JP2010010631A - Superconducting coil device and inspection method of superconducting coil - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超電導コイルの両端電圧を測定して、超電導コイルの異常を検出可能な超電導コイル装置および超電導コイルの検査方法に関する。 The present invention relates to a superconducting coil device and a superconducting coil inspection method that can detect abnormalities in a superconducting coil by measuring the voltage across the superconducting coil.
超電導コイルは、異常が発生して温度が上昇すると、常電導転移(クエンチ)する。超電導コイルは、クエンチが起きると焼損する虞がある。 The superconducting coil undergoes a normal conducting transition (quenching) when an abnormality occurs and the temperature rises. The superconducting coil may burn out when quenching occurs.
そこで、超電導コイルを保護するために、超電導コイル装置には、異常検出器が設けられる。異常検出器は、超電導コイルの電圧を測定し、コイル電圧が所定の閾値を超えた場合には異常と判断する。また、超電導コイル装置は、異常検出器の信号に従い、超電導コイルに蓄積された電磁エネルギーを放出する保護部を有する。 Therefore, in order to protect the superconducting coil, the superconducting coil device is provided with an abnormality detector. The abnormality detector measures the voltage of the superconducting coil and determines that it is abnormal when the coil voltage exceeds a predetermined threshold. In addition, the superconducting coil device includes a protection unit that releases electromagnetic energy accumulated in the superconducting coil in accordance with a signal from the abnormality detector.
一方、高温超電導コイルでは、クエンチ伝播速度が金属系超電導コイルの数100分の1未満であることが一般的である。すなわち、高温超電導コイルでは、クエンチ伝播速度が遅く、コイルに異常が発生しても直ちに大きなコイル電圧が発生しない。すなわち、高温超電導コイルのコイル電圧を測定してコイルの異常を検出するのは困難である。したがって、保護部が動作する前に超電導コイルが焼損する危険性がある。 On the other hand, in the high-temperature superconducting coil, the quench propagation speed is generally less than one hundredth of that of the metal-based superconducting coil. That is, in the high-temperature superconducting coil, the quench propagation speed is slow, and even if an abnormality occurs in the coil, a large coil voltage is not generated immediately. That is, it is difficult to measure the coil voltage of the high-temperature superconducting coil to detect the coil abnormality. Therefore, there is a risk that the superconducting coil may burn out before the protection unit operates.
そこで、クエンチが起きる前に超電導コイルの異常を検出する技術が求められる。 Therefore, a technique for detecting an abnormality in the superconducting coil before quenching is required.
特許文献1に記載の超電導コイル装置は、常時、超電導コイルの発熱量と温度との組み合わせを検出し、超電導コイルがクエンチに至らない発熱量と温度との組み合わせである監視基準と検出値とを比較して、超電導コイルにクエンチが起きる前に異常を検出する構成を有している。
The superconducting coil device described in
また、特許文献2に記載の超電導コイル装置は、クエンチを引き起こす要因であるコイルの温度およびコイル電圧、また、超電導コイルが収容された真空容器内の真空度などの各種データを集積しておき、サービスセンターに送信して異常の兆候を調べる構成を有している。
一般に、超電導コイル装置では、コイルの一部の電圧を測定する電圧タップや、コイルの複数の箇所の温度を測定する温度計などを設けることは、製造の複雑さや製造コストの観点から困難であり、測定可能な箇所は限られてしまう。 In general, in a superconducting coil device, it is difficult to provide a voltage tap for measuring a voltage of a part of a coil and a thermometer for measuring temperatures at a plurality of positions of the coil from the viewpoint of manufacturing complexity and manufacturing cost. , Measurable locations are limited.
したがって、特許文献1および特許文献2の超電導コイル装置では、電圧タップや温度計が設けられた箇所は限られるために、コイルの電圧やコイルの温度などの測定点数が十分に得られない。そうすると、超電導コイル内の箇所によっては、異常を検出できない点で問題となる。
Therefore, in the superconducting coil devices of
また、超電導コイルが異常であれば、速やかに電流の供給を遮断する必要がある。 Further, if the superconducting coil is abnormal, it is necessary to quickly cut off the supply of current.
本発明は、超電導コイルの両端電圧を測定して、簡便かつ安全に超電導コイルの異常を検出可能な超電導コイル装置および超電導コイルの検査方法を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a superconducting coil device and a superconducting coil inspection method that can easily and safely detect abnormalities in a superconducting coil by measuring the voltage across the superconducting coil.
前記の課題を解決するため本発明に係る超電導コイル装置は、真空容器と、前記真空容器に収容された熱シールド容器と、前記熱シールド容器に収容された超電導コイルと、前記超電導コイルの異常を検出する際に前記超電導コイルの温度を上げる加熱部と、前記超電導コイルに電流を通電する電流制御部と、前記加熱部に加熱され、かつ前記電流制御部から通電された前記超電導コイルの両端の電圧を測定し、前記電圧が所定の閾値を超えると、前記超電導コイルを異常と判断する電圧計測部とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a superconducting coil device according to the present invention includes a vacuum container, a heat shield container accommodated in the vacuum container, a superconducting coil accommodated in the heat shield container, and an abnormality of the superconducting coil. A heating unit that raises the temperature of the superconducting coil at the time of detection; a current control unit that supplies current to the superconducting coil; and a heating unit that is heated by the heating unit and energized from the current control unit. A voltage measuring unit that measures a voltage and determines that the superconducting coil is abnormal when the voltage exceeds a predetermined threshold value is provided.
また、本発明に係る超電導コイル装置は、真空容器と、前記真空容器に収容された熱シールド容器と、前記熱シールド容器に収容された超電導コイルと、前記超電導コイルの異常を検出する際に前記超電導コイルに磁場を印加する磁場発生コイルと、前記超電導コイルに電流を通電する電流制御部と、前記磁場発生コイルに磁場を印加され、かつ前記電流制御部から通電された前記超電導コイルの両端の電圧を測定し、前記電圧が所定の閾値を超えると、前記超電導コイルを異常と判断する電圧計測部とを備えたことを特徴とする。 Further, the superconducting coil device according to the present invention includes a vacuum container, a heat shield container accommodated in the vacuum container, a superconducting coil accommodated in the heat shield container, and an abnormality in the superconducting coil. A magnetic field generating coil that applies a magnetic field to the superconducting coil, a current control unit that supplies a current to the superconducting coil, a magnetic field that is applied to the magnetic field generating coil and that is supplied from the current control unit, at both ends of the superconducting coil A voltage measuring unit that measures a voltage and determines that the superconducting coil is abnormal when the voltage exceeds a predetermined threshold value is provided.
さらに、本発明に係る超電導コイルの検査方法は、加熱部が超電導コイルを加熱し、電流制御部が前記超電導コイルに電流を通電すると、電圧計測部が前記超電導コイルの両端の電圧を測定し、前記電圧が所定の閾値を超えると、前記超電導コイルを異常と判断することを特徴とする。 Furthermore, in the method for inspecting a superconducting coil according to the present invention, when the heating unit heats the superconducting coil and the current control unit energizes the superconducting coil, the voltage measuring unit measures the voltage across the superconducting coil, When the voltage exceeds a predetermined threshold, the superconducting coil is determined to be abnormal.
本発明は、超電導コイルの両端電圧を測定して、簡便かつ安全に超電導コイルの異常を検出可能な超電導コイル装置および超電導コイルの検査方法を提供できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide a superconducting coil device and a superconducting coil inspection method that can easily and safely detect abnormalities in a superconducting coil by measuring the voltage across the superconducting coil.
本発明に係る超電導コイル装置および超電導コイルの検査方法の実施形態について添付図面を参照して説明する。 Embodiments of a superconducting coil device and a superconducting coil inspection method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[第1の実施形態]
本発明に係る超電導コイル装置および超電導コイルの検査方法の第1実施形態について、図1から図4を参照して説明する。
[First Embodiment]
A first embodiment of a superconducting coil device and a superconducting coil inspection method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明の第1実施形態に係る超電導コイル装置を示した概略的な構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a superconducting coil device according to a first embodiment of the present invention.
図1に示すように、超電導コイル装置1は、超電導コイル2と、真空容器3と、冷凍機4と、電源5と、電圧計測部6と、電流制御部7と、ヒータ8と、ヒータ制御部9とを備える。
As shown in FIG. 1, a
超電導コイル2は、超電導テープ線11が巻回されて形成される。超電導テープ線11は、例えば金属系超電導線である。また、酸化物系の高温超電導線でもよい。高温超電導線材は、例えばビスマス系(例えば、Bi2223相型、Bi2212相型)、イットリウム系(例えば、YBCO系)、タリウム(Tl)系、水銀(Hg)系が用いられる。
真空容器3には、超電導コイル2が収容されており、この真空容器3によって超電導コイル2の雰囲気を真空状態に保持する。
The
冷凍機4は、一段ステージ13と、二段ステージ14とを備え、多段式の冷却構造を有する。一段ステージ13と、二段ステージ14とは、真空容器3に収容された熱シールド容器15により断熱される。二段ステージ14は、冷却板16を介して超電導コイル2に熱的に接続される。また熱シールド容器15には、超電導コイル2が収容される。
The
電源5は、超電導コイル2を励磁させる。電源5は、超電導コイル2の両端の電極部分に接続された電流リード17を介して超電導コイル2に電気的に接続される。電流リード17と真空容器3とは電気的に絶縁される。なお、電源5は超電導コイル2を励磁できるものであれば、どのようなものであってもよい。
The
電圧計測部6は、超電導コイル2の両端電圧を計測する。
The
また、電圧計測部6は、超電導コイル2の両端電圧が所定の閾値を超えたか否かを判定する異常検出器である。電圧計測部6は、超電導コイル2の両端電圧が所定の閾値を超えると、超電導コイル2が異常であると判断する。この所定の閾値は、超電導コイル2の形状や寸法、温度、超電導コイル2に供給される電流、超電導コイル2に印加される磁場、超電導テープ線11の材料によって決められる。
The
さらに、電圧計測部6は、電流制御部7から超電導コイル2に供給される電流値を取得し、かつ、ヒータ制御部9から超電導コイル2の温度を取得する。電圧計測部6は、超電導コイル2の両端電圧と、超電導コイル2に供給される電流値と、超電導コイル2の温度とを定期的に記録する。電圧計測部6は、記録した電圧と電流と温度との関係が、所定の範囲を超えると、超電導コイル2が異常であると判断する。所定の範囲は、例えば、超電導コイル2の形状や寸法の公差、温度の計測誤差、超電導コイル2に供給される電流の計測誤差、超電導コイル2に印加される磁場の誤差などの種々の誤差要因によって決められる。また、超電導コイル2の両端電圧と、超電導コイル2に供給される電流値と、超電導コイル2の温度との記録から、統計的な手法によっても決められる。
Further, the
電流制御部7は、電圧計測部6から超電導コイル2の異常の有無の判断結果を取得する。電流制御部7は、この判断結果に基づいて超電導コイル2に流れる電流を制御する。例えば、電流制御部7は、電圧計測部6が超電導コイル2の異常を検出した場合には、電源5の出力電流を急激に低下、もしくは供給を遮断する。すなわち、電流制御部7は、超電導コイル2の保護部でもある。
The
ヒータ8は、冷凍機4の二段ステージ14に設けられる。ヒータ8は、二段ステージ14および冷却板16を介して超電導コイル2の温度を上げる。ヒータ8は、ヒータ制御部9から供給される電力によって加熱される電気ヒータである。
The
ヒータ制御部9は、ヒータ8を制御する。ヒータ8およびヒータ制御部9は超電導コイル2の加熱部である。
The
超電導コイル装置1は、通常運転の場合には、冷凍機4によって、超電導コイル2の温度を制御する。具体的には、超電導コイル2が高温超電導コイルであれば、超電導コイル2の温度を略20Kに制御する。
The
他方、超電導コイル装置1は、超電導コイル2の劣化等の異常の有無を検査する場合には、ヒータ8によって、超電導コイル2の温度を上げる。具体的には、超電導コイル2が高温超電導コイルであれば、超電導コイル2の温度を略20Kから略70Kまで変化させる。超電導コイル装置1は、超電導コイル2の温度を上げて、超電導コイル2に電流を通電し、超電導コイル2に発生した両端電圧を測定する。
On the other hand, the
図2は、本発明の第1実施形態に係る超電導コイル装置の超電導コイルを示した概略的な構成図である。 FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing the superconducting coil of the superconducting coil device according to the first embodiment of the present invention.
図2に示すように、超電導コイル2は、超電導テープ線11と、巻枠21とを備える。
As shown in FIG. 2, the
超電導テープ線11は、例えば、幅4.4mm、厚み0.2mmに形成される。
The
巻枠21は、例えば、内径50mmに形成され、超電導テープ線11が86ターン巻回される。
The winding
図3は、本発明の第1実施形態に係る超電導コイル装置に用いられる超電導テープ線の臨界電流の温度依存性の一例を示した図である。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the temperature dependence of the critical current of the superconducting tape wire used in the superconducting coil device according to the first embodiment of the present invention.
また、図3は、超電導テープ線11の幅広面に対する磁場印加角度を90度としたときの磁場が0.5T、1.0T、2.0Tおよび3.0Tのそれぞれにおける臨界電流値Icを、温度が77Kにおける自己磁場中での臨界電流値Ic(77K、0T)で除した値Ic/Ic(77K、0T)の温度依存性を示している。
FIG. 3 shows the critical current values Ic when the magnetic field application angle with respect to the wide surface of the
ここで、臨界電流値とは、超電導テープ線11に1μV/cmの電界が発生したときの電流値である。
Here, the critical current value is a current value when an electric field of 1 μV / cm is generated in the
図3に示すように、超電導テープ線11は、磁場の強さが変わらなければ、温度が高いほど、臨界電流値が小さい。すなわち、超電導テープ線11は、温度が上昇するにしたがって臨界電流値が減少する特性を備える。
As shown in FIG. 3, the
図4は、本発明の第1実施形態に係る超電導コイル装置の超電導コイルについて、臨界電流値と温度の関係の一例を示した図である。 FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the critical current value and the temperature for the superconducting coil of the superconducting coil device according to the first embodiment of the present invention.
図4に示すように、超電導コイル2は、温度が高いほど、臨界電流値が小さい。すなわち、超電導コイル2は、温度が上昇するにしたがって臨界電流値が減少する特性を備える。具体的には、超電導コイル2が高温超電導コイルであれば、超電導コイル2は、その温度が略20Kのときに臨界電流値が略386Aであり、その温度が略70Kのときは臨界電流値が略87Aである。
As shown in FIG. 4, the
超電導コイル装置1は、超電導コイル2の劣化等の異常の有無を検知するために、超電導コイル2に臨界電流付近まで電流を通電し、コイル電圧と所定の閾値とを比較する。超電導コイル装置1は、コイル電圧が所定の閾値よりも高ければ、超電導コイル2に劣化等の異常が有ると判定する。
The
また、超電導コイル装置1は、超電導コイル2の劣化等の異常の有無を検知するために、超電導コイル2の両端電圧と、超電導コイル2に供給される電流値と、超電導コイル2の温度とを定期的に記録する。超電導コイル装置1は、電圧と電流と温度との関係が、所定の範囲を超えると、超電導コイル2が異常であると判断する。
Further, the
ここで、超電導コイル装置1は、超電導コイル2の検査をする場合には、ヒータ8によって超電導コイル2を加熱する。超電導コイル2の温度が、例えば略70Kまで上昇すると、超電導コイル2の臨界電流値を減少できる。
Here, when the
したがって、超電導コイル装置1によれば、超電導コイル2の異常を検出するために必要な電流値を減少することで、超電導テープ線11にかかる電磁力を減らし、また、異常電圧発生時には電流の供給を遮断する時間を短くできる。電流の供給を遮断する時間が短くなれば、超電導コイル2の検査時にコイルが焼損する危険性が少なくなる。
Therefore, according to the
したがって、本実施形態の超電導コイル装置1によれば、超電導コイル2の両端電圧を測定して、簡便かつ安全に超電導コイル2の異常を検出できる。
Therefore, according to the
[第2の実施形態]
本発明に係る超電導コイル装置および超電導コイルの検査方法の第2実施形態について、図5および図6を参照して説明する。
[Second Embodiment]
A second embodiment of a superconducting coil device and a superconducting coil inspection method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図5は、本発明の第2実施形態に係る超電導コイル装置を示した概略的な構成図である。 FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a superconducting coil device according to a second embodiment of the present invention.
本実施形態に係る超電導コイル装置1Aにおいて第1実施形態の超電導コイル装置1と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
In the
図5に示すように、超電導コイル装置1Aは、超電導コイル2と、真空容器3と、冷凍機4と、電源5と、電圧計測部6と、電流制御部7と、ヒータ8Aと、ヒータ制御部9Aとを備える。
As shown in FIG. 5, the
ヒータ8Aは、超電導コイル2に設けられる。ヒータ8Aは、超電導コイル2の温度を変化させる。
The
ヒータ制御部9Aは、ヒータ8Aを制御する。ヒータ8Aおよびヒータ制御部9Aは超電導コイル2の加熱部である。
The
図6は、本発明の第2実施形態に係る超電導コイル装置の超電導コイルおよびヒータを示した概略的な構成図である。 FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a superconducting coil and a heater of the superconducting coil device according to the second embodiment of the present invention.
図6に示すように、超電導コイル装置1Aの超電導コイル2には、複数のヒータ8Aが設けられる。複数のヒータ8Aは、筒状に形成された超電導コイル2の底面22に、略同心円状に配置される。
As shown in FIG. 6, the
超電導コイル装置1Aは、超電導コイル2の劣化等の異常の有無を検査する場合には、いずれかのヒータ8Aを加熱する。そうすると、超電導コイル2は、部分的に温度が上昇する。すなわち、超電導コイル2の周方向に温度勾配が発生する。超電導コイル2のうち、温度が上昇した部分は、臨界電流値が下がるので、温度が上昇していない他の部分に比べて異常の検出に必要な電流値が減少する。そうすると、超電導コイル装置1Aは、超電導コイル2のうち、異常の有無を調べたい箇所の重み付けができる。このとき、超電導コイル2の両端電圧を測定すると、温度が上昇した部分が発生する電圧が支配的になる。
The
超電導テープ線11は、温度が上がるにしたがって臨界電流が減少する特性を持つ。このため、超電導コイル2の温度が変化すると、最大電圧が発生する超電導テープ線11の位置が異なることになる。
The
すなわち、超電導コイル装置1Aは、超電導コイル2内部の周方向に温度勾配を発生させて、超電導コイル2に電流を通電することで、超電導コイル2に発生する電圧の分布を変化させることが可能となる。
That is, the
また、超電導コイル2内部の周方向に温度勾配を発生させて、超電導コイル2の両端電圧を測定することで、超電導テープ線11の一部で発生する電圧が超電導コイル2の両端電圧に占める割合を変化させることが可能となる。そうすると、順次に超電導コイル2の加熱位置を変更することで、異常のある箇所を容易に特定できる。
Further, the ratio of the voltage generated at a part of the
したがって、本実施形態の超電導コイル装置1Aによれば、超電導コイル2の両端電圧を測定して、簡便かつ安全に超電導コイル2の異常を検出できる。
Therefore, according to 1 A of the superconducting coil apparatus of this embodiment, the abnormality of the
[第3の実施形態]
本発明に係る超電導コイル装置および超電導コイルの検査方法の第3実施形態について、図7から図8を参照して説明する。
[Third Embodiment]
A superconducting coil device and a superconducting coil inspection method according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図7は、本発明の第3実施形態に係る超電導コイル装置を示した概略的な構成図である。 FIG. 7 is a schematic configuration diagram illustrating a superconducting coil device according to a third embodiment of the present invention.
本実施形態に係る超電導コイル装置1Bにおいて第1実施形態の超電導コイル装置1と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
In the
図7に示すように、超電導コイル装置1Bは、超電導コイル2Aと、真空容器3と、冷凍機4と、電源5と、電圧計測部6と、電流制御部7と、ヒータ8と、ヒータ制御部9とを備える。
As shown in FIG. 7, the
超電導コイル2Aは、超電導テープ線11Aが巻回されて形成される。超電導テープ線11Aは、例えば、酸化物系の高温超電導線である。高温超電導線材は、例えばイットリウム系(例えば、YBCO系)が用いられる。
図8は、本発明の第3実施形態に係る超電導コイル装置の超電導コイルを示した概略的な構成図である。 FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a superconducting coil of the superconducting coil device according to the third embodiment of the present invention.
図8に示すように、超電導コイル2Aは、超電導テープ線11Aと、巻枠21とを備える。
As shown in FIG. 8, the
超電導テープ線11Aは、例えば、幅4.4mm、厚み0.2mmに形成される。
The
巻枠21は、例えば、内径50mmに形成され、超電導テープ線11Aが86ターン巻回される。
The winding
図9は、本発明の第3実施形態に係る超電導コイル装置に用いられる超電導テープ線の臨界電流の磁場依存性の一例を示した図である。 FIG. 9 is a diagram showing an example of the magnetic field dependence of the critical current of the superconducting tape wire used in the superconducting coil device according to the third embodiment of the present invention.
図9は、超電導テープ線11Aの温度が40K、60Kおよび70Kのそれぞれにおいて、超電導テープ線11Aの幅広面に対する磁場印加角度を0度または90度としたときの臨界電流値Icを、温度が77Kにおける自己磁場中での臨界電流値Ic(77K、0T)で除した値Ic/Ic(77K、0T)の磁場依存性を示している。
FIG. 9 shows the critical current value Ic when the temperature of the
図9に示すように、超電導テープ線11Aは、温度が高いほど、磁場印加角度の依存性が小さい。すなわち、超電導テープ線11Aは、温度が上がるにしたがって臨界電流の磁場角度依存性が減少する特性を備える。
As shown in FIG. 9, the
図10から図12は、本発明の第3実施形態に係る超電導コイル装置の超電導コイルについて、各ターンに発生する電圧と超電導コイルの温度との関係を示した図である。図10は、超電導コイルの温度が20Kの場合を示した図である。また、図11は、超電導コイルの温度が60Kの場合を示した図である。さらに、図12は、超電導コイルの温度が70Kの場合を示した図である。 10 to 12 are diagrams showing the relationship between the voltage generated at each turn and the temperature of the superconducting coil in the superconducting coil of the superconducting coil device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 10 is a diagram showing a case where the temperature of the superconducting coil is 20K. FIG. 11 is a diagram showing a case where the temperature of the superconducting coil is 60K. Further, FIG. 12 is a diagram showing a case where the temperature of the superconducting coil is 70K.
なお、超電導コイル2Aの各ターンに発生した電圧は、最大電圧が発生したターンの電圧を代表値として正規化した値である。また、超電導コイル2Aの最内層の超電導テープ線11Aを1ターン目とする。
The voltage generated at each turn of the
図10に示すように、超電導コイル2Aの温度が20Kの場合には、超電導テープ線11Aの37ターン目で最大電圧が発生した。
As shown in FIG. 10, when the temperature of the
また、図11に示すように、超電導コイル2Aの温度が60Kの場合には、超電導テープ線11Aの23ターン目で最大電圧が発生した。
Further, as shown in FIG. 11, when the temperature of the
さらに、図12に示すように、超電導コイル2Aの温度が70Kの場合には、超電導テープ線11Aの1ターン目で最大電圧が発生した。
Furthermore, as shown in FIG. 12, when the temperature of the
超電導コイル2Aに電流を通電すると、超電導テープ線11Aの各ターンに磁場が印加されて超電導コイル2Aに電圧が発生する。このとき、超電導コイル2Aに発生する磁場の勾配の影響によって、超電導テープ線11Aの各ターンが受ける磁場の大きさおよび角度は異なる。したがって、超電導テープ線11Aの各ターンが発生する電圧は異なることになる。超電導コイル2Aの両端電圧を測定すると、超電導テープ線11Aのうち、最大電圧が発生するターン付近の電圧が支配的になる。
When a current is passed through the
超電導テープ線11Aは、温度が上がるにしたがって臨界電流の磁場角度依存性が減少する特性を持つ。このため、超電導コイル2Aの温度が変化すると、最大電圧が発生する超電導テープ線11Aのターン位置が異なることになる。
The
すなわち、超電導コイル装置1Bは、超電導コイル2Aの温度を変化させて、超電導コイル2Aに電流を通電することで、超電導コイル2Aに発生する電圧の分布を変化させることが可能となる。
That is, the
また、超電導コイル2Aの温度を変化させて、超電導コイル2Aの両端電圧を測定することで、超電導テープ線11Aの各ターンで発生する電圧が超電導コイル2Aの両端電圧に占める割合を変化させることが可能となる。
Further, by changing the temperature of the
したがって、本実施形態の超電導コイル装置1Bによれば、超電導コイル2Aの両端電圧を測定して、簡便かつ安全に超電導コイル2Aの異常を検出できる。
Therefore, according to the
[第4の実施形態]
本発明に係る超電導コイル装置および超電導コイルの検査方法の第4実施形態について、図13から図14を参照して説明する。
[Fourth Embodiment]
A superconducting coil device and a superconducting coil inspection method according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図13は、本発明の第4実施形態に係る超電導コイル装置を示した概略的な構成図である。 FIG. 13 is a schematic configuration diagram illustrating a superconducting coil device according to a fourth embodiment of the present invention.
本実施形態に係る超電導コイル装置1Cにおいて第1実施形態の超電導コイル装置1と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
In the
図13に示すように、超電導コイル装置1Cは、超電導コイル2と、真空容器3と、冷凍機4と、電源5と、電圧計測部6と、電流制御部7と、ヒータ8Bと、ヒータ制御部9Bとを備える。
As shown in FIG. 13, the
ヒータ8Bは、超電導コイル2に設けられる。ヒータ8Bは、超電導コイル2の温度を変化させる。
The
ヒータ制御部9Bは、ヒータ8Bを制御する。ヒータ8Bおよびヒータ制御部9Bは超電導コイル2の加熱部である。
The
図14は、本発明の第4実施形態に係る超電導コイル装置の超電導コイルおよびヒータを示した概略的な構成図である。 FIG. 14 is a schematic configuration diagram showing a superconducting coil and a heater of a superconducting coil device according to the fourth embodiment of the present invention.
図14に示すように、超電導コイル装置1Cのヒータ8Bは、内周側ヒータ24と、外周側ヒータ25とを備える。内周側ヒータ24は、筒状に形成された超電導コイル2の底面22であって、内周の周縁に偏倚させて設けられる。外周側ヒータ25は、筒状に形成された超電導コイル2の底面22であって、外周の周縁に偏倚させて設けられる。
As shown in FIG. 14, the
内周側ヒータ24および外周側ヒータ25は、ヒータ制御部9Bに接続される。
The inner
超電導コイル装置1Cは、超電導コイル2の劣化等の異常の有無を検査する場合には、ヒータ8Bによって、超電導コイル2の温度を変化させる。具体的には、ヒータ8Bは、内周側ヒータ24と外周側ヒータ25との温度差によって超電導コイル2内部の内周側と外周側との間、すなわち径方向に温度勾配を発生させる。超電導コイル装置1Cは、超電導コイル2内部の径方向に温度勾配を発生させて、超電導コイル2に電流を通電し、超電導コイル2に発生した両端電圧を測定する。
The
超電導コイル2に電流を通電すると、超電導テープ線11の各ターンに磁場が印加されて超電導コイル2に電圧が発生する。このとき、超電導コイル2に発生する磁場の勾配の影響によって、超電導テープ線11の各ターンが受ける磁場の大きさおよび角度が異なる。したがって、超電導テープ線11の各ターンが発生する電圧は異なることになる。超電導コイル2の両端電圧を測定すると、超電導テープ線11のうち、最大電圧が発生するターン付近の電圧が支配的になる。
When a current is passed through the
ここで、超電導テープ線11は、磁場角度依存性に関わらず、温度が上がるにしたがって臨界電流が減少する特性を持つ。このため、超電導コイル2内部の径方向に適宜に温度勾配を加えると、超電導テープ線11の各ターンに発生する電圧の差を小さくしたり大きくしたりできる。
Here, the
すなわち、超電導コイル装置1Cは、超電導コイル2内部の径方向に温度勾配を加えて、超電導コイル2に電流を通電することで、超電導テープ線11の各ターンで発生する電圧が超電導コイル2の両端電圧に占める割合を略均等にすることが可能となる。
That is, the
また、超電導コイル装置1Cは、超電導コイル2内部の径方向に温度勾配を加えて、超電導コイル2に電流を通電することで、超電導テープ線11のいずれかのターンで発生する電圧を、超電導コイル2の両端電圧に占める最大の割合にすることが可能となる。
Also, the
したがって、本実施形態の超電導コイル装置1Cによれば、超電導コイル2の両端電圧を測定して、簡便かつ安全に超電導コイル2の異常を検出できる。
Therefore, according to the
[第5の実施形態]
本発明に係る超電導コイル装置および超電導コイルの検査方法の第5実施形態について、図15を参照して説明する。
[Fifth Embodiment]
A fifth embodiment of a superconducting coil device and a superconducting coil inspection method according to the present invention will be described with reference to FIG.
図15は、本発明の第5実施形態に係る超電導コイル装置を示した概略的な構成図である。 FIG. 15 is a schematic configuration diagram illustrating a superconducting coil device according to a fifth embodiment of the present invention.
本実施形態に係る超電導コイル装置1Dにおいて第1実施形態の超電導コイル装置1と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
In the
図15に示すように、超電導コイル装置1Dは、超電導コイル2と、真空容器3と、冷凍機4と、電源5と、電圧計測部6と、電流制御部7と、磁場発生コイル27と、磁場発生コイル制御部28とを備える。
As shown in FIG. 15, the
磁場発生コイル27は、真空容器3に収容される。磁場発生コイル27は、超電導コイル2の周囲に複数、例えば超電導コイル2を挟んで2つ設けられる。磁場発生コイル27は、超電導コイル2の周囲に磁場を印加する。磁場発生コイル27は、一様な強さの磁場や、適宜に強さが分布した磁場を発生する。磁場発生コイル27には、超電導コイルを用いることができる。
The magnetic
磁場発生コイル制御部28は、磁場発生コイル27を制御する。
The magnetic field generation
他方、超電導コイル装置1Dは、超電導コイル2の劣化等の異常の有無を検査する場合には、磁場発生コイル27によって、超電導コイル2に磁場を印加する。
On the other hand, the
超電導コイル2の劣化等の異常の有無を検出するためには、超電導コイル2に臨界電流付近まで電流を通電し、コイル電圧と所定の閾値とを比較する。コイル電圧が所定の閾値よりも高ければ、超電導コイル2の劣化等の異常が有ると判定する。
In order to detect the presence or absence of abnormality such as deterioration of the
ここで、超電導コイル装置1Dは、超電導コイル2の検査をする場合には、磁場発生コイル27によって超電導コイル2に磁場を印加する。超電導コイル2に磁場が印加されると、超電導コイル2の臨界電流値を減少できる。
Here, the
したがって、超電導コイル装置1Dによれば、超電導コイル2の劣化等の異常を検出するために必要な電流値を減少することで、異常電圧発生時には電流の供給を遮断する時間を短くできる。電流の供給を遮断する時間が短くなれば、超電導コイル2の検査時にコイルが焼損する危険性が少なくなる。
Therefore, according to the
また、超電導コイル装置1Dは、磁場発生コイル27によって超電導コイル2に適宜に強さが分布した磁場を印加する。そうすると、印加された磁場の強さに応じて、超電導コイル2の臨界電流値も超電導コイル2内で分布する。
In addition, the
すなわち、超電導コイル装置1Dは、超電導コイル2に適宜に強さが分布した磁場を印加して、超電導コイル2に電流を通電することで、超電導テープ線11の各ターンで発生する電圧が超電導コイル2の両端電圧に占める割合を略均等にすることが可能となる。
That is, the
また、超電導コイル装置1Dは、超電導コイル2に適宜に強さが分布した磁場を印加して、超電導コイル2に電流を通電することで、超電導テープ線11のいずれかの箇所で発生する電圧を、超電導コイル2の両端電圧に占める最大の割合にすることが可能となる。
In addition, the
したがって、本実施形態の超電導コイル装置1Dによれば、超電導コイル2の両端電圧を測定して、簡便かつ安全に超電導コイル2の異常を検出できる。
Therefore, according to the
[第6の実施形態]
本発明に係る超電導コイル装置および超電導コイルの検査方法の第6実施形態について、図16を参照して説明する。
[Sixth Embodiment]
A sixth embodiment of the superconducting coil device and superconducting coil inspection method according to the present invention will be described with reference to FIG.
図16は、本発明の第6実施形態に係る超電導コイル装置を示した概略的な構成図である。 FIG. 16 is a schematic configuration diagram illustrating a superconducting coil device according to a sixth embodiment of the present invention.
本実施形態に係る超電導コイル装置1Eにおいて第1実施形態の超電導コイル装置1と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
In the
図16に示すように、超電導コイル装置1Eは、超電導コイル群30と、真空容器3と、冷凍機4と、電源5と、電圧計測部6と、電流制御部7とを備える。
As shown in FIG. 16, the
超電導コイル群30は、複数の超電導コイル2を備える。複数の超電導コイル2は、例えばトロイダル状に配置される。また、マルチポール状に配置しても良い。
The
超電導コイル2の劣化等の異常の有無を検出するためには、超電導コイル2に臨界電流付近まで電流を通電し、コイル電圧と所定の閾値とを比較する。コイル電圧が所定の閾値よりも高ければ、超電導コイル2の劣化等の異常が有ると判定する。
In order to detect the presence or absence of abnormality such as deterioration of the
ここで、超電導コイル装置1Eは、超電導コイル2の検査をする場合には、超電導コイル群30から、検査の対象となる1つ以上、全数未満の超電導コイル2を選択する。なお、超電導コイル群30はN個の超電導コイル2を備え、検査の対象となる超電導コイル2をM個選択するものとして説明する。なおN個>M個の関係がある。
Here, when the
電流制御部7は、超電導コイル2の検査をする場合には、(N−M)個の超電導コイル2(磁場発生用の超電導コイル2)に電流を通電して、M個の超電導コイル2(検査対象の超電導コイル2)に磁場を印加する。M個の超電導コイル2は、磁場が印加されると、臨界電流値が減少する。
When inspecting the
したがって、超電導コイル装置1Eによれば、超電導コイル2の劣化等の異常を検出するために必要な電流値を減少することで、異常電圧発生時には電流の供給を遮断する時間を短くできる。電流の供給を遮断する時間が短くなれば、超電導コイル2の検査時にコイルが焼損する危険性が少なくなる。
Therefore, according to the
また、超電導コイル装置1Eは、(N−M)個の超電導コイル2(磁場発生用の超電導コイル2)によってM個の超電導コイル2(検査対象の超電導コイル2)に適宜に強さが分布した磁場を印加する。そうすると、M個の超電導コイル2(検査対象の超電導コイル2)の臨界電流値は、印加された磁場の強さに応じて、それぞれの超電導コイル2内で分布する。
Further, in the
すなわち、超電導コイル装置1Eは、超電導コイル2に適宜に強さが分布した磁場を印加して、超電導コイル2に電流を通電することで、超電導テープ線11の各ターンで発生する電圧が超電導コイル2の両端電圧に占める割合を略均等にすることが可能となる。
That is, the
また、超電導コイル装置1Eは、超電導コイル2に適宜に強さが分布した磁場を印加して、超電導コイル2に電流を通電することで、超電導テープ線11のいずれかの箇所で発生する電圧を、超電導コイル2の両端電圧に占める最大の割合にすることが可能となる。
In addition, the
したがって、本実施形態の超電導コイル装置1Eによれば、超電導コイル2の両端電圧を測定して、簡便かつ安全に超電導コイル2の異常を検出できる。
Therefore, according to the
1、1A、1B、1C、1D、1E 超電導コイル装置
2、2A 超電導コイル
3 真空容器
4 冷凍機
5 電源
6 電圧計測部
7 電流制御部
8、8A、8B ヒータ
9、9A、9B ヒータ制御部
11、11A 超電導テープ線
13 一段ステージ
14 二段ステージ
15 熱シールド容器
16 冷却板
17 電流リード
21 巻枠
22 底面
24 内周側ヒータ
25 外周側ヒータ
27 磁場発生コイル
28 磁場発生コイル制御部
30 超電導コイル群
1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E
Claims (11)
前記真空容器に収容された熱シールド容器と、
前記熱シールド容器に収容された超電導コイルと、
前記超電導コイルの異常を検出する際に前記超電導コイルの温度を上げる加熱部と、
前記超電導コイルに電流を通電する電流制御部と、
前記加熱部に加熱され、かつ前記電流制御部から通電された前記超電導コイルの両端の電圧を測定し、前記電圧が所定の閾値を超えると、前記超電導コイルを異常と判断する電圧計測部とを備えたことを特徴とする超電導コイル装置。 A vacuum vessel;
A heat shield container housed in the vacuum container;
A superconducting coil housed in the heat shield container;
A heating unit that increases the temperature of the superconducting coil when detecting an abnormality in the superconducting coil;
A current control unit for energizing the superconducting coil;
A voltage measuring unit that measures the voltage across the superconducting coil heated by the heating unit and energized from the current control unit, and determines that the superconducting coil is abnormal when the voltage exceeds a predetermined threshold; A superconducting coil device comprising:
前記超電導コイルの異常を検出する際に前記超電導コイル内部の周方向に温度勾配を生じさせることを特徴とする請求項1に記載の超電導コイル装置。 The heating unit is
The superconducting coil device according to claim 1, wherein a temperature gradient is generated in a circumferential direction inside the superconducting coil when an abnormality of the superconducting coil is detected.
前記超電導コイルの異常を検出する際に前記超電導コイル内部の径方向に温度勾配を生じさせることを特徴とする請求項1または3に記載の超電導コイル装置。 The heating unit is
The superconducting coil device according to claim 1 or 3, wherein a temperature gradient is generated in a radial direction inside the superconducting coil when an abnormality of the superconducting coil is detected.
前記超電導コイルを加熱する電気ヒータと、
前記電気ヒータの制御部とを備えたことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の超電導コイル装置。 The heating unit is
An electric heater for heating the superconducting coil;
The superconducting coil device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a control unit for the electric heater.
前記真空容器に収容された熱シールド容器と、
前記熱シールド容器に収容された超電導コイルと、
前記超電導コイルの異常を検出する際に前記超電導コイルに磁場を印加する磁場発生コイルと、
前記超電導コイルに電流を通電する電流制御部と、
前記磁場発生コイルに磁場を印加され、かつ前記電流制御部から通電された前記超電導コイルの両端の電圧を測定し、前記電圧が所定の閾値を超えると、前記超電導コイルを異常と判断する電圧計測部とを備えたことを特徴とする超電導コイル装置。 A vacuum vessel;
A heat shield container housed in the vacuum container;
A superconducting coil housed in the heat shield container;
A magnetic field generating coil that applies a magnetic field to the superconducting coil when detecting an abnormality in the superconducting coil;
A current control unit for energizing the superconducting coil;
Voltage measurement is performed by measuring a voltage across the superconducting coil that is applied with a magnetic field to the magnetic field generating coil and energized from the current control unit, and when the voltage exceeds a predetermined threshold, And a superconducting coil device.
前記電流制御部は、前記超電導コイル群から1以上、全数未満の検査対象超電導コイルを選び、前記超電導コイル群の余りを磁場発生用超電導コイルに選び
前記磁場発生用超電導コイルに磁場を印加され、かつ前記電流制御部から通電された前記検査対象超電導コイルの両端の電圧を測定し、前記電圧が所定の閾値を超えると、前記検査対象超電導コイルを異常と判断する電圧計測部とを備えたことを特徴とする請求項7に記載の超電導コイル装置。 A superconducting coil group having a plurality of the superconducting coils;
The current control unit selects at least one superconducting coil to be inspected from the superconducting coil group and less than the total number, selects the remainder of the superconducting coil group as a superconducting coil for magnetic field generation, and applies a magnetic field to the superconducting coil for magnetic field generation, And a voltage measuring unit that measures the voltage at both ends of the inspection target superconducting coil energized from the current control unit, and determines that the inspection target superconducting coil is abnormal when the voltage exceeds a predetermined threshold. The superconducting coil device according to claim 7.
電流制御部が前記超電導コイルに電流を通電すると、
電圧計測部が前記超電導コイルの両端の電圧を測定し、前記電圧が所定の閾値を超えると、前記超電導コイルを異常と判断することを特徴とする超電導コイルの検査方法。 The heating unit heats the superconducting coil,
When the current control unit supplies current to the superconducting coil,
A method for inspecting a superconducting coil, wherein a voltage measuring unit measures a voltage at both ends of the superconducting coil, and determines that the superconducting coil is abnormal when the voltage exceeds a predetermined threshold.
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