JPH0636329B2 - 超電導導体 - Google Patents

超電導導体

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JPH0636329B2
JPH0636329B2 JP61021940A JP2194086A JPH0636329B2 JP H0636329 B2 JPH0636329 B2 JP H0636329B2 JP 61021940 A JP61021940 A JP 61021940A JP 2194086 A JP2194086 A JP 2194086A JP H0636329 B2 JPH0636329 B2 JP H0636329B2
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超電導導体に係り、特に、パルス、又は交流用
に使用するに好適な大電流用の超電導導体に関する。
〔従来の技術〕
超電導導体として、これまでに開発された交流用の複合
多心超電導導体(以下、交流導体と呼ぶ)を例にとり、
従来技術を説明する。
第5図に、従来の典型的な交流導体の断面構成を示す。
通常、交流導体1は、熱的にも電磁気的にも、また機械
的にも安定性を確保するために、熱的、電気的良導体で
ある銅やアルミニウムなどの常電導金属と超電導導体、
そして交流損失を低減するために、これら超電導導体間
に挿入された高抵抗金属とから概略構成される。第5図
(a)に示される交流導体1は、第5図(b)に示す極細線化
された超電導フイラメント(〜0.5μm直径)4を多数
本(〜14500本)安定化材となる銅5の内に埋め込み、
この外周にキユプロニツケルのような高抵抗金属6を被
覆した超電導素線(以下素線とよぶ)2を外側に、そし
て、第5図(c)に示す超電導素線2と同径の銅5にキユ
プロニツケル6を被覆したダミー線3を内側に配置し、
全体をキユプロニツケル6、銅5、絶縁物7で3重に被
覆して構成される(尚、このような構成の超電導導体
は、特開昭60-74307号公報に開示されている。)。この
交流導体1において、交流損失を低減するために、4つ
の工夫をなされている。すなわち、(i)超電導フイラメ
ント4の直径を1μm以下に極細線化し磁化(履歴)損
失を下げ、(ii)キユプロニツケル6で交流導体1を微小
領域に分割し、交流電流(磁界)の変化に伴なつて誘起
される渦電流の発生を抑え、かつ、素線2どうし、ダミ
ー線3どうし、さらに素線2とダミー線3間の電磁気的
結合を阻止し、(iii)さらに交流導体1全体をツイスト
して、上記電磁気的結合を更に抑え、しかも、(iv)素線
2を外側に、ダミー線3を内側に配置し、素線2を流れ
る交流電流による交流磁界がダミー線3に印加されない
ように工夫されている。一方、安定性を高めるために、
銅がダミー線3として多数包含されている。
この交流導体1の直径は〜0.1mmで、交流電流容量は磁
界1Tのもとで〜50Aであり、そして、交流損失は5
0Hz,1Tの交流磁界のもとで導体単位体積(m3)当り
〜10Wと計算されており、導体単位長(m)当りに
換算すると〜数mWの損失となる。この交流導体1は、現
状技術で最も良好な性能を有するものと考えられてお
り、ほゞ技術限界にある。そして、超電導フイラメント
4を極細線化する必要上、交流導体1の直径と電流容量
を必然的に小さくせざるを得ないという状況にある。
交流損失の少ない大電流の交流導体を開発するために
は、上記交流導体1を複数本束ねた、第6図に示すよう
な超電導撚線8′(以下撚線とよぶ)が考えられる。撚
線構造の最大の欠点は、それを構成する交流導体1間に
電磁気的結合が生じ、これに伴なう結合損失が追加され
ることである。撚線8′で生ずる諸々の交流損失、例え
ば、超電導フイラメント4自体の磁化損失、銅5中の渦
電流損失、超電導フイラメント4間の結合損失、そして
問題の交流導体1間の結合損失などがあげられるが、そ
の中で交流導体1間の結合損失が最も大きい。
なお、第6図中(a)は2重撚線、(b)は編組線、(c)は成
型撚線と呼ばれるものである。これら各撚線8′におい
て結合損失を低減する努力が続けられているが、安定性
と低交流損失をともに満足するものは見い出されていな
い。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術において、超電導フイラメント4を極細線
化する必要性から、交流導体の電流容量を高めることが
困難な状況にある。また、大電流交流導体を開発する上
で、結合損失を低減するための新しい工夫が要求されて
いる。
本発明は上述の点に鑑み成されたもので、その目的とす
るところは、交流損失の低減をはかるとともに、実用的
な電流容量をもつ超電導導体を提供するにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は常電導体の外周に沿つて複合多心超電導導体を
螺旋状に右巻きと左巻きの層が交互になるよう巻き付け
ることにより、所期の目的を達成するようになしたもの
である。
〔作用〕
即ち、撚りピツチを小さくすれば、撚線に印加される交
流磁界(磁束)の大部分は撚線と鎖交することなく素通
りし、結合損失は大幅に低減される。しかし、撚りピツ
チを小さくすると、撚線自体が細長い単層ソレノイドコ
イルを形成し、撚線に電流を流したとき、磁束の大部分
は撚線内部に閉じ込められ、撚線の経験する磁界は高く
なり、撚線のインピーダンス(自己インダクタンス)は
著しく大きくなる。そこで、複合多心超電導導体を右巻
き、左巻きの層が交互になるような撚線構造とすること
により、撚線内部の磁界を弱めることができ、撚線のイ
ンピーダンスの低減と同時に電流容量の増加を図ること
ができる。
〔実施例〕
以下、図面の実施例に基づいて本発明を詳細に説明す
る。尚、符号は従来と同一のものは同符号を使用する。
第1図(a),(b)に本発明の超電導導体の一実施例を示
す。
本図は本発明の基本概念として、断面が円形をなす場合
の撚線方式の交流用超電導導体8(以下撚線導体とよ
ぶ)の構造を示したものである。該図の如く、中心部に
配置された芯となる常電導体9は、第5図に示した交流
導体1の中心部構造と同様、ダミー線3の集合体とする
ことが良策であるが、ここではその詳細については問題
にしないことにする。本実施例では、常電導体9の周囲
に、第5図で示したような交流導体1を1本持ちで、巻
線ピツチが交流導体1の直径に等しくなるよう、すなわ
ち密に左巻きに一層巻きつけ、その外側にもう一本の交
流導体1で、同様に密に右巻きに一層まきつけ、最外周
に絶縁物7を被覆して超電導導体を構成している。この
図では電流容量は単に2倍になつただけであるが、交流
損失、ことに結合電流による損失を最小にすることが可
能である。いうまでもなく、層数は最低2以上てなくて
はならない。
第2図(a),(b)に本発明の第2の実施例を示す。第1図
のように、各層を一本持ちで巻くと交流損失を最小にす
ることは可能であるが、大電流化には層数を増すしかな
い。一般に、n本持ちでm層巻けば、電流容量はn×m
倍大きくできることになる。本実施例ではn=5,m=
4とし、電流容量を20倍に高めた場合を示す。例え
ば、第5図に示した交流導体1を用いれば、1Tで〜10
00Aの撚線導体8を得ることがてきる。層数mは、撚線
導体8の内部磁界を消す目的からすれば、偶数が望まし
いが、層毎に螺旋の直径が異なることを考慮し、撚線導
体8内部の磁界を最小にして、かつ各層のインピーダン
スを出来る限り揃えるような条件から層数、及び各層に
巻かれる交流導体1の直径を決定すればよい。かかる設
計手法は当然とられるべきであり、交流損失を低減し、
各層のインピーダンスを揃え、かつ実用的な電流容量を
もつ交流用超電導導体を得るためには必要不可欠な技術
である。
第3図(a)(b)に本発明の第3の実施例を示す。第1図、
及び第2図に示した例では、撚線導体8を多層構造で構
成する必要があることを述べたが、多層にすると層と層
の間で電磁気的結合が生ずる可能性があり、交流損失の
低減という観点から対策を構ずべきである。そこで、本
実施例では、層間に高抵抗層もしくは電気的な絶縁物層
10を挿入設置したものである。この高抵抗層には、高
抵抗金属,導電性金属酸化物,導電性有機物などが考え
られる。高抵抗層を用いる場合は、多少の電磁気的結合
はまぬがれないが、撚線導体8の機械的強度と冷却の点
で優れ、逆に電気的な絶縁物を用いると電磁気的結合は
完全に断ち切ることができるが、機械的強度と冷却性で
劣ることになる。各層のインピーダンスが揃つていたと
しても、電気的絶縁物層10を挿入すると、層毎に流れ
る電流に不揃いが生じる可能性があつて、高抵抗層を用
いた方が良策である。いずれにしても、層間の電磁気的
結合を弱めるべく対策を構ずる必要がある。
第4図(a),(b)に本発明の第4の実施例を示す。第1図
〜第3図に示した実施例においては、芯となる常電導体
9を用いたが、撚線導体8全体で超電導安定化のための
銅量が十分であれば、芯の部分の銅量を減らし、そこで
の交流損失特に渦電流損失を低減することは賢明な方策
といえる。そのために、本実施例では、常電導パイプ1
1を芯として、これまで述べたと同様な方法で、交流導
体1を常電導パイプ11に巻きつけ撚線導体8を構成し
ている。この常電導パイプ11の材料は銅やアルミニウ
ムでもよく、また、ステンレス鋼でもよい。更に、常電
導パイプ11の中空部は真空にしてもよいし、液体ヘリ
ウムを充せるようにしてもよく、さらには超臨界圧ヘリ
ウムを流してもよい。特に、この芯となる常電導体9を
常電導パイプ11で置き換えることで、撚線導体8の長
手方向の機械的強度は著しく向上する。
次に、第2図(a),(b)に示した撚線導体の交流損失を計
算し、本発明の有効性を確める。使用した交流導体1は
第5図のもの(超電導フイラメントは0.5μm,14500
本)をそのまま用い、その交流損失を計算値通り、50
Hz−1Tの交流磁界のもとで10W/m3とする。絶縁
物7をとつた交流導体1を5本持ちで4層巻き、芯とな
る常電導体は、直径60μmのダミー線3(キユプロニ
ツケル厚さ3.5μmを含む)を40本束ね(直径は0.4m
m)、撚線導体8の仕切り外径を1.4mmとする。この撚線
導体に50Hz−1Tの交流磁界を印加する条件のもとで
計算を行なつたところ、超電導フイラメント全体の磁化
損失は1.3×10W/m3、渦電流損失は各部に配置さ
れた銅の部分で5.6×10W/m3、また各部に配置さ
れたキユプロニツケル中で2.3×10W/m3、そして
結合損失は、各層間で発生するものが2.6×10W/m
3、5本持ちした交流導体間で2.1×10W/m3、芯の
常電導体部のダミー線3間で3.2×10W/m3、交流
導体内超電導フイラメント間で5.0×10W/m3とい
う結果がえられた。従つて、合計で1.4×10W/m3
となる。電流容量が20倍大きくなつたにもかかわら
ず、交流損失は14倍しか大きくならなかつた。
いうまでもなく、上述の第1図〜第4図の各実施例を適
宜組み合せた撚線導体を構成することは容易であり、ま
た、撚線導体の断面形状、外周部の絶縁手法等各種の変
形が考えられるが、それらにこだわる必要はない。
〔発明の効果〕
以上説明した本発明の超電導導体によれば、常電導体の
外周に沿つて複合多心超電導導体を螺旋状に右巻きと左
巻きの層が交互になるように巻き付けたものであるか
ら、従来のもつ単位電流容量当りの交流損失を越えるこ
となく、大容量の交流用超電導導体を構成することが可
能で、現存する各種交流機器の超電導化に大きく寄与す
ることができ、その工業的効果は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明の超電導導体の一実施例を示す概略
構成図、第1図(b)はその断面図、第2図、第3図、及
び第4図はそれぞれ本発明の他の実施例を示し、それぞ
れ(a)は第1図(a)に(b)は第1図(b)に相当する図、第5
図(a)は従来の超電導導体を示す断面図、第5図(b)、及
び(c)はそれを構成する超電導素線、及びダミー線の断
面図、第6図(a),(b)、及び(c)はそれぞれ従来技術によ
る撚線導体の例を示す斜視図である。 1…交流導体、2…超電導素線、3…ダミー線、4…超
電導フイラメント、5…銅、6…高抵抗金属、7…絶縁
物、8…撚線導体、9…常電導体、10…電気的絶縁物
層、11…常電導パイプ。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−39492(JP,A) 特開 昭51−131295(JP,A) 特開 昭55−98411(JP,A) 特開 昭55−100607(JP,A) 特開 昭60−74307(JP,A) 特開 昭60−158511(JP,A) 特公 昭43−5063(JP,B1) 特公 昭51−13867(JP,B1)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】常電導体(9)と、該常電導体の外周に沿っ
    て、螺旋状に右巻きと左巻きの層が交互になるよう巻き
    つけられた複合多心超電導体(8)とからなることを特徴
    とする超電導導体。
  2. 【請求項2】右巻きと左巻きに交互に巻回された前記複
    合多心超電導体(8)の層間に高抵抗層(6)、もしくは電気
    的絶縁層(7)を介在させたことを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の超電導導体。
  3. 【請求項3】前記常電導体(9)を中空パイプで形成した
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超電導導
    体。
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