JPH05282929A - 超電導導体及びこれに用いる安定化材 - Google Patents
超電導導体及びこれに用いる安定化材Info
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- JPH05282929A JPH05282929A JP4079899A JP7989992A JPH05282929A JP H05282929 A JPH05282929 A JP H05282929A JP 4079899 A JP4079899 A JP 4079899A JP 7989992 A JP7989992 A JP 7989992A JP H05282929 A JPH05282929 A JP H05282929A
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- high purity
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明の目的は、高純度アルミと高純度銅を複
合しても高純度アルミ本来の磁場中での低い比抵抗を損
なうことのない安定性に優れた超電導導体を提供するこ
とにある。 【構成】本発明は、高純度アルミと高純度銅を安定化材
として組合せて用いる場合に、その間に前記高純度アル
ミの周方向に電気的に複数に分割された高純度銅の層を
介して複合化している。
合しても高純度アルミ本来の磁場中での低い比抵抗を損
なうことのない安定性に優れた超電導導体を提供するこ
とにある。 【構成】本発明は、高純度アルミと高純度銅を安定化材
として組合せて用いる場合に、その間に前記高純度アル
ミの周方向に電気的に複数に分割された高純度銅の層を
介して複合化している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁場中で安定性の高い
大電流超電導導体及びこれに用いる安定化材に関し、特
にアルミニウム安定化材の改良に関するものである。
大電流超電導導体及びこれに用いる安定化材に関し、特
にアルミニウム安定化材の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】核融合装置やエネルギー貯蔵装置に用い
られる高磁界大容量マグネットは、一般に超電導導体を
用いて構成される。この超電導導体としては、液体ヘリ
ウム等の冷媒中に浸漬して冷却する浸漬冷却型の導体
や、導体中に冷媒通路を形成した所謂ホロー型の導体が
多数提案されている。
られる高磁界大容量マグネットは、一般に超電導導体を
用いて構成される。この超電導導体としては、液体ヘリ
ウム等の冷媒中に浸漬して冷却する浸漬冷却型の導体
や、導体中に冷媒通路を形成した所謂ホロー型の導体が
多数提案されている。
【０００３】大容量超電導導体は、大容量であるがゆえ
に、超電導状態が破れたときの安全性を考慮し、極低温
において超電導状態になる超電導材料をフィラメントと
して銅等の金属中に埋め込んだ極細多芯型の超電導線材
を大量の高純度アルミニウム、高純度銅等の安定化材と
複合一体化して使用される。
に、超電導状態が破れたときの安全性を考慮し、極低温
において超電導状態になる超電導材料をフィラメントと
して銅等の金属中に埋め込んだ極細多芯型の超電導線材
を大量の高純度アルミニウム、高純度銅等の安定化材と
複合一体化して使用される。
【０００４】安定化材として純度が９９．９９％以上の
高純度アルミニウム（以下、高純度アルミという）を用
いる理由は、極低温、すなわち４．２Ｋの液体ヘリウム
温度下における電気抵抗が高純度銅、例えば無酸素銅の
約１／１０であることから、同一断面積では銅の１０倍
の安定性が達成できる。別の見方をすれば、高純度アル
ミを銅の代わりに使用することにより安定化材の断面積
を１／１０にすることができ、超電導導体、延いては超
電導マグネットのコンパクト化が図れるからである。
高純度アルミニウム（以下、高純度アルミという）を用
いる理由は、極低温、すなわち４．２Ｋの液体ヘリウム
温度下における電気抵抗が高純度銅、例えば無酸素銅の
約１／１０であることから、同一断面積では銅の１０倍
の安定性が達成できる。別の見方をすれば、高純度アル
ミを銅の代わりに使用することにより安定化材の断面積
を１／１０にすることができ、超電導導体、延いては超
電導マグネットのコンパクト化が図れるからである。
【０００５】しかしながら、高純度アルミは機械的強度
が小さいため、マグネットとして用いる場合、その電磁
力に耐える導体としては、高純度銅等の機械的強度の高
い材料と半田等の金属性接着剤で一体化して使用される
のが一般的である。
が小さいため、マグネットとして用いる場合、その電磁
力に耐える導体としては、高純度銅等の機械的強度の高
い材料と半田等の金属性接着剤で一体化して使用される
のが一般的である。
【０００６】この場合、アルミニウムは半田付けが難し
いため、予め高純度アルミに銅を被覆しておき、これを
超電導線材及び強度部材を兼ねた銅と半田付けにより一
体化する方法が用いられる。
いため、予め高純度アルミに銅を被覆しておき、これを
超電導線材及び強度部材を兼ねた銅と半田付けにより一
体化する方法が用いられる。
【０００７】高純度アルミに被覆する銅と強度部材を兼
ねた銅としては電気的、熱的安定性を向上させるために
アルミニウムと同様に高純度な材質のものが用いられ
る。
ねた銅としては電気的、熱的安定性を向上させるために
アルミニウムと同様に高純度な材質のものが用いられ
る。
【０００８】一般に、二種類の金属の複合体の電気抵抗
は、複合則が成り立ち、次の式で求めることができる。
は、複合則が成り立ち、次の式で求めることができる。
【０００９】１／Ｒ＝１／Ｒ1 ＋１／Ｒ2 ここでＲ1 、Ｒ2 は夫々の二種類の金属の抵抗、Ｒは複
合抵抗である。
合抵抗である。
【００１０】この式を夫々の磁場中での比抵抗ρ、
ρ1 、ρ2 及び断面積Ａ、Ａ1 、Ａ2 で置き換えると、 Ａ／ρ＝（Ａ1 ＋Ａ2 ）／ρ＝Ａ1 ／ρ1 ＋Ａ2 ／ρ2 で表される。
ρ1 、ρ2 及び断面積Ａ、Ａ1 、Ａ2 で置き換えると、 Ａ／ρ＝（Ａ1 ＋Ａ2 ）／ρ＝Ａ1 ／ρ1 ＋Ａ2 ／ρ2 で表される。
【００１１】ここで高純度アルミと高純度銅の断面積比
を０．８：０．２とした複合材の５テスラ（Ｔ）の磁場
中における比抵抗（ρ）を前記複合則を用いて求める
と、 アルミニウムの値 ： Ａ1 ＝０．８、ρ1 ＝２．５×
１０-9Ω・cm 銅 の 値 ： Ａ2 ＝０．２、ρ2 ＝４．０×
１０-8Ω・cm を代入して、ρ＝３．１×１０-9Ω・cmが求まる。
を０．８：０．２とした複合材の５テスラ（Ｔ）の磁場
中における比抵抗（ρ）を前記複合則を用いて求める
と、 アルミニウムの値 ： Ａ1 ＝０．８、ρ1 ＝２．５×
１０-9Ω・cm 銅 の 値 ： Ａ2 ＝０．２、ρ2 ＝４．０×
１０-8Ω・cm を代入して、ρ＝３．１×１０-9Ω・cmが求まる。
【００１２】従って、高純度銅で被覆された高純度アル
ミの複合材としての比抵抗は、３．１×１０-9Ω・cm a
t ５Ｔとして超電導体の安定性に寄与すると考えられ
る。しかるに、高純度アルミと高純度銅をその断面積比
が０．８：０．２となるように複合してその比抵抗を
４．２Ｋ、５Ｔで測定すると、６×１０-9Ω・cmという
値を示し、複合則で求めた値よりも高い値になる。従っ
て、高純度アルミと高純度銅との複合材の比抵抗は、実
用的には有用性が期待されたものより小さいものとな
る。
ミの複合材としての比抵抗は、３．１×１０-9Ω・cm a
t ５Ｔとして超電導体の安定性に寄与すると考えられ
る。しかるに、高純度アルミと高純度銅をその断面積比
が０．８：０．２となるように複合してその比抵抗を
４．２Ｋ、５Ｔで測定すると、６×１０-9Ω・cmという
値を示し、複合則で求めた値よりも高い値になる。従っ
て、高純度アルミと高純度銅との複合材の比抵抗は、実
用的には有用性が期待されたものより小さいものとな
る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、高純度
アルミと高純度銅との複合材は極低温の磁場中では複合
則で期待される比抵抗よりも高い値を示し、安定性への
寄与が小さくなってしまう。従って、高純度アルミが本
来持っている磁場中での小さな比抵抗値を活かし、しか
も機械的強度部材である高純度銅と複合するための方法
の確立が望まれていた。
アルミと高純度銅との複合材は極低温の磁場中では複合
則で期待される比抵抗よりも高い値を示し、安定性への
寄与が小さくなってしまう。従って、高純度アルミが本
来持っている磁場中での小さな比抵抗値を活かし、しか
も機械的強度部材である高純度銅と複合するための方法
の確立が望まれていた。
【００１４】なお、高純度アルミと高純度銅の複合材が
なぜ複合則に合わない比抵抗値を示すかについては、現
状では明確な解答はないが、ある種のホール効果に原因
すると考えられる。
なぜ複合則に合わない比抵抗値を示すかについては、現
状では明確な解答はないが、ある種のホール効果に原因
すると考えられる。
【００１５】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、高純度アルミと高純度銅を複合しても高純度
アルミの本来の磁場中での低い比抵抗を損なうことのな
い安定性に優れた超電導導体を提供することにある。
を解消し、高純度アルミと高純度銅を複合しても高純度
アルミの本来の磁場中での低い比抵抗を損なうことのな
い安定性に優れた超電導導体を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明では、高純度アルミと高純度銅を安定化材と
して組合せて用いる場合に、その間に前記高純度アルミ
の周方向に電気的に複数に分割された高純度銅の層を介
して複合化するようにしている。
に、本発明では、高純度アルミと高純度銅を安定化材と
して組合せて用いる場合に、その間に前記高純度アルミ
の周方向に電気的に複数に分割された高純度銅の層を介
して複合化するようにしている。
【００１７】本発明において高純度アルミと高純度銅の
間に介在させる高純度銅の層を前記高純度アルミの周方
向に電気的に複数に分割する手段としては、当該高純度
銅層に複数の切込みを入れるか、この切込みに相当する
部分に電気抵抗の高い材料を介在させる等が行われる。
この場合、電気抵抗の高い材料としては、芳香族ポリイ
ミド、ＰＶＦ、ゴム、グリース、パテ等の絶縁材や、超
電導導体が使用される極低温下において１×１０-7Ω・
cm以上の比抵抗を示す金属材、その中でも磁場中での電
気抵抗の増加率が高純度アルミとほぼ同等の傾向を示す
もの、例えば銅ーニッケル合金、銅ーマンガン合金、銅
ー錫合金、脱酸銅等を用いることができる。
間に介在させる高純度銅の層を前記高純度アルミの周方
向に電気的に複数に分割する手段としては、当該高純度
銅層に複数の切込みを入れるか、この切込みに相当する
部分に電気抵抗の高い材料を介在させる等が行われる。
この場合、電気抵抗の高い材料としては、芳香族ポリイ
ミド、ＰＶＦ、ゴム、グリース、パテ等の絶縁材や、超
電導導体が使用される極低温下において１×１０-7Ω・
cm以上の比抵抗を示す金属材、その中でも磁場中での電
気抵抗の増加率が高純度アルミとほぼ同等の傾向を示す
もの、例えば銅ーニッケル合金、銅ーマンガン合金、銅
ー錫合金、脱酸銅等を用いることができる。
【００１８】この特異な高純度銅の層は、多くの場合、
安定化材としての高純度アルミの直上に被覆して用いら
れる。従って、高純度アルミが高純度銅で被覆されたも
のである場合にはその高純度銅の被覆を利用してもよい
し、高純度アルミと高純度銅の被覆との間に介在させて
も差し支えない。また、この特異な高純度銅の層は、量
が少ないほど高純度アルミとの複合抵抗が小さくなるの
で、できるだけ薄い層にすることが望ましい。
安定化材としての高純度アルミの直上に被覆して用いら
れる。従って、高純度アルミが高純度銅で被覆されたも
のである場合にはその高純度銅の被覆を利用してもよい
し、高純度アルミと高純度銅の被覆との間に介在させて
も差し支えない。また、この特異な高純度銅の層は、量
が少ないほど高純度アルミとの複合抵抗が小さくなるの
で、できるだけ薄い層にすることが望ましい。
【００１９】
【作用】本発明に係る超電導導体用安定化材は上記のよ
うな構造を有するため、これを用いた超電導導体は、特
異な高純度銅の層を周方向に電気的に分割する部分があ
る種のホール効果による複合抵抗の増大化を防ぐ、つま
りホール効果により誘起されたホール起電力が高純度ア
ルミ周囲の高純度銅に電流ループを描いて複合抵抗を増
大させる現象を防ぎ、高純度銅だけで被覆された高純度
アルミ材を用いた超電導導体に比べて比率抵抗を大幅に
減少させることができる。
うな構造を有するため、これを用いた超電導導体は、特
異な高純度銅の層を周方向に電気的に分割する部分があ
る種のホール効果による複合抵抗の増大化を防ぐ、つま
りホール効果により誘起されたホール起電力が高純度ア
ルミ周囲の高純度銅に電流ループを描いて複合抵抗を増
大させる現象を防ぎ、高純度銅だけで被覆された高純度
アルミ材を用いた超電導導体に比べて比率抵抗を大幅に
減少させることができる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【００２１】実施例に係る超電導導体は、図１に示すよ
うに、ニオブーチタン系超電導体のフィラメントが無酸
素銅中に多数埋め込まれた超電導線材１を撚合せた撚線
２と、高純度アルミ３をその周方向の４箇所に切込み５
を入れて周方向に４つに分割された高純度銅の層４で被
覆してなる複合材６を、機械的強度部材と安定化材を兼
ねた無酸素銅製の型材７の中に挿入し、各構成材同志を
半田８で一体化してなる。この場合、複合材６は、次の
ように加工される。
うに、ニオブーチタン系超電導体のフィラメントが無酸
素銅中に多数埋め込まれた超電導線材１を撚合せた撚線
２と、高純度アルミ３をその周方向の４箇所に切込み５
を入れて周方向に４つに分割された高純度銅の層４で被
覆してなる複合材６を、機械的強度部材と安定化材を兼
ねた無酸素銅製の型材７の中に挿入し、各構成材同志を
半田８で一体化してなる。この場合、複合材６は、次の
ように加工される。
【００２２】例えば、外径４２mm、内径３６mmの無酸素
銅管内に、外径３５mm、純度９９．９９９％以上の高純
度アルミ棒を挿入し、これを共引き法により中間に熱処
理を加えて、例えば４mm×８mmの矩形断面に引抜加工す
る。その後、無酸素銅の層に、周方向をほぼ４等分する
ように、長手方向に直線状に切込み５を入れる。この切
込み５は、螺旋状であったり曲っていても差し支えな
い。
銅管内に、外径３５mm、純度９９．９９９％以上の高純
度アルミ棒を挿入し、これを共引き法により中間に熱処
理を加えて、例えば４mm×８mmの矩形断面に引抜加工す
る。その後、無酸素銅の層に、周方向をほぼ４等分する
ように、長手方向に直線状に切込み５を入れる。この切
込み５は、螺旋状であったり曲っていても差し支えな
い。
【００２３】複合一体化された超電導導体における無酸
素銅、無酸素銅の層及び高純度アルミの断面積比を０．
６６：０．０７：０．２７とし、それを４．２Ｋの液体
ヘリウム中に浸漬し、５Ｔでの比抵抗を測定したとこ
ろ、５×１０-9Ω・cmであった。これに対し、無酸素銅
を被覆材としただけの従来の安定化材による導体（ほぼ
同一断面積比）は１５×１０-9Ω・cmであり、本実施例
の安定化材の３倍の抵抗値を示した。この値は、複合則
から計算で求めた３．３５×１０-9Ω・cmに対して約
４．５倍であった。
素銅、無酸素銅の層及び高純度アルミの断面積比を０．
６６：０．０７：０．２７とし、それを４．２Ｋの液体
ヘリウム中に浸漬し、５Ｔでの比抵抗を測定したとこ
ろ、５×１０-9Ω・cmであった。これに対し、無酸素銅
を被覆材としただけの従来の安定化材による導体（ほぼ
同一断面積比）は１５×１０-9Ω・cmであり、本実施例
の安定化材の３倍の抵抗値を示した。この値は、複合則
から計算で求めた３．３５×１０-9Ω・cmに対して約
４．５倍であった。
【００２４】図２は、超電導導体の別の例を示し、複合
材６の周りに複数本の超電導線材１を撚り合せ、それを
無酸素銅製の型材７の中に挿入して半田８で一体化した
ものである。
材６の周りに複数本の超電導線材１を撚り合せ、それを
無酸素銅製の型材７の中に挿入して半田８で一体化した
ものである。
【００２５】また、図３は、超電導導体の別の例を示
し、複合材６の周りに複数本の超電導線材１を撚合せ、
それを無酸素銅製の型材７の中に挿入して半田８で一体
化したもので、図２の場合とことなる点は、図１と同様
に無酸素銅製の蓋材を用いている点である。
し、複合材６の周りに複数本の超電導線材１を撚合せ、
それを無酸素銅製の型材７の中に挿入して半田８で一体
化したもので、図２の場合とことなる点は、図１と同様
に無酸素銅製の蓋材を用いている点である。
【００２６】図４は、安定化材としての複合材の別の例
を示すもので、切込みに相当する部分に、夫々銅−ニッ
ケル合金材９が配置されている。この複合材はこれを用
いて超電導体を構成してしてもほぼ同等の効果が得られ
る。
を示すもので、切込みに相当する部分に、夫々銅−ニッ
ケル合金材９が配置されている。この複合材はこれを用
いて超電導体を構成してしてもほぼ同等の効果が得られ
る。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は安定化材
としての高純度アルミと高純度銅の間に、切込み或いは
電気抵抗の高い材料により高純度アルミの周方向に電気
的に複数に分割された高純度銅の層を介在させて複合化
しているため、磁場中の比率抵抗を大幅に減少させ、ア
ルミニウム安定化超電導導体の安定性を向上させること
ができる効果がある。
としての高純度アルミと高純度銅の間に、切込み或いは
電気抵抗の高い材料により高純度アルミの周方向に電気
的に複数に分割された高純度銅の層を介在させて複合化
しているため、磁場中の比率抵抗を大幅に減少させ、ア
ルミニウム安定化超電導導体の安定性を向上させること
ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超電導導体の一例を示す横断面
図。
図。
【図２】本発明に係る超電導導体の別の例を示す横断面
図。
図。
【図３】本発明に係る超電導導体の別の例を示す横断面
図。
図。
【図４】本発明に係る安定化材の別の例を示す斜視図。
１ 超電導線材 ２ 超電導撚線 ３ 高純度アルミ ４ 複数に分割された高純度銅の層 ５ 切込み ６ アルミニウム安定化材としての複合材 ７ 無酸素銅製の型材 ８ 金属性接着剤としての半田 ９ 銅−ニッケル合金材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 洋一 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社土浦工場内 (72)発明者 楜沢 康博 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社土浦工場内
Claims (7)
- 【請求項１】超電導線材と、安定化材としての高純度ア
ルミ及び高純度銅とを金属性接着剤で一体化してなる超
電導導体において、前記高純度アルミと高純度銅の間
に、前記高純度アルミの周方向に電気的に複数に分割さ
れた高純度銅の層を介在させてなることを特徴とする超
電導導体。 - 【請求項２】前記高純度アルミがその外周を周方向に電
気的に複数に分割された高純度銅の層で被覆されたもの
であることを特徴とする請求項１に記載の超電導導体。 - 【請求項３】高純度銅の層が切欠きにより複数に分割さ
れていることを特徴とする請求項２に記載の超電導導
体。 - 【請求項４】高純度銅の層が電気抵抗の高い材料により
複数に分割されていることを特徴とする請求項２に記載
の超電導導体。 - 【請求項５】超電導線材と、安定化材としての高純度ア
ルミ及び高純度銅とを金属性接着剤で一体化してなる超
電導導体に使用する安定化材であって、前記高純度アル
ミがその外周に周方向に電気的に複数に分割された高純
度銅の層を設けてなるものであることを特徴とする超電
導導体用安定化材。 - 【請求項６】高純度銅の層が切欠きにより複数に分割さ
れていることを特徴とする請求項５に記載の超電導導体
用安定化材。 - 【請求項７】高純度銅の層が電気抵抗の高い材料により
複数に分割されていることを特徴とする請求項２に記載
の超電導導体用安定化材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4079899A JPH05282929A (ja) | 1992-04-01 | 1992-04-01 | 超電導導体及びこれに用いる安定化材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4079899A JPH05282929A (ja) | 1992-04-01 | 1992-04-01 | 超電導導体及びこれに用いる安定化材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05282929A true JPH05282929A (ja) | 1993-10-29 |
Family
ID=13703131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4079899A Pending JPH05282929A (ja) | 1992-04-01 | 1992-04-01 | 超電導導体及びこれに用いる安定化材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05282929A (ja) |
-
1992
- 1992-04-01 JP JP4079899A patent/JPH05282929A/ja active Pending
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