(57)【要約】      （修正有）【課題】超伝導体にコイルを巻き付け漏電リミッタなどの限流素子とした超伝導限流装置において、超伝導状態から常伝導状態への移行（ケンチング）を均一で尚かつ容易にする。【解決手段】超伝導部品１からなる超伝導限流装置に関し、超伝導部品の各々は、その上にコイル３が巻き付けられた超伝導本体２からなっており、コイル３は超伝導本体に電気的に接続された超伝導限流装置において、超伝導状態から常伝導状態への移行に際して、コイルに流れる電流で超伝導体上に磁場が生成される。その磁場により超伝導状態から常伝導状態への移行（ケンチング）スムーズに起こる。【効果】自己トリガー（誘発）なので外部制御による不良状態検知とケンチング用磁場生成の必要がない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの超伝導部品からなる超伝導限流装置（１）であって、超伝導部品の各々は少なくとも１つの超伝導本体（２）および前記少なくとも１つの超伝導本体に巻きつけられたコイル（３）を備えており、前記コイル（３）は前記少なくとも１つの超伝導本体（２）と並列に電気的に接続されており、前記少なくとも１つの超伝導本体（２）は、円状の電流が流れる外形を備えた横断表面を有しており、そして、前記コイル（３）は、前記少なくとも１つの超伝導本体（２）の外表面と密接に接続している超伝導限流装置。 
【請求項２】
前記超伝導本体（２）の前記横断表面は、円形または楕円形状からなっていることを特徴とする請求項１に記載の超伝導限流装置。
【請求項３】
前記超伝導本体（２）は、円筒形状、棒状、バーおよびバイファイラコイルから選択した１つの形状を備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載の超伝導限流装置。
【請求項４】
前記超伝導本体（２）は、ＹＢＣＯ型、ＭｇＢ２型およびＢＳＣＣＯ型から選択された１つの超伝導材によって作製されていることを特徴とする、請求項１から３の何れか１項に記載の超伝導限流装置。
【請求項５】
前記超伝導材は、１以上の追加および／または代わりの元素を含んでいることを特徴とする、請求項４に記載の超伝導限流装置。
【請求項６】
前記超伝導本体（２）は、溶融鋳造処理をされた材料からつくられていることを特徴とする、請求項１から５の何れか１項に記載の超伝導限流装置。
【請求項７】
前記超伝導本体（２）がＢＳＣＣＯ型からなっていることを特徴とする、請求項６に記載の超伝導限流装置。
【請求項８】
前記コイル（３）が金属または超伝導材からつくられていることを特徴とする、請求項１から７の何れか１項に記載の超伝導限流装置。
【請求項９】
前記コイルは、超伝導本体の長さ２ｃｍあたり少なくとも１回、最大１ｃｍあたり１０回超伝導本体に巻きつけられていることを特徴とする、請求項１から８の何れか１項に記載の超伝導限流装置。
【請求項１０】
前記超伝導本体の外表面が除去されていることを特徴とする、請求項１から９の何れか１項に記載の超伝導限流装置。
【請求項１１】
前記超伝導本体に補強材が備えられていることを特徴とする、請求項１から１０の何れか１項に記載の超伝導限流装置。
【請求項１２】
前記補強材が穴あきであることを特徴とする、請求項１１に記載の超伝導限流装置。
【請求項１３】
円筒形状の前記補強材（９）および円筒形状の前記超伝導本体（２）は、相互に組み入れられ、両方の円筒形状物は、その間に間隙を形成するように異なった直径を備えていることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の超伝導限流装置。
【請求項１４】
前記超伝導本体の動作温度が８５Ｋから６５Ｋであることを特徴とする、請求項１から１３の何れか１項に記載の超伝導限流装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの超伝導部品が直列に接続された２以上の超伝導本体（２）からなっており、全ての超伝導本体（２）を包含する１つのコイルに並列に接続されていることを特徴とする、請求項１から１４の何れか１項に記載の超伝導限流装置。
【請求項１６】
前記超伝導限流装置において、複数の超伝導部品（１）が相互に直列および／または並列に接続されていることを特徴とする、請求項１から１５の何れか１項に記載の超伝導限流装置。
【請求項１７】
交流に適用される請求項１から１６の何れか１項に記載の超伝導限流装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超伝導限流装置に関する。特に、本発明は、超伝導体の超伝導状態から常伝導状態への遷移に際して磁場を生成する誘導型超伝導限流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
限流装置は、短絡等の不良状態による許容できない大きな電流の急増を防止して、パワーシステムの損傷を防護するために、現在のパワーシステム、特にハイパワーシステムにおいて有効である。
超伝導体は、漏電リミッタとして、大きな能力を備えており、急速かつ効果的な限流、自動的復帰、通常の動作時のごく少量のインピーダンス、および、高電圧での適用を可能にする。
【０００３】
全ての超伝導体は、下記によって、その超伝導特性を喪失する。
ａ）臨界温度（Ｔｃ）を超える、
ｂ）臨界磁場（Ｈｃ）を超える、
ｃ）臨界電流（Ｉｃ）を超える、
ｄ）同時に上に述べた２以上の状態が起きる。
臨界電流または臨界電流密度、臨界温度および臨界磁場は、特定の超伝導材に関して特有のものである。
【０００４】
不良状態の際には、急増する大きな電流によって、超伝導体を流れる電流が、超伝導材の臨界電流を超え、そして、超伝導材が超伝導状態から常伝導状態に遷移する。超伝導状態から常伝導状態へのこの遷移は、ケンチング（消滅）と呼ばれる。限流の後、さらなる動作のために、超伝導体は超伝導状態に戻る。良好なさらなる動作のためには、消滅間の局部的な加熱または焼損によって超伝導体が損傷していないことが必要である。このような損傷の原因は、超伝導体の不均一なケンチングにある。このような不均一な領域をホットスポットと呼ぶ。
【０００５】
実際には、超伝導体が生成された超伝導材はその全体が完全に均質ではなく、臨界温度等の上述した特性は、超伝導体の異なる領域において異なっている可能性がある。従って、電流が不良の場合には、ある領域においては既に抵抗が生じ、他の領域では超伝導状態を維持している。残った超伝導状態の領域の存在によって、超伝導体に高い電流が流れて、既に抵抗が生じた領域において高い温度の増加が起き、上述したようにこれらの領域において焼損が生じる。かくして、ケンチング（消滅）間に超伝導体の損傷を避けるためには、ケンチングが可能な限り均一且つ迅速に生じることが必要であり、それによって、焼損を避けることができる充分短い時間内に、超伝導体が全体として抵抗のある状態になることができる。
【０００６】
ケンチングを容易にするために、超伝導限流装置の超伝導体に外部磁場を適用することが知られている。上述した磁場によって、超伝導材の臨界電流密度が減少して、ケンチングを促進する。
【特許文献１】米国特許Ｎｏ．６，０４３，７３１
【特許文献２】米国特許公開公報Ｎｏ．２００３／００２１０７４Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
米国特許Ｎｏ．６，０４３，７３１には、超伝導限流装置が開示されており、超伝導限流装置は、超伝導状態での通常動作の間、電流密度を臨界電流密度以下に維持するために、磁場を生成し、超伝導体に磁場を付与するための磁場生成手段を備えている。不良時には、磁場を調整して、臨界電流密度を低下させ、超伝導体を抵抗がある状態に移行させる。不良時の後は、臨界電流密度を高めて、超伝導体を超伝導状態に戻す。
【０００８】
実施態様の１つによると、超伝導体は、超伝導体と並列に接続された分巻コイル内に配置されている。不良時には、超過電流は分巻コイル内に強制的に流れる。分巻コイルを流れる電流によって磁場が発生して、超伝導体に作用し、臨界電流密度を低下させて、ケンチングを補助する。
超伝導体として、薄膜超伝導体が半導体基板上に開示されている。図面によると、複数の超伝導薄膜層および複数の基板が交互に配置されている。即ち、超伝導体は、複数の超伝導薄膜層および複数の基板の積み重ねである。しかし、この実施態様の特定の構成に関する詳細、特に超伝導体の最終的な形状は開示されていない。
【０００９】
米国特許公開公報Ｎｏ．２００３／００２１０７４Ａ１、出願Ｎｏ．１０／０５１，６７１には、トリガーマトリクスおよび限流マトリクスからなる超伝導限流装置が開示されている。トリガーマトリクスは、常伝導コイルに囲まれた複数の超伝導体からなっており、コイルと超伝導体は電気的に並列に接続されている。限流マトリクスは、常伝導コイルに囲まれた複数の超伝導体からなっており、コイルと超伝導体は、物理的に接続しているだけで、電気的に並列には接続されていない。トリガーマトリクスの各トリガーエレメントは、限流マトリクスの複数の限流エレメントのコイルと電気的に直列に接続されている。不良時には、トリガーエレメントの超伝導体は、電流をそれ自体のコイル内に、そして同時に、限流エレメントのコイル内に強制的に通電する。コイル内に流れた電流によって磁場が発生して、それぞれの超伝導体のケンチングを補助する。
【００１０】
しかし、トリガーコイルから供給される電流は、多数の他のコイルに分配されるので、発生した磁場は低く、特に所望の短時間の間に、超伝導体を常伝導状態へ動かすには不十分である。
更に、この装置は、トリガーエレメントの完璧な作動によって、機能する。トリガーエレメントに何らかの不良状態が生じると、このトリガーエレメントに接続された限流エレメントの均一なケンチングが補償されず、その結果、局部的な加熱またはホットスポットによる焼損を引き起こす。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の１つの目的は、均一および急速なケンチングのために非常に短時間内に、高い磁場を生成する改良された能力を備えた誘導型超伝導限流装置を提供することにある。
この発明の他の１つの目的は、自己トリガーの、即ち能動的または外部制御を伴うことなく不良電流を検出しそして限流する、超伝導限流装置を提供することにある。
【００１２】
これらの目的は、少なくとも１つの超伝導部品からなる超伝導限流装置であって、超伝導部品の各々は少なくとも１つの超伝導本体および前記少なくとも１つの超伝導本体に巻きつけられたコイルを備えており、前記コイルは前記少なくとも１つの超伝導本体と並列に電気的に接続されており、前記少なくとも１つの超伝導本体は、円電流が流れる外形を備えた横断表面を有しており、そして、前記コイルは、前記少なくとも１つの超伝導本体の外表面と密接に接続している超伝導限流装置によって解決される。
【００１３】
この発明の超伝導限流装置は、自己トリガー(誘発)であり、即ち、不良状態の検知およびケンチングに必要な磁場の形成を外部から制御することはない。
この発明によると、各超伝導本体または複数の超伝導本体の各グループには、別のコイルが備えられる。不良状態の場合は、充分高い磁場が生成されて、超伝導を非常に短い時間に、且つ高い均一性を保ちながら常伝導状態に移行する。更に、各超伝導本体または複数の超伝導本体の各グループは別のコイルを備えているので、独立して動作し、それぞれの磁場を生成する。
【００１４】
不良状態の場合に、コイルによって急速な磁場を形成し、その結果として急速なケンチングを行うためには、過度の電流が遅延なくコイル内を流れ始めることが必要である。即ち、不良状態によるコイル内の電流の流れ、および、超伝導本体内の電圧の形成は可能な限り同時であることが必要である。
しかし、電流の流れに反して動作するコイルの固有の誘導特性によって、コイル内の充分高い電流の流れと、超伝導本体内の電圧の形成との間には、遅延が生じる。
【００１５】
この発明によると、超伝導本体のまわりにコイルを可能な限りきつく巻きつけ、同時に、円形遮蔽電流が流れる外形を備えた横断表面を有する超伝導本体を使用することによって、コイルの上述した誘導特性を最小化している。円形遮蔽電流によって、超伝導本体の内部は、磁場の存在を無くし、逆に、コイルの誘導特性を低くまたは無くすることが必要になる。
【００１６】
基本的には、この発明の超伝導本体は如何なる超伝導材でつくってもよい。
好ましくは、公知のＹＢＣＯ型超伝導、ＢＳＣＣＯ（２２２３，２２１２）型超伝導、および、ＭｇＢ２−型超伝導等の高温超伝導材である。
超伝導材は１以上の適切な追加および／または代わりの元素を含むことができる。例えば、ＢＳＣＣＯにおいて、ビスマスの部分をＰｂによって、即ち、［（Ｐｂ−）Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−ＣｕＯ］と置き換えることができる。
超伝導本体はバルクまたはテープ状であってもよい。中空体または固形物であってもよい。
【００１７】
この発明によると、超伝導本体は誘導特性が無いかごく低い形状を備えている。上述した「誘導特性が無いかごく低い」は、円形遮蔽電流が流れるか生成される形状を意味する。電流の円形状の流れには、超伝導本体の外表面が連続した周辺部、即ち、中断の無い周辺部を備えていることが必要である。従って、この発明の超伝導本体は、理想的には、丸い横断表面を備えている。即ち、好ましくは、この発明の超伝導本体は、チューブ、ロッド、バイファイラスパイラルまたはバイファイラコイル等の円筒形状である。
【００１８】
この発明によって断面形状は、理想的な円形または楕円形から逸脱するものも、この発明の目的に適合する限り、含まれる。即ち、コイルの内部は基本的には磁場が存在しないので、充分低い誘導特性を達成することができる。例えば、正方形、長方形、５角形、６角形等の多角形の断面形状も可能である。このような断面形状を備えた適切な物品の代表的な例として、バーがある。
シャントコイルは、常伝導金属または超伝導材によって作製することができる。
適切な金属として、銅、銅合金、鋼等がある。超伝導材の例として、例えば、超伝導本体について上述したように（１以上の追加および／または代わりの元素と共に随意的に）ＢＳＣＣＯ型材料によって作製されたテープ、または、ＹＢＣＯ薄膜がある。
【００１９】
超伝導材のシャントコイルの場合は、コイルに条件の整っていない電流が流れるのを避けるために、十分に高い接触抵抗または類似の手段を備えている必要がある。
コイルが超伝導材によって作製されていると、生成される磁場は低電圧で既に非常に高い。これによって、磁場の生成が加速される。更に、超伝導材によって作製されたコイルによると、電流の第１ピークは最小化することができると推定される。
【００２０】
この発明によると、コイルは超伝導本体と密着している。即ち、超伝導本体とコイルの間の間隙は、残留誘導特性を可能な限り小さく維持するために、可能な限り小さいことが必要である。このために、コイルを超伝導本体の上に非常に近接して巻き、好ましくは、均一に巻き付けて、超伝導本体とコイルの間の間隙を少なくする。即ち、コイルの断面積の直径と比較して、コイルと超伝導本体の表面の間の間隙を可能な限り小さくする必要がある。例えば、超伝導本体の直径を約２ｃｍとすると、間隙は１ｍｍを超えてはいけない。好ましくは、コイルは超伝導本体と直接接触する。この場合には、超伝導本体とコイルの間に絶縁層を用いることができる。
上述した間隙を可能な限り小さくすることによって、超伝導本体に誘導される円形遮蔽電流がコイル巻きを遮蔽してコイルの中に磁場が存在しないか実質的に磁場が存在しないので、コイルの誘導特性を著しく低下させる。
【００２１】
コイル内の電流の流れは、超伝導本体の電圧生成と同時に始まり、磁場が非常に急速に形成され、超伝導材が急速に且つ均一に常伝導状態に移行する。
この発明の超伝導本体が常伝導状態に移行する理由として次の４つがある。
１  短絡電流が臨界電流を超える。不良状態の場合、即ち、臨界電流を超えている状態では、超伝導において抵抗および対応する電圧（磁束フロー）が高まり、外部からの如何なる制御もなく、一部の電流が並列に接続されたコイルの中を流れる。
２  限流の場合における電力の増加によって、温度上昇をもたらして、臨界電流密度を減少させる。
３  コイルによって形成された磁場によって、超伝導材の臨界電流密度を減少させる。
この挙動は、小さい電圧クライテリアの範囲、臨界電流の５から１０倍の高い電流密度では、大きく、従って、高電圧クライテリアでの磁場による電流密度の低下は小さい。
【００２２】
４ａ  上述した効果に加えて他に重要なのは、この発明の超伝導限流装置は、ある設計を備えており、それによって遅延なくコイル内に電流が流れ始め、不良状態の発生と同時に、コイルの磁場によって超伝導本体内にある付加的な円形遮蔽電流が誘導される。ベクトル特性によって不良電流および円形遮蔽電流が合計されるので、付加的な電流によって、材料の加熱およびケンチングが加速される。
４ｂ  ホットスポットの形成を抑止する更なる点は、誘導された円形遮蔽電流は、常伝導ホットスポットが起きる領域におけるよりも、超伝導領域における方が高いことである。このことは、超伝導本体の加熱を強め、超伝導本体の均一な温度に寄与する。
４ｃ  この発明の超伝導限流装置においては、コイルの誘導特性が著しく減じるので、非常に短い時間内に磁場が増加する。  
この発明に関しては、電流不良事態は、好ましくは臨界電流が少なくとも３倍超過するときに発生したものと定義する。しかし、この限定は、実際の使用によってきまる。
【００２３】
この発明によると、好ましくは、抵抗状態で超伝導を均一に動作させるに充分な磁場は、約０．０５、好ましくは約０．１から１テスラの範囲内である。約０．２テスラの磁場は、重要なケンチング段階において充分であることが立証されている。
コイル内の電気抵抗、従って、コイル内の電流およびそれによる磁場は、コイルの断面積コイルの回転または巻き数によって決定される。他方、磁場によって、誘導円形電流が決まり、その結果、ケンチングを強化する。
【００２４】
コイルによって生成される磁場は、次の式によって計算することができる：
Ｂ＝μ０Ｈ＝（μ０×Ｉ×Ｎ）／Ｌ
ここに、Ｂは磁気誘導、μ０は磁界定数、Ｈは磁界の強さ、Ｉは電流、Ｌはコイル長、Ｎは回転数である。
変圧器の原則によって、回転数比２５：１では、コイル中の１０００Ａによって超伝導本体中に２５，０００Ａの円形遮蔽電流が誘導される。これは理論値であって、実際の電流はいくぶん小さい。しかし、これによって、プロセス中での巨大な量の誘導電流が説明される。
【００２５】
実際的な使用のためには、コイルは、超伝導本体の長さ２ｃｍあたり少なくとも１回回転または巻き数であるべきであり、回転数は超伝導本体の１ｃｍ当り１０を超えてはいけない。
特に、コイルが超伝導材で作製されているときは、回転数は、超伝導本体の長さ１ｃｍ当り１０回を超えることができる。
更に、コイルを超伝導本体の上に２層以上使用することができる。層の数は特に限定されることなく、必要に応じて選択することができる。
【００２６】
コイルの誘導特性は巻き数およびコイルの平均断面積Ａと比例している。しかし、この発明によると、コイルは超伝導の表面にきつく巻き付けられて、コイルと超伝導本体の外表面との間の間隙が可能な限り小さいので、コイルの平均断面積Ａが最小化される。このことは、例え回転数が高くても、コイルの誘導特性は非常に小さく維持することができることを意味する。
通常、常伝導の金属で作製されているコイルの断面積は１から１０ｍｍ２の範囲内である。コイルが超伝導材で作製されているときには、断面積はファクタ１００まで小さくすることができる。断面積は、コイルおよび超伝導の材料、および、要求される使用によって変化する。
【００２７】
コイルは、電気接点、例えば、電流供給のために超伝導本体の各端部に設けられた金属例えば銅接点において超伝導本体に固定することができる。固定方法は、特に制限されることはない。適切な方法、例えば半田付けを使用することができる。
コイルと電気接点とが重複する領域があまり大きすぎると、回避すべき環循電流が電気接点において誘導される。通常、コイルを電気接点の周りに巻きつけるときは長さ５ｍｍ以下であると言われる。しかし、重複の許容範囲は、超伝導部品の設計による。
【００２８】
この発明の超伝導限流装置に存在する超伝導部品の数は、必要により選択され、特に制限はされない。例えば、超伝導部品として、５０以上、数千例えば３０００以下、更にそれ以上がある。
超伝導部品は相互に直列および／または並列に接続することができる。特に限定されない。
この発明の有利な実施態様によると、超伝導部品は共通のコイルによって囲まれた１以上の超伝導本体からなっている。この実施態様において、複数の超伝導本体は相互に直列に接続され、そして、最初の超伝導本体の入力端と最後の超伝導本体の出力端とを電気的に接続することによって、コイルは並列に接続される。
複数の超伝導本体に対して共通の１つのコイルを使用する設計によって、全ての超伝導本体に対して均一なケンチング挙動が達成される。複数の超伝導本体の１つにおいて、不良区域例えばホットスポット区域によって電圧が生じると、生成する磁場は、特定の超伝導本体だけでなく、全ての超伝導本体を、生成した均一な磁場によって包含する。説明の目的で、超伝導本体の適切な数は１０である。
【００２９】
超伝導本体の材料として特に好ましいのは、溶融鋳造方法、特に遠心鋳造方法によって製造される超伝導本体である。この方法は、例えば、ＢＥ−Ａ−３  ８３０  ０９２、ＥＰ−Ａ−０  ４５１  ５３２、ＥＰ−Ａ−０  ４６２  ４０９およびＥＰ−Ａ−０  ４７７  ４９３に開示されており、これらを特別に引用する。
【００３０】
例えば、ＥＰ−Ａ−０  ４６２  ４０９において、円筒形状の超伝導本体の製造方法が開示されており、そこでは、予め決定された化学量論で、酸化物出発混合物を９００から１１００℃の温度で水平軸の回りに回転する鋳造ゾーンで溶解させる。凝固成形物を鋳造ゾーンから取り出して、酸素含有雰囲気下で４から１５０時間、７００から９００℃の温度で熱処理する。この方法は、ＢＳＣＣＯに基づく超伝導本体に特に適している。
この発明の誘導超伝導限流装置は、ＡＣ使用に特に効果的である。
【発明の効果】
【００３１】
この発明の超伝導限流装置は、自己トリガー(誘発)であり、即ち、不良状態の検知およびケンチングに必要な磁場の形成を外部から制御する必要がない。
この発明によると、不良状態の場合は、充分高い磁場が生成されて、超伝導を非常に短い時間に、且つ高い均一性を保ちながら常伝導状態に移行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
この発明の好ましい態様を示す図面を参照しながら、この発明を以下に説明する。しかし、この発明はこれらに限定されるものではない。
図１において、円筒または棒の形状を有するこの発明において使用される超伝導部品１の好ましい実施態様を示す。超伝導本体２の上に、コイル３が巻かれ、コイルは超伝導本体２の対向する２つの端部において電気接点４、５に固定されている。電気接点４、５には、スレッド等の手段７が備えられて、電流供給のための電流リードまたは付属エレメントへのコネクタへの固定を容易にする。
【００３３】
この実施態様においては、各電気接点４、５にホール６が設けられて、液体窒素等の冷媒が、超伝導本体２の内部にも流れることができる。これによって再冷却プロセスが加速される。
円筒またはロッドの形状を有する超伝導本体は、１５ｍｍから約５００ｍｍの範囲の長さを有している。実際には、長さは、個々の超伝導限流装置の要求によって選択することができる。
【００３４】
通常、ロッド形状の直径は、約５ｍｍから約３０ｍｍの範囲であり、円筒形状の場合の直径は、約１５ｍｍから約１００ｍｍの範囲である。長さと同様に、直径もまた要求に応じて選択される。
超伝導本体の実際の大きさは、必要な超伝導材の量によってきまる。例えば、好ましい溶融鋳造方法によって得られるＢＳＣＣＯ−２２１２型材は、０から１０Ｖｒｍｓ／ｃｍまたはより高い、特に１から１０Ｖｒｍｓ／ｃｍまたはより高い電場で使用することができる。このような高い電場では、少ない材料でよく、その結果、ＡＣ損失が低い。最大電場は、各適用に必要な限流時間による。
【００３５】
円筒形状のように中空体の場合は、復帰時間を短くするために壁厚を小さくする必要がある。例えば、壁厚は１ｍｍまで薄くすることができる。壁厚の小さいこのような超伝導中空体を機械的に安定するために、機械的補強がなされる。補強材は、超伝導材と同一か少なくとも概ね同一の熱膨張を有し、冷却間または加熱間に亀裂が生じないようにする。適切な補強材は当業者には公知である。例えば繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）がある。
【００３６】
このような超伝導本体に使用される補強材は磁場に対して存在しないようにみなされるものであって、磁場から超伝導本体を遮蔽しない。補強材は外部からおよび／または内部から適用することができる。
図２および３による実施態様においては、補強材８，９は内部から適用される。
好ましくは、補強材は穴あきであって、より早い復帰時間のために冷媒に対して広い表面積を有している。
【００３７】
例えば、図２ａに示すように、補強材８はストライプ形状で内側に適用される。
しかし、補強材８は、図２ｂに示す連続円筒形状等の連続体であってもよく、穴または同様の手段を適用して、冷媒が透過することができる。
【００３８】
以下に、この発明の超伝導限流装置の構成の一般的な原則を、好ましい態様である円筒状超伝導本体についてより詳細に説明する。
以下に説明する原則およびその改良は、異なる形状および大きさの超伝導部品にも同様に適用することができる。
図１は、好ましくは溶融鋳造方法によって得られたＢＳＣＣＯ−２２１２製の円筒形状の超伝導本体２を有する超伝導部品１の実施例を示す。
【００３９】
外径は２４ｍｍで壁厚は１ｍｍであり、その結果、超伝導断面積７２ｍｍ２である。円筒形状２の両端部には、銅製の金属接点４、５が設けられている。銅製のコイル３が超伝導本体２の周りに巻かれており、１０ｃｍの長さの円筒に対してコイルが約２５回巻かれて伝導断面積は２ｍｍ２である。
７７Ｋの動作温度におけるこの断面積の場合の臨界電流は、１０８０Ａ（臨界電流密度１５００Ａ／ｃｍ２）である。ピーク電流および安全係数１．２を考慮すると、定格電流（二乗平均平方根（ｒｍｓ）電流）は１０８０Ａ／（１．４１４×１．２）６３６Ａである。６５Ｋの動作温度では、定格電流は約２０００Ａである。
【００４０】
好ましい態様によると、補強材８は円筒状物９であって、図３に示すような円筒状物の超伝導本体２の中空の内部に挿入される。超伝導本体２の全長にわたって、補強円筒状物９の外径は超伝導本体２の中空の内径よりも小さい。更に、超伝導本体２の全長にわたってということは、補強円筒状物９の壁面に孔またはスロットが形成されて、流れる冷媒が、補強円筒状物の外表面と中空の超伝導本体２の内表面との間の間隙に侵入できることを意味する。例えば、超伝導本体の内径が約２０ｍｍのとき、補強円筒状物９の外径が約１０ｍｍである。
【００４１】
この実施態様において、超伝導本体２の全長にわたって、中空の超伝導本体２の内表面と補強材８の円筒状物９の間には物理的な接触は無い。
補強材の円筒状物９の超伝導部品への固定は、電気接点４および５の領域において行う。なお、補強材の円筒状物９の外径と、中空の電気接点領域の内径は、表面間で物理的な接触が行われるように相互に調節可能である。固定は、ネジまたは接着等の手段によって行うことができる。
【００４２】
本発明の改良によると、超伝導本体２を補強円筒状物９内に挿入することができる。
製造方法によって、例えば超伝導円筒状物の場合、得られた超伝導本体の外表面および／または内表面は、亀裂、損傷、ランカー等の不均質性を示す。更に、得られた超伝導本体は、断面の全体にわたって異なるミクロ組織の領域を備えている。この場合には、得られた超伝導材が最適の性能を有する領域に至るまでそれぞれの表面を除去することができる。
【００４３】
例えば、上述した実施態様において、最適の性能が発揮できる領域である約０．８ｍｍまで外表面を除去することが望ましい。
不良の超伝導材の除去は、機械加工等の適切な手段によって行うことができる。
電気接点４、５の超伝導本体材料への接続および接着を良くするために、電気接点４、５が適用される超伝導本体の端部に、図４に示すような接触抵抗１０が設けられる。上述した実施態様において、例えば、溶融鋳造方法の後、得られたＢＳＣＣＯ円筒状物の両端部に水銀をスプレーによって適用することができる。
次いで、超伝導材の焼きなましの間の通電テストにおいて、水銀が溶けてＢＳＣＣＯ材と混合し、電気接点が半田で容易に適用できる低抵抗材になる。この発明のＢＳＣＣＯ円筒状物に対しては、ＩｎＢｉ６６／３３半田によって容易に半田付けされる銅製接点が使用される。
【００４４】
勿論、銅、金、パラジウム、プラチナ、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムおよびこれらと銀の合金および銀合金等の高い導電性の他の金属を、接触抵抗１０として使用することができる。
焼きなましをし、接触抵抗を適用した後、必要により、接触抵抗を備えた両端部間の超伝導本体２の直径を減じて、不良材を除去し、図４に示すような両端部に接触抵抗１０を有する超伝導本体２を得る。接触抵抗１０の領域と減じた超伝導本体２の間の移行部の直径は、円滑に移行するために、接触抵抗に向かって連続的に増加する。
【００４５】
上述した形式の超伝導部品の作動温度は好ましくは６５Ｋから８５Ｋの間である。この温度範囲内では、臨界電流密度は１０の係数分上昇する。更に、６５Ｋ等の低温は限流時の第１ピークを下げるために有利である。
【００４６】
図５において、外径２３ｍｍの溶融鋳造処理ＢＳＣＣＯ−２２１２超伝導円筒状物（チューブ）からなる超伝導部品に関して、限流を示す。臨界電流は１２００Ａである。動作温度は７７Ｋである。定格電流の１０倍で、ピーク電流が７ｋＡ（定格電流の７倍）以下で、限流が３ｋＡ以下、限流時間が１００ｍｓで電場が５Ｖｒｍｓ／ｃｍである。
【００４７】
以下に、この発明において使用される超伝導部品のコイルおよびチューブ等の形態の原理について、コイルが超伝導材からなっている特別な例を参照してさらに説明する。
超伝導部品は、溶融鋳造方法を使用して得られたＢＳＣＣＯ−２２１２からなる円筒（チューブ）形状をした超伝導本体を備えている。
外径２４ｍｍ、壁厚１ｍｍで、超伝導断面積は７２ｍｍ２である。動作温度７７ＫでこのＢＳＣＣＯチューブの臨界電流は１０８０Ａ（臨界電流密度１５００Ａ／ｃｍ２）である。ピーク電流および安全係数１．２を考慮すると、定格電流（二乗平均平方根（ｒｍｓ）電流）は１０８０Ａ／（１．４１４×１．２）６３６Ａである。
【００４８】
円筒状物（チューブ）の両端部には、図１に示すような、銅製の金属接点を設けている。ＢＳＣＣＯ２２２３超伝導テープ（ＰＩＴ、Ａｇマトリクス、コンダクタの寸法：厚さ０．２ｍｍ、幅５ｍｍ）で作製されたコイルを超伝導本体の周りに巻きつけた。長さ３０ｃｍのチューブに対して、コイルの巻き数は約６００回、１０層からなっている。その結果、コンダクタの長さは４６ｍである。
従って、たった４．６ｍＶで、コイルはその臨界電流（例えば、１００Ａ）に到達する。これは０．２５Ｔの磁場に対応し、超伝導本体の安全なケンチングに充分である。  
この実施態様においては、巻き数は超伝導本体の長さ１ｃｍ当り２０である。
超伝導コイルの他の利点は、第１電流ピークは、強く減少する。その理由は、既に非常に低い電圧によって、コイル中の電流が高いからである。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
この発明によると、均一および急速なケンチングのために非常に短時間内に、高い磁場を生成する改良された能力を備えた誘導型超伝導限流装置を提供することができ、更に、自己トリガーの、即ち能動的または外部制御を伴うことなく不良電流を検出しそして限流する、超伝導限流装置を提供することができ、産業上の利用可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、原理を示すこの発明の超伝導限流装置の超伝導部品の１つの態様を示す。
【図２】図２は、この発明の超伝導部品の超伝導本体の別の実施態様を示す図である。
【図３】図３（３ａ、３ｂ）は、この発明の超伝導部品の超伝導本体の他の実施態様を示す図である。
【図４】図４は、この発明の超伝導部品の超伝導本体の他の実施態様を示す図である。
【図５】図５は、限流状態を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  超伝導部品
２  超伝導本体
３  コイル
４  電気接点
５  電気接点
６  中空内部
７  固定手段
８  補強材
９  補強チューブ
１０  接触抵抗
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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