JPS6348406B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、超電導電磁石装置に係り、特に、電
磁石を構成する超電導コイルの両端に、この両端
を選択的に短絡するヒータ加熱制御方式（熱式）
の永久電流スイツチを設けてなる超電導電磁石装
置に関する。 発明の技術的背景 近年、静止機器は勿論のこと回転機器に至るま
で超電導電磁石装置が用いられている。このよう
な超電導電磁石装置にあつて、永久電流モードに
切換えて運転できるようにしたものは、通常、低
温容器内に収容された超電導コイルと、上記低温
容器内にあつて上記超電導コイルの両端を選択的
に短絡する永久電流スイツチと、上記低温容器外
に設けられた付勢用の電源装置とを主体にして構
成されている。 ところで、永久電流スイツチとしては、機械的
な接点を用いるものと、超電導線を超電導状態お
よび常電導状態に選択的に切換えて用いるヒータ
加熱制御方式（熱式）のものとがあるが、ヒータ
加熱制御方式の永久電流スイツチを組込んだ超電
導電磁石装置は一般に、第１図に示すように構成
されている。すなわち、低温容器１内に収容され
た超電導コイル２の両端をリード線３ａ，３ｂを
介して低温容器１外に設けられた出力可変の直流
電源装置４の出力端に接続するとともに低温容器
１内に超電導コイル２の両端を選択的に短絡する
ヒータ加熱制御方式の永久電流スイツチ５を収容
している。永久電流スイツチ５は、超電導線から
なるスイツチ本体６と、このスイツチ本体６に付
設されたヒータ７とから構成されている。そして
ヒータ７の両端はリード線８ａ，８ｂを介して低
温容器１外へ導かれ、スイツチ９を介して電源１
０に接続されている。なお、図中１１はスイツチ
本体６のオフ時（常電導時）における等価抵抗を
示し、また１２は保護抵抗を示している。 しかして、上記のように構成された超電導電磁
石装置は、超電導コイル２を励磁して永久電流モ
ードに切換えるとき、および減磁するときに、直
流電源装置４の出力電流および永久電流スイツチ
５のヒータ電流を次のように制御している。すな
わち、今、励磁の場合を例にとると、第２図に示
す時点t₁において、スイツチ９を投入し、ヒータ
７に電流を流して永久電流スイツチ５をオフさ
せ、続いて直流電源装置４の出力電流を直線的に
増加させる。なお、このとき超電導コイル２の両
端には逆電圧が発生する。そして、直流電源装置
４の出力電流が設定値に達し、一定化したことに
よつて超電導コイル２の両端電圧が零になつた時
点t₂においてヒータ７の電流を零にするようにし
ている。ヒータ７の電流が零になると、今まで、
常電導状態にあつたスイツチ本体６が再び冷媒で
冷却されて超電導状態となる。この結果、超電導
コイル２の両端は超電導モードの永久電流スイツ
チ５によつて短絡されることになる。そして、永
久電流スイツチ５を超電導モードに切換えた時点
から所定期間経過した時点t₃において直流電源装
置４の出力電流を直線的に減少させ、零まで減少
させる。このような制御によつて超電導コイル２
と永久電流スイツチ５のスイツチ本体６とからな
る閉回路に永久電流が流れる、いわゆる永久電流
モードに切換えるようにしている。一方、永久電
流モードを解消、つまり減磁する場合には次のよ
うにしている。すなわち、第２図に示すように、
まず、時点t₄において直流電源装置４の出力電流
を直線的に増加させ、超電導コイル２に流れてい
る永久電流レベルと等しい値にする。直流電源装
置４の出力電流が上記レベルに達し安定した時点
t₅においてヒータ７に通電して永久電流スイツチ
５を常電流モードにし、続いて時点t₆で直流電源
装置４の出力電流を直線的に減少させる。この減
少によつて超電導コイル２の両端には励磁時とは
逆向きの電圧が発生する。そして、上記電圧が零
になつた時点t₇においてヒータ７への通電を停止
させ、これによつて減磁制御を終了するようにし
ている。 背景技術の問題点 励減磁時に上述した制御方式を採用している従
来装置にあつては、励減磁時に永久電流スイツチ
５のヒータ７へ通電する期間が長く、この結果、
低温容器１内に収容されている冷媒の損失が多い
と云う問題があつた。すなわち、励磁時を例にと
ると、直流電源装置４の出力電流を立上がらせる
前の時点から超電導コイル２の両端発生電圧が零
になる時点までの期間、ヒータ７に通電するよう
にしている。直流電源装置４の出力電流を零から
設定値まで直線的に増加させる必要な期間は、設
定値によつても異なるが、通常、１〜60分と非常
に長い期間を必要とする。したがつて、ヒータ７
から低温容器１内に侵入する熱量も非常に多くな
り、この結果、冷媒である液体ヘリウムの損失も
非常に多くなる。このことは減磁時においても同
様であつた。 発明の目的 本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、永久電流スイツ
チとしてヒータ加熱制御方式のものを用いたもの
にあつて、励減磁時における冷媒損失を大幅に減
少させ得る超電導電磁石装置を提供することにあ
る。 発明の概要 本発明装置の特徴は、超電導コイルに発生する
電圧を検出する手段を設けるとともに超電導コイ
ルの励減磁時に上記手段で検出された電圧があら
かじめ定められた値以下のときだけ永久電流スイ
ツチのヒータを付勢するヒータ付勢装置を設けた
ことにある。 発明の効果 一般に励磁時には、前述の如く、永久電流スイ
ツチを常電導モードにしてオフさせ、この状態で
直流電源装置の出力電流を設定値まで直線的に増
加させる必要があるが、この増加過程において超
電導コイルには必ず逆電圧が発生する。したがつ
て、永久電流スイツチのスイツチ本体の両端には
上記逆電圧と等しい電位差が生じ、このためスイ
ツチ本本にも電流が流れる。このとき、永久電流
スイツチのスイツチ本体は常電導状態にあり、あ
る抵抗値を有しているので、上記電流が流れると
自己発熱することになる。この自己発熱は自身を
オフ状態にしておくのに十分な熱量となる。減磁
時にも同様に、超電導コイルに逆電圧が発生する
ので、永久電流スイツチのスイツチ本体に電流が
流れ、この電流によつて永久電流スイツチのスイ
ツチ本体は自己発熱する。本発明装置は、この現
象を利用したもので、ヒータ付勢装置によつて、
励減磁時に超電導コイルの逆電圧が小さい期間だ
けヒータに通電し、逆電圧が大きく自己発熱で十
分な期間はヒータへの通電を停止させるようにし
ているのである。 したがつて、従来装置に較べて、励減磁時にお
けるヒータへの通電期間を短くできるので、それ
だけ低温容器内への熱侵入を抑えることができ、
結局、冷媒の損失を減少させることができる。 発明の実施例 第３図は、本発明の一実施例に係る超電導電磁
石装置の回路構成を示すもので、第１図と同一部
分は同一符号で示してある。したがつて、重複す
る部分の説明は省略する。 この実施例においては、リード線３ｂを大地と
同電位にするとともにリード線３ａを絶対値回路
２１の入力端に接続している。絶対値回路２１
は、リード線３ａ，３ｂ間、つまり超電導コイル
２の両端間電圧を極性を統一し、分圧して出力す
るように構成されている。そして、絶対値回路２
１の出力は、ヒータ付勢装置２２に導入される。 ヒータ付勢装置２２は、たとえば次のように構
成されている。すなわち、前記絶対値回路２１の
出力電圧V_Sと基準電圧発生器２３の出力電圧V₁
とを比較器２４に導入し、この比較器２４から
V₁＞V_Sの期間だけ出力Ｘを送出させるようにし
ている。そして、上記比較器２４の出力Ｘを第１
のスイツチング回路２５を介してヒータ付勢回路
に介挿された第２のスイツチング回路２６のオン
制御信号として与えている。前記第１のスイツチ
ング回路２５は、制御器２７の出力信号によつて
オン、オフ制御される。上記制御器２７は、外部
からセツト信号Ｓが与えられると、オン制御信号
Ｐの送出を開始し、前記比較器２４の出力Ｘが２
回立上つた後に前記絶対値回路２１の出力V_Sが
零になつた時点で上記オン制御信号Ｐの送出を停
止するとともに自身の内部回路をリセツトさせる
ように構成されている。 次に上記のように構成された超電導電磁石装置
の励減磁時における動作を第４図を適宜参照しな
がら説明する。 励磁時の場合には、まず、制御器２７にセツト
信号Ｓを与える。今、第４図に示す時点t₁におい
てセツト信号Ｓが与えられたものとすると、制御
器２７はオン制御信号Ｐを第１のスイツチング回
路２５に与える。したがつて、第１のスイツチン
グ回路２５がオン状態となる。一方、この時点に
おいては、絶対値回路２１の出力V_Sが零であり、
V₁＞V_Sの関係にあるので比較器２４から出力Ｘ
が送出される。このため、第２のスイツチング回
路２６がオン状態となり、永久電流スイツチ５の
ヒータ７に電流が流れる。つまり、セツト信号Ｓ
が導入されると同時にヒータ７に電流が流れ、永
久電流スイツチ５は常電導モードに切換わる。こ
の状態で時点t₂において直流電源装置４の出力電
流の送出を開始させ、上記出力電流を設定値まで
直線的に増加させる。このように出力電流を増加
させると、超電導コイル２には逆電圧が発生す
る。このため、絶対値回路２１から上記逆電圧に
比例した出力V_Sが送出される。そして、出力V_S
が基準電圧発生器２３の出力V₁を越える時点t₃に
至ると比較器２４の出力Ｘが零となる。この結
果、第２のスイツチング回路２６がオフとなつて
ヒータ７への通電が停止される。直流電源装置４
の出力電流が増加している間は、超電導コイル２
に逆電圧が発生しているので、永久電流スイツチ
５のスイツチ本体６の両端に電位差が存在する。
したがつて、スイツチ本体６にも電流が流れ、こ
の電流によつて常電導状態下にあるスイツチ本体
６は自己発熱し、ヒータ７から熱供給を受けなく
ても常電導状態、つまりオフ状態を維持する。 しかして、直流電源装置４の出力電流が設定値
に達すると、電流の変化率が零となるので超電導
コイル２の両端電圧が急速に低下する。したがつ
て絶対値回路２１の出力V_Sも急速に低下する。
そして、出力V_SがV₁より小さくなつた時点t₄に
おいて再び比較器２４から出力Ｘが送出される。
このため、第２のスイツチング回路２６がオンと
なつてヒータ７に再び通電される。このとき、永
久電流スイツチ５のスイツチ本体６に流れる電流
が急速に減少し、これに伴なつてスイツチ本体６
の自己発熱も減少するが、時点t₄からヒータ７に
よつて熱供給を受けるので、上記スイツチ本体６
は常電導状態を維持する。そして、超電導コイル
２の両端電圧がさらに低下し、零となると、絶対
値回路２１の出力V_Sも零となる。今、時点t₅にお
いてV_Sが零になると、この時点t₅においては、す
でに制御器２７が比較器２４の出力Ｘの２回目の
立上りをカウントしているので、上記制御器２７
はオン制御信号Ｐの送出を停止する。この結果、
第１のスイツチング回路２５がオフし、これに伴
なつて第２のスイツチング回路２６がオフし、ヒ
ータ７への通電が停止される。このようにヒータ
７への通電が停止されると、永久電流スイツチ５
のスイツチ本体６は、冷媒によつて冷却され、超
電導状態に切換わる。このようにヒータ付勢装置
２２が動作を終了した時点t₅から所定期間経過し
た時点t₆において直流電源装置４の出力電流を減
少を開始させ、零まで減少させれば超電導コイル
２と永久電流スイツチ５のスイツチ本体６とから
なる閉回路に永久電流が流れる、いわゆる永久電
流モードに移行させることができる。 上述した説明は、励磁時の場合であるが、永久
電流モードから減磁する場合にも同様な動作が行
なわれる。ただし、この場合には、第４図の右半
分に示されているように、まず、直流電源装置４
の出力電流を永久電流のレベルと等しい値まで立
上らせておき、この状態で、セツト信号Ｓを導入
し、続いて直流電源装置４の出力電流を直線的に
低下させる制御プログラムが採用される。 このように、励減磁時に永久電流スイツチ５の
スイツチ本体６が自己発熱で常電導状態（オフ状
態）を維持できる期間はヒータ７への通電を停止
させるようにしている。したがつて、従来装置に
較べて励減磁時におけるヒータ通電時間を短かく
できるので、結局、前述した効果が得られること
になる。 なお、上述した実施例では比較器２４の出力Ｘ
が２回立上つたことを検出し、この検出が行なわ
れた後に絶対値回路２１の出力V_Sが零になつた
時点で第１のスイツチング回路２５をオフさせる
ようにしているが、上記タイミングでオフさせる
ことができれば回路構成はどのようなものでもよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のこの種装置の回路構成図、第２
図は同装置の励減磁時の動作を説明するための
図、第３図は本発明の一実施例に係る超電導電磁
石装置の回路構成図、第４図は同装置の励減磁の
動作を説明するための図である。 １……低温容器、２……超電導コイル、４……
直流電源装置、５……永久電流スイツチ、６……
スイツチ本体、７……ヒータ、２１……絶対値回
路、２２……ヒータ付勢装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電磁石を構成する超電導コイルの両端に、上
   記両端を選択的に短絡するヒータ加熱制御方式の
   永久電流スイツチを設けてなる超電導電磁石装置
   において、前記超電導コイルに発生する電圧を検
   出する手段と、前記超電導コイルの励減磁時に前
   記手段で検出された電圧があらかじめ定められた
   値以下のときだけ前記永久電流スイツチのヒータ
   を付勢するヒータ付勢装置とを設けてなることを
   特徴とする超電導電磁石装置。