(57)【要約】本発明は、低交流損失の高温超電導コイル（１１０Ａ−Ｃ）と、この超電導コイル（１１０Ａ−Ｃ）の製造方法と、変圧器、モータ、発電機などのような、高温超電導テープのコイルを用いた装置に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に延びる巻型のまわりに、該巻型の長手方向の表面を覆いつくすように、らせん状に巻きつけられた超電導テープを有する低交流損失超電導コイル。
【請求項２】
前記表面は複数のテープで覆われている、請求項１に記載のコイル。
【請求項３】
前記超電導テープは、銅酸化物ベースの超電導テープと、二ホウ化物ベースの超電導テープと、金属の超電導テープからなるグループの中から選択されている、請求項１に記載のコイル。
【請求項４】
前記超電導テープは、単芯の超電導テープと、マルチフィラメントの超電導テープと、薄膜の超電導テープと、厚膜の超電導テープと、パウダーインチューブの超電導テープと、表面が被覆された超電導テープからなるグループから選択されたテープである、請求項１に記載のコイル。
【請求項５】
前記超電導テープは、楕円形の超電導テープと、長方形の超電導テープからなるグループから選択されたテープである、請求項１に記載のコイル。
【請求項６】
前記超電導テープは、約０．００１ｍｍから約１０ｍｍの厚さを有する、請求項１に記載のコイル。
【請求項７】
複数の超電導テープを有し、該テープの一部は長手軸のまわりに第１の層をなして個々に位置し、かつ、該軸と共に長手方向に延びており、該第１の層の隣接するテープにある超電導材料の間にギャップが存在し、各々が長手軸のまわりに第２の層をなして個々に位置し、かつ、該軸と共に長手方向に延びる、前記複数のテープの一部で少なくとも１つの第２の層が形成され、前記の少なくとも１つの第２の層の隣接するテープの超電導材料間にギャップが存在し、前記の少なくとも１つの第２の層の超電導材料が前記第１の層内のギャップを覆っている低交流損失超電導コイル。
【請求項８】
前記第１の層と前記の少なくとも１つの第２の層は、断面がほぼ円で同心であり、前記の少なくとも１つの第２の層は、一緒になって前記第１の層のギャップを完全に覆う超電導性材料を有する、請求項７に記載の低交流損失超電導コイル。
【請求項９】
前記テープは、断面が少なくとも平坦である、請求項８に記載の超電導コイル。
【請求項１０】
複数の超電導テープを有し、各テープは長手軸のまわりの第１の層をなして個々に位置し、前記軸とともに長手方向に延び、隣接する２つのテープの間に位置し、該超電導テープの超電導性の部分の少なくともわずかな部分が関連する隣のテープの下または上に重なるように、各テープの一方の側縁が関連する一方の隣のテープの下に重なり、前記各テープの他方の側縁が関連する他方の隣のテープの上に重なる低交流損失超電導コイル。
【請求項１１】
前記重ねられたテープは、前記軸のまわりで、超電導材料の連続的な円のループをなす、請求項１０に記載の超電導コイル。
【請求項１２】
環状の巻型にギャップを生じないように重ねあわせて巻きつけられた高温超電導テープを有する低交流損失超電導コイル。
【請求項１３】
円柱の巻型のまわりの超電導体の各巻線の少なくとも１％が関連する隣の巻線と重なるように、前記巻型を、該巻型の長手軸の周りに配置された少なくとも１つの前記超電導体で巻き付ける、低交流損失超電導コイルの製造方法。
【請求項１４】
前記超電導体は少なくとも２５％重なる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
複数の超電導テープを有する、超電導テープのコイルを巻型のまわりに巻きつけることと、
各テープを長手軸のまわりに第１の層をなして個々に配置し、前記軸に沿って長手軸方向に延ばすことと、
前記超電導テープの超電導部分の少なくともわずかな部分が関連する隣のテープの下または上に重なるように、各テープの一方の側縁が関連する一方の隣のテープの下に重なり、前記各テープの他方の側縁が関連する他方の隣のテープの上に重なって、各テープを２つの隣接するテープの間に配置することを有する、低交流損失超電導コイルの製造方法。
【請求項１６】
複数の超電導テープを有し、各テープは長手軸のまわりの第１の層をなして個々に位置し、前記軸とともに長手方向に延び、隣接する２つのテープの間に位置し、該超電導テープの超電導性の部分の少なくともわずかな部分が関連する隣のテープの下または上に重なるように、各テープの一方の側縁が関連する一方の隣のテープの下に重なり、前記各テープの他方の側縁が関連する他方の隣のテープの上に重なる低交流損失超電導コイルを含む交流用電子装置。
【請求項１７】
変圧器と、障害電流制御器と、電気モータと、発電機と、交流機からなるグループから選択される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
複数の超電導テープを有し、該テープの一部は長手軸のまわりに第１の層をなして個々に位置し、かつ、該軸と共に長手方向に延びており、該第１の層の隣接するテープにある超電導材料の間にギャップが存在し、各々が長手軸のまわりに第２の層をなして個々に位置し、かつ、該軸と共に長手方向に延びる、前記複数のテープの一部で少なくとも１つの第２の層が形成され、前記の少なくとも１つの第２の層の隣接するテープの超電導材料間にギャップが存在し、前記の少なくとも１つの第２の層の超電導材料が前記第１の層内のギャップを覆っている低交流損失超電導コイルを含む交流用電子装置。
【請求項１９】
変圧器と、障害電流制御器と、電気モータと、発電機と、交流機からなるグループから選択される、請求項１８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、低交流損失の高温超電導コイルと、この超電導コイルの製造方法と、変圧器、モータ、発電機などのような、高温超電導テープのコイルを用いた装置に関する。
【０００２】
発明の背景
銅線のような導電体は、世界の電力システムの基本的な構成要素、すなわち、変圧器、電気モータ、発電機、交流機における線材をなしている。１９８６年の高温超電導化合物の発見は、電力産業において高温超電導化合物を用いるという発展につながった。高温超電導化合物の発見は、１世紀よりも長い間にわたって電力システムで用いられてきた導電体技術の最も重要な進歩である。
【０００３】
過去３０年間にわたって、アメリカにおける電力使用は約２５％から４０％増加した。この電力需要の増大とともに、低コスト電力の必要性も増している。超電導体は、動作温度において直流抵抗がなく、交流損失が小さいため、電力産業のすべての用途における超電導装置が開発されつつある。
【０００４】
電力産業が将来において超電導体を用いることができるかどうかは、全体的なコストと、超電導線材が有する性能上の利点（低電力損失）にかかっている。ＨＴＳテープ技術により、コストが引き下げられ、電流搬送容量が増大し、線材系の信頼性が改善し、その結果、電力システムに種々の点で影響を与えている。種々の点とは、変圧器、モータ、発電機のような装置で用いられる線材の大きさと重量を大幅に減らせる可能性を含む。超電導線材は、電流の搬送効率がよく、かつ、他の電導体材料よりも、少ない体積で、より大量の電流を搬送することができるため、多くの用途を有している。
【０００５】
電力産業には、高温超電導コイルと装置を、無視しうる交流損失で動作するように製造するという未解決の技術的課題が存在する。これらの超電導体は、無視しうる損失で直流を搬送することはできるが、直流は電力産業ではめったに用いられない。交流が、コイルをベースとする世界の電力装置のほとんどにおいて支配的な方式である。高温超電導テープを交流で用いると、無視できないエネルギー損失をともない、エネルギーは熱の形で散逸する。このことは、発生した熱を装置の周囲から除去しなければならないため、単なるエネルギー損失を超えて、システムの効率に強い影響を与える。
【０００６】
超電導体は、周囲温度（２９８°Ｋ）よりもはるかに低い４−８５°Ｋの温度範囲で動作する。したがって、超電導体は冷却を必要とし、冷却はエネルギーを連続的に消費する。例えば、超電導線材を流れる電流によって生じた熱が７７Ｋであり、１ワットの割合で散逸されるとすれば、この発生した熱を散逸するために、約１０−４０ワットの電力を冷却装置に供給しなければならない。この冷却が無ければ、超電導材料はその超電導転移温度よりも高い温度に加熱され、超電導体として動作しなくなるので、全く利点がなくなって、特に、従来の銅電導体よりも性能が悪くなる。
【０００７】
発生した熱は、当該超電導体が必要とする低温状態を、コストをできるだけかけずに維持するために、取り除かなければならない。この問題の解決に成功すれば、必要であろう追加の冷却エネルギーを減らすことによって、動作のコストが減る。
【０００８】
ＨＴＳテープの主要な問題は、余計な交流磁場が、隣り合う高温超電導テープに流れる電流によって発生し、交流損失を引き起こすことである。高温超電導テープ材料と形状は異方的であるため、望ましい方向に対して垂直な磁場は、平行な磁場よりも著しく大きな損失を生じる。本発明では、損失の異なるメカニズムがあてはまる線材構成のまさに終端部分を除いて、垂直な磁場は全く存在しない。磁場によって生じる交流損失は、Ｗ．Ｔ．ノリス（Ｗ．Ｔ．Ｎｏｒｒｉｓ）， Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ３ （１９７０） ４８９−５０７、または、マーチン．Ｎ．ウィルソン（Ｍａｒｔｉｎ Ｎ．Ｗｉｌｓｏｎ）， 超電導マグネット（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｓ）， オックスフォード大学出版（Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ）， オックスフォード（Ｏｘｆｏｒｄ）， 英国（ＵＫ） １９８３において説明されている。
【０００９】
カルサイ（Ｋａｌｓｉ）らの、「障害電流制御超電導コイルの製造方法（Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｌｉｍｉｔｉｎｇ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｃｏｉｌ）」という名称の米国特許６，０８１，９８７号明細書は、複数のテープの高温超電導システムを提供している。カルサイらは、コイルの長手軸に平行な磁場に対して低損失の磁場特性を有する、第１の異方的な超電導材料の線材からなる第１の超電導体と、コイルの長手軸に垂直な磁場に対して低損失の磁場特性を有する第２の超電導材料の線材を含む超電導磁気コイルを説明している。第１の超電導体は、磁気コイルの第２の超電導線材が電流障害にさらされている場合に電流を制御するのに適した常電動状態の抵抗特性を有する。
【００１０】
カルサイらは、ケーブルの長さ方向（長手軸方向）に沿って平行に、２つの高温超電導線材テープを巻きつけているが、２つの高温超電導線材テープ異なる材料からなり、一方の高温超電導線材テープは、障害をしのぐためのバックアップとして用いられている。交流損失を減らすための線材構成については何も触れられていない。
【００１１】
交流損失および関連する非常に高い冷却コストを減らす超電導体の構成を開発することは非常に有益であろう。交流用途の実際の装置は、高温超電導体（ＨＴＳ）の最も普及し望ましい形態である、幅の広い平坦な超電導体を用いて巻かれている。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、自己磁場の局所的な垂直成分の存在に起因する交流損失を取り除くか、または、最小にする、超電導コイルを製造する方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、局所的な自己磁場の垂直磁場成分の存在に起因する交流損失が最小の超電導コイルを提供することにある。
【００１４】
本発明のさらに他の目的は、自己生成された交流損失が最小の超電導装置を提供することにある。
【００１５】
本発明のさらに他の目的は、隣り合うＨＴＳテープに入る垂直磁場によって発生する熱を減らすことによって、線材コイルをベースとした装置で用いられるＨＴＳテープの動作に伴った冷却の必要性を減らすことにある。
【００１６】
本発明のさらに他の目的は、従来のＨＴＳ線材テープと従来の巻線方法を新しい巻線構造において用いて、低コストの超電導装置を作り出すことにある。
【００１７】
発明の概要
ＨＴＳテープは、「巻線構造」として説明される種々の方法でコイル構造体に巻き付けられる。巻線構造は、（１）コイル構造体上の超電導線材のサイズ（幅、厚さ、形状）、（２）用いられる超電導材料の種類、（３）テープをコイル構造体自体に巻き付ける方法（隣り合う線材との間隔）を変えることで、さまざまに変えることができる。
【００１８】
驚くべきことに、超電導テープがコイルに巻かれるときに通常存在するギャップをなくすことにより、エネルギー損失が著しく減り、超電導体を冷却する必要性が小さくなることがわかった。本発明は、コイル構造体にテープを巻きつける新しい技術を提供することにより、低交流損失の効果を得る。
【００１９】
たいていの用途において、ＨＴＳテープは絶えず交流磁場の中にある。本発明は、交流周波数が通常５０−６０Ｈｚ（電力産業における通常の動作周波数）の範囲にある用途に用いられる高温超電導テープの巻線構造に関する。標準的な銅線の代わりにＨＴＳテープを使用することによって、より良い性能（低電力損失）とより低いコストが達成される。しかしながら、ＨＴＳテープは、電力を消費する冷却を必要とする。本発明は、低交流損失を達成するように構成された、高温超電導テープの巻線構造に関しており、これによって、冷却の必要性を減らし、超電導線材構造がより低いコストでより高い性能を発揮できるようにする。
【００２０】
交流損失の主要な源は、ＨＴＳテープを流れる交流電流により発生する磁場、特に、ＨＴＳテープ同志の間のギャップのために生じる自己磁場である、隣り合うＨＴＳテープの磁場によって生じる損失である。
【００２１】
従来の材料からなるが、特殊な構造で巻かれた超電導体が、ＨＴＳの用途において共通して存在するエネルギー損失をなくすことが今や明らかになってきた。本発明は、局所的な垂直磁場成分を除去する超電導体巻線構成に適用される。
【００２２】
ＨＴＳテープのこの新しい構造は、電流の流れに垂直な磁場を最小化し、これによって交流損失を著しく減少させる単一の電流「シート」に近い。
【００２３】
本発明は、超電導コイル本体の交流損失を最小にする、超電導コイルの製造方法と、低交流損失の超電導コイルを含む。本発明の利点は、超電導体同志の間のギャップが他の超電導体によって覆われるように、超電導体が相互に重なり合うようにして超電導コイルを製造することによって得られる。
【００２４】
ＨＴＳテープの個々の一巻きは、覆われていないギャップがないので、磁場を巻型の表面と超電導体の表面におおむね平行にする、電流の単一の長い巻型とみなせる。この向きは、超電導体の表面に垂直な磁場の成分を最小または無くすので、好ましい向きである。ほとんど垂直磁場成分が無いので、超電導体内での大きい垂直磁場損失が無くなる。
【００２５】
発明の詳細な説明
本発明は、超電導装置または組立体における交流損失を最小にするように構成された超電導テープ、超電導テープの製造方法、超電導テープの構成に関する。種々の組成を有する超電導テープがよく知られている。適切な高温超電導テープは、例えばＢｉ−２２２３超電導テープであり、次の超電導性材料群、すなわち、（ＹＢＣＯまたはＢＳＣＣＯのような）銅酸化物超電導体、二ホウ化物超電導体、金属超電導体のいずれから形成される超電導テープを含むが、これらに限定されるわけではない。
【００２６】
適切な高温超電導テープは平坦でもよいし、楕円形または長方形であってもよい。高温超電導テープは、通常約０．００１ｍｍから約１０ｍｍの厚さを有し、約０．５ｍｍから超電導組立体の構成に都合の良い値の幅を有する。ＨＴＳテープは、単芯かマルチフィラメントのいずれでもよく、薄膜か厚膜のいずれでもよく、パウダーインチューブか表面が被覆されたものでもよく、最終的な形状が平坦、楕円形または長方形のあらゆる種類の高温超電導体である。
【００２７】
ＨＴＳテープの単一層は、本発明の重ね型の実施形態において用いることができる。他の実施形態では、少なくとも２つのＨＴＳ層が本発明の利点を得るのに必要であるが、設計を考慮して必要な数の層を備えることは可能である。
【００２８】
ＨＴＳテープは、ＨＴＳテープを支持するのに用いられる「巻型」上に巻き付けられる。巻型は、円筒形、直方体、または他の形状でもよい。この巻型の構造は、直径が１インチから数ヤードの範囲にあり、長さが数インチから数ヤードの範囲内にある。ＨＴＳテープは、コイルを形成し、電気的にも物理的にもその効果を最大のものとするために、巻型構造全体の長手軸に対して、まさにほぼ垂直に巻き付けられるのが好ましい。高温超電導テープはまた、異なる電気的および物理的特性を有するコイルを形成するために、巻型構造の長手軸に対して異なる角度で巻き付けてもよい。テープは従来の製造技術を用いて巻型上に巻き付けられる。この工程では、従来のどのような巻型でも用いることができ、テープの巻き付けが終了すると、巻型はそのまま残してもよいし、取り除いてもよい。
【００２９】
これらのテープは、ＨＴＳテープ同志の間の全てのギャップが他のＨＴＳテープによって覆われるように互いに重なりあうように配置される。ＨＴＳテープは、超電導装置の端部で共に終端するほぼ平行な電導体である。
【００３０】
図１と図２は、従来技術の高温超電導線材またはＨＴＳテープが、従来技術の装置において磁場の中でいかに交流損失を生じるかを非常におおざっぱに説明している。
【００３１】
図１は、巻型上の従来技術の高温超電導テープの概略図１００の一例を示している。巻型１１６は、高温超電導テープを支持する。４つの高温超電導テープ１１０Ａ−Ｄの切断部分も示されている。高温超電導体１１０Ａ−Ｄは、別のテープ、同じテープの異なる断面、またはその組み合わせであってもよい。図１に示された巻型１１６は、高温超電導テープ１１０Ａ−Ｄが巻き付けられている円筒形、直方体、楕円形、または他の形状の巻型構造全体のほんの一部分である。高温超電導テープ１１０Ａ−Ｄは、全巻型構造の長手軸にまさにほぼ垂直に巻き付けられて示されているが、全巻型１１６構造の長手軸に対して異なる角度で巻き付けられてもよい。
【００３２】
各高温超電導テープ１１０Ａ−Ｄを流れる電流の方向が、それぞれ１１８Ａ−Ｄとして示されている。高温超電導テープ１１０Ａを流れる電流１１８Ａは、自己磁場ループ１１２Ａの方向を示している。磁場ループ１１２Ｂ、１１２Ｃ、１１２Ｄも、電流１１８Ｂ、１１８Ｃ、１１８Ｄのそれぞれに対して示されている。図１には、高温超電導テープ１１０Ｃと１１０Ｄの間のギャップ１１４も示されている。このギャップ１１４は、高温超電導テープ１１０Ａと１１０Ｂの間と、高温超電導テープ１１０Ｂと１１０Ｃの間にも同様に存在するが、符号が付されていないことに注意されたい。ギャップ１１４が存在するため、自己磁場はその磁場ループを完結することができる。図１は自己磁場ループ１１２Ａ−Ｄを単一の分離したループとして図示しているが、磁場強度は高温超電導テープ１１０Ａ−Ｄから離れるにつれて弱くなるが、磁場は無限に連続的であることに注意すべきである。
【００３３】
図２は、従来技術の装置における磁場に関してさらに詳細を示した、図１をさらに詳細にした図を示している。この詳細図は、３つの別の高温超電導テープ１１０Ａ−Ｃを示している。各高温超電導テープ１１０Ａ−Ｃを流れる電流の方向は、それぞれ１１８Ａ−Ｃとして示されている。高温超電導テープ１１０Ａを流れる交流電流１１８Ａは、交流の自己磁場ループ１１２Ａの方向を示している。電流１１８Ｂに対する交流の自己磁場ループ１１２Ｂもまた示されている。交流の自己磁場ループ１１２Ａは、高温超電導テープ１１０Ｂに侵入しているのが示されている。この高温超電導テープ１１０Ｂへの磁力線の侵入は、高温超電導テープ１１０Ｂの表面に垂直な角度から高温超電導テープ１１０Ｂに平行な角度までの範囲をとる。
【００３４】
交流の自己磁場ループ１１２Ａの垂直成分の高温超電導テープ１１０Ｂへの侵入は、この侵入が高温超電導テープ１１０Ｂにほぼ垂直なとき、高温超電導テープ１１０Ｂ内に、交流損失を生じる有害な電流１２０を生じる。さらに詳しい説明は、Ｗ．Ｔ．ノリス（Ｗ．Ｔ．Ｎｏｒｒｉｓ）， Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ３ （１９７０） ４８９−５０７、または、マーチン．Ｎ．ウィルソン（Ｍａｒｔｉｎ Ｎ．Ｗｉｌｓｏｎ）， 超電導マグネット（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｓ）， オックスフォード大学出版（Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ）， オックスフォード（Ｏｘｆｏｒｄ）， 英国（ＵＫ） １９８３を参照されたい。電流１１８Ｂが流れる高温超電導テープ１１０Ｂのように、各高温超電導テープ１１０が、その隣接する高温超電導テープ１１０Ｃへ侵入する自己磁場ループ１１２Ｂをいかに有するのかも示されている。
【００３５】
図１に示すように、局所的な自己磁場１１２Ａによって生じる磁場の垂直成分を減少させるか無くすと、交流損失はほぼ無くなる。高温超電導テープは異方的であるので、平行な磁場よりも垂直な磁場からのほうが、より大きな損失が生じる。現在の巻線技術は、高温超電導テープの間にギャップを形成させるような方法で、超電導体コイルと装置に高温超電導テープを巻き付けることができる。電流が高温超電導テープを流れると、これらのギャップにより、高温超電導テープの周囲に垂直磁場が生じ、これらの磁力線は隣の高温超電導テープへ侵入して、その結果、交流損失を生じる。
【００３６】
本発明の装置を描く図３に示された高温超電導テープ１１０Ａ−Ｄと高温超電導テープ２１０Ａ−Ｃは、個々の高温超電導テープである。図３において、高温超電導テープ１１０Ａ−Ｄと高温超電導テープ２１０Ａ−Ｃは平坦なものとして示されているが、適切な高温超電導テープは、楕円形または長方形であってもよい。図３では、第１の高温超電導テープ層３３０Ａおよび第２の高温超電導テープ層３３０Ｂの２層のみが示されているが、設計を考慮して必要な数の層を備えることは可能である。
【００３７】
超電導体を流れる「臨界電流」と呼ばれる所定の大きさの電流より大きな電流を流すと、超電導体は常電動状態、すなわち、もはや超電導ではなくなる。超電導材料の臨界電流以下の電流に対しては、この交互巻き付け構成は、集合磁場を超電導巻線の表面にほぼ平行、すなわち、好ましい方向にする一巻きの電流シートとみなせる。このように、垂直磁場成分がほとんどないので、隣の高温超電導テープに侵入する垂直磁場によって引き起こされる大きな交流損失は、超電導組立体の本体からとり除かれる。
【００３８】
輸送電流が超電導体の臨界電流以下のとき、輸送電流はコイルに沿う単位軸長当たり一定の輸送電流を有する１巻きの電流シートとみなせ、（終端領域を除いて）垂直磁場をほぼ最小にする状況である。１巻きの電流シートとみなせる電流を取り囲む図３の集合磁場ループ２１２は、巻線本体における高温超電導テープの表面にほぼ完全に平行である。
【００３９】
本発明の第１の好ましい実施形態は、超電導テープを交互に巻きつける実施形態である。本発明の交互に巻きつける実施形態を、本発明の第１の実施態様の交互に巻き付ける構成２００の切断面を示している図３を参照して、より明確に説明する。図３は、巻型１１６上の高温超電導テープ１１０Ａ−Ｄを示している。高温超電導テープ１１０Ａ−Ｄは、スペース、すなわちギャップ１１４によって分離されている（そのうちの１つが図示のために示されている）。高温超電導テープ１１０Ａ−Ｄは、第１の高温超電導テープ層３３０Ａ上に示されている。第２の高温超電導テープ層３３０Ｂの複数の高温超電導テープ２１０Ａ−２１０Ｃは、第１の高温超電導テープ層３３０Ａの上に配列して示されている。第２の高温超電導テープ層３３０Ｂの各高温超電導テープ２１０は、第１の高温超電導テープ層３３０Ａのギャップ１１４を覆う。例えば、高温超電導テープ２１０Ｃは、高温超電導テープ１１０Ｃと高温超電導テープ１１０Ｄの間のギャップ１１４を覆っている。電流１１８Ａは、第１の高温超電導テープ層３３０Ａの高温超電導テープ１１０Ａの電流の方向を示しており、電流２１８Ａは、第２の高温超電導テープ層３３０Ｂの高温超電導テープ２１０Ａの電流の方向を示している。全電流は、第１の高温超電導テープ層３３０Ａと第２の高温超電導テープ層３３０Ｂの双方における全ての高温超電導テープにおいて、同一方向に流れる。自己磁場ループ２１２は、全ての高温超電導テープ１１０Ａ−Ｄおよび全ての高温超電導テープ２１０Ａ−Ｃにおいて、それぞれ電流方向１１８Ａおよび２１８Ａに示された電流の合成によって生じる。自己磁場ループ２１２は、全ての高温超電導テープ１１０Ａ−Ｄと高温超電導テープ２１０Ａ−Ｃに平行であることに注意されたい。
【００４０】
第２の好ましい実施形態では、図４を参照してよりはっきりと説明されるように、重ね巻きつけ構成３００が用いられている。高温超電導テープの一方の側縁が巻型の表面上にのり、反対側の側縁が隣の高温超電導テープ上にのるように、高温超電導テープを巻き付けることによって、重ね型構成を形成している。
【００４１】
図４に示すように、複数の高温超電導テープ５１０Ａ−Ｈが巻型１１６上に巻き付けられている。電流方向５１２Ａと電流方向５１２Ｂは、それぞれ高温超電導テープ５１０Ｇと５１０Ｆ内の電流方向を示している。その他の全ての電流線は全く示されていないが、これらは全て、電流方向５１２Ａと５１２Ｂと同じ方向である。高温超電導テープ５１０Ａ−Ｈ内を流れる合成電流によって生じる自己磁場ループ２１２は、高温超電導テープ５１０Ａ−Ｈとほぼ平行である。端領域３１０Ａと端領域３１０Ｂは、自己磁場ループ２１２が超電導組立体の外部において完成するのを示している。前述したように、端部を巻いている高温超電導テープ５１２Ａと５１２Ｈにおいては、交流損失をもたらす、磁場ループ２１２の垂直成分がいくらか存在している。しかしながら、この重ね巻き付け構成３００では、端部以外の高温超電導テープには、自己磁場２１２の垂直成分はほとんどないので、交流損失を最小化できる。
【００４２】
本実施形態における高温超電導テープ５１０Ａ−Ｈの巻きつけ部は、個々の高温超電導テープの巻きつけ部であるが、任意の数の平行なテープでよい。高温超電導テープ５１０Ａ−Ｈは平坦に示されているが、楕円形または長方形にしてもよい。高温超電導テープ５１０Ａ−Ｈは、巻型１１６の長手軸に対してほぼ垂直方向に、巻型１１６のまわりに巻き付けられるのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
１つの高温超電導テープの自己磁場が隣の高温超電導テープに与える一般的な効果を説明する典型的な従来技術の装置の断面図である。
【図２】
１つの高温超電導テープの自己磁場が隣の高温超電導テープに与える一般的な効果を説明する典型的な従来技術の装置の拡大図である。
【図３】
本発明による、高温超電導テープ線材組立体における交互巻き付け構成を説明する、本発明の典型的な装置の断面図である。
【図４】
本発明による、高温超電導テープ線材組立体における重ね巻き付け構成を説明する、本発明の典型的な装置の断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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