JPH0338890A - 超電導利用機器 - Google Patents
超電導利用機器Info
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- JPH0338890A JPH0338890A JP1175273A JP17527389A JPH0338890A JP H0338890 A JPH0338890 A JP H0338890A JP 1175273 A JP1175273 A JP 1175273A JP 17527389 A JP17527389 A JP 17527389A JP H0338890 A JPH0338890 A JP H0338890A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/04—Cooling
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- Power Engineering (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
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。
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）
本発明は超電導体を応用した機器、例えば電力機器、運
送機器、動力機器、高エネルギー機器、電子機器などに
関するものである。
送機器、動力機器、高エネルギー機器、電子機器などに
関するものである。
（従来の技術）
従来、Ｎ ｂ Ｔ ｉ 、 Ｎ ｂ Ｚ ｒ 、 Ｎ
ｂ ：ｌ Ｓ ｕ、Ｖ３Ｇａ、Ｎｂ３ （ＧｅＡｌ
、Ｎｂ、Ｐｂ、Ｐｂ−Ｂ１等を用いた金属系の超電導体
を、液体ヘリウム（Ｌ −Ｈｅ ）により冷却された機
器内に収納した超電導体利用機器が開発され、実用化さ
れてきた。
ｂ ：ｌ Ｓ ｕ、Ｖ３Ｇａ、Ｎｂ３ （ＧｅＡｌ
、Ｎｂ、Ｐｂ、Ｐｂ−Ｂ１等を用いた金属系の超電導体
を、液体ヘリウム（Ｌ −Ｈｅ ）により冷却された機
器内に収納した超電導体利用機器が開発され、実用化さ
れてきた。
その応用分野としては電カケープル、通信同軸ケーブル
などのエネルギー・信号電送路、モータ、発電機などの
回転機器、変圧器、ＳＭＥＳ（電力貯蔵袋１ξ）、加速
器、磁気浮上列車、電磁推進船、磁気分離器等のマグネ
ット応用機器、磁気シールド、電子回路や素子、センサ
ーなどが挙げられる。
などのエネルギー・信号電送路、モータ、発電機などの
回転機器、変圧器、ＳＭＥＳ（電力貯蔵袋１ξ）、加速
器、磁気浮上列車、電磁推進船、磁気分離器等のマグネ
ット応用機器、磁気シールド、電子回路や素子、センサ
ーなどが挙げられる。
これらは多くの場合、単一の超電導体が利用されている
が、小型マグネットの一部にＮｂＴｉとＮ ｂ ：ｌ
Ｓ ｎやＶ ３ Ｇ ａの２種の超電導体を用い、しか
も臨界磁場の高い後者を高磁場側に配したハイブリット
マグネットがある。
が、小型マグネットの一部にＮｂＴｉとＮ ｂ ：ｌ
Ｓ ｎやＶ ３ Ｇ ａの２種の超電導体を用い、しか
も臨界磁場の高い後者を高磁場側に配したハイブリット
マグネットがある。
（発明が解決しようとする課題）
従来の超電導利用機器は次のような問題があった。
■、超電導利用機器は高電流密度で大電流を使用し月つ
電気抵抗零又は永久電流モードで運転できるので、機器
の小型化と省エネルギー化に大きく貢献すると期待され
る。しかし、１．、− ［（ｅを用いた極低温を必須条
件とするため機器が複雑化すると共に小型化が困難であ
り、経済的効果が大きく低減するため利用分野が限定さ
れている。このため、より一層小型化し、高性能化する
と共に新機能を付与した機器の実現が望まれている１、
ちなみに、小型化すれば熱流入面積を小さくすることが
出来るので冷凍容量が指数関数的に減少すると期待され
る。
電気抵抗零又は永久電流モードで運転できるので、機器
の小型化と省エネルギー化に大きく貢献すると期待され
る。しかし、１．、− ［（ｅを用いた極低温を必須条
件とするため機器が複雑化すると共に小型化が困難であ
り、経済的効果が大きく低減するため利用分野が限定さ
れている。このため、より一層小型化し、高性能化する
と共に新機能を付与した機器の実現が望まれている１、
ちなみに、小型化すれば熱流入面積を小さくすることが
出来るので冷凍容量が指数関数的に減少すると期待され
る。
■ 近年、ｌ−−Ｈｅに代わって液体窒素（ＬＮ）など
の安価な高温冷却条件で利用できるセラミックス系超電
導体が開発されている。その主なちのとしてＬ ｎ Ｂ
ａ ２ Ｃｕ ３０７ （１−ｎ ： Ｙなどのレア
ーアース元素、Ｔｃ９Ｏ−９５Ｋ）、Ｂｉｚ ５ｒ２Ｃ
ａ＋ Ｃｕ２０ｓ、Ｂｉ２Ｓｒ。
の安価な高温冷却条件で利用できるセラミックス系超電
導体が開発されている。その主なちのとしてＬ ｎ Ｂ
ａ ２ Ｃｕ ３０７ （１−ｎ ： Ｙなどのレア
ーアース元素、Ｔｃ９Ｏ−９５Ｋ）、Ｂｉｚ ５ｒ２Ｃ
ａ＋ Ｃｕ２０ｓ、Ｂｉ２Ｓｒ。
Ｃａ ２ Ｃｕ ：＋ Ｏ＋ｏＷのＢ ｉ系（’Ｉ’
Ｃ８０〜１１０Ｋ）、’１’Ｑ、ＢＥ１．Ｃａ、Ｃｕ：
＋ ０１ｏ、−１’ ９Ｂ ａ ２ ＣＦｓ Ｃ１」２
０ａ、ｇなどの１−ｆｆ系（Ｔｃ９０１２５Ｋ）が挙げ
られている。
Ｃ８０〜１１０Ｋ）、’１’Ｑ、ＢＥ１．Ｃａ、Ｃｕ：
＋ ０１ｏ、−１’ ９Ｂ ａ ２ ＣＦｓ Ｃ１」２
０ａ、ｇなどの１−ｆｆ系（Ｔｃ９０１２５Ｋ）が挙げ
られている。
しかしこれらのセラミックス系超電導体は前記金属系超
電導体に対比して超電導電流のキャリヤー密度がＩ／Ｉ
Ｏ−ｊ／］ ００以上も低いため、粒界障壁が大きく
、またコヒーレンス長が短い等のため、工業的機器に利
用できる大きな電流密度が得られていない。特に高温特
有の熱ゆらぎがフラックスクリープなどの現象のため、
超電導を安定して利用できるまでに至っていない。
電導体に対比して超電導電流のキャリヤー密度がＩ／Ｉ
Ｏ−ｊ／］ ００以上も低いため、粒界障壁が大きく
、またコヒーレンス長が短い等のため、工業的機器に利
用できる大きな電流密度が得られていない。特に高温特
有の熱ゆらぎがフラックスクリープなどの現象のため、
超電導を安定して利用できるまでに至っていない。
（発明の目的）
本発明の目的は金属系超電導体とセラミックス系超電導
体の特徴と限界に着目し、両者を組み合わせることシこ
より両者の特性を活用して、高性能化、小型 軽量化の
可能な超電導利用機器を実現することにある。
体の特徴と限界に着目し、両者を組み合わせることシこ
より両者の特性を活用して、高性能化、小型 軽量化の
可能な超電導利用機器を実現することにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明のうち請求項第１の超電導利用機器は、セラミッ
クス系超電導体１が金属系超電導体２よりも高田場削に
位置するように同一クライオスタット３内に配置されて
なることを特徴とするものである。
クス系超電導体１が金属系超電導体２よりも高田場削に
位置するように同一クライオスタット３内に配置されて
なることを特徴とするものである。
本発明のうち請求項第２の超電導利用機器は、請求項第
１におけるセラミックス系超電導体１と金属系超電導体
２とが電気的に直列接続されているか又は独立している
ことを特徴とするものである。
１におけるセラミックス系超電導体１と金属系超電導体
２とが電気的に直列接続されているか又は独立している
ことを特徴とするものである。
本発明における金属系超電導体２、セラミックス系超電
導体Ｉとしては前記したものを使用することができ、後
者は前者より高いＴｃを有する。
導体Ｉとしては前記したものを使用することができ、後
者は前者より高いＴｃを有する。
本発明におけるクライオスタット３は金属系超電導体２
のＴｃに合わせて冷却されるので、多くはＬ−Ｈｅの温
度にある。従ってＴｃの高いセラミックス系超電導体ｌ
にとっては適冷状態で使用される。
のＴｃに合わせて冷却されるので、多くはＬ−Ｈｅの温
度にある。従ってＴｃの高いセラミックス系超電導体ｌ
にとっては適冷状態で使用される。
セラミックス系超電導体１と金属系超電導体２は電気的
に直列接続される場合もあり、独立の場合ちある。
に直列接続される場合もあり、独立の場合ちある。
（発明の作用）
金属系超電導体２体２は高磁場中で著しくＪｃヤ電流容
量が制限される。例えば４．２にでＮ ｂ Ｔ’ ｉで
８Ｔ（テスラ）、Ｎｂ５Ｓｎ、Ｖ：＋Ｇａで１５′ｒ前
後である。
量が制限される。例えば４．２にでＮ ｂ Ｔ’ ｉで
８Ｔ（テスラ）、Ｎｂ５Ｓｎ、Ｖ：＋Ｇａで１５′ｒ前
後である。
本発明者はセラミックス系超電導体１をその異方性に着
［］シて結晶配向した導体とするとき、４．２にで２０
Ｔ以上でも、即ち２０〜４０Ｔで金属系超電導体２に匹
敵するか又はそれに近いＪｃが得らるが、２０Ｔ以下に
おいてはＪ ｃが改善されないことを知見した。この特
徴は金属系超電導体２の例に対比して特異である。それ
は前記キャリヤ、密度の低さなどに起因するものと推測
される。
［］シて結晶配向した導体とするとき、４．２にで２０
Ｔ以上でも、即ち２０〜４０Ｔで金属系超電導体２に匹
敵するか又はそれに近いＪｃが得らるが、２０Ｔ以下に
おいてはＪ ｃが改善されないことを知見した。この特
徴は金属系超電導体２の例に対比して特異である。それ
は前記キャリヤ、密度の低さなどに起因するものと推測
される。
従って、低磁場域を金属系超電導体２とし、高磁場域を
セラミックス系超電導体］とする本発明の超電導利用機
器では、Ｊｃを最も高めた設計が可能となる。
セラミックス系超電導体］とする本発明の超電導利用機
器では、Ｊｃを最も高めた設計が可能となる。
（実施例１）
第１図は本発明の超電導利用機器の一つであるマグネッ
トの縦断側面概略図である。
トの縦断側面概略図である。
これはＬ−Ｉ−１ｅ冷却のクライオスタット３内に金属
系超電導体２によるソレノイドコイル５と、セラミック
ス系超電導体１によるセラミックスコイル６とが配置さ
れ、これらが図示されていない励磁電源により励磁され
てマグネットとなるちのである。
系超電導体２によるソレノイドコイル５と、セラミック
ス系超電導体１によるセラミックスコイル６とが配置さ
れ、これらが図示されていない励磁電源により励磁され
てマグネットとなるちのである。
前記ソレノイドコイル５はＮｂ、Ｓｎ叉はＮ ｂ Ｔ’
ｉとＮｂ ３ Ｓｎとのハイブリッドコイルである。
ｉとＮｂ ３ Ｓｎとのハイブリッドコイルである。
０１１記セラミツクスコイル６は金属外皮に収納され、
結晶Ｃ軸が緯経方向に配位したＢ ｉ系の超電導体線材
テープからなる。
結晶Ｃ軸が緯経方向に配位したＢ ｉ系の超電導体線材
テープからなる。
前記両コイル５．６は別々の励磁電源に接続してもよく
、電源を節約するために直列接続して兵通の励磁電源に
接続してもよい。
、電源を節約するために直列接続して兵通の励磁電源に
接続してもよい。
第１図のマグネットでは２０Ｔ以」−の磁場がコイル空
間４に発Ｉトする。
間４に発Ｉトする。
マグネットの電磁気作用は発生磁場に比例するので、本
発明のマグネットで従来のマグネットと同一の電磁気作
用を得るには、本発明のマグネットを従来のマグネット
に比して大幅に小型化することができ、逆に、本発明の
マグネットが従来のマグネットと同一サイズの場合は、
従来のマグネットより６大きな電磁気作用を得ることが
できるので、従来のマグネットで実用化できない分野で
の実用化が可能になる。いずれにしてｔＬ−Ｈｅにより
冷却する場合の経済的負担に勝る超電導応用が可能とな
る。
発明のマグネットで従来のマグネットと同一の電磁気作
用を得るには、本発明のマグネットを従来のマグネット
に比して大幅に小型化することができ、逆に、本発明の
マグネットが従来のマグネットと同一サイズの場合は、
従来のマグネットより６大きな電磁気作用を得ることが
できるので、従来のマグネットで実用化できない分野で
の実用化が可能になる。いずれにしてｔＬ−Ｈｅにより
冷却する場合の経済的負担に勝る超電導応用が可能とな
る。
なお、第１図におけるソレノイドコイル５、セラミック
スコイル６には、図示されていないが、実際には電源に
接続されるリード線や電極などのリード部が設けられて
いる。
スコイル６には、図示されていないが、実際には電源に
接続されるリード線や電極などのリード部が設けられて
いる。
（実施例２）
第２図は本発明の超電導利用機器の一つである磁気シー
ルドの側断面概略図である。
ルドの側断面概略図である。
これは電磁推進船や加速器などの高磁場発生マグネット
７の電磁気の外界への悪影響を防止するために、Ｌ−Ｈ
ｅにより冷却されたクライオスタット３内にセラミック
ス系超電導体１によるシルト体８と、金属系超電導体２
によるシールド体９とが重ねて配置されているものであ
る。この場合、セラミックス系超電導体１によるシール
ド体８が高磁場側、即ち高磁場発生マグネット７側に配
置しである。これにより同シールド体８が高磁場発生マ
グネット７の発生磁気の大部分をシールドし、自身のト
ラップ磁場等の電磁気は前記シルト体９がシールドする
ようにしである。
７の電磁気の外界への悪影響を防止するために、Ｌ−Ｈ
ｅにより冷却されたクライオスタット３内にセラミック
ス系超電導体１によるシルト体８と、金属系超電導体２
によるシールド体９とが重ねて配置されているものであ
る。この場合、セラミックス系超電導体１によるシール
ド体８が高磁場側、即ち高磁場発生マグネット７側に配
置しである。これにより同シールド体８が高磁場発生マ
グネット７の発生磁気の大部分をシールドし、自身のト
ラップ磁場等の電磁気は前記シルト体９がシールドする
ようにしである。
史にシールド作用は高磁場下の遮＠電流に起因するので
、セラミックス系超電導体ｊによるシルト体８を用いる
ことにより、強磁場シールド体の厚さを薄くして小型化
、軽量化することができる。
、セラミックス系超電導体ｊによるシルト体８を用いる
ことにより、強磁場シールド体の厚さを薄くして小型化
、軽量化することができる。
（旦しセラミックス系超電導体１はセラミックス特有の
粒界や内部欠陥を有し、これにトラップされる磁束によ
り完全なシールドは容易でないため、弱磁場域は金属系
に分担させることが有効である。
粒界や内部欠陥を有し、これにトラップされる磁束によ
り完全なシールドは容易でないため、弱磁場域は金属系
に分担させることが有効である。
また、この実施例において金属系超電導体２はＮｂ、Ｎ
ｂＴｊであり、セラミックス系超電導体１はセラミック
スまたは金属基体上に形成したＢｉまたはＴＲ系の膜状
体である。
ｂＴｊであり、セラミックス系超電導体１はセラミック
スまたは金属基体上に形成したＢｉまたはＴＲ系の膜状
体である。
なお、第２図における高磁場発生マグネット７には、図
示されていないが、実際には電源に接続されるリード線
や電極などのリード部が設けられている。
示されていないが、実際には電源に接続されるリード線
や電極などのリード部が設けられている。
（実施例３）
第３図は強磁場発生マグネット１０から外部に電流リー
ド部を導出した場合の概略図である。
ド部を導出した場合の概略図である。
第３同の１はセラミックス系超電導体、２はＮｂＴｉ、
Ｎｂなどの金属系超電導体であり、これらはＬ −ｆ（
ｅにより冷却されるクライオスタット３内に収納されて
いる。この場合もセラミックス系超電導体Ｉが高磁場側
、即ち強磁場発生マグネット１０側に配置しである。
Ｎｂなどの金属系超電導体であり、これらはＬ −ｆ（
ｅにより冷却されるクライオスタット３内に収納されて
いる。この場合もセラミックス系超電導体Ｉが高磁場側
、即ち強磁場発生マグネット１０側に配置しである。
金属系電導体２は磁場においてクエンチを起こし易いの
で、Ｃｕ、Ａｌｌなどで複合して安定化するが、低磁場
ではその必要量が大幅に減るので小型化するのに便利で
ある。
で、Ｃｕ、Ａｌｌなどで複合して安定化するが、低磁場
ではその必要量が大幅に減るので小型化するのに便利で
ある。
なお、第３図の１１はリード線等のリード部である。
（発明の効果）
本発明の超電導利用機器では、セラミックス系超電導体
１と金属系超電導体２とが組合わされて使用され、しか
も高磁場域にセラミックス系超電導体１が、低磁場域に
金属系超電導体２が配置されるので、Ｊｃの高い超電導
利用機器となり、同機器が高性能になる。従って超電導
利用機器を小型・軽量化することが可能となり、それら
の工業的利用がより一層有利になる。
１と金属系超電導体２とが組合わされて使用され、しか
も高磁場域にセラミックス系超電導体１が、低磁場域に
金属系超電導体２が配置されるので、Ｊｃの高い超電導
利用機器となり、同機器が高性能になる。従って超電導
利用機器を小型・軽量化することが可能となり、それら
の工業的利用がより一層有利になる。
第１図〜第３図は本発明の超電導利用機器の異なる実施
例の説明図である。 ｌはセラミックス系超電導体 ２は金属系超電導体 ３はタライオスタット
例の説明図である。 ｌはセラミックス系超電導体 ２は金属系超電導体 ３はタライオスタット
Claims (2)
- （１）セラミックス系超電導体１が金属系超電導体２よ
りも高磁場側に位置するように同一クライオスタット３
内に配置されてなることを特徴とする超電導利用機器。 - （２）請求項第１におけるセラミックス系超電導体１と
金属系超電導体２とが電気接続されているか又は独立し
ていることを特徴とする超電導利用機器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1175273A JP2726499B2 (ja) | 1989-07-06 | 1989-07-06 | 超電導利用機器 |
| US07/545,469 US5138383A (en) | 1989-07-06 | 1990-06-28 | Apparatus for using superconductivity |
| DE69008945T DE69008945T3 (de) | 1989-07-06 | 1990-07-05 | Gerät für die Anwendung von Supraleitfähigkeit. |
| EP90112859A EP0406862B2 (en) | 1989-07-06 | 1990-07-05 | Apparatus for using superconductivity |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1175273A JP2726499B2 (ja) | 1989-07-06 | 1989-07-06 | 超電導利用機器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0338890A true JPH0338890A (ja) | 1991-02-19 |
| JP2726499B2 JP2726499B2 (ja) | 1998-03-11 |
Family
ID=15993259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1175273A Expired - Lifetime JP2726499B2 (ja) | 1989-07-06 | 1989-07-06 | 超電導利用機器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5138383A (ja) |
| EP (1) | EP0406862B2 (ja) |
| JP (1) | JP2726499B2 (ja) |
| DE (1) | DE69008945T3 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020515036A (ja) * | 2016-12-21 | 2020-05-21 | トカマク エナジー リミテッド | 超伝導磁石におけるクエンチ保護 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5126319A (en) * | 1990-10-16 | 1992-06-30 | Mihir Sen | Magnetic material having superconductive properties at room temperature and a method of preparation of the same |
| US5187327A (en) * | 1989-09-29 | 1993-02-16 | Mitsui Kinzoku Kogyo Kabushiki Kaisha | Superconducting magnetic shield |
| FR2678432B1 (fr) * | 1991-06-27 | 1993-09-03 | Alsthom Gec | Procede de liaison entre une ceramique supraconductrice a haute temperature critique et un conducteur supraconducteur a base de niobium-titane. |
| DE4203524A1 (de) * | 1992-02-07 | 1993-08-12 | Vacuumschmelze Gmbh | Traegerkoerper fuer supraleitende spulen |
| US5596303A (en) * | 1993-02-22 | 1997-01-21 | Akguen Ali | Superconductive magnet system with low and high temperature superconductors |
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