JPS5953685B2 - 超電導トロイダルマグネツト - Google Patents
超電導トロイダルマグネツトInfo
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- JPS5953685B2 JPS5953685B2 JP51072655A JP7265576A JPS5953685B2 JP S5953685 B2 JPS5953685 B2 JP S5953685B2 JP 51072655 A JP51072655 A JP 51072655A JP 7265576 A JP7265576 A JP 7265576A JP S5953685 B2 JPS5953685 B2 JP S5953685B2
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- superconducting
- coil
- coils
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- toroidal
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/001—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for superconducting apparatus, e.g. coils, lines, machines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
Landscapes
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は電気的、熱的、および機械的な保護を必要と
する超電導トロイダルマグネットの改良に関するもので
ある。
する超電導トロイダルマグネットの改良に関するもので
ある。
現在核融合炉や電気エネルギー蓄積装置用の磁界発生装
置等として超電導トロイダルマグネットの使用が考えら
れているが、実用的規模の超電導トロイダルマグネット
の大きさは、蓄積エネルギー数でいえば、ＩＯＨジュー
ル（ＩＯＯＧＪ）以上の、これまで実現されたことのな
い巨大なものである。
置等として超電導トロイダルマグネットの使用が考えら
れているが、実用的規模の超電導トロイダルマグネット
の大きさは、蓄積エネルギー数でいえば、ＩＯＨジュー
ル（ＩＯＯＧＪ）以上の、これまで実現されたことのな
い巨大なものである。
超電導トロイダルマグネットの主要構成要素は超電導ト
ロイダルコイルであり、第１図に超電導トロイダルコイ
ル１の概念を示す。
ロイダルコイルであり、第１図に超電導トロイダルコイ
ル１の概念を示す。
すなわち、図に示すように、超電導トロイダルコイルは
トロイダル電流１０によつてコイル内に磁界Ｂが発生す
るように構成されている。しかし、現実の超電導トロイ
ダルコイル１を第１図のように均等に巻線することはほ
とんどないと考えられる。
トロイダル電流１０によつてコイル内に磁界Ｂが発生す
るように構成されている。しかし、現実の超電導トロイ
ダルコイル１を第１図のように均等に巻線することはほ
とんどないと考えられる。
なぜなら、超電導トロイダルコイルの主半径Ｒはｌ０ｍ
程度、小半径γが数ｍの巨大なものであるために超電導
トロイダルコイル１を１個のコイルとして作るのは非常
に困難なこと、および核融合燃料の供給、真空排気、計
測などのためにトロイダル磁界領域への接近を必要とす
ることなどによる。したがつて、第２図に示すように、
超電導トロイダルコイル１はいくつかに分割して、個々
の超電導コイル２の組合せとして形成される。
程度、小半径γが数ｍの巨大なものであるために超電導
トロイダルコイル１を１個のコイルとして作るのは非常
に困難なこと、および核融合燃料の供給、真空排気、計
測などのためにトロイダル磁界領域への接近を必要とす
ることなどによる。したがつて、第２図に示すように、
超電導トロイダルコイル１はいくつかに分割して、個々
の超電導コイル２の組合せとして形成される。
第３図は超電導トロイダルコイル１を構成する超電導コ
イル２の一種であるパンケーキ形超電導コイルの一部破
断斜視図で、この超電導コイル２は、超電導線３をター
ン間スペーサ４を介して巻’回したパンケーキコイル２
００を複数個、層間スペーサ５を介して巻枠６内に積重
ねて固定した構成を有し、超電導線３はターン間、層間
の両方ともターン間スペーサ４および゛層間スペーサ５
によつて電気的に絶縁され、かつ層間スペーサ５により
、液体ヘリウムなどの冷却媒体が流される間隙７が形成
される。
イル２の一種であるパンケーキ形超電導コイルの一部破
断斜視図で、この超電導コイル２は、超電導線３をター
ン間スペーサ４を介して巻’回したパンケーキコイル２
００を複数個、層間スペーサ５を介して巻枠６内に積重
ねて固定した構成を有し、超電導線３はターン間、層間
の両方ともターン間スペーサ４および゛層間スペーサ５
によつて電気的に絶縁され、かつ層間スペーサ５により
、液体ヘリウムなどの冷却媒体が流される間隙７が形成
される。
この間隙７は超電導線３の表面に発生した冷却媒体の気
泡を逃がす役割と、冷却媒体を供給する役割をもつ。し
かし、このようなパンケーキ形超電導コイルは、ＧＪ級
のコイルが発生する巨大な電磁力によつて、超電導線３
の特性が劣化、あるいは超電導線の断線などが生ずる可
能性があるという欠点を有している。
泡を逃がす役割と、冷却媒体を供給する役割をもつ。し
かし、このようなパンケーキ形超電導コイルは、ＧＪ級
のコイルが発生する巨大な電磁力によつて、超電導線３
の特性が劣化、あるいは超電導線の断線などが生ずる可
能性があるという欠点を有している。
この従来の超電導コイルの欠点を補なうために第４図に
示すような構造の超電導コイルが考えられている。
示すような構造の超電導コイルが考えられている。
すなわち、第４図に示す超電導コイル２では、金属また
は絶縁物よりなる板状の保持部材８の両側面に複数個の
コイル溝９を設け、そのコイル溝に超電導線３を収納し
て形成される超電導デイスク１００を複数個積重ねて、
ボルト１０及びナツト１１で締付けて組立てられている
。以上のように構成された超電導コイル２は、コイルが
発生する巨大な電磁力に対して十分耐えることができる
ので、核融合炉やエネルギー蓄積装置用の超電導トロイ
ダルマグネツトを構成する要素である超電導コイルとし
て採用することができる。これらの超電導コイルを用い
た磁界発生装置としてのトロイダルマグネツトの励磁運
転回路としては、従来、第５図の回路が考えられていた
。
は絶縁物よりなる板状の保持部材８の両側面に複数個の
コイル溝９を設け、そのコイル溝に超電導線３を収納し
て形成される超電導デイスク１００を複数個積重ねて、
ボルト１０及びナツト１１で締付けて組立てられている
。以上のように構成された超電導コイル２は、コイルが
発生する巨大な電磁力に対して十分耐えることができる
ので、核融合炉やエネルギー蓄積装置用の超電導トロイ
ダルマグネツトを構成する要素である超電導コイルとし
て採用することができる。これらの超電導コイルを用い
た磁界発生装置としてのトロイダルマグネツトの励磁運
転回路としては、従来、第５図の回路が考えられていた
。
図に示すように、超電導トロイダルコイル１は冷却媒体
１２が貯液されたクライオスタツト１３の中に浸漬され
、スイツチ１４を閉じた状態で、励磁電源１５によつて
定格運転電流１。まで励磁される。ところで、超電導ト
ロイダルコイル１の運転中に、超電導トロイダルコイル
１がクエンチ（もとの超電導状態に復帰しえない超電導
破壊）することがある。
１２が貯液されたクライオスタツト１３の中に浸漬され
、スイツチ１４を閉じた状態で、励磁電源１５によつて
定格運転電流１。まで励磁される。ところで、超電導ト
ロイダルコイル１の運転中に、超電導トロイダルコイル
１がクエンチ（もとの超電導状態に復帰しえない超電導
破壊）することがある。
なお、超電導トロイダルコイル１にクエンチが発生した
ことの検出は、超電導トロイダルコイル１に発生する抵
抗性電圧が所定値に達したことにより検知するのが普通
であるが、温度上昇を測定し、これより検知する場合も
ある。
ことの検出は、超電導トロイダルコイル１に発生する抵
抗性電圧が所定値に達したことにより検知するのが普通
であるが、温度上昇を測定し、これより検知する場合も
ある。
超電導トロイダルコイル１にクエンチが発生した場合、
超電導トロイダルコイル１に蓄えられた磁気エネルギを
急速に取り去り、超電導トロイダルコイル１の温度上昇
をある限界内（室温程度）に抑える必要がある。
超電導トロイダルコイル１に蓄えられた磁気エネルギを
急速に取り去り、超電導トロイダルコイル１の温度上昇
をある限界内（室温程度）に抑える必要がある。
第５図に示した磁界発生装置は、超電導トロイダルコイ
ル１にクエンチが発生した場合の保護のために用いられ
る構成として′普通のもので、保護抵抗１６を超電導ト
ロイダルコイル１と並列に接続し、クエンチが生じた場
合にスイツチ］４を開き、超電導トロイダルコイル１に
蓄えられた磁気エネルギを急速に保護抵抗１６に吸収さ
せるようにしたものである。
ル１にクエンチが発生した場合の保護のために用いられ
る構成として′普通のもので、保護抵抗１６を超電導ト
ロイダルコイル１と並列に接続し、クエンチが生じた場
合にスイツチ］４を開き、超電導トロイダルコイル１に
蓄えられた磁気エネルギを急速に保護抵抗１６に吸収さ
せるようにしたものである。
このようにすると、超電導トロイダルコイル１に蓄えら
れていた磁気エネルギの大部分は保護抵抗１６で消費さ
れ、１部の磁気エネルギのみが冷却媒体中で消費される
ので超電導トロイダルコイル１の温度上昇は限界以下に
抑えられるだけでなく、冷却媒体の消費も少なくなる。
しかし上記従来の磁界発生装置における超電導コイルの
保護は、約１００ＫＪ以下の超電導コイルには有効であ
るが、それ以上の磁気エネルギをもつ大形超電導コイル
には適用できない。
れていた磁気エネルギの大部分は保護抵抗１６で消費さ
れ、１部の磁気エネルギのみが冷却媒体中で消費される
ので超電導トロイダルコイル１の温度上昇は限界以下に
抑えられるだけでなく、冷却媒体の消費も少なくなる。
しかし上記従来の磁界発生装置における超電導コイルの
保護は、約１００ＫＪ以下の超電導コイルには有効であ
るが、それ以上の磁気エネルギをもつ大形超電導コイル
には適用できない。
以下、この点について述べる。第５図において、超電導
トロイダルコイル１にクエンチが生じたときスイツチ１
４を開き、超電導トロイダルコイル１と保護抵抗１６か
ら構成される閉回路をつくると電流１。
トロイダルコイル１にクエンチが生じたときスイツチ１
４を開き、超電導トロイダルコイル１と保護抵抗１６か
ら構成される閉回路をつくると電流１。
は時定数で減衰する。
ここでＬ（Ｈ）は超電導トロイダルコイル１のインダク
タンス、Ｒｐは保護抵抗１６の抵抗値、Ｒｃ（Ω）は超
電導トロイダルコイルの抵抗値で、通常、時間と共に増
加する量である。電流減衰時定数τｐが小さいほど、超
電導トロ”イダルコイル１が常電導状態になつたことに
よるジユール発熱が小さくなり、超電導トロイダルコイ
ル１内の温度上昇が小さくなる。
タンス、Ｒｐは保護抵抗１６の抵抗値、Ｒｃ（Ω）は超
電導トロイダルコイルの抵抗値で、通常、時間と共に増
加する量である。電流減衰時定数τｐが小さいほど、超
電導トロ”イダルコイル１が常電導状態になつたことに
よるジユール発熱が小さくなり、超電導トロイダルコイ
ル１内の温度上昇が小さくなる。
時定数τｐを小さくするには、保護抵抗１６の抵抗値Ｒ
ｐと超電導トロイダルコイル１の常電導状態抵抗値Ｒｃ
を大きくする必要がある。Ｒｃは超電導トロイダルコイ
ル１のコイル安定化法、巻線内状況、超電導線の常電導
基材（例えば、銅）量などによつて変化する量であるが
、ここでは、超電導トロイダルコイル１の常電導部分が
極く１部にとどまつている場合にれは完全安定化超電導
コイルが局部的に常電導状態になつており、常電導部分
が周囲に伝播しない場合に相当）のＲｃ＝０について論
する。この場合の時定数τｐはＲｃ〉０の場合のτｐよ
り長くなり、コイル保護はより困難となるので、Ｒｃ＝
０の場合について論するだけで十分である。電流減衰時
定数τｐはいくらでも長くしてよいのではなく、電流減
衰時定数限界τａ以下にしなければならない。
ｐと超電導トロイダルコイル１の常電導状態抵抗値Ｒｃ
を大きくする必要がある。Ｒｃは超電導トロイダルコイ
ル１のコイル安定化法、巻線内状況、超電導線の常電導
基材（例えば、銅）量などによつて変化する量であるが
、ここでは、超電導トロイダルコイル１の常電導部分が
極く１部にとどまつている場合にれは完全安定化超電導
コイルが局部的に常電導状態になつており、常電導部分
が周囲に伝播しない場合に相当）のＲｃ＝０について論
する。この場合の時定数τｐはＲｃ〉０の場合のτｐよ
り長くなり、コイル保護はより困難となるので、Ｒｃ＝
０の場合について論するだけで十分である。電流減衰時
定数τｐはいくらでも長くしてよいのではなく、電流減
衰時定数限界τａ以下にしなければならない。
τａは、電流が減衰するとき、こ超電導線の熱容量によ
つて発熱を吸収して、時間ｔ→１における温度が超電導
体や絶縁物を劣化させない温度Ｔ。（通常３００Ｋ）以
下になるという条件で計算すると、式で与えられる。
つて発熱を吸収して、時間ｔ→１における温度が超電導
体や絶縁物を劣化させない温度Ｔ。（通常３００Ｋ）以
下になるという条件で計算すると、式で与えられる。
ここで、ＩＯ（Ａ）はタエンチする前のコイル電流、ｍ
（Ｇ４ｍ）は単位長さ当りの常電導基材の重畳、Ａ（ｍ
りは基材の断面積、Ｑｃは積分する。Ｃ（Ｊ／ｇ）は基
材の比熱、ρ（Ω−ｍ）は常電２導基材の抵抗率である
。
（Ｇ４ｍ）は単位長さ当りの常電導基材の重畳、Ａ（ｍ
りは基材の断面積、Ｑｃは積分する。Ｃ（Ｊ／ｇ）は基
材の比熱、ρ（Ω−ｍ）は常電２導基材の抵抗率である
。
例えば、大形超電導コイル用の１０ｍｍ×３６ｍｍ断面
の超電導線にＩ。
の超電導線にＩ。
＝３４．７００Ａ流したときの時定数限界τａは５０秒
になる。第５図の磁界発生装置において、クエンチを検
二出して電源をしや断したときの電流減衰時定数τｐを
５０秒以下にする必要があるから、超電導トカイダル１
のインダクタンスＬを例えば２６０Ｈとすれば、保護抵
抗１０の抵抗値Ｒｐは、式（１）から、Ｒｐ＝５．２Ω
以上にしなければならない。
になる。第５図の磁界発生装置において、クエンチを検
二出して電源をしや断したときの電流減衰時定数τｐを
５０秒以下にする必要があるから、超電導トカイダル１
のインダクタンスＬを例えば２６０Ｈとすれば、保護抵
抗１０の抵抗値Ｒｐは、式（１）から、Ｒｐ＝５．２Ω
以上にしなければならない。
ただし、Ｒｃ＝０とみなしている。この電流減衰時に超
電導コイル５の両端に発生する電圧ＶｔはＶｔ＝ＩＯＲ
ｐ（ｖ）・・・・・・・・・（３）である。
電導コイル５の両端に発生する電圧ＶｔはＶｔ＝ＩＯＲ
ｐ（ｖ）・・・・・・・・・（３）である。
Ｉｃ＝３４．７００Ａ．ＲＰ＝５．２Ωを代入すると、
ｔ＝１８０ｋになる。このような高い電圧ではコイル両
端の絶縁を保つことは極めて困難である。このように、
大形超電導コイルにおいては、従来の構成では超電導ト
ロイダルコイル１を保護することはできない。上記のよ
うな困難に鑑みて、大形超電導コイルがクエンチしたと
きに破損しないように保護することのできる大形磁界発
生装置が提案されてい第６図は、この先行技術の一実施
例を示す図で、１−１〜１−ｎは分割された励磁コイル
、１５−１〜］５−ｎはそれぞれ励磁するための励磁電
源、１４−１〜１４−ｎはスイツチ、１６−１〜１６−
ｎは保護抵抗で、励磁コイル１−１〜１ｎはそれぞれ独
立した励磁系で励磁されるように構成したものである。
ｔ＝１８０ｋになる。このような高い電圧ではコイル両
端の絶縁を保つことは極めて困難である。このように、
大形超電導コイルにおいては、従来の構成では超電導ト
ロイダルコイル１を保護することはできない。上記のよ
うな困難に鑑みて、大形超電導コイルがクエンチしたと
きに破損しないように保護することのできる大形磁界発
生装置が提案されてい第６図は、この先行技術の一実施
例を示す図で、１−１〜１−ｎは分割された励磁コイル
、１５−１〜］５−ｎはそれぞれ励磁するための励磁電
源、１４−１〜１４−ｎはスイツチ、１６−１〜１６−
ｎは保護抵抗で、励磁コイル１−１〜１ｎはそれぞれ独
立した励磁系で励磁されるように構成したものである。
第６図において励磁コイル１−１〜１−ｎのっち一つの
励磁コイル、例えば１−１とするが、クエンチした場合
、その励磁コイル１−１の属する励磁回路のスイツチ］
４−］を開き、励磁コイル１−１のエネルギを保護抵抗
１６−１に放出させる。
励磁コイル、例えば１−１とするが、クエンチした場合
、その励磁コイル１−１の属する励磁回路のスイツチ］
４−］を開き、励磁コイル１−１のエネルギを保護抵抗
１６−１に放出させる。
そのときの時定数τＰｎは、超電導コイル５に抵抗が発
生しないと仮定したとき、である。
生しないと仮定したとき、である。
ここで、Ｌｎ（Ｈ）は各分割コイル１−１〜１−ｎのイ
ンダクタンスであり、ｎ個の分割コイルが同時に減衰し
たとき、Ｌｎは超電導コイル５のインダクタンスＬに対
しての関係がある。
ンダクタンスであり、ｎ個の分割コイルが同時に減衰し
たとき、Ｌｎは超電導コイル５のインダクタンスＬに対
しての関係がある。
１個の励磁コイル１−１だけが電流減衰する場合の励磁
コイル１−１のインダクタンスＬｎは自己インダクタン
スのみであり、当然（５）式のＬｎよりも小さい。
コイル１−１のインダクタンスＬｎは自己インダクタン
スのみであり、当然（５）式のＬｎよりも小さい。
ここでは、最もきびしい条件として励磁コイル１−１〜
１−ｎが同時にクエンチしたとすると、各励磁コイル１
−１〜１−ｎの各電流１０が減衰するとき各励磁コイル
１−１〜１−ｎにそれぞれ発生する電圧ＶｎはＶｎ＝Ｉ
ＯＲｐｎ（Ｖ）・・・・・・・・・（６）となる。
１−ｎが同時にクエンチしたとすると、各励磁コイル１
−１〜１−ｎの各電流１０が減衰するとき各励磁コイル
１−１〜１−ｎにそれぞれ発生する電圧ＶｎはＶｎ＝Ｉ
ＯＲｐｎ（Ｖ）・・・・・・・・・（６）となる。
これに（４）、（５）式を代入しての形で表わすことが
できる。一方、第５図の磁界発生装置におけるコイル両
端電圧Ｖｔは、Ｒｃ：０とおいた（１）式と（３）式か
らになる。
できる。一方、第５図の磁界発生装置におけるコイル両
端電圧Ｖｔは、Ｒｃ：０とおいた（１）式と（３）式か
らになる。
τＰ１τＰｎともτＰ＝τＰｎくτａ（電流減衰時定数
限界）であるから、第６図の先行技術の磁界発生装置の
クエンチ時の電圧Ｖｎは第５図の従来技術の場合の電圧
Ｖｔ（７）ｎ分の１になる。前に例としてあげた超電導
コイル（ＩＯ＝３４．７００Ａ．Ｌ：２６０Ｈ）の場合
について適当な分割数ｎを試算すると、各励磁コイル両
端の耐圧としてＶｐ＝５ｋＶを仮定すると、（６）式に
おいてＶｎ＝５ｋＶであるから、Ｒｐｎ＝０．１４Ωが
得られる。
限界）であるから、第６図の先行技術の磁界発生装置の
クエンチ時の電圧Ｖｎは第５図の従来技術の場合の電圧
Ｖｔ（７）ｎ分の１になる。前に例としてあげた超電導
コイル（ＩＯ＝３４．７００Ａ．Ｌ：２６０Ｈ）の場合
について適当な分割数ｎを試算すると、各励磁コイル両
端の耐圧としてＶｐ＝５ｋＶを仮定すると、（６）式に
おいてＶｎ＝５ｋＶであるから、Ｒｐｎ＝０．１４Ωが
得られる。
したがつて、（４）式に上記の値とτＰｎ＝５０秒を代
入すると、Ｌｎ＝７．２Ｈになるので、（５）式からｎ
：３６が得られる。このように、大形磁界発生装置を第
６図に示す構成とすれば、核融合炉やエネルギ蓄積装置
などに用いられる大形超電導コイルの保護が容易となり
、絶縁処理も簡易なものにできるだけでなく、クエンチ
した励磁コイルの電流のみを零とし、他の大部分をその
まま励磁しておくことができるので、実用上適したもの
となる。
入すると、Ｌｎ＝７．２Ｈになるので、（５）式からｎ
：３６が得られる。このように、大形磁界発生装置を第
６図に示す構成とすれば、核融合炉やエネルギ蓄積装置
などに用いられる大形超電導コイルの保護が容易となり
、絶縁処理も簡易なものにできるだけでなく、クエンチ
した励磁コイルの電流のみを零とし、他の大部分をその
まま励磁しておくことができるので、実用上適したもの
となる。
第７図はこの先行技術のさらに他の実施例を示す図で、
この例は個々の励磁コイル１−１〜１一ｎの中点を接地
したものである。
この例は個々の励磁コイル１−１〜１一ｎの中点を接地
したものである。
この場合では、励磁コイル１−１〜１−ｎのプラス端子
には、Ｖｎ／２、マイナス端子には、Ｖｎ／２の電圧が
生：するので、耐圧ＶｐとしてＶｐ＝Ｖｎ／２
・・・・・・・・・（９）を考えればよい。
には、Ｖｎ／２、マイナス端子には、Ｖｎ／２の電圧が
生：するので、耐圧ＶｐとしてＶｐ＝Ｖｎ／２
・・・・・・・・・（９）を考えればよい。
耐圧として、ＶＰ＝５ｋＶを仮定して、（６）、（９）
式から得られる０．２９Ωが個々の励磁コイル１−１〜
１−ｎの保護抵抗値となる。した．がつて、前記の超電
導コイル（ＩＯ：３４．７００Ａ．Ｌ＝２６０Ｈ）の励
磁コイルの場合Ｖｐ＝５ｋＶとすると必要な分割数ｎは
１８であり、第５図、第６図の回路の場合の分割数３６
の２分の１でよいという利点をもつ。この先行技術は以
上の説明より明らかな５ように、一つの励磁コイルを複
数個の超電導コイルで形成するとともに、各超電導コイ
ルごとに並列に接続された保護抵抗と、この並列体にそ
れぞれスイツチを介して励磁電流を給電する励磁装置と
を備え、クエンチを発生した励磁コイルの属すｚる励磁
回路のスイツチを開くことにより当該クエンチを発生し
た励磁コイルの磁気エネルギを保護抵抗に吸収させるよ
うにしたもので、各励磁コイルの両端子間に発生する電
圧を低く押えることができるため特別の絶縁処理を施す
ことなく大形磁界発生装置を実現することができる。超
電導トロイダルコイル１をｎ個の励磁コイル１−１〜１
−ｎに分割する方法として最も単純であるのは、第２図
の超電導トロイダルコイル］を空間的に分割した超電導
コイル２がｎ個の場合、個々の超電導コイル２を個々の
励磁コイル１−１〜１−ｎとすることである。
式から得られる０．２９Ωが個々の励磁コイル１−１〜
１−ｎの保護抵抗値となる。した．がつて、前記の超電
導コイル（ＩＯ：３４．７００Ａ．Ｌ＝２６０Ｈ）の励
磁コイルの場合Ｖｐ＝５ｋＶとすると必要な分割数ｎは
１８であり、第５図、第６図の回路の場合の分割数３６
の２分の１でよいという利点をもつ。この先行技術は以
上の説明より明らかな５ように、一つの励磁コイルを複
数個の超電導コイルで形成するとともに、各超電導コイ
ルごとに並列に接続された保護抵抗と、この並列体にそ
れぞれスイツチを介して励磁電流を給電する励磁装置と
を備え、クエンチを発生した励磁コイルの属すｚる励磁
回路のスイツチを開くことにより当該クエンチを発生し
た励磁コイルの磁気エネルギを保護抵抗に吸収させるよ
うにしたもので、各励磁コイルの両端子間に発生する電
圧を低く押えることができるため特別の絶縁処理を施す
ことなく大形磁界発生装置を実現することができる。超
電導トロイダルコイル１をｎ個の励磁コイル１−１〜１
−ｎに分割する方法として最も単純であるのは、第２図
の超電導トロイダルコイル］を空間的に分割した超電導
コイル２がｎ個の場合、個々の超電導コイル２を個々の
励磁コイル１−１〜１−ｎとすることである。
超電導コイル２の個数ｍがｎ以上の場合、励磁コイル数
はｎでなくｍにしてもよい。
はｎでなくｍにしてもよい。
この場合、個々の励磁コイル（すなわち、個々の超電導
コイル）に発生する電圧は、ｎ個分割のときの値よりも
小さくなるので、コイルの電気的・熱的保護の上ではよ
り楽になる。また、超電導コイル２の個数ｍがｎ以下の
場合、１つの超電導コイルの中間からパワーリードを取
りだして、励磁コイル数をｎ個にすることができる。
コイル）に発生する電圧は、ｎ個分割のときの値よりも
小さくなるので、コイルの電気的・熱的保護の上ではよ
り楽になる。また、超電導コイル２の個数ｍがｎ以下の
場合、１つの超電導コイルの中間からパワーリードを取
りだして、励磁コイル数をｎ個にすることができる。
以上３例のような励磁コイルの分割方法を採用する場合
、クエンチ時の超電導トロイダルコイルの電気的・熱的
保護はできるが、機械的保護はかなり困難になる。
、クエンチ時の超電導トロイダルコイルの電気的・熱的
保護はできるが、機械的保護はかなり困難になる。
第８図は超電導トロイダルコイルを構成する１個の超電
導コイル２の＃１がクエンチした場合にその超電導コイ
ル２−０１の両隣の超電導コイル２−０２，２−２４に
働く電磁力を示す図である。
導コイル２の＃１がクエンチした場合にその超電導コイ
ル２−０１の両隣の超電導コイル２−０２，２−２４に
働く電磁力を示す図である。
ただし、超電導トロイダルコイルの空間的分割数ｍを２
４とし、コイルの諸元は前に例としてあげたものについ
て論することにする。第８図において、超電導コイル２
−０１がクエンチしてコイル電流が減衰してゼロになる
と、その両端の超電導コイル２−０２，２−２４にθ方
向の電磁力Ｆが働く。
４とし、コイルの諸元は前に例としてあげたものについ
て論することにする。第８図において、超電導コイル２
−０１がクエンチしてコイル電流が減衰してゼロになる
と、その両端の超電導コイル２−０２，２−２４にθ方
向の電磁力Ｆが働く。
この電磁力は、第８図に示すように、相反溌する向きを
もち、その大きさＦは約７万トンもの巨大な力である。
この力に耐える支持構造を設計することは不可能ではな
いが、支持構造物重量の増加、およびそれに伴なう熱侵
入の増加、は超電導トロイダルコイルにとつて大きな欠
点となる。さらに、２４個の超電導コイルのうち２３個
の超電導コイルを運転することはできるが、磁界分布の
一様性が悪くなるという欠点をもつ。
もち、その大きさＦは約７万トンもの巨大な力である。
この力に耐える支持構造を設計することは不可能ではな
いが、支持構造物重量の増加、およびそれに伴なう熱侵
入の増加、は超電導トロイダルコイルにとつて大きな欠
点となる。さらに、２４個の超電導コイルのうち２３個
の超電導コイルを運転することはできるが、磁界分布の
一様性が悪くなるという欠点をもつ。
この発明は上述の欠点を解消するためになされたもので
、超電導トロイダルコイルがクエンチしたときに、電気
的、熱的、および機械的に破損しないように保護するこ
との可能な超電導トロイダルマグネツトを提供すること
を目的とするものである。
、超電導トロイダルコイルがクエンチしたときに、電気
的、熱的、および機械的に破損しないように保護するこ
との可能な超電導トロイダルマグネツトを提供すること
を目的とするものである。
以下、図面に従つてこの発明を説明する。
第９図はこの発明の一実施例の概略的な構成を示す部分
図であり、超電導トロイダルコイル１を構成する複数の
超電導コイル２−０１〜２−ｍのうち３個のみを示して
いる。
図であり、超電導トロイダルコイル１を構成する複数の
超電導コイル２−０１〜２−ｍのうち３個のみを示して
いる。
図において、２１−１〜２ｍ−ｎは部分コイルで、各々
の超電導コイル２−０１〜２−ｍは複数の部分コイル２
１−１〜２ｍ−ｎによつて構成されている。
の超電導コイル２−０１〜２−ｍは複数の部分コイル２
１−１〜２ｍ−ｎによつて構成されている。
また励磁コイル１−１〜１−ｎは各超電導コイル２−０
１〜２−ｍ内の相対位置の等しい部分コイル２１−１〜
２ｍ−ｎを電気結線して構成されている。すなわち、各
超電導コイル毎に複数の部分コイル２１−］〜２ｍ−ｎ
に順次番号を付け、各超電導コイル２−０］〜２−ｍを
構成する部分コイルのうち同一番号の部分コイルを次々
に電気結線して励磁コイル１−１〜１−ｎが構成される
。なお、図には示していないが、励磁コイル１１〜１−
ｎに対し、第６図または第７図に示した回路が設けられ
ており、前述のような効果、すなわち電気的および熱的
に破損しないような保護を有するように構成する。
１〜２−ｍ内の相対位置の等しい部分コイル２１−１〜
２ｍ−ｎを電気結線して構成されている。すなわち、各
超電導コイル毎に複数の部分コイル２１−］〜２ｍ−ｎ
に順次番号を付け、各超電導コイル２−０］〜２−ｍを
構成する部分コイルのうち同一番号の部分コイルを次々
に電気結線して励磁コイル１−１〜１−ｎが構成される
。なお、図には示していないが、励磁コイル１１〜１−
ｎに対し、第６図または第７図に示した回路が設けられ
ており、前述のような効果、すなわち電気的および熱的
に破損しないような保護を有するように構成する。
上述のように構成した場合には次の利点がある。
（１） １つの励磁コイルがクエンチした場合、１つの
超電導コイルの中の１つの部分コイルの電流が減衰する
のであるから、クエンチした部分コイルの両隣の部分コ
イル間に生じる反溌力は、１個の超電導コイルを１個の
励磁コイルとした場合の反溌力の数１０分の１の小さい
値になる。
超電導コイルの中の１つの部分コイルの電流が減衰する
のであるから、クエンチした部分コイルの両隣の部分コ
イル間に生じる反溌力は、１個の超電導コイルを１個の
励磁コイルとした場合の反溌力の数１０分の１の小さい
値になる。
したがつてクエンチを考慮した特別の支持構造を設ける
必要はない。（２）超電導トロイダルコイルを構成する
全超電導コイルの同番号の部分コイルの電流が減衰する
ためトロイダルコイル磁界分布の不均一性が小さくてす
む。
必要はない。（２）超電導トロイダルコイルを構成する
全超電導コイルの同番号の部分コイルの電流が減衰する
ためトロイダルコイル磁界分布の不均一性が小さくてす
む。
なお、以上の説明において、部分コイルは、第３図に示
すようなパンケーキ形超電導コイルに対してのパンケー
キコイルとしても良く、また第４図に示すような超電導
デイスクを複数個重ね合せた超電導コイルに対しての超
電導デイスクとしても良い。
すようなパンケーキ形超電導コイルに対してのパンケー
キコイルとしても良く、また第４図に示すような超電導
デイスクを複数個重ね合せた超電導コイルに対しての超
電導デイスクとしても良い。
また、以上の説明では各励磁コイルの構成要素として各
超電導コイルに対してそれぞれ１個ずつの部分コイルを
電気結線したものを示したが、超電導トロイダルコイル
の機械的保護の可能な範囲で、各超電導コイルに対して
部分コイル複数個を励磁コイルの構成要素としても良い
。
超電導コイルに対してそれぞれ１個ずつの部分コイルを
電気結線したものを示したが、超電導トロイダルコイル
の機械的保護の可能な範囲で、各超電導コイルに対して
部分コイル複数個を励磁コイルの構成要素としても良い
。
この発明は以上の説明より明らかなように、超電導トロ
イダルコイルの各超電導コイルを構成する部分コイルの
うち相対位置の等しい部分コイルを電気結線して１つの
励磁コイルを構成し、各励磁コイルごとに並列に接続さ
れた保護抵抗と、この並列体にそれぞれスイツチを介し
て励磁電流を給電する励磁装置とを備え、クエンチを発
生した励磁コイルの属する励磁回路のスイツチを開くこ
とにより当該クエンチを発生した励磁コイルの電流を保
護抵抗に吸収させるようにしたもので、部分コイルの電
流消滅によるトロイダル軸方向の電磁力を小さくし、か
つ、トロイダル磁界分布の不均一性を小さくし、かつ当
該励磁コイルの両端子間に発生する電圧を低く押えるよ
うにした超電導トロイダルマグネツトを実現することが
できる。
イダルコイルの各超電導コイルを構成する部分コイルの
うち相対位置の等しい部分コイルを電気結線して１つの
励磁コイルを構成し、各励磁コイルごとに並列に接続さ
れた保護抵抗と、この並列体にそれぞれスイツチを介し
て励磁電流を給電する励磁装置とを備え、クエンチを発
生した励磁コイルの属する励磁回路のスイツチを開くこ
とにより当該クエンチを発生した励磁コイルの電流を保
護抵抗に吸収させるようにしたもので、部分コイルの電
流消滅によるトロイダル軸方向の電磁力を小さくし、か
つ、トロイダル磁界分布の不均一性を小さくし、かつ当
該励磁コイルの両端子間に発生する電圧を低く押えるよ
うにした超電導トロイダルマグネツトを実現することが
できる。
第１図はトロイダルコイルの概念図、第２図は実際のト
ロイダルコイル構成図、第３図はパンケーキ形超電導コ
イルの一部破断斜視図、第４図はデイスク形超電導コイ
ルの一部断面図、第５図は従来の超電導トロイダルマグ
ネツトの回路図、第２ ６図及び第７図はそれぞれこの
発明の超電導トロイダルマグネツトの回路図、第８図は
超電導コイ九１個がクエンチしたときに発生するトロイ
ダル′ｊ方向に発生する電磁力分布、第９図はこの発明
のトロイダルマグネツトにおける電気結線を示す７構成
部分図である。 図において、１は超電導トロイダルコイル、２および２
−０１〜２−ｍは超電導コイル、２００はパンケーキコ
イル、１００は超電導デイスク、１−］〜１−ｎは励磁
コイル、１４−１〜１４一０ｎはスイツチ、１５−１〜
１５−ｎは励磁電源、１６−１〜１６−ｎは保護抵抗、
２１−１〜２ｍ一ｎは部分コイルである。
ロイダルコイル構成図、第３図はパンケーキ形超電導コ
イルの一部破断斜視図、第４図はデイスク形超電導コイ
ルの一部断面図、第５図は従来の超電導トロイダルマグ
ネツトの回路図、第２ ６図及び第７図はそれぞれこの
発明の超電導トロイダルマグネツトの回路図、第８図は
超電導コイ九１個がクエンチしたときに発生するトロイ
ダル′ｊ方向に発生する電磁力分布、第９図はこの発明
のトロイダルマグネツトにおける電気結線を示す７構成
部分図である。 図において、１は超電導トロイダルコイル、２および２
−０１〜２−ｍは超電導コイル、２００はパンケーキコ
イル、１００は超電導デイスク、１−］〜１−ｎは励磁
コイル、１４−１〜１４一０ｎはスイツチ、１５−１〜
１５−ｎは励磁電源、１６−１〜１６−ｎは保護抵抗、
２１−１〜２ｍ一ｎは部分コイルである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 超電導トロイダルコイルを分割して構成する複数の
超電導コイル、この各々の超電導コイルを分割して構成
する複数の部分コイル、上記各超電導コイル内の相対位
置の等しい上記部分コイルを電気結線して構成された励
磁コイル、上記各々の励磁コイルに並列に接続された保
護抵抗、および上記各励磁コイルと保護抵抗との並列体
にそれぞれスイッチを介して給電する励磁電源を備えた
超電導トロイダルマグネット。 ２ 各励磁コイルの中点が接地されていることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の超電導トロイダルマグ
ネット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51072655A JPS5953685B2 (ja) | 1976-06-19 | 1976-06-19 | 超電導トロイダルマグネツト |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51072655A JPS5953685B2 (ja) | 1976-06-19 | 1976-06-19 | 超電導トロイダルマグネツト |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS52155998A JPS52155998A (en) | 1977-12-24 |
| JPS5953685B2 true JPS5953685B2 (ja) | 1984-12-26 |
Family
ID=13495601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51072655A Expired JPS5953685B2 (ja) | 1976-06-19 | 1976-06-19 | 超電導トロイダルマグネツト |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5953685B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60157207A (ja) * | 1984-01-26 | 1985-08-17 | Toshiba Corp | 超電導電磁石 |
-
1976
- 1976-06-19 JP JP51072655A patent/JPS5953685B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS52155998A (en) | 1977-12-24 |
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