JPS59151479A - 超電導磁石装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は浮上式鉄道等に用いられる超電導磁石に対して
、これに電流を流し込むか、又は超電導磁石が有してい
る電流を消磁せしめるために、内部コイルと外部゛電源
との間を結□ぶパワーリード構造に関する。

〔発明の技術晶背°景とその問題点〕

゛　浮上式鉄道などの超電導磁石においては、一般に゛
内部コイル□と外部電源とを結ぶパワーリードと゛シ′
ては、銅製の導体が用いられ、直接超電導コイル□と外
部を結合している。またその途中を液体密□ 素及びヘリウムガスにより冷却しながら通電することも
行なわれて似る。

一般論として：超電導磁石に通電し励磁又は消□磁を□
行なうためには、例えば銅の純度を高くし電気抵抗の低
い状態の良電導体のものを使用した方が通電中□の抵抗
ｊ１契が歩々く、その抵抗損失によるーーネーギー嬢内
槽に゛侵父する量を減少できる。

しかし□ながら、常時この良電導体で内槽と外槽との間
を連結しているため、外部の熱がこのパワーリートを通
じて侵入してしまい、内槽の液体ヘリウ□ム）気化させ
ることになる。

これに対して、純度の悪い銅による導体でバワーリ□−
ドを構成□すると無通電時の熱侵入量は防止でき好都合
だが、励磁又は消磁時の通電に゛よる抵抗発熱が大きく
熱、式の永久電流スイッチを使用し。

ている場合、しかもそのパワーリードに隣接して配され
ていると、パワーリードからの熱が永久電流“４”：／
ｆＶｃ伝わり・永う電流回路を構成し１う　。

としてヒータ電流を切ってもパワーリードからの熱によ
り永久電流スイッチがオフの作用をしなくなったり、又
一度冷細して超電導状態になり、オンとなった永久電流
スイッチがパワーリードから次第に温められ、不都合な
時期に常電導状態に戻りオフとなってしまう誤動作□め
危蔭性がある。このような状況は゛非常に竜険で超電導
磁石のクエンチと同じ状態となり、永久電流スイッチの
焼損にまで達する危険性を有している□。これを防ぐ方
法として、従来ではパワーリード通電中に冷却用として
パワーリード内部に気化したヘリウムガスを多量に流し
込み、発熱したパワーリードを冷却する事が行なわれて
いた。

しかしながら、上記のようにヘリウムガスによる冷却を
行なうことは液体ヘリウムの消費を増加せしめる事とな
り、車載の液体ヘリウム溜及びヘリウム液体冷凍機の容
量を大きくしなければならないという問題が生じ、超電
導磁石の小型・軽量化ということに対しては適さないと
いう欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的はこのよう外欠点を除去するためになされ
たものであって、パワーリードをある程度電気抵抗の高
い材料によ妙構成することによ・り無通電時の熱侵入の
防止を図り、液体ヘリウムの消費を防止しながら、また
励磁又は消磁の時、超電導磁石内部への熱侵入を小さく
する機構を提供することにある。

〔発明の構成〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図、第３図を
用いて説明する。第１図は超電導磁石の従来及び本発明
共通の基本構造の断面による概念説明図である。

〔発明の概要〕

本発明は超電導磁石のパワーリードの熱的伝導性特性を
利用し、超電導コイルの超電導状態を保つもので、パワ
ーリードの材質が、例えば銅の場合、比較的に純度が高
い無酸素銅などのものでは通電特性と熱伝導性がよいた
め、励磁又は消磁のとき電気抵抗が小さいため発熱、が
少なく使い勝手が良好である。しかし、一端超、電導コ
イルが超電導状態に入るとパワーリードの電流は無く、
なるため、同パワーリードの外部端子部から熱を超電導
コイル側に伝播しやすい欠点があり、熱感応形の永久電
流スイッチ、を誤動、作させる恐れがある。

一方、リン脱酸銅のように純摩が低く、かつ電気抵抗が
大きい場合、励磁又は消磁のときには発熱が大きいため
、その発熱の増量分を冷却しなければならないが、超電
導状態、に入ると、その岱りに外部からパワーリードを
伝導して超電導コイルへ熱を伝播することがほとんど無
くなる。

ところで、超電導状態にさせる励磁及びこれを消磁させ
る時間と、超電導状態で使用する時間とでは言うまでも
なく後者の方がずっと大きく、上記後者の時間において
、パワーリードが純度の高い導体であれば外部から熱を
内部に伝える熱総量を冷却しなければならないため、冷
媒の増゛計と液体ヘリウム溜を大きくしなければならな
いが、パワーリードに例えばリン脱酸銅などの純度の低
い導体を用いれば、超電導状態時にパワーリードが外部
端子からの熱伝播が激減するので、その分の冷、媒と液
体ヘリウム溜を小形軽量化できるもので奉る。。

上記実現のためにはパワーリードの高抵抗による励磁又
は消磁時の発熱を電流スイッチに伝えないように、パワ
ーリードと電流スイッチの間に特殊な冷却フィンを介在
させて、誤動作防止と熱伝導、を阻止して小形軽量化と
信頼性を向上させるものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図、第３図を
用いて説明する。

第１図において、超電導コイル１は内槽２中に設けられ
、液体ヘリウム３により冷却され超電導状態を保持する
。この内槽２の上部に液体ヘリウム溜４が設けられてお
、す、内槽２への熱侵入等により気化した液体ヘリウム
３はガスになって液体ヘリウム溜４の上部５に集まる。

これらの内槽２々どは外槽６の中に収められ真空断熱及
び輻射入熱に対し遮断され保冷されている。

熱式の永久電流スイッチ７は内槽２の中で超電導コイル
１とパワーリード８とに接続されている。

パワーリード８はこの超電導コイル１に外部より電流を
送り込み励磁又は消磁せしめるのに用いられる。パワー
リード８は００両電極にて一対のものであるが本図では
一本の線にて示されてシリ、これは外部からの熱侵入を
低くおさえるべく、ある程度電気抵抗の高い材料、例え
ば、リン脱酸鋼のような比較的純度の低い銅などで構成
されており、外筒９で冷却保持され、パワーリードの外
部端子１０で外部電源と接続される。このパワーリード
８の外部端子ｌＯに近傍には冷却用の流体窒素用供給管
１１及び排出管１２が冷却部１３より立上り、その上部
に操作弁１４．１５がやや楔形的に示されパワーリード
８の外部側端部を冷却し外部よりの熱侵入を阻止する様
に工夫されている。

ここで操作弁１６の操作を行なうと液体ヘリウム溜４上
部に捕ったヘリウムガスを配管１７で取出し、１８の配
管でパワーリードの内槽に最も近い位置にヘリウムガス
を流入せしめ、ヘリウムガス排出口１９より排出されパ
ワーリード８を強制的に冷却して大きな電流がパワーＩ
Ｊ　−ｒｏｓに流れた時の発熱を冷却し、超電導コイル
１及び永久電流スイッチ７に対して熱侵入が生じるのを
防止している。

第２図にｉいて、パワーリード８と永久電流スイッチ７
との接続部分の構造を示している。永久電流スイッチ近
傍の内槽２社パワーリード端部８ａはセラミック絶縁２
０のシールで気密を保ちながら、外筒２１，２２と絶縁
されているので内槽２又は外筒９とは電気的に絶縁され
ている。ここでパワーリード端部８ａは中実の銅棒で構
成されてお吟冷却フィン２３と接続されている。

また、この冷却フィン２３のもう一方の端部は凹状の溝
を有し湾曲した銅棒のリードパー２４が接続されており
、この凹状湾曲部内において永久電流スイッチ口出、１
１１２５及び超電導コイル日出線２６がはんだ付等で接
続されている。そして冷却フィン２３、永久電流スイッ
チ７は固定金具２７゜２８及び同心に設けた絶縁材２９
により、またパワーリード端部８ａ、リードパー２４は
固定金具３０．３１に絶縁材３２．３３等を介してボル
ト・ナツトにより内槽２と絶縁を保ち安定的（固定され
ている。

第３図は本発明の冷却フィシ言を示す゛斜視図で、パワ
ーリード端部８ａと接□続するターミナル２３ａともう
一方の永久電流スイッチ７と接続部との距離を、スペー
スの有効活用により充分長くす１　　　ると共に、その
間に冷却面積を拡大した複数のフィン２３Ｃを有効に設
けており、しかも液体ヘリウムに完全に浸った状態で配
されている。

以上は本発明に必要な部分を示して説明したが超電導磁
石を構成するには他の各種機器及び支持材等が配されて
いることは勿論である。

上記構成からなる超電導磁石構造によれば、電気抵抗の
高い材料よりなるパワーリードを用い、常時の熱侵入を
低く抑え、又外部電源よりパワーリードに電流を流し込
み通電する時冷却ガスが不足してパワーリードの発熱が
過大となった場合において本冷却フィンは常時多食の液
体ヘリウムに□つかつて冷却されているのでパワーリー
ドとの断熱効：果により、永久電・流スイッチへの熱の
侵入を防企す、ることかで門、永久電流スイッチはバワ
ーリニドよりの入熱遮断により竜険なりエンチ現象を防
止することが、できる。

以上はパワーリードの素材を鋼の純度の差により、そ゛
の特性を活したものについて説明したが、他の□素材で
電気抵抗並びに熱伝導度などが同様の銅合金、アルミニ
多ム合金又はその他の導電体を用いても同様の効果を奏
することは勿論である。

以上の結果、門来ではパワーリード冷却のために多量の
ヘリウムガスを必要としていたが、本発明によると、こ
のヘリウムガスの量を大幅に低減しても内槽内で永久電
流スイッチに対する入熱を有効的に阻止できるので、永
久電流スイッチを安定して作用せしめることができる。

また、更にこれを有効に利用すれば、ある程度の電流以
下であれば、冷却ガスを使用しなくても性能上何ら問題
なく運転でき、超電導磁石の構成上小型・軽量化が図ら
れ信頼性が向上するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超電導磁石の側面図、第２図は第１図
の田部拡大側面図、第３図は冷却フィン２３の拡大斜視
図である。 １・・・・超電導コイル　　　２・・・・内　槽３・・
・・液体ヘリウム（冷媒） ７・・・・永久電流スイッチ　８・・・・パワーリ、−
ド２３・・・冷却フィン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超電導コイル、永久電流スイッチ及びパワーリードを直
   列に設けると共に、内槽容器に入れ冷媒で冷却する超電
   導磁石において、内槽内に配設された超電導コイルを励
   磁又は消磁するために外部電源と接続せしめるパワーリ
   ート′□をリン脱酸銅□な□どのやや純度が低く、かつ
   電気抵抗の若干高い材料で構成すると共に、パワーリー
   ドと永久電流スイッチとの間に、上記パワーリードから
   伝□播され□る熱を冷却する冷却フィンを介在させたこ
   とを特徴とする超電導磁石装置。