JPH10312718A - Superconductive cable conductor - Google Patents
Superconductive cable conductorInfo
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- JPH10312718A JPH10312718A JP9120879A JP12087997A JPH10312718A JP H10312718 A JPH10312718 A JP H10312718A JP 9120879 A JP9120879 A JP 9120879A JP 12087997 A JP12087997 A JP 12087997A JP H10312718 A JPH10312718 A JP H10312718A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、超電導ケーブルに
用いられる導体に関し、特に、芯材上に複数本のテープ
状酸化物超電導線が巻付けられた構造を有する超電導ケ
ーブル導体に関する。The present invention relates to a conductor used for a superconducting cable, and more particularly to a superconducting cable conductor having a structure in which a plurality of tape-shaped oxide superconducting wires are wound around a core material.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、より高い臨界温度を示す超電導材
料として開発されてきた高温酸化物超電導体（セラミッ
ク超電導体）は、液体窒素を冷媒とした超電導ケーブル
への応用が期待されている。これが実現した場合、高価
な液体ヘリウムが必要な金属系超電導ケーブルで懸案事
項となっている、断熱システムの簡素化、および冷却コ
ストの低減を一気に克服できるであろう。2. Description of the Related Art In recent years, high-temperature oxide superconductors (ceramic superconductors) which have been developed as superconducting materials exhibiting higher critical temperatures are expected to be applied to superconducting cables using liquid nitrogen as a refrigerant. If this were to be realized, the simplicity of the insulation system and the reduction in cooling costs, which are issues with metal-based superconducting cables requiring expensive liquid helium, would be overcome at once.
【０００３】フォーマと呼ばれる芯材上に複数本の酸化
物超電導線が螺旋状に巻付けられた構造を有する超電導
ケーブル導体がこれまで開発されてきた。用いられる酸
化物超電導線は、たとえば、パウダー・イン・チューブ
法と呼ばれる製造方法によって得ることができる。この
製造方法は、塑性加工と焼結の工程の組合せにより、酸
化物超電導体の焼結体に高い配向性を持たせ、高い臨界
電流密度をもたらすようになってきた。この方法によっ
て得られる線材は、一般的に、酸化物超電導体の焼結体
からなるフィラメントと、それを覆う銀の安定化マトリ
ックスとからなる。A superconducting cable conductor having a structure in which a plurality of oxide superconducting wires are spirally wound on a core material called a former has been developed. The oxide superconducting wire used can be obtained, for example, by a manufacturing method called a powder-in-tube method. In this production method, a sintered body of an oxide superconductor has a high orientation and a high critical current density due to a combination of steps of plastic working and sintering. The wire obtained by this method generally comprises a filament consisting of a sintered body of an oxide superconductor and a silver stabilizing matrix covering the filament.
【０００４】酸化物超電導体のフィラメントが安定化マ
トリックスで覆われた構造を有する線材の機械的特性
は、安定化マトリックスの材質に大きく依存している。
安定化マトリックスが銀の場合、銀の強度は相対的に低
いため、線材の臨界電流密度は引張りおよび曲げによっ
て顕著に低下する。複数の銀シース線材をフォーマにス
パイラル状に巻いてケーブル導体を調製する場合、線材
に張力と曲げが同時に印加されるが、このような張力お
よび曲げは、線材本来の臨界電流密度を低下させる。所
定の範囲内で曲げ歪のみを加えて臨界電流密度の低下が
起こらない場合でも、これに張力が加わると顕著に臨界
電流密度が低下することがある。概して、フォーマ上に
巻かれた線材の臨界電流密度は、線材本来の臨界電流密
度より低くなっている。The mechanical properties of a wire having a structure in which a filament of an oxide superconductor is covered with a stabilizing matrix greatly depends on the material of the stabilizing matrix.
When the stabilizing matrix is silver, the critical current density of the wire is significantly reduced by tension and bending because the strength of silver is relatively low. When a cable conductor is prepared by spirally winding a plurality of silver sheathed wires around a former, tension and bending are applied to the wires at the same time. Such tension and bending lower the inherent critical current density of the wires. Even when the critical current density is not reduced by applying only bending strain within a predetermined range, the critical current density may be significantly reduced when tension is applied thereto. Generally, the critical current density of a wire wound on a former is lower than the original critical current density of the wire.
【０００５】フォーマ上に巻かれた線材の臨界電流密度
の低下を抑制する１つの方法は、線材に印加される張力
および曲げ歪をできるだけ小さくすることである。しか
しながら、曲げ歪を小さくするために線材の巻きピッチ
を大きくしていけば、線材の笑いや巻き弛みが発生す
る。笑いや巻き弛みを防止するには、線材に印加される
張力および曲げをそれほど小さくすることができない。[0005] One method of suppressing a decrease in the critical current density of a wire wound on a former is to minimize the tension and bending strain applied to the wire. However, if the winding pitch of the wire is increased in order to reduce the bending strain, laughter and loosening of the wire occur. In order to prevent laughter and loose winding, the tension and bending applied to the wire cannot be so small.
【０００６】超電導ケーブル導体には、コンパクトな構
造において大電流を低いエネルギ損失で送ることができ
るという特性が要求される。送電を交流で行なった場合
に発生するエネルギ損失、すなわち交流損失をできるだ
け小さくするには、フォーマ上に巻かれる線材の螺旋ピ
ッチを短くすることが望ましい。しかし、ピッチを短く
すれば、線材にかかる機械的歪は増大し、それによって
線材の超電導特性、すなわち臨界電流密度および臨界電
流は低下していく。[0006] The superconducting cable conductor is required to have a characteristic that a large current can be transmitted with low energy loss in a compact structure. In order to minimize the energy loss that occurs when power transmission is performed using AC, that is, AC loss, it is desirable to shorten the helical pitch of the wire wound on the former. However, when the pitch is shortened, the mechanical strain applied to the wire increases, thereby reducing the superconducting properties of the wire, that is, the critical current density and the critical current.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明の１つの目的
は、ケーブル導体を構成する酸化物超電導線の超電導特
性、特に臨界電流および臨界電流密度を高いレベルに維
持できる技術を見出し、それによりコンパクトな構造で
より大きな電流を流すことができる酸化物超電導ケーブ
ル導体を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION One object of the present invention is to find a technique capable of maintaining the superconducting characteristics, particularly the critical current and the critical current density, of an oxide superconducting wire constituting a cable conductor at a high level, thereby achieving compactness. An object of the present invention is to provide an oxide superconducting cable conductor that can flow a larger current with a simple structure.
【０００８】本発明のもう１つの目的は、交流損失の低
い酸化物超電導ケーブル導体を提供することである。Another object of the present invention is to provide an oxide superconducting cable conductor having low AC loss.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、長尺の芯材
と、芯材上に螺旋状に巻付けられた複数本のテープ状酸
化物超電導線とを備える超電導ケーブル導体であって、
テープ状酸化物超電導線が、酸化物超電導体からなるフ
ィラメントと、該フィラメントを覆いかつ銀合金を含ん
で銀よりも機械的強度が高い安定化金属とからなり、芯
材の外径が１８ｍｍ〜３０ｍｍであり、複数本のテープ
状酸化物超電導線は芯材上で複数の層を形成しており、
かつ芯材上に巻付けられた複数本のテープ状酸化物超電
導線の各層における螺旋ピッチが各層の外径の２倍〜２
０倍であることを特徴とする。The present invention provides a superconducting cable conductor comprising a long core material and a plurality of tape-shaped oxide superconducting wires spirally wound on the core material,
The tape-shaped oxide superconducting wire is composed of a filament made of an oxide superconductor, and a stabilizing metal covering the filament and containing a silver alloy and having a higher mechanical strength than silver. 30 mm, a plurality of tape-shaped oxide superconducting wires form a plurality of layers on the core material,
And the helical pitch in each layer of the plurality of tape-shaped oxide superconducting wires wound on the core material is twice to 2 times the outer diameter of each layer.
It is characterized by being 0 times.
【００１０】本発明において、フィラメントはビスマス
系酸化物超電導体からなることが好ましい。安定化金属
は、フィラメントを直接覆う第１の部分と、第１の部分
を覆う第２の部分とを備えることができ、第１の部分
は、第２の部分の成分がフィラメントへ拡散することを
防止するものであることが好ましい。第２の部分は、銀
よりも機械的強度の高い銀合金からなることができる。
また、第１の部分は、銀からなることが好ましい。より
具体的には、第１の部分は銀からなり、第２の部分は、
０．２５〜０．７５重量％のＭｎを含むＡｇ−Ｍｎ合金
からなることができる。In the present invention, the filament is preferably made of a bismuth-based oxide superconductor. The stabilizing metal may include a first portion directly covering the filament and a second portion covering the first portion, wherein the first portion allows components of the second portion to diffuse into the filament. It is preferable to prevent this. The second portion can be made of a silver alloy having higher mechanical strength than silver.
Further, the first portion is preferably made of silver. More specifically, the first part is made of silver, and the second part is
It may be made of an Ag-Mn alloy containing 0.25 to 0.75% by weight of Mn.
【００１１】複数のテープ状酸化物超電導線によって構
成される複数の層において、外側の層におけるテープ状
酸化物超電導線の螺旋ピッチは、内側の層におけるテー
プ状酸化物超電導線の螺旋ピッチ以下であることが好ま
しい。また、用いられるテープ状酸化物超電導線におい
て、厚みに対する幅の比（アスペクト比）が１０以上で
あることが好ましい。特に、テープ状酸化物超電導線
は、酸化物超電導体からなる複数のフィラメントを有す
る多芯線であることが好ましい。多芯線において、複数
のフィラメントが撚られている構造を提供することがで
きる。また、交流用途の場合、複数の層の間には、電気
絶縁材を設けることが好ましい。[0011] In a plurality of layers constituted by a plurality of tape-shaped oxide superconducting wires, the helical pitch of the tape-shaped oxide superconducting wires in the outer layer is not more than the helical pitch of the tape-shaped oxide superconducting wires in the inner layer. Preferably, there is. Further, the tape-shaped oxide superconducting wire used preferably has a width-to-thickness ratio (aspect ratio) of 10 or more. In particular, the tape-shaped oxide superconducting wire is preferably a multifilamentary wire having a plurality of filaments made of an oxide superconductor. In the multifilamentary wire, a structure in which a plurality of filaments are twisted can be provided. In the case of AC use, it is preferable to provide an electric insulating material between a plurality of layers.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】本発明は、たとえば、直径１３０
ｍｍφの６６ｋＶ３心一括型の超電導ケーブルを構成す
るための導体として特に有用である。この超電導ケーブ
ルを製作するために、電気絶縁性能、断熱性能、冷媒の
循環を考慮すると、ケーブルを構成する３つの導体の各
外径は１８〜３０ｍｍφに収まることが好ましかった。
本発明では、外径が１８〜３０ｍｍの芯材にテープ状酸
化物超電導線を巻付けてケーブル導体を構成することに
より、このようなケーブルの構成に適した導体を提供す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
It is particularly useful as a conductor for forming a superconducting cable of a 66 kV 3-core bundle type of mmφ. In order to manufacture this superconducting cable, it is preferable that the outer diameter of each of the three conductors constituting the cable be within 18 to 30 mm in consideration of the electrical insulation performance, heat insulation performance, and circulation of the refrigerant.
In the present invention, a conductor suitable for such a cable configuration is provided by forming a cable conductor by winding a tape-shaped oxide superconducting wire around a core material having an outer diameter of 18 to 30 mm.
【００１３】一方、外径１８〜３０ｍｍφの芯材にテー
プ状酸化物超電導線を巻付けて、コンパクトでかつ性能
の高いケーブル導体を得るため、次のような技術が重要
であることを本発明者らは見出した。安定化マトリック
スが銀のみからなるテープ状酸化物超電導線を上述した
寸法の芯材に巻付けてケーブル導体を製作しようとする
と、芯材にかかる引張応力および曲げ歪によって、線材
自体の臨界電流密度が顕著に低下した。結果として、複
数の線材を芯材に巻付けて得られる導体において、臨界
電流の低下を招き、所定容量の導体を得るためには、よ
り多くの線材を用いなければならなかった。これは、ケ
ーブル導体をよりコンパクトにすること、および電流密
度を高めることの障害になっていた。臨界電流密度の低
下を防ぐ目的で、線材の巻ピッチを長くし、その曲げ歪
を緩和させていくと、得られた導体において線材の笑い
や巻き弛みが発生するという問題が生じた。本発明者ら
の検討の結果、線材を巻きつけて得られる導体の外径の
２０倍以下のピッチで線材を芯材上に巻付けることが、
線材の笑いおよび巻き弛みの防止に効果的であることが
見出された。また、線材は、１０ＭＰａ以上の張力をか
けて芯材上に巻付けることが好ましかった。１０ＭＰａ
以上の張力も、線材の笑い、巻き弛みの防止に寄与し得
ることが見出された。そして、本発明者らは、これらの
巻き条件を満たすために、銀合金を含みかつ銀よりも機
械的強度の高い安定化金属でフィラメントが覆われたテ
ープ状酸化物超電導線を用いることが効果的であること
を見出した。以下の実施例に示すとおり、銀合金を安定
化マトリックスに用いた線材は、これらの巻き条件下に
おいて、臨界電流密度の低下を顕著に抑制することがで
きた。上述した条件を用いることにより、従来にない、
コンパクトで大容量の電流を流すことができ、かつ曲げ
を与えても線材の笑いの生じない超電導ケーブル導体を
実現することができた。On the other hand, in order to obtain a compact and high-performance cable conductor by winding a tape-shaped oxide superconducting wire around a core material having an outer diameter of 18 to 30 mmφ, the following technique is important. They found. When a cable conductor is manufactured by winding a tape-shaped oxide superconducting wire made of only silver as a stabilizing matrix around a core material having the above dimensions, the critical current density of the wire material itself is increased due to tensile stress and bending strain applied to the core material. Decreased remarkably. As a result, in a conductor obtained by winding a plurality of wires around a core, a critical current is reduced, and in order to obtain a conductor having a predetermined capacity, more wires must be used. This has been an obstacle to making the cable conductors more compact and increasing the current density. If the winding pitch of the wire is lengthened to reduce the bending strain in order to prevent a decrease in the critical current density, laughter and loosening of the wire occur in the obtained conductor. As a result of the study by the present inventors, it is possible to wind the wire on the core at a pitch of 20 times or less the outer diameter of the conductor obtained by winding the wire,
It has been found to be effective in preventing laughter and loose winding of the wire. Further, it was preferable that the wire be wound around the core with a tension of 10 MPa or more. 10MPa
It has been found that the above tension can also contribute to the prevention of laughing and loosening of the wire. In order to satisfy these winding conditions, the present inventors have found that using a tape-shaped oxide superconducting wire whose filament is covered with a stabilizing metal containing silver alloy and having higher mechanical strength than silver is effective. Was found to be relevant. As shown in the following examples, the wire using the silver alloy for the stabilization matrix was able to significantly suppress the decrease in critical current density under these winding conditions. By using the conditions described above,
A superconducting cable conductor that is compact and can carry a large amount of current and that does not cause laughter in the wire even when bent is realized.
【００１４】図１は、本発明による超電導ケーブル導体
の一具体例を示している。超電導ケーブル導体１におい
て、長尺の円筒状芯材１０のまわりには、テープ状酸化
物超電導線１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄが４層
で螺旋状に巻付けられている。図２は、テープ状酸化物
超電導線が螺旋状に巻かれる様子を示すものである。図
２示すように、芯材１０上において、線材１２は所定の
ピッチ（Ｐ）で螺旋状に巻かれる。図１に示す導体にお
いて、各層の線材１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、
所定のピッチで螺旋状に巻かれる。図１（ｂ）に示すよ
うに、各層において、所定本数のテープ状酸化物超電導
線が並べて配置される。各層における線材の螺旋ピッチ
は、各層の外径の２〜２０倍である。すなわち、第１層
における線材１２ａの螺旋ピッチは、線材１２ａによっ
て構成される第１層の外径Ｄ1 の２〜２０倍である。同
様に、第２層の線材１２ｂの螺旋ピッチは、第２層の外
径Ｄ2 の２〜２０倍であり、第３層の線材１２ｃの螺旋
ピッチは、第３層の外径Ｄ 3 の２〜２０倍であり、第４
層の線材１２ｄの螺旋ピッチは、第４層の外径Ｄ4の２
〜２０倍である。このような範囲のピッチで線材を巻く
ことにより、線材の笑いや巻き弛みを効果的に防止でき
る。また線材１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄは、
１０ＭＰａ以上の張力、たとえば１０ＭＰａ〜１００Ｍ
Ｐａの範囲の張力により芯材１０上に巻付けることがで
きる。図１に示すように、第１層と第２層との間で線材
の巻き方向を互いに逆にすることができ、第３層と第４
層との間で線材の巻き方向を互いに逆にすることができ
る。しかしながら、線材の巻き方向は特に限定されるも
のではなく、用途に応じて変えることができる。また、
図１に示すケーブル導体では、第１層の線材１２ａと第
２層の線材１２ｂとの間、第２層の線材１２ｂと第３層
の線材１２ｃとの間、および第３層の線材１２ｃと第４
層の線材１２ｄとの間にそれぞれ電気絶縁材料１１ａ、
１１ｂおよび１１ｃが設けられている。これらの電気絶
縁層は、交流用途のケーブル導体において有用である。
また芯材１０を導電性の金属で形成する場合、芯材と第
１層目の線材との間をさらに電気的に絶縁してもよい。
電気絶縁材料の配置は、用途に応じて変更することがで
き、たとえば直流用途の場合、電気絶縁材料を設けなく
てもよい。FIG. 1 shows a superconducting cable conductor according to the present invention.
1 shows a specific example. Superconducting cable conductor 1
Around the long cylindrical core material 10
Superconducting wires 12a, 12b, 12c and 12d are in four layers
And spirally wound. Figure 2 shows a tape-shaped oxide
It is a figure which shows a mode that a superconducting wire is spirally wound. Figure
As shown in FIG. 2, on the core material 10, the wire 12
It is spirally wound at a pitch (P). The conductor shown in FIG.
And the wire rods 12a, 12b, 12c, 12d of each layer are:
It is spirally wound at a predetermined pitch. As shown in FIG.
In each layer, a predetermined number of tape-shaped oxide superconducting
The lines are arranged side by side. Spiral pitch of wire in each layer
Is 2 to 20 times the outer diameter of each layer. That is, the first layer
The spiral pitch of the wire 12a at
Diameter D of the first layer composed of12 to 20 times. same
Thus, the helical pitch of the wire 12b of the second layer is outside the second layer.
Diameter DTwo2 to 20 times the spiral of the third layer wire 12c
The pitch is the outer diameter D of the third layer. Three4 to 20 times of
The helical pitch of the wire 12d of the layer is the outer diameter D of the fourth layer.Four2
It is up to 20 times. Wind the wire at a pitch in such a range
This effectively prevents laughter and looseness of the wire.
You. The wires 12a, 12b, 12c and 12d are:
Tension of 10 MPa or more, for example, 10 MPa to 100 M
It can be wound on the core material 10 with a tension in the range of Pa.
Wear. As shown in FIG. 1, a wire rod is provided between a first layer and a second layer.
Of the third layer and the fourth layer can be reversed.
The winding direction of the wire between the layers can be reversed.
You. However, the winding direction of the wire is particularly limited,
Instead, it can be changed according to the application. Also,
In the cable conductor shown in FIG. 1, the first layer wire 12a and the
Between the two-layer wire rod 12b, the second-layer wire rod 12b and the third layer
Between the third-layer wire 12c and the fourth-layer wire 12c.
An electrically insulating material 11a between each of the wires 12d of the layer,
11b and 11c are provided. These electric
Edge layers are useful in cable conductors for AC applications.
When the core material 10 is formed of a conductive metal,
The first layer wire may be further electrically insulated.
The layout of the electrical insulation material can be changed according to the application.
For example, in the case of DC applications, no electrical insulation material is required
You may.
【００１５】図３は、本発明による超電導ケーブル導体
のもう１つの具体例を示している。超電導ケーブル導体
２において、円筒状の芯材２０上には、テープ状酸化物
超電導線２２ａおよび２２ｂが２層で螺旋状に巻付けら
れている。第１層の線材２２ａの螺旋ピッチは、第１層
の外径Ｄ′1 の２〜２０倍である。第２層の線材２２ｂ
の螺旋ピッチは、第２層の外径Ｄ′2 の２〜２０倍であ
る。各層において、所定本数の線材がほぼ平行に配置さ
れる。図３に示す導体では、第１層と第２層との間で線
材の巻き方向が互いに逆になっているが、巻き方向は用
途に応じて任意に変更することができる。第１層と第２
層との間には電気絶縁層２１が設けられている。電気絶
縁層は、交流用途において結合損失等の交流損失を低減
するため有用である。しかしながら、電気絶縁層は本発
明において必須ではなく、たとえば直流用途において
は、電気絶縁層のない導体の構造を提供することができ
る。また、線材２２ａおよび２２ｂは、１０ＭＰａ以上
の張力、たとえば１０ＭＰａ〜１００ＭＰａの張力をか
けて芯材上に巻付けることが好ましい。FIG. 3 shows another embodiment of the superconducting cable conductor according to the present invention. In the superconducting cable conductor 2, tape-shaped oxide superconducting wires 22a and 22b are spirally wound in two layers on a cylindrical core material 20. The helical pitch of the wire 22a of the first layer is 2 to 20 times the outer diameter D' 1 of the first layer. Second layer wire 22b
Is 2 to 20 times the outer diameter D' 2 of the second layer. In each layer, a predetermined number of wires are arranged substantially in parallel. In the conductor shown in FIG. 3, the winding directions of the wires are opposite to each other between the first layer and the second layer, but the winding direction can be arbitrarily changed according to the application. First layer and second
An electrical insulating layer 21 is provided between the layers. The electric insulating layer is useful for reducing AC loss such as coupling loss in AC applications. However, an electrically insulating layer is not essential in the present invention, and can provide a conductor structure without an electrically insulating layer, for example, in DC applications. Further, it is preferable that the wires 22a and 22b are wound around the core with a tension of 10 MPa or more, for example, a tension of 10 MPa to 100 MPa.
【００１６】本発明のケーブル導体において、芯材は通
常フォーマと呼ばれるものである。フォーマは、超電導
ケーブル導体のため必要な長さを有し、ケーブル導体の
ほぼ中心に設けられる。テープ線を巻付けるため、フォ
ーマは、略円筒形または螺旋形状とすることができる。
フォーマは、一般にその全長にわたってほぼ一定の直径
を有することが好ましい。フォーマは、ステンレス鋼、
銅、アルミニウム、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）等
からなることができる。フォーマは、可撓性を有する管
状体であることが好ましい。可撓性を有するフォーマ
は、ケーブル導体に適当な可撓性を付与することができ
る。十分な強度を有しかつ可撓性を有するフォーマとし
て、たとえば、螺旋状の溝を有するパイプ、蛇腹を有す
るベローズ管、スパイラル構体等と呼ばれる螺旋形状の
フォーマ等を用いることもできる。一方、中空の円筒形
状のフォーマも好ましく用いることができる。In the cable conductor of the present invention, the core material is generally called a former. The former has the required length for the superconducting cable conductor and is provided approximately at the center of the cable conductor. For winding the tape wire, the former can be substantially cylindrical or helical.
The former preferably has a generally constant diameter over its entire length. Former is stainless steel,
It can be made of copper, aluminum, FRP (fiber reinforced plastic) or the like. The former is preferably a flexible tubular body. The former having flexibility can impart appropriate flexibility to the cable conductor. As the former having sufficient strength and flexibility, for example, a pipe having a spiral groove, a bellows tube having a bellows, a spiral former called a spiral structure, or the like can be used. On the other hand, a hollow cylindrical former can also be preferably used.
【００１７】図２に示すように、テープ状酸化物超電導
線は、芯材上において所定の範囲のピッチ（Ｐ）で螺旋
状に巻付けられる。層状に巻付けられたテープ状超電導
線において、各層における螺旋ピッチは、各層の外径の
２〜２０倍である。すなわち、テープ状酸化物超電導線
がｎ層（ｎは２以上の整数）で巻かれたケーブル導体に
おいて、ｉ層（１≦ｉ≦ｎ）のテープ状酸化物超電導線
の螺旋ピッチは、それによって構成されるｉ層の外径の
２〜２０倍である。この範囲のピッチで超電導線を巻付
けることにより、巻かれた線材の螺旋形状を確実に維持
でき、より容量の大きなケーブル導体を提供できる。一
方、螺旋ピッチが各層の外径の２０倍を超えると、巻付
けられた線材の笑いや撚り乱れが多く発生する。一方、
螺旋ピッチを各層外径の２倍未満にすると、線材に過度
の曲げ歪がかかり、その臨界電流密度が顕著に低下する
ようになる。As shown in FIG. 2, the tape-shaped oxide superconducting wire is spirally wound at a predetermined range of pitch (P) on the core material. In the tape-shaped superconducting wire wound in layers, the helical pitch in each layer is 2 to 20 times the outer diameter of each layer. That is, in a cable conductor in which a tape-shaped oxide superconducting wire is wound with n layers (n is an integer of 2 or more), the helical pitch of the i-layer (1 ≦ i ≦ n) tape-shaped oxide superconducting wire is It is 2 to 20 times the outer diameter of the i layer to be constituted. By winding the superconducting wire at a pitch in this range, the spiral shape of the wound wire can be reliably maintained, and a cable conductor with a larger capacity can be provided. On the other hand, when the helical pitch exceeds 20 times the outer diameter of each layer, laughing and twisting of the wound wire material often occur. on the other hand,
When the helical pitch is less than twice the outer diameter of each layer, excessive bending strain is applied to the wire, and the critical current density is significantly reduced.
【００１８】本発明に用いられるテープ状酸化物超電導
線において、酸化物超電導体からなるフィラメントを覆
う安定化金属は、銀合金を含みかつ銀よりも高い機械的
強度を有する。このような線材を用いることによって、
１０ＭＰａ以上の張力をかけて、導体径の２０倍よりも
十分短いピッチで線材を巻付けた場合にも、機械的歪に
よる臨界電流密度の低下を多くとも約５０％程度に抑制
できるようになった。一方、銀のみからなる安定化マト
リックスでフィラメントが覆われた酸化物超電導線で
は、同様の条件で機械的歪を付与すると臨界電流密度の
低下は９０％以上になった。安定化金属に銀合金を含む
線材を用いることによって、これまで実現できなかった
より短いピッチでの線材の集合が可能になった。In the tape-shaped oxide superconducting wire used in the present invention, the stabilizing metal covering the filament made of the oxide superconductor contains a silver alloy and has higher mechanical strength than silver. By using such a wire,
Even when a wire is wound with a tension of 10 MPa or more and a pitch sufficiently shorter than 20 times the conductor diameter, a decrease in critical current density due to mechanical strain can be suppressed to at most about 50%. Was. On the other hand, in the oxide superconducting wire in which the filament was covered with the stabilizing matrix consisting of only silver, the critical current density decreased by 90% or more when mechanical strain was applied under the same conditions. By using a wire containing a silver alloy as a stabilizing metal, it has become possible to assemble wires at a shorter pitch than heretofore achievable.
【００１９】テープ状超電導線を多層に巻付けて得られ
るケーブル導体は、交流通電時に層間のインピーダンス
の差により偏流が発生し、交流損失が増大するという問
題を有している。その対策として、各層のピッチを調整
すること（特にピッチを短くすること）によって、各層
のインピーダンスを均等にし、偏流を抑制することが考
えられる。安定化マトリックスが銀のみからなる線材を
用いる場合、巻きピッチを短くしていくことによって線
材にかかる歪が増大し、その結果顕著に臨界電流密度が
低下する。安定化マトリックスが銀のみからなる線材を
用いた従来技術では、ピッチを短くして交流損失を低減
することは困難であった。一方、本発明によれば、安定
化マトリックスが銀合金を含む線材は曲げ歪に対しても
比較的高い臨界電流密度を保持できるため、線材の巻き
ピッチをより短くしてケーブル導体の交流損失を低下さ
せることが可能になった。特に本発明によれば、多層に
巻付けられた線材において、（外側の層の巻きピッチ）
≦（内側の層の巻きピッチ）の関係を維持する導体構造
により、交流損失のより小さな導体を提供できるように
なった。A cable conductor obtained by winding a tape-shaped superconducting wire in multiple layers has a problem that when AC current is applied, a drift occurs due to a difference in impedance between layers and AC loss increases. As a countermeasure, it is conceivable to adjust the pitch of each layer (in particular, to shorten the pitch) so as to equalize the impedance of each layer and suppress the drift. In the case where a wire composed of only silver is used as the stabilization matrix, the strain applied to the wire is increased by decreasing the winding pitch, and as a result, the critical current density is significantly reduced. In the prior art using a wire made of only silver as the stabilizing matrix, it has been difficult to reduce the AC loss by shortening the pitch. On the other hand, according to the present invention, since the wire containing the silver alloy as the stabilizing matrix can maintain a relatively high critical current density against bending strain, the winding pitch of the wire is made shorter to reduce the AC loss of the cable conductor. It became possible to lower it. In particular, according to the present invention, in a wire wound in multiple layers, (the winding pitch of the outer layer)
With the conductor structure maintaining the relationship of ≦ (the winding pitch of the inner layer), a conductor having a smaller AC loss can be provided.
【００２０】本発明において、銀合金には、Ａｇ−Ｍｎ
合金、たとえば、０．２５〜０．７５重量％、好ましく
は０．４〜０．６重量％のＭｎを含有するＡｇ−Ｍｎ合
金を用いることができる。さらに、それ以外の銀合金と
してＡｇ−Ｍｇ合金、Ａｇ−Ｓｂ合金、Ａｇ−Ｎｉ合金
等を用いることができる。In the present invention, the silver alloy contains Ag-Mn.
An alloy, for example, an Ag-Mn alloy containing 0.25 to 0.75% by weight, preferably 0.4 to 0.6% by weight of Mn can be used. Further, Ag-Mg alloy, Ag-Sb alloy, Ag-Ni alloy and the like can be used as other silver alloys.
【００２１】本発明の超電導ケーブル導体には、たとえ
ば図４に示すような複合構造を有するテープ状酸化物超
電導線を用いることが好ましい。テープ状酸化物超電導
線５０は、酸化物超電導体からなるフィラメント５１、
およびそれを覆う安定化マトリックス５４からなる。安
定化マトリックス５４は、フィラメント５１を直接覆う
第１の部分５２と、第１の部分を覆う第２の部分５３か
らなる。第１の部分５２は、フィラメントと実質的に反
応することなく、フィラメントの超電導特性をほとんど
劣化させない材料からなり、かつ第２の部分５３からの
成分がフィラメント５１へ拡散することを防止する。第
２の部分は、銀よりも機械的強度の高い銀合金からなる
ことができる。第１の部分５２は、たとえば銀からなる
ことが好ましい。安定化マトリックス５４をこのような
複合構造にすることで、銀合金中の添加元素がフィラメ
ント５１まで拡散して超電導相と化学的に反応し、超電
導特性を劣化させることを防止できる。さらに、外側の
銀合金からなる層によって、線材の機械的強度を高め、
曲げ歪および張力に対して臨界電流密度が低下しない線
材を提供することができる。好ましい組合せとして、第
１の部分５２に銀を用い、第２の部分５３に、０．２５
〜０．７５重量％、好ましくは０．４〜０．６重量％の
Ｍｎを含有するＡｇ−Ｍｎ合金を用いることができる。
線材の超電導特性、たとえば臨界電流密度を高レベルに
維持するには、Ｍｎ含有量は、０．７５重量％以下が好
ましく、０．６重量％以下がより好ましい。一方、線材
の機械的強度を高めるには、Ｍｎ含有量は０．２５重量
％以上が好ましく、０．４重量％以上がより好ましい。
図４に示すような構造の線材を用いることにより、安定
化マトリックスが銀のみからなる線材とほぼ同じレベル
の臨界電流密度を有する線材を提供できる一方、安定化
マトリックスが銀のみからなる線材が本来の臨界電流密
度を維持できる曲げ歪の約２倍まで曲げても直線状態と
同等の臨界電流密度を維持し、しかも安定化マトリック
スが銀のみからなる線材が本来の臨界電流密度を維持で
きる張力の約５倍まで張力を印加しても、張力フリーの
状態と同等の臨界電流密度を維持する線材が提供でき
る。このような特性を有する線材は、直径が１８〜３０
ｍｍの芯材に、１０ＭＰａ以上の張力でしかも導体外径
の２０倍以下の巻きピッチで巻くという条件に適合して
いる。複合化された安定化マトリックスを有する線材
は、巻き乱れや笑いを防止し、しかも臨界電流密度を低
下させずに線材を集合するのに特に有用である。複合化
安定化マトリックスを構成する第２の部分の他の材料と
しては、たとえばＡｇ−Ｍｇ合金、Ａｇ−Ｓｂ合金、Ａ
ｇ−Ｎｉ合金等を用いることができる。For the superconducting cable conductor of the present invention, for example, it is preferable to use a tape-shaped oxide superconducting wire having a composite structure as shown in FIG. The tape-shaped oxide superconducting wire 50 includes a filament 51 made of an oxide superconductor,
And a stabilizing matrix 54 covering it. The stabilization matrix 54 is composed of a first part 52 directly covering the filament 51 and a second part 53 covering the first part. The first portion 52 is made of a material that does not substantially react with the filament and hardly degrades the superconducting properties of the filament, and prevents components from the second portion 53 from diffusing into the filament 51. The second portion can be made of a silver alloy having higher mechanical strength than silver. The first portion 52 is preferably made of, for example, silver. By making the stabilizing matrix 54 have such a composite structure, it is possible to prevent the additive element in the silver alloy from diffusing to the filament 51 and chemically reacting with the superconducting phase, thereby deteriorating the superconducting characteristics. In addition, the outer layer made of silver alloy increases the mechanical strength of the wire,
A wire rod whose critical current density does not decrease with respect to bending strain and tension can be provided. As a preferable combination, silver is used for the first portion 52 and 0.25 is used for the second portion 53.
An Ag-Mn alloy containing up to 0.75% by weight, preferably 0.4 to 0.6% by weight of Mn can be used.
To maintain the superconducting properties of the wire, for example, the critical current density at a high level, the Mn content is preferably 0.75% by weight or less, more preferably 0.6% by weight or less. On the other hand, in order to increase the mechanical strength of the wire, the Mn content is preferably 0.25% by weight or more, more preferably 0.4% by weight or more.
By using a wire having a structure as shown in FIG. 4, a wire having a stabilizing matrix having substantially the same critical current density as a wire consisting of only silver can be provided. The critical current density equivalent to a linear state is maintained even when bent to about twice the bending strain that can maintain the critical current density of the above, and the wire whose stabilization matrix is made of silver alone can maintain the original critical current density. It is possible to provide a wire rod that maintains a critical current density equivalent to that in a tension-free state even when tension is applied up to about five times. A wire having such characteristics has a diameter of 18 to 30.
It is suitable for winding on a core material having a tension of 10 MPa or more and a winding pitch of 20 times or less the outer diameter of the conductor. A wire having a composited stabilizing matrix is particularly useful for assembling wires without preventing turbulence and laughter, and without reducing critical current density. As another material of the second portion constituting the composite stabilized matrix, for example, an Ag—Mg alloy, an Ag—Sb alloy,
A g-Ni alloy or the like can be used.
【００２２】本発明に用いられるテープ状酸化物超電導
線は、銀合金を含む安定化マトリックス中に酸化物超電
導体からなるフィラメントが埋込まれた構造を有してい
る。用いられる線材は、単芯線および多芯線のいずれで
もよい。酸化物超電導体には、イットリウム系酸化物超
電導体、ビスマス系酸化物超電導体、タリウム系酸化物
超電導体、水銀系酸化物超電導体等があるが、（Ｂｉ，
Ｐｂ）2 Ｓｒ2 Ｃａ2Ｃｕ3 Ｏ10-Y、Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ
2 Ｃｕ3 Ｏ10-Y（０≦Ｙ＜１）、（Ｂｉ，Ｐｂ）2 Ｓｒ
2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏ8-X 、Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏ
8-X （０≦Ｘ＜１）等のビスマス系酸化物超電導体は、
高い臨界温度および臨界電流密度を有する線材が比較的
容易に得られるという点からより好ましい。テープ状超
電導線は、たとえばパウダー・イン・チューブ法に従っ
て、酸化物超電導体の原料粉末の調製、粉末の安定化材
シースへの充填、塑性加工および焼結のプロセスを経て
製造することができる。原料粉末の調製では、超電導体
を構成する元素の酸化物および／または炭酸塩の粉末が
所定の配合比で混合され、かつ焼結された後、焼結物を
粉砕して原料粉末を得る。得られた粉末は安定化材から
なるパイプに充填される。粉末が充填されたパイプに塑
性加工が施され、線材が得られる。塑性加工には、たと
えば、伸線加工、静水圧プレス、圧延加工等が用いられ
る。通常、伸線加工および圧延加工の後、テープ状の線
材が得られる。多芯線を製造する場合、伸線加工の後得
られた複数の線材が安定化材からなるチューブに充填さ
れ、塑性加工に供される。塑性加工には、たとえば伸線
加工および圧延加工が用いられる。安定化マトリックス
に銀合金を含む線材は、銀合金を含むパイプを用いるこ
とによって得られる。特に多芯線を製造する場合、粉末
を直接充填するパイプに銀を用い、伸線加工の後得られ
た複数の線材を充填するパイプに上述した銀合金を用い
れば、好ましい複合構造を有する安定化マトリックスが
得られる。塑性加工の後得られるテープ状線は、焼結工
程に供される。焼結は、たとえば約８００℃〜約９００
℃、好ましくは約８４０℃〜８５０℃の温度において行
われる。塑性加工と焼結の組合せにより、高い配向性を
有するほぼ単一の超電導相を生成することができる。上
記プロセスにより製造されたテープ状超電導線のフィラ
メントは、テープ線の長手方向にわたってほぼ均一な超
電導相を有し、超電導相のｃ軸は、テープ線の厚み方向
にほぼ平行に配向することができる。また、フィラメン
トにおける結晶粒は、テープ線の長手方向に延びるフレ
ーク状であり、結晶粒同士は強く結合している。フレー
ク状の結晶粒は、テープ線の厚み方向に積層される。用
いられるテープ状超電導線のサイズは、特に限定される
ものではないが、たとえば幅が１．０ｍｍ〜１０ｍｍ、
好ましくは２ｍｍ〜６ｍｍ、厚みが０．０５ｍｍ〜１ｍ
ｍ、好ましくは０．１ｍｍ〜０．４ｍｍである。また、
テープ状酸化物超電導線において、厚みに対する幅の
比、すなわちアスペクト比は１０以上、たとえば１０〜
２０であることが好ましい。このようなサイズにおい
て、上述した構造のフィラメントを有するテープ線は、
たとえば、４×１０3 〜３×１０ 4 Ａ／ｃｍ2 の臨界電
流密度を保持することができる。また、本発明のケーブ
ル導体において多芯線を用いることが好ましく、そのよ
うな多芯線は、たとえば７〜１０，０００、好ましくは
３７〜１，０００のフィラメントを有することができ
る。The tape-shaped oxide superconductor used in the present invention
The wires are superconductive in a stabilized matrix containing a silver alloy.
It has a structure in which a filament made of a conductor is embedded
You. The wire used is either a single-core wire or a multi-core wire.
Is also good. Oxide superconductors include yttrium-based oxide
Conductor, bismuth-based oxide superconductor, thallium-based oxide
There are superconductors, mercury-based oxide superconductors, etc. (Bi,
Pb)TwoSrTwoCaTwoCuThreeO10-Y, BiTwoSrTwoCa
TwoCuThreeO10-Y(0 ≦ Y <1), (Bi, Pb)TwoSr
TwoCa1CuTwoO8-X, BiTwoSrTwoCa1CuTwoO
8-XBismuth-based oxide superconductors such as (0 ≦ X <1)
Wires with high critical temperature and critical current density are relatively
It is more preferable because it can be easily obtained. Super tape
Conducting wires are for example in accordance with the powder-in-tube method.
Preparation of raw material powder for oxide superconductor, powder stabilizing material
After filling sheath, plastic working and sintering process
Can be manufactured. In the preparation of raw material powder, superconductor
Powder of oxides and / or carbonates of the elements constituting
After mixing and sintering at a predetermined compounding ratio, the sintered product is
Pulverize to obtain raw material powder. The resulting powder is made from stabilizing material
Be filled into a pipe. The plastic filled pipe is filled with powder.
The wire rod is subjected to the heat treatment to obtain a wire rod. For plastic working,
For example, wire drawing, isostatic pressing, rolling, etc. are used.
You. Usually, after wire drawing and rolling, a tape-shaped wire
Wood is obtained. When manufacturing multi-core wire,
Are filled in a tube made of stabilizing material.
And subjected to plastic working. For plastic working, for example, wire drawing
Processing and rolling are used. Stabilization matrix
For a wire containing a silver alloy, use a pipe containing a silver alloy.
And obtained by Especially when manufacturing multi-core wire, powder
Can be obtained directly after wire drawing using silver for the pipe to be directly filled
Using the above-mentioned silver alloy for a pipe to fill multiple wires
Then, a stabilizing matrix having a preferable composite structure
can get. The tape-shaped wire obtained after plastic working is
To be served. Sintering is performed, for example, at about 800 ° C. to about 900 ° C.
C., preferably at a temperature of about 840.degree.
Will be High orientation by combining plastic working and sintering
A substantially single superconducting phase can be produced. Up
Filler of tape-shaped superconducting wire manufactured by the above process
Is almost uniform over the length of the tape wire.
It has a conducting phase and the c-axis of the superconducting phase is in the thickness direction of the tape wire.
Can be oriented substantially parallel to Also, Filamen
The crystal grains in the tape are flare extending in the longitudinal direction of the tape wire.
The crystal grains are strongly bonded to each other. Frey
The crystal grains are stacked in the thickness direction of the tape wire. for
The size of the tape-shaped superconducting wire to be used is particularly limited
Although it is not a thing, for example, the width is 1.0 mm to 10 mm,
Preferably 2 mm to 6 mm, thickness 0.05 mm to 1 m
m, preferably 0.1 mm to 0.4 mm. Also,
In a tape-shaped oxide superconducting wire, the width
The ratio, that is, the aspect ratio is 10 or more, for example, 10
It is preferably 20. Smell like this
Thus, the tape wire having the filament having the structure described above is
For example, 4 × 10Three~ 3 × 10 FourA / cmTwoCritical charge of
Flow density can be maintained. The cable of the present invention
It is preferable to use a multi-core wire for
Such a multi-core wire is, for example, 7 to 10,000, preferably
Can have 37-1,000 filaments
You.
【００２３】本発明のケーブル導体において、フィラメ
ントが捩られているテープ状多芯線を用いることもでき
る。このような超電導線を模式的に示すと図５のとおり
である。超電導多芯テープ６０においてフィラメント６
１は、たとえば所定のピッチＬで撚られた形状を有する
ことができる。フィラメントがこのように撚られている
と、安定化金属６２とフィラメント６１の間に流れる誘
導電流は、撚りピッチ間ごとに分断され、小ループとな
り、したがって、その電流の大きさは制限される。この
ため、撚りのない場合とくらべて、安定化金属に発生す
るジュール発熱は抑えられ、交流損失は低減される。こ
のような撚りフィラメントを有する多芯線は、たとえば
次のようにして作成することができる。まず、単芯線を
複数本安定化金属のパイプ中に嵌合した後、これに伸線
加工を施す。次に、丸線の状態において芯材に捩り加工
を施す。このとき、捩れた形状のフィラメントが形成さ
れる。次いで、再度伸線した後圧延を行ない、焼結を行
う。このような工程において、フィラメントは撚られた
形状を保持しながら、伸線、圧延加工等により径や厚み
が変化する。In the cable conductor of the present invention, a tape-shaped multifilamentary wire in which a filament is twisted can be used. FIG. 5 schematically illustrates such a superconducting wire. Filament 6 in superconducting multi-core tape 60
1 may have, for example, a shape twisted at a predetermined pitch L. When the filament is twisted in this way, the induced current flowing between the stabilizing metal 62 and the filament 61 is broken at every twist pitch, resulting in a small loop, and thus the magnitude of the current is limited. For this reason, compared with the case where there is no twist, the Joule heat generated in the stabilizing metal is suppressed, and the AC loss is reduced. A multifilamentary wire having such a twisted filament can be produced, for example, as follows. First, after a plurality of single-core wires are fitted into a stabilizing metal pipe, this is subjected to wire drawing. Next, the core material is twisted in the state of the round wire. At this time, a twisted filament is formed. Next, after drawing again, rolling is performed and sintering is performed. In such a process, the diameter and thickness of the filament are changed by drawing, rolling, etc., while maintaining the twisted shape.
【００２４】交流用途において、ケーブル導体に発生す
る交流損失を低減するため、テープ状酸化物超電導線の
層の間に絶縁層を設けることが好ましい。絶縁層に用い
る材料として、カプトン、ポリプロピレンラミネートペ
ーパー（ＰＰＬＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、クラフト
紙等の種々の絶縁材を挙げることができるが、絶縁材は
液体窒素中でひび割れ等の劣化が生じないものが好まし
い。これらの材料は、紙、シート、フィルム、布、テー
プ等の種々の形態において絶縁層を形成するため用いる
ことができる。絶縁層の厚さは、導体のコンパクト化の
障害にならないよう０．１ｍｍ以下であることがより好
ましい。以下に、実施例によって本発明をより詳細に説
明する。In AC applications, it is preferable to provide an insulating layer between the layers of the tape-shaped oxide superconducting wire in order to reduce the AC loss generated in the cable conductor. As the material used for the insulating layer, various insulating materials such as Kapton, polypropylene laminated paper (PPLP), polyethylene (PE), and kraft paper can be mentioned, but the insulating material does not cause deterioration such as cracks in liquid nitrogen. Are preferred. These materials can be used to form the insulating layer in various forms such as paper, sheet, film, cloth, tape and the like. The thickness of the insulating layer is more preferably 0.1 mm or less so as not to hinder compactness of the conductor. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
【００２５】[0025]
［テープ状酸化物超電導線の調製］Ｂｉ2 Ｏ3 、Ｐｂ
Ｏ、ＳｒＣＯ3 、ＣａＣＯ3 およびＣｕＯを用いて、Ｂ
ｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ：Ｏ＝１．８：０．４：
２：２：３の組成比を有する粉末を調製した。得られた
粉末に、７００℃１２時間、８００℃８時間、８５０℃
８時間の熱処理を順に行っていった。それぞれの熱処理
の後、得られた焼結物をボールミルで粉砕した。８５０
℃８時間の熱処理の後粉砕して得られた粉末を、８００
℃で１５分間加熱処理にすることによって脱気した後、
外径１２ｍｍφ、内径１０ｍｍφの銀パイプに充填し
た。粉末が充填された銀パイプを１．０２ｍｍφまで伸
線した後、得られた線材６１本を外径１２ｍｍφ、内径
９ｍｍφのＡｇ−Ｍｎ合金パイプに嵌合した。嵌合にあ
たっては、Ｍｎの含有量が０．１〜２．０重量％の範囲
で異なる種々のＡｇ−Ｍｎ合金パイプを用いた。なお、
合金パイプにおいて、Ｍｎおよび不可避的不純物以外の
残部はＡｇであった。６１本の線材を嵌合したパイプを
１．１５ｍｍφまで伸線した後、厚さ０．２４ｍｍまで
圧延した。圧延により得られたテープ線材に８４５℃５
０時間の１次熱処理を施した後、さらに厚さ０．２ｍｍ
まで圧延し、次いで８４０℃５０時間の２次熱処理を行
った。得られた線材において、ビスマス系２２２３相酸
化物超電導体からなる６１のフィラメントは、銀のマト
リックスで直接覆われ、銀のマトリックスは、種々のＭ
ｎ含有量を有するＡｇ−Ｍｎ合金マトリックスで覆われ
ていた。[Preparation of tape-shaped oxide superconducting wire] Bi 2 O 3 , Pb
Using O, SrCO 3 , CaCO 3 and CuO, B
i: Pb: Sr: Ca: Cu: O = 1.8: 0.4:
A powder having a composition ratio of 2: 2: 3 was prepared. The obtained powder was added at 700 ° C. for 12 hours, 800 ° C. for 8 hours, and 850 ° C.
The heat treatment for 8 hours was performed in order. After each heat treatment, the obtained sintered product was pulverized with a ball mill. 850
The powder obtained by pulverization after heat treatment at 8 ° C. for 8 hours is 800
After degassing by heating at 15 ° C for 15 minutes,
A silver pipe having an outer diameter of 12 mmφ and an inner diameter of 10 mmφ was filled. After drawing the silver pipe filled with the powder to 1.02 mmφ, 61 obtained wires were fitted to an Ag-Mn alloy pipe having an outer diameter of 12 mmφ and an inner diameter of 9 mmφ. For fitting, various Ag-Mn alloy pipes having different Mn contents in the range of 0.1 to 2.0% by weight were used. In addition,
In the alloy pipe, the balance other than Mn and inevitable impurities was Ag. A pipe fitted with 61 wires was drawn to 1.15 mmφ and then rolled to a thickness of 0.24 mm. 845 ° C 5 on the tape wire obtained by rolling
After the first heat treatment for 0 hour, the thickness is further increased to 0.2 mm.
, And then subjected to a second heat treatment at 840 ° C. for 50 hours. In the obtained wire, 61 filaments made of bismuth-based 2223 phase oxide superconductor are directly covered with a silver matrix, and the silver matrix is made of various M
It was covered with an Ag-Mn alloy matrix having an n content.
【００２６】得られた線材について、液体窒素中、外部
磁場印加なしの状態で臨界電流密度を直流４端子法によ
り測定した。測定の結果、Ｍｎの添加量が０．５重量％
以下であれば、安定化マトリックスが銀のみからなる線
材と同等の臨界電流密度を維持できることがわかった。
次に、ケーブル導体への使用を模擬して、室温における
引張曲げ試験をおこなった。安定化マトリックスが銀の
みからなる従来の線材は、１０ＭＰａの張力で引張りな
がら曲げを与えると、１％の曲げ歪を印加したときほと
んど超電導性が失われた。これに対して、Ｍｎの添加量
が０．４重量％以上のＡｇ−Ｍｎ合金マトリックスを外
側に有するテープ状超電導線では、１０ＭＰａの張力お
よび１％の曲げ歪下において臨界電流密度の低下を約５
０％に抑制することができた。一方、Ｍｎ含有量が０．
６重量％より高くなっていくと、Ｍｎの影響により線材
の臨界電流密度が低下していく傾向がみられた。これら
の実験結果に基づくと、線材の臨界電流密度を好ましい
高レベルに維持しかつその機械的強度を１０ＭＰａの張
力に対して好ましいレベルにするため、Ｍｎ添加量は
０．２５〜０．７５重量％が好ましく、０．４〜０．６
重量％がより好ましく、０．５重量％が最も好ましかっ
た。The critical current density of the obtained wire was measured in liquid nitrogen without applying an external magnetic field by a DC four-terminal method. As a result of the measurement, the addition amount of Mn was 0.5% by weight.
It was found that the critical current density equivalent to that of the wire composed of silver alone could be maintained if the stabilization matrix was below.
Next, a tensile bending test at room temperature was performed to simulate use in a cable conductor. When a conventional wire consisting of only silver as a stabilizing matrix was bent while being pulled at a tension of 10 MPa, the superconductivity was almost lost when a bending strain of 1% was applied. On the other hand, in the case of a tape-shaped superconducting wire having an Ag-Mn alloy matrix containing 0.4% by weight or more of Mn on the outside, the critical current density decreases under a tension of 10 MPa and a bending strain of 1%. 5
It could be suppressed to 0%. On the other hand, when the Mn content is 0.1.
When it was higher than 6% by weight, the critical current density of the wire tended to decrease due to the influence of Mn. Based on these experimental results, in order to maintain the critical current density of the wire at a desirable high level and to maintain the mechanical strength at a desirable level for a tension of 10 MPa, the amount of added Mn is 0.25 to 0.75 wt. % Is preferable, and 0.4 to 0.6
% Was more preferred, and 0.5% by weight was most preferred.
【００２７】［巻きピッチの検討］上述したプロセスに
よって得られた、Ｍｎの含有量が０．５重量％のＡｇ−
Ｍｎ合金マトリックスを外側に有する線材を用いて、好
ましい範囲の巻きピッチを調べた。外径１８〜３０ｍｍ
φの銅パイプ上に、ケーブル導体製造用の線材集合装置
を用いて、１０ＭＰａの引張応力を線材に加えながら、
任意のピッチで線材を巻付けた。その結果、線材を銅パ
イプ上に巻付けて得られるケーブル導体において各層外
径の２０倍以上のピッチで線材を巻付けると、線材の笑
いおよび撚り乱れが頻発した。巻きピッチを、得られる
導体の外径の２０倍以下にすると、そのような不都合を
顕著に抑制できることがわかった。一方、ピッチを導体
外径の２倍未満にすると、銅パイプ上に巻かれた線材の
臨界電流密度の低下は著しかった。[Study of Winding Pitch] Ag- obtained by the above-described process and having a Mn content of 0.5% by weight.
Using a wire having a Mn alloy matrix on the outside, a preferred range of winding pitch was examined. Outer diameter 18-30mm
While applying a tensile stress of 10 MPa to the wire using a wire assembly device for producing cable conductors on a copper pipe of φ,
The wire was wound at an arbitrary pitch. As a result, when the wire was wound at a pitch of 20 times or more the outer diameter of each layer in a cable conductor obtained by winding the wire on a copper pipe, laughter and twist disorder of the wire occurred frequently. It has been found that such inconvenience can be remarkably suppressed by setting the winding pitch to 20 times or less the outer diameter of the obtained conductor. On the other hand, when the pitch was less than twice the outer diameter of the conductor, the critical current density of the wire wound on the copper pipe was significantly reduced.
【００２８】実施例１ 上述したプロセスによって得られた０．５重量％のＭｎ
を含有するＡｇ−Ｍｎ合金マトリックスを外側に有する
テープ状酸化物超電導線と、上述したプロセスにおいて
Ａｇ−Ｍｎ合金パイプの代わりに銀パイプを用いて同様
に作製した安定化マトリックスが銀のみからなるテープ
状酸化物超電導線とをそれぞれ用いて、図１に示すよう
な構造の４層ケーブル導体を作製した。ケーブル導体の
作製にあたり、それぞれの線材を外径１９ｍｍφの銅パ
イプ上に並べて螺旋状に巻いた。層間はクラフト紙によ
って絶縁した。第１、２、３および４層のそれぞれにお
いて、１５、１５、１６、１６本の線材を巻いた。線材
を集合するときの張力は１０ＭＰａであり、線材の巻き
ピッチはいずれの層においても２００ｍｍであった。得
られたケーブル導体の外径は２３ｍｍであった。得られ
たケーブル導体の臨界電流を測定した結果、Ａｇ−Ｍｎ
合金を用いた線材によるケーブル導体は２１００Ａの臨
界電流を有したのに対し、安定化マトリックスが銀のみ
からなる線材を用いたケーブル導体は、１４００Ａの臨
界電流を示した。本発明によるケーブル導体の方が、従
来のケーブル導体に比べて顕著に高い臨界電流を示すこ
とが明らかになった。Example 1 0.5% by weight of Mn obtained by the process described above
And a tape-like oxide superconducting wire having an Ag-Mn alloy matrix on the outside and a stabilizing matrix similarly prepared using silver pipes instead of Ag-Mn alloy pipes in the above-described process, and a tape comprising only silver Using each of the oxide superconducting wires, a four-layer cable conductor having a structure as shown in FIG. 1 was produced. In producing the cable conductor, the respective wires were spirally wound side by side on a copper pipe having an outer diameter of 19 mmφ. The layers were insulated by kraft paper. In each of the first, second, third and fourth layers, 15, 15, 16, and 16 wires were wound. The tension when assembling the wires was 10 MPa, and the winding pitch of the wires was 200 mm in each layer. The outer diameter of the obtained cable conductor was 23 mm. As a result of measuring the critical current of the obtained cable conductor, Ag-Mn
A cable conductor using a wire made of an alloy had a critical current of 2100 A, while a cable conductor using a wire having a stabilizing matrix consisting of only silver showed a critical current of 1400 A. It has been found that the cable conductor according to the invention exhibits a significantly higher critical current than the conventional cable conductor.
【００２９】実施例２ 上述したプロセスにより得られた０．５重量％のＭｎを
含有するＡｇ−Ｍｎ合金マトリックスを外側に有するテ
ープ状酸化物超電導線と、実施例１において比較のため
用いた安定化金属が銀のみからなる線材とをそれぞれ用
いて、図３に示すような構造の２層導体を作製した。そ
れぞれの線材を外径１９ｍｍφの銅パイプ上に並べて螺
旋状に巻いた。層間はクラフト紙によって絶縁した。第
１層および第２層において、それぞれ１５本、１０本の
線材を巻付けた。線材を集合するときの張力は１０ＭＰ
ａであり、１層目の線材の螺旋ピッチは３６０ｍｍ、２
層目の線材の螺旋ピッチは５０ｍｍであった、いずれの
線材を用いた場合にも、外径が２１ｍｍのケーブル導体
を得た。Example 2 A tape-shaped oxide superconducting wire having an Ag-Mn alloy matrix containing 0.5% by weight of Mn obtained by the above-mentioned process on the outside and the stability used in Example 1 for comparison. A two-layer conductor having a structure as shown in FIG. 3 was produced using a wire made of only silver as the metal oxide. Each wire was spirally wound side by side on a copper pipe having an outer diameter of 19 mmφ. The layers were insulated by kraft paper. In the first and second layers, 15 and 10 wires were wound, respectively. 10MP tension when assembling wires
a, the spiral pitch of the first layer wire is 360 mm, 2
The helical pitch of the wire in the layer was 50 mm. When any wire was used, a cable conductor having an outer diameter of 21 mm was obtained.
【００３０】得られた導体について臨界電流を測定した
結果、銀合金を用いた線材により構成されたケーブル導
体は６５０Ａの臨界電流を示したのに対し、安定化マト
リックスが銀のみからなる線材を用いたケーブル導体は
２００Ａの臨界電流を示した。本発明によるケーブル導
体が、顕著に高い臨界電流を示すことが明らかとなっ
た。また、それぞれのケーブル導体について交流損失を
測定した結果、ビーンモデルをもとに見積もった円筒形
の超電導導体の交流損失の理論式から見て、銀のみから
なる安定化マトリックスを有する線材を用いた導体の交
流損失は増大する傾向にあるのに対し、銀合金を用いた
線材によるケーブル導体の交流損失は、理論値と比較し
て低下する傾向にあることがわかった。The critical current of the obtained conductor was measured. As a result, the cable conductor composed of a wire using a silver alloy showed a critical current of 650 A, whereas a wire composed of only silver as a stabilizing matrix was used. The stripped cable conductor showed a critical current of 200A. It has been found that the cable conductor according to the invention exhibits a significantly higher critical current. In addition, as a result of measuring the AC loss of each cable conductor, a wire having a stabilization matrix consisting of only silver was used, based on the theoretical formula of the AC loss of the cylindrical superconducting conductor estimated based on the bean model. It was found that the AC loss of the conductor tended to increase, while the AC loss of the cable conductor made of a wire made of a silver alloy tended to be lower than the theoretical value.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、テープ状酸化物超電導線を用いたケーブル導体にお
いて、よりコンパクトな構造で高い臨界電流を示すケー
ブル導体を提供することができる。本発明によれば、線
材の笑いや巻き乱れがないケーブル導体を製造すること
ができる。さらに本発明によれば、従来よりも交流損失
の小さい超電導体ケーブル導体を提供することができ
る。As described above, according to the present invention, in a cable conductor using a tape-shaped oxide superconducting wire, a cable conductor having a more compact structure and exhibiting a high critical current can be provided. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the cable conductor which does not have the laughter and disorder of winding of a wire can be manufactured. Further, according to the present invention, it is possible to provide a superconductor cable conductor having a smaller AC loss than the conventional one.
【図１】本発明によるケーブル導体の構造を示す（ａ）
概略斜視図および（ｂ）概略断面図である。FIG. 1 shows the structure of a cable conductor according to the invention (a).
It is a schematic perspective view and (b) schematic sectional drawing.
【図２】テープ状酸化物超電導線が螺旋状に巻付けられ
る様子を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a state in which a tape-shaped oxide superconducting wire is spirally wound.
【図３】本発明によるもう１つのケーブル導体の構造を
示す（ａ）概略斜視図および（ｂ）概略断面図である。3A is a schematic perspective view and FIG. 3B is a schematic cross-sectional view showing the structure of another cable conductor according to the present invention.
【図４】本発明の超電導ケーブル導体に用いられる好ま
しいテープ状酸化物超電導線の断面構造を示す模式図で
ある。FIG. 4 is a schematic view showing a cross-sectional structure of a preferred tape-shaped oxide superconducting wire used for the superconducting cable conductor of the present invention.
【図５】本発明に用いられるフィラメントが撚られた構
造のテープ状酸化物超電導線を示す概略斜視図である。FIG. 5 is a schematic perspective view showing a tape-shaped oxide superconducting wire having a twisted filament structure used in the present invention.
１、２ 超電導ケーブル導体 １０、２０ 芯材 １１ａ、１１ｂ、１１ｃ、２１ 電気絶縁材 １２ａ，１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、２２ａ、２２ｂ テ
ープ状酸化物超電導線1, 2 superconducting cable conductor 10, 20 core material 11a, 11b, 11c, 21 electric insulating material 12a, 12b, 12c, 12d, 22a, 22b tape-shaped oxide superconducting wire
Claims (9)
付けられた複数本のテープ状酸化物超電導線とを備える
超電導ケーブル導体であって、 前記テープ状酸化物超電導線が、酸化物超電導体からな
るフィラメントと、前記フィラメントを覆いかつ銀合金
を含んで銀よりも機械的強度が高い安定化金属とからな
り、 前記芯材の外径が１８ｍｍ〜３０ｍｍであり、 前記複数本のテープ状酸化物超電導線は、前記芯材上で
複数の層を形成しており、かつ前記芯材上に巻付けられ
た前記複数本のテープ状酸化物超電導線の各層における
螺旋ピッチが、前記各層の外径の２倍〜２０倍であるこ
とを特徴とする、超電導ケーブル導体。1. A superconducting cable conductor comprising a long core material, and a plurality of tape-shaped oxide superconducting wires spirally wound on the core material, wherein the tape-shaped oxide superconducting wire is provided. Is composed of a filament made of an oxide superconductor and a stabilizing metal that covers the filament and has a higher mechanical strength than silver including a silver alloy, and an outer diameter of the core material is 18 mm to 30 mm; The plurality of tape-shaped oxide superconducting wires form a plurality of layers on the core material, and the helical pitch in each layer of the plurality of tape-shaped oxide superconducting wires wound on the core material Wherein the outer diameter of each layer is 2 to 20 times the outer diameter of each layer.
電導体からなり、 前記安定化金属が、前記フィラメントを直接覆う第１の
部分と、前記第１の部分を覆う第２の部分とを備え、 前記第１の部分は、前記第２の部分の成分が前記フィラ
メントへ拡散することを防止するものであり、かつ前記
第２の部分は、銀よりも機械的強度の高い銀合金からな
ることを特徴とする、請求項１に記載の超電導ケーブル
導体。2. The filament comprises a bismuth-based oxide superconductor, wherein the stabilizing metal comprises a first portion directly covering the filament, and a second portion covering the first portion, The first portion prevents the components of the second portion from diffusing into the filament, and the second portion is made of a silver alloy having higher mechanical strength than silver. The superconducting cable conductor according to claim 1, wherein
とする、請求項２に記載の超電導ケーブル導体。3. The superconducting cable conductor according to claim 2, wherein said first portion is made of silver.
第２の部分は、０．２５〜０．７５重量％のＭｎを含む
Ａｇ−Ｍｎ合金からなることを特徴とする、請求項２ま
たは３に記載の超電導ケーブル導体。4. The method according to claim 1, wherein the first portion is made of silver, and the second portion is made of an Ag—Mn alloy containing 0.25 to 0.75% by weight of Mn. 4. The superconducting cable conductor according to 2 or 3.
る前記テープ状酸化物超電導線の螺旋ピッチは、内側の
層における前記テープ状酸化物超電導線の螺旋ピッチ以
下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１
項に記載の超電導ケーブル導体。5. The helical pitch of the tape-shaped oxide superconducting wires in an outer layer of the plurality of layers is equal to or less than the helical pitch of the tape-shaped oxide superconducting wires in an inner layer. Any one of claims 1 to 4
The superconducting cable conductor according to the paragraph.
みに対する幅の比が１０以上であることを特徴とする、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の超電導ケーブル導
体。6. The tape-shaped oxide superconducting wire having a width to thickness ratio of 10 or more,
A superconducting cable conductor according to any one of claims 1 to 5.
超電導体からなる複数のフィラメントを有する多芯線で
あることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に
記載の超電導ケーブル導体。7. The superconducting cable according to claim 1, wherein the tape-shaped oxide superconducting wire is a multifilamentary wire having a plurality of filaments made of an oxide superconductor. conductor.
ことを特徴とする、請求項７に記載の超電導ケーブル導
体。8. The superconducting cable conductor according to claim 7, wherein the plurality of filaments are twisted.
られていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか
１項に記載の超電導ケーブル導体。9. The superconducting cable conductor according to claim 1, wherein an electrical insulating material is provided between the plurality of layers.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9120879A JPH10312718A (en) | 1997-05-12 | 1997-05-12 | Superconductive cable conductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9120879A JPH10312718A (en) | 1997-05-12 | 1997-05-12 | Superconductive cable conductor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10312718A true JPH10312718A (en) | 1998-11-24 |
Family
ID=14797234
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9120879A Pending JPH10312718A (en) | 1997-05-12 | 1997-05-12 | Superconductive cable conductor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10312718A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001256841A (en) * | 2000-03-14 | 2001-09-21 | Toshiba Corp | Superconductive cable and magnet using the same |
| US6417458B1 (en) | 2000-07-21 | 2002-07-09 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Superconducting cable for alternating current |
| US6750399B1 (en) * | 1999-02-19 | 2004-06-15 | Nkt Cables Ultera A/S | Cable, a method of constructing a cable, and use of a cable |
| JP2005332755A (en) * | 2004-05-21 | 2005-12-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Superconductive cable for direct current |
| JP2009026755A (en) * | 2007-07-17 | 2009-02-05 | Nexans | Superconductive electrical cable |
| JP2011091057A (en) * | 2011-01-13 | 2011-05-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Superconductive cable for direct current |
-
1997
- 1997-05-12 JP JP9120879A patent/JPH10312718A/en active Pending
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| US6750399B1 (en) * | 1999-02-19 | 2004-06-15 | Nkt Cables Ultera A/S | Cable, a method of constructing a cable, and use of a cable |
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