JPH05251753A - 極低温用電流スイッチ - Google Patents
極低温用電流スイッチInfo
- Publication number
- JPH05251753A JPH05251753A JP4049484A JP4948492A JPH05251753A JP H05251753 A JPH05251753 A JP H05251753A JP 4049484 A JP4049484 A JP 4049484A JP 4948492 A JP4948492 A JP 4948492A JP H05251753 A JPH05251753 A JP H05251753A
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- Pending
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 許容電流の大容量化を可能にし、かつ接続部
の発熱量を小さく抑え、しかも接続部のジュール発熱を
十分排熱できる極低温電流スイッチを得る。 【構成】 固定電極２および可動電極３に接触子４を多
数本設ける。さらに接触部を真空空間９で覆い、電極を
冷媒により冷却できる手段を設けたものとする。
の発熱量を小さく抑え、しかも接続部のジュール発熱を
十分排熱できる極低温電流スイッチを得る。 【構成】 固定電極２および可動電極３に接触子４を多
数本設ける。さらに接触部を真空空間９で覆い、電極を
冷媒により冷却できる手段を設けたものとする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】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永久電流スイッチ、特に
機械式電流スイッチに関するものである。
電流運転するために用いられる永久電流スイッチ、特に
機械式電流スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３は例えば、特公昭５１−４４８７９
号公報に示された従来の機械式永久電流スイッチを示す
構成図である。図において１は超電導線、２は電気およ
び熱的に良導体である無酸素銅などの金属部材からなる
固定電極、３は２と同様の部材でなる可動電極、６は可
動電極３を駆動するための操作棒、７はベローズ、８は
絶縁材料でなる外筐である。
号公報に示された従来の機械式永久電流スイッチを示す
構成図である。図において１は超電導線、２は電気およ
び熱的に良導体である無酸素銅などの金属部材からなる
固定電極、３は２と同様の部材でなる可動電極、６は可
動電極３を駆動するための操作棒、７はベローズ、８は
絶縁材料でなる外筐である。
【０００３】図３のように構成された機械式永久電流ス
イッチの動作について説明する。永久電流スイッチには
熱式と機械式とがある。熱式とは超電導線の一部にヒー
タを巻き、ヒータ加熱により超電導線の温度変化により
超電導状態から常電導状態へ転移することを利用してオ
ン−オフする方式である。一方機械式とは、機械的に電
極をオン−オフする方式である。前者には低温部に可動
部分がなく、信頼性が高いことおよびオン時の電気抵抗
が実質上ゼロであるという利点がある。しかしオフ時の
抵抗が小さすぎること、オン時オフ時のスイッチング速
度が熱時定数で決まることから遅いという欠点があり、
大型の超電導磁石に適用することは極めて難しい方式と
いえる。機械式は、オフ時の抵抗は無限大となりスイッ
チング時間も１秒以下と短くできる利点があるが、オン
時の接触抵抗の存在が大きな問題点となる。したがって
機械式の死命を握るのは、接触抵抗値といえる。
イッチの動作について説明する。永久電流スイッチには
熱式と機械式とがある。熱式とは超電導線の一部にヒー
タを巻き、ヒータ加熱により超電導線の温度変化により
超電導状態から常電導状態へ転移することを利用してオ
ン−オフする方式である。一方機械式とは、機械的に電
極をオン−オフする方式である。前者には低温部に可動
部分がなく、信頼性が高いことおよびオン時の電気抵抗
が実質上ゼロであるという利点がある。しかしオフ時の
抵抗が小さすぎること、オン時オフ時のスイッチング速
度が熱時定数で決まることから遅いという欠点があり、
大型の超電導磁石に適用することは極めて難しい方式と
いえる。機械式は、オフ時の抵抗は無限大となりスイッ
チング時間も１秒以下と短くできる利点があるが、オン
時の接触抵抗の存在が大きな問題点となる。したがって
機械式の死命を握るのは、接触抵抗値といえる。
【０００４】さて従来の機械式永久電流スイッチは、可
動電極２および固定電極３に超電導線１を埋め込み、図
示していない駆動機構に連結された操作棒４により可動
電極３を固定電極２に押し付けてオン状態として動作さ
せる。この場合、電極間には有限の接触抵抗が存在す
る。そしてこの接触抵抗を小さくするため様々な工夫が
なされている。それらは十分な押し付け力を確保するこ
と、接触面積を十分に確保すること、電極接触面の酸化
防止のため銀やインジウム等によりコーティングするこ
と、電極接触面への不純物付着を防止するため真空環境
中に電極を置くことなどである。接触部を真空中に置く
ことは、接触面の汚染のみならず、耐電圧の点からも有
利となる。図２の従来例もこれらの対策が採られた構成
となっており、大型超電導コイルへの適用を可能にして
いる。
動電極２および固定電極３に超電導線１を埋め込み、図
示していない駆動機構に連結された操作棒４により可動
電極３を固定電極２に押し付けてオン状態として動作さ
せる。この場合、電極間には有限の接触抵抗が存在す
る。そしてこの接触抵抗を小さくするため様々な工夫が
なされている。それらは十分な押し付け力を確保するこ
と、接触面積を十分に確保すること、電極接触面の酸化
防止のため銀やインジウム等によりコーティングするこ
と、電極接触面への不純物付着を防止するため真空環境
中に電極を置くことなどである。接触部を真空中に置く
ことは、接触面の汚染のみならず、耐電圧の点からも有
利となる。図２の従来例もこれらの対策が採られた構成
となっており、大型超電導コイルへの適用を可能にして
いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の機械式永久電流
スイッチは、種々の対策が採られ上述のように構成され
動作するが、極低温スイッチは通電能力と並び発熱量が
性能の善し悪しを表す指標となる。したがって接触部の
発熱量Ｑを極力抑えることが重要な課題となる。いま機
械式永久電流スイッチの接触部の接続抵抗をＲとし、通
電電流をＩとすれば、Ｑ＝Ｉ2 Ｒのジュール発熱が生じ
ることになる。大型超電導磁石では当然通電電流も大き
くなり、単純に大きな単体電極で対応した場合極めて大
きな発熱が生じることになる。例えば、通電電流をＩ＝
３０ｋＡとし、接触抵抗を０．２μΩとすれば Ｑ＝（３００００）2 ×０．００００００２＝１８０Ｗ の発熱が生じることになる。なお、この接触抵抗値は実
験的に得たものである。この発熱量は液体ヘリウム温度
（１ａｔｍで約−２６９℃）レベルでは極めて大きな値
であり、実用上大きな問題となる。
スイッチは、種々の対策が採られ上述のように構成され
動作するが、極低温スイッチは通電能力と並び発熱量が
性能の善し悪しを表す指標となる。したがって接触部の
発熱量Ｑを極力抑えることが重要な課題となる。いま機
械式永久電流スイッチの接触部の接続抵抗をＲとし、通
電電流をＩとすれば、Ｑ＝Ｉ2 Ｒのジュール発熱が生じ
ることになる。大型超電導磁石では当然通電電流も大き
くなり、単純に大きな単体電極で対応した場合極めて大
きな発熱が生じることになる。例えば、通電電流をＩ＝
３０ｋＡとし、接触抵抗を０．２μΩとすれば Ｑ＝（３００００）2 ×０．００００００２＝１８０Ｗ の発熱が生じることになる。なお、この接触抵抗値は実
験的に得たものである。この発熱量は液体ヘリウム温度
（１ａｔｍで約−２６９℃）レベルでは極めて大きな値
であり、実用上大きな問題となる。
【０００６】本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、通電電流の大容量化を図りながら
接触部の発熱量を極力抑えた、機械式スイッチを得るこ
とを目的としている。
めになされたもので、通電電流の大容量化を図りながら
接触部の発熱量を極力抑えた、機械式スイッチを得るこ
とを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明に係る極低温用
電流スイッチは、可動および固定電極部の双方あるいは
どちらか一方を複数の接触子を配設した電極盤とし、接
触部を多接触子で構成したものである。
電流スイッチは、可動および固定電極部の双方あるいは
どちらか一方を複数の接触子を配設した電極盤とし、接
触部を多接触子で構成したものである。
【０００８】
【作用】この発明における極低温用電流スイッチは、接
触子を多数設けたため電気回路上並列回路となり、接触
部におけるジュール発熱量を小さくでき、しかもスイッ
チング速度を早くすることができる。
触子を多数設けたため電気回路上並列回路となり、接触
部におけるジュール発熱量を小さくでき、しかもスイッ
チング速度を早くすることができる。
【０００９】
【実施例】以下、この発明の一実施例による極低温用電
流スイッチを図について説明する。図１はこの発明の一
実施例による機械式電流スイッチを示す構成図である。
この実施例は可動側のみ接触子を多数本配設したもので
ある。図１において１ａは図示していない超電導コイル
に至る超電導線、１ｂは超電導コイルに至る電気良導線
あるいは超電導線からなる可撓性編組線、２は固定電極
盤、３は可動電極盤、４は可動側接触子、５ａおよび５
ｂは固定電極盤２および可動接触子４に施工した銀ある
いはインジウム等の電気良導体による被膜、６は可動電
極３および可動接触子４を駆動するため図示されていな
い駆動系に連結された操作棒、７はベローズ、８は高抵
抗材でなる真空容器壁、９は電極の接触部が置かれる真
空空間、１０は冷媒たとえば液体ヘリウムである。
流スイッチを図について説明する。図１はこの発明の一
実施例による機械式電流スイッチを示す構成図である。
この実施例は可動側のみ接触子を多数本配設したもので
ある。図１において１ａは図示していない超電導コイル
に至る超電導線、１ｂは超電導コイルに至る電気良導線
あるいは超電導線からなる可撓性編組線、２は固定電極
盤、３は可動電極盤、４は可動側接触子、５ａおよび５
ｂは固定電極盤２および可動接触子４に施工した銀ある
いはインジウム等の電気良導体による被膜、６は可動電
極３および可動接触子４を駆動するため図示されていな
い駆動系に連結された操作棒、７はベローズ、８は高抵
抗材でなる真空容器壁、９は電極の接触部が置かれる真
空空間、１０は冷媒たとえば液体ヘリウムである。
【００１０】次いで極低温用電流スイッチの動作につい
て説明する。オン−オフ動作は従来例と同様機械的な動
作によってなされる。いま仮にＮ本の多接触子で構成さ
れているとすると、接触子１本あたりの接続抵抗をみな
等しくＲM とすれば、接触子１本あたりの通電電流はＩ
／Ｎとなる。つまり電気的には並列回路となる。さてこ
の時の接続部の発熱量ＱM は ＱM ＝（Ｉ／Ｎ）2 ＲM （１） で与えられる。単接触子の場合の接続抵抗をＲとし、多
接触子の接触抵抗ＲMをＲのＭ倍とすれば ＲM ＝ＭＲ （２） となるから、 ＱM ＝Ｎ（Ｉ／Ｎ）2 ＲM ＝Ｉ2 ＲＭ／Ｎ ＝（Ｍ／Ｎ）Ｑ （３） となり、単接触子の場合に比べ接触子Ｎ本の場合の発熱
量はＭ／Ｎになることがわかる。従って、多接触子の接
触抵抗を単接触子の接触抵抗の２倍程度になるよう接触
面積を確保するとし、Ｎ＝２０本とすれば、発熱量は１
／１０となり１オーダー小さくなることになる。先の計
算例に当てはめれば、接触子１本当たりの通電電流が
１．５ｋＡ、接触抵抗ＲMが０．４μΩとなるから発熱
量ＱM は ＱM ＝２０×１５００2 ×０．００００００４＝１８Ｗ となる。これは液体ヘリウム温度レベルで十分冷却でき
る熱負荷である。もちろん現実には２０本の多接触子の
接続抵抗を等しくすることは難しく、ばらつきがあるた
め接触子それぞれに流れる電流値も変化し発熱量も変わ
るが、概ねＭ／Ｎ程度にはなる。
て説明する。オン−オフ動作は従来例と同様機械的な動
作によってなされる。いま仮にＮ本の多接触子で構成さ
れているとすると、接触子１本あたりの接続抵抗をみな
等しくＲM とすれば、接触子１本あたりの通電電流はＩ
／Ｎとなる。つまり電気的には並列回路となる。さてこ
の時の接続部の発熱量ＱM は ＱM ＝（Ｉ／Ｎ）2 ＲM （１） で与えられる。単接触子の場合の接続抵抗をＲとし、多
接触子の接触抵抗ＲMをＲのＭ倍とすれば ＲM ＝ＭＲ （２） となるから、 ＱM ＝Ｎ（Ｉ／Ｎ）2 ＲM ＝Ｉ2 ＲＭ／Ｎ ＝（Ｍ／Ｎ）Ｑ （３） となり、単接触子の場合に比べ接触子Ｎ本の場合の発熱
量はＭ／Ｎになることがわかる。従って、多接触子の接
触抵抗を単接触子の接触抵抗の２倍程度になるよう接触
面積を確保するとし、Ｎ＝２０本とすれば、発熱量は１
／１０となり１オーダー小さくなることになる。先の計
算例に当てはめれば、接触子１本当たりの通電電流が
１．５ｋＡ、接触抵抗ＲMが０．４μΩとなるから発熱
量ＱM は ＱM ＝２０×１５００2 ×０．００００００４＝１８Ｗ となる。これは液体ヘリウム温度レベルで十分冷却でき
る熱負荷である。もちろん現実には２０本の多接触子の
接続抵抗を等しくすることは難しく、ばらつきがあるた
め接触子それぞれに流れる電流値も変化し発熱量も変わ
るが、概ねＭ／Ｎ程度にはなる。
【００１１】もう１つ重要なことは、この発熱負荷をい
かに除去するかである。通常接触抵抗は接触部の温度に
依存し、温度の上昇とともに大きくなる。したがって冷
却能力が不足すると温度上昇→抵抗増大→発熱量増加→
温度上昇→・・・・・という悪循環が起きないとも限ら
ない。したがって接続部の冷却が重要となる。接触子が
冷媒中にあれば問題ないが、耐電圧や接触面の汚染防止
の点から周囲を真空環境にした場合には別に冷却手段が
必要となる。そこで図１において、例えば固定電極を冷
媒により冷却し、固定電極の熱伝導により接続部の排熱
を行う方法がある。電極は電気的かつ熱的に良導導体で
ある無酸素銅などで形成されていることから、接触子の
長さを抑えることで十分冷却が可能となる。例えば真空
容器９を直接液体ヘリウム１０中に置くことにより固定
電極、可動電極とを冷却でき、接続部の発熱は熱伝導に
より排熱することができる。
かに除去するかである。通常接触抵抗は接触部の温度に
依存し、温度の上昇とともに大きくなる。したがって冷
却能力が不足すると温度上昇→抵抗増大→発熱量増加→
温度上昇→・・・・・という悪循環が起きないとも限ら
ない。したがって接続部の冷却が重要となる。接触子が
冷媒中にあれば問題ないが、耐電圧や接触面の汚染防止
の点から周囲を真空環境にした場合には別に冷却手段が
必要となる。そこで図１において、例えば固定電極を冷
媒により冷却し、固定電極の熱伝導により接続部の排熱
を行う方法がある。電極は電気的かつ熱的に良導導体で
ある無酸素銅などで形成されていることから、接触子の
長さを抑えることで十分冷却が可能となる。例えば真空
容器９を直接液体ヘリウム１０中に置くことにより固定
電極、可動電極とを冷却でき、接続部の発熱は熱伝導に
より排熱することができる。
【００１２】以上の実施例では、可動電極にのみ複数の
接触子を配設したが、固定電極に配設する構成でも良い
し、また、双方に配設しても良い。双方に配設した例を
図２に示す。接触子の形状については単純な凸形状であ
っても良い。また冷却手段を講ずるのも固定電極あるい
は可動電極のどちらか一方であっても良い。さらに別の
冷却法として、固定電極をヘリウム容器の一部とする、
あるいは電極に冷却配管を配設しその内部に冷媒を流動
させることなども考えられる。
接触子を配設したが、固定電極に配設する構成でも良い
し、また、双方に配設しても良い。双方に配設した例を
図２に示す。接触子の形状については単純な凸形状であ
っても良い。また冷却手段を講ずるのも固定電極あるい
は可動電極のどちらか一方であっても良い。さらに別の
冷却法として、固定電極をヘリウム容器の一部とする、
あるいは電極に冷却配管を配設しその内部に冷媒を流動
させることなども考えられる。
【００１３】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば機械式
電流スイッチの接続部を多数の接触子で構成したため、
低熱損失で大電流を流せる効果がある。
電流スイッチの接続部を多数の接触子で構成したため、
低熱損失で大電流を流せる効果がある。
【図１】この発明の一実施例による機械式極低温電流ス
イッチの断面模式図である。
イッチの断面模式図である。
【図２】この発明の他の実施例による断面藻式図であ
る。
る。
【図３】従来の機械式永久電流スイッチを示した模式図
である。
である。
１ａ 超電導線 １ｂ 超電導線あるいは電気良導線でなる可撓性編組線 ２ 固定電極 ３ 可動電極 ４ａ、４ｂ 接触子 ５ａ、５ｂ 銀あるいはインジウムによる被膜 ６ 操作棒 ７ ベローズ ８ 真空容器あるいは外筐 ９ 真空空間 １０ 液体ヘリウム
【手続補正書】
【提出日】平成４年４月２２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
Claims (1)
- 【請求項１】 極低温環境中にあって、可動電極と固定
電極との組み合わせ、可動電極を機械的な駆動力により
開閉して通電および非通電状態とする接触部があり、こ
の接触部を高抵抗材で形成された容器内に置くことによ
り接触部周囲を真空環境とした電流スイッチにおいて、
可動および固定電極部の双方あるいはどちらか一方を複
数の接触子を配設した電極盤とし、接触部を多接触子で
構成したことを特徴とする極低温用電流スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4049484A JPH05251753A (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | 極低温用電流スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4049484A JPH05251753A (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | 極低温用電流スイッチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05251753A true JPH05251753A (ja) | 1993-09-28 |
Family
ID=12832438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4049484A Pending JPH05251753A (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | 極低温用電流スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05251753A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016211803A (ja) * | 2015-05-12 | 2016-12-15 | 株式会社東芝 | 極低温容器および超電導磁石装置 |
-
1992
- 1992-03-06 JP JP4049484A patent/JPH05251753A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016211803A (ja) * | 2015-05-12 | 2016-12-15 | 株式会社東芝 | 極低温容器および超電導磁石装置 |
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