(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転時にゼロ以上のオーム抵抗（Ｒ）を有する超伝導磁石コイルシステム（Ｍ）と、少なくとも１つの超伝導スイッチ（Ｓ１）及び少なくとも２つの超伝導２次コイル（Ｍ１，Ｍ２）を備えるフラックスポンプ（Ｐ）とを備える磁石装置において、
少なくとも１つの超伝導電流経路が設けられ、前記超伝導磁石コイルシステム（Ｍ）又はその部品が、少なくとも２つの２次コイル（Ｍ１，Ｍ２）と直列に接続され、少なくとも１つの２次コイル（Ｍ２）は、超伝導スイッチ（Ｓ１）を閉じることにより超伝導状態でブリッジすることができ、そして、電流（Ｉ１，Ｉ２）が各々互いに独立に供給可能で、各々前記２次コイル（Ｍ１，Ｍ２）のうちの少なくとも一方と電磁結合する少なくとも２つの１次コイル（Ｃ１，Ｃ２）が設けられていることを特徴とする磁石装置。
【請求項２】
少なくとも１つの超伝導電流経路が設けられ、前記超伝導磁石コイルシステム（Ｍ）又はその部品は、ｎ個（ｎ≧２）の２次コイル（Ｍ１，Ｍ２）と直列に接続され、少なくとも１つでかつ（ｎ−１）個以下の２次コイル（Ｍ２）を、１個以上の超伝導スイッチ（Ｓ１）を閉じることにより超伝導状態でブリッジ可能であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
超伝導スイッチ（Ｓ１）は、前記２次コイル（Ｍ２）と直列に接続された抵抗（Ｒ２）とともに２次コイル（Ｍ２）をブリッジし、当該抵抗（Ｒ２）は、オーム（Ω）で計測した０からヘンリーで計測した前記２次コイル（Ｍ２）のインダクタンスの値の間の値を有することを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
超伝導スイッチ（Ｓ１）が、２次コイル（Ｍ２）と当該２次コイル（Ｍ２）に直列に接続されるさらに別の超伝導スイッチ（Ｓ２）の両方をブリッジすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
超伝導磁石コイルシステム（Ｍ）の少なくとも一セクションが、抵抗（ｒ）によりブリッジされ、当該抵抗は、オーム（Ω）で計測した０からヘンリーで計測した当該ブリッジされたセクションのインダクタンスの値の間の値を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
少なくとも第１（Ｍ１）及び第２（Ｍ２）の超伝導２次コイルと第１の超伝導スイッチ（Ｓ１）とを備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置の運転方法において、前記第１の超伝導スイッチ（Ｓ１）が前記第２の２次コイル（Ｍ２）をブリッジし、周期的に開閉され、前記第１のスイッチ（Ｓ１）が閉じられた状態になったときには、第１の１次コイル（Ｃ１）の電流（Ｉ１）を初期値から最終値に変化させ、前記第１のスイッチ（Ｓ１）が開かれた状態になったときには、第１の１次コイル（Ｃ１）の電流（Ｉ１）を実質的に初期値にリセットし、かつ前記第１のスイッチ（Ｓ１）が開かれた状態になったときには、第２の１次コイル（Ｃ２）の前記電流（Ｉ２）を初期値から最終値に変化させ、前記第１のスイッチ（Ｓ１）が閉じられた状態になったときには、第２の１次コイル（Ｃ２）の前記電流（Ｉ２）を実質的に初期値にリセットすることを特徴とする方法。
【請求項７】
少なくとも第１（Ｍ１）及び第２（Ｍ２）の超伝導２次コイルと第１（Ｓ１）及び第２（Ｓ２）の超伝導スイッチ備える請求項４の装置を運転する方法において、前記第２の２次コイル（Ｍ２）をブリッジする前記第１の超伝導スイッチ（Ｓ１）が周期的に開閉され、前記第１のスイッチ（Ｓ１）が閉じられた状態になったときには、第１の１次コイル（Ｃ１）の電流（Ｉ１）を初期値から最終値に変化させ、前記第１のスイッチ（Ｓ１）が開かれた状態になったときには、第１の１次コイル（Ｃ１）の電流（Ｉ１）を実質的に初期値にリセットし、かつ前記第１のスイッチ（Ｓ１）が開かれた状態になったときには、第２の１次コイル（Ｃ２）の前記電流（Ｉ２）を初期値から最終値に変化させ、前記第１のスイッチ（Ｓ１）が閉じられた状態になったときには、第２の１次コイル（Ｃ２）の前記電流（Ｉ２）を実質的に初期値にリセットし、前記第１のスイッチ（Ｓ１）が閉じられた状態になったときに初めて、前記第２の２次コイル（Ｍ２）に直列に接続され前記第１の超伝導スイッチ（Ｓ１）により当該第２の２次コイルとともにブリッジされる第２の超伝導スイッチ（Ｓ２）を少なくとも一時的に開くことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記第２の１次コイル（Ｃ２）の電流の初期値が略０アンペアであることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の１次コイル（Ｃ２）の電流が、その初期値であるゼロアンペアに再度到達する前は、このコイルの電流は値Ｉ＊Ｌ／Ｋに設定され、遅くともこの電流に到達した時に、前記第２の超伝導スイッチ（Ｓ２）が開かれ、そして前記第２の１次コイル（Ｃ２）の電流（Ｉ２）をその初期値であるゼロアンペアにリセットする間、そして前記第１の超伝導スイッチ（Ｓ１）を新たに開くまでは、前記第２の超伝導スイッチ（Ｓ２）を超伝導状態で閉じられたままとし、式中、Ｉは前記超伝導磁石コイルシステム（Ｍ）の電流を表し、Ｌは前記第２の２次コイル（Ｍ２）の固有インダクタンスを表し、Ｋは前記第２の２次コイル（Ｍ２）と前記第２の１次コイル（Ｃ２）との間のヘンリーでの電磁結合を表すことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転時にゼロ以上のオーム抵抗を有する超伝導磁石コイルシステムと、少なくとも１つの超伝導スイッチ及び少なくとも２つの超伝導２次コイルを備えるフラックスポンプとを備える磁石装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導磁石コイルシステムを備えるこの種の磁石装置は、１９７５年５月発行のT.P. Bernart 他著,“Rev. Sci. Instrum.”第４６巻第５号第582頁〜585頁に、記載されている。
【０００３】
前記超伝導磁石コイルシステムは、直列に接続され、閉じた超伝導回路を形成する１以上の磁石コイルを備える。超伝導磁石コイルシステムは、一般に、クライオスタットに配置される。もし使用されている超伝導体が臨界電流よりすぐ下の値に合わせてロードされるかまたは超伝導と通常の伝導状態間の明確な移行を示さない場合は、動作中にゼロより大きいオーム抵抗を有するかもれない。フラックスポンプの原理は、エネルギーの電磁結合により磁石コイルの抵抗損失を補償することもしくは大きな電流のクライオスタットへの導入を必要とせずにコイルを充電させたり放電させたりすることに存する。本発明は、特に、少なくとも１つの超伝導スイッチと電圧が誘導により発生する少なくとも２つの超伝導２次コイルとを有するフラックスポンプを備える超伝導磁石コイルシステムに関する。抵抗損失を補償するために又は充電もしくは放電のためにこの電圧を超伝導磁石コイルシステムに供給することができるためには、２次コイルは、磁石コイルシステムと直列に超伝導状態で接続されねばならず、これは例えば超伝導スイッチを閉じることにより行うことができる。
【０００４】
少なくとも２つの超伝導２次コイルを備えるフラックスポンプを有する磁石装置は、１９７５年５月発行のT.P. Bernat 他著「Rev. Sci. Instrum.」第４６巻第５号及び１９８１年５月発行のL.J.M. van de Klundert 他著「Al., Cryogenics」に開示されている。このフラックスポンプは、超伝導磁石コイルシステムが、おのおの１つのスイッチと１つの超伝導２次コイルを備える２つの電流経路でブリッジされることに基づいている。電流は、電磁結合が２次コイルに等しく、反対方向の１次コイルに循環的に導入され又はそこから放電される。もし、２次コイルと直列に接続されている超伝導スイッチが、同じサイクルで交互に開かれたり閉じられたりすると、スイッチの開放時の電圧ピークを除いてこのサイクル全体を通じて一定である電圧が、磁石コイルシステムの両端間に発生する。
【０００５】
フラックスポンプは、一般に超伝導磁石コイルシステムを充電及び放電させるのに用いられる。コイルに動作電流を直接供給することに比較して、その利点は、フラックスポンプを動作させる電流が一般的な電磁電流よりもずっと弱いことである。給電線は、それにより、サイズを小さくすることができ、クライオスタットに入力される熱を低減できる。
【０００６】
超伝導磁石は、電磁コイルが充電処理の後長期間磁場にあり最小の磁場ドリフトを有すべき用途においても用いられる。これには、特に、磁気共鳴法用の超伝導磁石コイルシステムが含まれる。そのような磁石システムの場合、フラックスポンプが使用されるのは、もっぱら磁石システムを充電させるためというよりも、むしろ動作中の電磁場を安定化させるためである。効率のよいフラックスポンプであれば、この点で様々な利点がある。例えば、磁気共鳴の用途で従来用いられているドリフト仕様を満たさずさらに別の手段も有しない高温超伝導体の部分コイルを備える磁石を構成することもできる。これにより、今日の従来の磁場よりも強い磁場を有する磁石を構成することが可能になるであろう。さらに、磁場を安定化させるためにフラックスポンプを用いることにより、磁石中の超伝導体への負荷を増大させることができ、それによりよりコンパクトでより安価な磁石を構成することが可能になるであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のフラックスポンプは、長期間に亘る高精度の磁場安定化に使用するのには向いていない。磁石コイルシステムの両端間の電圧ピークが、超伝導スイッチを開く時に発生し、磁気共鳴法などの敏感な用途はこれに耐えられない。さらに、少なくとも１つの超伝導スイッチが、ポンプサイクルの各相において開かれて、２次コイルに誘起される電圧を磁石コイルシステムに供給できなければならない。従来のスイッチにおいては、これにより熱が発生し、クライオスタットの冷却液に大きな損失を生じさせる。クライオスタットの熱安定性は、磁場の安定のためにも非常に重要である。磁気共鳴などの敏感な用途においては、クライオスタットへの入熱は、それ故、最小にしなければならない。
【０００８】
本発明の課題は、従来技術のフラックスポンプを、特に、磁石コイルシステムが抵抗性を有し、磁場安定性への要求が非常に高い場合に、超伝導磁石コイルシステムの充電及び放電のみならず、作動中の磁石コイルシステムの磁場を長期に亘り良好に安定させることが可能となるように改良することである。本発明の特定の目的は、フラックスポンプの全サイクルを通じて安定な電圧を磁石コイルシステムに印可するための作動方法を提供する改良されたフラックスポンプ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、この目的は、上記のタイプの磁石装置が、少なくとも１つの超伝導電流経路が設けられ、前記超伝導磁石コイルシステム又はその部品が少なくとも２つの２次コイルと直列に接続され、少なくとも１つの２次コイルは、超伝導スイッチを閉じることにより超伝導状態でブリッジすることができ、そして、電流が各々互いに独立に供給可能で、各々前記２次コイルのうちの少なくとも一方と電磁結合する少なくとも２つの１次コイルが設けられていることにより達成される。
【００１０】
簡潔に述べれば、本発明は、前記超伝導磁石コイルシステム又はその部品が、少なくとも２個の２次コイルと直列に接続され、少なくとも１個の２次コイルを超伝導スイッチを閉じることによりブリッジ可能である超伝導電流経路を提供する。特に、前記２次コイルは、各々、１つの別体の１次コイルに電磁結合されてよい。
【００１１】
この装置により、フラックスポンプの運転方法であって、第１のステップにおいては、超伝導状態ではブリッジされない第１の２次コイルに結合される第１の１次コイルが、当該１次コイルにおいて最大の最終電流が得られるまで充電される。それにより、超伝導磁石コイルシステムの両端間に、補償されねばならない当該磁石コイルシステムにおける抵抗電圧に正確に対応する電圧を発生させることができる。第２のステップにおいては、第１の１次コイルは、再び初期電流まで放電されねばならない。この相の期間中、スイッチが閉じられていることにより既に超伝導状態でブリッジされている第２の２次コイル上で超伝導スイッチが開かれ、この２次コイルに電磁結合されている各１次コイルの電流が増大させられ、それによりこの２次コイルに電圧を誘起する。第２の１次コイルの電流傾斜（ramp）は、第２の２次コイルに誘起される電圧が第１の１次コイルの放電により第１の２次コイルに誘起される電圧、そしてまた、超伝導磁石コイルシステム両端間の抵抗電圧を補償するように選択される。第１の１次コイルがその初期電流に到達したときに、第２の２次コイルの両端間のスイッチが再び閉じられ、そして、スイッチが閉じられている間に第２の１次コイルがその初期電流に戻る。サイクルは今や再びスタート可能となる。
【００１２】
本発明の装置は、互いに独立に電流が供給される幾つかの１次コイルにより、異なる電圧を異なる２次コイルに誘起することができ、それがこれらの２次コイルの直列接続により総電圧に付加されるという点で有利である。２次コイルと超伝導磁石コイルシステムとの直列接続により、この総電圧が超伝導磁石コイルシステムに供給可能となる。装置の柔軟性が大きいので、好適な方法ステップにより、フラックスポンプサイクルの各相において、所望の電圧を超伝導磁石コイルシステムの両端間に維持することができる。
【００１３】
フラックスポンプの上述の運転方法においては、第１の２次コイルは全サイクルを通じてそのいかなる時も超伝導状態で短絡させてはならないことが判明した。このことは、本発明によれば、ｎ個（ｎは２以上）の２次コイルの場合、最大（ｎ−１）個の２次コイルをスイッチでブリッジしなければならないということを意味する。もっとも簡単なｎ＝２の場合では、短い期間だけ開かなければならないスイッチはたった１つであって、その間に第１の１次コイルがリセットされる。これにより従来のフラックスポンプと比べて、スイッチヒータから出力される熱出力が大幅に低減される。本発明のこの態様は、したがって、特に有利である。
【００１４】
本発明のもう１つの好ましい態様においては、超伝導スイッチはこの２次コイルと直列に接続された抵抗とともに２次コイルをブリッジし、当該抵抗は、オーム（Ω）で計測した０からヘンリーで計測したこの２次コイルのインダクタンスの値の間の値を有する。この装置は、この２次コイルに電磁結合された１次コイルの充電及び放電の間、制御されない過剰な値の電流の２次コイルへの誘起が超伝導スイッチが閉じられるまで発生し得ないという点で有利である。
【００１５】
本発明の装置の特に好ましい態様は、上述の態様において用いられる抵抗の代わりにもう１つの超伝導スイッチを用いるという特徴を有する。この態様によれば、超伝導スイッチは、２次コイルと、その２次コイルに直列に接続されたもう１つの超伝導スイッチとをブリッジする（図３参照）。２次コイルの電流は、それにより対応する１次コイルの好適な充電及び放電ともう１つのスイッチの開閉により正確に制御可能である。これにより、特に、第１のスイッチが開く前のポンプサイクルのある時点で当該第１のスイッチを介して電流が流れることを防止する。これにより超伝導磁石コイルシステムの両端間の電圧パルスを防止するが、このことは、特に、核磁気共鳴法などの敏感な用途においては、必須である。さらに、電流の低減により第１のスイッチには熱が発生せず、それにより冷却液の損失がさらに低減される。この装置によって、クライオスタットへの熱入を最小にしながら、外乱のない連続ポンプ効率を保証するフラックスポンプの運転方法が可能になる。
【００１６】
本発明の装置のさらに別の２つの態様においては、２次コイルは厳密に１つの１次コイルに電磁結合されるか又は２次コイルは電磁的に減結合される。これにより１次コイルの充電及び放電の間に２次コイルに誘起される電圧の制御が改善され、フラックスポンプを運転する方法が簡易化される。
【００１７】
本発明の装置の幾つかの態様は、特に有利であって、それにより１次又は２次コイルは、超伝導磁石コイルシステムから大きく電磁的に減結合されるか、あるいは超伝導磁石コイルシステムの作業ボリュームにおいて実質的に磁場を発生させず、それによりフラックスポンプの運転時に作業ボリュームにおける磁場の外乱を防止する。
【００１８】
本発明の装置のさらに有利な別の態様は、少なくとも１つの１次コイルが超伝導であるという特徴を有する。超伝導１次コイルを流れる電流は、通常伝導の１次コイルと対照的に熱を発生させない。もしその１次コイルをクライオスタット内に位置させれば、冷却エージェント損失をそれにより低減することが可能である。
【００１９】
冷却エージェント損失は、クライオスタットのコイル又はスイッチへの給電線の少なくとも一部も超伝導であるときにさらに低減可能である。
【００２０】
別の態様においては、超伝導スイッチの少なくとも１つは、給電線の少なくとも一部が超伝導であるヒータにより駆動可能である。
【００２１】
本発明の装置の一つの有利な態様は、超伝導磁石コイルシステムの少なくとも一セクションが、超伝導体又は抵抗によりブリッジされるという特徴を有する。この装置は、小さな電圧変動の、即ち、フラックスポンプのスイッチ開放中の、超伝導磁石システムの全磁場への効果を減衰させるのに用いてよい。この減衰を効果的にするために、抵抗（オーム）は、ブリッジされたセクションのインダクタンス（ヘンリー）の大きさを越えてはならない。
【００２２】
本発明の装置は、核磁気共鳴用の装置において用いる場合に特に有利である。そのような磁石装置の積極的な磁場安定化のための装置は、好ましくは、本発明のフラックスポンプを用い、安定化電圧の一貫性及びクライオスタットへの熱入の最小化に関する特に高い必要条件を満たさなければならない。厳密には、これらの基準は、従来のフラックスポンプにおいてよりも本発明のフラックスポンプの上述の態様においてよりよく満たされる。
【００２３】
本発明の装置の１つの有利な態様は、１以上のコイルが高温超伝導体で巻き回された超伝導磁石コイルシステムを備える。高温超伝導体を使用中の潜在的により高いドリフトは、本発明のフラックスポンプを用いて補償することができ、それにより超伝導磁石コイルシステムの磁場安定性を維持可能である。
【００２４】
本発明の装置の利点は、フラックスポンプの好適な運転方法を適用することによってのみ十分に利用することができる。第１の方法は、１次コイルの充電及び放電とスイッチの開閉の特に単純なサイクルを特徴とする。少なくとも１つの第１及び１つの第２の超伝導２次コイルと第１の超伝導スイッチを有する装置を運転するこの方法においては、前記第２の２次コイルをブリッジする第１の超伝導スイッチを、周期的に開閉する。第１のスイッチが閉じられた状態になったときには、第１の２次コイルに電磁結合される第１の１次コイルの電流を、初期値から最終値に変化させる。前記第１のスイッチが開かれた状態のときには、第１の１次コイルの電流を再び実質的に初期値にリセットする。並行して、第１のスイッチが開かれた状態になったときに第２の２次コイルに結合された第２の１次コイルの電流を、初期値から最終値に変化させ、そして第１のスイッチが閉じられた状態になったときに、第２の１次コイルの電流を、実質的に最終値にリセットする。
【００２５】
さらに第２の超伝導スイッチを用いる改良された方法は、第１のスイッチが閉じられた状態になったときに、第２の２次コイルと直列に接続され、前記第１の超伝導スイッチによって、当該第２の２次コイルとともにブリッジされた第２の超伝導スイッチを、少なくとも一時的に開くことを特徴とする。この方法は、第２の１次コイルの電流がリセットされた時に、第２の２次コイルが、制御されずに充電されることがないという利点がある。特に有利に、第２の１次コイルの電流は、ゼロにリセットされて給電線、そして、通常伝導の第２の１次コイルの場合は、当該コイル自体に、発生する熱がより少ない。
【００２６】
この方法変形例は、次のようにさらに改良可能である。第２の１次コイルの電流が、その初期値であるゼロアンペアに再度到達する前は、このコイルの電流は値Ｉ＊Ｌ／Ｋに設定され、遅くともこの電流値に到達した後に第２の超伝導スイッチが開かれ、そして第２の１次コイルの電流をその初期値であるゼロアンペアにリセットし、第１の超伝導スイッチを新たに開くまでは、第２の超伝導スイッチを超伝導状態で閉じられたままとする。式中、Ｉは超伝導磁石コイルシステムの電流を表し、Ｌは第２の２次コイルの固有インダクタンスを表し、Ｋは第２の２次コイルと第２の１次コイル間の電磁結合のヘンリー値を表す。この方法は、上述の例中においてより詳細に説明される。それは、第１の超伝導スイッチが開かれる前はそこを全く電流が流れないという点で特に有利である。これにより超伝導磁石コイルシステムの両端間の電圧ピークが防止されるが、それは敏感な用途における磁場安定化のための本発明のフラックスポンプの使用のための重要な規準である。
【００２７】
２つのさらに有利な方法変形例においては、上述の方法のステップが循環的に繰り返されて、超伝導磁石コイルシステムを充電又は放電し、あるいは磁石コイルシステムにおける電流を作動値に正確に安定化させる。
【００２８】
本発明の装置によって、クライオスタットへの熱入の低減という点で特に有利な方法を使用可能とするが、この方法においては、いずれの超伝導スイッチも開かないポンプサイクルの相が、超伝導スイッチが開かれる即ち加熱される相よりも長い。これに対して、従来のフラックスポンプでは、スイッチは恒常的に加熱されねばならない。
【００２９】
本発明のさらなる利点は、本明細書の説明及び図面から抽出することができる。上述のそして下記において説明される特徴は、本発明により、あるいは個別にあるいは任意の組み合わせでまとめて用いることが可能である。図示され説明される実施の形態は、網羅的な列挙と解されるべきではなく、本発明を説明するための例示的な性格を有すると解されるべきである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の磁石装置は、超伝導磁石コイルシステムＭと、当該磁石コイルシステムと直列に接続される少なくとも２つの超伝導２次コイルＭ１とＭ２と、超伝導状態で２次コイルＭ２をブリッジ可能な第１の超伝導スイッチＳ１を備える。特に有利な態様として、磁石装置は、第２の２次コイルＭ２と直列に接続される第２の超伝導スイッチＳ２を有し、この第１の超伝導スイッチＳ１が第２の２次コイルＭ２と第２の超伝導スイッチＳ２の両方をブリッジ可能である。少なくとも２つの独立の１次コイルＣ１とＣ２を用いた電磁結合により、２次コイルＭ１とＭ２の各々において、あらかじめ決定可能な電圧を発生させることが可能である。２次コイル、１次コイル及び超伝導スイッチのシステムは、超伝導コイルシステムのためのフラックスポンプＰを構成する。このフラックスポンプは、動作中の磁石コイルシステムの磁場の長期の安定化、即ち、磁石コイルシステムにおけるドリフト補償に適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明を添付の図面に示し、一実施の形態によりより詳細に説明する。
【００３２】
図１は、超伝導磁石コイルシステムＭ及びフラックスポンプＰを備える本発明の装置を概略的に示す。磁石コイルシステムＭは大きさＲの抵抗を有してよい。さらに２つの超伝導コイルＭ１及びＭ２が直列に磁石コイルシステムＭに接続され、フラックスポンプＰ中の２次コイルの役目を果たす。フラックスポンプＰの１次コイルＣ１又はＣ２の電流Ｉ１又はＩ２を変化させることにより電磁結合により前記コイルＭ１，Ｍ２に電圧を誘起させることができる。２次コイルの一方、即ちＭ２は、超伝導スイッチＳ１によりブリッジされている。
【００３３】
図２は、超伝導スイッチＳ１とブリッジされている２次コイルＭ２が、抵抗Ｒ２と直列に接続されて、スイッチＳ１がコイルＭ２及び抵抗Ｒ２もブリッジしている本発明の装置を概略的に示している。
【００３４】
図３は、図２と同様の本発明の装置であるが、第２の超伝導スイッチＳ２が抵抗Ｒ２の代わりに使用されているという点で図２とは相違する装置を示す。
【００３５】
図４は、図１と同様の本発明の装置であるが、超伝導磁石コイルシステムＭの一セクションがさらに抵抗ｒによりブリッジされている装置を示す。
【００３６】
図５は、図３の本発明のフラックスポンプの運転方法のためのフラックスポンプＰの１次コイルＣ１及びＣ２における電流Ｉ１及びＩ２並びに超伝導スイッチＳ１及びＳ２のスイッチ状態、スイッチＳ１の電流ＩＳ１及びフラックスポンプＰを介して超伝導磁石コイルシステムＭの両端間に生じる電圧VMagnetを示す。時間は右側に向かって流れるように図示されている。本方法は、電圧VMagnetをいかなる数のポンプサイクルに対しても一定に保ち、電圧ピークを防止するように最適化されている。超伝導スイッチが開かれている期間の時間の長さも最小化される。
【００３７】
以下、本発明を、１つの例に基づいて説明する。図３の態様は、本発明の装置の実施の態様の例の基礎を構成する。フラックスポンプＰを運転するために適用される方法は、図５の方法である。超伝導磁石コイルシステムＭ上で一定の電圧VMagnetを維持するのがねらいである。フラックスポンプの構成要素は下記の通りである。
【００３８】
LM1=LM2=10-6H(２次コイルＭ１及びＭ２のインダクタンス)、KM1C1=KM2C2=10-4（２次コイルＭ１及び１次コイルＣ１間又は２次コイルＭ２及び１次コイルＣ２間の電磁結合）、IM=100A（超伝導磁石コイルシステムＭの作動電流）。他の結合はすべてゼロである。
【００３９】
ｔ＝０からｔ１＝８ｓ（図５）間のフラックスポンプＰのサイクルの第１の相の始まり及びその期間中においては、２つのスイッチＳ１及びＳ２は、超伝導状態で閉じられており、超伝導磁石コイルシステムＭの作動電流ＩＭが電流経路Ｍ−Ｍ１−Ｍ２−Ｓ２を流れる。第２の１次コイルＣ２の電流Ｉ２はゼロであり、第１の１次コイルＣ１の電流Ｉ１は、０．２Ａ／ｓの連続的な傾斜で８ｓの間、−１Ａから＋１Ａまで充電され、それにより２次コイルＭ１に電圧２５μＶを誘起する。２次コイルＭ１は、磁石コイルシステムＭに超伝導状態で接続されているので、条件VMagnet＝２５μＶは、既にこの第１の相においては満たされている。時点ｔ１においては、１次コイルＣ１の電流Ｉ１は最大値＋１Ａに達しており、時点ｔ２＝１０ｓまでの間初期値−１Ａまで再び放電される。Ｍ１に誘起される電圧は、この相において−１００μＶである。電圧VMagnetをこの相の間２５μＶに維持するために、スイッチＳ１が開かれ、第２の１次コイルＣ２中の電流がゼロから２．５Ａまで増大させられ、それにより第２の２次コイルＭ２に１２５μＶの電圧を誘起する。スイッチＳ１は開放されているので、Ｍ１及びＭ２に誘起される電圧は、電流経路Ｍ−Ｍ１−Ｍ２−Ｓ２に付加されて２５μＶになり、条件VMagnet＝２５μＶがこの相の期間においても満たされる。時点ｔ２＝１０ｓでは、スイッチＳ１は閉じられて、１次コイルＣ１の充電が再び開始され、このとき、スイッチＳ２は初めて開かれる（図５）。
【００４０】
本システムは、初期状態にはまだ戻っていない、なぜなら第２の１次コイルＣ２の電流Ｉ２がゼロでないからである。Ｉ２をゼロにリセットするときには、作動電流ＩＭが最終的に再び２次コイルＭ２を流れ、閉じられたスイッチＳ１を介して流れないこと、即ちＩＳ１はゼロとなることも、保証されねばならない。この条件が満たされなければ、スイッチＳ１がフラックスポンプＰの次のサイクルで再び開かれた時に超伝導磁石コイルシステムＭの両端間に好ましくない電圧パルスが発生する。
【００４１】
Ｉ２だけでなくＩＳ１もゼロにするねらいは、Ｉ２が、ｔ２とｔ３の間で、値−ＩＭ＊ＫＭ２Ｃ２／ＬＭ２に、例では、−１Ａに変化させられるということで達成される。スイッチＳ２は、それにより開かれ、Ｍ２の電流はゼロに維持される。磁石電流ＩＭは、投入されたスイッチＳ１をｔ２とｔ３の間、即ちＩＳ１＝ＩＭ＝１００Ａで流れる。時点ｔ３においては、スイッチＳ２が再び閉じられ、時点ｔ４で、第２の１次コイルＣ２の電流Ｉ２がゼロにリセットされる。これにより、第２の２次コイルＭ２に超伝導磁石コイルシステムＭの作動電流の方向に量ＩＭの電流を誘起し、時点ｔ４の後では、全作動電流ＩＭは再び電流経路Ｍ−Ｍ１−Ｍ２−Ｓ２を介して流れる。第２の２次コイルＣ２及び電流経路Ｍ２−Ｓ１−Ｓ２はそれによりｔ４から再び初期の状態になる。
【００４２】
なお、第２の１次コイルＣ２と電流経路Ｍ２−Ｓ１−Ｓ２の初期状態へのリセットの間の処理は、超伝導磁石コイルシステムＭの両端間にかかる電圧Vmagnetに影響を与えない。この理由は、この相の期間、スイッチＳ１は常に超伝導状態であって、スイッチＳ１の電流経路Ｍ−Ｍ１−Ｍ２−Ｓ２への接続点に電圧が発生する可能性がないからである。この相の期間、超伝導磁石コイルシステムＭ上の電圧VMagnetはしたがって２次コイルＭ１において誘起される電圧によってのみ決定され、それは１次コイルＣ１中の電流傾斜により所望の値２５μＶに設定される。
【００４３】
本発明の装置の利点は、図示の例において本発明のフラックスポンプＰを運転する方法により明らかになる。まず、フラックスポンプＰの全サイクルの間の電圧を一定に維持することができ、超伝導スイッチが開くときに電圧ピークが発生することがない。第２に、フラックスポンプＰの運転サイクルのほんの一部の間でのみスイッチが開かれ、それによりスイッチを通じたクライオスタットへの熱入が最小化される。
【００４４】
ただ１つの１次コイルを備える従来のフラックスポンプと比較して、本発明の装置においては、少なくとも２つの１次コイルＣ１及びＣ２に電流を供給しなければならない。これにより、１次コイルの給電線を通じたクライオスタットへの熱入が増大する。しかし、図示の例の不利な点は、ほんの少しの影響しか与えない。なぜならば、第２の１次コイルＣ２は、電流をフラックスポンプＰの運転サイクルのほんの一部の間でのみ流し、それにより給電線の熱の発生を小さく保っている。
【００４５】
もし超伝導磁石コイルシステムが核磁気共鳴に使用される場合には、磁場の時間的安定性への要求は特に高い。磁石コイルシステムの全体の抵抗率は、一般に、磁場ドリフトが許容できるように大きさ０．１＊１０−９Ωを越えてはならない。磁場は、超伝導磁石コイルシステムの抵抗率が大きさVMagnet／ＩＭ=２５μＶ／１００A＝２５０＊１０−９Ωのオーダーであるときにも、上述のタイプの本発明のフラックスポンプを用いて安定化できる。磁石コイルシステムの抵抗率は、本発明のフラックスポンプを有しない装置におけるよりも１０００倍以上も高くてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、超伝導磁石コイルシステムと、フラックスポンプとを有する本発明の磁石装置の配線図を示す。
【図２】図２は、超伝導磁石コイルシステムと、電流経路に抵抗が追加されたフラックスポンプとを有する本発明の磁石装置の配線図を示す。
【図３】図３は、超伝導磁石コイルシステムと、電流経路に超伝導スイッチが追加されたフラックスポンプとを有する本発明の磁石装置の配線図を示す。
【図４】図４は、超伝導磁石コイルシステムと、フラックスポンプと、超伝導磁石コイルシステムの一セクションをブリッジする追加の抵抗とを有する本発明の磁石装置の配線図を示す。
【図５】図５は、本発明のフラックスポンプを運転させる特に有利な方法のための、フラックスポンプの電流及びスイッチ状態と数ポンプサイクル期間に超伝導磁石コイルシステムに発生する電圧とを示す。
【符号の説明】
【００４７】
Ｐ    フラックスポンプ
Ｍ    超伝導磁石コイルシステム
Ｍ１  超伝導２次コイル（コイル）
Ｍ２  超伝導２次コイル（コイル）
Ｃ１  １次コイル
Ｃ２  １次コイル
Ｉ１  電流
Ｉ２  電流
Ｒ    抵抗
Ｓ１  超伝導スイッチ
Ｓ２  超伝導スイッチ
【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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