JPH10270764A - 超電導スイッチ及びその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作製が容易であると共に、安定性にすぐれ、
使用しやすい超電導スイッチを得ることが課題である。 【解決手段】 複数本の超電導線４がより合わされてな
る超電導多芯線１が巻枠２に巻回され、各々の超電導線
４の端が、他の超電導線４の端と電気的に接続されてな
る超電導巻線２０と、超電導巻線２０を超電導状態と常
電導状態との間で遷移させる遷移手段５とを有す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、超電導コイルと
並列に接続して用いられる、超電導体の超電導、常電導
遷移を利用した超電導スイッチに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超電導状態とは熱力学的な一つの相であ
り、周囲の温度あるいは磁界がそれぞれある一定の値Ｔ
ｃ，Ｈｃ以下で超電導状態が実現する。超電導状態では
その電気低抗は消失し、常電導状態では有限の値とな
る。したがって超電導体の温度や超電導体に印加された
磁界を変化させることにより電気抵抗零の超電導状態と
電気抵抗有限の常電導状態の間の遷移を制御することが
でき、この性質をスイッチに利用したものが超電導スイ
ッチである。特に超電導コイルを永久電流励磁する際に
は、この形式のスイッチがしばしば用いられる。

【０００３】図８は、例えば特公昭５１−４７５９９号
公報に示された従来の超電導スイッチを示す断面図であ
る。図において、１本の連続した超電導線６は、例えば
プラスチックス等の熱絶縁体でできた巻枠７に巻回され
ている。そして、その両端には、図示しないスイッチの
端子が形成されている。また、巻回された超電導線６と
巻枠７との間には発熱体８が配設されている。発熱体８
には図示しないリード線が接続されている。そして、金
属層１０が、超電導線６を挟むように超電導線６と一緒
に巻枠７に巻き込まれている。さらに、超電導線６と金
属層１０との間には、両者を絶縁するとともに熱的には
良好な伝導状態を維持する絶縁層１１が配設されてい
る。また、巻回された超電導線６の外周は熱絶縁層９で
覆われている。

【０００４】このように形成された組立体が、超電導線
６の遷移温度Ｔｃ以下の沸点を有する例えば液体ヘリウ
ム等の冷却媒体中に浸漬されて超電導スイッチが形成さ
れる。超電導スイッチの開閉は、発熱体８に電流が通電
されることによって超電導線６が常電導状態とされ、ま
た発熱体８の通電が断たれて超電導状態とされることに
より行われる。超電導線６が常電導状態にされる手段と
しては必ずしも発熱体８による必要はなく、スイッチの
周囲から一時的に冷却媒体が除去されるかまたはスイッ
チ自体が冷却媒体の存在しない空間へ移動されても良
い。あるいは適当なマグネットコイルによつて超電導線
６にＨｃ以上の磁界が印加される構成とされてもよい。

【０００５】このように構成された従来の超電導スイッ
チは、超電導線６の両端を図示しない超電導コイルに並
列に接続されて使用される。超電導スイッチの超電導線
６が発熱体８により加熱されて臨界温度以上にされると
抵抗が発生する。次に超電導コイルに並列に接続された
直流電源により超電導コイルが励磁される。次いで超電
導線６の温度が臨界温度以下に下げられて、超電導スイ
ッチが超電導状態にされる。その後、直流電源の電流が
零に下げられると、超電導コイルと超電導スイッチによ
って永久電流の回路が作られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に超電導スイッチ
は以上のように使用され、臨界温度以上の常電導状態に
おいて所定の抵抗を有することが必要である。この所定
の抵抗を得るためには、例えば長い超電導線６が巻枠７
に巻回されなければならない。しかし、長い超電導線６
を巻枠７に均一に整然と巻回することは容易でなく、ま
た長い超電導線６を巻枠７に多数回巻回することは、超
電導線６の安定性において優れていなかった。

【０００７】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、作製が容易であると共に、安
定性にすぐれ、使用しやすい超電導スイッチを得ること
及びその製造方法を得ることを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の超電導スイッ
チにおいては、複数本の超電導線がより合わされてなる
超電導多芯線が巻枠に巻回され、各々の超電導線の端
が、他の超電導線の端と電気的に接続されてなる超電導
巻線と、超電導巻線を超電導状態と常電導状態との間で
遷移させる遷移手段とを有する。

【０００９】請求項２の超電導スイッチにおいては、複
数本の超電導線は、各々の超電導線を流れる電流の方向
が、巻枠に対して同一の回転方向となるように接続され
ている。

【００１０】請求項３の超電導スイッチにおいては、複
数本の超電導線は、各々の超電導線を流れる電流の方向
が、巻枠の巻回方向に対して交互に折り返すように接続
されている。

【００１１】請求項４の超電導スイッチにおいては、複
数本の超電導線は、所定数本が電気的に並列に接続され
て束とされ、束を流れる電流の方向が、巻枠に対して同
一の回転方向となるように接続されている。

【００１２】請求項５の超電導スイッチにおいては、複
数本の超電導線は、所定数本が電気的に並列に接続され
て束とされ、束を流れる電流の方向が、巻枠の巻回方向
に対して交互に折り返すように接続されている。

【００１３】請求項６の超電導スイッチの作製方法にお
いては、複数本の超電導線がより合わされてなる超電導
多芯線が巻枠に巻回される工程と、各々の超電導線の端
が、他の超電導線の端と電気的に接続される工程とを有
する。

【００１４】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は本発明の超電導スイッチを示す断
面図である。図２は超電導多芯線の斜視図である。また
図３は超電導線の断面図である。さらにまた図４は超電
導線の接続のされ方を示す説明図である。図１におい
て、所定の長さを有する１本の長い超電導多芯線１が、
例えばプラスチックス等の熱絶縁体で作製された巻枠２
に複数回巻回されて超電導巻線２０が形成されている。
巻回された超電導多芯線１と巻枠２との間には、発熱体
であるヒーター５が配設さている。ヒーター５には、図
示しないリード線が接続されている。また、巻回された
超電導多芯線１の外周は熱絶縁層３で覆われている。

【００１５】図２において、絶縁被覆された超電導線４
が、複数本螺旋状により合わされて１本の超電導多芯線
１が形成されている。図３に示されるように、１本の超
電導線４は、超電導素線が高抵抗金属に埋め込まれてな
る複合線４ｂが、絶縁被覆４ａで被覆されて作製されて
いる。

【００１６】図４は各々の超電導線４の接続のされ方を
示す。１本の超電導多芯線１が巻枠２に巻回された後、
超電導多芯線１を構成する複数の超電導線４は、図４に
示されるように、各々の超電導線４を流れる電流Ｉの方
向が、巻枠２に対して同一の回転方向となるように電気
的に接続されている。すなわち、任意の超電導線４の巻
き終わり端が、次の超電導線４の巻き始め端に接続さ
れ、これが順次繰り返されて、全体で１本の超電導線と
され、超電導巻線２０が形成されている。１本目の超電
導線４の巻き始め端と、最後の超電導線４の巻き終わり
端は、端子として外部の電線に接続されている。そし
て、連結された１本の超電導線は、全体で所定の抵抗が
得られるように構成されている。

【００１７】このように形成された組立体が、超電導線
４の遷移温度Ｔｃ以下の沸点を有する冷却媒体（例えば
液体ヘリウム）中に浸漬されて超電導スイッチが形成さ
れる。超電導スイッチの開閉は、ヒーター５に電流が通
電されて、超電導線４が常電導状態とされ、またヒータ
ー５の通電が断たれて超電導状態にされることにより行
われる。ヒーター５及び図示しない冷却媒体とは、超電
導巻線２０を、超電導状態と常電導状態との間で遷移さ
せる遷移手段である。

【００１８】このように構成された超電導スイッチは、
超電導巻線２０の両端を図示しない超電導コイルに並列
に接続されて使用される。超電導スイッチの超電導巻線
２０が発熱体８により加熱されて臨界温度以上にされる
と抵抗が発生する。次に超電導コイルに並列に接続され
た直流電源により超電導コイルが励磁される。次いで超
電導巻線２０の温度が臨界温度以下に下げられて、超電
導スイッチが超電導状態にされる。その後、直流電源の
電流が零に下げられると、超電導コイルと超電導スイッ
チによって永久電流の回路が作られる。

【００１９】このような構成の超電導スイッチにおいて
は、超電導線４が複数本より合わされて形成された超電
導多芯線１が巻枠２に巻回されるので、巻回する回数が
減り作製が容易である。また予めより合わされている超
電導線４を使用するので、均一に整然と巻回することが
でき、安定性にすぐれた超電導スイッチとすることがで
きる。

【００２０】超電導巻線２０を超電導状態と常電導状態
との間で遷移させる遷移手段としては、必ずしもヒータ
ー５が用いられる必要はなく、スイッチの周囲から一時
的に冷却媒体が除去されるか、或いはスイッチ自体が冷
却媒体の存在しない空間へ移動されても良く、さらに
は、適当なマグネットコイルによつて超電導線４にＨｃ
以上の磁界が印加される構成とされてもよく、このよう
な構成とされた場合には熱絶縁層３は不要となることは
言うまでもない。

【００２１】実施の形態２．図５は本発明の超電導スイ
ッチの他の例を示す超電導線の接続のされ方を示す説明
図である。本実施の形態においては、超電導多芯線１が
巻枠２に巻回された後、超電導多芯線１を構成する複数
本の超電導線４は、図５に示されるように、各々の超電
導線４を流れる電流Ｉの方向が、巻枠２の巻回方向に対
して交互に折り返すように接続されている。すなわち、
１本の超電導多芯線１において、任意の超電導線４の巻
き終わり端が、次の超電導線４の巻き終わり端に接続さ
れ、その超電導線４の巻き始め端が、さらに次の超電導
線４の巻き始め端に接続されている。これが順次繰り返
されて、全体で１本の超電導線とされている。そして、
１本目の超電導線４の巻き始め端と、最後の超電導線４
の巻き終わり端は、端子として外部の電線に接続されて
いる。そして、連結された１本の超電導線は、全体で所
定の抵抗が得られるように構成されている。その他の構
成は実施の形態１と同様である。

【００２２】このような構成の超電導スイッチにおいて
は、各々の超電導線４を流れる電流Ｉは、巻枠２の巻回
方向に対して交互に折り返すように流れる。そのため、
超電導線４が発生する磁界は、隣接するもの同士で互い
に打ち消される。そのため、超電導コイルが励磁された
ときに、超電導コイルの電磁力が超電導スイッチに働く
ことがない。又、磁界が発生しないので他の機器に影響
を与えることがない。

【００２３】実施の形態３．図６は本発明の超電導スイ
ッチの他の例を示す超電導線の接続のされ方を示す説明
図である。本実施の形態においては、超電導多芯線１が
巻枠２に巻回された後、超電導多芯線１を構成する複数
本の超電導線４は、図６に示されるように、例えばまず
各々２本の超電導線４が巻き始め端と巻き終わり端で接
続されて電気的に並列に接続され、電気的に並列とされ
た束が複数本作製され、さらにその両端の接続部が、各
々の束を流れる電流Ｉの方向が巻枠２に対して同一の回
転方向となるように接続されている。そして、最初の束
の巻き始め端の接続部と、最後の束の巻き終わり端の接
続部は、端子として外部の電線に接続されている。そし
て、連結された１本の超電導線は、全体で所定の抵抗が
得られるように構成されている。図６の例では、電気的
に並列にされる超電導線４は２本であるが、この本数は
２本に限らず、使用する超電導コイル及び電源に合わせ
て、適宜本数が増やされる。その他の構成は実施の形態
１と同様である。

【００２４】このような構成の超電導スイッチにおいて
は、超電導線４が複数本より合わされて形成された超電
導多芯線１が巻枠２に巻回され、超電導コイル及び電源
に合わせて、所定数本が並列に接続されるので、所定の
抵抗値及び電流値を有する超電導スイッチを容易に作製
することができる。また、接続される本数を適宜変更す
ることにより、所定の抵抗値及び電流値が得られ、大き
な設計変更をする事なしに、種々の特性を有する超電導
スイッチを得ることができる。

【００２５】実施の形態４．図７は本発明の超電導スイ
ッチの他の例を示す超電導線の接続のされ方を示す説明
図である。本実施の形態においては、超電導多芯線１が
巻枠２に巻回された後、超電導多芯線１を構成する複数
の超電導線４は、図７に示されるように、例えばまず各
々の２本の超電導線４が巻き始め端と巻き終わり端で接
続されて電気的に並列に接続され、電気的に並列とされ
た束が複数本作製され、さらにその両端の接続部が、各
々の束を流れる電流の方向が巻枠の巻回方向に対して交
互に折り返すように接続されている。そして、最初の束
の巻き始め端の接続部と、最後の束の巻き終わり端の接
続部は、端子として外部の電線に接続されている。そし
て、連結された１本の超電導線は、全体で所定の抵抗が
得られるように構成されている。図７の例では、電気的
に並列にされる超電導線４は２本であるが、この本数は
２本に限らず、使用する超電導コイル及び電源に合わせ
て、適宜本数が増やされる。その他の構成は実施の形態
３と同様である。

【００２６】このような構成の超電導スイッチにおいて
は、接続される超電導コイル及び電源に対応して、超電
導線４の複数本が並列に接続され、所定の抵抗値及び電
流値を有する超電導スイッチが容易に作製される。そし
て、超電導線４が並列に接続された束を流れる電流Ｉ
は、巻枠２の巻回方向に対して交互に折り返すように流
れる。そのため、超電導線４が発生する磁界は、隣接す
るもの同士で互いに打ち消される。そのため、超電導コ
イルが励磁されたときに、超電導コイルの電磁力が超電
導スイッチに働くことがない。又、磁界が発生しないの
で他の機器に影響を与えることがない。

【００２７】

【発明の効果】請求項１の超電導スイッチにおいては、
複数本の超電導線がより合わされてなる超電導多芯線が
巻枠に巻回され、各々の超電導線の端が、他の超電導線
の端と電気的に接続されてなる超電導巻線と、超電導巻
線を超電導状態と常電導状態との間で遷移させる遷移手
段とを有する。そのため、予めより合わされた超電導線
が使用されるので、巻回する回数が減り作製が容易であ
る。また複数の超電導線を均一に整然と巻回することが
でき、安定性にすぐれた超電導スイッチとすることがで
きる。

【００２８】請求項２の超電導スイッチにおいては、複
数本の超電導線は、各々の超電導線を流れる電流の方向
が、巻枠に対して同一の回転方向となるように接続され
ている。そのため、所定の抵抗を有する超電導スイッチ
を容易に作製することができる。

【００２９】請求項３の超電導スイッチにおいては、複
数本の超電導線は、各々の超電導線を流れる電流の方向
が、巻枠の巻回方向に対して交互に折り返すように接続
されている。そのため、超電導線が発生する磁界は、隣
接するもの同士で互いに打ち消される。その結果、接続
される超電導コイルが励磁されたときに、超電導コイル
の電磁力が超電導スイッチに働くことがない。又、磁界
が発生しないので他の機器に影響を与えることがない。

【００３０】請求項４の超電導スイッチにおいては、複
数本の超電導線は、所定数本が電気的に並列に接続され
て束とされ、束を流れる電流の方向が、巻枠に対して同
一の回転方向となるように接続されている。そのため、
所定の抵抗値及び電流値を有する超電導スイッチを容易
に作製することができる。

【００３１】請求項５の超電導スイッチにおいては、複
数本の超電導線は、所定数本が電気的に並列に接続され
て束とされ、束を流れる電流の方向が、巻枠の巻回方向
に対して交互に折り返すように接続されている。そのた
め、所定の抵抗値及び電流値を有する超電導スイッチを
容易に作製することができる。そして、超電導線が発生
する磁界は、隣接するもの同士で互いに打ち消される。
その結果、接続される超電導コイルが励磁されたとき
に、超電導コイルの電磁力が超電導スイッチに働くこと
がない。又、磁界が発生しないので他の機器に影響を与
えることがない。

【００３２】請求項６の超電導スイッチの作製方法にお
いては、複数本の超電導線がより合わされてなる超電導
多芯線が巻枠に巻回される工程と、各々の超電導線の端
が、他の超電導線の端と電気的に接続される工程とを有
する。そのため、予めより合わされた超電導線を使用す
るので、巻回する回数が減り作製が容易である。また複
数の超電導線を均一に整然と巻回することができ、安定
性にすぐれた超電導スイッチとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の超電導スイッチを示す断面図であ
る。

【図２】 超電導多芯線の斜視図である。

【図３】 超電導線の断面図である。

【図４】 超電導線の接続のされ方を示す説明図であ
る。

【図５】 本発明の超電導スイッチの他の例を示す超電
導線の接続のされ方を示す説明図である。

【図６】 本発明の超電導スイッチの他の例を示す超電
導線の接続のされ方を示す説明図である。

【図７】 本発明の超電導スイッチの他の例を示す超電
導線の接続のされ方を示す説明図である。

【図８】 従来の超電導スイッチを示す断面図である。

【符号の説明】

１ 超電導多芯線、２ 巻枠、４ 超電導線、５ ヒー
ター（遷移手段）、２０ 超電導巻線。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数本の超電導線がより合わされてなる
   超電導多芯線が巻枠に巻回され、該各々の超電導線の端
   が、該他の超電導線の端と電気的に接続されてなる超電
   導巻線と、 上記超電導巻線を超電導状態と常電導状態との間で遷移
   させる遷移手段とを有することを特徴とする超電導スイ
   ッチ。
2. 【請求項２】 上記複数本の超電導線は、各々の超電導
   線を流れる電流の方向が、上記巻枠に対して同一の回転
   方向となるように接続されていることを特徴とする請求
   項１記載の超電導スイッチ。
3. 【請求項３】 上記複数本の超電導線は、各々の超電導
   線を流れる電流の方向が、上記巻枠の巻回方向に対して
   交互に折り返すように接続されていることを特徴とする
   請求項１記載の超電導スイッチ。
4. 【請求項４】 上記複数本の超電導線は、所定数本が電
   気的に並列に接続されて束とされ、該束を流れる電流の
   方向が、上記巻枠に対して同一の回転方向となるように
   接続されていることを特徴とする請求項１記載の超電導
   スイッチ。
5. 【請求項５】 上記複数本の超電導線は、所定数本が電
   気的に並列に接続されて束とされ、該束を流れる電流の
   方向が、上記巻枠の巻回方向に対して交互に折り返すよ
   うに接続されていることを特徴とする請求項１記載の超
   電導スイッチ。
6. 【請求項６】 複数本の超電導線がより合わされてなる
   超電導多芯線が巻枠に巻回される工程と、 上記各々の超電導線の端が、上記他の超電導線の端と電
   気的に接続される工程とを有することを特徴とする超電
   導スイッチの作製方法。