JPS6367708A

JPS6367708A - 緊急消磁装置付き超電導マグネツト装置

Info

Publication number: JPS6367708A
Application number: JP61210843A
Authority: JP
Inventors: Moriaki Takechi; 盛明武智
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-09-09
Filing date: 1986-09-09
Publication date: 1988-03-26
Also published as: GB2195054A; GB8721242D0; US4763221A; GB2195054B

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〕この発明は、緊急消磁装置付き超電導マグネット装置忙
関するものであシ、特Ｋ、磁気共鳴イメージング装置に
おける静磁界発生のために、永久ｗＬ流モードで運転さ
れるようにした、緊急消磁装置付き超電導マグネット装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

第６図は、従来からのこの種の緊急消磁装置付き超電導
マグネット装置を例示する概略構成図である。この第を
図において、（１）は超電導コイルであって、永久電流
スイッチ（２）がこれと並列に接続されている。この永
久電流スインｆ　（，１）　ハ、永久電流スイッチ超電
導体（３）とこれに近接して設けられた永久電流スイッ
チヒータ（ｌＩ）とからなるものである。（りは保護素
子であって、適当な抵抗やダイオードからなるものであ
セ、超電導コイル（１）と並列にされている。なお、こ
の保ｖｌ素子（ｒ）は、超電導コイル（１）にクエンチ
が発生した場合に永久直流スイッチ（２）の両端に生じ
る直圧を抑制するために設けられているものである。

そして、このようにして配列されたものは、低温容器（
ｌＯ）に収納されている。この低温容器（１０）の内部
は適当な冷媒（図示されない）によって所ｒの低温を維
持するようにされている。また、（／／）はヒータ電源
でりって、ヒータ回路開閉スイッチ（／ユ）を介して永
久電流スイッチヒータ（り）に接続されている。なお、
ＩＣは励磁！！流（または永久電流）であって、超電導
コイル（１）および永久ｔｉスイッチ超通道導体３）か
らなる閉回路を循環して流れるものである。いま、ヒー
タ回路開閉スイッチ（／２）が開路状態にあるものとす
ると、永久電流スイッチ（２）は冷媒により冷却されて
、超電導状態にあることになる。

このような従来からの緊急消磁装置付き超電導マグネッ
ト装置の動作の説明に先立ち、この種の装置ｔが永久ｒ
ｔ電流−ドで運転されているときの、超電導マグネット
装置の励磁のしかた、および、消磁のしかたを説明する
。

第１図には、このような従来からの緊急消磁装置付き超
電導マグネット装置において励磁部が付設されているも
のが示されている。この第１図において、（／りは励磁
Ｎ、源であって、パワー・リード（ハＤを介して超電導
コイル（１）と並列に接続されている。なお、この第１
図において、第６図のものと同じ符号が付されているも
のは、それらと同一または相当のものであるから、その
説明は省略する。

いま、このような超電導マグネット装置を励磁しようと
しているものとすると、まず、ヒータ回路開閉スイッチ
（／２）を閉じて永久電流スイッチヒータ（４ｔ）を通
電させ、永久ｔｔｉスイッチ超逼導体（３）を加熱させ
ると、この永久ｔｉｉスイツチ電導体（３）は超電導状
態から常電導状態に転位して所定の抵抗が発生すること
になる。

第を図は、上記された状態にある超電導マグネット装置
の等価回路の例示図である。この第ｇ図において、ｒｐ
は常電導状態における永久電流スイッチ超電導体（３）
の抵抗値、ｒｐは保護素子（５）のインピーダンス、Ｌ
は超電導コイル（１）の自己インダクタンスを夫々に示
している。また、■。は超電導コイル（１）に対する励
磁電流、工、は永久電流スイッチ（＝）に対する分流電
流を示すものである。

このような状態において、ある一定の上昇率αをもって
励磁ｍ源（ｌりからの出力電流工、を増大させるときの
超電導コイル（１）の端子間電圧、即ち永久直流スイッ
チ（２）の両端間の電圧■２は次式％式％なお、ｒはｒＰとｒＤとの並列合成抵抗値を示すもので
ある。このとき、永久電流スイッチ（＝）に分流される
電流工、は、ｒｐ ■。　＝□ ｒｐで与えられるが、常な導状態における永久電流スイッチ
（，２）の通電耐量は、一般に、超電導状態の場合に比
べて小さいものであることから、励磁中の永久ｎＲスイ
ッチ（２）の両端の電圧Ｖｐが過大とならないようＫ、
前記電流上昇率αを適当に制御することが必要になる。

いま、超電導コイル（１）に対する励磁７１．　Ｒ工。

がある所定の運転電流に達したものとすると、ヒータ回
路開閉スイッチ（／２）を開路して、永久電流スイッチ
ヒータ（り電流れるｔｉを遮断する。そして、永久ＷＬ
Ｋスイッチ超電導体（３）は冷媒によシ冷却されて、超
電導状態に転位する。このような状態においては、超電
導コイル（１）と永久電流スイッチ（，２）とからなる
ａｔ導開閉回路構成されて、励磁１１ｔｉ工。はこの超
電導閉回路を循環して流れることになる。

ここで、励磁電源（／３）からの出力重流工、を減少さ
せ、パワーリード（／６）を引き外すことにより励磁Ｋ
ｍ（／ｌ）を超電導コイル（１）から切り離せば、第６
図に示されていると同様の構成がとれることになり、超
電導コイル（１）には励磁電流工。

が永久電流として還流して、永久電流運転づ：行なわれ
ることになる。この状ｇにおいては、超電導コイル（１
）は励磁電源（／よ）から切り離されており、電源電圧
や気温変化などの影響をうけることなく、超電導マグネ
ット装置は極めて安定な磁場を発生させることができる
。このことから、例えば、極めて高い安定度が要求され
る磁気共鳴イメージング装置圧おける静磁界発生のため
に、永久電流モードによる運転を行なうようにされてい
る。

次に、永久電流モードで運転されている七きの超電導マ
グネット装置に対する消磁は、通常、前記された励磁と
は逆の過程をたどることによって行なわれる。

即ち、第６図に示されている構成をもって運転されてい
る超電導マグネット装置に対して、パワーリード（／６
）を介して励磁１源（／りを超電導コイル（１）に接続
させて、第１図に示されている構成をとるようＫされる
。そして、励磁電源（ｌよ）からの出力ＩＣ１Ｉ、を増
加させて、超電導コイル（１）電流れる励磁電流工。に
等しくなるようにさせる。

この後で、ヒータ回路開閉スイッチ（ｔＳ）を閉路させ
ると、永久電流スイッチヒータ（ｌＩ）が通電され、加
温されて、永久ｔｘｔスイッチ超電導体（３）は常電導
状態に転位し、第を図に示されているような状態にされ
る。この第を図に示されているよ。

うな状態においては、ある所定の抵抗が永久電流スイッ
チ超電導体（３）Ｋ発生しているために、励磁電源（／
Ｓ）からの出力電流工。は超電導コイル（１）に対する
励磁冠流工。とほぼ等しく、前記例磁電源（／りからの
出力電流工８を次第に低減させて零とすることＫより、
超電導コイル（１）を消磁させることができる。

永久電流モードで運転されている超電導マグネット装置
に対する消磁は、通常、前記されたやりかたで行なわれ
るために、例えば、鋏体の吸着や火災等の理由のために
緊急な消磁が必要とされるときにも、励磁電源（／！ｒ
）を準備すること、パワーリード（／６）を結線させる
こと、励磁電源（１３）からの出力電流工。を増大させ
ること、永久ＮＲスイッチ（２）を開路させること等の
様々な操作が必要であることから、このような励磁電源
が用いられているときの消磁は、多くの時間を必要とす
るものである。

このために、永久！！電流−ドで運転される超電導マグ
ネット装置に対しては、従来から、次のような緊急消磁
のしかたが用いられている。

即ち、第を図に示されているような構成をとることによ
シ、超電導マグネット装置を永久電流モードで運転を行
わせるとともに、永久電流スイッチヒータ（りは、常時
、開路されているヒータ回路開閉スイッチ（／２）を介
してヒータｒ！Ｌ源（／／）に接続させておく。そして
、緊急消磁が必要となったときには、ヒータ回路開閉ス
イッチ（／２）を閉路させる。これによシ、永久電流ス
イッチヒータ（りは通電され、加温されて、永久電流ス
イッチ超電導体（３）は常電導状態に転位することによ
シある所定の大きさの抵抗を発生する。

第９図は、上述されたような動作状態にある超電導マグ
ネット装置の等価回路図であシ、永久電（Ａｔスイッチ
超電導体（３）が超電導状態から常電導状態に転位して
抵抗を発生させるために、超電導コイル（１）を還流し
ていた励磁電流工。は、永久電流スイッチ（２）の常電
導抵抗ｒＰおよび保護素子（３）ノ並列インピーダンス
ｒＤのためにエネルギを消費して減衰し、超電導コイル
（１）を消磁させることができる。このときのｖｔ流減
衰速度についてみると、これは、永久ｔｉスイッチ（：
ｌ）の常電導抵抗ｒｐおよび並列インピーダンスｒＤの
並列合成抵抗ｒと、超電導コイル（１）の自己インダク
タンスＬとで規定される次の時定数によって支配される
。

τ　＝　− このことから、超電導マグネット装置を短時間で消磁さ
せるためには、並列合成抵抗ｒの値を大きく選定するこ
とが必要である。ところが、永久電流スイッチ（２）の
両端電圧はＶＰ＝　ｒＩＣで与えられるものであることから、前記並列合成抵抗ｒ
の値を大きく選定すると永久電流スイッチ（：１）の両
端電圧が高くなシ、この永久ｗＬ流スイッチ（２）に流
れる！！流Ｉ、が増加してしまうことになる、〔発明が解決しようとする問題点〕従来の緊急消磁装置付き超電導マグネット装置は以上の
ように構成されており、短時間で消磁ができるようにす
るために、前記された並列合成抵抗ｒを大きく選定しな
ければならず、このことから永久ｔｉスイッチ（２）に
印加される電圧が増加するために、許容端子電圧の高い
永久電流スイッチを使用することが必要であった。

永久電流スイッチ（２）は、励磁電源（／夕）を用いた
通常の励磁や消磁のためにも使用されるものであシ、励
磁や消磁が行なわれている間は永久電流スイッチヒータ
（４ｔ）が通電加温されて、低温容器内の冷媒が蒸発消
費されることになる。そして、永久［１スイツチヒータ
（りの通電による冷媒の消費量は、このときのヒータ電
力に比例するものであることから、このような永久電流
スイッチのヒータ電力は小さいものであることが望まし
い。

然るに、永久電流スイッチの許容端子電圧を高めるため
には、永久電流スイッチ超電導体を大形化する必要があ
ることから、これを加温する永久！！スイッチヒータの
電力を増大させねばならず、使用される永久［ｉスイッ
チがλ形、高価になるとともに、励磁電源を使用する通
常の励磁や消磁が行なわれるときの冷媒消費量が増大し
てしまうという問題点があった。

また、永久［ｉスイッチに印加される電圧を低減させて
許容端子電圧を低下さぜることによシ、ヒータ電力の低
い永久電流スイッチを使用することができるようにする
ためＫは、並列合成抵抗ｒを小さく選定しなければなら
ず、このため、緊急時に短時間で消磁させることができ
なくなるという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するため罠なされ
たもので、永久電流モードで運転しているときの超電導
マグネット装置を、緊急時に短時間で消磁させることが
できるとともに、励磁電源を用いた通常の励磁や消磁が
行なわれているときのヒータ電力が低くされて、冷媒の
消費量が少くされることの可能な緊急消磁装置付き超電
導マグネット装置を得ることを目的とする。

〔問題へを解決するための手段〕

この発明に係る緊急消磁装置付き超電導マグネット装置
は、超電導コイルに永久電流スイッチ回路が並列にされ
ている超電導マグネット装置において、前記永久ｌＩ流
スイッチ回路は、低抵抗の第１の保護素子が並列に接続
されている第１の永久電流スイッチと高抵抗の第２の保
護素子が並列に接続されている第２の永久電流スイッチ
との直列回路からなシ、前記第２の永久電流スイッチに
対応する永久直流スイッチヒータをヒータ回路開閉スイ
ッチを介してヒータ電源に接続しであるものである。

〔作用〕

この発明によれば、永久電流モードで運転しているとき
に緊急消磁が必要になったものとすると、高抵抗の第２
の保護素子と並列にされている第２の永久電流スイッチ
を開路させることにより、超電導マグネットに流れる電
流が急激に減衰する。

〔実施例〕

第１図は、この発明による一実施例の緊急消磁装置付き
超電導マグネット装置の概略構成図である。この第１図
において、超電導コイル（１）は、第１の永久電流スイ
ッチ（，２）および第２の永久電流スイッチ（６）の直
列回路に対して並列にされている。こ＼で、第１の永久
電流スイッチ（２）は第１の永久電流スイッチ超電導体
（３）とこれに対応する第１の永久電流スイッチヒータ
（りとからなっており、また、第２の永久’ｌＨｔスイ
ッチ（６）は、第２の永久電流スイッチ超電導体（７）
とこれに対応する第２の永久電流スイッチヒータ（ざ）
とからなっている。また、低抵抗の第１の保護素子（ｊ
）は第１の永久電流スイッチ（２）と並列にされておシ
、一方、高抵抗の第２の保護素子（９）は第２の永久電
流スイッチ（６）と並列にされている。そして、このよ
うに配されたものは低温容器（１０）　Ｋ収容されてい
る。ヒータ電源（ｌ／）は、ヒータ回路開閉スイッチ（
／、２）を介して第２の永久電流スイッチ（６）に対応
する第２の永久電流スイッチヒータ（ざ）に接続されて
いる。

上記のように構成された実施例装量において、永久電流
モードでの運転中になんらかの緊急事態が発生したこと
による消磁が必墾となったものとすると、ヒータ回路開
閉スイッチ（／２）を閉路することによって第一の永久
電流スイッチヒータ（１）が通電加温され、これに応じ
て第２の永久電流スイッチ（６）が開路状態にされる。

この状態における上記実施例装置の等価回路図は第２図
に例示されている。この第２図において、ｒＰＪは第一
の永久電流スイッチ超電導体（７）の常電導状態におけ
る抵抗値、ｒＤＪは第２の保＆素子（９）の抵抗値、ｒ
、は前記されたｒＰユとｒＤユとの並列抵抗合成値、Ｌ
は超電導コイル（１）の自己インダクタンスである。こ
のようにすることによシ、永久電流モード運転中に超電
導コイル（１）、第１の永久電流スイッチ（２）および
第２の永久電流スイッチ（Ａ）からなる超電導閉回路を
還流していた永久電流工。は、第２の永久電流スイッチ
（６）を開路することによ多発生した並列合成抵抗ｒ□
によシ放寛減衰して消磁に至る。このとき、第２の永久
電流スイッチ（６）Ｋは、次式で示されるような電圧が
印加される。

■Ｐコ　＝ｒ−ＩＣ第２の保！！素子（９）の抵抗値は、並列合成抵抗ｒ１
の値を高くして、短時間で消磁することができるように
高く選定されているので、第２の永久電流スイッチ（６
）に印加される電圧は高くされることになる。このこと
から、第２の永久電流スイッチ（６）としては許容端子
電圧の高いものを使用する必要があシ、これに対して所
要のヒータ電力も増加することになるけれども、緊急消
磁が行なわれるときには、このようにヒータ電力が増加
したりすることは問題とならない。

一方、励磁電源を用いて通常の励磁や消磁がなされると
きＫは、ヒータ電力が少なく、冷媒の消費量も少ないこ
とが要求される。

第３図は、上記実施例について励磁電源を用いて励磁や
消磁がなされる場合の概略構成図である。

この第３図において、別異のヒータ電源（／３）は別異
のヒータ回路開閉スイッチ（ｌｐ）を介して、第１の永
久電流スイッチ（２）に対応する第１の永久電流スイッ
チヒータ（りに接続されており、また、励磁電源（／Ｓ
）はパワーリード（／６）を介して超電導コイル（１）
Ｋ接続されている。このようシてして励磁を源（／ｊ）
が用いられている通常の励磁においては、ヒータ回路開
閉スイッチ（／２）を開路状ＩＩＩＫ保持し、別異のヒ
ータ回路開閉スイッチ（／ｌＩ）を閉路させると、第１
の永久電流スイッチ（２）は開路状態となシ、第一の永
久電流スイッチ（６）は閉路状態に保持される。

このような状態における上記実施例装置の等価回路図は
第９図に例示されている。これは、前記第５図に示され
ているような、従来例において励磁回路が用いられてい
るものと同様であシ、従来と同様のやシかたで励磁や消
磁を行なうことができるものである。このような場合に
おける第１の永久電流スイッチ（２）の端子電圧は、励
磁電源（／りの出力！ｉＩ、の増減の程度を適当に制限
することによシ所望の低電圧に抑制されることができる
ので、この第１の永久電流スイッチ（２）としては、許
容端子電圧が低く、ヒータ電力の少ないものを使用する
ことができ、励磁や消磁のときの冷媒の消９量を少なく
することができる。なお、許容端子電圧の低い永久電流
スイッチが用いられる場合は、これに対応する保護素子
としては低抵抗のものを選択する必要があるけれども、
緊急消磁がなされるときには、前記第一図に示されてい
るように、高抵抗の第２の保護素子（９）と第２の永久
電流スイッチ（６）とに基づく並列合成抵抗ｒ。

が支配的なものであるから、保護素子（３）として低抵
抗のものを選定しても、緊急時の消磁時間が長びいてし
まうといった恐れはない。

第５図は上記された実施例の一部変形されたものを示す
ものである。この第３図において、（６ａ）〜（ＡＣ）
は夫々に第一の永久電流スイッチであυ、これらは夫々
に第２の永久電流スイッチ超電導体（りａ）〜（７ｃ）
および第２の永久電流スイッチヒータ（ｇａ）〜Ｃｇｃ
）からなるものである。また、これら第一の永久電流ス
イッチ（６ａ）〜（Ａｃ）は互いに直列に接続されてお
シ、これに対して高抵抗の第一の保籐素子（９）が並列
に接続されている。

この第Ｓ図に示されているような、複数個の永久電流ス
イッチが互いに直列に接続されているものの許容端子電
圧は、７個だけの永久電流スイッチに対する許容端子電
圧に比べて、その直列接Ｕ個数に対応して増大されるの
で、高抵抗の第２の保護素子（り）を並列に接続させる
ために必要な許容端子電圧を容易に実現することができ
る。

そして、永久Ｍｉ流モードで運転されているときの超電
導コイル（１）を緊急消磁するために、ヒータ回路開閉
スイッチ（／２）を閉路して、第２の永久Ｔｉｔ　ａス
イッチヒータ（ｒａ）〜（ｇｃ）に通電することによシ
第２の永久電流スイッチ（６ａ）〜（６ｃ）を開路させ
れば、前記された第２図の等価回路と同様な構成にする
ことができ、短時間で消磁を行なうことができる。

〔発明の効果〕

以上説明されたように、この発明に係る緊急消磁装置付
き超電導マグネット装置は、超電導コイルに永久電流ス
イッチ回路が並列にされている超電導マグネット装置に
おいて、前記永久電流スイッチ回路は、低抵抗の第１の
保護素子が並列に接続されている第１の永久電流スイッ
チと高抵抗の第２の保護素子が並列に接続されている第
一〇永久電流スイッチとの直列回路からなり、前記第２
の永久電流スイッチに対応する永久電流スイッチヒータ
をヒータ回路開閉スイッチを介してヒータ電源に接続す
るように構成されているものであるから、緊急消磁のと
きには高抵抗の第２の保護素子に対応する第２の永久電
流スイッチを開路させることによシ迅速な消磁がなされ
、また、励磁電源が付設されて動作しているときの励磁
や消磁○ためには低抵抗の第１の保護素子に対応する第
１の永久電流スイッチが用いられて、冷媒の消費量が低
減されるといった効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例による緊急消磁装置付き
超電導マグネット装置の概略構成図、第２図は、上記実
施例装置の作動時の等価回路図、第３図は、上記実施例
装置に励磁電源が付設されたものの概略構成図、第９図
は、上記第３図のものの動作時の等価回路図、第Ｓ図は
、上記実施例装置の一部変形されたものの概略構成図、
第６図は、従来の緊急消磁装置付き超電導マグネット装
置の概略構成図、第１図は、上記従来例装置に励磁電源
が付設されたものの概略構成図、第ｇ図は、上記従来例
の動作時の等価回路図、第９図は、上記従来例の緊急消
磁動作時の等価回路図である。図において、（１）は超電導コイル、（２）、α）は第
１．第２の永久電流スイッチ、（Ｊ）、（り）は第１゜
第２の永久電流スイッチ超電導体、（グ）、（ｇ）は第
１．８ｇ二の永久電流スイッチヒータ、（ｒ）、（９）
は第１２第２の保護素子、（ｌＯ）は低温容器、（／／
）　。（／３）はヒータ電源、（／２）、（／りはヒータ回路
開閉スイッチ、（／よ）は励磁１！源、（／６）はパワ
ーリードを示す。なお、図中同一符号は同一、または相当部分を示す。重唱１１；ヒータ笥ぶ１２；ヒータ回路凡判７月月ス１″７±（−一、−ノｒ２市３図１、ｐ氾５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）超電導コイルに永久電流スイッチ回路が並列にさ
れている超電導マグネット装置において、前記永久電流
スイッチ回路は、低抵抗の第１の保護素子が並列に接続
されている第１の永久電流スイッチと高抵抗の第２の保
護素子が並列に接続されている第２の永久電流スイッチ
との直列回路からなり、前記第２の永久電流スイッチに
対応する永久電流スイッチヒータをヒータ回路開閉スイ
ッチを介してヒータ電源に接続してあることを特徴とす
る緊急消磁装置付き超電導マグネット装置。
（２）前記第２の永久電流スイッチは複数個の永久電流
スイッチが直列に接続されたものからなり、その各々に
高抵抗の第２の保護素子が個別に並列に接続されている
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の緊急消磁
装置付き超電導マグネット装置。