JPH08222428A

JPH08222428A - 永久電流スイッチ

Info

Publication number: JPH08222428A
Application number: JP7027783A
Authority: JP
Inventors: Masami Urata; 昌身浦田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-02-16
Filing date: 1995-02-16
Publication date: 1996-08-30

Abstract

(57)【要約】【構成】超電導線１を非絶縁の状態でより合わせたより
線３の周囲を絶縁し、絶縁より線１５とし、絶縁より線
１５をコイル状に巻回して第１の超電導コイル９を構成
し、第１の超電導コイル９に並列に第２の超電導コイル
１２を接続した。【効果】本発明は、より線３を施すことにより、各超電
導線１に流れる電流値を均等にし、超電導線１に流れる
電流値の減衰がない。永久電流スイッチのクエンチ後に
超電導状態への回復が著しく早く、また超電導状態を保
持する安定性も良くなる。より線３の周囲に塗布される
絶縁が、密巻としての永久電流スイッチ１０の製作を可
能とし、小型で常電導時に非抵抗の高い永久電流スイッ
チ１０を実現している。さらに従来のスイッチの場合と
異なり、単一のスイッチで構成できるので製作コストが
削減でき、製作時間がｎ並列の場合は約１／ｎに削減す
る事もできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばＭＲＩ（Ｍａｇ
ｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅＩｍａｇｉｎｇａ
ｐｐａｒａｔｕｓ）やＭＡＧＬＥＶ（ＭＡＧｎｅｔｉｃ
ａｌｌｙＬＥＶｉｔａｔｅｄｔｒａｉｎ：磁気浮上
式鉄道）実験車両や超電導電磁推進船などの超電導マグ
ネットに使用される永久電流スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の永久電流スイッチは、超電導状態
を保つために必要となる液体ヘリウムや液体水素や液体
窒素などの冷却剤の蒸発を極力防ぐために、常電導時の
抵抗を高くしたり、銅ニッケルマトリックス中にニオブ
チタン超電導線を絶縁して構成される超電導体を挿入し
た構成をしている。

【０００３】そして、その永久電流スイッチ（ＰＣＳ；
ＰｅｒｓｉｓｔＣｕｒｒｅｎｔＳｗｉｔｃｈ）の応用
分野としては、例えばＭＲＩやＭＡＧＬＥＶ（磁気浮上
式鉄道）実験車両や超電導電磁推進船等の超電導マグネ
ットに使用される永久電流スイッチに使用されている。

【０００４】そこで従来の永久電流スイッチについて、
図５の従来の永久電流スイッチを構成する絶縁より線の
断面図と図６の従来の永久電流スイッチの断面図（ａ）
および側面図（ｂ）と図７の従来の永久電流スイッチを
用いた回路図を参照して説明する。

【０００５】永久電流スイッチの構成は、図５に示すよ
うに、ニオブチタン等から構成される合金超電導線１
が、エポキシ樹脂等の電気的に絶縁特性を持つ絶縁物２
を用いて絶縁される。絶縁される複数の超電導線４をダ
イスを用いてより合わせ、より線３を作る。そしてより
線３を比抵抗が銅よりも１００倍から５０００倍程度高
い銅ニッケル合金または銅スズ合金または銅または銀ま
たはアルミニウム等の金属から構成されるマトリックス
５中に挿入する。マトリックス５中に複数の絶縁される
超電導線４を挿入してフィラメント６が構成される。

【０００６】このフィラメント６を図６に示すようにボ
ビン７に無誘導に巻回して第１の超電導コイル９を形成
する。その後フィラメント６の巻き終わりを電極８に半
田または銀ペーストまたはインジウムなどで融着させ、
図７に示すように永久電流スイッチ１０を作成する。

【０００７】また第１の超電導コイル９に直列に１［μ
Ω］程度の抵抗１３を接続するとともに、並列に絶縁さ
れる超電導線４を複数接続していき永久電流スイッチ１
０を構成している。そして、永久電流スイッチ１０に
並列に第２の超電導コイル１２が接続され、スイッチ２
０および電源１１がそれぞれ永久電流スイッチ１０に直
列に接続されている。

【０００８】従来例の動作については以下の通りである
（図７参照）。電源１１より供給される電流をスイッチ
２０を閉じて第２の超電導コイル１２に印加する。そし
て、適当な時間をおいてスイッチ２０を開く。すると第
２の超電導コイル１２および永久電流スイッチ１０とが
閉ループとなる。ここで第２の超電導コイル１２および
永久電流スイッチ１０はそれぞれ材質はともかく超電導
体で構成されているため電流の減衰がほとんどなく、半
永久的に電流を供給することが可能な永久電流スイッチ
１０として動作する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような永久電流スイッチは、大電流を必要とする磁気浮
上式鉄道や超電導電磁推進船などに設けられる超電導マ
グネットに利用される場合、超電導マグネット内に設け
られる永久電流スイッチを複数接続することによって必
要な電流値を確保するが、この場合に各永久電流スイッ
チ内の絶縁されている超電導線に流れる電流値が、絶縁
によって超電導線のインダクタンスが大きくなり均等化
されず、そのため超電導マグネットを使用する上で必要
な電流値よりも低い電流値で超電導線がクエンチしてし
まう。

【００１０】この問題を解決する方法として、第１の超
電導コイルに直列に抵抗を接続する方法がある。しか
し、第１の超電導コイルに接続された抵抗が、第２の超
電導コイルに流れている電流を減衰させるという悪状況
を生じさせる。

【００１１】ここで超電導線に絶縁を施し、絶縁される
超電導線を複数本より合わせて、より線とする。絶縁を
施したより線中の超電導線の１本をクエンチさせたとき
の電流の時間的な変化を測定すると、超電導線の全長に
係るインダクタンスが絶縁されていることにより大きく
なり、また電極部の接続抵抗が小さくなるために、電流
の減衰に対する精度が厳しいシステムには対応できなく
なる。

【００１２】さらに永久電流スイッチ内の超電導線の１
本がクエンチすると、クエンチした永久電流スイッチ内
の超電導線に流れる電流値がクエンチ前に流れていた電
流値に戻るまでの時間は、接続される抵抗の値が小さい
ために永久電流スイッチの時定数を大きくさせ、そのた
め回復時間は短くならない。

【００１３】するとクエンチした永久電流スイッチ内の
超電導線に流れる電流値が、クエンチ前に流れていた電
流値になるまでの時間に、クエンチした永久電流スイッ
チ内の超電導線に流れていた電流が他の永久電流スイッ
チ内の超電導線に分配されて流れ始める。すると別の永
久電流スイッチ内の超電導線がクエンチを起こす確率が
高くなり、複数接続された永久電流スイッチの安定性が
さらに低下する問題も生じてくる。

【００１４】また表面に凸凹のある１本１本の超電導線
をまんべんなく絶縁するのは容易ではなく、通常絶縁テ
ープのラップ巻きなどで絶縁すると超電導線の外径が膨
らむ上に、樹脂含浸を施すとクラックが発生しやすくな
り、クエンチの起こりやすい構造になってしまう。ま
た各超電導線間の隙間間隔を所定の値に設定しにくくな
るため、第１の超電導コイルのインダクタンスが無視で
きない大きさになり、そのため時定数が大きくなってク
エンチに対する永久電流スイッチの安定性にも問題が生
じてくる。

【００１５】そこで本発明は上記欠点を解決し、永久電
流スイッチの構成が簡素であり、かつ永久電流スイッチ
を構成する各超電導線に流れる電流が均一であり、かつ
クエンチに対して安定であるような永久電流スイッチを
提供することを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の永久電流スイッ
チは、３本以上の超電導線が互いに非絶縁の状態により
合わされてなるより線の周囲を電気的に絶縁し、絶縁さ
れた前記より線をより合わせてなるフィラメントを巻回
して形成される第１の超電導コイルと、前記第１の超電
導コイルと並列に接続される第２の超電導コイルと、前
記第１の超電導コイルに直列に接続されるスイッチおよ
び電源とから構成されている。

【００１７】

【作用】永久電流スイッチの構成を上述のようにすれ
ば、複数の超電導線を互いに非絶縁の状態でより合わせ
てなるより線に、その周囲およびより線の間の隙間部分
を電気的に絶縁し、絶縁されたより線とすることによっ
て、各超電導線に流れる電流値が均等になり、永久電流
スイッチのクエンチ後に永久電流スイッチの超電導状態
への回復時間が早くなり、また永久電流スイッチの超電
導状態を保持する安定性も良くなってくる。

【００１８】またより線の周囲に施されている絶縁が、
密巻としての永久電流スイッチなどの製作を可能とし、
小型で常電導時に非抵抗の高い永久電流スイッチを提供
することができる。さらに従来の並列に接続された永
久電流スイッチの場合と異なり、単一の永久電流スイッ
チで構成できるので製作コストが削減でき、製作時間が
ｎ並列の場合は約１／ｎに削減することもできる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。（実施例１）図１は本発明の第１実施例の永久電流スイ
ッチの回路図で、図２（ａ）は本発明の第１実施例の永
久電流スイッチを構成する絶縁より線の断面図（１次よ
り線が３本、２次より線が３本）で、図２（ｂ）は本発
明の第１実施例の永久電流スイッチを構成する絶縁より
線の断面図（１次より線が７本、２次より線が７本）
で、図２（ｃ）は本発明の第１実施例の永久電流スイッ
チを構成する絶縁より線の断面図（１次より線が１９
本、２次より線が３本）である。

【００２０】以下、本発明の永久電流スイッチの構成に
ついて述べる。図２（ｂ）に示すように、絶縁を施して
いない、例えば０．５［ｍｍ］の外径を持ちニオブチタ
ン等の合金からなる超電導線１を仮に７本束ねてダイス
を用いて均一な断面となるようにより合わせ、１本の超
電導線（以下より線３と言う）とする。

【００２１】ここでより線３の中央部分に当たる線を中
心素線１６とする。なお、より線３が３本より線の場合
には中心素線１６は存在しない。ここで必要な電流値を
確保するに当たり、３本以上の超電導線１をより合わせ
てより線３とする。しかし、超電導線１同士を密に接触
させクエンチに対する安定性を良くするために、３本ま
たは７本または１９本より合わせて作られるより線３を
１次より線３とし、１次より線３が３本または７本また
は１９本でより合わせて再びより線３を作る。このより
線３を２次より線３とする。以下同様にして必要な本数
までより線３をより合わせていく。ここで、ｎ回より合
わされたより線３は、ｎ次より線３となる。

【００２２】ここでｎ次より線３の構成について、図２
（ｃ）を参照して説明を追加していく。同図のようにｎ
次より線３の１次より線３は１９本で、２次より線３は
１次より線３を３本より合わせた構成をしている。この
ようなより線３の構成について、１次より線３と２次よ
り線３および、それ以後のｎ次より線３でより合わされ
るより線３は、必要な電流を確保するに当たっては、特
に同一本数でなくともよい。

【００２３】そしてｎ次より線３の周囲のみをエポキシ
粉末やワニスなどの電気的に絶縁性を持つ絶縁物２を塗
布し、ｎ次より線３全体を絶縁し、電気的に絶縁される
絶縁より線１５を構成する。絶縁より線１５は、銅ニッ
ケル合金から構成されるマトリックス５中に挿入され、
フィラメント６を構成している。

【００２４】したがって、ｎ次より線３の周囲全体に絶
縁が施されているので、１本の絶縁導体として扱うこと
ができ、無誘導コイルとして密巻にし永久電流スイッチ
用の密線として使用できる。

【００２５】またこの実施例では、絶縁膜の平均厚さは
約１５０［μｍ］程である。従って、本実施例の絶縁よ
り線１５の断面の面積は、超電導線１それぞれを絶縁を
してより線を施した従来技術と比較して、ほとんど増加
しない構造になっている。

【００２６】以下、図６を参照しながら永久電流スイッ
チの構成について説明する。上述の絶縁より線１５を必
要な長さに無誘導にボビンに巻回し、第１の超電導コイ
ル９を作り、第１の超電導コイル９の絶縁より線１５端
部の絶縁を剥離剤などの薬品で除去して、これを銅の電
極に半田付けなどの手法で固定した後、熱絶縁のために
ＦＲＰ（ＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓ
ｔｉｃｓ）などの熱伝導率の小さい材料で製作した容器
に収納して、容器全体をエポキシなどの樹脂等で含浸、
硬化し、絶縁より線１５の中心素線１６に超電導状態を
常電導状態へと転移させる手段としてヒーター等の加熱
装置を半田や銀ぺ−スト等を用いて接続し、図１に示さ
れているような永久電流スイッチ１０を製作する。

【００２７】そして、永久電流スイッチ１０に並列に第
２の超電導コイル１２を接続する。永久電流スイッチ１
０と直列にスイッチ２０および電源１１を接続して永久
電流スイッチの回路が構成されている。

【００２８】また、必要に応じて本発明の永久電流スイ
ッチを複数接続することも可能である。ここで、並列に
接続される永久電流スイッチ１０の個数が超電導線１の
本数を表しており、永久電流スイッチ１０が直列に接続
される個数は、無誘導にボビンに巻回する絶縁より線群
１５の長さを表している。

【００２９】本実施例の動作については以下の通りであ
る。すなわち、電源１１より供給される電流をスイッチ
２０を閉じて第２の超電導コイル１２に印加する。そし
て、適当な時間をおいてスイッチ２０を開く。すると第
２の超電導コイル１２と接続する複数の永久電流スイッ
チ１０とが閉ループとなる。ここで第２の超電導コイル
１２と永久電流スイッチ１０はそれぞれ超電導体で構成
されているため電流の減衰がほとんどなく、半永久的に
電流を供給することが可能な永久電流スイッチ１０とし
て動作する。

【００３０】以上のように本実施例によれば、従来に比
べ製作コストが低く、また製作時間が減少し、超電導線
１に流れる電流の減衰がなく、各超電導線１に通電して
いる電流値が均一であり、超電導線１同士が密に接触し
ているためクエンチに対する危険性も低く安定している
永久電流スイッチ１０が実現する。（実施例２）図３は本発明の第２実施例の永久電流スイ
ッチを構成する絶縁より線の断面図で、図４は本発明の
第２実施例の永久電流スイッチを構成する絶縁導体の説
明図である。

【００３１】図３に示すように、絶縁が施されていない
ニオブチタン等の合金からなる超電導線１を、超電導線
１の直径よりも大きなＳＵＳ等で形成されて表面が絶縁
されている中空円筒状の導体１７の外周面に沿って複数
本配置する。そして導体１７の軸方向に導体１７の中心
線を軸として超電導線１を螺旋状により回していき、図
４に示すようなより線導体１８を構成する。より線導体
１８の周囲全体にエポキシ粉末やワニス等の電気的に絶
縁性を持つ絶縁物を塗布する。そして絶縁導体１９が構
成される。

【００３２】したがって、より線導体１８の周囲全体に
絶縁が施されているので、１本の絶縁導体として扱うこ
とができ、無誘導コイルとして密巻にし永久電流スイッ
チ用の密線として使用できる。

【００３３】上述の絶縁導体１９を必要な長さに無誘導
にボビンに巻回し、絶縁導体１９の端部の絶縁を剥離剤
などの薬品で除去して、これを銅の電極に半田付けなど
の手段で固定した後、熱絶縁のためにＦＲＰ（Ｆｉｂｅ
ｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）等の熱伝
導率の小さい材料で製作した容器に収納して、全体をエ
ポキシなどの樹脂で含浸、硬化し、絶縁導体１９を構成
する導体１７に半田や銀ペースト等を使用して超電導状
態を常電導状態へと転移させる装置となるヒーター等の
加熱装置を接続して永久電流スイッチを製作する。

【００３４】本実施例の効果について述べると、導体１
７が周囲に螺旋状に配置される超電導線１と絶縁され、
また超電導線１の直径も導体１７に比べて太い構成であ
るため、超電導線１による近接効果等の自己磁界に対す
る超電導特性の低減防止に大きく貢献している。また
本実施例によると、従来に比べ製作コストが低く、また
製作時間が減少し、超電導線１に流れている電流の減衰
がなく、各超電導線１に流れている電流値が均一であ
り、超電導線１同士が密に接触しているためクエンチに
対する危険性も低く安定している永久電流スイッチ１０
を実現している。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は超電導線
が隣り合う超電導線と互いに接触している部分を非絶縁
の状態ままより合わせてより線とし、超電導線が接触し
ている部分以外のより線の周囲を電気的に絶縁とした構
成である。そのため、絶縁されたより線の各超電導線に
流れる電流値を均等にし、かつ抵抗が超電導線に非接続
であるため超電導線に流れる電流値の減衰がなく、永久
電流スイッチのクエンチ後に永久電流スイッチの超電導
状態への回復時間が著しく早くなり、また永久電流スイ
ッチが超電導状態を保持する安定性も良くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の永久電流スイッチの回
路図。

【図２】本発明の第１実施例の永久電流スイッチを構
成する絶縁より線の断面図。

【図３】本発明の第２実施例の永久電流スイッチを構
成する絶縁より線の断面図。

【図４】本発明の第２実施例の永久電流スイッチを構
成する絶縁導体の説明図。

【図５】従来の永久電流スイッチを構成する絶縁より
線の断面図。

【図６】従来の永久電流スイッチの断面図と側面図。

【図７】従来の永久電流スイッチの回路図。

【符号の説明】

１超電導線２絶縁物３より線５マトリックス６フィラメント８電極９第１の超電導コイル１０永久電流スイッチ１１電源１２第２の超電導コイル１５絶縁より線１６中心素線１７導体１８より線導体１９絶縁導体２０スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３本以上の超電導線が互いに非絶縁の状態
により合わされてなるより線の周囲を電気的に絶縁し、
絶縁された前記より線をより合わせてなるフィラメント
を巻回して形成される第１の超電導コイルと、前記第１
の超電導コイルと並列に接続される第２の超電導コイル
と、前記第１の超電導コイルに直列に接続されるスイッ
チおよび電源とから構成されることを特徴とする永久電
流スイッチ。
【請求項２】互いに非絶縁の状態にある複数の超電導線
を、前記超電導線とは太さが異なる導体の周囲に螺旋状
に導体に巻回するとともに、前記導体の周囲および前記
超電導線の間の隙間を電気的に絶縁してなる絶縁導体を
巻回して形成される第１の超電導コイルと、前記第１の
超電導コイルと並列に接続される第２の超電導コイル
と、前記第１の超電導コイルに直列に接続されるスイッ
チおよび電源とから構成されることを特徴とする永久電
流スイッチ。
【請求項３】上記より線は、３本または７本または１９
本をより合わせたより線であることを特徴とする請求項
１記載の永久電流スイッチ。
【請求項４】上記超電導線を３本または７本または１９
本でより合わされるより線を１次より線とし、前記１次
より線同士を３本または７本または１９本でより合わさ
れるより線を２次より線としながら、ｎ次より線を形成
し、前記ｎ次より線の周囲を電気的に絶縁してなる絶縁
より線としたことを特徴とする請求項１記載の永久電流
スイッチ。
【請求項５】上記より線を構成する任意の超電導線に超
電導状態と常電導状態とを切り替えることが可能な手段
を接続してなることを特徴とする請求項１記載の永久電
流スイッチ。
【請求項６】上記導体に超電導状態と常電導状態とを切
り替えることが可能な手段を接続してなることを特徴と
する請求項２記載の永久電流スイッチ。
【請求項７】上記導体は、螺旋状に巻回される上記超電
導線と電気的に絶縁されることを特徴とする請求項２記
載の永久電流スイッチ。