JP6991775B2 - 無絶縁超電導コイル用の超電導体及びそれを用いた超電導コイル - Google Patents
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Description
図1及び図2に示すように、実施形態における無絶縁超電導コイル11(単に超電導コイル11ともいう)用の超電導体は、基板12の片面に希土類系酸化物超電導体による超電導層13が設けられたテープ状の超電導線材14を複数枚重ね合せたバンドル15により構成されている。すなわち、バンドル15は複数枚の超電導線材14を重ね合せて束ねた集合体を意味する。前記無絶縁超電導コイル11は、コイル状に巻回されるバンドル15間を電気的に絶縁することなく、バンドル15間での電流の転流を許容する超電導コイル11である。この超電導コイル11では電流密度を高めることができるとともに、常電導転移が生じたときにバンドル15内で超電導線材14間に電流が流れて発熱が抑えられ、超電導コイル11の損傷を抑制できる。
図1に示すように、超電導コイル11としてのシングルパンケーキコイルは、前記バンドル15がコイル状(渦巻き状)に巻回されるとともに、巻回されるバンドル15間には電気抵抗性を有する離隔層19が設けられて構成されている。なお、バンドル15の両端部には、図示しない通電用の電極が接続される。前記電気抵抗性を有する離隔層19は、バンドル15間での電流の転流を許容するが、比較的高い一定の電気抵抗性を示す金属層により構成され、バンドル15間での結合を抑制する。
さて、図4(a)に示すように、超電導コイル11のバンドル15中における超電導線材14の低特性箇所で常電導転移が生じたときには、電流はその超電導線材14の超電導層13から保護層17及び安定化層18を介して隣接する超電導線材14の安定化層18、保護層17を経て超電導層13へ直線的に流れ込む。このため、バンドル15を構成する超電導線材14は局部的に発熱する事態が回避され、超電導線材14の損傷が抑えられる。
(1)この実施形態の無絶縁超電導コイル11用の超電導体は、基板12の片面に希土類系酸化物超電導体による超電導層13が設けられたテープ状の超電導線材14を複数枚重ね合せて超電導線材14のバンドル15を構成したものである。このため、超電導コイル11への通電時にバンドル15内における複数枚の超電導線材14に通電可能であり、負荷率を高く設定でき、安定した通電を行うことができる。
(2)前記超電導線材14は、基板12の片面に中間層16を介して希土類系酸化物超電導体による超電導層13が設けられ、その上に保護層17を介して導電性金属よりなる安定化層18が被覆されて構成されている。このため、超電導線材14は超電導層13が保護された状態で超電導特性を持続して発揮することができる。
(実施例1、2及び比較例1~3)
実施例1では、希土類系酸化物超電導体の超電導層13を有する超電導線材14を2枚重ね合せてバンドル15を構成し、実施例2では同じ超電導線材14を5枚重ねてバンドル15を構成した。比較例1~3では、超電導線材14を1枚で使用した。
超電導コイル11を液体窒素中で1A/秒の掃引速度で励磁電流を通電した際の通電電流(A)と超電導コイル11の中心磁場(T)の変化を測定し、その結果を図10に示した。図10中の破線は実施例1、一点鎖線は実施例2及び実線は比較例1を表す。
実施例3及び4では、超電導層13をGd・Ba・Cu酸化物で構成し、その他は実施例1及び2と各々同様に構成して超電導コイル11を調製した。また、比較例4では、超電導層13をGd・Ba・Cu酸化物で構成し、その他は比較例1と同様に構成して超電導コイル11を調製した。
一方、通電電流35Aのときの超電導線材14のテープ面に垂直に作用する垂直磁場は137mTである。また、前記図9のグラフにおいて、垂直磁場が137mTのときの臨界磁場の比は0.45である。すなわち、通電時の臨界電流の平均値は自己磁場下の臨界電流である160Aの45%程度まで低下し、72Aとなる。このため、通電電流が35Aのときには負荷率は49%となるが、これは前記のように比較例4の超電導コイル11の臨界電流に相当する。従って、比較例4の超電導コイル11では、負荷率49%においては超電導状態を部分的に維持できなくなっており、負荷率49%を確保することは困難である。
実施例5及び6では、超電導層13を(Y,Ga)Ba/Cu酸化物で構成し、その他は実施例1及び2と各々同様に構成して超電導コイル11を調製した。
・前記バンドル15を構成する超電導線材14の枚数に応じて、電気抵抗性を有する離隔層19の電気抵抗率を設定してもよい。
Claims (7)
- 基板の片面に中間層を介して希土類系酸化物超電導体による超電導層が設けられ、該超電導層上に保護層を介して導電性金属よりなる安定化層が被覆されて構成されたテープ状の超電導線材を2枚重ね合せて超電導線材のバンドルを構成した無絶縁超電導コイル用の超電導体であって、
前記バンドルを構成する2枚の前記超電導線材の前記安定化層同士を直接接触させた無絶縁超電導コイル用の超電導体。 - 基板の片面に中間層を介して希土類系酸化物超電導体による超電導層が設けられ、該超電導層上に保護層を介して導電性金属よりなる安定化層が被覆されて構成されたテープ状の超電導線材を3枚以上重ね合せて超電導線材のバンドルを構成した無絶縁超電導コイル用の超電導体であって、
前記バンドルを構成する3枚以上の前記超電導線材のうち両側に超電導線材が位置する超電導線材の安定化層とその両側の超電導線材の安定化層とを直接接触させた無絶縁超電導コイル用の超電導体。 - 前記バンドルは偶数枚の超電導線材が重ね合されて構成されるときには、隣接する一対の超電導線材の超電導層が対向するように重ね合されている請求項1又は請求項2に記載の無絶縁超電導コイル用の超電導体。
- 前記バンドルは奇数枚の超電導線材が重ね合されて構成されるときには、隣接する一対の超電導線材は超電導層が対向するように重ね合されるとともに、残りの1枚の超電導線材は超電導層が超電導コイルの中心側に位置するように配置されている請求項2に記載の無絶縁超電導コイル用の超電導体。
- 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の無絶縁超電導線コイル用の超電導体のバンドルをコイル状に巻回して構成される超電導コイルであって、
前記コイル状に巻回されるバンドル間には電気抵抗性を有する離隔層が設けられている超電導コイル。 - 前記電気抵抗性を有する離隔層は、電気抵抗率が1×10-6~1×10-5Ωmの金属層である請求項5に記載の超電導コイル。
- 臨界電流に対するコイルの通電電流の割合を示す負荷率(%)は、バンドルを構成する超電導線材の枚数をxとしたとき、〔(x-1)/x〕×100で表される値に設定される請求項5又は請求項6に記載の超電導コイル。
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