JPH05327043A - 超電導マグネット装置 - Google Patents

超電導マグネット装置

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JPH05327043A
JPH05327043A JP4127098A JP12709892A JPH05327043A JP H05327043 A JPH05327043 A JP H05327043A JP 4127098 A JP4127098 A JP 4127098A JP 12709892 A JP12709892 A JP 12709892A JP H05327043 A JPH05327043 A JP H05327043A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
superconducting magnet
superconducting
permanent current
current switch
pcs
Prior art date
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Pending
Application number
JP4127098A
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English (en)
Inventor
Toshiji Tominaka
利治 冨中
Kazuhisa Mori
森  和久
Shigeru Kadokawa
角川  滋
Nobuhiro Hara
伸洋 原
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】永久電流モードで使用する超電導マグネットに
おいて、複数のPCSを用いて並列に接続した並列型P
CSについて、外部の磁場変動にともなって並列型PCS
に印加される磁場変動を所定強度以下に低減させるよう
に並列型PCSを磁気シールドする。また磁場変動にと
もなって並列型PCSの回路ループに誘導される電流を
所定強度以下に低減させるように各PCSのインダクタ
ンスを大きくする。更に、並列型PCSを磁場勾配が小
さい所に設置する。 【効果】外部の磁場変動がある場合でも安定に超電導マ
グネットを永久電流モードで安定に運転できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気共鳴イメージング
装置(以下、MRI装置と略称)又は磁気浮上列車など
で使用される永久電流モードで使用する超電導マグネッ
トに関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、磁気浮上列車などで使用される
永久電流モード超電導マグネットでは、超電導コイルの
通電電流が永久電流スイッチ(以下、PCSと略称)1
個の電流容量よりも大きい等の理由により、複数のPC
Sを用いて並列に接続した並列型PCSにして、PCS
全体としての電流容量を大きくしている。特公昭53−23
435 号公報などに見られるように、各PCSに電流が均
等に流れるようにして並列型PCS全体としての実効的
な電流容量を大きくすることにより永久電流モード時の
超電導マグネットの安定度を向上させることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は超電導
マグネット装置に対する外部磁場変動の影響について十
分な考慮がされておらず、外部磁場変動がある場合、永
久電流モード時に超電導マグネット装置が不安定になり
クエンチするという問題があった。
【0004】この磁場変動の影響を低減することは、磁
気浮上列車用超電導マグネットのように外部磁場変動が
大きい場合には永久電流モードでの安定性を格段に向上
させることに効果がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は永久電流モードで使用する超電導マグネッ
トにおいて、複数のPCSを用いて並列に接続した並列
型PCSについて、外部の磁場変動にともなって並列型
PCSに印加される磁場変動を所定強度以下に低減させ
るように並列型PCSを磁気シールドする。また、磁場
変動にともなって並列型PCSの回路ループに誘導され
る電流を所定強度以下に低減させるように各PCS要素
のインダクタンスを大きくする。
【0006】また、外部の磁場変動がなくても磁場勾配
がある所に永久電流スイッチが置かれている状態で永久
電流スイッチが振動するとPCSに磁場変動が印加され
ることと同等の影響があり、外部の磁場変動の影響を有
効に抑制できない場合にはPCSの機械的な振動又は動
きを抑制するか、又はPCSの振動又は動きを十分に抑
制できない場合には磁場勾配がある程度小さい所に設置
するようにすることも有効な手段になる。
【0007】
【作用】外部の直接の磁場変動又は磁場勾配がある所で
の機械的な振動によるPCSに印加される実効的な磁場
変動を抑制すること及び並列型PCSの各PCS要素の
インダクタンスを大きくすることにより、並列型PCS
の並列回路に誘導される電流を小さくすることができ
る。また、影山 優他著:永久電流スイッチの不安定性
原因:低温工学 26(1991)p204−p207
に報告されているように、CuNi/NbTi超電導線
を用いたPCSの場合には、PCS1個の電流掃引速度
が大きくなるにつれて、PCSの臨界電流が急激に低下
することが明らかにされている。従って、磁場変動によ
ってPCSに誘導される電流及びその誘導電流の変化率
を小さくすることによって、磁場変動下でもPCSに流
れる通電電流と磁場変動により誘導される電流との合計
電流を臨界電流よりも、裕度をもって小さくできるので
PCSの安定度を向上させることができる。
【0008】
【実施例】以下、本発明の動作原理を図により説明す
る。図1に本発明の永久電流モードで使用する超電導マ
グネットの回路図を示す。図1に示した永久電流モード
超電導マグネットの回路図の一部に相当する外部磁場変
動下にある並列型PCSの動作を図2を使って説明す
る。図2に外部磁場変動下にあるインダクタンスL,抵
抗Rで構成された等価回路を示す。ここで、PCSの自
己インダクタンスを各々L1 ,L2 、そして相互インダ
クタンスをMとすると、L=L1+L2−2M,R=R1
+R2の関係がある。永久電流モードでの電流減衰を小
さくするために接続部の抵抗は通常微小なものである。
また、PCSのインダクタンスLは超電導コイルのイン
ダクタンスに比べて無視できる程度に小さくする必要が
あるために、PCSは通常無誘導巻にしてインダクタン
スは微小なものになっている。しかし、これは永久電流
モード設定時における超電導コイルの電流変動を小さく
するためで、必ずしもPCSのインダクタンスは必要以
上に小さくする必要はない。
【0009】図2に示すように、インダクタンスL,抵
抗Rで構成された電気回路において、ループに一定の磁
束変動Φ=Eが印加された場合、このループに誘導され
る電流は数1で記述される。
【0010】
【数1】
【0011】この方程式の解は下記のようになる。
【0012】
【数2】
【0013】ここで、I(0)=0とした。抵抗R=0の
極限では
【0014】
【数3】
【0015】となる。図3は、誘導電流Iの時間変化を
抵抗とインダクタンスとの比R/Lをパラメータとして
示す。また、電流変化率は
【0016】
【数4】
【0017】になり磁束変動印加直後(t=0)、最大
値E/Lとなる。このことから、インダクタンスL,抵
抗Rが小さくなるにつれて磁場変動下における誘導電流
I、及びその電流変化率は大きくなる。
【0018】更に、磁場浮上列車のように定常的に磁場
擾乱が印加された場合、磁束変動はΦ=E0sinωtとな
り、このループに誘導される電流は次式で記述される。
【0019】
【数5】
【0020】この解は下記のようになる。
【0021】
【数6】
【0022】ここで、ω′=R/Lとした。
【0023】従って、ループに一定の磁束変動Φ=Eが
印加された場合、及び定常的な磁場擾乱Φ=E0sinωt
が印加された場合共に、外部の磁場変動にともなって並
列型PCSに印加される磁場変動を所定強度以下に低減
させて、並列型PCSのループに印加される実効的な磁
束変動強度E又はE0 が小さくなるように並列型PCSを
磁気シールドする、また磁場変動にともなって並列型P
CSの回路ループに誘導される電流を所定強度以下に低
減させるように各PCS要素のインダクタンスLを大き
くすることは有効な手段となる。
【0024】他方、超電導コイルを含む場合に対応し
て、超電導コイル(インダクタンスLc ),PCS1個
(インダクタンスL1 ),抵抗R=Rc+R1(接続抵抗
に対応)で構成された電気回路において、ループにΦ=
Eの磁束変化が印加された場合、ループに誘導される電
流Iは、上式でL=Lc+L1,R=Rc+R1とした場合
に対応する。ここでは、簡単化のために超電導コイルと
PCSとの間の相互インダクタンスは無視した。ここ
で、コイル巻数nの影響について調べると、磁場変化Δ
Bにおいてループ磁束変化はnΔΦ、他方、インダクタ
ンスはn2L となり、それで、誘導電流はI/nにな
る。従って、巻数が増える(同様にインダクタンスも増
える)に伴って誘導電流が減り、磁場変化の影響が小さ
くなることがわかる。通常、永久電流モード超電導マグ
ネットでの場合、超電導コイルのインダクタンスLc
大きく、磁場変動による影響は小さいと考えられる。
【0025】以下、本発明の実施例を図により説明す
る。図4に示すように、並列型PCSの部分をアルミニ
ウムなどの電気抵抗の小さい物質で囲うこと、超電導物
質で囲うこと、鉄などの透磁率の大きい物質で囲うこ
と、及びそれらを組み合わせて複数の物質で囲うことに
よって、並列型PCSを磁気シールドして磁場変動の影
響を低減することができた。
【0026】また、図5に示すように、並列型PCSの
各PCS要素のインダクタンスを所定の値以上になるよ
うにPCS要素に微小なコイル部分を付加することも安
定性向上に有効だった。微小なコイル部分を付加するこ
とは、PCSの一部又は全部をロゴスキー・コイル形状
に巻回すること、又は単に該PCSの巻線を一部無誘導
巻にしないことによっても実現できた。または同時に外
部の磁場が並列型PCSのループに鎖交しないようにPC
Sの巻線の一部又は全部をロゴスキー・コイル形状を巻
回することにより、外部磁場変動の影響を低減すること
ができた。
【0027】また、外部の磁場変動がなくても磁場勾配
がある所にPCSが置かれている状態でPCSが振動す
るとPCSに磁場変動が印加されることと同等の影響が
あり、外部の磁場変動の影響を有効に抑制できない場合
にはPCSの機械的な振動又は動きを抑制するか、又
は、PCSの振動又は動きを十分に抑制できない場合に
は磁場勾配がある程度小さい所に設置するようにするこ
とも並列型PCSのループに印加される実効的な磁束変
動を小さくするのに有効な手段になる。また、外部の磁
場が並列型PCSのループに鎖交しないようにすること
も有効である。PCSは磁場を発生させる超電導コイル
の両端を短絡するように接続するために、磁場がゼロで
磁場勾配がないところに設置できないし、また、PCS
は超電導状態で使用するために液体He容器内に設置す
る必要がある。具体的には、図5に示すように超電導コ
イルがソレノイド形状の場合、PCSを超電導ソレノイ
ド・コイルの外側中央部に隣接して設置することによ
り、超電導マグネットの永久電流モードでの安定性を格
段に向上させることができた。また、MRI装置用の超
電導マグネットのように複数の超電導ソレノイド・コイ
ルから全体としてソレノイド形状の超電導コイル系を構
成して円筒状のクライオスタットに納められている場合
にも、同様に超電導ソレノイド・コイル系の外側中央部
に隣接して設置することにより永久電流モードでの安定
性向上に効果があった。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、外部の磁場変動がある
場合でも安定に超電導マグネットを永久電流モードで安
定に運転できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の動作原理を説明する永久電流モード超
電導マグネットの回路図。
【図2】本発明の動作原理を説明する外部磁場変動下の
特性を評価するための等価回路図。
【図3】本発明の動作原理を説明する誘導電流Iの時間
変化を抵抗とインダクタンスとの比R/Lをパラメータ
として示す説明図。
【図4】本発明の一実施例を示す並列型永久電流スイッ
チの磁気シールドの説明図。
【図5】本発明の一実施例を示す並列型永久電流スイッ
チの回路図。
【図6】本発明の一実施例を示す超電導コイルに対する
並列型永久電流スイッチの配置説明図。
【符号の説明】
1 ,R2 ,Rc …接続抵抗、Lc …超電導コイル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 伸洋 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の永久電流スイッチを用いて並列に接
    続した並列型永久電流スイッチを設置した永久電流モー
    ドで使用する超電導マグネット装置において、外部磁場
    変動にともなって前記並列型永久電流スイッチに印加さ
    れる磁場変動を所定強度以下に低減させる磁気シールド
    を設置することを特徴とする超電導マグネット装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、永久電流モードで使用
    する超電導マグネットを構成する前記並列型永久電流ス
    イッチをアルミニウムなどの電気抵抗の小さい物質で囲
    う超電導マグネット装置。
  3. 【請求項3】請求項1において、永久電流モードで使用
    する超電導マグネットを構成する前記並列型永久電流ス
    イッチを超電導物質で囲う超電導マグネット装置。
  4. 【請求項4】請求項1において、永久電流モードで使用
    する超電導マグネットを構成する前記並列型永久電流ス
    イッチを鉄などの透磁率の大きい物質で囲う超電導マグ
    ネット装置。
  5. 【請求項5】請求項1において、永久電流モードで使用
    する超電導マグネットを構成する前記並列型永久電流ス
    イッチをアルミニウムなどの電気抵抗の小さい物質で囲
    うこと、超電導物質で囲うこと、鉄などの透磁率の大き
    い物質で囲うことなどを組み合わせて複数の物質で囲う
    超電導マグネット装置。
  6. 【請求項6】超電導撚線を巻回して製作した永久電流ス
    イッチを設置した、永久電流モードで使用する超電導マ
    グネットにおいて、外部磁場変動にともなって前記永久
    電流スイッチに印加される磁場変動を所定強度以下に低
    減させる磁気シールドを設置することを特徴とする超電
    導マグネット装置。
  7. 【請求項7】複数の永久電流スイッチを用いて並列に接
    続した、又は超電導撚線を巻回して製作した並列型永久
    電流スイッチを設置した、永久電流モードで使用する超
    電導マグネット装置において、前記並列型永久電流スイ
    ッチの各永久電流スイッチ要素のインダクタンスを所定
    の値以上になるように前記永久電流スイッチ要素、又は
    超電導撚線の各ストランドに微小なコイル部分を付加し
    たことを特徴とする超電導マグネット装置。
  8. 【請求項8】請求項7において、複数の永久電流スイッ
    チを用いて並列に接続した、又は超電導撚線を巻回して
    製作した並列型永久電流スイッチを設置した、永久電流
    モードで使用する超電導マグネット装置の前記並列型永
    久電流スイッチの各永久電流スイッチ要素のインダクタ
    ンスを所定の値以上になるように前記永久電流スイッチ
    要素の巻線の一部又は全部を無誘導巻にしないでロゴス
    キー・コイル形状に巻回した超電導マグネット装置。
  9. 【請求項9】永久電流モードで使用する超電導マグネッ
    ト装置において、前記永久電流スイッチを磁場勾配が小
    さい所に設置することを特徴とする超電導マグネット装
    置。
  10. 【請求項10】請求項9において、超電導ソレノイド・
    コイルと永久電流スイッチとを組み合わせて永久電流モ
    ードで使用する超電導マグネット装置の前記永久電流ス
    イッチを該超電導ソレノイド・コイルの外側中央部に隣
    接して設置する超電導マグネット装置。
  11. 【請求項11】請求項9において、複数の超電導ソレノ
    イド・コイルから構成された超電導ソレノイド・コイル
    系と永久電流スイッチとを組み合わせて永久電流モード
    で使用する超電導マグネット装置の前記永久電流スイッ
    チを前記超電導ソレノイド・コイル系の外側中央部に隣
    接して設置する超電導マグネット装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4807960A (en) * 1986-04-19 1989-02-28 U.S. Philips Corp. Device for pair-wise coupling the ends of two groups of optical fibers
WO2006072630A1 (en) * 2005-01-07 2006-07-13 Magnex Scientific Limited Superconducting switch systems
WO2009048877A3 (en) * 2007-10-11 2009-05-28 Varian Inc Superconducting switch operation
JP2021503175A (ja) * 2017-11-14 2021-02-04 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. 超電導磁石アセンブリ

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