(57)【要約】【課題】  経済性を考慮しつつ、事故時に対する安定性が向上された酸化物超電導導体およびその製造方法を提供する。【解決手段】  銀または銀合金で被覆された酸化物超電導体からなる超電導素線を複数本集合してなる超電導導体において、超電導素線３に接触して、超電導素線とは別体の常電導金属材２が、超電導素線３とともに集合されている。また、常電導金属材２は、超電導導体の通電電流が臨界電流を超えた際、その通電電流と臨界電流との差分以上の通電電流を分担することができる断面容量の金属量である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銀または銀合金で被覆された酸化物超電導体からなる超電導素線を複数本集合してなる超電導導体において、
前記超電導素線に接触して、該超電導素線とは別体の常電導金属材が、前記超電導素線とともに集合されていることを特徴とする、酸化物超電導導体。
【請求項２】
前記常電導金属材は、前記超電導導体の通電電流が臨界電流を超えた際、その通電電流と臨界電流との差分以上の通電電流を分担することができる断面容量の金属量であることを特徴とする、請求項１記載の酸化物超電導導体。
【請求項３】
前記常電導金属材は、前記超電導素線よりも内側に配置されることを特徴とする、請求項２記載の酸化物超電導導体。
【請求項４】
複数本の超電導素線を集合させて超電導導体を製造する方法であって、
酸化物超電導体が銀または銀合金で被覆された超電導素線を準備するステップと、
集合させるべき超電導素線の数量を決定するステップと、
前記数量に基づいて、前記超電導導体の臨界電流と、前記被覆された銀または銀合金の合計断面容量とを算出するステップと、
前記超電導導体の臨界電流と、前記超電導導体の必要とされる事故電流と、前記被覆された銀または銀合金の合計断面容量とに基づいて、前記事故電流に対して、前記銀または銀合金の合計断面容量では負担しきれない電流量に対して、補うべき量の常電導金属材を新たに準備するステップと、
前記数量の超電導素線と前記常電導金属材とを集合させるステップとを備える、酸化物超電導導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、酸化物超電導導体およびその製造方法に関するものであり、特に、銀または銀合金で被覆された酸化物超電導体からなるテープ状超電導素線を複数本集合してなる酸化物超電導導体およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、より高い臨界温度を示す超電導材料として、セラミック系のもの、すなわち、酸化物超電導材料が注目されている。なかでも、イットリウム系が９０Ｋ、ビスマス系が１１０Ｋ、タリウム系が１２０Ｋ程度の高い臨界温度を示し、液体窒素を冷媒とした高温超電導材料として、実用化が期待されている。
【０００３】
これらの酸化物超電導材料は、大電流をコンパクトな断面積で流す導体として、あるいはパワーリードおよびコイルなどの導体としての応用が考えられ、長尺化が検討されてきている。
【０００４】
このような超電導材料を用いて長尺の超電導導体を得る方法の１つとして、以下の方法が知られている。
【０００５】
まず、酸化物超電導体またはその原料の粉末を銀または銀合金製の金属シースに充填した状態で塑性加工および熱処理を施すことにより、金属シース内の酸化物超電導体またはその原料の粉末を焼結させて超電導体化し、銀または銀合金で被覆された酸化物超電導体からなるテープ状超電導素線を作製する。次に、このテープ状超電導素線を、たとえばパイプに複数本螺旋状に巻付け集合させることによって、液体窒素温度で大電流を流すことができる超電導導体が得られる。
【０００６】
なお、以上本発明についての従来の技術を、出願人の知得した一般的技術情報に基づいて説明したが、出願前に先行技術文献情報として開示すべき情報を出願人は有していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来、事故時にはこの導体にかなり大きな電流が流れ、溶断することによって、導体が破壊されてしまうという問題があった。
【０００８】
そのため、このような事故時に対する導体の安定性の向上が望まれていた。
【０００９】
この導体の安定性を向上させるための手段の１つとして、たとえば、集合させるテープ状超電導素線の本数を増加して、導体としての臨界電流値を上げることが考えられる。しかしながら、テープ状超電導素線の本数を増やすと、導体のコンパクト化を図れない上に、経済上も好ましくない。
【００１０】
一方、導体の安定性を向上させるための別の手段として、たとえば、テープ状超電導素線中に占める銀または銀合金の割合を増加させることが考えられる。しかしながら、銀または銀合金は高価であるため、この銀または銀合金の割合を増加させることは経済性の面で好ましくない。そこで、銀または銀合金以外の常電導金属を被覆材として用いることも考えられるが、銀または銀合金以外の常電導金属は焼結の際超電導体と反応してしまう。したがって、被覆材としては、銀または銀合金しか用いることができなかった。
【００１１】
この発明の目的は、上述の問題点を解決し、経済性を考慮しつつ、事故時に対する安定性が向上された酸化物超電導導体およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明による酸化物超電導導体は、銀または銀合金で被覆された酸化物超電導体からなる超電導素線を複数本集合してなる超電導導体において、超電導素線に接触して、別体の常電導金属線材が超電導素線とともに螺旋状に巻かれて集合されている。
【００１３】
請求項２の発明による酸化物超電導導体は、請求項１の発明において、常電導金属線材は、超電導導体の通電電流が臨界電流を超えた際、その通電電流と臨界電流との差分以上の通電電流を分担することができる断面容量の金属量である。
【００１４】
請求項３の発明による酸化物超電導導体は、請求項２の発明において、常電導金属線材は、超電導素線よりも内側に配置されている。
【００１５】
請求項４の発明による酸化物超電導導体の製造方法は、複数本の超電導素線を集合させて超電導導体を製造する方法であって、酸化物超電導体が銀または銀合金で被覆された超電導素線を準備するステップと、集合させるべき超電導素線の数量を決定するステップと、数量に基づいて、超電導導体の臨界電流と被覆された銀または銀合金の合計量とを算出するステップと、超電導導体の臨界電流と、超電導導体の必要とされる最高使用許容電流と、被覆された銀または銀合金の合計量とに基づいて、最高使用許容電流に対して、銀または銀合金の合計量では負担しきれない電流量に対して補うべき量の常電導金属材を新たに準備するステップと、前記数量の超電導素線と常電導金属線材とを集合させるステップとを備えている。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、この発明によれば、事故時に対する安定化が向上された酸化物超電導導体が得られる。
【００１７】
また、常電導金属材として銀または銀合金以外の金属を使用できるため、経済的であり、かつ、導体の設計がより柔軟となる。
【００１８】
さらに、超電導素線中の銀または銀合金の割合を変化させることなく、使用する常電導金属材の量によって導体の破壊電流値を調製することが可能となるため、同一の超電導素線を用いて性能の異なる導体が作製でき、製造が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（作用）
発明者らは、超電導導体に臨界電流値を超える電流を流した際に溶断する原因は何かを調べるため、事故時を想定した独自の実験を行なった。その結果、超電導導体にその臨界電流値よりも十分に大きな電流を通電した場合、導体が溶断される破壊電流値は、導体の臨界電流値の大小よりも、むしろ導体を構成するテープ状超電導素線の被覆材である銀または銀合金の量に左右されることを見い出した。
【００２０】
この実験の一例を、以下に説明する。
【００２１】
まず、銀被覆テープ状超電導素線を複数本集合してなる２種の超電導導体ＡおよびＢを作製した。これらの超電導導体中に占める銀の量は、導体Ａ：Ｂ＝２：１であった。一方、導体Ａおよび導体Ｂについて臨界電流値を測定したところ、それぞれ２０００Ａおよび２００Ａであった。
【００２２】
これら２種の超電導導体ＡおよびＢについて、交流電流を流して徐々に電流量を上げていき、導体が溶断する電流値を測定した。その結果、導体Ａおよび導体Ｂの導体が溶断する電流値は、それぞれ２０ｋＡおよび１０ｋＡであった。
【００２３】
すなわち、この実験結果より、前述のように、導体が溶断する電流値は、導体中に含まれる常電導金属材の量によって決まることがわかる。したがって、事故時に対する超電導導体の安定性を向上させるためには、超電導導体全体に占める常電導金属材の量を増加させることが必要である。
【００２４】
しかしながら、銀または銀合金被覆超電導素線から構成される超電導導体の実用化を考えた場合、前述のように経済性およびコンパクト化の観点から、超電導導体に占める銀または銀合金の割合には上限がある。一方、被覆材としては、銀または銀合金以外の常電導金属材を用いることは困難である。
【００２５】
そこで、本願発明者らは、超電導素線に接触して、別体の常電導金属線材を素線とともに螺旋状に巻付けて集合させることにより、通電電流が臨界電流を超えた際、その通電電流と臨界電流との差分以上の通電電流を常電導金属線材に分担させることとした。
【００２６】
すなわち、本願発明によれば、通常はテープ状超電導素線に電流が流れているが、事故時等超電導導体の臨界電流値よりも十分に大きな電流を通電した場合には、電流が新たに設けられた常電導金属線材に流れるようになるため、超電導導体の破壊が防止される。
【実施例１】
【００２７】
図１は、本願発明の第１の実施例による超電導導体の構成を示す断面図である。
【００２８】
また、図２は、図１に示す超電導導体の構成を示す斜視図であり、構成を明確にするため構成要素の一部を部分的に除去して示している。
【００２９】
図１および図２を参照して、この超電導導体は、パイプ１の表面上に、銅からなるテープ状常電導金属線２が、螺旋状に巻付けられて集合されている。さらに、この巻付けられたテープ状常電導金属線２の表面上には、銀で被覆された酸化物超電導体からなるテープ状超電導素線３が複数本螺旋状に巻付けられて集合され、超電導導体の長手方向に沿って常電導金属線２が超電導素線３に接触させられるように構成されている。
【００３０】
なお、テープ状超電導素線３中に占める被覆材としての銀の割合は、７８％以下であった。また、被覆材としては、銀の他に銀合金であってもよい。さらに、常電導金属としては、銅の他にアルミニウムまたは鉄であってもよい。また、パイプに常電導金属線を螺旋状に巻付ける代わりに、常電導金属からなるパイプを用いて、このパイプの表面上に直接テープ状超電導素線を複数本螺旋状に巻付けて集合させてもよい。
【００３１】
図３は、本願発明の第２の実施例による超電導導体の構成を示す断面図である。
【００３２】
図３を参照して、この超電導導体は、パイプ１の表面上に、銀または銀合金で被覆された酸化物超電導体からなるテープ状超電導素線３が、複数本螺旋状に巻付けられて集合されている。さらに、この巻付けられたテープ状超電導素線３の表面上には、銅、アルミニウムまたは鉄等の常電導金属からなるテープ状常電導金属線２が螺旋状に巻付けられ、超電導導体の長手方向に沿って常電導金属線２が超電導素線３に接触させられるように構成されている。
【００３３】
すなわち、この第２の実施例による超電導導体は、第１の実施例とは超電導素線と常電導金属線の配置が逆になっている。
【００３４】
次に、超電導素線が外側に配置された第１の実施例による超電導導体と、超電導素線が内側に配置された第２の実施例による超電導導体について、交流損失を比較した。
【００３５】
その結果、第１の実施例のように超電導素線の内側に常電導金属線を配置した方が、交流損失が小さくなった。
【００３６】
一般に、金属導体に交流電流を流した際には、磁場が発生し、この磁場を打ち消す方向に渦電流が発生する。
【００３７】
第２の実施例による超電導導体のように、超電導素線の外側に常電導金属線が配置されている場合には、この常電導金属線の部分に渦電流が発生し、交流損失が増大する。一方、第１の実施例による超電導導体のように、超電導素線の内側に常電導金属線が配置されている場合には、この常電導金属線の部分には渦電流が発生しないため、交流損失が小さくなる。
【００３８】
なお、超電導素線と常電導金属線の配置としては、上述の２種の他に、次のようなものも考えられる。
【００３９】
図４は、本願発明の第３の実施例による超電導導体の構成を示す断面図である。
【００４０】
図４を参照して、この超電導導体は、パイプ１の表面上に、テープ状常電導金属線２とテープ状超電導素線３とが、交互に螺旋状に巻付けられて集合されている。
【００４１】
また、図５は、本願発明の第４の実施例による超電導導体の構成を示す断面図である。
【００４２】
図５を参照してこの超電導導体は、パイプ１の表面上に巻付けられて集合されたテープ状超電導素線３の中に、テープ状常電導金属線２が分割して設けられている。
【００４３】
なお、超電導素線と常電導金属線の配置は、以上説明したものに限られるものではなく、渦電流による交流損失、短絡電流の大きさ等を考慮して、最適化するとよい。
【００４４】
また、常電導金属線としては、用途に応じて、電気抵抗、熱伝導度、熱収縮率等の性質が最適なものを使用するとよい。
【００４５】
次に、本願発明による酸化物超電導導体の製造において、補うべき常電導金属材の量を決める方法について説明する。
【００４６】
まず、超電導導体の銀の断面積が４０ｍｍ2 の導体を作製し、事故電流を想定した交流電流を通電し、導体の溶断電流を調査したところ、１０ｋＡ、１．３ｓｅｃで溶断した。
【００４７】
この実験結果をもとに、超電導導体の銀の断面積が４０ｍｍ2 の場合、その導体に近接して常電導の金属線を沿わせて配置した構成で金属線の断面積と溶断電流との関係を計算した。その結果を図６に示す。
【００４８】
図６より、常電導金属線の量を増すほど、溶断電流は明らかに大きくなることがわかった。
【００４９】
以下、具体的な方法について説明する。
【００５０】
たとえば、酸化物超電導体を被覆している銀の割合を超電導線材の７８％とし、超電導線材１本（素線）の臨界電流を２０Ａとする。
【００５１】
このとき、導体の最高使用許容電流を１０００Ａとすれば、超電導線材は５０本必要となるが、実際には、安全率Ｋを考慮して素線数を決めることになる。たとえば、安全率Ｋ＝１．５とすれば、必要な素線数は７５本となる。そのときの導体の銀の断面積は約４０ｍｍ2 であり、この導体の溶断電流は、図６より１０ｋＡである。したがって、最高使用許容電流の約１０倍の電流で溶断することになる。このとき、事故時の電流が１０ｋＡ以上の場合は、それを負担するための常電導金属線を配置させる。たとえば、事故電流が２５ｋＡのときは、導体が溶断しないためには常電導金属線の断面積が６５ｍｍ2 以上必要となる。
【００５２】
このようにして、常電導金属材の量を決めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本願発明の第１の実施例による超電導導体の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す超電導導体の構成を示す斜視図である。
【図３】本願発明の第２の実施例による超電導導体の構成を示す断面図である。
【図４】本願発明の第３の実施例による超電導導体の構成を示す断面図である。
【図５】本願発明の第４の実施例による超電導導体の構成を示す断面図である。
【図６】常電導金属線の断面積と溶断電流との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  パイプ、２  テープ状常電導金属線、３  テープ状超電導素線。
【００５５】
なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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