JPS6261377A - 熱式永久電流スイツチ - 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】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は超電導線を用いた熱式永久電流スイッチの構
成に関する。

〔従来技術とその問題点〕

従来より用いられている熱式永久電流スイッチは一般に
第４図に示すように巻枠１にヒータ巻線２を巻き、その
外周にこれと熱接触が良くなるようＥこ密着して超電導
巻線３を無誘導に巻（ことに・よりスイッチを構成して
いる。超電導巻線３は、常電導時における抵抗値を大き
くするために安定化鋼を除去した超電導体だけのもの、
あるいは銅より２桁以上も比抵抗の大きいキュプロニッ
ケルＣｕ　−Ｎｉ合金を被覆して使用する。上述した超
電導巻線を無誘導に巻いて磁場の発生を防ぐ理由は、上
記のような安定化鋼のない超電導体は磁気的に非常に不
安定であり小さな磁場変動でも常電導状態へ移行してし
まい、いわゆるクエンチ状態となるためである。

永久電流スイッチは超電導コイルの両端子を短絡するた
めに使用されるもので、これにより時間的な安定な磁場
を提供することができる。また超電導コイルに電流を供
給する電流リードを極低温部より取外すことにより極低
温部への熱侵入を少なくすることもできる。

第５図は永久電流スイッチを使用した回路を示すもので
、永久電流モード状態においては永久電流スイッチ４へ
のヒータ電源はオフされておりスイッチはオンの状態に
ある。すなわち永久電流スイッチ４の抵抗値Ｒ３は零で
あるため、図示されていない電源から一旦供給された電
流は超電導コイル５を含むＢＣＤＢなる回路を流れ続け
る。６は保護抵抗体（抵抗値Ｆｈ　）で、コイル５運転
中にコイル内部に常電導状態が発生した場合にコイル５
の持つ磁気エネルギＬＬＩ２（ｒ、　：コイルのインダ
クタンス、Ｉ：電流）をコイル部以外すなわち抵抗値比
Ｐで消費させてコイル５の温度の上昇を防止し、冷媒の
蒸発量を軽減させる働きをするとともに永久電流モード
で運転中に永久電流スイッチ４が何らかの原因で突然オ
フ状態となり高抵抗状態になったときにコイル５の蓄積
エネルギの集中によるスイッチの焼損を防ぐという保護
の役目をする。

第５図の回路において、コイルクエンチに際しては保護
抵抗体４の抵抗値比Ｐはコイル５に発生する抵抗値Ｒｔ
Ｎより大きい方がエネルギ回収の面から望ましい。また
スイッチ４のオフ状態での抵抗値Ｒ３は前記保護抵抗体
６の抵抗値ＢＰよりさらに大きいことがスイッチ保護お
よび励磁時間の短縮のために要求される。永久電流スイ
ッチ４がオフの時の抵抗値を大きくするためには、超電
導巻線３の長さを長くしなければならない。特に大電流
導体においては、導体断面積が大きくなる関係上抵抗値
が小さくなる傾向にあるため、高抵抗化するためには細
い線により多くの長さを必要とする。また大きな蓄積エ
ネルギをもつコイルのための永久電流スイッチは、ある
程度の磁気エネルギを吸収できるように容積を大きくす
る必要がある。一方熱式永久電流スイッチは超電導巻線
３をヒータで熱し、そのヒータパワーと冷媒への熱伝達
のバランスによって超電導体の温度を臨界温度以上また
は以下に保ちながらスイッチのオン・オフを行なうので
あるから、コイルにクエンチが生じた場合速かに永久電
流スイッチをオフにすることが要求されるが、ヒータを
オンにして熱的に超電導状態を破ってスイッチをオフ状
礫にするにはヒータオンしてから暫く時間おくれがあり
、特に大形のスイッチではこの時間が長くなり、この間
にコイル内部で多くのエネルギが消費されてしまうとい
う問題があった。

〔発明の目的〕

この発明は上述の事情に鑑み、熱式永久電流スイッチを
用いた水久冗流モード運転中のコイルにクエンチを生じ
た場合に、スイッチを迅速にオフ状ｎｔこ至らしめ、コ
イルの磁気エネルギを保護抵抗体で消費させるようにし
てコイルの温度上昇や冷媒の消費を軽減することを目的
とする。

〔発明の要点〕

この発明では熱式永久電流スイッチをオフ状態にするた
めに、ヒータ巻線によってスイッチの超電導巻線ｆこ磁
場変動を与え、超電導状態を磁気的に瞬間に破壊してス
イッチを速やかにオフ状態とし、その後のオフ状態の維
持は、ヒータ巻線へ継続的に電流を供給することによる
超電導巻線の温度上昇によって行なえろようｆこした。

〔発明の実施例〕

第１図はこの発明の実悔例を示すもので、ヒータ巻線１
２は、巻枠１１に無誘導に巻かれた＋ＡＩヒ導巻Ｍ１３
の外周に密着して誘導状態ｌこ巻かれる。

この構成によると、ヒータ巻線１２ｆこ通電すれば発熱
すると同時に磁場が発生し、この磁場が内１目１１にあ
る超電導巻線１３に印加される。この磁場印加により超
電導状態が破壊された後は従来の永久電流スイッチの場
合と同じようにヒータ巻４ｉ！１２の熱的効果によって
オフ状態が維持される。この場合ヒータ巻線１２はその
発生磁場を大きくするため巻回数を多くする必要がある
。インダクタンスは巻回数の自乗に比例するので巻回数
の増加はインダクタンスの増加をもたらし、本発明を効
果的にするために要求される速いヒータ電流の立ち上げ
を困難にする恐れがある。この困難を避けるためには、
この発明の第２の実施例である第２図に示す構成の永久
電流スイッチが債ましい。Ｔなわち巻枠１１に無誘導に
巻かれた超電導巻線１３の外周に密着して誘導的（こ巻
かれるヒータ巻線は内側ヒータ巻線１２ａ、外側ヒータ
巻線１２ｂに分割されて同じ方向に巻回されインダクタ
ンスを減らす構成としている。この場合は第３図ζこ示
すように内側ヒータ巻線１２ａ、外側ヒータ巻Ｍ　ｔ２
ｂはそれぞれ別々の￥［源７ａ、７ｂより電流が供給さ
れる。この場合の直流供給は同期していることがより効
果的である。

〔発明の効果〕

熱式水久亀流スイッチのヒータ巻線に磁場発生の機能を
もたせることにより、スイッチをオフ状態にする時間を
大幅に短縮することが可能となり、水久嵐流モード運転
のコイルがクエンチしたときに速やかにコイルエネルギ
をコイル以外の保護抵抗体へ移すことが可能となり、コ
イルの温度上昇が抑制されるためクエンチ時の安全性が
向上−ｒる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である熱式永久電流スイッ
チの縦断面図、第２図はこの発明のＩ１１ハの実施例で
ある熱式永久電流スイッチの縦断面図、第３図は第２図
に示す熱式永久電流スイッチを含む超電導コイルの運転
回路図、第４図は従来構成の熱式永久電流スイッチの基
本断面図、第５図は永久電流スイッチを含む超電導コイ
ルの運転回路図である。 １１：巻枠、１２．１２ａ、１２ｂ　：ヒータ巻：ｙｉ
ｌ、１３：超電導巻線、１４：熱式永久゛心流スイッチ
。 、７ ・“、六）・ 代理人弁ｄす山　口　　　′１１ｒ１．龜之第　１　口 纂２１ １３月膚導専珪 第　３　口 第４図 第　５　ロ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）巻枠に超電導巻線およびヒータ巻線を巻回し、超電
   導巻線の温度をヒータ巻線への投入電力によつて制御し
   て、スイッチのオン・オフ操作を行なう熱式永久電流ス
   イッチにおいて、巻枠に超電導巻線を巻回し、その外周
   に超電導巻線に磁場変動を与えるようにヒータ巻線を巻
   回したことを特徴とする熱式永久電流スイッチ。 ２）特許請求の範囲第１項記載の熱式永久電流スイッチ
   において；ヒータ巻線は誘導巻きとし、かつ超電導巻線
   の外周に密着して巻回されていることを特徴とする熱式
   永久電流スイッチ。 ３）特許請求の範囲第２項記載の熱式永久電流スイッチ
   において；ヒータ巻線は少なくとも２個以上に分割され
   、かつすべて同じ方向に巻回されるとともにそれぞれ独
   立の電源によりヒータ電流が供給されることを特徴とす
   る熱式永久電流スイッチ。