[發明專利]一種可自觸發自保護的超導薄膜開關

在審

• 申請號: 201910485414.0
• 申請日: 2019-06-05
• 公開（公告）號: CN110112283A
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 梁樂;王豫;嚴仲明;何應達
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H01L39/16
• 分類號: H01L39/16;H01L39/02;H01L39/10
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 王沙沙

本發明提供了一種可自觸發自保護的超導薄膜開關，包括超導薄膜單元，超導薄膜單元包括基底層；還包括設置在基底層一側的超導薄膜開關層，設置在基底層另一側與超導薄膜開關層對稱的觸發層和與超導薄膜開關層串聯的保護層；超導薄膜單元與超導磁體SM并聯后連接到主回路；觸發層連接到觸發回路；還包括與超導薄膜單元并聯的負載電阻R_L；本發明集超導開關自觸發自保護功能于一體，對開關進行有效的保護。

技術領域

本發明涉及超導開關技術領域，具體涉及一種可自觸發自保護的超導薄膜開關。

背景技術

超導磁體不僅能夠產生強穩定磁場，而且可以作為儲能元件，因而被廣泛的應用到醫療、電力系統以及工業生產等領域。而超導開關作為超導磁體閉環運行的關鍵部件，利用超導體的零電阻特性實現超導磁體的閉環無損運行，同時利用超導體失超產生電阻來斷開電路；超導開關不僅可以與超導磁體構成接近零歐姆熱損耗的閉合儲能回路，還可以在需要時實現能量的快速釋放。

目前常見的電路開關器件有等離子斷路開關，斷路電流大、開關動作時間短，開關不可控；炸藥爆炸斷路開關，速度快、效率高、只能單次動作；電爆炸導體開關，斷路電流大、只能單次運動；機械開關，接觸電阻低、開關熱容量大、控制不靈活、動作慢；半導體斷路開關，可控性高、效率高、可重復使用、斷路電壓、電流較低；超導開關，斷路時間短、響應速度快。

常見的超導開關有基于超導塊材的機械式超導開關；基于邁斯納效應的光控式超導開關；超導線式超導開關，利用其零電阻特性，分為熱控式超導開關、流控式超導開關以及磁控式超導開關。目前，應用最廣泛的熱控式超導開關，但是需要外加的熱觸發電路。而且，當超導磁體閉環運行時，超導開關失超而超導磁體未失超時超導磁體的能量全部消耗在超導開關的常態電阻上，導致超導開關損壞。

傳統的超導開關的觸發單元、保護單元都是通過外加電路實現的，因而整個電路的復雜程度較高而且穩定性較低，不利于實現小型化、模塊化的應用要求。而且超導薄膜型超導開關的可行性已經得到驗證（Taizo Tosaka, Kenji Tasaki, Kotaro Marukawa,Toru Kuriyama, Hiroyuki Nakao, Mutsuhiko Yamaji, Katsuyuki Kuwano, MotohiroIgarashi, Kaoru Nemoto, and Motoaki Terai. Persistent Current HTS MagnetCooled by Cryocooler (4)—Persistent Current Switch Characteristics. IEEETransactions On Applied Superconductivity, 15(2), JUNE 2005）。

發明內容

本發明提供一種能夠提供不同運行電流于一體的，集開關、觸發和保護功能的超導薄膜開關。

一種可自觸發自保護的超導薄膜開關，包括超導薄膜單元，超導薄膜單元包括基底層；還包括設置在基底層一側的超導薄膜開關層，設置在基底層另一側與超導薄膜開關層對稱的觸發層和與超導薄膜開關層串聯的保護層；超導薄膜單元與超導磁體SM并聯后連接到主回路；觸發層連接到觸發回路；還包括與超導薄膜單元并聯的負載電阻R_L。

進一步的，所述超導薄膜開關層包括臨界電流不同的左超導薄膜層和右超導薄膜層。

進一步的，所述超導薄膜開關層表面設置有金屬保護層。

進一步的，所述觸發層和保護層表面均設置有金屬保護層。

進一步的，所述超導薄膜開關層、觸發層、保護層均為釔鋇銅氧制備，厚度為300～500 nm。

進一步的，所述基底層為鋁酸鑭制備，厚度為0.5cm。

進一步的，所述金屬保護層為金層，厚度為100～300 nm。