JP3307565B2 - 超電導限流装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、交流電路に生じ
る事故電流等の過電流を抑制する超電導限流装置に関
し、特に臨界電流により超電導体が常電導体に相転移す
る超電導体のクエンチ現象を利用した交流超電導スイッ
チである超電導コイルの大電流化あるいは高電圧化を図
る超電導限流装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常、交流電路に生じる事故電流等の過
電流を抑制する超電導限流装置の超電導コイルに用いら
れる超電導線は、損失の低減を図るために素線径を細く
している。この素線の単線を超電導線として用いた場合
には、通電電流値に制約があり、大電流化が図れないこ
とから、大電流化するには、複数本の素線を撚った撚線
を用いることになる。ここで、超電導線としては、例え
ば図１５に示されるよう、素線１０、３本の素線１０を
撚った一次撚線１１、３本の一次撚線１１を撚った二次
撚線１２、さらには３本の二次撚線１２を撚ったケーブ
ル１３がある。そして、超電導線は、通電電流値に合わ
せて、その撚り次数が調節されることになる。なお、一
次撚線１１、二次撚線１２およびケーブル１３は、それ
ぞれ３本の素線１０、一次撚線１１および二次撚線１２
を撚って作製されているが、それらの撚り線数は３本に
限定されるものではない。

【０００３】ついで、図１５に示された各種撚線を用い
てコイルを作製し、該コイルに交流を通電した場合のク
エンチ電流値を測定し、その結果を図１６に示す。図１
６から、撚り次数が高くなる程クエンチ電流値が低下す
るという現象が生じることがわかる。そして、超電導線
に撚線を用いた場合、撚線を構成する素線１０間の僅か
なインダクタンスの差に伴う循環電流が、この原因の一
つと考えられている。即ち、素線の自己インダクタンス
と相互インダクタンスとの総和に差があると循環電流が
生じる。この循環電流は、場合によっては外部から流し
た電流値よりも大きくなる場合があり、超電導線の撚線
を構成する複数本の素線のある素線では大きな電流とな
り、クエンチするといわれている。

【０００４】図１７は例えば特開平５−３２７０３９号
公報に記載された従来の超電導限流装置のコイル部分を
示す斜視図である。この従来の超電導限流装置では、超
電導線に素線の撚線を用いた場合に生じる多重撚線に伴
うクエンチ電流値の低下を防止するために、超電導線に
素線の単線を用い、複数本の素線を並列に並べて巻回し
てコイルを作製している。つまり、内側コイル３１が、
３本の素線を並列に並べて所定の巻回数巻回して作製さ
れた３本の超電導線３１ａ、３１ｂ、３１ｃから構成さ
れている。また、外側コイル３２が、内側コイル３１の
外側に同軸に、３本の素線を並列に並べて所定の巻回数
巻回して作製された３本の超電導線３２ａ、３２ｂ、３
２ｃから構成されている。そして、内側コイル３１の超
電導線３１ａ、３１ｂ、３１ｃと外側コイル３２の超電
導線３２ａ、３２ｂ、３２ｃとは、それぞれ逆向きに接
続されて、無誘導コイルとなっている。

【０００５】ここで、内側コイル３１のそれぞれの超電
導線３１ａ、３１ｂ、３１ｃの自己インダクタンスは同
じである。しかしながら、それぞれの超電導線３１ａ、
３１ｂ、３１ｃが幾何学的な対称位置の配置となってい
ないので、それぞれの巻線間の相互インダクタンスは同
じにはならない。 このように、このコイル構成では、相
互インダクタンスにバラツキが生じてしまうことにな
る。そして、それぞれの巻線の自己インダクタンスと相
互インダクタンスとの総和にバラツキが生じると、上述
した循環電流が生じてしまい、クエンチすることなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の超電導限流装置
は以上のように構成されているので、それぞれの巻線の
自己インダクタンスと相互インダクタンスとの総和にバ
ラツキが生じて循環電流が生じ、素線の臨界電流値に達
する以前にクエンチしてしまうという課題があった。

【０００７】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、コイルユニットを幾何学的な対
称位置に配置して、超電導線の自己インダクタンスと相
互インダクタンスとの総和のバラツキをなくして該バラ
ツキに起因する循環電流の発生を抑え、超電導線に多重
撚線を用いることなく大電流化もしくは高電圧化を達成
できる超電導限流装置を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る超電導限
流装置は、超電導体のクエンチ時の発生抵抗を利用して
交流電路に生じる過電流を抑制する超電導コイル体を有
する超電導限流装置において、上記超電導コイル体は、
複数個のコイルユニットが幾何学的に対称位置に配置さ
れ、かつ、並列、直列あるいは直並列に接続されて構成
され、上記複数個のコイルユニットは、それぞれ素線あ
るいは一次撚線からなる超電導線を所定の巻回数巻回し
て成形された複数の超電導コイルが同軸に多重に設けら
れ、かつ、互いに無誘導となるように接続されて構成さ
れ、さらに磁性体が、同軸に多重に設けられた上記複数
の超電導コイルの端部を覆うように各コイルユニットの
両端にそれぞれ配設されているものである。また、この
発明に係る超電導限流装置は、超電導体のクエンチ時の
発生抵抗を利用して交流電路に生じる過電流を抑制する
超電導コイル体を有する超電導限流装置において、上記
超電導コイル体は、複数個のコイルユニットが幾何学的
に対称位置に配置され、かつ、並列、直列あるいは直並
列に接続されて構成され、上記複数個のコイルユニット
は、それぞれ素線あるいは一次撚線からなる超電導線を
所定の巻回数巻回して成形された複数の超電導コイルが
同軸に多重に設けられ、かつ、互いに無誘導となるよう
に接続されて構成され、上記複数の超電導コイルは、最
内側に配設された内側コイル、この内側コイルの外周に
配設された第１の中間コイル、この第１の中間コイルの
外周に配設された第２の中間コイルおよびこの第２の中
間コイルの外周に配設された外側コイルから構成され、
該内側コイル、該第１の中間コイル、該第２の中間コイ
ルおよび該外側コイルは、該内側コイルと該外側コイル
とに同方向の電流が流れ、かつ、該第１および第２の中
間コイルにこれと逆方向の電流が流れるように接続さ
れ、該第１および第２の中間コイル間に伝熱体が配設さ
れ、上記超電導コイル体を真空中に配設し、上記伝熱体
を介して上記超電導コイルを冷却できるようにしている
ものである。

【０００９】また、この発明に係る超電導限流装置は、
超電導体のクエンチ時の発生抵抗を利用して交流電路に
生じる過電流を抑制する超電導コイル体を有する超電導
限流装置において、上記超電導コイル体は、複数個のコ
イルユニットが幾何学的に対称位置に配置され、かつ、
並列、直列あるいは直並列に接続されて構成された複数
個のコイルユニット体と、上記複数個のコイルユニット
体をそれぞれ包囲するように設けられた磁気シールドと
を備え、上記複数個のコイルユニット体は、並列、直列
あるいは直並列に接続され、上記複数個のコイルユニッ
トは、それぞれ素線あるいは一次撚線からなる超電導線
を所定の巻回数巻回して成形された複数の超電導コイル
が同軸に多重に設けられ、かつ、互いに無誘導となるよ
うに接続されて構成されているものである。

【００１０】また、磁性体が、同軸に多重に設けられた
複数の超電導コイルの端部を覆うように各コイルユニッ
トの両端にそれぞれ配設されているものである。

【００１１】また、超電導コイルを構成する超電導線が
単芯超電導線であるものである。

【００１２】また、コイルユニットを構成する複数の超
電導コイルは、最内側に配設された内側コイル、この内
側コイルの外周に配設された第１の中間コイル、この第
１の中間コイルの外周に配設された第２の中間コイルお
よびこの第２の中間コイルの外周に配設された外側コイ
ルから構成され、該内側コイル、該第１の中間コイル、
該第２の中間コイルおよび該外側コイルは、該内側コイ
ルと該外側コイルとに同方向の電流が流れ、かつ、該第
１および第２の中間コイルにこれと逆方向の電流が流れ
るように接続され、該第１および第２の中間コイル間に
伝熱体が配設され、超電導コイル体を真空中に配設し、
上記伝熱体を介して上記超電導コイルを冷却できるよう
にしたものである。

【００１３】また、伝熱体が絶縁被覆された銅線を巻回
して成形されているものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。参考例１． 図１はこの発明の参考例１に係る超電導限流装置の超電
導コイル体を示す斜視図、図２はこの発明の参考例１に
係る超電導限流装置に適用されるコイルユニットを示す
模式構成図、図３はこの発明の参考例１に係る超電導限
流装置に適用されるコイルユニットの内部接続を示す回
路図、図４はこの発明の参考例１に係る超電導限流装置
に適用される超電導コイル体のコイルユニット接続を示
す回路図である。図１において、超電導コイル体１００
は、コイルユニット１ａ、１ｂ、１ｃを、それぞれ軸心
を互いに平行とし、軸心が軸心と直交する平面内で同一
円周上を通るように、周方向に等角度間隔に配置して構
成されている。即ち、超電導コイル体１００は、これら
のコイルユニット１ａ、１ｂ、１ｃが幾何学的に対称位
置に配置されて構成されている。

【００１５】コイルユニット１ａは、図２に示されるよ
うに、素線からなる超電導線が所定の巻回数巻回されて
成形された超電導コイルとしての内側コイル２ａと、こ
の内側コイル２ａの外周に所定の間隔をもって、内側コ
イル２ａと同一の素線からなる超電導線が内側コイル２
ａとは逆向きに所定の巻回数巻回されて成形された超電
導コイルとしての外側コイル２ｂとから構成されてい
る。そして、内側コイル２ａと外側コイル２ｂとは、図
３に示されるように、一方の端部同士を接続して直列に
接続されている。そこで、内側コイル２ａと外側コイル
２ｂとを流れる電流は図２に示されるように逆向きとな
り、コイルユニット１ａは無誘導コイルとなっている。
なお、コイルユニット１ｂ、１ｃの構成もコイルユニッ
ト１ａと同じである。これらのコイルユニット１ａ、１
ｂ、１ｃは、図４に示されるように、それぞれ並列に接
続されている。

【００１６】このように構成された超電導コイル体１０
０では、コイルユニット１ａ、１ｂ、１ｃが幾何学的に
対称位置に配置されているので、コイルユニット１ａ、
１ｂ、１ｃ間の距離が等しくなり、コイルユニット間の
相互インダクタンスが同じになる。また、例えばコイル
ユニット１ａに通電した場合、図２中矢印で示すような
磁束Φができる。そして、コイルユニット１ａの自己イ
ンダクタンスは、内側コイル２ａと外側コイル２ｂとの
空間を通る磁束Φでほぼ決定される。そこで、コイルユ
ニット１ａ、１ｂ、１ｃが同じ構成であるので、即ち内
側コイル２ａと外側コイル２ｂとの空間が等しいので、
同じ自己インダクタンスが得られる。従って、各コイル
ユニットにおける自己インダクタンスと相互インダクタ
ンスとの総和が等しくなり、コイルユニット１ａ、１
ｂ、１ｃには同一の電流が流れ、循環電流は流れない。

【００１７】この参考例１によれば、内側コイル２ａお
よび外側コイル２ｂを構成する超電導線に素線を用いて
いるので、多重撚線化に伴うクエンチ電流値の低下が防
止される。そして、無誘導コイルに構成された同一構成
のコイルユニット１ａ、１ｂ、１ｃが、幾何学的に対称
位置に配置されているので、コイルユニット１ａ、１
ｂ、１ｃの自己インダクタンスが等しく、コイルユニッ
ト１ａ、１ｂ、１ｃの相互間の相互インダクタンスが等
しくなり、各コイルユニットにおける自己インダクタン
スと相互インダクタンスの総和のバラツキがなくなり、
該バラツキに起因する循環電流の発生が抑えられ、超電
導線に流れる電流が素線の臨界電流値に達する以前にク
エンチするようなことがなく、クエンチ電流値の低下が
抑制でき、超電導限流装置の大電流化が図られる。

【００１８】ここで、上記参考例１では、コイルユニッ
ト１ａ、１ｂ、１ｃが並列に接続されるものとしている
が、コイルユニット１ａ、１ｂ、１ｃが直列に接続され
てもよく、またコイルユニット１ａ、１ｂ、１ｃが直並
列に、例えばコイルユニット１ａ、１ｂが直列に、か
つ、コイルユニット１ｃが直列接続されたコイルユニッ
ト１ａ、１ｂに並列に接続されてもよい。また、上記参
考例１では、コイルユニット１ａ、１ｂ、１ｃのそれぞ
れの内側コイル２ａおよび外側コイル２ｂは超電導線と
して素線を用いるものとしているが、超電導線は複数本
の素線が撚られた一次撚線であってもよい。また、上記
参考例１では、１本の素線を所定の巻回数巻回した後、
その外周にもう１本の素線を逆向きに所定の巻回数巻回
して内側コイル２ａと外側コイル２ｂとを形成し、その
一方の端部同士を接続して内側コイル２ａと外側コイル
２ｂとを直列に接続するものとしているが、長い１本の
素線を所定の巻回数巻回した後、折り返して逆向きに所
定の巻回数巻回して、内側コイル２ａと外側コイル２ｂ
とを１本の素線で作製してもよい。この場合、内側コイ
ル２ａと外側コイル２ｂとの接続作業が省略される。

【００１９】参考例２． 上記参考例１では、無誘導コイルに構成された同一構成
の３つのコイルユニット１ａ、１ｂ、１ｃを幾何学的に
対称位置に配置し、かつ、並列に接続して超電導コイル
体１００を構成するものとしているが、この参考例２で
は、図５に示めされるように、無誘導コイルに構成され
た同一構成の６つのコイルユニット１ａ、１ｂ、１ｃ、
１ｄ、１ｅ、１ｆを幾何学的に対称位置に配置し、か
つ、並列に接続して超電導コイル体１００ａを構成する
ものとし、同様の効果を奏する。なお、この参考例２で
は、６つのコイルユニット１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１
ｅ、１ｆを、それぞれ軸心を互いに平行とし、軸心が軸
心と直交する平面内で同一円周上を通るように、周方向
に等角度間隔に配置して、幾何学的に対称位置に配置し
ている。

【００２０】参考例３． 上記参考例１では、無誘導コイルに構成された同一構成
の３つのコイルユニット１ａ、１ｂ、１ｃを幾何学的に
対称位置に配置し、かつ、並列に接続して超電導コイル
体１００を構成するものとしているが、この参考例３で
は、図６に示めされるように、無誘導コイルに構成され
た同一構成の６つのコイルユニット１ａ、１ｂ、１ｃ、
１ｄ、１ｅ、１ｆを、まず３つのコイルユニット１ａ、
１ｂ、１ｃを幾何学的に対称位置に配置し、かつ、並列
に接続してコイルユニット体１０１ａを形成し、同様に
３つのコイルユニット１ｄ、１ｅ、１ｆを幾何学的に対
称位置に配置し、かつ、並列に接続してコイルユニット
１０１ｂを形成し、両コイルユニット体１０１ａ、１０
１ｂをコイルユニットの軸心に直交する平面に対して対
称に配置し、さらに両コイルユニット体１０１ａ、１０
１ｂを直列に接続して超電導コイル体１００ｂを構成す
るものとしている。

【００２１】この参考例３によれば、コイルユニット体
１０１ａ、１０１ｂを構成する３つのコイルユニットが
それぞれ幾何学的に対称位置に配置され、コイルユニッ
ト体１０１ａ、１０１ｂが幾何学的に対称位置に配置さ
れているので、上記参考例１と同様の効果を奏する。さ
らに、高電圧化が図られる。

【００２２】参考例４． 上記参考例１では、コイルユニット１ａが内側コイル２
ａと外側コイル２ｂとから構成されるものとしている
が、この参考例４では、図７に示されるように、コイル
ユニット１ｇが超電導コイルとしての内側コイル２ｃ、
第１および第２の中間コイル２ｄ、２ｅおよび外側コイ
ル２ｆとから構成されるものとしている。この参考例４
では、内側コイル２ｃが素線からなる超電導線を所定の
巻回数巻回して形成されている。そして、第１の中間コ
イル２ｄが内側コイル２ｃの外周に所定距離離して素線
からなる超電導線を内側コイル２ｃと逆向きに所定の巻
回数巻回して形成されている。また、第２の中間コイル
２ｅが第１の中間コイル２ｄの外周に所定距離離して素
線からなる超電導線を第１の中間コイル２ｄと同じ向き
に所定の巻回数巻回して形成されている。さらに、外側
コイル２ｆが第２の中間コイル２ｅの外周に所定距離離
して素線からなる超電導線を第２の中間コイル２ｅと逆
向きに所定の巻回数巻回して形成されている。そして、
これらの内側コイル２ｃ、第１および第２の中間コイル
２ｄ、２ｅおよび外側コイル２ｆが直列に接続されてい
る。

【００２３】このように構成されたコイルユニット１ｇ
に通電した場合、図７に示されるように、内側コイル２
ｃと第１の中間コイル２ｄとには逆向きの電流が流れ、
第２の中間コイル２ｅと外側コイル２ｆとには逆向きの
電流が流れ、このコイルユニットは無誘導コイルとなっ
ている。この時、コイルユニット１ｇには、図７中矢印
で示すような磁束Φができる。そして、自己インダクタ
ンスは、上述したように各コイル間の空間を通る磁束Φ
でほぼ決定されことから、内側コイル２ｃと第１の中間
コイル２ｄとの間隔および第２の中間コイル２ｅと外側
コイル２ｆとの間隔を同じにしてコイルユニットを作製
すれば、自己インダクタンスの等しいコイルユニットが
容易に得られる。そこで、このように構成された３つの
コイルユニット１ｇを、上記参考例１のコイルユニット
１ａ、１ｂ、１ｃと同様に配置して超電導コイル体を構
成すれば、上記参考例１と同様の効果が得られる。

【００２４】実施の形態１． 図８はこの発明の実施の形態１に係る超電導限流装置の
超電導コイル体を示す斜視図、図９はこの発明の実施の
形態１に係る超電導限流装置に適用される超電導コイル
体のコイルユニット接続を示す回路図である。図８にお
いて、コイルユニット１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、
１ｆは上記参考例１で示したコイルユニットと同様に、
素線からなる超電導線が所定の巻回数巻回されて成形さ
れた内側コイル２ａと、この内側コイル２ａの外周に所
定の間隔をもって、内側コイル２ａと同一の素線からな
る超電導線が内側コイル２ａとは逆向きに所定の巻回数
巻回されて成形された外側コイル２ｂとから構成されて
いる。そして、内側コイル２ａと外側コイル２ｂとは、
直列に接続されて、電流が互いに逆向きに流れ、無誘導
コイルとなっている。

【００２５】そして、３つのコイルユニット１ａ、１
ｂ、１ｃを幾何学的に対称位置に配置し、かつ、並列に
接続してコイルユニット体１０１ａが形成されている。
同様に、３つのコイルユニット１ｄ、１ｅ、１ｆを幾何
学的に対称位置に配置し、かつ、並列に接続してコイル
ユニット１０１ｂが形成されている。また、コイルユニ
ット１０１ａ、１０１ｂをそれぞれ包囲するように磁気
シールド３、４が配設されている。さらに、これらのコ
イルユニット体１０１ａ、１０１ｂは、それらの内側コ
イル２ａおよび外側コイル２ｂが、図９に示されるよう
に、直列に接続されて、超電導コイル体１００ｃが構成
されている。なお、超電導コイル体１００ｃの基本的動
作は上記参考例１における超電導コイル体１００と同様
である。

【００２６】このように構成された超電導コイル体１０
０ｃは、コイルユニット１ａ、１ｂ、１ｃが磁気シール
ド３により囲われているので、磁束は磁気シールド３の
外部には漏れない。同様に、コイルユニット１ｄ、１
ｅ、１ｆが磁気シールド４により囲われているので、磁
束は磁気シールド４の外部には漏れない。従って、コイ
ルユニット１ａ、１ｂ、１ｃで構成されるコイルユニッ
ト体１０１ａとコイルユニット１ｄ、１ｅ、１ｆで構成
されるコイルユニット体１０１ｂとは磁気的に結合して
おらず、自由な位置に配置してもインダクタンスが変化
することはない。そこで、コイルユニット体１０１ａに
おいて、コイルユニット１ａ、１ｂ、１ｃを幾何学的に
対称位置に配置させれば、コイルユニット１ａ、１ｂ、
１ｃにはそれぞれ同一の電流が流れることになる。ま
た、コイルユニット体１０１ｂにおいても、同様であ
る。従って、この実施の形態１によれば、コイルユニッ
ト体１０１ａとコイルユニット体１０１ｂとを幾何学的
に対称位置に配置する必要がないので、コイルユニット
体の配置自由度が増し、自由な組み合わせにより、超電
導限流装置の大電流化、あるいは高電圧化を達成でき
る。

【００２７】なお、上記実施の形態１では、コイルユニ
ット体１０１ａ、１０１ｂが３つのコイルユニットで構
成されるものとしているが、各コイルユニット体を構成
するコイルユニットが幾何学的に対称位置に配置されて
いれば、コイルユニットの個数は３つの限定されるもの
ではない。

【００２８】実施の形態２． 図１０はこの発明の実施の形態２に係る超電導限流装置
に適用されるコイルユニットを示す模式構成図である。
図において、リング状に成形された磁性体５がコイルユ
ニット１ａの内側コイル２ａと外側コイル２ｂとの軸心
方向の一端側を覆うように配設されている。また、リン
グ状に成形された磁性体６がコイルユニット１ａの内側
コイル２ａと外側コイル２ｂとの軸心方向の他端側を覆
うように配設されている。なお、他の構成は上記参考例
１と同様に構成されている。

【００２９】磁性体５、６が配設されていない場合に
は、コイルユニット１ａに通電すると、図２に示される
ように磁束Φが生じる。つまり、内側コイル２ａと外側
コイル２ｂとの端部では磁束Φが曲がり、端部の磁束密
度が中央付近に比べ小さくなってしまう。そのため、内
側コイル２ａおよび外側コイル２ｂを構成する超電導線
の経験している磁束密度が軸心方向で異なり、内側コイ
ル２ａおよび外側コイル２ｂの全体が同時にクエンチし
にくくなるという問題が生じてしまう。しかしながら、
この実施の形態２では、コイルユニット１ａの両端に磁
性体５、６が配設されているので、磁束Φが図１０に矢
印で示されるようになり、内側コイル２ａおよび外側コ
イル２ｂを構成する超電導線の経験している磁束密度が
軸心方向で均一となり、内側コイル２ａおよび外側コイ
ル２ｂの全体が同時にクエンチしやすくなる。そこで、
クエンチしたときの発生抵抗が大きくなり、限流効果が
高まるという効果が得られる。

【００３０】なお、上記実施の形態２では、上記参考例
１におけるコイルユニットの軸心方向の両端に磁性体
５、６をそれぞれ配置するものとしているが、上記参考
例４におけるコイルユニットの軸心方向の両端に磁性体
５、６をそれぞれ配置しても、同様の効果が得られる。

【００３１】実施の形態３． 図１１はこの発明の実施の形態３に係る超電導限流装置
に適用されるコイルユニットを示す模式構成図、図１２
はこの発明の実施の形態３に係る超電導限流装置に適用
されるコイルユニットの超電導線を示す断面図である。
この実施の形態３では、内側コイル２ａおよび外側コイ
ル２ｂを構成する超電導線が単芯線である点を除いて、
上記実施の形態１と同様に構成されている。つまり、こ
の超電導線７は、図１２に示されるように、１本の超電
導フィラメント８ａが安定化銅８ｂ中に埋設されて構成
された単芯超電導線である。なお、超電導フィラメント
８ａは断面円形を形成されているが、断面矩形であって
もよい。

【００３２】一般的には、交流応用には交流用超電導線
が用いられる。この交流用超電導線は、損失を低減する
ために、超電導フィラメント８ａの直径（以下、超電導
フィラメント径という）をサブミクロンの太さにまで細
くしており、超電導フィラメント８ａの数が非常に多く
なっていた。一般的には、超電導フィラメント８ａの数
は数万本から数十万本である。そのため、非常に高価な
ものとなっていた。

【００３３】超電導フィラメント径と損失との関係は図
１３に模式的に示される。図１３からわかるように、交
流用超電導線は磁束密度に拘わらず損失が小さい。これ
は、超電導フィラメント径がサブミクロン以下の場合で
あり、超電導フィラメント径が数ミクロン以上となると
図１３に示されるようになる。つまり、超電導フィラメ
ント径が数ミクロン以上の場合、磁束密度が低い領域で
は、超電導フィラメント径が大きいほど損失が小さくな
る。従って、磁束密度を小さくできる系においては、超
電導フィラメント径が大きいほど損失を小さくできるの
で、超電導フィラメント径の最も大きい、即ち単芯線が
適している。そして、交流用超電導線は超電導フィラメ
ントの数が多く、非常に高価なものであるが、単芯線の
場合には非常に安価ある。

【００３４】この実施の形態３においても、コイルユニ
ット単体の電流値が小さいので、発生する磁束密度も小
さい。そこで、超電導線に単芯超電導線である超電導線
７を用いることができ、安価な超電導限流装置が得られ
る。なお、この実施の形態３では、上記実施の形態１に
おける超電導コイル体を構成する各コイルユニットを単
芯超電導線である超電導線７を用いて作製するものとし
ているが、他の実施の形態におけるコイルユニットに適
用しても、同様の効果が得られる。

【００３５】実施の形態４． 図１４はこの発明の実施の形態４に係る超電導限流装置
に適用されるコイルユニットを示す模式構成図である。
図において、内側コイル２ｃが素線からなる超電導線を
所定の巻回数巻回して形成されている。そして、第１の
中間コイル２ｄが内側コイル２ｃの外周に所定距離離し
て素線からなる超電導線を内側コイル２ｃと逆向きに所
定の巻回数巻回して形成されている。また、第２の中間
コイル２ｅが第１の中間コイル２ｄの外周に所定距離離
して素線からなる超電導線を第２の中間コイル２ｄと同
じ向きに所定の巻回数巻回して形成されている。さら
に、外側コイル２ｆが第２の中間コイル２ｅの外周に所
定距離離して素線からなる超電導線を第２の中間コイル
２ｅと逆向きに所定の巻回数巻回して形成されている。
そして、これらの内側コイル２ｃ、第１および第２の中
間コイル２ｄ、２ｅおよび外側コイル２ｆが直列に接続
されている。また、伝熱体９は熱伝導率の高い材料、例
えば銅板を円筒状に成形したもので、第１および第２の
中間コイル２ｄ、２ｅとの間に介装されている。なお、
他の構成は上記参考例４と同様に構成されている。

【００３６】このように構成されたコイルユニット１ｇ
に通電した場合、図１４に示されるように、内側コイル
２ｃと第１の中間コイル２ｄとには逆向きの電流が流
れ、第２の中間コイル２ｅと外側コイル２ｆとには逆向
きの電流が流れ、このコイルユニット１ｇは無誘導コイ
ルとなっている。この時、コイルユニット１ｇには、図
７中矢印で示すような磁束Φができるが、伝熱体９が介
装されている第１の中間コイル２ｄと第２の中間コイル
２ｅとの間には磁束Φがほとんどない。

【００３７】このように構成されたコイルユニット１ｇ
を上記参考例４と同様に幾何学的に対称位置に配置して
構成された超電導コイル体は、真空中に配置される。そ
して、図示していないが、伝熱体９は良熱伝導材を介し
て冷凍機のヒートステージに熱接続される。あるいは、
伝熱体９は一端を液体ヘリウム容器の液体ヘリウムに浸
漬された良熱伝導材の他端に熱接続されてもよい。そこ
で、伝熱体９が低温に冷却され、各コイルユニット１ｇ
が冷却されて、内側コイル２ｃ、第１および第２の中間
コイル２ｄ、２ｅおよび外側コイル２ｆが超電導状態に
維持される。

【００３８】通常、銅等の熱伝導率の高い材料は電気伝
導率も高い。そして、このような電気伝導率の高い材料
を磁束が差交する部位に配置すると、渦電流による交流
損失が発生してしまうことになる。しかしながら、この
実施の形態４によれば、伝熱体９が磁束がほとんどない
第１の中間コイル２ｄと第２の中間コイル２ｅとの間に
配置されているので、渦電流による交流損失の発生を抑
えて、各コイルユニット１ｇを冷却できるという効果が
得られる。また、超電導コイル体を真空中に配置し、各
コイルユニット１ｇを伝熱板９を介して冷却するように
しているので、液体ヘリウムで直接冷却する場合に比べ
て電気絶縁の耐圧を向上させることができる。

【００３９】なお、上記実施の形態４では、伝熱体９は
銅の平板を円筒状に成形されているものとしているが、
この円筒状の伝熱体９は、断面が完全なリング状であっ
てもよく、あるいは軸心方向にスリットを少なくとも１
つ設けて、断面Ｃ状、あるいは周方向に複数個に分割さ
れていてもよい。

【００４０】実施の形態５． この実施の形態５では、上記実施の形態４において、銅
板を円筒状に成形してなる伝熱体９に代えて、絶縁被覆
された銅線を巻回して円筒状に成形してなる伝熱体を用
いるものである。伝熱体が配置されている第１の中間コ
イル２ｄと第２の中間コイル２ｅとの間には、僅かなが
ら磁束がある。そこで、銅の平板を第１の中間コイル２
ｄと第２の中間コイル２ｅとの間に配置した場合には、
渦電流損失が発生してしまう。この絶縁被覆された銅線
を巻回して円筒状に成形してなる伝熱体は、渦電流の観
点からは電気的に分割された伝熱体となり、渦電流損失
を低減できる。

【００４１】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００４２】この発明によれば、超電導体のクエンチ時
の発生抵抗を利用して交流電路に生じる過電流を抑制す
る超電導コイル体を有する超電導限流装置において、上
記超電導コイル体は、複数個のコイルユニットが幾何学
的に対称位置に配置され、かつ、並列、直列あるいは直
並列に接続されて構成され、上記複数個のコイルユニッ
トは、それぞれ素線あるいは一次撚線からなる超電導線
を所定の巻回数巻回して成形された複数の超電導コイル
が同軸に多重に設けられ、かつ、互いに無誘導となるよ
うに接続されて構成され、さらに磁性体が、同軸に多重
に設けられた上記複数の超電導コイルの端部を覆うよう
に各コイルユニットの両端にそれぞれ配設されているの
で、コイルユニットにおける自己インダクタンスと相互
インダクタンスの総和のバラツキがなくなり、該バラツ
キに起因する循環電流の発生が抑えられ、超電導線に流
れる電流が素線の臨界電流値に達する以前にクエンチす
るようなことがなく、クエンチ電流値の低下が抑制でき
るとともに、コイルユニットを構成する複数の超電導コ
イルの経験磁界をほぼ等しくでき、全ての超電導コイル
が同じ電流値で同時にクエンチするようになる。そこ
で、超電導線として多重撚線を用いることなく、大電流
化もしくは高電圧化を達成できる超電導限流装置を得る
ことができる。また、超電導体のクエンチ時の発生抵抗
を利用して交流電路に生じる過電流を抑制する超電導コ
イル体を有する超電導限流装置において、上記超電導コ
イル体は、複数個のコイルユニットが幾何学的に対称位
置に配置され、かつ、並列、直列あるいは直並列に接続
されて構成され、上記複数個のコイルユニットは、それ
ぞれ素線あるいは一次撚線からなる超電導線を所定の巻
回数巻回して成形された複数の超電導コイルが同軸に多
重に設けられ、かつ、互いに無誘導となるように接続さ
れて構成され、上記複数の超電導コイルは、最内側に配
設された内側コイル、この内側コイルの外周に配設され
た第１の中間コイル、この第１の中間コイルの外周に配
設された第２の中間コイルおよびこの第２の中間コイル
の外周に配設された外側コイルから構成され、該内側コ
イル、該第１の中間コイル、該第２の中間コイルおよび
該外側コイルは、該内側コイルと該外側コイルとに同方
向の電流が流れ、かつ、該第１および第２の中間コイル
にこれと逆方向の電流が流れ るように接続され、該第１
および第２の中間コイル間に伝熱体が配設され、上記超
電導コイル体を真空中に配設し、上記伝熱体を介して上
記超電導コイルを冷却できるようにしているので、コイ
ルユニットにおける自己インダクタンスと相互インダク
タンスの総和のバラツキがなくなり、該バラツキに起因
する循環電流の発生が抑えられ、超電導線に流れる電流
が素線の臨界電流値に達する以前にクエンチするような
ことがなく、クエンチ電流値の低下が抑制できるととも
に、渦電流による交流損失の発生を抑えてコイルユニッ
トを冷却することができる。そこで、超電導線として多
重撚線を用いることなく、大電流化もしくは高電圧化を
達成できる超電導限流装置を得ることができる。

【００４３】また、この発明によれば、超電導体のクエ
ンチ時の発生抵抗を利用して交流電路に生じる過電流を
抑制する超電導コイル体を有する超電導限流装置におい
て、上記超電導コイル体は、複数個のコイルユニットが
幾何学的に対称位置に配置され、かつ、並列、直列ある
いは直並列に接続されて構成された複数個のコイルユニ
ット体と、上記複数個のコイルユニット体をそれぞれ包
囲するように設けられた磁気シールドとを備え、上記複
数個のコイルユニット体は、並列、直列あるいは直並列
に接続され、上記複数個のコイルユニットは、それぞれ
素線あるいは一次撚線からなる超電導線を所定の巻回数
巻回して成形された複数の超電導コイルが同軸に多重に
設けられ、かつ、互いに無誘導となるように接続されて
構成されているので、コイルユニットにおける自己イン
ダクタンスと相互インダクタンスの総和のバラツキがな
くなり、該バラツキに起因する循環電流の発生が抑えら
れ、超電導線に流れる電流が素線の臨界電流値に達する
以前にクエンチするようなことがなく、クエンチ電流値
の低下が抑制できるとともに、磁気シールドによりコイ
ルユニット体間の磁気的な結合がなく、コイルユニット
体間の配置の制約がなくなる。そこで、超電導線として
多重撚線を用いることなく、大電流化もしくは高電圧化
を達成できるとともに、コイルユニット体の配置自由度
の高い超電導限流装置を得ることができる。

【００４４】また、磁性体が、同軸に多重に設けられた
複数の超電導コイルの端部を覆うように各コイルユニッ
トの両端にそれぞれ配設されているので、コイルユニッ
トを構成する複数の超電導コイルの経験磁界をほぼ等し
くでき、全ての超電導コイルが同じ電流値で同時にクエ
ンチするようになる。

【００４５】また、超電導コイルを構成する超電導線
が、単芯超電導線であるので、低コスト化を図ることが
できる。

【００４６】また、コイルユニットを構成する複数の超
電導コイルは、最内側に配設された内側コイル、この内
側コイルの外周に配設された第１の中間コイル、この第
１の中間コイルの外周に配設された第２の中間コイルお
よびこの第２の中間コイルの外周に配設された外側コイ
ルから構成され、該内側コイル、該第１の中間コイル、
該第２の中間コイルおよび該外側コイルは、該内側コイ
ルと該外側コイルとに同方向の電流が流れ、かつ、該第
１および第２の中間コイルにこれと逆方向の電流が流れ
るように接続され、該第１および第２の中間コイル間に
伝熱体が配設され、超電導コイル体を真空中に配設し、
上記伝熱体を介して上記超電導コイルを冷却できるよう
にしたので、渦電流による交流損失の発生を抑えてコイ
ルユニットを冷却することができる。

【００４７】また、伝熱体が絶縁被覆された銅線を巻回
して成形されているので、コイルユニットにおける渦電
流損失を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の参考例１に係る超電導限流装置の
超電導コイル体を示す斜視図である。

【図２】 この発明の参考例１に係る超電導限流装置に
適用されるコイルユニットを示す模式構成図である。

【図３】 この発明の参考例１に係る超電導限流装置に
適用されるコイルユニットの内部接続を示す回路図であ
る。

【図４】 この発明の参考例１に係る超電導限流装置に
適用される超電導コイル体のコイルユニット接続を示す
回路図である。

【図５】 この発明の参考例２に係る超電導限流装置の
超電導コイル体を示す斜視図である。

【図６】 この発明の参考例３に係る超電導限流装置の
超電導コイル体を示す斜視図である。

【図７】 この発明の参考例４に係る超電導限流装置に
適用されるコイルユニットを示す模式構成図である。

【図８】 この発明の実施の形態１に係る超電導限流装
置の超電導コイル体を示す斜視図である。

【図９】 この発明の実施の形態１に係る超電導限流装
置に適用される超電導コイル体のコイルユニット接続を
示す回路図である。

【図１０】 この発明の実施の形態２に係る超電導限流
装置に適用されるコイルユニットを示す模式構成図であ
る。

【図１１】 この発明の実施の形態３に係る超電導限流
装置に適用されるコイルユニットを示す模式構成図であ
る。

【図１２】 この発明の実施の形態３に係る超電導限流
装置に適用されるコイルユニットの超電導線を示す断面
図である。

【図１３】 この発明の実施の形態３に係る超電導限流
装置に適用されるコイルユニットにおける超電導フィラ
メント径と損失の関係を示す図である。

【図１４】 この発明の実施の形態４に係る超電導限流
装置に適用されるコイルユニットを示す模式構成図であ
る。

【図１５】 超電導コイルの超電導線に用いられる線材
を示す模式構成図である。

【図１６】 各種超電導線を用いて作製された超電導コ
イルにおける磁束密度とクエンチ電流値の関係を示す図
である。

【図１７】 従来の超電導限流装置のコイル部分を示す
斜視図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ コイルユ
ニット、２ａ、２ｃ内側コイル（超電導コイル）、２
ｂ、２ｆ 外側コイル（超電導コイル）、２ｄ第１の中
間コイル（超電導コイル）、２ｅ 第２の中間コイル
（超電導コイル）、３、４ 磁気シールド、５、６ 磁
性体、７ 超電導線（単芯超電導線）、９ 伝熱体、１
０ 素線、１１ 一次撚線、１００、１００ａ、１００
ｂ、１００ｃ 超電導コイル体、１０１ａ、１０１ｂ
コイルユニット体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 垣内 隆 大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西 電力株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−327039（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−193994（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−142708（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−359626（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−57927（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−252527（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02H 9/02 H01F 6/06

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超電導体のクエンチ時の発生抵抗を利用
   して交流電路に生じる過電流を抑制する超電導コイル体
   を有する超電導限流装置において、上記超電導コイル体
   は、複数個のコイルユニットが幾何学的に対称位置に配
   置され、かつ、並列、直列あるいは直並列に接続されて
   構成され、上記複数個のコイルユニットは、それぞれ素
   線あるいは一次撚線からなる超電導線を所定の巻回数巻
   回して成形された複数の超電導コイルが同軸に多重に設
   けられ、かつ、互いに無誘導となるように接続されて構
   成され、さらに磁性体が、同軸に多重に設けられた上記
   複数の超電導コイルの端部を覆うように各コイルユニッ
   トの両端にそれぞれ配設されていることを特徴とする超
   電導限流装置。
2. 【請求項２】 超電導体のクエンチ時の発生抵抗を利用
   して交流電路に生じる過電流を抑制する超電導コイル体
   を有する超電導限流装置において、 上記超電導コイル体は、複数個のコイルユニットが幾何
   学的に対称位置に配置され、かつ、並列、直列あるいは
   直並列に接続されて構成され、 上記複数個のコイルユニットは、それぞれ素線あるいは
   一次撚線からなる超電導線を所定の巻回数巻回して成形
   された複数の超電導コイルが同軸に多重に設けられ、か
   つ、互いに無誘導となるように接続されて構成され、 上記複数の超電導コイルは、最内側に配設された内側コ
   イル、この内側コイルの外周に配設された第１の中間コ
   イル、この第１の中間コイルの外周に配設された第２の
   中間コイルおよびこの第２の中間コイルの外周に配設さ
   れた外側コイルから構成され、該内側コイル、該第１の
   中間コイル、該第２の中間コイルおよび該外側コイル
   は、該内側コイルと該外側コイルとに同方向の電流が流
   れ、かつ、該第１および第２の中間コイルにこれと逆方
   向の電流が流れるように接続され、該第１および第２の
   中間コイル間に伝熱体が配設され、上記超電導コイル体
   を真空中に配設し、上記伝熱体を介して上記超電導コイ
   ルを冷却できるようにしていることを特徴とする超電導
   限流装置。
3. 【請求項３】 超電導体のクエンチ時の発生抵抗を利用
   して交流電路に生じる過電流を抑制する超電導コイル体
   を有する超電導限流装置において、上記超電導コイル体
   は、複数個のコイルユニットが幾何学的に対称位置に配
   置され、かつ、並列、直列あるいは直並列に接続されて
   構成された複数個のコイルユニット体と、上記複数個の
   コイルユニット体をそれぞれ包囲するように設けられた
   磁気シールドとを備え、上記複数個のコイルユニット体
   は、並列、直列あるいは直並列に接続され、上記複数個
   のコイルユニットは、それぞれ素線あるいは一次撚線か
   らなる超電導線を所定の巻回数巻回して成形された複数
   の超電導コイルが同軸に多重に設けられ、かつ、互いに
   無誘導となるように接続されて構成されていることを特
   徴とする超電導限流装置。
4. 【請求項４】 磁性体が、同軸に多重に設けられた複数
   の超電導コイルの端部を覆うように各コイルユニットの
   両端にそれぞれ配設されていることを特徴とする請求項
   ３記載の超電導限流装置。
5. 【請求項５】 超電導コイルを構成する超電導線が、単
   芯超電導線であることを特徴とする請求項１乃至請求項
   ３のいずれかに記載の超電導限流装置。
6. 【請求項６】 コイルユニットを構成する複数の超電導
   コイルは、最内側に配設された内側コイル、この内側コ
   イルの外周に配設された第１の中間コイル、この第１の
   中間コイルの外周に配設された第２の中間コイルおよび
   この第２の中間コイルの外周に配設された外側コイルか
   ら構成され、該内側コイル、該第１の中間コイル、該第
   ２の中間コイルおよび該外側コイルは、該内側コイルと
   該外側コイルとに同方向の電流が流れ、かつ、該第１お
   よび第２の中間コイルにこれと逆方向の電流が流れるよ
   うに接続され、該第１および第２の中間コイル間に伝熱
   体が配設され、超電導コイル体を真空中に配設し、上記
   伝熱体を介して上記超電導コイルを冷却できるようにし
   たことを特徴とする請求項３記載の超電導限流装置。
7. 【請求項７】 伝熱体が絶縁被覆された銅線を巻回して
   成形されていることを特徴とする請求項２または請求項
   ６記載の超電導限流装置。