JP2002015629A - 超電導ケーブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超電導ケーブルの最小曲げ半径を向上させ、
超電導ケーブルの運送時や敷設時等の常温における作業
時に曲げに際しても、超電導特性の劣化を生じない超電
導ケーブルを提供する。 【解決手段】 パイプ状のフォーマ２２の周囲に、複数
本のテープ状の超電導導体２５が巻回されてなる超電導
ケーブル３１において、前記フォーマ２２と超電導導体
２５との間に、潤滑層３２を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１ 】

【発明の属する技術分野】本発明は、許容曲げ半径が向
上されて、導体化後の曲げによる歪みに際して超電導特
性が劣化しにくくされた酸化物超電導ケーブルに関する
ものである。

【０００２ 】

【従来の技術】従来の超電導ケーブルとしては、積層型
のものと転位撚り型のもの等が挙げられる。積層型の超
電導ケーブルとしては、図３の（ａ）および（ｂ）に示
すようなステンレス鋼などからなるパイプ状のフォーマ
２の周囲にテープ状の超電導導体３がスパイラル状に巻
回されてなる超電導導体層４が複数積層され、これらの
超電導導体層４、４…間に絶縁テープ材５が介在されて
なる超電導ケーブルが知られている。各超電導導体層４
の超電導導体３の巻回方向は、交互反対方向となってお
り、図３に示した例においては、フォーマ２側から第１
層目の超電導導体層４の巻回方向がＳ巻（右巻）、第２
層目の超電導導体層４の巻回方向がＺ巻（左巻）、第３
層目の超電導導体層４の巻回方向がＳ巻（右巻）、第４
層目の超電導導体層４の巻回方向がＺ巻（左巻）と交互
になっている。

【０００３ 】上記テープ状の超電導導体３は、図４に
示す構造の超電導多心素線（超電導素線）１３を矩形状
に塑性加工してテープ状に平坦化されてなるものであ
る。この超電導多心素線１３は、超電導フィラメントな
どの超電導体からなるコア部１６または熱処理により超
電導体となる材料を有するコア部１６がシース材からな
る金属シース１７の内部に複数備えられてなるものであ
る。なお、図４中、矢印の方向は、超電導多心素線１３
を捻る際の捻り方向の一例を示すものである。

【０００４ 】上記超電導コアに利用される超電導物質
としては、Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₁Ｃｕ₂Ｏ_x（Ｂｉ系２２１２
相），Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y（Ｂｉ系２２２３
相）、Ｂｉ_1.6Ｐｂ_0.4Ｓｒ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x 、ｌ₂Ｂａ₂Ｃ
ａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y 、Ｙ₁Ｂ₂Ｃｕ_7-X（Ｙ系１２３相）等の組
成を持つ酸化物超電導導体が利用されている。そのうち
Ｂｉ系、特にＢｉ系２２２３相の酸化物超電導物質が、
高い臨界温度を有し安定な物質として超電導コアに広く
適用されている。

【０００５ 】上記積層型の超電導ケーブル３において
は、各超電導導体層４、４…において各超電導導体層
４、４…のインダクタンスの違いにより、電流が各層に
均等に分配されないの偏流現象がおこるため、その抑制
策として各層毎にスパイラルピッチを変える検討や、各
層間に上述のような絶縁層５、５を設ける等の検討がな
されている。しかしながら、このような偏流現象を軽減
させるための検討は、超電導ケーブルの機械的強度を低
下させることとなり様々な問題があった。このことは、
超電導導体への機械的な最適なスパイラルピッチと、偏
流現象を抑えるための最適なスパイラルピッチが必ずと
も一致しない場合があることを示唆している。

【０００６ 】上記転位撚り型の超電導ケーブルは、上
記のような積層型の超電導ケーブル３における機械的特
性と、偏流現象を抑制の両方を達成するための超電導ケ
ーブルの構造として提案されているものである。このよ
うな転位撚り型の超電導ケーブルの一例を図５および図
６に示す。この転移撚り型の超電導ケーブル２１は、転
位超電導テープユニット２４がパイプ状のフォーマ２２
の周囲に螺旋状に巻回されてなるものである。

【０００７ 】前記転位超電導テープユニット２４は、
図６の（ａ）および（ｂ）に示すように、テープ状の複
合超電導導体（複合超電導テープ）２９を複数本（図面
では５本）転位撚り合わせしてなる長尺の帯状のもので
あり、テープ状の超電導導体２３に、同じ幅の金属テー
プ２８を添設してなる複合超電導導体２９の複数本を集
合して撚り合わせる際に、各テープ状の複合超電導導体
２９をその長尺方向において図６に示すように順次その
位置を代えて変位するように撚り合わされたものであ
る。即ち複合超電導導体２９は、その長さ方向において
転位超電導テープユニット２４の表面側に位置する場合
と底面側に位置する場合が交互に繰り返されるように配
置されている。このような転位超電導テープユニット２
４の巻回方向は、Ｓ巻（右巻）の方向またはＺ巻（左
巻）の方向となっている。また、上記テープ状の超電導
導体２３は、上記テープ状の超電導導体３と同様の構造
のものである。

【０００８ 】このようなテープ状の超電導導体３、２
３を用いた超電導ケーブル１、２１においては、これま
で、機械強度を高く、かつ交流損失の少ない超電導ケー
ブルを得るために、超電導導体のスパイラルピッチの検
討や、転位撚りピッチの検討等が行われている。

【０００９ 】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記超電導
ケーブルにおける機械的特性の検討は、超電導導体のケ
ーブル化プロセスや、超電導ケーブルが直線状に配置さ
れた場合に、超電導導体にかかる歪みに関する検討であ
った。しかしながら実際には、このような超電導ケーブ
ルには、ケーブル化後の運送時や敷設時等の作業時に曲
げによる歪みが生じる場合がある。このような場合、従
来構造の超電導ケーブルにおいては、フォーマーと超電
導導体との間に大きな滑りが生じないことから、ケーブ
ル内の超電導導体にも歪みが生じる。例えば、曲げによ
る歪みの中心線を超電導ケーブルの中心軸と仮定して計
算した結果、上記超電導ケーブル１における内部の超電
導導体にかかる歪みは、超電導ケーブル全体に作用する
歪みの約７０％に相当するものであった。

【００１０ 】上記超電導ケーブルには、超電導特性が
著しく低下してしまう曲げ半径の値、すなわち超電導特
性を維持するための限界曲げ半径（以下、最小曲げ半径
とする）が存在する。上述のような超電導ケーブルにお
いては、超電導ケーブルにおける歪みが、その内部の超
電導導体に大きな割合で伝わるために、この最小曲げ半
径に大きな制約があった。このように超電導ケーブルに
大きな最小曲げ半径の制約があると、常温で行われる超
電導ケーブルの運送や敷設等の作業時において、その最
小曲げ半径を越える曲げが発生し易く、このような場合
には、超電導ケーブルの超電導特性が劣化してしまうと
いう問題があった。

【００１１ 】本発明は、このような問題を解決するた
めになされたもので、超電導ケーブルにおいて、その最
小曲げ半径を向上させ、超電導ケーブルの運送時や敷設
時等の常温における作業時に生じる曲げに際しても、超
電導特性の劣化を生じないようにすることを目的とす
る。

【００１２ 】

【課題を解決するための手段】本発明は、パイプ状のフ
ォーマの周囲に、複数本のテープ状の超電導導体が巻回
されてなる超電導ケーブルにおいて、前記フォーマと超
電導導体との間に、潤滑層を設けることによって前記課
題を解決するものである。また、パイプ状のフォーマ上
にテープ材が巻回され、このテープ材の周囲に複数本の
テープ状の超電導導体が巻回されてなる超電導ケーブル
においては、そのフォーマとテープ材との間、あるいは
テープ材と超電導導体との間に潤滑層を設けるものであ
る。このような超電導ケーブルであれば、フォーマと超
電導導体との間の滑り性が改善され、超電導ケーブルに
おける最小曲げ半径を向上させることができる。

【００１３ 】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る超電導ケーブ
ル一実施形態について図面に基づいて説明する。図１
は、本発明の超電導ケーブルの一実施形態を示す斜視図
である。この形態の超電導ケーブル３１は、転位撚り型
の超電導ケーブルであり、潤滑層３２がフォーマ２２と
超電導導体２５との間に設けられていること以外は、図
５および６に示す従来の転位撚り型超電導ケーブル２１
と同様の構造を有するものである。よって、図１に示す
超電導ケーブル３１においては、従来の転位撚り型超電
導ケーブル２１と同様の構造のものには、図５および６
と同様の符号を付すとともに、その詳しい説明を省略す
る。

【００１４ 】この超電導ケーブル３１は、パイプ状の
フォーマ２２上に、潤滑層３２が形成され、この潤滑層
３２の形成されたフォーマ２２の周囲に、転位超電導テ
ープユニット２４が巻回されてなるものである。前記フ
ォーマ２２は、ステンレス鋼、銅パイプなどの金属材料
からなるものである。このようなフォーマ２２の表面
は、該フォーマ２２と超電導導体２５間の通電を抑制す
るために電気絶縁層（図示略）が形成され、絶縁処理が
施されている。なお、この場合、絶縁層はフォーマ２２
と潤滑層３２との間に形成されているが、これに限らず
潤滑層３２と超電導導体２５との間に設けることも可能
である。

【００１５ 】上記潤滑層３２は、シリコングリス、ア
ビエソーングリス等のグリスなどの潤滑材をフォーマ２
２上に塗布することにより形成することができる。ま
た、これらの潤滑層３２においては、フォーマ２２と超
電導導体２５とのすべり性が十分に確保されるようであ
れば、フォーマ２２上全体に形成しても、その一部分に
形成されるものであってもよいが、十分なすべり性を確
保するためにフォーマ上全体に均一に形成されることが
望ましい。

【００１６ 】このとき、潤滑層３２の厚さとしては、
フォーマ２２と超電導導体２５とのすべり性が十分に確
保されるようであれば特に限定されるものではないが、
０．０５〜１．０ｍｍとされることが好ましい。この厚
さが、０．０５ｍｍ未満であるとフォーマ２２と超電導
導体２５とのすべり性が劣ることとなる。また、超電導
ケーブル３１には、導体厚さ、冷媒流露等の大きさ等と
の関係によりその外径に制約があるが、潤滑層３２の厚
さが０．１ｍｍを越えるとこれらの制約に影響すること
になり不都合となる。

【００１７ 】上記超電導導体２５は、転位超電導テー
プユニット２４が巻回されて形成されたものである。こ
の転位超電導テープユニット２４については、従来例で
説明した図５および６に示すものと同様の構造を有す
る。なお、この例は、フォーマ２２上に形成される超電
導導体２５として、転位超電導テープユニット２４が用
いられているが、本発明における超電導導体２５として
は、これに限定されるものではない。例えば、従来例で
説明した図３に示す構造の積層型の超電導ケーブル１の
ように、超電導多心素線（超電導素線）１３を矩形状に
塑性加工してテープ状に平坦化されたテープ状の超電導
導体３であってもよいし、超電導体からなる超電導線材
を塑性加工してテープ状とした構成の超電導導体であっ
てもよい。さらに、本発明の超電導ケーブルにおいて
は、図３に示す構造のもののように、テープ状の超電導
導体３がスパイラル状に巻回されてなる超電導導体層４
が複数層積層されてなる積層型の構造であってもよい。

【００１８ 】次に、本発明に係る超電導ケーブルの第
２の実施形態について図面に基づいて説明する。図２
は、本発明の超電導ケーブルの一実施形態を示す斜視図
である。この形態の超電導ケーブル４１は、フォーマ２
２上に潤滑層４２が形成され、この潤滑層４２が形成さ
れたフォーマ２２の周上にテープ材４３が巻回され、こ
のテープ材４３の周上に複数本のテープ状の超電導導体
２５が巻回されてなるものであり、テープ材４３が形成
されていること以外は、その構造を上述の超電導ケーブ
ル３１と同様にする。よって、図２においては、図１と
同様の構造のものには同様の符号を付して説明するとと
もに、その説明を省略する。

【００１９ 】上記テープ材４３は綿、紙などからなる
絶縁性の不織布や、綿テープ、ポリエステルテープ等か
らなり、超電導ケーブル４１におけるフォーマ２２と超
電導導体２５との電気絶縁性を維持するためにのために
も用いられるものである。この例においては、前記フォ
ーマ２２とテープ材４３との間に、先に説明した実施形
態である超電導ケーブル３１における潤滑層３２と同様
の形態の潤滑層４２が形成されている。なお、この形態
において潤滑層４２は、テープ材４３と超電導導体２５
との間に設けてもよい。

【００２０ 】このような潤滑層３２、４２が形成され
た、超電導ケーブル３１、４１であれば、フォーマ２２
と超電導導体２５（各超電導導体）との間のすべり性が
向上されるので、超電導ケーブル３１の最小曲げ半径の
制限が緩和される。すなわち、従来のものよりも許容曲
げ半径が向上する。よって、このような超電導ケーブル
においては、ケーブル化後の輸送時や運搬時等の作業時
に、曲げによる歪みが生じても超電導ケーブル内の超電
導導体における超電導特性の低下を従来のものよりも軽
減することができる。また、従来の構造の超電導ケーブ
ルにおいて、その構成要素を変化させることなく、潤滑
層を形成することができるものであるので、フォーマと
超電導導体、あるいはテープ材と超電導導体の組み合わ
せに左右されない導体設計が可能となる。また、積層型
の超電導ケーブルのように、スパイラルピッチの制約が
機械的特性以外の要因からも規制される導体構造におい
ても、超電導導体をフォーマとのすべり性を確保できる
ので導体設計が容易となる。

【００２１ 】

【実施例】以下、本発明を、実施例および比較例によ
り、具体的に説明するが、本発明はこの実施例のみに限
定されるものではない。図２に示す構造の超電導ケーブ
ルを作製した。 （実施例１）フォーマ２２としてＳＵＳ性の厚さ０.６
ｍｍ、外径２６.５ｍｍのコルゲート管を用い、このフ
ォーマ２２上にシリコングリスを均一に塗布して潤滑層
４２を形成した。ついで、この潤滑層４２上に、テープ
材４３である幅５０ｍｍ、厚さ０.２ｍｍの綿テープを
１/２ラップ巻きにし、このテープ材４３の上に、超電
導導体２５として、５本のＢｉ−２２２３系銀シーステ
ープ材（幅１、６ｍｍ、厚さ０.２５ｍｍ）を転位より
してなる転位超電導テープユニット２４を、巻回して実
施例の超電導ケーブルを得た。

【００２２ 】（比較例１）上記ＳＵＳ性のフォーマ２
２上に、潤滑層４２を形成しないで、直接上記不織布テ
ープからなるテープ材４３を巻回した以外は、上記実施
例１と同様にして比較例１の超電導ケーブルを得た。

【００２３ 】実施例１および比較例１の超電導ケーブ
ルにおける最小曲げ半径を測定した。超電導ケーブルに
おける直線状態と曲げ状態における臨界電流密度を測定
し、それらの値を比較し、曲げ状態の超電導ケーブルに
おける臨界電流密度が、直線状態の超電導ケーブルにお
ける臨界電流密度よりも５％低下する値となる場合の超
電導ケーブルの曲げ半径を最小曲げ半径として測定し
た。曲げ状態の超電導ケーブルにおける臨界電流密度
は、実施例１および比較例１の超電導ケーブルを、常温
においてある曲げ半径で曲げた後に、これらを曲げたま
ま液体窒素温度まで冷却して、それぞれにおける臨界電
流密度（Ｉｃ）を測定した。この結果、実施例１におけ
る最小曲げ半径は１０００ｍｍ、比較例１における最小
曲げ半径は３６００ｍｍであった。すなわち、実施例１
の超電導ケーブルにおいては、比較例１のものより最小
曲げ半径が小さく、比較例１のもの大きく曲げた場合で
も臨界電流密度の損失が少ないといえる。

【００２４ 】次に、潤滑層の厚さを変えて超電導ケー
ブルを製造し、これらの最小曲げ半径を測定した。結果
を表１に示す。これらの結果から、潤滑層の厚さは０．
０５ｍｍ以上が好ましいことがわかる。

【００２５ 】

【表１】

【００２６ 】

【発明の効果】以上説明したように本発明の超電導ケー
ブルにあっては、潤滑層を有するものであるので、フォ
ーマと超電導導体とのすべり性が良好となり、その最小
曲げ半径が向上され、超電導ケーブルの運送時や敷設時
等の常温における作業時の曲げに際しても、超電導特性
の劣化を生じることがないものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る超電導ケーブルの一実施形態を
示す一部を断面とした斜視図。

【図２】 本発明に係る超電導ケーブルの他の実施形態
を示す一部を断面とした斜視図。

【図３】 （ａ）積層型超電導ケーブルの一例を示した
一部を断面とした斜視図。 （ｂ）積層型超電導ケーブルの内部構造を説明するため
の図で、その一部を断面とした斜視図である。

【図４】 超電導ケーブルに用いられる超電導導体の一
例を示した一部を断面とした斜視図である。

【図５】 転位撚り型超電導ケーブルの一例の一部を断
面とした斜視図である。

【図６】 （ａ）転位撚り型超電導ケーブルに用いられ
るの転位超電導テープユニットの一例を示す斜視図であ
る。 （ｂ）（ａ）に示す転位超電導テープユニットの断面図
である。

【符号の説明】

３１、４１・・・超電導ケーブル 、３２、４２…潤滑層
２５…超電導導体、２４・・・転位超電導テープユニッ
ト、２２・・・フォーマ 、４３・・・テープ材、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 知史 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 斉藤 隆 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 長屋 重夫 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社電力中央研究所内 Ｆターム(参考） 5G321 AA05 AA06 BA01 CA18 CA53 CB04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パイプ状のフォーマの周囲に、複数本の
   テープ状の超電導導体が巻回されてなる超電導ケーブル
   であって、 前記フォーマと超電導導体との間に潤滑層が形成されて
   いることを特徴とする超電導ケーブル。
2. 【請求項２】 パイプ状のフォーマ上にテープ材が巻回
   され、このテープ材の周囲に複数本のテープ状の超電導
   導体が巻回されてなる超電導ケーブルであって、 前記フォーマとテープ材との間、あるいはテープ材とフ
   ォーマとの間に潤滑層が形成されていることを特徴とす
   る超電導ケーブル。
3. 【請求項３】 前記潤滑層がグリースを塗布することに
   より形成されたものであることを特徴とする超電導ケー
   ブル。