(57)【要約】【課題】コイルの設置方向にかかわらずクエンチの発生を抑えることが可能な永久電流スイッチを提供する。【解決手段】この永久電流スイッチ５は、超電導マグネット２を永久電流モードで運転するためのものであり、超電導マグネット２に電気的に接続されるコイル６を備えている。コイル６は、巻枠２０と、この巻枠２０に巻付けられ、互いに逆向きに電気を通す２本の超電導線５０ａ，５０ｂを有する通電体３０とを含んでいる。通電体３０は、２本の超電導線５０ａ，５０ｂが軸方向に交互に配されるようにそれぞれソレノイド状に巻回されることにより形成され、コイル６の径方向に積層される複数の通電層３１〜３３を有している。また、各通電層３１〜３３の超電導線５０がコイル６の径方向に整列するとともに径方向に並ぶ超電導線５０に交互に逆向きの電気が流れるように各通電層３１〜３３で２本の超電導線５０ａ，５０ｂが配列されている。【選択図】図３
2010129829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導マグネットを永久電流モードで運転するための永久電流スイッチであって、
前記超電導マグネットに電気的に接続されるコイルを備え、
前記コイルは、巻枠と、この巻枠に巻付けられ、互いに逆向きに電気を通す第１の超電導線および第２の超電導線を有する通電体とを含み、
前記通電体は、第１の超電導線および第２の超電導線が軸方向に交互に配されるようにそれぞれソレノイド状に巻回されることにより形成され、前記コイルの径方向に積層される複数の通電層を有し、
各層の超電導線が前記コイルの径方向に整列するとともに径方向に並ぶ超電導線に交互に逆向きの電気が流れるように各層で前記第１の超電導線および第２の超電導線が配列されていることを特徴とする永久電流スイッチ。
【請求項２】
第１の超電導線および第２の超電導線が、互いに並行する状態で前記巻枠の軸方向の両端同士の間の領域で巻回され、各層の巻終り端では巻回方向が逆向きとなるように折返され、かつ、折返し後の各超電導線が当該超電導線と連続する折返し前の超電導線に対して径方向にそれぞれ整列するように配列されてその外側の層に移行することを特徴とする請求項１に記載の永久電流スイッチ。
【請求項３】
第１の超電導線と第２の超電導線とに直列に電気が流れるように、当該第１の超電導線の端部と第２の超電導線の端部とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の永久電流スイッチ。
【請求項４】
第１の超電導線と第２の超電導線とは単一の線材からなり、
この線材の中間部分が折曲げられてその折曲げ部分の両側がそれぞれ第１の超電導線および第２の超電導線を構成することを特徴とする請求項３に記載の永久電流スイッチ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の永久電流スイッチと、この永久電流スイッチのコイルに電気的に接続される超電導マグネットとを備えることを特徴とする超電導マグネット装置。
【請求項６】
超電導マグネットに電気的に接続されて当該超電導マグネットを永久電流モードで運転するための永久電流スイッチのコイルの製造方法であって、
超電導線を巻回するための巻枠を準備する工程と、
前記巻枠の軸方向の両端同士の間の領域で、当該巻枠に超電導線をソレノイド状にかつ径方向に複数層に亘って積層するように巻付けることにより通電体を形成する工程とを備え、
前記通電体の形成工程は、
第１の超電導線および第２の超電導線を互いに逆向きに電気を通すように並行する状態でソレノイド状に巻回する工程と、
その巻終り端で、第１の超電導線および第２の超電導線を巻回方向が逆向きとなるように折返す工程と、
折返した各超電導線が当該超電導線と連続する折返し前の超電導線に対して径方向外側にそれぞれ整列するように第１の超電導線および第２の超電導線を配した状態でソレノイド状に巻回する工程とを含むことを特徴とする永久電流スイッチのコイルの製造方法。
【請求項７】
前記通電体の形成工程に先立って、単一の線材を中間部分で折曲げてその折曲げ部分の両側が互いに並行するように配することで第１の超電導線と第２の超電導線とを形成する工程を備え、
前記折曲げ部分を前記巻枠の特定部分に係止した状態で巻回することを特徴とする請求項６に記載の永久電流スイッチのコイルの製造方法。
【請求項８】
前記巻枠の軸方向端部には、前記超電導線を支持可能な側面部を有するボス部が設けられ、
前記超電導線を前記ボス部に掛回して支持させることで巻回方向が逆向きとなるように折返すことを特徴とする請求項６または７に記載の永久電流スイッチのコイルの製造方法。
【請求項９】
超電導線を巻回して形成した通電層の外周に円筒状のスペーサを隣接して設け、そのスペーサの外周に隣接するように外側の通電層を形成することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の永久電流スイッチのコイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導マグネットを永久電流モードで運転するための永久電流スイッチ、この永久電流スイッチを備えた超電導マグネット装置、および、永久電流スイッチのコイルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超電導マグネット装置の超電導マグネットに電気的に接続される無誘導型のコイルを備えた永久電流スイッチが知られている。
【０００３】
このようなコイルは、超電導線をソレノイド状にかつ径方向に複数層に亘って積層されるように巻回することにより形成される通電体を含んでいる。
【０００４】
そして、通電体は、通電中にそれ自体が磁場を発生しないようにするために、当該通電体を構成するソレノイド状の超電導線の半分が残りの半分に対して逆向きに電気を通すように構成されている。これにより、互いに逆向きに電気を通す双方の超電導線による発生磁場が互いに打ち消し合ってコイル全体が無誘導性をもつようになる。
【０００５】
例えば、特許文献１には、１本の線材を、その長さ方向の中間部分で折曲げ、その折曲げ部分から延びる２本の超電導線が互いに並行する状態で当該折曲げ部分を巻始め端として巻枠に巻回することによってコイルの通電体を形成する方法が開示されている。このコイルの通電体では、互いに逆向きに電気を通す２本の超電導線が軸方向に交互に並んでおり、これによりコイルの無誘導性を確保している。
【０００６】
また、上記無誘導型のコイルにおいて、各層の超電導線同士が当該コイルの径方向に揃うように、いわゆる整列巻きに巻回されることで形成される通電体がある。
【特許文献１】実開昭６２−３４４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記永久電流スイッチのコイルの通電体には、超電導マグネットの発生磁場による電磁力が作用する。そして、その力の向きは、超電導マグネットの磁場に対する当該コイルの設置方向に依存しており、コイルの設置方向によっては、クエンチを生じさせやすい向きの力が通電体に働く。
【０００８】
例えば、上述した整列巻きでかつ無誘導型のコイルを、その軸方向が超電導マグネットの磁場方向に一致するような縦置きに設置した場合、通電体の各層には主に径方向に沿う方向の電磁力が作用する。
【０００９】
そして、例えば、図１４に示すように、通電体１３０の径方向に整列する複数（３つ）の超電導線５０に同方向に電気が流れる場合、各超電導線５０に作用する径方向の電磁力が軸方向で互いに干渉されずに合計（増幅）される。また、軸方向に隣り合う超電導線５０では、上記合計された電磁力が互いに逆向きに作用する（図１４のＦ１１，Ｆ１２参照）。なお、図１４中の矢印Ｍは超電導マグネットの磁場方向を示している。これにより、通電体１３０内には径方向の大きなせん断力が発生し、超電導線５０が微小変位しやすくなるので、クエンチが発生しやすくなるという問題がある。
【００１０】
なお、コイルを、その軸方向が超電導マグネットの磁場方向と直交するような横置きに設置すれば、各通電層には主に巻枠の軸方向に沿う方向に電磁力が作用し、かつ、軸方向に隣り合う超電導線材には逆向きの電磁力が作用する。このため、上述のような問題は発生しにくい。しかし、永久電流スイッチは、一般に、超電導マグネット装置の低温容器内のスペース等の事情を優先して決定された向きで設置されるようになっており、安定性が高まるような設置方向（例えば上述の縦置き）を常に選択して設置するのは困難である。
【００１１】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、コイルの設置方向にかかわらずクエンチの発生を抑えることが可能な永久電流スイッチ、永久電流スイッチを備えた超電導マグネット装置、および、永久電流スイッチのコイルの製造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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の永久電流スイッチは、超電導マグネットを永久電流モードで運転するための永久電流スイッチであって、前記超電導マグネットに電気的に接続されるコイルを備え、前記コイルは、巻枠と、この巻枠に巻付けられ、互いに逆向きに電気を通す第１の超電導線および第２の超電導線を有する通電体とを含み、前記通電体は、第１の超電導線および第２の超電導線が軸方向に交互に配されるようにそれぞれソレノイド状に巻回されることにより形成され、前記コイルの径方向に積層される複数の通電層を有し、各層の超電導線が前記コイルの径方向に整列するとともに径方向に並ぶ超電導線に交互に逆向きの電気が流れるように各層で前記第１の超電導線および第２の超電導線が配列されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項１に記載の永久電流スイッチでは、上記のように、各層の超電導線が径方向に整列する、いわゆる整列巻きに巻回されることにより形成された通電体において、軸方向または径方向に並ぶ超電導線に交互に逆向きの電気が流れるようにしたので、コイルの設置の向きにかかわらず軸方向または径方向に隣り合う両超電導線には超電導マグネットの発生磁場による電磁力が必ず互いに逆向きに作用する。これにより、各超電導線に作用する電磁力が軸方向および径方向のいずれにおいても互いに干渉するので、各超電導線に作用する電磁力に起因して通電体内に発生する軸方向および径方向のせん断力が有効に抑制される。このように、通電体内に発生するせん断力がコイルの設置方向にかかわらず常に小さく抑えられるので、超電導線の微小変位が起こりにくく、コイルの安定性が高くなる。その結果、クエンチの発生が抑えられる。
【００１４】
請求項２に記載の永久電流スイッチは、上記請求項１に記載の永久電流スイッチにおいて、第１の超電導線および第２の超電導線が、互いに並行する状態で前記巻枠の軸方向の両端同士の間の領域で巻回され、各層の巻終り端では巻回方向が逆向きとなるように折返され、かつ、折返し後の各超電導線が当該超電導線と連続する折返し前の超電導線に対して径方向にそれぞれ整列するように配列されてその外側の層に移行することを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の永久電流スイッチによれば、２本の超電導線を互いに並行する状態で巻枠に巻回するという簡単な構成によって、通電体の軸方向に並ぶ超電導線に交互に逆向きの電気が流れるようにすることができる。しかも、各層の巻終り端で２本の超電導線を巻回方向が逆向きとなるように、かつ折返し後の各超電導線が当該超電導線と連続する折返し前の超電導線に対して径方向にそれぞれ整列するように折返すことによって、通電体の径方向に並ぶ超電導線に交互に逆向きの電気が流れるように第１の超電導線および第２の超電導線を積層することができる。
【００１６】
請求項３に記載の永久電流スイッチは、上記請求項２に記載の永久電流スイッチにおいて、第１の超電導線と第２の超電導線とに直列に電気が流れるように、当該第１の超電導線の端部と第２の超電導線の端部とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載の永久電流スイッチによれば、単一の回路で第１の超電導線および第２の超電導線にそれぞれ同時にかつ逆向きに電気を流すことができる。
【００１８】
請求項４に記載の永久電流スイッチは、上記請求項３に記載の永久電流スイッチにおいて、第１の超電導線と第２の超電導線とは単一の線材からなり、この線材の中間部分が折曲げられてその折曲げ部分の両側がそれぞれ第１の超電導線および第２の超電導線を構成することを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載の永久電流スイッチによれば、第１の超電導線および第２の超電導線が単一の線材で構成されるので、構成がさらに簡略化される。
【００２０】
また、本発明の請求項５に記載の超電導マグネット装置は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の永久電流スイッチと、この永久電流スイッチのコイルに電気的に接続される超電導マグネットとを備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項５に記載の超電導マグネット装置によれば、これに含まれる永久電流スイッチの電磁力に起因する第１の超電導線および第２の超電導線の動きが抑えられるので、当該動きによるクエンチの発生がより確実に防がれ、当該超電導マグネット装置の信頼性が高まる。
【００２２】
また、本発明の請求項６に記載の永久電流スイッチのコイルの製造方法は、超電導マグネットに電気的に接続されて当該超電導マグネットを永久電流モードで運転するための永久電流スイッチのコイルの製造方法であって、超電導線を巻回するための巻枠を準備する工程と、前記巻枠の軸方向の両端同士の間の領域で、当該巻枠に超電導線をソレノイド状にかつ径方向に複数層に亘って積層するように巻付けることにより通電体を形成する工程とを備え、前記通電体の形成工程は、第１の超電導線および第２の超電導線を互いに逆向きに電気を通すように並行する状態でソレノイド状に巻回する工程と、その巻終り端で、第１の超電導線および第２の超電導線を巻回方向が逆向きとなるように折返す工程と、折返した各超電導線が当該超電導線と連続する折返し前の超電導線に対して径方向外側にそれぞれ整列するように第１の超電導線および第２の超電導線を配した状態でソレノイド状に巻回する工程とを含むことを特徴とする。
【００２３】
請求項６に記載の永久電流スイッチのコイルの製造方法では、上記のように、２本の超電導線を並行する状態で巻枠にソレノイド状に巻回するという簡素な工程によって、通電体の軸方向に並ぶ超電導線に交互に逆向きの電気が流れるようにすることができる。
【００２４】
また、各層の巻終り端で２本の超電導線を巻回方向が逆向きとなるように、かつ折返し後の各超電導線が当該超電導線と連続する折返し前の超電導線に対して径方向にそれぞれ整列するように折返すことによって、通電体の径方向に並ぶ超電導線に交互に逆向きの電気が流れるようにすることができる。
【００２５】
従って、前記の優れた効果を奏する永久電流スイッチを容易に製造することができる。
【００２６】
請求項７に記載の永久電流スイッチのコイルの製造方法は、上記請求項６に記載の永久電流スイッチのコイルの製造方法において、前記通電体の形成工程に先立って、単一の線材を中間部分で折曲げてその折曲げ部分の両側が互いに並行するように配することで第１の超電導線と第２の超電導線とを形成する工程を備え、前記折曲げ部分を前記巻枠の特定部分に係止した状態で巻回することを特徴とする。
【００２７】
このように１本の線材をその中間部分で折曲げるだけで、互いに並行し、かつ直列に接続された第１の超電導線および第２の超電導線を得ることができる。
【００２８】
請求項８に記載の永久電流スイッチのコイルの製造方法は、上記請求項６または７に記載の永久電流スイッチのコイルの製造方法において、前記巻枠の軸方向端部には、前記超電導線を支持可能な側面部を有するボス部が設けられ、前記超電導線を前記ボス部に掛回して支持させることで巻回方向が逆向きとなるように折返すことを特徴とする。
【００２９】
このようにすれば、超電導線をボス部に掛回すだけで、容易に、超電導線の巻回方向が逆向きとなるように当該超電導線を軸方向に折返すことができる。
【００３０】
請求項９に記載の永久電流スイッチのコイルの製造方法は、上記請求項６〜８のいずれか一項に記載の永久電流スイッチのコイルの製造方法において、超電導線を巻回して形成した通電層の外周に円筒状のスペーサを隣接して設け、そのスペーサの外周に隣接するように外側の通電層を形成することを特徴とする。
【００３１】
このようにすれば、外側の層の超電導線を内側の層の超電導線の外周形状に影響されることなく巻回することができるので、超電導線を整列巻きで巻回しやすくなる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の永久電流スイッチによれば、軸方向または径方向に並ぶ超電導線に交互に逆向きの電気が流れるようにしたので、コイルの設置の向きにかかわらず軸方向または径方向に隣り合う両超電導線には超電導マグネットの発生磁場による電磁力が必ず互いに逆向きに作用する。これにより、通電体内に発生するせん断力がコイルの設置方向にかかわらず常に小さく抑えられるので、超電導線の微小変位が起こりにくく、コイルの安定性が高くなる。その結果、クエンチの発生が抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３４】
図１は、本発明の一実施形態による超電導マグネット装置の構成を概略的に示したブロック図である。また、図２は、超電導マグネット装置の永久電流スイッチのコイルの構成を示した断面図である。また、図３は、横置きコイルの通電体に作用する軸方向の力を説明するための断面図であり、図４は、縦置きコイルの通電体に作用する径方向の力を説明するための断面図である。また、図５〜図１２は、永久電流スイッチのコイルの製造方法を説明するための図である。
【００３５】
まず、図１を参照して、本実施形態の超電導マグネット装置の構成について説明する。
【００３６】
本実施形態の超電導マグネット装置は、例えば高分解能ＮＭＲやＭＲＩに適用されるものである。このような超電導マグネット装置では、超電導マグネット２の発生磁場が時間的に極めて高い安定性を有することが要求される。このため、図１に示すように、超電導マグネット２を収容する低温容器１内には、冷却用媒体としての液体ヘリウムとともに本発明に係る永久電流スイッチ５が収容されている。この永久電流スイッチ５は、超電導マグネット２とともに閉ループを構成している。そして、外部電源４による超電導マグネット２の電源駆動モードでの運転から、前記閉ループによる超電導マグネット２の永久電流モードでの運転に所定のタイミングで切り替わるようになっている。
【００３７】
具体的には、超電導マグネット２は、導線部１０によって外部電源４と電気的に接続されている。外部電源４の下流位置には、スイッチ３が設けられている。そして、電源駆動モードでは、スイッチ３が「入」状態（実線で表示）となって、外部電源４による超電導マグネット２への給電が行われる。なお、電源駆動モード時の電流の経路を図１中に矢印ａで示している。
【００３８】
また、永久電流スイッチ５は、導線部１０と、この導線部１０の適所に短絡する導線部１１とによって、超電導マグネット２および外部電源４に電気的に接続されている。
【００３９】
永久電流スイッチ５は、超電導マグネット２に電気的に接続されるコイル６と、このコイル６を加温するヒータ７とを含んでいる。コイル６は、通電中に磁場を発生しない、いわゆる無誘導型となっている。ヒータ７は、スイッチ８とヒータ用電源９とに電気的に接続されており、スイッチ８の「入」状態（実線で表示）でコイル６を常電導転移温度以上に加温可能となっている。ちなみに、スイッチ８を「切」状態（点線で表示）にすると、コイル６は、低温容器１内の液体ヘリウムによって前記常電導転移温度未満（超電導転移温度以下）にまで冷却されるようになっている。
【００４０】
このような超電導マグネット装置では、冷却後の立上げ時には、スイッチ３が「入」状態となって外部電源４による電源駆動モードで超電導マグネット２が運転されるように構成されている。なお、この時、永久電流スイッチ５のスイッチ９は「入」状態となっており、コイル６がヒータ７により加温されることで常電導状態となっている。常電導状態では、コイル６は大きな抵抗を有するようになるため、当該コイル６には電気がほとんど流れない。従って、超電導マグネット２、外部電源３および導線部１０による経路（矢印ａ）を電気が流れるようになる。
【００４１】
そして、当該超電導マグネット装置では、所定のタイミングで電源駆動モードから永久電流モードに切り替わるようになっている。
【００４２】
すなわち、永久電流スイッチ５のスイッチ８が「切」状態に切り替わることにより、ヒータ７によるコイル６の加温が停止される。これにより、コイル６が液体ヘリウムによって超電導転移温度以下に冷却されて超電導状態となり、コイル６の電流抵抗値がほぼゼロになる。また、この時、スイッチ３が「切」状態（点線で表示）に切り替えられ、外部電源４からの給電が停止される。その結果、超電導マグネット２、コイル６および導線部１０，１１によって構成される閉ループ（図１中の矢印ｂ）を電気が流れるようになる。
【００４３】
次に、図２を参照して、本発明の一実施形態に係るコイル６の具体的な構成を説明する。
【００４４】
このコイル６は、図２に示すように、巻枠２０と、通電体３０とを含んでいる。
【００４５】
巻枠２０は、円筒状外周面を有する胴部２１と、この胴部２１の軸方向両端に設けられる一対のフランジ部２２，２３とを有している。
【００４６】
通電体３０は、超電導線５０がフランジ部２２，２３間の領域で胴部２１の周囲にソレノイド状に巻回されることにより形成されており、コイル６の径方向に積層される複数（本実施形態では３つ）の通電層３１〜３３を有している。
【００４７】
各通電層３１〜３３の超電導線５０は、コイル６の径方向に整列しており、通電体３０がいわゆる整列巻きの状態となっている。なお、超電導線が径方向に整列するとは、当該超電導線の中心線同士が径方向にほぼ一列に並ぶ状態を言う。
【００４８】
通電体３０は、より詳細には、互いに逆向きに電気を通す２本の超電導線５０（以下、適宜、超電導線５０ａ，５０ｂとする。）が互いに並行する状態でそれぞれソレノイド状に巻回されることにより形成されている。これにより、各通電層３１〜３３では、２本の超電導線５０ａ，５０ｂが軸方向に交互に配されるようになる。つまり、軸方向に並ぶ超電導線５０には、交互に逆向きの電気が流れる。なお、超電導線５０ａは、本発明の「第１の超電導線」に相当し、超電導線５０ｂは、本発明の「第２の超電導線」に相当する。
【００４９】
また、各通電層の巻終り端（例えば図２の通電層３１では右端）では、超電導線５０ａ，５０ｂが、巻回方向が逆向きとなるように折返されてその外側の通電層に移行している。このとき、折返し後の各超電導線５０ａ，５０ｂは、当該超電導線５０ａ，５０ｂと連続する折返し前の超電導線５０ａ，５０ｂに対して径方向外側にそれぞれ整列するように配列される。このように超電導線５０ａ，５０ｂを設けることによって、径方向に並ぶ超電導線５０には、交互に逆向きの電気が流れるようになっている。
【００５０】
上記のように、本実施形態では、通電体３０は、軸方向または径方向に並ぶ超電導線５０に交互に逆向きの電気が流れるように構成されている。つまり、通電体３０を構成するソレノイド状の超電導線５０の半分が残りの半分に対して逆向きに電気を通すように構成されている。従って、互いに逆向きに電気を通す双方の超電導線５０による発生磁場が互いに打ち消し合ってコイル６全体が無誘導性をもつようになる。
【００５１】
また、各通電層間にはスペーサ４１，４２が設けられている。これらのスペーサ４１，４２の厚みは、当該スペーサ４１，４２の外周形状が通電層３１，３２の外周形状に影響されない程度に設定されるのが好ましい。このようなスペーサ４１，４２を層間に設けることによって、超電導線５０を整列巻き状態で巻回および保持しやすくなる。
【００５２】
ところで、上記永久電流スイッチ５のコイル６は、超電導マグネット２の磁場に曝されている。そのため、コイル６の通電体３０には、超電導マグネット２の発生磁場による電磁力が作用する。そして、その力の向きは、超電導マグネット２の磁場に対する当該コイル６の設置方向に依存している。
【００５３】
例えば、図３に示すように、コイル６を、その軸方向が超電導マグネット２の磁場方向（矢印Ｍ参照）と直交するような横置きに設置した場合、通電体３０の超電導線５０のうち超電導マグネット２の磁場方向に直交する向きに電気が流れる磁場直交部（図３に示す超電導線５０の断面部分）には、それぞれ、巻枠２０の軸方向に沿う方向の力が主に作用する。
【００５４】
また、図４に示すように、コイル６を、その軸方向が超電導マグネット２の磁場方向と一致するような縦置きに設置した場合、超電導線５０の磁場直交部（図４に示す超電導線５０の断面部分）には、それぞれ、巻枠２０の軸方向と直交する方向の力が主に作用する。
【００５５】
そして、本実施形態のコイル６では、通電体３０は、軸方向または径方向に並ぶ超電導線５０に交互に逆向きの電気が流れるように構成されている。これにより、図３に示す横置きの場合でも図４に示す縦置きの場合でも、軸方向または径方向に隣り合う両超電導線５０には、超電導マグネット２の発生磁場による電磁力が必ず互いに逆向きに作用する（図３，図４のＦ１，Ｆ２参照）。従って、当該コイル６の通電体３０では、各超電導線５０に作用する電磁力が軸方向および径方向のいずれにおいても互いに干渉するので、通電体３０に作用するせん断力が有効に抑制される。
【００５６】
なお、超電導マグネット２の磁場方向（矢印Ｍ）が逆向きの場合には、前記電磁力Ｆ１，Ｆ２もそれぞれ反対方向に作用することになる。
【００５７】
また、図示しないが、コイル６が、その軸方向が超電導マグネット２の磁場方向に対して例えば４５度で傾斜する姿勢で設置される場合でも、軸方向または径方向に隣り合う磁場直交部には必ず逆向きの力が作用する。このため、通電体３０には大きなせん断力が作用しない。
【００５８】
本実施形態では、上記のように、各通電層３１〜３３の超電導線５０が径方向に整列する、いわゆる整列巻きに巻回されることにより形成された通電体３０において、軸方向または径方向に並ぶ超電導線５０に交互に逆向きの電気が流れるようにしたので、コイル６の設置の向きにかかわらず軸方向または径方向に隣り合う両超電導線５０には超電導マグネット２の発生磁場による電磁力が必ず互いに逆向きに作用する。これにより、各超電導線５０に作用する電磁力が軸方向および径方向のいずれにおいても互いに干渉するので、各超電導線５０に作用する電磁力に起因して通電体３０内に発生する軸方向および径方向のせん断力が有効に抑制される。このように、通電体３０内に発生するせん断力がコイル６の設置方向にかかわらず常に小さく抑えられるので、超電導線５０の微小変位が起こりにくく、コイル６の安定性が高くなる。その結果、クエンチの発生が抑えられる。
【００５９】
また、本実施形態では、超電導マグネット装置に含まれる永久電流スイッチ５の電磁力に起因する超電導線５０の動きが抑えられるので、当該動きによるクエンチの発生がより確実に防がれ、当該超電導マグネット装置の信頼性が高まる。
【００６０】
次に、図５〜図１２を参照して、上記コイル６の製造方法を説明する。
【００６１】
まず、巻枠２０および超電導線５０（５０ａ，５０ｂ）を準備する。
【００６２】
上記コイル６の構成説明（図２参照）では省略したが、当該コイル６を形成するための巻枠２０のフランジ部２２，２３には、図５、図８および図１１に示すように、それぞれ、切欠き部２２ａ，２３ａが形成されている。そして、切欠き部２２ａ，２３ａに臨むフランジ部２２，２３の径内側の面には、それぞれ、径方向外側に突出するボス部２２ｂ，２３ｂが設けられている。これらのボス部２２ｂ，２３ｂは、当該ボス部２２ｂ，２３ｂに掛回された超電導線５０をその側面部で支持するようになっている。
【００６３】
一方、図６に示すように、単一の線材をその長さ方向の中間部分で折曲げて、当該折曲げ部分５０ｃにより互いに電気的に接続されるとともに並行する２本の超電導線５０ａ，５０ｂを形成する。この線材に電気を通すと、２本の超電導線５０ａ，５０ｂには互いに逆向きに電気が流れる。
【００６４】
次に、３つの通電層３１〜３３からなる通電体３０を形成する。
【００６５】
まず、図７および図８に示すように、上記線材の折曲げ部分５０ｃを巻枠２０のフランジ部２２のボス部２２ｂに引掛けて係止する。なお、ボス部２２ｂは本発明の「巻枠の特定部位」の一例である。
【００６６】
そして、図９に示すように、折曲げ部分５０ｃから延びる２本の超電導線５０ａ，５０ｂを、軸方向に並べてその並び順のままフランジ部２２からフランジ部２３に向けて胴部２１の外周面に沿うようにソレノイド状に巻回する。これによって通電体３０の最内層である通電層３１を形成する。なお、巻回時には、両超電導線５０ａ，５０ｂには所定の張力が付与される。
【００６７】
次に、図１０に示すように、通電層３１の外周を覆うように、当該通電層３１の径方向外側に円筒状の絶縁性のスペーサ４１を隣接して配設する。このスペーサ４１は、例えば、一対の半円筒状部材の嵌合せや、シート状部材の巻付けによって設けられる。
【００６８】
その後、図１０および図１１に示すように、超電導線５０ａ，５０ｂの巻終り端をフランジ部２３のボス部２３ｂに掛回して、当該超電導線５０ａ，５０ｂをその巻回方向が逆向きとなるように折返す。
【００６９】
ここで、本実施形態のコイル６の製造方法では、折返し後の超電導線５０ａ，５０ｂが当該超電導線５０ａ，５０ｂと連続する折返し前の超電導線５０ａ，５０ｂに対して径方向外側にそれぞれ整列するように、超電導線５０ａ，５０ｂを配列する。このように配列すれば、径方向に隣り合う超電導線５０同士には、互いに逆向きの電気が流れる。
【００７０】
次に、図１２に示すように、折返された２本の超電導線５０ａ，５０ｂを、上記配列で、すなわち各超電導線が内側の通電層３１の連続する超電導線の径方向外側にそれぞれ整列する状態で、フランジ部２３からフランジ部２２に向けてスペーサ４１の外周面に沿ってソレノイド状に巻回する。これによって内側から２番目の通電層３２を形成する。
【００７１】
その後、通電層３２の径方向外側に円筒状の絶縁性のスペーサ４２を隣接して配設し、通電層３２の超電導線５０ａ，５０ｂの巻終り端を、フランジ部２２のボス部２２ｂに掛回して軸方向に折返す。そして、折返された２本の超電導線５０ａ，５０ｂを、前述と同様、内側の通電層３２の連続する超電導線の径方向外側にそれぞれ整列するように配列した状態で、フランジ部２２からフランジ部２３に向けてスペーサ４２の外周面に沿ってソレノイド状に巻回する。これによって最外層である通電層３３を形成する。なお、通電層３３の超電導線５０ａ，５０ｂの巻終り端は、それぞれ、導線部１１（図１参照）に電気的に接続される。
【００７２】
上記のように形成された通電体３０では、互いに逆向きに電気を通す超電導線５０が軸方向および径方向に交互に配されており、当該通電体３０に電気を流すと、軸方向および径方向に隣り合う超電導線５０には互いに逆向きの電気が流れる。
【００７３】
本実施形態のコイル６の製造方法では、上記のように、２本の超電導線５０ａ，５０ｂを並行する状態で巻枠２０の胴部２１にソレノイド状に巻回するという簡素な工程によって、通電体３０の軸方向に並ぶ超電導線５０に交互に逆向きの電気が流れるようにすることができる。
【００７４】
また、各通電層の巻終り端で２本の超電導線５０ａ，５０ｂを巻回方向が逆向きとなるように、かつ折返し後の各超電導線５０ａ，５０ｂが当該超電導線５０ａ，５０ｂと連続する折返し前の超電導線５０ａ，５０ｂに対して径方向にそれぞれ整列するように折返すことによって、通電体３０の径方向に並ぶ超電導線５０に交互に逆向きの電気が流れるようにすることができる。
【００７５】
従って、このコイル６の製造方法では、前記クエンチの発生を抑制可能という優れた効果を奏する永久電流スイッチ５を容易に製造することができる。
【００７６】
また、本実施形態のコイル６の製造方法によれば、１本の線材をその中間部分で折曲げるだけで、互いに並行し、かつ直列に接続された２本の超電導線５０ａ，５０ｂを得ることができる。
【００７７】
また、本実施形態のコイル６の製造方法によれば、巻枠２０の軸方向端部に設けたボス部２２ｂ，２３ｂに超電導線５０ａ，５０ｂを掛回すだけで、容易に、超電導線５０ａ，５０ｂの巻回方向が逆向きとなるように当該超電導線５０ａ，５０ｂを軸方向に折返すことができる。
【００７８】
また、本実施形態のコイル６の製造方法では、上記のように、各通電層間に円筒状のスペーサ４１，４２を設け、そのスペーサ４１，４２の外周面に超電導線５０ａ，５０ｂを巻付けることによって、外側の層の超電導線５０ａ，５０ｂを内側の層の超電導線５０ａ，５０ｂの外周形状に影響されることなく巻回することができるので、超電導線５０ａ，５０ｂを整列巻きで巻回しやすくなる。
【００７９】
なお、上記実施形態では、超電導線を、各フランジ部２２，２３に設けたボス部２２ｂ，２３ｂに掛回すことで軸方向に折返す例について示したが、例えば図１３に示すように、巻枠２０の軸方向端部に軸方向外側に突出するボス部２４を設け、超電導線をフランジ部２２，２３の切欠き部２２ａ，２３ａを通してそのボス部２４に掛回すことによって、当該超電導線５０を軸方向に折返すようにしてもよい。なお、図１３の左側のボス部２４は本発明の「巻枠の特定部位」の一例である。
【００８０】
また、上記実施形態では、本発明を、３つの通電層３１〜３３からなる通電体３０を有するコイル６に適用する例について示したが、これに限らず、２層や４層以上の通電層からなる通電体を有するコイルにも本発明を適用可能である。
【００８１】
また、上記実施形態では、単一の線材を折曲げて２本の超電導線５０ａ，５０ｂを形成し、それらの超電導線５０ａ，５０ｂをその折曲げ部分５０ｃを巻始め端としてソレノイド状に巻回することにより通電体３０を形成したが、これに限らず、２本の独立した線材を束ねてソレノイド状に巻回することにより通電体を形成してもよい。その場合、２本の線材をそれぞれ個別に電気回路につなぐようにしてもよいし、巻回後に各線材の端部同士を別の導体を介して接続してもよい。また、各通電層をそれぞれ２本の独立した線材で形成し、巻回後に各通電層の線材同士を適宜電気的に接続するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の一実施形態による超電導マグネット装置の構成を概略的に示したブロック図である。
【図２】超電導マグネット装置の永久電流スイッチのコイルの構成を示した断面図である。
【図３】横置きコイルの通電体に作用する軸方向の力を説明するための断面図である。
【図４】縦置きコイルの通電体に作用する径方向の力を説明するための断面図である。
【図５】永久電流スイッチのコイルの製造方法を説明するための正面図である。
【図６】永久電流スイッチのコイルの製造方法を説明するための正面図である。
【図７】永久電流スイッチのコイルの製造方法を説明するための正面図である。
【図８】図７に示したコイルの左側面図である。
【図９】永久電流スイッチのコイルの製造方法を説明するための正面図である。
【図１０】永久電流スイッチのコイルの製造方法を説明するための正面図である。
【図１１】図１０に示したコイルの右側面図である。
【図１２】永久電流スイッチのコイルの製造方法を説明するための正面図である。
【図１３】変形例によるコイルの製造方法を説明するための正面図である。
【図１４】従来の縦置きコイルの通電体に作用する径方向の力を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
２  超電導マグネット
５  永久電流スイッチ
６  コイル
２０  巻枠
２１  胴部
２２ｂ，２３ｂ，２４  ボス部
３０  通電体
３１〜３３  通電層
４１，４２  スペーサ
５０  超電導線
５０ａ  超電導線（第１の超電導線）
５０ｂ  超電導線（第２の超電導線）
５０ｃ  折曲げ部分
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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