(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導線材のスレッシュホールド電流密度の推定方法において、
（ａ）前記超電導線材に外部磁場を印加する段階と；
（ｂ）前記外部磁場の印加による前記超電導線材の磁化損失を測定する段階と；
（ｃ）前記測定された磁化損失をエネルギー密度で割ることにより正規化して、前記正規化された磁化損失に基づいて前記超電導線材の完全浸透磁場を算出する段階と；
（ｄ）前記算出された完全浸透磁場に基づいて前記超電導線材のスレッシュホールド電流密度を算出する段階を含むことを特徴とする超電導線材のスレッシュホールド電流密度の推定方法。
【請求項２】
前記（ｂ）段階において、前記超電導線材の磁化損失の測定のための計算にはブラントのストリップモデル式が適用されることを特徴とする請求項１に記載の超電導線材のスレッシュホールド電流密度の推定方法。
【請求項３】
前記（ｃ）段階は、
（ｃ１）前記測定された磁化損失を正規化する段階と；
（ｃ２）前記正規化された磁化損失を微分する段階と；
（ｃ３）前記正規化された磁化損失の微分結果に基づいて、前記ブラントのストリップモデル式に適用された特性磁場と前記完全浸透磁場との間の関係式を決めて前記完全浸透磁場を算出する段階を含むことを特徴とする請求項２に記載の超電導線材のスレッシュホールド電流密度の推定方法。
【請求項４】
前記（ｃ３）段階において、前記特性磁場と前記完全浸透磁場との間の関係式は数学式Ｂｄ＝β×Ｂｐ（ここで、Ｂｄは前記特性磁場であり、Ｂｐは前記完全浸透磁場である）にて表現され、
前記βは前記（ｃ２）段階で前記正規化された磁化損失の微分結果が０になる値で決まることを特徴とする請求項３に記載の超電導線材のスレッシュホールド電流密度の推定方法。
【請求項５】
前記（ｄ）段階において、前記スレッシュホールド電流密度は数学式Ｊｃ＝（βＢｐπ）／（μｏｄ）（ここで、Ｊｃは前記スレッシュホールド電流密度であり、ｄは前記超電導線材の幅である）にて表現されることを特徴とする請求項４に記載の超電導線材のスレッシュホールド電流密度の推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁化損失の測定を利用した超電導線材のスレッシュホールド電流密度の推定方法に関し、さらに詳しくは、超電導線材に対する磁化損失測定結果を利用して超電導線材のスレッシュホールド電流を推定することができる、磁化損失の測定を利用した超電導線材のスレッシュホールド電流密度の推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導線材または高温超電導（Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：ＨＴＳ）線材の発見と共に、超電導線材を利用した電力応用機器の開発に関する研究が活発に進められている。
【０００３】
既存の銅を使う一般電力機器と異なり、超電導電力機器では超電導線材の特性を保持するための冷却設備が必要である。したがって、一般電力機器と比べて、超電導電力機器の経済性を確保するためには、高效率、大容量の電力機器に使うことができる線材の開発が成り立たなければならない。
【０００４】
一方、超電導線材を利用した電力機器の開発において、大電流の通電のための積層型線材の開発と、交流損失の低減のための超電導層が電気的に分割された分割型線材の開発は、超電導変圧器のような低損失の大電流密度が要求される電力機器の開発のために、必ず先行されなければならない重要要素技術の一つである。
【０００５】
しかし、大電流の通電及び低損失用積層型超電導線材の場合、一般的に超電導線材の特性評価のために必ず必要となるスレッシュホールド電流の測定が難しい。これは電流の通電による測定過程で、各線材への電流の分配において電流の不均衡が発生して、これによりサンプルの損傷を引き起こす問題を持っているからである。
【０００６】
したがって、超電導線材に実際には電流を印加しないで超電導線材のスレッシュホールド電流密度を推定することができたら、上記のような問題が発生するおそれをとり除くことができて好ましいだろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような問題点を鑑みて提出されたもので、超電導線材に直接電流を印加しない状態で積層型超電導線材のような並列型超電導線材のスレッシュホールド電流密度を測定することができる、磁化損失の測定を利用した超電導線材のスレッシュホールド電流密度の推定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は前記目的を達するために、磁化損失の測定を利用した超電導線材のスレッシュホールド電流密度の推定方法において、（ａ）前記超電導線材に外部磁場を印加する段階と；（ｂ）前記外部磁場の印加による前記超電導線材の磁化損失を測定する段階と；（ｃ）前記測定された磁化損失をエネルギー密度で割ることにより正規化して、前記正規化された磁化損失に基づいて前記超電導線材の完全浸透磁場を算出する段階と；（ｄ）前記算出された完全浸透磁場に基づいて前記超電導線材のスレッシュホールド電流密度を算出する段階を含むことを特徴とする。
【０００９】
ここで、前記（ｂ）段階において、前記超電導線材の磁化損失の測定のための計算にはブラントのストリップモデル式を適用することができる。
【００１０】
そして、前記（ｃ）段階は、（ｃ１）前記測定された磁化損失を正規化する段階と；（ｃ２）前記正規化された磁化損失を微分する段階と；（ｃ３）前記正規化された磁化損失の微分結果に基づいて、前記ブラントのストリップモデル式に適用された特性磁場と前記完全浸透磁場との間の関係式を決めて前記完全浸透磁場を算出する段階を含むことができる。
【００１１】
また、前記（ｃ３）段階において、前記特性磁場と前記完全浸透磁場との間の関係式は数学式Ｂｄ＝β×Ｂｐ（ここで、Ｂｄは前記特性磁場であり、Ｂｐは前記完全浸透磁場である）にて表現され、前記βは前記（ｃ２）段階で前記正規化された磁化損失の微分結果が０になる値で決めることができる。
【００１２】
ここで、前記（ｄ）段階において、前記スレッシュホールド電流密度は数学式Ｊｃ＝（βＢｐπ）／（μ0ｄ）（ここで、Ｊｃは前記スレッシュホールド電流密度であり、ｄは前記超電導線材の幅である）にて表現することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、超電導線材に直接電流を印加しない状態で積層型超電導線材のような並列型超電導線材のスレッシュホールド電流密度を測定することができる、磁化損失の測定を利用した超電導線材のスレッシュホールド電流密度の推定方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による磁化損失の測定を利用した超電導線材のスレッシュホールド電流密度の推定方法で超電導線材の磁化損失を測定するための磁化損失測定システムの構成の例を示す図面である。
【図２】本発明による磁化損失の測定を利用した超電導線材のスレッシュホールド電流密度の推定方法を適用するための超電導線材サンプルの例を示す図面である。
【図３】図２のサンプルに対して図１の磁化損失測定システムを利用して測定された磁化損失の測定結果を示すグラフである。
【図４】図２のサンプルに対して図１の磁化損失測定システムを利用して測定された磁化損失の測定結果を示すグラフである。
【図５】図３に示した磁化損失に対する正規化された磁化損失の測定結果を示すグラフである。
【図６】図４に示した磁化損失に対する正規化された磁化損失の測定結果を示すグラフである。
【図７】正規化された磁化損失の微分結果の例を示す図面である。
【符号の説明】
【００１５】
１０ａ、１０ｂ：マグネット
２０：ピックアップコイル
３０：相殺コイル
４０ａ、４０ｂ：絶縁増幅器
５０：オシロスコープ
１００：超電導線材
【発明を実施するための形態】
【００１６】
磁化損失の測定を利用した超電導線材のスレッシュホールド電流密度の推定方法において、（ａ）前記超電導線材に外部磁場を印加する段階と；（ｂ）前記外部磁場の印加による前記超電導線材の磁化損失を測定する段階と；（ｃ）前記測定された磁化損失を正規化して、前記正規化された磁化損失に基づいて前記超電導線材の完全浸透磁場を算出する段階と；（ｄ）前記算出された完全浸透磁場に基づいて前記超電導線材のスレッシュホールド電流密度を算出する段階を含むことを特徴とする。
【００１７】
以下、添付された図面を参照して本発明による実施形態をさらに詳しく説明する。
【００１８】
本発明による超電導線材（１００）のスレッシュホールド電流密度の推定方法では、超電導線材（１００）に外部磁場を印加して超電導線材（１００）の磁化損失を測定して、測定された磁化損失を利用して超電導線材（１００）のスレッシュホールド電流密度を推定する。
【００１９】
より具体的に説明すれば、測定対象の超電導線材（１００）に外部磁場を印加して、外部磁場の印加による超電導線材（１００）の磁化損失を測定する。図１は本発明による超電導線材（１００）のスレッシュホールド電流密度の推定方法で超電導線材（１００）の磁化損失を測定するための磁化損失測定システムの構成の例を示している。
【００２０】
図１に示すように、磁化損失測定システムは、外部磁場を印加するための一対のマグネット（１０ａ、１０ｂ）と、一対のマグネット（１０ａ、１０ｂ）の間で磁界が形成されて外部磁場が超電導線材（１００）に印加されるように、一対のマグネット（１０ａ、１０ｂ）に電源を供給する電源供給部（６０）を含む。
【００２１】
ここで、超電導線材（１００）はピックアップコイル（２０）（Ｐｉｃｋ  ｕｐ  ｃｏｉｌ）の内部に配置される。外部磁場が印加される場合、ピックアップコイル（２０）に誘起される電圧が超電導線材（１００）で発生される磁場と外部磁場との和で現われるので、超電導線材（１００）で発生される磁場成分のみを得るために、ピックアップコイル（２０）と同じターン数の相殺コイル（３０）をピックアップコイル（２０）と接続して、外部磁場による誘起起電力を相殺させる。
【００２２】
そして、磁化損失の測定のために、磁化損失測定システムは、図１に示すように、一対の絶縁増幅器（４０ａ、４０ｂ）（Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  ＡＭＰ）と、オシロスコープ（５０）（Ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ）のようなデジタル測定装置を含む。
【００２３】
上記のような構成によって、外部磁場を超電導線材（１００）に印加すれば、発生されるエネルギーの流出入を利用して超電導線材（１００）の磁化損失を測定することができる。ここで、１周期当たり、単位長さ当たりの磁化損失は、［数学式１］のように表現することができる。
【００２４】
【数１】
0005162709.tif 000002
【００２５】
ここで、ベクトルＥは超電導線材（１００）に沿って発生される電界であり、ベクトルＨは外部磁場による磁界の強さである。
【００２６】
そして、［数学式１］を測定された電圧と電流を利用して周期当たり、単位体積当たりの超電導線材（１００）の磁化損失で表現すれば、［数学式２］を得ることができる。
【００２７】
【数２】
0005162709.tif 000003
【００２８】
ここで、ｋは外部磁場を形成するのに使われたマグネット（１０ａ、１０ｂ）の単位電流当たりの発生磁束密度を現わす磁石定数であり、Ｃｐｕはピックアップコイル（２０）の補正定数であり、Ｖｓは超電導線材（１００）の体積であり、Ｔは周期である。
【００２９】
上記のような構成を利用して、超電導線材（１００）の磁化損失を測定する実験を実際に行った。磁化損失の測定実験に使われた超電導線材（１００）の詳しい仕様は［表１］に示す通りであり、超電導線材（１００）の実際の形態は図２に示す通りである。
【００３０】
【表１】
0005162709.tif 000004
【００３１】
ここで、サンプルには、１２ｍｍと４ｍｍの幅の銅安定化層の形成された超電導線材（１００）と、１２ｍｍの幅の銅安定化層のない超電導線材（１００）、４．３ｍｍの幅の安定化層のある超電導線材（１００）と、大電流用低損失積層型線材のために製作された転位型積層線材用素線の３種類及び積層線材の１種類が使われた。そして、転位型積層線材用素線たちは、１２ｍｍの幅の安定化層がある線材を４．５ｍｍと５．３ｍｍの幅で機械的に切断して製作した。
【００３２】
図３はサンプル１乃至４に対して上述したところのような測定方法で測定された磁化損失の測定結果を示すグラフであり、図４はサンプル５乃至８に対して上述したところのような測定方法で測定された磁化損失の測定結果を示すグラフである。
【００３３】
以下では、上記のような過程を通じて測定された超電導線材（１００）の磁化損失を利用して超電導線材（１００）のスレッシュホールド電流密度を推定する方法について、詳しく説明する。
【００３４】
本発明では、超電導線材（１００）の垂直方向で印加される外部磁場による磁化損失計算に、［数学式３］に現わしたブラントのストリップモデル式を適用する。
【００３５】
【数３】
0005162709.tif 000005
【００３６】
ここで、Ｂｍは外部磁場の強さであり、ｄは超電導線材（１００）の幅である。βは外部磁場と特性磁場との比であり、［数学式４］のように定義される。
【００３７】
【数４】
0005162709.tif 000006
【００３８】
ここで、Ｂｄは特性磁場の強さであり、［数学式５］のように表現することができる。
【００３９】
【数５】
0005162709.tif 000007
【００４０】
ここで、Ｊｃは超電導線材（１００）のスレッシュホールド電流密度である。
【００４１】
一方、完全浸透磁場を確認するため、［数学式３］に現わしたブラントのストリップモデル式をエネルギー密度（Ｂｍ２／２μ０）で割ることにより正規化させれば、［数学式６］のように表現することができる。
【００４２】
【数６】
0005162709.tif 000008
【００４３】
［数学式６］において、２πω／ｄは定数Ｋで定義することができる。そして、正規化させた［数学式６］をβについて微分すれば、［数学式７］のように現わすことができる。ここで、図５及び図６はそれぞれ図３及び図４に示した磁化損失に対する正規化された磁化損失の測定結果を示すグラフであり、図７は正規化された磁化損失の微分結果の例を示す図面である。
【００４４】
図７に示す例では、正規化された磁化損失の微分結果が０になるβの値が２．４６４２であることを確認することができる。したがって、正規化された磁化損失の結果で捜し出した完全浸透磁場を利用してスレッシュホールド電流密度を計算する時、βの値２．４６４２を考慮して計算すれば、その関係は［数学式８］のように現わすことができる。
【００４５】
【数７】
0005162709.tif 000009
【００４６】
【数８】
0005162709.tif 000010
【００４７】
上記のように、完全浸透磁場が確認されれば、［数学式９］のように超電導線材（１００）のスレッシュホールド電流密度を予測することができるようになる。
【００４８】
【数９】
0005162709.tif 000011
【００４９】
上記のように、スレッシュホールド電流密度を算出するために必要な完全浸透磁場を得るために、磁化損失を表現するブラントのストリップモデル式を正規化及び微分して完全浸透磁場とブラントのストリップモデル式に使われた特性磁場との関係を定義することによって、スレッシュホールド電流密度の測定が可能になる。
【００５０】
［表２］は本発明による超電導線材（１００）のスレッシュホールド電流密度の推定方法を通じて算出された［表１］の各サンプルに対するスレッシュホールド電流密度と実際測定したスレッシュホールド電流密度の差を示している。
【００５１】
［表２］に示すように、本発明による超電導線材（１００）のスレッシュホールド電流密度の推定方法を通じて算出されたサンプルに対するスレッシュホールド電流密度と、実際測定したスレッシュホールド電流密度とが、おおよそ５％以内の誤差で一致することを確認することができる。ただし、サンプル４の場合、４５％の誤差が発生することを確認することができる。これはサンプル４が［表１］に示したところのように、Ｎｉ５％Ｗサブストレート（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）を使った線材として、使われた磁性体が磁化損失測定結果に影響を及ぼすからである。
【００５２】
【表２】
0005162709.tif 000012
【００５３】
以上、本発明の望ましい実施形態に対して詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多くの変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属する。
【図１】
0005162709.tif 000013
【図２】
0005162709.tif 000014
【図３】
0005162709.tif 000015
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005162709.tif 000019