JPH1094166A - 酸化物系超電導体を用いた限流素子とその製造方法 - Google Patents
酸化物系超電導体を用いた限流素子とその製造方法Info
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- JPH1094166A JPH1094166A JP8265103A JP26510396A JPH1094166A JP H1094166 A JPH1094166 A JP H1094166A JP 8265103 A JP8265103 A JP 8265103A JP 26510396 A JP26510396 A JP 26510396A JP H1094166 A JPH1094166 A JP H1094166A
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 系バルク超電導体を用
いて、長い電流経路が付与され、限流動作時に溶断しな
いように、熱伝導特性が良好で機械的強度が大きくなる
ように設計された限流素子を提供する。 【解決手段】 ２次元ミアンダ構造をもつ超電導酸化物
の板を、窒化アルミニウム等の高熱伝導セラミックスを
層間に挟んで積層した限流素子、および超電導組成酸化
物の前駆体を加工してから結晶成長させ、再加工して３
次元ミアンダ構造の上記限流素子を作製する方法。 【効果】 限流動作に伴う溶断がなく、良好な超電導ク
エンチ特性と再超電導化特性を有する限流素子が得られ
る。
いて、長い電流経路が付与され、限流動作時に溶断しな
いように、熱伝導特性が良好で機械的強度が大きくなる
ように設計された限流素子を提供する。 【解決手段】 ２次元ミアンダ構造をもつ超電導酸化物
の板を、窒化アルミニウム等の高熱伝導セラミックスを
層間に挟んで積層した限流素子、および超電導組成酸化
物の前駆体を加工してから結晶成長させ、再加工して３
次元ミアンダ構造の上記限流素子を作製する方法。 【効果】 限流動作に伴う溶断がなく、良好な超電導ク
エンチ特性と再超電導化特性を有する限流素子が得られ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電力系統の一部に不
測の事故が起きたとき、短絡電流が局所に流れることを
防止する限流器に利用されるものであり、超電導材料を
用いた限流素子およびその製造方法に関するものであ
る。
測の事故が起きたとき、短絡電流が局所に流れることを
防止する限流器に利用されるものであり、超電導材料を
用いた限流素子およびその製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】電力回路で短絡事故が発生すると、極め
て大きな短絡電流が流れる。短絡電流は遮断器によって
遮断されるが、短絡電流によって強い電磁力と大量のジ
ュール熱が発生し、電力機器や電気回路が大きな機械的
・熱的損傷を受ける。このような事故発生時の短絡電流
を抑制して、遮断器の負荷を軽減する限流器の開発が期
待されている。
て大きな短絡電流が流れる。短絡電流は遮断器によって
遮断されるが、短絡電流によって強い電磁力と大量のジ
ュール熱が発生し、電力機器や電気回路が大きな機械的
・熱的損傷を受ける。このような事故発生時の短絡電流
を抑制して、遮断器の負荷を軽減する限流器の開発が期
待されている。
【０００３】限流器には多くの方式のものが提案されて
いるが、超電導体を用いて超電導−常電導転移を利用し
たスイッチ型限流器があり、この限流器の動作原理図を
図１に示す。この限流器は、通常は電気抵抗のない超電
導部１を電流が流れるように設計されており、大きな短
絡電流が流れた時、超電導体が常電導状態に転移する
（超電導のクエンチ現象）ことを利用し、超電導体に並
列に接続したバイパス回路２に電流を迂回させ、バイパ
ス回路の抵抗でエネルギーを発散させることにより、末
端の機器を保護するものである。
いるが、超電導体を用いて超電導−常電導転移を利用し
たスイッチ型限流器があり、この限流器の動作原理図を
図１に示す。この限流器は、通常は電気抵抗のない超電
導部１を電流が流れるように設計されており、大きな短
絡電流が流れた時、超電導体が常電導状態に転移する
（超電導のクエンチ現象）ことを利用し、超電導体に並
列に接続したバイパス回路２に電流を迂回させ、バイパ
ス回路の抵抗でエネルギーを発散させることにより、末
端の機器を保護するものである。
【０００４】超電導体を用いた上記スイッチ型限流器に
は、金属系超電導体を用いたものと酸化物系超電導体を
用いたものがある。金属系は、常電導状態での電気抵抗
が低く、装置が大型化すること、また液体ヘリウム温度
で使用するために運転コストが高価になり、かつ断熱と
いう点から装置が大型化するという問題点がある。これ
に比べて酸化物系は、寒剤が液体窒素ですむことと、常
電導状態の電気抵抗が金属系に比較して大きいという利
点がある。
は、金属系超電導体を用いたものと酸化物系超電導体を
用いたものがある。金属系は、常電導状態での電気抵抗
が低く、装置が大型化すること、また液体ヘリウム温度
で使用するために運転コストが高価になり、かつ断熱と
いう点から装置が大型化するという問題点がある。これ
に比べて酸化物系は、寒剤が液体窒素ですむことと、常
電導状態の電気抵抗が金属系に比較して大きいという利
点がある。
【０００５】以上のように、酸化物超電導体は限流器と
して有望な材料であるが、実用化されるためには、ある
一定以上の高い臨界電流密度と、常電導状態になった時
に高抵抗導体となるための長さが必要である。また、大
きな短絡電流が流れて限流動作が必要な時、限流素子の
一部が発熱して溶断するという問題点があり、これを抑
制するためには限流素子の熱伝導を良くして素子の均一
性を高めておくことが望ましい。また、素子を構成する
材料の機械的強度を考慮した設計をすることが望まし
い。
して有望な材料であるが、実用化されるためには、ある
一定以上の高い臨界電流密度と、常電導状態になった時
に高抵抗導体となるための長さが必要である。また、大
きな短絡電流が流れて限流動作が必要な時、限流素子の
一部が発熱して溶断するという問題点があり、これを抑
制するためには限流素子の熱伝導を良くして素子の均一
性を高めておくことが望ましい。また、素子を構成する
材料の機械的強度を考慮した設計をすることが望まし
い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、酸化物超電
導体を用いた限流素子とその製造に関わるものであり、
臨界電流密度の高いＲＥＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 系バルク超電
導体を用いて、長い電流経路が付与された限流素子を提
供することを目的とする。また、限流動作時の溶断を防
止するため、熱伝導特性が良好になるように、また素子
の電流経路部分の機械的強度が高くなるように設計され
た限流素子を提供することを目的とする。
導体を用いた限流素子とその製造に関わるものであり、
臨界電流密度の高いＲＥＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 系バルク超電
導体を用いて、長い電流経路が付与された限流素子を提
供することを目的とする。また、限流動作時の溶断を防
止するため、熱伝導特性が良好になるように、また素子
の電流経路部分の機械的強度が高くなるように設計され
た限流素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の要旨
とするところは下記のとおりである。 （１）ＲＥ（Ｙを含む希土類元素およびその組み合
せ）、Ｂａ、Ｃｕの単結晶状のＲＥＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 系
超電導物質組成酸化物からなり、かつ２次元ミアンダ構
造を有する板を積層してなる構造を有することを特徴と
する超電導−常電導転移型の酸化物超電導体を用いた限
流素子。 （２）２次元ミアンダ構造を有する板面が超電導結晶の
ｃ軸に垂直な面であることを特徴とする請求項１記載の
酸化物超電導体を用いた限流素子。 （３）超電導板の積層体が、高熱伝導性でかつ電気絶縁
性のスペーサーを層間に挟んでいることを特徴とする請
求項１記載の酸化物超電導体を用いた限流素子。 （４）高熱伝導性でかつ電気絶縁性のスペーサーが窒化
アルミニウムないし、六方晶窒化硼素、ないしは窒化ア
ルミニウム−六方晶窒化硼素の複合体の焼結体であるこ
とを特徴とする請求項３記載の酸化物超電導体を用いた
限流素子。 （５）ＲＥ（Ｙを含む希土類元素およびその組み合
せ）、Ｂａ、Ｃｕの超電導物質組成酸化物の前駆体Ａを
切削加工してミアンダ構造とし、次いで別の板状前駆体
Ｂを前駆体Ａ上に乗せて前駆体Ｂに種結晶付けをするこ
とにより全体を単結晶状に結晶成長させた後、板状前駆
体Ｂが結晶成長した部分を切削除去し、次いで前駆体Ａ
が結晶成長した部分を切削加工して３次元ミアンダ構造
とすることを特徴とする請求項１記載の酸化物超電導体
を用いた限流素子の製造方法。
とするところは下記のとおりである。 （１）ＲＥ（Ｙを含む希土類元素およびその組み合
せ）、Ｂａ、Ｃｕの単結晶状のＲＥＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 系
超電導物質組成酸化物からなり、かつ２次元ミアンダ構
造を有する板を積層してなる構造を有することを特徴と
する超電導−常電導転移型の酸化物超電導体を用いた限
流素子。 （２）２次元ミアンダ構造を有する板面が超電導結晶の
ｃ軸に垂直な面であることを特徴とする請求項１記載の
酸化物超電導体を用いた限流素子。 （３）超電導板の積層体が、高熱伝導性でかつ電気絶縁
性のスペーサーを層間に挟んでいることを特徴とする請
求項１記載の酸化物超電導体を用いた限流素子。 （４）高熱伝導性でかつ電気絶縁性のスペーサーが窒化
アルミニウムないし、六方晶窒化硼素、ないしは窒化ア
ルミニウム−六方晶窒化硼素の複合体の焼結体であるこ
とを特徴とする請求項３記載の酸化物超電導体を用いた
限流素子。 （５）ＲＥ（Ｙを含む希土類元素およびその組み合
せ）、Ｂａ、Ｃｕの超電導物質組成酸化物の前駆体Ａを
切削加工してミアンダ構造とし、次いで別の板状前駆体
Ｂを前駆体Ａ上に乗せて前駆体Ｂに種結晶付けをするこ
とにより全体を単結晶状に結晶成長させた後、板状前駆
体Ｂが結晶成長した部分を切削除去し、次いで前駆体Ａ
が結晶成長した部分を切削加工して３次元ミアンダ構造
とすることを特徴とする請求項１記載の酸化物超電導体
を用いた限流素子の製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明の請求項１は、前記した課題を解決するた
めに、図２に示すようにＲＥＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 系バルク
超電導体よりなる２次元ミアンダ構造の板が、一定の狭
い隙間を挟んで積層され、かつ互いに連結している素子
構造を考案したものである。各超電導体の板３には切り
込み４が入っており、隣合う板同士は板の角５が連結部
となってつながっている。板と板の間は狭い隙間６があ
る。（図２では見やすくするために板と板を離して図示
してある。）この図では、電流がＡから入ってＢを経由
し、Ｃに出て来る。
する。本発明の請求項１は、前記した課題を解決するた
めに、図２に示すようにＲＥＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 系バルク
超電導体よりなる２次元ミアンダ構造の板が、一定の狭
い隙間を挟んで積層され、かつ互いに連結している素子
構造を考案したものである。各超電導体の板３には切り
込み４が入っており、隣合う板同士は板の角５が連結部
となってつながっている。板と板の間は狭い隙間６があ
る。（図２では見やすくするために板と板を離して図示
してある。）この図では、電流がＡから入ってＢを経由
し、Ｃに出て来る。
【０００９】２次元のミアンダ構造の積層体とすること
により、限られた形状の超電導体バルクから電流経路の
長い超電導材料を製造することができる。ここで超電導
体としては、溶融法で作製されたＲＥＢａ2 Ｃｕ3 ＯX
系バルクが高い臨界電流密度を有しているので良く、本
発明が好適に適用できる。溶融法はＱＭＧ法（特開昭６
３−２６１６０７号公報、特願平２−４０２２０４号）
で代表されるように、臨界電流密度が高く、比較的大型
の材料が得られる方法である。溶融法は、一度ＲＥ2 Ｂ
ａＣｕＯ5 相とＢａ−Ｃｕ−Ｏを主成分とした液相が共
存する温度領域まで昇温し、これをＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
X が生成する包晶温度直上まで冷却し、この温度から徐
冷することによって結晶成長させて大きな結晶粒を得る
手法である。この手法により、約１００ｃｍ3 以上の体
積のバルク超電導材料を作製することができる。この材
料の臨界電流密度は７７Ｋ、１Ｔｅｓｌａで２００００
Ａ／ｃｍ2 以上であり、バルクであるため臨界電流が大
きくとれる長所がある。
により、限られた形状の超電導体バルクから電流経路の
長い超電導材料を製造することができる。ここで超電導
体としては、溶融法で作製されたＲＥＢａ2 Ｃｕ3 ＯX
系バルクが高い臨界電流密度を有しているので良く、本
発明が好適に適用できる。溶融法はＱＭＧ法（特開昭６
３−２６１６０７号公報、特願平２−４０２２０４号）
で代表されるように、臨界電流密度が高く、比較的大型
の材料が得られる方法である。溶融法は、一度ＲＥ2 Ｂ
ａＣｕＯ5 相とＢａ−Ｃｕ−Ｏを主成分とした液相が共
存する温度領域まで昇温し、これをＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
X が生成する包晶温度直上まで冷却し、この温度から徐
冷することによって結晶成長させて大きな結晶粒を得る
手法である。この手法により、約１００ｃｍ3 以上の体
積のバルク超電導材料を作製することができる。この材
料の臨界電流密度は７７Ｋ、１Ｔｅｓｌａで２００００
Ａ／ｃｍ2 以上であり、バルクであるため臨界電流が大
きくとれる長所がある。
【００１０】本発明の請求項２は、２次元のミアンダ構
造をもつ限流素子の電流の流れる方向が、この電流経路
部材となっている超電導結晶のある特定の方向と一致さ
せることにより、該電流経路部材の機械的強度を高めよ
うというものである。大きな短絡電流が流れて限流動作
が必要な時、限流素子の一部が発熱して溶断する可能性
があり、溶断してしまうと通常の運転に復帰することが
できなくなる。この局部発熱の原因として、材料にクラ
ック等の欠陥があると、その欠陥部分に熱負荷が集中し
て、焼損（溶断）することがある。これを抑制するため
には電流経路部材の均一性を高め、かつ機械的強度を高
めて該部材の局所に集中的に熱負荷がかからないように
することが望ましい。
造をもつ限流素子の電流の流れる方向が、この電流経路
部材となっている超電導結晶のある特定の方向と一致さ
せることにより、該電流経路部材の機械的強度を高めよ
うというものである。大きな短絡電流が流れて限流動作
が必要な時、限流素子の一部が発熱して溶断する可能性
があり、溶断してしまうと通常の運転に復帰することが
できなくなる。この局部発熱の原因として、材料にクラ
ック等の欠陥があると、その欠陥部分に熱負荷が集中し
て、焼損（溶断）することがある。これを抑制するため
には電流経路部材の均一性を高め、かつ機械的強度を高
めて該部材の局所に集中的に熱負荷がかからないように
することが望ましい。
【００１１】ＱＭＧ法などの溶融法により作製されたＲ
Ｅ（Ｙを含む希土類元素およびその組み合せ）、Ｂａ、
Ｃｕの単結晶状の超電導物質組成酸化物は、ＲＥＢａ2
Ｃｕ3 ＯX 相（以下、１２３相と略記）が超電導特性の
発現成分であるが、この１２３相は層状の結晶構造に起
因する異方性をもち、結晶のｃ軸方向に垂直な面に沿っ
て劈開しやすい（すなわち、材料の割れが入りやすい）
という性質がある。そこで図２に示した２次元ミアンダ
構造の板面が結晶ｃ軸に垂直となるようにする。このこ
とにより、電流経路方向（電流の流れる方向）に微細な
クラックが入りにくくなり、結果として部材の機械的強
度を低下させないようにすることができる。
Ｅ（Ｙを含む希土類元素およびその組み合せ）、Ｂａ、
Ｃｕの単結晶状の超電導物質組成酸化物は、ＲＥＢａ2
Ｃｕ3 ＯX 相（以下、１２３相と略記）が超電導特性の
発現成分であるが、この１２３相は層状の結晶構造に起
因する異方性をもち、結晶のｃ軸方向に垂直な面に沿っ
て劈開しやすい（すなわち、材料の割れが入りやすい）
という性質がある。そこで図２に示した２次元ミアンダ
構造の板面が結晶ｃ軸に垂直となるようにする。このこ
とにより、電流経路方向（電流の流れる方向）に微細な
クラックが入りにくくなり、結果として部材の機械的強
度を低下させないようにすることができる。
【００１２】本発明の請求項３は、２次元のミアンダ構
造の超電導板より構成された上記の積層体が、高熱伝導
性でかつ電気絶縁性のスペーサーを層間に挟んでいるこ
とを特徴とする限流素子である。大きな短絡電流が流れ
て限流動作が必要な時、限流素子の一部が発熱して溶断
する可能性があり、溶断してしまうと通常の運転に復帰
することができなくなる。これを抑制するためには限流
素子系の熱伝導を良くして素子の均一性を高め、素子の
局所に集中的に負荷がかからないようにすることが望ま
しい。そのための具体的な方策として、上記の積層体の
層間を高熱伝導性でかつ電気絶縁性のスペーサーで充填
したものである。このスペーサーは四角い形状の板であ
り、図２の隙間６をほぼ完全に埋めるサイズのものであ
る。積層体が前記ＱＭＧ法で作製された酸化物超電導体
の場合、この超電導体の熱伝導率は７７Ｋで１０Ｗ／ｍ
・Ｋ未満である。したがって、スペーサーの材質として
はこれよりも高熱伝導率のものが好適である。
造の超電導板より構成された上記の積層体が、高熱伝導
性でかつ電気絶縁性のスペーサーを層間に挟んでいるこ
とを特徴とする限流素子である。大きな短絡電流が流れ
て限流動作が必要な時、限流素子の一部が発熱して溶断
する可能性があり、溶断してしまうと通常の運転に復帰
することができなくなる。これを抑制するためには限流
素子系の熱伝導を良くして素子の均一性を高め、素子の
局所に集中的に負荷がかからないようにすることが望ま
しい。そのための具体的な方策として、上記の積層体の
層間を高熱伝導性でかつ電気絶縁性のスペーサーで充填
したものである。このスペーサーは四角い形状の板であ
り、図２の隙間６をほぼ完全に埋めるサイズのものであ
る。積層体が前記ＱＭＧ法で作製された酸化物超電導体
の場合、この超電導体の熱伝導率は７７Ｋで１０Ｗ／ｍ
・Ｋ未満である。したがって、スペーサーの材質として
はこれよりも高熱伝導率のものが好適である。
【００１３】本発明の請求項４は、このスペーサーが窒
化アルミニウムないし、六方晶窒化硼素、ないしは窒化
アルミニウム−六方晶窒化硼素の複合体のいずれかのセ
ラミック焼結体である限流素子である。これらのセラミ
ックスはすべて電気的に絶縁体であり、かつ熱伝導率が
高い（窒化アルミニウムは１７０Ｗ／ｍ・Ｋ、六方晶窒
化硼素は６０Ｗ／ｍ・Ｋ程度である）。六方晶窒化硼素
や、窒化アルミニウム−六方晶窒化硼素の複合体は、高
熱伝導率であるほかに、セラミックスとしては硬度が顕
著に小さく、切削加工が容易であるという利点を有する
ので、スペーサーを作る時に、作業性、加工コストの点
で有利となる。
化アルミニウムないし、六方晶窒化硼素、ないしは窒化
アルミニウム−六方晶窒化硼素の複合体のいずれかのセ
ラミック焼結体である限流素子である。これらのセラミ
ックスはすべて電気的に絶縁体であり、かつ熱伝導率が
高い（窒化アルミニウムは１７０Ｗ／ｍ・Ｋ、六方晶窒
化硼素は６０Ｗ／ｍ・Ｋ程度である）。六方晶窒化硼素
や、窒化アルミニウム−六方晶窒化硼素の複合体は、高
熱伝導率であるほかに、セラミックスとしては硬度が顕
著に小さく、切削加工が容易であるという利点を有する
ので、スペーサーを作る時に、作業性、加工コストの点
で有利となる。
【００１４】本発明の請求項５は、図２に示した本発明
の限流素子を作製するための具体的方法であり、特に酸
化物超電導体バルクの切削加工を容易にし、加工に伴う
破損の危険性を大幅に減じるという効果がある。この方
法による限流素子の作製プロセスを図３に示す。まず、
ＲＥ（Ｙを含む希土類元素およびその組み合せ）、Ｂ
ａ、Ｃｕの超電導物質組成酸化物の角柱形状の前駆体７
を、原料粉末調整、金型成形、ＣＩＰ（ラバープレス成
形）の順序に従って用意する。次いで、この前駆体７に
図に示いたような切り込み８を入れる加工を施す。加工
後の前駆体を底から見ると９のように見える。
の限流素子を作製するための具体的方法であり、特に酸
化物超電導体バルクの切削加工を容易にし、加工に伴う
破損の危険性を大幅に減じるという効果がある。この方
法による限流素子の作製プロセスを図３に示す。まず、
ＲＥ（Ｙを含む希土類元素およびその組み合せ）、Ｂ
ａ、Ｃｕの超電導物質組成酸化物の角柱形状の前駆体７
を、原料粉末調整、金型成形、ＣＩＰ（ラバープレス成
形）の順序に従って用意する。次いで、この前駆体７に
図に示いたような切り込み８を入れる加工を施す。加工
後の前駆体を底から見ると９のように見える。
【００１５】その後、この加工した前駆体上に角板状の
もうひとつの前駆体１０を乗せ、この後、前駆体１０上
に種結晶を設置してＱＭＧ法に従って全体を結晶成長さ
せる。結晶成長させたバルクについて、まず前駆体１０
の結晶成長した部分を切断除去する。次いで前駆体７の
結晶成長した部分について、先の切り込み方向とは垂直
な方向に切り込み加工を施す。すなわち、図２に示した
ように、隣合う板の層同士が板の角（四隅のうちのひと
つ）が連結部となってつながったままになるように隙間
６の作製に相当する切り込みを入れる。原理的には、ま
ず角柱形状のバルクを結晶成長により作製してから、す
べての切り込み加工を施すことができるが、上記の方法
によれば加工に伴う破損の危険性を大幅に低減させられ
る利点がある。
もうひとつの前駆体１０を乗せ、この後、前駆体１０上
に種結晶を設置してＱＭＧ法に従って全体を結晶成長さ
せる。結晶成長させたバルクについて、まず前駆体１０
の結晶成長した部分を切断除去する。次いで前駆体７の
結晶成長した部分について、先の切り込み方向とは垂直
な方向に切り込み加工を施す。すなわち、図２に示した
ように、隣合う板の層同士が板の角（四隅のうちのひと
つ）が連結部となってつながったままになるように隙間
６の作製に相当する切り込みを入れる。原理的には、ま
ず角柱形状のバルクを結晶成長により作製してから、す
べての切り込み加工を施すことができるが、上記の方法
によれば加工に伴う破損の危険性を大幅に低減させられ
る利点がある。
【００１６】なお、請求項１の限流素子を必要な個数だ
け直列に接続することにより、電流経路を必要なだけ長
くして、常電導状態でより高抵抗の限流素子を作製する
ことができる。以下に本発明を実施例を用いて説明する
が、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。
け直列に接続することにより、電流経路を必要なだけ長
くして、常電導状態でより高抵抗の限流素子を作製する
ことができる。以下に本発明を実施例を用いて説明する
が、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。
【００１７】
（本発明）超電導酸化物組成のＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 系の
６５ｍｍ立方の前駆体（図３の符号７）を用意した。次
いで、この前駆体７に図３に示した要領で、計１２本の
切り込み８を入れる加工を施した。そして、この加工し
た前駆体上に角板状のもうひとつの前駆体１０を乗せ、
前駆体１０の板の厚み方向が結晶のｃ軸に平行となるよ
うに種結晶を前駆体１０の上に設置して、ＱＭＧ法によ
って全体を結晶成長させた。
６５ｍｍ立方の前駆体（図３の符号７）を用意した。次
いで、この前駆体７に図３に示した要領で、計１２本の
切り込み８を入れる加工を施した。そして、この加工し
た前駆体上に角板状のもうひとつの前駆体１０を乗せ、
前駆体１０の板の厚み方向が結晶のｃ軸に平行となるよ
うに種結晶を前駆体１０の上に設置して、ＱＭＧ法によ
って全体を結晶成長させた。
【００１８】結晶成長したバルクから前駆体１０が結晶
成長した部分を切断除去した。切り込みを入れた前駆体
７が結晶成長した部分は外寸５０ｍｍ立方であったが、
これに先の切り込み方向とは垂直な方向に計１２本の切
り込み加工を施した。すなわち、図２のように、隣合う
板の層同士が板の角（四隅のうちのひとつ）が連結部と
なってつながるように、板と板の隙間に相当する切り込
み６を入れ、１２層の積層とした。切り込みを入れた後
の隙間は２ｍｍであった。出来上がった積層型限流素子
の電流経路の断面積は２×２＝４ｍｍ2 、長さは５０×
１３×１２＝７８００ｍｍであった。一方で、この超電
導体の臨界電流密度は７７Ｋ、０Ｔｅｓｌａで８×１０
4 Ａ／ｃｍ2 、臨界温度９０Ｋ直上の比抵抗は１．２×
１０-6Ω・ｍであった。これらの数値より、この限流素
子の臨界電流は３２００Ａ、９０Ｋ直上の常電導状態で
の抵抗値は２．３４Ωと推算された。次いで、図２の限
流素子の各層間に４８ｍｍ正方で厚み１．９ｍｍの窒化
アルミニウム焼結体の板をスペーサーとして１枚ずつ計
１１枚挿入した。
成長した部分を切断除去した。切り込みを入れた前駆体
７が結晶成長した部分は外寸５０ｍｍ立方であったが、
これに先の切り込み方向とは垂直な方向に計１２本の切
り込み加工を施した。すなわち、図２のように、隣合う
板の層同士が板の角（四隅のうちのひとつ）が連結部と
なってつながるように、板と板の隙間に相当する切り込
み６を入れ、１２層の積層とした。切り込みを入れた後
の隙間は２ｍｍであった。出来上がった積層型限流素子
の電流経路の断面積は２×２＝４ｍｍ2 、長さは５０×
１３×１２＝７８００ｍｍであった。一方で、この超電
導体の臨界電流密度は７７Ｋ、０Ｔｅｓｌａで８×１０
4 Ａ／ｃｍ2 、臨界温度９０Ｋ直上の比抵抗は１．２×
１０-6Ω・ｍであった。これらの数値より、この限流素
子の臨界電流は３２００Ａ、９０Ｋ直上の常電導状態で
の抵抗値は２．３４Ωと推算された。次いで、図２の限
流素子の各層間に４８ｍｍ正方で厚み１．９ｍｍの窒化
アルミニウム焼結体の板をスペーサーとして１枚ずつ計
１１枚挿入した。
【００１９】以上のようにして作製した限流素子に、
０．１Ωのシャント抵抗をもつバイパス回路を並列に接
続した。次いで、限流素子を液体窒素に漬け、立ち上が
り０．５ｍｓｅｃのインパルス電流を用いて限流動作特
性を試験したところ、限流動作に伴う溶断がなく、良好
な超電導クエンチ特性と再超電導化特性が得られた。
０．１Ωのシャント抵抗をもつバイパス回路を並列に接
続した。次いで、限流素子を液体窒素に漬け、立ち上が
り０．５ｍｓｅｃのインパルス電流を用いて限流動作特
性を試験したところ、限流動作に伴う溶断がなく、良好
な超電導クエンチ特性と再超電導化特性が得られた。
【００２０】（比較例）超電導酸化物組成のＹＢａ2 Ｃ
ｕ3 ＯX 系焼結体からなる断面積２×２＝４ｍｍ2 、長
さ２００ｍｍの細長い角棒を作製して限流素子とした。
この超電導焼結体の臨界電流密度は７７Ｋ、０Ｔｅｓｌ
ａで１×１０3 Ａ／ｃｍ2 、臨界温度９０Ｋ直上の比抵
抗は１．２×１０-6Ω・ｍであった。これらの数値よ
り、この限流素子の臨界電流は４０Ａ、９０Ｋ直上の常
電導状態での抵抗値は０．０６Ωと推算された。
ｕ3 ＯX 系焼結体からなる断面積２×２＝４ｍｍ2 、長
さ２００ｍｍの細長い角棒を作製して限流素子とした。
この超電導焼結体の臨界電流密度は７７Ｋ、０Ｔｅｓｌ
ａで１×１０3 Ａ／ｃｍ2 、臨界温度９０Ｋ直上の比抵
抗は１．２×１０-6Ω・ｍであった。これらの数値よ
り、この限流素子の臨界電流は４０Ａ、９０Ｋ直上の常
電導状態での抵抗値は０．０６Ωと推算された。
【００２１】以上のようにして作製した限流素子に、３
ｍΩのシャント抵抗をもつバイパス回路を並列に接続し
た。次いで、限流素子を液体窒素に漬け、立ち上がり
０．５ｍｓｅｃのインパルス電流を用いて限流動作特性
を試験したところ、限流素子の電流経路の一部が溶断
し、超電導クエンチが出来なかった。
ｍΩのシャント抵抗をもつバイパス回路を並列に接続し
た。次いで、限流素子を液体窒素に漬け、立ち上がり
０．５ｍｓｅｃのインパルス電流を用いて限流動作特性
を試験したところ、限流素子の電流経路の一部が溶断
し、超電導クエンチが出来なかった。
【００２２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明は臨界電流密
度の高いＲＥＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 系バルク超電導体を用い
て、長い電流経路が付与された限流素子を提供し、かつ
限流動作時に溶断しないように熱伝導特性が良好で、素
子の電流経路部分の機械的強度が高くなるように設計さ
れた限流素子を提供するものであり、その工業的効果は
甚大である。
度の高いＲＥＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 系バルク超電導体を用い
て、長い電流経路が付与された限流素子を提供し、かつ
限流動作時に溶断しないように熱伝導特性が良好で、素
子の電流経路部分の機械的強度が高くなるように設計さ
れた限流素子を提供するものであり、その工業的効果は
甚大である。
【図１】超電導−常電導転移型限流器の動作原理を説明
する図
する図
【図２】２次元ミアンダ構造の板が、一定の狭い隙間を
挟んで積層され、かつ互いに連結している素子構造を説
明する図
挟んで積層され、かつ互いに連結している素子構造を説
明する図
【図３】限流素子の作製プロセスを説明する図
１ 超電導部 ２ バイパス回路 ３ 酸化物超電導体 ４ 切り込み ５ 一体となって連結している部分（図では見やすく
するために切り離して示した） ６ 隙間 ７ 前駆体 ８ 切り込み ９ 底から見た図 １０ 前駆体の板
するために切り離して示した） ６ 隙間 ７ 前駆体 ８ 切り込み ９ 底から見た図 １０ 前駆体の板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 圭一 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社先端技術研究所内 (72)発明者 澤村 充 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社先端技術研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】 ＲＥ（Ｙを含む希土類元素およびその組
み合せ）、Ｂａ、Ｃｕの単結晶状のＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
X 系超電導物質組成酸化物からなり、かつ２次元ミアン
ダ構造を有する板を積層してなる構造を有することを特
徴とする超電導−常電導転移型の酸化物超電導体を用い
た限流素子。 - 【請求項２】 ２次元ミアンダ構造を有する板面が超電
導結晶のｃ軸に垂直な面であることを特徴とする請求項
１記載の酸化物超電導体を用いた限流素子。 - 【請求項３】 超電導板の積層体が、高熱伝導性でかつ
電気絶縁性のスペーサーを層間に挟んでいることを特徴
とする請求項１記載の酸化物超電導体を用いた限流素
子。 - 【請求項４】 高熱伝導性でかつ電気絶縁性のスペーサ
ーが窒化アルミニウムないし、六方晶窒化硼素、ないし
は窒化アルミニウム−六方晶窒化硼素の複合体の焼結体
であることを特徴とする請求項３記載の酸化物超電導体
を用いた限流素子。 - 【請求項５】 ＲＥ（Ｙを含む希土類元素およびその組
み合せ）、Ｂａ、Ｃｕの超電導物質組成酸化物の前駆体
Ａを切削加工してミアンダ構造とし、次いで別の板状前
駆体Ｂを前駆体Ａ上に乗せて前駆体Ｂに種結晶付けをす
ることにより全体を単結晶状に結晶成長させた後、板状
前駆体Ｂが結晶成長した部分を切削除去し、次いで前駆
体Ａが結晶成長した部分を切削加工して３次元ミアンダ
構造とすることを特徴とする請求項１記載の酸化物超電
導体を用いた限流素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8265103A JPH1094166A (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 酸化物系超電導体を用いた限流素子とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8265103A JPH1094166A (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 酸化物系超電導体を用いた限流素子とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1094166A true JPH1094166A (ja) | 1998-04-10 |
Family
ID=17412654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8265103A Pending JPH1094166A (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 酸化物系超電導体を用いた限流素子とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1094166A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100382286B1 (ko) * | 2000-10-17 | 2003-05-01 | 한국전력공사 | 반도체 스위칭 소자를 갖는 박막형 초전도 한류기 |
| EP1445805A1 (en) * | 2003-02-07 | 2004-08-11 | Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) | Manufacture of high critical temperature superconducting part |
| JP2006137619A (ja) * | 2004-11-10 | 2006-06-01 | Nippon Steel Corp | 超電導バルク体 |
| JP2008518581A (ja) * | 2004-10-26 | 2008-05-29 | ノヴ テクノロジーズ インコーポレイテッド | 漏電制限システム |
| JP2009212522A (ja) * | 2008-03-05 | 2009-09-17 | Bruker Hts Gmbh | 電流調整用超電導装置 |
| JP2013148440A (ja) * | 2012-01-19 | 2013-08-01 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 臨界電流検査装置、及び臨界電流検査方法 |
| JP2015053314A (ja) * | 2013-09-05 | 2015-03-19 | 株式会社日立製作所 | 永久電流スイッチ、その製造方法及びこれを用いた超電導磁石製品、並びに接続部品及び金型 |
| WO2015046727A1 (ko) * | 2013-09-30 | 2015-04-02 | 한국전력공사 | 한류기의 초전도 한류소자 및 한류기의 초전도 한류소자를 제작하는 방법 |
| JP2017034194A (ja) * | 2015-08-05 | 2017-02-09 | 古河電気工業株式会社 | 限流器、過電流検出機構および超電導コイルの駆動回路 |
-
1996
- 1996-09-17 JP JP8265103A patent/JPH1094166A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100382286B1 (ko) * | 2000-10-17 | 2003-05-01 | 한국전력공사 | 반도체 스위칭 소자를 갖는 박막형 초전도 한류기 |
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| WO2004070771A3 (en) * | 2003-02-07 | 2005-02-17 | Centre Nat Rech Scient | Manufacture of high critical temperature superconducting part |
| JP2008518581A (ja) * | 2004-10-26 | 2008-05-29 | ノヴ テクノロジーズ インコーポレイテッド | 漏電制限システム |
| JP4589698B2 (ja) * | 2004-11-10 | 2010-12-01 | 新日本製鐵株式会社 | 超電導バルク体 |
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| JP2009212522A (ja) * | 2008-03-05 | 2009-09-17 | Bruker Hts Gmbh | 電流調整用超電導装置 |
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| JP2015053314A (ja) * | 2013-09-05 | 2015-03-19 | 株式会社日立製作所 | 永久電流スイッチ、その製造方法及びこれを用いた超電導磁石製品、並びに接続部品及び金型 |
| WO2015046727A1 (ko) * | 2013-09-30 | 2015-04-02 | 한국전력공사 | 한류기의 초전도 한류소자 및 한류기의 초전도 한류소자를 제작하는 방법 |
| KR101535272B1 (ko) * | 2013-09-30 | 2015-07-09 | 한국전력공사 | 한류기의 초전도 한류소자 및 한류기의 초전도 한류소자를 제작하는 방법 |
| US10020437B2 (en) | 2013-09-30 | 2018-07-10 | Korea Electric Power Corporation | Superconductive current limiting element of current limiter and method for manufacturing superconductive current limiting element of current limiter |
| JP2017034194A (ja) * | 2015-08-05 | 2017-02-09 | 古河電気工業株式会社 | 限流器、過電流検出機構および超電導コイルの駆動回路 |
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|---|---|---|---|
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