EP3433882A1 - Superconductor device for operating in an external magnetic field - Google Patents

Superconductor device for operating in an external magnetic field

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Publication number
EP3433882A1
EP3433882A1 EP17715063.8A EP17715063A EP3433882A1 EP 3433882 A1 EP3433882 A1 EP 3433882A1 EP 17715063 A EP17715063 A EP 17715063A EP 3433882 A1 EP3433882 A1 EP 3433882A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filaments
current
superconductor
longitudinal direction
current paths
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17715063.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Tabea Arndt
Marijn Pieter Oomen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3433882A1 publication Critical patent/EP3433882A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/20Permanent superconducting devices
    • H10N60/203Permanent superconducting devices comprising high-Tc ceramic materials
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N60/80Constructional details
    • H10N60/85Superconducting active materials
    • H10N60/855Ceramic materials
    • H10N60/857Ceramic materials comprising copper oxide

Definitions

  • the invention relates to a superconducting device for operation in an external alternating magnetic field, comprising two superconducting contact elements and a connecting them in one of the current flow direction of a contact element to the other contact element corresponding longitudinal direction
  • alternating magnetic fields alternating magnetic fields
  • superconductors have also been proposed in alternating magnetic fields (alternating magnetic fields), for example in superconducting electrical machines.
  • alternating field losses occur, which can be divided into various components ent ⁇ speaking the physical causes.
  • superconductors there are over normal conductors additional effects / components, another problem is that these alternating field losses can be for use particularly troublesome under duty characteristics ⁇ gen in the cold and prohibitive, as a multiple of the alternating field losses is then required at room temperature, which the Reduced efficiency.
  • superconductors which are usually made of billets or bolts, for example NbTi, Nb3Sn, MgB2 or Bi 2223, the use of superconducting filaments is known. Filaments in superconductors not only have a posi ⁇ tive increase the stability of superconductivity result, but also the alternating field losses can be reduced.
  • the invention is therefore based on the object to provide a possible ⁇ ness to reduce the coupling losses at in individual filaments to be divided superconductor layers.
  • a superconductor device of the type ge ⁇ called is characterized in that two adjacent ones of the filaments are conductively connected in a fabric ⁇ th on the substrate the crossing area, are conductively connected to the four current paths by omitting the recess at least, with respect to itself the crossing opposite, offset in the longitudinal direction and a direction perpendicular to the longitudinal direction transverse direction of the layer plane, at the intersection meeting current paths of the adjacent filaments at least one, in particular in each case one ohmic resistance barrier is provided. In this case, the use of a respective resistance barrier is preferred.
  • the provision of the crossing regions and the resistance barriers results in the generation of two current paths crossing in the crossing region, along which the electric fields (and thus also the induced voltages) cancel each other out in a symmetrical configuration, ie four geometrically at least similar current paths.
  • the effect is in this case at least in the range up to the critical current of a filament is the same, which also would result if an isolated by the at ⁇ whose current path bridge to the other filament would see pre ⁇ .
  • the present invention allows a two-dimensional realization, lying in the layer plane, of a "rotation" of current paths against one another. Accordingly, the effect also arises in the present invention, at least in part, of viewing along a current path at least for the most part, with corresponding symmetry, cancel out the electric fields.
  • a layered superconductor according to the invention does not simply have straight-line filaments / striations which completely define the current paths, but rather countries, the current paths intersect each other in the layer plane in a defined way such that the induced electrical ⁇ rule fields along the current paths cancel each other at least partially.
  • the resistance barriers which are local regions of defined resistance, thus lead to the decoupling of the current paths.
  • junction in particular an odd number of crossing areas are connected. With a very high number of crossing regions over the length of the conductor, however, the even or odd number of crossing regions is negligible.
  • Has a current-carrying section therefore, in ⁇ way of example six filaments, to form three groups of adjacent filaments, each having at least an intersection area, and consequently two in the eins- form at least one junction intersecting current paths.
  • An odd number of crossing areas means that an even number of conductor loops is formed, so that alternately the by Kir- netfeld induced electric field encounters the current in opposite ⁇ translated directions, so that it in a symmetrical configuration, ideally, to a lifting of the effects comes.
  • the resistance barriers at several intersection areas are to be arranged in such a way that there is always a current path which does not lead across any of the resistance barriers. Overall, in this embodiment, only care must be taken that always between the two filaments of a
  • the electrical connection is made and preferably the corresponding offset resistance barriers are provided.
  • the resistance values of the at least one resistance barrier are respectively selected so that an ohmic power loss is smaller in absolute value than a Redu ⁇ cation of the power loss due to coupling be ⁇ nachbarter filaments.
  • the resistance values may, for example, be in a range of less than 0.5 ⁇ , in particular less than 0.1 ⁇ sondere ⁇ . With externally produced contacts on high-temperature superconductors easy to get into the range of about 6 ⁇ , so that the said low ⁇ ren values for the individual resistance barrier appear slightly he ⁇ reichbar.
  • Resistance values for the individual resistance barriers can also be roughly estimated by making a comparison with a conventional striated conductor with non-intersecting filaments, for example, assuming six filaments of 0.1 m in length, a substrate width of 0.012 m , ei ⁇ ner filament separation (width of the recess) of 10 ym and a thickness of the superconducting layer on the substrate of 3 ym, it follows from the law of induction and, assuming a total current of 120 A, finally a power dissipation density of 10 7 W / m 3 .
  • the at least one lovedsbarrie ⁇ re by laser treatment and / or mechanical treatment of the layer and / or a localized Dotie ⁇ tion / depletion of the layer and / or by using a local coating and / or weakening the superconducting structure in Substrate be realized.
  • the Supraleittechnologie basically be ⁇ knew ways to generate targeted and locally resistance barriers low resistance in filaments.
  • a use of a laser once it is known for example to produce the Aussparun ⁇ gen between the individual filaments as well by a laser and the barrier as well as a (less intensive) use of the laser in the resistance for the barrier provided spatial resistance range on the remaining filament can be made.
  • the at least one resistance barrier is arranged directly adjacent to the respective crossing region, since then a particularly clear definition of the current paths is made possible.
  • the invention can be realized in a particularly simple manner by virtue of the fact that a recess or furrow is not continuously formed over the entire length of the current-carrying section by the superconductor layer which separates the filaments, but has interruptions at the intended crossing regions, so that the crossing areas entspre ⁇ accordingly arise.
  • a corresponding lateral constriction of the intersection region the ⁇ still will be intended and contemplated. ⁇ is deviated as little as possible Draw from the straight course of the individual filaments, this results in the most compact realization of the present invention.
  • Fig. 3 shows a second embodiment of a erfindungsge ⁇ MAESSEN superconducting device, and Fig. 4 a plurality of crossing areas in a filament group.
  • Fig. 1 shows an extremely simple, for illustration geeigne ⁇ tes embodiment of a superconducting device according to the invention la, in which two filaments 3 connecting two contact elements 2 are provided, which are separated by Ausspa ⁇ ments 4.
  • the plane of the drawing of FIG. 1 is the layer plane of the superconductor layer.
  • the Strom Resultssab ⁇ section 5 is as known between the contact elements. 2
  • the filaments are not separated 3 over the entire current-carrying section 5, but centrally in a Kreu ⁇ -cutting section 6 and a total of a symmetrical design ⁇ from forming an electrically conductive manner.
  • This sym- metry is broken, however, immediacy ⁇ adjacent bar through the crossing portion 6 at opposite with respect to the intersection region 6, transversely and longitudinally offset, locally provided in resistance areas resistance barriers. 7
  • the resistance barriers 7 have an extremely low ohmic resistance value, in this case in the range of less than 0.1 ⁇ , and were produced by laser treatment, although other possibilities for generation are also conceivable.
  • YBCO is used herein.
  • An external alternating magnetic field runs perpendicular to the layer plane according to the arrows 9 and can thus induce an electric field indicated by the arrows 10, that is to say due to the change over time.
  • the provision of the resistance barriers 7 now accelerated initially the use of a first, ge ⁇ marked by solid arrows 11 the current path, which consequently changes in the crossing area 6 from the left filament 3 to the right filament 3, wherein in the present case illustrates a situation in which the transport stream from bottom to top in Fig. 1 runs.
  • the second current path which leads across the resistance barriers 7 and is identified by dashed arrows 12, is also used.
  • the first and the second current paths thus intersect in the crossing region 6, so that overlapping current paths in the layer plane of the superconductor layer can be created by the resistance barriers 7 and the crossing region 6.
  • the curve 13 corresponds to the total current, whose maximum in magnitude ideally corresponds to substantially twice the critical current of a filament 3.
  • the curve ⁇ ve 14 shows the course of the partial flow for the first current path (arrows 11 in Fig. 1), the curve 15 the course for the second current path (arrows 12 in Fig. 1). Until the critical current I c in the first current path is reached, only current flows in the first current path, after which the second current path takes over the excess current; in the case of the falling total current edge, the opposite occurs accordingly.
  • the second current path fulfills the task of compensating for the induced electric field, so that at least partially the vorteilhaf ⁇ te reduction of coupling losses occurring.
  • the current paths or filaments need not necessarily diverge as pronounced pronounced, as shown in the illustrative first embodiment of FIG. Si It only needs to be ensured that the resistance barriers 7 force the illustrated current flow.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a superconducting device 1b according to the invention, wherein for the sake of simplicity the reference symbols of FIG. 1 have been retained for corresponding components.
  • six filaments 4 are vorgese ⁇ hen here, which are divided into three groups of filaments 16 of each two neighboring filaments 3.
  • Filament groups 16, the recess 4 is continuous, while within the filament groups 16, the recess 4 is interrupted to form the crossing regions 6, wherein a possible course of the resistance barriers 7 is interpreted accordingly. Accordingly, the current flow is also ge ⁇ according to the first current path, see. here the arrow 17, and in the second current path, cf. here the arrow 18, again dashed, forced.
  • the crossing regions 6 are each located in the middle of the current-carrying section 5, so that in each case opposite electric fields occur along the current paths at equal lengths.
  • the number of crossing regions 6 does not necessarily have to be limited to one, as shown schematically by the filament pair 16 of FIG. 4. There, three crossing regions 6 are realized, which are equidistant over the length of the

Abstract

The invention relates to a superconductor device (1a, 1b) for operating in an external alternating magnetic field, having two superconductive contact elements (2) and a current conducting section (5) which connects the contact elements in a longitudinal direction that corresponds to the power flow direction from one contact element (2) to the other contact element (2) and which comprises a superconductive layer applied onto a substrate (8). The superconductive layer is at least partially interrupted in the longitudinal direction by means of a recess (4), in order to form individual filaments (3) which form current paths for transporting current. At least two adjacent filaments (3) are connected in a conductive manner by omitting the recess (4) in an intersection region (6) which is formed on the substrate (8) and where four current paths are conductively connected. At least one ohmic resistance barrier (7), in particular one respective ohmic resistance barrier, is provided in current paths of the adjacent filaments (3), said current paths lying opposite one another with respect to the intersection and being offset in a layer plane longitudinal direction and in a layer plane transverse direction perpendicular to the longitudinal direction.

Description

Beschreibung description
Supraleitereinrichtung zum Betrieb in einem externen Magnetfeld Superconductor device for operation in an external magnetic field
Die Erfindung betrifft eine Supraleitereinrichtung zum Betrieb in einem externen Wechselmagnetfeld, aufweisend zwei supraleitende Kontaktelemente und einen diese in einer der Stromflussrichtung von einem Kontaktelement zu dem anderen Kontaktelement entsprechenden Längsrichtung verbindendenThe invention relates to a superconducting device for operation in an external alternating magnetic field, comprising two superconducting contact elements and a connecting them in one of the current flow direction of a contact element to the other contact element corresponding longitudinal direction
Stromführungsabschnitt mit einer auf ein Substrat aufgebrach¬ ten Supraleiterschicht, wobei die Supraleiterschicht wenigs¬ tens teilweise in Längsrichtung zur Bildung einzelner, Stromwege für den Transportstrom bildender Filamente mittels einer Aussparung durchtrennt ist. Current-carrying section with a substrate broke up ¬ th superconductor layer, said superconductor layer Wenig ¬, current paths for the transport stream forming filaments is cut through by means of a recess least partially in the longitudinal direction to form individual.
Der Einsatz von Supraleitern wurde auch in magnetischen Wechselfeldern (Wechselmagnetfeldern) vorgeschlagen, beispielsweise in supraleitenden elektrischen Maschinen. Beim Einsatz von elektrischen Leitern in Wechselmagnetfeldern treten Wechselfeldverluste auf, die in verschiedenen Komponenten ent¬ sprechend den physikalischen Ursachen gegliedert werden können. Bei Supraleitern gibt es gegenüber Normalleitern zusätzliche Effekte/Komponenten, wobei ein weiteres Problem darin liegt, dass diese Wechselfeldverluste unter Einsatzbedingun¬ gen im Kalten besonders störend und prohibitiv für die Anwendung sein können, da ein Vielfaches der Wechselfeldverluste dann bei Raumtemperatur benötigt wird, was den Wirkungsgrad reduziert . The use of superconductors has also been proposed in alternating magnetic fields (alternating magnetic fields), for example in superconducting electrical machines. When using electric conductors in alternating magnetic fields alternating field losses occur, which can be divided into various components ent ¬ speaking the physical causes. In superconductors, there are over normal conductors additional effects / components, another problem is that these alternating field losses can be for use particularly troublesome under duty characteristics ¬ gen in the cold and prohibitive, as a multiple of the alternating field losses is then required at room temperature, which the Reduced efficiency.
Bei Normalleitern wird bei Wechselmagnetfeldeinsätzen üblicherweise vorteilhaft kein monolithischer Leiter, sondern ein Litzenleiter verwendet. Dies minimiert die nachteiligen Wirkungen von Skin-Effekt (Stromverdrängung) und Wirbelstromver- lusten. In normal conductors, in magnetic field inserts usually no monolithic conductor, but a stranded conductor is used with advantage. This minimizes the adverse effects of skin effect (current displacement) and eddy current losses.
Auch bei Supraleitern, die meist aus Billets oder Bolzen hergestellt werden, beispielsweise NbTi, Nb3Sn, MgB2 oder Bi- 2223, ist die Verwendung von supraleitenden Filamenten bekannt. Filamente bei Supraleitern haben nicht nur eine posi¬ tive Erhöhung der Stabilität der Supraleitung zur Folge, sondern können auch die Wechselfeldverluste reduzieren. Also superconductors, which are usually made of billets or bolts, for example NbTi, Nb3Sn, MgB2 or Bi 2223, the use of superconducting filaments is known. Filaments in superconductors not only have a posi ¬ tive increase the stability of superconductivity result, but also the alternating field losses can be reduced.
Eine wichtige Gruppe von Wechselfeldverlusten bei Supralei¬ tern sind die sogenannten Hystereseverluste, die dadurch zu¬ stande kommen, dass in den Leiter eindringende Magnetfelder sich mit dem äußeren Wechselmagnetfeld in ihrer Richtung än- dern und somit Ummagnetisierungsvorgänge stattfinden müssen. Da die Ausdehnung des Supraleiters senkrecht zum Magnetfeld die Größe der Hystereseverluste bestimmt, ist eine Ausbildung von dünnen Filamenten vorteilhaft. Die Filamente in Supralei¬ tern sind aber üblicherweise elektrisch miteinander verbun- den, zum einen zwangsweise an den Enden über die Kontakte, an denen der Strom eingespeist bzw. ausgeleitet wird, und ggf. zum anderen über die (resistive) normalleitende Matrix. Die damit verbundenen Wechselfeldverluste nennt man Kopplungsver¬ luste . An important group of alternating field losses in Supralei ¬ tern are the so-called hysteresis, which thereby cause ¬ unable that in the conductor penetrating magnetic fields must change with the outer magnetic field in its direction AEN countries and thus held in magnetization processes. Since the extent of the superconductor perpendicular to the magnetic field determines the size of the hysteresis losses, formation of thin filaments is advantageous. But the filaments in Supralei ¬ tern are usually electrically connected to one another to, for a normal-conducting forcibly at the ends via the contacts, to which the power is fed or discharged, and possibly to the other about the (resistive) matrix. The associated alternating field losses are called Kopplungsver ¬ losses.
Bei einer solchen Filamentisierung und Kopplung über die Kontakteelemente und/oder die Matrix tritt das Problem auf, dass es zu einer Kopplung zwischen den einzelnen Filamenten kommt, insbesondere also durch das äußere Wechselmagnetfeld Spannun- gen und Ströme in durch die Filamente gemeinsam mit Verbin¬ dungen zwischen diesen an Kontaktelementen gebildeten Leiterschleifen induziert werden, wodurch die Kopplungsverluste entstehen. Für Normalleiter und Multifilament-Supraleiter ist es daher bekannt, diese gegeneinander zu verdrehen, so dass die aufgrund des Wechselmagnetfeldes entstehenden elektri¬ schen Felder sich in benachbarten Schleifen aufheben. Dieses Konzept ist auch als „twisted pair" bekannt. In such a filamentization and coupling via the contact elements and / or the matrix, the problem arises that there is a coupling between the individual filaments, in particular by the external alternating magnetic field voltages and currents in through the filaments together with connec ¬ tions be induced between these conductor loops formed on contact elements, whereby the coupling losses arise. For normal conductor and multifilament superconductors it is therefore known to twist them against each other, so that the resulting due to the alternating magnetic field electrical ¬ rule fields cancel in adjacent loops. This concept is also known as "twisted pair".
Eine solche Ausgestaltung ist nicht möglich bei Schichtsupra- leitern, die als Schicht auf ein Substrat aufgebracht werden. Um die Hystereseverluste zu verringern, wurde diesbezüglich vorgeschlagen, die ursprünglich in der Breite durchgängige Supraleiterschicht in Längsrichtung in Streifen, sogenannte „striations" , zu unterteilen. Dies wird beispielsweise in ei¬ nem Artikel von Coleman B. Cobb et al . , „Hysteretic loss reduction in striated YBCO", Physica C 382 (2002), Seiten 52 - 56, beschrieben. Dort wird von der Problematik ausgegangen, dass die Schichtsupraleiter, welche Breiten bis zu 1 cm aufweisen können, beim Betrieb in Wechselmagnetfeldern senkrecht zu der Schicht nicht akzeptable Hystereseverluste aufweisen. Es wird untersucht, wie sich diese Hystereseverluste bei Un¬ terteilung der Supraleiterschicht in dünne, lineare Filamente („striations" ) verhalten. Es ergibt sich im Allgemeinen, dass sich zwar die Hystereseverluste reduzieren lassen, da die Dimension der Filamente senkrecht zur Feldrichtung hierfür der bestimmende Faktor ist. In einer realen Anwendung jedoch, bei der die Filamente mindestens am Anfang und Ende jeweils durch elektrische Kontaktelemente (oder durch Matrix und Shunt- Layer) kurzgeschlossen sind, weisen diese sogenannten Such a configuration is not possible with layered superconductors, which are applied as a layer to a substrate. In order to reduce the hysteresis losses, it has been proposed in this regard that the initially in the width continuous superconductor layer in the longitudinal direction in strips, so-called To divide "striations" This is, for example, in ei ¬ nem article by Coleman B. Cobb et al "hysteretic loss reduction in striated YBCO", Physica C 382 (2002), pp. 52 -. 56 described. There, it is assumed that the problem is that the layer superconductors, which can have widths of up to 1 cm, exhibit unacceptable hysteresis losses when operating in alternating magnetic fields perpendicular to the layer. It is investigated how these hysteresis losses at Un ¬ the superconductor layer terteilung in thin, linear filaments ( "striations") behave. The result is generally that, although possible to reduce the hysteresis losses, since the dimension of the filaments perpendicular to the field direction thereof the However, in a real application where the filaments are shorted at least at the beginning and end by electrical contact elements (or by matrix and shunt layers), these are so-called
„striated conductors" zwischen den Filamenten große Indukti¬ onsschleifen auf, die wiederum für erhöhte Wechselmagnetfeld¬ verluste (Kopplungsverluste) ursächlich sind. Die Filamente entsprechen also im Wesentlichen „ungetwisteten" Teilleitern mit elektrischer Verbindung an den Kontakten. "Striated conductors" large between the filaments Indukti ¬ onsschleifen, which are in turn the cause of increased alternating magnetic field ¬ losses (coupling losses). The filaments thus correspond substantially "untwisted" partial conductors with electrical connection to the contacts.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglich¬ keit zur Reduzierung der Kopplungsverluste bei in einzelne Filamente zu unterteilenden Supraleiterschichten anzugeben. The invention is therefore based on the object to provide a possible ¬ ness to reduce the coupling losses at in individual filaments to be divided superconductor layers.
Diese Aufgabe wird durch eine Supraleitereinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. This object is achieved by a superconducting device according to claim 1. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.
Eine erfindungsgemäße Supraleitereinrichtung der eingangs ge¬ nannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens zwei benachbarte der Filamente in einem auf dem Substrat gebilde¬ ten Kreuzungsbereich, an dem vier Stromwege leitend verbunden sind, durch Weglassen der Aussparung leitend verbunden sind, wobei in sich bezüglich der Kreuzung gegenüberliegenden, in Längsrichtung und einer zur Längsrichtung senkrechten Querrichtung der Schichtebene versetzten, sich an der Kreuzung treffenden Stromwegen der benachbarten Filamente mindestens eine, insbesondere jeweils eine, ohmsche Widerstandsbarriere vorgesehen ist. Dabei ist die Verwendung jeweils einer Widerstandsbarriere bevorzugt. Auf diese Weise wird erreicht, dass zumindest un¬ terhalb des kritischen Stroms eines Filaments ein am Kreu¬ zungsbereich das Filament wechselnder, die barrierefreien Stromwege nutzender Strompfad entsteht. Die Barrieren erzwin- gen also in dem Kreuzungsbereich die Seite, also das Fila¬ ment, wechselnde Strompfade, so dass in durch einen Kreu¬ zungsbereich getrennten, durch die Stromwege gebildeten Leiterschleifen durch einen Strompfad jeweils entgegengesetzte, vom Betrag her bei symmetrischer Ausgestaltung gleiche Span- nungen aufgrund der von der senkrecht zur Schichtebene ste¬ henden, zeitlich variierenden äußeren Magnetfeldkomponente erzeugten elektrischen Felder erzeugt werden. Mit anderen Worten resultiert das Vorsehen der Kreuzungsbereiche und der Widerstandsbarrieren in der Erzeugung von zwei sich in dem Kreuzungsbereich kreuzenden Strompfaden, entlang denen sich bei symmetrischer Ausgestaltung, also vier geometrisch zumindest ähnlichen Stromwegen, die elektrischen Felder (und mithin auch die induzierten Spannungen) aufheben. Der Effekt ist hierbei wenigstens im Bereich bis zum kritischen Strom eines Filaments derselbe, der auch entstünde, wenn eine von dem an¬ deren Strompfad isolierte Brücke zum anderen Filament vorge¬ sehen würde . A superconductor device according to the invention of the type ge ¬ called is characterized in that two adjacent ones of the filaments are conductively connected in a fabric ¬ th on the substrate the crossing area, are conductively connected to the four current paths by omitting the recess at least, with respect to itself the crossing opposite, offset in the longitudinal direction and a direction perpendicular to the longitudinal direction transverse direction of the layer plane, at the intersection meeting current paths of the adjacent filaments at least one, in particular in each case one ohmic resistance barrier is provided. In this case, the use of a respective resistance barrier is preferred. In this way it is achieved that at least un ¬ terhalb the critical current of a filament creates a Kreu on ¬ cut area, the filament changing, the barrier-free flow paths-use current path. The barrier thus erzwin- gene in the crossover region, the side, so the Fila ¬ management, changing current paths, so that in each case opposite by a Kreu ¬ cut area separate, formed by the current paths conductor loops through a current path, equal in absolute value for a symmetrical configuration of tensioning - voltages are generated due to the generated from the perpendicular to the layer plane ste ¬ Henden, time-varying external magnetic field component electric fields. In other words, the provision of the crossing regions and the resistance barriers results in the generation of two current paths crossing in the crossing region, along which the electric fields (and thus also the induced voltages) cancel each other out in a symmetrical configuration, ie four geometrically at least similar current paths. The effect is in this case at least in the range up to the critical current of a filament is the same, which also would result if an isolated by the at ¬ whose current path bridge to the other filament would see pre ¬.
Mit anderen Worten kann also gesagt werden, dass die vorlie- gende Erfindung eine zweidimensionale, in der Schichtebene liegende Realisierung einer „Verdrehung" von Strompfaden gegeneinander erlaubt. Entsprechend ergibt sich auch bei der vorliegenden Erfindung wenigstens teilweise der Effekt, dass entlang eines Strompfades betrachtet sich die elektrischen Felder wenigstens größtenteils, bei entsprechender Symmetrie vollständig, aufheben. Somit weist ein erfindungsgemäßer Schichtsupraleiter nicht einfach nur geradlinige, die Strompfade vollständig definierende Filamente/Striations auf, son- dern die Strompfade kreuzen einander in der Schichtebene auf definierte Weise derart, dass sich die induzierten elektri¬ schen Felder entlang der Strompfade gegenseitig zumindest teilweise aufheben. Die Widerstandsbarrieren, welche lokale Regionen von definiertem Widerstandswert sind, führen mithin zur Entkopplung der Strompfade. Zwar tritt durch derartige Widerstandsbarrieren für einige Stromwerte ein rein In other words, it can thus be said that the present invention allows a two-dimensional realization, lying in the layer plane, of a "rotation" of current paths against one another. Accordingly, the effect also arises in the present invention, at least in part, of viewing along a current path at least for the most part, with corresponding symmetry, cancel out the electric fields. Thus, a layered superconductor according to the invention does not simply have straight-line filaments / striations which completely define the current paths, but rather countries, the current paths intersect each other in the layer plane in a defined way such that the induced electrical ¬ rule fields along the current paths cancel each other at least partially. The resistance barriers, which are local regions of defined resistance, thus lead to the decoupling of the current paths. Although enters through such resistance barriers for some current values purely
resistiver Verlustanteil in Phase mit dem Transportstrom auf, welcher jedoch erfindungsgemäß, worauf im Folgenden noch nä- her eingegangen werden wird, zweckmäßigerweise geringer als die Kopplungsverluste in reinen „striated conductors" gehal¬ ten wird, wobei letztere zudem auch phasenmäßig verschoben sind oder sein können. resistive loss component in phase with the transport stream on which, however, the present invention will be which are explained here yet nä- ago, expediently less than the coupling losses in pure "striated conductors" held ¬ th, the latter also are also shifted in phase or may be ,
Dabei sei an dieser Stelle angemerkt, dass durch die erfin¬ dungsgemäße Ausgestaltung eine unsymmetrische Stromverteilung über die beiden Strompfade entsteht, so dass zumindest zeit¬ weise eine unsymmetrische Aufteilung der Teilströme des Ge¬ samtstromes auftritt. So wird zunächst nur der von Wider¬ standsbarrieren freie erste Strompfad genutzt werden, bis der kritische Strom eines einzigen Filaments erreicht ist und der widerstandsfreie Stromtransport hier ausgeschöpft ist. Dann erweist sich der zweite Strompfad, bei dem die bevorzugt bei¬ den Widerstandsbarrieren überwunden werden müssen, als günstiger und der Strom hier steigt an, idealerweise bis hin zu ebenso dem kritischen Strom eines Filaments. Der zweite It should be noted at this point that an unbalanced current distribution over the two current paths is created by the inventive design ¬ tion, so that at least temporarily ¬ an asymmetrical division of the partial flows of Ge ¬ samtstromes occurs. Thus, only the reflection of ¬ standing wheelchair access first current path will first be used until the critical current of a single filament is reached and the resistance-free current transport is exhausted here. Then, the second current path, wherein the resistance barriers must preferably ¬ be overcome as cheap and here the current rises, ideally to as the critical current of a filament turns. The second
Strompfad übernimmt sozusagen den „Überschussstrom", wobei dennoch der zweite Strompfad die Aufgabe hat, das induzierte elektrische Feld zu kompensieren, so dass wenigstens teilwei¬ se eine vorteilhafte erfindungsgemäße Reduktion der Wechsel¬ feldverluste auftritt. Current path takes over, so to speak, the "excess current", yet the second current path has the task to compensate the induced electric field, so that at least teilwei ¬ se an advantageous reduction of the invention ¬ field losses occurs.
Dem Vorteil geringerer Wechselfeldverluste stehen zwei diesem gegenüber jedoch geringer zu gewichtende Einschränkungen ge- genüber, nämlich zum einen eine mögliche Reduzierung derThe advantage of lower alternating field losses, however, is offset by two limitations which are less important in comparison with this, namely, on the one hand, a possible reduction of the
Stromdichte bezogen auf den Gesamtquerschnitt der Supralei¬ tereinrichtung durch die verwendete besondere Konfiguration. Zum anderen, wie bereits angedeutet wurde, erfolgt der Strom- transport bezüglich des zweiten Strompfades über die bevor¬ zugt zwei Widerstandsbarrieren, die eine Resistivität und da¬ mit Verluste ohmscher Art aufweisen können. Diese sind jedoch vorteilhaft - im Gegensatz zu den Kopplungsverlusten aufgrund von Induktion - in Phase mit dem Transportstrom. Current density based on the total cross section of the Supralei ¬ tereinrichtung by the particular configuration used. On the other hand, as already indicated, electricity is transport with respect to the second current path on the before ¬ Trains t two resistive barriers may comprise ¬ with ohmic losses type a resistivity and there. However, these are advantageous - in contrast to the coupling losses due to induction - in phase with the transport stream.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass bei der Verwendung von wenigstens einer Widerstandsbarriere nur auf einer Seite die klare Aufteilung in die unterschiedlichen Strompfade nur ein- seitig vorliegt, dennoch eine zumindest teilweise Aufhebung von elektrischen Feldern erreicht wird. Bevorzugt ist es, wie gesagt, allerdings, beidseitig des Kreuzungsbereichs Wider¬ standsbarrieren vorzusehen, wie oben bereits erwähnt, so dass sich die folgende Beschreibung hauptsächlich auf diese Aus- führung beziehen soll. It should be noted that when using at least one resistance barrier only on one side of the clear division into the different current paths is present only on one side, yet an at least partial cancellation of electric fields is achieved. Preferably, as said, however, to provide both sides of the intersection region Wider ¬ standing barriers, as already mentioned above, so that the following description shall refer mainly to this is exemplary.
Während es in der Theorie denkbar ist, durch die Verwendung von Kreuzungsbereichen bei einer Vielzahl von Filamenten komplexe Netze von Strompfaden aufzubauen, ist dies jedoch im Endeffekt unnötig und deutlich zu aufwändig, da es letztlich zum Erreichen der Reduktion der Kopplungsverluste (Wechselfeldverluste) ausreichend ist, mit jeweils zwei Filamenten in der Schichtebene auf die erfindungsgemäß vorgeschlagene Weise ein „twisted pair", also gegeneinander verdrehte Strompfade, nachzubilden. Mithin sieht eine besonders vorteilhafte Ausge¬ staltung der vorliegenden Erfindung vor, dass eine While it is conceivable in theory to construct complex nets of current paths by the use of crossing regions in the case of a multiplicity of filaments, this is ultimately unnecessary and clearly too complicated, since in the end it is sufficient to achieve the reduction of the coupling losses (alternating field losses). each having two filaments in the layer plane in accordance with the invention proposed, a "twisted pair", that is mutually rotated current paths to replicate. thus, a particularly advantageous Substituted ¬ staltung the present invention provides that a
geradzahlige Anzahl von Filamenten vorgesehen ist, wobei die Filamente in elementfremde (disjunkte) , jeweils zwei benach¬ barte Filamente enthaltende Filamentgruppen aufgeteilt sind und Filamente einer Filamentgruppe über wenigstens einenis provided even number of filaments, wherein the filaments in disjoint (disjoint), two Benach ¬ disclosed filaments containing filament are divided and filaments of a filament group via at least one
Kreuzungsbereich, insbesondere eine ungeradzahlige Anzahl von Kreuzungsbereichen, verbunden sind. Bei einer sehr hohen Anzahl von Kreuzungsbereichen über die Länge des Leiters ist aber die gerade oder ungerade Anzahl von Kreuzungsbereichen unwesentlich. Weist ein Stromführungsabschnitt mithin bei¬ spielhaft sechs Filamente auf, bilden sich drei Gruppen von jeweils benachbarten Filamenten, die jeweils wenigstens einen Kreuzungsbereich aufweisen, mithin zwei sich in dem wenigs- tens einen Kreuzungsbereich überkreuzende Strompfade bilden. Eine ungeradzahlige Anzahl von Kreuzungsbereichen bedeutet, dass sich eine geradzahlige Anzahl von Leiterschleifen ausbildet, so dass immer abwechselnd das durch das Wechselmag- netfeld induzierte elektrische Feld dem Strom in entgegenge¬ setzten Richtungen begegnet, so dass es bei symmetrischer Ausgestaltung idealerweise zu einer Aufhebung der Effekte kommt. Dabei sind die Widerstandsbarrieren bei mehreren Kreuzungsbereichen so anzuordnen, dass sich immer ein Strompfad ergibt, der über keine der Widerstandsbarrieren führt. Insgesamt muss bei dieser Ausgestaltung lediglich dafür gesorgt werden, dass immer zwischen den zwei Filamenten einer Junction, in particular an odd number of crossing areas are connected. With a very high number of crossing regions over the length of the conductor, however, the even or odd number of crossing regions is negligible. Has a current-carrying section, therefore, in ¬ way of example six filaments, to form three groups of adjacent filaments, each having at least an intersection area, and consequently two in the wenigs- form at least one junction intersecting current paths. An odd number of crossing areas means that an even number of conductor loops is formed, so that alternately the by Wechselmag- netfeld induced electric field encounters the current in opposite ¬ translated directions, so that it in a symmetrical configuration, ideally, to a lifting of the effects comes. The resistance barriers at several intersection areas are to be arranged in such a way that there is always a current path which does not lead across any of the resistance barriers. Overall, in this embodiment, only care must be taken that always between the two filaments of a
Filamentgruppe im Kreuzungsbereich die elektrische Verbindung hergestellt wird und bevorzugt die entsprechenden versetzt vorgesehenen Widerstandsbarrieren vorhanden sind. Filament group in the crossing region, the electrical connection is made and preferably the corresponding offset resistance barriers are provided.
Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Widerstandswerte der wenigstens einen Widerstandsbarriere jeweils so gewählt sind, dass ein ohmscher Leistungsverlust betragsmäßig kleiner als eine Redu¬ zierung des Leistungsverlustes aufgrund einer Kopplung be¬ nachbarter Filamente ist. Dabei können die Widerstandswerte beispielsweise in einem Bereich kleiner als 0,5 ηΩ, insbe¬ sondere kleiner als 0,1 ηΩ, liegen. Mit extern produzierten Kontakten auf Hochtemperatursupraleitern kommt man leicht in Bereiche von etwa 6 ηΩ, so dass auch die genannten niedrige¬ ren Werte für die einzelne Widerstandsbarriere leicht er¬ reichbar erscheinen. Damit ergibt sich letztlich der Vorteil, dass die Kopplungsverluste (Wechselfeldverluste) nicht ein- fach durch in Phase liegende ohmsche Widerstandsverluste er¬ setzt werden, sondern tatsächlich eine insgesamte Reduzierung der Verluste stattfindet. Widerstandswerte für die einzelnen Widerstandsbarrieren können auch grob abgeschätzt werden, indem ein Vergleich mit einem üblichen „striated conductor" mit nicht in Kreuzungsbereichen verbundenen Filamenten durchgeführt wird. Geht man beispielsweise von sechs Filamenten mit einer Länge von 0,1 m, einer Substratbreite von 0,012 m, ei¬ ner Filamentseparation (Breite der Aussparung) von 10 ym und einer Dicke der supraleitenden Schicht auf dem Substrat von 3 ym aus, ergibt sich aus dem Induktionsgesetz und bei einem angenommenen Gesamtstrom von 120 A schließlich eine Verlustleistungsdichte von 107 W/m3. Nachdem fünf derartige „Induk- tionsschleifen" (durch fünf benachbarte Paare von Filamenten) existieren, kann man ein Maximum der ohmschen Verlustleistungsdichte derart abschätzen, dass das Fünffache der soeben genannten Kopplungsverluste nicht überschritten werden soll, wobei sich im genannten Beispiel etwa 0,6 ηΩ ergeben. Nach- dem, wie dargelegt, Widerstandswerte in diesem Bereich leicht erreichbar sind, ist nachgewiesen, dass ein solcher Leiteraufbau vorteilhaft gegenüber einem „striated conductor" oder einem monolithischen Leiter sein kann. Konkret kann vorgesehen sein, dass die Widerstandswerte durch eine Simulation und/oder in einem Modell berechnet und/oder durch Auswertung von Testmessungen, insbesondere also empirisch, bestimmt werden. Zweckmäßigerweise können bereits be¬ stehende programmierte Simulationsumgebungen genutzt werden, um das Verhalten der Supraleitereinrichtung, die Verluste und Ströme bei unterschiedlichen Widerstandswerten derart zu betrachten, dass ein optimaler Widerstandswert aufgefunden wird . Zweckmäßigerweise kann die wenigstens eine Widerstandsbarrie¬ re durch eine Laserbehandlung und/oder eine mechanische Behandlung der Schicht und/oder eine lokalisierte Dotie¬ rung/Verarmung der Schicht und/oder durch Verwendung einer lokalen Beschichtung und/oder einer die Supraleitung schwä- chenden Struktur im Substrat realisiert sein. Es sind mithin viele, im Bereich der Supraleittechnologie grundsätzlich be¬ kannte Möglichkeiten denkbar, um gezielt und lokal Widerstandsbarrieren geringen Widerstands in Filamenten zu erzeugen. Besonders bevorzugt ist hierbei eine Verwendung eines Lasers, nachdem es beispielsweise bekannt ist, die Aussparun¬ gen zwischen den Einzelfilamenten ebenso durch einen Laser zu erzeugen und die Barrieren so auch durch eine (weniger intensive) Nutzung des Lasers in dem für die Widerstandsbarriere vorgesehenen räumlichen Widerstandsbereich auf dem verbleibenden Filament vorgenommen werden kann. A particularly advantageous development of the present invention provides that the resistance values of the at least one resistance barrier are respectively selected so that an ohmic power loss is smaller in absolute value than a Redu ¬ cation of the power loss due to coupling be ¬ nachbarter filaments. Here, the resistance values may, for example, be in a range of less than 0.5 ηΩ, in particular less than 0.1 ¬ sondere ηΩ. With externally produced contacts on high-temperature superconductors easy to get into the range of about 6 ηΩ, so that the said low ¬ ren values for the individual resistance barrier appear slightly he ¬ reichbar. This results in the end the advantage that the coupling losses (alternating field losses) not simply be in-phase ohmic resistance loss it sets ¬ but actually takes place an overall reduction in losses. Resistance values for the individual resistance barriers can also be roughly estimated by making a comparison with a conventional striated conductor with non-intersecting filaments, for example, assuming six filaments of 0.1 m in length, a substrate width of 0.012 m , ei ¬ ner filament separation (width of the recess) of 10 ym and a thickness of the superconducting layer on the substrate of 3 ym, it follows from the law of induction and, assuming a total current of 120 A, finally a power dissipation density of 10 7 W / m 3 . After five such "induction loops" (by five adjacent pairs of filaments) exist, one can estimate a maximum of the resistive power dissipation density such that five times the above-mentioned coupling losses should not be exceeded, in which example about 0.6 ηΩ Once, as stated, resistance values in this range are easily attainable, it has been demonstrated that such a conductor construction can be advantageous over a "striated conductor" or a monolithic conductor. Specifically, it can be provided that the resistance values are calculated by a simulation and / or in a model and / or determined by evaluating test measurements, in particular thus empirically. Conveniently, be ¬ standing programmed simulation environments can already be used to look at the behavior of superconducting device that losses and currents at different resistance values so that an optimum resistance value is found. Conveniently, the at least one Widerstandsbarrie ¬ re by laser treatment and / or mechanical treatment of the layer and / or a localized Dotie ¬ tion / depletion of the layer and / or by using a local coating and / or weakening the superconducting structure in Substrate be realized. There are thus many conceivable in the Supraleittechnologie basically be ¬ knew ways to generate targeted and locally resistance barriers low resistance in filaments. Particularly preferred is a use of a laser, once it is known for example to produce the Aussparun ¬ gen between the individual filaments as well by a laser and the barrier as well as a (less intensive) use of the laser in the resistance for the barrier provided spatial resistance range on the remaining filament can be made.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die wenigstens eine Widerstandsbarriere unmittelbar benachbart zu dem jeweiligen Kreuzungsbereich angeordnet ist, da dann eine besonders klare Definition der Strompfade ermöglicht wird. It is particularly preferred if the at least one resistance barrier is arranged directly adjacent to the respective crossing region, since then a particularly clear definition of the current paths is made possible.
Dabei sei darauf hingewiesen, dass es im Rahmen der vorlie- genden Erfindung durchaus möglich ist, von einem geradlinigen, durchgängigen Verlauf der Filamente abzuweichen, dies jedoch nicht zwangsläufig notwendig ist. Tatsächlich lässt sich die Erfindung besonders einfach dadurch realisieren, dass eine Aussparung bzw. Furche durch die Supraleiter- Schicht, die Filamente voneinander trennt, nicht durchgängig über die gesamte Länge des Stromführungsabschnitts gebildet wird, sondern an den gewollten Kreuzungsbereichen Unterbrechungen aufweist, so dass sich die Kreuzungsbereiche entspre¬ chend ergeben. Zusätzlich kann selbstverständlich auch eine entsprechende seitliche Verengung des Kreuzungsbereichs den¬ noch gewollt sein und vorgesehen werden. Wird von dem geradlinigen Verlauf der einzelnen Filamente möglichst wenig abge¬ wichen, ergibt sich die platzsparendste Realisierung der vorliegenden Erfindung. It should be noted that within the scope of the present invention it is quite possible to deviate from a straight, continuous course of the filaments, but this is not necessarily necessary. In fact, the invention can be realized in a particularly simple manner by virtue of the fact that a recess or furrow is not continuously formed over the entire length of the current-carrying section by the superconductor layer which separates the filaments, but has interruptions at the intended crossing regions, so that the crossing areas entspre ¬ accordingly arise. In addition, of course, also a corresponding lateral constriction of the intersection region the ¬ still will be intended and contemplated. ¬ is deviated as little as possible abge from the straight course of the individual filaments, this results in the most compact realization of the present invention.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen: Further advantages and details of the present invention will become apparent from the embodiments described below and with reference to the drawing. Showing:
Fig. 1 ein erstes, der Erläuterung dienendes Ausführungs¬ beispiel einer erfindungsgemäßen Supraleitereinrichtung, 1 is a first explanatory serving ¬ example of a superconductor device according to the invention,
Fig. 2 der Stromverlauf in unterschiedlichen Strompfaden, 2 shows the current profile in different current paths,
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsge¬ mäßen Supraleitereinrichtung, und Fig. 4 mehrere Kreuzungsbereiche in einer Filamentgruppe . Fig. 3 shows a second embodiment of a erfindungsge ¬ MAESSEN superconducting device, and Fig. 4 a plurality of crossing areas in a filament group.
Fig. 1 zeigt ein äußerst einfaches, zur Erläuterung geeigne¬ tes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Supraleiter- einrichtung la, bei der ersichtlich zwei zwei Kontaktelemente 2 verbindende Filamente 3 vorgesehen sind, die durch Ausspa¬ rungen 4 getrennt sind. Die Zeichenebene der Fig. 1 ist dabei die Schichtebene der Supraleiterschicht. Der Stromführungsab¬ schnitt 5 liegt wie bekannt zwischen den Kontaktelementen 2. Fig. 1 shows an extremely simple, for illustration geeigne ¬ tes embodiment of a superconducting device according to the invention la, in which two filaments 3 connecting two contact elements 2 are provided, which are separated by Ausspa ¬ ments 4. The plane of the drawing of FIG. 1 is the layer plane of the superconductor layer. The Stromführungsab ¬ section 5 is as known between the contact elements. 2
Allerdings sind hier die Filamente 3 nicht über den gesamten Stromführungsabschnitt 5 getrennt, sondern in einem Kreu¬ zungsabschnitt 6 mittig und insgesamt eine symmetrische Aus¬ gestaltung bildend elektrisch leitend verbunden. Diese Sym- metrie wird allerdings durch den Kreuzungsbereich 6 unmittel¬ bar benachbarten, an bezüglich des Kreuzungsbereichs 6 gegenüberliegenden, quer und längs versetzten, lokal in Widerstandsbereichen vorgesehene Widerstandsbarrieren 7 gebrochen. Die Widerstandsbarrieren 7 haben einen äußerst geringen ohm- sehen Widerstandswert, vorliegend im Bereich kleiner 0,1 ηΩ, und wurden durch Laserbehandlung erzeugt, wobei jedoch auch andere Möglichkeiten zur Erzeugung denkbar sind. Als Supraleitermaterial der Supraleiterschicht, die auf dem Substrat 8 angeordnet ist, wird vorliegend YBCO verwendet. Here, however, the filaments are not separated 3 over the entire current-carrying section 5, but centrally in a Kreu ¬-cutting section 6 and a total of a symmetrical design ¬ from forming an electrically conductive manner. This sym- metry is broken, however, immediacy ¬ adjacent bar through the crossing portion 6 at opposite with respect to the intersection region 6, transversely and longitudinally offset, locally provided in resistance areas resistance barriers. 7 The resistance barriers 7 have an extremely low ohmic resistance value, in this case in the range of less than 0.1 ηΩ, and were produced by laser treatment, although other possibilities for generation are also conceivable. As the superconductor material of the superconductor layer disposed on the substrate 8, YBCO is used herein.
Ein äußeres Wechselmagnetfeld verläuft gemäß den Pfeilen 9 senkrecht zur Schichtebene und kann dadurch, also aufgrund der zeitlichen Veränderung, ein durch Pfeile 10 angedeutetes elektrisches Feld induzieren. An external alternating magnetic field runs perpendicular to the layer plane according to the arrows 9 and can thus induce an electric field indicated by the arrows 10, that is to say due to the change over time.
Das Vorsehen der Widerstandsbarrieren 7 forciert nun zunächst die Nutzung eines ersten, durch durchgezogene Pfeile 11 ge¬ kennzeichneten Strompfads, der mithin im Kreuzungsbereich 6 von dem linken Filament 3 auf das rechte Filament 3 wechselt, wobei vorliegend eine Situation dargestellt ist, in der der Transportstrom von unten nach oben in Fig. 1 läuft. Ist der kritische Strom eines Filaments 3 überschritten, wird auch der zweite Strompfad, der über die Widerstandsbarrieren 7 führt und durch gestrichelte Pfeile 12 gekennzeichnet ist, genutzt. Der erste und der zweite Strompfad kreuzen sich also im Kreuzungsbereich 6, so dass durch die Widerstandsbarrieren 7 und den Kreuzungsbereich 6 also überlappende Strompfade in der Schichtebene der Supraleiterschicht geschaffen werden können. Der entscheidende Vorteil dieser Stromführung ist, dass sich die elektrischen Felder (Pfeile 10) jeweils entlang des ersten Strompfades und des zweiten Strompfades aufheben, da, wie leicht ersichtlich ist, in den beiden „Maschen" bzw. Leiterschleifen das elektrische Feld (Pfeil 10) für den je¬ weiligen Strompfad einmal in Richtung des Teilstromes und einmal entgegen dieser Richtung induziert wird. Das bedeutet, dass im idealen Fall der Effekt des äußeren Wechselmagnetfel¬ des und damit die Kopplungsverluste neutralisiert werden. The provision of the resistance barriers 7 now accelerated initially the use of a first, ge ¬ marked by solid arrows 11 the current path, which consequently changes in the crossing area 6 from the left filament 3 to the right filament 3, wherein in the present case illustrates a situation in which the transport stream from bottom to top in Fig. 1 runs. If the critical current of a filament 3 is exceeded, the second current path, which leads across the resistance barriers 7 and is identified by dashed arrows 12, is also used. The first and the second current paths thus intersect in the crossing region 6, so that overlapping current paths in the layer plane of the superconductor layer can be created by the resistance barriers 7 and the crossing region 6. The decisive advantage of this current routing is that the electric fields (arrows 10) cancel each other along the first current path and the second current path, since, as can be easily seen, in the two "loops" or conductor loops the electric field (arrow 10) is for each ¬ weiligen current path again in the direction of the partial stream and induces once against this direction. this means that in the ideal case, the effect of the outer Wechselmagnetfel ¬ of and thus the coupling loss will be neutralized.
Allerdings liegt, wie bereits angedeutet wurde, eine unsym¬ metrische Aufteilung der Teilströme der Strompfade zumindest zeitweise vor, wie sich aus den Stromverläufen der Fig. 2 ergibt. Die Kurve 13 entspricht dabei dem Gesamtstrom, dessen Maximum im Betrag idealerweise im Wesentlichen dem Zweifachen des kritischen Stromes eines Filaments 3 entspricht. Die Kur¬ ve 14 zeigt den Verlauf des Teilstromes für den ersten Strom- pfad (Pfeile 11 in Fig. 1), die Kurve 15 den Verlauf für den zweiten Strompfad (Pfeile 12 in Fig. 1) . Bis zum Erreichen des kritischen Stromes Ic im ersten Strompfad fließt nur Strom im ersten Strompfad, danach übernimmt der zweite Strompfad den Überschussstrom; bei der fallenden Gesamtstromflanke erfolgt entsprechend Gegensätzliches. Dennoch erfüllt der zweite Strompfad die Aufgabe, das induzierte elektrische Feld zu kompensieren, so dass wenigstens teilweise die vorteilhaf¬ te Reduktion der Kopplungsverluste auftritt. Die Strompfade bzw. Filamente müssen nicht zwangsweise so stark ausgeprägt auseinanderlaufen, wie dies im erläuternden ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 dargestellt ist. Si- chergestellt werden muss nur, dass die Widerstandsbarrieren 7 den dargestellten Stromfluss forcieren. However, is as has already been indicated, a unsym ¬ metric division of the partial flows of the current paths at least at times before, as is evident from the current waveforms of FIG. 2. In this case, the curve 13 corresponds to the total current, whose maximum in magnitude ideally corresponds to substantially twice the critical current of a filament 3. The curve ¬ ve 14 shows the course of the partial flow for the first current path (arrows 11 in Fig. 1), the curve 15 the course for the second current path (arrows 12 in Fig. 1). Until the critical current I c in the first current path is reached, only current flows in the first current path, after which the second current path takes over the excess current; in the case of the falling total current edge, the opposite occurs accordingly. Nevertheless, the second current path fulfills the task of compensating for the induced electric field, so that at least partially the vorteilhaf ¬ te reduction of coupling losses occurring. The current paths or filaments need not necessarily diverge as pronounced pronounced, as shown in the illustrative first embodiment of FIG. Si It only needs to be ensured that the resistance barriers 7 force the illustrated current flow.
Entsprechend zeigt Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel ei- ner erfindungsgemäßen Supraleitereinrichtung lb, wobei der Einfachheit halber die Bezugszeichen der Fig. 1 für entsprechende Komponenten beibehalten wurden. Im Unterschied zur Darstellung der Fig. 1 sind hier sechs Filamente 4 vorgese¬ hen, die in drei Filamentgruppen 16 von jeweils zwei benach- barten Filamenten 3 aufgeteilt sind. Zwischen den Accordingly, FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a superconducting device 1b according to the invention, wherein for the sake of simplicity the reference symbols of FIG. 1 have been retained for corresponding components. In contrast to the illustration of FIG. 1, six filaments 4 are vorgese ¬ hen here, which are divided into three groups of filaments 16 of each two neighboring filaments 3. Between
Filamentgruppen 16 ist die Aussparung 4 durchgängig, während innerhalb der Filamentgruppen 16 die Aussparung 4 zur Bildung der Kreuzungsbereiche 6 unterbrochen wird, wobei auch ein möglicher Verlauf der Widerstandsbarrieren 7 entsprechend an- gedeutet ist. Entsprechend wird auch hier der Stromfluss ge¬ mäß dem ersten Strompfad, vgl. hier den Pfeil 17, und im zweiten Strompfad, vgl. hier den Pfeil 18, wiederum gestrichelt, forciert. Die Kreuzungsbereiche 6 finden sich jeweils in der Mitte des Stromführungsabschnitts 5, so dass entlang der Strompfade auf gleichen Längen jeweils entgegengesetzte elektrische Felder auftreten. Filament groups 16, the recess 4 is continuous, while within the filament groups 16, the recess 4 is interrupted to form the crossing regions 6, wherein a possible course of the resistance barriers 7 is interpreted accordingly. Accordingly, the current flow is also ge ¬ according to the first current path, see. here the arrow 17, and in the second current path, cf. here the arrow 18, again dashed, forced. The crossing regions 6 are each located in the middle of the current-carrying section 5, so that in each case opposite electric fields occur along the current paths at equal lengths.
Dabei muss nicht zwangsläufig die Zahl der Kreuzungsbereiche 6 auf einen beschränkt sein, wie das schematisch dargestellte Filamentpaar 16 der Fig. 4 zeigt. Dort sind drei Kreuzungsbe¬ reiche 6 realisiert, die äquidistant über die Länge des In this case, the number of crossing regions 6 does not necessarily have to be limited to one, as shown schematically by the filament pair 16 of FIG. 4. There, three crossing regions 6 are realized, which are equidistant over the length of the
Stromführungsabschnitts 5 verteilt sind. Somit ergeben sich aus geometrisch gleichen Stromwegen zusammengesetzte Leiterschleifen, mithin sich optimal in ihren Wirkungen aufhebende induzierte elektrische Felder entlang der die Filamente wech¬ selnden Strompfade. Stromführungsabschnitts 5 are distributed. Thus canceling induced electric fields resulting from geometrically identical current paths composite conductor loops thus be optimal in their effects along the filaments wech ¬ selnden current paths.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . Although the invention in detail by the preferred embodiment has been illustrated and described in detail, the invention is not limited ¬ by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by the skilled artisan without departing from the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Supraleitereinrichtung (la, lb) zum Betrieb in einem externen Wechselmagnetfeld, aufweisend zwei supraleitende Kon- taktelemente (2) und einen diese in einer der Stromflussrichtung von einem Kontaktelement (2) zu dem anderen Kontaktele¬ ment (2) entsprechenden Längsrichtung verbindenden Stromführungsabschnitt (5) mit einer auf ein Substrat (8) aufgebrach¬ ten Supraleiterschicht, wobei die Supraleiterschicht wenigs- tens teilweise in Längsrichtung zur Bildung einzelner, Stromwege für den Transportstrom bildender Filamente (3) mittels einer Aussparung (4) durchtrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei benachbarte der Filamente (3) in einem auf dem Substrat (8) gebildeten Kreuzungsbereich (6), an dem vier Stromwege leitend verbunden sind, durch Weglassen der Aussparung (4) leitend verbunden sind, wobei in sich bezüglich der Kreuzung gegenüberliegenden, in Längsrichtung und einer zur Längsrichtung senkrechten Querrichtung der Schichtebene versetzten Stromwegen der benachbarten Filamente (3) wenigstens eine, insbesondere jeweils eine, ohmsche Wider¬ standsbarriere (7) vorgesehen ist. 1. superconducting device (la, lb) for operation in an external alternating magnetic field, comprising two superconducting contact elements (2) and one in a current flow direction of a contact element (2) to the other Kontaktele ¬ ment (2) corresponding longitudinal direction connecting current guide section (5) with a to a substrate (8) placed broke ¬ th superconductor layer, said superconductor layer is least partially severed wenigs- in the longitudinal direction to form individual, current paths for the transport stream-forming filaments (3) by a recess (4), characterized in in that at least two adjacent ones of the filaments (3) are conductively connected in an intersection region (6) formed on the substrate (8) to which four current paths are conductively connected by omitting the recess (4), wherein in relation to the intersection, in the longitudinal direction and a longitudinal direction perpendicular to the transverse direction of the layer plane offset current paths the adjacent filaments (3) at least one, in particular in each case one, ohmic resistance barrier ¬ (7) is provided.
2. Supraleitereinrichtung (la, lb) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine geradzahlige Anzahl von Fila- menten (3) vorgesehen ist, wobei die Filamente (3) in ele¬ mentfremde, jeweils zwei benachbarte Filamente (3) enthalten¬ de Filamentgruppen (16) aufgeteilt sind und Filamente (3) ei¬ ner Filamentgruppe (16) über wenigstens einen Kreuzungsbe¬ reich (6), insbesondere eine ungeradzahlige Anzahl von Kreu- zungsbereichen (6), verbunden sind. 2. superconductor device (la, lb) according to claim 1, characterized in that an even number of Fila- elements (3) is provided, wherein the filaments (3) in ele ¬ ment foreign, each two adjacent filaments (3) ¬ de filament (16) are divided and filaments (3) ei ¬ ner filament (16) are at least one Kreuzungsbe ¬ rich (6), particularly an odd number of cross-breeding areas (6), respectively.
3. Supraleitereinrichtung (la, lb) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandswerte der wenigs¬ tens einen Widerstandsbarriere (7) jeweils so gewählt sind, dass ein ohmscher Leistungsverlust betragsmäßig kleiner als eine Reduzierung des Leistungsverlustes aufgrund einer Kopp¬ lung benachbarter Filamente (3) ist. 3. superconductor means (la, lb) according to claim 1 or 2, characterized in that the resistance values of Wenig ¬ least a resistance barrier (7) are each selected such that an ohmic power loss value is smaller than a reduction of the power loss due to Kopp ¬ lung adjacent filaments (3).
4. Supraleitereinrichtung (la, lb) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandswerte durch eine Simula¬ tion und/oder in einem Modell berechnet und/oder durch Auswertung von Testmessungen bestimmt werden. 4. superconductor means (la, lb) according to claim 3, characterized in that the resistance values calculated by Simula ¬ tion and / or in a model and / or are determined by evaluation of test measurements.
5. Supraleitereinrichtung (la, lb) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Widerstandsbarriere (7) durch eine Laserbehandlung und/oder eine mechanische Behandlung der Schicht und/oder eine lokalisierte Dotierung oder Verarmung der Schicht und/oder durch Verwendung einer lokalen Beschichtung und/oder einer die Supraleitung schwächenden Struktur im Substrat (8) realisiert ist. 5. Superconductor device (1a, 1b) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one resistance barrier (7) by laser treatment and / or mechanical treatment of the layer and / or a localized doping or depletion of the layer and / or Use of a local coating and / or a superconducting weakening structure in the substrate (8) is realized.
6. Supraleitereinrichtung (la, lb) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ei¬ ne Widerstandsbarriere (7) unmittelbar benachbart zu dem je¬ weiligen Kreuzungsbereich (6) angeordnet ist. 6. superconductor means (la, lb) according to any one of the preceding claims, characterized in that at least ei ¬ ne resistance barrier (7) immediately adjacent to the depending ¬ weiligen intersection region (6) is arranged.
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