JPH0766459A - 超電導変換器 - Google Patents
超電導変換器Info
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- JPH0766459A JPH0766459A JP5230831A JP23083193A JPH0766459A JP H0766459 A JPH0766459 A JP H0766459A JP 5230831 A JP5230831 A JP 5230831A JP 23083193 A JP23083193 A JP 23083193A JP H0766459 A JPH0766459 A JP H0766459A
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- 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)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い交番周波数を得ることができ、かつ動作
の安定な超電導変換器を実現する。 【構成】 超電導変換器は磁束が実質的に侵入しない超
電導体１に囲まれた空間領域からなる磁束パス５，６，
６′と、それぞれ磁束パス内に設けられた一次コイル
２，２′、二次コイル３およびこの磁束パス内の磁束を
増減させる磁気回路４とを具えている。
の安定な超電導変換器を実現する。 【構成】 超電導変換器は磁束が実質的に侵入しない超
電導体１に囲まれた空間領域からなる磁束パス５，６，
６′と、それぞれ磁束パス内に設けられた一次コイル
２，２′、二次コイル３およびこの磁束パス内の磁束を
増減させる磁気回路４とを具えている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、臨界電流密度の非常に
大きい超電導体を用いた超電導変換器に関する。
大きい超電導体を用いた超電導変換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、超電導インバータとして、クライ
オトロンと呼ばれている超電導体に磁場を加えることで
超電導と常電導とを交互に相転移して直流・交流変換を
行うもの、さらに、過飽和リアクトルをクライオトロン
回路中に挿入して特性を高めた変換器が知られている。
オトロンと呼ばれている超電導体に磁場を加えることで
超電導と常電導とを交互に相転移して直流・交流変換を
行うもの、さらに、過飽和リアクトルをクライオトロン
回路中に挿入して特性を高めた変換器が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の超電導インバー
タでは、超電導体の相転移速度が遅いため、交番周波数
を高くできないこと、常電導時の抵抗が高くないため、
無動作時に超電導体に電流が流れ大きな損失をもたらす
欠点がある。
タでは、超電導体の相転移速度が遅いため、交番周波数
を高くできないこと、常電導時の抵抗が高くないため、
無動作時に超電導体に電流が流れ大きな損失をもたらす
欠点がある。
【０００４】本発明はこのような従来の問題を解決し、
高い交番周波数を得ることができ、かつ動作の安定な超
電導変換器を提供することを目的とする。
高い交番周波数を得ることができ、かつ動作の安定な超
電導変換器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では臨界電流密度が非常に大きく完全反磁性
体とほぼ同様な作用をする超電導体で空間を囲んで磁束
のパス（空間磁路）とし、その空間磁路中に一次コイ
ル，二次コイルおよび高透磁率磁性体のコアにコイルを
捲回した電磁コイルからなる別個の磁気回路を設ける。
一次コイルに直流電流を流すことによって発生した磁束
は、超電導体内に侵入することなく、空間磁路中を通過
する磁気回路を形成する。この時、空間磁路中にある電
磁コイルに交番電流を流して一次コイルで発生した磁束
を制御すなわち空間磁路中の磁束を制御することにより
二次側に磁束の変化に対応した電流が誘起される。すな
わち、本発明は、磁束が実質的に侵入しない超電導体に
囲まれた空間領域からなる磁束パスと、それぞれ該磁束
パス内に設けられた一次コイル，二次コイルおよび前記
磁束パス内の磁束を増減させる磁気回路とを具えたこと
を特徴とする。
に、本発明では臨界電流密度が非常に大きく完全反磁性
体とほぼ同様な作用をする超電導体で空間を囲んで磁束
のパス（空間磁路）とし、その空間磁路中に一次コイ
ル，二次コイルおよび高透磁率磁性体のコアにコイルを
捲回した電磁コイルからなる別個の磁気回路を設ける。
一次コイルに直流電流を流すことによって発生した磁束
は、超電導体内に侵入することなく、空間磁路中を通過
する磁気回路を形成する。この時、空間磁路中にある電
磁コイルに交番電流を流して一次コイルで発生した磁束
を制御すなわち空間磁路中の磁束を制御することにより
二次側に磁束の変化に対応した電流が誘起される。すな
わち、本発明は、磁束が実質的に侵入しない超電導体に
囲まれた空間領域からなる磁束パスと、それぞれ該磁束
パス内に設けられた一次コイル，二次コイルおよび前記
磁束パス内の磁束を増減させる磁気回路とを具えたこと
を特徴とする。
【０００６】
【作用】以上の構成によれば、一次コイルの大電流によ
って発生する磁束を少ない電流で制御して直流・交流変
換を行うことができる。特にコアがほぼ完全反磁性体で
囲まれた空間であるため交番磁界による損失が発生せ
ず、また、磁束を直接制御するため交番周波数を高くと
ることができる。
って発生する磁束を少ない電流で制御して直流・交流変
換を行うことができる。特にコアがほぼ完全反磁性体で
囲まれた空間であるため交番磁界による損失が発生せ
ず、また、磁束を直接制御するため交番周波数を高くと
ることができる。
【０００７】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
【０００８】図１は、本発明の一実施例を示す超電導イ
ンバータを示したものである。図１（Ａ）はインバータ
の中央部を通る断面図、図１（Ｂ），（Ｃ）および
（Ｄ）は、それぞれ図１（Ａ）のＡ−Ａ′線，Ｂ−Ｂ′
線およびＣ−Ｃ′線に沿った断面図である。図中、１の
ハッチングされた部分は超電導バルク体、２および２′
は一次側コイル、３は二次側コイル、４は高透磁率磁性
体のコア４Ｂに捲回したコイルからなる制御用電磁コイ
ル、４Ｃは電磁コイルの磁気回路を形成している空間領
域、５および６，６′は磁束の通る空間パスである。各
コイルはコイルでの損失を最小限に抑えるため超電導線
を使用する。
ンバータを示したものである。図１（Ａ）はインバータ
の中央部を通る断面図、図１（Ｂ），（Ｃ）および
（Ｄ）は、それぞれ図１（Ａ）のＡ−Ａ′線，Ｂ−Ｂ′
線およびＣ−Ｃ′線に沿った断面図である。図中、１の
ハッチングされた部分は超電導バルク体、２および２′
は一次側コイル、３は二次側コイル、４は高透磁率磁性
体のコア４Ｂに捲回したコイルからなる制御用電磁コイ
ル、４Ｃは電磁コイルの磁気回路を形成している空間領
域、５および６，６′は磁束の通る空間パスである。各
コイルはコイルでの損失を最小限に抑えるため超電導線
を使用する。
【０００９】超電導バルク体１は完全反磁性領域（マイ
スナー領域＝下部臨界磁場Ｈｃ1 以下）の高い材料を用
いるのが良いが、現状では、金属系超電導材料のＮｂ
が、温度４．２ＫにおいてＨｃ1 ＝０．１４Ｔで最高で
ある。従って、さらに、高い磁束密度での動作は、酸化
物超電導体の極低温での高臨界電流密度による反磁性領
域を利用するとよい。ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-d のバルク超
電導体の臨界電流密度は７７Ｋで約１０4 Ａ／ｃｍ2 、
４．２Ｋで１０6 〜１０7 Ａ／ｃｍ2 程度であり、磁場
の大きさによって異なる。この反磁性領域では磁束は超
電導体にマイスナー領域よりわずかに深く侵入するが、
ほとんどヒステリシスもなく完全反磁性体として振る舞
う。
スナー領域＝下部臨界磁場Ｈｃ1 以下）の高い材料を用
いるのが良いが、現状では、金属系超電導材料のＮｂ
が、温度４．２ＫにおいてＨｃ1 ＝０．１４Ｔで最高で
ある。従って、さらに、高い磁束密度での動作は、酸化
物超電導体の極低温での高臨界電流密度による反磁性領
域を利用するとよい。ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-d のバルク超
電導体の臨界電流密度は７７Ｋで約１０4 Ａ／ｃｍ2 、
４．２Ｋで１０6 〜１０7 Ａ／ｃｍ2 程度であり、磁場
の大きさによって異なる。この反磁性領域では磁束は超
電導体にマイスナー領域よりわずかに深く侵入するが、
ほとんどヒステリシスもなく完全反磁性体として振る舞
う。
【００１０】空間パス５，６および６′は超電導バルク
体１に形成された溝であり、磁束の方向と垂直な断面形
状は円形であることが望ましい。このような溝は超電導
体のブロックにフライスなどの機械加工，イオンビーム
ミリングなどの加工により形成でき、あるいは酸化物超
電導体の焼結時に、型を用いてプレス成形して焼結する
ことによって形成することができる。一次コイル２，
２′、二次コイル３およびコア４Ｂ、コイル４Ａからな
る制御用電磁コイル４を収容すべき部位にも同様に溝を
形成する。このような溝を有する超電導体を２個作り、
所定部に一次コイル２，２′、二次コイル３および制御
用電磁コイル４を設置して２個の超電導体を貼り合わせ
ることによって、図１に示した超電導インバータを作成
することができる。
体１に形成された溝であり、磁束の方向と垂直な断面形
状は円形であることが望ましい。このような溝は超電導
体のブロックにフライスなどの機械加工，イオンビーム
ミリングなどの加工により形成でき、あるいは酸化物超
電導体の焼結時に、型を用いてプレス成形して焼結する
ことによって形成することができる。一次コイル２，
２′、二次コイル３およびコア４Ｂ、コイル４Ａからな
る制御用電磁コイル４を収容すべき部位にも同様に溝を
形成する。このような溝を有する超電導体を２個作り、
所定部に一次コイル２，２′、二次コイル３および制御
用電磁コイル４を設置して２個の超電導体を貼り合わせ
ることによって、図１に示した超電導インバータを作成
することができる。
【００１１】次に図２および図３を用いて本実施例の動
作原理を説明する。矢印は磁束の方向を示している。
作原理を説明する。矢印は磁束の方向を示している。
【００１２】まず、図２に示すように、同一方向に巻い
た２個の一次コイル２および２′に直流電流を流した
時、発生する磁束は、制御用電磁コイルで発生する磁束
がコアの中心部で逆向きの場合、制御電流を増加させて
いくと、最終的にそれぞれ空間の磁束パス５，６および
５，６′を通る磁気回路を形成する。従って、このとき
二次コイルを通過する磁束はわずかになる。次に、制御
用電磁コイル４に一次コイル２，２′と同方向の磁束を
発生させると、制御用電磁コイル４のａおよびｂで示す
部分での磁束が、互いに逆方向になるため、制御電流を
増加させていくと最終的にその部分を磁束が通過しなく
なり、磁束は二次コイルのある空間の磁束パス５に集中
する。従って、二次コイル３では、その磁束の変化に伴
う電圧が誘起されることになる。また、交流電圧は、磁
束の方向が同一でも磁束変化の増加，減少によって発生
する。
た２個の一次コイル２および２′に直流電流を流した
時、発生する磁束は、制御用電磁コイルで発生する磁束
がコアの中心部で逆向きの場合、制御電流を増加させて
いくと、最終的にそれぞれ空間の磁束パス５，６および
５，６′を通る磁気回路を形成する。従って、このとき
二次コイルを通過する磁束はわずかになる。次に、制御
用電磁コイル４に一次コイル２，２′と同方向の磁束を
発生させると、制御用電磁コイル４のａおよびｂで示す
部分での磁束が、互いに逆方向になるため、制御電流を
増加させていくと最終的にその部分を磁束が通過しなく
なり、磁束は二次コイルのある空間の磁束パス５に集中
する。従って、二次コイル３では、その磁束の変化に伴
う電圧が誘起されることになる。また、交流電圧は、磁
束の方向が同一でも磁束変化の増加，減少によって発生
する。
【００１３】制御用コイル４Ａに流す最大電流ｉmax
は、ａおよびｂ部における一次コイル２，２′で発生し
た磁束を打ち消すだけの磁束を発生すればよい。従っ
て、次のようにして求められる。
は、ａおよびｂ部における一次コイル２，２′で発生し
た磁束を打ち消すだけの磁束を発生すればよい。従っ
て、次のようにして求められる。
【００１４】一次コイルの電流をＩ1 、空間の磁束パス
の磁気抵抗（図２においてφ1 の磁束が通過する磁束パ
スの磁気抵抗）をＲ1 の２つの一次コイル２および２′
は同一の巻き数で、それをｎ1 、制御コイル４Ａの巻き
数をｎf 、制御用電磁コイル４における磁気抵抗をＲf
とするとそれぞれの磁気回路で発生する磁束φ1 および
φf は、次式で与えられる。
の磁気抵抗（図２においてφ1 の磁束が通過する磁束パ
スの磁気抵抗）をＲ1 の２つの一次コイル２および２′
は同一の巻き数で、それをｎ1 、制御コイル４Ａの巻き
数をｎf 、制御用電磁コイル４における磁気抵抗をＲf
とするとそれぞれの磁気回路で発生する磁束φ1 および
φf は、次式で与えられる。
【００１５】
【数１】
【００１６】ここに、磁気抵抗Ｒ1 は、制御用電磁コイ
ル４の磁性体コア４Ｂにおける抵抗は、極めて小さいの
で無視すると次式で得られる。
ル４の磁性体コア４Ｂにおける抵抗は、極めて小さいの
で無視すると次式で得られる。
【００１７】
【数２】
【００１８】ここに、Ｓは空間の磁束パスの断面積で、
回路中一定とする。１は磁束パスの長さ、μ0 は真空の
透磁率である。
回路中一定とする。１は磁束パスの長さ、μ0 は真空の
透磁率である。
【００１９】次に、制御用電磁コイル４の磁気抵抗Ｒf
が、磁性体コア４Ｂの磁気抵抗を無視し、空間領域の長
さをＩf 、その部分の面積をＳf （一定）とすると次式
で与えられる。
が、磁性体コア４Ｂの磁気抵抗を無視し、空間領域の長
さをＩf 、その部分の面積をＳf （一定）とすると次式
で与えられる。
【００２０】
【数３】
【００２１】従って、制御用電磁コイル４で発生する磁
束φf は、制御用コイル４Ａに流す電流をｉとすると、
次式で与えられる。
束φf は、制御用コイル４Ａに流す電流をｉとすると、
次式で与えられる。
【００２２】
【数４】
【００２３】磁性体コア４Ｂのａおよびｂ部における磁
束φ1 を打ち消すためには、電磁コイル４でφ1 の磁束
を発生すれば良いことになる。
束φ1 を打ち消すためには、電磁コイル４でφ1 の磁束
を発生すれば良いことになる。
【００２４】従って、
【００２５】
【数５】
【００２６】これから制御用コイル４Ａに流す電流ｉの
オーダ評価を行う。
オーダ評価を行う。
【００２７】評価するに当って、Ｓ≒Ｓf ，ｎ1 ＝ｎf
／１０，Ｉf ＝１／２０とすると、ｉ＝Ｉ／２００とな
り、コイル４Ａには、一次コイル２，２′の電流の最大
１／２００の電流を流すことにより磁束φ1 を打ち消
し、一次コイル２，２′の磁気回路を二次コイル３の存
在する空間磁束パスに導くことができる。
／１０，Ｉf ＝１／２０とすると、ｉ＝Ｉ／２００とな
り、コイル４Ａには、一次コイル２，２′の電流の最大
１／２００の電流を流すことにより磁束φ1 を打ち消
し、一次コイル２，２′の磁気回路を二次コイル３の存
在する空間磁束パスに導くことができる。
【００２８】すなわち、一次コイル２，２′の最大１／
２００の電流で空間の磁束パス中の磁束を制御でき、二
次コイル３に制御された磁束の変化に応じた電圧が誘起
される。
２００の電流で空間の磁束パス中の磁束を制御でき、二
次コイル３に制御された磁束の変化に応じた電圧が誘起
される。
【００２９】なお、空間磁束パスは空洞状であってもよ
く、エポキシ樹脂等の非磁性で充填されていてもよい。
く、エポキシ樹脂等の非磁性で充填されていてもよい。
【００３０】図４に本発明の第２の実施例の断面図を示
す。この実施例は図１に示した実施例におけるＡ−Ａ′
線を軸として軸対称に一次コイル２，２′、二次コイル
３および制御用電磁コイル４を配置した例である。この
実施例の動作は図１の実施例と同様である。
す。この実施例は図１に示した実施例におけるＡ−Ａ′
線を軸として軸対称に一次コイル２，２′、二次コイル
３および制御用電磁コイル４を配置した例である。この
実施例の動作は図１の実施例と同様である。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一次コイルの大電流によって発生する磁束を少ない電流
で制御して直流・交流変換を行うことができる。特にコ
アがほぼ完全反磁性体で囲まれた空間であるため交番磁
界による損失が発生せず、また、磁束を直接制御するた
め交番周波数を高くとることができる。
一次コイルの大電流によって発生する磁束を少ない電流
で制御して直流・交流変換を行うことができる。特にコ
アがほぼ完全反磁性体で囲まれた空間であるため交番磁
界による損失が発生せず、また、磁束を直接制御するた
め交番周波数を高くとることができる。
【図１】本発明の一実施例の断面図である。
【図２】図１に示した実施例の動作を説明する図であ
る。
る。
【図３】図１に示した実施例の動作を説明する図であ
る。
る。
【図４】本発明の他の実施例の断面図である。
１ 超電導体 ２，２′ 一次コイル ３ 二次コイル ４ 制御用電磁コイル ４Ａ 制御コイル ４Ｂ 高透磁率磁性体コア ４Ｃ 空間領域 ５，６，６′ 空間磁束パス
Claims (2)
- 【請求項１】 磁束が実質的に侵入しない超電導体に囲
まれた空間領域からなる磁束パスと、それぞれ該磁束パ
ス内に設けられた一次コイル，二次コイルおよび前記磁
束パス内の磁束を増減させる磁気回路とを具えたことを
特徴とする超電導変換器。 - 【請求項２】 前記磁気回路が高透磁率を有する磁性体
をコアとした電磁コイルであって、該電磁コイルで前記
閉磁路内の磁束を制御して直流・交流変換を行うことを
特徴とする請求項１に記載の超電導変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5230831A JP2500365B2 (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | 超電導変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5230831A JP2500365B2 (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | 超電導変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0766459A true JPH0766459A (ja) | 1995-03-10 |
| JP2500365B2 JP2500365B2 (ja) | 1996-05-29 |
Family
ID=16913965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5230831A Expired - Lifetime JP2500365B2 (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | 超電導変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2500365B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005116921A (ja) * | 2003-10-10 | 2005-04-28 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 超電導スイッチング素子および超電導式インバータ |
| CN100368821C (zh) * | 2004-12-09 | 2008-02-13 | 中国科学院物理研究所 | 高压实验用超导转变磁信号探测系统 |
| JP2009055653A (ja) * | 2007-08-23 | 2009-03-12 | Mayekawa Mfg Co Ltd | 高周波電流制御型クライオトロン素子とそれを用いたインバータ |
| JP2009135487A (ja) * | 2007-11-09 | 2009-06-18 | National Institute For Materials Science | 磁束集中化装置 |
| US8464854B2 (en) | 2011-04-26 | 2013-06-18 | Glory Ltd. | Money handling system and money handling method |
-
1993
- 1993-08-24 JP JP5230831A patent/JP2500365B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005116921A (ja) * | 2003-10-10 | 2005-04-28 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 超電導スイッチング素子および超電導式インバータ |
| CN100368821C (zh) * | 2004-12-09 | 2008-02-13 | 中国科学院物理研究所 | 高压实验用超导转变磁信号探测系统 |
| JP2009055653A (ja) * | 2007-08-23 | 2009-03-12 | Mayekawa Mfg Co Ltd | 高周波電流制御型クライオトロン素子とそれを用いたインバータ |
| JP2009135487A (ja) * | 2007-11-09 | 2009-06-18 | National Institute For Materials Science | 磁束集中化装置 |
| US8464854B2 (en) | 2011-04-26 | 2013-06-18 | Glory Ltd. | Money handling system and money handling method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2500365B2 (ja) | 1996-05-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |