(57)【要約】【課題】交流損失におけるヒステリシス損失及び結合損失の両方を低減させることが可能な酸化物超電導導体を提供する。【解決手段】円筒形状の導電性基体と、前記導電性基体の円周面上に形成された酸化物超電導体層と、前記酸化物超電導体層の厚さ方向に貫通するようにして複数のらせん状のスリットが形成され、前記酸化物超電導体層を前記厚さ方向において分断するようにして酸化物超電導導体を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状の導電性基体と、
前記導電性基体の円周面上に形成された酸化物超電導体層と、
前記酸化物超電導体層の厚さ方向に前記導電性基体まで貫通するようにして複数のらせん状のスリットが形成され、前記酸化物超電導体層は前記厚さ方向において分断されていることを特徴とする、酸化物超電導導体。
【請求項２】
前記酸化物超電導体層の全体を被覆するように形成された第１の金属層を具えることを特徴とする、請求項１に記載の酸化物超電導導体。
【請求項３】
前記酸化物超電導体層と前記第１の金属層との間に形成された第２の金属層を具えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の酸化物超電導導体。
【請求項４】
前記酸化物超電導体層は複数の酸化物超電導体層からなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の酸化物超電導導体。
【請求項５】
前記導電性基体と前記酸化物超電導体層との間に、前記酸化物超電導体層の配向性を向上させるための導電性の中間層を具えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の酸化物超電導導体。
【請求項６】
円筒形状の導電性基体の円周面上に酸化物超電導体層を形成してなる酸化物超電導導体を形成するステップと、
前記酸化物超電導体層の厚さ方向に前記導電性基体まで貫通するようにして複数のらせん状のスリットを形成し、前記酸化物超電導体層を前記厚さ方向において分断するステップと、
を具えることを特徴とする、酸化物超電導導体の交流損失低減方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一に記載の酸化物超電導体を具えることを特徴とする、交流又は直流通電機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流損失を低減した酸化物超電導導体、及び酸化物超電導導体の交流損失低減方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、開発が進められている酸化物超電導導体は、金属系の超電導導体と比較し、臨界温度が高い、臨界磁界が高いなどの特長があり、冷却が容易であることから、その応用範囲が広がりつつある。例えば、前記酸化物超電導導体は直流通電の用途及び交流通電の用途に使用される場合があり、モータや変圧器などの交流応用機器に前記酸化物超電導導体を利用する場合は、前記酸化物超電導導体への磁束の侵入を一部許すことになり、交流損失が必然的に発生する。
【０００３】
超電導導体に発生する交流損失には、超電動導体の内部に侵入した磁束のピン止めに起因したヒステリシス損失、前記超電動導体と接触する金属導体部分で発生する結合損失及び渦電流損失がある。一般的には、前記超電動導体における前記交流損失に占める渦電流損失の割合は低く、前記交流損失は、前記ヒステリシス損失及び前記結合損失が大部分を占める。
【０００４】
一方、上記酸化物超電導導体は、導体の加工性がよくないため、金属系の超電導導体のようにフィラメントを細線化した丸線で提供することは困難であり、一般にテープ形状の導体で提供されている。特に、テープ状の基材上に酸化物超電導体を設けてなる酸化物超電導導体では、等価フィラメント径が導体幅に比例することから、交流損失も導体幅に比例して増加する。
【０００５】
したがって、上記酸化物超電導導体では、前記交流損失を低減させるために、その長さ方向に沿ってレーザー光線等で酸化物超電導体にスリットを入れ、細線化することが行われている（特許文献１，２参照）。これらの方法によれば、前記酸化物超電導導体、すなわち超電動導体の内部に侵入した磁束のピン止めを抑制することができるようになるため、上記交流損失のうちヒステリシス損失を低減できる。  
【０００６】
しかしながら、上述した技術では、上記酸化物超電導体はテープ状であるために、前記基材上に接着剤を介して付着されることになる。したがって、前記基材と前記酸化物超電導体との結合損失は、前記接着剤の存在によって高くなってしまい、上記結合損失を十分に低減することはできなかった。
【０００７】
また、前記接着剤が介在することによって、前記基材と前記酸化物超電導体との電気的接続が行われず、前記基材及び前記酸化物超電導体は目的とする酸化物超電導導体、それ自体を構成することができない場合があった。
【特許文献１】特開平７−７３７５７号
【特許文献２】特開平６−３０２２３３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上述した問題に鑑み、交流損失におけるヒステリシス損失及び結合損失の両方を低減させることが可能な酸化物超電導導体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決すべく、本発明の一態様は、円筒形状の導電性基体と、前記導電性基体の円周面上に形成された酸化物超電導体層と、前記酸化物超電導体層の厚さ方向に前記導電性基体まで貫通するようにして複数のらせん状のスリットが形成され、前記酸化物超電導体層は前記厚さ方向において分断されていることを特徴とする、酸化物超電導導体に関する。
【００１０】
また、本発明の一態様は、円筒形状の導電性基体の円周面上に酸化物超電導体層を形成してなる酸化物超電導導体を形成するステップと、前記酸化物超電導体層の厚さ方向に前記導電性基体まで貫通するようにして複数のらせん状のスリットを形成し、前記酸化物超電導体層を前記厚さ方向において分断するステップと、を具えることを特徴とする、酸化物超電導導体の交流損失低減方法に関する。
【００１１】
上記態様によれば、導電性基体の円周面上に酸化物超電導体層が形成され、前記酸化物超電導体層の厚さ方向に貫通するようにして複数のらせん状のスリットが形成され、前記酸化物超電導体層は前記厚さ方向において分断されている。したがって、前記酸化物超電導体層に侵入した磁束は、前記酸化物超電導体層の表面から裏面に抜けるようになって、前記酸化物超電導体層内でのピン止めを抑制することができるようになる。すなわち、前記酸化物超電導体層の長さ方向の全体においては、前記磁束の向きが互いに反転するようにして鎖交するようになり、前記酸化物超電導体層の全体では互いに打ち消し合うようになる。
【００１２】
また、上記酸化物超電導体層は、前記導電性基体と電気的に接触するようになるので、前記基体と前記酸化物超電導体層との結合損失をも十分に低減できる。したがって、本態様においては、ヒステリシス損失及び結合損失、すなわち交流損失を十分に低減した酸化物超電導導体を提供することができる。
【００１３】
さらに、前記導電性基体と前記酸化物超電導体層とは上述したように電気的に接触しているので、前記酸化物超電導導体は、上述した従来技術とは異なり、それ自体、導体として機能することができる。
【００１４】
但し、前記導電性導体と前記酸化物超電導体層との間には、結合損失を増大させることなく、また、両者の電気的接触を妨げない範囲で導電性の中間層を設けることができる。この中間層は、以下に説明するように、主として前記酸化物超電導体層の配向性を向上させて、その超電導特性を向上させるためのものである。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、交流損失におけるヒステリシス損失及び結合損失の両方を低減させることが可能な酸化物超電導導体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の詳細並びにその他の特徴及び利点について説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における酸化物超電導導体の概略構成を示す図である。
図１に示す酸化物超電導導体１０は、円筒形状の導電性基体１１を中心に有しており、その円周面上に中間層１２が形成され、さらに中間層１２上に酸化物超電導体層１３が形成されている。なお、中間層１２は導電性を呈し、主として酸化物超電導体層１３の配向性を向上させて、その超電導特性を向上させるために設けられているものである。
【００１８】
また、酸化物超導電体層１３には複数のらせん状のスリット１３Ａが形成されて、酸化物超電導体層１３を厚さ方向に分断するように構成している。
【００１９】
したがって、酸化物超電導体層１３に侵入した磁束は、分断された酸化物超電導体層１３Ｂ毎に見た場合、この酸化物超電導体層１３Ｂの表面から裏面に抜けるようになって、酸化物超電導体層１３Ｂ内でのピン止めを抑制することができるようになる。すなわち、酸化物超電導体層１３Ｂの長さ方向の全体においては、前記磁束の向きが互いに反転するようにして鎖交するようになり、前記酸化物超電導体層の全体では互いに打ち消し合うようになる。このため、酸化物超電導体層１３Ｂ、すなわち酸化物超電導体層１３及び図１に示す酸化物超電導導体１０のヒステリシス損失が十分に低減されるようになる。
【００２０】
また、酸化物超電導体層１３は導電性の中間層１２を介して導電性基体１１とも電気的に接触するようになるので、導電性基体１１と酸化物超電導体層１３との結合損失をも十分に低減できる。したがって、本態様の酸化物超電導導体１０においては、ヒステリシス損失及び結合損失、すなわち交流損失を十分に低減することが可能となる。
【００２１】
さらに、導電性基体１１と酸化物超電導体層１３とは上述したように電気的に接触しているので、本態様の酸化物超電導導体１０は、それ自体、導体として機能することができる。
【００２２】
なお、導電性基体１１は、例えば、耐熱性Ｎｉ合金であるハステロイ（商品名）、（ステンレス、Ｎｉ−Ｗ、Ｃｕ及びＡｇ等から構成することができる。また、酸化物超電導体層１３は、Ｂｉ系、Ｃｏ系、Ｃｕ系等の現在汎用の酸化物超電導体から構成することができる。また、中間層１２は、ＣｅＯ２、ＹＳＺ、ＭｇＯ及ＬａＭｎＯ３等から構成することができる。
【００２３】
導電性基体１１の直径はｍｍのオーダであり、酸化物超電導層１３の厚さはμｍのオーダである。また、中間層１２の厚さは数十ｎｍ〜数百ｎｍのオーダである。特にＣｅＯから構成した場合は、１００ｎｍ程度とすることができる。
【００２４】
一般に、酸化物超電導体層１３はＣＶＤ法等の気相成長法を用いて形成する。この場合、導電性基体１１を構成する材料の格子定数と、酸化物超電導層１３を構成する材料の格子定数との差が大きいと、導電性期待１１上に成長させた酸化物超電導体層１３の配向性が劣化してしまい、酸化物超電導体層１３の超電導特性が劣化してしまう場合がある。したがって、本態様では、上述のような中間層１２を設け、かかる不利益を排除するようにしている。
【００２５】
しかしながら、導電性基体１１上に酸化物超電導体層１３を高い配向性の下に形成できる、あるいは酸化物超電導体層１３の配向性をさほど問題にしないような場合は、中間層１２は省略することができる。
【００２６】
図２は、図１に示す酸化物超電導導体１０の酸化物超電導体層１３にスリット１３Ａを形成するための装置の概略構成を示す図である。
【００２７】
図２に示すように、例えば内側に向けて４つの刃２１Ａが突出してなる（図では、刃の１つが酸化物超電導導体１０の後ろに隠れている）円形状のスリット加工部材２１を準備し、これを図示しないモータ等に接続して、右回り又は左回りに回転させるとともに、酸化物超電導導体１０を、加工部材２１の４つの刃２１Ａで形成される空間２１Ｂを通るようにして右方又は左方に引張るあるいは押出すようにする。すると、加工部材２１の回転と酸化物超電導導体１０の移動とのコンビネーションによって、酸化物超電導導体１０の酸化物超電導層１３にスリット１３Ａが形成されるようになる。
【００２８】
なお、スリット１３Ａを等間隔で形成するためには、加工部材２１における４つの刃２１Ａも等間隔で配置する必要がある。また、空間２１Ｂの相対向する刃２１Ａ同士の距離は、酸化物超電導導体１０の直径から酸化物超電導体層１３の厚さの２倍を差し引いた大きさとする必要がある。さらに、刃２１Ａの先端の幅は、形成すべきスリット１３Ａの幅と合致するようにする。
【００２９】
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態における酸化物超電導導体の概略構成を示す図である。なお、図１に示す酸化物超電導導体と同一あるいは類似の構成要素に関しては、同一の参照数字を用いて表している。
【００３０】
図３に示す酸化物超電導導体３０は、図１に関連した第１の実施形態と同様に、円筒形状の導電性基体１１を中心に有しており、その円周面上に中間層１２が形成され、中間層１２上に酸化物超電導体層１３が形成されている。酸化物超導電体層１３には複数のらせん状のスリット１３Ａが形成されて、酸化物超電導体層１３を厚さ方向に分断するように構成されている。そして、酸化物超電導体層１３上には、第１の金属層１４が酸化物超電導体層１３の全体を覆い、酸化物超電導体層１３のスリット１３Ａ内を充填するようにして形成されている。
【００３１】
本態様の酸化物超電導導体３０は、その最表面に第１の金属層１４を有しており、分断された酸化物超電導体層１３Ｂ同士を、導電性基体１１に対して外方から電気的に接続するようにしている。したがって、例えば酸化物超電導体層１３Ｂの一つに割れなどが生じ、導電性基体１１を通じた電気的な導通に不備が生じた場合でも、第１の金属層１４によってかかる導通の不備を補完することができるようになる。結果として、本態様においては、安定性に優れた酸化物超電導導体３０の提供が可能となる。
【００３２】
なお、第１の金属層１４は、酸化物超電導体層１３との接触によって結合損失が増大しないよう、電気抵抗の少ない金属から構成することが好ましい。具体的には、Ａｇ及びＣｕなどから構成する。
【００３３】
また、図３では、第１の金属層１４は、酸化物超電導体層１３のスリット１３Ａ内を充填するようにして形成しているが、スリット１３Ａ内を全く充填しないか、一部を充填するようにしてもよい。スリット１３Ａ内の充填度合は、主として第１の金属層１４の形成方法に依存する。例えば、第１の金属層１４をメッキ法で形成するような場合は、第１の金属層１４がスリット１３Ａ内を充填するようになるが、スパッタリング法やＣＶＤ法等を用いた場合は、原料ガス等がスリット１３Ａの内部にまで十分に到達しなくなり、スリット１３Ａ内が充填されなくなる場合がある。
【００３４】
また、本態様においても、スリット１３Ａの形成は、上記第１の実施形態と同様に、図２に示すような装置を用いて行うことができる。但し、本態様においては、第１の金属層１４を形成する以前にスリット１３Ａの形成を行う。
【００３５】
本態様のその他の特徴は上記第１の実施形態と同様であるので、上記第１の実施形態と同様の作用効果、すなわち酸化物超電導導体３０の交流損失を十分に低減することが可能となるとともに、酸化物超電導導体３０は、それ自体を導体として機能させることができる。
【００３６】
（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態における酸化物超電導導体の概略構成を示す図である。なお、図１に示す酸化物超電導導体と同一あるいは類似の構成要素に関しては、同一の参照数字を用いて表している。
【００３７】
図４に示す酸化物超電導導体４０は、図１に関連した第１の実施形態と同様に、円筒形状の導電性基体１１を中心に有しており、その円周面上に中間層１２が形成され、中間層１２上に酸化物超電導体層１３が形成されている。酸化物超導電体層１３には複数のらせん状のスリット１３Ａが形成されて、酸化物超電導体層１３を厚さ方向に分断するように構成されている。そして、酸化物超電導体層１３上には、第２の金属層１５が酸化物超電導体層１３の全体を覆い、酸化物超電導体層１３のスリット１３Ａ内を充填するようにして形成され、さらに第２の金属層１５上には、その全体を覆うようにして第１の金属層１４が一様に形成されている。
【００３８】
本態様の酸化物超電導導体３０は、その最表面に第１の金属層１４及び第２の金属層１５を有しており、分断された酸化物超電導体層１３Ｂ同士を、導電性基体１１に対して外方から電気的に接続するようにしている。したがって、上記第２の実施形態の場合と同様に、例えば酸化物超電導体層１３Ｂの一つに割れなどが生じ、導電性基体１１を通じた電気的な導通に不備が生じた場合でも、第１の金属層１４によってかかる導通の不備を補完することができるようになる。結果として、本態様においては、安定性に優れた酸化物超電導導体３０の提供が可能となる。
【００３９】
また、第１の金属層１４及び第２の金属層１５と２種類の金属層を設けているので、隣接する分断された酸化物超電導体層１３Ｂ間の抵抗を制御することができるようになる。したがって、第１の金属層１４及び第２の金属層１５の抵抗を適宜制御することによって、酸化物超電導導体３０の使用に応じた抵抗制御を行うことができる。
【００４０】
なお、第２の金属層１５も第１の金属層１４と同様にして形成することができる。また、本態様では、酸化物超電導体層１３と第１の金属層１４との間に第２の金属層１５を形成するようにしたが、第１の金属層１４と第２の金属層１５との積層順序を入れ替えて、第２の金属層１５が最表面に位置するようにすることもできる。
【００４１】
本態様においても、スリット１３Ａの形成は、上記第１の実施形態と同様に、図２に示すような装置を用いて行うことができる。但し、本態様においては、第１の金属層１４を形成する以前にスリット１３Ａの形成を行う。
【００４２】
また、本態様のその他の特徴は上記第１の実施形態と同様であるので、上記第１の実施形態と同様の作用効果、すなわち酸化物超電導導体４０の交流損失を十分に低減することが可能となるとともに、酸化物超電導導体４０は、それ自体を導体として機能させることができる。
【００４３】
（第４の実施形態）
図５は、第４の実施形態における酸化物超電導導体の概略構成を示す図である。なお、図１に示す酸化物超電導導体と同一あるいは類似の構成要素に関しては、同一の参照数字を用いて表している。
【００４４】
図５に示す酸化物超電導導体５０は、図１に関連した第１の実施形態と同様に、円筒形状の導電性基体１１を中心に有しており、その円周面上に第１の中間層１２１が形成され、第１の中間層１２１上に第１の酸化物超電導体層１３１が形成されている。さらに、第１の酸化物超電導体層１３１上には第２の中間層１２２が形成され、第２の中間層１２２上に第２の酸化物超電導体層１３２が形成されている。さらに、第２の酸化物超電導体層１３２から第１の中間層１２１までを貫通するようにして複数のらせん状のスリット１３２Ａが形成されている。
【００４５】
すなわち、本態様の酸化物超電導導体５０は、第１の実施形態における酸化物超電導導体１０に比較して、特に複数の酸化物超電導体層（本態様では２層）を有している点で相違する。
【００４６】
本態様によれば、複数の酸化物超電導体層１３１及び１３２を設けているので、酸化物超電導導体５０の電流容量を増大させることができる。
【００４７】
また、第１の酸化物超導電体層１３１及び第２の酸化物超電導体層１３２には複数のらせん状のスリット１３Ａが形成されて、これら酸化物超電導体層を厚さ方向に分断するように構成している。したがって、第１の実施形態と同様に、第１の酸化物超電導体層１３１及び第２の酸化物超電導体層１３２に侵入した磁束は、分断された酸化物超電導体層１３２Ｂ（１３１Ｂ）毎に見た場合、この酸化物超電導体層１３２Ｂ（１３１Ｂ）の表面から裏面に抜けるようになって、酸化物超電導体層１３２Ｂ（１３１Ｂ）のピン止めを抑制することができるようになる。
【００４８】
すなわち、酸化物超電導体層１３２Ｂ（１３１Ｂ）の長さ方向の全体においては、前記磁束の向きが互いに反転するようにして鎖交するようになり、酸化物超電導体層の全体では互いに打ち消し合うようになる。このため、酸化物超電導体層１３２Ｂ（１３１Ｂ）、すなわち酸化物超電導体層１３１，１３２及び図５に示す酸化物超電導導体５０のヒステリシス損失が十分に低減されるようになる。
【００４９】
また、酸化物超電導体層１３１及び１３２は導電性の中間層１２１及び１２２を介して導電性基体１１とも電気的に接触するようになるので、導電性基体１１と酸化物超電導体層１３との結合損失をも十分に低減できる。したがって、本態様の酸化物超電導導体５０においては、ヒステリシス損失及び結合損失、すなわち交流損失を十分に低減することが可能となる。
【００５０】
さらに、導電性基体１１と酸化物超電導体層１３１及び１３２とは上述したように電気的に接触しているので、本態様の酸化物超電導導体５０は、それ自体、導体として機能することができる。
【００５１】
なお、第１の中間層１２１及び第２の中間層１２２は、上記第１の実施形態と同様の材料から構成することができ、第１の酸化物超電導体層１３１及び第２の酸化物超電導体層１３２も、上記第１の実施形態と同様の材料から構成することができる。
【００５２】
以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
【００５３】
例えば、第４の実施形態において、第２の実施形態のように最表面に金属層を設けることもできるし、第３の実施形態のように２種類の金属層を順次設けることもできる。この場合、第４の実施形態における作用効果に加えて、第２の実施形態及び第３の実施形態の作用効果も得ることができる。
【００５４】
さらに、上記実施形態で説明した酸化物超電導導体は、交流又は直流通電機器の構成要素として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】第１の実施形態における酸化物超電導導体の概略構成を示す図である。
【図２】酸化物超電導導体の酸化物超電導体層にスリットを形成するための装置の概略構成を示す図である。
【図３】第２の実施形態における酸化物超電導導体の概略構成を示す図である。
【図４】第３の実施形態における酸化物超電導導体の概略構成を示す図である。
【図５】第４の実施形態における酸化物超電導導体の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０，３０，４０，５０  酸化物超電導導体
１１  導電性基体
１２  中間層
１２１  第１の中間層
１２２  第２の中間層
１３  酸化物超電導体層
１３Ａ，１３２Ａ  スリット
１３Ｂ，１３１Ｂ，１３２Ｂ  分断された酸化物超電導体層
１３１  第１の酸化物超電導体層
１３２  第２の酸化物超電導体層
【図１】
2010157440.tif 000003
【図２】
2010157440.tif 000004
【図３】
2010157440.tif 000005
【図４】
2010157440.tif 000006
【図５】
2010157440.tif 000007