JPH01217902A - 永久電流スイッチ - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ＭＲＩ用超電導マグネット等に用いられる
永久電流スイッチに関し、特に寒剤を消費せずに短時間
で動作可能な永久電流スイッチに関するものである。

［従来の技術］ 第７図は従来の永久電流スイッチを含む超電導マグネッ
ト装置を示す回路図である。

図において、（１）は超電導マグネットとなる超電導巻
線であり、２点ＡＢ間の超電導体（１ａ）と共に、例え
ばＮｂＴｉ等の合金系超電導体により形成されている。

（２）は２点ＡＢを介して超電導体（１ａ）と共に超電
溝巻ａ（１）に接続された励磁回路であり、励磁用電源
（２１）と、これに直列接続された開閉スイッチ（２２
）とから構成されている。

（３）は永久電流スイッチとなるヒータ回路であり、ヒ
ータ用電源（３１）と、これに直列接続された開閉スイ
ッチ（３２）と、超電導体（１ａ）に近接して設けられ
且つ開閉スイッチ（３２）により選択的に通電されるヒ
ータ（３３）とから構成されている。

（４）は超電導巻線（１）及び超電導体（１ａ）を極低
温状態に保つためのクライオスタット、（５）はクライ
オスタット（４）内に真空層を介して設けられ且つヒー
タ（３３）と共に超電導巻線（１）及び超電導体（１ａ
）を収納した液体ヘリウム槽である。

第８図及び第９図は第７図内の２点鎖線内を詳細に示す
縦断面図及び横断面図であり、（３４）はヒータ（３３
）及び超電導体（１ａ）が同心的に巻回される支持巻枠
である。ヒータ（３３）及び超電導体（１ａ）はインダ
クタンス成分を持たないようにランダムに巻回され、両
者の間には絶縁物〈図示せず）が介在されている。

次に、第１０１Ａ〜第１２図の回路図を参照【、なから
、第７図〜第９図に示した従来の永久電流スイッチの動
作について説明する。

通常は、第７図のように開田スイッチ（２２）及び（３
２）が開放されており、超電導巻線〈１）及び超電導体
〈１ａ）は液体ヘリウム槽（５）Ｃより４°に程度に冷
却されて超電導状態にある。

超電導巻線（１）を励磁するＰ４合は１．′＆ず、第１
０図のようにヒータ回路（３）内の開閉スイッチ（３２
）を閑成し、ヒータ用電源（３１）からヒータク３３）
に電流Ｉ　Ｈを供給する。通電されたヒータ（３３）は
、発熱して超電導体く１ａ）を加熱し、超電導体（１ａ
）の臨界温度以上にする５この温度上昇により、超電導
体（１３）は超電導状態から常電導状態となり、抵抗器
と１−で作用するようになる。

この状態Ｃ１第１１図のように励磁回路〈２）内の開閉
ス・イッチ（２２）を閉成し、励磁用電源〈２１）から
電流ＩＮを供給すると、超電導体（１ａ）が抵１抗を持
つているため、電流ＩＮは全て超電導８線（１）６：流
れる。

続いて、第１２図のように開閉スイ・・ｌチ（３２）を
開放すると、ヒータ（３３）ｌ＼の通電が停止するため
、超ｔ［導体（１ａ〉は再び液体ヘリウムの温度に冷却
されて超電導状態となる。従っＣ５超電導体（１ａ〉を
介しｒｍ　２つの電流ループ１．及び■２が形成される
。

この後、開閉スイッチ〈２２）を開放して電流ループＩ
、を無くしても、電流ループ■１は減衰することなく永
久電流として流れ続け、超電導マグネッ１〜として動作
する。

こうして励磁された超電導巻線（１）を消磁する場合は
、第１０図のように開田スイッチ（３２）を閉成１７て
超電導体（１ａ）を抵抗器どし、超電導体（１ａ）で消
費されるジュール熱エネルギにより電流ループ■、を消
滅させる。

［発明が解決しようとする課題１ 従来の永久電流スイッチは以上のように、ヒータ回路〈
３）て′構成されているので、ヒータ（３３）の発熱に
より大量の寒剤（液体ヘリウム）が消費されると共に、
超電導体〈１＆）を間接Ｃド目こ加熱及び冷却する必要
があるなめ、スイッチング動作に時間がかかるという問
題点があった。

この発明はＬ記のような問題点を解決するためになされ
たもので５寒剤を消費せずに短時間でスイッチング動作
できる永久電流スイッチを得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る永久＠流スイッチは、超電導巻線に直列
に接続されたセラミックス系超電導体と、このセラミッ
クス系超電導体に近接配置されて選択的に励磁されろ磁
界発生用巻線とを備えたものである。

［作用］ この発明においては、セラミックス系超電導体の環境磁
界を変化さぜ′で臨界電流値を変化させることにより、
寒剤を消費することなく且つ短時間にセラミックス系超
電導体を超電導状態及び常電導状態に切換える。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は、−の発明の−実りか１例を示す回路図であり、（
１）、（２〉、り２１）、（２２）、〈４）及び（５）
は前述と同様のものである。

（１＾）は超電導巻線（１）の２点ＡＢ間に直列接続さ
れたセラミックス系超電導体であり、例えば棒状に形成
されている。

（６）は永久電流スイッチとなる磁界発生回路であり、
磁界発生用電源〈６１）と、この磁界発生用電源（６１
）に直列接続された開閉スイッチ（６２〉と、セラミッ
クス系超電導体（１＾）と、このセラミックス系超電導
体〈１Δ）に巻回され且つ開田スイッチクロ２）により
選択的に励磁される磁界発生用巻線（６３）とから構成
されている。

（７）はフライオスタラＩ−（４）内に真空層を介し１
１一つ液体ヘリウム槽〈５）に隣接して設けられた液体
窒素槽であり、磁界発生用巻線（６３）と共にセラミッ
クス系超電導体く１＾）を収納！〜、こ１１らを７７°
に程度に冷却している。

第２図は第１図内の磁界発生用巻線（６３）及びセラミ
ックス系超電導体（１＾）を詳細に示す斜視図であり、
Ｈは開閉スイッチ（６２）が閉成されたときに磁界発生
用巻線（６３）から発生する磁界である。尚、セラミッ
クス系超電導体（１＾）としては、第３図に実線で示す
ように、合金系超電導体（破線参照）と比較して、臨界
電流値Ｊが環境磁界Ｈに対し著しく変化するものが用い
られている。

次に、第３図の臨界電流特性図並びに第４図〜第６図の
回路図を参照しながら、第１図及び第２図に示したこの
発明の一実施例の動作について説明する。

通常は、第１図のように開閉スイッチ（２２）及び（６
２）が開放され、超電導巻線（１）は液体ヘリウム槽（
５）により４°に程度に冷却され、セラミックス系超電
導体（１＾）は液体窒素槽（７）により７ブに程度に冷
却されており、共に超電導状態にある。

超電導巻線（１）を励磁する場合には、まず、第４図の
ように磁界発生回路（６）内の開閉スイッチ（６２）を
閉成し、磁界発生用電源（６１）から磁界発生用巻線（
６３）に電流１．を供給する。電流ＩＰにより励磁され
た磁界発生用巻線（６３）は、磁界Ｈを発生し、これを
環境磁界としてセラミックス系超電導体（１＾）に印加
する。環境磁界Ｈが印加されたセラミックス系超電導体
（１＾）は、第３図の臨界電流特性に従って、臨界電流
値Ｊが著しく減少する。

この状態で、第５図のように励磁回路（２）内の開閉ス
イッチ（２２）を閉成し、励磁用電源（２１）から電流
ＩＮを供給すると、セラミックス系超電導体（１＾）は
、微少電流により瞬時に常電導状態となり、抵抗器とし
て作用する。このとき、液体窒素温度におけるセラミッ
クス系超電導体（ｌ＾）の抵抗率は、数端Ω・ｅｌｌで
あるため、電流ＩＮは全て超電導巻線（１）に流れる。

続いて、第６図のように開閉スイッチ（６２）を開放す
ると、環境磁界Ｈが無くなり臨界電流値Ｊが増加するた
め、セラミックス系超電導体（１＾）は瞬時に超電導状
態となる。従って、前述と同様に、セラミックス系超電
導体（１＾）を介した２つの電流ループ１１及びＩ、が
形成され、その後、開閉スイッチ（２２）を開放しても
、電流ループ■、は減衰することなく永久電流として流
れ続ける。

励磁された超電導巻線（１）を消磁する場合は、第４図
のように開閉スイッチ（６２）を閉成し、セラミックス
系超電導体（１＾）を再び抵抗器とすればよい。

尚、上記実施例では、セラミックス系超電導体（１＾）
を棒状に形成し、これに磁界発生用巻線（６３）を巻回
した構成としたが、セラミックス系超電導体（１＾）を
巻線状に形成し、これに磁界発生用巻線（６３）を近接
配置してもよい。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、超電導巻線に直列に接
続されたセラミックス系超電導体と、このセラミックス
系超電導体に近接配置されて選択的に励磁される磁界発
生用巻線とを設け、セラミックス系超電導体の環境磁界
により臨界電流値を変化させるようにしたので、寒剤を
消費することなく短時間に動作可能な永久電流スイッチ
が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図、第２図は第
１図内の要部を示す斜視図、第３図は第１図内のセラミ
ックス系超電導体の環境磁界に対する臨界電流値を示す
特性図、第４図乃至第６図はそれぞれ第１図の動作を説
明するための回路図、第７図は従来の永久電流スイッチ
を示す回路図、第８図及び第９図は第７図内の２点鎖線
内を示す縦断面図及び横断面図、第１０図乃至第１２図
はそれぞれ第７図の動作を説明するための回路図である
。 （１）・・・超電導巻線 （１＾）・・・セラミックス系超電導体（６）・・・磁
界発生回路 （６１）・・・磁界発生用電源　（６２）・・・開閉ス
イッチ（６３）・・・磁界発生用巻線 Ｈ・・・環境磁界 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超電導巻線に直列に接続されたセラミックス系超電導体
   と、このセラミックス系超電導体に近接配置されて選択
   的に励磁される磁界発生用巻線とを備えた永久電流スイ
   ッチ。