JP3150507B2 - 超伝導マグネット装置 - Google Patents

超伝導マグネット装置

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JP3150507B2 JP25687693A JP25687693A JP3150507B2 JP 3150507 B2 JP3150507 B2 JP 3150507B2 JP 25687693 A JP25687693 A JP 25687693A JP 25687693 A JP25687693 A JP 25687693A JP 3150507 B2 JP3150507 B2 JP 3150507B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超伝導電磁推進装置、
超伝導加速管等超伝導機器に適用される超伝導マグネッ
ト装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の超伝導マグネット装置を図4によ
り説明する。図4において、1は真空断熱容器、2は真
空断熱容器1の内側に設けられた液体窒素(以下LN2
とする)ジャケット、3は同ジャケットの更に内側に設
けられた液体ヘリウム(以下LHe とする)容器、4は
LN2 、5はLHe 、6はLHe 容器3内に設けられた
超伝導マグネットである。
【0003】この超伝導マグネッ6はLHe 5に浸漬さ
れ、LHe 温度(約4.2K)まで冷却される。真空容
器1の外側の室温空間40からLHe 容器3への侵入熱
は、空間41を真空に保ち、更に、LN2 ジャケット4
を設置することによって、低減される。
【0004】7はLN2 ジャケット4に接続されたLN
2 の供給管、8はLN2 ジャケットに接続されLN2
ャケット2で蒸発したN2 の逃気管、9はLHe 容器3
に接続されたLHe の供給管、10はLHe 容器3に接
続されLHe 容器3で蒸発したHe の逃気管、11はL
e 容器3の上部側壁に設けられたベローズであり、上
部のフランジからLHe 容器3壁内を熱伝導によって伝
達され同容器3内に侵入する熱を低減する。
【0005】12はLHe 容器3内の上部に設けられた
対流防止板であり、LHe 容器3内の気相上部と気相下
部間の対流による熱伝達を抑制する。なお、1〜3およ
び7〜12より構成される断熱低温容器をクライオスタ
ットと呼ぶ。
【0006】13は超伝導マグネット6に接続され、同
マグネット6に励磁電流を供給するパワーリードであ
り、電源14と電流ケーブル15にて接続される。ま
た、このパワーリード13はHe 逃気管10で逃気され
る蒸発He ガスにより冷却される。
【0007】16はパワーリード13と超伝導マグネッ
ト6の間に接続され超伝導マグネット6に永久電流を流
すための永久電流スイッチ、17は永久電流スイッチ1
6に接続され同スイッチ16のオン・オフを行うための
ヒータ電力を供給するリード線、18は同リード線17
に接続された永久電流スイッチ用のヒータ電源及び制御
装置である。
【0008】次に、本超伝導マグネット装置の励磁回路
について、図5により説明する。図5において、19は
超伝導材製の短絡路であり、ヒータ20と共に永久電流
スイッチ16を構成する。
【0009】超伝導マグネット6の励磁中はヒータ20
へ電源18より電力が加えられ、短絡路19のa−b間
は常伝導状態となり、大きなインピーダンスを持つた
め、永久電流スイッチ16をオフ状態とする。このと
き、超伝導マグネット6は電源14と接続され、励磁電
流の供給を受ける。一般的な超伝導マグネットにおい
て、超伝導マグネットの発生磁場が数テスラのとき、励
磁電流は数千アンペア程度である。
【0010】超伝導マグネット6を所定の励磁電流によ
り励磁するときは、電源14に組み込まれた制御機器に
よって電流値を0から漸次大きくしていく。電源14か
ら超伝導マグネット6への電流ケーブル15及びパワー
リード16は、大きな電流を流す場合、断面積の大きな
ものが必要となる。また、このとき電源装置14自体も
大型化する。
【0011】超伝導マグネットに流れる電流が所要の値
になると、ヒータ20へ供給される電流が遮断され、端
子a−b間が超伝導状態となり、永久電流Iが流れる。
この永久電流Iは超伝導マグネット6及び永久電流スイ
ッチ16(端子a−b間)が超伝導状態であるため、ジ
ュール熱の発生なしに流れ続ける。そして、永久電流I
が超伝導マグネット6を流れることにより、超伝導マグ
ネット6は磁場を発生する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】従来の超伝導マグネッ
ト装置においては、以下の課題があった。即ち、電源装
置が高価であり、且つ大型で可搬性が悪かった。また、
電流ケーブル及びパワーリードにてジュール熱として発
生する熱量が多いため、所要電力量が大きく、クライオ
スタット内のLN2 の蒸発量が多かった。
【0013】この発熱量を許容値以下とするためには、
電源装置から超伝導マグネットへの励磁電流を供給する
電流ケーブル及びパワーリードの長さを短く、直径を太
くする必要がある。この場合、超伝導マグネット装置
と、電源装置の設置位置に柔軟性が少なくなる。本発明
は上記課題を解決しようとするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の超伝導マグネッ
ト装置は、LHe が注入されたクライオスタット内に配
設されパワーリードを介してクライオスタット外の電源
に接続された超伝導マグネットを備えた超伝導マグネッ
ト装置において、上記クライオスタット内に配設され、
上記パワーリードと超伝導マグネットの間に接続され、
超伝導線材によりそれぞれ形成され上記パワーリードと
超伝導マグネットにそれぞれ接続された1次コイルと2
次コイルを有し、1次コイルに流入した電流を増幅して
2次コイルから出力する電流変換器を備えたことを特徴
としている。
【0015】
【作用】上記において、電源から超伝導マグネットに電
流を供給する場合、電流変換器を介して供給し、電流値
をゼロから漸次増大させ、超伝導マグネットに流れる電
流値を所定値とする。
【0016】上記電流変換器は、1次コイルに流入する
電流を一定割合で増幅して2次コイルより出力するた
め、超伝導マグネットに流入する電流の値に対して電源
から供給される電流の値は小さくてよい。
【0017】そのため、上記電源は小型化することがで
き、コスト低減が可能となる。また、パワーリードにつ
いても流れる電流が少ないため断面積の小さい細い線の
使用が可能になるとともに、その発熱量が抑制されるた
めにクライオスタット内でのLHe の蒸発量の低減が可
能となる。
【0018】
【実施例】本発明の一実施例に係る超伝導マグネット装
置について、図1により説明する。
【0019】図1に示す本実施例の超伝導マグネット装
置は、従来の装置と同様に真空断熱容器1、LN2 ジャ
ケット2、LHe 容器3、超伝導マグネット6、LN2
供給管7、N2 逃気管8、LHe 供給管9、He 逃気管
10、ベローズ11、対流防止板12、パワーリード1
3、電源14、電流ケーブル15、永久電流スイッチ1
6、リード線17、およびヒータ電源及び制御装置18
を備えており、これらはそれぞれ従来の装置と同様であ
るため、その詳細な説明を省略する。なお、1〜3およ
び7〜12より構成される断熱低温容器は、従来の装置
と同様にクライオスタットと呼ぶ。
【0020】本実施例の超伝導マグネット装置において
は、上記装置に加えて、LHe 容器3に設けられパワー
リード13と永久電流スイッチ16の間に接続され外側
に磁気シールド(軟鉄などの強磁性体、又は超伝導体な
どの反磁性体製)31が設けられた超伝導材(NbTi
等)製の電流変換器30を備えている。
【0021】この電流変換器30は、LHe 5に浸漬さ
れてLHe 温度(約4.2K)まで冷却され、超伝導状
態となっている。また、超伝導マグネット6の発生する
磁場の影響を受けないように、その外側に設けられた磁
気シールド31により遮蔽されている。
【0022】上記電流変換器30は、図2に示すように
2重円筒型であり、外側の巻枠30aには1次コイル3
2が巻かれており、内側の巻枠30bには2次コイル3
3が巻かれている。なお、1次コイル32及び2次コイ
ル33は何れも超伝導材製である。また、1次コイル3
2及び2次コイル33には、それぞれ電流供給リード線
34及び電流取り出しリード線35が接続されている。
【0023】上記電流変換器30については、図3に示
すように1次コイル32がリード線34、パワーリード
13、電流ケーブル15を介して電源14に接続され、
2次コイル33がリード線35、永久電流スイッチ16
を介して超伝導マグネット6に接続されている。
【0024】上記において、電流を電源14から供給す
ると、供給された電流は1次コイル32に流れる。この
1次コイル32に流れる電流値を漸次大きくしていく
と、電流値の増加の割合、及び1次コイル32と2次コ
イル33の巻数比に応じて増幅された誘導電流が2次コ
イル33に流れ、この誘導電流は2次コイル33に接続
された超伝導マグネット6に流れる。
【0025】超伝導マグネット6に流れる電流が所定の
電流値に到達したとき、1次コイル32に流す電流の増
加を止め、一定電流を保持すれば、2次コイル33及び
超伝導マグネット6にも一定の励磁電流が流れ続ける。
【0026】この後、従来の装置と同様に永久電流スイ
ッチ16をオンにして電源14から1次コイル32への
供給電流を停止すると、超伝導マグネット6には永久電
流Iが流れ続ける。
【0027】なお、従来、常伝導状態(物質が電気抵抗
を持つ状態)では類似の装置として、変圧器があるが、
以下に従来の変圧器と本実施例に係る超伝導製の電流変
換器の作動原理の違いを説明する。
【0028】2つのコイルが接近して配置されていると
き、第1のコイルに時間と共に大きさの変化する電流が
流れると、第1のコイルには電流と共に変動する磁場が
発生する。第2のコイルには相互誘導によりこの変動磁
場を打ち消すような電流が発生する。
【0029】コイル線材またはリード線に電気抵抗があ
る場合、第1のコイルに流す電流の変動がなくなると、
第2のコイルに流れる電流は電気抵抗のため次第に減少
し、ゼロとなる。従って、常伝導における変圧器では、
第1のコイルに交流電流(時間と共に電流が変化する)
を流し、第2のコイルに発生する交流電流を取り出すこ
とにより定常電流を得る。
【0030】このとき、二つのコイルのインダクタンス
の違いに応じて第1のコイルの両端と第2のコイルの両
端に発生する電圧値が変わるので、交流電流に対する変
圧器として使用できる。
【0031】一方、本実施例に係る超伝導製の電流変換
器30においては、第2のコイル及びリード線が超伝導
状態であるため、第1のコイルに流れる電流の時間変化
がなくなり一定値となっても、一旦流れた電流は減衰す
ることなく流れ続ける。従って、超伝導マグネット装置
のように定常運転状態では直流電流が流れる回路であっ
ても、励磁電流の供給時には本実施例の電流変換器が使
用できる。
【0032】本実施例においては、上記のように超伝導
マグネットには電流変換器により増幅された電流が供給
されるため、電源からの供給電流を低減することがで
き、電源装置の小型化、及び低コスト化が可能となり、
また、電流ケーブルやパワーリード等の細線化、発熱量
の低減が可能となり、クライオスタット内でのLHe
蒸発量の低減が可能となった。
【0033】なお、1次コイル32へ供給する電流は従
来の装置に比べ小さいため、パワーリード13、電流ケ
ーブル15等における発熱量が許容できる値であれば、
永久電流スイッチ16を使用せず、1次コイル32に電
流を供給したまま本実施例の超伝導マグネット装置を使
用することも可能である。
【0034】
【発明の効果】本発明の超伝導マグネット装置は、超伝
導線材により形成された1次コイルと2次コイルを有す
る電流変換器をLHe が注入されたクライオスタット内
の超伝導マグネットとパワーリードの間に接続し、電源
から供給される電流は上記電流変換器により増幅されて
超伝導マグネットに供給されるものとすることによっ
て、電源の小型化、低コスト化を可能にするとともに、
パワーリードの細線化を可能とし、また、パワーリード
の発熱量が抑制されるため、クライオスタット内におけ
るLHe の蒸発量の低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る超伝導マグネット装置
の説明図である。
【図2】上記一実施例に係る電流変換器の斜視図であ
る。
【図3】上記一実施例に係る超伝導マグネット装置の電
気回路図である。
【図4】従来の超伝導マグネット装置の説明図である。
【図5】従来の超伝導マグネット装置の電気回路図であ
る。
【符号の説明】
1 真空断熱容器 2 LN2 ジャケット 3 LHe 容器 4 LN2 5 LHe 6 超伝導マグネット 7 LN2 供給管 8 N2 逃気管 9 LHe 供給管 10 He 逃気管 11 ベローズ 12 対流防止板 13 パワーリード 14 電源 15 電流ケーブル 16 永久電流スイッチ 17 リード線 18 ヒータ電源及び制御装置 19 短絡路 20 ヒータ 30 電流変換器 31 磁気シールド 30a,30b 巻枠 32 1次コイル 33 2次コイル 34,35 リード線 40 室温空間 41 真空空間
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01F 6/00 ZAA

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液体ヘリウムが注入されたクライオスタ
    ット内に配設されパワーリードを介してクライオスタッ
    ト外の電源に接続された超伝導マグネットを備えた超伝
    導マグネット装置において、上記クライオスタット内に
    配設され、上記パワーリードと超伝導マグネットの間に
    接続され、超伝導線材によりそれぞれ形成され上記パワ
    ーリードと超伝導マグネットにそれぞれ接続された1次
    コイルと2次コイルを有し、1次コイルに流入した電流
    を増幅して2次コイルから出力する電流変換器を備えた
    ことを特徴とする超伝導マグネット装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1037374C (zh) * 1991-07-02 1998-02-11 住友电气工业株式会社 具有自动拉断试验设备的光纤耦合器制造装置
RU2601218C1 (ru) * 2015-04-08 2016-10-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) Способ криостатирования и запитки сверхпроводящей обмотки индукционного накопителя и устройство для его реализации

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JP2007005573A (ja) * 2005-06-24 2007-01-11 Hitachi Ltd 超伝導磁石装置および超電導磁石装置の冷媒注入方法
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