JP5255425B2 - 電磁石装置 - Google Patents
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Description
前記複数の超電導コイルそれぞれの一部が超電導状態から常電導転移して発生した電圧にて一部が常電導転移した前記超電導コイルに並列に接続する前記昇温手段に通電することにより、一部が常電導転移した前記超電導コイルに直列に接続する前記限流器が超電導状態から常電導転移することを特徴とする。
図1に、本発明の第1の実施形態に係る電磁石装置1の回路図を示す。電磁石装置1は、クライオスタット2を有している。クライオスタット2の外側には、励磁電源10と、励磁電源10に直列接続された電流遮断器11とが設けられている。クライオスタット2の内側には、永久電流スイッチ4と、複数(図1では2つ)の保護抵抗7(7a、7b)と、複数(図1では2つ)の高温超電導コイル3(3a、3b)と、複数(図1では2つ)の限流器5(5a、5b)と、複数の(図1では2つ)の昇温手段6が設けられ、保冷されている。特に、高温超電導コイル3、永久電流スイッチ4、限流器5は、クライオスタット2によって、それぞれが有する超電導材の臨界温度以下に保たれ超電導状態となっている。
高温超電導コイル3aの一部で常電導転移が発生し、高温超電導コイル3aの両端電圧がダイオード8aのオン電圧を超えた場合、ダイオード8aが閉(オン)となり、昇温手段6に通電される。高温超電導コイル3aと永久電流スイッチ4とを通る閉回路を流れる電流の一部が、ヒータ9aに供給され、ヒータ9aが発熱する。このヒータ9aの熱は限流器5aへ伝導し、限流器5a、特に、低温超電導物質で形成された超電導線材を加熱する。この加熱により、超電導線材が昇温し、超電導線材の一部が超電導状態から常電導転移して、この超電導線材の一部で発熱する。そして、この常電導転移とこの発熱は、なだれ状に超電導線材の全体に伝播する。低温超電導物質の臨界温度は高温超電導物質より低く、低温超電導物質は高温超電導物質より常電導転移しやすいことから、その伝播の速度は、高温超電導コイル3aにおける伝播の速度より速くなる。また、限流器5aの冷却安定化材の電気抵抗率が、高温超電導コイル3aの冷却安定化材の電気抵抗率より高いことから、超電導体の一部で常電導転移して、その常電導転移した超電導体の一部からその周辺の冷却安定化材に電流のパスが変わっても、冷却安定化材において高いエネルギ密度で発熱させることができる。これらのことにより、限流器5aにおける常電導転移の伝播の速度は、高温超電導コイル3aにおける伝播の速度より速くなっている。
図2に、本発明の第2の実施形態に係る電磁石装置1の回路図を示す。第2の実施形態の電磁石装置1が、第1の実施形態の電磁石装置1と異なる点は、昇温手段6が、限流器5を高温超電導コイル3に直列かつ並列に接続する回路となって、ヒータ9が省かれている点である。なお、ダイオード8に直列に接続されている抵抗13は、昇温手段6、さらには限流器5を流れる電流を制限し、昇温手段6と限流器5を保護することができる。
図4(a)に、本発明の第3の実施形態に係る電磁石装置の回路図を示す。第3の実施形態の電磁石装置1が、第2の実施形態の電磁石装置1と異なる点は、直列に接続された複数の抵抗14(14a、14b)を有し、この複数の抵抗14(14a、14b)の直列接続が、複数の高温超電導コイル群12(12a、12b)の直列接続に対して、並列に接続され、直列接続された複数の抵抗14a、14bの間の接続点16と、直列接続された複数の高温超電導コイル群12a、12bの間の接続点15の間に、昇温手段6を接続して、ブリッジ回路(バランス型回路)を構成している点である。また、複数の高温超電導コイル3は、高温超電導コイル群12a、12bによって2つに分けられている。
図5に、本発明の第4の実施形態に係る電磁石装置1の回路図を示す。第4の実施形態の電磁石装置1の回路構成は、第2の実施形態の電磁石装置1の回路構成と同じになっている。図5に示すように、クライオスタット2は、真空断熱のための真空容器17と、輻射熱の侵入を抑制する輻射シールド18と、冷凍機19と、熱伝達手段25とを有している。輻射シールド18は真空容器17に内包され、熱伝達手段25は輻射シールド18に内包されている。冷凍機19は、極低温に冷却可能な第1ステージと、第1ステージよりは高い温度ではあるが低温に冷却可能な第2ステージとを有している。第1ステージは、熱伝達手段25に熱的に接続され、熱伝達手段25は、前記極低温に冷却されている。第2ステージは、輻射シールド18に熱的に接続され、輻射シールド18は、前記極低温より高い温度である低温に冷却されている。熱伝達手段25は、輻射シールド18に内包された、高温超電導コイル3(3a、3b)、保護抵抗7(7a、7b)、永久電流スイッチ4、限流器5(5a、5b)、ダイオード8(8a、8b)、抵抗13(昇温手段6)と熱的に接続しており、それぞれを臨界温度以下に冷却し、高温超電導コイル3(3a、3b)、永久電流スイッチ4、限流器5(5a、5b)を超電導状態を保つことが可能である。第4の実施形態によれば、第2の実施形態と同様の効果が得られるだけでなく、輻射シールド18に内包するような冷媒容器と冷媒を別途用意せずとも、高温超電導コイル3(3a、3b)、永久電流スイッチ4、限流器5(5a、5b)を臨界温度以下にして超電導状態を保ち、電磁石装置1を運転することが可能である。
図6に、本発明の第5の実施形態に係る電磁石装置1の回路図を示す。第5の実施形態の電磁石装置1の回路構成は、第2及び第4の実施形態の電磁石装置1の回路構成と同じになっている。第5の実施形態の電磁石装置1が、第4の実施形態の電磁石装置1と異なる点は、熱伝達手段25に換えて、冷媒26が入れられる冷媒容器27を有している点である。冷媒容器27は、真空容器17さらに輻射シールド18に内包されている。冷媒容器27は、冷凍機19の第1ステージに熱的に接続し、冷媒容器27と冷媒26は前記極低温に冷却されている。冷媒容器27は、永久電流スイッチ4、限流器5(5a、5b)、ダイオード8(8a、8b)、抵抗13(昇温手段6)を冷媒26と伴に内包しており、それぞれを臨界温度以下に冷却し、永久電流スイッチ4、限流器5(5a、5b)を超電導状態に保つことが可能である。なお、冷媒26としては、液体ヘリウム(He)を用いることができる。
図7に、本発明の第6の実施形態に係る電磁石装置の回路図を示す。第6の実施形態の電磁石装置1の回路構成は、第2、第4及び第5の実施形態の電磁石装置1の回路構成と同じになっている。第6の実施形態の電磁石装置1が、第5の実施形態の電磁石装置1と異なる点は、永久電流スイッチ4が、冷媒容器27の外側に配置され、伝熱手段28によって冷媒容器27に熱的に接続されている点が異なっている。
2 クライオスタット
3、3a、3b 超電導コイル
4 永久電流スイッチ
5、5a、5b 限流器
6 昇温手段
7、7a、7b 保護抵抗
8、8a、8b ダイオード
9、9a、9b ヒータ
10 励磁電源
11 電流遮断器
12、12a、12b 超電導コイル群
13、14、14a、14b 抵抗
15 超電導コイル群の接続点
16 抵抗の接続点
17 真空容器
18 輻射シールド
19 冷凍機
20 限流器の超電導線材
21 冷却安定化材
22 超電導体
26 冷媒
27 冷媒容器
28 伝熱手段
Claims (9)
- 複数の超電導コイルと、
前記複数の超電導コイルそれぞれに直列に接続され、臨界温度が前記超電導コイルより低い超電導線材を用いた複数の限流器と、
前記複数の超電導コイルと前記複数の限流器とで閉回路を構成する永久電流スイッチと、
前記複数の超電導コイルそれぞれに並列に接続され、通電により前記複数の超電導コイルそれぞれに直列に接続する前記限流器を昇温させる複数の昇温手段とを備え、
前記複数の超電導コイルそれぞれの一部が超電導状態から常電導転移して発生した電圧にて一部が常電導転移した前記超電導コイルに並列に接続する前記昇温手段に通電することにより、一部が常電導転移した前記超電導コイルに直列に接続する前記限流器が超電導状態から常電導転移することを特徴とする電磁石装置。 - 前記限流器では、純銅と比較して抵抗率が高い冷却安定化材を、前記超電導線材の超電導体の周囲に配置していることを特徴とする請求項1に記載の電磁石装置。
- 前記昇温手段は、前記限流器の前記超電導線材と熱的に接触するヒータを有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電磁石装置。
- 前記昇温手段は、前記超電導線材の周囲に配置される冷却安定化材を、前記超電導コイルに並列に接続する回路を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電磁石装置。
- 前記昇温手段は、ダイオードを有することを特徴とする請求項1及至請求項4のいずれか1項に記載の電磁石装置。
- 直列に接続された複数の抵抗を有し、
前記超電導コイルと前記限流器との複数の直列接続のそれぞれは、前記抵抗に並列に接続され、
複数の前記抵抗の接続点と複数の前記直列接続の接続点との間に、前記昇温手段を接続して、ブリッジ回路を構成し、
複数の前記超電導コイルが超電導状態であるときは、前記ブリッジ回路は平衡条件を満たして、前記昇温手段には通電しないことを特徴とする請求項1及至請求項4のいずれか1項に記載の電磁石装置。 - 真空容器に内包された伝熱手段と、
前記伝熱手段に熱的に接続し前記伝熱手段を冷却する冷凍機とを備え、
前記伝熱手段は、前記超電導コイル、前記限流器、前記昇温手段とに、熱的に接続することを特徴とする請求項1及至請求項6のいずれか1項に記載の電磁石装置。 - 真空容器に内包された冷媒容器と、
前記冷媒容器に熱的に接続し前記冷媒容器と冷媒を冷却する冷凍機とを備え、
前記冷媒容器は前記限流器と前記昇温手段と前記冷媒を内包することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の電磁石装置。 - 前記真空容器に内包され、前記冷媒容器に熱的に接続する伝熱手段を備え、
前記伝熱手段は前記超電導コイルに熱的に接続することを特徴とする請求項8に記載の電磁石装置。
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