(57)【要約】【課題】冷凍機冷却型超電導機器において、小型化および軽量化に適した構成によって、冷凍機のモータを超電導コイル体の漏れ磁場から保護する。【解決手段】超電導機器は、超電導コイル体１０と、超電導コイル体１０を収容する容器と、容器に固定され、内蔵するモータ３４を駆動させて超電導コイル体１０を冷却する冷凍機と、モータ３４の周囲に配置される磁性体シールドとを備える。磁性体シールドは、各々が超電導コイル体１０のコイル径方向に延在するとともに、モータ３４を挟んで互いに対向するように配置された第１および第２の壁部４０ａ，４０ｂを含む。第１の壁部４０ａは、第２の壁部４０ｂと比べて、超電導コイル体１０が発生する磁場の強度が相対的に強くなる位置に配置される。第１の壁部４０ａのコイル径方向における長さは、第２の壁部４０ｂのコイル径方向における長さよりも長い。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイル体と、
前記超電導コイル体を収容する容器と、
前記容器に固定され、内蔵するモータを駆動させて前記超電導コイル体を冷却する冷凍機と、
前記モータの周囲に配置される磁性体シールドとを備え、
前記磁性体シールドは、各々が前記超電導コイル体のコイル径方向に延在するとともに、前記モータを挟んで互いに対向するように配置された第１および第２の壁部を含み、
前記第１の壁部は、第２の壁部と比べて、前記超電導コイル体が発生する磁場の強度が相対的に強くなる位置に配置され、
前記第１の壁部のコイル径方向における長さは、前記第２の壁部のコイル径方向における長さよりも長い、超電導機器。
【請求項２】
前記第１の壁部のコイル径方向内周側における端部と前記超電導コイル体の中心部との距離は、前記第２の壁部のコイル径方向内周側における端部と前記超電導コイル体の中心部との距離よりも短い、請求項１に記載の超電導機器。
【請求項３】
前記第１の壁部と前記第２の壁部とは、前記超電導コイル体の周方向において、前記モータを挟んで互いに対向するように配置される、請求項１または請求項２に記載の超電導機器。
【請求項４】
前記第１の壁部と前記第２の壁部とは、前記超電導コイル体のコイル軸方向において、前記モータを挟んで互いに対向するように配置される、請求項１または請求項２に記載の超電導機器。
【請求項５】
前記第２の壁部のコイル径方向外周側における端部の位置と、前記モータのコイル径方向外周側における端部の位置とは、前記超電導コイル体のコイル径方向において同じ位置である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超電導機器。
【請求項６】
前記磁性体シールドは、少なくとも前記第１の壁部および前記第２の壁部によって囲まれた開口部を有し、前記開口部を通じて、冷媒供給用の配管が前記冷凍機に接続される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超電導機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超電導機器に関し、より特定的には、超電導コイルを冷凍機を用いて冷却する超電導機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導線材を巻回した超電導コイルは、極低温の温度下において用いられる。たとえば特開平６−１８８４６６号公報（特許文献１）には、超電導コイルを冷凍機を用いて冷却する超電導機器が開示される。この種の超電導機器は、冷凍機冷却型超電導機器とも呼ばれる。
【０００３】
特許文献１に記載される冷凍機冷却型超電導機器においては、真空断熱層の容器内に設けられた超電導コイルに対して、蓄冷材を内部に有し冷媒の断熱膨張により冷却する蓄冷器とそのピストン駆動用のモータとを有する冷凍機を直接取り付けている。
【０００４】
上記のように冷凍機で超電導コイルを直接冷却する構成は、冷却効率を向上できる一方で、冷凍機と超電導コイルとの距離が短いため、冷凍機に大きな漏れ磁場がかかりモータが停止してしまうという問題がある。そのため、特許文献１では、冷凍機のモータを強磁性体板で囲むように磁性体シールドを設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１８８４６６号公報
【特許文献２】特許第４７９６３９３号公報
【特許文献３】特許第４１５７４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１に記載される技術では、モータの周囲を強磁性体板で完全に囲むことによってモータへの漏れ磁場の侵入を防止している。しかしながら、モータにはコンプレッサからの冷媒供給用の配管や電源ケーブル等が接続されるため、モータの周囲を完全に強磁性体板で覆うと、冷凍機のメンテナンスが困難となってしまう。そのため、磁性体シールドに開口部を設けることが望ましい。
【０００７】
しかしながら、磁性体シールドに開口部を設けるためには、当該開口部から漏れ磁場が侵入するのを確実に阻止できるように強磁性体板を大きくする、または厚みを厚くすることが必要となる。その結果、磁性体シールドの体積および重量が大きくなり、超電導機器の体積および重量の増加に繋がる。また、磁性体シールドの大型化に起因して磁性体シールドと超電導コイルとの間の磁気吸引力も大きくなるため、超電導コイルに大きな電磁力がかかるという問題が生じる。
【０００８】
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り、この発明の目的は、冷凍機冷却型超電導機器において、小型化および軽量化に適した構成によって、冷凍機のモータを超電導コイル体の漏れ磁場から保護することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に従った超電導機器は、超電導コイル体と、超電導コイル体を収容する容器と、容器に固定され、内蔵するモータを駆動させて超電導コイル体を冷却する冷凍機と、モータの周囲に配置される磁性体シールドとを備える。磁性体シールドは、各々が超電導コイル体のコイル径方向に延在するとともに、モータを挟んで互いに対向するように配置された第１および第２の壁部を含む。第１の壁部は、第２の壁部と比べて、超電導コイル体が発生する磁場の強度が相対的に強くなる位置に配置される。第１の壁部のコイル径方向における長さは、第２の壁部のコイル径方向における長さよりも長い。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、冷凍機冷却型超電導機器において、小型化および軽量化に適した構成によって、冷凍機のモータを超電導コイル体の漏れ磁場から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１による超電導機器の平面模式図である。
【図２】図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける断面模式図である。
【図３】実施の形態１による超電導機器における超電導コイル体、モータおよび磁性体シールドの位置関係を模式的に示す図である。
【図４】実施の形態１による超電導機器における磁性体シールドの斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態２による超電導機器の断面模式図である。
【図６】実施の形態２による超電導機器における超電導コイル体、モータおよび磁性体シールドの位置関係を模式的に示す図である。
【図７】実施の形態２による超電導機器における磁性体シールドの斜視図である。
【図８】実施の形態１の変更例による超電導機器の平面模式図である。
【図９】実施の形態１の変更例による超電導機器における磁性体シールドの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施の形態の内容を列記して説明する。
【００１３】
（１）実施の形態に係る超電導機器は、超電導コイル体と、超電導コイル体を収容する容器と、容器に固定され、内蔵するモータを駆動させて超電導コイル体を冷却する冷凍機と、モータの周囲に配置される磁性体シールドとを備える。磁性体シールドは、各々が超電導コイル体のコイル径方向に延在するとともに、モータを挟んで互いに対向するように配置された第１および第２の壁部を含む。第１の壁部は、第２の壁部と比べて、超電導コイル体が発生する磁場の強度が相対的に強くなる位置に配置される。第１の壁部のコイル径方向における長さは、第２の壁部のコイル径方向における長さよりも長い。
【００１４】
このようにすれば、第１の壁部が配置される位置における漏れ磁場の強度は、第２の壁部が配置される位置における漏れ磁場の強度よりも強いため、第１の壁部は、第２の壁部と比べてより多くの磁束を通すようになる。本実施の形態では、この第１の壁部のコイル径方向における長さを長くすることにより、第１の壁部を通過した磁束がモータに侵入するのを防止できる。そして、主に第１の壁部がモータへの漏れ磁場の侵入を防ぐため、第２の壁部のコイル径方向における長さを短くすることができる。これにより、第１の壁部および第２の壁部によって取り囲まれた開口部において、配管および電源ケーブル等の引き回しが容易となる。また、磁性体シールドを構成する強磁性体板の厚みを厚くする必要がなくなるため、超電導機器の小型化および軽量化を妨げず、また、超電導コイル体に大きな電磁力がかかるのを抑制することができる。
【００１５】
（２）上記超電導機器において、第１の壁部のコイル径方向内周側における端部と超電導コイル体の中心部との距離は、第２の壁部のコイル径方向内周側における端部と超電導コイル体の中心部との距離よりも短い。
【００１６】
超電導コイル体の漏れ磁場の強度は、超電導コイル体の中心部（超電導コイル体の中心軸に沿った方向における中央部分に相当）からコイル径方向に沿って離れるに従って小さくなる。第１の壁部が配置される位置における漏れ磁場の強度は、第２の壁部が配置される位置における漏れ磁場の強度よりも強いため、第１の壁部は、第２の壁部と比べてより多くの磁束を通すようになる。この第１の壁部のコイル径方向における長さを長くすることにより、超電導コイル体の漏れ磁場がモータに侵入するのを防止する。
【００１７】
（３）上記超電導機器において、第１の壁部と第２の壁部とは、超電導コイル体の周方向において、モータを挟んで互いに対向するように配置される。
【００１８】
このようにすれば、第１の壁部および第２の壁部によって取り囲まれた開口部において超電導コイル体の周方向に空間的な余裕が生じる。これにより、配管および電源ケーブル等の引き回しが容易となる。
【００１９】
（４）上記超電導機器において、第１の壁部と第２の壁部とは、超電導コイル体のコイル軸方向において、モータを挟んで互いに対向するように配置される。
【００２０】
このようにすれば、第１の壁部および第２の壁部によって取り囲まれた開口部において超電導コイル体のコイル軸方向に空間的な余裕が生じる。これにより、配管および電源ケーブル等の引き回しが容易となる。
【００２１】
（５）上記超電導機器において、第２の壁部のコイル径方向外周側における端部の位置と、モータのコイル径方向外周側における端部の位置とは、超電導コイル体のコイル径方向において同じ位置である。
【００２２】
このようにすれば、超電導コイル体の漏れ磁場が第２の壁部の外側からモータに回り込むのを防止できるため、超電導コイル体の漏れ磁場からモータを保護することができる。
【００２３】
（６）上記超電導機器において、磁性体シールドは、少なくとも第１の壁部および第２の壁部によって囲まれた開口部を有する。開口部を通じて、冷媒供給用の配管が冷凍機に接続される。
【００２４】
このようにすれば、磁性体シールドは、小型かつ軽量な構成で、超電導コイル体の漏れ磁場からのモータの保護と、冷凍機に接続される配管の引き回しの容易化とを実現する。
【００２５】
[本願発明の実施形態の詳細]
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００２６】
（実施の形態１）
図１および図２を参照して、この発明の実施の形態１による超電導機器１を説明する。超電導機器１は、クライオスタット５と、このクライオスタット５の内部に保持された熱シールド６と、熱シールド６の内部に保持された超電導コイル体１０と、この超電導コイル体１０を冷却するための冷凍機２と、磁性体シールド４０とを備える。
【００２７】
超電導コイル体１０は、超電導線材を巻回して構成される複数の超電導コイル１２と、上方支持部１４と、下方支持部１１とを含む。複数の超電導コイル１２は積層されている。この積層された超電導コイル１２の上端面および下端面を上方支持部１４と下方支持部１１とが挟むように配置されている。
【００２８】
なお、積層された隣接する超電導コイル１２の間、および積層された超電導コイル１２の上端面および下端面には、超電導コイル１２を冷却するための冷却板１３が配置されている。図２においては、冷却板１３は、積層された超電導コイル１２の上端面および下端面に配置されたもののみを図示しているが、隣接して積層された超電導コイル１２の間にも冷却板（図示せず）が配置されている。この冷却板１３は、一方端が冷凍機２の第２冷却ヘッド３１に接続されている。隣接して積層された超電導コイル１２の間に配置された冷却板（図示せず）も、同様にその一方端が第２冷却ヘッド３１に接続されている。なお、冷凍機２の第１冷却ヘッド３２は熱シールド６の壁部に接続されていてもよい。このようにすれば、冷凍機２によって熱シールド６の壁部も冷却することができる。
【００２９】
超電導コイル体１０の下方支持部１１は、超電導コイル１２の平面形状より大きいサイズであって、たとえば円形上の平面形状を有していてもよい。下方支持部１１は、支持部材１５によって熱シールド６に固定されている。支持部材１５歯、棒状の部材であって、熱シールド６の上壁と下方支持部１１の外周部とを接続している。複数の支持部材１５が超電導コイル体１０の外周部に配置されている。支持部材１５は、互いに同じ間隔を隔てて超電導コイル１２を囲むように配置されている。
【００３０】
超電導コイル体１０を保持する熱シールド６は、接続部２０によってクライオスタット５に接続されている。接続部２０は、超電導コイル体１０の中心軸を囲むように、超電導コイル体１０の外周部に沿って等間隔で配置されている。接続部２０は、クライオスタット５の蓋体３５と熱シールド６の上壁とを接続している。
【００３１】
クライオスタット５の蓋体３５の上部から熱シールド６の内部まで延在するように冷凍機２が配置されている。具体的には、蓋体３５の上部表面の上方に冷凍機２の本体部３３およびモータ３４が配置される。本体部３３から熱シールド６の内部にまで到達するように冷凍機２が配置されている。
【００３２】
冷凍機２は、たとえばギフォード・マクマホン式冷凍機であって、配管３７を通じて、冷媒を圧縮するコンプレッサ（図示せず）に接続されている。コンプレッサで高圧に圧縮された冷媒（たとえば、ヘリウムガス）は冷凍機２に供給される。この冷媒がモータ３４により駆動されるディスプレーサにより膨張されることにより、冷凍機２に内設された蓄冷材が冷却される。膨張することにより低圧となった冷媒はコンプレッサに戻されて再び高圧化される。
【００３３】
冷凍機２の第１冷却ヘッド３２が熱シールド６を冷却することによって外部の熱が熱シールド６内に侵入するのを防止する。そして、冷凍機２の第２冷却ヘッド３１が冷却板１３を介して超電導コイル１２を冷却する。これにより、超電導コイル体１０は超電導状態を実現する。
【００３４】
クライオスタット本体部３６と蓋体３５とからなるクライオスタット５は、図１に示すように平面形状が円形状となっている。また、熱シールド６の平面形状も図１に示すように円形状となっている。また、超電導機器１には、２つの冷凍機２が配置されている。２つの冷凍機２の本体部３３およびモータ３４の周囲は、磁性体シールド４０によって囲まれている。磁性体シールド４０の詳細な構成は後述する。
【００３５】
超電導機器１においては、クライオスタット５および熱シールド６を貫通し、クライオスタット５の蓋体３５からクライオスタット本体部３６の底壁まで到達する開口部７が形成されている。開口部７は、超電導コイル体１０の超電導コイル１２の中央部を貫通するように配置されている。超電導機器１においては、超電導コイル体１０に電流を流して発生した磁場を印加する試料を、開口部７の内部に配置することができる。
【００３６】
超電導コイル体１０が発生した磁場は、開口部７内に留まるものではなく、開口部７の外部にも漏れ出す（以下、この磁場を「漏れ磁場」とも称する。）。この漏れ磁場が冷凍機２のモータ３４に侵入すると、モータ３４の動作に障害を与えるという問題が生じる。
【００３７】
このようなモータ３４への漏れ磁場の侵入を防ぐために、モータ３４の周囲を囲むように磁性体シールド４０が設けられる。本実施の形態１では、モータ３４および本体部３３の周囲を囲むように磁性体シールド４０が配置されているが、磁性体シールド４０は少なくともモータ３４の周囲を囲むように配置されていればよい。磁性体シールド４０を構成する磁性板の材料は、強磁性体が好ましく、たとえば、鉄、コバルト、ニッケルおよびそれらの合金、またはフェライトである。
【００３８】
ここで、モータ３４への漏れ磁場の侵入を防止するためには、モータ３４の周囲を完全に囲ってしまうことが好ましい。その一方で、モータ３４にはコンプレッサからの冷媒供給用の配管３７や電源ケーブル等が接続されるため、モータ３４の周囲を完全に磁性体シールド４０で覆うと、冷凍機２のメンテナンスが困難となってしまう。
【００３９】
そのため、本実施の形態１においては、磁性体シールド４０に、配管３７等を本体部３３およびモータ３４に接続するための開口部が形成されている。この開口部から漏れ磁場がモータ３４に侵入するのを防ぐためには、開口部とモータ３４との距離を十分に離す必要がある。しかしながら、開口部を囲む磁性体の延在方向における長さを長くすると、配管３７および電源ケーブル等の引き回しを複雑化させるという問題が生じる。
【００４０】
これに代えて、漏れ磁場を磁性板に集めるために開口部を囲む磁性板の厚みを厚くすることが考えられるが、磁性体シールド４０の体積および重量が大きくなり、超電導機器１の体積および重量の増加に繋がる。また、磁性体シールド４０の大型化に起因して磁性体シールド４０と超電導コイル体１０との間の磁気吸引力も大きくなるため、超電導コイル体１０に大きな電磁力がかかってしまう。したがって、配管３７等の引き回しを妨げることなくモータへの漏れ磁場の侵入を防止することができる磁性体シールドを、小型かつ軽量に構成する必要がある。
【００４１】
以下、図３および図４を参照して、本実施の形態１による超電導機器１における磁性体シールド４０の構成を説明する。
【００４２】
図３は、実施の形態１による超電導機器１の上面図であり、超電導コイル体１０、モータ３４および磁性体シールド４０の位置関係を模式的に示す図である。図４は、実施の形態１による超電導機器１における磁性体シールド４０の斜視図である。
【００４３】
図１および図２に示したように、超電導コイル体１０は、クライオスタット５の内部に保持された熱シールド６の内部に保持される。２つの冷凍機２の本体部３３およびモータ３４は、クライオスタット５の蓋体３５の上部表面の上方に配置されている。
【００４４】
図３を参照して、磁性体シールド４０は、超電導コイル体１０の径方向Ａｒに延在する第１壁部４０ａと、超電導コイル体１０の径方向Ａｒに延在する第２壁部４０ｂと、第１壁部４０ａおよび第２壁部４０ｂとを繋ぐ第３壁部４０ｃとを含む。
【００４５】
第１壁部４０ａと第２壁部４０ｂとは、超電導コイル体１０の周方向において、本体部３３およびモータ３４を挟んで互いに対向するように配置されている。なお、図３においては、第１壁部４０ａと第２壁部４０ｂとは間隔を空けて互いに平行に配置されているが、モータ３４を挟んで互いに対向して配置されていれば、第１壁部４０ａおよび第２壁部４０ｂは平行でなくてもよい。
【００４６】
超電導コイル体１０に電流を流すと、超電導コイル体１０の中央部を貫通する開口部７の内部に磁場が発生する。この発生した磁場の一部が開口部７の軸方向Ａａにおける端部から漏れ出ることにより、超電導コイル体１０の中央部から径方向外方に向かう磁束（漏れ磁場）が形成される。この漏れ磁場の強度は、超電導コイル体１０の中心部（図中の点Ｏに相当）からの距離が短くなるほど、強くなる。なお、超電導コイル体１０の中心部Ｏとは、超電導コイル体１０の中心軸に沿った方向における中央部分に相当する。なお、図３の左側の磁気シールド４０は、図３の右側の磁気シールド４０と、超電導コイル体１０の中心部Ｏを通り第３壁部４０ｃと水平な面と垂直な面に対して対称となるように配置されている。しかしながら、磁気シールド４０の配置は図３に示す配置に限定されない。
【００４７】
ここで、第１壁部４０ａの径方向内周側における端部と超電導コイル体１０の中心部Ｏとの距離をＲ１とし、第２壁部４０ｂの径方向内周側における端部と超電導コイル体１０の中心部Ｏとの距離をＲ２とすると、距離Ｒ１およびＲ２の間にはＲ１＜Ｒ２の関係が成立している。すなわち、第１壁部４０ａは、第２壁部４０ｂと比べて、漏れ磁場の強度が相対的に強くなる位置に配置されている。
【００４８】
本実施の形態１においては、図３に示すように、第１壁部４０ａの径方向Ａｒにおける長さ（図中のＬ１に相当）を、第２壁部４０ｂの径方向Ａｒにおける長さ（図中のＬ２に相当）よりも長くする（Ｌ１＞Ｌ２）。
【００４９】
このような構成とすることにより、第１壁部４０ａが配置される位置における漏れ磁場の強度は、第２壁部４０ｂが配置される位置における漏れ磁場の強度よりも強いため、第１壁部４０ａは、第２壁部４０ｂと比べて、より多くの磁束を通すようになる。そして、第１壁部４０ａを通過した磁束は第１壁部４０ａの端部から漏れる。したがって、この第１壁部４０ａを径方向Ａｒに伸ばすことによって第１壁部４０ａの径方向外周側における端部とモータ３４との距離を長くすることにより、第１壁部４０ａを通過した磁束がモータ３４に侵入することを防ぐことができる。なお、第１壁部４０ａの径方向Ａｒにおける長さは、漏れ磁束の強度に応じて設定することができる。
【００５０】
上記のように第１壁部４０ａがモータ３４への漏れ磁場の侵入を防ぐことにより、図３に示すように、第２壁部４０ｂの径方向Ａｒにおける長さＬ２を短くすることができる。第２壁部４０ｂの径方向Ａｒにおける長さＬ２は、第２壁部４０ｂの外部から漏れ磁場が回り込むのを防止するのに必要な長さがあればよい。たとえば図３に示すように、第２壁部４０ｂの径方向外周側の端部の位置と、モータ３４の端部の位置とを径方向Ａｒにおいて同じ位置とすることにより、漏れ磁場の侵入を防ぐことができる。なお、径方向Ａｒにおいて同じ位置とは、第２壁部４０ｂの径方向外周の端部の位置が、モータ３４の端部の位置と必ずしも一致している必要はなく、モータ３４の端部の位置よりも径方向外側に幾分突き出していてもよく、あるいは、幾分内側に位置してもよい。この場合、これら端部の位置の差の許容範囲は、漏れ磁束の強度に応じて設定することができる。
【００５１】
図４を参照して、磁性体シールド４０は、本体部３３およびモータ３４の上方に配置され、第１壁部４０ａおよび第２壁部４０ｂを繋ぐ第４壁部４０ｄをさらに含む。磁性体シールド４０には、第１壁部４０ａ、第２壁部４０ｂおよび第４壁部４０ｄによって取り囲まれた開口部が形成される。この開口部を通じて配管３７および電源ケーブル等が本体部３３およびモータ３４に接続される。
【００５２】
上述したように、磁性体シールド４０においては、主に第１壁部４０ａが主体となってモータ３４への漏れ磁場の侵入を防ぐため、第２壁部４０ｂの径方向Ａｒにおける長さが第１壁部４０ａの径方向Ａｒにおける長さよりも短くなっている。このため、配管３７および電源ケーブル等に引き回しが容易となる。また、磁性体シールド４０を構成する磁性板の厚みを厚くする必要がなくなるため、超電導機器の小型化および軽量化の阻害にならない。さらに、超電導コイル体１０に大きな電磁力がかかるのを抑制できる。
【００５３】
（実施の形態２）
図５を参照して、この発明の実施の形態２による超電導機器１Ａを説明する。超電導機器１Ａは、クライオスタット５と、このクライオスタット５の内部に保持された熱シールド６と、熱シールド６の内部に保持された超電導コイル体１０と、この超電導コイル体１０を冷却するための冷凍機２と、磁性体シールド４２とを備える。
【００５４】
実施の形態２による超電導機器１Ａは、図１および図２に示す超電導機器１において、磁性体シールド４０に代えて磁性体シールド４２を設けたものである。超電導機器１Ａの構成は、磁性体シールド４２の構成を除いて、図１および図２と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
【００５５】
本実施の形態２では、モータ３４および本体部３３の周囲を囲むように磁性体シールド４２が配置されているが、磁性体シールド４２は少なくともモータ３４の周囲を囲むように配置されていればよい。磁性体シールド４２を構成する磁性板の材料は、強磁性体が好ましく、たとえば、鉄、コバルト、ニッケルおよびそれらの合金、またはフェライトである。
【００５６】
以下、図６および図７を参照して、本実施の形態２による超電導機器１Ａにおける磁性体シールド４２の構成を説明する。
【００５７】
図６は、実施の形態２による超電導機器１Ａの断面図であり、超電導コイル体１０、モータ３４および磁性体シールド４２の位置関係を模式的に示す図である。図７は、実施の形態２による超電導機器１Ａにおける磁性体シールド４２の斜視図である。
【００５８】
図５に示したように、超電導コイル体１０は、クライオスタット５の内部に保持された熱シールド６の内部に保持される。冷凍機２の本体部３３およびモータ３４は、クライオスタット５の蓋体３５の上部表面の上方に配置されている。
【００５９】
図６を参照して、磁性体シールド４２は、超電導コイル体１０の径方向Ａｒに延在する第１壁部４２ａと、超電導コイル体１０の径方向Ａｒに延在する第２壁部４２ｂと、第１壁部４２ａおよび第２壁部４２ｂとを繋ぐ第３壁部４２ｃとを含む。
【００６０】
第１壁部４２ａと第２壁部４２ｂとは、超電導コイル体１０の軸方向Ａａにおいて、本体部３３およびモータ３４を挟んで互いに対向するように配置されている。第１壁部４２ａには、本体部３３と第２冷却ヘッド３２とを連結する部分に孔が形成されている。なお、図６においては、第１壁部４２ａと第２壁部４２ｂとは間隔を空けて互いに平行に配置されているが、モータ３４を挟んで互いに対向して配置されていれば、第１壁部４２ａおよび第２壁部４２ｂは平行でなくてもよい。
【００６１】
超電導コイル体１０に電流を流すと、超電導コイル体１０の中央部を貫通する開口部７の内部に磁場が発生する。この発生した磁場の一部が開口部７の軸方向Ａａにおける端部から漏れ出ることにより、超電導コイル体１０の中央部から径方向外方に向かう磁束（漏れ磁場）が形成される。この漏れ磁場の強度は、超電導コイル体１０の中心部（図中の点Ｏに相当）からの距離が短くなるほど、強くなる。
【００６２】
ここで、第１壁部４２ａの径方向内周側における端部と超電導コイル体１０の中心部Ｏとの距離をＲ３とし、第２壁部４２ｂの径方向内周側における端部と超電導コイル体１０の中心部Ｏとの距離をＲ４とすると、距離Ｒ３およびＲ４の間にはＲ３＜Ｒ４の関係が成立している。すなわち、第１壁部４２ａは、第２壁部４２ｂと比べて、漏れ磁場の強度が相対的に強くなる位置に配置されている。
【００６３】
本実施の形態２においては、図６に示すように、第１壁部４２ａの径方向Ａｒにおける長さ（図中のＬ３に相当）を、第２壁部４２ｂの径方向Ａｒにおける長さ（図中のＬ４に相当）よりも長くする（Ｌ３＞Ｌ４）。
【００６４】
このような構成とすることにより、第１壁部４２ａが配置される位置における漏れ磁場の強度は、第２壁部４２ｂが配置される位置における漏れ磁場の強度よりも強いため、第１壁部４２ａは、第２壁部４２ｂと比べて、より多くの磁束を通すようになる。そして、第１壁部４２ａを通過した磁束は第１壁部４２ａの端部から漏れる。したがって、この第２壁部４２ａを径方向Ａｒに伸ばすことによって、第１壁部４２ａの径方向外周側における端部とモータ３４との距離を長くすることにより、第１壁部４２ａを通過した磁束がモータ３４に侵入することを防ぐことができる。なお、第１壁部４２ａの径方向Ａｒにおける長さは、漏れ磁束の強度に応じて設定することができる。
【００６５】
上記のように第１壁部４２ａがモータ３４への漏れ磁場の侵入を防ぐことにより、図６に示すように、第２壁部４２ｂの径方向Ａｒにおける長さＬ４を短くすることができる。第２壁部４２ｂの径方向Ａｒにおける長さＬ４は、第２壁部４２ｂの外部から漏れ磁場が回り込むのを防止するのに必要な長さがあればよい。たとえば図６に示すように、第２壁部４２ｂの径方向外周側の端部の位置と、モータ３４の端部の位置とを径方向Ａｒにおいて同じ位置とすることにより、漏れ磁場の侵入を防ぐことができる。なお、径方向Ａｒにおいて同じ位置とは、第２壁部４２ｂの径方向外周の端部の位置が、モータ３４の端部の位置と必ずしも一致している必要はなく、モータ３４の端部の位置よりも径方向外側に幾分突き出していてもよく、あるいは、幾分内側に位置してもよい。この場合、これら端部の位置の差の許容範囲は、漏れ磁束の強度に応じて設定することができる。
【００６６】
図７を参照して、磁性体シールド４２は、本体部３３およびモータ３４の側部に配置され、第１壁部４２ａおよび第２壁部４２ｂを繋ぐ第４壁部４２ｄをさらに含む。磁性体シールド４２には、第１壁部４２ａ、第２壁部４２ｂおよび第４壁部４２ｄによって取り囲まれた開口部が形成される。この開口部を通じて配管３７および電源ケーブル等が本体部３３およびモータ３４に接続される。
【００６７】
上述したように、磁性体シールド４２においては、主に第１壁部４２ａが主体となってモータ３４への漏れ磁場の侵入を防ぐため、第２壁部４２ｂの径方向Ａｒにおける長さが第１壁部４２ａの径方向Ａｒにおける長さよりも短くなっている。このため、配管３７および電源ケーブル等に引き回しが容易となる。また、上述の実施の形態１の同様に、磁性体シールド４２を構成する磁性板の厚みを厚くする必要がなくなるため、超電導機器の小型化および軽量化の阻害にならない。さらに、超電導コイル体１０に大きな電磁力がかかるのを抑制できる。
【００６８】
なお、上述した実施の形態１および２では、２つの冷凍機２のモータ３４を覆う磁性体シールド４０，４２の構成について例示したが、冷凍機２の個数および個々の冷凍機２と超電導コイル体１０との位置関係などはこの構成に限られることはない。たとえば冷凍機２のモータ３４は１つでも３つ以上であってもよい。そして、いずれの構成においても、磁性体シールドは、超電導コイル体からの漏れ磁場の強度が相対的に強くなる位置に配置される壁部のコイル径方向における長さを、漏れ磁場の強度が相対的に弱くなる位置に配置される壁部のコイル径方向における長さよりも長くすればよい。
【００６９】
また、上述した実施の形態１および２では、冷凍機２のモータ３４に対して磁性体シールド４０（または４２）を１対１に対応させて設置する構成について例示したが、図８および図９に示すように、複数の磁性体シールド４０（または４２）を一体的に形成する構成としてもよい。
【００７０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の説明は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
この発明は、超電導コイルを冷凍機を用いて冷却する超電導機器に有利に適用される。
【符号の説明】
【００７２】
１，１Ａ  超電導機器
２  冷凍機
５  クライオスタット
６  熱シールド
７  開口部
１０  超電導コイル体
１１  下方支持部
１２  超電導コイル
１３  冷却板
１４  上方支持部
１５  支持部材
２０  接続部
３１  第２冷却ヘッド
３２  第１冷却ヘッド
３３  本体部
３４  モータ
３５  蓋体
３６  クライオスタット本体部
３７  配管
４０，４２  磁性体シールド
４０ａ，４２ａ  第１壁部
４０ｂ，４２ｂ  第２壁部
４０ｃ，４２ｃ  第３壁部
４０ｄ，４２ｄ  第４壁部
【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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