JPH02281765A - 酸化物超電導体薄膜を用いた超電導素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明の超電導素子は、酸化物超電導体の超電導−常電
導遷移を利用して１例えば限流素子として使用できるよ
うにしたものである。

（従来技術） 電力用超電導機器においては、事故発生時に短絡電流を
抑えて遮断器の責務を軽減する事故時限流器（限流器）
を組合わせて使用すると短絡電流対策が容易になる。

限流器には限流素子形、整流形、リアクトル形のものが
ある。

限流素子形のものは超電導体の超電導−常電導遷移を利
用するものであり、超電導状態における通電損失が小さ
く、常電導状態における電気抵抗が高いことが要求され
る。

従来の限流素子には金属超電導体が用いられ、液体ヘリ
ウム温度で使用されていた。これは超電導体が常電導遷
移することにより発生する自己抵抗により通電電流を抑
えるものである。

（従来技術の問題点） しかし金属超電導体は常電導状態での電気抵抗値が低く
、またコストの高い液体ヘリウム温度で使用される必要
があるため、所望とする抵抗値を得るためには素子が大
きくなると共に液体ヘリウムを使用するため装置が大棗
かりになり、しかも高価になるという問題があった。

そこで近年は、常電導状態での電気抵抗が高く、コスト
の安い液体窒素で使用できる酸化物超電導体を使用した
限流素子が検討されている。

この酸化物超電導体を使用した限流素子の一つとして、
Ｙｍ０３．ＢａＣＯ５、ＣｕＯの原料粉を仮焼してＹＢ
ＣＯ扮を得、同ＹＢＣＯ扮に有機バインダを混ぜ、有機
溶媒に分散してスラリー状にし、これをドクターブレー
ド法でシートに成形し、折り返し状に打ち抜き、この成
形体を酸素気流中で填成したものがある。第６図のもの
は幅約１．３ｍｍ、厚さ約０．９ｍｍの断面の酸化物超
電導体棒ａを一辺の長さ約３０ｍｍで折曲げた構造であ
る。

しかしこの酸化物超電導体は厚さが０．９ｍｍ前後と厚
い厚膜であるため、大きな電流を流し易いＣ軸配向膜が
得られに＜＜、金属超電導体に比して大電流が流れにく
いという問題があった。

（発明の目的） 本発明の目的は小型で、安価で、しかも大きな電流を流
すことができ、限流器として使用することができる酸化
物超電導体薄膜を用いた超電導素子を提供することにあ
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明の超電導薄膜を用いた超電導素子は第１図に示す
ように、基板ｌ上に、液体窒素温度以上の臨界温度を有
する酸化物超電導体薄膜による超電導体導電路２が設け
られ、該導電路２と並列に電気抵抗を有する常電導体導
電路３が設けられ、該常電導体導電路３の電気抵抗値が
前記超電導体導電路２の常電導抵抗値より小さいことを
特徴とするものである。

前記基板ｌには例えばＭｇＯ１ＳｒＴｉＯ，。

Ｓｉ等のような単結晶基板が用いられる。

前記超電導体導電路２は酸化物超電導体薄膜であり、こ
の薄膜はＣ軸配向をもった薄膜であることが望ましい、
この薄膜は例えばＰＶＤ法、ＣＶＤ法などの成膜法によ
・リエビタキシャル成膜される。この場合、材料として
ＲＥ系、Ｂｉ系、Ｔｆｆ系などが使用される。

常電導体導電路３はＡｕ、Ａｇ、Ｃｕなとの金属が線或
は膜の形で基板ｌに圧着あるいは蒸着されて形成されて
いる。

（作用） 本発明の超電導素子は超電導体導電路２と常電導体導電
路３とが並列に設けられているので、超電導体導電路２
の臨界電流以下の電流を同素子に流すと、すべての電流
が超電導状態である超電導体導電路２を流れる。

しかし常電導体導電路３の抵抗値が超電導体導電路２の
常電導抵抗値よりも小さくなっているので、同素子に超
電導体導電路２の臨界電流を越える電流を流すと、超電
導体導電路２は常電導遷移をおこし、その抵抗値が常電
導体導電路３の抵抗値よりも太き（なる、このため同素
子を流れる電流の大半は常電導体導電路３を流れる。す
なわち常電導状態時に同素子内に発生した抵抗により超
電導体導電路２を流れる電流が抑えられ、限流効果を示
すので、限流素子として使用することができる。

また１本発明の超電導素子は超電導体導電路２は酸化物
超電導体薄膜であるため、電流の流れ易いａ−ｂ面のそ
ろったＣ軸配向膜、あるいはエピタキシャル膜が得られ
易い、このため大電流を流すことができる。

（実施例） 第１図〜第４図は本発明の超電導素子の各種実施例であ
る。

このうち第１図ａの超電導素子は超電導体導電路２と常
電導体導電路３とを、同図すのように同一基板ｌの同一
面上に蒸着法により形成したものである。

第２図の超電導素子は基板ｌの上に超電導体導電路２を
形成し、その上に常電導体導電路３を形成したものであ
る。この場合は常電導体導電路３に導電路としての機能
だけでなく、超電導体導電路２を機械的に保護する保護
膜としての機能をももたせである。

第３図の超電導素子は基板ｌの上面に超電導体導電路２
が複数本並列に形成され、各超電導体導電路２の上に常
電導体導電路３が積層されているものであり、大電流用
として使用できるものであ第１図〜第３図の超電導素子
はいずれも基板ｌの上面に超電導体導電路２と常電導体
導電路３とが設けられているものであるが、第４図の超
電導素子は基板ｌの上下両面に超電導体導電路２を設け
、その外側に常電導体導電路３を設けたものである。

本発明の超電導素子は具体的には例えば次のようにして
製作される。

幅１ｍｍ、長さ１０ｍｍのＭｇＯ単結晶基板ｌを５００
℃〜６５０℃に加熱し、Ｙ、Ｂａ、Ｃｕ金属をソースに
もつ３元共蒸着を酸素圧１−１−１Ｏ。１ｒ下で行なっ
て、前記単結晶基板ｌの上にＹ＋Ｂａ１ＣｕｉＯｘのＣ
軸配向膜を０．４μｍの厚さに成膜する。

この酸化物超電導体薄膜の臨界電流は約０．８Ａであり
、臨界温度直上での常電導抵抗値は約８Ωとなる。この
薄膜の両端をφ５０μｍ、長さ１ｃｍのＡｇｔｔｌＡで
短絡すると、同Ａｇ！！の液体窒素での抵抗値は約１．
４Ωとなる。

このようにして作られた超電導素子を液体窒素に入れ、
第５図のように交流電源と直列に接続された外部負荷８
．９との間に入れた。このとき回路に流れる電流は０．
６Ａであり、限流素子は超電導状態である。スイッチＳ
Ｗにより外部負荷９を短絡すると、限流素子のないとき
は６Ａの短絡電流が流れるが、限流素子が入ると２Ａと
なり、この素子の限流効果が確認された。

（発明の効果） 本発明の超電導素子は次のような効果がある。

■、超電導体導電路２が酸化物超電導体薄膜であるため
、電流の流れ易いＣ軸配向膜が得られ易（、Ｃ軸配向膜
にすれば従来の酸化物超電導体厚膜を使用する場合より
も大電流を流すことができる。

■、超電導体導電路２が液体窒素温度以上の臨界温度を
有する酸化物超電導体薄膜で形成されているので、超電
導体導電路２を超電導状態に維持するのに液体窒素を使
用することができ、従ってランニングコストが安くなり
、小型化もできる。

■、常電導体導電路３の電気抵抗値が超電導体導電路２
の常電導抵抗値より小さく設定されているので、超電導
体導電路２が常電導状態になると電流が常電導体導電路
３を流れ、大電流を制御する限流素子として使用するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明の超電導素子の一実施例の斜視図、同
図すは側面図、第２図〜第４図は本発明の超電導素子の
他の実施例の斜視図、第５図は同超電導素子の使用説明
図、第６図は従来の酸化物超電導体厚膜を用いた超電導
素子の説明図である。 ｌは基板 ２は超電導体導電路 ３は常電導体導電路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板ｌ上に、液体窒素温度以上の臨界温度を有する酸化
   物超電導体薄膜による超電導体導電路２が設けられ、該
   導電路２と並列に電気抵抗を有する常電導体導電路３が
   設けられ、該常電導体導電路３の電気抵抗値が前記超電
   導体導電路２の常電導抵抗値より小さいことを特徴とす
   る酸化物超電導体薄膜を用いた超電導素子。