JPH10247753A

JPH10247753A - 超電導装置および超電導装置の制御方法

Info

Publication number: JPH10247753A
Application number: JP9049938A
Authority: JP
Inventors: Kenji Tazaki; 賢司田崎; Kazuo Yamamoto; 一生山本; Kei Koyanagi; 圭小柳; Minoru Yamada; 穣山田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-03-05
Filing date: 1997-03-05
Publication date: 1998-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】従来永久電流モードで駆動する超電導装置で
は、永久電流スイッチが悪影響を与えるため、安定して
永久電流モードを実現することが困難であった。【解決手段】冷凍機６の低温側冷却ステージ４上に超電
導コイル１と熱スイッチ３を熱的に接続して配置し、熱
スイッチ３の上に永久電流スイッチ２を熱的に接続して
配置する。冷凍機６の高温側冷却ステージ１９および冷
凍機６の低温側冷却ステージ４とをそれぞれ高温端およ
び低温端とする電流リード１６を配置する。永久電流ス
イッチ２をオフにしたときには、熱スイッチ３をオフに
制御することにより、永久電流スイッチ２から冷却ステ
ージ４への熱の流れを無くして冷却ステージ４の温度が
上昇するのを抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久電流モードで
運転される超電導装置および超電導装置の制御方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ＮＭＲ、ＭＲＩあるいは磁気浮上列車な
どに用いられる超電導装置、特に超電導マグネットで
は、永久電流モードで運転することが求められる。その
理由は、ＮＭＲ、ＭＲＩ等では電源に繋いだ状態で使用
する場合には、電源からのノイズに影響されてそれぞれ
の性能が悪化する恐れがあるからであり、また磁気浮上
列車では電源を搭載した状態で走行させるには電源重量
が負荷となって不利となるからである。

【０００３】これまでの永久電流モード駆動方式の超電
導マグネットでは、超電導マグネットを液体ヘリウム中
に浸漬して冷却しているのが通常である。ところで最
近、超電導マグネットを液体ヘリウム中に浸漬冷却する
ことなく、極低温冷凍機を用いて直接的に超電導マグネ
ットの冷却を行う冷凍機冷却方式の超電導マグネットが
開発され、そのメンテナンスの容易さから脚光を浴びて
きている。

【０００４】永久電流モードで運転しないタイプ（電源
に繋いだ状態で使用する）の冷凍機冷却方式の超電導マ
グネットは、すでに実用化されるにまで技術が向上して
いるが、一方、永久電流モードで駆動する冷凍機冷却超
電導マグネットは、永久電流スイッチに大きな課題があ
り、まだ実用されていない。

【０００５】これまでに、冷凍機冷却方式の超電導マグ
ネット用の永久電流スイッチを冷凍機に直接取り付ける
方法が提案されている（例えば、特開平７−１４２２３
５号公報）。

【０００６】しかしこのような方法の場合には、次のよ
うな問題点が生じ、実用化には至っていない。すなわ
ち、永久電流スイッチには、大別して（１）超電導線とヒータとで永久電流スイッチを構成
し、ヒータで熱を加えて超電導線をクエンチさせてスイ
ッチをオフに切換える行う方式、（２）超電導線と磁界
発生装置とで永久電流スイッチを構成し、磁界発生装置
で超電導戦に磁界を与えて超電導線をクエンチさせてス
イッチをオフに切換える行う方式、（３）スイッチの端
子同士を機械的に移動させて、端子を接触状態でスイッ
チをオンにし、端子を非接触の状態でスイッチをオフに
切換える方式等が考えられている。

【０００７】これらの永久電流スイッチのうち、（３）
の機械式は端子同士の接触電気抵抗が大きく、実用化は
困難である。また（１）と（２）の熱式と磁界式とは発
熱が問題となっている。特に、最も確実にスイッチング
動作する熱式の永久電流スイッチが多く用いられている
が、この熱式永久電流スイッチを上記のような冷凍機冷
却方式の超電導マグネットに取付けた場合には、スイッ
チをオフにするために発生させるヒータの熱が、冷凍機
の冷却ステージに直接作用してしまう。

【０００８】その結果、冷凍機の冷却ステージ温度が上
昇し、メインの超電導マグネットをクエンチに至らしめ
たり、あるいは、温度上昇を見込んで、運転温度での臨
界電流よりかなり低い電流で運転せざるをえないという
問題点があった。

【０００９】またこのような問題は、冷凍機で冷却する
超電導マグネットに限られたものではない。すなわち、
冷凍機の冷却ステージに作用する熱が、液体ヘリウム等
の冷媒やガス等によって間接的に冷却する冷却手段に作
用する場合にもこれら冷却手段の温度上昇を招いてしま
う問題が生じる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記に説明したよう
に、従来永久電流モードで駆動する超電導装置では、永
久電流スイッチが悪影響を与えるため、安定して永久電
流モードを実現することが困難であった。本発明は、上
記事情を考慮してなされたもので、永久電流モードで駆
動可能な超電導装置および超電導装置の制御方法を提供
することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に関わる超電導装置は、（１）超電導機器と、この超電導機器を冷却するために
当該超電導機器と熱的に接続される冷却手段と、前記超
電導機器を永久電流モードで駆動するために設けられる
永久電流スイッチと、前記冷却手段と前記永久電流スイ
ッチとを熱的に接続あるいは分離するために設けられる
熱接続・分離手段とを備えていることを特徴としてい
る。

【００１２】（２）超電導機器と、この超電導機器を冷
却するために当該超電導機器と熱的に接続される冷却手
段と、この冷却手段に熱的に接続される熱接続・分離手
段と、この熱接続・分離手段の前記冷却手段とは接触し
ていない部分に熱的に接続される永久電流スイッチとを
備えていることを特徴としている。

【００１３】（３）超電導機器と、この超電導機器を冷
却するために当該超電導機器と熱的に接続される冷却手
段と、前記超電導機器を永久電流モードで駆動するため
に設けられる永久電流スイッチと、前記冷却手段と前記
永久電流スイッチとを熱的に接続、あるいは分離するた
めに設けられる熱スイッチと、前記永久電流スイッチを
オフにしたときには、前記熱スイッチをオフにし、逆に
前記永久電流スイッチをオンにしたときには、前記熱ス
イッチをオンにするように制御するための制御手段とを
備えたことを特徴としている。

【００１４】（４）冷却ステージを備えた冷凍機と、前
記冷却ステージに熱的に接続される超電導コイルと、前
記冷却ステージに熱的に接続される熱接続・分離手段
と、前記冷却ステージに対して前記熱スイッチを介して
熱的に接続される永久電流スイッチとを備えていること
を特徴としている。

【００１５】（５）低温側および高温側から成る少なく
とも２段の冷却ステージを備えた冷凍機と、前記低温側
冷却ステージに熱的に接続される超電導コイルと、前記
低温側冷却ステージに熱的に接続される熱接続・分離手
段と、前記低温側冷却ステージに対して前記熱接続・分
離手段を介して熱的に接続される永久電流スイッチと、
前記高温側冷却ステージにその高温側が熱的に接続さ
れ、前記低温側冷却ステージにその低温側が熱的に接続
される電流リードとを備えていることを特徴としてい
る。

【００１６】また本発明の超電導装置の制御方法におい
ては、超電導機器と、この超電導機器を冷却するために
当該超電導機器と熱的に接続される冷却手段と、前記超
電導機器を永久電流モードで駆動するために設けられる
永久電流スイッチと、前記冷却手段と前記永久電流スイ
ッチとを熱的に接続あるいは分離するために設けられる
熱スイッチとを備えた超電導装置の制御方法において、
前記永久電流スイッチをオフにしたときには、前記熱ス
イッチをオフにして、前記永久電流スイッチから冷却手
段への熱の流れを抑制し、逆に前記永久電流スイッチを
オンにしたときには、前記熱スイッチをオンにして、冷
却手段の温度と永久電流スイッチとの温度差を少なくす
るように制御することを特徴としている。

【００１７】（作用）上記のような本発明の超電導装置
および超電導装置の制御方法では、永久電流スイッチを
オフにしたときには、熱接続・分離手段（例えば熱スイ
ッチ）をオフにして、永久電流スイッチから冷却手段
（例えば冷凍機の冷却ステージ）への熱の流れを無くし
て冷却手段（冷凍機の冷却ステージ）の温度が上昇する
のを抑制し、逆に永久電流スイッチをオンにしたときに
は、熱接続・分離手段（熱スイッチ）をオンにして、冷
却手段（冷凍機の冷却ステージ）の温度と永久電流スイ
ッチとの温度差を極力なくすことができ、その結果、メ
インの超電導装置の温度を上昇させることなく、効果的
に永久電流スイッチのスイッチングを行うことが可能と
なる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の超電導装置の実施形態を説明する。なお、本発明の一
例としては、超電導機器として最もポピュラーな超電導
マグネットを想定した超電導マグネット装置を例示して
いるが、本発明はこの超電導マグネット装置に限定され
るものではない。

【００１９】（第１の実施の形態）図１は、本発明の一
実施形態に関わる超電導マグネット装置の概略全体構成
図を示している。

【００２０】図１に示した超電導マグネット装置は、大
きく別けて超電導マグネット１、永久電流スイッチ２、
熱スイッチ（熱接続・分離手段）３、冷却ステージ４を
備えた冷凍機本体（冷却手段）６、冷却ブロック５、真
空容器７、電流リード８等から構成されている。

【００２１】真空容器７内には、冷凍機本体６を除いた
ほとんど全ての構成部品が収納されており、高真空中で
運転される。真空容器７内に収納されている超電導コイ
ル１は、冷却ブロック５上に熱的に接続されて取付けら
れており、この冷却ブロック５は冷凍機本体６に設けら
れた冷却ステージ４に熱的に接続されて取付けられてい
る。また冷却ブロック５上には、熱スイッチ３が熱的に
接続されて取付けられ、この熱スイッチ３に対して、上
記冷却ブロック５とは反対側に永久電流スイッチ２が取
付けられ、その結果、永久電流スイッチ２と冷却ブロッ
ク５は直接接触することなく熱スイッチ３を介して熱的
に接続されて取付けられている。なお、上記超電導コイ
ル１は、Ｂｉ系やＹ系の酸化物超電導体やＮｂ₃ Ｓｎや
ＮｂＴｉ等の金属間化合物等からなる超電導線を巻回し
て構成されている。

【００２２】冷却ブロック５の材質は、熱伝導特性が良
好なものであれば何でも良いが、例えば銅、アルミニウ
ムなどの金属あるいは銅合金やアルミニウム合金が望ま
しい。また、窒化アルミニウムなどの良熱伝導性絶縁物
も望ましい。以下の文章中に記述される冷却ブロック
（第１乃至第１１の実施形態に共通）は、すべてこの第
１の実施形態で説明した冷却ブロック５と同様の作用・
効果を有する物質で構成されるものとする。なお、冷却
ブロック５は必須の構成要素では無く、省略する事がで
きる。冷却ブロックを省略する場合には冷凍機の冷却ス
テージに直接、超電導コイルあるいは熱スイッチ等を熱
的に接続して取り付ければ良く、特許請求の範囲では、
この冷却ブロックを省略して記載している。

【００２３】永久電流スイッチ２と超電導コイル１と
は、例えば超電導線材１１により電気的に接続されてお
り、その接続部およびその周辺の超電導線材１１は、接
続ブロック１２によって熱アンカーが取られ、冷却ステ
ージ４と熱的に接続されて取付けられている冷却ブロッ
ク５、および冷却ブロック１４を介して冷却されてい
る。なお、冷却ブロック１４は、接続部およびその周辺
の超電導線材１１と冷凍機冷却ステージ４との高さの調
整のために挿入されている。

【００２４】接続ブロック１２と冷凍機の冷却ステージ
４との電気的な絶縁性を保つために、接続ブロック１２
と冷凍機冷却ステージ４との間に絶縁材１３を直列に挿
入している。この絶縁材１３は良伝熱性を示した方が良
く、例えば窒化アルミなどが好ましい。

【００２５】外部からの電流を超電導コイル１に供給す
るための電流リード８は、例えば銅やアルミニウム、あ
るいは酸化物超電導体から構成されており、冷凍機冷却
ステージ４によって熱アンカーが取られて、一端側が超
電導コイル１に電気的に接続され、他端側は真空容器７
に絶縁ブッシュ１５により固定され、真空容器７と電気
的な絶縁性を保ちつつ外部電源（図示省略）と接続され
ている。電流リード８の熱アンカーを取るに当たって
は、電流リード８と冷凍機冷却ステージ４との間の電気
的絶縁性を保つために、接続ブロック９に電気的に接続
し、接続ブロック９と冷却ステージ４との間に直列に絶
縁材１０を挿入している。この絶縁材１０は良伝熱性を
示した方が良く、例えば窒化アルミなどが好ましい。

【００２６】図１に示した熱スイッチ３の構成は、スイ
ッチ上端と下端の熱的繋がりをオン／オフできるものな
ら何でも良いが、スイッチ端子同士を対向して設け、こ
れら端子を駆動機構によって機械的に移動させることに
よって、接触／非接触を切換えてオン／オフを行う機械
的熱スイッチや、あるいはスイッチ端子同士を対向して
収納した熱スイッチ容器内部にガスを供給・排出して、
端子同士の微小ギャップ間に存在するガスの熱伝導を介
して熱を伝え（スイッチがオン状態）、またガスを排出
して真空に保持して熱伝達をオフにするガス圧力調整式
の熱スイッチ等を用いることができる。

【００２７】これらの機械的熱スイッチおよびガス圧力
調整式熱スイッチの具体的な構成については、後述する
第８の実施形態と第９のり実施形態において詳細に説明
するのでここではその説明は省略する。

【００２８】次に、熱スイッチ３と永久電流スイッチ２
のスイッチング制御方法について説明する。永久電流ス
イッチ２をオフ（例えばヒータで永久電流スイッチ２を
加熱して永久電流スイッチを構成する超電導体をクエン
チさせて）にしたときには、熱スイッチ３をオフにし
て、永久電流スイッチ２から冷凍機の冷却ステージ４へ
の熱の流れを無くして冷却ステージ４）の温度が上昇す
るのを抑制する。逆に永久電流スイッチ２をオン（ヒー
タの加熱を停止して永久電流スイッチを構成する超電導
体を冷却し、超電導状態に復帰させて）にしたときに
は、熱スイッチ３をオンにして冷却ステージ４の温度と
永久電流スイッチ２との温度差を極力なくすように制御
する。

【００２９】これらの永久電流スイッチ２および熱スイ
ッチ３のオン／オフ制御は図示は省略するが、電気回路
的に制御を行う制御回路（制御手段）によって行うよう
に構成している。

【００３０】このように制御する結果、メインの超電導
装置の温度を上昇させることなく、効果的に永久電流ス
イッチのスイッチングを行うことが可能となる。なお、
このような制御方法は、以下に説明する第２の実施形態
以降の実施形態においても同様のため、その実施形態の
欄における説明は省略している。

【００３１】また、上述した図１では、冷凍機の冷却ス
テージ４上に冷却ブロック５を取り付けているが、冷却
ブロック５の形状は任意で良く、また冷却ブロック５を
介さずに超電導コイル１および熱スイッチ３を直接、冷
凍機の冷却ステージ４に取り付けても良い。このように
冷却ブロック５を配置しない場合にも、その熱スイッチ
３の冷却ステージ４面のうち、この冷却ステージ４と接
触していない反対側の冷却ステージ４面上に永久電流ス
イッチ２を取り付けれて構成すれば、図１に示した構成
と同様の作用・効果を有する。

【００３２】また、図１では接続ブロック９と冷却ステ
ージ４とを絶縁材１０を介して接続しているが、接続ブ
ロック９と冷却ブロック５とを絶縁材１０を介して接続
するように構成しても同様の効果が得られる。

【００３３】さらに、図１では、電流リード８は冷凍機
の冷却ステージ４によって冷却されているが、例えば超
電導コイル１が高温超電導コイルの場合は、運転温度が
比較的高いため、電流リード８を冷凍機冷却ステージ４
によって熱アンカーをとること無しに、接続部あるいは
その周辺の超電導線材１１から直接大気空間へと導出す
ることも可能である。

【００３４】またさらに、図１では、冷凍機本体６とし
てスターリング冷凍機をイメージして図示しているが、
冷凍機としては、ギフォード・マクマホン冷凍機（ＧＭ
冷凍機）やＧＭ−ＪＴ冷凍機、パルスチューブ冷凍機な
ど、超電導装置の冷却源として利用できる任意の冷凍機
で良い。

【００３５】（第２の実施形態）図２は、本発明に係る
超電導装置の第２の実施形態を示した概略全体構成図で
ある。

【００３６】この図２に示した第２の実施形態では、図
１に示した第１の実施形態と主要部分は同一であり、同
一部分には同一符号を付してその説明は省略する。図２
では、冷凍機の冷却ステージ４と冷却ブロック５とを偏
心（偏曲）した位置関係に配置し、その間を冷却板４０
で熱的に接続した構成が特徴である。

【００３７】冷却ブロック５と冷却板４０は熱伝導部材
として第１の実施形態で示した材質を用いることがで
き、冷却ブロック５と冷却板４０を一体化させた構成を
採用しても良い。冷却ブロック５と冷却板４０を一体化
させた場合には両者間での熱抵抗を無くすことができる
ため冷却効率の向上に寄与できる。

【００３８】このように冷凍機の冷却ステージ４の位置
とブロック５の位置とを偏曲（偏心）させることによっ
て、超電導装置全体の形状に限定されることなく超電導
コイル１、冷凍機本体６、あるいは永久電流スイッチ２
等を配置することができ、本発明に係る超電導装置の設
計の自由度を向上させることができる。

【００３９】（第３の実施形態）図３は、本発明に係る
超電導装置の第３の実施形態を示した概略全体構成図で
ある。

【００４０】この図３に示した第３の実施形態でも、図
１、図２に示した第１，第２の実施形態と主要部分は同
一であり、同一部分には同一符号を付してその説明は省
略する。

【００４１】図３では、超電導コイル１の冷却方式を冷
凍機６による冷却に代えて、冷媒４１によって冷却ブロ
ック５を浸潰冷却して行う冷却方式を採用した構成が特
徴である。

【００４２】すなわち、真空容器７には一体的に冷媒容
器４２が取付けられており、この冷媒容器４２内には、
超電導コイル１の種類に応じた例えば、液体ヘリウムや
液体窒素等の冷媒４１が保持されている。この冷媒４１
中に冷却板４３を浸漬し、この冷却板４３に熱的に冷却
ブロック５を接続し、この冷却ブロック５を介して超電
導コイル１を冷却するように構成している。

【００４３】なお、この実施形態においても冷却ブロッ
ク５と冷却板４３とを一体化させた構成を採用しても良
く、この場合には両者間での熱抵抗を無くすことができ
るため冷却効率の向上に寄与できる。

【００４４】なお、上記の説明では冷媒４１として液体
ヘリウムや液体窒素等の液体冷媒を例示したが、冷媒４
１としてはガス状態でも良く、ヘリウムガスや窒素ガス
等や、あるいはこれらのガス冷媒を配管を介して循環さ
せるようなシステムを構成し、冷媒ガスが循環する配管
を超電導コイルやあるいは冷却ブロックの周囲に取付け
て間接的に冷却するよう構成しても良い。

【００４５】（第４の実施形態）図４は、本発明に係る
超電導装置の第４の実施形態を示した概略全体構成図で
ある。

【００４６】この図４に示した第４の実施形態でも、図
１乃至図３に示した第１乃至第３の実施形態と主要部分
は同一であり、同一部分には同一符号を付してその説明
は省略する。

【００４７】図４では、冷凍機として例えば２段（２
つ）の冷却ステージを備えたＧＭ冷凍機を用いた構成を
採用し、低温側の２段冷却ステージ４上に冷却ブロック
５を介して、超電導コイル１と熱スイッチ３を取り付け
た点が特徴である。なお、高温側の１段冷却ステージ１
９では電流リード２１の熱アンカーが取られている。

【００４８】２段の冷却ステージを設けることによって
電流リードの配線構成が上述の実施形態のものと異なっ
てくるので以下に説明する。具体的には、電流リード１
６は、低温側の電流リード８と、高温側の電流リード２
１とにそれぞれ接続ブロック２５と接続ブロック１８を
介して電気的に接続されている。接続ブロック２５は、
絶縁材１７ａを介して２段冷却ステージ４と接続されて
おり、電気的には絶縁されつつ、熱的にはつながってい
る状態が実現されている。接続ブロック１８は、絶縁材
１７ｂを介して１段冷却ステージ１９と接続されてお
り、同様に電気的には絶縁されつつ、熱的にはつながっ
ている状態が実現されている。電流リード２１の低温端
は接続ブロック１８を介して電流リード１６と電気的に
接続されている。また、電流リード２１の高温端は、絶
縁ブッシュ２２によって真空容器７と電気的な絶縁性を
保ちながら室温空間に導出されている。

【００４９】このように冷凍機の構成としては、２段あ
るいはそれ以上（例えば３段）の冷却ステージを備えた
ものを採用することもでき、本発明においては超電導機
器を冷却可能な冷凍機であれば種々の形式を採用するこ
とができるものである。

【００５０】（第５の実施形態）図５は、本発明に係る
超電導装置の第５の実施形態を示した概略全体構成図で
ある。

【００５１】図５に示した第５の実施形態では、図４に
示した第４の実施形態と主要部分は同一であり、同一部
分には同一符号を付してその説明は省略する。図５で
は、熱スイッチが２種類配置されている構成が特徴であ
る。

【００５２】２種類の熱スイッチは両者とも、永久電流
スイッチ２と接続されていることは一致しているが、一
方の熱スイッチ３（第１の熱スイッチ）は冷却ブロック
５を介して冷凍機の２段冷却ステージ４に熱的に接続さ
れているのに対し、他方の熱スイッチ２４（第２の熱ス
イッチ）は冷却板２３を介して冷凍機の１段冷却ステー
ジ１９に熱的に接続されている。

【００５３】これらの２種類の熱スイッチ３，２４のう
ち、第２の熱スイッチ２４は上述してきた実施形態では
設けられていなかったもので、この第５の実施形態に特
有の熱スイッチである。

【００５４】この第２の熱スイッチ２４の作用・効果に
ついては次の通りである。つまり、冷凍機の１段冷却ス
テージ１９は２段冷却ステージ４と比較して最低到達温
度の能力は低いが、冷却能力自体は大きい。したがって
１段冷却ステージ１９に熱的に接続されている第２の熱
スイッチ２４は、第１の熱スイッチ３と比較して永久電
流スイッチ２を急速に温度を変化させる（急速に冷却す
る）ことが可能である。つまり、永久電流スイッチ２が
オフの場合に予冷を急速に行うことができ、結果として
永久電流スイッチ２のスイッチング動作を極めて高速に
行うことができる。また、永久電流スイッチ２の予冷を
冷凍能力の大きな１段冷却ステージ１９を用いて行うこ
とができるので、２段冷却ステージ４の温度上昇を最小
限に抑制できる。

【００５５】これら第１および第２の熱スイッチ３、２
４の運転モードとしては、永久電流スイッチ２をオフか
らオンにする際、最初は第２の熱スイッチ２４をオン、
第１の熱スイッチ３をオフにする。そして、永久電流ス
イッチ２を第２の熱スイッチ２４を介して１段冷却ステ
ージ１９にて急速に冷却して、永久電流スイッチ２を１
段冷却ステージ温度近くまで冷却した後、第２の熱スイ
ッチ２４をオフ、第１の熱スイッチ３をオンにする。第
１の熱スイッチ３をオンにした後は、第１の熱スイッチ
３を介して２段冷却ステージ温度まで、２段冷却ステー
ジ４にて冷却する。

【００５６】このような運転モードとなるように制御装
置（図示省略）によって制御することによって、永久電
流スイッチ２のスイッチング速度を向上させることがで
きると共に、２段冷却ステージ４の温度を大きく上昇さ
せることなく永久電流スイッチ２のスイッチングが可能
となる。

【００５７】（第６の実施形態）図６は、本発明に係る
超電導装置の第６の実施形態を示した概略全体構成図で
ある。

【００５８】図６に示した第６の実施形態では、図４、
図５に示した第４および第５の実施形態と主要部分は同
一であり、同一部分には同一符号を付してその説明は省
略する。

【００５９】図６では、永久電流スイッチ２のスイッチ
ング動作を高速に行うために、永久電流スイッチ２に冷
媒容器２６を熱的に取り付けて、冷媒容器２６内のガス
あるいは液体から成る冷媒で急速に冷却を行うことがで
きる構成を採用した点が特徴である。

【００６０】つまり、永久電流スイッチ２には、冷媒を
収容するための冷媒容器２６が熱的に接続されており、
この冷媒容器２６は配管２７を介して冷媒を容器２５内
へ供給あるいは排出を行うための給排出装置２８に繋が
れている。配管２７は、冷却板４４を介して冷凍機の１
段冷却ステージ１９に熱的に接続され、熱アンカーが取
られている。ただし、冷却板４４は必ずしも取り付ける
必要はない。

【００６１】冷媒容器２６の機能は、第５の実施形態に
おける１段冷却ステージ１９に取り付けた第２の熱スイ
ッチ２４と同じように、永久電流スイッチ２の予冷を行
ってスイッチング動作を高速化させるものである。

【００６２】その制御方法は、永久電流スイッチ２をオ
ンにする際に、熱スイッチ３をオフにした状態で、まず
永久電流スイッチ２を冷媒容器２６中の冷媒で急速に冷
却する。永久電流スイッチ２が冷媒温度付近に達したと
ころで、冷媒を給排出装置２８にて排出した後、熱スイ
ッチ３をオンにして、永久電流スイッチ２を冷凍機の２
段冷却ステージ温度まで冷却する。

【００６３】このように、永久電流スイッチ２の予冷を
冷媒容器２６内の冷媒によって急速に行うことができる
ため、永久電流スイッチ２のスイッチング動作を極めて
高速に行うことができると共に、永久電流スイッチ２の
予冷を冷凍能力の大きな冷媒を用いて行うことができる
ので、２段冷却ステージ４の温度上昇を最小限に抑制で
きる。

【００６４】この第６の実施の形態のような構成を採用
し、上記のような運転モードとなるように制御装置（図
示省略）によって制御することによって、第５の実施形
態と同様に永久電流スイッチ２のスイッチング速度を向
上させることができると共に、２段ステージ４の温度を
大きく上昇させることなく永久電流スイッチ２のスイッ
チングが可能となる。

【００６５】なお、上記説明では永久電流スイッチのオ
ン・オフに合わせて冷媒容器２６内の冷媒を供給あるい
は排出するように制御する給排出装置２８を設けている
が、これに代えて、冷媒容器２６内の冷媒の温度を制御
する温度制御装置あるいは、冷媒容器２６内の冷媒の圧
力を制御する圧力制御装置を設けるようにしても、同様
の作用・効果が得られる。

【００６６】また、図示は省略するが永久電流スイッチ
２を予冷して高速スイッチング動作を達成するために冷
凍機本体６とは別な、新たな冷凍機を設けるようにして
も良い。この場合の冷凍機は、永久電流スイッチ２を冷
却するための専用の冷凍機としても良く、超電導コイル
１を冷却する冷凍機よりは最低到達温度能力が低くても
問題無いため安価な冷凍機で良い。

【００６７】（第７の実施形態）図７は、本発明に係る
超電導装置の第７の実施形態を示した概略全体構成図で
ある。

【００６８】図７に示した第７の実施形態では、図４乃
至図６に示した第４乃至第６の実施形態と主要部分は同
一であり、同一部分には同一符号を付してその説明は省
略する。

【００６９】図７では、永久電流スイッチ２を取り囲む
ように熱シールド板３１を取り付けた構成が特徴であ
る。この熱シールド板３１は、永久電流スイッチ２を取
り囲むように配置されるもので、冷却板３２を介して、
冷凍機の１段冷却ステージ１９で冷却されて熱アンカー
が取られている。このような構成にすることによって、
永久電流スイッチ２がオフの時（ヒータで加熱した場合
等）に、永久電流スイッチ２から超電導コイル１への輻
射熱を低減することができ、超電導コイル１の温度上昇
を低減することができる。

【００７０】なお、図７では永久電流スイッチ２の周囲
に熱シールド板３１を配置したが、超電導コイル１の周
囲に熱シールド板を配置しても同様に永久電流スイッチ
２から超電導コイル１への輻射熱を防止することがで
き、超電導コイル１の温度上昇を低減することができ
る。

【００７１】また、図７では熱シールド板３１を冷凍機
の１段冷却ステージ１９で冷却し熱アンカーを取った
が、例えば当該冷凍機以外の冷凍機、さらには冷凍機以
外の冷却媒体、例えば液体窒素、液体酸素、液体水素、
液体ネオン、液体ヘリウムなどで冷却しても上述と同様
の効果が得られる。

【００７２】（第８の実施形態）図８は、本発明に係る
超電導装置の第８の実施形態を示した概略全体構成図で
ある。

【００７３】図８に示した第８の実施形態では、図４乃
至図７に示した第４乃至第７の実施形態と主要部分は同
一であり、同一部分には同一符号を付してその説明は省
略する。

【００７４】図８では、熱スイッチ３として具体的に図
９として示した機械式の熱スイッチを用いた例を示して
いる。すなわちこの機械式の熱スイッチ３は、図９に示
すように、スイッチ端子５０とスイッチ端子５１とを対
向して設け、これら端子５０，５１を駆動機構によって
機械的に移動させるることによって、接触／非接触を切
換えてオン／オフを行う熱スイッチである。

【００７５】熱スイッチ３には、ボールネジ等の動力伝
達部４６に熱スイッチ３内部の一方の端子５０が取り付
けられ，この動力伝達部４６の動作をコントロールする
モータ等の駆動源として動力駆動部４７が動力伝達部４
６に取り付けられている。動力伝達部４６は冷却板４９
を介して冷凍機の１段冷却ステージ１９に熱的に接続さ
れ、熱アンカーが取られている。動力駆動部４７の精度
の良いコントロールによって、端子５０の移動量が精度
良く調整できるため、熱スイッチ３内部の低温側の端子
５０と高温側の端子５１の機械的な接触具合（接触状
態）を高精度にコントロールできる。その結果として、
熱スイッチ３内部の高温側の端子５０から低温側の端子
５１への熱の流れをコントロールすることが可能とな
る。

【００７６】（第９の実施形態）図１０は、本発明に係
る超電導装置の第９の実施形態を示した概略全体構成図
である。

【００７７】図１０に示した第９の実施形態では、図４
乃至図８に示した第４乃至第８の実施形態と主要部分は
同一であり、同一部分には同一符号を付してその説明は
省略する。

【００７８】図１０では、熱スイッチ３として具体的に
図１１に示したようなガス圧力調整式の熱スイッチを用
いた例を示している。すなわちこのガス圧力調整式の熱
スイッチは、図１１（ａ）に概略全体図を示すように、
スイッチ容器５３内部に配管を通してヘリウムガスやネ
オンガス等を供給し、また排気してスイッチ容器５３内
部のガスの圧力を制御するために配管５７と流量制御弁
５８を介して容器５３内のガス圧力を調整するためのガ
ス圧力制御装置５４を接続している。また、スイッチ容
器５３内にはスイッチ端子５５とスイッチ端子５６が微
小ギャップを介して対向して設けられている。

【００７９】このようなガス圧力調整式の熱スイッチで
は、スイッチ容器５３内をガス圧力制御装置５４により
排気し、真空状態に保持することによってスイッチ端子
５５，５６間の熱的繋がりをオフにすることができ、ま
たガス圧力制御装置５４によってスイッチ容器５３内に
ガスを供給することによって圧力を上昇させれば、スイ
ッチ端子５５，５６の間は微小ギャップに存在するガス
の熱伝導を介して熱的に繋がった状態となり、スイッチ
としてオン状態となる。

【００８０】なお、図１１に示したようにスイッチ端子
５５，５６の対向部分の形状を交互に凸部５５ａ，５６
ａを形成するような櫛歯形状（図１１（ｂ）に平面図を
示す）とし、これら凸部５５ａ，５６ａが互い違いに入
れ子状となるように配置することにより、スイッチ端子
５５，５６同士の対向面積を極めて大きく取ることがで
き、熱伝導の観点から極めて有利である。

【００８１】また、スイッチ容器５３内に圧力センサ
（図示省略）を配置し、この圧力センサの出力をガス圧
力制御装置５４にフィードバックし、ガスの供給あるい
は排気能力を調整制御するように構成すれば、スイッチ
がオンの時に高温端（永久電流スイッチ２側）から低温
端（冷却ステージ４側）へ伝わる熱量を精度良く調整可
能である。

【００８２】（第１０の実施形態）図１２は、本発明に
係る超電導装置の第１０の実施形態を示した概略全体構
成図である。

【００８３】図１２に示した第１０の実施形態では、図
６乃至図１０に示した第４乃至第９の実施形態と主要部
分は同一であり、同一部分には同一符号を付してその説
明は省略する。

【００８４】図１２では、永久電流スイッチ２のコイル
軸方向の中心と超電導コイル１のコイル軸方向の中心と
が同一軸（符号Ａで表示）上になるように配置している
点が特徴である。

【００８５】このように、軸方向を一致させて同一軸上
になるように配置するために、冷却ブロック３６を超電
導コイル１の下部に配置して永久電流スイッチ２と高さ
を合わせるように調整を行って配置している（冷却ブロ
ック３６を用いなくても良い）。このように配置するこ
とによって、超電導コイル１から発生する磁場を永久電
流スイッチ２が受ける際に、永久電流スイッチ２に作用
する電磁力をより軽減することができる。また、超電導
コイル１が銀シーステープ線材などで巻かれた高温超電
導コイルの場合は、臨界電流の磁場方向依存性の観点か
ら、銀シース線材のテープ面に垂直な成分を低減できる
ことから、コイルの臨界電流密度を高めることができ
る。

【００８６】超電導コイル１と永久電流スイッチ２の軸
心線を一致させる構成は、より詳細には図１３に示す通
りである。なお、図１３中で６０は超電導コイル１から
の漏れ磁場を示している。

【００８７】またこのような構成において、永久電流ス
イッチ２が受ける電磁力を軽減できる理由は次の通りで
あり、永久電流スイッチ２の超電導線材として酸化物超
電導体を用いた場合を例にとって説明する。

【００８８】酸化物超電導体の臨界電流密度Ｊｃは、温
度、印加磁界の強さ、結晶粒の異方性等によって大きく
左右される。特に超電導コイル１の近傍に酸化物超電導
線材から成る永久電流スイッチ２を配置した場合には、
超電導コイル１からの漏れ磁界によって臨界電流密度が
大きく取れないという酸化物超電導体にとっては厳しい
条件となる。

【００８９】図１４は、酸化物超電導体の異方性を説明
するために、結晶粒の異方性が結晶粒配向した組織を持
って全体的に分布している場合を示しており、また図１
４に示すような異方性を示す酸化物超電導体にＩで示す
通電方向（結晶粒の成長方向）に対して垂直に磁界Ｂｂ
を印加した場合の臨界電流密度の様子を図１５に示す。
図１５から明らかなように、垂直に磁界Ｂｂを印加した
場合には、平行に磁界Ｂａを印加した場合に比べて臨界
電流密度Ｊｃが大幅に減少することが理解できる。

【００９０】このように、永久電流スイッチ２を構成す
る酸化物超電導線材の電流の通電方向と，超電導コイル
１によって印加される漏れ磁界６０の向きとがほぼ平行
になるように配置することで、効果的に漏れ磁界の影響
を除去できる。

【００９１】なお、上記図１２、図１３に示した第１０
の実施形態においては、永久電流スイッチ２を構成する
酸化物超電導線材の電流の通電方向と，超電導コイル１
によって印加される漏れ磁界６０の向きとがほぼ平行に
なるように配置する構成の一例として、超電導コイル１
と永久電流スイッチ２との軸心線を一致させる構成を採
用したが、例えば図１６や図１７に示すような配置して
も永久電流スイッチ２を構成する酸化物超電導体の電流
の通電方向と，超電導コイル１によって印加される漏れ
磁界６０の向きとをほぼ平行にすることができる。

【００９２】なお、このように超電導コイル１の漏れ磁
界の影響を防止する手段としては、先の実施形態で永久
電流スイッチ２の輻射熱が超電導コイル１に及ぶのを防
止する目的で配置した熱シールド３１を磁気シールド材
と兼用できる部材を用いることによっても達成できる。

【００９３】（第１１の実施形態）図１８は、本発明に
係る超電導装置の第１１の実施形態を示した概略全体構
成図である。

【００９４】図１８に示した第１１の実施形態では、図
６乃至図１２に示した第４乃至第１０の実施形態と主要
部分は同一であり、同一部分には同一符号を付してその
説明は省略する。

【００９５】図１８では、冷却ブロック５の内部に体積
比熱の大きな（熱容量の大きな）物質３３を設けた構成
を採用したことが特徴である。この体積比熱の大きな物
質３３は、冷凍機の２段冷却ステージの温度に合わせ
て、例えば３０Ｋ以下の温度でＣｕよりも体積比熱が大
きな物質である。

【００９６】さらに具体的に説明するならば、体積比熱
の大きな物質は、例えば、 Pb またはHoまたは(Er(x)R
(1-x))3Ni(y)Co(1-y)であらわされる組成物、ただし0<=
x<=1、0<=y<=1 、R はY 、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、D
y、Ho、Tm、Yb、Scから選ばれた希土類元素または、Er
(x)R(1-x)Ni(y)Co( 1-y)、または、Er(x)Dy(1-x)Ni2 、
または、Er(x)Gd(1-x)Rh、または、(Er(x)R(1-x))Ni(y)
Co(1-y) 、または、(Er(x)R(1-x))3AlC(y)、または、(E
r(x)R(1-x)) (1-y)Ru(y) 、または、(Er(x)R(1-x)) (1
-y) Ru(y) ただし0.5<=x<=1 、0<=y<=0.7 で表せる組成
物である。

【００９７】図１８に示すように、冷却ブロック５内に
体積比熱の大きな物質を充填する構造にすることによっ
て、冷却ブロック５の熱容量を大きくすることができ
る。その結果として、永久電流スイッチをオフからオン
にする際に、永久電流スイッチ２から冷凍機の２段冷却
ステージ４に向けて流れてくる熱流束による、冷凍機の
２段冷却ステージ４の温度上昇を極力抑制することがで
きる。また、比熱の大きな物質を用いることによって、
同様の効果を得るために必要な材料の重量を極力低減す
ることができるため、システムの小型・軽量化にも寄与
する。

【００９８】図１９に体積比熱の大きな物質３３の配置
例（上面図）を示す。図１８では冷却ブロック５内に埋
め込む構造を採用したが、図１９のように冷却ブロック
５の表面に体積比熱の大きな物質を熱的に接触させて配
置しても同様の効果を得ることが可能である。また、冷
却ブロック５自体を上記した体積比熱の大きな物質で形
成することも可能である。

【００９９】（第１２の実施の形態）上記実施の形態で
は、超電導コイルの巻枠については説明を省略している
が、巻枠を設ける場合には、電気絶縁性で良熱伝導体の
材料を用いて形成することが望ましい。このような電気
絶縁性で良熱伝導体の材料としては窒化アルミが望まし
く、また窒化アルミを主成分として他の材料を混合して
強度等を向上させた複合材料等を用いても良い。

【０１００】このように電気絶縁性で良熱伝導体の窒化
アルミ製の巻枠を用いることにより、直流コイルに適用
する場合には超電導コイルを励磁する時に発生する変動
磁場により巻枠に生じようとする渦電流を防止でき、損
失を最小限に抑制できる。また交流コイルに適用する場
合には、交流による変動磁場に起因して発生する変動磁
場により巻枠に生じようとする渦電流を防止でき、損失
を最小限に抑制できる。また、電気絶縁性が完全でない
材料を用いる場合には、渦電流を完全に防止するため
に、巻枠に巻回されたコイルの軸心方向に沿って巻枠を
複数に分割しても良い。このように分割することにより
渦電流の電路を完全に遮断することができ、また分割数
を多く構成することによって部分的に発生しようとする
渦電流をも防止することができる。この第１２の実施の
形態によれば、従来の銅製やＳＵＳ製の巻枠を用いて構
成した場合に比較して、渦電流損失を大幅に低減するこ
とが可能となる。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、超
電導装置を永久電流モードてせ安定して運転することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る超電導装置の
概略構成図。

【図２】本発明の第２の実施形態に係る超電導装置の
概略構成図。

【図３】本発明の第３の実施形態に係る超電導装置の
概略構成図。

【図４】本発明の第４の実施形態に係る超電導装置の
概略構成図。

【図５】本発明の第５の実施形態に係る超電導装置の
概略構成図。

【図６】本発明の第６の実施形態に係る超電導装置の
概略構成図。

【図７】本発明の第７の実施形態に係る超電導装置の
概略構成図。

【図８】本発明の第８の実施形態に係る超電導装置の
概略構成図。

【図９】機械式の熱スイッチの概略構成図。

【図１０】本発明の第９の実施形態に係る超電導装置
の概略構成図。

【図１１】ガス圧力調整式の熱スイッチの概略構成
図。

【図１２】本発明の第１０の実施形態に係る超電導装
置の概略構成図。

【図１３】本発明に係る超電導機器と永久電流スイッ
チの配置状態を示す説明図。

【図１４】酸化物超電導体の結晶粒配向組織を示す
図。

【図１５】図１４に示される酸化物超電導体の磁界の
印加方向と臨界電流密度との関係を示す図。

【図１６】本発明に係る超電導機器と永久電流スイッ
チの他の配置状態を示す説明図。

【図１７】本発明に係る超電導機器と永久電流スイッ
チの他の配置状態を示す説明図。

【図１８】本発明の第１１の実施形態に係る超電導装
置の概略構成図。

【図１９】本発明に係る体積比熱の大きな物質の配置
例を示す図。

【符号の説明】

１超電導コイル（超電導機器）２永久電流スイッチ３熱スイッチ（熱接続・分離手段）４冷却ステージ（２段冷却ステージあるいは低温側冷
却ステージ）５、１４冷却ブロック６冷凍機（冷却手段）７真空容器８、１６、２１電流リード９、１２、１８、２５接続ブロック２１電流リード２３冷却板２４熱スイッチ２６冷媒容器２８給排出装置３１熱シールド３３体積比熱の大きな物質

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山田穣神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超電導機器と、この超電導機器を冷却するために当該超電導機器と熱的
に接続される冷却手段と、前記超電導機器を永久電流モードで駆動するために設け
られる永久電流スイッチと、前記冷却手段と前記永久電流スイッチとを熱的に接続あ
るいは分離するために設けられる熱接続・分離手段とを
備えていることを特徴とする超電導装置。
【請求項２】超電導機器と、この超電導機器を冷却するために当該超電導機器と熱的
に接続される冷却手段と、この冷却手段に熱的に接続される熱接続・分離手段と、この熱接続・分離手段の前記冷却手段とは接触していな
い部分に熱的に接続される永久電流スイッチとを備えて
いることを特徴とする超電導装置。
【請求項３】超電導機器と、この超電導機器を冷却するために当該超電導機器と熱的
に接続される冷却手段と、前記超電導機器を永久電流モードで駆動するために設け
られる永久電流スイッチと、前記冷却手段と前記永久電流スイッチとを熱的に接続あ
るいは分離するために設けられる熱スイッチと、前記永久電流スイッチをオフにしたときには、前記熱ス
イッチをオフにし、逆に前記永久電流スイッチをオンに
したときには、前記熱スイッチをオンにするように制御
するための制御手段とを備えたことを特徴とする超電導
装置。
【請求項４】冷却ステージを備えた冷凍機と、前記冷却ステージに熱的に接続される超電導コイルと、前記冷却ステージに熱的に接続される熱接続・分離手段
と、前記冷却ステージに対して前記熱接続・分離手段を介し
て熱的に接続される永久電流スイッチとを備えているこ
とを特徴とする超電導装置。
【請求項５】低温側および高温側から成る少なくとも２
段の冷却ステージを備えた冷凍機と、前記低温側冷却ステージに熱的に接続される超電導コイ
ルと、前記低温側冷却ステージに熱的に接続される熱接続・分
離手段と、前記低温側冷却ステージに対して前記熱接続・分離手段
を介して熱的に接続される永久電流スイッチと、前記高温側冷却ステージにその高温側が熱的に接続さ
れ、前記低温側冷却ステージにその低温側が熱的に接続
される電流リードとを備えていることを特徴とする超電
導装置。
【請求項６】前記超電導機器は前記超電導コイルであ
り、該超電導コイルと前記永久電流スイッチとの電気的
接合部あるいはその周辺の超電導線材部分に、電流リー
ドを接続していることを特徴とする請求項１、請求項
２、請求項３のいずれかに記載の超電導装置。
【請求項７】前記超電導コイルと前記永久電流スイッチ
との電気的接続部およびその周辺の超電導線材および前
記電流リードを接続している部分を冷却するための熱ア
ンカーを有していることを特徴とする請求項４、請求項
５、請求項６のいずれかに記載の超電導装置。
【請求項８】前記超電導コイルあるいは前記電流リード
の少なくとも一方は酸化物超電導体で構成されているこ
とを特徴とする請求項４、請求項５、請求項６のいずれ
かに記載の超電導装置。
【請求項９】第２の熱接続・分離手段を更に設け、当該
第２の熱接続・分離手段の片面は前記永久電流スイッチ
と熱的に接続し、前記第２の熱接続・分離手段の他面は
前記高温側冷却ステージに熱的に接続されていることを
特徴とする請求項５記載の超電導装置。
【請求項１０】前記永久電流スイッチに熱的に接続され
て前記永久電流スイッチを専用的に冷却するための永久
電流スイッチ冷却手段を更に備えていることを特徴とす
る請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５
のいずれかに記載の超電導装置。
【請求項１１】前記永久電流スイッチ冷却手段は、前記永久電流スイッチに熱的に接続され、ガスあるいは
液体冷媒を収容する冷媒容器を備えており、この冷媒容器内に前記冷媒を供給あるいは当該冷媒容器
内から前記冷媒を排出するための冷媒給排出手段、あるいは前記冷媒容器内の前記冷媒温度を制御する冷媒
温度制御手段、あるいは前記冷媒容器内の前記冷媒圧力を制御する冷媒
圧力制御手段、これらのいずれか一つの手段を更に備えていることを特
徴とする請求項１０記載の超電導装置。
【請求項１２】前記永久電流スイッチ冷却手段は、永久電流スイッチに熱的に接続される冷却ステージを備
えた第２の冷凍機であることを特徴とする請求項９記載
の超電導装置。
【請求項１３】前記永久電流スイッチ、前記超電導機
器、前記超電導コイルのいずれか一つを取り囲むように
配置した熱シールドあるいは磁気シールドの少なくとも
いずれか一方を備えていることを特徴とする請求項１、
請求項２、請求項３、請求項４、請求項５のいずれかに
記載の超電導装置。
【請求項１４】前記熱シールドあるいは前記磁気シール
ドは熱アンカーが取られていることを特徴とする請求項
１３に記載の超電導装置。
【請求項１５】前記熱接続・分離手段は、熱スイッチか
ら構成されて成ることを特徴とする請求項１、請求項
２、請求項４、請求項５のいずれかに記載の超電導装
置。
【請求項１６】前記熱スイッチは、当該熱スイッチ内部
のガス圧力を調整することによって熱的なスイッチング
を行うタイプの熱スイッチであって、当該熱スイッチの
内部に存在するガス圧力を調整する機構を具備している
ことを特徴とする請求項３、請求項１５のいずれかに記
載の超電導装置。
【請求項１７】前記熱スイッチは、当該熱スイッチ内部
の機械的な接触を調整することによって熱的なスイッチ
ングを行うタイプの機械式熱スイッチであって、当該熱
スイッチの内部の機械的な動作を駆動する機構を具備し
ていることを特徴とする請求項３、請求項１５のいずれ
かに記載の超電導装置。
【請求項１８】前記冷却手段、あるいは前記冷凍機の冷
却ステージに蓄冷材を熱的に接続するように設けたこと
を特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項
４、請求項５のいずれかに記載の超電導装置。
【請求項１９】前記蓄冷材として、３０Ｋ以下の温度領
域でCuよりも体積比熱が大きい物質を用いることを特徴
とする請求項１８に記載の超電導装置。
【請求項２０】前記蓄冷材として、GdまたはDyまたはEr
またはTmまたはPbまたはHoまたは（Er(x)R(1−x))3Ni
(y)Co(1-y)で表される組成物（ただし、0<=x<=1 、0<=y
<=1 、RはY 、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Y
b、Scから選ばれた希土類元素）またはEr(x)R( 1-x)Ni
(y)Cu(1-y)で表せられる組成物（ただし、0<=x<=1 、0<
=y<=1 、R はY 、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、T
m、Yb、Scから選ばれた希土類元素）または、Er(x)Dy(1
-x)Ni2 で表される組成物（ただし、0<=x<=1 ）またはE
r(x)Gd(1-x)Rhで表される組成物（ただし、0<=x<=1 ）
またはE r(x)R(1-x)Ni(y)Co(1-y)で表される組成物ただ
し、0<=x<=1 、0<=y<=1 、R はY 、Pr、Nd、Sm、Eu、G
d、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb、Scから選ばれた希土類元素）
または、(Er(x)R(1-x))3AlC(y)で表される組成物（ただ
し、0<=x<=1 、0<=y<=1 、R はY 、Pr、Nd、Sm、Eu、G
d、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb、Scから選ばれた希土類元素）
または(Er(x)R(1-x))(1-y)Ru(y) で表される組成物（た
だし、0.5<=x<=1 、0<=y<=0.7 、 RはY 、Pr、Nd、Sm、
Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb、Scから選ばれた希土類元
素）のうちから選ばれる少なくともどれか一つを含む物
質であることを特徴とする請求項１８に記載の超電導装
置。
【請求項２１】超電導コイルと冷却手段とを熱的に接続
して、前記超電導コイルを前記冷却手段で直接的に冷却
するように構成した超電導装置において、前記超電導コ
イルの巻枠を電気絶縁性の良熱伝導体で構成したことを
特徴とする超電導装置。
【請求項２２】超電導コイルと冷凍機の冷却ステージと
を熱的に接続して、前記超電導コイルを前記冷凍機で直
接的に冷却するように構成した超電導装置において、前
記超電導コイルの巻枠を窒化アルミを主成分とした材料
により構成したことを特徴とする超電導装置。
【請求項２３】前記巻枠は、コイルの軸心方向に沿って
複数に分割されていることを特徴とする請求項２１、請
求項２２のいずれかに記載の超電導装置。
【請求項２４】超電導機器と、この超電導機器を冷却す
るために当該超電導機器と熱的に接続される冷却手段
と、前記超電導機器を永久電流モードで駆動するために
設けられる永久電流スイッチと、前記冷却手段と前記永
久電流スイッチとを熱的に接続あるいは分離するために
設けられる熱スイッチとを備えた超電導装置の制御方法
において、前記永久電流スイッチをオフにしたときには、前記熱ス
イッチをオフにして、前記永久電流スイッチから冷却手
段への熱の流れを抑制し、逆に前記永久電流スイッチを
オンにしたときには、前記熱スイッチをオンにして、冷
却手段の温度と永久電流スイッチとの温度差を少なくす
るように制御することを特徴とする超電導装置の制御方
法。