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公開番号2025072711
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-12
出願番号2023182954
出願日2023-10-25
発明の名称超電導コイルおよび超電導磁石装置
出願人株式会社日立製作所
代理人弁理士法人磯野国際特許商標事務所
主分類H01F 6/00 20060101AFI20250501BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】永久電流運転が可能な高温超電導磁石装置において、緊急減磁の際に超電導コイルおよび永久電流スイッチの破損を防ぐことが可能な超電導コイル提供する。
【解決手段】超電導コイル巻線4と永久電流スイッチ5の各両端を超電導接続される超電導コイルにおいて、超電導コイルに電流供給するための一対のパワーリード6を有し、各両端は、それぞれ、超電導コイル巻線4を構成する超電導線(メイン線7)と、永久電流スイッチ5を構成する超電導線(PCS線8)と、それらを超電導接続する超電導接続部9とを、パワーリード6上に配置され、超電導コイル巻線4を構成する超電導線とパワーリード6が電気的に結合され、超電導接続部9を加熱するヒータ(緊急減磁ヒータ10)を備え、一対のパワーリード6間にダイオード13が配置され、ダイオードを介して前記一対のパワーリードは電気的に結合されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
超電導コイル巻線と永久電流スイッチの各両端を超電導接続される超電導コイルにおいて、
前記超電導コイルに電流供給するための一対のパワーリードを有し、
前記各両端は、それぞれ、前記超電導コイル巻線を構成する超電導線と、前記永久電流スイッチを構成する超電導線と、それらを超電導接続する超電導接続部とを、前記パワーリード上に配置され、
前記超電導コイル巻線を構成する超電導線と前記パワーリードが電気的に結合され、前記超電導接続部を加熱するヒータを備え、
前記一対のパワーリード間にダイオードが配置され、前記ダイオードを介して前記一対のパワーリードは電気的に結合されている
ことを特徴とする超電導コイル。
続きを表示（約 700 文字）【請求項２】
請求項１に記載の超電導コイルにおいて、
前記永久電流スイッチを構成する超電導線と前記パワーリードとを電気的に結合する半田の面積が、前記超電導コイル巻線を構成する超電導線と前記パワーリードとを電気的に結合する半田の面積より小さい
ことを特徴とする超電導コイル。
【請求項３】
請求項１に記載の超電導コイルにおいて、
前記永久電流スイッチを構成する超電導線と前記パワーリードとは、前記パワーリードを構成する金属より高い比抵抗を有する金属を介し電気的に結合している
ことを特徴とする超電導コイル。
【請求項４】
請求項１に記載の超電導コイルにおいて、
前記超電導接続部は、超電導バルク材および該超電導バルク材を内包する超電導接続容器で構成されており、
前記パワーリード上に配置された超電導コイル巻線を構成する超電導線と前記永久電流スイッチを構成する超電導線とが、前記超電導接続部にて超電導バルク材および超電導接続容器を介して電気的に結合されている
ことを特徴とする超電導コイル。
【請求項５】
複数の請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超電導コイルがクライオスタット内に配置され、複数の前記超電導コイル間は常電導の電流ケーブルにて接続されている
ことを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項６】
請求項５に記載の超電導磁石装置において、
複数ある前記超電導接続部を加熱する前記ヒータは直列に接続されている
ことを特徴とする超電導磁石装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、緊急減磁可能な超電導コイルと、それを用いた超電導磁石装置に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
従来の超電導電磁石装置の基本的な回路は、超電導コイルと、超電導コイルに電流を供給する励磁電源と、永久電流運転するための閉回路を形成する永久電流スイッチ（ＰＣＳ：Persistent Current Switch）と、超電導コイルに対して並列に設置された保護抵抗とダイオードからなる。上記の永久電流スイッチを加熱し常電導転移させた状態で励磁電源から超電導コイルに電流供給し、その後、永久電流スイッチを冷却し超電導状態にしてから励磁電源からの電流供給を停止することで、超電導コイルおよび永久電流スイッチからなる超電導状態の閉回路に電流が流れ続ける永久電流運転となる。これにより超電導電磁石は長期に渡って磁場を保持することが可能である。
【０００３】
この特性を活かした装置として、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging：磁気共鳴イメージング）装置やＮＭＲ（Nuclear Magnetic Resonance：核磁気共鳴）装置が実用化されている。また、励磁電源と切り離して超電導コイルを移動させることが可能なことから、発電機やモータといった回転機への応用も期待されている。
【０００４】
従来の超電導磁石において速やかに磁場を消去することが必要となった場合、超電導コイルまたは永久電流スイッチをヒータ加熱し常電導転移させる。これにより、超電導コイルおよび永久電流スイッチに並列に設けられた保護抵抗およびダイオードに電流が迂回され、ジュール発熱でエネルギーが消費されコイル電流が減衰することで速やかに磁場を消去することが可能になる。これらの操作は緊急減磁と呼ばれる。
【０００５】
複数の超電導コイルを有する装置の場合、直列接続した複数の超電導コイルと並列に永久電流スイッチを配置し、それぞれの間は冷却すると電気抵抗がゼロになる超電導接続を用いて接続する。この構成にすることで、複数の超電導コイルを有する装置でも電流減衰することなく長期に渡って磁場を保持することが可能な永久電流運転を実現できる。ただし、超電導接続は一般的な半田接続のようにやり直しができないため、複数ある超電導コイル並びに永久電流スイッチのいずれかが故障した場合、それのみを交換して修理することが不可能である。
【０００６】
そこで、１つの超電導コイルと１つの永久電流スイッチとの両端同士を超電導接続したモジュール型超電導コイルが提案されている（例えば、非特許文献１）。複数のモジュール型超電導コイルを採用した場合でも、上記手順に従って運転すれば、それぞれのモジュール型超電導コイル内の閉回路に電流が流れ続ける永久電流運転が可能である。以上のように、モジュール型超電導コイルを採用することで、超電導コイルを交換可能な汎用部品のように扱うことが可能となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
Weijun Yao et al.,“MgB2 Coils for MRI Applications”, IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY,VOL.20,NO.3,JUNE 2010
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の超電導磁石装置では、緊急減磁の際に超電導コイルまたは永久電流スイッチといった超電導素子をヒータ加熱で常電導転移させ、並列に設けた保護抵抗およびダイオードにて電流減衰させる。ただし、複数の超電導コイルを有する場合、保護抵抗が過大なジュール発熱で破損することを避けるため、保護抵抗を大型化するか、なんらかの冷却手段を設ける必要があった。また、超電導素子に高温超電導体を採用した場合、臨界温度が高いため素子全体を均等に昇温して常電導転させることが困難である。もし仮に、超電導素子の一部のみが常電導転移した場合、局所的なジュール発熱が発生して素子を破損してしまう可能性があった。
【０００９】
以上の点より、本発明の課題は、永久電流運転が可能な高温超電導磁石装置において、装置外部に設ける保護抵抗およびその冷却装置を省略可能とし、かつ、緊急減磁の際に超電導コイルおよび永久電流スイッチの破損を防ぐことが可能な超電導コイルおよび超電導磁石装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明の超電導コイルは、超電導コイル巻線と永久電流スイッチの各両端を超電導接続される超電導コイルにおいて、前記超電導コイルに電流供給するための一対のパワーリードを有し、前記各両端は、それぞれ、前記超電導コイル巻線を構成する超電導線と、前記永久電流スイッチを構成する超電導線と、それらを超電導接続する超電導接続部とを、前記パワーリード上に配置され、前記超電導コイル巻線を構成する超電導線と前記パワーリードが電気的に結合され、前記超電導接続部を加熱するヒータを備え、前記一対のパワーリード間にダイオードが配置され、前記ダイオードを介して前記一対のパワーリードは電気的に結合されていることを特徴とする。本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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