JPH0617045U - 交流用ＮｂＴｉ超電導線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 より高い交流臨界電流値を示すことができる
交流用ＮｂＴｉ超電導線を提供する。 【構成】 高抵抗の常電導マトリックスからなる中心線
と、中心線の周りに設けられる複数本のＮｂＴｉ超電導
線とからなり、ＮｂＴｉ超電導線は、少なくとも１本の
ＮｂＴｉフィラメントと常電導マトリッマスを含み、中
心線と複数本のＮｂＴｉ超電導線とが撚り合わされて構
成され、ＮｂＴｉ超電導線のＮｂＴｉフィラメント径が
０．０５μｍ以上、０．３０μｍ以下であり、ＮｂＴｉ
超電導線のマトリックスと中心線を構成するマトリック
スとが同一組成を有する銅合金からなり、マトリックス
として用いられる銅合金の電気抵抗率が４．２Ｋから室
温の範囲内で１×１０-8（Ω・ｍ）以上である。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、送電線、限流器、変圧器および発電機などに使用される交流用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交流用超電導線材としては、これまで ＮｂＴｉ超電導線材が主に用いられている。

【０００３】 一般に、超電導線材を交流（５０／６０Ｈｚ）で用いるためには、交流損失を 低減する必要がある。この交流損失の低減のためには、細径化が必要であり、超 電導線材１本に流せる電流の量は限られてくる。したがって、交流用超電導線等 の大電流容量導体では、電流の大容量化を実現するために、超電導素線を複数本 束ねて撚線化する方法が用いられてきた。

【０００４】 たとえば、超電導変圧器に用いる１ｋＡ級超電導線は、０．２〜０．５ｍｍφ の線径の素線を７本撚りにした一次撚線または７×７本撚りにした二次撚線、さ らには補強材の太径線材の上に１２本など複数本同芯撚りにした多重撚線構成と なる。

【０００５】 しかしながら、これらの超電導撚線において、臨界電流値が、超電導素線の臨 界電流値の撚線本数倍にならない、という問題があった。

【０００６】 従来この問題は、撚線化した場合の各素線のインピーダンスが異なることに起 因すると考えられており、撚線を複数次行なう場合には、インピーダンスの小さ くなる中心の素線をＳＵＳ等の補強材料（常電導体）で置き換えた撚線構造とす る場合が多かった。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、このように各超電導素線のインピーダンスの整合をとった撚線 構造とした場合でも、撚線の臨界電流値は素線の臨界電流値の撚線本数倍になら ないという問題は、未解決であった。特に、この問題は、交流用途として開発さ れたＣｕＮｉやＣｕＭｎ等の高抵抗マトリックスを用いたＮｂＴｉ超電導線にお いて著しいことがわかっていた。

【０００８】 この考案の目的は、上述の問題点を解決し、より高い交流臨界電流値を示すこ とができる交流用ＮｂＴｉ超電導線を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

この考案に従う交流用ＮｂＴｉ超電導線は、高抵抗の常電導マトリックスから なる中心線と、中心線の周りに設けられる複数本のＮｂＴｉ超電導線とからなり 、ＮｂＴｉ超電導線は少くとも１本のＮｂＴｉフィラメントと常電導マトリック スを含み、中心線と複数本のＮｂＴｉ超電導線とが撚り合されて構成され、Ｎｂ Ｔｉ超電導線のＮｂＴｉフィラメント径が０．０５μｍ以上、０．３０μｍ以下 であり、ＮｂＴｉ超電導線のマトリックスと中心線を構成するマトリックスとが 同一組成を有する銅合金からなり、マトリックスとして用いられる銅合金の電気 抵抗率が４．２Ｋから室温の範囲内で１×１０^-8（Ω・ｍ）以上である。

【００１０】

【考案の作用効果】

この考案において、交流用ＮｂＴｉ超電導撚線は、中心線として超電導素線の マトリックス材料と同一の高抵抗の常電導マトリックスが配置されることにより 、より高い交流臨界電流値を示すことができる。

【００１１】 本考案では、中心線を構成する銅合金の組成は、ＮｂＴｉ超電導線のマトリッ クスと同一組成であることが重要である。この理由は、多重撚線構造となるため に、コイル巻線後、室温から４．２Ｋへ冷却する過程で、素線と中心線の材料の 収縮差が発生するとこれがあそびとなり、撚線の剛性が著しく低下してしまう。 この剛性の低下によって撚線内の素線が動きやすくなり、通電した場合にクエン チしやすくなる。同一組成とすることによって熱収縮差をほとんどなくすことが 可能であり、製造時と同じ剛性を保持したままコイル巻線を維持することができ る。この効果は、特に抵抗値が高い（１×１０^-8Ω・ｍ以上）場合に、著しいこ とが明らかとなっている。

【００１２】 さらに、本考案では、ＮｂＴｉフィラメント径は、０．０５μｍから０．３０ μｍの間である。交流用で低い交流損失を達成するためには、フィラメント径は 必然的に０．３０μｍ以下にする必要がある。０．３０μｍより太い場合には、 電気抵抗率が１×１０^-8Ω・ｍ以上の銅合金マトリックスを用いる場合、素線で の臨界電流値そのものが、フィラメント自体の自己磁界不安定により、大幅に低 くなる。また、０．０５μｍ以下では、フィラメントのソーヤジングによって、 高い臨界電流は得られない。

【００１３】 したがって、この考案による交流用ＮｂＴｉ超電導線は、超電導素線を撚線化 することによる臨界電流の低下を防ぎ、電流の大容量化が可能となるので、送電 線、変圧器および発電機などの電力応用機器に、有効に用いることができる。

【００１４】

【実施例】

以下に、３つの実験例を示し、その中で、この考案に従う交流用ＮｂＴｉ超電 導線である実施例、および比較のための交流用ＮｂＴｉ超電導線である比較例の 構成を説明する。

【００１５】 実験例１ 図１は、本考案に従う交流用ＮｂＴｉ超電導線（実施例１）の構成を示す断面 図である。図１を参照して、実施例１は、中心に高抵抗の常電導マトリックスと してＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉ線１が配置され、さらにその周りに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が配置されて、こ れらが撚り合わされて構成される。このＮｂＴｉ超電導素線２のＮｂＴｉフィラ メント径は、０．１４μｍである。すなわち、実施例１は、６本の交流用ＮｂＴ ｉ超電導素線２と１本のＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉ線１を含む、７本撚り合わせ撚線 である。

【００１６】 一方、図２は、比較のための交流用ＮｂＴｉ超電導線（比較例１）の構成を示 す断面図である。図２を参照して、比較例１は、中心がＳＵＳ３０４線３に置き 換えられ、６本の交流用ＮｂＴｉ超電導素線２がより合わされて構成される。す なわち、比較例１は、６本の交流用ＮｂＴｉ超電導素線２と１本のＳＵＳ３０４ 線３を含む、７本撚り合わせ撚線である。

【００１７】 また、図３は、比較のための交流用ＮｂＴｉ超電導線（比較例２）の構成を示 す断面図である。図３を参照して、比較例２は、交流用ＮｂＴｉ超電導素線２を ７本撚りした構成になっており、中心もＮｂＴｉ超電導素線２である。

【００１８】 図４は、このように作製された３種類の交流用ＮｂＴｉ超電導線の、５０Ｈｚ の交流臨界電流値の磁界依存性を示す図である。図４において、横軸は磁界の強 さ（Ｔ）を示し、縦軸は５０Ｈｚの交流臨界電流値（Ａ）を示している。

【００１９】 図４から明らかなように、本考案に従い、中心にＮｂＴｉ超電導素線のマトリ ックスと同一の組成のＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉ線１が配置される実施例１は、比較 例１および比較例２より、高い交流臨界電流値を示すことが確められた。

【００２０】 実験例２ 実験例１で用いた実施例１を一次撚線として、これをさらに撚り合わせること により、二次撚線を作製し、実施例２とした。図５に、この実施例２の構成を示 す。また、同様に、実験例１で用いた比較例１および比較例２を一次撚線として 、これらをさらに撚り合わせることにより、二次撚線を作製し、それぞれ比較例 ３および比較例４とした。図６に比較例３の構成を、図７に比較例４の構成をそ れぞれ示す。

【００２１】 このように作製された各超電導線について、直流と交流の臨界電流値を測定し た。その結果を、表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】 ３種類のＮｂＴｉ超電導線を比較すると、直流の臨界電流値はほぼ同等である が、交流（５０Ｈｚ）では、実施例２の値が最も優れており、比較例３と比較し て「マトリックスの材料と同一組成の銅合金」の効果が、また比較例４と比較し て、「インピーダンスの整合」による効果が認められた。

【００２４】 実験例３ 実施例１と構造的に全く同一のもので、マトリックスの材料を変えたものを７ 種類作製し、５０Ｈｚの臨界電流値の磁界依存性を測定した。その結果を、表２ に示す。実施例３〜６は、一次撚線と二次撚線の中心材とＮｂＴｉ超電導線のマ トリックス組成を同一としている。また、実施例７〜９は、中心材を一次、二次 撚線ともＳＵＳ線として、マトリックス材料の電気抵抗を変えた場合の効果を調 べている。

【００２５】

【表２】

【００２６】 また、図８は、ＮｂＴｉ超電導線のマトリックスの電気抵抗率と、５０Ｈｚの 交流臨界電流値の関係を示す図である。

【００２７】 図８において、横軸はＮｂＴｉ超電導線のマトリックスの電気抵抗率（Ω・ｍ ）を示し、縦軸は撚線の臨界電流値（Ｉｃ）と、素線の臨界電流値（Ｉｃ）の撚 線本数倍との割合（％）を示している。

【００２８】 表２および図８より、中心がＮｂＴｉ超電導線のマトリックス材と異なるＳＵ Ｓ線の場合（実施例７〜９）は、いずれも５０Ｈｚでの撚線Ｉｃは素線Ｉｃの撚 線本数倍より大きく低減している。一方、中心材をマトリックス材と同一組成と した場合（実施例３〜６）では、マトリックスの抵抗率が大きくなるにつれて、 撚線Ｉｃは大きくなった。目安として、撚線Ｉｃは、素線Ｉｃの撚線本数倍の６ ０％以上となることが好ましいが、これは、マトリックスの抵抗率が１×１０^-8 （Ω・ｍ）以上であることに相当している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に従う交流用ＮｂＴｉ超電導線の一例の
構成を示す断面図である。

【図２】比較のための交流用ＮｂＴｉ超電導線の一例の
構成を示す断面図である。

【図３】比較のための交流用ＮｂＴｉ超電導線の他の例
の構成を示す断面図である。

【図４】７本撚り合わせ撚線の、５０Ｈｚの交流臨界電
流値の磁界依存性を示す図である。

【図５】本考案に従う交流用ＮｂＴｉ超電導線の他の例
の構成を示す断面図である。

【図６】比較のための交流用ＮｂＴｉ超電導線の他の例
の構成を示す断面図である。

【図７】比較のための交流用ＮｂＴｉ超電導線の他の例
の構成を示す断面図である。

【図８】ＮｂＴｉ超電導線のマトリックスの電気抵抗率
と、５０Ｈｚの交流臨界電流値の関係を示す図である。

【符号の説明】

１ Ｃｕ−３０ｗｔ％Ｎｉ線 ２ 交流用ＮｂＴｉ超電導素線 ３ ＳＵＳ３０４線

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 高抵抗の常電導マトリックスからなる中
   心線と、 前記中心線の周りに設けられる複数本のＮｂＴｉ超電導
   線とからなり、 前記ＮｂＴｉ超電導線は、少くとも１本のＮｂＴｉフィ
   ラメントと常電導マトリックスを含み、 前記中心線と前記複数本のＮｂＴｉ超電導線とが撚合わ
   されて構成される、交流用ＮｂＴｉ超電導線であって、 前記ＮｂＴｉ超電導線のＮｂＴｉフィラメント径が、
   ０．０５μｍ以上、０．３０μｍ以下であり、 前記ＮｂＴｉ超電導線のマトリックスと前記中心線を構
   成するマトリックスとが、同一組成を有する銅合金から
   なり、 マトリックスとして用いられる銅合金の電気抵抗率が、
   ４．２Ｋから室温の範囲内で１×１０^-8（Ω・ｍ）以上
   である、交流用ＮｂＴｉ超電導線。