JPH04334816A - 交流用ＮｂＴｉ超電導線 - Google Patents
交流用ＮｂＴｉ超電導線Info
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- JPH04334816A JPH04334816A JP3107298A JP10729891A JPH04334816A JP H04334816 A JPH04334816 A JP H04334816A JP 3107298 A JP3107298 A JP 3107298A JP 10729891 A JP10729891 A JP 10729891A JP H04334816 A JPH04334816 A JP H04334816A
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- Japan
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- nbti
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
Landscapes
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、発電機およびトラン
スなどの電力応用機器に用いることができる交流用Ｎｂ
Ｔｉ超電導線に関するものである。
スなどの電力応用機器に用いることができる交流用Ｎｂ
Ｔｉ超電導線に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】液体ヘリウム温度で用いられる合金系の
超電導マグネット用線材としては、これまでＮｂＴｉ線
材が主に用いられている。近年、発電機等のパルス用途
およびトランス等の商用周波数領域の用途のものとして
、高抵抗マトリックスを母材として用い、ＮｂＴｉフィ
ラメントを１μｍまたはサブミクロンに細径化すること
によって、交流損失を著しく低減させた高性能な超電導
線材が開発されてきている。
超電導マグネット用線材としては、これまでＮｂＴｉ線
材が主に用いられている。近年、発電機等のパルス用途
およびトランス等の商用周波数領域の用途のものとして
、高抵抗マトリックスを母材として用い、ＮｂＴｉフィ
ラメントを１μｍまたはサブミクロンに細径化すること
によって、交流損失を著しく低減させた高性能な超電導
線材が開発されてきている。
【０００３】特に、商用周波数（５０／６０Ｈｚ）での
交流損失を低減するために、ＮｂＴｉフィラメントの直
径を０．１μｍ程度にまで細くした超電導線材が開発さ
れつつある。
交流損失を低減するために、ＮｂＴｉフィラメントの直
径を０．１μｍ程度にまで細くした超電導線材が開発さ
れつつある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の超電導線材においては、ＮｂＴｉフィラメン
トの間隔がサブミクロンまたはそれ以下のオーダとなり
、フィラメント間のマトリックス材料に、いわゆる近接
効果と呼ばれる超電導電子のしみ出しが生じ、電磁気的
な有効フィラメント径が大きくなり、交流損失、すなわ
ちこの場合にはヒステリシス損失が大きくなってしまう
という問題点があった。
うな従来の超電導線材においては、ＮｂＴｉフィラメン
トの間隔がサブミクロンまたはそれ以下のオーダとなり
、フィラメント間のマトリックス材料に、いわゆる近接
効果と呼ばれる超電導電子のしみ出しが生じ、電磁気的
な有効フィラメント径が大きくなり、交流損失、すなわ
ちこの場合にはヒステリシス損失が大きくなってしまう
という問題点があった。
【０００５】この発明の目的は、このような従来の問題
点を解消し、交流損失の少ない交流用ＮｂＴｉ超電導線
を提供することにある。
点を解消し、交流損失の少ない交流用ＮｂＴｉ超電導線
を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明の交流用ＮｂＴ
ｉ超電導線は、ＮｂＴｉフィラメントがマトリックス中
に埋め込まれた素線を撚り合わせて構成されている。素
線の直径は０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下である。ま
たＮｂＴｉフィラメントの直径は０．０７μｍ以上０．
３μｍ以下である。ＮｂＴｉフィラメント間の距離は、
ＮｂＴｉのフィラメントの直径以上で、かつ、０．３μ
ｍ以下である。ＮｂＴｉフィラメントが埋め込まれるマ
トリックスは、ＣｕＮｉ合金から形成される。
ｉ超電導線は、ＮｂＴｉフィラメントがマトリックス中
に埋め込まれた素線を撚り合わせて構成されている。素
線の直径は０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下である。ま
たＮｂＴｉフィラメントの直径は０．０７μｍ以上０．
３μｍ以下である。ＮｂＴｉフィラメント間の距離は、
ＮｂＴｉのフィラメントの直径以上で、かつ、０．３μ
ｍ以下である。ＮｂＴｉフィラメントが埋め込まれるマ
トリックスは、ＣｕＮｉ合金から形成される。
【０００７】
【発明の作用効果】この発明において、素線の直径を０
．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下としているのは、直径が０
．１ｍｍより小さな素線は、実用導体を形成する素線と
しては細すぎて工業的に製造するのが困難であり、直径
が０．５ｍｍを超えると、ツイストピッチが大きくなり
、結合損失が増大するからである。また、この発明にお
いて、ＮｂＴｉフィラメントの直径を０．０７μｍ以上
としているのは、０．０７μｍより小さなフィラメント
径を製造するのが困難であるからである。またＮｂＴｉ
フィラメントの直径が０．３μｍ以下としているのは、
フィラメントの直径が０．３μｍを超えると、ヒステリ
シス損失がフィラメント径の位置状に比例するため、損
失が増大するからである。
．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下としているのは、直径が０
．１ｍｍより小さな素線は、実用導体を形成する素線と
しては細すぎて工業的に製造するのが困難であり、直径
が０．５ｍｍを超えると、ツイストピッチが大きくなり
、結合損失が増大するからである。また、この発明にお
いて、ＮｂＴｉフィラメントの直径を０．０７μｍ以上
としているのは、０．０７μｍより小さなフィラメント
径を製造するのが困難であるからである。またＮｂＴｉ
フィラメントの直径が０．３μｍ以下としているのは、
フィラメントの直径が０．３μｍを超えると、ヒステリ
シス損失がフィラメント径の位置状に比例するため、損
失が増大するからである。
【０００８】この発明において、ＮｂＴｉフィラメント
間の距離をＮｂＴｉフィラメントの直径以上としている
のは、ＮｂＴｉフィラメント間の距離がＮｂＴｉフィラ
メントの直径より小さくなると、近接効果が生じ、交流
損失を十分に低減できなくなるからである。またフィラ
メント間の距離を０．３μｍ以下としているのは、０．
３μｍを加えると、フィラメント間隔が増大することに
よってマトリックスの割合が著しく増大し、線材として
の電流密度が低下するため、実用に適さないからである
。
間の距離をＮｂＴｉフィラメントの直径以上としている
のは、ＮｂＴｉフィラメント間の距離がＮｂＴｉフィラ
メントの直径より小さくなると、近接効果が生じ、交流
損失を十分に低減できなくなるからである。またフィラ
メント間の距離を０．３μｍ以下としているのは、０．
３μｍを加えると、フィラメント間隔が増大することに
よってマトリックスの割合が著しく増大し、線材として
の電流密度が低下するため、実用に適さないからである
。
【０００９】この発明ではまたＮｂＴｉフィラメントが
埋め込まれるマトリックスはＣｕＮｉ合金から形成され
ている。ＣｕＮｉ合金はＣｕと比べ比抵抗が高いため、
このようなＣｕＮｉ合金をマトリックスとして用いるこ
とにより、結合損失を低減させることができる。ＣｕＮ
ｉ合金としては、たとえば、Ｃｕ−１０ｗｔ％Ｎｉ、Ｃ
ｕ−２０ｗｔ％ＮｉおよびＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉなどが
適用できる。特にＣｕ−１０ｗｔ％Ｎｉが、加工性に優
れており、工業的にも長尺の線材を製作することができ
るので好ましい。またＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉは、マトリ
ックスの比抵抗が大きいため、常電導発生時の高抵抗が
要求される場合には、この材料が好ましい。
埋め込まれるマトリックスはＣｕＮｉ合金から形成され
ている。ＣｕＮｉ合金はＣｕと比べ比抵抗が高いため、
このようなＣｕＮｉ合金をマトリックスとして用いるこ
とにより、結合損失を低減させることができる。ＣｕＮ
ｉ合金としては、たとえば、Ｃｕ−１０ｗｔ％Ｎｉ、Ｃ
ｕ−２０ｗｔ％ＮｉおよびＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉなどが
適用できる。特にＣｕ−１０ｗｔ％Ｎｉが、加工性に優
れており、工業的にも長尺の線材を製作することができ
るので好ましい。またＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉは、マトリ
ックスの比抵抗が大きいため、常電導発生時の高抵抗が
要求される場合には、この材料が好ましい。
【００１０】この発明に従う交流用ＮｂＴｉ超電導線は
、交流損失の低減を図ることができるので、発電機およ
びトランスなどの電力応用機器に有効に用いることがで
きる。
、交流損失の低減を図ることができるので、発電機およ
びトランスなどの電力応用機器に有効に用いることがで
きる。
【００１１】
【実施例】線材Ａ、ＢおよびＣを以下のようにして作製
した。
した。
【００１２】線材Ａは図３に示すようなシングルスタッ
クの超電導素線から構成した。素線の直径を低減するこ
とによって、フィラメント径が１．７μｍから０．６μ
ｍとなるようにした。図３を参照して、中央安定化銅部
４のまわりにＮｂＴｉフィラメントバンドル部５を設け
、そのまわりに外皮ＣｕＮｉ層６を設けた。
クの超電導素線から構成した。素線の直径を低減するこ
とによって、フィラメント径が１．７μｍから０．６μ
ｍとなるようにした。図３を参照して、中央安定化銅部
４のまわりにＮｂＴｉフィラメントバンドル部５を設け
、そのまわりに外皮ＣｕＮｉ層６を設けた。
【００１３】図４は図３の素線の中央安定化銅部５を示
す断面図である。図４を参照して、Ｃｕ部４ａはＣｕＮ
ｉ層４ｂ中に分割されて存在している。
す断面図である。図４を参照して、Ｃｕ部４ａはＣｕＮ
ｉ層４ｂ中に分割されて存在している。
【００１４】図５は、図３の素線のＮｂＴｉフィラメン
トバンドル部を示す断面図である。図５を参照して、Ｎ
ｂＴｉフィラメント５ａは、Ｃｕ＋ＣｕＮｉ部５ｂのマ
トリックス中にシングルスタックで埋め込まれている。
トバンドル部を示す断面図である。図５を参照して、Ｎ
ｂＴｉフィラメント５ａは、Ｃｕ＋ＣｕＮｉ部５ｂのマ
トリックス中にシングルスタックで埋め込まれている。
【００１５】線材ＢおよびＣは、図１に示すようなダブ
ルスタックの超電導素線とした。図１を参照して、中央
ＣｕＮｉ部１まわりにはＮｂＴｉフィラメントバンドル
部２が設けられており、そのまわりにさらに外皮ＣｕＮ
ｉ層３が設けられている。
ルスタックの超電導素線とした。図１を参照して、中央
ＣｕＮｉ部１まわりにはＮｂＴｉフィラメントバンドル
部２が設けられており、そのまわりにさらに外皮ＣｕＮ
ｉ層３が設けられている。
【００１６】図２は、図１の素線のＮｂＴｉフィラメン
トバンドル部を示す断面図である。図２を参照して、Ｎ
ｂＴｉフィラメント２ａは、ＣｕＮｉ部２ｂのマトリッ
クス中に埋め込まれている。これらのスタック構造は多
数あつめられて、ＮｂＴｉフィラメントバンドル部２を
形成している。線材ＢおよびＣのフィラメント径は０．
３μｍから０．０５μｍとなるようにした。また線材Ｂ
においては、フィラメントの間隔を０．０９μｍ〜０．
０１５μｍとなるようにし、線材Ｃにおいては０．３μ
ｍ〜０．０５μｍとなるようにした。したがって、線材
Ｃがこの発明に従う実施例となる。
トバンドル部を示す断面図である。図２を参照して、Ｎ
ｂＴｉフィラメント２ａは、ＣｕＮｉ部２ｂのマトリッ
クス中に埋め込まれている。これらのスタック構造は多
数あつめられて、ＮｂＴｉフィラメントバンドル部２を
形成している。線材ＢおよびＣのフィラメント径は０．
３μｍから０．０５μｍとなるようにした。また線材Ｂ
においては、フィラメントの間隔を０．０９μｍ〜０．
０１５μｍとなるようにし、線材Ｃにおいては０．３μ
ｍ〜０．０５μｍとなるようにした。したがって、線材
Ｃがこの発明に従う実施例となる。
【００１７】線材Ｂにおいてフィラメントの間隔（ｄｎ
）とフィラメントの径（ｄｆ）の比（ｄｎ／ｄｆ）は約
０．３であり、線材Ｃにおいては、その比は約１である
。線材ＡおよびＢは比較例である。
）とフィラメントの径（ｄｆ）の比（ｄｎ／ｄｆ）は約
０．３であり、線材Ｃにおいては、その比は約１である
。線材ＡおよびＢは比較例である。
【００１８】表１に、線材Ａ、ＢおよびＣの線径、フィ
ラメント径、マトリックスの材質、およびフィラメント
間隔を示す。
ラメント径、マトリックスの材質、およびフィラメント
間隔を示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】線材Ａ、ＢおよびＣについて、ヒステリシ
ス損失の測定を行なった。測定条件は、±０．５Ｔのｓ
ｉｎ波で周波数は０．５Ｈｚとした。測定結果を図６に
示す。
ス損失の測定を行なった。測定条件は、±０．５Ｔのｓ
ｉｎ波で周波数は０．５Ｈｚとした。測定結果を図６に
示す。
【００２１】図６を参照して、線材Ａでは、フィラメン
ト径の低減とともにヒステリシス損失は減少する。損失
の磁界依存性は磁界の１乗に比例している。線材Ｃでは
この傾向を引き継ぎ、０．０７μｍまで、フィラメント
径の低減とともにヒステリシス損失は減少する。線材Ｃ
では、フィラメント間隔はＣｕＮｉのコヒーレント長１
５ｎｍの３倍以上あることから、近接効果が生じていな
いことがわかる。
ト径の低減とともにヒステリシス損失は減少する。損失
の磁界依存性は磁界の１乗に比例している。線材Ｃでは
この傾向を引き継ぎ、０．０７μｍまで、フィラメント
径の低減とともにヒステリシス損失は減少する。線材Ｃ
では、フィラメント間隔はＣｕＮｉのコヒーレント長１
５ｎｍの３倍以上あることから、近接効果が生じていな
いことがわかる。
【００２２】一方線材Ｂでは、０．１８μｍのヒステリ
シス損失は、１．０（ｋＪ／ｍ３ ／ｃｙｃｌｅ）であ
り、線材Ｃの同一フィラメント径の値より約１桁大きく
、線材Ａのフィラメント径０．６μｍの値に相当してい
る。また、フィラメント径が減少するにもかかわらず、
損失値は次第に増加する傾向を示す。線材Ｂでは、フィ
ラメント間隔はＣｕＮｉのコヒーレント長と同程度であ
り、フィラメント径の低減とともに間隔がコヒーレント
長より短くなるため、フィラメント間の結合が次第に強
くなり、いわゆる近接効果が増大していることが実験的
に明らかである。
シス損失は、１．０（ｋＪ／ｍ３ ／ｃｙｃｌｅ）であ
り、線材Ｃの同一フィラメント径の値より約１桁大きく
、線材Ａのフィラメント径０．６μｍの値に相当してい
る。また、フィラメント径が減少するにもかかわらず、
損失値は次第に増加する傾向を示す。線材Ｂでは、フィ
ラメント間隔はＣｕＮｉのコヒーレント長と同程度であ
り、フィラメント径の低減とともに間隔がコヒーレント
長より短くなるため、フィラメント間の結合が次第に強
くなり、いわゆる近接効果が増大していることが実験的
に明らかである。
【００２３】次に、実際の商用周波数での特性を調べる
ために、５０Ｈｚ、±０．５Ｔの磁界下で交流損失を測
定した。図７はその測定結果を示す。
ために、５０Ｈｚ、±０．５Ｔの磁界下で交流損失を測
定した。図７はその測定結果を示す。
【００２４】全体的な傾向として、５０Ｈｚ損失のフィ
ラメント径依存性は、ヒステリシス損失のそれと一致す
る。すなわち、線材ＡとＣはフィラメント径の低減とと
もに５０Ｈｚ損失が減少する。近接効果が生じる線材Ｂ
は、５０Ｈｚ損失の場合も、線材Ａのフィラメント径が
１μｍ前後の値に相当するほどその損失値は大きい。
ラメント径依存性は、ヒステリシス損失のそれと一致す
る。すなわち、線材ＡとＣはフィラメント径の低減とと
もに５０Ｈｚ損失が減少する。近接効果が生じる線材Ｂ
は、５０Ｈｚ損失の場合も、線材Ａのフィラメント径が
１μｍ前後の値に相当するほどその損失値は大きい。
【００２５】図８および図９は、それぞれ０．５Ｔおよ
び２．０Ｔにおける臨界電流密度のフィラメント径依存
性を示している。図８および図９から明らかなように、
線材Ｃのようにフィラメント間隔を広げた場合にはフィ
ラメント間の比抵抗は増加するが、マトリックス比も増
加するため、近接効果を低減させた線材Ｃの素線当りの
臨界電流密度は、線材Ｂに比べて低下する。しかしなが
ら交流用線材としては、実用可能な臨界電流密度を有し
ていることがわかった。
び２．０Ｔにおける臨界電流密度のフィラメント径依存
性を示している。図８および図９から明らかなように、
線材Ｃのようにフィラメント間隔を広げた場合にはフィ
ラメント間の比抵抗は増加するが、マトリックス比も増
加するため、近接効果を低減させた線材Ｃの素線当りの
臨界電流密度は、線材Ｂに比べて低下する。しかしなが
ら交流用線材としては、実用可能な臨界電流密度を有し
ていることがわかった。
【００２６】以上のことから明らかなように、この発明
に従う線材Ｃは、交流損失が著しく低減される。
に従う線材Ｃは、交流損失が著しく低減される。
【図１】ダブルスタックの超電導素線を示す断面図であ
る。
る。
【図２】図１の素線のＮｂＴｉフィラメントバンドル部
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図３】シングルスタックの超電導素線を示す断面図で
ある。
ある。
【図４】図３の素線の中央安定化銅部を示す断面図であ
る。
る。
【図５】図３の素線のＮｂＴｉフィラメントバンドル部
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図６】実施例のヒステリシス損失のフィラメント径依
存性を示す図である。
存性を示す図である。
【図７】実施例の５０Ｈｚ損失のフィラメント径依存性
を示す図である。
を示す図である。
【図８】０．５Ｔにおける臨界電流密度のフィラメント
径依存性を示す図である。
径依存性を示す図である。
【図９】２．０Ｔにおける臨界電流密度のフィラメント
径依存性を示す図である。
径依存性を示す図である。
１ 中央ＣｕＮｉ部
２ ＮｂＴｉフィラメントバンドル部２ａ ＮｂＴ
ｉフィラメント ２ｂ ＣｕＮｉ部 ３ 外皮ＣｕＮｉ層 ４ 中央安定化銅部 ４ａ Ｃｕ部 ４ｂ ＣｕＮｉ層 ５ ＮｂＴｉフィラメントバンドル部５ａ ＮｂＴ
ｉフィラメント ５ｂ Ｃｕ＋ＣｕＮｉ部 ６ 外皮ＣｕＮｉ層
ｉフィラメント ２ｂ ＣｕＮｉ部 ３ 外皮ＣｕＮｉ層 ４ 中央安定化銅部 ４ａ Ｃｕ部 ４ｂ ＣｕＮｉ層 ５ ＮｂＴｉフィラメントバンドル部５ａ ＮｂＴ
ｉフィラメント ５ｂ Ｃｕ＋ＣｕＮｉ部 ６ 外皮ＣｕＮｉ層
Claims (1)
- 【請求項１】 ＮｂＴｉフィラメントがマトリクス中
に埋め込まれた素線を撚り合わせて構成される交流用Ｎ
ｂＴｉ超電導線であって、前記素線の直径が０．１ｍｍ
以上０．５ｍｍ以下で、前記ＮｂＴｉフィラメントの直
径が０．０７μｍ以上０．３μｍ以下で、ＮｂＴｉフィ
ラメント間の距離が前記ＮｂＴｉフィラメントの直径以
上でかつ０．３μｍ以下であり、前記ＮｂＴｉフィラメ
ントが埋め込まれるマトリクスがＣｕＮｉ合金から形成
されていることを特徴とする、交流用ＮｂＴｉ超電導線
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3107298A JPH04334816A (ja) | 1991-05-13 | 1991-05-13 | 交流用ＮｂＴｉ超電導線 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3107298A JPH04334816A (ja) | 1991-05-13 | 1991-05-13 | 交流用ＮｂＴｉ超電導線 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04334816A true JPH04334816A (ja) | 1992-11-20 |
Family
ID=14455554
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3107298A Pending JPH04334816A (ja) | 1991-05-13 | 1991-05-13 | 交流用ＮｂＴｉ超電導線 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04334816A (ja) |
-
1991
- 1991-05-13 JP JP3107298A patent/JPH04334816A/ja active Pending
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20001107 |