JP4566576B2 - 転位セグメント導体 - Google Patents
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Description
本発明者の知見では、導体が直線状態の場合、図5のようにフォーマ周方向の歪と転位セグメント長手方向の歪を加味して、テープ幅W、テープ厚t、転位渡り長L、フォーマ径d、フォーマ周方向からの角度をθ、テープ線材長手方向からの角度をφとすると、この方向で超電導テープに加わる合成歪εは次式(A)
超電導テープの厚さをt[mm]、超電導テープの幅をW[mm]、転位セグメントの転位渡り長をL[mm]、転位セグメントのスパイラルピッチをs[mm]とすると、実験的経験として、後述する式(C)または式(D)の関係が成り立つことを特徴とする転位セグメント導体を提供する。
図1及び図2は、本発明の転位セグメント導体の一実施例を示す図であり、図1は転位セグメント導体1の端部の斜視図、図2は縦断面図である。
この転位セグメント導体1は、超電導テープ2を複数本、転位撚り合わせてなる転位セグメント3をパイプ状のフォーマ4の周囲に螺旋状に巻き付けて構成されている。
前記転位セグメント3では、非転位渡り部7の所定箇所が保形テープ5によって結束されており、超電導テープ2の転位撚りが崩れないように固定されている。前記保形テープ5は、ポリイミド樹脂などから構成され、一方の面全体に粘着剤が塗布されたもので、この粘着剤を介して超電導テープ2に貼着固定されている。
また、この転位セグメント3において、保形テープ5によって結束された部分は素線保形部とも言い、以下、隣接する素線保形部間の距離を転位渡り長Lと言う。
この基材のヤング率は100GPa以上が好ましく、これにより剛性に優れ、破断し難い超電導テープ2が得られる。
特に本発明では、超電導テープ2としては、前記金属基材上にイットリア安定化ジルコニア(YSZ)中間層を介してY1Ba2Cu3O7−x(YBCO)が成膜されたものが好ましく、これにより、比較的高温度で高い臨界電流密度が得られる。
前述した通り、この転位セグメント3では、図3に示すように、各超電導テープ2が、その長手方向において順次その位置を代えて変位するように撚り合わされており、超電導テープ2には、エッジワイズ曲げによる長手方向の歪みが生じている(以下、エッジワイズ歪εedと言う)。
この転位セグメント導体1において、超電導テープ2の幅をW[mm]、転位セグメント3の転位渡り長をL[mm]とすると、複数本の超電導テープ2が転位撚り合わせられたことによって生じるエッジワイズ歪εedは、次式(3)
εed=3(W/L)2 ・・・(3)
によって表される。
一般に、超電導テープ2のアスペクト比が20以上の場合、超電導テープ2の幅をW[mm]、厚みtを[mm]とすると、フラットワイズ歪εflの最大値は、以下の式(4)で表される。
εfl=t/(d+t) ・・・(4)
ここで、例えば幅W=5.0mm、厚さt=0.08mmの超電導テープ2を複数本、転位撚り合わせてなる転位渡り長L=250mmの転位セグメントの場合、エッジワイズ歪εedは0.12%となる。またフォーマ4の直径d=22mmとすると、フラットワイズ歪εflは0.36%となる。
さらに、例えば、スパイラルピッチs=250mm、図5に示すフォーマ周方向からの角度をθ、超電導テープ長手方向からの角度をφとすると、θ+φ=74.5°となり、角度θの変化により合成歪は図6のように変化する。
図7及び図8の結果から、長手方向も幅方向も0°と180°の位置の場合、直線状態に比べて歪が最大±0.05%程度変化している。
したがって、転位セグメント3の長手方向より角度θの方向の歪は、次式(5)
±0.05cos2θ±0.05sin2θ=±0.05% ・・・(5)
となり、転位セグメント導体1を曲げ半径1500mmでドラムにスパイラル巻きした場合、0.05%程度の歪が任意の方向に加わることになる。したがって、トータルの歪量は最大で0.42%程度加わることになり、前記許容歪を超えてしまう。
フォーマ4と転位セグメント3が一体化されている場合、転位セグメント導体1を半径Rで曲げると、歪量は最大で次式(E)
その結果、この転位セグメント導体1をドラムに巻くなど、転位セグメント導体1に曲げを加えた場合でも、超電導テープに加わるフラットワイズ歪とエッジワイズ歪の合成歪を、超電導テープ2中の超電導体の許容歪以下にすることができ、転位セグメント導体1の運搬時や取扱時等に許容歪を超える歪が加わることによる超電導体の破損や劣化による性能低下を防ぐことができる。
また、前記許容歪は、使用する酸化物超電導材料の種類、安全率の設定条件などにより変化するので、製造しようとする転位セグメント導体1における超電導体の許容歪を決定した後、前記式(1)で表される合成歪εの最大値がその許容歪より小さくなるように、各パラメータを設定する必要がある。
Claims (5)
- 超電導テープを複数本、転位撚り合わせてなる転位セグメントをパイプ状のフォーマの周囲に螺旋状に巻き付けてなる転位セグメント導体において、
前記フォーマの直径をd[mm]、前記超電導テープの厚さをt[mm]、前記超電導テープの幅をW[mm]、前記転位セグメントの転位渡り長をL[mm]、前記転位セグメントのスパイラルピッチをs[mm]、前記転位セグメント導体を巻き付けるドラムの半径をR[mm]、前記フォーマ周方向からの角度をθ、前記超電導テープ長手方向からの角度をφとすると、下記式(1)及び式(2)
超電導テープの厚さをt[mm]、超電導テープの幅をW[mm]、転位セグメントの転位渡り長をL[mm]、転位セグメントのスパイラルピッチをs[mm]とすると、実験的経験として、下記式(C)または式(D)
- 前記超電導テープの厚さtに対する幅Wの比で表されるアスペクト比(W/t)が20以上であることを特徴とする請求項1に記載の転位セグメント導体。
- 前記超電導テープが、一般式Y1Ba2Cu3O7−xで表される酸化物超電導材料を備えてなることを特徴とする請求項1又は2に記載の転位セグメント導体。
- 前記超電導テープの基材のヤング率が100GPa以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の転位セグメント導体。
- 前記超電導テープの基材がステンレス鋼であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の転位セグメント導体。
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