(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導細線を並列に複数本束ねて構成される超電導ケーブル送電装置において、各超電導細線の各々は一次巻線として異なる変圧器に直列接続され、各変圧器の２次側は全て直列接続したことを特徴とする超電導ケーブル送電装置。
【請求項２】
超電導細線を並列に複数本束ねて交流超電導マグネットを構成した超電導ケーブル送電装置において、各超電導細線の各々は一次巻線として変圧器に直列接続され、各変圧器の２次側は全て直列接続したことを特徴とする超電導ケーブル送電装置。
【請求項３】
超電導細線を並列に複数本束ねて構成される超電導ケーブルを使用して送電を行う送電装置において、
前記各超電導細線毎に変圧器が設けられ、各超電導細線には対応する変圧器の一次巻線が直列に接続され、同一位相の電流の流れる超電導細線に対応する各変圧器の二次巻線は順次直列に接続されてループを形成していることを特徴とする超電導ケーブル送電装置。
【請求項４】
前記超電導細線が、並行導体、同軸導体または撚線導体を構成していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の超電導ケーブル送電装置。
【請求項５】
前記変圧器が、超電導細線の巻線された超電導変圧器または銅線やアルミなどの導線の巻線された常電導変圧器であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の超電導ケーブル送電装置。
【請求項６】
前記超電導細線の材質は、ＮｂＴｉやＮｂ3 Ｓｎなどの低温超電導材料またはＢｉ系やＹ系などの高温超電導材料であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の超電導ケーブル送電装置。
【請求項７】
多数個のマグネットを並列接続したものにおいて、各マグネットを構成する細線の各々は一次巻線として異なる変圧器に直列接続され、各変圧器の２次側は全て直列接続したことを特徴とする超電導ケーブル送電装置。
【請求項８】
各変圧器の二次巻線は順次直列に接続されてループを形成していることを特徴とする請求項７に記載の超電導ケーブル送電装置。
【請求項９】
前記送電装置に使用する電源は電源は時間的に変化する任意波形のものを含むことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の超電導ケーブル送電装置。
【請求項１０】
超電導細線を並列に複数本束ねて構成される超電導ケーブルを使用して送電を行う方法において、前記各超電導細線毎に流れる電流を異なる変圧器の一次巻線に流し、超電導細線に対応する各変圧器の二次巻線に同一電流が流れるようにしたことを特徴とする超電導ケーブルを使用した偏流防止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電流特に交流が流れる超電導ケーブル送電装置およびそれを使用した偏流防止方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
交流超電導線は、商用周波数を通電しても交流損失を小さくしなければならないため、線径が限定され、大電流を通電することができる交流導体を製作することが困難である。したがって、交流超電導ケーブルを大電流に対応させるためには、超電導細線を複数本束ねている。この各超電導細線は並列接続となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、各超電導細線のインダクタンスにバラツキが存在したり、超電導細線の端部での接続抵抗に不揃いが生じたりして、各超電導細線に電流が均一には流れない、所謂、偏流の問題がある。そのために、交流超電導ケーブルの通電能力の低下と交流損失が増大するという問題が発生する。また、各超電導細線のインダクタンスを可能な限り等しくするために成形撚線やスパイラル状ケーブルが採用されている。しかし、この様に導体を撚ることにより超電導細線に過度の応力がかかり本来の超電導性能が低下するおそれがある。
【０００４】
そこで本発明は、交流を流した際の偏流を防ぎ、通電能力の低下や交流損失の増大などを防止することができる超電導ケーブル送電装置およびそれを使用した偏流防止方法を提供することを目的とする。
また、多数個のマグネットにおいて、その素線に流れる電流を均一化する送電装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明が採用した課題解決手段は、
超電導細線を並列に複数本束ねて構成される超電導ケーブル送電装置において、各超電導細線の各々は一次巻線として異なる変圧器に直列接続され、各変圧器の２次側は全て直列接続したことを特徴とする超電導ケーブル送電装置であり、
超電導細線を並列に複数本束ねて交流超電導マグネットを構成した超電導ケーブル送電装置において、各超電導細線の各々は一次巻線として変圧器に直列接続され、各変圧器の２次側は全て直列接続したことを特徴とする超電導ケーブル送電装置であり、
超電導細線を並列に複数本束ねて構成される超電導ケーブルを使用して送電を行う送電装置において、前記各超電導細線毎に変圧器が設けられ、各超電導細線には対応する変圧器の一次巻線が直列に接続され、同一位相の電流の流れる超電導細線に対応する各変圧器の二次巻線は順次直列に接続されてループを形成していることを特徴とする超電導ケーブル送電装置であり、
前記超電導細線が、並行導体、同軸導体または撚線導体を構成していることを特徴とする超電導ケーブル送電装置であり、
前記変圧器が、超電導細線の巻線された超電導変圧器または銅線やアルミなどの導線の巻線された常電導変圧器であることを特徴とする超電導ケーブル送電装置であり、
前記超電導細線の材質は、ＮｂＴｉやＮｂ3 Ｓｎなどの低温超電導材料またはＢｉ系やＹ系などの高温超電導材料であることを特徴とする超電導ケーブル送電装置であり、
多数個のマグネットを並列接続したものにおいて、各マグネットを構成する細線の各々は一次巻線として異なる変圧器に直列接続され、各変圧器の２次側は全て直列接続したことを特徴とする超電導ケーブル送電装置であり、
前記各マグネットを構成する細線の各々は一次巻線として異なる変圧器に直列接続され、各変圧器の二次巻線は順次直列に接続されてループを形成していることを特徴とする超電導ケーブル送電装置であり、
前記送電装置に使用する電源は電源は時間的に変化する任意波形のものを含むことを特徴とする超電導ケーブル送電装置であり、
超電導細線を並列に複数本束ねて構成される超電導ケーブルを使用して送電を行う方法において、前記各超電導細線毎に流れる電流を異なる変圧器の一次巻線に流し、超電導細線に対応する各変圧器の二次巻線に同一電流が流れるようにしたことを特徴とする超電導ケーブルを使用した偏流防止方法である。
【０００６】
【実施の形態】
次に、本発明における超電導ケーブルの実施の第１の形態を図１を用いて説明する。図１は本発明における超電導ケーブルを用いた送電回路の概略の回路図である。
交流電源１から負荷２に交流が給電される。この交流電源１と負荷２とは二本の交流送電ケーブルとしての超電導ケーブル３，４が直列に接続されている。超電導ケーブル３は、二本の束ねられた超電導細線３ａ，３ｂを具備し、この超電導細線３ａ，３ｂ同士は並列に接続されている。超電導細線３ａ，３ｂはＮｂＴｉ（ニオブチタン合金）やＮｂ3 Ｓｎ（ニオブ錫合金）などの低温超電導材料またはＢｉ（ビスマス）系やＹ（イットリウム）系などの高温超電導材料である。そして、超電導ケーブル３の端部には２個の変圧器Ｈ１，Ｈ２が設けられ、各変圧器Ｈ１，Ｈ２の一次巻線Ｌ１，Ｌ３が超電導細線３ａ，３ｂに直列に接続されている。また、超電導ケーブル３の変圧器Ｈ１，Ｈ２の二次巻線Ｌ２，Ｌ４は順次極性が加算される様に直列に接続されてループを形成している。なお、変圧器Ｈ１，Ｈ２は略同じ構造となっており、たとえば一次巻線Ｌ１，Ｌ３や二次巻線Ｌ２，Ｌ４の巻線などは略同じである。この変圧器Ｈ１，Ｈ２は、超電導細線の巻線された超電導変圧器または銅線やアルミなどの導線の巻線された常電導変圧器である。そして、超電導ケーブル４は超電導ケーブル３と略同様な構造となっており、並列に接続された二本の束ねられた超電導細線４ａ，４ｂを具備するとともに、端部には各々２個の変圧器Ｈ３，Ｈ４が設けられ、各変圧器Ｈ３，Ｈ４の一次巻線Ｌ５，Ｌ７が超電導細線４ａ，４ｂに直列に接続され、超電導ケーブル４の変圧器Ｈ３，Ｈ４の二次巻線Ｌ６，Ｌ８は順次極性が加算される様に直列に接続されてループを形成している。そして、超電導ケーブル３，４に通電時は、超電導細線３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂが超電導状態となるように冷却されている。なお、二本の超電導ケーブル３，４は別体に分離して配置されているが、合体させて一本のケーブルとすることも可能である。ただし、内部では超電導ケーブル３の部分と超電導ケーブル４の部分とは隔離されており、また、超電導ケーブル３と超電導ケーブル４とは位相が同じとなっている。
【０００７】
次に、本発明における超電導ケーブルの実施の第２の形態を図２を用いて説明する。図２は本発明における超電導ケーブルを用いた交流超電導マグネットへの給電回路の概略の回路図である。
交流電源６から交流超電導マグネット７に交流が給電される。この交流超電導マグネット７は第１実施形態の超電導ケーブル３，４と同じな構成からなる２本の超電導ケーブルを１導体としてコイル状に巻いて構成されている。超電導細線７ａ，７ｂ同士は並列に接続されており、超電導ケーブル７ａ、７ｂには変圧器Ｈ５，Ｈ６が設けられ、各変圧器Ｈ５，Ｈ６の一次巻線Ｌ９，Ｌ１１が超電導細線７ａ，７ｂに直列に接続されている。こうして交流超電導マグネット７に於ける偏流を防止することができる。
【０００８】
上記実施の第１の形態および実施の第２の形態の効果を検証するために、図３に図示する実験回路で実験を行った。図３は実験回路の回路図である。
交流電源１１には、変圧器Ｈ７，Ｈ８が並列に接続され、この変圧器Ｈ７，Ｈ８の一次巻線Ｌ１３，Ｌ１５に超電導細線からなるコイル１２，１３を直列に接続し、このコイル１２，１３の他端部は合流して配線１４を介して交流電源１１に接続されている。コイル１２，１３は各々インダクタンスの異なるツイスト加工をしていないＢｉ２２２３系銀シーステープ線で、液体窒素により７７°Ｋに冷却されている。インダクタンスは第１コイル１２が1.35mHで、第２コイル１３が6.15mHである。また、変圧器Ｈ７，Ｈ８は略同じ構造で、二次巻線Ｌ１４，Ｌ１６は順次極性が加算される様に直列に接続されてループを形成している。
【０００９】
そして、交流電源１１の電源電圧を４０Ｖとし、第１コイル１２に電流I1＝２Ａを流すと、第２コイル１３には、電流I2＝1.93Ａが流れる。その結果を、図４に図示する。図４は電流のグラフで、（ａ）が第１コイル１２および第２コイル１３のグラフ、（ｂ）が変圧器の二次巻線のグラフである。変圧器Ｈ７，Ｈ８の二次巻線Ｌ１４，Ｌ１６には電流I3が流れている。また、変圧器Ｈ７，Ｈ８を設けない場合には、電流I1および電流I2は、図５に図示するようになり、電流I1が２Ａの時には、電流I2は0.41Ａとなった。図５は変圧器を設けない場合の電流のグラフである。
この図４および図５のグラフからも分かるように、変圧器Ｈ７，Ｈ８を設けると、変圧器を設けない場合に比して、コイル１２，１３に流れる電流を均流化することができる。この結果から、実施の第１の形態および実施の第２の形態においても、各変圧器の一次巻線の電流（すなわち、超電導細線に流れる電流）は互いに略同じ値となり、偏流を防止することができる。
【００１０】
実施の第１の形態および実施の第２の形態では、各超電導ケーブルの超電導細線は二本で構成されているが、超電導細線は複数であれば、何本でも良い。そして、超電導ケーブルが三本の超電導細線を具備している場合を、図６に図示する。図６は超電導ケーブルが三本の超電導細線を具備している場合の電気回路である。
変圧器Ｈ９，Ｈ１０，Ｈ１１は、超電導ケーブル１７の超電導細線１７ａ，１７ｂ，１７ｃの本数分（この場合には三本）設けられる。そして、交流電源１６から超電導ケーブル１７に交流が給電される。この超電導ケーブル１７は三本の束ねられた超電導細線１７ａ，１７ｂ，１７ｃを具備し、この超電導細線１７ａ，１７ｂ，１７ｃ同士は並列に接続されている。そして、超電導ケーブル１７の端部には設けられた各変圧器Ｈ９，Ｈ１０，Ｈ１１の一次巻線Ｌ１７，Ｌ１９，Ｌ２１が超電導細線１７ａ，１７ｂ，１７ｃに直列に接続されている。また、超電導ケーブル１７の変圧器Ｈ９，Ｈ１０，Ｈ１１の二次巻線Ｌ１８，Ｌ２０，Ｌ２２は順次極性が加算される様に直列に接続されてループを形成している。そして、変圧器Ｈ９，Ｈ１０，Ｈ１１を設けると、変圧器を設けない場合に比して、超電導細線１７ａ，１７ｂ，１７ｃに流れる電流を均流化することができる。
【００１１】
なお、前述の実施の形態では、変圧器は超電導ケーブルの端部に設けられているが、超電導ケーブルの中間部に設けることも可能である。また上記例では、超電導ケーブルの送電装置について説明したが、この送電装置は多数個のマグネットを並列接続したものにおける偏流を防止する手段として利用することもできる。さらに、上記送電装置に使用する電源も交流に限ることなく、時間的に変化する任意波形の電源でも使用することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内で種々の形態を実施することが可能である。
【００１２】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明によれば、超電導ケーブルの各超電導細線に電流が均一に流れることができ、所謂、偏流の問題が解消する。その結果、交流超電導ケーブルの通電能力の低下や、交流損失の増大を防止することができる。また、並行導体、同軸導体の構成でも、各超電導細線に電流が均一に流れることができるため、超電導細線を撚る必要がなくなる。その結果、超電導細線に過度の応力がかかることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における超電導ケーブルを用いた送電回路の概略の回路図である。
【図２】本発明における超電導ケーブルを用いた交流超電導マグネットへの給電回路の概略の回路図である。
【図３】実験回路の回路図である。
【図４】電流のグラフで、（ａ）が第１コイル１２および第２コイル１３のグラフ、（ｂ）が変圧器の二次巻線のグラフである。
【図５】変圧器を設けない場合の電流のグラフである。
【図６】超電導ケーブルが三本の超電導細線を具備している場合の電気回路である。
【符号の説明】
Ｈ１〜Ｈ１１  変圧器
Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５，Ｌ７，Ｌ９，Ｌ１１，Ｌ１３，Ｌ１５，Ｌ１７，Ｌ１９，Ｌ２１  一次巻線
Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６，Ｌ８，Ｌ１０，Ｌ１２，Ｌ１４，Ｌ１６，Ｌ１８，Ｌ２０
二次巻線
３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ，８ａ，８ｂ，１２，１３，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ
超電導細線
３，４，８，１７  超電導ケーブル
７  交流超電導マグネット
【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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