(57)【要約】【課題】コイル損失を低減し且つ超電導コイルに備わる冷凍機の負担を下げることが可能な超電導コイル・エネルギー貯蔵回路の提供。【解決手段】超電導コイル２６を励磁する直列スイッチ２９を備えた直流電源回路２５を設け、該直流電源回路２５にダイオードスイッチ２４を並列接続し、超電導コイル２６に蓄積された直流電流のエネルギーを保持するモードでは閉路スイッチとして動作し、出力するモードでは昇圧チョッパとして動作するチョッパ回路２３と、このチョッパ回路２３が昇圧チョッパとして動作したときに当該チョッパを充電する直流コンデンサ２２と、この直流コンデンサ２２と並列に接続された交流電源系統２０に交流エネルギーを放出する電圧型インバータ回路２１とを具備する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルを励磁する直列スイッチを備えた直流電源回路と、
この直流電源回路と並列にスイッチを介して接続され、前記超電導コイルに蓄積された直流電流のエネルギーを保持するモードでは閉路スイッチとして動作し、出力するモードでは昇圧チョッパとして動作するチョッパ回路と、
このチョッパ回路が昇圧チョッパとして動作したときに当該チョッパを充電する直流コンデンサと、
この直流コンデンサと並列に接続された交流電源系統に交流エネルギーを放出する電圧型インバータ回路と
を具備することを特徴とする超電導コイル・エネルギー貯蔵回路。
【請求項２】
前記直流電源回路の直列スイッチと前記チョッパ回路のスイッチは各々少なくとも片方の極は前記直流コンデンサのいずれかの極と同電位となるように接続し、各々のスイッチと並列にスナバダイオードとスナバコンデンサからなるスナバ回路を接続してなり、スイッチ遮断動作時に、配線インダクタンスのエネルギーを前記スナバコンデンサの電圧エネルギーとして吸収し、スイッチ投入動作時には前記スナバコンデンサのエネルギーを前記スナバ抵抗を介して前記直流コンデンサに放電するようにしたことを特徴とする請求項１記載の超電導コイル・エネルギー貯蔵回路。
【請求項３】
前記直流電源回路の直列スイッチ用の前記スナバコンデンサ及び前記スナバ抵抗と、前記チョッパ回路の前記スナバコンデンサ及び前記スナバ抵抗とは共通のものとしたことを特徴とする請求項２記載の超電導コイル・エネルギー貯蔵回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電力系統のエネルギーを超電導コイルに貯蔵し、該超電導コイルに貯蔵したエネルギーを前記交流電力系統に放出する超電導コイル・エネルギー貯蔵回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超電導コイル・エネルギー貯蔵回路の一例として特許文献１がある。
【０００３】
図４において、超電導コイル・エネルギー貯蔵回路は、主回路構成として、３相交流・直流変換回路１、直流コンデンサ２及びチョッパ回路３を有する。
【０００４】
３相交流・直流変換回路１は、図示しない交流電源系統に接続される端子４、絶縁トランス５、電圧形インバータ回路６及び直流リアクトル７からなり、交流電源系統から端子４及び絶縁トランス５を介して交流電力を入力してこれを電圧形インバータ回路６及び直流リアクトル７により直流電力に変換して出力する。
【０００５】
チョッパ回路３は、図示しない冷凍機により冷媒が冷却される超電導コイル８、双方向の直流チョッパ回路９，１０、ダイオード１１，１２からなり、３相交流・直流変換回路１から出力される直流電力を充電した直流コンデンサ２の電力をチョッピングすることにより、超電導コイル８にエネルギーを貯蔵し、逆に超電導コイル８に貯蔵したエネルギーを交流電力系統に放出する。このチョッパ回路３には、電流検出器１３，１４及び電圧検出器１５が備わり、これらの出力はチョッパ制御回路１６に入力され、に有力され、チョッパ回路９，１０を制御するものとなっている。
【０００６】
かかる超電導コイル・エネルギー貯蔵回路は以下のように動作する。すなわち超電導コイル８にエネルギーを貯蔵するモードにおいては、チョッパ回路３は超電導コイル８に流れる電流が一定値になるようチョッピング動作を行って直流コンデンサ２の端子電圧を降圧して超電導コイル８に印加される平均電圧を調節する。
【０００７】
電圧形インバータ回路６は直流コンデンサ２の電圧が維持されるように直流電圧制御を行う。また超電導コイル８のエネルギーを放出するモードにおいては、チョッパ回路３は昇圧チョッパとして動作し、直流コンデンサ２を充電し、電圧形インバータ回路６は逆変換動作により直流コンデンサ２のエネルギーを交流電源系統に放出する。
【０００８】
このように従来の超電導コイル・エネルギー貯蔵回路においては、チョッパ回路３と電圧形インバータ回路６の動作モードを切り換えることにより、超電導コイル８にエネルギーを蓄積することも超電導コイル８が貯蔵したエネルギーを交流電源系統に放出することもできる。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭６１−２６２０３８号公報（第１図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の超電導コイル・エネルギー貯蔵回路では、超電導コイル８にエネルギーを蓄積するモードにおいて超電導コイル８に印加する直流電圧は、直流コンデンサ２の端子電圧をチョッピングすることによってその平均値を制御する。
【００１１】
ところが直流コンデンサ２の端子電圧は、電圧形インバータ回路６を介して交流系統と電力をやりとりする関係上１０００Ｖ以上の高電圧となるのが一般的であり、そのために超電導コイル８の端子に１０００Ｖ以上の高いリプル電圧が印加されることになる。
【００１２】
このような高いリプル電圧は、超電導コイル８の内部に大きな磁束密度変化を起こし、損失を生む。このため超電導コイル８に備わる冷凍機の負担を大きくすることになる。
【００１３】
本発明の目的は、超電導コイルにエネルギーを貯蔵する際のコイル損失を低減し且つ超電導コイルに備わる冷凍機の負担を下げることが可能な超電導コイル・エネルギー貯蔵回路を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、超電導コイルを励磁する直列スイッチを備えた直流電源回路と、この直流電源回路と並列にスイッチを介して接続され、前記超電導コイルに蓄積された直流電流のエネルギーを保持するモードでは閉路スイッチとして動作し、出力するモードでは昇圧チョッパとして動作するチョッパ回路と、このチョッパ回路が昇圧チョッパとして動作したときに当該チョッパを充電する直流コンデンサと、この直流コンデンサと並列に接続された交流電源系統に交流エネルギーを放出する電圧型インバータ回路とを具備することを特徴とする超電導コイル・エネルギー貯蔵回路、である。
【００１５】
本発明によれば、直流コンデンサとは別の直流電源回路によって超電導コイルの電流を制御するので、過大なリプル電圧を印加する虞が無くなり、コイル損失の低減が可能であり、超電導コイルに備わる冷凍機の負担を減らすことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１に実施形態の超電導コイル・エネルギー貯蔵回路の構成例を示す図である。
【００１８】
図１において、交流電源系統２０には電圧型インバータ回路２１が接続され、交流電源系統２０からの交流電力を直流電力に変換する。電圧型インバータ回路２１には、並列に直流コンデンサ２２が接続され、電圧型インバータ回路２１からの直流電力を充電する。直流コンデンサ２２には、チョッパ回路２３、ダイオードスイッチ２４及び直流電源回路２５を介して超電導コイル２６が接続されている。
【００１９】
超電導コイル２６にエネルギーを蓄積するモードでは、直流電源回路２５を構成する直流電源３０に直列接続された直列スイッチ２９を投入し、チョッパ回路２３のスイッチ２７も閉じることによって実現される。
【００２０】
このとき直列スイッチ２９のオンオフを制御し、超電導コイル２６に印加される平均直流電圧を制御することにより、超電導コイル２６に流れる電流を任意に制御することが可能である。すなわち直列スイッチ２９を投入することにより電流は増加し、ダイオードスイッチ２４を開くことにより、チョッパ回路２３のスイッチ２７を介して循環し、一定値を保つようになる。
【００２１】
超電導コイル２６のエネルギーを放出するモードでは、直流電源回路２５の直列スイッチ２９を開き、チョッパ回路２３と電圧形インバータ回路２１とを動作させることにより実現する。このモードでの動作は従来例と同じとなる。
【００２２】
このように本実施形態によれば、直流コンデンサ２２とは別の直流電源回路２５によって超電導コイル２６の電流を制御するので、過大なリプル電圧を印加する虞が無くなり、コイル損失の低減が可能であり、超電導コイル２６に備わる冷凍機の負担を減らすことができる。
【００２３】
（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２実施形態に係る超電導エネルギー貯蔵回路の構成例を示す図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００２４】
図２においては、チョッパ回路２３′のスイッチ２７と並列に、スナバコンデンサ３１とスナバダイオード３２からなるスナバ回路が接続される。またスナバダイオード３２とスナバコンデンサ３１の接続点からスナバ抵抗３３を介して直流コンデンサ２２の片極に接続される。直流電源回路２５′の直列スイッチ３２９にも同様に、スナバコンデンサ３４、スナバダイオード３５、スナバ抵抗３６が接続される。
【００２５】
以上のように構成した本実施の形態による超電導エネルギー貯蔵回路の作用は以下のようなものである。すなわちチョッパ回路２３′のスイッチ２７が通電中に開くと、回路の配線インダクタンス（図示せず）に蓄積されたエネルギーはスナバダイオード３２を介してスナバコンデンサ３１を充電する。
【００２６】
次にスイッチ２７が閉じると、スナバダイオード３２はオフになるので、スナバコンデンサ３１のエネルギーは、スナバ抵抗３３を介して直流コンデンサ２２を充電する。直流電源回路２５′の直列スイッチ２９に設けられるスナバコンデンサ３４、スナバダイオード３５及びスナバ抵抗３６からなるスナバ回路についても同様の作用である。
【００２７】
このように第２の実施形態においては、配線インダクタンスに蓄積されたエネルギーはスナバコンデンサ３１，３４で吸収されるので、スイッチに過電圧を印加する心配がない。またスナバコンデンサ３１，３４の電圧は直流コンデンサ２２の電圧にクランプされるので、スナバ抵抗３３，３６の損失も低減される。
【００２８】
（第３の実施の形態）
図３は本発明の第３実施形態に係る超電導エネルギー貯蔵回路の構成例を示す図であり、図１、図２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００２９】
図３においては、チョッパ回路２３′′と、直流電源回路２５とで、共有のスナバコンデンサ３７とスナバ抵抗３９が設けられ、個別にスナバダイオード３８，４０が接続される。
【００３０】
このように構成してもチョッパ回路２３′′と直流電源回路２５の直列スイッチ２７，２９は同時にオン、オフすることがないので、スナバ回路の動作は独立して設置するのと同様に機能し、部品点数の削減が可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、超電導コイルにエネルギーを貯蔵する際のコイル損失を低減し冷凍機の負担を下げるとともに高信頼性の超電導コイル・エネルギー貯蔵回路を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超電導コイル・エネルギー貯蔵回路を示す回路図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る超電導コイル・エネルギー貯蔵回路を示す回路図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る超電導コイル・エネルギー貯蔵回路を示す回路図。
【図４】従来の超電導コイル・エネルギー貯蔵回路の一例を示す回路図。
【符号の説明】
２０…交流電源系統、２１…電圧型インバータ回路、２２…直流コンデンサ、２３…チョッパ回路、２４…ダイオード、２５…直流電源回路、２６…超電導コイル、２７…直流チョッパ、２８…ダイオード、２９…スイッチ部、３０…直流電源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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