JPH08190848A - 永久電流スイッチ - Google Patents
永久電流スイッチInfo
- Publication number
- JPH08190848A JPH08190848A JP7000827A JP82795A JPH08190848A JP H08190848 A JPH08190848 A JP H08190848A JP 7000827 A JP7000827 A JP 7000827A JP 82795 A JP82795 A JP 82795A JP H08190848 A JPH08190848 A JP H08190848A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- current switch
- superconducting
- current
- permanent current
- permanent
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 超電導線１０を４本用いて、これらを巻枠２
０にソレノイド状に卷回し、超電導線１０を、その極性
が交互かつ対称的になるように無誘導に並列接続してな
る永久電流スイッチ素子３０により構成される永久電流
スイッチ。 【効果】 永久電流モードでの運転中、クエンチしにく
い永久電流スイッチが得られる。
０にソレノイド状に卷回し、超電導線１０を、その極性
が交互かつ対称的になるように無誘導に並列接続してな
る永久電流スイッチ素子３０により構成される永久電流
スイッチ。 【効果】 永久電流モードでの運転中、クエンチしにく
い永久電流スイッチが得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超電導マグネットが永久
電流状態で使用される際に用いられる永久電流スイッチ
に関し、特に大電流用に用いられる永久電流スイッチに
関する。
電流状態で使用される際に用いられる永久電流スイッチ
に関し、特に大電流用に用いられる永久電流スイッチに
関する。
【０００２】
【従来の技術】ＭＲＩや磁気浮上列車等に用いられる超
電導マグネットは、超電導線が巻かれた超電導コイルか
らなる。これを使用する場合、超電導マグネットに長期
間に渡り一定電流を流し続ける必要があるため、永久電
流スイッチ（ＰＣＳ）が使用される。永久電流スイッチ
としては超電導線の超電導状態と常伝導状態との遷移を
利用したものが広く利用されている。
電導マグネットは、超電導線が巻かれた超電導コイルか
らなる。これを使用する場合、超電導マグネットに長期
間に渡り一定電流を流し続ける必要があるため、永久電
流スイッチ（ＰＣＳ）が使用される。永久電流スイッチ
としては超電導線の超電導状態と常伝導状態との遷移を
利用したものが広く利用されている。
【０００３】図２を参照しながら超電導マグネット装置
の運転動作について説明する。永久電流スイッチ４０と
超電導コイル５０とは励磁電源６０に対し並列に接続さ
れ、何れも冷媒容器内に収容されている。永久電流スイ
ッチ４０の開閉動作は、永久電流スイッチを構成する超
電導線が超電導状態になったときが閉じた状態（オン状
態）であり、一方、前記超電導線が常伝導状態のとき開
いた状態（オフ状態）になる。この常伝導状態のときの
抵抗は通常数〜数十オーム程度で、励磁電源６０から供
給される電流の殆どが超電導コイル５０に分流される。
の運転動作について説明する。永久電流スイッチ４０と
超電導コイル５０とは励磁電源６０に対し並列に接続さ
れ、何れも冷媒容器内に収容されている。永久電流スイ
ッチ４０の開閉動作は、永久電流スイッチを構成する超
電導線が超電導状態になったときが閉じた状態（オン状
態）であり、一方、前記超電導線が常伝導状態のとき開
いた状態（オフ状態）になる。この常伝導状態のときの
抵抗は通常数〜数十オーム程度で、励磁電源６０から供
給される電流の殆どが超電導コイル５０に分流される。
【０００４】この超電導マグネット装置を運転するとき
は、永久電流スイッチ４０が開いた状態で超電導コイル
５０に所定の電流を励磁電源６０によって供給（励磁）
した後、永久電流スイッチ４０を閉じれば、超電導コイ
ル５０と永久電流スイッチ４０とは超電導回路を形成し
て永久電流モードの周回電流が流れる仕組みになる。な
おこの周回電流を通例、永久電流モードと称している
が、実際には超電導コイル５０と永久電流スイッチ素子
４０との接続抵抗等が不可避的に存在するため、厳密に
は永久電流とはならない。
は、永久電流スイッチ４０が開いた状態で超電導コイル
５０に所定の電流を励磁電源６０によって供給（励磁）
した後、永久電流スイッチ４０を閉じれば、超電導コイ
ル５０と永久電流スイッチ４０とは超電導回路を形成し
て永久電流モードの周回電流が流れる仕組みになる。な
おこの周回電流を通例、永久電流モードと称している
が、実際には超電導コイル５０と永久電流スイッチ素子
４０との接続抵抗等が不可避的に存在するため、厳密に
は永久電流とはならない。
【０００５】また永久電流スイッチ４０はその仕組み
上、常伝導転移したときはある程度高い電気抵抗値を有
することが必要である。これは永久電流スイッチ４０が
開いているとき、励磁電源６０から供給される電流の永
久電流スイッチ４０への分流を極力避けるためである。
このため永久電流スイッチを構成する超電導線として
は、Ｃｕ−Ｎｉ合金や、Ｃｕ−Ｍｎ合金といった比較的
高い電気抵抗値を有する金属をマトリックスとした超電
導線が一般に使用される。
上、常伝導転移したときはある程度高い電気抵抗値を有
することが必要である。これは永久電流スイッチ４０が
開いているとき、励磁電源６０から供給される電流の永
久電流スイッチ４０への分流を極力避けるためである。
このため永久電流スイッチを構成する超電導線として
は、Ｃｕ−Ｎｉ合金や、Ｃｕ−Ｍｎ合金といった比較的
高い電気抵抗値を有する金属をマトリックスとした超電
導線が一般に使用される。
【０００６】図３は永久電流スイッチの構造の一例を示
す説明図である。常伝導状態で比較的高い電気抵抗値を
有する超電導線を巻枠７１ａ、７１ｂに巻き、永久電流
スイッチ素子３ａ、３ｂを構成する。これらの永久電流
スイッチ素子３ａ、３ｂが口出し超電導線７４を介して
超電導コイルの端部７３に接続する。なお接続は接続部
７２で超電導接続されている。図３では、永久電流スイ
ッチ素子３ａ、３ｂが２個の場合を例示したが、この数
は任意である（もちろん１個でも構わない）。なお超電
導線を巻枠７１ａ、７１ｂに巻いてコイル７０ａ、７０
ｂにするのは、長さを延ばして常伝導状態のときの抵抗
を増大させるためである。また素子を複数個、並列接続
するのは電流容量を増やすためである。
す説明図である。常伝導状態で比較的高い電気抵抗値を
有する超電導線を巻枠７１ａ、７１ｂに巻き、永久電流
スイッチ素子３ａ、３ｂを構成する。これらの永久電流
スイッチ素子３ａ、３ｂが口出し超電導線７４を介して
超電導コイルの端部７３に接続する。なお接続は接続部
７２で超電導接続されている。図３では、永久電流スイ
ッチ素子３ａ、３ｂが２個の場合を例示したが、この数
は任意である（もちろん１個でも構わない）。なお超電
導線を巻枠７１ａ、７１ｂに巻いてコイル７０ａ、７０
ｂにするのは、長さを延ばして常伝導状態のときの抵抗
を増大させるためである。また素子を複数個、並列接続
するのは電流容量を増やすためである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】高磁場発生用超電導マ
グネットや中・大型超電導マグネット等の大電流で用い
られる超電導マグネットの場合、永久電流スイッチに大
電流が流れる。電流容量の小さい永久電流スイッチであ
るとクエンチしてしまう。そこで永久電流スイッチの電
流容量を増大する方法として永久電流スイッチを構成す
る超電導線を太径化する方法がある。また永久電流スイ
ッチ素子を多数個並列接続した永久電流スイッチを用い
たりする方法もある。
グネットや中・大型超電導マグネット等の大電流で用い
られる超電導マグネットの場合、永久電流スイッチに大
電流が流れる。電流容量の小さい永久電流スイッチであ
るとクエンチしてしまう。そこで永久電流スイッチの電
流容量を増大する方法として永久電流スイッチを構成す
る超電導線を太径化する方法がある。また永久電流スイ
ッチ素子を多数個並列接続した永久電流スイッチを用い
たりする方法もある。
【０００８】しかし永久電流スイッチを構成する超電導
線として、Ｃｕ−Ｎｉ合金／Ｎｂ−Ｔｉの丸線を使用す
る場合、現状では自己磁界不安定効果のため０．５ｍｍ
径（２００Ａ／Ｔの場合）程度が太径化の限界であり、
平角線にしても０．７ｍｍ×２ｍｍ程度（２００Ａ／Ｔ
の場合）が限界である。また太い超電導線を用いると図
３に示すように巻枠７１ａ、巻枠７１ｂ状に超電導線を
巻く都合上、剛性が高くなりすぎ巻線加工も難しくな
る。
線として、Ｃｕ−Ｎｉ合金／Ｎｂ−Ｔｉの丸線を使用す
る場合、現状では自己磁界不安定効果のため０．５ｍｍ
径（２００Ａ／Ｔの場合）程度が太径化の限界であり、
平角線にしても０．７ｍｍ×２ｍｍ程度（２００Ａ／Ｔ
の場合）が限界である。また太い超電導線を用いると図
３に示すように巻枠７１ａ、巻枠７１ｂ状に超電導線を
巻く都合上、剛性が高くなりすぎ巻線加工も難しくな
る。
【０００９】そこで永久電流スイッチ素子を複数本並列
に接続した並列型の永久電流スイッチが大電流用途の場
合に広く採用されている。図３は２個並列型の例であ
る。並列型の永久電流スイッチは、各々の永久電流スイ
ッチ素子に電流が分流されるので、当然各々の素子に流
れる電流値は小さくなる。ところで運転すべき超電導マ
グネットに電流を流し始めた初期においては、各々の永
久電流スイッチに分流される電流値の時間微分値が大き
いため、各々の永久電流スイッチの抵抗値（接続抵抗
等）の影響が小さい。従って自己インダクタンスが均一
ならば運転すべき超電導マグネットに電流を流し始めた
初期においてほぼ一定の電流が分流されることになる
（相互インダクタンスの影響は自己インダクタンスの影
響に比べ小さい）。
に接続した並列型の永久電流スイッチが大電流用途の場
合に広く採用されている。図３は２個並列型の例であ
る。並列型の永久電流スイッチは、各々の永久電流スイ
ッチ素子に電流が分流されるので、当然各々の素子に流
れる電流値は小さくなる。ところで運転すべき超電導マ
グネットに電流を流し始めた初期においては、各々の永
久電流スイッチに分流される電流値の時間微分値が大き
いため、各々の永久電流スイッチの抵抗値（接続抵抗
等）の影響が小さい。従って自己インダクタンスが均一
ならば運転すべき超電導マグネットに電流を流し始めた
初期においてほぼ一定の電流が分流されることになる
（相互インダクタンスの影響は自己インダクタンスの影
響に比べ小さい）。
【００１０】そして電流供給の初期を経て、定常電流状
態に近づくにつれ、自己インダクタンスの影響が少なく
なり（完全な定常電流であれば、時間微分が零にな
る）、各々の永久電流スイッチ素子に分流される電流値
が接続抵抗によってほぼ規定される。従って定常電流に
おいては、各々の永久電流スイッチ素子の接続抵抗が一
定ならば一定の電流が分流されることになる。具体的に
は例えば同じ抵抗値の永久電流スイッチ素子を２個並列
接続した永久電流スイッチの場合、１／２ずつ分流され
ることになる。しかしながら実際には、各々の永久電流
スイッチ素子の接続抵抗を一定にすることは極めて困難
である。なぜなら超電導回路の場合のように極めて微小
オーダーの電気抵抗が問題となる場合、その程度の微小
オーダー（通常１０-12 オーム以下のオーダーである）
の接続抵抗は接続する超電導線同士の密着の度合いや密
着させる表面の表面状態によって極めて大きく影響され
るからである。実用的には、数倍程度の接続抵抗の差を
避けるのは難しい。従ってある永久電流スイッチ素子と
他のそれとに分流される電流値に数倍程度の差が生じる
ことは少なくない。そして多くの場合、一つの永久電流
スイッチ素子に容量以上の分流がなされクエンチすると
永久電流スイッチ全体がクエンチしてしまうのである。
態に近づくにつれ、自己インダクタンスの影響が少なく
なり（完全な定常電流であれば、時間微分が零にな
る）、各々の永久電流スイッチ素子に分流される電流値
が接続抵抗によってほぼ規定される。従って定常電流に
おいては、各々の永久電流スイッチ素子の接続抵抗が一
定ならば一定の電流が分流されることになる。具体的に
は例えば同じ抵抗値の永久電流スイッチ素子を２個並列
接続した永久電流スイッチの場合、１／２ずつ分流され
ることになる。しかしながら実際には、各々の永久電流
スイッチ素子の接続抵抗を一定にすることは極めて困難
である。なぜなら超電導回路の場合のように極めて微小
オーダーの電気抵抗が問題となる場合、その程度の微小
オーダー（通常１０-12 オーム以下のオーダーである）
の接続抵抗は接続する超電導線同士の密着の度合いや密
着させる表面の表面状態によって極めて大きく影響され
るからである。実用的には、数倍程度の接続抵抗の差を
避けるのは難しい。従ってある永久電流スイッチ素子と
他のそれとに分流される電流値に数倍程度の差が生じる
ことは少なくない。そして多くの場合、一つの永久電流
スイッチ素子に容量以上の分流がなされクエンチすると
永久電流スイッチ全体がクエンチしてしまうのである。
【００１１】ところで電流容量を大きくしてクエンチし
にくい安定した永久電流スイッチを得るには、単純には
並列接続する永久電流スイッチ素子の数を増やせばよ
い。しかしいたずらにその数を増やしても永久電流スイ
ッチのサイズが大型化したり、コストが上昇する等、好
ましくない。
にくい安定した永久電流スイッチを得るには、単純には
並列接続する永久電流スイッチ素子の数を増やせばよ
い。しかしいたずらにその数を増やしても永久電流スイ
ッチのサイズが大型化したり、コストが上昇する等、好
ましくない。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の事情に鑑
みてなされたもので、クエンチしにくい安定した永久電
流スイッチを提供しようとするものである。即ち本発明
は、４本の超電導線がソレノイド状に卷回されてなり、
当該超電導線の極性が交互かつ対称的になるように４本
の前記超電導線が無誘導に並列接続された永久電流スイ
ッチ素子により構成される永久電流スイッチである。ま
た前記永久電流スイッチ素子を複数個並列接続してなる
永久電流スイッチを提供する。
みてなされたもので、クエンチしにくい安定した永久電
流スイッチを提供しようとするものである。即ち本発明
は、４本の超電導線がソレノイド状に卷回されてなり、
当該超電導線の極性が交互かつ対称的になるように４本
の前記超電導線が無誘導に並列接続された永久電流スイ
ッチ素子により構成される永久電流スイッチである。ま
た前記永久電流スイッチ素子を複数個並列接続してなる
永久電流スイッチを提供する。
【００１３】
【作用】本発明は、種々の検討を行った結果なされたも
ので、特に大電流容量用の用途に好適に適用できる永久
電流スイッチである。本発明では永久電流スイッチ素子
を４本の超電導線をソレノイド状に卷回することで形成
している。こうして形成された永久電流スイッチ素子
は、４本の超電導線が４本並列巻きされた構造になって
いるが、これらの超電導線の接続に際し、図１に示すよ
うに、超電導線１０の接続を、各々の極性が交互に対称
的になるように接続する。そしてこの永久電流スイッチ
素子３は全体として無誘導巻きになっている。
ので、特に大電流容量用の用途に好適に適用できる永久
電流スイッチである。本発明では永久電流スイッチ素子
を４本の超電導線をソレノイド状に卷回することで形成
している。こうして形成された永久電流スイッチ素子
は、４本の超電導線が４本並列巻きされた構造になって
いるが、これらの超電導線の接続に際し、図１に示すよ
うに、超電導線１０の接続を、各々の極性が交互に対称
的になるように接続する。そしてこの永久電流スイッチ
素子３は全体として無誘導巻きになっている。
【００１４】本発明では、４本の超電導線が４本並列巻
きされた構造の永久電流スイッチを採用するのは以下の
理由による。図４は、一例として６本の超電導線が並列
巻きされた構造の永久電流スイッチ素子により構成され
る永久電流スイッチの等価回路を示すものである。図４
では、簡明を期するために永久電流スイッチ素子を１個
としている。超電導線１１、１２、１３と超電導線１
４、１５、１６の極性が逆になるように接続され、コイ
ルの巻き方向が逆になっている。これらの各々に流れる
電流値は各々Ｉ1 、Ｉ2 、Ｉ3 、Ｉ4 、Ｉ5 、Ｉ6 とす
る。そしてこれらの超電導線の接続抵抗をＲ1 、Ｒ2 、
Ｒ3 、Ｒ4 、Ｒ5 、Ｒ6 とし、また各々の自己インダク
タンスは殆ど同等なのでここではこれらをＬとする。ま
た各超電導線間の相互インダクタンスは位置関係等によ
って多少異なるが、超電導コイル５１に電流を励磁する
初期を経て、ほぼ永久電流モードの周回電流が流れてい
る状態では、各々の相互インダクタンスはほぼ同等とし
ても大きな影響はない。そこで各超電導線間の相互イン
ダクタンスを全てＭとする。図４の等価回路の回路方程
式を以下に示す。
きされた構造の永久電流スイッチを採用するのは以下の
理由による。図４は、一例として６本の超電導線が並列
巻きされた構造の永久電流スイッチ素子により構成され
る永久電流スイッチの等価回路を示すものである。図４
では、簡明を期するために永久電流スイッチ素子を１個
としている。超電導線１１、１２、１３と超電導線１
４、１５、１６の極性が逆になるように接続され、コイ
ルの巻き方向が逆になっている。これらの各々に流れる
電流値は各々Ｉ1 、Ｉ2 、Ｉ3 、Ｉ4 、Ｉ5 、Ｉ6 とす
る。そしてこれらの超電導線の接続抵抗をＲ1 、Ｒ2 、
Ｒ3 、Ｒ4 、Ｒ5 、Ｒ6 とし、また各々の自己インダク
タンスは殆ど同等なのでここではこれらをＬとする。ま
た各超電導線間の相互インダクタンスは位置関係等によ
って多少異なるが、超電導コイル５１に電流を励磁する
初期を経て、ほぼ永久電流モードの周回電流が流れてい
る状態では、各々の相互インダクタンスはほぼ同等とし
ても大きな影響はない。そこで各超電導線間の相互イン
ダクタンスを全てＭとする。図４の等価回路の回路方程
式を以下に示す。
【００１５】
【数１】
【００１６】さてここでＲ1 ＝Ｒ2 ＝３×１０-11 オー
ム、Ｒ3 ＝Ｒ4 ＝Ｒ5 ＝Ｒ6 ＝３×１０-13 オームとし
てこの回路方程式（連立微分方程式）を数値計算して解
くと図５のようになる。なお接続抵抗による電流減衰は
ないものとして計算している。曲線（Ｉ１）および曲線
（Ｉ２）は超電導線１１または超電導線１２に流れる電
流値Ｉ1 、Ｉ2 の時間遍歴を示し、曲線（Ｉ３）は超電
導線１３に流れる電流値Ｉ3 の遍歴を示す。超電導コイ
ル５１に通電する初期において超電導線１１、１２、１
３に流れていた電流値Ｉ1(t ＝0 ) 、Ｉ2(t ＝0 ) 、Ｉ
3(t ＝0 ) を７０Ａ（この時点では上記超電導線に流
れる電流値はほぼ等しい。自己インダクタンスおよび相
互インダクタンスが等しく、各々の接続抵抗値の相違の
影響が少ないからである）とすると、この数値計算結果
により、ほぼ１年間経過する頃ではＩ3(t ＝１年) が２
００Ａに近くなり、Ｉ1(t ＝１年）とＩ2(t ＝１年) が
１０Ａ以下になることが判る。
ム、Ｒ3 ＝Ｒ4 ＝Ｒ5 ＝Ｒ6 ＝３×１０-13 オームとし
てこの回路方程式（連立微分方程式）を数値計算して解
くと図５のようになる。なお接続抵抗による電流減衰は
ないものとして計算している。曲線（Ｉ１）および曲線
（Ｉ２）は超電導線１１または超電導線１２に流れる電
流値Ｉ1 、Ｉ2 の時間遍歴を示し、曲線（Ｉ３）は超電
導線１３に流れる電流値Ｉ3 の遍歴を示す。超電導コイ
ル５１に通電する初期において超電導線１１、１２、１
３に流れていた電流値Ｉ1(t ＝0 ) 、Ｉ2(t ＝0 ) 、Ｉ
3(t ＝0 ) を７０Ａ（この時点では上記超電導線に流
れる電流値はほぼ等しい。自己インダクタンスおよび相
互インダクタンスが等しく、各々の接続抵抗値の相違の
影響が少ないからである）とすると、この数値計算結果
により、ほぼ１年間経過する頃ではＩ3(t ＝１年) が２
００Ａに近くなり、Ｉ1(t ＝１年）とＩ2(t ＝１年) が
１０Ａ以下になることが判る。
【００１７】また超電導線１４、１５、１６に流れる電
流値Ｉ4 、Ｉ5 、Ｉ6 は曲線（１４）、曲線（Ｉ５）、
曲線（Ｉ６）のように時間変動する。つまり超電導コイ
ル５１に通電する初期において流れていた電流値（７０
Ａ）のままである。これはこれらの超電導線の接続抵抗
値が等しいと仮定したからである。以上の結果より、超
電導線１１、１２に流れていた電流分が超電導線１３に
再配分されたことが判る。超電導線１４、１５、１６に
流れていた電流が超電導線１３に分流しなかったのは磁
気的カップリングのためである。
流値Ｉ4 、Ｉ5 、Ｉ6 は曲線（１４）、曲線（Ｉ５）、
曲線（Ｉ６）のように時間変動する。つまり超電導コイ
ル５１に通電する初期において流れていた電流値（７０
Ａ）のままである。これはこれらの超電導線の接続抵抗
値が等しいと仮定したからである。以上の結果より、超
電導線１１、１２に流れていた電流分が超電導線１３に
再配分されたことが判る。超電導線１４、１５、１６に
流れていた電流が超電導線１３に分流しなかったのは磁
気的カップリングのためである。
【００１８】ここで超電導コイル５１に通電する初期に
おける超電導線に流れる電流値を定格電流値Ｉopとし、
各々の超電導線の臨界電流値Ｉc との比γ＝Ｉop／Ｉc
を考える。図５では４００日までの時間経過しか示して
いないが、更に長期間が経過すると最終的には曲線（Ｉ
１、Ｉ２）が０に近づき、その電流値の減少分が曲線
（Ｉ３）に再配分されることになる。つまり接続抵抗に
よる電流減衰を無視すれば曲線（Ｉ３）は最終的にはＩ
1(t ＝0)×３程度まで上昇することになる。従ってこの
場合γは１／３より小さいことが必要になる。
おける超電導線に流れる電流値を定格電流値Ｉopとし、
各々の超電導線の臨界電流値Ｉc との比γ＝Ｉop／Ｉc
を考える。図５では４００日までの時間経過しか示して
いないが、更に長期間が経過すると最終的には曲線（Ｉ
１、Ｉ２）が０に近づき、その電流値の減少分が曲線
（Ｉ３）に再配分されることになる。つまり接続抵抗に
よる電流減衰を無視すれば曲線（Ｉ３）は最終的にはＩ
1(t ＝0)×３程度まで上昇することになる。従ってこの
場合γは１／３より小さいことが必要になる。
【００１９】上述の例は、抵抗Ｒ1 ＝Ｒ2 ≫Ｒ3 と仮定
した場合であるから、超電導線１３に最大限に再配分さ
れる例である。しかしクエンチが起きにくい永久電流ス
イッチを得るには、γを１／３より小さくしておくこと
が望ましい。この例は超電導線が６本の場合であるが、
２本、４本、８本の場合も同様に解析した。これらの結
果をまとめると、各々の定格電流値／臨界電流値の値
が、γ2 ＝１／２、γ4＝１／２、γ6 ＝１／３、γ8
＝１／４であることが望ましいことが判った。つまり超
電導線の本数が増える程、各々の超電導線の臨界電流値
を大きくする必要が生じている。臨界電流値の高い超電
導線を得るにはそれだけコストが高くなるから、効率的
には超電導線が４本の場合が最適であることが判る。
した場合であるから、超電導線１３に最大限に再配分さ
れる例である。しかしクエンチが起きにくい永久電流ス
イッチを得るには、γを１／３より小さくしておくこと
が望ましい。この例は超電導線が６本の場合であるが、
２本、４本、８本の場合も同様に解析した。これらの結
果をまとめると、各々の定格電流値／臨界電流値の値
が、γ2 ＝１／２、γ4＝１／２、γ6 ＝１／３、γ8
＝１／４であることが望ましいことが判った。つまり超
電導線の本数が増える程、各々の超電導線の臨界電流値
を大きくする必要が生じている。臨界電流値の高い超電
導線を得るにはそれだけコストが高くなるから、効率的
には超電導線が４本の場合が最適であることが判る。
【００２０】以上が本発明において４本の超電導線を用
いて卷回し、これらの超電導線を極性が交互かつ対称的
になるように無誘導に並列接続した永久電流スイッチ素
子を用いる理由である。上記永久電流スイッチ素子を必
要に応じて並列に接続すれば、永久電流スイッチ全体の
電流容量を高めることが可能である。この場合、各々の
永久電流スイッチ素子間の電流の再分配は殆ど生じな
い。これは各々の永久電流スイッチ素子は各々別コイル
を形成しており、相互の磁気的干渉は少ないからであ
る。
いて卷回し、これらの超電導線を極性が交互かつ対称的
になるように無誘導に並列接続した永久電流スイッチ素
子を用いる理由である。上記永久電流スイッチ素子を必
要に応じて並列に接続すれば、永久電流スイッチ全体の
電流容量を高めることが可能である。この場合、各々の
永久電流スイッチ素子間の電流の再分配は殆ど生じな
い。これは各々の永久電流スイッチ素子は各々別コイル
を形成しており、相互の磁気的干渉は少ないからであ
る。
【００２１】なお、４本の超電導線をソレノイド状に卷
回する際、予め４本撚りの超電導撚線を用いると望まし
い。この場合、卷回するとき超電導線がばらけにくくな
り巻きやすくなる。また超電導コイルによる外部磁界の
影響を低減でき、更に超電導撚線に掛かる（超電導コイ
ルおよび永久電流スイッチによる）電磁力がほぼつり合
うという利点もある。
回する際、予め４本撚りの超電導撚線を用いると望まし
い。この場合、卷回するとき超電導線がばらけにくくな
り巻きやすくなる。また超電導コイルによる外部磁界の
影響を低減でき、更に超電導撚線に掛かる（超電導コイ
ルおよび永久電流スイッチによる）電磁力がほぼつり合
うという利点もある。
【００２２】
【実施例】次に実施例および比較例を説明する。 実施例１ 直径０．４ｍｍの超電導線を用いて４本撚りの超電導撚
線を形成した。ピッチは約２０ｍｍである。これを図１
に示すように巻枠２０（直径２０ｍｍの円筒形状）に１
００ターン（約５０ｍ使用）した。各超電導線１０の自
己インダクタンスはほぼ同等で、全て０．１５ｍＨ程度
である。そして図１に示す如く、各超電導線１０の極性
が交互に対称的になるように接続した。接続に際しては
超電導線の超電導フィランメントを露出させ、露出した
超電導フィラメント同士を接触させた上、半田付けす
る、いわゆる超電導接続を行った。こうして永久電流ス
イッチを形成した。各々接続抵抗の平均値は１×１０
-12 オーム以下である。なお接続抵抗のバラツキが極力
小さくなるように努力したが、不可避的に数倍程度のバ
ラツキの発生は避けにくい。
線を形成した。ピッチは約２０ｍｍである。これを図１
に示すように巻枠２０（直径２０ｍｍの円筒形状）に１
００ターン（約５０ｍ使用）した。各超電導線１０の自
己インダクタンスはほぼ同等で、全て０．１５ｍＨ程度
である。そして図１に示す如く、各超電導線１０の極性
が交互に対称的になるように接続した。接続に際しては
超電導線の超電導フィランメントを露出させ、露出した
超電導フィラメント同士を接触させた上、半田付けす
る、いわゆる超電導接続を行った。こうして永久電流ス
イッチを形成した。各々接続抵抗の平均値は１×１０
-12 オーム以下である。なお接続抵抗のバラツキが極力
小さくなるように努力したが、不可避的に数倍程度のバ
ラツキの発生は避けにくい。
【００２３】本実施例では永久電流スイッチ素子３０を
１個用いて永久電流スイッチを構成した。テストのため
にこの永久電流スイッチを数個用意して、これを１Ｔの
印加磁場中でクエンチ試験を行った結果、クエンチ電流
ＩQ （実施例１）は何れも約４５０Ａ程度であった。ま
た自己インダクタンスが１Ｈの超電導コイルにこの永久
電流スイッチを接続して３００Ａの永久電流モードでの
通電試験を行ったところ、１年を経ても何れの永久電流
スイッチにもクエンチが発生しなかった。
１個用いて永久電流スイッチを構成した。テストのため
にこの永久電流スイッチを数個用意して、これを１Ｔの
印加磁場中でクエンチ試験を行った結果、クエンチ電流
ＩQ （実施例１）は何れも約４５０Ａ程度であった。ま
た自己インダクタンスが１Ｈの超電導コイルにこの永久
電流スイッチを接続して３００Ａの永久電流モードでの
通電試験を行ったところ、１年を経ても何れの永久電流
スイッチにもクエンチが発生しなかった。
【００２４】実施例２ 実施例２では、図３に示すように実施例１と同様の永久
電流スイッチ素子を用いて、これを２個並列に接続して
並列型の永久電流スイッチを形成した。この永久電流ス
イッチを数個用意して、これを１Ｔの印加磁場中でクエ
ンチ試験を行った結果、クエンチ電流ＩQ （実施例２）
は何れも約９００Ａであった。これは実施例１の約２倍
に相当する。また自己インダクタンスが１Ｈの超電導コ
イルにこの永久電流スイッチを接続して６００Ａの永久
電流モードでの通電試験を行ったところ、何れも１年の
期間を経ても永久電流スイッチにクエンチが発生しなか
った。
電流スイッチ素子を用いて、これを２個並列に接続して
並列型の永久電流スイッチを形成した。この永久電流ス
イッチを数個用意して、これを１Ｔの印加磁場中でクエ
ンチ試験を行った結果、クエンチ電流ＩQ （実施例２）
は何れも約９００Ａであった。これは実施例１の約２倍
に相当する。また自己インダクタンスが１Ｈの超電導コ
イルにこの永久電流スイッチを接続して６００Ａの永久
電流モードでの通電試験を行ったところ、何れも１年の
期間を経ても永久電流スイッチにクエンチが発生しなか
った。
【００２５】比較例１ 実施例１、２で用いた超電導線と同様のものを用い、こ
れを６本、および同寸法の純銅線１本を用いて７本撚り
の超電導撚線を形成した。これを直径２０ｍｍの円筒形
状の巻枠に巻いて（１００ターン、約５０ｍ使用）永久
電流スイッチ素子を組み立てた。各超電導線の自己イン
ダクタンスはほぼ０．１５ｍＨであった。そして実施例
１と同様にして各超電導線の極性が交互に対称的になる
ように接続した。各々接続抵抗の平均値は１×１０-12
オーム以下である。なお接続抵抗のバラツキは極力小さ
くなるように努力したが、不可避的に数倍程度のバラツ
キは避けにくいことは実施例１と同様である。この永久
電流スイッチ素子を１個用いて永久電流スイッチを構成
した。
れを６本、および同寸法の純銅線１本を用いて７本撚り
の超電導撚線を形成した。これを直径２０ｍｍの円筒形
状の巻枠に巻いて（１００ターン、約５０ｍ使用）永久
電流スイッチ素子を組み立てた。各超電導線の自己イン
ダクタンスはほぼ０．１５ｍＨであった。そして実施例
１と同様にして各超電導線の極性が交互に対称的になる
ように接続した。各々接続抵抗の平均値は１×１０-12
オーム以下である。なお接続抵抗のバラツキは極力小さ
くなるように努力したが、不可避的に数倍程度のバラツ
キは避けにくいことは実施例１と同様である。この永久
電流スイッチ素子を１個用いて永久電流スイッチを構成
した。
【００２６】この永久電流スイッチを数個用意して、こ
れを１Ｔの印加磁場中でクエンチ試験を行った結果、ク
エンチ電流ＩQ （比較例１）は何れも約６００〜７００
Ａであった。この値は、実施例１の約３／２倍程度であ
る。また自己インダクタンスが０．５Ｈの超電導コイル
に永久電流スイッチを接続して４００Ａの永久電流モー
ドでの通電試験を行ったところ、１〜３月程度でクエン
チが発生した。
れを１Ｔの印加磁場中でクエンチ試験を行った結果、ク
エンチ電流ＩQ （比較例１）は何れも約６００〜７００
Ａであった。この値は、実施例１の約３／２倍程度であ
る。また自己インダクタンスが０．５Ｈの超電導コイル
に永久電流スイッチを接続して４００Ａの永久電流モー
ドでの通電試験を行ったところ、１〜３月程度でクエン
チが発生した。
【００２７】クエンチ試験におけるクエンチ電流は、ほ
ぼ超電導線の本数に比例して大きくなるので、比較例１
は実施例１に比べクエンチ電流が約３／２倍になってい
る。しかし永久電流モードでの通電試験においては、実
施例１や２に比べ短期間にクエンチが発生してしまっ
た。このため比較例１の永久電流スイッチは実施例１、
２に比べ長期間の運転に際し安定性の高いものではなか
った。比較例１の場合を実施例１、２の場合と同様、長
期間安定性を高めるには、永久電流モードでの運転に際
して通電電流を下げる必要がある。
ぼ超電導線の本数に比例して大きくなるので、比較例１
は実施例１に比べクエンチ電流が約３／２倍になってい
る。しかし永久電流モードでの通電試験においては、実
施例１や２に比べ短期間にクエンチが発生してしまっ
た。このため比較例１の永久電流スイッチは実施例１、
２に比べ長期間の運転に際し安定性の高いものではなか
った。比較例１の場合を実施例１、２の場合と同様、長
期間安定性を高めるには、永久電流モードでの運転に際
して通電電流を下げる必要がある。
【００２８】以上の結果から、例えば超電導線１２本分
の電流容量の永久電流スイッチを組み立てるには、比較
例１における永久電流スイッチ素子を２個並列接続する
より、実施例１における永久電流スイッチ素子を３個並
列接続して組み立てた方が効率的であることが判る。つ
まり本発明の永久電流スイッチは性能的にもコスト的に
も効率的なものなのである。
の電流容量の永久電流スイッチを組み立てるには、比較
例１における永久電流スイッチ素子を２個並列接続する
より、実施例１における永久電流スイッチ素子を３個並
列接続して組み立てた方が効率的であることが判る。つ
まり本発明の永久電流スイッチは性能的にもコスト的に
も効率的なものなのである。
【００２９】
【効果】以上説明したように本発明の永久電流スイッチ
は、効率的に永久電流モードでの運転においてクエンチ
が抑制されたもので、産業上の貢献は著しいものであ
る。
は、効率的に永久電流モードでの運転においてクエンチ
が抑制されたもので、産業上の貢献は著しいものであ
る。
【図１】本発明の永久電流スイッチを構成する永久電流
スイッチ素子を示す説明図である。
スイッチ素子を示す説明図である。
【図２】永久電流スイッチと超電導マグネットを用いた
回路図である。
回路図である。
【図３】本発明の永久電流スイッチを示す説明図であ
る。
る。
【図４】６本の超電導線が並列巻きされた構造の永久電
流スイッチ素子により構成される永久電流スイッチの等
価回路を示す回路図である。
流スイッチ素子により構成される永久電流スイッチの等
価回路を示す回路図である。
【図５】図４の等価回路の回路方程式を数値解析した結
果を示す。
果を示す。
１０ 超電導線 ２０ 巻枠 ３０ 永久電流スイッチ素子 ４０ 永久電流スイッチ ５０ 超電導コイル ６０ 励磁電源 ３ａ、３ｂ 永久電流スイッチ素子 ７０ａ、７０ｂ コイル ７１ａ、７１ｂ 巻枠 ７２ 半田接続部 ７３ 端部 ７４ 口出し超電導線 １１、１２、１３、１４、１５、１６ 超電導線 ５１ 超電導コイル ６１ 励磁電源
Claims (2)
- 【請求項１】 ４本の超電導線がソレノイド状に卷回さ
れてなり、当該超電導線の極性が交互かつ対称的になる
ように４本の前記超電導線が無誘導に並列接続された永
久電流スイッチ素子により構成される永久電流スイッ
チ。 - 【請求項２】 請求項１記載の永久電流スイッチ素子が
複数個並列接続されてなる永久電流スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7000827A JPH08190848A (ja) | 1995-01-06 | 1995-01-06 | 永久電流スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7000827A JPH08190848A (ja) | 1995-01-06 | 1995-01-06 | 永久電流スイッチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08190848A true JPH08190848A (ja) | 1996-07-23 |
Family
ID=11484481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7000827A Pending JPH08190848A (ja) | 1995-01-06 | 1995-01-06 | 永久電流スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08190848A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19720397A1 (de) * | 1997-05-15 | 1999-04-01 | Magnet Motor Gmbh | Supraleitender Hochstromschalter |
-
1995
- 1995-01-06 JP JP7000827A patent/JPH08190848A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19720397A1 (de) * | 1997-05-15 | 1999-04-01 | Magnet Motor Gmbh | Supraleitender Hochstromschalter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2010238840A (ja) | 超電導線材，永久電流スイッチ及び超電導マグネット | |
| JP4933034B2 (ja) | 超伝導コイルの保護装置、ｎｍｒ装置及びｍｒｉ装置 | |
| US6809910B1 (en) | Method and apparatus to trigger superconductors in current limiting devices | |
| JPH0614453A (ja) | 超電導応用限流装置 | |
| JP4477859B2 (ja) | 永久電流スイッチ、超電導磁石及び磁気共鳴イメージング装置 | |
| GB2415833A (en) | Inductive device with parallel permanent magnets in a magnetic circuit | |
| US7019608B2 (en) | Superconducting transformer | |
| JPH08190848A (ja) | 永久電流スイッチ | |
| JP3783518B2 (ja) | 超電導線材の接続構造 | |
| JPH07183582A (ja) | 並列型永久電流スイッチ | |
| US3187229A (en) | Superconducting magnet utilizing superconductive shielding at lead junctions | |
| JPH01194310A (ja) | 超電導スイツチ素子 | |
| JP2002118956A (ja) | 限流器 | |
| JP2002260463A (ja) | 粉末法Ｎｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材による超電導接続構造体の製造方法 | |
| JP4978186B2 (ja) | 超電導線材の接続構造 | |
| JP4750925B2 (ja) | 限流器 | |
| JP2001229750A (ja) | 超電導ケーブル | |
| JP3073552B2 (ja) | 超電導線材 | |
| JP2716789B2 (ja) | 限流装置 | |
| JPS6058562B2 (ja) | 超電導マグネツトの磁界分布調整方法 | |
| JPH10321058A (ja) | 交流用超電導導体 | |
| JPH07115016A (ja) | 超電導装置 | |
| GB2525218A (en) | High di/dt superconductive joint | |
| JPS62131505A (ja) | 超電導線輪 | |
| JPH03217009A (ja) | ハイブリッド超電導コイル |