JP2000150224A - 超電導コイルの励磁制御方法 - Google Patents
超電導コイルの励磁制御方法Info
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- JP2000150224A JP2000150224A JP32191298A JP32191298A JP2000150224A JP 2000150224 A JP2000150224 A JP 2000150224A JP 32191298 A JP32191298 A JP 32191298A JP 32191298 A JP32191298 A JP 32191298A JP 2000150224 A JP2000150224 A JP 2000150224A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 交流損失をできるだけ抑制し得る超電導コイ
ルの励磁制御方法を提供する。 【解決手段】 超電導コイルの励磁制御方法は、超電導
コイルの励磁電流がそのコイルの臨界電流の６０％以下
に制御されることを特徴としている。
ルの励磁制御方法を提供する。 【解決手段】 超電導コイルの励磁制御方法は、超電導
コイルの励磁電流がそのコイルの臨界電流の６０％以下
に制御されることを特徴としている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍機伝導冷却型
超電導コイルの運転を制御する方法に関し、特に、超電
導マグネットを構成する冷凍機伝導冷却型超電導コイル
をクエンチを起こさせずに安定に運転するための方法に
関する。
超電導コイルの運転を制御する方法に関し、特に、超電
導マグネットを構成する冷凍機伝導冷却型超電導コイル
をクエンチを起こさせずに安定に運転するための方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、コイルには、銅など常電導体を用
いたコイルや、液体ヘリウム温度で超電導となる金属系
超電導体を用いたコイルが使用されている。銅を用いて
高磁場を発生しようとすると、発熱が大きいため、水な
どを強制的に流して冷却する必要がある。銅などの常電
導体を用いたコイルは、消費電力が大きい、コンパクト
性に欠ける、メンテナンスが大変などの問題を抱えてい
る。
いたコイルや、液体ヘリウム温度で超電導となる金属系
超電導体を用いたコイルが使用されている。銅を用いて
高磁場を発生しようとすると、発熱が大きいため、水な
どを強制的に流して冷却する必要がある。銅などの常電
導体を用いたコイルは、消費電力が大きい、コンパクト
性に欠ける、メンテナンスが大変などの問題を抱えてい
る。
【０００３】一方、超電導コイルは、小電力で大きな磁
場を発生できるので、各種用途に有用である。しかし、
金属系超電導線をコイルに使用する場合、極低温（４Ｋ
付近）までの冷却が必要であり、冷却コストが高くな
る。また、金属系超電導体は比熱の小さい極低温下で使
用されるため、安定性が悪く、クエンチを起こしやすい
性質を持っている。
場を発生できるので、各種用途に有用である。しかし、
金属系超電導線をコイルに使用する場合、極低温（４Ｋ
付近）までの冷却が必要であり、冷却コストが高くな
る。また、金属系超電導体は比熱の小さい極低温下で使
用されるため、安定性が悪く、クエンチを起こしやすい
性質を持っている。
【０００４】一方、最近では、比較的高温下で使用が可
能な酸化物高温超電導コイルを用い、磁気分離や、結晶
引上げなどを行なう技術が考えられている。酸化物高温
超電導コイルは、金属系超電導コイルに比べて比較的高
温下で使用できるため、比熱の大きな領域での使用が可
能になり、安定性が抜群に良いことがわかってきた。酸
化物高温超電導コイルは、より使いやすいマグネットへ
の実用化が期待されている。
能な酸化物高温超電導コイルを用い、磁気分離や、結晶
引上げなどを行なう技術が考えられている。酸化物高温
超電導コイルは、金属系超電導コイルに比べて比較的高
温下で使用できるため、比熱の大きな領域での使用が可
能になり、安定性が抜群に良いことがわかってきた。酸
化物高温超電導コイルは、より使いやすいマグネットへ
の実用化が期待されている。
【０００５】酸化物高温超電導体は、液体窒素温度で超
電導となるが、液体窒素温度では今のところ臨界電流密
度およびその磁場特性がそれほど良くない。このため、
酸化物高温超電導体は、低い磁場を発生するためのコイ
ルとして使用されているのが現状である。一方、酸化物
高温超電導コイルは、液体窒素温度より低い温度におい
てより高い性能を有する可能性がある。この低い温度で
の使用のため、液体ヘリウムでの冷却が考えられるが、
そのコストは高く、取扱いが煩雑である。そこで、運転
コストが比較的安くかつ取扱いが容易な冷凍機を用い
て、酸化物超電導コイルを極低温に冷却する試みがなさ
れている。
電導となるが、液体窒素温度では今のところ臨界電流密
度およびその磁場特性がそれほど良くない。このため、
酸化物高温超電導体は、低い磁場を発生するためのコイ
ルとして使用されているのが現状である。一方、酸化物
高温超電導コイルは、液体窒素温度より低い温度におい
てより高い性能を有する可能性がある。この低い温度で
の使用のため、液体ヘリウムでの冷却が考えられるが、
そのコストは高く、取扱いが煩雑である。そこで、運転
コストが比較的安くかつ取扱いが容易な冷凍機を用い
て、酸化物超電導コイルを極低温に冷却する試みがなさ
れている。
【０００６】すなわち、金属系超電導線材を用いたコイ
ルは不安定なので冷凍機冷却型のコイルにおいては交流
通電運転の実績がないが、酸化物超電導線材を用いたコ
イルは安定性が高いので、冷凍機冷却型コイルにおいて
も交流通電運転が試みようとされている。しかし、冷凍
機冷却型コイルにおいては、一般に冷凍機冷却能力が数
Ｗ〜数十Ｗしかないので、コイルの発熱をできるだけ小
さくすることが望まれている。
ルは不安定なので冷凍機冷却型のコイルにおいては交流
通電運転の実績がないが、酸化物超電導線材を用いたコ
イルは安定性が高いので、冷凍機冷却型コイルにおいて
も交流通電運転が試みようとされている。しかし、冷凍
機冷却型コイルにおいては、一般に冷凍機冷却能力が数
Ｗ〜数十Ｗしかないので、コイルの発熱をできるだけ小
さくすることが望まれている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】酸化物超電導線材は、
セラミックスの脆い性質から極細多芯化が難しく、金属
母層中に含まれる６１芯前後のフィラメント数で構成さ
れている。また、それらの６１芯のフィラメントはそれ
らの間に介在する金属層を介して電気的に結合した状態
になっており、電磁気的には６１芯全体が単芯として振
る舞うことになる。その結果、酸化物超電導線材からな
るコイルは、交流運転を行なったときに大きな交流損失
を生じて熱を発生してしまうという問題がある。
セラミックスの脆い性質から極細多芯化が難しく、金属
母層中に含まれる６１芯前後のフィラメント数で構成さ
れている。また、それらの６１芯のフィラメントはそれ
らの間に介在する金属層を介して電気的に結合した状態
になっており、電磁気的には６１芯全体が単芯として振
る舞うことになる。その結果、酸化物超電導線材からな
るコイルは、交流運転を行なったときに大きな交流損失
を生じて熱を発生してしまうという問題がある。
【０００８】このような先行技術における課題に鑑み、
本発明は、交流損失をできるだけ抑制することができる
超電導コイルの励磁制御方法を提供することを目的とし
ている。
本発明は、交流損失をできるだけ抑制することができる
超電導コイルの励磁制御方法を提供することを目的とし
ている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による超電導コイ
ルの励磁制御方法においては、超電導コイルの励磁電流
がその超電導コイルの臨界電流の６０％以下に制限され
ることを特徴としている。
ルの励磁制御方法においては、超電導コイルの励磁電流
がその超電導コイルの臨界電流の６０％以下に制限され
ることを特徴としている。
【００１０】この超電導コイルの励磁制御方法は、特に
交流電流によって励磁する場合に交流損失を低減させる
効果が大きい。
交流電流によって励磁する場合に交流損失を低減させる
効果が大きい。
【００１１】また、この超電導コイルの励磁制御方法で
は、冷却能力に限界がある冷凍機冷却型のコイルに適用
した場合に、その限られた冷却能力の下でも安定した励
磁を行ない得ることになる。
は、冷却能力に限界がある冷凍機冷却型のコイルに適用
した場合に、その限られた冷却能力の下でも安定した励
磁を行ない得ることになる。
【００１２】さらに、この超電導コイルの励磁制御方法
は、金属系超電導線材を用いたコイルに比べて安定な金
属被覆された酸化物超電導線材を用いたコイルにおい
て、より好ましい効果を得ることができる。
は、金属系超電導線材を用いたコイルに比べて安定な金
属被覆された酸化物超電導線材を用いたコイルにおい
て、より好ましい効果を得ることができる。
【００１３】さらにまた、この超電導コイルの励磁制御
方法は、たとえば０．００１〜０．１Ｈｚの周期性を有
する交流電流による励磁において好ましく適用され得
る。
方法は、たとえば０．００１〜０．１Ｈｚの周期性を有
する交流電流による励磁において好ましく適用され得
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例とし
て、以下の実施例が試みられた。
て、以下の実施例が試みられた。
【００１５】Ｂｉ２２２３銀被覆ビスマス系超電導線材
（３．６±０．４ｍｍ×０．２３±０．０２ｍｍ）３枚
バンドルを、厚さ約１３μｍのポリイミドテープおよび
厚さ約０．１ｍｍのＳＵＳテープと共巻し、内径８０ｍ
ｍ、外径約３００ｍｍ、高さ約８ｍｍのダブルパンケー
キコイルを製作した。用いた超電導線材の銀比は２．４
であり、その臨界電流は３５〜４５Ａ（７７Ｋ）であっ
た。製作したダブルパンケーキコイルを８層積層し、ジ
ョイントを行なった。ダブルパンケーキコイルの間は、
厚み０．１ｍｍのＦＲＰシートで絶縁した。
（３．６±０．４ｍｍ×０．２３±０．０２ｍｍ）３枚
バンドルを、厚さ約１３μｍのポリイミドテープおよび
厚さ約０．１ｍｍのＳＵＳテープと共巻し、内径８０ｍ
ｍ、外径約３００ｍｍ、高さ約８ｍｍのダブルパンケー
キコイルを製作した。用いた超電導線材の銀比は２．４
であり、その臨界電流は３５〜４５Ａ（７７Ｋ）であっ
た。製作したダブルパンケーキコイルを８層積層し、ジ
ョイントを行なった。ダブルパンケーキコイルの間は、
厚み０．１ｍｍのＦＲＰシートで絶縁した。
【００１６】図２に示すように、各ダプルパンケーキコ
イル３１の間に銅製の冷却板３２（図面の明瞭化のため
に一部の図示を省略）を挿入し、各冷却板３２を銅製の
熱伝導棒３３に接合した。１対のＦＲＰ板３４の間に積
層されたダブルパンケーキコイル３１を挟み、高温超電
導コイルの構造体３０を得た。
イル３１の間に銅製の冷却板３２（図面の明瞭化のため
に一部の図示を省略）を挿入し、各冷却板３２を銅製の
熱伝導棒３３に接合した。１対のＦＲＰ板３４の間に積
層されたダブルパンケーキコイル３１を挟み、高温超電
導コイルの構造体３０を得た。
【００１７】得られた高温超電導コイルは、図３に示す
ように冷凍機に取付けた。冷凍機４１の冷却ステージで
ある第１ステージ４１ａおよび第２ステージ４１ｂは、
断熱容器４２内に収容されている。第２ステージ４１ｂ
には、銅板４３が固定されている。この銅板４３を介し
て高温超電導コイル３０が冷凍機４１の第２ステージ４
１ｂに取付けられる。酸化物高温超電導線材からなる電
流リード４４は、高温超電導コイル３０から第１ステー
ジ４１ａの温度アンカー部まで設けられている。電流リ
ード４４は、熱侵入を効果的に抑制する。また、第１ス
テージ４１ａの温度アンカー部から室温までは銅製の電
流リード４５を用いた。高温超電導コイル３０は、輻射
熱の侵入を遮断するための熱シールド板４６によって覆
われている。断熱容器４２内は真空にされる。超電導コ
イル３０におけるコイルパッキング率は７５％であっ
た。
ように冷凍機に取付けた。冷凍機４１の冷却ステージで
ある第１ステージ４１ａおよび第２ステージ４１ｂは、
断熱容器４２内に収容されている。第２ステージ４１ｂ
には、銅板４３が固定されている。この銅板４３を介し
て高温超電導コイル３０が冷凍機４１の第２ステージ４
１ｂに取付けられる。酸化物高温超電導線材からなる電
流リード４４は、高温超電導コイル３０から第１ステー
ジ４１ａの温度アンカー部まで設けられている。電流リ
ード４４は、熱侵入を効果的に抑制する。また、第１ス
テージ４１ａの温度アンカー部から室温までは銅製の電
流リード４５を用いた。高温超電導コイル３０は、輻射
熱の侵入を遮断するための熱シールド板４６によって覆
われている。断熱容器４２内は真空にされる。超電導コ
イル３０におけるコイルパッキング率は７５％であっ
た。
【００１８】このような冷凍機冷却型のコイルにおい
て、０．００１〜０．１Ｈｚの各種の周波数の下で０Ａ
と各種ピーク電流を有する各種三角波の交流電流によっ
て励減磁を繰返し、それぞれの交流励磁の間のコイル発
熱を測定した。その結果が、図１のグラフに示されてい
る。図１のグラフにおいて、横軸は交流電流のピーク電
流値（Ａ）を表わし、縦軸は交流１サイクル当たりの発
熱量をジュール（Ｊ）で表わしている。グラフ中の実線
の曲線は実際の測定値を表わし、破線による曲線は計算
による予想値を表わしている。
て、０．００１〜０．１Ｈｚの各種の周波数の下で０Ａ
と各種ピーク電流を有する各種三角波の交流電流によっ
て励減磁を繰返し、それぞれの交流励磁の間のコイル発
熱を測定した。その結果が、図１のグラフに示されてい
る。図１のグラフにおいて、横軸は交流電流のピーク電
流値（Ａ）を表わし、縦軸は交流１サイクル当たりの発
熱量をジュール（Ｊ）で表わしている。グラフ中の実線
の曲線は実際の測定値を表わし、破線による曲線は計算
による予想値を表わしている。
【００１９】図１のグラフの実測中において、コイルの
温度は約２０Ｋに維持された。また、単位時間当たりの
コイル発熱量（Ｊ／ｓｅｃ）は交流の周波数が高いほど
大きく、周波数に比例していた。このことは、コイルの
発熱が主として交流のヒステリシス損失に基づくことを
意味している。他方、グラフ中の破線で表わされた予想
値は、いわゆるスラブ近似の式を用いて計算された結果
を表わしている。このスラブ近似の方法は、たとえばWi
lson著、SUPERCONDUCTING MAGNETS 、１９８３年著作
権、CLAREDON PRESS発行、第１６２〜１６３頁において
述べられている。
温度は約２０Ｋに維持された。また、単位時間当たりの
コイル発熱量（Ｊ／ｓｅｃ）は交流の周波数が高いほど
大きく、周波数に比例していた。このことは、コイルの
発熱が主として交流のヒステリシス損失に基づくことを
意味している。他方、グラフ中の破線で表わされた予想
値は、いわゆるスラブ近似の式を用いて計算された結果
を表わしている。このスラブ近似の方法は、たとえばWi
lson著、SUPERCONDUCTING MAGNETS 、１９８３年著作
権、CLAREDON PRESS発行、第１６２〜１６３頁において
述べられている。
【００２０】図１のグラフから明らかなように、計算に
よる予想結果ではほぼ交流のピーク電流値に比例してヒ
ステリシス損失が増大しているのに対して、実測結果で
は通電ピーク電流値が約１５０Ａを越えて増大した場合
に急激に発熱量が増大することがわかる。また、コイル
の臨界電流は約２４０Ａであり、そのときの発生磁界と
しては、コイル中心磁界が約３Ｔ、テープ面平行方向の
最大磁場が約３．５Ｔ、そしてテープ面垂直方向の最大
磁場が約１．５Ｔであった。
よる予想結果ではほぼ交流のピーク電流値に比例してヒ
ステリシス損失が増大しているのに対して、実測結果で
は通電ピーク電流値が約１５０Ａを越えて増大した場合
に急激に発熱量が増大することがわかる。また、コイル
の臨界電流は約２４０Ａであり、そのときの発生磁界と
しては、コイル中心磁界が約３Ｔ、テープ面平行方向の
最大磁場が約３．５Ｔ、そしてテープ面垂直方向の最大
磁場が約１．５Ｔであった。
【００２１】以上のことから、超電導コイルを励磁する
場合に、コイルの臨界電流の約６０％以下に励磁電流を
制御することによって、コイル発熱の急激な増大を防止
することができ、安定した励磁を行ない得ることがわか
る。
場合に、コイルの臨界電流の約６０％以下に励磁電流を
制御することによって、コイル発熱の急激な増大を防止
することができ、安定した励磁を行ない得ることがわか
る。
【００２２】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、交流損
失をできるだけ抑制した超電導コイルの励磁制御方法を
提供することができる。
失をできるだけ抑制した超電導コイルの励磁制御方法を
提供することができる。
【図１】本発明の一実施例において測定された超電導コ
イルの励磁電流と発熱との関係を示すグラフである。
イルの励磁電流と発熱との関係を示すグラフである。
【図２】図１のグラフの測定において用いられた超電導
コイルの構造を示す模式図である。
コイルの構造を示す模式図である。
【図３】図１のグラフの測定において用いられた冷凍機
と超電導コイルとの接続構造を示す模式図である。
と超電導コイルとの接続構造を示す模式図である。
３０ 超電導コイル ３１ ダブルパンケーキコイル ４１ 冷凍機 ４１ａ 第１冷却ステージ ４１ｂ 第２冷却ステージ
Claims (5)
- 【請求項１】 超電導コイルの励磁を制御する方法であ
って、前記超電導コイルの励磁電流をその超電導コイル
の臨界電流の６０％以下に制限することを特徴とする超
電導コイルの励磁制御方法。 - 【請求項２】 前記超電導コイルの励磁は交流電流によ
ってなされることを特徴とする請求項１に記載の超電導
コイルの励磁制御方法。 - 【請求項３】 前記超電導コイルは冷凍機への熱伝導に
よって冷却されることを特徴とする請求項１または２に
記載の超電導コイルの励磁制御方法。 - 【請求項４】 前記超電導コイルに用いられる超電導線
材は金属被覆された酸化物超電導線材からなることを特
徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の超電導
コイルの励磁制御方法。 - 【請求項５】 前記励磁電流として用いられる交流電流
は０．００１〜０．１Ｈｚの周期性を有することを特徴
とする請求項２から４のいずれかの項に記載の超電導コ
イルの励磁制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32191298A JP2000150224A (ja) | 1998-11-12 | 1998-11-12 | 超電導コイルの励磁制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32191298A JP2000150224A (ja) | 1998-11-12 | 1998-11-12 | 超電導コイルの励磁制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000150224A true JP2000150224A (ja) | 2000-05-30 |
Family
ID=18137800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32191298A Pending JP2000150224A (ja) | 1998-11-12 | 1998-11-12 | 超電導コイルの励磁制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000150224A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009188065A (ja) * | 2008-02-04 | 2009-08-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導装置 |
| JP2012038812A (ja) * | 2010-08-04 | 2012-02-23 | Toshiba Corp | 超電導コイル装置 |
| JP2012248731A (ja) * | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導コイルおよび超電導マグネット |
| JP2012248726A (ja) * | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導コイルおよび超電導マグネット |
| JP2012248730A (ja) * | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導コイルおよび超電導マグネット |
-
1998
- 1998-11-12 JP JP32191298A patent/JP2000150224A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009188065A (ja) * | 2008-02-04 | 2009-08-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導装置 |
| JP2012038812A (ja) * | 2010-08-04 | 2012-02-23 | Toshiba Corp | 超電導コイル装置 |
| JP2012248731A (ja) * | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導コイルおよび超電導マグネット |
| JP2012248726A (ja) * | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導コイルおよび超電導マグネット |
| JP2012248730A (ja) * | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導コイルおよび超電導マグネット |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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|
| A977 | Report on retrieval |
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|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
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|
| A02 | Decision of refusal |
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