JPH0377607B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超電導撚線に関し、特に、産業用周
波数で作動することができ、毎秒1000テスラの磁
気誘導変化まで超電導状態を発揮し得る超電導多
線撚線の構造に関する。

［従来の技術］ 一般に、超電導撚線は、放射熱を排出し且つ局
部的温度上昇により超電導状態を失つた超電導線
領域の分路を構成する非超電導金属安定化マトリ
クスの中心に集合された超電導線から構成されて
いる。仏国特許公開明細書第2005492号は、銅ニ
ツケスマトリクスに封入されたニオブチタン合金
超電導線から構成される超電導撚線を開示してい
る。

前述の超導導撚線は、磁気誘導の緩慢な変化に
伴ない不安定になり、理論的に耐えるべき値より
著しく低い電流密度で使用しなければならなくな
る。撚線の性能を改良するために、超電導線の厚
さを10から50μｍ程度まで減少させ、線を撚合わ
せることにより超電導撚線の可変的損失を減少さ
せること、及び線間の磁化電流の流れに対抗すべ
くマトリクスの横断方向電気抵抗率を増加させる
ための素子と、熱の効果的排出と超電導状態を失
つた線領域の良好な分流とを確保すべく長手方向
の熱伝導率及び電気伝導率を増加させるための素
子との２素子を用いて安定化マトリクスを形成す
ることにより安定化マトリクスの効率を改良する
ことが提案されている。上記明細書中に開示され
た超電導撚線は、毎秒約0.1から10テスラの磁気
誘導変化に耐えることができ、超電導線は高電気
抵抗率の銅ニツケル合金層でそれぞれ被覆された
後、高電気伝導率の純銅マトリクスに封入される
か、又はソリツド銅シースに包囲された高電気抵
抗率の銅ニツケル合金のマトリクスに封入され
る。直径約0.25mmのこれらの撚線は、絶縁エナメ
ルが塗布された後、大電流の搬送が可能な超電導
線を構成すべく相互に撚合わされる。

［発明が解決しようとする課題］ これらの超電導撚線は改良された性能を有する
が、産業用周波数で生じる磁気誘導変化には耐え
得ない。

特に50〜60Hzの産業用周波数で作動することが
でき、及び毎秒1000テスラ以上の程度の非常に高
速の磁気変化に耐え得る超電導性導体を製造する
には、磁気変化に対する安定性が極めて良好であ
り熱損失の極め小さい安定化マトリクスに超電導
線構造を封入する必要がある。

磁気変化に対する安定性は、一般に、巻線とし
て使用する時、超電導体の常態遷移時に撚線を保
護し得、また撚線中に発生した撚を除去し得る電
気伝導率及び熱伝導率の高い一般金属ゾーンを、
安定化マトリクスに形成することにより得られ
る。

熱損失を減少させるために、既知の解決方法と
して、ヒステリシス損を減少させるべく超電導線
の直径を減少させる方法、及び線間の誘導電流、
従つてこの電流が安定化マトリクスにもたらす熱
損失を減少させるべく超電導線を撚合わせ又は撚
架する方法がある。

これらの方法以外に、長手方向線アセンブリに
おける常態遷移時の撚線の磁気安定性及び保護を
確保するゾーンの誘導電流を減少させるべく、こ
のゾーンの一般金属を高電気抵抗率の合金隔壁で
分割する方法がある。

超電導線の撚合わせピツチは製造条件に応じて
多かれ少なかれ撚線の直径に関係しており、ピツ
チの減少は撚線の直径の減少を意味する。従つ
て、小さい撚合わせピツチを得るために、非常に
小直径の撚線を絶縁し、大電流の搬送能力を有す
る導体を構成すべく相互に撚合わせる方法が用い
られている。この場合、撚線間を絶縁層の厚さが
厚くなり、導体の有効断面積が相対的に減少しそ
のため電流密度が導体に搬送される全電流を下回
ることのないようにする必要がある。

本発明の目的は、50〜60Hzの産業要周波数で作
動することができ、及び毎秒1000テスラ以上程度
の非常に拘束の磁気変化に耐え得る超電導撚線を
提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、前記目的は、高電気抵抗率合
金の安定化マトリクスに封入された超電導多心線
を有する超電導体と、超電導体と同軸的に配設さ
れており、電気伝導率及び熱伝導率が高い少なく
とも１個の導体を有する部分の複数に高電気抵抗
率の隔壁により仕切られた高電気伝導率導体と、
超電導体及び高電気伝導率導体を包囲する粉末絶
縁層と、粉末絶縁層を包囲する高電気抵抗率の金
属外装とを備える超電導撚線によつて達成され
る。

［作用］ 本発明の超電導撚線においては、超電導体及び
高電気伝導率導体が各々高電気抵抗率合金又は高
電気抵抗率の隔壁により仕切られており、粉末絶
縁層が、超電導体及び高電気伝導率導体を包囲し
ており、高電気抵抗率の金属外装が、粉末絶縁層
を包囲しているが故に、撚線内及び撚線間に磁気
変化に基づいて発生する誘導電流を減少させるこ
とができ、ジユール熱による損失の減少及び超電
導状態の安定化を達成できる。

また、本発明の超電導撚線においては、電気伝
導率及び熱伝導率が高い、高電気伝導率導体を超
電導体と同軸的に配設するが故に、撚線内に発生
した熱の効果的排出と超電導状態を失つた超電導
の良好な分流とを確保する領域を形成し得、磁気
変化に対し極めて良好な超電導撚線の安定性が得
られる。

その結果、本発明の超電導撚線は、50〜60Hzの
産業用周波数で作動することができ、及び毎秒
1000テスラ以上程度の非常に高速の磁気変化に耐
えることができ、交流発電機の固定子、モータ、
変圧器等、新たな産業分野に超電導撚線を適用す
ることができる。

［実施例］ 以下、本発明を図面に示す好ましい実施例を用
いて詳述する。

第１図は、本発明の超電導撚線の１実施例の構
造を示している。この構造は、 高電気抵抗率の銅ニツケル合金隔壁１２により
断面六角形状の37本に分割された高電気伝導率の
純銅線１１から構成されており、長手方向に関す
る電気伝導率及び熱伝導率が高く、横断方向に関
する電気抵抗率が高い高電気伝導率導体としての
中央部分１０と、 高電気抵抗率の銅ニツケル合金隔壁により相互
に分離されており、且つ中央部分１０の銅線１１
と同一寸法の断面六角形状の84本の束１５（各束
１５自体は銅ニツケル合金に被覆された121本の
超電導線から成る121個の断面六角形状の群のア
センブリから構成されている。）として中央部分
１０の周囲に分配された1229844本の超電導線か
ら形成される超電導体としての同心環状の多線部
分１３と、 酸化物粉末の粉末絶縁層１６と銅ニツケル合金
の金属外装１７とから形成される、同心環状外側
部分と の３つの部分から構成されている。

尚、超電導体１３と粉末絶縁層１６との間には
複数の銅ニツケルロツド１８が充填される。

例えば各超電導線は、チタン46％を含むニオブ
チタン合金、及びニツケル30％を含む種々の銅ニ
ツケル合金から形成され得る。使用される銅は好
ましくはOFHCとして既知の酸素を含まない高電
導率の銅である。

本実施例の構造は以下の方法で得られる。

第１段階において、例えば直径60mmのニオブチ
タンブルームを、内径がこれよりやや大であり厚
さ30mmの銅ニツケル管に導入し、「第０層」を形
成する。極細線の製造を容易にするために、厚さ
数10mmのニオブシート又は管を銅ニツケル管とブ
ルームとの間に挿入してアセンブリを構成する。
このアセンブリを真空化し且つ密閉した後、500
から650℃の温度で繰出し、10mmの程度の六角形
の型に連続的に通過させることにより冷間引抜き
を行う。

第２段階として、第０層の121本の六角形ロツ
ドアセンブリを同じ寸法の銅ニツケル管に導入
し、「第１層」を形成する。銅ニツケル管の内壁
方向の空隙に銅ニツケルロツドを充填してアセン
ブリを構成し、次にこのアセンブリを真空化し且
つ密閉した後、500から650℃の温度で繰出し、10
mm程度の六角形の型に連続的に通過させることに
より冷間引抜きを行う。こうして、銅ニツケルマ
トリクス内に封入された121本のニオブチタン線
アセンブリから成るロツドを得る。

第３段階として、第１層から繰出された六角形
ロツドに第２段階と同じ処理を施し、「第２層」
を形成する。こうして、銅ニツケルに被覆された
14641本のニオブチタン線を包囲する10mmの程度
の六角形の型を有するロツドを形成し、第１図の
最終的撚線構造の超電導線束１３を引抜く。

第４段階として、例えば直径60mmのOFHC型の
純銅ブルームを内径がこれよりやや大であり厚さ
15mmの銅ニツケル管に導入し、「第2′層」を形成
してアセンブリを構成する。次にこのアセンブリ
を真空化し且つ密閉し、500から、650℃の温度で
繰出し、10mm程度の六角形の型に連続的に通過さ
せることにより冷間引抜きを行なう。

第５段階として、121本の六角形ロツドを銅ニ
ツケル管に導入し、このアセンブリから「第３
層」を形成する。ロツドの37本は銅ニツケルに被
覆された第2′層からの銅線であり、中央心線とし
て集合させられる。残りの84本のロツドは銅ニツ
ケルに被覆された第２層からのニオブチタン線か
ら構成されており、前者ロツドの周囲に配置され
る。

銅ニツケル管のロツドアセンブリとの間の空隙
に銅ニツケルロツド１８を充填する。次に、アセ
ンブリを真空化し、密閉後、500から650℃の温度
で繰出す。

第６段階として、第３層から繰出した棒状物を
例えば、場合によつては銅、又は青銅又は銅ニツ
ケル等の銅合金がドープされた酸化マグネシウム
又は酸化アルミニウム等の金属酸化物粉末の成型
により形成された管、及び銅ニツケル管で被覆す
る。次に直径がミリメートル未満、例えば0.8mm
の撚線が得られるまで連続的に型に通過させるこ
とにより全体の同時引抜きする。撚線の絶縁は、
厚さ数ミクロン程度の極薄層により確保され、そ
の結果導体断面積を相対的に増加でき全電流密度
を高く維持することができる。

従つて、超電導線の直径は0.35μｍ程度であり、
銅線の直径は0.06mm程度である。

撚線の製造段階中には、撚線の臨界電流密度を
高くするべく数種類の熱処理を行う。

第２図の超電導撚線の構造は、銅ニツケルによ
り相互に分離された超電導線の断面六角形状の85
本の束２５から構成される超電導体としての多線
部分２３が撚線の中心に配置されており、他方、
熱伝導率及び電気伝導率の高い高電気伝導率銅体
としての中央部分２０が、銅ニツケルで絶縁され
た断面六角形状の36本の導線２１から構成され、
多線部分２３の周囲に配置されているという点に
おいて、第１図の構造と異なつている。第１図の
場合と同様に、全体は酸化物粉末の粉末絶縁層２
６と銅ニツケル合金の金属外装２７とに包囲され
ている。

この構造は、第５段階で、所望の構造が得られ
るように銅ニツケル被覆六角形銅ロツドと多線六
角形ロツドとの相対配置を変更することにより、
第１図の構造と同様の方法で形成される。

本発明の枠から逸脱することなく特定の配置の
変更、又は特定の手段を等価手段に替えることが
可能である。

特に、ニオブ−チタンをニオブ−錫に替えても
よい。この場合、撚線の製造は以下の点で第１図
の場合と異なる。

第１段階では、ニオブブルームを青銅マトリク
スに導入し、「第０層」を形成する。青銅Cu−Sn
の錫含有量は錫の銅溶解度の限界値に最大限に近
付ける。

第２、第３及び第５段階ては、銅ニツケルを青
銅合金に替える。

第４段階では、OFCH型の純銅ブルームを青銅
管に導入し、「第２層」を形成する。純銅の良好
な導電率を維持するために、タンタルシート又は
管を純銅ブルームと管との間に挿入する。

第７段階では、超電導相Nb₃Snを形成すべく数
十時間撚線に多種類の処理を施す。

［本発明の効果］ 本発明によれば、50〜60Hzの産業用周波数で作
動することができ、毎秒1000テスラ以上程度の磁
気誘導変化に耐えることができる超電導撚線を提
供し得、交流発電機の固定子、モータ、変圧器
等、新たな産業分野で超電導撚線を適用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超電導撚線の１実施例の断面
図、第２図は本発明の超電導撚線の他の実施例の
断面図である。 １０……高電気伝導率導体、１１……銅線、１
２……隔壁、１３……超電導体、１６，２６……
粉末絶縁層、１７，２７……金属外装。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高電気抵抗率合金の安定化マトリクスに封入
   された超電導多心線を有する超電導体と、前記超
   電導体と同軸的に配設されており、電気伝導率及
   び熱伝導率が高い少なくとも１個の導体を有する
   部分の複数に高電気抵抗率の隔壁により仕切られ
   た高電気伝導率導体と、前記超電導体及び前記高
   電気伝導率導体を包囲する粉末絶縁層と、前記粉
   末絶縁層を包囲する高電気抵抗率の金属外装とを
   備える超電導撚線。 ２ 前記粉末絶縁層が、酸化マグネシウム及び酸
   化アルミニウムの群から選択された１つの材料で
   形成された特許請求の範囲第１項に記載の超電導
   撚線。 ３ 前記粉末絶縁層が、銅又は銅合金が添加され
   た酸化マグネシウムで形成された特許請求の範囲
   第１項に記載の超電導撚線。 ４ 前記銅合金が、青銅または銅ニツケルを含む
   特許請求の範囲第３項に記載の超電導撚線。 ５ 前記金属外装が、銅ニツケル合金で作られて
   いる特許請求の範囲第１項から第４項のいずれか
   一項に記載の超電導撚線。 ６ 前記高電気伝導率導体が、前記超電導体の内
   側に配置された特許請求の範囲第１項から第５項
   のいずれか一項に記載の超電導撚線。 ７ 前記高電気伝導率導体が、前記超電導体の外
   側に配置された特許請求の範囲第１項から第５項
   のいずれか一項に記載の超電導撚線。