JPH1050153A - 交流用酸化物超電導線材及びケーブル - Google Patents
交流用酸化物超電導線材及びケーブルInfo
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- JPH1050153A JPH1050153A JP9114775A JP11477597A JPH1050153A JP H1050153 A JPH1050153 A JP H1050153A JP 9114775 A JP9114775 A JP 9114775A JP 11477597 A JP11477597 A JP 11477597A JP H1050153 A JPH1050153 A JP H1050153A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 臨界電流の低下を抑えるとともに、交流損失
を低減させた交流用酸化物超電導線材を提供することを
目的とする。 【解決手段】 金属マトリクスと、この金属マトリクス
中に埋設された複数本の超電導フィラメントとを具備す
る交流用酸化物超電導丸線材であって、前記超電導フィ
ラメントに、下記式を満たすツイストピッチＬp でツイ
ストを施したことを特徴とする交流用酸化物超電導線材
を提供する。 ２Ｌc1＜Ｌp ≦２Ｌc2 Ｌc1＝２｛（２ρ・ｄf ・Ｊc ）／（μo ・ｄＨ／ｄ
ｔ）｝1/2 Ｌc2＝２｛（２ρ・ｄb ・Ｊcb）／（μo ・ｄＨ／ｄ
ｔ）｝1/2
を低減させた交流用酸化物超電導線材を提供することを
目的とする。 【解決手段】 金属マトリクスと、この金属マトリクス
中に埋設された複数本の超電導フィラメントとを具備す
る交流用酸化物超電導丸線材であって、前記超電導フィ
ラメントに、下記式を満たすツイストピッチＬp でツイ
ストを施したことを特徴とする交流用酸化物超電導線材
を提供する。 ２Ｌc1＜Ｌp ≦２Ｌc2 Ｌc1＝２｛（２ρ・ｄf ・Ｊc ）／（μo ・ｄＨ／ｄ
ｔ）｝1/2 Ｌc2＝２｛（２ρ・ｄb ・Ｊcb）／（μo ・ｄＨ／ｄ
ｔ）｝1/2
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化物超電導線材
に係り、特に、臨界電流が大きく、交流損失を低減した
交流用酸化物超電導線材、その製造方法、及び交流用酸
化物超電導線材ケーブルに関する。
に係り、特に、臨界電流が大きく、交流損失を低減した
交流用酸化物超電導線材、その製造方法、及び交流用酸
化物超電導線材ケーブルに関する。
【０００２】
【従来の技術】金属マトリクス中に多数本の超電導フィ
ラメントを埋設した酸化物超電導線材において、交流損
失を低減する方法としては、各超電導フィラメントの径
を小さくすること、および金属マトリクスの比抵抗を大
きくすることのほかに、各超電導フィラメントにかける
ツイストのピッチを小さくすることが知られている。
ラメントを埋設した酸化物超電導線材において、交流損
失を低減する方法としては、各超電導フィラメントの径
を小さくすること、および金属マトリクスの比抵抗を大
きくすることのほかに、各超電導フィラメントにかける
ツイストのピッチを小さくすることが知られている。
【０００３】ここで、ツイストピッチの大きさと交流損
失との関係について説明する。図１０は、結合電流を説
明する図である。図１０において、参照符号１は超電導
フィラメント、２は金属マトリクスをそれぞれ示す。
失との関係について説明する。図１０は、結合電流を説
明する図である。図１０において、参照符号１は超電導
フィラメント、２は金属マトリクスをそれぞれ示す。
【０００４】超電導体に磁場をかけると、遮蔽電流がル
ープ状に流れて、磁束が内部に侵入するのを妨げる。多
芯化の目的は、磁束が内部に侵入するのを容易にし、遮
蔽電流が個々の超電導フィラメントで還流するようにし
て安定性を高めるものであるが、そのような多芯線で
も、磁場をかけた直後は、図１０（ａ）に矢印で示すよ
うに、超電導フィラメント１，１間の金属マトリクス２
の部分を介して遮蔽電流が流れ得る。この遮蔽電流は、
金属マトリクス２の抵抗によっていずれ減衰するもので
あるが、線材が長くなると、遮蔽電流ループのインダク
タンスが大きくなり、遮蔽電流の減衰に時間がかかって
しまう。この状態を電磁気的結合と呼び、この結合状態
にあるときは、あたかも一体の超電導体のようにふるま
い、多芯化した効果がなくなってしまう。
ープ状に流れて、磁束が内部に侵入するのを妨げる。多
芯化の目的は、磁束が内部に侵入するのを容易にし、遮
蔽電流が個々の超電導フィラメントで還流するようにし
て安定性を高めるものであるが、そのような多芯線で
も、磁場をかけた直後は、図１０（ａ）に矢印で示すよ
うに、超電導フィラメント１，１間の金属マトリクス２
の部分を介して遮蔽電流が流れ得る。この遮蔽電流は、
金属マトリクス２の抵抗によっていずれ減衰するもので
あるが、線材が長くなると、遮蔽電流ループのインダク
タンスが大きくなり、遮蔽電流の減衰に時間がかかって
しまう。この状態を電磁気的結合と呼び、この結合状態
にあるときは、あたかも一体の超電導体のようにふるま
い、多芯化した効果がなくなってしまう。
【０００５】この電磁気的結合を少なくするには、超電
導フィラメント１にツイストを施すのが有効である。ツ
イストを施すと、図１０（ｂ）に示すように、遮蔽電流
はツイストピッチの１／２の領域で還流することにな
り、遮蔽電流ループのインダクタンスが小さくなって、
遮蔽電流の減衰が早められる。そして、その減衰速度が
磁場の変動周期より短くなれば、上記のような結合状態
になることが防止される。遮蔽電流の減衰が磁場の変動
周期より短くなる臨界長さＬc は、金属マトリクス２の
比抵抗ρ、超電導フィラメント１の径ｄf 、臨界電流密
度Ｊc 、外部磁界の変化速度ｄＨ／ｄｔによって決定さ
れ、以下の式により表わされる。
導フィラメント１にツイストを施すのが有効である。ツ
イストを施すと、図１０（ｂ）に示すように、遮蔽電流
はツイストピッチの１／２の領域で還流することにな
り、遮蔽電流ループのインダクタンスが小さくなって、
遮蔽電流の減衰が早められる。そして、その減衰速度が
磁場の変動周期より短くなれば、上記のような結合状態
になることが防止される。遮蔽電流の減衰が磁場の変動
周期より短くなる臨界長さＬc は、金属マトリクス２の
比抵抗ρ、超電導フィラメント１の径ｄf 、臨界電流密
度Ｊc 、外部磁界の変化速度ｄＨ／ｄｔによって決定さ
れ、以下の式により表わされる。
【０００６】Ｌc ＝２｛（２ρ・ｄf ・Ｊc ）／（μo
・ｄＨ／ｄｔ）｝1/2 すなわち、この臨界長さＬc の２倍以下のピッチで超電
導フィラメント１にツイストを施すことにより、結合電
流が流れるのを防止して、交流損失を低減させることが
できる。
・ｄＨ／ｄｔ）｝1/2 すなわち、この臨界長さＬc の２倍以下のピッチで超電
導フィラメント１にツイストを施すことにより、結合電
流が流れるのを防止して、交流損失を低減させることが
できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、酸化物
超電導線材においては、臨界長さＬc の２倍以下のピッ
チで超電導フィラメント１にツイストを施すのは、非常
に困難であるという問題がある。例えば、一般的な酸化
物超電導線材である、比抵抗２．５×１０-9Ω・ｍの銀
を金属マトリクス２とした酸化物超電導多芯テープ線材
（テープ厚さ０．２５ｍｍ、テープ幅３ｍｍ、超電導フ
ィラメント厚さ１５μｍ、臨界電流密度Ｊc ＝１０4 Ａ
／ｃｍ2 ）に、変化速度μo ・ｄＨ／ｄｔ＝１．２Ｔ／
ｓｅｃの交流磁場が、線材長手方向に対して直角方向
で、線材の幅広面に対して平行方向から印加された場
合、臨界長さＬc は５ｍｍとなり、ツイストピッチはそ
の２倍の１０ｍｍ以下にする必要がある。しかも、実際
の大電流の交流ケーブルや高磁場発生の交流コイル等に
おいては、さらに厳しい磁場条件となるために、臨界長
さＬc はさらに小さくなる。
超電導線材においては、臨界長さＬc の２倍以下のピッ
チで超電導フィラメント１にツイストを施すのは、非常
に困難であるという問題がある。例えば、一般的な酸化
物超電導線材である、比抵抗２．５×１０-9Ω・ｍの銀
を金属マトリクス２とした酸化物超電導多芯テープ線材
（テープ厚さ０．２５ｍｍ、テープ幅３ｍｍ、超電導フ
ィラメント厚さ１５μｍ、臨界電流密度Ｊc ＝１０4 Ａ
／ｃｍ2 ）に、変化速度μo ・ｄＨ／ｄｔ＝１．２Ｔ／
ｓｅｃの交流磁場が、線材長手方向に対して直角方向
で、線材の幅広面に対して平行方向から印加された場
合、臨界長さＬc は５ｍｍとなり、ツイストピッチはそ
の２倍の１０ｍｍ以下にする必要がある。しかも、実際
の大電流の交流ケーブルや高磁場発生の交流コイル等に
おいては、さらに厳しい磁場条件となるために、臨界長
さＬc はさらに小さくなる。
【０００８】しかし、実用サイズの酸化物超電導線材
に、このように短い臨界長さＬc の２倍以下のピッチ
で、ツイストを施すことは極めて困難である。そのた
め、従来の酸化物超電導線材では、Ｌc の２倍以下のピ
ッチでツイスト加工ができない場合は、超電導フィラメ
ント１の電磁気的結合によって交流損失が増大するの
で、ツイストによる交流損失低減効果は期待できないと
考えられていた。
に、このように短い臨界長さＬc の２倍以下のピッチ
で、ツイストを施すことは極めて困難である。そのた
め、従来の酸化物超電導線材では、Ｌc の２倍以下のピ
ッチでツイスト加工ができない場合は、超電導フィラメ
ント１の電磁気的結合によって交流損失が増大するの
で、ツイストによる交流損失低減効果は期待できないと
考えられていた。
【０００９】一方、中心部材に交流用酸化物超電導線材
を複数層にわたって複数本巻き付けてなる交流用酸化物
超電導ケーブルがある。このような交流用酸化物超電導
ケーブルにおいて、各層のインピーダンス（抵抗とイン
ダクタンスの和）が異なる場合、インピーダンスの小さ
い層ほど交流電流が多く流れるため、偏流が生じ、異常
な交流損失の増大を引き起こす。各層のインピーダンス
を揃えるため、各層のインダクタンス成分のみを調整
し、揃えるための様々な方法があるが、各層の抵抗成分
を揃える実用的な方法は、これまで知られていない。
を複数層にわたって複数本巻き付けてなる交流用酸化物
超電導ケーブルがある。このような交流用酸化物超電導
ケーブルにおいて、各層のインピーダンス（抵抗とイン
ダクタンスの和）が異なる場合、インピーダンスの小さ
い層ほど交流電流が多く流れるため、偏流が生じ、異常
な交流損失の増大を引き起こす。各層のインピーダンス
を揃えるため、各層のインダクタンス成分のみを調整
し、揃えるための様々な方法があるが、各層の抵抗成分
を揃える実用的な方法は、これまで知られていない。
【００１０】ここで、各層のインダクタンスを揃え、そ
れによって各線材の臨界電流に対する通電電流の比を等
しくし、各層の通電電流密度を等しくした場合について
考察する。外側の層ほど自己磁界が強く、磁化による交
流損失（抵抗成分）が大きくなるので、インダクタンス
成分がたとえ等しくても、インピーダンスが大きくなっ
てしまう。従って、相対的にインピーダンスの小さい内
層に配置された線材に多くの電流が流れ、内層の交流損
失が大きくなる。すると今度は、相対的にインピーダン
スの小さくなる外層に配置された線材に多くの電流が流
れるようになり、偏流現象が継続して起こるであろう。
これは、ケーブル全体の異常な交流損失の増大を引き起
こすことになる。
れによって各線材の臨界電流に対する通電電流の比を等
しくし、各層の通電電流密度を等しくした場合について
考察する。外側の層ほど自己磁界が強く、磁化による交
流損失（抵抗成分）が大きくなるので、インダクタンス
成分がたとえ等しくても、インピーダンスが大きくなっ
てしまう。従って、相対的にインピーダンスの小さい内
層に配置された線材に多くの電流が流れ、内層の交流損
失が大きくなる。すると今度は、相対的にインピーダン
スの小さくなる外層に配置された線材に多くの電流が流
れるようになり、偏流現象が継続して起こるであろう。
これは、ケーブル全体の異常な交流損失の増大を引き起
こすことになる。
【００１１】本発明は、以上のような事情の下でなさ
れ、臨界電流の低下を抑えるとともに、交流損失を大幅
に低減させた交流用酸化物超電導線材を提供することを
目的とする。
れ、臨界電流の低下を抑えるとともに、交流損失を大幅
に低減させた交流用酸化物超電導線材を提供することを
目的とする。
【００１２】本発明の他の目的は、臨界電流の低下を抑
えるとともに、交流損失を大幅に低減させた交流用酸化
物超電導線材の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の更に他の目的は、臨界電流の低下を抑えるとと
もに、交流損失を大幅に低減させた交流用酸化物超電導
ケーブルを提供することにある。
えるとともに、交流損失を大幅に低減させた交流用酸化
物超電導線材の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の更に他の目的は、臨界電流の低下を抑えるとと
もに、交流損失を大幅に低減させた交流用酸化物超電導
ケーブル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、本発明者は、鋭意、研究を重ねた結果、超電導フィ
ラメントツイストピッチを所定範囲内とすることによ
り、ツイストを容易に行うことが出来るとともに、臨界
電流の低下を抑えつつ、交流損失を低減し得ることを見
出だした。本発明は、かかる知見に基づくものである。
め、本発明者は、鋭意、研究を重ねた結果、超電導フィ
ラメントツイストピッチを所定範囲内とすることによ
り、ツイストを容易に行うことが出来るとともに、臨界
電流の低下を抑えつつ、交流損失を低減し得ることを見
出だした。本発明は、かかる知見に基づくものである。
【００１４】即ち、本発明（請求項１）は、金属マトリ
クスと、この金属マトリクス中に埋設された複数本の超
電導フィラメントとを具備する交流用酸化物超電導丸線
材であって、前記超電導フィラメントに、下記式を満た
すツイストピッチＬp でツイストを施したことを特徴と
する交流用酸化物超電導線材を提供する。
クスと、この金属マトリクス中に埋設された複数本の超
電導フィラメントとを具備する交流用酸化物超電導丸線
材であって、前記超電導フィラメントに、下記式を満た
すツイストピッチＬp でツイストを施したことを特徴と
する交流用酸化物超電導線材を提供する。
【００１５】２Ｌc1＜Ｌp ≦２Ｌc2 Ｌc1＝２｛（２ρ・ｄf ・Ｊc ）／（μo ・ｄＨ／ｄ
ｔ）｝1/2 Ｌc2＝２｛（２ρ・ｄb ・Ｊcb）／（μo ・ｄＨ／ｄ
ｔ）｝1/2 （式中、ρは金属マトリクスの比抵抗（Ω・ｍ）、ｄf
は超電導フィラメントの径（ｍ）、ｄb は超電導フィラ
メント群の径（ｍ）、Ｊc は超電導フィラメントの臨界
電流密度（Ａ／ｍ2 ）、Ｊcbは超電導フィラメント群の
臨界電流密度（Ａ／ｍ2 ）、μo は真空の透磁率（Ｈ／
ｍ）、ｄＨ／ｄｔは磁界の変化速度（Ａ／ｍ／ｓｅ
ｃ））また、本発明（請求項２）は、金属マトリクス
と、この金属マトリクス中に埋設された複数本の超電導
フィラメントとを具備する交流用酸化物超電導テープ線
材であって、前記超電導フィラメントに、下記式を満た
すツイストピッチＬp でツイストを施したことを特徴と
する交流用酸化物超電導線材を提供する。
ｔ）｝1/2 Ｌc2＝２｛（２ρ・ｄb ・Ｊcb）／（μo ・ｄＨ／ｄ
ｔ）｝1/2 （式中、ρは金属マトリクスの比抵抗（Ω・ｍ）、ｄf
は超電導フィラメントの径（ｍ）、ｄb は超電導フィラ
メント群の径（ｍ）、Ｊc は超電導フィラメントの臨界
電流密度（Ａ／ｍ2 ）、Ｊcbは超電導フィラメント群の
臨界電流密度（Ａ／ｍ2 ）、μo は真空の透磁率（Ｈ／
ｍ）、ｄＨ／ｄｔは磁界の変化速度（Ａ／ｍ／ｓｅ
ｃ））また、本発明（請求項２）は、金属マトリクス
と、この金属マトリクス中に埋設された複数本の超電導
フィラメントとを具備する交流用酸化物超電導テープ線
材であって、前記超電導フィラメントに、下記式を満た
すツイストピッチＬp でツイストを施したことを特徴と
する交流用酸化物超電導線材を提供する。
【００１６】２Ｌc1＜Ｌp ≦２Ｌc2 Ｌc1＝２｛（２ρ・ｄft・Ｊc ）／（μo ・ｄＨ／ｄ
ｔ）｝1/2 Ｌc2＝２｛（２ρ・ｄbt・Ｊcb）／（μo ・ｄＨ／ｄ
ｔ）｝1/2 （式中、ρは金属マトリクスの比抵抗（Ω・ｍ）、ｄft
は超電導フィラメントの厚さ（ｍ）、ｄbtは超電導フィ
ラメント群の厚さ（ｍ）、Ｊc は超電導フィラメントの
臨界電流密度（Ａ／ｍ2 ）、Ｊcbは超電導フィラメント
群の臨界電流密度（Ａ／ｍ2 ）、μo は真空の透磁率
（Ｈ／ｍ）、ｄＨ／ｄｔは磁界の変化速度（Ａ／ｍ／ｓ
ｅｃ））更に、本発明（請求項３）は、酸化物超電導体
又はその前駆体の圧縮粉体からなる複数本の棒状体を、
マトリクス金属中に配置して、伸線加工を施す工程と、
該伸線加工を施した複合線材に熱処理を施す工程と、該
熱処理を施した複合線材にツイスト加工を施す工程と、
該ツイスト加工を施した複合線材を伸線加工または圧延
加工と熱処理とを繰り返して施す工程とを具備すること
を特徴とする交流用酸化物超電導線材（請求項１または
２）の製造方法を提供する。ここで、前駆体とは、後処
理により酸化物超電導体となり得るものを言う。
ｔ）｝1/2 Ｌc2＝２｛（２ρ・ｄbt・Ｊcb）／（μo ・ｄＨ／ｄ
ｔ）｝1/2 （式中、ρは金属マトリクスの比抵抗（Ω・ｍ）、ｄft
は超電導フィラメントの厚さ（ｍ）、ｄbtは超電導フィ
ラメント群の厚さ（ｍ）、Ｊc は超電導フィラメントの
臨界電流密度（Ａ／ｍ2 ）、Ｊcbは超電導フィラメント
群の臨界電流密度（Ａ／ｍ2 ）、μo は真空の透磁率
（Ｈ／ｍ）、ｄＨ／ｄｔは磁界の変化速度（Ａ／ｍ／ｓ
ｅｃ））更に、本発明（請求項３）は、酸化物超電導体
又はその前駆体の圧縮粉体からなる複数本の棒状体を、
マトリクス金属中に配置して、伸線加工を施す工程と、
該伸線加工を施した複合線材に熱処理を施す工程と、該
熱処理を施した複合線材にツイスト加工を施す工程と、
該ツイスト加工を施した複合線材を伸線加工または圧延
加工と熱処理とを繰り返して施す工程とを具備すること
を特徴とする交流用酸化物超電導線材（請求項１または
２）の製造方法を提供する。ここで、前駆体とは、後処
理により酸化物超電導体となり得るものを言う。
【００１７】更にまた、本発明（請求項４）は、中心部
材の周囲に、複数本の交流用酸化物超電導線材（請求項
１または請求項２）を、複数層にわたって配置してなる
交流用酸化物超電導ケーブルであって、前記Ｌp を、外
層にいくほど前記２Ｌc1に近く設定し、かつ内層にいく
ほど前記２Ｌc2に近く設定したことを特徴とする交流用
酸化物超電導ケーブルを提供する。
材の周囲に、複数本の交流用酸化物超電導線材（請求項
１または請求項２）を、複数層にわたって配置してなる
交流用酸化物超電導ケーブルであって、前記Ｌp を、外
層にいくほど前記２Ｌc1に近く設定し、かつ内層にいく
ほど前記２Ｌc2に近く設定したことを特徴とする交流用
酸化物超電導ケーブルを提供する。
【００１８】本発明の交流用酸化物超電導線材の特徴
は、超電導フィラメントのツイストピッチＬp を、式２
Ｌc1＜Ｌp ≦２Ｌc2を満たすようにしたことにあるが、
臨界電流が低下しない程度のピッチで、できるだけ２Ｌ
c1に近く設定することが望ましい。
は、超電導フィラメントのツイストピッチＬp を、式２
Ｌc1＜Ｌp ≦２Ｌc2を満たすようにしたことにあるが、
臨界電流が低下しない程度のピッチで、できるだけ２Ｌ
c1に近く設定することが望ましい。
【００１９】なお、Ｌp が２Ｌc1以下では、ツイストを
施すことが非常に困難となり、また、臨界電流が低下し
易くなる。一方、２Ｌc2を越えると、交流損失を低減す
るという本発明の効果を得ることが出来ない。
施すことが非常に困難となり、また、臨界電流が低下し
易くなる。一方、２Ｌc2を越えると、交流損失を低減す
るという本発明の効果を得ることが出来ない。
【００２０】本発明の交流用酸化物超電導線材に使用可
能な酸化物超電導体の種類は、特に限定されないが、好
ましいものとして、ビスマス系、イットリウム系、タリ
ウム系等の臨界温度の高い超電導体等を挙げることが出
来る。
能な酸化物超電導体の種類は、特に限定されないが、好
ましいものとして、ビスマス系、イットリウム系、タリ
ウム系等の臨界温度の高い超電導体等を挙げることが出
来る。
【００２１】また、本発明の交流用酸化物超電導線材に
使用可能な金属マトリクスとしては、銀、またはＡｇ−
Ａｕ、Ａｇ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｍｇなどの銀合金等を挙げる
ことができる。
使用可能な金属マトリクスとしては、銀、またはＡｇ−
Ａｕ、Ａｇ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｍｇなどの銀合金等を挙げる
ことができる。
【００２２】更に、本発明の交流用酸化物超電導ケーブ
ルに使用可能な中心部材としては、ステンレス製やアル
ミニウム製の可とう性のある中空部材等を挙げることが
できる。
ルに使用可能な中心部材としては、ステンレス製やアル
ミニウム製の可とう性のある中空部材等を挙げることが
できる。
【００２３】また、本発明の交流用酸化物超電導ケーブ
ルにおいて、各層の電流密度を一様にするために、各層
間に絶縁材を介在させることが好ましく、そのような絶
縁材として、ポリイミド系のフィルム等を挙げることが
できる。
ルにおいて、各層の電流密度を一様にするために、各層
間に絶縁材を介在させることが好ましく、そのような絶
縁材として、ポリイミド系のフィルム等を挙げることが
できる。
【００２４】以上のように構成される本発明の交流用酸
化物超電導線材によれば、酸化物超電導線材の超電導フ
ィラメントのツイストピッチを所定範囲内としているの
で、ツイストを容易に施すことができるとともに、臨界
電流の低下を抑えつつ、交流損失を低減することが可能
である。
化物超電導線材によれば、酸化物超電導線材の超電導フ
ィラメントのツイストピッチを所定範囲内としているの
で、ツイストを容易に施すことができるとともに、臨界
電流の低下を抑えつつ、交流損失を低減することが可能
である。
【００２５】また、本発明の交流用酸化物超電導線材の
製造方法によれば、ツイスト加工を施す前に加熱処理を
施しているので、酸化物超電導線材に小ピッチのツイス
トを施した際の臨界電流の低下を抑えることが可能であ
る。
製造方法によれば、ツイスト加工を施す前に加熱処理を
施しているので、酸化物超電導線材に小ピッチのツイス
トを施した際の臨界電流の低下を抑えることが可能であ
る。
【００２６】さらに、本発明の交流用酸化物超電導ケー
ブルによると、ケーブルの定格通電時において各層の線
材の交流損失が等しくなるようにツイストピッチを選択
した交流用酸化物超電導線材を用いているので、各層の
通電電流が偏流するのを抑制し、異常な交流損失の増大
を防止することができる。
ブルによると、ケーブルの定格通電時において各層の線
材の交流損失が等しくなるようにツイストピッチを選択
した交流用酸化物超電導線材を用いているので、各層の
通電電流が偏流するのを抑制し、異常な交流損失の増大
を防止することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形
態に係る酸化物超電導丸線材を示す図であり、図１
（ａ）は、断面構造を示し、図１（ｂ）は、酸化物超電
導丸線材の内の１本の超電導フィラメントのツイスト状
態を示している。
に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形
態に係る酸化物超電導丸線材を示す図であり、図１
（ａ）は、断面構造を示し、図１（ｂ）は、酸化物超電
導丸線材の内の１本の超電導フィラメントのツイスト状
態を示している。
【００２８】図１において、超電導フィラメント１は、
酸化物超電導体からなり、その複数本を、銀等よりなる
金属マトリクス２中に埋め込むことにより、酸化物超電
導体が構成されている。そして、金属マトリクス２に埋
め込まれている各超電導フィラメント１は、所定のピッ
チＬp でツイストが施されている。この酸化物超電導丸
線材の臨界長さＬc は、下記式で与えられる。
酸化物超電導体からなり、その複数本を、銀等よりなる
金属マトリクス２中に埋め込むことにより、酸化物超電
導体が構成されている。そして、金属マトリクス２に埋
め込まれている各超電導フィラメント１は、所定のピッ
チＬp でツイストが施されている。この酸化物超電導丸
線材の臨界長さＬc は、下記式で与えられる。
【００２９】Ｌc ＝２｛（２ρ・ｄf ・Ｊc ）／（μo
・ｄＨ／ｄｔ）｝1/2一方、このような超電導線材にお
いては、マトリクス比（超電導フィラメントの体積を１
としたときの金属マトリクスの体積比）を小さくするほ
ど臨界電流を大きくすることができ、また、フィラメン
ト径を小さくするほど交流損失が小さくなることが知ら
れている。そこで、マトリクス比を小さくしながら、フ
ィラメント径を小さくし、その分、超電導フィラメント
の本数を多くすると、超電導フィラメント同士の間隔が
小さくなる。そのような線材に伸線加工や熱処理を施す
と、超電導フィラメントが変形して、部分的に超電導フ
ィラメント同士が非常に接近したり、接触したりする。
これは、外部磁界中で電磁気的にフィラメントが結合し
易い部分とそうでない部分をつくり、超電導フィラメン
トの径が実質的に大きくなって、等価的なフィラメント
径ｄeff が実際のフィラメント径ｄf よりも大きくなる
こと、等価的な臨界電流密度ＪceffがフィラメントのＪ
c よりも小さくなることに相当する。その結果、等価的
な臨界長さＬceffが大きくなって、下記式に示すように
なるＬceff＝２｛（２ρｄeff ・Ｊceff）／（μo ・ｄ
Ｈ／ｄｔ）｝1/2 等価的なフィラメント径ｄeff は、超電導フィラメント
１の実際のフィラメント径ｄf と超電導フィラメント群
の径ｄb の間の値となる。また、ＪceffがＪcとＪcbの
間の値となる。したがって、等価的な臨界長さＬ
ceffは、次のＬc1とＬc2の間の値となる。
・ｄＨ／ｄｔ）｝1/2一方、このような超電導線材にお
いては、マトリクス比（超電導フィラメントの体積を１
としたときの金属マトリクスの体積比）を小さくするほ
ど臨界電流を大きくすることができ、また、フィラメン
ト径を小さくするほど交流損失が小さくなることが知ら
れている。そこで、マトリクス比を小さくしながら、フ
ィラメント径を小さくし、その分、超電導フィラメント
の本数を多くすると、超電導フィラメント同士の間隔が
小さくなる。そのような線材に伸線加工や熱処理を施す
と、超電導フィラメントが変形して、部分的に超電導フ
ィラメント同士が非常に接近したり、接触したりする。
これは、外部磁界中で電磁気的にフィラメントが結合し
易い部分とそうでない部分をつくり、超電導フィラメン
トの径が実質的に大きくなって、等価的なフィラメント
径ｄeff が実際のフィラメント径ｄf よりも大きくなる
こと、等価的な臨界電流密度ＪceffがフィラメントのＪ
c よりも小さくなることに相当する。その結果、等価的
な臨界長さＬceffが大きくなって、下記式に示すように
なるＬceff＝２｛（２ρｄeff ・Ｊceff）／（μo ・ｄ
Ｈ／ｄｔ）｝1/2 等価的なフィラメント径ｄeff は、超電導フィラメント
１の実際のフィラメント径ｄf と超電導フィラメント群
の径ｄb の間の値となる。また、ＪceffがＪcとＪcbの
間の値となる。したがって、等価的な臨界長さＬ
ceffは、次のＬc1とＬc2の間の値となる。
【００３０】Ｌc1＝２｛（２ρ・ｄf ・Ｊc ）／（μo
・ｄＨ／ｄｔ）｝1/2 Ｌc2＝２｛（２ρ・ｄb ・Ｊcb）／（μo ・ｄＨ／ｄ
ｔ）｝1/2 ただし、ｄb は超電導フィラメント群の径（ｍ）、Ｊcb
は超電導フィラメント群の臨界電流密度（Ａ／ｍ2 ）で
ある。
・ｄＨ／ｄｔ）｝1/2 Ｌc2＝２｛（２ρ・ｄb ・Ｊcb）／（μo ・ｄＨ／ｄ
ｔ）｝1/2 ただし、ｄb は超電導フィラメント群の径（ｍ）、Ｊcb
は超電導フィラメント群の臨界電流密度（Ａ／ｍ2 ）で
ある。
【００３１】上記式に示すように、Ｌc1およびＬc2は、
線材が使用される磁界の変化速度を考慮して求められる
ものである。なお、超電導フィラメント１の径ｄf は、
実測してもよいが、下記式によっても与えられる。
線材が使用される磁界の変化速度を考慮して求められる
ものである。なお、超電導フィラメント１の径ｄf は、
実測してもよいが、下記式によっても与えられる。
【００３２】ｄf ＝ｄ／｛（１＋λ）Ｎ｝1/2 （式中、ｄは線材の外径（ｍ）、λはマトリクス比、Ｎ
は超電導フィラメント１の本数を示す。）また、臨界電
流密度Ｊc は、下記式により与えられる。
は超電導フィラメント１の本数を示す。）また、臨界電
流密度Ｊc は、下記式により与えられる。
【００３３】Ｊc ＝Ｉc （１＋λ）／（πｄ2 ／４） （式中、Ｉc は線材の臨界電流（Ａ）である。） そしてまた、超電導フィラメント群の臨界電流密度Ｊcb
は、下記式により与えられる。
は、下記式により与えられる。
【００３４】Ｊcb＝Ｉc ／（πｄb 2 ／４） 図２は、本発明の他の実施形態に係る酸化物超電導テー
プ線材を示す図である。このような酸化物超電導テープ
線材においても、超電導フィラメント１にピッチＬp で
ツイストが施されている。この場合、超電導フィラメン
ト１の径ｄf の代わりに、その線材に印加される磁場に
面した超電導フィラメント１の厚さｄftを用いる。ま
た、超電導フィラメント群ｄb の径の代わりに、その線
材に印加される磁場に面した超電導フィラメント群の厚
さｄbtを用いる。
プ線材を示す図である。このような酸化物超電導テープ
線材においても、超電導フィラメント１にピッチＬp で
ツイストが施されている。この場合、超電導フィラメン
ト１の径ｄf の代わりに、その線材に印加される磁場に
面した超電導フィラメント１の厚さｄftを用いる。ま
た、超電導フィラメント群ｄb の径の代わりに、その線
材に印加される磁場に面した超電導フィラメント群の厚
さｄbtを用いる。
【００３５】そして、超電導フィラメントの厚さｄ
ftは、テープ線材が丸線材を圧延や伸線して成形される
関係上、線材内の各超電導フィラメント１でばらつきが
出るため、平均的な値を式を用いて求める。
ftは、テープ線材が丸線材を圧延や伸線して成形される
関係上、線材内の各超電導フィラメント１でばらつきが
出るため、平均的な値を式を用いて求める。
【００３６】本願発明において、線材超電導フィラメン
トおよび超電導フィラメント群の厚さとは、ツイストピ
ッチの方向（臨界長さの方向、線材の長さ方向）と使用
時に加わる変動磁界の方向とを含む面に対して直交する
方向に計測した寸法を言う（図１，２，７〜９参照）。
トおよび超電導フィラメント群の厚さとは、ツイストピ
ッチの方向（臨界長さの方向、線材の長さ方向）と使用
時に加わる変動磁界の方向とを含む面に対して直交する
方向に計測した寸法を言う（図１，２，７〜９参照）。
【００３７】超電導フィラメント１の厚さｄftは、下記
式により与えられる。 ｄft＝ｔ／｛（１＋λ）Ｎ｝1/2 （式中、ｔは線材の厚さ（ｍ）である。） また、臨界電流密度Ｊc は、下記式により与えられる。
式により与えられる。 ｄft＝ｔ／｛（１＋λ）Ｎ｝1/2 （式中、ｔは線材の厚さ（ｍ）である。） また、臨界電流密度Ｊc は、下記式により与えられる。
【００３８】Ｊc ＝Ｉc （１＋λ）／ｔｗ （式中、ｗは線材の幅（ｍ）である。） 更に、超電導フィラメント群の臨界電流密度Ｊcbは、下
記式により与えられる。
記式により与えられる。
【００３９】Ｊcb＝Ｉc ／ｄbtｄbw （式中、ｄbt，ｄbwは、それぞれ超電導フィラメント群
の厚さ及び幅である。） なお、超電導フィラメント群の径および厚さは、以下の
ようにして求めることができる。
の厚さ及び幅である。） なお、超電導フィラメント群の径および厚さは、以下の
ようにして求めることができる。
【００４０】（１）線材の断面をとって実測する。 一方の超電導フィラメントと、これと１８０°回転対象
の位置にある超電導フィラメントの外側間の距離を、群
の径および厚さとする（図１（ａ），図２（ａ）参
照）。
の位置にある超電導フィラメントの外側間の距離を、群
の径および厚さとする（図１（ａ），図２（ａ）参
照）。
【００４１】超電導フィラメント群の厚さは、線材の長
さ方向と直交する断面中、最も厚い部分で実測した値を
用いる。その理由は、厚い部分が錯交する磁束が最も多
く、線材の交流損失の大きさには、この部分の影響が最
も大であるからである。
さ方向と直交する断面中、最も厚い部分で実測した値を
用いる。その理由は、厚い部分が錯交する磁束が最も多
く、線材の交流損失の大きさには、この部分の影響が最
も大であるからである。
【００４２】（２）計算により算出する。 ここで丸線材を例にとって説明する。交流用酸化物超電
導線材を製造する際に最後に用いた管の外径寸法（Ｄ
0 ）で、その中に納められた線材の集合体の外径Ｄi を
除した値に、最終線材の外径ｄをかけることにより算出
する。ｄb ＝ｄ×Ｄi ／Ｄ0なお、納められた線材の集
合体の外径Ｄi の代わりに、最後に用いた管の内径（直
径）を用いて概算することもできる。
導線材を製造する際に最後に用いた管の外径寸法（Ｄ
0 ）で、その中に納められた線材の集合体の外径Ｄi を
除した値に、最終線材の外径ｄをかけることにより算出
する。ｄb ＝ｄ×Ｄi ／Ｄ0なお、納められた線材の集
合体の外径Ｄi の代わりに、最後に用いた管の内径（直
径）を用いて概算することもできる。
【００４３】
実施例１ （Ｂｉ＋Ｐｂ）：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２：２：３の
組成に調製された酸化物超電導体の圧縮混合粉体を外径
１０ｍｍの棒状に成形し、内径１０．５ｍｍ、外径１５
ｍｍの銀管に挿入し、複合体を得た。この複合体を伸線
機によって対辺寸法２．０ｍｍの六角線材に加工した。
この六角線材１９本を内径１１ｍｍ、外径１５ｍｍの銀
管に挿入し、線径１．５ｍｍまで伸線加工を施した。
組成に調製された酸化物超電導体の圧縮混合粉体を外径
１０ｍｍの棒状に成形し、内径１０．５ｍｍ、外径１５
ｍｍの銀管に挿入し、複合体を得た。この複合体を伸線
機によって対辺寸法２．０ｍｍの六角線材に加工した。
この六角線材１９本を内径１１ｍｍ、外径１５ｍｍの銀
管に挿入し、線径１．５ｍｍまで伸線加工を施した。
【００４４】次いで、３００℃×１時間の熱処理を施し
た後、３ｍｍ〜９０ｍｍのピッチでツイスト加工を施し
た。その後、圧延または伸線と熱処理を繰り返し、厚さ
０．２４ｍｍ，幅３．３ｍｍのテープ線材と、外径１ｍ
ｍの丸線材とに加工した。この時のテープ線材のフィラ
メント厚さは２６μｍであり、丸線材のフィラメント径
は１１０μｍであった。また、銀比は３．５であり、最
終的なツイストピッチは７ｍｍ〜２００ｍｍとなった。
た後、３ｍｍ〜９０ｍｍのピッチでツイスト加工を施し
た。その後、圧延または伸線と熱処理を繰り返し、厚さ
０．２４ｍｍ，幅３．３ｍｍのテープ線材と、外径１ｍ
ｍの丸線材とに加工した。この時のテープ線材のフィラ
メント厚さは２６μｍであり、丸線材のフィラメント径
は１１０μｍであった。また、銀比は３．５であり、最
終的なツイストピッチは７ｍｍ〜２００ｍｍとなった。
【００４５】実施例２ 中心部材に実施例１で示した手順で作製した、複数本の
酸化物超電導テープ線３を、複数層にわたって巻き付け
て、交流用酸化物超電導ケーブルを作製した。即ち、図
３に示すように、外径３０ｍｍφの中心部材４に、酸化
物超電導テープ３を、各層間に厚さ０．３５ｍｍの絶縁
材５を介在させて、螺旋状に５層巻き付け、外径３５．
２ｍｍφの酸化物超電導ケーブルを作製した。
酸化物超電導テープ線３を、複数層にわたって巻き付け
て、交流用酸化物超電導ケーブルを作製した。即ち、図
３に示すように、外径３０ｍｍφの中心部材４に、酸化
物超電導テープ３を、各層間に厚さ０．３５ｍｍの絶縁
材５を介在させて、螺旋状に５層巻き付け、外径３５．
２ｍｍφの酸化物超電導ケーブルを作製した。
【００４６】この酸化物超電導ケーブルでは、最内層の
１層目から最外層の５層目まで、順に２９，３０，３
１，３２，３３枚の酸化物超電導テープ３が配置されて
おり、合計１５５枚のテープ線３を使用した。ケーブル
の臨界電流をテープ線の臨界電流の本数倍で見積もる
と、２３２５Ａとなる。このケーブルの定格交流通電電
流（５０Ｈｚ）をピーク値１０００Ａに設定し、定格通
電時の磁場計算を各素線の通電電流が同じ場合（各層の
通電電流密度が同じ場合）について行った。求めた各層
の酸化物超電導テープ３に印加される平均的な磁場変化
速度から、それぞれのテープに対するＬc1とＬc2を求め
た。
１層目から最外層の５層目まで、順に２９，３０，３
１，３２，３３枚の酸化物超電導テープ３が配置されて
おり、合計１５５枚のテープ線３を使用した。ケーブル
の臨界電流をテープ線の臨界電流の本数倍で見積もる
と、２３２５Ａとなる。このケーブルの定格交流通電電
流（５０Ｈｚ）をピーク値１０００Ａに設定し、定格通
電時の磁場計算を各素線の通電電流が同じ場合（各層の
通電電流密度が同じ場合）について行った。求めた各層
の酸化物超電導テープ３に印加される平均的な磁場変化
速度から、それぞれのテープに対するＬc1とＬc2を求め
た。
【００４７】各層のテープ線材の超電導フィラメントの
電磁気的結合状態を調節し、それらの交流損失が等しく
なるように各層のテープのツイストピッチを最内層の１
層目から最外層の５層目まで順に、４４ｍｍ，２３ｍ
ｍ，１６ｍｍ，１２ｍｍ，９ｍｍに設定した。これらの
ツイストピッチは、外層ほど２Ｌc1に近く、かつ内層ほ
ど２Ｌc2に近くなるように設定されている。
電磁気的結合状態を調節し、それらの交流損失が等しく
なるように各層のテープのツイストピッチを最内層の１
層目から最外層の５層目まで順に、４４ｍｍ，２３ｍ
ｍ，１６ｍｍ，１２ｍｍ，９ｍｍに設定した。これらの
ツイストピッチは、外層ほど２Ｌc1に近く、かつ内層ほ
ど２Ｌc2に近くなるように設定されている。
【００４８】従来例 （Ｂｉ＋Ｐｂ）：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２：２：３の
組成に調製された酸化物超電導体の圧縮混合粉体を、外
径１０ｍｍの棒状に成形し、内径１０．５ｍｍ、外径１
５ｍｍの銀管に挿入し、複合体を得た。この複合体を伸
線機によって対辺寸法２．０ｍｍの六角線材に加工し
た。この六角線材１９本を、内径１１ｍｍ、外径１５ｍ
ｍの銀管に挿入し、線径１．５ｍｍまで伸線加工を施し
た。
組成に調製された酸化物超電導体の圧縮混合粉体を、外
径１０ｍｍの棒状に成形し、内径１０．５ｍｍ、外径１
５ｍｍの銀管に挿入し、複合体を得た。この複合体を伸
線機によって対辺寸法２．０ｍｍの六角線材に加工し
た。この六角線材１９本を、内径１１ｍｍ、外径１５ｍ
ｍの銀管に挿入し、線径１．５ｍｍまで伸線加工を施し
た。
【００４９】その後、圧延または伸線と熱処理を繰り返
し、厚さ０．２４ｍｍ，幅３．３ｍｍのテープ線材と、
外径１ｍｍの丸線材とに加工した。この時のテープ線材
のフィラメント厚さは２６μｍ、丸線材のフィラメント
径は１１０μｍ、銀比は３．５であった。
し、厚さ０．２４ｍｍ，幅３．３ｍｍのテープ線材と、
外径１ｍｍの丸線材とに加工した。この時のテープ線材
のフィラメント厚さは２６μｍ、丸線材のフィラメント
径は１１０μｍ、銀比は３．５であった。
【００５０】比較例 （Ｂｉ＋Ｐｂ）：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２：２：３の
組成に調製された酸化物超電導体の圧縮混合粉体を、外
径１０ｍｍの棒状に成形し、内径１０．５ｍｍ、外径１
５ｍｍの銀管に挿入し、複合体を得た。この複合体を伸
線機によって対辺寸法２．０ｍｍの六角線材に加工し
た。この六角線材１９本を、内径１１ｍｍ、外径１５ｍ
ｍの銀管に挿入し、線径１．５ｍｍまで伸線加工を施し
た。次いで、熱処理なしで、３ｍｍ〜９０ｍｍのピッチ
でツイスト加工を施した。
組成に調製された酸化物超電導体の圧縮混合粉体を、外
径１０ｍｍの棒状に成形し、内径１０．５ｍｍ、外径１
５ｍｍの銀管に挿入し、複合体を得た。この複合体を伸
線機によって対辺寸法２．０ｍｍの六角線材に加工し
た。この六角線材１９本を、内径１１ｍｍ、外径１５ｍ
ｍの銀管に挿入し、線径１．５ｍｍまで伸線加工を施し
た。次いで、熱処理なしで、３ｍｍ〜９０ｍｍのピッチ
でツイスト加工を施した。
【００５１】その後、圧延または伸線と熱処理を繰り返
し、厚さ０．２４ｍｍ，幅３．３ｍｍのテープ線材と、
外径１ｍｍの丸線材とに加工した。この時のテープ線材
のフィラメント厚さは２６μｍで、丸線材のフィラメン
ト径は１１０μｍであった。また、銀比は３．５であ
り、最終的なツイストピッチは７ｍｍ〜２００ｍｍとな
った。
し、厚さ０．２４ｍｍ，幅３．３ｍｍのテープ線材と、
外径１ｍｍの丸線材とに加工した。この時のテープ線材
のフィラメント厚さは２６μｍで、丸線材のフィラメン
ト径は１１０μｍであった。また、銀比は３．５であ
り、最終的なツイストピッチは７ｍｍ〜２００ｍｍとな
った。
【００５２】作製した線材の交流損失を磁化法を用いて
測定した。測定条件は、磁場振幅を３０ｍＴに固定し、
周波数を変えることによって、磁場変化速度μo ・ｄＨ
／ｄｔを変化させた。サンプルは、長さ４０ｍｍの線材
を７５本束ねたもので、線材間は絶縁すると共に、サン
プルの端部は超電導フィラメント同士の接触がないよう
に研磨した。なお、変動磁場は線材長手方向に対して垂
直に印加し、テープ線材の幅広面に対して平行に印加し
た。一方、臨界電流（自己磁場、７７Ｋ）を４端子法で
測定した。また、臨界電流は電圧タップ間に１μＶ／ｃ
ｍの電圧が発生したときの電流値で定義した。
測定した。測定条件は、磁場振幅を３０ｍＴに固定し、
周波数を変えることによって、磁場変化速度μo ・ｄＨ
／ｄｔを変化させた。サンプルは、長さ４０ｍｍの線材
を７５本束ねたもので、線材間は絶縁すると共に、サン
プルの端部は超電導フィラメント同士の接触がないよう
に研磨した。なお、変動磁場は線材長手方向に対して垂
直に印加し、テープ線材の幅広面に対して平行に印加し
た。一方、臨界電流（自己磁場、７７Ｋ）を４端子法で
測定した。また、臨界電流は電圧タップ間に１μＶ／ｃ
ｍの電圧が発生したときの電流値で定義した。
【００５３】図４に、実施例のテープ線材の交流損失の
ツイストピッチ依存性を、従来例の交流損失で規格化し
て示す。図４において、点線Ａはμo ・ｄＨ／ｄｔ＝１
Ｔ／ｓにおける２Ｌc1、点線Ｂはμo ・ｄＨ／ｄｔ＝１
Ｔ／ｓにおける２Ｌc2、実線Ｃはμo ・ｄＨ／ｄｔ＝
０．１Ｔ／ｓにおける２Ｌc1、実線Ｄはμo ・ｄＨ／ｄ
ｔ＝０．１Ｔ／ｓにおける２Ｌc2をそれぞれ示してい
る。
ツイストピッチ依存性を、従来例の交流損失で規格化し
て示す。図４において、点線Ａはμo ・ｄＨ／ｄｔ＝１
Ｔ／ｓにおける２Ｌc1、点線Ｂはμo ・ｄＨ／ｄｔ＝１
Ｔ／ｓにおける２Ｌc2、実線Ｃはμo ・ｄＨ／ｄｔ＝
０．１Ｔ／ｓにおける２Ｌc1、実線Ｄはμo ・ｄＨ／ｄ
ｔ＝０．１Ｔ／ｓにおける２Ｌc2をそれぞれ示してい
る。
【００５４】なお、２Ｌc1、２Ｌc2は、以下のようなテ
ープ線材の各パラメーターの計算結果を基に求めた。 Ｊc ＝１５×｛１／（０．２４×３．３×１０-6）｝×（１＋３．５） ＝８５．２×１０6 ［Ａ／ｍ2 ］ ｄf ＝２６×１０-6［ｍ］ λb ＝（１５2 −１０．５2 ）／１０2 ＝１．１４８ Ｊcb＝１５×｛１／（０．２４×３．３×１０-6）｝×（１＋１．１４８） ＝４０．７×１０6 ［Ａ／ｍ2 ］ ρ＝２．５×１０-9（Ω・ｍ） （７７Ｋにおける銀の比抵抗） ｄf ＝ｔ／｛（１＋λ）Ｎ｝1/2 ＝０．２４×１０-3／｛（１＋３．５）×１９｝1/2 ＝２．６×１０-5ｍ＝２６μｍ なお、λb は、フィラメント群の面積を１としたときの
マトリクス部分の面積を示す。
ープ線材の各パラメーターの計算結果を基に求めた。 Ｊc ＝１５×｛１／（０．２４×３．３×１０-6）｝×（１＋３．５） ＝８５．２×１０6 ［Ａ／ｍ2 ］ ｄf ＝２６×１０-6［ｍ］ λb ＝（１５2 −１０．５2 ）／１０2 ＝１．１４８ Ｊcb＝１５×｛１／（０．２４×３．３×１０-6）｝×（１＋１．１４８） ＝４０．７×１０6 ［Ａ／ｍ2 ］ ρ＝２．５×１０-9（Ω・ｍ） （７７Ｋにおける銀の比抵抗） ｄf ＝ｔ／｛（１＋λ）Ｎ｝1/2 ＝０．２４×１０-3／｛（１＋３．５）×１９｝1/2 ＝２．６×１０-5ｍ＝２６μｍ なお、λb は、フィラメント群の面積を１としたときの
マトリクス部分の面積を示す。
【００５５】これらのパラメータを下記式に代入するこ
とにより、臨界長さＬc を求めることができる。 Ｌc ＝２｛（２ρ・ｄf ・Ｊc ）／（μo ・ｄＨ／ｄ
ｔ）｝1/2 （１）μo ・ｄＨ／ｄｔ＝１Ｔ／ｓにおける２Ｌc1は、
０．０１３３図４において、点線Ａで示される。
とにより、臨界長さＬc を求めることができる。 Ｌc ＝２｛（２ρ・ｄf ・Ｊc ）／（μo ・ｄＨ／ｄ
ｔ）｝1/2 （１）μo ・ｄＨ／ｄｔ＝１Ｔ／ｓにおける２Ｌc1は、
０．０１３３図４において、点線Ａで示される。
【００５６】（２）μo ・ｄＨ／ｄｔ＝１Ｔ／ｓにおけ
る２Ｌc2は、０．０２２８ 図４において、点線Ｂで示される。 （３）μo ・ｄＨ／ｄｔ＝０．１Ｔ／ｓにおける２Ｌc1
は、０．０４２ 図４において、実線Ｃで示される。
る２Ｌc2は、０．０２２８ 図４において、点線Ｂで示される。 （３）μo ・ｄＨ／ｄｔ＝０．１Ｔ／ｓにおける２Ｌc1
は、０．０４２ 図４において、実線Ｃで示される。
【００５７】（４）μo ・ｄＨ／ｄｔ＝０．１Ｔ／ｓに
おける２Ｌc2は、０．０７２ 図４において、実線Ｄで示される。図４から明らかなよ
うに、μo ・ｄＨ／ｄｔ＝１Ｔ／ｓのときも、μo ・ｄ
Ｈ／ｄｔ＝０．１Ｔ／ｓのときも、２Ｌc1＜Ｌp ＜２Ｌ
c2の領域でツイストピッチが小さくなるほど交流損失が
小さくなっている。また、磁場変化速度μo ・ｄＨ／ｄ
ｔが大きくなるほど、Ｌc1，Ｌc2が小さくなる側にシフ
トするので、フィラメントの電磁的結合が顕著となり、
交流損失が増大しているのが分かる。このように、Ｌc1
の２倍より大きいツイストピッチであっても、Ｌc2の２
倍以下のピッチであれば、フィラメントの電磁的結合に
よる交流損失の増大を抑制することができる。
おける２Ｌc2は、０．０７２ 図４において、実線Ｄで示される。図４から明らかなよ
うに、μo ・ｄＨ／ｄｔ＝１Ｔ／ｓのときも、μo ・ｄ
Ｈ／ｄｔ＝０．１Ｔ／ｓのときも、２Ｌc1＜Ｌp ＜２Ｌ
c2の領域でツイストピッチが小さくなるほど交流損失が
小さくなっている。また、磁場変化速度μo ・ｄＨ／ｄ
ｔが大きくなるほど、Ｌc1，Ｌc2が小さくなる側にシフ
トするので、フィラメントの電磁的結合が顕著となり、
交流損失が増大しているのが分かる。このように、Ｌc1
の２倍より大きいツイストピッチであっても、Ｌc2の２
倍以下のピッチであれば、フィラメントの電磁的結合に
よる交流損失の増大を抑制することができる。
【００５８】以上の交流損失の低域効果は、丸線材にお
いても同様に確認された。次に、図５に、実施例と比較
例における臨界電流のツイストピッチ依存性を、それぞ
れのツイストを施さない場合の臨界電流で規格化して示
す。なお、ツイストを施さない状態での臨界電流は、実
施例のテープ線材が１５Ａ、実施例の丸線材が５Ａで、
比較例のテープ線材と丸線材の臨界電流もそれらとほぼ
同じであった。
いても同様に確認された。次に、図５に、実施例と比較
例における臨界電流のツイストピッチ依存性を、それぞ
れのツイストを施さない場合の臨界電流で規格化して示
す。なお、ツイストを施さない状態での臨界電流は、実
施例のテープ線材が１５Ａ、実施例の丸線材が５Ａで、
比較例のテープ線材と丸線材の臨界電流もそれらとほぼ
同じであった。
【００５９】図５から明らかなように、実施例のテープ
線材においては、ツイストピッチが小さくなっても臨界
電流の低下はほとんどなく、ほぼ一定である。それに対
して、比較例のテープ線材においては、ピッチが約２０
ｍｍ以下の領域では、ツイストピッチが小さくなるほど
臨界電流が小さくなっている。同様に、実施例における
丸線材の臨界電流も、ツイストピッチが小さい場合にお
いても臨界電流の低下がほとんどない。これに対して、
比較例の丸線材は、ピッチが約１５ｍｍ以下で臨界電流
の低下が生じている。このことから、ツイスト加工前の
適度な熱処理は、ツイスト加工性を向上させ、線材のツ
イストによる臨界電流の低下を抑制していることが分か
る。
線材においては、ツイストピッチが小さくなっても臨界
電流の低下はほとんどなく、ほぼ一定である。それに対
して、比較例のテープ線材においては、ピッチが約２０
ｍｍ以下の領域では、ツイストピッチが小さくなるほど
臨界電流が小さくなっている。同様に、実施例における
丸線材の臨界電流も、ツイストピッチが小さい場合にお
いても臨界電流の低下がほとんどない。これに対して、
比較例の丸線材は、ピッチが約１５ｍｍ以下で臨界電流
の低下が生じている。このことから、ツイスト加工前の
適度な熱処理は、ツイスト加工性を向上させ、線材のツ
イストによる臨界電流の低下を抑制していることが分か
る。
【００６０】なお、ツイスト加工前の熱処理の温度及び
時間として、上記実施例では、それぞれ３００℃，１時
間としたが、必ずしもそれに限定されず、加熱温度は２
００℃〜４００℃、加熱時間は３時間以下の範囲で適宜
最適な温度及び時間を設定するのが望ましい。
時間として、上記実施例では、それぞれ３００℃，１時
間としたが、必ずしもそれに限定されず、加熱温度は２
００℃〜４００℃、加熱時間は３時間以下の範囲で適宜
最適な温度及び時間を設定するのが望ましい。
【００６１】一方、実施例２で示した酸化物超電導ケー
ブルの定格通電（１０００Ａ）時の交流損失をロックイ
ンアンプを用いた４端子法により測定した。ケーブルの
交流損失の測定値は、素線における通電損失と磁化損失
の計算値を、使用した素線の本数倍した値とほぼ一致し
た。これは、各層の交流損失がほぼ等しくなることによ
って各層における偏流が抑制されたため異常な交流損失
の増大が発生しなかったためであると考えられる。
ブルの定格通電（１０００Ａ）時の交流損失をロックイ
ンアンプを用いた４端子法により測定した。ケーブルの
交流損失の測定値は、素線における通電損失と磁化損失
の計算値を、使用した素線の本数倍した値とほぼ一致し
た。これは、各層の交流損失がほぼ等しくなることによ
って各層における偏流が抑制されたため異常な交流損失
の増大が発生しなかったためであると考えられる。
【００６２】実施例３ 中心部材に複数本の素線を絶縁材を介して複数層にわた
って巻き付けたケーブルの種々の例を図６〜図９に示
す。図６〜図９において、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断
面図、（ｃ），（ｄ）は線材１本を取り出して示す斜視
図である。なお、図６は、丸線材を用いた例、図７〜図
９は、テープ線材を用いた例をそれぞれ示す。また、図
中、Ｂは外部磁界（変動磁界の方向）、ｉは電流をそれ
ぞれ示す。
って巻き付けたケーブルの種々の例を図６〜図９に示
す。図６〜図９において、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断
面図、（ｃ），（ｄ）は線材１本を取り出して示す斜視
図である。なお、図６は、丸線材を用いた例、図７〜図
９は、テープ線材を用いた例をそれぞれ示す。また、図
中、Ｂは外部磁界（変動磁界の方向）、ｉは電流をそれ
ぞれ示す。
【００６３】図６は、円筒状の中心部材に複数本の丸棒
線材を複数層にわたって巻き付けたケーブル、図７は、
円筒状の中心部材に複数本のテープ線材を、テープの幅
広の面が中心部材に接するように、複数層にわたって巻
き付けたケーブル、図８は、円筒状の中心部材に複数本
のテープ線材を、テープの幅狭の面が中心部材に接する
ように、放射状に、複数層にわたって巻き付けたケーブ
ル、図９は、平板状の中心部材の周囲に、複数本のテー
プ線材を、複数層にわたって配置したケーブルをそれぞ
れ示す。なお、図９（ｃ）は、中心部材の上下面に配置
された１本のテープ線材を、図９（ｄ）は、中心部材の
側方に配置された１本のテープ線材をそれぞれ示す。
線材を複数層にわたって巻き付けたケーブル、図７は、
円筒状の中心部材に複数本のテープ線材を、テープの幅
広の面が中心部材に接するように、複数層にわたって巻
き付けたケーブル、図８は、円筒状の中心部材に複数本
のテープ線材を、テープの幅狭の面が中心部材に接する
ように、放射状に、複数層にわたって巻き付けたケーブ
ル、図９は、平板状の中心部材の周囲に、複数本のテー
プ線材を、複数層にわたって配置したケーブルをそれぞ
れ示す。なお、図９（ｃ）は、中心部材の上下面に配置
された１本のテープ線材を、図９（ｄ）は、中心部材の
側方に配置された１本のテープ線材をそれぞれ示す。
【００６４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の交流用酸
化物超電導線材によれば、酸化物超電導線材の超電導フ
ィラメントのツイストピッチを所定範囲内としているの
で、ツイストを容易に施すことができるとともに、臨界
電流の低下を抑えつつ、交流損失を低減することが可能
である。
化物超電導線材によれば、酸化物超電導線材の超電導フ
ィラメントのツイストピッチを所定範囲内としているの
で、ツイストを容易に施すことができるとともに、臨界
電流の低下を抑えつつ、交流損失を低減することが可能
である。
【００６５】また、本発明の交流用酸化物超電導線材の
製造方法によれば、ツイスト加工を施す前に加熱処理を
施すことにより、酸化物超電導線材に小ピッチのツイス
トを施した際の臨界電流の低下を抑えることが可能であ
る。
製造方法によれば、ツイスト加工を施す前に加熱処理を
施すことにより、酸化物超電導線材に小ピッチのツイス
トを施した際の臨界電流の低下を抑えることが可能であ
る。
【００６６】さらに、本発明の交流用酸化物超電導ケー
ブルによると、ケーブルの定格通電時において各層の線
材の交流損失が等しくなるようにツイストピッチを選択
した交流用酸化物超電導線材を用いているので、各層の
通電電流が偏流するのを抑制し、異常な交流損失の増大
を防止することができる。
ブルによると、ケーブルの定格通電時において各層の線
材の交流損失が等しくなるようにツイストピッチを選択
した交流用酸化物超電導線材を用いているので、各層の
通電電流が偏流するのを抑制し、異常な交流損失の増大
を防止することができる。
【図１】本発明の一実施形態に係る酸化物超電導丸線材
を示す図。
を示す図。
【図２】本発明の他の実施形態に係る酸化物超電導テー
プ線材を示す図。
プ線材を示す図。
【図３】本発明の更に他の実施形態に係る酸化物超電導
ケーブルを示す図。
ケーブルを示す図。
【図４】ツイストピッチに対する交流損失の変化を示す
特性図。
特性図。
【図５】ツイストピッチに対する臨界電流の変化を示す
特性図。
特性図。
【図６】本発明の酸化物超電導ケーブルの一例を示す
図。
図。
【図７】本発明の酸化物超電導ケーブルの一例を示す
図。
図。
【図８】本発明の酸化物超電導ケーブルの一例を示す
図。
図。
【図９】本発明の酸化物超電導ケーブルの一例を示す
図。
図。
【図１０】酸化物超電導線材の結合電流を説明する図。
１…超電導フィラメント ２…金属マトリクス ３…超電導テープ線材 ４…中心部材 ５…絶縁材
フロントページの続き (72)発明者 三村 正直 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 (72)発明者 石井 英雄 神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町４番１号 東京電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者 本庄 昇一 神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町４番１号 東京電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者 岩田 良浩 神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町４番１号 東京電力株式会社電力技術研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】 金属マトリクスと、この金属マトリクス
中に埋設された複数本の超電導フィラメントとを具備す
る交流用酸化物超電導丸線材であって、前記超電導フィ
ラメントに、下記式を満たすツイストピッチＬp でツイ
ストを施したことを特徴とする交流用酸化物超電導線
材。 ２Ｌc1＜Ｌp ≦２Ｌc2 Ｌc1＝２｛（２ρ・ｄf ・Ｊc ）／（μo ・ｄＨ／ｄ
ｔ）｝1/2 Ｌc2＝２｛（２ρ・ｄb ・Ｊcb）／（μo ・ｄＨ／ｄ
ｔ）｝1/2 （式中、ρは金属マトリクスの比抵抗（Ω・ｍ）、ｄf
は超電導フィラメントの径（ｍ）、ｄb は超電導フィラ
メント群の径（ｍ）、Ｊc は超電導フィラメントの臨界
電流密度（Ａ／ｍ2 ）、Ｊcbは超電導フィラメント群の
臨界電流密度（Ａ／ｍ2 ）、μo は真空の透磁率（Ｈ／
ｍ）、ｄＨ／ｄｔは磁界の変化速度（Ａ／ｍ／ｓｅ
ｃ）） - 【請求項２】 金属マトリクスと、この金属マトリクス
中に埋設された複数本の超電導フィラメントとを具備す
る交流用酸化物超電導テープ線材であって、前記超電導
フィラメントに、下記式を満たすツイストピッチＬp で
ツイストを施したことを特徴とする交流用酸化物超電導
線材。 ２Ｌc1＜Ｌp ≦２Ｌc2 Ｌc1＝２｛（２ρ・ｄft・Ｊc ）／（μo ・ｄＨ／ｄ
ｔ）｝1/2 Ｌc2＝２｛（２ρ・ｄbt・Ｊcb）／（μo ・ｄＨ／ｄ
ｔ）｝1/2 （式中、ρは金属マトリクスの比抵抗（Ω・ｍ）、ｄft
は超電導フィラメントの厚さ（ｍ）、ｄbtは超電導フィ
ラメント群の厚さ（ｍ）、Ｊc は超電導フィラメントの
臨界電流密度（Ａ／ｍ2 ）、Ｊcbは超電導フィラメント
群の臨界電流密度（Ａ／ｍ2 ）、μo は真空の透磁率
（Ｈ／ｍ）、ｄＨ／ｄｔは磁界の変化速度（Ａ／ｍ／ｓ
ｅｃ）） - 【請求項３】 酸化物超電導体又はその前駆体の圧縮粉
体からなる複数本の棒状体を、マトリクス金属中に配置
して、伸線加工を施す工程と、該伸線加工を施した複合
線材に熱処理を施す工程と、該熱処理を施した複合線材
にツイスト加工を施す工程と、該ツイスト加工を施した
複合線材を伸線加工または圧延加工と熱処理とを繰り返
して施す工程とを具備することを特徴とする、請求項１
または２に記載の交流用酸化物超電導線材の製造方法。 - 【請求項４】 中心部材の周囲に、複数本の、請求項１
または請求項２に記載の交流用酸化物超電導線材を、複
数層にわたって配置してなる交流用酸化物超電導ケーブ
ルであって、前記Ｌp を、外層にいくほど前記２Ｌc1に
近く設定し、かつ内層にいくほど前記２Ｌc2に近く設定
したことを特徴とする交流用酸化物超電導ケーブル。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11477597A JP3933253B2 (ja) | 1996-05-10 | 1997-05-02 | 交流用酸化物超電導線材及びケーブル |
| DE19719738A DE19719738B4 (de) | 1996-05-10 | 1997-05-09 | AC-Oxid-Supraleiterkabel und Verfahren zur Herstellung eines AC-Oxid-Supraleiterbanddrahtes und eines AC-Oxid-Supraleiterrunddrahts |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-140993 | 1996-05-10 | ||
| JP14099396 | 1996-05-10 | ||
| JP11477597A JP3933253B2 (ja) | 1996-05-10 | 1997-05-02 | 交流用酸化物超電導線材及びケーブル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1050153A true JPH1050153A (ja) | 1998-02-20 |
| JP3933253B2 JP3933253B2 (ja) | 2007-06-20 |
Family
ID=26453446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11477597A Expired - Lifetime JP3933253B2 (ja) | 1996-05-10 | 1997-05-02 | 交流用酸化物超電導線材及びケーブル |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3933253B2 (ja) |
| DE (1) | DE19719738B4 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003007150A (ja) * | 2001-06-25 | 2003-01-10 | Yokohama Tlo Co Ltd | 高温超電導線の交流損失低減法 |
| JP2004203703A (ja) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Chubu Electric Power Co Inc | Ｂｉ系酸化物超電導体 |
| JP2006331984A (ja) * | 2005-05-30 | 2006-12-07 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 放射状集合導体 |
| JP2009212028A (ja) * | 2008-03-06 | 2009-09-17 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 超電導電流リード |
| KR101026336B1 (ko) | 2003-04-10 | 2011-04-04 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | 초전도 케이블 |
| WO2011043376A1 (ja) * | 2009-10-07 | 2011-04-14 | 国立大学法人九州工業大学 | 超伝導ケーブル、及び交流送電ケーブル |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2524924T3 (es) | 2007-07-17 | 2014-12-15 | Nexans | Cable eléctrico supraconductor |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3474602B2 (ja) * | 1993-05-07 | 2003-12-08 | 住友電気工業株式会社 | 超電導導体 |
| JP3356852B2 (ja) * | 1993-08-02 | 2002-12-16 | 住友電気工業株式会社 | 酸化物超電導線材の製造方法 |
-
1997
- 1997-05-02 JP JP11477597A patent/JP3933253B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1997-05-09 DE DE19719738A patent/DE19719738B4/de not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003007150A (ja) * | 2001-06-25 | 2003-01-10 | Yokohama Tlo Co Ltd | 高温超電導線の交流損失低減法 |
| JP2004203703A (ja) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Chubu Electric Power Co Inc | Ｂｉ系酸化物超電導体 |
| KR101026336B1 (ko) | 2003-04-10 | 2011-04-04 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | 초전도 케이블 |
| JP2006331984A (ja) * | 2005-05-30 | 2006-12-07 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 放射状集合導体 |
| JP2009212028A (ja) * | 2008-03-06 | 2009-09-17 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 超電導電流リード |
| WO2011043376A1 (ja) * | 2009-10-07 | 2011-04-14 | 国立大学法人九州工業大学 | 超伝導ケーブル、及び交流送電ケーブル |
| CN102549678A (zh) * | 2009-10-07 | 2012-07-04 | 国立大学法人九州工业大学 | 超导电缆及交流输电电缆 |
| US8600465B2 (en) | 2009-10-07 | 2013-12-03 | Kyushu Institute Of Technology | Superconductor cable and AC power transmission cable |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19719738A1 (de) | 1997-11-13 |
| JP3933253B2 (ja) | 2007-06-20 |
| DE19719738B4 (de) | 2007-04-12 |
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