(57)【要約】【課題】断熱管での交流損失を計算するステップを含む、単心型の超電導ケーブルの製造方法および電流分布解析プログラムを提供する。【解決手段】超電導線材各々のインピーダンスを均一化するステップＳ１と、超電導線材に流れる電流が作る内部軸方向の磁界を計算し、計算した磁界に基づき断熱管に鎖交する磁束数を算出するステップＳ２と、断熱管に鎖交する磁束により誘起される、断熱管を周方向に流れる渦電流による損失を、断熱管の形状に基づいて計算するステップＳ３と、渦電流による損失が予め設定した損失値以上であるか否かを判定し、予め設定した損失値以上である場合、超電導線材各々の撚り方向および撚りピッチを見直して予め設定した損失値未満である撚り方向および撚りピッチを選択するステップＳ４と、を備える。【選択図】図１２
2015095157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォーマ上に超電導線材を螺旋状に巻き付けた導体層と、電気絶縁層と、超電導線材を螺旋状に巻き付けたシールド層とを備えたケーブルコアが金属製の断熱管に収納された単心型超電導ケーブルの製造方法であって、
前記超電導線材各々のインピーダンスを均一化するステップと、
前記超電導線材に流れる電流が作る内部軸方向の磁界を計算し、計算した磁界に基づき前記断熱管に鎖交する磁束数を算出するステップと、
前記断熱管に鎖交する磁束により誘起される、前記断熱管を周方向に流れる渦電流による損失を、前記断熱管の形状に基づいて計算するステップと、
前記渦電流による損失が予め設定した損失値以上であるか否かを判定し、予め設定した損失値以上である場合、前記超電導線材各々の撚り方向および撚りピッチを見直して前記予め設定した損失値未満である撚り方向および撚りピッチを選択するステップと、
を備えることを特徴とする超電導ケーブルの製造方法。
【請求項２】
前記断熱管の形状は、コルゲート形状であって、コルゲート形状を正弦波とみなして、前記断熱管を周方向に流れる渦電流による損失を計算する、
ことを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブルの製造方法。
【請求項３】
前記断熱管の形状は、コルゲート形状であって、コルゲート形状を平均径の平滑パイプとみなして、前記断熱管を周方向に流れる渦電流による損失を計算する、
ことを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブルの製造方法。
【請求項４】
フォーマ上に超電導線材を螺旋状に巻き付けた導体層と、電気絶縁層と、超電導線材を螺旋状に巻き付けたシールド層とを備えたケーブルコアが金属製の断熱管に収納された単心型超電導ケーブルの電流分布解析プログラムであって、
コンピューターが、前記超電導線材に流れる電流が作る内部軸方向の磁界を計算し、計算した磁界に基づき前記断熱管に鎖交する磁束数を算出するステップと、
コンピューターが、前記断熱管に鎖交する磁束により誘起される、前記断熱管を周方向に流れる渦電流による損失を、前記断熱管の形状に基づいて計算するステップと、
を備えることを特徴とする超電導ケーブルの電流分布解析プログラム。
【請求項５】
前記断熱管の形状は、コルゲート形状であって、コルゲート形状を正弦波とみなして、前記断熱管を周方向に流れる渦電流による損失を計算する、
ことを特徴とする請求項４に記載の超電導ケーブルの電流分布解析プログラム。
【請求項６】
前記断熱管の形状は、コルゲート形状であって、コルゲート形状を平均径の平滑パイプとみなして、前記断熱管を周方向に流れる渦電流による損失を計算する、
ことを特徴とする請求項４に記載の超電導ケーブルの電流分布解析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導ケーブルの製造方法および電流分布解析プログラムに関し、特に断熱管での交流損失を計算するステップを含む、超電導ケーブルの製造方法および電流分布解析プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導ケーブルの撚りピッチ及び撚り方向の設計については、超電導ケーブルを構成する超電導導体の各層の層電流の均一化を図るように、各層のインダクダンスを均一化するとともに軸方向磁界により生じるフォーマの交流損失にも配慮することにより行われていた（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６９８６２３号公報
【特許文献２】特許第３７５４８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、単心ケーブルで大電流通電を行う場合には、軸方向磁界により生じる例えばステンレス（ＳＵＳ）製の断熱管での交流損失も顕在化し、設計において無視できなくなるケースが生じる。フォーマでの交流損失の損失低減は、上記各特許文献のようにフォーマの構造を工夫することにより対処可能である。一方、ＳＵＳ断熱管（コルゲート管）での交流損失の損失低減は、コルゲート管の厚さを薄くすることが考えられる。しかし、コルゲート管の厚さは、断熱管の圧力容器としての仕様から決まっているので、薄くすることには限界がある。そのため、断熱管の構造を工夫することによっては、コルゲート管での交流損失の損失低減を図ることができない。
【０００５】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、断熱管での交流損失を計算するステップを含む、単心型の超電導ケーブルの製造方法および電流分布解析プログラムを提供し、断熱管での交流損失を低減した単心型の超電導ケーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の超電導ケーブルの製造方法は、フォーマ上に超電導線材を螺旋状に巻き付けた導体層と、電気絶縁層と、超電導線材を螺旋状に巻き付けたシールド層とを備えたケーブルコアが金属製の断熱管に収納された単心型超電導ケーブルの製造方法であって、前記超電導線材各々のインピーダンスを均一化するステップと、前記超電導線材に流れる電流が作る内部軸方向の磁界を計算し、計算した磁界に基づき前記断熱管に鎖交する磁束数を算出するステップと、前記断熱管に鎖交する磁束により誘起される、前記断熱管を周方向に流れる渦電流による損失を、前記断熱管の形状に基づいて計算するステップと、前記渦電流による損失が予め設定した損失値以上であるか否かを判定し、予め設定した損失値以上である場合、前記超電導線材各々の撚り方向および撚りピッチを見直して前記予め設定した損失値未満である撚り方向および撚りピッチを選択するステップと、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の超電導ケーブルの製造方法において、前記断熱管の形状は、コルゲート形状であって、コルゲート形状を正弦波とみなして、前記断熱管を周方向に流れる渦電流による損失を計算する、ことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の超電導ケーブルの製造方法において、前記断熱管の形状は、コルゲート形状であって、コルゲート形状を平均径の平滑パイプとみなして、前記断熱管を周方向に流れる渦電流による損失を計算する、ことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の電流分布解析プログラムは、フォーマ上に超電導線材を螺旋状に巻き付けた導体層と、電気絶縁層と、超電導線材を螺旋状に巻き付けたシールド層とを備えたケーブルコアが金属製の断熱管に収納された単心型超電導ケーブルの電流分布解析プログラムであって、コンピューターが、前記超電導線材に流れる電流が作る内部軸方向の磁界を計算し、計算した磁界に基づき前記断熱管に鎖交する磁束数を算出するステップと、コンピューターが、前記断熱管に鎖交する磁束により誘起される、前記断熱管を周方向に流れる渦電流による損失を、前記断熱管の形状に基づいて計算するステップと、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の電流分布解析プログラムにおいて、前記断熱管の形状は、コルゲート形状であって、コルゲート形状を正弦波とみなして、前記断熱管を周方向に流れる渦電流による損失を計算する、ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の電流分布解析プログラムにおいて、前記断熱管の形状は、コルゲート形状であって、コルゲート形状を平均径の平滑パイプとみなして、前記断熱管を周方向に流れる渦電流による損失を計算する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、断熱管に鎖交する磁束により誘起される、断熱管を周方向に流れる渦電流による損失を、断熱管の形状に基づいて計算するステップを設けた。また、このステップによる渦電流による損失が予め設定した設定損失値以上である場合、超電導線材各々の撚り方向および撚りピッチを見直して設定損失値未満である撚り方向および撚りピッチを選択するステップを設けた。これにより、本発明によれば、断熱管での交流損失を計算するステップを含む、単心型の超電導ケーブルの製造方法および電流分布解析プログラムを提供することができ、交流損失を低減した単心型の超電導ケーブルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】超電導電力ケーブル（超電導ケーブル）の基本構造を示す図である。
【図２】導体１層＋シールド１層の構造を示す図である。
【図３】渦電流損失計算に用いる断熱管の形状を示す図である。
【図４】ＳＵＳコルゲート二重断熱管の各部寸法を示すテーブルの図である。
【図５】平滑パイプに誘起される渦電流回路を示す図である。
【図６】コルゲート形状での計算について説明するための図である。
【図７】図６に示す微小リングの断面を示す図である。
【図８】損失測定回路の構成を示す図である。
【図９】断熱管での渦電流損失の計算値と実測値との比較を説明するための図である。
【図１０】導体層およびシールド層における線材の撚り方向と分流比について説明するための図である。
【図１１】断熱管での渦電流損失の計算値の一例を説明するための図である。
【図１２】本実施形態での単心型の超電導ケーブルの製造方法における各処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
なお、実施形態の説明では、まず超電導ケーブルの構成について説明し、次に、超電導ケーブルの磁気遮蔽について説明し、ＳＵＳ断熱管での渦電流による交流電流損失の計算手法について説明する。それから、交流電流損失の計算手法について実測値との比較を行った後、本実施形態の単心型の超電導ケーブルの製造方法および電流分布解析プログラムの構成について説明する。
【００１５】
［超電導ケーブルの構成］
図１は、超電導電力ケーブル（超電導ケーブル）の基本構造を示す図である。図１（ａ）は、三相交流用ケーブルで三心（相）一括型の超電導ケーブル１の断面構造を示し、図１（ｂ）は、単心型の超電導ケーブル２の断面構造を示す。また、図１（ｃ）は、ケーブルコア１０の構造を示す。図１（ｂ）に示す単心型の超電導ケーブル２を用いて図１（ａ）に示す三心一括型の超電導ケーブル１を作るには、３本の単心型の超電導ケーブル２が必要となる。
三心一括型の超電導ケーブル１と単心型の超電導ケーブル２との両者ともケーブルコア１０を有する。ケーブルコア１０は、フォーマ１１と、超電導導体１２（フォーマ１１上に超電導線材を螺旋状に巻き付けた導体層）と、電気絶縁体１３（電気絶縁層）と、超電導シールド層１４（超電導線材を螺旋状に巻き付けたシールド層）とを備える。
【００１６】
超電導導体１２は、導体であるフォーマ１１上に多数本の超電導線材を多層にスパイラル（螺旋状）に巻きつけて形成される。超電導線材には、例えば、希土類系やビスマス（Ｂｉ）系のテープ状酸化物超電導線材が用いられる。導体であるフォーマ１１は、銅撚り線からなり、機械的剛性と事故時の大電流を超電導導体と分流するために用いられる。電気絶縁体１３は、絶縁紙に液体窒素を含浸させた複合絶縁体となっている。電気絶縁体１３の外側には、多数本の超電導線材をスパイラルに巻きつけた超電導シールド層１４が形成され、導体電流と逆方向の電流が誘起される。この超電導シールド層１４は、電磁界シールドの働きがある。三心一括型の超電導ケーブル１では、三心コアは撚り合わされ、その外部に保護層１５を介して二重断熱管１６が設けられる。単心型の超電導ケーブル２の外部にも保護層１５を介して二重断熱管１６が設けられる。三心一括型の超電導ケーブル１と単心型の超電導ケーブル２との両者において、コアの保護層１５と二重断熱管１６とのギャップ（間隙）は、冷却用液体窒素１７の流路となる。二重断熱管１６は金属波付二重管で真空断熱層となっている。二重断熱管１６の外周には防食層が施される構造となっている。
【００１７】
［超電導ケーブルの磁気遮蔽］
超電導導体１２（導体）、超電導シールド層１４（シールド層）の超電導線材が直線縦添え（すなわち、撚りピッチが無限大）の場合には、シールド誘導電流は導体電流と同じ大きさの逆向き電流となり、シールド層の外部磁界はもちろんゼロとなり、内部軸方向（後述する図２におけるＺ軸方向）の磁界もゼロである。しかし、一般に、スパイラル巻の場合には、その両方の磁界を同時にゼロにすることはできない。このことを以下に示す。
ここでは、説明を簡単にするため、導体を一層、シールド層を一層とした場合の構成を用いて説明する。また、導体とシールド層の撚り方向を同じとして説明する。図２は、導体１層＋シールド１層の構造を示す図である。図２において、Ｐｃは導体の撚りピッチ、Ｐｓはシールド撚りピッチ、ｒｃは導体半径、ｒｓはシールド半径、ｒｐは導体中心から任意のＰ点までの距離をそれぞれ表している。また、Ｉｃは導体電流、Ｉｓはシールドに誘起される電流、ｌ（エル）は今考えているケーブル長をそれぞれ表している。
【００１８】
シールド層に誘導される電流は、導体電流による鎖交磁束数とシールド電流による鎖交磁束数のトータルがゼロとなるように流れる。すなわち、下記式（１）が成り立つ。鎖交磁束数は、円周方向の外部磁束と内部軸方向磁束の和となる。式（１）の第一、二項はそれぞれ導体電流による軸方向鎖交磁束、外部円周方向鎖交磁束数を、第三、四項は同様にシールド電流によるものである。また、式（１）を変形すると、下記式（２）が成り立つ。
【００１９】
【数１】
2015095157.tif 000003
【００２０】
【数２】
2015095157.tif 000004
【００２１】
上記（２）式にて、シールド層の外部磁界がゼロとなるためには、Ｉｃ＝Ｉｓ＝Ｉとして、ＰｓとＰｃとの関係を求めると、下記式（３）が成り立つ。また、式（３）を変形すると、下記式（４）が成り立つ。
【００２２】
【数３】
2015095157.tif 000005
【００２３】
【数４】
2015095157.tif 000006
【００２４】
ここでｒｓ＞ｒｃであるので、Ｐｓ＞Ｐｃとなる。
したがって、導体電流とシールド電流による内部軸方向磁界ＨｃとＨｓはそれぞれ、時式（５）に示すように、異なる値となる。
【００２５】
【数５】
2015095157.tif 000007
【００２６】
すなわち、シールドの外部磁界はゼロに遮蔽できても、内部の軸方向磁界はゼロにキャンセルできないことになる。
【００２７】
以上説明したように、従来、超電導ケーブルでは、超電導シールド層に導体電流と逆向きの同じ大きさの電流が誘導され外部磁界ゼロの完全遮蔽となるため、金属製（一般にはステンレス製）ＳＵＳ断熱管に渦電流損は発生しないと考えられてきた。しかし、上述のように、多重コイル構造ではシールド層の外部円周方向磁界と内部軸方向磁界は同時にゼロにすることはできない。その結果、シールド外部磁界は完全遮蔽されても、内部軸方向磁界はゼロとならず、図１（ｂ）に示す単心ケーブル構造ではＳＵＳ断熱管内部に鎖交する磁束により周方向の渦電流が誘導され、ジュール損失が発生するケースもある。そこで、本実施形態の下記説明では、この渦電流損失の計算式を、内部軸方向鎖交磁束数を変数として導出し、実測値と比較する。なお、図１（ａ）に示す三心一括構造では、ＳＵＳ断熱管内部の軸方向磁界は３相平衡電流でキャンセルされ、トータルでゼロとなるため損失も発生しない。つまり、単心ケーブル設計の場合には、下記において示す、軸方向磁束による断熱管の損失も考慮する必要がある。
【００２８】
［ＳＵＳ断熱管の渦電流損失計算］
渦電流損失計算では、導体とシールド層とに巻きつけられた超電導線材に流れる電流が作る内部軸方向の磁界を計算し、計算した磁界に基づき断熱管に鎖交する磁束数を算出し、断熱管に鎖交する磁束により誘起される、断熱管を周方向に流れる渦電流による損失を、断熱管の形状に基づいて計算する。
計算対象とするＳＵＳコルゲート二重断熱管の形状と各部寸法を図３および図４に示す。
図３は、渦電流損失計算に用いる断熱管の形状を示す図である。また、図４は、ＳＵＳコルゲート二重断熱管の各部寸法を示すテーブルの図である。
【００２９】
計算手法として、図３（ｂ）に示すように、コルゲート管を平均径で同じ厚さ・長さの平滑パイプとして扱った場合（ケース１）と、図３（ａ）に示すように、コルゲート形状を正弦波としてそのまま扱った場合（ケース２）の二通りを説明する。なお、ＳＵＳコルゲート二重断熱管での交流損失は、ケース（１）、（２）ともに、下記計算での計算結果である単位長さ当たりの渦電流損失Ｗｅｄｄｙを内管、外管について求め、その和をとることにより求められる。
【００３０】
（ケース１）
図５は、平滑パイプに誘起される渦電流回路を示す図である。この図５に示す回路において、パイプ単位長当たりの渦電流回路のインピーダンスＺは次式（６）〜（８）となる。
【００３１】
【数６】
2015095157.tif 000008
【００３２】
【数７】
2015095157.tif 000009
【００３３】
【数８】
2015095157.tif 000010
【００３４】
ＳＵＳ断熱管内部の軸方向の全磁束（鎖交磁束数）は、Φを実効値として、下記式（９）で表される。
【００３５】
【数９】
2015095157.tif 000011
【００３６】
よって、渦電流による起電力は、下記式（１０）で表される。
【００３７】
【数１０】
2015095157.tif 000012
【００３８】
従って、渦電流は、下記式（１１）で表される。
【００３９】
【数１１】
2015095157.tif 000013
【００４０】
単位長当たりの渦電流損失Ｗｅｄｄｙは、上記式（５）〜（１１）より、下記式（１２）で表される。
【００４１】
【数１２】
2015095157.tif 000014
【００４２】
なお、本実施形態のように断熱管材質がＳＵＳの場合は、下記式（１３）の近似が成り立つので、式（１２）は下記式（１４）のように簡略化される。
【００４３】
【数１３】
2015095157.tif 000015
【００４４】
【数１４】
2015095157.tif 000016
【００４５】
（ケース２）
図６は、コルゲート形状での計算について説明するための図である。また、図７は、図６に示す微小リングの断面を示す図である。
図６は、コルゲート管の長さ方向断面を示しており、図６に示すように幅ｄｘの微小リングを考える。この断面は図７に示すように、底辺ｔ’＝ｂ＋ｃ、高さｄｘの平行四辺形となる。このリング内において、環状電流が誘導され、ジュール損が発生する。
この断面積Ｓは、次式（１５）により表される。
【００４６】
【数１５】
2015095157.tif 000017
【００４７】
また、図７から下記式（１６）が導き出される。
【００４８】
【数１６】
2015095157.tif 000018
【００４９】
また、下記式（１７）が成り立つので、式（１５）、（１６）より、下記式（１８）、（１９）が導き出される。
【００５０】
【数１７】
2015095157.tif 000019
【００５１】
【数１８】
2015095157.tif 000020
【００５２】
よって、式（１２）、（１３）から、図７に示す平行四辺形の高さｔ’について下記式（１９）が成立する。
【００５３】
【数１９】
2015095157.tif 000021
【００５４】
ここで、図６において、断熱管のコルゲート形状を正弦波とみなすと、下記式（２０）が成り立つ。
【００５５】
【数２０】
2015095157.tif 000022
【００５６】
よって、式（１９）におけるｙ’について、下記式（２１）が成り立つ。
【００５７】
【数２１】
2015095157.tif 000023
【００５８】
ここで、ＳＵＳ断熱管の体積抵抗率をρ、コルゲート管の厚さをｔとすると、微小リングの環状抵抗ｄＲは、下記式（２２）により求まる。
【００５９】
【数２２】
2015095157.tif 000024
【００６０】
従って、微小リングの渦電流損ｄＷｅｄｄｙは、下記式（２３）により求まる。
【００６１】
【数２３】
2015095157.tif 000025
【００６２】
この式（２３）に、式（１９）を代入して、渦電流損Ｗｅｄｄｙが下記式（２４）により求まることになる。
【００６３】
【数２４】
2015095157.tif 000026
【００６４】
なお、コルゲートの波高さが管の太さに対して十分小さい場合（ｈ≪２ｒｍｅａｎ）には、被積分関数の分母は、ｒｍｅａｎとなり、下記式（２５）式で示されるように、渦電流損Ｗｅｄｄｙは第二種完全楕円積分で表される。
【００６５】
【数２５】
2015095157.tif 000027
【００６６】
ここで、ω＝２πｆであり、また、Ｅ（π／２，ｋ）は第二種完全楕円積分関数であり、その母数ｋは、下記式（２６）で表される。
【００６７】
【数２６】
2015095157.tif 000028
【００６８】
以上より、ＳＵＳ断熱管の渦電流損失Ｗｅｄｄｙの計算において、コルゲート形状を反映した厳密式は式（２４）となり、簡略式が式（２５）となる。
【００６９】
［ＳＵＳ断熱管の渦電流損失の計算値と実測値との比較］
図４に形状寸法を示すＳＵＳ二重断熱管の渦電流損失を、内部軸方向鎖交磁束数を変化させて損失測定回路により測定した。図８は、損失測定回路の構成を示す図である。
図８に示すように、超電導導体１２（導体）と超電導シールド層１４（シールド）とを一端において短絡し、交流電源２１から導体へ流れ、シールドを介して交流電源２１へと電流（往復電流）が戻る構成とし、シールド外部の磁界をゼロとした。また、導体とシールドは同方向の撚りとし、内部軸方向磁界のみとした。また、往復電流を電流検出コイル２３で電流値Ｉとして検出し、シールドの一端における電圧値を、電圧測定コイル（図８において不図示）により電圧値Ｖとして検出する構成とした。
【００７０】
ロックインアンプ２２は、電流値Ｉと電圧値Ｖを取り込む。電流値Ｉと電圧値Ｖとの位相差θから、損失Ｐ＝Ｖ×Ｉ×ｃоｓθが求まる。従って、断熱管ありの場合となしの場合においてそれぞれ損失Ｐを測定すれば、その差分を渦電流損失として求めることができる。なお、この測定実験において、ＳＵＳ二重断熱管１６は、内管、外管ともに、液体窒素が充填されたＬＮ２槽２０に浸漬させている。
【００７１】
図９は、断熱管での渦電流損失の計算値と実測値との比較を説明するための図である。
図９においては、ＳＵＳ断熱管内部の軸方向鎖交磁束数Φを横軸にし、Φに対応する断熱管渦電流損失を実測値、計算値に関して縦方向にプロットしている。図９において、実測値に関しては「◇」で、計算値に関しては、式（１４）に従って求めた平滑パイプでの計算値は「▲」で、式（２４）に従って求めたコルゲート管計算値は「×」で、それぞれ示している。なお、計算値については、実測値と同様、断熱管の内管、外管ともに液体窒素中にあるものとして計算している。
【００７２】
図９に示すように、平滑パイプとしての計算値（渦電流損失計算でのタイプ１）は実測値の約７０%となっている。また、コルゲート形状を反映した計算値（渦電流損失計算でのタイプ２）は実測値とほぼ一致している。なお、式（２４）を簡略化した式（２５）での計算値も、図９においては示していないが、式（２４）での計算値と同等であり、実測値と一致している。これは図４に示す断熱管の寸法から分かるように、ｈ≪２ｒｍｅａｎとなっているためである。
【００７３】
次に、超電導ケーブルを実使用する時の断熱管渦電流損失の計算例について説明する。
ここでは、一例として、対象ケーブルを導体４層、シールド２層、導体下径２２ｍｍ、シールド下径４０ｍｍとし、断熱管は図４に各部寸法を示すものとし、周波数５０Ｈｚ、通電電流５０００Ａの場合の計算例である。
図１０は、導体層およびシールド層における線材の撚り方向と分流比について説明するための図である。また、図１１は、断熱管での渦電流損失の計算値の一例を説明するための図である。図１０では、計算例における、導体およびシールドの撚り方向と各層分流比の想定ケースをケース１〜３として示している。ケース１は、すべてＳ（右）撚り、かつ均流化設計した場合であり、ケース２は、すべてＳ撚り、かつ偏流設計した場合であり、ケース３は導体４層についてＳ撚り、シールド２層についてＺ（左）撚り（ＳＳＳ＋ＺＺ撚り）、かつ、均流設計した場合である。なお、各ケースの撚りピッチは、例えば先行技術文献に示す計算方法により各線材の電流値のばらつきが小さくなるように（インピーダンスを均一化するように）適宜選定した。なお、渦電流損失の計算においては、ＳＵＳ二重断熱管１６は、内管は液体窒素が充填されたＬＮ２槽２０に浸漬されている温度下にあるものとし、外管は常温下にあるものとして計算している。
【００７４】
図１１は、ＳＵＳ断熱管内部の軸方向鎖交磁束数Φを横軸にし、Φに対応する断熱管渦電流損失を式（２４）に従って求めたコルゲート管計算値に関して縦方向にプロットしている。また、図１１においては、図１０に示す各ケースでの断熱管内部軸方向の鎖交磁束数を横軸に矢印で示している。
この図１１が示すように、ケーブル損失目標値を数Ｗ／ｍとした場合、各ケースに対応する渦電流損失値を見ると無視できないケースもある。例えば、ケーブル損失目標値を２．０Ｗ／ｍとした場合、その損失はフォーマ、超電導導体、シールド層、断熱管、絶縁体の誘電体損等の各部の損失を含むので、ケース３では満たすことが困難であり、撚り方向および分流比をケース１または２に見直す必要がある。このように、単心ケーブルの場合、大電流化とともに断熱管の渦電流損失も設計に考慮して、製造に反映する必要があると考えられる。
【００７５】
［単心型の超電導ケーブルの製造方法の構成］
図１２は、本実施形態での単心型の超電導ケーブルの製造方法における各処理を示すフローチャートである。
なお、図１２に示す各処理は、例えばＰＣ（パーソナルコンピューター）など演算処理装置が、内蔵するＣＰＵ（演算処理部）、メモリ（記憶部）を用いて行うものである。
まず、単心型超電導ケーブルを構成する導体およびシールドの各層の撚り方向、撚りピッチ、分流比率について、複数のケースを設定する（ステップＳ１）。例えば、上述の図１０のケース１〜３を設定する。なお、これら各ケースにおける撚りピッチは、周知の計算方法により各線材の電流値のばらつきが小さくなるように（インピーダンスを均一化するように）決定されている。
【００７６】
次に、ステップＳ１で設定した各ケースについて、断熱管に鎖交する磁束数を算出する（ステップＳ２）。渦電流損失計算で説明した、平滑パイプの計算では式（１４）、コルゲート形状を反映させた計算値では式（２４）、（２５）に代入するΦを、それぞれのケースについて算出する。
次に、ステップＳ１で設定した各ケースについて、断熱管を周方向に流れる渦電流による損失を、断熱管の形状に基づいて計算する（ステップＳ３）。渦電流損失計算で説明した、平滑パイプの計算では式（１４）、コルゲート形状を反映させた計算値では式（２４）（簡略化の場合は式（２５））により、渦電流損失Ｗｅｄｄｙを、それぞれのケースについて算出する。これにより、断熱管内部の軸方向磁束数と断熱管の渦電流損失との関係が得られる（図９、図１１参照）。
【００７７】
次に、ステップＳ３で算出した渦電流による損失が予め設定した損失値以上であるか否かを判定する。そして、予め設定した損失値以上である場合、超電導線材各々の撚り方向および撚りピッチを見直して予め設定した損失値未満である撚り方向および撚りピッチを選択する（ステップＳ４）。例えば、図１１において、予め設定した損失値を０．５Ｗ／ｍに設定しているとすると、ケース３については０．５Ｗ／ｍ以上の結果が出ているので、ケース１またはケース２が選択され、ユーザー（超電導ケーブルの製造者）に対して示される。
ユーザは、ケース１またはケース２を選択して、撚り方向、撚りピッチを決定し、ケーブルコアを製造し、渦電流計算に用いた断熱管に収め、単心型の超電導ケーブルを製造する。なお、図１１に示すグラフをユーザに対して表示し、ユーザが表示されたグラフから、最適な撚り方向および撚りピッチを決定する構成としてよい。
【００７８】
このように、本実施形態の製造方法は、フォーマ１１（フォーマ）上に超電導線材を螺旋状に巻き付けた超電導導体１２（導体層）と、電気絶縁体１３（電気絶縁層）と、超電導線材を螺旋状に巻き付けた超電導シールド層１４（シールド層）とを備えたケーブルコア１０（ケーブルコア）が金属製の二重断熱管１６（断熱管）に収納された単心型の超電導ケーブル２（単心型超電導ケーブル）の製造方法である。この製造方法は、超電導線材各々のインピーダンスを均一化するステップと、超電導線材に流れる電流が作る内部軸方向の磁界を計算し、計算した磁界に基づき二重断熱管１６に鎖交する磁束数を算出するステップと、二重断熱管１６に鎖交する磁束により誘起される、二重断熱管１６を周方向に流れる渦電流による損失Ｗｅｄｄｙを、二重断熱管１６の形状に基づいて計算するステップと、渦電流による損失が予め設定した損失値以上であるか否かを判定し、予め設定した損失値以上である場合、超電導線材各々の撚り方向および撚りピッチを見直して予め設定した損失値未満である撚り方向および撚りピッチを選択するステップと、を備える。
なお、二重断熱管１６の形状に基づいて計算するとは、渦電流損失計算におけるタイプ２（コルゲート形状を正弦波とみなして算出する）による計算であってもよい。或いは、タイプ１（コルゲート形状を平均径の平滑パイプとみなして算出する）による計算であってもよい。
【００７９】
本実施形態の製造方法によれば、断熱管の交流損失を低減した単心型の超電導ケーブルを提供することが可能となる。
【００８０】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の変更等も含まれる。
例えば、なお、以上に説明した製造方法（例えば、図１２に示すステップＳ２〜Ｓ３）を実現するための電流解析プログラムを、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録し、その電流解析プログラムをコンピューターシステムに読み込ませて実行するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピューターシステム」とは、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）や周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ）−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介して電流解析プログラムが送信された場合のサーバーやクライアントとなるコンピューターシステム内部の揮発性メモリー（ＲＡＭ：Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）のように、一定時間電流解析プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００８１】
また、上記の電流解析プログラムは、この電流解析プログラムを記憶装置等に格納したコンピューターシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピューターシステムに伝送されてもよい。ここで、電流解析プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記の電流解析プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記の電流解析プログラムは、前述した機能をコンピューターシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１…三心一括型の超電導ケーブル、２…単心型の超電導ケーブル、１０…ケーブルコア、１１…フォーマ、１２…超電導導体、１３…電気絶縁体、１４…超電導シールド層、１５…保護層、１６…断熱管、１７…冷却用液体窒素、２０…ＬＮ２槽、２１…交流電源、２２…ロックインアンプ、２３…電流検出コイル
【図１】
2015095157.tif 000029
【図２】
2015095157.tif 000030
【図３】
2015095157.tif 000031
【図４】
2015095157.tif 000032
【図５】
2015095157.tif 000033
【図６】
2015095157.tif 000034
【図７】
2015095157.tif 000035
【図８】
2015095157.tif 000036
【図９】
2015095157.tif 000037
【図１０】
2015095157.tif 000038
【図１１】
2015095157.tif 000039
【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年11月28日(2014.11.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォーマ上に超電導線材を螺旋状に巻き付けた導体層と、電気絶縁層と、超電導線材を螺旋状に巻き付けたシールド層とを備えたケーブルコアが金属製の断熱管に収納された単心型超電導ケーブルの製造方法であって、
前記超電導線材各々のインピーダンスを均一化するステップと、
前記超電導線材に流れる電流が作る内部軸方向の磁界を計算し、計算した磁界に基づき前記断熱管に鎖交する磁束数を算出するステップと、
前記断熱管に鎖交する磁束により誘起される、前記断熱管を周方向に流れる渦電流による損失を、前記断熱管の形状に基づいて計算するステップと、
前記渦電流による損失が予め設定した損失値以上であるか否かを判定し、予め設定した損失値以上である場合、前記超電導線材各々の撚り方向および撚りピッチを見直して前記予め設定した損失値未満である撚り方向および撚りピッチを選択するステップと、
選択した撚り方向および撚りピッチに基づいて単心型超電導ケーブルを製造するステップと、
を備えることを特徴とする超電導ケーブルの製造方法。
【請求項２】
前記断熱管の形状は、コルゲート形状であって、コルゲート形状を正弦波とみなして、前記断熱管を周方向に流れる渦電流による損失を計算する、
ことを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブルの製造方法。
【請求項３】
前記断熱管の形状は、コルゲート形状であって、コルゲート形状を平均径の平滑パイプとみなして、前記断熱管を周方向に流れる渦電流による損失を計算する、
ことを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブルの製造方法。
【請求項４】
フォーマ上に超電導線材を螺旋状に巻き付けた導体層と、電気絶縁層と、超電導線材を螺旋状に巻き付けたシールド層とを備えたケーブルコアが金属製の断熱管に収納された単心型超電導ケーブルの電流分布解析プログラムであって、
コンピューターが、前記超電導線材に流れる電流が作る内部軸方向の磁界を計算し、計算した磁界に基づき前記断熱管に鎖交する磁束数を算出するステップと、
コンピューターが、前記断熱管に鎖交する磁束により誘起される、前記断熱管を周方向に流れる渦電流による損失を、前記断熱管の形状に基づいて計算するステップと、
を実行させることを特徴とする超電導ケーブルの電流分布解析プログラム。
【請求項５】
前記断熱管の形状は、コルゲート形状であって、コルゲート形状を正弦波とみなして、前記断熱管を周方向に流れる渦電流による損失を計算する、
ことを特徴とする請求項４に記載の超電導ケーブルの電流分布解析プログラム。
【請求項６】
前記断熱管の形状は、コルゲート形状であって、コルゲート形状を平均径の平滑パイプとみなして、前記断熱管を周方向に流れる渦電流による損失を計算する、
ことを特徴とする請求項４に記載の超電導ケーブルの電流分布解析プログラム。