JPH05135935A

JPH05135935A - 酸化物超電導コイル

Info

Publication number: JPH05135935A
Application number: JP29873991A
Authority: JP
Inventors: Hiroko Higuma; 弘子樋熊; Makoto Utsunomiya; 真宇都宮
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-11-14
Filing date: 1991-11-14
Publication date: 1993-06-01
Anticipated expiration: 2015-01-24
Also published as: JP3001312B2

Abstract

(57)【要約】【目的】巻き線部分に侵入なる磁界を考慮することに
より、４．２Ｋよりも高い実用温度でのコイル全体の磁
界電流を高め、運転電流の高い、安定な酸化物超電導コ
イルを供給する。【構成】数種の形状の異なる線材を組み合わせて巻き
線をした。また、超電導部分がテープ状のものと形状異
方性のないものの数種の酸化物超電導線材の接合体もし
くは連続体である。また、コイル内部に侵入するコイル
の自己磁界とコイルの中心軸とのなす角度が５０°より
大きく１３０°より小さい部分に形状異方性のない超電
導線材を多く用い、さらに金属によってシース化された
酸化物超電導線材を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、数種の形状の異なる酸
化物超電導線材よりなる酸化物超電導コイルに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、たとえば雑誌で報告された従来
の酸化物超電導コイルを示す斜視図である。このような
巻き線の方式をパンケーキ型という。図において、１は
コイルの巻き芯、２は超電導線材である。テープ状の線
材２を積み重なるように層状に巻いたパンケーキの線を
接続して巻き芯１を通して、パンケーキを束ねた構造に
なっている。酸化物超電導線材を用いたコイルの製造方
法としては、通常形状がテープ状に加工された超電導線
材をのみを用いて、その表面に絶縁を施した後、パンケ
ーキ型のコイル状に巻き線をした後、加熱処理して作製
されているものが一般的である。これらの技術は、例え
ば雑誌（日経超電導１９９０．１２．１０号、Ｐ．１
３などに掲載されている。

【０００３】従来型の酸化物超電導コイルは、上記のよ
うに構成され、超電導コイル全体を冷凍機もしくは冷媒
によって冷却して、超電導線材に電気抵抗を発生せずに
大電流を流すことができる。これによって、巻き芯内部
に芯の中心に平行に大きな磁界を発生する。この磁界が
たとえば磁気浮上などに利用される。電気抵抗が零で、
大きな磁界を発生させるという大きな利点を持つ超電導
体を用いたコイルは極低温でしか利用されていないが、
高温酸化物超電導体の発見以来、少しでも高い温度、例
えば、冷却に液体水素や液体窒素などの安価な冷媒で簡
単に冷却可能な温度での実用化が切望され、酸化物超電
導線材を用いたコイルの試作が積極的に進められてい
る。酸化物超電導体としてＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ
系、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系が、電流が流れやす
いという点で線材用材料として有望視されている。Ｂｉ
−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ系の超電体の結晶は、異方性があり板状である。板状
結晶の厚み方向が結晶学的にＣ軸方向である。板面がａ
軸およびｂ軸で定義される平面である。金属でシース化
され、とくにテープ状に加工された酸化物超電導体は、
テープ面に対し結晶の板面が平行に配向しやすい。すな
わち、テープの厚み方向と結晶のＣ軸が平行となるよう
に配向している。このように結晶が配向していること
が、電流を流しやすくしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】温度が２０Ｋより高く
なると結晶の異方性は、特性的にも現れる。結晶のＣ軸
に磁界が平行にかかる場合と垂直にかかる場合とでは臨
界電流は異なり、平行にかかる場合は、垂直に比べ磁界
下での臨界電流の低下が著しい。このように臨界電流
は、結晶に対する磁界の方向の角度依存性を持つ。臨界
電流の角度依存性は、温度が高いほど大きく、また、磁
界が高いほど顕著に現れる。一方、コイルに電流を流し
て運転した場合、コイルは巻き芯内部に大きな磁場を発
生すると同時に、コイルの超電導体の巻き線部分にも磁
界は侵入する。この侵入する磁界はコイルの大きさ、形
状によっても異なるが、コイル中心近傍の巻き線部で
は、コイル中心軸に平行に大きな磁界が、コイルの外側
のエッヂ部ではコイル中心軸に垂直に磁界が侵入してい
る。コイル中心近傍では大きい磁界がかかっても磁場の
方向がテープ面に平行にかかっているため臨界電流の低
下は少なく問題にならない。しかし、コイルの外側での
侵入した磁界で臨界電流は大きく低下し、コイル全体の
臨界電流はこの値で規定される。さらに高い温度でこの
コイルを使用した場合、一層コイル外部の超電導線材の
臨界電流の低下は著しく、結果的にコイル全体の臨界電
流は小さくなり高い磁場を発生することは望めないとい
う問題点があった。

【０００５】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたもので、巻き線部分に侵入なる磁界を考慮
することにより、４．２Ｋよりも高い実用温度でのコイ
ル全体の磁界電流を高め、運転電流の高い、安定な酸化
物超電導コイルを供給することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る酸化物超電
導コイルは、巻き線部分への磁界の侵入を考慮して、数
種の形状の異なる線材を組み合わせて巻き線したもので
ある。また、超電導部分がテープ状のものと形状異方性
のないものの数種の酸化物超電導線材を接合体もしくは
連続体を使用する。

【０００７】また、コイル内部に侵入するコイルの自己
磁界とコイルの中心軸とのなす角度が５０°より大きく
１３０°より小さい部分に形状異方性のない超電導線材
を多く用いる。さらに酸化物超電導線材が、金属によっ
てシース化したものである。

【０００８】

【作用】形状異方性のない金属シース線が円筒状線材で
ある場合、微視的観察を行うと内部の超電導結晶が金属
界面にそって部分配向するが、線材全体の結晶軸はそろ
っていない。図１は、テープ線材および円筒状線材の短
尺線の臨界電流密度の磁界依存性を示した図である。図
において、ａはテープ状線材のｃ軸に垂直に磁界がかか
った場合、ｂはテープ状線材のｃ軸に平行に磁界がかか
った場合、ｃは円筒状線材の長手方向に垂直に磁界がか
かった場合の特性を表す。図より円筒状線材の臨界電流
の磁界依存性は、テープ状線材の磁界がｃ軸に平行と垂
直の場合の臨界電流の磁界依存性の平均的特性を有す
る。同様に結晶の配向性がないため、臨界電流の角度依
存性も持たない。上記のように構成されている本発明の
酸化物超電導コイルは、テープ線で角度依存性が現れ特
性劣化が著しい部分において、円筒状線材を用いている
ため、侵入磁界による特性劣化が避けられる。以下に、
本発明について、実施例と比較例を挙げて詳細に説明す
る。

【０００９】

【実施例】実施例１．Ｂｉ₂ Ｓｒ₂ Ｃａ₁ Ｃｕ₂ Ｏ_y 組
成の超電導体を銀シース化した厚み０．３ｍｍ、幅３ｍ
ｍのテープと同組成の直径１．０７ｍｍの円筒状ワイヤ
ーを接続する。接続線は、ワイヤーをテープの上に重ね
て３００℃で圧着する。図２は線材の接続部分の様子を
示すものである。図において、２がテープ線材、３がワ
イヤー線材、４が接続部である。尚、これらの線材の超
電導占積率は３０％である。また、線材は、アルミナ繊
維を編組したものをかぶせて絶縁している。この線材を
外径３ｃｍ、内径２．４ｃｍのアルミナの巻芯にテープ
を巻いて６層のダブルパンケーキ型コイルとし、さらに
この最外層の上にワイヤーをソレノイド型に６ターン密
巻してコイルとする。このものを大気中、８８０℃、３
０時間の焼成後徐冷して、実施例１の特性測定用の酸化
物超電導コイルとした。第３図はこの発明の実施例１に
示した酸化物超電導コイルの横断面図である。第４図
は、この発明の実施例１に示した酸化物超電導コイルの
縦断面図である。図において、巻き芯１の上に、テープ
状線材２をパンケーキ型に巻き、さらに円筒状線材をソ
レノイド型に巻き付けたものである。次に４端子抵抗法
により、２０Ｋにおける臨界電流を測定した。電流端子
は線材の最長距離となるようにし、電圧端子は電流端子
より３ｃｍ離して、はんだ付けした。測定結果を表１に
示す。

【００１０】比較例１．Ｂｉ₂ Ｓｒ₂ Ｃａ₁ Ｃｕ₂ Ｏ_y
の超電導体を銀シース化した厚み０．３ｍｍ、幅３ｍｍ
のテープ線材を図３のように、外径３ｃｍ、内径２．４
ｃｍのアルミナの巻芯にテープを巻いて９層のダブルパ
ンケーキ型コイルとする。線材の超電導占積率は３０％
である。また、線材は、アルミナ繊維を編組したものを
かぶせて絶縁している。このものを大気中、８８０℃、
３０時間の焼成後徐冷して、比較例１の特性測定用の酸
化物超電導コイルとした。第５図は、従来の比較例１の
酸化物超電導コイルの斜視図である。次に４端子抵抗法
により、２０Ｋにおける臨界電流を測定した。電流端子
は線材の最長距離となるように、電圧端子は、電流端子
より３ｃｍ離してはんだ付けした。測定結果を表１に示
す。

【００１１】比較例２．Ｂｉ₂ Ｓｒ₂ Ｃａ₁ Ｃｕ₂ Ｏ_y
の超電導体を銀シース化した直径１．０７ｍｍの円筒状
のワイヤー線材を図３のように、外径３ｃｍ、内径２．
４ｃｍのアルミナの巻芯に巻いて６ターン３層のソレノ
イド型コイルとする。線材の超電導占積率は３０％であ
る。また、線材はアルミナ繊維を編組したものをかぶせ
て絶縁している。このものを大気中、８８０℃、３０時
間の焼成後徐冷して、比較例２の特性測定用の酸化物超
電導コイルとした。第６図は、従来の比較例２の酸化物
超電導コイルの斜視図である。次に４端子抵抗法によ
り、２０Ｋにおける臨界電流を測定した。電流端子は線
材の最長距離となるようにし、電圧端子は電流端子より
３ｃｍ離して、はんだ付けした。測定結果を表１に示
す。

【００１２】

【表１】

【００１３】表１より、本発明の酸化物超電導コイルの
臨界電流は、従来型のものに比べ、コイル全体の臨界電
流が向上した。比較例１のコイルの臨界電流がどこで制
限されているかを調べたところ、最外層の臨界電流が磁
界により低下してることがわかった。比較例２のコイル
の臨界電流がどこで制限されているかを詳細に調べたと
ころ、最内層の臨界電流が磁界により低下していること
がわかった。２層の形状の異なる超電導線材の接合は、
金属でシース化されているため、金属関接合と同様に、
実施例１で記載した方法以外にも、溶接等で容易に接合
可能である。また、加工により線材形状を変えた連続的
な線材を用いても、実施例１と同様に良好な効果が得ら
れる。また、コイルの巻き型が、ソレノイド型であって
も、コイル形状がレーストラック型であっても、侵入す
る磁界がテープの厚み方向成分が多い部分に形状異方性
のない線材を用いることによって、コイル特性を向上さ
せることができる。また、形状が異なる線材の接続部分
が実施例のように、１箇所であるということに限定され
ない。

【００１４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したよう構成されて
いるので、以下に記載されたような効果を奏する。

【００１５】磁界の侵入の仕方にあうように数種の形状
の異なる線材を組み合わせて巻き線をしてコイルを作製
することにより、一種の線材だけでは発揮しきれない特
性を実現することができる。さらに超電導体が金属によ
ってシース化されているため、形状を変化させるための
加工が容易であること、ならびに金属接合と容易に接合
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】テープ線材および円筒状線材の短尺線の臨界電
流密度の磁界依存性を示した特性図である。

【図２】この発明の実施例１に示した酸化物超電導線材
の接続部のモデル図である。

【図３】この発明の実施例１に示した酸化物超電導コイ
ルの横断面図である。

【図４】この発明の実施例１に示した酸化物超電導コイ
ルの横断面図である。

【図５】従来の比較例１に示した酸化物超電導コイルの
斜視図である。

【図６】従来の比較例２に示した酸化物超電導コイルの
斜視図である。

【符号の説明】

１巻き芯２テープ状線材３円筒状線材４テープ状線材と円筒状線材との接合部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】数種の形状の異なる線材を組み合わせて
巻き線をしたことを特徴とする酸化物超電導コイル。
【請求項２】超電導部分がテープ状のものと形状異方
性のないものの数種の酸化物超電導線材の接合体もしく
は連続体であることを特徴とする請求項１記載の酸化物
超電導コイル。
【請求項３】コイル内部に侵入するコイルの自己磁界
とコイルの中心軸とのなす角度が５０°より大きく１３
０°より小さい部分に形状異方性のない超電導線材を多
く用いることを特徴とする請求項１記載の酸化物超電導
コイル。
【請求項４】金属によってシース化された酸化物超電
導線材を用いることを特徴とする酸化物超電導コイル。