JP5512175B2 - Reinforced high-temperature superconducting wire and high-temperature superconducting coil wound around it - Google Patents
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Description
本発明は補強高温超電導線、およびそれを巻線した高温超電導コイルに関する。 The present invention relates to a reinforced high-temperature superconducting wire and a high-temperature superconducting coil wound with the same.
ハステロイなどのテープ状の金属基板上に酸化セリウムなどの中間層を形成し、その上に厚さ数μm程度のイットリウム系などの酸化物超電導層が形成された第2世代線材とよばれる高温超電導線が開発されてきている。この高温超電導線は、酸化物超電導層や中間層などで剥離する可能性があり、剥離した場合には超電導特性が劣化してしまうおそれがあった。 High-temperature superconductivity called second-generation wire, in which an intermediate layer of cerium oxide or the like is formed on a tape-like metal substrate such as Hastelloy, and an yttrium-based oxide superconducting layer with a thickness of several μm is formed on the intermediate layer. Lines have been developed. The high-temperature superconducting wire may be peeled off at the oxide superconducting layer, the intermediate layer, or the like, and when it is peeled off, the superconducting characteristics may be deteriorated.
したがって、形状保持や真空中での伝熱を目的として、エポキシ樹脂などで、高温超電導線を巻線したコイルを含浸した場合には、樹脂の硬化収縮や冷却時の熱応力で剥離してしまうおそれがあることが懸念される。 Therefore, when impregnating a coil wound with a high-temperature superconducting wire with epoxy resin or the like for the purpose of shape retention or heat transfer in vacuum, it will be peeled off due to the heat shrinkage of the resin or the thermal stress during cooling. There is concern that there is a fear.
この対策として、高温超電導線を補強することが考えられるが、補強構造としては、特許文献1に示されるように、金属テープ線を用いて高温超電導線を密封する方法が開示されている。
As a countermeasure, it is conceivable to reinforce the high-temperature superconducting wire. As a reinforcing structure, as disclosed in
しかしながら、図9に示すように特許文献1で開示された高温超電導線2を補強テープ線3で密封した構成では、補強テープ線3と高温超電導線2の間の空間20が断熱層になり、補強した高温超電導線2を、巻回して樹脂含浸して高温超電導コイル(図示せず)を製作した場合に、伝熱により高温超電導線2を冷却することが困難になってしまうという課題があった。一方、補強テープ線3と高温超電導線2の間を半田などで一体化してしまうと、高温超電導線2が厚くなることで曲がりにくくなり、巻線作業が難くなると同時に、曲げ変形により高温超電導線2に応力が発生し、高温超電導線2が劣化し易くなってしまうという課題があった。
However, in the configuration in which the high temperature
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、酸化物超電導層を剥離させる力に弱い高温超電導線を補強テープ線などで補強したとしても、真空中での伝熱による冷却が可能であるとともに、巻線作業がし易く、超電導特性が劣化しない補強高温超電導線、およびそれを巻線した高温超電導コイルを提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. Even if a high-temperature superconducting wire that is weak against the force to peel off the oxide superconducting layer is reinforced with a reinforcing tape wire or the like, cooling by heat transfer in vacuum is performed. An object of the present invention is to provide a reinforced high-temperature superconducting wire that is easy to perform winding work and does not deteriorate superconducting characteristics, and a high-temperature superconducting coil wound with the same.
本発明は、金属基板上に中間層および酸化物超電導層を形成してなるテープ形状の高温超電導線と補強テープ線から構成される補強高温超電導線において、補強テープ線は、高温超電導線を覆うように幅方向の両端が折り曲げられ、折り曲げられた幅方向の両端は、高温超電導線の金属基板側の面または高温超電導線の金属基板側の面と平行な面と対向し、高温超電導線の金属基板側の面及び高温超電導線の金属基板側の面と平行な面に固着されず、かつ幅方向の両端同士は接触せずに配置されていることを特徴とする補強高温超電導線。 The present invention relates to a reinforced high-temperature superconducting wire composed of a tape-shaped high-temperature superconducting wire formed by forming an intermediate layer and an oxide superconducting layer on a metal substrate and a reinforcing tape wire. The reinforcing tape wire covers the high-temperature superconducting wire. Thus, both ends in the width direction are bent, and both ends of the folded width direction are opposed to the surface of the high-temperature superconducting wire on the metal substrate side or the surface parallel to the surface of the high-temperature superconducting wire on the metal substrate side. A reinforced high-temperature superconducting wire, characterized in that the reinforced high-temperature superconducting wire is not fixed to a surface on the metal substrate side and a surface parallel to the surface on the metal substrate side of the high-temperature superconducting wire , and is disposed without contacting both ends in the width direction.
また本発明に係る高温超電導コイルは、上記補強超電導線が巻回され、この補強超電導線の周囲またはこの補強超電導線間には絶縁材が配置され樹脂含浸されていることを特徴とする。 The high-temperature superconducting coil according to the present invention is characterized in that the reinforcing superconducting wire is wound, and an insulating material is disposed around the reinforcing superconducting wire or between the reinforcing superconducting wires and impregnated with resin.
本発明によれば、酸化物超電導層を剥離させる力に弱い高温超電導線を補強テープ線などで補強した場合においても、真空中での伝熱による冷却が可能であるとともに、巻線作業がし易く、超電導特性が劣化しない補強高温超電導線、およびそれを巻線した高温超電導コイルを得ることができる。 According to the present invention, even when a high-temperature superconducting wire that is weak to the force of peeling off the oxide superconducting layer is reinforced with a reinforcing tape wire or the like, it can be cooled by heat transfer in vacuum and the winding work can be performed. It is easy to obtain a reinforced high-temperature superconducting wire that does not deteriorate the superconducting characteristics, and a high-temperature superconducting coil wound with the same.
以下、本発明に係る補強高温超電導線、およびそれを巻線した高温超電導コイルの実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of a reinforced high-temperature superconducting wire according to the present invention and a high-temperature superconducting coil wound with the same will be described below with reference to the drawings.
第1実施形態を、以下図1から図6を参照して説明する。 A first embodiment will be described below with reference to FIGS.
(実施例1)
図1は本発明の補強高温超電導線の第1実施形態に係る実施例1を示し、(a)は長手
軸方向と垂直の面で切断した縦断面図であり、(b)は(a)で示す高温超電導線を拡大し
て示す断面図である。 図1(a)において補強高温超電導線1は、高温超電導線2と補
強テープ線3から構成されている。補強テープ線3は、長手軸方向と直交する幅方向の端
部で折り曲げられ、高温超電導線2を覆うように配置されている。
Example 1
FIG. 1 shows Example 1 according to the first embodiment of the reinforced high-temperature superconducting wire of the present invention, where (a) is a longitudinal sectional view taken along a plane perpendicular to the longitudinal axis direction, and (b) is (a). It is sectional drawing which expands and shows the high temperature superconducting wire shown by. In FIG. 1A, the reinforced high temperature
高温超電導線2は 図1(b)に示すように、テープ形状の金属基板4の表面に、中間層5、酸化物超電導層6、および保護層7、安定化層8を順次形成した積層構造を有している。なお、図1では、保護層7および安定化層8を設けた構成を示したが、本発明で用いられる高温超電導線2は、保護層7および安定化層8のいずれかが形成されない構成とすることができる。また、高温超電導線2は、全体をホルマール(登録商標)やカプトン(登録商標)で被覆して絶縁処理された構成としても良い。
As shown in FIG. 1B, the high-temperature
補強テープ線3としては、例えば銅やステンレスなどからなる金属テープが用いられる。金属基板4としては、例えばハステロイ(登録商標)などのニッケル合金、ステンレスなどからなるテープが用いられる。
As the reinforcing
中間層5としては、例えば酸化セリウム、酸化マグネシウムなどからなる複数の層から構成されている。この構成によって金属基板4から酸化物超電導層6への金属の拡散を防止することができ、さらに中間層5の格子定数を金属基板4よりも酸化物超電導層6に近いものとすることができ、それにより金属基板4と酸化物超電導層6との結晶のミスマッチによる格子歪みを緩和することができる。
The
酸化物超電導層6としては、例えばイットリウムなどの希土類(Re)が含まれるRe123系などの高温超電導材料が用いられ、Reは、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及びYから選択される1種又は2種以上の元素である。
As the
保護層7としては、例えば銀、金など用いられる。安定化層8としては、例えば銅からなる層が用いられる。安定化層8は、金属テープを半田付けしても良い。また、安定化層8として片面のみに付加する構成を示したが、全面を被覆する構成も可能である。
As the
本構成によれば、補強高温超電導線1を巻回して高温超電導コイルを製作し、冷却や電磁力印加をした場合に、図1(b)に示すように高温超電導線2の積層構造の層間を剥離させる力Fが働いたとしても、端部が折り曲げられた補強テープ線3により補強されているので、層間の剥離が抑制される。
According to this configuration, when a reinforced high-temperature
また、巻線時には、高温超電導線2と補強テープ線3は一体化されていないため、巻線時に補強高温超電導線1の内部に発生する応力が緩和されるため、巻線作業がし易く、かつ巻回した後に樹脂含浸した場合に、高温超電導線2と補強テープ線3の間にも樹脂が含浸されるため、真空中においても伝導により高温超電導線2を冷却することが可能となる。
Moreover, since the high-temperature
なお、図2の実施例1の変形例に示すように、補強高温超電導線1には複数の高温超電導線2が含まれていてもよい。
In addition, as shown in the modification of Example 1 of FIG. 2, the reinforced high temperature
本実施例によれば、高温超電導線2の層間を剥離させる力Fに対して補強テープ線3により補強されているために、超電導特性が劣化することなく、また高温超電導線2と補強テープ線3の間に樹脂を含浸することが可能であるため、真空中での伝導による高温超電導線2の冷却が可能な補強高温超電導線1を提供できる。
According to the present embodiment, since the reinforcing
(実施例2)
図3は本発明の補強高温超電導線の第1実施形態に係る実施例2を示し、(a)は長手
軸方向と垂直の面で切断した縦断面図であり、(b)は(a)で示す高温超電導線を拡大し
て示す断面図である。図3において実施例2として示す補強高温超電導線1の高温超電
導線2aは、安定化層8の面を補強テープ線3が折り曲げられた側に、金属基板4の面を
その反対側に配置している。
(Example 2)
FIG. 3 shows Example 2 according to the first embodiment of the reinforced high-temperature superconducting wire of the present invention, where (a) is a longitudinal sectional view taken along a plane perpendicular to the longitudinal axis direction, and (b) is (a). It is sectional drawing which expands and shows the high temperature superconducting wire shown by. In the high-
高温超電導線2aの中間層5は、一般的に絶縁物であるために、高温超電導線2aに通電するために、電気的に接続する場合には、基板側4ではなく、安定化層8もしくは安定化層8がない場合には保護層7と電気的に接続する必要がある。
Since the
本構成によれば、高温超電導線2aの安定化層8が、補強テープ線3で完全には覆われていないため、通電するために、リード線などと電気的に接続することが容易になる。
According to this configuration, since the
したがって、本実施例によれば、高温超電導線2の安定化層8の面を補強テープ線3が折り曲げられた側に配置しているため、通電するために、リード線などと電気的に接続することが容易になる。
Therefore, according to the present embodiment, since the surface of the
(実施例3)
図4は、本発明の第1の実施形態の実施例3である補強高温超電導線1の断面を示している。第1の実施形態の実施例3として示す補強高温超電導線1の補強テープ線3aの折り曲げ部には、貫通孔9が形成されている。
(Example 3)
FIG. 4 shows a cross section of a reinforced high-
本実施例3によれば、補強高温超電導線1を巻回して高温超電導コイルを製作し、樹脂で含浸した場合に、樹脂は貫通孔9を介して、高温超電導線2と補強テープ線3の間に容易に入り込むことができる。
According to the third embodiment, when the reinforced high-
本実施例によれば、補強テープ線3に貫通孔9が形成されているため、真空中での伝導による高温超電導線2の冷却を可能にするために必要な高温超電導線2と補強テープ線3aの間の樹脂含浸をより確実に実施することができる。
According to the present embodiment, since the through
なお、この実施例3に実施例1または2の構成である高温超電導線2、2aを適用できるのは勿論である。
Needless to say, the high
(実施例4)
図5は、本発明の第1の実施形態の実施例4である補強高温超電導線1の断面を示して
いる。第1の実施形態の実施例4として示す補強高温超電導線1の高温超電導線2の表面
には、高温超電導線2の各部材間より剥離しやすい離形材10が付加されている。
(Example 4)
FIG. 5 shows a cross section of a reinforced high-
本構成によれば、補強高温超電導線1を巻回して高温超電導コイル(図示せず)を製作し、高温超電導線2と補強テープ線3の間に樹脂を含浸した場合に、高温超電導線2の積層構造の層間を剥離させる力Fが働いたとしても、離形材10が付加されているため、高温超電導線2の内部に力が伝わらず、この高温超電導線2内の層間が剥離するおそれを防止することができる。
According to this configuration, when the reinforced high-
離形材10としては、例えばテフロン(登録商標)などのフッ素系樹脂、パラフィングリース、シリコンオイルなどが用いられる。フッ素系樹脂を用いる場合は、フッ素系樹脂テープを用いることが好ましい。また、この離形材10は表面全体である必要はなく効果が奏する部分に設けることも可能である。
As the
また、補強テープ線3の表面に離形材10を付加しても同様の効果が得られる。
Moreover, even if the
本実施例によれば、高温超電導線2と補強テープ線3の間で高温超電導線2もしくは補強テープ線3の表面または表面の一部に離形材10が配置または塗布された離形処理が成されているため、高温超電導線2の積層構造の層間を剥離させる力Fが働いたとしても、高温超電導線2の層間が剥離するおそれを防止することができる。
According to the present embodiment, the mold release treatment in which the
なお、この実施例4に実施例1から実施例3の構成を適用できるのは勿論である。 Needless to say, the configurations of the first to third embodiments can be applied to the fourth embodiment.
(実施例5)
図6は、本発明の第1の実施形態の実施例5である補強高温超電導線1の断面を示している。第1の実施形態の実施例5として示す補強高温超電導線1の高温超電導線2と補強テープ線3は、半田11で接続されている。なお、半田11の接続箇所は全面に接続した例で示しているが各々その一部(補強高温超電導線1の長手軸方向の一部または長手軸方向と垂直方向の一部)が電気的に接続されていれば良いのは勿論である。
(Example 5)
FIG. 6 shows a cross section of a reinforced high-
本構成によれば、高温超電導線2と補強テープ線3が半田11により電気的に接続されているため、通電するために、高温超電導線2をリード線(図示せず)などと電気的に接続する場合において、補強テープ線3に接続することが可能となり、電気的な接続が容易となる。
According to this configuration, since the high-
高温超電導線2を電気的に接続する場合には、金属基板4側ではなく、安定化層8側と電気的に接続する必要があるため、高温超電導線2は、安定化層8の面が、補強テープ線3が折り曲げられた側の反対の面に配置したほうが望ましい。
When the high-
本実施例によれば、高温超電導線2と補強テープ線3が半田11により電気的に接続されているため、通電するために、高温超電導線2をリード線などと電気的に接続する場合において、電気的な接続が容易となる。
According to the present embodiment, since the high
(実施例6)
図7は本発明の高温超電導コイルに係る実施例1である本発明の実施例6を示し、(a)は高温超電導コイルの一部を切断した一部切断斜視図であり、(b)は(a)のA部を拡大して示す断面図である。 図7は、実施例1から5のいずれかの実施例の補強超電導線1を巻回し、製作した高温超電導コイル12である。
(Example 6)
FIG. 7 shows Example 6 of the present invention which is Example 1 of the high-temperature superconducting coil of the present invention, (a) is a partially cut perspective view in which a part of the high-temperature superconducting coil is cut, and (b). It is sectional drawing which expands and shows the A section of (a). FIG. 7 shows a high-
図7において高温超電導コイル12は、補強超電導線1の周囲に絶縁材である絶縁層13を設置し、補強超電導線1どうしを絶縁するとともに、樹脂14で含浸している。樹脂14は、絶縁層13の内側に配置された補強超電導線1まで含浸させる必要があるが、これを実現する絶縁層13の構成としては、例えば補強超電導線1の周囲に絶縁テープ線をラップ巻きする構成がある。
In FIG. 7, the high-
本実施例6によれば、高温超電導線2の層間を剥離させる力Fに対して補強テープ線3により補強されており、かつ高温超電導線2と補強テープ線3の間に樹脂を含浸することが可能である補強超電導線1を巻回し、樹脂含浸して高温超電導コイル12を製作しているため、真空中での伝導による高温超電導線2の冷却が可能な高温超電導コイル12を提供することができる。
According to the sixth embodiment, the reinforcing
(実施例7)
図8は本発明の高温超電導コイルに係る実施例2である本発明の実施例7を示し、(a)は高温超電導コイルの一部を切断した一部切断斜視図であり、(b)は(a)のB部を拡大して示す断面図である。 図7は、実施例1から5のいずれかの実施例の補強超電導線1を巻回し、製作した高温超電導コイル12aである。
(Example 7)
FIG. 8 shows Example 7 of the present invention which is Example 2 of the high-temperature superconducting coil of the present invention, (a) is a partially cut perspective view in which a part of the high-temperature superconducting coil is cut, and (b) is It is sectional drawing which expands and shows the B section of (a). FIG. 7 shows a high-temperature superconducting coil 12a manufactured by winding the reinforced
図8においては、補強超電導線1と絶縁材である絶縁テープ線15をパンケーキ形状に共巻きし、パンケーキ巻線のいずれかの側面または両側面に絶縁材である絶縁板16を設置するように構成されている。
In FIG. 8, the reinforcing
本実施例7によれば、実施例6と同様に、真空中での伝導による高温超電導線2の冷却が可能な高温超電導コイル12aを提供できる。
According to the seventh embodiment, similarly to the sixth embodiment, the high temperature superconducting coil 12a capable of cooling the high
1… 補強高温超電導線、2… 高温超電導線、3… 補強テープ線、4… 金属基板、5… 中間層、6… 酸化物超電導層、7… 保護層、8… 安定化層、9… 貫通孔、10… 離形材、11… 半田、12… 高温超電導コイル、13… 絶縁層、14… 樹脂、15… 絶縁テープ線、16… 絶縁板、20… 空間。 1 ... Reinforced high-temperature superconducting wire, 2 ... High-temperature superconducting wire, 3 ... Reinforced tape wire, 4 ... Metal substrate, 5 ... Intermediate layer, 6 ... Oxide superconducting layer, 7 ... Protective layer, 8 ... Stabilization layer, 9 ... Through Hole: 10 ... Release material, 11 ... Solder, 12 ... High temperature superconducting coil, 13 ... Insulating layer, 14 ... Resin, 15 ... Insulating tape wire, 16 ... Insulating plate, 20 ... Space.
Claims (5)
折り曲げられた前記幅方向の両端は、前記高温超電導線の前記金属基板側の面または前記高温超電導線の前記金属基板側の面と平行な面と対向し、
前記高温超電導線の前記金属基板側の面及び前記高温超電導線の前記金属基板側の面と平行な面に固着されず、かつ前記幅方向の両端同士は接触せずに配置されていることを特徴とする補強高温超電導線。 In a reinforced high-temperature superconducting wire composed of a tape-shaped high-temperature superconducting wire formed by forming an intermediate layer and an oxide superconducting layer on a metal substrate and a reinforcing tape wire, the reinforcing tape wire covers the high-temperature superconducting wire. Both ends in the width direction are bent,
Both ends of the bent width direction are opposed to the surface of the high-temperature superconducting wire on the metal substrate side or the surface parallel to the surface of the high-temperature superconducting wire on the metal substrate side,
The high-temperature superconducting wire is not fixed to a surface parallel to the surface of the high-temperature superconducting wire and the surface of the high-temperature superconducting wire to the metal substrate side, and both ends in the width direction are arranged without contacting each other. Characteristic reinforced high-temperature superconducting wire.
両端が折り曲げられた前記補強テープ線には前記高温超電導線と前記補強テープ線との間に導入される樹脂を導く貫通孔が形成されていることを特徴とする補強高温超電導線。 In a reinforced high-temperature superconducting wire composed of a tape-shaped high-temperature superconducting wire formed by forming an intermediate layer and an oxide superconducting layer on a metal substrate and a reinforcing tape wire, the reinforcing tape wire covers the high-temperature superconducting wire. Both ends in the width direction are bent and the both ends are arranged without contact,
A reinforced high-temperature superconducting wire, wherein a through-hole for guiding a resin introduced between the high-temperature superconducting wire and the reinforcing tape wire is formed in the reinforcing tape wire bent at both ends.
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