液体窒素冷却却型超伝導電力機器実現を目指す高温超伝導線材の電磁特性解明

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450113
• Research Institution: Kagoshima University
• Principal Investigator: 住吉 文夫 鹿児島大学, 工学部, 教授 (20136526)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川越 明史 鹿児島大学, 工学部, 助手 (40315396) ; 川畑 秋馬 鹿児島大学, 工学部, 助教授 (00244260)
• Keywords: 高温超伝導 / 線材 / 導体 / 損失 / 電流分布 / 電磁特性 / ピンニング / 電力機器

Research Abstract

液体窒素冷却の超伝導電力機器実現への期待が高まっている。しかしながら、酸化物系の高温超伝導多芯テープ線材に生じる大きな交流損失と、その線材の幅広面に垂直に加わる横磁界により劣化する臨界電流特性が、大きな障害になっている。前者は、線材内の多数の薄い超伝導フィラメント同士があたかも一体の厚いテープ状バルク体として電磁気的に振舞い、通電電流は線材表面に近いフィラメントに局在して流れるためである。一方後者は、実用化に最も近いBi系テープ線材特有の現象である。
初年度の平成12年度は特に、Bi系多芯テープ線材の電流分布と交流損失との関連性について理論解析を行って、低損失化の方法を考察した。一方、交流損失測定法に関して従来の測定法を検討したところ、いづれの方法もその使用条件に多くの制限があり、本研究目的には適さないことが判った。そこで試料周辺のポインチングベクトルを特殊な方法で測るという新しい交流損失測定法を考案し装置の試作を行った。この測定装置を用いると、超伝導電力機器実用化にとって必要な様々な条件下での交流損失値が得られることを実際のテープ線材で実証した(「低温工学」誌に発表し論文賞を受賞した)。
最終年度の13年度は、前年度の検討の結果を基に、液体窒素冷却型超伝導電力機器の実現のために必要と考えられる具体的な基礎実験とその理論的な検討を行った。特に、オリジナルのポインチングベクトル法をソレノイドコイル形状試料に対しても適用できる様に装置を改良した。そして、実際にBi系多芯テープ線材で作ったソレノイドコイルについて測定を行い、通電電流と横磁界が同時に引加される条件下における電磁特性を広い周波数領域にわたって明かにした。さらに、超伝導電力機器実現のための新しいコイル巻線法を採用すると、コイル特性がどのように向上するのかを、理論と実験の両面から明かにした。

Research Products

• [Publications] 住吉文夫: "ポインチングベクトル法による高温超伝導テープ線材の交流損失測定"低温工学. 35・12. 575-582 (2000)
• [Publications] Fumio Sumiyashi: "Reduction of transport current losses in Bi-Sr-Ca-Cu-O wires with transposed filaments"IEEE Trans. Appl. Supercond.. 11・1. 2792-2795 (2001)
• [Publications] Kohjirou Yamashita: "Measurement of transport-current distribution and loss reduction in superconducting wires with transposed Bi-2223 filaments"Physica C. 357-360. 1218-1221 (2001)
• [Publications] 住吉文夫: "テープ線材幅広面に加わる垂直磁界に因る特性劣化の少ない高温超伝導コイルの開発"電気学会論文誌B. 121-B・10. 1345-1352 (2001)
• [Publications] Fumio Sumiyoshi: "Development of Bi-2223 coils without degradation due to face-on oriented magnetic fields applied to wound tapes"Physica C. (未定). (2002)