超電導限流素子
【課題】通電方向に対して垂直方向に縞状を形成する超電導限流素子を提供する。
【解決手段】絶縁性基板４と、絶縁性基板４の少なくとも一側面に形成された超電導膜３と、超電導膜３の一側面に、第１抵抗部１と第２抵抗部２とが通電方向に交互に配置され縞状に形成された常電導抵抗膜５と、を含む超電導限流素子１０。とする。
【解決手段】絶縁性基板４と、絶縁性基板４の少なくとも一側面に形成された超電導膜３と、超電導膜３の一側面に、第１抵抗部１と第２抵抗部２とが通電方向に交互に配置され縞状に形成された常電導抵抗膜５と、を含む超電導限流素子１０。とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導限流素子の保護構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導限流素子は、一般には超電導膜及び保護膜により形成され、短絡時には超電導状態から常電導状態へと転移する。超電導限流素子により、短絡時に流れる大電流を瞬時に抑制することができる。
【０００３】
特許文献１によれば、超電導膜の表面に形成される保護膜を所定の金属により生成し、限流時において超電導膜の破損を防止し得る超電導限流素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−０８３９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の超電導限流素子では、超電導状態から常電導状態へと転移した際に素子領域の一部に局所的な発熱が生じ、超電導限流素子が破損する場合がある。
【０００６】
局所的な発熱が生じる原因は、超電導膜を流れる電流分布を完全に均一にして生成することができない実情による。
【０００７】
なお、開示されている超電導限流素子によれば、大電流が流れた際に電流集中を緩和する一応の機能は備えるものの、一定の効果しか得られないため破損を効果的に防止することはできない。
【０００８】
本発明の課題は、常電導抵抗膜の第１抵抗部と第２抵抗部とが通電方向に対して垂直方向に縞状に形成された超電導限流素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、
絶縁性又は金属製の基板と、
前記基板の少なくとも一側面に形成された超電導膜と、
前記超電導膜の一側面に、第１抵抗部と第２抵抗部とが通電方向に交互に配置され縞状に形成された常電導抵抗膜と、
を含む超電導限流素子が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、
絶縁性又は金属製の基板と、
前記基板の少なくとも一側面に形成された超電導膜と、
前記超電導膜の一側面に、複数の抵抗体が通電方向に間隔を置いて配置され縞状に形成された常電導抵抗膜と、
を含む超電導限流素子が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の超電導限流素子によれば、素子を流れる電流の電流集中を分散させ、局所的な発熱を防止することができる。これにより、超電導限流素子の破損を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の超電導限流素子の概略断面図である。
【図２】第１の超電導限流素子の外観図である。
【図３】第１の超電導限流素子における電流の流れを示す図である。
【図４】従来の超電導限流素子の外観図である。
【図５】第２の超電導限流素子の外観図である。
【図６】第３の超電導限流素子の外観図である。
【図７】第４の超電導限流素子の外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本実施形態における超電導限流素子の最適な構成について、図面を用いて詳細に説明する。なお、本実施形態は本発明の一例にすぎず、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１４】
図１に、第1の超電導限流素子１０の概略断面図を示す。
第1の超電導限流素子１０は、第１抵抗部１、第２抵抗部２、超電導膜３、基板４により構成される。なお、ここでは、第１抵抗部１及び第２抵抗部２を常電導抵抗膜５とする。常電導抵抗膜５は、縞状構造を有する。
【００１５】
第１抵抗部１には、例えばＡｕ、Ａｇ等の低抵抗金属を用いる。
第１抵抗部１を第２抵抗部２上に形成し、かつ、通電方向Ｅに対して垂直方向に形成する
【００１６】
本実施形態において、第１抵抗部１にはＡｕを用い、厚さ１００ｎｍ、通電方向Ｅの長さ１ｍｍ、間隔５ｍｍとする。また、通電方向Ｅに対して垂直方向の長さ（幅）は第２抵抗部２の幅より大きいか又は同一とした。
【００１７】
第２抵抗部２には、例えば金銀合金等の高抵抗金属を用いる。
第２抵抗部２は超電導膜３上に形成する。
【００１８】
本実施形態において、第２抵抗部２には金銀合金を用い、厚さ１５０ｎｍとした。また、幅は超電導膜３の幅より大きいか又は同一とした。
【００１９】
超電導膜３には、ＹＢＣＯ、ＧｄＢＣＯ等の薄膜を用いる。
ＹＢＣＯ薄膜は、蒸着法、スパッタ法、レーザー蒸着法、ＣＶＤ法、ＭＯＤ法、ＬＰＥ法などの各種薄膜及び厚膜形成法により形成する。
【００２０】
ＭＯＤ法によれば、例えばサファイア基板上に中間層としてＣｅＯ２を蒸着させた後、蒸着面にイットリウム、バリウム、銅の有機金属塩からなる塗布溶液を塗布する。その後、仮焼き及び熱分解することにより成膜して、最終熱処理を施すことにより薄膜を生成する。
【００２１】
本実施形態において、超電導膜３にはＹＢＣＯを用い、厚さ１５０ｎｍとした。また、幅は基板４の幅より小さいか又は同一とした。
【００２２】
基板４には、サファイアやＭｇＯ、ＬａＡｌＯ等の絶縁素材を用いる。
本実施形態において、基板４にはサファイアを用い、厚さ１ｍｍ、幅３０ｍｍとした。
【００２３】
図２〜図４を参照して、クエンチ時の電流の流れについて説明する。
クエンチとは、超電導膜３が超電導状態から常電導状態へと転移することをいう。超電導膜３の電流分布は製造工程上、不均一にならざるを得ず、そのため素子領域の一部に他領域よりも比較的抵抗値が低い領域（低抵抗領域）が存在する。
【００２４】
クエンチ発生時には、この低抵抗領域に電流が集中して流れるため局所的な発熱が生じ、結果、超電導膜３が破損するおそれがある。よって一般には、破損防止のため超電導膜３上に第２抵抗部２を形成して電流集中を緩和するようにしている。本実施形態では、第２抵抗部２上に更に第１抵抗部１を形成することで、電流集中の更なる緩和を図っている。
【００２５】
図２に、第1の超電導限流素子１０の外観図及び電流の流れを示す。
第1の超電導限流素子１０によれば、超電導膜３に流れる電流はまず第２抵抗部２に転流し、次いで第２抵抗部２に流れる電流は第１抵抗部１により素子幅全体に分散する。
第1の超電導限流素子１０によれば、局所的な電流集中による発熱が抑制されるため、破損を効果的に防止することができる。
【００２６】
図３に、第1の超電導限流素子１０の概略断面図及び電流の流れを示す。
クエンチ時において、超電導膜３は常電導状態となるため抵抗値が高くなる。よって、電流は第２抵抗部２に流れる。また、電流は、第２抵抗部２よりも低抵抗である第１抵抗部１にも流れる。
電流は第１抵抗部１及び第２抵抗部２に分散して流れるため、局所的な電流集中による発熱が抑制される。
【００２７】
図４に、対比モデルとして従来の超電導限流素子１００の外観図を示す。
従来の超電導限流素子１００によれば、超電導膜３に流れる電流は第２抵抗部２に転流するが、その後電流は素子の幅全体に分散せず低抵抗領域ＬＲに集中する。よって、従来の超電導限流素子１００によれば、局所的な発熱が発生して素子が破損する場合がある。
以下、他の超電導限流素子の構成について説明する。
【００２８】
図５に、第2の超電導限流素子１１の外観図を示す。
第2の超電導限流素子１１は、第３常電導抵抗膜６、超電導膜３、基板４により構成される。超電導膜３及び基板４については、第1の超電導限流素子１０と同様の構成であるため、ここでの説明は省略する。
【００２９】
第３常電導抵抗膜６は、例えば金銀合金等の金属を用い、超電導膜３上に形成する。第３常電導抵抗膜６の上端の形状を縞状構造とする。
【００３０】
本実施形態において、第３常電導抵抗膜６には金銀合金を用い、厚さ３００ｎｍとした。
第2の超電導限流素子１１の他の条件は、上述した第1の超電導限流素子１０の条件と同様であるためここでの説明は省略する。
【００３１】
図６に、第3の超電導限流素子１２の外観図を示す。
第3の超電導限流素子１２は、第１抵抗部１、超電導膜３、基板４により構成される。第２抵抗部２を備えずに構成される点以外は、第1の超電導限流素子１０と同様の構成である。
【００３２】
本実施形態において、第3の超電導限流素子１２の条件は、上述した第1の超電導限流素子１０の条件と同様であるためここでの説明は省略する。
【００３３】
図７に、第4の超電導限流素子１３の外観図を示す。
第4の超電導限流素子１３は、第１抵抗部１、第２抵抗部２、超電導膜３、基板４により構成される。超電導膜３及び基板４については、第1の超電導限流素子１０と同様の構成であるため、ここでの説明は省略する。
【００３４】
第１抵抗部１及び第２抵抗部２は、超電導膜３上において交互に配置される。
本実施形態において、第１抵抗部１にはＡｕを用い、厚さ１５０ｎｍ、通電方向Ｅの長さ１ｍｍとした。
また、第２抵抗部２には金銀合金を用い、厚さ１５０ｎｍ、通電方向Ｅの長さ１０ｍｍとした。
その他の条件は第1の超電導限流素子１０と同様であるためここでの説明は省略する。
【００３５】
上記説明してきた第1の超電導限流素子１０、第2の超電導限流素子１１、第3の超電導限流素子１２、第4の超電導限流素子１３に対し、それぞれ３００Ａの大電流を流して限流動作をさせた。
結果、何れの素子（１０〜１３）においても超電導膜３が破損することはなかった。
【００３６】
以上のように、本実施形態によれば、素子に流れる電流分布の集中を縞状構造によって分散させることができる。低抵抗領域ＬＲにおいて局所的に発生する発熱を防止し、超電導限流素子（１０〜１３）の破損を効果的に防止することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１ 第１抵抗部
２ 第２抵抗部
３ 超電導膜
４ 基板
５ 常電導抵抗膜
６ 第３常電導抵抗膜
１０ 第１の超電導限流素子
１１ 第２の超電導限流素子
１２ 第３の超電導限流素子
１３ 第４の超電導限流素子
１００ 従来の超電導限流素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導限流素子の保護構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導限流素子は、一般には超電導膜及び保護膜により形成され、短絡時には超電導状態から常電導状態へと転移する。超電導限流素子により、短絡時に流れる大電流を瞬時に抑制することができる。
【０００３】
特許文献１によれば、超電導膜の表面に形成される保護膜を所定の金属により生成し、限流時において超電導膜の破損を防止し得る超電導限流素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−０８３９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の超電導限流素子では、超電導状態から常電導状態へと転移した際に素子領域の一部に局所的な発熱が生じ、超電導限流素子が破損する場合がある。
【０００６】
局所的な発熱が生じる原因は、超電導膜を流れる電流分布を完全に均一にして生成することができない実情による。
【０００７】
なお、開示されている超電導限流素子によれば、大電流が流れた際に電流集中を緩和する一応の機能は備えるものの、一定の効果しか得られないため破損を効果的に防止することはできない。
【０００８】
本発明の課題は、常電導抵抗膜の第１抵抗部と第２抵抗部とが通電方向に対して垂直方向に縞状に形成された超電導限流素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、
絶縁性又は金属製の基板と、
前記基板の少なくとも一側面に形成された超電導膜と、
前記超電導膜の一側面に、第１抵抗部と第２抵抗部とが通電方向に交互に配置され縞状に形成された常電導抵抗膜と、
を含む超電導限流素子が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、
絶縁性又は金属製の基板と、
前記基板の少なくとも一側面に形成された超電導膜と、
前記超電導膜の一側面に、複数の抵抗体が通電方向に間隔を置いて配置され縞状に形成された常電導抵抗膜と、
を含む超電導限流素子が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の超電導限流素子によれば、素子を流れる電流の電流集中を分散させ、局所的な発熱を防止することができる。これにより、超電導限流素子の破損を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の超電導限流素子の概略断面図である。
【図２】第１の超電導限流素子の外観図である。
【図３】第１の超電導限流素子における電流の流れを示す図である。
【図４】従来の超電導限流素子の外観図である。
【図５】第２の超電導限流素子の外観図である。
【図６】第３の超電導限流素子の外観図である。
【図７】第４の超電導限流素子の外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本実施形態における超電導限流素子の最適な構成について、図面を用いて詳細に説明する。なお、本実施形態は本発明の一例にすぎず、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１４】
図１に、第1の超電導限流素子１０の概略断面図を示す。
第1の超電導限流素子１０は、第１抵抗部１、第２抵抗部２、超電導膜３、基板４により構成される。なお、ここでは、第１抵抗部１及び第２抵抗部２を常電導抵抗膜５とする。常電導抵抗膜５は、縞状構造を有する。
【００１５】
第１抵抗部１には、例えばＡｕ、Ａｇ等の低抵抗金属を用いる。
第１抵抗部１を第２抵抗部２上に形成し、かつ、通電方向Ｅに対して垂直方向に形成する
【００１６】
本実施形態において、第１抵抗部１にはＡｕを用い、厚さ１００ｎｍ、通電方向Ｅの長さ１ｍｍ、間隔５ｍｍとする。また、通電方向Ｅに対して垂直方向の長さ（幅）は第２抵抗部２の幅より大きいか又は同一とした。
【００１７】
第２抵抗部２には、例えば金銀合金等の高抵抗金属を用いる。
第２抵抗部２は超電導膜３上に形成する。
【００１８】
本実施形態において、第２抵抗部２には金銀合金を用い、厚さ１５０ｎｍとした。また、幅は超電導膜３の幅より大きいか又は同一とした。
【００１９】
超電導膜３には、ＹＢＣＯ、ＧｄＢＣＯ等の薄膜を用いる。
ＹＢＣＯ薄膜は、蒸着法、スパッタ法、レーザー蒸着法、ＣＶＤ法、ＭＯＤ法、ＬＰＥ法などの各種薄膜及び厚膜形成法により形成する。
【００２０】
ＭＯＤ法によれば、例えばサファイア基板上に中間層としてＣｅＯ２を蒸着させた後、蒸着面にイットリウム、バリウム、銅の有機金属塩からなる塗布溶液を塗布する。その後、仮焼き及び熱分解することにより成膜して、最終熱処理を施すことにより薄膜を生成する。
【００２１】
本実施形態において、超電導膜３にはＹＢＣＯを用い、厚さ１５０ｎｍとした。また、幅は基板４の幅より小さいか又は同一とした。
【００２２】
基板４には、サファイアやＭｇＯ、ＬａＡｌＯ等の絶縁素材を用いる。
本実施形態において、基板４にはサファイアを用い、厚さ１ｍｍ、幅３０ｍｍとした。
【００２３】
図２〜図４を参照して、クエンチ時の電流の流れについて説明する。
クエンチとは、超電導膜３が超電導状態から常電導状態へと転移することをいう。超電導膜３の電流分布は製造工程上、不均一にならざるを得ず、そのため素子領域の一部に他領域よりも比較的抵抗値が低い領域（低抵抗領域）が存在する。
【００２４】
クエンチ発生時には、この低抵抗領域に電流が集中して流れるため局所的な発熱が生じ、結果、超電導膜３が破損するおそれがある。よって一般には、破損防止のため超電導膜３上に第２抵抗部２を形成して電流集中を緩和するようにしている。本実施形態では、第２抵抗部２上に更に第１抵抗部１を形成することで、電流集中の更なる緩和を図っている。
【００２５】
図２に、第1の超電導限流素子１０の外観図及び電流の流れを示す。
第1の超電導限流素子１０によれば、超電導膜３に流れる電流はまず第２抵抗部２に転流し、次いで第２抵抗部２に流れる電流は第１抵抗部１により素子幅全体に分散する。
第1の超電導限流素子１０によれば、局所的な電流集中による発熱が抑制されるため、破損を効果的に防止することができる。
【００２６】
図３に、第1の超電導限流素子１０の概略断面図及び電流の流れを示す。
クエンチ時において、超電導膜３は常電導状態となるため抵抗値が高くなる。よって、電流は第２抵抗部２に流れる。また、電流は、第２抵抗部２よりも低抵抗である第１抵抗部１にも流れる。
電流は第１抵抗部１及び第２抵抗部２に分散して流れるため、局所的な電流集中による発熱が抑制される。
【００２７】
図４に、対比モデルとして従来の超電導限流素子１００の外観図を示す。
従来の超電導限流素子１００によれば、超電導膜３に流れる電流は第２抵抗部２に転流するが、その後電流は素子の幅全体に分散せず低抵抗領域ＬＲに集中する。よって、従来の超電導限流素子１００によれば、局所的な発熱が発生して素子が破損する場合がある。
以下、他の超電導限流素子の構成について説明する。
【００２８】
図５に、第2の超電導限流素子１１の外観図を示す。
第2の超電導限流素子１１は、第３常電導抵抗膜６、超電導膜３、基板４により構成される。超電導膜３及び基板４については、第1の超電導限流素子１０と同様の構成であるため、ここでの説明は省略する。
【００２９】
第３常電導抵抗膜６は、例えば金銀合金等の金属を用い、超電導膜３上に形成する。第３常電導抵抗膜６の上端の形状を縞状構造とする。
【００３０】
本実施形態において、第３常電導抵抗膜６には金銀合金を用い、厚さ３００ｎｍとした。
第2の超電導限流素子１１の他の条件は、上述した第1の超電導限流素子１０の条件と同様であるためここでの説明は省略する。
【００３１】
図６に、第3の超電導限流素子１２の外観図を示す。
第3の超電導限流素子１２は、第１抵抗部１、超電導膜３、基板４により構成される。第２抵抗部２を備えずに構成される点以外は、第1の超電導限流素子１０と同様の構成である。
【００３２】
本実施形態において、第3の超電導限流素子１２の条件は、上述した第1の超電導限流素子１０の条件と同様であるためここでの説明は省略する。
【００３３】
図７に、第4の超電導限流素子１３の外観図を示す。
第4の超電導限流素子１３は、第１抵抗部１、第２抵抗部２、超電導膜３、基板４により構成される。超電導膜３及び基板４については、第1の超電導限流素子１０と同様の構成であるため、ここでの説明は省略する。
【００３４】
第１抵抗部１及び第２抵抗部２は、超電導膜３上において交互に配置される。
本実施形態において、第１抵抗部１にはＡｕを用い、厚さ１５０ｎｍ、通電方向Ｅの長さ１ｍｍとした。
また、第２抵抗部２には金銀合金を用い、厚さ１５０ｎｍ、通電方向Ｅの長さ１０ｍｍとした。
その他の条件は第1の超電導限流素子１０と同様であるためここでの説明は省略する。
【００３５】
上記説明してきた第1の超電導限流素子１０、第2の超電導限流素子１１、第3の超電導限流素子１２、第4の超電導限流素子１３に対し、それぞれ３００Ａの大電流を流して限流動作をさせた。
結果、何れの素子（１０〜１３）においても超電導膜３が破損することはなかった。
【００３６】
以上のように、本実施形態によれば、素子に流れる電流分布の集中を縞状構造によって分散させることができる。低抵抗領域ＬＲにおいて局所的に発生する発熱を防止し、超電導限流素子（１０〜１３）の破損を効果的に防止することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１ 第１抵抗部
２ 第２抵抗部
３ 超電導膜
４ 基板
５ 常電導抵抗膜
６ 第３常電導抵抗膜
１０ 第１の超電導限流素子
１１ 第２の超電導限流素子
１２ 第３の超電導限流素子
１３ 第４の超電導限流素子
１００ 従来の超電導限流素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性又は金属製の基板と、
前記基板の少なくとも一側面に形成された超電導膜と、
前記超電導膜の一側面に、第１抵抗部と第２抵抗部とが通電方向に交互に配置され縞状に形成された常電導抵抗膜と、
を含む超電導限流素子。
【請求項２】
前記常電導抵抗膜は、前記超電導膜の一面に形成された前記第２抵抗部と、前記第２抵抗部上に当該第２抵抗部とは異なる導電材料からなり通電方向に間隔を置いて配置された前記第１抵抗部と、から構成される請求項１に記載の超電導限流素子。
【請求項３】
前記常電導抵抗膜は、前記第１抵抗部と前記第２抵抗部とが同一の導電材料で形成され、互いに異なる膜厚により形成されている請求項１に記載の超電導限流素子。
【請求項４】
前記常電導抵抗膜は、前記第１抵抗部と前記第２抵抗部とが異なる導電材料で形成され、互いに同一の膜厚により形成されている請求項１に記載の超電導限流素子。
【請求項５】
絶縁性又は金属製の基板と、
前記基板の少なくとも一側面に形成された超電導膜と、
前記超電導膜の一側面に、複数の抵抗体が通電方向に間隔を置いて配置され縞状に形成された常電導抵抗膜と、
を含む超電導限流素子。
【請求項１】
絶縁性又は金属製の基板と、
前記基板の少なくとも一側面に形成された超電導膜と、
前記超電導膜の一側面に、第１抵抗部と第２抵抗部とが通電方向に交互に配置され縞状に形成された常電導抵抗膜と、
を含む超電導限流素子。
【請求項２】
前記常電導抵抗膜は、前記超電導膜の一面に形成された前記第２抵抗部と、前記第２抵抗部上に当該第２抵抗部とは異なる導電材料からなり通電方向に間隔を置いて配置された前記第１抵抗部と、から構成される請求項１に記載の超電導限流素子。
【請求項３】
前記常電導抵抗膜は、前記第１抵抗部と前記第２抵抗部とが同一の導電材料で形成され、互いに異なる膜厚により形成されている請求項１に記載の超電導限流素子。
【請求項４】
前記常電導抵抗膜は、前記第１抵抗部と前記第２抵抗部とが異なる導電材料で形成され、互いに同一の膜厚により形成されている請求項１に記載の超電導限流素子。
【請求項５】
絶縁性又は金属製の基板と、
前記基板の少なくとも一側面に形成された超電導膜と、
前記超電導膜の一側面に、複数の抵抗体が通電方向に間隔を置いて配置され縞状に形成された常電導抵抗膜と、
を含む超電導限流素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２７８３４９（Ｐ２０１０−２７８３４９Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３１０５２（Ｐ２００９−１３１０５２）
【出願日】平成２１年５月２９日（２００９．５．２９）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２９日（２００９．５．２９）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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