JPH06223641A - 超電導導体とそれを用いた超電導限流器トリガコイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、断面積が従来のものと同じレベル
で通電容量を上げることを目的とする。 【構成】 超電導素線１ａの１．５〜５倍の径を持つ絶
縁体芯線１ｃを中心に複数本の超電導素線１ａを撚り合
わせて１次撚線１ｂとし、この１次撚線１ｂの１．５〜
５倍の径を持つ絶縁体芯線１ｅを中心に複数本の１次撚
線１ｂを撚り合わせた２次撚線１ｄで構成したことを特
徴とする。そして、このような超電導導体が、内・外同
軸に配備された絶縁材料製のそれぞれの巻枠２ａ，ａｃ
に、規定電流通電時における導体近傍の磁界値が０．５
Ｔ（テスラ）以下となるような最小ピッチｄで互いに逆
向きに巻回されてなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、短絡電流抑制用の超電
導限流器トリガコイル等に用いられる超電導導体とそれ
を用いた超電導限流器トリガコイルに関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来の超電導限流器用トリガコ
イルの構成例を示している。同図において６ａは共通磁
心であり、この上に超電導導体からなるトリガコイル６
ｂ，６ｃが互いに逆方向に結線されて巻かれている。逆
方向に巻かれたトリガコイル６ｂと６ｃは、通電時に互
いの自己磁界を打ち消し合い、トリガコイルは無誘導状
態となる。

【０００３】図７は、上記の超電導限流器用トリガコイ
ルに用いられている超電導導体の断面を示している。超
電導導体は、補強材７ａの周りに６本の超電導素線７ｂ
が撚線されて１次撚線７ｄが形成され、補強材７ｃの周
りに６本のその１次撚線７ｄが撚線された２次撚線で構
成されている。補強材７ａは超電導素線７ｂと同径、補
強材７ｃは１次撚線７ｄと同径である。この構成は交流
用超電導導体としては典型的なものである。

【０００４】トリガコイルの動作原理は、定常時にゼロ
抵抗でかつ無誘導状態で運転しているが、ここに短絡電
流のような数十kAの過電流が流れようとすると超電導導
体がクエンチし、瞬時に高抵抗体となり過電流を抑制す
る仕組みである。従来のトリガコイルでは、例えば定常
運転電流が約１５００Ar.m.s、クエンチ時の抵抗が１０
Ω程度のものが得られている。定常運転電流値とクエン
チ抵抗値はトリガコイルの性能を決定する主な因子であ
るが、これに加えて定常運転時の超電導導体の交流損失
も重要である。交流損失は超電導導体の体積に比例して
大きくなり、上述のトリガコイルでは２Ｗ以下に抑えら
れている。これは液体ヘリウムを冷却するための冷凍機
の現在の性能を考えると極力小さくすることが望まし
い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで上述のような
超電導導体を用いたトリガコイルの定常運転電流をさら
に上げようとする場合、超電導導体の径を増やすという
形で解決するのが通常考えられる手段である。しかし、
ただ導体径を増やしただけではクエンチ抵抗が小さくな
り、有効な限流特性が得られない。トリガコイルを構成
する超電導導体の長さを延ばしてクエンチ抵抗を稼ぐこ
ともできるが、超電導導体の体積に比例して交流損失が
大きくなる。従来のトリガコイルではクエンチ抵抗、交
流損失とも限流器として機能する上で限界値にあるの
で、この値を変えずに定常運転電流を上げなくてはなら
ない。この問題を解決するためには超電導導体の体積を
変えずに通常能力を上げる必要がある。即ち超電導導体
の許容電流密度を上げなければならない。

【０００６】そこで、本発明は、断面積が従来のものと
同じレベルで通電容量を上げることができる超電導導体
とそれを用いた超電導限流器トリガコイルを提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の超電導導体は上
記課題を解決するために、超電導素線の１．５〜５倍の
径を持つ絶縁体芯線を中心に複数本の前記超電導素線を
撚り合わせて１次撚線とし、該１次撚線の１．５〜５倍
の径を持つ絶縁体芯線を中心に複数本の前記１次撚線を
撚り合わせた２次撚線で構成してなることを要旨とす
る。

【０００８】また、本発明の超電導限流器トリガコイル
は、上記超電導導体が、内・外同軸に配備された絶縁材
料製のそれぞれの巻枠に、規定電流通電時における導体
近傍の磁界値が０．５Ｔ（テスラ）以下となるような最
小ピッチで互いに逆向きに巻回されてなることを要旨と
する。

【０００９】

【作用】超電導導体の通電能力は、導体外周部近傍の磁
界値に依存する。上記構成とすることにより、超電導導
体の断面に占める良導体の断面積を従来と同じとしたと
き、導体径の値は従来よりも大になる。したがって、導
体外周部近傍の自己磁界値が低く抑えられ、導体の断面
積が従来のものと同じレベルで通電容量を上げることが
可能となる。

【００１０】そして、このような超電導導体を用いるこ
とにより、定常運転電流を向上した超電導限流器トリガ
コイルを得ることができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の第１実施例である超電導導体の
断面を示している。超電導素線１ａは従来使用されてい
るものと同様のものが用いられている。この超電導素線
１ａの３倍の径を持つ例えば炭素繊維（炭素は通常導電
性が高いと考えられるが、共有結合であるから液体ヘリ
ウム温度では絶縁体に近い）からなる絶縁体芯線１ｃを
中心に１２本の超電導素線１ａが撚り合わされて１次撚
線１ｂが形成されている。２次撚線１ｄは、１次撚線１
ｂの３倍の径を持つ例えば炭素繊維からなる絶縁体芯線
１ｅを中心に１２本の１次撚線１ｂが撚り合わされて形
成され、この２次撚線１ｄにより超電導導体が構成され
ている。以下、超電導導体というときも２次撚線と同符
号１ｄを用いる。

【００１２】図２は、上述の超電導導体１ｄを用いて形
成された超電導限流器用トリガコイルを示している。巻
枠２ａに超電導導体１ｄが、規定電流通電時に導体近傍
の磁界値が０．５Ｔ（テスラ）以下となるような巻ピッ
チｄで各巻線間に絶縁空隙を有するように巻回されて内
側コイル２ｄが形成されている。また内側コイル２ｄと
同軸的に外側に設置された巻枠２ｃに内側コイル２ｄと
同様な巻ピッチｄで内側コイル２ｄと逆向きに超電導導
体１ｄが巻回されて外側コイル２ｅが形成されている。
内側コイル２ｄと外側コイル２ｅとは両端が短絡され、
両コイル２ｄ，２ｅに電流を流したとき、互いの発生す
る磁界を打ち消し合うような構成になっている。

【００１３】次に、本実施例の作用を説明する。本実施
例の超電導導体１ｄは、従来の６×６本撚線構成の超電
導導体と２次撚線径を比較すると、超電導素線の径が等
しいとき、２．８倍となる。導体外周部近傍の自己磁界
値はアンペアの周回路の法則 Ｂ＝μ₀ ・Ｉ／２πｒ （Ｔ） Ｉ：電流値 ｒ：導体中心からの距離 で求められる。導体外周部近傍の磁界値は、上式中のｒ
を大きくすることによって抑制できる。したがって上記
条件のとき、本実施例の超電導導体１ｄは従来のものと
比較して自己磁界値が１／２．８となる。この効果は図
４に示すように電流値が大きくなるほど有効である。同
図中、４ａは本実施例の超電導導体の自己磁界−電流依
存性、４ｂは従来の超電導導体の自己磁界−電流依存性
である。

【００１４】次いで、本実施例の超電導導体と従来の超
電導導体で導体断面を占める良導体の量が同じ場合、即
ちクエンチ抵抗を同じにした場合の２次撚線径の差を述
べる。従来の超電導導体は超電導素線の６×６本撚線で
あるが撚線中心のＣｕ−３０％Ｎｉも導電体であるので
７×７本撚線として撚線径の差を求める。本実施例の超
電導導体における超電導素線径をαとすると、従来の超
電導導体は超電導素線径を１．７１αとしたとき良導体
の断面積が等しくなる。これを双方撚線した場合、本実
施例の超電導導体の２次撚線径は２５α、従来の超電導
導体の２次撚線径は１５．４αとなる。従って、自己磁
界値の差は本実施例の超電導導体は従来のものと比較し
て１／１．６となる。また同超電導導体で構成されるト
リガコイルを隣接する超電導導体の発生する磁界の影響
の少ない適切な巻ピッチとし、導体外周部は自己磁界に
近い状態とすることによって通電容量を増大させること
が可能となる。このように超電導導体外周部近傍の磁界
値を低く抑えるのは、この磁界値により超電導導体の通
電能力が決まっているためである。図３にトリガコイル
のクエンチ電流値と超電導導体外周部の磁界値との関係
を示す。同図は５種類のトリガコイルについてクエンチ
電流値を測定した結果であるが、どれも一定磁界値に達
したところでクエンチしている。このトリガコイルを構
成している超電導導体は６×６本撚線構成で、超電導素
線の通電能力の３６倍のクエンチ電流値を期待できる
が、実測結果は期待値の１／２程度である。この結果か
らトリガコイルの通電能力が導体外周部近傍の磁界値に
依存していることは明らかである。従って、本実施例の
超電導導体で形成したトリガコイルは、その通電容量を
上げることが可能である。

【００１５】図５には、本発明の第２実施例を示す。本
実施例では、超電導素線５ａの２倍の径を持つ例えば炭
素繊維からなる絶縁体芯線５ｃを中心に９本の超電導素
線５ａが撚り合わされて１次撚線５ｂが形成され、この
１次撚線５ｂの２倍の径を持つ例えば炭素繊維からなる
絶縁体芯線５ｅを中心に９本の１次撚線５ｂが撚り合わ
されて２次撚線５ｄが形成されている。この２次撚線５
ｄにより、９×９本撚線構成の超電導導体が形成されて
いる。本実施例の超電導導体５ｄは、従来の６×６本撚
線構成の超電導導体と２次撚線径を比較すると、超電導
素線の径が等しいとき、約１．８倍となる。これにより
導体外周部近傍の自己磁界値は約２５％程度小さくな
り、これに応じて通電容量を増大させることが可能とな
る。

【００１６】上述のように、本実施例の超電導導体は、
製造方法上問題がない限り絶縁体芯線径を超電導素線径
よりも大にしてｎ×ｎ本撚線という形で導体径を大きく
していくことができる。超電導素線径に対する絶縁体芯
線径の倍数は、１．５倍で超電導導体径は約１．４倍と
なり通電容量を有効に増大させることができる。したが
って最小倍数は１．５倍程度とされる。一方、最大倍数
は実用上５倍程度に抑えられる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
超電導素線の１．５〜５倍の径を持つ絶縁体芯線を中心
に複数本の超電導素線を撚り合わせて１次撚線とし、こ
の１次撚線の１．５〜５倍の径を持つ絶縁体芯線を中心
に複数本の前記１次撚線を撚り合わせた２次撚線で構成
したため、超電導導体の断面に占める良導体の断面積を
従来と同じとしたとき導体径の値が従来より大になり、
導体外周部近傍の磁界値を低く抑えることができるの
で、断面積が従来のものと同じレベルで通電容量を上げ
ることができる。即ち導体素線当たりの通電効率を改善
することができる。そして、このような超電導導体を超
電導限流器トリガコイルに用いることにとより、定常運
転電流を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超電導導体の第１実施例を示す断
面図である。

【図２】上記第１実施例の超電導導体を用いて形成した
超電導限流器トリガコイルを一部側断面で示す構成図で
ある。

【図３】クエンチ電流値の磁界依存性を示す特性図であ
る。

【図４】上記第１実施例の超電導導体における導体外周
部に発生する自己磁界の電流値依存性を比較例とともに
示す特性図である。

【図５】本発明の第２実施例を示す断面図である。

【図６】従来の超電導限流器トリガコイルの構成図であ
る。

【図７】従来の超電導導体の断面図である。

【符号の説明】

１ａ，５ａ 超電導素線 １ｂ，５ｂ １次撚線 １ｃ，５ｃ １次撚線の絶縁体芯線 １ｄ，５ｄ ２次撚線 １ｅ，５ｅ ２次撚線の絶縁体芯線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松崎 順 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 ▼つる▲永 和行 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 伊藤 大佐 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝研究開発センター内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超電導素線の１．５〜５倍の径を持つ絶
   縁体芯線を中心に複数本の前記超電導素線を撚り合わせ
   て１次撚線とし、該１次撚線の１．５〜５倍の径を持つ
   絶縁体芯線を中心に複数本の前記１次撚線を撚り合わせ
   た２次撚線で構成してなることを特徴とする超電導導
   体。
2. 【請求項２】 請求項１記載の超電導導体が、内・外同
   軸に配備された絶縁材料製のそれぞれの巻枠に、規定電
   流通電時における導体近傍の磁界値が０．５Ｔ（テス
   ラ）以下となるような最小ピッチで互いに逆向きに巻回
   されてなることを特徴とする超電導限流器トリガコイ
   ル。