JPH02201839A - 熱式永久電流スイッチ - Google Patents

熱式永久電流スイッチ

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Publication number
JPH02201839A
JPH02201839A JP1022184A JP2218489A JPH02201839A JP H02201839 A JPH02201839 A JP H02201839A JP 1022184 A JP1022184 A JP 1022184A JP 2218489 A JP2218489 A JP 2218489A JP H02201839 A JPH02201839 A JP H02201839A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heater
wire
circuits
superconducting
line
Prior art date
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Pending
Application number
JP1022184A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsumi Kurosawa
黒澤 克美
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH02201839A publication Critical patent/JPH02201839A/ja
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  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Thermally Actuated Switches (AREA)

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】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は超電導コイルに流れる電流の開閉を行うための
熱式永久電流スイッチに関する。
(従来の技術) 従来、熱式永久電流スイッチ(以下、PC8と記す)は
、一つの例として超電導磁気浮上式鉄道用の超電導磁石
をスイッチングするときに使用している。第7図には超
電導磁石制御装置1を示しており、PC32は車両に搭
載されるクライオスタット3に収納されている。クライ
オスタット3内にはPCS2の他に超電導磁石用の超電
導コイル4が収納されている。PC32は、超電導コイ
ル4に並列に接続された超電導線5と、この超電導線5
の近傍に配され、超電導線5を加熱するためのヒータ線
6とを備えたものである。このヒータ線6にはスイッチ
7を通して加熱電源8が接続されている。並列に接続さ
れた超電導コイル4と超電導線5の両端からは導線9が
クライオスタット3の外側に引出されている。各導線9
にはPC32の焼断防止用の放電抵抗器10が並列に接
続され、さらに各導線9は電源スィッチ11を通して直
流励磁電源12に接続されている。このようにしてクラ
イオスタット3内には、例えば液体ヘリウムを投入し、
図示しない圧縮機や冷凍機等を備えた冷却装置によりク
ライオスタット3内は超低温に保たれる。
そして、超電導コイル4のスイッチングを行うには、ス
イッチ7を開閉して加熱電圧をヒータ線6に印加したり
、遮断したりして超電導線5を超電導状態、または常電
導状態に切換えることにより行われる。
PCS2を用いて超電導コイル4にエネルギを蓄えるに
は、まず、スイッチ7を閉状態にして加熱電圧をヒータ
線6に印加し、超電導線5を常電導抵抗Rsを有する常
電導状態にしておく。次に、電源スィッチ11を所定時
間だけ投入して直流励磁電源12から超電導コイル4に
励磁電流が供給される。この後、スイッチ7を開状態に
すると、超電導線5が超電導状態となり、超電導線5と
超電導コイル4との間に閉回路が形成され、この閉回路
内で励磁電流の流れが持続される。
超電導線5が常電導状態のときに、超電導線5の常電導
抵抗Rsの値が大きければ大きい程超電導コイル4から
流入する電流は小さくなるので、PC82が発生するジ
ュール熱((Ll)2/Rs)を低減できる。この結果
、高価な液体ヘリウムの蒸発量を抑制できる。このよう
なことからPCS2内に収納された超電導線5の常電導
状態における常電導抵抗Rsは高抵抗にする必要があり
、このために超電導線5は線径を細くして、巻枠に多数
回巻回する構造となる。
第8図にはPC32の構造を示している。巻枠13はエ
ポキシガラス積層板のような耐寒性の材料を円筒形で、
かつ両端面に大径部14a。
14bを形成する形状となっている。二〇巻枠13には
超電導線5を巻始める時に引掛ける溝15と、巻終わり
を外側に引出す孔16とを有する。さらに、超電導線5
の外周面に沿って巻回されるヒータ線6が外側に引出さ
れる孔17を有するものである。
超電導線5はNbTi系合金をフィラメントとし、母材
にはCuNi系合金が使用される。そして、超電導線5
はホルマールで絶縁される。ヒータ線6はコンスタンタ
ン線を使用し、その仕様は加熱電源8の電圧とPCS2
の冷却特性とから決定されるものである。即ち、ヒータ
線6の抵抗値は最少のヒータ人熱量でPCS2の常電導
抵抗値Rsを得るような値に決められる。
次に、巻枠13に超電導線5、およびヒータ線6を巻回
する方法を説明すると、まず、常電導状態の時に常電導
抵抗値Rsを有する1本の超電導線5が用意される。そ
して、1本の超電導線5の中間点を曲線状に折曲げる。
この曲線部を溝15に引掛けた後、2本の超電導線5を
巻枠13に沿って線間を密にして巻回する。このように
巻回された超電導線5は無誘導巻きとなる。超電導線5
は巻枠13に複数段に巻回され、巻回された段毎に超電
導線5のホルマールの損傷を防止するためにガラステー
プ18で保護される。このように巻回され、そして巻終
わった超電導線5の2本の端部は孔16から引出され、
この引出された一方と他方は超電導コイル4に並列に接
続される。
次に、巻終えた超電導線5の最外周面はガラステープ1
8で保護され、この上にヒータ線6が等間隔に巻回され
る。ヒータ線6は所定の抵抗値となる長さに切断された
ものであり、巻終えたヒータ線6の端部は孔17から外
側に引出され、一方はスイッチ7に接続され、他方は加
熱電源8に接続される。このようにヒータ線6を巻終え
ると、巻枠13の両方の大径部14a、14bに外筒1
9を被せてエポキシ樹脂のような耐寒樹脂で一体成形す
る。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記のヒータ線は1本のもので所定の抵
抗値を得ようとしているために、ヒータ線の長さが短く
なり、このために間隔をあけて巻回しなければならず、
ヒータ線を超電導線の複数段の中に巻回すると、密に巻
回された超電導線の巻回状態を乱すことになるのでクエ
ンチ要因となり易く、止むをえず超電導線の巻線状態に
影響が少い超電導線巻線の外周部または内周部に巻回し
ている。しかし、ヒータ線が超電導線の外周面に巻回さ
れると、熱の一部が液体ヘリウム中に吸収され、超電導
線の加熱不足となり、超電導線の常電導抵抗値Rsが得
られない。この常電導抵抗値Rsを得るためにはヒータ
線による入熱員を増加しなければならず、この結果、高
価な液体ヘリウムの浪費となってしまう。また、ヒータ
線による大熱量を増加することにより、超電導線を常電
導状態から超電導状態に移行させるときのヒータ線の作
動時間が長くなるので、常電導状態から超電導状態、ま
た超電導状態から常電導状態へのスイッチング動作特性
を悪化させる。さらに、ヒータ線は1本の線で構成され
ているので、断線した時にスイッチング機能が失われる
ことになる。
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであ
り、ヒータ線からの大熱量を効率良く超電導線に与える
と共にヒータ線が断線しても、即時にスイッチング機能
を失うことのない熱式永久電流スイッチを提供すること
を目的とする。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するために本発明は、筒体に超電導線
を複数段に重ねて巻回し、この複数段の間に設けたヒー
タコイル段に複数本のヒータ線からなるヒータコイルを
巻回し、各ヒータ線の端部を接続して複数の並列ヒータ
回路を形成し、この複数のヒータ回路に電力を供給する
ための給電線を筒体の外側に引出したものを提供するも
のである。
(作 用) 上記のような構成の熱式永久電流スイッチは、複数段に
重ねて巻回された超電導線の間に混在するように複数の
並列接続されたヒータコイルを巻回し、この複数のヒー
タコイルにより複数のヒータ回路を形成し、この複数の
ヒータ回路からその近傍にある超電導線のそれぞれに良
好に熱を与える。
(実施例) 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第1
図は本発明におけるPO2の一実施例を示している。こ
のPO2は第8図に基づいて従来の技術の項で説明した
ものと同じ構成を有するので、この構成には同じ符号を
付し、詳細な説明は省略する。第1図に示すPO52と
第8図1こ示すものとの違いは、複数段に重ねて巻回さ
れた超電導線5の中間の段に二つのヒータ回路が形成さ
れ、この二つのヒータ回路の端部が並列に接続されて、
その接続箇所から給電線が引出されたことである。
まず、第1図に示すPO32について説明すると、超電
導線5は第8図に示したものと同じように常電導抵抗値
Rsになる長さに切断され、この超電導線5を二つ折り
にし、この二つ折りにされた部分を溝15に引掛けて巻
枠13に沿って密状態に、かつガラステープ18で段毎
に保護しながら複数段に巻回する。この巻回が巻枠13
の約半分の高さになると、超電導線5の巻回を一時中断
する。そして、巻回された超電導線5の外周面にガラス
テープ18を巻付けて最外周面の超電導線5を保護する
。なお、使用される超電導線5は従来の技術の項で説明
したものと同じ材料により形成されたものである。
この後、所定の抵抗値を有するコンスタンタン線により
形成されたヒータ線6を2本用意する。
この2本のヒータ線6の中間点を二つ折りにして、この
二つ折り部分を第2図に示すように一方の大径部14a
に形成された孔16に通し、そして、溝20に引掛ける
。このようにして4本のヒータ線6を超電導線5に沿っ
て密状態に一段だけ巻回する。4本のヒータ線6の端部
が第3図に示す他方の大径部14bに到達すると、第4
図に示すように4本のヒータ線6のうち、内側の2本の
ヒータ線6を交差させて、この交差したそれぞれのヒー
タ線6の端部を外側のそれぞれのヒータ線6に接続する
。このようにして二つの接続点21が形成されることに
より所定の抵抗値を有する二つのヒータ回路22a、2
2bが形成される。さらに、二つの接続点21から延び
る2本のヒータ線6が、第3図に示すように他方の大径
部14bに形成された孔17から外側に引出される。こ
の引出されたヒータ線6は第7図でも説明し、たように
一方がスイッチ7に接続され、他方が加熱電源8に接続
される。
このように巻回されたヒータ線6の外周面にはガラステ
ープ18が巻付けられる。この後ζ中断されていた2本
の超電導線5を上記したと同じようにガラステープ18
を巻付けながら密状態に、かつ同じ段数に巻回していく
。超電導線5の巻終えた端部は、一方の大径部14aに
形成された孔16から外側に引出される。この引出され
た超電導線5の2本の端部は第7図で説明したように超
電導コイル4と並列に接続される。
第5図はヒータ回路22a、22bの巻回状態を示す他
の例であって、この場合は、はじめに、二つ折りにされ
たヒータ線6がヒータ線6の2本分の間隔をおいて巻回
され、次に、同じように二つ折りにされたヒータ線6を
上記の巻回で与えられた間隔に巻回する。そして、4本
のヒータ線6の端部のうち内側の2本を交差させて、そ
れぞれの端部を上記したように外側のヒータ線6にそれ
ぞれ接続する。このようにして二つのヒータ回路22a
、22bを形成する。
第6図は巻枠13が円盤形のPCS2を示しており、こ
のPCS2は第1図に基づいて説明したものと同じ構成
を存するので、その構成には同じ符号を付し、詳細な説
明は省略する。この場合は巻枠13に超電導線5を巻回
し、全体の約17′3巻回したところでヒータ線6を巻
回し、続いて超電導線5を巻回し続け、さらに全体の約
2/3巻回したところで次のし−タ線6を巻回し、そし
て残りの約1/3に超電導線5の巻回を行う。このよう
に巻回されたヒータ線6のうち、巻枠13の内径側のヒ
ータ線6と外径側のものとの抵抗値は異なったものであ
り、この両方のヒータ線6を他方の大径部14bのとこ
ろで並列に接続することにより所定の抵抗値を有する二
つのヒータ回路22a、22bが形成されている。そし
て、ヒータ回路22a、22bからは2本のヒータ線6
が孔17から引出されている。
なお、第6図で示した巻枠13の内径側と外径側のヒー
タ線6の巻回は、第4図、または第5図に示したいずれ
かの巻き方で行われる。このようにヒータ線6を巻回す
ることにより超電導線5の径方向の熱伝達が良好となる
。第6図ではヒータ線6を巻枠13の内径側と外径側の
2段に巻回したものを示したが、必要に応じて3段以上
にも巻回できる。
また、第4図、および第5図に示したヒータ線6は2本
のヒータ線6を中間のところで曲げて巻回しているが、
必要に応じて3本、4本、またはそれ以上のヒータ線6
を曲げて巻回することもできる。
次に、第1図、および第6図に示したように製作された
PC82の動作を第7図を参考にして説明する。ヒータ
回路22a、22bの抵抗値をRhとするならば、巻枠
]3の外側に引出されたヒータ線6に電圧Vが印加され
ると、即ち、スイッチ7が閉状態になると、ヒータ回路
22a。
22bはV2/Rhの熱を生ずる。この時、ヒータ回路
22a、22bは複数段に巻回された超電導線5の間の
段に形成されているので、熱は超電導線5に無駄なく伝
わり、均一に加熱される。このヒータ回路22a、22
bからの入熱量は超電導線5が常電導状態になる時の常
電導抵抗値Rsを得るために必要な最少限度の熱量とな
る。このようにヒータ回路22a、22bで超電導線5
を加熱したり、しなかったりすることによって超電導線
5を超電導状態、または常電導状態に切換えて超電導コ
イル4の超電導状態、常電導状態の切換えを行う。また
、二つのヒータ回路22a、22bのうちの一方が断線
したとしても、他方のヒータ回路22a、22bに少し
だけ高めの電圧を印加すれば、通常のPC32として十
分な機能を持たせることができる。
なお、ヒータ線6の巻き方は第4図および第5図に示す
ようにヒータ線6を中間点で折り曲げて巻回することに
より無誘導巻きとするが、複数本のヒータ線6を同方向
に巻回し、この巻回された複数本のヒータ線6の端部を
並列に接続することにより複数のヒータ回路22a、2
2bを形成することもできる。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明の熱式永久電流スイッチは、複
数段に巻回された超電導線の間に設けたヒータコイル段
に複数本のヒータ線からなるヒータコイルを巻回して複
数の並列ヒータ回路を形成し、このヒータ回路から超電
導線に熱を与えながら均一に熱を与えることができる。
この結果、ヒータ回路からtIi電導線に与える熱量を
最少限度にすることができ、超電導状態にするために使
用される冷却液の消費量を低減することができる。そし
て熱量が最少限度になった結果ヒータ回路が冷え易くな
り、ヒータ回路が再起動するまでの時間を短縮すること
ができる。さらに、複数のヒータ回路を形成したので、
一方のヒータ回路が断線しても他方のヒータ回路で補う
ことができ、スイッチング機能を失うことのない熱式永
久電流スイッチが実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の熱式永久電流スイッチの一実施例を示
す断面図、第2図は第1図に矢印A−Aにより示す側面
図、第3図は第1図に矢印B−Bにより示す側面図、第
4図はヒータ線が巻回された状態の一例を示す斜視図、
第5図はヒータ線が巻回された状態の他の例を示す斜視
図、第6図は熱式永久電流スイッチの他の実施例を示す
断面図、第7図は超電導磁石制御装置を示す回路図、第
8図は従来の熱式永久電流スイッチを示す断面図である
。 2・・・熱式永久電流スイッチ(PO2) 、5・・・
超電導線、6・・・ヒータコイル(ヒータ線)、13・
・・筒体(巻枠)、18・・・ガラステープ、19・・
・外筒、20・・・溝、22a、22b・・・ヒータ回
路。 出願人代理人  佐  藤  −雄 第2図 第3図 第6図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、筒体に超電導線を複数段に重ねて巻回し、この複数
    段の間に設けたヒータコイル段に複数本のヒータ線から
    なるヒータコイルを巻回し、各ヒータ線の端部を接続し
    て複数の並列ヒータ回路を形成し、この複数のヒータ回
    路に電力を供給するための給電線を前記筒体の外側に引
    出したことを特徴とする熱式永久電流スイッチ。 2、複数本のヒータコイルは無誘導巻きで巻回されるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の熱式永久電流スイッチ
JP1022184A 1989-01-31 1989-01-31 熱式永久電流スイッチ Pending JPH02201839A (ja)

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JP1022184A JPH02201839A (ja) 1989-01-31 1989-01-31 熱式永久電流スイッチ

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JP1022184A JPH02201839A (ja) 1989-01-31 1989-01-31 熱式永久電流スイッチ

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5622705U (ja) * 1979-07-30 1981-02-28
JPS5842400Y2 (ja) * 1979-04-25 1983-09-26 愛知車輛株式会社 絶縁ブ−ムを有する高所作業車の照明装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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