밀도 특성을 가진 초전도 소자들

밀도 특성을 가진 초전도 소자들{Superconductive articles having density characteristics}

본 발명은 일반적으로 초전도 소자들에 관한 것이다. 본 발명은 특히 코팅된 도전체들 및 그를 포함한 장치들의 형태인 초전도 소자들에 관한 것이다.

초전도 물질들은 기술 커뮤니티에 의해 잘 알려져 있고 이해되어 왔다. 액체 헬륨의 사용을 요구하는 온도(4.2K)에서 초전도 특성들을 나타내는 저온(저-T _c ) 초전도체들은 약 1911년 이래로 알려져 왔다. 그러나, 다소 최근 산화계 고온(고-T _c ) 초전도체들이 발견될 때까지는 그렇지 않았다. 대략 1986년에 액체 질소의 것(77K) 이상의 온도에서 초전도 특성들을 갖는, 제 1 고온 초전도체(HTS), 즉, 즉 YBa ₂ Cu ₃ O _7-x (YBCO)가 Bi ₂ Sr ₂ Ca ₂ Cu ₃ O _{10 +y} (BSCCO) 등을 포함하여 지난 15년에 걸쳐 부가적인 물질들의 개발에 앞서 발견되었다. 고-T _c 초전도체들의 개발은 액체 헬륨에 기초한 비교적 보다 비싼 극저온 기반구조보다는, 액체 질소로 그러한 초전도체들을 동작시키는 비용의 상당 부분으로 인하여, 그러한 물질들을 포함하는 초전도체 구성 요소들의 잠재적이고, 경제적으로 실행가능한 개발을 가져왔다.

많은 잠재적인 애플리케이션들 중에서, 산업은 전력 생성, 전송, 분배, 및 저장을 위한 애플리케이션들을 포함하여, 전력 산업에서의 그러한 물질들의 이용을 개발하도록 추구되어왔다. 이러한 점에서, 구리계 상업 전력 구성요소들의 본래의 저항은 전기적으로 매우 큰 손실들을 책임지며, 따라서 전력 산업은 전송 및 분배 전력 케이블들, 생성기들, 변압기들, 및 고장 전류 인터럽터들과 같은 전력 구성요소들에서 고온 초전도체들의 이용에 기초하여 큰 효율성을 얻기 위해 있다. 게다가, 전력 산업에서 고온 초전도체들의 다른 이점들은 종래 기술들과 비교하여 전력 처리 용량 크기의 1 내지 2 차수 증가, 전력 설비 크기(즉, 차지하는 공간(footprint)의 상당한 감소, 감소된 환경 영향, 보다 큰 안정성, 증가된 용량을 포함한다. 그러한 고온 초전도체들의 잠재적인 이점들이 매우 강요적인 반면에, 수많은 기술적 도전들이 계속해서 큰 규모의 고온 초전도체들의 제작 및 상업화에 존재한다.

고온 초전도체들의 상업화에 연관된 도전들 중, 많은 것이 다양한 전력 구성요소들의 형성에 사용될 수 있는 초전도 테이프의 제작 주변에 존재한다. 초전도 테이프의 제 1 생성은 상술된 BSCCO 고온 초전도체의 사용을 포함한다. 이러한 물질은 일반적으로 이산 필라멘트들의 형태로 제공되며, 이것은 값비싼 금속, 일반적으로 은의 매트릭스에서 구체화된다. 비록, 그러한 도전체들은 물질들 및 제조 비용들로 인하여 전력 산업으로 수행하기 위해 요구되는 연장된 길이(킬로미터에 속하는 것과 같이)로 이루어질 수 있으며, 그러한 테이프들은 상업적으로 실행가능한 제품을 나타내지 않는다.

따라서, 우수한 상업적 실행가능성을 가진 소위 제 2 생성 HTS 테이프에서 생성되는 것은 많은 흥미를 가진다. 이들 테이프들은 일반적으로 층으로 된 구조에 의존하며, 일반적으로 기계적 지지를 제공하는 플렉서블 기판, 기판 위에 놓인 적어도 하나의 버퍼층, 다수의 막들을 선택적으로 포함하는 버퍼층, 상기 버퍼막 위에 놓인 HTS 층, 및 통상 적어도 값비싼 금속으로 형성된, 초전도층 위에 놓인 전기적 안정화제 층을 포함한다. 그러나, 다수의 엔지니어링 및 제조 도전들은 그러한 두번째 생성 테이프들의 전반적인 상업화 이전에 존재한다.

따라서, 전술의 관점에서, 다양한 요구가 초전도체들의 분야, 특히 상업적으로 실행가능한 초전도 테이프들, 그 형성 방법, 및 그러한 초전도 테이프들을 이용한 전력 구성요소들에 계속해서 존재한다.

개시된 초전도 소자의 제 1 양상에 따르면, 티타늄을 포함한 기판이 제공된다. 버퍼층은 기판 위에 놓이며, 초전도층은 상기 버퍼층 위에 놓인다.

또 다른 양상은 기판, 상기 기판 위에 놓인 버퍼층, 상기 버퍼층 위에 놓인 초전도층, 및 상기 초전도층 위에 놓인 안정화제(stabilizer)를 갖는 초전도 소자를 제공한다. 안정화제 층은 알루미늄을 포함한다.

또 다른 양상은 기판 위에 놓인 초전도층 및 10보다 작지 않은 치수 비(dimension ratio)를 갖는 기판을 포함하는 초전도 소자를 제공하고, 여기서 초전도 소자는 약 7.00g/cc보다 크지 않은 밀도를 가진다.

또 다른 양상은 8.00g/cc보다 크지 않은 밀도를 가진 기판, 기판 위에 놓인 버퍼층, 및 기판 위에 놓인 초전도층을 포함하는 초전도 소자를 제공한다. 일반적으로, 소자는 약 10보다 작지 않은 치수비를 가진다.

장치의 또 다른 실시예는, 기판, 기판 위에 놓인 버퍼층, 기판 위에 놓인 초전도층, 및 8.00g/cc보다 크지 않은 밀도를 가진 초전도층 위에 놓인 안정화제 층을 제공한다.

도 1은 일 실시예에 대한 초전도 소자의 층에 대한 투시도.

도 2는 변압기의 개략도.

도 3은 전력 생성기의 개략도.

도 1은 일 실시예에 따른 초전도 소자(100)의 층을 이룬 구조를 도시한다. 초전도 소자는 기판(10), 버퍼층(12), 및 초전도층(14)을 포함한다. 초전도층 위에 놓인 캐핑층(capping layer)(16)이 제공되며, 이어서 캐핑층(16) 위에 놓인 안정화제 층(18)이 제공된다.

기판은 일반적으로 기계적 응력 및 오픈릴식(reel-to-reel) 처리의 스트레인을 견딜 수 있는 물질로 형성되며, 또한 다양한 애플리케이션들에서의 최종 초전도 소자를 위한 기계적 무결성(mechanical integrity)을 제공한다. 또한, 기판은 유리하게는 초전도 소자의 제조 동안 이용되는 높은 처리 온도 및 적극적인 처리 환경들(예를 들면, 높은 산화력이 있는)을 견딜 수 있다. 전술의 관점에서, 기판(10)은 일반적으로 금속계이고, 통상적으로는 적어도 두 개의 금속 원소들의 합금이다. 적절한 기판 물질들은 합금들의 알려진 Inconel®그룹과 같은 니켈계 금속 합금을 포함한다. 이용가능한 물질들 중에서, 합금들의 Inconel®그룹과 같은 니켈계 금속은 팽창 계수, 인장 강도, 항복 강도, 및 연장을 포함하는, 바람직한 크리프(creep), 화학적 및 기계적 특성들을 가지려는 경향이 있다. 그러나, 특정한 일 실시예에서, 기판(10)은 비교적 보다 낮은 질량 밀도 물질들로 구성된다. 이에 대해서, 기판(10)은 약 8.00g/cc보다 크지 않은, 즉 약 7.00g/cc 또는 6.00g/cc보다 크지 않은 질량 밀도를 가질 수 있다. 몇몇 예들에서, 기판의 질량 밀도는 약 5.00g/cc보다 크지 않다.

낮은 질량 밀도 물질 기판들의 문맥에서, 티타늄 금속 또는 티타늄 금속 합금들이 사용될 수 있다. 유용한 합금 금속 원소들은 알루미늄(aluminum), 바나듐(vanadium), 철(iron), 주석(tin), 루테늄(ruthenium), 팔라듐(palladium), 지르코늄(zirconium), 몰리브덴(molybdenum), 니켈(nickel), 니오브(niobium), 크롬(chromium), 및 실리콘(silicon) 그리고 그 화합물들을 포함한다. 이들 중에서, 특히 유용한 합금 원소들은 알루미늄 및 바나듐을 포함한다. 일 실시예에서, 알루미늄 및 바나듐은 각각 10% 및 8% 중량보다 크지 않은 양으로, 즉 각각 6% 및 4%보다 크지 않은 중량으로 존재한다. 특정 종류(species)는 중량으로 3% 알루미늄 및 2.5% 바나듐을 포함하는 등급 9의 티타늄 합금이고, 그 평균은 티타늄이다. 합금 원소들의 특정 선택은 산화 저항 특징들을 포함하는 다양한 인자들에 의존할 수 있다.

티타늄 합금들의 특정 문맥에서, 기판(10)의 합금 금속 원소들의 총 중량 퍼센트는 일반적으로 약 20%보다 크지 않고, 대부분 종종 10% 중량보다 크지 않고, 티타늄의 퍼센티지는 약 80% 중량보다 작지 않으며, 다른 실시예들에서, 티타늄은 약 85% 또는 90% 중량보다 작지 않다. 티타늄 및 티타늄 합금은 약 5.0g/cc보다 크지 않은, 즉 약 4.0 내지 5.0g/cc의 범위 내로 질량 밀도를 갖는 기판을 제공하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시예들에 따르면, 기판(10)은 초전도층에서 와상 전류(eddy current) 손실들의 감소를 가능하게 하기 위해 저항적일 수 있다. 그러한 와상 전류 손실의 감소는 소자가 전력 생성기 또는 모터(이하에서 추가 설명되는)와 같이, 회전하는 기계의 형태를 취할 때 특히 유리하다. 저항 기판들의 사용은 회전하는 기계의 형태에 배치될 때 ac 손실들을 최소화한다. 기판의 일반적인 저항성은 일반적으로 약 50 micro-ohm cm보다 큰, 즉 약 100 micro-ohm cm보다 크다.

또한, 기판의 두께는 실시예에 따라 감소될 수 있는 반면, 이 분야에서 오픈릴식 프로세싱, 처리, 및 건전성을 견디기에 여전히 감당할 만하게 제공한다. 일반적으로, 기판(10)은 약 50 마이크론보다 크지 않거나, 심지어 40 마이크론보다 크지 않는 두께를 가진다. 여전히, 다른 실시예들에서, 기판(10)의 두께는 약 30 마이크론보다 크지 않거나, 심지어 약 20 마이크론 이하만큼 얇을 수 있다.

기판(10)은 일반적으로, 높은 치수비를 갖는 테이프이다. 본 명세서에 이용된 바와 같이, 용어 '치수비(dimension ratio)'는 가장 긴 치수에 대한 테이프 또는 기판(10)의 길이, 기판(10) 또는 테이프의 폭의 비를 나타내는데 사용된다. 예를 들면, 기판의 폭은 대략 0.4 내지 10cm의 범위에 이르며, 기판(10)의 길이는 일반적으로 약 100m보다 크고, 종종 약 500m보다 크다. 사실상, 일 실시예는 1km 또는 그 이상과 비슷한 길이를 갖는 초전도 기판들을 제공하며, 이것은 다수의 테이프 세그먼트들을 포함할 수 있다. 따라서, 기판은 매우 높은, 즉 10보다 작지 않고, 약 10 ² 보다 작지 않거나 또는 심지어 약 10 ³ 보다 작지 않은 치수비를 가질 수 있다. 특정 실시예들은 더 길고, 10 ⁴ 및 그보다 큰 치수비를 가진다.

일 실시예에서, 기판(10)은 초전도 소자의 성분층들의 다음 증착을 위해 바람직한 표면 특성들을 가지도록 처리된다. 예를 들면, 표면은 원하는 평편도 및 표면 거칠기로 가볍게 문질러질 수 있다. 부가적으로, 기판(10)은 비록 일반적으로 실시예들이 특히 금속 합금 다결정 기판들을 포함하는, 비-조직된 기판들을 이용하지만, 알려진 RABiTS(roll assisted biaxially textured substrate) 기술에 의해서와 같이, 이 기술분야에 이해되는 바와 같이 쌍축 조직되도록 처리된다.

도 1로 돌아오면, 도시된 실시예들은 버퍼층(12)을 제공한다. 버퍼층은 단일 층이거나, 또는 보다 일반적으로 몇몇의 막들로 이루어질 수 있다. 가장 일반적으로는, 버퍼층(12)은 막의 면내(in-plane) 및 면외(out-of-plane) 모두에 결정 축들을 따라 일반적으로 정렬되는 결정 조직을 갖는, 쌍축 조직된 막을 포함한다. 이 기술분야에서 이해되는 바와 같이, IBAD는 이온 빔 보조 증착(ion beam assisted depostion)을 나타내는 두문자어(acronym)이며, 뛰어난 초전도 특성들을 위해 원하는 결정학적 방위를 갖는 초전도층의 다음 형성을 위해 적절히 조직된 버퍼층을 형성하는데 유리하게 이용될 수 있다. 산화 마그네슘은 IBAD 막을 위한 일반적인 선택 물질이며, 예로서, 50 내지 200 옹스트롬과 같이, 그와 비슷하거나, 또는 50 내지 500 옹스트롬일 수 있다. 일반적으로, IBAD 막은 참조로서 본 명세서에 포함된 미국 특허 제 6,190,752호에 정의되고 설명된 바와 같은, 암염(rock-salt) 형 결정 구조를 가진다.

버퍼층(12)은 IBAD 막 및 기판(10) 간에 제공된 배리어 층과 같이, 부가 막들을 포함할 수 있다. 이에 관해서, 배리어층(12)은 유리하게는, 산화 이트륨과 같은 옥시도(oxido)의 형태일 수 있으며, IBAD 막으로부터 기판을 분리시키도록 기능한다. 배리어막(12)은 또한 질화 실리콘과 같은 비산화물로 형성될 수 있다. 배리어막의 증착을 위한 적절한 기술은 스퍼터링을 포함하는 물리적 증기 증착 및 화학적 증기 증착을 포함한다. 배리어막의 일반적인 두께는 약 100 내지 200 옹스트롬의 범위 내에 있을 수 있다. 또한, 버퍼층은 또한 IBAD 막 위에 형성된, 에피택셜하게 성장한 막을 포함할 수 있다. 이러한 문맥에서, 에피택셜하게 성장한 막은 IBAD 막의 두께를 증가시키는데 효과적이고, MgO와 같은 IBAD 층을 위해 이용된 동일한 물질로 주로 이루어지는 것이 바람직하다.

MgO 계 IBAD 막 및/또는 에피택셜 막을 이용하는 실시예에서, MgO 물질 및 초전도층의 물질 사이에 격자 불일치(lattice mismatch)가 존재할 수 있다. 따라 서, 버퍼층(12)은 또한 또 다른 버퍼막을 포함할 수 있으며, 이것은 특히 초전도층 및 기본 IBAD 막 및/또는 에피택셜 막 사이의 격자 상수들에서의 불일치를 감소하기 위해 수행된다. 이러한 버퍼막은 YSZ(yttria-stabilized zirconia; 산화이트륨-안정화된 지르코니아) 스트론튬 루테늄산염(strontium ruthenate), 란탄 망간산염(lanthanum manganate), 및 일반적으로 페로브스카이트-구조(perovskite-structured) 세라믹 물질들과 같은 물질들로 형성될 수 있다. 버퍼막은 다양한 물리적 증기 증착 기술들에 의해 증착될 수 있으며, 일반적으로 그것이 형성되는 기본 층의 쌍축 조직을 유지한다.

초전도층(14)은 일반적으로 고온 초전도체(HTS)의 형태이다. HTS 물질은 일반적으로 액체 질소의 온도, 즉 77K 이상에서 초전도 특성들을 나타내는 고온 초전도 물질들 중 임의의 것으로부터 선택된다. 그러한 물질들은 예로서, YB _a2 Cu ₃ O _{7 -x} , Bi ₂ Sr ₂ Ca ₂ Cu ₃ O _10+y , Ti ₂ Ba ₂ Ca ₂ Cu ₃ 0 _{10 +y} , 및 HgBa ₂ Ca ₂ Cu ₃ O _{8 +y} 를 포함할 수 있다. 물질들의 일 클래스는 REBa ₂ Cu ₃ O _{7 -x} 여기서, RE는 희토류 원소(rare earth element)이다. 전술한 바와 같이, YBa ₂ Cu ₃ O _{7 -x} 는 또한 일반적으로 YBCO로서 칭하여지며, 유리하게는 이용될 수 있다. 초전도층(14)은 두껍고 얇은 막 형성 기술들을 포함하는, 다양한 기술들 중 임의의 하나에 의해 형성될 수 있다. 바람직하게는, 펄스 레이저 증착(PLD)와 같은 박막 물리적 증기 증착 기술은 높은 증착 레이트를 위해 사용될 수 있고, 또는 화학적 증기 증착 기술은 보다 낮은 비용과 보다 큰 표면 영역 처리를 위해 이용될 수 있다. 일반적으로, 초전도층은 초전도층(14)과 연관된 바람직한 암페아수 레이팅(ratings)을 얻기 위해 1 내지 약 30 마이크론의 두께, 가장 바람직하게는 약 2 내지 약 20 마이크론, 즉 약 2 내지 약 10 마이크론의 두께를 가진다.

안정화제 층(18) 및 캐핑층(16)(선택적)은 일반적으로 실제 사용에 있어서 초전도체 쇠진을 예방하는 것을 돕기 위해 전기 안정화를 위한 저 저항 인터페이스를 제공하기 위해 수행된다. 보다 특히, 안정화제 층(18)은 냉각이 실패하거나, 또는 임계 전류 밀도가 초과하는 경우에 초전도 도전체를 따라 전류의 연속된 흐름을 도우며, 초전도층은 비-초전도성이 된다. 캐핑층(16)은 초전도체층(14) 및 안정화제 층(18) 간에 바람직하지 않은 상호작용이 발행하지 않는 실시예들을 위한 구조로 포함될 수 있다. 그러한 경우에, 캐핑층은 값비싼 금속, 즉 금, 은, 백금, 및 팔라듐으로 형성될 수 있다. 은이 그 비용 및 일반적인 접근가능성으로 인하여 일반적으로 사용된다. 캐핑층(16)은 일반적으로 안정화제 층(18)으로부터 초전도층(14)으로의 구성요소들의 원치않는 확산을 방지하기에 충분히 두껍게 만들어지지만, 비용 원인들(원료 및 처리 비용들)로 인하여 일반적으로 얇게 만들어진다. 캐핑층(16)의 일반적인 두께는 약 0.1 내지 약 10.0 마이크론 내에 이르며, 즉 0.5 내지 약 5.0 마이크론과 같다. 다양한 기술들이 DC 마그네트론 스퍼터링과 같은, 물리적 증기 증착을 포함하여, 캐핑층(16)의 증착에 사용될 수 있다.

안정화제 층(18)은 일반적으로 초전도층(14) 위에 놓이도록 포함되며, 비록 대안적인 실시예에 따라 캐핑층의 제거가 초전도층(14)과의 직접적인 접촉을 야기할지라도, 특히, 도 1에 도시된 특정 실시예에서의 캐핑층(16) 위에 놓이고 직접 접촉한다. 안정화제 층(18)은 초전도성 소멸(quench) 및 거친 환경 조건들에 대한 안전성을 강화하기 위해 보호/분로층으로서 기능한다. 층은 일반적으로 열적이고 전기적으로 도전성이며, 초전도층의 실패의 경우에 전류를 바이패스하도록 기능한다. 그것은 솔더(solder) 또는 플럭스(flux)와 같은 중간 결합 물질을 이용함으로써 초전도 테이프 위에 미리 형성된 구리 스트립을 라미네티트함으로써와 같이, 다양한 두껍고 얇은 막 형성 기술들 중 임의의 하나에 의해 형성될 수 있다. 다른 기술들이 무전해 도금, 및 전해 도금과 같은 습식 화학 처리뿐만 아니라, 일반적으로 증발 또는 스터퍼링과 같은 물리적 증기 증착에 초점을 맞춘다.

일반적으로, 구리와 같은 금속들은 안정화제 층(18)을 위해 사용된다. 그러나, 다른 실시예들에 따르면, 안정화제 층은 보다 낮은 밀도 물질들, 즉 약 8.00g/cc 보다 작은 질량 밀도, 즉 7.00g/cc, 또는 심지어 6.00g/cc를 가진 물질들을 이용한다. 사실상, 특정 실시예들은 4.00g/cc보다 크지 않은, 또는 3.00g/cc보다 크지 않은 밀도를 가진 안정화제 층들을 가진다. 특정 실시예들에 따르면, 알루미늄과 같은 비교적 낮은 밀도 도전 물질이 안정화제 층(18)의 주요 구성요소(50% 중량보다 큰)를 형성한다. 예를 들면, 안정화제 층(18)은 알루미늄 또는 알루미늄이 적어도 약 80% 중량에 존재하는 알루미늄 금속 합금일 수 있다. 알루미늄의 사용은 안정화제 층(18)의 밀도를 감소시킬 뿐만 아니라, 초전도 소자(100)의 전체 밀도를 현저하게 감소시킨다. 알루미늄 계 물질들의 사용은 약 2.00 내지 3.00g/cc의 범위 내에서와 같이, 약 3.00g/cc보다 크지 않은 바람직하게 낮은 질량 밀도들을 가진 안정화제 층들을 제공한다.

일반적으로, 안정화제 층의 두께는 약 50 마이크론보다 작지 않으며, 종종 약 100 마이크론보다 작지 않다. 알려진 바와 같이, 알루미늄 계 안정화제들은 동일한 전류 전달 능력을 가진 구리계 안정화제들보다 비교적 더 두꺼울 수 있으며, 이는 알루미늄이 구리보다 높은 저항성을 가지기 때문이다. 알루미늄 계 안정화제들과 연관된 두께의 상대적인 증가에도 불구하고, 초전도 소자의 질량은 여전히 질량 밀도의 상당한 감소로 인하여 감소될 수 있다.

특정 층들을 포함하는 물질들의 밀도가 상술된 바와 같은 동안, 전체 초전도 소자의 저네 밀도는 실시예들에 따라 감소되는 것이 바람직하다. 보다 적게 밀집한 초전도 소자는 예를 들면, 초전도 테이프의 코일상에 상당한 힘을 가하는 생성기들과 같은 회전하는 기계 애플리케이션들에 유리할 수 있다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 초전도 소자의 전체 밀도는 약 7.00g/cc보다 작을 수 있다. 다른 실시예들이 약 6.50g/cc, 6.00g/cc 또는 심지어 5.00g/cc보다 작은 전체 밀도들을 이용한다. 보다 낮은 전체 밀도는 구성요소 층들, 특히 이전에 설명된 기판 및 안정화제 층들의 캐시의 밀도를 감소시킴으로써 달성된다.

초전도 소자의 일반화된 구조는 도 1과 관련하여 상술되었지만, 부가적인 실시예들이 도 2 및 도 3에 설명되며, 이것은 높은 치수비를 갖는 초전도 소자 또는 초전도 테이프를 위한 전형적인 애플리케이션들을 보여준다. 특정 구조를 넘어, 그리고 도 1과 관련하여 상술된 초전도 소자들 또는 테이프들과 관련하여, 실시예들이 또한 그러한 도전체들을 포함하는 산업 또는 상업 전력 구성요소들과 같은, 구성요소들에 지향된다. 그러한 구성요소들의 특정 클래스들은 높은 치수비 초전도 도전체들의 코일들 또는 와인딩(winding)들 및 특정 수준의 호를 포함한다. 코일이 감긴 또는 감긴 구조들의 문맥 내에서, 특정 실시예들은 넓게는 전력 생성기들 및 모터들을 포함하는 '회전하는 기계들'로서 알려진 전력 구성요소들의 클래스를 설명한다. 그러한 구조들은 고속으로 회전하는 코일이 감긴 큰 치수비 초전도 도전체들을 구현한다. 낮은 밀도 기판들, 낮은 밀도 안정화제들 및/또는 낮은 전체 밀도를 갖는 실시예들은 그러한 회전하는 기계들에서 특히 사용될 수 있다.

예를 들면, 도 2는 1차 와인딩(72) 및 2차 와인딩(74)이 제공되는 중심 코어(76)를 가진 전력 변압기를 설명한다. 도 2는 실제 개략적이며, 변압기의 실제 기하학적 구성은 이 기술분야에 잘 알려져 있다. 그러나, 변압기는 적어도 기본 와인딩 및 2차 와인딩들을 포함한다. 이에 관해서, 도 2에 도시된 실시예에 있어서, 1차 와인딩은 인입하는 전력 신호의 전압을 감소시키는 감소(step-down) 변압기를 나타내는 2차 와인딩(74)보다 큰 코일 수를 가진다. 역으로, 2차 와인딩에 대한 1차 와인딩에서의 보다 적은 코일 수의 제공은 전압 상승(step-up)을 제공한다. 이에 관해서, 일반적으로 스텝 업 변압기들은 장거리들에 걸친 전력 손실들을 감소시키기 위해 높은 전압들로 전압을 증가시키기 위해 전력 전송 변전소에서 이용되는 반면, 감소 변압기들은 최종 사용자들에게 이후 단계의 전력 분배를 위해 분배 변전소로 통합된다. 1차 및 2차 와인딩들 중 적어도 하나 및 바람직하게는 모두는 전술된 설명에 따른 초전도 테이프들을 포함한다.

도 3으로 돌아가면, 생성기의 개략적이 도시가 제공된다. 생성기는 터빈(turbine)으로 이 기술분야에 알려진 바와 같이, 구동되는 로터(rotor)(86)를 포함한다. 로터(86)는 고강도 전자기들을 포함하며, 이것은 전력 생성을 위해 원하는 전자기장을 형성하는 로터 코일들(87)로 형성된다. 전자기장의 생성은, 적어도 하나의 도전성 고정자(stator) 와인딩(89)을 포함하는, 고정자(88)에서 전력을 생성한다. 특정 특징에 따르면, 로터 코일들(87) 및/또는 고정자 와인딩(89)은 상술된 실시예에 따른 초전도 소자를 포함한다.

상술된 다양한 실시예들에 따르면, 바람직한 질량 밀도 특성들을 가진 초전도 물질들이 제공된다. 그러한 초전도 소자들은 특히 소자들의 감소된 질량 밀도로 인하여 적어도 부분적으로 회전하는 기계들과 같은 높은 동적 환경들에 사용될 때 향상된 기계적 무결성 및 강력함을 제공할 수 있다.

본 발명의 특정 양상들이 특히 본 명세서에 설명되었지만, 이 기술분야의 숙련자들은 본 청구항들의 범위 내에서 여전히 그 변경들이 이루어질 수 있음을 잘 이해할 것이다. 이전에 언급된 실시예들 및 예시들은 다음 청구항들의 범위를 한정하지 않는다.