JPH02281766A - 酸化物超電導体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超電導体の超電導−常電導転移を
利用して、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Ｍ！４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。

従来、限流器には限流素子形、整流形、リアクトル形の
ものがあった このうち限流素子形のものは超電導体の超電導−常電導
転移を利用するものであり、これには超電導状態におけ
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転移
することにより発生する自己抵抗により、超電導体への
通電電流を抑えるようにしたものである。

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金属超電
導体を大きくしなければならず、また液体ヘリウムを使
用するため装置が大型化し、また高価になるという＃１
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
安い液体窒素で超電導状態を維持できる酸化物超電導体
を用いた限流素子が検討されている。

この限流素子は第７図のように基板ａの上に酸化物超電
導体膜による超電導体導電路すが形成され、それと並列
に常電導体による常電導体導電路Ｃが形成されているも
のである。

（従来技術の問題点） しかし第７図の限流素子には次のような問題があった。

■、超電導体導電路すの膜厚が０．９ｍｍ前後と厚いた
め、大きな電流を流し易いＣ軸配向膜を得に＜（、金属
超電導体に比して大電流を流しにくいという問題があっ
た。

■、超電導体導電路すの超電導−常電導転移は超電導体
導電路すのどこか一部からおこって全体に広がって行く
が、第７図のものは超電導導電路すの幅が均一であるた
め、どこで転移がおこり始めるかわからない、このため
同限流素子の臨界電流を設計通りに制御することが難し
かった。

（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、しか
も臨界電流の制御が容易な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） 本発明の酸化物超電導体を用いた超電導素子は第２図〜
第５図に示されるように、基板ｌ上に液体窒素温度以上
の臨界温度を有する超電導体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
抗が前記超電導体導電路２の常電導抵抗より小さ（設定
されてなる超電導素子において、前記超電導体導電路２
の一部に断面積の小さな超電導−常電導転移開始部４が
設けられてなるものである。

前記基板ｌには例えばＭｇＯ，５ｒＴｉＯｘ、Ｓｌ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には例えば酸化物超電導体薄膜（
薄膜＝μｍ単位の厚さのもの）とか酸化物超電導体厚膜
（厚ｉ１：ｌ／１０ｍｍ単位の厚さのもの）等が使用さ
れるが、電流を流し易いＣ軸配向をもった膜を作り易い
酸化物超電導体薄膜が望ましい、この酸化物超電導体薄
膜は例えばＰＶＤ法、ＣＶＤ法などの成膜法によりエピ
タキシャル成膜される。その材料にはＲＥ系、Ｂｉ系。

ＴＩ２系のものが使用される。

常電導体導電路３はＡｕ、Ａｇ、ＣＩＪ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。

超電導−常電導転移開始部４の幅Ｗは超電導体導電路２
の幅Ｌ（通常は約１ｍｍ）の約１／２程度が望ましい。

（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は常電導転移をおこし、その抵抗値が常電導体導
電路３の抵抗値よりも大きくなる。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、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て限流効果を示す、このため本発
明の超電導素子は限流素子として使用することができる
。

また、前記超電導−常電導転移は必ず超電導体導電路２
の超電導−常電導転移開始部４からおこり始まるので、
臨界電流を設計通りに制御し易くなる。

（実施例） 本発明の超電導素子の原理は第１図に示されているよう
に、基板ｌの上に酸化物超電導体膜による超電導体導電
路２が設けられ、それに並列に常電導体導電路３が設け
られ、前記超電導体導電路２の長手方向中央部に断面積
が最小である超電導−常電導転移部４が形成されている
。

第２図〜第５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２図ａの超電導素子は酸化物超電導体膜によ
る超電導体導電路２と常電導体による常電導体導電路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
より薄膜状（μｍ１位の厚さ）に形成したものである。

この構造にすることにより小型でしかも機械的にも強い
超電導素子を作ることができる。

第３図の超電導素子は基板ｌの上に酸化物超電導体膜に
よる超電導体導電路２を形成し、その上に常電導体膜に
よる常電導体導電路３を蒸着法により薄膜状に形成した
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（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４図の超電導素子は基板ｌの上面に酸化物超電導体膜
による超電導体導電路２が複数本並列に形成され、各超
電導体導電路２の上に常電導体膜による常電導体導電路
３が積層されてなるものである。この超電導体導電路２
も常電導体導電路３も蒸着法により薄膜状に形成されて
いる。これは大電流用のものである。

第２図〜第４図の超電導素子はいずれも基板ｌの上面だ
けにしか超電導体導電路２と常電導体導電路３とが設け
られていないが、第５図の超電導素子は基板ｌの上面だ
けでなく下面にも超電導体導電路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。

なお、第２図〜第５図ではいずれの超電導体導電路２に
も超電導−常電導転移部４がバヨ成されている。

また、第２図〜第４図の５は通電電流端子である。

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ＩＶＩｇＯ単結晶基板１を５
００℃〜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１−１０ｍ１−１Ｏ下で行
なって、前記単結晶基板１の上にＹ　＋　Ｂ　ａ　２　
Ｃｕ　ｓ　ＯｘのＣ軸配向膜を０．４ｕｍ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Ａｇ線で短絡す
ると、同Ａｇ＃ｉｌ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に超電導−常電導転移開始部４が
形成されているので、超電導−常電導転移が必ず同開始
部４からおこり始める。このため臨界電流を設計通りに
制御することが可能となる。

■、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、ランニングコストが低減され、しかも
小型化できる。

■、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（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を流れる。このため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。

■、超電導体導電路２をμｍ単位の薄い酸化物超電導体
薄膜で形成すれば、電流の流れ易いＣ軸配向膜が得られ
易く、そのよう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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超電導素子の原理図、第２図ａは同超
電導素子の一実施例の斜視図、同図すは側面図、第３図
〜第５図は同超電導素子の他の実施例の斜視図、第６図
は同超電導素子の使用説明図、第７図は従来の超電導素
子の原理説明図である。 ｌは基板 ２は超電導体導電路 ３は常電動体導電路 ４は超電導−常電導転移開始部

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超電導
   体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の電気抵抗が前記超電導体導電路２
   の常電導抵抗より小さく設定されてなる超電導素子にお
   いて、前記超電導体導電路２の一部に断面積の小さな超
   電導−常電導転移開始部４が設けられたことを特徴とす
   る酸化物超電導体を用いた超電導素子。