JP2002076455A - 高温超電導体素子 - Google Patents
高温超電導体素子Info
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- JP2002076455A JP2002076455A JP2001164843A JP2001164843A JP2002076455A JP 2002076455 A JP2002076455 A JP 2002076455A JP 2001164843 A JP2001164843 A JP 2001164843A JP 2001164843 A JP2001164843 A JP 2001164843A JP 2002076455 A JP2002076455 A JP 2002076455A
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/30—Devices switchable between superconducting and normal states
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温超電導体素子内の電流方向に直角にクラ
ックが形成され又は拡大するのを防止する。 【解決手段】 超電導体(1)と電気的バイパス(2)を有す
る高温超電導体素子であって、熱膨張係数αSC、α
BPは、バイパスが超電導体に圧縮圧力を与えるように選
択される。本発明によれば、この状況は、バイパスと超
電導体の間にかなりの温度差ΔＴがあっても起こる。こ
れは、電流制限器の場合、誤った電流により誘起され
る。熱機械的圧縮力により、超電導体内のクラックが形
成され、又は拡大するのを防止する。バイパスは、鉄鋼
でできていて、超電導体上に圧力適合で半田付け又は接
着されるのが好ましい。
ックが形成され又は拡大するのを防止する。 【解決手段】 超電導体(1)と電気的バイパス(2)を有す
る高温超電導体素子であって、熱膨張係数αSC、α
BPは、バイパスが超電導体に圧縮圧力を与えるように選
択される。本発明によれば、この状況は、バイパスと超
電導体の間にかなりの温度差ΔＴがあっても起こる。こ
れは、電流制限器の場合、誤った電流により誘起され
る。熱機械的圧縮力により、超電導体内のクラックが形
成され、又は拡大するのを防止する。バイパスは、鉄鋼
でできていて、超電導体上に圧力適合で半田付け又は接
着されるのが好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温超電導体の分
野に関する。本発明は、請求項１の前提部に記載された
高温超電導体素子と、請求項７の前提部に記載された高
温超電導体素子の製造方法に関する。
野に関する。本発明は、請求項１の前提部に記載された
高温超電導体素子と、請求項７の前提部に記載された高
温超電導体素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】欧州特許出願EP-A 0 911 889は、電流制
限器で使用する高温超電導体素子を開示する。この素子
は、超電導層と、電気的バイパスの形の孔のあいた鉄鋼
プレートとを備え、この鉄鋼プレートは超電導層と共に
電導体組立体を形成する。超電導体層とバイパスの間の
接触抵抗を改善するため、導電性エポキシ樹脂の手段に
より、バイパスが超電導体上に接着接合される。作動温
度まで冷却するため、電導体組立体は、冷却媒体、好ま
しくは液体窒素ＬＮ2と熱接触される。
限器で使用する高温超電導体素子を開示する。この素子
は、超電導層と、電気的バイパスの形の孔のあいた鉄鋼
プレートとを備え、この鉄鋼プレートは超電導層と共に
電導体組立体を形成する。超電導体層とバイパスの間の
接触抵抗を改善するため、導電性エポキシ樹脂の手段に
より、バイパスが超電導体上に接着接合される。作動温
度まで冷却するため、電導体組立体は、冷却媒体、好ま
しくは液体窒素ＬＮ2と熱接触される。
【０００３】高温超電導体の1つの弱点は、セラミック
材料は延性がない、即ち塑性変形しないので、クラック
を発生しやすいことである。さらに、引張り荷重がかか
ると、応力のピークは既に存在する微小なクラックで起
こり、これらの微小なクラックが更に成長する。機械的
引張り応力は、例えば電磁力、又は温度勾配、及び／又
は超電導体とバイパスの熱膨張係数が異なることによる
熱機械的応力により起こる。多結晶超電導体と、基板上
のエピタキシ成長した薄膜の両方は、温度変化が起こる
と、このような層の線形膨張は基板により支配され、影
響を受けるので、適正に調整する必要がある。
材料は延性がない、即ち塑性変形しないので、クラック
を発生しやすいことである。さらに、引張り荷重がかか
ると、応力のピークは既に存在する微小なクラックで起
こり、これらの微小なクラックが更に成長する。機械的
引張り応力は、例えば電磁力、又は温度勾配、及び／又
は超電導体とバイパスの熱膨張係数が異なることによる
熱機械的応力により起こる。多結晶超電導体と、基板上
のエピタキシ成長した薄膜の両方は、温度変化が起こる
と、このような層の線形膨張は基板により支配され、影
響を受けるので、適正に調整する必要がある。
【０００４】超電導体の引張り又は圧縮荷重を減少させ
るため、通常は、超電導体とバイパスの熱膨張係数をで
きるだけ一致させるように注意する。しかし、超電導体
組立体の両方の部品が同じ作動温度にある時のみ、これ
はうまくいく。ドイツ特許公開4418050A1は、中空円筒
形高温超電導体で、その外側に銀又はアルミ箔の形で厚
さ10〜100μｍの電気的バイパス層が形成されたものを
開示する。超電導体と金属バイパス層の間の接触抵抗を
減少させるため、機械的補強層が室温で中空シリンダー
に巻かれ、この補強層は引張り応力をかけ、弾性鉄鋼ワ
イヤ又はガラス繊維織物のストリップでできている。次
に、補強層ははんだ又は合成樹脂の手段で固定される。
この結果、超電導体材料に圧縮圧力が起こり、その圧力
成分は中空シリンダー表面に直角と平行である。
るため、通常は、超電導体とバイパスの熱膨張係数をで
きるだけ一致させるように注意する。しかし、超電導体
組立体の両方の部品が同じ作動温度にある時のみ、これ
はうまくいく。ドイツ特許公開4418050A1は、中空円筒
形高温超電導体で、その外側に銀又はアルミ箔の形で厚
さ10〜100μｍの電気的バイパス層が形成されたものを
開示する。超電導体と金属バイパス層の間の接触抵抗を
減少させるため、機械的補強層が室温で中空シリンダー
に巻かれ、この補強層は引張り応力をかけ、弾性鉄鋼ワ
イヤ又はガラス繊維織物のストリップでできている。次
に、補強層ははんだ又は合成樹脂の手段で固定される。
この結果、超電導体材料に圧縮圧力が起こり、その圧力
成分は中空シリンダー表面に直角と平行である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、初め
に述べた種類の高温超電導体において、超電導体内の電
流方向に直角にクラックが形成され又は拡大するのを防
止することである。この目的は、請求項１に記載した高
温超電導体素子と、請求項７に記載したその製造方法に
より達成される。
に述べた種類の高温超電導体において、超電導体内の電
流方向に直角にクラックが形成され又は拡大するのを防
止することである。この目的は、請求項１に記載した高
温超電導体素子と、請求項７に記載したその製造方法に
より達成される。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、導電組立体の
素子は、動作中必ずしも同じ温度ではないという知識に
基づく。特に電流制限器の場合、超電導体と電気的バイ
パスは、制限状態では異なる速度で加熱され、プロセス
の間にバイパスは超電導体よりずっと高い温度に到達す
る場合がある。
素子は、動作中必ずしも同じ温度ではないという知識に
基づく。特に電流制限器の場合、超電導体と電気的バイ
パスは、制限状態では異なる速度で加熱され、プロセス
の間にバイパスは超電導体よりずっと高い温度に到達す
る場合がある。
【０００７】本発明の本質は、超電導体に結合した電気
的バイパスにより熱機械的に生じる圧縮圧力を高温超電
導体にかけることにより、高温超電導体内の引張り応力
を抑制することである。超電導体素子は、冷却中と素子
の使用中、特に、制限状態で起こり得る全ての温度で、
この圧縮圧力が保持されるように、設計されている。
的バイパスにより熱機械的に生じる圧縮圧力を高温超電
導体にかけることにより、高温超電導体内の引張り応力
を抑制することである。超電導体素子は、冷却中と素子
の使用中、特に、制限状態で起こり得る全ての温度で、
この圧縮圧力が保持されるように、設計されている。
【０００８】第１の好適な実施例では、超電導体とバイ
パスの熱膨張係数と、作動中に起こる温度は、素子が温
度Ｔ0から超電導体とバイパスのあり得る任意の組み合
わせの温度まで冷却するとき、バイパスの長さの特定の
変化は、超電導体の長さの変化より大きいように調整さ
れる。
パスの熱膨張係数と、作動中に起こる温度は、素子が温
度Ｔ0から超電導体とバイパスのあり得る任意の組み合
わせの温度まで冷却するとき、バイパスの長さの特定の
変化は、超電導体の長さの変化より大きいように調整さ
れる。
【０００９】第２の好適な実施例によれば、超電導体素
子は、制限状態で起こるバイパスの最高動作温度が、バ
イパスと超電導体の熱膨張係数差に比例する特定の値を
超えないように、設計され、作動条件が選択される。
子は、制限状態で起こるバイパスの最高動作温度が、バ
イパスと超電導体の熱膨張係数差に比例する特定の値を
超えないように、設計され、作動条件が選択される。
【００１０】バイパスは、超電導体に対して対称に形成
するのが有利である。即ち、素子が平らでストリップの
形であるなら、バイメタル式の歪みをさけるため、超電
導体の両側にあるのが良い。もし、絶縁体により分離さ
れた２つの超電導層がバイパスにより囲まれるなら、こ
れら２つの層内の電流は、交流損失を減らすため、反対
方向に流れることができる。
するのが有利である。即ち、素子が平らでストリップの
形であるなら、バイメタル式の歪みをさけるため、超電
導体の両側にあるのが良い。もし、絶縁体により分離さ
れた２つの超電導層がバイパスにより囲まれるなら、こ
れら２つの層内の電流は、交流損失を減らすため、反対
方向に流れることができる。
【００１１】本発明方法は、超電導体とバイパスを生産
温度Ｔ0で接触させ、電流方向に何のプレストレスはな
い。予想される最大温度勾配と、バイパスと超電導体の
熱膨張係数の調整は、生産温度自体において、超電導体
に圧力をかける必要はないことを意味する。別の有利な
実施例は、従属する請求項に記載する。
温度Ｔ0で接触させ、電流方向に何のプレストレスはな
い。予想される最大温度勾配と、バイパスと超電導体の
熱膨張係数の調整は、生産温度自体において、超電導体
に圧力をかける必要はないことを意味する。別の有利な
実施例は、従属する請求項に記載する。
【発明の実施の形態及び実施例】次に、説明のための実
施例により、添付の図面を参照して、本発明をより詳し
く説明する。図面で使用する参照番号は、図面の簡単な
説明の符号の説明による。原則として、同一の部分は、
同一の番号で示す。
施例により、添付の図面を参照して、本発明をより詳し
く説明する。図面で使用する参照番号は、図面の簡単な
説明の符号の説明による。原則として、同一の部分は、
同一の番号で示す。
【００１２】図１は、電流制限器等に使用される高温超
電導体素子の詳細な断面図である。高温超電導体1が、
正のロック(positive lock)を使用し、第１主面10で大
面積にわたって、電気的バイパス層2に圧力適合により
接続される。電流は、超電導体1とバイパス2を備える導
電体組立体を通って第１主面10に平行な電流方向Ｉへ流
れる。断面がほぼ方形又は円形のワイヤの形の素子で
は、バイパスは超電導性コアを全面で取囲むことができ
る。平らで、ストリップ状の素子の場合は、別のバイパ
ス層2'を少なくとも第1主面10と反対側の第２主面11で
超電導体1と接触させると有利である。こうすると、熱
に誘起された長さ変化は、電流方向Ｉと平行に起こり、
素子のバイメタル式の歪みは起こらない。
電導体素子の詳細な断面図である。高温超電導体1が、
正のロック(positive lock)を使用し、第１主面10で大
面積にわたって、電気的バイパス層2に圧力適合により
接続される。電流は、超電導体1とバイパス2を備える導
電体組立体を通って第１主面10に平行な電流方向Ｉへ流
れる。断面がほぼ方形又は円形のワイヤの形の素子で
は、バイパスは超電導性コアを全面で取囲むことができ
る。平らで、ストリップ状の素子の場合は、別のバイパ
ス層2'を少なくとも第1主面10と反対側の第２主面11で
超電導体1と接触させると有利である。こうすると、熱
に誘起された長さ変化は、電流方向Ｉと平行に起こり、
素子のバイメタル式の歪みは起こらない。
【００１３】図２は、超電導体1とバイパス2の間の電気
的接触、及び／又はバイパス2の機械的固定を改善する
ための、２つの層1,2の間の中間層20を示す。これらの
中間層20は、例えば半田層又は硬化した導電性ポリマー
複合体でできている。図２に示さないガラス繊維プラス
チック等でできた別の層を設けることもでき、これらは
素子の機械的補強のため使用される。
的接触、及び／又はバイパス2の機械的固定を改善する
ための、２つの層1,2の間の中間層20を示す。これらの
中間層20は、例えば半田層又は硬化した導電性ポリマー
複合体でできている。図２に示さないガラス繊維プラス
チック等でできた別の層を設けることもでき、これらは
素子の機械的補強のため使用される。
【００１４】図３は、２つの超電導層1,1'を有する素子
を示し、これらは電気絶縁体3の層により相互に分離さ
れる。これらの２つの超電導層1,1'の電流は、ほぼ等し
く平行で反対方向に、即ちちょうど反対方向Ｉ、Ｉ’に
流れ、超電導体内の交流損失を減少させる。
を示し、これらは電気絶縁体3の層により相互に分離さ
れる。これらの２つの超電導層1,1'の電流は、ほぼ等し
く平行で反対方向に、即ちちょうど反対方向Ｉ、Ｉ’に
流れ、超電導体内の交流損失を減少させる。
【００１５】クラック形成の基本的問題は、特定の種類
の高温超電導体、及び／又はその特定の製造方法に限定
されない。例えば電流制限器の用途では、多結晶のバル
ク材料として溶融処理されたＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏ8が
使用され、層の厚さは50から1000μｍが好ましい。これ
は、適当な超電導体粉末とバインダーと溶剤からなるグ
リーンシートを温度処理に通すことにより作られる。プ
ロセス中、まず最初にバインダーが燃え、次に制御され
た酸素雰囲気中で超電導体が部分的に溶融する。鉄鋼又
はニッケルベースの金属の合金であって室温で10μΩｃ
ｍを超える抵抗率を有するものが、通常は導電性のバイ
パスとして使用するのに好適である。バイパス層厚さ
は、通常は導電性のバイパスに必要な合計の抵抗により
制御され、0.1から2ｍｍである。
の高温超電導体、及び／又はその特定の製造方法に限定
されない。例えば電流制限器の用途では、多結晶のバル
ク材料として溶融処理されたＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏ8が
使用され、層の厚さは50から1000μｍが好ましい。これ
は、適当な超電導体粉末とバインダーと溶剤からなるグ
リーンシートを温度処理に通すことにより作られる。プ
ロセス中、まず最初にバインダーが燃え、次に制御され
た酸素雰囲気中で超電導体が部分的に溶融する。鉄鋼又
はニッケルベースの金属の合金であって室温で10μΩｃ
ｍを超える抵抗率を有するものが、通常は導電性のバイ
パスとして使用するのに好適である。バイパス層厚さ
は、通常は導電性のバイパスに必要な合計の抵抗により
制御され、0.1から2ｍｍである。
【００１６】制限状態では、即ち超電導体の臨界電流密
度を超える誤った電流が起こると、電圧降下が生じ始
め、その結果による抵抗加熱により超電導体は加熱され
る。遅くとも超電導体が臨界温度ＴCに到達するときに
は、超電導体内の抵抗は非常に大きくなり、制限された
誤った電流は、金属のバイパスのみを通って流れる。そ
の結果、バイパスのみが更に加熱され、バイパスの瞬間
温度（ＴBP）と超電導体の瞬間温度（ＴSC）の間にかな
りの温度勾配ΔＴが生じる。それゆえ、超電導体の温度
ＴSC）はゆっくり上昇し、臨界温度ＴCのわずか上まで
しか上がらない。前記温度は、導電体組立体全長にわた
って必ずしも一定ではなく、一般に位置と時間の関数と
して変化する。これに対して、ＴBPとＴSCは共に、同時
にバイパスと超電導体の直接隣接する点で確立される。
誤った電流は、電流制限器内のみで起こるのではなく、
超電導トランスフォーマー又は電送ケーブル内でも予想
される。最初に述べたように、このような温度差によ
り、超電導体上に制御不能な応力が生じ、クラックが形
成され又は拡大する。
度を超える誤った電流が起こると、電圧降下が生じ始
め、その結果による抵抗加熱により超電導体は加熱され
る。遅くとも超電導体が臨界温度ＴCに到達するときに
は、超電導体内の抵抗は非常に大きくなり、制限された
誤った電流は、金属のバイパスのみを通って流れる。そ
の結果、バイパスのみが更に加熱され、バイパスの瞬間
温度（ＴBP）と超電導体の瞬間温度（ＴSC）の間にかな
りの温度勾配ΔＴが生じる。それゆえ、超電導体の温度
ＴSC）はゆっくり上昇し、臨界温度ＴCのわずか上まで
しか上がらない。前記温度は、導電体組立体全長にわた
って必ずしも一定ではなく、一般に位置と時間の関数と
して変化する。これに対して、ＴBPとＴSCは共に、同時
にバイパスと超電導体の直接隣接する点で確立される。
誤った電流は、電流制限器内のみで起こるのではなく、
超電導トランスフォーマー又は電送ケーブル内でも予想
される。最初に述べたように、このような温度差によ
り、超電導体上に制御不能な応力が生じ、クラックが形
成され又は拡大する。
【００１７】前記応力を避けるため、本発明では、電気
的バイパス2を使用して、超電導体1上に圧縮圧力を生
じ、制限状態、即ち、バイパス2の温度ＴBPが超電導体1
の温度ＴSCより高くても、前記圧力が維持されるように
する。導電体組立体の温度が均一な状況(即ち、ＴBP＝
ＴSC)と異なり、このようにする目的では、バイパス2の
熱膨張係数αBPを超電導体1の熱膨張係数αSCより僅か
に大きくなるように選択するだけでは十分ではない。素
子を有効に保護するためには、主電流方向Ｉに少なくと
も十分な圧力をかけ、Ｉに直角なクラックを抑制するる
ことが必須である。前記圧力が生じる方法によっては、
Ｉに直角な圧力成分も形成されるかもしれない。
的バイパス2を使用して、超電導体1上に圧縮圧力を生
じ、制限状態、即ち、バイパス2の温度ＴBPが超電導体1
の温度ＴSCより高くても、前記圧力が維持されるように
する。導電体組立体の温度が均一な状況(即ち、ＴBP＝
ＴSC)と異なり、このようにする目的では、バイパス2の
熱膨張係数αBPを超電導体1の熱膨張係数αSCより僅か
に大きくなるように選択するだけでは十分ではない。素
子を有効に保護するためには、主電流方向Ｉに少なくと
も十分な圧力をかけ、Ｉに直角なクラックを抑制するる
ことが必須である。前記圧力が生じる方法によっては、
Ｉに直角な圧力成分も形成されるかもしれない。
【００１８】超電導体1とバイパス2を備える組立体は、
特定の生産温度で作られ、この温度は以下でＴ0とい
う。この温度Ｔ0は、室温でも良く、又は中間層20、半
田の融点、又はポリマー複合体の硬化温度の関数でも良
い。いったん、組立体が調製されると、機械的に固定さ
れ、即ち組立体の素子1,2は、相互に摺動せず、Ｔ≠Ｔ0
のとき、主面10に平行に同じ相対的変化をする。これに
対応して、中間層20は、撓みやすくてはいけない。例え
ば、銀の過度に厚い層は、変形しやすく、超電導体内に
所望の圧力が生じるのを妨げるからである。もし、熱膨
張係数が異なり、及び／又は素子が異なる温度であれ
ば、両方の素子に熱機械的応力が生じる。例えば、動作
温度までゆっくり冷却するとき、熱膨張係数が小さい方
に圧縮荷重が起こり、他方に引張り荷重が起こる。
特定の生産温度で作られ、この温度は以下でＴ0とい
う。この温度Ｔ0は、室温でも良く、又は中間層20、半
田の融点、又はポリマー複合体の硬化温度の関数でも良
い。いったん、組立体が調製されると、機械的に固定さ
れ、即ち組立体の素子1,2は、相互に摺動せず、Ｔ≠Ｔ0
のとき、主面10に平行に同じ相対的変化をする。これに
対応して、中間層20は、撓みやすくてはいけない。例え
ば、銀の過度に厚い層は、変形しやすく、超電導体内に
所望の圧力が生じるのを妨げるからである。もし、熱膨
張係数が異なり、及び／又は素子が異なる温度であれ
ば、両方の素子に熱機械的応力が生じる。例えば、動作
温度までゆっくり冷却するとき、熱膨張係数が小さい方
に圧縮荷重が起こり、他方に引張り荷重が起こる。
【００１９】高温超電導体素子に必要な設計の評価は、
次の考慮により得られる。同じ長さの超電導体と電気的
バイパスを温度Ｔ0で並べておき、次にそれぞれＴSC(超
電導体)と温度ＴBP（バイパス）まで冷却する。両方の
層が圧力適合で機械的に結合されていると仮定して、も
しバイパスの特定に長さ変化が超電導体の長さ変化より
大きければ、超電導体に圧縮圧力が生じる。 αBP・(Ｔ0−ＴBP)＞αSC・(Ｔ0−ＴSC)
次の考慮により得られる。同じ長さの超電導体と電気的
バイパスを温度Ｔ0で並べておき、次にそれぞれＴSC(超
電導体)と温度ＴBP（バイパス）まで冷却する。両方の
層が圧力適合で機械的に結合されていると仮定して、も
しバイパスの特定に長さ変化が超電導体の長さ変化より
大きければ、超電導体に圧縮圧力が生じる。 αBP・(Ｔ0−ＴBP)＞αSC・(Ｔ0−ＴSC)
【００２０】この最初の式は、次式と同等である。
【００２１】制限状態で、超電導体とバイパスの両方が
ＴCより高い温度に加熱されると仮定すると、この場合
予想される最大バイパス温度ＴBP maxについて、第１の
不等式に十分な条件は、次の通りである。
ＴCより高い温度に加熱されると仮定すると、この場合
予想される最大バイパス温度ＴBP maxについて、第１の
不等式に十分な条件は、次の通りである。
【００２２】セラミック超電導体の熱膨張係数αSCは、
典型的には約10×10-6／Ｋ、鉄鋼製のバイパスの熱膨張
係数αBPは約15×10-6／Ｋである。ＴC≒120Ｋ、Ｔ0≒3
00Ｋであれば、上述の予測から、許容可能な温度勾配Ｔ
BP max−ＴCは60Ｋとなる。それゆえ、素子はＴBPが180
Ｋより高くならないように設計しなければならない。電
導体組立体で生じた熱は、十分速く消散する必要があ
り、及び／又は熱を生じる誤った電流は迅速に遮断する
必要がある。これより大きい温度差が避けられないな
ら、前記値αSC及び／又はαBPの値は適当に修正する必
要がある。
典型的には約10×10-6／Ｋ、鉄鋼製のバイパスの熱膨張
係数αBPは約15×10-6／Ｋである。ＴC≒120Ｋ、Ｔ0≒3
00Ｋであれば、上述の予測から、許容可能な温度勾配Ｔ
BP max−ＴCは60Ｋとなる。それゆえ、素子はＴBPが180
Ｋより高くならないように設計しなければならない。電
導体組立体で生じた熱は、十分速く消散する必要があ
り、及び／又は熱を生じる誤った電流は迅速に遮断する
必要がある。これより大きい温度差が避けられないな
ら、前記値αSC及び／又はαBPの値は適当に修正する必
要がある。
【００２３】電導体組立体内で実際に起こり、数学的記
号を除いて同じ大きさであるが符号は反対である力Ｆを
含めて、第１の不等式は、長さの特定の変化は同じ必要
があるという条件に置き換えられる。Ａは電流の方向に
直角な断面積を表し、Ｅはバイパス／超電導体の弾性モ
ジュラスを表す。 αBP・(Ｔ0-ＴBP)−Ｆ／(ＡBP・ＥBP)＝αSC・(Ｔ0-ＴSC)
＋Ｆ／(ＡSC・ＥSC)
号を除いて同じ大きさであるが符号は反対である力Ｆを
含めて、第１の不等式は、長さの特定の変化は同じ必要
があるという条件に置き換えられる。Ａは電流の方向に
直角な断面積を表し、Ｅはバイパス／超電導体の弾性モ
ジュラスを表す。 αBP・(Ｔ0-ＴBP)−Ｆ／(ＡBP・ＥBP)＝αSC・(Ｔ0-ＴSC)
＋Ｆ／(ＡSC・ＥSC)
【００２４】この結果起こる組立体の長さ変化は、別個
の素子についての第１の不等式で起こる値の間である。
第１の不等式は、最後の等式がＦ＞０で解を持つ、即ち
超電導体上に圧縮力が実際にある必要条件を表す。も
し、ＴSC＝Ｔ0＝ＴBPであれば、力Ｆは任意の値を想定
できる。それゆえ、Ｔ0でプレストレスを与えることが
可能であり、この状況で、プレストレスのないＴ0’を
いつも見つけることができる。
の素子についての第１の不等式で起こる値の間である。
第１の不等式は、最後の等式がＦ＞０で解を持つ、即ち
超電導体上に圧縮力が実際にある必要条件を表す。も
し、ＴSC＝Ｔ0＝ＴBPであれば、力Ｆは任意の値を想定
できる。それゆえ、Ｔ0でプレストレスを与えることが
可能であり、この状況で、プレストレスのないＴ0’を
いつも見つけることができる。
【００２５】もし、Ｔ0が素子の生産温度と同一であれ
ば、素子は、Ｔ0でバイパス2を超電導体1と接触させる
ことにより調製される。これは、素子にプレストレスを
与えずに簡単に行われる、即ち超電導体1もバイパス2
も、Ｔ0で電流方向Ｉにいかなる圧力も応力もかけられ
ない。半田又は銀粒子を含むエポキシ樹脂等の導電性プ
ラスチックの薄い中間層20の手段を介して、圧力適合と
正のロック接続が達成される。中間層の均一に分散した
材料は、真空中で100〜300℃で加熱即ち硬化される。こ
の代りに、プレス又は拘束等の手段により、超電導体の
主面に直角に接触圧力を保つことも可能である。
ば、素子は、Ｔ0でバイパス2を超電導体1と接触させる
ことにより調製される。これは、素子にプレストレスを
与えずに簡単に行われる、即ち超電導体1もバイパス2
も、Ｔ0で電流方向Ｉにいかなる圧力も応力もかけられ
ない。半田又は銀粒子を含むエポキシ樹脂等の導電性プ
ラスチックの薄い中間層20の手段を介して、圧力適合と
正のロック接続が達成される。中間層の均一に分散した
材料は、真空中で100〜300℃で加熱即ち硬化される。こ
の代りに、プレス又は拘束等の手段により、超電導体の
主面に直角に接触圧力を保つことも可能である。
【図１】 本発明による電気的安定と超電導体の熱化学
的圧縮のためのバイパス層を有する高温超電導体素子を
示す図である。
的圧縮のためのバイパス層を有する高温超電導体素子を
示す図である。
【図２】 超電導体とバイパスの間に中間層を有する高
温超電導体素子の好適な実施例を示す図である。
温超電導体素子の好適な実施例を示す図である。
【図３】 絶縁体で分離された２つの超電導層を有する
高温超電導体素子を示す図である。
高温超電導体素子を示す図である。
1,1' 超電導体 10,11 主表面 2,2' 電気的バイパス 20 中間層 3 絶縁体
Claims (8)
- 【請求項１】 超電導体(1)と、前記超電導体(1)に電気
的接触及び機械的接触する電気的バイパス(2)とを有す
る高温超電導体素子であって、前記超電導体(1)は超電
導体温度ＴSCであり、前記バイパス(2)はバイパス温度
ＴBPである素子において、前記超電導体温度ＴSCが前記
バイパス温度ＴBPより低くても、前記バイパス(2)は前
記超電導体(1)上に電流方向（Ｉ）の圧縮力を生じるこ
とを特徴とする素子。 - 【請求項２】 請求項１に記載の素子において、前記超
電導体(1)は第１の熱膨張係数αSCを有し、前記バイパ
ス(2)は第２の熱膨張係数αBPを有し、前記バイパス(2)
の最高作動温度より高い温度Ｔ0において、 αBP・(Ｔ0−ＴBP)＞αSC・(Ｔ0−ＴSC) である素子。 - 【請求項３】 請求項２に記載の素子において、ＴCは
前記超電導体(1)の臨界温度であり、最高バイパス温度
ＴBP maxについて、 である素子。 - 【請求項４】 請求項１に記載の素子において、前記超
電導体(1)はストリップの形であり、電流方向（Ｉ）に
平行な２つの主面(10,11)を有し、前記バイパス(2)は、
両方の主面(10,11)で前記超電導体(1)と接触する素子。 - 【請求項５】 請求項４に記載の素子において、前記超
電導体は、電気絶縁体により分離された２つの層を有
し、該２つの層内で電流は逆方向に流れる素子。 - 【請求項６】 請求項１に記載の素子において、前記バ
イパス(2)は鉄鋼でできていて、前記超電導体(1)と前記
バイパス(2)の間に半田層又は導電性接着層(20)がある
素子。 - 【請求項７】 超電導体(1)と、前記超電導体(1)に電気
的接触及び機械的接触する電気的バイパス(2)とを有す
る高温超電導体素子であって、前記超電導体(1)は超電
導体温度ＴSCであり、第１の熱膨張係数αSCを有し、前
記バイパス(2)はバイパス温度ＴBPであり、第２の熱膨
張係数αBPを有する素子の製造方法において、 前記超電導体温度ＴSCがバイパス温度ＴBPより低くて
も、前記バイパス(2)は前記超電導体(1)上に電流方向
（Ｉ）の圧縮力を生じ、前記超電導体(1)と前記バイパ
ス(2)は、前記バイパス(2)の最高作動温度より高い生産
温度Ｔ0において、前記電流方向（Ｉ）に圧力をかけず
に機械的接触されることを特徴とする方法。 - 【請求項８】 請求項７に記載の方法において、前記バ
イパス(2)は鉄鋼でできていて、半田付け又は接着の手
段により、前記超電導体(1)と接触させられる方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10027243.6 | 2000-05-31 | ||
| DE10027243A DE10027243A1 (de) | 2000-05-31 | 2000-05-31 | Hochtemperatursupraleiteranordnung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002076455A true JP2002076455A (ja) | 2002-03-15 |
Family
ID=7644378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001164843A Pending JP2002076455A (ja) | 2000-05-31 | 2001-05-31 | 高温超電導体素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020000571A1 (ja) |
| EP (1) | EP1160884A2 (ja) |
| JP (1) | JP2002076455A (ja) |
| DE (1) | DE10027243A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008503884A (ja) * | 2004-06-24 | 2008-02-07 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 超伝導スイッチング素子を有する電流制限装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19957981A1 (de) * | 1999-12-02 | 2001-06-07 | Abb Research Ltd | Hochtemperatursupraleiteranordnung und Verfahren zu deren Herstellung |
| DE10226390B4 (de) * | 2002-06-13 | 2004-07-22 | Siemens Ag | Resistive Strombegrenzereinrichtung mit supraleitender Leiterbahn und nicht-supraleitendem Shunt |
| DE102005049687B4 (de) * | 2005-10-14 | 2008-09-25 | Infineon Technologies Ag | Leistungshalbleiterbauteil in Flachleitertechnik mit vertikalem Strompfad und Verfahren zur Herstellung |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5987342A (en) * | 1996-08-30 | 1999-11-16 | American Superconductor Corporation | Laminated superconducting ceramic tape |
| DE19746976C2 (de) * | 1997-10-24 | 2000-11-30 | Abb Research Ltd | Hochtemperatursupraleiter-Anordnung |
-
2000
- 2000-05-31 DE DE10027243A patent/DE10027243A1/de active Pending
-
2001
- 2001-05-14 EP EP01810468A patent/EP1160884A2/de not_active Withdrawn
- 2001-05-31 US US09/867,426 patent/US20020000571A1/en not_active Abandoned
- 2001-05-31 JP JP2001164843A patent/JP2002076455A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008503884A (ja) * | 2004-06-24 | 2008-02-07 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 超伝導スイッチング素子を有する電流制限装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20020000571A1 (en) | 2002-01-03 |
| DE10027243A1 (de) | 2001-12-06 |
| EP1160884A2 (de) | 2001-12-05 |
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