(57)【要約】【課題】内部で発生した熱を外部に伝え易く、電流を増加させる際の発熱を抑制できる超電導磁石装置１を提供する。【解決手段】外表面が常電導体になっている超電導線１３が複数回巻回された超電導コイル５を有し、巻順が相前後するターンの常電導体同士は直接接し、巻順が離れているターンの常電導体の間には、絶縁部材１６が設けられている。巻順の差が３以下のターン同士の常電導体は互いに直接接していてもよい。超電導コイル５の外周に沿って超電導コイル５に嵌められたリング９を有している。リングの線膨張係数は、超電導線１３の線膨張係数よりも大きくなっている。【選択図】図１
2014161427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外表面が常電導体になっている超電導線が複数回巻回された超電導コイルを有し、
巻順が相前後するターンの前記常電導体同士は直接接し、
前記巻順が離れている前記ターンの前記常電導体の間には、絶縁部材が設けられていることを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項２】
前記超電導線は、超電導素線を有し、
前記常電導体は、前記超電導素線を覆い、前記超電導素線を安定化させることを特徴とする請求項１に記載の超電導磁石装置。
【請求項３】
前記巻順の差が３以下の前記ターン同士の前記常電導体は互いに直接接することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超電導磁石装置。
【請求項４】
前記超電導コイルの中心軸と略平行な第１方向に前記巻順が増加するように前記超電導線が巻回されて第１層をなし、
前記第１方向とは逆の第２方向に前記巻順が増加するように前記超電導線が巻回されて第２層をなし、
前記第１層と前記第２層とが交互に積層され、
前記第１層と前記第２層の間の一部に、前記絶縁部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の超電導磁石装置。
【請求項５】
前記第１層の一方の端部に位置する前記ターンと、
前記第２層の一方の端部に位置する前記ターンとでは、
前記巻順が相前後し、互いの前記常電導体は直接接することを特徴とする請求項４に記載の超電導磁石装置。
【請求項６】
前記第１層の他方の端部に位置する前記ターンと、
前記第２層の他方の端部に位置する前記ターンとでは、
前記巻順が離れ、互いの前記常電導体の間に前記絶縁部材が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の超電導磁石装置。
【請求項７】
前記超電導線は、整列巻によって巻回されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の超電導磁石装置。
【請求項８】
前記超電導線は、密巻によって巻回されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の超電導磁石装置。
【請求項９】
前記超電導コイルの中心軸の周方向に沿った第１方向に渦巻ながら広がるように前記超電導線が巻回された第１渦巻と、
前記周方向に沿い前記第１方向とは逆の第２方向に渦巻ながら広がるように前記超電導線が巻回された第２渦巻とを有し、
前記第１渦巻と前記第２渦巻の間の一部に、前記絶縁部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の超電導磁石装置。
【請求項１０】
前記第１渦巻において前記中心軸から最も離れた前記ターンと、
前記第２渦巻において前記中心軸から最も離れた前記ターンとでは、
前記巻順が離れ、互いの前記常電導体の間に前記絶縁部材が設けられていることを特徴とする請求項９に記載の超電導磁石装置。
【請求項１１】
前記超電導コイルの外周に沿って前記超電導コイルに嵌められたリングを有することを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の超電導磁石装置。
【請求項１２】
前記リングの線膨張係数が前記超電導線の線膨張係数よりも大きいことを特徴する請求項１１に記載の超電導磁石装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の超電導磁石装置を搭載したことを特徴する磁気共鳴イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導磁石装置及びそれを備えた磁気共鳴イメージング(以下、ＭＲＩ；Magnetic Resonance Imagingと称す)装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導磁石装置では、超電導線が巻枠に巻かれている。超電導線は、超電導物質から構成される超電導素線と、その超電導素線を内包する安定化材と、その安定化材を覆う絶縁材とを有している（特許文献１等参照）。安定化材は、超電導素線に何らかの擾乱が発生し、局所的に発熱してもその熱を拡散させ、超電導素線の超電導状態を安定化させている。絶縁材は、巻かれて隣接する超電導線間の電気絶縁を目的に設置されている。しかし、この絶縁層は、安定化材から伝わってくる前記熱を外側へ伝え難くしている。そこで、絶縁材の外側の熱伝達を向上させるため、巻回される超電導線の層間に良熱伝導性金属板を配置することが提案されている（特許文献２等参照）。また、ＭＲＩ装置に適用されたわけではないが、絶縁材を超電導線から省いた超電導磁石装置が提案されている（非特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３２９７４６号公報
【特許文献２】特開平１０−１１６７２５号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｓｅｕｎｇｙｏｕｎｇ  Ｈａｈｎ著、ＩＥＥＥ、Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ２２巻３号（２０１２）４５０１００４ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、非特許文献１の超電導磁石装置を、ＭＲＩ装置等の強磁場を必要とする装置に適用すると問題が生じると考えられる。具体的には、電流をゼロアンペアから定格電流値まで増加させる際に問題が生じると考えられる。超電導磁石装置では、巻枠に超電導線が複数回巻回されている。そこで、この一巻き毎を一つのインダクタと見做せば、超電導磁石装置は複数のインダクタが直列に接続されたものと見做すことができる。超電導磁石装置に流す電流をゼロアンペアから定格電流値まで増加させる際には、単位時間当たりの電流増加量に応じて一巻き毎のインダクタの両端に誘導電圧が発生する。超電導線内部にある安定化材に、この誘導電圧が印加され、安定化材に電流が流れる。この際、安定化材にジュール発熱が発生する為、その発熱を十分除去できなければ超電導素線の温度が上昇し、超電導状態が維持できなくなると考えられる。しかし、非特許文献１では、問題なく電流をゼロアンペアから定格電流値まで増加させることができたと報告されている。ただ、ＭＲＩ装置等の強磁場を必要とする装置に用いられる超電導磁石装置では、問題が生じる場合があると考えられる。
【０００６】
すなわち、非特許文献１の超電導磁石装置は、超電導コイルの直径が数ｃｍであり、超電導コイルのインダクタンスが数ミリヘンリ程度、その超電導コイル内部の超電導線の安定化材の抵抗は数ミリオーム程度であるから、安定化材を流れる電流は数アンペア程度であると考えられる。一方、ＭＲＩ装置に適用される超電導磁石装置は、人間を覆い、その人間の位置に１テスラ程度の磁場を生成するため、超電導磁石装置の直径は１メータ程度、巻数は１０００巻き程度、超電導線を流れる電流は数１００アンペア程度となる。したがって、数１０００ウェーバ程度の磁束を数１００アンペアの電流で作ることになるため、インダクタンスは１０ヘンリ程度となる。一方、安定化材の抵抗は、非特許文献１と同程度と考えられ、１０キロアンペアの大電流が安定化材を流れることになる。この大電流により安定化材に発生するジュール発熱は大きく、超電導素線の温度が大きく上昇するため、超電導状態を維持できないと考えられる。安定化材を覆う絶縁材が省かれた超電導線が巻回された超電導磁石装置は、自身で発熱した熱を外部に伝え易いので有用であるが、電流を定格電流値まで増加させる際に発熱し易い。
【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、内部で発生した熱を外部に伝え易く、電流を増加させる際の発熱を抑制できる超電導磁石装置を提供することである。また、この超電導磁石装置を搭載したＭＲＩ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、
外表面が常電導体になっている超電導線が複数回巻回された超電導コイルを有し、
巻順が相前後するターンの前記常電導体同士は直接接し、
前記巻順が離れている前記ターンの前記常電導体の間には、絶縁部材が設けられていることを特徴とする超電導磁石装置である。また、この超電導磁石装置を搭載したことを特徴する磁気共鳴イメージング装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、内部で発生した熱を外部に伝え易く、電流を増加させる際の発熱を抑制できる超電導磁石装置を提供できる。また、この超電導磁石装置を搭載したＭＲＩ装置を提供できる。なお、前記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超電導磁石装置の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るＭＲＩ装置の縦断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る超電導磁石装置を構成する超電導コイルの断面図の一部である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る超電導磁石装置の等価回路図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る超電導磁石装置の断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る超電導磁石装置の断面図である。
【図８】比較例の超電導磁石装置の断面図である。
【図９】比較例の超電導磁石装置を構成する超電導コイルの断面図の一部である。
【図１０】比較例の超電導磁石装置の等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図２に、本発明の第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置３の斜視図を示す。ＭＲＩ装置３は、核磁気共鳴（以下、ＮＭＲという）現象により水素原子核スピンが放出する電磁波を計測し、その信号を演算処理して被検者２体内中の水素原子核密度分布を求めることで、断層像を撮像するものである。その計測の際には観測領域８（図３参照）において、強い磁場（０.２Ｔ以上）で、高い磁場均一度（１０ｐｐｍ程度）を有する均一磁場を形成する必要がある。ＭＲＩ装置３には、複数（図２の例では２つ）の超電導磁石装置１と、これらの超電導磁石装置１を収める真空容器１０と、被検者２を横たえるベッド４とが設けられている。被検者２は、例えば水平方向に移動可能なベッド４と共に、円筒形状の真空容器１０内の所定の位置までに移動し、体内の所定部位の撮像が行われる。超電導磁石装置１によって、真空容器１０の円筒形状の内部の観測領域８（図３参照）に強力な磁場強度の均一磁場が形成されている。
【００１３】
図３に、本発明の第１の実施形態に係るＭＲＩ装置３の縦断面図を示す。この縦断面図は、円筒形状の真空容器１０の中心軸６を含む平面でＭＲＩ装置３を切った断面図である。超電導磁石装置１は円環形状をしており、この中心軸も、前記中心軸６に概ね一致しているので、図３では、１本の中心軸６で兼用している。超電導磁石装置１は、中心軸６を中心軸とする円環状の巻枠７と、巻枠７に超電導線が複数回巻回された超電導コイル５と、この超電導コイル５の外周に沿ってこの超電導コイル５に嵌められたリング９とを有している。巻枠７は、例えばステンレス鋼により形成されている。そして、超電導コイル５から引き出される超電導線の両端を図示していない電源に接続することにより、超電導コイル５に電流を流し、ＮＭＲ現象により水素原子核スピンが放出する電磁波の観測領域８に所定の磁場強度と磁場均一度を持った静磁場（均一磁場）を形成する。超電導磁石装置１は、例えば床から荷重支持体１２により支持されている。この荷重支持体１２は、熱伝導率の低い材料、例えばＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）により形成されている。超電導磁石装置１は真空容器１０内部に設置され、真空容器１０と超電導磁石装置１の間の空間に輻射シールド１１が設置される。真空容器１０は床面に固定（支持）され、輻射シールド１１は、例えば前記荷重支持体１２に固定（支持）される。超電導コイル５に巻回されている超電導線は、磁場生成中は、極低温状態に保持する必要がある。そのため、例えば超電導磁石装置１と輻射シールド１１の間の空間に図示省略した冷媒容器を設けて、この冷媒容器内に超電導磁石装置１を収め、極低温冷媒、例えば液体ヘリウムを満たしている。これにより超電導コイル５に巻回されている超電導線の超電導状態を維持可能としている。あるいは、例えば超電導磁石装置１と輻射シールド１１に接続する図示を省略した冷凍機を設けて、輻射や伝導による超電導磁石装置１と輻射シールド１１からの入熱を外部に放出し、超電導コイル５に巻回されている超電導線の超電導状態を維持可能としてもよい。真空容器１０は、非磁性材料、例えばステンレス鋼で構成し、輻射シールド１１は、熱伝導度の高い材料、例えばアルミニウムで構成することができる。
【００１４】
被検者２の断層像の撮像において空間位置情報を付与する目的で、超電導磁石装置１が形成した前記均一磁場に、空間的な変化（傾斜磁場）を重畳する傾斜磁場コイル(図示省略)が、真空容器１０の観測領域８側に配置されている。また、ＮＭＲ現象を引き起すための共鳴周波数の電磁波を被検者２に照射（印加）する高周波照射コイル(図示省略)が、前記傾斜磁場コイル(図示省略)の観測領域８側に配置されている。これらにより、関心領域（観測領域８）の断面を画像化する。即ち、超電導コイル５で生成した均一磁場に、傾斜磁場コイル(図示省略)で磁場を重畳させることにより関心領域（通常１ｍｍピッチのスライス面）だけを所定の磁場強度に設定する。続いて、その関心領域に共鳴周波数の電磁波を照射して、スライス面にだけＮＭＲ現象を引き起こさせ、水素原子核スピンが放出する電磁波を受信して断層画像を形成している。そして、良好な断層画像を得るためには観測領域８における前記均一磁場の磁場強度を高精度に均一に保持する必要がある。そのために、観測領域８の磁場計測結果を元に、真空容器１０の内筒の大気側側面に小鉄片(図示省略)を配置する磁場調整作業や、傾斜磁場コイル(図示省略)と高周波照射コイル(図示省略)の間に配置した磁場補正コイル(図示省略)に給電することによる磁場調整作業が行われる。
【００１５】
図１に、本発明の第１の実施形態に係る超電導磁石装置１の断面図の中心軸６の上側を示す。中心軸６の下側は、この上側と中心軸６を対称線として略線対称になっているので、その記載を省略している。断面形状が四角形の超電導線１３が、巻枠７に複数回（図１の例では３０回）巻かれている。超電導線１３内の数字は巻順を表し、図１の例では１巻目から３０巻目まで順に巻かれている。超電導線１３は、中心軸６の周りにその周方向に沿って巻回される。図１に示すように、超電導線１３の巻順（巻目、ターン）は、中心軸６に沿った方向を往復しながら、増加している。超電導線１３は、中心軸６と略平行な第１方向（図１の例えば右方向）に巻順が増加するように巻回されて第１層をなしている。具体的に、第１層としては、巻順１〜５の超電導線１３からなる層と、巻順１１〜１５の超電導線１３からなる層と、巻順２１〜２５の超電導線１３からなる層とが該当する。また、超電導線１３は、中心軸６と略平行で前記第１方向に逆向きの第２方向（図１の例えば左方向）に巻順が増加するように巻回されて第２層をなしている。具体的に、第２層としては、巻順６〜１０の超電導線１３からなる層と、巻順１６〜２０の超電導線１３からなる層と、巻順２６〜３０の超電導線１３からなる層とが該当する。超電導コイル５では、これらの第１層と第２層とが交互に積層されている。そして、第１層と第２層の間の一部に、絶縁部材１６が設けられている。絶縁部材１６は、中心軸６の周方向に沿って全周にわたって設けられている。
【００１６】
超電導線１３の外表面は、絶縁材で覆われておらず、常電導体（良導体）である安定化材１５（図４参照）が露出している。そして、巻順が相前後する巻目（ターン）の超電導線１３（の常電導体）同士は直接接している。例えば、巻順が相前後する１巻目（ターン）と２巻目とは、直接接している。巻順が相前後する５巻目と６巻目とは、直接接している。巻順が相前後するｎ巻目（ｎは自然数）とｎ＋１巻目とは、直接接している。一方、巻順が、３を超えて離れている巻目（ターン）の超電導線１３（の常電導体）の間には、絶縁部材１６が設けられている。なお、巻順が３以上離れている巻目の超電導線１３（の常電導体）の間に、絶縁部材１６が設けられていてもよく、２以上離れている巻目の超電導線１３（の常電導体）の間に、絶縁部材１６が設けられていてもよい。例えば、巻順が９つ離れている１巻目（ターン）と１０巻目の超電導線１３（の常電導体）の間には、絶縁部材１６が設けられている。巻順が７つ離れている２巻目と９巻目の超電導線１３（の常電導体）の間には、絶縁部材１６が設けられている。巻順が５つ離れている３巻目と８巻目の超電導線１３（の常電導体）の間には、絶縁部材１６が設けられている。巻順が３つ離れている４巻目と７巻目の超電導線１３（の常電導体）の間の一部には、絶縁部材１６が設けられ、４巻目と７巻目の超電導線１３（の常電導体）の間の他の一部は直接接している。巻順の差が３以下の巻目（ターン）同士の超電導線１３（の常電導体）は互いに直接接している。
【００１７】
前記第１層の例えば巻順１〜５の超電導線１３からなる層の端部に位置する５巻目（ターン）と、前記第２層の例えば巻順６〜１０の超電導線１３からなる層の端部に位置する６巻目とでは、巻順が相前後し、互いの超電導線１３（の常電導体）が直接接している。前記第１層の例えば巻順１〜５の超電導線１３からなる層の端部に位置する１巻目（ターン）と、前記第２層の例えば巻順６〜１０の超電導線１３からなる層の端部に位置する１０巻目とでは、巻順が３を超えて離れ、互いの超電導線１３（の常電導体）の間に絶縁部材１６が設けられている。
【００１８】
超電導コイル５には、その外周に沿ってリング９が嵌められている。リング９は、前記層の最外層の外側に配置され、その最外層に中心軸６の周りの全周において圧接している。リング９は超電導線１３内部の安定化材１５（図４参照）よりも線膨張係数の大きい材料、例えばアルミニウムなどで構成されることが好適である。また、リング９を超電導コイル５に嵌めるには、例えば、焼き嵌めを用いることができる。このリング９によれば、互いに隣接する巻目同士を、圧接して、確実に直接接触させることができる。そして、その接触における接触抵抗Ｒｃ（図４参照）を小さく安定させることができる。なお、このリング９に替えて、超電導コイル５を径方向外側から圧縮できるのであれば、他の手段であってもよい。また、超電導コイル５の巻線張力によって自身を圧縮させる圧縮力を発生させることができるのであれば、リング９を省いてもよい。また、加圧成型によってもよい。
【００１９】
図４に、本発明の第１の実施形態に係る超電導磁石装置１を構成する超電導コイル５の断面図の一部を示す。超電導線１３は、複数本の超電導素線１４と、それら複数本の超電導素線１４を覆う安定化材（常電導体）１５とを有している。超電導線１３（安定化材１５）の外表面は絶縁材で覆われておらず、安定化材１５が露出している。超電導素線１４は、超電導物質(例えばＮｂＴｉニオブチタンなど）から構成されている。安定化材１５は、その超電導素線１４を内包している。安定化材１５は、超電導素線１４を超電導状態に安定化させる機能を有している。安定化材１５には、常電導体の特に良導体が用いられる。例えば銅などが好適である。超電導線１３の最外層は良導体で形成されることになる。巻順が相前後する超電導線１３同士の安定化材１５が直接接触する。このため、巻順が相前後する超電導線１３の間では、熱を良好に伝導することができる。また、巻順が相前後する超電導線１３の間には、小さな（接触）抵抗Ｒｃが生じ、電流が流れ易くなっている。一方、巻順が、３を超えて離れている巻目（ターン）の超電導線１３の間（例えば、３巻目と８巻目の間）には、絶縁部材１６が設けられている。このため、巻順が３を超えて離れている巻目（ターン）の超電導線１３の間では、熱を伝導し難くなり、また、電流が流れ難くなっている。よって、熱伝導に関しては、巻順が相前後する方向に沿って熱流速の通り道が形成される。超電導素線１４で発生した局所的な熱は、この熱流速の通り道を通って、巻枠７を含めた外部へ伝導させる。また、電気伝導に関しては、超電導磁石装置に流す電流をゼロアンペアから定格電流値まで増加させる際に、超電導線１３の巻目（インダクタ１９、図５参照）毎に誘導電圧が発生すると、巻順が相前後する方向に沿った電流パスに電流が流れる。この電流は、超電導線１３の巻目毎に前記小さな（接触）抵抗Ｒｃを流れる。（接触）抵抗Ｒｃは小さいが、この電流は、巻順が相前後する方向に多数の巻目の（接触）抵抗Ｒｃを順に（直列に）流れるので、大電流化を抑制でき、これによる発熱を抑制できる。そして、リング９は、超電導コイル５の巻線形状の保持だけでなく、前記した超電導線１３間の接触（電気）抵抗Ｒｃと接触熱抵抗を低下させることを可能にしている。
【００２０】
図５に、本発明の第１の実施形態に係る超電導磁石装置１の等価回路図を示す。超電導磁石装置１では、超電導線１３（図１参照）が複数回巻回されている。そこで、この一巻き毎を一つのインダクタ１９と見做せば、超電導磁石装置１は巻数分の数のインダクタ１９が、巻順の順番で直列に接続されたものと見做すことができる。そして、直流電源１８を用いて、超電導磁石装置１（超電導コイル５）に流す電流を、ゼロアンペアから定格電流値まで増加させる際には、単位時間当たりの電流増加量に応じて、インダクタ１９毎の両端に誘導電圧が発生する。超電導磁石装置１では、図１に示すように巻順が相前後する超電導線１３が接触しているため、巻順が相前後するインダクタ１９の間毎に安定化材１５に起因する抵抗（接触抵抗Ｒｃ）が並列に接続（分布）していると考えることができる。これは見方を変えると、巻数分の数の抵抗（接触抵抗Ｒｃ）が直列に接続されていると考えることができる。このため、この直列接続された抵抗（接触抵抗Ｒｃ）のトータルの抵抗値を大きくすることができる（具体的には、接触抵抗Ｒｃの巻数倍）。そして、この抵抗（接触抵抗Ｒｃ）の直列接続の両端には、インダクタ１９毎の両端に発生した誘導電圧を巻数倍したトータル電圧が印加される。ＭＲＩ装置３（図２参照）に搭載されるような大きな磁場強度の磁場を発生させる超電導磁石装置１では、大きな前記トータル電圧が印加されるが、それが印加される前記トータルの抵抗値が大きいので、ジュール熱による発熱を低く抑えることができる。すなわち、ジュール熱Ｑは、トータル電圧の２乗に比例し、トータルの抵抗値に反比例する（Ｑ∝Ｖ２／Ｒ）ので、詳細は後記するが、絶縁部材１６によって、トータルの抵抗値の低下を抑制し、ジュール熱Ｑを小さく抑えることができる。
【００２１】
図８に、比較例の超電導磁石装置の断面図の中心軸６の上側を示し、図９に、比較例の超電導磁石装置を構成する超電導コイル５の断面図の一部を示し、図１０に、比較例の超電導磁石装置の等価回路図を示す。図８に示すように、断面形状が円形の超電導線１３が、巻枠７に複数回（図８の例では２３回）巻かれている。超電導線１３内の数字は巻順を表し、図８の例では１巻目から２３巻目まで順に巻かれている。超電導線１３は、中心軸６の周りにその周方向に沿って巻回される。図８に示すように、超電導線１３の巻順（巻目、ターン）は、中心軸６に沿った方向を往復しながら、増加している。
【００２２】
図９に示すように、超電導線１３は、複数本の超電導素線１４と、それら複数本の超電導素線１４を覆う安定化材（常電導体）１５とを有している。超電導線１３（安定化材１５）の外表面は絶縁材で覆われておらず、安定化材１５が露出している。これにより、例えば、８巻目の超電導線１３（の安定化材１５）は、隣接する２巻目、３巻目、７巻目、９巻目、１１巻目、１２巻目の超電導線１３（の安定化材１５）と、直接接触している。このため、隣接する超電導線１３の間で、熱を良好に伝導することができる。また、隣接する超電導線１３の間には、小さな（接触）抵抗Ｒｃが生じ、電流が流れ易くなっている。
【００２３】
図８に示すように、比較例の超電導磁石装置では、超電導線１３が複数回巻回されている。そこで、図１０に示すように、この一巻き毎を一つのインダクタ１９と見做せば、超電導磁石装置１は巻数分の数のインダクタ１９が、巻順の順番で直列に接続されたものと見做すことができる。そして、図５と同様に、巻順が相前後する超電導線１３が接触しているため、巻順が相前後するインダクタ１９の間毎に安定化材１５に起因する抵抗（接触抵抗Ｒｃ）が並列に接続（分布）していると考えることができる。そして、巻数分の数の抵抗（接触抵抗Ｒｃ）が直列に接続されていると考えることができる。しかし、比較例では、絶縁部材１６が設けられていないので、この直列接続された抵抗（接触抵抗Ｒｃ）のトータルの抵抗値が小さくなってしまう。具体的には、接触抵抗Ｒｃの巻数倍の数分の１か、数十分の１になってしまう。
【００２４】
具体的に、１巻目と２３巻目の間のトータルの抵抗Ｒ０を考えると、１巻目から２３巻目への電流パスが複数存在し、トータルの抵抗Ｒ０が小さくなる。１巻目から２３巻目への電流パスとしては、主なものでも、１巻目−２巻目−３巻目−７巻目−１３巻目−１５巻目−２３巻目の電流パスと、１巻目−２巻目−８巻目−７巻目−１３巻目−１５巻目−２３巻目の電流パスと、１巻目−２巻目−８巻目−１２巻目−１３巻目−１５巻目−２３巻目の電流パスと、１巻目−２巻目−８巻目−１２巻目−１６巻目−１５巻目−２３巻目の電流パスと、１巻目−２巻目−８巻目−１２巻目−１６巻目−２２巻目−２３巻目の電流パスと、１巻目−９巻目−１１巻目−１７巻目−２１巻目−２２巻目−２３巻目の電流パスの、６つの電流パスが存在する。これらの電流パスでは、６つ前後の接触抵抗Ｒｃが直列に接続されていることになるが、電流パスが互いに並列に接続されているので、トータルの抵抗Ｒ０は、１つ分の接触抵抗Ｒｃ程度の抵抗値にしかならない（Ｒ０≒Ｒｃ）。このように、比較例においては、トータルの抵抗Ｒ０は、接触抵抗Ｒｃの巻数倍の抵抗値に比べて小さくなりやすい。
【００２５】
そして、この小さなトータルの抵抗Ｒ０の両端には、電流をゼロアンペアから定格電流値まで増加させる際に、インダクタ１９毎の両端に発生した誘導電圧を巻数倍したトータル電圧が印加される。ＭＲＩ装置３（図２参照）に搭載されるような大きな磁場強度の磁場を発生させる超電導磁石装置１では、大きな前記トータル電圧が印加されるが、それが印加される前記トータルの抵抗Ｒ０が小さいので、比較例ではジュール熱による発熱が大きくなってしまう。すなわち、ジュール熱Ｑは、トータル電圧の２乗に比例し、トータルの抵抗値に反比例する（Ｑ∝Ｖ２／Ｒ）ので、比較例のようにトータルの抵抗Ｒ０が小さいと、ジュール熱Ｑが大きくなってしまう。逆に、第１の実施形態では、前記したように、トータルの抵抗が絶縁部材１６によって小さくならないので、ジュール熱Ｑを小さくすることできる。
【００２６】
（第２の実施形態）
図６に、本発明の第２の実施形態に係る超電導磁石装置１の断面図を示す。第２の実施形態の超電導磁石装置１が、第１の実施形態の超電導磁石装置１と異なる点は、超電導線１３の断面形状が、矩形ではなく、円形である点である。円形であっても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。また、第２の実施形態では、超電導線１３の巻回方式が所謂「密巻」であり、第１の実施形態の所謂「整列巻」とは異なっている。「密巻」であっても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００２７】
超電導線１３は、中心軸６と略平行な第１方向（図６の例えば右方向）に巻順が増加するように巻回されて第１層をなしている。具体的に、第１層としては、巻順１〜５の超電導線１３からなる層と、巻順１０〜１４の超電導線１３からなる層と、巻順１９〜２３の超電導線１３からなる層とが該当する。また、超電導線１３は、中心軸６と略平行で前記第１方向に逆向きの第２方向（図６の例えば左方向）に巻順が増加するように巻回されて第２層をなしている。具体的に、第２層としては、巻順６〜９の超電導線１３からなる層と、巻順１５〜１８の超電導線１３からなる層とが該当する。超電導コイル５では、これらの第１層と第２層とが交互に積層されている。そして、第１層と第２層の間の一部に、絶縁部材１６が設けられている。絶縁部材１６は、中心軸６の周方向に沿って全周にわたって設けられている。
【００２８】
巻順が相前後する巻目（ターン）の超電導線１３（の常電導体）同士は直接接している。一方、巻順が、１を超えて離れている巻目（ターン）の超電導線１３の間には、絶縁部材１６が設けられている。なお、巻順が２を超えて（３以上）離れている巻目の超電導線１３の間に、絶縁部材１６が設けられていてもよい。例えば、巻順が８つ離れている１巻目（ターン）と９巻目の超電導線１３の間には、絶縁部材１６が設けられている。巻順が７つ離れている２巻目と９巻目の超電導線１３の間には、絶縁部材１６が設けられている。巻順が６つ離れている２巻目と８巻目の超電導線１３の間には、絶縁部材１６が設けられている。巻順が５つ離れている３巻目と８巻目の超電導線１３の間には、絶縁部材１６が設けられている。巻順が４つ離れている３巻目と７巻目の超電導線１３の間には、絶縁部材１６が設けられている。巻順が３つ離れている４巻目と７巻目の超電導線１３の間には、絶縁部材１６が設けられている。巻順が２つ離れている４巻目と６巻目の超電導線１３の間には、絶縁部材１６が設けられている。巻順が１つ離れている５巻目と６巻目の超電導線１３とは、直接接している。
【００２９】
前記第１層の例えば巻順１〜５の超電導線１３からなる層の端部に位置する５巻目（ターン）と、前記第２層の例えば巻順６〜９の超電導線１３からなる層の端部に位置する６巻目とでは、巻順が相前後し、互いの超電導線１３が直接接している。前記第１層の例えば巻順１〜５の超電導線１３からなる層の端部に位置する１巻目（ターン）と、前記第２層の例えば巻順６〜９の超電導線１３からなる層の端部に位置する９巻目とでは、巻順が１を超えて離れ、互いの超電導線１３の間に絶縁部材１６が設けられている。
【００３０】
（第３の実施形態）
図７に、本発明の第３の実施形態に係る超電導磁石装置１の断面図を示す。第３の実施形態の超電導磁石装置１が、第１の実施形態の超電導磁石装置１と異なる点は、超電導線１３の巻回方式が所謂「アルファ（α）巻」もしくは「パンケーキ巻」である点である。「アルファ巻」であっても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。「アルファ巻」では、超電導線１３では、巻枠７の半径方向外側に向かって巻順が連続的に増加する。「アルファ巻」では、半径方向外側に巻順が増加するように巻回され、互いに渦巻の方向が逆の一対の第１渦巻と第２渦巻層を有している。
【００３１】
第１渦巻は、例えば、巻順０ｒ〜５ｒの超電導線１３からなっている。第１渦巻では、超電導コイル５の中心軸６の周方向に沿った第１方向に渦巻ながら半径方向外側へ広がるように巻順０ｒ〜５ｒの順に、超電導線１３が巻回されている。第２渦巻は、例えば、巻順０ｌ〜５ｌの超電導線１３からなっている。第２渦巻では、超電導コイル５の中心軸６の周方向に沿い前記第１方向とは逆の第２方向に渦巻ながら半径方向外側へ広がるように巻順０ｌ〜５ｌの順に、超電導線１３が巻回されている。そして、第１渦巻と第２渦巻の間の一部に、絶縁部材１６が設けられている。絶縁部材１６は、中心軸６の周方向に沿って全周にわたって設けられている。
【００３２】
巻順が相前後する巻目（ターン）の超電導線１３同士は直接接している。一方、巻順が、１を超えて離れている巻目（ターン）の超電導線１３の間には、絶縁部材１６が設けられている。例えば、巻順が１０巻き離れている第１渦巻の５ｒ巻目（ターン）と第２渦巻の５ｌ巻目（ターン）の超電導線１３の間には、絶縁部材１６が設けられている。第１渦巻において中心軸６から最も離れた５ｒ巻目（ターン）と、第２渦巻において中心軸６から最も離れた５ｌ巻目（ターン）とでは、巻順が１０巻き離れ、互いの間に絶縁部材１６が設けられている。また、巻順が８巻き離れている第１渦巻の４ｒ巻目（ターン）と第２渦巻の４ｌ巻目（ターン）の超電導線１３の間には、絶縁部材１６が設けられている。巻順が６巻き離れている第１渦巻の３ｒ巻目（ターン）と第２渦巻の３ｌ巻目（ターン）の超電導線１３の間には、絶縁部材１６が設けられている。巻順が４巻き離れている第１渦巻の２ｒ巻目（ターン）と第２渦巻の２ｌ巻目（ターン）の超電導線１３の間には、絶縁部材１６が設けられている。巻順が２巻き離れている第１渦巻の１ｒ巻目（ターン）と第２渦巻の１ｌ巻目（ターン）の超電導線１３の間には、絶縁部材１６が設けられている。巻順が等しい第１渦巻の０ｒ巻目（ターン）と第２渦巻の０ｌ巻目（ターン）の超電導線１３とは、実質的に１つのターンであり、両端部が互いに直接接している。
【００３３】
なお、本発明は、前記した第１〜第３の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した第１〜第３の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１      超電導磁石装置
２      被検者
３      磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置
４      ベッド
５      超電導コイル
６      中心軸
７      巻枠
８      観測領域
９      リング
１０    真空容器
１１    輻射シールド
１２    荷重支持体
１３    超電導線
１４    超電導素線
１５    安定化材（常電導体）
１６    絶縁部材
１８    直流電源
１９    インダクタ
Ｒｃ    （接触）抵抗
【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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