JPH10188692A - 強制冷却型超電導導体、及びその製造方法、並びに強制冷却型超電導コイルの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却が良好になされ、安定性が良く、交流損
失の少ない強制冷却型超電導導体を提供することを目的
とする。 【解決手段】 複数本の超電導素線と、これら超電導素
線間に形成された冷媒流路と、これら超電導素線および
冷媒流路からなる集合体の外周の凹部に配置されたスペ
ーサー部材と、これら集合体およびスペーサー部材を気
密に覆う、非金属を主成分として含むシース部材とを具
備することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電機用巻線や電
力貯蔵等に用いられる強制冷却型超電導導体に係り、特
に、交流通電に適したコイル用強制冷却型超電導導体、
その製造方法、及び強制冷却型超電導コイルの製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】超電導導体は、冷却することによりその
超電導特性を発露するため、超電導導体は必ず冷却して
用いられる。現在、超電導コイルは、直流通電用または
パルス通電用が殆どであり、このうち小規模コイルはコ
イル全体を冷媒に浸漬して冷却し、大規模コイルは、金
属管内に超電導導体を冷媒流路が形成されるように配置
し、前記冷媒流路に冷媒を圧送して強制冷却するように
構成されている。

【０００３】超電導導体を液体ヘリウムなどの冷媒によ
り直接冷却する強制冷却型超電導導体として、ケーブル
・イン・コンジット導体（以下コンジット導体と略記す
る）がある。

【０００４】このコンジット導体は、ＮｂＴｉやＮｂ₃
Ｓｎなどの極細多芯超電導素線の複数本を撚合わせ、撚
合わせたものをさらに次々に撚合わせて多重撚りして隙
間を多く持たせた多重撚り超電導導体を、ステンレス製
などの強固なコンジット（管）内に収め、コンジット内
に冷媒を圧送して、前記超電導導体の超電導素線間に冷
媒を流して、冷却を効率良く行うようにしたものであ
る。

【０００５】ところで、コンジット内の超電導導体は、
超電導素線が電磁力により動くことで発熱し、超電導破
壊（クエンチ）に到ることがある。この防止策として、
超電導素線同士を半田または接着剤で固定する方法、超
電導導体の周囲に絶縁テープを巻いて固定する方法など
がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、超電導素線間
を半田または接着剤で固定する方法は超電導素線間に冷
媒が供給されなくなり、十分な冷却効果が得られないと
いう問題がある。さらに半田で固定する方法は、超電導
素線間が電気的に接続されるため、変動磁界による結合
損失（交流損失）が大きく、このときの内部発熱でクエ
ンチに到ることがある。

【０００７】一方、絶縁テープで固定する方法は、絶縁
テープの拘束力が弱いため、超電導素線の動きを十分に
抑えることができず、発熱することがある。また、コン
ジット導体の製造は、超電導導体をコンジットに挿入
し、コンジット同士を長さ方向に溶接して繋げる方法、
超電導導体の下側に配した金属テープを前記超電導導体
を包み込むように丸め端部を溶接する方法などにより製
造されていて、いずれも溶接工程を要し、生産性が悪い
という問題がある。

【０００８】更に、コンジットには、一般に金属製のも
のが用いられているが、金属コンジッ卜は、超電導導体
にパルス電流または交流電流を通電したり外部から変動
磁界が印加されると、コンジット部分で大きな渦電流が
発生し、発熱するため、超電導体を十分冷却できなくな
ったり、冷却コストが嵩んで超電導化のメリットがなく
なる結果になる。

【０００９】また、金属コンジットは可撓性が悪く、特
に複雑な構造のコイルは成形が困難である。ところで、
交流用超電導コイルに前記強制冷却型の大規模コイルを
用いると、金属管に渦電流が発生して交流損失が生じ、
発熱するため、超電導体を十分冷却できなくなったり、
冷却コストが嵩んで超電導化のメリットがなくなる結果
になる。このため、交流用超電導コイルは冷媒浸漬法で
冷却されており、従って、交流用は小規模コイルしか実
用化されていないのが現状である。

【００１０】しかし、完全超電導発電機やＳＭＥＳなど
の大型の交流用超電導コイルの開発は緊急を要する重要
テーマであり、その実現に向けて交流損失の小さい強制
冷却型超電導導体の開発が強く望まれている。

【００１１】本発明の目的は、冷却が良好になされ、安
定性が良く、交流損失の少ない強制冷却型超電導導体を
提供することにある。本発明の他の目的は、冷却が良好
になされ、安定性が良く、交流損失の少ない強制冷却型
超電導導体を、高い生産性で製造することの可能な強制
冷却型超電導導体の製造方法を提供することにある。

【００１２】本発明の更に他の目的は、冷却が良好にな
され、安定性が良く、交流損失の少ない強制冷却型超電
導コイルを、高い生産性で製造することの可能な強制冷
却型超電導コイルの製造方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、複数本の超電導素線と、これら超電導素
線間に形成された冷媒流路と、これら超電導素線および
冷媒流路からなる集合体の外周の凹部に配置されたスペ
ーサー部材と、これら集合体およびスペーサー部材を気
密に覆う、非金属を主成分として含むシース部材とを具
備することを特徴とする強制冷却型超電導導体を提供す
る。

【００１４】また、本発明は、複数の超電導素線を撚り
合わせて、冷媒流路を含み、外周に凹部を有する集合体
を形成する工程と、前記集合体の外周の凹部にスペーサ
ー部材を配置する工程と、これら集合体およびスペーサ
ー部材の外周に、熱硬化性樹脂を含むテープ状部材を隙
間なく螺旋状に巻付けて複合体とする工程と、前記複合
体を所定温度に加熱して、前記テープ状部材を気密に一
体化させ、かつ硬化させる工程とを具備する強制冷却型
超電導導体の製造方法を提供する。

【００１５】更に、本発明は、複数の超電導素線を撚り
合わせて、冷媒流路を含み、外周に凹部を有する集合体
を形成する工程と、前記集合体の外周の凹部にスペーサ
ー部材を配置する工程と、これら集合体およびスペーサ
ー部材の外周に、熱硬化性樹脂を含むテープ状部材を隙
間なく螺旋状に巻付けて複合体とする工程と、前記複合
体をコイル状に成形する工程と、前記コイル状成形体を
所定温度に加熱して、前記テープ状部材を気密に一体化
させ、かつ硬化させる工程とを具備する強制冷却型超電
導コイルの製造方法を提供する。

【００１６】本発明の強制冷却型超電導導体は、最終の
多重撚線の外周の凹凸を、多重撚線間の凹部にスペーサ
ー部材を配置することにより無くし、それによって耐圧
性を強化して気密性を保持し、またシース部材を、従来
の金属管に変えて、非金属を主成分として含む材料によ
り構成することにより、外周部の交流損失を小さくした
ことを特徴とする。

【００１７】本発明の強制冷却型超電導導体を構成する
複数の超電導素線は、通常、多重超電導撚線にして用い
られる。この多重超電導撚線は、撚線を次々に撚合わせ
たものであり、冷媒流路になる貫通空隙を多数有するも
のである。

【００１８】本発明の強制冷却型超電導導体において、
スペーサー部材は、上述のように、最終の多重撚線の外
周の凹凸を減少させ、それによって耐圧性を強化して気
密性を保持するために用いられる。

【００１９】後述するように、シース部材を形成するた
めに、多重超電導撚線に薄いテープを重ねて巻回し、そ
の後、テープ間に入り込んだ空気を除去するために加圧
するが、多重超電導撚線の表面に凹凸があると、加圧に
より皺が生じ、耐圧が低下し、気密性も損なわれてしま
う。

【００２０】多重超電導撚線の表面の凹凸を減少させる
方法として、小さな径の超電導撚線を最外周に配置する
ことが考えられる。この場合、特に、交流用の超電導素
線は外径が０．２〜０．２５ｍｍと細いため、（６×６
×１２）の３次撚線や（（６×６×６×６）の４次撚線
の構造とならざるを得ない。しかし、このような３次撚
線や４次撚線構造の外接円の外径は１０〜１２ｍｍとな
り、大径の超電導導体となってしまう。また、最外周に
配置する超電導撚線の径を小さくすると、電流容量を等
しくするためには、超電導導体の外径を大きくする必要
があり、従って、導体の電流密度が極端に低下してしま
い、実用的な構造とは言えない。

【００２１】スペーサー部材を構成する材料としては、
ステンレス等の非磁性金属、ガラス繊維、木綿糸、ゴム
等の非金属が挙げられる。スペーサー部材としては、上
記材料からなる多数の線状体またはパイプ状体の束を用
いることが出来る。これらは、多重超電導撚線の外周
の、撚線間の隙間に配置され、撚り合わされるのがよ
い。なお、多重超電導撚線の外周の凹部の形状に適合す
る、例えば三角形のゴム系材料からなる部材を配置する
ことも可能である。

【００２２】本発明の強制冷却型超電導導体に用いられ
るシース部材を構成する材料としては、例えば、ガラス
ファイバー、アラミド（芳香族ポリアミド）繊維、カー
ボン（ピッチ系グラファイト）ファイバーなどで補強さ
れたエポキシ（ビスフェノールＡエポキシ）樹脂、ポリ
イミド樹脂、ポリエステル樹脂などが好ましく使用され
る。

【００２３】シース部材の厚さは、特に限定されない
が、厚すぎると、シース部材を構成する最内層のテープ
に皺がよるため、２ｍｍ未満であるのが好ましい。な
お、強度の点からは、１ｍｍ程度の厚さで十分である。

【００２４】ところで、交流用超電導コイルには高度の
寸法精度が求められ、従って、シース部材は、コイル成
形性を良くするために薄肉化の傾向にある。しかし、大
型の交流用超電導コイルでは１．５Ｔの磁場下で１Ｏｋ
Ａ程度の大電流を流すため、導体１ｍあたり１．５トン
もの大きな磁気力が発生し、また交流通電では必然的に
コイルに高電圧がかかるため、絶縁耐圧も高く維持する
必要がある。

【００２５】このような場合、シース部材により覆われ
た超電導導体の周囲を、非金属を主成分として含む絶縁
部材により囲む構造とすることが出来る。このような構
造は、シース部材の薄肉化を可能にするものである。

【００２６】この絶縁部材は、シース部材の強度および
絶縁耐圧を補うものであるが、他に、強制冷却型超電導
導体をコイル成形するときのガイドとしてコイル形成を
容易にし、またコイルの寸法精度を高める作用も果た
す。

【００２７】絶縁部材の材料としては、上述のシース部
材の材料と同じものを用いることが出来る。本発明の強
制冷却型超電導導体は、内部に冷媒流路を有している。
この冷媒流路は、内部に配置された筒状体とすることが
出来る。また、超電導撚線間の間隙も、冷媒流路として
用いることが出来る。冷却効率の点からは、超電導撚線
間の間隙を冷媒流路として用いることが好ましい。

【００２８】冷媒流路を構成する筒状体の材質として
は、ステンレス等の非磁性金属材料、ＦＲＰ等の非金属
材料が挙げられる。筒状体の形状としては、スパイラル
管、多孔管が挙げられる。

【００２９】本発明の強制冷却型超電導導体では、内部
に、シース部材を構成する材料よりも小さい熱膨脹係数
を有する材料からなる支持部材を配置することが出来
る。このような構成は、冷却時に複数本の超電導素線が
収縮の大きいシース部材と収縮の小さい支持部材との間
で強く拘束されるようにしたものである。このように、
超電導素線を強く拘束することにより、超電導素線間の
交流磁場下での動きが抑制され、交流通電に伴う発熱を
より確実に抑えることができる。

【００３０】支持部材の材料としては、シース部材より
も熱膨張係数の小さい任意の材料を使用することができ
るが、負の熱膨張係数を有するもの（冷却すると膨張す
るもの）は、特に高い拘束力が得られので望ましい。

【００３１】このような支持部材の材料としては、ポリ
エチレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂繊維を分散させた
複合材などが挙げられる。次に、本発明の強制冷却型超
電導導体の製造方法について説明する。

【００３２】本発明の方法では、まず、複数の超電導素
線を撚り合わせることにより、冷媒流路を含み、外周に
凹部を有する集合体が形成される。次いで、集合体の外
周の凹部にスペーサー部材が配置される。次に、これら
集合体およびスペーサー部材の外周に、熱硬化性樹脂を
含むテープ状部材を隙間なく螺旋状に巻付けることによ
り、複合体が形成される。

【００３３】その後、集合体およびスペーサー部材の外
周に隙間なく螺旋状に巻付けられた熱硬化性樹脂を含む
テープ状部材は、加熱により、前記熱硬化性樹脂が軟化
し、流動して気密に一本化し、さらに硬化してコンジッ
トが形成される。このコンジットは、超電導素線を外側
から拘束して、その動きを確実に抑制する作用を有す
る。

【００３４】本発明の方法において、熱硬化性樹脂を含
むテープ状部材としては、ガラスファイバー編組体に熱
硬化性樹脂を含浸または塗布したもの、カーボンファイ
バー編組体に熱硬化性樹脂を含浸または塗布したもの、
ステンレス製ファイバー編組体に熱硬化性樹脂を含浸ま
たは塗布したもの、アラミドテープやポリイミドテープ
に熱硬化性樹脂を塗布したものなどが挙げられる。

【００３５】熱硬化性樹脂を含むテープ状部材に含まれ
る熱硬化性樹脂の量は、十分な気密性と拘束力とを得る
ために、３０〜５０ｗｔ％程度であるのが好ましい。熱
硬化性樹脂の量が多過ぎると、熱硬化性樹脂が超電導導
体の素線間に侵入して超電導導体の冷却が阻害される。

【００３６】本発明の方法において、熱硬化性樹脂とし
ては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリシ
ロキサン樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂などが
用いられる。

【００３７】以下に、本発明の強制冷却型超電導導体の
製造方法の具体例を説明する。まず、超電導素線を多重
撚りした超電導導体からなる集合体およびスペーサー部
材の外周に、ガラスファイバー編組体に硬化剤を含む熱
硬化性樹脂を含浸させたテープを、螺旋状に隙間なく巻
付け、これを所定温度に加熱する。この加熱により、熱
硬化性樹脂は軟化流動して気密に一体化し、その後、硬
化する。

【００３８】なお、熱硬化性樹脂を含む金属材料からな
るテープ状部材は、渦電流損失や耐電圧が問題とならな
い場合に使用するのが望ましい。本発明の方法では、コ
ンジットが、非金属部材、または非金属部材を含む部材
から形成されるので、コンジット部分の渦電流が生じな
いか、生じても僅かである。

【００３９】コンジットと超電導導体との間に、ガラス
ファイバー、カーボンファイバー、アラミドテープ、ポ
リイミドテープなどの集合体からなる非金属空隙部材を
介在させることにより、超電導導体の周囲にも冷却通路
を確保することができ、それによって冷却性が向上す
る。

【００４０】本発明の方法は、従来の方法のように、超
電導素線間の半田または接着剤による固定、コンジット
の溶接などの作業を必要としないので、従来の方法より
も生産性に優れていると言える。

【００４１】また、超電導導体およびスペーサー部材
に、熱硬化性樹脂を含むテープ状部材を螺旋状に巻付け
ただけの可撓性に優れる状態でコイルに成形し、その後
加熱して熱硬化性樹脂を硬化させることにより、複雑な
形状のコイルを容易に形成することができる。

【００４２】なお、本発明の強制冷却型超電導導体は、
上述のエポキシ樹脂含浸テープを用いる方法によっての
み製造されるのではなく、他の方法によっても製造する
ことが出来る。そのような方法として、例えばＦＷ法
（フィラメントワインディング法）を用いた方法があ
る。ＦＷ法とは、樹脂を含浸させた繊維をマンドレルに
巻き付けた後、加熱、硬化させる方法であり、この方法
によると、最も高い強度のＦＲＰ（繊維強化プラスチッ
ク）を得ることが可能である。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の種々の実施例を
挙げて発明の実施の形態を示し、本発明についてより具
体的に説明する。 実施例１ 図１は、本実施例に係る強制冷却超電導導体の側面図お
よび断面図である。この強制冷却超電導導体は、以下の
ようにして製造される。

【００４４】Ｃｕ−１０ｗｔ％Ｎｉ合金マトリックス
に、直径０．１２μｍのＮｂ−Ｔｉフィラメントを約２
５万本埋込むことにより得た、外径０．２ｍｍの多芯超
電導素線を、絶縁被覆された外径０．２ｍｍのステンレ
ス線の周囲に６本撚付けて１次撚線を得た。次いで、こ
の１次撚線１を、絶縁被覆された外径０．６ｍｍのステ
ンレス線２の周囲に６本撚付けて２次撚線３とした。更
に、この２次撚線３を、絶縁被覆された外径１．８ｍｍ
のステンレススパイラル管４を中心としてその周囲に６
本撚付けた。

【００４５】次に、ガラス繊維を多数本束ねて、外径２
ｍｍのスペーサー５を６本、作製し、２次撚線間の間隙
に撚り合わせ、２１６本の超電導素線を有する多重撚り
超電導導体６を作製した。

【００４６】次に、得られた多重撚り超電導導体６の周
囲に、図１（ａ）に示すように、厚さ２５μｍのポリイ
ミドテープ７を、ハーフラップで２層巻き付けた。更
に、その上に、硬化剤を含むエポキシ樹脂を４０ｗｔ％
含浸させたガラスファイバーテープ８を螺旋状に隙間な
く巻き付け、その上に同じガラスファイバーテープ８を
巻き付け方向を変えて隙間なく巻き付けた。

【００４７】その後、このようにして得た巻き付け体を
外周から加圧しながら１６０℃で５時間熱処理して、２
層のエポキシ樹脂含有テープ８を気密に一体化し、コン
ジット９を形成した。

【００４８】このようにして、図１（ｂ）に示すよう
な、コンジット９内に多重撚り超電導導体、スペーサー
５、および冷媒流路１０を有する強制冷却超電導導体を
得た。 実施例２ 図２は、本実施例に係る強制冷却超電導導体の側面図お
よび断面図である。この強制冷却超電導導体は、以下の
ようにして製造される。

【００４９】実施例１で用いたステンレススパイラル管
４の代わりにステンレス多孔管２４を用い、このステン
レス多孔管２４の周囲に実施例１で用いた２次撚線３を
６本、撚り付けた。次いで、２次撚線３間の間隙に、シ
リコンゴムからなるスペーサー２５を撚り合せ、多重撚
り超電導導体２６を作製した。

【００５０】次に、その周囲に、厚さ２５μｍのポリイ
ミドテープ７を、ハーフラップで２層巻き付けた。更
に、その上に、エポキシ樹脂を含浸させたガラスファイ
バーテープ８を螺旋状に隙間なく巻き付け、その上にエ
ポキシ樹脂を含浸させたステンレスワイヤーで強化した
ガラスファイバーテープ２８を螺旋状に隙間なく巻き付
けた。

【００５１】その後、このようにして得た巻き付け体を
１６０℃で５時間熱処理して、２層のテープ８，２８を
気密に一体化し、コンジット２９を形成した。このよう
にして、図２（ｂ）に示すような、コンジット２９内に
多重撚り超電導導体２６、スペーサー２５、および冷媒
流路１０を有する強制冷却超電導導体を得た。

【００５２】実施例３ 図３は、本実施例に係る強制冷却超電導導体の側面図お
よび断面図である。この強制冷却超電導導体は、以下の
ようにして製造される。

【００５３】図３（ａ）に示すように、２次撚線３およ
びスペーサー５を撚り合せてなる多重撚り超電導導体３
６の周囲に、厚さ２５μｍのポリイミドテープ７を、ハ
ーフラップで２層巻き付けた。更に、その上に、エポキ
シ樹脂を含浸させたガラスファイバーテープ８を螺旋状
に隙間なく巻き付け、更にまたその上に、エポキシ樹脂
を含浸させたステンレスワイヤーで強化したガラスファ
イバーテープ３８ａと、ステンレステープ３８ｂを交互
に螺旋状に隙間なく巻き付けた。

【００５４】その後、このようにして得た巻き付け体を
１６０℃で５時間熱処理して、３種類のテープ８，３８
ａ，３８ｂを気密に一体化し、コンジット３９を形成し
た。このようにして、図３（ｂ）に示すような、コンジ
ット３９内に多重撚り超電導導体３６、スペーサー５、
および冷媒流路１０を有する強制冷却超電導導体３１を
得た。

【００５５】実施例４ 図４（ｂ）に示すように、実施例１で用いたステンレス
スパイラル管４の代わりにステンレス多孔管２４を用
い、このステンレス多孔管２４の周囲に実施例１で用い
た２次撚線３を６本、撚り付けた。次いで、２次撚線３
間の間隙に、シリコンゴムからなるスペーサー２５を撚
り合せた。

【００５６】次に、図４（ａ）に示すように、２次撚線
３およびスペーサー２５を撚り合せてなる多重撚り超電
導導体４６の周囲をアラミドシート４７で覆った後、エ
ポキシ樹脂を含浸させたガラスファイバーテープ８を２
層、巻き付け方向を同じにして隙間なく巻き付けた。

【００５７】その後、このようにして得た巻き付け体を
１６０℃で５時間熱処理して、テープ４７，８を気密に
一体化し、コンジット４９を形成した。このようにし
て、図４（ｂ）に示すような、コンジット４９内に多重
撚り超電導導体４６、スペーサー５、および冷媒流路１
０を有する強制冷却超電導導体４１を得た。

【００５８】実施例５ 実施例５（ａ），（ｂ）に示すように、多重撚り超電導
導体５１の周囲に、表面にエポキシ樹脂を塗布したガラ
スファイバーテープ５７をハーフラップで巻いた後、１
６０℃で５時間熱処理して、テープ５７を気密に一体化
し、コンジット５８を形成した。

【００５９】これにより、図５（ｃ）に示すような、コ
ンジット５８内にスペーサー５と冷媒流路１０を有する
強制冷却超電導導体を得た。 実施例６ 図６（ｃ）に示すように、１本の２次撚線３を中心とし
てその周囲に６本の２次撚線３を撚付け、かつスペーサ
ー５を撚り合せて、多重撚り超電導導体６１を得た。こ
の多重撚り超電導導体６１の周囲に、表面にエポキシ樹
脂を塗布したガラスファイバーテープ６７を螺旋状に隙
間なく巻き付け、その上に、図６（ｂ）に示すように、
表面にエポキシ樹脂を塗布したガラスファイバーテープ
６７を、巻き付け方向を変えて螺旋状に隙間なく巻き付
け、１６０℃で５時間熱処理して、テープ６７を気密に
一体化し、コンジット６８を形成した。

【００６０】これにより、図６（ｃ）に示すような、コ
ンジット６８内にスペーサー５と冷媒流路６０（多重撚
り超電導導体６１に囲まれた間隙）を有する強制冷却超
電導導体を得た。

【００６１】実施例７ 図７に示すように、多重撚り超電導導体７１と、表面に
エポキシ樹脂を塗布したガラスファイバーテープ７７と
の間にアラミドシート７２を介在させたことを除いて、
実施例６と同様にして、コンジット７８内にスペーサー
５と冷媒流路７０（多重撚り超電導導体７１に囲まれた
間隙）を有する強制冷却超電導導体を得た。

【００６２】従来例１ 隣接する超電導素線同士を半田付けして固定した多重撚
り超電導導体を複数のＳＵＳ製金属管内に挿入し、これ
らの金属管の端部を次々に溶接して強制冷却型超電導導
体を得た。

【００６３】従来例２ 多重撚りした超電導導体を絶縁テープで螺旋状に巻回
し、これを複数のステンレス製金属管内に挿入し、これ
らの金属管の端部を次々に溶接して、強制冷却型超電導
導体を得た。

【００６４】従来例３ 超電導素線間を接着剤で固定した多重撚り超電導導体の
下側に金属テープを配し、この金属テープを超電導導体
を包み込むように丸め、丸めた金属テープの突合わせ端
部を溶接して、強制冷却型超電導導体を得た。

【００６５】以上のようにして得られた各実施例および
従来例に係る強制冷却型超電導導体に用いた素線の直流
臨界電流Ｉｃを、超電導導体を液体ヘリウム中に浸漬
し、冷却して測定した。導体のＩｃは、素線Ｉｃの撚り
本数倍で与えた。このとき、自己磁界の影響を考慮し
た。また、導体の交流クエンチ電流Ｉｑ（５０Ｈｚ）を
強制冷却を模擬した液体ヘリウム圧送装置を用いて測定
した。

【００６６】なお、交流電源容量の制約から、４ｋＡ
Ｐｅａｋ以上は通電しなかった。ＩｃとＩｑはいずれも
直流バイアス磁界下（０．５Ｔと１．５Ｔ）で測定し
た。得られたＩｑをＩｃで除して交流損失の大小および
安定性の良否を判定した。［Ｉｑ／Ｉｃ］の値が大きい
方が交流損失が小さく、安定性が高いことを意味する。
その結果を下記表１、２に示す。表中、Ｉｑはｐｅａｋ
時の値を示す。

【００６７】

【表１】

【００６８】

【表２】

【００６９】上記表１、２より明らかなように、実施例
１〜７に係る超電導導体は、いずれも［Ｉｑ／Ｉｃ］が
従来例１〜３に係る超電導導体に較べて大きかった。こ
れは、実施例に係る超電導導体では、超電導素線の動き
がコンジットにより抑えられたこと、超電導素線間に半
田が存在しなかったこと、コンジットの全てまたは大部
分が非金属部材から構成されていることなどにより、交
流磁界による発熱が抑制されたためであり、また、コン
ジットが断熱性であり、超電導素線間に半田や接着剤が
なく、液体ヘリウムの通流性が良く、冷却が良好になさ
れたためと考えられる。

【００７０】実施例８ スペーサーを含む多重撚り超電導導体の周囲にエポキシ
樹脂を含むガラスファイバーテープを螺旋状に隙間なく
巻付け、その上に同じガラスファイバーテープを、巻付
方向を変えて隙間なく巻付け、この巻付体をコイル状に
成形し、このコイル状成形体を１３０℃で１５時間熱処
理して強制冷却型超電導コイルを製造した。ここでは、
熱処理前にコイル成形したので、コイル成形が容易に行
うことが出来た。また、熱処理することにより、高強度
で気密性に富んだコンジットを形成することができた。

【００７１】この超電導コイルのコンジット内に液体ヘ
リウムを圧送して超電導導体を冷却しつつ、交流電流を
流した。その結果、高磁場が長時間安定して得られた。
以上、熱硬化性樹脂にエポキシ樹脂を用い、テープ状部
材にＧＦテープやＳＵＳテープを用いる場合について説
明したが、本発明は、フェノール樹脂、不飽和ポリエス
テル樹脂、ポリイミドテープ、アラミドテープなどをそ
れぞれに用いた場合も同様の効果が得られるものであ
る。

【００７２】実施例９ 図８は、本実施例に係る強制冷却超電導導体の断面図で
ある。この強制冷却超電導導体は、以下のようにして製
造される。

【００７３】Ｃｕ−１０ｗｔ％Ｎｉ合金マトリックス
に、直径サブミクロンのＮｂ−Ｔｉフィラメントを約１
０万本埋込んだ外径０．２ｍｍの多芯超電導素線を、絶
縁被覆された０．２ｍｍφＳＵＳ線（ステンレス鋼線）
の周囲に６本撚付けて１次撚線１を得た。次いで、この
１次撚線１を絶縁被覆された０．６ｍｍφのＳＵＳ線２
の周囲に６本撚付けて２次撚線３とし、この２次撚線
を、１．９ｍｍφのＳＵＳ線８１の７本撚線の周りに１
２本撚付けて３次の多重超電導撚線８２とした。

【００７４】次に、ガラス繊維を多数本束ねて、外径２
ｍｍのスペーサー５を１２本、作製し、撚線間の間隙に
撚り合わせ、多重撚り超電導導体８６を作製した。次
に、図８に示すように、多重超電導撚線８６の周囲を、
硬化剤を含むエポキシ樹脂を４０ｗｔ％含浸させたガラ
スファイバーテープを螺旋状に隙間なく巻き付け、内径
８．８ｍｍ、外径９．８ｍｍの巻き付け体を得た。その
後、このようにして得た巻き付け体を外周から加圧しな
がら１６０℃で１時間熱処理して、エポキシ樹脂含有テ
ープを気密に一体化し、コンジット８９を形成した。

【００７５】このようにして、図８に示すような、コン
ジット８９内に多重撚り超電導導体８６、スペーサー
５、および冷媒流路８０を有する強制冷却超電導導体を
得た。 実施例１０ 図９に示すように、実施例８で用いたのと同じ多重超電
導撚線９６の外周にカプトンフィルム（商品名、Ｄｕ
Ｐｏｎｔ社製ポリイミド系フィルム）９７を張力を掛け
てハーフラップ巻きし、その周囲を実施例９と同じよう
に、エポキシ樹脂含有テープ８で覆って、強制冷却型超
電導導体を製造した。

【００７６】実施例１１ 図１０に示すように、実施例９で製造した強制冷却型超
電導導体１０６の上下に、補強部材として、半円溝１０
１を有する２個のエポキシ樹脂含浸ガラスファイバー部
材１０２ａ，１０２ｂを配置し、それぞれの半円溝１０
１を嵌合させた。この部材の寸法は、幅１２ｍｍ、厚さ
６ｍｍ、長さ１ｍ、半円溝６１の半径５ｍｍである。

【００７７】実施例１２ 図１１に示すように、支持部材１１１（ポリエチレン系
繊維で強化した断面円形のエポキシ樹脂）の周囲に、実
施例９で作成した２次撚線１１２を６本撚付けた。次
に、ガラス繊維を多数本束ねて、外径２ｍｍのスペーサ
ー５を６本、作製し、撚線間の間隙に撚り合わせ、多重
撚り超電導導体１１６を作製した。その周囲を実施例９
と同じようにコンジット１１９で覆って強制冷却型超電
導導体を製造した。

【００７８】実施例１３ 図１２に示すように、ポリエチレン系繊維を編組した断
面長方形の支持部材１２１の周囲に、超電導素線を７本
撚合わせた超電導撚線１２２を多数本撚付け、更にスペ
ーサー５を４本、それらの間隙に撚付けた。次いで、そ
の周囲を実施例９と同じようにしてコンジット１２９で
覆って、強制冷却型超電導導体を製造した。

【００７９】実施例１４ 図１３に示すように、実施例９で用いたのと同じ多重超
電導撚線（３次撚線）１３１およびスペーサー５の周囲
に、４本のテープ状の部材１３２を９０度毎に螺旋状に
巻回し、その後、全体を実施例９と同じようにしてコン
ジット１３９（内径９．０ｍｍ、外径９．８ｍｍのＧＦ
ＲＰ）で覆って、強制冷却型超電導導体を製造した。

【００８０】実施例１５ 図１４に示すように、実施例９で用いたのと同様の多重
超電導撚線（３次撚線）１４１およびスペーサー５の周
囲を、エポキシ樹脂層をステンレス線のメッシュ１４７
で補強したコンジット１４９で気密に覆って、強制冷却
型超電導導体を製造した。

【００８１】実施例１６ 図１５に示すように、実施例１で用いたのと同じ多重超
電導撚線（３次撚線）１５１およびスペーサー５の周囲
に、ｅガラス（無アルカリガラス）ファイバの編組体を
巻回し、前記編組体にエポキシ樹脂を含浸させてコンジ
ット１５９を形成して、強制冷却型超電導導体を製造し
た。

【００８２】以上のようにして得られた各実施例の強制
冷却型超電導導体の冷媒流路内に液体ヘリウムを圧送し
て、超電導素線を直接冷却しつつ、交流を通電した。そ
の結果、いずれも、超電導導体の周囲が非金属または非
金属を母材とする材料からなるコンジットで覆われてい
るため、渦電流が生じたりせず、安定した超電導特性が
得られた。

【００８３】また、コンジット内において多重撚り超電
導導体が拘束され、それにより交流通電に伴う超電導素
線の動きが止められて発熱が抑えられ、超電導導体の冷
却が良好になされた。

【００８４】更に、実施例１１では、コンジットの周囲
にエポキシ樹脂含浸ガラスファイバー部材を配置してい
るため、強度と絶縁耐圧が向上し、より大電流・高電圧
の通電が可能であった。また予め一方の側の部材１０２
ｂを布設しておくことによりコイル成形が高精度に且つ
効率良く行えた。なお、実施例１２、１３では、冷却の
際、支持部材の収縮量が少ないため、超電導素線が強く
拘束されるという効果が得られる。

【００８５】実施例１７ 実施例９〜１６で得られた各々の強制冷却型超電導導体
を用いてコイルを成形し、交流を通電した。多重超電導
撚線は前記導体内に液体ヘリウムを圧送して直接冷却し
た。その結果、いずれも長期間安定して高磁場を発生す
ることが可能であった。

【００８６】従来例４ 図１６に示すように、６本の最終撚線からなる撚線導体
２０１の周囲に、エポキシ樹脂含浸テープ２０２を巻き
付けると、断面形状は６角形になる。しかし、実際には
直線部においてテープ間に空隙２０３が生ずるため、円
形に近づく。空隙２０３があるまま加熱して硬化させる
と、空隙２０３は残ったままとなり、機密性が保持出来
ない。

【００８７】従来例５ 従来例４に示すように、空隙を生じさせないためには、
エポキシ樹脂含浸テープ２０２を巻き付ける際に、図１
７（ａ）に示すように、樹脂を軟化させながら加圧し、
気泡を除去しながら巻き付けることが必要である。しか
し、芯となる撚線導体２０１の外周は真円ではなく、図
１７（ａ）に示すように撚線導体２０１とエポキシ樹脂
含浸テープ２０２との間に隙間２０４があるため、図１
７（ｂ）に示すように、加圧によりこの隙間２０４にテ
ープ２０２が落ち込み、テープに皺がよってしまう。こ
の皺により耐圧性が劣化するだけでなく、気密性能も大
幅に低下してしまう。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の強制冷却
型超電導導体は、超電導導体の周囲が非金属または非金
属を母材とするシース部材で覆われているため、交流損
失が小さく、完全超電導発電機やＳＭＥＳなどの大型の
交流用超電導コイルに適用して顕著な効果を奏する。ま
た、超電導導体の撚線間にスペーサー部材が配置されて
いるため、樹脂の加圧硬化によりシース部材を形成する
際にも、シース部材に皺が生ずることがなく、耐圧性お
よび気密性能が向上する。

【００８９】また、本発明では、強制冷却型超電導導体
を、超電導導体の外周に熱硬化性樹脂を含むテープ状部
材を隙間なく螺旋状に巻付け、加熱して製造するので、
製造が容易である。超電導導体は加熱により硬化した熱
硬化性樹脂により拘束され、その超電導素線の動きが止
められる。このように、超電導素線間を半田や樹脂で固
定しないので、超電導素線間に冷媒が供給され、冷却性
が良好となる。

【００９０】超電導素線間に半田が存在せず、またシー
ス部材が非金属材料或いは非金属材料を含む材料から形
成されているので、交流損失が生じ難い。また、断熱性
にも優れている。

【００９１】更に、加熱硬化させる前にコイル成形する
ことにより、複雑な形状のコイルも容易に製造すること
ができる。依って、本発明によると、特に、交流通電で
の超電導特性が良好な強制冷却型超電導導体または強制
冷却型超電導コイルが容易に得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る強制冷却型超電導
導体を示す側面図および断面図。

【図２】本発明の第２の実施例に係る強制冷却型超電導
導体を示す側面図および断面図。

【図３】本発明の第３の実施例に係る強制冷却型超電導
導体を示す側面図および断面図。

【図４】本発明の第４の実施例に係る強制冷却型超電導
導体を示す側面図および断面図。

【図５】本発明の第５の実施例に係る強制冷却型超電導
導体を示す側面図、縦断面図および横断面図。

【図６】本発明の第６の実施例に係る強制冷却型超電導
導体を示す側面図、縦断面図および横断面図。

【図７】本発明の第７の実施例に係る強制冷却型超電導
導体を示す側面図、縦断面図および横断面図。

【図８】本発明の第９の実施例に係る強制冷却型超電導
導体を示す断面図。

【図９】本発明の第１０の実施例に係る強制冷却型超電
導導体を示す断面図。

【図１０】本発明の第１１の実施例に係る強制冷却型超
電導導体を示す断面図。

【図１１】本発明の第１２の実施例に係る強制冷却型超
電導導体を示す断面図。

【図１２】本発明の第１３の実施例に係る強制冷却型超
電導導体を示す断面図。

【図１３】本発明の第１４の実施例に係る強制冷却型超
電導導体を示す断面図。

【図１４】本発明の第１５の実施例に係る強制冷却型超
電導導体を示す断面図。

【図１５】本発明の第１６の実施例に係る強制冷却型超
電導導体を示す断面図。

【図１６】従来の強制冷却型超電導導体を示す断面図。

【図１７】従来の強制冷却型超電導導体を示す断面図。

【符号の説明】

１…１次撚線、 ２…ステンレス線、 ３，１１２…２次撚線、 ４…ステンレススパイラル管、 ５，２５…スペーサー、 ６，２６，４６，５１，６１，７１，９６…多重撚り超
電導導体、 ７，９７…ポリイミドテープ、 ８，２８，３８ａ…ガラスファイバーテープ、 ９，２９，３９，４９，５８，６８，７８，８９…コン
ジット、 １０，６０，６０，７０，８０…冷媒流路、 ２４…ステンレス多孔管、 ２８，６７…ガラスファイバーテープ、 ３１，４１，１０６…強制冷却超電導導体、 ３８ｂ…ステンレステープ ４７…アラミドシート、 １０１…半円溝、 １０２ａ，１０２ｂ…エポキシ樹脂含浸ガラスファイバ
ー部材、 １１１…支持部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 靖三 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数本の超電導素線と、これら超電導素
   線間に形成された冷媒流路と、これら超電導素線および
   冷媒流路からなる集合体の外周の凹部に配置されたスペ
   ーサー部材と、これら集合体およびスペーサー部材を気
   密に覆う、非金属を主成分として含むシース部材とを具
   備することを特徴とする強制冷却型超電導導体。
2. 【請求項２】 前記スペーサー部材は、非磁性金属材料
   および非金属材料からなる群から選ばれた材料からな
   る、複数の線状体または管状体の束であることを特徴と
   する請求項２に記載の強制冷却型超電導導体。
3. 【請求項３】 前記シース部材は、熱硬化性樹脂を含む
   テープ状体を前記集合体およびスペーサー部材に巻き付
   け、硬化させてなることを特徴とする請求項１に記載の
   強制冷却型超電導導体。
4. 【請求項４】 前記集合体内に配置された、前記シース
   部材を構成する材料よりも小さい熱膨脹係数を有する材
   料からなる支持部材を更に具備することを特徴とする請
   求項１に記載の強制冷却型超電導導体。
5. 【請求項５】 前記シース部材の周囲を囲む、非金属を
   主成分として含む絶縁部材を更に具備することを特徴と
   する請求項１に記載の強制冷却型超電導導体。
6. 【請求項６】 複数の超電導素線を撚り合わせて、冷媒
   流路を含み、外周に凹部を有する集合体を形成する工程
   と、 前記集合体の外周の凹部にスペーサー部材を配置する工
   程と、 これら集合体およびスペーサー部材の外周に、熱硬化性
   樹脂を含むテープ状部材を隙間なく螺旋状に巻付けて複
   合体とする工程と、 前記複合体を所定温度に加熱して、前記テープ状部材を
   気密に一体化させ、かつ硬化させる工程とを具備するこ
   とを特徴とする強制冷却型超電導導体の製造方法。
7. 【請求項７】 複数の超電導素線を撚り合わせて、冷媒
   流路を含み、外周に凹部を有する集合体を形成する工程
   と、 前記集合体の外周の凹部にスペーサー部材を配置する工
   程と、 これら集合体およびスペーサー部材の外周に、熱硬化性
   樹脂を含むテープ状部材を隙間なく螺旋状に巻付けて複
   合体とする工程と、 前記複合体をコイル状に成形する工程と、 前記コイル状成形体を所定温度に加熱して、前記テープ
   状部材を気密に一体化させ、かつ硬化させる工程とを具
   備する強制冷却型超電導コイルの製造方法。