(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルと、この超電導コイルに電流を供給する励磁電源と、前記超電導コイルに並列に接続された複数の機械式永久電流スイッチと、前記複数の機械式永久電流スイッチそれぞれに直列に接続してなる複数の固定抵抗とを備えた超電導装置において、
上記複数の固定抵抗は、１つのブロック部材を、複数の機械式永久電流スイッチの数だけ点対称の棒状構造に切り出して、対称点部に電流供給リードを接続し、それぞれの棒状構造の端部に機械式永久電流スイッチへの電流リードを接続した構造でなることを特徴とする超電導装置。
【請求項２】
超電導コイルと、この超電導コイルに電流を供給する励磁電源と、前記超電導コイルに並列に接続された複数の機械式永久電流スイッチと、前記複数の機械式永久電流スイッチそれぞれに直列に接続してなる複数の固定抵抗とを備えた超電導装置において、
上記複数の固定抵抗は、底板のある円筒部材を、上端部から底板の近くまで、複数の機械式永久電流スイッチの数だけ軸方向に等分割し、上記底板の中央部に電流供給リードを接続し、それぞれ等分割された上端部に機械式永久電流スイッチへの電流リードをそれぞれ接続した構造でなることを特徴とする超電導装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の超電導装置において、上記各固定抵抗の抵抗値は、ほぼ同一で、かつ１０-9ないし１０-7オームの範囲内であることを特徴とする超電導装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の超電導装置において、上記各固定抵抗を、複数の機械式永久電流スイッチの端部両側にそれぞれ設置したことを特徴とする超電導装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超電導装置に関し、特に、超電導コイルを永久電流運転するために用いられる機械式永久電流スイッチ回路の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超電導コイルの大きな特徴の一つに、コイルの電気抵抗が零であるため、ロスが無く、いったん流れ込んだ電流が永久に流れ続ける、永久電流モードにて運転ができるという利点がある。この永久電流モードでは、外部電源から切り離された電流が循環して流れ続けるため、変動のない安定した磁界が得られる。また、電気エネルギーを長時間、ロスが無く貯蔵することができる。
【０００３】
従来、大電流の永久電流を実現させる一般的な方法として、例えば特開平１−１０２９０５号公報に開示されたものと同様な図６に示すような複数の永久電流スイッチを並列に接続する回路構成のものが知られている。
図６において、１は超電導コイル、２は直流電源でなる励磁電源、３ないし５は機械式永久電流スイッチ、６ないし８は機械式永久電流スイッチ３ないし５にそれぞれ直列接続された固定抵抗である。なお、図では省略しているが励磁電源２は電力系統に接続されている。
【０００４】
次に動作について説明する。
図６において、今、超電導コイル１に通電する場合、機械式永久電流スイッチ３〜５を開極状態とし、励磁電源２の電流を徐々に上昇させる。この時、超電導コイル１には励磁電源２の電流が流れる。
【０００５】
その後、機械式永久電流スイッチ３〜５を閉極し、励磁電源２の電流を下げることにより、超電導コイル１に流れている電流は機械式永久電流スイッチ３〜５を経由する循環電流となり、減衰無く流れ続け、大電流の電気エネルギーとして蓄えられる。この状態を永久電流モードと称する。
【０００６】
一方、超電導コイル１を永久電流モードに移行する場合には、並列に接続された複数の機械式永久電流スイッチ３〜５に均等に電流が流れるようにするためにそれぞれに固定抵抗６〜８が直列に接続し、そこでの電圧降下を支配的なものにし、電流を分流させる方法が用いられている。
【０００７】
ここで、通常使用される固定抵抗６〜８の抵抗値は、１０-6〜１０-4オーム（Ω）程度である。今、一つの機械式永久電流スイッチ３に流れる電流値がＩ＝５０００アンペア（Ａ）、固定抵抗６の抵抗値がＲ＝１０-6オーム（Ω）とすれば、この固定抵抗６でのジュール発熱は、Ｑ＝Ｉ2Ｒから求めると２５ワット（Ｗ）であり、３個の並列運転では合計７５ワット（Ｗ）となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の超電導装置では、上記のように複数の機械式永久電流スイッチ３〜５に均等に電流が流れるようにすべく、それぞれに抵抗値の大きい固定抵抗６〜８が直列に接続されているために、固定抵抗間に抵抗値のばらつきが生じ、また、永久電流モード時には、固定抵抗６〜８からの多量のジュール発熱による損失が発生するとともに、循環電流が減衰するという問題点があった。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、固定抵抗間に抵抗値のばらつきが生じることのない信頼性の高い超電導装置を提供することを目的とする。
また、固定抵抗からのジュール発熱による損失が少なく信頼性の高い超電導装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る超電導装置は、超電導コイルと、この超電導コイルに電流を供給する励磁電源と、前記超電導コイルに並列に接続された複数の機械式永久電流スイッチと、前記複数の機械式永久電流スイッチそれぞれに直列に接続してなる複数の固定抵抗とを備えた超電導装置において、上記複数の固定抵抗は、１つのブロック部材を、複数の機械式永久電流スイッチの数だけ点対称の棒状構造に切り出して、対称点部に電流供給リードを接続し、それぞれの棒状構造の端部に機械式永久電流スイッチへの電流リードを接続した構造でなることを特徴とするものである。
【００１１】
また、超電導コイルと、この超電導コイルに電流を供給する励磁電源と、前記超電導コイルに並列に接続された複数の機械式永久電流スイッチと、前記複数の機械式永久電流スイッチそれぞれに直列に接続してなる複数の固定抵抗とを備えた超電導装置において、上記複数の固定抵抗は、底板のある円筒部材を、上端部から底板の近くまで、複数の機械式永久電流スイッチの数だけ軸方向に等分割し、上記底板の中央部に電流供給リードを接続し、それぞれ等分割された上端部に機械式永久電流スイッチへの電流リードをそれぞれ接続した構造でなることを特徴とするものである。
【００１２】
また、上記各固定抵抗の抵抗値は、ほぼ同一で、かつ１０-9ないし１０-7オームの範囲内であることを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、上記各固定抵抗を、複数の機械式永久電流スイッチの端部両側にそれぞれ設置したことを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１.
図１はこの発明の実施の形態１に係る超電導装置の構成を示す回路図である。
図１において、図５に示す従来例と同様な部分は同一符号を付して説明を省略する。新たな符号として、９は電流供給点、１０ないし１２は固定抵抗１６ないし１８の電流分岐端である。
【００１６】
また、図２は実施の形態１で用いる固定抵抗１６ないし１８の構造例を示す図である。
図２において、図１に示す符号と同一部分は同一符号を付して示し、その説明は省略する。
図２において、（ａ）は２つの機械式永久電流スイッチに接続する２個の固定抵抗の構造を、（ｂ）は３つの機械式永久電流スイッチに接続する３個の固定抵抗の構造を、（ｃ）は４つの機械式永久電流スイッチに接続する４個の固定抵抗の構造を、（ｄ）は５つの機械式永久電流スイッチに接続する５個の固定抵抗の構造の例をそれぞれ示す。
【００１７】
また、固定抵抗の材料は、電気抵抗の低い銅などの高純度金属部材であり、固定抵抗の構造は、１つのブロック部材から、複数の機械式永久電流スイッチの数だけ点対称の棒状構造に切り出して、対称点部に電流供給リードを接続し、それぞれの棒状構造の端部に機械式永久電流スイッチへの電流リードを接続した。
【００１８】
つまり、図２の（ａ）は１本の棒状構造に切り出して、対称点の中央部に電流供給リードを接続し、両端部に機械式永久電流スイッチへの電流リードを接続する。また、（ｂ）は３本の棒状構造に切り出して、対称点の中央部に電流供給リードを接続し、両端部に機械式永久電流スイッチへの電流リードを接続する。（ｃ）、（ｄ）も同様である。
【００１９】
ここで、図３は図２におけるそれぞれの固定抵抗での電流の流れを表したもので、矢印の方向に電流が対称的に流れることを示している。
【００２０】
また、この実施の形態１において、複数の機械式永久電流スイッチ回路において、均等に電流が流れるようにするため、直列に接続した固定抵抗の抵抗値は、ほぼ同一で、かつ１０-9ないし１０-7オーム（Ω）の範囲内である。
【００２１】
以下、この発明の実施の形態１を、図１のｎ個の機械式永久電流スイッチを並列に接続して使用する大電流超電導装置について説明する。
図１の並列接続の機械式永久電流スイッチにおいて、それぞれの機械式永久電流スイッチ３、４、５の両端にかかる電圧は次式で示される。
（Ｒ１＋ｒ１）＊Ｉ１＝（Ｒ２＋ｒ２）＊Ｉ２＝・・・＝（Ｒｎ＋ｒｎ）＊Ｉｎここで、Ｉ１、Ｉ２、・・・、Ｉｎはそれぞれｎ個の機械式永久電流スイッチに分流される電流値で、Ｒ１、Ｒ２、・・・、Ｒｎはそれぞれｎ個の機械式永久電流スイッチの接触抵抗の抵抗値、ｒ１、ｒ２、・・・、ｒｎはそれぞれｎ個の固定抵抗の抵抗値である。
【００２２】
ところで、上記接触抵抗Ｒ１、Ｒ２、・・・、Ｒｎは、例えば特公昭５６−１６９３２号公報に示されるように超電導金属材料で製作した機械式永久電流スイッチでは１０-10オーム（Ω）以下であり、ｎ個の固定抵抗の抵抗値は１０-9オないし１０-7オーム（Ω）の範囲内なので、上式の固定抵抗の抵抗値ｒ１、ｒ２、・・・、ｒｎに比べて接触抵抗の抵抗値Ｒ１、Ｒ２、・・・Ｒｎの項は小さく事実上無視できる。従って、ｎ個の固定抵抗の抵抗値が同一ならば、複数の機械式永久電流スイッチにはほぼ均一な電流が分流されることになる。
【００２３】
ここで、一つの機械式永久電流スイッチ３に流れる電流値がＩ＝５０００アンペア（Ａ）、固定抵抗１６の抵抗値がＲ＝１０-8オーム（Ω）を採用すれば、この固定抵抗１６でのジュール発熱はＱ＝Ｉ2Ｒから求めると、０.２５ワット（Ｗ）であり、３個の並列運転では合計０.７５ワット（Ｗ）と従来装置の１００分の１に減少する。
【００２４】
従って、上記実施の形態１によれば、複数の固定抵抗が、１つのブロック部材を、複数の機械式永久電流スイッチの数だけ点対称の棒状構造に切り出して、対称点部に電流供給リードを接続し、それぞれの棒状構造の端部に機械式永久電流スイッチへの電流リードを接続した構造でなり、各固定抵抗の抵抗値が、ほぼ同一で、かつ１０-9ないし１０-7オーム（Ω）の範囲内であり、さらに、電気抵抗の低い高純度金属部材でなるので、各固定抵抗の間での抵抗値のばらつきがなく、複数の機械式永久電流スイッチ間の通電電流値のバランスがよく、かつ抵抗値が安定であり、固定抵抗からのジュール発熱による損失が少なく、信頼性の高い超電導装置を提供することができる。
【００２５】
実施の形態２.
次に、図４は図２に示す実施の形態１に係る固定抵抗の構造例に対応して示す実施の形態２に係る固定抵抗の構造例を示す図である。
図４において、実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。
【００２６】
図４は４つの機械式永久電流スイッチに接続する４個の固定抵抗の構造の例を示し、固定抵抗の材料は、電気抵抗の低い銅などの高純度金属部材であり、構造は、底板のある円筒部材の上端部から底板の近くまで軸方向に４つに等分割し、底板の中央部に電流供給リードを接続し、それぞれの等分割された上端部に機械式永久電流スイッチへの電流リードを接続するようにしている。
【００２７】
実施の形態３.
次に、図５はこの発明の実施の形態３に係る超電導装置の構成を示す回路図である。
図５に示す実施の形態３は、図１におけるｎ個の機械式永久電流スイッチを並列に接続して使用する大電流超電導装置において、固定抵抗をそれぞれの機械式永久電流スイッチの端部両側に設置した例で、９ｂは電流供給点、１０ｂないし１２ｂは電流分岐端、１６ｂないし１８ｂは固定抵抗である。
【００２８】
このように、それぞれの機械式永久電流スイッチの端部両側に固定抵抗を設置すれば、１つの機械式永久電流スイッチ回路における抵抗値は２倍になるので、複数の機械式永久電流スイッチ間の通電電流値のバランスはより均一になる。
なお、この実施の形態３に、上述した実施の形態１及び２を適用できるのは勿論である。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、固定抵抗が対称構造なので、各固定抵抗の間での抵抗値のばらつきがなく、信頼性の高い装置が提供できる。
【００３０】
また、固定抵抗からのジュール発熱が少ないので、循環電流の減衰が少なく、それぞれの機械式永久電流スイッチ間の通電電流が均一に流れるため信頼性の高い装置が提供できる。
【００３１】
固定抵抗の材料に高純度金属部材を使用しているので、固定抵抗の抵抗値が安定である。
【００３２】
さらに、複数の機械式永久電流スイッチ間の通電電流値のバランスはより均一になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係る超電導装置の構成を示す回路図である。
【図２】  この発明の実施の形態１に係る固定抵抗の構造例を示す図である。
【図３】  この発明の実施の形態１に係る固定抵抗の構造に関連した電流の流れを示す図である。
【図４】  この発明の実施の形態２に係る固定抵抗の構造例を示す図である。
【図５】  この発明の実施の形態３に係る超電導装置の構成を示す回路図である。
【図６】  従来例に係る超電導装置の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１  超電導コイル、２  励磁電源、３〜５  機械式永久電流スイッチ、
９、９ｂ  電流供給点、１０〜１２、１０ｂ〜１２ｂ  電流分岐端、
１６〜１８、１６ｂ〜１８ｂ  固定抵抗。
【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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