(57)【要約】  この発明の超電導マグネットは、巻回された超電導線材を備えている。超電導線材は、巻回された位置に応じた磁束密度の大きさの違いに基づいて、磁束密度が比較的小さい部分の断面積が、磁束密度が比較的大きい部分の断面積より小さく形成された構成部分を有している。
2019229947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻回された超電導線材を備え、
前記超電導線材は、巻回された位置に応じた磁束密度の大きさの違いに基づいて、前記磁束密度が比較的小さい部分の断面積が、前記磁束密度が比較的大きい部分の断面積より小さく形成された構成部分を有する
超電導マグネット。
【請求項２】
前記超電導線材は、前記磁束密度が比較的小さい部分に巻回される第１の線材部と、前記磁束密度が比較的大きい部分に巻回される第２の線材部とを含む２つ以上の線材部を有し、
前記第１の線材部における前記超電導線材の長手方向に垂直な面の第１の断面積は、前記第２の線材部における前記超電導線材の長手方向に垂直な面の第２の断面積より小さい
請求項１に記載の超電導マグネット。
【請求項３】
前記超電導線材の長手方向に垂直な面の形状は、幅および厚さを有する長方形形状であり、
前記第１の線材部における前記超電導線材の第１の幅は、前記第２の線材部における前記超電導線材の第２の幅より小さい
請求項２に記載の超電導マグネット。
【請求項４】
前記超電導線材は、高温超電導線材であり、
前記第１の線材部は、前記磁束密度における超電導マグネットの径方向成分が比較的小さい部分に巻回され、
前記第２の線材部は、前記磁束密度における超電導マグネットの径方向成分が比較的大きい部分に巻回されている
請求項２または請求項３に記載の超電導マグネット。
【請求項５】
前記第１の断面積は、前記超電導線材の断面積の中で最小であり、
前記第２の断面積は、前記超電導線材の断面積の中で最大であり、
前記第１の線材部は、前記第２の線材部より超電導マグネットの軸方向内側に設けられている
請求項２から４のいずれか１項に記載の超電導マグネット。
【請求項６】
前記第１の断面積は、前記超電導線材の断面積の中で最小であり、
前記第２の断面積は、前記超電導線材の断面積の中で最大であり、
前記第１の線材部は、前記第２の線材部より超電導マグネットの径方向外側に設けられている
請求項２から５のいずれか１項に記載の超電導マグネット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超電導線材がコイルとして巻かれることにより磁場を発生する超電導マグネットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導マグネットにおいて、超電導マグネットの軸方向の中心磁場を均一にするためには、超電導線材が巻かれることにより形成される複数のコイルを、超電導マグネットの軸方向および径方向に分散して配置する必要がある。従来の超電導マグネットでは、テープ状である超電導線材を用いて、各コイルを形成していた（例えば、特許文献１参照）。この場合、超電導線材の幅は、超電導マグネット全体にわたって超電導線材が延びる方向について一定である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１８８７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、各コイルを超電導マグネットの軸方向および径方向に配置すると、各コイルの位置に応じて、磁束密度により、超電導線材の負荷率が大きく異なる。ここで、負荷率とは、臨界電流に対する運転電流で表される。特許文献１に記載された超電導マグネットでは、超電導線材の幅が、超電導マグネット全体にわたって一定である。そのため、超電導線材の負荷率が小さい部分では、過度な線材幅を有していることになり、超電導線材が無駄に用いられていた。そこで、このような無駄な超電導線材をなくすことで、超電導マグネットの製作費用を抑制することが望まれている。【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、製作費用を抑制することができる超電導マグネットを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の超電導マグネットは、巻回された超電導線材を備え、超電導線材は、巻回された位置に応じた磁束密度の大きさの違いに基づいて、磁束密度が比較的小さい部分の断面積が、磁束密度が比較的大きい部分の断面積より小さく形成された構成部分を有するものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明による超電導マグネットでは、超電導線材の幅を負加率に応じて異ならせることで、無駄な超電導線材を減らすことができ、超電導線材を有効に利用することができる。これにより、超電導マグネットの製作費用を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１による超電導マグネットを示す部分断面図を含む斜視図である。
【図２】図１の超電導線材を示す断面図である。
【図３】２つの超電導線材を接続する状態を示す厚さ方向の断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２による超電導マグネットの超電導線材を示す断面図である。
【図５】コイルを接続する状態を示す模式図である。
【図６】この発明の実施の形態３による超電導マグネットの超電導線材を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において、同一もしくは相当部分は、同一符号で示し、重複する説明は、省略する。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による超電導マグネットを示す部分断面図を含む斜視図である。ここで、断面図は、図１の矢印Ｒが示す超電導マグネット１の径方向、および図１の矢印Ｚが示す超電導マグネット１の軸方向を含む面を示している。以下の説明では、矢印Ｒが示す超電導マグネット１の径方向のことを径方向Ｒと表現し、矢印Ｚが示す超電導マグネット１の軸方向のことを軸方向Ｚと表現する。
【００１１】
この実施の形態１による超電導マグネット１は、巻回された一連の超電導線材１０を備えている。超電導マグネット１は、６つのコイル１０１〜１０６を有している。６つのコイル１０１〜１０６は、軸方向Ｚに沿って積層されている。
【００１２】
６つのコイル１０１〜１０６は、それぞれパンケーキコイルであり、超電導線材１０がそれぞれ円形に巻かれることによって形成されている。この例では、各コイル１０１〜１０６において、超電導線材１０が３周ずつ巻かれている。６つのコイル１０１〜１０６のそれぞれの超電導線材１０は、一連となるように互いに接続されている。例えば、コイル１０１の超電導線材１０の一端部は、コイル１０２の超電導線材１０の一端部と接続されている。
【００１３】
ここで、超電導線材の種類について説明する。超電導線材には、低温超電導線材と高温超電導線材とがある。高温超電導線材には、ＲＥＢＣＯ線材（希土類元素を含む銅酸化物超電導体で構成される線材。以下、薄膜線材と記載する）と、ビスマス系線材とがある。薄膜線材およびビスマス系線材は、ともにテープ状の線材である。薄膜線材には、超電導層を蒸着等により形成するための基板があるが、ビスマス系線材には基板がない。この例では、薄膜線材を用いている。
【００１４】
超電導線材１０の長手方向に垂直な面の形状は、幅および厚さを有する長方形形状である。超電導線材１０は、厚さ方向が径方向Ｒとなるように巻かれている。超電導線材１０の厚さは、例えば、数十μｍから数百μｍである。
【００１５】
超電導線材１０の径方向Ｒの外側には、伝導冷却板６０が設けられている。伝導冷却板６０は、超電導線材１０を冷却する。超電導線材１０および伝導冷却板６０は、円筒形状のブラケット７０に収容されている。
【００１６】
図２は、図１の超電導線材を示す断面図である。なお、図２では、伝導冷却板６０の記載を省略している。超電導線材１０の幅は、軸方向Ｚにおける長さである。６つのコイル１０１〜１０６のうち、４つのコイル１０１、コイル１０２、コイル１０５およびコイル１０６は、第２の幅ｄ２を有する第２の線材部１２によりそれぞれ構成されている。２つのコイル１０３およびコイル１０４は、第１の幅ｄ１を有する第１の線材部１１によりそれぞれ構成されている。２つの第１の線材部１１は、軸方向Ｚについて、第２の線材部１２より中央側、すなわち、第２の線材部１２に挟まれるように設けられている。そして、超電導線材１０は、幅が同じ第１の線材部１１同士、幅が同じ第２の線材部１２同士、および幅が異なる第１の線材部１１と第２の線材部１２とが、一連に接続されている。
【００１７】
ここで、第１の幅ｄ１は、第２の幅ｄ２より小さい。第１の線材部１１における超電導線材１０の厚さは、第２の線材部１２における超電導線材１０の厚さと同一である。したがって、各第１の線材部１１の第１の断面積Ｓ１は、各第２の線材部１２の第２の断面積Ｓ２より小さい。
【００１８】
図３は、２つの超電導線材を接続する状態を示す厚さ方向の断面図である。この例では、２つの超電導線材８１および超電導線材８２は、絶縁テープ８０５、基板８００、中間層８０１、超電導体である超電導層８０２、保護層８０３、安定化層８０４、および絶縁テープ８０５を、図３の矢印Ｔが示す厚さ方向に沿ってそれぞれ有している。基板８００から安定化層８０４は、絶縁テープ８０５によって巻かれている。安定化層８０４は、例えば、銅で形成されている。超電導線材８２は、上下を逆転させている。
【００１９】
２つの超電導線材８１および８２を接続する場合、まず、それぞれの絶縁テープ８０５の一部を剥離し、安定化層８０４を露出させる。次に、それぞれの安定化層８０４を対向させ、例えば、はんだによって接続する。次に、接続された部分を、例えば、絶縁テープで覆い、接続された部分を保護する。なお、超電導線材がテープ状であれば、上記で説明した構造に限らず用いることができる。
【００２０】
超電導線材８２が超電導線材８１と接続されている側と反対側においては、超電導線材８２に対して、図３の下側から超電導線材が接続される。したがって、超電導線材８２は、超電導線材８２が接続されるごとに、表裏が入れ替わっている。隣り合うコイルは、磁束の方向を同一とするため、隣り合うコイルの巻方向は、互いに逆となっている。
【００２１】
次に、超電導マグネット１の作用について説明する。コイルにおける磁束密度が小さい場合、そのコイルを構成する超電導線材の臨界電流は、大きくなる。そして、直列接続されたコイルを流れる電流は一定である。そのため、磁束密度が小さいコイルを構成する超電導線材の負荷率は、磁束密度が大きいコイルを構成する超電導線材の負荷率よりも小さくなる。すなわち、磁束密度が大きくなれば負荷率が上昇し、磁束密度が小さくなれば負荷率が低下する関係にある。
【００２２】
複数のコイルが超電導マグネットの軸方向について積層されている場合、軸方向の中央側のコイルにおける磁束密度は、軸方向の両端側のコイルにおける磁束密度より小さい。そのため、超電導マグネットの軸方向について、中央側のコイルを構成する超電導線材の負荷率は、両端側のコイルを構成する超電導線材の負荷率より小さい。超電導線材の負荷率が小さい場合、超電導線材の断面積を小さくしても、超電導線材は、超電導状態を維持しながら電流を流すことができる。
【００２３】
図２に示した例では、６つのコイル１０１〜１０６が超電導マグネット１の軸方向Ｚについて積層されている。２つの第１の線材部１１は、超電導マグネットの軸方向Ｚについて、４つの第２の線材部１２よりも中央側に設けられている。すなわち、第１の線材部１１が巻回された軸方向Ｚの中央部の磁束密度は、第２の線材部１２が巻回された軸方向Ｚの両端部の磁束密度より小さい。このため、第１の線材部１１の負荷率は、第２の線材部１２の負荷率より小さい。
【００２４】
したがって、第１の線材部１１における第１の幅ｄ１を小さくすることにより、第１の線材部１１における第１の断面積Ｓ１を第２の線材部１２における第２の断面積Ｓ２より小さくしている。そのため、超電導線材の使用量および重量を低減させた上で、超電導線材を有効に利用することができる。これにより、超電導マグネットの製作費用を抑制することができる。また、軸方向に小型化した超電導マグネットを製作することができる。
【００２５】
ここで、第１の線材部１１の第１の断面積Ｓ１は、超電導線材１０の断面積の中で最小であり、第２の線材部１２の第２の断面積Ｓ２は、超電導線材１０の断面積の中で最大である。そのため、最小の断面積を有する第１の線材部１１は、最大の断面積を有する第２の線材部１２より、超電導マグネット１の軸方向内側に設けられている。これにより、超電導マグネットの製作費用を抑制することができる。
【００２６】
なお、この実施の形態１では、超電導線材１０が断面積の異なる２種類の線材部を有する場合について説明したが、断面積の異なる３種類以上の線材部を有する場合においても、同様の効果が得られる。
【００２７】
ここで、超電導線材の種類によって、断面積の大きさに関係する磁束密度の成分について説明する。超電導線材が低温超電導線材である場合には、磁束密度の絶対値が小さい場合に超電導線材の臨界電流は大きくなるため、超電導線材の断面積を小さくすることができる。
【００２８】
一方、超電導線材が高温超電導線材である場合には、超電導線材が巻回されている超電導マグネットの径方向における磁束密度の成分が小さい場合に、超電導線材の臨界電流は大きくなり、超電導線材の断面積を小さくすることができる。これは、高温超電導線材の場合、磁場特性が異方性を有するためである。
【００２９】
この実施の形態１では、超電導線材１０は、高温超電導線材である。そのため、超電導線材１０の断面積は、磁束密度における超電導マグネット１の径方向成分によって変えることができる。第１の線材部１１は、磁束密度における超電導マグネット１の径方向成分が比較的小さい、軸方向Ｚの内側に巻回され、第２の線材部１２は、磁束密度における超電導マグネット１の径方向成分が比較的大きい、軸方向Ｚの外側に巻回されている。したがって、第１の線材部１１において、超電導線材１０の断面積、すなわち超電導線材１０の幅を小さくしている。
【００３０】
この実施の形態１の超電導マグネットによれば、超電導線材が巻回された位置に応じた磁束密度が比較的小さい部分の超電導線材の断面積を、磁束密度が比較的大きい部分の超電導線材の断面積より小さくしている。より具体的には、磁束密度が比較的小さい部分では、負荷率が小さくなるため、超電導線材の長手方向に垂直な面の断面積が小さい超電導線材を用いている。その結果、無駄な超電導線材を削減した上で、超電導線材を有効に利用することができ、超電導マグネットの製作費用を抑制することができる。
【００３１】
この実施の形態１の超電導マグネットによれば、超電導線材の幅を変えている。ここで、超電導線材の幅は、超電導線材の厚さと比較して変更が容易である。その結果、磁束密度の違いに応じて、異なる幅の超電導線材を用いることで、超電導マグネットの製作費用を容易に抑制することができる。
【００３２】
この実施の形態１の超電導マグネットによれば、断面積が最小である線材部は、断面積が最大である線材部より超電導マグネットの軸方向内側に設けられている。軸方向内側の磁束密度は、外側の磁束密度より小さい。その結果、超電導マグネットの製作費用を抑制することができる。
【００３３】
実施の形態２．
次に、実施の形態２による超電導マグネットについて、図４を用いて説明する。実施の形態１では、軸方向Ｚにおいて超電導線材の幅を変えている構成について説明した。実施の形態２では、径方向Ｒにおいて超電導線材の幅を変える構成について説明する。
【００３４】
図４は、この実施の形態２による超電導マグネットの超電導線材を示す断面図である。この実施の形態２による超電導マグネットは、一連の超電導線材２０を備えている。この超電導マグネットは、３つのパンケーキコイルであるコイル２０１、コイル２０２、およびコイル２０３を有している。３つのコイル２０１〜２０３は、軸方向Ｚに沿って積層されている。
【００３５】
３つのコイル２０１〜２０３では、超電導線材２０がそれぞれ６周、渦巻き状に巻かれている。各コイル２０１〜２０３は、超電導マグネットの径方向Ｒについて、径方向外側から第１の線材部２１、中間線材部２２、および第２の線材部２３を有している。各コイル２０１〜２０３において、第１の線材部２１、中間線材部２２、および第２の線材部２３は、２周ずつ巻かれている。第１の線材部２１、中間線材部２２、および第２の線材部２３は、それぞれのコイル間で接続され、一連となっている。
【００３６】
第１の線材部２１の第１の幅ｄ１は、中間線材部２２の幅ｄｍより小さい。中間線材部２２の幅ｄｍは、第２の線材部２３の第２の幅ｄ２より小さい。したがって、第１の線材部２１の第１の幅ｄ１は、第２の線材部２３の第２の幅ｄ２より小さい。また、超電導線材２０の厚さは、コイルの位置によらず一定としている。そのため、第１の線材部２１における超電導線材２０の厚さは、第２の線材部２３における超電導線材２０の厚さと同一である。このため、第１の線材部２１の第１の断面積Ｓ１は、第２の線材部２３の第２の断面積Ｓ２より小さい。
【００３７】
図５は、コイルを接続する状態を示す模式図である。図５では、積層された各コイル２０１〜２０３を平面状に並べて示している。各コイル２０１〜２０３において、超電導マグネットの磁力線方向を一方向とするため、超電導線材２０は、超電導マグネットの同一円周方向に巻かれる。また、コイル間の接続部は短い方が線材を節約することができる。そのため、各コイル２０１〜２０３の隣接するコイル間は、最内周および最外周のいずれか同士の間で接続されている。
【００３８】
例えば、超電導線材の一端をコイル２０１の第２の線材部２３に設け、コイル２０１における超電導線材が径方向Ｒの内側から外側に向かって、反時計回りに巻かれている場合について考える。この場合、コイル２０１の最外周の第１の線材部２１は、図５の破線で示すように、コイル２０２の最外周の第１の線材部２１と接続する。コイル２０２は、第１の線材部２１から、径方向Ｒの外側から内側に向かって、反時計回りに巻かれている。コイル２０２の最内周の第２の線材部２３は、図５の破線で示すように、コイル２０３の最内周の第２の線材部２３と接続する。コイル２０３は、径方向Ｒの内側から外側に向かって、反時計回りに巻かれている。
【００３９】
この場合、コイル２０１を左回りの巻方向であるとすると、コイル２０２は右回りの巻方向となり、巻方向が逆向きとなっている。また、コイル２０１を左回りの巻方向となる。そのため、コイル間の接続においては、各コイルの巻き方は、右回りと左回りとが交互になっている。各コイルの巻き方およびコイル間の接続部は、これに限られるものではなくい。しかし、磁束の向きを超電導マグネットにおいて一定とするためには、コイル間において巻き方は交互となる。
【００４０】
なお、第１の線材部２１、中間線材部２２、および第２の線材部２３の間の接続、すなわちコイル内における超電導線材の接続およびコイル間における超電導線材の接続については、実施の形態１で説明した通り、接続部ごとに表裏が入れ替わる構造となっている。
【００４１】
次に、この実施の形態２における超電導マグネットの作用について説明する。１つのコイルにおいて、超電導線材が渦巻き状に巻かれている場合、コイルの径方向外側における磁束密度は、コイルの径方向内側における磁束密度より小さい。そのため、超電導マグネットの径方向Ｒについて、外側のコイルを構成する超電導線材の負荷率は、内側のコイルを構成する超電導線材の負荷率より小さくなる。
【００４２】
超電導線材の負荷率が小さい場合、超電導線材の断面積を小さくしても、超電導線材は、超電導状態を維持しながら電流を流すことができる。したがって、図３においては、超電導マグネットの径方向Ｒについて、外側の第１の線材部２１の第１の幅ｄ１、中間線材部２２の幅ｄｍ、および内側の第２の線材部２３の第２の幅ｄ２の関係を、
ｄ１＜ｄｍ＜ｄ２
としている。これにより、超電導マグネットの製作費用を抑制することができる。
【００４３】
また、第２の線材部２１の第１の断面積Ｓ１は、超電導線材２０の断面積の中で最小であり、第２の線材部２３の第２の断面積Ｓ２は、超電導線材２０の断面積の中で最大である。そのため、最小の断面積を有する第１の線材部２１は、最大の断面積を有する第２の線材部２３より、超電導マグネット１の径方向外側に設けられている。これにより、超電導マグネットの製作費用を抑制することができる。
【００４４】
この実施の形態２の超電導マグネットによれば、超電導線材が巻回された位置に応じた磁束密度が比較的小さい部分の超電導線材の断面積を、磁束密度が比較的大きい部分の超電導線材の断面積より小さくしている。より具体的には、磁束密度が比較的小さい部分では、負荷率が小さくなるため、超電導線材の長手方向に垂直な面の断面積が小さい超電導線材を用いている。その結果、無駄な超電導線材を削減した上で、超電導線材を有効に利用することができ、超電導マグネットの製作費用を抑制することができる。
【００４５】
この実施の形態２の超電導マグネットによれば、線材幅の小さい線材部は、超電導マグネットの径方向について、外側に設けられている。径方向外側の磁束密度は、径方向内側の磁束密度より小さい。その結果、線材幅は、磁束密度に応じて変更することができる。
【００４６】
この実施の形態２の超電導マグネットによれば、断面積が最小である線材部は、断面積が最大である線材部より超電導マグネットの径方向外側に設けられている。径方向外側の磁束密度は、内側の磁束密度より小さい。その結果、超電導マグネットの製作費用を抑制することができる。
【００４７】
実施の形態３．
次に、実施の形態３による超電導マグネットについて、図６を用いて説明する。実施の形態１では、超電導線材の幅が小さい線材部が超電導マグネットの軸方向の中央側に設けられている場合について説明した。また、実施の形態２では、超電導線材の幅が小さい線材部が超電導マグネットの径方向外側に設けられている場合について説明した。この実施の形態３では、これら実施の形態１および２におけるそれぞれの配置構成を同時に適用する場合について説明する。
【００４８】
図６は、この実施の形態３による超電導マグネットの超電導線材を示す断面図である。この実施の形態３による超電導マグネットは、一連の超電導線材３０を備えている。この実施の形態３による超電導マグネットでは、超電導マグネットの軸方向Ｚに沿って、３段のコイル３０１、コイル３０２、およびコイル３０３が積層されている。超電導線材３０は、それぞれのコイル３０１、コイル３０２、およびコイル３０３において渦巻き状に巻かれている。コイル３０３は、コイル３０１と同じ構成である。この例では、コイル３０３の構成をコイル３０１の構成と同じとしているが、違っていてもよい。
【００４９】
コイル３０１およびコイル３０３のそれぞれは、超電導マグネットの径方向Ｒの外側から、外側線材部３１、中間線材部３２、および内側線材部３３を有している。コイル３０１およびコイル３０３のそれぞれにおいて、外側線材部３１、中間線材部３２、および内側線材部３３は、２周ずつ巻かれている。外側線材部３１の幅ｄ３は、中間線材部３２の幅ｄｍ１より小さい。中間線材部３２の幅ｄｍ１は、内側線材部３３の幅ｄ４より小さい。そのため、外側線材部３１の幅ｄ３は、内側線材部３３の幅ｄ４より小さい。したがって、外側線材部３１の断面積Ｓ３は、内側線材部３３の断面積Ｓ４より小さい。
【００５０】
コイル３０２は、超電導マグネットの径方向Ｒの外側から、外側線材部３４、中間線材部３５、および内側線材部３６を有している。コイル３０２において、外側線材部３４、中間線材部３５、および内側線材部３６は、２周ずつ巻かれている。外側線材部３４の幅ｄ５は、中間線材部３５の幅ｄｍ２より小さい。中間線材部３５の幅ｄｍ２は、内側線材部３６の幅ｄ６より小さい。そのため、外側線材部３４の幅ｄ５は、内側線材部３６の幅ｄ６より小さい。したがって、外側線材部３４の断面積Ｓ５は、内側線材部３６の断面積Ｓ６より小さい。
【００５１】
コイル３０１およびコイル３０２において、コイル３０１およびコイル３０２を、軸方向Ｚに沿って見ることができる。例えば、コイル３０２の外側線材部３４の幅ｄ５は、コイル３０１の外側線材部３１の幅ｄ３より小さい。したがって、コイル３０２の外側線材部３４の断面積Ｓ５は、コイル３０１の外側線材部３１の断面積Ｓ３より小さい。
【００５２】
同様に、コイル３０２の内側線材部３６の幅ｄ６は、コイル３０１の内側線材部３３の幅ｄ４より小さい。したがって、コイル３０２の内側線材部３６の断面積Ｓ６は、コイル３０１の内側線材部３３の断面積Ｓ４より小さい。
【００５３】
ここで、超電導線材３０をコイル３０１からコイル３０３までを通して見た場合、コイル３０２の外側線材部３４の断面積Ｓ５は、超電導線材３０の断面積の中で最小であり、コイル３０１の内側線材部３３の断面積Ｓ４は、超電導線材３０の断面積の中で最大である。そのため、コイル３０２の外側線材部３４は、第１の線材部であり、断面積Ｓ５は、第１の断面積である。また、コイル３０１の内側線材部３３は、第２の線材部であり、断面積Ｓ４は、第２の断面積である。コイル３０２の外側線材部３４は、コイル３０１の内側線材部３３より、超電導マグネットの軸方向内側にあるとともに、超電導マグネットの径方向外側に設けられている。これにより、超電導マグネットの製作費用をさらに抑制することができる。
【００５４】
この実施の形態３の超電導マグネットによれば、超電導線材が巻回された位置に応じた磁束密度が比較的小さい部分の超電導線材の断面積を、磁束密度が比較的大きい部分の超電導線材の断面積より小さくしている。より具体的には、磁束密度が比較的小さい部分では、負荷率が小さくなるため、超電導線材の長手方向に垂直な面の断面積が小さい超電導線材を用いている。その結果、無駄な超電導線材を削減した上で、超電導線材を有効に利用することができ、超電導マグネットの製作費用を抑制することができる。
【００５５】
この実施の形態３の超電導マグネットによれば、断面積が最小である線材部は、断面積が最大である線材部より超電導マグネットの軸方向内側に設けられている。軸方向内側の磁束密度は、外側の磁束密度より小さい。その結果、超電導マグネットの製作費用を抑制することができる。
【００５６】
この実施の形態３の超電導マグネットによれば、断面積が最小である線材部は、断面積が最大である線材部より超電導マグネットの径方向外側に設けられている。径方向外側の磁束密度は、内側の磁束密度より小さい。その結果、超電導マグネットの製作費用を抑制することができる。また、断面積が最小である線材部は、断面積が最大である線材部より超電導マグネットの軸方向内側にも設けられているため、実施の形態１および２よりさらに超電導マグネットの製作費用を抑制することができる。
【００５７】
なお、実施の形態１から３においては、高温超電導線材を用いた場合について説明したが、低温超電導線材を用いても、実施の形態１から３の場合と同様の効果が得られる。なお、ここでいう高温超電導体とは、相転移温度が液体窒素温度である７７Ｋを超えるものをいう。
【００５８】
また、実施の形態１から３において説明した内容は、実施の形態を示す例であり、これに限定されるものではない。例えば、各コイルにおける超電導線材の巻数は、２周および３周に限定されない。また、コイルは、パンケーキコイルを用いた場合について説明したが、超電導線材を軸方向に巻いていく方法でもよい。また、超電導線材１０、２０、および３０の厚さは、超電導線材の長さ方向について一定である場合について説明したが、厚さは一定でなくてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１  超電導マグネット、１０，２０，３０  超電導線材、１１，２１  第１の線材部、１２，２３  第２の線材部、３３  内側線材部（第２の線材部）、３４  外側線材部（第１の線材部）、ｄ１  第１の幅、ｄ２  第２の幅、Ｒ  矢印（径方向）、Ｓ１，Ｓ５  第１の断面積、Ｓ２，Ｓ４  第２の断面積、Ｚ  矢印（軸方向）。
【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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【手続補正書】
【提出日】令和2年4月28日(2020.4.28)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
この発明は、超電導線材がコイルとして巻かれることにより磁場を発生する超電導マグネットおよび超電導マグネットの製造方法に関するものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
この発明の超電導マグネットは、高温巻回された超電導線材を備え、高温超電導線材は、巻回された位置に応じた磁束密度における超電導マグネットの径方向成分の大きさの違いに基づいて、磁束密度における超電導マグネットの径方向成分が比較的小さい部分の断面積が、磁束密度における超電導マグネットの径方向成分が比較的大きい部分の断面積より小さく形成された構成部分を有するものである。
また、この発明における、超電導線材が巻回されている第１のコイルおよび第２のコイルを備える超電導マグネットの製造方法は、第１のコイルにおける超電導線材が超電導マグネットの内側から外側に向かって巻かれている方向と同じ方向に、第２のコイルにおける超電導線材が超電導マグネットの外側から内側に向かって巻かれているものである。
さらに、この発明の超電導マグネットの製造方法では、超電導マグネットを構成する超電導線材は、接続されるごとに表裏が入れ替わるものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この発明による超電導マグネットおよび超電導マグネットの製造方法では、超電導線材の幅を負加率に応じて異ならせることで、無駄な超電導線材を減らすことができ、超電導線材を有効に利用することができる。これにより、超電導マグネットの製作費用を抑制することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻回された高温超電導線材を備え、
前記高温超電導線材は、巻回された位置に応じた磁束密度における超電導マグネットの径方向成分の大きさの違いに基づいて、前記磁束密度における超電導マグネットの径方向成分が比較的小さい部分の断面積が、前記磁束密度における超電導マグネットの径方向成分が比較的大きい部分の断面積より小さく形成された構成部分を有する
超電導マグネット。
【請求項２】
前記高温超電導線材は、前記磁束密度における超電導マグネットの径方向成分が比較的小さい部分に巻回される第１の線材部と、前記磁束密度における超電導マグネットの径方向成分が比較的大きい部分に巻回される第２の線材部とを含む２つ以上の線材部を有し、
前記第１の線材部における前記超電導線材の長手方向に垂直な面の第１の断面積は、前記第２の線材部における前記超電導線材の長手方向に垂直な面の第２の断面積より小さい
請求項１に記載の超電導マグネット。
【請求項３】
前記高温超電導線材の長手方向に垂直な面の形状は、幅および厚さを有する長方形形状であり、
前記第１の線材部における前記超電導線材の第１の幅は、前記第２の線材部における前記超電導線材の第２の幅より小さい
請求項２に記載の超電導マグネット。
【請求項４】
前記第１の断面積は、前記超電導線材の断面積の中で最小であり、
前記第２の断面積は、前記超電導線材の断面積の中で最大であり、
前記第１の線材部は、前記第２の線材部より超電導マグネットの軸方向内側に設けられている
請求項２または請求項３に記載の超電導マグネット。
【請求項５】
前記第１の断面積は、前記超電導線材の断面積の中で最小であり、
前記第２の断面積は、前記超電導線材の断面積の中で最大であり、
前記第１の線材部は、前記第２の線材部より超電導マグネットの径方向外側に設けられている
請求項２から４のいずれか１項に記載の超電導マグネット。
【請求項６】
超電導マグネットは、超電導線材が巻回されている第１のコイルおよび第２のコイルを備え、
前記第１のコイルにおける前記超電導線材が前記超電導マグネットの内側から外側に向かって巻かれている方向と同じ方向に、前記第２のコイルにおける前記超電導線材が前記超電導マグネットの外側から内側に向かって巻かれている
超電導マグネットの製造方法。
【請求項７】
超電導マグネットを構成する超電導線材は、接続されるごとに表裏が入れ替わる超電導マグネットの製造方法。
【国際調査報告】
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