冷凍機冷却を用いた計測用 1000A 級 小型酸化物超電導トランスの設計 Design of 1000A Class Small Oxide Superconducting Transformer Cooled by Cryocooler for Measurement 九工大・情報工 A , 九大院・シス情 B , 富士電機・総合研究所 C O 小田部荘司 A , 安田敬 A , 松下照男 A , 岩熊成卓 B , 坊野敬昭 C OE. S. OtabeA , T. YasudaA , T. MatsushitaA , M. IwakumaB , T. BohnoC Kyushu Inst. of Tech.A , Kyushu Univ.B , Fuji Electric Co. Ltd.C otabe@cse.kyutech.ac.jp 1. はじめに よりも十分低いので十分に冷却できる。一方、試料の温 酸化物超電導体の交流応用が進みつつあり、既存の機 度は 50-100 K で調整できる。試料の温度を保ち、また 器に対して優位性を示すためには一層の交流損失の低減 交流測定において影響を及ぼさないように、熱伝導が が必要である。そのため直接交流電流を通電した際の損 高く非磁性非導電性であるセラミック製のサンプルホル 失測定が必要であるが、電流値は 100 A を越えることも ダーを準備する。平板状の試料の大きさは 50 mm x 50 あり、限られた研究機関しか測定が行えない。これに対 mm 程度を想定している。 して、これまで酸化物超電導テープを利用したトランス 本研究は新エネルギー・産業技術総合開発機構 (NEDO) を用いることにより、液体窒素温度で最大で 800 A を通 の平成 12 年度産業技術研究助成事業によるものであり、 電できることを示してきた 1)-3) 。そこでさらに大電流を ここに記して謝意を表します。 得ることと、試料温度を変えて測定できることを目指し 【参考文献】 て、冷凍機冷却による小型の酸化物超電導トランスを設 1) 小田部ら: 1998 年度秋季、 1999 年度春季、 1999 年 計した。最大の通電電流は 60 Hz において 1000 A であ 度秋期低温工学・超電導学会講演概要集 る。 2) E. S. Otabe et al.: Advances in Superconductivity 2. 設計 XI (Springer-Verlag, Tokyo, 1999) 1393. 基本仕様 基本的な仕様を Table 1 にまとめている。超 3) E. S. Otabe et al.: Advances in Cryogenic Engi- 電導トランスと試料を冷却するために冷凍機を二台準備 neering 45 (2000) 713. している。トランスの温度は 40 K を想定しており、運 転によってはより低い温度で動作できる可能性がある。 また入力の電流は通常使える交流電源 (高砂 BPS, BWS シリーズ) 一台で通電できることを考えて 15 A としてい Table 1: Specification of oxide superconducting trans- る。 60 Hz に限っては、スライダックを使い商用交流線 former. から通電することにより、さらに高い電流を一次側に通 電することも想定している。 __________________________________________________________* *_________phasesingle phase 一次巻き線 巻き線の仕様について Table 2 に示す。一 frequency 60 Hz (30 ~ 100 Hz) 次巻き線としては銀合金シース Bi-2223 超電導多芯テー operation temperature 20 ~ 50 K プと高周波シールドリッツ線 (Cu) の二つを準備してい primary maximum voltage 11 Vpeak る。これは電流量を必要とするときには超電導線に通電 primary maximum current 14 Apeak し、周波数が高い電流で通電試験をするときにはリッツ __secondary_maximum_current___________________1000Apeak___* *_________ 線を利用することにより、損失をできるだけ減らすため である。超電導テープの臨界電流 Ic は 77.3 K の自己磁 界中で 50 A 以上であり、トランスの動作温度 40 K では Table 2: Specification of priary and secondary wind- 200 A 程度である。 ings. 二次巻き線 二次巻き線には一次巻き線と同じ超電導 primary secondary prim* *ary テープを用いるが、電流容量が不足するので 6 枚を並列 __________________________(HTS)________________________(Cu* *)_______ に束ねた導体として使用する。このように並列導体を用 inner diameter 72 95.8 10* *3.6 いるので、各導体間でのインダクタンスを均一化するた (mmOE) めに転位を施している。超電導並列導体と温度が高くな thickness (mm) 9.4 0.9 3.* *12 る試料を接続するために途中から銅板に半田づけをして __height_(mm)______________225.5_________225.5__________22* *5.5_____ いる。また二次側に流れる電流の測定はロゴスキーコイ winding (turn) 55 6 2* *05 ルにより行う。 __layer______________________8______________1_____________* *2_______ material Bi-2223 tape Cu 冷凍機 トランスと試料を冷却するために二台の冷凍機 dimention (mm) 3:8 x 0:25 OE1* *.06 を使用する。トランスからの交流損失は 40 K, 60 Hz に __Ic_(A)______________________>_50_at_77_K________________* *________ おいて一次側巻き線が 3.20 W、二次側巻き線が 0.74 W length (m) 113 11 1* *13 で合計 3.94 W と見積っており、冷凍機の冷却能力 20 W