JP2876667B2 - Aluminum stabilized superconducting wire - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、アルミニウム安定化超電導線に関するも
ので、特に、アルミニウム安定化材の改良に関するもの
である。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an aluminum-stabilized superconducting wire, and more particularly to an improvement in an aluminum stabilizing material.
［従来の技術］ 近年、超電導発電機や核融合等への超電導技術の導入
の検討、実証モデル試験等が活発に行なわれている。こ
のような超電導発電機、核融合炉用大型超電導マグネッ
トなどの大型構造体では、10kA級の大容量導体が用いら
れる。このような実用に則した導体では、超電導状態か
ら常電導状態への転移が絶対に生じないような、完全安
定化の理論を満足する導体の構成であることが要求され
る。[Related Art] In recent years, studies on introduction of superconducting technology into superconducting generators, nuclear fusion, and the like, and demonstration model tests have been actively conducted. In large structures such as superconducting generators and large superconducting magnets for fusion reactors, large-capacity conductors of the order of 10 kA are used. In such a conductor conforming to practical use, it is required that the conductor has a structure that satisfies the theory of complete stabilization such that a transition from a superconducting state to a normal conducting state never occurs.
このため、安定化材として高純度アルミニウムを用い
たアルミニウム安定化超電導線がしばしば用いられる。
アルミニウム安定化材は、電気抵抗が低く、磁気抵抗効
果が小さいため、たとえば５ナイン（99.999％）のアル
ミニウムからなる安定化材を、超電導体に対して、同程
度の断面積を与えるように付加すると、完全安定性を満
足するか、もしくは、それに近い状態に到達することが
できる。For this reason, an aluminum-stabilized superconducting wire using high-purity aluminum as a stabilizer is often used.
Since the aluminum stabilizer has a low electric resistance and a small magnetoresistance effect, a stabilizer made of, for example, 5 nine (99.999%) aluminum is added so as to give a superconductor a similar cross-sectional area. Then, it is possible to reach a state that satisfies perfect stability or is close to it.
しかし、超電導発電機や核融合炉用超電導マグネット
においては、励磁速度が数テスラ／秒にもなるため、ア
ルミニウム中に発生する渦電流損失とアルミニウムを通
して超電導体相互に発生する結合損失とによって、導体
が発熱するという問題がある。However, in superconducting generators and superconducting magnets for nuclear fusion reactors, the excitation speed can be as high as several Tesla / sec. Therefore, the conductor loss is caused by the eddy current loss generated in aluminum and the coupling loss generated between the superconductors through aluminum. However, there is a problem that heat is generated.
これらの渦電流損失や結合損失の低減のためには、ア
ルミニウムの有効径を小さくする必要があり、従来で
は、たとえば径0.3mmのアルミニウム線を複数本集合す
るような技術が採用されていた。In order to reduce the eddy current loss and the coupling loss, it is necessary to reduce the effective diameter of aluminum. Conventionally, for example, a technique of assembling a plurality of aluminum wires having a diameter of 0.3 mm has been adopted.
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述のような構成では、安定化材の剛
性が低いため、超電導素線を付加した最終的な導体の剛
性が著しく低下し、実用の線材としては適さないという
大きな問題がある。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the above configuration, the rigidity of the stabilizing material is low, so that the rigidity of the final conductor to which the superconducting element wire is added is remarkably reduced, and is suitable as a practical wire. There is a big problem that there is no.
また、アルミニウムの有効径を小さくすることによっ
て、渦電流損失を低減することができるが、結合損失の
低減のためには、CuNi等の高抵抗金属で被覆することが
必要となるため、細い線径を有する高抵抗金属被覆アル
ミニウム線の製作が必要となる。しかしながら、このよ
うな高抵抗金属被覆アルミニウム線の製作は困難であっ
た。Also, by reducing the effective diameter of aluminum, eddy current loss can be reduced.However, in order to reduce coupling loss, it is necessary to coat with a high-resistance metal such as CuNi. It is necessary to manufacture a high-resistance metal-coated aluminum wire having a diameter. However, it has been difficult to produce such a high-resistance metal-coated aluminum wire.
それゆえに、この発明の目的は、上述したような問題
を解決し得るアルミニウム安定化超電導線を提供しよう
とすることである。Therefore, an object of the present invention is to provide an aluminum-stabilized superconducting wire that can solve the above-mentioned problems.
［課題を解決するための手段］ この発明は、アルミニウム安定化材と超電導素線とを
複合一体化したアルミニウム安定化超電導線であって、
上述した技術的課題を解決するため、次のような構成を
備えることを特徴とする。[Means for Solving the Problems] The present invention relates to an aluminum-stabilized superconducting wire obtained by integrally integrating an aluminum stabilizing material and a superconducting element wire,
In order to solve the above technical problem, the present invention is characterized by having the following configuration.
この発明の１つの局面に従ったアルミニウム安定化超
電導線においては、アルミニウム安定化材が、高抵抗金
属によって被覆されるとともに、高抵抗金属によって50
0μｍ以下の径となるように複数に分割されており、そ
の分割されかつ高抵抗金属で被覆されたアルミニウム安
定化材は、銅のマトリックス中に配置され、その複数の
分割されかつ高抵抗金属で被覆されたアルミニウム安定
化材の間に銅が配置されている。In an aluminum-stabilized superconducting wire according to one aspect of the present invention, an aluminum stabilizing material is coated with a high-resistance metal and is made of a high-resistance metal.
The aluminum stabilizer is divided into a plurality of pieces having a diameter of 0 μm or less, and the divided and coated with the high-resistance metal is placed in a copper matrix, and the plurality of divided and high-resistance metals are used. Copper is placed between the coated aluminum stabilizers.
また、この発明のもう１つの局面に従ったアルミニウ
ム安定化超電導線においては、アルミニウム安定化材
が、高抵抗金属によって被覆されるとともに、高抵抗金
属によって500μｍ以下の径となるように複数に分割さ
れており、その分割されかつ高抵抗金属で被覆されたア
ルミニウム安定化材において、アルミニウムと高抵抗金
属との間に銅が配置されている。In the aluminum-stabilized superconducting wire according to another aspect of the present invention, the aluminum stabilizing material is coated with a high-resistance metal and divided into a plurality of pieces by the high-resistance metal so as to have a diameter of 500 μm or less. In the aluminum stabilizer which is divided and coated with a high-resistance metal, copper is arranged between aluminum and the high-resistance metal.
［発明の作用および効果］ この発明によれば、アルミニウム安定化材が、高抵抗
金属で被覆されるため、超電導素線からの結合電流を防
止でき、かつ高い剛性を与えることができる。しかも、
高抵抗金属で500μｍ以下の径にアルミニウム安定化材
が複数に分割されているため、アルミニウムの渦電流損
失の低減を図ることができる。なお、アルミニウムの分
割された径が500μｍを越えると、渦電流損失が大きく
なる。[Operation and Effect of the Invention] According to the present invention, since the aluminum stabilizer is coated with the high-resistance metal, the coupling current from the superconducting wire can be prevented, and high rigidity can be provided. Moreover,
Since the aluminum stabilizing material is divided into a plurality of pieces having a diameter of 500 μm or less with high resistance metal, eddy current loss of aluminum can be reduced. If the divided diameter of aluminum exceeds 500 μm, eddy current loss increases.
なお、上述のような構造を得るにあたっては、アルミ
ニウムと高抵抗金属との複合化が必要であるが、アルミ
ニウムと高抵抗金属との間で加工強度が大きく相違する
ため、このような複合化は、一般には困難である。しか
しながら、この発明によれば、分割された高抵抗金属被
覆アルミニウム安定化材が銅のマトリックス中に配置さ
れたり、あるいは分割された高抵抗金属被覆アルミニウ
ム安定化材においてアルミニウムと高抵抗金属との間に
銅が配置されているので、銅の優れた加工性を緩衝材と
して機能させることができるので、複合化を容易に行な
うことができる。In order to obtain the above-described structure, it is necessary to combine aluminum with a high-resistance metal. However, since the processing strength is significantly different between aluminum and a high-resistance metal, such a combination is not possible. , Is generally difficult. However, according to the present invention, the divided high-resistance metal-coated aluminum stabilizer is disposed in a copper matrix, or the divided high-resistance metal-coated aluminum Since copper is disposed on the surface, excellent workability of copper can be made to function as a cushioning material, so that compounding can be easily performed.
ここで用いられる銅としては、できるだけ純度の高い
無酸素銅、タフピッチ銅であることが好ましい。The copper used here is preferably oxygen-free copper and tough pitch copper having the highest possible purity.
また、この発明による分割された高抵抗金属被覆アル
ミニウム安定化材は、嵌合法、熱間押出法、静水押出法
など、いずれの方法を適用しても得ることができるた
め、実用に即した製法で量産化が容易にできる特徴があ
る。Further, the divided high-resistance metal-coated aluminum stabilizing material according to the present invention can be obtained by applying any method such as a fitting method, a hot extrusion method, a hydrostatic extrusion method, etc. It has the feature that mass production can be easily performed.
［実施例］ 第１図は、この発明の一実施例によるアルミニウム安
定化超電導線１を示す断面図である。Embodiment FIG. 1 is a sectional view showing an aluminum-stabilized superconducting wire 1 according to one embodiment of the present invention.
第１図に示すように、アルミニウム安定化材２は、高
抵抗金属層３（太線で示す）によって被覆されるととも
に、高抵抗金属層３によって500μｍ以下の径となるよ
うに複数に分割されている。高抵抗金属層３に用いられ
る高抵抗金属としては、CuNi合金、CuMn合金のような銅
合金などが一般に用いられるが、Ta、Nb、Ｖ等の加工性
の良い金属で構成してもよい。As shown in FIG. 1, the aluminum stabilizing material 2 is covered with a high-resistance metal layer 3 (shown by a thick line) and is divided into a plurality of pieces by the high-resistance metal layer 3 so as to have a diameter of 500 μm or less. I have. As the high-resistance metal used for the high-resistance metal layer 3, a copper alloy such as a CuNi alloy or a CuMn alloy is generally used, but it may be made of a metal having good workability such as Ta, Nb, and V.
アルミニウム安定化材２は、全体として、丸線の形態
を与える。このようなアルミニウム安定化材２の周囲に
は、たとえばNbTi超電導素線４が12本撚り合わされる。
なお、超電導素線４を構成する材料としては、上述した
NbTiのほか、Nb3Sn、Nb3Al、酸化物超電導体、等、アル
ミニウム安定化材２と複合できるものであれば、どのよ
うな材料であってもよい。The aluminum stabilizer 2 gives the shape of a round wire as a whole. Around such an aluminum stabilizing material 2, for example, 12 NbTi superconducting wires 4 are twisted.
The material constituting the superconducting wire 4 is as described above.
In addition to NbTi, Nb 3 Sn, Nb 3 Al, an oxide superconductor, etc., as long as the aluminum stabilizer 2 and can be conjugated, it may be any material.
第２図および第３図には、第１図に示したアルミニウ
ム安定化材２および高抵抗金属層３に関連する好ましい
構造が示されている。FIG. 2 and FIG. 3 show a preferred structure related to the aluminum stabilizer 2 and the high-resistance metal layer 3 shown in FIG.
第２図では、分割されかつ高抵抗金属層３で被覆され
たアルミニウム安定化材２が、銅５のマトリックス中に
配置されている。In FIG. 2, an aluminum stabilizer 2 split and covered with a high resistance metal layer 3 is arranged in a matrix of copper 5.
他方、第３図では、分割されかつ高抵抗金属層３で被
覆されたアルミニウム安定化材２において、アルミニウ
ム安定化材２と高抵抗金属層３との間に銅５が配置され
ている。On the other hand, in FIG. 3, copper 5 is arranged between the aluminum stabilizer 2 and the high-resistance metal layer 3 in the aluminum stabilizer 2 divided and covered with the high-resistance metal layer 3.
第４図は、この発明の他の実施例によるアルミニウム
安定化超電導線６を示している。FIG. 4 shows an aluminum stabilized superconducting wire 6 according to another embodiment of the present invention.
第４図に示すように、高抵抗金属層７で被覆されたア
ルミニウム安定化材８は、高抵抗金属層７によって４分
割され、全体として、平角線の形状を与えている。その
周囲には、たとえばNb3Sn超電導素線９が12本撚り合わ
されている。As shown in FIG. 4, the aluminum stabilizing material 8 covered with the high-resistance metal layer 7 is divided into four parts by the high-resistance metal layer 7 to give a rectangular wire as a whole. Around it, for example, 12 Nb 3 Sn superconducting wires 9 are twisted.
第５図は、この発明のさらに他の実施例によるアルミ
ニウム安定化超電導線10を示している。FIG. 5 shows an aluminum stabilized superconducting wire 10 according to still another embodiment of the present invention.
第５図に示すように、凹型補強材11の内側に、高抵抗
金属層12で被覆されたアルミニウム安定化材13が、高抵
抗金属層12によって５分割された状態で配置される。ア
ルミニウム安定化材13は、全体として、平角線の形状を
与えている。凹型補強材11の内部であって、アルミニウ
ム安定化材13に近接して、たとえばNbTi平角超電導素線
14が配置される。As shown in FIG. 5, an aluminum stabilizing material 13 covered with a high-resistance metal layer 12 is arranged inside a concave reinforcing material 11 in a state divided into five parts by the high-resistance metal layer 12. The aluminum stabilizer 13 has a rectangular wire shape as a whole. Inside the concave reinforcing material 11 and close to the aluminum stabilizing material 13, for example, an NbTi rectangular superconducting element wire
14 is arranged.
次に、この発明のより具体的な実施例について説明す
る。Next, more specific embodiments of the present invention will be described.
超電導発電機の界磁巻線に使用する１次撚線として、
第１図に示したアルミニウム安定化超電導線１のよう
に、アルミニウム安定化材が丸線を与えるようなアルミ
ニウム安定化材超電導線の製作を試みた。中心に配置さ
れるアルミニウム安定化材の断面構成については、第６
図に示したＡ〜Ｄの４種類を得るように試みた。As the primary stranded wire used for the field winding of the superconducting generator,
As in the case of the aluminum-stabilized superconducting wire 1 shown in FIG. 1, an attempt was made to produce an aluminum-stabilizing material superconducting wire in which the aluminum stabilizing material gives a round wire. Regarding the sectional configuration of the aluminum stabilizing material disposed at the center,
An attempt was made to obtain the four types A to D shown in the figure.
目差した線径は、Ａ〜Ｄのいずれについても、直径1.
2mmであった。また、Ａは、CuNiの外皮を有し、中は直
径1.0mmの１本のアルミニウム線である。Ｂは、CuNiの
外皮を有するとともに、Alの７分割にもCuNiを用いてい
る。Al分割径は、約300μｍである。Ｃは、Ｂと同様
に、外皮と分割がCuNiであるが、AlとCuNiの界面にCuを
配置したタイプで、Al分割径は、約300μｍである。Ｄ
は、外皮およびAlの分割にCuNiを用いるとともに、分割
されたAlとCuNiとがCuを介して７分割された構造を持っ
ている。ここでも、Al分割径は、約300μｍである。The diameter of the parallaxed wire was 1.
2 mm. A is a single aluminum wire having an outer skin of CuNi and having a diameter of 1.0 mm. B has the outer skin of CuNi, and also uses CuNi for the 7 divisions of Al. The Al division diameter is about 300 μm. C is a type in which Cu and Cu are arranged at the interface between Al and CuNi, similarly to B, and the Al division diameter is about 300 μm. D
Has a structure in which CuNi is used for dividing the outer skin and Al, and the divided Al and CuNi are divided into seven via Cu. Again, the Al split diameter is about 300 μm.
上述したＡ〜Ｄを得るため、直径1.2mmになるように
加工を試みた。加工方法としては、４種類とも、単芯の
アルミニウム安定化材をパイプ中に束ねてロール加工や
ダイス引きを施す嵌合法、ビレット中に所望の断面形状
を形成させた後、押出と伸線を施す押出法を実施した。
なお、押出法としては、熱間押出法と静水圧押出法のい
ずれも実施した。この結果、Ｂについては、いずれの加
工法においても、CuNiによる分割が破れて、Al分割の効
果がなくなった上に、そのような線材の加工が困難であ
った。これに対して、A,C,Dについては、いずれの加工
法においても、良好な加工性を示し、直径1.2mmにまで
加工することができた。最終的に、直径0.42mmのNbTi超
電導素線を、直径1.2mmのA,C,Dの各周囲に12本撚り合わ
せ、半田含浸を行なった。In order to obtain the above-mentioned A to D, processing was attempted to have a diameter of 1.2 mm. As a processing method, all four types are formed by bundling a single-core aluminum stabilizing material in a pipe, performing a roll process or die drawing, forming a desired cross-sectional shape in a billet, and extruding and drawing. The extrusion method applied was performed.
In addition, as an extrusion method, both the hot extrusion method and the hydrostatic extrusion method were implemented. As a result, with respect to B, in any of the processing methods, the division by CuNi was broken, the effect of Al division was lost, and processing of such a wire was difficult. On the other hand, A, C, and D showed good workability in any of the working methods, and could be worked to a diameter of 1.2 mm. Finally, 12 NbTi superconducting wires having a diameter of 0.42 mm were twisted around each of A, C, and D having a diameter of 1.2 mm, and solder impregnation was performed.
上記の表に、試作材の特性が示されている。 The above table shows the properties of the prototype materials.
Al安定化材のみでは、いずれも、RRR（残留抵抗比）
は、500以上と良好な結果が得られた。また、12本のNbT
i超電導素線を撚り合わせた導体では、いずれも、RRRが
300以上、導体抵抗が５μΩ/m以下と、要求特性を満足
する結果が得られ、安定性に関しては、A,C,Dとも必要
とされる特性を満足した。RRR (residual resistance ratio) for all Al stabilizers alone
Was as good as 500 or more. Also, 12 NbT
i For all conductors in which superconducting wires are twisted, RRR is
The results satisfying the required characteristics were obtained when the conductor resistance was 300 or more and the conductor resistance was 5 μΩ / m or less, and the required characteristics were satisfied for A, C, and D with respect to stability.
一方、発電機の過渡時に相当するバイアス磁界4.4T、
励磁速度5T/秒（ΔＢ＝0/40T）下における交流損失を測
定した結果、分割のないＡでは、非常に大きな値を示
し、Al中の渦電流損失が大きいことが判明した。一方、
CuNiで分割し、Alの径を小さくしたＣおよびＤでは、い
ずれも4kW/m3以下の値を示し、発電機用導体として安定
性と低交流損失という２つの特性を満足する結果が得ら
れた。On the other hand, the bias magnetic field 4.4T corresponding to the transient of the generator,
As a result of measuring the AC loss at an excitation speed of 5 T / sec (ΔB = 0/40 T), it was found that A without division showed a very large value, and the eddy current loss in Al was large. on the other hand,
For C and D, which were divided by CuNi and reduced the diameter of Al, both showed a value of 4 kW / m 3 or less, and obtained results satisfying the two characteristics of stability and low AC loss as generator conductors. Was.
第１図は、この発明の一実施例によるアルミニウム安定
化超電導線１を示す断面図である。 第２図は、第１図に示したアルミニウム安定化材２の好
ましい断面構造を示す。 第３図は、第１図に示したアルミニウム安定化材２の他
の好ましい断面構造を示す。 第４図は、この発明の他の実施例によるアルミニウム安
定化超電導線６を示す断面図である。 第５図は、この発明のさらに他の実施例によるアルミニ
ウム安定化超電導線10を示す断面図である。 第６図は、この発明の効果を確認するため行なわれた実
験で製作を試みた４種類のアルミニウム安定化材の断面
構造を示す。 図において、1,6,10はアルミニウム安定化超電導線、2,
8,13はアルミニウム安定化材、3,7,12は高抵抗金属層、
4,9,14は超電導素線である。FIG. 1 is a sectional view showing an aluminum-stabilized superconducting wire 1 according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a preferred sectional structure of the aluminum stabilizer 2 shown in FIG. FIG. 3 shows another preferred sectional structure of the aluminum stabilizer 2 shown in FIG. FIG. 4 is a sectional view showing an aluminum-stabilized superconducting wire 6 according to another embodiment of the present invention. FIG. 5 is a sectional view showing an aluminum-stabilized superconducting wire 10 according to still another embodiment of the present invention. FIG. 6 shows the cross-sectional structures of four types of aluminum stabilizing materials that were tried in an experiment conducted to confirm the effect of the present invention. In the figure, 1,6,10 are aluminum stabilized superconducting wires,
8,13 are aluminum stabilizers, 3,7,12 are high resistance metal layers,
4,9,14 are superconducting wires.
Claims (2)
合一体化したアルミニウム安定化超電導線において、 アルミニウム安定化材が、高抵抗金属によって被覆され
るとともに、高抵抗金属によって500μｍ以下の径とな
るように複数に分割されており、 その分割されかつ高抵抗金属で被覆されたアルミニウム
安定化材が、銅のマトリックス中に配置され、 その複数の分割されかつ高抵抗金属で被覆されたアルミ
ニウム安定化材の間に銅が配置されていることを特徴と
する、アルミニウム安定化超電導線。An aluminum-stabilized superconducting wire in which an aluminum stabilizing material and a superconducting element wire are combined and integrated, wherein the aluminum-stabilizing material is coated with a high-resistance metal and has a diameter of 500 μm or less by the high-resistance metal. The divided and high-resistance metal coated aluminum stabilizing material is disposed in a copper matrix, and the plurality of divided and high-resistance metal coated aluminum An aluminum-stabilized superconducting wire, characterized in that copper is disposed between the materials.
合一体化したアルミニウム安定化超電導線において、 アルミニウム安定化材が、高抵抗金属によって被覆され
るとともに、高抵抗金属によって500μｍ以下の径とな
るように複数に分割されており、 その分割されかつ高抵抗金属で被覆されたアルミニウム
安定化材において、アルミニウムと高抵抗金属との間に
銅が配置されていることを特徴とする、アルミニウム安
定化超電導線。2. An aluminum-stabilized superconducting wire in which an aluminum stabilizing material and a superconducting element wire are combined and integrated, wherein the aluminum stabilizing material is coated with a high-resistance metal and has a diameter of 500 μm or less by the high-resistance metal. An aluminum stabilizing material which is divided and covered with a high-resistance metal, wherein copper is arranged between the aluminum and the high-resistance metal. Superconducting wire.
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|---|---|---|---|
| JP1331725A JP2876667B2 (en) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | Aluminum stabilized superconducting wire |
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| JP1331725A JP2876667B2 (en) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | Aluminum stabilized superconducting wire |
Publications (2)
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| JPH03192611A JPH03192611A (en) | 1991-08-22 |
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- 1989-12-20 JP JP1331725A patent/JP2876667B2/en not_active Expired - Lifetime
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