JPH1064347A - アルミニウム安定化超電導撚線 - Google Patents
アルミニウム安定化超電導撚線Info
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- JPH1064347A JPH1064347A JP8226198A JP22619896A JPH1064347A JP H1064347 A JPH1064347 A JP H1064347A JP 8226198 A JP8226198 A JP 8226198A JP 22619896 A JP22619896 A JP 22619896A JP H1064347 A JPH1064347 A JP H1064347A
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- 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
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 アルミニウムを安定化材に用いた大容量超電
導撚線に於いては、アルミニウムの極低温に於ける電気
抵抗が小さいために交流損失が大きく、また、アルミニ
ウムの表面が柔らかいために、製造時等において超電導
線に傷が付き易く、そのため絶縁破壊が起こり、大電流
を流すことが出来ないという問題があった。 【解決手段】 表皮がアルミニウムで構成される超電導
素線を複数本撚合わせてなる超電導撚線に於いて、超電
導素線のアルミニウム層上に表面硬度の大きなアルミニ
ウム酸化被膜層を０．１〜１０μｍ設けたことを特徴と
するものである。
導撚線に於いては、アルミニウムの極低温に於ける電気
抵抗が小さいために交流損失が大きく、また、アルミニ
ウムの表面が柔らかいために、製造時等において超電導
線に傷が付き易く、そのため絶縁破壊が起こり、大電流
を流すことが出来ないという問題があった。 【解決手段】 表皮がアルミニウムで構成される超電導
素線を複数本撚合わせてなる超電導撚線に於いて、超電
導素線のアルミニウム層上に表面硬度の大きなアルミニ
ウム酸化被膜層を０．１〜１０μｍ設けたことを特徴と
するものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は核融合、エネルギ−
貯蔵等大型超電導マグネット用大容量超電導ケ−ブルに
適した、充分な安定性と低い交流損失を有する安定化超
電導撚線の構造に関するものである。
貯蔵等大型超電導マグネット用大容量超電導ケ−ブルに
適した、充分な安定性と低い交流損失を有する安定化超
電導撚線の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に超電導体はそれ自体では不安定で
あるため、安定化金属と称される電気伝導度の高い金
属、例えば銅、アルミニウム、銀等が超電導体に接合さ
れた複合線の形で使用される。接合の方法としては押
出、伸線、ろう付等の方法がとられる。特に高純度のア
ルミニウムは、極低温での電気抵抗が小さくなる利点が
あり、安定化金属として用いられることが多い。
あるため、安定化金属と称される電気伝導度の高い金
属、例えば銅、アルミニウム、銀等が超電導体に接合さ
れた複合線の形で使用される。接合の方法としては押
出、伸線、ろう付等の方法がとられる。特に高純度のア
ルミニウムは、極低温での電気抵抗が小さくなる利点が
あり、安定化金属として用いられることが多い。
【０００３】一方、交流用の超電導素線は、素線のツイ
ストピッチを小さくすることで素線内の超電導体間に安
定化金属を介して流れる電流による交流損失を小さくす
るために線径を細くしてある。従って、大容量化のため
には所要本数の超電導線を撚合わせて超電導撚線とした
り、撚線を更に複数回撚合わせて多重撚線としたものを
ステンレス、チタンなどの金属管内に収容したケ−ブル
インコンジット構造、或いは巻線性の良い平角成形撚線
構造としたもの等が使用されている。
ストピッチを小さくすることで素線内の超電導体間に安
定化金属を介して流れる電流による交流損失を小さくす
るために線径を細くしてある。従って、大容量化のため
には所要本数の超電導線を撚合わせて超電導撚線とした
り、撚線を更に複数回撚合わせて多重撚線としたものを
ステンレス、チタンなどの金属管内に収容したケ−ブル
インコンジット構造、或いは巻線性の良い平角成形撚線
構造としたもの等が使用されている。
【０００４】このような撚線構造としたものは交流損失
は小さく出来るが、その反面、交流磁界下やパルス磁界
下では超電導素線間に電流が流れ、それが安定化金属内
を流れることで生じる素線間結合損失が発生する。特に
安定化材にアルミニウムを用いた場合は電気抵抗が小さ
いため、素線間の接触抵抗が低く素線間結合電流が流れ
やすくなり、素線間結合損失が大きくなる。この損失は
機器としての効率を下げるだけでなく、温度上昇も引き
起こし、ひいては超電導マグネットのクエンチにもつな
がる。このような現象を防止するため、特開平０８−０
１７２６３にあるように安定化材表面に有機絶縁物によ
る絶縁層を設け、超電導素線間を絶縁して素線間損失を
低減する試みがなされている。
は小さく出来るが、その反面、交流磁界下やパルス磁界
下では超電導素線間に電流が流れ、それが安定化金属内
を流れることで生じる素線間結合損失が発生する。特に
安定化材にアルミニウムを用いた場合は電気抵抗が小さ
いため、素線間の接触抵抗が低く素線間結合電流が流れ
やすくなり、素線間結合損失が大きくなる。この損失は
機器としての効率を下げるだけでなく、温度上昇も引き
起こし、ひいては超電導マグネットのクエンチにもつな
がる。このような現象を防止するため、特開平０８−０
１７２６３にあるように安定化材表面に有機絶縁物によ
る絶縁層を設け、超電導素線間を絶縁して素線間損失を
低減する試みがなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
０８−０１７２６３の開示例のような有機絶縁膜は電気
抵抗が大きすぎて、撚線にした場合、撚線を構成する素
線間の電流分布が不均一な場合に起こる電流の素線間再
配分がうまくゆかず、撚線の持つ本来の電流容量（素線
電流容量×素線数）通りに電流を流すことができない。
また、超電導マグネットがクエンチを起こすと通電電流
か一気に減衰するため、超電導マグネットに、Ｖ＝Ｌｄ
Ｉ／ｄｔ（Ｌはマグネットコイルの巻数）に相当する大
きな電圧Ｖが発生する。超電導体の表皮がアルミニウム
の場合には表面の機械強度が弱く、超電導体製造時やコ
イル巻時に表面に傷がつくことがあり、もし傷がつくと
前記クエンチ時の高圧がこの傷の箇所に電界集中を起こ
し、この電界集中によって生ずる放電により絶縁破壊や
導体破壊等を引き起こす危険性があった。
０８−０１７２６３の開示例のような有機絶縁膜は電気
抵抗が大きすぎて、撚線にした場合、撚線を構成する素
線間の電流分布が不均一な場合に起こる電流の素線間再
配分がうまくゆかず、撚線の持つ本来の電流容量（素線
電流容量×素線数）通りに電流を流すことができない。
また、超電導マグネットがクエンチを起こすと通電電流
か一気に減衰するため、超電導マグネットに、Ｖ＝Ｌｄ
Ｉ／ｄｔ（Ｌはマグネットコイルの巻数）に相当する大
きな電圧Ｖが発生する。超電導体の表皮がアルミニウム
の場合には表面の機械強度が弱く、超電導体製造時やコ
イル巻時に表面に傷がつくことがあり、もし傷がつくと
前記クエンチ時の高圧がこの傷の箇所に電界集中を起こ
し、この電界集中によって生ずる放電により絶縁破壊や
導体破壊等を引き起こす危険性があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたもので、表皮がアルミニウムで構
成される超電導素線を複数本撚合わせてなる超電導線に
おいて、超電導素線のアルミニウム層上に０．１μｍ〜
１０μｍの厚さの酸化皮膜層を設けたアルミニウム安定
化超電導線を提供するものである。
決するためになされたもので、表皮がアルミニウムで構
成される超電導素線を複数本撚合わせてなる超電導線に
おいて、超電導素線のアルミニウム層上に０．１μｍ〜
１０μｍの厚さの酸化皮膜層を設けたアルミニウム安定
化超電導線を提供するものである。
【０００７】本発明にかかる超電導撚線は、断面形状が
円形、平角形状、扇形等があり、更に撚線を複数回繰り
返して撚合わせた多重撚線をも包含するものである。
円形、平角形状、扇形等があり、更に撚線を複数回繰り
返して撚合わせた多重撚線をも包含するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明に於いて、アルミニウム表
面に酸化膜を形成させる方法としては、化学被膜処理
法、陽極酸化法、大気中での加熱酸化法、湯中での酸化
法等が使用できる。また酸化膜は超電導線の素線の段階
で形成させることも、撚線にした後の段階で形成させる
ことも可能である。
面に酸化膜を形成させる方法としては、化学被膜処理
法、陽極酸化法、大気中での加熱酸化法、湯中での酸化
法等が使用できる。また酸化膜は超電導線の素線の段階
で形成させることも、撚線にした後の段階で形成させる
ことも可能である。
【０００９】アルミニウム酸化膜の厚さを０．１μｍ〜
１０μｍに限定したのは、０．１μｍ以下では絶縁抵抗
値が不安定なため交流損失の低減効果が不十分であり、
また、１０μｍを超えた場合は超電導撚線の素線の電流
配分が不均一になり、超電導コイルに大きな電流を流せ
なくなるためである。なお、アルミニウムは空気中で酸
化し酸化膜を形成するが、この被膜の厚さは０．０１μ
ｍ程度と極めて薄く、また、硬さもビッカ−ス硬度が６
０以下で、表面保護の役目を満足させるものではない。
１０μｍに限定したのは、０．１μｍ以下では絶縁抵抗
値が不安定なため交流損失の低減効果が不十分であり、
また、１０μｍを超えた場合は超電導撚線の素線の電流
配分が不均一になり、超電導コイルに大きな電流を流せ
なくなるためである。なお、アルミニウムは空気中で酸
化し酸化膜を形成するが、この被膜の厚さは０．０１μ
ｍ程度と極めて薄く、また、硬さもビッカ−ス硬度が６
０以下で、表面保護の役目を満足させるものではない。
【００１０】超電導線の撚線の場合、交流損失Ｐtは通
常次の式で表される。 Ｐt ＝Ｐh ＋Ｐci＋Ｐe ……………………（１） ここで Ｐh ：ヒステリシス損失 Ｐci ：結合損失 Ｐe ：渦電流損失 i ＝0,1,2,・・：撚線次数 Ｐh 、Ｐe は素線の構造などで一義的に決まるので、問
題になるのは結合損失Ｐciの値である。i=0 の場合は、
素線内での超電導フィラメント間の結合損失であり、i=
1,2,・・の場合はそれぞれ撚線回数を重ねた場合のi次
の素線間の結合損失で次式で表される。 Ｐci∝Ｌpi2 ・１／Ｒci ……………………（２） i＞1 Ｌpi ：撚線ピッチ Ｒci ：接触抵抗 接触抵抗Ｒciは表面層の比抵抗に比例するが、本発明に
よるアルミニウム酸化膜の比抵抗はアルミニウムの比抵
抗よりも２桁以上大きく、従って、表皮がアルミニウム
で構成され、該アルミニウム層上にアルミニウム酸化被
膜層を設けた本発明超電導体撚線は上記（２）式からも
結合損失が著しく低減することが立証出来る。
常次の式で表される。 Ｐt ＝Ｐh ＋Ｐci＋Ｐe ……………………（１） ここで Ｐh ：ヒステリシス損失 Ｐci ：結合損失 Ｐe ：渦電流損失 i ＝0,1,2,・・：撚線次数 Ｐh 、Ｐe は素線の構造などで一義的に決まるので、問
題になるのは結合損失Ｐciの値である。i=0 の場合は、
素線内での超電導フィラメント間の結合損失であり、i=
1,2,・・の場合はそれぞれ撚線回数を重ねた場合のi次
の素線間の結合損失で次式で表される。 Ｐci∝Ｌpi2 ・１／Ｒci ……………………（２） i＞1 Ｌpi ：撚線ピッチ Ｒci ：接触抵抗 接触抵抗Ｒciは表面層の比抵抗に比例するが、本発明に
よるアルミニウム酸化膜の比抵抗はアルミニウムの比抵
抗よりも２桁以上大きく、従って、表皮がアルミニウム
で構成され、該アルミニウム層上にアルミニウム酸化被
膜層を設けた本発明超電導体撚線は上記（２）式からも
結合損失が著しく低減することが立証出来る。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。単
芯のＮｂＴｉの周囲に銅を被覆し、減面加工によって対
辺２．５ｍｍの断面六角形状に成形した超電導素線棒
を、外径２００ｍｍ、内径１７０ｍｍの無酸素銅管内に
３，９００本挿入して押出ビレットとした後、押出加
工、伸線加工および熱処理加工を施して外径１ｍｍの銅
安定化超電導線を作成した。続いて該銅安定化超電導線
と純度９９．９９９％のアルミニウムとを同時押出法で
外径２．１ｍｍのアルミニウム安定化超電導線とし、更
に伸線加工を行って外径１．５ｍｍの線材とした。以
下、この線材をアルミニウム安定化超電導素線と呼ぶ。
芯のＮｂＴｉの周囲に銅を被覆し、減面加工によって対
辺２．５ｍｍの断面六角形状に成形した超電導素線棒
を、外径２００ｍｍ、内径１７０ｍｍの無酸素銅管内に
３，９００本挿入して押出ビレットとした後、押出加
工、伸線加工および熱処理加工を施して外径１ｍｍの銅
安定化超電導線を作成した。続いて該銅安定化超電導線
と純度９９．９９９％のアルミニウムとを同時押出法で
外径２．１ｍｍのアルミニウム安定化超電導線とし、更
に伸線加工を行って外径１．５ｍｍの線材とした。以
下、この線材をアルミニウム安定化超電導素線と呼ぶ。
【００１２】（実施例１）前記アルミニウム安定化超電
導素線をクロム酸浴で５〜１００分間処理することによ
って、アルミニウム表面に０．１〜１０μｍの厚さの陽
極酸化膜を被覆した。この後、該アルミニウム安定化超
電導素線を１５本撚合わせて、断面形状が２．８ｍｍ×
１０．９ｍｍの平角成形撚線とした。この成形撚線を１
００ｍ用いて、５００Ａの通電時最大経験磁界が４Ｔと
なるようなコイルを巻き、液体ヘリウム温度に冷却した
後、最大磁界変化速度が０．２Ｔ／秒で変化するような
三角波電流を流して通電試験を行った。また、０〜２０
０Ａの電流で最大磁界変化速度が０．２Ｔ／秒で変化す
る三角波電流を流し、交流損失の測定を行った。
導素線をクロム酸浴で５〜１００分間処理することによ
って、アルミニウム表面に０．１〜１０μｍの厚さの陽
極酸化膜を被覆した。この後、該アルミニウム安定化超
電導素線を１５本撚合わせて、断面形状が２．８ｍｍ×
１０．９ｍｍの平角成形撚線とした。この成形撚線を１
００ｍ用いて、５００Ａの通電時最大経験磁界が４Ｔと
なるようなコイルを巻き、液体ヘリウム温度に冷却した
後、最大磁界変化速度が０．２Ｔ／秒で変化するような
三角波電流を流して通電試験を行った。また、０〜２０
０Ａの電流で最大磁界変化速度が０．２Ｔ／秒で変化す
る三角波電流を流し、交流損失の測定を行った。
【００１３】（比較例１）実施例１で行った陽極酸化処
理の条件を変えることで、厚さ０．０５μｍおよび１５
μｍの陽極酸化被膜を被着させた２種類の超電導素線を
使用し、実施例１と同様のコイルを作成した。また、酸
化被膜を形成させないアルミニウム安定化超電導素線を
用い、実施例１と同様のコイルを作成した。これらのコ
イルは実施例１と同様に通電テストと交流損失の測定を
行った。
理の条件を変えることで、厚さ０．０５μｍおよび１５
μｍの陽極酸化被膜を被着させた２種類の超電導素線を
使用し、実施例１と同様のコイルを作成した。また、酸
化被膜を形成させないアルミニウム安定化超電導素線を
用い、実施例１と同様のコイルを作成した。これらのコ
イルは実施例１と同様に通電テストと交流損失の測定を
行った。
【００１４】（実施例２）前記アルミニウム安定化超電
導素線をクロム酸浴で５〜１００分間処理することによ
りアルミニウム表面に０．１〜１０μｍの厚さの陽極酸
化被膜を被覆した。この後、アルミニウム安定化超電導
素線を３×３×３本撚合わせて３重撚線とした後、これ
を外径１３．６ｍｍ、内径１２ｍｍのステンレス管内に
引き込み、縮径加工によって外径１１．３ｍｍ、内径
９．７ｍｍのステンレス外装ケ−ブルインコンジット導
体とした。該ケ−ブルインコンジット成形撚線を１２０
ｍ用いて、８００Ａ電流通電時の最大経験磁界が４Ｔと
なるようなコイルを巻き、液体ヘリウム温度に冷却した
後、最大磁界変化速度が０．２Ｔ／秒で変化するような
三角波電流を流して通電試験を行った。また、０〜３０
０Ａの電流で最大磁界変化速度が０．２Ｔ／秒で変化す
る三角波電流を流し、交流損失の測定を行った。
導素線をクロム酸浴で５〜１００分間処理することによ
りアルミニウム表面に０．１〜１０μｍの厚さの陽極酸
化被膜を被覆した。この後、アルミニウム安定化超電導
素線を３×３×３本撚合わせて３重撚線とした後、これ
を外径１３．６ｍｍ、内径１２ｍｍのステンレス管内に
引き込み、縮径加工によって外径１１．３ｍｍ、内径
９．７ｍｍのステンレス外装ケ−ブルインコンジット導
体とした。該ケ−ブルインコンジット成形撚線を１２０
ｍ用いて、８００Ａ電流通電時の最大経験磁界が４Ｔと
なるようなコイルを巻き、液体ヘリウム温度に冷却した
後、最大磁界変化速度が０．２Ｔ／秒で変化するような
三角波電流を流して通電試験を行った。また、０〜３０
０Ａの電流で最大磁界変化速度が０．２Ｔ／秒で変化す
る三角波電流を流し、交流損失の測定を行った。
【００１５】（比較例２）実施例２で行った陽極酸化処
理の条件を変えることにより、厚さ０．０５μｍおよび
１５μｍの陽極酸化被膜を有する２種類の超電導素線を
用いて実施例２と同様のコイルを作成した。また、酸化
皮膜を形成させないアルミニウム安定化超電導素線を使
用し、実施例２と同様のコイルを作成した。これらのコ
イルは実施例２と同様に通電テストと交流損失の測定を
行った。その測定結果を表１に示す。
理の条件を変えることにより、厚さ０．０５μｍおよび
１５μｍの陽極酸化被膜を有する２種類の超電導素線を
用いて実施例２と同様のコイルを作成した。また、酸化
皮膜を形成させないアルミニウム安定化超電導素線を使
用し、実施例２と同様のコイルを作成した。これらのコ
イルは実施例２と同様に通電テストと交流損失の測定を
行った。その測定結果を表１に示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】表１より明らかなように、本発明例品（実
施例1-1 〜1-4,実施例2-1 〜2-4 ）はいずれも、陽極酸
化被膜の薄い比較例1-1,1-2 および比較例2-1,2-2に比
べて超電導表面の硬度が高く、交流損失の小さな値が得
られた。また、陽極酸化被膜を厚くした比較例1-3,2-3
に於いては、表面硬度は大きいけれども超電導撚線を構
成する各素線の電流配分が不均一になり、低い磁場でク
エンチが発生する結果となっている。
施例1-1 〜1-4,実施例2-1 〜2-4 ）はいずれも、陽極酸
化被膜の薄い比較例1-1,1-2 および比較例2-1,2-2に比
べて超電導表面の硬度が高く、交流損失の小さな値が得
られた。また、陽極酸化被膜を厚くした比較例1-3,2-3
に於いては、表面硬度は大きいけれども超電導撚線を構
成する各素線の電流配分が不均一になり、低い磁場でク
エンチが発生する結果となっている。
【００１８】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明のアルミニ
ウム安定化超電導撚線は、超電導素線のアルミニウム表
面に硬度の高い酸化被膜を所望の厚さだけ被着させたた
めに、ハンドリング等によって酸化被膜を傷を付けるこ
とが抑制され、かつ、交流損失を小さくすることが出
来、大容量超電導マグネット用導体としての要求特性を
満たすことが出来る。
ウム安定化超電導撚線は、超電導素線のアルミニウム表
面に硬度の高い酸化被膜を所望の厚さだけ被着させたた
めに、ハンドリング等によって酸化被膜を傷を付けるこ
とが抑制され、かつ、交流損失を小さくすることが出
来、大容量超電導マグネット用導体としての要求特性を
満たすことが出来る。
Claims (3)
- 【請求項１】 表皮がアルミニウムで構成される超電導
素線を複数本撚合わせてなる超電導線において、前記超
電導素線のアルミニウム層上に０．１μｍ〜１０μｍの
厚さのアルミニウム酸化被膜層を設けたことを特徴とす
るアルミニウム安定化超電導撚線。 - 【請求項２】 超電導撚線の形態が平角成形撚線である
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
電導撚線。 - 【請求項３】 超電導撚線の形態が撚線を更に複数回繰
り返して撚合わせた多重撚線であ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撚線。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8226198A JPH1064347A (ja) | 1996-06-13 | 1996-08-28 | アルミニウム安定化超電導撚線 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15197996 | 1996-06-13 | ||
| JP8-151979 | 1996-06-13 | ||
| JP8226198A JPH1064347A (ja) | 1996-06-13 | 1996-08-28 | アルミニウム安定化超電導撚線 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1064347A true JPH1064347A (ja) | 1998-03-06 |
Family
ID=26481036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8226198A Pending JPH1064347A (ja) | 1996-06-13 | 1996-08-28 | アルミニウム安定化超電導撚線 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1064347A (ja) |
-
1996
- 1996-08-28 JP JP8226198A patent/JPH1064347A/ja active Pending
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