(57)【要約】【課題】本発明では、超電導導体の大電流容量化と低交流損失化を同時に満たすことができる超電導コイル装置および超電導接続方法を提供する。【解決手段】超電導コイル装置１Ａは、二以上の超電導テープ線材２２を長さ方向に平行な方向で並べて構成されている超電導導体を巻回してなる超電導コイル１０と、超電導コイル１０の各超電導テープ線材２２ａ，２２ｂ，２２ｃにそれぞれ少なくとも一つが直列に接続されるインダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃと、超電導コイル１０と接続されインダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃを含む通電ラインを形成する導体２６，２７，２８，３０とを具備し、インダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、自身で発生する磁束が超電導コイル１０との間の相互作用により鎖交する磁束よりも大きくなるインダクタンスを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二以上のテープ形状の超電導線路が当該線路の長さ方向に平行な方向で並んで構成される超電導導体を巻回してなる超電導コイルと、前記超電導コイルの各超電導線材にそれぞれ少なくとも一つが直列に接続されるインダクタンス調整コイルと、前記インダクタンス調整コイルを含む通電ラインを形成する導体と、を具備する超電導コイル装置であり、
前記インダクタンス調整コイルは、前記超電導コイルとの間の相互作用により各インダクタンス調整コイルが鎖交する磁束よりも前記インダクタンス調整コイル自身で発生する磁束の方が大きくなるインダクタンス値を有することを特徴とする超電導コイル装置。
【請求項２】
前記超電導線路は、二以上のテープ形状の超電導線材を当該超電導線材の長さ方向に平行な方向で並べて構成されており、前記超電導線材の各々がそれぞれ電気的に絶縁された構造を有していることを特徴とする請求項１記載の超電導コイル装置。
【請求項３】
前記超電導線路は、テープ形状の基板上に配置された超電導薄膜を基板長手方向に沿った溝を形成することによって電気的に分断された二以上の超電導薄膜を有して構成されることを特徴とする請求項１記載の超電導コイル装置。
【請求項４】
前記超電導コイルは、前記超電導コイルを構成する二以上の超電導線路の各々の端部に取り付けられた一端の電極が前記超電導線材の全てをまとめて取り付けられる一方、他端の電極が前記インダクタンス調整コイルと接続されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の超電導コイル装置。
【請求項５】
前記インダクタンス調整コイルは、超電導線材を巻回して構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の超電導コイル装置。
【請求項６】
前記超電導導体を構成する超電導線材のインダクタンスと前記超電導線路に対して直列に接続される前記インダクタンス調整コイルのインダクタンスの和は、前記通電ライン毎で等しいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の超電導コイル装置。
【請求項７】
前記各インダクタンス調整コイルは、前記超電導コイルの巻線部の外側、かつ、前記超電導コイルの両端面の間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の超電導コイル装置。
【請求項８】
前記各インダクタンス調整コイルは、前記超電導コイルの中心点を原点とする円筒座標上のコイル高さ方向および径方向の座標がそれぞれ同一となる位置に配置されたことを特徴とする請求項７記載の超電導コイル装置。
【請求項９】
前記各インダクタンス調整コイルは、前記円筒座標上の周方向について等間隔に配置されていることを特徴とする請求項８記載の超電導コイル装置。
【請求項１０】
前記インダクタンス調整コイルの周囲を磁気シールド体で覆って構成したことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の超電導コイル装置。
【請求項１１】
前記インダクタンス調整コイルは、前記超電導線路のそれぞれと直列に接続される前記各導体の一部をそれぞれ巻回してループ部を形成して構成したものであり、前記ループ部に前記超電導コイルが発生する磁束が鎖交するように当該ループ部を配置したことを特徴とする請求項１または３記載の超電導コイル装置。
【請求項１２】
前記ループ部の位置、コイル形状およびターン数の少なくとも何れかを遠隔操作によって変化させるループ部調整機構をさらに備えることを特徴する請求項１１記載の超電導コイル装置。
【請求項１３】
二以上のテープ形状の超電導線路が当該線路の長さ方向に平行な方向で並んで構成される超電導導体を巻回してなる超電導コイルの各超電導線路にそれぞれ少なくとも一つのインダクタンス調整コイルを直列に接続するとともに前記インダクタンス調整コイルを含む通電ラインを形成する導体を前記超電導コイルに接続する超電導接続方法であって、
前記インダクタンス調整コイルは、前記超電導コイルとの間の相互作用により各インダクタンス調整コイルが鎖交する磁束よりも前記インダクタンス調整コイル自身で発生する磁束の方が大きくなるインダクタンス値を有することを特徴とする超電導接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超電導技術に係るものであり、特に、大電流容量化および低交流損失化の両立を図った超電導コイル装置および超電導接続方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導コイル装置および超電導接続方法では、交流またはパルス通電時に素子両端に加わる電圧を低減させる効果を得るために大電流容量化の要請がある。大電流容量化を実現するためには、複数の超電導線材を束ねるか、１本の超電導線材の超電導部分の断面積を増加させる必要がある。しかしながら、複数の超電導線材を束ねる、または１本の超電導線材の超電導部分の断面積を増加させる方法は、一般に交流損失も増加させてしまうため、交流損失の増加をいかに抑制するかが重要である。
【０００３】
このような事情に鑑みてなされた従来技術の一例としては、大電流容量を確保し、かつ交流損失（ヒステリシス損失）を低減するために、例えば、特許文献１に記載されるように、基板上に中間層を介して超電導薄膜を形成したテープ状超電導線材において、線材長手方向に沿って、基板に形成された超電導薄膜に溝を形成し超電導薄膜の幅方向に分断し、複数の超電導フィラメントを形成する技術がある。
【０００４】
また、超電導撚り線間の撚り乱れなどに伴うインダクタンス不均衡を解消するために、例えば、特許文献２および特許文献３に示されるように、超電導撚り線の素線と直列にインダクタンス素子を接続する技術がある。
【特許文献１】特開２００７−１４１６８８号公報
【特許文献２】特開平１０−１０６３６４号公報
【特許文献３】特開２００５−１２９５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載される技術を採用した線材に外部磁場を印加した場合には交流損失低減の効果は得られるものの、これをコイルに巻き電流を流す場合には分断した超電導部材間でインダクタンスの相違があるため、このままの形態では偏流が発生し、交流損失低減の効果が得られない。また、大電流容量化のために、テープ状線材を並列に配置する、またはテープ状線材のテープ幅を増加させた場合、テープ状線材のテープ幅の増加に伴い交流損失も増加してしまう。
【０００６】
特許文献２および特許文献３に記載される技術では、インダクタンス素子同士の磁気結合、あるいはインダクタンス素子と超電導コイルとの間の磁気結合を調整しないと、インダクタンス素子を導入した効果が得られないばかりか、かえって偏流を増加させる可能性がある（特許文献２および特許文献３には、インダクタンス素子同士の位置関係、インダクタンス素子と当該超電導撚り線を用いて構成した超電導コイルとの位置関係に関した明確な記載がなく、上記調整を行っている旨の記載も示唆もない）。
【０００７】
このように、大電流容量化と低交流損失化を同時に満たすことは通常困難であり、上述した従来技術を考慮しても、大電流容量化と低交流損失化の両立はまだ不十分な水準にあるといえる。本発明は、上述した課題を考慮してなされたものであり、大電流容量化と低交流損失化を同時に満たすことができる超電導コイルおよび超電導接続方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る超電導コイル装置は、上述した課題を解決するため、特許請求の範囲に記載したように、二以上のテープ形状の超電導線路が当該線路の長さ方向に平行な方向で並んで構成される超電導導体を巻回してなる超電導コイルと、前記超電導コイルの各超電導線材にそれぞれ少なくとも一つが直列に接続されるインダクタンス調整コイルと、前記インダクタンス調整コイルを含む通電ラインを形成する導体と、を具備する超電導コイル装置であり、前記インダクタンス調整コイルは、前記超電導コイルとの間の相互作用により各インダクタンス調整コイルが鎖交する磁束よりも前記インダクタンス調整コイル自身で発生する磁束の方が大きくなるインダクタンス値を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る超電導接続方法は、上述した課題を解決するため、特許請求の範囲に記載したように、二以上のテープ形状の超電導線路が当該線路の長さ方向に平行な方向で並んで構成される超電導導体を巻回してなる超電導コイルの各超電導線路にそれぞれ少なくとも一つのインダクタンス調整コイルを直列に接続するとともに前記インダクタンス調整コイルを含む通電ラインを形成する導体を前記超電導コイルに接続する超電導接続方法であって、前記インダクタンス調整コイルは、前記超電導コイルとの間の相互作用により各インダクタンス調整コイルが鎖交する磁束よりも前記インダクタンス調整コイル自身で発生する磁束の方が大きくなるインダクタンス値を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、超電導コイル装置における各超電導線材の通電ラインにおいてインダクタンスのばらつきを最小限化することができるので、テープ状線材間の偏流を最小限に抑えることができる。この結果、テープ状線材のテープ幅を増加させた場合であっても、超電導コイルに発生する交流損失を効果的に低減することができ、大電流容量化と低交流損失化を同時に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る超電導コイル装置および超電導接続方法について添付の図面を参照して説明する。
【００１２】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る超電導コイル装置の一実施例である超電導コイル装置１Ａの構成を示した概略図である。
【００１３】
図１に示される超電導コイル装置１Ａは、超電導線路を有する超電導コイル１０と、この超電導コイル１０を形成する際に用いた超電導導体の一例である超電導テープ線材２２（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）（詳細は後述する図２を参照）の両端にそれぞれ取り付けられた電極２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）および電極２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ）のうち一方の電極（図１に示される例では電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）と直列に接続されるインダクタンス素子の一実施例であるインダクタンス調整用コイル２５（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ）とを備える。
【００１４】
超電導コイル１０は、超電導線路となる超電導導体を少なくとも一巻き以上して形成されるものであり、図１に示される超電導コイル１０は、一例として超電導テープ線材２２ａ，２２ｂ，２２ｃを４ターンして形成されたものである。ここで、図１に示される符号１１は超電導テープ線材２２ａ，２２ｂ，２２ｃを巻いた１ターン目の部分である（以下、「第１の超電導部」と称する）。同様に、第２の超電導部１２、第３の超電導部１３および第４の超電導部１４は、超電導テープ線材２２ａ，２２ｂ，２２ｃを巻いた２，３，４ターン目の部分である。また、符号２６（２６ａ，２６ｂ，２６ｃ），２７（２７ａ，２７ｂ，２７ｃ），２８（２８ａ，２８ｂ，２８ｃ），３０は部材間を通電可能に接続して通電ラインを形成する導体である。
【００１５】
図１に示される超電導コイル装置１Ａの一端は、超電導コイル１０の電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃから導線２８ａ，２８ｂ，２８ｃを介して接続された各インダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃに導線２６ａ，２６ｂ，２６ｃを接続し三本の導線２６の先端を一つにまとめて導体３０に接続して構成される。また、超電導コイル装置１Ａの他端は、インダクタンス調整用コイル２５を接続していない各電極２４ａ，２４ｂ，２４ｃに導線２７ａ，２７ｂ，２７ｃを接続し、三本の導線２７の先端を一つにまとめて導体３０に接続して構成される。
【００１６】
続いて、超電導コイル装置１Ａを構成する超電導テープ線材２２、電極２３、電極２４およびインダクタンス調整用コイル２５について説明する。
【００１７】
図２は、超電導コイル１０を構成する超電導導体の一例である超電導テープ線材２２の構成を説明する上面図である。尚、上面とは、図１に示される超電導コイル１０を形成した場合に超電導コイル１０の外周側に現れる面である。
【００１８】
図２に示される超電導導体は、一例として三本の超電導テープ線材２２ａ，２２ｂ，２２ｃを用いて、それぞれの超電導テープ線材２２ａ，２２ｂ，２２ｃを電気的に絶縁して構成される。図２に示される超電導導体では、それぞれの超電導テープ線材２２ａ，２２ｂ，２２ｃの間に絶縁体３２を介在させることで、それぞれの超電導テープ線材２２ａ，２２ｂ，２２ｃを絶縁している。
【００１９】
図３は、超電導コイル１０に取り付けられた電極２３，２４の関係を説明する図であり、図１に示される超電導コイル１０の超電導導体を展開した様子を示す展開図である。
【００２０】
超電導コイル１０の超電導導体は、各々が絶縁された超電導テープ線材２２ａ，２２ｂ，２２ｃによって形成されており、各超電導テープ線材２２ａ，２２ｂ，２２ｃの両端には、電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃおよび電極２４ａ，２４ｂ，２４ｃが取り付けられている。ここで、電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃおよび電極２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、各超電導テープ線材２２ａ，２２ｂ，２２ｃ間での偏流を回避する観点から実質的に同一の仕様のものが好ましい。
【００２１】
図１に戻り、図１に示されるインダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、すべて同一の仕様で作製されたコイルであり、特にコイルの抵抗およびインダクタンスは略同一のものである。また、これら三個のインダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃは超電導コイル１０が発生する磁束を鎖交する量が同一となるように、円筒座標系でコイル軸方向座標およびコイル径方向座標が同一となる場所に配置されている。
【００２２】
すなわち、図１に示される超電導コイル装置１Ａは、不必要な超電導コイル１０からの磁束を鎖交させないようにするため、コイル軸方向については中央（第２の超電導部１２と第３の超電導部１３の境目）にインダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃを配置し、かつ、当該インダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃのコイル軸方向は超電導コイル１０の半径方向と同一方向になるように配置している。
【００２３】
超電導コイル１０と各インダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃの相互作用により各インダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃが鎖交する磁束が各インダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃ自身で発生する磁束よりも大きくなると、インダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃの自己インダクタンスに起因して超電導コイル１０との間の相互インダクタンスの効果が支配的になる。この場合、インダクタンス調整用コイル２５による電流均等化の効果が損なわれてしまい、その結果、本発明が目的とする効果を得られない可能性がある。
【００２４】
上記事態を回避するためには、インダクタンス調整用コイル２５と超電導コイル１０との間の相互作用によりインダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃに鎖交する磁束は、インダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃ自身で発生する磁束を上回らないようにする必要がある。そこで、インダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、インダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃ自身で発生する磁束が、超電導コイル１０との間の相互作用によりインダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃに鎖交する磁束よりも大きくなるようなインダクタンス値を有するものを選定する。
【００２５】
また、インダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃ間同士の磁気的相互作用が極力無いように、インダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃは等間隔に配置することが望ましい。すなわち、図１に示される超電導コイル装置１Ａの場合、三個のインダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃを１２０°毎に配置することが望ましい。さらに、インダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、低損失化、小型化などの観点から超電導線材を巻回して構成されるコイル（超電導コイル）であることが望ましい。
【００２６】
このように構成された超電導コイル装置１Ａおよびその接続方法によれば、電気的に絶縁された超電導テープ線材２２ａ，２２ｂ，２２ｃを巻回し、各々の超電導テープ線材２２ａ，２２ｂ，２２ｃの一端にそれぞれインダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃを直列に接続するので、当該インダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃを含む各超電導線材の通電ラインにおいてインダクタンスのばらつきを小さくすることができる。
【００２７】
各超電導線材の通電ラインのインダクタンスのばらつきが最小限化することによって、超電導テープ線材２２ａ，２２ｂ，２２ｃ間の偏流を最小限に抑えることができるので、超電導コイル１０に発生する交流損失が低減し、大電流容量化と低交流損失化を同時に満たす超電導コイル装置１Ａおよびその超電導接続方法を提供することができる。
【００２８】
［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る超電導コイル装置の一実施例である超電導コイル装置１Ｂの構成を示した概略図である。
【００２９】
ここで、図４に示される超電導コイル装置１Ｂは、超電導コイル装置１Ａの変形例である。より詳細には、超電導コイル装置１Ａにおけるインダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃが接続されていない側の電極２４ａ，２４ｂ，２４ｃについては必ずしも別々の電極を取り付ける必要がないという観点から、これを共通化して一つの電極（一体電極）３４として構成している。尚、その他の箇所については、超電導コイル装置１Ａと実質的に異ならないため、既に説明済みの超電導コイル装置１Ａと実質的に異ならない構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。
【００３０】
図４に示される超電導コイル装置１Ｂおよびその接続方法によれば、第１の実施の形態に係る発明により得られる効果に加え、超電導コイル装置１Ａに対して導線２７ａ，２７ｂ，２７ｃが不要になる等の部品点数の削減にも寄与することができる。
【００３１】
尚、本実施形態で説明した超電導コイル装置１Ｂは、その変形対象を超電導コイル装置１Ａに限定するものではなく、後述する超電導コイル装置１Ｃ〜１Ｇに対して適用しても構わない。
【００３２】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施の形態に係る超電導コイル装置の一実施例である超電導コイル装置１Ｃは、図１に示される超電導コイル装置１Ａに対して、超電導コイル１０を形成する際の超電導導体が相違するが、その他の箇所については実質的に異ならない。そこで、第３の実施形態の説明では、上記相違点を中心に説明し、既に説明済みの超電導コイル装置１Ａと実質的に異ならない構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。
【００３３】
図５および図６は、超電導コイル装置１Ｃの超電導コイル１０を構成する超電導導体を説明する説明図である。尚、図中の方向については、図２の場合と同様である。
【００３４】
図５に示される超電導導体は、図２に示されるような複数の超電導線材（超電導テープ線材）２２ａ，２２ｂ，２２ｃを並列に束ねて一つの導体として構成したものではなく、超電導線路となる超電導薄膜４１ａ，４１ｂ，４１ｃが各々電気的に絶縁されて配置された一つの基板４３である。一般的に、超電導薄膜４１ａ，４１ｂ，４１ｃと基板４３との間には、中間層４２ａ，４２ｂ，４２ｃといわれる結晶配向層が存在する。
【００３５】
続いて、図６に示される超電導導体は、超電導導体の動作安定性の向上を意図して図５に示される超電導導体に対して、超電導薄膜４１ａ，４１ｂ，４１ｃの上面に銀や銅などの安定化層４４ａ，４４ｂ，４４ｃをさらに配置して構成される。ここで、安定化層４４ａ，４４ｂ，４４ｃは超電導薄膜４１ａ，４１ｂ，４１ｃと同様に電気的に絶縁されていることを要する。
【００３６】
図５または図６に示される超電導導体は、例えばコーティッドコンダクターの長手方向に対してレーザースクライビングなどの方法により溝を形成して超電導薄膜を複数枚に分離する等することにより得られる。
【００３７】
図５または図６に示される超電導導体を用いて形成した超電導コイル１０を適用する超電導コイル装置１Ｃの全体的な構成は、図１に示される超電導コイル装置１Ａにおいて符号１Ａおよび２２ａ，２２ｂ，２２ｃを、符号１Ｃおよび４１ａ，４１ｂ，４１ｃと読み替えたものである。従って、超電導コイル装置１Ｃの全体的な構成図は、図１における符号の読み替えを読み替えることで省略する。
【００３８】
図５または図６に示される超電導導体を適用した超電導コイル装置１Ｃおよびその接続方法によれば、第１の実施の形態に係る発明と同様の効果を得ることができる。尚、本実施形態で説明した超電導コイル装置１Ｃは、その変形対象を超電導コイル装置１Ａに限定するものではなく、超電導コイル装置１Ｂ，１Ｄ〜１Ｆに対して適用しても構わない。
【００３９】
また、図５および図６に示される超電導導体は、基板４３上において中間層４２ａ，４２ｂ，４２ｃが超電導薄膜４１ａ，４１ｂ，４１ｃと同様に完全に分離して独立した構成となっているが、中間層４２ａ，４２ｂ，４２ｃについては必ずしも分離して独立していることを要しない。すなわち、中間層４２ａ，４２ｂ，４２ｃは分離独立していない一体的な状態であっても良い。
【００４０】
［第４の実施形態］
図７は、本発明の第４の実施の形態に係る超電導コイル装置の一実施例である超電導コイル装置１Ｄの構成を示した概略図である。
【００４１】
図７に示される超電導コイル装置１Ｄは、図１に示される超電導コイル装置１Ａに対して、インダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃが接続されていない点と、導線２６ａ，２６ｂ，２６ｃの一部を１ターン以上ループして形成されるループ部４６ａ，４６ｂ，４６ｃが設けられている点で相違するが、その他の箇所については実質的に異ならない。そこで、第４の実施形態の説明では、上記相違点を中心に説明し、既に説明済みの超電導コイル装置１Ａと実質的に異ならない構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。
【００４２】
超電導コイル装置１Ｄは、図７に示されるように、超電導コイル１０には超電導テープ線材２２ａ，２２ｂ，２２ｃの両端にそれぞれ電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃおよび電極２４ａ，２４ｂ，２４ｃが取り付けられる。各電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃには、導線２６ａ，２６ｂ，２６ｃがそれぞれ接続されており、導線２６ａ，２６ｂ，２６ｃの先端は一つにまとめられて導体３０に接続される。一方、各電極２４ａ，２４ｂ，２４ｃには、導線２７ａ，２７ｂ，２７ｃがそれぞれ接続されており、導線２７ａ，２７ｂ，２７ｃの先端は一つにまとめられて導体３０に接続される。
【００４３】
また、導線２６ａ，２６ｂ，２６ｃには、自己の導線２６ａ，２６ｂ，２６ｃを１ターン以上ループして形成したループ部４６ａ，４６ｂ，４６ｃが設けられる。超電導コイル装置１Ｄでは、このループ部４６ａ，４６ｂ，４６ｃに超電導コイル１０が発生する磁束を鎖交させることによって、ループ部４６ａ，４６ｂ，４６ｃが超電導コイル装置１Ａのインダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃと同様の役割を果たしている。超電導コイル装置１Ｄでは、ループ部４６ａ，４６ｂ，４６ｃのループ形状や配置位置を調整することによって、各ループ部４６ａ，４６ｂ，４６に誘起される電圧の調整を行う。この結果、各通電ラインに流れる電流を均等にすることができる。
【００４４】
図７に示されるように構成される超電導コイル装置１Ｄおよびその接続方法によれば、導線２６ａ，２６ｂ，２６ｃを１ターン以上ループしてループ部４６ａ，４６ｂ，４６ｃを形成し、このループ部４６ａ，４６ｂ，４６ｃに超電導コイル１０が発生する磁束を鎖交させることによって、ループ部４６ａ，４６ｂ，４６ｃを超電導コイル装置１Ａのインダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃに相当する構成要素として機能させることができるので、電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃと導体３０との間にインダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃを直列的に接続することなしに、各通電ラインに流れる電流を均等にすることができる。
【００４５】
すなわち、超電導コイル装置１Ｄでは、ループ部４６ａ，４６ｂ，４６ｃのループ形状や配置位置を調整することによって、ループ部４６ａ，４６ｂ，４６ｃのループ内に鎖交する磁束量をそれぞれ調整して各通電ライン内のインピーダンスをマッチングさせることができる。この結果、各通電ラインでの電流分流比が同一になり、交流損失を低減することができる。
【００４６】
尚、図７に示される超電導コイル装置１Ｄでは、導線２６ａ，２６ｂ，２６ｃを１ターン以上ループしてループ部４６ａ，４６ｂ，４６ｃを設けているが、ループ部４６ａ，４６ｂ，４６ｃを設ける導線を導線２７ａ，２７ｂ，２７ｃとしても良い。
【００４７】
［第５の実施形態］
図８は、本発明の第５の実施の形態に係る超電導コイル装置の一実施例である超電導コイル装置１Ｅの構成を示した概略図である。
【００４８】
図８に示される超電導コイル装置１Ｅは、図７に示される超電導コイル装置１Ｄに対して、ループ部４６ａ，４６ｂ，４６ｃのループ形状や配置位置を調整するループ調整機構５０をさらに備える点で相違するが、その他の箇所については実質的に異ならない。そこで、第４の実施形態の説明では、上記相違点を中心に説明し、既に説明済みの超電導コイル装置１Ａと実質的に異ならない構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。
【００４９】
超電導コイル装置１Ｅは、図７に示される超電導コイル装置１Ｄに対して、ループ調整機構５０をさらに備えて構成される。このループ調整機構５０は、ループ部４６ａ，４６ｂ，４６ｃのループ形状や配置位置を真空容器５１の外側（大気中）から遠隔操作によって調整可能に構成される。尚、図８に示されるループ調整機構５０では、先端部５２が省略されて表されているが、この先端部５２の詳細は、図９（Ａ）および図９（Ｂ）において説明する。
【００５０】
図９は、超電導コイル装置１Ｅのループ調整機構５０の全体構造および作用を説明する説明図である。より詳細には、図９（Ａ）は第１のループ調整機構５０Ａの概略図、図９（Ｂ）は第２のループ調整機構５０Ｂの概略図である。
【００５１】
図９（Ａ）に示されるループ調整機構（第１のループ調整機構）５０Ａは、超電導コイル１０のコイル軸方向（図９に示される矢印方向）に移動可能な稼動棒５５にループ部４６を固定するループつかみ冶具５６が固着される。稼動棒５５は、一例として、真空容器５１の外部に突出して設けられるハンドル５７を回すことによって、コイル軸方向に移動させることができ、稼動棒５５を移動させることで稼動棒５５に固着されるループつかみ冶具５６を移動させる。第１のループ調整機構５０Ａは、ハンドル５７を回して稼動棒５５を移動させることによって、ループつかみ冶具５６が捕まえているループ部４６を移動させることができる。
【００５２】
また、図９（Ｂ）に示されるループ調整機構（第２のループ調整機構）５０Ｂでは、超電導コイル１０のコイル軸方向に移動可能な稼動棒５５にテーパー冶具５８が固着されており、このテーパー冶具５８にループ部４６のループを挿入した状態にセットする。第１のループ調整機構５０Ａと同様にハンドル５７を回して稼動棒５５を移動させることにより、テーパー冶具５８がコイル軸方向に移動してループ部４６の形状を変化させることができる。
【００５３】
図９に示されるループ調整機構５０Ａ，５０Ｂを備えて構成される超電導コイル装置１Ｅおよびその接続方法によれば、超電導コイル装置１Ｄおよびその接続方法で得られる効果に加え、さらに、真空容器５１の外から遠隔操作によってループ部４６ａ，４６ｂ，４６ｃのループ形状や配置位置を調整することができるので、超電導コイル１０に通電している状態であってもループ部４６ａ，４６ｂ，４６ｃに誘起される電圧を変化させて各通電ライン内のインピーダンスをマッチングさせることができる。また、ループ調整機構５０Ａ，５０Ｂを備えることで、各通電ライン内のインピーダンスマッチングを微調整することが容易となる。
【００５４】
尚、図８に示される超電導コイル装置１Ｅのループ調整機構５０Ａ，５０Ｂはハンドル５７によって稼動棒５５を移動させるように構成されているが、他の方法によって稼動棒５５を移動させるように構成しても良い。
【００５５】
また、図９に示されるループ調整機構５０Ａ，５０Ｂの先端部５２に設けられたループつかみ冶具５６およびテーパー冶具５８の形態は一例であって、ループ部４６ａ，４６ｂ，４６ｃのループ形状や配置位置を調整する機能を満足する限りにおいて任意である。さらに、ループつかみ冶具５６およびテーパー冶具５８に、例えば、リール等の導線の巻き取りおよび弛緩（巻き取り部分を元に戻す）する要素を設けて構成したループつかみ冶具５６およびテーパー冶具５８を構成しても良い。この場合、ループ部４６ａ，４６ｂ，４６ｃのターン数を調整できる。
【００５６】
［第６の実施形態］
図１０は、本発明の第６の実施の形態に係る超電導コイル装置の一実施例である超電導コイル装置１Ｆの構成を説明する説明図である。より詳細には、図１０（Ａ）は超電導コイル装置１Ｆにおける超電導コイル１０（１０ａ〜１０ｈ）の配置を示した概略図であり、図１０（Ｂ）は（Ａ）に示される超電導コイル１０ａと超電導コイル１０ｂ間の接続の様子を示した部分拡大図である。
【００５７】
図１０に示される超電導コイル装置１Ｆは、図１に示される超電導コイル装置１Ａに対して、適用する超電導コイル１０の構成を図１０（Ａ）に示されるようなトロイダルコイル６１とした点で相違するが、その他の箇所については実質的に異ならない。そこで、第６の実施形態の説明では、上記相違点を中心に説明し、既に説明済みの超電導コイル装置１Ａと実質的に異ならない構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。
【００５８】
超電導コイル装置１Ｆは、超電導コイル装置を構成する主コイルとして、超電導コイル１０を適用するのではなく、複数個の一例である八個の超電導コイル１０ａ〜１０ｈをトロイダル状に均等配置（θ＝４５°で配置）して接続したトロイダルコイル６１を適用して構成される。トロイダルコイル６１の場合、複数の超電導コイル１０（１０ａ〜１０ｈ）を接続して構成されるのであるが、各超電導コイル１０ａ〜１０ｈに対してインダクタンス調整用コイル２５が必要となるわけではない。
【００５９】
図１０（Ｂ）に示されるように、例えば、超電導コイル１０ａ，１０ｂをつなぐ間等、隣り合う二個の超電導コイルをつなぐ任意の一箇所において、トロイダルコイル６１の外径面（超電導コイル１０ａ〜１０ｈによって形成されるドーナツ形状の外側面）の外側となる位置にインダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃを挿入すれば、超電導コイル装置１Ａと同様にインダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃを含む各通電ラインにおいてインダクタンスのばらつきを小さくすることができる。
【００６０】
また、トロイダルコイル６１は、超電導コイル１０よりも漏れ磁束が少ないという利点があるので、このトロイダルコイル６１を超電導コイル装置の主コイルとして適用することで、インダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃが主コイルからの漏れ磁束の影響をより受けにくくなるので、通電ラインの電流均等化の効果をより高めることができる。
【００６１】
図１０に示されるように構成される超電導コイル装置１Ｆおよびその接続方法によれば、超電導コイル装置１Ａおよびその接続方法と同様に通電ラインの電流均等化の効果を得ることができる。また、インダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃが受ける主コイルからの漏れ磁束の影響をより小さくすることができるので、超電導コイル装置１Ａおよびその接続方法によって得られる通電ラインの電流均等化の効果よりもさらに高めることができる。
【００６２】
尚、インダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃを配置する位置は、図１０（Ｂ）に示される位置、すなわち、トロイダルコイル６１の外径面の外側に限られない。インダクタンス調整用コイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、トロイダルコイル６１の磁束が鎖交しない位置に配置すれば良いので、例えば、トロイダルコイル６１の内径面の内側（超電導コイル１０ａ〜１０ｈによって形成されるドーナツ形状のドーナツ孔に相当する位置）等のトロイダルコイル６１によって磁場が形成されない他の位置に配置しても良い。
【００６３】
［第７の実施形態］
本発明の第７の実施の形態に係る超電導コイル装置の一実施例である超電導コイル装置１Ｇは、図１に示される超電導コイル装置１Ａに対して、インダクタンス調整用コイル２５（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ）を磁気的に遮蔽した構造となっている点で相違するが、その他の箇所については実質的に異ならない。そこで、第７の実施形態の説明では、上記相違点を中心に説明し、既に説明済みの超電導コイル装置１Ａと実質的に異ならない構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。
【００６４】
図１１は、超電導コイル装置１Ｇのインダクタンス調整用コイル２５を磁気シールドした様子を説明する図であり、インダクタンス調整用コイル２５の近傍を拡大して示した概略図である。
【００６５】
超電導コイル装置１Ｇは、図１１に示されるようにインダクタンス調整用コイル２５を磁気シールド体６３で覆って構成される。磁気シールド体６３の材料としては、鉄などの磁性材料、銅、アルミニウムなどの良導電性材料、および超電導導体などがあり、これらを適宜選択して適用することができる。
【００６６】
図１１に示されるようにインダクタンス調整用コイル２５を磁気シールド体６３で覆って構成される超電導コイル装置１Ｇおよびその接続方法によれば、超電導コイル装置１Ａおよびその接続方法よりも、超電導コイル１０とインダクタンス調整用コイル２５との相互作用を軽減できるので、インダクタンス調整用コイル２５による電流均流化効果を増大させる効果がある。
【００６７】
尚、図１１に示されるようにインダクタンス調整用コイル２５は、その周囲を磁気シールド体６３が完全に覆っているが、必ずしも磁気シールド体６３がインダクタンス調整用コイル２５を完全に覆っている必要はない。シールドすべき磁場方向に合わせて部分的に覆った場合でも目的とする効果を得ることができる。また、超電導コイル装置１Ｇは、超電導コイル装置１Ａに対して適用しているが、適用対象は超電導コイル装置１Ａに限られない。例えば、超電導コイル装置１Ｂ等の超電導コイル装置１Ａ以外の超電導コイル装置に適用しても良い。
【００６８】
以上、本発明に係る超電導コイル装置および超電導接続方法によれば、インダクタンス調整用コイル２５を各超電導線材の一端にそれぞれインダクタンス調整用コイル２５を直列に接続する、または導線２６，２７の一方にループ部４６を設けて超電導コイル１０が発生する磁束を鎖交させることによって、超電導コイル装置１Ａ〜１Ｇにおける各超電導線材の通電ラインにおいてインダクタンスのばらつきを最小限化することができるので、各超電導線材の偏流を最小限に抑えることができる。この結果、超電導コイル１０に発生する交流損失が低減し、大電流容量化と低交流損失化を同時に満たすことができる。
【００６９】
また、導線２６，２７の一方に設けたループ部４６をループ調整機構５０によってループの形状や配置位置を調整する超電導コイル装置１Ｅおよびその接続方法を適用する場合、真空容器５１の外から遠隔操作によって、超電導コイル１０に通電している状態であってもループ部４６に誘起される電圧を変化させて各通電ライン内のインピーダンスをマッチングさせることができる。
【００７０】
さらに、インダクタンス調整用コイル２５を磁気シールド体６３で覆う場合、外部磁場とインダクタンス調整用コイル２５との相互作用を軽減できるので、インダクタンス調整用コイル２５による電流均流化効果をさらに増大させることができる。
【００７１】
尚、本発明は上記の各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化しても良い。また、上記の各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超電導コイル装置の構成を示した概略図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る超電導コイル装置の超電導コイルを構成する超電導テープ線材の構成を説明する上面図。
【図３】本発明に係る超電導コイル装置の超電導コイルの超電導導体を展開した様子を示す展開図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る超電導コイル装置の構成を示した概略図。
【図５】本発明の第３の実施形態の超電導コイル装置を構成する超電導導体を説明する説明図（超電導導体の上面図）。
【図６】本発明の第３の実施形態の超電導コイル装置を構成する超電導導体であり、図５に示される超電導導体とは異なる超電導導体を説明する説明図（超電導導体の上面図）。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る超電導コイル装置の構成を示した概略図。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係る超電導コイル装置の構成を示した概略図。
【図９】本発明の第５の実施の形態に係る超電導コイル装置のループ調整機構を説明する説明図であり、（Ａ）は第１のループ調整機構の概略図、（Ｂ）は第２のループ調整機構の概略図。
【図１０】本発明の第６の実施の形態に係る超電導コイル装置の構成を説明する説明図であり、（Ａ）は超電導コイル装置における超電導コイルの配置を示した概略図、（Ｂ）は（Ａ）に示される超電導コイル間の接続の様子を示した部分拡大図。
【図１１】本発明に係る超電導コイル装置において、インダクタンス調整用コイルを磁気シールドした様子を示す概略図。
【符号の説明】
【００７３】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ  超電導コイル装置
１０（１０ａ〜１０ｈ）  超電導コイル
１１，１２，１３，１４  超電導部
２２（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）  超電導テープ線材
２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）  電極
２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ）  電極
２５（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ）  インダクタンス調整用コイル
２６（２６ａ，２６ｂ，２６ｃ）  導線
２７（２７ａ，２７ｂ，２７ｃ）  導線
２８（２８ａ，２８ｂ，２８ｃ）  導線
３０  導体
３２  絶縁体
３４  一体電極
４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）  超電導薄膜
４２（４２ａ，４２ｂ，４２ｃ）  中間層
４３  基板
４４（４４ａ，４４ｂ，４４ｃ）  安定化層
４６（４６ａ，４６ｂ，４６ｃ）  ループ部
５０（５０Ａ，５０Ｂ）  ループ調整機構
５１  真空容器
５２  ループ調整機構の先端部
５５  稼動棒
５６  ループつかみ冶具
５７  ハンドル
５８  テーパー冶具
６１  トロイダルコイル
６３  磁気シールド体
【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】
2009246119.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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