(57)【要約】【課題】交流損失を低減できる超電導線材、およびその超電導線材を用いた超電導ケーブルを提供する。【解決手段】超電導ケーブルは、ケーブルコアと、そのケーブルコアを収納する断熱管とを具え、ケーブルコアを３心撚り合わせて断熱管に収納している。ケーブルコアは、中心から順にフォーマ、超電導導体層、電気絶縁層、超電導シールド層、常電導シールド層、保護層を具える。超電導導体層は、超電導線材１２０をフォーマの外周に螺旋状に巻回して形成されており、ケーブルコアの径方向に積層された多層構造である。この超電導線材１２０は、基板１２１の上に超電導体からなる超電導層１２２を具え、基板１２１の幅よりも超電導層１２２の幅が小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上方に超電導体からなる超電導層を具える超電導線材であって、
前記超電導層の幅が、前記基板の幅よりも狭いことを特徴とする超電導線材。
【請求項２】
前記超電導線材の幅方向における少なくとも一方の側面側において、前記基板の側面から前記超電導層の側面までの離間距離が、０．０１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の超電導線材。
【請求項３】
前記離間距離が、０．１００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の超電導線材。
【請求項４】
前記基板が、磁性材料からなる磁性層を具えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の超電導線材。
【請求項５】
フォーマの外周に超電導線材を螺旋状に巻回して形成される超電導導体層を有する超電導ケーブルであって、
前記超電導線材が、請求項１〜４のいずれか１項に記載の超電導線材であることを特徴とする超電導ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の上方に超電導層を具える超電導線材、およびそれを用いた超電導ケーブルに関するものである。特に、交流損失を低減できる超電導線材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力供給路を構成する電力ケーブルとして、超電導ケーブルがある。その超電導ケーブルは、ケーブルコアと、このケーブルコアを収納する断熱管とを具え、例えば、特許文献１に示すものがある。
【０００３】
特許文献１の超電導ケーブル１は、図９に示すように、ケーブルコア１０を３心撚り合わせた状態で断熱管２０内に一括に収納した構造である。断熱管２０は、内管２１と外管２２とからなる二重管構造のコルゲート管であり、両管２１、２２の間に断熱材２３が配されている。また、断熱管２０のうち外管２２の外周には防食層２４が形成されている。
【０００４】
ケーブルコア１０は、中心から順にフォーマ１１、超電導導体層１２、電気絶縁層１３、超電導シールド層１４を具える。フォーマ１１は、通常、外形が円形状であり、例えば、絶縁被膜を施した銅素線を複数本撚り合わせて形成されている。超電導導体層１２は、フォーマ１１の外周に超電導線材１２０を螺旋状に巻回して形成された単層構造、或いはケーブルコア１０の径方向にその超電導線材１２０が積層された多層構造である。電気絶縁層１３は、超電導導体層の外周に絶縁性材料を巻回して形成されている。超電導シールド層１４は、電気絶縁層１３の外周に、超電導導体層１２と同様の超電導線材１２０を螺旋状に巻回して形成された単層構造、或いはケーブルコア１０の径方向にその超電導線材１２０が積層された多層構造である。この超電導シールド層１４は、超電導導体層１２に交流を通電した際、その交流とほぼ同じ大きさで逆方向の電流が誘導されることでケーブル１の外部への磁界の発生を打ち消す作用を有する。
【０００５】
超電導導体層１２を形成する超電導線材１２０としては、ＲＥ系薄膜線材が知られている（ＲＥ：希土類元素）。ＲＥ系薄膜線材は、図１０に示すように、ステンレスやＮｉ−Ｗ合金、ハステロイ（登録商標）などの基板１２１の上に例えばＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｄ（ＲＥ１２３）で表される超電導体の薄膜（超電導層１２２）を蒸着することで製造されている。特に、薄膜線材は、超電導層１２２の厚みが薄いため、一般に超電導線材１２０の長手方向・幅方向の各々に平行な磁場成分（平行磁場）に対する交流損失が少ないと言われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−７６９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、交流損失の更なる低減が望まれている。
【０００８】
超電導導体層１２は、ケーブルコア１０の曲げ特性を考慮して、図１１に示すように、隣り合う超電導線材１２０同士の間にギャップｇが設けられている。また、超電導線材１２０には、製造性、機械的強度、取り扱い性を考慮して比較的変形し難い基板１２１が使用されている。そのため、超電導線材１２０をフォーマ１１に螺旋状に巻回したとき、超電導線材１２０はフォーマ１１に沿って湾曲変形し難く、超電導線材１２０が巻回されたフォーマ１１の断面を見た場合、超電導線材１２０が描く外形（輪郭）が多角形となる。
【０００９】
このような超電導ケーブル１の超電導線材１２０に交流電流が流れると、それに伴い、超電導線材１２０が構成する超電導導体層１２の各層において周方向に沿って交流磁場が発生する。このときの内層が作る周方向の磁場が円形であっても、その外層にある超電導線材１２０の断面は多角形であるため、外層の超電導線材１２０では、特にその側面近傍で垂直方向の磁場成分を感じる。その結果、基板１２１上の超電導層１２２にその垂直磁場の影響が作用して交流損失が増加する。
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、交流損失を低減できる超電導線材を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、上記超電導線材を用いた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】
【００１２】
本発明者らは、超電導層に作用する垂直成分（垂直磁場）について分析した。その結果、後述する試験例により、作用する垂直磁場は、超電導線材の特定の箇所において増加する、との知見を得た。また、垂直磁場を低減することで交流損失が低減されるという効果は、基板が磁性材料で構成される磁性層を具える場合に顕著である、との知見も得た。本発明者らは、上記知見から本発明を完成するに至った。
【００１３】
本発明の超電導線材は、基板の上方に超電導体からなる超電導層を具え、上記超電導層の幅が、上記基板の幅よりも狭い。
【００１４】
本発明の超電導線材によれば、超電導層の幅を基板の幅よりも狭くすることで、超電導層に作用する垂直磁場の影響を低減でき、交流損失を低減できる。というのも、後述する試験例に示すように超電導層に作用する垂直磁場の影響は、超電導線材の幅方向において特に側面近傍で大きくなるからである。
【００１５】
本発明超電導線材の一形態として、上記超電導線材の幅方向における少なくとも一方の側面側において、上記基板の側面から上記超電導層の側面までの離間距離が、０．０１０ｍｍ以上であることが挙げられる。
【００１６】
上記の構成によれば、離間距離を０．０１０ｍｍ以上とすることで、超電導線材において少なくとも一方の側面近傍の超電導層に作用する垂直磁場の影響を低減できる。
【００１７】
本発明超電導線材の一形態として、上記基板の側面から上記超電導層の側面までの上記離間距離が、０．１００ｍｍ以下であることが挙げられる。
【００１８】
上記の構成によれば、離間距離を０．１００ｍｍ以下とすることで、垂直磁場を低減できる上に、超電導層が少なくなりすぎず十分な超電導層を有するので、臨界電流Ｉｃの低下を抑制できる。
【００１９】
本発明超電導線材の一形態として、上記基板が、磁性材料からなる磁性層を具えることが挙げられる。
【００２０】
上記の構成によれば、基板が磁性材料で構成される磁性層を具える場合、超電導層に作用する垂直磁場の影響の低減、ひいては交流損失の低減に一層効果的である。基板が磁性層を具えることで、非磁性材料で構成される基板より透磁率が高くなるので、基板の側面で磁束が基板の幅方向に沿って引きつけられ易い。つまり、周方向の磁場は、基板の側面から基板に入る際、基板の幅方向は周方向に沿っていないため、周方向の磁場は基板の側面に対して非直交の傾斜を有する。そのため、周方向の磁場が基板の側面から内部に侵入する際に、垂直磁場成分が生じる。それにより、非磁性材料で構成するよりも発生する垂直磁場が大きくなるため、垂直磁場の影響を受け易い。したがって、基板に磁性層を具える超電導線材を用いたケーブルの場合に、垂直磁場の作用に伴う損失を低減することに有効である。
【００２１】
本発明の超電導ケーブルは、フォーマの外周に超電導線材を螺旋状に巻回して形成される超電導導体層を有する。そして、上記超電導線材が、本発明の超電導線材である。
【００２２】
本発明の超電導ケーブルによれば、作用する垂直磁場を低減できる超電導線材を用いているので、交流損失が少なく低損失である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明超電導線材は、交流損失を低減できる。
【００２４】
本発明の超電導ケーブルは、低損失である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態に係る超電導線材の概略構成を示す模式断面図である。
【図２】試験例１において磁場解析を行った領域を示す説明図であって、超電導導体層の最外層のみを示す模式断面図である。
【図３】試験例１の磁場解析において、磁性層を具える超電導線材に生じる磁場の流れを示す部分拡大図である。
【図４】試験例１の磁場解析において、非磁性材料の基板を具える超電導線材に生じる磁場の流れを示す部分拡大図である。
【図５】試験例１において、磁性層を具える超電導線材の側面からの距離と垂直磁場との関係を示すグラフである。
【図６】試験例１において、非磁性材料の基板を具える超電導線材の側面からの距離と垂直磁場との関係を示すグラフである。
【図７】試験例１において、各超電導線材の交流損失を示すグラフである。
【図８】試験例２において、各超電導線材の交流損失を示すグラフである。
【図９】超電導ケーブルを示す概略斜視図である。
【図１０】従来の超電導ケーブルの超電導導体層を構成する超電導線材の概略構成を示す模式断面図である。
【図１１】従来の超電導線材をフォーマに巻回した状態を説明する概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の超電導線材を用いる超電導ケーブルの実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
《超電導ケーブル》
超電導ケーブルは、単心または複数心のケーブルコアと断熱管とを具える。ここでは、超電導ケーブル１は、図９に示すように、３心のケーブルコア１０を撚り合わせて一つの断熱管２０に一括に収納した３心一括型超電導ケーブルであり、代表的には交流送電に利用される。ケーブルコア１０は、超電導線材１２０から構成された超電導導体層１２、及び超電導シールド層１４を具える。超電導線材１２０は、図１に示すように、基板１２１の上方に、超電導体からなる超電導層１２２を具える。超電導ケーブル１の特徴とするところは、超電導線材１２０の構造にある。以下、各構成を詳細に説明する。
【００２８】
〔断熱管〕
断熱管２０は、図９に示すように、内管２１と外管２２とからなる二重管構造管であり、内管２１と外管２２との間が真空引きされた真空断熱構造である。内管２１内には、ケーブルコア１０と共に液体窒素といった冷媒が流通され、この冷媒によりケーブルコア１０の超電導導体層１２及び超電導シールド層１４が冷却されて、超電導状態に維持される。内管２１と外管２２との間には、スーパーインシュレーションといった断熱材２３や、両管２１，２２の間隔を保持するスペーサ（図示せず）が配置される。外管２２の外周には、ポリ塩化ビニルといった耐食性に優れる材料を押出して形成した防食層２４を具える。
【００２９】
〔ケーブルコア〕
ケーブルコア１０は、中心から順にフォーマ１１、超電導導体層１２、電気絶縁層１３、超電導シールド層１４、常電導シールド層１５、保護層１６を具える。
【００３０】
［フォーマ］
フォーマ１１は、超電導導体層１２の支持体として機能する他、超電導ケーブル１では、短絡や地絡などの事故時に瞬間的に生じる大きな事故電流を分流するための流路に利用される。フォーマ１１には、銅やアルミニウムなどの常電導材料にて形成された中実体や中空体（管体）を利用することができる。ここでは、フォーマ１１は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）やエナメルなどの絶縁被覆を具える銅線を複数本撚り合わせて構成された中実体としている。撚り線構造であることで、曲げ特性に優れ、超電導ケーブル１を交流送電に利用する場合、渦電流損を低減できる。
【００３１】
フォーマ１１の外周にクッション層（図示略）を設けてもよい。クッション層は、例えば、クラフト紙といった絶縁紙や、クラフト紙とプラスチックとを複合した半合成絶縁紙（例えば、ＰＰＬＰ（住友電気工業株式会社  登録商標））からなる絶縁性テープの巻回により形成できる。クッション層を具えることで、超電導導体層１２を形成し易い上に、フォーマ１１を構成する銅線による超電導導体層１２の損傷を防止できる。
【００３２】
［超電導導体層］
超電導導体層１２は、フォーマ１１の外周に超電導線材１２０を螺旋状に巻回して形成された単層または多層構造である。後者の場合、各層を構成する超電導線材１２０同士の間には、例えば、クラフト紙などの絶縁材を巻回して層間絶縁層１２５を形成し、電気的に絶縁している。超電導導体層１２を構成する超電導線材１２０の数や超電導線材層の数は、所望の設定電流値（電流容量）に応じて選択できる。ここでは、超電導導体層１２は４層の超電導線材層を具える。
【００３３】
（超電導線材）
超電導線材１２０は、図１に示すように、基板１２１の上方に超電導層１２２を具える。基板１２１と超電導層１２２との間には、後述する中間層が形成されていてもよい。つまり、ここでいう上方とは、基板１２１の直上である場合と、基板１２１と超電導層１２２との間に中間層を介する場合の双方を含む。そして、超電導層１２２を覆うように安定化層が形成されていてもよい。この超電導線材１２０の最も特徴とするところは、超電導層１２２の幅が基板１２１の幅よりも狭いことにある。
【００３４】
〈基板〉
基板１２１の構成材料は、金属が代表的である。特に、磁性材料、とりわけ、強磁性体で構成される場合、後述する超電導層１２２の配向性に優れることから成膜し易く、超電導線材の製造性に優れる。強磁性体は、例えば、鉄、コバルト、ニッケル、Ｎｉ−Ｗ合金といったニッケル合金、珪素鋼、パーマロイ、フェライト、強磁性ステンレス（例、ＳＵＳ４３０）といった鉄含有物などが挙げられる。或いは、非磁性材料で構成される場合、超電導線材１２０に交流電流を流しても、磁性材料に比べて透磁率が低いので、超電導線材１２０に垂直磁場を生じさせ難い。それにより、交流損失の増加を抑制できる。非磁性材料は、例えば、非磁性ステンレス（例、ＳＵＳ３０４）や、ハステロイ（登録商標）などが挙げられる。
【００３５】
基板１２１の構造は、上記磁性材料や非磁性材料で構成される単層構造、または磁性材料と非磁性材料とを積層した多層構造が挙げられる。本例では、図１に示すように、非磁性材料からなる非磁性層１２１ａと磁性材料からなる磁性層１２１ｂとを積層した多層構造を有する。その場合に本発明の構成が特に有効である。というのも、周方向の磁場が基板に入る場合、例えば非磁性層の側面から入った磁束は、磁性層側に強く引き寄せられ、基板側面の極近傍で基板の厚み方向に急激に屈曲されて、磁性層に到達した後は磁性層の幅方向に沿って進行する。その屈曲により、発生する垂直磁場の影響が最も作用する箇所が基板において幅方向の側面近傍である。たのため、非磁性層の片面又は両面に磁性層を有する多層構造の場合に特に本発明の構成は有効である。
【００３６】
基板１２１の厚さは、凡そ５０μｍ〜２００μｍ程度である。この基板１２１が、本例のように多層構造の場合、非磁性層１２１ａの厚さが４０μｍ〜２００μｍで、磁性層１２１ｂの厚さが０．１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。基板１２１の幅は、１ｍｍ〜３０ｍｍ程度である。
【００３７】
〈超電導層〉
超電導層１２２の構成材料は、冷媒として液体窒素を使用可能な超電導体が挙げられる。具体的には、高温酸化物超電導体、より具体的には、Ｙ（イットリウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｎｄ（ネオジウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｇｄ（ガドリウム）といった希土類元素を含むＲＥ系超電導体（ＲＥ系酸化物超電導体）が挙げられる。ＲＥ系超電導体は、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｄ（ＲＥ１２３）が代表的であり、具体的な組成としては、ＹＢＣＯ、ＨｏＢＣＯ、ＧｄＢＣＯが挙げられる。この超電導層１２２の厚さは、０．５μｍ〜１０μｍとすることが好ましく、１．０μｍ〜５．０μｍとすることがより好ましい。
【００３８】
超電導層１２２の幅は、基板１２１の幅よりも狭い。具体的には、超電導線材１２０の幅方向における一方の側面側（図１の左側または右側）において、基板１２１の側面から超電導層１２２の側面までの離間距離αが、０．０１０ｍｍ以上であることが好ましい。後述する試験例で詳しく説明するが、超電導線材１２０に交流電流を流した際、超電導層１２２に作用する超電導ケーブル１の径方向の磁場成分（垂直磁場）の影響は、超電導層１２２の両側面近傍が大きい（増加する）。そのため、上記離間距離αを０．０１０ｍｍ以上とすることで、一方の側面側に作用する垂直磁場の影響を低減し、それにより交流損失を低減できる。よって、超電導線材１２０の幅方向における両方の側面側において、それぞれの上記離間距離αが、０．０１０ｍｍ以上であれば、両方の側面側で超電導層１２２に作用する垂直磁場の影響を低減できる。そのため、交流損失の低減により効果的である。特に好ましい離間距離αは、０．０２５ｍｍ以上、更に０．０５０ｍｍ以上である。そうすれば、垂直磁場をより一層低減できるので、交流損失を十分に低減できる。そして、この離間距離αの上限は、０．１００ｍｍ以下とすることが好ましい。離間距離αを０．１００ｍｍ以下とすることで、超電導線材１２２は超電導層１２２が少なくなり過ぎることがない。つまり、十分な臨界電流を有しつつ、交流損失を低減できる。
【００３９】
この超電導線材１２０は、基板１２１の上方に超電導層１２２を形成する際、所望の離間距離αとなるように超電導層１２２を形成することで製造できる。具体的には、所望の離間距離αとなるように、超電導層１２２の形成前に予め基板１２１にマスキングする、或いはレジストを形成しておくことが挙げられる。そして、その状態で基板１２１に超電導層１２２を形成した後、マスキングを剥がす、或いはレジストを除去することで、所望の離間距離αを有する超電導線材１２０を製造できる。一方、基板１２１の全上面に超電導層１２２を形成した後に、所望の離間距離αとなるように部分的に超電導層１２２を除去することでも製造できる。具体的には、基板１２１の全上面に超電導層１２２を形成した後、レーザーなどで部分的に超電導層１２２を除去することで、所望の離間距離αを有する超電導線材１２０を製造できる。超電導層１２２の成膜は、ＭＯＤ法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの公知の方法を利用することができる。
【００４０】
〈その他の構成〉
基板１２１と超電導層１２２の間に中間層を介在させてもよい。中間層を具える場合、超電導層１２２を形成する際の熱などによって、基板１２１と超電導層１２２との相互拡散が生じて超電導線材１２０としての性能が劣化することを抑制し易い。加えて、中間層を具えることで配向性に優れる超電導層１２２を形成し易い。中間層を構成する材質は、例えば酸化セリウム（ＣｅＯ２）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、安定化ジルコニア、バリウムジルコネート（ＢａＺｒＯ３）、ＳｒＴｉＯ３、アルミン酸ランタン（ＬａＡｌＯ３）、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＳｍＧｄＯ３、ＲＥ２Ｏ３、及びＡｌ２Ｏ３の中から選択される１種以上で構成されており、単層又は多層に形成してもよい。この中間層の形成には、スパッタリング法などの物理蒸着法を利用することができる。中間層を形成する場合、その厚みは１００ｎｍ〜３μｍ程度である。また、超電導層１２２を覆う安定化層を形成してもよい。安定化層を設ける場合、その構成材料は、銀や銅及びその合金といった常電導材料からなるものが挙げられる。
【００４１】
［電気絶縁層］
電気絶縁層１３は、図９に示すように、超電導導体層１２の上に、クラフト紙や半合成絶縁紙などの絶縁性テープを巻回することで形成される。超電導導体層１２の直上に、カーボン紙や金属化紙などを巻回して内側半導電層を設けたり、上記絶縁性テープの巻回層の直上に、カーボン紙や金属化紙などを巻回して外側半導電層を設けたりすることができる。ここでは、電気絶縁層１３は、住友電気工業株式会社製ＰＰＬＰ（登録商標）により構成されている。
【００４２】
［超電導シールド層］
超電導シールド層１４は、電気絶縁層１３の外周に、超電導導体層１２と同様の超電導線材１２０を螺旋状に巻回して形成された単層または多層構造であり、基本的な構成は超電導導体層１２と同様である。この超電導シールド層１４は、超電導導体層１２に交流を通電した際、その交流とほぼ同じ大きさで逆方向の電流が誘導されることで、ケーブルの外部への磁界の発生を打ち消す作用を有する。また、超電導シールド層１４を構成する超電導線材１２０の数や超電導線材層の数は、超電導導体層１２に応じて適宜選択できる。超電導ケーブル１を直流用とする場合、超電導導体層１２を電流往路（電流復路）とすれば、この超電導シールド層１４は電流復路（電流往路）となる外部超電導層として利用できる。
【００４３】
なお、この例に示す超電導ケーブル１では、超電導シールド層１４の外周に、超電導線材１２０を保護するために、銅といった常電導材料からなる常電導シールド層１５を具える。
【００４４】
［保護層］
保護層１６は、超電導シールド層１４（或いは常電導シールド層１５）の外周に、超電導シールド層１４を機械的に保護するために設けられる。保護層１６は、クラフト紙や半合成絶縁紙、布テープなどの絶縁性テープを巻回することで形成することができる。また、保護層１６は、ケーブルコア１０が常電導シールド層１５を具える場合、常電導シールド層１５と断熱管２０（内管２１）との間の絶縁層としても機能する。
【００４５】
《作用効果》
上述した超電導ケーブルによれば、超電導導体層を形成する超電導線材において、超電導層の幅が基板の幅よりも狭いことで、超電導層に作用する垂直磁場の影響を低減できるため交流損失を低減できる。そして、特に、基板１２１が磁性層１２１ｂを具える場合に、垂直磁場の低減、ひいては交流損失の低減に効果的である。
【００４６】
《試験例１》
試験例１として、種々の超電導線材を作製して、それぞれの超電導線材を用いて図９に示す超電導ケーブルのモデルを作製し、磁場解析及び垂直磁場と磁場交流損失のシミュレーションを行った。まず、以下に示すように、２種類の超電導線材ａ，ｂを作製した。
【００４７】
［超電導線材ａ］
超電導線材ａの基板として、幅：４ｍｍ×厚さ：１００μｍの非磁性ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）からなる非磁性層の直上に、幅：４ｍｍ×厚さ：１μｍのＮｉからなる磁性層を積層した基板を用意した。その基板の上方（直上）に、ＣｅＯ２／ＹＳＺ／ＣｅＯ２を順に積層して中間層を形成し、その中間層の上方に基板と同じ幅で厚さが３μｍのＧｄＢＣＯからなる超電導層を形成して超電導線材ａを作製した。そして、図９に示すように、この超電導線材ａをフォーマの外周に螺旋状に巻回して４層の超電導線材層を有する超電導導体層を形成して超電導ケーブルモデルＡを作製した。
【００４８】
［超電導線材ｂ］
一方、超電導線材ｂの基板として、幅：４ｍｍ×厚さ１００μｍの非磁性ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）からなる非磁性層のみで構成される基板を用意した。その基板の上方に、上記超電導線材ａと同様の中間層、および同サイズで同組成の超電導層を形成して超電導線材ｂを作製した。そして、この超電導線材ｂを用いて、超電導ケーブルモデルＡと同様に４層の超電導線材層を有する超電導導体層を具える超電導ケーブルモデルＢを作製した。
【００４９】
これら超電導ケーブルモデルＡ，Ｂに対して、超電導導体層の周方向に沿って発生する磁場を解析すると共に、超電導層に作用する垂直磁場、及び交流損失を求めた。
【００５０】
具体的には、４層の超電導線材層に対して均等に合計１０００Ａｒｍｓの交流電流を流した。その際、超電導導体層の周方向に沿って発生する磁場のうち、図２に示す扇形の一点鎖線で覆われた領域内、即ち、超電導線材の一方の側面から幅方向中心までの領域に発生する磁場を解析した。図２では、説明の便宜上、超電導導体層のうち最外層（４層目）の超電導線材層の断面を示している。上記領域内における超電導線材を含むその近傍の磁力線の流れを拡大して図３，４にそれぞれ示す。そして、磁場の解析から上記領域内に位置する超電導層に作用する垂直磁場（Ｔ）を求めた。その結果を、それぞれ図５，６に示す。図５，６の横軸は超電導線材の側面からの距離、即ち、横軸の左端が超電導線材の側面、右端が超電導線材の中央を示す。図５，６の縦軸は超電導層に作用する垂直磁場を示す。この図において０．０００からのずれの絶対値が垂直磁場として交流損失に影響を及ぼす。
【００５１】
また、超電導導体層の内層（１〜３層目）に合計７５０Ａｒｍｓの交流電流を流したときの超電導導体層の最外層（４層目）の交流損失（Ｗ／ｍ）を求めた。その結果を表１と図７にまとめて示す。
【００５２】
【表１】
2012256508.tif 000003
【００５３】
《結果》
磁場解析の結果、基板が磁性層を具える超電導線材ａは、図３に示すように一点鎖線で囲む基板の側面近傍で曲線状の磁力線が基板の表面（図３の右側）の一部に沿った直線状になっている。一方、基板が非磁性層で構成される超電導線材ｂは、図４に示すように、超電導線材ａほど磁力線が基板の表面に沿うことなく略周方向に沿った曲線状になっている。また、超電導線材ａの幅方向において作用する垂直磁場は、図５に示すように、側面から０．０１０ｍｍ程度まで大きな垂直磁場が作用している。一方、超電導線材ｂにおける垂直磁場は、図６に示すように、側面から中央にかけて徐々に減っている。また、超電導線材ａとｂに作用した垂直磁場を比較すると、側面から凡そ０．０５０ｍｍを超えたところで両者の垂直磁場（Ｔ）に差がなくなった。そして、超電導線材ａ，ｂとも、一方の側面から幅方向中心に向かって垂直磁場（Ｔ）が０に収束している。超電導線材ａ，ｂの交流損失は、それぞれ表１と図７に示すように、超電導線材ａの方が、超電導線材ｂよりも交流損失が大きかった。
【００５４】
このような結果となったのは、超電導線材ａは、基板に磁性層を具えるため、図３に示すように、周方向の磁力線が透磁率の高い磁性層側に引き付けられる。特に、磁力線が基板同士の間のギャップと基板とで透磁率に大きな差が生じるので基板の側面近傍において急激に基板の厚み方向に屈曲する。そのため、図５に示すように側面からおよそ０．０１０ｍｍの間で超電導層に作用する垂直磁場の影響が超電導線材ｂと比較して大きかったと考えられる。その結果、交流損失が多いと考えられる。一方、超電導線材ｂは、基板が非磁性材料で構成されているので、図４に示すように周方向の磁力線が基板に引き付けられ難い。そのため、超電導線材ａほど垂直磁場の影響が大きく作用せず、図６に示すように側面から中央にかけて徐々に作用される垂直磁場の影響が減少したと考えられる。その結果、交流損失が超電導線材ａに比べて小さかったと考えられる。
【００５５】
また、図３〜６では、各超電導線材ａ，ｂにおいて、一方の側面から幅方向中心までに関する磁力線の流れと垂直磁場（Ｔ）の大きさとを示しているが、幅方向中心から他方の側面までに関しては、幅方向中心で対称になっていると考えられる。即ち、超電導線材ａにおいて、他方の側面近傍でも一方の側面近傍と同様に磁力線が基板の磁性層に引き付けられることで屈曲して、大きな垂直磁場（Ｔ）が作用されていると考えられる。超電導線材ｂにおいて、他方の側面近傍でも一方の側面近傍と同様に磁力線の流れが超電導線材ａほど変化していないと考えられる。そして、超電導線材ａ，ｂとも、他方の側面から幅方向中心に向かって垂直磁場（Ｔ）が０に収束していると考えられる。
【００５６】
《試験例２》
試験例２では、上述した試験例１を基づき、超電導線材ａ，ｂとは超電導層の幅が異なる超電導線材ｃ，ｄを作製し、試験例１と同様に超電導ケーブルモデルＣ，Ｄを作製して、同様に各交流損失をシミュレーションした。
【００５７】
［超電導線材ｃ，ｄ］
超電導線材ｃ，ｄの基板として、超電導線材ａ，ｂと同じ基板をそれぞれ用意する。各々の基板に対して、試験例１と同様の中間層を形成し、中間層を介して基板より両側面から０．１ｍｍずつ幅の狭い超電導層を形成して超電導線材ｃ，ｄを作製した。即ち、超電導線材ｃ，ｄの両側面において基板と超電導層の各離間距離αが０．１００ｍｍである。そして、超電導線材ｃ，ｄを用いて、上述した超電導ケーブルモデルＡ，Ｂと同様に、それぞれ４層の超電導線材層を有する超電導導体層を具える超電導ケーブルモデルＣ，Ｄを作製した。
【００５８】
そして、この超電導ケーブルモデルＣ，Ｄに対して、上述の試験例１と同様にして交流損失を求めた。その結果を表２と図８に示す。
【００５９】
【表２】
2012256508.tif 000004
【００６０】
《結果》
超電導線材ｃ、ｄの交流損失は、それぞれ表２、図８に示す結果となり、この結果を試験例１の結果（表１及び図７）と比較すると、試験例２の超電導線材ｃ、ｄの方が、交流損失を大幅に低減できた。従って、超電導層の幅を基板の幅よりも狭くすることで交流損失を低減できる。また、基板が磁性層を具える超電導線材ｃの方が、交流損失の低減効果が大きく、超電導線材ｄと同程度の交流損失となった。
【００６１】
超電導線材ｃの基板に磁性層を具えていても、垂直磁場の影響が大きく作用する側面近傍に超電導層が形成されていないため、超電導層に作用する垂直磁場の影響を低減できた結果、交流損失を大きく低減できたと考えられる。超電導線材ｄも同様に、垂直磁場の影響が作用し易い側面近傍に超電導層が形成されていないため、交流損失を低減できたと考えられる。
【００６２】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、上述した実施の形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の超電導線材は、超電導ケーブルに好適に利用することができる。また、本発明の超電導ケーブルは、送電線路の構成部材に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１  超電導ケーブル
１０  ケーブルコア
１１  フォーマ  １２  超電導導体層  １３  電気絶縁層
１４  超電導シールド層  １５  常電導シールド層  １６  保護層
２０  断熱管  ２１  内管  ２２  外管
２３  断熱材  ２４  防食層
１２０  超電導線材
１２１  基板  １２１ａ  非磁性層  １２１ｂ  磁性層  １２２  超電導層
１２５  層間絶縁層
【図１】
2012256508.tif 000005
【図２】
2012256508.tif 000006
【図３】
2012256508.tif 000007
【図４】
2012256508.tif 000008
【図５】
2012256508.tif 000009
【図６】
2012256508.tif 000010
【図７】
2012256508.tif 000011
【図８】
2012256508.tif 000012
【図９】
2012256508.tif 000013
【図１０】
2012256508.tif 000014
【図１１】
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