JP2005353777A - Protective device for superconducting coil - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a superconducting coil system being capable of avoiding an excessive electromagnetic force by a coil quenching and a high temperature and a high voltage by an energy concentration and realizing a passive operation having a high reliability in a multilayer superconducting coil used for an MRI device, an NMR device or the like. <P>SOLUTION: The shunt resistances of the protective circuit are used as resistance heaters, or the resistance heaters are installed in parallel with the shunt resistance, and the heaters are mounted on the adjacent coils to the coils contained in the protective circuit. The same protective circuit is constituted regarding paired coils at symmetrical positions. Accordingly, when a certain superconducting coil is quenched, a current flows through the resistance heaters combining the shunt resistances of the protective circuit, and each heater heats the adjacent superconducting coils. The protective circuit can be operated surely even when an active quenching is not detected for quenching these superconducting coils. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、複数の超伝導コイルを備えた超伝導コイルの保護装置に係り、特にクエンチ時のコイル損傷を回避できる超伝導コイルの保護装置に関する。   The present invention relates to a protection device for a superconducting coil having a plurality of superconducting coils, and more particularly to a protection device for a superconducting coil that can avoid coil damage during quenching.

超伝導コイルは、電気抵抗がないことから大電流の定常保持に適し、時間変動の極めて少ない強磁場発生が可能であることから、その特性を生かしてNMR(核磁気共鳴)や
MRI(磁気共鳴断層撮像)を構成する電磁石として実用化されている。
Superconducting coils are suitable for steady-state large currents because they have no electrical resistance, and can generate strong magnetic fields with very little time variation. Therefore, taking advantage of their characteristics, NMR (nuclear magnetic resonance) and MRI (magnetic resonance) It has been put to practical use as an electromagnet constituting a tomographic imaging.

超伝導状態は、電流密度,磁場,温度の3条件で規定される制限を超えない範囲においてのみ実現できる。産業分野で実用化されているNbTiやNb3Sn などの超伝導線材は、超伝導状態を実現するために絶対温度4K程度の極低温にまで冷却する必要がある。このような極低温では、物質の比熱はきわめて小さく、微小な発熱により局所的に温度が上昇し、超伝導状態が壊れることがある。すると電気抵抗が発生し、大電流が流れることによるジュール発熱によりさらに温度上昇領域が拡大し、超伝導状態の破壊がコイル全体に及ぶ。この現象は、超伝導コイルのクエンチと呼ばれる。 The superconducting state can be realized only in a range not exceeding the limit defined by the three conditions of current density, magnetic field, and temperature. Superconducting wires such as NbTi and Nb 3 Sn put into practical use in the industrial field need to be cooled to an extremely low temperature of about 4K in order to realize a superconducting state. At such a very low temperature, the specific heat of the substance is extremely small, and the temperature rises locally due to minute heat generation, and the superconducting state may be broken. Then, electrical resistance is generated, and the temperature rise region is further expanded by Joule heat generation due to a large current flowing, and the superconducting state is destroyed throughout the coil. This phenomenon is called quenching of the superconducting coil.

クエンチが発生すると、コイルに蓄積された磁気エネルギが熱エネルギに変換される。これによる局所的な高温,抵抗での電圧降下に起因する高電圧、および、誘導電流による過大電磁力が、超伝導コイルを損傷する可能性がある。現在の技術では、運転時の超伝導コイルのクエンチの可能性は排除できず、超伝導コイルには、クエンチ保護装置が不可欠である。   When a quench occurs, the magnetic energy stored in the coil is converted to thermal energy. This can cause damage to the superconducting coil due to local high temperature, high voltage due to voltage drop across the resistor, and excessive electromagnetic force due to induced current. With current technology, the possibility of quenching the superconducting coil during operation cannot be ruled out, and a quench protection device is essential for the superconducting coil.

NMRやMRIなど、定常時には電源を用いない永久電流モードで長期に運転される超伝導コイルでは、クライオスタットの密封性が高い。そのため、クエンチ時には磁気エネルギをクライオスタット内部で開放する保護装置を設けることが一般的である。   In a superconducting coil such as NMR or MRI that is operated for a long time in a permanent current mode that does not use a power source in a steady state, the cryostat has high sealing performance. Therefore, it is common to provide a protective device that releases magnetic energy inside the cryostat during quenching.

クライオスタット内部で磁気エネルギを開放する方法として、計測制御を用いた能動的な方法、および、電気回路や構造物により自動的にエネルギを開放する受動的な方法がある。能動的な方法については、例えば[非特許文献]「アイイーイーイー・トランザクション・オン・アプライド・スーパーコンダクティビティ,第7巻,頁159から頁162,1997年(IEEE Transaction on Applied Superconductivity,Vol.7,pp159-162(1997))」に示されており、模式図を図6に示す。   As a method of releasing magnetic energy inside the cryostat, there are an active method using measurement control and a passive method of automatically releasing energy by an electric circuit or a structure. As for the active method, for example, [Non-Patent Document] “IEE Transaction on Applied Superconductivity, Vol. 7, pages 159 to 162, 1997 (IEEE Transaction on Applied Superconductivity, Vol. 7). , pp 159-162 (1997)), and a schematic diagram is shown in FIG.

図6は、4個の超伝導コイル1a〜1dおよび永久電流スイッチ2で構成する主コイル回路の電流を、外部ヒータ回路4により動作する永久電流スイッチ3をオフとすることにより、抵抗ヒータ5a〜5dに転流させ、コイル全体にクエンチを広げることにより、エネルギの局所的な集中を防止する能動的な保護回路の模式図である。超伝導コイルの励磁時および消磁時には、電流リード6aおよび6bに電源をつなぎ、電圧を印加する。   FIG. 6 shows the resistance heaters 5a to 5d by turning off the permanent current switch 3 operated by the external heater circuit 4 by turning off the current of the main coil circuit composed of the four superconducting coils 1a to 1d and the permanent current switch 2. FIG. 5 is a schematic diagram of an active protection circuit that prevents local concentration of energy by commutating to 5d and spreading quench across the coil. At the time of excitation and demagnetization of the superconducting coil, a power source is connected to the current leads 6a and 6b to apply a voltage.

また、図6には示していないが、コイル電圧などを常時監視し、何れかのコイルがクエンチした場合には、外部ヒータ回路4を作動することで永久電流スイッチ3を駆動する。   Although not shown in FIG. 6, the coil voltage or the like is constantly monitored, and when any of the coils is quenched, the external heater circuit 4 is activated to drive the permanent current switch 3.

また、これとは異なる従来技術として複数存在する超伝導コイルに対して、並列にシャント抵抗を入れる技術がある。この場合、一つの超伝導コイルがクエンチするとそのコイル電流が減衰し、他のコイルは電磁誘導により電流が増加する。また、これらの電流の変動すなわち磁場変動に起因する、超伝導コイル内部で発生する交流損失発熱により、他のコイルの温度が上昇する。これら電流増加および温度上昇により、他のコイルもクエンチし、それが連鎖的に続くことにより、コイル全体をクエンチすることでエネルギの局所的な集中を受動的に防止するものである。   In addition, there is a technique in which a shunt resistor is inserted in parallel with respect to a plurality of superconducting coils existing as a different conventional technique. In this case, when one superconducting coil is quenched, the coil current is attenuated, and the current of other coils is increased by electromagnetic induction. In addition, the temperature of other coils rises due to the AC loss heat generated inside the superconducting coil due to these current fluctuations, that is, magnetic field fluctuations. These current increases and temperature rises also quench other coils and continue in a chain to passively prevent local concentration of energy by quenching the entire coil.

アイイーイーイー・トランザクション・オン・アプライド・スーパーコンダクティビティ,第7巻,頁159から頁162,1997年(IEEE Transaction on Applied Superconductivity,Vol.7,pp159-162(1997))IEEE Transaction on Applied Superconductivity, Vol. 7, pp. 159 to 162, 1997 (IEEE Transaction on Applied Superconductivity, Vol.7, pp159-162 (1997))

前述した図6の従来例では、クエンチ検出のための検出装置を常時運転する必要がある。万一、検出装置および保護ヒータ駆動装置が故障した場合には、クエンチ保護動作ができずコイルを損傷する恐れがある。また、検出装置および保護ヒータ電源は常時運転およびスタンバイ状態である必要があり、超伝導コイル運転時に余計な電力消費が発生するという問題点があった。   In the conventional example of FIG. 6 described above, it is necessary to always operate the detection device for detecting the quench. If the detection device and the protective heater driving device fail, the quench protection operation cannot be performed and the coil may be damaged. Further, the detection device and the protective heater power source need to be constantly operated and in a standby state, and there is a problem in that extra power consumption occurs during superconducting coil operation.

また、超伝導コイルに対してシャント抵抗を入れる従来の技術では、図6に示した安全性の低下、および、運転時の余計な電力消費は発生しない。しかし、電磁誘導による電流増加および交流損失による温度上昇を用いた場合には、定格以上の電流による過大電磁力の発生という問題が発生してしまっていた。したがって、この方法を用いる場合には、コイル巻線およびコイル巻き枠の構造強度は、クエンチ保護時の過大電磁力に耐えるように設計する必要があり、この条件を満たすため超伝導線材の電流密度の低下や、装置構造の複雑化を引き起してしまっていた。   Further, in the conventional technique in which a shunt resistor is inserted into the superconducting coil, the reduction in safety shown in FIG. 6 and unnecessary power consumption during operation do not occur. However, when current increase due to electromagnetic induction and temperature rise due to AC loss are used, there has been a problem of generation of excessive electromagnetic force due to current exceeding the rating. Therefore, when this method is used, the structural strength of the coil winding and coil winding frame must be designed to withstand the excessive electromagnetic force during quench protection. Decrease and the structure of the equipment has become complicated.

本発明が解決しようとする課題は、安全性の低下がなく、過大電磁力の発生と、超伝導線材への制約をした超伝導コイルの保護装置を提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is to provide a protection device for a superconducting coil that does not cause a decrease in safety, generates excessive electromagnetic force, and restricts the superconducting wire.

上記課題を解決するために、本発明は複数の超伝導コイルと、該複数の超伝導コイルそれぞれに対応して保護回路を形成するシャント抵抗とを備えた超伝導コイルの保護装置において、前記シャント抵抗はクエンチ時に保護回路を形成する超伝導コイル以外の他の超伝導コイルを加熱することを特徴とするものである。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a protection device for a superconducting coil comprising a plurality of superconducting coils and a shunt resistor that forms a protection circuit corresponding to each of the plurality of superconducting coils. The resistor is characterized by heating other superconducting coils other than the superconducting coils that form a protection circuit during quenching.

また、本発明の超伝導コイルの保護装置において、前記シャント抵抗は保護回路を形成する超伝導コイルに隣り合う超伝導コイルに対して、クエンチ時に加熱することを特徴とするものである。   In the protection device for a superconducting coil of the present invention, the shunt resistor heats the superconducting coil adjacent to the superconducting coil forming the protection circuit at the time of quenching.

また、本発明の超伝導コイルの保護装置において、前記シャント抵抗は分割した抵抗で構成されていることを特徴とするものである。   In the protection device for a superconducting coil according to the present invention, the shunt resistor is constituted by a divided resistor.

更に、上記課題を解決するために、本発明は複数の超伝導コイルと、該複数の超伝導コイルそれぞれに対応して保護回路を備えた超伝導コイルの保護装置において、前記保護回路として前記超伝導コイルを加熱する抵抗ヒータを備え、該抵抗ヒータはクエンチ時に保護回路を形成する超伝導コイル以外の他の超伝導コイルを加熱することを特徴とするものである。   Furthermore, in order to solve the above-mentioned problem, the present invention provides a superconducting coil protection device comprising a plurality of superconducting coils and a protection circuit corresponding to each of the plurality of superconducting coils. A resistance heater for heating the conduction coil is provided, and the resistance heater is characterized by heating a superconducting coil other than the superconducting coil that forms a protection circuit at the time of quenching.

また、本発明の超伝導コイルの保護装置において、前記抵抗ヒータは保護回路を形成する超伝導コイルに隣り合う超伝導コイルに対して、クエンチ時に加熱することを特徴とするものである。   In the superconducting coil protection apparatus of the present invention, the resistance heater heats the superconducting coil adjacent to the superconducting coil forming the protection circuit at the time of quenching.

また、本発明の超伝導コイルの保護装置において、前記抵抗ヒータは分割した抵抗体で構成されていることを特徴とするものである。   In the protection device for a superconducting coil according to the present invention, the resistance heater is composed of divided resistors.

また、本発明の超伝導コイルの保護装置において、前記抵抗ヒータは並列の抵抗体で構成されていることを特徴とするものである。   In the protection device for a superconducting coil according to the present invention, the resistance heater is composed of a parallel resistor.

また、本発明の超伝導コイルの保護装置において、前記抵抗ヒータに対して並列にシャント抵抗が配置されていることを特徴とするものである。   In the protection device for a superconducting coil of the present invention, a shunt resistor is arranged in parallel with the resistance heater.

更に、上記課題を解決するために、本発明は複数の超伝導コイルと、該複数の超伝導コイルそれぞれに対応して保護回路を備えた超伝導コイルの保護装置において、前記保護回路として前記超伝導コイルを加熱する発熱体を備え、該発熱体はクエンチ時に保護回路を形成する超伝導コイル以外の他の超伝導コイルを加熱することを特徴とするものである。   Furthermore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a superconducting coil protection device comprising a plurality of superconducting coils and a protection circuit corresponding to each of the plurality of superconducting coils. A heating element for heating the conduction coil is provided, and the heating element heats a superconducting coil other than the superconducting coil that forms a protection circuit at the time of quenching.

また、本発明の超伝導コイルの保護装置において、前記発熱体としてシャント抵抗を備えたことを特徴とするものである。   In the superconducting coil protection device of the present invention, a shunt resistor is provided as the heating element.

また、本発明の超伝導コイルの保護装置において、前記発熱体として抵抗ヒータを備えたことを特徴とするものである。   In the superconducting coil protection device of the present invention, a resistance heater is provided as the heating element.

また、本発明の超伝導コイルの保護装置において、前記シャント抵抗、又は抵抗ヒータは保護回路を形成する超伝導コイルに隣り合う超伝導コイルに対して、クエンチ時に加熱することを特徴とするものである。   Further, in the superconducting coil protection device of the present invention, the shunt resistor or the resistance heater heats the superconducting coil adjacent to the superconducting coil forming the protection circuit at the time of quenching. is there.

更に、本発明はNMR装置において、上述した超伝導コイルの保護装置を採用したものである。   Furthermore, the present invention employs the above-described superconducting coil protection device in an NMR apparatus.

また、本発明はMRI装置において、上述した超伝導コイルの保護装置を採用したものである。   The present invention employs the above-described superconducting coil protection device in an MRI apparatus.

本発明によれば、安全性の低下がなく、過大電磁力の発生を防ぐことを可能にした超伝導コイルの保護装置が提供できるようになる。   According to the present invention, it is possible to provide a protection device for a superconducting coil that is capable of preventing generation of an excessive electromagnetic force without causing a decrease in safety.

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明の超伝導コイルの保護装置の一実施例の回路図であって、4コイルからなる多層コイルの保護回路を示したものである。   FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of a protection device for a superconducting coil according to the present invention, and shows a protection circuit for a multilayer coil composed of four coils.

この実施例においては発熱体に分割保護回路のシャント抵抗を保護ヒータとして用い、これを隣接するコイルに相互に設置したものである。図1において、超伝導コイル1a〜1d,永久電流スイッチ2および電流リード6a,6bは従来例の回路と同様である。シャント抵抗として、各々2分割した抵抗10a〜10dを抵抗とヒータ兼用として用い、各々の抵抗ヒータを隣接する超伝導コイルに設置する。図1において、破線矢印は熱的な結合、すなわち、各抵抗ヒータに電流が流れた場合には、矢印の先のコイルを加熱することを示している。   In this embodiment, a shunt resistor of a divided protection circuit is used as a protective heater for the heating element, and this is installed mutually in adjacent coils. In FIG. 1, superconducting coils 1a to 1d, permanent current switch 2, and current leads 6a and 6b are the same as those of the conventional circuit. As the shunt resistors, the resistors 10a to 10d divided into two are used as both a resistor and a heater, and each resistance heater is installed in an adjacent superconducting coil. In FIG. 1, a broken line arrow indicates thermal coupling, that is, when a current flows through each resistance heater, the coil at the tip of the arrow is heated.

本発明の図1の実施例では、一つの超伝導コイル、たとえば超伝導コイル1bがクエンチすると、保護回路のシャント抵抗及びヒータ兼用抵抗10bに電流が流れ、各々が隣接する超伝導コイル1aおよび1cを加熱し、これらをクエンチさせる。したがって、能動的なクエンチ検出がなくても、保護回路は確実に動作するようになる。また、電磁誘導による電流増加や交流損失による温度上昇だけでなく、ヒータによりより早くコイル温度を上昇させることができるので、過大電磁力の発生を抑制できる。また、ヒータの抵抗値や発熱密度を調整することにより、他コイルの加熱割合を調整できるので、超伝導線材の選定に制約を加える必要がなくなる。   In the embodiment of FIG. 1 of the present invention, when one superconducting coil, for example, the superconducting coil 1b, is quenched, a current flows through the shunt resistor and the heater combined resistor 10b of the protection circuit, and the superconducting coils 1a and 1c are adjacent to each other. To quench them. Therefore, even if there is no active quench detection, the protection circuit operates reliably. In addition to the increase in current due to electromagnetic induction and the temperature increase due to AC loss, the coil temperature can be increased more quickly by the heater, so that the generation of excessive electromagnetic force can be suppressed. Moreover, since the heating rate of the other coils can be adjusted by adjusting the resistance value and heat generation density of the heater, it is not necessary to limit the selection of the superconducting wire.

図2は、本発明の第2の実施例であって、実施例1と同様に4コイルからなる多層コイルの保護回路を示す。図2において、超伝導コイル1a〜1dおよび永久電流スイッチ2が主回路を構成する。また、シャント抵抗8a〜8dにより分割保護回路が構成されている。ヒータ兼用抵抗10a〜10dは各保護回路に2個ずつ結線し、各々を隣接するコイル1a〜1dに設置している。更にシャント抵抗8a〜8dと直列に、ダイオードペア9a〜9dを設置している。   FIG. 2 is a second embodiment of the present invention, and shows a protection circuit for a multilayer coil composed of four coils as in the first embodiment. In FIG. 2, superconducting coils 1a to 1d and permanent current switch 2 constitute a main circuit. Further, the shunt resistors 8a to 8d constitute a divided protection circuit. Two heater combined resistors 10a to 10d are connected to each protection circuit, and are installed in adjacent coils 1a to 1d. Furthermore, diode pairs 9a to 9d are provided in series with the shunt resistors 8a to 8d.

超伝導コイルの定常運転時、電流は永久電流スイッチ2と超伝導コイル1a〜1dで構成する回路を流れ、シャント抵抗8a〜8dあるいは発熱体に該当するヒータ兼用抵抗10a〜10dには電流は流れない。また、運転開始および終了時、すなわち、超伝導コイルの励磁時および消磁時には、電流リード6aおよび6bに電源を接続してコイル両端に電圧を印加し、超伝導コイル1a〜1dおのおのの両端には電圧が発生する。NMR用超伝導コイルでは、この電圧は超伝導コイルの大きさに応じて数V程度とするのが通常である。ダイオードペアに用いるダイオードの順方向電圧は、ダイオード1個あたり0.5 〜1.0 V程度であるので、必要ならばダイオードを2個以上直列に連結することにより、超伝導コイル励磁時および消磁時に発生する電圧によっても、シャント抵抗および抵抗ヒータに電流を流さないことが可能になる。   During steady operation of the superconducting coil, the current flows through a circuit constituted by the permanent current switch 2 and the superconducting coils 1a to 1d, and the current flows through the shunt resistors 8a to 8d or the heater combined resistors 10a to 10d corresponding to the heating elements. Absent. Further, at the start and end of operation, that is, when the superconducting coil is excited and demagnetized, a power source is connected to the current leads 6a and 6b and a voltage is applied to both ends of the coil, and both ends of the superconducting coils 1a to 1d are connected. Voltage is generated. In a superconducting coil for NMR, this voltage is usually about several volts depending on the size of the superconducting coil. Since the forward voltage of the diode used for the diode pair is about 0.5 to 1.0 V per diode, if necessary, two or more diodes are connected in series to excite and demagnetize the superconducting coil. Even with the voltage generated at times, it is possible to prevent current from flowing through the shunt resistor and the resistance heater.

一つの超伝導コイルがクエンチした場合には、そのコイルで発生する電圧は直ちに数
10Vを超え、ダイオードの順方向電圧を大きく上回るため、シャント抵抗および抵抗ヒータに電流が流れる。このとき、シャント抵抗と抵抗ヒータの大きさは、抵抗ヒータに流す所望の電流の大きさに基づいて決定する。たとえば、シャント抵抗の抵抗値よりも抵抗ヒータの抵抗値を10倍大きくすれば、抵抗ヒータに流れる電流はシャント抵抗に流れる電流の1/10となり、抵抗ヒータへの配線を細いものにすることが可能になる。
When one superconducting coil is quenched, the voltage generated in that coil immediately exceeds several tens of volts and greatly exceeds the forward voltage of the diode, so that current flows through the shunt resistor and the resistance heater. At this time, the sizes of the shunt resistor and the resistance heater are determined based on the magnitude of a desired current flowing through the resistance heater. For example, if the resistance value of the resistance heater is made ten times larger than the resistance value of the shunt resistance, the current flowing through the resistance heater becomes 1/10 of the current flowing through the shunt resistance, and the wiring to the resistance heater can be made thinner. It becomes possible.

図2に示した多層超伝導コイルへの本発明による抵抗ヒータの取り付け図を図3に示す。図3においては、煩雑さを避けるために、超伝導コイル1a〜1cの3個のみ示し、また超伝導コイル1bの保護回路のみ示した。各超伝導コイルは、コイルからの立ち上げ線12を用いた超伝導接続11a〜11dにより、隣接するコイルと接続されている。   FIG. 3 shows an attachment diagram of the resistance heater according to the present invention to the multilayer superconducting coil shown in FIG. In FIG. 3, only three superconducting coils 1a to 1c are shown and only a protection circuit for the superconducting coil 1b is shown in order to avoid complexity. Each superconducting coil is connected to an adjacent coil by superconducting connections 11a to 11d using rising wires 12 from the coil.

超伝導コイル1bは、超伝導接続11bおよび11cにより隣接するコイルと接続され、その接続部から、配線13により、ダイオードペア9bおよびシャント抵抗8bに接続される。2個に分かれているヒータ兼用抵抗10bは、電磁誘導を小さくするため図3に示すようなU字型形状とし、配線14によりシャント抵抗8bと並列に接続されている。   Superconducting coil 1b is connected to an adjacent coil by superconducting connections 11b and 11c, and is connected to diode pair 9b and shunt resistor 8b by wiring 13 from the connecting portion. The heater combined resistor 10b divided into two has a U-shape as shown in FIG. 3 in order to reduce electromagnetic induction, and is connected in parallel with the shunt resistor 8b by the wiring 14.

本発明の実施例によれば超伝導コイル1bのクエンチ時、配線13にはコイル電流と同規模の電流が流れるため、配線13はコイル線材と同等の超伝導線とする。ヒータ兼用抵抗10bの抵抗値をシャント抵抗8bの値より大きくとることにより、抵抗ヒータの電流値はコイル電流値よるはるかに小さくすることができ、配線14は取り扱いの容易な銅線とすることができる。ヒータ兼用抵抗10bの材質は、抵抗値の温度依存性と磁場依存性が小さいステンレスとすることができる。   According to the embodiment of the present invention, when the superconducting coil 1b is quenched, a current having the same magnitude as the coil current flows through the wiring 13, so that the wiring 13 is a superconducting wire equivalent to the coil wire. By making the resistance value of the heater combined resistor 10b larger than the value of the shunt resistor 8b, the current value of the resistance heater can be made much smaller than the coil current value, and the wiring 14 can be a copper wire that is easy to handle. it can. The material of the heater combined resistor 10b can be stainless steel having a small temperature dependency and magnetic field dependency of the resistance value.

本実施例によれば、クエンチ検出が不要な受動的な保護回路を実現でき、また、ヒータ加熱により隣接するコイルを順次クエンチさせられるので、必要以上の電流の増加による過大な電磁力や、過剰な加熱による高温および高電圧を抑制することができる。   According to this embodiment, a passive protection circuit that does not require quench detection can be realized, and adjacent coils can be sequentially quenched by heating the heater, so excessive electromagnetic force due to an increase in current more than necessary, High temperature and high voltage due to proper heating can be suppressed.

図1および図2に示す保護回路の電流減衰時定数は、当該保護回路のコイルのインダクタンス値とシャント抵抗値の比でほぼ決まるが、図2の回路では、シャント抵抗8a〜
8dと、ヒータ兼用抵抗10a〜10dの値を調整することにより、時定数を変更することなく、ヒータへ流す電流値を適当に選び、最適なヒータ発熱量を設定することが可能になる。
The current decay time constant of the protection circuit shown in FIGS. 1 and 2 is almost determined by the ratio of the inductance value of the coil of the protection circuit and the shunt resistance value. In the circuit of FIG.
By adjusting 8d and the values of the heater combined resistors 10a to 10d, it is possible to appropriately select a current value to be supplied to the heater without changing the time constant and to set an optimal heater heat generation amount.

図4に本発明の第3の実施例を示す。   FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention.

シャント抵抗と並列に設置した2つの抵抗ヒータは図3においては直列接続であるが、並列接続としてヒータ兼用抵抗のペア各々に流れる電流値を変えてもよい。図4に本発明の第3の実施例としてヒータ兼用抵抗のペア10a〜10dの2つの抵抗を、並列接続とした場合の回路図を示す。本実施例によれば、抵抗ヒータの抵抗値を相互に変えることにより、各々の抵抗ヒータの電流値を独立に設定でき、加熱するコイルに最適な電流値、従って、ヒータ発熱が発生するように制御することが可能になる。   The two resistance heaters installed in parallel with the shunt resistor are connected in series in FIG. 3, but the value of the current flowing through each pair of heater resistances may be changed as a parallel connection. FIG. 4 shows a circuit diagram in the case where the two resistors of the heater combined resistor pairs 10a to 10d are connected in parallel as a third embodiment of the present invention. According to this embodiment, the resistance values of the resistance heaters can be changed from each other so that the current value of each resistance heater can be set independently, so that the optimum current value for the coil to be heated, and thus the heater heat is generated. It becomes possible to control.

図5に本発明の第4の実施例を示す。   FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention.

図5は、左右対称な多層コイルに対して、本発明を適用した場合の回路図を示したものである。対称な位置のコイルは同一の保護回路となるように回路を構成する。これにより、クエンチ時においても、左右対称の位置にあるコイルの電流値は同じとなるので、アンバランスな電磁力は完全に相殺されるようになる。   FIG. 5 shows a circuit diagram when the present invention is applied to a symmetric multilayer coil. The circuit is configured so that the coils at symmetrical positions form the same protection circuit. Thereby, even at the time of quenching, the current values of the coils at the symmetrical positions are the same, so that the unbalanced electromagnetic force is completely cancelled.

したがって本実施例によれば、対称な位置にあるコイルの電磁力バランスが崩れることがなく、軸対象でない電磁力の発生を抑制することができ、コイル構造物を簡素化することが実現できる。   Therefore, according to the present Example, the electromagnetic force balance of the coil in a symmetrical position is not lost, generation of electromagnetic force that is not an axis target can be suppressed, and the coil structure can be simplified.

以上示したように本発明によれば、安全性が高く運転コストも抑制できる超伝導コイルの保護装置を実現できるので、複数の超伝導コイルからなる超長期運転装置であるNMR(核磁気共鳴)装置やMRI(磁気共鳴断層撮像)装置に本発明を適用することにより、安全性を高めて過大電磁力が発生することを防いだNMR装置や、MRI装置を提供することが可能になる。   As described above, according to the present invention, it is possible to realize a superconducting coil protection device that is highly safe and that can reduce the operating cost. By applying the present invention to an apparatus or an MRI (magnetic resonance tomography) apparatus, it is possible to provide an NMR apparatus or an MRI apparatus that is improved in safety and prevents an excessive electromagnetic force from being generated.

本発明の第一実施例の回路図。1 is a circuit diagram of a first embodiment of the present invention. 本発明の第二実施例の回路図。The circuit diagram of the 2nd example of the present invention. 本発明の第二実施例の回路の取り付け状態と電気配線を示す図。The figure which shows the attachment state and electric wiring of the circuit of 2nd Example of this invention. 本発明の第三実施例の回路図。The circuit diagram of the 3rd example of the present invention. 本発明の第四実施例の回路図。The circuit diagram of the 4th example of the present invention. 従来例の回路図。The circuit diagram of a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1a〜1d…超伝導コイル、2…永久電流スイッチ、3…永久電流スイッチ、4…外部ヒータ回路、5a〜5d…抵抗ヒータ、6a,6b…電流リード、7a〜7d…抵抗ヒータ駆動回路、8a〜8d…シャント抵抗、9a〜9d…ダイオードペア、10a〜10d…抵抗、11a〜11d…超伝導接続、12…コイル立ち上げ線、13…配線、14…配線。


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a-1d ... Superconducting coil, 2 ... Permanent current switch, 3 ... Permanent current switch, 4 ... External heater circuit, 5a-5d ... Resistance heater, 6a, 6b ... Current lead, 7a-7d ... Resistance heater drive circuit, 8a ˜8d: shunt resistor, 9a˜9d… diode pair, 10a˜10d… resistor, 11a˜11d ... superconducting connection, 12 ... coil start-up wire, 13 ... wiring, 14 ... wiring.


Claims (14)

複数の超伝導コイルと、該複数の超伝導コイルそれぞれに対応して保護回路を形成するシャント抵抗とを備えた超伝導コイルの保護装置において、
前記シャント抵抗はクエンチ時に保護回路を形成する超伝導コイル以外の他の超伝導コイルを加熱することを特徴とする超伝導コイルの保護装置。
In a superconducting coil protection device comprising a plurality of superconducting coils and a shunt resistor that forms a protection circuit corresponding to each of the plurality of superconducting coils,
The shunt resistor heats a superconducting coil other than the superconducting coil that forms a protection circuit at the time of quenching.
請求項1の超伝導コイルの保護装置において、
前記シャント抵抗は保護回路を形成する超伝導コイルに隣り合う超伝導コイルに対して、クエンチ時に加熱することを特徴とする超伝導コイルの保護装置。
The protection device for a superconducting coil according to claim 1,
The superconducting coil protection device is characterized in that the shunt resistor heats a superconducting coil adjacent to the superconducting coil forming the protection circuit during quenching.
請求項1、又は2の超伝導コイルの保護装置において、
前記シャント抵抗は分割した抵抗で構成されていることを特徴とする超伝導コイルの保護装置。
The protection device for a superconducting coil according to claim 1 or 2,
The protective device for a superconducting coil, wherein the shunt resistor is composed of divided resistors.
複数の超伝導コイルと、該複数の超伝導コイルそれぞれに対応して保護回路を備えた超伝導コイルの保護装置において、
前記保護回路として前記超伝導コイルを加熱する抵抗ヒータを備え、
該抵抗ヒータはクエンチ時に保護回路を形成する超伝導コイル以外の他の超伝導コイルを加熱することを特徴とする超伝導コイルの保護装置。
In a superconducting coil protection device comprising a plurality of superconducting coils and a protection circuit corresponding to each of the plurality of superconducting coils,
A resistance heater for heating the superconducting coil as the protection circuit;
The resistance heater heats a superconducting coil other than the superconducting coil that forms a protection circuit at the time of quenching.
請求項7の超伝導コイルの保護装置において、
前記抵抗ヒータは保護回路を形成する超伝導コイルに隣り合う超伝導コイルに対して、クエンチ時に加熱することを特徴とする超伝導コイルの保護装置。
The protection device for a superconducting coil according to claim 7,
The resistance heater heats the superconducting coil adjacent to the superconducting coil forming the protection circuit at the time of quenching.
請求項4、又は5の超伝導コイルの保護装置において、
前記抵抗ヒータは分割した抵抗体で構成されていることを特徴とする超伝導コイルの保護装置。
The protection device for a superconducting coil according to claim 4 or 5,
The resistance heater is composed of a divided resistor, and a superconducting coil protection device.
請求項6の超伝導コイルの保護装置において、
前記抵抗ヒータは並列の抵抗体で構成されていることを特徴とする超伝導コイルの保護装置。
The protection device for a superconducting coil according to claim 6,
The superconducting coil protection device, wherein the resistance heater is composed of parallel resistors.
請求項6の超伝導コイルの保護装置において、
前記抵抗ヒータに対して並列にシャント抵抗を配置されていることを特徴とする超伝導コイルの保護装置。
The protection device for a superconducting coil according to claim 6,
A superconducting coil protection device, wherein a shunt resistor is arranged in parallel to the resistance heater.
請求項4から請求項5のうちの一つにおいて、
超伝導コイルの保護装置を備えたことを特徴とするNMR装置。
In one of claims 4 to 5,
An NMR apparatus comprising a superconducting coil protection device.
請求項4から請求項5のうちの一つにおいて、
超伝導コイルの保護装置を備えたことを特徴とするMRI装置。
In one of claims 4 to 5,
An MRI apparatus comprising a protective device for a superconducting coil.
複数の超伝導コイルと、該複数の超伝導コイルそれぞれに対応して保護回路を備えた超伝導コイルの保護装置において、
前記保護回路として前記超伝導コイルを加熱する発熱体を備え、
該発熱体はクエンチ時に保護回路を形成する超伝導コイル以外の他の超伝導コイルを加熱することを特徴とする超伝導コイルの保護装置。
In a superconducting coil protection device comprising a plurality of superconducting coils and a protection circuit corresponding to each of the plurality of superconducting coils,
A heating element for heating the superconducting coil as the protection circuit,
A superconducting coil protection device, wherein the heating element heats a superconducting coil other than the superconducting coil that forms a protection circuit during quenching.
請求項11の超伝導コイルの保護装置において、
前記発熱体としてシャント抵抗を備えたことを特徴とする超伝導コイルの保護装置。
The protection device for a superconducting coil according to claim 11,
A superconducting coil protection device comprising a shunt resistor as the heating element.
請求項11の超伝導コイルの保護装置において、
前記発熱体として抵抗ヒータを備えたことを特徴とする超伝導コイルの保護装置。
The protection device for a superconducting coil according to claim 11,
A superconducting coil protection device comprising a resistance heater as the heating element.
請求項12、又は13の超伝導コイルの保護装置において、
前記シャント抵抗、又は抵抗ヒータは保護回路を形成する超伝導コイルに隣り合う超伝導コイルに対して、クエンチ時に加熱することを特徴とする超伝導コイルの保護装置。

The protection device for a superconducting coil according to claim 12 or 13,
The superconducting coil protection device, wherein the shunt resistor or the resistance heater heats the superconducting coil adjacent to the superconducting coil forming the protection circuit at the time of quenching.

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