JPH11283822A - 超電導磁石装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置の周囲に展開される磁場空間が広く，利
用しやすく構成されていると共に，装置サイズがコンパ
クトで可搬性に優れ，また操作性に優れた，超電導磁石
装置を提供すること。 【解決手段】 真空断熱容器２とケース３とよりなり，
真空断熱容器２にはその内壁面と近接するよう超電導体
２１が配設されると共に真空断熱容器２には超電導体２
１を着磁するための着磁コイル２２が配設される。かつ
ケース３には超電導体２１を冷却するための超電導体用
冷却装置３１と真空断熱容器２内を真空排気するための
真空排気装置３５とが一体的に収納される。そして，真
空断熱容器２はケース３の外部にその一部または全部が
露出するよう配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，磁場発生装置，着磁装置，磁気
分離装置，磁場プレス機，核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置，
発電機・モータ等の強磁場を必要とされる各種装置に利
用可能であって，バルク形状（塊状）の超電導体に高い
磁場を捕捉させて磁石となす超電導磁石装置に関する。

【０００２】

【従来技術】磁場発生装置，着磁装置，磁気分離装置，
磁場プレス機，核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置，発電機・モ
ータ等の強磁場を必要とされる各種装置に利用可能な永
久磁石装置として，近年，バルク形状（塊状）の超電導
体に高い磁場を捕捉させて磁石となした超電導磁石装置
の利用が提案されている。溶融法により作製されたバル
ク形状（塊状）のＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（ＲＥはＹ又
は希土類元素）高温超電導体は１Ｔ（テスラ）を越える
磁場を捕捉することができ，従来の永久磁石を凌ぐ性能
の磁石となるからである。

【０００３】このような高温超電導体を用いた磁石装置
として，例えば特開平６−１１６８８２３号等が開示さ
れている。この技術においては，超電導体と着磁コイル
とを冷媒中に配置し，着磁コイルにパルス電流を通電し
てパルス磁場を形成し，該パルス磁場を印加することに
より超電導体を着磁している。超電導体に捕捉される磁
場は温度が低いほど大きくなり，磁石としての発生磁場
が増加する。そこで，高性能の冷凍機を利用して超電導
体をより低温に冷却すること等が工夫されている。

【０００４】

【解決しようとする課題】ところで超電導磁石装置に
は，超電導体に捕捉された強力な磁場をできるだけ多く
装置の外部に展開できること，装置の外部に展開された
磁場が目的に応じて容易に利用できるよう構成されてい
ることが必要である。また，超電導体の冷却・着磁が容
易で，これに必要な真空排気装置・冷却装置・着磁装置
等の付帯設備が小型であることが必要である。

【０００５】しかしながら，上記従来の超電導磁石装置
はこれらの点において充分な工夫がなされているとはい
えず，磁石装置としての性能・操作性が不充分であっ
た。

【０００６】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，装置の周囲に展開される磁場空間が広
く，利用しやすく構成されていると共に，装置サイズが
コンパクトで可搬性に優れ，また操作性に優れた，超電
導磁石装置を得ようとするものである。

【０００７】

【課題の解決手段】請求項１の発明は，真空断熱容器と
ケースとよりなり，上記真空断熱容器には該真空断熱容
器の内壁面と近接するよう超電導体が配設されると共に
上記真空断熱容器には上記超電導体を着磁するための着
磁コイルが配設され，かつ，上記ケースには上記超電導
体を冷却するための超電導体用冷却装置と上記真空断熱
容器内を真空排気するための真空排気装置とが一体的に
収納され，さらに，上記真空断熱容器は上記ケースの外
部にその一部または全部が露出するよう配設されている
ことを特徴とする超電導磁石装置にある。

【０００８】上記冷却装置は，コールドヘッドを有する
冷凍部と圧縮機とより構成することができ，上記コール
ドヘッドに超電導体を直接あるいは間接的に接触させて
該超電導体の冷却を行うよう構成することができる。こ
の冷却において超電導体は超電導臨界温度Ｔｃ以下に保
持される。上記コールドヘッドとは圧縮機と冷凍部の作
動により低温が得られる部分である。

【０００９】また，上記コールドヘッドと上記超電導体
とを共に上記真空断熱容器内に配設することが好まし
い。これにより効率よく超電導体を冷却することができ
る。上記冷却装置としては，ＧＭ（Ｇｉｆｆｏｒｄ−Ｍ
ｃＭａｈｏｎ）冷凍機，スターリング冷凍機，パルス管
冷凍機等を使用することができる。

【００１０】また，上記真空排気装置は，真空断熱容器
内に真空度の高い状態を形成するために，粗引き用真空
ポンプを用いてある程度の真空状態を確保した後，より
高性能な高真空ポンプを用いて目的とする真空状態を形
成することが好ましい。上記真空排気装置としては，粗
引き用として油回転ポンプ，ダイアフラムポンプ等を使
用することができ，高真空引き用としてターボ分子ポン
プ，油拡散ポンプ，クライオポンプ等を使用することが
できる。

【００１１】また，上記冷却装置と上記真空排気装置と
は上記ケース内に一体的に収納されており，両装置にお
ける各種配管類等が必要最小限の長さとなるよう構成す
ることが好ましい。

【００１２】上記超電導体は真空断熱容器の内壁面と近
接するよう配設されるが，この「近接して配置」とは，
超電導臨界温度Ｔｃ以下に冷却されている超電導体と室
温の真空断熱容器との間の断熱を保ちつつ，超電導体の
磁場を発生する面と真空断熱容器の内壁面との間隙をで
きるだけ狭くして配置することである。これにより，よ
り強い磁場を真空断熱容器の外部に出すことができる。

【００１３】また，超電導体を，後述するコールドヘッ
ド等と共にアルミ箔等の金属箔とナイロン網等の低熱伝
導性の膜状のスペーサーを多層積層して構成したスーパ
ーインシュレーション等で包むことが好ましい。これに
より，真空断熱容器との間の断熱性能を更に向上させる
ことができる。

【００１４】また，上記真空断熱容器は，金属材料，樹
脂材料，ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ
Ｐｌａｓｔｉｃｓ；繊維強化プラスチック）等の複合材
料より構成することができる。また，意図して磁気回路
を構成する場合を除き，超電導体に捕捉された磁場分布
を乱すことなく，できるだけ遠くの空間に磁場を到達さ
せるために上記真空断熱容器は非磁性材料より構成する
ことが好ましい。

【００１５】上記超電導体としては，例えば溶融法によ
り作製されたＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の超電導体を使用
することができる（なお，ＲＥはＹ及び希土類元素より
選択される１つもしくは複数種類の元素を組み合わせた
ものである）。ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の超電導体で
は，母相の超電導相に絶縁相が微細に分散した組織が得
やすいため，極めて高い捕捉磁場性能を得ることがで
き，より高性能な超電導磁石装置を構成することができ
る。また，その他にも，Ｂｉ系，Ｔｌ系，Ｈｇ系材料を
超電導体として用いることができる。

【００１６】また，上記着磁コイルは超電導体の近傍で
あれば，真空断熱容器の外部又は内部のいずれに対して
も配設することができる。また，上記着磁コイルは外部
電源より電流を通電し，該電流により発生する磁場によ
って超電導体を着磁できるよう構成されている。

【００１７】次に，本発明の作用及び効果について説明
する。本発明の超電導磁石装置は，超電導体用冷却装置
と真空排気装置とが真空断熱容器とは別のケース内に一
体的に収納され，上記真空断熱容器は上記ケースの外部
にその一部または全部が露出するように配設されてい
る。よって，超電導体を超電導状態に維持するに必要な
低温，断熱を得るための付帯設備を一箇所に集めること
ができ，装置全体のコンパクト化を図ることができる。

【００１８】また，上述するごとく一般に超電導体用冷
却装置は冷凍部と該冷凍部を駆動するに必要な圧縮機と
より構成されているが，両者の間は連結管，バルブ等の
部品で接続しなければならず，大掛かりな装置となる。
そして，超電導体を冷却するに必要なのは冷凍部におけ
るコールドヘッド等であり，それ以外の部分は超電導体
から発生する磁場の利用に際して邪魔となる。

【００１９】また，上述するごとく超電導体を収納する
真空断熱容器の真空排気は，一般に粗引き用真空ポンプ
と高真空用真空ポンプの二つのポンプから構成された真
空排気装置が利用されているが，両者の間や該真空排気
装置と真空断熱容器との間を真空配管で接続しなければ
ならず，大掛かりな装置となる。従って，このような装
置が超電導体の近傍に配置された場合には，超電導体か
ら発生する磁場の利用に際して邪魔となる。本発明によ
れば超電導体と冷却装置及び真空排気装置とを分離する
ことができるため，超電導体の周囲に発生する磁場の利
用が容易となる。

【００２０】また，本発明において超電導体を配設する
真空断熱容器は，真空排気によって断熱が保持されてい
る。このため，真空断熱容器の内壁面に近接して超電導
体を配置することが可能となり，超電導体に捕捉された
強力な磁場をより多く外部に展開することができる。こ
のため，本発明によれば，その周囲に広い磁場空間が形
成された優れた超電導磁石装置を得ることができる。

【００２１】さらに，真空断熱容器はケースの外部にそ
の一部または全部が露出するよう配設されているため，
真空断熱容器内の超電導体が発生する磁場が展開される
空間を広く有効活用することができる。特に，真空断熱
容器における超電導体の近接した部分をケースの外に露
出するよう構成した場合，この効果をより大きくするこ
とができる。

【００２２】また，本発明はバルク（塊状）の超電導体
に磁場を捕捉させて磁石となし，磁場の発生源として用
いている。このため，超電導線材よりなるコイルに電流
を流して磁場を発生するタイプの磁石装置とは異なり，
電源や制御装置が不要である。従って，装置自体を小型
かつ軽量とすることができると共に，操作性に優れた装
置を構成することができる。更に，本発明は超電導体に
磁場を補足させて構成した磁石であるため，従来の永久
磁石等を大きく凌ぐ優れた性能の磁石である。

【００２３】以上に示すごとく，本発明によれば，装置
の周囲に展開される磁場空間が広く，利用しやすく構成
されていると共に，装置サイズがコンパクトで可搬性に
優れ，また操作性に優れた，超電導磁石装置を得ること
ができる。

【００２４】次に，請求項２の発明のように，上記着磁
コイルは上記真空断熱容器に対して脱着可能となるよう
配設されていることが好ましい。これにより，着磁コイ
ルは超電導体に対する着磁の時のみ真空断熱容器に対し
て装着すれば良く，着磁後は取り外せるので，超電導体
の周囲に形成される磁場空間をより効率よく利用するこ
とができる。

【００２５】次に，請求項３の発明のように，上記着磁
コイルはパルス電流を通電することにより上記超電導体
を着磁するよう構成されていることが好ましい。１回の
パルス電流での通電時間は数秒以下とすることができる
ため，着磁コイルにおける発熱量を少なくすることがで
きる。従って，電気抵抗が高く発熱量が多くなるという
理由で困難であった着磁コイルを構成するコイル巻き線
の断面積を小さくすることが可能となる。従って，着磁
コイルをより小型かつ軽量に構成することができ，取り
扱いを容易とすることができる。

【００２６】また，同じ大きさの着磁コイルであって
も，コイル巻き線の断面積が小さいことから，よりコイ
ル巻き線の巻き数が多い着磁コイルを形成することが可
能となり，より大きな磁場を発生可能な着磁コイルを得
ることができる。

【００２７】また，上記パルス電流としては，正弦波半
波，矩形波，鋸波等の波形のものを用いることができ，
単発もしくは繰り返して通電することができる。なお，
上記着磁コイルによる着磁は，超電導体を該超電導体の
臨界温度Ｔｃ以下に冷却した後に行われる。

【００２８】次に，請求項４の発明のように，上記着磁
コイルを冷却するための着磁コイル用冷却装置が設けて
あることが好ましい。着磁コイルを冷却することによ
り，着磁コイルにおける電気抵抗が小さくなり，断面積
がより小さいコイル巻き線で同じ大きさの電流を流すこ
とができ，着磁コイルを小型・軽量とすることができ，
装置の小型化を図ることができる。また，同じ断面積の
コイル巻き線を使った場合でも，パルス電流の電源を小
型化できるため，装置の小型化を図ることができる。

【００２９】次に，請求項５の発明のように，上記着磁
コイル用冷却装置は該着磁コイルに一体的に配設された
冷媒容器とすることが好ましい。このような構成におい
ては，冷媒を冷媒容器に注ぐだけで着磁コイルの冷却を
行うことができるため，装置の構造や操作を単純なもの
とすることができる。また，この場合に用いる冷媒とし
ては，液体窒素，液体酸素，液体空気等が挙げられる。
また，上記冷媒容器としては，金属材料，樹脂材料等種
々の材料より構成することができるが，液体冷媒の蒸発
と冷媒容器外側の氷結を最小にするために熱伝導率の低
いＦＲＰや発泡樹脂材料で構成することが好ましい。

【００３０】次に，請求項６の発明のように，上記着磁
コイル用冷却装置は冷凍機とすることが好ましい。これ
により，より低温に着磁コイルを冷却することができる
ため，該着磁コイルにより大きな電流を流す等すること
ができる。上記冷凍機は，着磁コイルが真空断熱容器の
内部にあるときは超電導体を冷却する冷凍機を利用する
ことができる。また，着磁コイルが真空断熱容器の外部
にあるときは別の冷凍機を使用することができる。

【００３１】次に，請求項７の発明によれば，上記真空
断熱容器は非導電性材料より構成されていることが好ま
しい。これにより，着磁コイルにパルス電流を流すこと
により発生するパルス磁場を利用した着磁の際に真空断
熱容器に渦電流が生じることを防止することができる。
このため，着磁コイルに発生する磁場を効率的に超電導
体に対して印加することができる。

【００３２】また，着磁コイルは渦電流による反発力を
受けないので，固定を強固にする必要がなく，着磁コイ
ルの構成をコンパクトにできる。また，上記非導電性の
材料としては，ＦＲＰ等の複合材やアクリル，ベークラ
イト等の樹脂材料を使用することができる。

【００３３】次に，請求項８の発明のように，上記超電
導体は非導電性かつ高熱伝導性の材料よりなるブロック
を介して上記冷却装置に設けられたコールドヘッドに対
し接続されていることが好ましい。

【００３４】一般に冷却装置におけるコールドヘッドは
熱伝導性に優れた銅で構成することが多い。本請求項に
記載するごとく，非導電性かつ高熱伝導性のブロックを
介して取り付けることで，超電導体の冷却速度を落とす
ことなく，着磁コイルの磁場によってコールドヘッドに
渦電流が生じること防止できる。このため，パルス磁場
による着磁の際に着磁コイルに発生する磁場を効率的に
超電導体に対して印加することができる。また，着磁コ
イルは渦電流による反発力を受けないので，固定を強固
にする必要がなく，着磁コイルの構成をコンパクトにで
きる。

【００３５】なお，上記非導電性かつ高熱伝導性の材料
として，例えばＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導体の臨界
温度Ｔｃ以下の温度領域においても非導電性であり高い
熱伝導率を有する，サファイア，ダイヤモンド，ガーネ
ット等を使用することができる。

【００３６】次に，請求項９の発明のように，上記着磁
コイルは超電導線材よりなり，かつ上記着磁コイルは定
常電流を通電することにより上記超電導体を着磁するよ
う構成されていることが好ましい。

【００３７】これにより，着磁コイルに電気抵抗ゼロで
比較的大きな電流を定常的に流すことができる。従っ
て，定常磁場を印加しながら超電導体を所定の温度に冷
却しその後磁場を切る，いわゆる磁場中冷却（ＦＣ；Ｆ
ｉｅｌｄ Ｃｏｏｌｉｎｇ）による着磁を可能とするこ
とができる。定常磁場によるＦＣ着磁では，超電導体の
捕捉磁場性能の範囲内で印加した磁場とほぼ同じ大きさ
の磁場を超電導体に捕捉させることができる。即ち，材
料の捕捉磁場性能を充分に引き出すことができる。

【００３８】上記着磁コイルは，真空断熱容器の内部に
あって超電導体を冷却する冷凍機で冷却されていてもよ
いし，真空断熱容器の外部にあって別の冷凍機で冷却さ
れていてもよい。また，冷媒で冷却されていても良い。
上記超電導線材としては，Ｎｂ−Ｔｉ，Ｎｂ３Ｓｎ等の
金属系超電導材料やＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系等の
酸化物系超電導材料を用いることができる。定常磁場に
よる着磁は，磁場を印加しながら臨界温度Ｔｃ以下に冷
却（ＦＣ）して行っても良いし，Ｔｃ以下に冷却した後
に磁場を印加（ＺＦＣ；ＺｅｒｏＦｉｅｌｄ Ｃｏｏｌ
ｉｎｇ）しても良い。

【００３９】

【発明の実施の形態】実施形態例１ 本発明にかかる超電導磁石装置について，図１〜図６を
用いて説明する。図１に示すごとく，本例の超電導磁石
装置１は，真空断熱容器２とケース３とよりなり，上記
真空断熱容器２には該真空断熱容器２の内壁面と近接す
るよう超電導体２１が配設されると共に上記真空断熱容
器２には上記超電導体２１を着磁するための着磁コイル
２２が配設されている。そして，上記ケース３には上記
超電導体２１を冷却するための超電導体用冷却装置３１
と上記真空断熱容器２内を真空排気するための真空排気
装置３５とが一体的に収納されている。さらに，上記真
空断熱容器２は上記ケース３の外部にその全部が露出す
るよう配設されている。

【００４０】以下，詳細に説明する。図１に示すごと
く，本例の超電導体用冷却装置３１としてはＧＭ冷凍機
を用い，該ＧＭ冷凍機は圧縮機３１０とコールドヘッド
３１２を有する冷凍部３１１とからなる。本例の真空排
気装置３５としては油回転ポンプ３５２とターボ分子ポ
ンプ３５１とを用いた。油回転ポンプ３５２が粗引き用
真空ポンプであり，ターボ分子ポンプ３５１が高真空用
真空ポンプである。

【００４１】図１に示すごとく，上記超電導体用冷却装
置３１と真空排気装置３５とは幅５３０ｍｍ×奥行き５
２０ｍｍ×高さ７６０ｍｍのケース３内に一体的に収納
されている。油回転ポンプ３５２及び圧縮機３１０は駆
動部を有しており，これらは緩衝材３９８を介してケー
ス３の下板に取り付けられている。上記緩衝材３９８に
より駆動部からの振動の伝導が防止できる。

【００４２】また，図１及び図４に示すごとく，ケース
３の前面には超電導体用冷却装置３１と真空排気装置３
５との制御ユニット３８が取り付けられている。上記制
御装置３８には電源スイッチ３８１，停止スイッチ３８
２，運転スイッチ３８３が設けてある。また，ケース３
には可搬性を確保するためのキャスター３９９が設けて
ある。また，上記超電導体冷却装置３１，真空排気装置
３５に対する電源供給用の電源ケーブル３９０がケース
の側面より引き出されている。

【００４３】図３に示すごとく，上記超電導体用冷却装
置３１の冷凍部３１１にはコールドヘッド３１２が設け
てある。上記コールドヘッド３１２はケース３の上面を
突き抜けて真空断熱容器２の側に延設されている。コー
ルドヘッド３１２の先端にはサファイアよりなるブロッ
ク２３２を介して超電導体２１が配設されている。上記
超電導体２１は，ホルダ２１０により上記ブロック２３
２と共にコールドヘッド３１２に対しねじ止めされてい
る。

【００４４】図３に示すごとく，上記超電導体２１，ブ
ロック２３２，コールドヘッド３１２はＦＰＲ（繊維強
化プラスチック）よりなる真空断熱容器２内に密閉収納
されており，真空断熱容器２は上記真空排気装置３５に
より真空排気されている。また，上記コールドヘッド３
１２の上部には図２に示すごとくＰｔ−Ｃｏ温度計３１
３が取り付けられ，コールドヘッド３１２の温度が測定
が可能となるよう構成されている。

【００４５】超電導体２１とブロック２３２との間には
両者の熱接触を良好とするためにインジウムシート２３
３が配置されている。また，ブロック２３２とコールド
ヘッド３１２との間には，高さ調整用の銅よりなるスペ
ーサー２３１が設けてある。また，超電導体２１は真空
断熱容器２の天井面２７に近接して配置されている。超
電導体２１の上面と真空断熱容器２の天井面２７との距
離ｄ１は２ｍｍ，真空断熱容器２の天井面２７の肉厚ｄ
２は１ｍｍである。

【００４６】上記超電導体２１としては，図５（ｂ）に
示すごとく，溶融法で作製した直径Ｒ３６ｍｍ，高さｈ
１３．４ｍｍの円形平板状のＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系超電
導体を使用した。また，真空断熱容器２の外径は６２ｍ
ｍ，長さは１０３ｍｍである。また，上記超電導体２１
は着磁されることにより図２に示すごとき磁場２１９が
展開された磁場空間を形成することができる。

【００４７】図２に示すごとく，上記着磁コイル２２は
ステンレス製のボビン２２０に６８ターン巻かれたコイ
ル巻き線よりなる。このコイル巻き線は断面積３．０×
１．２ｍｍ² の平角銅線である。上記ボビン２２０の外
周にはステンレスのリング２２１が嵌め込み溶接されて
いる。また，上記リング２２１とコイル巻き線との隙間
には高熱伝導性のスタイキャスト２２２が充填されてい
る。上記リング２２１とスタイキャスト２２２により，
着磁コイル２２で発生した熱の冷媒窒素２６への放散性
を維持しながら，電磁力による着磁コイル２２の変形を
抑制し補強している。

【００４８】図２に示すごとく，着磁コイル２２の底部
には着磁コイル用冷却装置であるリング状の冷媒容器２
３が一体的に固定されいる。そして，着磁コイル２２，
冷媒容器２３の全体がフランジ２０１，スタッドボルト
２０２により真空断熱容器２に対し脱着可能に固定され
ている。

【００４９】上記着磁コイル２２及び冷媒容器２３の脱
着は，スタッドボルト２０２下端のフランジ２０１に固
定しているナット２０３を操作することにより容易に行
うことができる。なお，図４に着磁コイル２２及び冷媒
容器２３を外した状態にある超電導磁石装置１を示す。
このように，超電導体２１を収納した真空断熱容器２３
の外方を広く空けた状態に構成することができる。

【００５０】次に，本例にかかる超電導磁石装置１の起
動手順を説明する。電源スイッチ３８１を入れ，運転ス
イッチ３８３をＯＮにすることで，まず真空排気装置３
５が作動し真空断熱容器２の内部が排気される。一定時
間後に超電導体用冷却装置３１が作動し，コールドヘッ
ド３１１が４０Ｋ以下まで冷却される。

【００５１】その後，冷媒容器２３に液体窒素２６を入
れ，着磁コイル２２を７７Ｋに冷却した後，図示を略し
たパルス電源より着磁コイル２２にパルス電流を通電す
る。これにより，着磁コイル２２にパルス磁場が発生
し，該パルス磁場により超電導体２１が着磁される。本
例の着磁コイル２２における印加磁場の最大値は７Ｔ
（テスラ）である。なお，着磁が終了した後は，速やか
に冷媒容器２３より液体窒素を除去し，図４に示すごと
く冷媒容器ごと着磁コイルを取り外し，真空断熱容器２
の外部に形成された磁場空間を利用しやすいようにす
る。

【００５２】次に，着磁後の超電導磁石装置１における
発生磁場分布を以下に示すごときホール素子を用いて測
定した。つまり，上記超電導体２１の上面に該超電導体
２１に捕捉された磁場２１９の大きさや分布を測定する
ために厚さ１ｍｍのトランスバース型のホール素子２５
１を設けた。また，上記真空断熱容器２の天井面２７を
介した上方にはアキシャル型のホール素子２５２を設け
た。両者にはそれぞれ感磁部２５０が内蔵され，これら
は対向した状態にある。

【００５３】また，ホール素子２５１内の感磁部２５０
と超電導体２１の上面との距離ｄ３は図３に示すごとく
０．５５ｍｍである。また，ホール素子２５２内の感磁
部２５０と該ホール素子２５２の下面との間の距離ｄ４
は０．６３５ｍｍである。更に，上記ホール素子２５
１，２５２からは図示を略したリード線が設けてある。
このリード線は，図４に示すごとく真空断熱容器２に取
り付けられたホール素子信号取り出用コネクタ２９１よ
り真空断熱容器２の外部に引き出され，測定装置に接続
されている。

【００５４】上記ホール素子２５２を図３の矢線に示す
ごとく水平面内で２次元的に掃引して発生磁場を測定
し，得られた磁場分布を図５（ａ）にかかる線図に記載
した。なお，図５（ａ）におけるｘ軸，ｙ軸及びｚ軸の
原点（０，０，０）は，図５（ｂ）に示すごとく円柱状
である超電導体２１の中心軸と上面との交点Ｏにとっ
た。図５（ａ）の磁場分布はｚ＝４．４ｍｍでの水平面
上で測定したものである。

【００５５】図５（ａ）より知れるごとく，超電導磁石
装置１における発生磁場分布は円錐状であり，ホール素
子２５２で測定した真空断熱容器２の表面より距離１．
４ｍｍの平面上（ｚ＝４．４ｍｍ）での最大磁場は０．
８Ｔであった。この時ホール素子２５１で測定した超電
導体２１の表面の磁場は１．３Ｔであった。

【００５６】また，上記ホール素子２５２を図３の矢線
に示すごとく上方へと移動させて，超電導体２１の表面
からの距離Ｚを変化させつつ発生磁場の大きさを測定し
た。この測定結果を，縦軸に発生磁場の大きさを，横軸
に超電導体２１の表面からの距離Ｚを取った図６の線図
にプロットした。図６より知れるごとく，超電導体２１
の表面から離れれば離れるほど磁場が急速に弱くなって
いくことが分かった。

【００５７】本例の作用効果について説明する。本例の
超電導磁石装置１は，超電導体用冷却装置３１と真空排
気装置３５とが真空断熱容器２とは別のケース３内に一
体的に収納され，上記真空断熱容器２は上記ケース３の
外部に全部が露出するように配設されている。よって，
超電導体２１を超電導状態に維持するに必要な低温，断
熱を得るための付帯設備を一箇所に集めることができ，
装置全体のコンパクト化を図ることができる。

【００５８】また，超電導体用冷却装置３１，真空排気
装置３５は大掛かりな装置であり，仮に，このような装
置が超電導体２１の近傍に配置された場合には，超電導
体から発生する磁場の利用に際して邪魔となる。本例に
よれば超電導体２１と冷却装置３５及び真空排気装置３
１とを分離することができるため，超電導体２１の周囲
を空けることができ，この空間に発生する磁場の利用が
容易となる。

【００５９】また，本例において超電導体２１を配設す
る真空断熱容器２は，真空排気によって断熱が保持され
ている。このため，真空断熱容器２の内壁面に近接して
超電導体２１を配置することが可能となり，超電導体２
１に捕捉された強力な磁場をより多く外部に展開するこ
とができる。このため，本例によれば，その周囲に広い
磁場空間が形成された優れた超電導磁石装置１を得るこ
とができる。

【００６０】さらに，真空断熱容器２はケース３の外部
に全部が露出するよう配設されているため，真空断熱容
器２内の超電導体２１が発生する磁場が展開される空間
の利用は容易である。

【００６１】また，本例の超電導磁石装置はバルク（塊
状）の超電導体２１に磁場を捕捉させて利用しているた
め，超電導線材よりなるコイルに電流を流して磁場を発
生するタイプの磁石装置とは異なり，複雑な電源や制御
装置が不要である。従って，装置自体を小型かつ軽量と
することができると共に，操作性に優れた装置を構成す
ることができる。更に，本例の磁石装置は超電導体に磁
場を補足させて構成した磁石であるため，従来の永久磁
石等を大きく凌ぐ優れた性能を得ることができる。

【００６２】以上に示すごとく，本例によれば，装置の
周囲に展開される磁場空間が広く，利用しやすく構成さ
れていると共に，装置サイズがコンパクトで可搬性に優
れ，また操作性に優れた，超電導磁石装置を得ることが
できる。

【００６３】また，本例の着磁コイル２２はパルス電流
を通電することにより上記超電導体２１を着磁するよう
構成されている。パルス電流での１回の通電時間は数秒
以下とすることができるため，着磁コイル２２における
発熱量は少なくすることができる。また，着磁コイル２
２は冷媒容器２３により冷却されている。

【００６４】従って，着磁コイル２２の電気抵抗を低く
することがでる。よって，着磁コイル２２により大きな
パルス電流を流すことができ，超電導体２１に補足され
る磁場をより大とすることができる。

【００６５】実施形態例２ 本例は，図７に示すように，着磁コイル２２を超電導体
２１と共に真空断熱容器２内に配置し，着磁コイル２２
の冷却は超電導体用冷却装置を用いて行うよう構成した
超電導磁石装置である。

【００６６】超電導体用冷却装置における冷凍機として
は２段のＧＭ冷凍機を使用し，ＧＭ冷凍機はコールドヘ
ッド３１５，３１６を有する。一方のコールドヘッド３
１６にはサファイアよりなるブロック２３２を介して超
電導体２１が取り付けられている。他方のコールドヘッ
ド３１５には着磁コイル２２が支持材３１７によって固
定されている。また，上記着磁コイル２２は，真空断熱
容器２内の超電導体２１の周囲に，該超電導体２１と接
触しないように配置されている。

【００６７】上記超電導体２１はコールドヘッド３１６
で３０Ｋ以下に冷却され，着磁コイル２２はコールドヘ
ッド３１５で７０Ｋ前後に冷却される。パルス電流が与
えられた際の着磁コイル２２の発熱は冷凍能力のあるコ
ールドヘッド３１５で冷却されるので，着磁コイル２２
から超電導体２１への熱流入は最小限に抑制することが
できる。その他は実施形態例１と同様である。

【００６８】本例にかかる超電導磁石装置は，真空断熱
容器２の径は大きくなるが，着磁コイル２２が真空断熱
容器３内に配設されており，着磁コイル２２の脱着が不
要となるため，操作性の向上が可能となる。その他は実
施形態例１と同様の作用効果を有する。

【００６９】実施形態例３ 本例は，図８に示すように，超電導線材からなるコイル
巻き線で着磁コイル２２を構成し，該着磁コイル２２の
冷却は着磁コイル用冷却装置を別途設け，該着磁コイル
２２に定常電流を流して超電導体２１に着磁するよう構
成された超電導磁石装置である。

【００７０】上記着磁コイル２２は，着磁コイル用真空
断熱容器２２９内に配設され，該真空断熱容器２２９は
中心に室温の貫通孔よりなる室温ボア２２０を有し，超
電導体２１が収納された真空断熱容器２の周囲に着磁コ
イル２２がくるように配設されている。

【００７１】上記真空断熱容器２２９は着磁コイル用冷
却装置を構成する冷凍機２２７が配設されている。上記
冷凍機２２７は配管２２６によって図示を略した圧縮機
に接続されている。また，上記真空断熱容器２２９は真
空排気装置に延設された配管２２８が接続されている。
この真空排気装置は超電導体２１を収めた真空断熱容器
２を真空排気するためのものと兼用することもできる
し，別途設けることもできる。その他は実施形態例１と
同様である。

【００７２】本例の超電導磁石装置では，着磁コイル２
２に電気抵抗ゼロで比較的大きな電流を定常的に流すこ
とができる。従って，定常磁場を印加しながら超電導体
２１を所定の温度に冷却しその後磁場を切る，いわゆる
磁場中冷却（ＦＣ）による着磁を可能とすることができ
る。定常磁場によるＦＣ着磁では，超電導体２１の捕捉
磁場性能の範囲内で印加した磁場とほぼ同じ大きさの磁
場を超電導体２１に捕捉させることができる。よって超
電導体２１の捕捉磁場性能を充分引き出すことができ，
強い磁場を形成可能な超電導磁石装置を得ることができ
る。その他は実施形態例１と同様の作用効果を有する。

【００７３】実施形態例４ 本例は，図９に示すように，２個の超電導体２１を対向
して設置し，両超電導体２１の間に強力な磁場を発生さ
せるよう構成した超電導磁石装置である。上記超電導体
２１は共に円柱状であり，側面が接触するように平板状
のサファイヤよりなるブロック２３２に取り付けてあ
る。このブロック２３２は１つのコールドヘッド３１２
に取り付けてある。

【００７４】図９に示すごとく，上記２個の超電導体２
１，ブロック２３２，コールドヘッド３１２は，中央が
凹状に構成された真空断熱容器２内に配設される。超電
導体２１を着磁する着磁コイル２２は，２個の超電導体
２１の間と該超電導体２１の外側に，上記超電導体２１
と対向するように３個設置される。

【００７５】これら３個の着磁コイル２２は，２個の凹
部が形成された冷媒容器に収納された状態で，上記真空
断熱容器２に対して配設される。上記冷媒容器には液体
窒素６が充填される。また，本例においても超電導体２
１の着磁終了後，冷媒容器２３ごと着磁コイル２２は取
り外される。これにより，２個の超電導体２１の間に室
温の強磁場空間が形成されることとなる。その他は実施
形態例１と同様である。

【００７６】本例の超電導磁石装置は，２個の超電導体
２１を対向して配設してあるので，超電導体単体での図
６に示すような超電導体からの距離の増加に伴う磁場の
減衰を小さくすることができる。従って，２個の超電導
体の間により強い磁場空間を形成することができる。そ
の他は実施形態例１と同様の作用効果を有する。

【００７７】

【発明の効果】以上に示すごとく，本発明によれば，装
置の周囲に展開される磁場空間が広く，利用しやすく構
成されていると共に，装置サイズがコンパクトで可搬性
に優れ，また操作性に優れた，超電導磁石装置を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１にかかる，超電導磁石装置の全体
断面説明図。

【図２】実施形態例１にかかる，超電導体磁石装置の要
部断面説明図。

【図３】実施形態例１にかかる，超電導体磁石装置の超
電導体と該超電導体に設けたホール素子の説明図。

【図４】実施形態例１にかかる，着磁コイルを外した超
電導磁石装置の外観説明図。

【図５】実施形態例１にかかる，（ａ）超電導体付近の
発生磁場分布を示す線図，（ｂ）（ａ）の線図における
磁場分布の測定平面と超電導体との位置関係を示す線
図。

【図６】実施形態例１にかかる，超電導体の表面からの
距離と磁場の強さとの関係を示す線図。

【図７】実施形態例２にかかる，真空断熱容器の内部に
着磁コイルを配設した超電導磁石装置の要部断面説明
図。

【図８】実施形態例３にかかる，超電導線材よりなる着
磁コイルを配設した超電導磁石装置の要部断面説明図。

【図９】実施形態例４にかかる，２個の超電導体を設け
た超電導磁石装置の要部断面説明図。

【符号の説明】

１．．．超電導磁石装置， ２．．．真空断熱容器， ２１．．．超電導体， ２２．．．着磁コイル， ２３．．．冷媒容器， ３．．．ケース， ３１．．．超電導体用冷却装置， ３５．．．真空排気装置，

フロントページの続き (72)発明者 吉川 雅章 愛知県刈谷市八軒町５丁目50番地 株式会 社イムラ材料開発研究所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空断熱容器とケースとよりなり，上記
   真空断熱容器には該真空断熱容器の内壁面と近接するよ
   う超電導体が配設されると共に上記真空断熱容器には上
   記超電導体を着磁するための着磁コイルが配設され，か
   つ，上記ケースには上記超電導体を冷却するための超電
   導体用冷却装置と上記真空断熱容器内を真空排気するた
   めの真空排気装置とが一体的に収納され，さらに，上記
   真空断熱容器は上記ケースの外部にその一部または全部
   が露出するよう配設されていることを特徴とする超電導
   磁石装置。
2. 【請求項２】 請求項１において，上記着磁コイルは上
   記真空断熱容器に対して脱着可能となるよう配設されて
   いることを特徴とする超電導磁石装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において，上記着磁コイ
   ルはパルス電流を通電することにより上記超電導体を着
   磁するよう構成されていることを特徴とする超電導磁石
   装置。
4. 【請求項４】 請求項３において，上記着磁コイルを冷
   却するための着磁コイル用冷却装置が設けてあることを
   特徴とする超電導磁石装置。
5. 【請求項５】 請求項４において，上記着磁コイル用冷
   却装置は該着磁コイルに一体的に配設された冷媒容器で
   あることを特徴とする超電導磁石装置。
6. 【請求項６】 請求項４において，上記着磁コイル用冷
   却装置は冷凍機であることを特徴とする超電導磁石装
   置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか一項において，
   上記真空断熱容器は非導電性材料より構成されているこ
   とを特徴とする超電導磁石装置。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか一項において，
   上記超電導体は非導電性かつ高熱伝導性の材料よりなる
   ブロックを介して上記冷却装置に設けられたコールドヘ
   ッドに対し接続されていることを特徴とする超電導磁石
   装置。
9. 【請求項９】 請求項１又は２において，上記着磁コイ
   ルは超電導線材よりなり，かつ上記着磁コイルは定常電
   流を通電することにより上記超電導体を着磁するよう構
   成されていることを特徴とする超電導磁石装置。