JPH04294503A - コイル体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超伝導コイルなどのコイ
ルに電流を流すことにより強磁場を発生させるコイル体
（以下、超伝導磁石という）に係わり、前記超伝導磁石
に振動、磁場変動などの動的外乱が加わる場合において
超伝導破壊（以下クエンチという）を防止するに好適な
超伝導磁石構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２に従来技術による超伝導磁石を示す
。図２において１は超伝導コイル、２は超伝導コイル容
器、３は輻射シールド、４は断熱真空容器、５は支持部
材である。超伝導コイル１は液体ヘリウム温度に冷却さ
れ多くの場合定常電流を保持することにより強磁場を発
生する。超伝導コイル容器２はその中に超伝導コイル１
と冷媒である液体ヘリウムを保持するとともに超伝導コ
イル１に発生するフープ力などの電磁力を支持する。 そのため超伝導コイル容器２には一般にステンレス鋼の
ような高剛性材料が使用される。輻射シールド３は液体
ヘリウム温度部への輻射による熱侵入を防ぐ目的で前記
超伝導コイル容器２及び断熱真空容器４とは空間的に離
れて設置されアルミニウムなどの熱伝導のよい材料が使
用される。断熱真空容器４はその中を真空に保つことに
より外界からの熱侵入を防いでおり、真空力に耐えるた
めにステンレス鋼のような高剛性材料や厚肉材料などが
使われる。支持部材５は断熱真空容器４の中に超伝導コ
イル１及び超伝導コイル容器２，輻射シールド３を懸架
支持するもので断熱性の高い材料を使用する。上記のよ
うな液体ヘリウム冷却の超伝導磁石では、熱侵入により
超伝導コイル１の温度が上昇すると超伝導状態が破れて
超伝導コイルの保持していた電流が急速に減衰する、い
わゆるクエンチという現象の存在が知られている。クエ
ンチが起こると超伝導磁石としての磁場が維持できない
ばかりでなく、超伝導コイル電流の減衰にともない輻射
シールドなどの周辺構造物上に渦電流が誘起されこの渦
電流が発生する電磁力で構造物が変形するなどの問題が
生じる。そのため超伝導コイル設計においてはクエンチ
に至るような熱侵入を避けること及びクエンチ発生時に
おいても構造物を健全に保つことが最も重要となってい
る。

【０００３】超伝導磁石の熱侵入要因は静的要因と動的
要因とに分けることができる。静的要因とは外界との温
度差に基づく熱伝導及び熱輻射であり磁石のいかなる使
用状態においても避けることができない。動的要因とは
超伝導コイルと輻射シールドなどの構造物との相対振動
や外部磁場変動などの外乱によって誘起される渦電流に
よる発熱である。静置状態の超伝導磁石では前記動的要
因による熱侵入は無視することができる。

【０００４】上記のうち静的要因は低温機器一般に共通
のものであり従来技術においても充分考慮されている。 すなわち、前記輻射シールド３や断熱真空容器４は熱伝
導や熱輻射による熱侵入を低減する点において最も基本
的な構造であり、従来の超伝導磁石においてはこれに加
えてさらに熱侵入の低減やクエンチ発生時の健全性を強
化するため様々な工夫がなされている。例えば特開平１
−１１５１０７　号公報に記載の超伝導磁石ではクエン
チ時の電磁力による輻射シールド変形を防止する目的で
超伝導コイル容器２の上に低抵抗材料を超伝導コイル１
の周回方向全周にわたって被覆するという方法がとられ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、動的要因の熱
侵入については従来技術で充分な考慮がなされておらず
、超伝導磁石を外部磁場変動のない場所に設置したり、
機械的な振動が加わらないよう冷却ポンプ等の機器配置
を工夫する程度であった。しかし、超伝導磁石はその応
用の広がりに応じて必ずしも従来のような外乱の加わら
ない静置状態で使用するばかりではなくなりつつあり、
予期せぬ外乱の発生し得る自由空間内での使用が考えら
れる。そのような場合、前記動的要因についても対策を
施す必要がある。その対策で最も容易に考えられるのは
超伝導磁石の冷却能力を向上させることであるが、磁石
の大型化、消費電力の増大という問題があった。また他
の対策として発熱の直接の原因である渦電流を低減する
か、あるいは渦電流が流れても発熱しないように超伝導
コイル容器を低抵抗化することが考えられる。前記特開
平１−１１５１０７　号公報に記載の従来技術では発明
の目的は異なるが超伝導コイル容器を低抵抗材料で被覆
することにおいてそこに流れる渦電流による発熱も低減
できる可能性がある。しかし、この従来技術は、超伝導
コイルに沿った超伝導コイル容器の一周抵抗が低下する
ため、次のような問題点がある。第１には、超伝導コイ
ルの励磁時において、渦電流が流れ易いために、渦電流
によって超伝導コイルに流れようとする電流が抑えられ
、立ちあげに要する時間や所要電力が増える。所要電力
が増えたり、立ちあげに要する時間を短くするために電
源を大きくすると、かえって渦電流による発熱が大きく
なりクエンチが発生しやすくなる。本発明の第１の目的
は、超伝導状態にするための立ち上げ時間を損なうこと
なく、振動などによる磁場変化に対する渦電流による発
熱の抑え、クエンチを防止できる超伝導磁石を提供する
ことにある。

【０００６】本発明の第２の目的は、超伝導状態にする
ための立ち上げ時においても、振動などによる磁場変化
の発生時においても、渦電流による発熱の抑えクエンチ
を防止できる超伝導磁石を提供することにある。

【０００７】本発明の第３の目的は、第１，第２の目的
に加え、磁石の大型化をもたらさない超伝導磁石を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、超伝導コイル容器を少なくともその一部が他の部
分よりも抵抗が高い高抵抗部で構成されるようにしたも
のである。

【０００９】または、上記の目的を達成するために、超
伝導コイル容器を前記超伝導コイル容器に渦電流が流れ
る時の渦電流の時定数が、前記超伝導磁石に加わる外部
から磁場変動または機械振動の持つ変動または振動の時
定数よりよりも長くなるように構成したものである。

【００１０】または、上記の目的を達成するために、超
伝導コイル容器を他の部材より抵抗の低い低抵抗材料で
その周回方向に閉ループを構成する閉ループ構造を有し
、前記閉ループ構造の少なくとも一部が前記低抵抗材料
よりも抵抗が高い高抵抗材料で構成されているようにし
たものである。

【００１１】特に、高抵抗部又は高抵抗材料で構成され
た部分の位置を外界からの磁場変動が小さい場所である
か、超伝導コイル容器と他の渦電流が流れる構造物との
相対振動が小さい場所であるようにしたものである。

【００１２】又、第３の目的を達成っするために、前記
超伝導コイルと輻射シールドとの間に前記超伝導コイル
容器より抵抗の低い低抵抗材料でその周回方向に閉ルー
プを構成する閉ループ構造を設け、前記閉ループ構造の
少なくとも一部が前記低抵抗材料よりも抵抗が高い高抵
抗材料で構成されているようにする。

【００１３】

【作用】まず、概略的に作用を説明する。超伝導状態に
するための立ち上げ時、超伝導コイル容器には、超伝導
コイル容器の周回方向に渦電流が発生する。従って、そ
の周回方向の一周抵抗を大きくすれば、渦電流を抑える
ことができる。その結果、超伝導コイルに流れる電流を
抑制する作用も低減するので、電流の立ちあげを早くす
ることができる。又、渦電流を抑えることができるので
発熱も小さくでき、クエンチを抑えることができる。一
周抵抗を大きくするためには、超伝導コイル容器の一部
に高抵抗部を設ければよい。しかもこの超伝導コイル容
器がドーナツ状の場合、高抵抗部が超伝導コイル容器の
周方向に閉ループを構成する、渦電流の遮断効果が大き
く、発熱低減等の効果も大きい。一方、一旦超伝導状態
になった後、振動等の外乱により超伝導コイルにより発
生した磁場が乱れた場合には、渦電流は、超伝導コイル
容器上に局所的に発生する。この場合、口述する理由に
より、この局所的部分は抵抗を小さくして、渦電流があ
る程度流れた方が、発熱が低く抑えられる。従って、超
伝導コイル容器を他の部材より抵抗の低い低抵抗材料で
その周回方向に閉ループを構成する閉ループ構造を有し
、前記閉ループ構造の少なくとも一部が前記低抵抗材料
よりも抵抗が高い高抵抗材料で構成すれば、上記目的を
達成することができる。又、振動発生時は、高抵抗部の
発熱が相対的に大きくなるので、この部分を支持すれば
、高抵抗部の振動が抑えられるので全体的発熱が抑えら
れる。

【００１４】次に、本発明の作用を詳細に述べる。まず
、本発明において、超伝導コイル容器における渦電流に
よる発熱が如何にして低減されるかを説明する。超伝導
コイル容器上の渦電流は最も単純には次式で表される。

【００１５】

【数１】 　　　　　　Ｌ・ｄＩ（ｔ）／ｄｔ＋ＲＩ（ｔ）＋ｄψ
（ｔ）／ｄｔ＝０　　　　……………（数１）この式で
Ｌは超伝導コイル容器の自己インダクタンス、Ｒは超伝
導コイル容器の抵抗、Ｉは超伝導コイル容器の渦電流値
、ψは外乱により超伝導コイル容器を鎖交する磁束であ
る。（数１）式は超伝導コイル容器を鎖交する磁束の時
間変化によって渦電流が誘起されることを表しており、
（数１）式をラプラス変換して変形すると（数２）式を
得る。

【００１６】

【数２】 　　　　　　Ｉ（ｓ）＝ｓψ（ｓ）／｛Ｌ（ｓ＋１／τ
）｝、　　　　　　　　　　　……………（数２）ここ
で、τ＝Ｌ／Ｒ 超伝導コイル容器上の渦電流の振る舞いは（数２）式の
ボード線図を調べることにより理解することができる。 このボード線図を図３に示す。図３において６、７、８
は抵抗値の異なる３つの場合（それぞれの抵抗値をＲ１
，Ｒ２，Ｒ３としＲ１＞Ｒ２＞Ｒ３であるものとする）
について渦電流と外乱による磁束変化量との比、を横軸
に外乱の周波数をとって示したものである。これら３つ
の場合について自己インダクタンスＬは一定であるから
それぞれの渦電流時定数τ１（＝Ｌ／Ｒ１）、τ２（＝
Ｌ／Ｒ２）、τ２（＝Ｌ／Ｒ２）はτ１＜τ２＜τ３の
関係がある。図３より渦電流は外乱の周波数ともに増え
るが、渦電流時定数で決まる周波数１／２πτを越える
と一定値に収束することがわかる。また抵抗値が小さい
ほど低い周波数で渦電流が一定値になる。この渦電流に
よる発熱は次式で与えられる。

【００１７】

【数３】 　　　　　　Ｗ（ｓ）＝ＲＩ２（ｓ）＝（Ｒ／Ｌ２）｛
ｓ２ψ２（ｓ）／（ｓ＋１／τ）２｝　　……（数３）
（数３）式の渦電流による発熱の周波数特性を図４に示
す。この図において横軸は図３と同じであり、縦軸はジ
ュール発熱と外乱による磁束の自乗との比であり、６′
，７′，８′はそれぞれ抵抗値が図３の６，７，８と対
応している。図４より発熱は図３の渦電流と同様に外乱
の周波数ともに増え、渦電流時定数で決まる周波数１／
２πτを越えると抵抗値に比例する一定値に収束する。 したがって超伝導磁石に加わる外乱の最大周波数をｆｄ
とし、この値が図４の９に示す如く渦電流時定数で決ま
る周波数より大きくなるように抵抗値を設定すると、抵
抗値を小さくすればする程渦電流による発熱を小さくす
ることができる。前記外乱の最大周波数とは、外乱が機
械振動の場合は機械系の最大共振周波数などに対応し、
外乱が磁場変動の場合は磁場発生源の電源周波数などに
対応し、いずれの場合もそれぞれの超伝導磁石の使用状
況に応じて容易に知ることができるから、抵抗値の設定
を誤って発熱が大きくなることはない。

【００１８】このように本発明では外乱の周波数と超伝
導コイル容器の抵抗値との関係を規定することで渦電流
が流れるが発熱が小さいという状況を実現することがで
きる。さらに超伝導コイル容器に流れる渦電流は超伝導
コイルに加わる磁場変動を小さくするから、クエンチを
発生させないという目的を達成するのに効果的である。 しかしこれだけでは従来技術の他の問題であった超伝導
コイルの励磁に要する時間や所要電力が増えるという問
題を解決できない。そのため本発明では励磁時の渦電流
が超伝導コイルの周回方向に沿って流れるのに対し、外
乱による渦電流は前記超伝導コイルの周回方向に関わり
なく外乱の性質によって流路が決まることを利用して、
外乱による渦電流の最も流れにくい場所に高抵抗部を前
記励磁時の渦電流流路を横切るように設置するものであ
る。以上によれば励磁時の渦電流に対しては抵抗が高い
ので渦電流があまり流れず励磁に要する時間や所要電力
の増大を防ぐことができる。一方、外乱による渦電流に
対しては抵抗が小さい状態を同時に実現できるので、高
抵抗部の存在によって著しく発熱が増大することはない
。前記外乱による渦電流の最も流れにくい場所とは外界
からの磁場変動が小さい場所であるか、超伝導コイル容
器と他の渦電流が流れる構造物との相対振動が小さい場
所であり、超伝導磁石の構造や使用状態に応じて容易に
特定することができる。

【００１９】以上の説明では、超伝導コイル容器におい
ての本発明を実施した場合を例に説明した。しかし、超
伝導磁石では渦電流は、流れ易いところに流れる。言い
替えれば、上述した例は、超伝導コイル容器に渦電流が
流れやすい場合の例である。一般的に、超伝導コイル容
器の外側に輻射熱シールドがあり、輻射熱シールドは低
抵抗材料でできて、輻射熱シールドに渦電流が流れやす
い。従って、多くの場合は、超伝導コイル容器か輻射熱
シールドに何らかの処置を立てる。本発明の技術的思想
からすれば、超伝導コイルと輻射熱シールドの間に渦電
流が流れやすい場所があったり、又はそのような物を設
けた場合、その部分において、上述した超伝導コイル容
器と同様な対策を講じれば、同様な効果をもたらすこと
ができる。すなわち、超伝導コイルと輻射シールドとの
間に超伝導コイル容器より抵抗の低い低抵抗材料でその
周回方向に閉ループを構成する閉ループ構造を設け、前
記閉ループ構造の少なくとも一部が前記低抵抗材料より
も抵抗が高い高抵抗材料で構成する。この場合、超伝導
コイルと輻射シールドからなっている超伝導磁石に比べ
、余分なものがあるだけ大きくなる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。図１は本実施例の超伝導コイル容器の構造を示すも
ので、従来例を示す図２に記載の超伝導コイル容器２に
対応するものである。図１において１０は低抵抗部、１
１は高抵抗部、１２は支持部材５の取付部である。本実
施例では超伝導コイル容器の大部分は低抵抗材料で構成
され、支持部材取付部１２のうち２カ所においてその周
囲を高抵抗材料１１で構成している。このような構成の
超伝導コイル容器における渦電流の流れ方を図５及び図
６において説明する。

【００２１】図５は超伝導コイル励磁時の渦電流の流れ
方を従来技術との比較により示したもので、１３は渦電
流の流れる方向を示す矢印である。従来技術では超伝導
コイルの電流を増やすと図５（ａ）に示す如く超伝導コ
イル電流と同方向に渦電流１３が流れ、前記超伝導コイ
ル電流の増加を妨げる起電力を発生する。一方、本実施
例では図５（ｂ）に示す如く渦電流１３は低抵抗部１０
のみを周回して流れ、高抵抗部１１にはわずかしか流れ
ない。その結果、従来技術のような超伝導コイル電流と
同方向の渦電流は小さく、従って前記超伝導コイル電流
の増加を妨げる起電力も小さくてすむ。また図６は超伝
導コイル容器と本図には示されていないが前記超伝導コ
イル容器の周囲にある輻射シールドや断熱真空容器との
間に相対振動が生じた場合の渦電流を示すものである。 相対振動の起こり方は外力の加わり方や支持構造などに
よって様々に変化するが、大きな渦電流が流れて問題と
なるのは剛体変位や低次曲げなどの低次モードである。 図６は低次モードの代表例として矢印１４で示す剛体回
転モード発生時に矢印１５で示す方向へ相対変位が起き
た場合の渦電流を示している。図６（ａ）に示す従来技
術において、渦電流は相対変位が最大の部分１６で最も
強く流れ、相対変位が最小の部分１７で最も弱く流れる
ことがわかる。一方、図６（ｂ）に示す本実施例におい
て、高抵抗部１１が相対変位が最小の部分１７と一致す
るため渦電流の流れ方は図６（ａ）の従来技術と同じで
ある。一般に支持部材取付部１２の近傍では変位が他の
部位に比べて小さいため、本実施例のように支持部材取
付部１２の周囲に高抵抗部１１を配することによって超
伝導磁石を構成する構造物間の相対振動に基ずく渦電流
発熱を小さくすることができる。図５、図６を用いて説
明したように、本実施例においては、超伝導コイル励磁
時、すなわち超伝導状態への立ちあげ時において、渦電
流を小さくすることができ、立ちあげ時間を損なわなく
、かつ、動的外乱による渦電流による発熱を抑えること
ができる。

【００２２】超伝導磁石に外部から加わる機械振動の様
子やそれによって生じる超伝導磁石の振動モードは、前
記超伝導磁石の構造と使用状態を与えることによって予
め知ることができるので、複数の支持部材取付部の中で
最も変位の発生しにくい支持部材取付部の周囲にのみ高
抵抗部を設ければ最も効果的に発熱を低減することがで
きる。

【００２３】以上、本実施例によれば超伝導磁石を機械
振動下で使用しても、極低温部における発熱の増加を小
さくすることができるから、磁石の信頼性を向上できる
ばかりでなく、冷凍機容量が小さくてすむという効果が
ある。

【００２４】図１の本発明の一実施例において，Ａ−Ａ
′で示す低抵抗部１０の断面構造の例を図７に示す。 図７（ａ）は低抵抗部を単一材料で構成したものである
。このようにすることで製造を容易にできるという効果
がある。ここで用いる低抵抗材料としてはアルミニウム
、銅及びそれらの合金などが考えられる。図７（ｂ）は
低抵抗部を複合材料で構成したものである。この図の例
では高抵抗材料１８の上に低抵抗材料１９を重ねること
で低抵抗部を実現している。一般に高抵抗材料としては
ステンレス鋼やインコネルなどの高剛性材料が挙げられ
、従ってこの例では複合材料により超伝導コイル容器全
体を薄くできるという効果がある。また高抵抗材料１８
を高抵抗部１１の材料と一致させれば超伝導コイル容器
の製造が容易になるという効果がある。

【００２５】本発明の他の実施例を図８により説明する
。図８は超伝導コイル容器の外観を示すもので、本発明
の第１の実施例を示す図１と大部分同等であるが、低抵
抗部１０が全部分一様ではなく、窓様の切り欠きがある
という特徴がある。図６（ｂ）に示した如く、外乱によ
る渦電流は一様に流れるのではなく、同じ低抵抗部上に
おいても流れの強い所と弱い所が存在する。本実施例は
前記低抵抗部上の渦電流が弱い所を高抵抗部１１で置き
換えたものである。従って本実施例によれば前記第１の
実施例の効果を損なうことなく低抵抗部の面積を低減で
きるので超伝導コイル容器の製造が容易になる。特に図
８には記載していないが、実際の超伝導コイル容器には
液体ヘリウム配管や超伝導コイルのリード線などが取り
付けられており、これらの取付部周辺では本実施例のよ
うに低抵抗部に切り欠きを設ける必要性が高い。

【００２６】本発明のその他の実施例を図９により説明
する。図９は超伝導コイル容器の外観を示すもので、本
発明の第１の実施例を示す図１と大部分同等であるが、
支持部材取付部１２及び高抵抗部１１の位置が異なる。 超伝導磁石によっては本実施例の如く支持部材を超伝導
コイル容器に直接取り付けず他の支持部材２０を介して
取り付けることがある。このような場合超伝導コイル容
器の支持点と変位最小の位置とは必ずしも一致しない。 その場合には超伝導コイル容器上において実際に変位最
小の位置へ高抵抗部１１を移すことが望ましい。しかし
本実施例の如く支持点１２がコイルの対称点にある場合
には、支持部材取付部１２の位置からだけでは変位最小
の位置を決められない。そのような場合でも、超伝導磁
石構造と外乱の種類を知ることによって例えば構造解析
などの方法により変位の様子を予め知ることができるの
で、変位最小の位置を特定し、そこに高抵抗部を配する
ことが可能である。以上、本実施例によれば支持部材取
付部が超伝導コイル容器上に直接存在しない場合でも外
乱による渦電流発熱を低減することができる。

【００２７】本発明の他の実施例を図１０、図１１及び
図１２により説明する。図１０は本実施例の背景となる
超伝導磁石の使用環境を示す図で、核融合装置に適用し
た例である。図１０において４は断熱真空容器でこの図
中には示されていないがこの中に超伝導コイル容器が納
められている。また２１は前記超伝導磁石とは独立に設
けられたコイルで、矢印２２の方向に電流が流れるよう
になっている。このような構成で超伝導磁石を使用する
とコイル２１の磁場変動が超伝導磁石に動的外乱として
加わる。本実施例はこの動的磁場変動による超伝導コイ
ル容器の渦電流発熱を低減するものである。これまでに
説明した本実施例以外の実施例は振動外乱を対象として
構成したものであったが、磁場外乱に対しても全く同様
の効果を期待できる。しかし渦電流発熱をできるだけ小
さくするためには、振動外乱に対して相対変位の小さい
ところに高抵抗部を配したのと同様の考察から、超伝導
コイル容器上で磁場外乱の最も小さいところに高抵抗部
を配することが効果的である。図１１は図１０のコイル
２１が、ある時刻に作る磁束密度分布を図１０にＡ，Ｂ
，Ｃ，Ｄで示す平面上で示したものである。この図にお
いて２３は磁束密度の等高線である。この図の例では各
コイル電流は同じとしており，Ａ，Ｂを結ぶ線上では磁
束変化が最も小さい。図１２はこの事実に基づいて超伝
導コイル容器の前記Ａ，Ｂを結ぶ線上に高抵抗部１１を
設けたものである。本発明の第１の実施例を示す図１と
本実施例を示す図１２との違いは、図１においては支持
部材取付部１２の周囲に高抵抗部を設置したのに対し、
図１２は支持部材取付部１２と関わりなく磁場外乱最小
の位置に高抵抗部を設置したことにある。超伝導磁石に
加わる外乱の大きさやそれにより超伝導コイル容器に流
れる渦電流は、該磁石構造と外乱の性質とによって決ま
り、本実施例の図１１で示したように予め予測可能であ
るので、最も渦電流発熱を低減するに効果的な高抵抗部
位置は容易に決めることができる。以上、本実施例によ
れば磁場外乱が強く作用する超伝導磁石において、超伝
導コイルの励磁に要する時間や電源容量を増大させるこ
となく、外乱に起因する渦電流発熱を低減することがで
きる。

【００２８】本発明の最後の実施例を図１３により説明
する。図１３（ａ）は超伝導コイル容器を示す図であり
、本発明の第１の実施例である図１と大部分同等である
が、高抵抗部１１の断面形状のみが異なる。これを分か
りやすくするため、低抵抗部断面Ａ−Ａ′及び高抵抗部
断面Ｂ−Ｂ′の比較をそれぞれ図１３（ｂ）及び図１３
（ｃ）に示す。これらの図において、２４はスペーサー
、２５は冷却材流路である。超伝導コイル１はスペーサ
ー２４を介して超伝導コイル容器に支えられ、また冷却
材流路２５を流れる液体ヘリウム等の冷媒によって低温
を保持している。本実施例は低抵抗部の冷却材流路２５
に比べて高抵抗部の冷却材流路２５の断面積を大きくし
たことを特徴とする。低抵抗部１０では渦電流が流れて
もその抵抗値を小さくすることで原理的に発熱をいくら
でも小さくできる。一方、高抵抗部１１はわずかな電流
でも低抵抗部１０に比べて発熱が大きい。その結果、本
発明の超伝導磁石では超伝導コイル容器で発生する渦電
流発熱の大部分が高抵抗部に集中することになる。従っ
て、高抵抗部の冷却能力を低抵抗部に比べて高めておけ
ば、少ない冷却材流量で効率よく冷却することができる
。高抵抗部の冷却能力を低抵抗部に比べて高める方法と
しては、本実施例による方法の他に高抵抗部の冷却材流
路数を増やしたり、高抵抗部のみを冷却する流路を設け
たり、その他様々な方法が考えられる。

【００２９】以上説明において、高抵抗部は、図９に示
す１１のように超伝導コイル容器の周方向に閉ループを
構成している。しかし、超伝導コイル容器上に設ける高
抵抗部が図８に示す１１のように必ずしも閉ループにし
なくて、周回方向の一周野抵抗が小さくなれば本発明の
効果を得ることができる。

【００３０】又、高抵抗部を得るのに材質を変えるなく
ても、厚さを変えることによって得ることも可能である
。

【００３１】さらに、上記の実施例では、超伝導コイル
容器の表面に対策を高じたが、内面でも内部でも同様な
効果を得ることができる。

【００３２】最後に、超伝導磁石では渦電流は、流れ易
いところに流れる。言い替えれば、上述した例は、超伝
導コイル容器に渦電流が流れやすい場合の例である。一
般的に、超伝導コイル容器の外側に輻射熱シールドがあ
り、輻射熱シールドは低抵抗材料でできて、輻射熱シー
ルドに渦電流が流れやすい。従って、多くの場合は、超
伝導コイル容器か輻射熱シールドに何らかの処置を立て
る。本発明の技術的思想からすれば、超伝導コイルと輻
射熱シールドの間に渦電流が流れやすい場所があったり
、又はそのような物を設けた場合、その部分において、
上述した超伝導コイル容器と同様な対策を講じれば、同
様な効果をもたらすことができる。すなわち、超伝導コ
イルと輻射シールドとの間に、渦電流の流れやすい閉ル
ープ状の機造を設け、前記閉ループ構造の少なくとも一
部が前記低抵抗材料よりも抵抗が高い高抵抗材料で構成
する。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、超伝導磁石を構成する
超伝導コイル容器を低抵抗部と高抵抗部とから成らせる
ことによって、動的外乱による渦電流が抵抗の低いとこ
ろを流れ、超伝導コイル励磁時の渦電流が抵抗の高いと
ころを必ず横切って流れるようにすることができるので
、励磁に要する時間や電源を著しく増大させることなく
、動的外乱による渦電流発熱を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す超伝導コイル容器であ
る。

【図２】従来技術による超伝導磁石の構造図である。

【図３】本発明の効果を説明する外乱周波数と該外乱に
よる渦電流との関係を示す図である。

【図４】本発明の効果を説明する外乱周波数と該外乱に
よる渦電流発熱との関係を示す図である。

【図５】本発明の一実施例の効果を示す励磁時の超伝導
コイル容器上での渦電流流路を示す図である。

【図６】本発明の一実施例の効果を示す振動外乱印加時
の超伝導コイル容器上での渦電流流路を示す図である。

【図７】本発明の実施例の低抵抗部構造を示す図である
。

【図８】本発明の実施例を示す超伝導コイル容器である
。

【図９】本発明の実施例を示す超伝導コイル容器である
。

【図１０】本発明の実施例である超伝導磁石とコイルと
の関係図である。

【図１１】コイルの作る磁束分布を示す図である。

【図１２】本発明の実施例を示す超伝導コイル容器であ
る。

【図１３】本発明の実施例を示す超伝導コイル容器であ
る。

【符号の説明】

１…超伝導コイル、２…超伝導コイル容器、３…輻射シ
ールド、４…断熱真空容器、５…支持部材、６，６′…
抵抗値Ｒ１の場合、７，７′…抵抗値Ｒ２の場合、８，
８’…抵抗値Ｒ３の場合、９…外乱の周波数範囲、１０
…低抵抗部、１１…高抵抗部、１２…支持部材取付部、
１３…渦電流の方向を示す矢印、１４…剛体回転の方向
を示す矢印、１５…相対変位の方向を示す矢印、１６…
渦電流が強く流れるところ、１７…渦電流が弱く流れる
ところ、１８…高抵抗材料、１９…低抵抗材料、２０…
補助支持部材、２１…コイル、２２…電流の方向を示す
矢印、２３…磁束密度の等高線、２４…スペーサー、２
５…冷却材流路。

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コイルと前記コイルを低温でその中に保持
   するコイル容器とを備えてなるコイル体において、前記
   コイル容器は少なくともその一部が他の部分よりも抵抗
   が高い高抵抗部で構成されていることを特徴とするコイ
   ル体。
2. 【請求項２】コイルと前記コイルを低温でその中に保持
   するコイル容器とを備えてなるコイル体において、前記
   コイル容器は他の部材より抵抗の低い低抵抗材料でその
   周回方向に閉ループを構成する閉ループ構造を有し、前
   記閉ループ構造の少なくとも一部が前記低抵抗材料より
   も抵抗が高い高抵抗材料で構成されていることを特徴と
   するコイル体。
3. 【請求項３】コイルと前記コイルを低温でその中に保持
   するコイル容器と、前記コイル容器の外部にコイル容器
   への熱侵入を防ぐシールドとを備えてなるコイル体にお
   いて、前記コイルとシールドとの間に前記コイル容器よ
   り抵抗の低い低抵抗材料でその周回方向に閉ループを構
   成する閉ループ構造を設け、前記閉ループ構造の少なく
   とも一部が前記低抵抗材料よりも抵抗が高い高抵抗材料
   で構成されていることを特徴とするコイル体。
4. 【請求項４】コイルと前記コイルを低温でその中に保持
   するコイル容器とを備えてなるコイル体において、前記
   コイル容器の表面は他の部材より抵抗の低い低抵抗材料
   でその周回方向に閉ループを閉ループ構造を有し、前記
   閉ループ構造の少なくとも一部が前記低抵抗材料よりも
   抵抗が高い高抵抗材料で構成されていることを特徴とす
   るコイル体。
5. 【請求項５】コイルと前記コイルを低温でその中に保持
   するコイル容器とを備えてなるコイル体において、前記
   コイル容器の表面を低抵抗材料で被覆し且つ前記低抵抗
   材料は前記コイルの周回方向の少なくとも１カ所におい
   て不連続であることを特徴とするコイル体。
6. 【請求項６】コイルと前記コイルを低温でその中に保持
   するコイル容器とを備えてなるコイル体において、前記
   コイル容器は、前記コイル容器に渦電流が流れる時の渦
   電流の時定数が、前記コイル体に加わる外部から磁場変
   動または機械振動の持つ変動または振動の時定数よりよ
   りも長くなるように構成されていることを特徴とするコ
   イル体。
7. 【請求項７】前記高抵抗材料で構成された部分又は前記
   不連続部は前記コイル容器の周方向に閉ループを構成し
   ていることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５に
   記載のコイル体。
8. 【請求項８】前記高抵抗材料で構成された部分と前記他
   の部分とが交互に配置されたことを特徴とする請求項１
   に記載のコイル体。
9. 【請求項９】前記高抵抗材料で構成された部分又は前記
   不連続部と前記低抵抗材料で構成された部分とが交互に
   配置されたことを特徴とする請求項２，３，４又は５に
   記載のコイル体。
10. 【請求項１０】前記コイル容器の支持点は前記高抵抗材
    料で構成された部分又は前記不連続部であることを特徴
    とする請求項１，２，４又は５に記載のコイル体。
11. 【請求項１１】前記コイル容器上で前記コイル容器の支
    持点から離れた部分は前記他の部分又は前記低抵抗材料
    で構成された部分であることを特徴とする請求項１，２
    ，４又は５に記載のコイル体。
12. 【請求項１２】前記高抵抗材料で構成された部分又は前
    記不連続部を前記コイル容器の前記コイル体の外部より
    加わる磁場変動の小さいところに設置したことを特徴と
    する請求項１，２，４又は５に記載のコイル体。
13. 【請求項１３】前記他の部分又は前記低抵抗材料で構成
    された部分は高抵抗部材と低抵抗部材のクラッド材であ
    ることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５に記載
    のコイル体。
14. 【請求項１４】前記他の部分又は前記低抵抗部材で構成
    された部分は純アルミ材で構成されていることを特徴と
    する請求項１，２，３，４又は５に記載のコイル体。
15. 【請求項１５】前記高抵抗材料で構成された部分又は前
    記不連続部はインコネル材で構成されていることを特徴
    とする請求項１，２，３，４又は５に記載のコイル体。
16. 【請求項１６】前記高抵抗材料で構成された部分又は前
    記不連続部は、前記他の部分又は前記低抵抗材料で構成
    された部分に比べて冷却能力が高い構造としたことを特
    徴とする請求項１，２，３，４又は５に記載のコイル体
    。
17. 【請求項１７】前記高抵抗材料で構成された部分又は前
    記不連続部は、前記他の部分又は前記低抵抗材料で構成
    された部分に比べて単位面積、単位時間あたりの冷却材
    流量が多い構造としたことを特徴とする請求項１，２，
    ３，４又は５に記載のコイル体。
18. 【請求項１８】少なくとも前記高抵抗材料で構成された
    部分又は前記不連続部に前記他の部分又は前記低抵抗材
    料で構成された部分とは独立の冷却材流路を設けたこと
    を特徴とする請求項１，２，３，４又は５に記載のコイ
    ル体。
19. 【請求項１９】コイルを低温でその中に保持するコイル
    容器において、前記コイル容器は少なくともその一部が
    他の部分よりも抵抗が高い高抵抗材料で構成されている
    ことを特徴とするコイル容器。
20. 【請求項２０】コイルを低温でその中に保持するコイル
    容器において、前記コイル容器は他の部材より抵抗の低
    い低抵抗材料でその周回方向に閉ループを構成する閉ル
    ープ構造を有し、前記閉ループ構造の少なくとも一部が
    前記低抵抗材料よりも抵抗が高い高抵抗材料で構成され
    ていることを特徴とするコイル容器。
21. 【請求項２１】コイルを低温でその中に保持するコイル
    容器において、前記コイル内部に前記コイル容器より抵
    抗の低い低抵抗材料でその周回方向に閉ループを構成す
    る閉ループ構造を設け、前記閉ループ構造の少なくとも
    一部が前記低抵抗材料よりも抵抗が高い高抵抗材料で構
    成されていることを特徴とするコイル容器。
22. 【請求項２２】前記コイルを低温でその中に保持するコ
    イル容器において、前記コイル容器の表面は他の部材よ
    り抵抗の低い低抵抗材料でその周回方向に閉ループを閉
    ループ構造を有し、前記閉ループ構造の少なくとも一部
    が前記低抵抗材料よりも抵抗が高い高抵抗材料で構成さ
    れていることを特徴とするコイル容器。
23. 【請求項２３】コイルを低温でその中に保持するコイル
    容器において、前記コイル容器の表面を低抵抗材料で被
    覆し且つ前記低抵抗材料は前記コイルの周回方向の少な
    くとも１カ所において不連続であることを特徴とするコ
    イル容器。