JPH0589726A

JPH0589726A - ＮｂＴｉ超電導線

Info

Publication number: JPH0589726A
Application number: JP4064902A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Daimatsu; 一也大松; Masayuki Nagata; 正之永田; Masanari Kawashima; 真生川島; Kenichi Takahashi; 謙一高橋
Original assignee: Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai
Current assignee: Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai
Priority date: 1991-05-13
Filing date: 1992-03-23
Publication date: 1993-04-09

Abstract

(57)【要約】【目的】ＮｂＴｉ超電導線において、交流損失を低減
させるとともに、安定性および臨界電流密度を向上させ
る。【構成】ＮｂＴｉフィラメントバンドル部５と内側の
安定化Ｃｕ部３との境界およびＮｂＴｉフィラメントバ
ンドル部５と外側の安定化Ｃｕ部７との境界に、それぞ
れ厚みが５μｍ以上１００μｍ以下のＮｂＴｉ合金バリ
ヤ層４および６を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、超電導発電機などに
用いることのできるＮｂＴｉ超電導線に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】超電導発電機は、系統事故のときの急激
な負荷変動に対して、励磁制御を行なうため、界磁電流
とそれに伴う界磁磁束の変動が大きい。そのため、最大
電流と定格電流の比が大きい。

【０００３】また、電流変化率も大きく、導体に発生す
る交流損失も大きくなるので、従来にはない低損失型の
導体が必要となる。

【０００４】また、電磁力による導体の機械的動きによ
る発熱を抑えるために、高剛性化が必要となり、従来技
術を大幅に超えた低損失・高剛性導体の研究開発が必要
となる。

【０００５】このような課題を満たすために、導体の設
計においては交流損失を低減するとともに、界磁巻線の
最大電流および最大磁束密度を交流損失による導体温度
の上昇を考慮して、臨界値に対して十分余裕のあるもの
とする必要がある。

【０００６】発電機用導体では、フル導体として５Ｔで
１０ｋＡ程度の大容量の導体が必要となる。交流損失低
減の必要性から、フル導体を構成する素線径は、直径
１．６ｍｍから０．６ｍｍ程度のものとなる。交流損失
を低減させるために、フィラメント径としては、１０〜
２μｍが必要であり、また磁界変動に耐え得るために
は、Ｃｕ−Ｎｉ合金などのような高い抵抗のマトリック
ス中にフィラメントが埋込まれた構造とする必要があ
る。この場合、フィラメントの本数としては１万本から
３万本程度の本数となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
超電導線では、電流密度の向上、交流損失の低減、およ
び安定性の向上の３つの課題が相反するものであるた
め、すべての特性を満足できる超電導線は存在しなかっ
た。

【０００８】すなわち、従来の超電導線では、交流損失
を低減させるために、安定化ＣｕをＣｕＮｉ等の高い抵
抗層で１００μｍ程度分割するか、あるいは安定化Ｃｕ
の割合をＣｕＮｉに対して１程度に低減する必要があっ
た。しかしながら、このような構成にすると、残留抵抗
比が低下したり、または突発的な擾乱により線材がクエ
ンチするなど安定性が低下する問題があった。

【０００９】また、交流損失を低下させるためにＣｕＮ
ｉ合金の割合を増加すれば、断面内のＮｂＴｉ占有率が
低下し、電流密度が低下してしまうという問題があっ
た。

【００１０】さらに、高い安定性を得るために、安定化
Ｃｕの割合を増加させたり、安定化Ｃｕの分割をなくし
たりすると、交流損失が増加してしまうという問題があ
った。

【００１１】この発明の目的は、上記３つの課題を同時
に克服して、電力密度の向上、交流損失の低減、および
安定性の向上を図ることのできるＮｂＴｉ超電導線を提
供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明のＮｂＴｉ超電
導線は、素線内部において環状に配置されたＮｂＴｉフ
ィラメントバンドル部の内側および外側に安定化Ｃｕ部
を有するＮｂＴｉ超電導線であり、ＮｂＴｉフィラメン
トバンドル部と内側の安定化Ｃｕ部との境界およびＮｂ
Ｔｉフィラメントバンドル部と外側の安定化Ｃｕ部との
境界にそれぞれ厚みが５μｍ以上１００μｍ以下のＣｕ
Ｎｉ合金バリヤ層が配置されていることを特徴としてい
る。

【００１３】この発明の超電導線において、ＣｕＮｉ合
金バリヤ層は、５〜１００μｍの範囲で任意の厚さにす
ることができるが、線断面当りの臨界電流密度を向上さ
せる点からいえば、ＣｕＮｉ合金バリヤ層はより薄い方
が好ましく、この点からＣｕＮｉ合金バリヤ層の厚みを
たとえば５〜５０μｍとすることができる。

【００１４】また、この発明に従う素線は、ＮｂＴｉフ
ィラメントバンドル部におけるＮｂＴｉフィラメントの
まわりにＣｕ層およびＣｕＮｉ合金層が設けられている
構造のシングルスタックであることが好ましい。これに
より、ＮｂＴｉフィラメント間の電磁気的結合をＣｕＮ
ｉ合金で抑えることができ、交流損失を低減することが
できるからである。またＮｂＴｉフィラメントのまわり
をＣｕ層で囲んでいるため、安定性に優れる。

【００１５】この発明に従う超電導素線は、複数本撚っ
て導体に仕上げることができるが、素線間の結合損失を
防止するため、一般的に、その表面にホルマール等で絶
縁を施すことができる。

【００１６】この発明に従う超電導線は、素線の長手方
向に連続的に形成され、かつ素線の外周方向において外
側の安定化Ｃｕ部を分断する溝部をさらに備えてもよ
い。このような溝部は、素線の外周方向において回転対
称な配置となるよう複数設けると大変効果的である。

【００１７】この溝部は、たとえば、溝切ダイス等を用
いた引き抜き切削加工、またはローラダイス等を用いた
圧延加工などにより、素線の長手方向に沿って、外側の
安定化Ｃｕ部の一部を連続的に除去して形成することが
できる。このような加工方法は、上述したように、ホル
マール等の絶縁を施す場合にも有効である。

【００１８】この溝部は、外側の安定化Ｃｕ部における
結合電流のパスを阻止するので、上記ＣｕＮｉ合金バリ
ヤ層を５〜１００μｍの範囲内で薄くすることができ
る。ＣｕＮｉ合金バリヤ層を薄くすることによって、Ｎ
ｂＴｉフィラメントバンドル部の占める割合を向上さ
せ、線断面あたりの臨界電流密度を増加させることがで
きる。したがって、溝部が形成された超電導線では、電
流損失を低減させた状態で臨界電流密度を向上させるた
め、ＣｕＮｉ合金バリヤ層の厚みの範囲を５〜５０μｍ
と小さくすることができる。

【００１９】この発明に従う超電導線は、素線の長手方
向に連続的に設けられ、かつ素線の外周方向において外
側の安定化Ｃｕ部を分断する誘電体をさらに備えること
ができる。この誘電体は、たとえば、ホルマール、ポリ
エステル、ポリエステルイミドなどの有機絶縁体等から
形成することができる。このような誘電体は、たとえ
ば、上述したように形成された溝部に有機樹脂等を詰め
ることにより形成することができる。

【００２０】さらに、この発明に従う超電導線は、素線
の長手方向に連続的に設けられ、かつ素線の外周方向に
おいて外側の安定化Ｃｕ部を分断する金属バリヤ層をさ
らに備えることができる。この金属バリヤ層は、たとえ
ば、Ｃｕ−Ｎｉ、Ｃｕ−Ｍｎ、Ｃｕ−Ｓｉ、Ｃｕ−Ｃｒ
等から形成することができる。特に、ＣｕＮｉ合金およ
びＣｕＭｎ合金は、金属バリヤ層を形成するための材料
として適切である。

【００２１】たとえば、このような金属バリヤ層をＣｕ
Ｎｉ合金で形成した場合、この層によって外側の安定化
Ｃｕ部で発生する交流損失を低減することができる。こ
のため、ＮｂＴｉフィラメントバンドル部を含むＣｕＮ
ｉ合金バリヤ層の厚みを５〜１００μｍの範囲内で薄く
することができ、それによって、ＮｂＴｉフィラメント
バンドル部の占める割合を向上させ、線断面当りの臨界
電流密度を増加させることができる。したがって、Ｃｕ
Ｎｉ合金で外側の安定化Ｃｕ部を分断した場合、電流損
失を低減させた状態で臨界電流密度を向上させるため、
ＣｕＮｉ合金バリヤ層の厚みを５〜３０μｍと小さくす
ることができる。また、このとき、外側の安定化Ｃｕ部
の厚みは５〜５０μｍとすることができ、ＣｕＮｉによ
るバリヤ層の厚みも安定化Ｃｕ部の厚みに応じて５〜５
０μｍの範囲で変えることができる。

【００２２】一方、この発明の超電導線において、外側
の安定化Ｃｕ部の厚みは３０μｍ以下であることがより
好ましい。３０μｍ以下とすることで、外側の安定化Ｃ
ｕ部における渦電流損失を低く抑えておくことができ
る。

【００２３】また、外側の安定化Ｃｕ部の厚みを３０μ
ｍ以下とする場合、さらに渦電流損失を低減させるた
め、この安定化Ｃｕ部を上述したような溝部、誘電体ま
たは金属バリヤ層で分断してもよい。

【００２４】

【作用】この発明のＮｂＴｉ超電導線では、素線内部に
おいて、ＮｂＴｉフィラメントバンドル部と内側および
外側の安定化Ｃｕ部との境界にそれぞれＣｕＮｉ合金バ
リヤ層が配置されている。このため、安定化Ｃｕ部を通
る結合電流のパスをＣｕＮｉ合金バリヤ層で防止するこ
とができ、交流損失を低減させることができる。

【００２５】この発明において、ＣｕＮｉ合金バリヤ層
の厚みを５μｍ以上としているのは、５μｍ未満である
と、結合損失の低減が不十分となるからである。また、
ＣｕＮｉ合金バリヤ層の厚みを１００μｍ以下としてい
るのは、１００μｍを超えると、ＣｕＮｉフィラメント
部の発熱を安定化Ｃｕ部に伝達することが困難となる。
すなわち、安定化Ｃｕ部への電流の分流が困難となり、
安定性が低下する。

【００２６】この発明のＮｂＴｉ超電導線では、ＮｂＴ
ｉフィラメントバンドル部の内側と外側に安定化Ｃｕ部
が配置されている。このため、ＮｂＴｉフィラメントの
発熱による電流の分流が安定Ｃｕ部で容易に行なわれ、
また、常電導の発生も安定化Ｃｕ部により抑えられるた
め、安定性がより向上される。

【００２７】また、この発明の超電導線において、外側
の安定化Ｃｕ部を溝部で分断することにより、この安定
化Ｃｕ部における結合電流のパスを阻止することができ
る。この発明に従った構造を有する素線では、結合電流
のパスは、特に外側の安定化Ｃｕ部を通るものが大きく
なることを本発明者らは知見している。したがって、こ
のパスを溝部により阻止することは、超電導線の交流損
失を低減する上で非常に効果的である。同様にして、外
側の安定化Ｃｕ部を誘電体により分断して結合電流のパ
スを阻止することができる。

【００２８】また、外側の安定化Ｃｕ部を抵抗の高い金
属バリヤ層で分断しても、安定化Ｃｕ部を通る結合電流
のパスを防止し、超電導線の交流損失を低減させること
ができる。

【００２９】なお、以上に示した安定化Ｃｕ部の分断の
ための手段のうち、溝部は他の手段よりも容易に形成す
ることができ、量産に適している。

【００３０】この発明の超電導線において、外側の安定
化Ｃｕ部は、３０μｍ以下とすることがより好ましい。
これは、以下の実施例で示すように、３０μｍを超える
と、外側の安定化Ｃｕによる渦電流損失が急激に増加す
るためである。

【００３１】

【実施例】

実施例１図１は、この発明に従うＮｂＴｉ超電導線の１つの具体
例を示す断面図である。図１を参照して、このＮｂＴｉ
超電導線１は、平角成型撚線であり、９本の素線２から
構成されている。

【００３２】図２は、図１のＮｂＴｉ超電導線の素線を
示す断面図である。図２を参照して、素線２の中心には
内側安定化Ｃｕ部３が設けられており、内側安定化Ｃｕ
部３のまわりにＮｂＴｉフィラメントバンドル部５が設
けられている。このＮｂＴｉフィラメントバンドル部５
のまわりに外側安定化Ｃｕ部７が設けられている。

【００３３】また、内側安定化Ｃｕ部３とＮｂＴｉフィ
ラメントバンドル部５の間の境界には、ＣｕＮｉ合金バ
リヤ層４が設けられている。このＣｕＮｉ合金バリヤ層
４は、内側安定化Ｃｕ部３の内部にまで伸び、内側安定
化Ｃｕ部３を７つの区画に分割している。

【００３４】ＮｂＴｉフィラメントバンドル部５と外側
安定化Ｃｕ部７との間の境界には、ＣｕＮｉ合金バリヤ
層６が設けられている。外側安定化Ｃｕ部７のまわりに
は、外皮ＣｕＮｉ層８が設けられている。

【００３５】図３は、図２の素線中のＮｂＴｉフィラメ
ント部を示す断面図である。図３を参照して、ＮｂＴｉ
フィラメント１０のまわりには断面六角形形状のＣｕ部
１１が設けられており、このＣｕ部１１のまわりにはさ
らにＣｕＮｉ層１２が設けられている。

【００３６】この実施例では、ＣｕＮｉ合金バリヤ層４
およびＣｕＮｉ合金バリヤ層６の厚みを５μｍ以上１０
０μｍ以下としている。

【００３７】７０ＭＷ級の低速応励磁型発電機の界磁巻
線用導体として、図１〜図３に示すような平角成型撚線
を作製した。ＣｕＮｉ合金バリヤ層４およびＣｕＮｉ合
金バリヤ層の厚みを約５０μｍとした導体（実施例１）
を作製するとともに、比較として、ＣｕＮｉ合金バリヤ
層４およびＣｕＮｉ合金バリヤ層６の厚みを約２μｍと
したもの（比較例１）も作製した。

【００３８】作製した実施例１および比較例１の素線お
よび導体の形状、ならびに臨界電流値などの特性を表１
に示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】撚線後熱処理し、そのときの熱処理温度を
変化させることにより、表２に示すような異なる残留抵
抗比の撚線を実施例１および比較例１について作製し
た。残留抵抗比の高いものは、熱処理温度を高くするこ
とにより作製した。

【００４１】こうして得られた残留抵抗比の異なる実施
例１および比較例１の撚線について、結合損失を測定し
た。得られた値は表２に実測値として示した。また表２
には、結合損失の計算値も併せて示した。

【００４２】

【表２】

【００４３】表２から明らかなように、この発明に従う
実施例の撚線は、比較例のものに比べ、実測値および計
算値において低い結合損失を示している。表２から明ら
かなように、この発明に従う実施例では、残留抵抗比が
高くなっても、外側安定化Ｃｕ部の結合損失が低く抑え
られていることがわかる。

【００４４】以上のように、この発明に従いＮｂＴｉフ
ィラメントバンドル部と内側および外側の安定化Ｃｕ部
との境界に所定の厚みのＣｕＮｉ合金バリヤ層を設ける
ことにより、交流損失を低減させるとともに、高い安定
性が得られることがわかった。実施例２および３図４は、この発明に従うＮｂＴｉ超電導線の他の具体例
を示す断面図である。図４を参照して、このＮｂＴｉ超
電導線２１は、素線２２を７本撚した一次撚線２３をさ
らに１１本平角撚にして圧縮成型した平角成型二重撚線
である。図４に示す超電導線の素線には、２種類の形状
のものを使用した。そのうち１つは、図５（実施例２）
に示すとおりであり、もう１つは図６（実施例３）に示
すとおりである。

【００４５】図５を参照して、素線２２の中心には内側
安定化Ｃｕ部３が設けられており、内側安定化Ｃｕ部３
のまわりにＮｂＴｉフィラメントバンドル部５が設けら
れている。このＮｂＴｉフィラメントバンドル部５のま
わりに外側安定化Ｃｕ部７が設けられている。

【００４６】また、内側安定化Ｃｕ部３とＮｂＴｉフィ
ラメントバンドル部５の間の境界には、ＣｕＮｉ合金バ
リヤ層４が設けられている。このＣｕＮｉ合金バリヤ層
４は内側安定化Ｃｕ部３の内部にまで延び、内側安定化
Ｃｕ部３を７つの区画に分画している。

【００４７】ＮｂＴｉフィラメントバンドル部５と外側
安定化Ｃｕ部７との間の境界には、ＣｕＮｉ合金バリヤ
層６が設けられている。また、外側安定化Ｃｕ部７の表
面には、ホルマール絶縁層１３が形成されている。

【００４８】図６に示す素線２２′では、外側安定化Ｃ
ｕ７部に６個のＶ字型溝８が形成されている。６個の溝
８は、素線の外周において回転対称に配置されている。
また、溝８は、ＣｕＮｉ合金バリヤ層６に到達している
とともに、図示しないが、素線の長手方向（主面に垂直
方向）に連続的に延びており、溝と溝の間の外側安定化
Ｃｕ部７は完全に独立している。

【００４９】このような素線２２′において、外側安定
化Ｃｕ部７の内側は、図５に示す素線と同じ構造を有し
ている。また、外側安定化Ｃｕ部７の表面には、ホルマ
ール絶縁層１３′が形成されている。なお、このホルマ
ール絶縁層１３′は、溝を切削加工で形成する場合、溝
の部分だけ除去されている一方、溝を圧延加工で形成す
る場合、溝の表面にも存在することになる（図６は圧延
加工の場合を示している）。

【００５０】図７は、図５および図６の素線中のＮｂＴ
ｉフィラメント部を示す断面図である。図７を参照し
て、ＮｂＴｉフィラメント１０のまわりには、断面六角
形形状のＣｕ部１１が設けられており、このＣｕ部１１
のまわりにはさらにＣｕＮｉ層１２が設けられている。

【００５１】図５および図６に示す素線をそれぞれ用
い、図４に示す平角成型二重撚線を７０ＭＷ級の超速応
励磁型発電機の界磁巻線用導体として作製した。なお、
図５および図６に示す素線において、内側のＣｕＮｉ合
金バリヤ層４の厚みはともに５μｍ、外側のＣｕＮｉ合
金バリヤ層６の厚みはともに１５μｍであった。また、
図６に示す素線は、図５に示す素線についてローラダイ
スによる圧延加工で溝を形成することにより作製した。
圧延加工を用いたため、溝部にもホルマール絶縁層が形
成されており、この層の厚みは約１０μｍであった。

【００５２】図５の素線より作製した撚線を実施例２、
図６の素線より作製した撚線を実施例３として、それぞ
れにつき素線および導体の形状ならびに臨界電流密度な
どの特性を表３に示す。

【００５３】

【表３】

【００５４】実施例２と３を比較して明らかなように、
外側の安定化Ｃｕ部を一部除去して溝を形成することに
より、交流損失を低減させることができた。また、表３
に示すように、交流損失の低減は、結合＋渦電流損失の
低減によっている。

【００５５】なお、実施例３の特性は、規格値（臨界電
流密度＞２６００Ａ／ｍｍ²、交流損失＜１０ｋＷ／ｍ
³、残留抵抗比＞１００）を満足している。実施例４および５図８は、この発明に従うＮｂＴｉ超電導線の他の例を示
す断面図である。図８を参照して、このＮｂＴｉ超電導
線３１は、平角成型撚線であり、９本の素線３２から構
成されている。

【００５６】図９は、図８のＮｂＴｉ超電導線の素線を
示す断面図である。図８を参照して、素線３２の中心に
は内側安定化Ｃｕ部３が設けられており、内側安定化Ｃ
ｕ部３のまわりに、ＮｂＴｉフィラメントバンドル部５
が設けられている。このＮｂＴｉフィラメントバンドル
部５のまわりに外側安定化Ｃｕ部７が設けられている。
内側安定化Ｃｕ部３とＮｂＴｉフィラメントバンドル部
５の間の境界には、ＣｕＮｉ合金バリヤ層４が設けられ
ている。ＣｕＮｉ合金バリヤ層４は、内側安定化Ｃｕ部
３の内部にまで延び、内側安定化Ｃｕ部３を７つの区画
に分画している。

【００５７】ＮｂＴｉフィラメントバンドル部５と外側
安定化Ｃｕ部７との間の境界には、ＣｕＮｉ合金バリヤ
層６が設けられている。また、外側安定化Ｃｕ部７のま
わりには、外皮ＣｕＮｉ層１８が設けられている。

【００５８】さらに、外側安定化Ｃｕ部７は、ＣｕＮｉ
合金バリヤ層９により６つに分画されている。６つのＣ
ｕＮｉ合金バリヤ層９は、回転対称に設けられるととも
に、図示しないが、素線の長手方向（紙面に対して垂直
方向）に沿って連続的に設けられている。

【００５９】図１０は、図９の素線中のＮｂＴｉフィラ
メント部を示す断面図である。図１０を参照して、Ｎｂ
Ｔｉフィラメント１０のまわりには、断面六角形形状の
Ｃｕ部１１が設けられており、このＣｕ部１１のまわり
にはさらにＣｕＮｉ層１２が設けられている。

【００６０】この実施例では、ＣｕＮｉ合金バリヤ層４
およびＣｕＮｉ合金バリヤ層６の厚みを５μｍ以上３０
μｍ以下としている。また、外側の安定化Ｃｕ部および
ＣｕＮｉ合金バリヤ層９の厚みを５μｍ以上１００μｍ
以下としている。

【００６１】７０ＭＷ級の低速応励磁型発電機の界磁巻
線用導体として、図９に示す素線を用いて図８に示すよ
うな平角成型撚線を作製した。素線において、ＣｕＮｉ
合金バリヤ層４およびＣｕＮｉ合金バリヤ層６の厚みが
約２０μｍのものを用いて撚線を作製した（実施例
４）。また、比較として、ＣｕＮｉ合金バリヤ層４およ
びＣｕＮｉ合金バリヤ層６の厚みは同様で、ＣｕＮｉ合
金バリヤ層９を設けない素線を用いて撚線を作製した
（実施例５）。

【００６２】作製した実施例４および実施例５の素線お
よび導体の形状、ならびに臨界電流値などの特性を表４
に示す。

【００６３】

【表４】

【００６４】撚線後熱処理し、そのときの熱処理温度を
変化させることにより表５に示すような異なる残留抵抗
比の撚線を実施例４および実施例５について作製した。
残留抵抗比の高いものは、熱処理温度を高くすることに
より作製した。

【００６５】このようにして得られた残留抵抗比の異な
る実施例４および実施例５の撚線について結合損失を測
定した。得られた値は表５に実測値として示した。ま
た、表５には、結合損失の計算値も併せて示した。

【００６６】

【表５】

【００６７】表５から明らかなように、実施例４の素線
は、実施例５のものに比べ、実測値および計算値におい
て低い結合損失を示している。表５から明らかなよう
に、外側の安定化Ｃｕ部７をＣｕＮｉ合金バリヤ層９で
分断することにより、残留抵抗比が高くなっても、外側
安定化Ｃｕ部の結合損失が低く抑えられていることがわ
かる。

【００６８】また、ＣｕＮｉ合金の増加もＮｂＴｉの１
に対し０．９と低く抑えられており、ＮｂＴｉ当りの高
い臨界電流密度２７５０Ａ／ｍｍ²（５Ｔ）が得られれ
ば、線断面当りの臨界電流密度について大幅な向上も図
れることが実証された。このように、外側の安定化Ｃｕ
部をＣｕＮｉ合金バリヤ層で分断することにより、交流
損失を低減させるとともに、高い臨界電流密度および高
い安定性が得られることがわかる。実施例６図１１は、この発明に従うＮｂＴｉ超電導線の他の例を
示す断面図である。図１１を参照して、このＮｂＴｉ超
電導線４１は、素線４２を７本撚した一次撚線４３をさ
らに１１本平角撚にして圧縮成型した平角成型二重撚線
である。

【００６９】図１２は、図１１のＮｂＴｉ超電導線の素
線を示す断面図である。図１２を参照して、素線４２の
中心には内側安定化Ｃｕ部３が設けられており、内側安
定化Ｃｕ部３のまわりには、ＮｂＴｉフィラメントバン
ドル部５が設けられている。このＮｂＴｉフィラメント
バンドル部５のまわりには、外側安定化Ｃｕ部７が設け
られている。

【００７０】また、内側安定化Ｃｕ部３とＮｂＴｉフィ
ラメントバンドル部５の間の境界には、ＣｕＮｉ合金バ
リヤ層４が設けられている。このＣｕＮｉ合金バリヤ層
４は、内側安定化Ｃｕ部３の内部にまで延び、内側安定
化Ｃｕ部３を７つの区画に分画している。

【００７１】ＮｂＴｉフィラメントバンドル部５と外側
安定化Ｃｕ部７との間の境界には、ＣｕＮｉ合金バリヤ
層６が設けられている。

【００７２】図１３は、図１２の素線中のＮｂＴｉフィ
ラメント部を示す断面図である。図１３を参照して、Ｎ
ｂＴｉフィラメント１０のまわりには、断面六角形形状
のＣｕ部１１が設けられており、このＣｕ部１１のまわ
りには、さらにＣｕＮｉ層１２が設けられている。

【００７３】この実施例では、ＣｕＮｉ合金バリヤ層４
およびＣｕＮｉ合金バリヤ層６の厚みを５μｍ以上５０
μｍ以下とするとともに、外側の安定化Ｃｕ部７の厚み
を３０μｍ以下としている。

【００７４】７０ＭＷ級の超速応励磁型発電機の界磁巻
線用導体として、図１２に示す素線より図１１に示すよ
うな平角成型二重撚線を作製した。

【００７５】ＣｕＮｉ合金バリヤ層４およびＣｕＮｉ合
金バリヤ層６の厚みが約５０μｍのもの（実施例６）を
作製するとともに、比較として、ＣｕＮｉ合金バリヤ層
４およびＣｕＮｉ合金バリヤ層６の厚みが約１μｍのも
の（比較例２）も作製した。なお、実施例６および比較
例２とも、外側安定化Ｃｕ部７の厚みは２０μｍとして
いる。

【００７６】作製した実施例６および比較例２の素線お
よび導体の形状、ならびに臨界電流密度などの特性を表
６に示す。

【００７７】

【表６】

【００７８】表６から明らかなように、比較例２および
実施例６とも臨界電流密度と安定性を決める残留抵抗比
は、基準値（臨界電流密度は２６００Ａ／ｍｍ²以上、
残留抵抗比は１００以上）を満たしている。一方、交流
損失について、実施例６は基準値である１０ｋＷ／ｍ³
以下を満足する一方、比較例２は基準値を大幅に上回っ
ている。このことから、ＮｂＴｉフィラメントバンドル
部と、内側および外側の安定化Ｃｕ部との境界に所定の
厚みのＣｕＮｉ合金バリヤ層を設けることにより、交流
損失を低減させるとともに、高い臨界電流密度と高い安
定性を有する導体を作製できることがわかる。

【００７９】実施例６では、外側安定化Ｃｕ部の厚みを
比較例２とともに２０μｍとしたが、外側安定化Ｃｕ部
の厚みによる交流損失の低減効果を明らかにするため、
表７に示す５種類の試料を作製し、渦電流損失の測定を
行なった。

【００８０】

【表７】

【００８１】ＣｕＮｉ単線（Ｎｏ．１）の渦電流損失は
０．１ｋＷ／ｍ³（４Ｔ→６Ｔ→４Ｔ、１０Ｔ／ｓ）以
下で非常に小さいことが判明した。これに比べ、Ｃｕを
外皮としたＣｕ／ＣｕＮｉ複合線（Ｎｏ．２〜Ｎｏ．
５）の磁化曲線は、Ｃｕ外皮厚が大きいほど磁化曲線の
面積が大きくなり、渦電流損失と外皮厚の関係は図１４
に示すとおりとなった。図１４から明らかなように、３
０μｍ以上の外皮厚では、渦電流損失が急激に増加す
る。

【００８２】そこで実施例６のタイプの素線を用いてさ
らに詳細な検討を行なった。交流損失の成分は次式のと
おりとなる。

【００８３】交流損失＝ヒステリシス損失＋結合損失＋渦電流損失ヒステリシス損失はＣｕＮｉ径に比例する。実施例６で
は、３．１μｍφのフィラメントであるから、ヒステリ
シス損失は数ｋＷ／ｍ³となる。これを踏まえて、先ほ
どの実験例から、渦電流損失は、外側安定化Ｃｕ部の厚
みが３０μｍ以下であれば、０．５ｋＷ／ｍ³以下であ
ることが判明した。

【００８４】実施例６で用いた素線において、外側安定
化Ｃｕ部の厚みを種々変えたものを作製し、結合損失の
評価を行なった。その結果を図１５に示す。

【００８５】図１５に示すように、外側安定化Ｃｕ部の
厚みに比例して結合損失は増加することが実験的に明ら
かになった。これより、交流損失を規格の１０ｋＷ／ｍ
³以下とするためには、外側Ｃｕ部の厚みを３０μｍ以
下にすればよい。厚みを４０μｍとすれば、結合損失は
約１０ｋＷ／ｍ³となり、他のヒステリシス損、渦電流
損に対する余裕がなくなる。さらに余裕を設けたいなら
ば、外側安定化Ｃｕ部の厚みを２０μｍ以下とすること
がより好ましい。

【００８６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のＮｂＴ
ｉ超電導線は、交流損失が低減され、高い安定性を有
し、さらに高い電流密度を保持することができるので、
たとえば、超電導発電機などに用いられる発電機用超電
導線として有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に従うＮｂＴｉ超電導線の一具体例を
示す断面図である。

【図２】図１のＮｂＴｉ超電導線の素線を示す断面図で
ある。

【図３】図２の素線中のＮｂＴｉフィラメント部を示す
断面図である。

【図４】この発明に従うＮｂＴｉ超電導線の他の例を示
す断面図である。

【図５】図４の超電導線に用いる素線の一具体例を示す
断面図である。

【図６】図４の超電導線に用いる素線のもう１つの具体
例を示す断面図である。

【図７】図５および図６の素線中のＮｂＴｉフィラメン
ト部を示す断面図である。

【図８】この発明に従うＮｂＴｉ超電導線の他の例を示
す断面図である。

【図９】図８の超電導線に用いる素線を示す断面図であ
る。

【図１０】図９の素線中のＮｂＴｉフィラメント部を示
す断面図である。

【図１１】この発明に従うＮｂＴｉ超電導線の他の例を
示す断面図である。

【図１２】図１１の超電導線に用いる素線を示す断面図
である。

【図１３】図１２の素線中のＮｂＴｉフィラメント部を
示す断面図である。

【図１４】渦電流損失とＣｕ外皮厚の関係を示す図であ
る。

【図１５】外皮Ｃｕ厚を変えて結合損失を測定した結果
を示す図である。

【符号の説明】１、２１、３１、４１ＮｂＴｉ超電導線２、２２、２２′３２、４２素線３内側安定化Ｃｕ部４ＣｕＮｉ合金バリヤ層５ＮｂＴｉフィラメントバンドル部６ＣｕＮｉ合金バリヤ層７外側安定化Ｃｕ部８溝９ＣｕＮｉ合金バリヤ層１８外皮ＣｕＮｉ層１０ＮｂＴｉフィラメント１１Ｃｕ部１２ＣｕＮｉ層なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

フロントページの続き (72)発明者川島真生大阪市此花区島屋一丁目１番３号住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者高橋謙一大阪市此花区島屋一丁目１番３号住友電気工業株式会社大阪製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】素線内部において環状に配置されたＮｂ
Ｔｉフィラメントバンドル部の内側および外側に安定化
Ｃｕ部を有するＮｂＴｉ超電導線において、前記ＮｂＴｉフィラメントバンドル部と内側の安定化Ｃ
ｕ部との境界および前記ＮｂＴｉフィラメントバンドル
部と外側の安定化Ｃｕ部との境界にそれぞれ厚みが５μ
ｍ以上１００μｍ以下のＣｕＮｉ合金バリヤ層が配置さ
れていることを特徴とする、ＮｂＴｉ超電導線。
【請求項２】前記素線の長手方向に連続的に形成され
る溝部により、前記外側の安定化Ｃｕ部が、前記素線の
外周方向において分断されていることを特徴とする、請
求項１に記載のＮｂＴｉ超電導線。
【請求項３】前記素線の長手方向に連続的に設けられ
る誘電体により、前記外側の安定化Ｃｕ部が、前記素線
の外周方向において分断されていることを特徴とする、
請求項１に記載のＮｂＴｉ超電導線。
【請求項４】前記素線の長手方向に連続的に設けられ
る金属バリヤ層により、前記外側の安定化Ｃｕ部が、前
記素線の外周方向において分断されていることを特徴と
する、請求項１に記載のＮｂＴｉ超電導線。
【請求項５】前記外側の安定化Ｃｕ部の厚みが、３０
μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のＮ
ｂＴｉ超電導線。