JPS60157207A

JPS60157207A - 超電導電磁石

Info

Publication number: JPS60157207A
Application number: JP59011018A
Authority: JP
Inventors: Mitsugi Yamaguchi; 貢山口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-01-26
Filing date: 1984-01-26
Publication date: 1985-08-17

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］本発明は例えば核融合装置のトロイダル電磁石のような
、複数個の超電導コイルからなる超電、導′ａ磁石に関
する。

［発明の技術的背景とその問題点］第１図は従来の核融合装置のプラズマを閉じ込めるに必
要なトロイダル磁場を発生するための、トロイダル電磁
石を示す中央水平面における断面および回路図で、１２
個（１８個の場合もある）の円形又はオーバル形の超電
導トロイダルコイル（１）〜（（２）を有する。これら
のトロイダルコイルは％７気的に直列に接続されて、励
磁電源（１８）により＆践スイッチ（１４）を介して励
磁される。＜１５）　Ｆｉ超電導のトロイダルコイルが
常電導転移した時の蓄積エネルギを放出消費させるため
の保詠抵抗である。

一般に超電導コイルには常電導転移手放（クエンチ）と
言われる事故が起きることがある。これは通電時に超電
導コイルの一徹少部分が（”Ｉらかの原因により、超電
導状態から常電導状態に転移したとすると、この部分に
ジュール損失が発生して発熱する現象である。そしてこ
の発熱が超電、導コイルの冷却材である液体ヘリウムの
冷却能力よりも大きい場合には、常電導部分の温度が上
昇し、その結果、超電導特性が破壊されて常電導部分が
拡大し、ついには超電導コイル全体が常電導化して、コ
イルの電気絶縁破壊や、内圧の異常上昇によるヘリウム
容器の破裂という事故に到る場合もある。そこで、これ
を防止するために、従来は、電圧変化検出法により、コ
イルがクエンチしたことを検出し、これにより第１図の
保護スイッチａ拗をトリップし、コイルの蓄積エネルギ
を保護抵抗（＋５）に放出消費させる保護方式が採用さ
れているものである。

この保護抵抗０５）の端子電圧■と、保護抵抗（ロ）で
消費されるエネルギＥ、およびトロイダルコイル（１）
〜（１匂の減衰電流ｉはそれぞれ下式にて表わされる０ −１゜ｉ　＝　Ｉ・ε　”　−−−−−ｍ−−−（１０１）Ｖ
　＝　ｉ　−Ｒ−−−−−−−（１０２）Ｅ＝　、Ｏ）
、２・Ｒ−ｄｔ　−−−−−−一−（１０３）ここでＩ
ｉｊ電流の最大値、εは自然対数の底、τは放電時定数
であって、保護抵抗０５）の抵抗値をＲ、トロイダルコ
イルのインダクタンスなＬとした時τ＝　Ｌ／Ｒで与え
られる。またｔは″時間である。

以上の式から明らかなように、放電１時定数τが短い程
コイルの電流は速やかに減衰し、その蓄積エネルギは大
部分が保護抵抗へ５）で熱として消費される。そしてこ
の放電時定数τを短くするためには、保護抵抗（１５）
の抵抗値Ｒを大きくすればよいが、一方では（１０２）
式にて示されるように、放電開始時（ｔ＝０）の保護抵
抗ａ旬の端子電圧■即ちトロイダルコイル（１）〜（胸
の端子電圧Ｖが増大する。トロイダルコイル用の超電導
導体は、液体ヘリウムでその表面が冷却されていること
を必要とするため、導体表面の大部分は露出しており、
電気耐圧は小である。即ち、超電導コイルを保映しよう
としても、それはコイルの電気耐圧の点から自ずと制約
される。そして従来、浸漬冷却超電導コイルの制作可能
な電気耐圧は１０００〜３０００Ｖ程度とされている。

しかしながら、超電導コイルが核融合実験炉用トロイダ
ルコイルのように大形化されてくると、現在計画中のも
のではトロイダルコイルのインダクタンスが１９０Ｈと
大になる。コイルの温度上昇を４０に最大とすると放電
時定数τは７６０秒に抑えなければならない。即ち、放
電抵抗値はｏ、２５Ωとなる。ところで、このコイルは
２０ｋＡ以上の電流を通電しておくので、放電開始時に
はトロイダルコイル（１）〜（増の両端に５０００Ｖの
電圧が印加され、コイルの絶縁破壊を招くことになる。

従ってトロイダルコイルの電気耐圧の制約から、保麟抵
抗値Ｒを大に、即ち放電時定数を短くすることができな
くなるため、大形トロイダル電磁石のような大型超電導
電磁石の猟電導転移の保護を行なうことは極めて困難で
あった。

［発明の目的］本発明の目的は、発生電圧（コイルの対地電圧）を過大
にすることなく、超電導状態から常電導転位が生じた場
合に蓄積エネルギを速やかに保護抵抗で消費させて、確
実にコイルを保護することができる超電導電磁石を提供
することにある。

し発明の概要］本発明においては、複数個の超電導コイルからなる超電
導電磁石において、超−１導コイルをほぼ電磁的に同一
条件となる複数組のコイルグループに分け、各コイルグ
ループはそれぞれ別の電源により保護スイッチを介して
励磁し、かつそれぞれ保護スイッチ開放時にはそのコイ
ルグループの蓄積エネルギを放出消費させる保鹸抵抗を
設けることにより、要保験時は各コイルグループ毎に分
割された蓄積エネルギを消費させるようにし、発生電圧
の過大化を防止するものである。

［発明の実施例］以下、本発明の一実施例について、第２図を参照して説
明する。尚、第２図において、第１図と同一部分には同
一符号を付して説明を省略する。

トロイダルコイル（υ〜（拶はその番号順に放射状に配
置されているが、奇数番目のコイル（１）　、　＋８１
　、　（５１゜（テ）＋（９Ｌα力を直列に接続したも
のを奇ａ４コイルグループ（１７）と称し、偶数番目の
コイル（２Ｊ、（４）、　（６）。

（８ン、明、（層を直列に接続したものを偶数番コイル
グループ（財）と称するとと（二する。両コイルグルー
プ（ロ）、（ト）はそれぞれ別の電源（１３ａ）、　（
１３ｂ）により保護スイッチ（１４ａ）、　（１４ｂ）
を介して励磁し、かつ、それぞれの保護スイッチ（１４
ａ）、　（１４ｂ）を開放した時は、それぞれのコイル
グループ毎カ、（ホ）の蓄積エネルギをそれぞれ放出消
費させる保護抵抗（１５ａ）。

（１５ｂ）を設ける。そして両保饅スイッチ（１４ａ）
。

（ｉ４ｂ）は、いずれかのトロイダルコイルに常電導転
移を生じた時は、図示しない検出手段の出力信号により
、開放されるように楕成する０次に作用について説明す
る。

上記のトロイダル電磁石運転中、いずれかのトロイダル
コイルに常電導転移を生ずると両保睡スイッチ（１４ａ
）、　（１４ｂ）が開放され、両コイルグループＱ７）
　、　（１８）の蓄積エネルギは、それぞれ両保睦抵抗
（ｉｓａ）、　（１５ｂ）にて消費される。この場合の
放電時定数は、奇数番コイルグループ０りについてはそ
れに属するトロイダルコイル（１）　、　（８１、（５
）　＋（７）、（９１゜０力の合成インダクタンスを、
その側の保護抵抗（１５ａ）の抵抗値で除してめられる
。偶数番コイルグループ（ト）についても同様である。

即ち１回路の保護動作は第１図に示した従来方式と原理
的に異なるところはないが、トロイダル電磁石の対地電
圧は、同−放電時定数で比較するならば１本実施例では
最以下に低下している。その理由は、分割した直列回路
の合成インダクタンスが捗以下であることから明らかで
ある。換言すれば、本実施例では放電時定数を短かくし
ても、コイルグループ（１７）　、（ト）の対地電圧を
上昇させることなく、インダクタンスの大きい大形トロ
イダル電磁石を常電導転移に対して保頗することが可能
である。そして本実施例のトロイダル電磁石は２つのコ
イルグループ（１７）　、　０８）に分割されていると
はｂつても、焼伺学的にも機能的にも全く１個の電磁石
と同じであって、只励磁電源（１３ａ）、　（１３ｂ）
の徽届、土、２分割されているに過き゛ない。また本実
施例では各コイルグループ（＄７）　、　（１８）のト
ロイダルコイルを１個ずつ交互に配置したのは、奇数番
コイルグループ０ηと偶数番コイルグループα８）とで
、磁気的、電磁的、更には回路定数的に対称もしくは同
一にするためである。即ち、両コイルグループ１７；ｌ
　、　（１８）において、励磁電流値に不平衡があって
も、各トロイダルコイル間に不平衡電磁力が作用しない
し、又、各コイルグループ（１７）　、　（１８）間の
励磁、減磁時における相互銹導を小にできる利点がある
０尚、本発明は上記し、かつ図面に示した実施例のみに限
定されるものではなく、例えばコイルグループの分割数
は２個だけでなく、多少の電磁的対称性のくずれるのを
許容するならばそれ以上の複数個に分割してもよいし、
甘たは常電導転移を生じたコイルグループのみ保護スイ
ッチを開放し、他は保砕スイッチを開放せず、適当に電
流制御をして使用を継続するようにしてもよいし、又、
トロイダル電磁石に限らず他の超電導電磁石に適用して
もよい等、その要旨を変更しない範囲で、種々変形して
実施できることは勿論である。

［発明の効果］以上ＦＪ、明したように、本発明によれば、複数個の超
電導コイルなほぼ電磁的に同一条件となる複数組のコイ
ルグループに分けて、それぞれ別に励磁したから、各コ
イルグループの励磁電流が不平衡でも、各コイル間に不
平衡電もＲ力は作用しないし、常電導転移に対する要保
護時には、各コイルグループ毎に分割して蓄積エネルギ
を消費させるようにし、発生電圧の過大化を防止したか
ら、大容量の超電導電磁石を高信頼性を保たせて提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超電、導′亀磁石を示す一部ｉＪｆ面回
路図、第２図は本発明の超電導電磁石の一実施例を示す
一部断面回路図である。１〜１２・・・超電導コイルであるトロイダルコイルの
拓号１３、１３ａ、　ｉａｂ　＋＋＋励磁電諒１４、１４ａ
、　１４ｂ　＋・＋保護スイッチ１５、１５ａ、　１５
１）　−−−保護抵抗１７・・・奇数番コイルグループ１８・・・偶数番コイルグループ代理人　弁理士　井　上　−男第　１　図第　２　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数個の超電導コイルからなる超電導電磁石にお
いて、超電導コイルなほぼ電磁的に同一条件となる複数
組のコイルグループに分け、各コイルグループはそれぞ
れ別の電源により保護スイッチを介して励磁し、かつそ
れぞれ保護スイッチ開放時にはそのコイルグループの蓄
積エネルギを放出消費させる保護抵抗を設けたことを特
徴とするＭｉ電導電磁石。
（２）超に４コイルは核融合装置のトロイダルコイルと
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超電
導電磁石。