JP5205558B2 - 超電導線材、超電導導体および超電導ケーブル - Google Patents
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Description
そこで、超電導特性を一層高めるためには、現在の薄膜超電導線材の製造方法では不可避的に含まれる阻害因子によって生じる性能低下を回避する必要がある。
なお、絶縁材料または電気抵抗の高い材料とは、電気抵抗が106Ωm以上である材料のことを指す。
製造時に不可避的に生じる阻害因子Aは、微細なものは殆ど性能に影響を及ぼさないが、約500μmから1mmほどのサイズ(径)の阻害因子Aは、性能、特にIc(臨界電流)の低下という影響を及ぼす。
上述したように、阻害因子A部の直前で分流を生じさせて、阻害因子Aを迂回した後、合流するようにコントロールが可能な、切りこみ6のサイズについて検討した。その結果を以下に示す。
この発明の超電導線材1、例えば、10mm幅の超電導テープは、完全に切り分けるのではなく、図2に示すように点線状に切りこみを形成することによって切り分けておく部分と残す部分を設ける。このように加工した超電導線材1は幅方向に折り曲げることができる。切りこみ6の形成は例えばレーザのON/OFFや回転刃の一部に刃のない部分を設けることによって可能になる。このように超電導線材1は切り分けられていないので、送り出しと巻き込みのスプールは1対1でよい。
理論モデルとして、図11に示すNorrisのstripモデルを使用した。図9において、各モデルのギャップ長は有限長であるが、Norrisのstripモデルの計算上では、ギャップ長は無限大であり、隣接している超電導線材同士による影響は無視している。図12にこれらの交流損失を示す。図12において、縦軸は臨界電流(Ic)の2乗で規格化した通電ロス、横軸は臨界電流(Ic)で規格化した通電電流(It)を示す。図12の横軸と縦軸はIc(臨界電流)の依存性をなくすために、それぞれ規格化している。横軸は通電電流(Arms)のピークをIcで割っており、縦軸はIcの2乗で割っている。これは理論モデルの交流損失がIcの2乗に比例するためである。
超電導線材1として10mm幅の超電導線材1を6本使用し、それぞれ以下に示すモデル1からモデル5を作成した。なお、ここでモデル1は従来例、モデル2は比較例、モデル3〜5は本発明の実施例である。
モデル2は、各超電導線材100を、2本のレーザ処理によって完全に切り離して、3分割した。その結果、合計18本の切り離された超電導線材101を得た。図14に示すように、これらの切り離された超電導線材101を直径25mmの円筒形状物110の長軸に沿って外周面に等間隔で配置した。このときの切り離された超電導線材101間のギャップ長は1.09mmであった。
モデル5は、各超電導線材1に対して、2本の点線状の切りこみ6を形成した。切りこみ6の形成はモデル3と同一である。このように切りこみ6が形成された超電導線材1を、図17に示すように、直径19mmの円筒形状物11の長軸に沿って外周面に等間隔に配置した。そのときの超電導線材1間のギャップ長は0.09mmであった。
また、モデル3、4、5は、ギャップ長の効果(即ち、ギャップが小さくなるほど交流損失が低減する)を現しており、ギャップ長が0.61mmであるモデル4は、ギャップ長が1.13mmであるモデル3に比べて2/3〜1/2に低減しており、ギャップ長が0.09mmであるモデル5は、ギャップ長が1.13mmであるモデル3に比べて1/5〜1/10低減している。モデル5は最も小さい交流損失であることが確認できた。
一般的に、超電導線材の幅は一定値(この場合は10mm)と決まっているので、超電導線材間のギャップ長(ギャップの大きさ)は、超電導線材を巻き付ける円筒形状物11の径に依存する。例えば、ギャップ長が1.13mmであるモデル3、ギャップ長が0.61mmであるモデル4においては、交流損失は2/3〜1/2程度異なるが、モデル3においては、超電導線材を更に1本増やすことができないので、ギャップ長を小さくすることができず、交流損失低減を期待できない。
2 基板
3 中間層
4 超電導薄膜
5 安定化膜
6 切りこみ
7 切り分け部
8 残存部
9 別の超電導線材
10 超電導導体
11 円筒形状物
20 超電導ケーブル(超電導線材間の所定間隔は省略)
21 電気絶縁層
22 保護層
23 内管
24 断熱材
25 外管
26 超電導シールド層
100 切りこみの形成されていない超電導線材
101 切り離された超電導線材
110 円筒形状物
Claims (8)
- 所定幅および所定の長さを有する基板の上に、絶縁材料または電気抵抗が10 6 Ωm以上である材料からなる中間層、超電導薄膜、安定化膜が順次形成された超電導線材であって、
前記超電導薄膜内に存在する電流阻害因子を回避するように該超電導線材の長手方向に沿って形成された、相互に平行な複数本の切りこみを備え、
前記切りこみは、前記超電導薄膜に流れる電流を、前記電流阻害因子の手前で分流させるように、前記基板、前記中間層、前記超電導薄膜及び前記安定化膜のすべてを切り分ける切れ目が形成された切り分け部と、前記電流阻害因子を通過後合流するように切れ目が形成されていない残存部とからなり、前記残存部と前記切り分け部が長手方向に周期的に形成された超電導線材。 - 前記超電導薄膜が、RE系超電導材料からなっており、前記切りこみの複数本が幅方向に等間隔に1mmから2mmの範囲内で形成されている請求項1に記載の超電導線材。
- 前記切り分け部の長さが100mmから200mmの範囲内、および前記残存部の長さが2mmから5mmの範囲内である請求項1に記載の超電導線材。
- 前記複数本の切りこみのうち、前記残存部が、該超電導線材の幅方向において同じ位置に隣り合うように形成されていることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の超電導線材。
- 請求項1から4のいずれか1項に記載の前記超電導線材を前記切りこみにおいて幅方向に折り曲げて円筒形状物の外周面に沿って配置させた超電導導体。
- 請求項1から4のいずれか1項に記載の前記超電導線材が前記切りこみにおいて幅方向に折り曲げられて円筒形状物の外周面に沿って複数本配置されており、隣り合う前記超電導線材は、前記円筒形状物の周方向において所定間隔を有する超電導導体。
- 前記超電導線材間に少なくとも1つの前記切りこみの幅方向の間隔と同一の幅に細線化された別の超電導線材を備えた、請求項6に記載の超電導導体。
- 請求項6または7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。
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