(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの超伝導コイル（１２）と、
前記少なくとも１つのコイルと並列に電気結合されたクエンチ保護回路（１４）であって、該回路は、
前記少なくとも１つのコイルと熱結合された少なくとも１つのクエンチヒータアセンブリ（１６）と、
前記少なくとも１つのクエンチヒータアセンブリと直列に電気接続されている、ゼロ抵抗の超伝導状態と、クエンチヒータアセンブリを通って流れる電流を減少させるような通常抵抗をもつ定常状態と、を有する少なくとも１つの超伝導電流制限器（１８）と、
を備えているクエンチ保護回路（１４）と、
前記クエンチ保護回路（１４）と並列に電気接続させた制限器加熱枝と、
を備える超伝導マグネット（１０）。
【請求項２】
前記クエンチ保護回路はさらに、前記クエンチヒータアセンブリと直列に電気接続させた少なくとも１つの電圧ブロッカーを備える、請求項１に記載のマグネット。
【請求項３】
前記クエンチ保護回路はさらに、前記超伝導電流制限器と熱結合させている、超伝導電流制限器を超伝導状態から定常状態まで変化させるように構成された制限器ヒータを備える、請求項１に記載のマグネット。
【請求項４】
前記クエンチ保護回路（１４）と、
制限器ヒータと、
該制限器ヒータと直列に電気接続させた電圧ブロッカーと
を備えた主加熱枝を備える、請求項３に記載のマグネット。
【請求項５】
前記制限器ヒータは、クエンチヒータ及び超伝導電流制限器と直列に電気接続されている、請求項３に記載のマグネット。
【請求項６】
前記クエンチヒータアセンブリは、並列または直列に接続された複数のクエンチヒータを備える、請求項３に記載のマグネット。
【請求項７】
熱シールドと、
前記熱シールド内の少なくとも１つの超伝導コイルと、
前記熱シールドを囲繞する真空容器と、
前記少なくとも１つの超伝導コイルに対して並列に電気結合させたクエンチ保護回路であって、該回路は、
前記少なくとも１つの超伝導コイルと熱結合させた少なくとも１つのクエンチヒータと、
前記少なくとも１つのクエンチヒータアセンブリと直列に接続されている、ゼロ抵抗の超伝導状態と有限抵抗の定常状態とを有する少なくとも１つの超伝導電流制限器と、
を備えているクエンチ保護回路と、
前記クエンチ保護回路（１４）と並列に電気接続させた制限器加熱枝と、
を備える超伝導マグネットシステム。
【請求項８】
前記クエンチ保護回路はさらに、クエンチヒータと直列に電気接続させた少なくとも１つの電圧ブロッカーを備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記超伝導電流制限器は熱シールドの内部に配置されている、請求項７または８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は全般的には超伝導マグネットに関し、またさらに詳細には超伝導マグネットの超伝導コイル向けのクエンチ保護回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
理論的には超伝導マグネットは、マグネットが以下において超伝導体の「臨界温度」と呼ぶ適当な低い温度に維持される限りにおいて抵抗を伴わずに電気を伝導する。したがって、マグネットコイルを通る電流を誘導するために超伝導マグネットコイルに対してある期間にわたって最初に電源を接続すると、超伝導スイッチが閉じられかつ電源が切り離された後もコイルに電気抵抗が無いため電流がコイルを通って流れ続け、これにより例えば磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムや発電機内に強い磁場が維持される。
【０００３】
例えば超伝導コイルを液体ヘリウム内に浸漬させること、あるいは超伝導コイルから熱を除去するようにコイルと熱結合させた冷却用チューブなどの別の冷却装置を配置させることなどによって、冷却システムを用いて超伝導マグネットが臨界温度未満に維持される。超伝導コイルを受け容れるために真空容器及び熱シールドが設けられており、臨界温度未満に維持すべき超伝導コイルに対する周辺環境からの対流及び放射熱負荷が最小限となる。しかしマグネットまたは超伝導コイルの一部は依然として定常の（超伝導でない）ままとなると共に、コイルを通って流れる電流を減衰させる抵抗を生じさせ、これにより蓄積された磁気エネルギーがジュール熱Ｉ2Ｒに急速に変換されてこの領域の温度を上昇させることがある。この現象は、温度の上昇に繋がりかねない望ましくない熱を生じさせる「クエンチ作用」または「クエンチ」と呼ばれる不可逆的な作用である。次いでマグネット全体が定常状態となると共にもはや超伝導でなくなる可能性がある。さらにクエンチがあると、超伝導コイル内部の過熱状態や、マグネットと同様に構成要素に対する電圧スパイク及びアーク損傷に繋がる可能性がある。したがってクエンチ保護デバイスは、定常ゾーンをコイルの別の部分に急速に拡大させると共に、磁気エネルギーをジュール熱にさせるダンプをコイルやマグネット全体にわたってより均等にさせることが望ましい。このクエンチ保護は、超伝導コイル内の最大温度及び電圧を安全レンジの域内に制限し、過熱、過電圧または過応力により生じる任意のコイル損傷を防することが可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のクエンチ保護装置の１つは、１組の電気式クエンチヒータを含む。クエンチが起きると、ヒータの温度が急激に上昇すると共に、このヒータによって超伝導コイルのより大きな面積に熱が伝達される。クエンチ保護装置はさらに、ヒータを通って流れる電流を制限しヒータを過熱から保護するために、ヒータと直列に接続された電流制限器を含む。正温度係数抵抗器などの従来の電流制限器は、真空容器の外部に配置させるのが通常である。したがって、真空容器を通過して延びる電気ワイヤが存在しており、このため追加的なコストが必要であり、また真空信頼度を不都合に低下させる可能性がある。
【０００５】
クエンチ保護回路をより簡便にした別の超伝導マグネットがあることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書に開示した実施形態に従った超伝導マグネットを提供する。本超伝導マグネットは、少なくとも１つの超伝導コイルと、該少なくとも１つのコイルと並列に電気結合されたクエンチ保護回路と、を含む。この回路は、少なくとも１つのコイルと熱結合された少なくとも１つのクエンチヒータアセンブリと、該少なくとも１つのクエンチヒータアセンブリと直列に電気接続させた少なくとも１つの超伝導電流制限器と、を含む。この超伝導電流制限器は、ゼロ抵抗の超伝導状態と、クエンチヒータアセンブリを通って流れる電流を減少させるための通常の抵抗をもつ定常状態と、を有する。
【０００７】
別の実施形態に従った超伝導マグネットシステムは、熱シールドと、熱シールド内の少なくとも１つの超伝導コイルと、熱シールドを囲繞する真空容器と、該少なくとも１つの超伝導コイルと並列に電気結合させたクエンチ保護回路と、を含む。この回路は、少なくとも１つの超伝導コイルと熱結合させた少なくとも１つのクエンチヒータと、該少なくとも１つのクエンチヒータアセンブリと直列に接続させた少なくとも１つの超伝導電流制限器と、を含む。この少なくとも電流制限器は、ゼロ抵抗の超伝導状態と有限抵抗の定常状態とを含む。
【０００８】
さらに別の実施形態によるクエンチング超伝導コイルのための方法は、クエンチ保護回路を少なくとも１つの超伝導コイルと並列に結合させるステップを含む。このクエンチ保護回路は、少なくとも１つのクエンチヒータアセンブリと少なくとも１つの超伝導電流制限器とを備える。少なくとも１つの超伝導コイルの両端の上昇するクエンチ電圧によってクエンチ事象がトリガされる。本方法はさらに、該クエンチ事象が生じるとクエンチヒータにパワー供給しかつヒータ領域にある少なくとも１つの超伝導コイルを定常化するステップと、超伝導電流制限器を超伝導状態から定常状態に切替えクエンチ保護回路のヒータ枝の抵抗を上昇させてクエンチヒータアセンブリの電流をその最大受容可能電流未満に制限するステップと、を含む。
【０００９】
本発明に関するこれらの特徴、態様及び利点、並びにその他の特徴、態様及び利点については、同じ参照符号が図面全体を通じて同じ部分を表している添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことによってより理解が深まるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態によるクエンチ保護回路を備えた超伝導マグネットの回路図である。
【図２】そのそれぞれが、超伝導電流制限器の抵抗と、クエンチしたコイルの電圧曲線と、クエンチ発生後のある時間期間内におけるそれぞれ超伝導電流制限器あり及び無しの場合にクエンチヒータアセンブリを通って流れる電流と、を表している数本の曲線を表した図である。
【図３】一実施形態によるコイルを定常化するためのクエンチヒータアセンブリにより発生させる最小熱の決定を表した概略図である。
【図４】本発明の別の実施形態によるクエンチ保護回路を備えた超伝導マグネットの回路図である。
【図５】一実施形態によるクエンチ保護回路を利用した超伝導マグネットシステムの簡略断面図である。
【図６】一実施形態による超伝導電流制限器の例示的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示の実施形態は、クエンチ保護回路を有する超伝導マグネットに関する。このクエンチ保護回路は一例では、超伝導コイルと熱接続した電気クエンチヒータアセンブリと、クエンチの間にクエンチヒータアセンブリを通って流れる電流を制限するためにクエンチヒータアセンブリと直列に電気接続させた超伝導電流制限器と、を備える。次いでこれらクエンチヒータアセンブリ及び超伝導電流制限器は少なくとも１つの超伝導コイルと並列に接続させている。超伝導コイルに対するクエンチ事象が発生すると、超伝導コイルの両端の上昇するクエンチ電圧がクエンチヒータアセンブリにパワー供給し、これが次いでクエンチヒータ領域にある超伝導コイルの温度を上昇させてこれを定常化し、これによりエネルギーを分散させて超伝導マグネットに対する損傷を防止する。本明細書で使用する場合に「定常化する（ｎｏｒｍａｌｉｚｅ）」とは、超伝導体の臨界温度を超えるコイル温度のためにコイルの超伝導体が超伝導状態から抵抗性状態すなわち定常状態に変わることを意味する。
【００１２】
ある種の実施形態では、その超伝導電流制限器は超伝導材料を含むと共に、超伝導マグネットの通常動作時にその超伝導状態に維持されている。クエンチヒータアセンブリがクエンチヒータ領域にある超伝導コイルを定常化した後かつヒータ電流がその臨界電流まで増加する前に、超伝導電流制限器がその定常状態に切替えられると共に、超伝導電流制限器の抵抗が急速に上昇してヒータ電流を減少させる。本明細書の以下で使用する「臨界電流」とは、過電流または過熱によりクエンチヒータが損傷を受ける可能性がある最大ヒータ電流を意味する。一実施形態ではその超伝導電流制限器は、超伝導コイルを囲繞する真空容器及び熱シールドの内部に配置させる。ある種の実施形態ではその超伝導マグネットは、例えば磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム、発電機及び電気モータ（ただし、これらに限らない）で使用することが可能である。
【００１３】
本明細書で使用している技術用語や科学用語は、特に別の規定を述べていない場合、本発明の属する技術分野の当業者により一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書で使用する場合「第１の」、「第２の」その他の用語は、順序、数量または重要性を示すものではなく、むしろある要素を別の要素と区別するために使用したものである。さらに「ａ」や「ａｎ」の語も数量の制限を示すものではなくむしろ対象の項目が少なくとも１つ存在することを示したものであると共に、「前部」、「後部」、「底部」及び／または「上部」などの用語は（特に、別の指摘がない場合）単に記述の便宜上使用したものであり、ある任意の位置や空間的向きを限定するものではない。
【００１４】
図１を参照すると、本発明の一実施形態による超伝導マグネット１０（「マグネット１０」）は、少なくとも１つの超伝導コイル１２（「コイル１２」）と、コイル１２と並列に電気結合させたクエンチ保護回路１４と、を備える。図示した実施形態では少なくとも１つの超伝導コイル１２は直列に電気接続した一群の超伝導コイル１２を備える。図１に示した実施形態ではクエンチ保護回路１４は、直列または並列に電気接続した幾つかのクエンチヒータを備えた電気クエンチヒータアセンブリ１６（「クエンチヒータ１６」）と、クエンチヒータアセンブリ１６と直列接続させた超伝導電流制限器１８と、を備えた主加熱枝２５を備える。ある種の実施形態ではそのクエンチヒータアセンブリ１６は、コイル１２のうちの１つまたは幾つかと熱結合させている。一実施形態ではそのクエンチヒータアセンブリ１６は、クエンチヒータアセンブリ１６とコイル１２の間に形成される熱抵抗を非常に小さくするように、エポキシ樹脂、サーマルグリースなどの接着材料によってコイル１２に接着することが可能である。別の実施形態ではそのクエンチヒータアセンブリ１６は、例えばクランプ留めによってコイル１２に機械的に取り付けることが可能である。本明細書で使用する場合に、熱結合させたという表現は、熱伝導が可能となるような近接した配置を意味している。
【００１５】
ある種の実施形態ではそのクエンチ保護回路１４はさらに、マグネットのランプ（ｒａｍｐ）中及びマグネット通常動作中においてクエンチ保護回路１４内の不用な電流を減少または排除するために、コイル１２の電圧がしきい電圧（Ｖ0）に到達する前に電流がクエンチヒータ１６を通って流れるのを阻止するための電圧ブロッカー２０を備える。ある種の実施形態では、そのしきい電圧（Ｖ0）はランプ電圧及びマグネット通常動作時におけるコイル１２両端の最大電圧より大きく、また電圧ブロッカー２０はクエンチ保護回路１４内を流れる不用な電流やその他の電圧ノイズを低減または排除する。図示した実施形態では、電圧ブロッカー２０がクエンチヒータ１６及び超伝導電流制限器１８と直列に接続されている。ある種の実施形態ではその電圧ブロッカー２０は、ツェナーダイオードや金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などのバックツーバックに直列接続した１対の構成要素を含むことが可能である。ツェナーダイオードの逆方向降伏電圧は、マグネットの通常動作時の最大電圧より高く、それでいてマグネットクエンチ中にクエンチヒータアセンブリ１６が作用できるように十分に低くなるように選択または制御される。
【００１６】
マグネット１０の通常動作においてコイル１２は、超伝導状態で動作すると共にゼロ抵抗で電流を流している。マグネット１０の通常動作時は、コイル１２両端の電圧がゼロであり、かつクエンチヒータアセンブリ１６を通って全く電流が流れていない。超伝導電流制限器１８もまた、その中を流れる電流が全く存在しないその超伝導状態にある。コイル１２のうちの１つまたは幾つかにクエンチが発生すると、コイル１２両端のクエンチ電圧（Ｖq）が上昇する。この状態においてクエンチ電圧（Ｖq）は電圧ブロッカー２０のしきい電圧（Ｖ0）を超えており、またクエンチヒータアセンブリ１６及び超伝導電流制限器１８を通ってヒータ電流（ｉh）が流れる。クエンチヒータアセンブリ１６が加熱されると共に、コイル１２上の１つまたは複数のヒータ領域に熱が伝えられてコイル１２の当初のクエンチ箇所を保護する。コイル１２が定常化された後かつヒータ電流（ｉh）がクエンチヒータアセンブリ１６の臨界電流に到達する前に、ヒータ２２のジュール熱によって超伝導電流制限器１８がその定常状態に切替えられると共に超伝導電流制限器１８の抵抗が急速に上昇してヒータ電流を低下させる。したがってクエンチヒータ１６が過電流から保護される。
【００１７】
図２は、コイル１２のうちの１つまたは幾つかに対して生じたクエンチに関連付けされた時間期間に関する数本の例示的な曲線を表している。曲線Ｃ１はコイル１２両端のクエンチ電圧（Ｖq）を表しており、曲線Ｃ２はクエンチの発生後の超伝導電流制限器１８の抵抗を表しており、また曲線Ｃ３及びＣ４はそれぞれ超伝導電流制限器がある場合と無い場合のヒータ電流を表している。再度図２を見ると、コイル１２のうちの１つまたは幾つかにクエンチが発生すると、コイル１２両端の上昇するクエンチ電圧は曲線Ｃ１に示したようにして増加する。この上昇するクエンチ電圧によってクエンチヒータアセンブリ１６がパワー供給される。超伝導電流制限器１８が無いとヒータ電流は、図２の曲線Ｃ４に示したようにクエンチ電圧と共に増加する。ヒータ電流が臨界時点（ｔ0）においてクエンチヒータアセンブリ１６の電流限界（ｉlimit）を超えた場合、クエンチヒータアセンブリ１６が過電流や過大温度により損傷するか、さもなければ動作や寿命が劣化するというリスクを生じることになる。
【００１８】
超伝導電流制限器１８をクエンチヒータアセンブリ１６と直列に電気結合させると、そのヒータ電流曲線は曲線Ｃ３に示すようになる。超伝導電流制限器１８はクエンチ事象の開始時点で実質的にゼロ抵抗を有しており、ヒータ電流が臨界時点（ｔ0）において電流限界（ｉlimit）に到達する前の安全なしきい値時点（ｔ1）で超伝導電流制限器１８はその定常状態に切替えられる。安全なしきい値時点（ｔ1）における対応するヒータ電流が安全しきい値電流（ｉ1）である。超伝導電流制限器１８が時点ｔ1において定常状態に切替わると、その抵抗は急速に増大すると共に、ヒータ電流は急速に減少する。したがってクエンチヒータ１６は過電流から保護される。
【００１９】
図１に戻ると、図示した実施形態ではクエンチ保護回路１４は、超伝導電流制限器１８と熱結合させた制限器ヒータ２２を備える。クエンチヒータ１６により超伝導コイル１２が定常化されたときでかつヒータ電流ｉhが電流限界に到達する前に、超伝導電流制限器１８が超伝導状態から定常状態に切替わるように制限器ヒータ２２によって超伝導電流制限器１８を加熱している。
【００２０】
図１に示した実施形態ではクエンチ保護回路１４は、クエンチヒータアセンブリ１６、超伝導制限器１８及び電圧ブロッカー２０を含む主加熱枝２５に対して並列に電気結合させた制限器加熱枝２４を含む。別の実施形態ではその制限器加熱枝２４は、クエンチヒータアセンブリ１６と並列に電気結合させることが可能である。制限器加熱枝２４は、制限器ヒータ２２と制限器ダイオードブロッカー２６と抵抗器２８とを直列に電気接続させて備える。ある種の実施形態ではその制限器ダイオードブロッカー２６は、バックツーバックで直列接続したツェナーダイオードまたは金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）とすることが可能であると共に、制限器しきい電圧（Ｖ1）を有する。図示した実施形態では制限器加熱枝２４は、制限器ヒータ２２の中を流れる制限器電流（ｉl）を調整するために制限器ヒータ２２及び制限器電圧ブロッカー２６に対して直列接続とした抵抗器２８を備える。
【００２１】
一実施形態ではその制限器電圧ブロッカー２６の制限器しきい電圧（Ｖ1）は、クエンチ電圧ブロッカー２０のクエンチしきい電圧（Ｖ0）より大きい。コイル１２のクエンチ事象の間に、コイル１２両端のクエンチ電圧（Ｖq）は電圧ブロッカー２０のクエンチしきい電圧（Ｖ0）に到達すると共に、ヒータ電流（ｉh）がクエンチヒータアセンブリ１６内を流れる。クエンチヒータアセンブリ１６は熱せられると共にコイル１２上のヒータ領域に熱を伝達し始める。コイル１２両端のクエンチ電圧（Ｖq）が制限器電圧ブロッカー２６の制限器しきい電圧（Ｖ1）を超えると、制限器ヒータ２２内に制限器電流（ｉ1）が流れて超伝導電流制限器１８を加熱する。したがって超伝導電流制限器１８は、クエンチヒータアセンブリ１６によりコイル１２が定常化された後かつヒータ電流（ｉh）が臨界電流（ｉ0）に到達する前に超伝導状態から定常状態に切替わる。
【００２２】
ある種の実施形態では、クエンチヒータ１８によりコイル１２が定常化された後に超伝導電流制限器１８が確実に定常状態に切替わることを保証するためにクエンチヒータアセンブリ１６の熱分析が実施される。マグネット１０の一例では、クエンチ事象中にコイル１２を定常化するためにクエンチヒータアセンブリ１６により発生させる最小の熱（Ｑ）をシミュレーションまたは実験結果によって決定することが可能である。図３を参照すると、コイル１２を定常化するためにクエンチヒータシステム１６により発生させる最小の熱（Ｑh）は、次式に従って計算することが可能である。
【００２３】
【数１】
0005911686.tif 000002
及び
【００２４】
【数２】
0005911686.tif 000003
上式において、「Ｑe」は超伝導体温度が低い動作温度（Ｔ0）（例えば、液体ヘリウムの４．２Ｋ）からその臨界温度Ｔc（例えば、ＮｂＴｉ超伝導体では９．８Ｋ）まで上昇したときのヒータ領域にあるコイル１２の超伝導体の熱エンタルピー上昇を表しており、「Ｑout」はヒータ領域にある超伝導体から最遠の超伝導体までの熱流（図３では、Ｑout1、Ｑout2及びＱout3と示す）であり、「ｉh」はクエンチヒータアセンブリ１６を通って流れるヒータ電流であり、「Ｒ」はクエンチヒータアセンブリ１６の抵抗であり、「ｔm」はコイル１２のうちの１つまたは幾つかにクエンチが発生した後にコイル１２を定常化させるための最小時間であり、「ｃ」は超伝導体の比熱であり、また「ｍ」は超伝導体の質量である。したがって最小時間（ｔm）及びヒータ電流（ｉhm）は、超伝導コイル１２を定常化するように、例えば図２の電流曲線Ｃ３の観察によって確定される。一実施形態ではその超伝導電流制限器１８は、コイル１２が定常化される最小時間（ｔm）とヒータ電流が臨界電流に到達する臨界時間（ｔ0）との間のある時点で定常状態に切替えられる。別の実施形態ではその超伝導電流制限器１８は、ヒータ電流（ｉh）が最小ヒータ電流（ｉhm）と電流限界（ｉlimit）の間にあるときに定常状態に切替えられる。
【００２５】
別の実施形態ではその制限器電圧ブロッカー２６の制限器しきい電圧（Ｖ1）は、クエンチ電圧ブロッカー２０のクエンチしきい電圧（Ｖ0）と実質的に同じである。コイル１２のうちの１つまたは幾つかにクエンチが発生すると共に、そのクエンチ電圧が（Ｖ1）及び（Ｖ0）を超えると、クエンチ電圧によってクエンチヒータアセンブリ１６と制限器ヒータ２２の両者を通って流れるように電流が徐々に駆動されることになる。制限器ヒータ２２は、クエンチヒータアセンブリ１６によりコイル１２が定常化されているときでかつヒータ電流が電流限界に到達する前に超伝導電流制限器１８を定常状態に切替えている。この実施形態では制限器電流は、ヒータ電流と比べて極めてゆっくりと増加する。
【００２６】
図４を参照すると、別の実施形態によるコイル１２に対するクエンチ保護を提供するためのクエンチ保護回路３０を表している。この実施形態では、制限器ヒータ３２が超伝導電流制限器１８と熱結合されていると共に、これが電圧ブロッカー２０及びクエンチヒータアセンブリ１６と直列に電気接続されている。クエンチ事象の間は、クエンチ電圧がダイオードブロッカー２０のしきい電圧Ｖ0を超えると共に、ヒータ電流（ｉh2）がクエンチヒータアセンブリ１６と制限器ヒータ３２の両方の中を流れる。ある種の実施形態では、クエンチヒータアセンブリ１６がコイル１２を定常化させているときでかつヒータ電流がクエンチヒータアセンブリ１６の制限電流に到達する前に、制限器ヒータ３２が発生させた熱が超伝導電流制限器１８を定常状態に切替えている。一実施形態ではこれを、クエンチヒータアセンブリ１６及び制限器ヒータ３２の適正な抵抗値の選択によって達成している。
【００２７】
図５を参照すると図１または４に示したクエンチ保護回路１４、３０が、少なくとも１つの超伝導コイル１２と、熱シールド３８及び真空容器３６と、コイル１２に対するクエンチ保護を提供するクエンチ保護回路１４または３０と、を含む超伝導マグネットシステム３４（「システム３４」）内で使用されている。クエンチ保護回路１４または３０は、図１及び４に示したような少なくとも直列接続のクエンチヒータアセンブリ１６、超伝導電流制限器１８及び電圧ブロッカー２０を備える。ある種の実施形態ではそのクエンチ保護回路１４または３０は、コイル１２と熱結合させた複数のクエンチヒータアセンブリ１６を備える。図示した実施形態ではアセンブリ１６内のクエンチヒータはそれぞれ、対応するコイル１２の外表面または内表面に取り付けるか、あるいは超伝導コイル１２の巻き線のうちの２つの層間に埋め込んだ熱伝導性薄膜である。コイル１２のうちの１つまたは幾つかにクエンチが発生すると、クエンチヒータアセンブリ１６が熱せられると共に熱がコイル１２上のヒータ領域に拡散し、当該領域においてコイル１２を定常化させる。コイル１２の定常化された部分は抵抗を有すると共にジュール熱を発生させ、これがさらにコイル１２内部に伝播して磁気エネルギーを徐々に熱エネルギーに移行させ、クエンチしたコイル内部の最大温度及び電圧が低減される。超伝導電流制限器１８によってクエンチヒータアセンブリ１６が過電流から保護される。図示した実施形態では超伝導電流制限器１８は真空容器３６及び熱シールド３８の内部に配置されている。したがって、超伝導電流制限器１８をクエンチヒータアセンブリ１６と電気的に結合させるために真空容器３６を貫通するような追加の配線は不要である。図５に示した実施形態では電圧ブロッカー２０もまた、真空容器３６及び熱シールド３８の内部に配置されている。別の実施形態では、電圧ブロッカー２０を真空容器３６の外部に配置させることがある。
【００２８】
図示した実施形態ではシステム３４は、真空容器３６の内部に配置させた熱シールド３８を備える。熱シールド３８は、室温からの放射熱がコイル１２に影響するのを防止する。図示した実施形態では本システムはさらに、熱シールド３８の内部に冷媒タンク４０を備える。冷媒タンク４０は、コイル１２を受け容れると共に液体ヘリウムなどの冷媒を貯蔵している。図示した実施形態では、コイル１２が液体ヘリウム中に浸漬されていると共に、システム３４の通常動作時に液体ヘリウムの低い温度に維持されている。図示した実施形態では、システム３４はコイル１２を支持するための複数の支持部材４２を備える。図示した実施形態では、超伝導電流制限器１８を液体ヘリウム中に浸漬させている。図示した実施形態では、超伝導電流制限器１８は支持部材４２に対して装着されている。別の実施形態ではその超伝導電流制限器１８は、コイル１２に装着させること、あるいは冷媒タンク４０の内表面に装着させることが可能である。図示した実施形態では、電圧ブロッカー２０もまた冷媒タンク４０の内部に配置させている。図示した実施形態では、電圧ブロッカー２０は支持部材４２上に装着されている。
【００２９】
図６を参照すると、一実施形態ではその超伝導電流制限器１８は、ボビン４４と、ボビン４４上に巻き付けられた少なくとも１つの超伝導ワイヤ４６と、を備える。一実施形態ではその少なくとも１つの超伝導ワイヤ４６は、ボビン４４上に２本巻き（ｂｉｆｉｌａｒｌｙ）で巻き付けられており、また隣接する巻き線周回を通って流れる電流（ｉ）は隣接する周回によって発生させた磁場が互いに相殺され、したがって超伝導電流制限器の正味のインダクタンスが実質的にゼロになるように互いに反対方向に向いている。図示した実施形態では、超伝導ワイヤ４６が折り返されており、したがって折り返されたワイヤはソレノイド様にボビン４４上にらせん状に巻き付けられている。ある種の実施形態ではそのボビン４４は、ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）あるいは銅やアルミニウムなどの金属を含むと共に、システム３０（図５）内部に超伝導電流制限器１８を装着するように適応させている。ある種の実施形態ではその超伝導ワイヤ４６は超伝導材料を含む、好ましくは銅−ニッケル（Ｃｕ−Ｎｉ）マトリックスによるニオブ−チタン（ＮｂＴｉ）ワイヤとすることが好ましい。
【００３０】
本発明に関して例示的な実施形態を参照しながら記載してきたが、本発明の趣旨を逸脱することなく様々な変更が可能であると共に、その要素の等価物による置換が可能であることは当業者であれば理解するであろう。さらに、多くの修正形態により、本発明の本質的趣旨を逸脱することなく具体的な状況や材料を本発明の教示に適応させることができる。したがって、本発明を実施するように企図した最適モードとして開示した特定の実施形態に本発明を限定しようという意図ではなく、本発明は添付の特許請求の範囲の域内に入るすべての実施形態を包含するように意図している。
【００３１】
特定の任意の実施形態に従って上述した目的または利点の必ずしもすべてを達成できるわけではないことを理解すべきである。したがって例えば、必ずしも本明細書において教示または示唆されるような別の目的または利点を達成するのではなく、本明細書における教示に従った１つの利点または利点の組を達成または最適化するような方式で本明細書に記載したシステム及び技法を具現化または実施できることは当業者であれば理解されよう。
【００３２】
さらに当業者であれば様々な実施形態からの様々な特徴が相互に置き換え可能であることを理解されよう。当業者は、記載した様々な特徴、並びに各特徴に関する別の周知の等価形態を混合しマッチングさせ、本開示の原理に従った追加的なシステム及び技法を構築することが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  超伝導マグネット（「マグネット」）
１２  超伝導コイル（「コイル」）
１４  クエンチ保護回路
１６  電気クエンチヒータ
１８  超伝導電流制限器
２０  電圧ブロッカー
２２  制限器ヒータ
２４  制限器加熱枝
２６  制限器電圧ブロッカー
２８  制限器抵抗器
３０  クエンチ保護回路
３２  制限器ヒータ
３４  超伝導マグネットシステム
３６  真空容器
３８  熱シールド
４０  冷媒タンク
４２  支持部材
４４  ボビン
４６  超伝導ワイヤ
【図１】
0005911686.tif 000004
【図２】
0005911686.tif 000005
【図３】
0005911686.tif 000006
【図４】
0005911686.tif 000007
【図５】
0005911686.tif 000008
【図６】
0005911686.tif 000009