JP4833345B2 - 超電導磁石保護装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁場を応用した磁気浮上列車に搭載される超電導コイルを用いた超電導磁石装置に対する超電導磁石保護装置に関する。

磁場を応用した磁気浮上列車の車両の概略的な構造は図５に示すようなものである。超電導コイル１及び永久電流スイッチを収納した超電導磁石装置６は、車両３の床下の左右両側に取り付けられ、地上側の左右に設けられた推進コイル４及び浮上案内コイル５それぞれと対向している。このような構造の磁気浮上列車の車両３は、超電導磁石装置６と推進コイル４との電磁力で推進され、それに伴う超電導磁石装置６と浮上案内コイル５との誘導電流で浮上力が発生すると共に、左右の変位に対して常に中央位置になるように案内力が作用する。

このような磁気浮上列車の超電導磁石装置６には、超電導コイル１のクエンチに対する保護装置として、図６〜図８に示すような回路構成のものが採用されている。図６に示す超電導磁石保護装置は、ダイオード７と保護抵抗８との直列回路を左右両側の超電導コイル１毎にそれぞれに並列に接続したものである。図７に示す保護装置は、励消磁電源１０に近い側と遠い側との両端位置の超電導コイル１のみ、特許第２７０８６７８号公報に記載されている構成の放電管９を用いて強制消磁する回路と緊急消磁する回路を兼ねさせた回路構成にし、中央部の超電導コイル１は図６に示した回路構成と同じである。そして図８に示す超電導磁石保護回路は、超電導磁石装置６のすべての超電導コイル１に対して放電開始電圧が異なるループ放電管９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄを用いて緊急消磁する回路と強制消磁する回路とを兼ねた回路構成である。なお、ここで、ループ放電管９，９ａ，９ｂ，…等には、特許第２７０８６７８号の発明の「超電導磁石保護回路用スイッチ」が用いられている。

このような従来の超電導磁石保護装置では、片方の超電導コイル１がクエンチした場合に、対向する反対側の超電導コイル１の永久電流スイッチ２のヒータを投入して緊急消磁する。また、励消磁電源１０がない場合でも、超電導コイル１をクエンチさせずに永久電流スイッチ２のヒータを投入して強制消磁が可能なように、保護抵抗値を選択している。

しかしながら、上記のいずれの構成の超電導磁石保護装置にあっても、次のような問題点があった。図６に示した超電導磁石保護装置では、強制消磁でクエンチを起こさない保護抵抗値としているため、緊急消磁時においてクエンチした超電導コイル１の速い電流減衰に比べて、対向側の超電導コイル１の電流減衰が遅く、対向側の超電導コイルのクエンチによる緊急消磁時の異常左右力の低減ができない問題点があった。

また図７に示した超電導磁石保護装置では、超電導コイル１の４コイルの同時クエンチを想定した場合、中央コイルの回路構成のために、クエンチした中央コイルに対する対向側コイルの電流減衰が遅く、対向側コイルのクエンチによる緊急消磁時の異常左右力の低減効果が十分に期待できない問題点があった。

さらに図８に示した超電導磁石保護装置では、超電導コイル１の４コイルの同時クエンチを想定した場合、対向側コイルのクエンチによる緊急消磁時の異常左右力の低減は可能であるが、抵抗値の選択及び超電導コイルのインダクタンス、常電導転移時のコイル抵抗などによっては、発生電圧が機器の許容耐電圧を超える可能性がある問題点があった。また、励消磁時に保護抵抗のある片側の超電導コイルで保護抵抗への電流分流が発生し、コイル電流が定格電流に達するまで定格電流保持時間が必要となり、操作性が悪くなる問題点もあった。さらに、電流リードの熱容量の増加、励消磁ロスの増加を伴い、熱侵入量、熱負荷が大きくなる問題点もあった。

本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、励消磁時の操作性向上と発熱低減ができる超電導磁石保護装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明の超電導磁石保護装置は、左右に相対向するように同数の超電導コイルが左右それぞれにおいて直列に接続され、前記左右それぞれにおける直列に接続された超電導コイルの内の始端位置の超電導コイルそれぞれの始端端子間に電源が接続され、前記左右それぞれにおける直列に接続された超電導コイルの内の終端位置の超電導コイルそれぞれの終端端子間が短絡接続されて成る超電導磁石装置と、前記左右に相対向する超電導コイルの両端子の接続中点間毎に挿入された緊急消磁保護抵抗と、前記接続中点と左右いずれか一方の前記超電導コイルの端子との間毎に挿入された、ループ放電管と強制消磁保護抵抗との直列回路と、前記接続中点と左右いずれか他方の前記超電導コイルの端子との間毎に挿入されたループ放電管とから成るものである。

請求項１の発明の超電導磁石保護装置では、左右の相対向する超電導コイルそれぞれの端子と両者間の接続中点との間毎にループ放電管が存在することにより、片側の超電導コイルのみに生じる保護抵抗の励消磁時の電流分流を防止することができ、電源による定格電流での保持やこの間の永久電流スイッチヒータの通電が不要となり、励消磁時の電源操作性が良くなり、また電流リードの熱容量の増加、永久電流スイッチヒータの発熱による励消磁ロスなどの熱負荷増分を低減することができる。

請求項２の発明の超電導磁石保護装置は、左右に相対向するように同数の超電導コイルが左右それぞれにおいて直列に接続され、前記左右それぞれにおける直列に接続された超電導コイルの内の始端位置の超電導コイルそれぞれの始端端子間に電源が接続され、前記左右それぞれにおける直列に接続された超電導コイルの内の終端位置の超電導コイルそれぞれの終端端子間が短絡接続されて成る超電導磁石装置と、前記左右に相対向する超電導コイルの両端子の接続中点間毎に挿入された緊急消磁保護抵抗と、前記接続中点と左右それぞれの前記超電導コイルの端子との間毎に挿入された、ループ放電管と強制消磁保護抵抗との直列回路とから成るものである。

請求項２の発明の超電導磁石保護装置では、ループ放電管、強制消磁保護抵抗、緊急消磁保護抵抗が左右の相対向する超電導コイルに対して対称的に接続されているので、請求項２の発明の作用に加えて、左右の超電導コイルにおいて、片側の超電導コイルだけに強制消磁保護抵抗が挿入されている場合にはクエンチ発生時に起こり得る左右コイル間の発生電圧のアンバランスを防止することができ、左右両側の構成機器に電圧仕様が同一のものを採用することできるようになる。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の超電導磁石保護装置において、さらに、その中点電位点をアース抵抗を介して接地したものであり、請求項１又は２の発明の作用に加えて、発生電圧を中点アースから両側に分割発生させることによって両端の電圧を１／２に固定でき、超電導コイル、電流リードの機器の耐電圧に余裕を確保することができ、また保護抵抗の設定値を上げることができて緊急消磁の異常左右力をより低減することができる。

請求項１の発明によれば、左右の相対向する超電導コイルそれぞれの端子と両者間の接続中点との間毎にループ放電管が存在することにより、片側の超電導コイルのみに生じる保護抵抗の励消磁時の電流分流を防止することができ、電源による定格電流での保持やこの間の永久電流スイッチヒータの通電が不要となり、励消磁時の電源操作性が良くなり、また電流リードの熱容量の増加、永久電流スイッチヒータの発熱による励消磁ロスなどの熱負荷増分を低減することができる。

請求項２の発明によれば、ループ放電管、強制消磁保護抵抗、緊急消磁保護抵抗が左右の相対向する超電導コイルに対して対称的に接続されているので、請求項１の発明の効果に加えて、左右の超電導コイルにおいて、片側の超電導コイルだけに強制消磁保護抵抗が挿入されている場合にはクエンチ発生時に起こり得る左右コイル間の発生電圧のアンバランスを防止することができ、左右両側の構成機器に電圧仕様が同一のものを採用することできる。

請求項３の発明によれば、当該保護装置の中点電位点をアース抵抗を介して接地したので、請求項１又は２の発明の効果に加えて、発生電圧を中点アースから両側に分割発生させることによって両端の電圧を１／２に固定でき、超電導コイル、電流リードの機器の耐電圧に余裕を確保することができ、また保護抵抗の設定値を上げることができて緊急消磁時の異常左右力をより低減することができる。

本発明の第１の実施の形態の回路図。 本発明の第２の実施の形態の回路図。 本発明の第３の実施の形態の回路図。 本発明の第４の実施の形態の回路図。 一般的な磁気浮上列車の構造を示す断面図。 従来例の回路図。 他の従来例の回路図。 さらに他の従来例の回路図。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の第１の実施の形態の超電導磁石保護装置の回路構成を示している。この実施の形態の超電導磁石保護装置は、左右両側に配置された超電導コイル１と、永久電流スイッチ２と、左右両側の超電導コイル１の端子間毎に挿入されたループ放電管９と強制消磁保護抵抗８ｂとの直列回路と、各超電導コイル１の両端子間毎に並列に接続された緊急消磁保護抵抗８ａから構成されている。そして、この超電導磁石保護装置に対して、端位置の緊急消磁保護抵抗８ａの外側の端子Ｃｎと励消磁電源１０との間に緊急消磁保護抵抗８ａ群と並列に、回路保護抵抗８ｐと回路保護放電管９ｐとの直列回路で成る保護回路１１が接続されている。

この保護回路１１における回路保護抵抗８ｐは、緊急消磁保護抵抗８ａ群との並列回路の合成抵抗が基準値以下となるようにその抵抗値が選択されている。また、回路保護放電管９ｐは、基準設定電圧値で放電を開始する特性のものが選択されている。

ループ放電管９には、全ループ放電管９ａ、３／４ループ放電管９ｂ、１／２ループ放電管９ｃ、１／４ループ放電管９ｄが用いられていて、これらループ放電管９ａ〜９ｄは順次比例的に放電開始電圧が低いものである。

なお、これらのループ放電管９，９ａ，…等にはすべて、従来例でも説明したように、特許第２７０８６７８号の発明にかかる「超電導磁石保護回路用スイッチ」を採用している。そしてその動作の原理は、内部の電極をあらかじめ不活性ガス中に微小距離をおいて配置し、保護時には超電導磁石に蓄えられているエネルギーを利用し、保護の初期には両電極がアーク放電によって回路を構成し、その後はアーク放電中にアーク熱によって電極を溶解し両電極を溶着させることで回路を構成することにより、アーク放電による回路構成から両電極の溶着による回路構成に移行するというものである。

上記の実施の形態の超電導磁石保護装置では、緊急消磁保護抵抗８ａ、強制消磁保護抵抗８ｂ、ループ放電管９ａ〜９ｄで構成される保護装置に対し、これに並列に、回路保護抵抗８ｐと回路保護放電管９ｐとで成る保護回路１１を並列に設け、また回路保護抵抗８ｐの抵抗値を保護抵抗８ａ群との並列合成抵抗値が基準値以下となるように設定し、また回路保護放電管９ｐとして基準電圧値で放電開始するもの選択したので、基準電圧値よりも高い異常な高電圧が発生した時に回路保護放電管９ｐが最初に放電し、電圧分担により電圧を低く制御することが可能である。このため、基準値以上の電圧が発生するのを防止することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態を図２に基づいて説明する。第２の実施の形態の超電導磁石保護装置は、左右に相対向する超電導コイル１の両端子の接続中点間毎に緊急消磁保護抵抗８ａを挿入し、また各接続中点と左右いずれか一方（ここでは上側を右、下側を左とすれば、左側）の超電導コイル１の端子との間毎に、ループ放電管９ｌと強制消磁保護抵抗８ｂとの直列回路を挿入し、また各接続中点と左右いずれか他方（ここでは右側）の超電導コイル１の端子との間毎にループ放電管９ｒを挿入した構成である。

ループ放電管９ｒ，９ｌには、全ループ放電管９ａｒ，９ａｌ、３／４ループ放電管９ｂｒ，９ｂｌ、１／２ループ放電管９ｃｒ，９ｃｌ、１／４ループ放電管９ｄｒ，９ｄｌが用いられ、これらのループ放電管９ａｒ〜９ｄｒ；９ａｌ〜９ｄｌは順次比例的に放電開始電圧が低いものである。

この第２の実施の形態の超電導磁石保護装置では、図１に示した第１の実施の形態の回路構成に対して、ループ放電管９ｒ，９ｌを左右の超電導コイル１各々に対して個別に接続した構成であるので、左右片側の超電導コイル１のみに生じる緊急消磁保護抵抗８ａへの励消磁時の電流分流を防止することができ、コイル電流を励消磁電源１０の電源電流まで持ち上げる定格電流の保持を不要とし、また分流が消滅するまでの時間の永久電流スイッチ２のヒータへの通電を不要とし、励消磁時の超電導磁石コイル１及び励消磁電源１０の操作性を良くすると共に、電流リードの熱容量増加、永久電流スイッチ２のヒータ発熱による励消磁ロスなどの熱負荷増分を低減する。

次に、本発明の第３の実施の形態を図３に基づいて説明する。第３の実施の形態の超電導磁石保護装置は、図２に示した第２の実施の形態の超電導磁石保護装置に対して、さらに左右両側の超電導コイル１の相対向する端子と接続中点との間毎に、左右対称にループ放電管９ｒと強制消磁保護抵抗８ｒとの直列回路、またループ放電管９ｌと強制消磁保護抵抗８ｌとの直列回路を挿入し、左右両側のこれらの直列回路の接続中点間毎に、緊急消磁保護抵抗８ａを接続した構成である。なお、ループ保護放電管９ｒ，９ｌには、第１、第２の実施の形態と同様に、全ループ放電管９ａｒ，９ａｌ、３／４ループ放電管９ｂｒ，９ｂｌ、１／２ループ放電管９ｃｒ，９ｃｌ、１／４ループ放電管９ｄｒ，９ｄｌが用いられている。

この第３の実施の形態の超電導磁石保護装置では、強制消磁保護抵抗とループ放電管とを一対とした直列回路を、左右の超電導コイル１それぞれに対して個別に挿入した構成であるので、図２に示した第２の実施の形態の保護装置と同様に、左右片側の超電導コイル１のみに生じる緊急消磁保護抵抗８ａへの励消磁時の電流分流を防止することができ、コイル電流を励消磁電源１０の電源電流まで持ち上げる定格電流の保持を不要とし、また分流が消滅するまでの時間の永久電流スイッチ２のヒータへの通電を不要とし、励消磁時の超電導磁石コイル１及び励消磁電源１０の操作性を良くすると共に、電流リードの熱容量増加、永久電流スイッチ２のヒータ発熱による励消磁ロスなどの熱負荷増分を低減する。

そして、これに加えて、回路構成が左右対称であることにより、図２に示した第２の実施の形態のように片側の超電導コイル１だけに強制消磁保護抵抗８ｂが挿入されていることに起因するクエンチ発生のコイル側の差違による発生電圧の違いが起きず、したがって、左右の機器に電圧仕様が同一のものを採用することができる。

次に、本発明の第４の実施の形態を図４に基づいて説明する。この第４の実施の形態の超電導磁石保護装置は、図１に示した第１の実施の形態の超電導磁石保護装置に対して、回路中点Ｃｔを数ｋオームのアース抵抗８ｒを介して接地したことを特徴とする。

このように超電導磁石保護装置の回路中点Ｃｔをアース抵抗８ｒを介してアース接地することにより、発生電圧を中点接地点Ｃｔから両側に分割発生させて、両端の発生電圧を２分の１に固定することができ、超電導コイル１、電流リードの機器の耐圧電圧の余裕度を確保することができ、さらに、保護抵抗８ｐの設定値を上げて電流減衰を速めることが可能となり、緊急消磁時の異常左右力のさらなる低減が図れる。

なお、本発明は上記の各実施の形態に限定されることはなく、次のような構成を採用することもできる。図２に示した第２の実施の形態、また図３に示した第３の実施の形態において、超電導コイル１群の外側の端部の端子Ｃｎと励消磁電源１０との間に、第１の実施の形態と同様に、回路保護抵抗８ｐと回路保護放電管９ｐとで成る保護回路１１を並列に接続することができる。これによって、第１の実施の形態と同様に、基準電圧値よりも高い異常な高電圧が発生した時に回路保護放電管９ｐが最初に放電し、電圧分担により電圧を低く制御することが可能である。

また、図１に示した第１の実施の形態、図２に示した第２の実施の形態、図３に示した第３の実施の形態それぞれにおいて、図４に示した第４の実施の形態と同様に、回路中点Ｃｔをアース抵抗８ｒを介して接地することができ、これによって、発生電圧を中点接地点Ｃｔから両側に分割発生させて、両端の発生電圧を２分の１に固定することができ、超電導コイル１、電流リードの機器の耐圧電圧の余裕度を確保することができる。

さらに、図２に示した第２の実施の形態、図３に示した第３の実施の形態において、図４に示した第４の実施の形態と同様に、保護回路１１と共に回路中点Ｃｔの接地を行うことができ、これによって、第４の実施の形態と同様の作用効果を奏する。

１ 超電導コイル
２ 永久電流スイッチ
６ 超電導磁石装置
８ａ，８ａｒ，８ａｌ 緊急消磁保護抵抗
８ｂ，８ｂｒ，８ｂｌ 強制消磁保護抵抗
８ｐ 回路保護抵抗
８ｒ アース抵抗
９ ループ放電管
９ａ，９ａｒ，９ａｌ 全ループ放電管
９ｂ，９ｂｒ，９ｂｌ ３／４ループ放電管
９ｃ，９ｃｒ，９ｃｌ １／２ループ放電管
９ｄ，９ｄｒ，９ｄｌ １／４ループ放電管
９ｐ 回路保護放電管
１０ 励消磁電源
１１ 保護回路

Claims (3)

1. 左右に相対向するように同数の超電導コイルが左右それぞれにおいて直列に接続され、前記左右それぞれにおける直列に接続された超電導コイルの内の始端位置の超電導コイルそれぞれの始端端子間に電源が接続され、前記左右それぞれにおける直列に接続された超電導コイルの内の終端位置の超電導コイルそれぞれの終端端子間が短絡接続されて成る超電導磁石装置と、
   前記左右に相対向する超電導コイルの両端子の接続中点間毎に挿入された緊急消磁保護抵抗と、
   前記接続中点と左右いずれか一方の前記超電導コイルの端子との間毎に挿入された、ループ放電管と強制消磁保護抵抗との直列回路と、
   前記接続中点と左右いずれか他方の前記超電導コイルの端子との間毎に挿入されたループ放電管とから成る超電導磁石保護装置。
2. 左右に相対向するように同数の超電導コイルが左右それぞれにおいて直列に接続され、前記左右それぞれにおける直列に接続された超電導コイルの内の始端位置の超電導コイルそれぞれの始端端子間に電源が接続され、前記左右それぞれにおける直列に接続された超電導コイルの内の終端位置の超電導コイルそれぞれの終端端子間が短絡接続されて成る超電導磁石装置と、
   前記左右に相対向する超電導コイルの両端子の接続中点間毎に挿入された緊急消磁保護抵抗と、
   前記接続中点と左右それぞれの前記超電導コイルの端子との間毎に挿入された、ループ放電管と強制消磁保護抵抗との直列回路とから成る超電導磁石保護装置。
3. 請求項１又は２に記載の超電導磁石保護装置において、その中点電位点をアース抵抗を介して接地したことを特徴とする超電導磁石保護装置。

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