JPH0831245A

JPH0831245A - 超電導永久電流スイッチ用超電導導体

Info

Publication number: JPH0831245A
Application number: JP6169850A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Sadakata; 伸行定方; Keisuke Uchiyama; 圭祐内山; Takashi Saito; 隆斉藤; Tsukasa Kono; 宰河野; Hitoshi Honma; 仁本間; Tadashi Tatsuki; ▲匡▼ 田附
Original assignee: Fujikura Ltd; Tohoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Fujikura Ltd; Tohoku Electric Power Co Inc
Priority date: 1994-07-21
Filing date: 1994-07-21
Publication date: 1996-02-02

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、オン状態、即ち超電導状態では高
い臨界電流特性を発揮し、大電流容量化を実現できると
ともに、オフ状態、即ち常電導状態では高抵抗を発揮し
て永久電流スイッチとしての性能向上に寄与する永久電
流スイッチ用超電導導体を提供することを目的とする。【構成】本発明は、中心部に配置された常電導体から
なる中央導体と、その周囲に撚線化して配置された複数
本の超電導素線とが具備されてなる超電導永久電流スイ
ッチ用超電導導体であって、前記中央導体の外周に絶縁
層が被覆されて中央導体とその周囲の超電導素線とが絶
縁されなるものである。【効果】オフ状態の比抵抗が高くなるので永久電流ス
イッチの信頼性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超電導マグネットシステ
ムに備えられる永久電流スイッチ用超電導導体に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】超電導永久電流スイッチは、超電導マグ
ネットと組み合わせて永久電流回路を実現させるために
不可欠な要素であり、超電導磁気エネルギー貯蔵システ
ム、核融合システム、磁気浮上鉄道、理化学実験用超電
導マグネット等への利用がなされている。ところで、超
電導エネルギー貯蔵システムなどにおいて、超電導マグ
ネットを永久電流状態で運転する装置においては、超電
導コイルと永久電流スイッチを並列接続して構成し、こ
の並列回路を所望の電源にパワーリードを介して接続す
る構成が一般的になっている。

【０００３】図８〜図１０に、このような構成の超電導
エネルギー貯蔵装置の一例を示す。これらの図において
符号１は超電導コイルを示し、この超電導コイル１と永
久電流スイッチ２を並列接続し、この回路にパワーリー
ド３と開閉スイッチ４とを介して交直変換装置５を接続
し、交直変換装置５に図示略の交流電源系統を接続して
いる。前記超電導コイル１と永久電流スイッチ２は、い
ずれも低温において超電導状態に転位する超電導導体か
ら形成され、液体ヘリウムなどの冷媒で冷却されるよう
になっている。なお、図８〜図１０において超電導コイ
ル１と永久電流スイッチ２を液体ヘリウムで冷却する装
置とその回路については省略している。

【０００４】図８〜図１０に示す超電導エネルギー貯蔵
装置を用いて電力の貯蔵を行なうには、図８に示すよう
に永久電流スイッチ２を開放して直流電流を超電導コイ
ル１に流し、磁気エネルギーとして電力を貯蔵する。次
に、図９に示すように永久電流スイッチ２を閉じて超電
導コイル１の両端を短絡するとともに開閉スイッチ４を
開放すると、超電導コイル１は低温状態に冷却されてい
て電気抵抗がゼロであるがために、電流は減衰すること
なく超電導コイル１を流れ続け、そのときに超電導コイ
ル１に蓄えられたエネルギーが無損失で保存されること
になる。次にこの貯蔵されたエネルギーを取り出すに
は、図１０に示すように永久電流スイッチ２を開放する
とともに開閉スイッチ４を閉じることで、超電導コイル
１に蓄えられていたエネルギーを電力として取り出すこ
とができる。

【０００５】この種の永久電流スイッチにおいて大電流
容量化を達成するために、超電導素線を複数本撚り合
せ、撚線導体化することにより永久電流スイッチの臨界
電流値を増大させ、運転電流を増大することがなされて
いる。ところがこの場合、スイッチング時において撚線
導体の各超電導素線に流れる電流に偏りが生じ易く、特
に撚線導体の中心部に位置する超電導素線にあっては、
その周囲に位置する超電導素線と逆向きの電流が流れ易
い傾向がある。そこで従来では、この現象を避けるため
に、図１１に示すように撚線導体の中心部の導体が常電
導線６となるように、かつ、その周囲の導体が超電導線
７となるような撚線構造としたものが採用されている。

【０００６】図１１に示すような構造を採用すること
で、永久電流スイッチはオン状態の超電導状態において
は電気抵抗が必然的にゼロであるが、オフ状態の常電導
状態においては中心部の常電導線６の存在によりスイッ
チとしての電気抵抗が高いものとなり、このことがオフ
時の永久電流スイッチに流れる電流を極力低くするため
に重要な構造になっている。従って従来のこの種の永久
電流スイッチ用超電導撚線は、超電導線材と高比抵抗金
属線を複合加工した構造を採用することが一般的であっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って永久電流スイッ
チ用の超電導撚線を製造する場合において、高比抵抗金
属と超電導材料を複合した超電導素線を用いて撚線加工
を行う際に、常電導線６として、非超電導材料製のＣｕ
-Ｎｉ合金線やステンレス合金線を配置し、その周囲に
超電導線を配置することがなされている。この場合、非
超電導材料であるこれらの合金線からなる常電導線６を
中心部に配置した撚線構造にすると、導体全体の見かけ
の比抵抗は低下することになり、結果としてオフ時の常
電導状態下での高抵抗化を達成するための阻害になって
いる。

【０００８】本発明は前記事情に鑑みてなされたもので
あり、オン状態、即ち超電導状態では高い臨界電流特性
を発揮し、大電流容量化を実現できるとともに、オフ状
態、即ち常電導状態では高抵抗を発揮して永久電流スイ
ッチとしての性能向上に寄与する永久電流スイッチ用超
電導導体を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は前
記課題を解決するために、中心部に配置された常電導体
からなる中央導体と、その周囲に撚線化して配置された
複数本の超電導素線とが具備されてなる超電導永久電流
スイッチ用超電導導体であって、前記中央導体の外周に
絶縁層が被覆されて中央導体とその周囲の超電導素線と
が絶縁されなるものである。

【００１０】請求項２記載の発明は前記課題を解決する
ために、超電導マグネットの端子あるいはパワーリード
の端子に中央導体を除いた超電導素線のみが電気的に接
続されてなるものである。

【００１１】請求項３記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項１または２記載の超電導素線が、Ｃｕ-
Ｎｉ合金基地あるいはＣｕ-Ｚｎ合金基地と、いずれか
の合金基地の内部に多数分散配列されたＮｂフィラメン
トから構成されてなるものである。

【００１２】

【作用】常電導体からなる中央導体がその周囲の超電導
素線と絶縁されているので、永久電流スイッチのオフ状
態、即ち常電導状態において中央導体が超電導導体全体
の見かけの比抵抗を低下させることがない。また、中央
導体を除いて超電導素線のみが超電導マグネットあるい
はパワーリードに接続されることで、オフ状態の比抵抗
低下防止の効果が確実に得られる。更に、永久電流スイ
ッチのオン状態においては超電導素線の電気抵抗がゼロ
になるが、撚線化された複数本の超電導素線が永久電流
スイッチの臨界電流向上化に寄与し、大電流容量化がな
される。また、超電導素線として、ＣｕまたはＣｕ合金
にＺｎまたはＮｉを拡散させて生成された合金基地また
はＣｕ-Ｎｉ合金基地と、この合金基地の内部に多数分
散配列されたＮｂフィラメントから構成されてなるもの
とするならば、超電導素線自体の基地の高電気抵抗化が
なされ、永久電流スイッチ用としてより好適なものとな
る。

【００１３】以下に本発明について更に詳細に説明す
る。図１は本発明に係る永久電流スイッチ用超電導導体
の一例を示すもので、この例の超電導導体Ａは、中央部
に配置された断面丸形の中央導体１０とこの中央導体１
０の周囲を囲んで撚線化して設けられた６本の超電導素
線１１とから構成されている。前記中央導体１０は、常
電導材料製の芯線１０ａを絶縁層１０ｂで覆って構成さ
れている。前記芯線１０ａは、Ｃｕ-Ｎｉ合金、Ｃｕ-Ｚ
ｎ合金などのような高電気抵抗の金属材料からなり、前
記絶縁層１０ｂは、ホルマール絶縁層、マイカ絶縁層、
セラミックテープ巻回絶縁層などの絶縁材料からなって
いる。なお、この絶縁層１０ｂの厚さは超電導導体Ａに
通電する際の電流や電圧の大きさに応じて適宜設定して
良いが、超電導導体Ａに数１０Ｖ程度の電圧を印可する
場合は数μｍ以上の厚さとすることが好ましい。前記超
電導素線１１は、Ｃｕ-Ｎｂ複合超電導線、あるいは、
Ｎｂ₃Ｓｎ、Ｖ₃Ｇａなどを代表とする金属間化合物系超
電導線、あるいはＮｂＴｉを代表とする合金系超電導線
などから構成されている。また、ＣｕにＺｎやＮｉなど
を添加して高電気抵抗化した金属母材の内部に超電導フ
ィラメントを多数分散配列させた構造のものを用いても
良い。

【００１４】次に前記超電導導体Ａが組み込まれる超電
導永久電流スイッチとこの超電導永久電流スイッチが組
み込まれる超電導エネルギー貯蔵装置の一例について図
２を基に説明する。この例の装置において、２１は超電
導コイル、２２は超電導コイル２１に並列接続された永
久電流スイッチ、２３は超電導コイル２１と永久電流ス
イッチ２２に接続されたパワーリード、２４はパワーリ
ード２３に組み込まれた開閉スイッチ、２５はパワーリ
ード２３に接続された交直変換器をそれぞれ示してい
る。この例の永久電流スイッチ２２は、前記超電導導体
Ａをコイル状に加工して形成されている。更に、超電導
導体Ａにおいて、各超電導素線１１はパワーリード２３
と超電導コイル２１に半田付けなどの手段により接合さ
れているが、中央導体１０はこれらには接続されずに解
放されている。

【００１５】また、図２において２６は制御用超電導コ
イル、２７はこの制御用超電導コイル２６に接続された
定電流源である。更に、図２において２８は冷却容器に
よる極低温領域を示し、この領域を液体ヘリウムにより
極低温に冷却することで超電導コイル２１と永久電流ス
イッチ２２と制御用超電導コイル２６をそれぞれ超電導
状態にすることができるようになっている。前記制御用
超電導コイル２６は１テスラ程度の磁場を発生させるこ
とができるものである。

【００１６】前記構成の装置にあっては、図８〜図１０
を基に説明した従来の超電導エネルギー貯蔵装置と同様
に、電力の充電と貯蔵と放出ができるものである。ま
ず、充電を行なうには、開閉スイッチ２４を閉じて回路
を接続するとともに、定電流源２７を作動させて制御用
超電導コイル２６に通電し、制御用超電導コイル２６に
より永久電流スイッチ２２の超電導導体Ａに磁場をかけ
る。この場合、超電導導体Ａの臨界磁界よりも高い磁場
をかける。これにより、超電導導体Ａは極低温において
も常電導状態になるので永久電流スイッチ２２は切られ
た状態になり、超電導コイル２１に直流電流が流れ、磁
気エネルギーとして電力を貯蔵することができるように
なる。

【００１７】次に、永久電流スイッチ２２に対する磁場
を解除すると、永久電流スイッチ２２の超電導導体Ａは
超電導状態になるので、超電導コイル２１の両端を短絡
することになる。更に、開閉スイッチ２４を開いて、制
御用超電導コイル２６に対する通電を停止する。これに
より、超電導コイル２１は極低温状態に冷却されていて
電気抵抗がゼロであるがために、電流は減衰することな
く超電導コイル２１を流れ続け、そのときの超電導コイ
ル２１に蓄えられたエネルギーが無損失で保存されるこ
とになる。

【００１８】次にこの貯蔵された電力を取り出すには、
開閉スイッチ２４を閉じて回路を接続するとともに、制
御用超電導コイル２６に通電して永久電流スイッチ２２
の超電導導体Ａを常電導状態に転位させる。これによ
り、超電導コイル２１に蓄えられていた磁気エネルギー
を交流電力として取り出すことができる。このようにし
て永久電流スイッチ２２のオン・オフ制御を行うことが
できる。なお、このような磁場の負荷と解除により永久
電流スイッチ２２のオン・オフ制御を行なうならば、応
答が速いので、高速応答に容易に対応することができ
る。

【００１９】前記の操作においてスイッチング時に超電
導状態の超電導導体Ａに電流が流れる場合、中心部には
常電導体製の中央導体１０があるが、この中央導体１０
と周囲の超電導素線１１とが絶縁されていて、中央導体
１０がパワーリード２３や超電導コイル２１に接続され
ていないために、中央導体１０には電流が流れない。ま
た、電流が流れる超電導素線１１は撚線化されて大容量
化されているので、結果として超電導導体Ａには大電流
を流すことができて、しかも各超電導素線１１の電流の
流れに偏りを生じない。また、永久電流スイッチ２２の
オフ状態について言えば、超電導素線１１が中央導体１
０と絶縁され、超電導素線１１の電気抵抗が中央導体１
０の存在により低下することがないので高比抵抗を達成
できる。

【００２０】図３は超電導永久電流スイッチ用超電導導
体の第２の例を示すもので、この例の超電導導体Ｂにお
いては、中心部に中央導体１０が配置され、その周囲に
中央導体１０と同一構造の予備導体１２が３本と超電導
素線１１が３本、それぞれ撚線化して配置されて構成さ
れている。図４は超電導永久電流スイッチ用超電導導体
の第３の例を示すもので、この例の超電導導体Ｃにおい
ては、中心部に芯線１３ａと絶縁層１３ｂからなる大径
の中央導体１３が配置され、この中央導体１３の周囲に
中央導体１３よりも細径の超電導素線１１が複数本撚線
化して配置されて構成されている。図５は超電導永久電
流スイッチ用超電導導体の第４の例を示すもので、この
例の超電導導体Ｄにおいては、中心部に断面４角形の中
央導体１４が配置され、この中央導体１４の周囲に超電
導素線１１が複数本撚線化して配置されている。この例
の中央導体１４は中心部の角形断面構造の芯線１４ａと
その外周部の絶縁層１４ｂからなる構成にされている。
図３〜図５に示すいずれの構成の超電導導体にあっても
先に記載した構造の超電導導体Ａと同等の効果を得るこ
とができる。

【００２１】次に前記超電導素線１１の製造方法の一例
について説明する。図６は超電導素線１１を製造する方
法の一例について説明するためのもので、この例の方法
で超電導素線１１を製造するには、まず、図６（ａ）に
示す断面構造のＣｕ-Ｎｂ合金１５を製造する。このＣ
ｕ-Ｎｂ合金１５は、所定成分のＣｕおよびＮｂを溶解
鋳造して得られるもので、ＣｕあるいはＣｕ合金からな
る金属基地１５ａの内部にＮｂの樹脂状晶１５ｂが分散
した組織を有し、しかも縮径加工などの塑性加工性が高
いものである。前記Ｎｂの樹脂状晶１５ｂは、直径数μ
ｍ〜数１０μｍ程度の大きさのものであり、Ｃｕに対し
てＮｂが固溶しないことから、鋳造した場合に、Ｎｂが
樹脂状晶としてＣｕまたはＣｕ合金からなる金属基地１
５ａの内部に析出して生成するものである。

【００２２】次に、前記Ｃｕ-Ｎｂ合金１５に圧延加
工、鍛造加工、あるいは、ダイスによる線引き加工など
の塑性加工を施して縮径し、図６（ｂ）に示すＣｕ-Ｎ
ｂ線材１６を得る。このＣｕ-Ｎｂ線材１６は、Ｃｕあ
るいはＣｕ合金からなる金属基地１６ａの内部に前記塑
性加工により樹脂状晶１５ｂを加工して形成された繊維
状のＮｂのフィラメント１６ｂが多数分散配列された構
造のものである。なお、前記塑性加工の段階において、
Ｃｕ-Ｎｂ合金１５の外周部を損傷させないこと、ある
いは、ダイスとの焼き付きなどを無くするなどの目的か
ら、Ｃｕ-Ｎｂ合金１５の外周にＣｕなどからなる加工
性の良好な管体を被せてから塑性加工しても良い。ま
た、前記塑性加工は、目的の永久電流スイッチ用線材に
要求される線径と同等のレベルまで必要回数繰り返すも
のとし、塑性加工中に中間焼鈍などの熱処理を適宜施し
ても良い。この場合、Ｃｕ-Ｎｂ線材１６は加工性に優
れているので、加工中の断線事故などの問題は生じにく
い。

【００２３】Ｃｕ-Ｎｂ線材１６を得たならば、このＣ
ｕ-Ｎｂ線材１６にＺｎ、Ｃｕ-Ｚｎ合金、あるいは、Ｃ
ｕ-Ｎｉ合金からなるメッキ層を形成するか、これらの
材料からなる管体を被せることにより、図６（ｃ）に示
す被覆層１７を形成して被覆複合線１８を得る。なお、
被覆層１７としてＺｎ被覆層を用いた場合、金属基地の
Ｃｕに対するＺｎの固溶限が３８.２ａｔ％であること
から、被覆層１７のＣｕ-Ｎｂ線材１６に対する量とし
て前記固溶限を越える反応が起こらないような量（厚
さ）にしておくことが好ましい。なおまた、Ｃｕ-Ｎｂ
線材１６の外周に被覆層１７を形成する手段としては、
管体を被せて縮径する方法が大量生産向きで好ましいと
ともに、この方法では管体の厚さを変更することで被覆
層１７の厚さを自由に調節できる利点もあるので好適で
ある。

【００２４】次に、前記被覆複合線１８を図１に示すよ
うに中央導体１０の周囲に撚線加工により巻き付けて撚
線導体化し、必要に応じてコイル加工を施し、必要な場
合は次いで全体を加熱炉などにおいて７００〜８００℃
で数時間〜数１０時間加熱する。この加熱処理を施した
場合は被覆層１７を構成する金属元素がＣｕ-Ｎｂ線材
１６側に拡散し、これによりＣｕ-Ｎｂ線材１６の金属
基地１６ａにＺｎまたはＮｉが拡散して金属基地１６ａ
が高電気抵抗化され、被覆複合線１８が図６（ｄ）に示
す超電導素線１９とされて図１に示す超電導導体Ａと同
等の構造を有する超電導導体が得られる。また、この例
では熱拡散によりＮｉまたはＺｎを拡散させて基地を合
金化し超電導素線１９としたが、予め合金化されたもの
を用いて超電導素線を形成しても良い。即ち、Ｃｕ-Ｎ
ｂ合金ロッドをＣｕ-Ｎｉ管またはＣｕ-Ｚｎ管内に収納
して縮径し、これを複数本束ねて全体を更に縮径して超
電導素線を製造することもできる。この場合は熱処理を
施さなくとも良い。この例の超電導素線１１は、高電気
抵抗化された金属基地の内部に、Ｎｂの極細のフィラメ
ントが多数分散配列された構造を有している。従ってＮ
ｂフィラメントが極低温に冷却された場合に超電導体と
なり、これが永久電流スイッチ用線材としての超電導体
となる。前記Ｎｂフィラメント自体は、不連続繊維の集
合体であるが、フィラメントどうしの間隔が極めて小さ
いので超電導状態では近接効果が作用して超電導電流が
流れることになる。

【００２５】更に、この例の超電導素線１１は、その金
属基地をＣｕなどの良導電体に比べて高電気抵抗化して
いるので、スイッチイング動作を行う超電導エネルギー
貯蔵用装置の永久電流スイッチ用として好適になってい
る。また、Ｃｕ-Ｎｂ合金１５からスタートして製造し
ているので、超電導体として臨界電流密度が高く、ま
た、臨界磁界の比較的低いものが容易に得られる。よっ
て、磁界制御方式の永久電流スイッチ用として好適であ
る。更に前記の方法によれば、必要な線径までＣｕ-Ｎ
ｂ線材１６の状態で縮径してから被覆層１７を形成し、
それから熱処理して元素拡散させるので、Ｃｕ-Ｎｂ線
材１６の良好な加工性を維持しながら加工ができる。な
お、前記のＮｉやＺｎを拡散させて高電気抵抗化した後
の金属基地は、Ｃｕ-Ｎｂ線材１６に比べて硬化し、塑
性加工性が低下することになる。よって、必要な線径ま
でこれらの元素の拡散を行なわずに最終段階で拡散させ
ることによりＣｕ-Ｎｂ線材１６の有する高い加工性を
維持することができ、加工途中に断線させることなく所
望の線径のものを得ることができる。

【００２６】なお、前記Ｃｕ-Ｎｂ線材１６の金属基地
１６ａに元素を拡散させてこれを高電気抵抗化する場
合、Ｎｉ被覆を形成することも考えられるが、Ｎｉ被覆
を施してこれを拡散させると、Ｎｂ濃度４０重量％程度
で現われるＮｂＮｉ金属間化合物、Ｎｂ濃度６５重量％
程度で現われるＮｂＮｉ₃金属間化合物が析出し、これ
らが超電導特性と加工性に悪影響を及ぼすために、好ま
しくない。この点においてＮｉ濃度の低いＣｕ-Ｎｉ合
金を用いれば前記問題が生じるおそれは少なく、更に、
金属間化合物生成による悪影響のおそれの少ないＺｎや
Ｃｕ-Ｚｎ合金を用いれば問題は生じない。

【００２７】図７は、本発明の他の例について説明する
ためのもので、この例では、図６（ａ）に示したＣｕ-
Ｎｂ合金１５と同等のＣｕ-Ｎｂ合金３０を用いる。こ
のＣｕ-Ｎｂ合金３０は、ＣｕまたはＣｕ合金からなる
金属基地３０ａの内部にＮｂの樹脂状晶３０ｂが多数分
散されてなるものである。次に前記Ｃｕ-Ｎｂ合金３０
に圧延加工、鍛造加工、あるいは、ダイスによる線引き
加工などの塑性加工を施して縮径し、図７（ｂ）に示す
Ｃｕ-Ｎｂ線材３３を得る。このＣｕ-Ｎｂ線材３３は、
図６（ｂ）に示すＣｕ-Ｎｂ線材１６と同等のものであ
る。

【００２８】次いで前記Ｃｕ-Ｎｂ線材３３を図７
（ｃ）に示すように多数本集合して加工性の良好なＣｕ
あるいはＣｕ合金などの管体３４の内部に収納し、全体
を前記と同様の塑性加工により縮径して複合線３５を
得、縮径後にこの複合線３５の周囲に図６（ｄ）に示す
被覆層３６を形成して被覆複合線３７を得る。ここで用
いる被覆層３６は図６（ｃ）に示す被覆層１７と同等の
ものを用いる。また、Ｃｕ-Ｎｂ線材３３を集合してか
ら管体に収納し、更に縮径する作業を１回ではなく、複
数回繰り返し行なっても良い。

【００２９】次に、前記被覆複合線３７を図１に示すよ
うな中央導体の周囲に撚線化して配置し、必要に応じて
コイル加工を施し、必要な場合は次いで加熱炉などにお
いて７００〜８００℃で数時間〜数１０時間加熱する。
この加熱処理により被覆層３６を構成する金属元素がＣ
ｕ-Ｎｂ線３３側に拡散し、これによりＣｕ-Ｎｂ線材３
３の金属基地にＺｎまたはＮｉが拡散して金属基地が高
電気抵抗化され、図７（ｅ）に示す永久電流スイッチ用
超電導導素線３９が得られて図１と同等の構造の超電導
導体が得られる。この構成の超電導素線３９は、Ｃｕ-
Ｎｂ線材３３を縮径したものを多数含む多心構造になっ
ているので、臨界電流密度が高く、臨界磁界が適当に低
く、スイッチング時の磁場、および、電流変動に伴う交
流損失が小さく、安定性に優れる特徴がある。このよう
に構成した永久電流スイッチ用超電導導体３９にあって
も先に説明した例の超電導導体１９と同様に図２に示す
超電導エネルギー貯蔵装置の永久電流スイッチ用超電導
導体として使用することができる。

【００３０】

【実施例】Ｃｕ-５０ｗｔ％Ｎｂの組成を有するＣｕ-Ｎ
ｂ合金を用い、このＣｕ-Ｎｂ合金をＣｕ-３０％Ｎｉ合
金管に複合し、線引き加工を施して直径０.３ｍｍのＣ
ｕ-Ｎｂ合金からなるＣｕ-Ｎｂ線材を得た。次に、表面
に厚さ２０μｍのホルマール絶縁層を形成した直径０.
３ｍｍのＣｕ-３０Wt％Ｎｉ線の中央導体周囲に前記被
覆複合線を６本配して撚線化したものを１０ｍ用意し、
これを巻胴に無誘導構造に巻き付けた。

【００３１】この例の超電導導体において、超電導素線
部分の比抵抗（オフ状態の時）が液体ヘリウムによる冷
却時に４.２Ｋの温度で１０μΩ・ｃｍであり、Ｃｕ-３
０wt％Ｎｉ線の中央導体の比抵抗は無視できる。この超
電導導体の１０ｍの導体としてのオフ抵抗は２.３６７
Ωであった。一方、中央導体に絶縁層を被覆していない
ものを用い、その周囲に前記と同等の超電導素線を６本
撚線化し、それを巻胴に１０ｍ巻き付けた試料の抵抗値
は２.２６３Ωであった。この比較例試料においてはＣ
ｕ-３０wt％Ｎｉ合金線の比抵抗は４.２Ｋにおいて３６
μΩ／ｃｍでありこの合金線の比抵抗が超電導素線の比
抵抗と関係して見かけ上の導体全体の低抵抗化を阻害す
る。以上の比較から、本発明に係る試料の抵抗値が従来
のものに比べて４.６％増大していることが明らかにな
った。

【００３２】次に、図３に示す構造の超電導導体を１０
ｍ試作し、前記の例のものと同等の合金線および超電導
素線を適用した結果、絶縁層を有していない中央導体を
用いた超電導導体の抵抗値は１.４２Ω、絶縁層を有す
る中央導体を用いた超電導導体の抵抗値は２.３７Ωと
なり、抵抗値を約１.７倍にすることができた。

【００３３】次に、図４に示す構造の超電導導体１０ｍ
を試作した。ホルマール絶縁層を形成した中央導体の直
径を０.８６ｍｍ、超電導素線の直径を０.３ｍｍとし
て、中央導体の周囲に１２本の超電導素線を撚線化して
配置したものの抵抗値を測定した。また、中央導体に絶
縁層を形成していない試料も作成し、その抵抗値を測定
した。絶縁層を形成した中央導体を用いた試料の抵抗
値は０.５９Ω、絶縁層を形成していない試料の抵抗値
は０.５４Ωとなった。以上の比較から、本発明に係る
試料の抵抗値が従来のものの約１.１倍に増大している
ことが明らかになった。

【００３４】次に、図５に示す構造の超電導導体１０ｍ
を試作した。ホルマール絶縁層を形成した中央導体とし
て高さ（厚さ）を０.３ｍｍ、幅を１.５ｍｍとしたテー
プ状のものを用い、超電導素線の直径を０.３ｍｍとし
て、中央導体の周囲に１４本の超電導素線を撚線化して
配置したものの抵抗値を測定した。また、中央導体に絶
縁層を形成していない試料も作成し、その抵抗値を測定
した。絶縁層を形成した中央導体を用いた試料の抵抗値
は０.５０７Ω、絶縁層を形成していない試料の抵抗値
は０.４７７Ωとなった。以上の比較から、本発明に係
る試料の抵抗値が従来のものの約１.１倍に増大してい
ることが明らかになった。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、常
電導体からなる中央導体がその周囲の超電導素線と絶縁
されているので、この構造を採用した永久電流スイッチ
において、オフ状態、即ち常電導状態において、中央導
体が超電導導体全体の見かけの比抵抗を低下させること
がない。よってオフ状態の比抵抗が高くなるので永久電
流スイッチの信頼性が向上する。また、中央導体を除い
て超電導素線のみが超電導マグネットあるいはパワーリ
ードに接続されることで、この構造の超電導導体を設け
た永久電流スイッチのオフ状態の比抵抗低下防止の効果
が確実に得られる。更に、永久電流スイッチのオン状態
においては超電導素線の電気抵抗がゼロになるが、撚線
化された複数本の超電導素線が永久電流スイッチの臨界
電流向上化に寄与し、大電流容量化がなされる。一方、
超電導素線として、ＣｕまたはＣｕ合金にＺｎまたはＮ
ｉを拡散させて生成された合金基地と、この合金基地の
内部に多数分散配列されたＮｂフィラメントから構成さ
れてなるものとするならば、超電導素線自体の基地の高
電気抵抗化がなされ、前記中央導体による比抵抗低下抑
制効果と相まって永久電流スイッチ用としてより好適な
ものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超電導導体の第１の例を示す断面
図である。

【図２】本発明の超電導導体が組み込まれる超電導エネ
ルギー貯蔵システムの一例を示す構成図である。

【図３】本発明に係る超電導導体の第２の例を示す断面
図である。

【図４】本発明に係る超電導導体の第３の例を示す断面
図である。

【図５】本発明に係る超電導導体の第４の例を示す断面
図である。

【図６】図６（ａ）は本発明方法の第１の例で用いるＣ
ｕ-Ｎｂ合金の断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＣｕ-
Ｎｂ合金を線引き加工して得たインサイチュ線材を示す
断面図、図６（ｃ）は図６（ｂ）のＣｕ-Ｎｂ線材にＺ
ｎ層を被覆した被覆複合線を示す断面図、図６（ｄ）は
図６（ｃ）の被覆複合線に熱処理を施して得た永久電流
スイッチ用線材の断面図である。

【図７】図７（ａ）は本発明方法の第２の例で用いるＣ
ｕ-Ｎｂ合金の断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＣｕ-
Ｎｂ合金を線引き加工したＣｕ-Ｎｂ線材を示す断面
図、図７（ｃ）は図７（ｂ）のＣｕ-Ｎｂ線材を多数本
集合した状態を示す断面図、図７（ｄ）は図７（ｃ）に
示す集合体を線引き加工してからその表面に被覆層を形
成した状態を示す断面図、図７（ｅ）は図７（ｄ）に示
す被覆線材を熱処理して得た永久電流スイッチ用線材の
第２の例を示す断面図である。

【図８】図８は従来の永久電流スイッチを備えた超電導
エネルギー貯蔵装置の一例に充電している状態を示す構
成図である。

【図９】図９は従来の永久電流スイッチを備えた超電導
エネルギー貯蔵装置の一例に電力を保存している状態を
示す構成図である。

【図１０】図１０は従来の永久電流スイッチを備えた超
電導エネルギー貯蔵装置の一例から電力を取り出してい
る状態を示す構成図である。

【図１１】従来の永久電流スイッチ用の超電導導体の一
例を示す断面図である。

【符号の説明】

Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ・・・超電導導体、１０、１３、１４・・・
中央導体、１１・・・超電導素線、１０ａ、
１３ａ、１４ａ・・・芯線、９・・・永久電流スイッチ、
２１・・・超電導コイル。

フロントページの続き (72)発明者斉藤隆東京都江東区木場一丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者河野宰東京都江東区木場一丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者本間仁宮城県仙台市青葉区中山七丁目２番１号東北電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者田附 ▲匡▼ 宮城県仙台市青葉区中山七丁目２番１号東北電力株式会社電力技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心部に配置された常電導体からなる中
央導体と、その周囲に撚線化して配置された複数本の超
電導素線とが具備されてなる超電導永久電流スイッチ用
超電導導体であって、前記中央導体の外周に絶縁層が被
覆されて中央導体とその周囲の超電導素線とが絶縁され
なることを特徴とする超電導永久電流スイッチ用超電導
導体。
【請求項２】超電導永久電流スイッチが接続される超
電導マグネットの端子あるいはパワーリードの端子に中
央導体を除いた超電導素線のみが電気的に接続されてな
ることを特徴とする請求項１記載の超電導永久電流スイ
ッチ用超電導導体。
【請求項３】超電導素線が、Ｃｕ-Ｎｉ合金基地また
はＣｕ-Ｚｎ合金基地と、前記の合金基地の内部に多数
分散配列されたＮｂフィラメントから構成されてなるこ
とを特徴とする請求項１または２記載の超電導永久電流
スイッチ用超電導導体。