JPS58140103A - 超電導磁石の緊急消磁装置 - 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】 この発明は、超電導コイル及びこの超電導コイルの両端
間に接続された永久電流スイッチからなる超電導磁石を
、例えば超電導コイルあるいは永久電流スイッチが突然
超電導破壊した時のよｆうな異常事態が生じた場合に、
速かに消磁する緊急消磁装置、特に超電導磁気浮上車両
用超電導磁石の緊急消磁装置に関するものである。

まず、超電導磁気浮上車両の動作の概要を説明するため
に、第１図及び第一図に超電導磁気浮上車両の超電導コ
イル及び地上コイルの配置の一例を示す。なお、第７図
は平面図であり、第２図は車両進行方向に垂直な断面図
である。第１図及ｉ第コ図：ておいて、／は車体、コは
軌道、３は車体／に搭載された超電導コイル、ダは軌道
λの側壁に配置された推進案内用地上コイル、そして５
は軌道コの底壁に配置された浮上用地上コイルな表わす
。第１図及び第２図に示した構成において、車上の超電
導コイル３と推進案内用地上コイル弘は超電導コイル３
を界磁外巻そして推進案内用地上コイル亭を電機子とし
たリニア同期電動機を構成し、車両位置に同期した推進
電流を推進案内用地上コイル弘に流すことによって車両
が推進される。またこれと同時に、浮上用地上コイル！
には誘導電流が流れ、車上の超電導コイル３との間に反
発力が作用して車両を浮上させる。また、車体／が軌道
中心に対して左右いずれかの方向に変位あるいはヨーイ
ングを起した場合に、互いにヌルフラックス結線された
左右の推進案内用地上コイル弘に誘起される案内電流に
より変位を無くす方向に復元力が作用し、車両は正常に
案内される。

今、時刻１＝０において１台の超電導コイルが何らかの
原因により超電導破壊した場合を考え、これを第３図に
示す。第３図においてｌないしりは第１図及び第２５図
中のｌないしダと同じものであり、Ｇは車体ｌの重心、
Ｍは重心Ｇを中心とする回転モーメント（以下、不安定
モーメントと呼ぶ）、矢印が反発力を表わす。超電導破
壊した超電導コイルを３ａとすると、この超電導コイル
３ａは極く短時間の間に磁性を失うので、第３図に示さ
れるように超電導コイル３ａと対向した位置にある超電
導コイル３ｂと推進案内用地上コイル弘の間の反発力（
すなわち軌道中心に対して左右方向の反発力）により車
体ｌは重心Ｇに対して超電導コイル３ａ側に大きな不安
定モーメントＭを受け、極く短時間の間に左右変位及び
ヨーイングを起すことになる。不安定モーメントＭは超
電導破壊を起した超電導コイル３ａの位置が重心Ｇに対
して遠い程大きく、車体の端に配置された超電導コイル
が超電導破壊を起した場合、試算によれば時間ｔ＜　ｔ
ｑ　＋ｓ−ｏ　（ミリ秒）後に、車体／は左右の軌道コ
に衝突する結果となった。ここでｔ、は超電導破壊によ
り完全に磁性を失うのに要する時間であり、コイル諸元
により差があるが、通常７〜２秒程度の値である。以上
のように、車両の走行中に超電導コイルが超電導破壊を
起すと、非常に短時間の間に車両が軌道に衝突する危険
性が極めて大きく、保で上重大な問題が生じる。

この危険を防止するために、超電導コイルが超電導破壊
したことをそのコイル位置も含めて検知し、超電導破壊
した超電導コイル３ａと対向した位置にある超電導コイ
ル３ｂひいては超電導磁石を速やかに強制的に消磁して
不安定モーメントを除いてしまう方法が効果的である。

この方法を実行する手段として従来は第ｑ図に示すよう
な装置があった。第ダ図の従来装置において、超電導コ
イル３ａの両端間にはそのスイッチである永久電流スイ
ッチ６ａ及び保護抵抗？ａが互に並列に接続されている
。超電導コイル３ａおよび永久電流スイッチ６ｏ、はヘ
リウムガスにより冷却され、超電導電流が流れる閉ルー
プの永久電流回路である超電導磁石Ａを構成している。

超電導コイル３ａの給電端子ｔａ、中間タップ？ａはブ
リッジ型整流器１０ａを介して超電導破壊検知装置／／
ａに接続されている。永久電流スイッチ６ａのヒータｌ
コａは接点／Ｊａを介して電源／ダの両端。

間に接続されるようになっている。これと同−構造のも
のが第参図の右側に示されており、３ｂは上述したよう
に超電導コイル３ａと対応した位置にある超電導コイル
（すなわち第３図の、？ｂ）であり、以下この超電導コ
イル３ｂと永久電流スイッチ６ｂからなる超電導磁石Ｂ
、保護抵抗７ｂ。

給電端子ｔｂ、中間タップタｂ、ブリッジ形整流器１０
ｂ、超電導破壊検知装置／Ｉｂ、ヒータｌ−ｂ。

接点／、７１）が同様に接続されている。又、ヒータｌ
−ａ及びｌコｂは電源／ｌを共有している。更に、接点
／Ｊａ及び／Ｊｂは相手方の超電導破壊検知装置つまり
接点／、？ａならば超電導破壊検知装置／／ｂからの動
作信号によって閉じられる。

次ＩＣ動作について説明する。超電導コイ／ｌ／　Ｊ　
ａの給電端子ｆａと中間タップｑａ間の電圧は、ブリッ
ジ形整流器／Ｄａを介して超電導破壊検知装置／／ａに
よって検知される。超電導破壊検知装置／ムで検知され
た電圧が設定レベル以上になった時に、超電導破壊検知
装置／／ａは超電導磁石Ａの超電導コイル３ａもしくは
永久電流スイッチ６ａのいずれかが超電導破壊したとみ
なし、超電導コイル３ａと対向した位置にある超電導コ
イル３ｂひいては超電導磁石Ｂを強制的罠消磁させるた
めに接点／３ｂを・閉じた。その結果、永久電流スイッ
チ６ｂのヒータ／Ｊｂに通電され、永久電流スイッチ６
ｂが加熱されて超電導破壊するととｋよってオフとなり
そのために永久電流回路である超電導磁石Ｂの超電導電
流が減衰して超電導コイル３ｂが消磁される。これとは
逆に、超電導破壊検知装置／／ｂで給電端子ざｂと中間
タップｑｂ間の電圧が設定レベルを起えたことを検知し
た時には、超電導破壊検知装置／／ｂは超電導磁石Ｂの
超電導コイル３ｂもしくは永久電流スイッチ６ｂのいず
れかが超電導破壊したとみなし、超電導コイル３ａを強
制的に消磁させるために永久電流スイッチ６ａを超電導
破壊させてオフにし、これにより超電導磁石Ａの超電導
電流を減衰させ、超電導コイル３ａを消磁した。ここで
超電導コイル３ｂもしくは超電導コイル３ａを消磁させ
るということはひいては超電導磁石Ｂもしくは超電導磁
石Ａを消磁させるという意味であり、以下同様に理解し
て頂きたい。

しかし、このような従来装置の場合は、永久電流スイッ
チを加熱して超電導破壊にするのにヒータに通電してか
ら数秒ないし数十秒要し、その上永久電流スイッチがオ
フになってから超電導コイルが完全に消磁されるまでに
更に数十秒要するため、超電導破壊した超電導コイルが
数秒で磁性を失うのに比べて時間がかかり過ぎ、現実的
には前述した危険を全く防止できない恐れがあった。そ
の理由は、超電導コイルの常電導抵抗をＲ（ｔ）（時間
的に変化するためにＵ（ｔ、）と表わす）、永久電流ス
イッチと保護抵抗の合成抵抗をｒ、超電導コイルの自己
インダクタンスをＬそして１＝ｏの時の負荷電流を工。

とじた時、超電導コイルの電流工（１）は超電導コイル
が超電導破壊したことにより消磁した場合をｒ、（ｔ）
、これに対して永久電流スイッチを超電導破壊させてオ
フにすることによって超電導コイルを消磁させる場合を
ｒ、（ｔ）とすると、それぞれ次式のように表わされる
。

（１）　　超電導破壊の場合 （２）永久電流スイッチをオフにする場合■、（ｔ）　
＝工、ｅ　　Ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　＋＋
＋＠＋費２）一般にＲ＞ｒであるから、電流減衰時定数
τを考の方が電流減衰Ｋかかる時間が要冷ということに
なる。永久電流スイッチが超電導破壊した場合は永久電
流スイッチを強制的に超電導破壊させた場合と同じプロ
セスであるため、永久電流スイッチに設けられたヒータ
の大きさ及び装着状態にもよるが、フィルの電流は（２
）式で示され、τもほぼ等しい。

以上のように、従来装置では、永久電流スイッチが超電
導破壊したような場合や超電導破壊した超電導コイルが
車体中央部の近くに位置するような場合はその効果が期
待されるが、車体の端部の方に位置する超電導コイルが
超電導破壊したような場合はその効果が期待できず、保
安上万全とはいえない欠点があった。

この発明は、このよ５な欠点に鑑みてなされたもので、
車体端部の超電導コイルが超電導破壊した場合でも十分
短かい時間の内に不安定モーメントを発生している超電
導コイルを強制的に消磁することができ、車体が軌道に
衝突する危険を完全に防止することができる緊急消磁装
置を提供するものである。

以下、この発明の一実施例を第３図に示し詳しく説明す
る。第３図において／＆ａ、　／＆ｂはそれぞれ超電導
コイル、？ａ、、７ｂＫ取り付けたヒータ、／Ａａ、／
Ａｂはヒータ／ｊａ、　／＆ｂの接点、及び１７はその
電源である。また、超電導破壊検知装置／　／’ａ、　
／　／’ｂはそれぞれ接点１３ｂ及び／Ａｂ、　　／、
７ａ及び／Ａａを同時に動作させる。その他は第７図の
従来装置と同じである。

次に動作について説明する。今、何等かの原因により超
電導磁石Ａを構成する超電導コイル３ａもしくは永久電
流スイッチ６ａが超電導破壊した場合を考える。この時
超電導コイル３ａの給電端子ｆｆ＆と中間タップ？ａ間
に発生した電圧は超電導破壊検知装置／／’ａによって
検知され、検知された電圧が設定レベル以上になると超
電導コイル３ａもしくは永久電流スイッチ６ａが超電導
破壊したとみなし超電導破壊検知装置／／’ａにより接
点／３ｂ及び接点／６ｂが閉じられる。これＫより、超
電導コイル３ａと対向した位置にある超電導コイル３ｂ
及び永久電流スイッチ６ｂに取り付けたヒータ／３ｂ及
びｌコｂに通電される。ヒータ／！ｆｂは、超電導コイ
ル３ｂに熱的に良好な接触を確保して取り付けられてお
り、ヒータ／３ｂに接触している部分の超電導線が加熱
され、超電導コイル３ｂ及び永久電流スイッチ６ｂを同
時に超電導破壊することにより超電導コイル３ｂを消磁
させる。一般に知られているように、超電導線に超電導
状態で流し得る電流は超電導線の温度に依存し、温度が
高い程流し得る電流値が低く、成る温度以上では流し得
る電流値が零となる。この時の温度を臨界温度と呼び、
また流し得る電流を臨界電流と呼ぶ。臨界電流、臨界温
度はまた磁界依存性があり、磁界が高い程臨界電流、臨
界温度は低くなる。さて、超電導線が加熱されてその負
、荷電流値における臨界温度以上の温度になると、その
部分の超電導線は超電導破壊して抵抗が生じる。抵抗が
生じるとジュール効果により発熱が起り、超電導破壊し
た部分が伝播して広がって行き極く短時間のうちに全体
が超電導破壊にするに至る。この過程は、超電導コイル
３ａの超電導破壊と同等であり、超電導コイル３ｂは数
秒のうちに電流が減衰し、消磁されることになる。しか
るに、負荷電流が流れている状態では、超電導コイルの
一部を超電導破壊させるだけで全体が超電導破壊を起す
ため、ヒータの容量は小さくて済む。

第６図はこの発明の実施例における超電導コイルのヒー
タの取り付は場所の一例を示したものである。超電導コ
イル３の全巻回数の約／／、の巻回数の位置で対応する
眉間にヒータｌＳが挿入されている。従って超電導コイ
ル３の断面はほぼ中央部にヒータ１５が挿入されている
ことになり、ヒータ／ｊは超電導コイル３を冷すための
冷媒／ｌから十分に断熱されていることでヒータ容量を
低減することができる。そして、ヒータ／、１、超電導
コイル３疎び超電導コイルを冷すための冷媒ｉｔは容器
１９に収納されている。また第７図は、この発明の実施
例におけるヒータの取り付は場所の他の例を示すもので
、特にレーストラック形の超電導コイルに効果的であり
、ヒータ１５が超電導コイル３のコーナ部の中央内側に
取り付けられている。レーストラック形の超電導コイル
３はコーナ部中央の内側で磁界が最大であるため、前述
したように磁界が大きい程、流し得る電流値が低いので
、より小さなヒータ容量で超電導コイル３を超電導破壊
させ得る。

また、第Ｓ図はこの発明の他の実施例を示したものであ
る。／／’＆及び／／’ｂは超電導破壊検知装置であり
、第７図及び第３図の超電導破壊検知装置と異なる点は
機能として電圧上昇率の検知機能が追加されたことであ
る。超電導コイル３ａが超電導破壊した場合は、永久電
流スイッチ６ａを超電導破壊させてオフにした場合に比
べて前述した（１）式及び（コ）式で分るように超電導
コイル３ａの電流の減衰が速く、それゆえ給電端子ｔａ
、中間タップｑａ間の電圧上昇率が大きい。そこで電圧
上昇率を超電導破壊検知装置／／’ａにより検知し、超
電導譚壊したのが超電導コイル３ａか永久電流スイッチ
６ａかを判断する。超電導コイル３ａの超電導破壊の場
合は、ヒータ／よりＫ通電して超電導コイル３ｂを直接
超電導破壊させるこの発明にょる消磁機能によって超電
導コイル３ｂを消磁させる。又、永久電流スイッチ６ａ
の超電導破壊の場合は、ヒータｌλｂに通電して永久電
流スイッチ６ｂを超電導破壊させることによりオフにす
る従来装置の消磁機能によって間接的に超電導コイル３
ｂを消磁させる。つまり、永久電流スイッチ６ａが超電
導破壊した場合は、超電導コイル３ａの電流減衰時間が
長いので、対応する永久電流スイッチ６ｂを超電導破壊
させてオフにすることによって超電導コイル３ｂを消磁
しても十分に対応でき、かつ超電導コイル３ｂを超電導
状態にしたまま消磁できるので、超電導コイル３ｂの蓄
積エネルギーのほとんどをクライオスタット外部の保護
抵抗７ｂで消費させられ、したがって冷媒の蒸発を最小
限にすることができる。

以上この発明によれば、超電導コイルを消磁するために
、超電導コイルを強制的にしかも直接超電導破壊させて
消磁するヒータをこの超電導コイルに設けたことにより
、超電導コイルの超電導破壊による車両の衝突事故を完
全に防ぎかつ安全運転を確保する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は超電導磁気浮上車両の超電導コイル及び地上コ
イルの配置の一例を示した平面図、第２図は同じく車両
進行方向に垂直な断面図、第３図は超電導コイルの故障
時の状態図、第４図は従来装置の動作説明用回路図、第
１３図はこの発明の一実施例の動作説明用回路図、第６
図はこの発明にオケる超電導コイルのヒータの取り付は
場所の一例を示す斜視図、第７図は超電導コイルのヒー
タの取り付は場所の他の例を示す斜視図、第を図はこの
発明の他の実施例の動作説明用回路図である。 ３と３ａと３ｂ・・・超電導コイル、６ａと６ｂ・・・
永久電流スイッチ、ＡとＢ・・・超電導磁石、／／’ａ
と／／’ａとｔｔ’ｂとｔｔ’ｂ・・・超電導破壊検知
装置、／コミと／２ｂ・・・永久電流スイッチ用ヒータ
、／＆ａと／、Ｓ−ｂ・・・超電導コイル用ヒータ 代理人　　葛　　野　　信　　− ハ１図 第４図 手続補正書（自発） 特許庁長官殿 １、事件の表示　　　　特願昭Ｉデー５ｓｖｔｓ号２、
発明の名称 龍電零＊ｚｓｏ’ａ急消ａ装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 代表者片山仁へ部 ４、代理人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
＆　補正の対象 （１）　　明細書の特許請求の範囲の欄（四　明細書の
発明の詳細な説明の欄 ＆　補正の内容 （１）　　４Ｉ許請求の範囲を別紙のように補正する。 伐）　明細書第３ページ第６行の「両端間に」の記載を
「両端子間に」と補正する。 （３）明細書画ダページ第Ｊ行の「界磁外巻」の記載を
「界磁巻線」と補正する。 （荀　明細書第６ページ第１０行の「両端間に４刻の記
載を「両端子間には」と補正する。 （６）明細書第６ページ第１３行の「ヘリウムガス」の
記載を「液体ヘリウム」と補正する。 ２、特許請求の範囲 （１）　　超電導コイル及びこの超電導コイルの両端間
Ｋｌ＆絖された永久電流スイッチからそれぞれなる少な
くとも一対の超電導磁石と、各超電導コイルに設けられ
たヒータと、各永久電流スイッチに設けられたヒータと
、各超電導磁石の発生電圧が設定レベルを超えたことを
検知する時に、対をなす超電導コイル用ヒータの相手方
および対をなす永久電流スイッチ用ヒータの相手方の少
なくとも一方に通電させるための超電導破壊検知装置と
を備え、対をなす超電導コイルを互に対向した位置に配
置したことを特徴とする超電導磁石の緊急消磁装置。 （２）超電導破壊検知装置は、一対の超電導磁石のうち
の一方の超電導磁石の超電導コイルあるいは永久電流ス
イッチが超電導破壊したことを検知して他方の超電導磁
石の超電導コイル用ヒータ及び永久電流スイッチ用ヒー
タの両方に通電させることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の超電導磁石の緊急消磁装置。 （３）超電導破壊検知装置は、一対の超電導磁石のうち
の一方の超電導磁石の超電導コイルを永久電流スイッチ
が超電導破壊したことを検知して他方の超電導磁石のそ
れぞれ超電導コイル用ヒータ、永久電流スイッチ用ヒー
タに個別に通電させることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の超電導磁石の緊急消磁装置。 （４）　　超電導コイル用ヒータは、超電導コイルに、
熱的に良好な接触を確保すると共に周囲の冷媒から十分
に断熱されて取シ付けられることを特徴とする特許請求
の範囲第コ項才たは第３項記載の超電導磁石の緊急消磁
装置。 （均　超電導コイル用ヒータは、超電導コイルの全巻回
数の略ｌ／コの巻回数の位置で対応する層間に挿入され
たことを特徴とする特許請求の範囲第コ項才たは第３項
記載の超電導磁石の緊急消磁装置０ （６）　　超電導コイル用ヒータは、超電導コイルの最
も強い磁界を受ける部位に取〕付けられたことを特徴と
する特許請求の範囲第２項または第３項記載の超電導磁
石の緊急消磁装置。 １５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　超電導コイル及びこの超電導コイルの両端間
   に接続された永久電流ス・イツチからそれぞれなる少な
   くとも一対の超電ｉ磁石と、各超電導コイ永 ルに設けられたヒータと、各火入電流スイッチに設けら
   れたヒータと、各超電導磁石の発生電圧が設定レベルを
   超えたことを検知する時に、対をなす超電導コイル用ヒ
   ータの相手方および対をなす永久電流スイッチ用ヒータ
   の相手方の少なくとも一方に通電させるための超電導破
   壊検知装置とを備え、対をなす超電導コイルを互に対向
   した位置に配置したことを特徴とする超電導磁石の緊急
   消磁装置。 （コ）超電導破壊検知装置は、一対の超電導磁石のうち
   の一方の超電導磁石の超電導コイルあるいは永久電流ス
   イッチが超電導破壊したことを検知して他方の超電導磁
   石の超電導コイル用ヒータ及び永久電流スイッチ用ヒー
   タの両方に通電させることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の超電導磁石の緊急消磁装置。 （３）超電導破壊検知装置は、一対の超電導磁石のうち
   の一方の超電導磁石の超電導コイル、永久電流スイッチ
   が超電導破壊したことを検知して他方の超電導磁石のそ
   れぞれ超電導コイル用ヒータ、永久電流スイッチ用ヒー
   タφ個別に通電させることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の超電導磁石の緊急消磁装置。 （り）超電導コイル用ヒータは、超電導コイルに、熱的
   に良好な接触を確保すると共に周囲の冷媒から十分に断
   熱されて取り付けられることを特徴とする特許請求の範
   囲第２項または第３項記載の超電導磁石の緊急消磁装置
   。 挿入されたことを特徴とする特許請求の範囲第２項また
   は第３項記載の超電導磁石の緊急消磁装置。 （６）　　超電４コイル用ヒータは、超電導コイルの最
   も強い磁界を受ける部位に取り付けられたことを特徴と
   する特許請求の範囲第一項または第３項記載の超電導磁
   石の緊急消磁装置。