JPH02296157A - 交流損失測定装置 - 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］ この発明は、超電導体に加えられる交流磁界によって生
ずる交流の１１１失を測定する装置に関する。

（従来の技術） 超電導体には、直流的には無損失で電流を流ゼるが、交
流的には超電導体に対する通電電流が無い状態でも交７
Ａｆｆｆ界が加わっていれば定常的なＪｔＪ失が生しる
。この交流を１失には、一般に履歴）１５失と結合損失
が含まれる。

膣歴損失は超電導体内部の磁束密度と外部磁界の密度の
不一致による磁性体のようなヒステリシス現象に起因し
、超電導体の臨界電流密度、フィラメント径、及び外部
！■界の強さに依存する。その電力損失Ｗは磁界の変動
速度に依存するが、ｌサイクル当りのエネルギ損失Ｔは
磁界のピーク値によって決まり変ＩＪｊ速度には依存し
ない。

結合損失は多芯超電導線が一般に超電導体を定電導金属
中に埋め込んだ構造となっていることに起因するｉｆｆ
失であり、超電導線の断面方向に交流磁界を加えると超
電導線の表面に結合電流が流れ、ジュール発熱によって
ｔＪｌ失となる。結合１１失は変動磁界の振幅の２乗に
比例し、電力損失は磁界変動率の２乗に比例する。

交流１１失を測定する場合、試料の長手方向に対して垂
直な磁界、即ち横磁界を加えて測定するのが通例であり
、磁界の強さとしては大振幅磁界を加える場合、直流バ
イアス！ｎ界士小振幅磁界を加える場合がある。

履歴ｔｉ失の測定には一般に０．旧１１ｚ程度の低周波
磁界を使う。通常はこれを便宜上直流と称する。

結合Ｉｌｌ失の測定では、その時定数がＩｍｓのオーダ
の時にはＮ［２−前後のパルス磁界（台形波状の磁界）
を加え、μＳのオーダでは数１０）１ｚ以上の交流磁界
等が用いられる。交流を１失は交流磁界だけでも生じ、
輸送電流の存在には強く依存しないので実験上の簡便さ
から通電電流なしで測定されることが多い。

ところで、か−る交流１１失の測定方法として熱的イ１
１す定法がある。この方法では、超電導線材の試料をバ
イアスマグネットの冷却系と切り離した容器に収容し、
この容器内の液体ヘリウムが発生した交流Ｎ１失により
蒸発するためその／＆量の減少量又はガス流量を測定す
る、あるいは液面の変化を直接測定することが行なわれ
る。この方法はｔａ失が直接熱量の形で得られるが、熱
的な現象の測定であるから、木質的に高精度の測定は行
なえない。

別の交流ｔｉ失測測定方法して電気的測定方法がある。

この方法は比較的高精度な測定が可能であり、この場合
履歴１０失等種々の電磁的１員失は全て石化ｔＵ失に練
り込んで考えることができる。従って、交流ｔｎ失を測
定するにはζｄ化損失φＭ　ｄ　Ｈを測定すればよい、
磁化ＭはＭ　＝　ｋ　Ｈ１磁束密度ＢはＩＪ　：　Ｍ　
＋　Ｈであり、磁性体ではｋが非常に太きくＢ−Ｍとな
るから、φＢｄ）（を測定すればよいが、超電導体では
ｋが小さくＢ−ＨとなりφＭｄＨ−φ（Ｂ−Ｈ）ｄＨで
あるから、ピンクアップコイルと打消し用コイルの２つ
のサーチコイルが必要である。

このような測定原理を用いて８！電導体の交流を１失を
測定する方法として第４図に示す電気測定装置が従来用
いられている。この測定装置では、試料Ｘ、ピックアン
プコイル６′、打消し用コイル５′を同心状に巻き、こ
れに直流電ａ１０′からの直流によるバイアスコイル３
′により垂直磁界をバイアス磁界として加えて測定する
。バイアス磁界のキャンセルは不完全であることが多く
、打消しコイルに可変抵抗５ａ’を並列に入れて分圧し
て補正される。ピンクアップコイル６′と打消し用コイ
ル５′の出力電圧を差動増幅器７′で増幅し、その差電
圧に比例した出力電圧をＡ／Ｄ変換器８′でＡ／Ｄ変換
してディジタルデータとし、これをマイクロコンピュー
タ９′で処理する。アナログデータレコーダ１０′はコ
ンピュータで処理されるデータが万一消滅したりした場
合に備えてアナログデータのま＼保存するために設けら
れている。

［発明が解決しようとする課！Ｊ！］ しかしながら、上記従来の電気測定装置では、加えられ
るバイアス磁界の周波数はせいぜい数取程度の比較的遅
い周波数下での測定であり、バイアスコイル中の振幅磁
界が０．５Ｔ程度に限られている。これは超電導パルス
コイルの作製が困難であり、Ｃｕコイルで代用していた
ためである。従って発電機用導体に印加される蚤（１界
条件下等でのもっと大きい周波数、大きい振動磁界では
交流１員失の測定をすることができなかった。また、そ
の４（す定精度はせいぜい１０−”（Ｔ）程度であり、
種々のノイズが作用するバイアスコイルのパルス磁界条
イ′１下ではあまり高精度な測定は困難であった。

この発明は、上記のような従来の交流１員失測定装置の
種々の欠点を解消し、従来よりも高い商用周波数、強い
磁界中で高い測定精度の得られる交流ＩＥ１失測定装置
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

そこでこの発明では上記課題を解決するための手段とし
て、超ｔ！ｘ体を収容するためのクライオスタットと、
その内部に永久電流によりバイアス磁界を印加するバイ
アスコイルと、交ＩＩ界を印加するためのパルスコイル
と、交′＆損失を測定しようとする試料コイルと同心状
に設けたピンクアップコイルと、バイアス磁界をキャン
セルする打消しコイルと、前記各コイルへの電源供給、
検出信号処理をするための電気制御回路とを備え、前記
電気回路はバイアスコイルへ電源供給する直流電源と、
パルス電流をパルスコイルへ供給するパルス７１＞ｚ　
Ｗ源と、ピックアップコイル、打消しコイルからの交流
を４失信号を検出する交流を１失信号検出器と、直流電
源回路に接続された永久電流スイッチ及びこのスイッチ
に電源を供給する永久電流スイ・ツチ用電源とから成り
、前記バイアスコイル及びパルスコイルがこれを構成す
る線材のフィラメント径をサブミクロン化したＣｕＮ　
ｌマトリクス多芯線から成る交流ｔｌｌ失測定装置の構
成を採用したのである。

（作用〕 上記のように構成したこの発明では、バイアスコイルに
直流電源からの電流による永久電流が永久電流スイッチ
及び永久電流スイッチ用電源を介して与えられる。この
永久電流によるバイアスコイルのバイアス磁界はパルス
コイルに印加されるパルス電流による交流磁界と重畳さ
れる。バイアスコイル、パルスコイルのいずれも線材の
フィラメント径をサブミクロン化したＣｕＮｉマトリク
ス多芯線から形成されているから、振動周波数が５０７
６０）１ｚ〜１００ル程度の従来加えることのできなか
った磁界を印加することができる。

このようにして印加された磁界下でピンクアンプコイル
により交流用失測定が行なわれる。従って、交′／Ａｉ
ｊｌ失測定において極めて高精度な１０−’（Ｔ）程度
の測定が可能となり、交／ＡＩＵ失の正しい測定が可能
となる。永久電流によるバイアス磁界下での測定では、
直流コイル内での急激な電流の変動が瞬時に吸収され、
従って安定した測定が可能である。

〔実施例〕

以下この発明の実施例について添付図を参照して説明す
る。

第１図はこの発明による交流ｔＭ失劃側装置の全体概略
図を示す、１は交ｍｔｌ失を測定しようとする超電導体
の試料Ｘを収容するためのクライオスタットであり、そ
の中には液体ヘリウム等の冷却剤２が含まれている。ま
た、このクライオスタット１内には永久電流によりバイ
アス磁界を印加するためのバイアスコイル３、交流磁界
を印加するだめのパルスコイル４とが設けられている。

さらにその中心部には第２図の部分拡大図に示すように
、ＥＩ４Ｘと同心状にその外側にピックアップコイル５
、内側に打消しコイル６が設けられている。

上記各コイルに対しては、電源供給、検出信号処理をす
るための電気料？：ｔＩ　ｆｉｉｌ路が設けられている
。

この電気制御回路は、第１図、第３図に示すように、直
流電源１０、永久電流スイッチ用電源１１、永久電流ス
イッチ１２、パルス電１ｆｆＸ１３、交流ｔｉ失倍信号
検出器１４を備え°ζいる。

直ｆｉ？１ｉａｌｌＯはバイアスコイル３に対して直流
電源を供給し、この直流電源回路に接続された永久電流
スイッチ１２のＯＮ、ＯＦＦによってバイアスコイル３
中の電流を永久？ｌとして保存することができる。この
永久電流スイッチ１２は、永久電流スイッチ用電源１１
からの電流によってスイッチの抵抗を介して加熱し、部
分的に超電導状態を遮断することによってバイアスコイ
ル３中の電流が永久電流モードとして流れる。この場合
、直流コイル内で振動磁界が発生すると直流コイルの発
生する磁界とカップリングが生し、直流コイル内で急激
な電流の変動が生じるが、永久電流モードではこの変動
を瞬時のうちに吸収して定常状態に戻すことができる。

パルス電源１３からのパルス電流によってパルスコイル
４を介して交流磁界が印加される。この交流磁界はバイ
アスコイル３によって印加されるバイアス磁界に加算さ
れる。なお、第３図に示すように、パルス電ａ１３には
電源本体１３１の他にクエンチ検出器１３２が設けられ
ている。このクエンチ検出１ｉＳ１３２は、パルス電源
１３からのパルス電流の流れが、何らかの原因でクライ
オスタット１中のパルスコイルの超電導状態がくずれ常
電導状態になったときにパルスコイルが故障しないよう
にクエンチの状態を検出し、所定以上の電力を４失がパ
ルスコイルに発生ずるとパルス電流を遮断してパルスコ
イルを保護するために設けられている。

交流損失信号検出器１４では従来と同様に、ピックアッ
プコイル５の検出信号に対する、バイアス磁界をキャン
セルするための打消しコイル６からの出力との差信号増
幅器１４１を増幅し、これを積分器１４２で積分して交
１ｔＪｉ失を求める。

この実施例で用いられた前記バイアスコイル３、パルス
コイル４の諸元は次の通りである。

バイアスコイル３：内径１００噛、外径１５０閤、高さ
２５０（社）、均一度０゜５％以 内（φ３０） 線材０．５μｍフィラメントＣｕ Ｎ１マトリクス多芯線 パルスコイル４　；内径３０−１外径８５−５高さ１０
０ｍ、均一度１％以内 （φ３０） 線材０．４μ譜フイラメントＣｕ Ｎｉマトリクス多芯線 この実施例の交流測定装置は、上述したように永久電流
モードでバイアス磁界を印加するから、直流コイルに振
動磁界が発生してもその変動を瞬時に吸収して安定した
状態に戻すように作用する。

バイアスコイル、パルスコイルはサブミクロン化したＣ
ｕＮｉマトリクス多芯線を使用したから、５０／６０Ｈ
ｚ〜１００Ｈｚの交流機器用の周波数及び発電機用導体
の４（Ｔ）の磁界強さ、ＩＯＴ／Ｓの振動磁界でも安定
した振動磁界を発生させる。

〔効果〕

以上詳細に説明したように、この発明ではバイアスコイ
ル、パルスコイルのフィラメント径をサブミクロン化し
たから、５０／６０）！ｚ〜１ｏｏｌｌｚクラスまでの
周波数で、かつ磁界強さ４Ｔ中１０Ｔ／Ｓの厳しい磁界
条件下で、測定精度を従来の１０−”（Ｔ）から１Ｏ−
３（Ｔ）の高精度を実現することができる。

従って、現実の磁界条件を達成することができるため交
流損失の正しい測定が可能となり、導体設計、製作のデ
ータをフィードバックできるなど種々の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による交流ＩＭ失測測定装置全体概略
図、第２図はピンクアップコイル、打消しコイルの部分
拡大図、第３図は電気料？Ｄ回路の全体概略ブロック図
、第４図は従来例の交流１１失測定２置の電気回路図で
ある。 １・・・・・・クライオスタット、 ３・・・・・・バイアスコイル、４・・・・・・パルス
コイル、５・・・・・・ピンクアップコイル、 ６・・・・・・打消しコイル、　Ｘ・・・・・・試料、
１０・・・・・・直流電源、 １１・・・・・・永久電流スイッチ川電源、１２・・・
・・・永久電流スイッチ、 １３・・・・・・パルス電源、 １４・・・・・・交流損失信号検出器。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）超電導体を収容するためのクライオスタットと、
   その内部に永久電流によりバイアス磁界を印加するバイ
   アスコイルと、交流磁界を印加するためのパルスコイル
   と、交流損失を測定しようとする試料コイルと同心状に
   設けたピックアップコイルと、バイアス磁界をキャンセ
   ルする打消しコイルと、前記各コイルへの電源供給、検
   出信号処理をするための電気制御回路とを備え、前記電
   気回路はバイアスコイルへ電源供給する直流電源と、パ
   ルス電流をパルスコイルへ供給するパルス電流電源と、
   ピックアップコイル、打消しコイルからの交流損失信号
   を検出する交流損失信号検出器と、直流電源回路に接続
   された永久電流スイッチ及びこのスイッチに電源を供給
   する永久電流スイッチ用電源とから成り、前記バイアス
   コイル及びパルスコイルがこれを構成する線材のフィラ
   メント径をサブミクロン化したＣｕＮｉマトリクス多芯
   線から成る交流損失測定装置。