JPS63239876A - 熱式永久電流スイツチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、超電導コイルを永久電流モードで運転すると
きなどに使用される熱式永久電流スイッチに関する。

（従来の技術） 周知のように、磁気浮上列車、ＭＲｌ、単結晶引き上げ
装置等に組み込まれた超電導コイルは永久電流モードで
運転される場合が多い。このように超電導コイルを永久
電流モードで運転する場合には、超電導コイルの両端を
抵抗値零の状態で短絡する永久電流スイッチを必要とす
る。この永久電流スイッチとしては１通常、母材抵抗値
の大きい超電導線を無誘導に巻回するとともに上記超電
導線に熱的に接続させてヒータ線を設けてなる熱式永久
電流スイッチが用いられている。

第３図は従来の熱式永久電流スイッチを示している。こ
の熱式永久電流スイッチは、繊維強化プラスチックなど
のように熱伝導の低い部材で形成された巻枠１にスイッ
チ部２を装着したものとなっている。巻枠１は、軸部３
およびこの軸部３の一端に一体に形成された鍔部４から
なる巻枠片５と、この巻枠片５の前記軸部３の他端に前
記鍔部４に対向して装着される鍔体６とで構成されてい
る。一方、スイッチ部２は、母材抵抗値の大きい超電導
線７を無誘導に巻回して巻回部８を形成するとともに上
記巻回部８の内部あるいは表面にヒータ線９を沿わせ、
これらにエポキシ樹脂で代表される樹脂１０を含浸し、
モールドしたものとなっている。そして、上記のように
構成されたスイッチ部２を巻枠片５の軸部３に装着し、
この状態で鍔体６を装着するとともに超電導線７の両端
およびヒータ線９の両端を外部に突出させている。

このように構成された熱式永久電流スイッチは。

超電導線７の両端が超電導コイルの両端に接続され、超
電導コイルと一緒に液体ヘリウムで代表される冷媒液中
に浸漬されて使用される。すなわち。

冷媒液中に浸漬されると１巻回部８を構成している超電
導線７が臨界温度以下に冷却されて抵抗値が零となり、
超電導コイルの両端を短絡する。つまり、スイッチ部２
がオン状態となる。一方、ヒータ線９に通電すると１巻
回部８が臨界温度以上に加熱され、この結果、゛巻回部
８が常電導状態に転移して抵抗値が増大する。つまり、
スイッチ部２がオフ状態となる。したがって、ヒータ線
９への通電を制御することによって、スイッチ部２をオ
ン、オフ制御できることになる。

しかしながら、上記のように構成された従来の熱式永久
電流スイッチにあっては次のような問題があった。すな
わち、上述した動作から判かるように、ヒータ線９に通
電してオンからオフに切換えるとき、速やかにオフ状態
に切換えるにはヒータ線９で発生した熱を効率良く巻回
部８へ伝える必要がある。このためには１巻回部８と冷
媒液との間の熱抵抗を大きくする必要がある。一方、ヒ
ータ線９への通電を停止してオフからオンに切換えると
き、速やかにオン状態に切換えるには冷媒液によって巻
回部８を効率良く冷却する必要がある。このためには１
巻回部８と冷媒液との間の熱抵抗を小さくする必要があ
る。このように、オンからオフに切換えるときに望まれ
る条件と、オフからオンに切換えるときに望まれる条件
とは相反している。このため、従来の熱式永久電流スイ
ッチにあっては９巻回部８の外周面を覆う樹脂層１１の
厚みを５履以上と厚くすることによって。

この樹脂層１１の熱抵抗を大きクシ、これによって専ら
ヒータ電力を少なくするとともにオンからオフへの切換
え時間を短縮する構成を採用している。しかし、このよ
うに巻回部８と冷媒液との間の熱抵抗を大きくすると、
前述の如く、オフからオンへ切換えるとき長時間を必要
とすることになる。

（発明が解決しようとする問題点） 上述の如く、従来の熱式永久電流スイッチにあっては、
ヒータ電力を少なりシ、なおかつオンからオフへの切換
え時間の短縮化と、オフからオンへの切換え時間の短縮
化と・の両方を満足させることができない問題があった
。

そこで本発明は、ヒータ電力を少なくでき、しかもオン
からオフへの切換え時間の短縮化と、オフからオンへの
切換え時間の短縮化との両方を満足させることができる
熱式永久電流スイッチを提供することを目的としている
。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、母材抵抗値の大きい超電導線を無誘導
に１巻回するとともに上記超電導線に熱的に接続させて
ヒータ線を設けてなる熱式永久電流スイッチにおいて、
前記超電導線の巻回部を覆い、かつ互いの間に狭い隙間
を設けて複数層設けられた熱伝導の低い筒体と、これら
筒体間に形成された前記隙間を直列に接続する手段とを
設けている。

（作用） この熱式永久電流スイッチを冷媒液中に浸漬すると、筒
体間に存在している隙間に冷媒液が侵入する。この冷媒
液は巻回部の極近傍まで侵入する。このため、オンのと
きには巻回部と冷媒液との間の熱抵抗が充分小さい状態
となる。このことは、オフからオンに切換えるとき９巻
回部と冷媒液との間の熱抵抗を充分小さくできることに
なる。

一方、オンからオフに切換えるためにヒータ線に通電す
ると６巻回部が加熱される。このとき、ヒータ線で発生
した熱の一部が巻回部に隣接して存在している隙間内の
冷媒液を加熱する。このため。

隙間内の冷媒液はガス化する。各隙間は直列に接続され
ているので、これら隙間内の冷媒液は冷媒ガスによって
外に押し出され、各隙間内は冷媒ガスによって満たされ
る。ガス状態の冷媒は熱伝導が極めて低い。加えて、各
筒体は熱伝導の低い部材で形成されている。このため、
ヒータ線に通電しているときには９巻回部と冷媒液との
間の熱抵抗が充分大きい状態に保たれることになり、ヒ
ータ線で発生した熱を巻回部の加熱に有効に利用できる
ことになる。

（実施例） 以下１図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る熱式永久電流スイッチ
の縦断面図である。

この熱式永久電流スイッチも、ｉｌｌ！強化プラスチッ
クなどのように熱伝導の低い部材で形成された巻枠２１
にスイッチ部２２を装着したものとなっている。

巻枠２１は２巻枠片２３と、これに組み合わさる巻枠片
２４とで構成されている。巻枠片２３は。

軸部２５と、この軸部２５の一端側に一体に形成された
鍔部２６と、この鍔部２６の周縁部から軸部２５を覆う
ように軸部２５と同心的に延びた薄肉の筒状部２７とで
構成されている。巻枠片２４は２巻枠片２３の前記軸部
２５の他端側に前記鍔部２６に対向して嵌合装着される
鍔部２８と、この鍔５２８の周縁部から前記筒状部２７
を覆い。

かつ筒状部２７との間に環状の１間２９を設けて鍔部２
６側へと延びる薄肉の筒状部３０とで構成されている。

なお、筒状部３０の基端部内側は筒状部２７の先端との
間に隙間を設けるため後退したものとなっている。また
、筒状部２７の基端部内側および筒状部３０の基端部内
側には第２図に示すように、これら筒状部２７．３０で
囲まれた部分と外部とを通じさせる小径の孔３１．３２
が周方向に複数形成されている。

一方、スイッチ部２２は、Ｎｂ１Ｓｎで代表される母材
抵抗値の大きい超電導！！４１を無誘導に巻回して巻回
部４２を形成するとともに巻回部４２の内部あるいは表
面にヒータ線４３を沿わせ。

これらにエポキシ樹脂で代表される樹脂４４を含浸し、
モールドしたものとなっている。この場合。

巻回部４２の外周面を覆う樹脂層４５の厚みは１履程度
以下に設定され、さらに樹脂層４５を含む巻回部４２の
外１は筒状部２７の内径より所定だけ小さくなるように
設定されている。そして、上記のように構成されたスイ
ッチ部２２を巻枠片２３の軸部２５に装着し、この状態
で第１図に示すように巻枠片２３に巻枠片２４を装着す
るとともに超電導線４１の両端およびヒータ線４３の両
端を外部に突出させている。したがって、前記関係によ
り、樹脂層４５と筒状部２７との間には環状の隙間４６
が存在し、この隙間４６は隙間２９に直列に通じている
ことになる。

このように構成された熱式永久電流スイッチは。

従来のスイッチと同様に超電導線４１の両端が超電導コ
イルの両端に接続され、超電導コイルと一緒に液体ヘリ
ウムで代表される冷媒液中に浸漬され、この状態でオフ
に切換えるときにはヒータ線４３に通電し、またオンに
切換えるときにはヒータ線４３への通電を停止すること
によってオン。

オフ制御される。

上記構成であると、冷媒液は隙間２９の図中下部開口４
７および孔３１．３２から隙間２９゜４６内に入り込む
、前述の如く樹脂層４５の厚みは充分薄く設定されてい
るので、結局１巻回部４２と冷媒液との間の熱抵抗は充
分小さい値に保持される。したがって、このスイッチを
冷媒液中に浸漬すると、極めて短時間に巻回部４２が臨
界温度以下に冷却され、この結果、スイッチ部２２がオ
ン状態となる。

このようなオン状態のとき、オフ状態に切換えるために
ヒータ線４３に通電すると２巻回部４２が加熱される。

このとき、ヒータ線４３で発生した熱の一部が樹脂層４
５を介して１１１間４６内の冷媒液を加熱する。このた
め、隙間４６内の冷媒液はガス化する。隙間４６．２９
は直列に接続されているので、これら隙間４６．２９内
の冷媒液は冷媒ガスの圧力で開口４７．孔３１．３２を
介して外に押し出される。したがって、隙間４６゜２９
内は冷媒ガスによって満たされる。ガス状態の冷媒は熱
伝導が極めて低い。また、各筒状部２７．３０は熱伝導
の低い部材で形成されている。

このため、ヒータ１４３に通電しているときには。

巻回部４２と冷媒液との間の熱抵抗が充分大きい状態に
保たれる。このため、ヒータ線４３で発生した熱は巻回
部４２を常電導化するために有効に使用されることにな
り、この結果、スイッチ部２２は速やかにオフ状態に切
換ねる。

また、オフ状態からオン状態に切換えるためにヒータ線
４３への通電を停止すると、隙間４６゜２９内の圧力が
低下するため、この隙間４６゜２９内に開口４７．孔３
１．３２を介して冷媒液が流れ込み、隙間４６．２９内
のガスを凝縮させる。このため１巻回部４２は速やかに
臨界温度以下に冷却され、この結果、スイッチ部２２は
オン状態に切換ねる。したがって、少ない電力で、しか
もオンからオフへの切換え時間の短縮化およびオフから
オンへの切換え時間の短縮化を実現できることになる。

なお１本発明は、上述した実施例に限定されるものでは
ない。すなわち、隙間２９．４６を確実に確保するため
に筒状部２７の内外面や筒状部３０の内面に突起を複数
設けるようにしてもよい。

また、上述した実施例では隙間を２層設けているが、３
層以上設けるようにしてもよい。また２巻枠と筒状部、
つまり固体とを別体に構成してもよい、さらに孔３１．
３２を省略することもできる。

［発明の効果］ 以上述べたように１本発明によれば、少ないヒータ電力
で、しかもオン、オフ切換え時間の短縮化を図れる熱式
永久電流スイッチを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る熱式永久電流スイッチ
の縦断面図、第２図は同スイッチの局部的縦断面図、第
３図は従来の熱式永久電流スイッチの縦断面図である。 ２１・・・巻枠、２２・・・スイッチ部、２７．３０・
・・筒状部、２９．４８・・・１ｌｉ１．４１・・・超
電導線。 ４２・・・巻回部、４３・・・ヒータ線、４５・・・樹
脂層。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）母材抵抗値の大きい超電導線を無誘導に巻回する
   とともに上記超電導線に熱的に接続させてヒータ線を設
   けてなる熱式永久電流スイッチにおいて、前記超電導線
   の巻回部を覆い、かつ互いの間に狭い隙間を設けて複数
   層設けられた熱伝導の低い筒体と、これら筒体間に形成
   された前記隙間を直列に接続する手段とを具備してなる
   ことを特徴とする熱式永久電流スイッチ。
2. （２）前記巻回部に隣接した隙間は、軸方向の一端部が
   閉じられていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の熱式永久電流スイッチ。
3. （３）前記巻回部に隣接した隙間は、軸方向の一端部が
   狭い通路を介して外部に通じている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。
4. （４）前記筒体は、内面または外面に前記隙間を確保す
   る突起を有したものである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。