JPH1092235A - 交流用超電導導体 - Google Patents
交流用超電導導体Info
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- JPH1092235A JPH1092235A JP8241855A JP24185596A JPH1092235A JP H1092235 A JPH1092235 A JP H1092235A JP 8241855 A JP8241855 A JP 8241855A JP 24185596 A JP24185596 A JP 24185596A JP H1092235 A JPH1092235 A JP H1092235A
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- wires
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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】
【課題】 交流損失が低く、高い交流臨界電流値を有す
る金属系の交流用超電導導体を提供する。 【解決手段】 交流用超電導導体は、ＣｕおよびＣｕ合
金からなる群から選択される常電導金属マトリックスと
該マトリックス中に埋込まれた多数本の超電導金属フィ
ラメントとからなる、ツイストされた複合多芯超電導素
線２を複数本撚合せた撚線からなる。該撚線において、
超電導素線２は、超電導素線自体のツイスト方向と同一
方向に撚られており、かつ超電導素線の撚りピッチは、
撚線外径の４〜８倍である。
る金属系の交流用超電導導体を提供する。 【解決手段】 交流用超電導導体は、ＣｕおよびＣｕ合
金からなる群から選択される常電導金属マトリックスと
該マトリックス中に埋込まれた多数本の超電導金属フィ
ラメントとからなる、ツイストされた複合多芯超電導素
線２を複数本撚合せた撚線からなる。該撚線において、
超電導素線２は、超電導素線自体のツイスト方向と同一
方向に撚られており、かつ超電導素線の撚りピッチは、
撚線外径の４〜８倍である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超電導ケーブル、
変圧器、限流器、発電機などの電力応用分野で使用され
る交流用超電導導体に関する。
変圧器、限流器、発電機などの電力応用分野で使用され
る交流用超電導導体に関する。
【０００２】
【従来の技術】液体ヘリウム中で用いる合金系の交流用
超電導線材として、超電導フィラメントの直径を１μｍ
以下に細くし、これを銅合金からなる常電導マトリック
ス中に複数本埋込んだ交流用ＮｂＴｉ超電導素線および
交流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導素線が開発されつつある。
超電導線材として、超電導フィラメントの直径を１μｍ
以下に細くし、これを銅合金からなる常電導マトリック
ス中に複数本埋込んだ交流用ＮｂＴｉ超電導素線および
交流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導素線が開発されつつある。
【０００３】一般に、超電導線材を商用周波数の５０／
６０Ｈｚで用いるためには、印加される交流磁界下での
交流損失を低減する必要がある。交流損失は、超電導フ
ィラメントに発生するヒステリシス損失、フィラメント
間に誘起される結合電流による結合損失、および常電導
マトリックスに発生する渦電流損失に分けることができ
る。ヒステリシス損失は、超電導フィラメントの径に比
例するため、超電導フィラメントを細くすることにより
低減することができる。一般に商用周波数で使用する場
合には、超電導フィラメントをサブミクロンのオーダに
まで細くする。結合損失は、超電導フィラメントのツイ
ストピッチの２乗に比例するため、結合損失を低減する
にはツイストピッチを短くする必要がある。ツイストピ
ッチは線径に依存するため、線径を細くする必要が生じ
る。一般に商用周波数で使用することを目的とした交流
用超電導線材の線径は、０．３〜０．１ｍｍφ程度とな
っている。また、常電導マトリックスに高抵抗の銅合金
を使用し、結合損失および渦電流損失の低減を図ってい
る。
６０Ｈｚで用いるためには、印加される交流磁界下での
交流損失を低減する必要がある。交流損失は、超電導フ
ィラメントに発生するヒステリシス損失、フィラメント
間に誘起される結合電流による結合損失、および常電導
マトリックスに発生する渦電流損失に分けることができ
る。ヒステリシス損失は、超電導フィラメントの径に比
例するため、超電導フィラメントを細くすることにより
低減することができる。一般に商用周波数で使用する場
合には、超電導フィラメントをサブミクロンのオーダに
まで細くする。結合損失は、超電導フィラメントのツイ
ストピッチの２乗に比例するため、結合損失を低減する
にはツイストピッチを短くする必要がある。ツイストピ
ッチは線径に依存するため、線径を細くする必要が生じ
る。一般に商用周波数で使用することを目的とした交流
用超電導線材の線径は、０．３〜０．１ｍｍφ程度とな
っている。また、常電導マトリックスに高抵抗の銅合金
を使用し、結合損失および渦電流損失の低減を図ってい
る。
【０００４】このように、商用周波数で用いるために交
流損失を低減した超電導線材は細径化されているので、
線材１本に流すことのできる電流値は限られてくる。し
かし、交流電力用途ではｋＡ級の電流容量を有する超電
導導体が必要とされており、大電流容量の導体を得るた
め、細径化された超電導素線を複数本束ねて撚線を得る
方法が取られている。
流損失を低減した超電導線材は細径化されているので、
線材１本に流すことのできる電流値は限られてくる。し
かし、交流電力用途ではｋＡ級の電流容量を有する超電
導導体が必要とされており、大電流容量の導体を得るた
め、細径化された超電導素線を複数本束ねて撚線を得る
方法が取られている。
【０００５】たとえば、超電導変圧器に用いられる１ｋ
Ａ級超電導導体は、０．１〜０．３ｍｍφの超電導素線
６本を常電導金属からなる中心線の周りに撚合せて１次
撚線とし、さらに１次撚線を６本常電導金属からなる中
心線の周りに撚合せた２次撚線導体となっている。さら
に、２次撚線を６本常電導金属からなる中心線の周りに
撚合せて３次撚線を形成することで、電流容量が数ｋＡ
級の大電流容量導体が得られる。これらの撚線導体にお
いて、撚り方向および撚りピッチについては、製造の容
易な条件が用いられる場合が多かった。たとえば、撚線
における超電導素線の撚りピッチは、製造容易性の観点
から、撚線の外径の１０倍以上であった。
Ａ級超電導導体は、０．１〜０．３ｍｍφの超電導素線
６本を常電導金属からなる中心線の周りに撚合せて１次
撚線とし、さらに１次撚線を６本常電導金属からなる中
心線の周りに撚合せた２次撚線導体となっている。さら
に、２次撚線を６本常電導金属からなる中心線の周りに
撚合せて３次撚線を形成することで、電流容量が数ｋＡ
級の大電流容量導体が得られる。これらの撚線導体にお
いて、撚り方向および撚りピッチについては、製造の容
易な条件が用いられる場合が多かった。たとえば、撚線
における超電導素線の撚りピッチは、製造容易性の観点
から、撚線の外径の１０倍以上であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】大電流容量の導体を得
るために複数本の超電導素線を撚合せることによって、
得られた導体の交流臨界電流値が、素線自体の直流臨界
電流値の撚線本数倍を大きく下回ってくるという問題が
生じている。特に、電流容量が数ｋＡ級の大容量導体を
目指した２次以上の高次撚線でこの傾向が顕著であっ
た。
るために複数本の超電導素線を撚合せることによって、
得られた導体の交流臨界電流値が、素線自体の直流臨界
電流値の撚線本数倍を大きく下回ってくるという問題が
生じている。特に、電流容量が数ｋＡ級の大容量導体を
目指した２次以上の高次撚線でこの傾向が顕著であっ
た。
【０００７】ＮｂＴｉ線材の場合、素線のマトリックス
に高抵抗Ｃｕ合金を使用し、フィラメント径の低減とと
もに、交流損失は数十ｋＷ／ｍ3 （±０．５Ｔ，５０Ｈ
ｚ）のレベルまで低減できるが、素線を撚合せた撚線導
体の交流臨界電流値は直流臨界電流値に比べて大きく低
下する。特に、交流損失を低く抑えるためにマトリック
スに高抵抗のＣｕ合金を使用し、安定化ＣｕのＮｂＴｉ
に対する比率が小さいかあるいは安定化Ｃｕを全く含ん
でいない超電導素線を用いた導体では、この傾向は顕著
であり、外部磁界が１Ｔ以下の低磁界において交流臨界
電流値は直流臨界電流値の５０％以下に低下する。線材
マトリックスに熱伝導のよいＣｕを使用すれば、交流損
失により生じた熱がＣｕを介して冷媒である液体ヘリウ
ムに拡散されるため、線材内部の温度上昇を抑制するこ
とができ、交流通電電流の低下を抑制することができ
る。これに対し、マトリックスに高抵抗のＣｕ合金を使
用した線材では、一般に、高抵抗Ｃｕ合金の熱伝導率は
Ｃｕに比べて１／１０００と小さいため、交流損失によ
り生じた熱が線材の外部に拡散される効果は小さく、冷
却効率は悪い。このような線材では、臨界電流値に達す
る前にクエンチを起こすと考えられる。しかし、交流電
流値の低下を抑制するために安定化Ｃｕの比率を増やす
ことは、交流損失の増加およびクエンチ抵抗値の低下を
引起こす要因となる。
に高抵抗Ｃｕ合金を使用し、フィラメント径の低減とと
もに、交流損失は数十ｋＷ／ｍ3 （±０．５Ｔ，５０Ｈ
ｚ）のレベルまで低減できるが、素線を撚合せた撚線導
体の交流臨界電流値は直流臨界電流値に比べて大きく低
下する。特に、交流損失を低く抑えるためにマトリック
スに高抵抗のＣｕ合金を使用し、安定化ＣｕのＮｂＴｉ
に対する比率が小さいかあるいは安定化Ｃｕを全く含ん
でいない超電導素線を用いた導体では、この傾向は顕著
であり、外部磁界が１Ｔ以下の低磁界において交流臨界
電流値は直流臨界電流値の５０％以下に低下する。線材
マトリックスに熱伝導のよいＣｕを使用すれば、交流損
失により生じた熱がＣｕを介して冷媒である液体ヘリウ
ムに拡散されるため、線材内部の温度上昇を抑制するこ
とができ、交流通電電流の低下を抑制することができ
る。これに対し、マトリックスに高抵抗のＣｕ合金を使
用した線材では、一般に、高抵抗Ｃｕ合金の熱伝導率は
Ｃｕに比べて１／１０００と小さいため、交流損失によ
り生じた熱が線材の外部に拡散される効果は小さく、冷
却効率は悪い。このような線材では、臨界電流値に達す
る前にクエンチを起こすと考えられる。しかし、交流電
流値の低下を抑制するために安定化Ｃｕの比率を増やす
ことは、交流損失の増加およびクエンチ抵抗値の低下を
引起こす要因となる。
【０００８】このような特性を有する超電導導体を用い
て、超電導コイルなどの素子をある一定の規格電流値を
持たせるように設計する場合、それぞれの素線に負担さ
せる電流量をより低く設定する必要がある。このため、
導体を構成する素線の本数は増加し、さらに撚り次数も
増加する。このことは、導体断面積を増加させ、交流損
失の増大を招き、機器の規模を大きくする。
て、超電導コイルなどの素子をある一定の規格電流値を
持たせるように設計する場合、それぞれの素線に負担さ
せる電流量をより低く設定する必要がある。このため、
導体を構成する素線の本数は増加し、さらに撚り次数も
増加する。このことは、導体断面積を増加させ、交流損
失の増大を招き、機器の規模を大きくする。
【０００９】交流用超電導導体では、限流器や変圧器な
どの電力機器へ適用するため、ｋＡ級の電流容量を有
し、交流損失が１００ｋＷ／ｍ3 （±０．５Ｔ，５０Ｈ
ｚ）以下、好ましくは数十ｋＷ／ｍ3 （±０．５Ｔ，５
０Ｈｚ）のレベルに抑えられた導体を開発することが必
須となる。このためには、超電導素線のフィラメント径
が０．２μｍ以下でかつ交流臨界電流の低下が少ない導
体を構成することが望まれる。
どの電力機器へ適用するため、ｋＡ級の電流容量を有
し、交流損失が１００ｋＷ／ｍ3 （±０．５Ｔ，５０Ｈ
ｚ）以下、好ましくは数十ｋＷ／ｍ3 （±０．５Ｔ，５
０Ｈｚ）のレベルに抑えられた導体を開発することが必
須となる。このためには、超電導素線のフィラメント径
が０．２μｍ以下でかつ交流臨界電流の低下が少ない導
体を構成することが望まれる。
【００１０】特に超電導限流器を構成する超電導コイル
は、短絡電流を限流するためにクエンチ抵抗を持って設
計されるため、大電流容量を得るために超電導素線の本
数や撚り次数を増加させると導体の断面積が増加し、所
望のクエンチ抵抗を得るために使用する超電導導体は長
くなり、コイルの交流損失も増大し、機器の規模も大き
くなる。さらに、上述した安定化Ｃｕ比の増加は、クエ
ンチ抵抗を低下させることになり、高いクエンチ抵抗を
必要とする限流器用線材では実施することができない。
は、短絡電流を限流するためにクエンチ抵抗を持って設
計されるため、大電流容量を得るために超電導素線の本
数や撚り次数を増加させると導体の断面積が増加し、所
望のクエンチ抵抗を得るために使用する超電導導体は長
くなり、コイルの交流損失も増大し、機器の規模も大き
くなる。さらに、上述した安定化Ｃｕ比の増加は、クエ
ンチ抵抗を低下させることになり、高いクエンチ抵抗を
必要とする限流器用線材では実施することができない。
【００１１】限流器用の交流用導体としては、安定化Ｃ
ｕがない構成において、できるだけ少ない素線本数、少
ない撚り次数、すなわちできるだけ少ない断面積を有す
る導体で大電流容量を稼ぐ必要がある。
ｕがない構成において、できるだけ少ない素線本数、少
ない撚り次数、すなわちできるだけ少ない断面積を有す
る導体で大電流容量を稼ぐ必要がある。
【００１２】本発明の目的は、上述した問題点を解決
し、従来よりも高い交流臨界電流値を示し、かつ交流損
失の低い交流用超電導導体を提供することである。
し、従来よりも高い交流臨界電流値を示し、かつ交流損
失の低い交流用超電導導体を提供することである。
【００１３】本発明のさらなる目的は、上述した問題点
を解決し、交流電界電流値の直流臨界電流値に対する比
が従来より高く、交流損失が１０ｋＷ／ｍ3 （±０．５
Ｔ，５０Ｈｚ）のレベルに抑えられる交流用超電導導体
を提供することにある。
を解決し、交流電界電流値の直流臨界電流値に対する比
が従来より高く、交流損失が１０ｋＷ／ｍ3 （±０．５
Ｔ，５０Ｈｚ）のレベルに抑えられる交流用超電導導体
を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明に従う交流用超電
導導体は、ＣｕおよびＣｕ合金からなる群から選択され
る常電導金属マトリックスと前記マトリックス中に埋込
まれた多数本の超電導金属フィラメントとからなる、ツ
イストされた複合多芯超電導素線を複数本撚合せた撚線
からなる。この撚線において、超電導素線は、超電導素
線自体のツイスト方向と同一方向に撚られており、かつ
超電導素線の撚りピッチは、撚線の外径（撚線の外接円
の直径）の４〜８倍である。
導導体は、ＣｕおよびＣｕ合金からなる群から選択され
る常電導金属マトリックスと前記マトリックス中に埋込
まれた多数本の超電導金属フィラメントとからなる、ツ
イストされた複合多芯超電導素線を複数本撚合せた撚線
からなる。この撚線において、超電導素線は、超電導素
線自体のツイスト方向と同一方向に撚られており、かつ
超電導素線の撚りピッチは、撚線の外径（撚線の外接円
の直径）の４〜８倍である。
【００１５】本発明の導体は、１次撚線とすることがで
きる。１次撚線は、たとえば非超電導線の周りに超電導
素線を複数本撚合せた構造を有することができる。
きる。１次撚線は、たとえば非超電導線の周りに超電導
素線を複数本撚合せた構造を有することができる。
【００１６】また、本発明の導体は、高次撚線とするこ
とができる。たとえば、非超電導線の周りに（ｎ−１）
次撚線（ｎは２以上の整数）を複数本撚合せたｎ次撚線
の構造を有する導体を本発明に従って提供することがで
きる。ｎ次撚線は、１〜（ｎ−１）次撚線の少なくとも
いずれかまたは１〜（ｎ−１）次撚線のすべてを超電導
素線自体のツイスト方向と同一の方向に撚り合わせて構
成されていることが望ましい。また、ｎ次撚線における
ｉ次撚線（ｉは２〜ｎまでの少なくともいずれかまたは
すべて）は、ｉ次撚線の外径の４〜８倍のピッチで（ｉ
−１）次撚線を撚り合わせたものであることが好まし
い。
とができる。たとえば、非超電導線の周りに（ｎ−１）
次撚線（ｎは２以上の整数）を複数本撚合せたｎ次撚線
の構造を有する導体を本発明に従って提供することがで
きる。ｎ次撚線は、１〜（ｎ−１）次撚線の少なくとも
いずれかまたは１〜（ｎ−１）次撚線のすべてを超電導
素線自体のツイスト方向と同一の方向に撚り合わせて構
成されていることが望ましい。また、ｎ次撚線における
ｉ次撚線（ｉは２〜ｎまでの少なくともいずれかまたは
すべて）は、ｉ次撚線の外径の４〜８倍のピッチで（ｉ
−１）次撚線を撚り合わせたものであることが好まし
い。
【００１７】また、本発明は、ＣｕおよびＣｕ合金から
なる群から選択される常電導金属マトリックスとマトリ
ックス中に埋込まれた多数本の超電導金属フィラメント
とからなる、ツイストされた複合多芯超電導素線を複数
本撚合せた撚線からなる交流用超電導導体であって、撚
線において超電導素線が超電導素線自体のツイスト方向
と逆方向に撚られており、かつ超電導素線の撚りピッチ
が撚線の外径の８〜１５倍である導体を提供する。
なる群から選択される常電導金属マトリックスとマトリ
ックス中に埋込まれた多数本の超電導金属フィラメント
とからなる、ツイストされた複合多芯超電導素線を複数
本撚合せた撚線からなる交流用超電導導体であって、撚
線において超電導素線が超電導素線自体のツイスト方向
と逆方向に撚られており、かつ超電導素線の撚りピッチ
が撚線の外径の８〜１５倍である導体を提供する。
【００１８】本発明において、超電導素線を構成する超
電導フィラメントの直径はヒステリシス損失低減の観点
から０．２μｍ以下が好ましく、たとえば０．０５〜
０．２μｍの範囲、より好ましくは０．１〜０．１５μ
ｍの範囲とすることができる。
電導フィラメントの直径はヒステリシス損失低減の観点
から０．２μｍ以下が好ましく、たとえば０．０５〜
０．２μｍの範囲、より好ましくは０．１〜０．１５μ
ｍの範囲とすることができる。
【００１９】超電導素線を構成する常電導マトリックス
は、結合損失および渦電流損失の低減の観点から、高抵
抗Ｃｕ合金を使用することが好ましい。高抵抗Ｃｕ合金
として、Ｃｕ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金、Ｃｕ
−Ｓｎ合金、Ｃｕ−Ｍｎ合金、Ｃｕ−Ｓｉ合金などを用
いることができる。特に高クエンチ抵抗が必要とされる
限流器用超電導導体の素線においては、常電導マトリッ
クスにＣｕがなく、Ｎｉ、Ｍｎ、ＳｉおよびＳｎからな
る群から選択される１種類以上の元素を含み、かつ４．
２Ｋ（液体ヘリウム温度）において２×１０-7Ω・ｍ以
上の抵抗値を有する非磁性Ｃｕ合金で常電導マトリック
スが構成されることが好ましい。
は、結合損失および渦電流損失の低減の観点から、高抵
抗Ｃｕ合金を使用することが好ましい。高抵抗Ｃｕ合金
として、Ｃｕ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金、Ｃｕ
−Ｓｎ合金、Ｃｕ−Ｍｎ合金、Ｃｕ−Ｓｉ合金などを用
いることができる。特に高クエンチ抵抗が必要とされる
限流器用超電導導体の素線においては、常電導マトリッ
クスにＣｕがなく、Ｎｉ、Ｍｎ、ＳｉおよびＳｎからな
る群から選択される１種類以上の元素を含み、かつ４．
２Ｋ（液体ヘリウム温度）において２×１０-7Ω・ｍ以
上の抵抗値を有する非磁性Ｃｕ合金で常電導マトリック
スが構成されることが好ましい。
【００２０】本発明の導体において、素線径を０．３ｍ
ｍφ以下にし、超電導フィラメントのツイストピッチを
短くすることによって結合損失の低減を図ることができ
る。超電導素線のツイストピッチは、素線の直径の１０
倍以下、好ましくは４〜６倍とすることができる。
ｍφ以下にし、超電導フィラメントのツイストピッチを
短くすることによって結合損失の低減を図ることができ
る。超電導素線のツイストピッチは、素線の直径の１０
倍以下、好ましくは４〜６倍とすることができる。
【００２１】特に、超電導素線の常電導金属マトリック
スにおいて、合金でない安定化銅のＮｂＴｉに対する体
積比（Ｃｕ／ＮｂＴｉ比）が０〜０．５である場合、本
発明による導体の構造はより効果的である。すなわち、
超電導素線を形成する際に、マトリックスとして高抵抗
のＣｕ合金のみを用いるか、マトリックスにおける安定
化Ｃｕの割合を小さく抑えた導体において、本発明の構
造が特に効果的である。
スにおいて、合金でない安定化銅のＮｂＴｉに対する体
積比（Ｃｕ／ＮｂＴｉ比）が０〜０．５である場合、本
発明による導体の構造はより効果的である。すなわち、
超電導素線を形成する際に、マトリックスとして高抵抗
のＣｕ合金のみを用いるか、マトリックスにおける安定
化Ｃｕの割合を小さく抑えた導体において、本発明の構
造が特に効果的である。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明は、超電導素線を撚合せた
超電導導体において、素線を適当な撚り方向および撚り
ピッチで撚合せることにより、従来問題となっていた導
体の交流臨界電流値の大幅な低下を抑制できることを見
出したものである。本発明に従う導体では、交流臨界電
流値の直流臨界電流値に対する比が従来よりも大きくな
っている。
超電導導体において、素線を適当な撚り方向および撚り
ピッチで撚合せることにより、従来問題となっていた導
体の交流臨界電流値の大幅な低下を抑制できることを見
出したものである。本発明に従う導体では、交流臨界電
流値の直流臨界電流値に対する比が従来よりも大きくな
っている。
【００２３】本発明者は、まず、撚線を構成する超電導
素線の撚り方向を、素線自体のツイスト方向に一致さ
せ、さらに素線の撚りピッチを顕著に短くしていくこと
で、撚線導体の交流臨界電流値を向上できることを見出
した。本発明者は、従来製造容易性の観点から選択され
ていた撚りピッチ、たとえば撚線外径の１０倍以上の撚
りピッチよりも、撚線外径の８倍以下の撚りピッチの方
が顕著に高い交流臨界電流値を与えることを見出した。
そして、撚線における素線の撚りピッチを、撚線の外径
の４〜８倍とすることで、交流臨界電流値の直流臨界電
流値に対する比が７０％〜８５％と高い導体を実現する
ことができた。従来の導体では、この比が５０％以下で
あった。特に、この効果は丸導体において顕著であっ
た。撚りピッチを撚線外径の４倍未満とすることは、製
造において撚り乱れが生じるため好ましくなかった。一
方、撚りピッチを撚線外径の８倍より大きくすると、交
流臨界電流値の向上について顕著な効果が見られなくな
った。
素線の撚り方向を、素線自体のツイスト方向に一致さ
せ、さらに素線の撚りピッチを顕著に短くしていくこと
で、撚線導体の交流臨界電流値を向上できることを見出
した。本発明者は、従来製造容易性の観点から選択され
ていた撚りピッチ、たとえば撚線外径の１０倍以上の撚
りピッチよりも、撚線外径の８倍以下の撚りピッチの方
が顕著に高い交流臨界電流値を与えることを見出した。
そして、撚線における素線の撚りピッチを、撚線の外径
の４〜８倍とすることで、交流臨界電流値の直流臨界電
流値に対する比が７０％〜８５％と高い導体を実現する
ことができた。従来の導体では、この比が５０％以下で
あった。特に、この効果は丸導体において顕著であっ
た。撚りピッチを撚線外径の４倍未満とすることは、製
造において撚り乱れが生じるため好ましくなかった。一
方、撚りピッチを撚線外径の８倍より大きくすると、交
流臨界電流値の向上について顕著な効果が見られなくな
った。
【００２４】一方、本発明者は、撚線において、素線を
素線自体のツイスト方向と逆方向に撚合せた場合、撚り
ピッチは撚線外径の８倍以上、さらに１０倍以上が好ま
しいことを明らかにした。この範囲に設定することによ
り、交流臨界電流値の大幅な低下を抑制することができ
る。なお、撚り乱れなどの撚線外観上の観点から、撚り
ピッチの上限は撚線外径の１５倍以下であることが好ま
しい。
素線自体のツイスト方向と逆方向に撚合せた場合、撚り
ピッチは撚線外径の８倍以上、さらに１０倍以上が好ま
しいことを明らかにした。この範囲に設定することによ
り、交流臨界電流値の大幅な低下を抑制することができ
る。なお、撚り乱れなどの撚線外観上の観点から、撚り
ピッチの上限は撚線外径の１５倍以下であることが好ま
しい。
【００２５】本発明の超電導導体は、高次撚線導体とす
ることができる。２次撚線構造では、非超電導線材（た
とえば常電導金属からなる線材）からなる中心線の周り
に超電導素線を複数本撚合せた１次撚線をさらに中心線
の周りに撚合せたものとすることができる。さらに、こ
のようにして得られる２次撚線を中心線の周りに撚合せ
た３次撚線を得ることができる。同様に、中心線の周り
に（ｎ−１）次撚線を複数本撚合せたｎ次撚線を得るこ
とができる。得られた高次撚線を構成する低次の撚線の
すべてまたは一部を素線のツイスト方向と同一方向に撚
合せることで、逆方向に撚合せた場合よりも高い交流臨
界電流値が得られる。さらに、低次撚線のすべてまたは
一部の撚りピッチを、それを撚合せて得られる撚線の外
径の４〜８倍とすることで、従来の導体よりも交流臨界
電流値の低下を抑制することができる。
ることができる。２次撚線構造では、非超電導線材（た
とえば常電導金属からなる線材）からなる中心線の周り
に超電導素線を複数本撚合せた１次撚線をさらに中心線
の周りに撚合せたものとすることができる。さらに、こ
のようにして得られる２次撚線を中心線の周りに撚合せ
た３次撚線を得ることができる。同様に、中心線の周り
に（ｎ−１）次撚線を複数本撚合せたｎ次撚線を得るこ
とができる。得られた高次撚線を構成する低次の撚線の
すべてまたは一部を素線のツイスト方向と同一方向に撚
合せることで、逆方向に撚合せた場合よりも高い交流臨
界電流値が得られる。さらに、低次撚線のすべてまたは
一部の撚りピッチを、それを撚合せて得られる撚線の外
径の４〜８倍とすることで、従来の導体よりも交流臨界
電流値の低下を抑制することができる。
【００２６】このような導体の構造において、超電導フ
ィラメントの直径を上述したような適当な範囲にするこ
とで、ヒステリシス損失をさらに低減することができ
る。さらに、常電導マトリックスおよび中心線等に使用
される非超電導線において、電気抵抗の高いＣｕ合金を
使用することで、結合損失を低減させることができる。
また、超電導フィラメントのツイストピッチを上述した
ような適当な範囲にすることで、さらに結合損失の低減
を図ることができる。特に、本発明の構造は、安定化マ
トリックスとして銅の割合が小さく銅合金の割合が高い
場合により効果的である。
ィラメントの直径を上述したような適当な範囲にするこ
とで、ヒステリシス損失をさらに低減することができ
る。さらに、常電導マトリックスおよび中心線等に使用
される非超電導線において、電気抵抗の高いＣｕ合金を
使用することで、結合損失を低減させることができる。
また、超電導フィラメントのツイストピッチを上述した
ような適当な範囲にすることで、さらに結合損失の低減
を図ることができる。特に、本発明の構造は、安定化マ
トリックスとして銅の割合が小さく銅合金の割合が高い
場合により効果的である。
【００２７】本発明の導体構造を用いれば、容量が大き
く、交流損失が低く、クエンチ抵抗の高い導体をコンパ
クトな形状において実現することが可能になる。
く、交流損失が低く、クエンチ抵抗の高い導体をコンパ
クトな形状において実現することが可能になる。
【００２８】
例１ 図１に示すような構成を有する超電導導体を作製した。
得られた導体は、図に示すように、中心に１本の補強材
としてＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉ線１が配置され、その周り
にＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉをマトリックスとする６本の交
流用ＮｂＴｉ超電導素線２が配置される。導体に用いた
交流用ＮｂＴｉ超電導素線の諸元を表１に示す。素線径
は０．２１４ｍｍφ、フィラメント径は０．１４μｍ
φ、素線のツイストはＳ（右）方向である。ツイストピ
ッチは素線径の５倍である。このような素線を、中心補
強材の周りに配置し、素線の撚り方向、および撚りピッ
チをそれぞれ変えた超電導導体を作製した。素線の撚り
ピッチは、得られる撚線導体の外径の４．６〜１０倍と
した。なお、撚りピッチ２．５ｍｍ（撚線外径の３．８
倍）において撚線を作製しようとしたが、撚り乱れが生
じ良好な撚線を得ることはできなかった。素線の撚り方
向は、素線自体のツイスト方向と同方向（Ｓ撚り）また
は反対方向（Ｚ撚り）とした。
得られた導体は、図に示すように、中心に１本の補強材
としてＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉ線１が配置され、その周り
にＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉをマトリックスとする６本の交
流用ＮｂＴｉ超電導素線２が配置される。導体に用いた
交流用ＮｂＴｉ超電導素線の諸元を表１に示す。素線径
は０．２１４ｍｍφ、フィラメント径は０．１４μｍ
φ、素線のツイストはＳ（右）方向である。ツイストピ
ッチは素線径の５倍である。このような素線を、中心補
強材の周りに配置し、素線の撚り方向、および撚りピッ
チをそれぞれ変えた超電導導体を作製した。素線の撚り
ピッチは、得られる撚線導体の外径の４．６〜１０倍と
した。なお、撚りピッチ２．５ｍｍ（撚線外径の３．８
倍）において撚線を作製しようとしたが、撚り乱れが生
じ良好な撚線を得ることはできなかった。素線の撚り方
向は、素線自体のツイスト方向と同方向（Ｓ撚り）また
は反対方向（Ｚ撚り）とした。
【００２９】
【表１】
【００３０】得られた種々の超電導導体について、５０
Ｈｚ交流クエンチ電流（交流Ｉｑ（導体））を測定し
た。Ｉｑ測定は、導体サンプルにテンションをかけて測
定用治具に取付け、液体ヘリウム（４．２Ｋ）中で０Ｔ
の条件下、５０Ｈｚの交流電流を徐々に増加させ、常電
導抵抗が発生するまでに通電することができた最大電流
値を測定することによって行なった。
Ｈｚ交流クエンチ電流（交流Ｉｑ（導体））を測定し
た。Ｉｑ測定は、導体サンプルにテンションをかけて測
定用治具に取付け、液体ヘリウム（４．２Ｋ）中で０Ｔ
の条件下、５０Ｈｚの交流電流を徐々に増加させ、常電
導抵抗が発生するまでに通電することができた最大電流
値を測定することによって行なった。
【００３１】作製した１次撚線サンプルの撚線条件およ
び交流Ｉｑ測定の結果を表２に示す。また、交流Ｉｑ測
定の結果を撚りピッチと導体外径の比（撚りピッチ／導
体外径）についてグラフにしたものを図２に示す。測定
結果からわかるように、撚り方向が素線のツイスト方向
と同じである導体サンプルの交流Ｉｑは、撚り方向がツ
イスト方向と逆である導体サンプルの交流Ｉｑに比べて
顕著に高い。また、撚り方向がツイスト方向と同じ導体
では、撚りピッチが短い導体サンプルにおいて導体Ｉｑ
が高くなることがわかった。特に図２からわかるよう
に、撚りピッチと導体外径の比（撚りピッチ／導体外
径）が８倍以下であれば、導体Ｉｑはそれ以上の場合に
比べて顕著に増加している。一方、ツイスト方向と撚り
方向が逆である導体では、撚りピッチが短い導体サンプ
ルにおいて導体Ｉｑが低いことがわかった。特に図２か
らわかるように、撚りピッチと導体外径の比（撚りピッ
チ／導体外径）が８倍以下になると、それ以上の場合に
比べて導体Ｉｑは顕著に低くなる。
び交流Ｉｑ測定の結果を表２に示す。また、交流Ｉｑ測
定の結果を撚りピッチと導体外径の比（撚りピッチ／導
体外径）についてグラフにしたものを図２に示す。測定
結果からわかるように、撚り方向が素線のツイスト方向
と同じである導体サンプルの交流Ｉｑは、撚り方向がツ
イスト方向と逆である導体サンプルの交流Ｉｑに比べて
顕著に高い。また、撚り方向がツイスト方向と同じ導体
では、撚りピッチが短い導体サンプルにおいて導体Ｉｑ
が高くなることがわかった。特に図２からわかるよう
に、撚りピッチと導体外径の比（撚りピッチ／導体外
径）が８倍以下であれば、導体Ｉｑはそれ以上の場合に
比べて顕著に増加している。一方、ツイスト方向と撚り
方向が逆である導体では、撚りピッチが短い導体サンプ
ルにおいて導体Ｉｑが低いことがわかった。特に図２か
らわかるように、撚りピッチと導体外径の比（撚りピッ
チ／導体外径）が８倍以下になると、それ以上の場合に
比べて導体Ｉｑは顕著に低くなる。
【００３２】以上の結果より、素線のツイスト方向と同
一方向に撚線が形成されていることが、高い交流Ｉｑを
得るために好ましいことがわかった。特に、素線のツイ
スト方向と撚り方向とが一致する場合、撚りピッチ／導
体外径は８倍以下、好ましくは４倍〜８倍であれば、よ
り高い交流Ｉｑを得ることが可能である。一方、素線の
ツイスト方向と撚り方向とが逆である場合、撚りピッチ
／導体外径が８倍以上となるように撚線が形成されてい
れば、交流Ｉｑの低下が比較的小さく、大容量の導体を
得ることが可能になる。
一方向に撚線が形成されていることが、高い交流Ｉｑを
得るために好ましいことがわかった。特に、素線のツイ
スト方向と撚り方向とが一致する場合、撚りピッチ／導
体外径は８倍以下、好ましくは４倍〜８倍であれば、よ
り高い交流Ｉｑを得ることが可能である。一方、素線の
ツイスト方向と撚り方向とが逆である場合、撚りピッチ
／導体外径が８倍以上となるように撚線が形成されてい
れば、交流Ｉｑの低下が比較的小さく、大容量の導体を
得ることが可能になる。
【００３３】
【表２】
【００３４】例２ 図３に示すような２次撚線導体を構成した。図に示すよ
うに、１次撚線５においては、中心に補強材としてＣｕ
−３０ｗｔ％Ｎｉ線３が配置され、その周りにＣｕ−３
０ｗｔ％Ｎｉをマトリックスとする６本の交流用ＮｂＴ
ｉ超電導素線が配置されている。さらに、中心に１本の
補強材としてＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉ線６が配置され、そ
の周りに６本の１次撚線５が配置されて２次撚線が構成
される。導体に用いた交流用ＮｂＴｉ超電導素線の諸元
は表３に示すとおりである。素線径は０．２１４ｍｍ
φ、フィラメント径は０．１１μｍφ、ツイストはＳ
（右）方向である。ツイストピッチは素線径の５倍であ
る。
うに、１次撚線５においては、中心に補強材としてＣｕ
−３０ｗｔ％Ｎｉ線３が配置され、その周りにＣｕ−３
０ｗｔ％Ｎｉをマトリックスとする６本の交流用ＮｂＴ
ｉ超電導素線が配置されている。さらに、中心に１本の
補強材としてＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉ線６が配置され、そ
の周りに６本の１次撚線５が配置されて２次撚線が構成
される。導体に用いた交流用ＮｂＴｉ超電導素線の諸元
は表３に示すとおりである。素線径は０．２１４ｍｍ
φ、フィラメント径は０．１１μｍφ、ツイストはＳ
（右）方向である。ツイストピッチは素線径の５倍であ
る。
【００３５】表４に示すように、１次撚線における素線
の撚り方向および撚りピッチ、２次撚線における１次撚
線の撚り方向および撚りピッチを変えて、それぞれ導体
のサンプルを作製した。
の撚り方向および撚りピッチ、２次撚線における１次撚
線の撚り方向および撚りピッチを変えて、それぞれ導体
のサンプルを作製した。
【００３６】
【表３】
【００３７】作製した２次撚線導体について交流Ｉｑ測
定を行なった。測定は、例１と同様に実施した。
定を行なった。測定は、例１と同様に実施した。
【００３８】測定結果を表４に示す。１次撚線および２
次撚線ともに、素線のツイストと同一の方向（ＳＳ撚
り）に撚合せた導体Ａおよび導体Ｃが高い交流Ｉｑを有
していた。さらに、導体Ａは導体Ｃよりも交流Ｉｑが大
幅に高かった。ＳＳ撚りにおいて撚りピッチを撚線外径
の１０倍から７．５倍へと短くすることにより、大幅に
交流Ｉｑを増加できることがわかった。一方、１次撚線
および２次撚線ともに撚り方向が素線のツイスト方向と
反対（ＺＺ撚り）の導体Ｆおよび導体Ｈは、交流Ｉｑが
低かった。導体Ｆは導体ＨよりもＩｑが低い。ＺＺ撚り
の場合、撚りピッチを撚線外径の１０倍から７．５倍に
短くすることにより交流Ｉｑが大幅に低下することがわ
かった。また、素線のツイスト方向と同一方向の撚りお
よび反対方向の撚りをともに有する導体（ＳＺ撚りおよ
びＺＳ撚り）では、ＳＳ撚りとＺＺ撚りの間の交流Ｉｑ
を有することがわかった。
次撚線ともに、素線のツイストと同一の方向（ＳＳ撚
り）に撚合せた導体Ａおよび導体Ｃが高い交流Ｉｑを有
していた。さらに、導体Ａは導体Ｃよりも交流Ｉｑが大
幅に高かった。ＳＳ撚りにおいて撚りピッチを撚線外径
の１０倍から７．５倍へと短くすることにより、大幅に
交流Ｉｑを増加できることがわかった。一方、１次撚線
および２次撚線ともに撚り方向が素線のツイスト方向と
反対（ＺＺ撚り）の導体Ｆおよび導体Ｈは、交流Ｉｑが
低かった。導体Ｆは導体ＨよりもＩｑが低い。ＺＺ撚り
の場合、撚りピッチを撚線外径の１０倍から７．５倍に
短くすることにより交流Ｉｑが大幅に低下することがわ
かった。また、素線のツイスト方向と同一方向の撚りお
よび反対方向の撚りをともに有する導体（ＳＺ撚りおよ
びＺＳ撚り）では、ＳＳ撚りとＺＺ撚りの間の交流Ｉｑ
を有することがわかった。
【００３９】以上の結果、素線のツイスト方向と同一方
向に撚線を行なうことで交流Ｉｑが増加することがわか
った。この場合、撚りピッチを短くすることにより、さ
らに交流Ｉｑを増加させることができる。一方、素線の
ツイスト方向と撚り方向が逆の場合、交流Ｉｑは低下
し、撚りピッチを短くすればさらに交流Ｉｑは低下す
る。高次撚線の場合、それを構成する低次撚線のうちい
ずれかの次数の撚線が素線のツイスト方向と同一の方向
に撚合せていれば、すべての次数の撚線が素線のツイス
ト方向と逆に撚合された導体に比べ、交流Ｉｑは増加す
る。
向に撚線を行なうことで交流Ｉｑが増加することがわか
った。この場合、撚りピッチを短くすることにより、さ
らに交流Ｉｑを増加させることができる。一方、素線の
ツイスト方向と撚り方向が逆の場合、交流Ｉｑは低下
し、撚りピッチを短くすればさらに交流Ｉｑは低下す
る。高次撚線の場合、それを構成する低次撚線のうちい
ずれかの次数の撚線が素線のツイスト方向と同一の方向
に撚合せていれば、すべての次数の撚線が素線のツイス
ト方向と逆に撚合された導体に比べ、交流Ｉｑは増加す
る。
【００４０】以上に示すとおり、高次撚線においても撚
り方向、撚りピッチを適当な条件に設定することによ
り、大容量の導体を作製できることが明らかとなった。
り方向、撚りピッチを適当な条件に設定することによ
り、大容量の導体を作製できることが明らかとなった。
【００４１】
【表４】
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高い交流臨界電流値を有する交流用超電導導体を提供す
ることができる。本発明は、特に、小さい断面積でより
大きな電流を流す必要があり、かつ高クエンチ抵抗を必
要とする用途においてより効果的に用いられる。
高い交流臨界電流値を有する交流用超電導導体を提供す
ることができる。本発明は、特に、小さい断面積でより
大きな電流を流す必要があり、かつ高クエンチ抵抗を必
要とする用途においてより効果的に用いられる。
【図１】本発明の実施例に関する導体の構造を示す概略
断面図である。
断面図である。
【図２】本発明の実施例の実験における交流Ｉｑ特性を
示した図である。
示した図である。
【図３】本発明のもう１つの実施例に関する導体の構造
を示す概略断面図である。
を示す概略断面図である。
１ Ｃｕ−３０ｗｔ％Ｎｉ中心線 ２ 超電導素線 ３ Ｃｕ−３０ｗｔ％Ｎｉ中心線 ４ 超電導素線 ５ 超電導１次撚線 ６ Ｃｕ−３０ｗｔ％Ｎｉ中心線
Claims (9)
- 【請求項１】 ＣｕおよびＣｕ合金からなる群から選択
される常電導金属マトリックスと、前記マトリックス中
に埋込まれた多数本の超電導金属フィラメントとからな
る、ツイストされた複合多芯超電導素線を複数本撚合せ
た撚線からなる交流用超電導導体であって、 前記撚線において、前記超電導素線は、前記超電導素線
自体のツイスト方向と同一方向に撚られており、かつ前
記超電導素線の撚りピッチは、前記撚線の外径の４〜８
倍であることを特徴とする、交流用超電導導体。 - 【請求項２】 ＣｕおよびＣｕ合金からなる群から選択
される常電導金属マトリックスと、前記マトリックス中
に埋込まれた多数本の超電導金属フィラメントとからな
る、ツイストされた複合多芯超電導素線を複数本撚合せ
た撚線からなる交流用超電導導体であって、 前記撚線において、前記超電導素線は、前記超電導素線
自体のツイスト方向と逆方向に撚られており、かつ前記
超電導素線の撚りピッチは、前記撚線の外径の８〜１５
倍であることを特徴とする、交流用超電導導体。 - 【請求項３】 前記撚線は、非超電導線の周りに前記超
電導素線を複数本撚合せた１次撚線であることを特徴と
する、請求項１記載の交流用超電導導体。 - 【請求項４】 ＣｕおよびＣｕ合金からなる群から選択
される常電導金属マトリックスと、前記マトリックス中
に埋込まれた多数本の超電導金属フィラメントとからな
る、ツイストされた複合多芯超電導素線を複数本撚合せ
た撚線からなる交流用超電導導体であって、 前記撚線は、非超電導線の周りに（ｎ−１）次撚線（ｎ
は２以上の整数）を複数本撚合せたｎ次撚線の構造を有
し、 前記ｎ次撚線は、１〜（ｎ−１）次撚線の少なくともい
ずれかまたは１〜（ｎ−１）次撚線のすべてを前記超電
導素線自体のツイスト方向と同一の方向に撚り合わせて
構成されており、かつ前記ｎ次撚線におけるｉ次撚線
（ｉは２〜ｎまでの少なくともいずれかまたはすべて）
は、前記ｉ次撚線の外径の４〜８倍のピッチで（ｉ−
１）次撚線を撚り合わせることにより構成されているこ
とを特徴とする、交流用超電導導体。 - 【請求項５】 前記超電導金属フィラメントが直径０．
２μｍ以下のＮｂＴｉ合金であることを特徴とする、請
求項１〜４のいずれか１項記載の交流用超電導導体。 - 【請求項６】 前記超電導素線の直径が０．３ｍｍφ以
下であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１
項記載の交流用超電導導体。 - 【請求項７】 前記超電導素線のツイストピッチが前記
素線の直径の１０倍以下であることを特徴とする、請求
項１〜６のいずれか１項記載の交流用超電導導体。 - 【請求項８】 前記常電導金属マトリックスおよび前記
撚線の中心線として用いられる非超電導線のすべてまた
は一部が、Ｎｉ、Ｍｎ、ＳｉおよびＳｎからなる群から
選択される１種類以上の元素を含み、かつ４．２Ｋの温
度において２×１０-7Ω・ｍ以上の抵抗値を有する非磁
性Ｃｕ合金からなることを特徴とする、請求項１〜７の
いずれか１項記載の交流用超電導導体。 - 【請求項９】 前記常電導金属マトリックスにおいて、
安定化Ｃｕ／ＮｂＴｉ比が０〜０．５であることを特徴
とする、請求項１〜８のいずれか１項記載の交流用超電
導導体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8241855A JPH1092235A (ja) | 1996-09-12 | 1996-09-12 | 交流用超電導導体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8241855A JPH1092235A (ja) | 1996-09-12 | 1996-09-12 | 交流用超電導導体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1092235A true JPH1092235A (ja) | 1998-04-10 |
Family
ID=17080521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8241855A Withdrawn JPH1092235A (ja) | 1996-09-12 | 1996-09-12 | 交流用超電導導体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1092235A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009026755A (ja) * | 2007-07-17 | 2009-02-05 | Nexans | 超伝導電気ケーブル |
-
1996
- 1996-09-12 JP JP8241855A patent/JPH1092235A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009026755A (ja) * | 2007-07-17 | 2009-02-05 | Nexans | 超伝導電気ケーブル |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20031202 |