JP2695002B2 - 交流損失測定装置 - Google Patents
交流損失測定装置Info
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- JP2695002B2 JP2695002B2 JP11786289A JP11786289A JP2695002B2 JP 2695002 B2 JP2695002 B2 JP 2695002B2 JP 11786289 A JP11786289 A JP 11786289A JP 11786289 A JP11786289 A JP 11786289A JP 2695002 B2 JP2695002 B2 JP 2695002B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、超電導体に加えらえる交流磁界によって
生ずる交流の損失を測定する装置に関する。
生ずる交流の損失を測定する装置に関する。
超電導体には、直流的には無損失で電流を流せるが、
交流的には超電導体に対する通電電流が無い状態でも交
流磁界が加わっていれば定常的な損失が生じる。この交
流損失には、一般に履歴損失と結合損失が含まれる。
交流的には超電導体に対する通電電流が無い状態でも交
流磁界が加わっていれば定常的な損失が生じる。この交
流損失には、一般に履歴損失と結合損失が含まれる。
履歴損失は超電導体内部の磁束密度と外部磁界の密度
の不一致による磁性体のようなヒステリシス現象に起因
し、超電導体の臨界電流密度、フィラメント径、及び外
部磁界の強さに依存する。その電力損失Ｗは磁界の変動
速度に依存するが、１サイクル当りのエネルギ損失Ｔは
磁界のピーク値によって決まり変動速度には依存しな
い。
の不一致による磁性体のようなヒステリシス現象に起因
し、超電導体の臨界電流密度、フィラメント径、及び外
部磁界の強さに依存する。その電力損失Ｗは磁界の変動
速度に依存するが、１サイクル当りのエネルギ損失Ｔは
磁界のピーク値によって決まり変動速度には依存しな
い。
結合損失は多芯超電導線が一般に超電導体を定電導金
属中に埋め込んだ構造となっていることに起因する損失
であり、超電導線の断面方向に交流磁界を加えると超電
導線の表面に結合電流が流れ、ジュール発熱によって損
失となる。結合損失は変動磁界の振幅の２乗に比例し、
電力損失は磁界変動率の２乗に比例する。
属中に埋め込んだ構造となっていることに起因する損失
であり、超電導線の断面方向に交流磁界を加えると超電
導線の表面に結合電流が流れ、ジュール発熱によって損
失となる。結合損失は変動磁界の振幅の２乗に比例し、
電力損失は磁界変動率の２乗に比例する。
交流損失を測定する場合、試料の長手方向に対して垂
直な磁界、即ち横磁界を加えて測定するのが通例であ
り、磁界の強さとしては大振幅磁界を加える場合、直流
バイアス磁界＋小振幅磁界を加える場合がある。
直な磁界、即ち横磁界を加えて測定するのが通例であ
り、磁界の強さとしては大振幅磁界を加える場合、直流
バイアス磁界＋小振幅磁界を加える場合がある。
履歴損失の測定には一般に0.01Hz程度の低周波磁界を
使う。異常はこれを便宜上直流と称する。結合損失の測
定では、その時定数がmsのオーダの時には1Hz前後のパ
ルス磁界（台形波状の磁界）を加え、μｓのオーダでは
数10Hz以上の交流磁界等が用いられる。交流損失は交流
磁界だけでも生じ、輸送電流の存在には強く依存しない
ので実験上の簡便さから通電電流なしで測定されること
が多い。
使う。異常はこれを便宜上直流と称する。結合損失の測
定では、その時定数がmsのオーダの時には1Hz前後のパ
ルス磁界（台形波状の磁界）を加え、μｓのオーダでは
数10Hz以上の交流磁界等が用いられる。交流損失は交流
磁界だけでも生じ、輸送電流の存在には強く依存しない
ので実験上の簡便さから通電電流なしで測定されること
が多い。
ところで、かゝる交流損失の測定方法として熱的測定
法がある。この方法では、超電導線材の試料をバイアス
マグネットの冷却系と切り離した容器に収容し、この容
器内の液体ヘリウムが発生した交流損失により蒸発する
ためその液量の減少量又はガス流量を測定する、あるい
は液面の変化を直接測定することが行なわれる。この方
法は損失が直接熱量の形で得られるが、熱的な現象の測
定であるから、本質的に高精度の測定は行なえない。
法がある。この方法では、超電導線材の試料をバイアス
マグネットの冷却系と切り離した容器に収容し、この容
器内の液体ヘリウムが発生した交流損失により蒸発する
ためその液量の減少量又はガス流量を測定する、あるい
は液面の変化を直接測定することが行なわれる。この方
法は損失が直接熱量の形で得られるが、熱的な現象の測
定であるから、本質的に高精度の測定は行なえない。
別の交流損失測定方法として電気的測定方法がある。
この方法は比較的高精度な測定が可能であり、この場合
履歴損失等種々の電磁的損失は全て磁化損失に練り込ん
で考えることができる。従って、交流損失を測定するに
は磁化損失φMdHを測定すればよい。磁化ＭはＭ＝kH、
磁束密度ＢはＢ＝Ｍ＋Ｈであり、磁性体ではｋが非常に
大きくＢ〜Ｍとなるから、φBdHを測定すればよいが、
超電導体ではｋが小さくＢ〜ＨとなりφMdH＝φ（Ｂ−
Ｈ）dHであるから、ピックアップコイルと打消し用コイ
ルの２つのサーチコイルが必要である。
この方法は比較的高精度な測定が可能であり、この場合
履歴損失等種々の電磁的損失は全て磁化損失に練り込ん
で考えることができる。従って、交流損失を測定するに
は磁化損失φMdHを測定すればよい。磁化ＭはＭ＝kH、
磁束密度ＢはＢ＝Ｍ＋Ｈであり、磁性体ではｋが非常に
大きくＢ〜Ｍとなるから、φBdHを測定すればよいが、
超電導体ではｋが小さくＢ〜ＨとなりφMdH＝φ（Ｂ−
Ｈ）dHであるから、ピックアップコイルと打消し用コイ
ルの２つのサーチコイルが必要である。
このような測定原理を用いて超電導体の交流損失を測
定する方法として第４図に示す電気測定装置が従来用い
られている。この測定装置では、試料Ｘ、ピックアップ
コイル６′、打消し用コイル５′を同心状に巻き、これ
に直流電源10′からの直流によるバイアスコイル３′に
より垂直磁界をバイアス磁界として加えて測定する。バ
イアス磁界のキャンセルは不完全であることが多く、打
消しコイルに可変抵抗5a′を並列に入れて分圧して補正
される。ピックアップコイル６′と打消し用コイル５′
の出力電圧を差動増幅器７′で増幅し、その差電圧に比
例した出力電圧をA/D変換器８′でA/D変換してディジタ
ルデータとし、これをマイクロコンピュータ９′で処理
する。アナログデータレコーダ10′はコンピュータで処
理されるデータが万一消滅したりした場合に備えてアナ
ログデータのまゝ保存するために設けられている。
定する方法として第４図に示す電気測定装置が従来用い
られている。この測定装置では、試料Ｘ、ピックアップ
コイル６′、打消し用コイル５′を同心状に巻き、これ
に直流電源10′からの直流によるバイアスコイル３′に
より垂直磁界をバイアス磁界として加えて測定する。バ
イアス磁界のキャンセルは不完全であることが多く、打
消しコイルに可変抵抗5a′を並列に入れて分圧して補正
される。ピックアップコイル６′と打消し用コイル５′
の出力電圧を差動増幅器７′で増幅し、その差電圧に比
例した出力電圧をA/D変換器８′でA/D変換してディジタ
ルデータとし、これをマイクロコンピュータ９′で処理
する。アナログデータレコーダ10′はコンピュータで処
理されるデータが万一消滅したりした場合に備えてアナ
ログデータのまゝ保存するために設けられている。
しかしながら、上記従来の電気測定装置では、加えら
れるバイアス磁界の周波数はせいぜい数Hz程度の比較的
遅い周波数下での測定であり、バイアスコイル中の振幅
磁界が0.5T程度に限られている。これは超電導パルスコ
イルの作製が困難であり、Cuコイルで代用していたため
である。従って発電機用導体に印加される磁界条件下等
でのもっと大きい周波数、大きい振動磁界では交流損失
の測定をすることができなかった。また、その測定精度
はせいぜい10-2（Ｔ）程度であり、種々のノイズが作用
するバイアスコイルのパルス磁界条件下ではあまり高精
度な測定は困難であった。
れるバイアス磁界の周波数はせいぜい数Hz程度の比較的
遅い周波数下での測定であり、バイアスコイル中の振幅
磁界が0.5T程度に限られている。これは超電導パルスコ
イルの作製が困難であり、Cuコイルで代用していたため
である。従って発電機用導体に印加される磁界条件下等
でのもっと大きい周波数、大きい振動磁界では交流損失
の測定をすることができなかった。また、その測定精度
はせいぜい10-2（Ｔ）程度であり、種々のノイズが作用
するバイアスコイルのパルス磁界条件下ではあまり高精
度な測定は困難であった。
この発明は、上記のような従来の交流損失測定装置の
種々の欠点を解消し、従来よりも高い商用周波数、強い
磁界中で高い測定精度の得られる交流損失測定装置を提
供することを目的とする。
種々の欠点を解消し、従来よりも高い商用周波数、強い
磁界中で高い測定精度の得られる交流損失測定装置を提
供することを目的とする。
そこでこの発明では上記課題を解決するための手段と
して、超電導体を収容するためのクライオスタットと、
その内部に永久電流によりバイアス磁界を印加するバイ
アスコイルと、交流磁界を印加するためのパルスコイル
と、交流損失を測定しようとする試料コイルと同心状に
設けたピックアップコイルと、バイアス磁界をキャンセ
ルする打消しコイルと、前記各コイルへの電源供給、検
出信号処理をするための電気制御回路とを備え、前記電
気回路はバイアスコイルへ電源供給する直流電源と、パ
ルス電流をパルスコイルへ供給するパルス電流電源と、
ピックアップコイル、打消しコイルからの交流損失信号
を検出する交流損失信号検出器と、直流電源回路に接続
された永久電流スイッチ及びこのスイッチに電源を供給
する永久電流スイッチ用電源とから成り、前記バイアス
コイル及びパルスコイルがこれを構成する線材のフィラ
メント径をサブミクロン化したCuNiマトリクス多芯線か
ら成る交流損失測定装置の構成を採用したのである。
して、超電導体を収容するためのクライオスタットと、
その内部に永久電流によりバイアス磁界を印加するバイ
アスコイルと、交流磁界を印加するためのパルスコイル
と、交流損失を測定しようとする試料コイルと同心状に
設けたピックアップコイルと、バイアス磁界をキャンセ
ルする打消しコイルと、前記各コイルへの電源供給、検
出信号処理をするための電気制御回路とを備え、前記電
気回路はバイアスコイルへ電源供給する直流電源と、パ
ルス電流をパルスコイルへ供給するパルス電流電源と、
ピックアップコイル、打消しコイルからの交流損失信号
を検出する交流損失信号検出器と、直流電源回路に接続
された永久電流スイッチ及びこのスイッチに電源を供給
する永久電流スイッチ用電源とから成り、前記バイアス
コイル及びパルスコイルがこれを構成する線材のフィラ
メント径をサブミクロン化したCuNiマトリクス多芯線か
ら成る交流損失測定装置の構成を採用したのである。
上記のように構成したこの発明では、バイアスコイル
に直流電源からの電流による永久電流が永久電流スイッ
チ及び永久電流スイッチ用電源を介して与えられる。こ
の永久電流によるバイアスコイルのバイアス磁界はパル
スコイルに印加されるパルス電流による交流磁界と重畳
される。バイアスコイル、パルスコイルのいずれも線材
のフィラメント径をサブミクロン化したCuNiマトリクス
多芯線から形成されているから、振動周波数が50/60Hz
〜100Hz程度の従来加えることのできなかった磁界を印
加することができる。
に直流電源からの電流による永久電流が永久電流スイッ
チ及び永久電流スイッチ用電源を介して与えられる。こ
の永久電流によるバイアスコイルのバイアス磁界はパル
スコイルに印加されるパルス電流による交流磁界と重畳
される。バイアスコイル、パルスコイルのいずれも線材
のフィラメント径をサブミクロン化したCuNiマトリクス
多芯線から形成されているから、振動周波数が50/60Hz
〜100Hz程度の従来加えることのできなかった磁界を印
加することができる。
このようにして印加された磁界下でピックアップコイ
ルにより交流損失測定が行なわれる。従って、交流損失
測定において極めて高精度な10-3（Ｔ）程度の測定が可
能となり、交流損失の正しい測定が可能となる。永久電
流によるバイアス磁界下での測定では、直流コイル内で
の急激な電流の変動が瞬時に吸収され、従って安定した
測定が可能である。
ルにより交流損失測定が行なわれる。従って、交流損失
測定において極めて高精度な10-3（Ｔ）程度の測定が可
能となり、交流損失の正しい測定が可能となる。永久電
流によるバイアス磁界下での測定では、直流コイル内で
の急激な電流の変動が瞬時に吸収され、従って安定した
測定が可能である。
以下この発明の実施例について添付図を参照して説明
する。
する。
第１図はこの発明による交流損失測定装置の全体概略
図を示す。１は交流損失を測定しようとする超電導体の
試料Ｘを収容するためのクライオスタットであり、その
中には液体ヘリウム等の冷却剤２が含まれている。ま
た、このクライオスタット１内には永久電流によりバイ
アス磁界を印加するためのバイアスコイル３、交流磁界
を印加するためのパルスコイル４とが設けられている。
さらにその中心部には第２図の部分拡大図に示すよう
に、試料Ｘと同心状にその外側にピックアップコイル
５、内側に打消しコイル６が設けられている。
図を示す。１は交流損失を測定しようとする超電導体の
試料Ｘを収容するためのクライオスタットであり、その
中には液体ヘリウム等の冷却剤２が含まれている。ま
た、このクライオスタット１内には永久電流によりバイ
アス磁界を印加するためのバイアスコイル３、交流磁界
を印加するためのパルスコイル４とが設けられている。
さらにその中心部には第２図の部分拡大図に示すよう
に、試料Ｘと同心状にその外側にピックアップコイル
５、内側に打消しコイル６が設けられている。
上記各コイルに対しては、電源供給、検出信号処理を
するための電気制御回路が設けられている。この電気制
御回路は、第１図、第３図に示すように、直流電源1
0、、永久電流スイッチ用電源11、永久電流スイッチ1
2、パルス電源13、交流損失信号検出器14等を備えてい
る。
するための電気制御回路が設けられている。この電気制
御回路は、第１図、第３図に示すように、直流電源1
0、、永久電流スイッチ用電源11、永久電流スイッチ1
2、パルス電源13、交流損失信号検出器14等を備えてい
る。
直流電源10はバイアスコイル３に対して直流電源を供
給し、この直流電源回路に接続された永久電流スイッチ
12のON、OFFによってバイアスコイル３中の電流を永久
電流として保存することができる。この永久電流スイッ
チ12は、永久電流スイッチ用電源11からの電流によって
スイッチの抵抗を介して加熱し、部分的に超電導状態を
遮断することによってバイアスコイル３中の電流が永久
電流モードとして流れる。この場合、直流コイル内で振
動磁界が発生すると直流コイルの発生する磁界とカップ
リングが生じ、直流コイル内で急激な電流の変動が生じ
るが、永久電流モードではこの変動を瞬時のうちに吸収
して定常状態に戻すことができる。
給し、この直流電源回路に接続された永久電流スイッチ
12のON、OFFによってバイアスコイル３中の電流を永久
電流として保存することができる。この永久電流スイッ
チ12は、永久電流スイッチ用電源11からの電流によって
スイッチの抵抗を介して加熱し、部分的に超電導状態を
遮断することによってバイアスコイル３中の電流が永久
電流モードとして流れる。この場合、直流コイル内で振
動磁界が発生すると直流コイルの発生する磁界とカップ
リングが生じ、直流コイル内で急激な電流の変動が生じ
るが、永久電流モードではこの変動を瞬時のうちに吸収
して定常状態に戻すことができる。
パルス電源13からのパルス電流によってパルスコイル
４を介して交流磁界が印加される。この交流磁界はバイ
アスコイル３によって印加されるバイアス磁界に加算さ
れる。なお、第３図に示すように、パルス電源13には電
源本体131の他にクエンチ検出器132が設けられている。
このクエンチ検出器132は、パルス電源13からのパルス
電源の流れが、何らかの原因でクライオスタット１中の
パルスコイルの超電導状態がくずれ常電導状態になった
ときにパルスコイルが故障しないようにクエンチの状態
を検出し、所定以上の電力損失がパルスコイルに発生す
るとパルス電流を遮断してパルスコイルを保護するため
に設けられている。
４を介して交流磁界が印加される。この交流磁界はバイ
アスコイル３によって印加されるバイアス磁界に加算さ
れる。なお、第３図に示すように、パルス電源13には電
源本体131の他にクエンチ検出器132が設けられている。
このクエンチ検出器132は、パルス電源13からのパルス
電源の流れが、何らかの原因でクライオスタット１中の
パルスコイルの超電導状態がくずれ常電導状態になった
ときにパルスコイルが故障しないようにクエンチの状態
を検出し、所定以上の電力損失がパルスコイルに発生す
るとパルス電流を遮断してパルスコイルを保護するため
に設けられている。
交流損失信号検出器14では従来と同様に、ピックアッ
プコイル５の検出信号に対する、バイアス磁界をキャン
セルするための打消しコイル６からの出力との差信号増
幅器141を増幅し、これらを積分器142で積分して交流損
失を求める。
プコイル５の検出信号に対する、バイアス磁界をキャン
セルするための打消しコイル６からの出力との差信号増
幅器141を増幅し、これらを積分器142で積分して交流損
失を求める。
この実施例で用いられた前記バイアスコイル３、パル
スコイル４の諸元は次の通りである。
スコイル４の諸元は次の通りである。
バイアスコイル3 :内径100mm、外径150mm、 高さ250mm、均一度0.5％以 内（φ30） 線材0.5μｍフィラメントCu Niマトリクス多芯線 パルスコイル４ ：内径30mm、外径85mm、 高さ100mm、均一度１％以内 （φ30） 線材0.4μｍフィラメントCu Niマトリクス多芯線 この実施例の交流測定装置は、上述したように永久電
流モードでバイアス磁界を印加するから、直流コイルに
振動磁界が発生してもその変動を瞬時に吸収して安定し
た状態に戻すように作用する。バイアスコイル、パルス
コイルはサブミクロン化したCuNiマトリクス多芯線を使
用したから、50/60Hz〜100Hzの交流機器用の周波数及び
発電機用導体の４（Ｔ）の磁界強さ、10T/Sの振動磁界
でも安定した振動磁界を発生させる。
流モードでバイアス磁界を印加するから、直流コイルに
振動磁界が発生してもその変動を瞬時に吸収して安定し
た状態に戻すように作用する。バイアスコイル、パルス
コイルはサブミクロン化したCuNiマトリクス多芯線を使
用したから、50/60Hz〜100Hzの交流機器用の周波数及び
発電機用導体の４（Ｔ）の磁界強さ、10T/Sの振動磁界
でも安定した振動磁界を発生させる。
以上詳細に説明したように、この発明ではバイアスコ
イル、パルスコイルのフィラメント径をサブミクロン化
したから、50/60Hz〜100Hzクラスまでの周波数で、かつ
磁界強さ4T中10T/Sの厳しい磁界条件下で、測定精度を
従来の10-2（Ｔ）から10-3（Ｔ）の高精度を実現するこ
とができる。従って、現実の磁界条件を達成することが
できるため交流損失の正しい測定が可能となり、導体設
計、製作のデータをフィードバックできるなど種々の利
点がある。
イル、パルスコイルのフィラメント径をサブミクロン化
したから、50/60Hz〜100Hzクラスまでの周波数で、かつ
磁界強さ4T中10T/Sの厳しい磁界条件下で、測定精度を
従来の10-2（Ｔ）から10-3（Ｔ）の高精度を実現するこ
とができる。従って、現実の磁界条件を達成することが
できるため交流損失の正しい測定が可能となり、導体設
計、製作のデータをフィードバックできるなど種々の利
点がある。
第１図はこの発明による交流損失測定装置の全体概略
図、第２図はピックアップコイル、打消しコイルの部分
拡大図、第３図は電気制御回路の全体概略ブロック図、
第４図は従来例の交流損失測定装置の電気回路図であ
る。 １……クライオスタット、 ３……バイアスコイル、４……パルスコイル、 ５……ピックアップコイル、 ６……打消しコイル、Ｘ……試料、 10……直流電源、 11……永久電流スイッチ用電源、 12……永久電流スイッチ、 13……パルス電源、 14……交流損失信号検出器。
図、第２図はピックアップコイル、打消しコイルの部分
拡大図、第３図は電気制御回路の全体概略ブロック図、
第４図は従来例の交流損失測定装置の電気回路図であ
る。 １……クライオスタット、 ３……バイアスコイル、４……パルスコイル、 ５……ピックアップコイル、 ６……打消しコイル、Ｘ……試料、 10……直流電源、 11……永久電流スイッチ用電源、 12……永久電流スイッチ、 13……パルス電源、 14……交流損失信号検出器。
Claims (1)
- 【請求項１】超電導体を収容するためのクライオスタッ
トと、その内部に永久電流によりバイアス磁界を印加す
るバイアスコイルと、交流磁界を印加するためのパルス
コイルと、交流損失を測定しようとする試料コイルと同
心状に設けたピックアップコイルと、バイアス磁界をキ
ャンセルする打消しコイルと、前記各コイルへの電源供
給、検出信号処理をするための電気制御回路とを備え、
前記電気回路はバイアスコイルへ電源供給する直流電源
と、パルス電流をパルスコイルへ供給するパルス電流電
源と、ピックアップコイル、打消しコイルからの交流損
失信号を検出する交流損失信号検出器と、直流電源回路
に接続された永久電流スイッチ及びこのスイッチに電源
を供給する永久電流スイッチ用電源とから成り、前記バ
イアスコイル及びパルスコイルがこれを構成する線材の
フィラメント径をサブミクロン化したCuNiマトリクス多
芯線から成る交流損失測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11786289A JP2695002B2 (ja) | 1989-05-10 | 1989-05-10 | 交流損失測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11786289A JP2695002B2 (ja) | 1989-05-10 | 1989-05-10 | 交流損失測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02296157A JPH02296157A (ja) | 1990-12-06 |
| JP2695002B2 true JP2695002B2 (ja) | 1997-12-24 |
Family
ID=14722135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11786289A Expired - Lifetime JP2695002B2 (ja) | 1989-05-10 | 1989-05-10 | 交流損失測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2695002B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4433772A1 (de) * | 1994-09-22 | 1996-03-28 | Micro Epsilon Messtechnik | Sensoranordnung und Verfahren zur Meßwerterfassung mit der Sensoranordnung |
| KR100552642B1 (ko) * | 2004-05-17 | 2006-02-20 | 한국전기연구원 | 초전도체의 통전 교류 손실 측정 장치 |
| CN116735980B (zh) * | 2023-08-14 | 2023-10-24 | 西安图为电气技术有限公司 | 一种采用双脉冲测试电感偏置感量的方法及装置 |
-
1989
- 1989-05-10 JP JP11786289A patent/JP2695002B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02296157A (ja) | 1990-12-06 |
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