[发明专利]用于在外部磁场中运行的超导装置

说明书

本发明涉及一种用于在外部交变磁场中运行的超导装置(1a、1b)，其具有两个超导的接触元件(2)和沿相应于从一个接触元件(2)到另一接触元件(2)的电流流动方向的纵向方向连接两个接触元件的电流引导区段(5)，其具有施加到基底(8)上的超导层，其中，超导层至少部分沿纵向方向借助留空部(4)被分开以形成各个细丝(3)，所述细丝形成传输电流的电流路线，其中，至少两个相邻的细丝(3)通过取消留空部(4)而在基底(8)上形成的交叉区域(6)中导电地连接，在交叉区域处导电地连接四个电流路线，其中，在相邻的细丝(3)的相对于交叉部对置的、沿层平面的纵向方向和垂直于纵向方向的横向方向错开的电流路线中设置有至少一个，尤其是各一个欧姆电阻屏蔽件(7)。

技术领域

本发明涉及一种用于在外部交变磁场中运行的超导装置，其具有两个超导的接触元件和沿相应于从一个接触元件到另一接触元件的电流流动方向的纵向方向连接两个接触元件的电流引导区段，所述电流引导区段具有施加到基底上的超导层，其中，超导层至少部分沿纵向方向借助留空部被分开(durchtrennen)以形成各个细丝，所述细丝形成用于传输电流的电流路线。

背景技术

使用超导体也在磁交变场(交变磁场)中提出，例如在超导电机中提出。在交变磁场中使用电导体时出现交变场损耗，所述交变场损耗可以根据物理原因分类为不同的组分。在超导体中，相对于普通导体存在附加的效应/组分，其中，另外的问题是：交变场损耗在寒冷的使用条件下对于应用来说可以是特别干扰的和禁止的，这是因为随后在室温下需要许多倍的交变场损耗，这减小了效率。

在普通导体中，在使用交变磁场时通常有利地不使用单块导体，而是使用绞合线导体。这最小化了集肤效应(电流挤压)和涡流损耗的不利的作用。

在大多由坯料或销制成的超导体，例如NbTi、Nb3Sn、MgB2或Bi2223中，使用超导的细丝是已知的。在超导体中的细丝不仅导致正面提高超导电性的稳定性，而且也可以减小交变场损耗。

在超导体中的重要的一组交变场损耗是所谓的磁滞损耗，其以如下方式实现：渗入导体中的磁场随着外部的交变磁场而改变其方向，并且因此必须发生磁化过程。因为超导体垂直于磁场的尺寸确定磁滞损耗的大小，所以薄的细丝的构造是有利的。但超导体中的细丝通常相互电连接，一方面强制性地在末端上通过触点(在触点上馈入或导出电流)相互电连接，并且必要时另一方面通过普通导电的(电阻)矩阵相互电连接。与之相关联的交变场损耗被称为耦合损耗。

在通过接触元件和/或矩阵的这种细丝化和耦合中出现如下问题：出现各个细丝之间的耦合，也就是说尤其是通过外部的交变磁场，在由细丝和在细丝之间的在接触元件处的连接部共同形成的导体回路感应出电压和电流，由此形成耦合损耗。对于普通导体和多细丝超导体来说因此已知的是，使其相互扭曲，从而基于交变磁场形成的电场在相邻的回路中抵消。该概念也作为“双绞线”已知。

这种设计方案在作为层施加到基底上的层超导体中是不可能的。为了减小磁滞损耗，在此方面建议，将最初在宽度中连续的超导体层沿纵向方向分成条带，所谓的“条纹”。这例如在Coleman B.Cobb等人的文章“Hysteretic loss reduction in striated YBCO”，Physica C 382(2002)，第52-56页中描述。在那里出现的问题是，可具有最多1cm的宽度的层超导体在垂直于层的交变磁场中运行时具有不可接受的磁滞损耗。对磁滞损耗在超导层被分成薄的、线性的细丝(“条纹”)的情况下如何表现进行了研究。通常得到的是，磁滞损耗会减小，这是因为细丝垂直于场方向的尺寸是为此决定性的因素。然而在实际的应用中，其中，细丝至少在开端和末端处分别通过电接触元件(或通过矩阵和分流层)短路，所谓的“条纹导体”在细丝之间具有大的电感回路，所述电感回路又是交变磁场损耗(耦合损耗)提高的原因。也就是说细丝基本上相应于具有在触点上的电连接部的“非绞合的”子导体。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种用于减小在分成单个细丝的超导体层中的耦合损耗的可能性。