JP5738440B2 - 超電導ケーブル及びその製造方法 - Google Patents

Description

（政府の権利）
本発明は、米国標準技術局（ＮＩＳＴ）によって認められた、認可番号１Ｐ０９１４の政府支援の元で為されたものである。米国政府は、本発明に特定の権利を有する。

（関連出願）
本国際出願は、２０１１年２月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／４４４，６７３号の優先権を主張するものであり、前記仮出願を本明細書の一部として援用する。

本発明の実施形態は、超電導ケーブルに関し、特定の実施形態において、概して可撓性のあるフォーマに巻かれた超電導テープ導体を一つ以上含む超電導ケーブルに関する。

この１０年で、超電導材料の開発及び利用が大幅に進んでいる。高温超電導材料は、超電導電気コイル、超電導ケーブル、及び可撓性超電導テープを始めとする各種の用途に利用できる。超電導テープは、可撓性テープ基板の平坦な表面上に支持された超電導材料の層を一つ以上含むことができる。

超電導材料技術が向上するにつれて、このような材料の有用な用途が拡大している。例えば、このような材料を利用して、超電導送電ケーブル、超電導マグネットケーブル、及び他の超電導電気デバイスを作製することができる。

米国特許第６９８８９１５号明細書

本発明の実施形態は、超電導ケーブル構成と、比較的直径の小さい超電導ケーブルを提供できるプロセスとに関する。更に他の実施形態は、比較的可撓性のある超電導ケーブルを提供するように構成され、これにより、ケーブルを損傷することなく、ある程度ケーブルを曲げることが可能になる。

本発明の実施形態によれば、超電導ケーブルは、一定の長さのコア又はフォーマを取り巻く一つ以上の層に、一つ以上の超電導テープを巻くことによって提供される。比較的コンパクトな超電導ケーブルは、十分に小さい直径を持つフォーマを利用することによって構成される。本発明の例示的実施形態において、一つ以上の超電導テープが、１０ミリメートル（ｍｍ）未満の直径を持つフォーマに巻かれる。可撓性超電導ケーブルは、比較的可撓性のある材料から成るフォーマを用いて形成される。

特定の実施形態において、一つ以上の超電導テープ導体は、超電導体への不可逆的損傷を防止するために、（一つ以上の）超電導層が軸方向に圧縮された状態でフォーマに巻き付けられる。例えば、超電導テープ導体の一つ以上（又は全て）は、超電導層が巻きターンの内側になる向きで配置される。これにより、超電導テープ導体の超電導層を圧縮した状態で、超電導テープ導体を巻くことができる。

更なる実施形態において、フォーマには、超電導体ではない（ただし、常電導体である）一つ以上の追加の導体（又はテープ導体）も巻かれる。テープ導体上、テープ導体間、又はテープ導体の周りに、電気絶縁層を設けることができる。

更なる実施形態において、一つ以上のテープ導体は、はんだ、又は、溶融若しくは流動させて硬化させることを選択的に行える他の適切な物質の層で被覆される。更に他の実施形態において、超電導ケーブルは、各層のテープ導体の間に巻かれた一つ以上のはんだシースを含む。これに代えて、又は追加して、一つ以上のはんだシースは、ケーブル内の隣接する層の一つ以上のペアの間で、フォーマに巻き付けられてもよい。ケーブルの構成要素の組み立て後に、はんだの一つ以上のシース又は層を溶融させて、構造体内ではんだを流動させる。はんだは、超電導テープ導体に向かって流れ、超電導テープ導体の一部又は全てを共に接合して、機械的に堅固で、電気的接続状態が良好なケーブルを形成する。

本発明の更なる実施形態は、超電導ケーブルを作製する方法に関する。このような方法は、フォーマの周りに一つ以上の超電導テープ導体（又は、一つ以上の超電導テープ導体と一つ以上の通常導体を組み合わせたもの）を巻くことを含む。更なる実施形態は、一つ以上の超電導テープ導体（及び／又は、一つ以上の通常導体）をはんだで被覆し、フォーマ上にテープ導体の層を組み立てた後ではんだを溶融させることを含む。更に他の実施形態は、一つ以上のはんだシース、常電導ワイヤ又はテープ、及び絶縁抵抗ワイヤ又はテープのうちの少なくともいずれかをテープ導体と共に、又はテープ導体の間に巻くことを含む。

したがって、本発明の実施形態によれば、比較的コンパクトでありながら、しかも、適切な電気的構成（例えば、複数の信号又は位相を処理する構成）を含み、各種の使用環境に対応する十分な機械的強さ及び耐久性を示し、且つ、一部の例においては、屈曲できる十分な可撓性を持つように、超電導ケーブルを形成することができる。

本発明の一般的な実施形態は、フォーマと、そのフォーマの周りに、螺旋方式で少なくとも１層に巻かれた複数の超電導テープ導体とを含み、各超電導テープ導体が、少なくとも一つの超電導層を有する、超電導ケーブルに関する。特定の実施形態において、フォーマは、１０ミリメートル（１０ｍｍ）未満の外径を有する。また、特定の実施形態において、フォーマは可撓性である。

更に他の実施形態において、複数の超電導テープ導体は、プレテンションをかけてフォーマに巻き付けられる。

更に他の実施形態において、複数の超電導テープ導体は、少なくとも２つの導体の巻きの間に間隙を設けて、フォーマに巻かれる。

更なる実施形態において、複数の超電導テープ導体のうちの少なくとも一つは、その超電導テープ導体の超電導層が巻きの内側に配置されて圧縮状態になるように巻かれる。

更なる実施形態において、複数の超電導テープ導体のうちの少なくとも一つは、その超電導テープ導体の超電導層が巻きの外側に配置されて引張状態になるように巻かれる。

更なる実施形態において、複数の超電導テープ導体のうちの少なくとも一つは、その超電導テープ導体の超電導層がテープ導体の中央位置に配置されて、巻きからの引張又は圧縮のいずれもかからない状態になるように巻かれる。

更なる実施形態において、前述した少なくとも１層は、超電導テープ導体の複数の層を含み、その各層は、隣接する層と異なる巻き方向で巻かれる。

更なる実施形態において、前述した少なくとも１層は、超電導テープ導体の複数の層を含み、その各層は、隣接する層に巻かれたテープ導体の刻み角とは異なる刻み角で巻かれる。

更なる実施形態において、フォーマは、楕円形の断面形状、又は円形の角部を有する矩形の断面形状を有し、角部の半径は、５ミリメートル（５ｍｍ）未満である。

更なる実施形態において、前述の少なくとも１層は、超電導テープ導体の複数の層を含み、超電導テープ導体の隣接する層の間に、少なくとも一つの絶縁層が設けられる。

更なる実施形態において、前述の少なくとも１層は、超電導テープ導体の複数の層を含み、少なくとも一つの導体が絶縁される。

更なる実施形態において、超電導テープ導体のうちの少なくとも一つは、ケーブルの組み立て後に溶融されるように構成されたはんだの層で被覆される。

更なる実施形態において、少なくとも一つの超電導テープ導体の隣接する巻きの間に巻かれたはんだシースにおいて、はんだシースは、ケーブルの組み立て後に溶融されるように構成される。

更なる実施形態において、隣接する層の間に巻かれたはんだシースにおいて、はんだシースは、ケーブルの組み立て後に溶融されるように構成される。

更なる実施形態において、非超電導の導電性材料から成る少なくとも一つの導体が、少なくとも一つの超電導テープ導体の隣接する巻きの間に巻かれる。

更なる実施形態において、非超電導の導電性材料から成る少なくとも一つの導体は、溶融されるように構成されたはんだの層によって被覆される。

更なる実施形態において、前述の少なくとも１層は、超電導テープ導体の複数の層を含み、超電導ケーブルは、超電導テープ導体の複数の層のうちの隣接する層の間に巻かれた一つ以上の非超電導導体の層を少なくとも一つ更に含む。

更なる実施形態において、超電導ケーブルの束は、上記の実施形態のいずれかに係る構成をそれぞれ有する複数の超電導ケーブルを含み、少なくとも一つの超電導ケーブルが外側絶縁層を有し、その超電導ケーブルが、複数の超電導ケーブルのうちの他の超電導ケーブルと共に束に保持されるか、又は、各超電導ケーブルが外側絶縁層を備えずに複数の超電導ケーブルのうちの他の超電導ケーブルと共に束に保持され、その束が、ケーブルの束を被覆する、金属、又は、任意の他の導電性若しくは非導電性の材料から成るシースを含んでもよい。

更なる実施形態において、超電導ケーブルを作製する方法は、フォーマを設け、フォーマの周りに、複数の超電導テープ導体を螺旋方式で少なくとも１層に巻くことを含み、各超電導テープ導体は少なくとも一つの超電導層を有する。本方法の更なる実施形態において、フォーマは、１０ミリメートル（１０ｍｍ）未満の外径を持つ。本方法の更なる実施形態において、フォーマは可撓性である。

更なる実施形態において、複数の超電導テープ導体を巻くことは、少なくとも２つの導体の間に間隙を設けて、フォーマの周りに複数の超電導テープ導体を巻くことを含む。

更なる実施形態において、複数の超電導テープ導体を巻くことは、プレテンションをかけて、フォーマの周りに複数の超電導テープ導体を巻くことを含む。

更なる実施形態において、複数の超電導テープ導体を巻くことは、各超電導テープ導体の超電導層が巻きの内側に配置されて圧縮状態になるように巻くことを含む。

更なる実施形態において、複数の超電導テープ導体のうちの少なくとも一つは、その超電導テープ導体の超電導層が巻きの外側に配置されて引張状態になるように巻かれる。

更なる実施形態において、複数の超電導テープ導体を巻くことは、超電導テープ導体の超電導層がテープ導体の中央位置に配置されて、巻きからの引張又は圧縮のいずれもかからない状態になるように巻くことを含む。

更なる実施形態において、前述の少なくとも１層は、超電導テープ導体の複数の層を含み、複数の超電導テープ導体を巻くことは、各層を隣接する層と異なる巻き方向で巻くことを含む。

更なる実施形態において、前述の少なくとも１層は、超電導テープ導体の複数の層を含み、複数の超電導テープ導体を巻くことは、隣接する層に巻かれたテープ導体の刻み角とは異なる刻み角で各層を巻くことを含む。

更なる実施形態において、前述の少なくとも１層は、超電導テープ導体の複数の層を含み、本方法は、超電導テープ導体の隣接する各層の間に少なくとも一つの絶縁層を設けることを更に含む。

更なる実施形態において、前述の少なくとも１層は、複数の超電導テープ導体を含み、本方法は、少なくとも一つの超電導テープ導体を絶縁することを更に含む。

更なる実施形態において、本方法は、超電導テープ導体のうちの少なくとも一つにはんだの層を被覆し、その少なくとも一つの超電導テープ導体がフォーマに巻かれた後ではんだを溶融させることを更に含む。

更なる実施形態において、本方法は、少なくとも一つの超電導テープ導体の隣接する巻きの間にはんだシースを巻き、少なくとも一つの超電導テープ導体をフォーマに巻いた後ではんだを溶融させることを更に含む。

本発明の前述した特徴、他の特徴、及び他の利点は、付属の図面と組み合わせて解釈される下記の詳細な説明からより明瞭に理解されるであろう。

本発明の実施形態に係る超電導ケーブルの部分断面図である。 本発明の実施形態に係る、多導体又は多相の超電導ケーブルを示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る、多導体又は多相の超電導ケーブルを示す断面図である。 本発明の実施形態に係る、複数の超電導ケーブルから成るケーブル束を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る、多導体又は多相のケーブルを示す断面図である。 本発明の実施形態に係る単コアケーブルの断面図である。 本発明の実施形態に係る多重コアケーブルの断面図である。 本発明の実施形態に係る多重コアケーブルの断面図である。 常電導マトリクスを有するケーブルの断面図である。 過電流保護のための追加の常導電層を有するケーブルの断面図である。 本発明の実施形態に係る継ぎ合わせテープ端の例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る継ぎ合わせテープ端の例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る継ぎ合わせテープ端の例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る継ぎ合わせテープ端の例を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る継ぎ合わせテープ端の例を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る継ぎ合わせテープ端の例を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る継ぎ合わせテープ端の例を示す断面図である。 ケーブル端子の例を示す図である。 ケーブル端子の例を示す図である。

超電導ケーブル１０は、図１に示すように、フォーマ１４に巻かれた一つ以上の超電導テープ導体１２から成る。本発明の実施形態は、下記の文献に記載されるようなケーブル及びプロセスに関する。文献は、ＤＣヴァン・デル・ラーン（ｖａｎ ｄｅｒ Ｌａａｎ）他による「ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−δ ｃｏａｔｅｄ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｃａｂｌｉｎｇ ｆｏｒ ｌｏｗ ａｃ−ｌｏｓｓ ａｎｄ ｈｉｇｈ−ｆｉｅｌｄ ｍａｇｎｅｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（低交流損失且つ高場マグネット用途のためのＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−δ被覆導体ケーブル）」という名称の論文（２００９年にＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（超電導科学と技術）に掲載）、ＤＣヴァン・デル・ラーンによる「Ｃｏｍｐａｃｔ ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−δ ｃｏａｔｅｄ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｃａｂｌｅｓ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｍａｇｎｅｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（送電及びマグネット用途のための小型のＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−δ被覆導体ケーブル）」という名称の論文（２０１１年にＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙに掲載）、及びＤＣヴァン・デル・ラーンによる「Ｈｉｇｈ−ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｃ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ＲＥ−Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−δ ｃｏａｔｅｄ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｃａｂｌｅｓ（可撓性ＲＥ−Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−δ被覆導体ケーブルにおおける高電流直流送電）」という名称の論文（２０１２年にＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙに掲載）であり、これらの論文はその内容全体を本願明細書の一部として援用する。

本明細書に記載した例示的実施形態において、比較的直径の小さい（例えば、約１０ｍｍ未満）のフォーマ１４により、ケーブル１０を比較的コンパクトにすることができる。超電導層を軸方向に圧縮した状態で一つ以上の超電導テープ導体１２を巻くことによって、超電導体への不可逆的損傷を防ぐことができる。可撓性フォーマ１４により、比較的可撓性のあるケーブルを作製できる。

したがって、特定の実施形態において、ケーブル１０は、可撓性材料及び可撓性構造体の少なくともいずれかから可撓性に構成されるため、ケーブルを損傷することなく、予め定義された範囲でケーブルを屈曲又は湾曲させることができる。他の実施形態において、ケーブル１０は、剛性、又は比較的剛性を持つように形成されてよく、このことは、特定の使用環境において有利であり得る。

例示的実施形態において、各テープ導体１２は、一つ以上の超導電層を含む超電導テープ導体であり、この超電導層は、超電導ケーブル１０に想定される動作環境において超導電性を提供する超電導材料、若しくは超電導構成、又はその両方から作製される。超電導テープ導体１２は、限定するものではないが、ＳｕｐｅｒＰｏｗｅｒ Ｉｎｃ．（ニューヨーク州スケネクタディ）によって製造されるＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−δ（ＹＢＣＯ）テープ導体、Ｂｉ_２Ｓｒ_２Ｃａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ（Ｂｉ−２２２３）テープ導体、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−δ（ＧＢＣＯ）テープ導体、ＹＢＣＯ若しくはＧＢＣＯで被覆されたテープ導体、又は他の適切な超電導テープ導体を含む、任意の適切な超電導テープで構成されてよい。各超電導テープ導体１２は、螺旋形式でフォーマ１４に巻き付けられる。

更なる実施形態において、フォーマ１４には、一つ以上の超電導テープ導体１２に加えて、超電導ではない（ただし、常電導導体である）一つ以上の他の導体（又はテープ導体）も巻かれる。テープ導体の上に絶縁層１６を設けることができ、この絶縁層１６は、任意の適切な電気絶縁性材料、限定ではないが、電気絶縁ポリマ、ゴム、セラミック、ナイロン等で作製されてよい。

フォーマ１４は、任意の適切な材料から成り、特定の実施形態において、ケーブル１０を可撓性にできる可撓性材料で形成され、このような可撓性材料として、例えば、銅又は他の金属、ポリマ、ゴム、セラミック等が挙げられるが、こられには限定されない。例示的実施形態において、フォーマは、中空形状（中空のチューブ形等）を有する。他の実施形態において、フォーマは中実形状（中実のシャフト形等）である。他の実施形態において、フォーマは、中実の撚り線形状（撚り線ワイヤ又はケーブル等）である。更に他の例示的実施形態において、フォーマは、その長さ方向の一つ以上の部位において中実形状を持ち、長さ方向の一つ以上の他の部位において中空形状を持つことができる。

フォーマは、任意の適切な形状及び外径を持つように構成されてよい。例えば、フォーマは、断面形状（フォーマの長手寸法に対して垂直に切断した断面）が円形、楕円形、矩形、又は、他の適切な多角形若しくは閉曲線である、長手寸法を備えることができる。円形よりは矩形に近い形状を持つケーブルは、例えば、特定のマグネットや他のデバイスの巻き処理を容易にするため、一部の用途において好都合であり得る。

例示的実施形態において、フォーマの多角形の断面形状のエッジ又は角部は丸まられてよい。一例において、最小の円形エッジ又は角部の半径は、約５ミリメートル（５ｍｍ）未満である。フォーマの外径は、任意の適切な寸法であってよく、特定の実施形態において、約１０ミリメートル（１０ｍｍ）未満である。非限定的な例示的実施形態において、フォーマは、約１ｍｍから約１０ｍｍの範囲、特定の実施形態において、約３．２ｍｍ又は約５．５ｍｍの外径を有する。

超電導テープ導体１２は、フォーマ１４の周りに、螺旋方式で一つ以上の層に巻かれる。例示的実施形態において、超電導テープ導体１２のうちのいくつか又は全ては、プレテンションをかけて巻かれる。他の実施形態において、超電導テープ導体１２は、プレテンションをかけずに巻かれる。

例示的実施形態において、フォーマ１４に巻かれた超電導テープ導体１２の一つ以上（又は全て）は、その超電導層が巻きターンの内側に位置する向きで配置される。これにより、超電導層を圧縮した状態で超電導テープ導体１２を巻くことができる。他の実施形態において、フォーマ１４に巻かれた超電導テープ導体１２の一つ以上（又は全て）は、その超電導層が巻きターンの外側に位置する向きで配置される。これにより、超電導層を引張状態にして、超電導テープ導体１２を巻くことができる。更に他の実施形態において、フォーマ１４に巻かれた超電導テープ１２の一つ以上（又は全て）は、その超電導層がテープの中央層に配置されるため、超電導層は、圧縮状態又は引張状態に関して概ね中性になる。更に他の実施形態において、前述した圧縮、引張、及び中性の３つの向きのうちのいずれか２つ又は全てを組み合わせて、フォーマ１４に複数の超電導テープ導体１２を巻くことができる。

フォーマ１４に巻かれたテープ導体の各層に、一つ以上の超電導テープ導体１２が含まれてもよい。例えば、各層は、互いに隣接してフォーマ１４に巻かれた一つ、二つ、三つ、又はそれ以上の独立した超電導テープ導体１２_１，１２_２，１２_ｎを含むことができる。層内の各超電導テープ導体１２_１，１２_２，１２_ｎは、同じ層内の隣の超電導テープ導体１２_１，１２_２，１２_ｎに極めて密接（又は密着）して巻かれてよい。これに代えて、層内の各超電導テープ導体１２_１，１２_２，１２_ｎは、同じ層内の隣接した超電導テープ導体１２_１，１２_２，１２_ｎから間隙によって分離されてよい。更なる代替の実施形態において、所定の層内の超電導テープ導体１２_１，１２_２，１２_ｎの一つ以上は、同一層内の隣の超電導テープ導体１２_１，１２_２，１２_ｎに極めて近接（又は密着）して巻かれ、その同一層内の一つ以上の他の超電導テープ導体１２_１，１２_２，１２_ｎは、同一層内の隣の超電導テープ導体１２_１，１２_２，１２_ｎから間隙によって分離される。各層のテープ間の間隙は、ケーブルの可撓性を向上させること、及び、ケーブルに、必要に応じてより小さい曲げ半径を持たせることに寄与できる。

更なる実施形態において、フォーマ１４上のテープ導体の層のいくつか又は全ては、隣接する層から間隙によって分離されてよい。層間の間隙は、ケーブルの可撓性を向上させること、及び、ケーブルに、必要に応じてより小さい曲げ半径を持たせることに寄与できる。

また、フォーマ１４上の各層の一つ以上の超電導テープ導体１２は、その層全体を通じて一定の刻み角で巻かれてよい。これに代えて、各層の一つ以上の超電導テープ導体１２は、その層内において各種異なる刻み角で巻かれてよい。また、超電導テープ導体１２_１は、テープ導体１２_２の巻きピッチと同一のピッチで巻かれても、又はこれに代えて、テープ導体１２_２の巻きピッチと異なるピッチで巻かれてもよい。これに代えて、フォーマ１４上の複数の層の超電導テープ導体１２は、各層内で一定の刻み角を用いて、若しくは複数の層において同一の刻み角を用いて、又はその両方の方式で巻くことができる。これに代えて、フォーマ１４上の複数の層の超電導テープ導体１２は、各層内で一つ以上の異なる刻み角を用いて巻かれてもよい。一例示的実施形態において、超電導テープ導体１２は、フォーマ１４上で、各層の刻み角が、その層内では一定であるが、すぐ隣の層の刻み角とは異なる方式で、複数の層に巻かれる。

また、各層の一つ以上の超電導テープ導体１２は、同一方向でフォーマ１４の周りに巻かれる。ただし、他の実施形態において、所定の層内のいずれか２つの超電導テープ導体１２は、逆向きに巻かれてよい。更に他の実施形態において、一つの層内の超電導テープ導体１２は、その層全体を通じて共通の方向に巻かれ、すぐ隣の層内のテープ導体は、逆方向に巻かれる。したがって、ケーブルの各層内の一つ以上の超電導テープ導体１２は、同一又は異なる刻み角で巻かれるが、各層は、その前の層と同一又は逆の方向に巻かれる。

各超電導テープ導体１２は、限定するものではないが、電気絶縁ポリマ、ゴム、セラミック、ナイロン等の絶縁性材料で被覆されてよい。更なる実施形態において、全てではなく一部の超電導テープ導体１２が絶縁性材料で被覆される。更に他の実施形態において、超電導テープ導体は、いずれも絶縁性材料で被覆されない。更に他の実施形態において、一部又は全ての超電導テープ導体は、限定ではないが、導電性金属、セラミック等の導電性材料で被覆される。

したがって、前述した実施形態によれば、超電導ケーブルは、それぞれ一つ以上の超電導層を有する複数の超電導テープ導体を含み、超電導テープ導体は、１０ｍｍ未満の外径を持つフォーマの周りに、螺旋方式で複数の層に巻かれる。

更なる実施形態において、超電導ケーブルは、電気位相が同一である２つ以上の絶縁された電流を異なる導体上で伝導する多導体超電導ケーブル、又は、２つ以上の異なる電気位相を伝導する多相超電導ケーブルとして構成することができる。このような実施形態において、超電導テープ導体１２の複数の層は、前述したようにフォーマ１４に巻かれ、各電気位相は、一つ以上の層から成る個別のセットに対応付けられる。

例えば、図２及び図３に、本発明の実施形態に係る２区画及び３区画の超電導ケーブル１００，２００をそれぞれ示す。一例において、２区画及び３区画の超電導ケーブルは、２相及び３相の超電導ケーブルとしてそれぞれ接続される（又は接続されるように構成される）。２相及び３相の例において、各ケーブル１００，２００は、超電導テープ導体１１２の一つ以上の層（前述した超電導テープ導体１２の層に対応）を含み、これらの層は、第１電気位相に対応付けられる（第１電気位相を伝導するように接続される、又は接続される構成である）が、第２又は第３電気位相には対応付けられない。超電導テープ導体１１２’の他の一つ以上の層（同様に、前述した超電導テープ導体１２の層に対応）は、第２電気位相に対応付けられる（第２電気位相を伝導するように接続される、又は接続される構成である）が、第１位相には対応付けられない。

他の例において、図２及び図３の２区画及び３区画の超電導ケーブル１００，２００は、同一の電気位相を伝導するように接続される、又は接続される構成であるが、高いランプレートにおいて、ケーブル内のより均一な電流分布を提供できるように、それぞれ個別の電流源によって駆動される。同一位相の例において、超電導テープ導体１１２の一つ以上の層（前述した超電導テープ導体１２の層に相当）は第１電気区画に対応付けられる（導電接続される、又は導電接続される構成である）が、第２又は第３の電気区画には対応付けられない。また、超電導テープ導体１１２’の他の一つ以上の層（同様に前述の超電導テープ導体１２の層に相当）は、第２電気区画に対応付けられる（導電接続される、又は導電接続される構成である）が、第１区画には対応付けられない。

図３の３相の例の実施形態において、超電導テープ導体１１２’’の更に他の一つ以上の層（同様に、前述の超電導テープ導体１２の層に相当）は、第３電気位相に対応付けられる（第３電気位相を伝導するように接続される、又は接続される構成である）が、第１及び第２電気位相には対応付けられない。このような実施形態において、所定の電気位相に対応付けられた一つ以上の各層は、他の電気位相に対応付けられた一つ以上の各層から、前述したように、一つ以上の絶縁材料層１１３によって絶縁される。例えば、電気絶縁材料の一つ以上の層は、超電導テープ導体１１２，１１２’，１１２’’の層の間、若しくは各位相の間（例えば、一つの位相に対応付けられた一つ以上の層のグループと他の位相に対応付けられた一つ以上の層のグループの間）に巻かれるか、又は他の方式で配設される。

図３の３区画同位相の例の実施形態において、超電導テープ導体１１２’’の更に他の一つ以上の層（同様に、前述の超電導テープ導体１２の層に相当）は、第３電気区画に対応付けられる（導電接続される、又は導電接続される構成である）が、第１又は第２電気区画には対応付けられない。このような実施形態において、所定の電気区画に対応付けられた一つ以上の各層は、他の電気区画に対応付けられた一つ以上の各層から、前述したように、一つ以上の絶縁材料層１１３によって電気的に絶縁されてよい。例えば、電気絶縁材料の一つ以上の層は、超電導テープ導体１１２，１１２’，１１２’’の層の間、若しくは各区画の間（例えば、一つの区画に対応付けられた一つ以上の層のグループと他の区画に対応付けられた一つ以上の層のグループとの間）に巻かれるか、又は他の方式で配設される。異なる区画は、同一の電気位相であってよいが、各区画は、高いランプレートにおいて、ケーブル内のより均一な電流分布を提供するために、それぞれ固有の個別電流源によって駆動される。更なる実施形態において、区画の数は３つより多くてもよい。また、多区画（多相又は同相）の実施形態のいずれかは、一つ以上の外側絶縁材料層１６を含んでよい。

図４に示す他の実施形態において、前述したような２つ以上の単一フォーマケーブル１０、１００、又は２００（２つ以上の単相構成、２つ以上の多相構成、又は１つ以上の単相構成と１つ以上の多相構成の組み合わせを含む）は、多重フォーマケーブル３００として束ねられる。このような実施形態において、前述したような絶縁材料層３０２が、前述したように構成された複数の単一フォーマケーブル１０，１００，２００の周りに形成されてよい。

更なる実施形態において、本明細書に記載した例示的実施形態のいずれかにおける一つ以上のテープ導体は、選択的に溶融又は流動させて硬化させることが可能なはんだ又は他の適切な物質の層で被覆される。前述したケーブル構成要素の組み立て後に、はんだの層を溶融させ、構造体内ではんだを流動させる。はんだは、超電導テープ導体まで流動して超電導テープ導体の一部又は全てを共に結合し、剛性のある機械的に強いケーブルを形成する。このことは、比較的大きい応力がケーブルに作用する用途において有利であり得る。導電性はんだの場合、はんだは、個々のテープ間の電気接続性を向上させる。

更に他の実施形態において、本明細書に記載した例示的実施形態のいずれかに記載されたようなケーブルは、各層のテープ導体の間に巻かれた一つ以上のはんだシースを更に含む。これに代えて、又は追加して、一つ以上のはんだシースが、ケーブル内の隣接する層の一つ以上のペアの間でフォーマ１４に巻かれてもよい。前述したようなケーブル構成要素が組み立てられた後、はんだの一つ以上のシースを溶融させ、構造体内ではんだを流動させる。はんだは、超電導テープ導体まで流動して超電導テープ導体の一部又は全てを共に結合し、剛性のある機械的に強いケーブルを形成する。このことは、比較的大きい応力がケーブルに作用する用途において有利であり得る。導電性はんだの場合、はんだは、個々のテープ間の電気接続性を向上させる。

更なる実施形態において、本明細書に記載した例示的実施形態のいずれかに係るケーブルは、超電導ではない、常電導材料から成る一つ以上の導体を含み、この導体は、超電導テープ導体の一つ以上の層内に巻かれる。各種の実施形態において、導体の形状は各種異なっていてよい。例えば、常電導材料から成る少なくとも一つの導体は、少なくとも一つの層内の２つの隣接する超電導テープ導体の間に巻かれてよい。これに代えて、又は追加して、常電導導体の少なくとも一つの層は、超電導テープ導体の隣接する層のペアのうちの少なくとも一つのペアの間に巻かれる。これに代えて、又は追加して、常電導材料の少なくとも一つの層は、ケーブルの外側超電導テープ層の上、又はフォーマの上に巻かれる。常電導層は、個々の超電導テープ導体の間の電気接続部を形成でき、例えば、電流に不具合又は他の障害が生じたときに電流を共有できるようにする。これに代えて、又は加えて、常電導層は、ケーブル内の電流が超電導フィルムで伝導可能な所定の最大電流を超えた場合に、電流シャントとして機能できる。

更なる実施形態において、本明細書に記載した例示的実施形態のいずれかに係るケーブルは、前述した構成要素の周りに外装シースを含む。外装シースは、金属材料を含む任意の適切な材料で形成されてよいが、これには限定されない。外装シースは、機械的補強と追加の強度をケーブルに提供できる。

更なる実施形態において、本明細書に記載した例示的実施形態のいずれかに係るケーブルは、前述した超電導ケーブルの一つ以上と共に一つ以上の常電導ケーブルを含み、これら全てのケーブルは、前述したシースによって束ねられてシースに囲まれる。常電導ケーブルは、電流シャントとして機能するように結合されてよく、シースは、前述したように、外側の機械的補強をケーブルに提供できる。

更なる実施形態において、本明細書に記載した例示的実施形態のいずれかに係るケーブルは、超電導テープ導体の一つと平行に巻かれた一つ以上の絶縁抵抗ワイヤを含む。特定の実施形態において、これらのワイヤは、通電時に熱を生成する加熱ワイヤとして利用され、クエンチが生じた場合に、ケーブルを速やかに定常駆動する。

本発明の更なる実施形態は、前述した超電導ケーブルを作製する方法に関する。本方法は、既に説明し、且つ図面に示したように、フォーマの周りに一つ以上の超電導テープ導体（又は、一つ以上の超電導テープ導体と一つ以上の常電導導体を組み合わせたもの）を巻くことを含む。本方法の更なる実施形態は、前述したように、一つ以上の超電導テープ導体（若しくは、一つ以上の常電導導体、又はその両方）にはんだを被覆し、フォーマにテープ導体の層を組み立てた後で、はんだを溶融させることを含む。本方法の更に他の実施形態は、前述したように、テープ導体と共に、又はテープ導体の間に、一つ以上のはんだシース、常電導導体層、及び絶縁抵抗ワイヤのうちの少なくともいずれかを巻くことを含む。

このように、本明細書に記載した例示的実施形態において、比較的直径の小さいフォーマを用いて、ケーブルを比較的コンパクトに構成できる。一つ以上の超電導テープ導体を圧縮状態で巻くことによって、超電導体への不可逆的損傷を防ぐことができる。可撓性のフォーマによって、ケーブルを比較的可撓性のあるものにできる。次に、非限定的な例のケーブル、並びに、コンパクトな超電導送電ケーブル、デガウシングケーブル、及びマグネットケーブルを作製するプロセスについて説明する。

実施例１：２相ケーブル（直流送電用）
例えば、直流送電用の２相ケーブル（図２）を作製する一例のプロセスは、次のとおりである。

１〜１０ｍｍの小さい外径を持つ、可撓性の中実又は中空フォーマ１４をコアとして取得する。省略可能であるが、絶縁層をフォーマの周りに巻く。

次に、超電導層１１２を内側（超電導体を圧縮状態）にして、一つ以上の層１１２の複数の超電導テープをフォーマ１４の周りに螺旋状に巻く。２つ以上の層を用いる場合、各層は、隣接する層と逆の方向に巻くことができる。このスタックの層は、ケーブルの第１電気位相のためのものである。

各超電導テープは、近隣のものと電流を共有しないように個別に絶縁されても、又は、各超電導テープに抵抗層を被覆してテープ間の抵抗を調整することによって、電流の共有程度を調整してもよい。

次に、第１電気位相を構成する超電導体のスタックの周りに、絶縁層１１３を巻く。

次に、絶縁層の上に、超電導テープ１１２’の第２スタックを巻いて、第２電気位相を形成する。より高く撚るテープは、巻き半径と撚り角度が十分に大きく、超電導体を損傷する恐れがない限り、そのテープの超電導層が外側（引張状態）であってもよい。

次に、第２位相を構成する超電導体のスタックの周りに絶縁層１１３’を巻く。

次に、最も上の絶縁層の上に、中性部を構成する超電導テープの最終スタックを螺旋状に巻く。

その後、中性部を構成する超電導体のスタックの上に、最後の絶縁層を巻く。

次に、超断熱された真空空間を包含する、可撓性の二重壁低温保持装置内にケーブルを配置する。

中空フォーマ（存在する場合）の中、若しくは低温保持装置内のケーブルの周囲、又はその両方に極低温液体又は気体を流すことによって、冷却処理を提供できる。

実施例２：３層ケーブル（交流送電用、図３に記載）
例えば、直流送電用の３相ケーブルを作製する一例のプロセスを次に示す。

実施例１のプロセスは、絶縁層の上部に超電導テープ１１２’の第２スタックを螺旋状に巻いて、第２電気位相及び第２絶縁層を形成するまでを含み、ここまでの処理で実施される。

この後、超電導テープ１１２’の第３スタックを絶縁層の上に螺旋状に巻くが、この絶縁層は、２相ケーブルにおいて第２電気位相を形成したテープのスタックの周りに巻かれたものである。このスタックは、ここで第３電気位相を構成する。

次に、第３位相を構成する超電導体のスタックの周りに、絶縁層１６を巻く。

次に、最も上の絶縁層の上に、中性部を構成する超電導テープの最終スタックを螺旋状に巻く。

更に、中性部を構成する超電導体のスタックの上に、最後の絶縁層を巻く。

そして、超断熱された真空空間を包含する、可撓性の二重壁低温保持装置内にケーブルを配置する。

中空フォーマ（存在する場合）の中、若しくは低温保持装置内のケーブルの周囲、又はその両方に極低温液体又は気体を流すことによって、冷却処理を提供できる。

実施例３：多相ケーブル（交流送電用）
例えば、交流送電用の多相ケーブルを作製する、他の例のプロセスについて、図５を参照しながら下記に説明する。

各位相について、複数の超電導テープ５１２は、１〜１０ｍｍの小さい直径を持つ、円形の中空又は中実フォーマ５１４の周りで、超電導層を内側（圧縮状態）にして一つ又は複数の層に螺旋状に巻かれる。２つ以上の層を用いる場合、各層は、隣の層と逆の方向に巻くことができる。

各超電導テープ５１２は、近隣のものと電流を共有しないように個々に絶縁されても、又は、超電導テープ５１２に抵抗層を被覆してテープ間の抵抗を調節することによって、電流の共有程度を調節してもよい。

より高く撚るテープ５１２の一つ以上は、巻き半径と撚り角度が十分に大きく、超電導体を損傷する恐れがない限り、そのテープのＹＢＣＯ層が外側（引張状態）であってもよい。

更なる実施形態において、超電導層を巻く前に、フォーマ５１４の周りに絶縁体５１３を巻く。

超電導テープ５１２を巻いた後、超電導テープのスタックの周りに絶縁体５１３を巻く。

次に、図５に示すように、これら３つの１相のコアを共に束ねて、３相ケーブルを形成する。

次に、３相の束の周りに超電導テープを巻いて遮蔽層を形成するか、又は、各相が、超電導テープのスタックによって形成される固有の中性部を備えてもよく、この超電導テープのスタックは、各相を形成するケーブルの外側に巻くことができる（図示せず）。

次に、遮蔽層を外側で絶縁する（図示せず）。

この後、超断熱された真空空間を包含する、可撓性の二重壁低温保持装置（図示せず）内にケーブルを配置する。

中空フォーマ（存在する場合）の中、若しくは低温保持装置内のケーブルの周囲、又はその両方に極低温液体又は気体を流すことによって、冷却を行う。

実施例４：多重コア高速立ち上がりケーブル（高速立ち上がりマグネット及び送電ケーブル用）
例えば、高速立ち上がりマグネット及び送電ケーブル用の多重コア高速立ち上がりケーブルを作製する一例のプロセスについて、図２及び図３を参照しながら下記に説明する。高速立ち上がり動作は、多数の層から成るケーブル内の電流分布を不均一にする可能性がある。立ち上がり動作中の電流分布をより均一にできる可能性のある一つの方法は、ｎ個の層から成る、互いに絶縁された複数の区画にケーブルを分割することである。各区画は、同一の電気位相を含むが、それぞれ固有の個別電流源に接続されて駆動される。各電流源は、各区画に適正量の電流を送ることができるため、一つの電流源のみを用いる場合と比べ、ケーブル内の電流分布がより均一になる。したがって、図２及び図３のような同軸の２相、３相、又はｎ相ケーブルを作製して、それぞれ同一の位相を含むように接続することができる。

実施例５：多重コア低損失ケーブル（交流送電用）
例えば、交流送電用の多重コア低損失ケーブルを作製する一例のプロセスについて、図６ａ〜６ｃを参照しながら下記に説明する。

１〜１０ｍｍの小さい外径を持つ、可撓性の中実又は中空フォーマ６１４をコアとして取得する。省略可能であるが、フォーマの周りに絶縁層を巻いてもよい（図示せず）。

超電導層を内側（超電導体を圧縮状態）にして、一つ以上の層６１２の複数の超電導テープをフォーマの周りに螺旋状に巻く。交流損失を低減するために、小さいツイストピッチを用いる。層の個数は、不均一な電流分布を基に規制することができる。２つ以上の層を用いる場合、各相は、隣接する層と逆の方向に巻くことができる。

より高く撚るテープは、巻き半径と撚り角度が超電導体を損傷しない十分な大きさであれば、そのテープのＹＢＣＯ層を外側（引張状態）にして巻くことができる。

各超電導テープは、近隣のものと電流を共有しないように個々に絶縁されても、又は、各超電導テープに抵抗層を被覆してテープ間の抵抗を調整することによって、電流の共有程度を調整してもよい。

省略可能であるが、超電導体のスタックの周りに、絶縁体層６１３を巻く。

次に、これら多数の単相のコア６００を、完全交差方式で共に束ねる。これにより、位相単位のテープ数、又はマグネットケーブル内のテープ数が増える一方で、コア単位の層の量が抑制される。全ての位相の複数のコアを束ねることによって、交流送電用の多相ケーブルが形成される。

次に、送電ケーブルの場合、前述の束の周りにテープのスタックを螺旋状に巻いて、中性層を形成する（図示せず）。

次に、中性層を構成するテープのスタックの周りに、外側絶縁層を巻く（図示せず）。

そして、送電ケーブルの場合は、超断熱された真空空間を包含する、可撓性の二重壁低温保持装置内にケーブルを配置する。

また、送電ケーブルの場合、中空フォーマ（存在する場合）の中、若しくは低温保持装置内のケーブルの周囲、又はその両方に極低温液体又は気体を流すことによって、冷却を行う。

図面において、図６ａは、超電導テープを備える単コアの例を示し、図６ｂは、共に束ねられて単相又は多相ケーブル構造６５０を形成する複数の単コアケーブルの例を示し、図６ｃは、多相（３相）ケーブル６６０を形成する、単コアケーブルの複数（３つ）の束を示す。送電ケーブルにおいて、各相は、その相固有の同相ケーブルの束によって形成することができ、３相ケーブルは、これら３つの多重フィラメント単相ケーブルを共に束ねることによって形成される。

実施例６：コアごとに複数の位相を持つ多重コアケーブル
更なる実施形態は、上記の実施例５と同様に構成されてよいが、実施例１及び２に記載したように、各コアに、複数の絶縁された位相を有する。マグネットケーブル又は高速立ち上がり送電ケーブルの場合、これらの位相は同一であってよいが、各区画は、実施例４で説明したようにそれぞれ固有の個別電流源に接続され、その個別電流源によって駆動されてよい。

実施例７：テープ間の電気接続性が向上したケーブル
送電線又はマグネットケーブル内に、超電導テープと平行に比較的大量の常電導材料（例えば、銅）を備えて、障害の発生時に任意構成のシャント経路を用いて電流を供給すると有利であり得る。また、電流シャント経路により、テープのうちの一つの損傷区画、又は導体を継ぎ合わせた区画から、通常の動作状態で電流を迂回させることができる。ＹＢＣＯ被覆導体内で金属基板と超電導体の間に存在するセラミック層は、場合によっては抵抗となり、電流を通さない。抵抗バッファ層を迂回し、且つ、テープの一部又は全てを囲む常電導電流路が存在でき、これにより、テープ同士、又はテープと常電導シャント層とを電気的に接続することができる。一実施形態において、このことは、個別のテープそれぞれに銅の薄い層を銅メッキすることによって実現できる。ただし、このような銅メッキ処理は高価であり得る。

ケーブルの個々のテープ間の電気的接続を改良するために、図７に示すように、テープが埋め込まれた常電導マトリクスを構成できる。これについて下記で説明する。

上記の実施例に記載したように、フォーマ７１４上で、一つ以上の超電導テープ７１２（超電導テープ導体１２の層に相当）を複数の層に巻く。また、比較的薄い（最大で、例えば２０ミクロンの）銅層７１５をテープに電気メッキする。この層は、導体へのはんだ接続を容易にする。

次に、メッキ処理又は他の適切な方法で、他の導電性材料の第２層７１６を超電導テープ７１２に接合する。第２層７１６は、銅層よりも高い電気抵抗を持つことができ、テープの超電導層とテープ間の常電導マトリクスとの間の電気的結合をある程度調整できるようにする。電流は、障害が発生した場合に常電導マトリクスに流れ込む可能性があるが、層の高い抵抗によって、通常動作中の結合損失が抑制される。

上記の実施形態において、常電導材料（銅）７１８の帯が、各個別の層内の超電導テープ７１２間に巻かれる。帯７１８は、超電導テープ７１２と同程度の厚さを有する。

常電導テープの層７１６は、超電導テープの各層の間に巻かれる。層７１６の厚さは、調整可能であり、用途に応じて異なる。

一つの層又は各層の超電導テープ７１２の巻き方向は、片側又は両側の隣接する超電導層と逆であってよい。

省略可能であるが、一部の層内のテープ７１２のいくつかは、超電導層を外側に向けて配置されてよく、これにより、超電導テープ間の結合状態が向上する。

各超電導テープの電流は、超電導層の隣にある通常の層に流れることができる。この電流は、一つの超電導層から次の超電導層まで、各超電導層内の超電導テープの間に巻かれた常電導帯を通って流れることができる。常電導マトリクスが形成されて超電導テープが埋め込まれたこの構成により、局部的不具合の場合に、一つのテープから他のテープに電流を流す、又は、障害の発生時に、超電導層から常電導シャント（マトリクスそのもの、若しくは超電導層に隣接したいずれか他の常電導材料）に電流を流すことができる。

実施例８：過電流保護が向上したケーブル
送電網に組み込まれた送電線等の一部の状況において、ケーブルは、短時間の比較的大きい過電流に耐え得るように構成される。前述した実施形態のいずれかの超電導層に加え、分流断面を持つ追加の常電導材料（限定するものではないが、銅等）を追加することができる。

例えば、図８を参照すると、前述した実施例のいずれかに従って構成されたケーブルは、一つ以上の常電導シャント層８１５，８１５’及び常電導フォーマ８１４と共に用いられた場合に、追加のシャントを提供できる。フォーマ８１４は絶縁されなくてもよい。また、超電導層８１６，８１６’は、定常マトリクス８１３に埋め込まれた超電導テープ８１２を含むことで、各テープとシャントの間に結合度の高い電気結合を形成できる。

ケーブル内に多数の位相が存在する場合、又は、フォーマが十分なシャント材料を提供しない場合に、超電導層の上部に追加の常電導層を巻く。この場合も、定常マトリクスは、テープとシャント層の間に良好な電気結合を好ましく提供する。

特定の実施形態において、ケーブルの各位相は、超電導位相の外側に追加のシャント層を有する。シャント層をケーブルの外側に配置することで、超電導テープの巻き半径を比較的小さく維持できる。これにより、必要とされる超電導体の量が抑制され、超電導テープの小さいツイストピッチを実現できる。

この手法は、単コアであり、その上に全ての位相が巻かれた送電線、又は各位相が個別のコアに巻かれ、各位相のケーブルが共に束ねられて最終的な多相ケーブルを形成する送電線に適用できる。

実施例９：テープ間の電気的結合及び機械的結合が向上したケーブル
ケーブルがマグネットに利用される場合は、ケーブル内の個々のテープに比較的大きい力が作用する可能性がある。このような環境においては、ケーブルの個々のテープ間に機械的な結合を提供すると有利になり得る。このような機械的結合は、各層内のテープをはんだで接合することによって提供できる。この接合は、ケーブル内の各導体間の電気的結合も向上させる。機械的接合を改善するプロセスの例は次のとおりである。

具体的には、上記の実施例で説明したように、フォーマ上で超電導テープを複数の層に巻く。

ただし、本実施例において、各超電導テープ、及び、省略可能な構成であるマトリクスを形成する常電導帯の少なくともいずれかは、ケーブルを巻く前に、はんだの薄膜で被覆される。これに代えて、又は追加して、超電導テープの層の間、又は省略可能な構成であるマトリクスを形成する常電導層の間に、薄いはんだ箔を巻く。

システム、例えば、マグネット内にケーブルを組み立てて巻いた後、完成したシステムを炉内で加熱してはんだを溶融させる。クールダウン後に、はんだが各層の全てのテープ及び全ての層を互いに接合して、より向上した電気接続性及び強い機械的結合を形成する。

また、ケーブル構成要素は、個々のケーブルを互いに接合するエポキシ樹脂内で成型されてもよい。エポキシ樹脂は、そのエポキシ樹脂の硬化が、ケーブル内のはんだの溶融温度よりも低い温度で生じるように選択することができる。

実施例１０：可撓性が向上したケーブル
可撓性を向上させて曲げ半径を小さくするために、ケーブルの作製プロセスは、下記の変更を加えて、前述したいずれかのプロセスを含むことができる。

具体的には、このプロセスは、巻き処理中に、各層内の超電導テープ間に小さい間隙を組み込むことを更に含む。間隙の大きさは、用途に合わせて巻かれたときにケーブルに課される最小曲げ半径、テープ幅、及び撚り角度によって異なる。間隙は、ケーブルが使用形状に曲げられたときに、ケーブルの内側において閉じ、ケーブルの外側において広くなる。内側の間隙は、損傷の原因となり得る、超電導テープが互いを押し合う事態を防ぐ。

小さい曲げ径はマグネットにおいて必要とされることが多く、この場合、ケーブル及びその導体に係る力が大きくなり得るため、前述したはんだ処理によってケーブルの補強を提供することができる。はんだは、ケーブルが最終形状に曲げられた後で溶融される。はんだが、各層のテープ間の残りの間隙を部分的又は完全に埋めて、各超電導テープに対する電気的及び機械的支持を提供する。

実施例１１：超電導テープが継ぎ合わされたケーブル
ＹＢＣＯ被覆導体は、一般に、最大で約１ｋｍの長さで作製される。したがって、より長いケーブルに用いられる場合には、複数の超電導テープが継ぎ合わされる。これらの導体間の接合部が超電導ではない場合、電流は、通常、抵抗の小さい材料を通って一つの超電導体から別の超電導体まで流れる。本発明の特定の超小型ケーブルの実施形態により、例えば、超電導テープを取り巻く常電導マトリクスを通る電流の流れが実現する。したがって、継ぎ合わせ部を重畳させる必要がないため、超電導層の厚さを局部的に増やす必要がない。導体間の、被覆された導体継ぎ合わせ部は、下記の例の手法を用いて作製できる。

２つの被覆導体は、基板同士をはんだ付け又は溶接することによって、端部において結合される。特定の実施形態において、導体の接触端をテーパにして、接触領域を大きくする、又は、補助的くさび部材を導体の端部間に貼り合わせることで、同様の効果を得てもよい。これにより、導体全体が長さ方向に均一な厚さを持てるようになる（図９ａ〜図９ｄを参照）。

接合を行う前又は後に、導電層（銅層等）で導体をめっきすることができる。図９ｃに示すように、一例示的実施形態によれば、超電導層を、銀又は銀合金等の金属層で被覆することができる。例示的に実施形態において、銀を使用することにより、はんだ付けが銀被覆に生じるようにできるため、超電導ケーブルを損傷することがない。

導体の厚さのばらつきが許容される（例えば、送電線の）場合は、被覆導体を重畳させてはんだ付けすることができる。テープ間の電流の移動は、常電導マトリクスを通って生じるため、ＹＢＣＯ層が互いに向かい合わないように導体をはんだ付けすることができる。これにより、継ぎ合わせ部の両側のＹＢＣＯが同じ向きに維持される（図１０ａ〜図１０ｃを参照）。

継ぎ合せ部全体をはんだ付けするのではなく、一方のテープの端面をもう一方のテープの上部にはんだ付けすることで、重畳した継ぎ合せ部を形成できる。これにより、ケーブル接続時の継ぎ合せ部の可撓性が保持される。継ぎ合せ部の完全なはんだ付けは、ケーブルの組み立て後に、継ぎ合せ部に配置されている追加のはんだを溶融させることで行える。

超電導体の間の電気的結合性及び機械的結合性は、継ぎ合わせ導体をケーブルに巻いた後で、前述したように導体間にはんだを塗布することによって改善できる。

実施例１２：補強付きケーブル
一部のマグネット用途でケーブルに作用する力は、ケーブルを強化することが有利になり得る程のかなり大きさになる。例えば、ステンレス鋼の外装ジャケットを設けて補強することができる。ＹＢＣＯ被覆された導体ケーブルを補強するために、各種のプロセス例を利用できる。

例えば、例示的実施形態において、前述したような単コア超電導ケーブルを金属ジャケットに挿入する。このジャケットは、ケーブルの挿入後に溶接される２つのシェル半片で構成される。ジャケットは、任意の適切な形状の外側断面（長方形、円形、又は楕円形の外側断面等があるがこれらには限定されない）を有するが、内側の断面は円形である。ケーブルの冷却は、中空のフォーマを使用して中空のフォーマ内に冷却流体を流すことによって、又は、ケーブルとジャケットの間に冷却流体を流すことによって為される。

更なる実施形態において、複数の単コア超電導ケーブルは、束ね合わせられる。このような実施形態において、常電導撚り線を挿入することで、空間を埋めることができ、また、シャントと共に、冷却に用いられる中空の管（フォーマ及び外装ジャケットの少なくともいずれか）を提供することができる。

実施例１３：ケーブル端子
本明細書に記載したケーブルは、多数の超電導テープを含むことができる。これらのテープは、常電導端子に接続することができ、この端子から電流を導入できる。このような端子は、図１１ａ及び図１１ｂに示され、また、下記で説明するように作製することができる。

各端子は、常電導材料（銅等、但し、これには限定されない）の円筒端部片１０１０から作製される。超電導テープを巻くフォーマ（上記の実施形態のいずれかに記載されたようなフォーマ）は、端子の端部片１０１０の中央の開口部１０１１から挿入される。

ケーブルに面した端子端部片の終端１０１４は、円錐状の端部片に機械加工され、開口部１０１１内にフォーマが挿入されたときに、図１１ｂに示すように、端部片の上にテープが展開されてはんだ付けされる。

端子端部片１０１０の反対側の終端は、貫通穴１０１５、又は外部ケーブルをボルト止めできるボルト穴を有する。

省略可能であるが、２つの追加のシェルを円錐状の端部片にはんだ付けして、テープの端部を被覆することができる。

実施例１４：単相ケーブル構成
典型的な非限定的例として、ケーブルは、任意の適切な長さ、限定ではないが、０．５ｍの長さ等に構成されてよく、５．５ｍｍの外径を有する、可撓性の銅フォーマを取り巻く最大で８つの層に、最大で２４個の超電導テープ導体を含む。例えば、８層で２４個のテープの実施形態において、各層は、３つの超電導テープ導体を含む。超電導テープ導体は、その超電導層を内側に向けて、圧縮歪み状態になるように巻かれる。

２４個の超電導テープ導体を有するケーブルは、７６Ｋにおいて、２８００Ａ程度を伝導でき、これは、ケーブルに巻かれる前の個別の導体が電導できる全ての電流を組み合わせた値の９０％を超え得る。

テープ導体の間に大きな間隙を設けずに、直径５．５ｍｍの、絶縁された可撓性銅フォーマの周りに３層に巻かれた１２個の超電導テープ導体を有するケーブルは、通電性能を低下させることなく、直径２４ｃｍの湾曲形状に曲げることができる。ただし、隣接する超電導テープ導体の間に間隙を形成してもよく、これにより、例えば、ケーブルを著しく損傷することなく、より大きい度合い（２４ｃｍを大幅に下回る径）での曲げを実現できる。

このような例示的実施形態が互いに矛盾しない場合、前述した各種の例示的実施形態（又はその一部）は、本発明の更に他の実施形態において、一緒に且つ交換可能に利用することができる。

本明細書に開示した実施形態は、あらゆる点において、例示として見なされるものであり、本発明を限定するものではない。本発明の範囲は、上記の説明ではなく付属の請求項によって示される。したがって、請求項の等価物の意味及び範囲内で想到される全ての変更は、本願に包含されることが意図される。

実施例１５：２相ケーブル構成
特定の空軍の用途に適用できるケーブルは、一つのフォーマ上で上下に重ねて巻かれた２つの電気位相を含み、その位相間に絶縁層が設けられる。一例において、ケーブルは、直径５．５ｍｍのフォーマ上の１７層に７９個のテープを有し、両方の位相の電流が同一方向に流れるときに、液体窒素内で最大７５６１Ａの電流を流すことができる。

実施例１６：マグネットケーブル構成
高性能ケーブルの更なる例は、直径４ｍｍのフォーマ上の１２層に、４０個の導体を含む。このケーブルは、外径１２ｃｍ（内形１０．５ｃｍ）の１．５ターンループに巻かれる。このケーブルは、ケーブルに対して垂直向きの２０Ｔの背景領域内で、４．２Ｋにおいて最大４１００Ａを送ることができる。

実施例１７：マグネットケーブルのクエンチ保護
超電導ケーブルを局部的に定常状態で駆動するような障害が超電導マグネットに生じた場合、マグネットに蓄えられた全てのエネルギは、小さい定常区画内で消散する。マグネットのクエンチ中のバーンアウトを防止するために、マグネットケーブルは、極めて短時間だけ、その全長に亘って定常状態で駆動される。これにより散逸エネルギをマグネット全体に分散させる。ケーブルの超電導状態から定常状態へのこのような急速な移行を可能にする方法は、一つ以上の加熱ワイヤを超電導テープと共に巻くこと、及びフォーマ内に加熱ワイヤを組み込むことの少なくともいずれかを含む。加熱ワイヤは、マグネットのクエンチが検出されると同時に、外部電源を用いて通電される。

Claims (28)

1. フォーマと、
   フォーマの周りに、螺旋方式で複数の層に巻かれた複数の超電導テープ導体であって、各超電導テープ導体が少なくとも一つの超電導層を有する、複数の超電導テープ導体と、
   前記超電導テープ導体の層のうちの２つの間に、又は、各層内において前記超電導テープ導体の間に、巻かれた、非超電導の導電性材料からなる少なくとも一つの導体と、を含み、
   （ａ）前記超電導テープ導体は、はんだの層で被覆され、前記はんだは、前記ケーブルの組み立て後に溶融されている、
   （ｂ）前記超電導テープ導体の隣接する巻きの間に巻かれたはんだシースを更に含み、前記はんだシースは、前記ケーブルの組み立て後に溶融されている、
   又は、
   （ｃ）前記超電導ケーブルの複数の層のうちの少なくとも２つの間に設けられた、少なくとも一つのはんだシースを更に含む、
   超電導ケーブル。
2. 前記複数の超電導テープ導体は、プレテンションをかけて前記フォーマの周りに巻かれる、請求項１に記載の超電導ケーブル。
3. 前記複数の超電導テープ導体は、当該超電導テープ導体のうちの少なくとも２つの巻きの間に間隙を設けて前記フォーマに巻かれる、請求項１に記載の超電導ケーブル。
4. 前記フォーマの周りに巻かれて、クエンチ処理の熱源を提供する、少なくとも一つの抵抗加熱ワイヤを更に含む、請求項１に記載の超電導ケーブル。
5. 前記複数の超電導テープ導体及び前記フォーマの周りに設けられた、少なくとも一つのはんだシースを更に含む、請求項１に記載の超電導ケーブル。
6. 前記複数の超電導テープ導体の少なくとも一つは、当該超電導テープ導体の超電導層が巻きの外側に配置されて引張状態になるように巻かれる、請求項１に記載の超電導ケーブル。
7. 前記複数の超電導テープ導体の少なくとも一つは、当該超電導テープ導体の超電導層がそのテープ導体の中央位置に配置されて、巻きからの引張りも圧縮も受けないように巻かれる、請求項１に記載の超電導ケーブル。
8. 少なくとも２つの隣接する層の間に間隙が形成される、請求項１に記載の超電導ケーブル。
9. 前記フォーマは、楕円形、又は円形の角部を有する長方形の断面形状を有し、前記角部の半径は５ミリメートル（５ｍｍ）未満である、請求項１に記載の超電導ケーブル。
10. 前記超電導テープ導体の少なくとも一つは絶縁される、請求項１に記載の超電導ケーブル。
11. 前記超電導テープ導体の少なくとも一つは、はんだの層で被覆され、前記はんだは、前記ケーブルの組み立て後に溶融されている、請求項１に記載の超電導ケーブル。
12. 前記超電導テープ導体の隣接する巻きの間に巻かれたはんだシースを更に含み、前記はんだシースは、前記ケーブルの組み立て後に溶融されている、請求項１に記載の超電導ケーブル。
13. 前記超電導ケーブルは、前記複数の層のうちの少なくとも２つの間に設けられた、少なくとも一つのはんだシースを更に含む、請求項１に記載の超電導ケーブル。
14. 非超電導の導電性材料から成る前記少なくとも一つの導体は、さらに、前記超電導テープ導体の少なくとも１層内の前記超電導テープ導体のうちの少なくとも一つの隣接する巻きの間に巻かれた少なくとも一つの導体を含む、請求項１に記載の超電導ケーブル。
15. 前記非超電導の導電性材料から成る少なくとも一つの導体は、はんだの層で被覆され、前記はんだは溶融されている、請求項１に記載の超電導ケーブル。
16. 請求項１に記載された構成をそれぞれ有する複数の超電導ケーブルを含み、少なくとも一つの超電導ケーブルは、外側絶縁層を含み、且つ、前記複数の超電導ケーブルのうちの他の超電導ケーブルと共に束に保持される、超電導ケーブルの束。
17. 請求項１に記載された構成をそれぞれ有する複数の超電導ケーブルを含み、各超電導ケーブルは、外側絶縁層を備えず、且つ、前記複数の超電導ケーブルのうちの他の超電導ケーブルと共に束に保持され、前記束は、ケーブルの束を被覆するシースを含む、超電導ケーブルの束。
18. フォーマを設け、
    各超電導テープ導体が少なくとも一つの超電導層を有する複数の超電導テープ導体を、前記フォーマの周りに、螺旋方式で複数の層に巻き、
    前記超電導テープ導体の層のうちの２つの間に、又は、各層内において前記超電導テープ導体の間に、非超電導の導電性材料から成る少なくとも一つの導体を巻くことを含み、
    （ａ）前記超電導テープ導体の少なくとも一つにはんだの層を被覆し、前記少なくとも一つの超電導テープ導体を前記フォーマに巻いた後で、前記はんだを溶融させる、
    （ｂ）前記超電導テープ導体の隣接する巻きの間にはんだシースを巻き、前記少なくとも一つの超電導テープ導体を前記フォーマに巻いた後で、前記はんだシースを溶融させる、
    又は、
    （ｃ）前記超電導テープ導体の前記複数の層のうちの少なくとも２つの間に、少なくとも一つのはんだシースを配置する、
    ことを更に含む、超電導ケーブルの作製方法。
19. 前記複数の超電導テープ導体を巻くことは、プレテンションをかけて、前記フォーマの周りに前記複数の超電導テープ導体を巻くことを含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記複数の超電導テープ導体を巻くことは、少なくとも２つの隣接する巻きの間に間隙を設けて、前記フォーマの周りに前記超電導テープ導体を巻くことを含む、請求項１８に記載の方法。
21. 前記複数の超電導テープ導体の少なくとも一つは、当該超電導テープ導体の超電導層が巻きの外側に配置されて引張状態になるように巻かれる、請求項１８に記載の方法。
22. 前記複数の超電導テープ導体を巻くことは、前記超電導テープ導体の超電導層が前記テープ導体の中央位置に配置されて、前記巻きからの引張も圧縮も受けないように巻くことを含む、請求項１８に記載の方法。
23. 前記超電導テープ導体の少なくとも一つにはんだの層を被覆し、前記少なくとも一つの超電導テープ導体を前記フォーマに巻いた後で、前記はんだを溶融させること、を更に含む、請求項１８に記載の方法。
24. 前記少なくとも一つの超電導テープ導体の隣接する巻きの間にはんだシースを巻き、前記少なくとも一つの超電導テープ導体を前記フォーマに巻いた後で、前記はんだシースを溶融させること、を更に含む、請求項１８に記載の方法。
25. 前記フォーマは、１０ミリメートル（１０ｍｍ）未満の直径を有し、各超電導テープ導体は、表面を有する基板であって、前記表面上で、前記少なくとも一つの超電導層は、当該少なくとも一つの超電導層が前記超電導テープ導体の外面を形成するように支持される基板を含み、各超電導テープ導体は、前記少なくとも一つの超電導層で形成された前記外面が前記フォーマに向かって内向きになるように、前記フォーマの周りに巻かれる、請求項１に記載の超電導ケーブル。
26. 前記複数の層は、互いに逆の方向に巻かれた、超電導テープ導体の少なくとも２つの隣接する層を含み、少なくとも一つの抵抗加熱ワイヤは、前記フォーマの周りに巻かれた前記超電導テープ導体のうちの一つと平行に巻かれる、請求項１に記載の超電導ケーブル。
27. 前記非超電導の導電性材料から成る少なくとも一つの導体を巻くことは、前記超電導テープ導体の少なくとも１層内の前記超電導テープ導体のうちの少なくとも一つの隣接する巻きの間に、少なくとも一つの導体を巻き、前記少なくとも一つの超電導テープ導体の２つの層の間に、少なくとも一つの導体を巻くこと、を含む、請求項１８に記載の方法。
28. 前記超電導テープ導体の各層は、少なくとも一つの他の層に巻かれた超電導テープ導体の刻み角とは異なる刻み角で巻かれる、請求項１に記載の超電導ケーブル。

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