(57)【要約】      （修正有）【課題】磁場発生装置及びこれを備える超電導回転機において、クエンチ発生時に、超電導コイルが保持するエネルギーをより迅速に超電導コイルの外部へと逃がす。【解決手段】超電導線材を巻回した超電導コイル３１と、導体からなり、超電導コイルと絶縁され、超電導コイルの巻軸方向において超電導コイルと隣り合うように、かつ、一方の主面が超電導コイルに向くように配置された分割されていない導体板３２と、超電導コイルと並列に接続され、超電導コイルに通流する電流を減衰させる保護回路４と、を備える。【選択図】図１
2014029906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導線材を巻回した超電導コイルと、
導体からなり、前記超電導コイルと絶縁され、前記超電導コイルの巻軸方向において前記超電導コイルと隣り合うように、かつ、一方の主面が前記超電導コイルに向くように配置された分割されていない導体板と、
前記超電導コイルと並列に接続され、前記超電導コイルに通流する電流を減衰させる保護回路と、
を備える、磁場発生装置。
【請求項２】
前記の分割されていない導体板は、前記超電導コイルの巻軸方向から見て前記超電導コイルの全面を覆う、請求項１に記載の磁場発生装置。
【請求項３】
前記超電導コイルの巻軸方向を上下方向とするとき、前記の分割されていない導体板が、前記超電導コイルの上下に一枚ずつ配置されている、請求項１ないし２のいずれかに記載の磁場発生装置。
【請求項４】
複数の前記超電導コイルを備え、
前記複数の超電導コイルは巻軸方向が一致するように積層され、
前記の分割されていない導体板が、前記積層された前記複数の超電導コイルにおいて、それぞれの隣り合う前記超電導コイルの間に一枚ずつ配置されている、請求項１ないし３に記載の磁場発生装置。
【請求項５】
前記超電導コイルはレーストラック形状を有する、請求項１ないし４に記載の磁場発生装置。
【請求項６】
前記の分割されていない導体板は、前記超電導コイルの巻軸方向から見て、前記超電導コイルの外側の輪郭と同一の形状を有する、請求項１ないし５のいずれかに記載の磁場発生装置。
【請求項７】
前記の分割されていない導体板は、全面に亘って溝のない平板上の形状を有する、請求項１ないし６のいずれかに記載の磁場発生装置。
【請求項８】
前記の分割されていない導体板の厚さが、前記超電導コイルの巻軸方向の厚さの０．３倍以上である、請求項１ないし７のいずれかに記載の磁場発生装置。
【請求項９】
前記の分割されていない導体板の厚さが、３ｍｍ以上である、請求項１ないし８のいずれかに記載の磁場発生装置。
【請求項１０】
前記の分割されていない導体板は、前記超電導コイルの動作温度での抵抗率が１．０×１０−９Ωｍ以下である材料からなる、請求項１ないし９のいずれかに記載の磁場発生装置。
【請求項１１】
前記の分割されていない導体板は、残留抵抗比が１００以上である無酸素銅、純アルミニウム、純金、及び、純銀からなる群より選ばれた少なくとも１つの材料からなる、請求項１ないし１０のいずれかに記載の磁場発生装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の磁場発生装置を備える超電導回転機であって、
回転軸と、
前記回転軸に固定され、前記超電導コイルと前記の分割されていない導体板とを備える超電導コイル−導体板複合体とを備え、
前記超電導コイルは、前記超電導回転機の界磁巻線をなし、
さらに、前記超電導コイルに電流を供給する電源を備える、超電導回転機。
【請求項１３】
前記保護回路は、静止部に設けられ、前記電源に対し前記超電導コイルと並列に接続されて、前記超電導コイルを保護する、請求項１２に記載の超電導回転機。
【請求項１４】
前記保護回路は、前記回転軸に設けられ、前記電源に対し前記超電導コイルと並列に接続されて、前記超電導コイルを保護する、請求項１２に記載の超電導回転機。
【請求項１５】
前記保護回路は、
前記超電導回転機の複数の界磁極のそれぞれについて、前記界磁極が備える前記超電導コイルと並列に接続されて、前記超電導コイルを保護する、複数の極保護回路と、
前記界磁極が備える前記超電導コイルの全部が直列に接続された直列経路の両端に、前記直列経路と並列に接続されて、前記超電導コイルを保護する、内部保護回路と、を備える、
請求項１４に記載の超電導回転機。
【請求項１６】
前記保護回路は、
前記回転軸に設けられ、前記電源に対し前記超電導コイルと並列に接続されて、前記超電導コイルを保護する、第１の保護回路と、
静止部に設けられ、前記電源に対し前記超電導コイルと並列に接続されて、前記超電導コイルを保護する、第２の保護回路と、を備える、
請求項１２に記載の超電導回転機。
【請求項１７】
前記第１の保護回路は、
前記超電導回転機の複数の界磁極のそれぞれについて、前記界磁極が備える前記超電導コイルと並列に接続されて、前記超電導コイルを保護する、複数の極保護回路と、
前記界磁極が備える前記超電導コイルの全部が直列に接続された直列経路の両端に、前記直列経路と並列に接続されて、前記超電導コイルを保護する、内部保護回路と、を備える、
請求項１６に記載の超電導回転機。
【請求項１８】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の磁場発生装置を備える超電導回転機であって、
回転軸と、
前記回転軸に固定され、前記超電導コイルと前記の分割されていない導体板とを備える超電導コイル−導体板複合体とを備え、
前記超電導コイルは、前記超電導回転機の界磁巻線をなし、
さらに、給電具と、
静止部に設けられ、前記給電具を介して前記超電導コイルに電流を供給する電源と、を備え、
前記保護回路は、
前記回転軸に設けられ、前記電源に対し前記超電導コイルと並列に接続されて、前記超電導コイルを保護する、第１の保護回路と、
前記静止部に設けられ、前記電源に対し前記超電導コイルと並列に接続されて、前記超電導コイルを保護する、第２の保護回路と、を備える、
超電導回転機。
【請求項１９】
前記第１の保護回路は、
前記超電導回転機の複数の界磁極のそれぞれについて、前記界磁極が備える前記超電導コイルと並列に接続されて、前記超電導コイルを保護する、複数の極保護回路と、
前記界磁極が備える前記超電導コイルの全部が直列に接続された直列経路の両端に、前記直列経路と並列に接続されて、前記超電導コイルを保護する、内部保護回路と、を備える、
請求項１８に記載の超電導回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場発生装置及びこれを備える超電導回転機に関する。より詳しくは、本発明は、超電導コイルを用いた磁場発生装置及びこれを備える超電導回転機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、超電導回路保護装置及び超電導磁石装置を開示する。該装置は、小規模な強制クエンチヒータと、クエンチ時に磁気誘導により磁気エネルギーを回収する誘導コイルと、停電検出器とを備え、停電検出器が停電を検出したら、温度上昇に伴う抵抗増大により誘導コイルがエネルギー回収効果を失うより以前に小規模な強制クエンチヒータにより超伝導コイルを強制的にクエンチさせ、誘導コイルに磁気エネルギーを回収させる。これにより停電時のクエンチから超伝導回路を保護する（要約）。
【０００３】
特許文献２は、高温超電導マグネットを開示する。該マグネットは、高温超電導材を用いた導体を巻回して構成される複数のコイルユニットを積層した高温超電導コイルを備えるものにおいて、上記コイルユニット間にヒータを設けた熱伝導部材を挿入したことを特徴とする（請求項５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２７２６１６号公報
【特許文献２】特開平  ０７−１４２２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、磁場発生装置及びこれを備える超電導回転機において、クエンチ発生時に、超電導コイルが保持するエネルギーをより迅速に超電導コイルの外部へと逃がすことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の磁場発生装置の一態様は、超電導線材を巻回した超電導コイルと、導体からなり、前記超電導コイルと絶縁され、前記超電導コイルの巻軸方向において前記超電導コイルと隣り合うように、かつ、一方の主面が前記超電導コイルに向くように配置された分割されていない導体板と、前記超電導コイルと並列に接続され、前記超電導コイルに通流する電流を減衰させる保護回路と、を備える。
【０００７】
本発明の超電導回転機の一態様は、上記磁場発生装置を備える超電導回転機であって、回転軸と、前記回転軸に固定され、前記超電導コイルと前記の分割されていない導体板とを備える超電導コイル−導体板複合体とを備え、前記超電導コイルは、前記超電導回転機の界磁巻線をなし、さらに、前記超電導コイルに電流を供給する電源を備える、超電導回転機。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の磁場発生装置及びこれを備える超電導回転機によれば、クエンチ発生時に、超電導コイルが保持するエネルギーをより迅速に超電導コイルの外部へと逃がすことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１実施形態の第１実施例にかかる磁場発生装置の概略構成の一例を示す模式図である。
【図２Ａ】図２Ａは、第１実施形態の第１実施例にかかる磁場発生装置の超電導コイルの概略構成の一例を示す平面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、第１実施形態の第１実施例にかかる磁場発生装置の導体板の概略構成の一例を示す平面図である。
【図３】図３は、図１の磁場発生装置の等価回路図の一例である。
【図４】図４は、第１実施形態のシミュレーション例にかかる磁場発生装置の超電導コイル−導体板複合体の概略構成を示す断面模式図である。
【図５】図５は、第１実施形態のシミュレーション例にかかる磁場発生装置の等価回路図である。
【図６】図６は、第１実施形態のシミュレーション例にかかる磁場発生装置において、導体板を備える場合と導体板を備えない場合とで、クエンチ時における、超電導コイルを流れる電流の時間変化を比較したグラフである。
【図７】図７は、第２実施形態の第１実施例にかかる超電導回転機の界磁回転子の概略構成を示す断面図である。
【図８】図８は、第２実施形態の第１実施例にかかる超電導回転機の界磁回転子の等価回路図の一例である。
【図９】図９は、第２実施形態の第２実施例にかかる超電導回転機の界磁回転子の概略構成を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態の第２実施例にかかる超電導回転機の界磁回転子の概略構成を示す分解図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態の第２実施例にかかる超電導回転機の界磁回転子の概略構成を示す断面斜視図である。
【図１２】図１２は、第２実施形態の第２実施例にかかる超電導回転機の等価回路図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
第１実施形態の第１態様の磁場発生装置は、超電導線材を巻回した超電導コイルと、導体からなり、超電導コイルと絶縁され、超電導コイルの巻軸方向において超電導コイルと隣り合うように、かつ、一方の主面が超電導コイルに向くように配置された分割されていない導体板と、超電導コイルと並列に接続され、超電導コイルに通流する電流を減衰させる保護回路と、を備える。
【００１２】
かかる構成では、クエンチ発生時に、超電導コイルが保持するエネルギーをより迅速に超電導コイルの外部へと逃がすことができる。
【００１３】
導体板とは、電気抵抗率の低い電気伝導体からなる板をいう。
【００１４】
第１実施形態の第２態様の磁場発生装置は、第１実施形態の第１態様の磁場発生装置であって、分割されていない導体板は、超電導コイルの巻軸方向から見て超電導コイルの全面を覆う。
【００１５】
かかる構成では、超電動コイルと導体板の相互磁気連成（mutal induction）が十分大きくなり、一方の電流が変化すると他方に起電力が生じやすくなることから、クエンチ発生時に、超電導コイルが保持するエネルギーをさらに効果的に超電導コイルの外部へと逃がすことができる。
【００１６】
第１実施形態の第３態様の磁場発生装置は、第１実施形態の第１態様または第２態様の磁場発生装置であって、超電導コイルの巻軸方向を上下方向とするとき、分割されていない導体板が、超電導コイルの上下に一枚ずつ配置されている。
【００１７】
かかる構成では、超電導コイルの両側に導体板が配設されていることから、クエンチ発生時に、超電導コイルが保持するエネルギーをさらに効果的に超電導コイルの外部へと逃がすことができる。
【００１８】
第１実施形態の第４態様の磁場発生装置は、第１実施形態の第１態様ないし第３態様のいずれかの磁場発生装置であって、複数の超電導コイルを備え、複数の超電導コイルは巻軸方向が一致するように積層され、分割されていない導体板が、積層された複数の超電導コイルにおいて、それぞれの隣り合う超電導コイルの間に一枚ずつ配置されている。
【００１９】
かかる構成では、積層された超電導コイルの間に導体板が配設されていることから、クエンチ発生時に、超電導コイルが保持するエネルギーをさらに効果的に超電導コイルの外部へと逃がすことができる。
【００２０】
第１実施形態の第５態様の磁場発生装置は、第１実施形態の第１態様ないし第４態様のいずれかの磁場発生装置であって、超電導コイルはレーストラック形状を有する。
【００２１】
かかる構成では、磁場発生装置を、細長い形状を有する船舶用の超電導モータ等に好適に適用されうる。
【００２２】
第１実施形態の第６態様の磁場発生装置は、第１実施形態の第１態様ないし第５態様のいずれかの磁場発生装置であって、分割されていない導体板は、超電導コイルの巻軸方向から見て、超電導コイルの外側の輪郭と同一の形状を有する。
【００２３】
かかる構成では、積層した導体板と超電導コイルとを、コイルケース等の構造体に容易に格納できる。
【００２４】
第１実施形態の第７態様の磁場発生装置は、第１実施形態の第１態様ないし第６態様のいずれかの磁場発生装置であって、分割されていない導体板は、全面に亘って溝のない平板上の形状を有する。
【００２５】
かかる構成では、導体板に渦電流が発生しやすくなり、クエンチ発生時に、超電導コイルが保持するエネルギーをさらに効果的に超電導コイルの外部へと逃がすことができる。
【００２６】
第１実施形態の第８態様の磁場発生装置は、第１実施形態の第１態様ないし第７態様のいずれかの磁場発生装置であって、分割されていない導体板の厚さが、超電導コイルの巻軸方向の厚さの０．３倍以上である。
【００２７】
かかる構成では、導体板に渦電流が発生しやすくなり、クエンチ発生時に、超電導コイルが保持するエネルギーをさらに効果的に超電導コイルの外部へと逃がすことができる。
【００２８】
第１実施形態の第９態様の磁場発生装置は、第１実施形態の第１態様ないし第８態様のいずれかの磁場発生装置であって、分割されていない導体板の厚さが、３ｍｍ以上である。
【００２９】
かかる構成では、導体板に渦電流が発生しやすくなり、クエンチ発生時に、超電導コイルが保持するエネルギーをさらに効果的に超電導コイルの外部へと逃がすことができる。
【００３０】
第１実施形態の第１０態様の磁場発生装置は、第１実施形態の第１態様ないし第９態様のいずれかの磁場発生装置であって、分割されていない導体板は、超電導コイルの動作温度での抵抗率が１．０×１０−９Ωｍ以下である材料からなる。
【００３１】
超電導コイルの動作温度とは、超電動コイルに定格電流を通流し所定の磁場を発生させる場合の超電動コイルの温度のことであり、超電導コイルが超電動状態を維持可能な温度である。
【００３２】
かかる構成では、導体板に渦電流が発生しやすくなり、クエンチ発生時に、超電導コイルが保持するエネルギーをさらに効果的に超電導コイルの外部へと逃がすことができる。
【００３３】
第１実施形態の第１１態様の磁場発生装置は、第１実施形態の第１態様ないし第１０態様のいずれかの磁場発生装置であって、分割されていない導体板は、残留抵抗比が１００以上である無酸素銅、純アルミニウム、純金、及び、純銀からなる群より選ばれた少なくとも１つの材料からなる。
【００３４】
かかる構成では、導体板に渦電流が発生しやすくなり、クエンチ発生時に、超電導コイルが保持するエネルギーをさらに効果的に超電導コイルの外部へと逃がすことができる。
【００３５】
第１実施形態の第１２態様の磁場発生装置は、第１実施形態の第１態様ないし第１１態様のいずれかの磁場発生装置であって、分割されていない導体板は、９９．９５％以上の純度を持つ無酸素銅及び９９．９５％以上の純度を持つ純アルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも１つの材料からなる。
【００３６】
かかる構成では、導体板に渦電流が発生しやすくなり、クエンチ発生時に、超電導コイルが保持するエネルギーをさらに効果的に超電導コイルの外部へと逃がすことができる。
【００３７】
以下の実施例では、磁場発生装置に、磁場発生装置の外部から電圧と電流とが継続的に供給されるものとして説明するが、磁場発生装置の外部から電圧と電流とが継続的に供給されず、界磁巻線がいわゆる永久電流モードで用いられる構成を採用してもよい。
【００３８】
［第１実施例］
図１は、第１実施形態の第１実施例にかかる磁場発生装置の概略構成の一例を示す模式図である。
【００３９】
第１実施例の磁場発生装置１は、超電導コイル３１と、分割されていない導体板３２と、保護回路４と、を備える。
【００４０】
超電導コイル３１は、超電導線材を巻回したコイルである。超電導線材は、例えば、ビスマス系超電導線材やイットリウム系超電導線材で構成される。超電導コイル３１は、図示されない冷却機構により、冷却される。冷却用の冷媒としては、液体窒素、液体ヘリウム、低温ヘリウムガス等が用いられうる。超電導コイル３１は、例えば、冷媒流路を通流する冷媒により、３０Ｋ程度まで冷却されることにより、超電導状態となる。
【００４１】
分割されていない導体板３２は、導体からなり、超電導コイル３１と絶縁され、超電導コイル３１の巻軸方向において超電導コイル３１と隣り合うように、かつ、一方の主面が超電導コイル３１に向くように配置されている。図１に示す例において、分割されていない導体板３２は、超電導コイル３１の巻軸方向を上下方向とするとき、超電導コイル３１の上下に一枚ずつ配置されている。
【００４２】
図１に示す例において、超電導コイル３１の巻軸方向を上下方向とするとき、導体板３２は、超電導コイル３１の上下の少なくとも一方の側につき、一枚ずつのみ配置されている。図１に示す例において、超電導コイル３１の上側に一枚のみ配置されかつ超電導コイル３１の下側に一枚のみ配置されている。なお、導体板３２は、超電導コイル３１の上側に一枚のみ配置され、超電導コイル３１の下側には配置されなくてもよい。導体板３２は、超電導コイル３１の下側に一枚のみ配置され、超電導コイル３１の上側には配置されなくてもよい。
【００４３】
クエンチ発生時に、超電導コイルが保持するエネルギーをより迅速に超電導コイルの外部へと逃がすことができるという効果が得られる限り、導体板３２は、超電導コイル３１の上下の一方の側につき、複数配置されていてもよい。例えば、複数枚の導体板３２が、電導コイル３１の巻軸方向において、互いに接するように積層されていてもよい。あるいは、導体板３２が、電導コイル３１の巻軸方向から見て分割されていてもよい。
【００４４】
図２Ａは、第１実施形態の第１実施例にかかる磁場発生装置の超電導コイルの概略構成の一例を示す平面図である。図２Ｂは、第１実施形態の第１実施例にかかる磁場発生装置の導体板の概略構成の一例を示す平面図である。
【００４５】
図２において、分割されていない導体板３２は、超電導コイル３１の巻軸方向から見て超電導コイル３１の全面を覆う。図２において、分割されていない導体板３２は、超電導コイル３１の巻軸方向から見て、超電導コイル３１の外側の輪郭と同一の形状を有している。つまり、図２において、超電導コイル３１の幅Ｗ１と導体板３２の幅Ｗ２とは等しく（Ｗ１＝Ｗ２）、超電導コイル３１の奥行Ｄ１と導体板３２の奥行Ｄ２とは等しい（Ｄ１＝Ｄ２）。
【００４６】
導体板３２の形状は特に限定されない。例えば、円盤形状であってもよいし、中空のドーナツ形状であってもよいし、板状の形状であってもよいし、コイルであってもよい。クエンチ時に、超電導コイル３１の発生する磁場の変化が生じた場合に、誘導起電力によって電流が発生する形状であれば、どのような形状であってもよい。図２に示す例では、超電導コイル３１はレーストラック形状を有している。
【００４７】
本実施例において、分割されていない導体板３２は、全面に亘って溝のない平板上の形状を有する。本実施例のように、分割されていない導体板３２がレーストラック形状の場合には、短手方向と交差する方向に溝が切られていない構成としてもよい。かかる構成では、導体板３２で生じる渦電流が通流する経路の幅が狭くならないので、効果的に渦電流を発生させることができる。
【００４８】
本実施例において、導体板３２を構成する材料は、例えば、超電導コイルの動作温度での抵抗率が１．０×１０−９Ωｍ以下である材料であってもよい。導体板３２を構成する材料は、例えば、銅、アルミニウム、金、及び、銀からなる群より選ばれた少なくとも１つの材料であって残留抵抗比が１００以上であるものでもよい。導体板３２を構成する材料は、例えば、９９．９５％以上の純度を持つ銅及び９９．９５％以上の純度を持つアルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも１つの材料でもよい。電気抵抗の低い材料を用いて導体板３２を構成することで、効果的に渦電流を発生させることができる。
【００４９】
本実施例において、分割されていない導体板３２の厚さは、超電導コイル３１の巻軸方向の厚さの０．３倍以上である。本実施例において、分割されていない導体板３２の厚さは、３ｍｍ以上である。具体的には、超電導コイル３１の厚さを１０ｍｍとし、導体板３２の厚さを３ｍｍとすることができる。導体板３２に十分な厚みを持たせることで、効果的に渦電流を発生させることができる。
【００５０】
保護回路４は、超電導コイル３１と並列に接続され、超電導コイル３１に通流する電流を減衰させる。保護回路４は、抵抗器を備えても良い。保護回路４は、直列に接続された１個以上のダイオードを超電導コイルの電流が還流する方向に通電する極性で配置するダイオード回路を備えても良い。保護回路４は、直列に接続された１個以上のダイオード２組を極性が逆向きとなるように互いに並列に接続したダイオード回路を備えてもよい。保護回路４は、直列に接続されたダイオードと抵抗器とを備えていてもよい。保護回路４は直列に接続された１個以上のダイオード２組を極性が逆向きとなるように互いに並列に接続したダイオード回路と、該ダイオード回路と直列に接続された抵抗器とを備えていてもよい。
【００５１】
図３は、図１の磁場発生装置の等価回路図の一例である。以下、図３を参照しつつ、本実施例の磁場発生装置の動作を説明する。磁場発生装置１は、定電流電源２に接続されて動作する。なお、図３においては、図１において２枚配設されている導体板３２を、１体のものとして簡略化して図示している。
【００５２】
磁場発生装置が動作を開始すると、冷却機構（図示せず）により超電導コイル３１が冷却される。超電導コイル３１が超電導状態となると、定電流電源２と磁場発生装置１との接続スイッチ（図示せず）がＯＮとなり、電流が超電導コイル３１へと供給され、磁場が発生させられる。電流の大きさは、例えば、２００Ａ程度としうる。
【００５３】
上記のように超電導状態が実現され、磁場が発生されている状態において、超電導コイル３１の一部にクエンチ（常電導転移）が発生することがある。クエンチ発生時には、クエンチ検出器（図示せず）によりクエンチが検出され、定電流電源２が磁場発生装置１から切り離される。超電導コイル３１が永久電流モードで用いられる場合には、電流が保護回路４を通流するように、スイッチ（図示せず）が切り替えられる。
【００５４】
定電流電源２の切り離しやスイッチの切り替え等により、磁場発生装置１の内部の電流は、超電導コイル３１と、保護回路４とで形成される回路を流れるようになる。保護回路４は、図３に示す例では、１個のダイオード５と１個の抵抗器６とを備えている。磁場発生装置１の内部電流は、主に抵抗器６で消費されて、急速に減少する。かかる電流の急速な減少により、超電導コイル３１が発生させる磁場の大きさも急速に変化する。
【００５５】
かかる磁場の急速な変化を受けて、導体板３２には渦電流が発生する。つまり、導体板３２は、超電導コイル３１が発生させる磁場の変化を受けて誘導電流を発生させる、誘導コイル７として機能する。そして、渦電流、すなわち誘導電流は、導体板３２の内部において、導体板３２自身の電気抵抗により、ジュール熱を発生させつつ消費される。つまり、導体板３２は、誘導電流を消費する抵抗器８として機能する。
【００５６】
以上のような過程により、磁場発生装置１の内部に蓄積されたエネルギーは、超電導コイル３１と保護回路４とを含む回路から、導体板３２へと、瞬間的に移動する。よって、クエンチ発生時に、超電導コイルが保持するエネルギーをより迅速に超電導コイルの外部へと逃がすことができる。その結果、超電導コイルの破損等を効果的に抑制できる。
【００５７】
なお、ジュール熱による導体板３２の発熱により、導体板３２が加熱され、これによって超電導コイル３１が均一に加熱されることも考えられる。かかる作用が得られる場合には、超電導コイル３１の局所的なクエンチによる破損等を、さらに効果的に抑制できる。従来は、超電導コイル３１を加熱するために、電熱ヒータ等の追加的な加熱装置を必要としていた（特許文献１、２等）。本実施例の導体板３２を用いれば、渦電流により生じるジュール熱により、導体板３２が自ら発熱することから、かかる追加的な加熱装置が不要となる。つまり、導体板３２は、電熱ヒータを備えなくてもよい。
【００５８】
［シミュレーション例］
以下、導体板による電流低減効果につき、シミュレーションを用いて検討した結果について説明する。
【００５９】
図４は、第１実施形態のシミュレーション例にかかる磁場発生装置の超電導コイル−導体板複合体の概略構成を示す断面模式図である。図５は、第１実施形態のシミュレーション例にかかる磁場発生装置の等価回路図である。図５と図３とで共通する要素については、同一の符号及び名称を付して詳細な説明を省略する。
【００６０】
本シミュレーションでは、超電導コイル３１（幅１８００ｍｍ、奥行３００ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）が合計４枚（コイル４枚の全体でのインダクタンス＝１４［Ｈ］）、巻軸方向が一致するように積層されて直列に接続され、導体板３２（幅１８００ｍｍ、奥行３００ｍｍ、厚さ４ｍｍ、抵抗率＝２．２２×１０−１０Ωｍ［＝３０Ｋにおける無酸素銅の抵抗率］）が合計５枚、積層された複数の超電導コイル３１において、それぞれの隣り合う超電導コイル３１の間に一枚ずつ、両端の超電導コイル３１の外側に一枚ずつ、配置された構成を超電導コイル−導体板複合体３０とした。保護回路は抵抗器３３が１．５Ω、ダイオード３４はダイオード（整流用シリコンダイオード、順方向電圧0.7V）を１５個直列に接続し、その極性を図５に示した方向に統一した回路とした。超電導コイル−導体板複合体３０と保護回路とを直列に接続し、「導体板あり」の装置モデルとした
上記装置モデルにおいて、超電導コイルの位置関係を変えずに、導体板のみを全て取り除いた構成を「導体板なし」の装置モデルとした。
【００６１】
解析条件としては、超電導状態における電流を１００Ａ、温度を３０Ｋとし、時刻０ｓｅｃにおいて電源が遮断されたと想定した。シミュレーションプログラムには、ｉｎｆｏｌｙｔｉｃａ社製  ＭａｇＮｅｔ  ６４ｂｉｔ  Ｖｅｒｓｉｏｎ７．１を用いた。
【００６２】
図６は、第１実施形態のシミュレーション例にかかる磁場発生装置において、導体板を備える場合と導体板を備えない場合とで、クエンチ時における、超電導コイルを流れる電流の時間変化を比較したグラフである。
【００６３】
図６に示すように、「導体板なし」では、時間と共に電流が緩やかに減少するのに対し、「導体板あり」では、クエンチ発生時（時刻＝０ｓｅｃ）において、電流が瞬間的に７０Ａ程度へと減少し、その後、緩やかに減少することが分かった。つまり、導体板を設けることで、クエンチ発生時に、最大電流値を瞬間的に減少させる効果により、クエンチ部の発熱を効果的に減少させ、超電導コイルが保持するエネルギー（電流エネルギー）をより迅速に超電導コイルの外部（導体板）へと逃がすことができることが分かった。
【００６４】
（第２実施形態）
第２実施形態の第１態様の超電導回転機は、第１実施形態の第１態様ないし第１２態様のいずれかに記載の磁場発生装置を備える超電導回転機であって、回転軸と、回転軸に固定され、超電導コイルと分割されていない導体板とを備える超電導コイル−導体板複合体とを備え、超電導コイルは、超電導回転機の界磁巻線をなし、さらに、超電導コイルに電流を供給する電源を備える。
【００６５】
第２実施形態の第２態様の超電導回転機は、第２実施形態の第１態様の超電導回転機であって、保護回路は、静止部に設けられ、電源に対し超電導コイルと並列に接続されて、超電導コイルを保護する。
【００６６】
第２実施形態の第３態様の超電導回転機は、第２実施形態の第１態様の超電導回転機であって、保護回路は、回転軸に設けられ、電源に対し超電導コイルと並列に接続されて、超電導コイルを保護する。
【００６７】
第２実施形態の第４態様の超電導回転機は、第２実施形態の第３態様の超電導回転機であって、保護回路は、超電導回転機の複数の界磁極のそれぞれについて、界磁極が備える超電導コイルと並列に接続されて、超電導コイルを保護する、複数の極保護回路と、界磁極が備える超電導コイルの全部が直列に接続された直列経路の両端に、直列経路と並列に接続されて、前記超電導コイルを保護する、内部保護回路と、を備える。
【００６８】
第２実施形態の第５態様の超電導回転機は、第２実施形態の第１態様の超電導回転機であって、保護回路は、回転軸に設けられ、電源に対し超電導コイルと並列に接続されて、超電導コイルを保護する、第１の保護回路と、静止部に設けられ、電源に対し超電導コイルと並列に接続されて、超電導コイルを保護する、第２の保護回路と、を備える。
【００６９】
第２実施形態の第６態様の超電導回転機は、第２実施形態の第５態様の超電導回転機であって、第１の保護回路は、超電導回転機の複数の界磁極のそれぞれについて、界磁極が備える超電導コイルと並列に接続されて、超電導コイルを保護する、複数の極保護回路と、界磁極が備える超電導コイルの全部が直列に接続された直列経路の両端に、直列経路と並列に接続されて、前記超電導コイルを保護する、内部保護回路と、を備える。
【００７０】
第２実施形態の第７態様の超電導回転機は、第１実施形態の第１態様ないし第１２態様のいずれかに記載の磁場発生装置を備える超電導回転機であって、回転軸と、回転軸に固定され、超電導コイルと分割されていない導体板とを備える超電導コイル−導体板複合体とを備え、超電導コイルは、超電導回転機の界磁巻線をなし、さらに、給電具と、静止部に設けられ、給電具を介して超電導コイルに電流を供給する電源と、を備え、保護回路は、回転軸に設けられ、電源に対し超電導コイルと並列に接続されて、超電導コイルを保護する、第１の保護回路と、静止部に設けられ、電源に対し超電導コイルと並列に接続されて、超電導コイルを保護する、第２の保護回路と、を備える。
【００７１】
かかる構成では、クエンチ発生時のみならず、給電具に不具合が発生した時にも、超電導コイルを保護できる。
【００７２】
第２実施形態の第８態様の超電導回転機は、第２実施形態の第７態様の超電導回転機であって、第１の保護回路は、超電導回転機の複数の界磁極のそれぞれについて、界磁極が備える超電導コイルと並列に接続されて、超電導コイルを保護する、複数の極保護回路と、界磁極が備える超電導コイルの全部が直列に接続された直列経路の両端に、直列経路と並列に接続されて、前記超電導コイルを保護する、内部保護回路と、を備える。
【００７３】
かかる構成では、超電導界磁極周辺で断線が発生した時にも、超電導コイルを保護できる。
【００７４】
本実施形態における超電導回転機には、例えば、超電導モータ及び超電導発電機が含まれる。
【００７５】
以下の各実施例の説明において「中心軸」、「周面」、「周方向」、「径方向」は、特段の説明のない限り、回転軸の中心軸、周面、周方向、径方向を、それぞれ指すものとする。また、説明の便宜上、中心軸方向を前後方向とし、動力が入出力される側を前方、電力や冷媒が入出力される側を後方とする。
【００７６】
以下の各実施例の説明では、界磁回転子について記述する。界磁回転子は、図示されない固定子電機子の内部に格納されて動作する。固定子電機子については、周知の構成が利用可能であるので、説明を省略する。
【００７７】
以下の各実施例の説明において、共通する構成を採用しうる要素については、同一の符号及び名称を付して、一方の実施例においてのみ詳細に説明し、他方の実施例では適宜、詳細な説明を省略する場合がある。
【００７８】
［第１実施例］
図７は、第２実施形態の第１実施例にかかる超電導回転機の界磁回転子の概略構成を示す断面図である。図８は、第２実施形態の第１実施例にかかる超電導回転機の界磁回転子の等価回路図の一例である。
【００７９】
電源３は界磁極の超電導コイル３１に電力を供給する機能を持ち、例えば静止部に備えた直流または交流電源や、回転部に備えた直流励磁機またはブラシレス励磁機等でもよい。
【００８０】
給電具９は、電源からの電力を界磁極の超電導コイルに電流として供給する手段である。給電具９としては、例えばスリップリング及び非接触給電手段等を用いることができる。
【００８１】
常温ダンパ１４は、例えば、ＳＵＳ３１６ステンレス鋼と無酸素銅の複合部材により構成されうる。常温ダンパ１４は、回転軸強度部材１６の前後の端部（図示せず）と気密に接続されている。超電導コイル３１を冷却するため、超電導回転機の運転時において、常温ダンパ１４の内側は真空（極低圧状態）とされている。
【００８２】
真空断熱層１５は、常温ダンパ１４と回転軸強度部材１６との間、及び、回転軸強度部材１６の内部に形成される真空領域である。
【００８３】
回転軸強度部材１６は、例えば、ＳＵＳ３１６ステンレス鋼、またはニッケル基合金、または繊維強化プラスチックにより構成されうる。回転軸強度部材１６は、その内部に４個の超電導コイル３１を保持する。
【００８４】
伝導冷却部材１７は、熱電伝導冷却により超電導コイルを冷却可能な部材である。
【００８５】
冷却機構１８は、超電導コイル３１を冷却するための冷媒を通流させる機構である。
【００８６】
極保護回路３７は、回転軸１０（界磁回転子１００の内部）に設けられ、超電導回転機の複数の界磁極のそれぞれについて、界磁極が備える超電導コイル３１と並列に接続されて、超電導コイル３１を保護する。極保護回路３７は、抵抗器を備えても良い。極保護回路３７は、１個以上のダイオードを超電導コイルの電流が還流する方向に極性をそろえて直列に接続したダイオード回路を備えても良い。極保護回路３７は、極性をそろえて直列に接続された１個以上のダイオード回路２組を極性が逆向きとなるように互いに並列に接続したダイオード回路を備えてもよい。極保護回路３７は、１個以上のダイオードを超電導コイルの電流が還流する方向に極性をそろえて直列に接続したダイオード回路と、該ダイオード回路と直列に接続された抵抗器とを備えていてもよい。極保護回路３７は極性をそろえて直列に接続された１個以上のダイオード回路２組を極性が逆向きとなるように互いに並列に接続したダイオード回路と、該ダイオード回路と直列に接続された抵抗器とを備えていてもよい。
【００８７】
内部保護回路３８は、回転軸１０（界磁回転子１００の内部）に設けられ、界磁極が備える超電導コイル３１の全部が直列に接続された直列経路の両端に、直列経路と並列に接続されて、超電導コイル３１を保護する。直列経路は、界磁極が備える超電導コイル３１の全部が直列に接続されている場合において、超電導コイル３１の全部を直列に接続する経路である。内部保護回路３８は、具体的には例えば、中心軸方向に回転軸１０を貫通する円筒状空間の内部に設けられてもよい。内部保護回路３８は、抵抗器を備えても良い。内部保護回路３８は、１個以上のダイオードを超電導コイルの電流が還流する方向に極性をそろえて直列に接続したダイオード回路を備えても良い。内部保護回路３８は、１個以上のダイオードを超電導コイルの電流が還流する方向に極性をそろえて直列に接続したダイオード回路と、該ダイオード回路と直列に接続された抵抗器とを備えていてもよい。
【００８８】
外部保護回路３９は、静止部（界磁回転子１００と共には回転せず、固定された部分）に設けられ、電源３に対し超電導コイル３１と並列に接続されて、超電導コイル３１を保護する。外部保護回路３９は、抵抗器を備えても良い。外部保護回路３９は、１個以上のダイオードを超電導コイルの電流が還流する方向に極性をそろえて直列に接続したダイオード回路を備えても良い。外部保護回路３９は、１個以上のダイオードを超電導コイルの電流が還流する方向に極性をそろえて直列に接続したダイオード回路と、該ダイオード回路と直列に接続された抵抗器とを備えていてもよい。
【００８９】
本実施例にかかる超電導回転機の界磁回転子は、極保護回路と内部保護回路と外部保護回路とを備えている。該界磁回転子は、極保護回路と内部保護回路と外部保護回路のうち、いずれか１つのみを備えていてもよい。該界磁回転子は、極保護回路と内部保護回路と外部保護回路のうち、いずれか２つのみを備えていてもよい。
【００９０】
前記のダイオードは、極性の順方向に電圧閾値を持ち、その閾値以下の電圧が印加された場合では通電量が微少となる。この特性により、各保護回路が該ダイオード回路の構成をとることで、界磁極の励磁及び減磁のために、０Ａから最大動作電流までの間で電流を昇降させる通常励減磁時において、極保護回路への通電及び通電による発熱を減少させることが可能となる。一方、クエンチ検出時等の緊急消磁が必要な場合は、ダイオードの順方向電圧閾値より十分大きな電圧が保護回路に印加されるので、保護回路に超電導コイルから電流が流れ、超電導コイルが保持するエネルギーをより迅速に吸収し消費することができる。
【００９１】
内部保護回路または外部保護回路において、１個以上のダイオードを超電導コイルの電流が還流する方向に極性をそろえて直列に接続したダイオード回路を備えた界磁回転子では、０Ａから最大動作電流まで電流を上昇させる通常励磁時において、内部保護回路または外部保護回路への通電を阻止し、内部保護回路または外部保護回路での通電及び通電による発熱を抑制させることが可能となる。
【００９２】
極保護回路の該ダイオード回路においては、超電導コイルの通電方向と同方向の極性で配置した場合は、超電導コイルの近傍でクエンチ及び断線等の抵抗値が増大する現象が起きた場合に、超電導コイルから極保護回路に電流が移行する転流がおき、クエンチ箇所及び断線箇所ですべての超電導コイルのエネルギーが消費されるのを回避することが可能となる。
【００９３】
極保護回路及び内部保護回路及び外部保護回路の少なくともいずれか１つを備える該界磁回転子では、導体板と極保護回路及び内部保護回路及び外部保護回路の少なくともいずれか１つによって超電導コイルのエネルギーを吸収し消費することで、超電導コイルを保護可能となり、導体板によって極保護回路及び内部保護回路及び外部保護回路の負担を軽減することで、極保護回路及び内部保護回路及び外部保護回路の小型化及び低コスト化が可能となる。
【００９４】
極保護回路及び内部保護回路の少なくともいずれか１つを備える該界磁回転子では、電流供給手段に不具合が発生した場合においても、導体板と極保護回路及び内部保護回路の少なくともいずれか１つとによって超電導コイルのエネルギーを吸収し消費することで、超電導コイルを保護可能となり、導体板によって極保護回路及び内部保護回路の負担を軽減することで、極保護回路及び内部保護回路の小型化及び低コスト化が可能となる。
【００９５】
極保護回路及び内部保保護回路の少なくともいずれか１つと外部保護回路とを備える該界磁回転子では、導体板と極保護回路及び内部保保護回路の少なくともいずれか１つと外部保護回路とで超電導コイルのエネルギーを分散して吸収し消費することが可能となり、極保護回路及び内部保保護回路及び外部保護回路の負担を軽減することで、極保護回路及び内部保保護回路及び外部保護回路の小型化及び低コスト化が可能となる。極保護回路及び内部保護回路及び外部保護回路で超電導コイルのエネルギーを分散して吸収し消費することが可能となり、各回路の負担を軽減することで、各回路の小型化が可能となる。また、同回路構成では、超電導コイルのアース間耐電圧以下で電流減衰時間を極力短縮する保護回路の設計が容易となる。
【００９６】
［第２実施例］
図９は、第２実施形態の第２実施例にかかる超電導回転機の界磁回転子の概略構成を示す斜視図である。図１０は、第２実施形態の第２実施例にかかる超電導回転機の界磁回転子の概略構成を示す分解図である。図１１は、第２実施形態の第２実施例にかかる超電導回転機の界磁回転子の概略構成を示す断面斜視図である。
【００９７】
第２実施例の超電導回転機の界磁回転子１００は、回転軸１０と、複数のコイルケース２０と、複数の超電導コイル−導体板複合体３０と、を備え、コイルケース２０は、回転軸１０の中心軸方向に延び、内部に空間を形成するように構成された壁を備え、回転軸１０の周面に着脱可能に固定され、超電導コイル−導体板複合体３０は、それぞれのコイルケース２０の空間に配置され、超電導回転機の界磁巻線をなす。
【００９８】
それぞれのコイルケース２０は、内部に超電導コイル−導体板複合体３０を冷却する冷媒を通流するための冷媒流路２３を備えている。冷媒流路２３は、壁のうち回転軸１０に対向する部位（回転軸１０に最も近い側において中心軸方向及び周方向に広がる壁）の内部に形成されている。
【００９９】
界磁回転子１００は、低熱収縮部材３５を備え、低熱収縮部材３５は、コイルケース２０の内面とコイルケース２０に収納される超電導コイル−導体板複合体３０との間に配置され、平均熱線膨張係数が、コイルケースの平均熱線膨張係数より小さい。低熱収縮部材３５の平均熱線膨張係数は、コイルケースの平均熱線膨張係数及び超電導コイルの平均熱線膨張係数のいずれよりも小さくてもよい。
【０１００】
回転軸１０の周面において、コイルケース２０のそれぞれに対応するように複数の凹部１１が形成され、凹部１１は、対応するコイルケース２０に対向するように形成され、回転軸１０の中心軸方向に延びる側面１２を有し、それぞれのコイルケース２０において、凸部２４が形成され、凸部２４は、中心軸方向に延び、回転軸１０に向かって突出し、凹部１１の中心軸方向に延びる側面１２に当接して嵌まる。
【０１０１】
複数のウェッジ部材４０が設けられ、回転軸の周方向に隣接する２つのコイルケース２０をコイルケースペアとするとき、ウェッジ部材４０はそれぞれ、中心軸方向に延び、それぞれのコイルケースペアにつき、そのコイルケースペアをなす２つのコイルケース２０の間に配置され、その２つのコイルケース２０のそれぞれと当接する。
【０１０２】
それぞれのコイルケース２０と、周面との間に、中心軸方向及び回転軸の周方向に広がる間隙７０が形成されている。
【０１０３】
それぞれの間隙７０の内部には、極保護回路３７が配設されている。なお、間隙７０には、極保護回路３７の全部が格納されていてもよいし、極保護回路３７一部のみ、例えば抵抗器のみ、が格納されていてもよい。
【０１０４】
本実施例の超電導コイル−導体板複合体３０は、例えば、第１実施形態のシミュレーション例において、図４を参照しつつ説明したものと同様の構成とすることができる。よって、詳細な説明を省略する。超電導コイル−導体板複合体３０については、第１実施形態で説明した各変形例を適用しうる。
【０１０５】
以下、第２実施例にかかる超電導回転機の界磁回転子１００につき、より詳細に説明する。本実施例の界磁回転子１００は、６極型である。第１実施形態の界磁回転子は多極型であることが好ましく、６極型に限定されるものではなく、例えば４極型、８極型等であってもよい。
【０１０６】
図９、１０に示すように、回転軸１０は、中心軸方向に貫通する円筒状空間が形成された中空の略六角柱形状を有する。回転軸１０は、例えば、非磁性材料であって優れた低温特性を有するＳＵＳ３１６ステンレス鋼で形成される。回転軸１０の周面（側面、側周面）には、中心軸方向に延びるように、所定の深さで凹部１２が形成されている。凹部１２には、コイルケース２０を回転軸１０に固定するためのネジ穴が複数形成されている。
【０１０７】
図９、１０に示すように、コイルケース２０は、箱部２１と蓋部２２とを備えている。箱部２１及び蓋部２２には、超電導コイル−導体板複合体３０を格納するための凹部が形成されている。該凹部に２つの低熱収縮部材３５に挟まれた超電導コイル−導体板複合体３０が格納される。本実施例ではコイルケース２０の数及び超電導コイル−導体板複合体３０の数はいずれも６個である。コイルケース２０は、例えば、ＳＵＳ３１６ステンレス鋼で形成される。箱部２１及び蓋部２２には、コイルケース２０を回転軸１０に固定するためのネジを貫通させるための穴が複数形成されている。箱部２１の凹部に超電導コイル−導体板複合体３０と低熱収縮部材３５とを載置し、蓋部２２で蓋をすることで、コイルケース２０の内部に超電導コイル−導体板複合体３０と低熱収縮部材３５とが格納される。その後、箱部２１及び蓋部２２に設けられた穴にボルト等が貫通され、このボルト等が回転軸１０の凹部１２に設けられたネジ穴に螺合することで、コイルケース２０が回転軸１０に脱着可能に固定される。
【０１０８】
コイルケース２０は、内部に空間を形成するように構成された壁を備えている。壁のうち、回転軸１０に対向する部位の内部には、壁を中心軸方向に直線的に貫通するように、冷媒流路２３が形成されている。壁の厚みは、例えば、１５ｍｍ以上３０ｍｍ以下としうる。
【０１０９】
図１０に示すように、低熱収縮部材３５は、回転軸１０の径方向に超電導コイル−導体板複合体３０と対抗する壁、すなわち上下の壁と超電導コイル−導体板複合体３０との間に配置されている。換言すれば、低熱収縮部材３５は、回転軸１０の周面に平行な２枚の壁のそれぞれと、超電導コイル−導体板複合体３０との間に配置されている。コイルの軸方向（回転軸１０の径方向）に超電導コイル−導体板複合体３０と対向する壁と超電導コイル−導体板複合体３０との間に低熱収縮部材３５を配置してもよい。かかる構成では、超電導コイル−導体板複合体３０の温度分布をさらに均一化させることができる。低熱収縮部材３５は、例えば、炭素鋼、ニッケル鋼等を用いて構成することができる。低熱収縮部材３５の形状及び材質は、運転時に超電導コイル−導体板複合体３０を冷却した際に、超電導コイル−導体板複合体３０が十分な接触面圧を受けてコイルケース２０の内部に保持されるように、適宜に設定されうる。
【０１１０】
図９、１０に示すように、冷媒配管５０は、コイルケース２０の前後の端部において、継手等により冷媒流路２３と接続されている。液体窒素、液体ヘリウム、低温ヘリウムガス等の冷媒は、冷媒配管５０を介して冷媒流路２３へと供給される。冷媒配管５０は、例えば、ＳＵＳ３１６ステンレス鋼で形成される。
【０１１１】
冷媒流路２３は、例えば、コイルケース２０の長手方向を前後方向として、前端または後端のいずれか一方の壁からドリル等で反対側の端部にまで延びる直線状の流路を形成し、当該流路の端部に接続されるように、折り返し用の流路を側面からドリル等で形成し、最後に側面付近の余分な流路を溶接等で封止することで形成することができる。
【０１１２】
以上のような構成によれば、冷媒配管５０及び冷媒流路２３を通流する冷媒により、６個のコイルケース２０及びその内部に格納された超電導コイル−導体板複合体３０を効果的に冷却することができる。なお、上述した冷媒配管５０及び冷媒流路２３の具体的構成はあくまで一例に過ぎず、冷媒の種類、回転軸１０及びコイルケース２０の材料、大きさ等に応じ、適宜に構成を変更できることは言うまでもない。
【０１１３】
図１１に示すように、間隙７０は、凹部１１と凸部２４との間に形成される。より詳細には、凹部１１の底面と、凸部２４の上面との間に形成される。間隙７０は、例えば、凹部１１の底面及び凸部２４の上面を平面状に構成し、凹部１１の深さ（側面１２の高さ）を、凸部２４の高さ（側面２６の高さ）よりも大きくすることにより形成されうる。間隙７０の高さ（厚み）は、極保護回路３７を格納し、かつ、回転軸１０からコイルケース２０への伝熱を抑制するのに十分な大きさであることが好ましく、具体的には例えば、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることが好ましい。ここでいう高さ（厚み）とは、回転軸１０の径方向の高さ（厚み）をいう。
【０１１４】
回転軸１０は、外部の軸受け等から伝熱されるため、冷却されにくい。間隙７０が設けられることにより、相対的に高温の回転軸１０と相対的に低温のコイルケース２０とが断熱され、コイルケース２０の内部に格納された超電導コイル−導体板複合体３０をより効率的に冷却できる。
【０１１５】
図１０に示すように、超電導コイル−導体板複合体３０は、図２に例示したような、いわゆるレーストラック（Race Truck）型の超電導コイルを備えている。レーストラック型のコイルでは、特に直線部分において、通電時に生じるフープ力が大きくなり、コイルが機械的に破壊される危険性が高くなる。本実施例では、コイルケース２０の壁により、フープ力に対抗する抗力が超電導コイル−導体板複合体３０へと付与されることから、かかる破壊の危険性を飛躍的に低減できる。超電導コイル−導体板複合体３０は、例えば、ビスマス系超電導線材やイットリウム系超電導線材で構成される。超電導コイル−導体板複合体３０は、例えば、冷媒流路２３を通流する冷媒により、３０Ｋ程度まで冷却されることにより、超電導状態となる。
【０１１６】
超電導コイル−導体板複合体３０は、例えば、それぞれ４個の超電導コイルを備え、６個の界磁極をなす６個の超電導コイル−導体板複合体３０に含まれる２４個の超電導コイルが、コイルケース２０の壁に設けられた穴（図示せず）を通る配線（図示せず）によって全て直列に接続される。２４個の超電導コイルがなす電流経路の両端が回転軸１０の内部を経由する配線（図示せず）及び給電具９（図１２参照）によって回転機の外部へと導かれ、電源３（図１２参照）へと接続される。配線に通電がされると、６個の超電導コイル−導体板複合体３０が、周方向に交互にＮ極とＳ極とに励磁される。
【０１１７】
ウェッジ部材４０には、ウェッジ部材４０を回転軸１０に固定するためのネジを貫通させるための穴が複数形成されている。コイルケース２０と、ウェッジ部材４０とは、それぞれボルト等のネジを用いて、回転軸１０に固定される。かかる固定が行われると、コイルケース２０の側面と、ウェッジ部材４０の側面とが、面的に当接する。両側面は、全部において当接してもよいし、一部においてのみ当接してもよい。
【０１１８】
図１２は、第２実施形態の第２実施例にかかる超電導回転機の等価回路図の一例である。図１２では、簡略化のため、界磁極のそれぞれに設けられた４個の超電導コイルを単一の超電導コイル３１として図示している。界磁極のそれぞれに設けられた５枚の導体板を単一の導体板３２として図示している。図１２と図３とで共通する要素については、同一の符号及び名称を付して詳細な説明を省略する。
【０１１９】
図１２に示すように、本実施例にかかる超電導回転機は、６個の界磁極のそれぞれに設けられた超電導コイル３１と、６個の極保護回路と、内部保護回路３８と、外部保護回路３９（第２の保護回路）とを備えている。
【０１２０】
図１２に示す例では、極保護回路３７と内部保護回路３８とで、第１の保護回路が構成されている。極保護回路３７と内部保護回路３８とは、いずれか一方が省略されてもよい。電源３は、定電流電源であってもよい。
【０１２１】
極保護回路３７は、回転軸１０（界磁回転子１００の内部）に設けられ、超電導回転機の複数の界磁極のそれぞれについて、界磁極が備える超電導コイル３１と並列に接続されて、超電導コイル３１を保護する。
【０１２２】
内部保護回路３８は、回転軸１０（界磁回転子１００の内部）に設けられ、界磁極が備える超電導コイル３１の全部が直列に接続された直列経路の両端に、直列経路と並列に接続されて、超電導コイル３１を保護する。内部保護回路３８は、直列経路と給電具９との間において、直列経路と並列に接続されている。直列経路は、界磁極が備える超電導コイル３１の全部が直列に接続されている場合において、超電導コイル３１の全部を直列に接続する経路である。内部保護回路３８は、具体的には例えば、中心軸方向に回転軸１０を貫通する円筒状空間の内部に設けられてもよい。
【０１２３】
外部保護回路３９は、静止部（界磁回転子１００と共には回転せず、固定された部分）に設けられ、電源３に対し超電導コイル３１と並列に接続されて、超電導コイル３１を保護する。
【０１２４】
第１の保護回路は、図１２に示す例では極保護回路３７と内部保護回路３８とで構成される。第１の保護回路は、回転軸１０に設けられ、電源３に対し超電導コイル３１と並列に接続されて、超電導コイル３１を保護する。
【０１２５】
かかる構成では、超電導コイル３１を保護する機構として、導体板３２と、極保護回路３７と、内部保護回路３８と、外部保護回路３９の４つが存在する。導体板３２をコイル保護機構として備えることで、極保護回路３７と、内部保護回路３８と、外部保護回路３９への負担が減少し、超電導回転機の設計が容易になる。
【０１２６】
回転部に設けられた第１の保護回路と、静止部に設けられた第２の保護回路とを備えることで、クエンチ発生時のみならず、給電具に不具合が発生した時にも、超電導コイルを保護できる。
【０１２７】
極保護回路３７を備える構成ではさらに、超電導界磁極周辺で断線が発生した時にも、超電導コイルを保護できる。
【０１２８】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
本発明の磁場発生装置及びこれを備える超電導回転機は、クエンチ発生時に、超電導コイルが保持するエネルギーをより迅速に超電導コイルの外部へと逃がすことができる磁場発生装置及びこれを備える超電導回転機として有用である。
【符号の説明】
【０１３０】
１  磁場発生装置
２  定電流電源
３  電源
４  保護回路
５  ダイオード
６  抵抗器
７  誘導コイル
８  抵抗器
９  給電具
１０  回転軸
１１  凹部
１２  側面
１４  常温ダンパ
１５  真空断熱層
１６  回転軸強度部材
１７  伝導冷却部材
１８  冷却機構
２０  コイルケース
２１  箱部
２２  蓋部
２３  冷媒流路
２４  凸部
２６  側面
３０  超電導コイル−導体板複合体
３１  超電導コイル
３２  導体板
３３  抵抗器
３４  ダイオード
３５  低収縮部材
３７  極保護回路
３８  内部保護回路
３９  外部保護回路
４０  ウェッジ部材
５０  冷媒配管
７０  空隙
１００  界磁回転子
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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