JP2011029227A - コイル装置、保護装置及び誘導電圧抑制方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】通電電流の遮断時において主コイルに生ずる誘導電圧を抑制することが可能なコイル装置、保護装置及び誘導電圧抑制方法を提供する。
【解決手段】コイル装置1は、第1電流が供給される主コイル101と、主コイルへの第1電流の通電を遮断する遮断器205と、主コイルに対して磁気的に結合する保護コイル103とを備え、第1電流の遮断をすべきとの肯定判断をした場合に、否定判断した場合よりも第2電流の量を増加させる変更動作を実行し、その変更動作の実行時以降に、第1電流の遮断を実行する。
【選択図】図4
【解決手段】コイル装置1は、第1電流が供給される主コイル101と、主コイルへの第1電流の通電を遮断する遮断器205と、主コイルに対して磁気的に結合する保護コイル103とを備え、第1電流の遮断をすべきとの肯定判断をした場合に、否定判断した場合よりも第2電流の量を増加させる変更動作を実行し、その変更動作の実行時以降に、第1電流の遮断を実行する。
【選択図】図4
Description
本発明は、コイル装置、保護装置及び誘導電圧抑制方法に関する。
コイル装置の一例として、超電導コイルを備える超電導コイル装置がある。この超電導コイル装置では、何らかの原因で臨界電流を越える電流が流れると、超電導状態から常電導状態への転移(クエンチ)が発生し、常伝導転移部の発熱量が、常伝導抵抗値と通電電流値の2乗との積に比例して増大することにより、超電導コイルが焼損するなどの問題が生じるおそれがある。
そこで、従来より、超電導コイル装置には、クエンチを検出する検出部を設けて、この検出部によりクエンチが検出された場合に、超電導コイルへの通電電流を遮断し、超電導コイルを保護するコイル保護装置を備えるものがある(特許文献1)。
ところで、通電電流を遮断する際には、超電導コイルの端子間に誘導電圧が発生するが、この誘導電圧は、コイルや電源などの耐電圧を越えないようにしなければならない。ここで、通電電流を徐々に遮断していけば誘導電圧を抑制することができるが、これでは、瞬時に遮断することができず、緊急時に対応することができない。
なお、このように遮断による誘導電圧の問題は、超電導コイル装置に限らず、一般的なコイル装置にも生じ得る。
なお、このように遮断による誘導電圧の問題は、超電導コイル装置に限らず、一般的なコイル装置にも生じ得る。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、その目的は、通電電流の遮断時において主コイルに生ずる誘導電圧を抑制することが可能なコイル装置、保護装置及び誘導電圧抑制方法を提供するところにある。
上記の目的を達成するための手段として、第1発明に係るコイル装置は、第1電流が供給される主コイルと、前記主コイルへの前記第1電流の通電を遮断する遮断器と、前記主コイルに対して磁気的に結合する保護コイルと、前記保護コイルに流れる第2電流の量を変更する変更部と、前記第1電流の遮断をすべきかどうかを判断し、当該遮断をすべきとの肯定判断をした場合に、否定判断した場合よりも前記第2電流の量を増加させる変更動作を前記変更部に実行させ、その変更動作の実行時以降に、前記第1電流の遮断を前記遮断器に実行させる制御部と、を備える。
この発明によれば、主コイルに磁気的に結合する保護コイルが設けられている。そして、主コイルへの第1電流を遮断する際に、保護コイルに流れる第2電流の量を増加させることにより、主コイルに生ずる誘導電圧を抑制しつつ第1電流を早期に遮断することができる。
第2の発明は、第1の発明のコイル装置であって、前記変更部は、前記保護コイルの端子間を短絡させる短絡用スイッチを有し、前記変更動作として、当該短絡用スイッチを開状態から閉状態にする構成である。
この発明によれば、コイル保護等のために直流電流源を使用することなく、保護コイルを短絡させるだけで、主コイルに生ずる誘導電圧を抑制することができる。
第3の発明は、第1の発明のコイル装置であって、前記変更部は、前記保護コイルに第3電流を供給する直流電流源を有し、前記変更動作として、当該直流電流源をオフからオンにする構成である。
この発明によれば、保護コイルが有抵抗の線材で構成されていたとしても、その抵抗による影響を抑えつつ、主コイルに生ずる誘導電圧を抑制することができる。
第4の発明は、第1から第3のいずれか一つの発明のコイル装置であって、前記主コイルと前記保護コイルとはそれぞれ複数有し、複数の前記主コイル及び前記保護コイルは、それぞれのコイル中心点が同一円上に位置するように環状に配列されている。
この発明によれば、主コイルと保護コイルを分離して作製できるため、例えば互いに断熱をとることができ、複数の主コイル及び保護コイルが、トロイド配置されているから、主コイルと保護コイルとを高い結合率で磁気的に結合することができ、誘導電圧の抑制効果を向上させることができる。
第5の発明は、第1から第4のいずれか一つの発明のコイル装置であって、前記主コイルと前記保護コイルとは、互いに束ねられた集合導体としてパンケーキ状に巻回されている。
この発明によれば、複数の主コイル及び保護コイルが、互いに束ねられて集合導体としてパンケーキ状に巻回されているから、主コイルと保護コイルとを高い結合率で磁気的に結合することができ、誘導電圧の抑制効果を向上させることができる。
第6の発明は、第1から第5のいずれか一つの発明のコイル装置であって、前記主コイルは超電導コイルであって、前記超電導コイルにクエンチが発生したことを検出するクエンチ検出部を備え、前記制御部は、前記クエンチ検出部にて前記クエンチの発生が検出されたことを条件に前記第1電流の遮断をすべきと判断する。
この発明によれば、クエンチの発生に対して第1電流の遮断を迅速に行い、主コイルを保護することができる。
第7の発明の保護装置は、主コイルに流れる第1電流を遮断する際に当該主コイルに発生する誘導電圧を抑制するための保護装置であって、前記主コイルに対して磁気的に結合する保護コイルと、前記保護コイルに流れる第2電流の量を変更する変更部と、前記第1電流の遮断をすべきかどうかを判断し、当該遮断をすべきとの肯定判断をした場合に、否定判断した場合よりも前記第2電流の量を増加させる変更動作を前記変更部に実行させ、その変更動作の実行時以降に、前記第1電流の遮断を許可する制御部と、を備える。
第8の発明の誘導電圧抑制方法は、主コイルに流れる第1電流を遮断する際に当該主コイルに発生する誘導電圧を抑制するための誘導電圧抑制方法であって、保護コイルを、前記主コイルに磁気的に結合可能な位置に配置し、前記第1電流の遮断をすべきかどうかを判断し、前記遮断をすべきとの肯定判断をした場合に、否定判断した場合よりも前記保護コイルに流す第2電流の量を増加させ、その動作以降に前記第1電流の通電を遮断する工程を含む。
本発明によれば、通電電流の遮断時において主コイルに生ずる誘導電圧を抑制することが可能であり、その結果、同じ耐電圧条件下において、急速に電流を減衰させ、早期に電流を遮断することが可能となる。
<実施形態1>
本発明の実施形態1を図1〜図7を参照しつつ説明する。
本発明の実施形態1を図1〜図7を参照しつつ説明する。
1.SMESの構成
図1は、例えば負荷変動補償用Y系のSMES(超電導電力貯蔵装置 コイル装置の一例)1の結線図である。SMES1は、コイルユニット100と、制御ユニット200とを備える。コイルユニット100は、複数(例えば90台)の主コイル101、及び、複数(例えば90台)の保護コイル103を有し、制御ユニット200は複数(例えば90台)のセルモジュール201を有する。なお、同図では、主コイル101、保護コイル103及びセルモジュール201の一部のみ例示し、残りは省略してある。
図1は、例えば負荷変動補償用Y系のSMES(超電導電力貯蔵装置 コイル装置の一例)1の結線図である。SMES1は、コイルユニット100と、制御ユニット200とを備える。コイルユニット100は、複数(例えば90台)の主コイル101、及び、複数(例えば90台)の保護コイル103を有し、制御ユニット200は複数(例えば90台)のセルモジュール201を有する。なお、同図では、主コイル101、保護コイル103及びセルモジュール201の一部のみ例示し、残りは省略してある。
(1)コイルユニット
コイルユニット100は、複数の主コイル101及び複数の保護コイル103を、クライオスタット(真空断熱容器)105内に収容した構造をなす。クライオスタット105は、真空断熱材により、環形状に形成されており、主コイル101及び保護コイル103を極低温に冷却した状態で収容することができる。
コイルユニット100は、複数の主コイル101及び複数の保護コイル103を、クライオスタット(真空断熱容器)105内に収容した構造をなす。クライオスタット105は、真空断熱材により、環形状に形成されており、主コイル101及び保護コイル103を極低温に冷却した状態で収容することができる。
具体的には、クライオスタット105において、主コイル101と保護コイル103とは、交互に配置され、且つ、それぞれのコイル中心点が同一円上に位置するように環状に配列されている(いわゆるトロイド配置)。このトロイド配置により、主コイル101にて発生する磁界を、コイルユニット100内に効果的に閉じ込めることができ、高い電力貯蔵性能を得ることができる。
主コイル101及び保護コイル103は、基本的には同様の構造を有し、具体的には、テープ状の超電導線W(線材の一例)を巻回して形成された2つのダブルパンケーキコイル107を、当該ダブルパンケーキコイル107の軸線方向(巻回中心軸方向)に並べた構造を有する。
図2は、ダブルパンケーキコイル107を片面側から見た図である。各ダブルパンケーキコイル107は、軸線方向に並べられた2つのコイル部109(同図では一方のみ図示)を有し、最内層で一方のコイル部109の超電導線Wが、他方のコイル部109側(軸線方向)に転位されて当該他方のコイル部109の超電導線Wと連続している構造を有する。また、ダブルパンケーキコイル107は、大容量化のために超電導線Wを複数本(本実施形態では4本 W11、W12、W21、W22)束ねた集合導体Sが巻回されている。なお、集合導体Sのうち、互いに隣り合う2本ずつの超電導線Wが1組の組線W1、W2とされ、各組線W1、W2は、最内層の周方向において互いに異なる位置で転位されている。
図3は各超電導線Wの構造例を示す断面図である。超電導線Wは、イットリウム(Y)系酸化物超電導体を有する扁平のテープ状線材(超電導テープ線材)である。具体的には超電導線Wは、耐熱性を有する高強度無配向金属基板(Hastelloy)上にIBAD中間層、CeO2中間層、超電導層(YBCO)を積層し、それらの外周を安定化層(Ag,Cu等)で覆った構造になっている。クエンチが発生した場合には、この安定化層に通電電流が流れる。また、超電導線Wは、その外周が絶縁材によって覆われている。
(2)制御ユニット
図4は、セルモジュール201の構成図である。セルモジュール201は、交直変換器203、直流遮断器205(遮断器の一例)、冷却システム207、クエンチ検出器209(クエンチ検出部の一例)、短絡用スイッチ211(変更部の一例)、制御回路213(制御部の一例)、及び、保護抵抗215を備える。
図4は、セルモジュール201の構成図である。セルモジュール201は、交直変換器203、直流遮断器205(遮断器の一例)、冷却システム207、クエンチ検出器209(クエンチ検出部の一例)、短絡用スイッチ211(変更部の一例)、制御回路213(制御部の一例)、及び、保護抵抗215を備える。
交直変換器203は、インバータ及びチョッパ(いずれも図示せず)を有し、電力系統側からの3相の交流電力を直流電力に変換し、当該直流電力を主コイル101に供給する。これにより、主コイル101に第1電流(励磁電流)が流れる。
直流遮断器205は、交直変換器203及び主コイル101を含む通電路中に設けられ、主コイル101への第1電流の通電を遮断することができる。冷却システム207は、クライオスタット105内の主コイル101及び保護コイル103を極低温に冷却する。
クエンチ検出器209は、主コイル101にクエンチが発生したことを検出する。具体的には、クエンチ検出器209は、主コイル101の両端子、及び、当該主コイル101を2分した中点に接続されている。そして、主コイル101の一方の端子及び中点間における電圧と、他方の端子及び中点間における電圧との電圧差を監視する。主コイル101の一部にクエンチが発生すると、上記電圧差が生じるため、この電圧差が所定値を超えたことを条件にクエンチが発生したとして、検出信号を出力する。
短絡用スイッチ211は、保護コイル103の両端子間に接続され、当該両端子間を短絡させる。制御回路213は、交直変換器203及び冷却システム207を制御する。また、制御回路213は、クエンチ検出器209から検出信号を受けたときに、次述するコイル保護動作を実行する。保護抵抗215は、主コイル101と並列に接続され、直流遮断器205を開状態にした際に、主コイル101に流れていた電流を逃がすために設けられている。
2.コイル保護について
主コイル101が超電導状態を維持しており、クエンチが発生していないとき、制御回路213は直流遮断器205を閉状態にしており、主コイル101への第1電流の通電を許容している。また、このとき、制御回路213は、短絡用スイッチ211を開状態にし、保護コイル103の両端子間は開放している。これにより、SMES1は、主コイル101に貯蓄された磁気エネルギー(=(L1・i1 2)/2 L1:主コイル101の自己インダクタンス i1:第1電流の量)が、保護コイル103側に分散されることによりエネルギー損失を抑制し、効率よく電力貯蔵を行うことができる。
主コイル101が超電導状態を維持しており、クエンチが発生していないとき、制御回路213は直流遮断器205を閉状態にしており、主コイル101への第1電流の通電を許容している。また、このとき、制御回路213は、短絡用スイッチ211を開状態にし、保護コイル103の両端子間は開放している。これにより、SMES1は、主コイル101に貯蓄された磁気エネルギー(=(L1・i1 2)/2 L1:主コイル101の自己インダクタンス i1:第1電流の量)が、保護コイル103側に分散されることによりエネルギー損失を抑制し、効率よく電力貯蔵を行うことができる。
一方、主コイル101にクエンチが発生すると、クエンチ検出器209は制御回路213に検出信号を与える。すると、制御回路213は、まず短絡用スイッチ211を閉状態にして保護コイル103の両端子間を短絡させ(変更動作の一例)、それと同時に、直流遮断器205を開状態にして主コイル101への第1電流の通電を遮断する。なお、短絡用スイッチ211による短絡動作タイミングと、直流遮断器205による遮断動作タイミングとは必ずしも同時である必要はない。但し、この主コイル101の磁束の減衰を保護コイル103で補償するため、主コイル101の電流減衰「動作期間」と保護コイル103の電流増加「動作期間」が同時になるよう、短絡動作タイミングと遮断動作タイミングとを調整することが好ましい。
ここで、第1電流の通電を遮断する際、主コイル101の両端子間に生じる誘導電圧v1は次の式1で示すことができる。
M12:主コイル101及び保護コイル103間における相互インダクタンス
i2:保護コイル103に流れる第2電流の量
i2:保護コイル103に流れる第2電流の量
一方、相互誘導により、保護コイル103の両端子間には生じる誘導電圧v2は次の式2で示すことができる。但し、保護コイル103の両端子間が短絡されている場合、誘導電圧v2はゼロである。
L2:保護コイル103の自己インダクタンス
上記式4と式5とを比較して分かるように、保護コイル103が有る場合には、無い場合に比べて主コイル101に生じる誘導電圧v1を、(1−k2)倍に抑制することができる。換言すれば、保護コイル103が有る場合には、誘導電圧v1が所定値以下になるように第1電流を遮断するのに要する時間を、保護コイル103が無い場合に比べて(1−k2)倍に短くすることができる。
本実施形態によれば、コイル保護等のために直流電流源を使用することなく、保護コイル103を短絡させるだけで、主コイル101に生ずる誘導電圧を抑制することができる。
3.シミュレーション結果
次に本実施形態のシミュレーション結果について説明する。図5は、クエンチが発生し、保護コイル103が短絡された状態における主コイル101及びセルモジュール201の等価回路である。
次に本実施形態のシミュレーション結果について説明する。図5は、クエンチが発生し、保護コイル103が短絡された状態における主コイル101及びセルモジュール201の等価回路である。
上記ダブルパンケーキコイル107の通電電流は、負荷変動補償容量0.6[GJ]当たり2.16[kA](各超伝導線Wの素線通電電流が540[A])であるとする。そうすると、主コイル101は、90個が並列接続されているから、主コイル101の通電電流(第1電流)は、負荷変動補償容量0.6[GJ]当たり194.4[kA]であり、自己インダクタンスL1は32.2[mH]である。保護コイル103も同様に、通電電流(第2電流)は、負荷変動補償容量0.6[GJ]当たり194.4[kA]であり、自己インダクタンスL2は32.2[mH]である。
結合係数kは、有限要素法より、0.97であり、上述した保護抵抗215の保護抵抗値が1.0[0hm]とすると、主コイル101全体における保護抵抗値R1は11.11[m0hm]である。なお、保護コイル103は超電導状態を維持し、抵抗値R2は0[0hm]とする。
図5の等価回路では、直流遮断器205が閉状態とされ、直流電流源301から194.4[kA]の第1電流が主コイル101に流される一方で、保護コイル103の両端子間は短絡されている。シミュレーションは、この状態から電流遮断器301を開状態に切り替えた時点からの第1電流及び第2電流の電流値を測定する。なお、上記等価回路には、直流遮断器を開状態にした際に直流電流源301による電流の行き場が無くなるため、ダミー抵抗DRが、主コイル101に並列接続されている。
図6は保護コイル103が無い場合のシミュレーション結果であり、図7は保護コイルが有る場合のシミュレーション結果である。図6A,7Aにおいて縦軸は第1電流、第2電流の量(電流値)を示し、横軸は第1電流の遮断点からの経過時間を示す。図6B、7Bにおいて縦軸は主コイル101及び保護コイル103それぞれの誘導電圧の電圧値を示し、横軸は第1電流の遮断時からの経過時間を示す。
図6,7を比較して分かるように、主コイル101に磁気的に結合した保護コイル103を設けることにより、第1電流の遮断時において当該第1電流を急速に減衰させることができる。このため、誘導電圧v1の絶対値の最大値(2.16kV)は同じであるにもかかわらず、保護コイル103が無い場合に比べて短時間で第1電流を遮断することができる。
<実施形態2>
図8,9は実施形態2を示す。前記実施形態1との相違は、主コイルと保護コイルとの磁気的な結合方法にあり、その他の点は前記実施形態1と同様である。従って、実施形態1と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。
図8,9は実施形態2を示す。前記実施形態1との相違は、主コイルと保護コイルとの磁気的な結合方法にあり、その他の点は前記実施形態1と同様である。従って、実施形態1と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。
1.SMESの構成
図8は、本実施形態2のSMES1'の結線図である。コイルユニット100'のクライオスタット105には、180個のダブルパンケーキコイル401がトロイド配置されている。
図8は、本実施形態2のSMES1'の結線図である。コイルユニット100'のクライオスタット105には、180個のダブルパンケーキコイル401がトロイド配置されている。
ここで、上記実施形態1の各ダブルパンケーキコイル107は、主コイル101の超電導線W及び保護コイル103の超電導線Wのいずれか一方が巻回されていた。これに対し、本実施形態2のダブルパンケーキコイル401は、主コイル101の超電導線Wと保護コイル103の超電導線Wとを束ねてパンケーキ状に巻回した構成とされている。より具体的には、図2において超電導線W11,W21を主コイル101の超電導線とし、超電導線W12,W22を保護コイル103の超電導線とする。
2.シミュレーション結果
主コイル101は、180個が並列接続されているから、主コイル101の通電電流(第1電流)は、負荷変動補償容量0.6[GJ]当たり388.8[kA]であり、自己インダクタンスL1は7.9[mH]である。保護コイル103も同様に、通電電流(第2電流)は、負荷変動補償容量0.6[GJ]当たり388.8[kA]であり、自己インダクタンスL2は7.9[mH]である。
主コイル101は、180個が並列接続されているから、主コイル101の通電電流(第1電流)は、負荷変動補償容量0.6[GJ]当たり388.8[kA]であり、自己インダクタンスL1は7.9[mH]である。保護コイル103も同様に、通電電流(第2電流)は、負荷変動補償容量0.6[GJ]当たり388.8[kA]であり、自己インダクタンスL2は7.9[mH]である。
結合係数kは、有限要素法より、0.99であり、上記実施形態1よりも結合率が向上している。上述した保護抵抗215の保護抵抗値が1.0[0hm]とすると、主コイル101全体における保護抵抗値R1は5.55[m0hm]である。なお、保護コイル103は超電導状態を維持し、抵抗値R2は0[0hm]とする(図5参照)。
図9は、本実施形態2(保護コイル103有り)のシミュレーション結果である。図9Aにおいて縦軸は第1電流、第2電流の量(電流値)示し、横軸は第1電流の遮断点からの経過時間を示す。図9Bにおいて縦軸は主コイル101及び保護コイル103それぞれの誘導電圧の電圧値を示し、横軸は第1電流の遮断時からの経過時間を示す。
図7,9を比較して分かるように、主コイル101に磁気的に結合した保護コイル103を設けることにより、第1電流の遮断時において当該第1電流を急速に減衰させることができる。結合係数が大きいため、上記実施形態1よりも更に短時間で第1電流を遮断することができる。
<実施形態3>
図10は実施形態3を示す。前記実施形態2との相違は、保護コイル103の巻線の材質にあり、その他の点は前記実施形態2と同様である。従って、実施形態2と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。
図10は実施形態3を示す。前記実施形態2との相違は、保護コイル103の巻線の材質にあり、その他の点は前記実施形態2と同様である。従って、実施形態2と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。
上記実施形態2では、保護コイル103は、無抵抗の超電導線Wで構成されていたが、本実施形態3では、有抵抗の巻線(例えば銅線)で構成されている。ダブルパンケーキコイル401、1個当たりの抵抗値を、609[m0hm]とすると、保護コイル103は180個が並列接続されているから、全体の抵抗値R2は3.39[m0hm]である(図5参照)。
図10は、本実施形態3(保護コイル103有り)のシミュレーション結果である。図10Aにおいて縦軸は第1電流、第2電流の量(電流値)示し、横軸は第1電流の遮断点からの経過時間を示す。図10Bにおいて縦軸は主コイル101及び保護コイル103それぞれの誘導電圧の電圧値を示し、横軸は第1電流の遮断時からの経過時間を示す。
図10と、上記図6,7,9とを比較して分かるように、本実施形態3によれば、保護コイル103が抵抗を有するため、上記実施形態2,3に比べて、主コイル101の誘導電圧を所定値(2.16[kV])以下に抑えつつ第1電流を完全に遮断するのに時間がかかる。しかし、保護コイル103が有るため、無い場合に比べて短時間で第1電流を低減することができ、発熱が電流の2乗に比例するために、ほとんどの発熱を占める高電流領域を、早期に脱することができる。
<実施形態4>
図11,12は実施形態4を示す。前記実施形態3との相違は、第1電流の遮断時に、直流電流源301から第3電流を強制的に流すところにあり、その他の点は前記実施形態3と同様である。従って、実施形態3と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。
図11,12は実施形態4を示す。前記実施形態3との相違は、第1電流の遮断時に、直流電流源301から第3電流を強制的に流すところにあり、その他の点は前記実施形態3と同様である。従って、実施形態3と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。
図11は、主コイル101及びセルモジュール201'の等価回路である。セルモジュール201'には、直流電流源301と保護コイル103との間に直流遮断器501が設けられており、この直流遮断器501が開状態から閉状態になることにより、直流電流源301からの第3電流が、保護コイル103に流れる。制御回路213は、直流遮断器205を開状態にするとほぼ同時に直流遮断器501を閉状態に切り替える。なお、直流遮断器501の閉動作タイミングと、直流遮断器205による遮断動作タイミングとは必ずしも同時である必要はない。但し、この主コイル101の磁束の減衰を保護コイル103で補償するため、主コイル101の電流減衰「動作期間」と保護コイル103の電流増加「動作期間」が同時になるよう、閉動作タイミングと遮断動作タイミングとを調整することが好ましい。
図12は、本実施形態4のシミュレーション結果である。図12Aにおいて縦軸は第1電流、第3電流の量(電流値)示し、横軸は第1電流の遮断点からの経過時間を示す。図12Bにおいて縦軸は主コイル101及び保護コイル103それぞれの誘導電圧の電圧値を示し、横軸は第1電流の遮断時からの経過時間を示す。
図12と図10を比較して分かるように、本実施形態4によれば、保護コイル103の抵抗による電流減衰分を補償するように、直流電流源301から第3電流を流すため、上記実施形態3に比べて低電流領域まで第1電流を低減することができる。
<他の実施形態>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も本発明の技術的範囲に含まれる。特に、各実施形態の構成要素のうち、最上位の発明の構成要素以外の構成要素は、付加的な要素なので適宜省略可能である。
(1)上記各実施形態では、コイル装置として、SMESを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明は、例えば[0]磁気共鳴画像診断装置(MRI)、核磁気共鳴装置(NMR)、加速器、磁気浮上装置等にも適用することができる。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も本発明の技術的範囲に含まれる。特に、各実施形態の構成要素のうち、最上位の発明の構成要素以外の構成要素は、付加的な要素なので適宜省略可能である。
(1)上記各実施形態では、コイル装置として、SMESを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明は、例えば[0]磁気共鳴画像診断装置(MRI)、核磁気共鳴装置(NMR)、加速器、磁気浮上装置等にも適用することができる。
(2)上記実施形態では、主コイルは超電導線で構成したコイル装置を説明したが、本発明はこれに限られない。主コイルを、有抵抗の材料(例えば銅線)で構成したコイル装置であってもよい。
(3)上記実施形態1では、主コイル及び保護コイルのいずれも超電導線Wで構成したものとしたが、本発明はこれに限られない。保護コイルを、有抵抗の線材(例えば銅線)で構成してもよい。但し、この場合、主コイルと保護コイルとの間を上記真空断熱材など(断熱性を有し、かつ、磁気透過性を有する材料)で形成した断熱壁にて仕切る必要がある。保護コイルからの熱量が、主コイル側に伝わることを防止するためである。
(4)上記各実施形態では、主コイルと保護コイルとがトロイド配置されていたが、本発明は、これに限られない。保護コイルは、主コイルとの磁気的に結合が可能な位置であればよく、例えば、実施形態1において、トロイド配置された主コイル群の内側または外側に配置してもよい。また、主コイル及び保護コイルをソレノイド状に巻回されたものとし、両者の中心軸線を同一線上に配置した構成であってもよい。但し、上記各実施形態の構成であれば結合率を高くし、遮断時の誘導電圧を効果的に抑制することができる。
(5)上記実施形態では、第1電流を遮断するかどうかを、クエンチの検出の有無に基づき判断したが、本発明はこれに限られない。例えばユーザが図示しないコンソールにて遮断を指示したかどうかに基づき判断してもよく、また、クエンチ以外の他の異常の検出の有無に基づき判断してもよい。
1...SMES(コイル装置)
101...主コイル
103...保護コイル
205...直流遮断器(遮断器)
209...クエンチ検出器(クエンチ検出部)
211...短絡用スイッチ(変更部)
213...制御回路(制御部)
101...主コイル
103...保護コイル
205...直流遮断器(遮断器)
209...クエンチ検出器(クエンチ検出部)
211...短絡用スイッチ(変更部)
213...制御回路(制御部)
Claims (8)
- 第1電流が供給される主コイルと、
前記主コイルへの前記第1電流の通電を遮断する遮断器と、
前記主コイルに対して磁気的に結合する保護コイルと、
前記保護コイルに流れる第2電流の量を変更する変更部と、
前記第1電流の遮断をすべきかどうかを判断し、当該遮断をすべきとの肯定判断をした場合に、否定判断した場合よりも前記第2電流の量を増加させる変更動作を前記変更部に実行させ、その変更動作の実行時以降に、前記第1電流の遮断を前記遮断器に実行させる制御部と、を備えるコイル装置。 - 請求項1に記載のコイル装置であって、
前記変更部は、前記保護コイルの端子間を短絡させる短絡用スイッチを有し、前記変更動作として、当該短絡用スイッチを開状態から閉状態にする構成である、コイル装置。 - 請求項1に記載のコイル装置であって、
前記変更部は、前記保護コイルに第3電流を供給する直流電流源を有し、前記変更動作として、当該直流電流源をオフからオンにする構成である、コイル装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のコイル装置であって、
前記主コイルと前記保護コイルとはそれぞれ複数有し、
複数の前記主コイル及び前記保護コイルは、それぞれのコイル中心点が同一円上に位置するように環状に配列されている、コイル装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のコイル装置であって、
前記主コイルと前記保護コイルとは、互いに束ねられた集合導体としてパンケーキ状に巻回されている、コイル装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のコイル装置であって、
前記主コイルは超電導コイルであって、
前記超電導コイルにクエンチが発生したことを検出するクエンチ検出部を備え、
前記制御部は、前記クエンチ検出部にて前記クエンチの発生が検出されたことを条件に前記第1電流の遮断をすべきと判断する、コイル装置。 - 主コイルに流れる第1電流を遮断する際に当該主コイルに発生する誘導電圧を抑制するための保護装置であって、
前記主コイルに対して磁気的に結合する保護コイルと、
前記保護コイルに流れる第2電流の量を変更する変更部と、
前記第1電流の遮断をすべきかどうかを判断し、当該遮断をすべきとの肯定判断をした場合に、否定判断した場合よりも前記第2電流の量を増加させる変更動作を前記変更部に実行させ、その変更動作の実行時以降に、前記第1電流の遮断を許可する制御部と、を備える保護装置。 - 主コイルに流れる第1電流を遮断する際に当該主コイルに発生する誘導電圧を抑制するための誘導電圧抑制方法であって、
保護コイルを、前記主コイルに磁気的に結合可能な位置に配置し、
前記第1電流の遮断をすべきかどうかを判断し、
前記遮断をすべきとの肯定判断をした場合に、否定判断した場合よりも前記保護コイルに流す第2電流の量を増加させ、
その後に前記第1電流の通電を遮断する工程を含む、誘導電圧抑制方法。
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---|---|---|---|
JP2009170229A JP2011029227A (ja) | 2009-07-21 | 2009-07-21 | コイル装置、保護装置及び誘導電圧抑制方法 |
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JP2011029227A true JP2011029227A (ja) | 2011-02-10 |
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JP (1) | JP2011029227A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015142044A (ja) * | 2014-01-29 | 2015-08-03 | 株式会社東芝 | 超伝導マグネット装置 |
GB2540623A (en) * | 2015-07-24 | 2017-01-25 | Tesla Eng Ltd | Superconducting winding arrangements |
KR20230124151A (ko) * | 2022-02-17 | 2023-08-25 | 한국기초과학지원연구원 | 초전도 마그넷의 퀀치 보호장치 및 이의 제어방법 |
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-
2009
- 2009-07-21 JP JP2009170229A patent/JP2011029227A/ja active Pending
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KR102609192B1 (ko) | 2022-02-17 | 2023-12-06 | 한국기초과학지원연구원 | 초전도 마그넷의 퀀치 보호장치 및 이의 제어방법 |
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