JP2003007150A - 高温超電導線の交流損失低減法 - Google Patents
高温超電導線の交流損失低減法Info
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】高温超電導線材において交流損失を低減するこ
とを目的とする。 【解決手段】高温超電導体を有する高温超電導線の交流
損失低減法であって、該高温超電導体に縦磁界成分を加
えることで、通電電流によって生じる周方向磁界と縦磁
界成分との合成磁界成分が該高温超電導体の延出方向と
ほぼ平行に延出するようにした。該高温超電導線はテー
プ状であり、金属被覆体と該金属被覆体内に埋設された
複数のフィラメント状の高温超電導体から構成され、各
高温超電導体はツイスト線である。
とを目的とする。 【解決手段】高温超電導体を有する高温超電導線の交流
損失低減法であって、該高温超電導体に縦磁界成分を加
えることで、通電電流によって生じる周方向磁界と縦磁
界成分との合成磁界成分が該高温超電導体の延出方向と
ほぼ平行に延出するようにした。該高温超電導線はテー
プ状であり、金属被覆体と該金属被覆体内に埋設された
複数のフィラメント状の高温超電導体から構成され、各
高温超電導体はツイスト線である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温超電導線材に
おける交流損失を低減する方法に関するものである。
おける交流損失を低減する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】商用周波数交流超電導線材として優れた
特性を有する極細多芯線は、超電導ケーブル、全超電導
発電機、超電導変圧器などの交流電力機器への応用が期
待されている。これらの電力機器への応用を考えた場
合、線材設計において特に重要なことは超電導線の交流
損失特性である。
特性を有する極細多芯線は、超電導ケーブル、全超電導
発電機、超電導変圧器などの交流電力機器への応用が期
待されている。これらの電力機器への応用を考えた場
合、線材設計において特に重要なことは超電導線の交流
損失特性である。
【０００３】図２にはマルチフィラメント銀シーステー
プ線材にかかる交流磁界成分が示してある。Ｂｅｘｘは
線材の幅広面に垂直の磁界成分（垂直成分）、Ｂｅｘｙ
は幅広面に平行な横断方向成分（横断磁界成分）、Ｂｅ
ｘｚは線材の長さ方向の成分（縦磁界成分）である。ま
た、Ｂｓｆは通電電流によって作られる周方向磁界であ
る。
プ線材にかかる交流磁界成分が示してある。Ｂｅｘｘは
線材の幅広面に垂直の磁界成分（垂直成分）、Ｂｅｘｙ
は幅広面に平行な横断方向成分（横断磁界成分）、Ｂｅ
ｘｚは線材の長さ方向の成分（縦磁界成分）である。ま
た、Ｂｓｆは通電電流によって作られる周方向磁界であ
る。
【０００４】超電導体に外部交流磁界が印加されると、
発生する損失密度は超電導体の太さに比例する。したが
って、外部磁界Ｂｅｘｙに対して交流損失を小さくする
ためには超電導フィラメントの厚さｄを小さくする必要
がある。Ｂｅｘｘに対して交流損失を小さくするために
は超電導フィラメント巾ｗを小さくする必要がある。こ
のような理由から交流用超電導線材はマルチフィラメン
ト型になっている。しかしながら、マルチフィラメント
化しただけでは外部交流磁界に対して母材の銀を介して
フィラメント間に電磁誘導による結合電流が流れてしま
うため、多数のフィラメントが太い一本の超電導体とし
てふるまい交流損失低減を妨げる。このため、線材に撚
りを施し結合電流ループを小さくし、さらにフィラメン
ト間の垂直抵抗を大きくしてフィラメント同士の結合を
抑える必要がある。
発生する損失密度は超電導体の太さに比例する。したが
って、外部磁界Ｂｅｘｙに対して交流損失を小さくする
ためには超電導フィラメントの厚さｄを小さくする必要
がある。Ｂｅｘｘに対して交流損失を小さくするために
は超電導フィラメント巾ｗを小さくする必要がある。こ
のような理由から交流用超電導線材はマルチフィラメン
ト型になっている。しかしながら、マルチフィラメント
化しただけでは外部交流磁界に対して母材の銀を介して
フィラメント間に電磁誘導による結合電流が流れてしま
うため、多数のフィラメントが太い一本の超電導体とし
てふるまい交流損失低減を妨げる。このため、線材に撚
りを施し結合電流ループを小さくし、さらにフィラメン
ト間の垂直抵抗を大きくしてフィラメント同士の結合を
抑える必要がある。
【０００５】従来、外部交流磁界に対して線材そのもの
の交流損失を低減する有効な方法としては、超電導体を
フィラメント化し多数束ねた常電導金属母材（Ｂｉ系線
材の場合は銀）に埋め込んだマルチフィラメント線材を
作り、それに撚りを施すことが採用されている。この場
合であっても、外部交流磁界に対してフィラメント同士
が母材を介して起こす電磁気的な結合を抑制しないと交
流損失は減らない。また、Ｂｉ系銀シース線材では熱処
理過程で超電導体が母材を突き破り結晶成長し、フィラ
メント同士が超電導的に結合するブリッジング現象が発
生する。このようなフィラメント同士の結合を抑えるた
めにはブリッジングの発生を無くすと共に、フィラメン
ト間の電気抵抗（垂直抵抗）を大きくする必要がある。
垂直抵抗を大きくする方法として母材を銀合金に代わる
ものとして、高抵抗あるいは絶縁材料からなる薄いバリ
ア層をフィラメント間に挿入したＢｉ系銀シースバリア
線材が登場してきた。
の交流損失を低減する有効な方法としては、超電導体を
フィラメント化し多数束ねた常電導金属母材（Ｂｉ系線
材の場合は銀）に埋め込んだマルチフィラメント線材を
作り、それに撚りを施すことが採用されている。この場
合であっても、外部交流磁界に対してフィラメント同士
が母材を介して起こす電磁気的な結合を抑制しないと交
流損失は減らない。また、Ｂｉ系銀シース線材では熱処
理過程で超電導体が母材を突き破り結晶成長し、フィラ
メント同士が超電導的に結合するブリッジング現象が発
生する。このようなフィラメント同士の結合を抑えるた
めにはブリッジングの発生を無くすと共に、フィラメン
ト間の電気抵抗（垂直抵抗）を大きくする必要がある。
垂直抵抗を大きくする方法として母材を銀合金に代わる
ものとして、高抵抗あるいは絶縁材料からなる薄いバリ
ア層をフィラメント間に挿入したＢｉ系銀シースバリア
線材が登場してきた。
【０００６】しかしながら、このようなバリア線材を用
いても、交流損失は線材や線材を集合させた導体が曝さ
れる磁界によって、さらに、線材の断面構造や導体の構
造、巻線構造によって大きく影響を受ける。また、低温
超電導交流線材の交流損失特性においては、磁界と線材
のピッチあるいは配向等との関係が研究されているが、
交流用高温超電導線材についてはそのような研究はあま
り行なわれていなかった。また、高温超電導線材につい
ては、通電電流によって生じる周方向磁界Ｂｓｆに対し
ては、線材を撚ってもフィラメント間の結合は避けられ
ないと一般に考えられており、通電電流に対する損失の
低減にマルチフィラメント化の効果はないと考えられて
きた。
いても、交流損失は線材や線材を集合させた導体が曝さ
れる磁界によって、さらに、線材の断面構造や導体の構
造、巻線構造によって大きく影響を受ける。また、低温
超電導交流線材の交流損失特性においては、磁界と線材
のピッチあるいは配向等との関係が研究されているが、
交流用高温超電導線材についてはそのような研究はあま
り行なわれていなかった。また、高温超電導線材につい
ては、通電電流によって生じる周方向磁界Ｂｓｆに対し
ては、線材を撚ってもフィラメント間の結合は避けられ
ないと一般に考えられており、通電電流に対する損失の
低減にマルチフィラメント化の効果はないと考えられて
きた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高温超電導
線材における交流損失を低減することを目的とするもの
である。
線材における交流損失を低減することを目的とするもの
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明が採用した技術手
段は、高温超電導体を有する高温超電導線の交流損失低
減法であって、該高温超電導体に縦磁界成分を加えるこ
とで、通電電流によって生じる周方向磁界と縦磁界成分
との合成磁界成分が該高温超電導体の延出方向と同方向
に延出するようにしたことを特徴とするものである。好
ましくは、合成磁界成分が高温超電導体の延出方向に対
して前後４０度以内の角度で延出するものである。さら
に好ましくは、該合成磁界成分が該高温超電導体の延出
方向と略平行状に延出するものである。
段は、高温超電導体を有する高温超電導線の交流損失低
減法であって、該高温超電導体に縦磁界成分を加えるこ
とで、通電電流によって生じる周方向磁界と縦磁界成分
との合成磁界成分が該高温超電導体の延出方向と同方向
に延出するようにしたことを特徴とするものである。好
ましくは、合成磁界成分が高温超電導体の延出方向に対
して前後４０度以内の角度で延出するものである。さら
に好ましくは、該合成磁界成分が該高温超電導体の延出
方向と略平行状に延出するものである。
【０００９】一つの最も好ましい態様では、高温超電導
線材は、ツイスト状の多数のフィラメント状高温超電導
体を備えたテープ状線材である。そして、周方向磁界成
分と縦磁界成分の合成磁界成分は、該ツイスト状のフィ
ラメントと同方向に延出するものである。また、他の態
様では、線状の超電導線材を複数本撚り合わせてツイス
ト状の集合導体を形成したものでもよい。具体的な例を
挙げると、テープ状ではなく細い超電導線材を複数用意
し、これらを束ねて半田等の金属、またはプラスチック
などの含浸材を線の隙間に充填して集合導体を形成し、
これに撚りを施したものである。あるいは、超電導線材
は、超電導素線を複数本撚り合わせて一次撚線を構成
し、該一次撚線を複数本撚り合わせて二次撚線を構成
し、順次同様に撚り合わせて高次撚線を構成していくも
のでもよい。
線材は、ツイスト状の多数のフィラメント状高温超電導
体を備えたテープ状線材である。そして、周方向磁界成
分と縦磁界成分の合成磁界成分は、該ツイスト状のフィ
ラメントと同方向に延出するものである。また、他の態
様では、線状の超電導線材を複数本撚り合わせてツイス
ト状の集合導体を形成したものでもよい。具体的な例を
挙げると、テープ状ではなく細い超電導線材を複数用意
し、これらを束ねて半田等の金属、またはプラスチック
などの含浸材を線の隙間に充填して集合導体を形成し、
これに撚りを施したものである。あるいは、超電導線材
は、超電導素線を複数本撚り合わせて一次撚線を構成
し、該一次撚線を複数本撚り合わせて二次撚線を構成
し、順次同様に撚り合わせて高次撚線を構成していくも
のでもよい。
【００１０】本発明における超電導線材では、複数の超
電導体間の電磁気的結合（超電導的結合）が有効に抑制
されることが望ましい。図４（ｂ）はバリア線材を示し
ており、超電導フィラメント間に高抵抗材料あるいは絶
縁材料の薄い層を挿入することで、ブリッジングの抑制
と高垂直抵抗化を図っている。このようなバリア線材に
おいては、フィラメント同士の電磁気的結合が抑制され
る。このような線材は例えば特開平１１−３１２４２０
号に開示されている。フィラメント間の電磁気的結合を
有効に抑制するためにはフィラメント間の抵抗を高めれ
ばよく、その手段は、高抵抗体をフィラメント間に挿入
する、フィラメント表面を高抵抗体で被覆することの他
に、フィラメント間隔を大きくすることが挙げられる。
フィラメントの寸法は、厚さ１０μｍ程度幅数十μｍ〜
１００μｍ程度のリボン状であり、テープ線材では、こ
のようなフィラメントが数十から１００本程度母材（銀
等）中に入っており、テープ線材の寸法は幅４ｍｍ前
後、厚さ０．２〜０．３ｍｍ程度である。このような超
電導線材において、フィラメントの間隔は少なくとも１
μｍ以上に保つことが必要であると考えられる。
電導体間の電磁気的結合（超電導的結合）が有効に抑制
されることが望ましい。図４（ｂ）はバリア線材を示し
ており、超電導フィラメント間に高抵抗材料あるいは絶
縁材料の薄い層を挿入することで、ブリッジングの抑制
と高垂直抵抗化を図っている。このようなバリア線材に
おいては、フィラメント同士の電磁気的結合が抑制され
る。このような線材は例えば特開平１１−３１２４２０
号に開示されている。フィラメント間の電磁気的結合を
有効に抑制するためにはフィラメント間の抵抗を高めれ
ばよく、その手段は、高抵抗体をフィラメント間に挿入
する、フィラメント表面を高抵抗体で被覆することの他
に、フィラメント間隔を大きくすることが挙げられる。
フィラメントの寸法は、厚さ１０μｍ程度幅数十μｍ〜
１００μｍ程度のリボン状であり、テープ線材では、こ
のようなフィラメントが数十から１００本程度母材（銀
等）中に入っており、テープ線材の寸法は幅４ｍｍ前
後、厚さ０．２〜０．３ｍｍ程度である。このような超
電導線材において、フィラメントの間隔は少なくとも１
μｍ以上に保つことが必要であると考えられる。
【００１１】本発明の原理について図１に基づいて説明
する。交流電力機器等の巻線中の交流超電導線が曝され
る交流磁界は、横方向、縦方向、および周方向磁界の成
分に分けられ、これらの磁界成分は導体自体の通電電流
によって発生する磁界（自己磁界）と外部磁界がある。
自己磁界について補足すると、マルチフィラメント線が
撚ってあると（フィラメント自身が螺旋状の小さなコイ
ルを形成すると考えられる）、通電電流は超電導フィラ
メント中を流れるので線内に自己縦磁界が生じる。この
自己縦磁界はフィラメントのツイストピッチの影響を受
ける。交流通電によって線材表面に発生する周方向磁界
と、外部より超電導線の軸方向に印加した縦磁界との合
成磁界の方向を変化させることが可能である（実際に
は、合成磁界成分には自己縦磁界の影響もあると考えら
れるが）。超電導線は楕円形状をしていると考え、フィ
ラメントの撚り方向と超電導線の表面に発生する合成磁
界成分の関係を図１に示す。図１（ａ）では縦磁界成分
が小さく、合成磁界は線軸に対して垂直に近くなりフィ
ラメントと大きな角度を持ち、フィラメント内に磁束が
侵入しにくくなると考えられる。また図１（ｃ）のよう
に縦磁界成分が大きい場合には、合成磁界は線軸に対し
て平行に近くなりフィラメントに磁束が侵入しにくくな
る。図１（ｂ）のように合成磁界成分がフィラメントと
平行になる場合には磁束が侵入しやすく損失が低減でき
ると考えられる。尚、図１は説明のための概念図であ
り、実際には、図１（ａ），（ｃ）の場合も合成磁界が
フィラメントと同方向に延出するものと考えられ、交流
損失低減の効果を有するものと考えられる。
する。交流電力機器等の巻線中の交流超電導線が曝され
る交流磁界は、横方向、縦方向、および周方向磁界の成
分に分けられ、これらの磁界成分は導体自体の通電電流
によって発生する磁界（自己磁界）と外部磁界がある。
自己磁界について補足すると、マルチフィラメント線が
撚ってあると（フィラメント自身が螺旋状の小さなコイ
ルを形成すると考えられる）、通電電流は超電導フィラ
メント中を流れるので線内に自己縦磁界が生じる。この
自己縦磁界はフィラメントのツイストピッチの影響を受
ける。交流通電によって線材表面に発生する周方向磁界
と、外部より超電導線の軸方向に印加した縦磁界との合
成磁界の方向を変化させることが可能である（実際に
は、合成磁界成分には自己縦磁界の影響もあると考えら
れるが）。超電導線は楕円形状をしていると考え、フィ
ラメントの撚り方向と超電導線の表面に発生する合成磁
界成分の関係を図１に示す。図１（ａ）では縦磁界成分
が小さく、合成磁界は線軸に対して垂直に近くなりフィ
ラメントと大きな角度を持ち、フィラメント内に磁束が
侵入しにくくなると考えられる。また図１（ｃ）のよう
に縦磁界成分が大きい場合には、合成磁界は線軸に対し
て平行に近くなりフィラメントに磁束が侵入しにくくな
る。図１（ｂ）のように合成磁界成分がフィラメントと
平行になる場合には磁束が侵入しやすく損失が低減でき
ると考えられる。尚、図１は説明のための概念図であ
り、実際には、図１（ａ），（ｃ）の場合も合成磁界が
フィラメントと同方向に延出するものと考えられ、交流
損失低減の効果を有するものと考えられる。
【００１２】実際の構成では、集合導体からなる超電導
ケーブルや超電導コイルにおいて、高温超電導体の撚り
方向やピッチあるいは積層構造等のパラメータを好適に
選択することで、合成磁界と高温超電導体の延出方向を
同方向とすることができる。
ケーブルや超電導コイルにおいて、高温超電導体の撚り
方向やピッチあるいは積層構造等のパラメータを好適に
選択することで、合成磁界と高温超電導体の延出方向を
同方向とすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図３において、テープ状の線材
は、母材と母材内をスパイラル状に母材の長さ方向に延
出する複数のフィラメント（酸化物超電導体）から構成
されている。出願人が鋭意研究を行なったところ、線材
に縦方向磁界成分Ｂｅｘｚが加わると通電損失を大幅に
減少できることがわかった。ＢｅｘｚとＢｓｆは合成す
ると線材の回りのスパイラル状の磁界となり、スパイラ
ル状の磁界のピッチと方向がフィラメントの撚り方向と
ピッチに一致すると、磁界は線材中に超電導フィラメン
トを横切らずに侵入することができる。このためフィラ
メントの電磁的結合が抑制される。したがって、マルチ
フィラメントの撚りピッチと方向を適性に選択すること
で、通電損失を大幅に抑制することが可能である。巻線
内部ではＢｓｆとＢｅｘｚは共に通電電流に比例するの
で通電電流が変わってもスパイラル状の磁界のピッチは
変わらない。
は、母材と母材内をスパイラル状に母材の長さ方向に延
出する複数のフィラメント（酸化物超電導体）から構成
されている。出願人が鋭意研究を行なったところ、線材
に縦方向磁界成分Ｂｅｘｚが加わると通電損失を大幅に
減少できることがわかった。ＢｅｘｚとＢｓｆは合成す
ると線材の回りのスパイラル状の磁界となり、スパイラ
ル状の磁界のピッチと方向がフィラメントの撚り方向と
ピッチに一致すると、磁界は線材中に超電導フィラメン
トを横切らずに侵入することができる。このためフィラ
メントの電磁的結合が抑制される。したがって、マルチ
フィラメントの撚りピッチと方向を適性に選択すること
で、通電損失を大幅に抑制することが可能である。巻線
内部ではＢｓｆとＢｅｘｚは共に通電電流に比例するの
で通電電流が変わってもスパイラル状の磁界のピッチは
変わらない。
【００１４】高温超電導線材は、超電導ケーブルや超電
導コイルとして構成され、集合導体、巻線の構造方法を
設計することで、線材に縦磁界成分を加えることができ
る。合成磁界と高温超電導体の延出方向を同方向とする
ためのパラメータは、ツイスト状の高温超電導体の撚り
方向、ピッチ、高温超電導線材が撚られる場合には、そ
の撚り方向、ピッチ、また、高温超電導線材が集合導体
を形成する場合には、その撚り方向、ピッチ、積層構
造、隣接線材の存在等が挙げられる。これらのパラメー
タを好適に選択することで、合成磁界と高温超電導体の
延出方向を平行に近づけることができ、交流損失を低減
することができる。図５は高温超電導線材の集合導体を
例示するものであって、（ａ）（ｂ）は超電導ケーブ
ル、（ｃ）は超電導コイルを示す概略図である。図５
（ａ）（ｂ）は共にテープ状酸化物超電導線材を芯材あ
るいはフォーマーにスパイラル状あるいは螺旋状に巻装
して第一層を形成し、さらに第二層、第三層を積層させ
て構成されたものを示し、（ａ）巻回方向が各層間で同
一なもの、（ｂ）は巻回方向が隣位の層間で互いに異な
るものを示している。このような超電導ケーブルにおい
て、巻きのピッチや延出方向、あるいは積層構造等のパ
ラメータを選択することで、適切な縦磁界を超電導体に
付与することができる。図５（ｃ）に示す超電導コイル
においても、巻きのピッチや延出方向等のパラメータを
選択することで、適切な縦磁界を超電導体に付与するこ
とができる。
導コイルとして構成され、集合導体、巻線の構造方法を
設計することで、線材に縦磁界成分を加えることができ
る。合成磁界と高温超電導体の延出方向を同方向とする
ためのパラメータは、ツイスト状の高温超電導体の撚り
方向、ピッチ、高温超電導線材が撚られる場合には、そ
の撚り方向、ピッチ、また、高温超電導線材が集合導体
を形成する場合には、その撚り方向、ピッチ、積層構
造、隣接線材の存在等が挙げられる。これらのパラメー
タを好適に選択することで、合成磁界と高温超電導体の
延出方向を平行に近づけることができ、交流損失を低減
することができる。図５は高温超電導線材の集合導体を
例示するものであって、（ａ）（ｂ）は超電導ケーブ
ル、（ｃ）は超電導コイルを示す概略図である。図５
（ａ）（ｂ）は共にテープ状酸化物超電導線材を芯材あ
るいはフォーマーにスパイラル状あるいは螺旋状に巻装
して第一層を形成し、さらに第二層、第三層を積層させ
て構成されたものを示し、（ａ）巻回方向が各層間で同
一なもの、（ｂ）は巻回方向が隣位の層間で互いに異な
るものを示している。このような超電導ケーブルにおい
て、巻きのピッチや延出方向、あるいは積層構造等のパ
ラメータを選択することで、適切な縦磁界を超電導体に
付与することができる。図５（ｃ）に示す超電導コイル
においても、巻きのピッチや延出方向等のパラメータを
選択することで、適切な縦磁界を超電導体に付与するこ
とができる。
【００１５】
【実施例】Z撚りのツイスト線とツイストされていない
線に縦磁界を印加することにより、合成磁界の方向を変
え通電損失測定を行った．ここで、損失の低減を比較す
るため、まったく同じ大きさの磁界方向を反対に印加し
縦磁界による効果を比較した。縦磁界の効果について比
較を行ったワイドスペースのツイストされていない線(S
ample A)とZ撚りのツイスト線(Sample B)の諸元を表１
に示す。表１に示す臨界電流値Icは，液体窒素中で無磁
界下において直流通電を行ったときに生じる電界が１cm
あたり1μＶ発生する電流値とした。高温超電導線材は
Ｂｉ／２２２３銀シース線材であり、銀からなる母材と
母材中に含まれる６１芯のフィラメントからなる。
線に縦磁界を印加することにより、合成磁界の方向を変
え通電損失測定を行った．ここで、損失の低減を比較す
るため、まったく同じ大きさの磁界方向を反対に印加し
縦磁界による効果を比較した。縦磁界の効果について比
較を行ったワイドスペースのツイストされていない線(S
ample A)とZ撚りのツイスト線(Sample B)の諸元を表１
に示す。表１に示す臨界電流値Icは，液体窒素中で無磁
界下において直流通電を行ったときに生じる電界が１cm
あたり1μＶ発生する電流値とした。高温超電導線材は
Ｂｉ／２２２３銀シース線材であり、銀からなる母材と
母材中に含まれる６１芯のフィラメントからなる。
【表１】
【００１６】それぞれの線材に縦磁界方向に交流縦磁界
の波高値Bpが0,5,10,15,20[mT]を印加し、マグネットと
コンデンサの組み合わせより求めた共振周波数63.7Hzの
交流通電時の交流通電損失測定を行った。また，交流通
電電流に対して同方向(Same)と逆方向(Opposite)に交流
磁界を印加した。
の波高値Bpが0,5,10,15,20[mT]を印加し、マグネットと
コンデンサの組み合わせより求めた共振周波数63.7Hzの
交流通電時の交流通電損失測定を行った。また，交流通
電電流に対して同方向(Same)と逆方向(Opposite)に交流
磁界を印加した。
【００１７】交流通電損失の交流外部磁界依存性を示し
た測定結果を図６のa)にSample A、b)にSample Bを示
す。これらのグラフは横軸に通電電流の波高値Ipをそれ
ぞれの臨界電流値Icで割り，縦軸は交流通電電流１サイ
クルあたりの交流通電損失を臨界電流値Icの２乗で正規
化したグラフである。ここで、用いる臨界電流値は直流
外部磁界中における臨界電流値を用いた。また、実線
は，目安としてNorrisの楕円モデルによる値を示してい
る。
た測定結果を図６のa)にSample A、b)にSample Bを示
す。これらのグラフは横軸に通電電流の波高値Ipをそれ
ぞれの臨界電流値Icで割り，縦軸は交流通電電流１サイ
クルあたりの交流通電損失を臨界電流値Icの２乗で正規
化したグラフである。ここで、用いる臨界電流値は直流
外部磁界中における臨界電流値を用いた。また、実線
は，目安としてNorrisの楕円モデルによる値を示してい
る。
【００１８】図６より、ツイストされていない線では，
交流通電電流に対して同方向と逆方向に交流外部磁界を
印加した場合に、ほぼ等しい損失が得られる。一方、Ｚ
撚りのツイスト線は，それぞれのグラフで小さい値を示
している。具体的に15mTを印加し、0.4Icの場合に、損
失は通電電流に対して磁界が同方向の場合に逆方向に比
べ１／５になっている。また図６より、外部磁界が大き
くなるに従い、損失の差が発生する電流値も大きくな
る。これは、Z撚りの場合に、通電電流が作る磁界と外
部磁界の合成磁界が超電導フィラメントに対して平行に
なるので，フィラメント間に磁束が侵入しやすくなるこ
とが考えられる。
交流通電電流に対して同方向と逆方向に交流外部磁界を
印加した場合に、ほぼ等しい損失が得られる。一方、Ｚ
撚りのツイスト線は，それぞれのグラフで小さい値を示
している。具体的に15mTを印加し、0.4Icの場合に、損
失は通電電流に対して磁界が同方向の場合に逆方向に比
べ１／５になっている。また図６より、外部磁界が大き
くなるに従い、損失の差が発生する電流値も大きくな
る。これは、Z撚りの場合に、通電電流が作る磁界と外
部磁界の合成磁界が超電導フィラメントに対して平行に
なるので，フィラメント間に磁束が侵入しやすくなるこ
とが考えられる。
【００１９】交流通電電流と外部縦磁界が同相交流の場
合における，ツイスト線の交流通電損失の縦磁界効果に
ついて示した。ツイストされていない線では、交流通電
電流に対して同方向と逆方向に交流外部磁界を印加した
場合に、ほぼ等しい損失が得られる。一方、ツイスト線
は、通電電流が作る磁界と外部磁界の合成磁界が超電導
フィラメントに対してほぼ平行になる場合に、損失が減
少することが測定により示された。このことにより、ケ
ーブルなどの設計を行う場合に、ツイストピッチとそれ
に伴う縦磁界の影響も考慮に入れることにより通電損失
の低減が可能である。
合における，ツイスト線の交流通電損失の縦磁界効果に
ついて示した。ツイストされていない線では、交流通電
電流に対して同方向と逆方向に交流外部磁界を印加した
場合に、ほぼ等しい損失が得られる。一方、ツイスト線
は、通電電流が作る磁界と外部磁界の合成磁界が超電導
フィラメントに対してほぼ平行になる場合に、損失が減
少することが測定により示された。このことにより、ケ
ーブルなどの設計を行う場合に、ツイストピッチとそれ
に伴う縦磁界の影響も考慮に入れることにより通電損失
の低減が可能である。
【図１】縦磁界成分と周方向成分の合成磁界と超電導フ
ィラメントの関係を説明する概念図である。
ィラメントの関係を説明する概念図である。
【図２】マルチフィラメント銀シーステープ線材にかか
る磁界を説明する図である。
る磁界を説明する図である。
【図３】外部縦磁界と周方向磁界の合成によるスパイラ
ル状磁界と線材のツイストされたフィラメントの位置関
係を示す図である。
ル状磁界と線材のツイストされたフィラメントの位置関
係を示す図である。
【図４】（ａ）はマルチフィラメント銀シース線材にお
けるブリッジングを示す図である。（ｂ）はバリアの挿
入によるブリッジングの防止と高垂直抵抗化を示す図で
ある。
けるブリッジングを示す図である。（ｂ）はバリアの挿
入によるブリッジングの防止と高垂直抵抗化を示す図で
ある。
【図５】（ａ）、（ｂ）は集合導体としての超電導ケー
ブル、（ｃ）は集合導体としてのコイルを示す概略図で
ある。
ブル、（ｃ）は集合導体としてのコイルを示す概略図で
ある。
【図６】通電電流と縦磁界が同相交流のときの通電損失
特性を示す図であり（Ｂｐ＝５）、上がサンプルＡ（ツ
イストなし）、下がサンプルＢ（ツイスト線）である。
特性を示す図であり（Ｂｐ＝５）、上がサンプルＡ（ツ
イストなし）、下がサンプルＢ（ツイスト線）である。
【図７】通電電流と縦磁界が同相交流のときの通電損失
特性を示す図であり（Ｂｐ＝１０）、上がサンプルＡ
（ツイストなし）、下がサンプルＢ（ツイスト線）であ
る。
特性を示す図であり（Ｂｐ＝１０）、上がサンプルＡ
（ツイストなし）、下がサンプルＢ（ツイスト線）であ
る。
【図８】通電電流と縦磁界が同相交流のときの通電損失
特性を示す図であり（Ｂｐ＝１５）、上がサンプルＡ
（ツイストなし）、下がサンプルＢ（ツイスト線）であ
る。
特性を示す図であり（Ｂｐ＝１５）、上がサンプルＡ
（ツイストなし）、下がサンプルＢ（ツイスト線）であ
る。
【図９】通電電流と縦磁界が同相交流のときの通電損失
特性を示す図であり（Ｂｐ＝２０）、上がサンプルＡ
（ツイストなし）、下がサンプルＢ（ツイスト線）であ
る。
特性を示す図であり（Ｂｐ＝２０）、上がサンプルＡ
（ツイストなし）、下がサンプルＢ（ツイスト線）であ
る。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 福井 聡
新潟県新潟市坂井867 リバティープラザ
新大駅前405
Ｆターム(参考） 5G321 BA01 BA03 CA11 CA18
Claims (14)
- 【請求項１】高温超電導体を有する高温超電導線の交流
損失低減法であって、該高温超電導体に縦磁界成分を加
えることで、通電電流によって生じる周方向磁界と縦磁
界成分との合成磁界成分が該高温超電導体の延出方向と
同方向に延出するようにしたことを特徴とする高温超電
導線の交流損失低減法。 - 【請求項２】請求項１において、該合成磁界成分が該高
温超電導体の延出方向に対して前後４０度以内の角度で
延出することを特徴とする高温超電導線の交流損失低減
法。 - 【請求項３】請求項２において、該合成磁界成分が該高
温超電導体の延出方向と略平行状に延出することを特徴
とする高温超電導線の交流損失低減法。 - 【請求項４】請求項１乃至３いずれかにおいて、該高温
超電導体および該合成磁界成分はスパイラル状に延出す
るものであることを特徴とする高温超電導線の交流損失
低減法。 - 【請求項５】請求項４において、複数の該高温超電導体
は該高温超電導線内を所定ピッチでスパイラル状に延出
しており、該ピッチを選択することで前記合成磁界の延
出方向を規定するようにしたことを特徴とする高温超電
導線の交流損失低減法。 - 【請求項６】請求項１乃至５いずれかにおいて、該高温
超電導線はテープ状であることを特徴とする高温超電導
線の交流損失低減法。 - 【請求項７】請求項１乃至６いずれかにおいて、各高温
超電導体間の電磁気的結合が抑制されていることを特徴
とする高温超電導線の交流損失低減法。 - 【請求項８】請求項７において、各高温超電導体間には
高抵抗体を設けたことを特徴とする高温超電導線の交流
損失低減法。 - 【請求項９】請求項７において、各高温超電導体間の間
隔を、高温超電導体間で超電導的結合が抑制されるよう
な大きさに選択したことを特徴とする高温超電導線の交
流損失低減法。 - 【請求項１０】請求項１乃至９いずれかにおいて、該高
温超電導線は集合導体を形成しており、該集合導体の構
成を選択することによって、該高温超電導線に所定の外
部縦磁界を加えるようにしたことを特徴とする高温超電
導線の交流損失低減法。 - 【請求項１１】請求項１０において、該集合導体はテー
プ状高温超電導線材を巻装したものを積層構造としたも
のであることを特徴とする高温超電導線の交流損失低減
法。 - 【請求項１２】請求項１乃至９いずれかにおいて、該高
温超電導線はコイルを形成しており、該コイルの構成を
選択することによって、該高温超電導線に所定の外部縦
磁界を加えるようにしたことを特徴とする高温超電導線
の交流損失低減法。 - 【請求項１３】請求項１乃至１２いずれかにおいて、該
高温超電導線は金属被覆体と該金属被覆体内に埋設され
た複数のフィラメント状の高温超電導体から構成され、
各高温超電導体はツイスト線であることを特徴とする高
温超電導線の交流損失低減法。 - 【請求項１４】請求項１乃至４いずれかにおいて、複数
の高温超電導線を束ねて集合導体を形成し、該集合導体
に撚りを施したことを特徴とする高温超電導線の交流損
失低減法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001190745A JP2003007150A (ja) | 2001-06-25 | 2001-06-25 | 高温超電導線の交流損失低減法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001190745A JP2003007150A (ja) | 2001-06-25 | 2001-06-25 | 高温超電導線の交流損失低減法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003007150A true JP2003007150A (ja) | 2003-01-10 |
Family
ID=19029477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001190745A Pending JP2003007150A (ja) | 2001-06-25 | 2001-06-25 | 高温超電導線の交流損失低減法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003007150A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007013095A (ja) * | 2005-05-30 | 2007-01-18 | Toshiba Corp | 超電導コイル装置 |
| 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 |
| JP2012038476A (ja) * | 2010-08-04 | 2012-02-23 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導機器 |
| JP2013004196A (ja) * | 2011-06-13 | 2013-01-07 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | 偏流抑制方法および超電導ケーブル |
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-
2001
- 2001-06-25 JP JP2001190745A patent/JP2003007150A/ja active Pending
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| KR101775444B1 (ko) | 2009-10-07 | 2017-09-06 | 고쿠리츠 다이가쿠 호진 큐슈 코교 다이가쿠 | 초전도 케이블 및 교류 송전 케이블 |
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