專利名稱：超導磁體用的勵磁電源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及超導磁體用的勵磁電源。
背景技術：
超導磁體用勵磁電源的保護電路大致分為切斷向超導線圈的輸出的保護電路和使向超導線圈的輸出短路的保護電路。在檢測到勵磁電源或超導磁體的任意一個的異常的情況下，斷開(切斷)彼此的連接是無可非議的保護方法。但是，在流過大的電流時斷開(切斷)彼此的關系(連接)是很危險的。此處，在專利文獻I所記載的技術中，研究與斷路器并聯地配置電容器等。
專利文獻I :日本特開平7 - 177648號公報。盡管如此，如切斷通電中的觸點那樣的保護方法并不適合大電流的控制。在大電流的控制的保護方法中，通常采用使從勵磁電源向超導線圈的輸出的兩端短路來將該勵磁電源和超導線圈實質上斷開的方法。此處，在使向超導線圈的輸出的兩端短路的方法中存在如下應該改善的方面。在發生失超(quench)等誤感測(超導線圈實際上未失超，但是，輸出失超這樣的信號)以及/或者一次側電源的停電等情況下，勵磁電源的輸出的兩端如何快速地短路很重要。若短路的定時(timing)晚，則往往因電流的驟變使超導線圈失超。即，在發生失超等的誤感測以及/或者一次側電源的停電等的情況下，期望盡可能快地使向超導線圈的輸出的兩端(勵磁電源的輸出兩端)短路。作為使輸出短路的手段，以往采用機械式開關。通常的機械式開關在輸入異常信號之后經過一些時間后進行動作(將輸入信號之后至進行動作之前的期間的時間稱為死區時間(dead time))。也存在動作速度快的機械式開關，但是，該動作速度快的機械式開關存在震顫(chattering)問題,即,在其動作中具有不穩定性。另外，在超導磁體或勵磁電源被檢測出異常的情況下，要使向超導線圈的輸出可靠地短路，但是，以往是利用機械式開關進行短路的一重對策。

實用新型內容本實用新型是鑒于上述問題而提出的，其目的在于提供一種具有如下電路結構的超導磁體用的勵磁電源能夠消除從異常的檢出(異常信號輸入)至利用機械式開關的動作使輸出短路為止的死區時間，并且，能夠比以往更可靠地使輸出短路。為了實現上述目的，本實用新型提供一種超導磁體用的勵磁電源，對具備超導線圈的超導磁體進行勵磁，其中，具有異常檢測電路，在檢測出所述超導磁體或所述勵磁電源的異常時，輸出異常信號；機械式開關，與所述超導線圈并聯配置，輸入來自所述異常檢測電路的異常信號，由此，使向該超導線圈的輸出的兩端短路；電氣式開關，與所述超導線圈以及所述機械式開關并聯配置，輸入來自所述異常檢測電路的異常信號，由此，使向該超導線圈的輸出的兩端短路。[0009]由于電氣式開關瞬時進行動作，所以，作為使向超導線圈的輸出的兩端短路的手段，使用機械式開關和該電氣式開關，從而能夠消除從異常的檢出至利用機械式開關的動作使輸出短路為止的死區時間。另外，使用機械式開關和電氣式開關，從而由雙重的保護對策帶來的系統的穩健性提高。即，能夠比以往更可靠地使輸出短路。另外，在本實用新型中，所述異常檢測電路具有第一異常檢測電路，設置在用于對向所述超導線圈的輸出進行控制的控制電路中，向所述機械式開關輸出異常信號；第二異常檢測電路，與所述第一異常檢測電路分開設置，向所述電氣式開關輸出異常信號。根據該結構，成為兩個系統的異常檢測電路，穩健性進一步提高。根據本實用新型，將使向超導線圈的輸出的兩端短路的電氣式開關與機械式開關并聯配置，從而能夠消除從異常的檢出至利用機械式開關的動作使輸出短路為止的死區時間，并且，能夠比以往更可靠地使輸出短路。

圖I是表示本實用新型的第一實施方式的勵磁電源的結構圖。圖2是圖I所示的鉗位電路(clamper)的詳細結構圖。圖3是圖I所示的半導體開關的詳細結構圖。圖4是表示本實用新型的第二實施方式的勵磁電源的結構圖。圖5是圖4所示的瞬停感測電路的詳細結構圖。圖6是表示本實用新型的第三實施方式的勵磁電源的結構圖。圖7是圖6所示的瞬停感測電路的詳細結構圖。圖8是圖6所示的半導體開關的詳細結構圖。圖9是表示本實用新型的第四實施方式的勵磁電源的結構圖。圖10是表不圖5所不的瞬停感測電路的變形例的圖。圖11是圖3所示的半導體開關的變形例的圖。其中，附圖標記說明如下I、102、103、104 勵磁電源2超導磁體3超導線圈6鉗位電路(機械式開關)10晶體管11直流電源13控制電路20半導體開關元件(電氣式開關)30瞬停檢測電路(異常檢測電路)。
具體實施方式
下面，參照附圖對用于實施本實用新型的方式進行說明。首先，參照圖廣3對本實用新型的第一實施方式的勵磁電源I進行說明。(第一實施方式)[0035](勵磁電源的結構)如圖I所示，勵磁電源I是用于對具備超導線圈3、保護二極管4、5的超導磁體2進行勵磁的電源。超導線圈3是卷繞超導線材而成的。保護二極管4、5與超導線圈3并聯配置。勵磁電源I具有直流電源11、晶體管10、控制電路13、鉗位電路6 (機械式開關)以及半導體開關元件20 (電氣式開關)。(直流電源)直流電源11由與一次側電源(交流電源)連接的變壓器(未圖示)以及將對變壓器的交流電力整流、平滑后的直流電流供給至超導線圈3的晶體管電路(未圖示)等構成。此
夕卜，在直流電源11中，也可以使用市場上銷售的開關調整器等。(晶體管)晶體管10使用通常的雙極晶體管(Bipolar transistor)。此外，也可以使用場效應晶體管(FET)、IGBT, MOSFET等功率元件。(控制電路)控制電路13是控制向超導線圈3的輸出(直流電源11的輸出)的電路。控制電路13對直流電源11的輸出電壓進行控制，能夠將輸出電壓控制為負。此外，也可以不是恒壓型的控制電路13而是恒流型的控制電路。恒流型的控制電路是如下電路對電流檢測器(未圖示)所檢測到的電流進行控制，使得在超導線圈3流過的電流(輸出電流)為恒定的電流值。另夕卜，勵磁電源的控制方式具有各種方式，除了圖I所示的晶體管降壓(transistor dropper)方式之外,還具有電橋型、用電橋型進行PWM控制的方式等。(機械式開關)作為機械式開關的鉗位電路6與超導線圈3并聯連接。鉗位電路6是利用經由電信號路徑14輸入的異常信號使向超導線圈3的輸出的兩端短路的開關。此外，在前述的控制電路13中組裝有在檢測出超導磁體2 (超導線圈3)或勵磁電源I的異常時向電信號路徑14輸出異常信號的異常檢測電路。該異常檢測電路是公知的電路結構且是能夠容易實現的電路結構，因此省略其詳細的說明。如圖2所示，鉗位電路6是具有觸點6a、線圈6b以及晶體管6c的繼電器，由B觸點構成。B觸點是指利用電信號Low進行動作的觸點，構成為利用電信號Low使觸點6a閉合接通、利用電信號High使觸點6a打開。通常時處于如下狀態從電信號路徑14輸入電信號High,晶體管6c導通(ON),由此,線圈6b被勵磁,利用電磁力使觸點6a打開。另一方面，當從電信號路徑14輸入異常信號(電信號Low)時，晶體管6c截止(OFF)，線圈6b處于非勵磁狀態，利用彈簧力使觸點6a閉合接通。由此，使向超導線圈3的輸出的兩端短路。此外，鉗位電路6既可以如本實施方式那樣由B觸點構成，也可以由A觸點構成。A觸點是利用電信號High進行動作的觸點，構成為利用電信號Low使觸點6a打開、利用電信號High使觸點6a閉合接通。關于選擇由A觸點構成鉗位電路6還是由B觸點構成鉗位電路6，都要考慮安全性或根據電路結構上的情況等來進行改變。本實施方式是認為如下情況安全的例子若存在布線的斷線等，則線圈6b成為非勵磁狀態，使觸點6a閉合接通。(電氣式開關)[0050]作為電氣式開關的半導體開關元件20與超導線圈3以及鉗位電路6并聯連接。半導體開關元件20是利用經由從電信號路徑14分支的電信號路徑27輸入的異常信號使向超導線圈3的輸出的兩端短路的開關。如圖3所示，半導體開關元件20是具備光耦合器24、N溝道功率M0SFET21、22以及電容器 25 的繼電器。此外，MOSFET 是 Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor的縮寫。將半導體中的NPN結構的溝道稱為N溝道。電容器25是電場電容器。另外，光耦合器(photocoupler)是將所輸入的電信號變換成光并且通過利用該光使受光元件導通來傳遞信號的元件。關于N溝道功率M0SFET21，使用其漏極D相對于源極S為正側(通常的使用方法)。相對于此，關于N溝道功率M0SFET22，與通常相反，即，使用漏極D相對于源極S為負側。該使用方法是利用了 N溝道功率MOSFET即便使漏極D和源極S顛倒也流過電流的情況的方法。N溝道功率MOSFET具有如下性質若柵極G相對源極S具有+10V，則漏極D和源極S 之間的電阻幾乎為零，若柵極G相對于源極S為0V，則漏極D和源極S之間的電阻幾乎無限大。當從電信號路徑27向光耦合器24輸入異常信號時，其內部的晶體管導通，在電阻23上產生電壓(例如10V)，N溝道功率M0SFET21、22導通，兩FET的漏極D和源極S之間的電阻幾乎為零。由此，向超導線圈3的輸出的兩端短路。此外，在半導體開關元件20中，在未設置N溝道功率M0SFET22而僅設置N溝道功率M0SFET21的情況下，利用在結構上內置的體二極管(寄生二極管)，在負方向(在圖3中從下向上的方向)上始終為通。在本實施方式中，以雙方向同樣地發揮功能的方式串聯配置兩個N溝道功率MOSFET 21、22。電容器25使用充分大的容量的電容器，在停電后電壓也殘存一段時間。此外，在流過超導線圈3的電流大的情況下，并聯配置多個N溝道功率M0SFET21、22，確保電流容量。半導體開關元件20與機械式開關并用，此外，限定動作時間，由此，無需考慮其散熱等，并且能夠以小型的基板形成。另外，也可以不是使用光耦合器24、N溝道功率M0SFET21、22等的半導體開關元件20而是改變控制的極性作為P溝道功率M0SFET，還可以是使用了其他元件的電氣式開關。(異常檢出時的各開關的動作)超導磁體2的異常檢出是指超導線圈3發生失超并檢測出該失超的情況。此外，若提高檢測靈敏度，則會發生失超的檢出為誤感測，但是，由于無法區別失超檢出時是否是誤感測，所以都做同樣的處置。勵磁電源I的異常檢出包括檢測出直流電源11、控制電路13等的異常的情況和檢測出一次側電源的停電(特別是瞬停、瞬低)的情況的任意一種。此夕卜，一次側電源是指向構成勵磁電源I的直流電源11提供電力(供電)的電源。此處，以感測出失超的情況為例，對異常檢出時的各開關的動作進行說明。若檢測出超導磁體2的異常(實際上是誤感測失超)時，利用控制電路13使向超導線圈3的輸出電流為零，并且，向鉗位電路6以及半導體開關元件20輸出異常信號。若向鉗位電路6輸入異常信號(電信號Low)，則晶體管6c截止，線圈6b成為非勵磁狀態，利用彈簧力使觸點6a閉合接通。由此，向超導線圈3的輸出的兩端短路。另一方面，若向半導體開關元件20輸入異常信號，則在電阻23上產生電壓，N溝道功率M0SFET21、22導通，兩FET的漏極D和源極S之間的電阻幾乎為零。由此，向超導線圈3的輸出的兩端短路。[0059]此處，鉗位電路6的觸點6a利用彈簧力閉合接通，因此，向鉗位電路6輸入異常信號之后到觸點6a閉合接通為止需要些許時間。相對于此，半導體開關元件20瞬時進行動作。作為使向超導線圈3的輸出的兩端短路的手段，使用機械式的鉗位電路6和半導體開關元件20，由此，能夠消除從異常的檢出到利用鉗位電路6的動作使輸出短路(觸點6a閉合接通)為止的死區時間。另外，使用機械式的鉗位電路6和半導體開關元件20，由此，由雙重的保護對策帶來的系統的穩健性提高。即，與僅使用機械式的鉗位電路6的以往技術相t匕，能夠可靠地使輸出短路。此外，在使向超導線圈3的輸出短路后，實際發生失超的情況下，保持原樣地等待到失超狀態結束。另一方面，如果明確了是誤感測出失超，則利用控制電路13控制直流電源11的輸出電流，使直流電源11的輸出電流與流過超導線圈3的電流一致之后，將鉗位電路6的觸點6a打開(將鉗位電路6打開)，并且，使N溝道功率M0SFET21、22的漏極D和源極S之間的電阻返回到幾乎無限大(使半導體開關元件20打開)。(第二實施方式) 參照圖4、5對本實用新型的第二實施方式的勵磁電源102進行說明。與第一實施方式的差異在于，在本第二實施方式中，將外置的瞬停檢測電路30附加在勵磁電源上。組裝在控制電路13中并向鉗位電路6輸出異常信號的異常檢測電路相當于本實用新型的第一異常檢測電路，瞬停檢測電路30相當于本實用新型的第二異常檢測電路。如圖4所示，勵磁電源102電路構成為，瞬停檢測電路30通過(經由)控制電路13向半導體開關元件20輸出異常信號。從瞬停檢測電路30經由電信號路徑35向控制電路13輸出異常信號。(瞬停檢測電路)如圖5所示，瞬停檢測電路30是具備變壓器31 (變壓器)、光耦合器33以及計時器IC34的電路。在用變壓器31對AC200V進行降壓并向光耦合器33輸入時，由光耦合器33做成半波整流后的波形脈沖信號。該波形脈沖信號輸入至計時器IC34的復位端子。定時器IC34的時間設定為例如20msec。在發生停電而不向計時器IC34輸入波形脈沖信號并經過20msec時，從瞬停檢測電路30向電信號路徑35輸出異常信號。此外，如果使用交流輸入型的光耦合器，則成為全波整流后的波形脈沖信號，能夠進行更準確的異常(停電)檢測。另外，也可以做成將變壓器31置換為電阻器、電容器的電路。根據本實施方式的勵磁電源102，在勵磁電源中設置兩個異常檢測電路，由此，成為兩個系統的異常檢測電路，穩健性進一步提高。另外，由于電路構成為瞬停檢測電路30經由控制電路13向半導體開關元件20輸出異常信號，所以，能夠將針對鉗位電路6的信號系統和針對半導體開關元件20的信號系統一部分共同化，能夠做成簡潔的電路結構。此外，作為外置的第二異常檢測電路，可以不是感測停電的如本實施方式那樣的瞬停檢測電路30而是若超導線圈3的電壓增大則儀表開關(meter switch)導通那樣的過電壓檢測電路，也可以是檢測超導線圈3的失超的失超檢測電路。(第三實施方式)參照圖61對本實用新型的第三實施方式的勵磁電源103進行說明。與第二實施方式的差異在于，在本第三實施方式中，從瞬停檢測電路30A向控制電路13輸出異常信號，并且，從瞬停檢測電路30A向半導體開關元件20A (電氣式開關)直接輸出異常信號。從瞬停檢測電路30A經由電信號路徑35a向控制電路13輸出異常信號，從瞬停檢測電路30A經由電信號路徑35b向半導體開關元件20A輸出異常信號。瞬停檢測電路30A相當于本實用新型的第二異常檢測電路。(瞬停檢測電路)如圖7所示，瞬停檢測電路30A是能夠輸出兩個系統的異常信號的電路，是具有變壓器31 (變壓器)、光耦合器33、37、38以及計時器IC34的電路。關于使信號在異常時為High還是在正常時為High，由計時器IC34的輸出的邏輯決定，哪一個都能夠選定的計時器IC較多。此外，還可以從瞬停檢測電路30A向鉗位電路6直接輸出異常信號。(電氣式開關)半導體開關元件20A是利用來自電信號路徑35a、14,27的異常信號或來自電信號路徑35b的異常信號進行動作的開關，在圖8中示出其電路例子。若光耦合器24或光耦合器28截止(0FF)，則N溝道功率M0SFET21、22的柵極G相對于源極S為例如+10V，N溝道 功率M0SFET21、22導通而成為導通狀態(短路狀態)。若兩個光耦合器24、28導通，則在電阻器29的兩端產生電壓，N溝道功率M0SFET21、22的柵極G相對于源極S為例如+IV (幾乎為零)，N溝道功率M0SFET21、22截止而成為非導通狀態(切斷狀態)。此外，圖8所示的電路結構是向半導體開關元件20A輸入的信號在正常時為High、在異常時為Low的情況的例子。當然，也可以做成在正常時為Low、在異常時為High的電路結構。根據本實施方式的勵磁電源103，加入了用于不經由控制電路13向半導體開關元件20A輸出異常信號即向半導體開關元件20A直接輸出異常信號的電路，由此，動作變得更快。另外，針對半導體開關元件20A的信號系統為雙重，所以，能得到即使任一個信號系統發生故障也能夠動作的穩健性。(第四實施方式)圖9是表示本實用新型的第四實施方式的勵磁電源104的結構圖。如圖9所示，可以僅從瞬停檢測電路30A向半導體開關元件20輸入(直接輸入)異常信號。此外，優選該情況下也將來自瞬停檢測電路30A的異常信號向控制電路13輸入。這是因為，能夠將一次側電源的停電(特別是瞬停、瞬低)信號從瞬停檢測電路30A向鉗位電路6快速輸入。(瞬停感測電路的變形例)圖5所示的瞬停檢測電路30是若解除停電狀態則也自動解除異常信號的電路，但是，也有時做成即使解除停電狀態也保持異常信號而不隨意解除異常信號的電路比較有效。圖10所示的瞬停檢測電路30B是即使解除停電狀態也保持異常信號而不隨意解除異常信號的結構的電路。瞬停檢測電路30B相當于本實用新型的第二異常檢測電路。S卩，第二異常檢測電路有時電路構成為在超導磁體或勵磁電源的異常狀態被解除后也自保持異常信號的輸出比較有效。這是因為，能夠充分確認是沒有再次變為異常狀態的狀態。根據瞬停檢測電路30B，對于從觸點37c輸出的異常信號來說，即使停電狀態被解除而沒有異常信號(返回到正常信號)，也由線圈37a和觸點37b自保持，一直保持至利用外部的觸點41解除。關于觸點37c,是A觸點還是B觸點，由控制的邏輯決定。(半導體開關的變形例)圖11是表示圖3所示的半導體開關元件20的變形例的圖。在誤感測出失超而使輸出短路后或因停電(特別是瞬停、瞬低)而使輸出短路后，關于打開鉗位電路6以及半導體開關元件20的控制，關于由鉗位電路6以及半導體開關元件20中的哪一個電路打開，由鉗位電路6打開的情況和由半導體開關元件20打開的情況下各自都有效果。圖11所示的半導體開關元件20B (電氣式開關)能夠控制該半導體開關元件20B打開的定時(時機)。附加輸入用于控制N溝道功率M0SFET21、22的導通的控制輸入信號的光耦合器28，由此，能夠控制半導體開關元件20B打開的定時。此外，若是在打開鉗位電路6后打開半導體開關元件20B的控制，則具有能夠避免鉗位電路6的震顫的效果。S卩，若利用鉗位電路6 (機械式開關)打開短路的輸出的兩端的時機比利用半導體開關元件20B (電氣式開關)打開短路的輸出的兩端的時機早，則具有能夠避免鉗位電路6的震顫的效果。 以上，對本實用新型的實施方式進行了說明，但是，本實用新型并不限于上述實施方式，在實用新型技術方案的范圍內能夠進行各種變更來實施。
權利要求1.一種超導磁體用的勵磁電源，對具備超導線圈的超導磁體進行勵磁，其特征在于，具有 異常檢測電路，在檢測出所述超導磁體或所述勵磁電源的異常時，輸出異常信號； 機械式開關，與所述超導線圈并聯配置，輸入來自所述異常檢測電路的異常信號，由此，使向該超導線圈的輸出的兩端短路；以及 電氣式開關，與所述超導線圈以及所述機械式開關并聯配置，輸入來自所述異常檢測電路的異常信號，由此，使向該超導線圈的輸出的兩端短路。
2.如權利要求I所述的超導磁體用的勵磁電源，其特征在于， 所述異常檢測電路具有 第一異常檢測電路，設置在控制向所述超導線圈的輸出的控制電路中，向所述機械式開關輸出異常信號；以及 第二異常檢測電路，與所述第一異常檢測電路分開設置，向所述電氣式開關輸出異常信號。
3.如權利要求2所述的超導磁體用的勵磁電源，其特征在于， 所述第二異常檢測電路經由所述控制電路向所述電氣式開關輸出異常信號。
4.如權利要求2所述的超導磁體用的勵磁電源，其特征在于， 所述第二異常檢測電路向所述電氣式開關直接輸出異常信號。
5.如權利要求3所述的超導磁體用的勵磁電源，其特征在于， 所述第二異常檢測電路還向所述電氣式開關直接輸出異常信號。
6.如權利要求2 5中任一項所述的超導磁體用的勵磁電源,其特征在于， 所述第二異常檢測電路在所述超導磁體或所述勵磁電源的異常狀態被解除后，還自保持異常信號的輸出。
7.如權利要求2 5中任一項所述的超導磁體用的勵磁電源,其特征在于， 使利用所述機械式開關打開所述輸出的兩端的時機比利用所述電氣式開關打開所述輸出的兩端的時機早。
專利摘要本實用新型提供具有如下電路結構的超導磁體用的勵磁電源消除從異常的檢出到利用機械式開關的動作使輸出短路為止的死區時間，并且能比以往更可靠地使輸出短路。該勵磁電源是對具備超導線圈(3)的超導磁體(2)進行勵磁的勵磁電源(102)。勵磁電源(102)具有瞬停檢測電路(30)，在檢測出勵磁電源的瞬停異常時輸出異常信號；鉗位電路(6)，與超導線圈(3)并聯設置，輸入來自瞬停檢測電路(30)的異常信號，從而使向超導線圈(3)的輸出的兩端短路；半導體開關元件(20)，與超導線圈(3)及鉗位電路(6)并聯配置，輸入來自瞬停檢測電路(30)的異常信號，從而使向超導線圈(3)的輸出的兩端短路。
文檔編號H02H3/08GK202586276SQ20122009973
公開日2012年12月5日 申請日期2012年3月16日 優先權日2011年4月28日
發明者永浜恭秀 申請人:日本超導體技術公司