高温超伝導コイルに生じる機械損に関する研究

点击翻译按钮获取中文摘要

高温超伝導線の交流損失に関する研究は、高温超伝導線に生じる電磁的な損失を対象とする内容が多く、これまで本研究のように機械的な損失に着目した例はほとんど無かった。機械損は超伝導線とコイル構造材とのこすれによる損失であり、従って超伝導線単独では発生せず、コイル化してはじめて現れる損失である。その際、超伝導線とコイル構造材との接触における摩擦特性が密接に関係している。そこで、超伝導線とコイル構造材との接触における摩擦特性の違い、超伝導線の固定や構造材料の種類依存性などと関連させて、コイルに生じる機械損を実験的に検討した。特に大電流容量化を指向し、模擬的なCICCを用いた超伝導コイルを試作し、交流通電時における交流損失を調査することにより、CICCコイルの機械損の定量的な把握を行った。大電流により測定を容易にするため超伝導線には金属系NbTiの7本撚り線を用いたが、原理的には高温超伝導線を用いても全く同様の現象が起こる。また、接触相手材料であるコンジット材として非金属のGFRPやDFRPを用いた。交流通電時にコンジット材に生じる渦電流損を防止するため、金属製のコンジット材は使用しない。そして、ボイド率の異なるCICCを用いた超伝導コイルを幾つか製作して機械損を測定した。その結果、ボイド率が大きくなるに従って超伝導線の動き幅も大きくなるため、損失は増加した。また、コンジット材として摩擦係数の低いDFRPを用いた場合よりも、摩擦係数の高いGFRPを用いた場合の方が、発生する損失は低下した。冷媒の流路を確保する必要があるため、本質的にボイド率を小さくすることは出来ない。従って、コンジット材の選択として、摩擦係数の高い材料を用いることが、機械損低減に有効であるといえる。これらの結果は、今後の交流超伝導コイル技術の進展の一助となると考えられる。