JPH11102807A - 超電導マグネットのクエンチ保護回路 - Google Patents
超電導マグネットのクエンチ保護回路Info
- Publication number
- JPH11102807A JPH11102807A JP26368097A JP26368097A JPH11102807A JP H11102807 A JPH11102807 A JP H11102807A JP 26368097 A JP26368097 A JP 26368097A JP 26368097 A JP26368097 A JP 26368097A JP H11102807 A JPH11102807 A JP H11102807A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- superconducting
- superconducting magnet
- section
- coil
- quench
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
マグネットを対象として、超電導マグネットにクエンチ
が発生しても、そのクエンチによって超電導コイルが機
械的に破損したり、焼損することのない、超電導マグネ
ットのクエンチ保護回路を提供する。 【解決手段】 複数の線種の超電導コイル2からなる超
電導マグネット1を複数のセクションa〜eに分割し、
セクションa乃至e毎の超電導コイル2に保護抵抗7を
並列に接続してなる超電導マグネット1のクエンチ保護
回路において、線種の異なる超電導コイル2の1部5,
6が、線種の異なる超電導コイル2のセクションa,b
内に含まれるように接続してなる。
Description
のクエンチ保護回路に関し、詳細には種々の物性測定装
置、核磁気共鳴(NMR)分析装置、NMR断層映像装
置などに用いられている超電導マグネットにおいて、そ
の超電導マグネットがクエンチを発生した場合に、その
クエンチによって超電導コイルが破損するのを防ぐ、超
電導マグネットのクエンチ保護回路に関するものであ
る。
(以下単にNbTiと言う)、 Nb3Sn化合物(以下単に Nb3
Snと言う)などの超電導線を巻いた空心マグネットであ
って、超電導状態を維持するために冷却容器(クライオ
スタット)に入れて使用される。また超電導マグネット
は、高い磁場を大きな空間に確保でき、その臨界磁場
(超電導性を保持できる最高磁場) は、通常、NbTi線で
11T(テスラ) 、 Nb3Sn線で23Tである。
は、機械的な擾乱等(電磁力による超電導線間の動き等
の物理的な要因)によって超電導状態が破れる現象(ク
エンチ)を生じることが知られている。このようなクエ
ンチが発生すると、電気抵抗を持った常電導部分が超電
導マグネットのコイル内に生じることになる。例えば、
図5に示すような回路構成の超電導マグネットにおいて
クエンチが発生した場合、超電導マグネット11のインダ
クタンスがクエンチを発生した部分の超電導コイル12部
分の電気抵抗値に比べて非常に大きいと、超電導マグネ
ット11に流れている電流の減衰が遅くなる。その結果、
超電導コイル12の常電導部分がジュール発熱によって熱
暴走し焼損するおそれが生じることになる。なお、図5
において、符号13は超電導コイル12に並列に接続した保
護抵抗、14は電源をそれぞれ示す。
は図6に示すように超電導マグネット11の超電導コイル
12を複数のセクションa〜cに分割し、その各々のセク
ションa、b、cに保護抵抗13を並列に接続した回路構
成を採用している。この回路構成とすることによって、
超電導コイル12のクエンチが発生した部分の電流は、ク
エンチした部分の電気抵抗値と、そのクエンチした部分
を含んでいるセクションa(又はb又はc)が持つイン
ダクタンスの比に応じて減衰するが、超電導マグネット
11全体のインダクタンスに比べて各セクションa、b、
cのそれぞれが持つインダクタンスは小さいので、超電
導コイル12のクエンチした部分の電流値の減衰は図5の
回路構成の時よりも早くなり、クエンチした部分の焼損
を防ぐことができる。クエンチしたセクションa以外の
セクションb、cでは、セクションaに蓄えられていた
電磁エネルギーが電磁誘導によって転送され、セクショ
ンb、cの電流値が上昇する。また、クエンチ中の磁場
変動による交流損失によってセクションb、cの超電導
状態の部分が温度上昇を起こし、臨界電流値が減少す
る。その結果、セクションb、cで誘導によって増加し
た電流値が、交流損失による温度上昇で減少した臨界電
流値を超えると、セクションb、cでもクエンチが発生
し、セクションb、cにおいても電流値はセクションa
と同等の早さで減衰することになる。
り用いられている2種類以上の異なる線種(例えばNbTi
線と Nb3Sn線など)を組合せた超電導マグネットの場合
には、上述した図6に示すようなセクション化を採用し
ても、線種間に温度マージンの差があるため、温度マー
ジンの大きいセクションではクエンチの発生が他の温度
マージンの小さいセクションよりも遅くなることにな
り、温度マージンの小さいセクション内にクエンチが発
生した場合、温度マージンの大きいセクションに過度の
誘導電流が流れることになる。その結果、温度マージン
の大きいセクションに大きな電磁力がかかり機械的に破
損することになる。なお、ここで言う温度マージンとは
使用中の極低温温度から臨界温度までの温度差を意味す
る。
を改善するためになしたものであって、その目的は、2
種類以上の異なる線種を組合わせた超電導マグネットを
対象として、超電導マグネットにクエンチが発生して
も、そのクエンチによって超電導コイルが機械的に破損
したり、焼損することのない、超電導マグネットのクエ
ンチ保護回路を提供するものである。
めに、本発明に係る超電導マグネットのクエンチ保護回
路は、複数の線種の超電導コイルからなる超電導マグネ
ットを複数のセクションに分割し、セクション毎の超電
導コイルに保護抵抗を並列に接続してなる超電導マグネ
ットのクエンチ保護回路において、線種の異なる超電導
コイルの1部づつが、線種の異なる超電導コイルのセク
ション内に含まれるように接続してなるものである。
らなる超電導マグネットにおいて、温度マージンが高い
線種と低い線種が同一のセクション内に接続されている
ので、そのセクション内では、温度マージンの高い線種
の部分がクエンチを起こさなくても、温度マージンの低
い線種の部分が早期にクエンチを起こすので、そのセク
ション内に電気抵抗が生じ、これにより、そのセクショ
ンに過度の電流が誘起されなくなり、そのセクション内
の温度マージンの高い線種の超電導コイルが電磁力によ
って機械的に破損するのを防ぐことができる。
ンチ保護回路においては、並列に接続されている保護抵
抗にダイオードを直列に接続してあってもよい。このよ
うにダイオードを接続すると、次のような更なる作用効
果が期待される。すなわち、超電導マグネットを励磁す
るとき、超電導マグネットの両端及び分割した各セクシ
ョンの両端に、励磁速度に応じて電位差が生じる。それ
故、保護抵抗を単に並列に接続している場合は、保護抵
抗にも励磁中は電流が流れており、保護抵抗でジュール
発熱が起きる。その結果、超電導マグネットの冷却に用
いている液体ヘリウム等の寒剤の蒸発が増加することに
なる。これに対して、保護抵抗とダイオードを直列に接
続した場合、励磁中に超電導マグネットの両端及び分割
した各セクションの両端に電位差が生じても、その電位
差がダイオードのオン電圧以下であるならば保護抵抗に
電流は流れないので、寒剤の蒸発が増加することを防ぐ
ことができる。
ネットのクエンチ保護回路の説明図である。この図示の
回路において、超電導マグネット1は、液体ヘリウム中
で10T以上の磁場を発生させるために、超電導コイル2
の内層側に20Tを越す臨界磁場を有する Nb3Sn線を巻線
した Nb3Snコイル部3を、その外層側に臨界磁場の低い
NbTi線を巻線したNbTiコイル部4を配置して構成した。
そして更に、 Nb3Snコイル部3は1つのセクションaの
みで、またNbTiコイル部4は4つのセクションb〜eに
分割して構成すると共に、 Nb3Snコイル部3のセクショ
ンaとNbTiコイル部4のセクションbのそれぞれに、セ
クションaにはNbTiコイル部4のNbTi線コイルの1部分
5を、セクションbには Nb3Snコイル部3の Nb3Sn線コ
イルの1部分6を含むように接続し、更にセクションa
〜eの各セクションの超電導コイルに保護抵抗7を並列
に接続した回路構成となっている。なお、図において、
符号8は電源をそれぞれ示す。
ット1を用い、定格の磁場まで励磁すると共に、外層側
のセクションeの部分を強制クエンチヒータ(図示せ
ず)によってクエンチさせ、その時の各セクションa〜
eの電流値を測定した。また、比較のため、図2に示す
従来方式によってセクションa〜eに分割して接続した
回路を備える超電導マグネット11の各セクションa〜e
の電流値を、同様にして測定した。本発明に係る超電導
マグネットのクエンチ保護回路の場合の測定結果を図3
に、従来方式によってセクション分割して接続した回路
の場合の測定結果を図4にそれぞれ示す。
保護回路の場合には、図3より明らかなように、セクシ
ョンeを強制的にクエンチさせても、他のセクションa
〜dの電流値のピークは、初期電流値(時間0の時の電
流値)よりも高くなるが、その値は低く、特に Nb3Sn線
コイルとNbTi線コイルとを含むように構成したセクショ
ンaとセクションbでもそれ程高くならないことが分か
る。従って、このようにセクションa、bに過度の電流
が誘起されなかったことから、温度マージンの高い Nb3
Sn線コイルを含むセクションa、bにおいて、温度マー
ジンの高い Nb3Sn線コイルが電磁力によって機械的に破
損するのを防ぐことができた。
ン分割して接続した回路の場合には、図4より明らかな
ように、セクションeを強制的にクエンチさせた場合、
温度マージンの低いNbTi線コイルからなるセクションb
〜cにおいてはその電流値のピークは、初期電流値(時
間0の時の電流値)よりも高くなるものの、その値は低
い。しかし、温度マージンの高い Nb3Sn線コイルからな
るセクションaでは2倍以上の電流値が誘起されている
ことが分かる。従って、この場合には、Nb3Sn線コイル
からなるセクションaに働く電磁応力は、定常時の約2
倍になったため、この過大な電磁応力によってセクショ
ンa内のNb3Sn 線コイルが塑性変形を起こし、機械的に
損傷を受けていた。
マグネットのクエンチ保護回路によれば、超電導マグネ
ットがクエンチを発生しても、特定のセクションに過度
の電流が誘起されないことから、そのクエンチによって
超電導コイルが機械的に破損したり、焼損するのを防ぐ
ことができる。
回路の説明図である。
回路の説明図である。
回路の場合のクエンチ時の電流変化を示すグラフ図であ
る。
回路の場合のクエンチ時の電流変化を示すグラフ図であ
る。
ネットの回路の説明図である。
ットの回路の説明図である。
3: Nb3Snコイル部 4:NbTiコイル部 5:NbTiコイル部のNbTi線コ
イルの1部分 6: Nb3Snコイル部の Nb3Sn線コイルの1部分
7:保護抵抗 8:電源 a〜e:超電導コイルを分割して接続したセクション
Claims (3)
- 【請求項1】 複数の線種の超電導コイルからなる超電
導マグネットを複数のセクションに分割し、セクション
毎の超電導コイルに保護抵抗を並列に接続してなる超電
導マグネットのクエンチ保護回路において、線種の異な
る超電導コイルの1部ずつが、線種の異なる超電導コイ
ルのセクション内に含まれるように接続してなることを
特徴とする超電導マグネットのクエンチ保護回路。 - 【請求項2】 請求項1に記載の超電導マグネットのク
エンチ保護回路において、並列に接続されている保護抵
抗にダイオードを直列に接続してなる超電導マグネット
のクエンチ保護回路。 - 【請求項3】 複数の線種が、NbTi合金と Nb3Sn化合物
である請求項1又は2に記載の超電導マグネットのクエ
ンチ保護回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26368097A JP3667954B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 超電導マグネットのクエンチ保護回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26368097A JP3667954B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 超電導マグネットのクエンチ保護回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11102807A true JPH11102807A (ja) | 1999-04-13 |
JP3667954B2 JP3667954B2 (ja) | 2005-07-06 |
Family
ID=17392859
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26368097A Expired - Lifetime JP3667954B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 超電導マグネットのクエンチ保護回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3667954B2 (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1065513A2 (de) * | 1999-07-02 | 2001-01-03 | Bruker AG | Aktiv abgeschirmte supraleitende Magnetanordnung mit Feldströrungskompensation |
JP2007234689A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Hitachi Ltd | 多コイル系超伝導マグネット |
GB2473920A (en) * | 2009-09-11 | 2011-03-30 | Bruker Biospin Gmbh | Superconducting magnet coil quench protection system with excessive localized current prevention |
KR101072424B1 (ko) | 2009-06-19 | 2011-10-11 | 연세대학교 산학협력단 | 초전도 마그네트 장치 |
JP2015001519A (ja) * | 2013-06-17 | 2015-01-05 | 株式会社アセット・ウィッツ | 電流計測装置 |
WO2016159507A1 (ko) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | 한국전기연구원 | 병렬저항이 개재된 초전도 코일 |
DE102015122879A1 (de) * | 2015-12-28 | 2017-06-29 | Bruker Biospin Gmbh | Supraleitendes Magnetspulensystem |
-
1997
- 1997-09-29 JP JP26368097A patent/JP3667954B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1065513A2 (de) * | 1999-07-02 | 2001-01-03 | Bruker AG | Aktiv abgeschirmte supraleitende Magnetanordnung mit Feldströrungskompensation |
EP1065513A3 (de) * | 1999-07-02 | 2001-03-07 | Bruker AG | Aktiv abgeschirmte supraleitende Magnetanordnung mit Feldströrungskompensation |
JP2007234689A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Hitachi Ltd | 多コイル系超伝導マグネット |
KR101072424B1 (ko) | 2009-06-19 | 2011-10-11 | 연세대학교 산학협력단 | 초전도 마그네트 장치 |
GB2473920A (en) * | 2009-09-11 | 2011-03-30 | Bruker Biospin Gmbh | Superconducting magnet coil quench protection system with excessive localized current prevention |
US8467841B2 (en) | 2009-09-11 | 2013-06-18 | Bruker Biospin Gmbh | Superconducting magnet coil system with quench protection for the prevention of excessive localized currents |
JP2015001519A (ja) * | 2013-06-17 | 2015-01-05 | 株式会社アセット・ウィッツ | 電流計測装置 |
WO2016159507A1 (ko) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | 한국전기연구원 | 병렬저항이 개재된 초전도 코일 |
DE102015122879A1 (de) * | 2015-12-28 | 2017-06-29 | Bruker Biospin Gmbh | Supraleitendes Magnetspulensystem |
US10128030B2 (en) | 2015-12-28 | 2018-11-13 | Bruker Biospin Gmbh | Superconducting magnet coil system |
GB2545998B (en) * | 2015-12-28 | 2019-09-11 | Bruker Biospin Gmbh | Superconducting magnet coil system |
DE102015122879B4 (de) | 2015-12-28 | 2022-05-05 | Bruker Biospin Gmbh | Supraleitendes Magnetspulensystem und Verfahren zum Betrieb eines supraleitenden Magnetspulensystems |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3667954B2 (ja) | 2005-07-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Weijers et al. | Progress in the development and construction of a 32-T superconducting magnet | |
EP3033754B1 (en) | Device for a current limiter and a current limiter comprising said device | |
US6717781B2 (en) | Balanced quench protection circuit | |
US7283339B2 (en) | Superconducting FCL using a combined inducted magnetic field trigger and shunt coil | |
US8400747B2 (en) | Superconducting coil, superconducting magnet, and method of operating superconducting magnet | |
US20110218111A1 (en) | High temperature superconducting parallel conductors, high temperature superconducting coil using the same, and high temperature superconducting magnet | |
JP3121873B2 (ja) | 磁石組立体 | |
US6507259B2 (en) | Actively shielded superconducting magnet with protection means | |
JP4933034B2 (ja) | 超伝導コイルの保護装置、nmr装置及びmri装置 | |
US8467841B2 (en) | Superconducting magnet coil system with quench protection for the prevention of excessive localized currents | |
US5644233A (en) | Quench protection for actively shielded magnets | |
US4812796A (en) | Quench propagation device for a superconducting magnet | |
US4727346A (en) | Superconductor and normally conductive spaced parallel connected windings | |
JP3667954B2 (ja) | 超電導マグネットのクエンチ保護回路 | |
Yang et al. | Quench characteristics of Bi2212 solenoid insert coils in background field up to 20 T | |
Ilyin et al. | Performance analysis of the ITER poloidal field coil conductors | |
JP4028917B2 (ja) | 超電導磁石装置のクエンチ保護方法およびクエンチ保護回路 | |
JPH0393206A (ja) | 超電導体のクエンチを検出するセンサー | |
Ishiyama et al. | Transient thermal characteristics of cryocooler-cooled HTS coil for SMES | |
Verhaege et al. | A new class of AC superconducting conductors | |
CN112385001B (zh) | 超导电磁线圈系统 | |
Wang et al. | A Large-bore HTS magnet for generating AC magnetic field | |
Ma et al. | Numerical study on quench process in multi-sectioned adiabatic superconducting electromagnetic iron separator | |
Yunus et al. | AC loss induced quenching in multicoil adiabatic superconducting magnets | |
Cui et al. | Design and test of superconducting persistent current switch for experimental Nb 3 Sn superconducting magnet |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041006 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041012 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041209 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050322 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050407 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080415 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090415 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100415 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100415 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110415 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120415 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130415 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130415 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140415 Year of fee payment: 9 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |