JPS61295837A - 交流電源の比較的低い電流を比較的高い直流に変換する超導電性整流器 - 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、実質的に少なくとも２次巻線が超導電性形態
に作成された変圧器と、負荷を通じて一方向に変圧器２
次巻線内に導入される交流を流す少なくとも２個の超導
電性スイッチング装置と。

電子制御及び調整スイッチング装置から成る交流電源の
比較的低い電流を比較的高い直流に変換する超導電性整
流器に関するものである。

（従来の技術及びその欠点） 特に、フラックス・ポンプ用のこの型式の超導電性整流
器については、Ｌ、Ｍ、Ｊ・パン・デ・クルンデルト及
びＨ，Ｈ，Ｊ、テンケーテによる「完全超導電整流器と
フラックス・ポンプ」と題する「レヴユー」第１部：低
温科学における「フラックス・ポンピング用の実際的方
法」２１号、１９８１年、１９５−２０６頁、及び第■
部：低温科学における「通信モード、特性とスイッチ４
２１号、１９８１年２６７−２７７頁、特にスイッチン
グ装置に対する２７５頁及び２７６頁の２つの文献に特
に説明されている。この型式の整流器は交流電源からの
比較的低い電流を比較的高い直流に変換する目的に利用
され、特にこれはＭ、Ｒ，Ｉ（磁気共鳴画像作成）とし
ても知られているＮ、Ｍ、Ｒ（核磁気共鳴）システムに
給電できる。（ＩＣＥＣＩＯ，。７月７８月。

１９８４年、フィンランドの議事録に表われた「Ｎ。

Ｍ、Ｒ，画像作成及びヴアイヴオ・スペクトロスコピー
における超導電性磁石」と題するＭ、ウラ。

ドの文献参照）。

前記高い直流を発生できるようにするため超導電性整流
器の２次側は原則として２個の電気回路からなり、一方
の回路は特に発生された直流を保ち、他方は発生された
直流を数段階増加させることができる。この目的のため
、２つの各電気回路は個々の超導電性スイッチング装置
により交互に開閉される。これは例えば超導電性整流器
として動作中に電流が電気回路を変えるよう、即ち整流
するよう連続的に強制されることを意味している。

前記整流の生ずる様式は抵抗性整流と誘電性整流として
分類できる。

抵抗性整流の場合、その時点で電流が流れている電気回
路の抵抗は、電流がＯ又は殆どＯに減少し、その時点で
超導電性状態にある値の電気回路により引き継がれるよ
うな様式で個々の公知の超導電性スイッチング装置によ
り、増加される。抵抗性整流は比較的簡単な整流方法で
あるが、広範な適用に対しては妨害となる多数の欠点を
伴う。

従って、接続された回路内における単位時間あたりの最
大電流変化、いわゆるｄ　Ｉ／ｄ　を値は、又、抵抗性
整流で達成可能な最大電流強度の限界値を定める。前記
最大ｄ　Ｉ／ｄ　を値は特に回路が超薄電性状態を離れ
る値以上の限界値を決定し、特に使用される超薄電性ワ
イヤに依存している。特定の回路内における最大値とし
て前記ｄ　Ｉ／ｄ　を値がどの程度の大きさであるか計
算することは公知の設計データと材料のデータから可能
である。然し乍ら、これは又個々の回路内における測定
により決定できる。各整流に対して電流がＯに減少する
電気回路内にエネルギー量は回路内で消失されることか
ら、誘導性整流と比較した場合のエネルギー消失も比較
的高くなる６ 電気回路内における抵抗は更に２つの反対の要件に適合
しなければならない。ポンピング中、即ち電気回路に電
流の無い状態においては、抵抗はできるだけ低い消失を
得るよう充分に高くなければならない。一方、整流に対
しては単位時間あたりの電流変化を維持するのに望まれ
るのは正しく低い抵抗であり又は整流中に与えられる限
界内でのｄ　Ｉ／ｄ　を値である。この理由は単位時間
あたりの電流変化が大き過ぎる場合は前記ｄ　Ｉ／ｄ　
を値が大きくなるので導電体がその超導電状態を離れる
ことにある。

抵抗性整流の前記欠点は誘導性整流の場合は生じないが
、その理由はこの場合変圧器の１次側に与えられる電圧
変化によって２次電流が２次電気回路内に誘電され、２
次電気回路によりその回路に流れる電流がＯに減少する
一方、関連ある時間間隔が同時に調節でき、最大ｄ　Ｉ
／ｄ　を値が超えられないことになるからである。

これを達成するため、２次電気回路内の瞬間電流がここ
で測定され、その結果変圧器の１次巻線側における電圧
変化は、２次巻線側に誘電される電流が完全に又は実質
上完全にその測定された瞬間電流に対応するような様式
で、その時間と大きさが定められている。誘導された電
流が正確にその瞬間電流に等しい場合は整流損失がＯと
なろう。

然し乍ら、実際上これは常に容易に達成できるとは限ら
ず、そのため成る程度の整流損失が生ずることになる。

不正の電流測定とフィード・バックの双方若しくは一方
が生じた場合、許容可能な最大ｄ　Ｉ／ｄ　を値は極端
な場合、言う迄もなく再び超過され、その結果導電体は
その超導電状態を離れる。

従って、誘導性整流の場合における相当の欠点は２次電
気回路内の瞬間電流をできるだけ正確に決定できるよう
にした装置が存在しなければならないこと、及び測定さ
れた電流の大きさを、そのできるだけ正確に対応する１
次電圧変化に変換する装置が存在しなければならないこ
とである。

一般に前記装置は複雑な電子回路を含む。

従って、本発明の目的は、 一回路のｄ　Ｉ／ｄ　を値が充分に低く、−整流に対し
電流測定が不必要であり、−整流損失が低く、 −スイッチング装置の開いたブロッキング状態中に充分
に高い抵抗が存在し。

一スイッチング周波数が誘導性整流のスイッチング周波
数と等しいか又はそれ以上であるような導入部分にて説
明した型式の超薄電性整流器を提供することにある。

（従来技術の欠点を解消するための具体的手段）この目
的のため本発明は超薄電性スイッチング装置が各々相互
に独立して機能し且つ直列に接続される整流部分とブロ
ッキング部分で構成され、スイッチング装置の開いた状
態で整流部分が発生する抵抗上の連続的又は不連続的増
加が条件を満たし、且つブロッキング部分がスイッチン
グ装置の開いた状態において発生する抵抗上の増加より
相当低く、ここで Ｒ＝整流部分の抵抗 ｄＩ／ｄｔ＝測定及び、又は材料と設計上のデータによ
り決定する単位時間あた りの最大許容電流変化 Ｌ　ｓ　ｆ　ｆ　＝回路内で遭遇する有効インダクタン
スＩ＝充電電流の瞬間値 を特徴としている。

スイッチング周波数をできるだけ高く達成するため本発
明による超導電性整流器においては整流部分により発生
される抵抗の増加が回路内に発生する時点と、ブロッキ
ング部分により生ずる抵抗の増加が回路内に発生する時
点の間の持続時間が、個々の回路の時定数の２〜３倍の
最大値になっている。

本発明による超導電性整流器の効率を高めるため変圧器
の１次側は整流中、短絡される。

本発明による超導電性整流器の実施態様においては整流
部分とブロッキング部分が直列に接続され、整流部分は
超厚電性部分及びこの部分に並列に接続された非超導電
性部分を含み、当該非超導電性部分は の抵抗値を有する。

（実施例） ここで本発明につき図面を参照し乍ら一層詳細に説明す
る。

例えば、フラックス・ポンプ用の半波超薄電性整流器を
模式的に表わしている第１図において、変圧器は１で示
され、超薄電性スイッチング装置は２及び３で各々表わ
され、超厚電性負荷は４で表わされている。ここで電圧
が変圧器１の１次側に接続されているとすれば、これは
結果的に２次側に誘導電流工が生ずることになる。

ここでスイッチ２が閉じられ、スイッチ３が開かれてい
るとすれば、電流工はスイッチ２．コイル４及び変圧器
１の２次巻線により形成された超厚電性回路を通って流
れる。１次電流工、が最大値に到達し、方向変換を要求
すると直ちにスイッチ３が閉じられ、スイッチ２が次に
開かれる。電流工はここでスイッチ３とコイル４で作成
された超薄電性回路内でのみ流れ続ける。

最初に命名した又は最後に命名した回路を電流が流れる
間の時間は各々フラックス・ポンプのポンプ・サイクル
又はメンテナンス・サイクルとして定めることができる
。ポンプ・サイクルにおいてはそのため成る値が常時既
に発生されて維持されている電流工に加えられる。第１
図において全体の整流プロセスに必要とされる時間とは
別にポンプ・サイクルはそのため変圧器１の１次側に接
続された交流電圧の周波数の半分に対応する。

発生すべき成る電流強度に到達できる速度を増加させる
ため第２図に模式的に図解されている如く余波超導電整
流器を使用することができる。ここで再び電流工は一方
、特に２次巻線１ａ、スイッチ２及びコイル４、又は各
々２次巻線ｌｂ、スイッチ３及びコイル４で形成された
２つの超厚電性回路を通って流れる。実際、整流期間を
除いて、ポンプ・サイクルは変圧器１の１次側に接続さ
れた交流電圧の全体のサイクル時間に生じ、既に発生さ
れた電流はそのため連続的に増加される。そのため、こ
こでメンテナンス・サイクルがこのようであるから、半
波整流ではなくなっている。

第２図における整流が抵抗性であれば、電流工がＯに減
少する際、開いていたスイッチ、例えば、開いていたス
イッチ３が最初に閉じられ、閉じられていたスイッチ２
が連続して開かれることになる。これは１つの回路にお
いて抵抗が究極的にＯに削減され、電流の流れる他の回
路においては抵抗が急に増加することを意味している。

その結果、１つの回路内での電流がオフに切換えられ他
の回路を介してその経路をたどることになる。先に記し
た如く、この方法においては比較的高い整流損失が生ず
る。

第３図から理解できるように１本発明においては、スイ
ッチング装置２又は３は各々低い抵抗を有する個々の整
流部分２ａ又は３ａ及び各々高い抵抗を有する当該整流
部分に直列に接続されたブロッキング部分２ｂ又は３ｂ
で構成されている。ここで例えば、スイッチング装置２
ａ、　２ｂが導入されている回路からスイッチング装［
３ａ、３ｂが導入されている回路へ電流が整流されると
すれば、開いていたスイッチング装置３ａ、３ｂが最初
に閉じられることになる。そのためスイッチング装置２
の整流部分２ａは開き、抵抗の増加が原因で電流はスイ
ッチング装置３ａ、　３ｂが閉じられてそのため抵抗が
究極的に０となっている超厚電性回路へ切換えられるこ
とになる。前記回路内の電流がこの態様で、導入すべき
抵抗の大きさとこの抵抗の生ずる速度とは無関係に最大
ｄ　Ｉ／ｄ　を値が最早越えることのできないレベルに
下がったとき、ブロッキング部分２ｂが開かれるので、
抵抗の大きな増加の結果、残留電流がこの回路から切換
えられることになる。

スイッチング装置の各種機能は本発明による超導電性整
流器で分離されているので、導入部分で説明した対向す
る要件を常時満たすことができ、一方、許容された最大
ｄ　Ｉ／ｄ　を値はそのため決して超過することがなく
、一方、消失損失は小さくなる一方、同時に同じポンプ
周波数が通常の如く可能な状態にとどまる。そのため本
発明による超導電性整流器は構造が簡単であり、そのた
め信頼性が高く、同時に又、今日迄一般に使用されてい
た超導電性整流器と同じ電力を有している。

第４１！Ｉは超導電性スイッチング装置の整流部分が実
際上どのように作成できるかを模式的に示す。

整流部分２ａはこの場合超導電性部分５及び当該超導電
性部分に並列に接続され１本発明による特定の抵抗、即
ち を有する通常の導電体Ｎで構成されている。

ここで、 Ｒ＝整流部分２ａ、即ち通常の導電体Ｎの抵抗ｄＩ／ｄ
ｔ＝測定及び、又は材料と設計のデータにより決定すべ
き単位時間あた りの許容最大電流変化 Ｌ　ａ　会！　＝回路で遭遇する有効インダクタンスエ
＝充電電流の瞬間値 である。

部分Ｓは超薄電性回路の成分をなし、例えば通常の非超
薄電性状態におけるＳの抵抗がＮの抵抗より相当大きく
なる膚様で長さｇ及び直径ｄに特定の値を与えることに
より寸法が決められる。

Ｓの超薄電性状態において即ち超導電性スイッチング装
置の閉じた状態においてＳの抵抗は実質上Ｏであり、電
流工は部分Ｓを全体的に流れる。

整流中にＳは超薄電性状態からとがれ、その結果、Ｓの
抵抗がＮの抵抗より著しく大きくなり、その結果、電流
工がここで実質的に完全に通常の導電体Ｎを通じて流れ
始める。前記状態において、回路内の抵抗はそのため実
質上完全に通常の導電体Ｎの抵抗Ｒにより決定される。

明瞭にする目的から、第５図は第４図に示された回路を
有するフラックス・ポンプで使用される本発明による超
導電性整流器における１次電流の曲線を示す、この場合
、Ｏを周期的に通過する直線的に増減する電流曲線が仮
定された。勿論、各種電流形態が可能であり第５＠の電
流曲線は一例としてのみ示しである。

第５図において、時間は水平軸線に対しプロットしであ
る０時間ｔ０の時点において第３図のスイッチング装置
２ａ、２ｂが閉じられると仮定する。

時間ｔ１の時点において即ちポンプ・ストロークの終了
時においてスイッチング装［３ａ、３ｂは最初に他の回
路が電流工を引きつぐことができる準備態勢になれるよ
うに閉じられる。

スイッチング装置３ａ、３ｂが閉じられることを確実に
するためスイッチング装［２ａ、２ｂの開きは時間ｔ２
の時点迄遅らされる６時間ｔ２の前記時点において整流
部分２ａが開かれ、前記整流部分２ａの抵抗Ｒがそのた
め回路内に導入される８時間ｔ、の時点において電流■
が充分に減少すると、ブロッキング部分２ｂの抵抗が回
路内に導入される。時間ｔ、の時点においてのみブロッ
キング部分２ｂの全抵抗が回路内に導入され、スイッチ
ング装置３ａ。

３ｂの導入されている回路に対しボンピングを開始させ
ることができよう、ポンプ・ストロークの終了時、即ち
時間ｔ、の時点において、他の回路に対して同じサイク
ルが始まる。

本発明による超導電性整流器におけるエネルギー損失を
少なくするため、変圧器の１次側の電圧は整流部分によ
って発生された抵抗の増加が回路内に導入される時点か
らブロッキング部分により生じた抵抗の増加が完全に回
路内に導入される時点迄Ｏに等しく維持される。この目
的のため変圧器の１次側は第５図において時間ｔ２ない
しｔ４及びｔ、ないしｔ、迄短絡できる。

この短絡は全体的に有効な誘電をＬ　＠　１１　ｅから
Ｌ　ｅ　４　＋　勺Ｌ　ｓ　＊　ｃ　（１ｋ　”　）に
減少する。

ここで、ｋは ｋ＝　− により定められる変圧器の結合係数であり、Ｍ・・・変
圧器の相互インダクタンス。

Ｌ　＠　１１　ｃ・・・変圧器の２次インダクタンス。

Ｌ、・・・変圧器の１次インダクタンスを表わし、ここ
で、０≦に≦１である。

本発明は図示の、説明された整流回路に明かに限定され
ず、例えば、最初に述べた論文の第■部の図１８による
全波整流ブリッジ又は＠１Ｇの整流回路にも使用可能で
ある。

（発明の効果） 以上の通りであるから、本発明は次のように優れた効果
を奏する。

（１）　　回路のｄ　Ｉ／ｄ　を値が充分に低い。

（２）整流に対し電流測定が不必要である。

（３）　　整流損失が低い。

（４）　　スイッチング装置の開いたブロッキング状態
中に充分に高い抵抗が存在する。

（５）　　スイッチング周波数が誘導性整流のスイッチ
ング周波数と等しいか又はそれ以上である。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知の半波整流器の模式的に表わした図、第２
図は公知の全波整流器を模式的に表わした図、第３図は
本発明による全波超薄電性整流器を模式的に表わした図
、第４図は本発明による超導電性整流器の改変実施態様
を模式的に表わした図、第５図は第４図による超導電性
整流器に対する１次電流曲線を示す。 １　・・・変圧器、　２，３・・・超薄電性スイッチン
グ装置、２ａ、３ａ・・・スイッチング装置の整流部分
、２ｂ、　３ｂ・・・ブロッキング部分、　４　・・・
超厚電性負荷。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）実質的に少なくとも２次コイルが半導電性形態に
   作成された変圧器と、２次変圧器コイル内に誘導された
   交流を負荷を通じて一方向に通過させる少なくとも２個
   の超導電性スイッチング装置と、電子制御調整スイッチ
   ング装置とから成り、交流電流からの比較的低い電流を
   比較的高い直流に変換する超導電性整流器であって、超
   導電性スイッチング装置が各々相互に独立して機能し且
   つ直列に接続されている整流部分とブロッキング部分を
   含み、整流部分がスイッチング装置の開いた状態におい
   て発生する抵抗上の連続的又は不連続的増加が、条件 Ｒ≦（ｄＩ／ｄｔ）＿ｍ＿ａ＿ｘＬ＿ｏ＿ｆ＿ｆ／Ｉこ
   こで、 Ｒ＝整流部分の抵抗 ｄＩ／ｄｔ＝測定及び／又は材料と設計上のデータによ
   り決定すべき単位時間あ たりの最大許容電流変化 Ｌ＿ｏ＿ｆ＿ｆ＝回路内にて遭遇する有効インダクタン
   ス Ｉ＝電流の瞬間値 を満たし、且つスイッチング装置の開いた状態中にブロ
   ッキング部が発生する抵抗の増加より相当小さい値にな
   っている。
2. （２）整流部分が超導電性部分で構成され、当該超導電
   性部分に並列に接続され、抵抗 Ｒ≦（ｄＩ／ｄｔ）＿ｍ＿ａ＿ｘＬ＿ｏ＿ｆ＿ｆ／Ｉを
   有する通常の導電性部分を含み、超導電性スイッチング
   装置の閉じた状態においては超導電性部分が超導電性で
   あり、超導電性スイッチング装置の開いた状態において
   はそれに並列に接続された通常の導電体より相当大きい
   抵抗を有するようにしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）項に記載の超導電性整流器。
3. （３）整流部分の抵抗増加が連続的であり、この目的の
   ため、超導電性状態から通常の状態へ遷移したとき関連
   ある抵抗増加が常時、 Ｒ≦（ｄＩ／ｄｔ）＿ｍ＿ａ＿ｘＬ＿ｏ＿ｆ＿ｆ／Ｉを
   満たすような寸法にされていることを特徴とする特許請
   求の範囲第（１）項に記載の超導電性整流器。
4. （４）ブロッキング部分が多数の分離した部分に分割さ
   れ、特に、分離部分が連続的に動作状態にされる際ブロ
   ッキング部分の全抵抗が段階上増加し、同時に常時要件
   、 Ｒ≦（ｄＩ／ｄｔ）＿ｍ＿ａ＿ｘＬ＿ｏ＿ｆ＿ｆ／Ｉを
   満たすような様式になっていることを特徴とする特許請
   求の範囲第（１）項に記載の超導電性整流器。
5. （５）整流部分により発生される抵抗増加とブロッキン
   グ部分により発生される抵抗増加の導入時点の間の時間
   が、供給されるその接続された回路の時定数の２〜３倍
   の経過になっていることを特徴とする特許請求の範囲の
   前記各項の何れか１項記載の超導電性整流器。
6. （６）変圧器の１次側の電圧は、整流部分により発生さ
   れる抵抗増加が接続され、電圧が供給されるべき回路内
   に導入される時点から、ブロッキング部分により発生さ
   れる抵抗増加が完全にその接続された回路内へ導入され
   る時点迄０に等しく維持されることを特徴とする特許請
   求の範囲第（１）項ないし第（４）項の何れか１項記載
   の超導電性整流器。