JPS6028150B2 - 熱式永久電流スイツチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超電導装置における熱式永久電流スイッチ関す
るものである。

超電導装置の一般的な概略図を第１図に示す。

すなわち液体ヘリウムなど冷煤１を収容した容器２内に
超電導コイル３および超電導ゲート線８と電熱発豪１０
とからなる熱式永久電流スイッチ７を収納し、前記コイ
ル３は超電導リード線４，４′および銅リード線５を介
して外部電源６に接続している。一方永久電流スイッチ
７内の超電導ゲート線８は超電導引出し線９，９′を介
して超電導リード線４，４′に並列に接続され、電熱線
１０はリード線１１を介してヒータ用電源１２に接続さ
れている。上記熱式永久電流スイッチ７内の電熱嫌泉に
スイッチ用電源１２から電圧を印加して発熱させると超
電導ゲート線８は臨界温度以上に加熱され、常電導状態
となり、この時外部電源６から電圧を印加するとコイル
の抵抗は零であるから超電導コイル３に電流が流れる。

該超電導コイル３に所望の磁界を発生させた後、スイッ
チ内の電熱嫌碁１０の電流をしや断すると、超電導コイ
ル３、リード線４′、引出し線９′、超電導ゲート８、
引出し線９、リード線４、超電導コイル３で形成される
閉回路が生じ、外部電源６をしや断しても超電導コイル
内に電流が流れて永久磁石として持続する。従って熱式
永久電流スイッチは電熱線に流す電流の断続により超電
導状態から常電導状態に、または常電導状態から超電導
状態に転移させ、電気抵抗の大きな変化を利用して永久
電流回路の開閉を行なうものである。従来の永久電流ス
イッチ７は通電容量を確保するため超電導線を複数本東
ねゲート線として用い、第２図に示すように該ゲート線
の外周に電熱線をへりカル状に巻回していた。このため
電熱線と超電導線との接触面積が小さくゲート線を常電
導にするために大きな熱容量と時間を必要とし、液体ヘ
リウムの蒸発損失を大きくすると共にスイッチの加熱特
性を悪くする欠点を有していた。また従来のスイッチ巻
枠は、ベークライト、ェポキシ、ステンレス鋼などが用
いられているが、これらの巻枠は極低温において熱伝導
が悪いためゲート線が超電導状態に復帰するでのの時間
が長く、スイッチの冷却特性を悪くすると共に、これに
伴う不安定性のため通電容量を安定に確保できない欠点
を有していた。本発明の目的は、液体ヘリウムなどの冷
煤の蒸発量を低減し熱損失が少なく、安定でしかもスイ
ッチの応答速度が速い熱式永久電流スイッチを提供する
にある。

本発明は銅マトリックス中に多数本の超電導線が埋込ま
れている複数本の極細多心線材の銅マトリックスを除去
してなる複数本の超電導ゲート線と電熱線との接触面積
を大きくするために、複数本の超電導ゲート線のおのお
のに電熱線を巻き、これを集合して室温で０．１ｃａｌ
／抑・ｓｅｃ・℃以上の熱伝導率を有するボビンに無誘
導に巻回したことを特徴とする熱式永久電流スィッにあ
る。

すなわちボビンにアルミニウム又は銅などの室温で０．
１ｃａｌ／伽・ｓｅｃ・℃以上の熱伝導の良好な物質を
用いて冷却特性を向上させ、更に超電導ゲート線の加熱
特性を向上させるためにゲート線１本１本に電気的絶縁
した電熱線を巻回するなどゲート線の本数に応じて電熱
線も並列回路とし接触面積を大きくする構造にすると極
めて好ましてことがわかつた。巻枠物質としてアルミニ
ウム又は銅は室温で０．１ｃａｌ／肌・ｓｅｃ・℃以上
の熱伝導率を有するので、冷却特性が大きく、常電導状
態から超電導状態への応答速度が大きいが、他の金属材
料では常電導状態から超電導状態への応答速度が著しく
小さいことがわかった。実施例 １ 超電導ゲート線には線径５４舷のＮｂ−Ｔｉ−Ｚｒ合金
からなる超電導線が銅マトリックスに２７１本埋めこま
れた外径１．４５肋、鋼対超電導線の断面積比２の極細
多心線材を６本用い、該極細多心線材の銅マトリックス
を硝酸にて部分的に除去する。

次に第３図に示すように各々のゲート線に絶縁された外
径０．２５側のニクロム線をへＩＪカルに者回し６本ま
とめてその上からガラステープを巻く。でき上ったゲー
ト線は無誘導にアルミニウム製ボビンの長内層から順次
巻き上げ最後はガラステープで固定する。巻き終りはボ
ビンに銅端子をとり付けておき６本まとめて半田付けし
た。またスイッチ外層はパラフィンを真空舎浸させて固
定した。

上記によって製作したスイッチについて液体ヘリウム中
に浸潰し、スイッチの通電容量およびスッチの応答速度
を測定した。

その結果通電容量については０〜１方ェルステッドの外
部磁界中で１５００〜１７０Ｍを安定に確保できた。ま
たヒータを投入してから常電導時の抵抗が発生するまで
の時間、すなわち加熱特性については第４図に示すよう
に本発明によるスイッチ１４は第２図の方法で製作した
従来のスイッチ１３に比べ応答時間は約１／２に短縮し
た。また上記と同一ヒータ容量を供給しておきヒータを
遮断してから超電導状態に復帰するまでの時間、すなわ
ち冷却特性については第５図に示すように本発明による
スイッチ１４は、従来のベークライト巻枠を用いたスイ
ッチに比べ著しく改善され、例えばヒータ容量５ワット
の場合では約１′１０に短縮し、アルミニウムボビンの
効果が顕著である。

以上の実施例で説明したように、ゲート線１本１本に電
熱線を巻き、アルミニウム製ボビンを用いて製作した熱
式永久電流スイッチは、ベークライト製ボビンを用い、
ゲート線全体の外周から電熱線を巻く従来のスイッチに
〈らべ、スイッチの加熱特性として応答時間は１′２に
短縮し、冷却特性として超電導状態に復帰するまでの時
間は約１／１０に短縮される。

これにより液体ヘリウムの蒸発損失も大中に減少し、経
済性に富んだ理想的効果を発揮する。また冷却特性が良
いことからゲート線内で生じた不安定性による発熱を、
すみやかに取り除くことができ安定性を向上することが
できる。また応答速度が速いので超電導装置が何らかの
原因で常電導状態に転移した場合でも速やかに外部抵抗
に磁気エネルギーを吸収させることが可能となり、液体
ヘリウムなどの冷煤の急激な蒸発に伴なう破壊事故や超
電導装置の焼損事故を禾然に防止でき、性能、安定性の
面において効果は顕著である。また、ボビン用材料とし
て、室温で０．１ｃａｌ／抑・ｓｅｃ・℃以上の熱伝導
率を有する例えばアルミニウム合金、銅、銅合金、マグ
ネシウム、マグネシウム合金、ベリリウム、ベリリウム
合金を用いた結果同様な効果が得られた。

更に、でき上ったスイッチの含浸材としてェポキシ樹脂
、その他の樹脂を用いても差しつかえない。図面の簡単
な説明第１図は超電導装置の概略図、第２図は従来のス
ィッ升こ用いられているゲート線の構造図、第３図は本
発明のゲート線構造図、第４図および第５図はスィッチ
チの応答速度について本発明品と従釆のスイッチとを比
較した構成図である。

１・・・・・・液体ヘリウム、２・・・・・・容器、３
・・・・・・超電導コイル、４・・・・・・超電導リー
ド線、５・・・・・・銅ＩＪ−ド線、６・・・・・・外
部電源、７・…・・熱式永久電流スイッチ、８・・・・
・・超電導ゲート線、９・・・・・・超電導引出線、１
０・・・…電熱線、１１・・・・・・リード線、１２・
・・・・・スイッチ用電源、１３・・・・・・従来のス
イッチ、１４・・・・・・本発明のスイッチ。

舞′図 第２図 第３図 第４図 努タ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 銅マトリツクス中に多数本の超電導線が埋込まれて
   いる極細多心線材から部分的に銅マトリツクスを除去し
   た複数本の超電導ゲート線の各各に絶縁して電熱線を巻
   回して一体化し、該一体化した超電導ゲート線を室温で
   ０．１ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上の熱伝導率を有す
   るボビンに巻回したとを特徴とする熱式永久電流スイツ
   チ。