JP2003109816A - Protection circuit for superconducting magnet equipment - Google Patents
Protection circuit for superconducting magnet equipmentInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超電導マグネット
に酸化物超電導体による電流リードを介して電流を供給
する超電導マグネット装置において、停電による電流供
給停止が発生した場合でも、超電導マグネットのクエン
チを回避できるようにした、超電導マグネット装置の保
護回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、保護回路を有し、冷凍機（多段式
あるいは蓄冷式）で超電導マグネットを冷却する伝導冷
却型の超電導マグネット装置として図４に示すものが知
られている。同図において、１０は超電導マグネット
（超電導コイル）であり、液体ヘリウム温度（４．２
Ｋ）のレベルに冷却される第２段冷却ステージ９（以
下、低温領域という）に配されている。この超電導マグ
ネット１０の両端部には低温部電極７，７が接続されて
おり、これらの低温部電極７，７には、セラミックス材
よりなる酸化物超電導体製電流リード６Ａ，６Ｂがそれ
ぞれ接続されている。また、酸化物超電導体製電流リー
ド６Ａ，６Ｂの他端部は、液体窒素温度（７７Ｋ）のレ
ベルに冷却される第１段冷却ステージ８（以下、中温領
域という）に配された中間接続端子５，５に接続されて
いる。さらに、これらの中間接続端子５，５と室温環境
下にある常温側端子３，３の間は、例えば銅製の金属電
流リード（常電導電流リード）４，４によって接続され
ている。
【０００３】そして、室温領域には励磁用電源１が配置
されており、この励磁用電源１が、電磁開閉器（遮断
器）２を介して前記常温側端子３，３に接続されて、超
電導マグネット１０に電流を供給するようになってい
る。すなわち、金属電流リード４，４が室温（約３００
Ｋ）から中温領域８の温度（７７Ｋ）付近までの温度範
囲で使用され、酸化物超電導体製電流リード６Ａ，６Ｂ
が中温領域８の温度（７７Ｋ）付近から４．２Ｋまでの
温度範囲で使用される。
【０００４】また、前記の低温部電極７，７間には、低
温領域９内に配置され、互いに逆並列をなし、かつ、超
電導マグネット１０に対して並列接続されるダイオード
１１ａ，１１ｂが接続されている。低温領域９において
超電導マグネット１０に対して並列接続されたダイオー
ド１１ａ，１１ｂからなる低温領域ダイオード回路１２
は、保護回路を構成している。なお、冷媒による冷却を
行う冷媒冷却型の超電導マグネット装置では、液体ヘリ
ウム容器が低温領域９に相当し、液体窒素温度レベルの
温度空間が中温領域８に相当している。
【０００５】このように構成された超電導マグネット装
置において、超電導マグネット１０を励磁する場合、電
磁開閉器２を閉じて通電する。電流は常温側端子３から
金属電流リード４、酸化物超電導体製電流リード６Ａを
通り、超電導マグネット１０から酸化物超電導体製電流
リード６Ｂに流れる。このとき、ダイオード１１ｂの導
通電圧（ターンオン電圧）は、超電導マグネット１０を
励磁するときに発生するダイオード１１ｂの両端間電圧
（超電導マグネット１０の両端間電圧）より高く設定さ
れているので、電流はダイオード１１ａ，１１ｂ側には
流れない。そして、超電導マグネット１０に電流を流し
た状態で何らかの原因によって超電導マグネット１０が
温度上昇してクエンチすると、この超電導マグネット１
０のクエンチを検出する図示しないクエンチ検出手段か
らの信号によって電磁開閉器２が開になる。電磁開閉器
２が開となると、超電導マグネット１０に蓄積されてい
るエネルギは、超電導マグネット１０とダイオード１１
ａで形成される閉回路を電流が流れて放出される。これ
により超電導マグネット１０の損傷が回避されるように
なされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし前述した従来の
超電導マグネット装置では、停電による励磁用電源遮断
が発生した場合、超電導マグネット１０がクエンチして
しまうという問題があった。
【０００７】すなわち、超電導マグネット１０に電流を
流している際に、瞬時停電を含む停電により励磁用電源
１による給電が遮断されたとき、このとき発生する超電
導マグネット１０の両端間電圧が低温領域９内に配され
たダイオード１１ａの導通電圧に達すると、該ダイオー
ド１１ａが導通することになる。なお、励磁用電源１の
極性切替えにより、電流が常温側端子３から金属電流リ
ード４、酸化物超電導体製電流リード６Ｂを通り、超電
導マグネット１０から酸化物超電導体製電流リード６Ａ
に流れるように励磁用電源１が接続されている場合は、
ダイオード１１ｂが導通することになる。ここで、８０
〜１５０Ａ程度の励磁電流が流される超電導マグネット
１０に並列接続されるダイオード１１ａ，１１ｂに関
し、一般に、市販されて入手可能なダイオードの導通電
圧（ターンオン電圧）は、室温環境では０．５Ｖ程度で
ある一方、低温領域９環境では１０Ｖ程度まで上昇す
る。よって、停電により給電が止まったとき、超電導マ
グネット１０の両端間電圧が前記低温時導通電圧（ほぼ
１０Ｖ）に達し、超電導マグネット１０とダイオード１
１ａで形成される閉回路を、超電導マグネット１０の持
つインダクタンスで決まる電流変化速度（Ａ／ｓ）にて
電流が流れて減衰することとなる。
【０００８】そして、励磁電流が８０〜１５０Ａ程度の
多くの超電導マグネットでは、停電による電流供給停止
時に発生する超電導マグネットの両端間電圧が前記低温
時導通電圧（ほぼ１０Ｖ）に達し、この電圧値によって
生じる電流変化速度にて電流が流れると、該電流変化速
度が大きすぎることから、超電導マグネットを構成する
超電導導体で発生する渦電流による発熱や、ヒステリシ
ス損失による発熱などのために温度が上昇して、クエン
チが発生するということが起きている。
【０００９】このため、伝導冷却型の超電導マグネット
装置では、超電導マグネットが温度上昇してクエンチす
ると、超電導マグネットの温度は、蓄積エネルギや保護
回路構成にも依存するものの、−２００℃（７３Ｋ）以
上に上昇する。このために、停電が解消し給電が回復し
ても、超電導マグネットを励磁できる温度にまで多段式
冷凍機によって温度を下げるには、数時間から一日程度
の時間を要している。また、冷媒冷却型の超電導マグネ
ット装置では、クエンチの発生によって高価な冷媒が大
量に蒸発し、給電が回復して超電導マグネットを励磁で
きる温度にまで冷却するには、大量の冷媒を使用するこ
とが必要になる。
【００１０】本発明の目的は、超電導マグネットに酸化
物超電導体製電流リードを介して電流を供給する超電導
マグネット装置において、停電による電流供給停止が発
生した場合でも超電導マグネットのクエンチを回避でき
るようにした、超電導マグネット装置の保護回路を提供
することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、室温領域に配置された励磁用電源か
ら、低温領域に配置された超電導マグネットに酸化物超
電導体製電流リードを介して電流を供給する超電導マグ
ネット装置の保護回路であって、前記低温領域において
前記超電導マグネットに並列に接続されたダイオードを
備えるとともに、前記超電導マグネットに対して前記室
温領域において並列に接続され、停電による電流供給停
止時に発生する前記超電導マグネットの両端間電圧が該
超電導マグネットをクエンチさせずに消磁可能な最大電
流変化速度を生じる電圧値に達すると導通するように、
導通電圧が設定されたダイオードを備えていることを特
徴とする超電導マグネット装置の保護回路である。
【００１２】本発明による超電導マグネット装置の保護
回路は、低温領域において超電導マグネットに並列に接
続されたダイオード（以下、低温領域ダイオードとい
う）を備え、さらに、超電導マグネットに対して室温領
域において並列に接続されたダイオード（以下、室温領
域ダイオード）を備えている。そして、室温領域ダイオ
ードは、停電による電流供給停止時に発生する超電導マ
グネットの両端間電圧が該超電導マグネットをクエンチ
させずに消磁可能な最大電流変化速度を生じる電圧値に
達すると導通するように、その導通電圧Ｖonが設定され
ている（例えば５Ｖ）。
【００１３】よって、本発明による保護回路を備えた超
電導マグネット装置によれば、停電により励磁用電源に
よる給電が遮断されると、これにより発生する超電導マ
グネットの両端間電圧が室温領域ダイオードの導通電圧
Ｖon（例えば５Ｖ）に達し、従来と違って超電導マグネ
ット及び低温領域ダイオード（導通電圧：ほぼ１０Ｖ）
で形成される閉回路ではなく、超電導マグネット、一方
側の酸化物超電導体製電流リード、室温領域ダイオード
及び他方側の酸化物超電導体製電流リードを経て超電導
マグネットに戻る閉回路を、電流が超電導マグネットを
クエンチさせない緩やかな電流変化速度で流れて、超電
導マグネットに蓄積されているエネルギが放出される。
これにより、停電による電流供給停止が発生した場合に
超電導マグネットのクエンチを回避でき、超電導マグネ
ットをクエンチさせることなく消磁させることができ
る。
【００１４】また、本発明による保護回路を備えた超電
導マグネット装置によれば、超電導マグネットがクエン
チした場合には、超電導マグネットのクエンチを検出す
ることで励磁用電源による給電が遮断されると、超電導
マグネットに蓄積されているエネルギは、超電導マグネ
ット、一方側の酸化物超電導体製電流リード、室温領域
ダイオード及び他方側の酸化物超電導体製電流リードを
経て超電導マグネットに戻る閉回路を電流が流れて放出
される。これにより、超電導マグネットがクエンチした
場合に該超電導マグネットの損傷を回避することができ
る。
【００１５】さらに、本発明による保護回路を備えた超
電導マグネット装置によれば、万一、セラミックス材よ
りなる酸化物超電導体製電流リードが折損した場合に
は、超電導マグネットに蓄積されているエネルギは、超
電導マグネット及び低温領域ダイオードで形成される閉
回路を電流が流れて放出される。これにより、酸化物超
電導体製電流リードが折損した場合に超電導マグネット
の損傷を回避することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施
形態による保護回路を備えた超電導マグネット装置の構
成説明図である。ここで、この実施形態において、前記
図４に示される従来の超電導マグネット装置と同一部分
には図４と同一の符号を付して説明を省略し、異なる点
について説明する。
【００１７】図１に示すように、励磁用電源１のある室
温領域には、互いに逆並列をなし、かつ、超電導マグネ
ット１０に対して並列接続されたダイオード１３ａ，１
３ｂが備えられている。そして、このうちダイオード１
３ａは、停電による電流供給停止時に発生する超電導マ
グネット１０の両端間電圧が超電導マグネット１０をク
エンチさせずに消磁可能な最大電流変化速度を生じる電
圧値に達すると導通するように、その導通電圧Ｖonが設
定されている。すなわち、超電導マグネット１０のイン
ダクタンスをＬ（Ｈ）、超電導マグネット１０をクエン
チさせずに消磁可能な最大電流変化速度をｄＩ／ｄｔ
（Ａ／ｓ）とするとき、Ｖon＝Ｌ×（ｄＩ／ｄｔ）で求
められる値に設定されている。この導通電圧Ｖonは例え
ば５Ｖに設定される。具体的には、導通電圧Ｖonが５Ｖ
のダイオード１３ａは、導通電圧が０．５Ｖのダイオー
ドを１０個直列接続することで構成されている。このよ
うに、室温領域において超電導マグネット１０に対して
並列接続されたダイオード１３ａ，１３ｂからなる室温
領域ダイオード回路１４と、低温領域９において超電導
マグネット１０に対して並列接続されたダイオード１１
ａ，１１ｂからなる低温領域ダイオード回路１２とによ
り保護回路が構成されている。
【００１８】このような保護回路を備えた超電導マグネ
ット装置において、停電により励磁用電源１による給電
が遮断されると、これにより発生する超電導マグネット
１０の両端間電圧が室温領域にあるダイオード１３ａの
導通電圧Ｖonの値、例えば５Ｖに達し、従来と違って超
電導マグネット１０及び低温領域のダイオード１１ａ
（導通電圧：ほぼ１０Ｖ）で形成される閉回路ではな
く、超電導マグネット１０、一方側の酸化物超電導体製
電流リード６Ｂ、室温領域のダイオード１３ａ及び他方
側の酸化物超電導体製電流リード６Ａを経て超電導マグ
ネット１０に戻る閉回路を、電流が超電導マグネット１
０をクエンチさせない緩やかな電流変化速度で流れて、
超電導マグネット１０に蓄積されているエネルギが放出
される。これにより、停電による電流供給停止が発生し
た場合に超電導マグネット１０のクエンチを回避するこ
とができる。
【００１９】また、超電導マグネット１０がクエンチし
た場合には、超電導マグネット１０のクエンチを検出す
ることで励磁用電源１による給電が遮断されると、超電
導マグネット１０に蓄積されているエネルギは、超電導
マグネット１０→酸化物超電導体製電流リード６Ｂ→室
温領域のダイオード１３ａ→酸化物超電導体製電流リー
ド６Ａ→超電導マグネット１０の閉回路を電流が流れて
放出される。これにより、クエンチした場合に超電導マ
グネット１０の損傷を回避することができる。
【００２０】さらに、万一、セラミックス材よりなる酸
化物超電導体製電流リード、例えば電流リード６Ｂが折
損した場合には、超電導マグネット１０に蓄積されてい
るエネルギは、超電導マグネット１０及び低温領域９の
ダイオード１１ａで形成される閉回路を電流が流れて放
出される。これにより、酸化物超電導体製電流リード６
Ｂが折損した場合に超電導マグネット１０の損傷を回避
することができる。
【００２１】図２は本発明の別の実施形態による保護回
路を備えた超電導マグネット装置の構成説明図である。
ここで、この実施形態において、前記図１に示される実
施形態の超電導マグネット装置と同一部分には図１と同
一の符号を付して説明を省略し、異なる点について説明
する。
【００２２】図２に示すように、低温領域９に配置され
た超電導マグネット１５は、その蓄積エネルギが大きい
ことから分割されており、第１の分割コイル１５ａと第
２の分割コイル１５ｂとからなっている。そして、第１
の分割コイル１５ａには、低温領域９に配置され、互い
に逆並列をなし、かつ、該分割コイル１５ａに対して並
列接続されたダイオード１６ａ，１６ｂが接続されてい
る。また、第２の分割コイル１５ｂには、低温領域９に
配置され、互いに逆並列をなし、かつ、該分割コイル１
５ｂに対して並列接続されたダイオード１７ａ，１７ｂ
が接続されている。低温領域９において第１の分割コイ
ル１５ａに対して並列接続されたダイオード１６ａ，１
６ｂと第２の分割コイル１５ｂに対して並列接続された
ダイオード１７ａ，１７ｂとからなる低温領域ダイオー
ド回路１８、及び前記の室温領域ダイオード回路１４に
より保護回路が構成されている。
【００２３】このような保護回路を備えた超電導マグネ
ット装置において、停電により励磁用電源１による給電
が遮断されると、これにより発生する超電導マグネット
１５の両端間電圧が室温領域にあるダイオード１３ａの
導通電圧Ｖonの値、例えば５Ｖに達し、第１の分割コイ
ル１５ａとダイオード１６ａ（導通電圧：ほぼ１０Ｖ）
で形成される閉回路ではなく、また第２の分割コイル１
５ｂとダイオード１７ａ（導通電圧：ほぼ１０Ｖ）で形
成される閉回路ではなくて、超電導マグネット１５、一
方側の酸化物超電導体製電流リード６Ｂ、室温領域のダ
イオード１３ａ及び他方側の酸化物超電導体製電流リー
ド６Ａを経て超電導マグネット１５に戻る閉回路を、電
流が超電導マグネット１５をクエンチさせない緩やかな
電流変化速度で流れて、超電導マグネット１５に蓄積さ
れているエネルギが放出される。これにより、停電によ
る電流供給停止が発生した場合に超電導マグネット１５
のクエンチを回避することができる。
【００２４】また、超電導マグネット１５がクエンチし
た場合には、超電導マグネット１５のクエンチを検出す
ることで励磁用電源１による給電が遮断されると、超電
導マグネット１５に蓄積されているエネルギは、超電導
マグネット１５→酸化物超電導体製電流リード６Ｂ→室
温領域のダイオード１３ａ→酸化物超電導体製電流リー
ド６Ａ→超電導マグネット１５の閉回路を電流が流れて
放出される。これにより、クエンチした場合に超電導マ
グネット１５の損傷を回避することができる。
【００２５】さらに、万一、セラミックス材よりなる酸
化物超電導体製電流リード、例えば電流リード６Ｂが折
損した場合には、超電導マグネット１５を構成する第１
の分割コイル１５ａに蓄積されているエネルギは、第１
の分割コイル１５ａ及び低温領域９のダイオード１６ａ
で形成される閉回路を電流が流れて放出される一方、第
２の分割コイル１５ｂに蓄積されているエネルギは、第
２の分割コイル１５ｂ及び低温領域９のダイオード１７
ａで形成される閉回路を電流が流れて放出される。これ
により、酸化物超電導体製電流リード６Ｂが折損した場
合に超電導マグネット１５の損傷を回避することができ
る。
【００２６】図３は本発明の別の実施形態による保護回
路を備えた超電導マグネット装置の構成説明図である。
ここで、この実施形態において、前記図２に示される実
施形態の超電導マグネット装置と同一部分には図２と同
一の符号を付して説明を省略し、異なる点について説明
する。
【００２７】図３に示すように、低温領域９に配置され
た超電導マグネット１５を構成する第１の分割コイル１
５ａには、抵抗素子１９が直列接続されたダイオード１
６ａと抵抗素子１９が直列接続されたダイオード１６ｂ
とが、低温領域９に配置され、互いに逆並列をなし、か
つ、該分割コイル１５ａに対して並列接続されている。
抵抗素子１９は電流を速やかに消費させるためのもので
ある。また、第２の分割コイル１５ｂには、抵抗素子１
９が直列接続されたダイオード１７ａと抵抗素子１９が
直列接続されたダイオード１７ｂとが、低温領域９に配
置され、互いに逆並列をなし、かつ、該分割コイル１５
ｂに対して並列接続されている。図３に示すように、こ
れらからなる低温領域ダイオード・抵抗素子回路２０、
及び前記の室温領域ダイオード回路１４により保護回路
が構成されている。
【００２８】このような保護回路を備えた超電導マグネ
ット装置においても、前記図１，図２の超電導マグネッ
ト装置と同様に、停電による電流供給停止が発生した場
合に超電導マグネット１５のクエンチを回避することが
でき、また、超電導マグネット１５がクエンチした場合
に該超電導マグネット１５の損傷を回避することができ
る。さらに、万一、セラミックス材よりなる酸化物超電
導体製電流リード、例えば電流リード６Ｂが折損した場
合には、第１の分割コイル１５ａに蓄積されているエネ
ルギを抵抗素子１９とダイオード１６ａにより速やかに
消費させ、また、第２の分割コイル１５ｂに蓄積されて
いるエネルギを抵抗素子１９とダイオード１７ａにより
速やかに消費させて、確実に超電導マグネット１５の損
傷を回避することができる。
【００２９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明による超電導
マグネット装置の保護回路によれば、室温領域に配置さ
れた励磁用電源から、低温領域に配置された超電導マグ
ネットに酸化物超電導体製電流リードを介して電流を供
給する超電導マグネット装置において、停電による電流
供給停止が発生した場合に超電導マグネットをクエンチ
させることなく消磁させることができ、また、超電導マ
グネットがクエンチした場合に該超電導マグネットの損
傷を回避することができ、さらに、万一、セラミックス
材よりなる酸化物超電導体製電流リードが折損した場合
に超電導マグネットの損傷を回避することができる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting magnet device for supplying a current to a superconducting magnet through a current lead made of an oxide superconductor. The present invention relates to a protection circuit for a superconducting magnet device capable of avoiding the quench of the superconducting magnet even in the case where the superconducting magnet is used. 2. Description of the Related Art Conventionally, a conduction cooling type superconducting magnet device having a protection circuit and cooling a superconducting magnet by a refrigerator (multistage or regenerative type) is shown in FIG. In the same figure, reference numeral 10 denotes a superconducting magnet (superconducting coil), which has a liquid helium temperature (4.2).
K) is disposed in a second cooling stage 9 (hereinafter, referred to as a low temperature region) cooled to the level K). Low-temperature electrodes 7, 7 are connected to both ends of the superconducting magnet 10, and current leads 6A, 6B made of an oxide superconductor made of a ceramic material are connected to these low-temperature electrodes 7, 7, respectively. ing. The other ends of the oxide superconductor current leads 6A and 6B are connected to an intermediate connection terminal disposed on a first cooling stage 8 (hereinafter referred to as a medium temperature region) cooled to a liquid nitrogen temperature (77K). 5, 5 are connected. Further, the intermediate connection terminals 5 and 5 are connected to the room temperature terminals 3 and 3 in a room temperature environment by metal current leads (normal current conduction leads) 4 and 4 made of copper, for example. An excitation power supply 1 is disposed in the room temperature region. The excitation power supply 1 is connected to the normal temperature side terminals 3 and 3 via an electromagnetic switch (circuit breaker) 2 so as to be superconductive. An electric current is supplied to the magnet 10. That is, the metal current leads 4 and 4 are at room temperature (about 300
K) is used in the temperature range from the temperature of the middle temperature region 8 to around (77K), and the current leads 6A and 6B made of oxide superconductor are used.
Is used in the temperature range from around the temperature (77 K) of the middle temperature region 8 to 4.2 K. [0004] Diodes 11a and 11b, which are arranged in the low-temperature region 9 and are antiparallel to each other and connected in parallel to the superconducting magnet 10, are connected between the low-temperature electrodes 7 and 7. ing. A low-temperature region diode circuit 12 composed of diodes 11a and 11b connected in parallel to the superconducting magnet 10 in the low-temperature region 9
Constitutes a protection circuit. In a refrigerant-cooled superconducting magnet device that performs cooling with a refrigerant, the liquid helium container corresponds to the low temperature region 9 and the temperature space at the liquid nitrogen temperature level corresponds to the medium temperature region 8. When the superconducting magnet 10 is excited in the superconducting magnet device thus constructed, the electromagnetic switch 2 is closed and energized. A current flows from the room temperature terminal 3 through the metal current lead 4 and the current lead 6A made of oxide superconductor, and from the superconducting magnet 10 to the current lead 6B made of oxide superconductor. At this time, the conduction voltage (turn-on voltage) of the diode 11b is set higher than the voltage across the diode 11b (voltage across the superconducting magnet 10) generated when the superconducting magnet 10 is excited. It does not flow to the side of 11a and 11b. When the temperature of the superconducting magnet 10 rises and is quenched for some reason in a state where a current is passed through the superconducting magnet 10, the superconducting magnet 1
The electromagnetic switch 2 is opened by a signal from a quench detecting means (not shown) for detecting a quench of 0. When the electromagnetic switch 2 is opened, the energy stored in the superconducting magnet 10 is transferred to the superconducting magnet 10 and the diode 11.
A current flows through the closed circuit formed by a and is released. Thereby, damage to the superconducting magnet 10 is avoided. However, in the above-described conventional superconducting magnet apparatus, there is a problem that the superconducting magnet 10 is quenched when the excitation power supply is cut off due to a power failure. That is, when the power supply from the excitation power supply 1 is interrupted due to a power failure including an instantaneous power failure while a current is flowing through the superconducting magnet 10, the voltage between both ends of the superconducting magnet 10 generated at this time is reduced to a low temperature region 9. When the conduction voltage of the diode 11a disposed therein is reached, the diode 11a conducts. By switching the polarity of the excitation power supply 1, the current flows from the room temperature side terminal 3 through the metal current lead 4 and the oxide superconductor current lead 6B, and from the superconducting magnet 10 to the oxide superconductor current lead 6A.
When the excitation power supply 1 is connected so that
The diode 11b becomes conductive. Where 80
Regarding the diodes 11a and 11b connected in parallel to the superconducting magnet 10 through which an exciting current of about 150 A flows, the conduction voltage (turn-on voltage) of a commercially available diode is generally about 0.5 V in a room temperature environment. On the other hand, it rises to about 10 V in the low temperature region 9 environment. Therefore, when the power supply is stopped due to the power failure, the voltage between both ends of the superconducting magnet 10 reaches the low-temperature conduction voltage (approximately 10 V), and the superconducting magnet 10 and the diode 1
A current flows through the closed circuit formed by 1a at a current change rate (A / s) determined by the inductance of the superconducting magnet 10 and attenuates. In many superconducting magnets having an exciting current of about 80 to 150 A, the voltage between both ends of the superconducting magnet generated when the current supply is stopped due to a power failure reaches the low-temperature conduction voltage (approximately 10 V). When the current flows at the generated current change rate, the temperature is increased due to eddy current generated in the superconducting conductor constituting the superconducting magnet and heat generated due to hysteresis loss, because the current changing rate is too large. , Quench occurs. For this reason, in the superconducting magnet device of the conduction cooling type, when the temperature of the superconducting magnet rises and is quenched, the temperature of the superconducting magnet depends on the stored energy and the protection circuit configuration, but is -200 ° C. (73 K) or more. To rise. For this reason, even if the power failure is resolved and the power supply is restored, it takes several hours to one day to reduce the temperature by the multistage refrigerator to a temperature at which the superconducting magnet can be excited. In addition, in a refrigerant-cooled superconducting magnet device, a large amount of expensive refrigerant evaporates due to the occurrence of a quench, and a large amount of refrigerant is used in order to recover the power supply and cool the superconducting magnet to a temperature at which it can be excited. Will be needed. An object of the present invention is to provide a superconducting magnet device for supplying a current to a superconducting magnet via a current lead made of an oxide superconductor so as to avoid quench of the superconducting magnet even when a current supply is stopped due to a power failure. And a protection circuit for the superconducting magnet device. [0011] In order to achieve the above object, the present invention relates to a method for producing an oxide superconductor from an excitation power supply arranged in a room temperature region to a superconducting magnet arranged in a low temperature region. A protection circuit for a superconducting magnet device for supplying a current through a current lead, comprising a diode connected in parallel to the superconducting magnet in the low-temperature region, and connected in parallel to the superconducting magnet in the room temperature region. It is made to conduct when the voltage between both ends of the superconducting magnet, which is generated when the current supply is stopped due to the power failure, reaches a voltage value that causes the maximum current change rate that can be demagnetized without quenching the superconducting magnet,
A protection circuit for a superconducting magnet device, comprising a diode having a conduction voltage set. A protection circuit for a superconducting magnet device according to the present invention includes a diode (hereinafter referred to as a low temperature region diode) connected in parallel to the superconducting magnet in a low temperature region, and further connected in parallel to the superconducting magnet in a room temperature region. (Hereinafter, room temperature region diode). Then, the room temperature region diode is turned on so that when the voltage between both ends of the superconducting magnet generated at the time of stopping the current supply due to the power failure reaches a voltage value that produces a maximum current change rate that can be demagnetized without quenching the superconducting magnet, the diode is turned on. The conduction voltage Von is set (for example, 5 V). Therefore, according to the superconducting magnet device provided with the protection circuit according to the present invention, when the power supply by the excitation power supply is cut off due to the power failure, the voltage generated between both ends of the superconducting magnet becomes the conduction voltage of the diode in the room temperature region. Von (e.g., 5V), unlike conventional, superconducting magnet and low temperature region diode (conduction voltage: almost 10V)
Instead of the closed circuit formed by the above, the superconducting magnet, the current lead made of oxide superconductor on one side, the room temperature region diode and the closed circuit returning to the superconducting magnet via the current lead made of oxide superconductor on the other side The energy flows at a slow current change rate that does not quench the magnet, and the energy stored in the superconducting magnet is released.
This makes it possible to avoid the quench of the superconducting magnet when the current supply stops due to the power failure, and to demagnetize the superconducting magnet without quench. Further, according to the superconducting magnet device provided with the protection circuit according to the present invention, when the superconducting magnet is quenched, the quench of the superconducting magnet is detected and the power supply from the excitation power supply is cut off. The energy stored in the magnet flows through a superconducting magnet, a current lead made of an oxide superconductor on one side, a room temperature region diode, and a closed circuit returning to the superconducting magnet via a current lead made of an oxide superconductor on the other side. Released. Thereby, when the superconducting magnet is quenched, damage to the superconducting magnet can be avoided. Further, according to the superconducting magnet device provided with the protection circuit according to the present invention, if the current lead made of an oxide superconductor made of a ceramic material is broken, the energy stored in the superconducting magnet is reduced. Current flows through a closed circuit formed by the superconducting magnet and the low-temperature region diode, and is discharged. This can prevent the superconducting magnet from being damaged when the oxide superconductor current lead is broken. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration explanatory view of a superconducting magnet device provided with a protection circuit according to one embodiment of the present invention. Here, in this embodiment, the same portions as those of the conventional superconducting magnet device shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 4, and the description thereof will be omitted, and different points will be described. As shown in FIG. 1, in the room temperature region where the excitation power supply 1 is located, diodes 13a and 13a which are antiparallel to each other and which are connected in parallel to the superconducting magnet 10 are provided.
3b is provided. And the diode 1
3a, the conduction voltage Von is set so that conduction occurs when the voltage between both ends of the superconducting magnet 10 generated when the current supply is stopped due to a power failure reaches a voltage value at which a maximum current change rate that can be demagnetized without quenching the superconducting magnet 10 is reached. Is set. That is, the inductance of the superconducting magnet 10 is L (H), and the maximum current change rate at which the superconducting magnet 10 can be demagnetized without being quenched is dI / dt.
When (A / s) is set, it is set to a value obtained by Von = L × (dI / dt). This conduction voltage Von is set to, for example, 5V. Specifically, the conduction voltage Von is 5 V
Of the diode 13a is configured by connecting ten diodes with a conduction voltage of 0.5 V in series. Thus, the room temperature region diode circuit 14 including the diodes 13a and 13b connected in parallel to the superconducting magnet 10 in the room temperature region and the diode 11 connected in parallel to the superconducting magnet 10 in the low temperature region 9
A protection circuit is constituted by the low-temperature region diode circuit 12 composed of a and 11b. In the superconducting magnet device provided with such a protection circuit, when the power supply from the excitation power supply 1 is cut off due to a power failure, the resulting voltage across the superconducting magnet 10 is turned on by the diode 13a in the room temperature region. The value of the voltage Von, for example, reaches 5 V, and unlike the conventional case, the superconducting magnet 10 and the diode 11a in the low-temperature region
Instead of a closed circuit formed by (conduction voltage: approximately 10 V), the superconducting magnet 10, the current lead 6B made of oxide superconductor on one side, the diode 13a in the room temperature region, and the current lead 6A made of oxide superconductor on the other side are connected. The closed circuit which returns to the superconducting magnet 10 through the superconducting magnet 1
Flowing at a slow current change rate that does not quench 0,
The energy stored in superconducting magnet 10 is released. Thereby, quenching of superconducting magnet 10 can be avoided when the current supply is stopped due to a power failure. When the superconducting magnet 10 is quenched and the power supply from the excitation power supply 1 is interrupted by detecting the quench of the superconducting magnet 10, the energy stored in the superconducting magnet 10 is changed to the superconducting magnet. 10 → Current lead 6B made of oxide superconductor → Diode 13a in the room temperature region → Current lead 6A made of oxide superconductor → Current flows through the closed circuit of superconducting magnet 10 and is discharged. Thereby, when quenched, damage to superconducting magnet 10 can be avoided. Further, in the event that a current lead made of an oxide superconductor made of a ceramic material, for example, the current lead 6B is broken, the energy stored in the superconducting magnet 10 is reduced by the energy of the superconducting magnet 10 and the low-temperature region 9. A current flows through a closed circuit formed by the diode 11a and is released. As a result, the current lead 6 made of oxide superconductor
When B is broken, damage to superconducting magnet 10 can be avoided. FIG. 2 is an explanatory view of the configuration of a superconducting magnet device provided with a protection circuit according to another embodiment of the present invention.
Here, in this embodiment, the same portions as those of the superconducting magnet device of the embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1, and the description thereof will be omitted, and different points will be described. As shown in FIG. 2, the superconducting magnet 15 disposed in the low-temperature region 9 is divided because of its large stored energy, and is composed of a first divided coil 15a and a second divided coil 15b. ing. And the first
The split coils 15a are connected to diodes 16a and 16b, which are arranged in the low-temperature region 9, are antiparallel to each other, and are connected in parallel to the split coil 15a. The second split coil 15b is disposed in the low-temperature region 9 and is antiparallel to each other.
Diodes 17a and 17b connected in parallel to 5b
Is connected. Diodes 16a, 1 connected in parallel to the first split coil 15a in the low temperature region 9
A protection circuit is composed of a low-temperature region diode circuit 18 composed of diodes 6a and diodes 17a and 17b connected in parallel to the second split coil 15b, and the room temperature region diode circuit 14 described above. In the superconducting magnet device provided with such a protection circuit, when the power supply from the excitation power supply 1 is cut off due to a power failure, the voltage between both ends of the superconducting magnet 15 generated by this causes conduction of the diode 13a in the room temperature region. The value of the voltage Von reaches, for example, 5V, and the first divided coil 15a and the diode 16a (conduction voltage: approximately 10V)
, And the second divided coil 1
Instead of a closed circuit formed by 5b and a diode 17a (conduction voltage: approximately 10 V), a superconducting magnet 15, a current lead 6B made of an oxide superconductor on one side, a diode 13a in a room temperature region, and an oxide superconductor on the other side are used. The current flows through the closed circuit that returns to the superconducting magnet 15 via the current lead 6A at a gentle current change rate that does not quench the superconducting magnet 15, and the energy stored in the superconducting magnet 15 is released. Thus, when the current supply is stopped due to a power failure, the superconducting magnet 15
Quenching can be avoided. When the superconducting magnet 15 is quenched and the power supply by the excitation power supply 1 is interrupted by detecting the quench of the superconducting magnet 15, the energy stored in the superconducting magnet 15 is reduced by the superconducting magnet. 15 → Current lead 6B made of oxide superconductor → Diode 13a in the room temperature region → Current lead 6A made of oxide superconductor → Current flows through the closed circuit of superconducting magnet 15 and is released. Thereby, when quenched, damage to superconducting magnet 15 can be avoided. Further, in the event that a current lead made of an oxide superconductor made of a ceramic material, for example, the current lead 6B is broken, the first superconducting magnet 15 constituting the superconducting magnet 15 is broken.
The energy stored in the divided coil 15a is
Divided coil 15a and diode 16a in low-temperature region 9
The current stored in the second divided coil 15b is dissipated by the current flowing through the closed circuit formed by the second divided coil 15b and the diode 17 in the low-temperature region 9.
A current flows through the closed circuit formed by a and is released. Thereby, damage to superconducting magnet 15 can be avoided when current lead 6B made of oxide superconductor is broken. FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of a superconducting magnet device having a protection circuit according to another embodiment of the present invention.
Here, in this embodiment, the same portions as those of the superconducting magnet device of the embodiment shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 2, and the description thereof will be omitted, and different points will be described. As shown in FIG. 3, the first split coil 1 constituting the superconducting magnet 15 disposed in the low temperature region 9
5a is a diode 1 having a resistance element 19 connected in series.
A diode 16b in which the resistor 6a and the resistance element 19 are connected in series
Are arranged in the low-temperature region 9, are antiparallel to each other, and are connected in parallel to the divided coil 15a.
The resistance element 19 is for consuming the current quickly. In addition, the second divided coil 15b includes a resistance element 1
9 are connected in series and a diode 17b is connected in series to the resistance element 19.
b is connected in parallel. As shown in FIG. 3, a low-temperature region diode / resistance element circuit 20 composed of
A protection circuit is constituted by the above-mentioned diode circuit 14 in the room temperature region. In the superconducting magnet device having such a protection circuit, as in the case of the superconducting magnet device shown in FIGS. 1 and 2, it is possible to avoid the quench of the superconducting magnet 15 when the current supply stops due to a power failure. In addition, when the superconducting magnet 15 is quenched, damage to the superconducting magnet 15 can be avoided. Further, in the event that a current lead made of an oxide superconductor made of a ceramic material, for example, the current lead 6B is broken, the energy stored in the first split coil 15a is quickly transferred to the resistor element 19 and the diode 16a. The energy stored in the second split coil 15b is quickly consumed by the resistance element 19 and the diode 17a, so that the superconducting magnet 15 can be reliably prevented from being damaged. As described above, according to the protection circuit for the superconducting magnet device of the present invention, the oxide superconducting power supply is switched from the excitation power supply arranged in the room temperature region to the superconducting magnet arranged in the low temperature region. In a superconducting magnet device that supplies current through a body current lead, the superconducting magnet can be demagnetized without quenching when a current supply is stopped due to a power failure, and when the superconducting magnet is quenched, Damage to the magnet can be avoided, and furthermore, if the current lead made of an oxide superconductor made of a ceramic material is broken, damage to the superconducting magnet can be avoided.
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による保護回路を備えた超
電導マグネット装置の構成説明図である。
【図２】本発明の別の実施形態による保護回路を備えた
超電導マグネット装置の構成説明図である。
【図３】本発明の別の実施形態による保護回路を備えた
超電導マグネット装置の構成説明図である。
【図４】従来の保護回路を備えた超電導マグネット装置
の構成説明図である。
【符号の説明】
１…励磁用電源 ２…電磁開閉器 ３…常温側端子 ４
…金属電流リード ５…中間接続端子 ６Ａ，６Ｂ…酸
化物超電導体製電流リード ７…低温部電極８…中温領
域（第１段冷却ステージ） ９…低温領域（第２段冷却
ステージ）１０…超電導マグネット １１ａ，１１ｂ，
１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ…低温領域のダイオー
ド １３ａ，１３ｂ…室温領域のダイオード １２，１
８…低温領域ダイオード回路 １４…室温領域ダイオー
ド回路 １５…超電導マグネット １５ａ…第１の分割
コイル １５ｂ…第２の分割コイル １９…抵抗素子２
０…低温領域ダイオード・抵抗素子回路BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration explanatory diagram of a superconducting magnet device provided with a protection circuit according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a configuration explanatory diagram of a superconducting magnet device provided with a protection circuit according to another embodiment of the present invention. FIG. 3 is a configuration explanatory view of a superconducting magnet device provided with a protection circuit according to another embodiment of the present invention. FIG. 4 is a configuration explanatory view of a conventional superconducting magnet device provided with a protection circuit. [Explanation of Signs] 1 ... Power supply for excitation 2 ... Electromagnetic switch 3 ... Room temperature side terminal 4
... Metal current lead 5 ... Intermediate connection terminal 6A, 6B ... Oxide superconductor current lead 7 ... Low temperature part electrode 8 ... Medium temperature area (first stage cooling stage) 9 ... Low temperature area (second stage cooling stage) 10 ... Superconductivity Magnets 11a, 11b,
16a, 16b, 17a, 17b: Diodes in low temperature region 13a, 13b: Diodes in room temperature region 12, 1
8: Low temperature region diode circuit 14: Room temperature region diode circuit 15: Superconducting magnet 15a: First split coil 15b: Second split coil 19: Resistance element 2
0 ... Low temperature region diode / resistance element circuit
Claims (1)
低温領域に配置された超電導マグネットに酸化物超電導
体製電流リードを介して電流を供給する超電導マグネッ
ト装置の保護回路であって、前記低温領域において前記
超電導マグネットに並列に接続されたダイオードを備え
るとともに、前記超電導マグネットに対して前記室温領
域において並列に接続され、停電による電流供給停止時
に発生する前記超電導マグネットの両端間電圧が該超電
導マグネットをクエンチさせずに消磁可能な最大電流変
化速度を生じる電圧値に達すると導通するように、導通
電圧が設定されたダイオードを備えていることを特徴と
する超電導マグネット装置の保護回路。Claims: 1. An exciting power supply arranged in a room temperature region comprises:
A protection circuit for a superconducting magnet device that supplies a current to a superconducting magnet disposed in a low-temperature region via a current lead made of an oxide superconductor, including a diode connected in parallel to the superconducting magnet in the low-temperature region. A voltage that is connected in parallel to the superconducting magnet in the room temperature range and causes a voltage between both ends of the superconducting magnet that is generated when a current supply is stopped due to a power failure to generate a maximum current change rate that can be demagnetized without quenching the superconducting magnet. A protection circuit for a superconducting magnet device, comprising a diode whose conduction voltage is set so as to conduct when the value reaches a value.
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| JP2001301448A JP2003109816A (en) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | Protection circuit for superconducting magnet equipment |
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- 2001-09-28 JP JP2001301448A patent/JP2003109816A/en active Pending
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