JPS617610A - 超電導装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、永久電流モードで動作させる超電導装置に係
り、特に励磁・減磁及びクエンチ保護に好適な超電導装
置の電気回路の構成に関する。

〔発明の背景〕

一般に、クライオスタット内の超電導コイルに永久電流
を流して動作させる超電導装置においては、外部の電源
からリード線を通して超電導コイルに電流を供給し、そ
の後で電気回路のスイッチを切り換えて、超電導コイル
を含む電気回路を、超電導状態の閉ループとする。この
場合、超電導コイルに電流を供給する励磁（又は、充電
）モード、永久電流が流れる永久電流モード、また永久
電流モードから超電導コイルの電流を任意の値まで下げ
る減磁（又は、放電）モード、及び超電導コイルがクエ
ンチした場合に、超電導コイル内のエネルギーを、保護
抵抗にすばやく放出させるクエンチ保護のモードの切り
換えスイッチとして熱式永久電流スイッチが使用されて
いる。

通常、超電導線とヒーターとが熱的に結合された構造の
熱式永久電流スイッチは、超電導線の超電導状態と常電
導状態の電気抵抗の差によりスイッチのＯＮ、ＯＦＦを
させるために、超電導コイルと同様に液体ヘリウムが入
っているクライオスタット内に置かれる。

超電導コイルの電流の上げ下げの制御は、熱式永久電流
スイッチをＯＦＦの状態にして行なう。

すなわち、超電導線と熱的に結合されたヒーターをＯＮ
の状態にして、超電導線を常電導状態にする。

又、超電導コイルを永久電流モードにするには熱式永久
電流スイッチをＯＮの状態にする。すなわち、超電導線
と熱的に結合されたヒーターをＯＦＦの状態にして、超
電導線を超電導状態にする。

さらに、超電導コイルがクエンチした時には、超電導コ
イルの保護のために、すばやく熱式永久電流スイッチは
ＯＦＦにして、保護抵抗に超電導コイルの電流が流れる
ように切り換えて、超電導コイル内にエネルギーをすば
やく保護抵抗で消費するようにする。

一般に以上のように動作させる熱式永久電流スイッチに
おいて、超電導線と熱的に結合したヒーターに電流を流
して、そのジュール熱によって超電導線の温度を上げて
常電導状態にするため、ヒーターからの熱がクライオス
タットの液体ヘリウムに伝導する熱量があり、もしその
熱量が多量であれば、超電導線に伝導する熱量が減少し
、液体ヘリウムの気化による損失が大となる。

そこで、励磁、減磁のモードにおいては、熱式永久電流
スイッチとして、超電導線とヒーターとで構成されたス
イッチ素子の表面を、熱伝導度の小さいＦ、Ｒ，Ｐ、、
エポキシ樹脂等の絶縁材料で覆って、わずかな熱量でス
イッチ素子の超電導線を常電導状態に転移させるような
、熱効率の高いヒーターが望ましい。

しかしながら、永久電流モードにおいて超電導コイルが
クエンチした場合には、上記の励磁、減磁のモードの場
合と違ってスイッチ素子の超電導線には、超電導コイル
と同じ大きさの電流が流れているので、ヒーターをＯＮ
にして超電導線を常電導状態にすると、急激に多量のジ
ュール熱が発生する。この熱をすばやく放出しないと熱
式永久電流スイッチは焼損することになるため、熱式永
久電流スイッチとして内部で発生した熱がすばやく放熱
されるものが望ましい。

従って、励磁、減磁モードとクエンチ保護のモードにお
いて、熱式永久電流スイッチの性能として相反する要求
があるため、熱式永久電流スイッチの設計は非常にむず
かしい。その対策として、スイッチ素子のまわりを超電
導材料で囲み、熱式永久電流スイッチの内部で発生する
熱量が少ない時は、熱的絶縁性がよく、熱量が多い時は
熱的絶縁性が悪くなるようにしたものがある。しかしな
がら、この場合においてもスイッチ素子のまわりの超電
導材料の温度を上げ、常電導状態にする熱量が必要にな
る欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記の欠点を除去し、超電導コイルの
クエンチ時においても、熱式永久電流スイッチを破壊す
ることなく、すばやく熱式永久電流スイッチをＱＦＦで
きる、電気回路を提供することにある。

〔発明の概要〕

一本発明は、クエンチの起っていない通常の充電及び放
電モードの場合には、熱式永久電流スイッチ素子内の超
電導線には、初めから電流がほとんど流れておらず、超
電導線が常電導状態で発生するジュール熱は無視できる
が、クエンチが起った時の放電モードの場合においては
、スイッチ素子内の超電導線には、これと閉ループをつ
くる超電導コイルと同じ大きさの電流が流れており、超
電導線が常電導状態で発生するジュール熱は多量である
ということに着目して、クエンチの起っていない通常動
作の場合し、クエンチの起ったクエンチ保護の動作の場
合において、２個の熱式永久電流スイッチを使い分ける
ことにある。通常動作時には、従来のようにスイッチ素
子の表面を熱伝導率の小さい絶縁材料で覆って、ヒータ
ーからの熱が逃げないようにしてヒーターの熱効率の良
い構造の熱式永久電流スイッチを使用し、クエンチ保護
の動作時には、従来のスイッチ素子に比べて、表面、の
絶縁材料の量を少なくし、また表面積を大きくして、ス
イッチ素子内の超電導線で発生したジュール熱をすばや
く放出できる構造の熱式永久電流スイッチを使用するよ
うにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の代表的実施例を図面を用いて説明する。

図は超電導コイルを永久電流モードで動作できる電気回
路を示す。超電導コイル１と通常の励減磁用熱式永久電
流スイッチ２及びクエンチ保護用熱式永久電流スイッチ
３とで永久電流モードにおいて、電流の閉回路を構成す
る。保護抵抗４と超電導コイル１とで、クエンチ保護の
モードにおいて電流の閉回路を構成する。電源スィッチ
５及び電源６と起電導コイル１とで１通常の励磁、減磁
モードにおいて電気の閉回路を構成する。

以上のように、２個の熱式永久電流スイッチを用いて電
気回路を構成する場合においては、クエンチの起ってい
ない通常の励磁、減磁モードにおいて、クエンチ保護用
熱式永久電流スイッチ３のヒーターをＯＦＦにしてクエ
ンチ保護用熱式永久電流スイッチ３をＯＮとし、通常の
励減磁用熱式永久電流スイッチ２のヒーターをＯＮにし
て通常の励減磁用熱式永久電流スイッチ２をＯＦＦとす
る。この時は従来どおり、クライオスタット内の液体ヘ
リウムには、ヒーターのジュール熱はほとんど伝導せず
、効率良くヒーターが働く。

一方、永久電流モードにおいて、超電導コイル１がクエ
ンチした場合には超電導コイル１の保護のために、通常
の励減磁用熱式永久電流スイッチ２はＯＮのままですば
やくクエンチ保護用熱式永久電流スイッチ３のヒーター
をＯＮにしてクエンチ保護用熱式永久電流スイッチ３を
ＯＦＦにして、超電導コイル１内のエネルギーを保護抵
抗に放出する。この時、ヒーターをＯＮにして、スイッ
チ素子内の超電導線が常電導状態になると同時に、大量
のジュール熱が発生する。しかしながらクエンチ保護用
熱式永久電流スイッチ３の表面の絶縁材料は厚くなく、
また表面積が大きいので、従来の熱式永久電流スイッチ
に比べて、発生したジュール熱は、すばやく放出される
。

尚、クエンチ保護用永久電流スイッチ３の表面の絶縁材
料がうすく、タライオスタッチ内の液体ヘリウムによっ
て冷却されやすくなっており、クエンチ保護用永久電流
スイッチ３のヒーターの効率は悪くなっているが２ヒー
ターの電力を大きくすることにより対処でき、またそれ
によって熱式永久電流スイッチをすばや＜ＯＦＦできる
。ヒーターの電力を大きくすることにより、ヒーターの
ジュール熱も大きくなるが、これはクエンチが起った超
電導コイルで発生するジュール熱に比べて無視される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、２個の熱式永久電流スイッチを、独立
にそれぞれの機能に最適に設計できるので、通常の励磁
、減磁時及びクエンチ時において効率よく電流を制御で
き、またクエンチ保護の能力を高めることができ、超電
導装置の安全性を大きく向上させる効果がある。

又、設計によっては、熱式永久電流スイッチ３に保護抵
抗の働きを含めることができ、保護抵抗４を取りはずす
ことができる効果もある。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例の超電導コイルを永久電流モード
で動作できる電気回路図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、すくなくとも熱式永久電流スイッチと超電導コイル
   より成る超電導装置において、２個の熱式永久電流スイ
   ッチを直列に設け、一方の熱式永久電流スイッチは、放
   熱が悪く、スイッチ素子のヒーターを小電力で動作させ
   るもの、他方の熱式永久電流スイッチは、放熱が良く、
   スイッチ素子のヒーターを大電力で動作させるものであ
   ることを特徴とする超電導装置。