JP7040730B2 - 永久電流スイッチ - Google Patents
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Description
この態様では、超電導テープが巻き回されることで無誘導コイルが構成されており、これにより超電導テープの超電導体が渦巻状に配置されている。さらに、ヒータテープが設けられ、ヒータテープは、超電導体のターン間を超電導体に沿うように渦巻状に配置されている。このため、ヒータテープが超電導体のターン間に配置されていない態様と比較して、超電導体の加熱効率が良い。よって、超電導スイッチのオフへの切替を高速化できる。
この態様では、超電導テープの巻部は、軸寸法が径寸法の1.5倍以下である。このため、超電導テープの巻部の軸方向外側から巻部の中心部までの伝熱距離が短い。したがって、超電導体の冷却時(つまりオンへの切替時)の冷却効率が向上でき、オンへの切替を高速化することができる。
この態様では、超電導テープとは別体として設けられたヒータテープを共巻きすることなく永久電流スイッチを製造することができる。
永久電流スイッチの通電中にオフ切替のためのヒータ加熱を行うと、ヒータ加熱と磁束流状態での発熱および常電導転移による発熱が超電導テープの位置により不均一となることがあり、発熱が集中し熱暴走を生じて焼損するおそれがある。
そこで、この態様では、超電導テープにアルミテープが共巻きされている。
高熱伝導率のアルミテープが超電導テープに沿うように配置されるため、超電導テープの位置による温度上昇の不均一が抑制され、その結果、焼損を抑制することができる。
この態様では、ヒータテープが、超電導テープの右巻テープと左巻テープの間と外側の両方に配置された状態で共巻きされているので、何れか一方のみに配置された状態で共巻きされている態様と比較して、超電導体の加熱効率が良い。
この態様では、内側ヒータテープと外側ヒータテープとが別電源に接続されているため、内側ヒータテープと外側ヒータテープの何れか一方に異常が起きた場合でも、他方のヒータテープにより永久電流スイッチをオフ状態へ切り替えることができる。
この態様では、内側ヒータテープと外側ヒータテープとが互いに接続されているため、単一の電源により加熱することができる。
図1~図2Dを用いて、本発明の第1実施形態について説明する。
第1実施形態の永久電流スイッチS1は、超電導テープ10が巻き回された無誘導コイルと、超電導テープ10と共巻きされたヒータテープ20と、を備える。そして、巻き回された超電導テープ10およびヒータテープ20が絶縁ケース30内に収容された状態で樹脂含浸により形状固定されている。
まず、超電導テープ10について説明する。
次に、ヒータテープ20について説明する。
永久電流スイッチS1は、超電導テープ10を巻き回して無誘導コイルを形成すると同時にヒータテープ20を超電導テープ10と共巻きし、さらに絶縁ケース30内で樹脂含浸により形状固定を行うことで製造される。なお、絶縁ケース30は、例えばGFRP(ガラス繊維強化プラスチック)などの熱絶縁材で構成される。
図2A、図2Bに、永久電流スイッチS1の構造を模式的に示す。なお、簡単のためターン数が少ない構造を図示するが、実際のターン数は例えば2~500ターンである。
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
なお、上記実施形態において、超電導テープを、RE系超電導テープに代えてビスマス系(Bi系)超電導テープとしてもよい。また、ヒータテープ20は、ステンレス製に限定されない。
また、超電導テープ10の積層構造の周囲ではなく、ヒータテープ20の周囲にポリイミド皮膜やフッ素コートポリイミドテープで絶縁層を形成することで、超電導層16とヒータテープ20とを絶縁状態としてもよい。
次に、図3A~図3Cを用いて、本発明の第2実施形態について説明する。
その他は略同一の構成であるため、図面に同じ符号を付して適宜説明を省略する。
第2実施形態では、図3Cに示すように、2本の超電導テープ10R、10Lを重ね合わせ、その端部同士を半田接続して半田接続部10Hを形成する。なおこのとき、2本の超電導テープ10R、10Lの保護層18側同士を向かい合せにして半田接続を行う。さらに、2本の超電導テープ10R、10Lの基材12同士を半田接続部10Hに直近のヒータ接続部21で連結する。そして、2本の超電導テープ10R、10Lを重ね合わせた状態で、半田接続部10Hを巻き始め側として巻枠32の周りに巻き回す。ここで、本実施形態では、別に設けたヒータテープ20を配置する必要がない。
次に、第2実施形態の作用効果について説明する。
次に、図4A~図4Cを用いて、本発明の第3実施形態について説明する。
次に、第3実施形態の作用効果について説明する。
そこで、本実施形態では、超電導テープ10にアルミテープ50が共巻きされている。 高熱伝導率のアルミテープ50が超電導テープ10に沿うように配置されるため、超電導テープ10の位置による温度上昇の不均一が抑制される。その結果、焼損を抑制することができる。
なお、上記実施形態では、無誘導コイルにおける巻き方向が反転する部分である「反転部」を半田接続された部分(半田接続部10H)としたが、1本の超電導テープ10を折り返すことで「反転部」を形成してもよい。
また、上記実施形態では、反転部を巻き始め側(無誘導コイルの径方向内側)とする例を説明したが、反転部を巻き終り側(無誘導コイルの径方向外側)としてもよい。
S2 永久電流スイッチ
S3 永久電流スイッチ
10 超電導テープ
10H 半田接続部(反転部)
10R 外側超電導テープ(右巻テープ)
10L 内側超電導テープ(左巻テープ)
12 基材
14 配向中間層
16 超電導層(超電導体)
18 保護層
19 ポリイミド皮膜(電気絶縁材)
20 ヒータテープ
21 ヒータ接続部
20U 内側ヒータテープ
20S 外側ヒータテープ
30 絶縁ケース
32 巻枠
40 伝熱冷却板
50 アルミテープ
80 ヒータ用電源
81 ヒータ用電源
H 巻部の軸寸法
R 巻部の径寸法
Claims (10)
- 超電導テープが巻き回された無誘導コイルを備える永久電流スイッチであって、
前記超電導テープが巻き回されていることで前記超電導テープの超電導体が渦巻状に配置され、
前記超電導テープの一部として設けられたヒータテープが、前記超電導体のターン間を前記超電導体に沿うように渦巻状に配置されている、
永久電流スイッチ。 - 超電導テープが巻き回された無誘導コイルを備える永久電流スイッチであって、
前記超電導テープが巻き回されていることで前記超電導テープの超電導体が渦巻状に配置され、
前記超電導テープとは別体として設けられたヒータテープが、前記超電導テープと共巻きされていることで、前記超電導体のターン間を前記超電導体に沿うように渦巻状に配置されており、
前記超電導テープは、周囲に電気絶縁材が形成されたものであり、前記ヒータテープは、絶縁テープとしての機能を有しない、
永久電流スイッチ。 - 前記ヒータテープは、前記超電導テープの右巻テープと左巻テープの間に配置された状態で共巻きされている、
請求項2に記載の永久電流スイッチ。 - 超電導テープが巻き回された無誘導コイルを備える永久電流スイッチであって、
前記超電導テープが巻き回されていることで前記超電導テープの超電導体が渦巻状に配置され、
前記超電導テープの一部として設けられたヒータテープが、前記超電導体のターン間を前記超電導体に沿うように渦巻状に配置されており、
前記超電導テープは、前記ヒータテープとしての基材と、前記基材の上に形成された配向中間層と、前記配向中間層の上に形成されると共に前記基材と絶縁された前記超電導体としての超電導層と、を含んで構成される、
永久電流スイッチ。 - 超電導テープが巻き回された無誘導コイルを備える永久電流スイッチであって、
前記超電導テープが巻き回されていることで前記超電導テープの超電導体が渦巻状に配置され、
前記超電導テープの一部または別体として設けられたヒータテープが、前記超電導体のターン間を前記超電導体に沿うように渦巻状に配置されており、
前記超電導テープには、アルミテープが共巻きされている、
永久電流スイッチ。 - 超電導テープが巻き回された無誘導コイルを備える永久電流スイッチであって、
前記超電導テープが巻き回されていることで前記超電導テープの超電導体が渦巻状に配置され、
前記超電導テープとは別体として設けられたヒータテープが、前記超電導体のターン間を前記超電導体に沿うように渦巻状に配置されており、
前記ヒータテープは、前記超電導テープの右巻テープと左巻テープの外側に配置された状態で前記超電導テープと共巻きされている、
永久電流スイッチ。 - 超電導テープが巻き回された無誘導コイルを備える永久電流スイッチであって、
前記超電導テープが巻き回されていることで前記超電導テープの超電導体が渦巻状に配置され、
前記超電導テープとは別体として設けられたヒータテープが、前記超電導体のターン間を前記超電導体に沿うように渦巻状に配置されており、
前記ヒータテープは、前記超電導テープの右巻テープと左巻テープの間と外側の両方に配置された状態で前記超電導テープと共巻きされている、
永久電流スイッチ。 - 前記右巻テープと前記左巻テープの間に配置された状態で共巻きされた前記ヒータテープである内側ヒータテープと、前記右巻テープと前記左巻テープの外側に配置された状態で共巻きされた前記ヒータテープである外側ヒータテープとは、別電源に接続されている、
請求項7に記載の永久電流スイッチ。 - 前記右巻テープと前記左巻テープの間に配置された状態で共巻きされた前記ヒータテープである内側ヒータテープと、前記右巻テープと前記左巻テープの外側に配置された状態で共巻きされた前記ヒータテープである外側ヒータテープとは、互いに接続されている、
請求項7に記載の永久電流スイッチ。 - 前記超電導テープには、アルミテープが共巻きされている、
請求項1,2,3,4,6,7,8,9の何れか一項に記載の永久電流スイッチ。
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