIGS. 4C and 4D, the
さらに、2つの第1線材101、201の架線部2aと、2つの第2線材102、202の架線部2bとの距離L1、第1バイパス310および第2バイパス320の長さL2、ならびに第1バイパス310の端部から第2バイパス320の端部までの距離L3を変化させて、FFDS線材架線体を複数作製した。実施例2-1~2-3の結果を図9B~図9Dに示す。また、接続抵抗および臨界電流の値を表1に示す。
Furthermore, the distance L1 between the
図9B~図9D、および上記表1に示されるように、いずれにおいても、接続抵抗が十分に低く、かつ臨界電流(Ic)が実用レベルであった。なお、表1に示す結果から、L1、L2、L3が長くなるにつれて、接続抵抗が低くなり、臨界電流Icが高くなった。 As shown in FIGS. 9B to 9D and Table 1 above, in all cases, the connection resistance was sufficiently low and the critical current (Ic) was at a practical level. In addition, from the results shown in Table 1, as L1, L2, and L3 became longer, the connection resistance decreased and the critical current Ic increased.
(曲げ強度の測定)
上記実施例2-4のFFDS線材架線体について、以下の手順で曲げ強度測定を行った。まず、直線状のFFDS線材架線体の電流-電圧特性を測定した。そして、図10Aに示すように、100mmφの円柱を有する治具910の円柱の周面に、FFDS線材架線体1を配置した。このとき、FFDS線材架線体1の架線部2が周面に当接するように位置を調整した。そして、FFDS線材架線体1の一方の端部を、治具910に固定し、他方の端部に、5kgの錘Aを取り付けた。その後、錘Aを取り外し、曲げた状態、かつ室温で、電流-電圧特性の測定を行った。錘Aの取り付けおよび取り外し、ならびに電流-電圧特性の測定を、5サイクル行った。その結果、当該FFDS線材架線体では、5サイクル後も、臨界電流(Ic)に殆ど変化が生じなかった。
(Measurement of bending strength)
The bending strength of the FFDS wire overhead wire body of Example 2-4 was measured according to the following procedure. First, the current-voltage characteristics of a straight FFDS wire overhead wire body were measured. Then, as shown in FIG. 10A, the FFDS wire
次いで、上記治具910の円柱の直径を90mm、80mm、70mm、60mm、50mmとし、同様に電流-電圧特性の測定を行った。5サイクル後の臨界電流(Ic)と円柱の直径との関係を示すグラフを図10Bおよび図10Cに示す。図10Bおよび図10Cに示すように、円柱の直径が80mmまでは、臨界電流(Ic)に殆ど変化がなかったものの、直径が70mmになると、臨界電流(Ic)が減少しやすかった。また、FFDS線材架線体1の架線部2に一部剥離が見られた。当該構造のFFDS線材架線体1では、接続抵抗や臨界電流(Ic)に関する特性が非常に良好であるものの、曲げ強度が低くなる場合があった。
Next, the diameters of the cylinders of the
[実施例3]
第1バイパス310と第2バイパス320との間にこれらと同じ厚みのスペーサ330(本実施例では線材)を配置した以外は、上述の実施例2-4と同様に、FFDS線材架線体1を作製した(図11A)。そして、実施例2の曲げ強度測定用の治具910を用いて、円柱の直径を100mm、90mm、80mm、70mm、60mm、50mmとして、実施例2と同様に電流-電圧特性の測定を行った。結果を図11Bおよび図11Cに示す。図11Bおよび図11Cに示されるように、本実施例のFFDS線材架線体1では、直径が小さくなっても、臨界電流(Ic)の減少が少なかった。スペーサを入れることで、曲げ強度が良好になったと考えられる。ただし、直線状としたときの臨界電流(Ic)と屈曲させたときの臨界電流(Ic)とを比較すると、円柱の直径を100mmとした段階から、臨界電流(Ic)が少し低下した。
[Example 3]
The FFDS wire
[実施例4]
第1バイパス310の端部と第2バイパス320の端部とが接するように、第1バイパス310および第2バイパス320を配置した以外は、上述の実施例2-4と同様に、FFDS線材架線体1を作製した(図12A)。なお、2つの第1線材101、201の架線部2aと、2つの第2線材102、202の架線部2bとの距離L1は、10cmとした。また、第1バイパス310および第2バイパス320の長さL2も10cmとした。当該FFDS線材架線体1について、実施例2と同様に曲げ強度測定用の治具910を用いて、電流-電圧特性を測定した。結果を図12Bおよび図12Cに示す。図12Bおよび図12Cに示すように、曲げ強度測定用の治具910の直径が小さくなっても、臨界電流(Ic)の減少が少なく、直線状としたときの臨界電流(Ic)と屈曲させたときの臨界電流(Ic)とを比較しても、変化が少なかった。
[Example 4]
The FFDS wire catenary wire was used in the same manner as in Example 2-4 above, except that the
[実施例5]
実施例4と同様の架線部の構造とし、単長100~150mのFFDS線材を23本接続して、全長1936mのFFDS線材架線体を作製した。当該FFDS線材架線体のエンドtoエンドの臨界電流(Ic)を測定した結果を図13に示す。当該FFDS線材架線体の接続箇所は22箇所であった。全長の接続抵抗は546nΩであったので、1箇所あたり約25nΩの接続抵抗であった。
[Example 5]
The structure of the overhead wire section was the same as in Example 4, and 23 FFDS wire rods with a single length of 100 to 150 m were connected to produce an FFDS wire overhead wire body with a total length of 1936 m. FIG. 13 shows the results of measuring the end-to-end critical current (Ic) of the FFDS wire overhead wire body. The FFDS wire overhead wire body had 22 connection points. Since the connection resistance over the entire length was 546 nΩ, the connection resistance was approximately 25 nΩ per point.
本発明によれば、臨界電流(Ic)を劣化させることなく積層線材を複数接続した新しい積層線材架線体が得られる。当該超電導体は、超電導マグネット、超電導ケーブル、電力機器及びデバイス等に適用可能である。 According to the present invention, a new laminated wire overhead wire body in which a plurality of laminated wires are connected without deteriorating the critical current (Ic) can be obtained. The superconductor can be applied to superconducting magnets, superconducting cables, power equipment, devices, and the like.
1 積層線材架線体
2 架線部
2a 第1線材の架線部
2b 第2線材の架線部
11a 第1金属基板
11b 第2金属基板
12a 第1バッファ層
12a 第2バッファ層
13a 第1超電導層
13b 第2超電導層
14a 第1安定化層
14b 第2安定化層
15 中間接続層
100 第1のFFDS線材
101、201 第1線材
102、202 第2線材
200 第2のFFDS線材
310 第1バイパス
320 第2バイパス
330 スペーサ
900 電流端子
910 治具
1 Laminated wire
Claims (11)
前記積層線材どうしの架線部は、前記第1線材および前記第2線材の間に、
希土類元素を含む第3超電導層を有し、かつ隣接する2つの前記第1線材を接続するための第1バイパスと、
希土類元素を含む第4超電導層を有し、かつ隣接する2つの前記第2線材を接続するための第2バイパスと、
を有し、
前記第1バイパスの前記第3超電導層は、隣接する2つの前記第1線材の前記第1超電導層に向かい合うように配置されており、
前記第2バイパスの前記第4超電導層は、隣接する2つの前記第2線材の前記第2超電導層に向かい合うように配置されている、
積層線材架線体。 A plurality of laminated wire rods in which a first elongated wire rod having a first superconducting layer containing a rare earth element and a second elongated wire rod having a second superconducting layer containing a rare earth element are laminated in the length direction. It is a connected laminated wire overhead wire body,
The overhead wire portion between the laminated wire rods is formed between the first wire rod and the second wire rod,
a first bypass having a third superconducting layer containing a rare earth element and connecting two adjacent first wires;
a second bypass having a fourth superconducting layer containing a rare earth element and connecting two adjacent second wires;
has
The third superconducting layer of the first bypass is arranged to face the first superconducting layers of two adjacent first wires,
The fourth superconducting layer of the second bypass is arranged to face the second superconducting layers of two adjacent second wires,
Laminated wire overhead wire body.
請求項1に記載の積層線材架線体。 Each of the laminated wires includes, in this order, a first metal substrate, the first superconducting layer, a first stabilizing layer, an intermediate connection layer, a second stabilizing layer, the second superconducting layer, and a second metal substrate.
The laminated wire overhead wire body according to claim 1.
前記第2バイパスは、第4金属基板、前記第4超電導層、および第4安定化層をこの順に含む、
請求項1または2に記載の積層線材架線体。 The first bypass includes a third metal substrate, the third superconducting layer, and a third stabilizing layer in this order,
The second bypass includes, in this order, a fourth metal substrate, the fourth superconducting layer, and a fourth stabilizing layer.
The laminated wire overhead wire body according to claim 1 or 2.
請求項1または2に記載の積層線材架線体。 The overhead wire portions of the first wire rods and the overhead wire portions of the second wire rods are at different positions when viewed from above,
The laminated wire overhead wire body according to claim 1 or 2.
請求項1または2に記載の積層線材架線体。 the first bypass and the second bypass are arranged so as not to overlap;
The laminated wire overhead wire body according to claim 1 or 2.
請求項5に記載の積層線材架線体。 a spacer is arranged between the first bypass and the second bypass of each of the overhead wire sections;
The laminated wire overhead wire body according to claim 5.
請求項5に記載の積層線材架線体。 an end of the first bypass and an end of the second bypass are arranged so as to touch each other;
The laminated wire overhead wire body according to claim 5.
希土類元素を含む第3超電導層を有する第1バイパス、および希土類元素を含む第4超電導層を有する第2バイパスを準備する工程と、
前記複数の積層線材のうちの1つの積層線材の端部における、前記第1線材および前記第2線材を分離する工程と、
前記複数の積層線材のうちの他の積層線材の端部における、前記第1線材および前記第2線材を分離する工程と、
前記第1バイパスの前記第3超電導層が、前記2つの積層線材の前記第1超電導層に向かい合うように、前記第1バイパスを配置し、前記第2バイパスの前記第4超電導層が、前記2つの積層線材の前記第2超電導層に向かい合うように、前記第2バイパスを配置する工程と、
を含む、
積層線材架線体の製造方法。 preparing a plurality of laminated wire rods in which a first elongated wire rod having a first superconducting layer containing a rare earth element and a second elongated wire rod having a second superconducting layer containing a rare earth element are laminated;
preparing a first bypass having a third superconducting layer containing a rare earth element and a second bypass having a fourth superconducting layer containing a rare earth element;
separating the first wire rod and the second wire rod at an end of one of the plurality of laminated wire rods;
separating the first wire rod and the second wire rod at an end of another laminated wire rod among the plurality of laminated wire rods;
The first bypass is arranged such that the third superconducting layer of the first bypass faces the first superconducting layer of the two laminated wires, and the fourth superconducting layer of the second bypass faces the first superconducting layer of the two laminated wires. arranging the second bypass so as to face the second superconducting layer of one laminated wire;
including,
A method for manufacturing a laminated wire overhead wire body.
前記他の積層線材の前記第1線材および前記第2線材を分離する工程において、前記第1線材および前記第2線材を分離後、前記第2線材の一部を切断して、前記第2線材の長さを短くし、
前記第1バイパスおよび前記第2バイパスを配置する工程において、前記第1バイパスおよび前記第2バイパスが重ならないように配置する、
請求項8に記載の積層線材架線体の製造方法。 In the step of separating the first wire rod and the second wire rod of the one laminated wire rod, after separating the first wire rod and the second wire rod, a part of the first wire rod is cut, and the first wire rod is separated from the first wire rod. shorten the length of
In the step of separating the first wire rod and the second wire rod of the other laminated wire rod, after separating the first wire rod and the second wire rod, a part of the second wire rod is cut and the second wire rod is separated. shorten the length of
In the step of arranging the first bypass and the second bypass, the first bypass and the second bypass are arranged so that they do not overlap;
A method for manufacturing a laminated wire overhead wire body according to claim 8.
請求項9に記載の積層線材架線体の製造方法。 arranging a spacer between the first bypass and the second bypass in the step of arranging the first bypass and the second bypass;
The method for manufacturing a laminated wire overhead wire body according to claim 9.
前記第1バイパスの端部および前記第2バイパスの端部が接触するように前記第1バイパスおよび前記第2バイパスを配置する、
請求項9に記載の積層線材架線体の製造方法。 In the step of arranging the first bypass and the second bypass,
arranging the first bypass and the second bypass such that an end of the first bypass and an end of the second bypass are in contact with each other;
The method for manufacturing a laminated wire overhead wire body according to claim 9.
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