JPH0512873B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は浮上式鉄道等に用いられる超電導磁石
に対して、これに電流を流し込むか、又は超電導
磁石が有している電流を消磁せしめるために、内
部コイルと外部電源との間を結ぶパワーリード構
造に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

浮上式鉄道などの超電導磁石においては、一般
に内部コイルと外部電源とを結ぶパワーリードと
しては、銅製の導体が用いられ、直接超電導コイ
ルと外部を結合している。またその途中を液体窒
素及びヘリウムガスにより冷却しながら通電する
ことも行なわれている。

一般論として、超電導磁石に通電し励磁又は消
磁を行なうためには、例えば銅の純度を高くし電
気抵抗の低い状態の良電導体のものを使用した方
が通電中の抵抗損失が少なく、その抵抗損失によ
る熱エネルギーが内槽に侵入する量を減少でき
る。しかしながら、常時この良電導体で内槽と外
槽との間を連結しているため、外部の熱がこのパ
ワーリードを通じて侵入してしまい、内槽の液体
ヘリウムを気化させることになる。

これに対して、純度の悪い銅による導体でパワ
ーリードを構成すると無通電時の熱侵入量は防止
でき好都合だが、励磁又は消磁時の通電による抵
抗発熱が大きく熱式の永久電流スイツチを使用し
ている場合、しかもそのパワーリードに隣接して
配されていると、パワーリードからの熱が永久電
流スイツチに伝わり、永久電流回路を構成しよう
としてヒータ電流を切つてもパワーリードからの
熱により永久電流スイツチがオンの作用をしなく
なつたり、又一度冷却して超電導状態になり、オ
ンとなつた永久電流スイツチがパワーリードから
次第に温められ、不都合な時期に常電導状態に戻
りオフとなつてしまう誤動作の危険性がある。こ
のような状況は非常に危険で超電導磁石のクエン
チと同じ状態となり、永久電流スイツチの焼損に
まで達する危険性を有している。これを防ぐ方法
として、従来ではパワーリード通電中に冷却用と
してパワーリード内部に気化したヘリウムガスを
多量に流し込み、発熱したパワーリードを冷却す
る事が行なわれていた。

しかしながら、上記のようにヘリウムガスによ
る冷却を行なうことは液体ヘリウムの消費を増加
せしめる事となり、車載の液体ヘリウム溜及びヘ
リウム液体冷凍機の容量を大きくしなければなら
ないという問題が生じ、超電導磁石の小型・軽量
化ということに対しては適さないという欠点があ
つた。

〔発明の目的〕

本発明の目的はこのような欠点を除去するため
になされたものであつて、パワーリードを銅合
金・アルミ合金により構成することにより無通電
時の熱侵入の防止を図り、液体ヘリウムの消費を
防止しながら、また励磁又は消磁の時、超電導磁
石内部への熱侵入を小さくする機構を提供するこ
とにある。

〔発明の構成〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図、
第３図を用いて説明する。第１図は超電導磁石の
従来及び本発明共通の基本構造の断面による概念
説明図である。

〔発明の概要〕

本発明は超電導磁石のパワーリードの熱的伝導
性特性を利用し、超電導コイルの超電導状態を保
つもので、パワーリードの材質が、例えば銅の場
合、比較的に純度が高い無酸素銅などのものでは
通電特性と熱伝導性がよいため、励磁又は消磁の
とき電気抵抗が小さいため発熱が少なく使い勝手
が良好である。しかし、一端超電導コイルが超電
導状態に入るとパワーリードの電流は無くなるた
め、同パワーリードの外部端子部から熱を超電導
コイル側に伝播しやすい欠点があり、熱感応形の
永久電流スイツチを誤動作させる恐れがある。

一方、リン脱酸銅のように純度が低く、かつ電
気抵抗が大きい場合、励磁又は消磁のときには発
熱が大きいため、その発熱の増量分を冷却しなけ
ればならないが、超電導状態に入ると、その代り
に外部からパワーリードを伝導して超電導コイル
へ熱を伝播することがほとんど無くなる。

ところで、超電導状態にさせる励磁及びこれを
消磁させる時間と、超電導状態で使用する時間と
では言うまでもなく後者の方がずつと大きく、上
記後者の時間において、パワーリードが純度の高
い導体であれば外部から熱を内部に伝える熱総量
を冷却しなければならないため、冷媒の増量と液
体ヘリウム溜を大きくしなければならないが、パ
ワーリードに銅合金・アルミ合金を用いれば、超
電導状態時にパワーリードが外部端子からの熱伝
播が激減するので、その分の冷媒と液体ヘリウム
溜を小形軽量化できるものである。

上記実現のためにはパワーリードの高抵抗によ
る励磁又は消磁時の発熱を電流スイツチに伝えな
いように、パワーリードと電流スイツチの間に特
殊な冷却フインを介在させて、誤動作防止と熱伝
導を阻止して小形軽量化と信頼性を向上させるも
のである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図、
第３図を用いて説明する。

第１図において、超電導コイル１は内槽２中に
設けられ、液体ヘリウム３により冷却され超電導
状態を保持する。この内槽２の上部に液体ヘリウ
ム溜４が設けられており、内槽２への熱侵入等に
より気化した液体ヘリウム３はガスになつて液体
ヘリウム溜４の上部５に集まる。これらの内槽２
などは外槽６の中に収められ真空断熱及び輻射入
熱に対し遮断され保冷されている。

熱式の永久電流スイツチ７は内槽２の中で超電
導コイル１とパワーリード８とに接続されてい
る。パワーリード８はこの超電導コイル１に外部
より電流を送り込み励磁又は消磁せしめるのに用
いられる。パワーリード８は両電極にて一対
のものであるが本図では一本の線にて示されてお
り、これは外部からの熱侵入を低くおさえるべ
く、ある程度電気抵抗が高くても熱伝導率の低い
銅合金あるいはアルミ合金、例えば、リン脱酸銅
のような比較的純度の低い銅などで構成されてお
り、外筒９で冷却保持され、パワーリードの外部
端子１０で外部電源と接続される。このパワーリ
ード８の外部端子１０に近傍には冷却用の流体窒
素用供給管１１及び排出管１２が冷却部１３より
立上り、その上部に操作弁１４，１５がやや模形
的に示されパワーリード８の外部側端部を冷却し
外部よりの熱侵入を阻止する様に工夫されてい
る。

ここで操作弁１６の操作を行なうと液体ヘリウ
ム溜４上部に溜つたヘリウムガスを配管１７で取
出し、１８の配管でパワーリードの内槽に最も近
い位置にヘリウムガスを流入せしめ、ヘリウムガ
ス排出口１９より排出されパワーリード８を強制
的に冷却して大きな電流がパワーリード８に流れ
た時の発熱を冷却し、超電導コイル１及び永久電
流スイツチ７に対して熱侵入が生じるのを防止し
ている。

第２図において、パワーリード８と永久電流ス
イツチ７との接続部分の構造を示している。永久
電流スイツチ近傍の内槽２はパワーリード端部８
ａはセラミツク絶縁２０のシールで気密を保ちな
がら、外筒２１，２２と絶縁されているので内槽
２又は外筒９とは電気的に絶縁されている。ここ
でパワーリード端部８ａは中実の銅棒で構成され
ており冷却フイン２３と接続されている。

また、この冷却フイン２３のもう一方の端部は
凹状の溝を有し湾曲した銅棒のリードバー２４が
接続されており、この凹状湾曲部内において永久
電流スイツチ口出線２５及び超電導コイル口出線
２６がはんだ付等で接続されている。そして冷却
フイン２３、永久電流スイツチ７は固定金具２
７，２８及び同心に設けた絶縁材２９により、ま
たパワーリード端部８ａ、リードバー２４は固定
金具３０，３１に絶縁材３２，３３等を介してボ
ルト・ナツトにより内槽２と絶縁を保ち安定的に
固定されている。

第３図は本発明の冷却フイン２３を示す斜視図
で、パワーリード端部８ａと接続するターミナル
２３ａともう一方の永久電流スイツチ７と接続部
との距離を、スペースの有効活用により充分長く
すると共に、その間に冷却面積を拡大した複数の
フイン２３ｃを有効に設けており、しかも液体ヘ
リウムに完全に浸つた状態で配されている。

以上は本発明に必要な部分を示して説明したが
超電導磁石を構成するには他の各種機器及び支持
材等が配されていることは勿論である。

上記構成からなる超電導磁石構造によれば、電
気抵抗が高くても熱伝導率の低い銅合金・アルミ
合金よりなるパワーリードを用い、常時の熱侵入
を低く抑え、又外部電源よりパワーリードに電流
を流し込み通電する時冷却ガスが不足してパワー
リードの発熱が過大となつた場合においても冷却
フインは常時多量の液体ヘリウムにつかつて冷却
されているのでパワーリードとの断熱効果によ
り、永久電流スイツチへの熱の侵入を防止するこ
とができ、永久電流スイツチはパワーリードより
の入熱遮断により危険なクエンチ現象を防止する
ことができる。

以上はパワーリードの素材を銅の純度の差によ
り、その特性を活したものについて説明したが、
他の素材で電気抵抗並びに熱伝導度などが同様の
銅合金、アルミニウム合金又はその他の導電体を
用いても同様の効果を奏することは勿論である。

以上の結果、従来ではパワーリード冷却のため
に多量のヘリウムガスを必要としていたが、本発
明によると、このヘリウムガスの量を大幅に低滅
しても内槽内で永久電流スイツチに対する入熱を
有効的に阻止できるので、永久電流スイツチを安
定して作用せしめることができる。

また、更にこれを有効に利用すれば、ある程度
の電流以下であれば、冷却ガスを使用しなくても
性能上何ら問題なく運転でき、超電導磁石の構成
上小型・軽量化が図られ信頼性が向上するもので
ある。

〔発明の効果〕

以上説明した通り本発明によれば、超電導磁石
への給電状態においては、パワーリードの発熱に
より永久電流スイツチに伝達される熱を冷却フイ
ンにより吸収して、遮断することができる。

また、超電導磁石が超電導状態においては、パ
ワーリードを介しての熱伝導による外部からの熱
侵入を低減できると共に、冷却フインによりパワ
ーリードを介しての永久電流スイツチへの熱侵入
を吸収して、遮断することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超電導磁石の側面図、第２図
は第１図の部拡大側面図、第３図は冷却フイン
２３の拡大斜視図である。 １……超電導コイル、２……内槽、３……液体
ヘリウム（冷媒）、７……永久電流スイツチ、８
……パワーリード、２３……冷却フイン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内槽容器内に配置された超電導コイルに永久
   電流スイツチ、パワーリードを介して外部電源と
   接続される超電導磁石装置において、前記パワー
   リードを銅合金またはアルミ合金により構成する
   と共に、このパワーリードと前記永久電流スイツ
   チとの間に冷却フインを設けたことを特徴とする
   超電導磁石装置。