JPS6159650B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、整流型フラツクスポンプ方式で超
電導マグネツトコイルの充電を行う方法の改良に
関する。 超電導マグネツトコイルを永久電流モードで使
用する場合には、当初何らかの手段で上記コイル
に、たとえば数千アンペアもの大電流を強制的に
流す必要がある。超電導マグネツトコイルに上記
大電流を流すために極低温槽を貫通させて径の太
いリード線を設け、このリード線を介して上記コ
イルに外部から強制的に電流を供給することは、
極低温槽内部に外熱を侵入させることになり好ま
しいことではない。このため、一般に鉄心入り電
源変圧器を極低温槽内に配設し、この変圧器を用
いることによつて前記リード線の径を細いものと
し、外熱の導入を少なくして充電を行つている。
このような充電手段の一例として、従来より次に
示す整流型フラツクスポンプ方式が実施されてい
る。 第１図は従来の整流型フラツクスポンプを示す
概略構成図である。図中一点鎖線１で囲まれた部
分は極低温に保持された低温槽であり、この低温
槽１内には鉄心２に巻回された一次巻線３及び中
点タツプを有した二次巻線４からなる鉄心入り電
源変圧器５が収容されている。上記各巻線３，４
はそれぞれ超電導線からなるもので、一次巻線３
は極低温槽１の外部に設けられた印加電圧波形制
御器６に接続されている。また、二次巻線４の中
点タツプは超電導マグネツトコイル７の一端に接
続されている。このコイル７の他端は電流反転検
出器８ａ及びスイツチ９ａを介して前記二次巻線
４の一端に接続されると共に、電流反転検出器８
ｂ及びスイツチ９ｂを介して前記二次巻線４の他
端に接続されている。また、上記電流反転検出器
８ａ，８ｂの各検出信号はそれぞれ前記印加電圧
波形制御器６に与えられ、この制御器６からの指
令信号はそれぞれ上記スイツチ９ａ，９ｂに与え
られる。そして、前記一次巻線３には第２図に示
す如く第１の充電サイクル期間T₁において正、
零、負、零、正、零で、第２の充電サイクル期間
T₂において負、零、正、零、負、零となる電圧
P₁が印加される。これらの第１及び第２の充電サ
イクル期間T₁，T₂が交互に繰り返されることに
よつて超電導マグネツトコイル７がいわゆる充電
される。 すなわち、いま前記スイツチ９ａがOFFで前
記スイツチ９ｂがONの状態で第１の充電サイク
ルが開始されたものとする。まず、第２図に示す
如く第１の充電サイクル期間T₁の開始時刻t₁で一
次巻線３へ同図にP₁で示す如く正のパルス電圧＋
E₁（矢印Ａ方向）が印加されると、同巻線３に
は矢印Ａ方向に電流R₁が流れ、この一次電流R₁
は一定の割合で増加する。このため、二次巻線４
の二次誘起電圧Q₁は第２図に示す如く＋α_１
（矢印Ｂ方向）となる。したがつて、超電導マグ
ネツトコイル７及びスイツチ９ｂを含む閉ループ
に矢印Ｃ方向に電流が流れ、コイル７は充電され
ることになる。鉄心２が未だ飽和していない状態
の時刻t₂で一次印加電圧P₁を零にすると、一次電
流R₁が一定値を保持するため二次誘起電圧Q₁は
零となる。そして、前記印加電圧波形制御器６に
予めセツトされたプログラムに従つて時刻t₃でス
イツチ９ａをONにすると共に一次印加電圧P₁を
−E₂にすると、二次誘起電圧Q₁が−α_２（矢印
Ｂ逆方向）となりスイツチ９ａ，９ｂを含む閉ル
ープに矢印Ｄ方向の短絡電流が流れる。この過程
で前記マグネツトコイル７の充電電流S₁は僅かに
減少する。矢印Ｄ方向の電流が前記時刻t₂におけ
る充電電流S₁より僅かに大きくなつた時点で前記
検出器８ｂは電流反転検出信号を出力する。この
検出信号により時刻t₄は一次印加電圧P₁は零とな
りスイツチ９ｂはOFFされる。この場合には、
マグネツトコイル７を流れる充電電流S₁はスイツ
チ９ａを含む矢印Ｅ方向となる。 次に、時刻t₅で一次印加電圧P₁を再び＋E₁にす
ると、二次誘起電圧Q₁は＋α_１で矢印Ｂ方向と
なるため、マグネツトコイル７の充電電流S₁は一
定の割合で減少する。即ち、コイル７は放電する
ことになる。そして、鉄心２が飽和する時刻t₆で
二次誘起電圧Q₁は急激に減少し零となる。これ
により、コイル７の充電電流S₁の減少、つまり放
電は停止される。また、上記時刻t₆で一次印加電
圧P₁を零に保持する。以上が第１の充電サイクル
であり、第２の充電サイクルは第１の充電サイク
ルの終了時刻t₇より一次印加電圧P₁を第１の充電
サイクルの場合と逆極性にして行う。かくして、
超電導マグネツトコイル７の充電電流S₁は累積的
に増加することになる。 ところが、このような従来方法では鉄心入り電
源変圧器５を用いるため、鉄心２の飽和磁束を考
慮し第１及び第２の充電サイクル期間T₁，T₂に
放電させる時間を設定しなければならない。この
ため、超電導マグネツトコイル７の充電時間が長
くなり、また同コイル７の充電操作が非常に複雑
になる等の問題があつた。さらに、鉄心２を用い
るため、ヒステリシスロスが生じたり装置全体の
大型化を招く等の欠点があつた。 本発明は上記事情を考慮してなされたもので、
その目的とするところは、変圧器に鉄心を用いる
ことなく、ヒステリシスロスの発生や装置全体の
大型化を招くことなく簡易な操作で充電を行い得
る超電導マグネツトコイルの充電方法を提供する
ことにある。 即ち、本発明は空心超電導変圧器を用いて、超
電導マグネツトコイルを理想的な形に近い操作で
充電することによつて上記目的を達成したもので
ある。 以下、この発明の一実施例を図面を参照して説
明する。第３図は本発明方法を適用した整流形フ
ラツクスポンプの一例を示す概略構成図である。
なお、第１図と同一部分には同一符号を付してそ
の詳しい説明は省略する。この実施例は従来の鉄
心入り電源変圧器５の代りに空心超電導変圧器１
０を用いたもので、その他の構成は第１図のもの
と全く同様である。 いま、スイツチ９ａがOFFでスイツチ９ｂが
ONの状態にあるものとし、第４図に示す如く一
次印加電圧P₂を第１の充電サイクル期間T₁で
正、零、負、零とし、第２の充電サイクル期間
T₂で負、零、正、零としてこれら第１及び第２
の充電サイクルを交互に繰り返す。まず、第１の
充電サイクル期間T₁の始まりの時刻t₁で一次巻線
３へ同図にP₂で示す如く正のパルス電圧＋E₁
（矢印Ａ方向）を印加すると、一次電流R₂が一定
の割合で増加し二次誘起電圧Q₂は＋α_１（矢印
Ｂ方向）となる。この場合、スイツチ９ａが
OFFでスイツチ９ｂがONであるため、超電導マ
グネツトコイル７及びスイツチ９ｂを含む閉ルー
プに矢印Ｃ方向の電流が流れ、この電流が一定の
割合で増加する。したがつて、超電導マグネツト
コイル７の充電電流S₂は零から一定の割合で増加
する。そして、前記印加電圧波形制御器６に予め
セツトされたプログラムに従つて時刻t₂で一次印
加電圧P₂を零にすると共にスイツチ９ａをONに
したのち、時刻t₃で一次印加電圧P₂を−E₂とす
る。なお、期間t₂−t₃はクライオストロンと称さ
れる超電導スイツチからなるスイツチ９ａが常電
導から超電導になるまでの時間である。期間t₂−
t₃では一次電流R₂は一定値、二次誘起電圧Q₂は零
であるため、超電導マグネツトコイル７の充電電
流は一定となる。一次印加電圧P₂が時刻t₃で−E₂
となると一次電流R₂は一定の割合で減少し二次
誘起電圧Q₂は−α_２となる。この場合、前記各
スイツチ９ａ，９ｂが共にONであるため、スイ
ツチ９ａ，９ｂを含む閉ループに矢印Ｄ方向に短
絡電流が流れる。そして、この短絡電流が時刻t₂
における充電電流S₂より僅に大きくなつたとき、
電流反転検出器８ｂが電流反転検出信号を出力す
る。この検出信号により時刻t₄でスイツチ９ｂが
OFFされると共に一次印加電圧P₂が零となる。
なお、前記期間t₃−t₄で超電導マグネツトコイル
７の充電電流S₂は僅かながら減少する。また、時
刻t₄以後はコイル７の充電電流S₂はスイツチ９ａ
を含む閉ループを矢印Ｅ方向に流れることにな
る。そして、スイツチ９ｂは時刻t₅で完全に常電
導転移する。以上が第１の充電サイクルである。 次に、第１の充電サイクル期間T₁の最終時刻t₅
で第２の充電サイクルを開始する。即ち、第２の
充電サイクル期間T₂の最初の時刻t₅で一次印加電
圧P₂を−E₁にすると、一次電流R₂は一定の割合
で減少し二次誘起電圧Q₂は−α_１（矢印Ｂ逆方
向）となる。この場合スイツチ９ａがONでスイ
ツチ９ｂがOFFであるため、上記電圧−α_１に
よる電流は超電導マグネツトコイル７及びスイツ
チ９ａを含む閉ループに矢印Ｅ方向に流れる。し
たがつて、超電導マグネツトコイル７の充電電流
S₂は一定の割合で増加する。そして、時刻t₆で一
次印加電圧P₂を零にすると共にスイツチ９ｂを
ONにしたのち時刻t₇で一次印加電圧P₂を＋E₂と
する。これにより、スイツチ９ａ，９ｂを含む閉
ループに矢印Ｄ方向の短絡電流が流れ、この短絡
電流が前記時刻t₆の充電電流S₂より僅かに大きく
なるとき前記検出器８ａが電流反転検出信号を出
力する。この検出信号により時刻t₈でスイツチ９
ａがOFFされると共に、一次印加電圧P₂が零に
保持される。そして、スイツチ９ａが常電導転移
する時間経過した時刻t₉で第２の充電サイクル期
間T₂は終了する。かくして、第１及び第２の充
電サイクルを交互に繰り返えすことによつて、超
電導マグネツトコイル７の充電電流S₂は累積的に
増加することになり、ここにコイル７の充電がな
される。なお、超電導マグネツトコイル７の放電
は一次印加電圧P₂を逆極性とし上記した操作の逆
操作を行うことによつてなされる。 このように本発明によれば、空心超電導変圧器
１０を用いて上述した方法により超電導マグネツ
トコイル７の充放電を行うようにしている。そし
て、理想的に近い形で充放電を行い得るため、鉄
心等の飽和磁束を考慮することなく、充放電操作
の大幅な簡略化をはかり得ると云う効果を奏す
る。また、鉄心を用いないことからヒステリシス
ロスをなくし、且つ装置全体の重量を軽減すなわ
ち小型化をはかり得る等の利点がある。さらに、
装置構成は変圧器を換えるのみで従来のものとほ
とんど同様でよいため、実施に際し非常に好都合
である。 なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではない。例えば、前記空心超電導変圧器は一
次巻線をトロイダル状に巻回し、二次巻線をこの
トロイダル巻線上に巻回するようにしてもよい。
また、前記一次電圧の大きさや印加時間等は、超
電導マグネツトコイルの仕様に応じて適宜定めれ
ばよいのは勿論のことである。さらに、上記印加
時間はカウンタやCR積分器等により設定すれば
よいものである。その他、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で、種々変形して実施することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来方法を採用した整流型フラツクス
ポンプを示す概略構成図、第２図は同方法による
充電時の作用を説明するための信号波形図、第３
図は本発明方法を適用した一実施例として整流型
フラツクスポンプを示す概略構成図、第４図は同
実施例の作用を説明するための信号波形図であ
る。 １……低温槽、２……鉄心、３……一次巻線、
４……二次巻線、５……電源変圧器、６……印加
電圧波形制御器、７……超電導マグネツトコイ
ル、８ａ，８ｂ……電流反転検出器、９ａ，９ｂ
……スイツチ、１０……空心超電導変圧器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 超低温に保持された空心超電導変圧器の二次
   巻線中点に超電導マグネツトコイルの一端を接続
   し、上記二次巻線の両端をそれぞれスイツチ及び
   電流反転検出器を介して前記マグネツトコイルの
   他端に接続し、電流反転検出時前記スイツチをオ
   ン・オフさせて第１の充電サイクルと第２の充電
   サイクルとを交互に繰り返し前記マグネツトコイ
   ルを累積的に充電する手段と、前記空心超電導変
   圧器の一次巻線の印加電圧を上記第１の充電サイ
   クル期間に正、零、負、零の順に、前記第２の充
   電サイクル期間に負、零、正、零の順に変化させ
   て前記マグネツトコイルの充電を制御する手段と
   を結合して前記マグネツトコイルの充電を行うよ
   うにしたことを特徴とする超電導マグネツトコイ
   ルの充電方法。