JP2905317B2 - 超電導電磁石 - Google Patents
超電導電磁石Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、超電導導体の低抵抗
接続部を有する超電導電磁石に関するものである。
接続部を有する超電導電磁石に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来例の構成を図１０及び図１１を参照
しながら説明する。図１０及び図１１は、例えば特開昭
５８−１１００１４号公報に示された従来の超電導電磁
石を示す斜視図及びその接続部側面図である。
しながら説明する。図１０及び図１１は、例えば特開昭
５８−１１００１４号公報に示された従来の超電導電磁
石を示す斜視図及びその接続部側面図である。
【０００３】図１０において、１は超電導電磁石、２は
巻枠、３は巻枠２に巻回された超電導線、４は超電導線
３の接続部である。
巻枠、３は巻枠２に巻回された超電導線、４は超電導線
３の接続部である。
【０００４】図１１において、３ａは接続部４に接続さ
れる一方の超電導線、３ｂは同様に接続部４に接続され
る他方の超電導線であり、超電導線３ａ及び３ｂは絶縁
被覆５を施したヒータ６と一緒に導電性の接続鞘７の中
に埋設されている。なお、本明細書中では、超電導導体
と超電導体は超電導線と同一若しくは相当部分を示す。
れる一方の超電導線、３ｂは同様に接続部４に接続され
る他方の超電導線であり、超電導線３ａ及び３ｂは絶縁
被覆５を施したヒータ６と一緒に導電性の接続鞘７の中
に埋設されている。なお、本明細書中では、超電導導体
と超電導体は超電導線と同一若しくは相当部分を示す。
【０００５】つぎに、前述した従来例の動作を説明す
る。ヒータ６は、超電導電磁石１の一部分の超電導状態
が破れてしまうクエンチ時に、超電導線３をヒータ６で
加温することにより、超電導線３の超電導状態を破壊し
て常電導部分を拡大させる役割を果たすものである。す
なわち、超電導線３ａ及び３ｂの間にヒータ６を設ける
ことで、効果的な常電導部分の拡大が図られる。
る。ヒータ６は、超電導電磁石１の一部分の超電導状態
が破れてしまうクエンチ時に、超電導線３をヒータ６で
加温することにより、超電導線３の超電導状態を破壊し
て常電導部分を拡大させる役割を果たすものである。す
なわち、超電導線３ａ及び３ｂの間にヒータ６を設ける
ことで、効果的な常電導部分の拡大が図られる。
【０００６】このように、超電導電磁石１の内部に、強
制的に常電導部分を発生させることにより、クエンチ時
の常電導領域が広く分散するので、クエンチ時のコイル
内の最高電圧を著しく抑制できると共に、電磁石内部の
局所的な異常温度上昇を避けることができる。
制的に常電導部分を発生させることにより、クエンチ時
の常電導領域が広く分散するので、クエンチ時のコイル
内の最高電圧を著しく抑制できると共に、電磁石内部の
局所的な異常温度上昇を避けることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
超電導電磁石では、接続部４をクエンチさせるために、
接続部分にヒータ６などの様々な構成部品が必要なの
で、超電導電磁石の製作が複雑となり、そのために電磁
石が高価になると共に、電磁石の動作の信頼性が低下す
るという問題点があった。
超電導電磁石では、接続部４をクエンチさせるために、
接続部分にヒータ６などの様々な構成部品が必要なの
で、超電導電磁石の製作が複雑となり、そのために電磁
石が高価になると共に、電磁石の動作の信頼性が低下す
るという問題点があった。
【０００８】この発明は、前述した問題点を解決するた
めになされたもので、簡単な構造によって超電導電磁石
のクエンチ時に接続部をクエンチさせることができる超
電導電磁石を得ることを目的とする。
めになされたもので、簡単な構造によって超電導電磁石
のクエンチ時に接続部をクエンチさせることができる超
電導電磁石を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る超電導電磁石は、２つの超電導導体を接続する接続部
を備え、通常の運転中に前記接続部の超電導体に発生す
る渦電流と、前記超電導導体の輸送電流との和が前記超
電導導体の臨界電流より小さくしたものである。
る超電導電磁石は、２つの超電導導体を接続する接続部
を備え、通常の運転中に前記接続部の超電導体に発生す
る渦電流と、前記超電導導体の輸送電流との和が前記超
電導導体の臨界電流より小さくしたものである。
【００１０】この発明の請求項２に係る超電導電磁石
は、２つの超電導導体を接続する接続部を備え、電磁石
の任意の部分が局所的にクエンチした場合に前記クエン
チによる磁界の時間的な変化により前記接続部の超電導
体に発生する渦電流と、前記超電導導体の輸送電流との
和が前記超電導導体の設置されている磁界中での臨界電
流より大きくしたものである。
は、２つの超電導導体を接続する接続部を備え、電磁石
の任意の部分が局所的にクエンチした場合に前記クエン
チによる磁界の時間的な変化により前記接続部の超電導
体に発生する渦電流と、前記超電導導体の輸送電流との
和が前記超電導導体の設置されている磁界中での臨界電
流より大きくしたものである。
【００１１】この発明の請求項３に係る超電導電磁石
は、超電導コイルを形成する超電導導体の一部分に超電
導導体片を取り付けて前記超電導導体及び前記超電導導
体片を接続する接続部を備え、前記超電導コイルの輸送
電流と、前記超電導導体と前記超電導導体片から形成さ
れる電気的閉ループに発生する渦電流との和が通常の運
転中は前記超電導導体の臨界電流より小さく、クエンチ
時には前記臨界電流より大きくしたものである。
は、超電導コイルを形成する超電導導体の一部分に超電
導導体片を取り付けて前記超電導導体及び前記超電導導
体片を接続する接続部を備え、前記超電導コイルの輸送
電流と、前記超電導導体と前記超電導導体片から形成さ
れる電気的閉ループに発生する渦電流との和が通常の運
転中は前記超電導導体の臨界電流より小さく、クエンチ
時には前記臨界電流より大きくしたものである。
【００１２】
【作用】この発明においては、輸送電流の変化により発
生する接続部の磁束変化による電圧によって、接続部に
渦電流が発生し、通常の運転中には超電導導体の臨界電
流より小さいために接続部はクエンチせず、電磁石のク
エンチ時には、超電導導体の臨界電流より大きい渦電流
が発生するために、接続部がクエンチし、電気抵抗の発
生によりコイル内部の発生電圧を軽減するものである。
生する接続部の磁束変化による電圧によって、接続部に
渦電流が発生し、通常の運転中には超電導導体の臨界電
流より小さいために接続部はクエンチせず、電磁石のク
エンチ時には、超電導導体の臨界電流より大きい渦電流
が発生するために、接続部がクエンチし、電気抵抗の発
生によりコイル内部の発生電圧を軽減するものである。
【００１３】
実施例１．この発明の実施例１の構成を図１及び図２を
参照しながら説明する。図１は、この発明の実施例１を
示す図であり、超電導線３、３ａ、３ｂは上述した従来
例のものと全く同一である。なお、各図中、同一符号は
同一又は相当部分を示す。
参照しながら説明する。図１は、この発明の実施例１を
示す図であり、超電導線３、３ａ、３ｂは上述した従来
例のものと全く同一である。なお、各図中、同一符号は
同一又は相当部分を示す。
【００１４】図１において、４Ａは超電導線３ａと３ｂ
の接続部、８は超電導線３ａと３ｂの半田接続部であ
る。また、Ｌは半田接続部８の長さ、Ｉは超電導線３に
流れる輸送電流、Ｂは輸送電流Ｉによって発生する磁界
である。
の接続部、８は超電導線３ａと３ｂの半田接続部であ
る。また、Ｌは半田接続部８の長さ、Ｉは超電導線３に
流れる輸送電流、Ｂは輸送電流Ｉによって発生する磁界
である。
【００１５】図２は、この発明の実施例１の接続部４Ａ
の断面図であり、超電導線３の中心断面を表している。
図２において、９ａ及び９ｂは超電導線３ａ及び３ｂを
構成する超電導体フィラメントであり、例えば直径３０
μｍ程度のＮｂＴｉ線が数百ないし数千本で構成され
る。１０ａ及び１０ｂは同じく超電導線３ａ及び３ｂを
構成する銅である。また、Ｂｚは輸送電流Ｉによって発
生する磁界Ｂの中で接続部４Ａに加わる磁界であり、紙
面に対して垂直な垂直磁界成分である。さらに、ｉは垂
直磁界成分Ｂｚの時間変化のために発生する渦電流を示
す。
の断面図であり、超電導線３の中心断面を表している。
図２において、９ａ及び９ｂは超電導線３ａ及び３ｂを
構成する超電導体フィラメントであり、例えば直径３０
μｍ程度のＮｂＴｉ線が数百ないし数千本で構成され
る。１０ａ及び１０ｂは同じく超電導線３ａ及び３ｂを
構成する銅である。また、Ｂｚは輸送電流Ｉによって発
生する磁界Ｂの中で接続部４Ａに加わる磁界であり、紙
面に対して垂直な垂直磁界成分である。さらに、ｉは垂
直磁界成分Ｂｚの時間変化のために発生する渦電流を示
す。
【００１６】図３は、図２の接続部４Ａを電気的な等価
回路で表した回路図である。図３において、１１は超電
導体フィラメント９ａから超電導体フィラメント９ｂへ
電流が渡っていく際に、銅１０ａ、半田接続部８及び銅
１０ｂの超電導でない有限の抵抗部分を通るための渡り
部電気抵抗である。渡り部電気抵抗１１は、できる限り
小さい方がよく、そのために半田接続部８の長さはでき
るだけ長くとる。例えば、永久電流モードで超電導電磁
石を運転する部分には、電磁石から電源が切り離されて
運転されているためわずかな抵抗の発生でも電流の減衰
につながるので、Ｌ≧１ｍもめずらしくない。渡り部電
気抵抗１１は、渦電流の流れる領域全体に分布している
が、図３ではこれを４つの抵抗に分割して代表させてい
る。
回路で表した回路図である。図３において、１１は超電
導体フィラメント９ａから超電導体フィラメント９ｂへ
電流が渡っていく際に、銅１０ａ、半田接続部８及び銅
１０ｂの超電導でない有限の抵抗部分を通るための渡り
部電気抵抗である。渡り部電気抵抗１１は、できる限り
小さい方がよく、そのために半田接続部８の長さはでき
るだけ長くとる。例えば、永久電流モードで超電導電磁
石を運転する部分には、電磁石から電源が切り離されて
運転されているためわずかな抵抗の発生でも電流の減衰
につながるので、Ｌ≧１ｍもめずらしくない。渡り部電
気抵抗１１は、渦電流の流れる領域全体に分布している
が、図３ではこれを４つの抵抗に分割して代表させてい
る。
【００１７】図４は、図３の等価回路を数値解析するた
めに、接続部４Ａを４個の独立した電流ループで代表的
に表した図である。それぞれの電流ループの抵抗はＲ
（Ω）、自己インダクタンスはＬ1、Ｌ2、Ｌ3、Ｌ4であ
る。また、各電流ループ間の相互インダクタンスをＭij
（ｉ，ｊ＝１、２、３、４，ｉ≠ｊ）で表す。さらに、
各ループの電流はｉ1、ｉ2、ｉ3、ｉ4で表す。
めに、接続部４Ａを４個の独立した電流ループで代表的
に表した図である。それぞれの電流ループの抵抗はＲ
（Ω）、自己インダクタンスはＬ1、Ｌ2、Ｌ3、Ｌ4であ
る。また、各電流ループ間の相互インダクタンスをＭij
（ｉ，ｊ＝１、２、３、４，ｉ≠ｊ）で表す。さらに、
各ループの電流はｉ1、ｉ2、ｉ3、ｉ4で表す。
【００１８】超電導電磁石１Ａの接続部４Ａには、これ
を上下に貫くように、超電導電磁石１Ａの発生磁界Ｂが
加わっており、この磁界Ｂが時間的に変化する場合に
は、接続部４Ａに渦電流が発生する。図２に渦電流の発
生状況を示した。接続部４Ａに加わる時間的に変化する
磁界Ｂｚによって、接続部４Ａには渦電流ｉが流れる。
渦電流ｉのループは、超電導体フィラメント９ａ、９ｂ
と、電流が接続部４Ａを渡る部分の銅１０ａ、１０ｂ、
半田接続部８からなる極微弱な抵抗部分で構成される。
を上下に貫くように、超電導電磁石１Ａの発生磁界Ｂが
加わっており、この磁界Ｂが時間的に変化する場合に
は、接続部４Ａに渦電流が発生する。図２に渦電流の発
生状況を示した。接続部４Ａに加わる時間的に変化する
磁界Ｂｚによって、接続部４Ａには渦電流ｉが流れる。
渦電流ｉのループは、超電導体フィラメント９ａ、９ｂ
と、電流が接続部４Ａを渡る部分の銅１０ａ、１０ｂ、
半田接続部８からなる極微弱な抵抗部分で構成される。
【００１９】超電導体フィラメント９ａ、９ｂは、超電
導状態では全く抵抗がないため、接続部４Ａの長さＬが
長くなった場合には、ループのインダクタンスが増すに
もかかわらずループの抵抗が変化しないために、渦電流
が増加の一途をたどる。図３に示すように、電流ループ
の大部分は超電導体フィラメントで構成されているた
め、渡り部電気抵抗１１以外は電気抵抗が発生しない。
導状態では全く抵抗がないため、接続部４Ａの長さＬが
長くなった場合には、ループのインダクタンスが増すに
もかかわらずループの抵抗が変化しないために、渦電流
が増加の一途をたどる。図３に示すように、電流ループ
の大部分は超電導体フィラメントで構成されているた
め、渡り部電気抵抗１１以外は電気抵抗が発生しない。
【００２０】図４に示す等価回路を用いて渦電流の影響
を数値計算した。解析に用いた方程式を示す。
を数値計算した。解析に用いた方程式を示す。
【００２１】 Ｌ1・ｄｉ1／ｄｔ＋Ｒｉ1＋Ｍ12・ｄｉ2／ｄｔ＋Ｍ13・ｄｉ3／ｄｔ＋Ｍ14・ ｄｉ4／ｄｔ＝ｄΦ1 ／ｄｔ 式
【００２２】 Ｌ2・ｄｉ2／ｄｔ＋Ｒｉ2＋Ｍ21・ｄｉ1／ｄｔ＋Ｍ23・ｄｉ3／ｄｔ＋Ｍ24・ ｄｉ4／ｄｔ＝ｄΦ2 ／ｄｔ 式
【００２３】 Ｌ3・ｄｉ3／ｄｔ＋Ｒｉ3＋Ｍ31・ｄｉ1／ｄｔ＋Ｍ32・ｄｉ2／ｄｔ＋Ｍ34・ ｄｉ4／ｄｔ＝ｄΦ3 ／ｄｔ 式
【００２４】 Ｌ4・ｄｉ4／ｄｔ＋Ｒｉ4＋Ｍ41・ｄｉ1／ｄｔ＋Ｍ42・ｄｉ2／ｄｔ＋Ｍ43・ ｄｉ3／ｄｔ＝ｄΦ4 ／ｄｔ 式
【００２５】 ｄΦn／ｄｔ＝ｃｏｎｓｔ.（一定） 式
【００２６】 ＩT＝ｉ1＋ｉ2＋ｉ3＋ｉ4 式
【００２７】（仮定）相互インダクタンス導出時のカプ
リング係数Ｋ： Ｍnm＝Ｋ（ＬnＬm）1/2 （ｎ、ｍ＝１、２、３、４） 式 Ｋは電流ループの面積比とする。
リング係数Ｋ： Ｍnm＝Ｋ（ＬnＬm）1/2 （ｎ、ｍ＝１、２、３、４） 式 Ｋは電流ループの面積比とする。
【００２８】図４の等価回路を以下の実際の半田接続部
８をもつ超電導線３で巻き回された超電導電磁石に適用
した場合の検討結果について説明する。電流上昇率は、
一定である。図５に示すように、時間的に一定の割合で
電流を上昇、又は下降させる。
８をもつ超電導線３で巻き回された超電導電磁石に適用
した場合の検討結果について説明する。電流上昇率は、
一定である。図５に示すように、時間的に一定の割合で
電流を上昇、又は下降させる。
【００２９】解析に用いた電磁石の緒元を以下に示す。 １．運転電流・・・・・・・・・・・・５００Ａ ２．インダクタンス・・・・・・・・・７０Ｈ ３．ＮｂＴｉ多芯超電導線 （１）断面積・・・・・・・・・・・１．３ｍｍ×２．６ｍｍ （２）銅比・・・・・・・・・・・・２ ４．接続部に加わる磁界の磁界定数・・７．４５×１０-3Ｔ／Ａ ５．臨界電流ＩC＝ （１）・・・・・・・・・・・・・・１４１０Ａ（ａｔ７Ｔ） （２）・・・・・・・・・・・・・・９７０Ａ（ａｔ８Ｔ） （３）・・・・・・・・・・・・・・５５０Ａ（ａｔ９Ｔ）
【００３０】 ６．接続部の接続抵抗率・・・・・・・１×１０-8Ω・ｃｍ2 接続部の接続抵抗率は、予備実験により求めた実測値で
あり、例えば超電導線の幅２．６ｍｍの部分を２ｃｍ接
続した場合の実際の接続抵抗は、１×１０-8Ω・ｃｍ2
／（０．２６ｃｍ×２ｃｍ）〜２×１０-8Ωである。
あり、例えば超電導線の幅２．６ｍｍの部分を２ｃｍ接
続した場合の実際の接続抵抗は、１×１０-8Ω・ｃｍ2
／（０．２６ｃｍ×２ｃｍ）〜２×１０-8Ωである。
【００３１】７．電磁石クエンチ時の電流変化率の絶対
値 （１）クエンチ後１ｓｅｃ・・・・・１４Ａ／ｓｅｃ （２）クエンチ後２ｓｅｃ・・・・・４０Ａ／ｓｅｃ （３）クエンチ後３ｓｅｃ・・・・・８８Ａ／ｓｅｃ （４）クエンチ後４ｓｅｃ・・・・・９５Ａ／ｓｅｃ 上記の電流変化率は、超電導電磁石の一箇所でクエンチ
が発生した場合を考えた計算機シミュレーションにより
導出した。
値 （１）クエンチ後１ｓｅｃ・・・・・１４Ａ／ｓｅｃ （２）クエンチ後２ｓｅｃ・・・・・４０Ａ／ｓｅｃ （３）クエンチ後３ｓｅｃ・・・・・８８Ａ／ｓｅｃ （４）クエンチ後４ｓｅｃ・・・・・９５Ａ／ｓｅｃ 上記の電流変化率は、超電導電磁石の一箇所でクエンチ
が発生した場合を考えた計算機シミュレーションにより
導出した。
【００３２】上記の場合について、接続部４Ａの長さＬ
と接続部がおかれている磁界をパラメータとして、電流
の時間変化率、すなわち接続部の磁界変化率に対するク
エンチ電流を求めた。その結果を図６に示す。同図の横
軸は超電導線に流れる輸送電流の電流上昇率（変化率）
であり、この電流変化によって発生する渦電流は時間的
に増大していくが、この渦電流が臨界電流ＩCに達した
ときにクエンチとする。臨界電流は例えば２Ｔでは６０
００Ａ以上であり輸送電流（最大５００Ａ）に比し十分
大きいので、ここでは輸送電流を無視しているが、オー
ダ検討としては何等問題はない。
と接続部がおかれている磁界をパラメータとして、電流
の時間変化率、すなわち接続部の磁界変化率に対するク
エンチ電流を求めた。その結果を図６に示す。同図の横
軸は超電導線に流れる輸送電流の電流上昇率（変化率）
であり、この電流変化によって発生する渦電流は時間的
に増大していくが、この渦電流が臨界電流ＩCに達した
ときにクエンチとする。臨界電流は例えば２Ｔでは６０
００Ａ以上であり輸送電流（最大５００Ａ）に比し十分
大きいので、ここでは輸送電流を無視しているが、オー
ダ検討としては何等問題はない。
【００３３】縦軸は、クエンチするときの輸送電流の大
きさである。例えば、接続長Ｌ＝２ｍの場合に、輸送電
流Ｉを電流０からｄＩ／ｄｔ＝１Ａ／Ｓで上昇させてい
くと、Ｉが約２６０Ａにしか達していない時点で渦電流
がはやくもＩｃに達してしまい、クエンチが発生するこ
とを表す。同図より、５００Ａ以下のわずかの輸送電流
が流れている場合にも、接続部４Ａには数千アンペアの
渦電流が流れていることが判る。これらの結果より、例
えば、１Ａ／ｓｅｃの電流上昇率で、運転電流５００Ａ
の運転をする場合、接続部の長さＬが２ｍのときには、
輸送電流が５００Ａに達するまでに接続部が必ずクエン
チする。クエンチさせないためには、接続部の長さＬを
１ｍに短縮し、接続部に加わる磁界も２Ｔ程度にする必
要がある。
きさである。例えば、接続長Ｌ＝２ｍの場合に、輸送電
流Ｉを電流０からｄＩ／ｄｔ＝１Ａ／Ｓで上昇させてい
くと、Ｉが約２６０Ａにしか達していない時点で渦電流
がはやくもＩｃに達してしまい、クエンチが発生するこ
とを表す。同図より、５００Ａ以下のわずかの輸送電流
が流れている場合にも、接続部４Ａには数千アンペアの
渦電流が流れていることが判る。これらの結果より、例
えば、１Ａ／ｓｅｃの電流上昇率で、運転電流５００Ａ
の運転をする場合、接続部の長さＬが２ｍのときには、
輸送電流が５００Ａに達するまでに接続部が必ずクエン
チする。クエンチさせないためには、接続部の長さＬを
１ｍに短縮し、接続部に加わる磁界も２Ｔ程度にする必
要がある。
【００３４】ところで、超電導電磁石がクエンチした場
合の、クエンチ電流の時間変化率の絶対値は極めて高
く、大型電磁石で１０Ａ／ｓｅｃ以上であり、小型電磁
石ではこの値は更に高くなる。すなわち、超電導電磁石
の通常の励磁における電流変化率と、電磁石のクエンチ
時における電流変化率とは、一般に一桁以上の電流変化
率の違いがある。
合の、クエンチ電流の時間変化率の絶対値は極めて高
く、大型電磁石で１０Ａ／ｓｅｃ以上であり、小型電磁
石ではこの値は更に高くなる。すなわち、超電導電磁石
の通常の励磁における電流変化率と、電磁石のクエンチ
時における電流変化率とは、一般に一桁以上の電流変化
率の違いがある。
【００３５】上記の実施例１の場合、通常励磁における
電流変化率を１Ａ／ｓｅｃとし、接続部４Ａの長さＬを
１ｍ、接続部４Ａに加わる磁界を２Ｔとすると、通常励
磁の場合には２倍以上の安全率をもってクエンチせず、
電磁石のクエンチ時には接続部４Ａは必ずクエンチす
る。その結果、電磁石クエンチ時の発生電圧が著しく抑
制できた。
電流変化率を１Ａ／ｓｅｃとし、接続部４Ａの長さＬを
１ｍ、接続部４Ａに加わる磁界を２Ｔとすると、通常励
磁の場合には２倍以上の安全率をもってクエンチせず、
電磁石のクエンチ時には接続部４Ａは必ずクエンチす
る。その結果、電磁石クエンチ時の発生電圧が著しく抑
制できた。
【００３６】この発明の実施例１は、前述したように、
超電導電磁石の通常の励磁、又は消磁において、超電導
接続部４Ａに発生する渦電流を臨界電流以下にしたの
で、通常の励磁において全くクエンチしない信頼性のあ
る超電導電磁石を実現することができるという効果を奏
する。また、超電導電磁石がクエンチした場合におい
て、超電導接続部４Ａに発生する渦電流を、臨界電流以
上にしたので、超電導電磁石のクエンチ時には電磁石内
の接続部も同時にクエンチする。その結果、常電導部分
が広く分散してクエンチ時の発生電圧が著しく抑制で
き、絶縁破壊が生じない信頼性の高い超電導電磁石を実
現することができるという効果を奏する。
超電導電磁石の通常の励磁、又は消磁において、超電導
接続部４Ａに発生する渦電流を臨界電流以下にしたの
で、通常の励磁において全くクエンチしない信頼性のあ
る超電導電磁石を実現することができるという効果を奏
する。また、超電導電磁石がクエンチした場合におい
て、超電導接続部４Ａに発生する渦電流を、臨界電流以
上にしたので、超電導電磁石のクエンチ時には電磁石内
の接続部も同時にクエンチする。その結果、常電導部分
が広く分散してクエンチ時の発生電圧が著しく抑制で
き、絶縁破壊が生じない信頼性の高い超電導電磁石を実
現することができるという効果を奏する。
【００３７】この発明の実施例１は、強制クエンチによ
り、ノーマル伝播領域を広げてコイル内の対地電位を抑
制することを目的とする。従来、超電導線に何等かのじ
ょう乱が加わり局所的な発熱が生じて超電導が常電導に
転移して、この部分から、導体方向、層方向、ターン方
向の３方向に常電導部分が伝播していた。伝播速度が遅
い場合にはコイル内に生じるインダクティブな電圧
（負）と抵抗性の電圧（正）が超電導線の一部でしかバ
ランスしないので、コイル内の対地電位が非常に高くな
って、絶縁破壊する可能性があった。そこで、クエンチ
時に、超電導線の接続部４Ａにできる渦電流ループの電
流により、導体の接続部分をクエンチさせた。クエンチ
領域が、コイル内に、離散的に多数発生できたので、イ
ンダクティブな電位とクエンチによる抵抗両端の電位が
複数の部分で相殺され、コイルの対地電位を著しく軽減
できた。その結果、クエンチしてもコイルが十分保護で
きる極めて信頼性の高い超電導電磁石が実現できた。
り、ノーマル伝播領域を広げてコイル内の対地電位を抑
制することを目的とする。従来、超電導線に何等かのじ
ょう乱が加わり局所的な発熱が生じて超電導が常電導に
転移して、この部分から、導体方向、層方向、ターン方
向の３方向に常電導部分が伝播していた。伝播速度が遅
い場合にはコイル内に生じるインダクティブな電圧
（負）と抵抗性の電圧（正）が超電導線の一部でしかバ
ランスしないので、コイル内の対地電位が非常に高くな
って、絶縁破壊する可能性があった。そこで、クエンチ
時に、超電導線の接続部４Ａにできる渦電流ループの電
流により、導体の接続部分をクエンチさせた。クエンチ
領域が、コイル内に、離散的に多数発生できたので、イ
ンダクティブな電位とクエンチによる抵抗両端の電位が
複数の部分で相殺され、コイルの対地電位を著しく軽減
できた。その結果、クエンチしてもコイルが十分保護で
きる極めて信頼性の高い超電導電磁石が実現できた。
【００３８】実施例２．この発明の実施例２の構成を図
７及び図８を参照しながら説明する。図７は、この発明
の実施例２を示す図であり、超電導線３は上述した従来
例のものと全く同一である。なお、各図中、同一符号は
同一又は相当部分を示す。
７及び図８を参照しながら説明する。図７は、この発明
の実施例２を示す図であり、超電導線３は上述した従来
例のものと全く同一である。なお、各図中、同一符号は
同一又は相当部分を示す。
【００３９】図７において、３ｃは所定長さの付加超電
導線、４Ｂは超電導線３と付加超電導線３ｃの接続部、
８は超電導線３と付加超電導線３ｃの半田接続部であ
る。また、Ｌは半田接続部８の長さ、Ｉは超電導線３に
流れる輸送電流、Ｂは輸送電流Ｉによって発生する磁界
である。
導線、４Ｂは超電導線３と付加超電導線３ｃの接続部、
８は超電導線３と付加超電導線３ｃの半田接続部であ
る。また、Ｌは半田接続部８の長さ、Ｉは超電導線３に
流れる輸送電流、Ｂは輸送電流Ｉによって発生する磁界
である。
【００４０】図８は、この発明の実施例２の接続部４Ｂ
の断面図であり、超電導線３の中心断面を表している。
図８において、９及び９ｃは超電導線３及び付加超電導
線３ｃを構成する超電導体フィラメント、１０及び１０
ｃは同じく超電導線３及び付加超電導線３ｃを構成する
銅である。また、Ｂｚは輸送電流Ｉによって発生する磁
界の中で接続部４Ｂに加わる磁界であり、紙面に対して
垂直な垂直磁界成分である。さらに、ｉは垂直磁界成分
Ｂｚの時間変化のために発生する渦電流を示す。
の断面図であり、超電導線３の中心断面を表している。
図８において、９及び９ｃは超電導線３及び付加超電導
線３ｃを構成する超電導体フィラメント、１０及び１０
ｃは同じく超電導線３及び付加超電導線３ｃを構成する
銅である。また、Ｂｚは輸送電流Ｉによって発生する磁
界の中で接続部４Ｂに加わる磁界であり、紙面に対して
垂直な垂直磁界成分である。さらに、ｉは垂直磁界成分
Ｂｚの時間変化のために発生する渦電流を示す。
【００４１】図９は、図８の接続部４Ｂを電気的な等価
回路で表した回路図である。この等価回路は、図３に示
すこの発明の実施例１のものと同一である。従って、実
施例２の数値解析、動作等は前述した実施例１と同一で
ある。
回路で表した回路図である。この等価回路は、図３に示
すこの発明の実施例１のものと同一である。従って、実
施例２の数値解析、動作等は前述した実施例１と同一で
ある。
【００４２】この発明の実施例２は、前述したように、
超電導電磁石１Ｂの通常の励磁、又は消磁において、接
続部４Ｂに発生する渦電流を、臨界電流以下にしたの
で、通常の励磁において全くクエンチしない信頼性のあ
る超電導電磁石を実現することができるという効果を奏
する。また、電磁石がクエンチした場合において、接続
部４Ｂに発生する渦電流を、臨界電流以上にしたので、
超電導電磁石のクエンチ時には電磁石内の接続部４Ｂも
同時にクエンチする。その結果、常電導部分が広く分散
してクエンチ時の発生電圧を著しく抑制でき、絶縁破壊
を生じない信頼性の高い超電導電磁石を実現することが
できるという効果を奏する。
超電導電磁石１Ｂの通常の励磁、又は消磁において、接
続部４Ｂに発生する渦電流を、臨界電流以下にしたの
で、通常の励磁において全くクエンチしない信頼性のあ
る超電導電磁石を実現することができるという効果を奏
する。また、電磁石がクエンチした場合において、接続
部４Ｂに発生する渦電流を、臨界電流以上にしたので、
超電導電磁石のクエンチ時には電磁石内の接続部４Ｂも
同時にクエンチする。その結果、常電導部分が広く分散
してクエンチ時の発生電圧を著しく抑制でき、絶縁破壊
を生じない信頼性の高い超電導電磁石を実現することが
できるという効果を奏する。
【００４３】この発明の実施例２は、直列励磁される超
電導コイル群のクエンチ時の発生電圧を抑えることを目
的とする。直列励磁される超電導コイルの一方がクエン
チした場合、他方のコイルを強制的にクエンチさせて発
生電圧を抑える必要がある。従来、強制クエンチ回路を
付加して、ヒータにより強制クエンチさせていた。しか
しながら、電源などの回路が必要であり、応答が遅かっ
た。そこで、超電導コイルの一部に超電導線を半田付け
することにより、クエンチ時の磁界変化による大きな結
合電流を流して、強制クエンチさせる。クエンチ領域
が、コイル内に、離散的に多数発生できたので、インダ
クティブな電位とクエンチによる抵抗両端の電位が複数
の部分で相殺され、コイルの対地電位を著しく軽減でき
た。すなわち、応答も早く、また、クエンチしてもコイ
ルが十分保護できる極めて信頼性の高い超電導電磁石を
実現することができ、電源などの電気回路が全く不要な
ので安価に製作できるという効果を奏する。
電導コイル群のクエンチ時の発生電圧を抑えることを目
的とする。直列励磁される超電導コイルの一方がクエン
チした場合、他方のコイルを強制的にクエンチさせて発
生電圧を抑える必要がある。従来、強制クエンチ回路を
付加して、ヒータにより強制クエンチさせていた。しか
しながら、電源などの回路が必要であり、応答が遅かっ
た。そこで、超電導コイルの一部に超電導線を半田付け
することにより、クエンチ時の磁界変化による大きな結
合電流を流して、強制クエンチさせる。クエンチ領域
が、コイル内に、離散的に多数発生できたので、インダ
クティブな電位とクエンチによる抵抗両端の電位が複数
の部分で相殺され、コイルの対地電位を著しく軽減でき
た。すなわち、応答も早く、また、クエンチしてもコイ
ルが十分保護できる極めて信頼性の高い超電導電磁石を
実現することができ、電源などの電気回路が全く不要な
ので安価に製作できるという効果を奏する。
【００４４】
【発明の効果】この発明の請求項１に係る超電導電磁石
は、以上説明したとおり、２つの超電導導体を接続する
接続部を備え、通常の運転中に前記接続部の超電導体に
発生する渦電流と、前記超電導導体の輸送電流との和が
前記超電導導体の臨界電流より小さくし、また、請求項
２に係る超電導電磁石は、２つの超電導導体を接続する
接続部を備え、電磁石の任意の部分が局所的にクエンチ
した場合に前記クエンチによる磁界の時間的な変化によ
り前記接続部の超電導体に発生する渦電流と、前記超電
導導体の輸送電流との和が前記超電導導体の設置されて
いる磁界中での臨界電流より大きくしたので、簡単な構
造によって超電導電磁石のクエンチ時に接続部をクエン
チさせることができるという効果を奏する。
は、以上説明したとおり、２つの超電導導体を接続する
接続部を備え、通常の運転中に前記接続部の超電導体に
発生する渦電流と、前記超電導導体の輸送電流との和が
前記超電導導体の臨界電流より小さくし、また、請求項
２に係る超電導電磁石は、２つの超電導導体を接続する
接続部を備え、電磁石の任意の部分が局所的にクエンチ
した場合に前記クエンチによる磁界の時間的な変化によ
り前記接続部の超電導体に発生する渦電流と、前記超電
導導体の輸送電流との和が前記超電導導体の設置されて
いる磁界中での臨界電流より大きくしたので、簡単な構
造によって超電導電磁石のクエンチ時に接続部をクエン
チさせることができるという効果を奏する。
【００４５】この発明の請求項３に係る超電導電磁石
は、以上説明したとおり、超電導コイルを形成する超電
導導体の一部分に超電導導体片を取り付けて前記超電導
導体及び前記超電導導体片を接続する接続部を備え、前
記超電導コイルの輸送電流と、前記超電導導体と前記超
電導導体片から形成される電気的閉ループに発生する渦
電流との和が通常の運転中は前記超電導導体の臨界電流
より小さく、クエンチ時には前記臨界電流より大きくし
たので、簡単な構造によって超電導電磁石のクエンチ時
に接続部をクエンチさせることができるという効果を奏
する。
は、以上説明したとおり、超電導コイルを形成する超電
導導体の一部分に超電導導体片を取り付けて前記超電導
導体及び前記超電導導体片を接続する接続部を備え、前
記超電導コイルの輸送電流と、前記超電導導体と前記超
電導導体片から形成される電気的閉ループに発生する渦
電流との和が通常の運転中は前記超電導導体の臨界電流
より小さく、クエンチ時には前記臨界電流より大きくし
たので、簡単な構造によって超電導電磁石のクエンチ時
に接続部をクエンチさせることができるという効果を奏
する。
【図１】この発明の実施例１を示す図である。
【図２】この発明の実施例１の接続部を示す断面図であ
る。
る。
【図３】この発明の実施例１の接続部の電気的な等価回
路を示す図である。
路を示す図である。
【図４】この発明の実施例１の接続部の数値解析のため
の等価回路を示す図である。
の等価回路を示す図である。
【図５】この発明の実施例１の励磁電流のパターンを示
す図である。
す図である。
【図６】この発明の実施例１の代表的な数値解析の結果
を示す図である。
を示す図である。
【図７】この発明の実施例２を示す図である。
【図８】この発明の実施例２の接続部を示す断面図であ
る。
る。
【図９】この発明の実施例２の接続部の電気的な等価回
路を示す図である。
路を示す図である。
【図１０】従来の超電導電磁石を示す斜視図である。
【図１１】従来の超電導電磁石の接続部の側面を示す図
である。
である。
１Ａ、１Ｂ 超電導電磁石 ３ 超電導線 ４Ａ、４Ｂ 接続部 ８ 半田接続部
Claims (3)
- 【請求項１】 ２つの超電導導体を接続する接続部を備
え、通常の運転中に前記接続部の超電導体に発生する渦
電流と、前記超電導導体の輸送電流との和が前記超電導
導体の臨界電流より小さいことを特徴とする超電導電磁
石。 - 【請求項２】 ２つの超電導導体を接続する接続部を備
え、電磁石の任意の部分が局所的にクエンチした場合に
前記クエンチによる磁界の時間的な変化により前記接続
部の超電導体に発生する渦電流と、前記超電導導体の輸
送電流との和が前記超電導導体の設置されている磁界中
での臨界電流より大きいことを特徴とする超電導電磁
石。 - 【請求項３】 超電導コイルを形成する超電導導体の一
部分に超電導導体片を取り付けて前記超電導導体及び前
記超電導導体片を接続する接続部を備え、前記超電導コ
イルの輸送電流と、前記超電導導体と前記超電導導体片
から形成される電気的閉ループに発生する渦電流との和
が通常の運転中は前記超電導導体の臨界電流より小さ
く、クエンチ時には前記臨界電流より大きいことを特徴
とする超電導電磁石。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21371991A JP2905317B2 (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | 超電導電磁石 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21371991A JP2905317B2 (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | 超電導電磁石 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0555034A JPH0555034A (ja) | 1993-03-05 |
| JP2905317B2 true JP2905317B2 (ja) | 1999-06-14 |
Family
ID=16643864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21371991A Expired - Fee Related JP2905317B2 (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | 超電導電磁石 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2905317B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101649291B1 (ko) * | 2014-10-20 | 2016-08-18 | 고려대학교 산학협력단 | 부분 절연 권선을 이용한 초전도 코일 및 초전도 코일의 제조 방법 |
-
1991
- 1991-08-26 JP JP21371991A patent/JP2905317B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0555034A (ja) | 1993-03-05 |
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Legal Events
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