JPH04294022A - 超電導スイッチ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気装置に用いる超電導
スイッチに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超電導スイッチは、超電導体の常電導転
移における高抵抗化と超電導復帰における零抵抗化の抵
抗変化現象を利用してスイッチ作用を行うものである。 図３に従来の超電導スイッチを示す。

【０００３】図３において、６はスイッチＯＮ−ＯＦＦ
を行うための超電導体、５は超電導体６に並列に接続さ
れ超電導体６がスイッチＯＦＦ時に電流値を所定の値に
制限するための抵抗器または限流コイル、３は超電導体
６にスイッチＯＦＦ動作のトリガーをかけるためのトリ
ガーコイルで加熱用ヒータまたは界磁コイルあるいは電
流を付加するためのコイルである。

【０００４】この超電導スイッチのＯＮ−ＯＦＦ操作は
、トリガーコイル３に制御電流を流すことにより超電導
体６を常電導転移させ高抵抗化させてＯＦＦ状態を、上
記トリガーコイル３の制御電流を遮断することにより超
電導体６を超電導状態に復帰させ零抵抗化させてＯＮ状
態を達成している。このように従来の超電導スイッチの
ＯＮ−ＯＦＦ操作は機能的に一つの超電導体６によって
行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】超電導スイッチの応答
速度は、超電導体の常電導転移速度および超電導への復
帰速度に係わってくる。一般にこの現象の応答速度は高
くないので、高速応答を必要とする電気装置には使用出
来ないのが現状である。例えば超電導電力貯蔵装置用の
永久電流スイッチなどでは、電力損失の発生を伴う常電
導でのサイリスタ・スイッチが使用されているような段
階であり、高速応答の超電導スイッチの実現が望まれて
いる。

【０００６】超電導体の常電導転移速度の向上と超電導
への復帰速度の向上には技術的に相い反する要素を含み
、図３に示した従来の機能的に超電導体が一つの方式に
おいては、高速ＯＮ−ＯＦＦ動作をするスイッチを実現
することは難しい。本発明は高速応答化への一手段を与
えるものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、ＯＦＦ用超
電導体とＯＮ用超電導体を並列接続して設ける。この場
合、ＯＦＦ用超電導体とＯＮ用超電導体として冷却能率
の異なるものを用いることができる。

【０００８】

【作用】このように構成した本発明の超電導スイッチに
おいては、ＯＦＦ用超電導体を常電導転移速度が高くな
るようになし、ＯＮ用超電導体を超電導復帰速度が高く
なるように構成して、スイッチのＯＮ−ＯＦＦ動作を機
能分割することによって総合的に高速ＯＮ−ＯＦＦ動作
をするスイッチを実現することができる。

【０００９】

【実施例】本発明を第１図に基づいて説明する。図１に
おいて、１はＯＦＦ用超電導体、２はＯＮ用超電導体、
３はＯＦＦ用超電導体１を常電導転移させスイッチをＯ
ＦＦ状態にさせるためのトリガー用の抵抗体、４はＯＮ
用超電導体２に磁界をかけＯＮ用超電導体２を常電導転
移させるためのコイル、５はスイッチＯＦＦ時に電流値
を所定の値に制限するための抵抗器または限流コイルで
ある。

【００１０】ＯＦＦ用超電導体１と抵抗体３は全体の冷
却効果が低くなるように構成され、またＯＮ用超電導体
２は上記とは逆に可能な限り冷却効果が高いように構成
されている。

【００１１】超電導スイッチがＯＮ状態からＯＦＦ−Ｏ
Ｎに至る過程をもとに、それが高速化される作用につい
て図１および図２に基づいて説明する。図１において、
超電導スイッチがＯＮ状態のときは、ＯＦＦ用超電導体
１が超電導状態、ＯＮ用超電導体２がコイル４によって
その臨界磁界以上の磁界をかけられ常電導状態にある。 この状態において、回路はＯＦＦ用超電導体１によって
ＯＮ状態に保たれている。

【００１２】この状態から回路をＯＦＦ状態にするには
、抵抗体３に制御電流を流す。抵抗体３に制御電流を流
せば、ＯＦＦ用超電導体１が熱的に常電導転移し高抵抗
状態となり回路は高抵抗接続状態のＯＦＦ状態となる。

【００１３】次に、回路をＯＦＦ状態からＯＮ状態にす
るには、コイル４の制御電流を遮断しＯＮ用超電導体２
にかけられた磁界を消磁する。これによってＯＮ用超電
導体２が超電導状態に復帰しＯＮ状態が達成される。

【００１４】この状態において、抵抗体３の制御電流を
遮断すれば、常電導状態にあるＯＦＦ用超電導体１をそ
のＯＮ動作速度に係わりなく超電導状態に復帰させてお
くことができる。このとき、回路はＯＦＦ用超電導体１
およびＯＮ用超電導体２によってＯＮ状態になっている
が、次のＯＦＦ動作に備えてコイル４に制御電流を流し
、ＯＮ用超電導体２をＯＦＦ動作速度に係わりなく常電
導状態に転移させておくことができる。この状態では回
路はＯＦＦ用超電導体１によってＯＮ状態が保持されて
いる。

【００１５】このスイッチ操作における本発明の高速化
について図２に基づいて説明する。スイッチＯＦＦ作用
の基本となる超電導体の常電導転移現象についてみると
、超電導体全体が同時に一瞬に常電導化しているのでは
なく、不確定な局所的な部分を起点として常電導化が発
生し、それによって生じる部分的な抵抗成分と通過電流
とにより生ずる発熱によって超電導体に熱が伝播し、そ
れが超電導体を常電導化させるという経過をたどってい
る。したがって、超電導体が高抵抗になりスイッチＯＦ
Ｆ状態を達成するまでの時間はこの常電導化転移の伝播
速度に関連する。

【００１６】図２は、本発明の実施例におけるＯＦＦ用
超電導体１と、その超電導体と同一形状の超電導体を冷
却性能の高い構造に設計した場合との常電導転移時の抵
抗の増加速度を示したものである。同図において、ａは
実施例における冷却性能の低い場合、ｂは冷却性能の高
い場合を示す。同図より明らかなように冷却性能の低い
実施例の場合は抵抗の増加速度が非常に高くなっている
。すなわち、冷却性能の低い方がスイッチング速度が高
いことを示している。この冷却性能の低い場合の抵抗の
増加速度の増大は、局部的常電導転移による発熱が冷却
効率が低いため熱伝導に費やされるためとみられる。 第２図はスイッチＯＦＦ動作速度が約８倍に高くなった
例である。

【００１７】しかしながら、冷却効果が低くなるように
構成し常電導転移速度を増大させた超電導体は、逆に超
電導状態への復帰時間が遅くなる欠点があり、スイッチ
のＯＮ動作に応用すると動作時間が長くなることとなる
。そのため冷却効果が高くなるように構成した超電導状
態への復帰時間の短い超電導体を並列に接続し、これに
スイッチのＯＮ動作を行わせるようにしている。

【００１８】次に、上記の具体的構成例を示す。ＯＦＦ
用超電導体１およびＯＮ用超電導体２は共に、ニオブチ
タン合金系の交流用超電導線材を用い、無誘導巻きのコ
イル構造にし、これらは同心配置としている。冷媒とし
て液体ヘリウムを使用している。

【００１９】ＯＦＦ用超電導体１は冷却能率を下げるた
めと超電導線材に接触する部分の熱容量を小さくするた
め、縦方向に細い多数の冷却溝を有するエポキシ系シリ
ンダー上に巻き込み、表面にはエポキシ樹脂を塗布し含
浸接着している。抵抗体３はＯＦＦ用超電導体１全体に
均一に巻いてあり、ＯＦＦ用超電導体１と抵抗体３とは
一体形構造となっている。また、これらの表面は絶縁フ
ィルムで覆ってある。

【００２０】ＯＮ用超電導体２はＯＦＦ用超電導体１と
同じく、縦方向に細い多数の冷却溝を有するエポキシ系
シリンダー上に巻いているが、冷却効果を高めるために
エポキシ樹脂含浸接着および絶縁フィルムでは覆ってい
ない。コイル４はＯＮ用超電導体２に直角に配置してい
る。

【００２１】また、ＯＦＦ用超電導体１の臨界電流値は
ＯＮ用超電導体２の臨界電流値よりやや低く設計してあ
り、ＯＦＦ用超電導体１およびＯＮ用超電導体２が共に
超電導状態にあるとき、回路の過電流による常電導転移
がＯＦＦ用超電導体１より発生するようになっている。 この構成によって、回路ＯＦＦ動作およびＯＮ動作それ
ぞれの応答速度を非常に向上させることができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法は超
電導スイッチの高速応答作用の一手段を与えるもので産
業上の利用効果は非常に高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超電導スイッチの構成を示す図である
。

【図２】本発明の高速スイッチ作用の効果を説明するた
めの、超電導体の常電導転移時の抵抗変化速度を表す図
である。

【図３】従来の超電導スイッチの構成を示す図である。

【符号の説明】

１　　ＯＦＦ用超電導体 ２　　ＯＮ用超電導体 ３　　ＯＦＦ動作のトリガーをかけるための抵抗体４　
　ＯＮ動作を行わせるためのコイル５　　抵抗器または
限流コイル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＯＦＦ用超電導体とＯＮ用超電導体を並列
   に接続した超電導スイッチ。
2. 【請求項２】上記ＯＦＦ用超電導体と上記ＯＮ用超電導
   体として冷却能率の異なるものを用いた請求項１に記載
   の超電導スイッチ。