JPS60165775A - 超電導磁石コイルの短絡スイツチ装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、低温冷却媒体により冷却すべき少なくとも２
つの接触子を備え、少くとも１つの超電導磁石コイルを
短絡するだめのスイッチ装置に関する。

〔従来の技術〕

少なくとも１つの超電導磁石コイルの短絡のンｔめに低
温冷却媒体に、１′シ冷却すべき少なくとも２つの接触
子を備え、これらの接触子は超電導電流路およびこの超
電導電＃Ｌ昂を完全安定化する常電導電流路が形成され
るように操作機構により互いに押しつけられるようにな
っている超電導磁石コイルの短絡スイッチ装置はドイツ
連邦共和国特許出願公開用２５２１３２８号明細書によ
り公知である。

超電導磁石コイル、とぐに高磁界磁石コイルの磁界がい
ったん確立されたならば、コイルの磁界維持のためには
外部から実際止金くそれ以上の電気エネルギーはもはや
供給する必要はない。その場合にコイルの超電導状態を
維持するのに必要な冷却装置のエネルギーの要求に応じ
さえすればよい。磁石コイル中に供給された電気エネル
ギーの蓄積のために磁石コイルの端部ができるだけ低抵
抗のスイッチ装置によシ短絡することができる。

その際電流はそのようにして形成されて短絡された電流
＠にてほとんど減衰することなく流れ、磁石コイルの励
磁に必要な電源はそれによシしゃ断される。

上記のドイツ連邦共和国特許出願公開明細書により公知
のスイッチ装置は２つの接触子を有し、これらの接触子
のそれぞれは互いに平行に配置された超電導線片を埋め
込まれたマトリックスとしての常電導材料製支持部材を
有する。その場合に、接触子は間接に低温冷却媒体によ
り超電導接触子の運転温度に保持される。スイッチ装置
の開心よび閉のために必要な機械的操作機構は、それぞ
れを完全安定化する常電導電流路が形成されるように構
成されている。完全安定化とは、超電導電流路の常電導
時に全運転電流をスイッチ装置の損傷なしに少なくとも
短時間だけ通すことができるようにするのに、超電導電
流路に並列な常電導電流路の導線所面積が十分であるこ
とを意味する。

このスイッチ装置の場合には一方の接触子の上面が湾曲
形成されているのに対して、他方の接触子は例えば平面
状又は凹面状に形成された上面を有するとよい。両接触
子の超電導線間の僅かの橋渡し抵抗を保証するために、
接触子の正確な案内のほかに比較的高い接触力が必要で
ある。それにもかかわらず、この場合にはもはや次のこ
とを保証することができない。すなわち、両接触子のす
べての対応する超電導線片がほぼ等しい接触力をもって
つながれ、それによりほぼ等しい橋渡し抵抗が対応する
超電導電流路に生じさせられることを保証できない。そ
れどころか、個々の超電導線片は化較的僅かな接触力で
しか接触しておらず、したがって相応に高い橋渡し抵抗
をもたらすという結果となっている。したがって、この
公知のスイッチ装置の場合には１０　オーム以下のオー
ダの再現性のある抵抗を長時間にわたって保証すること
は容易でない。しかし、このような僅かな抵抗は、例え
ば核融合装置のため、又は核スピントモグラフィーのた
め設けられ得る大形の超電導磁石の短絡スイッチにとっ
て、とくに要求される。

閉成された状態において長時間の不変性と抵抗の再現性
とに問題を何する上述の如き機械的なスイッチ装置のほ
かに、超電導の電流路がスイッチ装置のあたかも開かれ
た状態を形成すべく特別の加熱装置によって常電導に移
行させられるようＫなっている超電導スイッチ装置も公
知である（ドイツ連邦共和国特許出願公開箱３１３５１
７７号明細書）。しかし、この種のスイッチ装置のため
に高安定化された超電導線を使用する場合に、開かれた
スイッチ状態において抵抗が少なすぎる問題があり、し
たがって超電導磁石コイルの励磁確立がそれ相応にゆっ
くりとしかできない。そこで、部分安定化された超Ｉ程
導線のみを用いるならば、閉じられた状態における電流
担持能力が相応に低くなる。銅のかわりに例えば銅・ニ
ッケル合金の如き導電度の劣る安定化材料を使用するこ
とにより、開かれた状態ではスイッチ装置の高い抵抗が
得られ、閉じられた状態では一般に十分な電流相持能力
が得られる。しかし、とぐに高いインダクタンスを有す
る大形の磁石の急速励磁のためには、この場合にも開か
れている状態におけるスイッチ装置の抵抗は十分ではな
い。さらに、その他の難題として銅・ニッケル安定化さ
れたスイッチ材料と磁石の一般に銅安定化されている導
体との間における大きな接触抵抗がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明が解決しようとする問題点は、冒頭に述べたよう
な短絡スイッチ装置を次のように改善すること、すなわ
ち閉じられた状態では１０−９オーム以下の非常に小さ
い抵抗でもって超電導磁石コイルの短絡が行なわれ、且
つ開かれた状態では例えば２００オ一ム以上の十分に大
きな抵抗が比較的簡単な手段で得られるように改善する
ことにある。この場合に、閉じられた状態においてスイ
ッチ装置の十分な安定化と十分な電流担持力が保証され
るべきである。

〔問題点を解決するための手段〕

この問題点は本発明によれば、常電導状態で少なくとも
２００オームの抵抗を持つ部分安定化された少なくとも
１つの超電導線を有する常時閉じられている電流路が設
けられ、その部分安定化された超電導線は所定数のター
ンで開閉可能な加熱装置と熱的には接触して電気的には
絶縁されて接続され、常電導の良導電性材料からなる少
なくとも２つの接触子が設けられ、これらの接触子はそ
れぞれ電気的導線を介して磁石コイルに接続可能になっ
ており、部分安定化された超電導線に常電導の前記接触
子が押し付けられ、これらの接触子間４走っている超電
導線の部分片が少なくとも部分的に接触子によって並列
接続されることによって解決される。

このスイッチ装置の部分安定化された超電導、線の要求
された抵抗の最小値は導線の長さを適当に選定し、かつ
安定化材料における断面積を制限することによって容易
に達せられる。部分安定化された超電導線のターン数は
常電導の接触子によ勺並列接続される超電導線の部分片
の数を定め、この並列接続によシ得られるこれら部分片
の全体の電流担持力を決める。常電導の両接触子は所定
の導体断面積を有し、例えば部分安定化された超電導線
に対して用意されているのと同じ安定化材料からなる。

〔実施例〕

以−Ｆ、図面を参照しながら、本発明の実施例について
さらに詳細に説明する。

第１図および第２図にはそれぞれ本発明による短絡スイ
ッチ装置の斜視図および接続図が示されている。

第１図のスイッチ装置２は開かれたスイッチ状態で示さ
れている。これは板状の加熱装置３を有し、これ・は非
導電性材料からなる支持板４を有する。この支持板４中
には複数のヒートパイプ５が配置されている。このよう
に構成された加熱装置ろは線状超電導線乙の多数の巻回
部分Ｗが巻かれている。この超電導線ンま部分安定比さ
れているだけでよい。つまりその超電導材料は比較的僅
かな横断面でのみ良導電性の常電導材料に接続されてお
り、その常電導材料は所定の運転電流の一部のみを全体
の超電導体の損傷なしにその位置に導くべきである。安
定度α、すなわち超電導トオ料における成分に対する常
電導材料における成分の比は高々１に選ぶことが望まし
い。超電導線６は端子７．８のところで、図示されてい
ない少なくとも１つの超電導磁石コイルの対応する端部
と導電接続されている。磁石コイルは、例えば核スピン
トモグラフィー設備の基本磁界発生用磁石系のコイルで
あるか、または該融合設備の磁石コイルである。これら
のコイルは一般に、超電導線６と容易に短絡回路に接続
される完全安定化超電導線からなる。

良導電性でない加熱可能な支持板４のまわりに配設され
た超電導線６は超電導の短絡スイッチまたは永続電流ス
イッチをなし、これはよく知られているように加熱装置
６により、とぐに小さい１０−９オームの最小抵抗を有
する超電導状態と常電導の高抵抗状態との間で切換可能
である。その場合に超電導状態は閉じられたスイッチ状
態に相当するのに対して、高抵抗常電導仄態は開かれた
スイッチ状、侭に相当する。超電導＠６は比較的僅かし
か安定化材料を持たない上に、大きな長さで支持板４の
まわりに巻かれているために、少ない加熱パワーでもっ
て開かれたスイッチ状態における２００オ一ム以上の高
い抵抗を得ることが容易に達成される。

閉じられた状態では、そのように構成された超電導スイ
ッチは、それの短絡されている超電導磁石コイルを通る
全運転電流を導くことができる。

その電流担持力は相応に高くなければならない。

さらに、スイッチの故障が磁石コイルの相応の故障に起
因して生じたとき、すなわち、思いがけない超電導状態
から常電導状態への移行が生じたときにも、超電導線６
はそれの部分安定化に基いてだけでは、全運転電流を過
熱なしに、すなわち損傷や破壊なしに貞用し得る状態に
ならない。そこで、本発明にしたがって、スイッチ装置
２の開成状態において超電導線６の部分安定化されてい
る常電４線断面に別の虜電導材料が並列接続され、この
付〃ｌ的な材ｉ′斗は超電導線乙の少なくとも大部分を
覆い、したがって超電導線の完全安定化をもたらすよう
になっている。このために、スイッチ装置２は、相応の
安定化材料２例えばインジウムコーティング又は銀コー
テイングを施された銅からなる平行面に配置された少な
くとも２つの平板状の開閉面体、すなわち接触子１ｏお
よび１１を付加的に備えている。両接触子１ｏおよび１
１（これらのうち上方の接触子７１１は図には部分的に
のみ示されている。）は１図示されていない操作機構に
より相対的に移動可能であって、スイッチ装置２の閉成
のために、それらの間に配置され超電導線６を巻回され
た加熱装置３の対応する平面に接合きせることができる
。この場合に機械的に超電導線６上に接触子１０および
１１の常電導材料が押しつけられ、好ましくは導体コイ
ルの巻層Ｗが並列接続されるように押しつけられるとよ
い。

このようにして、常電導接触子１ｏおよび１１と超電導
線６との間の電気抵抗に対して高い要求をしなくてはな
らないということなしに、閉じられたスイッチ状態にお
ける良好な電流担持能力および安定化が達成され゛る。

さらに、その場合に、接触子間を走りそれ故に直接には
付加的な常電導材料によって覆われていない超電導線乙
の部分片ｔも支持板４の幅の狭い面で巻層Ｗの並列接続
により十分に大きな電流を運ぶことができる。接触子１
０および１１はそれの端面でそれぞれ超電導リード線１
２もしく１”ｌ：１３と接続されている。完全安定化さ
れた超電導線またはそれ相応に大きい断面積を有する常
電導線であることが肝要であるこれらのリード線は、接
続される超電導磁石コイルのスイッチ装置２で短絡する
端部と接続されている。例えば、リード線１２および１
３は直接にこれらの巻線の端部であってもよい、したが
って部分は、これらのリード線によって橋絡されていて
十分に安定化されている。

−Ｉ！−２Ｌ七十涌日Ｈ℃し １　、　＼　１１ φ戸７＋７＋ 第２図に示された第１図によるスイッチ装置２の接続図
からそれらの個々の構成部分の電気的接続が詳しく解る
。第１図と一致する部分は同一の符号が付されている。

示されていない外部の電流供給装置の接続端子ｖ′ｉ１
４．１５で示されているのに対して、接続端子１６およ
び１７は図示されていない超電導コイルを接続するため
のものである。

スイッチ装置２の超電導線６は、直接にそれの超電導能
力を保証する低温冷却媒体（これはとくに、接続される
超電導磁石コイルの冷媒である。）中に接触子１０およ
び１１と共に配置されるとよい。しかし、場合によって
は間接冷却も可能である（ドイツ連邦共和国特許出願公
開用２５２１３２８号明細書参照）。

超電導線間を巻かれた加熱装置１■へ接触子を押し当て
るだめの比較的僅かの操作力は、機械的な桿による操作
のみならず、空気圧または成田による操作も可能である
。かかる操作は公知である（ドイツ連邦共和国特許出願
公開第２３２４３７１号明ａ書参照）。

図示の実施例は、本発明によるスイッチ装置が部分安定
化された超電導線を多数回巻かれた板状加熱要素を有す
ることから出発している。しかし。

場合によっては部分安定化された超電導線のターンが曲
がりくねって加熱装置〇一方の面に巻き、固接触子の間
でそれらのターンの個々の導線部分の要求された並列接
続が行なわれるように両層電導の固接触子がその面に押
し付けられるようにすることもできる。

第１図に示された支持板４もしくは力ｎ熱装置３の平面
の矩形のほかに例えば丸などの他の形も可能である。さ
らに固接触子１０および１１はそれぞれ唯一の開閉部材
からなっていてよい。場合によっては各接触子は複数の
圧いに並列接続された開閉部材を有していてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、閉じられた状態では非膚に僅かな抵抗
となり、開かれた状態では化較的高い抵抗となるスイッ
チ装置が得られ、しかも閉じられた状態における常電導
接触子による安定化および良好な電流１且持カが保証さ
れ、さらにスイッチ（オ料と磁石コイル導体との良好な
接触性が可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例のそれぞれ斜視図
および電気的接続図である。 ２・・・スイッチ装置、−４・加熱装置、４・・・支持
板、ゑ・・超電導線、１０．１１川接触子、１２．１３
・・・リード線。 ＦＩＧ −３７６−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）少なくとも１つの超電導磁石コイルの短絡のために
   、低温冷却媒体によシ冷却すべき少なくとも２つの接触
   子を備え、該接触子は超電導電流路およびその超電導電
   流路を完全安定化する常電導電流路が形成されるように
   操作機構により互いに押しつけられるようになっている
   短絡スイッチ装置において、 （、）　常電導状態で少なくとも２００オームの抵抗を
   持つ部分安定化された少なくとも１つの超電導線を有す
   る常時閉じられている電流路が設けられていること、 （ｂ）　その部分安定化された超電導線は所定数のター
   ンで開閉可能な加熱装置と熱的には接融して電気的に絶
   縁されて接続されていること、 （ｃ）常電導材料からなる少なくとも２つの接触子が設
   けられ、これらの接触子はそれぞれ電気的導線を介して
   磁石コイルに接続可能になっていること、 （ｄ）　部分安定化された超電導線に常電導の前記接／
   ！！Ｉｆ子が押しつけられ、これらの接触子間を走って
   いる超電導線の部分片が少なくとも部分的に接触子によ
   って並列接続されるようになっていること を特徴とする超電導磁石コイルの短絡スイッチ装置。 ２）部分安定化された超電導線により形成される電流路
   ｆは３００オームの最小抵抗を有することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の短絡スイッチ装置。 ３）部分安定化された超電導線の常電導安定化材料につ
   いての横断面積はたかだか超電導材料についての横断面
   積と等しいことを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の短絡スイッチ装置。 ４ン　部分安定化された超電導線の巻回部分は加熱装置
   に巻回されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項ないし第３頃のいずれかに記載の短絡スイッチ装置。 ５）部分安定化されている超電導線の巻回部は加熱装置
   の一方の平面側に配置され、この面に接触子が押しあて
   られていることを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
   し第３項のいずれかに記載の短絡スイッチ装置。 ６）加熱装置は２つの平らな面を有し、これらの面にそ
   れぞれ接触子の１つの対応して形成されている平面が押
   しあてられていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項ないし第４項のいずれか（で記載の短絡スイッチ装置
   。 ７）加熱装置は少なくとも１つのヒートパイプが中を通
   っている電気絶縁性の支持板を有することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載の
   短絡スイッチ装置。 ８ン　常電導の接触子はそれぞれ完全安定化された超電
   導線を介して磁石コイルの端部と接続されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれ
   かに記載の短絡スイッチ装置。