JP2749136B2 - アルミニウム安定化超電導線材 - Google Patents
アルミニウム安定化超電導線材Info
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- JP2749136B2 JP2749136B2 JP1194154A JP19415489A JP2749136B2 JP 2749136 B2 JP2749136 B2 JP 2749136B2 JP 1194154 A JP1194154 A JP 1194154A JP 19415489 A JP19415489 A JP 19415489A JP 2749136 B2 JP2749136 B2 JP 2749136B2
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は軽量で安定化されたAl安定化超電導線材に関
する。
する。
軽量化と安定化を目的とした従来のAl安定化超電導線
材は、特開昭49−107494号公報に記載のように、Al、又
は、Al合金を中心にし、Cu被覆超電導線を外周に配置す
る方法や、特開昭51−138193号公報に記載のように、A
l、又は、Al合金をAl被覆超電導線の外側に配し、減面
加工する方法が知られている。又、加工性を改善する方
法として特公昭58−40286号公報が開示され、アルミナ
を含む高純度高抗張力Alで超電導線を被覆する製造方法
がある。
材は、特開昭49−107494号公報に記載のように、Al、又
は、Al合金を中心にし、Cu被覆超電導線を外周に配置す
る方法や、特開昭51−138193号公報に記載のように、A
l、又は、Al合金をAl被覆超電導線の外側に配し、減面
加工する方法が知られている。又、加工性を改善する方
法として特公昭58−40286号公報が開示され、アルミナ
を含む高純度高抗張力Alで超電導線を被覆する製造方法
がある。
一般に超電導合金線の安定化材料としてCu、高純度A
l,Al合金等があり、上記材料のうち比較的容易に加工，
製作できるCuが多く用いられている。しかし、純Alの極
低温における熱的、および、電気的伝導性はCuに比べて
数倍ないし数十倍優れており、質量もCuの1/3程度で軽
量化できる。
l,Al合金等があり、上記材料のうち比較的容易に加工，
製作できるCuが多く用いられている。しかし、純Alの極
低温における熱的、および、電気的伝導性はCuに比べて
数倍ないし数十倍優れており、質量もCuの1/3程度で軽
量化できる。
従つて、純Alを超電導体の安定化材として用いること
が望ましいが、純AlはCuに比較して非常にやわらかいた
め、変形抵抗の差がありすぎて線材化が困難なこと、引
張り強度が小さいため、大きな張力で巻線できず、機械
的擾乱のためコイルが不安定になる問題があつた。
が望ましいが、純AlはCuに比較して非常にやわらかいた
め、変形抵抗の差がありすぎて線材化が困難なこと、引
張り強度が小さいため、大きな張力で巻線できず、機械
的擾乱のためコイルが不安定になる問題があつた。
本発明は、上述の問題点を除去し、軽量化、および、
安定化を図り、加工性が良く、高抗張力な超電導線材を
提供することを目的とする。
安定化を図り、加工性が良く、高抗張力な超電導線材を
提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するため、AlあるいはCu被
覆超電導線と、高純度Al線を組合せたAl安定化超電導線
材において、高純度Al中に補強材を配したものである。
覆超電導線と、高純度Al線を組合せたAl安定化超電導線
材において、高純度Al中に補強材を配したものである。
超電導コイルが運転される極低温下で高純度のAlはCu
に比べて優れた性質をもつている。例えば、99.999％純
度のAlは、一般に超電導線材の安定化材として用いられ
る無酸素銅と比較すると、熱容量は0.91倍、熱伝導率は
6.4倍、電気比抵抗は5Tの磁界下で0.14倍となり、超電
導線材の横断面積、超電導コイルの形状，寸法等を同一
とすれば、Alマトリツクスの超電導コイルは、従来のCu
マトリツクスの超電導コイルの約四十倍の安定性マージ
ンをもつている。
に比べて優れた性質をもつている。例えば、99.999％純
度のAlは、一般に超電導線材の安定化材として用いられ
る無酸素銅と比較すると、熱容量は0.91倍、熱伝導率は
6.4倍、電気比抵抗は5Tの磁界下で0.14倍となり、超電
導線材の横断面積、超電導コイルの形状，寸法等を同一
とすれば、Alマトリツクスの超電導コイルは、従来のCu
マトリツクスの超電導コイルの約四十倍の安定性マージ
ンをもつている。
このように、AlはCuに比べて熱的，電気的に優れた安
定化材であるが、機械的にはAlは柔か過ぎ、NbTiとの変
形抵抗の差が大きすぎ、高性能なAl安定化線材が得られ
ていないのが現状である。又、高純度はAlはCuに比べ張
力が小さいため、大きな張力でコイル巻線ができず、励
磁の際、電磁力で動いたり、変形を生じコイルとして不
安定であつた。
定化材であるが、機械的にはAlは柔か過ぎ、NbTiとの変
形抵抗の差が大きすぎ、高性能なAl安定化線材が得られ
ていないのが現状である。又、高純度はAlはCuに比べ張
力が小さいため、大きな張力でコイル巻線ができず、励
磁の際、電磁力で動いたり、変形を生じコイルとして不
安定であつた。
そこで、これらの欠点を除去するため、Al、あるい
は、Cu被覆超電導線と高純度Al線を組合せたAl安定化線
材において、高純度Al中に補強材を配置させた構造が、
線材の塑性加工の点からもコイル変形の点からも好まし
く、高性能なAl安定化線材が得られることがわかつた。
は、Cu被覆超電導線と高純度Al線を組合せたAl安定化線
材において、高純度Al中に補強材を配置させた構造が、
線材の塑性加工の点からもコイル変形の点からも好まし
く、高性能なAl安定化線材が得られることがわかつた。
すなわち、高純度Al中に補強材を配することにより、
線材全体の強度が増し、全体として加工可能となる。
尚、本補強材は、加工中硬化しにくく製造過程で生じる
熱処理等で高純度Alと反応しない、例えば、Nb,Ta,Ti,
V,CuNi,Ni,ステンレス鋼などを用いることにより効果が
より有効に発揮される。
線材全体の強度が増し、全体として加工可能となる。
尚、本補強材は、加工中硬化しにくく製造過程で生じる
熱処理等で高純度Alと反応しない、例えば、Nb,Ta,Ti,
V,CuNi,Ni,ステンレス鋼などを用いることにより効果が
より有効に発揮される。
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
＜実施例１＞ 第１図（ａ）は、本発明の一つの超電導線の横断面の
概略図である。超電導線材１は、1.9mm×1.1mmの平角断
面でNb−45重量％Tiの20μｍ直径のフイラメント３がCu
マトリツクス２中に3280本均一に埋込まれた線材外周部
と0.8mm×0.4mmの純度99.999％の高純度Al4中に、直径6
3μｍのTa線５が五十本埋込まれた複合線が、線材中央
部に配置されている。
概略図である。超電導線材１は、1.9mm×1.1mmの平角断
面でNb−45重量％Tiの20μｍ直径のフイラメント３がCu
マトリツクス２中に3280本均一に埋込まれた線材外周部
と0.8mm×0.4mmの純度99.999％の高純度Al4中に、直径6
3μｍのTa線５が五十本埋込まれた複合線が、線材中央
部に配置されている。
本線材の製造方法は、第１図（ｂ）に示すように、9
9.999％純度のAl4に孔をあけ、その穴に補強線であるTa
線５を50本挿入し、両者が密着するまで加工する。
9.999％純度のAl4に孔をあけ、その穴に補強線であるTa
線５を50本挿入し、両者が密着するまで加工する。
次に、第１図（ｃ）に示すように、このTa線入りAl複
合線６を管７の中央部に同心円状におき、Al複合線６と
Cu管７の間隙にCu被覆超電導線を挿入した後、静水圧押
出及び伸線加工をし、375℃×100hの熱処理を行つた
後、最終寸法近くで平角ダイスを通し、第１図（ａ）に
示す平角状の補強線入りのAl安定化超電導線材１を製作
した。本発明による線材は純Alに補強線を配しているた
め、張力が従来の純Alのみを用いていたものに比べ約2.
4倍となり安定性をそこなうことなく容易に加工するこ
とができた。
合線６を管７の中央部に同心円状におき、Al複合線６と
Cu管７の間隙にCu被覆超電導線を挿入した後、静水圧押
出及び伸線加工をし、375℃×100hの熱処理を行つた
後、最終寸法近くで平角ダイスを通し、第１図（ａ）に
示す平角状の補強線入りのAl安定化超電導線材１を製作
した。本発明による線材は純Alに補強線を配しているた
め、張力が従来の純Alのみを用いていたものに比べ約2.
4倍となり安定性をそこなうことなく容易に加工するこ
とができた。
＜実施例２＞ 第２図（ａ）は本発明の他の超電導線材の横断面の概
略図である。すなわち、本線材は中央部にCu被覆NbTi超
電導合金をおき、その外周に純Al4中に補強材であるTa
線５を埋込んだ複合材を、さらに、その外周にCu層を配
した構造となつている。
略図である。すなわち、本線材は中央部にCu被覆NbTi超
電導合金をおき、その外周に純Al4中に補強材であるTa
線５を埋込んだ複合材を、さらに、その外周にCu層を配
した構造となつている。
本線材の製造方法は、第２図（ｂ）に示すように、Cu
被覆NbTi超電導線８をCu管７内に挿入し、伸線加工によ
り密着させるまで加工する。次に、第２図（ｃ）に示す
ように、高純度Al管４の中に補強材であるTa線を挿入し
て伸線加工した単心複合線を製作する。次に、第２図
（ｄ）に示すように、最外層にCu管７を用い、そのCu管
の中央部に第２図（ｂ）で示すCu被覆多心複合線９をCu
管７と同心円状におき、その外周に第２図（ｃ）で示す
Ta線入りAl単心複合線10を最外層のCu管７との間に挿入
した後、静水圧押出、及び、伸線加工をし、時効熱処理
をした後、最終段階で平角状に成形し、第２図（ａ）に
示す線材を製作した。本発明による線材はAl層が超電導
体の外周部にあるにもかかわらず細線まで断線すること
なく加工できた。
被覆NbTi超電導線８をCu管７内に挿入し、伸線加工によ
り密着させるまで加工する。次に、第２図（ｃ）に示す
ように、高純度Al管４の中に補強材であるTa線を挿入し
て伸線加工した単心複合線を製作する。次に、第２図
（ｄ）に示すように、最外層にCu管７を用い、そのCu管
の中央部に第２図（ｂ）で示すCu被覆多心複合線９をCu
管７と同心円状におき、その外周に第２図（ｃ）で示す
Ta線入りAl単心複合線10を最外層のCu管７との間に挿入
した後、静水圧押出、及び、伸線加工をし、時効熱処理
をした後、最終段階で平角状に成形し、第２図（ａ）に
示す線材を製作した。本発明による線材はAl層が超電導
体の外周部にあるにもかかわらず細線まで断線すること
なく加工できた。
＜実施例３＞ 次に、実施例１および実施例１と同一製法で中心部の
高純度Al中に補強材を挿入しない線材の二種につき1000
ターンずつコイルに巻線し内径100mmのソレノイドコイ
ルを製作した。
高純度Al中に補強材を挿入しない線材の二種につき1000
ターンずつコイルに巻線し内径100mmのソレノイドコイ
ルを製作した。
この時、実施例１で示す線材は補強材を挿入している
ため、約12kg/mm2の張力で巻回できたが、高純度Alのみ
の線材では5kg/mm2の張力しかかれられなかつた。
ため、約12kg/mm2の張力で巻回できたが、高純度Alのみ
の線材では5kg/mm2の張力しかかれられなかつた。
両者のコイルは液体Heにより4.2Kまで冷却された後、
励磁を行つたが、実施例１で巻回したコイル、及び、補
強材なしの線材で製作したコイルにおける超電導が破れ
る電流値は4.2K,6Tにおいて、それぞれ、980A、およ
び、750Aであり、補強材を挿入したコイルは約1.3倍高
い値を示し、高安定性を示した。
励磁を行つたが、実施例１で巻回したコイル、及び、補
強材なしの線材で製作したコイルにおける超電導が破れ
る電流値は4.2K,6Tにおいて、それぞれ、980A、およ
び、750Aであり、補強材を挿入したコイルは約1.3倍高
い値を示し、高安定性を示した。
以上、三つの実施例について述べたが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、例えば、補強材としてTaの
みでなく、Nb,Ti,V,Ni,Cu,Niなどを用いてもよく、Cu被
覆超電導線でなくAl被覆超電導線を用いても同様効果が
得られる。
に限定されるものではなく、例えば、補強材としてTaの
みでなく、Nb,Ti,V,Ni,Cu,Niなどを用いてもよく、Cu被
覆超電導線でなくAl被覆超電導線を用いても同様効果が
得られる。
本発明は、高純度Al中に補強材を配する構造をとるこ
とにより、線材全体の強度および加工性を向上させるこ
とができる。従つて、超電導コイルの巻線時に大きな張
力で巻線でき、励磁の際の電磁力等に対し安定なコイル
を作ることができる。
とにより、線材全体の強度および加工性を向上させるこ
とができる。従つて、超電導コイルの巻線時に大きな張
力で巻線でき、励磁の際の電磁力等に対し安定なコイル
を作ることができる。
また、Alを用いているため、マトリツクス比が小さく
てもコイルの電流密度を大きくできるので、超電導コイ
ルが小型・軽量化・磁気浮上列車用超電導コイルなどに
最適である。
てもコイルの電流密度を大きくできるので、超電導コイ
ルが小型・軽量化・磁気浮上列車用超電導コイルなどに
最適である。
第１図は、本発明の一実施例の超電導線材の横断面図、
第２図は、本発明の他の実施例の超電導材の横断面図で
ある。 １……補強線入りAl安定化超電導線、２……Cuマトリツ
クス、３……NbTiフイラメント、４……高純度Al、５…
…Ta線。
第２図は、本発明の他の実施例の超電導材の横断面図で
ある。 １……補強線入りAl安定化超電導線、２……Cuマトリツ
クス、３……NbTiフイラメント、４……高純度Al、５…
…Ta線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−119312（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−268010（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−39705（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−24712（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−38404（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−108203（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】補強材として複数のTa線が高純度アルミニ
ウム中に分散された断面形状をもつ第１の層と、前記第
１の層を覆うように形成され複数のNb−Tiフィラメント
がアルミニウム又は銅のマトリックス中に分散された断
面形状をもつ第２の層とからなることを特徴とするアル
ミニウム安定化超電導線材。 - 【請求項２】複数のNb−Tiフィラメントがアルミニウム
又は銅のマトリックス中に分散された断面形状をもつ第
３の層と、前記第３の層を覆うように形成され補強材と
して複数のTa線が高純度アルミニウム中に分散された断
面形状をもつ第４の層と、さらに前記第４の層を覆うよ
うに形成されたアルミニウムまたは銅である第５の層と
からなることを特徴とするアルミニウム安定化超電導線
材。 - 【請求項３】請求項１または２に記載のアルミニウム安
定化超電導線材を用いたことを特徴とする超電導コイ
ル。 - 【請求項４】少なくとも、次の工程を含むことを特徴と
するアルミニウム安定化超電導線材の製造方法。 （ａ）高純度アルミニウムに複数の孔をあけ複数のTa線
を挿入し両者が密着するまで加工してTa線入りアルミニ
ウム複合線を得る工程。 （ｂ）前記Ta線入りアルミニウム複合線をアルミニウム
または銅管の中心部に同心円上におき、前記Ta線入りア
ルミニウム複合線と前記アルミニウムまたは銅管との間
隙にアルミニウムまたは銅被覆超電導線を挿入した後、
伸線加工および熱処理をおこないアルミニウム安定化超
電導線材を得る工程。 - 【請求項５】少なくとも、次の工程を含むことを特徴と
するアルミニウム安定化超電導線材の製造方法。 （ｃ）アルミニウムまたは銅被覆超電導線をアルミニウ
ムまたは銅管の中に挿入し伸線加工をしてアルミニウム
または銅被覆多心複合線を得る工程。 （ｄ）高純度アルミニウム管の中に補強材であるTa線を
挿入して伸線加工をして単心複合線を得る工程。 （ｅ）外層にアルミニウムまたは銅管を用い、その中心
部に前記アルミニウムまたは銅被覆多心複合線を同心円
上におき、前記アルミニウムまたは銅被覆多心複合線と
前記アルミニウムまたは銅管との間隙に前記単心複合線
を挿入した後、伸線加工および熱処理をおこないアルミ
ニウム安定化超電導線材を得る工程。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1194154A JP2749136B2 (ja) | 1989-07-28 | 1989-07-28 | アルミニウム安定化超電導線材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1194154A JP2749136B2 (ja) | 1989-07-28 | 1989-07-28 | アルミニウム安定化超電導線材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0359911A JPH0359911A (ja) | 1991-03-14 |
| JP2749136B2 true JP2749136B2 (ja) | 1998-05-13 |
Family
ID=16319820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1194154A Expired - Lifetime JP2749136B2 (ja) | 1989-07-28 | 1989-07-28 | アルミニウム安定化超電導線材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2749136B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20230099529A1 (en) * | 2020-02-24 | 2023-03-30 | University Of Houston System | Hybrid round superconductor wires |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55119312A (en) * | 1979-03-09 | 1980-09-13 | Furukawa Electric Co Ltd | Aluminummstabilized superconductor and method of producing same |
| JPS5624712A (en) * | 1979-08-01 | 1981-03-09 | Hitachi Ltd | Composite superconductor and method of manufacturing same |
| JPS6039705A (ja) * | 1983-08-15 | 1985-03-01 | 日本原子力研究所 | アルミニウム安定化超電導導体 |
| JPS6243010A (ja) * | 1985-08-20 | 1987-02-25 | 古河電気工業株式会社 | Ａｌ安定化超電導線 |
| JPS62268010A (ja) * | 1986-05-15 | 1987-11-20 | 古河電気工業株式会社 | アルミニウム安定化超電導線の製造方法 |
-
1989
- 1989-07-28 JP JP1194154A patent/JP2749136B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20230099529A1 (en) * | 2020-02-24 | 2023-03-30 | University Of Houston System | Hybrid round superconductor wires |
| US12412681B2 (en) * | 2020-02-24 | 2025-09-09 | University Of Houston System | Hybrid round superconductor wires using Nb—Ti filaments |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0359911A (ja) | 1991-03-14 |
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