JP2002198577A - 超電導薄膜限流器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超電導薄膜素子内および素子間の電流分布を
均一にして電流容量を増加させ、超電導破壊に対する性
能を向上させる。 【解決手段】 板状の基板１１と、基板１１上に形成さ
れた超電導膜１２と、超電導膜１２上に形成された常電
導体１３とを有する複数の超電導薄膜素子１０を備え、
超電導薄膜素子１０を多角形状に配置し、並列に接続す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、短絡時の迅速な
電流制限のために好適な超電導薄膜限流器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超電導薄膜限流器として、例えば
特表平９−５１０５８１号公報等に示されているよう
に、短絡時の迅速な電流制限のための限流器の超電導薄
膜素子として平坦な平面状の層構造のものがあり、これ
らは、実質的に支持絶縁体と、この上に平面的に被着さ
れた薄い超電導膜と、さらに、その上に平面的に被着さ
れた常電導体の抵抗層により構成されている。

【０００３】図７（ａ）は、上述の超電導薄膜素子が１
枚の場合の電流分布を示す図である。図において、１は
超電導薄膜素子であって、この超電導薄膜素子１を流れ
る電流は紙面に垂直とすると、超電導薄膜素子１の端部
に集中して流れる。これは磁界が超電導薄膜素子１と交
差する（ｙ方向成分がある）ためである。また、図７
（ｂ）は、複数の超電導薄膜素子１を平面的に配置した
場合を示すもので、例えば長さ１０ｃｍ、幅１ｃｍの超
電導薄膜素子１を５枚並列接続した場合である。この場
合の各素子の電流分布は、端から１．９：１．０３：
１．０：１．０３：１．９となり、各素子間でも同様の
電流不均一が発生する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の超電
導薄膜限流器は、上述の如く超電導薄膜素子を流れる電
流がその端部に集中し、端部から超電導状態が壊れるた
め、限流器の性能が低いという問題点があった。また、
複数の超電導薄膜素子を平面的に配置した場合には、各
素子の電流分布が異なるため、各素子間でも同様の電流
不均一が発生し、電流容量の低くなり、超電導状態の破
壊が生じ安くなるという問題点があった。

【０００５】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたものであり、磁界を超電導薄膜素子と
交差させないようにすることで、超電導薄膜素子内の電
流分布を均一とし、超電導状態の破壊に対する性能を向
上できる超電導薄膜限流器を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る超
電導薄膜限流器は、複数の超電導薄膜素子を備え、該超
電導薄膜素子を多角形状に配置し、並列に接続したもの
である。

【０００７】請求項２の発明に係る超電導薄膜限流器
は、請求項１の発明において、上記多角形状に配置され
た超電導薄膜素子の内側に抵抗体を挿入し、該抵抗体を
上記超電導薄膜素子に並列接続したものである。

【０００８】請求項３の発明に係る超電導薄膜限流器
は、請求項１の発明において、上記複数の超電導薄膜素
子と直列にそれぞれインピーダンス素子を接続したもの
である。

【０００９】請求項４の発明に係る超電導薄膜限流器
は、請求項１の発明において、上記超電導薄膜素子は板
状の基板と、該基板上に形成された超電導膜と、該超電
導膜上に形成された常電導体とを有するものである。

【００１０】請求項５の発明に係る超電導薄膜限流器
は、請求項１〜３のいずれかの発明において、上記超電
導薄膜素子は板状の基板と、該基板上に形成された超電
導膜とを有するものである。

【００１１】請求項６の発明に係る超電導薄膜限流器
は、請求項４または５の発明において、上記基板に凹凸
を設けたものである。

【００１２】請求項７の発明に係る超電導薄膜限流器
は、請求項１〜６のいずれかの発明において、上記超電
導薄膜素子に放熱用の基板を追加したものである。

【００１３】請求項８の発明に係る超電導薄膜限流器
は、多角形状に配置され、並列接続された複数の超電導
薄膜素子からなる第１の超電導薄膜限流器と、上記超電
導薄膜素子より径が小さく、且つ多角形状に配置され、
並列接続された複数の超電導薄膜素子からなる第２の超
電導薄膜限流器とを備え、上記第２の超電導薄膜限流器
を上記第１の超電導薄膜限流器に挿入し、該第１の超電
導薄膜限流器に対して並列または直列に接続したもので
ある。

【００１４】請求項９の発明に係る超電導薄膜限流器
は、請求項８の発明において、上記第２の超電導薄膜限
流器の内側に抵抗体を挿入し、該抵抗体を上記第２の超
電導薄膜限流器に並列接続したものである。

【００１５】請求項１０の発明に係る超電導薄膜限流器
は、請求項８の発明において、上記第１および第２の超
電導薄膜限流器の少なくとも一方の各超電導薄膜素子と
直列にそれぞれインピーダンス素子を接続したものであ
る。

【００１６】請求項１１の発明に係る超電導薄膜限流器
は、請求項８〜１０のいずれかの発明において、上記第
１および第２の超電導薄膜限流器の各超電導薄膜素子は
板状の基板と、該基板上に形成された超電導膜と、該超
電導膜上に形成された常電導体とを有するものである。

【００１７】請求項１２の発明に係る超電導薄膜限流器
は、請求項８〜１０のいずれかの発明において、上記第
１および第２の超電導薄膜限流器の各超電導薄膜素子は
板状の基板と、該基板上に形成された超電導膜とを有す
るものである。

【００１８】請求項１３の発明に係る超電導薄膜限流器
は、請求項１１または１２の発明において、上記基板に
凹凸を設けたものである。

【００１９】請求項１４の発明に係る超電導薄膜限流器
は、請求項８〜１０のいずれかの発明において、上記第
１および第２の超電導薄膜限流器の各超電導薄膜素子に
放熱用の基板を追加したものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態
を、図に基づいて説明する。 実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１を示す
もので、図１（ａ）は超電導薄膜限流器を構成する超電
導薄膜素子の配置図、図１（ｂ）はその超電導薄膜素子
の断面図である。図において、１０は超電導薄膜素子、
１１は支持絶縁体である板状の基板、１２はこの基板１
１上に形成された超電導膜、１３はこの超電導膜１２上
に形成された常電導体である。

【００２１】ここでは、図１（ａ）に示すように、複数
の超電導薄膜素子１０を多角形状に配置し、並列に接続
して超電導薄膜限流器を構成する。複数の超電導薄膜素
子１０を多角形状に配置し、並列接続した場合、磁界は
超電導薄膜素子１０と交差せず、超電導薄膜素子１０内
の電流分布が均一となり、電流容量が実質的に増加す
る。また、各超電導薄膜素子１０内の配置が実質的に対
称であるため、各素子間の電流分布も均一となり、さら
に、電流容量が増加する。

【００２２】このように、本実施の形態では、複数の超
電導薄膜素子を多角形状に配置して並列接続すること
で、超電導薄膜素子内および素子間の電流分布を均一と
し、電流容量を増加させて超電導破壊に対する性能を向
上できる。

【００２３】実施の形態２．図２は、この発明の実施の
形態２を示す構成図である。なお、図２において、図１
と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省
略する。図において、１４は上記実施の形態１で用いら
れた超電導薄膜素子１０より径の小さい超電導薄膜素子
である。

【００２４】ここでは、複数の超電導薄膜素子１４を多
角形状に配置し、並列に接続して第２の超電導薄膜限流
器を構成する。そして、この径の小さな超電導薄膜限流
器を、上記実施の形態１において複数の超電導薄膜素子
１０を用いて構成された第１の超電導薄膜限流器の中
に、図２に示すように、挿入して実質的に並列接続とす
る。これにより、体積を増加させることなく、電流容量
を増加できる。なお、第１の超電導薄膜限流器に対する
第２の超電導薄膜限流器の接続は並列でもよいし、直列
でもよい。

【００２５】このように、本実施の形態では、第１の超
電導薄膜限流器の中に、これより径の小さな超電導薄膜
素子からなる超電導薄膜限流器を挿入して実質的に二重
構造とすることで、上記実施の形態１と同様の効果が得
られると共に、体積を増加させることなく、電流容量を
増加でき、さらに、超電導破壊に対する性能を向上でき
る。

【００２６】実施の形態３．図３は、この発明の実施の
形態３を示すもので、図３（ａ）は超電導薄膜限流器を
構成する超電導薄膜素子の配置図、図３（ｂ）はその超
電導薄膜素子の断面図である。なお、図３において、図
１と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を
省略する。図において、１０Ａは超電導薄膜素子であっ
て、この超電導薄膜素子１０Ａは支持絶縁体である板状
の基板１１と、この基板１１上に形成された超電導膜１
２とからなる。１５は抵抗体である。

【００２７】ここでは、複数の超電導薄膜素子１０Ａを
多角形状に配置し、並列に接続して超電導薄膜限流器を
構成する。そして、この超電導薄膜限流器の中に、図３
に示すように、抵抗体１５を挿入して実質的に並列接続
とする。これにより、電流容量を増加できると共に、体
積を増加させることなく、超電導薄膜限流器の抵抗値を
容易に調整することができる。

【００２８】このように、本実施の形態では、基板と超
電導膜とからなる複数の超電導薄膜素子を多角形状に配
置して構成された超電導薄膜限流器の中に抵抗体を挿入
することで、上記実施の形態１と同様の効果が得られる
と共に、体積を増加させることなく、超電導薄膜限流器
の抵抗値を容易に調整することができる。

【００２９】実施の形態４．図４は、この発明の実施の
形態４を示すもので、図４（ａ）は超電導薄膜限流器を
構成する超電導薄膜素子の配置図、図４（ｂ）はその超
電導薄膜素子の断面図である。なお、図４において、図
１および図３と対応する部分には同一符号を付し、その
詳細説明を省略する。図において、１６は各超電導薄膜
素子１０に直列に接続されたインピーダンス素子、例え
ばコイルである。

【００３０】超電導薄膜素子１０毎に直列にコイル１６
を接続することで、超電導薄膜素子１０の幾何学的配置
に多少の狂いがあっても、実質的に超電導薄膜素子１０
を流れる電流を個別に調整して超電導薄膜素子１０毎の
電流を均一化できる。また、コイル１６を超電導コイル
とすると、インピーダンス部での損失を低減できる。な
お、インピーダンス素子としてはコイル（インダクタン
ス）の他に微小な抵抗を用いてもよい。

【００３１】このように、本実施の形態では、超電導薄
膜素子毎に直列にコイルを接続することで、超電導薄膜
素子を流れる電流を個別に調整でき、以て、上記実施の
形態１と同様の効果が得られると共に、超電導薄膜素子
毎の電流を容易に均一化できる。

【００３２】実施の形態５．図５は、この発明の実施の
形態５を示すもので、図５（ａ）は超電導薄膜限流器を
構成する超電導薄膜素子の配置図、図５（ｂ）はその超
電導薄膜素子の断面図である。なお、図５において、図
１と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を
省略する。図において、１０Ｂは超電導薄膜素子であっ
て、この超電導薄膜素子１０Ｂは支持絶縁体である板状
の基板１１Ａと、この基板１１Ａ上に形成された超電導
膜１２と、この超電導膜１２上に形成された常電導体１
３とからなる。

【００３３】ここで、基板１１Ａは、その下部即ち超電
導膜１２が形成される側と反対側に凹凸を有する。そし
て、複数の超電導薄膜素子１０Ｂを多角形状に配置し、
並列に接続して超電導薄膜限流器を構成する。基板１１
Ａに凹凸を設けることで、基板１１Ａの表面積が増加
し、外部への放熱がよくなる。

【００３４】このように、本実施の形態では、多角形状
の超電導薄膜限流器を構成する超電導薄膜素子の基板の
下部に凹凸を設けることで、上記実施の形態１と同様の
効果が得られると共に、超電導薄膜限流器の放熱効果を
よくすることができる。

【００３５】実施の形態６．図６は、この発明の実施の
形態６における超電導薄膜限流器を構成する超電導薄膜
素子を示す断面図である。なお、図６において、図１と
対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略
する。図において、１７は基板１１および超電導膜１２
と共に超電導薄膜素子を構成する常電導体１３上に設け
られた放熱用の基板である。この基板１７はその上部に
凹凸を有する。

【００３６】そして、このようにして形成されている複
数の超電導薄膜素子を、上述と同様に多角形状に配置
し、並列に接続して超電導薄膜限流器を構成する。この
凹凸を有する放熱用の基板１７を追加することで、基板
１７の表面積が増加し、外部への放熱がよくなる。な
お、基板１７としてはＡ１₂Ｏ₃、ＡｌＮなどの高熱伝導
・絶縁材や、超電導素子側の表面が電気絶縁された高熱
伝導・金属材等を用いる。

【００３７】このように、本実施の形態では、多角形状
の超電導薄膜限流器を構成する超電導薄膜素子の上部に
凹凸を有する別な放熱用の基板を設けることで、上記実
施の形態１と同様の効果が得られると共に、超電導薄膜
限流器の放熱効果をよくすることができる。

【００３８】実施の形態７．なお、上記実施の形態２に
おける第１の超電導薄膜限流器に対する径の小さな第２
の超電導薄膜限流器の挿入は、他の実施の形態において
も同様に適用でき、同様の効果を奏する。また、上記実
施の形態３における多角形状の超電導薄膜素子に対する
抵抗体の挿入、或いは、超電導薄膜素子を基板と超電導
膜で構成することは、他の実施の形態１、２、５および
６においても同様に適用でき、同様の効果を奏する。

【００３９】また、上記実施の形態４における超電導薄
膜素子へのインピーダンス素子の直列接続は、他の実施
の形態においても同様に適用でき、同様の効果を奏す
る。さらに、上記実施の形態５および６における基板へ
凹凸を設けることや、凹凸を有する基板を超電導薄膜素
子へ追加することは、他の実施の形態においても同様に
適用でき、同様の効果を奏する。また、上記実施の形態
では、多角形状として６角形状の場合について説明した
が、これに限定されることはなく、磁界が超電導薄膜素
子と交差することが少なく、また、超電導薄膜素子を組
み立てる作業性を考慮して任意に設定すればよい。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、複数の超電導薄膜素子を備え、該超電導薄膜素子を
多角形状に配置し、並列に接続したので、超電導薄膜素
子内および素子間の電流分布を均一にでき、電流容量を
増加させて超電導破壊に対する性能を向上できるという
効果がある。

【００４１】また、請求項２の発明によれば、上記多角
形状に配置された超電導薄膜素子の内側に抵抗体を挿入
し、該抵抗体を上記超電導薄膜素子に並列接続したの
で、超電導破壊に対する性能を向上できると共に、体積
を増加させることなく、超電導薄膜限流器の抵抗値を容
易に調整することができるという効果がある。

【００４２】また、請求項３の発明によれば、上記複数
の超電導薄膜素子と直列にそれぞれインピーダンス素子
を接続したので、超電導薄膜素子を流れる電流を個別に
調整でき、以て、超電導破壊に対する性能を向上できる
と共に、超電導薄膜素子毎の電流を容易に均一化できる
という効果がある。

【００４３】また、請求項４の発明によれば、上記超電
導薄膜素子は板状の基板と、該基板上に形成された超電
導膜と、該超電導膜上に形成された常電導体とを有する
ので、超電導破壊に対する性能の向上に寄与できるとい
う効果がある。という効果がある。

【００４４】また、請求項５の発明によれば、上記超電
導薄膜素子は板状の基板と、該基板上に形成された超電
導膜とを有するので、小型化および超電導破壊に対する
性能の向上に寄与できるという効果がある。

【００４５】また、請求項６の発明によれば、上記基板
に凹凸を設けたので超電導薄膜限流器の放熱効果をよく
することができるという効果がある。

【００４６】また、請求項７の発明によれば、上記超電
導薄膜素子に放熱用の基板を追加したので、超電導薄膜
限流器の放熱効果をよくすることができるという効果が
ある。

【００４７】さらに、請求項８の発明によれば、多角形
状に配置され、並列接続された複数の超電導薄膜素子か
らなる第１の超電導薄膜限流器と、上記超電導薄膜素子
より径が小さく、且つ多角形状に配置され、並列接続さ
れた複数の超電導薄膜素子からなる第２の超電導薄膜限
流器とを備え、上記第２の超電導薄膜限流器を上記第１
の超電導薄膜限流器に挿入し、該第１の超電導薄膜限流
器に対して並列または直列に接続したので、体積を増加
させることなく、超電導薄膜素子内および素子間の電流
分布を均一にでき、電流容量を増加させて超電導破壊に
対する性能を更に向上できるという効果がある。

【００４８】また、請求項９の発明によれば、上記第２
の超電導薄膜限流器の内側に抵抗体を挿入し、該抵抗体
を上記第２の超電導薄膜限流器に並列接続したことを特
徴とする請求項８記載の超電導薄膜限流器。上記第２の
超電導薄膜素子の内側に抵抗体を挿入し、該抵抗体と上
記第２の超電導薄膜素子に並列接続したので、体積を増
加させることなく、超電導薄膜限流器の抵抗値を容易に
調整することができるという効果がある。

【００４９】また、請求項１０の発明によれば、上記第
１および第２の超電導薄膜限流器の少なくとも一方の各
超電導薄膜素子と直列にそれぞれインピーダンス素子を
接続したので、超電導薄膜素子を流れる電流を個別に調
整でき、以て、超電導破壊に対する性能を向上できると
共に、超電導薄膜素子毎の電流を容易に均一化できると
いう効果がある。

【００５０】また、請求項１１の発明によれば、上記第
１および第２の超電導薄膜限流器の各超電導薄膜素子は
板状の基板と、該基板上に形成された超電導膜と、該超
電導膜上に形成された常電導体とを有するので、超電導
破壊に対する性能の向上に寄与できるという効果があ
る。

【００５１】また、請求項１２の発明によれば、上記第
１および第２の超電導薄膜限流器の各超電導薄膜素子は
板状の基板と、該基板上に形成された超電導膜とを有す
るので、小型化および超電導破壊に対する性能の向上に
寄与できるという効果がある。

【００５２】また、請求項１３の発明によれば、上記基
板に凹凸を設けたので、超電導薄膜限流器の放熱効果を
よくすることができるという効果がある。

【００５３】また、請求項１４の発明によれば、上記第
１および第２の超電導薄膜限流器の各超電導薄膜素子に
放熱用の基板を追加したので、超電導薄膜限流器の放熱
効果をよくすることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１を示す構成図であ
る。

【図２】 この発明の実施の形態２を示す構成図であ
る。

【図３】 この発明の実施の形態３を示す構成図であ
る。

【図４】 この発明の実施の形態４を示す構成図であ
る。

【図５】 この発明の実施の形態５を示す構成図であ
る。

【図６】 この発明の実施の形態６を示す構成図であ
る。

【図７】 従来の超電導薄膜限流器を説明するための図
である。

【符号の説明】

１０，１０Ａ，１０Ｂ ，１４ 超電導薄膜素子、１
１，１１Ａ 基板、１２超電導膜、１３ 常電導体、１
５ 抵抗体、１６ コイル、１７ 放熱用基板。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の超電導薄膜素子を備え、該超電導
   薄膜素子を多角形状に配置し、並列に接続したことを特
   徴とする超電導薄膜限流器。
2. 【請求項２】 上記多角形状に配置された超電導薄膜素
   子の内側に抵抗体を挿入し、該抵抗体を上記超電導薄膜
   素子に並列接続したことを特徴とする請求項１記載の超
   電導薄膜限流器。
3. 【請求項３】 上記複数の超電導薄膜素子と直列にそれ
   ぞれインピーダンス素子を接続したことを特徴とする請
   求項１記載の超電導薄膜限流器。
4. 【請求項４】 上記超電導薄膜素子は板状の基板と、該
   基板上に形成された超電導膜と、該超電導膜上に形成さ
   れた常電導体とを有することを特徴とする請求項１〜３
   のいずれかに記載の超電導薄膜限流器。
5. 【請求項５】 上記超電導薄膜素子は板状の基板と、該
   基板上に形成された超電導膜とを有することを特徴とす
   る請求項１〜３のいずれかに記載の超電導薄膜限流器。
6. 【請求項６】 上記基板に凹凸を設けたことを特徴とす
   る請求項４または５記載の超電導薄膜限流器。
7. 【請求項７】 上記超電導薄膜素子に放熱用の基板を追
   加したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載
   の超電導薄膜限流器。
8. 【請求項８】 多角形状に配置され、並列接続された複
   数の超電導薄膜素子からなる第１の超電導薄膜限流器
   と、 上記超電導薄膜素子より径が小さく、且つ多角形状に配
   置され、並列接続された複数の超電導薄膜素子からなる
   第２の超電導薄膜限流器とを備え、上記第２の超電導薄
   膜限流器を上記第１の超電導薄膜限流器に挿入し、該第
   １の超電導薄膜限流器に対して並列または直列に接続し
   たことを特徴とする超電導薄膜限流器。
9. 【請求項９】 上記第２の超電導薄膜限流器の内側に抵
   抗体を挿入し、該抵抗体を上記第２の超電導薄膜限流器
   に並列接続したことを特徴とする請求項８記載の超電導
   薄膜限流器。
10. 【請求項１０】 上記第１および第２の超電導薄膜限流
    器の少なくとも一方の各超電導薄膜素子と直列にそれぞ
    れインピーダンス素子を接続したことを特徴とする請求
    項８記載の超電導薄膜限流器。
11. 【請求項１１】 上記第１および第２の超電導薄膜限流
    器の各超電導薄膜素子は板状の基板と、該基板上に形成
    された超電導膜と、該超電導膜上に形成された常電導体
    とを有することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか
    に記載の超電導薄膜限流器。
12. 【請求項１２】 上記第１および第２の超電導薄膜限流
    器の各超電導薄膜素子は板状の基板と、該基板上に形成
    された超電導膜とを有することを特徴とする請求項８〜
    １０のいずれかに記載の超電導薄膜限流器。
13. 【請求項１３】 上記基板に凹凸を設けたことを特徴と
    する請求項１１または１２記載の超電導薄膜限流器。
14. 【請求項１４】 上記第１および第２の超電導薄膜限流
    器の各超電導薄膜素子に放熱用の基板を追加したことを
    特徴とする請求項８〜１３のいずれかに記載の超電導薄
    膜限流器。