(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束を通すことが可能な磁束通過部を有する断熱容器に収容されるための超電導コイル体であって、
超電導線材に巻回すことによって形成され、巻軸の方向において互いに反対側に位置する第１の端部と第２の端部とを有する超電導コイルと、
前記超電導コイルの前記第１の端部に重ねられた第１の磁性体とを含み、
前記超電導コイルは、前記断熱容器の内部において、前記巻軸が前記磁束通過部を通り、前記第１の端部が前記磁束通過部に対して相対的に遠い側に位置し、前記第２の端部が前記磁束通過部に相対的に近い側に位置するように配置され、
前記超電導コイルの前記第２の端部に重ねられた第２の磁性体をさらに備え、
前記超電導コイルの前記巻軸の方向における前記第１の磁性体の厚みは、前記超電導コイルの前記巻軸の方向における前記第２の磁性体の厚みよりも大きい、超電導コイル体。
【請求項２】
前記超電導コイルの前記巻軸の方向における前記第１の磁性体の厚みは、２０ｍｍ以上である、請求項１に記載の超電導コイル体。
【請求項３】
前記第１の磁性体の厚みと前記第２の磁性体の厚みとの差は、１５ｍｍ以上である、請求項１または請求項２に記載の超電導コイル体。
【請求項４】
前記超電導コイルの前記第２の端部と、前記磁束通過部を含む前記断熱容器の壁との間には、磁性体が配置されていない、請求項１または請求項２に記載の超電導コイル体。
【請求項５】
少なくとも前記第１の磁性体は、冷却装置に熱的に接続される、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の超電導コイル体。
【請求項６】
前記第１の磁性体と前記超電導コイルの前記第１の端部との間に配置された伝熱板をさらに備える、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の超電導コイル体。
【請求項７】
前記超電導コイルの内部に配置された第３の磁性体をさらに備える、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の超電導コイル体。
【請求項８】
互いに対向し、かつ各々が磁束を通すことが可能な第１および第２の磁束通過部を有する断熱容器に収容された、第１および第２のコイルユニットを備え、
前記第１および第２のコイルユニットの各々は、
超電導線材を巻回すことによって形成され、巻軸の方向において互いに反対側に位置する第１の端部と第２の端部とを有する超電導コイルと、
前記超電導コイルの前記第１の端部に重ねられた第１の磁性体とを含み、
前記第１のコイルユニットの前記超電導コイルは、前記断熱容器の内部において、前記巻軸が前記第１の磁束通過部を通り、前記第１の端部が前記第１の磁束通過部に対して相対的に遠い側に位置し、前記第２の端部が前記第１の磁束通過部に相対的に近い側に位置するように配置され、
前記第２のコイルユニットの前記超電導コイルは、前記断熱容器の内部において、前記巻軸が前記第２の磁束通過部を通り、前記第１の端部が前記第２の磁束通過部に対して相対的に遠い側に位置し、前記第２の端部が前記第２の磁束通過部に相対的に近い側に位置するように配置され、
前記超電導コイルの前記第２の端部に重ねられた第２の磁性体をさらに備え、
前記超電導コイルの前記巻軸の方向における前記第１の磁性体の厚みは、前記超電導コイルの前記巻軸の方向における前記第２の磁性体の厚みよりも大きい、超電導コイル体。
【請求項９】
前記超電導コイルの前記巻軸の方向における前記第１の磁性体の厚みは、２０ｍｍ以上である、請求項８に記載の超電導コイル体。
【請求項１０】
前記第１の磁性体の厚みと前記第２の磁性体の厚みとの差は、１５ｍｍ以上である、請求項８または請求項９に記載の超電導コイル体。
【請求項１１】
前記超電導コイルの内部に配置された第３の磁性体をさらに備え、
前記第１の磁性体から前記超電導コイルの前記巻軸の方向に沿った前記第３の磁性体の位置は、前記第１の磁性体から前記超電導コイルの前記巻軸の方向における前記第２の磁性体の位置よりも低い、請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の超電導コイル体。
【請求項１２】
前記超電導コイルの内部に配置された第３の磁性体をさらに備え、
前記第１の磁性体および前記第２の磁性体のうちの少なくとも前記第２の磁性体は貫通孔を有し、
前記第２の磁性体の内径は、前記第１の磁性体の内径以上であり、
前記第１の磁性体から前記超電導コイルの前記巻軸の方向に沿った前記第３の磁性体の位置は、前記第１の磁性体から前記超電導コイルの前記巻軸の方向における前記第２の磁性体の位置よりも高い、請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の超電導コイル体。
【請求項１３】
前記第２の磁性体の外径は、前記第１の磁性体の外径よりも小さい、請求項１２に記載の超電導コイル体。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の超電導コイル体と、
前記断熱容器とを備える、超電導機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導コイル体および超電導機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導マグネットの性能を向上させるために、超電導コイルの近傍に磁性体を配置した構成が提案されている。たとえば特開２０１３−２５８３９０号公報（特許文献１）は、帯状面を有する酸化物超電導線が巻回されることによって形成されたコイル部と、そのコイル部の中に配置された残留磁場抑制部とを有する。残留磁場抑制部は磁性体から作られており、コイル部の軸方向に沿った貫通孔を有する。
【０００３】
たとえば非特許文献１：E S Otabe et al., "Bi-2223 Superconducting Magnet Generating over 1T in Liquid Nitrogen", Journal of Physics Conference Series 234 (2010) 032046は、ダブルパンケーキコイルの上部および下部にそれぞれ設けられた上部フランジおよび下部フランジを開示する。上部フランジおよび下部フランジには、鉄板（具体的にはＳＳ４００）が用いられる。２つのフランジに鉄板を用いることによって、超電導線材に垂直な方向の磁場成分を減少することができる。
【０００４】
たとえば特開２０１４−５７３９６号公報（特許文献２）は、ラジアルギャップ型の超電導回転電機を開示する。回転電機の各々の界磁極は、超電導線材が巻回されることにより形成された超電導コイル体と、超電導コイル体の回転子の径方向外側の端面に配置された強磁性の磁場転向部材と、超電導コイル体の回転子の径方向内側の端面に配置された強磁性の磁場転向部材とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２５８３９０号公報
【特許文献２】特開２０１４−５７３９６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】E S Otabe et al., "Bi-2223 Superconducting Magnet Generating over 1T in Liquid Nitrogen", Journal of Physics Conference Series 234 (2010) 032046
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１および非特許文献１は、超電導コイルの内部における磁場を利用することを開示する。しかしながら、超電導コイルの外側に強い磁場を生じさせる用途も考えられる。したがって、超電導コイルの外側の磁場を強めることが可能な構成が求められる。また、特許文献２は、ラジアルギャップ型の超電導回転電機の臨界電流及び出力を向上させるための構成を開示する。したがって特許文献２は、超電導コイルの外側の磁場を強めることが可能な構成を開示していない。
【０００８】
本発明の目的は、超電導コイルの外側の磁場を強めることが可能な構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係る超電導コイル体は、磁束を通すことが可能な磁束通過部を有する断熱容器に収容されるための超電導コイル体である。超電導コイル体は、超電導線材に巻回すことによって形成され、巻軸の方向において互いに反対側に位置する第１の端部と第２の端部とを有する超電導コイルと、超電導コイルの第１の端部に重ねられた第１の磁性体とを含む。超電導コイルは、断熱容器の内部において、巻軸が磁束通過部を通り、第１の端部が磁束通過部に対して相対的に遠い側に位置し、第２の端部が磁束通過部に相対的に近い側に位置するように配置される。
【００１０】
本発明の他の態様に係る超電導コイル体は、互いに対向し、かつ各々が磁束を通すことが可能な第１および第２の磁束通過部を有する断熱容器に収容された、第１および第２のコイルユニットを備える。第１および第２のコイルユニットの各々は、超電導線材を巻回すことによって形成され、巻軸の方向において互いに反対側に位置する第１の端部と第２の端部とを有する超電導コイルと、超電導コイルの第１の端部に重ねられた第１の磁性体とを含む。第１のコイルユニットの超電導コイルは、断熱容器の内部において、巻軸が第１の磁束通過部を通り、第１の端部が第１の磁束通過部に対して相対的に遠い側に位置し、第２の端部が第１の磁束通過部に相対的に近い側に位置するように配置される。第２のコイルユニットの超電導コイルは、断熱容器の内部において、巻軸が第２の磁束通過部を通り、第１の端部が第２の磁束通過部に対して相対的に遠い側に位置し、第１の端部が第２の磁束通過部に相対的に近い側に位置するように配置される。
【発明の効果】
【００１１】
上記によれば、超電導コイルの外側の磁場を強めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る超電導コイル体および超電導機器を概略的に示した断面図である。
【図２】図１の一部拡大図であり、図３の線ＩＩ−ＩＩに沿う概略断面図である。
【図３】図２に示された超電導コイル体の概略平面図である。
【図４】図１の超電導マグネットに含まれるコイル部が有するダブルパンケーキコイルの構成を概略的に示す斜視図である。
【図５】図４の線Ｖ−Ｖに沿う概略断面図である。
【図６】図４のダブルパンケーキコイルに用いられている酸化物超電導線の構成を概略的に示す一部斜視図である。
【図７】実施例１に係る超電導コイル体の概略図である。
【図８】比較例１に係る超電導コイル体の概略図である。
【図９】実施例１に係る超電導コイル体および比較例１に係る超電導コイル体の発熱量を示したグラフである。
【図１０】実施例２に係る超電導コイル体の概略図である。
【図１１】比較例２に係る超電導コイル体の概略図である。
【図１２】実施例２に係る超電導コイル体と比較例２に係る超電導コイル体との間で残留磁場を比較するためのグラフである。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る超電導コイル体および超電導機器を概略的に示した断面図である。
【図１４】図１３に示した超電導コイル体を説明するための概略図である。
【図１５】実施例３に係る超電導コイル体の比較例を示すモデル図である。
【図１６】実施例３と比較例３との間でローレンツ力を比較するためのグラフである。
【図１７】本発明の実施の形態３に係る超電導コイル体および超電導機器を概略的に示した断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態３に係る超電導コイル体９２の一つの例を説明するための概略図である。
【図１９】本発明の実施の形態３に係る超電導コイル体９２の別の例を説明するための概略図である。
【図２０】実施の形態３に係る超電導コイル体９２のさらに別の例を示す図である。
【図２１】実施の形態３に係る超電導コイル体９２の第１の比較例を示す図である。
【図２２】実施の形態３に係る超電導コイル体９２の第２の比較例を示す図である。
【図２３】本発明の実施の形態に係る超電導機器の他の構成例を概略的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１４】
（１）本発明の一態様に係る超電導コイル体は、磁束を通すことが可能な磁束通過部（１１５）を有する断熱容器（１１１）に収容されるための超電導コイル体（９１）である。超電導コイル体は、超電導線材（１４）に巻回すことによって形成され、巻軸（Ａｗ）の方向において互いに反対側に位置する第１の端部（１０ａ）と第２の端部（１０ｂ）とを有する超電導コイル（１０）と、超電導コイルの第１の端部に重ねられた第１の磁性体（７１）とを含む。超電導コイルは、断熱容器の内部において、巻軸が磁束通過部を通り、第１の端部が磁束通過部に対して相対的に遠い側に位置し、第２の端部が磁束通過部に相対的に近い側に位置するように配置される。
【００１５】
上記構成によれば、超電導コイルの外側の磁場を強めることができる。断熱容器は磁束通過部を有するので、上記構成によれば、断熱容器の外側の磁場を強めることができる。
【００１６】
（２）好ましくは、超電導コイルの巻軸の方向における第１の磁性体の厚み（ｔ１）は、２０ｍｍ以上である。
【００１７】
上記構成によれば、同じ強度の磁場を発生させる場合に生じる熱量をより少なくすることができる。
【００１８】
（３）好ましくは、超電導コイル体は、超電導コイルの第２の端部に重ねられた第２の磁性体（７２）をさらに備える。超電導コイルの巻軸の方向における第１の磁性体の厚みは、超電導コイルの巻軸の方向における第２の磁性体の厚み（ｔ２）よりも大きい。
【００１９】
上記構成によれば、残留磁場を低減することが可能になる。
（４）好ましくは、第１の磁性体の厚みと第２の磁性体の厚みとの差は、１５ｍｍ以上である。
【００２０】
上記構成によれば、第１の磁性体の厚みは、第２の磁性体の厚みよりも１５ｍｍ以上大きい。これにより、残留磁場をより低減することが可能になる。
【００２１】
（５）好ましくは、超電導コイルの第２の端部と、磁束通過部を含む断熱容器の壁（１１１ａ）との間には、磁性体が配置されていない。
【００２２】
上記構成によれば、超電導コイルの外側の磁場をより強めることができる。
（６）好ましくは、少なくとも第１の磁性体は、冷却装置に熱的に接続される。
【００２３】
上記構成によれば、コイル部を冷却することが可能になる。
（７）好ましくは、超電導コイル体は、第１の磁性体と超電導コイルの第１の端部との間に配置された伝熱板（３１）をさらに備える。
【００２４】
上記構成によれば、伝熱板を介してコイル部を冷却することが可能になる。
（８）好ましくは、超電導コイル体は、超電導コイルの内部に配置された第３の磁性体（７３）をさらに備える。
【００２５】
上記構成によれば、同じ強度の磁場を発生させる場合に生じる熱量をより少なくすることができる。
【００２６】
（９）本発明の他の態様に係る超電導コイル体は、互いに対向し、かつ各々が磁束を通すことが可能な第１および第２の磁束通過部（１１５Ａ，１１５Ｂ）を有する断熱容器（１１１）に収容された、第１および第２のコイルユニット（９２Ａ，９２Ｂ）を備える。第１および第２のコイルユニットの各々は、超電導線材を巻回すことによって形成され、巻軸の方向において互いに反対側に位置する第１の端部（１０ａ）と第２の端部（１０ｂ）とを有する超電導コイル（１０Ａ，１０Ｂ）と、超電導コイルの第１の端部に重ねられた第１の磁性体（７１Ａ，７１Ｂ）とを含む。第１のコイルユニットの超電導コイル（１０Ａ）は、断熱容器の内部において、巻軸（Ａｗ）が第１の磁束通過部（１１５Ａ）を通り、第１の端部が第１の磁束通過部に対して相対的に遠い側に位置し、第２の端部が第１の磁束通過部に相対的に近い側に位置するように配置される。第２のコイルユニットの超電導コイル（１０Ｂ）は、断熱容器の内部において、巻軸が第２の磁束通過部を通り、第１の端部が第２の磁束通過部に対して相対的に遠い側に位置し、第２の端部が第２の磁束通過部に相対的に近い側に位置するように配置される。
【００２７】
上記構成によれば、第１および第２のコイルユニットをスプリットコイルとして使用することができる。第１のコイルユニットと第２のコイルユニットとは、コイル部の第２の端部同士が対向するように配置される。各コイル部の第２の端部よりも外側の磁場を強めることができるので、第１のコイルユニットと第２のコイルユニットとの間の磁場を強めることができる。
【００２８】
（１０）好ましくは、超電導コイルの巻軸の方向における第１の磁性体の厚み（ｔ１）は、２０ｍｍ以上である。
【００２９】
上記構成によれば、同じ強度の磁場を発生させる場合に生じる熱量をより少なくすることができる。
【００３０】
（１１）好ましくは、超電導コイル体は、超電導コイルの第２の端部に重ねられた第２の磁性体（７２Ａ，７２Ｂ）をさらに備える。超電導コイルの巻軸の方向における第１の磁性体の厚みは、超電導コイルの巻軸の方向における第２の磁性体の厚み（ｔ２）よりも大きい。
【００３１】
上記構成によれば、同じ強度の磁場を発生させる場合に生じる熱量をより少なくすることができる。
【００３２】
（１２）好ましくは、第１の磁性体の厚みと第２の磁性体の厚みとの差は、１５ｍｍ以上である。
【００３３】
上記構成によれば、第１の磁性体の厚みは、第２の磁性体の厚みよりも１５ｍｍ以上大きい。これにより、残留磁場をより低減することが可能になる。
【００３４】
（１３）好ましくは、超電導コイル体は、超電導コイルの内部に配置された第３の磁性体をさらに備える。第１の磁性体から超電導コイルの巻軸の方向に沿った第３の磁性体の位置は、第１の磁性体から超電導コイルの巻軸の方向における第２の磁性体の位置よりも低い。
【００３５】
上記構成によれば、超電導コイル体の冷却効率を高めることができる。
（１４）好ましくは、超電導コイル体は、超電導コイルの内部に配置された第３の磁性体をさらに備える。第１の磁性体および第２の磁性体のうちの少なくとも第２の磁性体は貫通孔を有する。第２の磁性体の内径は、第１の磁性体の内径以上である。第１の磁性体から超電導コイルの巻軸の方向に沿った第３の磁性体の位置は、第１の磁性体から超電導コイルの巻軸の方向における第２の磁性体の位置よりも高い。
【００３６】
上記構成によれば、超電導コイル体の冷却効率を高めることができる。なお、第１の磁性体が貫通孔を有していなくてもよい。すなわち第１の磁性体の内径が０であってもよい。
【００３７】
（１５）好ましくは、上記（１４）に記載の超電導コイル体において、第２の磁性体の外径は、第１の磁性体の外径よりも小さい。
【００３８】
上記構成によれば、超電導コイル体の冷却効率を高めることができる。
（１６）好ましくは、超電導機器は、上記（１）〜（１５）のいずれかに記載の超電導コイル体と、断熱機器とを備える。
【００３９】
上記構成によれば、超電導コイルの外側に強い磁場を生じさせる超電導機器を提供することができる。
【００４０】
[本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。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る超電導コイル体および超電導機器を概略的に示した断面図である。図１に示されるように、実施の形態１に係る超電導マグネット１００（超電導機器）は、超電導コイル体９１と、断熱容器１１１と、冷却装置１２１と、ホース１２２と、コンプレッサ１２３と、ケーブル１３１と、電源１３２とを有する。
【００４２】
断熱容器１１１は、非磁性体（たとえばＳＵＳ３０４）によって形成され、超電導コイル体９１を収容する。断熱容器１１１は、コイル部１０の巻軸Ａｗが通る磁束通過部１１５を有する。磁束通過部１１５は、超電導コイル体９１によって発生した磁束を通すことができる。たとえば図１に示されるように、断熱容器１１１の壁に、超電導コイル体９１の鉄芯７３を挿入するための貫通孔が形成される。この貫通孔から鉄芯７３が断熱容器１１１の外側に露出する。これにより断熱容器１１１の外側に磁場を発生させることができるので、上記の貫通孔を磁束通過部１１５として利用することができる。しかしながら、磁束通過部１１５は、断熱容器１１１の貫通孔であると限定されない。断熱容器１１１は非磁性体によって形成されているため、断熱容器１１１の壁の一部（すなわち非磁性体）が、超電導コイル体９１によって発生した磁束を断熱容器１１１の内部から断熱容器１１１の外部へと通す場合に、その部分が磁束通過部１１５に相当する。
【００４３】
超電導コイル体９１は、冷却装置１２１によって冷却される。冷却装置１２１は、超電導コイル体９１に熱的に接続された冷却ヘッド２０を有する。冷却装置１２１は、ホース１２２を介して、コンプレッサ１２３につながっている。
【００４４】
超電導コイル体９１は、ケーブル１３１を介して電源１３２に電気的に接続される。電源１３２から電力が与えられることにより、超電導コイル体９１は、磁場（磁束）を発生させる。
【００４５】
試料２１０は、ステージ２００上において磁束通過部１１５の直下に配置される。試料２１０には、超電導コイル体９１から発生した磁場が印加される。試料２１０の位置における磁場の強度が所望の強度となるように超電導コイル体９１に電流が印加される。
【００４６】
超電導コイル体９１は、コイル部１０（超電導コイル）と、フランジ７１，７２と、鉄芯７３とを備える。コイル部１０は、第１の端部１０ａと第２の端部１０ｂとを有する。第１の端部１０ａは、コイル部１０の巻軸Ａｗの方向において、磁束通過部１１５に対して相対的に遠い側に位置する。一方、第２の端部１０ｂは、コイル部１０の巻軸Ａｗの方向において、磁束通過部１１５に相対的に近い側に位置する。
【００４７】
フランジ７１（第１の磁性体）は、コイル部１０の第１の端部１０ａに重ねられる。フランジ７２（第２の磁性体）は、コイル部１０の第２の端部１０ｂに重ねられる。
【００４８】
図２および図３に示されるように、コイル部１０は、ダブルパンケーキコイル１１および伝熱板３１を有する。ダブルパンケーキコイル１１はコイル部１０の軸方向Ａａに沿って積層されている。フランジ７１，７２は、伝熱板３１と接触する。径方向Ａｒは軸方向Ａａに垂直な方向に対応している。冷却装置１２１の冷却ヘッド２０（図１を参照）は、伝熱板３１を介してダブルパンケーキコイル１１に熱的に接続されるとともにフランジ７１，７２に熱的に接続される。これにより冷却装置１２１は超電導コイル体９１、すなわち、コイル部１０およびフランジ７１，７２を冷却することができる。冷却されたダブルパンケーキコイル１１に超電導電流が流れることで、コイル部１０の外へと向かう磁束ＭＦが発生する。
【００４９】
伝熱板３１の材料は、非磁性体である。具体的には、伝熱板３１には、１００未満の最大透磁率を有する金属が用いられる。さらに伝熱板３１の材料は、熱伝導率および可撓性が大きい材料であることが好ましい。伝熱板３１の材料は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）である。ＡｌまたはＣｕの純度は９９．９％以上が好ましい。
【００５０】
超電導コイル体９１は、上記の要素に加えてパイプ部８１を備える。パイプ部８１は、コイル部１０の軸方向Ａａに沿った貫通孔ＨＬを有する。好ましくは、パイプ部８１は、１ｍｍ以上の肉厚ＴＳを有するパイプを含む。パイプ部８１はコイル部１０と同軸に配置される。
【００５１】
パイプ部８１は、磁性体から作られており、具体的には１００以上の最大透磁率を有する。パイプ部８１をなす磁性体は、たとえば、鉄、電磁軟鉄、電磁鋼、パーマロイ合金、またはアモルファス磁性合金などである。なお鉄の最大透磁率は一般に５０００程度である。
【００５２】
軸方向Ａａにおけるパイプ部８１の長さは、酸化物超電導線１４の帯状面ＳＦの幅（図２における各ダブルパンケーキコイル１１の高さの半分）以上であってもよい。好ましくは軸方向Ａａにおけるパイプ部８１の長さは、各ダブルパンケーキコイル１１の高さ以上である。軸方向Ａａにおけるパイプ部８１の長さは、軸方向Ａａにおけるコイル部１０の長さの半分以上であってもよい。より好ましくは、軸方向Ａａにおけるパイプ部８１の長さは、軸方向Ａａにおけるコイル部１０の長さ以上である。さらに好ましくは、図２に示すように、軸方向Ａａにおけるパイプ部８１の長さは、軸方向Ａａにおけるコイル部１０の長さよりも大きい。
【００５３】
フランジ７１，７２は、磁性体によって形成される。具体的には、フランジ７１，７２は、１００以上の最大透磁率を有する材料によって形成される。たとえばステンレス鋼材（一例としてＳＵＳ４３０）によってフランジ７１，７２を形成することができる。
【００５４】
フランジ７１は、軸方向Ａａに沿った厚みｔ１を有する。一実施形態では、厚みｔ１は、２０ｍｍ以上である。フランジ７２は、軸方向Ａａに沿った厚みｔ２を有する。厚みｔ１は、厚みｔ２よりも大きい。これにより残留磁場を低減することができる。好ましくは、フランジ７１の厚みｔ１は、フランジ７２の厚みｔ２よりも１５ｍｍ以上大きく定められる。
【００５５】
フランジ７２が厚いほど、フランジ７２に発生した磁気吸引力によって冷却効率を高めることができる。しかし、フランジ７２が厚いほど、試料２１０（図１）とコイル部１０との間の距離が大きくなる。このため、試料２１０の位置において所望の強度を有する磁場を発生させることが難しくなる可能性がある。
【００５６】
フランジ７２の厚みｔ２が大きい場合、試料２１０の位置において所望の強度を有する磁場を生じさせるために、コイル部１０に印加する電流を増やすことが考えられる。しかし電流の増大によってコイル部１０の発熱量が増大する。したがって、フランジ７２に求められる磁気吸引力または冷却効率、試料２１０の位置において必要とされる磁場の大きさ、およびコイル部１０の発熱量の観点からフランジ７２の厚みｔ２を適切に定めることができる。
【００５７】
鉄芯７３は、コイル部１０の内部に配置される磁性体である。より具体的には、鉄芯７３は、パイプ部８１の内部に配置される。１つの例では、鉄芯７３は、一般構造用圧延鋼材（たとえばＳＳ３３０）によって実現できる。
【００５８】
図４および図５に示されるように、コイル部１０を構成しているダブルパンケーキコイル１１の各々はパンケーキコイル１２ａおよび１２ｂを有する。パンケーキコイル１２ａおよび１２ｂは互いに積層されている。パンケーキコイル１２ａおよび１２ｂの各々は、酸化物超電導線１４が巻き回されることによって形成されている。
【００５９】
パンケーキコイル１２ａにおける酸化物超電導線１４の巻き回し方向Ｗａと、パンケーキコイル１２ｂにおける酸化物超電導線１４の巻き回し方向Ｗｂとは互いに逆である。パンケーキコイル１２ａの内周側に位置する酸化物超電導線１４の端部ＥＣｉと、パンケーキコイル１２ｂの内周側に位置する酸化物超電導線の端部ＥＣｉとは、互いに電気的に接続されている。これにより、パンケーキコイル１２ａの外周側に位置する酸化物超電導線１４の端部ＥＣｏと、パンケーキコイル１２ｂの外周側に位置する酸化物超電導線１４の端部ＥＣｏとの間で、パンケーキコイル１２ａおよび１２ｂは互いに直列に接続されている。またダブルパンケーキコイル１１のうち互いに隣り合うもの（図２において縦方向に隣り合うもの）の各々の端部ＥＣｏは互いに電気的に接続されている。これにより、ダブルパンケーキコイル１１は互いに直列に接続されている。
【００６０】
図６に示されるように、酸化物超電導線１４はテープ状、言い換えれば帯状の形状を有しており、よって帯状面ＳＦを有する。帯状面ＳＦは、軸方向Ａａに沿った幅Ｄｗと、幅Ｄｗよりも小さい厚さＤｔとを有する。たとえば、厚さＤｔは０．２ｍｍ程度、幅Ｄｗは４ｍｍ程度である。たとえば、酸化物超電導線１４は、その延在方向に延びるＢｉ系超電導体と、この超電導体を被覆するシースとを有する。シースは、たとえば銀や銀合金よりなっている。酸化物超電導線１４は、帯状面ＳＦに垂直な磁場（垂直磁場）が印加されるほど交流損失が増大するような特性を有する。図５および図６に示されるように、酸化物超電導線１４を、帯状面ＳＦと平行な巻軸Ａｗの周りに巻き回すことによって形成される。
【００６１】
図２に示されるように、フランジ７１は磁気回路の一部を構成する。コイル部１０によって生じた磁束ＭＦは、磁性体であるフランジ７１を通りやすい。これにより、コイル部１０の内部における磁束密度を高めることができる。この結果、コイル部１０の第２の端部１０ｂよりも外部（超電導コイル体９１の外部）に生じる磁場を強めることができる。
【００６２】
この実施の形態によれば、より少ない量の酸化物超電導線１４によって、所望の強度を有する磁場を、超電導コイル体９１の外部に発生させることができる。
【００６３】
さらに、図２に示されるように、磁束ＭＦは、フランジ７１の面方向（径方向Ａｒに対応）に沿って、フランジ７１の内部を通る。この結果、酸化物超電導線１４の帯状面ＳＦに垂直な方向の磁場成分を減少することができる。帯状面ＳＦに垂直な方向の磁場成分が減少することによって、交流損失を減少させることができる。したがって、この点からも、コイル部１０の発熱量を少なくすることができる。
【００６４】
さらに、この実施の形態では、フランジ７２がコイル部１０の第２の端部１０ｂに重ねられる。フランジ７２によって、超電導コイル体９１の残留磁場を低減することが可能になる。
【００６５】
さらに、この実施の形態では、磁性体からなるパイプ部８１がコイル部１０の内部に設けられる。フランジ７１，７２と同様にパイプ部８１は、磁気回路を構成する。パイプ部８１を磁束ＭＦが通ることにより、酸化物超電導線１４の帯状面ＳＦに垂直な方向の磁場成分をさらに減少することができる。これにより交流損失を減少させることができる。したがって、コイル部１０の発熱量をより少なくすることができる。また、残留磁場を低減することも可能になる。
【００６６】
さらに、この実施の形態では、パイプ部８１の内部（貫通孔ＨＬ）に鉄芯７３が設けられる。コイル部１０の内部において磁束ＭＦは、パイプ部８１および鉄芯７３を通過する。これにより、交流損失をより減少させることができる。さらに、鉄芯７３によって、磁束ＭＦの密度を高めることができる。したがって、コイル部１０の外部の磁場を強めることができる。
【００６７】
［実施例１］
図７は、実施例１に係る超電導コイル体９１ａの概略図である。図７に示すように、コイル部１０と、フランジ７１と、鉄芯７３とを備える超電導コイル体９１ａを準備した。
【００６８】
コイル部１０の酸化物超電導線には、幅約４ｍｍ、厚さ約０．２ｍｍ、臨界電流１４０Ａおよび１５０Ａ(７７Ｋ、自己磁場中）のビスマス系超電導線を用いた。この超電導線を約３０００ターン巻き回されることによって形成されたコイルをコイル部１０として用いて、温度３０Ｋで磁場を発生させたときの熱量を評価した。コイル部１０の第１の端部１０ａ側には、厚さｔ１が２０ｍｍの磁性体（ＳＵＳ４３０）をフランジ７１として配置した。さらにコイル部１０の内部には、磁性体として鉄芯７３（材質はＳＳ４３０）を配置した。
【００６９】
［比較例１］
図８に示されるように、比較例１として超電導コイル体９１ｂを準備した。超電導コイル体９１ｂは、フランジ７１が省略されている点において、図７に示される超電導コイル体９１ａと異なる。超電導コイル体９１ｂの他の条件については、超電導コイル体９１ａの対応の条件と同じであるので以後の説明は繰り返さない。
【００７０】
実施例１および比較例１について、コイル部１０の第２の端部１０ｂよりも外側の位置Ｐにおける磁場が４Ｔとなるように、コイル部１０に電流を印加したときの発熱量を評価した。なお、実施例１については、さらにフランジ７１の厚みｔ１を変化させたときの発熱量を評価した。
【００７１】
図９は、実施例１に係る超電導コイル体および比較例１に係る超電導コイル体の発熱量を示したグラフである。図９において、厚みｔ１＝０ｍｍは、比較例１の場合に相当する。厚みｔ１＞０は、実施例１の構成において、フランジ７１の厚みｔ１を変化させた場合に相当する。
【００７２】
図９から、ｔ１＝２０ｍｍの場合の超電導コイルの発熱量は、ｔ１＝０の場合の発熱量の約１／３であった。ｔ１＞２０ｍｍでは、超電導コイルの発熱量がさらに低下することがわかった。したがって、ｔ１≧２０ｍｍであればコイル部１０の発熱量を大きく低減できることが分かった。
【００７３】
［実施例２］
図１０は、実施例２に係る超電導コイル体の概略図である。図１０に示されるように、実施例２として、コイル部１０と、フランジ７１，７２とを備える超電導コイル体９１ｃを準備した。コイル部１０の第１の端部１０ａ側に、厚さ２０ｍｍ（ｔ１＝２０ｍｍ）の磁性体（ＳＵＳ４３０）をフランジ７１として配置した。コイル部１０の第２の端部１０ｂ側に、厚さ５ｍｍ（ｔ２＝５ｍｍ）の磁性体（ＳＵＳ４３０）をフランジ７２として配置した。これによりｔ１≧ｔ２＋１５の関係が満たされた。なお、コイル部１０の内部には鉄芯７３を配置しなかった。
【００７４】
［比較例２］
図１１に示されるように、比較例２として超電導コイル体９１ｄを準備した。超電導コイル体９１ｄは、フランジ７２が省略されている点において、図１０に示される超電導コイル体９１ｃと異なる。超電導コイル体９１ｄの他の条件については、超電導コイル体９１ｃの対応の条件と同じであるので以後の説明は繰り返さない。
【００７５】
実施例２および比較例２について位置Ｐにおける磁場が４Ｔとなるように、コイル部１０に電流を印加した。なお、実施例２については、さらにフランジ７１の厚みｔ１を変化させたときの残留磁場Ｂｒを評価した。
【００７６】
図１２は、実施例２に係る超電導コイル体と比較例２に係る超電導コイル体との間で残留磁場を比較するためのグラフである。図１２において、厚みｔ２＝０ｍｍは、比較例２の構成を示す。比較例２の構成において、残留磁場Ｂｒの大きさは、約１５ｍＴであった。厚みｔ２＝５ｍｍは、実施例２の構成を示す。実施例２の構成において、残留磁場Ｂｒの大きさは、約２ｍＴであった。
【００７７】
図１２から、フランジ７２をコイル部１０の第２の端部１０ｂ側に設けることによって残留磁場を低減できることが分かった。さらに、残留磁場Ｂｒの大きさは、フランジ７１の厚みｔ１には、ほぼ依存しないことがわかった。
【００７８】
（実施の形態２）
実施の形態２において、超電導コイル体は、いわゆるスプリットコイルとして構成される。図１３は、本発明の実施の形態２に係る超電導コイル体および超電導機器を概略的に示した断面図である。
【００７９】
図１３に示されるように、超電導コイル体９２は、コイルユニット９２Ａ，９２Ｂと、支持部材３２とを含む。コイルユニット９２Ａ，９２Ｂは互いに同じ構成を有する。さらに、コイルユニット９２Ａ，９２Ｂの各々は、実施の形態１に係る超電導コイル体９１と同じ構成を有する。
【００８０】
具体的には、コイルユニット９２Ａは、主として、コイル部１０Ａと、フランジ７１Ａ，７２Ａと、鉄芯７３Ａとを備える。コイルユニット９２Ｂは、主として、コイル部１０Ｂと、フランジ７１Ｂ，７２Ｂと、鉄芯７３Ｂとを備える。なお、コイルユニット９２Ａ，９２Ｂの各々は、コイル部の中に配置されるパイプ部８１をさらに備えていてもよい（図２を参照）。このような構成においては、パイプ部８１の貫通孔ＨＬに鉄芯が配置される。
【００８１】
コイル部１０Ａ，１０Ｂの各々は、第１の端部１０ａおよび第２の端部１０ｂを有する。コイル部１０Ａ，１０Ｂは、第２の端部１０ｂ同士が対向するように配置される。図が分かりにくくなることを避けるために図１３には示されていないが、コイル部１０Ａ，１０Ｂは電気的に直列に接続される。
【００８２】
コイル部１０Ａ，１０Ｂは、共通の巻軸を有する。すなわちコイル部１０Ａ，１０Ｂは同軸上に配置される。なお、コイル部１０Ａ，１０Ｂの各々の構成は、図４〜図６に示された構成と同じであるので以後の説明は繰り返さない。
【００８３】
実施の形態２では、断熱容器１１１は、磁束通過部１１５を含む。磁束通過部１１５は、互いに対向して配置された磁束通過部１１５Ａ，１１５Ｂを含む。実施の形態２では、たとえば磁束通過部１１５Ａ，１１５Ｂは、断熱容器１１１の壁の一部（すなわち非磁性体）とすることができる。また、断熱容器１１１には、図１３の紙面垂直方向に貫通する貫通孔１１２が形成されている。試料２１０を載せるステージ２００は、貫通孔１１２を通り、図１３の紙面垂直方向に延びている。
【００８４】
コイル部１０Ａの巻軸が磁束通過部１１５Ａを通るように、コイル部１０Ａは断熱容器１１１の内部に配置される。コイル部１０Ａの第１の端部１０ａは、磁束通過部１１５Ａに対して相対的に遠い側に位置する。コイル部１０Ａの第２の端部１０ｂは、磁束通過部１１５Ａに対して相対的に近い側に位置する。
【００８５】
同様に、コイル部１０Ｂの巻軸が磁束通過部１１５Ｂを通るように、コイル部１０Ｂは断熱容器１１１の内部に配置される。コイル部１０Ｂの第１の端部１０ａは、磁束通過部１１５Ｂに対して相対的に遠い側に位置する。コイル部１０Ａの第２の端部１０ｂは、磁束通過部１１５Ｂに対して相対的に近い側に位置する。
【００８６】
すなわち、コイル部１０Ａ，１０Ｂの各々の第１の端部１０ａは、対応の磁束通過部（１１５ａまたは１１５ｂ）に対して相対的に遠い側に位置する。コイル部１０Ａ，１０Ｂの各々の第２の端部１０ｂは、対応の磁束通過部（１１５ａまたは１１５ｂ）に対して相対的に近い側に位置する。
【００８７】
フランジ７１Ａ，７１Ｂは、それぞれ、コイル部１０Ａ，１０Ｂの第１の端部１０ａに重ねられる。一方、フランジ７２Ａ，７２Ｂは、それぞれ、コイル部１０Ａ，１０Ｂの第２の端部１０ｂに重ねられる。鉄芯７３Ａ，７３Ｂは、それぞれ、コイル部１０Ａ，１０Ｂの内部に配置される。実施の形態１と同じく、コイル部１０Ａ，１０Ｂによって生じた磁束ＭＦは、磁性体であるフランジ７１を通りやすい。これにより、コイル部１０Ａ，１０Ｂの各々の第２の端部１０ｂよりも外部に生じる磁場を強めることができる。この結果、試料２１０の位置における磁場の強度を強めることができる。
【００８８】
超電導マグネット１００を設置した状態において、コイルユニット９２Ａ，９２Ｂは、上下方向に配置される。支持部材３２は、コイルユニット９２Ａを垂直方向に支持する。支持部材３２は、棒状の形状を有する。支持部材３２の一方端はフランジ７１Ａに固定される。支持部材３２の他方端はフランジ７１Ｂに固定される。たとえば支持部材３２を通すための貫通孔がフランジ７２Ａ，７２Ｂに形成されていてもよい。支持部材３２には、たとえばＳＵＳ３０４を適用することができる。
【００８９】
なお、実施の形態２に係る超電導マグネット１００の他の部分の構成は、実施の形態１に係る超電導マグネット１００の対応する部分の構成と同じであるので以後の説明は繰り返さない。
【００９０】
図１４は、図１３に示した超電導コイル体９２を説明するための概略図である。図１４に示されるように、フランジ７１Ａは、互いに反対側に位置する表面７４ａ，表面７４ｂを有する。表面７４ｂは、コイル部１０Ａの第１の端部１０ａに対向する。
【００９１】
フランジ７２Ａは、互いに反対側に位置する表面７５ａ，表面７５ｂを有する。表面７５ａは、コイル部１０Ａの第２の端部１０ｂに対向する。
【００９２】
鉄芯７３Ａは、互いに反対側に位置する表面７８ａ，７８ｂを有する。鉄芯７３Ａの表面７８ａは、フランジ７１Ａ側に位置する。鉄芯７３Ａの表面７８ｂは、フランジ７２Ａ側に位置する。
【００９３】
フランジ７１Ａの表面７４ａを基準とした軸方向Ａａの位置について、鉄芯７３Ａの表面７８ｂと、フランジ７２Ａの表面７５ｂとを比較する。なお、この実施の形態では、フランジ７１Ａの表面７４ａから軸方向Ａａ上の任意の位置までの長さを「高さ」とも呼ぶ。
【００９４】
高さｈ１は、鉄芯７３Ａの表面７８ｂの位置を示す。高さｈ２は、フランジ７２Ａの表面７５ｂの位置を示す。鉄芯７３Ａの表面７８ｂの位置は、フランジ７２Ａの表面７５ｂの位置よりも低い。すなわち鉄芯７３Ａの表面７８ｂは、フランジ７２Ａに対してコイル部１０Ａの内側に位置する。
【００９５】
同様に、フランジ７１Ｂは、互いに反対側に位置する表面７６ａ，７６ｂを有する。フランジ７２Ｂは、互いに反対側に位置する表面７７ａ，７７ｂを有する。鉄芯７３Ｂは、互いに反対側に位置する表面７９ａ，７９ｂを有する。フランジ７２Ｂと鉄芯７３Ｂとについても、フランジ７１Ｂの表面７６ａを基準とした軸方向Ａａの位置については、上記の関係が成立する。具体的には、高さｈ３は、鉄芯７３Ｂの表面７９ｂの位置を示す。高さｈ４は、フランジ７２Ｂの表面７７ｂの位置を示す。鉄芯７３Ｂの表面７９ｂの位置は、フランジ７２Ｂの表面７７ｂの位置よりも低い。
【００９６】
このように、鉄芯の位置を第２の磁性体（フランジ７２Ａ,７２Ｂ）の位置より低くすることによって、冷却装置１２１によって超電導コイル体９２を冷却する際に冷却効率を高めることが可能となる。
【００９７】
超電導コイル体９２に電流を印加することによって、コイルユニット９２Ａ，９２Ｂの間にある位置Ｐにおいて磁場（磁束ＭＦ）が発生する。このとき、フランジ７２Ａには、フランジ７２Ａをコイル部１０Ａに引き寄せる方向に、ローレンツ力Ｆ１が作用する。同じく、フランジ７２Ｂには、フランジ７２Ｂをコイル部１０Ｂに引き寄せる方向に、ローレンツ力Ｆ２が作用する。ローレンツ力Ｆ１，Ｆ２によって、ダブルパンケーキコイル１１と伝熱板３１とをより確実に接触させることができる。これによって、コイル部１０Ａ，１０Ｂを効率的に冷却することができる。
【００９８】
実施の形態１と同様に、フランジ７１Ａ，７１Ｂの厚みｔ１は２０ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、コイル部１０Ａ，１０Ｂの各々で生じる熱量を低減することができる。実施の形態１と同じく、フランジ７１Ａ，７１Ｂの厚みｔ１は、厚みｔ２より大きいことが好ましい。より好ましくは、ｔ１≧ｔ２＋１５である。これにより、コイルユニット９２Ａ，９２Ｂの各々の残留磁場を低減することができる。
【００９９】
［実施例３］
図１４に示した構成において、幅約５ｍｍ、厚さ約０．２ｍｍおよび約０．３ｍｍのビスマス系超電導線が約７０００ターン巻き回されることによって形成されたコイルをコイル部１０Ａ，１０Ｂとして用い、各コイルに２５０Ａの電流を通電した場合について検討した。
【０１００】
フランジ７１Ａ，７１Ｂの厚みｔ１は２０ｍｍであり、フランジ７２Ａ，７２Ｂの厚みｔ２は５ｍｍであった。鉄芯７３Ａ，７３Ｂの高さを、フランジ７２Ａ，７２Ｂの高さよりもそれぞれ低くした。
【０１０１】
［比較例３］
図１５は、実施例３に係る超電導コイル体９２の比較例を示すモデル図である。図１５に示すように、比較例では、図１４に示された実施例３の構成に対して、フランジ７１Ａ，７１Ｂ，７２Ａ，７２Ｂおよび鉄芯７３Ａ，７３Ｂが省略されている。なお、実施例３と比較例３とでは、コイル部１０Ａ，１０Ｂの構成は同じである。
【０１０２】
実施例３および比較例３について、位置Ｐにおける磁場が約３Ｔとなるように磁場を発生させたときに、コイル部１０Ａに生じるローレンツ力を評価した。なお、実施例３については、さらにフランジ７１Ａ，７１Ｂの厚みｔ１を変化させた場合のローレンツ力を評価した。
【０１０３】
実施例３および比較例３のいずれの構成においても、位置Ｐにおいて、約３Ｔの磁場を発生させることは可能である。しかしながら、実施例３と比較例３とでは、ローレンツ力Ｆ１，Ｆ２の向きが互いに逆になる。
【０１０４】
図１６は、実施例３と比較例３との間でローレンツ力を比較するためのグラフである。なお、図１６に示すグラフは、厚みｔ２＝０ｍｍとし、かつ、第３の磁性体（鉄芯７３Ａ，７３Ｂ）を備えない構成における計算結果を示している。比較例３の構成では、ｔ１＝０ｍｍかつｔ２＝０ｍｍである。したがって図１６において、厚みｔ１＝０ｍｍとは、比較例３の構成に相当する。図１６のグラフにおいて厚みｔ１＞０の場合とは、ｔ２＝０ｍｍの構成において、フランジ７１の厚みｔ１を変化させた場合に相当する。なお、ローレンツ力Ｆの符号が負の場合、ローレンツ力Ｆの向きは、コイルから離れる方向（図１５を参照）である。ローレンツ力Ｆの符号が正の場合、ローレンツ力Ｆの向きは、コイルに向かう方向（図１４を参照）である。なお、図１６では、ｔ１＝２０ｍｍの場合のローレンツ力Ｆを基準としたローレンツ力の変化が示されている。
【０１０５】
図１６から、厚みｔ１が２０ｍｍから減少するほど、コイルから離れる向きのローレンツ力が大きくなることがわかった。したがって、薄いフランジ７２Ａによってコイル部１０Ａを支持することは困難である。
【０１０６】
一方、厚みｔ１を２０ｍｍ以上にすることによって、コイル部１０Ａに向かう向きのローレンツ力が大きくなることがわかった。フランジ７１Ａは厚いため、フランジ７１Ａによってコイル部１０Ａを支持することは容易である。
【０１０７】
（実施の形態３）
図１７は、本発明の実施の形態３に係る超電導コイル体および超電導機器を概略的に示した断面図である。図１３および図１７の比較から理解されるように、本発明の実施の形態３に係る超電導機器の構成は、図１３に示された構成と基本的に同じである。このため実施の形態３と実施の形態２との間で共通する構成については以後の説明は繰り返さない。
【０１０８】
実施の形態３に係る超電導コイル体９２は、鉄芯７３Ａ，７３Ｂの高さの点において、実施の形態２に係る超電導コイル体９２の構成と異なる。磁束通過部１１５Ａ，１１５Ｂは、断熱容器１１１の一部に形成された貫通孔によって実現されてもよい。あるいは、断熱容器１１１の壁の一部（すなわち非磁性体）を磁束通過部１１５Ａ，１１５Ｂとしてもよい。
【０１０９】
図１８は、本発明の実施の形態３に係る超電導コイル体９２の一つの例を説明するための概略図である。図１８に示されるように、実施の形態３において、第２の磁性体の内径は第１の磁性体の内径よりも大きい。具体的には、フランジ７２Ａの内径Ｄ２ａは、フランジ７１Ａの内径Ｄ１ａよりも大きい（Ｄ２ａ＞Ｄ１ａ）。同様に、フランジ７２Ｂの内径Ｄ２ｃは、フランジ７１Ｂの内径Ｄ１ｃよりも大きい（Ｄ２ｃ＞Ｄ１ｃ）。
【０１１０】
内径Ｄ１ａと内径Ｄ１ｃとの関係および内径Ｄ２ａと内径Ｄ２ｃとの関係は特に限定されない。たとえば内径Ｄ１ａと内径Ｄ１ｃが等しく、かつ内径Ｄ２ａと内径Ｄ２ｃとが等しくてもよい。なお、コイル部１０Ａの内径は、フランジ７２Ａの内径Ｄ２ａに等しい。同じく、コイル部１０Ｂの内径は、フランジ７２Ｂの内径Ｄ２ｃに等しい。
【０１１１】
実施の形態３において、高さｈ１は、高さｈ２よりも大きい。すなわち、鉄芯７３Ａの表面７８ｂの位置は、フランジ７２Ａの表面７５ｂの位置よりも高い。同様に、高さｈ３は、高さｈ４よりも大きい。すなわち、鉄芯７３Ｂの表面７９ｂの位置は、フランジ７２Ｂの表面７７ｂの位置よりも高い。
【０１１２】
図１８に示された構成の他の部分については、図１４に示された対応する部分の構成と同様であるので以後の説明は繰り返さない。実施の形態１，２と同じく、フランジ７１Ａ，７１Ｂの厚みｔ１は、厚みｔ２より大きいことが好ましい。より好ましくは、ｔ１≧ｔ２＋１５である。厚みｔ１はたとえば２０ｍｍ以上である。
【０１１３】
超電導コイル体９２に電流を印加することによって、コイルユニット９２Ａ，９２Ｂの間の、ある位置Ｐにおいて磁場（磁束ＭＦ）が発生する。このとき、フランジ７２Ａには、フランジ７２Ａをコイル部１０Ａに引き寄せる方向に、ローレンツ力Ｆ１が作用する。同じく、フランジ７２Ｂには、フランジ７２Ｂをコイル部１０Ｂに引き寄せる方向に、ローレンツ力Ｆ２が作用する。ローレンツ力Ｆ１，Ｆ２によって、ダブルパンケーキコイル１１と伝熱板３１とをより確実に接触させることができる。これによって、コイル部１０Ａ，１０Ｂを効率的に冷却することができる。
【０１１４】
この実施の形態によれば、位置Ｐにおいて所望の強度（たとえば３Ｔ）の磁場を少ない発熱量で発生させることができる。さらに、コイル部１０Ａ，１０Ｂに生じるローレンツ力およびフランジ７２Ａ，７２Ｂに生じる吸引力を合わせた力の方向は、それぞれフランジ７１Ａ，７１Ｂに向かう方向になる。したがってフランジ７１Ａ，７１Ｂによって、電磁力を支持することができる。
【０１１５】
図１９は、本発明の実施の形態３に係る超電導コイル体９２の別の例を説明するための概略図である。図１８との比較から理解されるように、図１９に示された構成では、第２の磁性体（フランジ７２Ａ,７２Ｂ）の内径は第１の磁性体（フランジ７１Ａ,７１Ｂ）の内径よりも大きく、第２の磁性体の外径は第１の磁性体の外径よりも小さい。図１９に示した構成の他の点に関しては、図１８に示した構成と同じである。
【０１１６】
すなわち、フランジ７２Ａの内径Ｄ２ａが、フランジ７１Ａの内径Ｄ１ａよりも大きい（Ｄ２ａ＞Ｄ１ａ）のに加えて、フランジ７２Ａの外径Ｄ２ｂがフランジ７１Ａの外径Ｄ１ｂよりも小さい（Ｄ２ｂ＜Ｄ１ｂ）。同様に、フランジ７２Ｂの内径Ｄ２ｃは、フランジ７１Ｂの内径Ｄ１ｃよりも大きい（Ｄ２ｃ＞Ｄ１ｃ）のに加えて、フランジ７２Ｂの外径Ｄ２ｄは、フランジ７１Ｂの外径Ｄ１ｄよりも小さい（Ｄ２ｄ＜Ｄ１ｄ）。外径Ｄ１ｂと外径Ｄ１ｄとが等しく、外径Ｄ２ｂと外径Ｄ２ｄとが等しくてもよい。
【０１１７】
なお、図１８に示された構成と同じく、図１９に示された構成では、鉄芯の位置は第２の磁性体（フランジ７２Ａ,７２Ｂ）の位置よりも高い。すなわち、ｈ１＞ｈ２であり、ｈ３＞ｈ４である。
【０１１８】
図１９に示された構成によれば、ローレンツ力Ｆ１，Ｆ２によって、ダブルパンケーキコイル１１と伝熱板３１とをより確実に接触させることができる。これによって、コイル部１０Ａ，１０Ｂを効率的に冷却することができる。また、位置Ｐにおいて所望の強度（たとえば約３Ｔ）の磁場を少ない発熱量で発生させることができる。さらに、コイル部１０Ａ，１０Ｂに生じるローレンツ力およびフランジ７２Ａ，７２Ｂに生じる吸引力を合わせた力の方向は、それぞれフランジ７１Ａ，７１Ｂに向かう方向になる。したがってフランジ７１Ａ，７１Ｂによって、電磁力を支持することができる。
【０１１９】
なお、図１８および図１９に示された構成では、第１の磁性体（フランジ７１Ａ,７１Ｂ）および第２の磁性体（フランジ７２Ａ,７２Ｂ）の両方が鉄芯を通す貫通孔を有する。しかし実施の形態３はこのように限定されるものではない。図２０に示されるように、第１の磁性体（フランジ７１Ａ,７１Ｂ）は貫通孔を有していなくてもよい。図２０に示された構成によれば、第１の磁性体（フランジ７１Ａ,７１Ｂ）の内径は０とみなすことができる。したがって第２の磁性体の内径は第１の磁性体の内径よりも大きい。図２０に示した構成の他の点に関しては、図１８に示した構成と同じである。図２０の構成によっても、図１８、図１９に示す構成と同じ効果を得ることができる。
【０１２０】
図２０に示された構成によれば、鉄芯（７３Ａ，７３Ｂ）と第１の磁性体（フランジ７１Ａ,７１Ｂ）とは別の部材であり、鉄芯の表面（７８ａ，７９ａ）が第１の磁性体の表面に接する。しかしながら、鉄芯と第１の磁性体とが一体であってもよい。また、図１９の構成と同様に、図２０の構成において、第２の磁性体の外径が第１の磁性体の外径よりも小さくてもよい。
【０１２１】
［比較例］
図２１は、実施の形態３に係る超電導コイル体９２の第１の比較例を示す図である。図２１に示すように、第１の比較例では、フランジ７１Ａの内径とフランジ７２Ａの内径とが同じであり（内径Ｄ１ａ）、フランジ７１Ａの外径とフランジ７２Ａの外径とが同じである（外径Ｄ１ｂ）。同様に、フランジ７１Ｂの内径とフランジ７２Ｂの内径とが同じであり（内径Ｄ１ｃ）、フランジ７１Ｂの外径とフランジ７２Ｂの外径とが同じである（外径Ｄ１ｄ）。なお、高さｈ１は、高さｈ２よりも大きく、高さｈ３は、高さｈ４よりも大きい。
【０１２２】
この構成によれば、位置Ｐにおいて所望の大きさ（たとえば約３Ｔ）の磁場を発生させることができる。しかしながら、コイル部１０Ａの内径は、フランジ７１Ａ，７２Ａの内径よりも大きく、コイル部１０Ｂの内径は、フランジ７１Ｂ，７２Ｂの内径よりも大きい。この構成によれば、コイル部１０Ａ，１０Ｂに生じるローレンツ力Ｆ１，Ｆ２およびフランジ７２Ａ，７２Ｂに生じる吸引力を合わせた力の方向は、フランジ７１Ａ，７１Ｂからそれぞれ離れる方向になる。このためコイル部１０Ａ，１０Ｂの効率的な冷却が難しいだけでなく、フランジ７１Ａ，７１Ｂによって、電磁力を支持することも難しい。
【０１２３】
図２２は、実施の形態３に係る超電導コイル体９２の第２の比較例を示す図である。図２２に示されるように、第２の磁性体（フランジ７２Ａ,７２Ｂ）の内径が第１の磁性体（フランジ７１Ａ,７１Ｂ）の内径と同じである。第２の磁性体の外径が第１の磁性体の外径よりも小さい。ただし図２１に示された構成と同じく、コイル部１０Ａの内径は、フランジ７１Ａ，７２Ａの内径よりも大きく、コイル部１０Ｂの内径は、フランジ７１Ｂ，７２Ｂの内径よりも大きい。このような構成においても、コイル部１０Ａ，１０Ｂの効率的な冷却が難しいだけでなく、フランジ７１Ａ，７１Ｂによって、電磁力を支持することも難しい。
【０１２４】
第３の実施の形態および比較例から、コイル部の効率的な冷却のためには、第２の磁性体の内径は、第１の磁性体の内径以上であることが好ましい。加えて、コイル部（１０Ａ，１０Ｂ）の内径は、第２の磁性体（７２Ａ，７２Ｂ）の内径に等しいことがより好ましい。
【０１２５】
上記の各実施の形態では、伝熱板３１を通じてコイル部（ダブルパンケーキコイル１１）を冷却する構成が示される。しかし、コイル部の冷却は上記のように限定されるものではない。実施の形態１では、フランジ７１およびフランジ７２を、冷却ヘッド２０を介して冷却装置１２１によって冷却してもよい。同様に実施の形態２および実施の形態３では、フランジ７１Ａ，７２Ａ，７１Ｂ，７２Ｂの各々を、冷却ヘッド２０を介して冷却装置１２１によって冷却してもよい。
【０１２６】
図１および図２に示された構成では、コイル部１０と、フランジ７１，７２と、鉄芯７３、およびパイプ部８１とによって超電導コイル体９１が構成される。しかしながら、本発明の実施の形態において、超電導コイル体９１は、少なくともコイル部１０とフランジ７１とを備えていればよい。したがって、図１および図２に示された構成から、フランジ７２、鉄芯７３、およびパイプ部８１の少なくとも１つを省略することも可能である。
【０１２７】
たとえば図２３に示されるように、超電導マグネット１００は、超電導コイル体９１に替えて、図７に示した超電導コイル体９１ａを備えていてもよい。すなわち図１に示された超電導コイル体の構成からフランジ７２が省略されてもよい。この場合、コイル部１０の第２の端部１０ｂと、磁束通過部１１５を含む断熱容器１１１の壁１１１ａとの間に、磁性体が配置されていない。これにより、断熱容器１１１の外により強い磁場を生じさせることができる。なお、図１３および図１７に示すコイルユニット９２Ａ，９２Ｂの各々も、たとえば超電導コイル体９１ａに置き換えることができる。
【０１２８】
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。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく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。
【符号の説明】
【０１２９】
１０，１０Ａ，１０Ｂ  コイル部
１０ａ  第１の端部（コイル部）
１０ｂ  第２の端部（コイル部）
１１  ダブルパンケーキコイル
１２ａ，１２ｂ  パンケーキコイル
１４  酸化物超電導線
７３，７３Ａ，７３Ｂ  鉄芯
２０  冷却ヘッド
３１  伝熱板
３２  支持部材
７１，７１Ａ，７１Ｂ，７２，７２Ａ，７２Ｂ  フランジ
７４ａ，７４ｂ，７５ａ，７５ｂ，７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂ  表面（フランジ）７８ａ，７８ｂ，７９ａ，７９ｂ  表面（鉄芯）
８１  パイプ部
９１，９１ａ〜９１ｄ，９２  超電導コイル体
９２Ａ，９２Ｂ  コイルユニット
１００  超電導マグネット
１１１  断熱容器
１１１ａ  壁（断熱容器）
１１２  貫通孔
１１５，１１５Ａ，１１５Ｂ  磁束通過部
１２１  冷却装置
１２２  ホース
１２３  コンプレッサ
１３１  ケーブル
１３２  電源
２００  ステージ
２１０  試料
Ａａ  軸方向
Ａｒ  径方向
Ａｗ  巻軸
Ｄｗ  幅（帯状面）
Ｄｔ  厚さ（帯状面）
ＥＣｉ，ＥＣｏ  端部
Ｆ，Ｆ１，Ｆ２  ローレンツ力
ＨＬ  貫通孔
ＭＦ  磁束
Ｐ  位置
ＳＦ  帯状面
ＴＳ  肉厚
Ｗａ，Ｗｂ  巻き回し方向
ｈ１〜ｈ４  高さ
ｔ１，ｔ２  厚み
【図１】
0006524885.tif 000002
【図２】
0006524885.tif 000003
【図３】
0006524885.tif 000004
【図４】
0006524885.tif 000005
【図５】
0006524885.tif 000006
【図６】
0006524885.tif 000007
【図７】
0006524885.tif 000008
【図８】
0006524885.tif 000009
【図９】
0006524885.tif 000010
【図１０】
0006524885.tif 000011
【図１１】
0006524885.tif 000012
【図１２】
0006524885.tif 000013
【図１３】
0006524885.tif 000014
【図１４】
0006524885.tif 000015
【図１５】
0006524885.tif 000016
【図１６】
0006524885.tif 000017
【図１７】
0006524885.tif 000018
【図１８】
0006524885.tif 000019
【図１９】
0006524885.tif 000020
【図２０】
0006524885.tif 000021
【図２１】
0006524885.tif 000022
【図２２】
0006524885.tif 000023
【図２３】
0006524885.tif 000024