高温超電導テープを含有する高電流小型可撓性導体
高温超電導材料を含有する高通電の可撓性導体を提供する。高温超電導(HTS)テープを含有する高電流の小型の可撓性導体及びそれを製造する方法を説明する。HTSテープは、スタック内に配列され、複数のスタックは、上部構造を形成するために配列され、かつ上部構造は、HTSケーブルを得るようにケーブル軸の周りで捻られる。本発明のHTSケーブルは、消磁するために磁場を発生するのに使用するケーブル、及び高電流送電又は分配用途のような多数の用途で利用することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願への相互参照
本出願は、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている2006年7月21日出願の米国特許仮出願第60/832、716号の出願日の恩典を主張するものである。
【0002】
本発明は、高通電の可撓性導体に関する。より詳細には、本発明は、高温超電導材料を含有する高通電の可撓性導体に関する。
【背景技術】
【0003】
有意な損失なしに大量の電流を伝送することができる軽量導体は、多数の用途において求められている。例えば、多くの電気精錬用途において(例えば、アルミニウム生産工程)、大量の電流が必要である。軽量の高電流導体を必要とする他の用途は、軍艦を含む。船は、現在、コイルケーブル(消磁ケーブルと呼ばれる)の複合システムを装備しており、典型的に強磁性体で作られた船体上に生じた磁場を逓減する。これは、船が、磁場の変化を検知すると爆発する磁気機雷を避けることを可能にする。上述の例示的な用途における高電流要件に対応するために、典型的に銅又はアルミニウムで作られた大直径ワイヤが一般的に利用される。しかし、これは、望ましくなく重く、嵩ばり、かつ非可撓性のケーブルをもたらす。有意な損失なしに大量の電流を運ぶことができる低減した重量と増大した可撓性を有するケーブルは、まだ実現されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国特許仮出願第60/832、716号公報
【特許文献2】米国特許公開第2003/0062659号公報
【特許文献3】米国特許公開第2005/0159298号公報
【特許文献4】米国特許公開第2006/0040830号公報
【特許文献5】米国特許公開第2006/0073979号公報
【特許文献6】米国特許第6、347、522号公報
【特許文献7】米国特許第6、625、992号公報
【特許文献8】米国特許第5、482、919号公報
【特許文献9】米国特許第6、023、934号公報
【特許文献10】米国特許第6、173、577号公報
【特許文献11】米国特許第5、231、074号公報
【特許文献12】米国特許第6、022、832号公報
【特許文献13】米国特許第6、027、564号公報
【特許文献14】米国特許第6、190、752号公報
【特許文献15】米国特許第6、537、689号公報
【特許文献16】PCT公開番号WO00/58530公報
【特許文献17】PCT公開番号WO/58044公報
【特許文献18】PCT公開番号WO99/17307公報
【特許文献19】PCT公開番号WO99/16941公報
【特許文献20】PCT公開番号WO98/58415公報
【特許文献21】PCT公開番号WO01/11428公報
【特許文献22】PCT公開番号WO01/08232公報
【特許文献23】PCT公開番号WO01/08235公報
【特許文献24】PCT公開番号WO01/08236公報
【特許文献25】PCT公開番号WO01/08169公報
【特許文献26】PCT公開番号WO01/15245公報
【特許文献27】PCT公開番号WO01/08170公報
【特許文献28】PCT公開番号WO01/26164公報
【特許文献29】PCT公開番号WO01/26165公報
【特許文献30】PCT公開番号WO01/08233公報
【特許文献31】PCT公開番号WO01/08231公報
【特許文献32】PCT公開番号WO02/35615公報
【特許文献33】PCT公開番号WO2005/121414公報
【特許文献34】PCT公開番号WO2005/081710公報
【特許文献35】米国特許第6、436、317号公報
【特許文献36】米国特許仮出願出願番号第60/309、116号公報
【特許文献37】米国特許第6、797、313号公報
【特許文献38】米国特許仮出願出願番号第60/308、957号公報
【特許文献39】米国特許仮出願出願番号第60/166、297号公報
【特許文献40】米国特許第6、974、501号公報
【特許文献41】米国特許出願出願番号第10/955、866号公報
【特許文献42】米国特許出願出願番号第11/241、636号公報
【特許文献43】米国特許出願出願番号第10/955、875号公報
【特許文献44】米国特許出願出願番号第10/955、801号公報
【特許文献45】米国特許仮出願出願番号第60/667001号公報
【特許文献46】米国特許出願出願番号第11/193、262号公報
【特許文献47】米国特許仮出願出願番号第60/703、815号公報
【特許文献48】米国特許仮出願出願番号第60/703836号公報
【特許文献49】PCT公開番号WO06/021003公報
【特許文献50】PCT公開番号WO06/023826公報
【特許文献51】米国特許仮出願出願番号第60/757855号公報
【特許文献52】米国特許出願出願番号第11/393626号公報
【特許文献53】米国特許出願出願番号第11/490779号公報
【特許文献54】米国特許仮出願出願番号第60/832724号公報
【特許文献55】米国特許仮出願出願番号第60/832871号公報
【特許文献56】米国特許仮出願出願番号第60/866148号公報
【特許文献57】米国特許出願出願番号第11/728108号公報
【特許文献58】米国特許仮出願出願番号第60/922145号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、一般的には高温超電導(HTS)ケーブル及びそれを作る方法に関する。本発明のある一定の実施形態によると、HTSケーブルは、従来技術のものに勝る有意な利点を提供するより大きな可撓性、低重量、及び高通電容量を提供する。
【0006】
本発明のある一定の実施形態によると、HTSケーブルは、個々のテープの幅及び長さによって形成された平面に対して実質的に同一平面に積み重ねられてHTSスタックを形成する複数の高温超電導(HTS)テープを含むことができ、HTSスタックの個々のHTSテープは、HTSスタックにおける個々のHTSテープの上方に位置決めされた第2のHTSテープから幅方向にある一定の距離だけ変位している。更に、複数のHTSスタックは、ケーブル軸の周りで捻られた上部構造を形成するように配列することができる。
【0007】
HTSケーブルを作る方法も本明細書に説明する。本発明のある一定の実施形態によると、本方法は、個々のHTSテープの幅及び長さによって形成された平面に対して実質的に同一平面上に複数の高温超電導(HTS)テープを配列してHTSスタックを形成する段階を含むことができ、HTSスタックの個々のHTSテープは、HTSスタックにおける個々のHTSテープの上方に位置決めされた第2のHTSテープから幅方向にある一定の距離だけ変位している。更に、本方法は、複数のHTSスタックを上部構造内に配列する段階と、ケーブル軸の周りで上部構造を捻る段階とを含むことができる。
【0008】
本発明のある一定の実施形態により、消磁ケーブルのような磁場を発生させるために使用するケーブルも説明する。磁場発生ケーブルは、上部構造を形成するために配列された複数の高温超電導(HTS)スタックを有する少なくとも1つのケーブルを含むことができ、HTSスタックは、個々のHTSテープの幅及び長さによって形成された平面に対して実質的に同一平面の複数のHTSテープを含み、HTSスタックの個々のHTSテープは、HTSスタックにおける個々のHTSテープの上方に位置決めされたHTSテープから幅方向にある一定の距離だけ変位しており、複数のHTSテープの少なくとも一端は、複数のHTSスタックのいずれか1つに位置する別のHTSテープの端部と直列に接続される。
【0009】
本発明のある一定の実施形態によると、本発明の磁場発生ケーブルは、消磁システムにおいて利用することができる。消磁システムは、本発明の磁場発生ケーブルに加えて、HTSテープを超電導状態に維持するための冷却システムと、制御された電流をHTSテープ内へ供給するための電源とを含むことができる。
【0010】
本発明の上記及び他の目的、並びに利点は、同じ参照文字が全体を通して同じ部分を意味する添付図面を参照して以下の詳細説明を考慮すると明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1A】本発明のある一定の実施形態によりHTSケーブルに利用することができる一部の例示的なタイプのHTSテープの概略図である。
【図1B】本発明のある一定の実施形態によりHTSケーブルに利用することができる一部の例示的なタイプのHTSテープの概略図である。
【図1C】本発明のある一定の実施形態によりHTSケーブルに利用することができる一部の例示的なタイプのHTSテープの概略図である。
【図2】本発明のある一定の実施形態による菱形スタックへのHTSテープの組立を示す概略図である。
【図3A】本発明のある一定の実施形態により菱形スタックをHTSケーブルに組み立てる一部の例示的な方法の概略図である。
【図3B】本発明のある一定の実施形態により菱形スタックをHTSケーブルに組み立てる一部の例示的な方法の概略図である。
【図3C】本発明のある一定の実施形態により菱形スタックをHTSケーブルに組み立てる一部の例示的な方法の概略図である。
【図3D】本発明のある一定の実施形態により菱形スタックをHTSケーブルに組み立てる一部の例示的な方法の概略図である。
【図3E】本発明のある一定の実施形態により菱形スタックをHTSケーブルに組み立てる一部の例示的な方法の概略図である。
【図4A】本発明のある一定の実施形態によるHTSケーブルを利用して磁場を発生するのに利用するケーブルの異なる実施形態の1つを示す図である。
【図4B】本発明のある一定の実施形態によるHTSケーブルを利用して磁場を発生するのに利用するケーブルの異なる実施形態の1つを示す図である。
【図4C】本発明のある一定の実施形態によりHTSテープの端部を接続して磁場発生ケーブルを形成することができる方法の異なる実施形態の1つを示す図である。
【図4D】本発明のある一定の実施形態によりHTSテープの端部を接続して磁場発生ケーブルを形成することができる方法の異なる実施形態の1つを示す図である。
【図4E】本発明のある一定の実施形態による流れ制限器を示す図である。
【図5A】本発明のある一定の実施形態により製作されたHTSケーブルの画像を示す図である。
【図5B】本発明のある一定の実施形態により製作されたHTSケーブルの画像を示す図である。
【図6】本発明のある一定の実施形態によるHTSケーブルの曲げ半径の関数として臨界電流の結果を示す図である。
【図7A】本発明のある一定の実施形態によりクライオスタットの内側にある2つのHTSケーブル及び任意的なスペーサを有する磁場発生ケーブルの画像を示す図である。
【図7B】本発明のある一定の実施形態によりクライオスタットの内側にある2つのHTSケーブル及び任意的なスペーサを有する磁場発生ケーブルの画像を示す図である。
【図7C】任意的なスペーサと共に小直径のクライオスタットの内側に単一HTSケーブルを有する磁場発生ケーブルの概略図である。
【図8】本発明のある一定の実施形態によりHTSテープの臨界電流を得るために75Kでの電圧の関数としてHTSテープを通して流れる電流を示す図である。
【図9】本発明のある一定の実施形態により温度の関数として測定かつ外挿された電磁発生ケーブルにおけるHTSテープの臨界電流を示す図である。
【図10】本発明のある一定の実施形態により約105Aの電流が約40Kの平均作動温度で供給された時に磁場発生ケーブルにわたって起こる様々なHTSループ及び電流リードの電圧低下を示す図である。
【図11】本発明のある一定の実施形態により室温から約40Kまで40m磁場発生ケーブルを冷却するのにかかる時間を示す図である。
【図12】本発明のある一定の実施形態により様々な作動温度での磁場発生ケーブルの様々な場所における温度差を示す図である。
【図13】本発明のある一定の実施形態により正電流状態に維持された交流電流が磁場発生ケーブルに印加された時の磁場発生ケーブルの安定性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明は、強固で可撓性であり、軽量かつ小型の高温超電導(HTS)ケーブルを提供する。ある一定の実施形態では、本発明のHTSケーブルは、ある一定の数のHTSテープを望ましい構成に組み立てることによって製作することができる。
【0013】
本明細書で用いられる場合、「ケーブル」は、可撓性マルチテープ組立体を形成するために配列されるか又は組み立てられた複数のHTSテープを意味する。ケーブルは、本明細書で説明するような単一HTSスタック又は上部構造を形成するために配列された複数のHTSスタックを含む。
【0014】
本明細書で用いられる場合、高温超電導体は、20K及びそれよりも高い温度(すなわち、TC≧20Kの臨界温度)で高温超電導体の超電導挙動を維持することができる材料を意味する。例えば、高温超電導体は、約1気圧の液体窒素をクーラントとして利用する時(例えば、約77K)、高温超電導体の超電導挙動を維持する。超電導材料はまた、それ以下では材料がその超電導挙動を維持する電流である臨界電流ICを示す。高温超電導体の例は、ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・銅酸化物(BSCCO)及びイットリウム・バリウム・銅酸化物(YBCO)タイプの超電導体のような銅酸化物超電導体、並びに二ホウ化マグネシウム(MGB2)のような他のものを含む。
【0015】
ある一定の実施形態では、HTSテープは、例えば、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている米国特許公開第2003/0062659号に説明されているような公知の従来の方法を用いて調製することができる。例えば、BSCCOテープのようなHTSテープは、粉末(前駆体又は実際のHTS粉末のいずれか)を金属(一般的には銀)管内に装填する段階と、管をより小さな寸法のワイヤ内に引き込む段階と、ワイヤを他のワイヤと共に別の金属管内に詰め直す段階と、詰め直した管を引き出す段階と、縮小されたフィラメントの少なくとも1つの寸法が望ましい寸法を得るまで詰め直す段階と引き出す段階を繰り返す段階とによって調製することができる。次に、圧延装置を利用して、1対の反転高強度金属シリンダ間にフィラメントを通すことによってフィラメントをテープ形状に平坦化することができる。その後に熱処理段階を実施して、望ましいHTSテープを形成することができる。
【0016】
他の実施形態では、HTSテープは、例えば、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている米国特許公開第2005/0159298号、米国特許公開第2006/0040830号、及び米国特許公開第2006/0073979号に説明されているような公知の方法を用いて説明されているように調製することができる。例えば、YBCOテープのようなHTSテープは、望ましいテクスチャを有する可撓性金属又は金属合金基板を調製する段階と、基板上にバッファ層を堆積させる段階と、バッファ層の上にYBCO前駆体材料を堆積させる段階と、前駆体材料を処理してYBCOのHTS材料を形成する段階と、YBCO材料の上に貴金属の保護膜を堆積させる段階とによって調製することができる。
【0017】
様々な異なるタイプのHTSテープを利用して、本発明のHTSケーブルを生成することができる。一部の例示的なHTSテープ構造を図1に示している。例えば、上述のHTSテープは、図1Aに示すようにHTSテープ100として概略的に示すことができる。図1Aに示すHTSテープ100は、機械的特性を改良すると同時に環境及び熱安定性を提供するために、金属又は絶縁層102で更にメッキするか又は被覆することができる。金属層の一般的な厚みは、テープの厚みの最大約1/2であり、かつ金属は、図1Bに示すように、例えば、銅、銀、ニッケル、又は銅−亜鉛又は銅−ニッケルのような合金を含むことができる。代替的に、図1Aに示すHTSテープ100は、HTSテープ100を囲む半田104を備えることができ、かつ図1Cに示すように、HTSテープ100の両側に補強ストリップ106を更に含むことができる。例えば、補強ストリップ106は、ステンレス鋼、銅、及び真鍮又はモネルのような銅合金、及びモリブデンなどのような金属を含むことができる。補強ストリップ106は、あらゆる従来型又は有利な方法を用いてHTSテープ100に接合することができる(金属層102の有無に関わらず)。1つの例示的な方法は、HTSテープ100及び補強ストリップ106を半田槽に通し、半田被覆部分を一緒に加圧成形することにより、半田104でストリップをHTSテープ100に接合する段階を含む。様々な寸法を有するHTSテープを用いることができる。しかし、補強前の一般的なHTSテープは、約3から5mmの幅及び約0.13から0.27mmの厚みを有する。補強後には、HTSテープは、一般的に約3から5.5mmの幅及び約0.19から0.7mmの厚みを有する。本明細書で用いられる場合、用語HTSテープは、好ましいHTSテープのいずれも包含することを意図している。
【0018】
図2に示すように、HTSテープの適切な数を積み重ね、かつ組み立てて、本発明のある一定の実施形態によるケーブルを形成することができる。例えば、あらゆる数のHTSテープ200(5、10、25、50、その他)を積み重ねて、HTSスタックを形成することができる。一例として、HTSテープを配列して、平行四辺形スタック又は菱形スタックを形成することができる。本明細書で用いられる場合、菱形スタックは、スタックが実質的に菱形である断面形状を有するHTSテープを収容するスタックを意味し、かつ平行四辺形スタックは、スタックが実質的に平行四辺形を形成する断面形状を有するHTSテープを収容するスタックを意味する。例えば、菱形断面の縁部は、互いに対してほぼ等しい長さにすることができ、反対側の縁部は、互いに対してほぼ平行にすることができ、かつ縁部によって形成された角度は、互いに対して垂直である必要はない。図2は、組み立てられたHTSテープ200の断面図であり、結果として実質的に菱形断面、すなわち、「菱形スタック」をもたらす積み重ね配列を示している。本明細書で用いられる場合、実質的に菱形断面は、全ての4つの側面が実質的に等しい長さであり(例えば、0パーセントから20パーセントまでの範囲の長さの差は、満足できる)、かつ菱形の4つの内角のいずれも90°ではない四角形(例えば、2つが45°と2つが135°の内角、2つが60°と2つが120°の内角、2つが62°と2つが118°の内角、その他)を意味する。HTSテープ200は、2つの隣接HTSテープ200間に設けられたコンプライアント材料202で任意的に積み重ねることができる。コンプライアント材料202は、導体、半導体、又は絶縁体とすることができる。各菱形スタックは、HTSテープ200のほぼ総数Nを収容することができ、式中Nは、N=(W/T)sinθとして定められ、Wは、HTSテープの幅であり、θは、菱形断面の傾斜角度(例えば、θ〜60°)であり、Tは、HTSテープの厚みである。HTSテープの厚み(T)は、金属層102、半田104、補強ストリップ106、及び/又はHTSテープ200を囲むコンプライアント材料202の厚みを含むことができることに注意されたい。次に、菱形スタックは、ポリマー、紙、及び/又は金属箔ストリップなどを備えた菱形スタック200の螺旋形又は円筒形包装のようなあらゆる適切な手段204によって一緒に保持することができる。ある一定の実施形態では、HTSテープ200は、ポリイミドフィイルム(KAPTON)、フルオロポリマー(TEFLON)、被覆ワニス、ラッカー、エナメル、メタクリレート(ポリメチルメタクリレート)、及びエポキシ樹脂(紫外線硬化性エポキシ樹脂)などのような絶縁材料で更に覆い、被覆し、及び/又は包むことができる。他の実施形態では、HTSテープは、グラファイト含浸紙、グラファイト含浸ポリマーフィルム、導電性ポリマーフィルム(ポリチオフェンフィルム)、低導電性金属合金、及び金属間フィルムなどのような半導体材料で覆い、被覆し、及び/又は包むことができる。
【0019】
ある一定の実施形態では、菱形スタックは、六角形構造のような構造体に更に組み立てることができる。本明細書で用いられる場合、上部構造は、HTSスタックを一緒に組み立てることによって形成された構造を意味する。例えば、六角形構造は、実質的に六角形の断面幾何学形状を有するケーブルを形成するために組み立てられた複数のHTSスタック(例えば、菱形スタック)を意味する。組立体は、例えば、3つの菱形スタック(H1スタック、図3A参照)、12の菱形スタック(H2スタック、図3B参照)、27の菱形スタック(H3スタック)、及び48の菱形スタック(H4スタック)などを含むことができ、菱形スタックの実際の数は、周方向の六角形幾何学形状を提供する組立体を形成するように選択される。ある一定の実施形態では、菱形スタックは、HTSテープが、六角形上部構造の最も近い掃引円周に対してほぼ平行(できる限り)であるように上部構造内に配列することができる。六角形構造は、あらゆる好ましい手段によって所定位置に保持することができる。1つの好ましい方法は、例えば、ポリマーテープ又は予備形成へリックスで包んでいる。包装は、大きな圧力を働かせ過ぎてその運動及び可撓性に損傷を与え又はこれらを制限することなく、組立体の一体性を維持するのに十分な圧縮を与えることができる。
【0020】
菱形形状スタックは、実質的に同様の幅及び厚みのHTSテープで高充填率まで容易に充填され、これは、次に、HTSテープの高充填部分をその断面上に有する六角形上部構造を形成するように配列することができる点に注意すべきである。これは、導体の有効半径を低減し、その電流密度及び曲げ公差を増大せる。
【0021】
ある一定の実施形態では、上部構造は、図3Cに示すように菱形スタックからの上部構造の形成に役立つ上部構造形成器308を用いて形成することができる。例えば、好ましい上部構造形成器は、中心軸と互いに120度離間した中心軸から突出する3つのリブとを有し、包むか又は封入する前に上部構造体を所定位置に保持するのを容易にする細長位置決め器とすることができる。
【0022】
ある一定の実施形態では、図3Aに示すように、個々のHTSテープ300を群分けして(任意的な交互配置されたコンプライアント材料202は、示していない)菱形スタック302を形成し、3つの菱形スタック302を一緒に組み立て、H1スタック304の六角形構造を形成することができる。H1スタック304は、絶縁ワイヤ、絶縁テープ、金属箔、及び螺旋形スリットプラスチック導管などで螺旋形又は円筒形に包むようなあらゆる適切な手段306によって一緒に保持することができる。
【0023】
他の実施形態では、複数の菱形スタック302を接合して、より大きな構造体を形成することができる。図3Bに示すように、12の菱形スタック302を一緒に組み立てて、より大きな六角形構造(H2スタック308)を形成することができる。これらのH2スタック構造体では、中心の3つの菱形スタックは、最初に包まれた後にH2スタック308を形成するために上部に対して次の層を組み立て、かつ包むことができる。代替的に、組立体全体は、ワンパスで組み立て、かつ包むことができる。このような配列は、約3−4倍のHTSケーブルの電流容量の増加をもたらす可能性がある。HTSケーブルの電流容量は、他の方法によって増加させることができる点に注意すべきである。例えば、各HTSテープのための臨界電流(IC)は、例えば、温度を低下させることによって増加させることができる。更に、各HTSテープの断面積を増大させて、HTSケーブルの電流を増加させることができる。特定の設計基準に合わせた他の好ましい配列は、当業者には容易に明らかであろう。ケーブルを構成する個々のHTSテープ、並びに菱形要素は、例えば、異なる色の包装材料又はパターン化の使用によって独自にマーク付けすることができる。一部の場合には、このような独自のマーク付けは、端と端を接続する時にテープの簡単な識別を可能にすることができる。
【0024】
上述のように好ましい六角形構造を形成すると、六角形構造全体は、ケーブル軸、すなわち、六角形断面構造の平面に対して垂直な軸の周りで回転させて、そのケーブル軸に沿った捻りを有するHTSケーブルを得ることができる。捻りは、ピッチが連続螺旋モード又は振動モードの状態にあるように与えることができる。例えば、螺旋モードでは、ケーブルは、ケーブルの長さにわたってケーブルの軸の周りで一方向に捻ることができる。振動モードでは、ケーブルは、例えば、完全360度回転に対して最初にケーブルの軸の周りで一方向に局所的に捻ることができる。次に、隣接領域は、例えば、完全360度回転に対してその領域の軸の周りで逆方向に捻ることができる。捻りの方向のこのような変化は、ケーブルの長さに沿って前後に継続することができる。簡単な製造の利点を提供することができる好ましい手法は、当業者には容易に明らかであろう。ある一定の実施形態では、六角形構造を「過度に捻って」、材料の跳ね返り効果に対処することができる。例えば、1メートル当たり1捻りの捻りピッチが望ましい場合には、六角形構造は、最初に1メートル当たり1捻り、1メートル当たり1.5捻り、1メートル当たり2捻り、1メートル当たり3捻り、1メートル当たり5捻り、1メートル当たり7捻り、及び1メートル当たり10捻りなどの捻りを有するように捻ることができる。このような過度の捻りにより、目標捻りピッチ値(例えば、1メートル当たり1捻りのピッチ)までHTSケーブルを弛緩させることができる。
【0025】
理論に束縛されることは望まないが、HTSケーブルの軸に沿って捻りを与えることにより、以下の利点を提供するであろう。第1に、捻りは、必要な曲げ力の低下に起因してHTSケーブルに可撓性の改善をもたらすことができる。第2に、捻りは、局所歪み補償に起因してHTSケーブルの損傷(IC劣化によって測定された時)が起こる前に、より小さな直径に曲げ公差の改善をもたらすことができる。第3に、捻りは、交流又は傾斜電界モードで作動する時に、特に、各HTSテープ間の絶縁又は半導体分離層と組み合わせる場合に、HTSケーブルに電力損失の低下をもたらすことができる。
【0026】
本発明は、菱形スタック及び六角形上部構造体に関連して上述したが、本発明は、菱形スタック及び/又は六角形上部構造体に限定されない点に注意すべきである。スタック及び/又は上部構造体のあらゆる好ましい形態を選択することができる。例えば、平行四辺形、台形、及び三角形などの形状のスタックも、当業者には容易に理解されるように本発明に包含されると理解すべきである。更に、平行四辺形上部構造(例えば、並列して組み立てられた2つの菱形スタック)、及び菱形上部構造(例えば、一緒に組み立てられた4つの菱形スタック)などのようなあらゆる好ましい上部構造を本発明に包含することができる。ある一定の実施形態では、3倍鏡面対称性を有する上部構造を形成することができる。説明した六角形構造は、3倍鏡面対称性を有する上部構造の例である。しかし、3倍鏡面対称性を有する他の上部構造体も本発明に包含することができる。例えば、図3Dは、3つの点線m1からm3の周りに3倍鏡面対称性を有する構造を示し、これは、菱形スタックの3つが除去された状態の六角形構造である。3倍鏡面対称性を有する様々な異なる上部構造体は、当業者には容易に明らかであろう。
【0027】
ある一定の実施形態では、製造の簡素化、高電流密度を得たHTSテープによる高度の断面占有度、上部構造の有効直径の減少、及び全体の曲げ公差の改良を得るようにスタック及び上部構造体の形状を選択することができる。
【0028】
ある一定の実施形態では、各HTSテープに作用するケーブルの垂直磁場成分を最小にするために、HTSテープの大きな表面積部分がHTSケーブルの掃引周囲部全体に対してできるだけ平行に近くなる領域を最大にするようにスタックを整列させることができる。理論に束縛されることは望まないが、垂直磁場成分は、平行磁場成分よりも臨界電流を低減することができる。従って、HTSテープの大きな表面積部分がHTSケーブルの掃引周囲部全体に対してほぼ平行である構成がより有益であろう。
【0029】
例えば、平行四辺形断面スタック310を用いて、図3Eに示すように三角形上部構造を形成することができる。図示のように、平行四辺形スタックは、スタックのベース幅よりも幾分小さいスタックの傾斜縁部で形成することができる。次に、これらの平行四辺形スタックの3つは、例えば、図3Eに示すように、三角形の形状である上部構造形成器314を用いて三角形上部構造312に形成することができる。しかし、丸い又は多角形断面を有する上部構造形成器314のようなあらゆる好ましい上部構造形成器314を利用することができる。
【0030】
用途
本発明のHTSケーブルは、いくつかの異なる用途に利用することができる。例えば、本発明のHTSケーブルは、高電流送電又は配電用途に利用することができる。HTSケーブルは、外部又は内部絶縁ジャンパ又は延長ケーブルとして1つの場所から別の場所へ電力を伝送するのに使用することができる。HTSケーブルはまた、交流又は直流モードのいずれかで作動された送電又は配電網の一部として使用することができる。HTSケーブルはまた、アルミナをアルミニウムに精錬し、又は銅又は亜鉛を電気精錬する(精製する)のに大量の直流電流が必要である電気精錬所(アルミニウム生産プラントのような)において電力を伝送するのに使用することができる。これらの用途では、電流は、典型的には、例えば、電極に取り付けられた可撓性リード中の数千アンペアから主要(可撓性)バスバー用途における数十万アンペアの高さにまで及ぶ場合がある。
【0031】
このような通電用途では、HTSケーブルは、2つ又はそれよりも多くの異なる端子(すなわち、電流リードイン及び電流リードアウト)を接続することができる。このような構成では、電流負荷は、2つ又はそれよりも多くの異なる端子間で互いに並列にHTSケーブルのHTSテープを接続することによって最大にするか又は最適にすることができる。更に、付加的HTSケーブルは、必要に応じて並列に接続することができる。HTSケーブルは、好ましいクライオスタット及び絶縁材料内に設置して、冷却することによりHTSケーブルを超電導状態に維持することができる。冷却ヘリウムガス、液体窒素、又はネオンは、HTSケーブルを冷却するのに利用することができる。HTSケーブルによって接続された端子は、端子とHTSケーブルの間の接触抵抗の量を最小にするように更に設計することができる。更に、端子はまた、クライオスタットへ移送される熱を最小にするように設計することができる。
【0032】
本発明のHTSケーブルはまた、消磁ケーブルのような軽量、高磁場、大面積マグネットとして利用することができる。このような用途では、実際に剛性形態で組み立てて出荷するには大き過ぎる直径を有する磁場発生ケーブルは、可撓性クライオスタットにおいて本発明のHTSケーブルにジャケットを付けること、及び巻き「コイル」を形成するために近くのHTSテープと直列に個々のHTSテープを配線することによって現場で製造することができる。本明細書で用いられる場合、近くのHTSテープは、直列に接続するあらゆるHTSテープを意味する場合がある。例えば、近くのHTSテープは、スタック内に収容された連続HTSテープを意味する場合がある。しかし、近くのHTSはまた、端部を他端と直列に接続できる限り、異なるスタック内、異なる上部構造体内、又は更に異なるHTSケーブル内に収容されたHTSテープをも意味する場合がある。クライオスタットに出入りする電流リード(すなわち、端子)は、第1のHTSテープの第1の端部及び最後のHTSテープの第2の端部に接続することができる。このようにして、高磁場のためのマグネットは、殆どあらゆる大きな形状、及び約殆どあらゆる天然又は人工の物体に対して容易に製造することができる。
【0033】
更に、このような大きなマグネットのインダクタンスは、ループ内の直列対並列接続HTSテープの適切な比率を選択することによって容易に調整することができる。マグネットを移動又は修復する必要がある場合には、HTSテープの接続端部を分離することができ、かつ可撓性クライオスタットで囲んだHTSケーブルは、新しい場所で容易に輸送して再組み立てすることができる比較的小さなパッケージ内に巻き上げることができる。
【0034】
図4A及び4Bは、磁場を発生するようにHTSケーブルを利用する方法の様々な実施形態を示し、ここで図4Bは、より小型の設計を示している。図示のように、1つ又はそれよりも多くのHTSケーブル400は、HTSテープ402の端部が、任意的に接続ボックス410内で、直列に接続された可撓性クライオスタット404(クライオスタット404の一部分だけを示している)で囲むことができる。クライオスタット404は、任意的にスペーサ706(図7Aから7Cを参照)を収容して、クライオスタット404内のHTSケーブル400の移動を低減することができる。冷凍装置406は、好ましいガス又は液体(例えば、冷却ヘリウムガス又は冷却液体窒素)を冷却することができ、ポンプ408は、クライオスタット404内に冷却ガス又は液体412を供給して、HTSテープ402を超電導状態に維持することができる(図7Aから7Cも参照)。冷却ヘリウムガスがクライオスタットの入口と出口の間を迂回しないようにするために、流れ制限器413をHTSケーブル400内に設置することができる。
【0035】
図4Aに示すように、冷凍装置406及びポンプ408は、別々の構成要素として具現化することができる。より小型の設計に対して、冷凍装置406、ポンプ408、及び接続ボックス410は、装置が好ましいクーラントの冷却と、この好ましいクーラントのクライオスタット404内への提供との同時機能を提供する単一構成要素として統合することができる(図4B参照)。一部の実施形態では、接続ボックス410は、図4Bに示すように摺動可能容器として設計することができる。上述の冷凍装置406、ポンプ408、及びクライオスタット404を含む好ましい冷却システムは、米国特許第6、347、522号及び米国特許第6、625、992号により完全に説明されており、これらの両方は、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている。米国特許第6、347、522号及び米国特許第6、625、992号の冷却システムに関する付加的な詳細はまた、米国特許第5、482、919号、米国特許第6、023、934号、及び米国特許第6、173、577号に見出すことができ、これらの全ては、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている。
【0036】
図4Cは、接続ボックス410内のHTSテープ402の端部の拡大図を更に示している。図示のように、HTSテープ402Aから402Nの各個々の端部は、互いに直列に接続されている。例えば、HTSテープは、第(N−1)ケーブル402(N−1)2の第2の端部が、第Nケーブル402N1の第1の端部に接続されるまで、第1のHTSテープ402A2の第2の端部が、第2のHTSテープ402B1の第1の端部に接続し、第2のHTSテープ402B2の第2の端部が、第3のHTSテープ402C1の第1の端部に接続し、第3のHTSテープ402C2の第2の端部が、第4のHTSテープ402D1の第1の端部に接続する等々であるように直列に接続することができ、ここで、磁場発生ケーブルは、HTSテープの少なくともN個のループ又はターンを収容する。磁場発生ケーブルは、為されたN個の直列接続(すなわち、N個のループ又はターン)よりも多くのHTSテープの数を収容することができる点に注意すべきである。第1のHTS402A1の第1の端部及び第N番目のHTSテープ402N2の第2の端部は、電源(図示せず)に出入りする電流リード(すなわち、端子)に接続することができる。本明細書に説明するように直列にHTSテープを接続することは、大型巻きコイルマグネットの形成を実質的に可能にするものである。
【0037】
HTSテープの端部は、あらゆる好ましい手段で互いに接続することができる。例えば、HTSテープの端部は、低抵抗半田で端部を一緒に半田付けすることによって接続することができる。代替的に、HTSテープの端部は、HTSテープを破壊することなく物理的に接合し、かつ圧接する(一緒に圧迫する)ことができる。別の実施形態では、図4Dに示すように、接続ボックス410を利用することができ、圧力接触プラグ414(すなわち、「雌ジャッキ」として作用する)を配列して、HTSテープ402A2から402N1(すなわち、「雄ジャッキ」として作用する)の端部を受け取る。HTSテープ間で接続を形成するための他の好ましい手段は、当業者には容易に明らかであろう。例えば、ある一定の実施形態では、1つ又はそれよりも多くのHTSケーブルは、1つの接続ボックス410を用いて接続することができ、接続ボックス410は、十分な数のプラグを収容して、2つ、3つ、4つなどの数のHTSケーブルを接続することを可能にすることができる。
【0038】
ある一定の実施形態では、制限器413は、制限器の外径とクライオスタットの内径との間の間隙を変更することによって迂回冷却ガスの割合を制御するように設計することができる。図4Eに示すように、循環機構を利用して、入口413aと出口413bの間のあらゆる「高温」区画を最小にすることができる。更に、制限器413はまた、過剰の流れが入口413aと出口413bの間に導入されないように、冷却ガスの流れの制御を可能にすることができる。図4Eは、制限器本体413c、外部シールリング413d、外部シールキャップ413e、内部シールリング413f、及び内部シールキャップ413gを更に示している。入口流れ413aはまた、2つの流れに分けることができる。第1の流れ413hは、より長い経路(例えば、約HTSケーブル400の長さ)を循環することができるが、第2の流れ413iは、より短い経路(例えば、制限器本体413cの長さ)を通して流れることができる。制限器の流れ抵抗は、流れ413hと413iの間の流量分布を判断することができ、この流量分布は、内部シールキャップ413g及び/又は外部シールキャップ413eを締め付けることによって制御することができる。
【0039】
ある一定の実施形態では、制限器本体413c、内部シールキャップ413g、及び外部シールキャップ413eは、エポキシ結合剤(例えば、G10)内に組み込まれた連続フィラメントガラス布のような様々な材料から作ることができる。内部シールリング413f及び外部シールリング413dの両方はまた、フルオロポリマー(例えば、GORE−TEX)のような様々な材料から作ることができる。迂回冷却ガス(第2の流れ413i)の割合は、全流量の5パーセントから10パーセントになるように制御することができる。
【0040】
電流リード413jは、図4Eに示すように強制ガス流によって冷却することができる。この配列では、流れは、小径管413k内に収容された電流リードの下部に導入することができる。小さな管の直径を用いて、ガス流れ(413hと413iに分割する前)と電流リード413jの間の熱伝導係数を高めることができる。
【実施例1】
【0041】
本発明のいくつかの異なるHTSケーブルが、表1に示すように製作された。一般的には、BSCCOベーステープ幅は、以下の表1に示すように製作された。YBCOベースHTSテープは、4センチメートルの広いテープに作られ、かつ約3mmから10mmに及ぶ(例えば、以下の表1に示す最後の例を参照)小さなサイズまで細長く切られ、これらは、BSCCOベーステープの幅に同等である。
【0042】
【表1】
【0043】
図5Aの例示的なHTSケーブルの写真に示すように、各HTSケーブルは、ケーブル軸に沿って見ると、H1スタックを形成する8つのHTSテープ各々のうちの3つの菱形スタックを収容している。図5Bは、ケーブル軸に対して垂直に見た時のポリテトラフルオロエチレン(TEFLON)包装で螺旋状に包まれた3つの菱形スタックを示している。HTSケーブルは、1メートル当たり約1捻りの最終軸捻りピッチを与えるように捻られ、かつ最初に1メートル当たり1つ又はそれよりも多くの完全360度捻り(1メートル当たり約2.5完全捻り)に捻られて、跳ね返り効果に対処している。
【0044】
HTSケーブルに利用された得られるHTSテープは、有意な劣化なく性能を発揮した。例えば、組み立て前のAg−BSCCOベースHTSテープのICは、約120Aであった。組み立て後のAg−BSCCOベースHTSテープのICは、他のHTSテープ中を電流が流れない状態で測定した時に約120Aであった。他のHTSテープ中を電流が流れる状態で測定した時に、ICは、おそらくは他のHTSテープから生じた有意に大きな自己場に起因して約80Aまで減少した。
【0045】
曲げ試験も、75μm積層ストリップを備えたAg−BSCCOから作られたH1スタックHTSケーブルに対して行われた。青色、赤色、及び緑色として色分けされた3つの異なるケーブルが試験された。六角形構造の各菱形の内縁近く及び各菱形の外縁近くに位置するいくつかのHTSテープが測定された。例えば、「外側の青色」は、六角形構造の菱形の外縁近くにある青色に色分けされたケーブル中のHTSテープを意味する。「内側の赤色」は、六角形構造の菱形の内縁近くにある赤色に色分けされたケーブル中のHTSテープを意味する。図6に示すように、95パーセント以上のIC保持が1.5m曲げ直径で観察された。更に、約80−90パーセントのIC保持が0.4m曲げ半径で観察された。
【0046】
加えて、捻りが、有意に少ない曲げ力を必要とするケーブルの軸に沿って与えられた後、HTSケーブルは、可撓性が遙かに大きいことが手動操作によって観察された。従って、HTSケーブルは、捻った後に操作することが遙かに容易であった。
【実施例2】
【0047】
互いに直列に接続した39のHTSテープを有する磁場発生ケーブルが、図4A、4C、7A、及び7Bに示すように製作された。図7A及び7Bに示すように、2つの40m長のHTSケーブル702及びスペーサ706(HTSケーブルの移動を最小にする)は、可撓性クライオスタットに嵌合された。各HTSケーブルは、3つの菱形スタック(H1スタックを形成する)を有し、かつ各菱形スタックは、9つのHTSテープを有した。従って、54の可能な接続の中でも、39の直列接続は、HTSテープの39のループ又はターンを形成するために作られたものである。HTSテープの端部は、半田によって直列に接続され、冷却ヘリウムが、クライオスタットに送り込まれた。得られた磁場発生ケーブルは、約40Kで以下の特性を有した。
HTSケーブルの外径:66mm
直列に接続したHTSテープの数(形成されたループ又はターンの数):39
直流によるアンペア−ターン:4095アンペア−ターン
各HTSテープループに印加された電流:105A(=4095アンペア−ターン/39ターン)
最小曲げ半径:550mm
作動圧力:80psig
HTSケーブルインダクタンス:80mH
【0048】
上述のようにループに形成されたいくつかのHTSテープのICは、75K及び85Kで測定された。図8は、約85AのIC値を示す75Kで得られた測定I−V曲線を示している。HTSテープのIC値も、同様の方法で85Kで判断された。これらの実験値から、40KでのIC値は、直線関係を仮定して外挿し、約180Aになった(図9参照)。従って、図9に示す外挿グラフから、4000アンペア−ターンを達成する40Kでの最大予測電流及び最大作動温度は、以下に示すように推定することができる。
40Kでの最大予測電流:7020アンペア−ターン(=180Ax39ターン)
4000アンペア−ターンにおける最大作動温度:〜65K
【0049】
磁場発生ケーブルに組み立てる前に、各HTSテープは、75Kで85Aの測定値とは対照的に、75Kで約120Aの初期IC値を有した点に注意すべきである。この減少の一部又は全ては、ケーブルのより高い磁場に起因するICの低下に起因している場合があり、それは、一部は接続部におけるワイヤの幾らかの損傷に起因していると考えられる。それにも関わらず、電流の約105Aが約40Kの平均作動温度で印加された時に、電流リード(超電導ループを包含しない)に沿った全電圧低下が約0.1V(右側垂直軸に示す=0.05V+0.05V)であったので、図10は、このような劣化が作動中に大きな懸念になる可能性は低いことを示している。反対に、ループの全てを通して測定された全電圧低下(左側垂直軸)は、電流の約105Aが約40Kの平均作動温度で印加された時に、僅か約4.58x10-3Vであった。
【0050】
図11は、磁場発生ケーブル全体が、約12時間で約40Kまで冷却されたことを示している。図11に示す最終平坦区域に達した後に(すなわち、約12時間後に)、0mと40mにおけるケーブル間の温度差は、4Kよりも小さかった(曲線「A」参照)。磁場発生ケーブル全体が、約60K(曲線「B」参照)と80K(曲線「C」参照)まで冷却された時に、0mと40mにおけるケーブル間の温度差は、約5Kと7Kまでそれぞれ僅かに増加した(図12参照)。
【0051】
作動中に生じる場合がある熱を推定するために、正弦波交流電流(図13の挿入部分参照)が磁場発生ケーブルに供給され、温度上昇が約4時間にわたって測定された。最悪の事態に近づけるために、電流は、正の範囲の値に維持された。図13に示すように、1K未満の温度上昇がケーブルを通して観察され、温度は、約2から2.5時間後に安定するように見えた。
【0052】
これらの実施例は、従来技術からの本発明の優位性を明らかに示している。本発明の説明及び実施形態を精査すると、当業者は、本発明の本質から逸脱することなく、本発明を実施するのに修正及び同等な置換を行うことができることを理解するであろう。
【0053】
引用による組み込み
以下の文書は、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている:1993年7月27日に付与された「MOD前駆体溶液から高度にテクスチャ加工された酸化物超電導フィルムの調製」という名称の米国特許第5、231、074号、2000年2月8日に付与された「エピタキシャル層を有する超電導体物品を生成するための低真空処理」という名称の米国特許第6、022、832号、2000年2月22日に付与された「エピタキシャル層を生成するための低真空処理」という名称の米国特許第6、027、564号、2001年2月20日に付与された「非結晶質表面上に堆積した岩塩様構造を有する薄膜」という名称の米国特許第6、190、752号、2003年3月25日に付与された「配向された終端平面を有するバッファ層を有する多層超電導体」という名称の米国特許第6、537、689号、2000年10月5日に公開された「合金材料」という名称のPCT公開番号WO00/58530、2000年10月5日に公開された「合金材料」という名称のPCT公開番号WO/58044、1999年4月8日に公開された「酸化抵抗性が改良された基板」という名称のPCT公開番号WO99/17307、1999年4月8日に公開された「超電導体のための基板」という名称のPCT公開番号WO99/16941、1998年12月23日に公開された「超電導酸化物への金属オキシフルオライドの変換の制御」という名称のPCT公開番号WO98/58415、2001年2月15日に公開された「多層物品及びそれを作る方法」という名称のPCT公開番号WO01/11428、2001年2月1日に公開された「多層物品及びそれを作る方法」という名称のPCT公開番号WO01/08232、2001年2月1日に公開された「多層物品を作る方法及び組成」という名称のPCT公開番号WO01/08235、2001年2月1日に公開された「被覆導体薄膜前駆体」という名称のPCT公開番号WO01/08236、2001年2月1日に公開された「交流損失が低下した被覆導体」という名称のPCT公開番号WO01/08169、2001年3月1日に公開された「表面制御合金基板及びその製造方法」という名称のPCT公開番号WO01/15245、2001年2月1日に公開された「高純度酸化物層形成」という名称のPCT公開番号WO01/08170、2001年4月12日に公開された「酸化物層反応速度の制御」という名称のPCT公開番号WO01/26164、2001年4月12日に公開された「酸化物層法」という名称のPCT公開番号WO01/26165、2001年2月1日に公開された「高温被覆超電導体の強化」という名称のPCT公開番号WO01/08233、2001年2月1日に公開された「超電導体を作る方法」という名称のPCT公開番号WO01/08231、2002年4月20日に公開された「前駆体溶液及びそれを作る方法」という名称のPCT公開番号WO02/35615、2005年12月22日に公開された「テクスチャ加工金属表面上のバッファ層の堆積」という名称のPCT公開番号WO2005/121414、2005年9月9日に公開された「ナノドット磁束ピン止め中心を有する酸化膜」という名称のPCT公開番号WO2005/081710、2002年8月20日に付与された「酸化物ブロンズ組成物及びそれによって製造されたテクスチャ加工物品」という名称の米国特許第6、436、317号、2001年7月31日に出願された「多層超電導体及びその製造方法」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/309、116号、2004年9月28日に付与された「超電導体法及びリアクタ」という名称の米国特許第6、797、313号、2001年7月31日に出願された「超電導体法及びリアクタ」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/308、957号、1999年11月18日に出願された「超電導体物品、並びにそれを作るための組成及び方法」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/166、297号、2005年12月13日に付与された「超電導体物品、並びにそれを作るための組成及び方法」という名称の米国特許第6、974、501号、2004年9月29日に出願された「パターン化酸化物超電導体の滴下堆積」という名称の米国特許出願出願番号第10/955、866号、2005年9月30日に出願された「改良された性能を有する厚い超電導体膜」という名称の米国特許出願出願番号第11/241、636号、2004年9月29日に出願された「低交流損失フィラメント状被覆超電導体」という名称の米国特許出願出願番号第10/955、875号、2004年9月29日に出願された「積み重ねられたフィラメント状被覆超電導体」という名称の米国特許出願出願番号第10/955、801号、2005年3月31日に出願された「フィラメント状被覆超電導体のためのメッシュタイプのスタビライザ」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/667001号、2005年7月29日に出願された「高温超電導ワイヤのためのアーキテクチャ」という名称の米国特許出願出願番号第11/193、262号、2005年7月29日に出願された「高温超電導ワイヤ及びコイル」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/703、815号、2005年7月29日に出願された「改良された性能を有する厚い超電導体膜」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/703836号、2005年8月19日に公開された「積み重ねられたフィラメント状被覆超電導体」という名称のPCT公開番号WO06/021003、2005年8月19日に公開された「低交流損失フィラメント状被覆超電導体」という名称のPCT公開番号WO06/023826、2006年1月10日に出願された「酸化物超電導膜をパターン化する方法」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/757855号、2006年3月30日に出願された「フィラメント状被覆超電導体のためのメッシュタイプのスタビライザ」という名称の米国特許出願出願番号第11/393626号、2006年7月21日に出願された「密封された高温超電導体ワイヤの製作」という名称の米国特許出願出願番号第11/490779号、2006年7月21日に出願された「高温超電導テープを含有する高電流小型可撓性導体」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/832716号、2006年7月21日に出願された「高温超電導体ワイヤのための低抵抗接合部」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/832724号、2006年7月25日に出願された「プラナ磁束ピン止め中心を有する高温超電導体及びそれを作る方法」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/832871号、2006年11月16日に出願された「高温超電導体中の電気メッキ高抵抗性スタビライザ及びその方法」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/866148号、2007年3月23日に出願された「高温超電導体ワイヤのための金属キャップ層の溶液ベース堆積のためのシステム及び方法」という名称の米国特許出願出願番号第11/728108号、2007年4月6日に出願された「改良された特性を有する高温超電導体のための複合基板」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/922145号、及び「高温超電導体ワイヤのための低低抗接合部」という名称の本明細書と同時出願の米国特許出願第(未定)号。
【符号の説明】
【0054】
300 高温超電導テープ
302 菱形スタック
304 H1スタック
306 保持手段
【技術分野】
【0001】
関連出願への相互参照
本出願は、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている2006年7月21日出願の米国特許仮出願第60/832、716号の出願日の恩典を主張するものである。
【0002】
本発明は、高通電の可撓性導体に関する。より詳細には、本発明は、高温超電導材料を含有する高通電の可撓性導体に関する。
【背景技術】
【0003】
有意な損失なしに大量の電流を伝送することができる軽量導体は、多数の用途において求められている。例えば、多くの電気精錬用途において(例えば、アルミニウム生産工程)、大量の電流が必要である。軽量の高電流導体を必要とする他の用途は、軍艦を含む。船は、現在、コイルケーブル(消磁ケーブルと呼ばれる)の複合システムを装備しており、典型的に強磁性体で作られた船体上に生じた磁場を逓減する。これは、船が、磁場の変化を検知すると爆発する磁気機雷を避けることを可能にする。上述の例示的な用途における高電流要件に対応するために、典型的に銅又はアルミニウムで作られた大直径ワイヤが一般的に利用される。しかし、これは、望ましくなく重く、嵩ばり、かつ非可撓性のケーブルをもたらす。有意な損失なしに大量の電流を運ぶことができる低減した重量と増大した可撓性を有するケーブルは、まだ実現されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国特許仮出願第60/832、716号公報
【特許文献2】米国特許公開第2003/0062659号公報
【特許文献3】米国特許公開第2005/0159298号公報
【特許文献4】米国特許公開第2006/0040830号公報
【特許文献5】米国特許公開第2006/0073979号公報
【特許文献6】米国特許第6、347、522号公報
【特許文献7】米国特許第6、625、992号公報
【特許文献8】米国特許第5、482、919号公報
【特許文献9】米国特許第6、023、934号公報
【特許文献10】米国特許第6、173、577号公報
【特許文献11】米国特許第5、231、074号公報
【特許文献12】米国特許第6、022、832号公報
【特許文献13】米国特許第6、027、564号公報
【特許文献14】米国特許第6、190、752号公報
【特許文献15】米国特許第6、537、689号公報
【特許文献16】PCT公開番号WO00/58530公報
【特許文献17】PCT公開番号WO/58044公報
【特許文献18】PCT公開番号WO99/17307公報
【特許文献19】PCT公開番号WO99/16941公報
【特許文献20】PCT公開番号WO98/58415公報
【特許文献21】PCT公開番号WO01/11428公報
【特許文献22】PCT公開番号WO01/08232公報
【特許文献23】PCT公開番号WO01/08235公報
【特許文献24】PCT公開番号WO01/08236公報
【特許文献25】PCT公開番号WO01/08169公報
【特許文献26】PCT公開番号WO01/15245公報
【特許文献27】PCT公開番号WO01/08170公報
【特許文献28】PCT公開番号WO01/26164公報
【特許文献29】PCT公開番号WO01/26165公報
【特許文献30】PCT公開番号WO01/08233公報
【特許文献31】PCT公開番号WO01/08231公報
【特許文献32】PCT公開番号WO02/35615公報
【特許文献33】PCT公開番号WO2005/121414公報
【特許文献34】PCT公開番号WO2005/081710公報
【特許文献35】米国特許第6、436、317号公報
【特許文献36】米国特許仮出願出願番号第60/309、116号公報
【特許文献37】米国特許第6、797、313号公報
【特許文献38】米国特許仮出願出願番号第60/308、957号公報
【特許文献39】米国特許仮出願出願番号第60/166、297号公報
【特許文献40】米国特許第6、974、501号公報
【特許文献41】米国特許出願出願番号第10/955、866号公報
【特許文献42】米国特許出願出願番号第11/241、636号公報
【特許文献43】米国特許出願出願番号第10/955、875号公報
【特許文献44】米国特許出願出願番号第10/955、801号公報
【特許文献45】米国特許仮出願出願番号第60/667001号公報
【特許文献46】米国特許出願出願番号第11/193、262号公報
【特許文献47】米国特許仮出願出願番号第60/703、815号公報
【特許文献48】米国特許仮出願出願番号第60/703836号公報
【特許文献49】PCT公開番号WO06/021003公報
【特許文献50】PCT公開番号WO06/023826公報
【特許文献51】米国特許仮出願出願番号第60/757855号公報
【特許文献52】米国特許出願出願番号第11/393626号公報
【特許文献53】米国特許出願出願番号第11/490779号公報
【特許文献54】米国特許仮出願出願番号第60/832724号公報
【特許文献55】米国特許仮出願出願番号第60/832871号公報
【特許文献56】米国特許仮出願出願番号第60/866148号公報
【特許文献57】米国特許出願出願番号第11/728108号公報
【特許文献58】米国特許仮出願出願番号第60/922145号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、一般的には高温超電導(HTS)ケーブル及びそれを作る方法に関する。本発明のある一定の実施形態によると、HTSケーブルは、従来技術のものに勝る有意な利点を提供するより大きな可撓性、低重量、及び高通電容量を提供する。
【0006】
本発明のある一定の実施形態によると、HTSケーブルは、個々のテープの幅及び長さによって形成された平面に対して実質的に同一平面に積み重ねられてHTSスタックを形成する複数の高温超電導(HTS)テープを含むことができ、HTSスタックの個々のHTSテープは、HTSスタックにおける個々のHTSテープの上方に位置決めされた第2のHTSテープから幅方向にある一定の距離だけ変位している。更に、複数のHTSスタックは、ケーブル軸の周りで捻られた上部構造を形成するように配列することができる。
【0007】
HTSケーブルを作る方法も本明細書に説明する。本発明のある一定の実施形態によると、本方法は、個々のHTSテープの幅及び長さによって形成された平面に対して実質的に同一平面上に複数の高温超電導(HTS)テープを配列してHTSスタックを形成する段階を含むことができ、HTSスタックの個々のHTSテープは、HTSスタックにおける個々のHTSテープの上方に位置決めされた第2のHTSテープから幅方向にある一定の距離だけ変位している。更に、本方法は、複数のHTSスタックを上部構造内に配列する段階と、ケーブル軸の周りで上部構造を捻る段階とを含むことができる。
【0008】
本発明のある一定の実施形態により、消磁ケーブルのような磁場を発生させるために使用するケーブルも説明する。磁場発生ケーブルは、上部構造を形成するために配列された複数の高温超電導(HTS)スタックを有する少なくとも1つのケーブルを含むことができ、HTSスタックは、個々のHTSテープの幅及び長さによって形成された平面に対して実質的に同一平面の複数のHTSテープを含み、HTSスタックの個々のHTSテープは、HTSスタックにおける個々のHTSテープの上方に位置決めされたHTSテープから幅方向にある一定の距離だけ変位しており、複数のHTSテープの少なくとも一端は、複数のHTSスタックのいずれか1つに位置する別のHTSテープの端部と直列に接続される。
【0009】
本発明のある一定の実施形態によると、本発明の磁場発生ケーブルは、消磁システムにおいて利用することができる。消磁システムは、本発明の磁場発生ケーブルに加えて、HTSテープを超電導状態に維持するための冷却システムと、制御された電流をHTSテープ内へ供給するための電源とを含むことができる。
【0010】
本発明の上記及び他の目的、並びに利点は、同じ参照文字が全体を通して同じ部分を意味する添付図面を参照して以下の詳細説明を考慮すると明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1A】本発明のある一定の実施形態によりHTSケーブルに利用することができる一部の例示的なタイプのHTSテープの概略図である。
【図1B】本発明のある一定の実施形態によりHTSケーブルに利用することができる一部の例示的なタイプのHTSテープの概略図である。
【図1C】本発明のある一定の実施形態によりHTSケーブルに利用することができる一部の例示的なタイプのHTSテープの概略図である。
【図2】本発明のある一定の実施形態による菱形スタックへのHTSテープの組立を示す概略図である。
【図3A】本発明のある一定の実施形態により菱形スタックをHTSケーブルに組み立てる一部の例示的な方法の概略図である。
【図3B】本発明のある一定の実施形態により菱形スタックをHTSケーブルに組み立てる一部の例示的な方法の概略図である。
【図3C】本発明のある一定の実施形態により菱形スタックをHTSケーブルに組み立てる一部の例示的な方法の概略図である。
【図3D】本発明のある一定の実施形態により菱形スタックをHTSケーブルに組み立てる一部の例示的な方法の概略図である。
【図3E】本発明のある一定の実施形態により菱形スタックをHTSケーブルに組み立てる一部の例示的な方法の概略図である。
【図4A】本発明のある一定の実施形態によるHTSケーブルを利用して磁場を発生するのに利用するケーブルの異なる実施形態の1つを示す図である。
【図4B】本発明のある一定の実施形態によるHTSケーブルを利用して磁場を発生するのに利用するケーブルの異なる実施形態の1つを示す図である。
【図4C】本発明のある一定の実施形態によりHTSテープの端部を接続して磁場発生ケーブルを形成することができる方法の異なる実施形態の1つを示す図である。
【図4D】本発明のある一定の実施形態によりHTSテープの端部を接続して磁場発生ケーブルを形成することができる方法の異なる実施形態の1つを示す図である。
【図4E】本発明のある一定の実施形態による流れ制限器を示す図である。
【図5A】本発明のある一定の実施形態により製作されたHTSケーブルの画像を示す図である。
【図5B】本発明のある一定の実施形態により製作されたHTSケーブルの画像を示す図である。
【図6】本発明のある一定の実施形態によるHTSケーブルの曲げ半径の関数として臨界電流の結果を示す図である。
【図7A】本発明のある一定の実施形態によりクライオスタットの内側にある2つのHTSケーブル及び任意的なスペーサを有する磁場発生ケーブルの画像を示す図である。
【図7B】本発明のある一定の実施形態によりクライオスタットの内側にある2つのHTSケーブル及び任意的なスペーサを有する磁場発生ケーブルの画像を示す図である。
【図7C】任意的なスペーサと共に小直径のクライオスタットの内側に単一HTSケーブルを有する磁場発生ケーブルの概略図である。
【図8】本発明のある一定の実施形態によりHTSテープの臨界電流を得るために75Kでの電圧の関数としてHTSテープを通して流れる電流を示す図である。
【図9】本発明のある一定の実施形態により温度の関数として測定かつ外挿された電磁発生ケーブルにおけるHTSテープの臨界電流を示す図である。
【図10】本発明のある一定の実施形態により約105Aの電流が約40Kの平均作動温度で供給された時に磁場発生ケーブルにわたって起こる様々なHTSループ及び電流リードの電圧低下を示す図である。
【図11】本発明のある一定の実施形態により室温から約40Kまで40m磁場発生ケーブルを冷却するのにかかる時間を示す図である。
【図12】本発明のある一定の実施形態により様々な作動温度での磁場発生ケーブルの様々な場所における温度差を示す図である。
【図13】本発明のある一定の実施形態により正電流状態に維持された交流電流が磁場発生ケーブルに印加された時の磁場発生ケーブルの安定性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明は、強固で可撓性であり、軽量かつ小型の高温超電導(HTS)ケーブルを提供する。ある一定の実施形態では、本発明のHTSケーブルは、ある一定の数のHTSテープを望ましい構成に組み立てることによって製作することができる。
【0013】
本明細書で用いられる場合、「ケーブル」は、可撓性マルチテープ組立体を形成するために配列されるか又は組み立てられた複数のHTSテープを意味する。ケーブルは、本明細書で説明するような単一HTSスタック又は上部構造を形成するために配列された複数のHTSスタックを含む。
【0014】
本明細書で用いられる場合、高温超電導体は、20K及びそれよりも高い温度(すなわち、TC≧20Kの臨界温度)で高温超電導体の超電導挙動を維持することができる材料を意味する。例えば、高温超電導体は、約1気圧の液体窒素をクーラントとして利用する時(例えば、約77K)、高温超電導体の超電導挙動を維持する。超電導材料はまた、それ以下では材料がその超電導挙動を維持する電流である臨界電流ICを示す。高温超電導体の例は、ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・銅酸化物(BSCCO)及びイットリウム・バリウム・銅酸化物(YBCO)タイプの超電導体のような銅酸化物超電導体、並びに二ホウ化マグネシウム(MGB2)のような他のものを含む。
【0015】
ある一定の実施形態では、HTSテープは、例えば、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている米国特許公開第2003/0062659号に説明されているような公知の従来の方法を用いて調製することができる。例えば、BSCCOテープのようなHTSテープは、粉末(前駆体又は実際のHTS粉末のいずれか)を金属(一般的には銀)管内に装填する段階と、管をより小さな寸法のワイヤ内に引き込む段階と、ワイヤを他のワイヤと共に別の金属管内に詰め直す段階と、詰め直した管を引き出す段階と、縮小されたフィラメントの少なくとも1つの寸法が望ましい寸法を得るまで詰め直す段階と引き出す段階を繰り返す段階とによって調製することができる。次に、圧延装置を利用して、1対の反転高強度金属シリンダ間にフィラメントを通すことによってフィラメントをテープ形状に平坦化することができる。その後に熱処理段階を実施して、望ましいHTSテープを形成することができる。
【0016】
他の実施形態では、HTSテープは、例えば、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている米国特許公開第2005/0159298号、米国特許公開第2006/0040830号、及び米国特許公開第2006/0073979号に説明されているような公知の方法を用いて説明されているように調製することができる。例えば、YBCOテープのようなHTSテープは、望ましいテクスチャを有する可撓性金属又は金属合金基板を調製する段階と、基板上にバッファ層を堆積させる段階と、バッファ層の上にYBCO前駆体材料を堆積させる段階と、前駆体材料を処理してYBCOのHTS材料を形成する段階と、YBCO材料の上に貴金属の保護膜を堆積させる段階とによって調製することができる。
【0017】
様々な異なるタイプのHTSテープを利用して、本発明のHTSケーブルを生成することができる。一部の例示的なHTSテープ構造を図1に示している。例えば、上述のHTSテープは、図1Aに示すようにHTSテープ100として概略的に示すことができる。図1Aに示すHTSテープ100は、機械的特性を改良すると同時に環境及び熱安定性を提供するために、金属又は絶縁層102で更にメッキするか又は被覆することができる。金属層の一般的な厚みは、テープの厚みの最大約1/2であり、かつ金属は、図1Bに示すように、例えば、銅、銀、ニッケル、又は銅−亜鉛又は銅−ニッケルのような合金を含むことができる。代替的に、図1Aに示すHTSテープ100は、HTSテープ100を囲む半田104を備えることができ、かつ図1Cに示すように、HTSテープ100の両側に補強ストリップ106を更に含むことができる。例えば、補強ストリップ106は、ステンレス鋼、銅、及び真鍮又はモネルのような銅合金、及びモリブデンなどのような金属を含むことができる。補強ストリップ106は、あらゆる従来型又は有利な方法を用いてHTSテープ100に接合することができる(金属層102の有無に関わらず)。1つの例示的な方法は、HTSテープ100及び補強ストリップ106を半田槽に通し、半田被覆部分を一緒に加圧成形することにより、半田104でストリップをHTSテープ100に接合する段階を含む。様々な寸法を有するHTSテープを用いることができる。しかし、補強前の一般的なHTSテープは、約3から5mmの幅及び約0.13から0.27mmの厚みを有する。補強後には、HTSテープは、一般的に約3から5.5mmの幅及び約0.19から0.7mmの厚みを有する。本明細書で用いられる場合、用語HTSテープは、好ましいHTSテープのいずれも包含することを意図している。
【0018】
図2に示すように、HTSテープの適切な数を積み重ね、かつ組み立てて、本発明のある一定の実施形態によるケーブルを形成することができる。例えば、あらゆる数のHTSテープ200(5、10、25、50、その他)を積み重ねて、HTSスタックを形成することができる。一例として、HTSテープを配列して、平行四辺形スタック又は菱形スタックを形成することができる。本明細書で用いられる場合、菱形スタックは、スタックが実質的に菱形である断面形状を有するHTSテープを収容するスタックを意味し、かつ平行四辺形スタックは、スタックが実質的に平行四辺形を形成する断面形状を有するHTSテープを収容するスタックを意味する。例えば、菱形断面の縁部は、互いに対してほぼ等しい長さにすることができ、反対側の縁部は、互いに対してほぼ平行にすることができ、かつ縁部によって形成された角度は、互いに対して垂直である必要はない。図2は、組み立てられたHTSテープ200の断面図であり、結果として実質的に菱形断面、すなわち、「菱形スタック」をもたらす積み重ね配列を示している。本明細書で用いられる場合、実質的に菱形断面は、全ての4つの側面が実質的に等しい長さであり(例えば、0パーセントから20パーセントまでの範囲の長さの差は、満足できる)、かつ菱形の4つの内角のいずれも90°ではない四角形(例えば、2つが45°と2つが135°の内角、2つが60°と2つが120°の内角、2つが62°と2つが118°の内角、その他)を意味する。HTSテープ200は、2つの隣接HTSテープ200間に設けられたコンプライアント材料202で任意的に積み重ねることができる。コンプライアント材料202は、導体、半導体、又は絶縁体とすることができる。各菱形スタックは、HTSテープ200のほぼ総数Nを収容することができ、式中Nは、N=(W/T)sinθとして定められ、Wは、HTSテープの幅であり、θは、菱形断面の傾斜角度(例えば、θ〜60°)であり、Tは、HTSテープの厚みである。HTSテープの厚み(T)は、金属層102、半田104、補強ストリップ106、及び/又はHTSテープ200を囲むコンプライアント材料202の厚みを含むことができることに注意されたい。次に、菱形スタックは、ポリマー、紙、及び/又は金属箔ストリップなどを備えた菱形スタック200の螺旋形又は円筒形包装のようなあらゆる適切な手段204によって一緒に保持することができる。ある一定の実施形態では、HTSテープ200は、ポリイミドフィイルム(KAPTON)、フルオロポリマー(TEFLON)、被覆ワニス、ラッカー、エナメル、メタクリレート(ポリメチルメタクリレート)、及びエポキシ樹脂(紫外線硬化性エポキシ樹脂)などのような絶縁材料で更に覆い、被覆し、及び/又は包むことができる。他の実施形態では、HTSテープは、グラファイト含浸紙、グラファイト含浸ポリマーフィルム、導電性ポリマーフィルム(ポリチオフェンフィルム)、低導電性金属合金、及び金属間フィルムなどのような半導体材料で覆い、被覆し、及び/又は包むことができる。
【0019】
ある一定の実施形態では、菱形スタックは、六角形構造のような構造体に更に組み立てることができる。本明細書で用いられる場合、上部構造は、HTSスタックを一緒に組み立てることによって形成された構造を意味する。例えば、六角形構造は、実質的に六角形の断面幾何学形状を有するケーブルを形成するために組み立てられた複数のHTSスタック(例えば、菱形スタック)を意味する。組立体は、例えば、3つの菱形スタック(H1スタック、図3A参照)、12の菱形スタック(H2スタック、図3B参照)、27の菱形スタック(H3スタック)、及び48の菱形スタック(H4スタック)などを含むことができ、菱形スタックの実際の数は、周方向の六角形幾何学形状を提供する組立体を形成するように選択される。ある一定の実施形態では、菱形スタックは、HTSテープが、六角形上部構造の最も近い掃引円周に対してほぼ平行(できる限り)であるように上部構造内に配列することができる。六角形構造は、あらゆる好ましい手段によって所定位置に保持することができる。1つの好ましい方法は、例えば、ポリマーテープ又は予備形成へリックスで包んでいる。包装は、大きな圧力を働かせ過ぎてその運動及び可撓性に損傷を与え又はこれらを制限することなく、組立体の一体性を維持するのに十分な圧縮を与えることができる。
【0020】
菱形形状スタックは、実質的に同様の幅及び厚みのHTSテープで高充填率まで容易に充填され、これは、次に、HTSテープの高充填部分をその断面上に有する六角形上部構造を形成するように配列することができる点に注意すべきである。これは、導体の有効半径を低減し、その電流密度及び曲げ公差を増大せる。
【0021】
ある一定の実施形態では、上部構造は、図3Cに示すように菱形スタックからの上部構造の形成に役立つ上部構造形成器308を用いて形成することができる。例えば、好ましい上部構造形成器は、中心軸と互いに120度離間した中心軸から突出する3つのリブとを有し、包むか又は封入する前に上部構造体を所定位置に保持するのを容易にする細長位置決め器とすることができる。
【0022】
ある一定の実施形態では、図3Aに示すように、個々のHTSテープ300を群分けして(任意的な交互配置されたコンプライアント材料202は、示していない)菱形スタック302を形成し、3つの菱形スタック302を一緒に組み立て、H1スタック304の六角形構造を形成することができる。H1スタック304は、絶縁ワイヤ、絶縁テープ、金属箔、及び螺旋形スリットプラスチック導管などで螺旋形又は円筒形に包むようなあらゆる適切な手段306によって一緒に保持することができる。
【0023】
他の実施形態では、複数の菱形スタック302を接合して、より大きな構造体を形成することができる。図3Bに示すように、12の菱形スタック302を一緒に組み立てて、より大きな六角形構造(H2スタック308)を形成することができる。これらのH2スタック構造体では、中心の3つの菱形スタックは、最初に包まれた後にH2スタック308を形成するために上部に対して次の層を組み立て、かつ包むことができる。代替的に、組立体全体は、ワンパスで組み立て、かつ包むことができる。このような配列は、約3−4倍のHTSケーブルの電流容量の増加をもたらす可能性がある。HTSケーブルの電流容量は、他の方法によって増加させることができる点に注意すべきである。例えば、各HTSテープのための臨界電流(IC)は、例えば、温度を低下させることによって増加させることができる。更に、各HTSテープの断面積を増大させて、HTSケーブルの電流を増加させることができる。特定の設計基準に合わせた他の好ましい配列は、当業者には容易に明らかであろう。ケーブルを構成する個々のHTSテープ、並びに菱形要素は、例えば、異なる色の包装材料又はパターン化の使用によって独自にマーク付けすることができる。一部の場合には、このような独自のマーク付けは、端と端を接続する時にテープの簡単な識別を可能にすることができる。
【0024】
上述のように好ましい六角形構造を形成すると、六角形構造全体は、ケーブル軸、すなわち、六角形断面構造の平面に対して垂直な軸の周りで回転させて、そのケーブル軸に沿った捻りを有するHTSケーブルを得ることができる。捻りは、ピッチが連続螺旋モード又は振動モードの状態にあるように与えることができる。例えば、螺旋モードでは、ケーブルは、ケーブルの長さにわたってケーブルの軸の周りで一方向に捻ることができる。振動モードでは、ケーブルは、例えば、完全360度回転に対して最初にケーブルの軸の周りで一方向に局所的に捻ることができる。次に、隣接領域は、例えば、完全360度回転に対してその領域の軸の周りで逆方向に捻ることができる。捻りの方向のこのような変化は、ケーブルの長さに沿って前後に継続することができる。簡単な製造の利点を提供することができる好ましい手法は、当業者には容易に明らかであろう。ある一定の実施形態では、六角形構造を「過度に捻って」、材料の跳ね返り効果に対処することができる。例えば、1メートル当たり1捻りの捻りピッチが望ましい場合には、六角形構造は、最初に1メートル当たり1捻り、1メートル当たり1.5捻り、1メートル当たり2捻り、1メートル当たり3捻り、1メートル当たり5捻り、1メートル当たり7捻り、及び1メートル当たり10捻りなどの捻りを有するように捻ることができる。このような過度の捻りにより、目標捻りピッチ値(例えば、1メートル当たり1捻りのピッチ)までHTSケーブルを弛緩させることができる。
【0025】
理論に束縛されることは望まないが、HTSケーブルの軸に沿って捻りを与えることにより、以下の利点を提供するであろう。第1に、捻りは、必要な曲げ力の低下に起因してHTSケーブルに可撓性の改善をもたらすことができる。第2に、捻りは、局所歪み補償に起因してHTSケーブルの損傷(IC劣化によって測定された時)が起こる前に、より小さな直径に曲げ公差の改善をもたらすことができる。第3に、捻りは、交流又は傾斜電界モードで作動する時に、特に、各HTSテープ間の絶縁又は半導体分離層と組み合わせる場合に、HTSケーブルに電力損失の低下をもたらすことができる。
【0026】
本発明は、菱形スタック及び六角形上部構造体に関連して上述したが、本発明は、菱形スタック及び/又は六角形上部構造体に限定されない点に注意すべきである。スタック及び/又は上部構造体のあらゆる好ましい形態を選択することができる。例えば、平行四辺形、台形、及び三角形などの形状のスタックも、当業者には容易に理解されるように本発明に包含されると理解すべきである。更に、平行四辺形上部構造(例えば、並列して組み立てられた2つの菱形スタック)、及び菱形上部構造(例えば、一緒に組み立てられた4つの菱形スタック)などのようなあらゆる好ましい上部構造を本発明に包含することができる。ある一定の実施形態では、3倍鏡面対称性を有する上部構造を形成することができる。説明した六角形構造は、3倍鏡面対称性を有する上部構造の例である。しかし、3倍鏡面対称性を有する他の上部構造体も本発明に包含することができる。例えば、図3Dは、3つの点線m1からm3の周りに3倍鏡面対称性を有する構造を示し、これは、菱形スタックの3つが除去された状態の六角形構造である。3倍鏡面対称性を有する様々な異なる上部構造体は、当業者には容易に明らかであろう。
【0027】
ある一定の実施形態では、製造の簡素化、高電流密度を得たHTSテープによる高度の断面占有度、上部構造の有効直径の減少、及び全体の曲げ公差の改良を得るようにスタック及び上部構造体の形状を選択することができる。
【0028】
ある一定の実施形態では、各HTSテープに作用するケーブルの垂直磁場成分を最小にするために、HTSテープの大きな表面積部分がHTSケーブルの掃引周囲部全体に対してできるだけ平行に近くなる領域を最大にするようにスタックを整列させることができる。理論に束縛されることは望まないが、垂直磁場成分は、平行磁場成分よりも臨界電流を低減することができる。従って、HTSテープの大きな表面積部分がHTSケーブルの掃引周囲部全体に対してほぼ平行である構成がより有益であろう。
【0029】
例えば、平行四辺形断面スタック310を用いて、図3Eに示すように三角形上部構造を形成することができる。図示のように、平行四辺形スタックは、スタックのベース幅よりも幾分小さいスタックの傾斜縁部で形成することができる。次に、これらの平行四辺形スタックの3つは、例えば、図3Eに示すように、三角形の形状である上部構造形成器314を用いて三角形上部構造312に形成することができる。しかし、丸い又は多角形断面を有する上部構造形成器314のようなあらゆる好ましい上部構造形成器314を利用することができる。
【0030】
用途
本発明のHTSケーブルは、いくつかの異なる用途に利用することができる。例えば、本発明のHTSケーブルは、高電流送電又は配電用途に利用することができる。HTSケーブルは、外部又は内部絶縁ジャンパ又は延長ケーブルとして1つの場所から別の場所へ電力を伝送するのに使用することができる。HTSケーブルはまた、交流又は直流モードのいずれかで作動された送電又は配電網の一部として使用することができる。HTSケーブルはまた、アルミナをアルミニウムに精錬し、又は銅又は亜鉛を電気精錬する(精製する)のに大量の直流電流が必要である電気精錬所(アルミニウム生産プラントのような)において電力を伝送するのに使用することができる。これらの用途では、電流は、典型的には、例えば、電極に取り付けられた可撓性リード中の数千アンペアから主要(可撓性)バスバー用途における数十万アンペアの高さにまで及ぶ場合がある。
【0031】
このような通電用途では、HTSケーブルは、2つ又はそれよりも多くの異なる端子(すなわち、電流リードイン及び電流リードアウト)を接続することができる。このような構成では、電流負荷は、2つ又はそれよりも多くの異なる端子間で互いに並列にHTSケーブルのHTSテープを接続することによって最大にするか又は最適にすることができる。更に、付加的HTSケーブルは、必要に応じて並列に接続することができる。HTSケーブルは、好ましいクライオスタット及び絶縁材料内に設置して、冷却することによりHTSケーブルを超電導状態に維持することができる。冷却ヘリウムガス、液体窒素、又はネオンは、HTSケーブルを冷却するのに利用することができる。HTSケーブルによって接続された端子は、端子とHTSケーブルの間の接触抵抗の量を最小にするように更に設計することができる。更に、端子はまた、クライオスタットへ移送される熱を最小にするように設計することができる。
【0032】
本発明のHTSケーブルはまた、消磁ケーブルのような軽量、高磁場、大面積マグネットとして利用することができる。このような用途では、実際に剛性形態で組み立てて出荷するには大き過ぎる直径を有する磁場発生ケーブルは、可撓性クライオスタットにおいて本発明のHTSケーブルにジャケットを付けること、及び巻き「コイル」を形成するために近くのHTSテープと直列に個々のHTSテープを配線することによって現場で製造することができる。本明細書で用いられる場合、近くのHTSテープは、直列に接続するあらゆるHTSテープを意味する場合がある。例えば、近くのHTSテープは、スタック内に収容された連続HTSテープを意味する場合がある。しかし、近くのHTSはまた、端部を他端と直列に接続できる限り、異なるスタック内、異なる上部構造体内、又は更に異なるHTSケーブル内に収容されたHTSテープをも意味する場合がある。クライオスタットに出入りする電流リード(すなわち、端子)は、第1のHTSテープの第1の端部及び最後のHTSテープの第2の端部に接続することができる。このようにして、高磁場のためのマグネットは、殆どあらゆる大きな形状、及び約殆どあらゆる天然又は人工の物体に対して容易に製造することができる。
【0033】
更に、このような大きなマグネットのインダクタンスは、ループ内の直列対並列接続HTSテープの適切な比率を選択することによって容易に調整することができる。マグネットを移動又は修復する必要がある場合には、HTSテープの接続端部を分離することができ、かつ可撓性クライオスタットで囲んだHTSケーブルは、新しい場所で容易に輸送して再組み立てすることができる比較的小さなパッケージ内に巻き上げることができる。
【0034】
図4A及び4Bは、磁場を発生するようにHTSケーブルを利用する方法の様々な実施形態を示し、ここで図4Bは、より小型の設計を示している。図示のように、1つ又はそれよりも多くのHTSケーブル400は、HTSテープ402の端部が、任意的に接続ボックス410内で、直列に接続された可撓性クライオスタット404(クライオスタット404の一部分だけを示している)で囲むことができる。クライオスタット404は、任意的にスペーサ706(図7Aから7Cを参照)を収容して、クライオスタット404内のHTSケーブル400の移動を低減することができる。冷凍装置406は、好ましいガス又は液体(例えば、冷却ヘリウムガス又は冷却液体窒素)を冷却することができ、ポンプ408は、クライオスタット404内に冷却ガス又は液体412を供給して、HTSテープ402を超電導状態に維持することができる(図7Aから7Cも参照)。冷却ヘリウムガスがクライオスタットの入口と出口の間を迂回しないようにするために、流れ制限器413をHTSケーブル400内に設置することができる。
【0035】
図4Aに示すように、冷凍装置406及びポンプ408は、別々の構成要素として具現化することができる。より小型の設計に対して、冷凍装置406、ポンプ408、及び接続ボックス410は、装置が好ましいクーラントの冷却と、この好ましいクーラントのクライオスタット404内への提供との同時機能を提供する単一構成要素として統合することができる(図4B参照)。一部の実施形態では、接続ボックス410は、図4Bに示すように摺動可能容器として設計することができる。上述の冷凍装置406、ポンプ408、及びクライオスタット404を含む好ましい冷却システムは、米国特許第6、347、522号及び米国特許第6、625、992号により完全に説明されており、これらの両方は、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている。米国特許第6、347、522号及び米国特許第6、625、992号の冷却システムに関する付加的な詳細はまた、米国特許第5、482、919号、米国特許第6、023、934号、及び米国特許第6、173、577号に見出すことができ、これらの全ては、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている。
【0036】
図4Cは、接続ボックス410内のHTSテープ402の端部の拡大図を更に示している。図示のように、HTSテープ402Aから402Nの各個々の端部は、互いに直列に接続されている。例えば、HTSテープは、第(N−1)ケーブル402(N−1)2の第2の端部が、第Nケーブル402N1の第1の端部に接続されるまで、第1のHTSテープ402A2の第2の端部が、第2のHTSテープ402B1の第1の端部に接続し、第2のHTSテープ402B2の第2の端部が、第3のHTSテープ402C1の第1の端部に接続し、第3のHTSテープ402C2の第2の端部が、第4のHTSテープ402D1の第1の端部に接続する等々であるように直列に接続することができ、ここで、磁場発生ケーブルは、HTSテープの少なくともN個のループ又はターンを収容する。磁場発生ケーブルは、為されたN個の直列接続(すなわち、N個のループ又はターン)よりも多くのHTSテープの数を収容することができる点に注意すべきである。第1のHTS402A1の第1の端部及び第N番目のHTSテープ402N2の第2の端部は、電源(図示せず)に出入りする電流リード(すなわち、端子)に接続することができる。本明細書に説明するように直列にHTSテープを接続することは、大型巻きコイルマグネットの形成を実質的に可能にするものである。
【0037】
HTSテープの端部は、あらゆる好ましい手段で互いに接続することができる。例えば、HTSテープの端部は、低抵抗半田で端部を一緒に半田付けすることによって接続することができる。代替的に、HTSテープの端部は、HTSテープを破壊することなく物理的に接合し、かつ圧接する(一緒に圧迫する)ことができる。別の実施形態では、図4Dに示すように、接続ボックス410を利用することができ、圧力接触プラグ414(すなわち、「雌ジャッキ」として作用する)を配列して、HTSテープ402A2から402N1(すなわち、「雄ジャッキ」として作用する)の端部を受け取る。HTSテープ間で接続を形成するための他の好ましい手段は、当業者には容易に明らかであろう。例えば、ある一定の実施形態では、1つ又はそれよりも多くのHTSケーブルは、1つの接続ボックス410を用いて接続することができ、接続ボックス410は、十分な数のプラグを収容して、2つ、3つ、4つなどの数のHTSケーブルを接続することを可能にすることができる。
【0038】
ある一定の実施形態では、制限器413は、制限器の外径とクライオスタットの内径との間の間隙を変更することによって迂回冷却ガスの割合を制御するように設計することができる。図4Eに示すように、循環機構を利用して、入口413aと出口413bの間のあらゆる「高温」区画を最小にすることができる。更に、制限器413はまた、過剰の流れが入口413aと出口413bの間に導入されないように、冷却ガスの流れの制御を可能にすることができる。図4Eは、制限器本体413c、外部シールリング413d、外部シールキャップ413e、内部シールリング413f、及び内部シールキャップ413gを更に示している。入口流れ413aはまた、2つの流れに分けることができる。第1の流れ413hは、より長い経路(例えば、約HTSケーブル400の長さ)を循環することができるが、第2の流れ413iは、より短い経路(例えば、制限器本体413cの長さ)を通して流れることができる。制限器の流れ抵抗は、流れ413hと413iの間の流量分布を判断することができ、この流量分布は、内部シールキャップ413g及び/又は外部シールキャップ413eを締め付けることによって制御することができる。
【0039】
ある一定の実施形態では、制限器本体413c、内部シールキャップ413g、及び外部シールキャップ413eは、エポキシ結合剤(例えば、G10)内に組み込まれた連続フィラメントガラス布のような様々な材料から作ることができる。内部シールリング413f及び外部シールリング413dの両方はまた、フルオロポリマー(例えば、GORE−TEX)のような様々な材料から作ることができる。迂回冷却ガス(第2の流れ413i)の割合は、全流量の5パーセントから10パーセントになるように制御することができる。
【0040】
電流リード413jは、図4Eに示すように強制ガス流によって冷却することができる。この配列では、流れは、小径管413k内に収容された電流リードの下部に導入することができる。小さな管の直径を用いて、ガス流れ(413hと413iに分割する前)と電流リード413jの間の熱伝導係数を高めることができる。
【実施例1】
【0041】
本発明のいくつかの異なるHTSケーブルが、表1に示すように製作された。一般的には、BSCCOベーステープ幅は、以下の表1に示すように製作された。YBCOベースHTSテープは、4センチメートルの広いテープに作られ、かつ約3mmから10mmに及ぶ(例えば、以下の表1に示す最後の例を参照)小さなサイズまで細長く切られ、これらは、BSCCOベーステープの幅に同等である。
【0042】
【表1】
【0043】
図5Aの例示的なHTSケーブルの写真に示すように、各HTSケーブルは、ケーブル軸に沿って見ると、H1スタックを形成する8つのHTSテープ各々のうちの3つの菱形スタックを収容している。図5Bは、ケーブル軸に対して垂直に見た時のポリテトラフルオロエチレン(TEFLON)包装で螺旋状に包まれた3つの菱形スタックを示している。HTSケーブルは、1メートル当たり約1捻りの最終軸捻りピッチを与えるように捻られ、かつ最初に1メートル当たり1つ又はそれよりも多くの完全360度捻り(1メートル当たり約2.5完全捻り)に捻られて、跳ね返り効果に対処している。
【0044】
HTSケーブルに利用された得られるHTSテープは、有意な劣化なく性能を発揮した。例えば、組み立て前のAg−BSCCOベースHTSテープのICは、約120Aであった。組み立て後のAg−BSCCOベースHTSテープのICは、他のHTSテープ中を電流が流れない状態で測定した時に約120Aであった。他のHTSテープ中を電流が流れる状態で測定した時に、ICは、おそらくは他のHTSテープから生じた有意に大きな自己場に起因して約80Aまで減少した。
【0045】
曲げ試験も、75μm積層ストリップを備えたAg−BSCCOから作られたH1スタックHTSケーブルに対して行われた。青色、赤色、及び緑色として色分けされた3つの異なるケーブルが試験された。六角形構造の各菱形の内縁近く及び各菱形の外縁近くに位置するいくつかのHTSテープが測定された。例えば、「外側の青色」は、六角形構造の菱形の外縁近くにある青色に色分けされたケーブル中のHTSテープを意味する。「内側の赤色」は、六角形構造の菱形の内縁近くにある赤色に色分けされたケーブル中のHTSテープを意味する。図6に示すように、95パーセント以上のIC保持が1.5m曲げ直径で観察された。更に、約80−90パーセントのIC保持が0.4m曲げ半径で観察された。
【0046】
加えて、捻りが、有意に少ない曲げ力を必要とするケーブルの軸に沿って与えられた後、HTSケーブルは、可撓性が遙かに大きいことが手動操作によって観察された。従って、HTSケーブルは、捻った後に操作することが遙かに容易であった。
【実施例2】
【0047】
互いに直列に接続した39のHTSテープを有する磁場発生ケーブルが、図4A、4C、7A、及び7Bに示すように製作された。図7A及び7Bに示すように、2つの40m長のHTSケーブル702及びスペーサ706(HTSケーブルの移動を最小にする)は、可撓性クライオスタットに嵌合された。各HTSケーブルは、3つの菱形スタック(H1スタックを形成する)を有し、かつ各菱形スタックは、9つのHTSテープを有した。従って、54の可能な接続の中でも、39の直列接続は、HTSテープの39のループ又はターンを形成するために作られたものである。HTSテープの端部は、半田によって直列に接続され、冷却ヘリウムが、クライオスタットに送り込まれた。得られた磁場発生ケーブルは、約40Kで以下の特性を有した。
HTSケーブルの外径:66mm
直列に接続したHTSテープの数(形成されたループ又はターンの数):39
直流によるアンペア−ターン:4095アンペア−ターン
各HTSテープループに印加された電流:105A(=4095アンペア−ターン/39ターン)
最小曲げ半径:550mm
作動圧力:80psig
HTSケーブルインダクタンス:80mH
【0048】
上述のようにループに形成されたいくつかのHTSテープのICは、75K及び85Kで測定された。図8は、約85AのIC値を示す75Kで得られた測定I−V曲線を示している。HTSテープのIC値も、同様の方法で85Kで判断された。これらの実験値から、40KでのIC値は、直線関係を仮定して外挿し、約180Aになった(図9参照)。従って、図9に示す外挿グラフから、4000アンペア−ターンを達成する40Kでの最大予測電流及び最大作動温度は、以下に示すように推定することができる。
40Kでの最大予測電流:7020アンペア−ターン(=180Ax39ターン)
4000アンペア−ターンにおける最大作動温度:〜65K
【0049】
磁場発生ケーブルに組み立てる前に、各HTSテープは、75Kで85Aの測定値とは対照的に、75Kで約120Aの初期IC値を有した点に注意すべきである。この減少の一部又は全ては、ケーブルのより高い磁場に起因するICの低下に起因している場合があり、それは、一部は接続部におけるワイヤの幾らかの損傷に起因していると考えられる。それにも関わらず、電流の約105Aが約40Kの平均作動温度で印加された時に、電流リード(超電導ループを包含しない)に沿った全電圧低下が約0.1V(右側垂直軸に示す=0.05V+0.05V)であったので、図10は、このような劣化が作動中に大きな懸念になる可能性は低いことを示している。反対に、ループの全てを通して測定された全電圧低下(左側垂直軸)は、電流の約105Aが約40Kの平均作動温度で印加された時に、僅か約4.58x10-3Vであった。
【0050】
図11は、磁場発生ケーブル全体が、約12時間で約40Kまで冷却されたことを示している。図11に示す最終平坦区域に達した後に(すなわち、約12時間後に)、0mと40mにおけるケーブル間の温度差は、4Kよりも小さかった(曲線「A」参照)。磁場発生ケーブル全体が、約60K(曲線「B」参照)と80K(曲線「C」参照)まで冷却された時に、0mと40mにおけるケーブル間の温度差は、約5Kと7Kまでそれぞれ僅かに増加した(図12参照)。
【0051】
作動中に生じる場合がある熱を推定するために、正弦波交流電流(図13の挿入部分参照)が磁場発生ケーブルに供給され、温度上昇が約4時間にわたって測定された。最悪の事態に近づけるために、電流は、正の範囲の値に維持された。図13に示すように、1K未満の温度上昇がケーブルを通して観察され、温度は、約2から2.5時間後に安定するように見えた。
【0052】
これらの実施例は、従来技術からの本発明の優位性を明らかに示している。本発明の説明及び実施形態を精査すると、当業者は、本発明の本質から逸脱することなく、本発明を実施するのに修正及び同等な置換を行うことができることを理解するであろう。
【0053】
引用による組み込み
以下の文書は、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている:1993年7月27日に付与された「MOD前駆体溶液から高度にテクスチャ加工された酸化物超電導フィルムの調製」という名称の米国特許第5、231、074号、2000年2月8日に付与された「エピタキシャル層を有する超電導体物品を生成するための低真空処理」という名称の米国特許第6、022、832号、2000年2月22日に付与された「エピタキシャル層を生成するための低真空処理」という名称の米国特許第6、027、564号、2001年2月20日に付与された「非結晶質表面上に堆積した岩塩様構造を有する薄膜」という名称の米国特許第6、190、752号、2003年3月25日に付与された「配向された終端平面を有するバッファ層を有する多層超電導体」という名称の米国特許第6、537、689号、2000年10月5日に公開された「合金材料」という名称のPCT公開番号WO00/58530、2000年10月5日に公開された「合金材料」という名称のPCT公開番号WO/58044、1999年4月8日に公開された「酸化抵抗性が改良された基板」という名称のPCT公開番号WO99/17307、1999年4月8日に公開された「超電導体のための基板」という名称のPCT公開番号WO99/16941、1998年12月23日に公開された「超電導酸化物への金属オキシフルオライドの変換の制御」という名称のPCT公開番号WO98/58415、2001年2月15日に公開された「多層物品及びそれを作る方法」という名称のPCT公開番号WO01/11428、2001年2月1日に公開された「多層物品及びそれを作る方法」という名称のPCT公開番号WO01/08232、2001年2月1日に公開された「多層物品を作る方法及び組成」という名称のPCT公開番号WO01/08235、2001年2月1日に公開された「被覆導体薄膜前駆体」という名称のPCT公開番号WO01/08236、2001年2月1日に公開された「交流損失が低下した被覆導体」という名称のPCT公開番号WO01/08169、2001年3月1日に公開された「表面制御合金基板及びその製造方法」という名称のPCT公開番号WO01/15245、2001年2月1日に公開された「高純度酸化物層形成」という名称のPCT公開番号WO01/08170、2001年4月12日に公開された「酸化物層反応速度の制御」という名称のPCT公開番号WO01/26164、2001年4月12日に公開された「酸化物層法」という名称のPCT公開番号WO01/26165、2001年2月1日に公開された「高温被覆超電導体の強化」という名称のPCT公開番号WO01/08233、2001年2月1日に公開された「超電導体を作る方法」という名称のPCT公開番号WO01/08231、2002年4月20日に公開された「前駆体溶液及びそれを作る方法」という名称のPCT公開番号WO02/35615、2005年12月22日に公開された「テクスチャ加工金属表面上のバッファ層の堆積」という名称のPCT公開番号WO2005/121414、2005年9月9日に公開された「ナノドット磁束ピン止め中心を有する酸化膜」という名称のPCT公開番号WO2005/081710、2002年8月20日に付与された「酸化物ブロンズ組成物及びそれによって製造されたテクスチャ加工物品」という名称の米国特許第6、436、317号、2001年7月31日に出願された「多層超電導体及びその製造方法」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/309、116号、2004年9月28日に付与された「超電導体法及びリアクタ」という名称の米国特許第6、797、313号、2001年7月31日に出願された「超電導体法及びリアクタ」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/308、957号、1999年11月18日に出願された「超電導体物品、並びにそれを作るための組成及び方法」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/166、297号、2005年12月13日に付与された「超電導体物品、並びにそれを作るための組成及び方法」という名称の米国特許第6、974、501号、2004年9月29日に出願された「パターン化酸化物超電導体の滴下堆積」という名称の米国特許出願出願番号第10/955、866号、2005年9月30日に出願された「改良された性能を有する厚い超電導体膜」という名称の米国特許出願出願番号第11/241、636号、2004年9月29日に出願された「低交流損失フィラメント状被覆超電導体」という名称の米国特許出願出願番号第10/955、875号、2004年9月29日に出願された「積み重ねられたフィラメント状被覆超電導体」という名称の米国特許出願出願番号第10/955、801号、2005年3月31日に出願された「フィラメント状被覆超電導体のためのメッシュタイプのスタビライザ」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/667001号、2005年7月29日に出願された「高温超電導ワイヤのためのアーキテクチャ」という名称の米国特許出願出願番号第11/193、262号、2005年7月29日に出願された「高温超電導ワイヤ及びコイル」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/703、815号、2005年7月29日に出願された「改良された性能を有する厚い超電導体膜」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/703836号、2005年8月19日に公開された「積み重ねられたフィラメント状被覆超電導体」という名称のPCT公開番号WO06/021003、2005年8月19日に公開された「低交流損失フィラメント状被覆超電導体」という名称のPCT公開番号WO06/023826、2006年1月10日に出願された「酸化物超電導膜をパターン化する方法」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/757855号、2006年3月30日に出願された「フィラメント状被覆超電導体のためのメッシュタイプのスタビライザ」という名称の米国特許出願出願番号第11/393626号、2006年7月21日に出願された「密封された高温超電導体ワイヤの製作」という名称の米国特許出願出願番号第11/490779号、2006年7月21日に出願された「高温超電導テープを含有する高電流小型可撓性導体」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/832716号、2006年7月21日に出願された「高温超電導体ワイヤのための低抵抗接合部」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/832724号、2006年7月25日に出願された「プラナ磁束ピン止め中心を有する高温超電導体及びそれを作る方法」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/832871号、2006年11月16日に出願された「高温超電導体中の電気メッキ高抵抗性スタビライザ及びその方法」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/866148号、2007年3月23日に出願された「高温超電導体ワイヤのための金属キャップ層の溶液ベース堆積のためのシステム及び方法」という名称の米国特許出願出願番号第11/728108号、2007年4月6日に出願された「改良された特性を有する高温超電導体のための複合基板」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/922145号、及び「高温超電導体ワイヤのための低低抗接合部」という名称の本明細書と同時出願の米国特許出願第(未定)号。
【符号の説明】
【0054】
300 高温超電導テープ
302 菱形スタック
304 H1スタック
306 保持手段
【特許請求の範囲】
【請求項1】
個々の高温超電導(HTS)テープの幅及び長さによって形成された平面に対して実質的に同一平面に積み重ねられてHTSスタックを形成する複数のHTSテープ、
を含み、
前記HTSスタックの第1のHTSテープは、該HTSスタックにおける前記個々のHTSテープの上方に位置決めされた第2のHTSテープから前記幅の方向にある一定の距離だけ変位している、
ことを特徴とするケーブル。
【請求項2】
前記HTSスタックの各HTSテープは、前記幅方向に沿って同じ方向に変位していることを特徴とする請求項1に記載のケーブル。
【請求項3】
前記HTSスタックの各HTSテープは、実質的に同じ距離だけ変位していることを特徴とする請求項2に記載のケーブル。
【請求項4】
前記複数のHTSテープは、平行四辺形状の断面を有するHTSスタックを形成することを特徴とする請求項1に記載のケーブル。
【請求項5】
前記HTSスタックは、少なくとも約3つのHTSテープを含むことを特徴とする請求項1に記載のケーブル。
【請求項6】
前記複数のHTSテープは、菱形状の断面を有するスタックを形成することを特徴とする請求項1に記載のケーブル。
【請求項7】
前記HTSスタックにおける前記HTSテープの総数は、該HTSテープの前記幅を該HTSテープの厚みで割って(sinθ)を掛けることから得られる整数によって定められ、
θは、前記変位したHTSテープによって形成された前記HTSスタックの傾斜角である、
ことを特徴とする請求項1に記載のケーブル。
【請求項8】
前記HTSテープは、コンプライアント材料によって分離されていることを特徴とする請求項1に記載のケーブル。
【請求項9】
前記コンプライアント材料は、約10オーム−cmよりも大きい抵抗を有する絶縁材料を含むことを特徴とする請求項8に記載のケーブル。
【請求項10】
前記コンプライアント材料は、約10-4オーム−cmから約10オーム−cmの抵抗を有する半導体材料を含むことを特徴とする請求項8に記載のケーブル。
【請求項11】
前記HTSテープは、
銀合金マトリックスにBSCCO超電導材料フィラメント、
を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載のケーブル。
【請求項12】
前記HTSテープは、
YBCO超電導材料の層、金属又は金属合金基板、該基板と該超電導層の間に配置されたバッファ層、及び該超電導層の上に配置された貴金属層、
を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載のケーブル。
【請求項13】
前記HTSテープは、該HTSテープを実質的に取り囲む金属層を更に含むことを特徴とする請求項12に記載のケーブル。
【請求項14】
前記HTSテープは、該HTSテープの少なくとも1つの面に接触した半田材料と、該半田材料に接触した補強ストリップとを更に含むことを特徴とする請求項1に記載のケーブル。
【請求項15】
前記HTSスタックの複数のものは、上部構造を形成するように配列されることを特徴とする請求項1に記載のケーブル。
【請求項16】
前記ケーブル上部構造は、3つ又はそれよりも多いHTSスタックを含むことを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項17】
前記HTSテープのうちの1つの前記幅及び前記長さによって形成された前記平面は、前記上部構造の外面の少なくとも一部分を形成することを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項18】
前記上部構造は、平行四辺形状の断面を有する複数のHTSスタックを含むことを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項19】
前記上部構造は、菱形状の断面を有する複数のHTSスタックを含むことを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項20】
前記上部構造は、六角形断面構造を有することを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項21】
前記上部構造は、三角形断面構造を有することを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項22】
前記上部構造は、ケーブルの軸の周りに捻られることを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項23】
5メートル当たり少なくとも約1捻りの捻りピッチを有することを特徴とする請求項22に記載のケーブル。
【請求項24】
前記HTSスタックは、該HTSスタックの形状を維持することができる該HTSスタックを実質的に取り囲む材料を更に含むことを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項25】
前記上部構造は、該上部構造の形状を維持することができる該上部構造を実質的に取り囲む材料を更に含むことを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項26】
前記上部構造は、前記複数のHTSスタックを周囲に配列した中央に位置する形成器を含むことを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項27】
前記上部構造は、3から75個のスタックを含むことを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項28】
少なくともN個のHTSテープを含み、
第(N−1)番目のHTSテープの第1の端部が、第N番目のHTSテープの第2の端部に直列に接続され、
前記第N番目のHTSテープ及び前記第(N−1)番目のHTSテープは、前記複数のHTSスタックのいずれか1つに位置している、
ことを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項29】
前記第N番目のHTSテープ及び前記第(N−1)番目のHTSテープは、
前記第(N−1)番目のHTSテープの前記第1の端部と前記第N番目のHTSテープの前記第2の端部とを受け取ることができる1つ又はそれよりも多くのプラグを有する接続ボックス、
半田、
前記第(N−1)番目のHTSテープの前記第1の端部と前記第N番目のHTSテープの前記第2の端部とを互いの中に圧入する物理的圧力、又は
これらのいずれかの組合せ、
を利用して互いに接続されている、
ことを特徴とする請求項28に記載のケーブル。
【請求項30】
前記HTSテープを超電導状態に維持するためにクライオスタットに収容されていることを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項31】
前記クライオスタットは、可撓性であることを特徴とする請求項30に記載のケーブル。
【請求項32】
ケーブルを製造する方法であって、
複数の高温超電導(HTS)テープを個々のHTSテープの幅及び長さによって形成された平面に対して実質的に同一平面に配列し、HTSスタックを形成する段階、
を含み、
前記HTSスタックの第1のHTSテープが、該HTSスタックにおける前記個々のHTSテープの上方に位置決めされた第2のHTSテープから前記幅の方向にある一定の距離だけ変位している、
ことを特徴とする方法。
【請求項33】
前記HTSスタックの各HTSテープは、前記幅方向に沿って同じ方向に変位していることを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項34】
前記HTSスタックの各HTSテープは、実質的に同じ距離だけ変位していることを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項35】
前記複数のHTSテープは、平行四辺形状の断面を有するHTSスタックを形成することを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項36】
前記HTSスタックは、少なくとも約3つのHTSテープを含むことを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項37】
前記複数のHTSテープは、菱形状の断面を有するスタックを形成することを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項38】
前記HTSスタックにおける前記HTSテープの総数は、該HTSテープの前記幅を該HTSテープの厚みで割って(sinθ)を掛けることから得られる整数によって定められ、
θは、前記変位したHTSテープによって形成された前記HTSスタックの傾斜角である、
ことを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項39】
前記複数のHTSテープを配列する時に該HTSテープの間にコンプライアント材料を配列する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項40】
前記HTSテープは、
銀合金マトリックスにBSCCO超電導材料フィラメント、
を含む、
ことを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項41】
前記HTSテープは、
YBCO超電導材料の層、金属又は金属合金基板、該基板と該超電導層の間に配置されたバッファ層、及び該超電導層の上に配置された貴金属層、
を含む、
ことを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項42】
前記HTSテープは、該HTSテープを実質的に取り囲む金属層を更に含むことを特徴とする請求項41に記載の方法。
【請求項43】
前記HTSテープは、該HTSテープの少なくとも1つの面に接触した半田材料と、該半田材料に接触した補強ストリップとを更に含むことを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項44】
上部構造を形成するように複数のHTSスタックを配列する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項45】
前記上部構造は、3つ又はそれよりも多いHTSスタックを含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項46】
前記複数のHTSスタックは、前記複数のHTSテープの前記幅及び前記長さによって形成された平面が前記上部構造の断面の局所周囲部に対してほぼ平行であるように配列されることを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項47】
前記上部構造は、平行四辺形状の断面を有する複数のHTSスタックを含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項48】
前記上部構造は、菱形状の断面を有する複数のHTSスタックを含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項49】
前記上部構造は、六角形断面構造を有することを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項50】
前記上部構造は、三角形状断面構造を有することを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項51】
前記上部構造を前記ケーブルの軸の周りに捻る段階、
を更に含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項52】
前記上部構造は、5メートル当たり少なくとも約1捻りの捻りピッチを有することを特徴とする請求項51に記載の方法。
【請求項53】
前記スタックを該スタックの形状を維持する材料で包む段階、
を更に含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項54】
前記上部構造を、該上部構造を維持する材料で包む段階、
を更に含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項55】
前記上部構造は、前記複数のHTSスタックを周囲に配列した中央に位置する形成器を含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項56】
前記上部構造は、3から75個のスタックを含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項57】
前記ケーブルは、少なくともN個のHTSテープを含み、
第N番目のHTSテープ及び第(N−1)番目のHTSテープが前記複数のHTSスタックのいずれか1つに位置している、該第(N−1)番目のHTSテープの第1の端部を該第N番目のHTSテープの第2の端部に直列に接続する段階、
を含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項58】
前記第(N−1)番目のHTSテープの前記第1の端部と前記第N番目のHTSテープの前記第2の端部とを受け取ることができるプラグを有する接続ボックス、
半田、
前記第(N−1)番目のHTSテープの前記第1の端部と前記第N番目のHTSテープの前記第2の端部とを互いの中に圧入する物理的圧力、又は
これらのいずれかの組合せ、
を利用して前記HTSテープを接続する段階、
を含むことを特徴とする請求項57に記載の方法。
【請求項59】
前記ケーブルをクライオスタット内に収容する段階と、
前記HTSテープを超電導状態に維持する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項60】
前記クライオスタットは、可撓性であることを特徴とする請求項59に記載の方法。
【請求項61】
磁場を発生させるために使用するケーブルであって、
個々のテープの幅及び長さによって形成された平面に対して実質的に同一平面の複数の高温超電導(HTS)テープを含んで上部構造を形成するように配列された複数のHTSスタックを含み、該HTSスタックの第1のHTSテープが、該HTSスタックにおける該個々のHTSテープの上方に位置決めされたHTSテープから該幅の方向にある一定の距離だけ変位した、
少なくとも1つのケーブル、
を含み、
前記複数のHTSテープの少なくとも一端が、前記複数のHTSスタックのいずれか1つに位置する別のHTSテープの端部と直列に接続されている、
ことを特徴とするケーブル。
【請求項62】
前記HTSスタックの各HTSテープは、前記幅方向に沿って同じ方向に変位していることを特徴とする請求項61に記載のケーブル。
【請求項63】
前記HTSスタックの各HTSテープは、実質的に同じ距離だけ変位していることを特徴とする請求項61に記載のケーブル。
【請求項64】
前記複数のHTSテープは、菱形状の断面を有するスタックを形成することを特徴とする請求項61に記載のケーブル。
【請求項65】
前記複数のスタックは、前記複数のHTSテープの前記幅及び前記長さによって形成された平面が前記上部構造の断面の局所周囲部に対してほぼ平行であるように配列されることを特徴とする請求項61に記載のケーブル。
【請求項66】
前記上部構造は、六角形断面構造を有することを特徴とする請求項61に記載のケーブル。
【請求項67】
前記上部構造は、三角形断面構造を有することを特徴とする請求項61に記載のケーブル。
【請求項68】
前記上部構造は、ケーブルの軸の周りに捻られることを特徴とする請求項61に記載のケーブル。
【請求項69】
少なくともN個のHTSテープを含み、
第(N−1)番目のHTSテープの第1の端部が、第N番目のHTSテープの第2の端部に直列に接続され、
前記第N番目のHTSテープ及び前記第(N−1)番目のHTSテープは、前記複数のHTSスタックのいずれか1つに位置している、
ことを特徴とする請求項61に記載のケーブル。
【請求項70】
前記HTSテープは、
前記第(N−1)番目のHTSテープの前記第1の端部と前記第N番目のHTSテープの前記第2の端部とを受け取ることができるプラグを有する接続ボックス、
半田、
前記第(N−1)番目のHTSテープの前記第1の端部と前記第N番目のHTSテープの前記第2の端部とを互いの中に圧入する物理的圧力、又は
これらのいずれかの組合せ、
を利用して互いに接続されている、
ことを特徴とする請求項69に記載のケーブル。
【請求項71】
請求項61に記載のケーブルと、
HTSテープを超電導状態に維持するための冷却システムと、
制御された電流を前記HTSテープ内に供給するための電源と、
を含むことを特徴とする消磁システム。
【請求項72】
前記冷却システムは、
前記ケーブルを収容するクライオスタットと、
クーラントと、
前記クーラントを冷却する冷凍機構と、
前記クーラントを前記HTSテープに送出する送出機構と、
を含む、
ことを特徴とする請求項71に記載の消磁システム。
【請求項73】
前記クライオスタットは、クーラントの流れを2つの異なる流れに分けることができる制限器を更に含むことを特徴とする請求項72に記載の消磁システム。
【請求項74】
前記制限器は、制限器本体、少なくとも1つのシールリング、及び少なくとも1つのシールキャップを含むことを特徴とする請求項73に記載の消磁システム。
【請求項75】
前記少なくとも1つのシールキャップは、前記2つの異なる流れの中を流れるクーラントの相対量を制御するために締め付けることができることを特徴とする請求項74に記載の消磁システム。
【請求項76】
前記少なくとも1つのシールキャップ及び前記制限器本体は、複合材料を含むことを特徴とする請求項74に記載の消磁システム。
【請求項77】
前記少なくとも1つのシールリングは、フルオロポリマーを含むことを特徴とする請求項74に記載の消磁システム。
【請求項78】
前記電源は、少なくとも2つの電流リードを通して前記HTSテープ内に電流を供給し、
前記送出機構は、前記クーラントを前記HTSテープに送出するための入口を含み、
前記入口及び前記電流リードは、前記クーラントが該電流リードの何らかの部分に送出されるように配列されている、
ことを特徴とする請求項72に記載の消磁システム。
【請求項79】
ループしたHTSケーブルと、
クーラントの流れを2つの異なる流れに分けることができる流れ制限器を含む、前記HTSケーブルを超電導状態に維持するための冷却システムと、
を含むことを特徴とする冷却システム。
【請求項80】
前記流れ制限器は、制限器本体、少なくとも1つのシールキャップ、及び少なくとも1つのシールリングを含むことを特徴とする請求項79に記載の冷却システム。
【請求項1】
個々の高温超電導(HTS)テープの幅及び長さによって形成された平面に対して実質的に同一平面に積み重ねられてHTSスタックを形成する複数のHTSテープ、
を含み、
前記HTSスタックの第1のHTSテープは、該HTSスタックにおける前記個々のHTSテープの上方に位置決めされた第2のHTSテープから前記幅の方向にある一定の距離だけ変位している、
ことを特徴とするケーブル。
【請求項2】
前記HTSスタックの各HTSテープは、前記幅方向に沿って同じ方向に変位していることを特徴とする請求項1に記載のケーブル。
【請求項3】
前記HTSスタックの各HTSテープは、実質的に同じ距離だけ変位していることを特徴とする請求項2に記載のケーブル。
【請求項4】
前記複数のHTSテープは、平行四辺形状の断面を有するHTSスタックを形成することを特徴とする請求項1に記載のケーブル。
【請求項5】
前記HTSスタックは、少なくとも約3つのHTSテープを含むことを特徴とする請求項1に記載のケーブル。
【請求項6】
前記複数のHTSテープは、菱形状の断面を有するスタックを形成することを特徴とする請求項1に記載のケーブル。
【請求項7】
前記HTSスタックにおける前記HTSテープの総数は、該HTSテープの前記幅を該HTSテープの厚みで割って(sinθ)を掛けることから得られる整数によって定められ、
θは、前記変位したHTSテープによって形成された前記HTSスタックの傾斜角である、
ことを特徴とする請求項1に記載のケーブル。
【請求項8】
前記HTSテープは、コンプライアント材料によって分離されていることを特徴とする請求項1に記載のケーブル。
【請求項9】
前記コンプライアント材料は、約10オーム−cmよりも大きい抵抗を有する絶縁材料を含むことを特徴とする請求項8に記載のケーブル。
【請求項10】
前記コンプライアント材料は、約10-4オーム−cmから約10オーム−cmの抵抗を有する半導体材料を含むことを特徴とする請求項8に記載のケーブル。
【請求項11】
前記HTSテープは、
銀合金マトリックスにBSCCO超電導材料フィラメント、
を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載のケーブル。
【請求項12】
前記HTSテープは、
YBCO超電導材料の層、金属又は金属合金基板、該基板と該超電導層の間に配置されたバッファ層、及び該超電導層の上に配置された貴金属層、
を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載のケーブル。
【請求項13】
前記HTSテープは、該HTSテープを実質的に取り囲む金属層を更に含むことを特徴とする請求項12に記載のケーブル。
【請求項14】
前記HTSテープは、該HTSテープの少なくとも1つの面に接触した半田材料と、該半田材料に接触した補強ストリップとを更に含むことを特徴とする請求項1に記載のケーブル。
【請求項15】
前記HTSスタックの複数のものは、上部構造を形成するように配列されることを特徴とする請求項1に記載のケーブル。
【請求項16】
前記ケーブル上部構造は、3つ又はそれよりも多いHTSスタックを含むことを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項17】
前記HTSテープのうちの1つの前記幅及び前記長さによって形成された前記平面は、前記上部構造の外面の少なくとも一部分を形成することを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項18】
前記上部構造は、平行四辺形状の断面を有する複数のHTSスタックを含むことを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項19】
前記上部構造は、菱形状の断面を有する複数のHTSスタックを含むことを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項20】
前記上部構造は、六角形断面構造を有することを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項21】
前記上部構造は、三角形断面構造を有することを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項22】
前記上部構造は、ケーブルの軸の周りに捻られることを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項23】
5メートル当たり少なくとも約1捻りの捻りピッチを有することを特徴とする請求項22に記載のケーブル。
【請求項24】
前記HTSスタックは、該HTSスタックの形状を維持することができる該HTSスタックを実質的に取り囲む材料を更に含むことを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項25】
前記上部構造は、該上部構造の形状を維持することができる該上部構造を実質的に取り囲む材料を更に含むことを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項26】
前記上部構造は、前記複数のHTSスタックを周囲に配列した中央に位置する形成器を含むことを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項27】
前記上部構造は、3から75個のスタックを含むことを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項28】
少なくともN個のHTSテープを含み、
第(N−1)番目のHTSテープの第1の端部が、第N番目のHTSテープの第2の端部に直列に接続され、
前記第N番目のHTSテープ及び前記第(N−1)番目のHTSテープは、前記複数のHTSスタックのいずれか1つに位置している、
ことを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項29】
前記第N番目のHTSテープ及び前記第(N−1)番目のHTSテープは、
前記第(N−1)番目のHTSテープの前記第1の端部と前記第N番目のHTSテープの前記第2の端部とを受け取ることができる1つ又はそれよりも多くのプラグを有する接続ボックス、
半田、
前記第(N−1)番目のHTSテープの前記第1の端部と前記第N番目のHTSテープの前記第2の端部とを互いの中に圧入する物理的圧力、又は
これらのいずれかの組合せ、
を利用して互いに接続されている、
ことを特徴とする請求項28に記載のケーブル。
【請求項30】
前記HTSテープを超電導状態に維持するためにクライオスタットに収容されていることを特徴とする請求項15に記載のケーブル。
【請求項31】
前記クライオスタットは、可撓性であることを特徴とする請求項30に記載のケーブル。
【請求項32】
ケーブルを製造する方法であって、
複数の高温超電導(HTS)テープを個々のHTSテープの幅及び長さによって形成された平面に対して実質的に同一平面に配列し、HTSスタックを形成する段階、
を含み、
前記HTSスタックの第1のHTSテープが、該HTSスタックにおける前記個々のHTSテープの上方に位置決めされた第2のHTSテープから前記幅の方向にある一定の距離だけ変位している、
ことを特徴とする方法。
【請求項33】
前記HTSスタックの各HTSテープは、前記幅方向に沿って同じ方向に変位していることを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項34】
前記HTSスタックの各HTSテープは、実質的に同じ距離だけ変位していることを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項35】
前記複数のHTSテープは、平行四辺形状の断面を有するHTSスタックを形成することを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項36】
前記HTSスタックは、少なくとも約3つのHTSテープを含むことを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項37】
前記複数のHTSテープは、菱形状の断面を有するスタックを形成することを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項38】
前記HTSスタックにおける前記HTSテープの総数は、該HTSテープの前記幅を該HTSテープの厚みで割って(sinθ)を掛けることから得られる整数によって定められ、
θは、前記変位したHTSテープによって形成された前記HTSスタックの傾斜角である、
ことを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項39】
前記複数のHTSテープを配列する時に該HTSテープの間にコンプライアント材料を配列する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項40】
前記HTSテープは、
銀合金マトリックスにBSCCO超電導材料フィラメント、
を含む、
ことを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項41】
前記HTSテープは、
YBCO超電導材料の層、金属又は金属合金基板、該基板と該超電導層の間に配置されたバッファ層、及び該超電導層の上に配置された貴金属層、
を含む、
ことを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項42】
前記HTSテープは、該HTSテープを実質的に取り囲む金属層を更に含むことを特徴とする請求項41に記載の方法。
【請求項43】
前記HTSテープは、該HTSテープの少なくとも1つの面に接触した半田材料と、該半田材料に接触した補強ストリップとを更に含むことを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項44】
上部構造を形成するように複数のHTSスタックを配列する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項45】
前記上部構造は、3つ又はそれよりも多いHTSスタックを含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項46】
前記複数のHTSスタックは、前記複数のHTSテープの前記幅及び前記長さによって形成された平面が前記上部構造の断面の局所周囲部に対してほぼ平行であるように配列されることを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項47】
前記上部構造は、平行四辺形状の断面を有する複数のHTSスタックを含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項48】
前記上部構造は、菱形状の断面を有する複数のHTSスタックを含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項49】
前記上部構造は、六角形断面構造を有することを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項50】
前記上部構造は、三角形状断面構造を有することを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項51】
前記上部構造を前記ケーブルの軸の周りに捻る段階、
を更に含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項52】
前記上部構造は、5メートル当たり少なくとも約1捻りの捻りピッチを有することを特徴とする請求項51に記載の方法。
【請求項53】
前記スタックを該スタックの形状を維持する材料で包む段階、
を更に含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項54】
前記上部構造を、該上部構造を維持する材料で包む段階、
を更に含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項55】
前記上部構造は、前記複数のHTSスタックを周囲に配列した中央に位置する形成器を含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項56】
前記上部構造は、3から75個のスタックを含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項57】
前記ケーブルは、少なくともN個のHTSテープを含み、
第N番目のHTSテープ及び第(N−1)番目のHTSテープが前記複数のHTSスタックのいずれか1つに位置している、該第(N−1)番目のHTSテープの第1の端部を該第N番目のHTSテープの第2の端部に直列に接続する段階、
を含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項58】
前記第(N−1)番目のHTSテープの前記第1の端部と前記第N番目のHTSテープの前記第2の端部とを受け取ることができるプラグを有する接続ボックス、
半田、
前記第(N−1)番目のHTSテープの前記第1の端部と前記第N番目のHTSテープの前記第2の端部とを互いの中に圧入する物理的圧力、又は
これらのいずれかの組合せ、
を利用して前記HTSテープを接続する段階、
を含むことを特徴とする請求項57に記載の方法。
【請求項59】
前記ケーブルをクライオスタット内に収容する段階と、
前記HTSテープを超電導状態に維持する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
【請求項60】
前記クライオスタットは、可撓性であることを特徴とする請求項59に記載の方法。
【請求項61】
磁場を発生させるために使用するケーブルであって、
個々のテープの幅及び長さによって形成された平面に対して実質的に同一平面の複数の高温超電導(HTS)テープを含んで上部構造を形成するように配列された複数のHTSスタックを含み、該HTSスタックの第1のHTSテープが、該HTSスタックにおける該個々のHTSテープの上方に位置決めされたHTSテープから該幅の方向にある一定の距離だけ変位した、
少なくとも1つのケーブル、
を含み、
前記複数のHTSテープの少なくとも一端が、前記複数のHTSスタックのいずれか1つに位置する別のHTSテープの端部と直列に接続されている、
ことを特徴とするケーブル。
【請求項62】
前記HTSスタックの各HTSテープは、前記幅方向に沿って同じ方向に変位していることを特徴とする請求項61に記載のケーブル。
【請求項63】
前記HTSスタックの各HTSテープは、実質的に同じ距離だけ変位していることを特徴とする請求項61に記載のケーブル。
【請求項64】
前記複数のHTSテープは、菱形状の断面を有するスタックを形成することを特徴とする請求項61に記載のケーブル。
【請求項65】
前記複数のスタックは、前記複数のHTSテープの前記幅及び前記長さによって形成された平面が前記上部構造の断面の局所周囲部に対してほぼ平行であるように配列されることを特徴とする請求項61に記載のケーブル。
【請求項66】
前記上部構造は、六角形断面構造を有することを特徴とする請求項61に記載のケーブル。
【請求項67】
前記上部構造は、三角形断面構造を有することを特徴とする請求項61に記載のケーブル。
【請求項68】
前記上部構造は、ケーブルの軸の周りに捻られることを特徴とする請求項61に記載のケーブル。
【請求項69】
少なくともN個のHTSテープを含み、
第(N−1)番目のHTSテープの第1の端部が、第N番目のHTSテープの第2の端部に直列に接続され、
前記第N番目のHTSテープ及び前記第(N−1)番目のHTSテープは、前記複数のHTSスタックのいずれか1つに位置している、
ことを特徴とする請求項61に記載のケーブル。
【請求項70】
前記HTSテープは、
前記第(N−1)番目のHTSテープの前記第1の端部と前記第N番目のHTSテープの前記第2の端部とを受け取ることができるプラグを有する接続ボックス、
半田、
前記第(N−1)番目のHTSテープの前記第1の端部と前記第N番目のHTSテープの前記第2の端部とを互いの中に圧入する物理的圧力、又は
これらのいずれかの組合せ、
を利用して互いに接続されている、
ことを特徴とする請求項69に記載のケーブル。
【請求項71】
請求項61に記載のケーブルと、
HTSテープを超電導状態に維持するための冷却システムと、
制御された電流を前記HTSテープ内に供給するための電源と、
を含むことを特徴とする消磁システム。
【請求項72】
前記冷却システムは、
前記ケーブルを収容するクライオスタットと、
クーラントと、
前記クーラントを冷却する冷凍機構と、
前記クーラントを前記HTSテープに送出する送出機構と、
を含む、
ことを特徴とする請求項71に記載の消磁システム。
【請求項73】
前記クライオスタットは、クーラントの流れを2つの異なる流れに分けることができる制限器を更に含むことを特徴とする請求項72に記載の消磁システム。
【請求項74】
前記制限器は、制限器本体、少なくとも1つのシールリング、及び少なくとも1つのシールキャップを含むことを特徴とする請求項73に記載の消磁システム。
【請求項75】
前記少なくとも1つのシールキャップは、前記2つの異なる流れの中を流れるクーラントの相対量を制御するために締め付けることができることを特徴とする請求項74に記載の消磁システム。
【請求項76】
前記少なくとも1つのシールキャップ及び前記制限器本体は、複合材料を含むことを特徴とする請求項74に記載の消磁システム。
【請求項77】
前記少なくとも1つのシールリングは、フルオロポリマーを含むことを特徴とする請求項74に記載の消磁システム。
【請求項78】
前記電源は、少なくとも2つの電流リードを通して前記HTSテープ内に電流を供給し、
前記送出機構は、前記クーラントを前記HTSテープに送出するための入口を含み、
前記入口及び前記電流リードは、前記クーラントが該電流リードの何らかの部分に送出されるように配列されている、
ことを特徴とする請求項72に記載の消磁システム。
【請求項79】
ループしたHTSケーブルと、
クーラントの流れを2つの異なる流れに分けることができる流れ制限器を含む、前記HTSケーブルを超電導状態に維持するための冷却システムと、
を含むことを特徴とする冷却システム。
【請求項80】
前記流れ制限器は、制限器本体、少なくとも1つのシールキャップ、及び少なくとも1つのシールリングを含むことを特徴とする請求項79に記載の冷却システム。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図1B】
【図1C】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公表番号】特表2009−545120(P2009−545120A)
【公表日】平成21年12月17日(2009.12.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−521789(P2009−521789)
【出願日】平成19年7月23日(2007.7.23)
【国際出願番号】PCT/US2007/016544
【国際公開番号】WO2008/011184
【国際公開日】平成20年1月24日(2008.1.24)
【出願人】(500117059)アメリカン スーパーコンダクター コーポレイション (13)
【氏名又は名称原語表記】AMERICAN SUPERCONDUCTOR CORPORATION
【Fターム(参考)】
【公表日】平成21年12月17日(2009.12.17)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年7月23日(2007.7.23)
【国際出願番号】PCT/US2007/016544
【国際公開番号】WO2008/011184
【国際公開日】平成20年1月24日(2008.1.24)
【出願人】(500117059)アメリカン スーパーコンダクター コーポレイション (13)
【氏名又は名称原語表記】AMERICAN SUPERCONDUCTOR CORPORATION
【Fターム(参考)】
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