JPH02103812A - 交流通電用化合物系超電導撚線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、超電導発電機用の界磁巻線などとして好適
な化合物系超電導線に関する。

「従来の技術」 超電導線においては重子磁束線の運動などに起因して発
熱を生じる場合があり、このような場合に超電導線に部
分的に常電導の芽が発生し、超電導線の全体が常電導状
態に転位するおそれがある。

そこで従来、このような磁気的不安定性および常電導転
位などを防止して超電導線を安定化するために、以下に
記載する技術が採用されている。

■超電導体を銅などの良導電性の安定化母材の内部に埋
設する。特に、安定化母材を極低温において電気抵抗の
小さい高純度の銅から形成する。

■超電導体を数μ〜数１０μｍの径のフィラメント状に
極細化する。

■極細化した超電導フィラメントを有する多心線をツイ
スト加工する。

■編組や成形撚線の構造を採用する。

■超電導線を交流用として使用する場合、ＣｕＮｉ合金
などの高抵抗の金属材料から安定化母材を構成し、超電
導フィラメント間に生じる結合電流を抑制する。

■化合物系などの超電導体は機械歪が加わると超電導特
性が劣化するので、超電導線に補強材をｌ６設して機械
歪が加わることを阻止する。

このような背景から、従来、交流用の化合物系超電導線
の一例として第２図に示す断面構造の超電導線Δか提供
されている。この超電導線Ａは、銅からなる安定化け＋
４の内部に多数の化合物系超電導フィラメントを配して
超電導索線２を構成し、この超電導素線２を複数本、無
酸素銅製の安定化材３の周囲に撚線化して添設し、各超
電導索線２をはんたなとのろう（＝ｔ　＋：ｌ金属４て
安定化材３に固定した構造となっている。

即し、この構造の超電導線Ａにあっては、安定化＋第３
か各超電導素線２の安定化をなすとともに超電導素線２
の補強材ともなっている。

「発明か解決しようとする課題」 ところで近年、超電導技術の電力エネルギー分野への応
用の一環として、超電導発電機の試作研究か進められ、
超電導発電機の界磁巻線として用いられろ交流用超電導
線の開発も進められている。

ところか、第２図に示す構造の従来の超電導線Δを交流
用、特に超電導発電機の界磁巻線用として検討した場合
、安定化材３の外部に固定されている超電導素線２が、
ろうイマ］け金属４を介して安定化材３に固定された構
造であるために、超電導特性の安定化の効果は十分では
ない問題があり、交流用として更に望ましい構造の超電
導線の開発が進められている。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、
交流用として損失の少ない優れた構造の化合物系超電導
線を提供することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 本発明は、前記課題を解決するために、繊維状の化合物
超電導フィラメントを金属基地の内部に分散してなる芯
部と、この芯部を囲んで設けられた安定化導体部とこの
安定化導体部を囲んで設（Ｊられた金属層を具備してな
り、１ｉｉｊ記安定化導体部は、安定化導体部を周回り
に３つ以」−に分割して構成される純銅製の安定化導体
と、これらの安定化導体の個々の周面を覆い、各安定化
導体を区分した高融点の高抵抗金属の被覆層とからなる
ものである。

「作用　」 安定化導体部がその周回りに３つ以上に分割された安定
化導体からなり、超電導部を囲むために、交流損失か低
減されて超電導部の安定性が高まる。

また、各安定化導体か高融点金属の被覆層で覆わＡ１て
いるために、化合物超電導体を生成ざ且るために行う拡
散熱処理時に、不要元素による安定化を廿（オの汚染か
防子、されろ。更に、安定化導体が高抵抗の被覆層で区
分されるために、交流通電時の損失か減少ずろ。

以Ｉｚに本発明を更に詳細に説明する。

第１図（Ａ）は、Ｎｂ３Ｓｎ系に適用した本発明の超電
導線の−・構造例を示し、第１図（Ｂ）〜（、■）は、
Ｎｂ３９１系に適用した本発明の超電導線の製造方法を
説明ずろためのらのである。

この例の超電導線［３は、金属基地の内部に化合物超電
導体の極細のフィラメントを配してなる超電導部５と、
この超電導部５を囲んで設けられた安定化導体部６と、
この安定化導体部６を囲んで設（Ｊられた金属層７を主
体として構成されている。

前記超電導部５はＣｕまたはＣｕ−３ｎ合金からなる基
地の内部に、Ｎ　ｌ）　３Ｓ　ｎの極細の超電導フィラ
メントを多数配して構成されている。そして、前記安定
化導体部６は安定化導体部６をその周回りに複数に分割
（この例では８分割）してなる断面扇型環状体状の安定
化導体６ａと、これらの安定化導体６ａの周囲を個々に
囲んで設けられた高融点の高抵抗金属材料からなる被覆
層６ｂとから構成されている。０Ｉ■記安定化導体６ａ
（」純銅からなり、被覆層６を構成する材料としてはＴ
ａ、Ｎｂなどの８００°Ｃ以］−の融点であって銅より
も電気抵抗の高い金属材ネ」が選択される。更に前記金
属層７は、Ｃｕ−８ｎ合金、Ｃｕ−Ｚｎ合金、Ｃ＋ｒ−
Ｎｉ合金などの銅合金から形成されている。

前記構造の超電導線Ｂを製造するには、まず、所定成分
のＣｕ−Ｎ　ｂ合金を溶製して第１図（Ｂ）に示すイン
サイヂコインゴット８を作製し、このインザイヂコイン
ゴッｌ−８に孔あけ加Ｉすることにより第１図（Ｃ）に
示すインザイチコ筒体９を作成する。前記インザイヂコ
インゴットは、銅あろいはＣｕ−Ｓｎ合金製の金属基地
の内部に、Ｎｂからなる無数の樹枝状晶か分散された構
造をなす加工性に富むムのである。次にこのインザイヂ
ュ筒体９の内部に、Ｓｎからなる棒体１０を挿入して第
１図（［））に示す複合体１１を得、次いでこの複合体
１１を縮径して第１図（Ｅ）に示す超電導索材１２をｉ
５）る。この縮径加工によりインザイヂコ筒体９の内部
のＮ　ｂの樹枝状晶はＮｂのフィラメント状に１３１丁
されろ。

方、第１図（Ｆ）に示すような無酸素銅製のロット状の
安定化１１＋４１３の外周に、第１図（Ｇ）に示４−よ
うにＮ　ｂあるいはＴ　ａなどの銅より電気抵抗が高く
、融点か８００°Ｃ以」−の加工性の良好な高融点金属
からなる拡散防止管Ｉ４を被せて複合体１５を得ろ。ご
ごて拡散防止管１４の構成月利としてＴａあるいはＮ　
＋、）を選択した理由は、後工程で行う縮径加圧が容易
であることと、後工程で施す超電導体生成用の拡散熱処
理時に、安定化母材１３側に不要な元素が拡散すること
を阻止して安定化＋ｔＪ材１３の汚染を防止する目的と
、拡散熱処理時に安定化母材１３の構成元素との間で不
要な化合物を生じないようにする目的でＴａあるいはＮ
ｂを選択した。従ってここで用いる拡散防止管１４の構
成材料は高融点金属で純銅より電気抵抗が高い金属材料
であれば、Ｔａ、Ｎｂ以外にステンレスなどの金属材料
を用いても良い。

次に前記複合体Ｉ５を縮径して第１図（Ｉ（）に示す安
定化素材１６を得、この安定化素材Ｉ６を複数本（図面
では８本）集合して超電導索材１２の外周に配置し、更
に、Ｃｕ−９ｎ合金、Ｃｕ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｎ　ｎ合
金などの銅合金からなる管体Ｉ７に挿入して第１図（Ｄ
に示す２次複合体１８を得る。

次にこの２次複合体１８を最終的に得るべき超電導線の
線径と同等になるまで縮径して第１図（、■）に示す索
線２２を作製する。この素線２２にあっては、その最外
周部に銅合金からなる金属層７が形成され、その内部側
には安定化導体部６が形成され、さらにその内側に超電
導素材１２の圧密体が形成されている。

次にこの素線２２を５００〜７００°Ｃに数１０〜数１
００時間加熱４−ろ拡散熱処理を施し、インザイヂコ筒
体９の内側に複合されている棒体１０のＳｎをインザイ
チ、筒体９の内部に拡散させてＮ　ｂの極細フィラメン
トと反応させ、Ｎｌｌ＋Ｓｎ超電導金属間化合物のフィ
ラメントを生成させて超電導部５を形成し、第１図（Ａ
）に示す超電導線Ｂをｉへｌろ。なお、超電導線Ｂの中
心部には棒体ＩＯのＳｎの在留分からＳｎ−、Ｃｕ合金
の芯体２５が残留ずろ。

面記拡散熱処理時にインザイチュ筒体９側に拡散された
Ｓｎはインザイチコ筒体９を通過してその外側まで拡散
しようとするが、安定化導体６ａの内外周部側に存在ず
ろ被覆層６ｂによって拡散を阻止され、安定化導体６ａ
のＳｎによる汚染が防止される。なお、安定化導体６ａ
がＳｎで汚染されると極低温における安定化導体６ａの
電気抵抗が」−昇するので好ましくない。

以」二のように製造された超電導線Ｂの超電導部５は、
インザイチュ筒体９を乱に製造されているので、臨界電
流特性に優れ、機械歪を受けても超電導特性の劣化が少
ないなど機械強度の面でも優れている。また、超電導線
Ｂは超電導部５の外方に安定化導体部６と金属層７を配
しているのでこれらで補強された構造となっており、機
械強度も高い構造となっている。

前記超電導線Ｂは液体ヘリウムなどの冷媒で極低温に冷
却された状態で使用される。そして、超電導部５の一部
が何等かの原因で常電導状態に転位しようとした場合に
安定化導体６ａに電流を流して発熱を防止できるように
なっている。

更に、前記超電導線Ｂを交流用として使用し、超電導部
５の一部が常電導状態に転位しようとした場合、安定化
導体６ａ・に交流電流が流れようとするが、安定化導体
６ａを純銅よりも高電気抵抗の被覆層６ｂで分離し、し
かも、断面扇型環状体に分割した構造となっているため
に、安定化導体６ａ・・・間に生じようとする交流損失
を減少することができる。このために超電導線Ｂは交流
用として極めて優れた安定性を発揮する。

ところで前記の例では本発明の構造をＮ　ｂｓ　Ｓ　ｎ
系の超電導線の構造に適用した例に着いて説明したが、
本発明の構造をＶｚＧａ系、Ｎｂ３Ｇｅ、　Ｎｂ５Ａｌ
などの化合物系超電導線の構造として適用できることは
勿論である。また、安定化導体３０は８分割構造に限る
ものではなく５３分割以上の分割構造であれば良い。

更に、この例では、第１図（Ｈ）に示す断面円形状の安
定化素材１６を加工して断面扇型環状体の安定化導体６
ａを形成したが、安定化素材１６を予め断面扇型環状体
に成形加工した後に超電導素材１２の外周に配置し、こ
の後に縮径加工を施して第１図（、■）に示す素線２２
を作製しても良い。

第２図は本発明の超電導線Ｂを用いて構成された超電導
撚線の一構造例を示している。

この例の超電導撚線Ｃは超電導線ＢとＣｕ−１３％Ｓｎ
合金からなる線材３０を交互に撚り合わせて構成した例
である。

この構造の超電導撚線Ｃを製造するには、拡散熱処理前
の素線２２を線材３０と撚り合わせ、その後に拡散熱処
理することにより製造される。このように製造する理由
はＮｂ３Ｓｎは極めて硬く脆いのでＮ　ｂ３　Ｓ　ｎ生
成後の撚線加工が困難なためである。

この例の超電導撚線Ｃは線材３０・・で超電導線Ｂ・・
・を補強した構造であるので撚線全体の機械強度を高め
た構造になっている。また、各超電導線Ｂの最外周には
抵抗の高い銅合金からなる金属層７が形成されているの
で、交流通電時の超電導線Ｂ　間の結合損失を減少させ
ることができる。

また、超電導撚線の構造として第３図に示すように超電
導線Ｂのみを撚りあわせて超電導撚線りを製造しても良
い。

第３図に示す構造の超電導撚線りを製造する場合におい
ても第１図（、■）に示した素線２２を撚り合わせた後
に拡散熱処理を施すことにより製造される。

「実施例」 直径１５０　ｍｍ、長さ３００ｍｍのＣｕ−Ｎ　ｂ合金
からなるインサイヂュインゴットをるつぼ溶解法により
作成し、このインザイヂュインゴットの中心軸に沿って
直径３０ｍｍの孔あけ加工を行ってインサイチュ筒体を
作成し、このインサイチュ筒体に純Ｓｎの棒体を挿入し
て複合体を得、これを更に直径５０ｍｍになるまで縮径
して超電導素材を作製した。

次に残留抵抗値ＲＲＲが２００の無酸素銅からなる直径
５０ｍｍの棒体を用意し、この棒体の周囲に肉厚２ｍｍ
のＴａからなる拡散防止管を被せ、スウヱージング装置
により、外径３０ｍｍに縮径して安定化素材を得た。

次いで前記超電導素材の外周に前記安定化素材を８本配
し、全体を外径１３５　ｍｍ、内径１１５ｍｍのＣｕ−
６％Ｓｎ合金からなる管体内に挿入し、適宜中間焼鈍処
理を施しなから冷間加工により縮径して外径０．３ｍｍ
の素線を得た。

そして前記素線を６００℃で２００時間加熱する熱処理
を施してＳｎを拡散させ、Ｎ　ｂ３Ｓ　ｎ超電導金属間
化合物のフィラメントを生成させて超電導線を製造した
。

このようにして製造された超電導線は、安定化銅部分を
分割構造にしていない超電導線に比較して交流損失を数
分の−に低減することができた。

「発明の効果」 以上説明したように本発明は、周方向に３つ以上に分割
した分割型の安定化導体を具備し、安定化導体の内部に
超電導部を設けているので交流用として使用した場合、
交流損失を低減することができる。しかも超電導部は機
械加工性に優れるインサイチュ筒体からなるので、縮径
加工が容易であり、超電導線に機械歪が加わった場合で
も超電導特性の劣化が少ない特徴がある。また、安定化
導体を高融点金属の被覆層で覆った構造の安定化導体部
で超電導部を覆った構造を採用しているので、拡散熱処
理時に安定化導体が拡散元素で汚染されることが防止さ
れ、更に、高融点で高電気抵抗の被覆層により囲まれて
安定化導体の結合損失も低減した構造となっているので
、この発明の超電導線は臨界電流密度が高く交流用とし
て優れた特徴がある。更に、超電導部の外側に純銅製の
安定化導体と金属層が配されているので機械的に強く、
かつ、コンパクトな構造となっている。従ってこの発明
の超電導線は超電導発電機の界磁巻線なとの交流用超電
導線として極めて優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）はこの発明の超電導線の一実施例を示す断
面図、第１図（Ｉ３）ないし第１図（、■）は、本発明
の超電導線を製造する方法の一例を説明するたｙ）のも
ので、第１図（Ｂ）はインサイヂュインゴソ）・の横断
面図、第１図（Ｃ）はインサイチュ筒体の横断面図、第
１図（Ｄ）は複合体の横断面図、第１図（Ｅ）は超電導
素材の横断面図、第１図（Ｆ）は安定化母材を示す断面
図、第１図（Ｇ）は１次複合体を示す横断面図、第１図
（１−１）は安定化素材の断面図、第１図（１）は２次
複合体の横断面図、第１図（、■）は索線の断面図、第
２図は本発明の超電導素線を用いて構成された超電導索
線の斜視図、第３図は本発明の超電導線を用いて構成さ
れた超電導線の斜視図、第４図は従来の化合物系超電導
線の構造例を示す断面図である。 Ｂ・超電導線、Ｃ，Ｄ・・・超電導撚線、５・・・超電
導部、６・・安定化導体部、６ａ・・安定化導体、６ｂ
・・被覆層、７・・・金属層、８・インサイヂコインゴ
ット、 ９・・・インサイチュ筒体、ｌＯ・・・Ｓｎロット、１
２・・超電導素材、１６・安定化素材、２２・・・素線
、３０・・線材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 繊維状の化合物超電導フィラメントを金属基地の内部に
   分散してなる芯部と、この芯部を囲んで設けられた安定
   化導体部とこの安定化導体部を囲んで設けられた金属層
   を具備してなり、前記安定化導体部は、安定化導体部を
   周回りに３つ以上に分割して構成される純銅製の安定化
   導体と、これらの安定化導体の個々の周面を覆い、各安
   定化導体を区分した高融点の高抵抗金属の被覆層とから
   なることを特徴とする化合物系超電導線。