(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイル（１），超電導コイル（２）、及びコイル（３）により構成され、該コイル（３）を一次側とし、前記超電導コイル（１）と超電導コイル（２）を二次側とする変流器において、
超電導コイル（１）とサイリスタスイッチ（５）を並列に接続し、かつ超電導コイル（２）とサイリスタスイッチ（６）を並列に接続すると共に、超電導コイル（１）とサイリスタスイッチ（５）を接続する極性の組合せと、超電導コイル（２）とサイリスタスイッチ（６）を接続する極性の組合せとを同一としたことを特徴とする変流器。
【請求項２】
前記超電導コイル（１）が常電導転移したことを検出する検出器（１１）と、前記超電導コイル（２）が常電導転移したことを検知する検出器（１２）を備えたことを特徴とする請求項１記載の変流器。
【請求項３】
前記超電導コイル（１）が常電導転移したことを検出したことをもってサイリスタスイッチ（５）のゲート信号をオフし、前記超電導コイル（２）が常電導転移したことを検出したことをもってサイリスタスイッチ（６）のゲート信号をオフすることを特徴とする請求項２記載の変流器。
【請求項４】
前記超電導コイル（１）または超電導コイル（２）が常電導転移したことを検出したことをもって一次電源（４）の出力を増加させることを特徴とする請求項２記載の変流器。
【請求項５】
前記超電導コイル（１）を超電導変流器部（１３）と抵抗発生部（１４）に、超電導コイル（２）を超電流変流器部（１５）と抵抗発生部（１６）に分離したことを特徴とする請求項１記載の変流器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は変流器に係り、特に超電導コイルを用いた変流器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２にダイオードを用いた従来の変流器の構成で、超電導コイルの永久電流スイッチに応用した例を示す。
【０００３】
この回路はこの場合、直流電源から主超電導コイルの励磁を終え、変流器の超電導コイル１と超電導コイル２を常電導状態から超電導状態とすれば、主超電導コイルとの間に抵抗が理想的には電気抵抗０Ωの閉ループができ、永久電流モードとなる。逆に、何らかの方法で常電導状態に戻せば抵抗が発生し、電気抵抗０Ωの閉ループが解消する。これをスイッチとして用いることができる。この基本的動作については特開平4−335582 号公報に述べられている。
【０００４】
図２の場合は、超電導コイルをクエンチさせ、抵抗を発生させるために変流器を応用したものである。超電導コイル１と超電導コイル２を二次側、コイル３を一次側とし、図２の構成で一次電源からコイル３に交流を印加すると二次側に交流が誘起されるが、この電流が超電導コイル１と超電導コイル２の臨界電流を越えれば超電導コイル１と超電導コイル２はクエンチし、抵抗が発生する。ここで、超電導コイル１と超電導コイル２は、変流器二次側のインピーダンスを小さくするために無誘導巻きとしてあり、逆方向の極性としてある。この現象をスイッチとして用いるためには発生する抵抗が必要な抵抗値以上とならなければならない。
【０００５】
しかし、図２の回路では、超電導コイル１と超電導コイル２がクエンチし、抵抗を発生しても、電流の向きに対し順方向のダイオード９，１０が設置されているため、電流が分流し、期待する抵抗値の半分の値しか有効に使えない。
【０００６】
特開平4−335582 号公報では変流器部分の負荷として機械的スイッチ，可制御素子（例えばトライアック，サイリスタ等），受動素子（例えばダイオード等）とする記載があるが、方向は指定されていない。
【０００７】
この部分にサイリスタを用い、片側のサイリスタを逆極性に取り付けた例を図３に示す。この場合、一次側に交流を加えた、サイリオスタのゲートをオン状態としておけば、二次側には最初の半波は片側のコイル(ここでは超電導コイル１)にのみ電流が誘起され、次の半波でもう片方の超電導コイル（ここでは超電導コイル２）に電流が誘起される。しかし、この場合は超電導コイル１と超電導コイル２を無誘導巻きとする効果がなくなることになる。また、抵抗発生の時間も交流の１サイクル近くかかることになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図２の場合、片側のコイルの抵抗しか有効に使用できないため、必要な抵抗を得るためには２倍の巻線長さのコイルを製作しなければならない。従って、コストが高くなる上、コイルが大型化し占有スペースが大きくなる。超電導コイルを収納する容器も大きくする必要も生じることになる。また、無誘導巻きにしても残るもれインピーダンスも大きくなり、一次側のコイル，電源も大型化する。
【０００９】
図３の場合は二次側のインピーダンスが大きいので一次側の電源容量を大きくせねばならない。特に、高速応答性能が要求される超電導電力貯蔵装置(SMES)に応用する場合は適応の有効性そのものに関わる問題となる。
【００１０】
本発明の目的は、交流半周期以下で所定の抵抗値を得ることができ、超電導コイルを用いた永久電流回路のスイッチングを高速で行うことができると共に、機器のコストダウンを図ることができる変流器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の変流器は、超電導コイル１と、超電導コイル２と、コイル３により構成され、コイル３を一次側とし、超電導コイル１と超電導コイル２を二次側とする変流器において、超電導コイル１とサイリスタスイッチ５を並列に接続し、超電導コイル２とサイリスタスイッチ６を並列に接続し、超電導コイル１とサイリスタスイッチ５を接続する極性の組合せと、超電導コイル２とサイリスタスイッチ６を接続する極性の組合せとを同一としたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の変流器は、上記変流器で、超電導コイル１が常電導転移したことを検出する検出器１１と、超電導コイル２が常電導転移したことを検知する検出器１２を備えていることを特徴とする。
【００１３】
更に本発明の変流器は、上記変流器で、超電導コイル１が常電導転移したことを検出したことをもってサイリスタスイッチ５のゲート信号をオフし、超電導コイル２が常電導転移したことを検出したことをもってサイリスタスイッチ６のゲート信号をオフしたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の変流器は、上記変流器で、超電導コイル１または超電導コイル２が常電導転移したことを検出したことをもって一次電源４の出力を増加させたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の変流器は、超電導コイル１を超電導変流器部１３と抵抗発生部１４に、超電導コイル２を超電導変流器部１５と抵抗発生部１６に分離したことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施の形態で、超電導コイルの永久電流スイッチに応用した例を示す。該図の実施例の場合、直流電源８から主超電導コイル７の励磁を終え、変流器の超電導コイル１と超電導コイル２を常電導状態から超電導状態とすれば、主超電導コイル７との間に抵抗が理想的には電気抵抗０の閉ループができ、永久電流モードとなる。逆に、超電導コイルをクエンチさせ、常電導状態に戻せば抵抗が発生し、電気抵抗０の閉ループが解消する。これをスイッチとして用いることができる。
【００１７】
超電導コイル１と超電導コイル２を二次側，コイル３を一次側とし、図１の構成で一次電源４からコイル３に交流を印加すると二次側に交流が誘起されるが、この電流が超電導コイル１と超電導コイル２の臨界電流を越えれば超電導コイル１と超電導コイル２はクエンチし、抵抗が発生する。ここで、超電導コイル１と超電導コイル２は、変流器二次側のインピーダンスを小さくするために無誘導巻きとしてあり、逆方向の極性としてある。この現象をスイッチとして用いるためには発生する抵抗が必要な抵抗値以上とならなければならない。
【００１８】
図１の回路で、超電導コイル１と超電導コイル２がクエンチし、抵抗を発生した後サイリスタのゲートをＯＦＦすれば、次に一次電源より逆向きの交流半波が誘起されたときサイリスタ逆方向に電圧が加わり、サイリスタはＯＦＦする。さらに、次に順方向に交流電圧が加わっても、サイリスタのゲートはＯＦＦのままであるので、電流が分流することをなくし、期待する抵抗値を得ることができる。
【００１９】
また、超電導コイル１と並列に接続しているサイリスタスイッチ５と、超電導コイル２と並列に接続しているサイリスタスイッチ６の極性の組合せを同一としているので、超電導コイル１と超電導コイル２には、一次側のコイル３に流れる交流半波により、同時に交流電流が誘起される。このときに両方がクエンチし、両方のサイリスタゲートをＯＦＦすれば、次の交流半波でサイリスタスイッチはＯＦＦするので、この動作を最初の交流半波で行えば所定の抵抗を交流半周期以下で得られ、高速スイッチングが可能になる。
【００２０】
超電導コイル１、または超電導コイル２が超電導状態であるか、抵抗が発生し常電導部ができたかを検出する検出器１１、または１２を備えた例を図４に示す。この検出器１１，１２としては、電圧検出装置、磁場の変化を検出する装置などが考えられる。
【００２１】
上述した動作を行うための具体的な手順を図５に示す。この手順で運転を行うことにより、超電導コイルを用いた変流器は確実な動作が可能となる。この変流器は確実に高速スイッチングを行うことができる変流器である。
【００２２】
また、超電導コイル１または超電導コイル２がクエンチしたときに変流器二次側のインピーダンスが大きくなっても、一次電源４が出力を増加させて二次側のクエンチしていない方の超電導コイルをクエンチさせるに足る電流を供給できるようにしている。これにより、二次側のインピーダンスが高くなったとき、一次電源４の出力を上げることで図５に示すような電流を出力することができる。これにより、超電導コイル１と超電導コイル２をともに確実にクエンチさせることができ、所定の抵抗を得ることができる。
【００２３】
また、本発明の方式をとることにより、コイルの大きさを小さくできるため、この超電導コイルを用いた変流器を収納する容器や、周辺機器が小さくなる。コイルが小さくなり、インピーダンスも小さく抑えることができるため、一次電源の容量も小さく抑えることができる。このように、本発明の方法をとることにより、機器のコストダウンを図ることができる。
【００２４】
図６に本発明の更に他の実施例を示す。本実施例は一次側に加えた交流電流を二次側に誘起または増幅するための超電導変流器部とクエンチにより抵抗が発生する部分を分離したものである。即ち、超電導コイル１を超電導変流器部１３と抵抗発生部１４に、超電導コイル２を超電導変流器部１５と抵抗発生部１６にそれぞれ分離している。これらをそれぞれの目的に応じて分離することにより、超電導変流器部１３，１５は安定に動作できるような線材、及び構造を用いることができ、抵抗発生部１４，１６はクエンチしたときの発生抵抗が大きくなるように設計することができる。これにより、全体の構造として最適なシステムとすることができる。抵抗発生部１４，１６はインピーダンスを小さくするために例えば図７に示す如く無誘導巻きの巻き戻しコイルで構成される。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明した本発明の変流器によれば、交流半周期以下で所定の抵抗値を得ることができ、超電導コイルを用いた永久電流回路のスイッチングを高速で行うことができると共に、機器のコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の変流器の一実施例を示す回路構成図である。
【図２】従来の変流器の回路構成図である。
【図３】従来の変流器の他の回路構成図である。
【図４】本発明の変流器の他の実施例を示す回路構成図である。
【図５】本発明の他の変流器を用いた際の運転手順を示すフロー図である。
【図６】本発明の変流器の更に他の実施例を示す回路構成図である。
【図７】図６に採用される抵抗発生部の拡大図である。
【符号の説明】
１，２…超電導コイル、３…コイル、４…一次電源、５，６…サイリスタスイッチ、７…主超電導コイル、８…直流電源、９，１０…ダイオード、１１，１２…検出器、１３，１５…超電導変流器部、１４，１６…抵抗発生部。
【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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【図７】
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