JPH10233130A - 交流用超電導多重撚線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 商用周波数領域の交流変動磁場下において、
高い通電電流密度、小さい交流損失、高い安定性をバラ
ンスよく実現する交流用超電導多重撚線を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 超電導撚線が複数本撚り合わせられてな
る超電導多重撚線であって、前記超電導撚線は、常電導
金属体に複数本の超電導体が埋設された超電導素線が複
数本撚り合わせられ、その外周に常電導金属体が螺旋状
に巻き付けられていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流変動磁場下に
おいて、安定性が高く、通電電流が大きい交流用超電導
多重撚線に関する。

【０００２】

【従来の技術】交流用超電導素線は、交流損失を低減
し、安定性を高めるために、縮径化された超電導フィラ
メントを多数本、常電導金属マトリクスに埋設してなる
複合多芯構造を有する。また、交流変動磁場に対して超
電導フィラメントの電磁気的結合による交流損失の増大
を抑制するために、常電導金属マトリクスの比抵抗を高
め、ツイストピッチを縮小する必要がある。従って、超
電導素線の直径を小さくすることにより、素線１本当た
りの臨界電流が小さくなるので、大電流を通電する場合
には、超電導素線を何重にも撚り合わせた多重撚線構造
にする。

【０００３】超電導多重撚線を変動磁場下において使用
する場合、電磁力による機械的振動、冷却特性の低下、
撚線間に生じる結合損失による温度上昇、撚線間の電気
的接触不良による撚線間を横断する電流の転流特性の低
下等により、超電導多重撚線を構成する超電導素線が電
気的に不安定になり、クエンチ（常電導転移）し、ひい
ては多重撚線導体全体のクエンチが起こりやすくなる。
この現象は、５０Ｈｚ／６０Ｈｚという商用周波数の交
流変動磁場下で顕著になる。

【０００４】そこで、超電導多重撚線の安定性を高める
ためには、超電導素線と安定化用低抵抗部材や補強用高
強度部材などとを複合化する必要がある。その従来技術
としは、下記のような各種の方法が提案されている。即
ち、 １）放射状に配置された超電導撚線の間に常電導体を設
け、その導体の外周を補強用の常電導体で覆う（特開昭
５６−１４１２号公報参照）。

【０００５】２）超電導撚線と撚り合わされた低抵抗の
常電導金属体を高抵抗の常電導金属体で分割することに
よって、低抵抗な常電導金属体部分で生じる渦電流損失
を低減する（特開昭６０−１５８５１０号公報参照）。

【０００６】３）超電導撚線の素線間に導電性微粉末と
絶縁性有機物とからなる電気抵抗性物質を設ける（特開
昭６２−１７８００７号公報参照）。 ４）超電導撚線の素線間を半田で接着し、圧縮すること
によって安定性を高める（特開昭６３−１９３４０９号
公報参照）。

【０００７】５）超電導撚線を部分的にスリットを設け
たアルミ安定化材で被覆し、その外周を補強材で被覆す
る（特開平４−６７１３号公報参照）。 ６）素線に溝加工が施され、その凸部表面に高抵抗層を
設ける（特開平５−３４２９２６号公報参照）。

【０００８】７）絶縁された超電導素線を撚り合わせた
超電導撚線において、長手方向に所定のピッチで電気的
に短絡することにより、撚線内で電流を均一化し、通電
電流の偏流を抑制する（特開平７−１４４４１号公報参
照）。

【０００９】８）超電導撚線の素線長手方向に連続的な
非絶縁物を設ける（特開平７−６５６４４号公報参
照）。 ９）超電導線に絶縁テープを螺旋状に撚り付け、巻線し
た場合に冷媒通路を確保するとともに、線間の絶縁をと
る（特開平８−１９０８２２号公報参照）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
技術を用いて作製した超電導多重撚線においても、交流
変動磁場下における使用において、高い通電電流密度、
小さい交流損失、高い安定性をバランスよく実現するこ
とができないという問題があった。

【００１１】例えば、Ｃｕ−Ｎｉ合金母材にサブミクロ
ンの直径を有するＮｂ−Ｔｉフィラメントが数十万本埋
設された交流用超電導素線を用いた超電導多重撚線にお
いては、超電導多重撚線の交流クエンチ電流が交流用超
電導素線の交流クエンチ電流の撚り本数倍よりもかなり
小さくなるという交流クエンチ電流のデグラデーション
の問題を解決することはできない。

【００１２】これは、撚り次数が２を越える場合に、低
次の撚線間が超電導素線同士の点接触となるため、接触
抵抗が大きくなり、低次の撚線間を横断する電流の転流
が抑制され、電流が偏流し易くなることに起因する。

【００１３】なお、超電導素線間の転流特性を向上させ
るには、超電導フィラメントを埋設する母材や素線シー
ス部分の常電導金属の比抵抗を小さくし、素線間の接触
抵抗を下げる方法があるが、この方法は素線内及び素線
間結合損失を増大するという別の問題を生ずる。

【００１４】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、商用周波数領域の交流変動磁場下におい
て、高い通電電流密度、小さい交流損失、高い安定性を
バランスよく実現する交流用超電導多重撚線を提供する
ことを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決すべくなされたもので、請求項１に記載の発明は、超
電導撚線が複数本撚り合わせられてなる超電導多重撚線
であって、前記超電導撚線は、常電導金属体に複数本の
超電導体が埋設された超電導素線が複数本撚り合わせら
れ、その外周に常電導金属体が螺旋状に巻き付けられて
いることを特徴とするものである。

【００１６】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の発明において、超電導撚線に螺旋状に巻き付け
られている常電導金属体の巻き付け方向が、前記超電導
撚線の撚り方向と逆方向になっていることを特徴とする
ものである。

【００１７】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
または２に記載の発明において、超電導撚線に螺旋状に
巻き付けられている常電導金属体はテープ形状であっ
て、その幅よりも大きいピッチで巻き付けられているこ
とを特徴とするものである。

【００１８】更に、請求項４に記載の発明は、請求項１
ないし３に記載の発明において、超電導撚線に螺旋状に
巻き付けられている常電導金属体は、超電導体が埋設さ
れた常電導金属体よりも比抵抗が小さい金属体、または
超電導体が埋設された常電導金属体よりも比抵抗が小さ
い金属体がそれよりも比抵抗が大きい金属体により長手
方向と平行に細分化されかつツイストされたものである
ことを特徴とするものである。

【００１９】更にまた、請求項５に記載の発明は、請求
項１ないし３に記載の発明において、超電導撚線に螺旋
状に巻き付けられている常電導金属体が、少なくとも該
交流用超電導多重撚線と電流導入部との接続部分に設け
られていることを特徴とするものである。

【００２０】請求項１に記載の超電導多重撚線において
は、超電導撚線の外周に常電導金属体（以下、常電導金
属体Ａとする）が螺旋状に巻き付けられている。そのた
め、常電導金属体Ａの比抵抗、形状、数量および超電導
撚線の撚り方向とそれに螺旋状に巻き付けられている常
電導金属体Ａの巻き付け方向のなす角度を調整すること
により、超電導撚線間の接触抵抗を、常電導金属体Ａが
介在しない場合よりも小さく、適切に設定することがで
きる。従って、結合損失を増大させることなく、超電導
撚線間の転流を良好に行うことができる。

【００２１】また、超電導撚線間の冷媒流路が螺旋状に
巻き付けられた常電導金属体Ａで確保されるので、冷却
特性が向上する。従って、本発明の超電導多重撚線によ
ると、これらの作用の相乗効果により、電流の偏流が抑
制され、交流損失が小さく、安定性が優れ、交流電流の
通電容量が大きくなる。

【００２２】また、請求項２に記載の超電導多重撚線に
おいては、常電導金属体Ａの巻き付け方向が前記超電導
撚線の撚り方向と逆方向になっているため、超電導撚線
の撚り方向と同じ方向に巻き付けた場合よりも、常電導
金属体Ａと超電導撚線が均一、かつ確実に接触する。

【００２３】また、請求項３に記載の超電導多重撚線に
おいては、常電導金属体Ａはテープ形状であって、その
巻き付けピッチが常電導金属体Ａの幅よりも大きいた
め、冷媒流路が広くとれ、冷却特性に優れている。

【００２４】更に、請求項４に記載の超電導多重撚線に
おいては、常電導金属体Ａは、低比抵抗金属体（超電導
体が埋設された常電導金属体よりも比抵抗が小さい金属
体）であるので、常電導金属体Ａの抵抗が低く抑えら
れ、転流特性に優れる。また、低比抵抗金属体が該金属
体よりも比抵抗が大きい金属体により長手方向と平行に
細分化され、かつツイストされた構造にすれば、常電導
金属体Ａの撚線間での抵抗を低く保持したまま、渦流損
失が一層抑制され、通電容量が大きくなる。

【００２５】更にまた、請求項５に記載の超電導多重撚
線においては、常電導金属体Ａが、交流用超電導多重撚
線と電流導入部との接続部分に設けられており、このよ
うに常電導金属体Ａが導体全体に設けられていなくて
も、電流導入部との接続部分に設けられていれば、通電
電流の偏流を抑制し、各素線に分配される電流が均一化
される効果が発揮される。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態について詳細に説明する。 （実施形態１）図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施
形態に係る超電導多重撚線の作製工程を説明する図であ
る。この超電導多重撚線７は、以下の手順で作製した。
即ち、１）直径０．１μｍのＮｂ−Ｔｉフィラメントが
約２０万本、Ｃｕ−Ｎｉ合金に埋設された直径０．２ｍ
ｍの交流用超電導素線１（絶縁被覆されていない）を、
絶縁された直径０．２ｍｍのステンレス線２の周囲に６
本、Ζ方向にピッチ６ｍｍで同心に撚り付け（左撚
り）、直径０．６ｍｍの超電導１次撚線３とした（図１
（ａ））。

【００２７】２）次いで、前記超電導１次撚線３をさら
に、直径０．６ｍｍの絶縁されたステンレス線４の周囲
に６本、Ｚ方向にピッチ２０ｍｍで同心に撚り付け（左
撚り）、直径１．８ｍｍの超電導２次撚線６ａとした。
この超電導２次撚線６ａの外周に、幅１．５ｍｍ、厚さ
０．１５ｍｍの銅テープ５を１本、螺旋状にピッチ２０
ｍｍでＳ方向に巻き付け（右巻き)、銅テープ付き超電導
２次撚線６とした（図１（ｂ））。

【００２８】３）次いで、前記銅テープ付き超電導２次
撚線６をさらに、直径０．６ｍｍの絶縁されたステンレ
ス線４を７本撚り合わせた撚線の外周に６本、ピッチ６
０ｍｍでΖ方向に撚り付け（左撚り）、超電導多重撚線
７とした（図１（ｃ））。図１（ｄ）は超電導多重撚線
７の斜視図である。

【００２９】本実施形態では、銅テープ５の巻き方向
（Ｓ方向）が超電導２次撚線６ａの同心の撚り方向（Ζ
方向）とは逆になっている。従って、銅テープ５と超電
導２次撚線６ａを構成する各超電導１次撚線３とは、銅
テープ５の巻き方向が超電導２次撚線６ａの同心の撚り
方向と同じ場合よりも均一かつ確実に接触する。

【００３０】（実施形態２）本実施形態の超電導多重撚
線１７は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、実施形態
１における銅テープ５の代わりに、前記銅テープ５と同
一形状で、銅部分１５ａが長手方向に平行にそれよりも
比抵抗が大きいＣｕ−Ｎｉ層１５ｂで４分割（横断面に
おいて縦横に４分割）され、ツイストされたＣｕ／Ｃｕ
−Ｎｉ複合テープ１５を超電導２次撚線６ａに巻き付け
てテープ付き超電導２次撚線１６を構成したものであ
る。

【００３１】（実施形態３）本実施形態の超電導多重撚
線２７は、図３に示すように、実施形態１（図１（ａ）
〜（ｄ））に示した超電導多重撚線７において螺旋状に
巻き付けた銅テープが、電流導入部８とのハンダ９によ
る接続部分のみに設けられている。

【００３２】なお、従来例として、図４（ａ）、（ｂ）
に示すように、実施形態１の銅テープ５を除き、超電導
２次撚線６ａをΖ方向に撚り付け（左撚り）、超電導多
重撚線２７を作製した。

【００３３】上記実施形態１〜３、および従来例の各超
電導多重撚線の交流変動磁場下における超電導通電特性
を評価するために、直流および交流（５０Ｈｚ）のクエ
ンチ電流を液体ヘリウム中で測定した。

【００３４】クエンチ電流の測定方法は、導体長が３０
０ｍｍの超電導多重撚線をサンプルとし、直線状にして
その両端５０ｍｍずつを銅平板に半田で接続した。電源
容量の制約から、超電導素線の臨界電流を小さくするた
めに、１Ｔの直流磁場を導体長手方向に対して垂直に印
加した状態で交流のクエンチ電流を測定した。そして、
サンプルに常電導抵抗が発生した時の電流値をクエンチ
電流とした。

【００３５】クエンチ電流の測定結果を図５に示す。図
５において、横軸は通電電流の周波数を示し、縦軸は直
流電流のクエンチ電流で規格化した交流のクエンチ電流
を示している。なお、一般的に、周波数が大きいほど交
流損失および通電電流の偏流が大きくなり、交流クエン
チ電流が低下しやすくなる。

【００３６】図５から明らかなように、実施形態１およ
び２、さらに実施形態３は、通電電流の周波数が５０Ｈ
ｚであってもクエンチ電流の低下が、従来例と比べて非
常に小さいことが分かる。

【００３７】これは、実施形態１、２では銅テープ５あ
るいはＣｕ／Ｃｕ−Ｎｉ複合テープ１５が超電導２次撚
線６ａに巻き付けられているので、超電導２次撚線６
ａ、６ａ間に冷媒通路が形成され、冷却特性が良くなる
とともに、超電導２次撚線６ａ、６ａ間および超電導２
次撚線６ａ内での転流が可能になったためである。

【００３８】また、実施形態２のクエンチ電流の低下が
実施形態１よりも若干小さいのは、Ｃｕ／Ｃｕ−Ｎｉ複
合テープ１５では、低比抵抗の銅部分１５ａがそれより
も比抵抗が大きいＣｕ−Ｎｉ層１５ｂで分割されている
ため、Ｃｕ／Ｃｕ−Ｎｉ複合テープ１５部分での渦電流
損失が銅テープ５部分でめ渦電流損失よりも抑制された
ためであると考えられる。

【００３９】更に、実施形態３においては、実施形態１
に近い交流クエンチ電流値が得られている。これは、本
発明における交流用超電導撚線導体においては、電流導
入部において各素線に分配される電流が均一化される傾
向にあることを示唆しているものと考えられる。つま
り、本発明に係る超電導撚線に螺旋状に巻き付けられた
常電導金属体は、導体全体に設けられていなくても、電
流導入部との接続部分に設けられていれば、通電電流の
偏流を抑制する効果があると考えられる。また、導体を
２次撚線までほぐして、電流導入部とハンダ接続する方
法も効果的であると推測される。

【００４０】以上の実施形態においては、Ｎｂ−Ｔｉフ
ィラメントが埋設された超電導素線１を撚った超電導２
次撚線６に、銅テープ５またはツイストされたＣｕ／Ｃ
ｕ−Ｎｉ複合テープ１５が巻き付けられているが、本発
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施でき
る。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
通電電流の偏流および交流損失の増大が抑制され、冷却
特性も良好なので、交流変動磁場下における通電容量が
大きくなるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る
交流用超電導多重撚線の作製工程を示す断面図であり、
（ｄ）は前記超電導多重撚線の斜視図である。

【図２】（ａ）は本発明の他の実施形態に係る交流用超
電導多重撚線の断面図であり、（ｂ）はその斜視図であ
る。

【図３】本発明の更に他の実施形態に係る交流用超電導
多重撚線の断面図である。

【図４】（ａ）は従来の超電導多重撚線の断面図であ
り、（ｂ）はその斜視図である。

【図５】上記実施形態に係る交流用超電導多重撚線の通
電電流の周波数とクエンチ電流の関係を示す特性図であ
る。

【符号の説明】

１…交流用超電導素線 ２、４…ステンレス線 ３…超電導１次撚線 ５…銅テープ ６、１６…テープ付き超電導２次撚線 ６ａ…超電導２次撚線 ７、１７、２７、３７…超電導多重撚線 ８…電流導入部 ９…ハンダ １５…Ｃｕ／Ｃｕ−Ｎｉ複合テープ １５ａ…銅部分 １５ｂ…Ｃｕ−Ｎｉ層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 靖三 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流用超電導線を用いた超電導撚線が複
   数本撚り合わせられてなる交流用超電導多重撚線であっ
   て、前記超電導撚線は、常電導金属体に複数本の超電導
   体が埋設された超電導素線が複数本撚り合わせられ、そ
   の外周の全体又は一部に常電導金属体が螺旋状に巻き付
   けられていることを特徴とする交流用超電導多重撚線。
2. 【請求項２】 超電導撚線に螺旋状に巻き付けられてい
   る常電導金属体の巻き付け方向が、前記超電導撚線の撚
   り方向と逆方向になっていることを特徴とする請求項１
   に記載の交流用超電導多重撚線。
3. 【請求項３】 超電導撚線に螺旋状に巻き付けられてい
   る常電導金属体はテープ形状であって、その幅よりも大
   きいピッチで巻き付けられていることを特徴とする請求
   項１または２に記載の交流用超電導多重撚線。
4. 【請求項４】 超電導撚線に螺旋状に巻き付けられてい
   る常電導金属体は、超電導体が埋設された常電導金属体
   よりも比抵抗が小さい金属体、または超電導体が埋設さ
   れた常電導金属体よりも比抵抗が小さい金属体がそれよ
   りも比抵抗が大きい金属体により長手方向と平行に細分
   化され、かつツイストされたものであることを特徴とす
   る請求項１ないし３に記載の交流用超電導多重撚線。
5. 【請求項５】 超電導撚線に螺旋状に巻き付けられてい
   る常電導金属体が、少なくとも該交流用超電導多重撚線
   と電流導入部との接続部分に設けられていることを特徴
   とする請求項１ないし４のいずれかの項に記載の交流用
   超電導多重撚線。