(57)【要約】【課題】電流リードのクエンチを容易に未然に防ぐことによって超電導体を用いた電流リードの信頼性を向上することができる電流リードシステムおよび電流リードの保護方法を提供する。【解決手段】本発明に係る電流リードシステム１０は、高温側電極１１と、低温側電極１２と、高温側電極１１と低温側電極１２とを電気的に接続する電流リード群１３と、電流リード群１３の近傍に配設される第１のコイル２１および第２のコイル２２と、第１のコイル２１に接続された導線２３、電源２４および他の電源２５と、第２のコイル２２に接続された電流計２６と、切替部群３０とを有する。電流リード群１３の経験磁場が時間変化する場合、切替部群３０のうち第１の切替部３１のみが短絡されていると、第１のコイル２１から生じる誘導磁場により、電流リード群１３の経験磁場の時間変化が低減される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低温におかれた超電導装置に対して常温におかれた主電源から電流を供給する電流リードを備えた電流リードシステムであって、
前記主電源と電気的に接続された高温側電極と、
前記超電導装置と電気的に接続された低温側電極と、
前記高温側電極に対して通電方向の一端が電気的に接続され、かつ前記低温側電極に対して前記通電方向の他端が電気的に接続され、超電導体により構成されて超電導状態で利用される電流リードと、
前記電流リードの近傍に配設され、前記電流リードの超電導状態から常電導状態への転移を未然に防ぐために利用されるコイルと、
を備えたことを特徴とする電流リードシステム。
【請求項２】
前記電流リードは複数備えられるとともに、
前記コイルに接続されて前記コイルに電流を供給する電源をさらに備え、
前記複数の電流リードは、
前記電流リードのそれぞれの通電方向の一端が前記高温側電極と電気的に接続され、かつ他端が前記低温側電極と電気的に接続されることにより互いに電気的に並列に接続されるとともに、互いに離間して配設され、
前記電源により前記コイルに流される電流の向きは、
前記電源により前記コイルに電流を流すことにより前記コイルから生じる磁場が、前記超電導装置の定常運転中に磁場前記電流リードが経験する磁場の向きと逆向きの成分を有する磁場となる向きである、
請求項１記載の電流リードシステム。
【請求項３】
前記コイルは、
前記電流リードが経験する磁場の時間変化に応じて複数の電流リードと前記高温側電極と前記低温側電極とで囲まれた面を貫く磁束が時間変化すると、前記電流リードが経験する磁場の時間変化に応じて前記コイルのループ面を貫く磁束も時間変化することにより前記囲まれた面を貫く磁束の時間変化を妨げる向きに誘導磁場を発生可能な位置に配設された、
請求項１記載の電流リードシステム。
【請求項４】
前記コイルに接続され、前記コイルの電圧および電流の少なくとも一方を検出する検出手段をさらに備え、
前記コイルは、
複数の電流リード間で通電性能に差があると前記複数の電流リードと前記高温側電極と前記低温側電極とで構成される閉回路に流れる偏流の時間変化を検知可能なように、前記閉回路と前記コイルとが相互誘導可能であり、かつ、前記偏流の時間変化により前記コイルに前記相互誘導された電圧および電流の少なくとも一方を前記検出手段が検出可能である位置に配設された、
請求項１記載の電流リードシステム。
【請求項５】
極低温におかれた超電導装置に対して常温におかれた主電源から電流を供給する電流リードを備えた電流リードシステムであって、
超電導体により構成され、超電導状態で利用される複数の電流リードと、
前記主電源と電気的に接続された高温側電極と、
前記超電導装置と電気的に接続された低温側電極と、
前記電流リードの近傍に配設された第１のコイルと、
この第１のコイルの内側でかつ前記電流リードの近傍に配設された第２のコイルと、
前記第２のコイルに接続され、前記第２のコイルの電圧および電流の少なくとも一方を検出する検出手段と、
を備え、
前記複数の電流リードは、
前記電流リードのそれぞれの通電方向の一端が前記高温側電極と電気的に接続され、かつ他端が前記低温側電極と電気的に接続されることにより互いに電気的に並列に接続されるとともに、互いに離間して配設され、
前記第１のコイルは、
前記超電導装置に対する電流供給が遮断されて前記電流リードが経験する磁場が時間変化し、この時間変化に応じて前記複数の電流リードと前記高温側電極と前記低温側電極とで囲まれた面を貫く磁束が時間変化すると、前記電流リードが経験する磁場の時間変化に応じて前記コイルのループ面を貫く磁束も時間変化することにより前記囲まれた面を貫く磁束の時間変化を妨げる向きに誘導磁場を発生可能な位置に配設され、
前記第２のコイルは、
前記複数の電流リードのうちの少なくとも１つの通電性能が劣化し前記複数の電流リード間で通電性能に差があると前記複数の電流リードと前記高温側電極と前記低温側電極とで構成される閉回路に流れる偏流の時間変化を検知可能なように、前記閉回路と前記コイルとが相互誘導可能であり、かつ、前記偏流の時間変化により前記コイルに前記相互誘導された電圧および電流の少なくとも一方を前記検出手段が検出可能である位置に配設され、
前記検出手段は、
前記超電導装置の低電流駆動時において、前記偏流の時間変化により前記コイルに前記相互誘導された電圧および電流の少なくとも一方が検出される、
ことを特徴とする電流リードシステム。
【請求項６】
前記第１のコイルに接続されて前記第１のコイルに電流を供給する電源をさらに備え、
前記電源により前記第１のコイルに流される電流の向きは、
前記電源により前記第１のコイルに電流を流すことにより前記第１のコイルから生じる磁場が、前記超電導装置の定常運転中に前記電流リードが経験する磁場の向きと逆向きの成分を有する磁場となる向きである、
請求項５記載の電流リードシステム。
【請求項７】
前記第１のコイルおよび前記電源と電気的に並列に接続されて閉回路を構成する導線と、
前記第１のコイルと前記導線との接続の短絡および開放を担う第１の切替手段と、
前記第１のコイルと前記電源との接続の短絡および開放を担う第２の切替手段と、
をさらに備え、
前記第１のコイルと前記導線との接続は、
前記第１の切替手段により、前記超電導装置の定常運転中には開放される一方、前記超電導装置に対する電流供給遮断時には短絡され、
前記第１のコイルと前記電源との接続は、
前記第２の切替手段により、前記超電導装置の定常運転中には短絡される一方、前記超電導装置に対する電流供給遮断時には開放される、
請求項６記載の電流リードシステム。
【請求項８】
前記第１のコイル、前記電源および前記導線と電気的に並列に接続されて閉回路を構成し、前記第１のコイルに電流を供給する他の電源と、
前記第１のコイルと前記他の電源との接続の短絡および開放を担う第３の切替手段と、
をさらに備え、
前記電源および前記他の電源は、
互いに逆の出力極性を有する直流電源であり、
前記第１のコイルと前記電源との接続および前記第１のコイルと前記他の電源との接続は、
前記超電導装置の定常運転中には、前記第１のコイルから生じる磁場が前記電流リードが経験する磁場の向きと逆向きの成分を有する磁場となるように前記第２の切替手段および前記第３の切替手段のいずれか一方のみが短絡されることにより、いずれか一方のみが短絡される一方、前記超電導装置に対する電流供給遮断時には、前記第２の切替手段および前記第３の切替手段の両方が開放されることにより、ともに開放される、
請求項７記載の電流リードシステム。
【請求項９】
前記第２のコイルと前記検出手段との接続の短絡および開放を担う第４の切替手段をさらに備え、
前記第２のコイルと前記検出手段との接続は、
前記第４の切替手段により、前記超電導装置の低電流駆動時には短絡されて、前記複数の電流リードと前記高温側電極と前記低温側電極とで構成される閉回路に流れる偏流によって前記第２のコイルに誘起される電圧または電流の少なくとも一方を前記検出手段により検出可能とする一方、少なくとも前記超電導装置に対する電流供給遮断時には開放される、
請求項８記載の電流リードシステム。
【請求項１０】
極低温におかれた超電導装置に対して常温におかれた主電源から電流を供給する電流リードの保護方法であって、
超電導体により構成され超電導状態で利用される電流リードについて、通電方向の一端を前記主電源と電気的に接続された高温側電極と電気的に接続し、かつ他端を前記超電導装置と電気的に接続された低温側電極と電気的に接続するステップと、
前記電流リードの近傍に、前記電流リードの超電導状態から常電導状態への転移を未然に防ぐために利用されるコイルを配設するステップと、
を有することを特徴とする電流リードの保護方法。
【請求項１１】
前記電流リードは複数であり、
前記複数の電流リードは、
前記電流リードのそれぞれの通電方向の一端を前記高温側電極と電気的に接続し、かつ他端を前記低温側電極と電気的に接続されることにより互いに電気的に並列に接続するとともに、互いに離間して配設された、
請求項１０記載の電流リードの保護方法。
【請求項１２】
前記電流リードが経験する磁場が時間変化するステップと、
複数の電流リードと前記高温側電極と前記低温側電極とで囲まれた面を貫く磁束が時間変化するステップと、
前記コイルのループ面を貫く磁束が時間変化するステップと、
前記コイルが、前記囲まれた面を貫く磁束の時間変化を妨げる向きに誘導磁場を発生するステップと、
をさらに有する請求項１０記載の電流リードの保護方法。
【請求項１３】
前記高温側電極と前記低温側電極と複数の電流リードとで構成される閉回路に偏流が流れるステップと、
前記偏流により前記閉回路が発生する磁場が前記コイルのループ面を貫くステップと、
前記偏流の時間変化により前記コイルに誘導起電力が生じるステップと、
前記誘導起電力により前記コイルに生じた電圧および電流の少なくとも一方を検出するステップと、
前記検出された電圧および電流の少なくとも一方の値にもとづいて、前記複数の電流リードのうちの少なくとも１つが劣化したかどうかを判定するステップと、
をさらに有する請求項１０記載の電流リードの保護方法。
【請求項１４】
極低温におかれた超電導装置に対して常温におかれた主電源から電流を供給する電流リードの保護方法であって、
超電導体により構成され超電導状態で利用される複数の電流リードについて、それぞれの通電方向の一端を前記主電源と電気的に接続された高温側電極と電気的に接続し、かつ他端を前記超電導装置と電気的に接続された低温側電極と電気的に接続することにより、互いに電気的に並列に接続するとともに、互いに離間して配設するステップと、
前記電流リードの近傍に第１のコイルを配設するステップと、
前記第１のコイルの内側でかつ前記電流リードの近傍に第２のコイルを配設するステップと、
前記超電導装置に対する電流供給の遮断に伴い前記電流リードが経験する磁場が時間変化するステップと、
前記複数の電流リードと前記高温側電極と前記低温側電極とで囲まれた面を貫く磁束が時間変化するステップと、
前記第１のコイルのループ面を貫く磁束が時間変化するステップと、
前記第１のコイルが、前記囲まれた面を貫く磁束の時間変化を妨げる向きに誘導磁場を発生するステップと、
を有することを特徴とする電流リードの保護方法。
【請求項１５】
前記複数の電流リードと前記高温側電極と前記低温側電極とで構成される閉回路に偏流が流れるステップと、
前記偏流により前記閉回路に発生する磁場が前記第２のコイルのループ面を貫くステップと、
前記偏流の時間変化により前記第２のコイルに誘導起電力が生じるステップと、
前記誘導起電力により前記第２のコイルに生じた電圧および電流の少なくとも一方を検出するステップと、
前記検出された電圧および電流の少なくとも一方の値にもとづいて、前記複数の電流リードのうちの少なくとも１つが劣化したかどうかを判定するステップと、
をさらに有する請求項１４記載の電流リードの保護方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴イメージング装置、超電導磁気エネルギー貯蔵装置、超電導発電機などで使用される低温に保たれた超電導体に対して電流を供給するための、超電導体を用いた電流リードを保護する電流リードシステムおよび電流リードの保護方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導体により構成された回路に電流を供給する際には、超電導状態を維持するために、超電導体を低温に保つ必要がある。超電導体を低温に保つためには、外部からの熱侵入を低減することが重要である。たとえば、低温に保たれた回路を室温の電源と接続する場合には、室温の電源回路からの熱侵入を抑制することが重要となる。
【０００３】
従来、室温の回路から低温の回路への熱侵入を低減する技術として、室温の回路と低温の回路とを熱伝導率の低い酸化物超電導体を用いた電流リードによって接続する技術が知られている。ところが、一般に、酸化物超電導体は通電容量（臨界電流値）が低いため、通電電流が臨界電流値を超える場合には、酸化物超電導体が超電導状態から常電導状態へ転移（クエンチ）してしまうという問題が生じる。クエンチすると、高抵抗となってしまうため、急激なジュール熱の発生により電流リードが焼損してしまう場合がある。
【０００４】
このクエンチによる弊害を防ぐ技術として、クエンチ検出器などによりクエンチの発生を検出する技術が提案されている（例えば特許文献１および特許文献２参照）。これらの技術によれば、クエンチ発生後すみやかに低温の回路への電流供給を停止することで、クエンチ発生時に電流リードが焼損する危険性を低減することができる。
【０００５】
一方、電流リードの臨界電流値は、電流リードがさらされる磁場（経験磁場）が強いほど、低くなってしまう傾向がある。このため、低温の回路で大きな磁場が発生する場合には、この低温の回路による発生磁場が電流リードに与える影響を考慮する必要がある。従来、この種の電流リードの経験磁場を低減する技術として、電流リードの周囲を超電導体で囲うことにより磁気シールドを形成する技術が提案されている（例えば特許文献３参照）。この技術によれば、電流リードが経験する磁場の強度を低減することができるため、電流リードの臨界電流値の低下を防ぐことができ、クエンチする危険性を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１５３６１８号公報
【特許文献２】特開２００５−２８６１８０号公報
【特許文献３】特開平９−１２１０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、低温の回路に大きなインダクタンスがある場合には、電流供給が停止されてから低温の回路における電流が十分に減衰するまでの時間が長くなってしまう。このため、低温の回路に大きなインダクタンスがある場合には、従来のクエンチによる弊害を防ぐ技術によって電流リードのクエンチを検出した後すみやかに電流供給を停止しても、電流リードが破損してしまう場合がある。
【０００８】
また、従来の電流リードの経験磁場を低減する技術では、磁気シールドを極低温に保つ必要があるほか、電流リードの劣化を確認することが困難であるとともに、劣化した電流リードを交換する作業も困難となってしまう。
【０００９】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、電流リードのクエンチを容易に未然に防ぐことによって超電導体を用いた電流リードの信頼性を向上することができる電流リードシステムおよび電流リードの保護方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る電流リードシステムは、上述した課題を解決するために、極低温におかれた超電導装置に対して常温におかれた主電源から電流を供給する電流リードを備えた電流リードシステムであって、前記主電源と電気的に接続された高温側電極と、前記超電導装置と電気的に接続された低温側電極と、前記高温側電極に対して通電方向の一端が電気的に接続され、かつ前記低温側電極に対して前記通電方向の他端が電気的に接続され、超電導体により構成されて超電導状態で利用される電流リードと、前記電流リードの近傍に配設され、前記電流リードの超電導状態から常電導状態への転移を未然に防ぐために利用されるコイルと、を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明に係る電流リードシステムは、上述した課題を解決するために、極低温におかれた超電導装置に対して常温におかれた主電源から電流を供給する電流リードを備えた電流リードシステムであって、超電導体により構成され、超電導状態で利用される複数の電流リードと、前記主電源と電気的に接続された高温側電極と、前記超電導装置と電気的に接続された低温側電極と、前記電流リードの近傍に配設された第１のコイルと、この第１のコイルの内側でかつ前記電流リードの近傍に配設された第２のコイルと、前記第２のコイルに接続され、前記第２のコイルの電圧および電流の少なくとも一方を検出する検出手段と、を備え、前記複数の電流リードは、前記電流リードのそれぞれの通電方向の一端が前記高温側電極と電気的に接続され、かつ他端が前記低温側電極と電気的に接続されることにより互いに電気的に並列に接続されるとともに、互いに離間して配設され、前記第１のコイルは、前記超電導装置に対する電流供給が遮断されて前記電流リードが経験する磁場が時間変化し、この時間変化に応じて前記複数の電流リードと前記高温側電極と前記低温側電極とで囲まれた面を貫く磁束が時間変化すると、前記電流リードが経験する磁場の時間変化に応じて前記コイルのループ面を貫く磁束も時間変化することにより前記囲まれた面を貫く磁束の時間変化を妨げる向きに誘導磁場を発生可能な位置に配設され、前記第２のコイルは、前記複数の電流リードのうちの少なくとも１つの通電性能が劣化し前記複数の電流リード間で通電性能に差があると前記複数の電流リードと前記高温側電極と前記低温側電極とで構成される閉回路に流れる偏流の時間変化を検知可能なように、前記閉回路と前記コイルとが相互誘導可能であり、かつ、前記偏流の時間変化により前記コイルに前記相互誘導された電圧および電流の少なくとも一方を前記検出手段が検出可能である位置に配設され、前記検出手段は、前記超電導装置の低電流駆動時において、前記偏流の時間変化により前記コイルに前記相互誘導された電圧および電流の少なくとも一方を検出する、ことを特徴とするものである。
【００１２】
一方、本発明に係る電流リードの保護方法は、上述した課題を解決するために、極低温におかれた超電導装置に対して常温におかれた主電源から電流を供給する電流リードの保護方法であって、超電導体により構成され超電導状態で利用される電流リードについて、通電方向の一端を前記主電源と電気的に接続された高温側電極と電気的に接続し、かつ他端を前記超電導装置と電気的に接続された低温側電極と電気的に接続するステップと、前記電流リードの近傍に、前記電流リードの超電導状態から常電導状態への転移を未然に防ぐために利用されるコイルを配設するステップと、を有することを特徴とする方法である。
【００１３】
また、本発明に係る電流リードの保護方法は、上述した課題を解決するために、極低温におかれた超電導装置に対して常温におかれた主電源から電流を供給する電流リードの保護方法であって、超電導体により構成され超電導状態で利用される複数の電流リードについて、それぞれの通電方向の一端を前記主電源と電気的に接続された高温側電極と電気的に接続し、かつ他端を前記超電導装置と電気的に接続された低温側電極と電気的に接続することにより、互いに電気的に並列に接続するとともに、互いに離間して配設するステップと、前記電流リードの近傍に第１のコイルを配設するステップと、前記第１のコイルの内側でかつ前記電流リードの近傍に第２のコイルを配設するステップと、前記超電導装置に対する電流供給の遮断に伴い前記電流リードが経験する磁場が時間変化するステップと、前記複数の電流リードと前記高温側電極と前記低温側電極とで囲まれた面を貫く磁束が時間変化するステップと、前記第１のコイルのループ面を貫く磁束が時間変化するステップと、前記第１のコイルが、前記囲まれた面を貫く磁束の時間変化を妨げる向きに誘導磁場を発生するステップと、を有することを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る電流リードシステムおよび電流リードの保護方法によれば、電流リードのクエンチを容易に未然に防ぐことができ、超電導体を用いた電流リードの信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る電流リードシステムの一実施形態を示す概略的な全体構成図。
【図２】（ａ）は電流リード群が２本の電流リードで構成される場合において、電流リード群の経験磁場が変化すると電流リード群に流れる過渡的な電流を模式的に示す説明図、（ｂ）は電流リード群が３本の電流リードで構成される場合において、電流リード群の経験磁場が変化すると電流リード群に流れる過渡的な電流を模式的に示す説明図。
【図３】電流リード群の経験磁場が時間変化すると電流リード群の近傍に配設された第１のコイルが発生する誘導磁場を模式的に示す説明図。
【図４】（ａ）は電流リード群を構成する電流リードが正常である場合の電流の様子について模式的に示す説明図、（ｂ）は電流リード群を構成する並列接続された電流リード間で通電性能に差がある場合の電流の様子について模式的に示す説明図。
【図５】電流リード群を構成する並列接続された電流リード間で通電性能に差がある場合にリード閉回路に流れる偏流の様子について模式的に示す説明図。
【図６】電流リード群の経験磁場の向きと逆向きの成分を有する磁場を第１のコイルが発生する様子を示す説明図。
【図７】図１に示す電流リード群の第１変形例を示す図。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図。
【図９】図１に示す電流リード群の第２変形例を示す図。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る電流リードシステムおよび電流リードの保護方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１７】
（１）構成
図１は、本発明に係る電流リードシステムの一実施形態を示す概略的な全体構成図である。
【００１８】
電流リードシステム１０は、高温側電極１１と、低温側電極１２と、高温側電極１１と低温側電極１２とを電気的に接続する電流リード群１３と、電流リード群１３の近傍に配設される第１のコイル２１および第２のコイル２２と、第１のコイル２１に接続された導線２３、電源２４および他の電源２５と、第２のコイル２２の電圧および電流の少なくとも一方を検出する検出手段として第２のコイル２２に接続された電流計２６と、切替部群３０とを有する。切替部群３０は、第１の切替部３１、第２の切替部３２、第３の切替部３３および第４の切替部３４を有する。
【００１９】
高温側電極１１は、常温におかれた主電源１と電気的に接続される。また、低温側電極１２は、極低温（液体ヘリウム温度程度）におかれた超電導装置２と電気的に接続される。
【００２０】
一般に、電流リードは、通電容量を確保するために、複数本を並列に接続して用いられることが多い。図１は、電流リード群１３が２本の電流リード１４および電流リード１５により構成される場合の例について示す。
【００２１】
電流リード群１３は、電流リード１４および電流リード１５を有する。電流リード１４および１５は、液体窒素温度以上で超電導特性を示す酸化物超電導体により構成されて、超電導状態で利用される。各電流リード１４および１５は、図１に示すように、それぞれの通電方向の一端が高温側電極１１と電気的に接続され、かつ他端が低温側電極１２と電気的に接続されることにより、互いに電気的に並列に接続されるとともに、互いに離間して配置される。電流リード群１３および高温側電極１１は、各電流リードの超電導状態を維持するために、ほぼ液体窒素温度に冷却される。
【００２２】
なお、図１には、各電流リード１４および１５がバルク形状を有し、各電流リード１４および１５の通電方向に対して垂直な方向に一列に配列された場合の例について示したが、各電流リード１４および１５の形状はバルク形状に限られず、例えばテープ形状であってもよい。また、各電流リード１４および１５は、通電方向に平行な軸に対して複数回の回転対称性を有するように配設されてもよい。
【００２３】
電流リード群１３の近傍に第１のコイル２１およびこの第１のコイルの内側に第２のコイル２２が配設される。第１および第２のコイル２１および２２は、電流リードの超電導状態から常電導状態への転移（クエンチ）を未然に防ぐために利用される。
【００２４】
第１のコイル２１は、第１の切替部３１を介して導線２３と、第２の切替部３２を介して電源２４と、および第３の切替部３３を介して他の電源２５と、互いに電気的に並列に接続される。
【００２５】
第２のコイル２２は、第４の切替部３４を介して、第２のコイル２２の電圧および電流の少なくとも一方を検出する検出手段としての電流計２６と接続される。
【００２６】
導線２３は、第１の切替部３１を介して第１のコイル２１と接続され、第１〜第３の切替部３１〜３３のうち第１の切替部３１のみが閉じられることにより第１のコイル２１と第１の閉回路を構成する。
【００２７】
電源２４は、第２の切替部３２を介して第１のコイル２１と接続され、第１〜第３の切替部３１〜３３のうち第２の切替部３２のみが閉じられることにより第１のコイル２１と第２の閉回路を構成し、必要に応じて第１のコイル２１に電流を供給する。
【００２８】
他の電源２５は、第３の切替部３３を介して第１のコイル２１と接続され、第１〜第３の切替部３１〜３３のうち第３の切替部３３のみが閉じられることにより第１のコイル２１と第３の閉回路を構成し、必要に応じて第１のコイル２１に電流を供給する。他の電源２５によって供給される電流の向きは、電源２４によって供給される電流の向きと逆向きとなる。
【００２９】
電流計２６は、第４の切替部３４を介して第２のコイル２２に接続され、第２のコイル２２に流れる電流を検出する。
【００３０】
切替部群３０を構成する各切替部３１〜３４は、超電導装置２への電流供給が遮断された旨の信号（以下、遮断信号という）を受け、各接続の短絡および開放のいずれか一方を行うよう構成される。具体的には、第１の切替部３１は、遮断信号を受けて短絡し（閉じ）、第１のコイル２１と導線２３とを接続する。また、第２〜第４の切替部３２〜３４は、遮断信号を受け、各接続を開放する。
【００３１】
この遮断信号は、たとえば主電源１または超電導装置２により電流供給の遮断に応じて出力されてもよいし、主電源１を制御する制御部がある場合は、この制御部により出力されてもよい。
【００３２】
なお、第１〜第３の切替部３１〜３３は、必ず２つ以上が開放されて、２つ以上が同時に閉じることがないようにするとよい。
【００３３】
（２）動作
次に、本実施形態に係る電流リードシステム１０の動作の一例について説明する。
【００３４】
（２−１）経験磁場の時間変化への対応
まず、電流リード群１３の各電流リード群１３が経験する磁場（以下、経験磁場という）が急激に時間変化する際に、第１の閉回路により第１のコイル２１を用いて、電流リード群１３の各電流リード１４および１５のクエンチを容易に未然に防ぐことによって超電導体を用いた電流リードの信頼性を向上する手順について説明する。
【００３５】
なお、電流リード１４および１５の経験磁場が急激に時間変化する場合の一例として、超電導装置２に対する電流供給を遮断した場合について示す。
【００３６】
図２（ａ）は、電流リード群１３が２本の電流リード１４および１５で構成される場合において、電流リード群１３の経験磁場が変化すると電流リード群１３に流れる過渡的な電流を模式的に示す説明図である。また、図２（ｂ）は、電流リード群１３が３本の電流リード１４、１５および１６で構成される場合において、電流リード群１３の経験磁場が変化すると電流リード群１３に流れる過渡的な電流を模式的に示す説明図である。
【００３７】
超電導装置２に対する電流供給が遮断されると、電流リード群１３の経験磁場が急激に時間変化する。電流リード群１３の経験磁場が急激に時間変化すると、図２に示すように、高温側電極１１、電流リード１４、低温側電極１２および電流リード１５により囲まれた面（以下、包囲面４１という）を貫く磁束が急激に時間変化することになる。この包囲面４１を貫く磁束が急激に時間変化すると、高温側電極１１、電流リード１４、低温側電極１２および電流リード１５で構成される閉回路（以下、リード閉回路という）に誘導電流が流れる。
【００３８】
このため、電流リード群１３の経験磁場が急激に時間変化すると、リード閉回路に過渡的な偏流（誘導電流）が流れることになる。
【００３９】
この誘導電流は、超電導装置２の定格運転時に電流リード群１３に流れる電流よりも大きくなってしまう場合がある。この場合、電流リード群１３の通電容量（臨界電流値）は、この誘導電流を想定したものである必要がある。また、想定よりも大きい誘導電流が流れてしまうと、リード閉回路を構成する電流リードがクエンチしてしまう場合がある。
【００４０】
本実施形態では、電流リード群１３の経験磁場が急激に時間変化する際に、以下の手順により第１の閉回路により第１のコイル２１を用いてリード閉回路に流れる過渡的な偏流を低減し、電流リード群１３のクエンチを未然に防ぐ。なお、あらかじめ第１の切替部３１は開放されているものとする。
【００４１】
まず、第２〜第４の切替部３２〜３４は、遮断信号を受けて、各接続を開放する。
【００４２】
次に、第１の切替部３１は、遮断信号を受けて、第１のコイル２１と導線２３とを接続して第１の閉回路を構成する。
【００４３】
図３は、電流リード群１３の経験磁場が時間変化すると電流リード群１３の近傍に配設された第１のコイル２１が発生する誘導磁場を模式的に示す説明図である。
【００４４】
電流リード群１３の経験磁場が時間変化すると、電流リード群１３の近傍に配設された第１のコイル２１のループ面を貫く磁束も時間変化する。このため、図３に示すように、第１のコイル２１は、第１のコイル２１のループ面を貫く磁束の時間変化を妨げる向きに誘導磁場を発生させる。第１のコイル２１は電流リード群１３の近傍に配設されるため、第１のコイル２１が発生する誘導磁場の向きは、包囲面４１を貫く磁束の時間変化を妨げる向きとなる。
【００４５】
したがって、本実施形態に係る電流リードシステム１０によれば、電流リード群１３の経験磁場が急激に時間変化した場合、包囲面４１を貫く磁束の時間変化を低減することにより、リード閉回路に流れる過渡的な偏流を低減することができるため、電流リード１４および１５のクエンチを未然に防ぐことができ、電流リードの信頼性を向上することができる。
【００４６】
また、本実施形態に係る電流リードシステム１０に用いられる各電流リードは、第１のコイル２１を利用しない電流リードシステム１０に用いられる電流リードに比べ、通電容量（臨界電流値）が低いものを用いることができる。したがって、電流リード群１３を構成する電流リードの数や各電流リードのサイズを削減でき、省スペース化を図ることができるとともに、コストを削減することができる。
【００４７】
さらに、本実施形態に係る電流リードシステム１０は、第１の閉回路に対して電源などの入力を必要とせず、第１のコイル２１の両端を単純に短絡するのみの簡単な構成で、電流リード群１３の経験磁場が急激に時間変化に応じて第１のコイル２１から誘導磁場を発生させることができる。
【００４８】
なお、第１のコイル２１の配設位置は、電流リード群１３が経験する磁場の時間変化に応じて第１のコイル２１のループ面を貫く磁束も時間変化し、包囲面４１を貫く磁束の時間変化を妨げる向きに誘導磁場を発生可能な位置とする。包囲面４１を貫く磁束の時間変化を効率よく妨げるためには、第１のコイル２１は、電流リード群１３の近傍に、包囲面４１と第１のコイル２１のループ面とがほぼ平行となるように配設されるとよい。
【００４９】
より具体的には、電流リードの厚さ方向（包囲面４１に対して垂直な方向）の中心面から、電流リードの厚さ以下の距離に、第１のコイル２１を設けるとよい。また、第１のコイル２１は複数配設されてもよく、たとえば、包囲面４１を挟んで対向する位置にそれぞれ１つずつ第１のコイル２１を配設してもよい。
【００５０】
また、包囲面４１を貫く磁束の時間変化をより的確に捉えるためには、第１のコイル２１の直径はあまり大きすぎないほうが好ましく、たとえば第１のコイル２１の直径は、電流リード１４および１５の通電方向の長さ以下であり、かつ、電流リード１４または１５の通電方向に垂直な方向における幅以上であるとよい。
【００５１】
また、第１のコイル２１を超電導体で構成すると、第１のコイル２１に生じる誘導電流を大きくすることができるため、常電導体で構成する場合に比べ、第１のコイル２１は、インダクタンスが小さくても強磁場を発生させることができる。このため、第１のコイル２１を超電導体で構成する場合、第１のコイル２１の巻回数を少なくしたり断面積を小さくしたりすることができ、省スペース化を図ることができる。
【００５２】
もちろん、第１のコイル２１を超電導体で構成し、かつインダクタンスを大きくしてもよい。この場合、包囲面４１を貫く磁束の時間変化に対しより強い誘導磁場を発生することができ、リード閉回路に流れる過渡的な偏流をより低減することができる。
【００５３】
（２−２）電流リードの通電性能劣化検知
次に、電流リード群１３を構成する複数の電流リードのうちの少なくとも１つの通電性能が劣化して並列接続された電流リード間で通電性能に差がある際に、第２のコイル２２を用いて、電流リード群１３の各電流リード１４および１５のクエンチを容易に未然に防ぐことによって超電導体を用いた電流リードの信頼性を向上する手順について説明する。
【００５４】
なお、図４には、電流リード群１３が２つの電流リード１４および電流リード１５により構成され、電流リード１４の通電性能が劣化する場合の例について示す。
【００５５】
図４（ａ）は、電流リード群１３を構成する電流リードが正常である場合の電流の様子について模式的に示す説明図であり、図４（ｂ）は、電流リード群１３を構成する並列接続された電流リード間で通電性能に差がある場合の電流の様子について模式的に示す説明図である。また、図５は、電流リード群１３を構成する並列接続された電流リード間で通電性能に差がある場合にリード閉回路に流れる偏流の様子について模式的に示す説明図である。
【００５６】
主電源１から超電導装置２に供給される電流は、一般に、電流リード群１３を構成する各電流リードの抵抗値に応じて分流する。抵抗値が小さい電流リードには、抵抗値が大きい電流リードに比べ、大きな電流が分流する。
【００５７】
超電導状態にある超電導体は、流される電流の大きさが臨界電流値よりも十分に小さい場合は抵抗がゼロであり、電流の大きさが臨界電流値に近づくにつれて抵抗が発生し始める。
【００５８】
このため、図４（ａ）に示すように、電流リード１４および１５の通電性能が正常であり、流される電流の大きさが臨界電流値よりも十分に小さい場合には、電流リード１４および１５の抵抗値が等しくゼロである。したがって、主電源１から超電導装置２に供給される電流は、電流リード１４および１５に対して等しく分流する。
【００５９】
一方、電流リード１４の通電性能が劣化し、臨界電流値が低下すると、正常な状態に比べ、抵抗が発生し始める電流値が低下する。このため、流れる電流の大きさによっては、図４（ｂ）に示すように、電流リード１５には、電流リード１４に比べ、より大きな電流が分流する。
【００６０】
図４（ｂ）に示す状態は、図４（ａ）に示す電流に加えて図５に示す偏流がリード閉回路に流れている状態に等しい。このため、電流リード１４の通電性能が劣化すると、リード閉回路に図５に示す偏流が流れると言うことができる。
【００６１】
図５に示す偏流が流れることにより、正常な電流リード１５に流れる電流は、電流リード１４が正常である場合よりも大きくなってしまい、この電流が電流リード１５の通電容量を超えてしまうと、電流リード１５がクエンチしてしまう。
【００６２】
本実施形態では、電流リード群１３を構成する複数の電流リードのうちの少なくとも１つの通電性能が劣化して並列接続された電流リード間で通電性能に差がある際に、以下の手順により第２のコイル２２を用いてリード閉回路に流れる偏流を検知し、電流リード群１３のクエンチを未然に防ぐ。
【００６３】
この手順は、超電導装置２の低電流駆動時に実行するとよい。超電導装置２の低電流駆動時であれば、電流リード１４の通電性能が低下して偏流が発生しても、電流リード１５に流れる電流が通電容量を超える可能性は低いと考えられるためである。超電導装置２の低電流駆動時としては、たとえば、超電導装置２の励磁時および消磁時を挙げることができる。
【００６４】
まず、第４の切替部３４が短絡される。この結果、電流計２６が第４の切替部３４を介して第２のコイル２２に接続される。
【００６５】
次に、電流計２６は、第２のコイル２２に流れる電流を検出する。
【００６６】
電流リード群１３を構成する複数の電流リードに通電性能が劣化したものがあり、並列接続された電流リード間で通電性能に差があると、リード閉回路に偏流が流れる。リード閉回路に偏流が流れ、この偏流が時間変化すると、電流リード群１３の近傍に配設された第２のコイル２２に電流が相互誘導される。電流計２６は、この相互誘導された電流を検出する。
【００６７】
たとえば、電流リード１４の通電性能が劣化し、電流リード１４と電流リード１５とに通電性能の差があると、リード閉回路に偏流が流れ、第２のコイル２２に電流が相互誘導されて、電流計２６によりこの電流が検出される。
【００６８】
なお、電流リードの通電性能劣化に起因する偏流が時間変化する場合として、電流リードの通電性能が時間とともに劣化していく場合や、電流リードの通電性能が劣化したまま時間変化せず、かつ主電源１からの電流供給量が時間とともに増加または減少する場合などが挙げられる。主電源１からの電流供給量が時間とともに増加または減少する場合としては、たとえば、超電導装置２の励磁時および消磁時（低電流駆動時）に低電流域で通電電流を変化させる場合などが挙げられる。
【００６９】
次に、電流計２６の出力値に基づいて、電流リード群１３を構成する電流リードに通電性能が劣化したものがあるかどうかを判定する。この判定方法としては、あらかじめ電流リード群１３を構成する電流リードが全て正常である場合における電流値（基準電流値）を測定しておき、この基準電流値との差異にもとづいて通電性能が劣化した電流リードがあるかどうかを判定する方法などが考えられる。
【００７０】
本実施形態に係る電流リードシステム１０は、電流リード群１３を構成する複数の電流リードのうちの少なくとも１つの通電性能が劣化して並列接続された電流リード間で通電性能に差がある場合、この劣化に起因する偏流の時間変化を容易に検知することができる。このため、通電性能が劣化した電流リードを交換するなどの適切な対策を容易にとることができる。したがって、本実施形態に係る電流リードシステム１０によれば、電流リード群１３を構成する複数の電流リードのうちの少なくとも１つの通電性能が劣化して並列接続された電流リード間で通電性能に差がある場合にも、電流リード１４および１５のクエンチを容易に未然に防ぐことができ、電流リードの信頼性を向上することができる。
【００７１】
なお、第２のコイル２２の配設位置は、電流リード群１３を構成する複数の電流リードのうちの少なくとも１つの通電性能が劣化して並列接続された電流リード間で通電性能に差が生じるとリード閉回路に流れる偏流の時間変化を検知可能なように、リード閉回路と第２のコイル２２とが相互誘導可能であり、かつ、偏流の時間変化により第２のコイル２２に相互誘導された電流を電流計２６が検出可能である位置とする。電流リードの通電性能劣化に起因する偏流の時間変化を効率よく検知するためには、第２のコイル２２は、電流リード群１３の近傍に、包囲面４１と第２のコイル２２のループ面とがほぼ平行となるように配設されるとよい。
【００７２】
より具体的には、電流リードの厚さ方向（包囲面４１に対して垂直な方向）の中心面から、電流リードの厚さ以下の距離に、第２のコイル２２を設けるとよい。また、第２のコイル２２は複数配設されてもよく、たとえば、包囲面４１を挟んで対向する位置にそれぞれ１つずつ第２のコイル２２を配設してもよい。
【００７３】
また、電流計２６の出力値に対する電流リードの通電性能劣化に起因する偏流以外の要因をできるだけ排除する意味では、第１〜第３の切替部３１〜３３は開放されているほうが好ましい。さらに、第２のコイル２２の直径が電流リード１４および１５の通電方向の長さ以下であり、かつ、電流リード１４または１５の通電方向に垂直な方向における幅以上であるとよい。
【００７４】
また、電流リードの通電性能劣化に起因する偏流の検知感度をあげるためには、第２のコイル２２のインダクタンスを小さくして時定数を小さくするとよい。第２のコイル２２を超電導体で構成すれば、小さなインダクタンスで大きな電流が相互誘導されるため、電流リードの通電性能劣化に起因する偏流の検知感度をさらに上げることができる。
【００７５】
（２−３）経験磁場の低減
次に、電流リード群１３の経験磁場が強い（電流リード群１３が強磁場環境下にある）際に、第２の閉回路または第３の閉回路により第１のコイル２１を用いて、電流リード群１３の各電流リード１４および１５のクエンチを容易に未然に防ぐことによって超電導体を用いた電流リードの信頼性を向上する手順について説明する。
【００７６】
なお、以下の説明では、電流リード群１３が強磁場環境下にある場合の一例として、超電導装置２が定常運転されている場合について示す。
【００７７】
磁気共鳴イメージング装置、超電導磁気エネルギー貯蔵装置、超電導発電機などをはじめとする超電導装置２は、定常運転中に大電流を要求するものが多い。このため、電流リード群１３は、超電導装置２の定常運転中において強磁場環境下にある場合が多い。
【００７８】
一方、超電導体は、一般に、経験磁場が強くなるにつれて、通電性能が低下して臨界電流値が下がってしまう特性がある。このため、超電導装置２の定常運転中における電流リードのクエンチを未然に防ぐためには、電流リード群１３の経験磁場を低減することが重要である。
【００７９】
本実施形態では、電流リード群１３が強磁場環境下にある際に、以下の手順により第２の閉回路または第３の閉回路により第１のコイル２１を用いて電流リード群１３の経験磁場を低減し、電流リード群１３のクエンチを未然に防ぐ。
【００８０】
一般に、定常運転時における電流リード群１３の経験磁場は、ほとんど時間変化しない。このため、あらかじめ、超電導装置２の定常運転時における電流リード群１３の経験磁場の強度および向きを測定しておく。また、あらかじめ、第１のコイル２１が、この電流リード群１３の経験磁場の向きと逆向きの成分を有する磁場を発生するためには電源２４および他の電源２５のいずれの電源を用いるべきかを決定しておく。さらに、この電流リード群１３の経験磁場を低減するために第１のコイル２１に流すべき所要の電流値を決定しておく。
【００８１】
以下の説明では、第２の閉回路を利用して電源２４により第１のコイル２１に電流を流すことで、第１のコイル２１が電流リード群１３の経験磁場の向きと逆向きの成分を有する磁場を発生可能な場合の例について示す。
【００８２】
まず、第１の切替部３１、第３の切替部３３および第４の切替部３４を開放する。
【００８３】
次に、第２の切替部３２を短絡し、第１のコイル２１と電源２４とを接続して第２の閉回路を構成する。
【００８４】
次に、電源２４は、あらかじめ測定された電流リード群１３の経験磁場を低減するために必要な電流が第１のコイル２１に供給されるように電力を出力する。
【００８５】
次に、第１のコイル２１は、電流を供給されて、この電流に応じた磁場を発生する。
【００８６】
図６は、電流リード群１３の経験磁場の向きと逆向きの成分を有する磁場を第１のコイル２１が発生する様子を示す説明図である。
【００８７】
図６に示すように、電流リード群１３の経験磁場の向きに応じて第２の閉回路および第３の閉回路のいずれか一方のみを閉じることにより、第１のコイル２１から生じる磁場を電流リード群１３の経験磁場の向きと逆向きの成分を有する磁場とすることができる。
【００８８】
したがって、本実施形態に係る電流リードシステム１０によれば、電流リード群１３の経験磁場を低減することにより、電流リード１４および１５の経験磁場による通電性能低下を抑制することができるため、電流リード１４および１５のクエンチを未然に防ぐことができ、電流リードの信頼性を向上することができる。また、この効果は、電流リード群１３が１つのみの電流リードにより構成されている場合にも奏する。
【００８９】
なお、電流リード群１３の経験磁場を効率よく低減させるためには、第１のコイル２１は、電流リード群１３の近傍に、電流リード群１３の経験磁場の方向と第１のコイル２１のループ面とが直交するように配設されるとよい。
【００９０】
また、電流リード群１３の経験磁場を十分に低減させるためには、第１のコイル２１が発生する磁場の強度を強くするとよい。第１のコイル２１が発生する磁場の強度を強くするためには、第１のコイル２１のインダクタンスを大きくするとよい。さらに、第１のコイル２１を超電導体で構成すると、第１のコイル２１が発生する磁場を容易により大きくすることができる。
【００９１】
また、超電導装置２の定常運転時における電流リード群１３の経験磁場の強度および向きは、磁気センサなどの磁気検出手段を電流リード群１３の近傍に配設し、この磁気検出手段によりその場で取得してもよい。この場合、この磁気検出手段の出力に応じて、電源２４および他の電源２５のいずれを用いるか、すなわち、第２の切替部３２および第３の切替部のいずれを短絡するか、を動的に決定するようにしてもよい。また、電源２４および他の電源２５は、出力電力可変の電源とし、磁気検出手段の出力に応じて出力電力を調整可能に構成してもよい。さらに、この場合、電源２４および他の電源２５にかえて、両極性の電力の出力が可能な電源１つを用いてもよい。
【００９２】
（３）電流リード群１３の変形例
図７は、図１に示す電流リード群１３の第１変形例を示す図である。なお、図７には、電流リード群１３が４つのテープ形状の電流リード１４〜１７により構成される場合の例について示した。
【００９３】
電流リード群１３の第１変形例は、電流リード群１３を構成する電流リードをテープ形状（シート形状）とする場合や多角形のバルク形状とする場合など、電流リードが通電方向に平行な面を有する場合において、電流リードの通電方向に平行な面の一端が高温側電極１１の外側面に貼設され、かつ他端が低温側電極１２の外側面に貼設される場合の例である。
【００９４】
電流リード群１３が高温側電極１１および低温側電極１２の外側に貼設される場合、電流リード群１３を構成する電流リードの一部を容易に交換することができるなど、電流リード群１３の保守作業が容易となる。
【００９５】
図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【００９６】
図８に示すように、電流リード群１３の第１変形例では、電流リード１４〜１７は、通電方向（図８の紙面垂直方向）に平行な軸に対して２回回転対称となるように配設される。
【００９７】
図９は、図１に示す電流リード群１３の第２変形例を示す図である。なお、図９には、電流リード群１３が４つのテープ形状の電流リード１４〜１７により構成される場合の例について示した。
【００９８】
図１０は、図９のＸ−Ｘ線断面図である。
【００９９】
図１０に示すように、電流リード群１３の第２変形例では、電流リード１４〜１７は、通電方向（図８の紙面垂直方向）に平行な軸に対して４回回転対称となるように配設される。
【０１００】
図８および図１０に示すように複数の電流リードを通電方向に平行な軸に対して複数回の回転対称性を有するように配設する場合、一列に配列する場合に比べ、経験磁場に対する包囲面４１の断面積を容易に低減することができる。
【０１０１】
なお、複数の電流リードを通電方向に平行な軸に対して複数回の回転対称性を有するように配設する場合、この回転対称性は、図８および図１０に示した２回および４回の回転対称性に限られず、３回または５回以上の回転対称性としてもよい。
【０１０２】
また、複数の電流リードを通電方向に平行な軸に対して複数回の回転対称性を有するように配設する場合、第１のコイル２１および第２のコイル２２は、隣り合う２つの電流リードにより構成される包囲面４１ごとに設けられてもよい。
【０１０３】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【０１０４】
たとえば、経験磁場の時間変化への対応に用いられるコイルと、電流リードの通電性能劣化検知に用いられるコイルと、経験磁場の低減に用いられるコイルとを、別のコイルとしてもよい。この場合、切替部群３０は不要となる。
【０１０５】
また、経験磁場の時間変化への対応のみを目的とする場合は、電流リードシステム１０は、高温側電極１１と、低温側電極１２と、電流リード群１３と、両端を短絡した第１のコイル２１のみで構成することができる。電流リードの通電性能劣化検知のみを目的とする場合は、電流リードシステム１０は、高温側電極１１と、低温側電極１２と、電流リード群１３と、第２のコイル２２と、電流計２６のみで構成することができる。経験磁場の低減のみを目的とする場合は、経験磁場の向きが変化しない場合、高温側電極１１と、低温側電極１２と、電流リード群１３と、第１のコイル２１と、電源２４のみで構成することができる。
【０１０６】
さらに、電流リードの通電性能の劣化を検知する手順において、電流計２６に変えて電圧計を用い、この電圧計により第２のコイル２２の両端の電圧を測定し、この電圧計の出力値にもとづいて電流リード群１３を構成する電流リードに通電性能が劣化したものがあるかどうかを判定してもよい。
【符号の説明】
【０１０７】
１  主電源
２  超電導装置
１０  電流リードシステム
１１  高温側電極
１２  低温側電極
１３  電流リード群
１４、１５、１６、１７  電流リード
２１  第１のコイル
２２  第２のコイル
２３  導線
２４  電源
２５  他の電源
２６  電流計
３０  切替部群
３１  第１の切替部
３２  第２の切替部
３３  第３の切替部
３４  第４の切替部
４１  包囲面
【図１】
2010199408.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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