JPH03219608A - 磁束制御型超電導整流器 - Google Patents
磁束制御型超電導整流器Info
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- JPH03219608A JPH03219608A JP2014687A JP1468790A JPH03219608A JP H03219608 A JPH03219608 A JP H03219608A JP 2014687 A JP2014687 A JP 2014687A JP 1468790 A JP1468790 A JP 1468790A JP H03219608 A JPH03219608 A JP H03219608A
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- yoke
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Rectifiers (AREA)
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。
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、超電導発電機を始めとする超電導エネルギ
ー機器を実用化するため、極低温環境で交流から直流に
変換できる磁束制御型超電導整流器に関するものである
。
ー機器を実用化するため、極低温環境で交流から直流に
変換できる磁束制御型超電導整流器に関するものである
。
超電導機器の運転は、その特性上、直流運転が望ましい
が、電力系統はほとんど全てが交流系統であり、交流か
ら直流への変換は超電導機器の運転には必要不可欠な技
術である。しかし、超電導機器の運転には、機器を超電
導状態を保つため液体ヘリウム冷却を始めとする極低温
冷却が必要であり、通常の電力用半導体式ダイオードで
はキャリアが不足するため動作できない。したがって、
超電導機器の制御はどうしても半導体素子が動作できる
常温で行う必要があり、常温部と低温部とを接続するた
めのパワーリードや熱交換器が必要であった。しかし、
超電導エネルギー機器の効率、また、超電導機器の整合
性を高めるためには、すべてを極低温下で動作させるこ
とが望ましく、これまで極低温部で動作できる超電導式
整流器の開発が進められてきた。しかし、これまで開発
された超電導式の整流器は、超電導と常電導の相を磁場
によって制御するクライオトロン素子あるいは超電導電
子の沁み出し効果を利用したジョセフソン素子を使った
ものしか開発されていない。いずれの素子を使った整流
器も電力用の条件を満たすことができず、上記のように
常温下に設置した半導体方式を採用せざるを得ない状況
である。
が、電力系統はほとんど全てが交流系統であり、交流か
ら直流への変換は超電導機器の運転には必要不可欠な技
術である。しかし、超電導機器の運転には、機器を超電
導状態を保つため液体ヘリウム冷却を始めとする極低温
冷却が必要であり、通常の電力用半導体式ダイオードで
はキャリアが不足するため動作できない。したがって、
超電導機器の制御はどうしても半導体素子が動作できる
常温で行う必要があり、常温部と低温部とを接続するた
めのパワーリードや熱交換器が必要であった。しかし、
超電導エネルギー機器の効率、また、超電導機器の整合
性を高めるためには、すべてを極低温下で動作させるこ
とが望ましく、これまで極低温部で動作できる超電導式
整流器の開発が進められてきた。しかし、これまで開発
された超電導式の整流器は、超電導と常電導の相を磁場
によって制御するクライオトロン素子あるいは超電導電
子の沁み出し効果を利用したジョセフソン素子を使った
ものしか開発されていない。いずれの素子を使った整流
器も電力用の条件を満たすことができず、上記のように
常温下に設置した半導体方式を採用せざるを得ない状況
である。
［発明が解決しようとする課題１
電力用ジョセフソン素子の考えは、原理が発見された当
初から提案されている。しかし、ジョセフソン素子を流
れる電流は電子波の波長で決る最適寸法があり、数ｍＡ
が限界である。これを無視して素子を巨大化しても、通
常、電流は減少するだけであり、このため、電力用のジ
ョセフソン素子の実現は極めて困難な状況である。一方
、クライオトロン素子は相変化を利用する素子であるた
め、大規模な素子を作れば、アンペアクラスの整流器も
理論上可能ではある。しかし、大規模なりライオトロン
素子は熱慣性が大きいため、常電導相を再び超電導相に
回復するために長時間が必要であり、応答性が極めて悪
い欠点がある。このため、従来の超電導素子では、数ミ
リ秒の応答で、しかも大電流容量特性が必要な電力用整
流器として使用できないという問題点があった。
初から提案されている。しかし、ジョセフソン素子を流
れる電流は電子波の波長で決る最適寸法があり、数ｍＡ
が限界である。これを無視して素子を巨大化しても、通
常、電流は減少するだけであり、このため、電力用のジ
ョセフソン素子の実現は極めて困難な状況である。一方
、クライオトロン素子は相変化を利用する素子であるた
め、大規模な素子を作れば、アンペアクラスの整流器も
理論上可能ではある。しかし、大規模なりライオトロン
素子は熱慣性が大きいため、常電導相を再び超電導相に
回復するために長時間が必要であり、応答性が極めて悪
い欠点がある。このため、従来の超電導素子では、数ミ
リ秒の応答で、しかも大電流容量特性が必要な電力用整
流器として使用できないという問題点があった。
この発明は、上記の問題点を解決するためになされたも
ので、磁束の結合を制御することにより容量制限がなく
、ミリ秒以下の高速応答が可能で、かつ極低温で動作す
る電力用の整流が実現できる磁束制御型超電導整流器を
得ることを目的とする。
ので、磁束の結合を制御することにより容量制限がなく
、ミリ秒以下の高速応答が可能で、かつ極低温で動作す
る電力用の整流が実現できる磁束制御型超電導整流器を
得ることを目的とする。
［課題を解決するための手段］
この発明にかかる磁束制御型超電導整流器は、超電導線
からなる１次側入力コイルと、同じく超電導線からなる
２次側出力コイルとを磁性体からなる主ヨークに巻回し
てなる超電導トランスと、主ヨークに外部からバイアス
磁場を加えてその部分を磁気飽和させ１次側入力コイル
と２次側出力コイルとの磁気結合を切り離す制御用ヨー
クならびに制御用コイルと、この制御用コイルに所定の
周期で通電を行い、２次側出力コイルに直流を発生させ
る制御手段とを備えたものである。
からなる１次側入力コイルと、同じく超電導線からなる
２次側出力コイルとを磁性体からなる主ヨークに巻回し
てなる超電導トランスと、主ヨークに外部からバイアス
磁場を加えてその部分を磁気飽和させ１次側入力コイル
と２次側出力コイルとの磁気結合を切り離す制御用ヨー
クならびに制御用コイルと、この制御用コイルに所定の
周期で通電を行い、２次側出力コイルに直流を発生させ
る制御手段とを備えたものである。
［作用］
この発明においては、それぞれ超電導線からなる１次側
入力コイルと２次側出力コイルとを巻回した主ヨークに
制御用ヨークの制御コイルに通電してバイアス磁場を周
期的に発生させることにより、主ヨークに部分的に磁気
飽和現象を起こさせ、１次側入力コイルと２次側出力コ
イルの結合を制御するので、２次側出力コイルに交流半
サイクルの起電位が出力し直流電圧が得られる。
入力コイルと２次側出力コイルとを巻回した主ヨークに
制御用ヨークの制御コイルに通電してバイアス磁場を周
期的に発生させることにより、主ヨークに部分的に磁気
飽和現象を起こさせ、１次側入力コイルと２次側出力コ
イルの結合を制御するので、２次側出力コイルに交流半
サイクルの起電位が出力し直流電圧が得られる。
［実施例１
第１図はこの発明の一実施例を示す斜視図である。この
図において、Ｒは磁束制御型超電導整流器（以下、単に
整流器という）の基本部分を示し、Ｔは前記整流器Ｒを
構成するトランス、Ｙ。
図において、Ｒは磁束制御型超電導整流器（以下、単に
整流器という）の基本部分を示し、Ｔは前記整流器Ｒを
構成するトランス、Ｙ。
は前記トランスＴの主ヨーク、Ｌｏは前記主ヨークＹ０
に巻回された１次側入力コイル、Ｌ１Ｌ２は前記主ヨー
クＹ０に巻回された２個の２次側出力コイル、Ｙ、、Ｙ
、、Ｙ、、Ｙ、は前記主ヨークＹ０に対して直流に交わ
っている制御用ヨーク、ｃ、、ｃ２．ｃ、、ｃ４は前記
制御用ヨークＹ ｒ 、 Ｙ２ 、 Ｙａ 、 Ｙ４の
制御コイルである。
に巻回された１次側入力コイル、Ｌ１Ｌ２は前記主ヨー
クＹ０に巻回された２個の２次側出力コイル、Ｙ、、Ｙ
、、Ｙ、、Ｙ、は前記主ヨークＹ０に対して直流に交わ
っている制御用ヨーク、ｃ、、ｃ２．ｃ、、ｃ４は前記
制御用ヨークＹ ｒ 、 Ｙ２ 、 Ｙａ 、 Ｙ４の
制御コイルである。
このように、整流器Ｒの基本部分は全て超電導線からな
る各コイルし。、Ｌｌ、Ｌｌ、ＣｌＣ２，Ｃ，、Ｃ４と
、すべて高周波用フェライトヨークのようにきわめて良
好な周波数特性を有する各ヨークＹｏ 、Ｙ ｒ 、
Ｙ２ 、 Ｙｓ 、 Ｙ４とからなる。また、制御コイ
ル用ヨークＹ １． Ｙ２ 。
る各コイルし。、Ｌｌ、Ｌｌ、ＣｌＣ２，Ｃ，、Ｃ４と
、すべて高周波用フェライトヨークのようにきわめて良
好な周波数特性を有する各ヨークＹｏ 、Ｙ ｒ 、
Ｙ２ 、 Ｙｓ 、 Ｙ４とからなる。また、制御コイ
ル用ヨークＹ １． Ｙ２ 。
Ｙ３．Ｙ４の部分を無視すると、第１図に示す残りの部
分のトランスＴは通常のトランスと同じであり、主ヨー
クＹ。の中央部の１次側入力コイルＬ０に交流電流を流
すと、この１次側入力コイルＬ０で発生した交流磁束は
両サイドへ均等に伝わり、両サイドの２次側出力コイル
Ｌｌ、Ｌ２に同電位の交流電圧が発生する（各２次側出
力コイルＬ、、Ｌ、の巻き数は等しいとする）。また、
Ｉ ＬＯは前記１次側入力コイルし。の１次側コイル入
力電流、Ｉ ｃ ＋は前記制御コイルＣ１と０２の制御
電流、ＩＣ，ｌは前記制御コイルＣ３と０４の制御電流
、■、は前記２次側出力コイルＬ１の２次側出力電圧、
Ｖ Ｌｌは前記２次側出力コイルＬ２の２次側出力電圧
を示す。
分のトランスＴは通常のトランスと同じであり、主ヨー
クＹ。の中央部の１次側入力コイルＬ０に交流電流を流
すと、この１次側入力コイルＬ０で発生した交流磁束は
両サイドへ均等に伝わり、両サイドの２次側出力コイル
Ｌｌ、Ｌ２に同電位の交流電圧が発生する（各２次側出
力コイルＬ、、Ｌ、の巻き数は等しいとする）。また、
Ｉ ＬＯは前記１次側入力コイルし。の１次側コイル入
力電流、Ｉ ｃ ＋は前記制御コイルＣ１と０２の制御
電流、ＩＣ，ｌは前記制御コイルＣ３と０４の制御電流
、■、は前記２次側出力コイルＬ１の２次側出力電圧、
Ｖ Ｌｌは前記２次側出力コイルＬ２の２次側出力電圧
を示す。
第２図（ａ）〜（ｃ）は制御電流通電タイミングを示す
波形図で、第２図（ａ）は、第１図の制御コイルＣ，，
Ｃ，に制御電流Ｉｃ＋を時刻ｔ。
波形図で、第２図（ａ）は、第１図の制御コイルＣ，，
Ｃ，に制御電流Ｉｃ＋を時刻ｔ。
からｔｌまでの間、ｔ２からｔ３までの間で順次流した
場合、第２図（ｂ）は、第１図の制御コイルＣ３，Ｃ４
に制御電流Ｉｃａを時刻ｔ、からｔ２までの間、ｔ３か
らｔ４までの間に順次流した場合を示す。第２図（ｃ）
は、第１図の１次側入力コイルＬ０に１次側コイル入力
電流工り。を時刻ｔ。からｔ２までの間および時刻ｔ２
からｔ４までの間でそれぞれｌサイクルとなるように順
次流した場合を示すものである。このように、制御コイ
ルＣ，，Ｃ２とＣ，、Ｃ，に制御電流Ｉｃｅ、Ｉｃ、を
流すと、この制御電流Ｉ Ｃ＋ ＋ＩＣ２によって主ヨ
ークＹ０にはバイアス磁場が重畳されるが、バイアス磁
場は十分に大きいため、第３図に示すように、主ヨーク
Ｙ。を磁気飽和できる。
場合、第２図（ｂ）は、第１図の制御コイルＣ３，Ｃ４
に制御電流Ｉｃａを時刻ｔ、からｔ２までの間、ｔ３か
らｔ４までの間に順次流した場合を示す。第２図（ｃ）
は、第１図の１次側入力コイルＬ０に１次側コイル入力
電流工り。を時刻ｔ。からｔ２までの間および時刻ｔ２
からｔ４までの間でそれぞれｌサイクルとなるように順
次流した場合を示すものである。このように、制御コイ
ルＣ，，Ｃ２とＣ，、Ｃ，に制御電流Ｉｃｅ、Ｉｃ、を
流すと、この制御電流Ｉ Ｃ＋ ＋ＩＣ２によって主ヨ
ークＹ０にはバイアス磁場が重畳されるが、バイアス磁
場は十分に大きいため、第３図に示すように、主ヨーク
Ｙ。を磁気飽和できる。
第３図（ａ）〜（ｃ）は２次側出力電圧の波形を示す図
で、第２図に示す条件を基にして両波整流された直流電
圧を得るものである。すなわち、第２図に示す制御電流
Ｉｃｌを時刻ｔ。からｔ。
で、第２図に示す条件を基にして両波整流された直流電
圧を得るものである。すなわち、第２図に示す制御電流
Ｉｃｌを時刻ｔ。からｔ。
までの時間、制御コイルＣ，，Ｃ，に流し、制御コイル
Ｃ，，Ｃ，には流さないとすると、制御コイルＣ２，Ｃ
ａ側の主ヨークＹ０の部分が磁気飽和するので、１次側
入力コイルＬ０と２次側出力コイルＬ、との磁束結合は
切り離され、１次側入力コイルＬ。は２次側出力コイル
し２のみと結合し、２次側出力コイルＬ２に第３図に示
すように起電位が発生する。同様にして、時刻上〇から
ｔ２までは１次側入力コイルＬ０と２次側出力コイルＬ
２が切り離され、１次側入力コイルＬ０と２次側出力コ
イルし、とが結合する。このため、最終出力を得るため
、各２次側入力コイルＬｌ。
Ｃ，，Ｃ，には流さないとすると、制御コイルＣ２，Ｃ
ａ側の主ヨークＹ０の部分が磁気飽和するので、１次側
入力コイルＬ０と２次側出力コイルＬ、との磁束結合は
切り離され、１次側入力コイルＬ。は２次側出力コイル
し２のみと結合し、２次側出力コイルＬ２に第３図に示
すように起電位が発生する。同様にして、時刻上〇から
ｔ２までは１次側入力コイルＬ０と２次側出力コイルＬ
２が切り離され、１次側入力コイルＬ０と２次側出力コ
イルし、とが結合する。このため、最終出力を得るため
、各２次側入力コイルＬｌ。
Ｌ２を直列に接続すると、第３図に示すような両波整流
された直流電圧を得ることができる。したがって、両波
整流器としての機能が得られる。
された直流電圧を得ることができる。したがって、両波
整流器としての機能が得られる。
なお、上記実施例は両波整流器の場合を示したが、２次
側出力コイルＬｌ、Ｌ２の一方のみとし、制御用ヨーク
Ｙ ｔ ”””’ Ｙ ４や制御コイル０１〜Ｃ４を半
分にすれば半波整流器が得られる。
側出力コイルＬｌ、Ｌ２の一方のみとし、制御用ヨーク
Ｙ ｔ ”””’ Ｙ ４や制御コイル０１〜Ｃ４を半
分にすれば半波整流器が得られる。
［発明の効果１
以上説明したように、この発明は、超電導線からなる１
次側入力コイルと、同じく超電導線からなる２次側出力
コイルとを磁性体からなる主ヨークに巻回してなる超電
導トランスと、主ヨークに外部からバイアス磁場を加え
てその部分を磁気飽和させ１次側入力コイルと２次側出
力コイルとの磁気結合を切り離す制御用ヨークならびに
制御用コイルと、この制御用コイルに所定の周期で通電
を行い、２次側出力コイルに直流を発生させる制御手段
とからなるので、電力の容量制限がなく、かつミリ秒以
下の高速応答が可能で、さらに半導体素子が使用できな
い極低温で半波または両波整流された直流電流を容易に
得ることができる利点を有する。
次側入力コイルと、同じく超電導線からなる２次側出力
コイルとを磁性体からなる主ヨークに巻回してなる超電
導トランスと、主ヨークに外部からバイアス磁場を加え
てその部分を磁気飽和させ１次側入力コイルと２次側出
力コイルとの磁気結合を切り離す制御用ヨークならびに
制御用コイルと、この制御用コイルに所定の周期で通電
を行い、２次側出力コイルに直流を発生させる制御手段
とからなるので、電力の容量制限がなく、かつミリ秒以
下の高速応答が可能で、さらに半導体素子が使用できな
い極低温で半波または両波整流された直流電流を容易に
得ることができる利点を有する。
第１図はこの発明の一実施例を示す斜視図、第２図（ａ
）〜（Ｃ）は制御電流通電タイミングを示す波形図、第
３図は２次側出力電圧の波形を示す図である。 図中、Ｌｏは１次側入力コイル、Ｌ、、Ｌ２は２次側出
力コイル、ｃ、、ｃ、、Ｃａ 、ｃ４は制御コイル、Ｙ
ｏは主ヨーク、Ｙ ＋ 、 Ｙ２ 、 Ｙｓ ＋第 １ 図 第 図 ｔ。 １ ２ ３ ４
）〜（Ｃ）は制御電流通電タイミングを示す波形図、第
３図は２次側出力電圧の波形を示す図である。 図中、Ｌｏは１次側入力コイル、Ｌ、、Ｌ２は２次側出
力コイル、ｃ、、ｃ、、Ｃａ 、ｃ４は制御コイル、Ｙ
ｏは主ヨーク、Ｙ ＋ 、 Ｙ２ 、 Ｙｓ ＋第 １ 図 第 図 ｔ。 １ ２ ３ ４
Claims (1)
- 超電導線からなる１次側入力コイルと、同じく超電導線
からなる２次側出力コイルとを磁性体からなる主ヨーク
に巻回してなる超電導トランスと、前記主ヨークに外部
からバイアス磁場を加えてその部分を磁気飽和させ前記
１次側入力コイルと２次側出力コイルとの磁気結合を切
り離す制御用ヨークならびに制御用コイルと、この制御
用コイルに所定の周期で通電を行い、前記２次側出力コ
イルに直流を発生させる制御手段とからなることを特徴
とする磁束制御型超電導整流器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014687A JPH0648661B2 (ja) | 1990-01-24 | 1990-01-24 | 磁束制御型超電導整流器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014687A JPH0648661B2 (ja) | 1990-01-24 | 1990-01-24 | 磁束制御型超電導整流器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03219608A true JPH03219608A (ja) | 1991-09-27 |
| JPH0648661B2 JPH0648661B2 (ja) | 1994-06-22 |
Family
ID=11868115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014687A Expired - Lifetime JPH0648661B2 (ja) | 1990-01-24 | 1990-01-24 | 磁束制御型超電導整流器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0648661B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020093442A (ko) * | 2001-06-08 | 2002-12-16 | 윤준희 | 변압기형 발전기 |
| JP2006179872A (ja) * | 2004-11-24 | 2006-07-06 | Yamaguchi Univ | 超伝導導体、超伝導整流素子及びこれを用いた整流回路 |
| JP2016048741A (ja) * | 2014-08-28 | 2016-04-07 | 株式会社日立製作所 | 静止誘導電器 |
| JP2019029526A (ja) * | 2017-07-31 | 2019-02-21 | 新日鐵住金株式会社 | 鉄心構造体、トランス、及び鉄損抑制方法 |
-
1990
- 1990-01-24 JP JP2014687A patent/JPH0648661B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020093442A (ko) * | 2001-06-08 | 2002-12-16 | 윤준희 | 변압기형 발전기 |
| JP2006179872A (ja) * | 2004-11-24 | 2006-07-06 | Yamaguchi Univ | 超伝導導体、超伝導整流素子及びこれを用いた整流回路 |
| JP2016048741A (ja) * | 2014-08-28 | 2016-04-07 | 株式会社日立製作所 | 静止誘導電器 |
| JP2019029526A (ja) * | 2017-07-31 | 2019-02-21 | 新日鐵住金株式会社 | 鉄心構造体、トランス、及び鉄損抑制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0648661B2 (ja) | 1994-06-22 |
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