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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5993375
(24)【登録日】2016年8月26日
(45)【発行日】2016年9月14日
(54)【発明の名称】超電導部品
(51)【国際特許分類】
H01B 12/06 20060101AFI20160901BHJP
H01B 13/00 20060101ALI20160901BHJP
H01L 39/02 20060101ALI20160901BHJP
H01R 4/68 20060101ALI20160901BHJP
【ＦＩ】
H01B12/06ZAA
H01B13/00 561Z
H01L39/02 D
H01R4/68
【請求項の数】10
【全頁数】21
(21)【出願番号】特願2013-529292(P2013-529292)
(86)(22)【出願日】2011年9月14日
(65)【公表番号】特表2013-543631(P2013-543631A)
(43)【公表日】2013年12月5日
(86)【国際出願番号】US2011051568
(87)【国際公開番号】WO2012037231
(87)【国際公開日】20120322
【審査請求日】2014年8月26日
(31)【優先権主張番号】12/882,654
(32)【優先日】2010年9月15日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】505448796
【氏名又は名称】スーパーパワー インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100088616
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邉 一平
(74)【代理人】
【識別番号】100089347
【弁理士】
【氏名又は名称】木川 幸治
(74)【代理人】
【識別番号】100154379
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 博幸
(74)【代理人】
【識別番号】100154829
【弁理士】
【氏名又は名称】小池 成
(72)【発明者】
【氏名】シェ，イ−ユアン
(72)【発明者】
【氏名】レンセス，ケネス，ピー．
(72)【発明者】
【氏名】ウォーターマン，ジャスティン
(72)【発明者】
【氏名】セルヴァマニカム，ヴェンカット
【審査官】
北嶋 賢二
(56)【参考文献】
【文献】
特表２００７−５２５７９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−２４０１００（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−２１８００８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２０１０／０１１７３９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特表２００３−５０５８８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００８−５３８６４８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｂ １２／０６
Ｈ０１Ｂ １３／００
Ｈ０１Ｌ ３９／０２
Ｈ０１Ｒ ４／６８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
公称厚さｔｎ１を有する、第１の積層導体セグメントであって、第１および第２の超電導セグメントを含み、
前記第１の超電導セグメントは、第１の基板と、前記第１の基板の上を覆う第１の超電導層と、前記第１の超電導層の上を覆う第１の安定化層とを含み、前記第２の超電導セグメントは、第２の基板と、前記第２の基板の上を覆う第２の超電導層と、前記第２の超電導層の上を覆う第２の安定化層とを含み、
前記第１および第２の超電導セグメントは、前記第１の超電導層および前記第２の基板が前記第１の積層導体セグメントの内側に向かい、かつ前記第１の基板および前記第２の超電導層が前記第１の積層導体セグメントの外側に向かうように配設され、
公称厚さｔｎ２を有する、第２の積層導体セグメントであって、第３および第４の超電導セグメントを含み、
前記第３の超電導セグメントは、第３の基板と、前記第３の基板の上を覆う第３の超電導層と、前記第３の超電導層の上を覆う第３の安定化層とを含み、前記第４の超電導セグメントは、第４の基板と、前記第４の基板の上を覆う第４の超電導層と、前記第４の超電導層の上を覆う第４の安定化層とを含み、
前記第３および第４の超電導セグメントは、前記第３の超電導層および前記第４の基板が前記第２の積層導体セグメントの内側に向かい、かつ前記第３の基板および第４の超電導層が前記第２の積層導体セグメントの外側に向かうように配設され、
前記第１および第３の超電導セグメントをともに接続する第１のスプライスと、前記第２および第４の超電導セグメントをともに接続する第２のスプライスとを備える、接合領域であって、前記第１のスプライスは、前記接合領域の少なくとも一部分に沿って、前記第１および第３の超電導セグメントの両方の部分に隣接し、かつこれらを架橋し、前記第２のスプライスは、前記接合領域の少なくとも一部分に沿って、前記第２および第４の超電導セグメントの両方の部分に隣接し、かつこれらを架橋し、前記接合領域は、厚さｔｊｒを有し、ｔｊｒは、１．８ｔｎ１および１．８ｔｎ２のうちの少なくとも１つを超えない、接合領域と、
を備える、超電導部品。
前記第１の超電導セグメントは、第１の基板と、前記第１の基板の上を覆う第１の超電導層と、前記第１の超電導層の上を覆う第１の安定化層とを含み、前記第２の超電導セグメントは、第２の基板と、前記第２の基板の上を覆う第２の超電導層と、前記第２の超電導層の上を覆う第２の安定化層とを含み、
前記第１および第２の超電導セグメントは、前記第１の超電導層および前記第２の基板が前記第１の積層導体セグメントの内側に向かい、かつ前記第１の基板および前記第２の超電導層が前記第１の積層導体セグメントの外側に向かうように配設され、
公称厚さｔｎ２を有する、第２の積層導体セグメントであって、第３および第４の超電導セグメントを含み、
前記第３の超電導セグメントは、第３の基板と、前記第３の基板の上を覆う第３の超電導層と、前記第３の超電導層の上を覆う第３の安定化層とを含み、前記第４の超電導セグメントは、第４の基板と、前記第４の基板の上を覆う第４の超電導層と、前記第４の超電導層の上を覆う第４の安定化層とを含み、
前記第３および第４の超電導セグメントは、前記第３の超電導層および前記第４の基板が前記第２の積層導体セグメントの内側に向かい、かつ前記第３の基板および第４の超電導層が前記第２の積層導体セグメントの外側に向かうように配設され、
前記第１および第３の超電導セグメントをともに接続する第１のスプライスと、前記第２および第４の超電導セグメントをともに接続する第２のスプライスとを備える、接合領域であって、前記第１のスプライスは、前記接合領域の少なくとも一部分に沿って、前記第１および第３の超電導セグメントの両方の部分に隣接し、かつこれらを架橋し、前記第２のスプライスは、前記接合領域の少なくとも一部分に沿って、前記第２および第４の超電導セグメントの両方の部分に隣接し、かつこれらを架橋し、前記接合領域は、厚さｔｊｒを有し、ｔｊｒは、１．８ｔｎ１および１．８ｔｎ２のうちの少なくとも１つを超えない、接合領域と、
を備える、超電導部品。
【請求項2】
前記第１のスプライスは、超電導層を備える、請求項１に記載の部品。
【請求項3】
ｔｊｒは、１．６ｔｎ１および１．６ｔｎ２のうちの少なくとも１つを超えない、請求項１に記載の部品。
【請求項4】
ｔｊｒは、ｔｎ１およびｔｎ２のうちの少なくとも１つに実質的に等しい、請求項１に記載の部品。
【請求項5】
前記第１、第２、第３、および第４の超電導セグメントは、それぞれ、第１、第２、第３、および第４の緩衝層を含み、前記第１の緩衝層は、前記第１の基板と前記第１の超電導層との間に提供され、前記第２の緩衝層は、前記第２の基板と前記第２の超電導層との間に提供され、前記第３の緩衝層は、前記第３の基板と前記第３の超電導層との間に提供され、前記第４の緩衝層は、前記第４の基板と前記第４の超電導層との間に提供される、請求項１に記載の部品。
【請求項6】
前記部品は、約１００以上の寸法比を有する、請求項１に記載の部品。
【請求項7】
前記第１、第２、第３、および第４の超電導セグメントのそれぞれは、約１０以上の寸法比を有する、請求項１に記載の部品。
【請求項8】
前記第１のスプライスと前記第１および第３の超電導層との間に提供される、接着層をさらに備える、請求項１に記載の部品。
【請求項9】
前記接合領域は、約１００ナノオーム・ｃｍ２を超えない接合抵抗を有する、請求項１に記載の部品。
【請求項10】
第１の基板と、前記第１の基板の上を覆う第１の超電導層とを有する、第１の超電導セグメントと、
第２の基板と、前記第２の基板の上を覆う第２の超電導層とを有する、第２の超電導セグメントと、
前記第１および第２の超電導セグメントに接続する第１のスプライスを備える接合領域と、
を備え、
前記第１および第２の超電導セグメントは、前記第１および第２の超電導層が前記接合領域の内側に向かうように配設され、前記接合領域は、前記第１および第２の超電導層の全長に満たない距離で前記第１および第２の超電導層の重複セクションを構成する、超電導部品。
第２の基板と、前記第２の基板の上を覆う第２の超電導層とを有する、第２の超電導セグメントと、
前記第１および第２の超電導セグメントに接続する第１のスプライスを備える接合領域と、
を備え、
前記第１および第２の超電導セグメントは、前記第１および第２の超電導層が前記接合領域の内側に向かうように配設され、前記接合領域は、前記第１および第２の超電導層の全長に満たない距離で前記第１および第２の超電導層の重複セクションを構成する、超電導部品。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
超電導体材料は、技術社会によって長きにわたって知られ、理解されてきた。液体ヘリウム（４．２Ｋ）の使用を必要とする温度で超電導特性を呈する低温超電導体（低ＴｃまたはＬＴＳ）は、１９１１年から知られている。しかしながら、最近になってようやく、酸化物系の高温（高Ｔｃ）超電導体が発見された。１９８６年頃に、液体窒素温度（７７Ｋ）以上の温度で超電導特性を有する最初の高温超電導体（ＨＴＳ）、すなわち、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ（ＹＢＣＯ）が発見され、続いて、ここ１５年間で、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｙ（ＢＳＣＣＯ）等を含む、さらなる材料が開発されている。高Ｔｃ超電導体の開発は、液体ヘリウムに基づく比較的により高価な極低温の基礎構造ではなく、そのような超電導体を液体窒素とともに動作させる費用に一部起因して、そのような材料を組み込んだ超電導体構成要素および他のデバイスの経済的に実現可能な開発の可能性をもたらした。
【0002】
無数の潜在的応用の中で、産業は、発電、送電、配電、および蓄電のための応用を含む、電力産業におけるそのような材料の使用を展開しようとしてきた。この点に関しては、銅系の商用の電力構成要素の固有の抵抗が、年間数十億ドルもの電気の損失の原因になると推定されており、故に、電力産業は、送電および配電ケーブル、発電機、変圧器、および漏電遮断機／リミッタ等の電力構成要素での高温超電導体の利用に基づいて利益を得ようとしている。加えて、電力産業における高温超電導体の他の利点としては、従来技術に勝る、電力処理容量の３〜１０倍の増加、電力装置のサイズ（すなわち、面積）および重量の大幅な低減、より大きい安全性、および増加した容量が挙げられる。高温超電導体のそのような潜在的な利点は、依然として人を引き付ける状態を維持している一方で、数多くの技術的課題が、高温超電導体の製造および商品化において大規模に存在し続けている。
【0003】
高温超電導体の商品化と関連する課題の中で、その多くは、種々の電力構成要素の形成に利用することができる、超電導テープセグメントの製作に関して存在している。超電導テープセグメントの第１世代は、上述のＢＳＣＣＯ高温超電導体の使用を含む。この材料は、一般的に、別々のフィラメントの形態で提供され、典型的に銀である貴金属のマトリクスの中に埋め込まれる。そのような導体は、電力産業での実現のために必要とされる延長された長さ（例えば、約１キロメートル）で作製され得るが、材料および製造コストのため、そのようなテープは、広範囲に及ぶ商業的に実現可能な製品を表していない。
【0004】
故に、優れた商業的な実行可能性を有するＨＴＳテープにおいて、多くの関心が生じてきた。これらのテープは、典型的に、層状構造に依存しており、一般的に機械的支持を提供する可撓性基板と、該基板の上を覆い、随意に複数のフィルムを含む少なくとも１つの緩衝層と、該緩衝フィルムの上を覆うＨＴＳ層と、該超電導体層の上を覆う随意のキャッピング層と、および／またはキャッピング層の上を覆う、もしくは構造全体を囲む随意の電気的安定化層とを含む。しかしながら、これまでのところ、そのような第２世代のテープの完全な商品化の前に、数多くの工学的および製造的課題が残っている。
【0005】
故に、前述の内容を考慮すれば、超電導体の技術分野において、および特に、商業的に現実的な超電導テープの供給、その形成方法、およびそのような超電導テープを利用する電力構成要素において、種々の必要性が存在し続けている。そのような必要性のうちの１つは、実際の応用のために、破損したセグメントを修復するために、および他の同様の目的のために必要とされる、第２世代のＨＴＳテープの全長に延長するための好適な接合技術を有することである。
【発明の概要】
【0006】
一実施形態において、超電導部品は、第１および第２の超電導セグメントを含む第１の積層導体セグメントと、第３および第４の超電導セグメントを含む第２の積層導体セグメントとを含むことができる。第１の積層導体セグメントは、公称厚さｔｎ１を有することができ、第２の積層導体セグメントは、公称厚さｔｎ２を有することができる。超電導部品は、第１のスプライスおよび第２のスプライスを備える、接合領域をさらに含むことができる。第１のスプライスは、第１および第３の超電導セグメントをともに接続することができ、第２のスプライスは、第２および第４の超電導セグメントをともに接続することができる。第１のスプライスは、接合領域の少なくとも一部分に沿って、第１および第３の超電導セグメントの両方の部分に隣接し、かつこれらに重ねることができ、第２のスプライスは、接合領域の少なくとも一部分に沿って、第２および第４の超電導セグメントの両方の部分に隣接し、かつこれらに重ねることができる。接合領域は、厚さｔｊｒを有することができ、ｔｊｒは、１．８ｔｎ１および１．８ｔｎ２のうちの少なくとも１つを超えない。
【0007】
別の実施形態において、超電導部品は、第１の超電導セグメントと、第２の超電導セグメントとを含むことができる。第１の超電導セグメントは、第１の基板と、第１の基板の上を覆う第１の超電導層を有することができ、第２の超電導セグメントは、第２の基板と、第２の基板の上を覆う第２の超電導層とを有することができる。超電導部品は、第１および第２の超電導セグメントの間に銅セグメントをさらに含むことができる。第１および第２の超電導セグメントは、第１および第２の超電導層が銅セグメントに向かうように配設することができる。
【0008】
さらに別の実施形態において、超電導部品を形成する方法は、第１および第２の超電導テープを提供するステップを含むことができる。第１の超電導テープは、第１の基板の上を覆う第１の超電導層を含むことができ、第２の超電導テープは、第２の基板の上を覆う第２の超電導層を含むことができる。本方法は、第１の超電導テープを銅ストリップの第１の主要面に接着し、第２の超電導テープを銅ストリップの第２の主要面に接着するステップをさらに含むことができる。第１および第２の基板テープは、第１および第２の超電導層が銅ストリップに向かうように、および第１および第２の基板が銅ストリップから離れるように配設することができる。
【0009】
本開示は、添付図面を参照することによって、よりよく理解され得、その数多くの特徴および利点が当業者に明らかになり得る。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【0011】
異なる図面における同一の参照記号の使用は、同様または同一の項目を示す。
【発明を実施するための形態】
【0012】
図１を参照すると、本発明の実施形態による超電導部品１００の全般的な層状構造が表されている。超電導部品は、基板１０と、基板１０の上を覆う緩衝層１２と、超電導層１４と、続いて、典型的に貴金属であるキャッピング層１６と、典型的に銅等の非金属である安定化層１８とを含む。緩衝層１２は、複数の別個の膜から成り得る。安定化層１８は、超電導部品１００の外周に延在し、それによって、該超電導部品を覆い得る。
【0013】
基板１０は、一般的に、金属系であり、典型的に少なくとも２つの金属元素の合金である。特に好適な基板材料としては、ステンレス鋼合金、およびハステロイ（登録商標）またはインコネル（登録商標）合金群等の、ニッケル系金属合金が挙げられる。これらの合金は、膨張係数、引張強度、降伏強度、および伸長を含む、望ましいクリープ特性、化学的特性、および機械的特性を有する傾向がある。これらの金属は、一般的に、巻いたテープの形態で市販されており、典型的にリールツーリール処理を利用する、特に超電導テープの製造に好適である。
【0014】
基板１０は、典型的に、高い寸法比を有するテープ状の構成である。本明細書で使用される「寸法比」という用語は、基板またはテープの長さの、次に最も長い寸法、すなわち基板またはテープの幅に対する比率を示すために使用される。例えば、テープの幅は、一般的に、約０．１〜約１０ｃｍ程度であり、また、テープの長さは、典型的に、少なくとも約１００ｍであり、最も典型的には、約５００ｍよりも長い。実際に、基板１０を含む超電導テープは、１ｋｍ以上程度の長さを有し得る。故に、基板は、１０以上、約１０２以上、または約１０３以上程度のかなり高い寸法比を有し得る。特定の実施形態は、より長くかつより高く、１０４以上の寸法比を有する。
【0015】
一実施形態において、基板は、その後の超電導テープの構成層の蒸着に望ましい表面特性を有するように処理される。例えば、表面は、所望の平坦さおよび表面粗さまで研磨され得る。さらに、基板は、既知のＲＡＢｉＴＳ（ロール補助２軸テクスチャ化基板：Ｒｏｌｌ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｂｉａｘｉａｌｌｙ Ｔｅｘｔｕｒｅｄ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）技術等によって、当技術分野で理解されるように２軸テクスチャ化されるように処理され得るが、本明細書の実施形態は典型的に、上記の市販のニッケル系テープ等の、非テクスチャ化多結晶基板を利用する。
【0016】
緩衝層１２を参照すると、緩衝層は、単一の層であり得、またはより一般的には、複数の膜で構成され得る。最も典型的には、緩衝層は、一般的に膜の面内および面外の両方の結晶軸に沿って整列した結晶テクスチャを有する、２軸テクスチャ化膜を含む。そのような２軸テクスチャ化は、ＩＢＡＤによって達成され得る。当技術分野において理解されるように、ＩＢＡＤは、イオンビームアシスト蒸着（Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の略である頭字語であり、優れた超電導特性に対して望ましい結晶配向を有する超電導層のその後の形成に対して適切にテクスチャ化した緩衝層を形成するのに好都合に利用され得る技術である。酸化マグネシウムは、ＩＢＡＤ膜に最適な典型的な材料であり、約５〜約５０ナノメートル等の、約１〜約５００ナノメートル程度である。一般的に、ＩＢＡＤ膜は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，１９０，７５２号で定義および説明されているような、岩塩様の結晶構造を有する。
【0017】
緩衝層は、直接接触するように提供されるバリア膜等の付加的な膜を含み得、ＩＢＡＤ膜と基板との間に配置され得る。この点に関して、バリア膜は、イットリア等の酸化物から好都合に形成され得、ＩＢＡＤ膜から基板を隔離するように機能する。バリア膜はまた、窒化ケイ素等の非酸化物でも形成され得る。バリア膜の蒸着のための好適な技術としては、化学蒸着、およびスパッタリングを含む物理蒸着が挙げられる。バリア膜の典型的な厚さは、約１〜約２００ナノメートルの範囲内であり得る。さらに、緩衝層はまた、ＩＢＡＤ膜上に形成される、エピタキシャル成長させた膜を含み得る。この文脈において、エピタキシャル成長させた膜は、ＩＢＡＤ膜の厚さを増加させるのに有効であり、望ましくは、主として、ＭｇＯまたは他の適合性のある材料等の、ＩＢＡＤ層に利用されるものと同じ材料で作製され得る。
【0018】
ＭｇＯ系ＩＢＡＤ膜および／またはエピタキシャル膜を利用する実施形態において、ＭｇＯ材料と超電導層材料との間に格子不整合が存在する。故に、緩衝層は、別の緩衝膜をさらに含み得、この膜は特に、超電導層と下層のＩＢＡＤ膜および／またはエピタキシャル膜との間の格子定数の不整合を低減するために実装される。この緩衝膜は、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、マグネシア、セリア、ガドリニウムジルコニウム酸化物、ルテニウム酸ストロンチウム、マンガン酸ランタン、および一般的に、ペロブスカイト構造のセラミック材料等の材料で形成され得る。緩衝膜は、種々の物理蒸着技術によって蒸着され得る。
【0019】
前述では、ＩＢＡＤ等の、テクスチャ化処理によって緩衝積層体（層）の中に２軸テクスチャ化膜を実装することに主として焦点を当ててきたが、代替として、基板表面自体が２軸テクスチャ化され得る。この場合、緩衝層は、一般的に、緩衝層の中の２軸テクスチャ化を保存するように、テクスチャ化基板上にエピタキシャル成長させる。２軸テクスチャ化基板を形成するための１つのプロセスは、ＲＡＢｉＴＳ（ロール補助２軸テクスチャ化基板：Ｒｏｌｌ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｂｉａｘｉａｌｌｙ Ｔｅｘｔｕｒｅｄ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）として当技術分野で知られており、一般的に、当技術分野で理解されている。
【0020】
超電導層１４は、一般的に、高温超電導体（ＨＴＳ）層の形態である。ＨＴＳ材料は、典型的に、液体窒素の温度である７７Ｋを超える温度で超電導特性を呈する、高温超電導材料のいずれかから選択される。そのような材料としては、例えば、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ、Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏｚ、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｙ、Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｙ、およびＨｇＢａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ８＋ｙが挙げられる。材料の１つの種類としては、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘが挙げられ、式中、０≧ｘ＞１であり、ＲＥは、希土類元素または希土類元素の組み合わせである。前述したもののうち、一般的にＹＢＣＯとも称されるＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘが、好都合に利用され得る。ＹＢＣＯは、例えばサマリウムといった希土類元素材料等のドーパントを添加して、または添加せずに使用され得る。超電導層１４は、厚膜および薄膜形成技術を含む、種々の技術のいずれか１つによって形成され得る。好ましくは、高い蒸着率のためにパルスレーザー蒸着（ＰＬＤ）等の薄膜物理蒸着技術を使用することができ、または低コストで大きい表面積を処理するために化学蒸着技術を使用することができる。典型的に、超電導層は、超電導層１４と関連する所望の定格電流を得るために、約０．１〜約３０ミクロン程度の厚さを有し、最も典型的には、約１〜約５ミクロン等の、約０．５〜約２０ミクロン程度の厚さを有する。
【0021】
超電導部品はまた、キャッピング層１６と安定化層１８とを含み得、これらは一般的に、低抵抗の接触面を提供するために、および実際の使用における超電導体の焼損の防止を援助するように電気的な安定化を行うために実装される。より具体的には、層１６および層１８は、冷却に失敗した場合または臨界電流密度を超えた場合、および超電導層が超電導状態から移行して抵抗状態になる場合に、超電導体に沿った電荷の継続流を援助する。典型的に、安定化層と超電導層１４との間の望ましくない相互作用を防止するために、キャッピング層１６には貴金属が利用される。典型的な貴金属としては、金、銀、プラチナ、およびパラジウムが挙げられる。そのコストおよび全般的な利用し易さから、典型的に銀が使用される。キャッピング層１６は、典型的に、安定化層１８を超電導層１４の中に適用する際に使用される構成要素の望ましくない拡散を防止するのに十分に厚く作製されるが、一般的に、コスト的（原材料および処理コスト）な理由で薄く作製される。キャッピング層１６の典型的な厚さは、０．５〜約５．０ミクロン等の、約０．１〜約１０．０ミクロンの範囲内である。キャッピング層１６の蒸着には、ＤＣマグネトロンスパッタリング等の物理蒸着、ならびに無電解メッキ等の湿式化学処理、および電気メッキを含む、種々の技術が使用され得る。
【0022】
安定化層１８は、一般的に、超電導層１４の上を覆うように組み込まれ、具体的には、図１で示される特定の実施形態では、キャッピング層１６の上を覆って、これと直接接触する。安定化層１８は、過酷な環境条件および超電導クエンチに対する安定性を高めるための保護層／シャント層として機能する。この層は、一般的に、高密度で、熱的および導電性があり、超電導層が故障した場合、および超電導層の臨界電流を超えた場合に、電流をバイパスするように機能する。この層は、無電解メッキおよび電気メッキのような湿式化学処理、ならびに典型的に蒸着またはスパッタリングのような物理蒸着等の、種々の厚膜および薄膜形成技術のうちのいずれか１つによって形成され得る。この点に関して、キャッピング層１６は、その上に銅を蒸着するためのシード層として機能し得る。安定化層１８の典型的な厚さは、５〜約１５０ミクロン等の、０〜約１０００ミクロンの範囲である。
【0023】
超電導層が故障した場合、または超電導層の臨界電流を超えた場合に、適切に電流をバイパスするために、超電導部品の臨界電流が増加するにつれて、安定化層に電気的に連結される非貴金属の量を増加させることが必要であり得る。
【0024】
図２は、超電導テープ２０２がバルク銅２０４および２０６の間に埋め込まれる、例示的な超電導部品２００の横断面を示す。超電導テープ２０２は、超電導部品１００と同様でありえる。ここでは、類似した構造的特徴を示すために、同じ参照符号が利用される。構成層の説明は、下で繰り返されず、読者は、超電導部品の構成層に関して提供される詳細な説明を参照されたい。キャッピング層１６は、基板１０、緩衝層１２、超電導層１４の組み合わせの外周に延在し、それによって、超電導テープ２０２を包むことができる。同様に、安定化層１８を、キャッピング層１６の外周に延在させることができる。一実施形態では、安定化層１８を、キャッピング層上に電着することができる。存在するときに、安定化層１８は、約５ミクロン〜約５０ミクロン、さらに約１５ミクロン〜約１５ミクロン等の、約２．５ミクロン〜約１００ミクロンの範囲の厚さを有することができる。
【0025】
超電導テープ２０２は、はんだ２０８等によって、バルク銅層２０４および２０６に接着することができる。例えば、はんだ２０８は、インジウムはんだ、鉛−スズはんだ、またはスズ系はんだとすることができる。バルク銅層２０４および２０６は、超電導部品２００の長さに沿って延在する、銅ストリップの形態とすることができる。
【0026】
代替の実施形態において、バルク銅層は、チャネリング、ラッピング、またはダイ形成等によって、超電導テープ２０２の周囲に形成することができる。さらに、電気メッキされた銅の外層を適用して、超電導テープ２０２およびバルク銅層を含む構造全体を覆ってもよい。
【0027】
図３は、例示的な積層超電導部品３００の横断面を示す。積層超電導部品３００は、超電導テープ３０２および３０４を含むことができる。超電導テープ３０２および３０４は、超電導部品１００と同様なものとすることができる。超電導テープ３０２および３０４は、接着層３０６を使用して接合することができる。接着層３０６は、インジウムはんだ、鉛−スズはんだ、またはスズ系はんだ等のはんだ層とすることができる。超電導テープ３０２および３０４は、裏面対裏面構成で配設することができる。裏面対裏面構成において、超電導テープ３０２および３０４は、基板１０が超電導部品３００の内側に向かい、超電導層１４が超電導部品３００の外側に向かうように配設することができる。
【0028】
図４は、別の例示的な積層超電導部品４００を示す。超電導部品４００は、図３に関して上で説明したように、裏面対裏面構成で配設された、超電導テープ４０２および４０４を含む。超電導テープ４０２および４０４は、接着層４０６を使用して接合される。加えて、バルク銅層４０８は、超電導テープ４０２の超電導面に隣接して配設することができ、バルク銅４１０は、超電導テープ４０４の超電導面に隣接して配設することができる。バルク銅４０８および４１０は、接着層４０６によって、超電導テープ４０２および４０４に接合することができる。
【0029】
図５は、２つの積層超電導セグメント５０２および５０４がともに接合されて、裏面対裏面の積層超電導部品を接合するための超電導部品５００を形成する、領域を示す。図示されるように、積層超電導セグメント５０２および５０４は、端部対端部で配置されるように位置付けられる。特に、積層超電導セグメント５０２および５０４のそれぞれの端部は、一般に、接触面５０６で当接して接触するように、またはほぼ当接して接触するように位置付けられる。積層超電導セグメント５０２は、裏面対裏面構成で配設された、超電導テープ５０８および５１０を含むことができる。超電導テープ５０８および５１０は、接着層５１２によってともに保持することができる。同様に、積層超電導部品５０４は、裏面対裏面構成で配設され、接着層５１８によってともに保持される、超電導テープ５１４および５１６を含むことができる。
【0030】
図５で示される実施形態の特定の特徴によれば、超電導テープ５０８および５１４は、接合領域５２０に沿って、電気的および機械的にともに接合される。スプライス５２２は、超電導テープ５０８および５１４の間に電気的および機械的接続性を提供するように接合領域５２０を架けて提供される。同様に、超電導テープ５１０および５１６は、接合領域５２０に沿って、電気的および機械的にともに接合される。スプライス５２４は、超電導テープ５１０および５１６の間に電気的および機械的接続性を提供するように接合領域５２０を架けて提供される。図５で示される特定の実施形態において、スプライス５２２および５２４は、それぞれ、それぞれの超電導テープの層状構造に対して全体的に逆にした、層状超電導構造を含む。より具体的には、スプライス５２２および５２４は、超電導テープを形成するための基本的なプロセスフローに従って製造され、そして適切な長さに切断され得る。
【0031】
スプライス５２２は、接着層５２６の使用を通して、超電導テープ５０８および５１４に接着される。同様に、スプライス５２４は、接着層５２８の使用を通して、超電導テープ５１０および５１６に接着される。典型的に、接着層５２６および５２８は、インジウムはんだ、鉛−スズはんだ、またはスズ系はんだ等の、はんだで形成される。
【0032】
一実施形態において、スプライス５２２は、超電導テープ５０８および５１４と表面対表面ではんだ付けされる、超電導テープである。電流は、超電導テープ５０８の超電導層から、超電導テープ５０８の安定化層、接着層５２６、スプライス５２２の安定化層、そしてスプライス５２２の超電導層まで流れることができる。電流は、次いで、スプライス５２２の安定化層を通して、接着層５２６、超電導テープ５１４の安定化層、次いで最後に、超電導テープ５１４の超電導層まで逆に流れることができる。同様に、スプライス５２４は、超電導テープ５１０および５１６と表面対表面ではんだ付けされる、超電導テープである。電流は、超電導テープ５１０の超電導層から、超電導テープ５１０の安定化層、接着層５２８、スプライス５２４の安定化層、およびスプライス５２４の超電導層まで流れることができる。電流は、次いで、スプライス５２４の安定化層を通して、接着層５２８、超電導テープ５１６の安定化層、次いで最後に、超電導テープ５１６の超電導層まで逆に流れることができる。
【0033】
本明細書で説明される実施形態によれば、スプライスは、一般的に、超電導層を組み込む。この特定の態様は、望ましくは、低接合抵抗を確保するのを援助する。特に、本明細書の実施形態によれば、本明細書で説明されるもの等の接合構造を組み込む超電導部品は、５０ナノオーム・ｃｍ２を超えない、さらには２５ナノオーム・ｃｍ２を超えない等の、約１００ナノオーム・ｃｍ２を超えない接合抵抗を有する。加えて、接合抵抗は、放散された熱に関して定量化され得、接合部あたり０．００２５Ｗ・ｃｍ２を超えない等の、０．００５Ｗ・ｃｍ２を超えない上限を伴う。
【0034】
図６は、２つの積層超電導セグメント６０２および６０４がともに接合されて、超電導部品６００を形成する、代替の接合構造を示す。積層超電導セグメント６０２は、裏面対裏面構成で配設された、超電導テープ６０６および６０８を含むことができる。同様に、積層超電導部品６０４は、裏面対裏面構成で配設された、超電導テープ６１０および６１２を含むことができる。図示されるように、積層超電導セグメント６０２および６０４は、オフセット様式で、端部対端部で配置されるように位置付けられる。特に、積層超電導セグメント６０２は、超電導テープ６０８が超電導テープ６０６の端部を過ぎて延在する、張り出し領域６１４を有することができる。同様に、積層超電導セグメント６０４は、超電導テープ６１０が超電導テープ６１２の端部を過ぎて延在する、張り出し領域６１６を有することができる。張り出し領域６１４および６１６は、重複させることができ、超電導テープ６０６および６１０のそれぞれ端部が、一般に、接触面６１８で当接して接触すること、またはほぼ当接して接触することを可能にする。同様に、超電導テープ６０８および６１２のそれぞれの端部は、接触面６２０が超電導部品６００の長さに沿って接触面６１８からオフセットされた状態で、一般に、接触面６２０で当接して接触すること、またはほぼ当接して接触することができる。接合領域６２２および６２４は、図７および図８でさらに詳細に示される。
【0035】
図７は、接合領域６２２の詳細図を提供する。超電導テープ６０６および６１０のそれぞれの端部は、一般に、接触面６１８で当接して接触するように、またはほぼ当接して接触するように配設することができる。超電導テープ６０８は、超電導テープ６０６の端部を過ぎて延在し、かつ裏面対裏面構成で超電導テープ６１０の少なくとも一部分と重複させることができる。接着層６２４は、超電導テープ６０６および超電導テープ６１０の両方に、超電導テープ６０８を接着することができる。
【0036】
超電導テープ６０６および６１０は、接合領域６２２に沿って、電気的および機械的にともに接合することができる。スプライス６２６は、超電導テープ６０６および６０８の間に電気的および機械的接続性を提供するように接合領域６２２を架けて提供される。スプライス６２６は、超電導テープ６０６および６１０の層状構造に対して全体的に逆にした、層状超電導構造を含むことができる。スプライス６２６は、接着層６２８の使用を通して、超電導テープ６０６および６１０に接着することができる。
【0037】
一実施形態において、スプライス６２６は、超電導テープ６０６および６１０と表面対表面ではんだ付けされる、超電導テープである。電流は、超電導テープ６０６の超電導層から、超電導テープ６０６の安定化層、接着層６２８、スプライス６２６の安定化層、そしてスプライス６２６の超電導層まで流れることができる。電流は、次いで、スプライス６２６の安定化層を通して、接着層６２８、超電導テープ６１０の安定化層、次いで最後に、超電導テープ６１０の超電導層まで逆に流れることができる。
【0038】
図８は、接合領域６２４の詳細図を提供する。超電導テープ６０８および６１２のそれぞれの端部は、一般に、接触面６２０で当接して接触するように、またはほぼ当接して接触するように配設することができる。超電導テープ６１０は、超電導テープ６１２の端部を過ぎて延在し、かつ裏面対裏面構成で超電導テープ６０８の少なくとも一部分と重複させることができる。接着層６３０は、超電導テープ６０６および超電導テープ６１２の両方に、超電導テープ６１０を接着することができる。
【0039】
超電導テープ６０８および６１２は、接合領域６２４に沿って、電気的および機械的にともに接合することができる。スプライス６３２は、超電導テープ６０８および６１２の間に電気的および機械的接続性を提供するように接合領域６２４を架けて提供される。スプライス６３２は、超電導テープ６０８および６１２の層状構造に対して全体的に逆にした、層状超電導構造を含むことができる。スプライス６３２は、接着層６３４の使用を通して、超電導テープ６０８および６１２に接着することができる。
【0040】
一実施形態において、スプライス６２４は、超電導テープ６０８および６１２と表面対表面ではんだ付けされる、超電導テープである。電流は、超電導テープ６０８の超電導層から、超電導テープ６０８の安定化層、接着層６３４、スプライス６２４の安定化層、そしてスプライス６２４の超電導層まで流れることができる。電流は、次いで、スプライス６２４の安定化層を通して、接着層６３４、超電導テープ６１２の安定化層、次いで最後に、超電導テープ６１２の超電導層まで逆に流れることができる。
【0041】
図６を参照すると、各積層超電導セグメント６０２および６０４は、それぞれ、公称厚さｔｎ１およびｔｎ２を有することができる。これらの公称厚さは、特に張り出し領域６１４および６１６を除いて、セグメントの長さの大部分に沿った、それぞれのセグメントの厚さに対応する。
【0042】
オフセットした接合領域６２２および６２４は、比較的低い外形の接合部の形成を可能にすることができる。さらに詳細には、特に図６を参照すると、接合領域６２２は、厚さｔｊｒ１を有し、接合領域６２４は、厚さｔｊｒ２を有する。一般的に、接合領域ｔｊｒ１の厚さは、１．８ｔｎ１および１．８ｔｎ２のうちの少なくとも１つを超えず、接合領域ｔｊｒ２の厚さは、１．８ｔｎ１および１．８ｔｎ２のうちの少なくとも１つを超えない。しばしば、各接合領域の外形は、約１．６ｔｎ１または１．６ｔｎ２を超えない。さらに、接合領域の厚さは、１．５ｔｎ１および１．５ｔｎ２のうちの少なくとも１つを超えない、または１．３ｔｎ１および１．３ｔｎ２のうちの少なくとも１つを超えない等、さらに低減することができる。一実施形態によれば、接合厚さは、超電導セグメントの少なくとも１つの公称厚さに実質的に等しい。図に示されていないが、接合領域の厚さは、超電導セグメントの一方または両方の厚さよりも薄くなり得る。
【0043】
図９は、例示的な積層超電導部品９００の横断面を示す。積層超電導部品９００は、超電導テープ９０２および９０４を含むことができる。超電導テープ９０２および９０４は、超電導部品１００と同様なものとすることができる。超電導テープ９０２および９０４は、接着層９０６を使用して接合することができる。接着層９０６は、インジウムはんだ、鉛−スズはんだ、またはスズ系はんだ等のはんだ層とすることができる。超電導テープ９０２および９０４は、表面対裏面構成で配設することができる。表面対裏面構成において、超電導テープ９０２は、基板１０が超電導部品９００の内側に向かい、超電導層１４が超電導部品９００の外側に向かうように配設することができる一方で、超電導テープ９０４は、基板１０が超電導部品９００の外側に向かい、超電導層１４が超電導部品９００の内側に向かうように配設することができる。
【0044】
図１０は、２つの積層超電導セグメント１００２および１００４がともに接合されて、超電導部品１０００を形成する、領域を示す。積層超電導セグメント１００２は、表面対裏面構成で配設された、超電導テープ１００６および１００８を含むことができる。超電導テープ１００６および１００８は、接着層１０１０によってともに保持することができる。同様に、積層超電導部品１００４は、表面対裏面構成で配設されて、接着層１０１０によってともに保持される、超電導テープ１０１２および１０１４を含むことができる。図示されるように、積層超電導セグメント１００２および１００４は、端部対端部で配置されるように位置付けられる。特に、超電導テープ１００６および１０１２は、一般に、接触面１０１８で当接して接触するように、またはほぼ当接して接触するように位置付けることができる。加えて、超電導テープ１００８および１０１４は、一般的な配列で位置付け、空隙１０２０によって分離することができる。
【0045】
図１０で示される実施形態の特定の特徴によれば、超電導テープ１００６および１０１２は、電気的および機械的にともに接合される。スプライス１０２２は、超電導テープ１００６および１０１２の間に電気的および機械的接続性を提供するために、空隙１０２０内に提供することができ、テープ１００６および１０１２のそれぞれの端部分と重複させることができる。同様に、超電導テープ１００８および１０１４は、電気的および機械的にともに接合される。スプライス１０２４は、超電導テープ１００８および１０１４の間に電気的および機械的接続性を提供するために、空隙１０２０を架け、テープ１００８および１０１４のそれぞれの端部分と重複させることで提供される。図１０で示される特定の実施形態において、スプライス１０２２および１０２４は、それぞれ、それぞれの超電導テープの層状構造に対して全体的に逆にした、層状超電導構造を含む。
【0046】
スプライス１０２２は、接着層１０１０の使用を通して、超電導テープ１００６および１０１２に接着される。同様に、スプライス１０２４は、接着層１０２８の使用を通して、超電導テープ１００８および１０１４に接着される。典型的に、接着層１０１０および１０２８は、インジウムはんだ、鉛−スズはんだ、またはスズ系はんだ等の、はんだで形成される。
【0047】
一実施形態において、スプライス１０２２は、超電導テープ１００６および１０１２と表面対表面ではんだ付けされる、超電導テープである。電流は、超電導テープ１００６の超電導層から、超電導テープ１００６の安定化層、接着層１０１０、スプライス１０２２の安定化層、そしてスプライス１０２２の超電導層まで流れることができる。電流は、次いで、スプライス１０２２の安定化層を通して、接着層１０１０、超電導テープ１０１２の安定化層、次いで最後に、超電導テープ１０１２の超電導層まで逆に流れることができる。同様に、スプライス１０２４は、超電導テープ１００８および１０１４と表面対表面ではんだ付けされる、超電導テープである。電流は、超電導テープ１００８の超電導層から、超電導テープ１００８の安定化層、接着層１０２８、スプライス１０２４の安定化層、そしてスプライス１０２４の超電導層まで流れることができる。電流は、次いで、スプライス１０２４の安定化層を通して、接着層１０２８、超電導テープ１０１４の安定化層、次いで最後に、超電導テープ１０１４の超電導層まで逆に流れることができる。
【0048】
図１１は、２つの積層超電導セグメント１１０２および１１０４がともに接合されて、表面対裏面の積層超電導部品を接合するための超電導部品１１００を形成する、領域を示す。積層超電導セグメント１１０２は、表面対裏面構成で配設された、超電導テープ１１０６および１１０８を含むことができる。超電導テープ１１０６および１１０８は、接着層１１１０によってともに保持することができる。積層超電導セグメント１１０２の端部は、超電導テープ１１０６の一部分が１１０８の端部を超えて延在するようにオフセットすることができる。同様に、積層超電導部品１１０４は、裏面対裏面構成で配設され、接着層１１１６によってともに保持される、超電導テープ１１１２および１１１４を含むことができる。加えて、超電導テープ１１１４の一部分は、超電導テープ１１１２の端部を超えて延在することができる。
【0049】
図示されるように、積層超電導セグメント１１０２および１１０４は、互いに逆にすることができる。加えて、積層超電導セグメント１１０２および１１０４は、超電導テープ１１０６および１１１２が部分的に重複し、超電導テープ１１０８および１１１４が部分的に重複するように位置付けることができる。超電導テープ１１０８および１１１２は、接触面１１１８で当接して接触するように、またはほぼ当接して接触するように位置付けることができる。図１１で示される実施形態の特定の特徴によれば、超電導テープ１１０６および１１１２は、接着層１１１０によって、電気的および機械的にともに接合することができる。同様に、超電導テープ１１０８および１１１４は、接着層１１１６によって電気的および機械的にともに接合することができる。
【0050】
一実施形態において、電流は、超電導テープ１１０６の超電導層から、超電導テープ１１０６の安定化層、接着層１１１０、超電導テープ１１１２の安定化層、次いで最後に、超電導テープ１１１２の超電導層まで流れることができる。同様に、電流は、超電導テープ１１０８の超電導層から、超電導テープ１１０８の安定化層、接着層１１１６、超電導テープ１１１４の安定化層、次いで最後に、超電導テープ１１１４の超電導層まで流れることができる。
【0051】
図１２は、例示的な積層超電導部品１２００の横断面を示す。積層超電導部品１２００は、超電導テープ１２０２および１２０４を含むことができる。超電導テープ１２０２および１２０４は、超電導部品１００と同様なものとすることができる。超電導テープ１２０２および１２０４は、接着層１２０６を使用して接合することができる。接着層１２０６は、インジウムはんだ、鉛−スズはんだ、またはスズ系はんだ等のはんだ層とすることができる。超電導テープ１２０２および１２０４は、表面対表面構成で配設することができる。表面対表面構成において、超電導テープ１２０２および１２０４は、基板１０が超電導部品１２００の外側に向かい、超電導層１４が超電導部品１２００の内側に向かうように配設することができる。
【0052】
図１３は、別の例示的な積層超電導部品１３００を示す。超電導部品１３００は、図１２に関して上で説明したように、表面対表面構成で配設された、超電導テープ１３０２および１３０４を含む。加えて、バルク銅層１３０６を、超電導テープ１３０２および１３０４の間に配設することができる。超電導テープ１３０２は、接着層１３０８によってバルク銅層１３０６の第１の側に接合することができ、超電導テープ１３０４は、接着層１３１０によってバルク銅層１３０６の第２の側に接合することができる。そのような積層導体構造において、電流は、２つの超電導層と安定化層との間で共有することができる。安定化のレベルに対する重要な要因である正常状態抵抗および導体の単位長さあたりの質量は、バルク銅層の厚さおよび抵抗率を調節することによって操作することができる。一実施形態において、バルク銅層の厚さは、少なくとも約５０ミクロン、さらには少なくとも約７５ミクロン等の、少なくとも約２５ミクロンとすることができる。加えて、安定化層１８の厚さは、約５ミクロン〜約５０ミクロン、さらには約１５ミクロン〜約２５ミクロン等の、約２．５ミクロン〜約１００ミクロンの範囲とすることができる。
【0053】
図１４は、２つの積層超電導セグメント１４０２および１４０４がともに接合されて、超電導部品１４００を形成する、例示的な接合構造を示す。積層超電導セグメント１４０２は、表面対表面構成で配設された、超電導テープ１４０６および１４０８を含むことができる。同様に、積層超電導部品１４０４は、表面対表面構成で配設された、超電導テープ１４１０および１４１２を含むことができる。図示されるように、積層超電導セグメント１４０２および１４０４は、端部対端部で配設される。特に、超電導テープ１４０６および１４０８は、積層超電導セグメント１４０２の端部で分離され、超電導テープ１４１０および１４１２は、積層超電導セグメント１４０４の端部で分離される。超電導テープ１４０６および１４１０、ならびに超電導テープ１４０８および１４１２のそれぞれの端部は、一般に、それぞれ、接触面１４１８および１４２２で、当接して接触するように、またはほぼ当接して接触するように位置付けられる。加えて、超電導テープ１４０６および１４１０は、接合領域１４２６に沿って、電気的および機械的にともに接合することができる。スプライス１４２０は、超電導テープ１４０６および１４１０の間に電気的および機械的接続性を提供するように接触面１４１８を架けて提供される。同様に、超電導テープ１４０８および１４１２は、接合領域１４２６に沿って、電気的および機械的にともに接合することができる。スプライス１４２４は、超電導テープ１４０８および１４１２の間に電気的および機械的接続性を提供するように、接触面１４２２を架けて提供される。接合領域１４２６は、図１５でさらに詳細に示される。
【0054】
図１５は、接合領域１４２８の詳細図を提供する。超電導テープ１４０６および１４１０のそれぞれの端部は、一般に、接触面１４１８で当接して接触するように、またはほぼ当接して接触するように配設することができる。スプライス１４２０は、超電導テープ１４０６および１４１０の間に電気的および機械的接続性を提供するように接触面１４１８を架けることができる。接着層１４２４は、超電導テープ１４０６および１４１０に、スプライス１４２０を接着することができる。同様に、超電導テープ１４０８および１４１２のそれぞれの端部は、一般に、接触面１４２２で当接して接触するように、またはほぼ当接して接触するように配設することができる。スプライス１４２４は、超電導テープ１４０８および１４１２の間に電気的および機械的接続性を提供するように接触面１４２２を架けることができる。接着層１４２６は、超電導テープ１４０８および１４１２に、スプライス１４２２を接着することができる。加えて、超電導テープ１４０６と１４０８との間の空間１４３０、および超電導テープ１４１０と１４１２間の空間１４３２は、接着層１４２４および１４２６の材料等で満たすことができる。
【0055】
一実施形態において、スプライス１４２０は、超電導テープ１４０６および１４１０と表面対表面ではんだ付けされる、超電導テープである。電流は、超電導テープ１４０６の超電導層から、超電導テープ１４０６の安定化層、接着層１４２４、スプライス１４２０の安定化層、そしてスプライス１４２０の超電導層まで流れることができる。電流は、次いで、スプライス１４２０の安定化層を通して、接着層１４２４、超電導テープ１４１０の安定化層、次いで最後に、超電導テープ１４１０の超電導層まで逆に流れることができる。同様に、スプライス１４２４は、超電導テープ１４０８および１４１２と表面対表面ではんだ付けされる、超電導テープである。電流は、超電導テープ１４０８の超電導層から、超電導テープ１４０８の安定化層、接着層１４２６、スプライス１４２４の安定化層、そしてスプライス１４２４の超電導層まで流れることができる。電流は、次いで、スプライス１４２４の安定化層を通して、接着層１４２６、超電導テープ１４１２の安定化層、次いで最後に、超電導テープ１４１２の超電導層まで逆に流れることができる。
【0056】
図１６は、２つの積層超電導セグメント１６０２および１６０４がともに接合されて、超電導部品１６００を形成する、代替の接合構造を示す。積層超電導セグメント１６０２は、超電導テープ１６０６の端部を超えて延在する超電導テープ１６０８の一部分を伴う、表面対表面構成で配設された、超電導テープ１６０６および１６０８を含むことができる。同様に、積層超電導部品１６０４は、超電導テープ１６１２の端部を超えて延在する超電導テープ１６１０の一部分を伴う、表面対表面構成で配設された、超電導テープ１６１０および１６１２を含むことができる。図示されるように、積層超電導セグメント１６０２および１６０４は、端部対端部で配設される。特に、超電導テープ１６０６および１６０８は、積層超電導セグメント１６０２の端部で分離され、超電導テープ１６１０および１６１２は、積層超電導セグメント１６０４の端部で分離される。超電導テープ１６０６および１６１０、ならびに超電導テープ１６０８および１６１２のそれぞれの端部は、一般に、それぞれ、接触面１６１４および１６１６で、当接して接触するように、またはほぼ当接して接触するように位置付けられる。接触面１６１４および１６１６は、超電導部品１６００の長さに沿って、互いにオフセットすることができる。加えて、超電導テープ１６０６および１６１０は、接合領域１６１８に沿って、電気的および機械的にともに接合することができる。スプライス１６２０は、超電導テープ１６０６および１６１０の間に電気的および機械的接続性を提供するように接触面１６１４を架けて提供される。同様に、超電導テープ１６０８および１６１２は、接合領域１６１８に沿って、電気的および機械的にともに接合することができる。スプライス１６２２は、超電導テープ１６０８および１６１２との間に電気的および機械的接続性を提供するように接触面１６１６を架けて提供される。接合領域１６１８は、図１７でさらに詳細に示される。
【0057】
図１７は、接合領域１６１８の詳細図を提供する。超電導テープ１６０６および１６１０のそれぞれの端部は、一般に、接触面１６１４で当接して接触するように、またはほぼ当接して接触するように配設することができる。スプライス１６２０は、超電導テープ１６０６および１６１０の間に電気的および機械的接続性を提供するように接触面１６１４を架けることができる。同様に、超電導テープ１６０８および１６１２のそれぞれの端部は、一般に、接触面１６１６で当接して接触するように、またはほぼ当接して接触するように配設することができる。スプライス１６２２は、超電導テープ１６０８および１６１２の間に電気的および機械的接続性を提供するように接触面１６１６を架けることができる。
【0058】
一実施形態において、スプライス１６２０は、超電導テープ１６０６および１６１０と表面対表面ではんだ付けされる、超電導テープである。電流は、超電導テープ１６０６の超電導層から、超電導テープ１６０６の安定化層、接着層、スプライス１６２０の安定化層、そしてスプライス１６２０の超電導層まで流れることができる。電流は、次いで、スプライス１６２０の安定化層を通して、接着層、超電導テープ１６１０の安定化層、次いで最後に、超電導テープ１６１０の超電導層まで逆に流れることができる。同様に、スプライス１６２２は、超電導テープ１６０８および１６１２と表面対表面ではんだ付けされる、超電導テープである。電流は、超電導テープ１６０８の超電導層から、超電導テープ１６０８の安定化層、接着層、スプライス１６２２の安定化層、そしてスプライス１６２２の超電導層まで流れることができる。電流は、次いで、スプライス１６２２の安定化層を通して、接着層、超電導テープ１６１２の安定化層、次いで最後に超電導テープ１６１２の超電導層まで逆に流れることができる。
【0059】
図１８は、２つの積層超電導セグメント１８０２および１８０４がともに接合されて、超電導部品１８００を形成する、代替の接合構造を示す。構造は、図１６で示される構造と同様であるが、各超電導セグメントの超電導テープの間にバルク銅層が加えられている。具体的には、積層超電導セグメント１８０２は、超電導テープ１８０６の端部を超えて延在する超電導テープ１８０８の一部分を伴う、表面対表面構成で配設された、超電導テープ１８０６および１８０８を含むことができる。積層超電導セグメント１８０２の少なくとも一部分に沿って、バルク銅層１８１０を超電導テープ１８０６および１８０８の間に存在させることができる。同様に、積層超電導部品１８０４は、超電導テープ１８１４の端部を超えて延在する超電導テープ１８１２の一部分を伴う、表面対表面構成で配設された、超電導テープ１８１２および１８１４を含むことができる。積層超電導セグメント１８０４の少なくとも一部分に沿って、バルク銅層１８１６を超電導テープ１８１２および１８１４の間に存在させることができる。
【0060】
図示されるように、積層超電導セグメント１８０２および１８０４は、端部対端部で配設される。特に、超電導テープ１８０６および１８０８は、積層超電導セグメント１８０２の端部で分離され、超電導テープ１８１２および１８１４は、積層超電導セグメント１８０４の端部で分離される。超電導テープ１８０６および１８１２、ならびに超電導テープ１８０８および１８１４のそれぞれの端部は、一般に、それぞれ、接触面１８１８および１８２０で、当接して接触するように、またはほぼ当接して接触するように位置付けられる。接触面１８１８および１８２０は、超電導部品１８００の長さに沿って、互いにオフセットすることができる。加えて、超電導テープ１８０６および１８１２は、接合領域１８２２に沿って、電気的および機械的にともに接合することができる。スプライス１８２４は、超電導テープ１８０６および１８１２の間に電気的および機械的接続性を提供するように接触面１８１８を架けて提供することができる。同様に、超電導テープ１８０８および１８１２は、接合領域１８２２に沿って、電気的および機械的にともに接合することができる。スプライス１８２６は、超電導テープ１８０８および１８１４の間に電気的および機械的接続性を提供するように接触面１８２０を架けて提供される。接合領域１８２２は、図１９でさらに詳細に示される。
【0061】
図１９は、接合領域１８１８の詳細図を提供する。超電導テープ１８０６および１８１２のそれぞれの端部は、一般に、接触面１８１８で当接して接触するように、またはほぼ当接して接触するように配設することができる。スプライス１８２４は、超電導テープ１８０６および１８１２の間に電気的および機械的接続性を提供するように接触面１８１８を架けることができる。同様に、超電導テープ１８０８および１８１４のそれぞれの端部は、一般に、接触面１８２０で当接して接触するように、またはほぼ当接して接触するように配設することができる。スプライス１８２６は、超電導テープ１８０８および１８１４の間に電気的および機械的接続性を提供するように接触面１８２０を架けることができる。スプライス１８２４および１８２６は、バルク銅層１８１０および１８１６の端部の間の空隙内に位置させることができる。
【0062】
一実施形態において、スプライス１８２４は、超電導テープ１８０６および１８１２と表面対表面ではんだ付けされる、超電導テープである。電流は、超電導テープ１８０６の超電導層から、超電導テープ１８０６の安定化層、接着層、スプライス１８２４の安定化層、そしてスプライス１８２４の超電導層まで流れることができる。電流は、次いで、スプライス１８２４の安定化層を通して、接着層、超電導テープ１８１２の安定化層、次いで最後に、超電導テープ１８１２の超電導層まで逆に流れることができる。同様に、スプライス１８２６は、超電導テープ１８０８および１８１４と表面対表面ではんだ付けされる、超電導テープである。電流は、超電導テープ１８０８の超電導層から、超電導テープ１８０８の安定化層、接着層、スプライス１８２６の安定化層、そしてスプライス１８２６の超電導層まで流れることができる。電流は、次いで、スプライス１８２６の安定化層を通して、接着層、超電導テープ１８１４の安定化層、次いで最後に、超電導テープ１８１４の超電導層まで逆に流れることができる。
【0063】
積層超電導部品を形成する方法を参照すると、２つ以上の超電導テープを提供することができる。超電導テープは、表面対表面構成、表面対裏面構成、または裏面対裏面構成のうちのいずれかで配設することができる。任意選択で、銅ストリップを超電導テープの超電導面に隣接させることができる。銅ストリップは、超電導テープの間に配置することができ、または、超電導テープは、銅ストリップの間に配置することができる。積層構造は、銅ストリップの有無に関わらず、はんだ等を使用することによって、ともに接着することができる。一実施形態において、積層構造は、溶融はんだ浴中を移動させることができる。代替として、超電導テープまたは銅ストリップ等の１つ以上の構成要素は、構成要素をともに配設する前に溶融はんだ浴中を移動させることができる。
【0064】
２つの積層超電導部品を接合する方法を参照すると、２つの積層超電導セグメントを提供することができる。特定の実施形態において、積層超電導セグメントの端部は、端部を加熱して接着層を溶融させること等によって、広げることができる。他の実施形態において、積層超電導セグメントの特定の構成要素は、切断してオフセットし、超電導セグメントの端部分とすることができる。例えば、１つの超電導テープの長さを短くして、積層超電導体セグメントの超電導テープの端部をオフセットすることができる。別の例では、銅ストリップを短くして、超電導テープの超電導面を露出させることができる。積層超電導セグメントの端部は、任意の必要なスプライスセグメントとともに配設することができ、接合構造は、接合部の中にはんだを溶融させること等によって、ともに接着することができる。
【0065】
本明細書の実施形態によれば、接合した超電導部品は、比較的に長い長さを有し得、特に、図１に関連して既に上で説明したような寸法を有する。加えて、個々のセグメントはまた、約１０００以上、さらには１００００以上等の、約１００以上の寸法比を有する等の、比較的に延長した長さも有し得る。超電導部品は、長さおよび部品の寸法比をさらに拡大し、各セグメントが、本明細書で説明される構造および／または技術に従って接合される、付加的な超電導セグメントを含み得る。延長された長さは、都市圏を横断する、さらには地理的領域を横断する等の、長距離通電能力に特に好適である。加えて、長い長さで高寸法比の超電導部品は、下で説明される回転機械および変圧器等の、コイル状のまたは巻き取った構造で展開するのに特に有利であり得る。
【0066】
本明細書で使用される「超電導導体」という用語は、一般的に、超電導セグメントまたはスプライス等の超電導要素を示すために利用されることに留意されたい。すなわち、この用語は、本明細書および特許請求の範囲において一般的な意味合いで使用される。
【0067】
本明細書の実施形態によれば、積層超電導体構造が、個々の超電導テープと比較して、増加した通電容量を有し得ることは明らかである。積層超電導体構造の増加した通電容量のため、過熱状況または過電流状況中に超電導体材料を保護するために、安定化層の通電容量を増加させることが必要であり得る。銅ストリップを積層超電導体に加える等による、バルク銅層の追加は、増加した通電容量を安定化層に提供することができる。重要なことに、バルク銅層は、バルク銅層が超電導テープの超電導面に隣接したときに最も有効であり得る。
【0068】
本明細書の実施形態によれば、接合された超電導部品が、比較的低い外形の接合領域を利用して説明されることは明らかである。この低い外形の接合領域は、種々の産業的応用、特に接合領域に沿って高い外形または過大な外形に影響され易いものに、特に有利であり得る。しばしば、従来の重ね継ぎは、超電導セグメントのそれぞれの公称厚さの約２倍といった、望ましくない過剰な外形を有する。そのような厚さまたは外形は、種々の応用において許容されない場合があり、最先端の重ね継ぎ技術によるスプライス領域の機械的性能が損なわれる場合がある。
【0069】
概要または実施例において上で説明した行為の全てが必要とされるわけではなく、特定の行為の一部が必要とされない場合があること、また、１つ以上のさらなる行為が、上で説明した行為に加えて実施され得ることに留意されたい。さらに、行為が列記される順序は、必ずしもそれらが行われる順序であるとは限らない。
【0070】
前述の明細書において、特定の実施形態を参照しながら概念を説明してきた。しかしながら、当業者は、以下の特許請求の範囲に記載されているような本発明の範囲を逸脱することなく、種々の修正および変更を行うことができるものと理解されよう。したがって、本明細書および図面は、限定的なものではなく例示的なものであるとみなされるべきであり、そのような全ての修正が本発明の範囲内に含まれることを意図するものである。
【0071】
本明細書で使用される「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有している（ｈａｖｉｎｇ）」、またはその任意の他の変形は、非排他的な包含を対象とすることを意図する。例えば、列記された特徴を備えるプロセス、方法、部品、または装置は、必ずしもこれらの特徴だけに限定されず、明確に列記されていない他の特徴、またはそのようなプロセス、方法、部品、または装置に固有の特徴を含み得る。さらに、明確に逆の意味で述べられていない限り、「または（ｏｒ）」は、排他的論理和ではなく、包含的論理和を指す。例えば、ＡまたはＢという条件は、Ａが真（または存在する）かつＢが偽（または存在しない）である、Ａが偽（または存在しない）かつＢが真（または存在する）である、ならびにＡとＢの両方が真（または存在する）である、という条件のうちのいずれか１つによって満たされる。
【0072】
また、本明細書で説明される要素および構成要素を説明するために、単数形（「ａ」または「ａｎ」）も使用される。これは、単に便宜的なものであり、本発明の範囲の一般的な意味を提供するために行われる。この説明は、１つまたは少なくとも１つを含むものと読み取られるべきであり、他の意味になることが明らかでない限り、単数形は、複数形も含む。
【0073】
利益、他の長所、および問題点に対する解決策を特定の実施形態に関して上で説明してきた。なお、利益、長所、問題点の解決策、およびあらゆる利益、長所、または解決策を生じさせる、あるいはより明白となり得るあらゆる特徴は、特許請求の範囲のいずれかまたは全ての重要な、必要な、または必須の特徴として解釈されるべきではない。
【0074】
本明細書を読み終わった後に、当業者は、特定の特徴が、明確にするために、別々の実施形態の状況において本明細書で説明されており、また、単一の実施形態において組み合わせて提供され得ることを認識されよう。逆に、簡潔にするために、１つの実施形態の状況において説明される種々の特徴はまた、別々に提供されるか、またはあらゆる副次的な組み合わせでも提供され得る。さらに、範囲で提示される値への言及は、その範囲内のあらゆる値を含む。
【0075】
本発明を特定の実施形態を例示して説明してきたが、示される詳細に限定することを意図したものではなく、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更および置換を行うことができる。例えば、付加的な、または均等な代替物を提供することができ、付加的な、または均等な生成ステップを採用することができる。このように、本明細書で開示される本発明のさらなる変形例および均等物は、当業者が単に日常的実験を使用して見出すことができ、またそのような変形例および同等物は、以下の請求項によって定義される本開示の範囲内にあるものとみなされる。