(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎを自然数とし、少なくとも１個の鉄心及びその鉄心に巻かれた２Ｎ−１個のコイルによってＮ段のループを構成する相間リアクトルと、
前記コイルの両端に対となって並列接続された２Ｎ個の超伝導体と、
Ｎ段目のループから引き出された中性線及びその中性線間に接続された交流電源又は可変の直流電源とを具え、
Ｎが２以上である場合、前記相間リアクトルの中点タップから引き出された一対の中性線が、前記相間リアクトルに接続され、
前記コイルの各々を、電流の相違に起因して前記鉄心に発生する磁束がそれぞれ打ち消されるように、極性に関連して配置したことを特徴とする超伝導体の均流化回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温超伝導材料又は高温超伝導から構成される超伝導体の均流化回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このような超伝導体は、交流通電される送電用超伝導ケーブル、超伝導マグネット、限流器等の交流超伝導機器に利用されている。超伝導体を大電流化するためには、複数の超伝導線を束ねる必要がある。
【０００３】
大電流化のために複数の超伝導線を束ねた場合、各超伝導線は並列接続されているが、各超伝導線のインダクタンスのばらつきや端部における接続抵抗の不揃いに起因して各超伝導線に均一な電流が流れない、いわゆる偏流が生じるおそれがある。このような偏流によって、超伝導体の通電能力の低下及び交流損失の増大が生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来、超伝導体の偏流を防止するために、成形撚線やスパイラル状ケーブルの構成が採用されている。しかしながら、超伝導体を撚ることによって超伝導体に過度の応力がかかり、機械的な歪みが原因で本来の超伝導性能が劣化するおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、本来の超伝導性能を劣化させることなく通電能力及び交流損失に関する不都合を軽減することができる超伝導体の均流化回路を提供することである。
【０００６】
本発明による超伝導体の均流化回路は、
Ｎを自然数とし、少なくとも１個の鉄心及びその鉄心に巻かれた２Ｎ−１個のコイルによってＮ段のループを構成する相間リアクトルと、
前記コイルの両端に対となって並列接続された２Ｎ個の超伝導体と、
Ｎ段目のループから引き出された中性線及びその中性線間に接続された交流電源又は可変の直流電源とを具え、
Ｎが２以上である場合、前記相間リアクトルの中点タップから引き出された一対の中性線が、前記相間リアクトルに接続され、
前記コイルの各々を、電流の相違に起因して前記鉄心に発生する磁束がそれぞれ打ち消されるように、極性に関連して配置したことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、電流の相違に起因して鉄心に発生する磁束をそれぞれ打ち消すことができるので、超伝導線のインダクタンスのばらつきや端部における接続抵抗の不揃いがある場合でも、各超伝導体に均一な電流を流すことができる。その結果、通電能力及び交流損失に関する不都合を軽減することができる。なお、超伝導体を撚る必要がないため、超伝導体に機械的な歪みが生じなくなり、本来の超伝導性能が劣化するおそれもない。
【０００８】
なお、超伝導体は、並行導体、同軸導体等の構成をとり、超伝導材料としては、ＮｂＴｉやＮｂ３Ｓｎのような低温超伝導材料又はＢｉ系やＹ系のような高温超伝導材料を使用する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明による超伝導体の均流化回路の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明による超伝導体の均流化回路の第１の実施の形態を示す図である。図１において、インダクタンスが互いに相違する超伝導体１，２の端部は、コイル３及び鉄心４を有する相間リアクトル５を経て、電流Ｉ０を発生する交流電源３に並列接続されている。
【００１０】
この場合、超伝導体１，２のインダクタンスが互いに相違するので、これらに生じる電流Ｉ１，Ｉ２によって鉄心４に発生する磁束が互いに相違し、これによってこれらの磁束が相殺されず、鉄心４に正味の磁束が生じる。このように生じた磁束が、コイル３に鎖交し、相間リアクトル５の両端に電圧が発生する。この電圧によって、超伝導体１，２及びコイル３によって構成された閉回路に循環電流Ｉ３が流れる。その結果、超伝導体１の電流Ｉ１には電流Ｉ３が加算され、超伝導体２の電流Ｉ２には電流Ｉ３が減算され、最終的には、超伝導体１，２に流れる電流は等しくなり、すなわち、いずれもＩ０／２となる。その結果、２個の並列接続された超伝導体１，２は、インピーダンスが互いに相違しても、相関リアクトル５で流れる電流が等しくなり、すなわち、均流化される。
【００１１】
次に、インピーダンスが互いに相違する４個の超伝導体に流れる電流を均流化する場合を、第２の実施の形態として図２及び３を参照して説明する。この場合、相間リアクトル１１は、１個の鉄心１２及びこれに巻かれた３個の巻線１３，１４，１５を有し、巻線１３，１４が第１段を構成し、巻線１４が第２段ＩＲ２を構成する。
【００１２】
第１段ＩＲ１のコイル１３，１４では、超伝導体１６，１７，１８，１９がそれぞれ均流化され、第２段ＩＲ２のコイル１５では、超伝導体１６，１７のグループと超伝導体１８，１９のグループとの均流化が行われる。結果的には、４個の並列な超伝導体１６，１７，１８，１９には、同一の負荷電流が流れる。
【００１３】
単一の鉄心１４の代わりに、第１段ＩＲ１と第２段ＩＲ２に別々の鉄心を使用する、すなわち２個の鉄心を使用し、又は、コイル１３，１４，１５にそれぞれ対応する３個の鉄心を使用しても、同一の効果が得られる。しかしながら、図２及び図３に示すように、鉄心１２に発生する磁束が相殺されるようにコイル１３，１４，１５を結線することによって、鉄心１４の断面積を小さくすることができ、装置の軽量化に有利になる。
【００１４】
図４は、本発明による超伝導体の均流化回路の第３の実施の形態を示す図である。本実施の形態では、並列接続された８個の超伝導体の均流化のために、１個の鉄心２１及び鉄心２１に巻かれた７個のコイル２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８によって３段のループを構成する相間リアクトル２９と、コイル２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８の両端に対となって並列接続された８個の超伝導体３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７と、３段目のループから引き出された中性線３８及びその中性線３８間に接続された交流電源３９とを具える。
【００１５】
次に、本発明による超伝導体の均流化回路の実験結果について、図５及び６を用いて説明する。図５に示す均流化回路では、液体窒素によって７７Ｋに冷却されたＢｉ２２２３系銀シーステープ線の超伝導コイルＬ１，Ｌ２のインダクタンスをそれぞれ、１．３５ｍＨ及び６．１５ｍＨとする。
【００１６】
交流電源Ｖ０によって発生する電流Ｉ０を１．２Ａとすると、相間リアクトル４０がない場合、超伝導コイルＬ１，Ｌ２に流れる電流Ｉ１，Ｉ２はそれぞれ、０．９９Ａ及び０．２２Ａとなり、インダクタンスの相違に起因する偏流が生じる（図６（ａ）参照）。それに対して、相間リアクトル４０がある場合、超伝導コイルＬ１，Ｌ２に流れる電流Ｉ１，Ｉ２はそれぞれ、０．５９９Ａ及び０．５９８Ａとなり、均流化が行われる。
【００１７】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
例えば、少なくとも１個の鉄心及びその鉄心に巻かれた２Ｎ−１個のコイルによって相関リアクトルのループをＮ（Ｎ：整数）段にすることができる。また、交流電源の代わりに可変の直流電源を用いることもできる。
【００１８】
また、本発明を、複数の並列導体から構成される電力用超伝導ケーブル、バスバーのような電流供給線や電流リード、並列導体を巻線した超伝導マグネット等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による超伝導体の均流化回路の第１の実施の形態を示す図である。
【図２】  本発明による超伝導体の均流化回路の第２の実施の形態の相間リアクタンスを示す図である。
【図３】  本発明による超伝導体の均流化回路の第２の実施の形態を示す図である。
【図４】  本発明による超伝導体の均流化回路の第３の実施の形態を示す図である。
【図５】  本発明による超伝導体の均流化回路の実験回路の図である。
【図６】  図５の実験結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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