JPH0630299B2 - 超電導磁石装置 - Google Patents
超電導磁石装置Info
- Publication number
- JPH0630299B2 JPH0630299B2 JP56210282A JP21028281A JPH0630299B2 JP H0630299 B2 JPH0630299 B2 JP H0630299B2 JP 56210282 A JP56210282 A JP 56210282A JP 21028281 A JP21028281 A JP 21028281A JP H0630299 B2 JPH0630299 B2 JP H0630299B2
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- magnet
- magnet device
- winding
- normal conducting
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
- H01F6/065—Feed-through bushings, terminals and joints
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 この発明は分割構造を持つ磁気的エネルギーの比較的小
さい超電導磁石装置に関する。
さい超電導磁石装置に関する。
超電導磁石は、その超電導状態が破れるクエンチ現象を
起すときにその磁気エネルギーが電気的エネルギー（ジ
ユール損）として磁石内部で消費されるか、あるいは外
部に設けた抵抗体等のエネルギー吸収装置に移される。
磁気的エネルギーの比較的小さい超電導磁石ではクエン
チに際してそのエネルギーを外部に取出すことなく超電
導コイル内部で消費する構造が採られる。これはより高
い電流密度を持つ磁石設計を可能にする。つまり、超電
導線の安定化材の量を少なく設計することにより、電流
密度が高くなる。このエネルギーを内部消費する磁石構
造では、クエンチに際して出来るだけ速やかに常電導状
態が部分的でなく磁石全体に移行することが望まれる。
これは部分的な常電導部の発生がその部分でのジユール
熱の集中的消費を招いて該部分の温度上昇を招き、やが
ては該部分の導体が溶断する恐れがあることによる。
起すときにその磁気エネルギーが電気的エネルギー（ジ
ユール損）として磁石内部で消費されるか、あるいは外
部に設けた抵抗体等のエネルギー吸収装置に移される。
磁気的エネルギーの比較的小さい超電導磁石ではクエン
チに際してそのエネルギーを外部に取出すことなく超電
導コイル内部で消費する構造が採られる。これはより高
い電流密度を持つ磁石設計を可能にする。つまり、超電
導線の安定化材の量を少なく設計することにより、電流
密度が高くなる。このエネルギーを内部消費する磁石構
造では、クエンチに際して出来るだけ速やかに常電導状
態が部分的でなく磁石全体に移行することが望まれる。
これは部分的な常電導部の発生がその部分でのジユール
熱の集中的消費を招いて該部分の温度上昇を招き、やが
ては該部分の導体が溶断する恐れがあることによる。
上述の高電流密度超電導磁石においては、その導体は一
般に銅あるいはアルミニウム等の安定化材の超電導体に
対する割合が小さく設計される。このため、安定化材の
抵抗値は上記割合の大きい導体に比べて大きいため超電
導状態の破壊時に安定化材で発生するジユール熱Ｉ２Rn
も大きくなる。なお、超電導体は常電導状態に転移した
温度におけるその抵抗率が銅やアルミニウム等の常電導
物質に比して十分大きいため、常電導状態では電流はほ
とんど安定化材を流れる。このため、高電流密度超電導
磁石がクエンチ現象を起す過程において、磁石の一部分
が何らかの原因で超電導状態が破れてその部分での発熱
によって常電導部が拡大する常電導部の伝播は、安定化
材でのジユール発熱が大きいことから比較的速やかにな
され、磁石のもつ磁気エネルギーを磁石の一部のみで消
費することなく広い部分で消費してクエンチ時の磁石内
温度上昇を過大にならない範囲におさめることを可能に
する。
般に銅あるいはアルミニウム等の安定化材の超電導体に
対する割合が小さく設計される。このため、安定化材の
抵抗値は上記割合の大きい導体に比べて大きいため超電
導状態の破壊時に安定化材で発生するジユール熱Ｉ２Rn
も大きくなる。なお、超電導体は常電導状態に転移した
温度におけるその抵抗率が銅やアルミニウム等の常電導
物質に比して十分大きいため、常電導状態では電流はほ
とんど安定化材を流れる。このため、高電流密度超電導
磁石がクエンチ現象を起す過程において、磁石の一部分
が何らかの原因で超電導状態が破れてその部分での発熱
によって常電導部が拡大する常電導部の伝播は、安定化
材でのジユール発熱が大きいことから比較的速やかにな
され、磁石のもつ磁気エネルギーを磁石の一部のみで消
費することなく広い部分で消費してクエンチ時の磁石内
温度上昇を過大にならない範囲におさめることを可能に
する。
クエンチ時の磁石内部の断熱的温度上昇は、次の(1)式
が参考になる。
が参考になる。
ここで、Ｃ(T)は導体の比熱、ρ(T)は安定化材の比抵
抗、T1は磁石の初期温度、T2はクエンチ後の磁石最高温
度、Ｊは安定化材の電流密度である。またτはクエンチ
後の電流減衰時定数であって、 で与えられ、磁石インダクタンスＬと回路抵抗Ｒによっ
て決まる。なお、回路抵抗Ｒは磁石の常電導状態におけ
る抵抗値やリード線の抵抗さらには外部へエネルギーを
取出す場合にはその抵抗を含めた値である。
抗、T1は磁石の初期温度、T2はクエンチ後の磁石最高温
度、Ｊは安定化材の電流密度である。またτはクエンチ
後の電流減衰時定数であって、 で与えられ、磁石インダクタンスＬと回路抵抗Ｒによっ
て決まる。なお、回路抵抗Ｒは磁石の常電導状態におけ
る抵抗値やリード線の抵抗さらには外部へエネルギーを
取出す場合にはその抵抗を含めた値である。
上述の(1)式において、Ｃ(T)，ρ(T)は物質定数であ
り、T1,T2は設計時に与えられる値である。従って、(1)
式左辺の値は設計時に与えられる量である。またＪの値
も磁石設計時に与えられ、時定数τを決定する因子のう
ちＬもコイル設計時に定まる量である。従って、T2を決
定すると必要なτの値、すなわち回路抵抗Ｒの値が決ま
る。このことから、最高温度Ｔ２が低く設計され且つ磁
石インダクタンスＬの値が予め設定された磁石におい
て、電流密度Ｊを大きくしてコイルの寸法をコンパクト
にするためには回路抵抗Ｒを大きくしなければならな
い。
り、T1,T2は設計時に与えられる値である。従って、(1)
式左辺の値は設計時に与えられる量である。またＪの値
も磁石設計時に与えられ、時定数τを決定する因子のう
ちＬもコイル設計時に定まる量である。従って、T2を決
定すると必要なτの値、すなわち回路抵抗Ｒの値が決ま
る。このことから、最高温度Ｔ２が低く設計され且つ磁
石インダクタンスＬの値が予め設定された磁石におい
て、電流密度Ｊを大きくしてコイルの寸法をコンパクト
にするためには回路抵抗Ｒを大きくしなければならな
い。
こうした観点より、従来の超電導磁石では、第１図に示
すように、超電導巻線１ａ，１ｂとは別にヒータ巻線2
a,2b,2cを巻線３上に絶縁層4a,4b,4fを介在して巻込む
構造とし、磁石内部の一部に常電導部が発生した場合に
その検出と同時にヒータ巻線2a,2b,2cに通電して常電導
部を磁石全体に速やかに拡大させ、回路抵抗Ｒを大きく
して即ち電流減衰時定数τを短かくして結果的に最高温
度T2を小さくする。
すように、超電導巻線１ａ，１ｂとは別にヒータ巻線2
a,2b,2cを巻線３上に絶縁層4a,4b,4fを介在して巻込む
構造とし、磁石内部の一部に常電導部が発生した場合に
その検出と同時にヒータ巻線2a,2b,2cに通電して常電導
部を磁石全体に速やかに拡大させ、回路抵抗Ｒを大きく
して即ち電流減衰時定数τを短かくして結果的に最高温
度T2を小さくする。
しかし、こうしたヒータ巻線を設けることは超電導体と
の短絡の危険性があるばかりでなく、磁石電流密度の低
下をもたらすという不都合がある。また、当然のことな
がら巻線作業にも余分の時間を必要とする。さらに、高
電流密度超電導磁石は巻線が動くのを防ぐため樹脂含浸
されるのが通例であるが、この樹脂含浸を施した大型超
電導磁石では冷媒との接触面積を増大させて熱的安定性
を増加するよう分割構造を採ることが多い。このような
構造の磁石では各分割磁石間の接続部は通常運転時にお
いてもジユール発熱があるため十分な冷却が行なわれな
ければならず、クエンチ時の常電導部の伝播に際して該
接続部の冷却が良ずぎるため該接続部で常電導部の伝播
が停止して常電導部拡大に悪い影響を与える問題があっ
た。
の短絡の危険性があるばかりでなく、磁石電流密度の低
下をもたらすという不都合がある。また、当然のことな
がら巻線作業にも余分の時間を必要とする。さらに、高
電流密度超電導磁石は巻線が動くのを防ぐため樹脂含浸
されるのが通例であるが、この樹脂含浸を施した大型超
電導磁石では冷媒との接触面積を増大させて熱的安定性
を増加するよう分割構造を採ることが多い。このような
構造の磁石では各分割磁石間の接続部は通常運転時にお
いてもジユール発熱があるため十分な冷却が行なわれな
ければならず、クエンチ時の常電導部の伝播に際して該
接続部の冷却が良ずぎるため該接続部で常電導部の伝播
が停止して常電導部拡大に悪い影響を与える問題があっ
た。
この発明の目的は、超電導磁石の電流密度を高く保ちか
つ磁石クエンチ時にその内部に生じる常電導部を速やか
に磁石全体に拡大させることによって温度の局所的上昇
を防止できる超電導磁石装置を提供するにある。
つ磁石クエンチ時にその内部に生じる常電導部を速やか
に磁石全体に拡大させることによって温度の局所的上昇
を防止できる超電導磁石装置を提供するにある。
第２図はこの発明の一実施例を示し、高電流密度超電導
磁石の分割巻線接続部構成を示す。一方の超電導線５と
他方の超電導線６は絶縁被覆７を施したヒータ８と一緒
に接続鞘９中に埋設される。接続鞘９は安定化材と同じ
材質にされる。超電導線５，６と接続鞘９間の電気的接
続は一般のPb−Sn半田により施される。ヒータ８は超電
導磁石のクエンチ時に超電導線５，６の超電導状態を破
壊して常電導部分を拡大させる役割をはたすもので、超
電導線５，６の間に設けることで効果的な常電導部分の
拡大が図られる。
磁石の分割巻線接続部構成を示す。一方の超電導線５と
他方の超電導線６は絶縁被覆７を施したヒータ８と一緒
に接続鞘９中に埋設される。接続鞘９は安定化材と同じ
材質にされる。超電導線５，６と接続鞘９間の電気的接
続は一般のPb−Sn半田により施される。ヒータ８は超電
導磁石のクエンチ時に超電導線５，６の超電導状態を破
壊して常電導部分を拡大させる役割をはたすもので、超
電導線５，６の間に設けることで効果的な常電導部分の
拡大が図られる。
こうした接続部構成は第３図に示す構成にしても良い。
同図においては、超電導線５，６を半田１０１により直
接接続し、その接続部に外部より磁界を与えて超電導状
態を破壊するよう印加磁界用巻線１０をら旋状巻回にす
る。巻線１０の作る磁界によって接続部の超電導体をそ
の臨界磁界以上の状態に晒しその超電導状態を破壊し第
２図におけるヒータ８と同様の機能を有する。
同図においては、超電導線５，６を半田１０１により直
接接続し、その接続部に外部より磁界を与えて超電導状
態を破壊するよう印加磁界用巻線１０をら旋状巻回にす
る。巻線１０の作る磁界によって接続部の超電導体をそ
の臨界磁界以上の状態に晒しその超電導状態を破壊し第
２図におけるヒータ８と同様の機能を有する。
ヒータ８又は巻線１０への通電制御回路は第４図に示す
基本構成にされる。分割された超電導磁石１１ａと１１
ｂの接続部１２にはそのヒータ又は印加磁界用巻線に通
電するためのヒータ電源又はパルス発生器にされる電源
１３を接続し、この電源１３の動作制御に常電導検出回
路１４を具える。この検出回路１４は、磁石中の一部に
常電導部が出現したことを検出した際に電源１３の動作
制御と同時にしゃ断器１５を引外して励磁電源１６から
超電導磁石１１ａ，１１ｂとを切り離す。これにより、
接続部１２での発熱によって該接続部１２を超電導状態
から速やかに常電導状態へ移行させる。１７は外部保護
抵抗である。
基本構成にされる。分割された超電導磁石１１ａと１１
ｂの接続部１２にはそのヒータ又は印加磁界用巻線に通
電するためのヒータ電源又はパルス発生器にされる電源
１３を接続し、この電源１３の動作制御に常電導検出回
路１４を具える。この検出回路１４は、磁石中の一部に
常電導部が出現したことを検出した際に電源１３の動作
制御と同時にしゃ断器１５を引外して励磁電源１６から
超電導磁石１１ａ，１１ｂとを切り離す。これにより、
接続部１２での発熱によって該接続部１２を超電導状態
から速やかに常電導状態へ移行させる。１７は外部保護
抵抗である。
従って、この発明によれば、超電導磁石内の接続部にヒ
ータ又は磁界印加用巻線の常電導部発生手段を設け、超
電導磁石内に常電導部が出現したときに該接続部の超電
導状態を破壊することによって、冷却の比較的良好な接
続部にも常電導部を発生させて常電導部を磁石全体に速
やかに伝播させることができる。これにより、磁石内部
の局所的な温度の異常上昇を避けることが可能となる。
例えば、第２図の実施例ではヒータ８を超電導線５，６
の接続中間又は中心部に設置することによって通常運転
時には接続部の冷却を良好にし、ヒータ通電時にはその
発熱が効率良く超電導線に伝達して常電導部の伝播を促
進する。また、第３図の場合には常電導部検出と同時に
超電導線５，６に交流磁界を加えることによってヒータ
加熱に比して迅速な常電導部の発生を得る。この場合に
は巻線１０は接合する超電導線の外周をら旋状に巻回す
るため、通常運転時に必要な冷却状態を確保できること
になる。
ータ又は磁界印加用巻線の常電導部発生手段を設け、超
電導磁石内に常電導部が出現したときに該接続部の超電
導状態を破壊することによって、冷却の比較的良好な接
続部にも常電導部を発生させて常電導部を磁石全体に速
やかに伝播させることができる。これにより、磁石内部
の局所的な温度の異常上昇を避けることが可能となる。
例えば、第２図の実施例ではヒータ８を超電導線５，６
の接続中間又は中心部に設置することによって通常運転
時には接続部の冷却を良好にし、ヒータ通電時にはその
発熱が効率良く超電導線に伝達して常電導部の伝播を促
進する。また、第３図の場合には常電導部検出と同時に
超電導線５，６に交流磁界を加えることによってヒータ
加熱に比して迅速な常電導部の発生を得る。この場合に
は巻線１０は接合する超電導線の外周をら旋状に巻回す
るため、通常運転時に必要な冷却状態を確保できること
になる。
また、この発明によれば、外部より強制的に常電導部を
発生できる部分を接続部に持つ超電導体巻線とするた
め、超電導体巻線の電流密度の低下を起すことなく磁石
全体としての電流密度を向上できると共に、クエンチ時
の磁石保護の上からも常電導部の拡大が早いことから巻
線内の温度上昇を抑えることができる。
発生できる部分を接続部に持つ超電導体巻線とするた
め、超電導体巻線の電流密度の低下を起すことなく磁石
全体としての電流密度を向上できると共に、クエンチ時
の磁石保護の上からも常電導部の拡大が早いことから巻
線内の温度上昇を抑えることができる。
なお、この発明は分割構造を有する樹脂含浸の超電導磁
石に限らず分割構造を有する超電導磁石に適用して顕著
な効果を有する。また、超電導磁石全体を常電導状態に
移行させることを必要とする磁石例えばＮＭＲ用の超電
導磁石では高精度の磁場均一度を得るために残留磁界を
無くして磁石全体を一旦常電導状態に移行させるが、こ
の超電導磁石に本発明を適用して同等の作用効果を得る
ことができる。
石に限らず分割構造を有する超電導磁石に適用して顕著
な効果を有する。また、超電導磁石全体を常電導状態に
移行させることを必要とする磁石例えばＮＭＲ用の超電
導磁石では高精度の磁場均一度を得るために残留磁界を
無くして磁石全体を一旦常電導状態に移行させるが、こ
の超電導磁石に本発明を適用して同等の作用効果を得る
ことができる。
第１図は従来の超電導磁石を示す断面図、第２図はこの
発明の一実施例を示す接続部側面図(a)とＡ−Ａ線に沿
った断面斜視図(b)、第３図はこの発明の他の実施例を
示す接続部断面斜視図、第４図はこの発明における接続
部加熱制御回路を説明するための構成図である。 ５，６……超電導線、７……絶縁被覆、 ８……ヒータ、９……接続鞘、 １０……磁界印加用巻線、１０Ｉ……半田、 11a,11b……超電導巻線、１２……接続部、 １３……電源、１４……常電導検出回路、 １５……しや断器、１６……励磁電源、 １７……外部保護抵抗。
発明の一実施例を示す接続部側面図(a)とＡ−Ａ線に沿
った断面斜視図(b)、第３図はこの発明の他の実施例を
示す接続部断面斜視図、第４図はこの発明における接続
部加熱制御回路を説明するための構成図である。 ５，６……超電導線、７……絶縁被覆、 ８……ヒータ、９……接続鞘、 １０……磁界印加用巻線、１０Ｉ……半田、 11a,11b……超電導巻線、１２……接続部、 １３……電源、１４……常電導検出回路、 １５……しや断器、１６……励磁電源、 １７……外部保護抵抗。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−137658（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−83390（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−14772（ＪＰ，Ｕ)
Claims (5)
- 【請求項１】分割して配置された少なくとも２個の超電
導巻線を接続部により接続した超電導磁石装置におい
て、前記超電導巻線の前記接続部に該接続部の超電導状
態破壊手段を設け、超電導磁石の一部に常電導部分が発
生した際に前記超電導状態破壊手段を動作させる制御回
路を設けたことを特徴とする超電導磁石装置。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の超電導磁石装
置において、超電導状態破壊手段は加熱手段であること
を特徴とする超電導磁石装置。 - 【請求項３】特許請求の範囲第２項記載の超電導磁石装
置において、加熱手段は接続する超電導線間又は超電導
線の中心に設けたヒータであることを特徴とする超電導
磁石装置。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１項記載の超電導磁石装
置において、超電導状態破壊手段は磁界印加手段である
ことを特徴とする超電導磁石装置。 - 【請求項５】特許請求の範囲第４項記載の超電導磁石装
置において、磁界印加手段は接続する超電導線の外周を
螺旋状に巻回した磁界印加用巻線であることを特徴とす
る超電導磁石装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56210282A JPH0630299B2 (ja) | 1981-12-23 | 1981-12-23 | 超電導磁石装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56210282A JPH0630299B2 (ja) | 1981-12-23 | 1981-12-23 | 超電導磁石装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58110014A JPS58110014A (ja) | 1983-06-30 |
| JPH0630299B2 true JPH0630299B2 (ja) | 1994-04-20 |
Family
ID=16586809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56210282A Expired - Lifetime JPH0630299B2 (ja) | 1981-12-23 | 1981-12-23 | 超電導磁石装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0630299B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07235412A (ja) * | 1994-02-24 | 1995-09-05 | Mitsubishi Electric Corp | 超電導マグネット装置 |
| US7701677B2 (en) * | 2006-09-07 | 2010-04-20 | Massachusetts Institute Of Technology | Inductive quench for magnet protection |
| JP6862382B2 (ja) * | 2018-03-07 | 2021-04-21 | 株式会社東芝 | 高温超電導磁石装置、その運転制御装置及び方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5483390A (en) * | 1977-12-16 | 1979-07-03 | Toshiba Corp | Protective device for superconductive coil |
| JPS54137658A (en) * | 1978-04-19 | 1979-10-25 | Hitachi Ltd | Energy remover for superconductive coil |
| JPS5514772U (ja) * | 1978-07-18 | 1980-01-30 |
-
1981
- 1981-12-23 JP JP56210282A patent/JPH0630299B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58110014A (ja) | 1983-06-30 |
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