超電導コイルおよびそれに用いる超電導導体
【課題】定常運転状態では発生電圧が低くかつ、なんらかの外部擾乱が与えられても、発生電圧を低く抑えクエンチしにくく、いずれの状態でも安定に運転できる超電導コイルとそれに用いる超電導導体を提供する。
【解決手段】超電導導体が巻回されたパンケーキ状超電導コイルであって、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が電気的に並列接続された超電導導体が巻回されていることを特徴とする超電導コイルである。
【解決手段】超電導導体が巻回されたパンケーキ状超電導コイルであって、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が電気的に並列接続された超電導導体が巻回されていることを特徴とする超電導コイルである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導コイルに関し、外部擾乱が入っても発生電圧が小さく安定に運転できる超電導コイル構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、酸化物超電導材料を用いた超電導線材は次の二種類が精力的に開発されている。ひとつは、パウダーインチューブ法で作製される（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０±δ（δは０．１程度の数：以下（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３とする）相を主成分とするテープ状銀被覆超電導線材である（たとえば、非特許文献１を参照）。もうひとつは、金属基板上に気相法あるいは液相法で超電導層が形成されたテープ状薄膜超電導線材である。薄膜超電導線材の超電導材料は、ＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ（ｘは７に近い数：以下ＲＥ１２３とする）の化学式で表わされる酸化物超電導材料であり、ＲＥ（Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ：レアアース）の部分にはＹ、Ｈｏ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｄｙ、Ｅｕ、Ｌａ、Ｔｍ等の希土類元素の一つかあるいは、その混合体が配される（たとえば、非特許文献２を参照）。
【０００３】
上記超電導線材を用いて、磁場応用を目的とした超電導コイルが作製されている。特許文献１には、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材を用いた複数のパンケーキコイルが積層された超電導コイルが開示されている。このテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材で作製された超電導コイルは２０Ｋ以下の低温に冷却され、目的とする運転電流がコイルに流され、磁場を発生させている。
【０００４】
（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材は磁場に対する抗性があまり強くなく、磁場がかかることによって臨界電流値の低下が大きい。よってコイル形状になった際、自ら発生する磁場によっても臨界電流値が低下する。そのため運転温度を下げることによって臨界電流値を大きくしておき、発生磁場下でも十分な超電導電流がコイルに流れるようにしている。このようにテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材を用いた超電導コイルにおいて、比較的大きな磁場を発生させようとすると、超電導コイルを２０Ｋ程度の低温まで冷却する必要がある。
【０００５】
一方、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材は、（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材に比べ磁場に対する抗性が強く、磁場中比較的高温条件でも高い臨界電流値を有する。よって高温でも高磁場を発生する超電導コイルが形成できる。またＶ（電圧）∝Ｉ（電流）ｎで表される超電導状態の電流−電圧特性において、電流値の係数であるｎ値が大きく、電流の変化に対して電圧が敏感に変動する線材である。このｎ値が大きいことが超電導コイルを構成した場合メリットにもなり、デメリットにもなる。
【０００６】
ｎ値が大きい線材で構成された超電導コイルを臨界電流以下の電流値で運転した場合、発生する電圧値は非常に小さく超電導コイルの発熱も小さい。一方なんらかの外部擾乱が入り温度が上昇する等で、運転電流が臨界電流値を超えた場合、大きな電圧が発生し多量の熱を発する。これにより超電導コイルのクエンチ現象が起こる。過度のクエンチ現象が起こると超電導線材が焼切れ超電導コイルが破損することもある。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１０４９１１号公報
【非特許文献１】ＳＥＩテクニカルレビュー、２００６年７月 第１６９号 ｐ１０３−１０８
【非特許文献２】ＳＥＩテクニカルレビュー、２００６年７月 第１６９号 ｐ１０９−１１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑み、定常運転状態では発生電圧が低くかつ、なんらかの外部擾乱が与えられても、発生電圧を低く抑えクエンチしにくい超電導コイルとそれに用いる超電導導体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材及び、ＲＥ１２３超電導線材の特性を詳細に調査し、それぞれの線材の特長を融合させることによって、上記課題を解決できる発明の完成に至った。以下、本発明について説明する。
【００１０】
本発明は、超電導導体が巻回されたパンケーキ状超電導コイルであって、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が電気的に並列接続された超電導導体が巻回されていることを特徴とする超電導コイルである。
【００１１】
本発明において、前記テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材と前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の幅が等しいことが好ましい。
【００１２】
本発明において、前記テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材と前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の使用温度及び磁場条件下における臨界電流値の関係が、０．８≦テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の臨界電流値／テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の臨界電流値≦１．２５であることが好ましい。
【００１３】
本発明において、前記テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材と前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材とが全長にわたり機械的に接続されていることが好ましい。
【００１４】
本発明において、同一ターン内において、前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が外側に巻回されていることが好ましい。
【００１５】
本発明において、前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の超電導層側が前記テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材側に向いて配置されていることが好ましい。
【００１６】
また本発明の超電導導体は、上記のいずれかの超電導コイルに用いられるテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が電気的に並列接続された超電導導体である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、定常運転状態では発生電圧が低くかつ、なんらかの外部擾乱が与えられても、発生電圧を低く抑えクエンチしにくい超電導コイルが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（実施の形態）
図１は、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の構成を模式的に示す部分断面斜視図である。図１を参照して、多芯のテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材について説明する。テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材１１は、長手方向に伸びる複数本の（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導体フィラメント１２と、それらを被覆するシース部１３とを有している。シース部１３の材質は、例えば銀や銀合金等の金属から構成される。
【００１９】
図２は、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の構成を模式的に示す部分断面斜視図である。図２を参照して、代表的なテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の例について説明する。テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材２０は、基板として金属配向基板２１と、金属配向基板２１上に形成された中間層２２と、中間層２２上に形成された超電導薄膜層２３と、超電導薄膜層２３を保護するための安定化層２４と、全体を保護し導電性をあげるための保護層２５、２６からなる。
【００２０】
金属配向基板２１としては、例えばＮｉ配向基板、Ｎｉ合金系の配向基板等を選択できる。中間層２０は、例えばＣｅＯ２やＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニア）等の酸化物を採用できる。超電導薄膜層２３としては例えばＨｏＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ（ｘは７に近い数）などの、ＲＥ１２３系超電導材料が選択される。安定化層２４と保護層２５，２６としては、Ａｇ（銀）やＣｕ（銅）が用いられる。
【００２１】
図３は超電導線材の電流―電圧特性を模式的に表した図である。横軸（電流）、縦軸（電圧）ともｌｏｇスケールで表されている。超電導線材のＶ（電圧）∝Ｉ（電流）ｎで表される電流―電圧曲線は図３のようなスケールでプロットするとほぼ直線状になる。上記関係式中のｎ（ｎ値）がこの直線の傾きである。ｎ値が大きいほど、直線の傾きが急になる。
【００２２】
超電導線材の臨界電流値（Ｉｃ）は１μＶ／ｃｍの電圧（図３中点線で表される）が発生する電流値で定義される。一般的に超電導コイルは臨界電流値以下の運転電流（図３中、一点鎖線：Ｉｏｐ）で動作され、発生電圧による発熱と冷却能力がバランスされ温度が一定に保たれる。
【００２３】
図３中線材Ａは大きなｎ値を持ち、線材Ｂは小さなｎ値を持つ。両線材は同じＩｃである。Ｉｃは同じであるが、Ｉｃ以下の運転電流が流れた場合、ｎ値の大きな線材Ａの方がその電流では発生電圧（図３中、Ｘ点の値）が小さいことがわかる。つまり定常状態の運転であれば、ｎ値の大きな線材で超電導コイルを構成した方がより安定した運転ができると言える。
【００２４】
ところで、上記の定常状態において、温度が上がる、磁場が大きくなる等なんらかの外部擾乱が入ると、超電導線材の臨界電流値が下がることになる。図４は外部擾乱が入った際の電流―電圧特性の変化を模式的に表した図である。温度が上がるあるいは磁場が強くなるといったことがおこると、超電導線材のＩｃは低下する。図４において、線材Ａは線材Ａ直線から線材Ａ’直線へ電流―電圧曲線が変化し、ＩｃがＩｃ’となる。一方線材Ｂにおいても、電流―電圧曲線が線材Ｂ直線から線材Ｂ’直線となり、同様にＩｃが低下する。
【００２５】
上記のような変化が起こった場合、運転電流（Ｉｏｐ）は一定なので、線材Ａでは定常運転の状態（図４中Ｘ点：線材Ａ直線と運転電流の交点）から、臨界電流が低下した時の電流−電圧曲線（図４中線材Ａ’直線）と運転電流の交点（Ｘ’点）の状態へと大きく電圧が上昇する。一方、線材Ｂにおいても同様にＹ点からＹ’点へ電圧が上昇する。
【００２６】
Ｘ点からＸ’点への大きな電圧変化が起こることが、ｎ値の大きな線材のデメリットである。超電導状態ではあるが、熱＝電圧×電流の関係から超電導コイルには熱が発生し、その発生熱が冷却能力を超えた場合次々に温度上昇、Ｉｃ低下が連鎖的に起こり、最終的に運転不能状態に陥る。これがクエンチ現象である。
【００２７】
一方、ｎ値の小さい線材では、同じ程度のＩｃ低下が起こっても、その際の電圧上昇はＹ点からＹ’点へと小さく、冷却能力を超えるほどの発熱には至らない。これがｎ値の小さい線材のメリットである。
【００２８】
現状、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材のｎ値は、超電導コイルとして使用するような温度、磁場条件下では、約３０程度である。一方、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材は温度、磁場に依存するが５〜２０程度の値である。これより、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材を高
ｎ値線材、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材を低ｎ値線材と位置付ける。
【００２９】
両線材それぞれ単独使用で超電導コイルを構成することも可能であるが、一長一短の特性を有するものとなる。そこで本発明は、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材を電気的に並列接続し超電導導体として用い超電導コイルを形成するものである。
【００３０】
図４を用いて、本発明の超電導コイルの動作を説明する。定常状態（臨界電流値がＩｃである状態）では、並列に接続された２種の線材の内、抵抗の小さい（発生電圧が小さいことと等しい）テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材（図４中、線材Ａ）にほとんどの電流が流れ、その際の発生電圧はＸ点の値となっている。これはテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材単独（図４中、線材Ｂ）で超電導コイルを形成した時より、小さな発生電圧（Ｙ点の値）となっている。
【００３１】
外部擾乱が入った場合（臨界電流値がＩｃ’となる）では、同じ運転電流値上の抵抗の小さい線材はテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材であり、電流がテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材に乗り移る。その際の発生電圧はＹ’点の値となる。これはテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材だけ（図４中、線材Ａ’）で超電導コイルを形成した場合より小さな電圧発生である。このように、本発明の超電導コイルは定常状態、外部擾乱が入った状態、いずれでも発生電圧が低く、より安定に運転可能である。
【００３２】
本発明においては、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の使用温度及び磁場条件下における臨界電流値（Ｉｃ）の関係が、０．８≦テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の臨界電流値／テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の臨界電流値≦１．２５であることが好ましい。
【００３３】
超電導線材のＩｃは温度、磁場に依存して変化する。液体窒素温度のゼロ磁場で両線材が同じＩｃを有していたとしても、超電導コイルとして運転される条件下、例えば温度３０Ｋ、磁場３Ｔでは両線材のＩｃは異なってくる。本発明は両線材のＩｃが使用温度、磁場条件下で近い方がより効果的である。
【００３４】
図５は使用条件下でＩｃが異なる線材が並列接続された場合の電流―電圧特性を模式的に表した図である。ある条件下で線材Ａ（高ｎ値線材）はＩｃＡの臨界電流値を有し、線材Ｂ（低ｎ値線材）はそれより低い臨界電流値ＩｃＢを有する。Ｉｏｐの電流にて超電導コイルは運転されている。超電導コイルに発生している電圧はＸ点の値である。この状態に外部擾乱が入り、それぞれ臨界電流値がＩｃＡからＩｃ’Ａへ、ＩｃＢからＩｃ’Ｂへ低下し、電流―電圧特性も線材Ａ’直線、線材Ｂ’直線へ移行する。外部擾乱が入った際の超電導コイルに発生する電圧はＹ’点の値である。図５から判るように、低ｎ値線材のＩｃが低い場合、Ｘ’点における電圧値とＹ’点における電圧値が近くなり、発生電圧抑制の効果はさほど大きくない。この現象は各線材のｎ値の大きさに依存する。低ｎ値線材のｎ値が小さければ、低ｎ値線材の電流―電圧特性の傾きが緩くなり（図５中では、線材Ｂ’直線が寝る）、かなりＩｃが低くても発生電圧を抑えることができる。図５中、線材Ｃ直線がｎ値の非常に小さい場合で、発生電圧はＺ点の値となる。
【００３５】
本発明で使用されるテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材は２０程度のｎ値を示す温度、磁場条件もあり、この場合あまりＩｃがテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材のＩｃと離れていると効果が小さくなる。ｎ値が２０程度である場合、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の臨界電流値／テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の臨界電流値の関係が０．８以上であることがより効果的であることを計算から導出した。
【００３６】
図６は使用条件下でＩｃが異なる線材が並列接続された場合の電流―電圧特性を模式的に表した図である。図６は低ｎ値線材（線材Ｂ）が高ｎ値線材（線材Ａ）より高いＩｃを持つケースである。図６から判るように、低ｎ値線材（線材Ｂ）のＩｃが高いと運転電流（Ｉｏｐ）における発生電圧（Ｘ点値とＹ点値）が逆転することもあり、高ｎ値線材（線材Ａ）に電流が流れない。この現象も両線材のｎ値の大小関係に依存するが、本発明で用いるテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の実質ｎ値からテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の臨界電流値／テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の臨界電流値の関係が１．２５以下の場合、効果的にテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材に電流が流れると計算から導出される。
【００３７】
さらに本発明ではテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の幅が等しいことが好ましい。パンケーキ状超電導コイルを冷却する際、パンケーキ超電導コイルの上面と下面に銅などの熱伝導性のよい金属冷却板と接触させて配置する。このとき超電導線材と金属冷却板の接触面積が大きいほど、超電導コイルを冷却しやすい。ところで並列に接続された線材の幅が異なると、パンケーキ状に巻いた際、その断面はくし状になり隙間が生じる。幅の狭い線材には冷却板が接触しない部分もあること及び、隙間部分は線材同士の接触もなく熱伝導が悪いことから冷却効率が上がらない。そこで並列接続される両線材の幅を揃え、パンケーキ超電導コイルの上下面を面一にすること及び、隙間を作らないようすることが好ましい。
【００３８】
また本発明では、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材とが全長にわたり機械的に接続されていることが好ましい。線材を電気的に並列接続するには両端だけを半田などで接続すればよい。超電導コイルとしては電気的な特性以外にも機械的な強度についても向上が望まれる。ｎ値等の超電導特性以外にもテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材を比較した場合、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の方が外部からかかる引張力に対する抗性が強い。超電導コイル内で、超電導線材は電磁力によるフープ力（引張力）を受ける。この力が大きい場合は線材中の超電導部分が破壊されることもある。テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材では金属配向基板２１が補強材の役目も兼ねており、大きな引張力にも耐えることができる。そこでテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の補強材として、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材を使用するよう両線材が全長にわたり半田などで機械的に接続されていると超電導導体全体としての強度があがる。接続としてはある程度周期的に不連続な、例えば１ｍ毎に接続部、非接続部を設けるなどの接続でもよいし、隙間無く連続的に接続でもよい。またこの接続が電気的にも接続されていてもいいことは言うまでもない。
【００３９】
機械的強度向上には次の二点の発明も効果がある。まずひとつは同一ターン内において、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が外側に巻回されることである。つまり本発明の超電導コイルを形成する際に、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が外になるよう並列導体を巻回する。超電導線材をテープ面に垂直に曲げる場合、例えばパンケーキ状超電導コイルを形成するように、超電導線材の内部では次のような力がかかる。超電導線材の厚さ方向の中央点を中立線として、中立線より内側（曲げ中心側）では圧縮力、中立線より外側では引っ張り力がかかる。セラミック材である、（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導材料、ＲＥ１２３超電導材料はいずれも引っ張り力よりも圧縮力に対する抗性が強く、圧縮力によるＩｃの低下が起きにくい。つまり曲げ加工を行った際、線材内部でも中立点より内側ではＩｃの低下がおこらず、主として外側でＩｃ低下が起こっている。両線材を比べた場合、その薄膜構造からテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の方が曲げに対する抗性が強い。よって両線材を用いて並列超電導導体を形成した場合、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材に圧縮力がかかるよう、つまり超電導導体の中立点の内側に配置されるよう超電導コイルを構成したほうが、曲げ加工によるＩｃの低下が小さいこととなる。
【００４０】
また同様の理由で、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の超電導層側がテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材側に向いて配置されていることが好ましい。概念的に考えてテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材は、金属配向基板の上に超電導層が載っている厚さ方向に非対称な層構造となっている。仮に超電導層が存在する側を上面、金属配向基板が存在する側を下面と定義した場合、上面をテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材と接触するよう配置することである。図２において保護層２５側をテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材に向けて超電導導体を構成する。このように配置すれば、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の超電導層は並列超電導導体の中立線に近づいて配置される。よって曲げ加工による引っ張り力が超電導層にかかりにくい構造が実現できる。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例に基づき、本発明をさらに具体的に説明する。
【００４２】
（実施例）幅４．０±０．１ｍｍ、厚さ０．２５±０．０１ｍｍの形状を有するテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材１０ｍと、幅４．００±０．０５ｍｍ、厚さ０．１±０．００２ｍｍの形状を有するテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材１０ｍを用意する。温度３０Ｋ、テープ面に平行な磁場１Ｔ中条件下での臨界電流値は、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材が１９０Ａ、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が２００Ａである。テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の超電導層側をテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材側にくるよう配置し、両端を半田付けし、１０ｍの超電導導体とする。
【００４３】
この超電導導体に厚み約１５μｍのターン間絶縁用ポリイミドテープを重ね合わせる。このように構成された導体を、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材が内側にくるようボビンのまわりに巻きつけて、内径８０ｍｍを持つパンケーキコイルを作製する。
【００４４】
上記パンケーキコイルの上面、下面には冷却板としての銅板が配置される。この銅板が冷凍機のコールドヘッドに熱伝導用バーを介して接続され、コイルが冷却される。超電導コイルは断熱真空容器の中に設置される。冷凍機の出力を調整することにより、超電導コイル全体を１０Ｋ程度まで任意の温度に設定できる。また超電導コイルにはテープ面に平行な外部磁場がかけられるようにしている。
【００４５】
（比較例１）実施例で用いたテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材だけを用いて、実施例と同じ内径をもつ超電導コイルとし、実施例と同様に冷却する。
【００４６】
（比較例２）実施例で用いたテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材だけを用いて、実施例と同じ内径もつ超電導コイルとし、実施例と同様に冷却する。
【００４７】
実施例と比較例のコイルを温度３０Ｋまで冷却し、その通電特性を試験する。試験方法としては、まず超電導コイルを３０Ｋまで冷却し、温度を安定させる。安定したところで、超電導コイルに１Ｔの外部磁場を印加する。その後１５０Ａの電流を超電導コイルに流し、その時の発生電圧を測定する（これが定常運転に相当する）。通電電流を１５０Ａに維持したまま、外部磁場を２Ｔに上昇させ（これが外部擾乱に相当する）発生電圧を測定する。その結果を表１に示す。発生電圧は単位長さ当り（μＶ／ｃｍ）で表す。
【００４８】
【表１】
【００４９】
表１から判るように、定常運転を模擬した１Ｔ印加時は、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が含まれる実施例と比較例２において、発生電圧が小さい。一方、外部擾乱が入ったことを模擬した２Ｔ印加時は、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材が含まれる実施例と比較例１がその線材を含まない比較例２にくらべ発生電圧が小さい。このようにテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が並列に接続された超電導導体で超電導コイルを形成すると、両線材の特性を活かすことができ、定常運転時および異常状態時いずれの場合も発生電圧の小さい超電導コイルが実現できる。
【００５０】
今回開示された実施の形態および実施例は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の構成を模式的に示す部分断面斜視図である。
【図２】テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の構成を模式的に示す部分断面斜視図である。
【図３】超電導線材の電流―電圧特性を模式的に表した図である。
【図４】外部擾乱が入った際の電流―電圧特性の変化を模式的に表した図である。
【図５】使用条件下でＩｃが異なる線材が並列接続された場合の電流―電圧特性を模式的に表した図である。
【図６】使用条件下でＩｃが異なる線材が並列接続された場合の電流―電圧特性を模式的に表した図である。
【符号の説明】
【００５２】
１１ テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材
１２ 酸化物超電導フィラメント
１３ シース部
２０ テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材
２１ 金属配向基板
２２ 中間層
２３ 超電導薄膜層
２４ 安定化層
２５ ２６ 保護層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導コイルに関し、外部擾乱が入っても発生電圧が小さく安定に運転できる超電導コイル構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、酸化物超電導材料を用いた超電導線材は次の二種類が精力的に開発されている。ひとつは、パウダーインチューブ法で作製される（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０±δ（δは０．１程度の数：以下（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３とする）相を主成分とするテープ状銀被覆超電導線材である（たとえば、非特許文献１を参照）。もうひとつは、金属基板上に気相法あるいは液相法で超電導層が形成されたテープ状薄膜超電導線材である。薄膜超電導線材の超電導材料は、ＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ（ｘは７に近い数：以下ＲＥ１２３とする）の化学式で表わされる酸化物超電導材料であり、ＲＥ（Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ：レアアース）の部分にはＹ、Ｈｏ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｄｙ、Ｅｕ、Ｌａ、Ｔｍ等の希土類元素の一つかあるいは、その混合体が配される（たとえば、非特許文献２を参照）。
【０００３】
上記超電導線材を用いて、磁場応用を目的とした超電導コイルが作製されている。特許文献１には、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材を用いた複数のパンケーキコイルが積層された超電導コイルが開示されている。このテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材で作製された超電導コイルは２０Ｋ以下の低温に冷却され、目的とする運転電流がコイルに流され、磁場を発生させている。
【０００４】
（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材は磁場に対する抗性があまり強くなく、磁場がかかることによって臨界電流値の低下が大きい。よってコイル形状になった際、自ら発生する磁場によっても臨界電流値が低下する。そのため運転温度を下げることによって臨界電流値を大きくしておき、発生磁場下でも十分な超電導電流がコイルに流れるようにしている。このようにテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材を用いた超電導コイルにおいて、比較的大きな磁場を発生させようとすると、超電導コイルを２０Ｋ程度の低温まで冷却する必要がある。
【０００５】
一方、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材は、（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材に比べ磁場に対する抗性が強く、磁場中比較的高温条件でも高い臨界電流値を有する。よって高温でも高磁場を発生する超電導コイルが形成できる。またＶ（電圧）∝Ｉ（電流）ｎで表される超電導状態の電流−電圧特性において、電流値の係数であるｎ値が大きく、電流の変化に対して電圧が敏感に変動する線材である。このｎ値が大きいことが超電導コイルを構成した場合メリットにもなり、デメリットにもなる。
【０００６】
ｎ値が大きい線材で構成された超電導コイルを臨界電流以下の電流値で運転した場合、発生する電圧値は非常に小さく超電導コイルの発熱も小さい。一方なんらかの外部擾乱が入り温度が上昇する等で、運転電流が臨界電流値を超えた場合、大きな電圧が発生し多量の熱を発する。これにより超電導コイルのクエンチ現象が起こる。過度のクエンチ現象が起こると超電導線材が焼切れ超電導コイルが破損することもある。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１０４９１１号公報
【非特許文献１】ＳＥＩテクニカルレビュー、２００６年７月 第１６９号 ｐ１０３−１０８
【非特許文献２】ＳＥＩテクニカルレビュー、２００６年７月 第１６９号 ｐ１０９−１１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑み、定常運転状態では発生電圧が低くかつ、なんらかの外部擾乱が与えられても、発生電圧を低く抑えクエンチしにくい超電導コイルとそれに用いる超電導導体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材及び、ＲＥ１２３超電導線材の特性を詳細に調査し、それぞれの線材の特長を融合させることによって、上記課題を解決できる発明の完成に至った。以下、本発明について説明する。
【００１０】
本発明は、超電導導体が巻回されたパンケーキ状超電導コイルであって、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が電気的に並列接続された超電導導体が巻回されていることを特徴とする超電導コイルである。
【００１１】
本発明において、前記テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材と前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の幅が等しいことが好ましい。
【００１２】
本発明において、前記テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材と前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の使用温度及び磁場条件下における臨界電流値の関係が、０．８≦テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の臨界電流値／テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の臨界電流値≦１．２５であることが好ましい。
【００１３】
本発明において、前記テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材と前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材とが全長にわたり機械的に接続されていることが好ましい。
【００１４】
本発明において、同一ターン内において、前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が外側に巻回されていることが好ましい。
【００１５】
本発明において、前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の超電導層側が前記テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材側に向いて配置されていることが好ましい。
【００１６】
また本発明の超電導導体は、上記のいずれかの超電導コイルに用いられるテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が電気的に並列接続された超電導導体である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、定常運転状態では発生電圧が低くかつ、なんらかの外部擾乱が与えられても、発生電圧を低く抑えクエンチしにくい超電導コイルが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（実施の形態）
図１は、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の構成を模式的に示す部分断面斜視図である。図１を参照して、多芯のテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材について説明する。テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材１１は、長手方向に伸びる複数本の（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導体フィラメント１２と、それらを被覆するシース部１３とを有している。シース部１３の材質は、例えば銀や銀合金等の金属から構成される。
【００１９】
図２は、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の構成を模式的に示す部分断面斜視図である。図２を参照して、代表的なテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の例について説明する。テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材２０は、基板として金属配向基板２１と、金属配向基板２１上に形成された中間層２２と、中間層２２上に形成された超電導薄膜層２３と、超電導薄膜層２３を保護するための安定化層２４と、全体を保護し導電性をあげるための保護層２５、２６からなる。
【００２０】
金属配向基板２１としては、例えばＮｉ配向基板、Ｎｉ合金系の配向基板等を選択できる。中間層２０は、例えばＣｅＯ２やＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニア）等の酸化物を採用できる。超電導薄膜層２３としては例えばＨｏＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ（ｘは７に近い数）などの、ＲＥ１２３系超電導材料が選択される。安定化層２４と保護層２５，２６としては、Ａｇ（銀）やＣｕ（銅）が用いられる。
【００２１】
図３は超電導線材の電流―電圧特性を模式的に表した図である。横軸（電流）、縦軸（電圧）ともｌｏｇスケールで表されている。超電導線材のＶ（電圧）∝Ｉ（電流）ｎで表される電流―電圧曲線は図３のようなスケールでプロットするとほぼ直線状になる。上記関係式中のｎ（ｎ値）がこの直線の傾きである。ｎ値が大きいほど、直線の傾きが急になる。
【００２２】
超電導線材の臨界電流値（Ｉｃ）は１μＶ／ｃｍの電圧（図３中点線で表される）が発生する電流値で定義される。一般的に超電導コイルは臨界電流値以下の運転電流（図３中、一点鎖線：Ｉｏｐ）で動作され、発生電圧による発熱と冷却能力がバランスされ温度が一定に保たれる。
【００２３】
図３中線材Ａは大きなｎ値を持ち、線材Ｂは小さなｎ値を持つ。両線材は同じＩｃである。Ｉｃは同じであるが、Ｉｃ以下の運転電流が流れた場合、ｎ値の大きな線材Ａの方がその電流では発生電圧（図３中、Ｘ点の値）が小さいことがわかる。つまり定常状態の運転であれば、ｎ値の大きな線材で超電導コイルを構成した方がより安定した運転ができると言える。
【００２４】
ところで、上記の定常状態において、温度が上がる、磁場が大きくなる等なんらかの外部擾乱が入ると、超電導線材の臨界電流値が下がることになる。図４は外部擾乱が入った際の電流―電圧特性の変化を模式的に表した図である。温度が上がるあるいは磁場が強くなるといったことがおこると、超電導線材のＩｃは低下する。図４において、線材Ａは線材Ａ直線から線材Ａ’直線へ電流―電圧曲線が変化し、ＩｃがＩｃ’となる。一方線材Ｂにおいても、電流―電圧曲線が線材Ｂ直線から線材Ｂ’直線となり、同様にＩｃが低下する。
【００２５】
上記のような変化が起こった場合、運転電流（Ｉｏｐ）は一定なので、線材Ａでは定常運転の状態（図４中Ｘ点：線材Ａ直線と運転電流の交点）から、臨界電流が低下した時の電流−電圧曲線（図４中線材Ａ’直線）と運転電流の交点（Ｘ’点）の状態へと大きく電圧が上昇する。一方、線材Ｂにおいても同様にＹ点からＹ’点へ電圧が上昇する。
【００２６】
Ｘ点からＸ’点への大きな電圧変化が起こることが、ｎ値の大きな線材のデメリットである。超電導状態ではあるが、熱＝電圧×電流の関係から超電導コイルには熱が発生し、その発生熱が冷却能力を超えた場合次々に温度上昇、Ｉｃ低下が連鎖的に起こり、最終的に運転不能状態に陥る。これがクエンチ現象である。
【００２７】
一方、ｎ値の小さい線材では、同じ程度のＩｃ低下が起こっても、その際の電圧上昇はＹ点からＹ’点へと小さく、冷却能力を超えるほどの発熱には至らない。これがｎ値の小さい線材のメリットである。
【００２８】
現状、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材のｎ値は、超電導コイルとして使用するような温度、磁場条件下では、約３０程度である。一方、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材は温度、磁場に依存するが５〜２０程度の値である。これより、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材を高
ｎ値線材、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材を低ｎ値線材と位置付ける。
【００２９】
両線材それぞれ単独使用で超電導コイルを構成することも可能であるが、一長一短の特性を有するものとなる。そこで本発明は、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材を電気的に並列接続し超電導導体として用い超電導コイルを形成するものである。
【００３０】
図４を用いて、本発明の超電導コイルの動作を説明する。定常状態（臨界電流値がＩｃである状態）では、並列に接続された２種の線材の内、抵抗の小さい（発生電圧が小さいことと等しい）テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材（図４中、線材Ａ）にほとんどの電流が流れ、その際の発生電圧はＸ点の値となっている。これはテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材単独（図４中、線材Ｂ）で超電導コイルを形成した時より、小さな発生電圧（Ｙ点の値）となっている。
【００３１】
外部擾乱が入った場合（臨界電流値がＩｃ’となる）では、同じ運転電流値上の抵抗の小さい線材はテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材であり、電流がテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材に乗り移る。その際の発生電圧はＹ’点の値となる。これはテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材だけ（図４中、線材Ａ’）で超電導コイルを形成した場合より小さな電圧発生である。このように、本発明の超電導コイルは定常状態、外部擾乱が入った状態、いずれでも発生電圧が低く、より安定に運転可能である。
【００３２】
本発明においては、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の使用温度及び磁場条件下における臨界電流値（Ｉｃ）の関係が、０．８≦テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の臨界電流値／テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の臨界電流値≦１．２５であることが好ましい。
【００３３】
超電導線材のＩｃは温度、磁場に依存して変化する。液体窒素温度のゼロ磁場で両線材が同じＩｃを有していたとしても、超電導コイルとして運転される条件下、例えば温度３０Ｋ、磁場３Ｔでは両線材のＩｃは異なってくる。本発明は両線材のＩｃが使用温度、磁場条件下で近い方がより効果的である。
【００３４】
図５は使用条件下でＩｃが異なる線材が並列接続された場合の電流―電圧特性を模式的に表した図である。ある条件下で線材Ａ（高ｎ値線材）はＩｃＡの臨界電流値を有し、線材Ｂ（低ｎ値線材）はそれより低い臨界電流値ＩｃＢを有する。Ｉｏｐの電流にて超電導コイルは運転されている。超電導コイルに発生している電圧はＸ点の値である。この状態に外部擾乱が入り、それぞれ臨界電流値がＩｃＡからＩｃ’Ａへ、ＩｃＢからＩｃ’Ｂへ低下し、電流―電圧特性も線材Ａ’直線、線材Ｂ’直線へ移行する。外部擾乱が入った際の超電導コイルに発生する電圧はＹ’点の値である。図５から判るように、低ｎ値線材のＩｃが低い場合、Ｘ’点における電圧値とＹ’点における電圧値が近くなり、発生電圧抑制の効果はさほど大きくない。この現象は各線材のｎ値の大きさに依存する。低ｎ値線材のｎ値が小さければ、低ｎ値線材の電流―電圧特性の傾きが緩くなり（図５中では、線材Ｂ’直線が寝る）、かなりＩｃが低くても発生電圧を抑えることができる。図５中、線材Ｃ直線がｎ値の非常に小さい場合で、発生電圧はＺ点の値となる。
【００３５】
本発明で使用されるテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材は２０程度のｎ値を示す温度、磁場条件もあり、この場合あまりＩｃがテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材のＩｃと離れていると効果が小さくなる。ｎ値が２０程度である場合、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の臨界電流値／テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の臨界電流値の関係が０．８以上であることがより効果的であることを計算から導出した。
【００３６】
図６は使用条件下でＩｃが異なる線材が並列接続された場合の電流―電圧特性を模式的に表した図である。図６は低ｎ値線材（線材Ｂ）が高ｎ値線材（線材Ａ）より高いＩｃを持つケースである。図６から判るように、低ｎ値線材（線材Ｂ）のＩｃが高いと運転電流（Ｉｏｐ）における発生電圧（Ｘ点値とＹ点値）が逆転することもあり、高ｎ値線材（線材Ａ）に電流が流れない。この現象も両線材のｎ値の大小関係に依存するが、本発明で用いるテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の実質ｎ値からテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の臨界電流値／テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の臨界電流値の関係が１．２５以下の場合、効果的にテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材に電流が流れると計算から導出される。
【００３７】
さらに本発明ではテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の幅が等しいことが好ましい。パンケーキ状超電導コイルを冷却する際、パンケーキ超電導コイルの上面と下面に銅などの熱伝導性のよい金属冷却板と接触させて配置する。このとき超電導線材と金属冷却板の接触面積が大きいほど、超電導コイルを冷却しやすい。ところで並列に接続された線材の幅が異なると、パンケーキ状に巻いた際、その断面はくし状になり隙間が生じる。幅の狭い線材には冷却板が接触しない部分もあること及び、隙間部分は線材同士の接触もなく熱伝導が悪いことから冷却効率が上がらない。そこで並列接続される両線材の幅を揃え、パンケーキ超電導コイルの上下面を面一にすること及び、隙間を作らないようすることが好ましい。
【００３８】
また本発明では、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材とが全長にわたり機械的に接続されていることが好ましい。線材を電気的に並列接続するには両端だけを半田などで接続すればよい。超電導コイルとしては電気的な特性以外にも機械的な強度についても向上が望まれる。ｎ値等の超電導特性以外にもテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材を比較した場合、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の方が外部からかかる引張力に対する抗性が強い。超電導コイル内で、超電導線材は電磁力によるフープ力（引張力）を受ける。この力が大きい場合は線材中の超電導部分が破壊されることもある。テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材では金属配向基板２１が補強材の役目も兼ねており、大きな引張力にも耐えることができる。そこでテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の補強材として、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材を使用するよう両線材が全長にわたり半田などで機械的に接続されていると超電導導体全体としての強度があがる。接続としてはある程度周期的に不連続な、例えば１ｍ毎に接続部、非接続部を設けるなどの接続でもよいし、隙間無く連続的に接続でもよい。またこの接続が電気的にも接続されていてもいいことは言うまでもない。
【００３９】
機械的強度向上には次の二点の発明も効果がある。まずひとつは同一ターン内において、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が外側に巻回されることである。つまり本発明の超電導コイルを形成する際に、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が外になるよう並列導体を巻回する。超電導線材をテープ面に垂直に曲げる場合、例えばパンケーキ状超電導コイルを形成するように、超電導線材の内部では次のような力がかかる。超電導線材の厚さ方向の中央点を中立線として、中立線より内側（曲げ中心側）では圧縮力、中立線より外側では引っ張り力がかかる。セラミック材である、（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導材料、ＲＥ１２３超電導材料はいずれも引っ張り力よりも圧縮力に対する抗性が強く、圧縮力によるＩｃの低下が起きにくい。つまり曲げ加工を行った際、線材内部でも中立点より内側ではＩｃの低下がおこらず、主として外側でＩｃ低下が起こっている。両線材を比べた場合、その薄膜構造からテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の方が曲げに対する抗性が強い。よって両線材を用いて並列超電導導体を形成した場合、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材に圧縮力がかかるよう、つまり超電導導体の中立点の内側に配置されるよう超電導コイルを構成したほうが、曲げ加工によるＩｃの低下が小さいこととなる。
【００４０】
また同様の理由で、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の超電導層側がテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材側に向いて配置されていることが好ましい。概念的に考えてテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材は、金属配向基板の上に超電導層が載っている厚さ方向に非対称な層構造となっている。仮に超電導層が存在する側を上面、金属配向基板が存在する側を下面と定義した場合、上面をテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材と接触するよう配置することである。図２において保護層２５側をテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材に向けて超電導導体を構成する。このように配置すれば、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の超電導層は並列超電導導体の中立線に近づいて配置される。よって曲げ加工による引っ張り力が超電導層にかかりにくい構造が実現できる。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例に基づき、本発明をさらに具体的に説明する。
【００４２】
（実施例）幅４．０±０．１ｍｍ、厚さ０．２５±０．０１ｍｍの形状を有するテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材１０ｍと、幅４．００±０．０５ｍｍ、厚さ０．１±０．００２ｍｍの形状を有するテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材１０ｍを用意する。温度３０Ｋ、テープ面に平行な磁場１Ｔ中条件下での臨界電流値は、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材が１９０Ａ、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が２００Ａである。テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の超電導層側をテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材側にくるよう配置し、両端を半田付けし、１０ｍの超電導導体とする。
【００４３】
この超電導導体に厚み約１５μｍのターン間絶縁用ポリイミドテープを重ね合わせる。このように構成された導体を、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材が内側にくるようボビンのまわりに巻きつけて、内径８０ｍｍを持つパンケーキコイルを作製する。
【００４４】
上記パンケーキコイルの上面、下面には冷却板としての銅板が配置される。この銅板が冷凍機のコールドヘッドに熱伝導用バーを介して接続され、コイルが冷却される。超電導コイルは断熱真空容器の中に設置される。冷凍機の出力を調整することにより、超電導コイル全体を１０Ｋ程度まで任意の温度に設定できる。また超電導コイルにはテープ面に平行な外部磁場がかけられるようにしている。
【００４５】
（比較例１）実施例で用いたテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材だけを用いて、実施例と同じ内径をもつ超電導コイルとし、実施例と同様に冷却する。
【００４６】
（比較例２）実施例で用いたテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材だけを用いて、実施例と同じ内径もつ超電導コイルとし、実施例と同様に冷却する。
【００４７】
実施例と比較例のコイルを温度３０Ｋまで冷却し、その通電特性を試験する。試験方法としては、まず超電導コイルを３０Ｋまで冷却し、温度を安定させる。安定したところで、超電導コイルに１Ｔの外部磁場を印加する。その後１５０Ａの電流を超電導コイルに流し、その時の発生電圧を測定する（これが定常運転に相当する）。通電電流を１５０Ａに維持したまま、外部磁場を２Ｔに上昇させ（これが外部擾乱に相当する）発生電圧を測定する。その結果を表１に示す。発生電圧は単位長さ当り（μＶ／ｃｍ）で表す。
【００４８】
【表１】
【００４９】
表１から判るように、定常運転を模擬した１Ｔ印加時は、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が含まれる実施例と比較例２において、発生電圧が小さい。一方、外部擾乱が入ったことを模擬した２Ｔ印加時は、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材が含まれる実施例と比較例１がその線材を含まない比較例２にくらべ発生電圧が小さい。このようにテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が並列に接続された超電導導体で超電導コイルを形成すると、両線材の特性を活かすことができ、定常運転時および異常状態時いずれの場合も発生電圧の小さい超電導コイルが実現できる。
【００５０】
今回開示された実施の形態および実施例は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の構成を模式的に示す部分断面斜視図である。
【図２】テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の構成を模式的に示す部分断面斜視図である。
【図３】超電導線材の電流―電圧特性を模式的に表した図である。
【図４】外部擾乱が入った際の電流―電圧特性の変化を模式的に表した図である。
【図５】使用条件下でＩｃが異なる線材が並列接続された場合の電流―電圧特性を模式的に表した図である。
【図６】使用条件下でＩｃが異なる線材が並列接続された場合の電流―電圧特性を模式的に表した図である。
【符号の説明】
【００５２】
１１ テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材
１２ 酸化物超電導フィラメント
１３ シース部
２０ テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材
２１ 金属配向基板
２２ 中間層
２３ 超電導薄膜層
２４ 安定化層
２５ ２６ 保護層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導導体が巻回されたパンケーキ状超電導コイルであって、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が電気的に並列接続された超電導導体が巻回されていることを特徴とする超電導コイル。
【請求項２】
前記テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材と前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の幅が等しいことを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項３】
前記テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材と前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の使用温度及び磁場条件下における臨界電流値の関係が、０．８≦テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の臨界電流値／テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の臨界電流値≦１．２５であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の超電導コイル。
【請求項４】
前記テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材と前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材とが全長にわたり機械的に接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の超電導コイル。
【請求項５】
同一ターン内において、前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が外側に巻回されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の超電導コイル。
【請求項６】
前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の超電導層側が前記テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材側に向いて配置されていることを特徴とする請求項５に記載の超電導コイル。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の超電導コイルに用いるテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が電気的に並列接続された超電導導体。
【請求項１】
超電導導体が巻回されたパンケーキ状超電導コイルであって、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が電気的に並列接続された超電導導体が巻回されていることを特徴とする超電導コイル。
【請求項２】
前記テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材と前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の幅が等しいことを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項３】
前記テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材と前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の使用温度及び磁場条件下における臨界電流値の関係が、０．８≦テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の臨界電流値／テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の臨界電流値≦１．２５であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の超電導コイル。
【請求項４】
前記テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材と前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材とが全長にわたり機械的に接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の超電導コイル。
【請求項５】
同一ターン内において、前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が外側に巻回されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の超電導コイル。
【請求項６】
前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の超電導層側が前記テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材側に向いて配置されていることを特徴とする請求項５に記載の超電導コイル。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の超電導コイルに用いるテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が電気的に並列接続された超電導導体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２７０５１７（Ｐ２００８−２７０５１７Ａ）
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１１３６９（Ｐ２００７−１１１３６９）
【出願日】平成１９年４月２０日（２００７．４．２０）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月２０日（２００７．４．２０）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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