(57)【要約】【課題】温超電導体で構成でき、かつ、速やかに常電導転移できる限流器を備えた超電導電磁石装置を提供する。【解決手段】１８Ｋを超える臨界温度を持つ高温超電導物質が用いられたコイルと、コイルに直列に接続された限流器巻線１２と、コイルと限流器巻線１２に並列に接続された保護抵抗と、コイルと限流器巻線１２に並列に接続され、１８Ｋを超える臨界温度を持つ高温超電導物質が用いられた永久電流スイッチとを備えた超電導磁石装置において、コイルで発生した常電導状態を検出するクエンチ検出手段８と、限流器巻線１２における磁場を増大可能な磁場増大手段１３とを有し、限流器巻線１２には、１８Ｋを超える臨界温度を持つ高温超電導物質が用いられ、磁場増大手段１３が、クエンチ検出手段８のコイルで発生した常電導状態の検出により、限流器巻線１２における磁場を増大させ、限流器巻線１２を超電導状態から常電導状態に転移させる。【選択図】図２
2011155096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１８Ｋを超える臨界温度を持つ高温超電導物質が用いられたコイルと、
前記コイルに直列に接続された限流器巻線と、
前記コイルと前記限流器巻線に並列に接続された保護抵抗と、
前記コイルと前記限流器巻線に並列に接続され、１８Ｋを超える臨界温度を持つ高温超電導物質が用いられた永久電流スイッチとを備えた超電導磁石装置において、
前記コイルで発生した常電導状態を検出するクエンチ検出手段と、
前記限流器巻線における磁場を増大可能な磁場増大手段とを有し、
前記限流器巻線には、１８Ｋを超える臨界温度を持つ高温超電導物質が用いられ、
前記磁場増大手段が、前記クエンチ検出手段の前記常電導状態の検出により、前記限流器巻線における磁場を増大させ、前記限流器巻線を超電導状態から常電導状態に転移させることを特徴とする超電導電磁石装置。
【請求項２】
前記限流器巻線は無誘導に巻線され、
前記磁場増大手段は、
第１永久磁石を有する移動体と、
前記移動体を移動させ前記第１永久磁石を前記限流器巻線に近づける移動手段とを有し、
前記第１永久磁石を前記限流器巻線に近づけることで、前記限流器巻線おける磁場を増大させることを特徴とする請求項１に記載の超電導電磁石装置。
【請求項３】
前記移動体は、第２永久磁石を有しており、
前記移動手段は、前記クエンチ検出手段の前記コイルで発生した常電導状態の検出により通電され、前記第２永久磁石に対して引力又は斥力を発生させる電磁石を有しており、前記電磁石が発生させる引力又は斥力で、前記移動体を移動させることを特徴とする請求項２に記載の超電導電磁石装置。
【請求項４】
前記移動体は、円筒形状をしており、
前記移動体の内径は、前記限流器巻線の外径より大きく、
前記移動体は、前記円筒形状の中心軸方向に移動して、前記限流器巻線を挿入させることを特徴とする請求項３に記載の超電導磁石装置。
【請求項５】
前記移動体は、円柱形状をしており、
前記移動体の外径は、前記限流器巻線の内径より小さく、
前記移動体は、前記円柱形状の中心軸方向に移動して、前記限流器巻線内に挿入することを特徴とする請求項３に記載の超電導磁石装置。
【請求項６】
前記第１永久磁石は、前記第２永久磁石を兼ね、前記移動体が移動する方向に対して着磁方向が略平行になるように配置されていることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の超電導磁石装置。
【請求項７】
前記移動体は、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石とを有し、
前記第１永久磁石は、前記移動体が移動する方向に対して着磁方向が略垂直になるように配置され
前記第２永久磁石は、前記移動体が移動する方向に対して着磁方向が略平行になるように配置されていることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の超電導磁石装置。
【請求項８】
前記第１永久磁石は、前記移動体の周方向に等間隔に配置され、隣り合う前記第１永久磁石同士で着磁方向が反対方向となっていることを特徴とする請求項３乃至請求項７のいずれか１項に記載の超電導電磁石装置。
【請求項９】
前記第１永久磁石は、前記移動体が移動する方向に等間隔に配置され、それぞれの着磁方向が互いに異なることを特徴とする請求項３乃至請求項７のいずれか１項に記載の超電導電磁石装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１８Ｋを超える臨界温度を持つ高温超電導物質が用いられた高温超電導コイルを備えた超電導電磁石装置に関し、特に、クエンチ時における高温超電導コイルの保護に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超電導電磁石装置の基本的な回路は、超電導コイルと、超電導コイルに電流を供給する励磁電源と、永久電流運転するための閉回路を形成する永久電流スイッチと、超電導コイルに対して並列に設置された保護抵抗とからなっている。永久電流スイッチを開にした状態で励磁電源から超電導コイルに電流供給し、その後、永久電流スイッチを閉にした状態で励磁電源からの供給電流を減少させゼロにすることで、超電導コイルおよび永久電流スイッチからなる閉回路に電流がほとんど減衰することなく流れ続ける永久電流運転となる。これにより、超電導電磁石装置は、長期に渡って磁場を保持することが可能である(例えば、特許文献１参照)。
【０００３】
永久電流運転中に超電導コイルの一部に常電導転移で抵抗が発生した場合、蓄積エネルギがジュール発熱で熱エネルギに変換されコイル温度が上昇する。この温度上昇により超電導コイルの一部の周囲がさらに超電導状態から常電導転移するようになり、最終的に、常電導転移がなだれ的に超電導コイル全体に広がるクエンチ現象を引き起こす。超電導コイルには大きな蓄積エネルギを保持できるところ、クエンチ現象によりこの蓄積エネルギが熱エネルギに変換されると、超電導コイルは過大な温度上昇を引き起こし性能劣化さらには焼損してしまう場合がある。
【０００４】
そこで、従来の電磁石装置では、常電導転移により超電導コイルに発生した抵抗に伴って超電導コイルの両端に生じる電圧を保護抵抗に印加し、保護抵抗に電流を流すことで、超電導コイルだけでなく、保護抵抗でもジュール発熱で蓄積エネルギを消費させ、超電導コイルの温度上昇を抑えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１９０３２５号公報（第１項、図１)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の電磁石装置で、常電導転移により保護抵抗に流れる電流の増減の時定数は、超電導コイルのインダクタンスをＬ１、超電導コイルに発生する抵抗をＲ１、保護抵抗をＲ２とすると、Ｌ１／（Ｒ１＋Ｒ２）で表される。これより、超電導コイルに発生する抵抗Ｒ１が大きいほど、速やかに超電導コイルと保護抵抗を流れる電流が減衰される。また、超電導コイルに発生する抵抗Ｒ１が大きいほど、超電導コイルに発生する電圧も大きくなるので、保護抵抗Ｒ２に印加される電圧も大きくなり、多くの蓄積エネルギが消費されることになる。
【０００７】
超電導コイルが二ホウ化マグネシウム（ＭｇＢ２）、鉄系超電導体や酸化物超電導体といった１８Ｋを超える臨界温度を持つ高温超電導体で構成される高温超電導コイルである場合、ニオブチタン（Ｎｂ３Ｔｉ）やニオブスズ（Ｎｂ３Ｓｎ）といった１８Ｋ以下の臨界温度を持つ低温超電導体で構成される低温超電導コイルと比較して、１０倍以上の比熱を持つ領域に臨界温度があるため、温度上昇が遅くなる。このため、常電導領域の拡大が遅くなり高温超電導コイルは局所的に発熱することになる。このため、高温超電導コイルに発生する抵抗Ｒ１は、低温超電導コイルと比較して小さく、速やかに保護抵抗Ｒ２に電圧を印加して電流を供給し、蓄積エネルギを消費することができない。
【０００８】
そこで、高温超電導コイルに直列、かつ、保護抵抗Ｒ２に並列に限流器を設置する。高温超電導コイルに、抵抗Ｒ１が発生し電圧が生じた際には、限流器を超電導状態から常電導状態に転移させ高抵抗状態にする。限流器に電圧が発生するので、保護抵抗Ｒ２にこの電圧が印加され、保護抵抗Ｒ２に電流を流すことができる。限流器並びに保護抵抗Ｒ２で高温超電導コイルに流れる電流を減衰させ（限流動作）、蓄積エネルギを消費することで、高温超電導コイルが局所的に温度上昇することを抑えることが可能である。
【０００９】
但し、限流器を超電導状態から常電導状態に転移させるには、ヒータ等による加熱で速やかに限流器全体を温度上昇させる必要があるため、比熱が常温の約１，０００分の１となる温度領域に臨界温度を持つ低温超電導体で限流器が構成されていた。高温超電導コイルは超電導状態を保持するために冷凍機による伝導冷却で十分なところ、低温超電導体を用いる限流器は、液体ヘリウム（Ｈｅ）に代表される寒剤等で冷却する必要があり、冷凍機のみでは、十分に冷却することが困難であると考えられる。
【００１０】
限流器を高温超電導体で構成できれば、液体ヘリウムに代表される寒剤等で冷却する必要がなくなり、冷凍機のみで十分に冷却することができる。そのためには、限流器を高温超電導体で構成しても、限流器が速やかに全体にわたって常電導転移できることが望まれる。
【００１１】
そこで、本発明の課題は、高温超電導体で構成でき、かつ、速やかに常電導転移できる限流器を備えた超電導電磁石装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を達成するために、本発明の特徴は、
１８Ｋを超える臨界温度を持つ高温超電導物質が用いられたコイルと、
前記コイルに直列に接続された限流器巻線と、
前記コイルと前記限流器巻線に並列に接続された保護抵抗と、
前記コイルと前記限流器巻線に並列に接続され、１８Ｋを超える臨界温度を持つ高温超電導物質が用いられた永久電流スイッチとを備えた超電導磁石装置において、
前記コイルで発生した常電導状態を検出するクエンチ検出手段と、
前記限流器巻線における磁場を増大可能な磁場増大手段とを有し、
前記限流器巻線には、１８Ｋを超える臨界温度を持つ高温超電導物質が用いられ、
前記磁場増大手段が、前記クエンチ検出手段の前記常電導状態の検出により、前記限流器巻線における磁場を増大させ、前記限流器巻線を超電導状態から常電導状態に転移させることである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高温超電導体で構成でき、かつ、速やかに常電導転移できる限流器を備えた超電導電磁石装置を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超電導電磁石装置の回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る超電導電磁石装置に用いられる限流器の中心軸に沿った断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る超電導電磁石装置に用いられる限流器の中心軸に沿った断面図である。
【図４Ａ】本発明の第３の実施形態に係る超電導電磁石装置に用いられる限流器の中心軸に沿った断面図である。
【図４Ｂ】図４ＡのＡ−Ａ方向の矢視断面図である。
【図５Ａ】本発明の第４の実施形態に係る超電導電磁石装置に用いられる限流器の中心軸に沿った断面図である。
【図５Ｂ】図５ＡのＢ−Ｂ方向の矢視断面図である。
【図５Ｃ】図５ＡのＣ−Ｃ方向の矢視断面図である。
【図５Ｄ】図５ＡのＤ−Ｄ方向の矢視断面図である。
【図５Ｅ】図５ＡのＥ−Ｅ方向の矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る超電導電磁石装置１の回路図を示す。超電導電磁石装置１は、１８Ｋを超える臨界温度を持つ高温超電導物質が用いられた複数（図１では２つ）の高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ：コイル）と、高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）に直列に接続され、１８Ｋを超える臨界温度を持つ高温超電導物質が用いられた複数（図１では２つ）の限流器５（５ａ、５ｂ）と、高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）と限流器５（５ａ、５ｂ）に対し並列に接続された複数（図１では２つ）の保護抵抗７（７ａ、７ｂ）と、高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）と限流器５（５ａ、５ｂ）に並列に接続され、１８Ｋを超える臨界温度を持つ高温超電導物質が用いられた永久電流スイッチ４と、高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）と限流器５（５ａ、５ｂ）に対し直列に接続される励磁電源１０と電流遮断器１１とを有している。高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）と限流器５（５ａ、５ｂ）と永久電流スイッチ４とこれらを接続する配線には、１８Ｋを超える臨界温度を持つ高温超電導物質が用いられている。また、高温超電導コイル３ａと、限流器５ａと、保護抵抗７ａとは、直列接続されて閉回路を構成していると見なせ、高温超電導コイル３ｂと、限流器５ｂと、保護抵抗７ｂとは、直列接続されて閉回路を構成していると見なせる。
【００１７】
そして、超電導電磁石装置１は、高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）で発生した常電導状態を検出するクエンチ検出手段８と、限流器５（５ａ、５ｂ）のそれぞれに直流電流を流す直流電源６（６ａ、６ｂ）とを有している。クエンチ検出手段８は、高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）で発生した常電導状態を、例えば、高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）両端の電位差の変化として、検出すると、検出された高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）に対応した側の直流電源６（６ａ、６ｂ）に、クエンチ検出信号９（９ａ、９ｂ）を送信する。直流電源６（６ａ、６ｂ）は、クエンチ検出信号９（９ａ、９ｂ）を受信すると、限流器５（５ａ、５ｂ）に直流電流を流す。直流電源６（６ａ、６ｂ）が限流器５（５ａ、５ｂ）に直流電流を流すと、限流器５（５ａ、５ｂ）に用いられている１８Ｋを超える臨界温度を持つ高温超電導物質の全体が、超電導状態から常電導状態に転移し、限流器５（５ａ、５ｂ）は、高抵抗を発生させるが、この発生機構については、後記で詳述する。
【００１８】
高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）の一部で、超電導状態から常電導状態に転移し、抵抗（Ｒ１）が発生し電圧（電位差）が生じた際には、クエンチ検出手段８は、高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）で発生した常電導状態を、高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）の両端の電位差の変化として検出する。この検出により、直流電源６（６ａ、６ｂ）は、限流器５（５ａ、５ｂ）に直流電流を流す。この直流電流により、限流器５（５ａ、５ｂ）は、超電導状態から常電導状態に転移し、高抵抗状態になる。限流器５（５ａ、５ｂ）に電圧が発生するので、保護抵抗７（７ａ、７ｂ）（Ｒ２）にこの電圧に対応する電圧が印加され、保護抵抗７（７ａ、７ｂ）（Ｒ２）に電流を流すことができる。限流器５（５ａ、５ｂ）並びに保護抵抗７（７ａ、７ｂ）（Ｒ２）で高温超電導コイルに流れる電流を減衰させ（限流動作）、蓄積エネルギを消費することで、高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）が局所的に温度上昇することを抑えることができる。
【００１９】
高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）は、二ホウ化マグネシウム（ＭｇＢ２）、鉄系超電導体や酸化物超電導体といった１８Ｋを超える臨界温度を持つ複数本の高温超電導体の周囲や隙間を冷却安定化材で覆い充填した超電導線材を巻枠等に巻いて構成されている。冷却安定化材には、電気抵抗率が低く、熱伝導率の高い無酸素銅（純銅：Ｃｕ）が用いられている。
【００２０】
また、超電導電磁石装置１は、クライオスタット２を有している。クライオスタット２は、真空断熱のための真空容器２ａと、輻射熱の侵入を抑制する輻射シールド２ｂと、冷凍機２ｃと、熱伝達手段２ｄとを有している。輻射シールド２ｂは真空容器２ａに内包され、熱伝達手段２ｄは輻射シールド２ｂに内包されている。冷凍機２ｃは、高温超電導体の臨界温度以下に冷却可能な第１ステージと、第１ステージよりは高い温度ではあるが低温に冷却可能な第２ステージとを有している。第１ステージは、熱伝達手段２ｄに熱的に接続され、熱伝達手段２ｄは、高温超電導体の臨界温度以下に冷却されている。第２ステージは、輻射シールド２ｂに熱的に接続され、輻射シールド２ｂは、熱伝達手段２ｄより高い温度である低温に冷却されている。
【００２１】
熱伝達手段２ｄは、輻射シールド２ｂに内包された、高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）、永久電流スイッチ４、限流器５（５ａ、５ｂ）と熱的に接続しており、伝熱によりそれぞれを臨界温度以下に冷却し、高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）、永久電流スイッチ４、限流器５（５ａ、５ｂ）を超電導状態に保つことが可能である。なお、保護抵抗７（７ａ、７ｂ）は、熱伝達手段２ｄに熱的に接続していなくてもよい。これらによれば、輻射シールド２ｂに内包されるような冷媒容器と冷媒を別途用意せずとも、高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）、永久電流スイッチ４、限流器５（５ａ、５ｂ）を臨界温度以下にして超電導状態を保ち、超電導電磁石装置１を運転することが可能である。
【００２２】
次に、超電導電磁石装置１の運転動作について説明する。まず、クライオスタット２内の高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）、永久電流スイッチ４、限流器５（５ａ、５ｂ）は、それらに用いられている高温超電導体の臨界温度以下に保たれて、超電導状態に維持されている。まず、永久電流スイッチ４を開（オフ）にした状態で、電流遮断器１１を閉（オン）にし、励磁電源１０から高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）に電流供給する。その後、永久電流スイッチ４を閉（オン）にし、さらに、励磁電源１０からの電流供給を停止した後、電流遮断器１１を開（オフ）にする。これにより、励磁電源１０から高温超電導コイル３への電流供給は無くなるが、２つの高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）と２つの限流器５（５ａ、５ｂ）と閉（オン）にした永久電流スイッチ４とが直列に接続された閉回路に、電流が超電導状態でほとんど減衰することなく流れ続け、超電導電磁石装置１は永久電流運転となる。永久電流運転では、超電導電磁石装置１は、励磁電源１０から電力を供給しなくても長期に渡って磁場を形成・保持することが可能である。
【００２３】
次に、超電導電磁石装置１の永久電流運転中に、２つの高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）の内の一方の高温超電導コイル３ａの一部が超電導状態から常電導転移した場合について説明する。
【００２４】
高温超電導コイル３ａの一部で常電導転移が発生し、高温超電導コイル３ａの両端の電位差が所定の電位差を超えた場合、クエンチ検出手段８は、この所定の電位差を超えたことを、高温超電導コイル３ａで常電導状態が発生したとして、検出する。そして、クエンチ検出手段８は、直流電源６ａにクエンチ検出信号９ａを送信する。直流電源６ａは、クエンチ検出信号９ａを受信すると、限流器５ａに直流電流を流す。直流電源６ａが限流器５ａに直流電流を流すと、限流器５ａに用いられている１８Ｋを超える臨界温度を持つ高温超電導物質の全体が、超電導状態から常電導状態に転移し、限流器５ａは、高抵抗を発生させる。限流器５ａに電圧が発生するので、保護抵抗７ａにこの電圧が印加され、保護抵抗７ａに電流を流すことができる。限流器５ａ並びに保護抵抗７ａで高温超電導コイルに流れる電流を減衰させ（限流動作）、高温超電導コイル３ａ等に蓄積された蓄積エネルギを消費することで、高温超電導コイル３ａが局所的に温度上昇することを抑えることができる。
【００２５】
図２に、本発明の第１の実施形態に係る超電導電磁石装置１に用いられる限流器５（５ａ、５ｂ）の中心軸２４に沿った断面図を示す。限流器５（５ａ、５ｂ）は、両端の塞がれた円筒形状の限流器ケーシング２１と、限流器ケーシング２１の内部に配置され、限流器ボビン２２に巻かれた限流器巻線１２とを有している。限流器巻線１２は、高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）や、永久電流スイッチ４に対し直列に接続されている。
【００２６】
限流器巻線１２は、高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）と磁気的に結合しないように無誘導に巻線されている。無誘導な巻線方法としては、例えば、限流器ボビン２２に時計の回転方向の巻数と、時計の反回転方向の巻数が等しくなるように巻けばよい。なお、限流器巻線１２には、１８Ｋを超える臨界温度を持つ高温超電導物質が用いられている。
【００２７】
また、限流器５（５ａ、５ｂ）は、限流器巻線１２における磁場を増大可能な磁場増大手段１３を有している。磁場増大手段１３は、第１永久磁石１６を有する移動体１５と、移動体１５を移動させ第１永久磁石１６を限流器巻線１２に近づける移動手段１４とを有している。移動手段１４は、ソレノイドコイル等の電磁石１８ａ、１８ｂを有している。電磁石１８ａ、１８ｂは、直流電源６（６ａ、６ｂ）に接続されている。電磁石１８ａ、１８ｂには、直流電源６（６ａ、６ｂ）によって、クエンチ検出手段８の高温超電導コイル３（３ａ、３ｂ）で発生した常電導状態の検出に基づいて通電され、移動体１５が有する第１永久磁石１６に対して引力又は斥力を発生させる。この引力又は斥力により、移動体１５を移動させる。
【００２８】
移動体１５は、第１永久磁石１６そのものであり、円筒形状をしている。移動体１５の内径は、限流器巻線１２及び限流器ボビン２２の外径より大きくなっている。また、中心軸（２４）の方向が、限流器ケーシング２１と、電磁石１８ａ、１８ｂと、移動体１５（第１永久磁石１６）と、限流器巻線１２とで一致している。これらにより、移動体１５は、中心軸２４の方向に移動して、自身に限流器巻線１２を挿入させることが可能になっている。
【００２９】
限流器巻線１２及び限流器ボビン２２は、円筒形の限流器ケーシング２１の塞がれた両端の端面の内の一方の端面に配置されている。なお、端面の塞ぐ程度は、移動体１５が限流器５の外に飛び出さない程度に塞いでいればよく、全閉の必要は無く、一部に孔があってもよい。限流器巻線１２の中心軸２４の方向の長さは、限流器ケーシング２１の両端の端面間の間隔の半分以下になっている。移動体１５（第１永久磁石１６）の中心軸２４の方向の長さも、限流器ケーシング２１の両端の端面間の間隔の半分以下になっている。これにより、図２に示すように、移動体１５（第１永久磁石１６）が、限流器巻線１２を挿入させずに、移動体１５（第１永久磁石１６）の内側面が、限流器巻線１２及び限流器ボビン２２の外側面に対向しない位置に配置することができる。
【００３０】
電磁石１８ａは、限流器巻線１２及び限流器ボビン２２が配置された側の限流器ケーシング２１の塞がれた端面の近傍に配置されている。電磁石１８ｂは、限流器巻線１２及び限流器ボビン２２が配置された側とは反対側の限流器ケーシング２１の塞がれた端面の近傍に配置されている。
【００３１】
第１永久磁石１６のＮ極からＳ極に向かう方向（着磁方向）は、中心軸２４の方向に平行になっている。図２に示すように、第１永久磁石１６の電磁石１８ｂの側には、電磁石１８ｂの近傍にＮ極が配置され、電磁石１８ｂには、直流電源６（６ａ、６ｂ）によって通電されると、そのＮ極に対して斥力を発生させる電流方向１９ｂに電流が流れる。電磁石１８ａの側には電磁石１８ａから離れてＳ極が配置され、電磁石１８ａには、直流電源６（６ａ、６ｂ）によって通電されると、そのＳ極に対して引力を発生させる電流方向１９ａに電流が流れる。これらの斥力と引力により、移動体１５（第１永久磁石１６）は、移動方向２３に移動し、限流器巻線１２に近づく。そして、限流器巻線１２全体における磁場は増大し、限流器巻線１２に用いられている高温超電導物質の略臨界磁場に達し、又は、臨界温度並びに臨界電流が低下し、限流器巻線１２に用いられている高温超電導物質は、限流器巻線１２全体において、超電導状態から常電導状態に転移する。
【００３２】
なお、クエンチ現象等が終了し超電導電磁石装置１を再運転する際には、電磁石１８ａ、１８ｂに、移動体１５を移動方向２３に移動させた際の前記電流方向１９ａ、１９ｂとは逆方向の電流を通電することで、移動体１５を移動方向２３とは逆方向に移動させ、図２に示すような限流器巻線１２から離れた位置に配置させる。
【００３３】
このように、超電導電磁石装置１は、高温超電導コイル３に常電導転移が発生した際に速やかに移動体１５（第１永久磁石１６）を限流器巻線１２近傍に移動させて限流器巻線１２全体を常電導転移させることで高温超電導コイル３に流れる電流を減衰させ（限流動作）、高温超電導コイル３が局所的に発熱して性能劣化または焼損することを防ぐことができる。また、限流器５を高温超電導体で構成することも可能とし、超電導電磁石装置１の冷却構造（クライオスタット２）を簡素化することができる。
【００３４】
（第２の実施形態）
図３に、本発明の第２の実施形態に係る超電導電磁石装置に用いられる限流器５の中心軸２４に沿った断面図を示す。第２の実施形態に係る超電導電磁石装置は、第１の実施形態に係る超電導電磁石装置と比べ、限流器５が異なっているが、他の構成は同じである。そして、限流器５においても、第２の実施形態と第１の実施形態とでは、一部が異なっているが、他の部分は同じになっている。限流器５において、第２の実施形態が、第１の実施形態と異なっている点は、移動体１５（第１永久磁石１６）が、円柱形状をしている点である。これに伴い、移動体１５（第１永久磁石１６）の外径は、限流器巻線１２及び限流器ボビン２２の内径より小さくなっている。限流動作の際には、移動体１５（第１永久磁石１６）は、中心軸２４に沿った移動方向２３に移動して、自身を限流器巻線１２内に挿入する。限流動作の際に、移動体１５（第１永久磁石１６）は、限流器巻線１２及び限流器ボビン２２の内周側に位置する。第１の実施形態では、限流動作の際に、移動体１５（第１永久磁石１６）は、限流器巻線１２及び限流器ボビン２２の外周側に位置する。なお、限流器ボビン２２は、限流器ケーシング２１の両端面間の全域に渡って形成されている。円筒形状の限流器ボビン２２の内壁は、移動体１５（第１永久磁石１６）の移動方向を規制するガイドになっている。
【００３５】
第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られるだけでなく、限流器巻線１２の外周側に、移動体１５が移動してくるための空隙を設ける必要がなく、限流器５の外径を小さくすることができる。
【００３６】
（第３の実施形態）
図４Ａに、本発明の第３の実施形態に係る超電導電磁石装置に用いられる限流器５の中心軸２４に沿った断面図を示す。第３の実施形態に係る超電導電磁石装置は、第１の実施形態に係る超電導電磁石装置と比べ、限流器５が異なっているが、他の構成は同じである。そして、限流器５においても、第３の実施形態と第１の実施形態とでは、一部が異なっているが、他の部分は同じになっている。限流器５において、第３の実施形態が、第１の実施形態と異なっている点は、移動体１５が、着磁方向の異なる複数の永久磁石１７ａ、１７ｂ、１６１、１６４を有している点である。第１の実施形態の第１永久磁石１６には、限流器巻線１２の近傍に移動後に限流器巻線１２における磁場強度を高める第１機能と、限流器巻線１２の近傍に移動するために電磁石１８ａ、１８ｂに対して引力及び斥力を発生させる第２機能とがあった。第３の実施形態では、移動体１５に、それぞれの機能に対して特化した永久磁石が設けられている。第１機能の限流器巻線１２の近傍に移動後に限流器巻線１２における磁場強度を高めるために、第１永久磁石１６１、１６４が設けられている。第２機能の限流器巻線１２の近傍に移動させ、電磁石１８ａ、１８ｂに対して引力及び斥力を発生させるために、第２永久磁石１７ａ、１７ｂが設けられている。したがって、第１の実施形態では、第１永久磁石１６が、第２永久磁石も兼ねていたと考えることができる。なお、第３の実施形態では、第１永久磁石１６１、１６４と、第２永久磁石１７ａ、１７ｂとは、非磁性部材２５に埋め込まれ、一体化し、移動体１５を構成している。移動体１５は、いわゆる、組合せ磁石である。
【００３７】
第１永久磁石１６１、１６４は、移動体１５が移動する方向（中心軸２４の方向）に対して着磁方向が略垂直になるように配置されている。第２永久磁石１７ａ、１７ｂは、移動体１５が移動する方向（中心軸２４の方向）に対して着磁方向が略平行になるように配置されている。第２永久磁石１７ａのＮ極からＳ極に向かう方向（着磁方向）は、第２永久磁石１７ｂのＮ極からＳ極に向かう方向（着磁方向）に一致している。
第１永久磁石１６１、１６４は、移動体１５の中心軸２４の方向の中央に配置されている。第２永久磁石１７ａ、１７ｂは、移動体１５の中心軸２４の方向の両端に配置されている。第２永久磁石１７ａ、１７ｂは、中心軸２４の方向に対して、第１永久磁石１６１、１６４を挟むように配置されている。
【００３８】
図４Ｂに、図４ＡのＡ−Ａ方向の矢視断面図を示す。第１永久磁石は、図４Ａに示した第１永久磁石１６１、１６４だけでない。移動体１５は、非磁性部材２５に埋め込まれた６個の第１永久磁石１６１〜１６６を有している。第１永久磁石１６１〜１６６は、移動体１５の周方向に等間隔に配置され、隣り合う第１永久磁石１６１〜１６６同士で着磁方向が径方向において反対方向となっている。このため、第１永久磁石１６１〜１６６は偶数個であることが好ましい。
【００３９】
第３の実施形態によれば、第２永久磁石１７ａ、１７ｂによって、第１の実施形態と同様の第２機能の効果が得られるだけでなく、第１永久磁石１６１〜１６６によって、移動体１５の内周側に磁力線２６が集中するような多極磁場が生成でき、限流動作時に限流器巻線１２に印加される磁束密度（磁場）が高められることで、第１の実施形態と比較して第１機能が高められ、限流動作を速やかに実施することが可能となる。
【００４０】
（第４の実施形態）
図５Ａに、本発明の第４の実施形態に係る超電導電磁石装置に用いられる限流器５の中心軸２４に沿った断面図を示す。第４の実施形態に係る超電導電磁石装置は、第２の実施形態に係る超電導電磁石装置と比べ、限流器５が異なっているが、他の構成は同じである。そして、限流器５においても、第４の実施形態と第２の実施形態とでは、一部が異なっているが、他の部分は同じになっている。限流器５において、第４の実施形態が、第２の実施形態と異なっている点は、移動体１５が、着磁方向の異なる複数の永久磁石１６ａ〜１６ｄ、１７ａ、１７ｂを有している点である。第２の実施形態の第１永久磁石１６には、限流器巻線１２の近傍に移動後に限流器巻線１２における磁場強度を高める第１機能と、限流器巻線１２の近傍に移動するために電磁石１８ａ、１８ｂに対して引力及び斥力を発生させる第２機能とがあった。第４の実施形態では、移動体１５に、それぞれの機能に対して特化した永久磁石が設けられている。第１機能の限流器巻線１２の近傍に移動後に限流器巻線１２における磁場強度を高めるために、第１永久磁石１６ａ〜１６ｄが設けられている。第２機能の限流器巻線１２の近傍に移動するために電磁石１８ａ、１８ｂに対して引力及び斥力を発生させるために、第２永久磁石１７ａ、１７ｂが設けられている。したがって、第２の実施形態では、第１永久磁石１６が、第２永久磁石も兼ねていたと考えることができる。なお、第４の実施形態では、第１永久磁石１６ａ〜１６ｄと、第２永久磁石１７ａ、１７ｂとは、非磁性部材２５に埋め込まれ、一体化し、移動体１５を構成している。移動体１５は、いわゆる、組合せ磁石である。
【００４１】
第１永久磁石１６ａ〜１６ｄは、移動体１５が移動する方向（中心軸２４の方向）に対して着磁方向が略垂直になるように配置されている。第２永久磁石１７ａ、１７ｂは、移動体１５が移動する方向（中心軸２４の方向）に対して着磁方向が略平行になるように配置されている。第２永久磁石１７ａのＮ極からＳ極に向かう方向（着磁方向）は、第２永久磁石１７ｂのＮ極からＳ極に向かう方向（着磁方向）に一致している。
第１永久磁石１６ａ〜１６ｄは、移動体１５の中心軸２４の方向の中央に等間隔に配置されている。第２永久磁石１７ａ、１７ｂは、移動体１５の中心軸２４の方向の両端に配置されている。第２永久磁石１７ａ、１７ｂは、中心軸２４の方向に対して、第１永久磁石１６ａ〜１６ｄを挟むように配置されている。
【００４２】
図５Ｂに、図５ＡのＢ−Ｂ方向の矢視断面図を示す。第１永久磁石１６ａは、移動体１５が移動する方向（中心軸２４の方向）に対してＮ極からＳ極に向かう方向（着磁方向）が略垂直になるように配置されている。これにより、磁力線２６は、限流器巻線１２に達し、さらには、貫通し、限流動作時に限流器巻線１２に印加される磁束密度（磁場）を高めることができる。なお、第１永久磁石１６ａの着磁方向は、紙面の下から上に向かう方向に設定されている。
【００４３】
図５Ｃに、図５ＡのＣ−Ｃ方向の矢視断面図を示す。第１永久磁石１６ｂは、移動体１５が移動する方向（中心軸２４の方向）に対してＮ極からＳ極に向かう方向（着磁方向）が略垂直になるように配置されている。これにより、磁力線２６は、限流器巻線１２に達し、さらには、貫通し、限流動作時に限流器巻線１２に印加される磁束密度（磁場）を高めることができる。なお、第１永久磁石１６ｂの着磁方向は、第１永久磁石１６ａの着磁方向（紙面の下から上に向かう方向）から時計回りに４５度回転した方向に設定されている。
【００４４】
図５Ｄに、図５ＡのＤ−Ｄ方向の矢視断面図を示す。第１永久磁石１６ｃは、移動体１５が移動する方向（中心軸２４の方向）に対してＮ極からＳ極に向かう方向（着磁方向）が略垂直になるように配置されている。これにより、磁力線２６は、限流器巻線１２に達し、さらには、貫通し、限流動作時に限流器巻線１２に印加される磁束密度（磁場）を高めることができる。なお、第１永久磁石１６ｃの着磁方向は、第１永久磁石１６ａの着磁方向（紙面の下から上に向かう方向）から時計回りに９０度回転した方向に設定されている。
【００４５】
図５Ｅは、図５ＡのＥ−Ｅ方向の矢視断面図を示す。第１永久磁石１６ｄは、移動体１５が移動する方向（中心軸２４の方向）に対してＮ極からＳ極に向かう方向（着磁方向）が略垂直になるように配置されている。これにより、磁力線２６は、限流器巻線１２に達し、さらには、貫通し、限流動作時に限流器巻線１２に印加される磁束密度（磁場）を高めることができる。なお、第１永久磁石１６ｄの着磁方向は、第１永久磁石１６ａの着磁方向（紙面の下から上に向かう方向）から時計回りに１３５度回転した方向に設定されている。つまり、第１永久磁石１６ａ〜１６ｂのそれぞれの着磁方向は、互いに異なり、４５度ずつ均等にずれている。
【００４６】
第４の実施形態によれば、第２永久磁石１７ａ、１７ｂによって、第１の実施形態と同様の第２機能の効果が得られるだけでなく、第１永久磁石１６ａ〜１６ｂによって、磁力線２６が第１永久磁石１６ａ〜１６ｂのＮ極とＳ極近傍に集中することを利用して、限流動作時に限流器巻線１２に印加される磁束密度（磁場）が高められることで、第２の実施形態と比較して第１機能が高められ、限流動作を速やかに実施することが可能となる。また、第１永久磁石１６ａ〜１６ｂの着磁方向が、均等にずれて、異なっているので、周方向の磁束密度分布（磁場強度）が、高められるだけでなく、均等になり、限流器巻線１２を全体的に常電導転移させることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１      超電導電磁石装置
２      クライオスタット
２ａ    真空容器
２ｂ    輻射シールド
２ｃ    冷凍機
２ｄ    熱伝達手段
３、３ａ、３ｂ  高温超電導コイル
４      永久電流スイッチ
５、５ａ、５ｂ  限流器
６、６ａ、６ｂ  直流電源
７、７ａ、７ｂ  保護抵抗
８      クエンチ検出手段
９、９ａ、９ｂ  クエンチ検出信号
１０    励磁電源
１１    電流遮断器
１２    限流器巻線
１３    磁場増大手段
１４    移動手段
１５    移動体（組合せ磁石）
１６、１６１、１６２、１６３、１６４、１６５、１６６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ  第１永久磁石
（１６）、１７ａ、１７ｂ  第２永久磁石
１８ａ、１８ｂ  電磁石（ソレノイドコイル）
１９ａ、１９ｂ  電流方向
２１    限流器ケーシング
２２    限流器ボビン
２３    移動方向
２４    中心軸
２５    非磁性部材
２６    磁力線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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