JPH0817063B2 - アルミニウム安定化超電導線の設計方法 - Google Patents

アルミニウム安定化超電導線の設計方法

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JPH0817063B2
JPH0817063B2 JP3258653A JP25865391A JPH0817063B2 JP H0817063 B2 JPH0817063 B2 JP H0817063B2 JP 3258653 A JP3258653 A JP 3258653A JP 25865391 A JP25865391 A JP 25865391A JP H0817063 B2 JPH0817063 B2 JP H0817063B2
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豊 松延
潔 山口
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • 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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超電導線に係り、とくに
安定性の優れたアルミニウム安定化超電導線の設計方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】アルミニウム安定化超電導線は、大きく
分けて2種類に分類できる。超電導体の内部に安定化ア
ルミニウムを持つアルミニウム内蔵型超電導線と超電導
線の外部に安定化アルミニウムを付けたアルミニウム外
付型超電導線である。本発明の従来例としては、文献ア
イイーイーイー トランスアクションズ オン マグネ
チックス(IEEE TRANSACTIONS ON
MAGNETICS),VOL.MAG−19,N
o.3,(MAY1983)P672−675における
P674のFig.2が揚げられる。Fig.2はNb
Sn超電導線であるがNbTi線においても同様の構
成である。これを図2に示す。この場合において安定化
材の量を調節する方法としてはアルミニウムの厚さを変
えて行っていた。
【0003】また、本発明に近い公知例としては、特開
昭57−196405号公報がある。該公知例では、線
形の等しい超電導線とアルミニウム線を、中心に超電導
線を周囲にアルミニウム線と超電導線を交互に配置した
計7本での構成である。この場合、アルミニウムを用い
ることにより安定性が向上し、アルミニウムを分割して
配置しているため交流損失が低減される。しかし、線径
が等しいので超電導部とアルミニウム部の断面積比は常
に一定である。よって、各超電導機器の要求仕様、臨界
電流密度や安定性や交流損失値等に適合させることは困
難である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、超電
導線の周りにアルミニウムを付ける場合、アルミニウム
の厚さに限界があるためある値以上薄くすることが技術
上困難である。また、上記公知例の場合もアルミニウム
と超電導材との比率は常に一定である。したがって、安
定化材の量を余り必要としない場合では、アルミニウム
が多すぎる結果となり、電流密度の低下と交流損失の増
大をもたらすという問題があった。本発明の目的は、安
定化材量の調整を容易にし、電流密度の向上と交流損失
の低減、安定性の向上や高強度化を達成することのでき
るアルミニウム安定化超電導線の設計方法を提供するこ
とにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、超電導線と該超電導線を電磁気的に安
定化させるアルミニウム安定化材からなり、かつアルミ
ニウム安定化材がアルミニウム線として超電導線の周囲
に配置されている超電導線材において、高抵抗かつ高強
度な材料でコーティングされた中心超電導線と、該中心
超電導線の周囲に、中心超電導線とは異なる径の線形状
をなし高抵抗かつ高強度な材料でコーティングされた、
同形状のアルミニウム線と超電導線と撚り合わされて
おり、かつ撚り合わされるアルミニウム線の割合を、該
撚り合わされるアルミニウム線と超電導線の合計に対し
6.25%〜93.75%の範囲で自由に選択するアル
ミニウム安定化超電導線の設計方法としたものである。
また、上記アルミニウム安定化超電導線において、アル
ミニウム線の割合は、必要な臨界電流密度から求める
か、必要な安定化材の量から求めるか、又は許容交流損
失値から求めることができる。
【0006】すなわち、本発明は、中心超電導線の周り
に配置されるアルミニウム安定化材を中心超電導線とは
線径の異なる線形状とし、かつアルミ線をCuNi等の
高抵抗・強度の材料でコーティングし、更にアルミ線
と線径の等しい超電導線をある割合で混在させ、中心超
電導線の周りに撚線する超電導線の設計方法を与える。
本発明のアルミニウム安定化超電導線の具体例を図1に
示す。図1は超電導線の断面構造図であり、この例では
中心超電導線の周りに、アルミニウム線8が4本と超電
導線9が8本が撚り合わされているが、中心超電導線7
の周りに配置されたアルミニウム線8と超電導線9の割
合を変化させることにより、最適な安定化材の量を容易
に選択することができ、臨界電流密度の増大と高抵抗・
高強度の材料でコーティングしたアルミニウムを用いる
ことで交流損失の低減と安定性の向上、高強度化を達成
することができる。
【0007】
【作用】アルミニウム安定化材は4.2Kの極低温にお
いて銅安定化材の1/10の低抵抗であり、かつ熱伝導
率も約10倍優れているため、優れた安定性を示す。し
かし、低抵抗であるが故に次式で示す交流損失(渦電流
損失)が発生する。
【数1】
【0008】上式より渦電流損失を低減するためには安
定化材の直径を小さくしなければならない。本発明の構
成によるとアルミニウム安定化材は図2に示したアルミ
ニウム外付の場合と比較して直径が小さいので交流損失
の大幅な低減が可能であり、更にCuNi等の高抵抗・
高強度の材料でコーティングされているため、低強度の
アルミニウムの補強が達成できる。次に、従来のアルミ
ニウム外付線はアルミニウムの厚さを変化させて安定化
材の量を調整していたが、アルミニウムは強度不足のた
めある値以上薄くすることは困難であり、安定化材を余
り必要としない場合では安定化材の量が仕様値に対して
オーバーであった。本発明の構成では、アルミニウム安
定化材の量を中心超電導線の周りに撚られたアルミニウ
ム線8と超電導線9の割合を変化させる事により任意の
安定化材の量を調節することが可能である。これは、中
心超電導線7と、周囲のアルミニウム線8と超電導線9
の線径が異なっていることにより達成される。また、中
心超電導線7とアルミニウム線8、超電導線9をCuN
iなどの高抵抗・高強度の材料でコーティングするので
渦電流の大きなループが寸断されて、渦電流損失が主体
の交流損失が大幅に低減される。
【0009】
【実施例】以下、本発明を実施例で図面を用いて具体的
に説明する。 実施例1 図3は参考のために中心超電導線7の周りの12本の線
をすべてアルミニウム線8にしたものであり、図4〜図
7は本発明の実施例であり、図4はアルミニウム線8を
9本、超電導線9を3本にしたものである。以下、図5
は6本、6本、図6は3本、9本、図7は1本、11本
にしたものである。中心超電導線7の直径は1.2m
m、NbTi:Cu:CuNi=1:1:1であり、臨
界電流は4Tで1000A、7Tで600Aである。ア
ルミニウム線8の直径は0.4mm、Al:CuNi=
4:1である。周囲に用いた超電導線9の直径は0.4
mm、NbTi:Cu:CuNi=1:1:1であり、
臨界電流は4Tで130A、7Tで80Aである。アル
ミニウム線8の本数を1から12まで変化させた場合の
NbTi:Cu:CuNi:Al,4Tと7Tにおける
臨界電流(A)、周波数3.75Hz、振幅0.33
T、バイアス磁場4Tにおける交流損失(kW/m
を表1に示す。
【0010】
【表1】
【0011】図8にアルミニウム線本数に対する安定化
材の等価量を示す。但し、アルミニウム本数0の場合を
1とし、アルミニウムの抵抗が銅の1/10であるので
次式により安定化材の等価量(S)を求めた。また、比
較のため安定化材をアルミニウムではなく従来より用い
られている銅を用いた場合も示す。
【数2】 図9にアルミニウムの本数を1から12まで変化させた
場合の磁場4Tにおける臨界電流密度を示す。図10に
アルミニウムの本数を1から12まで変化させた場合
の、周波数3.75Hz、振幅0.33T、バイアス磁
場4Tにおける交流損失を示す。
【0012】一般に、安定化材の量は多いほど安定性は
良く、導体断面積当たりの臨界電流密度も高いほどコイ
ルはコンパクトになって良い。逆に、交流損失は少ない
ほど良い。図8〜図10よりアルミニウムの量が多いと
安定性が優れているが、臨界電流密度が低下し、交流損
失が増大する。逆にアルミニウムの量が少ないと安定性
が低下するが電流密度は高くなり、交流損失は低下す
る。よって、仕様用途によって構成を決定することが普
通に行われる。安定化材の量、臨界電流密度、交流損失
量が規定されていれば、容易に構成を決定することがで
きる。
【0013】一方、従来のアルミニウム外付線ではアル
ミニウムの厚さを変化させることにより安定化材量の調
整を行っている。アルミニウムの厚さを薄くする事には
限界があるため、安定化材を余り必要としない場合では
アルミニウムが多すぎる構成となるため電流密度が低下
し、交流損失が増大する結果となる。本発明によると、
中心超電導線と周囲の線の線径を任意に変えることによ
り、柔軟に適応でき、高電流密度化と低交流損失化が達
成できる。なお、アルミニウム安定化材が少量の領域で
は本発明は従来の一割程度電流密度が向上する。さら
に、交流損失に関しては同じ電流容量の超電導線で比較
した場合、従来のアルミニウム外付型や高抵抗CuNi
でコーティングしない超電導線や安定化材線を撚り合わ
せた超電導線に比べ、それらが特性として持つ交流損失
の値の一桁から二桁低い交流損失特性となる。以上、中
心超電導線の周囲に撚り合わせるアルミニウム安定化線
と超電導線の総数が12本の場合について示したが、総
数はこれに限らす8〜16程度にとることができる。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、アルミニウム外付超電
導線では実現困難な安定化材を余り必要としない領域で
の構成が可能となるので、高電流密度化の効果がある。
また、アルミニウムをCuNi等の高抵抗・高強度の材
料でコーティングしているので、従来の安定化線と超電
導線を撚り合わせただけの超電導線に比べ一桁から二桁
小さい交流損失にでき、さらに強度を増強する効果もあ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のアルミニウム安定化超電導線の断面構
造図である。
【図2】従来のアルミニウム外付超電導線の断面構造図
である。
【図3】参考例のアルミニウム安定化超電導線の断面構
造図である。
【図4】本発明の一実施例のアルミニウム安定化超電導
線の断面構造図である。
【図5】本発明の一実施例のアルミニウム安定化超電導
線の断面構造図である。
【図6】本発明の一実施例のアルミニウム安定化超電導
線の断面構造図である。
【図7】本発明の一実施例のアルミニウム安定化超電導
線の断面構造図である。
【図8】アルミニウム線本数に対する安定化材の等価量
を示すグラフである。
【図9】アルミニウム線本数による臨界電流密度の変化
を示すグラフである。
【図10】アルミニウム線本数による交流損失の変化を
示すグラフである。
【符号の説明】
1…アルミニウム外付超電導線、2…安定化アルミニウ
ム、3…高抵抗材料、4…超電導部、5…安定化銅、6
…半田、7…中心超電導線、8…アルミニウム線、9…
超電導線

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超電導線と該超電導線を電磁気的に安定
    化させるアルミニウム安定化材からなり、かつアルミニ
    ウム安定化材がアルミニウム線として超電導線の周囲に
    配置されている超電導線材において、高抵抗かつ高強度
    な材料3でコーティングされた中心超電導線7と、該中
    心超電導線7の周囲に、中心超電導線7とは異なる径の
    線形状をなし高抵抗かつ高強度な材料3でコーティング
    された、同形状のアルミニウム線8と超電導線9と
    り合わされており、かつ撚り合わされるアルミニウム線
    8の割合を、該撚り合わされるアルミニウム線8と超電
    導線9の合計に対し6.25%〜93.75%の範囲で
    自由に選択することを特徴とするアルミニウム安定化超
    電導線の設計方法。
  2. 【請求項2】 前記アルミニウム線の割合は、必要な
    臨界電流密度から求めるか、必要な安定化材の量から求
    めるか、又は許容交流損失値から求めることを特徴とす
    る請求項1記載のアルミニウム安定化超電導線の設計方
    法。
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US3643001A (en) 1969-07-08 1972-02-15 Oerlikon Maschf Composite superconductor

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