JP2000077226A - 超電導装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機械式永久電流スイッチのアークによる接点
表面の酸化、荒れ等の発生がなく、閉極時の接点抵抗が
増大することのない信頼性の高い超電導装置を得る。 【解決手段】 機械式永久電流スイッチ２１を流れる電
流を直接検出するための微少電流検出器２２を機械式永
久電流スイッチ２１と直列に設置して、微少電流検出器
２２の出力が零になったときに機械式永久電流スイッチ
２１の開極動作を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、超電導コイルを
永久電流運転するために用いられる機械式永久電流スイ
ッチを有する超電導装置に関し、特にその機械式永久電
流スイッチの動作に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超電導コイルの大きな特徴の一つにコイ
ルの電気抵抗が零であるため、ロスが無く、いったん流
れ込んだ電流が永久に流れ続ける、永久電流モードにて
運転ができることである。永久電流モードでは、外部電
源から切り離された電流が循環して流れ続けるため、変
動のない安定した磁界が得られる。また、電気エネルギ
ーを長時間、ロスが無く貯蔵することができる。

【０００３】ところで、永久電流を実現させる従来の超
電導装置として、例えば特開昭６１ー１４２７１０号公
報に記載された図４に示すような回路構成のものが知ら
れている。図において、１は超電導コイル、２は直流電
源、３は電流リード、４は熱式永久電流スイッチであっ
て、超電導コイル１と熱式永久電流スイッチ４と直流電
源２はそれぞれ並列に接続されている。５は超電導線、
６はヒータ、７はヒータ電源、８はヒータスイッチ、９
は磁束計、１０は励磁電流計、１１は電源電流計、２１
は機械式永久電流スイッチである。

【０００４】次に動作について説明する。いま、超電導
コイル１に通電する場合、熱式永久電流スイッチ４は開
極状態とし、直流電源２の電流を徐々に上昇させる。こ
の時超電導コイル１には直流電源２の電流が流れる。そ
の後、熱式永久電流スイッチ４を閉極し直流電源２の電
流を下げることにより超電導コイル１を流れている電流
は熱式永久電流スイッチ４を経由する循環電流となり減
衰無く流れ続け、電気エネルギーとして蓄えられる。

【０００５】一方、超電導コイル１から電気エネルギー
を取り出す場合は、直流電源２の電流を上昇させて超電
導コイル１に流れている電流と同じ値にする。その結
果、熱式永久電流スイッチ４を流れる電流は方向の異な
る電流同士で打ち消されて、ほぼ零である。その後、熱
式永久電流スイッチ４を開極し、直流電源２の電流を下
げれば、超電導コイル１に蓄えられていた電気エネルギ
ーが回収できる。

【０００６】ここでは、超電導コイル１に流れている電
流は磁束計９で測定され電流値に変換され励磁電流計１
０に表される。一方、直流電源の電流は電源電流計１１
で表され、その値が励磁電流計１０のそれと等しくなれ
ばヒータスイッチ８が入り、超電導線５は常電導状態と
なり熱式永久電流スイッチ４は開極状態となる。

【０００７】ところで、磁束計９は通常、ホール素子や
磁性抵抗体等が用いられるが、これらの素子の感度は必
ずしも高いとは言えない。例えば、ホール素子の磁場検
出感度は１×10^-3程度で、電流1,000Aに対してはプラス
・マイナス1A程度の誤差を含む。つまり、熱式永久電流
スイッチ４を流れる電流は方向の異なる電流同士で打ち
消されて零のはずであるが、電流値がわずかに残留す
る。

【０００８】通電電流値の低い熱式永久電流スイッチ４
では、このようなわずかな残留電流値はあまり問題にな
らないが、熱式永久電流スイッチ４の代わりに、例えば
図５のような機械式永久電流スイッチ２１を使用する大
電流通電型の超電導装置では問題になる。つまり通電電
流が10,000Aの装置ではプラス・マイナス10A程度の誤差
を含むことになる。この状態で機械式永久電流スイッチ
２１を開極した場合、接点間にアークが発生して電流は
瞬時に遮断できないで徐々に減衰する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従って、上述のような
機械式永久電流スイッチを用いた従来の超電導装置で
は、機械式永久電流スイッチを開極した場合、その接点
間にアークが発生するため、接点の表面が酸化したり、
荒れが生じて、閉極時の接点抵抗が増大して流れる電流
が減衰し、機械式永久電流スイッチとして機能しなくな
るという問題点があった。

【００１０】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、機械式永久電流スイッチの接点
の表面劣化が生じない信頼性の高い超電導装置を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る超
電導装置は、直流電源に接続された超電導コイルを永久
電流モードで運転する超電導装置において、前記超電導
コイルに並列に接続された機械式永久電流スイッチと、
前記機械式永久電流スイッチに直列に設けられ、該機械
式永久電流スイッチを流れる電流を直接検出する微少電
流検出器とを備え、前記微少電流検出器の出力が零にな
ったときに前記機械式永久電流スイッチの開極動作を行
うようにしたものである。

【００１２】請求項２の発明に係る超電導装置は、請求
項１の発明において、前記微少電流検出器が電流トラン
スであるものである。

【００１３】請求項３の発明に係る超電導装置は、請求
項１の発明において、前記微少電流検出器が熱式超電導
素子であるものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を、
図を参照して説明する。 実施の形態１.本実施の形態は、機械式永久電流スイッ
チを流れる電流を直接検出するための微少電流検出器を
機械式永久電流スイッチと直列に設置して、微少電流検
出器の出力が零になったときに機械式永久電流スイッチ
の開極動作を行うものである。

【００１５】図１は、この発明の実施形態１を示す構成
図である。図１において、図５と同様な部分は同一符号
を付してその説明を省略する。図において、２２は機械
式永久電流スイッチ２１を流れる電流を直接検出する微
少電流検出器であって、この微少電流検出器２２は機械
式永久電流スイッチ２１と直列に接続され、この直列回
路と超電導コイル１と直流電源２はそれぞれ並列に接続
されている。２３は微少電流検出器２２の出力計であ
る。

【００１６】次に、動作について説明する。いま、超電
導コイル１に通電する場合、機械式永久電流スイッチ２
１を開極状態とし、直流電源２の電流を徐々に上昇させ
る。その後、機械式永久電流スイッチ２１を閉極するこ
とにより超電導コイル１に流れている電流は機械式永久
電流スイッチ２１を経由して流れることになり、超電導
コイル１に電気エネルギーを蓄えることができるのは従
来装置と同様である。

【００１７】一方、超電導コイル１から電気エネルギー
を取り出す場合は、直流電源２の電流を上昇させて微少
電流検出器２２の出力計２３が零になったときに機械式
永久電流スイッチ２１の開極動作を行なった後、直流電
源２の電流を下げ、超電導コイル１に蓄えられていた電
気エネルギーを回収する。

【００１８】機械式永久電流スイッチ２１を流れる電流
を直接検出するため、微少電流検出器２２の電流検出感
度は１×10^-５以下のものが使用可能で、通電電流が10,
000Aの装置ではプラス・マイナス0.1A以下の誤差とな
る。つまり残留電流が0.1A程度なので機械式永久電流ス
イッチ２１の開極時にはアークは発生しない。

【００１９】このように、本実施の形態では、機械式永
久電流スイッチにはアークの発生がないので、機械式永
久電流スイッチの接点の表面が酸化したり、荒れの発生
がなく、閉極時の接点抵抗が増大する等のトラブルもな
く、信頼性の高い装置が得られる。

【００２０】実施の形態２.図２は、この発明の実施形
態２を示す構成図である。図２において、図１と同様な
部分は同一符号を付してその説明を省略する。図におい
て、２４は機械式永久電流スイッチ２１を流れる電流を
直接検出する微少電流検出器としての電流トランスであ
る。２５は電流トランス２４の２次側コイル、２６はこ
の２次側コイル２５に接続された２次側電流計である。
なお、この回路の動作は、実質的に図１の場合と同様で
あるので、その説明を省略する。電流トランス２４の電
流検出感度は１×10^-５以下で、通電電流が10,000Aの装
置ではプラス・マイナス0.1A以下の誤差となる。つまり
残留電流が0.1A程度なので機械式永久電流スイッチ２１
の開極時にはアークは発生しない。

【００２１】このように、本実施の形態でも、機械式永
久電流スイッチにはアークの発生がないので、機械式永
久電流スイッチの接点の表面が酸化したり、荒れの発生
がなく、閉極時の接点抵抗が増大する等のトラブルもな
く、信頼性の高い装置が得られる。

【００２２】実施の形態３.図３は、この発明の実施形
態３を示す構成図である。図３において、図１と同様な
部分は同一符号を付してその説明を省略する。図におい
て、２７は機械式永久電流スイッチ２１を流れる電流を
直接検出する微少電流検出器としての熱式超電導スイッ
チ(超電導素子)である。熱式超電導スイッチ２７は通常
は超電導線３１が超電導状態なので抵抗値がゼロであ
る。２８は熱式超電導スイッチ２７のヒータ３０とヒー
タ電源２９の間に挿入されたヒータスイッチ、３２は超
電導線３１に接続された微少電圧計である。

【００２３】次に、動作について説明する。機械式永久
電流スイッチ２１を開極する前に、ヒータスイッチ２８
を入れ、ヒータ電源２９からヒータ３０に通電、超電導
線３１を常電導に転移させて、微少電圧計３２で残留電
流を測定する。その他の基本動作は図１の場合と同様で
あるので省略する。

【００２４】微少電圧計３２での電流検出感度は１×10
^-５以下で、通電電流が10,000Aの装置ではプラス・マイ
ナス0.1A以下の誤差となる。つまり残留電流が0.1A程度
なので機械式永久電流スイッチ２１の開極時にはアーク
は発生しない。

【００２５】このように、本実施の形態でも、機械式永
久電流スイッチにはアークの発生がないので、機械式永
久電流スイッチの接点の表面が酸化したり、荒れの発生
がなく、閉極時の接点抵抗が増大する等のトラブルもな
く、信頼性の高い装置が得られる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、直流電源に接続された超電導コイルを永久電流モー
ドで運転する超電導装置において、前記超電導コイルに
並列に接続された機械式永久電流スイッチと、前記機械
式永久電流スイッチに直列に設けられ、該機械式永久電
流スイッチを流れる電流を直接検出する微少電流検出器
とを備え、前記微少電流検出器の出力が零になったとき
に前記機械式永久電流スイッチの開極動作を行うように
したので、機械式永久電流スイッチにはアークが発生せ
ず、以って、アークによる機械式永久電流スイッチの接
点表面の酸化、荒れ等の発生がなく、また閉極時の接点
抵抗が増大することもなく信頼性の高い装置が得られる
という効果がある。

【００２７】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
において、前記微少電流検出器が電流トランスであるの
で、機械式永久電流スイッチにはアークが発生せず、以
って、アークによる機械式永久電流スイッチの接点表面
の酸化、荒れ等の発生がなく、また閉極時の接点抵抗が
増大することもなく信頼性の高い装置が得られるという
効果がある。

【００２８】請求項３の発明によれば、請求項１の発明
において、前記微少電流検出器が熱式超電導素子である
ので、機械式永久電流スイッチにはアークが発生せず、
以って、アークによる機械式永久電流スイッチの接点表
面の酸化、荒れ等の発生がなく、また閉極時の接点抵抗
が増大することもなく信頼性の高い装置が得られるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１を示す構成図であ
る。

【図２】 この発明の実施の形態２を示す構成図であ
る。

【図３】 この発明の実施の形態３を示す構成図であ
る。

【図４】 従来の超電導装置を示す構成図である。

【図５】 従来の超電導装置を示す構成図である。

【符号の説明】

１ 超電導コイル、 ２ 直流電源、 ３ 電流リー
ド、 ２１ 機械式永久電流スイッチ、 ２２ 微少電
流検出器、 ２３ 出力計、 ２４ 電流トランス、
２５ ２次側コイル、 ２６ ２次側電流計、 ２７
熱式超電導スイッチ、 ２８ ヒータスイッチ、 ２９
ヒータ電源、 ３０ ヒータ、 ３１超電導線、 ３
２ 微少電圧計。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源に接続された超電導コイルを永
   久電流モードで運転する超電導装置において、 前記超電導コイルに並列に接続された機械式永久電流ス
   イッチと、 前記機械式永久電流スイッチに直列に設けられ、該機械
   式永久電流スイッチを流れる電流を直接検出する微少電
   流検出器とを備え、前記微少電流検出器の出力が零にな
   ったときに前記機械式永久電流スイッチの開極動作を行
   うようにしたことを特徴とする超電導装置。
2. 【請求項２】 前記微少電流検出器は電流トランスであ
   ることを特徴とする請求項１に記載の超電導装置。
3. 【請求項３】 前記微少電流検出器は熱式超電導素子で
   あることを特徴とする請求項１に記載の超電導装置。