JPH04220518A - 超電導コイルのクエンチ検出用センサー及び検出方法 - Google Patents
超電導コイルのクエンチ検出用センサー及び検出方法Info
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- JPH04220518A JPH04220518A JP3063865A JP6386591A JPH04220518A JP H04220518 A JPH04220518 A JP H04220518A JP 3063865 A JP3063865 A JP 3063865A JP 6386591 A JP6386591 A JP 6386591A JP H04220518 A JPH04220518 A JP H04220518A
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
- H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/001—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for superconducting apparatus, e.g. coils, lines, machines
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
- Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
- Y10S505/85—Protective circuit
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【発明の分野】本発明は超電導体のクエンチを検出する
センサーに関し、更に詳細には光結合を利用するセンサ
ーに関する。
センサーに関し、更に詳細には光結合を利用するセンサ
ーに関する。
【０００２】
【発明の背景】超電導磁石及びインダクタは、高磁界を
発生できるため、多量のエネルギーを貯蔵することが可
能である。超電導インダクタは、超電導性電流経路にお
いて抵抗性またはジュール加熱によるエネルギー損がな
いため、これらの目的を非常に高い効率で達成できる。 超電導材料は何れも、所与の周囲磁界につき、それを越
えると超電導性を喪失する臨界温度Ｔｃを有する。超電
導性の導体のある領域がその導体に電流が流れている状
態で超電導性を失うと（即ち通常の状態またはクエンチ
になると）、その通常または非超電導領域にジュール熱
が発生する。その領域が十分に小さいものである場合、
少量の熱が放散されその領域が超電導状態に復帰する。
発生できるため、多量のエネルギーを貯蔵することが可
能である。超電導インダクタは、超電導性電流経路にお
いて抵抗性またはジュール加熱によるエネルギー損がな
いため、これらの目的を非常に高い効率で達成できる。 超電導材料は何れも、所与の周囲磁界につき、それを越
えると超電導性を喪失する臨界温度Ｔｃを有する。超電
導性の導体のある領域がその導体に電流が流れている状
態で超電導性を失うと（即ち通常の状態またはクエンチ
になると）、その通常または非超電導領域にジュール熱
が発生する。その領域が十分に小さいものである場合、
少量の熱が放散されその領域が超電導状態に復帰する。
【０００３】しかしながら、その領域が大きくて多量の
ジュール熱が発生し、系統の熱放散能力を越える場合、
通常状態の領域が拡大し、インダクタまたは磁石の一部
に更に多量の熱が放散されて、インダクタまたは磁石が
大きな損傷を受ける可能性のある破局的状態になること
がある。このような暴走状態が生じると、インダクタま
たは磁石の全磁気エネルギーが制御不能な状態で放出さ
れて、そのインダクタまたは磁石自体に、また恐らくは
負荷に対しても損傷が生じることがある。また、インダ
クタまたは磁石が使用不能な状態となることもあり、も
しそのインダクタまたは磁石が重要な軍用目的に用いら
れる装置の一部である場合大きな問題となる。しかしな
がら、クエンチを早期に検出すると磁石またはインダク
タに蓄えられたエネルギーの放出を制御することが可能
である。そのエネルギーは、放出抵抗を介すかまたは磁
石またはインダクタ全体を通常状態にするなど種々のや
り方で放出させることができる。これにより過熱による
破局的な物理的損傷が回避される。
ジュール熱が発生し、系統の熱放散能力を越える場合、
通常状態の領域が拡大し、インダクタまたは磁石の一部
に更に多量の熱が放散されて、インダクタまたは磁石が
大きな損傷を受ける可能性のある破局的状態になること
がある。このような暴走状態が生じると、インダクタま
たは磁石の全磁気エネルギーが制御不能な状態で放出さ
れて、そのインダクタまたは磁石自体に、また恐らくは
負荷に対しても損傷が生じることがある。また、インダ
クタまたは磁石が使用不能な状態となることもあり、も
しそのインダクタまたは磁石が重要な軍用目的に用いら
れる装置の一部である場合大きな問題となる。しかしな
がら、クエンチを早期に検出すると磁石またはインダク
タに蓄えられたエネルギーの放出を制御することが可能
である。そのエネルギーは、放出抵抗を介すかまたは磁
石またはインダクタ全体を通常状態にするなど種々のや
り方で放出させることができる。これにより過熱による
破局的な物理的損傷が回避される。
【０００４】一般的に、任意の電流経路は自己インダク
タンスを持つため、超電導材料で形成した任意の電流経
路が超電導インダクタとなる。超電導インダクタ、特に
超電導エネルギー貯蔵インダクタは、ソレノイドまたは
トロイドと呼ばれるコイルとして構成するのが普通であ
る。超電導インダクタの特殊なケースである超電導磁石
は、それが発生する磁界を適当な形状にするため更に複
雑な形状を持つのが普通である。
タンスを持つため、超電導材料で形成した任意の電流経
路が超電導インダクタとなる。超電導インダクタ、特に
超電導エネルギー貯蔵インダクタは、ソレノイドまたは
トロイドと呼ばれるコイルとして構成するのが普通であ
る。超電導インダクタの特殊なケースである超電導磁石
は、それが発生する磁界を適当な形状にするため更に複
雑な形状を持つのが普通である。
【０００５】超電導磁石またはインダクタにおける通常
状態の領域を検出し、その位置を突き止めるための方法
が幾つかある。その主なものは一連の電圧タップを利用
するものである。超電導材料のコイルに沿う幾つかの点
に電圧計を配置して電圧を測定することにより、通常状
態領域の発生による抵抗率の変化に起因する電圧変化の
相関関係を知ることができる。この電圧タップを用いる
方法の大きな欠点は、通常状態領域の抵抗性電圧とは別
にコイルの充電及び放電に起因する誘導性電圧がこの超
電導インダクタに発生することである。この“共通モー
ド”誘導性電圧は可変であり、磁界の変化により変化す
る。また、通常状態領域はそれらが小さい時検出する必
要があるため、クエンチに起因する抵抗性電圧は非常に
小さくて普通１ボルト以下である。しかしながら、２つ
の電圧タップ間の共通モード誘導性電圧は普通それより
も非常に大きくて数十キロボルトになるものがある。電
圧タップを使用する場合、それらのタップで測定した電
圧から誘導性電圧を取り除くための何らかの手段を用い
る必要がある。通常、これはその信号を基準電圧と比較
してその誘導性電圧を差し引くことにより行う。基準電
圧は磁界をモニターする感知コイルから得られるし、ま
たそのインダクタの異なる部分の電圧タップから取った
電圧であっても良い。何れにしても、完全に誘導性であ
る一方の電圧をほとんど誘導性であるが小さな抵抗性成
分も含むもう一方の電圧から差し引いてその小さな抵抗
性成分を回復しようとするものである。ここで用いる“
誘導性”なる用語は、その電圧の位相が純粋なインダク
タにより発生されるであろう位相であること、即ち、そ
の電圧が電流の変化速度に比例することを意味する。 完全に誘導性の電圧は、例えば電子式差動装置のような
他の手段により発生させることが可能である。
状態の領域を検出し、その位置を突き止めるための方法
が幾つかある。その主なものは一連の電圧タップを利用
するものである。超電導材料のコイルに沿う幾つかの点
に電圧計を配置して電圧を測定することにより、通常状
態領域の発生による抵抗率の変化に起因する電圧変化の
相関関係を知ることができる。この電圧タップを用いる
方法の大きな欠点は、通常状態領域の抵抗性電圧とは別
にコイルの充電及び放電に起因する誘導性電圧がこの超
電導インダクタに発生することである。この“共通モー
ド”誘導性電圧は可変であり、磁界の変化により変化す
る。また、通常状態領域はそれらが小さい時検出する必
要があるため、クエンチに起因する抵抗性電圧は非常に
小さくて普通１ボルト以下である。しかしながら、２つ
の電圧タップ間の共通モード誘導性電圧は普通それより
も非常に大きくて数十キロボルトになるものがある。電
圧タップを使用する場合、それらのタップで測定した電
圧から誘導性電圧を取り除くための何らかの手段を用い
る必要がある。通常、これはその信号を基準電圧と比較
してその誘導性電圧を差し引くことにより行う。基準電
圧は磁界をモニターする感知コイルから得られるし、ま
たそのインダクタの異なる部分の電圧タップから取った
電圧であっても良い。何れにしても、完全に誘導性であ
る一方の電圧をほとんど誘導性であるが小さな抵抗性成
分も含むもう一方の電圧から差し引いてその小さな抵抗
性成分を回復しようとするものである。ここで用いる“
誘導性”なる用語は、その電圧の位相が純粋なインダク
タにより発生されるであろう位相であること、即ち、そ
の電圧が電流の変化速度に比例することを意味する。 完全に誘導性の電圧は、例えば電子式差動装置のような
他の手段により発生させることが可能である。
【０００６】上述したように、インダクタ端子間の誘導
性電圧は通常動作時数十キロボルトになることがある。 従って、センサーはこのような高電圧の下で浮動状態に
する必要がある。このため、クエンチの測定及び検出を
行うため電圧タップに取付ける電子素子をこれらの高い
誘導性電圧の下で動作するよう設計する必要があるから
、これらの電子素子には厳しい制約が加わる。また、こ
れらの素子は電圧タップに近い所に配置されるから、低
温及び高磁界の下で適正に動作できる必要がある。
性電圧は通常動作時数十キロボルトになることがある。 従って、センサーはこのような高電圧の下で浮動状態に
する必要がある。このため、クエンチの測定及び検出を
行うため電圧タップに取付ける電子素子をこれらの高い
誘導性電圧の下で動作するよう設計する必要があるから
、これらの電子素子には厳しい制約が加わる。また、こ
れらの素子は電圧タップに近い所に配置されるから、低
温及び高磁界の下で適正に動作できる必要がある。
【０００７】従って、上述した問題を伴わずに、クエン
チを容易に検出できる、動作及び休止状態にある超電導
体中のクエンチを検出するセンサーを開発することが望
まれる。
チを容易に検出できる、動作及び休止状態にある超電導
体中のクエンチを検出するセンサーを開発することが望
まれる。
【０００８】
【発明の摘要】本発明は、超電導インダクタまたは磁気
コイルのクエンチ検出用センサーに関する。このセンサ
ーは超電導体内の通常状態領域により生じる抵抗性電圧
を直接検出する。また、従来のセンサー及び検出方法に
とって大きな問題となる低温及び高磁界の過酷な環境の
下で動作する。更に、自己駆動型でオペレータへの情報
伝送に光ファイバーだけを用いるため、高い共通モード
電圧の存在下で小さな電圧変動を測定すると言う問題を
事実上解決できる。
コイルのクエンチ検出用センサーに関する。このセンサ
ーは超電導体内の通常状態領域により生じる抵抗性電圧
を直接検出する。また、従来のセンサー及び検出方法に
とって大きな問題となる低温及び高磁界の過酷な環境の
下で動作する。更に、自己駆動型でオペレータへの情報
伝送に光ファイバーだけを用いるため、高い共通モード
電圧の存在下で小さな電圧変動を測定すると言う問題を
事実上解決できる。
【０００９】大型超電導コイルのクエンチを検出する本
発明のセンサー及び方法には幾つかの重要な利点がある
。例えば、このセンサーはかなり簡単な構造を持ち、過
酷な環境の下でよく動作する。コイルの高磁界を利用し
、また真空空間内へ電線を貫通させる必要がない。その
代わり、センサーにより集められる全ての情報が光ファ
イバーケーブルにより光学的に結合されてその系統外へ
運ばれる。その結果、センサーは電気的妨害を受けない
。また、コイルの巻回部間に存在する高い共通モード電
圧による影響を受けない。
発明のセンサー及び方法には幾つかの重要な利点がある
。例えば、このセンサーはかなり簡単な構造を持ち、過
酷な環境の下でよく動作する。コイルの高磁界を利用し
、また真空空間内へ電線を貫通させる必要がない。その
代わり、センサーにより集められる全ての情報が光ファ
イバーケーブルにより光学的に結合されてその系統外へ
運ばれる。その結果、センサーは電気的妨害を受けない
。また、コイルの巻回部間に存在する高い共通モード電
圧による影響を受けない。
【００１０】本発明のクエンチ検出用センサーは、好ま
しくはコイルの１つの巻回部をモニターする２つの“電
位”リード線を介して超電導コイルに電気的に接続され
る。これらのリード線は、コイルが発生する実質的な磁
界内にあるよう超電導コイルに十分に近いところに取付
けたワイヤ製の読取りコイルに取付けられる。このよう
にすると、読取りコイルが超電導コイルの高磁界内にそ
の巻線に関し直角に交わるように配置される。
しくはコイルの１つの巻回部をモニターする２つの“電
位”リード線を介して超電導コイルに電気的に接続され
る。これらのリード線は、コイルが発生する実質的な磁
界内にあるよう超電導コイルに十分に近いところに取付
けたワイヤ製の読取りコイルに取付けられる。このよう
にすると、読取りコイルが超電導コイルの高磁界内にそ
の巻線に関し直角に交わるように配置される。
【００１１】読取りコイルは、運動が可能なように取付
けたワイヤ製の多数の巻回部よりなる。計器において電
流がその運動を誘起すると同じように、読取りコイルを
流れる電流によりコイルが運動するように意図されてい
る。計器では、電流を運ぶワイヤのコイルに外部磁界が
印加されるとその結果生じた力によりベーン（ｖａｎｅ
）が振れ、その振れがコイルを流れる電流の量を示す。
けたワイヤ製の多数の巻回部よりなる。計器において電
流がその運動を誘起すると同じように、読取りコイルを
流れる電流によりコイルが運動するように意図されてい
る。計器では、電流を運ぶワイヤのコイルに外部磁界が
印加されるとその結果生じた力によりベーン（ｖａｎｅ
）が振れ、その振れがコイルを流れる電流の量を示す。
【００１２】本発明のセンサーでは、外部磁界は超電導
コイルの磁界により与えられる。読取りコイルを初期位
置に復帰させる回復力を電流を運ぶリード線により得る
ことが可能であり、この読取りコイルとリード線の組立
体が計器のトートバンド（ｔａｕｔ ｂａｎｄ）を思い
出させるような装置を構成する。回復力を発生させる他
の手段として、可動コイルに取付けた機械ばねまたは重
りのようなものを用いるのは当業者にとって容易であろ
う。
コイルの磁界により与えられる。読取りコイルを初期位
置に復帰させる回復力を電流を運ぶリード線により得る
ことが可能であり、この読取りコイルとリード線の組立
体が計器のトートバンド（ｔａｕｔ ｂａｎｄ）を思い
出させるような装置を構成する。回復力を発生させる他
の手段として、可動コイルに取付けた機械ばねまたは重
りのようなものを用いるのは当業者にとって容易であろ
う。
【００１３】超電導コイルにより得られる磁界は、セン
サーの読取りコイルがある所では普通１テスラ以上であ
る。この磁界強度は普通の計器で見られるよりも相当程
度大きい。更に、読取りコイルのサイズは計器の場合の
ような制限がない。その結果、本発明のセンサーはマイ
クロアンペア範囲の電流に対しても感応する。最も大型
の用途の多くはこの様なレベルの感度は必要としない。
サーの読取りコイルがある所では普通１テスラ以上であ
る。この磁界強度は普通の計器で見られるよりも相当程
度大きい。更に、読取りコイルのサイズは計器の場合の
ような制限がない。その結果、本発明のセンサーはマイ
クロアンペア範囲の電流に対しても感応する。最も大型
の用途の多くはこの様なレベルの感度は必要としない。
【００１４】計器では、印加磁界が振れの大小に拘らず
コイルの面に直角になるよう製造プロセスにより制限さ
れている。本発明のセンサーでは、かかる計器の運動は
外部磁界の方向が一定であるため実際的でない。読取り
コイルにかかるトルクはベクトル積Ａ × Ｂに比
例するから（Ａは読取りコイルの磁気モーメント、Ｂは
超電導コイルの磁界強度）、読取りコイルの最初の方向
は、ベクトル積が最初最大になる、即ち、外部磁界が読
取りコイルの面内にあってコイルの回転軸に直角である
ように決められる。読取りコイルを流れる電流が増加す
るにつれて振れが大きくなると、ベクトル積に固有の正
弦関係に従って感度が低くなる。しかしながら、通常は
電流が流れないから最初の振れがクエンチの発生開始を
示す。従って、クエンチの発生開始において最大の感度
が得られる。
コイルの面に直角になるよう製造プロセスにより制限さ
れている。本発明のセンサーでは、かかる計器の運動は
外部磁界の方向が一定であるため実際的でない。読取り
コイルにかかるトルクはベクトル積Ａ × Ｂに比
例するから（Ａは読取りコイルの磁気モーメント、Ｂは
超電導コイルの磁界強度）、読取りコイルの最初の方向
は、ベクトル積が最初最大になる、即ち、外部磁界が読
取りコイルの面内にあってコイルの回転軸に直角である
ように決められる。読取りコイルを流れる電流が増加す
るにつれて振れが大きくなると、ベクトル積に固有の正
弦関係に従って感度が低くなる。しかしながら、通常は
電流が流れないから最初の振れがクエンチの発生開始を
示す。従って、クエンチの発生開始において最大の感度
が得られる。
【００１５】超電導コイルの電圧タップからの電圧より
ｄＩ／ｄｔ項を事実上消去する平衡基準電圧または打ち
消し信号を与えることによって、読取りコイルによるク
エンチ検出感度が増大する。この信号を得るための適当
な方法の１つとして、超電導コイルの直ぐ近くにできる
だけ主コイルと同じ経路を辿るように第２の補償コイル
を巻回する方法がある。この補償コイルを主コイルに取
り付けた電圧タップと直列に挿入して、この補償コイル
に誘起される電圧が超電導コイルに誘起される電圧と反
対になるようにする。その結果生じる正味の電圧が抵抗
性成分だけを表わす。この電圧により、クエンチ発生時
に読取りコイルに電流が流れ、所望の振れが得られる。
ｄＩ／ｄｔ項を事実上消去する平衡基準電圧または打ち
消し信号を与えることによって、読取りコイルによるク
エンチ検出感度が増大する。この信号を得るための適当
な方法の１つとして、超電導コイルの直ぐ近くにできる
だけ主コイルと同じ経路を辿るように第２の補償コイル
を巻回する方法がある。この補償コイルを主コイルに取
り付けた電圧タップと直列に挿入して、この補償コイル
に誘起される電圧が超電導コイルに誘起される電圧と反
対になるようにする。その結果生じる正味の電圧が抵抗
性成分だけを表わす。この電圧により、クエンチ発生時
に読取りコイルに電流が流れ、所望の振れが得られる。
【００１６】２本またはそれ以上の光ファイバを介して
センサー組立体へ導かれるまた該組立体へ戻る光ビーム
に作用する光学エンコーダを用いると、読取りコイルの
位置の変化を遠隔表示できるという好ましい利点が得ら
れる。光ファイバーは非常に堅牢で、低温でよく働き、
例えばチェンバの頂部のような任意の適当な所で真空空
間内へ貫通させることができる。その結果、光源及び光
センサーを読取りコイルから離れたところに配置するこ
とが可能となる。
センサー組立体へ導かれるまた該組立体へ戻る光ビーム
に作用する光学エンコーダを用いると、読取りコイルの
位置の変化を遠隔表示できるという好ましい利点が得ら
れる。光ファイバーは非常に堅牢で、低温でよく働き、
例えばチェンバの頂部のような任意の適当な所で真空空
間内へ貫通させることができる。その結果、光源及び光
センサーを読取りコイルから離れたところに配置するこ
とが可能となる。
【００１７】本発明の他の詳細な点、目的及び利点は現
在のところ好ましいと思われる実施例についての以下の
説明から容易に理解されるであろう。
在のところ好ましいと思われる実施例についての以下の
説明から容易に理解されるであろう。
【００１８】
【好ましい実施例の説明】第１図は本発明のクエンチ検
出用センサーの概略図である。超電導コイル１はワイヤ
３により読取りコイル６に接続される並列電圧タップ２
によりモニターされる。読取りコイル６及びそれと一体
的構成のロータリーエンコーダ５は回転自在に取付けら
れている。読取りコイル６を超電導コイルの近くに配置
すると、読取りコイルが第１図の矢印Ｂで示す方向に主
として向いた超電導体の高磁界内に来る。上述した平衡
基準電圧は、補償コイル４ａに接続したワイヤ４を介し
て注入することができる。読取りコイル６は運動可能に
取付けたワイヤの多数の巻回部からなる。読取りコイル
を流れる電流により、電流が計器の運動を誘起すると同
じようにコイルを運動させる。本発明のクエンチ検出用
センサーでは、読取りコイルを電流が流れると読取りコ
イル６に印加中の外部磁界Ｂがロータリー光学式エンコ
ーダ５に振れを生ぜしめるような力を発生させ、この振
れが読取りコイル６を流れる電流の量を表わす。ロータ
リーエンコーダ５が回転すると、光源から光ファイバケ
ーブル１０及び１１を介してセンサーへ向かう光が影響
を受け、超電導コイル内にクエンチ状態が発生したこと
を示す。光ファイバーケーブル１０，１１を用いること
により、光源と光センサーをクエンチ検出用センサーか
ら離れた所で且つ高磁界Ｂ及び低温の影響を受けない所
に配置することができる。
出用センサーの概略図である。超電導コイル１はワイヤ
３により読取りコイル６に接続される並列電圧タップ２
によりモニターされる。読取りコイル６及びそれと一体
的構成のロータリーエンコーダ５は回転自在に取付けら
れている。読取りコイル６を超電導コイルの近くに配置
すると、読取りコイルが第１図の矢印Ｂで示す方向に主
として向いた超電導体の高磁界内に来る。上述した平衡
基準電圧は、補償コイル４ａに接続したワイヤ４を介し
て注入することができる。読取りコイル６は運動可能に
取付けたワイヤの多数の巻回部からなる。読取りコイル
を流れる電流により、電流が計器の運動を誘起すると同
じようにコイルを運動させる。本発明のクエンチ検出用
センサーでは、読取りコイルを電流が流れると読取りコ
イル６に印加中の外部磁界Ｂがロータリー光学式エンコ
ーダ５に振れを生ぜしめるような力を発生させ、この振
れが読取りコイル６を流れる電流の量を表わす。ロータ
リーエンコーダ５が回転すると、光源から光ファイバケ
ーブル１０及び１１を介してセンサーへ向かう光が影響
を受け、超電導コイル内にクエンチ状態が発生したこと
を示す。光ファイバーケーブル１０，１１を用いること
により、光源と光センサーをクエンチ検出用センサーか
ら離れた所で且つ高磁界Ｂ及び低温の影響を受けない所
に配置することができる。
【００１９】第２図は本発明のクエンチ検出用センサー
の一実施例を示す。この例では、超電導コイル１が電圧
タップ２によりモニターされ、接続用ワイヤ３が感知電
流をセンサー回路へ運ぶ。電圧タップ２からの誘導性電
圧は、ワイヤ４を介して感知電流に加えられｄＩ／ｄｔ
成分の多くを実質的に取り除く打ち消し信号により減少
される。第２図のロータリー光学式エンコーダ５及びそ
れと一体構成の読取りコイル６は、支持手段８により定
位置に保持された軸７上に回転自在に取付けられている
。軸７は平らなトートバンドであり、これによりロータ
リーエンコーダが何れの方向にも９０゜を越えない範囲
で回転できると共に、超電導コイルにクエンチの存在に
固有の電流状態が存在しない場合ロータリーエンコーダ
５がその元の位置に復帰している。ロータリーエンコー
ダ５の回転は光ファイバー１１の端部に設けた光センサ
ーにより検出される。第１図は、光ファイバー１０から
の光がロータリー光学式エンコーダ５により反射される
か、それを通過して光ファイバー１１へ通過する、構成
のクエンチ検出用センサーを示す。支持手段９は、光フ
ァイバー１０及び１１をロータリー光学式エンコーダの
端縁に近い整列位置に保持する。
の一実施例を示す。この例では、超電導コイル１が電圧
タップ２によりモニターされ、接続用ワイヤ３が感知電
流をセンサー回路へ運ぶ。電圧タップ２からの誘導性電
圧は、ワイヤ４を介して感知電流に加えられｄＩ／ｄｔ
成分の多くを実質的に取り除く打ち消し信号により減少
される。第２図のロータリー光学式エンコーダ５及びそ
れと一体構成の読取りコイル６は、支持手段８により定
位置に保持された軸７上に回転自在に取付けられている
。軸７は平らなトートバンドであり、これによりロータ
リーエンコーダが何れの方向にも９０゜を越えない範囲
で回転できると共に、超電導コイルにクエンチの存在に
固有の電流状態が存在しない場合ロータリーエンコーダ
５がその元の位置に復帰している。ロータリーエンコー
ダ５の回転は光ファイバー１１の端部に設けた光センサ
ーにより検出される。第１図は、光ファイバー１０から
の光がロータリー光学式エンコーダ５により反射される
か、それを通過して光ファイバー１１へ通過する、構成
のクエンチ検出用センサーを示す。支持手段９は、光フ
ァイバー１０及び１１をロータリー光学式エンコーダの
端縁に近い整列位置に保持する。
【００２０】第３Ａ図は、第２図の実施例に用いるクエ
ンチ検出用センサーのロータリー光学式エンコーダ５の
側面図である。１６で示す所では光ファイバーの光源１
０からの光がロータリー光学式エンコーダ５を通って光
ファイバー光センサー１１へ入るが、１７で示す所に来
ると光ファイバー光センサー１１へは通過できない。
ンチ検出用センサーのロータリー光学式エンコーダ５の
側面図である。１６で示す所では光ファイバーの光源１
０からの光がロータリー光学式エンコーダ５を通って光
ファイバー光センサー１１へ入るが、１７で示す所に来
ると光ファイバー光センサー１１へは通過できない。
【００２１】第３Ｂ図は、第２図に示すように軸７上の
読取りコイル６に一体的に取付けたクエンチ検出用セン
サーのロータリー光学式エンコーダ５の端面図であり、
ロータリー光学式エンコーダ５が回転すると光ファイバ
ー光源１０からの光がそのエンコーダを断続的に通過し
て光ファイバー光センサー１１へ入る。回転が大きけれ
ば大きいほどクエンチによる抵抗性電圧が大きい。
読取りコイル６に一体的に取付けたクエンチ検出用セン
サーのロータリー光学式エンコーダ５の端面図であり、
ロータリー光学式エンコーダ５が回転すると光ファイバ
ー光源１０からの光がそのエンコーダを断続的に通過し
て光ファイバー光センサー１１へ入る。回転が大きけれ
ば大きいほどクエンチによる抵抗性電圧が大きい。
【００２２】第３Ｃ図は、クエンチ検出用センサーのロ
ータリー光学式エンコーダ５の第２の実施例であり、こ
の例ではロータリー光学式エンコーダ５の周面がその回
転位置により光を反射するかまたは吸収する領域を有す
る。ロータリー光学式エンコーダ５は斜めの反射面１３
，１４を有し、光ファイバー光源１０からの光は反射面
１４により反射した後、反射面１３へ向かってそこから
光ファイバー光センサー１１，１２へ入る。ロータリー
光学式エンコーダ５が時計方向に回転すると、光ファイ
バー光センサー１１はいつも光源１０からの光を最初に
感知する最初の光センサーである。ロータリー光学式エ
ンコーダ５が反時計方向に回転すると、光ファイバー光
センサー１２はいつも光ファイバー光源１０からの光を
最初に感知するセンサーである。従って、ロータリー光
学式エンコーダ５の回転方向により、光ファイバー光源
１０からの光が光ファイバー光センサー１１及び／また
は１２へ反射されるか、または光反射領域１６と光吸収
領域１７の縞模様（第３Ｂ図に示すような）により吸収
される。これは、ロータリー光学式エンコーダ５の回転
により上記領域が光ファイバー光源１０と光ファイバー
光センサー１１，１２の下方を通過することにより生じ
、抵抗性電圧の強さに従ってロータリー光学式エンコー
ダ５の回転方向と回転の大きさとの両方が指示されて超
電導コイルに生じているクエンチ状態の相対的大きさが
得られる。
ータリー光学式エンコーダ５の第２の実施例であり、こ
の例ではロータリー光学式エンコーダ５の周面がその回
転位置により光を反射するかまたは吸収する領域を有す
る。ロータリー光学式エンコーダ５は斜めの反射面１３
，１４を有し、光ファイバー光源１０からの光は反射面
１４により反射した後、反射面１３へ向かってそこから
光ファイバー光センサー１１，１２へ入る。ロータリー
光学式エンコーダ５が時計方向に回転すると、光ファイ
バー光センサー１１はいつも光源１０からの光を最初に
感知する最初の光センサーである。ロータリー光学式エ
ンコーダ５が反時計方向に回転すると、光ファイバー光
センサー１２はいつも光ファイバー光源１０からの光を
最初に感知するセンサーである。従って、ロータリー光
学式エンコーダ５の回転方向により、光ファイバー光源
１０からの光が光ファイバー光センサー１１及び／また
は１２へ反射されるか、または光反射領域１６と光吸収
領域１７の縞模様（第３Ｂ図に示すような）により吸収
される。これは、ロータリー光学式エンコーダ５の回転
により上記領域が光ファイバー光源１０と光ファイバー
光センサー１１，１２の下方を通過することにより生じ
、抵抗性電圧の強さに従ってロータリー光学式エンコー
ダ５の回転方向と回転の大きさとの両方が指示されて超
電導コイルに生じているクエンチ状態の相対的大きさが
得られる。
【００２３】当業者には、ロータリーエンコーダの方向
を知る他の使用可能な手段があること、またこれは所望
の結果を得るための１つの方法に過ぎないことが分かる
であろう。他の方法としては、第３Ｅ図に示すような第
２の光ファイバー光センサーの代わりに回転部材上に形
成した第２のパターンを用いるものがある。例えば、こ
の第２のパターンは光る部分と暗い部分とを感知する同
じ光ファイバーにより容易に感知可能な第２の組の色付
き領域１８よりなることができる。
を知る他の使用可能な手段があること、またこれは所望
の結果を得るための１つの方法に過ぎないことが分かる
であろう。他の方法としては、第３Ｅ図に示すような第
２の光ファイバー光センサーの代わりに回転部材上に形
成した第２のパターンを用いるものがある。例えば、こ
の第２のパターンは光る部分と暗い部分とを感知する同
じ光ファイバーにより容易に感知可能な第２の組の色付
き領域１８よりなることができる。
【００２４】更に別の実施例として、ロータリー光学式
エンコーダ５の周面はその回転位置に従って光反射領域
１６と光吸収領域１７とを有する（第３Ｄ図）この例に
おいて、ロータリーエンコーダ５は、第３Ｃ図に示した
反射面１３，１４の代わりに単一の平らな反射面１５を
有する。光ファイバー光源１０と光ファイバー光センサ
ー１１，１２は、ロータリー光学式エンコーダ５が時計
方向に回転すると光ファイバー光センサー１１が光ファ
イバー光源１０からの光を最初に感知し、またロータリ
ー光学式エンコーダ５が反時計方向に回転すると光ファ
イバー光センサー１２が光ファイバー光源１０からの光
を最初に感知するように、反射面１５に対して斜めに向
けられている。また、光学式エンコーダ５が回転して領
域１６，１７を通過すると、ロータリー光学式エンコー
ダ５の回転方向により、光ファイバー光源１０からの光
がこれらの領域のパターンにより反射または吸収されて
、ロータリー光学式エンコーダの回転方向とその大きさ
とが共に指示される。
エンコーダ５の周面はその回転位置に従って光反射領域
１６と光吸収領域１７とを有する（第３Ｄ図）この例に
おいて、ロータリーエンコーダ５は、第３Ｃ図に示した
反射面１３，１４の代わりに単一の平らな反射面１５を
有する。光ファイバー光源１０と光ファイバー光センサ
ー１１，１２は、ロータリー光学式エンコーダ５が時計
方向に回転すると光ファイバー光センサー１１が光ファ
イバー光源１０からの光を最初に感知し、またロータリ
ー光学式エンコーダ５が反時計方向に回転すると光ファ
イバー光センサー１２が光ファイバー光源１０からの光
を最初に感知するように、反射面１５に対して斜めに向
けられている。また、光学式エンコーダ５が回転して領
域１６，１７を通過すると、ロータリー光学式エンコー
ダ５の回転方向により、光ファイバー光源１０からの光
がこれらの領域のパターンにより反射または吸収されて
、ロータリー光学式エンコーダの回転方向とその大きさ
とが共に指示される。
【００２５】第４図は本発明の更に別の実施例を示す。
この例ではクエンチ検出用センサーが超電導コイル１の
極く近くに配置されている。また、補償コイル４ａが超
電導コイル１と平行にまたはバイファイラ式に巻回され
、このコイルにより平衡基準電圧または打ち消し信号が
発生される。
極く近くに配置されている。また、補償コイル４ａが超
電導コイル１と平行にまたはバイファイラ式に巻回され
、このコイルにより平衡基準電圧または打ち消し信号が
発生される。
【００２６】本発明の現在において好ましいと思われる
実施例につき詳細に説明したが、本発明は頭書した特許
請求の範囲に含まれる限り他の実施態様で実施できるこ
とは明らかである。
実施例につき詳細に説明したが、本発明は頭書した特許
請求の範囲に含まれる限り他の実施態様で実施できるこ
とは明らかである。
【図１】第１図は、本発明のクエンチ検出用センサーの
概略図である。
概略図である。
【図２】第２図は、本発明のクエンチ検出用センサーの
一実施例を示す。
一実施例を示す。
【図３】第３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ図は、本発明
のクエンチ検出用センサーのロータリーエンコーダの種
々の実施例を示す。
のクエンチ検出用センサーのロータリーエンコーダの種
々の実施例を示す。
【図４】第４図は、本発明のクエンチ検出用センサーの
さらに別の実施例を示す。
さらに別の実施例を示す。
１ 超電導コイル
２ 電圧タップ
５ ロータリー光学式エンコーダ
６ 読取りコイル
１０ 光ファイバー光源
１１ 光ファイバー光センサー
Claims (18)
- 【請求項１】 超電導コイルのクエンチ検出用センサ
ーであって、超電導コイルにより発生される磁界内にあ
って、超電導コイル上の電圧タップに接続された２つの
電位リード間を超電導コイルのクエンチにより流れる電
流に応答して動く読取りコイルと、少なくとも１つの光
源と、前記光源に整列させた少なくとも１つの光センサ
ーと、前記読取りコイルに一体的に取付けられて、前記
光源から出て前記光センサーに当たる光を遮断できる光
学式エンコーダと、超電導コイルにクエンチが存在しな
い時読取りコイルをその初期位置に戻すよう付勢する手
段と、前記光センサーヘの光の通過及び遮断を遠隔場所
で復号して、超電導コイルにおけるクエンチの存在を指
示する手段とよりなることを特徴とするクエンチ検出用
センサー。 - 【請求項２】 前記読取りコイルが回転可能であるこ
とを特徴とする請求項１に記載のセンサー。 - 【請求項３】 前記光学式エンコーダが読取りコイル
が時計方向へ回転すると前記光源からの光を第１の光セ
ンサーへ反射する手段を有し、また前記光学式エンコー
ダが、読取りコイルが反時計方向に回転すると前記光源
からの光を第２の光センサーへ反射する手段を有するこ
とを特徴とする請求項２に記載のセンサー。 - 【請求項４】 前記光学式エンコーダが、超電導コイ
ル内の抵抗性電圧の大きさに従って読取りコイルの回転
方向及びその大きさを指示することによりクエンチの相
対的大きさを示すために、前記光源からの光を反射して
複数の光センサーへ向ける少なくとも１つの反射面を有
することを特徴とする請求項２に記載のセンサー。 - 【請求項５】 前記光源と前記光センサーが光ファイ
バー材により作られていることを特徴とする請求項１に
記載のセンサー。 - 【請求項６】 超電導コイルと平行に巻回した補償コ
イルからの平衡基準電圧によりセンサーが検出する任意
の誘導性電圧が打ち消されることを特徴とする請求項１
に記載のセンサー。 - 【請求項７】 少なくとも一対のコイルを備えた超電
導磁石におけるクエンチ検出用センサーであって、前記
コイルのそれぞれに接続した電圧タップと、第１及び第
２のリード線を有し、平衡基準電圧を発生してクエンチ
検出用センサーにより検出される誘導性電圧を打ち消す
ために前記超電導磁石コイルに隣接して配設した補償コ
イルと、２つの電位リード線を有し、超電導コイルによ
り発生される磁界内に回転可能に取付けられ、前記電圧
タップのうちの一方が前記補償コイルの第１リード線と
接続され、もう一方の電圧タップが前記電位リード線の
うちの一方に接続され、もう一方の電位リード線が打ち
消しコイルの第２のリード線に接続されて、超電導磁石
内のクエンチにより流れる電流に応答して動く読取りコ
イルと、前記読取りコイルに回転可能に取付けられてそ
のコイルとともに回転可能な光学式エンコーダと、前記
光学式エンコーダの一方の側に当たるように向けられた
光源と、前記光源からの光を受けるように前記光学式エ
ンコーダの反対側に位置する光センサーと、前記光セン
サーが受ける光を遠隔場所で復号して超電導コイルにお
けるクエンチの存在を指示する手段とよりなることを特
徴とするセンサー。 - 【請求項８】 前記読取りコイルが超電導磁石により
発生される磁界の方向に直角に配置されることを特徴と
する請求項７に記載のセンサー。 - 【請求項９】 前記打ち消しコイルが超電導磁石の前
記コイルに平行に巻回されていることを特徴とする請求
項８に記載のセンサー。 - 【請求項１０】 前記光学式エンコーダが読取りコイ
ルが時計方向に回転すると前記光源からの光を第１の光
センサーへ向ける手段を有し、前記光学式エンコーダが
読取りコイルが反時計方向に回転すると光源からの光を
第２の光センサーへ向ける手段を有することを特徴とす
る請求項８に記載のセンサー。 - 【請求項１１】 前記光学式エンコーダが、超電導コ
イル内の抵抗性電圧の大きさに従って読取りコイルの回
転方向及びその大きさを示すことによりクエンチの相対
的大きさを指示するために光源からの光を反射して複数
の光センサーへ向ける少なくとを１つの反射面を有する
ことを特徴とする請求項８に記載のセンサー。 - 【請求項１２】 前記光源及び光センサーが光ファイ
バー材により作られていることを特徴とする請求項８に
記載のセンサー。 - 【請求項１３】 前記打ち消しコイルが超電導磁石の
前記コイルに平行に巻回されていることを特徴とする請
求項７に記載のセンサー。 - 【請求項１４】 超電導材料よりなる少なくとも一対
のコイルを備えた超電導磁石のクエンチを検出する方法
であって、前記コイルにそれぞれ電圧タップを接続し、
前記電圧タップに作動的に連携する２つの電位リード線
を備えた回転可能な読取りコイルを超電導コイルにより
発生される磁界内に配置して読取りコイルが超電導磁石
内のクエンチによる電流に応答して動くようにし、クエ
ンチ検出用センサーにより検出される任意の誘導性電圧
を打ち消すために読取りコイルに平衡基準電圧を供給し
、光学式エンコーダを読取りコイルと共に回転するよう
にその読取りコイルに取付け、光学式エンコーダの一方
の側に光を向けるべく光源を配置し、光学式エンコーダ
の反対側に前記光源からの光を受けるべく光センサーを
配置し、光センサーが受ける光を復号して超電導コイル
内のクエンチの存否を指示するステップよりなることを
特徴とする方法。 - 【請求項１５】 読取りコイルを磁界内に配置する前
記ステップが、読取りコイルが位置する平面に垂直なベ
クトルが前記磁界に対して直角になるように読取りコイ
ルを配置することを含むことを特徴とする請求項１４に
記載の方法。 - 【請求項１６】 平衡基準電圧を供給する前記ステッ
プが、補償コイルを超電導磁石の前記コイルに平行に配
置して、補償コイルの第１リード線を前記電圧タップの
一方に接続し、第２リード線を読取りコイルの電位リー
ド線の一方に接続し、前記電位リード線のもう一方をも
う一方の電圧タップに接続することよりなる請求項１４
に記載の方法。 - 【請求項１７】 前記光学式エンコーダが、読取りコ
イルが時計方向に回転すると光源からの光を第１の光セ
ンサーへ反射する手段を有し、前記光学式エンコーダが
読取りコイルが反時計方向に回転すると光源からの光を
第２の光センサーへ反射する手段を含むことを特徴とす
る請求項１４項に記載の方法。 - 【請求項１８】 前記光学式エンコーダが、超電導コ
イルの抵抗性電圧の大きさに従って読取りコイルの回転
方向及びその大きさを指示することによりクエンチの相
対的大きさを指示するために光源からの光を反射して複
数の光センサーへ向ける少なくとも１つの反射面を有す
ることを特徴とする請求項１４項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/489,137 US5067044A (en) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | Sensor for detecting a quench in a superconductor using an optical coupling |
| US489137 | 1990-03-05 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04220518A true JPH04220518A (ja) | 1992-08-11 |
Family
ID=23942564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3063865A Withdrawn JPH04220518A (ja) | 1990-03-05 | 1991-03-05 | 超電導コイルのクエンチ検出用センサー及び検出方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5067044A (ja) |
| EP (1) | EP0446022B1 (ja) |
| JP (1) | JPH04220518A (ja) |
| CA (1) | CA2037470A1 (ja) |
| DE (1) | DE69105558T2 (ja) |
| ES (1) | ES2064901T3 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7898778B2 (en) | 2005-04-19 | 2011-03-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Superconducting coil quench detection method and device, and superconducting power storage unit |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5427107A (en) * | 1993-12-07 | 1995-06-27 | Devices For Vascular Intervention, Inc. | Optical encoder for catheter device |
| US6055938A (en) * | 1999-02-26 | 2000-05-02 | Ellen S. Klein | Animal grooming apparatus |
| DE60223019T2 (de) * | 2001-05-17 | 2008-07-24 | Hair Patrol Llc, Littleton | Vacuumstriegelgerät |
| US7342757B2 (en) * | 2004-06-28 | 2008-03-11 | General Electric Company | System and method for quench protection of a superconductor |
| KR100732053B1 (ko) | 2006-05-16 | 2007-06-27 | 한국기초과학지원연구원 | 초전도 선재 내부 전압탭 센서 및 그 제작방법 |
| US9240681B2 (en) | 2012-12-27 | 2016-01-19 | General Electric Company | Superconducting coil system and methods of assembling the same |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1544858A (fr) * | 1967-09-29 | 1968-11-08 | Alsthom Cgee | Procédé de détection des transitions dans des bobines supraconductrices |
| DE2839787A1 (de) * | 1978-09-13 | 1980-03-27 | Kernforschungsz Karlsruhe | Quench-detektor |
| SE417137B (sv) * | 1979-05-31 | 1981-02-23 | Asea Ab | Optiskt metdon for metning av magnetiska och elektriska felt |
| US4371943A (en) * | 1980-10-06 | 1983-02-01 | General Dynamics Corporation/Convair Div. | External means for detecting normal zones in superconducting magnets or coils |
| JPS61230303A (ja) * | 1985-04-05 | 1986-10-14 | Fuji Electric Co Ltd | 超電導電磁石の保護回路 |
| EP0205924A3 (en) * | 1985-05-20 | 1988-04-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Monitoring system for detecting quench of superconductive coils |
| US4996472A (en) * | 1989-08-31 | 1991-02-26 | Westinghouse Electric Corp. | Passive superconducting quench detection sensor |
| US4978922A (en) * | 1989-08-31 | 1990-12-18 | Westinghouse Electric Corp. | Superconducting sensor for quench detection in a superconductor |
-
1990
- 1990-03-05 US US07/489,137 patent/US5067044A/en not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-03-04 CA CA002037470A patent/CA2037470A1/en not_active Abandoned
- 1991-03-05 DE DE69105558T patent/DE69105558T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-03-05 EP EP91301831A patent/EP0446022B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-03-05 JP JP3063865A patent/JPH04220518A/ja not_active Withdrawn
- 1991-03-05 ES ES91301831T patent/ES2064901T3/es not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7898778B2 (en) | 2005-04-19 | 2011-03-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Superconducting coil quench detection method and device, and superconducting power storage unit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5067044A (en) | 1991-11-19 |
| CA2037470A1 (en) | 1991-09-06 |
| ES2064901T3 (es) | 1995-02-01 |
| EP0446022A2 (en) | 1991-09-11 |
| DE69105558T2 (de) | 1995-07-06 |
| DE69105558D1 (de) | 1995-01-19 |
| EP0446022A3 (en) | 1992-01-08 |
| EP0446022B1 (en) | 1994-12-07 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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