電磁設計による低損失高温超電導線材の開発と交流通電特性の評価

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15760197
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 稲田 亮史 豊橋技術科学大学, 工学部, 助手 (30345954)
• キーワード: 交流通電損失 / 高温超電導 / 多芯テープ線材 / フィラメント配置 / 2軸圧延 / 銀シース

研究概要

銀シース高温超電導テープ線材を都心部における地中送電ケーブル等への応用する場合、交流通電時に線材内で発生する損失(通電損失)の発生メカニズムを明らかにし、その低減化を図ることが必要不可欠である。本研究では、Norrisの方法に基づいた数値解析法を改良・発展させ、任意断面形状を有する超電導テープ線材横断面内の超電導特性(特に臨界電流密度Jc)の不均一性が通電損失特性におよぼす影響を検討した。更に、テープ線材表面の捕捉磁界分布測定結果から、テープ線材断面幅方向におけるJc分布を定性的に見積もり、これを考慮して様々なテープ線材の通電損失特性の解析を行った。その結果、主に圧延加工時に生じるフィラメント形状の不均一性に起因して、各試料の通電損失値は楕円断面超電導テープの損失理論値から大きくずれる結果を示すが、線材断面中心部のフィラメントのJc値が端部よりも高い値となる場合、損失値は理論値よりも著しく増大することが判明した。
これらの問題を解決するため、2軸圧延と1軸圧延を組み合わせた矩形変形法により、超電導フィラメントが線材横断面内において列状にブロック化された構造を有する銀シース多芯テープ線材を作製し、交流通電特性の測定・評価を行った。2軸圧延加工を用いた理由は、線材形状およびフィラメント配置の制御性が通常の丸ダイスを用いた加工法に比較して格段に優れているためである。損失測定の結果、フィラメント配置の制御を施した多芯テープ線材では、高抵抗バリア層を導入することなく、通常の銀シース加工法で作製した線材と比較して最大70%程度の損失低減が可能であることが示唆された。実際の線材形状を考慮して、各試料の電流分布および通電損失密度分布の数値計算を行った結果、前述のフィラメント配置制御による損失低減は、テープ端部近傍のフィラメントで発生する損失の抑制(エッジ効果の抑制)に起因することが判明した。

研究成果

• [文献書誌] A.Oota, R.Inada, N.Inagaki, Y.Ogawa, Y.Nakamura, T.Fukunaga, P.X.Zhang: "Significant reduction in AC transport self-field losses of Ag-sheathed Bi2223 tapes by changing filament arrangements"Superconductor Science and Technology. 17(In press). (2004)
• [文献書誌] R.Inada, Y.Nakamura, A.Oota, T.Fukunaga, P.X.Zhang: "Reduced AC transport losses for Ag-sheathed Bi2223 tapes by controlling filament arrangements"Material Research Society Symposium Proceeding. EXS-3(In press). (2004)
• [文献書誌] Y.Nakamura, T.Misu, R.Inada, A.Oota: "Fabrication and transport properties of directionally solidified Y123 thin fibre"Superconductor Science and Technology. 17. S51-S55 (2004)
• [文献書誌] T.Tsukamoto, R.Inada, N.Inagaki, H.Andoh, T.Sugiura, A.Oota: "Alternating-current transport losses of melt-cast processed Bi-2212 bulk superconductor bars"Superconductor Science and Technology. 16. 1246-1251 (2003)
• [文献書誌] R.Inada, Y.Ogawa, N.Inagaki, Y.Nakamura, A.Oota, P.X.Zhang: "Fabrication and AC transport losses for Ag-sheathed Bi-2223 tapes using rectangular deformation process"Physica C. 392-396. 1091-1095 (2003)
• [文献書誌] Y.Nakamura, R.Inada, A.Oota: "Phase formation mechanism and properties of Ag-sheathed (Bi,Pb)2223 tapes prepared by two-powder method"Physica C. 392-396. 1015-1019 (2003)
• [文献書誌] R.Inada, N.Inagaki, Y.Ogawa, A.Oota, P.X.Zhang: "AC transport losses for Ag-sheathed (Bi,Pb)-2223 tapes prepared by rectangular deformation process"IEEE Transaction on Applied Superconductivity. 13. 3618-3621 (2003)
• [文献書誌] A.Oota, R.Inada, N.Inagaki, P.X.Zhang: "Reduction in AC transport self-field losses for Ag-sheathed Bi2223 tapes by changing filament arrangements using two-axial rollers"IEEE Transaction on Applied Superconductivity. 13. 3022-3025 (2003)
• [文献書誌] P.X.Zhang, C.S.Li, L.Zhou, R.Inada, A.Oota: "The effects of J_c distribution on transport AC losses for Ag-sheathed Bi2223 tapes"Physica C. 386. 149-152 (2003)
• [文献書誌] A.Oota, R.Inada, N.Inagaki, P.X.Zhang, H.Fujimoto: "A progress in reducing AC transport losses of Ag-sheathed Bi2223 tapes by a rectangular deformation using two-axial roller"Physica C. 386. 100-105 (2003)