JPH04127585A - 高温超電導導体の交流通電方法 - Google Patents
高温超電導導体の交流通電方法Info
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- JPH04127585A JPH04127585A JP2249546A JP24954690A JPH04127585A JP H04127585 A JPH04127585 A JP H04127585A JP 2249546 A JP2249546 A JP 2249546A JP 24954690 A JP24954690 A JP 24954690A JP H04127585 A JPH04127585 A JP H04127585A
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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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、変圧器等の交流電力Ｉｌ器に利用される高温
超電導導体に関する。
超電導導体に関する。
（従来の技術）
従来、金属系の低温超電導体を使用した交流用線材は、
臨界電流密度が大きいため、超電導しやへい電流のしス
テリシス効果に伴うヒステリシス損失が大きくなること
が知られている。そこで、この低温超電導体から成る線
材においては、細フィラメント化することにより交流損
失を低減することが行われる。しかし、超電導体を低温
状態に維持するため高価な液体ヘリウムを必要とするた
め、冷却コストがかかり過ぎ、実用化が難しい。
臨界電流密度が大きいため、超電導しやへい電流のしス
テリシス効果に伴うヒステリシス損失が大きくなること
が知られている。そこで、この低温超電導体から成る線
材においては、細フィラメント化することにより交流損
失を低減することが行われる。しかし、超電導体を低温
状態に維持するため高価な液体ヘリウムを必要とするた
め、冷却コストがかかり過ぎ、実用化が難しい。
そこで、最近では、冷却コストの安い液体窒素などで超
電導状態を得ることができるセラミック系の高温超電導
体が種々研究されてきており、これを使用して交流用線
材を得ることが考えられてきている。
電導状態を得ることができるセラミック系の高温超電導
体が種々研究されてきており、これを使用して交流用線
材を得ることが考えられてきている。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、高温超電導体は、現在のところセラミッ
クであるため、上記金属系の低温超電導体とは異なり、
細フィラメント化することが困難である。このため、高
温超電導体により交流用線材を得ることが困難であった
。
クであるため、上記金属系の低温超電導体とは異なり、
細フィラメント化することが困難である。このため、高
温超電導体により交流用線材を得ることが困難であった
。
本発明は、高温超電導体により交流用線材を得ることを
可能とした交流用高温超電導導体を提供することを目的
とするものである。
可能とした交流用高温超電導導体を提供することを目的
とするものである。
（課題を解決するための手段）
交流用超電導導体を使用する場合に問題となるしステリ
シス損失は、一般に細フィラメント化によって低減され
るが、セラミック系の高温超電導体の場合には細フィラ
メント化が困難である。細フィラメント化せずにヒスチ
クシス損失を小さくするためには、臨界電流密度を零に
すればよいが、このとき電流は抵抗零で流れず、フラッ
クス・フロー状態となってフラックス・フロー抵抗が生
じる。即ち超電導状態ではあるが抵抗は生じている状態
である。しかしながら、このフラックス・フロー抵抗に
よる損失が、上記しステリシス損失より小さくなれば、
金属系の低温超電導体で細フィラメント化した導体より
も交流損失が小さくなることに本発明者等は着目し、本
発明を完成するに至った。
シス損失は、一般に細フィラメント化によって低減され
るが、セラミック系の高温超電導体の場合には細フィラ
メント化が困難である。細フィラメント化せずにヒスチ
クシス損失を小さくするためには、臨界電流密度を零に
すればよいが、このとき電流は抵抗零で流れず、フラッ
クス・フロー状態となってフラックス・フロー抵抗が生
じる。即ち超電導状態ではあるが抵抗は生じている状態
である。しかしながら、このフラックス・フロー抵抗に
よる損失が、上記しステリシス損失より小さくなれば、
金属系の低温超電導体で細フィラメント化した導体より
も交流損失が小さくなることに本発明者等は着目し、本
発明を完成するに至った。
即ち、上述の目的を達成するため、本発明の交流用高温
超電導導体は、臨界電流密度が極めて低い高温超電導体
に下部臨界磁場以上の磁場をかけてフラックス・フロー
状態に維持して交流電流を流すようにしている。更に好
ましくは、臨界電流密度が極めて低い高温超電導体に下
部臨界磁場以上の磁場が結晶軸のａ軸に垂直な方向から
かかるようにし、交流電流を結晶のａｂ層面内流すよう
にしている。
超電導導体は、臨界電流密度が極めて低い高温超電導体
に下部臨界磁場以上の磁場をかけてフラックス・フロー
状態に維持して交流電流を流すようにしている。更に好
ましくは、臨界電流密度が極めて低い高温超電導体に下
部臨界磁場以上の磁場が結晶軸のａ軸に垂直な方向から
かかるようにし、交流電流を結晶のａｂ層面内流すよう
にしている。
（作用）
ところで、超電導体のフラックス・フロー抵抗は、上部
臨界磁場（トＩ ）に反比例することが知られている
。従来の低温超電導体では、上部臨界磁場（Ｈ）が約１
０（Ｔ）程度とあまり大きくなかったため、フラックス
・フロー抵抗もかなり大きくなりフラックス・フロー状
態での使用は考えられなかった。
臨界磁場（トＩ ）に反比例することが知られている
。従来の低温超電導体では、上部臨界磁場（Ｈ）が約１
０（Ｔ）程度とあまり大きくなかったため、フラックス
・フロー抵抗もかなり大きくなりフラックス・フロー状
態での使用は考えられなかった。
しかしながら、高温超電導体の場合、その結晶軸のａ軸
に垂直な方向から磁場がかかったときの臨界磁場（Ｈ）
が例えばＢ１−３ｒ−ＣａＣｕ −０系セラミツクの場
合、５００ＣＴ］以上と極めて大きくなるため、フラッ
クス・フロー抵抗は小さくなる。そこで、このフラック
ス・フロー状態で高温超電導体を使用することにより、
交流で低損失の使用を可能としている。
に垂直な方向から磁場がかかったときの臨界磁場（Ｈ）
が例えばＢ１−３ｒ−ＣａＣｕ −０系セラミツクの場
合、５００ＣＴ］以上と極めて大きくなるため、フラッ
クス・フロー抵抗は小さくなる。そこで、このフラック
ス・フロー状態で高温超電導体を使用することにより、
交流で低損失の使用を可能としている。
（実施例）
以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳細
に説明する。
に説明する。
現在知られている高温超電導体はすべて層状の結晶構造
をもっていて、この結晶ｍ造で層面に垂直な軸をａ軸、
層面内の二つの直交する軸をａ軸、ｂ軸としている。
をもっていて、この結晶ｍ造で層面に垂直な軸をａ軸、
層面内の二つの直交する軸をａ軸、ｂ軸としている。
このような高温超電導体の結晶軸のａ軸に垂直な方向か
ら磁場がかかったときには、上部臨界磁場（Ｈ）が例え
ばＢ１−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ０系セラミツクの場合、５０
０（Ｔ）以上と極めて大きくなるため、フラックス・フ
ロー抵抗は小さくなることが分かつている。
ら磁場がかかったときには、上部臨界磁場（Ｈ）が例え
ばＢ１−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ０系セラミツクの場合、５０
０（Ｔ）以上と極めて大きくなるため、フラックス・フ
ロー抵抗は小さくなることが分かつている。
そこで、本発明では、上記セラミックの高温超電導体を
溶融法等の方法でもって、均質で臨界電流密度が所定の
値、例えば、実用的には１０００（Ａ、／ｍ２）程度以
下の導体に梢成し、かつこのように構成した導体の結晶
軸のａ軸に垂直な方向から下部臨界磁場以上の磁場をか
けて使用することにより、小さなフラックス・フロー抵
抗での使用を可能にしている。臨界電流密度の著しく低
い超電導体を作製するには、ピン止めの非常に弱い超電
導体を作製する。例えば、超電導体中から格子欠陥や不
純物を除き、非常に均質で単結晶的な超電導体を作製す
れば臨界電流密度の極めて低い超電導体が得られる。臨
界電流重度は理想的には０であることが望ましいが、現
実にはそれは不可能であるので、可能な限り低く実用的
には１０００ Ａ ／ ｍ ２程度以下であれば安定な
フラックス・フロー状態が維持できる。また、高温超電
導体としては、特に限定を受けるものではないが、ビス
マス系高温超電導体（Ｂ １−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ −０
系セラミツクス）の使用がフラックス・フロー抵抗を小
さくする上で好ましい。
溶融法等の方法でもって、均質で臨界電流密度が所定の
値、例えば、実用的には１０００（Ａ、／ｍ２）程度以
下の導体に梢成し、かつこのように構成した導体の結晶
軸のａ軸に垂直な方向から下部臨界磁場以上の磁場をか
けて使用することにより、小さなフラックス・フロー抵
抗での使用を可能にしている。臨界電流密度の著しく低
い超電導体を作製するには、ピン止めの非常に弱い超電
導体を作製する。例えば、超電導体中から格子欠陥や不
純物を除き、非常に均質で単結晶的な超電導体を作製す
れば臨界電流密度の極めて低い超電導体が得られる。臨
界電流重度は理想的には０であることが望ましいが、現
実にはそれは不可能であるので、可能な限り低く実用的
には１０００ Ａ ／ ｍ ２程度以下であれば安定な
フラックス・フロー状態が維持できる。また、高温超電
導体としては、特に限定を受けるものではないが、ビス
マス系高温超電導体（Ｂ １−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ −０
系セラミツクス）の使用がフラックス・フロー抵抗を小
さくする上で好ましい。
第１図（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の線材の使用方法
の一例を示す図である。
の一例を示す図である。
第１図において、高温超電導線材１は上記セラミックの
高温超電導体を溶融法等の方法でもって、均質で臨界電
流密度が所定値以下に構成したものである。この高温超
電導線材１は、第１図（Ａ）に示すように、ボビン３に
巻回されている。このとき、高温超を導線材１は第１図
（Ｂ）において、図示矢印で示すように結晶軸のＣ軸が
コイルの中心軸０に対して垂直になるように巻回してい
る。
高温超電導体を溶融法等の方法でもって、均質で臨界電
流密度が所定値以下に構成したものである。この高温超
電導線材１は、第１図（Ａ）に示すように、ボビン３に
巻回されている。このとき、高温超を導線材１は第１図
（Ｂ）において、図示矢印で示すように結晶軸のＣ軸が
コイルの中心軸０に対して垂直になるように巻回してい
る。
このようにコイルを楕°成することにより、コイルの中
心Ｏに沿って、図示矢印φで示すような交流磁場が発生
し、高温超電導線材１の結晶軸のＣ軸に垂直な磁場が高
温超電導線材１に印加されることになる。
心Ｏに沿って、図示矢印φで示すような交流磁場が発生
し、高温超電導線材１の結晶軸のＣ軸に垂直な磁場が高
温超電導線材１に印加されることになる。
これにより、フラックス・フロー抵抗が小さくなり、こ
れが超電導じゃへい電流のヒステリシス効果に伴うしス
テリシス損失より小さくなるので、低損失化のための高
温超電導体の細フィラメント化が不要になる。
れが超電導じゃへい電流のヒステリシス効果に伴うしス
テリシス損失より小さくなるので、低損失化のための高
温超電導体の細フィラメント化が不要になる。
第１図に示す構成において、フラックス・フロー抵抗に
よる損失Ｗ、と、従来型の設計による導体の場合に発生
するヒステリシス損失Ｗｈを以下に比較してみる。
よる損失Ｗ、と、従来型の設計による導体の場合に発生
するヒステリシス損失Ｗｈを以下に比較してみる。
従来型の設計の場合の超電導線材において、臨界電流密
度をＪ Ｃ、フィラメントを一辺りの正方形とすると、 Ｗ、／Ｗｈ＝４πρ。Ｊ２／ （３πＨｆＪＤ） ・・・Ｉ Ｃ２（ と計算される。ここで、ｆは交流の周波数、ρ。
度をＪ Ｃ、フィラメントを一辺りの正方形とすると、 Ｗ、／Ｗｈ＝４πρ。Ｊ２／ （３πＨｆＪＤ） ・・・Ｉ Ｃ２（ と計算される。ここで、ｆは交流の周波数、ρ。
は超電導が完全に壊れたときの抵抗、Ｊはフラックス・
フロー状態の導体に流れる電流密度である。
フロー状態の導体に流れる電流密度である。
そして、臨界電流密度、Ｊｃとしては従来の金属系の超
電導体で典型的なｌ Ｏ５（Ａ／ｍ２）をとり、−辺Ｄ
′ｌ−０，Ｉ Ｃｍｍ）とした超電導線材を考える。
電導体で典型的なｌ Ｏ５（Ａ／ｍ２）をとり、−辺Ｄ
′ｌ−０，Ｉ Ｃｍｍ）とした超電導線材を考える。
一方、高温超電導体の超電導が完全に壊れたときの抵抗
ρ。の典型的な値をρ。−１０−’［Ω・ｍ〕とし、Ｈ
を５００［：Ｔ］として、上記第１式を計算する。
ρ。の典型的な値をρ。−１０−’［Ω・ｍ〕とし、Ｈ
を５００［：Ｔ］として、上記第１式を計算する。
この計算結果を第２図に示す。第２図は、横軸下方にＪ
（Ｘ １０８（Ａ／ｍ２ ） ）を、横軸上方にＪ／
Ｊ を、縦軸にＷｆ／Ｗｈをとったものである。
（Ｘ １０８（Ａ／ｍ２ ） ）を、横軸上方にＪ／
Ｊ を、縦軸にＷｆ／Ｗｈをとったものである。
第２図において、Ｗ ｔ ／ Ｗ ｈ ” １の直線よ
り下に出ている領域が、各周波数においてフラックス・
フロー抵抗Ｗｒの方が小さい領域である０例えば、４０
０［Ｈｚ〕でＩ Ｘ １０８［Ａ／ｍ２ ）を流して使
うときは、フラックス・フロー状態で使うときのフラッ
クス・フロー損失Ｗｔは、従来型の線材のヒステリシス
損失の約１０分の１になることがわかる。
り下に出ている領域が、各周波数においてフラックス・
フロー抵抗Ｗｒの方が小さい領域である０例えば、４０
０［Ｈｚ〕でＩ Ｘ １０８［Ａ／ｍ２ ）を流して使
うときは、フラックス・フロー状態で使うときのフラッ
クス・フロー損失Ｗｔは、従来型の線材のヒステリシス
損失の約１０分の１になることがわかる。
この結果より、本発明によれば、使用する周波数が高け
れば高いほど、フラックス・フロー状態での使用におい
て従来型の線材より有利になることが理解できる。した
がって、例えば航空機の中で使用される電源は４００Ｈ
ｚの交流が使われていることから、このような分野に応
用できる。また、現状の高温超電導体の場合、ピンニン
グセンターを導入し臨界電流密度を１０日 ［Ａ／ｍ２
）レベルまで上げ、同時に０．１ （ｍｍ２ ）オーダ
ーの細フィラメント化をはかるには長期にわたる研究を
重ねて開発することが必要であるが、本発明によれば現
状の高温超電導体を利用して比較的簡単に実用導体を作
成することが可能になる。更に、本発明の場合、フラッ
フ・スフローによる発熱を伴なうが、液体窒素は液体ヘ
リウムに較べて冷却コストが約１１５０と安いので、フ
ラックス・フロー損失による発熱が多少大きくても経済
的に引き合う。
れば高いほど、フラックス・フロー状態での使用におい
て従来型の線材より有利になることが理解できる。した
がって、例えば航空機の中で使用される電源は４００Ｈ
ｚの交流が使われていることから、このような分野に応
用できる。また、現状の高温超電導体の場合、ピンニン
グセンターを導入し臨界電流密度を１０日 ［Ａ／ｍ２
）レベルまで上げ、同時に０．１ （ｍｍ２ ）オーダ
ーの細フィラメント化をはかるには長期にわたる研究を
重ねて開発することが必要であるが、本発明によれば現
状の高温超電導体を利用して比較的簡単に実用導体を作
成することが可能になる。更に、本発明の場合、フラッ
フ・スフローによる発熱を伴なうが、液体窒素は液体ヘ
リウムに較べて冷却コストが約１１５０と安いので、フ
ラックス・フロー損失による発熱が多少大きくても経済
的に引き合う。
尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の一例ではある
がこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱し
ない範囲において種々変形実施可能である０例えば、上
記実施例では、Ｂ１−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系セラミツ
クの高温超電導体で説明したが、もちろん他の構成の高
温超電導体を使用してもよい。また、上記セラミックの
高温超電導体を溶融法等の方法で線材としたが、他の方
法によって線材としてもよい。
がこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱し
ない範囲において種々変形実施可能である０例えば、上
記実施例では、Ｂ１−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系セラミツ
クの高温超電導体で説明したが、もちろん他の構成の高
温超電導体を使用してもよい。また、上記セラミックの
高温超電導体を溶融法等の方法で線材としたが、他の方
法によって線材としてもよい。
（発明の効果）
以上の説明より明らかなように、本発明の高温超電導線
材は細線化をすることなく簡単に製作でき、ヒステリシ
ス損失・交流損失の少ない導体を得ることができる。し
がち、このＩＩ＃体は高周波での応用に特に好適である
という効果がある。
材は細線化をすることなく簡単に製作でき、ヒステリシ
ス損失・交流損失の少ない導体を得ることができる。し
がち、このＩＩ＃体は高周波での応用に特に好適である
という効果がある。
第１図（Ａ）及び第１図（Ｂ）は本発明の高温超電導導
体の使用状態の一例を示す斜視図及び縦断面図である。 第２図は本発明による高温超電導線材のＷ、／Ｗｈ
Ｊ特性図である。 １・・・高温超電導線材、 ３・・・ボビン、 Ｏ・・・コイル中心。 特許出願人 財団法人 電力中央研究所代 理 人
弁理士 村 瀬 −実弟 図（Ａ） 第 図（Ｂ）
体の使用状態の一例を示す斜視図及び縦断面図である。 第２図は本発明による高温超電導線材のＷ、／Ｗｈ
Ｊ特性図である。 １・・・高温超電導線材、 ３・・・ボビン、 Ｏ・・・コイル中心。 特許出願人 財団法人 電力中央研究所代 理 人
弁理士 村 瀬 −実弟 図（Ａ） 第 図（Ｂ）
Claims (2)
- （１）臨界電流密度が極めて低い高温超電導体をフラッ
クス・フロー状態に維持し、当該導体に交流電流を流す
ことを特徴とする交流用高温超電導導体。 - （２）臨界電流密度が極めて低い高温超電導体に、該高
温超電導体の結晶軸のＣ軸に垂直な方向から下部臨界磁
場以上の磁場をかけａｂ面内を電流が流れるようにした
ことを特徴とする請求項１記載の交流用高温超電導導体
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02249546A JP3100151B2 (ja) | 1990-09-19 | 1990-09-19 | 高温超電導導体の交流通電方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02249546A JP3100151B2 (ja) | 1990-09-19 | 1990-09-19 | 高温超電導導体の交流通電方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04127585A true JPH04127585A (ja) | 1992-04-28 |
| JP3100151B2 JP3100151B2 (ja) | 2000-10-16 |
Family
ID=17194601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02249546A Expired - Fee Related JP3100151B2 (ja) | 1990-09-19 | 1990-09-19 | 高温超電導導体の交流通電方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3100151B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010501861A (ja) * | 2006-08-22 | 2010-01-21 | エムイーアイ インコーポレーテッド | 書類受入機用光検出器装置 |
-
1990
- 1990-09-19 JP JP02249546A patent/JP3100151B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010501861A (ja) * | 2006-08-22 | 2010-01-21 | エムイーアイ インコーポレーテッド | 書類受入機用光検出器装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3100151B2 (ja) | 2000-10-16 |
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