JPS61220314A - 超伝導変成器 - Google Patents
超伝導変成器Info
- Publication number
- JPS61220314A JPS61220314A JP60061223A JP6122385A JPS61220314A JP S61220314 A JPS61220314 A JP S61220314A JP 60061223 A JP60061223 A JP 60061223A JP 6122385 A JP6122385 A JP 6122385A JP S61220314 A JPS61220314 A JP S61220314A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- superconducting
- primary
- films
- superconductive
- transformer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F36/00—Transformers with superconductive windings or with windings operating at cryogenic temperature
-
- 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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。
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、超伝導変成器に係り、特に、２次側超伝導膜
の上側と下側の両側に１次側超伝導膜を配置してできる
面積の小さい変成器の構成に関する。
の上側と下側の両側に１次側超伝導膜を配置してできる
面積の小さい変成器の構成に関する。
多くの金属元素あるいは化合物等は絶対零度近くでは電
気伝導の性質は劇的に変化し、特に直流に対して完全な
導電性を示すという超伝導状態となることが知られてい
る。さらに、２つの超伝導体の弱結合、すなわちジョセ
フソン結合は注目すべきトンネル現象すなわち、電子は
微小間隔の２つの超伝導体間をトンネルし、その際に接
合に流れる電流がある臨界値以下であれば電圧を発生し
ない（零電圧状態）という現象を示し、さらに。
気伝導の性質は劇的に変化し、特に直流に対して完全な
導電性を示すという超伝導状態となることが知られてい
る。さらに、２つの超伝導体の弱結合、すなわちジョセ
フソン結合は注目すべきトンネル現象すなわち、電子は
微小間隔の２つの超伝導体間をトンネルし、その際に接
合に流れる電流がある臨界値以下であれば電圧を発生し
ない（零電圧状態）という現象を示し、さらに。
接合に流れる電流がその臨界値以上であればその接合は
電圧状態となり接合抵抗が大きい場合にはその電流は流
れにくくなるという現象を示すことになる。従って、ジ
ョセフソン素子は論理ディバイスに利用でき、特に、単
一の接合は零電圧状態から電圧状態へ数ピコ秒の短時間
でしかも極端に少ないエネルギー消費でスイッチングす
るので。
電圧状態となり接合抵抗が大きい場合にはその電流は流
れにくくなるという現象を示すことになる。従って、ジ
ョセフソン素子は論理ディバイスに利用でき、特に、単
一の接合は零電圧状態から電圧状態へ数ピコ秒の短時間
でしかも極端に少ないエネルギー消費でスイッチングす
るので。
ジョセフソン素子による回路は高速かつ低電力で高性能
計算機や信号処理装置として応用が期待されている。
計算機や信号処理装置として応用が期待されている。
また、ジョセフソン接合に外部より磁界を加えると接合
間で干渉し、その結果、臨界電流値が減少するという性
質も利用され、さらに、超伝導線で結線された複数個の
接合の並列アレイに鎖交する磁場を加えるとアレイを構
成する接合の電流が相互に干渉するという現象を利用す
る超伝導量子干渉ディバイス［３Ｑ Ｕ Ｉ Ｄ （Ｓ
ｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇＱ［ＩａｎＬｕ＋ｎ Ｔ
ｎＬｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ ） ）は微弱
磁場の測定や論理ディバイスとして利用される。例えば
。
間で干渉し、その結果、臨界電流値が減少するという性
質も利用され、さらに、超伝導線で結線された複数個の
接合の並列アレイに鎖交する磁場を加えるとアレイを構
成する接合の電流が相互に干渉するという現象を利用す
る超伝導量子干渉ディバイス［３Ｑ Ｕ Ｉ Ｄ （Ｓ
ｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇＱ［ＩａｎＬｕ＋ｎ Ｔ
ｎＬｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ ） ）は微弱
磁場の測定や論理ディバイスとして利用される。例えば
。
ジョセフソン論理回路は、第２図に示すように。
正弦波電源２１を変成器で基板に結合し、複数例えば４
個のジョセフソン接合Ｊを直列接続した小形のクリップ
回路で波形を成形し、共通線２２に接続された５ＱＵＩ
Ｄ型の論理ゲートに他のゲートへの影響することを防止
するアイソレーション用抵抗Ｒを介して電流■、を供給
する。論理ゲート２０は臨界電流［ｏの比が１＝２：１
の３接合５ＱＵＩＤであり、制御線ＡとＢを入力とする
２人力論理和回路で、ある。すなわち、制御線ＡとＢに
電流が入力されていないときには、電源２１から供給さ
れた電流Ｉ、によって臨界電流ＩＩＩ。
個のジョセフソン接合Ｊを直列接続した小形のクリップ
回路で波形を成形し、共通線２２に接続された５ＱＵＩ
Ｄ型の論理ゲートに他のゲートへの影響することを防止
するアイソレーション用抵抗Ｒを介して電流■、を供給
する。論理ゲート２０は臨界電流［ｏの比が１＝２：１
の３接合５ＱＵＩＤであり、制御線ＡとＢを入力とする
２人力論理和回路で、ある。すなわち、制御線ＡとＢに
電流が入力されていないときには、電源２１から供給さ
れた電流Ｉ、によって臨界電流ＩＩＩ。
２ｒｏ、ＩＯであるそれぞれのジョセフソン接合Ｊ１．
Ｊ２．Ｊ３に流れる電流はすべて臨界電流以下であるの
で接合Ｊｌ、Ｊ２．Ｊ３は零電圧状態すなわち短絡状態
である。しかし、制御線ＡとＢのいずれか一方に電流が
流れるとインダクタンス結合により、前記３つの接合に
誘起電流が流れようとするが、各接合に流れる電流和が
臨界電流を越えてしまうので、３つの接合はすべて電圧
状態となり、高抵抗となる。従って、供給電流１゜は抵
抗Ｒ１を介して流れることになり、ジョセフソン接合Ｊ
４を含む２次ループ２３にその電流が誘導されてラッチ
されることになる。
Ｊ２．Ｊ３に流れる電流はすべて臨界電流以下であるの
で接合Ｊｌ、Ｊ２．Ｊ３は零電圧状態すなわち短絡状態
である。しかし、制御線ＡとＢのいずれか一方に電流が
流れるとインダクタンス結合により、前記３つの接合に
誘起電流が流れようとするが、各接合に流れる電流和が
臨界電流を越えてしまうので、３つの接合はすべて電圧
状態となり、高抵抗となる。従って、供給電流１゜は抵
抗Ｒ１を介して流れることになり、ジョセフソン接合Ｊ
４を含む２次ループ２３にその電流が誘導されてラッチ
されることになる。
このような、ジョセフソン論理回路環、極低温下で使用
する超伝導回路に対して電源を供給する際に、熱発生の
低減化と、電力分配の必要から。
する超伝導回路に対して電源を供給する際に、熱発生の
低減化と、電力分配の必要から。
超伝導変成器が用いられてきた。
従来、薄膜パターンで構成する超伝導変成器は。
第３図に示すように２次側超伏４膜３０の上に。
絶縁膜３１をのせ、その上に１次側超伝導膜３２を配置
し９例えば、１次側を４回巻いた構造により４：１の変
成比を得る形のものが知られている。
し９例えば、１次側を４回巻いた構造により４：１の変
成比を得る形のものが知られている。
しかし、ジョセフソン論理回路等超伝導回路は一般にイ
ンピーダンスが低く、必要な電流が大きい傾向がある。
ンピーダンスが低く、必要な電流が大きい傾向がある。
このため、超伝導破壊を生じないよう１次、２次側超伝
導膜は幅広にする必要があり。
導膜は幅広にする必要があり。
このような従来法による超伝導変成器は、大きな面積を
占めてしまうという欠点があった。
占めてしまうという欠点があった。
本発明の目的は、上記従来の超伝導変成器の欠点を除き
、２次側超伝導膜の上側および下側の両側に１次側超伝
導膜を配置することにより、極めて面積の小さな超伝導
変成器を提供することにある。
、２次側超伝導膜の上側および下側の両側に１次側超伝
導膜を配置することにより、極めて面積の小さな超伝導
変成器を提供することにある。
本発明は２次側超伝導膜の上側及び下側の両側に１次側
超伝導膜を配置するという構造にしている。
超伝導膜を配置するという構造にしている。
次に本発明の超伝導変成器を図面を参照して説明する。
一般に超伝導変成器４０の原理は第４図の概念図に示さ
れるように、交流電源により正弦的に変化する磁束密度
Ｂが面積がＳで自己インダクタンスがＬｏのループ４１
に垂直に加わると、磁束変成器４０内の磁束を０に保つ
ためにループ電流１１が流れる。すなわち、（ＩＬｏ＋
Ｌ１）Ｉ＋＝ＢＳを保つように電流■１が流れる。ここ
で、Ｌ＋は１次ループ４２の自己インダクタンスである
。
れるように、交流電源により正弦的に変化する磁束密度
Ｂが面積がＳで自己インダクタンスがＬｏのループ４１
に垂直に加わると、磁束変成器４０内の磁束を０に保つ
ためにループ電流１１が流れる。すなわち、（ＩＬｏ＋
Ｌ１）Ｉ＋＝ＢＳを保つように電流■１が流れる。ここ
で、Ｌ＋は１次ループ４２の自己インダクタンスである
。
変成器は前記１次ループ４２に２次ループ４３が結合さ
れているので２次ループ４３に結合する磁束Φは両者の
相互インダクタンスをＭとすればφ＝ＭＢＳ／ （Ｌ
ｏ ＋Ｌ ＋） ＝Ｍ １ ＋となり、２次ループ４３
に流れる電流■２は２次ループ４３の自己インダクタン
スをＬ２とすれば、１２＝（１／ Ｌ ２ ）Φ＝ （
Ｍ／ Ｌ ２ ） Ｉ ＋となる。２次ループ１本に
つき１次ループがｎ本あるときには■２＝（Ｍ／Ｌ２）
・ｎ１１となる。
れているので２次ループ４３に結合する磁束Φは両者の
相互インダクタンスをＭとすればφ＝ＭＢＳ／ （Ｌ
ｏ ＋Ｌ ＋） ＝Ｍ １ ＋となり、２次ループ４３
に流れる電流■２は２次ループ４３の自己インダクタン
スをＬ２とすれば、１２＝（１／ Ｌ ２ ）Φ＝ （
Ｍ／ Ｌ ２ ） Ｉ ＋となる。２次ループ１本に
つき１次ループがｎ本あるときには■２＝（Ｍ／Ｌ２）
・ｎ１１となる。
本発明の超伝導変成器の実施例をｎ＝４の場合について
第１図を使って説明する。第１図（ａｌの概念図に示す
ように２本発明は１次ループ１０と１１で２次ループ１
２をそれぞれ上側及び下側から結合した多層構造にして
おり、２次ループ１２の上側で１次ループが２回まわっ
てスルーホール１３を介して下側に移り、下側で同様に
２回まわってアースに接続した構造になっている。第１
図（ｂ）は第１図ｆａ）の概念図に従い、２次側超伝導
膜の上側及び下側の両側に１次側超伝導膜を配置した超
伝導変成器の集積回路の平面図および断面図を示してい
る。
第１図を使って説明する。第１図（ａｌの概念図に示す
ように２本発明は１次ループ１０と１１で２次ループ１
２をそれぞれ上側及び下側から結合した多層構造にして
おり、２次ループ１２の上側で１次ループが２回まわっ
てスルーホール１３を介して下側に移り、下側で同様に
２回まわってアースに接続した構造になっている。第１
図（ｂ）は第１図ｆａ）の概念図に従い、２次側超伝導
膜の上側及び下側の両側に１次側超伝導膜を配置した超
伝導変成器の集積回路の平面図および断面図を示してい
る。
第１図（ｂ）に示すように、２次側超伝導膜１４の上側
と下側にそれぞれ１次側巻線１５．１６を配置する。た
とえばｎ＝４．すなわち４：１の変成比を得るため、上
側、下側それぞれ２本の１次側巻線を作る。平面図にお
ける点線は下側の１次巻線１６を示す。１次側電流は、
１次側入力端子１°７からはいって、２つの２次側超伝
導膜１４０゜１４１の上側を２回巻いたあと、接地面穴
１８を通して、接地面の下側にはいり、２次側超伝導膜
１４０．１４１の下側を２回回って最後に接地面に接続
される。この部分は、記号で表しているが。
と下側にそれぞれ１次側巻線１５．１６を配置する。た
とえばｎ＝４．すなわち４：１の変成比を得るため、上
側、下側それぞれ２本の１次側巻線を作る。平面図にお
ける点線は下側の１次巻線１６を示す。１次側電流は、
１次側入力端子１°７からはいって、２つの２次側超伝
導膜１４０゜１４１の上側を２回巻いたあと、接地面穴
１８を通して、接地面の下側にはいり、２次側超伝導膜
１４０．１４１の下側を２回回って最後に接地面に接続
される。この部分は、記号で表しているが。
構造は公知のコンタクト方法により、絶縁膜に穴をあけ
て、超伝導コンタクトをとることができる。
て、超伝導コンタクトをとることができる。
２次側超伝導膜１４は１４０と１４１の２枚あり。
出力はいずれの２次側出力端子からとることもできる。
出力端子の他端は接地される。断面図において、２次巻
線１４０．と１４１の上側にある４本の１次巻線におい
て（１１，（２１，（３）、 （４１の順に同一電流が
流れることを示し、同様に下側にある４本の１次巻線に
おいては、（４）から接地面穴１８を介して流れてきた
その電流が（５１，ｆ６１． （７）、 （８１の順に
流れ（８）から接地へ流れることを示している。第３図
の従来の変成器、第１図（ｂ）の本発明の変成器ともに
、２つの２次巻線を１組にまとめた構造を示すが１本発
明では同一インダクタンスで同一の変成比を得るため、
半分の幅で済み、従って面積は約半分となる。
線１４０．と１４１の上側にある４本の１次巻線におい
て（１１，（２１，（３）、 （４１の順に同一電流が
流れることを示し、同様に下側にある４本の１次巻線に
おいては、（４）から接地面穴１８を介して流れてきた
その電流が（５１，ｆ６１． （７）、 （８１の順に
流れ（８）から接地へ流れることを示している。第３図
の従来の変成器、第１図（ｂ）の本発明の変成器ともに
、２つの２次巻線を１組にまとめた構造を示すが１本発
明では同一インダクタンスで同一の変成比を得るため、
半分の幅で済み、従って面積は約半分となる。
第１図（Ｃ１は本発明の他の実施例を示すが、これは同
様に２次側巻線１４の上側と下側にそれぞれ１次巻線１
５及び１６があり接地面穴１８を介して１次巻線が上下
で接続されているが、下側の１次側巻線１６を接地層で
作ることにより、超伝導膜の層数が３層で済む構造とな
っている。
様に２次側巻線１４の上側と下側にそれぞれ１次巻線１
５及び１６があり接地面穴１８を介して１次巻線が上下
で接続されているが、下側の１次側巻線１６を接地層で
作ることにより、超伝導膜の層数が３層で済む構造とな
っている。
このように本発明によれば、２次側超伝導膜の上側およ
び下側の両側に１次側超伝導膜を配置することによって
ほぼ同一のインダクタンスと変成比を有し１面積が約半
分の超伝導変成器が得られるという効果がある。
び下側の両側に１次側超伝導膜を配置することによって
ほぼ同一のインダクタンスと変成比を有し１面積が約半
分の超伝導変成器が得られるという効果がある。
第１図（ａ）は本発明の超伝導変成器の第１の実施例の
概念図、（ｂ）はその集積化した場合の平面図及び断面
図、（Ｃ）は本発明の第２の実施例の平面図。 第２図はジョセフソン論理回路の説明図１第３図は従来
の超伝導変成器の集積化した場合の平面図及び断面図。 第４図は一般の超伝導変成器の原理を説明する概念図で
ある。 １０．１１・・・１次ループ。 １２・・・２次ループ。 １３・・・スルーホール。 １４・・・２次側超伝導膜。 １５・・・１次側超伝導膜（上側）。 １６・・・１次側超伝導膜（下側）。 １７・・・１次側入力端子。 １８・・・接地面穴。 ２０・・・５ＱＵＩＤ。 ２１・・・正弦波電源。 ２２・・・共通線。 ２３・・・ラッチ回路。 Ｊ、Ｊｌ、Ｊ２．Ｊ３．Ｊａ・・・ジョセフソン接合。 ３０・・・２次側超伝導膜。 ３１・・・絶縁膜。 ３２・・・１次側超伝導膜。 第２図 第３図 ４゜
概念図、（ｂ）はその集積化した場合の平面図及び断面
図、（Ｃ）は本発明の第２の実施例の平面図。 第２図はジョセフソン論理回路の説明図１第３図は従来
の超伝導変成器の集積化した場合の平面図及び断面図。 第４図は一般の超伝導変成器の原理を説明する概念図で
ある。 １０．１１・・・１次ループ。 １２・・・２次ループ。 １３・・・スルーホール。 １４・・・２次側超伝導膜。 １５・・・１次側超伝導膜（上側）。 １６・・・１次側超伝導膜（下側）。 １７・・・１次側入力端子。 １８・・・接地面穴。 ２０・・・５ＱＵＩＤ。 ２１・・・正弦波電源。 ２２・・・共通線。 ２３・・・ラッチ回路。 Ｊ、Ｊｌ、Ｊ２．Ｊ３．Ｊａ・・・ジョセフソン接合。 ３０・・・２次側超伝導膜。 ３１・・・絶縁膜。 ３２・・・１次側超伝導膜。 第２図 第３図 ４゜
Claims (1)
- 超伝導膜を積層し、その間は絶縁膜により絶縁をとる超
伝導変成器において、２次側超伝導膜の上側および下側
の両面に１次側超伝導膜の表面をそれぞれ絶縁膜を介し
て結合し前記１次側超伝導膜に流れる１次側電流が前記
２次側超伝導膜の上下両面で誘導結合することを特徴と
する超伝導変成器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60061223A JPS61220314A (ja) | 1985-03-26 | 1985-03-26 | 超伝導変成器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60061223A JPS61220314A (ja) | 1985-03-26 | 1985-03-26 | 超伝導変成器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61220314A true JPS61220314A (ja) | 1986-09-30 |
Family
ID=13164990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60061223A Pending JPS61220314A (ja) | 1985-03-26 | 1985-03-26 | 超伝導変成器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61220314A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63192254A (ja) * | 1987-02-04 | 1988-08-09 | Hitachi Ltd | 電子装置の冷却方法 |
| JPS63193499A (ja) * | 1987-02-04 | 1988-08-10 | Hitachi Ltd | 四重極粒子加速器 |
-
1985
- 1985-03-26 JP JP60061223A patent/JPS61220314A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63192254A (ja) * | 1987-02-04 | 1988-08-09 | Hitachi Ltd | 電子装置の冷却方法 |
| JPS63193499A (ja) * | 1987-02-04 | 1988-08-10 | Hitachi Ltd | 四重極粒子加速器 |
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