(57)【要約】【課題】バルク超電導体を励磁して擬似永久磁石とし、広い磁場空間を形成する強磁場発生装置を提供することを課題とする。【解決手段】本発明の超電導永久磁石装置１１は、超電導バルク体２１を複数個並列に配置した磁極２２を真空容器１５内で断熱状態に保持する磁極アッシ１３と、少なくとも複数の磁極アッシ１３を所望の向きに保持すると共に、磁極アッシ１３を搭載した状態で移動可能な架台１２と、前記磁極アッシ１３に取り付けられた冷凍機１８の冷凍部２９と、真空配管を介して磁極アッシ１３に取り付けられた真空ポンプとから構成され、前記真空容器１５内の磁極２２は、真空容器１５が固定される磁極アッシ１３のフランジに断熱性を有する樹脂系構造材２３で固定されていることを特徴とする。【選択図】          図１
2004349276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に断熱状態で保持され、超電導状態で磁場を捕捉して磁石となる超電導バルク体よりなる磁極を、磁場空間を形成するように、少なくとも一対の該真空容器をそれぞれの磁極がその発生する磁場の影響しあう距離に配置される超電導永久磁石装置において、
前記真空容器を真空状態にする真空装置と、超電導バルク体を超電導遷移温度以下に冷却して超電導状態とする冷却装置と、その冷却過程或いは冷却後に超電導コイルの発生する磁場或いは銅コイルによるパルス磁場によって超電導バルク体を励磁する着磁コイルとを含み、前記磁極のそれぞれは、複数個の超電導バルク体が磁場発生面内に並列に配置されて構成されていることを特徴とする超電導永久磁石装置。
【請求項２】
前記磁極のそれぞれは、複数個の超電導バルク体が、円筒又は球面を形成するような曲面に沿う面に並列に配置されていることを特徴とする請求項１記載の超電導永久磁石装置。
【請求項３】
前記磁極は、複数個の円柱状或いは直方体であって結晶のｃ軸方向が概略そろった超電導バルク体を、該ｃ軸に垂直な表面を同一平面に揃え、互いに近接して並列配置したことを特徴とする請求項１または２記載の超電導永久磁石装置。
【請求項４】
前記磁極は、断熱的な樹脂系構造部材で真空容器内部に保持されていることを特徴とする請求項１、２または３記載の超電導永久磁石装置。
【請求項５】
前記磁極は、冷凍機の冷却部に直接或いは伝熱材を介して熱的に接触する構成、或いは液体窒素、液体ヘリウム、ガス窒素、ガスヘリウムのいずれかを介して冷凍機の冷却部に間接的に接触する構成であることを特徴とする請求項１、２または３記載の超電導永久磁石装置。
【請求項６】
前記冷凍機は、ＧＭ式、パルス管式、スターリング式、ソルベー式或いはそれらを複数種組み合わせた構成で、絶対温度４Ｋないし９０Ｋの温度範囲に前記磁極を冷却保持する極低温冷凍機であって、磁極を励磁する際に、励磁のための磁場によって冷凍機を構成する強磁性部材がその機能を妨げられない位置まで該磁極から隔離して配設されていることを特徴とする請求項５記載の超電導永久磁石装置。
【請求項７】
前記磁極は、真空容器中に設けられた伝熱部材で冷凍機の冷凍部に連結され、外部と断熱を保った状態で冷却される構造とされていることを特徴とする請求項１、２または３記載の超電導永久磁石装置。
【請求項８】
前記超電導バルク体は、バルク体の周囲を補強すると共にバルク体の発熱を放散させるため、ステンレススチール、アルミニウム或いはその合金、銅或いはその合金、合成樹脂、繊維強化樹脂のうちの一つ或いは複数の材質よりなるリングを嵌合し、接着剤或いは樹脂系充填剤、粒子分散型樹脂、繊維強化樹脂によってバルク体とリングを密着させた構成をもつことを特徴とする請求項１または２記載の超電導永久磁石装置。
【請求項９】
前記超電導バルク体は、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙで示される化合物を主成分とし、ここにＲＥはイットリウム、サマリウム、ネオジム、ユーロピウム、エルビウム、イッテルビウム、ホロミウム、ガドリニウムのうち一種或いは複数の元素からなり、第二相としてＲＥ２ＢａＣｕＯ５で示される化合物を５０モル％以下含有し、銀を３０重量％以下含有し、添加物として白金またはセリウムをゼロないし１０重量％以下含有し、種結晶を用いて粗大な結晶組織を成長させたものであることを特徴とする請求項１、２または３記載の超電導永久磁石装置。
【請求項１０】
前記真空容器は、その真空容器に接続されたダイアフラムポンプ、油回転ポンプ、ターボ分子ポンプ、油拡散ポンプ、ドライポンプ、クライオポンプのうちひとつ或いは複数を組み合わせた構成の真空装置によって１×１０−１Ｐａ以下に減圧され、内部に保持された前記磁極を真空断熱していることを特徴とする請求項１、２または３記載の超電導永久磁石装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超電導バルク体をその超電導状態において磁場を捕捉させ、磁石として利用する磁場発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、強磁場空間を得る方法として、超電導バルク体を冷凍機の冷却部に伝熱体を介して冷却し、パルス磁場によって励磁する装置が特許文献１に開示されている。この装置では単一の超電導バルク体で磁極を構成しており、これを対向させて磁場領域空間を形成させたものである。しかし、磁極間の利用可能な空間に出る磁場領域が狭いという問題があった。
【０００３】
前記超電導バルク体の合成は特殊な熱処理によって粗大な結晶を成長させるものであるため、製造できる寸法には限界があった。たとえば直径１００ｍｍ程度の大面積をもち、結晶のｃ軸方向が概略そろった超電導バルク体を合成することは極めて困難である。従って、単一の超電導バルク体の形状を大きく合成して、広い磁場空間を得ようとすることは極めて困難であった。このため従来の装置では利用可能な大きな磁場領域を得ることができなかった。
【０００４】
また従来の問題として、超電導バルク体の磁極が収容された真空容器と、冷凍装置が一体の装置とされているため、磁極を超電導コイルの静磁場によって励磁する場合に、冷凍機を構成するモータが、励磁のための磁場に影響されて正常な運転が妨げられ、モータが回転できずに止まってしまい、冷却できないという問題があった。
【０００５】
特許文献２には、超電導バルク体を並列に配置した磁極構造をもち、冷凍機の冷却部によって冷却され、励磁の後に磁石として機能する非対称超電導磁石装置が開示されている。この装置では超電導バルク体が対向して配置されていないために、磁場発生面に垂直な方向での距離に対する磁場の減衰が著しく、利用できる磁場空間が狭いという問題があった。
【０００６】
このように、単一面内に複数個配列した磁極を構成した場合でも磁極面に垂直方向の磁場の距離に対する減衰は著しいため磁極上から離れた位置で強磁場を維持することは極めて困難であった。いずれの従来技術においても超電導バルク体によって形成される磁場空間が狭いことが問題であった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−６８３３８号公報（第２、３、４頁、図第１）
【特許文献２】
特開平１１−９７２３１号公報（第２頁、図第１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来技術に共通する問題点に鑑みてなされたもので、バルク超電導体を励磁して擬似永久磁石とし、広い磁場空間を形成する強磁場発生装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の超電導永久磁石装置は、真空容器内に断熱状態で保持され、超電導状態で磁場を捕捉して磁石となる超電導バルク体よりなる磁極を、磁場空間を形成するように、少なくとも一対の該真空容器をそれぞれの磁極がその発生する磁場の影響しあう距離に配置される超電導永久磁石装置において、
前記真空容器を真空状態にする真空装置と、超電導バルク体を超電導遷移温度以下に冷却して超電導状態とする冷却装置と、その冷却過程或いは冷却後に超電導コイルの発生する磁場或いは銅コイルによるパルス磁場によって超電導バルク体を励磁する着磁コイルとを含み、前記磁極のそれぞれは、複数個の超電導バルク体が磁場発生面内に並列に配置されて構成されていることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、複数個の超電導バルク体を並列することによって磁極面積が拡大され、さらに一対の磁極が対向されることで、磁極に垂直方向の磁場の距離に対する減衰を抑制することができる。従って、強磁場の空間を広げることが出来る。
また、一対の対向させた磁極を複数組み合わせてさらに広い磁場空間を形成することもできることは勿論である。
【００１１】
該磁極の励磁法のひとつは銅コイルを用いたパルス着磁法である。該磁極を含包する真空容器の外部或いは内側にソレノイド（円筒）状或いはトロイダル（渦巻き）状の銅コイルを設置し、該磁極をソレノイド上ならその内側に、トロイダル状ならその表面に近接させるか２個のトロイダルコイル間にはさむように配置する。これらの銅コイルにコンデンサからの放電電流を導いて強いパルス状の磁場を印加して超電導体を励磁するものである。銅コイルは水冷されたもの、或いは液体窒素で冷却された構造のものである場合もあり、発熱を抑えることで小型化するよう工夫される。また、銅コイルの代りに超電導コイルが使われる場合もある。
【００１２】
この発明の磁極は大型となる、そのため、従来のパルス着磁による励磁法では、これを内包する着磁コイルが大型になるため、コンデンサバンクも大型にならざるを得ない。そこで、大型の超電導磁石を用いて、その超電導コイル内で磁場中冷却することで、励磁を行う方法が望ましく、５Ｔ以上の磁場を励磁することが可能で、強力な大型超電導永久磁石を実現することができる。
【００１３】
また、前記磁極のそれぞれは、複数個の超電導バルク体が、円筒又は球面を形成するような曲面に沿う面に並列に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、複数個の超電導バルク体を並列に配置された磁場発生面が円周状或いは球面状に或いは円筒又は球面に沿うように形成されていることから、互いに対向させた磁極の間の磁場空間を円弧或いは球面状として、各種の磁気応用の適用でき、その利用範囲を広くすることができる。
【００１５】
また、前記並列配置した磁極は、複数個の円柱状或いは直方体であって、結晶のｃ軸方向が概略そろった超電導バルク体を該ｃ軸に垂直な表面を同一平面に揃え、互いに近接して並列配置したことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、均一な磁気分布とすることができ、広い範囲に均質な強い磁場空間を得ることができる。
【００１７】
また、前記磁極は、断熱的な樹脂系構造部材で真空容器内部に保持されていることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、対向配置された磁極間に働く応力に耐える断熱保持状態を可能とする。すなわち、超電導バルク体が５Ｔに励磁されて対向配置された場合の磁極間に働く強大な引張り力、或いは反発力（異極に励磁した場合は引張り力、同極では反発力）に耐える保持構造を備えることができる。
【００１９】
詳しくは、真空中で断熱状態に磁極を保持するため強度を有する断熱的な樹脂系構造部材を用い、磁極を真空容器内部に固定する。具体的な実施の形態としては、ガラス繊維によって強化された樹脂材料（ＦＲＰ）を用いる。
【００２０】
さらに詳しくは、前記樹脂系構造部材の形状は板状で、磁極の周囲に配し、真空容器の外部につながる部品間にねじで固定する。ＦＲＰは低温でも強度の劣化が少ないために、応力方向に垂直な断面が５ｍｍ×５０ｍｍの板を４枚用いれば最大５００ｋｇの引力と１００ｋｇの反発力に耐えることができる。しかも断熱性能に優れており、熱侵入を抑制しながら、磁極間に働く応力に十分に耐える性能を発揮する。
【００２１】
また、前記磁極は、冷凍機の冷却部に直接或いは伝熱材を介して熱的に接触する構成、或いは液体窒素、液体ヘリウム、ガス窒素、ガスヘリウムのいずれかを介して冷凍機の冷却部に間接的に接触する構成であることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、冷凍機を用いることで、液体窒素温度だけでなく、より超電導性能に優れる低温域で優秀な捕捉磁場性能を発揮することができる。冷却は超電導バルク体を直接、或いは間接に冷凍機の冷凍部に接触させて冷却するため、従来のように液体ヘリウムのみの移送による冷却よりはるかに操作性に優れた簡便なシステムとすることができる。
【００２３】
また、前記冷凍機は、ＧＭ式、パルス管式、スターリング式、ソルベー式或いはそれらを複数種組み合わせた構成で、絶対温度４Ｋないし９０Ｋの温度範囲に前記磁極を冷却保持する極低温冷凍機であって、磁極を励磁する際に、励磁のための磁場によって冷凍機を構成する強磁性部材がその機能を妨げられない位置まで該磁極から隔離して配設されていることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、冷凍機を構成する強磁性部材（モータ部など）が磁極の励磁過程で、影響を受けることが防止される。励磁用の超電導磁石の発生する磁場の外に冷凍機のモータ部分を隔離することで、冷凍機は健全な冷却性能を発揮することができる。具体的には、スターリング（ＳＴ）パルス式冷凍機の場合、１Ｔ以下の磁場となるように隔離して配置した構成とすることによりモータがその磁場に影響されない。
【００２５】
また、前記磁極は、真空容器中に設けられた伝熱部材で冷凍機の冷凍部に連結され、外部と断熱を保った状態で冷却される構造とされていることを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、真空容器中の離れた位置に配置された冷凍部と磁極間を効率よく熱伝導させて磁極を冷却することができる。具体的には、冷凍機の冷凍部から磁極までを熱伝導のよい銅の伝熱体を通じて連結することで効率よく磁極を冷却することができる。
【００２７】
また、前記超電導バルク体は、バルク体の周囲を補強すると共にバルク体の発熱を放散させるため、ステンレススチール、アルミニウム或いはその合金、銅或いはその合金、合成樹脂、繊維強化樹脂のうちの一つ或いは複数の材質よりなるリングを嵌合し、接着剤或いは樹脂系充填剤、粒子分散型樹脂、繊維強化樹脂によってバルク体とリングを密着させた構成をもつことを特徴とする。
【００２８】
この発明によれば、超電導バルク体がリングによって補強され、強磁場の捕捉に耐える機械的強度を保つことができる。また、超電導バルク体に内在する微小な亀裂に水分が入り込み、内部が劣化することを防ぐことができる。
【００２９】
また、前記超電導バルク体は、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙで示される化合物を主成分とし、ここにＲＥはイットリウム、サマリウム、ネオジム、ユーロピウム、エルビウム、イッテルビウム、ホロミウム、ガドリニウムのうち一種或いは複数の元素からなり、第二相としてＲＥ２ＢａＣｕＯ５で示される化合物を５０モル％以下含有し、銀を３０重量％以下含有し、添加物として白金またはセリウムをゼロないし１０重量％以下含有し、種結晶を用いて粗大な結晶組織を成長させたものであることを特徴とする。
【００３０】
この発明によれば、強力なピン止め点を無数に含み、且つ捕捉磁場特性の強い方向にそろった結晶が大きく成長した超電導バルク体となり、また、着磁の際の電磁力に耐える機械的強度を備えた超電導バルク体とすることができる。
【００３１】
また、前記真空容器は、その真空容器に接続されたダイアフラムポンプ、油回転ポンプ、ターボ分子ポンプ、油拡散ポンプ、ドライポンプ、クライオポンプのうちひとつ或いは複数を組み合わせた構成の真空装置によって１×１０−１Ｐａ以下に減圧され、内部に保持された前記磁極を真空断熱していることを特徴とする。
【００３２】
この発明によれば、粗引き用真空ポンプと、高真空ポンプを組み合わせて、効率よく断熱効果を実現できる状態に真空容器内を保つことができる。
【００３３】
本発明の超電導永久磁石装置は、超電導バルク体を複数個並列に配置した磁極を真空容器内で断熱状態に保持する磁極アッシと、少なくとも複数の磁極アッシを所望の向きに保持すると共に、磁極アッシを搭載した状態で移動可能な架台と、前記磁極アッシに取り付けられた冷凍機の冷凍部と、真空配管を介して磁極アッシに取り付けられた真空ポンプとから構成され、
前記真空容器内の磁極は、真空容器が固定される磁極アッシのフランジに断熱性を有する樹脂系構造材で固定されていることを特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の超電導永久磁石装置第１の実施の形態の全体構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
【００３５】
超電導永久磁石装置１１は、架台１２の上に左右１対の磁極アッシ１３が対向して配置され、磁極アッシ１３先端の左右の真空容器１５、１５の間の磁場空間１７に磁場が形成される。
【００３６】
磁極アッシ１３は、真空容器１５と、真空筒３１ａ、３１ｂ、３１ｃが密閉接続されており、それぞれの磁極アッシ１３にはその下部の真空筒３１ｃにＳＴパルス管冷凍機１８が取り付けられており、真空容器１５の中の磁極（第２図に示す）を所定の温度に冷却する。
【００３７】
一方の磁極アッシ１３には移動機構２０が取り付けられており、ハンドル２１を操作することにより移動可能となっており、磁極間の距離を調整することができる。この構成により、対向する真空容器１５、１５によって形成される磁場空間１７に広くて強い磁場が形成される。
【００３８】
図２は、本発明の磁極アッシ１３の構造を示す断面図で、（ａ）は一部断面を示す正面図、（ｂ）は側面図である。複数個の超電導バルク体２１を並列に配置して固定保持した磁極２２は、断熱的な樹脂系構造部材２３を用いて固定フランジ２４に固定されて真空容器１５の中に保持されている。
【００３９】
複数の超電導バルク体２１はいずれもそのｃ軸がほぼ一方向に揃った擬似単結晶に製造されて、その捕捉磁場分布は円錐形に近い。これをそのｃ軸方向を真空容器表面２５に向けて同一平面上に揃えて配置されて磁極２２が構成されている。
【００４０】
ここで、超電導バルク体２１の端面から真空容器表面２５までの距離は３ｍｍから２０ｍｍに設計することにより、超電導バルク体２１の発生する磁場を有効に真空容器表面２５から外部に放射する構造にしてある。
【００４１】
磁極アッシ１３の下部の真空筒３１ｃには真空フランジ２６を備え、この真空フランジ２６に取り付けられた真空ポート２７と真空配管を通じて真空ポンプが接続される。磁極アッシ１３はその内部をこの真空ポート２７に接続された真空ポンプ（図示せず）によって１×１０−１Ｐａ（パスカル）以下の圧力まで減圧され、内部の部位は真空断熱が保たれる。真空ポート２７には内部の温度計と磁場センサ（ホールセンサ）からの信号を取り出すセンサ電極２８も取り付けられている。
【００４２】
真空筒３１ｃにはＳＴパルス冷凍機１８が、その冷凍部２９を真空筒３１ｃ内部に密閉状態となるように取り付けられている。ＳＴパルス冷凍機１８は１００ＶのＡＣ電源で駆動することができ、その冷凍部２９は６０Ｋに冷却される。
【００４３】
冷凍部２９（コールヘッド）と真空容器１５内の磁極２２は伝熱体３０でつながれ冷凍部２９の冷却作用を熱伝導する。
【００４４】
ここで、伝熱体３０は、真空筒３１に収納されて外部とは真空断熱が保たれており、効率よく磁極２２を冷却することができる。また、伝熱体３０は熱伝導を考慮した銅製で、金メッキによって耐食性を与える一方、外部からの熱輻射を抑制する。
【００４５】
超電導バルク体が励磁されて対向配置されると磁極２２間には強大な引張り力、或いは反発力が働く。異極に励磁した場合は引張り力、同極では反発力である。従って真空中で複数の超電導バルク体を備えた磁極２２を保持するためには断熱性のある強度部材で磁極２２を強固に固定する必要がある。以下その磁極の固定構造を図を用いて詳細に説明する。
【００４６】
図３、４、５は、複数の超電導バルク体２１を並列に配置した磁極２２の構成を示す図である。図３（ａ）は超電導バルク体が９個の場合の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図４（ａ）は超電導バルク体が４個の場合の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図５は超電導バルク体が７個の場合の平面図である。尚、平面図図３（ａ）、図４（ａ）、図５は、ホルダ板３３の一部断面を示した平面図である。
【００４７】
図３、４、５に示すように、本発明では、磁極２２を断熱的な樹脂系構造部材２３を用いて真空容器を固定する真空フランジ２４に固定している。具体的にはその樹脂系構造部材２３は板状の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を用い、磁極２２の周囲に４本を配し、真空フランジ２４との間でねじで固定する。この板状のＦＲＰは最大５００ｋｇの引力と１００ｋｇの反発力に耐えるもので、磁極２２間の力に十分に耐える性能である。
【００４８】
図３、４，５において、磁極台３２は主に銅でできており、熱伝導を考慮してある。さらに金めっきが施してあり、耐食性を与える一方、外部からの熱輻射を抑制する。超電導バルク体２１は、その背面にインジウム箔を介して、ホルダ板３３によってねじ３４で磁極台３２に固定されて、伝熱冷却される。磁極台３２には４箇所に樹脂系構造部材２３が取り付けられて、真空フランジ２４にねじで固定されている。
【００４９】
図６は本発明に使用する超電導バルク体の補強構造を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は側面の断面図を示す。超電導バルク体２１は、冷却による熱膨張、磁場捕捉による電磁力によって破損しないよう補強するため、ステンレスリング３５の内部に低温用樹脂系充填接着剤３６によって埋め込まれ、超電導バルク磁石３７を構成する。
【００５０】
このように、超電導バルク体２１は直接、第３図に示すような並列配置に構成されるより、実質的には第６図に示す超電導バルク磁石３７の構成を単位として並列配置される方が好ましい。
【００５１】
低温用樹脂系充填接着剤３６によって超電導バルク体２１を被覆することは、結露などによる超電導バルク体２１内部への水分の侵入を防ぐ効果をもたらす。また、リングはステンレスの他に、アルミニウムとその合金、銅或いはその合金、合成樹脂、繊維強化樹脂を用いても類似の効果を呈する。
【００５２】
また、低温用樹脂系充填接着剤３６としては接着剤或いは樹脂系充填剤、粒子分散型樹脂、繊維強化樹脂などを用いることができる。さらに、ステンレスリング３５と超電導バルク体２１の長さが一致しない場合は、直径が超電導バルク体２１にほぼ一致し、厚さ０．２ｍｍから５ｍｍのステンレス板３８を超電導バルク体の背面に同様にして埋め込んでもよい。
【００５３】
図７は、本発明の磁極アッシの励磁方法の説明図である。図を参照して、本発明の超電導永久磁石装置の一実施の形態の励磁方法を説明する。
【００５４】
まず、磁極アッシ１３を超電導磁石３９のボア内に挿入して固定する。（ここで使用したボア径は３００ｍｍであった。）このとき超電導コイル４０のほぼ中央に超電導バルク体２１がくるように調整する。ただし、より低い磁場、或いは超電導コイルの傾斜磁場分布を超電導バルク体２１に励磁する場合はこの限りではない。
【００５５】
次に、真空ポンプを運転して磁極アッシ１３の内部を真空断熱状態とする。
【００５６】
次に超電導磁石３９を運転して所定の磁場、たとえば５Ｔ（テスラ）の磁場を発生させる。ＳＴパルス冷凍機１９を運転して磁極を超電導バルク体２１の臨界温度以下に冷却する。この機器の場合は６０Ｋまで冷却されたが、ＧＭサイクル冷凍機なら４０Ｋ、ＧＭパルス管冷凍機なら５０Ｋ程度にまで冷却される。
【００５７】
超電導遷移温度以下の所定の温度まで冷却されると、超電導磁石３９の磁場を準静的に下げ、ゼロ磁場まで戻す。この際に超電導バルク体２１が磁場を捕捉して、励磁が完了する。
【００５８】
超電導磁石３９の静磁場は冷凍機１９のモータの運転に悪影響を及ぼし、ボア近傍にモータを配置するとその回転が止まってしまう。冷凍機１９のボイスコイル型モータは磁性体を用いて磁気回路を形成しているが、超電導磁石３９の強磁場がこれを乱す問題があった。
【００５９】
そこで、本発明では、超電導磁石の磁場が深刻な影響を及ぼさない距離まで、モータを隔離して配置するため真空筒３１を所定長の長さに形成している。モータへの磁場印加の実験を行った結果、モータの回転に支障のない１Ｔ以下の磁場強度の領域は、超電導磁石３９の端部からボアの軸に対し垂直方向に５００ｍｍ以上離した位置にモータを配置し、磁場の影響を最小限に食い止めるように磁極アッシ１３の真空筒３１が延長されている。
【００６０】
このようにして５Ｔの磁場で励磁された磁極２２をもつ磁極アッシ１３は超電導磁石３９から引き出され、架台１２に取り付けられる。同様に対極となる磁極アッシ１３も励磁されて、同様に架台１２に取り付けられる。これら２極の大型の対向した磁極により広い空間の磁場空間を発生することができる。
【００６１】
対向する磁極アッシ１３の一方を、架台１２上の移動機構２０に取り付けることにより、磁場空間１７の磁場強度を磁極アッシの移動によって変化させることができる。（図１参照）
【００６２】
図８は、一方の磁極の発生する磁場分布を示すグラフである。詳しくは、７個の超電導バルク体が並列配置された磁極２２を内包する真空容器１６の磁場分布をその真空容器表面においてホールセンサを走査して測定した結果を示す。縦軸に測定された磁場の強度Ｂｚを示し、磁極２２に垂直な方向のみを測定した結果である。磁極２２の表面から真空容器１６の表面２５までの距離は２０ｍｍである。
【００６３】
図に示すように７個の超電導バルク体の発生する磁場が正確に測定されている。ここで、中央のピーク４１はガドリニウム系超電導バルク体で、その磁極２２の表面で３．３Ｔを観測した。２０ｍｍ離れた位置での磁場強度は０．７Ｔである。その他の超電導バルク体もそれぞれの捕捉磁場性能を反映した性能に励磁されている。中央から離れた０．６Ｔの２本のピーク４２，４３はサマリウム系、０．３Ｔ程度の４本のピークはイットリウム系超電導バルク体から発生した磁場であり、その実測値である。
【００６４】
磁極２２の励磁は超電導磁石３９による静磁場着磁のほか、パルス着磁によってもよい。ただし、並列配置して大型の磁極２２とその真空容器を内包できる着磁コイルはその内径が大きくなるため、５Ｔ（テスラ）級以上の励磁をねらうとコンデンサの規模が大きくなるため、あまり簡便な方法とは言えず、強磁場の発生は困難となる。しかし、比較的弱い３Ｔ程度の励磁には有効な方法である。
【００６５】
図９は、対向する磁極の発生する磁場分布を示すグラフである。詳しくは、対向する７個の超電導バルク体が並列配置された磁極２２を異極に励磁して組み合わせた場合の真空容器間の磁場空間１７に発生する磁場分布の計算値を示す。第３図（ａ）或いは図５の超電導バルク体の並列配置平面図でＢ−Ｂ面で示す位置の計算値である。
【００６６】
それぞれの磁極２２から発生した磁場はその真空容器１５表面で分散した磁場分布を持ち、最大ピーク４４、４５、４６が現れる。これらが磁極２２に構成される超電導バルク体２１（Ａ−Ｂ面に現れる３個の超電導バルク体２１）に対応する。この磁極２２の対向する磁極にも同様の磁場分布が現れ、これらはお互いに干渉しあって増大し、第７図に示す３０ｍｍの巾をもった磁場空間１７に強磁場空間を作り出す。この磁場空間中であらゆる強磁場応用が可能になる。
【００６７】
磁場は対向する真空容器１５、１５を同極とすることもできる。対向する磁極が同極に励磁されると、第７図の磁場分布は著しく異なったものになる。向かいあう磁極から発生する磁場は互いに反発し、その距離の中央で軸方向とは垂直な方向に急激に方向を変える。このため、対向する磁極が影響しあう範囲にある場合の磁場分布は、真空容器表面内の方向の磁場強度が強くなる。
【００６８】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図１０は、本発明の第２の実施の形態の磁極アッシを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。第１の実施の形態と異なり、真空筒３１は冷凍機１９のモータまで伸びず、冷凍部２９は冷凍機１９から隔離されて配置される。この間を細管４８でつなぐことによって冷却部２９を冷却し、第１の実施の形態と同じ効果を得るものである。
【００６９】
次に第３の実施の形態を説明する。図１１は、第３の実施の形態の磁極アッシの要部を示す断面図である。対向する磁極２２は必ずしも同一面内に厳密に揃っている必要は無く、超電導磁石３９の発生する磁場によって有効に励磁できればよい。
【００７０】
このため、磁極２２を構成する超電導バルク体２１の磁場発生面４９は緩やかに湾曲させて、円筒又は球面を形成するような曲面に沿うように配置されてもよい。この場合は対向する磁場分布は幾分磁場空間１７の中央に向き、たとえば回転機の電機子を磁場空間１７内に配置して機器を構成することもできる。
【００７１】
次に第４の実施の形態を説明する。図１２は、磁極に並列配置される超電導バルク体２１の配置を示し、（ａ）は一列配置の平面図、（ｂ）は行列配置の平面図、（ｃ）は直方体の超電導バルク体を用いた平面図、（ｄ）は六角柱形状の超電導バルク体を用いた平面図である。
【００７２】
磁極２２を構成する超電導バルク体２１の配置は必ずしも対象性のよい構造である必要な無く、図１２（ａ）に示すように複数個を１列、または図１２（ｂ）のように行列の形状に配置することができ、この磁極２２を一対、対向させて各々の磁場の影響が及ぶ距離に対向するように配置することができる。
【００７３】
この場合も並列された超電導バルク体２１による磁極２２の単極より、対向した場合の方が磁極間の広い空間に強磁場を発生することができる。
【００７４】
超電導バルク体２１を円柱状とせず、直方体であっても同様の効果があり、これを図１２（ｃ）に示す。また、超電導バルク体２１を６角柱の形状に、すなわち亀甲状に加工し、これをたとえば７個組み合わせて平面に構成することも可能である。図１２（ｄ）にその例を示す。
【００７５】
この磁極を異極に着磁し対向配置した場合、図９に示したような磁場分布よりさらに均一な磁場分布が得られ、広い範囲に均質な強磁場空間１７が得られる。或いは同極に着磁し対向配置した場合、磁極面に垂直方向の磁場強度が、他の場合より、たとえば図４（ｂ）に示す配置の場合よりさらに強くなり、しかも均質にすることができる。
【００７６】
以上述べたように、超電導バルク体による磁極を新たなこの発明によって構成することで、画期的な強磁場発生装置を提供することができる。
【００７７】
【発明の効果】
本発明の超電導永久磁石装置によれば、従来の単一の超電導バルクを備えた超電導永久磁石装置に対し強力且つ有効な磁場空間を増大することができる。また、磁場中冷却によって励磁するため、パルス着磁に比べて強磁場の励磁が可能である。
【００７８】
さらに、小型冷凍機を選べば、冷凍機を商用電源ではなく、無停電電源などの移動式、搭載型電源による駆動ができる。このため、本装置によって発生される磁場は、屋内に設置された機器のみならず、屋外での利用が可能である。また、励磁してから、磁場発生装置全体を車載して、目的地まで移動させることが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超電導永久磁石装置第１の実施の形態の全体構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
【図２】本発明の磁極アッシ１３の構造を示す断面図で、（ａ）は一部断面を示す正面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】複数の超電導バルク体を並列に配置した磁極の構成を示す図で、（ａ）は超電導バルク体が９個の場合の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】複数の超電導バルク体を並列に配置した磁極の構成を示す図で、（ａ）は超電導バルク体が４個の場合の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】複数の超電導バルク体を並列に配置した磁極の構成を示す図で、超電導バルク体が７個の場合の平面図である。
【図６】本発明に使用する超電導バルク体の補強構造を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は側面の断面図を示す。
【図７】本発明の磁極アッシの励磁方法の説明図である。
【図８】本発明の磁極の発生する磁場分布を示すグラフである。
【図９】本発明の対向する磁極の発生する磁場分布を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の磁極アッシを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の磁極アッシの要部を示す断面図である。
【図１２】本発明の磁極に並列配置される超電導バルク体２１の配置を示し、（ａ）は一列配置の平面図、（ｂ）は行列配置の平面図、（ｃ）は直方体の超電導バルク体を用いた平面図、（ｄ）は六角柱形状の超電導バルク体を用いた平面図である。
【符号の説明】
１１    超電導永久磁石装置
１２    架台
１３    磁極アッシ
１５    真空容器
１７    磁場空間
１８    パルス管冷凍機
２０    移動機構
２０ａ    ハンドル
２１    超電導バルク体
２２    磁極
２３    樹脂系構造部材
２４    固定フランジ
２５    真空容器表面
２６    真空フランジ
２７    真空ポート
２８    センサ電極
２９    冷凍部
３０    伝熱体
３１    真空筒
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ  真空筒
３２    磁極台
３３    ホルダ板
３４    ネジ
３５    ステンレスリング
３６    低温用樹脂系充填接着剤
３７    超電導バルク磁石
３８    ステンレス板
３９    超電導磁石
４０    超電導コイル
４１，４２，４３    ピーク
４４，４５，４６    最大ピーク
４７    磁極アッシ
４８    細管
４９    磁場発生面
５０    連結部品
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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