JPH0334215A

JPH0334215A - 超電導体テープ中の渦電流の低減方法および超電導体装置

Info

Publication number: JPH0334215A
Application number: JP2151775A
Authority: JP
Inventors: Helmut Dersch; ヘルムート・デルシユ
Original assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; ABB AB
Priority date: 1989-06-14
Filing date: 1990-06-12
Publication date: 1991-02-14
Anticipated expiration: 2014-10-06
Also published as: EP0402714B1; CA2018681C; JP2960481B2; CA2018681A1; DE59007031D1; EP0402714A2; US5038127A; EP0402714A3

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は、請求項１の上位概念に記載の超電導体テープ
における渦電流を低減する方法および請求項２の上位概
念に記載の超半導体装置から出発している。

従来の技術本発明のそれぞれの上位概念は、西独国特許第２６５４
９２４号明細書から公知であるような従来技術に関連し
ている。機械的な応力に対して脆いという欠点を克服す
るために、テープ形式の導体ないし複合線材が提案され
、その場合Ｎ　ｂ　、Ｓ　ｎから成る超電導層がＮｂか
ら威るテープの周りに設けられている。銅または銅合金
から戊る安定化層が超電導層の周りに設けられており、
その際通例ろう付けされた層が超電導層と安定化層との
間に設けられている。安定化層の周りに一番外側の絶縁
層が設けられている。テープが、幾何学的な異方性によ
って惹き起こされかつ磁界の形式の際に問題を来す不均
一な磁界に基づく磁束の急激な変化の形における不安定
性を有していることが欠点として認められている。更に
、個々の複合ケーブルを安定化および／または強化材料
から戊る矩形まｔ；は円形の管の周りに巻回することが
公知である。

交流使用の際に結合電流に基づく不都合な作用を回避す
るために、超電導性の心線またはストランドが撚られる
。それぞれの心線が種々異なった導電性を有するように
することでも結合電流を低減することができる。更に当
該心線間の接触抵抗を高めると結合電流ループを効果的
に回避することができる。渦電流損を回避するために、
連続的に中実な形を採用する代わりに、銅のような安定
した材料を、絶縁されていると同時に相互に分離されて
いる状態において使用するようにしている。銅を高い電
気抵抗を有する材料によって個々の区分に分割するよう
にすることもできる。

その際複合ケーブルの製造コストが比較的高い点は不都
合である。

更に関連技術として、米国の雑誌ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅ
ｖｉｅｗ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　Ｖｏｌ、　５８．　Ｎｒ
、　２５＋　　１９８７年６月２２日、第２６８７ない
し第６９０頁に取り上げられているＴ、　Ｒ，Ｄｉｎｇ
ｅｒ氏等の著の刊行物“Ｄｉｒｅｃｔ　０ｂｓｅｒｖａ
ｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｉｎ　Ｓｉｎｇ
ｌｅ−Ｃｒｙｓｔａｌ　ｙＩＢａ２ｃｕ３０７−１”が
挙げられる。そこには、所定の方向において他のすべて
の方向におけるより小さな臨界電流密度を有する異方性
の高温−酸化超電導体の電気特性について記載されてい
る。

高温−超電導体の配向されたフィルムの製造は、米国の
雑誌Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　５２　（２
４）。

１９８８年６月１３日、第２０７４ないし第２０７６頁
に記載されているＳ、　Ｊｉｎ氏等の著の刊行物、′旧
ｇｈ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｃｕｒｒｅｎｔｓ　ｉｎ　Ｙ
−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ５ｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ　”
から公知である。

発明が解決しようとする問題点本発明の課題は、比較的簡単に高温−超電導体における
渦電流損の低減を保証する、冒頭に述べた形式の方法お
よび超半導体装置を提供することである。

問題点を解決するための手段この課題は、本発明によれば請求項１および請求項２に
記載の構成によって解決される。

本発明の利点は、導体を外部の曲風て決められた磁界内
（変圧器、発電機、機器等）で使用する際に、渦電流が
導体の短かな長さに制限される点にある。このことは結
晶面を周期的にねじることによって実現される。線間の
結合損失を回避するために、金属マトリクスに埋め込ま
れかつ撚られなければならない細い超電導性の線が用い
られる、製造するのが面倒な複合−超電導体は不要であ
る。

ここでは、従来は技術上使用するのは困難とみなされて
いた高温−超電導体の電気的な異方性が利用される。

実施例次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説
明する。

第１図に部分的かつ原理的に示された、金属薄板から成
る直方体状の支持体ないし層支持体ｌは、０．２ｃｍ−
ＩＱｃｘの範囲、有利には２ｃｍ−３ｃｍの範囲にある
幅ｘｌおよび０．０５ｘｍ−２頭の範囲、有利には０　
、４　顛〜０．６ｘｍ範囲にある厚さｙを有している。

この支持体ｌには、例えばＹＢａ２Ｃｕ３０７−１のよ
うな電気的に異方性の高温−酸化超電導体から成る２つ
のバイ７アイラテーブＡ１およびＡ２がスパイラル状に
巻回されている。これらテープＡ１．Ａ２の層厚ｄはそ
の幅ｂｌより小さい。隣接するテープＡｔおよびＡ２間
には、０．ｌｎ＝１ｎの範囲にあるＩＩ　ｂ　２のスペ
ースないし溝２が存在する。これによりｌで示されてい
る電流が強制的に支持体ｌをスパイラル状に流れること
になり、しかも第１図に示すようにテープＡｔにおいて
は右上方向に流れ、Ａ２においてはそれとは反対に左下
方向に流れる。電流ｉが反対方向に流れる２つの同じテ
ープをこのように巻回する構成によって、不都合なイン
ダクタンスを回避すること′ができる。

超電導体を用いたこの被覆は、材料の結晶Ｃ軸がどこで
も、層支持体１の表面に対して９０’±５″の角度を形
成するように行われる。適当な方法は、冒頭に述べた、
５ｊｉｎ氏等著の刊行物に記載されている。

第２図は、主方向Ｃを有する電気的に異方性の高温−超
電導体を示している。主方向およびそれとは反対の方向
において臨界電流密度ｊｌは他のすべての方向２、主方
向（ｃにおけるより小さい。矢印によって、超電導体に
おいて磁界Ｈの方向に対して垂直である面内を流れる渦
電流’ｗが示されている。臨界電流密度ｊｌの方向にお
ける比較的僅かな導電性により、渦電流の強さが制限さ
れる。

第１図の超半導体装置は、実施例において磁界Ｈに関し
て、支持体ｌの狭幅側の側面が磁界に対して９０″±５
″の垂直な位置にあるように位置決めされている。超電
導体テープＡｔ。

Ａ２における渦電流１　は、支持体ｌの広幅側の面の領
域においては交互にこの領域を主方向Ｃにおいて流れか
つ周期的にそれとは反対方向に配向されている、すなわ
ち１８０°回転している領域を流れる。支持体１の狭幅
側の側面の領域において渦電流１　は平面２、主方向（
ｃにおいて流れ、その結果ここでは渦電流低減の所望の
効果は生じない。

第３図は、電気的に異方性の超電導層３ないし２つの同
じ厚さの層３，１および３．２から組み合わされている
と見なすことができるが、実際には１つの層から戊る超
電導性の２層導体３が非超電導性の支持体ｌ上に析出さ
れている、本発明の別の実施例を示している。超電導層
３は２Ｃ１１〜３ｃａの範囲の幅層３および０．０１ｎ
〜ｌ麟の範囲、有利には０．１ｎ〜０．４ｆｆの範囲に
ある厚さｄ３を有している。層３の長手方向りにおいて
一様または周期的な間隔層５において下半層３．２にお
いて非超電導性の分離区域、すなわち被着面から１／２
の厚さのところまで層３内に入り込んでいるウェブまた
は切り欠きないし溝５が設けられておりかつ上半層３、
ｌにおいて非超電導性の分離区域、すなわち層３の上面
から層真ん中ないし層の１／２の厚さのところまで層に
入り込んでいるウェブまたは切り欠きないしｄ４が設け
られている。ウェブまたは溝４，５は、上面から見て段
状に形成されており、それぞれ、層３の中央における長
手方向りにおける非超電導性の分離区域、すなわち下半
層３．２における長手ウェブまｔ；は長手溝６およびそ
れに対して平行に延在する非超電導性分離区域、すなわ
ち層３の中央における長手方向りにおける上半層３．１
における長手ウェブまたは長手溝７を備えている。全体
として１つの周期ないし中断に属するウェブまたは溝４
，５はＨの形を或し、その際破線で示されたウェブない
し溝４は超電導体層３の上半部においてのみ延在しかつ
実線で示されているウェブないし溝５は超電導体層３の
下半部においてのみ延在する。Ｃ軸に関して上述のこと
が当てはまる。Ｈの横方向バーにおける非超電導性の分
離層６．７は超電導体層３全体に達してｌ、％る。非超
電導性の分離区域、ウェブまたは溝４〜７の幅は≦０．
５財である。

支持体１は２　ｃｍ　〜３　ａｍの幅、０．１ＪＦＩＦ
−２ｎの厚さでありかつ必要に応じてｌ−以上の長さで
ある。

この２テ一プ導体に代わって、被着される超電導体のＣ
軸が周期的に１８０°づつ回転されている、図示されて
いない単層導体を設けることもできる。その際Ｃ軸と層
支持体表面と番よ、９０°±５°および２７０’＝ｔ−
５″の角度を形成し、この角度は、層支持体ｌの幅Ｘプ
ラス厚さｙの周期長でもって周期的にこれら２つの値を
交互にとる。

第３図に図示の超半導体装置は特に、固有磁界損失のみ
を低減すればよい、電流伝送用導体（ケーブル）として
適している。ここで【マ、電流が流れる層が周期的に交
換される２層導体によって撚りがシミュレートされる。

被着される超電導体のＣ軸は層３の表面に対して垂直方
向に配向されている。溝およびウェブ４および５は、そ
の都度の電流路が上層３．１と下層３．２との間で周期
的に変化するように作用する。電流の固有磁界は、それ
が上層３．１および下層３．２の面において異なった、
反対の方向を有することによって特徴付けられているの
で、渦電流はウェブ５の周期間隔における長さ層５に効
果的に制限される。

渦電流は、超電導体において臨界長さｅ　より短い長さ
に制限されることが重要である。ただしＱｏ−４（（ｒ−Ｐ　−ｊｃ）／　（ｄＢ／ｄｔ））”
”であって、ｐ−Ｃ方向において臨界電流密度が上回っ
た際のこの方向における超電導体の電気抵抗、ｒ−テー
プ厚のｌ　／　２　、」−ａ　、　ｂ方向における臨界
電流密度、Ｂ＝磁束密度、ｔ＝結合損失を効果的に抑圧
するための時間である。

その際超電導層ＡＩ、Ａ２のＣ方向は殆ど全部が磁界Ｈ
に対して垂直方向に配向されていなければならない。そ
うしなければ比較的高い損失を来す渦電流がａ−ｂ平面
内に誘起される。第１図の装置において間隔２・ｂｌ＋
ｂ２≦１２゜でなければならない。第３図の装置におい
てはＱ５≦Ｑ　でなければならない。

発明の効果本発明によれば、結晶面を周期的にねじるという比較的
簡単な仕方で、渦電流が導体の小さな長さに制限され、
渦電流損が低減されるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電気的に異方性の高温−超電導体から戊る２
つのテープがスパイラル状に巻回されている金属支持体
の部分を原理的に示す斜視図であり、第２図は、電気的
に異方性の高温−超電導体における渦電流を示す略図で
あり、第３図は、金属テープ上に装着されておりかつ渦
電流を制限するために周期的な間隔をおいてウェブまた
は溝を有する電気的に異方性の高温−超電導体から戊る
２ｎ導体を略本する斜視図である。ｌ・・・支持体、２．４．７・・・溝、３・・・超電導
層５．６・・・ウェブ、ＡＩ、Ａ２・・・超電導性のテ
ープ、’ｗ・・・渦電流、Ｃ・・・電流密度の主方向、
」ｌ・・・方向Ｃにおける臨界電流密度比理人

Claims

【特許請求の範囲】１、ａ）主方向（ｃ）においてすべての他の方向（ａ、
ｂ）におけるより小さな臨界電流密度（ｊ１）を有し、
かつｂ）非超電導性の層支持体（１）上に層として被着され
ている少なくとも１つの異方性の、電流が流れる超電導体テー
プにおける渦電流を低減する方法において、ｃ）超電導体テープにおいて発生される渦電流を、前以
て決められる臨界長さ（ｌ＿ｃ）より短い周期的な間隔
において区間毎に、超電導体テープの、超電導体の主方
向（ｃ）およびそれと反対方向に（１８０゜）配向され
ている領域を通るように導き、その際前記臨界長さに対
して次式ｌ＿ｃ＝４（（ｒ・ｐ・ｊ＿ｃ）／（ｄＢ／ｄｔ））１
／２が成り立ち、ただしｐ＝ｃ方向において臨界電流密
度を上回つた際のこの方向における超電導体の電気抵抗
、ｒ＝テープ厚さの１／２、ｊ＿ｃ＝ｃ方向に対して垂
直であるａ、ｂ方向における臨界電流密度、Ｂ＝磁束密
度、ｔ＝時間ことを特徴とする超電導体テープ中の渦電流の低減方法
。２、主方向（ｃ）においてすべての他の方向（ａ、ｂ）
におけるより小さい臨界電流密度（ｊ１）を有し、かつｂ）非超電導性層支持体（１）上に層として被着されて
おり、ｃ）その際主方向（ｃ）および層支持体表面は９０゜±
５゜の角度を形成する少なくとも１つの異方性の超電導体テープ（Ａ１、Ａ２
、３）を有する超半導体装置において、ｄ）超電導体テープは、該超電導体テープを流れる電流
の方向において周期的な間隔（２ｂ１＋ｂ２；ｌ５）を
おいて規定の電流密度の電流領域の後に順次、比較的小
さな臨界電流密度（ｊ１）を有する電流領域を有してお
り、その際前記間隔≦臨界長さ（ｌ＿ｃ）であり、該臨
界長さに対して次式ｌ＿ｃ＝４（（ｒ・ｐ・ｊ＿ｃ）／（ｄＢ／ｄｔ））１
／２が成り立ち、ただしｐ＝ｃ方向において臨界電流密
度を上回った際のこの方向における超電導体の電気抵抗
、ｒ＝テープ厚さの１／２、ｊ＿ｃ＝ｃ方向に対して垂
直であるａ、ｂ方向における臨界電流密度、Ｂ＝磁束密
度、ｔ＝時間ことを特徴とする超電導体装置。３、ａ）少なくとも１つの超電導体テープ（Ａ１、Ａ２
）が層支持体（１）をスパイラル状に取り巻き、ｂ）層支持体（１）は横断面において実質的に矩形に形
成されており、その際該支持体の幅（ｘ）はその厚さ（
ｙ）より大きい請求項２記載の超電導体装置。４、ａ）層支持体（１）は１ｃｍ〜５ｃｍの範囲にある
幅（ｘ）およびｂ）０．１ｍｍ〜２ｍｍの領域にある厚さ（ｙ）を有す
る請求項３記載の超電導体装置。５、ａ）層支持体（１）は２ｃｍ〜３ｃｍの範囲にある
幅（ｘ）およびｂ）０．４ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲にある厚さ（ｙ）を
有する請求項３記載の超電導体装置。６、少なくとも１つの超電導体テープ（Ａ１、Ａ２）の
隣接する巻線は相互に、０．１ｍｍ〜１ｍｍの領域にあ
る前以て決めることができるテープ間間隔（ｂ２）を有
する請求項３から５までのいずれか１項記載の超電導体
装置。７、ａ）超電導層（３）は長手方向（Ｄ）において前以
て決められた間隔（ｌ５）において周期的にずらされて
、前記超電導層（３）の被着面から該超電導層内に入り
込んでいる非超電導性の分離区域、溝またはウェブ（５
）を有し、ｂ）前記超電導層は前記前以て決められた間隔（ｌ５）
において周期的に、前記超電導層（３）の表面から該超
電導層内に延在している非超電導性の分離区域、溝また
はウェブ（４）を有している請求項２記載の超電導体装置。８、ａ）非超電導性の分離区域、溝またはウェブ（４、
５）は交互に、超電導層（３）の長手方向（Ｄ）に対し
て垂直にそれぞれ前記超電導層の真ん中まで延在してお
りかつｂ）前以て決めることができる長さの区間（ｌ５）にわ
たって非超電導性の分離区域、長手溝または長手ウェブ
（６、７）が層（３）の長手方向（Ｄ）において中央にｃ）超電導層の厚さ（ｄ３）において延在する請求項７
記載の超電導体装置。９、ａ）超電導層（３）は２ｃｍ〜３ｃｍの範囲にある
幅（ｂ３）およびｂ）０．０１ｍｍ〜１ｍｍの範囲にある厚さ（ｄ３）、ｃ）例えば０．１ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲にある厚さを
有し、かつｄ）非超電導性の分離区域、溝またはウェブ（４〜７）
は≦０．５ｍｍの幅を有する請求項７から９までのいずれか１項記載の超電導体装置
。１０、超電導層（３）の表面から該超電導層内に入り込
んでいる非超電導性の分離区域、溝またはウェブ（４）
並びに超電導層（３）の被着面の下面から該層内に入り
込んでいる非超電導性の分離区域、溝またはウェブ（５
）はそれぞれ、それらが共通にＨの形を有するように段
状に形成されており、その際Ｈの横方向バーは超電導層
（３）の長手方向（Ｄ）において延在する非超電導性の
分離区域、長手溝または長手ウェブ（６、７）によって
形成される請求項７から９までのいずれか１項記載の超
電導体装置。