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WO2024232030A1 - 高温超電導線及び超電導コイル - Google Patents

高温超電導線及び超電導コイル Download PDF

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WO2024232030A1
WO2024232030A1 PCT/JP2023/017512 JP2023017512W WO2024232030A1 WO 2024232030 A1 WO2024232030 A1 WO 2024232030A1 JP 2023017512 W JP2023017512 W JP 2023017512W WO 2024232030 A1 WO2024232030 A1 WO 2024232030A1
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WO
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superconducting
temperature superconducting
layer
superconducting wire
insulating
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/017512
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English (en)
French (fr)
Inventor
泰佑 服部
英明 三浦
俊 殿岡
正義 大屋
Original Assignee
三菱電機株式会社
学校法人関西学院
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Publication date
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    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Definitions

  • This application relates to high-temperature superconducting wires and superconducting coils.
  • a conventional high-temperature superconducting wire or a superconducting coil made of a high-temperature superconducting wire one of the entire outer surface and the entire inner surface of an insulating coating layer covering the outer surface of a tape-shaped substrate constituting the wire material of the superconducting wire and a superconducting laminate having an intermediate layer, an oxide superconducting layer, and a metal stabilizing layer laminated on the substrate is covered with a coating layer made of a fluororesin.
  • the insulating coating layer is formed by winding an insulating tape covered with this coating layer around the superconducting laminate. Furthermore, at least one sheet of the insulating tape is wound so as to cover the entire outer surface of the superconducting laminate.
  • the high temperature superconducting wire has a rectangular flat plate shape as a whole, and a thickness Lt of 0.17 mm, which is sufficiently small compared to a width Lw of, for example, 4 mm.
  • a superconducting laminate 2 is laminated on a base material 1 (hereinafter also referred to as substrate 1), and the outer periphery of this substrate 1 and superconducting laminate 2 is covered with a stabilizing member made of a copper-plated material or the like.
  • This stabilizing member is further covered with two types (two sheets) of insulating tapes, which are insulating covering layers, via an insulating member layer 3.
  • Both types (two sheets) of insulating covering layers are made of polyimide insulating tapes (these insulating tapes are also referred to as fixing member 4 and outer fixing member 5, hereinafter), and at least one of them is covered with a coating layer made of fluororesin. This is to prevent peeling, because, as mentioned above, the high-temperature superconducting wire has a wide tape shape and is vulnerable to stress (peeling stress) in the y direction (the normal direction of the rectangular flat surface) perpendicular to the x direction in Fig.
  • the insulating tapes is coated with fluororesin so that even if the resin, which is an adhesive for fixing the insulating tape to the high-temperature superconducting wire, adheres to the superconducting wire, the adhered resin can be easily peeled off from the superconducting wire (because adhesion of the resin leads to deterioration of the superconducting wire).
  • conventional high-temperature superconducting coils using oxide high-temperature superconducting wires are made by winding tape-shaped high-temperature superconducting wire with an oxide superconducting layer formed on the surface of a metal substrate, forming a pancake-shaped coil with a space passing through the axial center by winding this high-temperature superconducting wire. At least a portion of the side portions of the winding that form a pair of axial end faces is covered with a resin layer, and the high-temperature superconducting wire and tape are wound together to reduce the peeling stress acting on the superconducting layer, producing a coil that is less prone to deterioration (see, for example, Patent Document 2).
  • a fluorine-coated insulating layer is wound around the wide wire so that even if resin adheres to the superconducting layer when the wire is coiled and fixed, the adhered resin can be easily peeled off from the superconducting layer.
  • a wrap winding method is used in which the coating tape is partially overlapped while winding to prevent the resin from entering through gaps during winding.
  • a coil formed by winding insulating tape around a superconducting wire is fixed with a resin layer having a heat transfer member which also serves as a heat transfer path, thereby maintaining the coil shape.
  • lap winding has the drawback that the distance between the superconducting wires increases, lowering the current density of the coil.
  • lap winding also causes the distance between the wires to become uneven, which can become a new source of peeling stress.
  • the resin layer requires a heat transfer material that is not necessarily required with lap winding.
  • the present application discloses technology for solving the above problems, and aims to provide a superconducting wire and a superconducting coil made of this superconducting wire that can reduce the distance between superconducting wires, ensure the required coil current density, and keep the distance between superconducting wires constant, thereby preventing the occurrence of new peeling stress sources.
  • the high temperature superconducting wire disclosed in the present application is A substrate formed in a flat plate shape; a superconducting laminate member disposed on the substrate and having a superconducting layer laminated thereon via an intermediate layer; a metal-plated stabilizing member disposed on the superconducting laminate; an insulating member layer that has been subjected to a release treatment for resin and covers the outer periphery of a laminated structure in which the substrate, the superconducting laminate, and the stabilizing member are laminated together; a tape-shaped fixing member that is wound around the insulating member layer so as to cover the outer periphery of the insulating member layer and fixes the insulating member layer to the superconducting laminate; It is equipped with the following:
  • the high-temperature superconducting wire disclosed in this application makes it possible to reduce the distance between superconducting wires, ensure the required coil current density, and keep the distance between the superconducting wires constant, thereby making it possible to provide a superconducting wire that can prevent the occurrence of new peeling stress sources, and a superconducting coil made of this superconducting wire.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of the structure of a high-temperature superconducting wire for explaining the problem of the present application.
  • 1 is a perspective view for explaining a structural example of a high-temperature superconducting wire according to a first embodiment.
  • FIG. 1 is a top view for explaining a structural example of a high-temperature superconducting wire according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a laminated structure of a superconducting layer of the high-temperature superconducting wire according to the first embodiment.
  • FIG. FIG. 2 is a perspective view showing an example of a high-temperature superconducting wire with gap winding according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a perspective view showing another example of a high-temperature superconducting wire with gap winding according to the first embodiment.
  • 1 is a perspective view for explaining a superconducting coil formed from a high-temperature superconducting wire according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a top view for explaining an example of a partial structure of a superconducting coil according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing a comparative example of a partial structure of the superconducting coil of FIG. 8 .
  • 10 is a top view for explaining another example of a partial structure of the superconducting coil according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a top view for explaining another example of a partial structure of the superconducting coil according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a perspective view for explaining one example of the structure of a high-temperature superconducting wire according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a top view for explaining one example of a structure of a high-temperature superconducting wire according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a top view for explaining another example of the structure of the high-temperature superconducting wire according to the second embodiment.
  • Fig. 2 is a diagram for explaining an example of the configuration of the high temperature superconducting wire 100 according to the first embodiment.
  • the high temperature superconducting wire 100 according to the first embodiment will be described in detail below with reference to Fig. 2.
  • the fixing member 4 covering the outer periphery of the insulating member layer 3, which is a rectangular cylindrical body is of one type (one sheet) and does not need to be coated with fluororesin.
  • only one fixing member is required, and both of the above-mentioned two types of fixing members (fixing member 4 and outer fixing member 5) are not required.
  • the high temperature superconducting wire 100 is generally flat, and is arranged inside (the space within) the cylindrical portion of a rectangular stabilizing member 6 (formed, for example, by copper plating) by integrating and laminating a flat substrate 1, a superconducting laminate member 2 having a superconducting layer and an intermediate layer laminated on top of the substrate 1, and an insulating member layer 3 which has been subjected to a release treatment against resin by fluorine processing (hereinafter also referred to as a laminated structure).
  • a rectangular stabilizing member 6 formed, for example, by copper plating
  • a tape-like fixing member 4 such as an insulating tape (e.g., made of polyimide) is wound around the outer periphery of the insulating member layer 3 with a certain gap (see FIG. 2) in between (hereinafter, this winding method with a gap is simply called gap winding.)
  • the gap is formed in the width direction of the insulating tape, and the size of the gap is set to, for example, zero (no gap) or a very small size of about 5% of the insulating tape width.
  • Fig. 3 is a top view of the high temperature superconducting wire 100 according to embodiment 1. That is, Fig. 3 is a view of the high temperature superconducting wire 100 according to embodiment 1 as viewed from above (as viewed in the direction of arrow A in Fig. 2).
  • a substrate 1 e.g., 75 ⁇ m thick
  • a stabilizing member 6 is arranged in this order from the bottom.
  • the high-temperature superconducting wire 100 By configuring the high-temperature superconducting wire 100 as described above, it is possible to suppress the stress (peel stress) applied to the insulating tape in the y direction in Figure 2 (the normal direction of the rectangular surface marked with the symbol 3 of the high-temperature superconducting wire), which is a direction perpendicular to the x direction, which is the longitudinal direction of the high-temperature superconducting wire, and ultimately to prevent the insulating member layer 3 from peeling off from the superconducting laminate member 2.
  • the release effect can prevent the adhesive from remaining attached to the superconducting laminate (because it will peel off due to the release effect), thereby preventing performance degradation of the superconducting layer due to adhesive penetration.
  • the insulating tape covering the outer periphery of the high temperature superconducting wire 100 is wound so that adjacent windings do not overlap each other (this structure will be described in detail later).
  • FIG. 4 is a three-dimensional schematic diagram for explaining the detailed structure of the superconducting laminate 2.
  • the superconducting laminate 2 is sandwiched between the substrate 1 and the stabilizing member 6, and is composed of an intermediate layer 22 laminated on the substrate 1 side and a superconducting layer 21 laminated on the stabilizing member 6 side.
  • the laminated structure in which the substrate 1, the superconducting laminate 2, and the stabilizing member 6 are laminated is covered on all sides with a rectangular tubular insulating member layer 3, and this insulating member layer 3 is further covered on its outer periphery with a rectangular tubular fixing member 4.
  • an oxide superconducting member is used as the superconducting layer 21.
  • the effect of using the above-mentioned high-temperature superconducting wire 100 as the wire material for a superconducting coil will be described below.
  • the insulating member layer 3 is fluorine-treated, and the stabilizing member 6 is arranged parallel to the superconducting laminate member 2 without being wound around it. Therefore, when the wire is coiled and fixed, the adhesive resin does not reach the superconducting layer 21, and the adhesive resin does not come into direct contact with the superconducting layer 21.
  • the tape-shaped fixing member 4 here, for example, insulating tape
  • the fixing member which is an insulator that covers the outer periphery of the high-temperature superconducting wire 100, so that the distance between the superconducting wires (superconducting layers) does not become large.
  • the required current density can be ensured in the superconducting coil using the high-temperature superconducting wire 100.
  • FIG. 5 shows a perspective view of the structure of a high-temperature superconducting wire 101, which is an example of a high-temperature superconducting wire with gap winding according to the first embodiment.
  • the high-temperature superconducting wire 101 will be described below, focusing on the differences from the above-mentioned high-temperature superconducting wire 100.
  • the high-temperature superconducting wire 101 has a structure similar to that of the high-temperature superconducting wire 100, but the winding form (wound state) of the tape-shaped fixing member arranged on the outer periphery of the insulating member layer 3 is different. That is, the fixing member 4a of the high-temperature superconducting wire 101 is similar to the fixing member 4 of the high-temperature superconducting wire 100 in that it is a gap winding with a gap (the size of the gap is wg. See FIG.
  • the gap is larger than the width wt of the fixing member 4a, that is, it is wound around the outer periphery of the insulating member layer 3 under the relationship wg ⁇ wt.
  • the size of the gap is the size in the width direction of the fixing member.
  • the angle ⁇ shown in FIG. 5 is defined as the angle between the line connecting the multiple bases around which the fixing member is wound and the longitudinal direction of the wound portion of one fixing member, and is, for example, a value between 60 degrees and 90 degrees.
  • FIG. 6 shows in perspective view the structure of a high-temperature superconducting wire 102, which is another example of the high-temperature superconducting wire with gap winding according to embodiment 1.
  • this high-temperature superconducting wire 102 has a structure substantially similar to that of the high-temperature superconducting wire 100, but the winding form (wound state) of the tape-shaped fixing member 4b disposed on the outer periphery of the insulating member layer 3 is different.
  • the difference from the high temperature superconducting wire 101 is that the (left and right) positional relationship between the winding position of the tape-shaped fixing member 4b and the gap position is reversed from that of the above-mentioned high temperature superconducting wire 101.
  • the lower portion surrounded by the two-dot chain line corresponds to the high-temperature superconducting wire 101
  • the upper portion surrounded by the two-dot chain line corresponds to the high-temperature superconducting wire 102 .
  • Ls1 in the figure indicates the distance between the fixing members of two adjacent high temperature superconducting wires 101, 102 facing each other.
  • the relationship between the gap wg of the fixing members and the width wt of the fixing members is wt>wg.
  • FIG. 9 shows a (similar) top view of a pair of high-temperature superconducting wires in the prior art (see FIG. 1), i.e., a pair of high-temperature superconducting wires 301 and 302.
  • the distance between the portions where the insulating tapes of the two adjacent high temperature superconducting wires 301, 302 face each other is represented by Ls3 shown in the figure. If it is assumed here that the thickness of the fixing members for the high temperature superconducting wires 101, 102 is equal to the thickness of the high temperature superconducting wires 301, 302, it is found that the size of Ls3 is twice the size of the above Ls1.
  • the distance between the superconducting layers of the high-temperature superconducting wires 101 and 102 can be made smaller than the distance between the superconducting layers of the high-temperature superconducting wires 301 and 302 by Ls1, which is the difference between Ls3 and Ls1.
  • the distance between the portions where the fixing members of the two adjacent high-temperature superconducting wires 101, 102 face each other is Ls2 (see FIG. 10).
  • Ls2 is equal to the thickness of the fixing members, so the distance between the superconducting layers in superconducting coil 200b can be made even smaller than the distance between the superconducting layers in superconducting coil 200a. As a result, it can be seen that the required current density is even easier to obtain compared to the case shown in FIG. 8.
  • FIG. 8 a superconducting coil using a combination of two different high-temperature superconducting wires 101, 102 as adjacent high-temperature superconducting wires has been described. However, this is not limited to the above. Even with a superconducting coil 200c (see FIG. 11) using a combination of two high-temperature superconducting wires 101 of the same type, the distance between the portions where the fixing members of the two adjacent high-temperature superconducting wires 101 face each other is Ls1, just like in FIG. 8, and therefore the same effect as the superconducting coil 200a in FIG. 8 can be achieved.
  • the gap wg of the fixing member is equal to the width wt of the fixing member, but this is not limited thereto.
  • the fixing member e.g., insulating tape
  • the fixing member can be wound with a gap equal to or greater than the width wt of the fixing member (in this case, wg>wt), and by adjusting the winding position of the fixing member so that the fixing member does not overlap when forming a superconducting coil, the distance between the superconducting layers can be reduced when the superconducting coil is formed.
  • such a superconducting coil also has the same effect as the superconducting coil described in FIG. 8.
  • An example of a stator that satisfies such conditions is a filament that is sufficiently thin compared to the thickness Ht of the superconducting laminated member (see Figure 3). Specifically, for example, the maximum diameter of the filament is Td, and 10Td ⁇ Ht.
  • Embodiment 2 The high temperature superconducting wire 103 of the second embodiment will be described in detail below with reference to the drawings, focusing on the differences from the high temperature superconducting wire of the first embodiment.
  • FIG. 12 is a perspective view for explaining a high temperature superconducting wire 103 according to the second embodiment.
  • the high temperature superconducting wire 103 of the second embodiment is most different from the high temperature superconducting wire of the first embodiment in that it does not have a fixing member made of insulating tape, which is provided in the high temperature superconducting wire of the first embodiment.
  • the stabilizing member 6 is fixed by adhesion from the beginning in parallel with the superconducting laminate 2, so that the insulation treatment for the high temperature superconducting wire can be performed reliably. In other words, it is the same as when the gap is set to 100% in the above-mentioned gap winding.
  • the rectangular tubular insulating member layer 3 of the high temperature superconducting wire 103 of the second embodiment contains, inside thereof, not only the superconducting laminations 2 and the stabilizing members 6, but also an adhesive 7 (adhesive layer 7) for bonding the superconducting laminations 2 and the stabilizing members 6 (see FIG. 13).
  • the superconducting coil formed by winding the high temperature superconducting wire 103 of the second embodiment also exerts the same effects as the superconducting coil of the first embodiment.
  • the outer portion of the insulating member layer is subjected to a release treatment, because the release treatment is necessary to prevent the insulating member layer itself from bonding to the adjacent superconducting wire when it is coiled.
  • the high-temperature superconducting wire 104 of the second embodiment is configured such that the surface of the stabilizing member 6 facing the superconducting laminate member 2 is made of adhesive insulating tape 8 (also called adhesive insulating tape 8) instead of the above-mentioned adhesive (see FIG. 14).
  • adhesive insulating tape 8 also called adhesive insulating tape 8
  • a fixing member is used as the high-temperature superconducting wire, but the present invention is not limited to this, and in order to ensure that the insulation treatment for the high-temperature superconducting wire is performed, the insulating member layer 3 may be fixed to the superconducting layer from the beginning. This can also be said to be the case where the gap between the windings of the insulating tape is set to 100% in the above description.

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Abstract

高温超電導線が、平板状に形成された基板（１）、基板（１）の上に積層された中間層（２２）および超電導層（２１）を有する超電導積層部材（２）、この超電導積層部材（２）に重ねて配置される金属メッキ製の安定化部材（６）、樹脂に対する離形処理が施され、基板（１）、超電導積層部材（２）、および安定化部材（６）を一体として積層した積層構造体の外周を覆う絶縁部材層（３）、絶縁部材層（３）の外周を覆うように巻き付けられ、超電導積層部材（２）に絶縁部材層（３）を固定するテープ状の固定部材（４）、を備えるようにした。

Description

高温超電導線及び超電導コイル
　本願は、高温超電導線及び超電導コイルに関する。
　従来の高温超電導線、あるいは高温超電導線により構成された超電導コイルは、当該超電導線の線材を構成するテープ状基材と、この基材の上に積層される中間層と酸化物超電導層と金属安定化層とを有する超電導積層体、の外面を覆う絶縁被覆層の全外面および全内面のうち、一方がフッ素樹脂で形成されるコーティング層で被覆されていた。また、このコーティング層が被覆された絶縁テープが前記超電導積層体に巻き付けられることにより前記絶縁被覆層が形成されていた。さらに、少なくとも１枚の前記絶縁テープが前記超電導積層体の全外面を覆うように巻き付けられていた。
　すなわち、高温超電導線が幅広のテープ形状をしており、幅広方向と垂直な方向に対する応力（剥離応力）に弱いため、樹脂に対する離形処理を施したテープを巻き付けることで、樹脂が入り込んで超電導線材に付着したような場合でも、この付着した樹脂が超電導線材から容易に剥がれるようにして固定しつつ、超電導線材を保護していた（例えば、特許文献１参照）。
　上記のように構成される高温超電導線の基本的な構造について、以下、図１を用いて、詳しく説明する（例えば、非特許文献１参照）。
この図１に示すように、高温超電導線は、全体として矩形平板状の形状を呈しており、幅Ｌｗ、例えば４ｍｍ、と比較して、厚さＬｔが０．１７ｍｍと十分小さくなっている。
　また、図１で基材１（以下、基板１とも呼ぶ）の上には超電導積層部材２が積層され、この基板１と超電導積層部材２の外周を銅メッキ材などで構成された安定化部材で覆っている。この安定化部材は、さらに絶縁部材層３を介して、２種類（２枚）の絶縁被覆層である絶縁テープで覆われている。２種類（２枚）の絶縁被覆層は、いずれもポリイミド製の絶縁テープで構成され（これら絶縁テープは、固定部材４および外側固定部材５とも呼ぶ。以下同様）、このうち少なくとも一方がフッ素樹脂で形成されるコーティング層で被覆されている。
　これは、上述のように、高温超電導線が幅広のテープ形状をしており、線材の長手方向（以下、線材と並行な方向とも呼ぶ）である図１のｘ方向と垂直なｙ方向（上記矩形平板状の面の法線方向）に対する応力（剥離応力）に弱いため、この剥離を防止するためである。また、少なくとも一方の絶縁テープをフッ素樹脂でコーティングするのは、絶縁テープを高温超電導線に固定するための接着剤である樹脂が、超電導線材に付着したような場合でも、この付着した樹脂が超電導線材から容易に剥がれるようにするためである（樹脂が付くと超電導線材の劣化に繋がるため）。
　また、従来の酸化物高温超電導線を用いた高温超電導コイルは、金属基板の表面に酸化物超電導層を形成したテープ状の高温超電導線材を用いて、この高温超電導線材が巻回されることにより、軸方向中心を貫通する空間を有するパンケーキ状に形成されたパンケーキコイルにおいて、軸方向の１対の端面を構成する巻線側面部の少なくとも一部を樹脂層で被覆することにより、高温超電導線材とテープを共巻きして、超電導層に働く剥離応力を軽減し、劣化しづらいコイルの製作を行っていた（例えば、特許文献２参照）。
国際公開２０１３／１８７３５３号 特開２０１０－２６７８８７号公報
Ｍ．Ｏｙａ　ｅｔ　ａｌ．，"Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　ｏｆ　Ｈａｌｆ－Ｓｉｚｅ　３－Ｔ　Ｈｉｇｈ－Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　Ｍａｇｎｅｔ　ｆｏｒ　ＭＲＩ"，　ＩＥＥＥ　ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ　ＯＮ　ＡＰＰＬＩＥＤ　ＳＵＰＥＲ－ＣＯＮＤＵＣＴＩＶＩＴＹ，　ＶＯＬ．２８，　ＮＯ．３，　ＡＰＬＩＬ，　２０１８
　一般的に、このような高温超電導線、あるいは高温超電導線を用いた高温超電導コイルにおいては、フッ素コーティングを施した絶縁層を、幅広線材に対して巻き付けることで、コイル化して固定する際の樹脂が超電導層に付着したような場合でも、この付着した樹脂が超電導層から容易に剥がれるようにしていた。この場合において、巻き付け時のギャップから樹脂が侵入することを避けるために被覆テープの一部を重ねながら巻くラップ巻きを採用していた。
　また、上記特許文献２では、超電導線材に絶縁テープを共巻きしたコイルを、伝熱経路でもある伝熱部材を有する樹脂層で固定して、コイル形状を維持するようにしていた。
　しかしながら、ラップ巻きをすれば超電導線材間の距離が大きくなってしまい、コイルの電流密度が下がってしまう欠点がある。また、ラップ巻きでは、線材間距離も不均一になり新たな剥離応力源となりかねない、などの課題があった。また、絶縁テープ共巻き方式では、樹脂層にはラップ巻きでは必ずしも必要ではない伝熱部材を必要としていた。
　本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、超電導線材間の距離を小さくすることができ、所要のコイルの電流密度が確保できるとともに、超電導線材間距離も一定にできるため、新たな剥離応力源の発生を防止することができる超電導線およびこの超電導線で構成される超電導コイルを提供することを目的としている。
　本願に開示される高温超電導線は、
平板状に形成された基板、
前記基板の上に配置され、中間層を介して超電導層が積層された超電導積層部材、
前記超電導積層部材に重ねて配置される金属メッキ製の安定化部材、
樹脂に対する離形処理が施され、前記基板、前記超電導積層部材、および前記安定化部材を一体として積層した積層構造体の外周を覆う絶縁部材層、
前記絶縁部材層の外周を覆うように巻き付けられ、前記超電導積層部材に前記絶縁部材層を固定するテープ状の固定部材、
を備えたものである。
　本願に開示される高温超電導線によれば、超電導線材間の距離を小さくすることができ、所要のコイルの電流密度が確保できるとともに、超電導線材間距離も一定にできるため、新たな剥離応力源の発生を防止することができる超電導線およびこの超電導線で構成される超電導コイルを提供することができる。
本願の課題を説明するための高温超電導線の構造例を示す斜視図である。 実施の形態１に係る高温超電導線の構造例を説明するための斜視図である。 実施の形態１に係る高温超電導線の構造例を説明するための上面図である。 実施の形態１に係る高温超電導線の超電導層の積層構造を説明するための図である。 実施の形態１に係るギャップ巻きを行った高温超電導線の一例を示す斜視図である。 実施の形態１に係るギャップ巻きを行った高温超電導線の他の例を示す斜視図である。 実施の形態１に係る高温超電導線により形成された超電導コイルを説明するための斜視図である。 実施の形態１に係る超電導コイルの部分構造の一例を説明するための上面図である。 図８の超電導コイルの部分構造の比較例を示す図である。 実施の形態１に係る超電導コイルの部分構造の他の例を説明するための上面図である。 実施の形態１に係る超電導コイルの部分構造の別の例を説明するための上面図である。 実施の形態２に係る高温超電導線の一構造例を説明するための斜視図である。 実施の形態２に係る高温超電導線の一構造例を説明するための上面図である。 実施の形態２に係る高温超電導線の他の構造例を説明するための上面図である。
　本願の実施の形態１の高温超電導線および超電導コイルについて、上記図１について説明した内容と比較しながら、以下、図を用いて詳しく説明する。
実施の形態１．
　図２は、実施の形態１に係る高温超電導線１００の構成の一例を説明するための図である。以下、実施の形態１の高温超電導線１００について、図２を用いて詳しく説明する。なお、実施の形態１の高温超電導線１００においては、矩形の筒状体である絶縁部材層３の外周を覆う固定部材４は１種類（１枚）であって、フッ素樹脂でコーティングされていなくても良い。言い換えると、本実施の形態では、固定部材は１つでよく、上述の２種類の固定部材（固定部材４、および外側固定部材５）が両方とも必要となることは無い。
　図２に示したように、実施の形態１に係る高温超電導線１００は、全体として平板状であって、矩形の安定化部材６（例えば、銅メッキによって構成されている）の筒状部内（の空間）には、平板状の基板１、この基板１の上に超電導層と中間層を介して超電導層が積層された超電導積層部材２、およびフッ素加工により樹脂に対する離形処理がされた絶縁部材層３が一体化されて積層され（以下、積層構造体とも呼ぶ）、配置されている。
　さらに、上記超電導積層部材２に安定化部材６を固定するため、上記絶縁部材層３の外周を覆うように、絶縁テープ（例えばポリイミド製）などのテープ状の固定部材４が、一定の大きさの隙間（図２参照）を介して巻回される（以下、このような隙間を隔てた巻き方を簡略化してギャップ巻きと呼ぶ）。ここで、前記隙間は絶縁テープの幅方向に形成され、隙間の大きさは、例えば、ゼロ（隙間が無い）か、あるいは、絶縁テープ幅の５％程度の微小なサイズに設定される。
　次に、図３は、実施の形態１に係る高温超電導線１００の上面図である。すなわち、上記実施の形態１に係る高温超電導線１００を上面から見た場合（図２の矢印Ａ方向に高温超電導線１００を見た場合）の図が図３である。
図３において、中空の矩形状の絶縁部材層３（例えば、厚さ２０μｍ）の中空部分には、下側から順に、例えばＮｉ合金製の基板１（例えば厚さ７５μｍ）、超電導積層部材２、および安定化部材６が配置されている。
　以上のように高温超電導線１００を構成することで、絶縁テープに対して、高温超電導線の長手方向であるｘ方向に対して直交する方向である図２のｙ方向（高温超電導線の符号３を付した矩形面の法線方向）に加わる応力（剥離応力）を抑制し、ひいては、超電導積層部材２からの絶縁部材層３の剥がれを防止できる。
　また、絶縁部材層３には離形処理が施されていることから、絶縁テープを固定するために使用した接着剤が超電導積層部材２に付着したような場合でも、離形効果により超電導積層部材に付着したままの状態になることを防止でき（離形効果により剥がれるため）、接着剤侵入による超電導層の性能劣化を防止できる。
　そして、上述の高温超電導線１００を同心状に重ねて巻回して、上から見たときに（図７の矢印Ａ方向参照）ドーナツ状（例えば、外径が数１００ｍｍ）に形成することで、例えばパンケーキ状の、超電導性能に優れた超電導コイル２００を製作することが可能である（図７参照）。
　この場合において、高温超電導線１００の外周を覆う絶縁テープは隣り合う巻き線間で互いに重ならないように巻回して成形されている（この構造については、後程、詳しく
説明する）。
　次に、実施の形態１に係る高温超電導線１００の超電導積層部材２の詳細構造について、図４を用いて説明する。ここで、図４は、超電導積層部材２の詳細構造を説明するための立体模式図である。
　図４に示したように、超電導積層部材２は、基板１と安定化部材６によって挟まれるように積層されており、基板１側に積層された中間層２２と、安定化部材６側に積層された超電導層２１とで構成されている。なお、基板１、超電導積層部材２、および安定化部材６が積層された積層構造体は、上述したように、矩形筒状の絶縁部材層３で周囲を覆われており、この絶縁部材層３は、さらに矩形筒状の固定部材４によって、その外周が覆われている。また、超電導層２１として、例えば、酸化物超電導部材が採用される。
　そこで、上述のような高温超電導線１００を超伝導コイルの線材として用いた場合の作用について、次に説明する。高温超電導線１００においては、絶縁部材層３はフッ素加工されており、また、安定化部材６は超電導積層部材２に巻き付けずに並行に沿わせて配置されているため、コイル化して固定する際の接着用樹脂が超電導層２１に到達せず、接着用樹脂が超電導層２１に直接触れることが無い。
　従って、絶縁部材層３の外周を覆うように、配置されているテープ状の固定部材４（ここでは、例えば絶縁テープ）をギャップ巻きすることが可能になり、このため、後ほど詳しく説明するように、高温超電導線１００の外周を覆う絶縁体である固定部材の厚みを実質的に小さくすることが可能になるため、超電導線材（超電導層）間の距離が大きくならず、結果として、上記高温超電導線１００を用いた超電導コイルにおいて、所要の電流密度が確保できる。
　一方、先行技術においては、上述の課題において説明したように、被覆するテープの一部を重ねながら巻くラップ巻きをする必要があることから、超電導線材（超電導層）間の距離が大きくなり、超電導コイルにおいて、コイルの電流密度が下がってしまう結果となる。また、ラップ巻きでは、超電導線材（超電導層）間距離も不均一となるため、新たな剥離応力の発生源となりかねない恐れがある。
　そこで、次に、上述のギャップ巻きをした高温超電導線の具体例について、以下、図を用いて詳しく説明する。
　図５に、実施の形態１に係るギャップ巻きをした高温超電導線の一例である高温超電導線１０１の構造を斜視図で示す。ここでは、この高温超電導線１０１について、上述の高温超電導線１００との相違点を中心に、以下説明する。
　高温超電導線１０１は高温超電導線１００とほぼ同様の構造であるが、絶縁部材層３の外周に配置されているテープ状の固定部材の巻き付けの形態（巻き付けられた状態）が異なる。すなわち、高温超電導線１０１の固定部材４ａは、隙間（隙間のサイズはｗｇ。図５参照）を持つギャップ巻きになっている点は高温超電導線１００の固定部材４と同様であるが、当該隙間は、固定部材４ａの幅ｗｔ以上のサイズ、すなわち、ｗｇ≧ｗｔの関係の下で、絶縁部材層３の外周に巻き付けられている点が異なる。なお、隙間のサイズは、固定部材の幅の方向のサイズである。また、この場合、図５に示した角度θは、固定部材が巻き付けられた複数の底辺を繋ぐ線と、１つの固定部材の巻き付け部分の長手方向とのなす角で定義され、例えば、６０度から９０度の間の値となっている。
　また、次の図６には、実施の形態１に係るギャップ巻きをした高温超電導線の他の例である高温超電導線１０２の構造を斜視図で示す。この高温超電導線１０２も、高温超電導線１０１と同様、高温超電導線１００とほぼ同様の構造であるが、絶縁部材層３の外周に配置されているテープ状の固定部材４ｂの巻き付けの形態（巻き付けられた状態）が異なっている。
　具体的には、テープ状の固定部材４ｂの巻き付け位置と隙間位置との（左右の）配置関係が、上述の高温超電導線１０１と逆になっている点が、高温超電導線１０１と異なる。
　これらの高温超電導線１０１と高温超電導線１０２とを組み合わせて１組（セット）として用いて、当該１組単位で同心状に巻いて超電導コイル２００ａとして組み立てた場合（例えば図７参照）、その超電導コイル２００ａの高温超電導線１組分の上面図は、図８のように示される。
　この図８において、２点鎖線で囲んだ下側部分が高温超電導線１０１に相当する部分であり、２点鎖線で囲んだ上側部分が高温超電導線１０２に相当する部分である。
　ここで、図中のＬｓ１は、隣接する２つの高温超電導線１０１、１０２の固定部材が互いに対向する部分の距離を示している。
　なお、この場合には、固定部材の隙間ｗｇと固定部材の幅ｗｔとの関係は、ｗｔ＞ｗｇとなっている。
　上記超電導コイル２００ａに対する比較として、先行技術における高温超電導線（図１参照）の１組分、すなわち、高温超電導線３０１と高温超電導線３０２の１組分の（同様の）上面図を図９に示す。
　この場合には、高温超電導線３０１と高温超電導線３０２ともに、２種類の絶縁テープを安定化部材に巻回しているので、隣接する２つの高温超電導線３０１、３０２の絶縁テープが互いに対向する部分の距離は、図中に示したＬｓ３で表される。
　ここで、仮に、高温超電導線１０１、１０２の固定部材の厚さと、高温超電導線３０１、３０２の厚さが等しいと仮定すると、Ｌｓ３の大きさは上記Ｌｓ１の大きさの２倍になることが判る。
　従って、高温超電導線１０１と高温超電導線１０２の超電導層間の距離は、Ｌｓ３とＬｓ１の差分であるＬｓ１分だけ、高温超電導線３０１と高温超電導線３０２の超電導層間の距離より小さくでき、結果として、上記高温超電導線１０１、１０２をセットで用いた超電導コイルにおいては、高温超電導線３０１と高温超電導線３０２を用いた場合よりも、所要の電流密度が得やすくなることが判る。
　そこで、図８に示したケースをさらに発展させ、例えば、高温超電導線１０１と高温超電導線１０２の双方において、固定部材の隙間ｗｇと固定部材の幅ｗｔとが等しい場合には、これらの高温超電導線１０１と高温超電導線１０２とを組み合わせて１組（セット）として用いて、当該１組単位で同心状に巻いて超電導コイル２００ｂとして組み立てた場合、その超電導コイル２００ｂの高温超電導線１組相当分の上面図は、図１０のようになることが判る。
　この場合においては、隣接する２つの高温超電導線１０１、１０２の固定部材が互いに対向する部分の距離はＬｓ２となる（図１０参照）。この場合、Ｌｓ２は固定部材の厚さのサイズに等しくなるので、超電導コイル２００ｂにおける超電導層間の距離は、超電導コイル２００ａにおける超電導層間の距離よりも、さらに小さくすることが可能となり、その結果、所要の電流密度が図８に示したケースに比べ、さらにより得やすくなることが判る。
　なお、図８においては、隣接する高温超電導線として、異なる２つの高温超電導線１０１、１０２を組み合わせて用いた超電導コイルについて説明したが、これに限らず、１種類の高温超電導線１０１を２つ組み合わせて用いた超電導コイル２００ｃ（図１１参照）であっても、図８と同様、隣接する２つの高温超電導線１０１の固定部材が互いに対向する部分の距離はＬｓ１となるため、図８の超電導コイル２００ａと同様の効果を奏する。
　また、図１０においては、固定部材の隙間ｗｇと固定部材の幅ｗｔとが等しい場合であったが、これに限らず、固定部材（例えば絶縁テープ）を固定部材の幅ｗｔ以上のギャップを持って巻き（この場合、ｗｇ＞ｗｔとなる）、超電導コイル化する場合に固定部材が重ならないように固定部材の巻き付け位置を調整することにより、超電導コイル化した場合に、超電導層間の距離を小さくできる。言い換えると、超電導層の密度を上げることが可能となる。すなわち、このような超電導コイルにおいても、図８で説明した超電導コイルと同様の効果を奏する。
　なお、フッ素加工された絶縁部材層が固定される条件においては、外周を覆う絶縁テープの隙間は大きいほど良く、好ましくは８０％以上であることが好ましい。このような条件を満足する固定子の例として、例えば、超電導積層部材の厚さＨｔ（図３参照）と比べ、十分に細い糸状体を挙げることができる。具体的には、例えば糸状体の最大径をＴｄとして１０Ｔｄ≦Ｈｔである。
　なお、超電導コイルにおける線材位置の均一度向上のため、厚みを増したい箇所については、隣り合う線材の固定部材（絶縁テープ）が重なるように配置することも可能となり、超電導積層部材間の距離を微調整することも可能となる（超電導コイル２００ｃを用いた場合。図１１参照）。
実施の形態２．
　実施の形態２の高温超電導線１０３について、実施の形態１の高温超電導線と異なる点を中心に、以下、図を用いて詳しく説明する。
　図１２は、実施の形態２の高温超電導線１０３を説明するための斜視図である。
図１２に示したように、実施の形態２の高温超電導線１０３は、実施の形態１の高温超電導線が備えていた絶縁テープで構成された固定部材を備えていない点が、実施の形態１の高温超電導線と最も異なる。本実施の形態では、超電導積層部材２と並行に安定化部材６が最初から接着により固定されているため、高温超電導線に対する絶縁処理を確実に行うことができる。言い換えれば、上述のギャップ巻きにおいて、隙間を１００％にした場合と同様である。
　上記以外の異なる点として、実施の形態２の高温超電導線１０３の矩形筒状の絶縁部材層３の内部には、超電導積層部材２、安定化部材６以外に、超電導積層部材２と安定化部材６とを接着するための接着剤７（接着剤の層７）が構成されている点が異なる（図１３参照）。実施の形態２の高温超電導線１０３を巻回して形成された超電導コイルも実施の形態１の超電導コイルと同様の効果を奏する。
　なお、絶縁部材層の外側部分は離形処理がなされている。絶縁部材層自体がコイル化された際に、隣接する超電導線材と接着されないようにするために、離形処理をする必要があるからである。
　また、実施の形態２の高温超電導線１０４は、上記接着剤に替えて、安定化部材６の超電導積層部材２に対向する側の面が粘着性を有する絶縁テープ８（粘着性絶縁テープ８とも呼ぶ）で構成されているものであり（図１４参照）、この高温超電導線１０４を巻回して超電導コイルを形成しても、高温超電導線１０３を巻回して超電導コイルを形成した場合と同様の効果を奏する。
　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。
　例えば、以上の説明では、高温超電導線として、固定部材を用いた場合について説明したが、これに限らず、高温超電導線に対する絶縁処理を確実に行うため、絶縁部材層３を最初からに超電導層に固定しておいてもよい。これは、以上の説明において、絶縁テープの巻線間の隙間を１００％にした場合とも言える。
　１　基板、２　超電導積層部材、３　絶縁部材層、４、４ａ、４ｂ　固定部材（絶縁テープ）、５　外側固定部材、６　安定化部材（銅メッキ体）、７　接着剤、８　粘着性を有する絶縁テープ（粘着性絶縁テープ）、２１　超電導層、２２　中間層、１００、１０１、１０２、１０３、１０４　高温超電導線、２００　超電導コイル、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ　超電導コイル（部分）

Claims (11)

  1. 平板状に形成された基板、
    前記基板の上に配置され、中間層を介して超電導層が積層された超電導積層部材、
    前記超電導積層部材に重ねて配置される金属メッキ製の安定化部材、
    樹脂に対する離形処理が施され、前記基板、前記超電導積層部材、および前記安定化部材を一体として積層した積層構造体の外周を覆う絶縁部材層、
    前記絶縁部材層の外周を覆うように巻き付けられ、前記超電導積層部材に前記絶縁部材層を固定するテープ状の固定部材、
    を備えたことを特徴とする高温超電導線。
  2. 前記固定部材は絶縁テープであって、前記絶縁テープの幅方向に隙間無く巻き付けて構成されているか、または前記絶縁テープの幅方向に微小の隙間を介して巻き付けられている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の高温超電導線。
  3. 前記固定部材は絶縁テープであって、前記絶縁テープの幅方向に前記絶縁テープの幅以上の隙間を有して巻き付けられている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の高温超電導線。
  4. 前記固定部材は、前記超電導積層部材の厚みと比較して細い糸状体であることを特徴とする請求項１に記載の高温超電導線。
  5. 前記絶縁部材層は、フッ素加工により離形処理が施されるとともに、前記安定化部材は、前記超電導積層部材に対して基板と反対側に並行に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の高温超電導線。
  6. 平板状に形成された基板、
    前記基板の上に配置され、中間層を介して超電導層が積層された超電導積層部材、
    前記超電導積層部材と並行に配置され、前記超電導積層部材に接着された安定化部材、
    前記基板、前記超電導積層部材、および前記安定化部材を一体として積層した積層構造体の外周を覆う絶縁部材層、
    を備えたことを特徴とする高温超電導線。
  7. 前記安定化部材は、前記超電導積層部材に対向する側の面が粘着性を有する絶縁テープで構成されている、
    ことを特徴とする請求項６に記載の高温超電導線。
  8. 前記超電導積層部材を覆う絶縁部材層の外側部分がフッ素加工により離形処理されている、
    ことを特徴とする請求項６または７に記載の高温超電導線。
  9. 前記超電導層は酸化物超電導部材で構成され、前記安定化部材は銅メッキで形成されている、
    ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の高温超電導線。
  10. 請求項１から３のいずれか１項に記載の高温超電導線により構成された超電導コイルであって、前記高温超電導線の外周を覆う絶縁テープが隣り合う高温超電導線間で重ならないように巻回して成形されている、
    ことを特徴とする超電導コイル。
  11. 請求項1から１０のいずれか１項に記載の高温超電導線を巻回して構成されている、
    ことを特徴とする超電導コイル。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014241384A (ja) * 2013-06-12 2014-12-25 中部電力株式会社 超電導パンケーキコイル装置及びその製造方法
JP2016136623A (ja) * 2015-01-16 2016-07-28 住友電気工業株式会社 超電導コイルおよび超電導線材
JP2022174411A (ja) * 2021-05-11 2022-11-24 株式会社東芝 超電導コイルおよび超電導コイルの製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5417164B2 (ja) 2009-12-28 2014-02-12 株式会社フジクラ 超電導線材の修復方法及び修復構造を有する超電導線材
WO2011129325A1 (ja) 2010-04-16 2011-10-20 株式会社フジクラ 超電導コイル及びその製造方法
JPWO2020067335A1 (ja) 2018-09-28 2021-09-30 株式会社フジクラ 酸化物超電導コイルおよびその製造方法
JP2021061135A (ja) 2019-10-04 2021-04-15 株式会社フジクラ 酸化物超電導線材、超電導コイルおよび超電導コイルの製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014241384A (ja) * 2013-06-12 2014-12-25 中部電力株式会社 超電導パンケーキコイル装置及びその製造方法
JP2016136623A (ja) * 2015-01-16 2016-07-28 住友電気工業株式会社 超電導コイルおよび超電導線材
JP2022174411A (ja) * 2021-05-11 2022-11-24 株式会社東芝 超電導コイルおよび超電導コイルの製造方法

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