JP5192741B2 - Superconducting conductor and superconducting cable with superconducting conductor - Google Patents

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Description

本発明は、超電導線材によって形成される超電導導体及び超電導導体を備えた超電導ケーブルに関する。特に、超電導線材として、磁性基板を用いた超電導線材である配向基板超電導線材を使用した、交流損失を低減させることが可能な超電導導体及び超電導導体を備えた超電導ケーブルに関する。   The present invention relates to a superconducting conductor formed of a superconducting wire and a superconducting cable including the superconducting conductor. In particular, the present invention relates to a superconducting conductor capable of reducing alternating current loss and a superconducting cable using a superconducting conductor using an oriented substrate superconducting wire that is a superconducting wire using a magnetic substrate as a superconducting wire.

RE123系酸化物超電導(RE−Ba−Cu−Oで示される)は薄膜超電導線材と呼ばれ、金属テープ基板上に、結晶粒の揃ったRE123系多結晶膜を数μmの厚さに設けて超電導化したものである。但し、REはLa,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu及びYから選択される。RE123系酸化物超電導のうち、代表的なものとして、Y系超電導線材(以下、Y系線材と呼ぶ)が知られている。Y系線材は、外部磁界に対して強く、強磁界内でも高い電流密度を維持することができるため、超電導ケーブル等の交流電力機器への応用が期待されている。薄膜超電導線材に流れる電流容量には限界があるため、交流電力機器等への応用の際には、電流容量を上げるために、超電導線材を複数本束ねた集合導体を構成する必要がある。   RE123-based oxide superconductivity (shown as RE-Ba-Cu-O) is called a thin film superconducting wire, and a RE123-based polycrystalline film with uniform crystal grains is provided on a metal tape substrate to a thickness of several μm. Superconducting. However, RE is selected from La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, and Y. Among RE123-based oxide superconductivity, Y-based superconducting wire (hereinafter referred to as Y-based wire) is known as a representative one. Y-based wires are strong against an external magnetic field and can maintain a high current density even in a strong magnetic field, and therefore are expected to be applied to AC power devices such as superconducting cables. Since there is a limit to the capacity of the current flowing through the thin film superconducting wire, it is necessary to form an aggregate conductor in which a plurality of superconducting wires are bundled in order to increase the current capacity when applied to an AC power device or the like.

この集合導体は、交流磁界を印加すると交流損失と呼ばれる電力損失を発生する。そのため、この交流損失を低減するための様々な方法が提案されている。   This collective conductor generates a power loss called an AC loss when an AC magnetic field is applied. Therefore, various methods for reducing the AC loss have been proposed.

特許文献1では、2枚のテープ線材を互いに対向させて電気的に接続し、空間で互いに交差する少なくとも2本の電流路を形成することにより、交流損失を低減させる方法が、提案されている。   Patent Document 1 proposes a method for reducing AC loss by forming two at least two current paths that intersect each other in space by electrically connecting two tape wires facing each other. .

薄膜超電導線材は、金属基板上に超電導薄膜を成膜することにより得られる。薄膜超電導線材を製作するプロセスには、超電導薄膜を形成できる基体を生成するプロセス(基板と中間層を生成する工程)と、その基体に超電導を形成するプロセス(超電導層を形成する工程)に分けられる。基体を生成するプロセスとして、大きく2つの方法がある。
1つは、特殊な成膜法により中間層を配向させる技術でIBAD(Ion Beam Assisted Deposition)法と呼ばれる技術であり、もう1つは、金属基板(主にNi基を使用した磁性基板)を配向させる技術でRABiTS(Rolling Assisted Bi−axially Textured Substrate)法と呼ばれる技術である。また、IBAD法によって作成された線材はIBAD線材と、RABiTS法によって作成された線材は配向基板線材(配向基板超電導線材)と呼ばれている。
特開2005−85612号公報
The thin film superconducting wire is obtained by forming a superconducting thin film on a metal substrate. The process of manufacturing a thin film superconducting wire is divided into a process for producing a substrate capable of forming a superconducting thin film (a step for producing a substrate and an intermediate layer) and a process for forming a superconductivity on the substrate (a step for forming a superconducting layer). It is done. There are two main processes for producing a substrate.
One is a technique called IBAD (Ion Beam Assisted Deposition), which is a technique for orienting an intermediate layer by a special film formation method, and the other is a metal substrate (a magnetic substrate mainly using a Ni group). This is a technique called RABiTS (Rolling Assisted Bi-axially Textured Substrate) method. Further, the wire produced by the IBAD method is called an IBAD wire, and the wire produced by the RABiTS method is called an alignment substrate wire (alignment substrate superconducting wire).
JP-A-2005-85612

上述したRABiTS法は、金属基板が安価であることからコストを低く抑えることができるという大きな利点を持っているが、配向金属として代表的なものはNi基をベースとしたものであり、この場合、金属基板そのものが磁化しているため、RABiTS法により作成した線材を使用して超電導ケーブルを製作して、交流下において使用したときに、非常に大きな交流損失を発生させてしまうという問題点があった。   The RABiTS method described above has a great advantage that the cost can be kept low because the metal substrate is inexpensive, but a typical alignment metal is based on a Ni group. Since the metal substrate itself is magnetized, when a superconducting cable is manufactured using a wire prepared by the RABiTS method and used under alternating current, a very large alternating current loss occurs. there were.

そこで、本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、磁性基板上に超電導層を形成した超電導線材を使用した超電導導体の交流損失を低減させることを目的とする。   Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to reduce the AC loss of a superconducting conductor using a superconducting wire having a superconducting layer formed on a magnetic substrate.

発明者は上述した従来の問題点について鋭意研究を重ねた。その結果、超電導層と磁性基板を有した超電導線材を中心部材上に巻きつけて、2層以上の超電導集合体を形成した超電導導体によって形成された超電導ケーブルにおいて、最外層の前記超電導線材を中心部材の径方向において前記超電導層が前記磁性基板に対して外向きになるように巻きつけることにより、交流損失が低減されることが判明した。更に、最外層の磁性基板を有した超電導線材よりも内層に配置された磁性基板を有した超電導線材のうちの1つを、磁性基板が最外層の超電導線材の磁性基板と対向するように巻きつけることにより、更に交流損失が低減されることが判明した。また、前記超電導集合体の少なくとも1層を磁性基板を有した超電導線材の代わりに、IBAD線材等の磁化していない基板を使用した超電導線材を使用することにより、更に交流損失が低減されることが判明した。   The inventor conducted extensive research on the above-described conventional problems. As a result, in the superconducting cable formed of a superconducting conductor in which a superconducting wire having a superconducting layer and a magnetic substrate is wound around a central member to form a superconducting assembly of two or more layers, the superconducting wire in the outermost layer is centered. It has been found that the AC loss is reduced by winding the superconducting layer so as to face outward with respect to the magnetic substrate in the radial direction of the member. Further, one of the superconducting wires having the magnetic substrate disposed in the inner layer is wound rather than the superconducting wire having the outermost magnetic substrate so that the magnetic substrate faces the magnetic substrate of the outermost superconducting wire. It has been found that the AC loss is further reduced by attaching. Further, the AC loss can be further reduced by using a superconducting wire that uses a non-magnetized substrate such as an IBAD wire instead of a superconducting wire having a magnetic substrate for at least one layer of the superconducting assembly. There was found.

本発明の第1の態様にかかる超電導導体は、円筒形状の中心部材と、基板と、前記基板の上に形成される超電導層と安定化層からなる層部材、または、中間層及び超電導層と安定化層からなる層部材とを備えた超電導線材を、前記中心部材上に巻きつけて形成される少なくとも2層以上の超電導集合体とを有した超電導導体であって、前記超電導集合体を形成する少なくとも1層の前記超電導線材の前記基板は、磁性基板であり、前記超電導集合体を形成する最外層の前記超電導線材の前記基板と、前記超電導集合体を形成する前記最外層を除く少なくとも1層の前記超電導線材の前記基板が、対向するように配置されており、前記超電導集合体を形成する前記最外層の前記超電導線材のスパイラルピッチが、前記超電導集合体を形成する前記最外層の前記超電導線材の前記基板に前記対向するように配置された前記基板を有する前記超電導線材のスパイラルピッチよりも小さくなるように、前記最外層の前記超電導線材と、前記最外層の前記超電導線材の前記基板に前記対向するように配置された前記基板を有する前記超電導線材が、前記中心部材上に巻きつけられていることを特徴とする。ここで、「磁性基板」とは、超電導導体を使用する環境温度(代表的には77K)以下において、飽和磁化を有する金属基板のことを意味し、特に、使用時の飽和磁化が0.15T以上のものの場合に本発明の効果を発揮する。なお、磁性金属としては、具体的には、Fe,Co,Ni等を代表とした強磁性体や、これらを基とした合金が挙げられる。


The superconducting conductor according to the first aspect of the present invention includes a cylindrical central member, a substrate, a layer member comprising a superconducting layer and a stabilization layer formed on the substrate, or an intermediate layer and a superconducting layer. the superconducting wire and a layer member comprising a stabilizing layer, a superconducting conductor having at least two or more layers of superconductor assembly formed by winding on the central member, the pre-Symbol superconductor assembly the substrate of the superconducting wire of at least one layer formed is magnetic substrate, and the substrate of the outermost layer of the superconducting wire to form a pre-Symbol superconductor assembly, the outermost layer to form a pre-Symbol superconductor assembly before the substrate of the superconducting wire of at least one layer, it is arranged so as to face the spiral pitch of the superconducting wire of the outermost layer to form the superconductor aggregate, to form the superconductor aggregate excluding To be smaller than the spiral pitch of the superconducting wire having arranged the substrate so as to the face in the substrate of the superconducting wire of the outermost layer, and the previous SL superconducting wire of the outermost layer, before the outermost layer serial superconducting wire wherein before having a arranged the substrate so as to face SL superconducting wire in the substrate of, characterized in that the wound on the central member. Here, the “magnetic substrate” means a metal substrate having a saturation magnetization at an ambient temperature (typically 77 K) or less at which the superconducting conductor is used. In particular, the saturation magnetization during use is 0.15 T. In the case of the above, the effect of this invention is exhibited. Specific examples of the magnetic metal include ferromagnetic materials represented by Fe, Co, Ni, and the like, and alloys based on these.


ここで、「層部材」とは、例えば、超電導線材が、基板、超電導層、安定化層の3層から構成されている場合は、超電導層、安定化層をまとめた総称であり、超電導材が、基板、中間層、超電導層及び安定化層の4層から構成されている場合は、中間層、超電導層及び安定化層をまとめた総称である。   Here, the “layer member” is a general term that summarizes the superconducting layer and the stabilizing layer, for example, when the superconducting wire is composed of a substrate, a superconducting layer, and a stabilizing layer. Is a general term that includes the intermediate layer, the superconducting layer, and the stabilizing layer when the substrate, the intermediate layer, the superconducting layer, and the stabilizing layer.

また、「前記超電導集合体の少なくとも1層を形成する前記超電導線材の前記基板には磁性基板が使用され」とは、超電導集合体が2層の場合、磁性基板を使用した超電導線材によって形成される層は、「磁性基板を使用した超電導線材によって形成される超電導集合体の層は第1層のみである場合」、「磁性基板を使用した超電導線材によって形成される超電導集合体の層は第2層のみである場合」、「磁性基板を使用した超電導線材によって形成される超電導集合体の層が第1層と第2層である場合」の3通りの場合が含まれている。   In addition, “a magnetic substrate is used for the substrate of the superconducting wire forming at least one layer of the superconducting assembly” means that, when the superconducting assembly is a two-layer, it is formed of a superconducting wire using a magnetic substrate. “When the superconducting assembly layer formed by the superconducting wire using the magnetic substrate is only the first layer”, “The superconducting assembly layer formed by the superconducting wire using the magnetic substrate is the first layer. Three cases are included: “when there are only two layers” and “when the layers of the superconducting assembly formed by the superconducting wire using the magnetic substrate are the first layer and the second layer”.

また、「最外層の前記超電導集合体を形成する前記超電導線材の前記基板と、前記最外層を除く少なくとも1層の前記超電導集合体を形成する前記超電導線材の前記基板が、対向するように配置されている」とは、超電導集合体が2層であるとき、「超電導集合体の第1層の超電導線材は超電導層が中心部材の径方向において内向きになるように巻きつけ、かつ、第2層の超電導線材は超電導層が中心部材の径方向において外向きになるように巻きつける」場合である。   Further, “the substrate of the superconducting wire forming the superconducting assembly of the outermost layer and the substrate of the superconducting wire forming the superconducting assembly of at least one layer excluding the outermost layer are arranged to face each other. Means that when the superconducting assembly has two layers, “the superconducting wire of the first layer of the superconducting assembly is wound so that the superconducting layer is inward in the radial direction of the central member; In this case, the two-layer superconducting wire is wound so that the superconducting layer faces outward in the radial direction of the central member.

本発明の第2の態様にかかる超電導導体は、本発明の第1にかかる超電導導体において、前記超電導集合体を形成する前記超電導線材の前記層部材が前記基板よりも前記中心部材の径方向において外側に配置されている場合、前記超電導線材の前記基板に、磁化していない基板を使用することを特徴とする。   The superconducting conductor according to the second aspect of the present invention is the superconducting conductor according to the first aspect of the present invention, wherein the layer member of the superconducting wire forming the superconducting assembly is in the radial direction of the central member rather than the substrate. When arranged on the outside, a substrate that is not magnetized is used as the substrate of the superconducting wire.

本発明の第3の態様にかかる超電導導体は、本発明の第2の態様にかかる超電導導体において、前記磁化していない基板を使用した前記超電導線材が、IBAD線材であることを特徴とする。   The superconducting conductor according to the third aspect of the present invention is characterized in that, in the superconducting conductor according to the second aspect of the present invention, the superconducting wire using the unmagnetized substrate is an IBAD wire.

本発明の第1の態様にかかる超電導ケーブルは、本発明の第1から第3のいずれか1つ
の態様にかかる超電導導体の外周に電気絶縁層、保護層および断熱管を有していることを特徴とする。
The superconducting cable according to the first aspect of the present invention has an electrical insulating layer, a protective layer, and a heat insulating tube on the outer periphery of the superconducting conductor according to any one of the first to third aspects of the present invention. Features.

本発明の第2の態様にかかる超電導ケーブルは、本発明の第1から第3のいずれか1つ
の態様にかかる超電導導体と、前記超電導導体の外側に形成される電気絶縁層と、更に前記電気絶縁層の外側に、前記超電導集合体と同じ構造を有する超電導シールドと、前記超電導シールド層の外側に、保護層および断熱層を有することを特徴とする。
A superconducting cable according to a second aspect of the present invention includes a superconducting conductor according to any one of the first to third aspects of the present invention, an electrical insulating layer formed outside the superconducting conductor, and the electric A superconducting shield having the same structure as the superconducting assembly is provided outside the insulating layer, and a protective layer and a heat insulating layer are provided outside the superconducting shield layer.

本発明によれば、超電導線材として磁性基板を有した超電導線材を使用し、その超電導線材により形成される超電導導体及び超電導導体を備えた超電導ケーブルを、交流下で使用したときに、交流損失を低減させることが可能である。   According to the present invention, when a superconducting wire having a magnetic substrate is used as a superconducting wire, and a superconducting conductor formed by the superconducting wire and a superconducting cable including the superconducting conductor are used under alternating current, an AC loss is generated. It is possible to reduce.

この発明の一実施態様を、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施態様は説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。従って、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なもので置換した実施態様を採用することが可能であるが、これらの実施態様も本発明の範囲に含まれる。   An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the embodiment described below is for explanation, and does not limit the scope of the present invention. Accordingly, those skilled in the art can employ embodiments in which each or all of these elements are replaced by equivalents thereof, and these embodiments are also included in the scope of the present invention.

図1は、本発明に使用する磁性基板上に成膜した超電導線材の構造の一例を示す図である。超電導線材10は、磁性基板11の上に中間層12が形成され、中間層12の上に超電導層13が形成されている。また、超電導層13の上に安定化層(銀)14が形成され、安定化層14の上に導電テープ15が半田接着されている。ここで、超電導線材10における層部材は、中間層12、超電導層13、安定化層14及び導電テープ15により構成された部材である。   FIG. 1 is a diagram showing an example of the structure of a superconducting wire formed on a magnetic substrate used in the present invention. In the superconducting wire 10, an intermediate layer 12 is formed on a magnetic substrate 11, and a superconducting layer 13 is formed on the intermediate layer 12. In addition, a stabilization layer (silver) 14 is formed on the superconducting layer 13, and a conductive tape 15 is soldered on the stabilization layer 14. Here, the layer member in the superconducting wire 10 is a member constituted by the intermediate layer 12, the superconducting layer 13, the stabilization layer 14, and the conductive tape 15.

図2は、本発明による超電導導体の一例を示す図であり、図2(a)は、超電導導体の概略斜視図であり、図2(b)は、概略断面図である。   FIG. 2 is a diagram showing an example of a superconducting conductor according to the present invention, FIG. 2 (a) is a schematic perspective view of the superconducting conductor, and FIG. 2 (b) is a schematic cross-sectional view.

図2に示すように、超電導導体30は、中心部材31と超電導集合体32とにより構成されている。超電導集合体32は、2層導体であり、第1層32aと第2層32bから構成されている。ここで、第1層32aが最内層に相当し、第2層32bが最外層に相当する。   As shown in FIG. 2, the superconducting conductor 30 includes a central member 31 and a superconducting assembly 32. The superconducting assembly 32 is a two-layer conductor, and is composed of a first layer 32a and a second layer 32b. Here, the first layer 32a corresponds to the innermost layer, and the second layer 32b corresponds to the outermost layer.

また、超電導集合体32は、超電導線材10を中心部材31上に、第1層32aは、超電導層13が中心部材31の径方向において内向きになるように巻きつけられて、第2層32bは、超電導層13が中心部材31の径方向において外向きになるように巻きつけられて、形成されている。即ち、第1層32aにおいては、超電導導体32の最外層側が磁性基板11となり、中心部材31側が導電テープ15となるように、超電導線材10が巻きつけられている。第2層32bにおいては、超電導集合体32の最外層側が導電テープ15となり、中心部材31側が磁性基板11となるように、超電導線材10が巻きつけられている。   Also, the superconducting assembly 32 is wound with the superconducting wire 10 on the central member 31, and the first layer 32a is wound so that the superconducting layer 13 is inward in the radial direction of the central member 31, and the second layer 32b. Is formed by winding the superconducting layer 13 so as to face outward in the radial direction of the central member 31. That is, in the first layer 32 a, the superconducting wire 10 is wound so that the outermost layer side of the superconducting conductor 32 becomes the magnetic substrate 11 and the central member 31 side becomes the conductive tape 15. In the second layer 32 b, the superconducting wire 10 is wound so that the outermost layer side of the superconducting assembly 32 becomes the conductive tape 15 and the central member 31 side becomes the magnetic substrate 11.

2層導体(多層導体)の超電導集合体32の場合、第2層32b(最外層)を超電導層13が中心部材31の径方向において外向きになるように超電導線材10を巻きつけることにより、交流損失を低減できる。また、第2層32b(最外層)の超電導線材10のスパイラルピッチを大きくすることにより、更に、交流損失を低減できる。また、第1層32a(最内層)を超電導層13が中心部材31の径方向において内向きになるように超電導線材10を巻きつけることにより、更に、交流損失を低減できる。また、第1層32a(最内層)の超電導線材10のスパイラルピッチを大きくすることにより、更に、交流損失を低減できる。   In the case of a superconducting assembly 32 of a two-layer conductor (multilayer conductor), by winding the superconducting wire 10 around the second layer 32b (outermost layer) so that the superconducting layer 13 faces outward in the radial direction of the central member 31, AC loss can be reduced. Further, the AC loss can be further reduced by increasing the spiral pitch of the superconducting wire 10 of the second layer 32b (outermost layer). Further, the AC loss can be further reduced by winding the superconducting wire 10 around the first layer 32a (innermost layer) so that the superconducting layer 13 faces inward in the radial direction of the central member 31. Further, the AC loss can be further reduced by increasing the spiral pitch of the superconducting wire 10 of the first layer 32a (innermost layer).

次に、本発明の好適ないくつかの実施例を説明する。   Next, several preferred embodiments of the present invention will be described.

(多層導体)
本実施例では、図2のように中外径20mmのFRP(繊維強化プラスチック)からなる中心部材31の周りに、幅約5mmの超電導線材10を2層に巻きつけて形成した2層導体の超電導集合体32からなる超電導導体30に基づいて説明する。なお、本実施例において用いた超電導線材10は、磁性基板11はNi−3at%W配向基板を用い、CeO2シード層、YSZバリア層及びCeO2キャップ層からなる中間層12、YBCO膜からなる超電導層13、Agからなる安定化層14によって形成された磁性基板超電導線材である。また、Ni−3at%W配向基板の飽和磁化は、0.42Tであった。
(Multilayer conductor)
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the superconductivity of the two-layer conductor formed by winding the superconducting wire 10 having a width of about 5 mm around the central member 31 made of FRP (fiber reinforced plastic) having a medium outer diameter of 20 mm. A description will be given based on the superconducting conductor 30 including the aggregate 32. The superconducting wire 10 used in this example is a Ni-3 at% W oriented substrate as the magnetic substrate 11, an intermediate layer 12 comprising a CeO2 seed layer, a YSZ barrier layer and a CeO2 cap layer, and a superconducting layer comprising a YBCO film. 13 is a magnetic substrate superconducting wire formed by a stabilizing layer 14 made of Ag. Further, the saturation magnetization of the Ni-3 at% W oriented substrate was 0.42T.

図3は、超電導集合体32の第1層32aと第2層32bの超電導線材10の巻きつけ方法の違いによる交流損失の比較を示した図である。図3の横軸は、電流(交流50Hzの最大値)を臨界電流で割った値(以下、It/Icという)であり、縦軸は、交流損失として測定された値を臨界電流の2乗で割った値である。 FIG. 3 is a diagram showing a comparison of AC loss due to a difference in the winding method of the superconducting wire 10 of the first layer 32a and the second layer 32b of the superconducting assembly 32. FIG. The horizontal axis in FIG. 3 is a value obtained by dividing the current (maximum value of AC 50 Hz) by the critical current (hereinafter referred to as It / Ic), and the vertical axis indicates the value measured as the AC loss as the square of the critical current. The value divided by.

超電導集合体32の第1層32aと第2層32bを形成する超電導線材10の巻きつけ方法の異なる4つの超電導導体について、交流損失を比較した。異なる4つの超電導導体は、(1)超電導集合体32の第1層を超電導層13が中心部材31の径方向において外向きになるように巻きつけ、第2層32bを超電導層13が中心部材31の径方向において外向きになるように巻きつける場合(1層外2層外)、(2)超電導集合体32の第1層32aを超電導層13が中心部材31の径方向において外向きになるように巻きつけ、第2層32bを超電導層13が中心部材31の径方向において内向きになるように巻きつける場合(1層外2層内)、(3)超電導集合体32の第1層32aを超電導層13が中心部材31の径方向において内向きになるように巻きつけ、第2層32bを超電導層13が中心部材31の径方向において外向きになるように巻きつける場合(1層内2層外)、(4)超電導集合体32の第1層32aを超電導層13が中心部材31の径方向において内向きになるように巻きつけ、第2層32bを超電導層13が中心部材31の径方向において内向きになるように巻きつける場合(1層内2層内)である。なお、このときの超電導線材のスパイラルピッチは無限大(ストレート)である。   The AC loss was compared for four superconducting conductors with different winding methods of the superconducting wire 10 forming the first layer 32a and the second layer 32b of the superconducting assembly 32. The four different superconducting conductors are: (1) the first layer of the superconducting assembly 32 is wound so that the superconducting layer 13 faces outward in the radial direction of the central member 31, and the second layer 32b is wound by the superconducting layer 13 as the central member. When wrapping so as to face outward in the radial direction of 31 (outside one layer and outside two layers), (2) the first layer 32 a of the superconducting assembly 32 is directed outward in the radial direction of the central member 31. When the second layer 32b is wound so that the superconducting layer 13 faces inward in the radial direction of the central member 31 (inside one layer and two layers), (3) the first of the superconducting assembly 32 When the layer 32a is wound so that the superconducting layer 13 faces inward in the radial direction of the central member 31, and the second layer 32b is wound so that the superconducting layer 13 faces outward in the radial direction of the central member 31 (1) (Outside 2 layers), (4 The first layer 32a of the superconducting assembly 32 is wound so that the superconducting layer 13 faces inward in the radial direction of the central member 31, and the second layer 32b is wound inward in the radial direction of the central member 31. This is the case of winding (within 2 layers in 1 layer). The spiral pitch of the superconducting wire at this time is infinite (straight).

図3に示したように、超電導集合体32の第2層32bは超電導層13が中心部材31の径方向において内向きになるように巻きつける場合(1層外2層内、1層内2層内)の超電導導体の損失値は、いずれも、理論値よりも高い損失値になることがわかった。また、1層内2層外の超電導導体の損失値は、横軸のIt/Icが0.42以上のとき、理論値よりも低い損失値になり、1層外2層外の超電導導体の損失値は、横軸のIt/Icが0.57以上のとき、理論値よりも低い損失値になることがわかった。また、横軸のIt/Icが0.85以上のとき、1層内2層外の超電導導体の損失値と1層外2層外の超電導導体の損失値とは、ほぼ同じ損失値となることがわかった。このことから、第2層32bを形成する超電導線材10の超電導層13が中心部材31の径方向において外向きになるように巻きつけて形成すると、交流損失の低減ができることがわかった。なお、理論値は、Norrisの楕円モデルにより算出した損失値である。   As shown in FIG. 3, the second layer 32b of the superconducting assembly 32 is wound so that the superconducting layer 13 faces inward in the radial direction of the central member 31 (inside one layer, two layers, one layer 2) It was found that all of the loss values of the superconducting conductors in the layer were higher than the theoretical values. In addition, the loss value of the superconducting conductor outside the two layers in one layer becomes a lower loss value than the theoretical value when the horizontal axis It / Ic is 0.42 or more. It was found that the loss value was lower than the theoretical value when It / Ic on the horizontal axis was 0.57 or more. Further, when It / Ic on the horizontal axis is 0.85 or more, the loss value of the superconducting conductor outside the two layers in the first layer is almost the same as the loss value of the superconducting conductor outside the two layers in the one layer. I understood it. From this, it was found that when the superconducting layer 13 of the superconducting wire 10 forming the second layer 32b is wound so as to face outward in the radial direction of the central member 31, the AC loss can be reduced. The theoretical value is a loss value calculated by the Norris elliptic model.

図4は、超電導集合体32の第1層32aと第2層32bのスパイラルピッチ及び巻きつけ方法の違いによる交流損失の比較を示す図である。図4の横軸及び縦軸は図3と同様である。   FIG. 4 is a diagram showing a comparison of AC loss due to a difference in spiral pitch and winding method between the first layer 32a and the second layer 32b of the superconducting assembly 32. In FIG. The horizontal and vertical axes in FIG. 4 are the same as those in FIG.

超電導集合体32の第1層32aと第2層32bのスパイラルピッチの異なる場合の、第1層32aと第2層32bの巻きつけ方法の違いが交流損失に与える影響を調べた。異なる2つの超電導導体は、(1)超電導集合体32の第1層32aを超電導層13が中心部材31の径方向において外向きになるように巻きつけ、第2層32bを超電導層13が中心部材31の径方向において外向きになるように巻きつける場合(1層外2層外)、(2)超電導集合体32の第1層32aを超電導層13が中心部材31の径方向において内向きになるように巻きつけ、第2層32bを超電導層13が中心部材31の径方向において外向きになるように巻きつける場合(1層内2層外)である。また、2つの超電導導体は、超電導集合体32の第1層32aのスパイラルピッチが400mmであり、第2層32bのスパイラルピッチが−250mmである。ここで、「−」の意味は、第2層の巻き方向が第1層32aの巻き方向と逆方向という意味である。以下同様に表記する。   When the spiral pitches of the first layer 32a and the second layer 32b of the superconducting assembly 32 are different, the influence of the difference in the winding method of the first layer 32a and the second layer 32b on the AC loss was investigated. The two different superconducting conductors are: (1) the first layer 32a of the superconducting assembly 32 is wound so that the superconducting layer 13 faces outward in the radial direction of the central member 31, and the second layer 32b is centered on the superconducting layer 13. When winding so as to face outward in the radial direction of the member 31 (outside one layer and two outside), (2) the first layer 32a of the superconducting assembly 32 is directed inward in the radial direction of the central member 31. And the second layer 32b is wound so that the superconducting layer 13 faces outward in the radial direction of the central member 31 (two layers inside one layer). In the two superconducting conductors, the spiral pitch of the first layer 32a of the superconducting assembly 32 is 400 mm, and the spiral pitch of the second layer 32b is -250 mm. Here, the meaning of “-” means that the winding direction of the second layer is opposite to the winding direction of the first layer 32a. The same applies hereinafter.

図4に示したように、横軸のIt/Icが0.57以上のとき、1層外2層外の超電導導体の損失値と1層内2層外の超電導導体の損失値とは、ほぼ同じ損失値となり、0.85以上のとき、理論値とほぼ同等となることがわかった。また、スパイラルピッチを小さくすることで、図3に示したスパイラルピッチが無限大(ストレート)の場合よりも交流損失の低減の効果が小さくなることが分かった。   As shown in FIG. 4, when It / Ic on the horizontal axis is 0.57 or more, the loss value of the superconducting conductor outside the first layer and the second layer and the loss value of the superconducting conductor outside the first layer and the second layer are: It was found that the loss value was almost the same, and when it was 0.85 or more, it was almost equivalent to the theoretical value. Further, it has been found that by reducing the spiral pitch, the effect of reducing the AC loss becomes smaller than when the spiral pitch shown in FIG. 3 is infinite (straight).

図5は、第1層32aを超電導層13が中心部材31の径方向において内向きになるように巻きつけ、第2層32bを超電導層13が中心部材31の径方向において外向きになるようにまきつける場合の、第1層のスパイラルピッチの大きさに違いによる交流損失の比較を示す図である。図5の横軸及び縦軸は図3と同様である。   In FIG. 5, the first layer 32 a is wound so that the superconducting layer 13 faces inward in the radial direction of the central member 31, and the second layer 32 b is wound so that the superconducting layer 13 faces outward in the radial direction of the central member 31. It is a figure which shows the comparison of the alternating current loss by a difference in the magnitude | size of the spiral pitch of the 1st layer in the case of winding. The horizontal and vertical axes in FIG. 5 are the same as those in FIG.

超電導集合体32の第1層32aを形成する超電導線材10の巻きつけ方法及びスパイラルピッチの異なる2つの超電導導体について、交流損失を比較した。異なる2つの超電導導体は、(1)第1層32aのスパイラルピッチが400mmで、第2層32bのスパイラルピッチが−250mmの場合(1層内400mm2層外−250mm)、(2)第1層32aのスパイラルピッチが800mmで、第2層32bのスパイラルピッチが−300mmの場合(1層内800mm2層外−300mm)である。   The alternating current loss was compared about the winding method of the superconducting wire 10 which forms the 1st layer 32a of the superconducting assembly 32, and two superconducting conductors from which a spiral pitch differs. Two different superconducting conductors are: (1) When the spiral pitch of the first layer 32a is 400 mm and the spiral pitch of the second layer 32b is -250 mm (400 mm in one layer, outside of the second layer -250 mm), (2) First layer This is the case where the spiral pitch of 32a is 800 mm and the spiral pitch of the second layer 32b is -300 mm (800 mm in one layer, -300 mm outside 2 layers).

図5に示したように、1層内800mm2層外−300mmの超電導導体の損失値は、1層内400mm2層外−250mmの超電導導体の損失値に比較して、低電流領域で、損失が低減していることがわかった。また、横軸のIt/Icが0.57のとき、1層内800mm2層外−300mmの超電導導体の損失値は、1層内400mm2層外−250mmの超電導導体の損失値の約1/3に小さくなっており、横軸のIt/Icが0.67のとき、約2/3に小さくなっている。また、It/Icは理論値に対して、15%高いレベルに押さえることができている。このように、スパイラルピッチを大きくすることで、スパイラルピッチが小さい場合の図4に比べて、図3に示したスパイラルピッチが無限大(ストレート)の場合の交流損失に近づけることができる。   As shown in FIG. 5, the loss value of the superconducting conductor of 800 mm in the first layer and the outer layer of 300 mm is less than that of the superconducting conductor of the outer layer of 400 mm in the first layer and the outer layer of 250 mm. It was found that it was reduced. Further, when It / Ic on the horizontal axis is 0.57, the loss value of the superconducting conductor of 800 mm in the first layer and the outer layer of 300 mm in the first layer is about 1/3 of the loss value of the superconducting conductor in the outer layer of 400 mm and the outer layer of 250 mm. When the It / Ic on the horizontal axis is 0.67, it is reduced to about 2/3. Moreover, It / Ic can be suppressed to a level 15% higher than the theoretical value. Thus, by increasing the spiral pitch, it is possible to approach the AC loss when the spiral pitch shown in FIG. 3 is infinite (straight) as compared to FIG. 4 when the spiral pitch is small.

図6は、超電導集合体32の第1層32aを超電導層13が中心部材31の径方向において外向きになるように巻きつけ、第2層32bを超電導層13が中心部材31の径方向において外向きになるように巻きつける場合の、第1層のスパイラルピッチの大きさに違いによる交流損失の比較を示す図である。図6の横軸及び縦軸は図3と同様である。   In FIG. 6, the first layer 32 a of the superconducting assembly 32 is wound so that the superconducting layer 13 faces outward in the radial direction of the central member 31, and the second layer 32 b is wound in the radial direction of the superconducting layer 13. It is a figure which shows the comparison of the alternating current loss by a difference in the magnitude | size of the spiral pitch of the 1st layer in the case of winding so that it may become outward. The horizontal and vertical axes in FIG. 6 are the same as those in FIG.

超電導集合体32の第1層32aを形成する超電導線材10の巻きつけ方法及びスパイラルピッチの異なる2つの超電導導体について、交流損失を比較した。異なる2つの超電導導体は、(1)超電導集合体32の第1層32aのスパイラルピッチが400mmで、第2層32bのスパイラルピッチがー250mmの場合(1層外400mm2層外−250mm)、(2)超電導集合体32の第1層32aのスパイラルピッチが800mmで、第2層32bのスパイラルピッチがー300mmの場合(1層外800mm2層外−300mm)、である。   The alternating current loss was compared about the winding method of the superconducting wire 10 which forms the 1st layer 32a of the superconducting assembly 32, and two superconducting conductors from which a spiral pitch differs. The two different superconducting conductors are: (1) When the spiral pitch of the first layer 32a of the superconducting assembly 32 is 400 mm and the spiral pitch of the second layer 32b is -250 mm (outside one layer 400 mm2 outside layer -250 mm), 2) The case where the spiral pitch of the first layer 32a of the superconducting assembly 32 is 800 mm and the spiral pitch of the second layer 32b is −300 mm (outside one layer 800 mm, outside two layers−300 mm).

図6に示すように、1層外800mm2層外−300mmの超電導導体の損失値と、1層外400mm2層外−250mmの超電導導体の損失値とは、ほぼ同じであり、第1層32aのスパイラルピッチの違いによる交流損失の違いはないことがわかった。つまり、図5の1層内、2層外と比べて、図6の1層外、2層外では、この程度のスパイラルピッチを大きくしただけでは、図3に示したスパイラルピッチが無限大(ストレート)の場合の交流損失に近づけることができないことがわかった。   As shown in FIG. 6, the loss value of the superconducting conductor outside the first layer of 800 mm, the outer layer of 2-layer-300 mm, and the loss value of the superconducting conductor of the outer layer of 400 mm2, out of the second layer-250 mm are substantially the same. It was found that there was no difference in AC loss due to the difference in spiral pitch. That is, the spiral pitch shown in FIG. 3 is infinite when the spiral pitch of this level is increased only in the outside of the first layer and the outer layer of FIG. It was found that AC loss in the case of straight) cannot be approached.

実際に超電導ケーブルとして通電する場合は、このときの通電電流ItはIcの0.5倍以上であることが求められるため、図3〜6の交流損失の結果において、It/Icが0.5以上のときの結果に基づいて、以下のことが分かった。
図3〜6の結果のうち、最も交流損失が低い超電導線材10の巻きつけ方は、スパイラルピッチが無限大の場合は、図3の1層内、2層外の巻きつけ方であり、スパイラル巻きの場合には、図5の第1層32aのスパイラルピッチが800mm、第2層32bのスパイラルピッチが300mmであって、1層内、2層外の巻きつけ方であった。このことから、第1層32aと第2層32bの巻きつけ方としては、1層内、2層外の巻きつけ方が最適であることが分かった。また、図5から分かるように、第1層32aと第2層32bのスパイラルピッチを大きくした方が交流損失の低減が大きい。しかし、図3において2番目に交流損失が低かった1層外2層外に関して、同様にスパイラルピッチを変化させた結果の図6では、スパイラルピッチを大きくしてもほとんど交流損失は低減していない。
When energizing as a superconducting cable actually, it is required that the energizing current It at this time be 0.5 times or more of Ic. Therefore, in the result of AC loss in FIGS. Based on the above results, the following was found.
3 to 6, the winding method of the superconducting wire 10 having the lowest AC loss is the winding method in the first layer and the second layer in FIG. 3 when the spiral pitch is infinite. In the case of winding, the spiral pitch of the first layer 32a in FIG. 5 was 800 mm, and the spiral pitch of the second layer 32b was 300 mm. From this, it was found that the inner layer and the outer layer are optimally wound around the first layer 32a and the second layer 32b. Further, as can be seen from FIG. 5, the reduction in AC loss is greater when the spiral pitch of the first layer 32a and the second layer 32b is increased. However, in FIG. 6 in which the spiral pitch is similarly changed with respect to the outside of the first layer and the second layer where the AC loss is the second lowest in FIG. 3, the AC loss is hardly reduced even when the spiral pitch is increased. .

交流損失のみの観点からでは、スパイラルピッチを無限大に第1層32aと第2層32bの巻きつけ方を1層外2層外とすることが最適ではあるが、通常、超電導ケーブルにおいてはケーブル全体における均流化と機械的特性の点から、超電導線材をスパイラル状にして巻きつけることが好ましく、外側の層ほどスパイラルピッチを小さくする。そうすれば、インピーダンスが高くなり、見かけ上の抵抗が上がり、電流が流れにくい層を外側に、流れやすい層を内側に配置することで、ケーブル全体として均流化を図っている。そのため、超電導ケーブルとして考えた場合には、磁性基板超電導線材10は、超電導集合体32の第1層32aと第2層32bの巻きつけ方を、1層内、2層外とし、スパイラルピッチを出来るだけ大きくすることで、交流損失を効果的に低減することできる。ただし、ストレート配置にはしないことが好ましい。   From the standpoint of only AC loss, it is optimal that the spiral pitch is infinite and the winding of the first layer 32a and the second layer 32b is outside one layer and outside two layers. From the standpoint of current equalization and mechanical characteristics in the whole, it is preferable to wind the superconducting wire in a spiral shape, and the spiral pitch is made smaller in the outer layer. If it does so, impedance will become high, apparent resistance will go up, the layer which is hard to flow an electric current will be arranged on the outside, and the layer which is easy to flow will be arranged inside, and the whole cable is aimed at leveling. Therefore, when considered as a superconducting cable, the magnetic substrate superconducting wire 10 has a method of winding the first layer 32a and the second layer 32b of the superconducting assembly 32 in one layer and two layers, and has a spiral pitch. By making it as large as possible, AC loss can be effectively reduced. However, it is preferable not to use a straight arrangement.

また、2層の超電導集合体32を、多層の超電導集合体32に拡張して、超電導集合体32の最外層を形成する超電導線材10を超電導層13が中心部材31の径方向において外向きになるように巻きつけ、更にスパイラルピッチを大きくした超電導導体を使用することにより、交流損失を効果的に低減することできる。また、超電導集合体32のうち、最外層を除く少なくとも1層を形成する超電導線材10を超電導層13が中心部材31の径方向において内向きになるように巻きつけた超電導導体を使用することにより、更に、交流損失を効果的に低減することできる。また、超電導層13が中心部材31の径方向において内向きになるように巻きつけた配向基盤超電導線材のスパイラルピッチを大きくした超電導導体を使用することにより、更に、交流損失を効果的に低減することできる。   Further, the two-layer superconducting assembly 32 is expanded to a multi-layer superconducting assembly 32, and the superconducting wire 10 forming the outermost layer of the superconducting assembly 32 is disposed so that the superconducting layer 13 faces outward in the radial direction of the central member 31. By using a superconducting conductor that is wound in such a manner as to have a larger spiral pitch, AC loss can be effectively reduced. Also, by using a superconducting conductor in which the superconducting wire 10 forming at least one layer excluding the outermost layer of the superconducting assembly 32 is wound so that the superconducting layer 13 faces inward in the radial direction of the central member 31. Furthermore, AC loss can be effectively reduced. Further, the use of a superconducting conductor having a larger spiral pitch of the oriented base superconducting wire wound so that the superconducting layer 13 faces inward in the radial direction of the central member 31 further effectively reduces AC loss. I can.

また、超電導外向き巻き付けされた配向基板超電導線材のスパイラルピッチが500mm未満になると、磁性基板の磁化の影響が大きくなる。そこで、超電導線材10に代わり、基板が磁化していない線材であるIBAD線材等を使用したときの超電導導体の交流損失を検証する。ここで用いたIBAD線材の構成は、基板は無磁性のハステロイ(登録商標)を使用し、中間層はIBAD法によるGZO(Gd2Zr2O7)と、その上にPLD法でCeO2層を成膜したもので、超電導層は、PLD法からなるYBCO膜であり、安定化層は、Agからなっている。   In addition, when the spiral pitch of the superconducting substrate superconducting wire wound outwardly is less than 500 mm, the influence of the magnetization of the magnetic substrate is increased. Therefore, in place of the superconducting wire 10, the AC loss of the superconducting conductor when an IBAD wire or the like that is a wire whose substrate is not magnetized is used will be verified. The configuration of the IBAD wire used here is a non-magnetic Hastelloy (registered trademark) substrate, an intermediate layer formed by GZO (Gd2Zr2O7) by the IBAD method, and a CeO2 layer formed thereon by the PLD method. The superconducting layer is a YBCO film made of the PLD method, and the stabilizing layer is made of Ag.

図7は、超電導集合体32の第1層32aを形成する超電導線材を超電導層13が中心部材31の径方向において内向きになるように巻きつけ、更にスパイラルピッチが800mmであり、第2層を形成する超電導線材を超電導層13が中心部材31の径方向において外向きになるように巻きつけ、更にスパイラルピッチが−300mmのとき、第2層32bを形成する超電導線材の線材種の違いによる交流損失の比較を示す図である。図7の横軸及び縦軸は図3と同様である。   In FIG. 7, the superconducting wire forming the first layer 32a of the superconducting assembly 32 is wound so that the superconducting layer 13 faces inward in the radial direction of the central member 31, and the spiral pitch is 800 mm. When the superconducting wire 13 is wound so that the superconducting layer 13 faces outward in the radial direction of the central member 31, and when the spiral pitch is -300 mm, it depends on the wire type of the superconducting wire forming the second layer 32b. It is a figure which shows the comparison of alternating current loss. The horizontal and vertical axes in FIG. 7 are the same as those in FIG.

超電導集合体32の第2層32bを形成する超電導線材の線材種の異なる2つの超電導導体について、交流損失を比較した。異なる2つの超電導線材は、(1)超電導集合体32の第2層32bを形成する超電導線材が超電導線材10の場合(1層内800mm2層外−300mm)、(2)超電導集合体32の第2層32bを形成する超電導線材がIBAD線材の場合(1層内800mm2層IBAD−300mm)である。   The AC loss was compared for two superconducting conductors with different wire types of the superconducting wire forming the second layer 32b of the superconducting assembly 32. Two different superconducting wires are: (1) When the superconducting wire forming the second layer 32b of the superconducting assembly 32 is the superconducting wire 10 (inside one layer, 800 mm, outside two layers-300 mm), (2) the second superconducting assembly 32 This is the case where the superconducting wire forming the two layers 32b is an IBAD wire (800 mm in one layer, IBAD-300 mm in two layers).

図7に示したように、1層内800mm2層IBAD−300mmの超電導導体の損失値は、1層内800mm2層外−300mmの超電導導体の損失値に比較して、横軸のIt/Icが0.43以上のとき、理論値よりも低い損失値になることがわかった。   As shown in FIG. 7, the loss value of the superconducting conductor of 800 mm in one layer and IBAD-300 mm in one layer is smaller than the loss value of the superconducting conductor in 800 mm of two layers and from the outer layer of 300 mm. When it was 0.43 or more, it was found that the loss value was lower than the theoretical value.

図8は、超電導集合体32の第1層32aを形成する超電導線材を超電導層13が中心部材31の径方向において外向きになるように巻きつけ、更にスパイラルピッチが800mmであり、第2層を形成する超電導線材を超電導層13が中心部材31の径方向において外向きになるように巻きつけ、更にスパイラルピッチが−300mmとなるようにしたときの、第2層32bを形成する超電導線材の線材種の違いによる交流損失の比較を示す図である。図8の横軸及び縦軸は図3と同様である。   In FIG. 8, the superconducting wire forming the first layer 32a of the superconducting assembly 32 is wound so that the superconducting layer 13 faces outward in the radial direction of the central member 31, and the spiral pitch is 800 mm. Of the superconducting wire forming the second layer 32b when the superconducting wire 13 is wound so that the superconducting layer 13 faces outward in the radial direction of the central member 31, and the spiral pitch is -300 mm. It is a figure which shows the comparison of the alternating current loss by the difference in wire type. The horizontal and vertical axes in FIG. 8 are the same as those in FIG.

超電導集合体32の第2層32bを形成する超電導線材の線材種の異なる2つの超電導導体について、交流損失を比較した。異なる2つの超電導導体は、(1)第2層32bが超電導線材10の場合(1層外800mm2層外−300mm)、(2)第2層32bがIBAD線材の場合(1層外800mm2層IBAD−300mm)である。このときのIBADの巻き方は、超電導層が中心部材の径方向において外向きになるように巻きつけている。   The AC loss was compared for two superconducting conductors with different wire types of the superconducting wire forming the second layer 32b of the superconducting assembly 32. Two different superconducting conductors are: (1) when the second layer 32b is a superconducting wire 10 (outside one layer 800mm, outside two layers-300mm), (2) when the second layer 32b is an IBAD wire (outside one layer 800mm two layers IBAD -300 mm). In this case, the IBAD is wound so that the superconducting layer faces outward in the radial direction of the central member.

図8に示したように、1層外800mm2層IBAD−300mmの超電導導体の損失値は、1層外800mm2層外−300mmの超電導導体の損失値に比較して、横軸のIt/Icが0.57以上のとき、理論値よりも低い損失値になることがわかった。   As shown in FIG. 8, the loss value of the superconducting conductor of 800 mm 2 layers IBAD-300 mm outside the first layer is smaller than the loss value of the superconducting conductor of 800 mm 2 layers outside -300 mm outside the one layer, and the horizontal axis It / Ic is It was found that when the value was 0.57 or more, the loss value was lower than the theoretical value.

以上のことから、超電導集合体の第2層(最外層)を、超電導層が中心部材の径方向において外向きになるように超電導線材を巻きつけた場合に、スパイラルピッチが小さい超電導線材で形成された超電導集合体の層(500mm未満になるような場合)において、第2層(最外層)を形成する超電導線材として、超電導線材10の代わりに、基板の磁化していない線材であるIBAD線材等を使用して、超電導集合体を形成することにより、超電導導体の交流損失を効果的に低減することできる。   From the above, the second layer (outermost layer) of the superconducting assembly is formed of a superconducting wire with a small spiral pitch when the superconducting wire is wound so that the superconducting layer faces outward in the radial direction of the central member. As a superconducting wire forming the second layer (outermost layer) in the superconducting assembly layer (when it is less than 500 mm), instead of the superconducting wire 10, an IBAD wire that is a non-magnetized wire of the substrate Etc. to form a superconducting assembly, the AC loss of the superconducting conductor can be effectively reduced.

また、図9は、本発明による超電導シールドを備えた超電導ケーブルの構造の一例を示す図である。図9に示すように、超電導ケーブル50の構造は、金属製(例えば銅製)の中心部材31の周りに超電導線材10が複数層らせん状に巻き付けられた超電導導体30、その上に絶縁層51(材質は紙若しくは半合成紙)、次いで超電導シールド層52、その上に保護層53(例えば、導電性の紙あるいは銅の編組線からなる)が形成されたケーブルコアが可撓性のある金属製(例えば、ステンレス製またはアルミニウム製)二重断熱管の中に配置された構造である。二重断熱管は内管55と外管56及び内管55と外管56の間に配置された断熱層54からなる。また、この二重断熱管の外側に更に防食層を設けてもよい。ここで、超電導シールド層52をなす導体は特に限定はされないが、好ましくは超電導線材10と同様の超電導線材を用いることが望ましい。このように、超電導ケーブルが超電導シールド層を備えているとき、超電導シールド層の2層または複数層を形成する超電導線材の配置は、超電導集合体の超電導線材の配置と同様である。すなわち、(1)超電導シールド層が2層以上の場合にはその最外層を外向きに巻きつけ、その内層に位置する超電導シールド層の少なくとも1つは内向きに巻きつける。また、(2)スパイラルピッチが500mm未満であって、超電導集合体の第2層(最外層)の超電導線材を超電導層が中心部材の径方向において外向きに巻きつけた場合には、第2層(最外層)の超電導線材の基板は、非磁性基板を用いる。   Moreover, FIG. 9 is a figure which shows an example of the structure of the superconducting cable provided with the superconducting shield by this invention. As shown in FIG. 9, the structure of the superconducting cable 50 includes a superconducting conductor 30 in which a superconducting wire 10 is spirally wound around a metal (for example, copper) central member 31 and an insulating layer 51 ( The material is paper or semi-synthetic paper), then the superconducting shield layer 52, and the cable core on which the protective layer 53 (for example, made of conductive paper or copper braided wire) is formed, is made of flexible metal. It is a structure arranged in a double insulation tube (for example, made of stainless steel or aluminum). The double heat insulating pipe includes an inner pipe 55 and an outer pipe 56 and a heat insulating layer 54 disposed between the inner pipe 55 and the outer pipe 56. Moreover, you may provide an anticorrosion layer further in the outer side of this double heat insulation pipe | tube. Here, the conductor forming the superconducting shield layer 52 is not particularly limited, but it is preferable to use a superconducting wire similar to the superconducting wire 10. As described above, when the superconducting cable includes the superconducting shield layer, the arrangement of the superconducting wires forming the two or more layers of the superconducting shield layer is the same as the arrangement of the superconducting wires of the superconducting assembly. That is, (1) When there are two or more superconducting shield layers, the outermost layer is wound outward, and at least one of the superconducting shield layers located in the inner layer is wound inward. (2) When the spiral pitch is less than 500 mm and the superconducting wire of the second layer (outermost layer) of the superconducting assembly is wound outward in the radial direction of the central member, the second A non-magnetic substrate is used as the superconducting wire substrate of the layer (outermost layer).

本発明に使用する磁性基板上に成膜した超電導線材の構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of the superconducting wire formed into a film on the magnetic substrate used for this invention. 本発明による超電導ケーブルの一例を示す図であり、図2(a)は、超電導導体の概略斜視図であり、図2(b)は、概略断面図である。It is a figure which shows an example of the superconducting cable by this invention, Fig.2 (a) is a schematic perspective view of a superconducting conductor, FIG.2 (b) is a schematic sectional drawing. 第1層と第2層の磁性基板を有した超電導線材の巻きつけ方法の違いによる交流損失の比較を示した図である。It is the figure which showed the comparison of the alternating current loss by the difference in the winding method of the superconducting wire which has the magnetic substrate of the 1st layer and the 2nd layer. 第1層と第2層のスパイラルピッチ及び巻きつけ方法の違いによる交流損失の比較を示す図である。It is a figure which shows the comparison of the alternating current loss by the difference in the spiral pitch and winding method of a 1st layer and a 2nd layer. 第1層を超電導層が中心部材の径方向において内向きになるように巻きつけ、第2層を超電導層が前記中心部材の径方向において外向きになるようにまきつけた場合の、第1層のスパイラルピッチの大きさに違いによる交流損失の比較を示す図である。The first layer when the first layer is wound so that the superconducting layer is inward in the radial direction of the central member, and the second layer is wound so that the superconducting layer is outward in the radial direction of the central member It is a figure which shows the comparison of the alternating current loss by a difference in the magnitude | size of spiral pitch. 第1層を超電導層が中心部材の径方向において外向きになるように巻きつけ、第2層を超電導層が前記中心部材の径方向において外向きになるように巻きつけた場合の、第1層のスパイラルピッチの大きさに違いによる交流損失の比較を示す図である。When the first layer is wound so that the superconducting layer faces outward in the radial direction of the central member, the second layer is wound so that the superconducting layer faces outward in the radial direction of the central member. It is a figure which shows the comparison of the alternating current loss by a difference in the magnitude | size of the spiral pitch of a layer. 第1層を超電導層が中心部材の径方向において内向きになるように巻きつけ、更にスパイラルピッチが800mmであり、第2層を超電導層が前記中心部材の径方向において外向きになるように巻きつけ、更にスパイラルピッチが−300mmのとき、第2層の線材種の違いによる交流損失の比較を示す図である。The first layer is wound so that the superconducting layer is inward in the radial direction of the central member, the spiral pitch is 800 mm, and the second layer is so that the superconducting layer is outward in the radial direction of the central member. It is a figure which shows the comparison of the alternating current loss by the difference in the wire type of a 2nd layer, when it winds and also spiral pitch is -300mm. 第1層を超電導層が中心部材の径方向において外向きになるように巻きつけ、更にスパイラルピッチが800mmであり、第2層を超電導層が前記中心部材の径方向において内向きになるように巻きつけ、更にスパイラルピッチがー300mmのとき、第2層の線材種の違いによる交流損失の比較を示す図である。The first layer is wound so that the superconducting layer faces outward in the radial direction of the central member. Further, the spiral pitch is 800 mm, and the second layer is oriented so that the superconducting layer faces inward in the radial direction of the central member. It is a figure which shows the comparison of the alternating current loss by the difference in the wire type of a 2nd layer, when winding and also spiral pitch is -300mm. 本発明による超電導シールドを備えた超電導ケーブルの構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of the superconducting cable provided with the superconducting shield by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 超電導線材
11 磁性基板
12 中間層
13 超電導層
14 安定化層(銀)
15 導電テープ
30 超電導導体
31 中心部材
32 超電導集合体
50 超電導ケーブル
51 絶縁層
52 超電導シールド層
53 保護層
54 断熱層
55 内管
56 外管
10 Superconducting wire 11 Magnetic substrate 12 Intermediate layer 13 Superconducting layer 14 Stabilization layer (silver)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Conductive tape 30 Superconducting conductor 31 Central member 32 Superconducting assembly 50 Superconducting cable 51 Insulating layer 52 Superconducting shield layer 53 Protective layer 54 Heat insulation layer 55 Inner pipe 56 Outer pipe

Claims (5)

円筒形状の中心部材と、
基板と、前記基板の上に形成される超電導層と安定化層からなる層部材、または、中間層及び超電導層と安定化層からなる層部材とを備えた超電導線材を、前記中心部材上に巻きつけて形成される少なくとも2層以上の超電導集合体とを有した超電導導体であって、
記超電導集合体を形成する少なくとも1層の前記超電導線材の前記基板は、磁性基板であり、
記超電導集合体を形成する最外層の前記超電導線材の前記基板と、前記超電導集合体を形成する前記最外層を除く少なくとも1層の前記超電導線材の前記基板が、対向するように配置されており、
前記超電導集合体を形成する前記最外層の前記超電導線材のスパイラルピッチが、前記超電導集合体を形成する前記最外層の前記超電導線材の前記基板に前記対向するように配置された前記基板を有する前記超電導線材のスパイラルピッチよりも小さくなるように、前記最外層の前記超電導線材と、前記最外層の前記超電導線材の前記基板に前記対向するように配置された前記基板を有する前記超電導線材が、前記中心部材上に巻きつけられていることを特徴とする超電導導体。
A cylindrical central member;
A superconducting wire comprising a substrate and a layer member composed of a superconducting layer and a stabilization layer formed on the substrate or a layer member composed of an intermediate layer and a superconducting layer and a stabilization layer is formed on the central member. A superconducting conductor having at least two or more superconducting aggregates formed by winding,
The substrate of the superconducting wire of at least one layer to form a pre-Symbol superconductor assembly is magnetic substrate,
Said substrate of the outermost layer of the superconducting wire to form a pre-Symbol superconductor assembly, wherein the substrate of the superconducting wire of at least one layer excluding the outermost layer to form a pre-Symbol superconductor assembly is positioned so as to face And
The substrate has the substrate disposed so that a spiral pitch of the superconducting wire of the outermost layer forming the superconducting assembly is opposed to the substrate of the superconducting wire of the outermost layer forming the superconducting assembly. as is smaller than the spiral pitch of the superconducting wire, and before Symbol superconducting wire of the outermost layer, before SL that have a arranged the substrate so as to the face the substrate before Symbol superconducting wire of the outermost layer A superconducting conductor , wherein a superconducting wire is wound on the central member.
前記超電導集合体を形成する前記超電導線材の前記層部材が前記基板よりも前記中心部材の径方向において外側に配置されている場合、前記超電導線材の前記基板に、磁化していない基板を使用することを特徴とする請求項1に記載の超電導導体。   When the layer member of the superconducting wire forming the superconducting assembly is disposed outside the substrate in the radial direction of the central member, a substrate that is not magnetized is used as the substrate of the superconducting wire. The superconducting conductor according to claim 1. 前記磁化していない基板を使用した前記超電導線材が、IBAD線材であることを特徴とする請求項1または2に記載の超電導導体。   The superconducting conductor according to claim 1 or 2, wherein the superconducting wire using the non-magnetized substrate is an IBAD wire. 請求項1から3のいずれか1項に記載の前記超電導導体の外周に電気絶縁層、保護層および断熱管を有している超電導ケーブル。   The superconducting cable which has an electric insulation layer, a protective layer, and a heat insulation pipe | tube in the outer periphery of the said superconducting conductor of any one of Claim 1 to 3. 請求項1から3のいずれか1項に記載の前記超電導導体と、
前記超電導導体の外側に形成される電気絶縁層と、
更に前記電気絶縁層の外側に、前記超電導集合体と同じ構造を有する超電導シールドと、
前記超電導シールド層の外側に、保護層および断熱層を有することを特徴とする超電導ケーブル。
The superconducting conductor according to any one of claims 1 to 3,
An electrically insulating layer formed outside the superconducting conductor;
Furthermore, outside the electrical insulating layer, a superconducting shield having the same structure as the superconducting assembly,
A superconducting cable comprising a protective layer and a heat insulating layer outside the superconducting shield layer.
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