(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
素線を複数の撚線として構成された超電導導体を巻回してなる超電導コイルと、
前記超電導コイルに外部電源から電流を供給するための電流リードと、
前記超電導コイルを超電導状態に保つクライオスタットと、
を備えてなる超電導装置において、
前記電流リードが、互いに電気的に絶縁されてなる複数本の常電導導体を備え、
前記超電導導体を構成する前記複数本の撚線は、少なくとも最初の撚りを束ねて、前記電流リードを構成する複数本の前記常電導導体にそれぞれ接続され、前記電流リードの略常温部で前記複数本の常電導導体が電気的に接続された、ことを特徴とする超電導装置。
【請求項２】
素線を多重撚りして構成された超電導導体を巻回してなる超電導コイルと、
前記超電導コイルに外部電源から電流を供給するための電流リードと、
前記超電導コイルを超電導状態に保つクライオスタットと、
を備えてなる超電導装置において、
前記電流リードが、互いに電気的に絶縁された複数本の常電導導体を備え、
前記超電導導体を構成する素線一本に対して、あるいは、束ねられた複数本の素線に対して、前記電流リードを構成する常電導素線の複数本が、それぞれが並列に接続され、前記電流リードの略常温部で前記複数本の並列接続された常電導導体が電気的に接続された、ことを特徴とする超電導装置。
【請求項３】
前記電流リードが、表面に高抵抗皮膜が形成されてなる複数本の常電導導体からなる、ことを特徴とする請求項１又は２記載の超電導装置。
【請求項４】
前記電流リードを構成する常電導素線の電気絶縁が、酸化皮膜で構成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の超電導装置。
【請求項５】
多重撚線構造の前記超電導導体を構成する素線の複数本を接続した後に、前記電流リード内の一の常電導素線に接続する、ことを特徴とする請求項１記載の超電導装置。
【請求項６】
前記電流リードの内部を複数の領域に分割し、前記電流リードから排出される冷媒ガスの流量を検出および制御する手段を備え、前記電流リードにおける複数の分割領域において前記冷媒ガスの流量が略一定となるように制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか一に記載の超電導装置。
【請求項７】
前記電流リードの内部を複数の領域に分割し、前記電流リードから排出される冷媒ガスの温度を検出する手段と、前記冷媒ガスの流量を制御する手段と、を備え、前記複数に分割された領域において前記冷媒ガスの温度がほぼ一定になるように制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか一に記載の超電導装置。
【請求項８】
前記電流リードの内部を複数に分割し、
前記電流リードを構成する常電導素線の温度を検出する手段と、
前記冷媒ガスの流量を制御する手段と、
を備え、前記複数に分割された領域に配設された電流リードを構成する常電導素線の温度がほぼ一定になるように制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか一に記載の超電導装置。
【請求項９】
前記電流リードの内部を複数に分割し、
前記複数に分割された領域に配設された複数の常電導素線の電圧を検出する手段と、
前記冷媒ガスの流量を制御する手段と、
を備え、前記複数に分割された領域における電流リードの電圧がほぼ一定になるように前記冷媒ガスの流量を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか一に記載の超電導装置。
【請求項１０】
前記電流リードが少なくとも前記超電導コイルの一端に用いられることを特徴とする請求項１から７のいずれか一に記載の超電導装置。
【請求項１１】
前記電流リードを構成する複数の常電導素線が、冷媒ガスの排出口を延在してさらに常温部側で互いに電気的に接続されたことを特徴とする請求項１から７のいずれか一に記載の超電導装置。
【請求項１２】
前記超電導素線と前記電流リードの常電導素線とが一対一でそれぞれ接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載の超電導装置。
【請求項１３】
前記超電導素線の複数本を接続したのちに、前記電流リードの常電導素線に接続してなる、ことを特徴とする請求項１に記載の超電導装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超電導装置に関し、特に複数本の素線から構成された導体を巻回してなる超電導コイルの素線間の電流分担を均一化するようにした超電導装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超電導装置の構成を図１６に示す。図１６に示した超電導装置の詳細については、例えば特開平４−３２０３０５号公報等の記載が参照される。
【０００３】
図１６において、１は超電導コイル、３ａ、３ｂは電流リード、４はクライオスタット、５は液体ヘリウム、１０ａ、１０ｂは冷媒ガスの出口をそれぞれ示している。
【０００４】
ここで、以後の計算を簡単にするために、超電導コイル１は、例えば電気絶縁が施された２本の超電導素線を撚線した超電導導体を巻回してなるものとする。通常、大電流超電導導体は、電流値の低い超電導素線を束ねることにより製作されている。また、交流損失を減らすために、超電導素線には、電気絶縁が施されている。
【０００５】
図１７は、２本の超電導素線を撚線した超電導コイル１の構成を模式的に示したものであるる。図１７において、２ａは一方の超電導素線、２ｂは他方の超電導素線である。１ａは一方の超電導素線２ａを巻回したユニット超電導コイル、１ｂは他方の超電導素線２ｂを巻回したユニット超電導コイルである。
【０００６】
次に、図１６に示した従来の超電導装置を励磁する場合の動作について説明する。超電導コイル１は、極低温部と常温部を接続する電流リード３ａ、３ｂに接続され、電流リード３ａ、３ｂはリード線を介して励磁電源（不図示）と接続される。
【０００７】
図１８は、この接続状態を、等価回路で示したものである。図１８において、Ｌａは超電導素線２ａの自己インダクタンス、Ｌｂは他方の超電導素線２ｂの自己インダクタンス、Ｒａは、超電導素線２ａと２ｂの接続抵抗の１／２、Ｒｂは超電導素線２ｂと２ａの接続抵抗の１／２、Ｒｃ１は電流リード３ａの内部抵抗、Ｒｃ２は電流リード３ｂの内部抵抗である。それぞれの素線２ａ、２ｂに流れる電流をＩａ、Ｉｂとする。
【０００８】
図１８に示す回路の方程式は次式（１）で示される。
【０００９】
【数１】
0003943171.tif 000002
【００１０】
但し、Ｍは素線ＩａとＩｂの間の相互インダクタンスである。
【００１１】
いま、一定の励磁速度で超電導コイル１を励磁するとし、上式（１）を整理して、（Ｉａ−Ｉｂ）／（Ｉａ＋Ｉｂ）の関係を求めると、次式（２）のように表せる。
【００１２】
【数２】
0003943171.tif 000003
【００１３】
ここで、代表的な値を代入して、（Ｉａ−Ｉｂ）／（Ｉａ＋Ｉｂ）を求めてみる。
【００１４】
２本撚線の場合、通常は図１９に示すように、均一に撚線されているが、図２０に示すような撚り乱れがあると、素線２ａと２ｂには僅かの長さの違いが生じる。素線２ａと２ｂに僅かの長さの違いがあるとして、素線２ａ、２ｂの自己インダクタンスＬａ、Ｌｂを、Ｌａ＝１．０００Ｈ、Ｌｂ＝１．００１Ｈとし、素線２ａと２ｂの間の相互インダクタンスＭは、撚線の場合、磁気結合が十分に大きいので、Ｍ＝１．０００４Ｈ（結合係数０．９９９９）とする。ここに示した値は実際のコイルでは十分にあり得る値である。
【００１５】
素線２ａおよび２ｂを電流リード３に接続したときの接続抵抗をそれぞれ０．１μオームとした。なお、励磁速度（ｄＩａ／ｄｔ＋ｄＩｂ／ｄｔ）は、５Ａ／ｓとした。計算結果を図２１に示す。図２１を参照して、Ｉａ＋Ｉｂは、１００Ａに達した時点で一定値に保持されている状態を示している。
【００１６】
図２１から明らかなように、時間が２０秒の時点では、電流Ｉａはプラス側に約３００Ａ、電流Ｉｂはマイナス側に約２００Ａ流れており、素線１ａとＩｂに流れる電流に大きな差が生じている。
【００１７】
このような電流のアンバランスは運転上好ましくない。超電導素線は臨界電流以上の電流を流せないため、電流のアンバランスが大きくなり、臨界電流を越えるような場合には、超電導素線２ａ又は２ｂがクエンチしてしまい、電流を通電できなくなってしまう。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、従来の超電導装置においては、束ねられた超電導素線に流れる電流に大きなアンバランスが生じ、臨界電流を越えるような場合には、超電導素線がクエンチしてしまい、電流を通電できなくなってしまうという問題点があった。
【００１９】
したがって、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、束ねられたそれぞれの超電導素線内では電流の偏流の発生を抑止低減する超電導装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の超電導装置は、素線を多重撚りして構成された超電導導体を巻回してなる超電導コイルと、
前記超電導コイルに外部電源から電流を供給するための電流リードと、
前記超電導コイルを超電導状態に保つクライオスタットと、
を備えてなる超電導装置において、
前記電流リードが、互いに電気的に絶縁されてなる複数本の常電導導体を備え、前記超電導導体を構成する前記素線の少なくとも最初の撚りを束ねて、前記電流リードを構成する前記常電導導体に接続され、前記電流リードの略常温部で前記複数本の常電導導体が電気的に結合された、ことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る超電導装置は、素線を多重撚りして構成された超電導導体を巻回してなる超電導コイルと、
前記超電導コイルに外部電源から電流を供給するための電流リードと、
前記超電導コイルを超電導状態に保つクライオスタットと、
を備えてなる超電導装置において、
前記電流リードが、互いに電気的に絶縁された複数本の常電導導体を備え、  前記超電導導体を構成する素線一本に対して、あるいは、束ねられた複数本の素線に対して、前記電流リードを構成する常電導素線の複数本が、それぞれが接続され、前記上記電流リードの略常温部で前記複数本の常電導導体が電気的に接続された、ことを特徴とする。
【００２２】
本発明の好ましい態様は、以下の請求項３〜１１に記載された通りのものであり、以下の好ましい実施の形態において説明する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態について以下に説明する。
【００２４】
［実施の形態１］
本発明は、第１の実施の形態において、素線を多重撚りして構成された超電導導体を巻回してなる超電導コイルと、この超電導コイルに外部から電流を供給し、電気絶縁されたあるいは高抵抗皮膜が形成された複数本の常電導導体で構成され、超電導導体の超電導素線の少なくとも最初の撚りを束ねて常電導導体に接続され、ほぼ常温部で常電導導体が電気的に結合された電流リードと、超電導コイルを超電導状態に保つクライオスタットと、を備えたものである。
【００２５】
本発明の実施の形態においては、超電導素線（図１の２ａ、２ｂ）のそれぞれに電流リードの常電導素線（６１、６２、及び６５、６６）がそれぞれ接続されている。すなわち、超電導素線（図１の２ａ、２ｂ）のインダクタンス（図２の自己インダクタンスＬａ、Ｌｂ）にそれぞれ電流リードの常電導素線の抵抗（図２のＲｃ１１、Ｒｃ１２、及びＲｃ２２、Ｒｃ２１）が直列に接続された構成とされる。
【００２６】
このため、本発明の実施の形態においては、超電導素線間を流れる循環電流の時定数が短くなり、超電導コイルを励磁した場合、それぞれの超電導素線間に均一な電流が流れるようになり、電流の偏流が少なくなる。
【００２７】
また本発明の実施の形態においては、超電導素線を複数本束ねた各々に電流リードを構成する常電導素線をそれぞれ接続するように構成してもよい（図７参照）。すなわち、超電導素線のインダクタンスを複数本束ねた状態に電流リードの常電導素線の抵抗が直列に接続されたようになる。
【００２８】
ここで、低次撚線側では幾何学的配置が乱れる可能性が少ないため、束ねられたそれぞれの超電導素線内では電流の偏流は起きにくい。
【００２９】
［実施の形態２］
本発明は、第２の実施の形態において、素線を多重撚りして構成された超電導導体を巻回してなる超電導コイルと、この超電導コイルに外部から電流を供給し、電気絶縁されたあるいは高抵抗皮膜が形成された複数本の常電導導体と、から構成され、超電導導体の超電導素線一本に対して、あるいは、束ねられた複数本の超電導素線に対して、常電導素線複数本がそれぞれ接続され、ほぼ常温部で上記常電導導体が電気的に結合された電流リード、超電導コイルを超電導状態に保つクライオスタットと、を備えたものである。
【００３０】
本発明の実施の形態においては、超電導素線１本に対し、電流リードの常電導素線が複数本接続されている（例えば図９を参照して一本の超電導素線２ａに対して一端は常電導素線６１、６２、及び他端は常電導素線６７、６８に接続されている）。
【００３１】
本発明の実施の形態においては、電流リード内で熱的にアンバランスが生じ、それぞれの常電導素線の抵抗値がばらついても、複数本並列に接続しておけば電流偏流の影響を少なくできる。
【００３２】
［実施の形態３］
本発明は、その第３の実施の形態において、素線を多重撚りして構成された超電導導体を巻回してなる超電導コイルと、この超電導コイルに外部から電流を供給し、電流リードから排出される冷媒ガスの出口（図９の１０ａ、１０ｂ）よりも常温部側まで常電導素線（図９の６１、６２、及び６５、６６）を配置し、更に常温部側で常電導導体（図９の６１と６２同士、及び６５と６６同士）が電気的に結合された電流リード（図９の１７ａ、１７ｂ）と、超電導コイルを超電導状態に保つクライオスタット（図１の４）と、を備えたものである。
【００３３】
本発明の実施の形態においては、電流リードから排出される冷媒ガスの出口よりも常温部側まで常電導素線を配置したので、常電導素線の冷媒ガスで直接冷却されない、すなわち温度の高い部分が増える。したがって、電流リードの抵抗値が大きくなり、循環電流の時定数が短くなり、電流の偏流がより生じにくくなる。
【００３４】
［実施の形態４］
本発明は、その第４の実施の形態において、酸化皮膜で電流リードを構成する常電導素線の電気絶縁を施すようにしたものである。酸化皮膜は非常に薄く、冷媒ガスとの熱伝達がよいので、常電導素線の断面積を小さくでき、電流リードの小型化（コンパクト）に貢献する。
【００３５】
［実施の形態５］
本発明は、その第５の実施の形態において、素線を多重撚りして構成された超電導導体を巻回してなる超電導コイルと、この超電導コイルに外部から電流を供給する電流リードと、超電導コイルを超電導状態に保つクライオスタットと、電流リードの冷媒ガス流量を制御する装置（図１０の１２ａ〜１２ｄ、及び１３）と、冷媒ガス流量を検出する装置（図１０の１１ａ〜１１ｄ）と、を備えたものである。電流リードの内部は複数に分割材（図１０の１９ａ、１９ｂ）で複数に分割される。
【００３６】
本発明の実施の形態においては、電流リードから排出される冷媒ガスの流量を検出して流量を制御することにより、電流リードの常電導素線（図１１の６１、６２、及び６５、６６）の抵抗値のばらつきを低減し、電流の偏流が生じにくくなる。
【００３７】
［実施の形態６］
本発明は、その第６の実施の形態において、素線を多重撚りして構成された超電導導体を巻回してなる超電導コイルと、この超電導コイルに外部から電流を供給する電流リードと、超電導コイルを超電導状態に保つクライオスタットと、電流リードの冷媒ガスの流量を制御する装置（図１１の１２ａ〜１２ｄ、及び１３）、冷媒ガス温度を検出する装置（図１１の１４ａ〜１４ｄ）を備えたものである。
【００３８】
本発明の実施の形態においては、電流リードから排出される冷媒ガスの温度を検出し、冷媒ガスの流量を制御することにより、電流リードの常電導素線（図１１の６１、６２、及び６５、６６）の抵抗値のばらつきを低減し、電流の偏流が生じにくくなる。
【００３９】
［実施の形態７］
本発明は、その第７の実施の形態において、素線を多重撚りして構成された超電導導体を巻回してなる超電導コイルと、この超電導コイルに外部から電流を供給する電流リードと、超電導コイルを超電導状態に保つクライオスタットと、上記電流リードの冷媒ガス流量を制御する装置（図１２の１２ａ〜１２ｄ、及び１３）と、電流リードの常電導素線の温度を検出する装置（図１２の１５ａ〜１５ｄ）と、を備えたものである。
【００４０】
本発明の実施の形態においては、電流リードの常電導素線（図１２の６１、６２、及び６５、６６）の温度を検出し、冷媒ガスの流量を制御することにより、電流リードの抵抗値のばらつきを小さくでき、電流の偏流が生じにくくなる。
【００４１】
［実施の形態８］
本発明は、その第７の実施の形態において、素線を多重撚りして構成された超電導導体を巻回してなる超電導コイルと、この超電導コイルに外部から電流を供給する電流リードと、超電導コイルを超電導状態に保つクライオスタットと、電流リードの冷媒ガス流量を制御する装置（図１３の１２ａ〜１２ｄ、及び１３）と、電流リードの電圧を検出する装置（図１３の２０ａ〜２０ｄ）と、を備えたものである。
【００４２】
本発明の実施の形態においては、電流リードの電圧を検出し、冷媒ガスの流量を制御することにより電流リードの抵抗値のばらつきを小さくでき、電流の偏流が生じにくくなる。
【００４３】
［実施の形態９］
本発明は、その第９の実施の形態において、超電導素線を一重撚りあるいは多重撚りして構成された超電導導体を巻回してなる超電導コイルと、この超電導コイルに外部から電流を供給する電流リードの少なくとも一方が電流の偏流を防止する構成とされた電流リード（図１４の６ａ）と、超電導コイルを超電導状態に保つクライオスタットと、を備えたものである。
【００４４】
本発明の実施の形態においては、電流リードを少なくとも超電導コイルの片端に用いたので、装置を簡略化でき、かつ電流の偏流を防止できる。
【００４５】
［実施の形態１０］
本発明は、その第１０の実施の形態において、超電導ブスバー（図１５の１６ａ、１６ｂ）と、この超電導ブスバーに外部から電流を供給し、少なくとも一方が電流の偏流を防止するための電流リード（図１５の６ａ、６ｂ）と、超電導ブスバーを超電導状態に保つクライオスタット（図１５の４）と、を備えたものである。
【００４６】
本発明の実施の形態においては、偏流を防止する構成の電流リードを少なくとも超電導バスラインの一側に備えたことにより、装置を簡略化でき、かつ電流の偏流を防止できる。
【００４７】
【実施例】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照して以下に説明する。
【００４８】
［実施例１］
図１は、本発明の第１の実施例に係る超電導装置の構成を示す図である。図１を参照すると、超電導素線２ａ、２ｂ、それを巻回してなる超電導コイル１ａ、１ｂ、クライオスタット４は、上記した従来技術と同様の構成とされる。
【００４９】
図１において、６ａ、６ｂは電流リードであり、６１、６２、及び６５、６６は電流リード６ａ、及び６ｂを構成する電気絶縁された常電導素線を示し、常電常温部に近い部分で結合されている。この実施例においては、複数本の超電導素線１ａ、１ｂの一端はそれぞれ常電導素線６１、６２に接続され、他端はそれぞれ常電導素線６５、６６に接続され、常電導素線６１と６２、常電導素線６５と６６は、共に常温部に近い部分で電気的に接続されている。
【００５０】
図２は、図１に示した回路構成を等価回路で示したものである。図２において、Ｌａは超電導素線２ａの自己インダクタンス、Ｌｂは他方の超電導素線２ｂの自己インダクタンス、Ｒａは、超電導素線２ａと２ｂの接続抵抗の１／２、Ｒｂは超電導素線２ｂと２ａの接続抵抗の１／２、Ｒｃ１１、Ｒｃ１２は電流リード６ａを構成する常電導素線６１、６２の内部抵抗、Ｒｃ２１、Ｒｃ２２は電流リード６ｂを構成する常電導素線６５、６６の内部抵抗を表している。
【００５１】
次に、この実施例の基本動作について説明する。基本的な方程式は、従来技術と同様である。具体的な数値を代入してみる。上記した従来技術と同様に、超電導素線２ａと２ｂに僅かの長さの違いがあるとして、Ｌａ＝１．０００Ｈ、Ｌｂ＝１．００１Ｈとし、素線２ａと２ｂの間のインダクタンスは磁気結合が十分に大きいとして１．０００４Ｈ（結合係数０．９９９９）とした。超電導素線２ａおよび２ｂを電流リード６に接続したときの接続抵抗をそれぞれ０．１μオームとした。また、電流リードでの電圧ドロップは通常十ｍＶ程度である。
【００５２】
常電導素線１本当りの電流値を５０Ａとしているため、電圧ドロップを１０ｍＶとすると、Ｒｃ１１、Ｒｃ１２、Ｒｃ２１、Ｒｃ２２の抵抗はそれぞれ２００μオームとなる。この値は、接続抵抗Ｒａ、Ｒｂと比べて十分大きい値であり、電流のアンバランスが生じ難くなることが推察できる。励磁速度（ｄＩａ／ｄｔ＋ｄＩｂ／ｄｔ）を、上記した従来技術と同様、５Ａ／ｓとして計算した結果を図３に示す。
【００５３】
図３から明らかなように、ＩａとＩｂの差はほとんどなく、上記従来技術で起きていたような電流のアンバランスが解消できていることがわかる。
【００５４】
なお、この計算では、簡単のために超電導素線が２本の場合について示したが、図４に示すような３本撚線２ａ、２ｂ、２ｃを用いて図５に示すような構成にしても、電流のアンバランスが解消できることは勿論である。なお、図４において、２ａ、２ｂ、２ｃは超電導素線である。また、図５において、１ａ、１ｂ、１ｃは超電導コイル、７ａ、７ｂは電流リード、６１、６２、６３、６５、６６、６７は電流リードを構成する常電導素線である。
【００５５】
さらに、図６に示すような３×３の多重撚線の場合においても、この実施例を適用することにより電流のアンバランスを解消できることは勿論である。図６において、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｉは超電導素線である。
【００５６】
さらに、多重に撚線したもの、あるいは３本撚線以外でも同様であることはいうまでもない。
【００５７】
図７に、本発明の実施例の変形として、多重撚線導体を用いた場合の電流リードとの接続部の様子を示す部分拡大図を示す。
【００５８】
図１に示した実施例１では、複数本の超電導素線の各々に対して、電流リード内の常電導素線を一本、一本接続した構成とされているが、図７に示すように、超電導素線の複数本を接続した後に、電流リード内の常電導素線に接続することにより、常電導素線の数を減らすことができ、簡単な構造で、電流のアンバランスを解消できる。多重撚線の低次撚線側では、撚り乱れ等が少なく、幾何学的にほぼ対象な配置となるので、比較的インダクタンスのアンバランスが生じにくい。したがって、低次撚線側ほど超電導素線を束ねて接続してもよい。
【００５９】
また、図７には、２回撚線について示したが、３回撚線、あるいはさらに多重の撚線についても同様のことがいえる。束ねる撚次数は電流のアンバランスを考慮しながら決定すればよい。
【００６０】
なお、図５を参照して、超電導素線１ａ、１ｂ、１ｃが電気的に絶縁されているが、超電導素線１ａ、１ｂ、１ｃが高抵抗で接触しているような場合でも、同様の現象が生じ、同様の作用効果が得られる。
【００６１】
［実施例２］
図８は、本発明の第２の実施例に係る超電導装置の構成を示す図である。図８において、超電導素線２ａ、２ｂ、これを巻回した超電導コイル１ａ、１ｂ、クライオスタット４は、上記従来技術と同様とされる。
【００６２】
図８において、８ａ、８ｂは電流リードであり、６１、６２、６３、６４、及び６５、６６、６７、６８は、電流リード８ａ、及び８ｂを構成する電気絶縁された常電導素線であり、常電導素線６１、６２、６３、６４は常温部に近い部分で結合され、常電導素線６５、６６、６７、６８も常温部に近い部分で結合されている。
【００６３】
低温部では、超電導素線２ａ、２ｂのそれぞれの一方に対して電流リード内の常電導素線が２本並列に接続されている構造である。
【００６４】
次に、この実施例の動作について説明する。基本的な動作は前記実施例１と同様とされる。
【００６５】
電流リードは、一般に、極低温ガスで冷却されるため、常電導素線のそれぞれが異なる熱効率で冷却されると、それぞれの常電導素線が異なる温度分布を示す。このため、超電導素線に直列に接続された常電導素線の抵抗値が異なってきて、電流のアンバランスを生じる可能性がある。
【００６６】
この状態を回避するため、それぞれの常電導素線が均一な温度分布になるようにすればよいが、これは、非常に困難なことである。
【００６７】
そこで、図８に示すように、１本の超電導素線に対して、複数本の常電導素線を並列に接続し、複数本の常電導素線の温度分布が異なり抵抗値が異なっていても、平均化されるので、電流のアンバランスは少なくなる。
【００６８】
なお、図８では、超電導素線を２本として示したが、これに限定されないことは勿論である。また、超電導素線一本に対して並列接続される常電導素線を２本とした例を示したが、常電導素線の並列接続数は２本に限定されない。並列接続本数の多いほど平均化の効果がある。
【００６９】
また、図８では、１本の超電導素線に対して、２本の常電導素線を並列に接続された例を示しているが、図７に示すように、超電導素線の一部が束ねられた場合でも、束ねられた超電導素線に対して、複数本の常電導素線を接続した場合でも、同様の作用効果が得られる。
【００７０】
［実施例３］
図９は、本発明の第３の実施例に係る超電導装置の構成を示す図である。図９を参照して、この実施例においては、一端を冷媒ガスの出口１０ａ、１０ｂを超えてさらに常温部側にまで拡延して互いに電気的に接続してなる常電導素線６１、６２、６５、６６を備えている。
【００７１】
次に、この実施例の動作について説明する。常電導素線６１、６２、６５、６６は一般的に銅線が用いられる。銅線は温度に対して抵抗が変化する。温度が低くなると抵抗値も小さくなる。したがって、前記実施例１で示した、図２の電流リードの抵抗Ｒｃ１１、Ｒｃ１２、Ｒｃ２１、Ｒｃ２２は、温度の高い部分が多くなるほど（すなわち常電導素線の常温部に配置される部分が長くなるほど）高抵抗を示し、インダクタンスと抵抗の時定数が小さくなり、電流の偏流をより低減できる。
【００７２】
図９では、冷媒ガスの出口１０ａ、１０ｂよりも常温部側て常電導素線６１と６２および６５と６６を接続したので、図２に示した電流リードの抵抗Ｒｃ１１、Ｒｃ１２、Ｒｃ２１、Ｒｃ２２の値（抵抗値）を大きくすることができ、偏流の低減効果も大きい。
【００７３】
［実施例４］
本発明の第４の実施例について説明する。
【００７４】
電流リードは、内部の常電導素線が極低温ガスで冷却される構造であるため、極低温ガスと、常電導素線の熱交換率は、高いほうが望ましい。また、互いに電気絶縁された常電導素線は、同位置においてはほぼ同電位となるため、電気絶縁は簡単でよい。
【００７５】
通常は、常電導素線の電気絶縁にはエナメル等が用いられるが、エナメルの熱伝導率は低いために、皮膜厚さが厚くなると熱交換率が悪くなる。
【００７６】
常電導素線に酸化皮膜を施せば、熱交換率をあまり低下させることなく、電気絶縁を確保できる。
【００７７】
［実施例５］
図１０は、本発明の第５の実施例に係る超電導装置の構成を示す図である。図１０において、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは冷媒ガスの流量検出装置、１２ａ、１２ｂ、２ｃ、１２ｄは冷媒ガスの流量調節装置、１３は冷媒ガスの流量制御装置、１８ａ、１８ｂは電流リード内の冷媒ガスの流れる部分を２分割するための分割材１９ａ、１９ｂを備えた電流リードである。
【００７８】
次にこの実施例の動作について説明する。分割材１９ａ、１９ｂにより、電流リード内を流れる冷媒ガスは２つに分割され、独立に流れる。
【００７９】
また、常電導素線６１、６２、６５、６６は一般的に銅線が用いられる。銅線は温度に対して抵抗が変化する。温度が低くなると、抵抗値も小さくなる。したがって、冷媒ガスの流量が多いほど、上記実施例１の等価回路を示す図２における、電流リードの抵抗Ｒｃ１１、Ｒｃ１２、Ｒｃ２１、Ｒｃ２２の値（抵抗値）は小さくなる。また、冷媒ガスの流量が少ないほど上記抵抗値は大きくなる。
【００８０】
したがって、各常電導素線６１、６２、６５、６６の周りを流れる冷媒ガスに差があると、抵抗値Ｒｃ１１、Ｒｃ１２、Ｒｃ２１、Ｒｃ２２に差が生じ、電流に偏流が生じる。これを解決するためには、各常電導素線にほぼ同じ冷媒ガスを流してやればよいことになる。
【００８１】
常電導素線の本数が多くなると冷媒ガスの流れに乱れが生じやすくなる。
【００８２】
このため、常電導素線の本数をできるだけ少なくし、冷媒ガスの流れに乱れが生じ難くする必要がある。
【００８３】
そこで、この実施例では、電流リード１８ａ、１８ｂに分割材１９ａ、１９ｂを入れて、流れを独立にし、冷媒ガスの流量を流量検出装置１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄにより検出し、流量制御装置１３および流量調節装置１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを用いて、冷媒ガスの流量を制御することにより、上記Ｒｃ１１、Ｒｃ１２、ＲＣ２１、Ｒｃ２２に差が生じにくくなり、電流の偏流を抑止低減している。
【００８４】
［実施例６］
図１１は、本発明の第６の実施例に係る超電導装置の構成を示した図である。図１１において、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは冷媒ガスの温度を測定する温度検出装置である。
【００８５】
次にこの実施例の動作について説明する。前記実施例５では冷媒ガスの流量を検出することにより流量を制御したが、冷媒ガスの温度を検出して冷媒ガスの流量を制御すれば流量検出装置１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに比べて温度検出装置１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは一般的に安価であるので、システムとして安価に構成できる。
【００８６】
［実施例７］
図１２は、本発明の第７の実施例に係る超電導装置の構成を示す図である。図１２において、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは電流リード１８ａ、１８ｂ内に納められた温度検出装置である。
【００８７】
次にこの実施例の動作について説明する。前記実施例６では、冷媒ガスの出口温度を検出することにより流量を制御したが、この実施例では、直接、常電導素線６１、６２、６５、６６の温度を検出して、冷媒ガスの流量を制御し、常電導素線の温度を直接制御できるようにしたものである。これにより、図２に示した上記Ｒｃ１１、Ｒｃ１２、Ｒｃ２１、Ｒｃ２２の抵抗値に差が生じにくくなり電流の偏流を、より良好に抑止低減できる。
【００８８】
［実施例８］
図１３は、本発明の第８の実施例に係る超電導装置の構成を示す図である。図１３において、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは電流リード１８ａ、１８ｂの電圧を測定するための電圧タップである。
【００８９】
次にこの実施例の動作について説明する。この実施例では、電流リード１８ａ、１８ｂの電圧を測定し、測定電圧がほぼ一定になるように、冷媒ガスの流量を制御し、これにより、図２に示した上記Ｒｃ１１、Ｒｃ１２、Ｒｃ２１、Ｒｃ２２の抵抗値に差が生じ難くなり、電流の偏流をより一層低減できるようにしたものである。
【００９０】
［実施例９］
図１４は、本発明の第９の実施例に係る超電導装置の構成を示す図である。図１４に示すように、この実施例においては、超電導コイル１ａ、１ｂの一側端部に、複数の常電導素線を並列に接続してなる電流リードを接続された構成とされている。この実施例においては、図２における上記Ｒｃ１１、Ｒｃ１２、Ｒｃ２１、Ｒｃ２２の抵抗値が１／２となり、電流の偏流を低減できる効果は、１／２になるが、もともと偏流が小さい場合には、この実施例のような構成としても、偏流低減の十分な効果が期待できる。また、複数の素線からなる超電導コイルの一側にのみ、複数本の常電導素線を接続する構成としたため（超電導コイルの他側端部は１本の電流リードに接続）、装置が簡単になる。
【００９１】
［実施例１０］
図１５は、本発明の第１０の実施例に係る超電導装置の構成を示す図である。図１５において、１６ａ、１６ｂは超電導ブスバーである。超電導ブスバーは通常コイル状ではなく、ほぼ直線上、あるいは所定の経路に沿って配置される。電流容量を増大させるために、超電導ブスバー１６ａ、１６ｂは通常並列に接続される。端部の接続抵抗に差があるとコイルの場合と同様、偏流を生じる。図１５に示すように、複数の超電導ブスバー１６ａ、１６ｂは並列に接続して、流せる電流値を大きくしたものでも、複数本の常電導素線６１、６２、及び６５、６６からなる電流リードを用いることにより、超電導コイル１ａ、１ｂに接続した場合と同様、電流の偏流を低減できる。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、いずれも電流の偏流を抑止低減するという効果を奏する。以下に詳細に説明する。
【００９３】
請求項１記載の発明によれば、超電導素線間を流れる循環電流の時定数が短くなり、超電導コイルを励磁した場合、それぞれの超電導素線間に均一な電流が流れるようになり、電流の偏流が少なくなる。
【００９４】
請求項２記載の発明によれば、電流リード内で熱的にアンバランスが生じ、それぞれの常電導素線の抵抗値がばらついても、複数本並列に接続しておけば電流偏流の影響を少なくできる。
【００９５】
請求項４又は５記載の発明によれば、酸化皮膜で電流リードを構成する常電導素線の電気絶縁を施すようにしたものである。酸化皮膜は非常に薄く、冷媒ガスとの熱伝達がよいので、常電導素線の断面積を小さくでき、電流リードの小型化（コンパクト）に貢献する。
【００９６】
請求項６〜９のいずれか一に記載の発明によれば、電流リードから排出される冷媒ガスの流量を検出して流量を制御することにより、電流リードの常電導素線の抵抗値のばらつきを低減し、電流の偏流が生じにくくなる。
【００９７】
請求項１０記載の発明によれば、電流リードを少なくとも超電導コイルの片端に用いたので、装置を簡略化でき、かつ電流の偏流を防止できる。
【００９８】
請求項１１記載の発明によれば、電流リードから排出される冷媒ガスの出口よりも常温部側まで常電導素線を配置したので、常電導素線の冷媒ガスで直接冷却されない、すなわち温度の高い部分が増える。したがって、電流リードの抵抗値が大きくなり、循環電流の時定数が短くなり、電流の偏流がより生じにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る超電導装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る超電導装置の等価回路を示す図である。
【図３】本発明の実施例１に係る電流アンバランスを示す特性図である。
【図４】本発明の実施例１に係る他の超電導装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施例１に係る超電導装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施例１に係る他の超電導装置の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施例１に係る他の超電導装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の実施例２に係る超電導装置の構成を示す図である。
【図９】本発明の実施例４に係る超電導装置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施例５に係る超電導装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施例６に係る超電導装置の構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施例７に係る超電導装置の構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施例８に係る超電導装置の構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施例９に係る超電導装置の構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施例１０に係る超電導装置の構成を示す図である。
【図１６】従来の超電導装置の構成を示す図である。
【図１７】従来の超電導装置の構成を示す図である。
【図１８】従来の超電導装置の等価回路を示す図である。
【図１９】従来の超電導装置を説明するための図である。
【図２０】従来の超電導装置を説明するための図である。
【図２１】従来の超電導装置の動作を説明する特性図である。
【符号の説明】
１  超電導コイル
１ａ  超電導コイル
１ｂ  超電導コイル
１ｃ  超電導コイル
２ａ  超電導素線
２ｂ  超電導素線
２ｃ  超電導素線
３ａ  電流リード
３ｂ  電流リード
４  クライオスタット
５  冷媒
６ａ  電流リード
６ｂ  電流リード
７ａ  電流リード
７ｂ  電流リード
８ａ  電流リード
８ｂ  電流リード
１０ａ  冷媒ガス出口
１０ｂ  冷媒ガス出口
１１ａ  流量検出装置
１１ｂ  流量検出装置
１１ｃ  流量検出装置
１１ｄ  流量検出装置
１２ａ  流量調節装置
１２ｂ  流量調節装置
１２ｃ  流量調節装置
１２ｄ  流量調節装置
１３  流量制御装置
１４ａ  温度検出装置
１４ｂ  温度検出装置
１４ｃ  温度検出装置
１４ｄ  温度検出装置
１５ａ  温度検出装置
１５ｂ  温度検出装置
１５ｃ  温度検出装置
１５ｄ  温度検出装置
１６ａ  超電導ブスバー
１６ｂ  超電導ブスバー
１７ａ  電流リード
１７ｂ  電流リード
１８ａ  電流リード
１８ｂ  電流リード
１９ａ  分割材
１９ｂ  分割材
２０ａ  電圧タップ
２０ｂ  電圧タップ
２０ｃ  電圧タップ
２０ｄ  電圧タップ
６１  常電導素線
６２  常電導素線
６３  常電導素線
６４  常電導素線
６５  常電導素線
６６  常電導素線
６７  常電導素線
６８  常電導素線
６９  常電導素線
Ｌａ  超電導コイル１ａの自己インダクタンス
Ｌｂ  超電導コイル１ｂの自己インダクタンス
Ｒａ  超電導コイル１ａと１ｂの接続抵抗の１／２
Ｒｂ  超電導コイル１ａと１ｂの接続抵抗の１／２
Ｒｃ１  電流リードの内部抵抗
Ｒｃ２  電流リードの内部抵抗
Ｒｃ１１  電流リードの内部抵抗
Ｒｃ１２  電流リードの内部抵抗
Ｒｃ２１  電流リードの内部抵抗
Ｒｃ２２  電流リードの内部抵抗
【図１】
0003943171.tif 000004
【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】
0003943171.tif 000013
【図１１】
0003943171.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
0003943171.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
0003943171.tif 000018
【図１６】
0003943171.tif 000019
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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