WO1988010501A1 - Superconducting electromagnet and method of magnetization - Google Patents

Description

明 m 書

超電導電磁石及びその着磁方法

(技術分野）

本発明は、 超電導セラミックスを用いた超電導電磁石およびその着磁方法に閬する ものである。

(背景技術）

超電導現象を利用して作られる超電導電磁石は、 従来 N b - T iの合金系及び N b ₃ S nスは V ₃ G aの金属間化合物系の超電導線が用いられていた。 しかしなが ら、 近時、 比較的高温で超電導現象を示す希土類酸化物系のセラミックスが発見され たことを契機として、 液体窒素の温度で動作する超電導セラミックスが開発され、 更 に高 t ^温度で超電導現象を示す物質に対する期待が大きなものとなっている。

このようにして、 高温超電導セラミックスが開発され、 超電導物質による電磁石が、 温度的にも経済的にも従来に比し容易に利用し得る時代の曙光が見えて来ている。 し かしながら、 超電導物質を容易に得ることができても、 電磁石用としてあるいは発電 送電用としてそれを実用化するためには、 材料が線材として使用できることと、 ¾fiit る電流の許容限界を向上させることが必要になるが、 その実現に閲して次のような難 問を抱えている。 即ち、 細い線をセラミックスで作ることには困難があり、 ス、 超電 導電磁石に用いられる超電導体では臨界電流は導体の断面積に比例するので細い線を 用いる電磁石では流す電流に限度があって充分な磁束の電磁石を得ることはできない また、 超電導電磁石を着磁するときは、 超電導電磁石のコイルに設けられた閉ループ 用スィツチを開いた状態で定電流電源から電流を供給し、 次いで閉ループ用スィツチ を閉じて超電導電磁石コイルに循環電流を流す方法を取っているので閉ループ用スィ ツチも超電導材で構成しなければならない。

(発明の開示）

本発明の目的は、 超電導セラミックスに付随する線材形成の困難性と、 臨界電流密 度に関する不便な性質を克服した超電導電磁石およびその着磁方法を提供することに の

本発明の超電導電磁石は、 超電導セラミックスからなる切れ目のないリング構造体 と、 このリング構造体をそれが超電導状態を示す温度まで冷却する冷却手段とを具備 することを特徴とし、 その着磁の方法は、 リング構造体が超電導状態を示さない温度 にある状態でリング構造体に鎖交する外部磁界を与える段階と、 この外都磁界を与え た状態で冷却手段を動作させて、 リング構造体をそれが超電導状態を示す温度になる まで冷却する段階と、 その後に外部磁界を取り去る段階を有することを特徴とする。

(図面の簡単な説明）

第 1図は、 断面図で示した本発明実施例の電磁石およびその着磁手段の概念的構成 図、

第 2図および第 3図は、本発明の超電導電磁石に着磁する方法の説明図である。 (発明を実施するための最良の形態)

第 1図において、 1は超電導セラミックスで作られた 1ターンの切れ目の無いリン グで、液体窒素等の寒材を封入する容器 2の中に収容されている。 リング 1は断面積 が大きなものとなるように形成される。 3は寒材を容器 2の中に注入する注入口、 4 は容器 2を囲んで熱を遮断している断熱材である。 5はコイルボビンで断熱材 4の外 側から容器 2を取り囲んでおり、 このコイルボビンに着磁用コイル 6がリング 1と同 軸になるように卷かれている。 7は着磁甩コィル 6に電流を供耠するリ一ド線である _c このように構成された電磁石の着磁動作を第 2図を用 ^て説明する。第 2図におい て、 第 1図と同じ部分には同じ符号を付してある。着磁の方法は、容器 2に寒材を注 入しない常温の状態で、直流定電流電源 1 2を着磁用コイル 6に接続して電流を供耠 し..着磁用コイルらに、.電磁石が保持すべき強さ H。の磁界を発生させ、. その磁束を リング 1と鎮交させる。 その後注入口 3から容器 2に寒材を注入してリング 1を冷却 し、 リング 1が超電導状態を示す臨界温度以下になつた後に着磁用コイル 6の電流を 断つ。 このようにすると、超電導体のリングが有する完全反磁性， 換言すれば鎖交す る磁束の変ィ匕を拒絶する性質から、着磁用コイル 6電流が断たれてもリング 1内には 強さ H。 の磁界が保存され、 この磁界を発生するに足る電流がリング 1内に発生しか つ保存される。 リング 1の断面積が大きいので大きな保持電流を流すことができ、大 きな磁界を発生することができる。 したがって、 例えば本発明の電磁石を磁気共鳴断 層撮影装置用の靜磁場発生装置として用いることができる。 第 2図による着磁の電磁 気学的なモデルを第 3図に示す ₄ 図において、 第 1図と同等な部分には同じ符号を付 してある。 第 2図による着磁の方法は第 3図のトランス結合の場合に相当しており、 1次側回路中の電流 iにより 2次惻リング 1の得るエネルギーは相互ィンダクタンス Mによって得られるエネルギー

e = ( 1 / 2 ) M i ² となり、 これが定電流電源遮断後も保持されてその電流分が流 れ続けることになる。

この着磁の方法において、. *要な点は、. 着磁用コイル 6に電^を^して H。 の磁界 を発生させた後にリング 1を超電導状態まで冷却することである。 このとき、 着磁用 コイル 6は常温の常電導体でできていて、 実際上は大きな電流を流す時間はさほど長 くはできないため、 リングを手早く臨界温度以下に冷却することが必要である。 本発 明の電磁石を、 磁気共鳴断層擐影装置用の静磁場発生装置として磁界の均一度の高い ものにするには、 リング 1を 2個， 4個あるいは 6個用いるのが良い。 本発明の電磁 石はその他に、 電動機や発電機等の界磁、 サイクロトロン等の粒子加速器、 あるいは 電子ビーム発生偏向系等に付随するフォ一カス用等のための電磁石に応用できる。 ところで、. 第 3図の Si で、. 輊電等犹態のリング 1に磁界 H。 を保持させたまま加 熟して故意にクェンチさせると、 1次測のコイルに電圧パルスが現われる。 これは先 に注入した （ 1ノ2 ) M i ² のエネルギーの一部が回収可能であることを意味する。 これは結合係数に大きく支配され、 結合係数が大きい程回収効率は良い。 従って、電 力貯蔵器としても有効に用いられる。 尚、 本発明は前記実施例に限定されるものでは なく、 例えば、 着磁用コイルは寒材容器の外厠ではなく内側に設けるようにしても良 い。 また、 着磁用コイルは電磁石装置の一部として組み込んでもあるいは着脱可能な ようにしても良い。

以上、 本発明を実施するための最良の形態について説明したが、 本発明が属する技 術の分野の通常の知識を有する者にとって下記の請求の範囲を逸脱することなく種々 の変形をすることは容易である

Claims

請求の範囲

1 . 超電導セラミックスからなる切れ目のないリング構造体、 およびこのリング構造 体をそれが超電導状態を示す温度まで冷却する冷却手段を具備する電磁石

2 . リング構造体に鎖交する磁界を発生する磁界発生手段を有する請求の範囲 1に記 载の電磁石。

3 . 磁界発生手段はリング構造体の外厠にリング構造体と同軸に配置されたコイルを 含む請求の範囲 2に記載の電磁石。

4 . 磁界発生手段はリング構造体の内厠にリング構造体と同軸に配置されたコイルを 含む請求の範囲 2に記載の電磁石。

5 . 超電導セラミックスからなる切れ目のないリング構造体と、 このリング構造体を それが超電導状態を示す温度まで冷却する冷却手段とを具備する電磁石を着磁する方 法であって、

リング構造体が超電導状態を示さない温度にある状態で、 リング構造体に鎖交する 磁界を与える段階、

上記の磁界を与えた状態で冷却手段を動作させて、 リング構造体をそれが超電導状 態を示す温度になるまで冷却する段階、 および

リング構造体が超電導状態を示す温度になるまで冷却された後に前記磁界を取り去 る段階

を具備する着磁方法.