JPH046713A - アルミ安定化超電導線 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアルミ安定化超電導線に係り、特に、超電導線
の渦電流損低減の導体構成に関する。

〔従来の技術〕

従来、超電導線の安定性の向上を図ったアルミニウム安
定化超電導線は、例えば、特開昭５１−１３８９２号、
特開昭６０−３９７０６号公報に記載のように、アルミ
合金材や高純度アルミ材にモノリス超電導体、または、
超電導素線を埋込むものがある３しかし、変動磁界用の
大電流、大容量導体とした場合の渦電流損低減の考慮が
不足していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来、超電導線の安定化材は低温状態における電気抵抗
が小さいこと、熱伝導率が高く加工が容易であり、さら
に、磁気抵抗効果の小さいこと等から高純度アルミ材が
用いられるようになった。

しかし、高純度アルミ材は電磁力に対する機械強度が弱
いため、高純度アルミ材をアルミ合金材で被覆した、複
合アルミ材として超電導体を被覆していた。しかし、大
電流導体の大型マグネットになると、導体自身の発生磁
界と隣接導体からの外部変動磁界の影響により、安定化
材の高純度アルミ材に渦電流が発生し、この渦電流によ
って熱が発生して常電導転移を起こし、超電導線の安定
性を低下させる８配があった。

本発明の目的は、安定化材の渦電流を抑制し、渦電流損
を低減を図り、安定性の向上の図れる超電導線を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、モノリス超電導
体、または、超電導素線束等の超電導体を、長さ方向や
周方向に部分的にスリット、或いは、絶縁層や高抵抗金
属層、または、分割境界面に絶縁被膜や高抵抗金属被膜
を有した高純度アルミ材で螺旋状に、また超電導体を螺
旋状に配置し、超電導体の螺旋方向と高純度アルミ材の
螺旋方向を逆方向に巻回被覆したものである。

さらに、周辺外部変動磁界の強い高磁界用のものにはス
リット、または、高抵抗金属被膜をもった高純度アルミ
材の周囲に渦電流を抑制する高抵抗金属被膜、例えば、
銅以上の高抵抗を持つステンレス鋼やキプロニッケル等
で被覆した後、アルミ合金材で被覆した。

〔作用〕

前記超電導体を被覆している安定化材の高純度アルミ材
に、スリット、または、絶縁層や高抵抗金属層を、また
は、分割境界面に絶縁被膜や高抵抗金属被膜を設け、モ
ノリス超電導体、または超電導素線束を螺旋状に被覆、
或いは、モノリス超電導体や超電導素線束の螺旋角度と
高純度アルミ材の螺旋角度を異なるように、または、一
方を逆方向に螺旋被覆することにより、高純度アルミ材
の渦電流を抑制し、渦電流損を低減できるので安定性の
向上を図ることができる。また、大電流。

高磁界マグネット用には、高純度アルミ材被覆の周囲を
高抵抗金属材で被覆し、その周囲をアルミ合金材で被覆
することにより、外部磁界の侵透を抑制することができ
るので、安定性の高いアルミ安定化超電導線が得られる
。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を設計例を用いて説明する。定
格電流７０７ｋＡ、貯蔵エネルギ５Ｇ−〇の貯蔵コイル
を超電導コイルとした場合の設計諸元を第１表に示す。

第　　１　　表 コイル導体の超電導材料には経済性に優れ大量生産の実
績の多いＮｂ３Ｓｎ化合物を、、Ｎｂ３Ｓｎ化合物の外
被には無酸素銅を使い、銅被膜Ｎｂ３Ｓｎ線の結束は半
田で行い、そして半田で結束した超電導体の安定化材に
は、低温で電気抵抗がｔＪｓさいこと、熱伝導率が高く
変形や加工性が容易なこと等の条件から、安定化材には
高純度アルミ材を、この高純度アルミ材の補強材として
も上記の条件を満たし、高耐力の得られるアルミ合金材
を選定し、大電力電流用導体として設計した。これによ
ると、銅被膜Ｎ　ｈ　ｓ　Ｓ　ｎ線の外寸法は約１０Ｘ
１０Ｘ５０となる。また、銅被膜Ｎｂ３Ｓｎを囲む安定
化材の高純度アルミ材と補強材のアルミ合金材を含む導
体の寸法は１２０．Ｘ４３０ｍｎ２になる。そして、こ
のときの総導体重量は１２９ｋｇ／ｍにもなる。この大
型導体を持つ５　Ｇ　Ｗ　ｈエネルギ貯蔵コイルの運転
サイクルは、最大磁界発生場所の磁界が２．２９Ｔ、（
２２４ｋ　Ａ）から約五時間で８Ｔ（７０７ｋＡ）にし
、再び、五時間で２．２９　Ｔ　にもどるものである。

この時の交流損失を計算すると、−サイクル当り５１ｋ
Ｗにもなる。この交流損失にはヒステリシス損、渦電流
損失、結合損失等があるが、その内訳をみると、ヒステ
リシス損は０．６４ｋＷ、渦電流損失は４７．６ｋＷ　
となる。

このように大電力エネルギ貯蔵コイルを超電導コイルで
製作しようとすると、大部分の損失は超電導体を囲む安
定化材の高純度アルミ材に発生する渦電流損失であるた
め、この渦電流損失を低減できる安定化材の高純度アル
ミ材の被覆構成を改善しないと、導体の超電導特性が大
幅に低下することが心配される。そこで考えられるのが
モノリス超電導体、または、超電導素線束等の超電導体
を、長さ方向や周方向に部分的にスリット、或いは、絶
縁層や高抵抗金属層、または、高純度アルミを分割し、
分割境界面に絶縁被膜や高抵抗金属被膜をもった高純度
アルミ材で螺旋状に、また、超電導体を螺旋状に配設し
、螺旋超電導体の螺旋方向と高純度アルミ材の螺旋方向
を逆方向にする構成が考えられる。また、外部変動磁界
の強い高磁界用のものには、スリット、または、高抵抗
金属被膜を設けた高純度アルミ材の周囲を渦電流を抑制
する高抵抗金属材、例えば、銅以上の高抵抗を持つステ
ンレス鋼やキプロニッケル材等で被覆し、その周囲をア
ルミ合金材で被覆することが考えられる。

以下、本発明の一実施例を図に沿って詳細に説明する。

第１図において、アルミ安定化超電導線１は、アルミ合
金材、または、アルミ合金材を高純度アルミ材で被覆し
た複合材を芯材２とし、この芯材２の周部に複数本の超
電導素線３からなる超電導素線束４、或いは、モノリス
超電導体５を配設し、超電導素線束４、或いは、モノリ
ス超電導体５の超電導体を、部分的に長さ方向スリット
６、周方向スリット７と径方向スリット８を、そして、
長さ方向スリット６、周方向スリット７と径方向スリッ
ト８に絶縁層９ａ、９ｂ、９ｃ、または、高抵抗金属層
を設けた高純度アルミ材１０で被覆し、その外周をアル
ミ合金材１１で被覆してアルミ安定化超電導線１を構成
している。

このように超電導素線束４、或いは、モノリス超電導体
５等の超電導体を１部分的にスリットを設け、絶縁層９
ａ、９ｂ、９ｃ、または、高抵抗金属層等を設けた高純
度アルミ材１０で被覆したアルミ安定化超電導線１は、
超電導体を被覆している高純度アルミ材１０が、長さ方
向スリット６や周方向スリット７、または、絶縁層９ａ
、９ｂ。

９ｃの配設によって仮想的に分割構造の安定化材となり
、高純度アルミ材１０の渦電流が抑制される。このため
、これまで心配されていた高純度アルミ材１０の渦電流
損失による安定性の低下は大幅に改善され、安定性向上
の図れるアルミ安定化超電導線を提供することができる
。

以上の実施例では、超電導素線束４、或いは。

モノリス超電導体５を被覆する高純度アルミ材ｌＯに、
無数の長さ方向と周方向のスリットを設けて絶縁層や高
抵抗金属層を配設し、仮想的な分割被覆構造にして問題
の解決を図ってきた。しかし、このような安定化材構造
にすると、複雑化して製造困難になり、高価格になるこ
とが心配される。このような問題を解決し、簡略化を図
りつつ安定性向上の図れる方法として、高純度アルミ材
の螺旋被覆構造が考えられる。

第２図に本発明の他の実施例を示す。第２図の実施例は
、モノリス超電導体、或いは、超電導素線束４ａを螺旋
高純度アルミ材１２で被覆し、螺旋高純度アルミ材１２
と螺旋高純度アルミ材１２の境界部１３には絶縁被膜１
４を配設し、螺旋高純度アルミ材１２と絶縁被膜１４を
一体的にアルミ合金材１１ａで被覆し、螺旋安定化材の
アルミ安定化超電導線を構成している。

このように本実施例は、超電導素線束４ａを帯状の一枚
の螺旋高純度アルミ材１２で被覆しているため、超電導
素線束４ａからみた安定化材は長さ方向に沿って分割配
置された格好となり、超電導素線束４ａの通電々流によ
ってできる安定化材、つまり、螺旋高純度アルミ材１２
の渦電流は大幅に抑制され、渦電流損低減に適した超電
導線を構成することができる。また、製作工程でも前述
の実施例のように長さ方向とか、周方向にスリットを設
けたり、無数の異質物層を設ける複雑な作業改善ができ
るなど、製作々業の容易性と安定性向上を図るのに適し
たアルミ安定化超電導線を得ることができる。

以上に記述した実施例は、高純度アルミ材にスリットを
設けて絶縁層や高抵抗金属層を配設し、高純度アルミ材
を仮想的に分割配置する実施例と、−層の螺旋高純度ア
ルミ材で絶縁被膜を介して連続的に配置した実施例につ
いて記述してきたが、超電導体を複数の分割高純度アル
ミ材で被覆する分割螺旋被覆構造のアルミ安定化超電導
線とすることも考えられる。

第３図に本発明の第三の実施例を示す。第３図に示す実
施例は、アルミ合金材を芯材２ａとし。

この芯材２ａの周部に複数の超電導素線３ａを配置し、
半田１５で成型して超電導素線束４ｂを形成し、成型し
た超電導素線束４ｂを複数の分割高純度アルミ材１６と
絶縁材１７で螺旋被覆し、その周囲をアルミ合金材１１
ｂで被覆してアルミ安定化超電導線１を構成している。

本実施例は、第１図、第２図に記述した安定化材の高純
度アルミ材の配設構造とは異なった、即ち、複数に完全
分割した分割高純度アルミ材１６を形成して螺旋状に超
電導素線束４ｂを被覆することから、超電導素線束４ｂ
からみた長さ方向の分割高純度アルミ材１６は細かく分
割して被覆した格好となるので、安定化材である高純度
アルミ材の渦電流は大幅に抑制され、渦電流損失は第１
表の設計例に比して約７０％に低減できるため、著しい
安定性向上の図れるアルミ安定化超電導線を得ることが
できる。

以上の実施例では、超電導素線束４ｂを被覆する高純度
アルミ材を、絶縁材１７を介して周方向に分割した分割
高純度アルミ材１６にし、螺旋被覆した構造について記
述してきたが、絶縁材１７に代わって高抵抗金属材を配
設し、かつ、長さ方向にも部分的に高抵抗金属材を配設
した。高抵抗金属材介在の分割高純度アルミ材の螺旋被
覆アルミ安定化超電導線としても、前述の実施例と同様
の効果を得ることができる。

第４図に本発明の第四の実施例を示す。第４図の実施例
は、ストレート配設の超電導素線を被覆する高純度アル
ミ材を、高抵抗金属材で分割した高抵抗金属材分割高純
度アルミ材とした実施例で、超電導素線束４Ｃを、周方
向に等間隔にアルミ合金材１８ａと高純度アルミ材１９
を交互に、さらに高純度アルミ材１９の長さ方向に一定
間隙でアルミ合金材１８ｂを設けた高抵抗金属材分割高
純度アルミ材２０で螺旋被覆し、その高抵抗金属材分割
高純度アルミ材２０をアルミ合金材１８ｃで被覆したも
のである。

このように、ストレート配設の超電導素線束４ｃを、長
さ方向と周方向の分割境界部にアルミ合金材１８ａ、１
８ｂを介した高抵抗金属材分割高純度アルミ材２０で螺
旋被覆したアルミ安定化超電導線は、安定化材の高純度
アルミ材１９が周方向の他、長さ方向にも分割されてい
るため、高抵抗金属材分割高純度アルミ材２０の高純度
アルミ材１９に発生する渦電流は、実施例以上に抑制さ
れ、渦電流損を低減できるので、実施例と同等以上の効
果を得ることができる。

上述の実施例は、モノリス超電導体、或いは、超電導素
線束等の超電導体をストレートに配置し、その゛ストレ
ート配置の超電導体を被覆する安定化材の高純度アルミ
材を分割材、または、螺旋状に被覆し、安定化材である
高純度アルミ材に発生する渦電流の抑制を図って、超電
導線の安定化の向上を図っていた。しかし、安定化材の
渦電流の抑制は高純度アルミ材の被覆構造の他、超電導
体を螺旋状にする方法、または、超電導体と安定化材を
螺旋状にする方法等がある。

第５図に本発明の第五の実施例を示す。第５図の実施例
は、超電導体を螺旋状にしたもので、アルミ合金材２１
に高純度アルミ材２２を被覆して芯材２３とし、芯材２
３の周囲に複数のモノリス超電導体、または、超電導素
線２４を螺旋状にした超電導素線束２５の周囲を、高抵
抗金属被膜２６をもった複数の分割高純度アルミ材２７
で被覆し、その周囲をアルミ合金材２８で被覆して構成
し、超電導素線束２５の変動磁界による安定化材の渦電
流の抑制を図り、渦電流損失の低減を図って超電導線の
安定性の向上を図っている。

また、上述の実施例では超電導素線束２５を螺旋にし、
安定化材の高純度アルミ材を分割構造の分割高純度アル
ミ材として渦電流の抑制を図ってきたが、超電導素線束
と安定化材の高純度アルミ材を螺旋状にし、補強材とな
るアルミ合金材で円筒成型することもある。

第６図に本発明の第六の実施例を示す。第６図の実施例
は、ストレート配置の芯材２３ａの周囲に複数のモノリ
ス超電導体、または、超電導素線２４ａで構成した超電
導素線束２５ａを螺旋状にして半田で円筒状に成型して
螺旋超電導体２９を構成し、この螺旋超電導体２９を複
数の分割高純度アルミ材２７ａで螺旋被覆し、その周囲
をアルミ合金材の補強材３０で被覆したものである。

このように、超電導素線束２５ａを螺旋状にした周囲を
分割高純度アルミ材２７ａで急角度で。

または、超電導素線束２５ａの螺旋角度より緩やかに螺
旋被覆することにより、安定化材の分割高純度アルミ材
２７ａは長さ方向に一段と細かに分割配置された構造と
なり、渦電流発生の困難な安定化材の配置構造となるの
で、渦電流は大幅に抑制され、渦電流損失の非常に少な
い、アルミ安定化超電導線を得ることができる。

また、実施例では螺旋角度を同一方向の構成について記
述してきたが、超電導素線束２５ａの螺旋方向と分割高
純度アルミ材２７ａの螺旋方向を逆方向にしても実施例
の効果と同様の効果が得られる。

第７図に本発明の第七の実施例を示す。第７図の実施例
は、絶縁材、または高抵抗金属被覆の芯材２３ｂの周囲
に複数のモノリス超電導体、または、超電導素線２４ｂ
で構成した超電導素線束２５ｂを左螺旋状に成型して左
螺旋超電導体３１を構成し、この左螺旋超電導体３１を
低融点金属材で円筒成型した後、複数の高純度アルミ材
３２で右螺旋被覆し、その周囲をアルミ合金材３３で被
覆成型している。

このように、左螺旋超電導体３１を右螺旋の高純度アル
ミ材３２で被覆した超電導体と安定化材の螺旋方向を逆
方向にすることにより、実施例の同一方向での部分的な
、超電導体の傾きと安定化材、即ち、分割高純度アルミ
材２７ａの傾きが一致するようなことがなく、螺旋角度
を出来るだけ小さくすればする程、高純度アルミ材３２
が長さ方向に分割配置した格好になり、安定化材の渦電
流の抑制構造として非常に効果的で、渦電流損失を低減
し、−段と安定性向上の図れるアルミ安定化超電導線を
得ることができる。

実施例では、安定化材の高純度アルミ材で被覆している
内部の超電導体の変動磁界の影響ばかり考えていたが、
大電流容量の導体、或いは、周辺磁場の高い高磁界中の
外部からの侵入磁界対策については考慮していなかった
。そこで、導体内部の発生磁界と、外部からの侵入磁界
の双方に強い超電導線の構成方法として、超電導体を被
覆する安定化材の高純度アルミ材と、補強材のアルミ合
金材との間に高抵抗金属層、例えば、ステンレス鋼、ま
たは、キュプロニッケル等の金属層を設けることが考え
られる。

第８図に本発明の第への実施例を示す。第８図は、モノ
リス超電導体、または、超電導素線３４を複数本束ねた
複数の超電導素線束３５を低融点金属材１例えば、半田
３６で円筒状に成型し、その周囲を、長さ方向と周方向
に部分的にスリット３７ａ、３７ｂ、または、絶縁層、
或いは、高抵抗金属材をもつ複合高純度アルミ材３８で
被覆し、複合高純度アルミ材３８を高純度アルミ材３９
で成型した外周を高抵抗金属材４０、例えば、ステンレ
ス鋼材、またはキュプロニッケル材で被覆し、その周囲
をアルミ合金材４１で被覆した。多重アルミ被覆超電導
線４２としたものである。

このように、複数のモノリス超電導体、または超電導素
線３４を束ねた超電導素線束３５を、部分的にスリット
３７ａ、３７ｂ、または、スリット３７ａ、３７ｂに絶
縁材、或いは、高抵抗金属材等をもつ複合高純度アルミ
材３８、また、スリット３７ａ、３７ｂの代りにアルミ
合金材を介在した複合高純度アルミ材３８で被覆し、そ
の周囲を高抵抗金属材４０とアルミ合金材４１で被覆す
ることから、超電導体内部の超電導素線束３５の変動磁
界による複合高純度アルミ材３８の渦電流は、スリット
３７ａ、３７ｂや介在物のアルミ合金材等によって抑制
され、渦電流損失による発熱昇温か低減される。一方、
外部変動磁界の侵入に対しては、複合高純度アルミ材３
８を被覆する高抵抗金属材４０によって大きく抑制され
る。さらに、安定化材の高純度アルミ材は、スリットや
介在物によって細かく分割した複合高純度アルミ材３８
になっているので、外部侵入磁界に対しては二重の抑制
構造となっているので、内外周囲の磁界変動に強いアル
ミ安定化超電導線を構成することができ、安定性向上を
図るのに効果的なアルミ安定化超電導線が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、モノリス超電導体、または、超電導素
線束を、スリット、またはスリットに絶縁材、或いは、
高抵抗金属材を、また、分割境界部に絶縁材や高抵抗金
属材を介在した高純度アルミ材でストレート被覆、また
は、螺旋被覆、或いは、モノリス超電導体、または、超
電導素線等を束ねた超電導体を螺旋状にし、超電導体の
螺旋角度と高純度アルミ材の螺旋角度を異なるように、
また超電導体の螺旋方向と高純度アルミ材の螺旋方向を
逆方向に被覆するようにした。これにより、安定化材の
高純度アルミ材に発生する渦電流を抑制し、渦電流損失
を低減できるので、安定性の向上を図るのに効果がある
。

また、螺旋高純度アルミ材の周囲を高抵抗金属材で被覆
し、その周部をアルミ合金材で被覆するため、外部から
の磁界侵透が抑制でき、外部変動磁界の受けにくい超電
導体を得るのに効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すアルミ安定化超電道線
の斜視図、第２図は本発明の第二の実施例を示す斜視図
、第３図は本発明の第三の実施例を示す斜視図、第４図
は本発明の第四の実施例を示す斜視図、第５図は本発明
の第五の実施例を示す斜視図、第６図は本発明の第六の
実施例を示す斜視図、第７図は本発明の第七の実施例を
示す超電導体と安定化材の螺旋方向が逆方向の斜視図、
第８図は本発明の第への実施例を示す斜視図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超電導導体を部分的にスリットを設けたアルミ安定
   化材で被覆し、その周部を高強度の補強材で被覆したこ
   とを特徴とするアルミ安定化超電導線。 ２、請求項１において、超電導素線束を、長さ方向と周
   方向に部分的に絶縁層、または、高抵抗金属層、または
   、異質材層をもつた高純度アルミ材、或いは、高純度ア
   ルミ材とアルミ合金材の複合材で被覆したアルミ安定化
   超電導線。 ３、請求項２において、前記超電導素線束等の超電導体
   を取り巻くスリット付き高純度アルミ材を螺旋的に配設
   したアルミ安定化超電導線。 ４、請求項３において、前記超電導体を取り巻く前記高
   純度アルミ材が相互に接する境界部に絶縁被膜、または
   高抵抗金属被膜をもつアルミ安定化超電導線。 ５、超電導体と、前記超電導体を被覆する高純度アルミ
   材と、前記高純度アルミ材を補強するアルミ合金材から
   成るアルミ安定化超電導線において、 前記高純度アルミ材を、複数に分割し前記超電導体を螺
   旋被覆したことを特徴とするアルミ安定化超電導線。 ６、請求項５において、前記超電導体を前記高純度アル
   ミ安定化材を、周方向と長さ方向に高抵抗金属材を介在
   させ、螺旋被覆してなるアルミ安定化超電導線。 ７、高純度アルミ材、アルミ合金材、或いはアルミ合金
   材と、高純度アルミ材の複合材の芯材と、複数のモノリ
   ス超電導体または超電導素線束等の超電導体と、前記超
   電導体を被覆した高純度アルミ材と、前記高純度アルミ
   材補強のアルミ合金材から成るアルミ安定化超電導線に
   おいて、前記複数の超電導体を螺旋状にし、複数の分割
   高純度アルミ材で被覆し、その周囲をアルミ合金材で被
   覆したことを特徴とするアルミ安定化超電導線。 ８、請求項７において、前記螺旋超電導体を複数の高純
   度アルミ材で螺旋被覆したアルミ安定化超電導線。 ９、請求項７において、前記超電導体の螺旋角度に対し
   、高純度アルミ材の螺旋角度を小さくしたアルミ安定化
   超電導線。 １０、絶縁被覆、または高抵抗金属被覆の高純度アルミ
   芯材と、モノリス超電導体、或いは、超電導素線等の超
   電導体と、前記モノリス超電導体の安定化材の高純度ア
   ルミ材と、前記高純度アルミ材を補強するアルミ合金材
   からなるアルミ安定化超電導線において、 前記超電導体の螺旋方向と、高純度アルミ材の螺旋方向
   を逆方向としたことを特徴とするアルミ安定化超電導線
   。 １１、請求項１０において、前記螺旋超電導体を、半田
   または高純度アルミ材で円筒成型した後、高純度アルミ
   材を螺旋配設し、その外周をアルミ合金材で被覆したア
   ルミ安定化超電導線。 １２、請求項１０において、複数の前記モノリス超電導
   体、または超電導素線等を束ねた超電導体を、部分的に
   スリット、または高抵抗金属材をもつ複合高純度アルミ
   材で被覆し、前記複合高純度アルミ材を高純度アルミ材
   で成型被覆後、高抵抗金属材で被覆し、前記高抵抗金属
   材をアルミ合金材で被覆した、多重アルミ被覆超電導線
   としたアルミ安定化超電導線。 １３、請求項１２において、前記超電導体被覆の複合高
   純度アルミ材を、高純度アルミ材とアルミ合金材を周方
   向に交互に配置した複合高純度アルミ材とし、前記複合
   高純度アルミ材をステンレス鋼材、またはキプロニッケ
   ル材等の高抵抗金属材で被覆し、その周囲をアルミ合金
   材で被覆したアルミ安定化超電導線。