JPH0645133A - 熱式永久電流スイッチ - Google Patents
熱式永久電流スイッチInfo
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- JPH0645133A JPH0645133A JP19838692A JP19838692A JPH0645133A JP H0645133 A JPH0645133 A JP H0645133A JP 19838692 A JP19838692 A JP 19838692A JP 19838692 A JP19838692 A JP 19838692A JP H0645133 A JPH0645133 A JP H0645133A
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Landscapes
- Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 永久電流スイッチに使用される超伝導コイル
の通電性能を安定化し、超伝導電磁石の取扱を容易とす
る。 【構成】 無誘導に巻線された超伝導コイル１の巻線
間、このコイル１とコイル１をこれを必要に応じて加熱
するヒータ２を半断熱的に収容する巻枠３との間を、コ
イル１、巻枠３に油脂８を含浸させて弱拘束または非拘
束として、コイル１、巻枠３の変形に基く機械的擾乱を
最小限として、前記超伝導コイル１のクェンチを防止
し、安定な通電性能を得るようにしている。
の通電性能を安定化し、超伝導電磁石の取扱を容易とす
る。 【構成】 無誘導に巻線された超伝導コイル１の巻線
間、このコイル１とコイル１をこれを必要に応じて加熱
するヒータ２を半断熱的に収容する巻枠３との間を、コ
イル１、巻枠３に油脂８を含浸させて弱拘束または非拘
束として、コイル１、巻枠３の変形に基く機械的擾乱を
最小限として、前記超伝導コイル１のクェンチを防止
し、安定な通電性能を得るようにしている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は熱式永久電流スイッチ、
例えば磁気浮上列車用超伝導電磁石、磁気共鳴イメージ
ング用超伝導電磁石、宇宙粒子線観測用超伝導電磁石等
において多用される熱式永久電流スイッチに関する。
例えば磁気浮上列車用超伝導電磁石、磁気共鳴イメージ
ング用超伝導電磁石、宇宙粒子線観測用超伝導電磁石等
において多用される熱式永久電流スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、多くの分野で超伝導電磁石が利用
されるようになってきた。特に、超伝導電磁石装置にお
いて永久電流運転を行うものについては、極めて高い磁
気的安定性と低メンテナンス性・省エネルギ性と言った
特徴を十分に生かした使い方がされるようになってい
る。
されるようになってきた。特に、超伝導電磁石装置にお
いて永久電流運転を行うものについては、極めて高い磁
気的安定性と低メンテナンス性・省エネルギ性と言った
特徴を十分に生かした使い方がされるようになってい
る。
【０００３】上記のような超伝導電磁石装置は、一般に
低温容器と、この容器内に収容された超伝導コイルと、
上記低温容器内に設けられ上記超伝導コイルの両端を適
時に短絡する永久電流スイッチと、上記低温容器外に設
けられた電源装置とを主体として構成されている。
低温容器と、この容器内に収容された超伝導コイルと、
上記低温容器内に設けられ上記超伝導コイルの両端を適
時に短絡する永久電流スイッチと、上記低温容器外に設
けられた電源装置とを主体として構成されている。
【０００４】ところで、永久電流スイッチとしては機械
式、電気式、熱式のもの等が知られているが、上記の中
で熱式永久電流スイッチ( 以下ＰＣＳと呼ぶ) は、超伝
導線を超伝導状態および常伝導状態に選択的に切り替え
て、スイッチ作用を行わせるものであり、図５に示すよ
うな構成を有する。すなわち、図５において比較的高抵
抗のマトリックスを一体にした超伝導線を無誘導巻とし
たコイル１と、これを加熱して常伝導転移させるヒータ
２を包囲する形で半断熱的に収容する巻枠３とを具えて
おり、コイル１の両端は図示しない超伝導電磁石の超伝
導コイルの両端に接続されるとともに、図示しない外部
の電源装置に接続されている。なお、ヒータ２も図示し
ない上記電源装置に接続されており、その付勢の断続に
よって永久電流スイッチのＯＮ−ＯＦＦ制御を行う。な
お、図５中５はコイル１の口出線を、６はヒータ端子を
それぞれ示している。
式、電気式、熱式のもの等が知られているが、上記の中
で熱式永久電流スイッチ( 以下ＰＣＳと呼ぶ) は、超伝
導線を超伝導状態および常伝導状態に選択的に切り替え
て、スイッチ作用を行わせるものであり、図５に示すよ
うな構成を有する。すなわち、図５において比較的高抵
抗のマトリックスを一体にした超伝導線を無誘導巻とし
たコイル１と、これを加熱して常伝導転移させるヒータ
２を包囲する形で半断熱的に収容する巻枠３とを具えて
おり、コイル１の両端は図示しない超伝導電磁石の超伝
導コイルの両端に接続されるとともに、図示しない外部
の電源装置に接続されている。なお、ヒータ２も図示し
ない上記電源装置に接続されており、その付勢の断続に
よって永久電流スイッチのＯＮ−ＯＦＦ制御を行う。な
お、図５中５はコイル１の口出線を、６はヒータ端子を
それぞれ示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記構成のＰＣＳにお
いては、ＯＮ−ＯＦＦ制御を超伝導線の温度制御によっ
て行うようにしているため、通常ＦＲＰからなり半断熱
的に巻線部を包囲する巻枠３を使用して、コイル１部分
と外部の冷却媒体との断熱特性を調整するとともに、内
部の巻線部には樹脂（エポキシ樹脂７）含浸を施して冷
却の均一化を図るようにしている。一方、ＰＣＳはＰＣ
Ｓ自体のクェンチ保護と励磁能率の向上とのため、比抵
抗の高い銅合金を安定化材として用いているので、通常
の銅安定化コイルに比して導体近傍で生じる擾乱に対す
る感受性が強いだけでなく、コイル１自体の無誘導巻の
ために導体相互間の電磁力はアンバランスになり易い。
いては、ＯＮ−ＯＦＦ制御を超伝導線の温度制御によっ
て行うようにしているため、通常ＦＲＰからなり半断熱
的に巻線部を包囲する巻枠３を使用して、コイル１部分
と外部の冷却媒体との断熱特性を調整するとともに、内
部の巻線部には樹脂（エポキシ樹脂７）含浸を施して冷
却の均一化を図るようにしている。一方、ＰＣＳはＰＣ
Ｓ自体のクェンチ保護と励磁能率の向上とのため、比抵
抗の高い銅合金を安定化材として用いているので、通常
の銅安定化コイルに比して導体近傍で生じる擾乱に対す
る感受性が強いだけでなく、コイル１自体の無誘導巻の
ために導体相互間の電磁力はアンバランスになり易い。
【０００６】さらに、ＰＣＳの構成部材相互間には材料
の相違に基き、冷却、励磁によって応力が作用するの
で、上記樹脂含浸された超伝導導体と他の部材との境界
面では樹脂の割れを生じ易く、そのクラックエネルギが
ＰＣＳをクェンチさせるおそれがある。この現象は、音
響測定によって機械的擾乱として実験的に捕えることが
でき、かなりの確率で発生することが確認されている。
従来のＰＣＳにおいては、上記現象により通電性能が不
安定となり易い性質がある。このような不安定性がある
ため、ＰＣＳの設計諸元に過剰な余裕を取ることが必要
となるだけでなく、超伝導電磁石の運転上の取扱が著し
く困難となる。
の相違に基き、冷却、励磁によって応力が作用するの
で、上記樹脂含浸された超伝導導体と他の部材との境界
面では樹脂の割れを生じ易く、そのクラックエネルギが
ＰＣＳをクェンチさせるおそれがある。この現象は、音
響測定によって機械的擾乱として実験的に捕えることが
でき、かなりの確率で発生することが確認されている。
従来のＰＣＳにおいては、上記現象により通電性能が不
安定となり易い性質がある。このような不安定性がある
ため、ＰＣＳの設計諸元に過剰な余裕を取ることが必要
となるだけでなく、超伝導電磁石の運転上の取扱が著し
く困難となる。
【０００７】本発明は上記の事情に基きなされたもの
で、巻線部における含浸樹脂を主たる原因とする機械的
擾乱により、超伝導導体の通電能力よりも大巾に低い電
流値においてクェンチを生じることのない超伝導電磁石
装置を構成し得る熱式永久電流スイッチを提供する。
で、巻線部における含浸樹脂を主たる原因とする機械的
擾乱により、超伝導導体の通電能力よりも大巾に低い電
流値においてクェンチを生じることのない超伝導電磁石
装置を構成し得る熱式永久電流スイッチを提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の熱式永久電流ス
イッチは、超伝導電磁石のコイルの両端に接続され、超
伝導電磁石の励消磁ないしは永久電流運転を行う永久電
流スイッチにおいて、スイッチ内部の無誘導に巻線され
た超伝導体相互間および上記超伝導体とこれを半断熱的
に包囲する巻枠および巻心との境界面のほぼ全面を、弱
拘束または非拘束としたことを特徴とする。
イッチは、超伝導電磁石のコイルの両端に接続され、超
伝導電磁石の励消磁ないしは永久電流運転を行う永久電
流スイッチにおいて、スイッチ内部の無誘導に巻線され
た超伝導体相互間および上記超伝導体とこれを半断熱的
に包囲する巻枠および巻心との境界面のほぼ全面を、弱
拘束または非拘束としたことを特徴とする。
【０００９】
【作用】上記構成の本発明の熱式永久電流スイッチにお
いては、無誘導的に巻線された超伝導体相互間、上記超
伝導体と巻枠との界面が弱拘束または非拘束としあるた
め、通電中にその内部において機械的擾乱による熱エネ
ルギの発生が極めて微小であるから、低電流でクェンチ
を生じたりして不安定となることなく運転できる。
いては、無誘導的に巻線された超伝導体相互間、上記超
伝導体と巻枠との界面が弱拘束または非拘束としあるた
め、通電中にその内部において機械的擾乱による熱エネ
ルギの発生が極めて微小であるから、低電流でクェンチ
を生じたりして不安定となることなく運転できる。
【００１０】
【実施例】図５と同一部分には同一符号を付した図１は
本発明の一実施例の断面図、図２はその一部を拡大して
示す断面図である。これ等の図において、銅−ニッケル
等比較的高抵抗のマトリックスを一体にした超伝導線を
無誘導巻としてなるコイル１と、これを加熱して常伝導
転移を生じさせるヒータ２とを、これ等を包囲する形で
半断熱的に収容する巻枠３の内側、コイル１の内部の全
ての空隙は巻線成型された後、エポキシ系の樹脂９によ
り巻線２内部に殆ど空隙ができないように真空含浸され
ている。巻枠３は通常ガラス繊維強化プラスチック等の
低熱伝導材料から加工成型されており、そのコイル１に
接する面はテフロンシートによる離型材４を貼付する等
の処置により、離型処理を施されている。また、前記離
型処理は巻枠３の表面に弗素、シリコン等を主材料とし
た離型材を塗布する等の手段、巻枠３自体をFRP とテフ
ロンとの張り合わせ材料により構成する手段等によって
行うこともできる。ＰＣＳの巻枠３の外部には、コイル
１の両端が巻枠３を貫通して口出線５として抽出され、
図示しない超伝導電磁石の超伝導コイルの両端に接続さ
れるとともに図示しない外部の電源装置に接続されてい
る。また、ヒータ２の両端も前記と同様に巻枠３を貫通
してヒータ端子６に接続されるとともに同じく図示しな
い外部の電源装置に接続されている。
本発明の一実施例の断面図、図２はその一部を拡大して
示す断面図である。これ等の図において、銅−ニッケル
等比較的高抵抗のマトリックスを一体にした超伝導線を
無誘導巻としてなるコイル１と、これを加熱して常伝導
転移を生じさせるヒータ２とを、これ等を包囲する形で
半断熱的に収容する巻枠３の内側、コイル１の内部の全
ての空隙は巻線成型された後、エポキシ系の樹脂９によ
り巻線２内部に殆ど空隙ができないように真空含浸され
ている。巻枠３は通常ガラス繊維強化プラスチック等の
低熱伝導材料から加工成型されており、そのコイル１に
接する面はテフロンシートによる離型材４を貼付する等
の処置により、離型処理を施されている。また、前記離
型処理は巻枠３の表面に弗素、シリコン等を主材料とし
た離型材を塗布する等の手段、巻枠３自体をFRP とテフ
ロンとの張り合わせ材料により構成する手段等によって
行うこともできる。ＰＣＳの巻枠３の外部には、コイル
１の両端が巻枠３を貫通して口出線５として抽出され、
図示しない超伝導電磁石の超伝導コイルの両端に接続さ
れるとともに図示しない外部の電源装置に接続されてい
る。また、ヒータ２の両端も前記と同様に巻枠３を貫通
してヒータ端子６に接続されるとともに同じく図示しな
い外部の電源装置に接続されている。
【００１１】上記構成の本実施例のＰＣＳにおいては、
ＰＣＳの含浸冷却後において巻枠３の外部を液体ヘリウ
ムによって冷却して使用する。液体ヘリウム中に浸漬、
静置された上記ＰＣＳは、コイル１が約４．２Ｋに冷却
されて超伝導状態となり、スイッチＯＮ状態ととなって
いる。ここで、ヒータ２を付勢してコイル１を加熱し、
これを約１０Ｋ以上の温度とすればコイル１は常伝導状
態に転移し、スイッチＯＦＦの状態とされる。スイッチ
ON状態とするには、前記ヒータ２を滅勢しＰＣＳの外部
からの冷却によりコイル１の全ての部分が約４．２Ｋと
なるようにする。これにより、ＰＣＳは超伝導導体の所
定の電流容量に近い電流を流すことができる。上記構成
の実施例においては、上記の離型処理によって巻枠３と
コイル１との界面におけるエポキシ樹脂の接着力は微弱
とされるため、コイル１と巻枠３とが相互に異なる力の
影響で動いても、エネルギの発生は微小であり、コイル
１がクェンチすることなく安定な通電が得られる。
ＰＣＳの含浸冷却後において巻枠３の外部を液体ヘリウ
ムによって冷却して使用する。液体ヘリウム中に浸漬、
静置された上記ＰＣＳは、コイル１が約４．２Ｋに冷却
されて超伝導状態となり、スイッチＯＮ状態ととなって
いる。ここで、ヒータ２を付勢してコイル１を加熱し、
これを約１０Ｋ以上の温度とすればコイル１は常伝導状
態に転移し、スイッチＯＦＦの状態とされる。スイッチ
ON状態とするには、前記ヒータ２を滅勢しＰＣＳの外部
からの冷却によりコイル１の全ての部分が約４．２Ｋと
なるようにする。これにより、ＰＣＳは超伝導導体の所
定の電流容量に近い電流を流すことができる。上記構成
の実施例においては、上記の離型処理によって巻枠３と
コイル１との界面におけるエポキシ樹脂の接着力は微弱
とされるため、コイル１と巻枠３とが相互に異なる力の
影響で動いても、エネルギの発生は微小であり、コイル
１がクェンチすることなく安定な通電が得られる。
【００１２】そして、図１、図２と同一部分には同一符
号を付した図３は本発明の他の実施例の断面図、図４は
その一部を拡大して示す断面図である。この実施例で
は、図１、図２に示した実施例の油脂８の含浸に代え、
コイル１内の超伝導導体相互間には拘束力の小さな油脂
８が充填されているため、超伝導導体が通電時の電磁力
によって急速な動きや、含浸材における割れの発生等に
よる機械的な擾乱による熱の発生は極めて微小である。
また、油脂８は巻枠３に対する接着力を殆ど持たないた
め、巻枠３に別途離型処理を施す必要はない。さらに、
油脂８は極低温状態では極めて容易に割れを生じるが、
その際の応力解放に伴う熱エネルギの発生は微小であ
り、ＰＣＳの超伝導状態をクェンチさせるおそれはな
い。
号を付した図３は本発明の他の実施例の断面図、図４は
その一部を拡大して示す断面図である。この実施例で
は、図１、図２に示した実施例の油脂８の含浸に代え、
コイル１内の超伝導導体相互間には拘束力の小さな油脂
８が充填されているため、超伝導導体が通電時の電磁力
によって急速な動きや、含浸材における割れの発生等に
よる機械的な擾乱による熱の発生は極めて微小である。
また、油脂８は巻枠３に対する接着力を殆ど持たないた
め、巻枠３に別途離型処理を施す必要はない。さらに、
油脂８は極低温状態では極めて容易に割れを生じるが、
その際の応力解放に伴う熱エネルギの発生は微小であ
り、ＰＣＳの超伝導状態をクェンチさせるおそれはな
い。
【００１３】上記構成の実施例のＰＣＳにおいては、通
電中にその内部において機械的擾乱による熱エネルギの
発生が極めて微小であるから、低電流でクェンチを生じ
たりして不安定となることなく運転できる。従って、上
記本発明のＰＣＳを使用して構成した超伝導電磁石装置
は、安定な永久電流運転が容易に行われることとなる。
また、ＰＣＳの通電性能の信頼度が向上されるため、設
計諸元に過剰に余裕を取る必要がなく、経済的な超伝導
電磁石装置を構成することができる。
電中にその内部において機械的擾乱による熱エネルギの
発生が極めて微小であるから、低電流でクェンチを生じ
たりして不安定となることなく運転できる。従って、上
記本発明のＰＣＳを使用して構成した超伝導電磁石装置
は、安定な永久電流運転が容易に行われることとなる。
また、ＰＣＳの通電性能の信頼度が向上されるため、設
計諸元に過剰に余裕を取る必要がなく、経済的な超伝導
電磁石装置を構成することができる。
【００１４】
【発明の効果】上記から明らかなように本発明の熱式永
久電流スイッチにおいては、コイル内部において通電中
に生じる機械的擾乱を最小限とするため、超伝導線と巻
枠との境界面を弱拘束ないしは非拘束となる構成とし
て、割れ、剥離等による熱エネルギの発生を抑止するよ
うにしているから、コイルのクェンチ特性を改善してPC
Sの安定な通電を保証することができる。従って、上記
構成の本発明のPCS を使用することによって超伝導電磁
石装置に安定な永久電流の供給を行うことができる。ま
た、ＰＣＳの通電性能の信頼度が向上されるため、設計
諸元に過剰な余裕を取る必要がなくなるので、経済的な
超伝導電磁石装置を構成することができる。
久電流スイッチにおいては、コイル内部において通電中
に生じる機械的擾乱を最小限とするため、超伝導線と巻
枠との境界面を弱拘束ないしは非拘束となる構成とし
て、割れ、剥離等による熱エネルギの発生を抑止するよ
うにしているから、コイルのクェンチ特性を改善してPC
Sの安定な通電を保証することができる。従って、上記
構成の本発明のPCS を使用することによって超伝導電磁
石装置に安定な永久電流の供給を行うことができる。ま
た、ＰＣＳの通電性能の信頼度が向上されるため、設計
諸元に過剰な余裕を取る必要がなくなるので、経済的な
超伝導電磁石装置を構成することができる。
【図１】本発明の一実施例の断面図。
【図２】その一部を拡大して示す断面図
【図３】本発明の他の実施例の断面図。
【図４】その一部を拡大して示す断面図。
【図５】従来のPCS の断面図。
１…コイル ２…ヒータ ３…巻枠 ４…離型材 ５…口出線、 ６…ヒータ端子 ７，９…エポキシ樹脂 ８…油脂。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 秀明 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 内山 剛 神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１ 号 昭和電線電纜株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 超伝導電磁石のコイルの両端に接続さ
れ、超伝導電磁石の励消磁ないしは永久電流運転を行う
永久電流スイッチにおいて、スイッチ内部の無誘導に巻
線された伝導体と上記伝導体を巻付けた巻心との境界面
およびとこれを半断熱的に包囲する巻枠との境界面のほ
ぼ全面を、弱拘束または非拘束としたことを特徴とする
熱式永久電流スイッチ。 - 【請求項２】 請求項１において、超伝導体相互間を弱
拘束としたことを特徴とする熱式永久電流スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19838692A JP2839792B2 (ja) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | 熱式永久電流スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2010107080A1 (ja) * | 2009-03-18 | 2010-09-23 | 株式会社神戸製鋼所 | 超電導マグネット |
| JP2014216569A (ja) * | 2013-04-26 | 2014-11-17 | 株式会社東芝 | 超電導コイル装置 |
| JP2014241384A (ja) * | 2013-06-12 | 2014-12-25 | 中部電力株式会社 | 超電導パンケーキコイル装置及びその製造方法 |
-
1992
- 1992-07-24 JP JP19838692A patent/JP2839792B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010107080A1 (ja) * | 2009-03-18 | 2010-09-23 | 株式会社神戸製鋼所 | 超電導マグネット |
| CN102349118A (zh) * | 2009-03-18 | 2012-02-08 | 株式会社神户制钢所 | 超导磁体 |
| JP2014216569A (ja) * | 2013-04-26 | 2014-11-17 | 株式会社東芝 | 超電導コイル装置 |
| JP2014241384A (ja) * | 2013-06-12 | 2014-12-25 | 中部電力株式会社 | 超電導パンケーキコイル装置及びその製造方法 |
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