高温超電導磁石用永久電流スイッチ
【課題】 永久電流モードを高温超電導磁石において実現する、高温超電導磁石用永久電流スイッチを提供する。
【解決手段】 励磁用直流電源１に接続された高温超電導磁石２と並列に接続される高温超電導磁石用永久電流スイッチにおいて、永久電流スイッチ４を構成する高温超電導線３の近傍に常電導電磁石５を配置し、この常電導電磁石５に交流電源５Ｃを接続して交流電流を流すことにより、前記高温超電導線３に渦電流による発熱と磁場の両方を発生させて臨界温度に到達しない小さい熱負荷でも、外部磁場が加わることにより、前記高温超電導磁石２の常電導転移を発生させる。
【解決手段】 励磁用直流電源１に接続された高温超電導磁石２と並列に接続される高温超電導磁石用永久電流スイッチにおいて、永久電流スイッチ４を構成する高温超電導線３の近傍に常電導電磁石５を配置し、この常電導電磁石５に交流電源５Ｃを接続して交流電流を流すことにより、前記高温超電導線３に渦電流による発熱と磁場の両方を発生させて臨界温度に到達しない小さい熱負荷でも、外部磁場が加わることにより、前記高温超電導磁石２の常電導転移を発生させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温超電導磁石に用いる永久電流スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導体は、磁場、温度、通電電流の３条件により、超電導状態を維持できるか否かが決まる。低温超電導磁石においては、ヒーターで超電導線に熱を加えることによって起こる常電導転移を利用した永久電流スイッチが一般的である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｍ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ，ｅｔ ａｌ，「Ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｐｐｅｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｉｎ ａ １００ｍ ｌｏｎｇ ｃｌａｓｓ ＭｇＢ2 ｓｏｌｅｎｏｉｄ ｃｏｉｌ ｉｎ ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｏｄｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ」，Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．１８，ｐｐ．３７３−３７５（２００５）
【非特許文献２】高橋 雅也 外４名，「ＭｇＢ2 で作製した永久電流スイッチの開発」，低温工学，社団法人低温工学協会，４１巻１１号，ｐｐ．５２５−５３０（２００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、高温超電導体は臨界温度が高いため、熱負荷を利用した熱スイッチを用いることは極めて困難である。
以下、その点について説明する。
近年、ＭＲＩやＮＭＲなどにおいて、高感度・高分解能分析を可能にするため、高磁場化への要求が高く、それに伴い、定格運転電流も高くなる傾向を示している（上記非特許文献１参照）。現在、永久電流スイッチは、例えば、ＣｕＮｉ合金マトリックスのＮｂＴｉ線材で作製されているものが多い。これは、常電導転移時の抵抗を高くし、外部電源から効率的に超電導コイルへ通電するようにするためである。しかし、ＣｕＮｉ合金マトリックスが高抵抗であり、かつＮｂＴｉのＴｃ（臨界温度）が低いことから、ＣｕマトリックスＮｂＴｉ線材と比較して、低い電流でクエンチしやすく、熱的に不安定な線材構成となっている。このため、大きい負荷マージンをとる設計や複数素子化を余儀なくされ、大電流化への対応を困難にしている（上記非特許文献２参照）。
【０００５】
この問題に対処するため、Ｂｉ−２２１２線材やＮｂ3 Ｓｎ線材で永久電流スイッチ用線材が試作されている。中でもＢｉ−２２１２線材は臨界温度Ｔｃが８５Ｋと高いため期待されたが、通電電流が１００Ａ程度であること、フラックスクリープが生じることから、永久電流スイッチ等にはまだ実用化されていない。
本発明は、上記状況に鑑みて、永久電流モードを高温超電導磁石において実現する、高温超電導磁石用永久電流スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕励磁用直流電源に接続れた高温超電導磁石と並列に接続される高温超電導磁石用永久電流スイッチにおいて、永久電流スイッチを構成する高温超電導線の近傍に常電導電磁石を配置し、この常電導電磁石に交流電源を接続して交流電流を流すことにより、前記高温超電導線に渦電流による発熱と磁場の両方を発生させて臨界温度に到達しない小さい熱負荷でも、外部磁場が加わることにより、前記高温超電導磁石の常電導転移を発生させることを特徴とする。
【０００７】
〔２〕上記〔１〕記載の高温超電導磁石用永久電流スイッチにおいて、前記高温超電導線がビスマス系又は希土類系高温超電導線であることを特徴とする。
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の高温超電導磁石用永久電流スイッチにおいて、前記常電導電磁石は、その両端が対向して形成されるギャップを有するＣ型磁心と、前記交流電源が接続され前記Ｃ型磁心に巻回されるコイルとからなることを特徴とする。
【０００８】
〔４〕上記〔３〕記載の高温超電導磁石用永久電流スイッチにおいて、前記Ｃ型磁心が珪素鋼板又はパーマロイからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、永久電流モードを高温超電導磁石において実現することにより、高温超電導磁石の励磁電源が分離可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例を示す高温超電導磁石用永久電流スイッチの回路図である。
【図２】本発明の実施例を示す高温超電導磁石用永久電流スイッチの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の高温超電導磁石用永久電流スイッチは、励磁用直流電源に接続された高温超電導磁石と並列に接続される高温超電導磁石用永久電流スイッチであって、永久電流スイッチを構成する高温超電導線の近傍に常電導電磁石を配置し、この常電導電磁石に交流電源を接続して交流電流を流すことにより、前記高温超電導線に渦電流による発熱と磁場の両方を発生させて臨界温度に到達しない小さい熱負荷でも、外部磁場が加わることにより、前記高温超電導磁石の常電導転移を発生させる。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の実施例を示す高温超電導磁石用永久電流スイッチの回路図、図２はその高温超電導磁石用永久電流スイッチの模式図である。
これらの図において、１は励磁用直流電源、２は励磁用直流電源１に接続されるビスマス系又は希土類系高温超電導線からなる高温超電導コイル（高温超電導磁石）、３は高温超電導コイル２に並列に接続されるビスマス系又は希土類系高温超電導線、４は高温超電導コイル２の永久電流スイッチ、５は高温超電導線３の常電導転移時の抵抗を大きくし、永久電流スイッチ４を開く機能を果たす常電導電磁石、６は真空容器を示している。さらに、常電導電磁石５は、珪素鋼板又はパーマロイからなり、その両端が対向して形成されるギャップ５Ｄを有するＣ型磁心５Ａと、交流電源５Ｃが接続され、Ｃ型磁心５Ａに巻回されるエナメル線からなるコイル５Ｂとで構成されている。
【００１３】
このように、高温超電導線３の近傍に常電導電磁石５を配置し、この常電導磁石５に交流電源５Ｃを接続して交流電流を流すことにより、高温超電導線３に渦電流による発熱と磁場の両方を発生させて臨界温度に到達しない小さい熱負荷でも、外部磁場が加わることにより、高温超電導コイル２に常電導転移を発生させる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明の高温超電導磁石用永久電流スイッチは、永久電流モードを高温超電導磁石において実現する、高温超電導磁石用永久電流スイッチとして利用可能である。
【符号の説明】
【００１５】
１ 励磁用直流電源
２ 高温超電導コイル（高温超電導磁石）
３ 高温超電導線
４ 永久電流スイッチ
５ 常電導電磁石
５Ａ Ｃ型磁心
５Ｂ コイル
５Ｃ 交流電源
５Ｄ ギャップ
６ 真空容器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温超電導磁石に用いる永久電流スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導体は、磁場、温度、通電電流の３条件により、超電導状態を維持できるか否かが決まる。低温超電導磁石においては、ヒーターで超電導線に熱を加えることによって起こる常電導転移を利用した永久電流スイッチが一般的である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｍ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ，ｅｔ ａｌ，「Ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｐｐｅｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｉｎ ａ １００ｍ ｌｏｎｇ ｃｌａｓｓ ＭｇＢ2 ｓｏｌｅｎｏｉｄ ｃｏｉｌ ｉｎ ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｏｄｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ」，Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．１８，ｐｐ．３７３−３７５（２００５）
【非特許文献２】高橋 雅也 外４名，「ＭｇＢ2 で作製した永久電流スイッチの開発」，低温工学，社団法人低温工学協会，４１巻１１号，ｐｐ．５２５−５３０（２００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、高温超電導体は臨界温度が高いため、熱負荷を利用した熱スイッチを用いることは極めて困難である。
以下、その点について説明する。
近年、ＭＲＩやＮＭＲなどにおいて、高感度・高分解能分析を可能にするため、高磁場化への要求が高く、それに伴い、定格運転電流も高くなる傾向を示している（上記非特許文献１参照）。現在、永久電流スイッチは、例えば、ＣｕＮｉ合金マトリックスのＮｂＴｉ線材で作製されているものが多い。これは、常電導転移時の抵抗を高くし、外部電源から効率的に超電導コイルへ通電するようにするためである。しかし、ＣｕＮｉ合金マトリックスが高抵抗であり、かつＮｂＴｉのＴｃ（臨界温度）が低いことから、ＣｕマトリックスＮｂＴｉ線材と比較して、低い電流でクエンチしやすく、熱的に不安定な線材構成となっている。このため、大きい負荷マージンをとる設計や複数素子化を余儀なくされ、大電流化への対応を困難にしている（上記非特許文献２参照）。
【０００５】
この問題に対処するため、Ｂｉ−２２１２線材やＮｂ3 Ｓｎ線材で永久電流スイッチ用線材が試作されている。中でもＢｉ−２２１２線材は臨界温度Ｔｃが８５Ｋと高いため期待されたが、通電電流が１００Ａ程度であること、フラックスクリープが生じることから、永久電流スイッチ等にはまだ実用化されていない。
本発明は、上記状況に鑑みて、永久電流モードを高温超電導磁石において実現する、高温超電導磁石用永久電流スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕励磁用直流電源に接続れた高温超電導磁石と並列に接続される高温超電導磁石用永久電流スイッチにおいて、永久電流スイッチを構成する高温超電導線の近傍に常電導電磁石を配置し、この常電導電磁石に交流電源を接続して交流電流を流すことにより、前記高温超電導線に渦電流による発熱と磁場の両方を発生させて臨界温度に到達しない小さい熱負荷でも、外部磁場が加わることにより、前記高温超電導磁石の常電導転移を発生させることを特徴とする。
【０００７】
〔２〕上記〔１〕記載の高温超電導磁石用永久電流スイッチにおいて、前記高温超電導線がビスマス系又は希土類系高温超電導線であることを特徴とする。
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の高温超電導磁石用永久電流スイッチにおいて、前記常電導電磁石は、その両端が対向して形成されるギャップを有するＣ型磁心と、前記交流電源が接続され前記Ｃ型磁心に巻回されるコイルとからなることを特徴とする。
【０００８】
〔４〕上記〔３〕記載の高温超電導磁石用永久電流スイッチにおいて、前記Ｃ型磁心が珪素鋼板又はパーマロイからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、永久電流モードを高温超電導磁石において実現することにより、高温超電導磁石の励磁電源が分離可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例を示す高温超電導磁石用永久電流スイッチの回路図である。
【図２】本発明の実施例を示す高温超電導磁石用永久電流スイッチの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の高温超電導磁石用永久電流スイッチは、励磁用直流電源に接続された高温超電導磁石と並列に接続される高温超電導磁石用永久電流スイッチであって、永久電流スイッチを構成する高温超電導線の近傍に常電導電磁石を配置し、この常電導電磁石に交流電源を接続して交流電流を流すことにより、前記高温超電導線に渦電流による発熱と磁場の両方を発生させて臨界温度に到達しない小さい熱負荷でも、外部磁場が加わることにより、前記高温超電導磁石の常電導転移を発生させる。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の実施例を示す高温超電導磁石用永久電流スイッチの回路図、図２はその高温超電導磁石用永久電流スイッチの模式図である。
これらの図において、１は励磁用直流電源、２は励磁用直流電源１に接続されるビスマス系又は希土類系高温超電導線からなる高温超電導コイル（高温超電導磁石）、３は高温超電導コイル２に並列に接続されるビスマス系又は希土類系高温超電導線、４は高温超電導コイル２の永久電流スイッチ、５は高温超電導線３の常電導転移時の抵抗を大きくし、永久電流スイッチ４を開く機能を果たす常電導電磁石、６は真空容器を示している。さらに、常電導電磁石５は、珪素鋼板又はパーマロイからなり、その両端が対向して形成されるギャップ５Ｄを有するＣ型磁心５Ａと、交流電源５Ｃが接続され、Ｃ型磁心５Ａに巻回されるエナメル線からなるコイル５Ｂとで構成されている。
【００１３】
このように、高温超電導線３の近傍に常電導電磁石５を配置し、この常電導磁石５に交流電源５Ｃを接続して交流電流を流すことにより、高温超電導線３に渦電流による発熱と磁場の両方を発生させて臨界温度に到達しない小さい熱負荷でも、外部磁場が加わることにより、高温超電導コイル２に常電導転移を発生させる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明の高温超電導磁石用永久電流スイッチは、永久電流モードを高温超電導磁石において実現する、高温超電導磁石用永久電流スイッチとして利用可能である。
【符号の説明】
【００１５】
１ 励磁用直流電源
２ 高温超電導コイル（高温超電導磁石）
３ 高温超電導線
４ 永久電流スイッチ
５ 常電導電磁石
５Ａ Ｃ型磁心
５Ｂ コイル
５Ｃ 交流電源
５Ｄ ギャップ
６ 真空容器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁用直流電源に接続された高温超電導磁石と並列に接続される高温超電導磁石用永久電流スイッチにおいて、永久電流スイッチを構成する高温超電導線の近傍に常電導電磁石を配置し、該常電導電磁石に交流電源を接続して交流電流を流すことにより、前記高温超電導線に渦電流による発熱と磁場の両方を発生させて臨界温度に到達しない小さい熱負荷でも、外部磁場が加わることにより、前記高温超電導磁石の常電導転移を発生させることを特徴とする高温超電導磁石用永久電流スイッチ。
【請求項２】
請求項１記載の高温超電導磁石用永久電流スイッチにおいて、前記高温超電導線がビスマス系又は希土類系高温超電導線であることを特徴とする高温超電導磁石用永久電流スイッチ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の高温超電導磁石用永久電流スイッチにおいて、前記常電導電磁石は、その両端が対向して形成されるギャップを有するＣ型磁心と、前記交流電源が接続され前記Ｃ型磁心に巻回されるコイルとからなることを特徴とする高温超電導磁石用永久電流スイッチ。
【請求項４】
請求項３記載の高温超電導磁石用永久電流スイッチにおいて、前記Ｃ型磁心が珪素鋼板又はパーマロイからなることを特徴とする高温超電導磁石用永久電流スイッチ。
【請求項１】
励磁用直流電源に接続された高温超電導磁石と並列に接続される高温超電導磁石用永久電流スイッチにおいて、永久電流スイッチを構成する高温超電導線の近傍に常電導電磁石を配置し、該常電導電磁石に交流電源を接続して交流電流を流すことにより、前記高温超電導線に渦電流による発熱と磁場の両方を発生させて臨界温度に到達しない小さい熱負荷でも、外部磁場が加わることにより、前記高温超電導磁石の常電導転移を発生させることを特徴とする高温超電導磁石用永久電流スイッチ。
【請求項２】
請求項１記載の高温超電導磁石用永久電流スイッチにおいて、前記高温超電導線がビスマス系又は希土類系高温超電導線であることを特徴とする高温超電導磁石用永久電流スイッチ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の高温超電導磁石用永久電流スイッチにおいて、前記常電導電磁石は、その両端が対向して形成されるギャップを有するＣ型磁心と、前記交流電源が接続され前記Ｃ型磁心に巻回されるコイルとからなることを特徴とする高温超電導磁石用永久電流スイッチ。
【請求項４】
請求項３記載の高温超電導磁石用永久電流スイッチにおいて、前記Ｃ型磁心が珪素鋼板又はパーマロイからなることを特徴とする高温超電導磁石用永久電流スイッチ。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−２３８７１７（Ｐ２０１２−２３８７１７Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０６５８６（Ｐ２０１１−１０６５８６）
【出願日】平成２３年５月１１日（２０１１．５．１１）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１１日（２０１１．５．１１）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
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