JPH06508479A - エネルギー蓄積装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 エネルギー蓄積装置 本発明は、エネルギー蓄積装置に関する。

例えば、日本国公開公報５２−９２０２９３号に記述されているように、電気コ イル形状のエネルギー蓄積装置を提供することがよく知られている。一般に、こ れらの装置は蓄積の容量を最大とするため超伝導ワイヤで形成されている。しか しながら、大きな蓄積容量を達成するには、製造、保守、およびコストの問題が 関連する大きな装置を形成しなければならない。他の例は、米国特許４９２００ ９５号に記述されている。

より小さな多数の素子から大きな磁石を合成できることがよく知られている。

これに関連して、セラミックタイルのモザイク式構造が国際出願第８９１０３５ ８１号に記述されている。この構造は、例えば、ジオメトリ−のようなスラブを 用いる必要という理由により、また、電流路をタイル内に調整することによって 磁束による電流ループのスレッドを最小とするためにそのようなタイルはインダ クタンスを最小としてしまうという理由により、エネルギー蓄積装置のために使 用するには適当でない。

本発明によれば、エネルギー蓄積装置は、比較的高温の超伝導物質から形成され た複数の電気コイルの配列を備えており、これらのコイルは、共通の軸周りに配 置され且つ同じセンスで作用電流（ｗｏｒｋｉｎｇ　ｃｕｒｒｅｎｔ）を運搬す る。

比較的高温の超伝導物質を利用した実用的なエネルギー蓄積装置を構成すること 、同じ大きさの従来の単一コイルで可能とされたものよりもより高いエネルギー 密度を達成することができること、更に、配列内に含まれる応力が単一コイルよ りも低いという驚くべき利点を発見した。

電気コイルの配列を用いたために、長さの短い導体しか必要とされず、このため 、これらのコイルを比較的高温の超伝導物質から比較的簡単に製造することが可 能となる。好ましくは、これらのコイルは約１０ｃｍまでの半径を持つ小さなも のである。小さなコイルに特許の利点は、局部的な不連続を「合計」しかつ引き 起こすような、熱的応力にょる損失を受けることが少ないだろうということであ る。大きな直径トラックでは、局部的な故障がより多く発生すると思われること から、こわれやすい物質を用いる場合にこれは特に重要である。更なる利点とし て、電磁力の支持の簡易化と、異なる負荷要求や個々の制御に対する柔軟さと　 ゛整合の可能性を許容するような様々な直列／並列配置において個々のコイルを 接続する能力と、今までは大きな比較的高温の超伝導装置に対しては達成されて いなかったケンチ保護技術（ｑｕｅｎｃｈ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎ ｉｑｕｅｓ）の異なるタイプを可能とすること、を含む。

「比較的高温」とすることにより、超伝導物質を液体ヘリウム温度まで冷却する 必要かないことを表現している。一般に、このような物質は、少なくとも液体窒 素温度（７７Ｋ）において超伝導となる。例えば、欧州特許第０２９８４６１号 に記述されているように、これらの例としてセラミックと酸化物がある。

ある一つの例では、複数のコイルが六角配列で配置され、一般には、中央コイル も設けられている。

本発明によるエネルギー蓄積装置の幾つかの例を、添付図面と共に以下に記述す る。ここで、 第１図は、一実施例の斜視図、 第２図は、第１図に示した一実施例の放射方向における磁界強度の変化を示し、 第３図は、電流輪（ｃｕｒｒｅｎｔ　ｈｏｏｐ）に基づいた数学的分析と関連し てピーク磁界と中央磁界における変化を示し、 第４図は、配列のエツジにおけるコイルの円周周囲でピーク磁界が変化する方法 を示す。

第１図に示されたエネルギー蓄積装置は、ＨＴｃ超伝導ワイヤで形成された６個 の外部小型電気コイル１〜６の配列を備える。これらのコイル１〜６は、同しタ イプの小さな中央コイル７の周囲に載置されており、これら全てのコイルか第１ 図に示された型８に収容されている。各コイル１〜７は、１０１０００ａ回数で 形成され、ｌ０ｃｍの外部半径と、９ｃｍの内部半径と、２ｃｍの長さを持つ。

各々のコイルは、コイルの１つが故障した場合に、有用な冗長を提供するようバ ックブレーン供給体（ｂａｃｋ　ｐｌａｎｅ　５ｕｐｐｌｙ）　（図示していな い）に並列に接続される。第１図は、コイル５．７の周囲における磁界強度を拡 大して示す。第２図は、コイル７の中央からコイル５を通じるような放射方向に おける磁界強度の変化を示す。

本発明を考察するため、コンピュータ上で電流輪の六角配列をモデル化し、磁界 および磁束、故に、インダクンスを計算する。このモデルに関して、我々は、要 素コイルの最も便利な形状は円形であって、これらのコイルは近接−包囲された 六角ブレーナ配列に配列されていると仮定する。この装置は、それらの最も隣接 したものから＞２ｒであるような「格子接触」によって分離された半径ｒの複数 の輪の配列によってモデル化される。このような装置は、６個の囲い対称形状を 持ち、このモデルは、６個のグループにおいて、隣合うコイル距離を徐々に増加 させることを可能にする。装置のエツジ付近における行動をシュミレートするた め、隣接者を一般には１８０°Ｃのセクターに制限することができる。

−例として、中央との間を６０ｍｍだけ分離し、それぞれが１０’アンペア回数 で半径５２．４ｍｍであるような電流輪がモデルに使用されている。第３図は、 計算に用いられる隣接者の数か増加されたときに、半径５０ｍｍにおける中央磁 界とピーク磁界がとのように減少するかを示す。明かに、コイルの長さかかなり 大きなものであるものは、ピーク磁界に対する中央の比か極値より小さくなって おり、輪モデルはその点を示すようにしである。

配列の端部て隣接者の影響は小さくなり、第４図は、配列端部のコイルの円周周 囲でピーク磁界が変化する方法を曲線で示す。

インダクタンスに到達するため、要素コイルを通じる磁束を数学的な積分によっ て計算される。輪の半径での特異点を避けるため、積分は半径の９５％のみにわ たる。

電流を１００Ａ、回数の数を１０００に採れば、一般の要素コイルのインダクタ ンスは３７．６μＨとされ、エツジコイルのインダクタンスは１１９．５μＨと される。

「ユニットセル」によって占有された領域は、０．８６６ａ２＝１．２５ｘｌＯ −２ｍ’である。１００個のそのような素子は１．２５５ｍ’を占有し、この領 域は０．６３ｍの半径を持つ。配列は、２８個のエツジコイルと６ｍＨの総イン ダクタンスを提供する７２個の内部コイルからなる。

導体の縮応力は、１００Ａ／ｍｍ２の電流密度と仮定すれば４．２Ｘ１０７Ｎ／ ｍ２であり、付加的な支持物質を必要としないで全体的に許容可能である。

比較のため、アンペア回数１０５、半径０．６３ｍｍの単一の輪の上で同一の計 算を行う。これは非常に低いピークおよび中央磁界（０，７５Ｔと０．２Ｔ）と 、２．４ｍＨのインダクタンスを持つ。同一の電流密度で、輪の応力は４．７Ｘ １０７Ｎ／ｍ’である。

これが意味することは、小さなコイル配列を用いた場合は、応力を許容可能な低 いレベルに保持するにも係わらず、より高いエネルギー密度（より多量の空間が 巻回（＊ｉｎｄｊｎｇｓ）に近接する）を達成できるということである。それ故 、このような技術は、エネルギー蓄積に関して高い磁界性能のＨＴＳＣを開発す ることを可能とする。勿論、このコストは、必要とされる導体量か増加するにつ れて増大する。しかしながら、この欠点は、製造がより容易とされ、保護が簡易 であり、自己支持を行うような導体によって相殺されるだろう。

１０］ １゜ □ ′１ 隣接者の数 角度（０） １＋＋＋＋ｌ＋＋ｌ　Ａ＋Ｎ＋、、Ｎ＋　ρＣＴ／ＧＢ　９２１０１０９５フロ ントページの続き （７２）発明者　へンリー　ビータ− イギリス　グロースターシャー　ジーエル１５５ジエイキユー　フォレスト　オ ブディーン　ウェスターン　ロッジ　（番地なし）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．比較的高温の超伝導物質から形成された複数の電気コイルの配列を備え、前 記コイルは共通軸の周囲に配置され且つ同じセンスで作用電流を運搬することを 特徴とするエネルギー蓄積装置。
2. ２．請求項１記載の装置において、前記コイルは六角配列に配列されている装置 。
3. ３．請求項１若しくは２のいづれかに記載の装置において、中央コイルが設けら れている装置。
4. ４．請求項１〜３のいづれかに記載の装置において、前記コイルは１０ｃｍより 小さいか若しくはそれに等しい半径である装置。
5. ５．請求項１〜４のいづれかに記載の装置において、前記コイルは電源に並列に 接続されている装置。