JPH10335712A - 超電導スイッチ - Google Patents
超電導スイッチInfo
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- JPH10335712A JPH10335712A JP9137078A JP13707897A JPH10335712A JP H10335712 A JPH10335712 A JP H10335712A JP 9137078 A JP9137078 A JP 9137078A JP 13707897 A JP13707897 A JP 13707897A JP H10335712 A JPH10335712 A JP H10335712A
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Landscapes
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Control Of Vehicles With Linear Motors And Vehicles That Are Magnetically Levitated (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 超電導線材コイルの加熱と磁場印加を同時に
行うことにより高速なＯＦＦ動作が可能でありながら、
断熱支持の容易な超電導スイッチを提供する。 【解決手段】 超電導体を冷却して常電導状態から超電
導状態に転移させることをＯＮ動作、コイル状ヒーター
で超電導体を超電導状態から常電導状態に転移させるこ
とをＯＦＦ動作とする超電導スイッチにおいて、１対の
コイル状ヒーターで超電導体を挟み、それぞれのコイル
状ヒーターに逆向きの電流を通電してＯＦＦ動作を行う
ことを特徴とする超電導スイッチ。
行うことにより高速なＯＦＦ動作が可能でありながら、
断熱支持の容易な超電導スイッチを提供する。 【解決手段】 超電導体を冷却して常電導状態から超電
導状態に転移させることをＯＮ動作、コイル状ヒーター
で超電導体を超電導状態から常電導状態に転移させるこ
とをＯＦＦ動作とする超電導スイッチにおいて、１対の
コイル状ヒーターで超電導体を挟み、それぞれのコイル
状ヒーターに逆向きの電流を通電してＯＦＦ動作を行う
ことを特徴とする超電導スイッチ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超電導スイッチに関
し、特に浮上式鉄道において用いるのに好適な超電導ス
イッチに関するものである。
し、特に浮上式鉄道において用いるのに好適な超電導ス
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、例えば、所定の磁場
まで励磁した超電導コイルマグネットの両端を超電導的
に短絡し、電源が無くとも超電導コイルマグネットに永
久電流が還流する回路を形成するのに用いられる。図４
に従来より用いられている超電導スイッチの断面図を示
す。この超電導スイッチは、ＳＵＳ製の巻枠１に例えば
Ｎｂ3 Ｓｎのような超電導線材を無誘導に巻いて超電導
線材コイル３を構成し、その外周にヒーター８を配置
し、ヒーター８及び超電導線材コイル３をＧ−ＦＲＰの
ような断熱材で形成された断熱層４で覆った構造となっ
ている。そしてこの超電導スイッチは、超電導線材コイ
ル３を構成する超電導線材の臨界温度を越える加熱ある
いは冷却によって、超電導線材コイル３を常電導状態
（ＯＦＦ状態）あるいは超電導状態（ＯＮ状態）に制御
するものである。
まで励磁した超電導コイルマグネットの両端を超電導的
に短絡し、電源が無くとも超電導コイルマグネットに永
久電流が還流する回路を形成するのに用いられる。図４
に従来より用いられている超電導スイッチの断面図を示
す。この超電導スイッチは、ＳＵＳ製の巻枠１に例えば
Ｎｂ3 Ｓｎのような超電導線材を無誘導に巻いて超電導
線材コイル３を構成し、その外周にヒーター８を配置
し、ヒーター８及び超電導線材コイル３をＧ−ＦＲＰの
ような断熱材で形成された断熱層４で覆った構造となっ
ている。そしてこの超電導スイッチは、超電導線材コイ
ル３を構成する超電導線材の臨界温度を越える加熱ある
いは冷却によって、超電導線材コイル３を常電導状態
（ＯＦＦ状態）あるいは超電導状態（ＯＮ状態）に制御
するものである。
【０００３】図５に、この超電導スイッチを用いて超電
導コイルに永久電流を還流する際の回路図の一例を示
す。図５において、１１は超電導コイルマグネット、１
３は外部電源、９は図４に示した超電導スイッチであ
る。そして図５の回路において、電源１３によって超電
導コイルマグネット１１に通電した後、超電導スイッチ
９を冷却して超電導状態（ＯＮ状態）にし、超電導コイ
ルマグネット１１の両端を超電導的に短絡すれば、電源
１３を切り離しても超電導コイルマグネット１１には超
電導スイッチ９を経由する永久電流が還流する。そし
て、超電導スイッチ９を加熱して常電導状態（ＯＦＦ状
態）とすれば、超電導スイッチ９の抵抗によって永久電
流は減衰し、超電導コイルマグネット１１は消磁され
る。
導コイルに永久電流を還流する際の回路図の一例を示
す。図５において、１１は超電導コイルマグネット、１
３は外部電源、９は図４に示した超電導スイッチであ
る。そして図５の回路において、電源１３によって超電
導コイルマグネット１１に通電した後、超電導スイッチ
９を冷却して超電導状態（ＯＮ状態）にし、超電導コイ
ルマグネット１１の両端を超電導的に短絡すれば、電源
１３を切り離しても超電導コイルマグネット１１には超
電導スイッチ９を経由する永久電流が還流する。そし
て、超電導スイッチ９を加熱して常電導状態（ＯＦＦ状
態）とすれば、超電導スイッチ９の抵抗によって永久電
流は減衰し、超電導コイルマグネット１１は消磁され
る。
【０００４】以上のような永久電流スイッチには、ＯＦ
Ｆ状態からＯＮ状態への切り替え動作（ＯＮ動作）、Ｏ
Ｎ状態からＯＦＦ状態への切り替え動作（ＯＦＦ動作）
の高速化が要求される。
Ｆ状態からＯＮ状態への切り替え動作（ＯＮ動作）、Ｏ
Ｎ状態からＯＦＦ状態への切り替え動作（ＯＦＦ動作）
の高速化が要求される。
【０００５】特開昭６２−６１３７７号公報には、ＯＦ
Ｆ動作の高速化を図るべく、超電導線材コイルの外周に
コイル状ヒーターを巻き回し、超電導線材コイルを加熱
すると同時に磁場を印加してＯＦＦ動作を行う超電導ス
イッチが開示されている。
Ｆ動作の高速化を図るべく、超電導線材コイルの外周に
コイル状ヒーターを巻き回し、超電導線材コイルを加熱
すると同時に磁場を印加してＯＦＦ動作を行う超電導ス
イッチが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
造の超電導スイッチを浮上式鉄道用超電導磁石に適用し
ようとすると、以下のような問題があった。図６に、浮
上式鉄道用超電導磁石の内部構造の一例を示す。この超
電導磁石は、主としてケーシング２１、超電導スイッチ
部２３、超電導コイルマグネット部２５からなってい
る。超電導スイッチ部２３と超電導コイルマグネット部
２５とは、ケーシング２１の内側に断熱支持体を介して
配置されている。ケーシング２１の内部は、外部からの
熱侵入を妨げるべく、真空にされている。超電導スイッ
チ部２３の内部と、超電導コイルマグネット部２５の内
部とは、液体ヘリウムが充填された極低温層であって、
それぞれ図示しない液体ヘリウムタンク及び冷却機が接
続されている。
造の超電導スイッチを浮上式鉄道用超電導磁石に適用し
ようとすると、以下のような問題があった。図６に、浮
上式鉄道用超電導磁石の内部構造の一例を示す。この超
電導磁石は、主としてケーシング２１、超電導スイッチ
部２３、超電導コイルマグネット部２５からなってい
る。超電導スイッチ部２３と超電導コイルマグネット部
２５とは、ケーシング２１の内側に断熱支持体を介して
配置されている。ケーシング２１の内部は、外部からの
熱侵入を妨げるべく、真空にされている。超電導スイッ
チ部２３の内部と、超電導コイルマグネット部２５の内
部とは、液体ヘリウムが充填された極低温層であって、
それぞれ図示しない液体ヘリウムタンク及び冷却機が接
続されている。
【０００７】ここで、浮上式鉄道用超電導磁石には軽量
・コンパクトであることが要求されるため、超電導スイ
ッチ部２３と超電導コイルマグネット部２５とは接近し
て配置される。したがって、超電導コイルマグネット部
２５で形成される強力な磁場の内部に超電導スイッチ部
２３は配置されている。
・コンパクトであることが要求されるため、超電導スイ
ッチ部２３と超電導コイルマグネット部２５とは接近し
て配置される。したがって、超電導コイルマグネット部
２５で形成される強力な磁場の内部に超電導スイッチ部
２３は配置されている。
【０００８】このため、上記公報記載の加熱と磁場印加
の双方によってＯＦＦ動作を行う超電導スイッチを、浮
上式鉄道用超電導磁石において超電導コイルマグネット
の励磁・消磁の制御に用いると、コイル状ヒーターに強
い電磁力が作用する。したがって超電導スイッチ部２３
をケーシング２１に支持する支持部材２７が多く必要と
なる。ここで支持部材２７が多いと、ケーシング２１の
外部からの熱が極低温層である超電導スイッチ部２３等
に侵入しやすくなり、冷却機にかかる負担が大きくなる
ので好ましくない。
の双方によってＯＦＦ動作を行う超電導スイッチを、浮
上式鉄道用超電導磁石において超電導コイルマグネット
の励磁・消磁の制御に用いると、コイル状ヒーターに強
い電磁力が作用する。したがって超電導スイッチ部２３
をケーシング２１に支持する支持部材２７が多く必要と
なる。ここで支持部材２７が多いと、ケーシング２１の
外部からの熱が極低温層である超電導スイッチ部２３等
に侵入しやすくなり、冷却機にかかる負担が大きくなる
ので好ましくない。
【０００９】また、上記公報記載の超電導スイッチにお
いて、超電導線材コイルに例えばＢｉ系超電導材料のテ
ープ状線材を用いる場合、超電導線材コイルの外周にコ
イル状ヒーターを巻き回す構造となっているため、コイ
ル状ヒーターはテープ表面と平行な向きの磁場を発生さ
せることになる。
いて、超電導線材コイルに例えばＢｉ系超電導材料のテ
ープ状線材を用いる場合、超電導線材コイルの外周にコ
イル状ヒーターを巻き回す構造となっているため、コイ
ル状ヒーターはテープ表面と平行な向きの磁場を発生さ
せることになる。
【００１０】Ｂｉ系超電導材料の臨界磁場は異方性を有
しており、テープ表面に対して垂直な向きの磁場によっ
て、より容易に超電導状態から常電導状態に転移する
が、この超電導スイッチでは上述したようにテープ表面
と平行な向きの磁場によってＯＦＦ動作を行わなければ
ならないという不利な点があった。
しており、テープ表面に対して垂直な向きの磁場によっ
て、より容易に超電導状態から常電導状態に転移する
が、この超電導スイッチでは上述したようにテープ表面
と平行な向きの磁場によってＯＦＦ動作を行わなければ
ならないという不利な点があった。
【００１１】本発明は、超電導線材コイルの加熱と磁場
印加を同時に行うことにより高速なＯＦＦ動作が可能で
ありながら、断熱支持の容易な超電導スイッチを提供す
るものである。さらに本発明は、Ｂｉ系超電導材料のよ
うな異方性を有するテープ状線材の超電導コイルを用い
る場合に、テープ表面と垂直な方向の磁場を印加してＯ
ＦＦ動作を行う超電導スイッチを提供するものである。
印加を同時に行うことにより高速なＯＦＦ動作が可能で
ありながら、断熱支持の容易な超電導スイッチを提供す
るものである。さらに本発明は、Ｂｉ系超電導材料のよ
うな異方性を有するテープ状線材の超電導コイルを用い
る場合に、テープ表面と垂直な方向の磁場を印加してＯ
ＦＦ動作を行う超電導スイッチを提供するものである。
【００１２】
【課題を解決する手段】本発明は、以下の通りである。 （１）超電導体を冷却して常電導状態から超電導状態に
転移させることをＯＮ動作、コイル状ヒーターで超電導
体を超電導状態から常電導状態に転移させることをＯＦ
Ｆ動作とする超電導スイッチにおいて、１対のコイル状
ヒーターで超電導体を挟み、それぞれのコイル状ヒータ
ーに逆向きに電流を通電することを特徴とする超電導ス
イッチ。 （２）超電導体が無誘導に巻いた超電導線材コイルであ
って、超電導線材コイルの内周側には誘導巻きの内周側
コイル状ヒーターが配置されていて、超電導線材コイル
の外周側には誘導巻きの外周側コイル状ヒーターが配置
されていることを特徴とする前記（１）記載の超電導ス
イッチ。 （３）超電導体が無誘導に巻いた超電導線材コイルであ
って、超電導線材コイルの上面側には誘導巻きの上面側
コイル状ヒーターが配置されていて、超電導線材コイル
の外周側には誘導巻きの下面側コイル状ヒーターが配置
されていることを特徴とする前記（１）記載の超電導ス
イッチ。 （４）超電導線材コイルの材質が、Ｂｉ系超電導材料の
テープ状線材であることを特徴とする前記（３）記載の
超電導スイッチ。
転移させることをＯＮ動作、コイル状ヒーターで超電導
体を超電導状態から常電導状態に転移させることをＯＦ
Ｆ動作とする超電導スイッチにおいて、１対のコイル状
ヒーターで超電導体を挟み、それぞれのコイル状ヒータ
ーに逆向きに電流を通電することを特徴とする超電導ス
イッチ。 （２）超電導体が無誘導に巻いた超電導線材コイルであ
って、超電導線材コイルの内周側には誘導巻きの内周側
コイル状ヒーターが配置されていて、超電導線材コイル
の外周側には誘導巻きの外周側コイル状ヒーターが配置
されていることを特徴とする前記（１）記載の超電導ス
イッチ。 （３）超電導体が無誘導に巻いた超電導線材コイルであ
って、超電導線材コイルの上面側には誘導巻きの上面側
コイル状ヒーターが配置されていて、超電導線材コイル
の外周側には誘導巻きの下面側コイル状ヒーターが配置
されていることを特徴とする前記（１）記載の超電導ス
イッチ。 （４）超電導線材コイルの材質が、Ｂｉ系超電導材料の
テープ状線材であることを特徴とする前記（３）記載の
超電導スイッチ。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。超電導体としては、例えば超電導線材をコイル状
に巻いた超電導線材コイルが適している。超電導スイッ
チのコンパクト化と、後述するＯＦＦ状態での抵抗値を
大きくするための線材の長尺化との両方をみたすからで
ある。
する。超電導体としては、例えば超電導線材をコイル状
に巻いた超電導線材コイルが適している。超電導スイッ
チのコンパクト化と、後述するＯＦＦ状態での抵抗値を
大きくするための線材の長尺化との両方をみたすからで
ある。
【００１４】超電導線材コイルの材質としては、例えば
Ｎｂ3 Ｓｎ線材、ＮｂＴｉ、Ｎｂ3Ａｌ等が適してい
る。Ｎｂ3 Ｓｎの臨界温度は約１８Ｋ、ＮｂＴｉの臨界
温度は約９Ｋ、Ｎｂ3 Ａｌの臨界温度は約１５Ｋであ
り、液体ヘリウム温度で超電導状態となる。また、Ｂｉ
系２２２３相、Ｂｉ系２２１２相等のテープ状Ｂｉ系超
電導線材は、同じく液体ヘリウム温度で超電導状態とな
り、これらを用いてもよい。
Ｎｂ3 Ｓｎ線材、ＮｂＴｉ、Ｎｂ3Ａｌ等が適してい
る。Ｎｂ3 Ｓｎの臨界温度は約１８Ｋ、ＮｂＴｉの臨界
温度は約９Ｋ、Ｎｂ3 Ａｌの臨界温度は約１５Ｋであ
り、液体ヘリウム温度で超電導状態となる。また、Ｂｉ
系２２２３相、Ｂｉ系２２１２相等のテープ状Ｂｉ系超
電導線材は、同じく液体ヘリウム温度で超電導状態とな
り、これらを用いてもよい。
【００１５】このような超電導線材を巻軸に無誘導に巻
いて、超電導線材コイルとする。巻軸の材質がステンレ
ス等の場合には絶縁処理を行うが、材質がＧ−ＦＲＰ等
のような絶縁体の場合にはそのまま用いてもよい。
いて、超電導線材コイルとする。巻軸の材質がステンレ
ス等の場合には絶縁処理を行うが、材質がＧ−ＦＲＰ等
のような絶縁体の場合にはそのまま用いてもよい。
【００１６】超電導スイッチでは、ＯＦＦ状態での抵抗
値を大きくすることが望ましい。このため、コイルを形
成する超電導線材の長さは、超電導スイッチに要求され
るＯＦＦ状態での抵抗値に応じて長くする必要がある。
例えば、径０．８７mmのＮｂ3 Ｓｎ線材を用いた超電導
スイッチのＯＦＦ状態での抵抗値を２０Ω以上にするた
めには、Ｎｂ3 Ｓｎ線材を２２０ｍ以上用いて超電導線
材コイルを構成するとよい。但し、超電導線材を過度に
長くすると超電導スイッチのコンパクト化が図れなくな
るため、好ましくない。
値を大きくすることが望ましい。このため、コイルを形
成する超電導線材の長さは、超電導スイッチに要求され
るＯＦＦ状態での抵抗値に応じて長くする必要がある。
例えば、径０．８７mmのＮｂ3 Ｓｎ線材を用いた超電導
スイッチのＯＦＦ状態での抵抗値を２０Ω以上にするた
めには、Ｎｂ3 Ｓｎ線材を２２０ｍ以上用いて超電導線
材コイルを構成するとよい。但し、超電導線材を過度に
長くすると超電導スイッチのコンパクト化が図れなくな
るため、好ましくない。
【００１７】従来の超電導スイッチでは、以上のような
超電導体の外周に誘導巻きのコイル状ヒーターを巻き回
した構造として、これに電流を供給して加熱と磁場印加
を同時に行ってＯＦＦ動作させていた。これに対して本
発明は、１対のコイル状ヒーターで超電導体を挟み、そ
れぞれのコイル状ヒーターに逆向きに電流を通電するこ
とでＯＦＦ動作を行う超電導スイッチである。
超電導体の外周に誘導巻きのコイル状ヒーターを巻き回
した構造として、これに電流を供給して加熱と磁場印加
を同時に行ってＯＦＦ動作させていた。これに対して本
発明は、１対のコイル状ヒーターで超電導体を挟み、そ
れぞれのコイル状ヒーターに逆向きに電流を通電するこ
とでＯＦＦ動作を行う超電導スイッチである。
【００１８】１対のコイル状ヒーターで超電導体を挟む
とは、例えば超電導体が無誘導に巻いた超電導線材コイ
ルの場合、超電導線材コイルの内周側と外周側にそれぞ
れコイル状ヒーターを配置するか、あるいは超電導線材
コイルの上面側と下面側にそれぞれコイル状ヒーターを
配置すればよい。図１（ａ）に超電導線材コイルの内周
側と外周側にそれぞれコイル状ヒーターを配置した例
を、図１（ｂ）に超電導線材コイルの上面側と下面側に
それぞれコイル状ヒーターを配置した例を示す。なお、
図１（ｂ）に示したように、超電導線材コイルの上面側
・下面側とは、あくまでも中空筒状であるコイルの上面
・下面（すなわち、内周面・外周面以外の２面）をいう
ものであって、超電導スイッチを配置した際の上下との
関連で規定されるものではない。
とは、例えば超電導体が無誘導に巻いた超電導線材コイ
ルの場合、超電導線材コイルの内周側と外周側にそれぞ
れコイル状ヒーターを配置するか、あるいは超電導線材
コイルの上面側と下面側にそれぞれコイル状ヒーターを
配置すればよい。図１（ａ）に超電導線材コイルの内周
側と外周側にそれぞれコイル状ヒーターを配置した例
を、図１（ｂ）に超電導線材コイルの上面側と下面側に
それぞれコイル状ヒーターを配置した例を示す。なお、
図１（ｂ）に示したように、超電導線材コイルの上面側
・下面側とは、あくまでも中空筒状であるコイルの上面
・下面（すなわち、内周面・外周面以外の２面）をいう
ものであって、超電導スイッチを配置した際の上下との
関連で規定されるものではない。
【００１９】本発明は、このように配置したコイル状ヒ
ーターに逆向きに電流を通電して超電導体の加熱と磁場
印加を同時に行い、ＯＦＦ動作を行うものである。コイ
ル状ヒーターには逆向きに電流を通電するので、外部磁
場より受ける電磁力は各々逆向きとなり、打ち消し合
う。したがって、スイッチ全体では電磁力の作用が小さ
く、断熱支持が容易である。
ーターに逆向きに電流を通電して超電導体の加熱と磁場
印加を同時に行い、ＯＦＦ動作を行うものである。コイ
ル状ヒーターには逆向きに電流を通電するので、外部磁
場より受ける電磁力は各々逆向きとなり、打ち消し合
う。したがって、スイッチ全体では電磁力の作用が小さ
く、断熱支持が容易である。
【００２０】図１には、このように電流を通電した際に
生じる磁場を併せて示す。このように、コイル状ヒータ
ーの磁気極性が双方逆向きになっているため、両コイル
状ヒーターが超電導体に印加する磁場は同一方向とな
る。したがって、超電導体の一方のみにコイル状ヒータ
ーを配置した場合よりも超電導体に印加される磁場は均
一となり、また磁束の曲りも抑制され、ＯＦＦ動作の迅
速化に有利である。
生じる磁場を併せて示す。このように、コイル状ヒータ
ーの磁気極性が双方逆向きになっているため、両コイル
状ヒーターが超電導体に印加する磁場は同一方向とな
る。したがって、超電導体の一方のみにコイル状ヒータ
ーを配置した場合よりも超電導体に印加される磁場は均
一となり、また磁束の曲りも抑制され、ＯＦＦ動作の迅
速化に有利である。
【００２１】さらに、両方のコイル状ヒーターで超電導
体を加熱するため、超電導体の加熱が速やかに行えると
いう点でも、ＯＦＦ動作の迅速化に有利である。
体を加熱するため、超電導体の加熱が速やかに行えると
いう点でも、ＯＦＦ動作の迅速化に有利である。
【００２２】コイル状ヒーターの材質としては、ニクロ
ム線、コンスタンタン線、マンガニン線等の抵抗発熱体
を用いる。これらの材質を用いたヒーター線は外部電源
より電流を供給することにより容易に発熱し、また発熱
量の制御も容易だからである。コイル状ヒーターは、こ
れらの線材を誘導巻きにして形成する。超電導体の加熱
と磁場印加を同時に行い、ＯＦＦ動作を迅速化するため
である。
ム線、コンスタンタン線、マンガニン線等の抵抗発熱体
を用いる。これらの材質を用いたヒーター線は外部電源
より電流を供給することにより容易に発熱し、また発熱
量の制御も容易だからである。コイル状ヒーターは、こ
れらの線材を誘導巻きにして形成する。超電導体の加熱
と磁場印加を同時に行い、ＯＦＦ動作を迅速化するため
である。
【００２３】本発明では、コイル状ヒーターが超電導体
に印加する磁場の強度、発熱量などは特に制限しない
が、断熱支持を容易にするという観点からは、超電導体
を挟んで配置した両コイル状ヒーターが受ける電磁力の
大きさが、ほぼ等しいことが好ましい。
に印加する磁場の強度、発熱量などは特に制限しない
が、断熱支持を容易にするという観点からは、超電導体
を挟んで配置した両コイル状ヒーターが受ける電磁力の
大きさが、ほぼ等しいことが好ましい。
【００２４】また、従来の超電導スイッチがＯＦＦ動作
時に印加する磁場の向きは超電導線材コイルの軸方向で
あるが、本発明の図１（ｂ）に示した配置の超電導スイ
ッチでは、印加する磁場の向きは超電導線材コイルの径
方向である。したがって、この超電導スイッチの超電導
線材コイルに、Ｂｉ系２２２３相、Ｂｉ２２１２相等の
テープ状Ｂｉ系線材からなるコイルを用いれば、これら
の線材をＯＦＦ動作させるのに有利なテープ面と垂直な
方向からの磁場を印加することができるため、効率よく
ＯＦＦ動作を行うことができる。
時に印加する磁場の向きは超電導線材コイルの軸方向で
あるが、本発明の図１（ｂ）に示した配置の超電導スイ
ッチでは、印加する磁場の向きは超電導線材コイルの径
方向である。したがって、この超電導スイッチの超電導
線材コイルに、Ｂｉ系２２２３相、Ｂｉ２２１２相等の
テープ状Ｂｉ系線材からなるコイルを用いれば、これら
の線材をＯＦＦ動作させるのに有利なテープ面と垂直な
方向からの磁場を印加することができるため、効率よく
ＯＦＦ動作を行うことができる。
【００２５】
［実施例１］図２に本発明の一実施例である超電導スイ
ッチの概略断面図を示す。この超電導スイッチは、主と
して超電導線材コイル３、内周側コイル状ヒーター５、
外周側コイル状ヒーター７、断熱層４からなっている。
超電導線材コイル３は、絶縁処理した１．３mm径ＮｂＴ
ｉ線材を２９０ｍ無誘導に巻いたものであり、大きさは
内径６０mm、外径１００mm、高さ１００mmである。内周
側コイル状ヒーター５と外周側コイル状ヒーター７と
は、銅線材を１６００ｍ誘導巻きに巻いたコイルであ
る。内周側コイル状ヒーター５は中空筒状の超電導線材
コイル３の内側に、外周側コイル状ヒーター７は中空筒
状の超電導線材コイル３の外側に、それぞれ配置されて
いる。
ッチの概略断面図を示す。この超電導スイッチは、主と
して超電導線材コイル３、内周側コイル状ヒーター５、
外周側コイル状ヒーター７、断熱層４からなっている。
超電導線材コイル３は、絶縁処理した１．３mm径ＮｂＴ
ｉ線材を２９０ｍ無誘導に巻いたものであり、大きさは
内径６０mm、外径１００mm、高さ１００mmである。内周
側コイル状ヒーター５と外周側コイル状ヒーター７と
は、銅線材を１６００ｍ誘導巻きに巻いたコイルであ
る。内周側コイル状ヒーター５は中空筒状の超電導線材
コイル３の内側に、外周側コイル状ヒーター７は中空筒
状の超電導線材コイル３の外側に、それぞれ配置されて
いる。
【００２６】以上のような構造の超電導スイッチは、超
電導線材コイルが常電導の状態で５０Ω程度の抵抗値を
有しているが、液体ヘリウム中で冷却することにより超
電導線材コイル３全体が超電導状態に転移してＯＮ状態
となる。
電導線材コイルが常電導の状態で５０Ω程度の抵抗値を
有しているが、液体ヘリウム中で冷却することにより超
電導線材コイル３全体が超電導状態に転移してＯＮ状態
となる。
【００２７】この超電導スイッチを、図６に示した構造
の浮上式鉄道用超電導磁石の超電導スイッチ部２３に用
い、図５に示した回路に組み込んだ。超電導コイルマグ
ネット１１は、ＮｂＴｉ超電導線を長さ１．０７ｍ、幅
０．５ｍのレーストラック形に巻いたものであり、巻回
数１１６７ターン、定格電流は６００Ａである。外部電
源１３は、３相交流を整流して直流とし、サイリスタと
トランジスターで電流を制御する方式で、最大出力は７
５０Ａ−６５Ｖである。
の浮上式鉄道用超電導磁石の超電導スイッチ部２３に用
い、図５に示した回路に組み込んだ。超電導コイルマグ
ネット１１は、ＮｂＴｉ超電導線を長さ１．０７ｍ、幅
０．５ｍのレーストラック形に巻いたものであり、巻回
数１１６７ターン、定格電流は６００Ａである。外部電
源１３は、３相交流を整流して直流とし、サイリスタと
トランジスターで電流を制御する方式で、最大出力は７
５０Ａ−６５Ｖである。
【００２８】内周側コイル状ヒーター５と外周側コイル
状ヒーター７とにそれぞれ３Ａの電流を逆向きに通電し
たところ、超電導線材コイル３に磁界０．１５Ｔと熱
０．５４ｋＷが加わり、この超電導スイッチは約２秒で
ＯＦＦ状態となった。この状態で外部電源１３を用いて
超電導コイルマグネット１１を最大経験磁界５．３Ｔに
励磁した後、超電導スイッチ９を液体ヘリウム中で冷却
してＯＮ状態とすると、６００Ａの永久電流が還流し
た。また、内周側コイル状ヒーター５と外周側コイル状
ヒーター７とに作用する電磁力は互いに打ち消し合い、
ほとんど作用しなかった。
状ヒーター７とにそれぞれ３Ａの電流を逆向きに通電し
たところ、超電導線材コイル３に磁界０．１５Ｔと熱
０．５４ｋＷが加わり、この超電導スイッチは約２秒で
ＯＦＦ状態となった。この状態で外部電源１３を用いて
超電導コイルマグネット１１を最大経験磁界５．３Ｔに
励磁した後、超電導スイッチ９を液体ヘリウム中で冷却
してＯＮ状態とすると、６００Ａの永久電流が還流し
た。また、内周側コイル状ヒーター５と外周側コイル状
ヒーター７とに作用する電磁力は互いに打ち消し合い、
ほとんど作用しなかった。
【００２９】［実施例２］図３に、本発明の別の実施例
である超電導スイッチの概略断面図を示す。この超電導
スイッチは、主として超電導線材コイル３、上面側コイ
ル状ヒーター１５、下面側コイル状ヒーター１７、断熱
層４からなっている。そして、この実施例の超電導線材
コイル３は、Ｂｉ系２２２３相のテープ状線材（幅３．
６mm、厚さ０．２４mm）をテープ面がコイルの径方向と
垂直になるように４０ｍ無誘導に巻いたパンケーキ形コ
イルであり、その形状は、内径１２０mm、外径１７０m
m、高さ２０mmの中空円筒である。
である超電導スイッチの概略断面図を示す。この超電導
スイッチは、主として超電導線材コイル３、上面側コイ
ル状ヒーター１５、下面側コイル状ヒーター１７、断熱
層４からなっている。そして、この実施例の超電導線材
コイル３は、Ｂｉ系２２２３相のテープ状線材（幅３．
６mm、厚さ０．２４mm）をテープ面がコイルの径方向と
垂直になるように４０ｍ無誘導に巻いたパンケーキ形コ
イルであり、その形状は、内径１２０mm、外径１７０m
m、高さ２０mmの中空円筒である。
【００３０】上面側コイル状ヒーター１５と下面側コイ
ル状ヒーター１７とは、銅線材を１６３４ｍ誘導巻きに
３７７０回巻いたコイルである。上面側コイル状ヒータ
ー１５は超電導線材コイル３の上面側に、下面側コイル
状ヒーター１７は超電導線材コイル３の下面に、それぞ
れ配置されている。
ル状ヒーター１７とは、銅線材を１６３４ｍ誘導巻きに
３７７０回巻いたコイルである。上面側コイル状ヒータ
ー１５は超電導線材コイル３の上面側に、下面側コイル
状ヒーター１７は超電導線材コイル３の下面に、それぞ
れ配置されている。
【００３１】この実施例の超電導スイッチは、超電導線
材コイルが常電導の状態で０．１Ω程度の抵抗値を有し
ているが、液体ヘリウム中で冷却することにより超電導
線材コイル３全体が超電導状態に転移してＯＮ状態とな
る。
材コイルが常電導の状態で０．１Ω程度の抵抗値を有し
ているが、液体ヘリウム中で冷却することにより超電導
線材コイル３全体が超電導状態に転移してＯＮ状態とな
る。
【００３２】この超電導スイッチを実施例１と同様な浮
上式鉄道用超電導磁石に組み込み、上面側コイル状ヒー
ター１５と下面側コイル状ヒーター１７とにそれぞれ３
Ａの電流を逆向きに通電したところ、この超電導スイッ
チは１７分でＯＦＦ状態となった。この状態で超電導マ
グネット１１を最大経験磁界５．３Ｔに励磁した後、ヒ
ーターの通電を止めると４分でＯＮ状態となり、電源の
出力をゼロにすると、６００Ａの永久電流が還流した。
上式鉄道用超電導磁石に組み込み、上面側コイル状ヒー
ター１５と下面側コイル状ヒーター１７とにそれぞれ３
Ａの電流を逆向きに通電したところ、この超電導スイッ
チは１７分でＯＦＦ状態となった。この状態で超電導マ
グネット１１を最大経験磁界５．３Ｔに励磁した後、ヒ
ーターの通電を止めると４分でＯＮ状態となり、電源の
出力をゼロにすると、６００Ａの永久電流が還流した。
【００３３】図７は、この実施例の超電導スイッチを組
み込んだ浮上式鉄道用超電導磁石における、超電導スイ
ッチ２３と超電導コイルマグネット１１との位置関係を
示す概略図である。ここで、超電導コイルマグネット１
１の起磁力は７００ｋＡ、上面側コイル状ヒーター１５
及び下面側コイル状ヒーター１７の起磁力はそれぞれ１
１．３ｋＡである。従って、上面側コイル状ヒーター１
５と下面側コイル状ヒーター１７とに同じ向きの電流を
通電すると、超電導スイッチ２３には合計９．５×１０
2 Ｎの電磁力が作用し、断熱支持は困難である。一方、
本発明のように上面側コイル状ヒーター１５と下面側コ
イル状ヒーター１７とに逆向きの電流を通電すれば、電
磁力は互いに打ち消し合い、容易に断熱支持を行うこと
ができる。
み込んだ浮上式鉄道用超電導磁石における、超電導スイ
ッチ２３と超電導コイルマグネット１１との位置関係を
示す概略図である。ここで、超電導コイルマグネット１
１の起磁力は７００ｋＡ、上面側コイル状ヒーター１５
及び下面側コイル状ヒーター１７の起磁力はそれぞれ１
１．３ｋＡである。従って、上面側コイル状ヒーター１
５と下面側コイル状ヒーター１７とに同じ向きの電流を
通電すると、超電導スイッチ２３には合計９．５×１０
2 Ｎの電磁力が作用し、断熱支持は困難である。一方、
本発明のように上面側コイル状ヒーター１５と下面側コ
イル状ヒーター１７とに逆向きの電流を通電すれば、電
磁力は互いに打ち消し合い、容易に断熱支持を行うこと
ができる。
【００３４】
【発明の効果】以上のように本発明の超電導スイッチ
は、１対のコイル状ヒーターにより加熱と磁場印加の双
方を同時に行いＯＦＦ動作を行うものであるが、両コイ
ル状ヒーターには互いに逆向きの電流を通電するため、
それぞれ反対方向の電磁力が作用する。このため、超電
導スイッチ全体としては電磁力の作用が小さく、断熱支
持が容易である。したがって、冷却機構にかかる負担が
低減できる。
は、１対のコイル状ヒーターにより加熱と磁場印加の双
方を同時に行いＯＦＦ動作を行うものであるが、両コイ
ル状ヒーターには互いに逆向きの電流を通電するため、
それぞれ反対方向の電磁力が作用する。このため、超電
導スイッチ全体としては電磁力の作用が小さく、断熱支
持が容易である。したがって、冷却機構にかかる負担が
低減できる。
【００３５】また本発明によれば、超電導線材コイルに
印加する磁場の方向をコイルの径方向にもできるため、
Ｂｉ系超電導材料のような異方性を有するテープ状線材
の超電導コイルを用いる場合に、ＯＦＦ動作に有利な方
向からの磁場を印加してＯＦＦ動作を行うことができ
る。
印加する磁場の方向をコイルの径方向にもできるため、
Ｂｉ系超電導材料のような異方性を有するテープ状線材
の超電導コイルを用いる場合に、ＯＦＦ動作に有利な方
向からの磁場を印加してＯＦＦ動作を行うことができ
る。
【図１】（ａ）超電導線材コイルの内周側と外周側にそ
れぞれコイル状ヒーターを配置する場合の概略図。 （ｂ）超電導線材コイルの上面側と下面側にそれぞれコ
イル状ヒーターを配置する場合の概略図。
れぞれコイル状ヒーターを配置する場合の概略図。 （ｂ）超電導線材コイルの上面側と下面側にそれぞれコ
イル状ヒーターを配置する場合の概略図。
【図２】（ａ）本発明の実施例１に係る超電導スイッチ
の概略断面図。 （ｂ）本発明の実施例１に係る超電導スイッチの上面
図。
の概略断面図。 （ｂ）本発明の実施例１に係る超電導スイッチの上面
図。
【図３】（ａ）本発明の実施例２に係る超電導スイッチ
の概略断面図。 （ｂ）本発明の実施例２に係る超電導スイッチの上面
図。
の概略断面図。 （ｂ）本発明の実施例２に係る超電導スイッチの上面
図。
【図４】従来の超電導スイッチの断面図。
【図５】超電導スイッチを用いて超電導コイルに永久電
流を還流する際の回路図。
流を還流する際の回路図。
【図６】浮上式鉄道用超電導磁石の内部構造を示す図
面。
面。
【図７】超電導スイッチと超電導コイルマグネットとの
位置関係を示す概略図。
位置関係を示す概略図。
１ 巻き枠 ３ 超電導線材コイル ４ 断熱層 ５ 内周側コイル状ヒーター ７ 外周側コイル状ヒーター ８ ヒーター ９ 超電導スイッチ １１ 超電導コイルマグネット １３ 外部電源 １５ 上面側コイル状ヒーター １７ 下面側コイル状ヒーター ２１ ケーシング ２３ 超電導スイッチ部 ２５ 超電導コイルマグネット部
Claims (4)
- 【請求項１】 超電導体を冷却して常電導状態から超電
導状態に転移させることをＯＮ動作、コイル状ヒーター
で超電導体を超電導状態から常電導状態に転移させるこ
とをＯＦＦ動作とする超電導スイッチにおいて、１対の
コイル状ヒーターで超電導体を挟み、それぞれのコイル
状ヒーターに逆向きの電流を通電してＯＦＦ動作を行う
ことを特徴とする超電導スイッチ。 - 【請求項２】 超電導体が無誘導に巻いた超電導線材コ
イルであって、超電導線材コイルの内周側には誘導巻き
の内周側コイル状ヒーターが配置されていて、超電導線
材コイルの外周側には誘導巻きの外周側コイル状ヒータ
ーが配置されていることを特徴とする請求項１記載の超
電導スイッチ。 - 【請求項３】 超電導体が無誘導に巻いた超電導線材コ
イルであって、超電導線材コイルの上面側には誘導巻き
の上面側コイル状ヒーターが配置されていて、超電導線
材コイルの外周側には誘導巻きの下面側コイル状ヒータ
ーが配置されていることを特徴とする請求項１記載の超
電導スイッチ。 - 【請求項４】 超電導線材コイルの材質が、Ｂｉ系超電
導材料のテープ状線材であることを特徴とする請求項３
記載の超電導スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9137078A JPH10335712A (ja) | 1997-05-27 | 1997-05-27 | 超電導スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9137078A JPH10335712A (ja) | 1997-05-27 | 1997-05-27 | 超電導スイッチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10335712A true JPH10335712A (ja) | 1998-12-18 |
Family
ID=15190390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9137078A Pending JPH10335712A (ja) | 1997-05-27 | 1997-05-27 | 超電導スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10335712A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011138892A (ja) * | 2009-12-28 | 2011-07-14 | Toshiba Corp | 超伝導マグネット装置及びそのクエンチ保護方法 |
-
1997
- 1997-05-27 JP JP9137078A patent/JPH10335712A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011138892A (ja) * | 2009-12-28 | 2011-07-14 | Toshiba Corp | 超伝導マグネット装置及びそのクエンチ保護方法 |
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