DE60217395T2

DE60217395T2 - Supraleiterkabel und -spulen

Info

Publication number: DE60217395T2
Application number: DE60217395T
Authority: DE
Inventors: M. David Dover BUCZEK; D. John Bolton SCUDIERE; G. Leslie Mendon FRITZEMEIER
Original assignee: American Superconductor Corp
Current assignee: American Superconductor Corp
Priority date: 2001-11-28
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2022-10-19
Also published as: US6943656B2; US6745059B2; WO2003047006A2; JP4141957B2; AU2002353832A8; US20040235672A1; AU2002353832A1; JP2006324255A; JP2005510843A; EP1449265A2; EP1449265B1; CN1596479A; KR20040053360A; US20030099870A1; KR20060107853A; US20050181954A1; KR100669214B1; CA2467693C; CN100420055C; CA2467693A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft Supraleiterkabel und magnetische Vorrichtungen.
HINTERGRUND
Mehrlagige supraleitende Artikel, wie Bänder, die vielfältige Architekturen aufweisen, wurden entwickelt. Solche Artikel enthalten oft ein Substrat und eine Supraleiterschicht. Typischer Weise werden ein oder mehrere Pufferschichten zwischen dem Substrat und der supraleitenden Schicht angeordnet.
Die WO 01/008233 A offenbart einen Supraleiter mit einem ersten und einem zweiten Supraleiterbeschichteten Band die an metallischen Deckschichten zusammengeführt sind, unter Verwendung einer Lötstelle oder ähnlichem.
Die WO 02/15203 A1 offenbart ein supraleitendes Element, das Schichten von Bändern mit supraleitendem Material aufweist, die um ein röhrenförmiges Trägerelement angeordnet sind. Die Bänder sind gegenseitig beabstandet und haben einen solchen gegenseitigen Abstand, dass der Spalt zwischen dem supraleitenden Material der benachbarten Bänder nicht kleiner als 1,2 mm ist.
Im allgemeinen betrifft die Erfindung Supraleiterkabel und magnetische Vorrichtungen.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung einen Artikel, der eine erste Schicht, die auf einem ersten Supraleitermaterial gebildet ist, und eine zweite Schicht, die auf einem ersten elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, aufweist. Der Artikel enthält ebenfalls eine dritte Schicht, die aus einem zweiten Supraleitermaterial gebildet ist, und eine vierte Schicht, die aus einem zweiten elektrisch leitfähigen Material gebildet ist. Die zweite Schicht ist mechanisch mit der ersten Schicht gekoppelt (z.B. mechanisch an anderen Punkten als ihren Enden gekoppelt) und die vierte Schicht ist mechanisch mit der dritten Schicht gekoppelt (z.B. mechanisch an anderen Punkten als ihren Enden gekoppelt). Die zweite und vierte Schicht sind in elektrischer Wirkverbindung. Die erste und zweite Schicht weisen eine neutrale mechanische Achse auf, die wenn sie gebogen sind, verschieden zu der neutralen mechanischen Achse der dritten und vierten Schicht ist, wenn sie gebogen ist. Der Artikel enthält ferner ein erstes und ein zweites Substrat. Die erste Schicht liegt zwischen dem ersten Substrat und der zweiten Schicht und die dritte Schicht liegt zwischen dem zweitem Substrat und der vierten Schicht.
Der Ausdruck "mechanisch gekoppelt", wie hierin verwendet, bezeichnet eine Kraft zwischen (zum Beispiel, an der Schnittstelle von) zwei Schichten, die im Wesentlichen die Fähigkeit einer Schicht sich unabhängig von der anderen Schicht zu bewegen reduziert (z.B. beseitigt). Ein anderes Beispiel von mechanisch gekoppelten Schichten sind zwei Schichten, die chemisch miteinander verbunden sind. Ein anderes Beispiel für mechanisch gekoppelte Schichten sind zwei Schichten, die metallurgisch miteinander verbunden sind. Ein weiteres Beispiel für mechanisch gekoppelte Schichten sind zwei Schichten, die beide an einer adhäsiven Schicht zwischen ihnen anhaften. Es ist festzuhalten, dass zwei Schichten (oder andere Artikel, wie Bänder) im Allgemeinen nicht mechanisch gekoppelt sind, wenn die Schichten (oder Artikel) durch eine Kraft, die von Außen (im Gegensatz zu, von der Schnittstelle aus) auf die zwei Schichten einwirkt, gegeneinander gehalten gepresst werden. Falls zum Beispiel zwei Bänder innerhalb einer Isolierung gewickelt werden, die eine Andruckkraft bereitstellt, die die Bänder nahe zueinander hält, führt diese Kraft selbst nicht dazu, dass die Bänder mechanisch gekoppelt sind, obwohl die Bänder anderweitig mechanisch gekoppelt sein können (z.B. falls die Bänder chemisch oder metallurgisch miteinander verbunden sind).
Der Artikel kann so konfiguriert sein, dass sich die zweite und die vierte Schicht unabhängig voneinander bewegen können.
Das erste und das zweite Supraleitermaterial können gleich oder verschieden sein. Zum Beispiel kann eines oder können beide der supraleitenden Materialien Seltene-Erden Supraleitermaterial sein, wie zum Beispiel YBCO.
Das erste und das zweite elektrisch leitfähige Material können gleich oder verschieden sein. Zum Beispiel kann das erste und das zweite elektrisch leitfähige Material ein Metall sein (z.B. Kupfer) oder eine Legierung (z.B. eine Kupferlegierung).
Die erste und zweite Schicht sind in der Form eines Bandes. Die vierte und die dritte Schicht sind in der Form eines Bandes.
Der Artikel kann ferner eine erste und zweite Pufferschicht aufweisen. Die erste Pufferschicht kann zwischen dem ersten Substrat und der ersten Schicht sein und die zweite Pufferschichten kann zwischen dem zweitem Substrat und der dritten Schicht sein.
In manchen Ausführungsformen hat das erste Substrat eine Dicke, die in etwa gleich zu einer kombinierten Dicke der ersten Schicht, der ersten Pufferschicht und der zweiten Schicht ist.
In gewissen Ausführungsformen weist die vierte Schicht eine Dicke auf, die in etwa gleich zu einer kombinierten Dicke der dritten Schicht, der zweiten Pufferschicht und der zweiten Substratsschicht ist.
Der Artikel kann ferner eine erste Deckschicht und eine zweite Deckschicht aufweisen. Die erste Deckschicht kann zwischen der ersten und zweiten Schicht liegen und die zweite Deckschicht kann zwischen der dritten und vierten Schicht liegen.
Der Artikel kann ferner eine Zwischenschicht zwischen der zweiten und der vierten Schicht aufweisen. Die Zwischenschicht ist im allgemeinen aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet und kann zum Beispiel fähig sein eine Oxidation der zweiten und vierten Schicht zu verhindern und/oder eine Reibung zwischen der zweiten und der vierten Schicht zu verringern. In manchen Ausführungsformen ist in die Zwischenschicht zumindest teilweise aus Graphit gebildet.
Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung einen Artikel (z.B. ein Kabel), der ein erstes und zweitens spiralförmig gewickeltes Supraleiterband enthält. Das erste Band enthält eine Supra leiterschicht und eine elektrisch leitfähige Schicht und das zweite Band enthält eine Supraleiterschicht und eine elektrisch leitfähige Schicht. Die elektrisch leitfähige Schichten des ersten und zweiten Bandes sind in elektrischer Verbindung (z.B. in elektrischer Verbindung an mehr als einem Punkt, z.B. durch Kontaktieren einander an mehr als einem Punkt). Das erste spiralförmig gewickelte Supraleiterband hat eine neutrale mechanische Achse und das zweite spiralförmig gewickelte Supraleiterband hat eine andere neutrale mechanische Achse.
Das erste und das zweite spiralförmig gewickelte Band können derart konfiguriert werden, dass sie sich unabhängig voneinander bewegen können.
Der Artikel kann ferner ein Formelement enthalten, um welches das erste und zweite Band spiralförmig gewickelt sind.
In manchen Ausführungsformen sind die Supraleiterbänder des ersten und/oder zweiten Supraleiterbandes mechanisch zusammen gedrückt.
Das erste und zweite spiralförmig gewickelte Supraleiterband können eine gemeinsame Spiralachse aufweisen.
In manchen Ausführungsformen enthält der Artikel ferner ein drittes und ein viertes spiralförmig gewickeltes Supraleiterband. Das dritte spiralförmig gewickelte Supraleiterband enthält eine Supraleiterschicht und eine elektrisch leitfähige Schicht und das vierte spiralförmig gewickelte Supraleiterband enthält eine Supraleiterschicht und eine elektrisch leitfähige Schicht. Die elektrisch leitfähigen Schichten des dritten und vierten Supraleiterbandes können mehr als einen Punkt einer elektrischen Verbindung aufweisen (z.B. durch Berühren einander an mehr als einem Ort). Das dritte und vierte spiralförmig gewickelte Supraleiterband können eine gemeinsame Spiralachse aufweisen.
In gewissen Ausführungsformen überlappen die elektrisch leitfähigen Schichten des ersten und zweiten Supraleiterbandes zumindest teilweise. In manchen Ausführungsformen überlappen die elektrisch leitfähigen Schichten des ersten und zweiten Supraleiterbandes im Wesentlichen vollständig.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Artikel, der eine erste Mehrzahl und eine zweite Mehrzahl von spiralförmig gewickelten Bänder aufweist. In der ersten Mehrzahl von spiralförmig gewickelten Supraleiterbändern enthält jedes Band eine Schicht aus einem Supraleitermaterial und eine Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material und jedes Band ist parallel in eine erste Richtung gewickelt. In der zweiten Mehrzahl von spiralförmig gewickelten Supraleiterbändern enthält jedes Band eine Schicht aus einem Supraleitermaterial und eine Schicht aus einem elektrisch leitfähige Material und jedes Band ist parallel zu einer zweiten Richtung gewickelt, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Die Schichten aus elektrisch leitfähigem Material in jeder Schicht in der ersten Mehrzahl von Bändern weisen mehr als einen elektrischen Verbindungspunkt mit der Schicht aus dem elektrisch leitfähigen Material in jedem Band der zweiten Mehrzahl von Bändern auf (z.B. durch Kontaktieren einander an mehr als einem Ort).
In manchen Ausführungsformen weisen die erste und die zweite Mehrzahl von spiralförmig gewickelten Supraleiterbändern eine gemeinsame spiralförmige Achse auf.
In gewissen Ausführungsformen überlappen die elektrisch leitfähigen Schichten jeden Bandes in der ersten Mehrzahl von Supraleiterbändern zumindest teilweise mit den elektrisch leitfähigen Schichten jeden Bandes der zweiten Mehrzahl von Supraleiterbändern.
Jedes der Bänder in den Artikel kann eine unterschiedliche neutrale mechanische Achse aufweisen, wenn es gebogen ist, bezüglich der neutralen mechanischen Achse eines der anderen Bänder, wenn es gebogen ist.
In einem zusätzlichen Aspekt betrifft die Erfindung eine supraleitende Magnetspule, die erste und zweite Spulen-förmige Supraleiterbänder enthält. Jedes Spulen-förmige Supraleiterband ist um eine entsprechende Spulenachse gewickelt. Das erste Spulen-förmige Supraleiterband enthält eine Supraleiterschicht und eine elektrisch leitfähige Schicht. Die elektrisch leitfähige Schicht des ersten Spulen-förmigen Supraleiterbandes hat eine Oberfläche, die eine innere Oberfläche des ersten Spulen-förmigen Supraleiterbandes bildet. Die innere Oberfläche des ersten Spulen-förmigen Supraleiterbandes steht der Spulenachse des ersten Spulen-förmigen Supraleiterbandes gegenüber. Der zweite Spulen-förmige Supraleiter enthält eine Supraleiterschicht und eine elektrisch leitfähige Schicht. Die elektrisch leitfähige Schicht des zweiten Spulen-förmigen Supraleiterbandes hat eine Oberfläche, die eine äußere Oberfläche des zweiten die äußere Oberfläche des zweiten Spulen-förmigen Supraleiterbandes bildet. Die äußere Oberfläche des zweiten Spulen-förmigen Supraleiterbandes zeigt von der Spulenachse des zweiten Spulen-förmigen Supraleiterbandes weg. Das erste und das zweite Spulen-förmige Supraleiterband sind derart konfiguriert, dass die innere Oberfläche des ersten Supraleiterbandes benachbart zu der äußeren Oberfläche des zweiten Supraleiterbandes ist.
Das erste und zweite Supraleiterband in der Magnetspule können zu einander unterschiedliche neutrale mechanische Achse aufweisen.
In manchen Ausführungsformen kontaktieren das erste und das zweite Spulen-förmige Supraleiterband einander.
In gewissen Ausführungsformen sind in das erste und das zweite Spulen-förmige Supraleiterband miteinander gewickelt.
In manchen Ausführungsformen ist die Spulenachse des ersten Supraleiterbandes die gleiche Spulenachse wie die des zweiten Supraleiterbandes.
In manchen Ausführungsformen sind das erste und das zweite Supraleiterband umeinander gewickelt.
In manchen Ausführungsformen sind die Supraleiterschicht und die elektrisch leitfähige Schicht des ersten Supraleiterbandes mechanisch miteinander gekoppelt (z.B. mechanisch an anderen Punkten als ihren Enden gekoppelt) und die Supraleiterschicht und die elektrisch leitfähige Schicht des zweiten Supraleiterbandes sind mechanisch gekoppelt (zum Beispiel an anderen Punkten als ihren Enden gekoppelt).
In gewissen Ausführungsformen sind die Supraleiterschichten des ersten und/oder zweiten Supraleiterbandes mechanisch zusammengedrückt.
Die supraleitende Magnetspule kann ferner eine Zwischenschicht aufweisen, die zwischen den benachbarten ersten und zweiten Supraleiterbändern angeordnet ist.
Die supraleitende Magnetspule kann ferner ein drittes und viertes Spulen-förmiges Supraleiterband aufweisen. Jedes der dritten und vierten Spulen-förmigen Supraleiterbänder ist um eine entsprechende Spulenachse gewickelt. Das dritte Supraleiterband enthält eine Supraleiterschicht und eine elektrisch leitfähige Schicht. Die elektrisch leitfähige Schicht des dritten Spulen-förmigen Supraleiterbandes hat eine Oberfläche, die eine innere Oberfläche des dritten Spulen-förmigen Supraleiterbandes bildet. Die innere Oberfläche des dritten Spulen-förmigen Supraleiterbandes steht der Spulenachse des dritten Spulen-förmigen Supraleiterbandes gegenüber. Das vierte Spulen-förmige Supraleiterband enthält eine Supraleiterschicht und eine elektrisch leitfähige Schicht. Die elektrisch leitfähige Schicht des vierten Spulen-förmigen Supraleiterbandes weist eine Oberfläche auf die eine äußere Oberfläche des vierten Spulen-förmigen Supraleiterbandes bildet. Die äußere Oberfläche des vierten Spulen-förmigen Supraleiterbandes weist von der Spulenachse des vierten Spulen-förmigen Supraleiterbandes weg. Das dritte und vierte Spulen-förmige Supraleiterband sind derart konfiguriert, dass eine innere Oberfläche des dritten Supraleiterbandes benachbart zu der äußeren Oberfläche des vierten Supraleiterbandes ist.
Die Architektur des Supraleiterartikels (z.B. Bänder, Kabel und/oder Magnetspulen) kann vielfältigen Supraleiterschichten ermöglichen gleichzeitig zusammengepresst zu werden (z.B. durch an oder unterhalb der neutralen mechanischen Achse zu sein), wenn die Artikel gebogen werden.
Die Architektur der Supraleiterartikel (z.B. Bänder, Kabel und/oder Magnetspulen) kann das Risiko von einer reduzierten Stromdichte aufgrund von beispielsweise der Gegenwart von Defekten (z.B. lokalisierten Defekten, wie Brüchen an Korngrenzen oder Ähnlichem) in ein oder mehrere in den Supraleiterschichten verringern.
Die Architektur der Supraleiterartikel (z.B. Bänder, Kabel und/oder Magnetspulen) kann so einem Strom teilen durch beispielsweise redundante, geringere Hysterese-Verluste unter Wechselstrombedingungen, erhöhte elektrische Stabilität und/oder erhöhte thermische Stabilität führen.
Die Architektur der Supraleiterartikel (z.B. Bänder, Kabel und/oder Magnetspulen) kann zu einem bevorzugten Stressprofil und/oder verbesserten mechanischen Eigenschaften führen.
Die Architektur der Supraleiterartikel (z.B. Bänder, Kabel und/oder Magnetspulen) kann eine verbesserte mechanische Stabilität, verbesserte elektrische Stabilität, erhöhte Stromführungskapazität und/oder vorteilhafter Weise eine Herstellungsökonomie schaffen.
Die Architektur der Supraleiterartikeln (z.B. Bänder, Kabel und/Magnetspulen) kann eine mechanische Verschlechterung der operativen Supraleiterschicht(en) während des Biegens reduzieren.
Die Architektur der Supraleiterartikeln (z.B. Bänder, Kabel und/oder Magnetspule) kann es relativ einfach machen, die Artikel aufzuspalten.
Die Architektur der Supraleiterartikeln (z.B. Bänder, Kabel und/oder Magnetspulen) kann es relativ einfach machen, einen Abschluss von Bänderstapeln und/oder Leiterelementen zu erreichen.
Die Architektur der Supraleiterartikeln (z.B. Bänder, Kabel und/oder Magnetspulen) kann ein Erhitzten aufgrund beispielsweise lokalisierter Defekte in dem Supraleitermaterial verringern.
Die Supraleiterartikel (z.B. Bänder, Kabel und/oder Magnetspule) können in einer Vielzahl von Anwendungen einschließlich z.B. elektrischen, magnetischen, elektrooptischen, dielektrischen, thermischen, mechanischen und/oder Umweltschutz (z.B. schützenden) Anwendungen verwendet werden.
Andere Eigenschaften, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen offensichtlich.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittzeichnung einer Ausführungsform eines Supraleiterartikels, der zweiten Supraleiterbänder enthält;
2 ist eine Schnittzeichnung einer Ausführungsform des Supraleiterartikels von 1, wenn er gebogen ist;
3 ist eine der Aufsicht auf eine Ausführungsform eines Supraleiterbandes;
4 ist eine Schnittzeichnung eines Supraleiterbandes von 3;
5A ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Supraleiterbandes;
5B ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Supraleiterbandes;
6 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines Supraleiterbandes; und
7A und 7B sind eine perspektivische Ansicht beziehungsweise eine Draufsicht einer Ausführungsform einer Supraleiter-Magnetspule.
In den vielfältigen Zeichnungen bezeichnen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Elemente.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 zeigt eine Querschnittansicht einer Ausführungsform eines Supraleiterartikels 1000, der mehrlagige Supraleiterbänder 1100 und 1200 enthält. Das Band 1100 enthält ein Substrat 1110, eine Pufferschicht 1120, eine Supraleiterschicht 1130 und eine elektrisch leitfähige Stabilisierungsschicht 1140. Gleicherweise enthält das Band 1200 ein Substrat 1210, eine Pufferschicht 1220, eine Supraleiterschicht 1230 und eine elektrisch leitfähige Stabilisierungsschicht 1240. Die Schichten innerhalb der Bänder 1100 und 1200 sind mechanisch gekoppelt (z.B. chemisch verbunden oder metallurgisch verbunden) mit ihren entsprechenden benachbarten Schichten (z.B. mechanisch an anderen Punkten als ihren Enden gekoppelt), aber die Bänder 1100 und 1200 sind derart konfiguriert, dass sie sich unabhängig voneinander bewegen können, da, obwohl die Stabilisierungsschichten 1140 und 1240 miteinander in Kontakt und in elektrischer Verbindung sind, eine Oberfläche 440 der Stabilisierungsschicht 1140 nicht mechanisch mit einer Oberfläche 470 der Stabilisierungsschicht 1240 gekoppelt ist (z.B. nicht chemisch verbunden oder metallurgisch verbunden).
Bei der Architektur des Artikels 1000 kann der elektrische Strom einfach entlang und zwischen den Bändern 1100 und 1200 fließen, selbst wenn ein lokalisierter Defekt in den Supraleiterschichten 1130 und/oder 1230 vorliegt. Zum Beispiel in dem Fall, dass ein lokalisierter Defekt (z.B. ein Bruch, eine Korngrenze oder ähnliches) in der Supraleiterschicht 1130 vorliegt, kann der elektrische Strom in der Nähe des Defekts durch die Stabilisierungsschichten 1140 und 1240 in die Supraleiterschicht 1230 abgeleitet werden. Gleichermaßen kann, falls ein lokalisierter Defekt in der Supraleiterschicht 1230 vorliegt, der elektrische Strom in der Nähe des Defekts durch die Stabilisierungsschichten 1240 und 1140 in die Supraleiterschicht 1130 abgeleitet werden. Dies kann sowohl die elektrische Stabilität und/oder die Strombelastbarkeit des Artikels 1000 verglichen zu anderen Supraleiterartikeln, in welchen die supraleitenden Schichten in benachbarten Bändern nicht in elektrischer Verbindung miteinander sind, verbessern.
Darüber hinaus kann die Architektur des Artikels 1000 eine verbesserte elektrische Stabilität und/oder verbesserte Strombelastbarkeit selbst in Gegenwart von lokalisierten Defekten in einer der Supraleiterschichten 1130 und/oder 1230 schaffen, da diese Schichten in elektrischer Wirkverbindung miteinander über Stabilisierungsschichten 1140 und 1240 sind, wodurch das Volumen des elektrisch leitfähigen (einschließlich supraleitfähigem) Material in elektrischer Wirkverbindung in Artikel 1000 bezüglich anderen Systemen erhöht wird, in welchen die supraleitenden Schichten benachbarter Bänder nicht miteinander in elektrischer Wirkverbindung sind.
Zusätzlich können die Bänder 1100 und 1200 durch Ermöglichen der Bänder 1100 und 1200 sich zueinander unabhängig zu bewegen, so entworfen werden, dass wenn sie gewissen Stressbedingungen ausgesetzt sind (z.B. wenn sie gebogen werden wie zum Beispiel, wenn sie als Kabel oder Magnetspule ausgebildet werden), sie ihre eigene neutrale mechanische Achse aufweisen (das heißt den geringsten Spannungsbereich). Dies ist im zum Beispiel in 2 gezeigt, in welcher die Bänder 1100 und 1200 gebogen sind. Das Band 1100 weist eine neutrale mechanische Achse 1150 und das Band 1200 weist eine neutrale mechanische Achse 1250 auf. Ohne auf die Theorie beschränkt zu werden, wird angenommen, dass die Supraleiter Schichten 1130 und 1230 eine höhere kritische Stromdichte aufweisen, wenn sie zusammengepresst sind, als wenn sie gedehnt sind. Da die Bänder 1100 und 1200 unabhängige neutrale mechanische Achsen aufweisen, werden die Bänder 1100 und 1200 so entworfen, dass wenn sie gebogen sind, die Supraleiterschichten 1130 und 1230 an oder unterhalb der neutralen mechanischen Achse 1150 bzw. 1250 angeordnet sind. Dies ermöglicht den Supraleiterschichten 1130 und 1230 gleichzeitig in einem komprimierten Zustand zu sein, wenn die Bänder 1100 und 1200 gebogen sind.
In manchen Ausführungsformen ist der Abstand der supraleitenden Schicht von der neutralen Achse geringer als etwa zehn Prozent (z.B. weniger als etwa neun Prozent, weniger als etwa acht Prozent, weniger als etwa sechs Prozent, weniger als etwa fünf Prozent, weniger als etwa vier Prozent, weniger als etwa drei Prozent, weniger als etwa zwei Prozent, weniger als etwa ein Prozent) der Dicke des Bandes.
In gewissen Ausführungsformen ist die Dicke der Schichten in den Bändern 1100 und/oder 1200 so ausgewählt, dass wenn die Bänder 1100 und/oder 1200 gebogen sind, die supraleitenden Schichten 1130 und/oder 1230, entsprechend, an oder unterhalb den neutralen mechanischen Achsen 1150 und/oder 1250, entsprechend, sind. Beispielhaft ist in manchen Ausführungsformen die Dicke des Substrat 1110 in etwa gleich oder größer als die kombinierte Dicke der Stabilisierungsschicht 1140, der Supraleiterschicht 1130 und der Pufferschicht 1120. Beispielhaft kann die Dicke des Substrat 1110 mindestens etwa 1% größer (z.B. mindestens 2% größer, mindestens etwa drei Prozent größer, mindestens etwa vier Prozent größer, mindestens etwa fünf Prozent größer, mindestens etwa acht Prozent größer, mindestens etwa zehn Prozent größer) als in die kombinierte Dicke der Schichten 1140, 1130 und 1120 sein. In einem anderen Beispiel ist in bestimmten Ausführungsformen die Dicke der Stabilisierungsschicht 1240 etwa gleich oder größer als die kombinierte Dicke des Substrats 1210, der Pufferschicht 1220 und der Supraleiterschicht 1230. Beispielsweise kann die Dicke der Schichten 1240 mindestens etwa ein Prozent größer (z.B. mindestens etwa zwei Prozent größer, mindestens etwa drei Prozent größer, mindestens etwa vier Prozent größer, mindestens etwa fünf Prozent größer, mindestens etwa acht Prozent größer, mindestens etwa zehn Prozent größer) als die kombinierte Dicke der Schichten 1210, 1220 und 1230 sein.
In manchen Ausführungsformen ist in die Schicht 1110 zwischen etwa 20 μm bis etwa 80 μm dick (z.B. zwischen etwa 30 μm bis etwa 70 μm dick, zwischen etwa 40 μm bis etwa 60 μm dick, etwa 50 μm dick).
In bestimmten Ausführungsformen ist die Schicht 1120 zwischen etwa 0,1 μm bis etwa 0,5 μm dick (z.B. zwischen etwa 0,2 μm bis etwa 0,4 μm dick, etwa 0,3 μm dick).
In manchen Ausführungsformen ist in die Schicht 1130 zwischen etwa 0,7 μm bis etwa 1,3 μm dick (z.B. zwischen etwa 0,8 μm bis etwa 1,2 μm dick, zwischen etwa 0,9 μm bis etwa 11 μm dick, etwa 1 μm dick).
In manchen Ausführungsformen ist die Schicht 1140 zwischen etwa 45 μm bis etwa 51 μm dick (z.B. zwischen etwa 46 μm bis etwa 50 μm dick, zwischen etwa 47 μm bis etwa 49 μm dick, etwa 48,7 μm dick).
In manchen Ausführungsformen ist die Schicht 1210 zwischen etwa 20 μm bis etwa 80 μm dick (z.B. zwischen etwa 30 μm bis etwa 70 μm dick, zwischen etwa 40 μm bis etwa 60 μm dick, etwa 50 μm dick).
In bestimmten Ausführungsformen ist die Schicht 1220 zwischen 0,1 μm Ort und etwa 0,5 μm dick (z.B. zwischen etwa 0,2 μm bis etwa 0,4 μm dick, etwa 0,3 μm dick).
In manchen Ausführungsformen ist die Schicht 1230 zwischen etwa 0,7 μm bis etwa 1,3 μm dick (z.B. zwischen etwa 0,8 μm bis etwa 1,2 μm dick, zwischen etwa 0,9 μm bis etwa 1,1 μm dick, etwa einen Mikrometer dick).
In bestimmten Ausführungsformen ist in die Schicht 1240 zwischen etwa 48 μm bis etwa 53 μm Dicke (z.B. zwischen etwa 49 μm bis etwa 52 μm dick, zwischen etwa 50 μm bis etwa 52 μm, etwa 51,3 μm dick).
Die Substrate 1110 und 1210 werden typischerweise aus herkömmlichen Substratsmaterialien hergestellt. Solche Materialien umfassen zum Beispiel Metalle und Legierungen, wie Nickel, Silber, Kupfer, Zink, Aluminium, Eisen, Chrom, Vanadium, Palladium, Molybdän oder ihre Legierungen.
Die Pufferschichten 1120 und 1220 werden üblicher Weise aus herkömmlichen Puffermaterialien hergestellt. Beispiele für solche Materialien enthalten Metalle, mit Metalloxide und/oder Metalloxide, wie zum Beispiel Silber, Nickel, CeO₂, Y₂O₃, TbO_x, GaOx, Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkonium (YSZ), LaAlO₃, SrTiO₃, Gd₂O₃, LaNiO₃, LaCuO₃, SrTuO₃, NdGaO₃, NdAlO₃, MgO, AlN, NbN, TiN, VN and ZrN.
Im Allgemeinen werden Supraleiterschichten 1130 und 1240 werden aus Seltene Erden Oxide Supraleitermaterialien hergestellt. Beispiele für solche Materialien enthalten seltene-Erden Kupferoxid Supraleiter, wie zum Beispiel seltene-Erden Barium Kupferoxide (z.B. YBCO, GdBCO und ErBCO).
Typischer Weise werden die Substrat/Pufferschicht/Supraleiterschicht Anordnungen in den Bändern 1100 und 1200 mittels epitaktischem Wachstum hergestellt. Entsprechend werden die Oberflächen 432, 434 und 436 des Substrats 1110, der Pufferschicht 1120 bzw. der supraleitenden Schicht 1130 üblicher Weise strukturiert (z.B. zwei-achsig strukturiert oder kubisch strukturiert). In gleicher Weise werden die Oberflächen 484, 482 und 470 des Substrats 1210, der Pufferschicht 1220 bezie hungsweise der supraleitenden Schicht 1230 in gewöhnlicher Weise strukturiert (z.B. zwei-achsig strukturiert oder kubisch strukturiert).
Stabilisierungsschichten 1140 und 1240 werden im Allgemeinen auf elektrisch leitfähigen Materialien wie Metallen und/oder Legierungen hergestellt. Beispiele für Materialien aus denen Schichten 1140 und 1240 hergestellt werden können, enthalten Kupfer, Nickel, Silber und deren Legierungen.
Im Allgemeinen weist ein Band eine Längenabmessung auf, die im Wesentlichen größer als ihre Breite oder Quere ist. Exemplarische Abmessungen sind Mikrometer bis Hunderte von Mikrometer in der Höhe (z.B. mindestens 1 μm, mindestens 2 μm, mindestens 5 μm, mindestens 10 μm, mindestens 20 μm, mindestens 50 μm, mindestens 100 μm, mindestens 200 μm, mindestens 1000 μm), Millimeter bis Zentimeter in der Breite (z.B. mindestens 1 mm, mindestens 2 mm, mindestens 5 mm, mindestens 10 mm, mindestens 20 mm) und Bruchteile eines Meters bis tausende Meter in der Länge (z.B. mindestens 0,01 m, mindestens 0,2 m, mindestens 0,1 m, mindestens 1 m, mindestens 10 m, mindestens 100 m).
In manchen Ausführungsformen können die Supraleiterbänder 1100 und 1200 in Supraleiterkabeln enthalten sein. Die 3 und 4 zeigen eine Draufsicht beziehungsweise eine Schnittansicht eines Teils einer Ausführungsform eines Supraleiterkabels 400, in welchem eine Schicht 404 eines Kabels aus einem Supraleiterband 1100 hergestellt ist und eine Schicht 406 des Kabels 400 aus dem Supraleiterband 1200 hergestellt ist. Die Bänder 1100 und 1200 sind derart konfiguriert, dass sie sich relativ unabhängig zueinander bewegen (z.B. sind sie nicht miteinander mechanisch gekoppelt). Das Band 1100 ist spiralförmig um eine Spiralachse 420 gewickelt, so dass die Oberfläche 430 des Bandes 1100 zu der Spiralachse 420 zeigt und die Oberfläche 440 des Bandes 1100 von der Spiralachse 420 weg weist. Die Spirale, die durch das Band 1100 gebildet wird, weist einen Windungsabstand 450 auf, der dem Abstand entlang der Spiralachse 420 entspricht, in welchem das Band 1100 um 360° gewickelt wird. Im Allgemeinen kann der Windungsabstand 450 wie gewünscht variiert werden. Der Windungsabstand 450 kann etwa gleich zu der Breite des Bandes 1100 sein, so dass die aufeinander folgenden Windungen des Bandes 1100 aneinander angrenzen.
In einem anderen Beispiel kann der Windungsabstand 450 viel länger oder kürzer als die Breite des Bandes 1100 sein.
Das Band 1200 ist spiralförmig um das Band 1100 und um die Spiralachse 420 in entgegengesetzter Richtung zu dem Band 1100 gewickelt. Das Band 1200 ist mit seiner Oberfläche 470 zu der Spiralachse 420 zeigend und der Oberfläche 480 von der Spiralachse 420 weg zeigend gewickelt. Das Band 1200 hat einen Windungsabstand 490, der im Allgemeinen wie gewünscht variiert werden kann. Der Windungsabstand 490 kann beispielhaft etwa der Breite des Bandes 1200 entsprechen, so das die aufeinander folgenden Windungen des Bandes 1200 aneinander angrenzen. Der Windungsabstand 490 kann etwa gleich, kürzer oder länger als der Windungsabstand 450 sein.
Die Oberfläche 470 des Bandes 1200 kontaktiert die Oberfläche 440 des Bandes 1100 periodisch entlang dem Kabel an den Punkten 499. Die Punkte 499 sind typischer Weise Punkte elektrischer Verbindung zwischen den Bändern 1100 und 1200, die einem elektrischen Strom ermöglichen zwischen den Bändern 1100 und 1200 über die Stabilisierungsschichten 1140 und 1240 fließen zu können.
Das Kabel in 400 kann mit Bezug auf 4 durch Wickeln deren Bänder 1100 und 1200 um ein Formelement 401 hergestellt werden. Optional kann das auf Formelement 401 nach dem Wickeln entfernt werden oder als strukturelle Komponente des Kabels 400 verbleiben. Optional oder zusätzlich kann das Formelement 401 zum Bereitstellen einer cryogenen Flüssigkeit für das Kabel 400 verwendet werden, um die Bänder 1100 und/oder 1200 zu kühlen (z.B. auf eine Temperatur, die etwa die gleiche oder unterhalb der kritischen Temperatur der supraleitenden Schichten 1130 und/oder 1230 ist).
Obwohl Ausführungsformen geschrieben wurden, in welcher jede Schicht eines supraleitenden Bandes durch spiralförmiges Wickeln eines einzelnen Bandes um eine Spiralachse in einer vorgegebenen Richtung gebildet wird, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.
Beispielhaft können mehr als ein (z.B. zwei, drei, vier, fünf sechs, sieben, acht, etc.) Supraleiterbänder spiralförmig nebeneinander in der gleichen Richtung um eine Spiralachse gewickelt werden, um eine Schicht eines Supraleiterbandes herzustellen. Die 5A ist eine Draufsicht einer Ausführungsform einer Schicht eines Kabels 500, das zwei Supraleiterbänder 1100a und 1100b aufweist, die spiralförmig nebeneinander um eine Spiralachse 520 in der gleichen Richtung gewickelt sind. 5B eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Supraleiterkabels 800, das vier Bänder 810, 820, 830 und 840 aufweist. Die zwei Bänder 810 und 820 sind in einer ersten Spiralrichtung um ein Formelement 801 gewickelt. Das Band 810 und das Band 820 sind parallel gewickelt. Zwei zusätzliche Bänder 830 und 840 sind in einer zweiten Spiralrichtung, die entgegengesetzt zu der ersten Spiralrichtung ist, um das Formelement 801 oberhalb der Bänder 810 und 820 gewickelt. Die Bänder 830 und 840 sind parallel gewickelt. Die Anzahl der Supraleiterbänder, die spiralförmig nebeneinander in jeder Schicht eines Supraleiterkabels gewickelt sind, kann in die gleiche oder unterschiedlich zu der Anzahl von Supraleiterkabeln sein, die nebeneinander in anderen Schichten des Supraleiterkabels gewickelt sind. In manchen Ausführungsformen kann eine Schicht eines Supraleiterkabels aus einem einzigen Band gebildet sein, während ein oder mehrere andere Schichten des Supraleiterkabels aus mehreren Bändern, die nebeneinander gewickelt sind, gebildet sind.
In einem anderen Beispiel sind mehr als ein (z.B. zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, etc.) Supraleiterbänder aufeinander gestapelt und dann spiralförmig um eine Spiralachse in die gleiche Richtung gewickelt, um eine Schicht eines Supraleiterbandes zu bilden. In solchen Ausführungsformen werden die Supraleiterbänder so gestapelt, dass die Bänder Paare bilden, in welchen die Stabilisierungsschichten einander berühren. 6 zeigt eine Ausführungsform einer Schicht eines Kabels 600, das aus zwei Supraleiterbändern 1100 und 1200 gebildet ist, die aufeinander gestapelt und spiralförmig um eine Spiralachse 620 in der gleichen Richtung gewickelt sind. Die Anzahl der Supraleiterbänder, die aufeinander in jeder Schicht des Supraleiterkabels 600 gestapelt sind, kann gleich oder verschieden zu der Anzahl von Supraleiterbändern sein, die aufeinander in den anderen Schichten des Kabels 600 gestapelt sind. Eine Schicht eines elektrisch isolierenden Materials kann optional zwischen den Bändern 1100 und 1200 angeordnet gewickelt sein.
In manchen Ausführungsformen können Kabel, die ausreichende Stromübertragungsabschlüsse aufweisen, relativ einfach hergestellt werden und die Gesamtstromdichte des Kabels kann relativ hoch sein. Die Stromdichte kann beispielsweise größer als etwa 6000 Ampere sein.
In gewissen Ausführungsformen können ein oder mehrere der Bänder in einem Supraleiterkabel eine elektrisch leitfähige Stabilisierungsschicht mit einer freien Oberfläche aufweisen und die Bandschichten können an den Kabelenden getrennt sein, um die freien Oberflächen freizulegen. In manchen Ausführungsformen können ein oder mehrere der freigelegten freien Oberflächen der Stabilisierungschicht(en) als Abschluss für eine Stromübertragung in und/oder aus dem Supraleiterband verwendet werden.
Obwohl die Supraleiterbänder, die hier bezüglich ihrer Verwendung in Supraleiterkabeln diskutiert wurden, können die Supraleiterbänder auch in anderen Anwendungen verwendet werden, wie zum Beispiel als Supraleiterspulen (z.B. Magnetspulen). Die 7A und 7B zeigen eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht einer Supraleiterspule 600, die vielfältige Windungen (710, 715, 720, 725, etc.) gewickelt um die Spulenachse 730, wobei jede Windung durch die Supraleiterbänder 1100 und 1200 gebildet wird, aufweist. Die Bänder 1100 und 1200 sind im Allgemeinen nicht mechanisch gekoppelt, aber sie können an ihren entsprechenden Enden mechanisch angekoppelt sein. Bei jeder Windung der Spule 600 kontaktiert die Oberfläche 440 des Bandes 1100 die Oberfläche 470 des Bandes 1200, so dass die Bänder 1100 und 1200 in elektrischer Verbindung sind. Zusätzlich kontaktiert bei benachbarten Windungen der Spule 600, die Oberfläche 430 des Bandes 1100 die Oberfläche 480 des Bandes 1200 in der benachbarten Windung. In manchen Ausführungsformen können ein oder mehrere Materialien (z.B. ein elektrisch isolierendes Material, wie ein elektrisch isolierendes Gewebe) zwischen benachbarten Windungen (z.B. zwischen den Oberflächen 430 und 480 benachbarten Windungen) aufgewickelt sein.
Obwohl Ausführungsformen einer Supraleiterspule, die in jeder Windung aus einem Supraleiterbandpaar gebildet geschrieben wurde, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Im Allgemeinen kann bei einer Supraleiterspule jede Windung aus einer gewünschten Anzahl von Supraleiterpaaren (z.B. zwei Bandpaaren, vier Bandpaaren, sechs Bandpaaren, acht Bandpaaren, etc.) gebildet sein.
Typischer Weise ist jedes Bandpaar innerhalb einer Windung derart konfiguriert, dass die Stabilisierungsschichten einander kontaktieren, so dass die Bänder innerhalb jedes Bandpaares in elektrischer Verbindung sind und derart, dass die Substrate benachbarter Bandpaare einander berühren.
Obwohl die vorhergehende Beschreibung mit Bezug auf Supraleiterbänder erfolgte, die bestimmte Schichten (Substrat, Pufferschicht, Supraleiterschicht und Stabilisierungsschicht) aufweisen, ist die Erfindung nicht in dieser Weise beschränkt. Ein Supraleiterband kann zusätzliche Schichten aufweisen. In diesen Ausführungsformen sind die Schichten vorzugsweise derart angeordnet, dass die Supraleiterbänder unterhalb der neutralen mechanischen Achse des Bandes sind. In manchen Ausführungsformen kann dies durch Verwenden eines Stabilisierers erreicht werden, der eine Dicke aufweist die etwa gleich oder größer als die kombinierte Dicke der anderen Schichten in dem Band ist. In bestimmten Ausführungsformen kann dies unter Verwendung eines Substrats erreicht werden, das eine Dicke aufweist, die etwa gleich oder größer als die kombinierte Dicke der anderen Schichten in dem Band ist.
In bestimmten Ausführungsformen kann ein Supraleiterband mehr als eine Pufferschicht aufweisen (z.B. zwei Pufferschichten, drei Pufferschichten, vier Pufferschichten, etc.). Die mehrfachen Pufferschichten können aufeinander gestapelt sein. In bestimmten Ausführungsformen kann ein Supraleiterband mehr als eine Supraleiterschicht aufweisen. Die mehrfachen supraleitenden Schichten können aufeinander gestapelt sein. Ein supraleitendes Band kann zwischengeschaltete Pufferschichten und Supraleiterschichten enthalten.
In manchen Ausführungsformen kann ein Supraleiterband eine Deckschicht zwischen der supraleitenden Schicht und der Stabilisierungsschicht aufweisen. Die Deckschicht kann zum Beispiel aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet werden, das weniger reaktiv mit dem Supraleitermaterial ist, als an das Material, aus welchem die Stabilisierungsschicht gebildet ist. Beispiele für Materialien, aus welchem das Lot hergestellt werden kann, beinhalten Silber, Gold, Palladium und Platin.
In bestimmten Ausführungsformen kann ein Supraleiterband eine Lotschicht zwischen der Deckschicht und der Stabilisierungsschicht aufweisen. Die Lotschicht kann beispielsweise beim Haften zwischen der Deckschicht und der Stabilisierungsschicht helfen. Beispiele von Materialien, aus denen die Lotschicht hergestellt werden kann, beinhalten Blei-Zinn basierte Lotmaterialien (z.B. ein Lot, das etwa 62% Blei, etwa 36% Zinn und etwa 2% Silber aufweist, oder ein Lot, das etwa 95% Blei und etwa 5% Zinn aufweist). Andere Lote sind dem Fachmann bekannt.
Obwohl Supraleiterartikel beschrieben wurden, in welchem die Stabilisierungsschichten von benachbarten Bändern in Kontakt sind, sind zusätzlich andere Ausführungsformen ebenfalls möglich. Die Stabilisierungsschichten müssen allgemeiner nicht in Kontakt sein, aber vorzugsweise in elektrischer Verbindung und derart angeordnet, dass jedes Band seine eigene neutrale mechanische Achse aufweist. Eine Schicht eines Materials, wie eine Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material, das die Reibung zwischen benachbarten Stabilisierungsschichten und/oder einer Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material reduziert, das eine Oxidation einer oder beider der benachbarten Stabilisierungsschichten reduziert, kann beispielsweise zwischen den benachbarten Stabilisierungsschichten angeordnet sein. In manchen Ausführungsformen kann eine Schicht aus Graphit zwischen benachbarten Stabilisierungsschichten angeordnet sein. In manchen Ausführungsformen können ein oder mehrere benachbarte Stabilisierungsschichten ein geeignetes Schmiermittel aufweisen (z.B. damit imprägniert sein), wie ein oder mehrere Schmierfette (z.B. ein oder mehrere elektrisch leitfähige Schmierfette). In bestimmten Ausführungsformen kann eine harte Schicht (z.B. eine dünne harte Schicht) aus einem Material (z.B. einem elektrisch leitfähigen Material, wie Chrom, Nickel und/oder bestimmte Materialnitride) zwischen benachbarten Stabilisierern (z.B. gebildet aus einer zusätzlichen Schicht auf einer oder beiden Stabilisierungsschichten) angeordnet werden.
In bestimmten Ausführungsformen (z.B. wenn ein Band derart konfiguriert ist, dass die Stabilisierungschicht auf die Spiralachse zuweist) ist die Dicke dieses Stabilisierers etwa die gleiche oder größer als die kombinierte Dicke des Substrats, des Puffers und der supraleitenden Schicht. In bestimmten Ausführungsformen (z.B. wenn ein Band derart konfiguriert ist, dass die Stabilisierungschicht von der Spiralachse weg weist) ist die Dicke des Stabilisierers etwa gleich oder geringer als die Dicke des Substrats, geringer als die Dicke der Pufferschichten, geringer als die Dicke der supraleitenden Schichten.
Wenn zwei Schichten mechanisch gekoppelt sind, können Sie im Allgemeinen mechanisch an anderen Punkten als an ihren Enden gekoppelt sein. Sie können beispielsweise mechanisch entlang ihrer gesamten Oberflächen des Kontakts gekoppelt an sein. Sie können in einem anderen Beispiel mit Unterbrechungen mechanisch an Punkten entlang ihrer Oberflächen gekoppelt an sein.
Andere Ausführungsformen sind in den Ansprüchen angegeben.

Claims

Vorrichtung aufweisend: ein erstes supraleitendes Band (1100), mit: einem ersten Substrat (1110); einer ersten Schicht (1130), die ein erstes Supraleitermaterial aufweist; und einer zweiten Schicht (1140), die ein erstes elektrisch leitfähiges Material aufweist, wobei die erste Schicht zwischen dem ersten Substrat und der zweiten Schicht liegt, und die zweite Schicht mechanisch mit der ersten Schicht so gekoppelt ist, dass wenn sie gebogen wird, das erste supraleitende Band (1200) eine erste neutrale mechanische Achse (1150) aufweist; ein zweites supraleitendes Band (1200), mit: einem zweiten Substrat (1210); einer dritten Schicht (1230), mit einem zweiten Supraleitermaterial; und einer vierten Schicht (1240), die ein zweites elektrisch leitfähiges Material aufweist, wobei die dritte Schicht (1230) zwischen dem zweiten Substrat (1210) und der vierten Schicht (1240) liegt und die vierte Schicht (1240) mit der dritten Schicht (1230) mechanisch gekoppelt ist, so dass wenn sie gebogen ist, das zweite supraleitende Band (1200) eine zweite neutrale mechanische Achse (1250) aufweist, die von der ersten neutralen mechanischen Achse (1150) verschieden ist, wobei die zweite (1140) und die vierte Schicht (1240) elektrisch verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Supraleitermaterial einen ersten Seltene-Erden-Metalloxid-Supraleiter aufweist und das zweite Supraleitermaterial einen zweiten Seltene-Erden-Metalloxid-Supraleiter aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der erste Seltene-Erden-Metalloxid-Supraleiter und der zweite Seltene-Erden-Metalloxid-Supraleiter gleich sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der erste Seltene-Erden-Metalloxid-Supraleiter und der zweite Seltene-Erden-Metalloxid-Supraleiter YBCO aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste elektrisch leitfähige Material ein erstes Metall und das zweite elektrisch leitfähige Material ein zweites Metall aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das erste und das zweite Metall gleich sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das erste und das zweite Metall Kupfer aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dass ferner eine erste (1120) und eine zweite Pufferschicht (1220) aufweist, wobei die erste Pufferschicht (1120) zwischen dem ersten Substrat (1110) und der ersten Schicht (1130) liegt und die zweite Pufferschicht (1220) zwischen dem zweiten Substrat (1210) und der dritten Schicht (1230) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die erste Substratschicht (1110) eine Dicke aufweist, die gleich einer kombinierten Dicke der ersten Schicht (1130), der ersten Pufferschicht (1120) und der zweiten Schicht (1140) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die vierte Schicht (1240) eine Dicke aufweist, die etwa gleich einer kombinierten Dicke der dritten Schicht (1230), der zweiten Pufferschicht (1220) und der zweiten Substratschicht (1210) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine erste und eine zweite Deckschicht aufweist, wobei die erste Deckschicht zwischen der ersten und der zweiten Schicht und die zweite Deckschicht zwischen der dritten und der vierten Schicht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Zwischenschicht zwischen der zweiten und vierten Schicht aufweist, wobei die Zwischenschicht ein drittes elektrisch leitfähiges Material aufweist, das eine Oxidation der zweiten und vierten Schicht reduziert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, das ferner eine Zwischenschicht zwischen der zweiten und der vierten Schicht aufweist, wobei die Zwischenschicht ein drittes leitfähiges Material aufweist, das eine Reibung zwischen der zweiten und der vierten Schicht verringert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, das ferner eine Schicht aus Grafit zwischen der zweiten und vierten Schicht aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung derart konfiguriert ist, dass die zweite und vierte Schicht unabhängig voneinander bewegbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste supraleitende Band (1110) ein spiralförmig gewundenes Supraleiterband (1100) ist und ein zweites supraleitendes Band (1200) ein zweites spiralförmig gewundenes Supraleiterband (1200) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die erste und die dritte Schicht (1130, 1230) einen Seltene-Erden-Metalloxid-Supraleiter aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Seltene-Erden-Metalloxid-Supraleiter YBCO aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die zweite und die vierte Schicht (1140, 1240) ein Metall aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei das Metall Kupfer enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 16, die ferner ein formendes Element aufweist, wobei das erste und das zweite Supraleiterband (1100, 1200) spiralförmig um das formende Element gewickelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die erste und dritte Schicht (1130, 1230) mechanisch komprimiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das erste Supraleiterband (1100) ferner eine Pufferschicht (1120) und das zweite Supraleiterband (1200) ferner eine Pufferschicht (1220) aufweist, wobei die Pufferschicht des ersten Supraleiterbandes (1100) zwischen dem ersten Substrat (1110) und der ersten Schicht (1130) und die Pufferschicht (1220) des zweiten Supraleiterbandes (1200) zwischen dem zweiten Substrat und der dritten Schicht liegt (1230).
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das erste Supraleiterband (1100) ferner eine Deckschicht und das zweite Supraleiterband (1200) ferner eine Deckschicht aufweist, wobei die Deckschicht des ersten Supraleiterbandes (1100) zwischen der ersten Schicht (1130) und der zweiten Schicht (1240) und die Deckschicht des zweiten Supraleiterbandes (1200) zwischen der dritten Schicht (1230) und der vierten Schicht (1240) liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, die ferner eine Zwischenschicht zwischen der zweiten und vierten Schicht aufweist, wobei die Zwischenschicht ein drittes elektrisch leitfähiges Material aufweist, das eine Oxidation der zweiten und vierten Schicht verringert.
Vorrichtung nach Anspruch 16, die ferner eine Zwischenschicht zwischen der zweiten und vierten Schicht aufweist, wobei die Zwischenschicht ein drittes elektrisch leitfähiges Material aufweist, das eine Reibung zwischen der zweiten und vierten Schicht verringert.
Vorrichtung nach Anspruch 16, das ferner eine Schicht aus Grafit zwischen der zweiten und vierten Schicht aufweist.
Artikel nach Anspruch 16, wobei der Artikel derart konfiguriert ist, dass das erste und zweite helisch gewickelte Supraleiterband sich unabhängig voneinander bewegen können.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das erste und das zweite spiralförmig gewickelte Supraleiterband eine gemeinsame Spiralachse (420, 520, 620) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, die ferner beinhaltet: ein drittes spiralförmig gewickeltes Supraleiterband, das eine Supraleiterschicht und eine elektrisch leitfähige Schicht aufweist; und ein viertes spiralförmig gewickeltes Supraleiterband, das ferner eine Supraleiterschicht und eine elektrisch leitfähige Schicht beinhaltet, wobei die elektrisch leitfähige Schichten des dritten und vierten Supraleiterbandes mehr als einen elektrischen Verbindungspunkt aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei das dritte und vierte spiralförmig gewickelte Supraleiterband eine gemeinsame Spiralachse aufweisen (420, 520, 620).
Die Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Vorrichtung die Form eines Kabels aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die zweite und vierte Schicht zumindest teilweise überlappen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die zweite und vierte Schicht im Wesentlichen vollständig überlappen.
Vorrichtung mit: einer ersten Mehrzahl von spiralförmig gewickelten Supraleiterbändern (1110), wobei jedes Band in der ersten Mehrzahl von spiralförmig gewickelten Supraleiterbändern (1100) ein erstes Substrat (1110), eine erste Schicht (1130) des Supraleitermaterials und eine erste Schicht (1140) eines elektrisch leitfähigen Materials aufweist, wobei die erste Schicht (1130) des Supraleitermaterials zwischen dem ersten Substrat (1110) und der ersten Schicht (1140) des elektrisch leitfähigen Materials liegt, wobei jedes Band in der ersten Mehrzahl von spiralförmig gewickelten Supraleiterbändern (1100) parallel in einer ersten Richtung gewickelt ist; und einer zweiten Mehrzahl von spiralförmig gewickelten Supraleiterbändern (1200), wobei jedes Band in der zweiten Mehrzahl von spiralförmig gewickelten Supraleiterbändern (1200) ein zweites Substrat (1210), eine zweite Schicht (1230) eines Supraleitermaterials und eine zweite Schicht (1240) eines elektrisch leitfähigen Materials aufweist, wobei die zweite Schicht (1230) des supraleitenden Materials zwischen dem zweiten Substrat (1210) und der zweiten Schicht (1240) des elektrisch leitfähigen Materials liegt, wobei jedes Band in der zweiten Mehrzahl von spiralförmig gewickelten Supraleiterbändern (1200) parallel in eine zweite Richtung, die gegenläufig zu der ersten Richtung ist, gewickelt sind, wobei die Schicht (1140) des elektrisch leitfähigen Materials in jedem Band in der ersten Mehrzahl von Bändern mehr als einen elektrischen Verbindungspunkt mit der Schicht (1240) des elektrisch leitfähigen Materials in jedem Band der zweiten Mehrzahl von Bändern (1240) aufweist und wobei jedes der Bänder (1100, 1200) in der Vorrichtung, wenn gebogen, eine neutrale Achse aufweist, die unterschiedlich von einer neutralen mechanischen Achse eines der anderen Bänder (1110, 1200) ist, wenn sie gebogen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei die erste und zweite Mehrzahl von spiralförmig gewickelten Supraleiterbändern (1100) eine gemeinsame Spiralachse (420, 520, 620) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei die elektrisch leitfähigen Schichten (1140) jedes Bandes in der ersten Mehrzahl von Supraleiterbändern (1100) zumindest teilweise mit den elektrisch leitfähigen Schichten (1240) jeden Bandes in der zweiten Mehrzahl von Supraleiterbändern (1200) zumindest teilweise überlappen.
Supraleitende Magnetspule mit: einem ersten gespulten Supraleiterband (1100), das um eine erste Spulenachse (730) gespult ist, wobei das erste gespulte Supraleiterband (1100) aufweist: ein Substrat (1110); eine Supraleiterschicht (1130); und eine elektrisch leitfähige Schicht (1140), die eine Oberfläche aufweist, die eine innere Oberfläche des ersten gespulten Supraleiterbandes (1100) bildet, wobei die innere Oberfläche des ersten gespulten Supraleiterbandes (1100) der Spulenachse (630) des ersten gespulten Supraleiterbandes (1100) gegenübersteht; und ein zweites gespultes Supraleiterband (1200), das um die Spulenachse (730) gespult ist, wobei das zweite gespulte Supraleiterband (1200) aufweist: ein Substrat (1210); eine Supraleiterschicht (1230); und eine elektrisch leitfähige Schicht (1240), die eine Oberfläche aufweist, die eine äußere Oberfläche des zweiten gespulten Supraleiterbandes (1200) bildet, wobei die äußere Oberfläche des zweiten gespulten Supraleiterbandes (1200) von der Spulenachse des zweiten gespulten Supraleiterbandes (1200) wegweist, wobei das erste und das zweite gespulte Supraleiterband (1100, 1200) derart konfiguriert sind, dass die innere Oberfläche des ersten Supraleiterbandes (1100) benachbart zu der äußeren Oberfläche des zweiten Supraleiterbandes (1200) ist und wobei das erste und das zweite gespulte Supraleiterband (1100, 1200) verschiedene neutrale mechanische Achsen aufweisen.
Supraleitende Magnetspule nach Anspruch 38, wobei die elektrisch leitfähigen Schichten (1140, 1240) des ersten (1100) und des zweiten (1200) gespulten Supraleiterbandes einander berühren.
Supraleitende Magnetspule nach Anspruch 38, wobei das erste und das zweite gespulte Supraleiterband (1100, 1200) umeinander gewickelt sind.
Supraleitende Magnetspule nach Anspruch 38, wobei die supraleitenden Schichten (1130, 1230) einen Seltene-Erden-Metalloxid-Supraleiter aufweisen.
Supraleitende Magnetspule nach Anspruch 41, wobei das Seltene-Erden-Metalloxid-Supraleiter YBCO aufweist.
Supraleitende Magnetspule nach Anspruch 38, wobei die elektrisch leitfähigen Schichten (1140, 1240) ein Metall beinhalten.
Supraleitende Magnetspule nach Anspruch 43, wobei das Metall Kupfer enthält.
Supraleitende Magnetspule nach Anspruch 38, wobei das erste und das zweite Supraleiterband (1100, 1200) umeinander gewickelt sind.
Supraleitende Magnetspule nach Anspruch 38, wobei die Supraleiterschicht (1130) und die elektrisch leitfähige Schicht (1140) des ersten Supraleiterbandes (1100) mechanisch miteinander gekoppelt sind und die Supraleiterschicht (1130) und die elektrisch leitfähige Schicht (1140) des zweiten Supraleiterbandes (1200) mechanisch gekoppelt sind.
Supraleitende Magnetspule nach Anspruch 38, wobei die Supraleiterschichten des ersten und zweiten Supraleiterbandes (1100, 1200) mechanisch komprimiert sind.
Supraleitende Magnetspule nach Anspruch 38, die ferner eine Zwischenschicht aufweist, die zwischen den benachbarten ersten und zweiten Supraleiterbändern (1100, 1200) angeordnet ist, wobei die Zwischenschicht eine elektrisch leitfähige Schicht aufweist.
Supraleitende Magnetspule nach Anspruch 38, die ferner beinhaltet: ein drittes gespultes Supraleiterband, das um eine Spulenachse gespult ist, wobei das dritte gespulte Supraleiterband beinhaltet: eine Supraleiterschicht; und eine elektrisch leitfähige Schicht, die eine Oberfläche aufweist, die eine innere Oberfläche des dritten gespulten Supraleiterbandes bildet, wobei die innere Oberfläche des dritten gespulten Supraleiterbandes der Spulenachse des dritten gespulten Supraleiterbandes zugewandt ist; und ein viertes gespultes Supraleiterband, das um eine Spulenachse gespult ist, wobei das vierte gespulte Supraleiterband beinhaltet: eine Supraleiterschicht; und eine elektrisch leitfähige Schicht, die eine Oberfläche aufweist, die eine äußere Oberfläche des vierten gespulten Supraleiterbandes bildet, wobei die äußere Oberfläche des vierten gespulten Supraleiterbandes von der Spulenachse des vierten gespulten Supraleiterbandes wegweist, wobei das dritte und das vierte Supraleiterband derart konfiguriert sind, dass die innere Oberfläche des Supraleiterbandes benachbart zu der äußeren Oberfläche des vierten Supraleiterbandes ist.
Supraleitende Magnetspule nach Anspruch 49, wobei die Spulenachse des dritten Supraleiterbandes die gleiche wie die Spulenachse des vierten Supraleiterbandes ist.
Supraleitende Magnetspule nach Anspruch 49, wobei das dritte und das vierte Supraleiterband umeinander gespult sind.