JPS5856985B2 - 熱式永久電流スイツチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はクライオスタット内に設けられた超を導コイル
に使用する熱式永久電流スイッチに関する。

一般に、クライオスタット内の超電流コイルを働かせる
ためには、外部からリード線を用いて超電導コイルに電
流を供給し、しかる後永久電流モードにすればよい。

超電導コイルに電流を供給する充電モード、永久電流モ
ード、超電導コイルのクエンチ時における超電導コイル
からエネルギを放出する放電モードの切り換えスイッチ
の１つに熱式永久電流スイッチが使用されている。

通常、超電導線にヒーターを設けた構造の熱式永久電流
スイッチは、超電導コ・イルが収納されている液体ヘリ
ウムが人っているクライオスタット中に設置される。

クライオスタット内に収納された超電導コイルに電流を
供給するときは熱式永久電流スイッチをＯＦＦにして行
う。

この熱式永久電流スイッチをＯＦＦにするには超電導線
に設けたヒーターをＯＮにし、超電導線な常電導状態に
すればよい。

又、超電導コイルを永久電流モードにするには熱式永久
電流スイッチをＯＮにする。

この熱式水入電流スイッチをＯＮにするには超電導線の
ヒーターをＯＦＦにし、超電導線を超電導状態にすれば
よい。

超電導コイルがクエンチを生じたときは熱式永久電流ス
イッチをＯＦＦとして、すばやく超電導コイル内のエネ
ルギを放出しなければならない。

以上のように動作させる熱式永久電流スイッチにおいて
、熱式永久電流スイッチをＯＦＦにするときは、超電導
線に設けたヒーターをＯＮにして超電導線の温度を上昇
させて常電導状態にするのであるが、ヒーターからの熱
がクライオスタンドの液体ヘリウムに伝導する熱量が相
当あるので、超電導線に伝導する熱量が減少し、液体ヘ
リウムの気化による損失、ヒーターの電力損失が犬とな
る。

そこで、超電導線とヒーターで構成されるスイッチ素子
を熱伝導率の小さいＦ、Ｒ，Ｐ、、エポキシ樹脂、フレ
スト等の絶縁材料からなる巻枠に巻き更に、スイッチ素
子の表面を熱伝導率の小さい絶縁材料で覆ってヒーター
からの熱が逃げないようにし、わずかな熱量でスイッチ
素子の超電導線を常電導状態に保てるようにして、ヒー
ターの効率アップ、液体ヘリウムの気化による損失の低
減を図っていた。

しかしながら、超電導コイルがクエンチを起こすと、熱
式永久電流スイッチに過大な電流が流れてスイッチ素子
の超電導線が常電導状態となり、急激に多量のジュール
熱を発生する。

この熱をすばやく放出しないと熱式永久電流スイッチは
破壊することになる。

しかしながら、スイッチ素子は熱伝導率の小さい絶縁材
料で覆われているので、熱放出の効率が悪く、熱式永久
電流スイッチの破壊を招くことになった。

本発明の目的は、上記の欠点を除去し、超電導コイルの
クエンチが発生しても破壊することなく、すばやく熱放
出を行うことができる熱式永久電流スイッチを提供する
ことにある。

本発明は、超電導材料の超電導状態時では熱伝導率が小
さく、常電導状態時では熱伝導率が犬となる性質を応用
し、超電導線とヒーターで構成されたスイッチ素子を超
電導材料で覆い、これによりスイッチＯＦＦ時はヒータ
ーのジュール熱が効率良く超電導線に伝導し、超電導コ
イルがクエンチを生じたときは、スイッチ素子を覆って
いる超電導材料が常電導状態となり、すばやくスイッチ
素子内に発生した熱を放出できるようにしたものである
。

以下、本発明の代表的実施例を図面を用いて説明する。

図は熱式永久電流スイッチ１の断簡を示す。

超電導線はヒーターと共にスイッチ素子２を構成し、超
電導線は超電導材料で構成された巻枠３に電気的絶縁材
料４を介して巻回されている。

そして更にスイッチ素子３の表向は絶縁材料４を介して
超電導材料で構成されたカバー５で覆われている。

巻枠の軸方向中心部には冷媒流通孔６が穿設されている
。

以上のように熱式水入電流スイッチを構成すると、通常
状態では巻枠３及びカバー５はクライオスタンド（図示
せず）内の液体ヘリウムで冷却されて超電導状態になっ
て熱伝導率が小さくなっている。

従って、熱式永久電流スイッチ１のスイッチ素子２のヒ
ーターをＯＮにして熱式永久電流スイッチ１をＯＦＦに
すると、スイッチ素子２のヒーターのジュール熱は巻枠
３．カバー５が熱伝導率の小さい超電導状態になってい
るので大部分がスイッチ素子２の超電導線に伝導するこ
とになる。

それ故、クライオスタット内（図示せず）の液体ヘリウ
ムには、ヒーターのジュール熱はほとんど伝導せず、効
率良くヒーターが働く。

一方、熱式永久電流スイッチ１に接続する超電導コイル
（図示せず）は、クエンチが生ずると、前記超電導コイ
ル内のエネルギによってスイッチ素子２の超電導線に過
大な電流が流れ、超電導線が常電導状態となり、異常発
熱をする。

しかしながら、巻枠３．カバー５にも前記異常発熱が伝
導し、熱伝導率の大きい常電導状態となり、スイッチ素
子２内の超電導線に生じた異常発熱はすばやく放出され
る。

尚、絶縁材料４は、電気的には絶縁を保持し、かつ熱的
にはすばやく伝導できる程度の厚さがよい。

又、巻枠３．カバー５の材料は超電導材料であれば良い
が、特に単体の元素で構成された超電導材料の方が効果
は顕著となる。

更に、巻枠３の軸中心に冷媒の流通できる流通孔６を設
ければ、冷却効果を一層向上させることができる。

また、この流通孔６は、ネジを用いてこのスイッチ素子
１の取付けに供しても良い。

以上の説明で明らかなように本発明によれば、係る熱式
永久電流スイッチは、超電導コイルにクエンチが発生し
て熱式永久電流スイッチの超電導線に過大な電流が流れ
、超電導線か常電導状態となって異常発熱してもすばや
くこの異常発熱を放出することができる。

又、超電導線とモーターで構成されたスイッチ素子を超
電導材料で覆っているので外部からの変化磁界を遮蔽で
き、スイッチ素子内の超電導線に外部変化磁界によるク
エンチが生じることもなくなる効果も生ずる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に係る熱式永久電流ヌイツ２・テの概略断百
図を示す。 １・・・・・・熱式永久電流スイッチ、 ２・・・・・・スイッチ 素子、３・・・・・・巻枠、４・・・・・・絶縁材料、
−１６・・・・・・冷媒流通孔。 ５・・・・・・カバ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超電導線とヒーターとを具備してなるスイッチ素子
   を備え、このスイッチ素子に熱的に超電導材料を接触さ
   せてなることを特徴とする熱式永久電流スイッチ。 ２ 超導電線を巻枠に巻回してなることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の熱式水入電流スイッチ。 ３ 巻枠を導電材料で構成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載の熱式永久電流スイッチ。 ４ 巻枠に超電導材料で構成されたカバーを設けたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の熱式永久電流
   スイッチ。 ５ 巻枠にとの巻枠の軸方向の冷媒流通孔を設けたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の熱式水入電流
   スイッチ。 ６ 超電導材料を単体元素の超電導体で構成したことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の熱式永久電流ス
   イッチ。