JP2005259826A - 超電導コイルの励磁回路 - Google Patents

Abstract

【課題】必要に応じて減衰した電流を補償することができるとともに、超電導コイルの消磁を緩慢にし、かつ低コスト化を図ることができる超電導コイルの励磁回路を提供する。
【解決手段】超電導コイル２と、この超電導コイル２の外部の常温個所に配置され、この超電導コイル２に直流電流を供給する直流電源装置３と、前記超電導コイル２の外部の常温個所に配置され、前記直流電源装置３と前記超電導コイル２との間にあって、前記直流電源装置３と前記超電導コイル２に並列に接続される抵抗器４と陽極を前記直流電源装置３に接続し陰極を前記抵抗器４の一端に接続するダイオード５とからなる直列回路と、前記抵抗器４に並列に接続される遮断器６とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超電導コイルの励磁回路に関するものである。

超電導コイルの励磁方式としては、図５に示すように、超電導コイル１０１の励磁後に電源１０５を切り離す永久電流モードにする方式がある。この図５において、１００はクライオスタット（低温容器）、１０２は永久電流スイッチ、１０３は抵抗、１０４はダイオードである。

一般的に永久電流モードの回路は、永久電流スイッチ１０２を含むクライオスタット（低温容器）１００で構成された閉回路で、電流を増減させるときだけ永久電流スイッチ１０２を切り入りして電源１０５からの電流を通電させる回路構成となっている。

また、図６に示すように、超電導部２００の超電導コイル２０１に電源２０２を接続し常時通電する方式がある。

この電源２０２を接続し常時通電する方式の回路は、超電導コイル２０１と常温部に配置した電源２０２で構成された閉回路で、電流を増減させるときおよび一定とするときのいずれも、当該電源２０２を用いて常に超電導コイル２０１に通電し続ける回路である。
特開平５−１４４６４０号公報 特開平６−３３３７３９号公報 特開平７−１９２９１３号公報 特開平１０−２７０２３４号公報

しかしながら、永久電流モードの回路では、電流の減衰による起磁力の低下を防止するため、高価な超電導線を多量に使用し磁束流動抵抗のような回路抵抗を極力小さくすると共に、高価な超電導体の永久電流スイッチを配置し、その超電導−常電導転移で開閉を制御する必要があるため、低コストでの実現が困難である。

また、従来の、超電導コイルと電源のみで構成した常時通電方式の回路では、電源の消費電力が大きいという問題点がある。さらに、電源が故障し電流の供給が停止すると、超電導コイルが急激に消磁するという問題点もある。

そのため、図７に示すように、超電導部３００の超電導コイル３０１と並列にサイリスタスイッチ３０２を接続し、電源３０３の遮断時に超電導コイル３０１の電流をサイリスタスイッチ３０２経由で循環させる方式の回路もあるが、サイリスタスイッチ３０２は、電流が順方向に流れる際にもダイオードに比べると大きい抵抗値となるため、発熱が大きくなり冷却装置が大きくなるという問題がある。

本発明は、上記状況に鑑みて、必要に応じて減衰した電流を補償することができるとともに、超電導コイルの消磁を緩慢にし、かつ低コスト化を図ることができる超電導コイルの励磁回路を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕超電導コイルの励磁回路において、超電導コイルと、この超電導コイルのクライオスタットの外部の常温個所に配置され、前記超電導コイルに直流電流を供給する直流電源装置と、前記超電導コイルのクライオスタットの外部の常温個所に配置され、前記直流電源装置と前記超電導コイルとの間にあって、この直流電源装置と前記超電導コイルに並列に接続される抵抗器と陽極を前記直流電源装置に接続し陰極を前記抵抗器の一端に接続するダイオードとからなる直列回路と、前記抵抗器に並列に接続される遮断器とを具備することを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の超電導コイルの励磁回路において、前記直流電源装置側に配置され、前記抵抗器と前記ダイオード及び前記遮断器と前記ダイオードの直列回路に対して並列に接続される開閉器を具備することを特徴とする。

〔３〕上記〔２〕記載の超電導コイルの励磁回路において、前記開閉器を電磁接触器となし、前記直流電源装置から出力される電流により自動的に、前記直流電源装置からの出力があるときにはオフし、前記直流電源装置からの出力がないときにはオンとなるように構成したことを特徴とする。

〔４〕上記〔２〕又は〔３〕記載の超電導コイルの励磁回路において、前記超電導コイルを複数個配置することを特徴とする。

〔５〕上記〔４〕記載の超電導コイルの励磁回路において、前記複数個のコイルが直列に配置されることを特徴とする。

〔６〕上記〔４〕記載の超電導コイルの励磁回路において、前記複数個のコイルが並列に配置されることを特徴とする。

本発明によれば、永久電流スイッチを使用することなく、しかも常時通電の必要がなく、必要に応じて減衰した電流を補償することができる。さらに、電源異常に際しても急激な電流減衰を回避することができる。

また、超電導コイルの異常時には速やかに消磁を行うことができる。

本発明の超電導コイルの励磁回路は、超電導コイルと、この超電導コイルの外部の常温個所に配置され、この超電導コイルに直流電流を供給する直流電源装置と、前記超電導コイルのクライオスタットの外部の常温個所に配置され、前記直流電源装置と前記超電導コイルとの間にあって、この直流電源装置と前記超電導コイルに並列に接続される抵抗器と陽極を前記直流電源装置に接続し陰極を前記抵抗器の一端に接続するダイオードとからなる直列回路と、前記抵抗器に並列に接続される遮断器とを備え、超電導コイルの励磁は遮断器を閉じた状態で直流電源装置の出力を増加させる。所定の電流値に達した後、直流電源装置の出力を停止しても、超電導コイルの電流はダイオードを経由してある程度の時間流れ続けるので、直流電源装置からの出力を間欠的にすることにより消費電力を節約することができる。

直流電源装置の故障による直流電源装置の出力停止時も同様に超電導コイルの電流がダイオードを経由して流れるため、急激に磁場が消失するということを防止できる。なお、ダイオードの順方向抵抗はサイリスタスイッチの順方向抵抗よりも小さいため、サイリスタスイッチを用いた場合より電流減衰が小さく発熱も小さい。

一方、超電導コイルの異常時など速やかに消磁が必要になったときには、直流電源装置の出力停止と共に遮断器を開き、超電導コイルの電流を抵抗器を経由させ短時間で超電導コイルを消磁することができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の第１実施例を示す超電導コイルの励磁回路図である。

この図において、１は超電導コイルのクライオスタット（低温容器）、２は超電導コイル、３は超電導コイル２のクライオスタット（低温容器）１の外部の常温個所に配置され、この超電導コイル２に直流電流を供給する直流電源装置であり、この直流電源装置３は、図示しないが、直流電源装置３からの出力を制御する制御器を内蔵している。また、超電導コイル２のクライオスタット１の外部の常温個所に配置され、直流電源装置３と超電導コイル２との間にあって、直流電源装置３と超電導コイル２に並列に接続される抵抗器４と陽極を直流電源装置３に接続し陰極を前記抵抗器４の一端に接続するダイオード５とからなる直列回路と、抵抗器４に並列に接続される遮断器６とを備えている。

また、１１はこの回路の制御装置、１２は異常状態〔例えば、超電導コイル２のクエンチや超電導コイル２のオペレーション事故（超電導コイル２への人や物の吸着事故）など〕の場合にそれらを検出する異常状態検出装置である。制御装置１１は、直流電源装置３、遮断器６および異常状態検出装置１２へと接続されている。

そこで、まず、超電導コイル２を励磁するには、遮断器６を閉じた状態で直流電源装置３の出力を増加させる。所定の電流値に達した後、直流電源装置３の出力を停止しても、超電導コイル２の電流はダイオード５を経由してある程度の時間流れ続けるので、直流電源装置３の出力を間欠的にすることにより消費電力を節約できる。

直流電源装置３の故障による直流電源装置３の出力停止時も同様に超電導コイル２の電流がダイオード５を経由して流れるため、急激に磁場が消失することを防止できる。なお、その場合、ダイオード５の順方向抵抗は、従来用いられているようなサイリスタスイッチの順方向抵抗よりも小さい（ほぼ１／２）。したがって、サイリスタスイッチを用いた場合より電流減衰が小さく、その分発熱も小さくなるという利点がある。

一方、超電導コイル２を速やかに消磁することが必要になった場合、つまり、超電導コイル２の異常時などには、異常状態検出装置１２からの信号を制御装置１１で受信し、制御装置１１からの出力信号により直流電源装置３の出力を停止すると共に遮断器６を開き、超電導コイル２の電流を抵抗器４を経由させることにより、短時間で超電導コイル２を消磁することができる。

図２は本発明の第２実施例を示す超電導コイルの励磁回路図である。

この実施例は、上記した第１実施例の回路に、遮断器６のオン時の接続抵抗値をダイオード５の順方向抵抗値より小さくするために、開閉器７（ノーマルクローズ）を超電導コイル２と並列になるように配置した励磁回路を提供する。

この実施例によれば、直流電源装置３の出力を間欠的にする際に、直流電源装置３の出力停止時に開閉器７を閉じることにより、超電導コイル２の電流をさらに長時間維持することができる。つまり、電流減衰を更に緩慢にすることができる。

一方、超電導コイル２の異常時など速やかに消磁が必要になった場合には、第１実施例で示した制御装置１１からの出力信号により直流電源装置３の出力を停止すると共に遮断器６および開閉器７を開き、超電導コイル２の電流を抵抗器４を経由させることにより、短時間で超電導コイル２を消磁させることができる。

図３は本発明の第３実施例を示す超電導コイルの励磁回路図である。

この実施例では、上記した第２実施例に示した開閉器７を、励磁コイル８Ａと開閉部８Ｂを有する電磁接触器８で構成し、直流電源装置３からの出力がある場合には、直流電源装置３から出力される電流により励磁コイル８Ａが励磁され、開閉部８Ｂを自動的にオフ（開）し、直流電源装置３からの出力がないときには開閉部８Ｂをオン（閉）するようにした。

ここで、電磁接触器８のオフおよびオンは、それぞれ直流電源装置３の電流の出力および停止に対応することになり、直流電源装置３の出力電流により電磁接触器８を駆動することができ、その点では、制御装置１１による制御によらず、開閉動作させることができる。そのため、制御装置１１からの配線の省略による構成の簡略化および制御装置１１の機能の低減化を図ることができる利点がある。

図４は本発明の第４実施例を示す超電導コイルの励磁回路図である。

この実施例では、超電導コイルを複数個直列に配置するように構成している。 このように、磁気浮上用超電導磁石のように複数の超電導コイル２Ａ，２Ｂを内蔵している場合、それらを直列に配置し、１個の抵抗器４、遮断器６、開閉器７、ダイオード５を備え、直流電源装置３で励磁する構成とすることにより、複数の超電導コイルを有する場合でも装置をコンパクトにすることができる。

このとき、複数の超電導コイル２Ａ，２Ｂに対応して、複数の異常状態検出装置１２Ａ，１２Ｂを配置する。なお、複数の超電導コイル２Ａ，２Ｂに対応して、クライオスタット１Ａ，１Ｂを配置するようにしている。

また、超電導コイル２は２個に限らずそれ以上の複数個配置することもできる。また、超電導コイルを並列に配置するようにしてもよい。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の超電導コイルの励磁回路は、磁気浮上用超電導磁石などの励磁回路に適している。

本発明の第１実施例を示す超電導コイルの励磁回路図である。 本発明の第２実施例を示す超電導コイルの励磁回路図である。 本発明の第３実施例を示す超電導コイルの励磁回路図である。 本発明の第４実施例を示す超電導コイルの励磁回路図である。 従来の超電導コイルの励磁回路図（その１）である。 従来の超電導コイルの励磁回路図（その２）である。 従来の超電導コイルの励磁回路図（その３）である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ 超電導コイルのクライオスタット（低温容器）
２，２Ａ，２Ｂ 超電導コイル
３ 直流電源装置
４ 抵抗器
５ ダイオード
６ 遮断器
７ 開閉器
８ 電磁接触器
８Ａ 励磁コイル
８Ｂ 開閉部
１１ 制御装置
１２，１２Ａ，１２Ｂ 異常状態検出装置

Claims (6)

1. （ａ）超電導コイルと、
   （ｂ）該超電導コイルのクライオスタットの外部の常温個所に配置され、前記超電導コイルに直流電流を供給する直流電源装置と、
   （ｃ）前記超電導コイルのクライオスタットの外部の常温個所に配置され、前記直流電源装置と前記超電導コイルとの間にあって、該直流電源装置と前記超電導コイルに並列に接続される抵抗器と陽極を前記直流電源装置に接続し陰極を前記抵抗器の一端に接続するダイオードとからなる直列回路と、
   （ｄ）前記抵抗器に並列に接続される遮断器とを具備することを特徴とする超電導コイルの励磁回路。
2. 請求項１記載の超電導コイルの励磁回路において、前記直流電源装置側に配置され、前記抵抗器と前記ダイオード及び前記遮断器と前記ダイオードの直列回路に対して並列に接続される開閉器を具備することを特徴とする超電導コイルの励磁回路。
3. 請求項２記載の超電導コイルの励磁回路において、前記開閉器を電磁接触器となし、前記直流電源装置から出力される電流により自動的に、前記直流電源装置からの出力があるときにはオフし、前記直流電源装置からの出力がないときにはオンとなるように構成したことを特徴とする超電導コイルの励磁回路。
4. 請求項２又は３記載の超電導コイルの励磁回路において、前記超電導コイルを複数個配置することを特徴とする超電導コイルの励磁回路。
5. 請求項４記載の超電導コイルの励磁回路において、前記複数個のコイルが直列に配置されることを特徴とする超電導コイルの励磁回路。
6. 請求項４記載の超電導コイルの励磁回路において、前記複数個のコイルが並列に配置されることを特徴とする超電導コイルの励磁回路。

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