JPH0963367A - 超電導撚線導体 - Google Patents
超電導撚線導体Info
- Publication number
- JPH0963367A JPH0963367A JP7219278A JP21927895A JPH0963367A JP H0963367 A JPH0963367 A JP H0963367A JP 7219278 A JP7219278 A JP 7219278A JP 21927895 A JP21927895 A JP 21927895A JP H0963367 A JPH0963367 A JP H0963367A
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- Japan
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- wire
- twisted
- wires
- loss
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Non-Insulated Conductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 素線間に絶縁層や高抵抗層を設けなくけて
も、素線間に生じる結合損失を抑制でき、変動磁場下で
使用する場合に、交流損失が低く、通電安定性にすぐれ
た超電導撚線導体を提供する。 【解決手段】 補強線４のまわりに、Ｓ方向のねじり加
えられた超電導素線２と、Ｚ方向のねじりを加えられた
超電導素線３を同層内で隣合うように撚り合わせる。隣
合う素線間で結合電流の方向が反対になるので、素線間
に流れる結合電流を抑制でき、撚線導体としての結合損
失を抑制できる。素線間が絶縁されないので、素線間で
の通電電流の分流も可能である。
も、素線間に生じる結合損失を抑制でき、変動磁場下で
使用する場合に、交流損失が低く、通電安定性にすぐれ
た超電導撚線導体を提供する。 【解決手段】 補強線４のまわりに、Ｓ方向のねじり加
えられた超電導素線２と、Ｚ方向のねじりを加えられた
超電導素線３を同層内で隣合うように撚り合わせる。隣
合う素線間で結合電流の方向が反対になるので、素線間
に流れる結合電流を抑制でき、撚線導体としての結合損
失を抑制できる。素線間が絶縁されないので、素線間で
の通電電流の分流も可能である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、変動磁場下で使用
される超電導撚線導体に関するものである。
される超電導撚線導体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】変動磁場下で使用される超電導線は、磁
場の周波数により交流用超電導線とパルス用超電導線に
大別できる。交流用超電導線は商用周波数（５０Ｈｚ又
は６０Ｈｚ）を基本とする変圧器、発電機、誘導リニア
モーターなどにおいて、電磁的、機械的に過酷な条件下
で使用される。したがって交流用超電導線は交流損失お
よび機械的振動により温度が上昇し、常電導状態に転移
（クエンチ）するおそれがあるので、それに対する配慮
が必要である。一方、パルス用超電導線は、核融合用コ
イル、発電機用コイル、超電導エネルギー貯蔵装置（Ｓ
ＭＥＳ）などの大型機器に使用され、短時間だけ流れる
パルス電流や磁界の変化に対する配慮がなされている。
場の周波数により交流用超電導線とパルス用超電導線に
大別できる。交流用超電導線は商用周波数（５０Ｈｚ又
は６０Ｈｚ）を基本とする変圧器、発電機、誘導リニア
モーターなどにおいて、電磁的、機械的に過酷な条件下
で使用される。したがって交流用超電導線は交流損失お
よび機械的振動により温度が上昇し、常電導状態に転移
（クエンチ）するおそれがあるので、それに対する配慮
が必要である。一方、パルス用超電導線は、核融合用コ
イル、発電機用コイル、超電導エネルギー貯蔵装置（Ｓ
ＭＥＳ）などの大型機器に使用され、短時間だけ流れる
パルス電流や磁界の変化に対する配慮がなされている。
【０００３】超電導線を変動磁場下で使用する際に発生
する交流損失は、ヒステリシス損失と、結合損失と、渦
電流損失とに分けられる。超電導線の交流損失を低減す
るためには、その各々について低減対策をとる必要があ
る。ヒステリシス損失を低減するには超電導フィラメン
トをできるだけ細くすることが有効な対策の一つであ
る。結合損失を低減するには超電導フィラメント間に高
抵抗層を介在させること、素線のねじりピッチを小さく
すること等が有効である。また渦電流損失を低減するに
は超電導フィラメント群部を包囲する安定化低抵抗層部
分を高抵抗フィンによりセグメント状に分割すること等
が有効である。
する交流損失は、ヒステリシス損失と、結合損失と、渦
電流損失とに分けられる。超電導線の交流損失を低減す
るためには、その各々について低減対策をとる必要があ
る。ヒステリシス損失を低減するには超電導フィラメン
トをできるだけ細くすることが有効な対策の一つであ
る。結合損失を低減するには超電導フィラメント間に高
抵抗層を介在させること、素線のねじりピッチを小さく
すること等が有効である。また渦電流損失を低減するに
は超電導フィラメント群部を包囲する安定化低抵抗層部
分を高抵抗フィンによりセグメント状に分割すること等
が有効である。
【０００４】超電導線は、ねじりピッチの縮小、冷却特
性の向上などの関係から、外径を小さくする必要があ
る。したがって大電流を流す場合には、複数本の超電導
素線を撚り合わせた撚線の形態となるのが普通である。
性の向上などの関係から、外径を小さくする必要があ
る。したがって大電流を流す場合には、複数本の超電導
素線を撚り合わせた撚線の形態となるのが普通である。
【０００５】ところが撚線構造の超電導導体（超電導撚
線導体）は、素線レベルでの交流損失に、素線間で生じ
る結合損失や、素線の機械的振動による交流損失がさら
に付加されるため、使用する磁場条件によっては桁違い
に交流損失が増大し、通電安定性が低下するという問題
がある。
線導体）は、素線レベルでの交流損失に、素線間で生じ
る結合損失や、素線の機械的振動による交流損失がさら
に付加されるため、使用する磁場条件によっては桁違い
に交流損失が増大し、通電安定性が低下するという問題
がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】超電導撚線導体におい
ては、個々の超電導素線にエナメル皮膜などを設けて素
線間を絶縁すれば、素線間に結合電流が流れなくなるの
で、素線間の結合損失をなくすことができる。しかしこ
のような構造では、何らかの擾乱で一部の素線が臨界電
流を超えた時に、それに隣接する素線に通電電流が分流
できないので、その時点で通電電流が制限されてしまう
ことになり、通電安定性の点で問題がある。
ては、個々の超電導素線にエナメル皮膜などを設けて素
線間を絶縁すれば、素線間に結合電流が流れなくなるの
で、素線間の結合損失をなくすことができる。しかしこ
のような構造では、何らかの擾乱で一部の素線が臨界電
流を超えた時に、それに隣接する素線に通電電流が分流
できないので、その時点で通電電流が制限されてしまう
ことになり、通電安定性の点で問題がある。
【０００７】本発明の目的は、以上のような問題点に鑑
み、超電導素線に絶縁を施さなくても、素線間の結合損
失を抑制でき、変動磁場下で使用する場合に、交流損失
が低く、通電安定性にすぐれた超電導撚線導体を提供す
ることにある。
み、超電導素線に絶縁を施さなくても、素線間の結合損
失を抑制でき、変動磁場下で使用する場合に、交流損失
が低く、通電安定性にすぐれた超電導撚線導体を提供す
ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の超電導撚線導体は、ねじり方向の異なる超電導
素線が同層内で隣合うように撚り合わされていることを
特徴とする。
本発明の超電導撚線導体は、ねじり方向の異なる超電導
素線が同層内で隣合うように撚り合わされていることを
特徴とする。
【０００９】このような構成で、素線間の結合損失を抑
制できる理由を図１および図２を参照して説明する。図
１（イ）、（ロ）、（ハ）はそれぞれ超電導フィラメン
ト１のツイスト方向がＳ方向になるようにねじりを加え
られた超電導素線２を模式的に示す斜視図、側面図およ
び断面図である。この超電導素線２に、その長手方向に
垂直に外部変動磁場Ｂexが印加されると、Ａ→Ｂ→Ｃ→
Ｄ→Ｅ→Ｆ→Ａのループで結合電流が流れる。また図２
（イ）、（ロ）、（ハ）はそれぞれ超電導フィラメント
１のツイスト方向がＺ方向になるようにねじりを加えら
れた超電導素線３を模式的に示す斜視図、側面図および
断面図である。この超電導素線３に、その長手方向に垂
直に外部変動磁場Ｂexが印加されると、Ａ′→Ｂ′→
Ｃ′→Ｄ′→Ｅ′→Ｆ′→Ａ′のループで結合電流が流
れる。
制できる理由を図１および図２を参照して説明する。図
１（イ）、（ロ）、（ハ）はそれぞれ超電導フィラメン
ト１のツイスト方向がＳ方向になるようにねじりを加え
られた超電導素線２を模式的に示す斜視図、側面図およ
び断面図である。この超電導素線２に、その長手方向に
垂直に外部変動磁場Ｂexが印加されると、Ａ→Ｂ→Ｃ→
Ｄ→Ｅ→Ｆ→Ａのループで結合電流が流れる。また図２
（イ）、（ロ）、（ハ）はそれぞれ超電導フィラメント
１のツイスト方向がＺ方向になるようにねじりを加えら
れた超電導素線３を模式的に示す斜視図、側面図および
断面図である。この超電導素線３に、その長手方向に垂
直に外部変動磁場Ｂexが印加されると、Ａ′→Ｂ′→
Ｃ′→Ｄ′→Ｅ′→Ｆ′→Ａ′のループで結合電流が流
れる。
【００１０】上記の結合電流ループで、図１のＡ−Ｂ
間、Ｄ−Ｅ間および図２のＡ′−Ｂ′間、Ｄ′−Ｅ′間
は超電導フィラメント１の中なので、電界はゼロで、ジ
ュール損失は発生しない。またＢ−Ｃ間とＥ−Ｆ間は対
称性から、この間の電界の積分はゼロとなるので、ジュ
ール損失は発生しない。Ｂ′−Ｃ′間とＥ′−Ｆ′間も
同様である。したがって図１ではＣ−Ｄ間、Ｆ−Ａ間、
図２ではＣ′−Ｄ′間、Ｆ′−Ａ′間に流れる電流のみ
がジュール損失を発生し、これが結合損失を決定するこ
とになる。
間、Ｄ−Ｅ間および図２のＡ′−Ｂ′間、Ｄ′−Ｅ′間
は超電導フィラメント１の中なので、電界はゼロで、ジ
ュール損失は発生しない。またＢ−Ｃ間とＥ−Ｆ間は対
称性から、この間の電界の積分はゼロとなるので、ジュ
ール損失は発生しない。Ｂ′−Ｃ′間とＥ′−Ｆ′間も
同様である。したがって図１ではＣ−Ｄ間、Ｆ−Ａ間、
図２ではＣ′−Ｄ′間、Ｆ′−Ａ′間に流れる電流のみ
がジュール損失を発生し、これが結合損失を決定するこ
とになる。
【００１１】図１（ハ）と図２（ハ）を比較すると明ら
かなように、外部変動磁場Ｂexの方向が同じであって
も、ジュール損失を生じる電流の方向が逆になってい
る。したがって図３のように、１本の補強線４（ステン
レス線等）のまわりにＳ方向にねじりを加えた超電導素
線２とＺ方向にねじりを加えた超電導素線３を交互配置
で撚り合わせた超電導撚線導体６（本発明の超電導撚線
導体）では、隣合う素線間で結合電流の方向が反対にな
るので、素線間に結合電流が流れ難くなり、したがって
撚線導体としての結合損失を抑制できる。また素線間が
絶縁されていないので、素線間での通電電流の分流も容
易である。
かなように、外部変動磁場Ｂexの方向が同じであって
も、ジュール損失を生じる電流の方向が逆になってい
る。したがって図３のように、１本の補強線４（ステン
レス線等）のまわりにＳ方向にねじりを加えた超電導素
線２とＺ方向にねじりを加えた超電導素線３を交互配置
で撚り合わせた超電導撚線導体６（本発明の超電導撚線
導体）では、隣合う素線間で結合電流の方向が反対にな
るので、素線間に結合電流が流れ難くなり、したがって
撚線導体としての結合損失を抑制できる。また素線間が
絶縁されていないので、素線間での通電電流の分流も容
易である。
【００１２】これに対し例えば図４のように、１本の補
強線４のまわりにねじり方向の同じ（例えばＳ方向のね
じりを加えた）超電導素線２を６本撚り合わせた超電導
撚線導体５の場合は、各素線２内の結合電流の方向が同
じになるので、超電導素線２間に結合電流が流れやす
い。このため従来は超電導素線２に絶縁皮膜を設けて、
素線間の結合電流を抑制していたわけである。
強線４のまわりにねじり方向の同じ（例えばＳ方向のね
じりを加えた）超電導素線２を６本撚り合わせた超電導
撚線導体５の場合は、各素線２内の結合電流の方向が同
じになるので、超電導素線２間に結合電流が流れやす
い。このため従来は超電導素線２に絶縁皮膜を設けて、
素線間の結合電流を抑制していたわけである。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を詳細に
説明する。図３は先にも説明したが本発明の一実施形態
を示す。この超電導撚線導体６は、中心に１本のステン
レス製補強線４を配置し、そのまわりにＳ方向のねじり
を加えた超電導素線２と、Ｚ方向のねじりを加えた超電
導素線３を交互配置で３本ずつ撚り合わせたものであ
る。
説明する。図３は先にも説明したが本発明の一実施形態
を示す。この超電導撚線導体６は、中心に１本のステン
レス製補強線４を配置し、そのまわりにＳ方向のねじり
を加えた超電導素線２と、Ｚ方向のねじりを加えた超電
導素線３を交互配置で３本ずつ撚り合わせたものであ
る。
【００１４】図３の素線配置で、超電導素線２、３をＳ
撚りにした超電導撚線導体（Ａ）と、Ｚ撚りにした超電
導撚線導体（Ｂ）とを試作した。これらの超電導撚線導
体（Ａ）（Ｂ）について、長手方向に対し垂直に振幅
０．２Ｔ（サイン波形）の交流磁場を印加し、１サイク
ル当たりの交流損失を測定した結果を図５に示す。また
この結果から算出した結合時定数を表１に示す。結合時
定数は、この値が大きいほど結合損失が大きいことを意
味する。
撚りにした超電導撚線導体（Ａ）と、Ｚ撚りにした超電
導撚線導体（Ｂ）とを試作した。これらの超電導撚線導
体（Ａ）（Ｂ）について、長手方向に対し垂直に振幅
０．２Ｔ（サイン波形）の交流磁場を印加し、１サイク
ル当たりの交流損失を測定した結果を図５に示す。また
この結果から算出した結合時定数を表１に示す。結合時
定数は、この値が大きいほど結合損失が大きいことを意
味する。
【００１５】比較のため、図４のように中心のステンレ
ス製補強線４のまわりにＳ方向にねじりを加えた超電導
素線２を６本、Ｓ撚りにした超電導撚線導体（Ｃ）と、
Ｚ撚りにした超電導撚線導体（Ｄ）とを試作し、同じ測
定をした結果を図５にあわせて示す。またこの結果から
算出した結合時定数を表１にあわせて示す。また参考ま
でに、Ｓ方向のねじりを加えた超電導素線（Ｅ）につい
て、同じ測定をした結果を図５にあわせて示す。またこ
の結果から算出した結合時定数を表１にあわせて示す。
ス製補強線４のまわりにＳ方向にねじりを加えた超電導
素線２を６本、Ｓ撚りにした超電導撚線導体（Ｃ）と、
Ｚ撚りにした超電導撚線導体（Ｄ）とを試作し、同じ測
定をした結果を図５にあわせて示す。またこの結果から
算出した結合時定数を表１にあわせて示す。また参考ま
でに、Ｓ方向のねじりを加えた超電導素線（Ｅ）につい
て、同じ測定をした結果を図５にあわせて示す。またこ
の結果から算出した結合時定数を表１にあわせて示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】これらの結果によれば本発明の超電導撚線
導体は、ねじり方向の同じ超電導素線を撚り合わせた撚
線導体に比べ、素線間の結合損失を大幅に低減できるこ
とが分かる。
導体は、ねじり方向の同じ超電導素線を撚り合わせた撚
線導体に比べ、素線間の結合損失を大幅に低減できるこ
とが分かる。
【００１８】図６は本発明の他の実施形態を示す。この
超電導撚線導体６は、中心補強線４のまわりに、Ｓ方向
のねじりを加えた超電導素線２と、Ｚ方向のねじりを加
えた超電導素線３を交互配置で６本ずつ撚り合わせ、さ
らにその外周にＳ方向のねじりを加えた超電導素線２
と、Ｚ方向のねじりを加えた超電導素線３を交互配置で
９本ずつ撚り合わせたものである。
超電導撚線導体６は、中心補強線４のまわりに、Ｓ方向
のねじりを加えた超電導素線２と、Ｚ方向のねじりを加
えた超電導素線３を交互配置で６本ずつ撚り合わせ、さ
らにその外周にＳ方向のねじりを加えた超電導素線２
と、Ｚ方向のねじりを加えた超電導素線３を交互配置で
９本ずつ撚り合わせたものである。
【００１９】図７は本発明のさらに他の実施形態を示
す。この超電導撚線導体６は、Ｓ方向のねじりを加えた
超電導素線２と、Ｚ方向のねじりを加えた超電導素線３
を交互配置で１０本ずつ偏平に撚り合わせた平角撚線の
形態である。
す。この超電導撚線導体６は、Ｓ方向のねじりを加えた
超電導素線２と、Ｚ方向のねじりを加えた超電導素線３
を交互配置で１０本ずつ偏平に撚り合わせた平角撚線の
形態である。
【００２０】なお以上の実施形態では、撚線の１層を構
成する素線の本数が偶数本の場合について説明したが、
本発明はこれに限られるものではなく、１層の素線本数
が奇数本の場合も含むものである。奇数本の場合は、ね
じり方向が同じ超電導素線が周方向の１箇所で隣合うこ
とになるが、全体の素線数からみれば僅かであるので、
結合損失低減の効果はほぼ同じである。また以上の実施
形態では、超電導素線の表面に何も設けない場合を説明
したが、超電導素線の表面にはＣｕ−Ｎｉ合金層、Ｃｕ
−Ｍｎ合金層、Ｃｒメッキ層、酸化銅皮膜などの高抵抗
層を設けてもよい。このような高抵抗層を併用すると結
合損失をより効果的に低減することが可能である。
成する素線の本数が偶数本の場合について説明したが、
本発明はこれに限られるものではなく、１層の素線本数
が奇数本の場合も含むものである。奇数本の場合は、ね
じり方向が同じ超電導素線が周方向の１箇所で隣合うこ
とになるが、全体の素線数からみれば僅かであるので、
結合損失低減の効果はほぼ同じである。また以上の実施
形態では、超電導素線の表面に何も設けない場合を説明
したが、超電導素線の表面にはＣｕ−Ｎｉ合金層、Ｃｕ
−Ｍｎ合金層、Ｃｒメッキ層、酸化銅皮膜などの高抵抗
層を設けてもよい。このような高抵抗層を併用すると結
合損失をより効果的に低減することが可能である。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように本発明の超電導撚線
導体は、超電導素線間の結合損失を抑制できるので、交
流損失を低減できると共に、隣接素線間に絶縁層を介在
させる必要がないので、通電安定性に優れている。
導体は、超電導素線間の結合損失を抑制できるので、交
流損失を低減できると共に、隣接素線間に絶縁層を介在
させる必要がないので、通電安定性に優れている。
【図１】 （イ）はＳ方向のねじりを加えた超電導素線
に外部変動磁界が印加されたときの結合電流の流れ方を
模式的に示す斜視図、（ロ）は同じく側面図、（ハ）は
同じく断面図。
に外部変動磁界が印加されたときの結合電流の流れ方を
模式的に示す斜視図、（ロ）は同じく側面図、（ハ）は
同じく断面図。
【図２】 （イ）はＺ方向のねじりを加えた超電導素線
に外部変動磁界が印加されたときの結合電流の流れ方を
模式的に示す斜視図、（ロ）は同じく側面図、（ハ）は
同じく断面図。
に外部変動磁界が印加されたときの結合電流の流れ方を
模式的に示す斜視図、（ロ）は同じく側面図、（ハ）は
同じく断面図。
【図３】 本発明の超電導撚線導体の一実施形態を示す
断面図。
断面図。
【図４】 従来の超電導撚線導体の一例を示す断面図。
【図５】 図３と図４の超電導撚線導体の交流損失の比
較を示すグラフ。
較を示すグラフ。
【図６】 本発明の超電導撚線導体の他の実施形態を示
す断面図。
す断面図。
【図７】 本発明の超電導撚線導体のさらに他の実施形
態を示す断面図。
態を示す断面図。
１：超電導フィラメント ２：Ｓ方向のねじりを加えた超電導素線 ３：Ｚ方向のねじりを加えた超電導素線 ４：補強線 ６：超電導撚線導体
Claims (1)
- 【請求項１】ねじり方向の異なる超電導素線が同層内で
隣合うように撚り合わされている超電導撚線導体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7219278A JPH0963367A (ja) | 1995-08-28 | 1995-08-28 | 超電導撚線導体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7219278A JPH0963367A (ja) | 1995-08-28 | 1995-08-28 | 超電導撚線導体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0963367A true JPH0963367A (ja) | 1997-03-07 |
Family
ID=16733018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7219278A Pending JPH0963367A (ja) | 1995-08-28 | 1995-08-28 | 超電導撚線導体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0963367A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110220391A1 (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-15 | Hitachi Cable, Ltd. | Bend resistant cable |
-
1995
- 1995-08-28 JP JP7219278A patent/JPH0963367A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110220391A1 (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-15 | Hitachi Cable, Ltd. | Bend resistant cable |
| CN102194544A (zh) * | 2010-03-15 | 2011-09-21 | 日立电线株式会社 | 抗弯曲电缆 |
| JP2011192533A (ja) * | 2010-03-15 | 2011-09-29 | Hitachi Cable Ltd | 耐屈曲ケーブル |
| US8710371B2 (en) * | 2010-03-15 | 2014-04-29 | Hitachi Metals, Ltd. | Bend resistant cable |
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