JPH0618090B2 - 交流用超電導導体 - Google Patents

交流用超電導導体

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JPH0618090B2
JPH0618090B2 JP62263829A JP26382987A JPH0618090B2 JP H0618090 B2 JPH0618090 B2 JP H0618090B2 JP 62263829 A JP62263829 A JP 62263829A JP 26382987 A JP26382987 A JP 26382987A JP H0618090 B2 JPH0618090 B2 JP H0618090B2
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superconducting
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邦茂 黒田
龍▲吉▼ ▲高▼橋
伸洋 原
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超電導化された交流機器に好適な超電導導体に
関する。
〔従来の技術〕
従来の交流機器に使用される超電導導体は、銅やアルミ
ニウムなどの常電導金属体中に、超電導体をフイラメン
ト状にして、その外周部に集中して配置する方式で開発
されてきた。第3図以下、従来例を具体的に第3図に従
つて、構造,効能について述べる。
該図に示す如く、従来の交流超電導導体1はNb−T
i,Nb3Snなどの超電導フイラメント4に、第1の
常電導金属5と第2の常電導金属6を2重に被覆した超
電導素線2を外周部に配置し、第3の常電導金属7に第
4の常電導金属8を被覆した常電導素線3を中心部に配
置し、それらの最外層を第5の常電導金属9で被覆し構
成されている。通常、第1〜5の常電導金属は導,アル
ミニウム,キユプロニツケルの2種、または3種の組合
せで使用されており、特に、第1と第3の常電導金属
5,7は低抵抗金属が、そして第2,4,5の常電導金
属6,8,9は高抵抗金属が良く用いられている。磁化
損失を低減するために、超電導素線2は細線化され、1
μm程度の直径を有し、常電導素線3も渦損失を低減す
るためほぼそれと同寸法に細線化される。高抵抗金属は
超電導素線2間の結合電流を、そして常電導素線3間の
渦電流を遮断するために使用され、最終的に交流超電導
導体1の交流損失を低減するのに大きく寄与する。ま
た、交流超電導導体1は中心軸廻りにツイスト(撚り)
され、前記結合電流の遮断がより効果的になるよう工夫
されている。
導体の電流容量を増大するために、ここで示した交流超
電導導体1を複数本束ね円心状、または平角状に撚線成
形したものが使用されている。また、用途に応じ、交流
超電導導体1の外周に絶縁層が被覆される場合がある。
この交流超電導導体1に電流が流れると、表皮作用によ
つて導体の外周部に片寄り、しかも零抵抗である超電導
フイラメント4に集中して流れ、中心部の常電導素線群
のみならず外周部の超電導素線群の間に介在する常電導
体に流れず、ジユール発熱を十分に抑制でき、交流損失
の大幅な低減が期待される。さらに、外周部の超電導素
線群に電流が流れれば、この電流によつて発生する自己
磁界は、中心部において零となり、常電導素線群には渦
損失の発生は全くなく、交流損失低減効果が一層高めら
れる。以下がこの種導体に関する効能である。
しかし、上記効能は、この種導体が単線である場合に限
定される。交流損失を下げるために超電導フイラメント
を超極細線化するため、製法上昇線の直線も著るしく細
く(<1mm)なり、その電流容量も小さく(<数+A)
実用上極めて不便である。そのため前述の如く大電流化
するためには、この単線を複数本束ね撚線されるのが普
通である。ところが撚線をすると、着目した単線に、隣
接する他の単線からの磁界が垂直に印加される(近接効
果)ことになり必ずしも上記効能が期待されるとはいえ
ない。尚、交流用の超電導線に関しては、例えば特開昭
60−158510号公報,特開昭62−67156号公報等に開示さ
れている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、実用的な大電流化に対する配慮がなさ
れておらず、撚線に伴なう近接効果による損失増大に問
題があつた。
本発明は上述の点に鑑み成されたもので、その目的とす
るところは、大電流化にも対処できるようにして、交流
損失を従来よりも下げられるような単線としての交流用
超電導導体を提供するにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、超電導体の周りに常電導金属の低抵抗層と
該低抵抗層より高抵抗を有する常電導金属の高抵抗層を
順次被覆した多数の超電導素線からなる極細多心の交流
用超電導導体において、前記超電導素線を超電導導体の
中央部と外周部に配置し、前記中央部と外周部の中間及
び外周部の外側に前記常電導金属の高抵抗層を設けるこ
とによって達成される。
〔作用〕
交流超電導導体の交流損失を損失機構によつて内訳する
と、超電導フイラメント内の磁化損失が約80%で大部
分を占め、常電導体内の渦損失が約5%で、残りの約1
5%が常電導金属を介した超電導フイラメント間の結合
損失であるといわれている。しかも、電流による損失よ
りも磁界による損失が約2桁(約100倍)大きくなる
といわれている。この2つの事実を前提に、交流超電導
導体に交流電流が流れ、垂直な交流磁界が作用している
場合(大電流用撚線導体)を考えると、一本の構成単位
である導体で超電導フイラメントの配置の仕方を工夫す
れば交流損失を低減できる可能性がある。
従来の交流超電導導体において、超電導フイラメント、
すなわち超電導素線2の本数を2分し、その一部を外周
部に、残りを中心部に配置しその中間部に常電導金属を
配置した構成に改めると、外部印加磁界に対して、外周
部の超電導素線群は外部磁界を浴びるが、フィラメント
本数を低減した分だけ損失(磁化損失)は減少し、中心
部の超電導素線群の損失は外周部による遮蔽効果のため
ほぼ零となる。従つて、全体の交流損失は確実に低減さ
れる。外周部に配置する超電導素線群の本数を極力減ら
し、効率よく外部磁界を遮蔽するようにするなら、更
に、全体の交流損失を低減することができる。そのため
の手段として、外周部と中心部の間に距離を十分とり、
かつ、この中間部に常電導(低抵抗)金属を配置する方
法と、外周部の超電導素線のツイスト・ピツチをやや長
くし、結合を強くする方法の2つが考えられる。
〔実施例〕
本発明の一実施例を第1図に示し、その構成,作用,効
果について説明する。本発明における交流超電導導体1
の構成は以下の通りである。超電導(Nb−Ti)フイ
ラメント4の外側に、第1の常電導金属(銅)と第2の
常電導金属(キユプロ・ニツケル)6を2重に被覆した
超電導素線2を中心部に857本と外周部に643本密
に配置し、その中間部に第6の常電導金属(キユプロ・
ニツケル)10の層を設け、最外周には第5の常電導金
属(キユプロニツケル40μm厚)9を配置した。
この具体的製法については後述する。また、比較のため
に本実施例と同一諸元を有する従来導体を別途作製して
おいた。本実施例では直径1μmの超電導フイラメント
4を7本1組で第1の常電導金属5の中に埋め込んだ
が、1本毎に3層構造体にする方法がより一般的であ
る。この構成について、ここでは特に問題にしないこと
とする。
次に、各構成部の作用について説明する。外周部と中心
部には超電導素線2が配置され、交流電流を搬送する役
目を果す。その中間部の常電導金属10の層は中心部と
外周部の超電導素線群を電気的に結合させないようにす
るとともに、多少とも距離をかせぎ磁気的結合を弱め交
流損失を低減する機能をもつ。最外層の常電導金属9は
交流超電導導体1を強固に形状維持する役目の他に、そ
れが高抵抗金属である場合、渦電流と結合電流を流れに
くくし、それが低抵抗金属である場合、その内側の超電
導素線群での渦電流や結合電流を減らし、全体としての
交流損失を低減する機能をもつ。超電導素線2を構成す
る第2の常電導金属6も常電導金属9と同様な機能を有
する。また、中心部と外周部の超電導素線群は、比較の
ための実験で用いた従来例の導体と同じ4mmピツチでツ
イストを行なつた。ツイストは、前述の通り超電導素線
2間の電気的結合を断ち交流損失を低減する作用を有す
る。
更に、本発明の交流超電導導体1の効果について述べ
る。従来例と本発明にかかる交流超電導導体の交流損失
測定を行なつた結果を第4図に示す。実線が本発明の、
そして点線が従来導体の交流損失を示す。すなわち、交
流磁界1.0Tにおいて比較すると、従来例の導体1に
比べ交流損失は1/2.3に減少した。この結果は交流
損失低減に本発明が有効であることを示唆している。
本実施例において、中心部の超電導素線群と外周部の超
電導素線群のツイスト・ピツチを異なる値に選ぶことに
よつて、更に交流損失を低減することが可能である。既
に述べた如く、外部印加磁界を効率よく遮蔽し、中心部
の超電導素線群と中間部の常電導金属層10の磁界を小
さくするためには外周部の超電導素線群のツイスト・ピ
ツチを長くし、結合電流を流れ易くすればよい。結合電
流の増加は結合損失の増大につながるが、ツイスト・ピ
ツチを無限大にするわけでなく、結合損失が全損失の1
/5以下であることを考えれば、大勢に影響を及ぼすこ
とはない。また、中心部と外周部の超電導素線群を同一
のピツチでツイストすると、外周部は中心部に比べイン
ダクタンスが大きくなり、交流電流が流れにくく、超電
導素線に均等に交流電流が流れなくなる可能性がある。
従つて、外周部のツイストピツチを長くし、インピーダ
ンスを下げ、中心部のそれと等しくする必要がある。こ
のツイスト・ピツチの選択は、中心部と外周部にふくま
れる超電導素線2の本数の違いを考慮した上で、交流損
失を低減する方向で行なわれなければならない。よつ
て、中心部に比べ外周部のツイスト・ピツチが長いとは
限らないし、ツイストの方向を同一方向にする必然性も
ない。
本発明の他の実施例を第2図に従つて説明する。構成上
第1図と異なる部分は中間部の常電導金属層10であ
る。すなわち第1図では単一常電導金属パイプを用いた
が、第2図では、これを多層にし、異種常電導金属や常
電導素線3が組合されている。その詳細を第2図(c)
に、4通りの構成で示した。a断面は内側と外側に第6
の常電導金属11を配置し、その中間に第7の常電導金
属12を配置したものであり、b断面はこれと逆の配列
をしたものである。またc断面は内側に第8の常電導金
属13を配置し、その外側に常電導素線3を密に配置
し、d断面はそれと逆に配列したものである。
これは交流超電導導体1の安定性向上のために低抵抗金
属の量を増加する必要がある場合の対策法であり、低抵
抗金属をパイプ状のまま配置すると渦損失や結合損失が
増加するために細分化、または多層化を図つたものであ
る。細分化と多層化の方法は当然上記以外にも種々考え
られる。
本実施例から期待される効果は、前記実施例と同様、損
失の低減と安定性の一層の向上にある。
本発明を具体化するための製法に関する極く基本的な実
施例を以下説明する。
第5図は本発明の第1の製造方法を示したものである。
(a)は製造の出発時点を示したものであり、中央部と
なる超電導線14は丸線状ですでにツイストが加えられ
ている。外周部となる超電導線15,15′は平角線状
であるが、その寸法やツイストピツチ等により必要な数
が決る。これらの超電導線を(b)に示すように、中心
部となる超電導線14に外周部となる超電導線15,1
5′を巻き付ける。そして、例えば、ダイスに通し互い
に密着させ、(c)に示したように一本の交流超電導導
体1とした。
第6図は本発明の第2の製造方法を示したものである。
(a)は製造の出発時点を示したものであり、中心部と
なる超電導線14は丸線状ですでにツイストが加えられ
ており、外周部となる超電導線16はパイプ状でこれに
もツイストが加えられている。これらの超電導線を
(b)に示すように、外周部となる超電導線16の中に
中央部となる超電導線14を挿入する。そしてダイスに
通し互いに密着させ、(c)に示したように一本の交流
超電導導体1とした。上記の2つの製法では、密着加工
した後、特にツイストは加えなかつたが、密着加工した
後さらにツイストを加えて所望のツイストピツチとして
もよいのは勿論である。また、中央部と外周部のツイス
トの方向が同じである必要はなく、互いに逆向きでもよ
い。いうまでもなく、中央部と外周部の中間及び最外周
部に常電導金属層9と10を設けることは上記両製法に
おいて極めて容易である。
第1図で説明した実施例は第5図で説明した製法に従つ
たもので、外周部の超電導線16は中間の常電導金属層
10の外側に超電導素線2と予め巻きつけ、その外側に
最外層となる常電導金属層を被覆したものであり、中央
部の超電導線14は通常の極細多心線の製法に従つたも
のである。超電導フイラメント数(超電導素線2の
数)、ツイストピツチは既に述べた通りである。
〔発明の効果〕
以上説明した本発明によれば、最も交流損失の少ない従
来導体に比べ更に交流損失を低減できる交流用超電導導
体を提供することができ、大電流化しても損失の低減が
可能なために、超電導の交流応用分野における工業的効
果は甚大である。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明の一実施例の交流超電導導体を示
す断面図、第1図(b)はその超電導素線の詳細断面
図、第2図(a)は本発明の他の実施例を示す交流超電
導導体の断面図、第2図(b)はその超電導素線の詳細
断面図、第2図(c)は常電導金属層の各種組合せの状
態を示す導体断面図、第2図(d)はその常電導素線の
詳細断面図、第3図(a)は従来の交流超電導導体を示
す断面図、第3図(b)はその超電導素線の詳細断面
図、第3図(c)はその常電導素線の断面図、第4図は
同一諸えを有する従来、及び本発明の交流超電導導体の
実測された交流損失特性を示す特性図、第5図(a),
(b),(c)と第6図(a),(b),(c)は本発
明の交流超電導導体を具体化する製法に関する実施例を
それぞれ示す工程順の図である。 1……交流用超電導導体、2……超電導素線、3……常
電導素線、4……超電導フイラメント、5……第1の常
電導金属、6……第2の常電導金属、7……第3の常電
導金属、8……第4の常電導金属、9……第5の常電導
金属、10……常電導金属層、11……第6の常電導金
属、12……第7の常電導金属、13……第8の常電導
金属、14……中央部となる超電導線、15,15′…
…外周部となる超電導線、16……外周部となるパイプ
状超電導線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−39492(JP,A) 特開 昭60−158510(JP,A) 特開 昭62−67156(JP,A) 特公 昭43−5063(JP,B1) 特公 昭51−13867(JP,B1)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】超電導体の周りに常電導金属の低抵抗層と
    該低抵抗層より高抵抗を有する常電導金属の高抵抗層を
    順次被覆した多数の超電導素線からなる極細多心の交流
    用超電導導体において、前記超電導素線を超電導導体の
    中央部と外周部に配置し、前記中央部と外周部の中間及
    び外周部の外側に前記常電導金属の高抵抗層を設けたこ
    とを特徴とする交流用超電導導体。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載のものにおい
    て、中央部と外周部の前記超電導素線群を異なるピッチ
    で撚線したことを特徴とする交流用超電導導体。
JP62263829A 1987-10-21 1987-10-21 交流用超電導導体 Expired - Lifetime JPH0618090B2 (ja)

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