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JP3143908B2 - 超電導導体 - Google Patents

超電導導体

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Publication number
JP3143908B2
JP3143908B2 JP02056218A JP5621890A JP3143908B2 JP 3143908 B2 JP3143908 B2 JP 3143908B2 JP 02056218 A JP02056218 A JP 02056218A JP 5621890 A JP5621890 A JP 5621890A JP 3143908 B2 JP3143908 B2 JP 3143908B2
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JP
Japan
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stranded wire
wire
superconducting
twisted
conductor
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Inventor
一也 大松
正之 永田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Wire Processing (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、超電導発電機等の電力応用機器に用いる
ことのできる超電導導体に関するものである。
[従来の技術] 超電導発電機の界磁コイル、電機子コイル等の電力応
用機器に使用する大容量の導体としては、動作時の磁界
変動によって導体内に生じる交流損失や、機械的発熱に
よる常電導転移を生じないことが必要である。さらに、
高い電流密度が要求される。
たとえば、超速応励磁型発電機用界磁巻線用導体にお
いては、交流損失を低減するため、CuNi/Cu/NbTiの三層
構造とし、かつフィラメント径を3μm程度まで細くし
ている。これにより、励磁制御時の磁界変動(4T→6T→
4T,10T/s)における交流損失を10kW/m3以下に低減した
超電導素線とし、この素線を用いた平角成型撚撚線が開
発されている。
また電機子コイル用導体では、同様な三層構造線でフ
ィラメント径を0.5μm程度まで細めて、50/60Hzの交流
損失を100kW/m3レベルまで低減した素線を用いた、平角
成型撚撚線が開発されている。
これらの導体は、いずれも0.6mm以下の細い線径とな
るため、1次撚線として7本撚り、2次撚線として9本
から30本程度の平角成型撚撚線の構成とされている。
[発明が解決しようとする課題] 従来のこのような超電導導体では、ボイド率が25%以
上であるため、導体の電流密度が低いという問題があっ
た。この明細書において、ボイド率とは、1次撚線の場
合には導体が外接する円の領域内において、平角成型撚
撚線の場合には導体が外接する平行四辺形の領域内にお
いて、導体以外のボイド部分が占める断面積の割合をい
う。また、ボイド率が大きいと、剛性を高めることがで
きず、動作時における磁界変動によって導体が機械的に
動き発熱を生じて、導体が常電導転移しやすいという問
題も生じる。
たとえば、超速応励磁型発電機用界磁巻線用導体の場
合には、線径0.59mmの素線のまわりに10μmの厚みのホ
ルマール絶縁膜を施し、この超電導素線を7本撚りして
1次撚線とし、さらにこの1次撚線を11本撚りして平角
成型撚撚線としているが、1次撚線の段階ですでにボイ
ド率が23.3%に達している。したがって平角成型撚撚線
の段階において25%以下のボイド率にすることは困難で
あった。ボイド率を25%以下とするために平角成型撚撚
線の段階において強い圧縮加工を行なうと、超電導素線
が変形し、臨界電流密度や残留抵抗等が低下し、超電導
特性や安定性が大幅に低下する。
また、導体に用いる超電導素線としては、例えばNbTi
超電導素線が典型的なものとして用いられているが、素
線断面積当りの電流密度を増加させるためにNbTiの合金
の割合を増加させ、かつ臨界電流密度を増加させるため
に中間の熱処理と加工等を繰返し多く施しているため、
素線自体が本質的に加工性の乏しいものとなっている。
このため、ボイド率を25%以下にするために著しい圧縮
加工を行なおうとすると、素線が断線してしまうという
問題も生じる。
この発明の目的は、このような従来の問題点を解消
し、ボイド率が25%以下で、かつ超電導特性や安定性に
優れた超電導導体を提供することにある。
[課題を解決するための手段] この発明に従った超電導導体は、絶縁被覆層を有する
超電導素線を撚り合わせた1次撚線を撚り合わせて平角
成型撚撚線とした超電導導体において、1次撚線を圧縮
加工することによりボイド率を15%以下にした後、撚り
合わせることを特徴としている。
また、この発明の超電導導体において、1次撚線の撚
返しは、60%から140%の間で行なうことが好ましい。
またこの発明において、超電導素線は、ホルマールで
絶縁されていることが好ましい。
[作用] 第5図は、従来例の1次撚線を示す断面図である。第
5図を参照して、1次撚線21は、超電導素線22を7本撚
り合せることにより構成されている。このような1次撚
線21を撚り合わせて圧縮成型し平角成型撚撚線とする。
この発明では、この1次撚線の段階で圧縮加工を行な
い、ボイド率を15%以下にしている。
第1図は、この発明に伴う一実施例の1次撚線を示す
断面図である。第1図に示すように、1次撚線1は圧縮
加工を受け、外側に位置する超電導素線が主に変形を受
け、ボイド率が15%以下にされている。このような1次
撚線1を撚り合わせて圧縮成型し、第2図に示すような
平角成型撚撚線3とする。
第3図は、この発明に従う他の実施例の1次撚線を示
す断面図である。第3図に示すように、この1次撚線11
は超電導素線12を19本撚り合わせた後、圧縮加工するこ
とにより構成されている。このような1次撚線11を第4
図で示すように撚り合せて圧縮成型して平角成型撚撚線
13とする。
上記の例では、1次撚線として7本撚りおよび19本撚
り示したが、この発明はこれらに限定されることなく、
例えば3本撚り、および10本撚りなどその他の構成でも
よい。
超電導素線を絶縁する場合には、上述のようにホルマ
ールによる絶縁が好ましい。ホルマールによる絶縁は加
工性が良好であるため、1次撚線の際の圧縮加工や2次
撚線の際の圧縮成型が行ないやすくなるからである。し
かしながら、この発明は、ホルマール絶縁に限定される
ものではなく、その他の加工性の良好な材質による絶縁
でもよい。
この発明の超電導導体では、1次撚線の段階でボイド
率をすでに15%以下に低減しているため、2次撚線後の
平角成型撚撚線でのボイド率を25%以下に低減すること
ができる。このため、高い導体電流密度を達成すること
ができる。また、剛性も向上させることができる。さら
に、平角成型撚撚線への著しい圧縮成型を行なう必要が
ないため、超電導素線の超電導特性や安定性の低下を少
なくすることができ、超電導素線の断線を生じさせるこ
とはなくなる。
1次撚線の圧縮加工は、例えばダイスやローラを用い
て成型圧縮することにより行なうことができる。
この発明ではまた、1次撚線を撚り合せる際の撚返し
を60%から140%の間で行なうことが好ましい。ここで
撚返しとは、2次撚線での平角成型撚撚線のときに、1
ピッチ撚る毎に供給する1次撚線も導体の撚方向と逆方
向に導体の進行方向に対して一回転した場合に100%の
撚返しとなるものを言う。このように撚返しを100±40
%の範囲内にすることにより、圧縮成型した導体中の素
線の乱れを少なくすることができ、高い剛性を保持した
ままで平角成型撚撚線を製造することができる。このよ
うに撚返しは、素線の材質や撚本数都の条件に応じて、
60%から140%の間で適宜選択することができる。
[実施例] 実施例1 線径0.44mmのNbTi超電導線に厚み10μmのホルマール
絶縁を施し、線径0.46mmの素線とした。この素線を7本
撚りして1次撚線を作製し、この1次撚線をローラーダ
イスで圧縮加工した。この結果、第1表に示すようにボ
イド率が14.5%となった。この1次撚線を15本撚り合せ
た後圧縮成型し、第2図に示すような平角成型撚撚線を
作製した。この結果、第1表に示すようにボイド率21.0
%の平角成型撚撚線が得られた(実施例1)。
比較として、1次撚線のボイド率が15%以上になるよ
うに圧縮加工したものを作製し、これを上記実施例1と
同様にして15本撚り合わせて2次撚線とし圧縮成型して
平角成型撚撚線とした。(比較例1)。
また、さらに比較として、従来と同様に1次撚線に圧
縮加工を加えず、第5図に示すような状態の1次撚線を
15本撚り合せた後圧縮成型して平角成型撚撚線を作製し
た(従来例1)。
上記の実施例1、比較例1、および従来例1の1次撚
線のボイド率および2次撚線すなわち平角成型撚撚線の
ボイド率を第1表に示す。
さらに、上記の実施例1、比較例1、および従来例1
のそれぞれについて、1次撚線の0.2%耐緑、5T,4.2Kに
おける素線の臨界電流密度、ならびに5T,4.2Kにおける
導体の電流密度をそれぞれ測定し、併せて第1表に示し
た。
第1表から明らかなように、実施例1では1次撚線の
ボイド率が14.5%であり、2次撚線のボイド率が25%以
下の21.0%になっている。これに対して、1次撚線のボ
イド率が17.0%の比較例1では、2次撚線のボイド率が
25.2%と25%より大きなボイド率になっている。さら
に、従来例1の1次撚線のボイド率は23%であり、2次
撚線のボイド率は26.8%であった。
さらに第1表から明らかなように、実施例1の1次撚
線の0.2%耐力は、従来例1のものより1割近く増加し
ており、素線の0.2%耐力とほぼ同等の値を示してい
る。このことから、実施例1の1次撚線は高い剛性を有
していることが明らかである。
また、第1表に示されるように、導体から取出した素
線の臨界電流密度は、従来例1、比較例1、および実施
例1ともにほとんど同様の値であった。このことより、
平角成型撚撚線の圧縮成型により、いずれも超電導特性
が低下しなかったことが明らかになった。
さらに第1表から明らかなように、導体の電流密度
は、実施例1において80A/mm2以上の値であり、比較例
1および従来例1よりも高い値が得られた。
実施例2 1次撚線を撚り合わせた後に圧縮成型して平角成型撚
撚線を作製する際の圧縮成型の条件を変えて、2次撚
線、すなわち平角成型撚撚線におけるボイド率を変化さ
せたものを作製した。1次撚線として実施例1のものを
用いたもの(実施例2)と、従来例1を用いたもの(従
来例2)について行った。
評価は、平角成型撚撚線から取出した素線の臨界電流
密度(Jc)を測定しJcの劣化率を算出するとともに、素
線の断線状況を観察し断線が発生したか否かで行った。
ボイド率としては第2表に示すように約27%、約25
%、および約21%の種類のものを作製した。結果を第2
表に示す。
第2表から明らかなように、この発明に従う実施例2
ではボイド率が小さくなるように成型加工しても、あま
りJcの低下は認められず、また素線の断線も発生しなか
った。これに対し従来例2では、ボイド率を小さくする
につれてJcの劣化率が大きくなり、また素線の断線が発
生した。
また、残留抵抗比においても、従来例2のものは、約
27%から約21%にすると140から52まで低下したのに対
し、実施例2では80までの低下にとまった。
実施例3 実施例1で用いた1次撚線を撚り合わせる際の撚返し
を第3表に示すように種々変えたものを作製した。
第3表から明らかなように、撚返率が60%から140%
の間のものは、素線の乱れがなく良好な導体として作製
することができた。撚返率が60%より小さくなると、1
次撚線の撚りがもどり、素線の浮き上がりが生じた。
また、撚返率が140%を越えると、素線の乱れはない
ものの、1次撚線の凹凸が著しくなり、安定した導体を
製造することが困難になった。
上記の各実施例では、1次撚線をローラダイズにより
圧縮加工したが、その他の手段により圧縮加工してもよ
い。
[発明の効果] 以上説明したように、この発明の超電導導体では、圧
縮加工により1次撚線における超電導素線間が互いに近
接して配置されているため、導体内の空間部が従来に比
べ著しく小さくなっている。したがって、剛性の高い金
属部分の占める割合が多くなり、導体自身の剛性は従来
よりも著しく高められる。また、超電導素線が互いに近
接しているため、電流密度も同時に高めることができ
る。
したがって、この発明の超電導導体を巻付けた超電導
マグネットでは、高磁界が発生可能となる。また、超電
導マグネットのコンパクト化を図ることができる。ま
た、素線の健全性が保たれることによって、超電導特性
や安定性を維持し、信頼性の高いマグネットを製作する
ことができる。さらに、この発明の超電導導体では、フ
ィラメント径の細いものを用いることによって、交流損
失を小さくし、変動電流や交流運転においても安定して
稼動することができるようになる。この発明の超電導導
体は、高速励磁においても安定な導体であるので、超電
導発電機等の大容量交流機器用導体として、有効に利用
されるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明に従う一実施例の1次撚線を示す断
面図である。 第2図は、第1図に示す1次撚線を撚り合わせた平角成
型撚撚線を示す断面図である。 第3図は、この発明に従う他の実施例の1次撚線を示す
断面図である。 第4図は、第3図に示す1次撚線を撚り合わせた平角成
型撚撚線を示す断面図である。 第5図は、従来例の1次撚線を示す断面図である。 図において、1,11は1次撚線、2,12は超電導素線、3,13
は平角成型撚撚線を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01B 12/08 H01B 13/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁被覆層を有する超電導素線を撚り合わ
    せた1次撚線を撚り合わせて平角成型撚撚線とした超電
    導導体において、 前記1次撚線を圧縮加工することによりボイド率を15%
    以下にした後、撚り合わせることを特徴とする、超電導
    導体。
  2. 【請求項2】前記1次撚線の撚返しを60%から140%の
    間で行なうことを特徴とする、請求項1に記載の超電導
    導体。
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