JPH02184004A - 超電導マグネットの保護方法及びその保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超電導マグネットの保護に係り、特に超電導
マグネットの超電導状態が破れて常電導状態に転移した
際に有効な超電導マグネットの保護方法及びその保護装
置に関する。

〔従来の技術〕

超電導マグネットは、臨界温度以下の低温に冷却されて
電気抵抗がゼロとなる超電導体の巻回より構成されるも
のである。この超電導体は臨界温度以上の温度になるこ
と、あるいは臨界電流以上の電流が流れることなどによ
って、超電導状態を保持できなくなり常電導状態に転移
してしまう。

超電導マグネットが常電導状態に転移すると電気抵抗ゼ
ロであったものに抵抗が発生し、超電導マグネットの磁
気エネルギーが急激にジュール熱となって放出されるこ
とになる。このため、温度上昇又は電圧の発生によって
超電導マグネットの焼損、絶縁破壊などの重大事故が発
生する恐れがあり、これを防止するために種々の保護方
法が考案されている。

第３図に従来の超電導マグネットの保護回路が示される
。超電導マグネット１６は３個の巻線ブＣｌツタ（コイ
ル）１６ａ、１６ｂ及び１６ｃを直列接続したものであ
る。超電導マグネット１６の保護手段として、超電導マ
グネット１６と並列に外部に１台の保護抵抗１７を設け
たものである。

超電導マグネット１６はスイッチ１８を介して励磁電源
１９により励磁されているが、何らかの原因で超電導マ
グネット１６の超電導状態が破れて常電導状態に転移し
た場合は、超電導マグネット１６を励磁している励磁電
源１９をスイッチ１８により切り離す。これによって超
電導マグネッｌ、１６の磁気エネルギーを超電導マグネ
ット１６と並列に接続された保護抵抗１７に放出させ、
超電導マグネット１６を保護しようとするものである。

ここで、第３図の保護回路において保護抵抗１７につい
て次のような制限がある。即ち、超電導マグネット１６
の保護の観点から常電導部分での発熱による温度上昇を
なるべく低減するために、マグネット電流をすみやかに
減衰させる必要がある。

このために大きな抵抗値を有する保護抵抗を必要とする
が、抵抗値が大きすぎると保護抵抗１７の両端電圧即ち
超電導マグネット１６の両端電圧が許容絶Ｒ１ｌ＆圧を
越えてしまう。従って、少なくとも許容絶縁電圧以下に
なるように保護抵抗１７の抵抗値を決めなければならな
い。

しかしながら、これまで電源遮断後の超電導マグネット
１６の電位分布についてあまり考慮されておらず第３図
の回路での発生電圧に関して次のような問題があった。

即ち、第３図の回路での最高発生電圧は必ずしも保護抵
抗１７の両端電圧ではなく超電導マグネット１６の内部
で最高電圧が発生することがあるために保護抵抗１７の
両端電圧を許容絶縁電圧以下にするだけでは不十分であ
る。

第４図は第３図の回路における電源遮断後の超電導マグ
ネット１６の端子Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤのそれぞれの電位を
示したものである。ここで、超電導マグネット１６の一
方の端子の電位はアース電位となり、端子Ａと端子りと
の間の電位差は保護抵抗１７の両端電圧に等しくなる。

第４図は巻線ブロック（コイル）１６ａ又は１６ｂ又は
１６ｃで超電導状態が破れて常電導状態に転移したそれ
ぞれの場合について、電源遮断後のある時刻におけるそ
れぞれの電位分布のプロットを示している。

巻線ブロック１６ａが常電導転移した場合の電位分布の
プロットを実線で示す。同様に、巻線ブロック１６ｂが
常電導転移した場合の電位分布のプロットを点線で示す
。また同様に、巻線ブロック１６ｃが常電導転移した場
合の電位分布のプロットを一点鎖線で示す。また、第４
図の右側に保護抵抗の電圧、それぞれの場合の超電導マ
グネット１６で発生する電圧、即ち、電位分布のプロッ
トにおける最大値と最小値の差である電位差を示す。

まず、一番左に保護抵抗１７の両端電圧、次に左から順
番に、巻線ブロック１６ａが常電導転移した場合の超電
導マグネット１６で発生する電圧、巻線ブロック１６ｂ
が常電導転移した場合の超電導マグネット１６で発生す
る電圧、巻線ブロック１６ｃが常電導転移した場合の超
電導マグネット１６で発生する電圧を示す。従って、こ
れら３通りのうちで、巻線ブロック１６ｂが常電導転移
した場合が一番超電導マグネット１６で発生する電圧が
低くなることがわかる。

従って第４図に示されるように、端の巻線ブロック１６
ａ又は１６ｃで超電導状態が破れて常電導状態に転移し
た場合は、超電導マグネット１６の内部で最高電圧が発
生する可能性は大きく、第３図の回路での最高発生電圧
は保護抵抗１７の両端電圧より高くなることがある。つ
まりコイルの両端部に抵抗のある部分が発生し、この部
分のインダクタンスＱとこの部分の抵抗γとが次式の関
係を満たすときは、 ｔ：時間 最高発生電圧は保護抵抗の両端電圧ＲＩ（Ｒは保護抵抗
１７の抵抗）より大きくなる。しかし、中央の巻線ブロ
ック１６ｂだけで超電導状態が破れて常電導状態に転移
した場合は、超電導マグネット１６の内部で最高電圧が
発生する可能性は小さくなり、はとんどの場合第３図の
回路における最高発生電圧は保護抵抗１７の両端電圧に
なり、少なくとも、端の巻線ブロック１６ａ又は１６ｃ
で超電導状態が破れて常電導状態に転移した場合に比べ
て、第３図の回路での最高発生電圧は低くなる。従って
、巻線ブロック１６ａ又は１６ｃが常電導転移する場合
は保護抵抗１７の抵抗値を１６ｂが常電導転移する場合
より小さくしなければならない。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の超電導マグネットの保護方法にあっては、直列接
続したコイル（巻線ブロック）の端のコイルが常電導転
移した場合は、超電導マグネットの両端電圧が許容絶縁
電圧を越えてしまう問題点があった。

本発明の目的は、超電導マグネットの内部で最高電圧が
発生する可能性を少なくして、最高発生電圧が許容絶縁
電圧を越えないようにするとともに、保護抵抗の両端電
圧に等しくなるようにする超電導マグネットの保護方法
及びその保護装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係る超電導マグネ
ットの保護方法は、複数のコイルを直列に接続してなる
超電導マグネットを少なくとも１個の保護抵抗で保護し
、保護抵抗を超電導マグネットと並列に接続するととも
に超電導マグネットの常電導転移をクエンチ検知器で検
知し、クエンチ検知器からの信号に応じて制御器が作動
し超電導マグネットと保護抵抗とを閉路する超電導マグ
ネットの保護方法において、直列のほぼ中央に位置する
コイルに常電導転移を起こさせ、コイルの発生電圧を許
容Ｉｌ！Ｊｉ＆電圧以下に制限するように構成きれてい
る。

そして、コイルを一本の線材で巻回する際に、磁界が高
くなるコイルの部位を中央に位置させて直列接続する構
成またはコイルを一本の線材で巻回する際に、常電導転
移時に線材の温度が高くなるコイルの部位を中央に位置
させて直列接続する構成とし、 さらに、コイルを一本の線材で巻回する際に、磁界が低
くなるコイルの部位を励磁ｆＩ！源の両端に接続する構
成、またはコイルを一本の線材で巻回する際に、常電導
転移時に線材の温度が高くならないコイルの部位を励磁
電源の両端に接続する構成でも良い。

そして超電導マグネットの保護装置においては、複数の
コイルを直列に接続してなる超電導マグネットを保護す
る少くとも１個の保護抵抗と、保護抵抗を超電導マグネ
ットと並列に接続するとともに超電導マグネットの常電
導転移を検知するクエンチ検知器と、クエンチ検知器か
らの信号に応じて制御器が作動し超電導マグネットと保
護抵抗とを閉路するスイッチとからなる超電導マグネッ
トの保護装置において、常電導転移を起こすコイルを直
列のほぼ中央に配設した構成とする。

〔作用〕

本発明の超電導マグネットの保護方法によれば、複数の
直列接続したコイルの中央で常電導転移を起こさせるこ
とによって、コイルの発生電圧は許容絶縁電圧以下とな
る。そして磁界が高くなるコイルの部位を中央に位置さ
せるか、または磁界が低くなるコイルの部位を励磁電源
の両端に接続することによって常電導転移時に最高発生
電位は低くなり、常電導転移時に線材の温度が高くなる
コイルの部位を中央に位置させるか、または常電導転移
時に線材の温度が高くならないコイルの部位を励磁電源
の両端に接続することによって、例えば外層の巻線部分
は内層の巻線部分より臨界温度が高くなり、外部の保護
抵抗側からの熱侵入の影響が小さくなる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図を参照しながら説明する。

第１図に示されるように、複数のコイル１及び２を直列
に接続してなる超電導マグネット２１を少なくとも１個
の保護抵抗１７で保護し、保護抵抗１７を超電導マグネ
ット２１と並列に接続するとともに超電導マグネット２
１の常電導転移をクエンチ検知器（図示せず）で検知し
、クエンチ検知器からの信号に応じて制御器（図示せず
）が作動し超電導マグネット２１と保護抵抗１７とをス
イッチ１８を介して閉路する超電導マグネットの保護方
法において、直列のほぼ中央に位置するコイルの内層に
常電導転移を起こさせ、コイルの発生電圧を許容絶縁電
圧以下にｉ？ｉｌＪ限するように構成とする。

そして、コイルを一本の線材で巻回する際に、磁界が高
くなるコイルの部位を中央（コイル１゜２の内層）に位
置させて直列接続する構成またはコイルを一本の線材で
巻回する際に、常電導転移時に線材の温度が高くなるコ
イルの部位を中央に位置させて直列接続する構成とし、 さらに、コイルを一本の線材で巻回する際に。

磁界が低くなるコイルの部位を外層側の端子４゜６を介
して励磁電源１９の両端に接続する構成、またはコイル
を一本の線材で巻回する際に、常電導転移時に線材の温
度が高くならないコイルの部位を外層側の端子４，６を
介して励磁電源１９の両端に接続する構成でも良い。

そして超電導マグネット２１の保護装置においては、複
数のコイル１を直列に接続してなる超電導マグネット２
１を保護する少くとも１４１の保護抵抗１７と、保護抵
抗１７を超電導マグネット２１と並列に接続するととも
に超電導マグネット２１の常電導転移を検知するクエン
チ検知器（図示せず）と、クエンチ検知器からの信号に
応じて制御器（図示せず）が作動し超電導マグネット２
１と保護抵抗１７とを閉路するスイッチ１８とからなる
超電導マグネットの保護装置において。

常電導転移を起こすコイルを直列のほぼ中央に配設した
構成とする。

本発明は超電導状態が破れて常電導状態に転移する部位
が、超電導マグネット内において巻線の端部ではなく中
央部になるようにすることにょうて所期の目的は達成す
るようにしたものであって、第１図に示されるソレノイ
ド巻の巻線ブロック（コイル）１には内層側の端子３と
外層側の端子４とがあり、同様に、巻線ブロック２には
内層側の端子５と外層側の端子６とがある。第１図に示
されるような配置で、それぞれの巻線ブロックが同一方
向の磁界を発生させる場合において、磁界はそれぞれの
巻線ブロックの外層の巻線部分より内層の巻線部分にお
いて高くなり、超電導状態から常電導状態への転移は内
層の巻線部分において発生する。従って、内層側の端子
３と内層側の端子５とを接続し、外層側の端子４と６を
それぞれ外部の保護抵抗１７に接続するように、２個の
巻線ブロック１と２を直列接続することにより、全体と
して超電導マグネット２１は巻線ブロック１の外層部−
巻線ブロック１の内層部−巻線ブロック２の内層部−巻
線ブロック２の外層部の順に接続したことになる。その
結果、超電導状態が破れて常電導状態に転移する部位（
巻線ブロックの内層部）が、超電導マグネット内におい
て巻線の端部ではなく中央部になるようにでき、内層側
の端子３と５をそれぞれ外部の保護抵抗に接続する場合
に比べて第３図に示されるような回路での最高発生電圧
は低くなる。ここで、２個の巻線ブロック１と２は互い
に逆向きに巻いてあり、しかも、外層の巻線部分は内層
の巻線部分より磁界は低いため、内層の巻線部分より臨
界温度は高くなり、外部の保護抵抗側からの熱侵入の影
響を小さくできる利点がある。

次に、本発明の他の実施例を第２図を参照しながら説明
する。第２図に示されるようなソレノイド巻の３個の巻
線ブロック（コイル）７，８及び９があり、これらを直
列に接続して使用する場合は、ソレノイド巻の巻線ブロ
ック７には内層側の端子１０と外層側の端子１１とがあ
り、同様に、巻線ブロック８には内層側の端子１２と外
層側の端子１３とがあり、また同様に１巻線ブロック９
には内層側の端子１４と外層側の端子１５とがある。こ
こで、第２図に示されるようなそれぞれの巻線ブロック
の配置において、３個の巻線ブロックのうちで、中央の
巻線ブロック８の磁界が一番高くなり、またそれぞれの
巻線ブロックの内層の巻線部分は外層の巻線部分より磁
界が高くなる。

その場合、超電導状態が破れて常電導状態への転移は、
中央の巻線ブロック８の内層の巻線部分において発生す
る。従って、外側の巻線ブロック７と９の外層側の端子
１１と１５をそれぞれ外部の保護抵抗に接続し、外側の
巻線ブロック７の内層側の端子１０と中央の巻線ブロッ
ク８の端子１２又は１３とを接続し、外側の巻線ブロッ
ク９の内層側の端子１４と中央の巻線ブロック８の残り
の端子とを接続するように、３個の巻線ブロック７゜８
及び９を直列接続することにより・、超電導状態が破れ
て常電導状態に転移する部位が、超電導マグネット内に
おいて巻線の端部ではなく中央部になるようにすること
ができ、内層側の端子をそれぞれ外部の保護抵抗に接続
するような場合に比べて第３図のような回路での最高発
生電圧は低くなる。ここで、巻線ブロック７．８及び９
は所望の磁界が発生するような向きに巻いであるものと
する。

〔発明の効果〕

本発明の超電導マグネットの保護方法及び保護装置によ
れば、直列に接続したコイルの中央のコイルに常電導転
移を起こさせることによって、常電導転移時の最高発生
電圧を低くすることができるため、保護抵抗の抵抗値を
最大限大きく設定することが可能となり、超電導マグネ
ットを保護する効果が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は本発
明の他の実施例を示す構成図、第３図は従来の技術を示
す回路図、第４図は第３図のそれぞれのコイルの常電導
転移時における電位を示すグラフである。 １．２・・・コイル、１７・・・保護抵抗、１８・・・
スイッチ、１９・・・励磁電源、２１・・・超電導マグ
ネット。 第　　１１１２！１ 第２　図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．複数のコイルを直列に接続してなる超電導マグネッ
   トを少なくとも１個の保護抵抗で保護し、該保護抵抗を
   前記超電導マグネットと並列に接続するとともに該超電
   導マグネットの常電導転移をクエンチ検知器で検知し、
   該クエンチ検知器からの信号に応じて制御器が作動し前
   記超電導マグネットと前記保護抵抗とを閉路する超電導
   マグネットの保護方法において、前記直列のほぼ中央に
   位置する前記コイルに前記常電導転移を起こさせ、該コ
   イルの発生電圧を許容絶縁電圧以下に制限することを特
   徴とする超電導マグネットの保護方法。
2. ２．コイルを一本の線材で巻回する際に、磁界が高くな
   る前記コイルの部位を中央に位置させて直列接続するこ
   とを特徴とする請求項１記載の超電導マグネットの保護
   方法。
3. ３．コイルを一本の線材で巻回する際に、常電導転移時
   に前記線材の温度が高くなる前記コイルの部位を中央に
   位置させて直列接続することを特徴とする請求項１記載
   の超電導マグネットの保護方法。
4. ４．コイルを一本の線材で巻回する際に、磁界が低くな
   る前記コイルの部位を励磁電源の両端に接続することを
   特徴とする請求項１記載の超電導マグネットの保護方法
   。
5. ５．コイルを一本の線材で巻回する際に、常電導転移時
   に前記線材の温度が高くならない前記コイルの部位を励
   磁電源の両端に接続することを特徴とする請求項１記載
   の超電導マグネットの保護方法。
6. ６．複数のコイルを直列に接続してなる超電導マグネッ
   トを保護する少くとも１個の保護抵抗と、該保護抵抗を
   前記超電導マグネットと並列に接続するとともに該超電
   導マグネットの常電導転移を検知するクエンチ検知器と
   、該クエンチ検知器からの信号に応じて制御器が作動し
   前記超電導マグネットと前記保護抵抗とを閉路するスイ
   ッチとからなる超電導マグネットの保護装置において、
   前記常電導転移を起こす前記コイルを前記直列のほぼ中
   央に配設したことを特徴とする超電導マグネットの保護
   装置。