JP2001196219A

JP2001196219A - 永久電流超電導磁石装置

Info

Publication number: JP2001196219A
Application number: JP2000005835A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Yoshikawa; 正敏吉川; Kazunari Saito; 一功斉藤
Original assignee: JAPAN MAGNET TECHNOL KK; Kobe Steel Ltd
Current assignee: JAPAN MAGNET TECHNOL KK; Kobe Steel Ltd
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2001-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】外部磁場が変動した場合でも、磁石中心の磁
場はその影響をほとんど受けることがなく極めて安定な
磁場を持続的に維持できる永久電流超電導磁石装置を提
供する。【解決手段】本装置１は、励磁用電源２に接続され、
主磁場を発生する円筒状の第１の超電導コイル３と、こ
れを短絡させて第１の閉回路４を構成する第１の永久電
流スイッチ５と、第１の超電導コイル３と電気的に独立
に設けられ、第１の超電導コイル３と同心状に配設され
た円筒状の第２の超電導コイル６と、これを短絡させて
第２の閉回路７を構成する第２の永久電流スイッチ８と
を具備しているので、外部磁場が変動した場合でも、磁
石中心の磁場はその影響をほとんど受けることがなく極
めて安定な磁場を持続的に維持できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば理化学用Ｎ
ＭＲ（核磁気共鳴）分析装置や医療用断層映像装置（Ｍ
ＲＩ）などに組み込まれ、永久電流モードで運転される
永久電流超電導磁石装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＮＭＲ分析装置やＭＲＩでは、その超電
導磁石により発生している磁場が時間的に極めて安定で
あることが要求される。このため、ＮＭＲ分析装置やＭ
ＲＩは、通常、超電導磁石装置に超電導コイルと永久電
流スイッチとを具備し、電源を取り去っても超電導コイ
ルに流れる電流（磁界）が減衰しない永久電流モードで
運転されている。この永久電流モードでの運転状態にお
いては、磁界の時間的変動（減衰度）が０．０１ppm/hr
程度の極めて安定な磁場が実現され、ＮＭＲスペクトル
やＭＲ画像の測定が可能である。

【０００３】しかし、ＮＭＲスペクトルやＭＲ画像の測
定は、装置外部で発生する電磁波に対して非常に敏感で
ある。特に、ＮＭＲの共鳴周波数に近い周波数を持つ外
部電磁波は、ＮＭＲスペクトルやＭＲ画像に著しい悪影
響を及ぼす。そのため、ＮＭＲ分析装置やＭＲＩの配置
される部屋には、例えば鉄製の電磁波シールドを設置す
るなど、通常、超電導磁石装置の外部において、電磁波
を遮蔽する対策が施されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の方法では、
超電導磁石装置を配置する部屋を外部の電磁波から遮蔽
するために、大量のシールド材が必要となるが、その材
料が高価でかつ施工の手間がかかる。また、超電導磁石
装置の配置場所を変更する場合には、装置の移動のみな
らず、部屋全体のシールド施工をやり直す必要がある。

【０００５】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
で、超電導磁石の外部に電磁波シールドを設置すること
なく、外部磁場が変動した場合でも、磁石中心の磁場は
その影響をほとんど受けることがなく極めて安定な磁場
を持続的に維持することのできる永久電流超電導磁石装
置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の永久
電流超電導磁石装置は、励磁用電源に接続され、主磁場
を発生する円筒状の第１の超電導コイルと、この第１の
超電導コイルを短絡させて第１の閉回路を構成する第１
の永久電流スイッチとを具備した永久電流超電導磁石装
置において、上記第１の超電導コイルと電気的に独立に
設けられ、第１の超電導コイルと同心状に配設された円
筒状の第２の超電導コイルと、この第２の超電導コイル
を短絡させて第２の閉回路を構成する第２の永久電流ス
イッチとを具備したことを特徴とする。

【０００７】この構成では、励磁用電源に接続された円
筒状の第１の超電導コイルを、第１の永久電流スイッチ
で短絡させて第１の閉回路を構成することにより、該第
１の超電導コイルが、主磁場を発生するようになるが、
その際に、上記第１の超電導コイルと電気的に独立に設
けられた円筒状の第２の超電導コイルを、第２の永久電
流スイッチで短絡させて第２の閉回路を構成することに
より、該第２の超電導コイルが、上記主磁場による電磁
誘導作用を受けて電流変化を生じ、外部磁場の変動を補
償する磁場を発生するようになるので、この外部磁場が
変動したときでも、磁石中心の磁場はほとんど影響を受
けなくなり、極めて安定な磁場が持続的に維持される。

【０００８】さらに、上記第１，２の永久電流スイッチ
はいずれも熱式永久電流スイッチであり、これらのスイ
ッチを所定のタイミングでそれぞれ加熱するヒータ用電
源を具備すれば（請求項２）、上記第１，２の閉回路が
所定のタイミングで構成されることになる。上記所定の
タイミングは、上記第１の超電導コイルが所定の電流値
に達した後のタイミングであることとすれば、上記第
１，２の閉回路においてそれぞれ永久電流モードでの運
転が実現される。

【０００９】さらに、上記第２の超電導コイルは、次式
を満たす位置に設定されるものとすればよい（請求項
３）。

【００１０】│１−Ｋ_p（Ｓ_p／Ｌ_p）│＞│１−｛１／
（Ｌ_pＬ_s−Ｍ²）｝×｛Ｋ_p（Ｌ_sＳ_p−ＭＳ_s）＋Ｋ_s（Ｌ
_pＳ_s−ＭＳ_p）｝│ ただし、Ｌ_pは第１の超電導コイルの自己インダクタン
ス、Ｌ_sは第２の超電導コイルの自己インダクタンス、
Ｍは第１，２の超電導コイル間の相互インダクタンス、
Ｋ_pは第１の超電導コイルの磁場定数、Ｋ_sは第２の超電
導コイルの磁場定数、Ｓ_pは外部磁場が第１の超電導コ
イルを貫く面積の総和、Ｓ_sは外部磁場が第２の超電導
コイルを貫く面積の総和である。これにより、第１の超
電導コイルで発生した主磁場による電磁誘導作用を受け
て、第２の超電導コイルが、外部磁場の変動を補償する
磁場を発生するようになるので、この外部磁場が変動し
たときでも、磁石中心の磁場はほとんど影響を受けなく
なり、極めて安定な磁場が持続的に維持される。

【００１１】例えば、上記第２の超電導コイルは、少な
くとも１個以上のコイルからなることとすればよい（請
求項４）。

【００１２】また、上記第１の超電導コイルは、互いに
内外となるように同心状に配設された主磁場発生用超電
導コイルを２個以上備え、上記第２の超電導コイルは、
上記主磁場発生用超電導コイル間でこれら主磁場発生用
超電導コイルと同心状となるように配設された１個ある
いは複数個のコイルで構成したこととすればよい（請求
項５）。

【００１３】あるいは、上記第１の超電導コイルは、主
磁場発生用超電導コイルと、この主磁場発生用超電導コ
イルの外側にあって、主磁場発生用超電導コイルと同心
状かつ軸心方向で中央振り分けに配設された磁場補正用
超電導コイルとを備え、上記第２の超電導コイルは、上
記主磁場発生用超電導コイルと磁場補正用超電導コイル
との間にあって、これら主磁場発生用超電導コイル及び
磁場補正用超電導コイルと同心状となるように配設され
たコイルで構成したこととすればよい（請求項６）。こ
こで、軸心方向で中央振り分けに配設するとは、軸心方
向の中点に対し対称となるように配設することを意味
し、等間隔であるか否かは問わない。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態の永久
電流超電導磁石装置の基本概念を示す回路図、図２はそ
の概略構成を示す縦断面図である。

【００１５】図１に示すように、本実施形態に係る永久
電流超電導磁石装置（本装置）１は、励磁用電源２に接
続され、主磁場を発生する円筒状の第１の超電導コイル
３と、この第１の超電導コイル３を短絡させて第１の閉
回路４を構成する熱式の第１の永久電流スイッチ５とを
具備し、さらに第１の超電導コイル３と電気的に独立に
設けられ、第１の超電導コイル３と同心状に配設された
円筒状の第２の超電導コイル６と、この第２の超電導コ
イル６を短絡させて第２の閉回路７を構成する熱式の第
２の永久電流スイッチ８とを具備している。なお、図中
の１０は抵抗成分を示しているが、本発明には直接関係
するものではない。

【００１６】励磁用電源２は、第１，２の超電導コイル
３，６等の超電導体に流れる数アンペア〜数百アンペア
程度の最大電流を供給可能な容量を有する。この最大電
流は、上記超電導体の、その用いられる磁界によって決
まる臨界電流密度と、導体中に占める断面積とによって
決まる。かかる導体としては、本装置１では、何本もの
超電導素線を撚り合わせた超電導線が用いられている。

【００１７】第１の超電導コイル３は、例えば、図２に
示すように、装置中心の作用空間Ａまわりに配置され、
ニオブ・スズ（Ｎｂ₃Ｓｎ）超電導線材が巻回された主
磁場発生用超電導コイル３ａと、その外側に同心状に配
置され、ニオブ・チタン（ＮｂＴｉ）超電導線材が巻回
された主磁場発生用超電導コイル３ｂと、さらに外側に
同心状に配置されＮｂＴｉ超電導線材が円筒状に巻回さ
れた磁場補正用超電導コイル３ｃとが励磁用電源２と直
列に接続されてなり、この主磁場発生用超電導コイル３
ａの上方に配置された第１の永久電流スイッチ５が同コ
イル３ａ，３ｂ及び磁場補正用超電導コイル３ｃと並列
に接続されて図１における第１の閉回路４を構成できる
ようになっている。ここで、主磁場発生用超電導コイル
３ａ，３ｂはそれぞれ所要のターン数を有して配設され
ているが、このうち３ａは３ｂよりも軸心方向の長さが
若干短く設定されている。これにより、作用空間Ａにお
ける軸心方向の磁場の均一度を（軸心方向両端による磁
界の乱れを抑制することで）可及的に高めるようになっ
ている。また、磁場補正用超電導コイル３ｃは軸心方向
で中央振り分けとなるように、作用空間Ａの軸心に対し
て上下対称となる位置、本実施形態では、中央と上下両
側にそれぞれ所定数のターン数を有して（上下側は同一
ターン数）配設されている。これにより、作用空間Ａ内
の磁場を径方向及び軸心方向に対して均一に補正可能と
なっている。

【００１８】第２の超電導コイル６は、例えば、図２に
示すように、主磁場発生用超電導コイル３ａ，３ｂ間に
同心状に配置されＮｂＴｉ超電導線が巻回された磁場変
動補償用超電導コイル６ａからなり、この上方に配置さ
れた第２の永久電流スイッチ８が同コイル６ａと並列に
接続されて図１における第２の閉回路７を構成できるよ
うになっている。

【００１９】第１，２の永久電流スイッチ５，８は、そ
れぞれＮｂＴｉ超電導線材にヒータ線を沿わせた熱式永
久電流スイッチであり、例えば、図２に示すように、そ
れらのヒータ線はクライオスタット１１内部で直列に接
続され、さらにヒータ用電源９に直列に接続されて所定
のタイミングで上記第１，２の閉回路４，７を構成する
ようになっている。

【００２０】ここで、磁場変動補償用超電導コイル６ａ
も所要のターン数を有して配設されているが、主磁場発
生用超電導コイル３ａ，３ｂのいずれよりも軸心方向の
長さが短く設定されている。これにより、作用空間Ａに
おける軸心方向の磁場の均一度を（軸心方向両端による
磁界の乱れを抑制することで）可及的に高めるようにな
っている。

【００２１】また、第１の超電導コイル３の主磁場発生
用超電導コイル３ａの材料をＮｂ₃Ｓｎ超電導線材と
し、他の超電導コイル３ｂ，３ｃ，６や第１，第２の永
久電流スイッチ５，８の材料をＮｂＴｉ超電導線材とし
て、超電導コイルが存在する部分での磁場の違いにより
材料を使い分けている。各超電導コイルは、それぞれ単
位コイルから構成されていてもよい。

【００２２】クライオスタット１１は、上記すべての超
電導コイルと永久電流スイッチとを液体ヘリウム等で臨
界温度以下に保持する圧力容器である。また、作用空間
Ａは、分析試料を挿入して（ＮＭＲ）、高磁場を生じさ
せた状態で所定の組成分析を行ったり、あるいは、人体
を挿入して（ＭＲＩ）、高磁場を生じさせた状態で人体
の検診を行うための空間である。

【００２３】このように、本装置１は、電気的に独立し
た２つの閉回路４，７を有し、それぞれの電磁誘導作用
（自己誘導作用と相互誘導作用）により、外部磁場の変
動による磁石中心にある作用空間Ａにおける磁場への悪
影響を抑えるようになっている。

【００２４】以下、図１を参照して本発明の基本的な概
念を説明する。

【００２５】図１において、Ｌ_pは第１の超電導コイル
３の自己誘導作用による自己インダクタンス、Ｌ_sは第
２の超電導コイル６の自己誘導作用による自己インダク
タンス、Ｍは第１，２の超電導コイル３，６間の相互誘
導作用による相互インダクタンスである。

【００２６】本装置１の励磁は、第１の超電導コイル３
に並列に接続されている第１の永久電流スイッチ５と、
第２の超電導コイル６に並列に接続されている第２の永
久電流スイッチ８のそれぞれのヒータに外部のヒータ用
電源９より通電し、それぞれの永久電流スイッチ５，８
を開状態として行う。この状態で、励磁用電源２により
第１の超電導コイル３に電流を流す。この時、第２の永
久電流スイッチ８は開状態であるため、第２の超電導コ
イル６には電流が誘起されないため、電流は零のままで
ある。そして、第１の超電導コイル３の電流値が所定の
設定電流値Ｉ₀になれば（所定のタイミング）、ヒータ
用電源９をＯＦＦとし、それぞれの永久電流スイッチ
５，８を閉状態とする。これにより、本装置１の永久電
流モードでの運転を実現できる。

【００２７】このようにして励磁した後、本装置１の外
部の磁場Ｂ_extによる主磁場が変化した場合に、第１の
超電導コイル３と、第２の超電導コイル６の電流変化
は、外部磁場Ｂ_extによる第１の超電導コイル３を貫く
磁束をΦ_ext-p、第２の超電導コイル６を貫く磁束をΦ
_ext-sとすれば、以下の回路方程式により求められる。

【００２８】

【数１】

【００２９】一般的に、外部磁場Ｂ_extは、空間的に均
一であるので、この外部磁場Ｂ_extが第１の超電導コイ
ル３を貫く部分の総和をＳ_p、第２の超電導コイル６を
貫く面積の総和をＳ_sとすれば、次式が成立する。

【００３０】

【数２】

【００３１】

【数３】

【００３２】第１の超電導コイル３の磁場定数をＫ_p、
第２の超電導コイル６の磁場定数をＫ_sとすれば、外部
磁場Ｂ_extが変動した場合に、第１の超電導コイル３
と、第２の超電導コイル６の電流が変化したことにより
生じる誘起磁場Ｂ_indは次式で表される。なお、磁場定
数Ｋ_p，Ｋ_sは、コイルに１Ａの電流を流したときに生じ
る磁場の強さである。

【００３３】

【数４】

【００３４】本装置１の中心の磁場は、この誘起磁場Ｂ
_indと、外部磁場Ｂ_extの重ね合わせであり、その変化は
次式で表される。

【００３５】

【数５】

【００３６】一方、第２の超電導コイル６がない場合
に、外部磁場Ｂ_extが変化すれば、第１の超電導コイル
３の電流Ｉ_pの変化は次のようになる。すなわち、上記
（１）式において、電流Ｉ_s＝０とおき、上記（３）式
を代入すると、このときの第１の超電導コイル３の電流
Ｉ_pの変化は次式で表される。

【００３７】

【数６】

【００３８】また、本装置１の中心の磁場変化は次のよ
うになる。すなわち、上記（７）式の上段において、電
流Ｉ_s＝０とおくと、中心の磁場変化は次式で表され
る。

【００３９】

【数７】

【００４０】したがって、第２の超電導コイル６を付加
することにより、本装置１の外部の磁場が変動した場合
でも、同装置１の中心の磁場はその影響をほとんど受け
ず、極めて安定な磁場を持続的に維持することができる
ようになるためには、上記（８），（１０）式より、

【００４１】

【数８】

【００４２】のようになればよい。

【００４３】つまり、上記（１１）式を満足する位置に
第２の超電導コイル６を設ければよいことが分かる。

【００４４】以下、図２を参照して本装置１のさらに具
体的な構成とその動作を説明する。

【００４５】図２において、第１の超電導コイル３を構
成する主磁場発生用超電導コイル３ａの外側には、外径
φ０．４５ｍｍのＮｂＴｉ超電導素線よりなるＮｂＴｉ
超電導線を主磁場発生用超電導コイル３ａの１／２の巻
幅に２層巻回した磁場変動補償用超電導コイル６ａが配
置され、これが第２の超電導コイル６を構成している。
この場合、第１の超電導コイル３の自己インダクタンス
Ｌ_pは１５８Ｈ、第２の超電導コイル６の自己インダク
タンスＬ_sは０．５４Ｈ、これらの第１，２の超電導コ
イル３，６間の相互インダクタンスＭは６．７Ｈ、これ
らの第１，２の超電導コイル３，６の磁場定数Ｋ_p，Ｋ_s
はそれぞれ０．０６９Ｔ／Ａ，０．００５Ｔ／Ａ、外部
磁場Ｂ_extがそれぞれの磁石を貫く部分の面積の総和
Ｓ_p，Ｓ_sはそれぞれ４４００ｍ²，１２０ｍ²であり、上
記（１１）式を満足している。

【００４６】外部のヒータ用電源９により、第１の超電
導コイル３に並列に接続された第１の永久電流スイッチ
５と第２の超電導コイル６に並列に接続された第２の永
久電流スイッチ８とを開状態とし、外部の励磁用電源２
を用いて第１の超電導コイル３の励磁を行う。

【００４７】第１の超電導コイル３に設定電流Ｉ₀を通
電後、外部のヒータ用電源９をＯＦＦとし、第１の超電
導コイル３に並列に接続された第１の永久電流スイッチ
５、第２の超電導コイル６に並列に接続された第２の永
久電流スイッチ８ともに閉状態として本装置１の永久電
流モードでの運転を行う。

【００４８】このようにして、本装置１の第２の超電導
コイル６を用いて励磁した場合の中心部分の磁場変化
（本発明による磁場変化率）を、２４時間測定し、その
結果を図４に示した。さらに、本装置１の第２の超電導
コイル６を用いない場合についても、同様の方法により
励磁し、その中心部分の磁場変化を２４時間測定し、そ
の結果を図５に示した。両図において、縦軸は磁場変化
率（ppm）、横軸は時間変化（hr）を示す。図４に示す
本発明による磁場変化率は、最大振幅で０．０４ppm程
度であるのに対し、図５に示した第２の超電流コイル６
を用いない場合の磁場変化は、最大振幅で０．１２ppm
程度と大きく現れている。この比較結果から、本発明に
よれば、外部磁場の擾乱による変動を小さく抑えること
ができることが検証された。なお、両図中では、時間経
過とともに磁場変化率が右下りとなっているが、これは
図１における抵抗成分１０の影響によるものと考えられ
る。

【００４９】以上のように、本装置１では、励磁用電源
２に接続された第１の超電導コイル３を、第１の永久電
流スイッチ５で短絡させて第１の閉回路４を構成するこ
とにより、第１の超電導コイル３が、主磁場を発生する
ようになるが、その際に、第１の超電導コイル３と電気
的に独立に設けられた第２の超電導コイル６を、第２の
永久電流スイッチ８で短絡させて第２の閉回路７を構成
することにより、第２の超電導コイル６が、上記主磁場
による電磁誘導作用を受けて外部磁場の変動を補償する
磁場を発生するようになるので、この外部磁場が変動し
たときでも、磁石中心の磁場はほとんど影響を受けなく
なり、極めて安定な磁場を持続的に維持できる。したが
って、本装置１の外部に電磁波シールドを設置する必要
がなくなるので、装置の設置コストの低減化を図るとと
もに、その設置場所の変更も装置を移動するだけで済む
ので簡単なものとなる。

【００５０】なお、上記実施形態では、第２の超電導コ
イル６を構成する磁場変動補償用超電導コイル６ａを、
Ｎｂ₃Ｓｎが巻回された主磁場発生用超電導コイル３ａ
とＮｂＴｉ超電導線材が巻回された主磁場発生用超電導
コイル３ｂとの間に配設した１個のコイルで構成した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、主磁場発
生用超電導コイル３ａの内側、ＮｂＴｉ超電導線材が巻
回された主磁場発生用超電導コイル３ｂの外側、あるい
は、磁場変動補償用超電導コイル６ａの外側など、いか
なる部分に巻回しても、上記（１１）式を満足するよう
に磁場変動補償用超電導コイル６ａを設計すれば、上記
と同様の効果を得ることができる。また、上記実施形態
では、第１，２の超電導コイル３，６等の材料として、
一般的な材料であるＮｂ₃Ｓｎ超電導線材とＮｂＴｉ超
電導線材とを使用したが、これに代わる超電導材料（例
えばＶａ₃Ｇａ，Ｎｂ₃Ｇｅ，Ｎｂ₃Ａｌ等）を使用して
もよい。

【００５１】さらに、上記実施形態では、第２の超電導
コイル６として一体の磁場変動補償用超電導コイル６ａ
を使用したが、図３に示すように、磁場変動補償用超電
導コイル６ａを複数個に分割してそれぞれを直列接続し
てもよい。これによっても上記と同様の効果を得ること
ができる。また、第１，２の永久電流スイッチ５，８と
していずれも熱式永久電流スイッチを使用したが、例え
ば漏れ磁界を利用するものでもよい。

【００５２】

【発明の効果】以上で説明したように、本発明の請求項
１の永久電流超電導磁石装置では、励磁用電源に接続さ
れた円筒状の第１の超電導コイルを、第１の永久電流ス
イッチで短絡させて第１の閉回路を構成することによ
り、該第１の超電導コイルが、主磁場を発生するように
なるが、その際に、上記第１の超電導コイルと電気的に
独立に設けられた円筒状の第２の超電導コイルを、第２
の永久電流スイッチで短絡させて第２の閉回路を構成す
ることにより、該第２の超電導コイルが、外部磁場の変
動を補償する磁場を発生するようになるので、この外部
磁場が変動したときでも、磁石中心の磁場はほとんど影
響を受けなくなり、極めて安定な磁場を持続的に維持で
きる。したがって、永久電流超電導磁石装置の外部に電
磁波シールドを設置する必要がなくなるので、装置の設
置コストの低減化を図るととも、その設置場所の変更も
装置を移動するだけで済むので簡単なものとなる。

【００５３】さらに、上記第１，２の永久電流スイッチ
はいずれも熱式永久電流スイッチであり、これらのスイ
ッチを所定のタイミングでそれぞれ加熱するヒータ用電
源を具備しているので（請求項２）、上記第１，２の閉
回路を所定のタイミングで構成することができる。

【００５４】さらに、上記第２の超電導コイルは、次式
を満たす位置に設定している（請求項３）。│１−Ｋ_p
（Ｓ_p／Ｌ_p）│＞│１−｛１／（Ｌ_pＬ_s−Ｍ²）｝×
｛Ｋ_p（Ｌ_sＳ_p−ＭＳ_s）＋Ｋ_s（Ｌ_pＳ_s−ＭＳ_p）｝│ ただし、Ｌ_pは第１の超電導コイルの自己インダクタン
ス、Ｌ_sは第２の超電導コイルの自己インダクタンス、
Ｍは第１，２の超電導コイル間の相互インダクタンス、
Ｋ_pは第１の超電導コイルの磁場定数、Ｋ_sは第２の超電
導コイルの磁場定数、Ｓ_pは外部磁場が第１の超電導コ
イルを貫く面積の総和、Ｓ_sは外部磁場が第２の超電導
コイルを貫く面積の総和である。これにより、第２の超
電導コイルが、外部磁場の変動を補償する磁場を発生す
るようになるので、この外部磁場が変動したときでも、
磁石中心の磁場はほとんど影響を受けなくなり、極めて
安定な磁場を持続的に維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の超電導磁石装置の基本概
念を示す回路図である。

【図２】本実施形態の永久電流超電導磁石装置の概略構
成を示す縦断面図である。

【図３】図２の変形例を示す縦断面図である。

【図４】図２の磁石装置中心磁場の測定結果を示す図で
ある。

【図５】従来の磁石装置中心磁場の測定結果を示す図で
ある。

【符号の説明】

１永久電流超電導磁石装置（本装置）２励磁用電源３第１の超電導コイル３ａ，３ｂ主磁場発生用超電導コイル３ｃ磁場補正用超電導コイル４第１の閉回路５第１の永久電流スイッチ６第２の超電導コイル６ａ磁場変動補償用超電導コイル７第２の閉回路８第２の永久電流スイッチ９ヒータ用電源１１クライオスタット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】励磁用電源に接続され、主磁場を発生す
る円筒状の第１の超電導コイルと、この第１の超電導コ
イルを短絡させて第１の閉回路を構成する第１の永久電
流スイッチとを具備した永久電流超電導磁石装置におい
て、上記第１の超電導コイルと電気的に独立に設けられ、第
１の超電導コイルと同心状に配設された円筒状の第２の
超電導コイルと、この第２の超電導コイルを短絡させて
第２の閉回路を構成する第２の永久電流スイッチとを具
備したことを特徴とする永久電流超電導磁石装置。
【請求項２】上記第１，２の永久電流スイッチはいず
れも熱式永久電流スイッチであり、これらのスイッチを
所定のタイミングでそれぞれ加熱するヒータ用電源を具
備したことを特徴とする請求項１記載の永久電流超電導
磁石装置。
【請求項３】上記第２の超電導コイルは、次式を満た
す位置に設定されていることを特徴とする請求項１又は
２記載の永久電流超電導磁石装置。 │１−Ｋ_p（Ｓ_p／Ｌ_p）│＞│１−｛１／（Ｌ_pＬ_s−
Ｍ²）｝×｛Ｋ_p（Ｌ_sＳ_p−ＭＳ_s）＋Ｋ_s（Ｌ_pＳ_s−ＭＳ
_p）｝│ ただし、Ｌ_pは第１の超電導コイルの自己インダクタン
ス、Ｌ_sは第２の超電導コイルの自己インダクタンス、
Ｍは第１，２の超電導コイル間の相互インダクタンス、
Ｋ_pは第１の超電導コイルの磁場定数、Ｋ_sは第２の超電
導コイルの磁場定数、Ｓ_pは外部磁場が第１の超電導コ
イルを貫く面積の総和、Ｓ_sは外部磁場が第２の超電導
コイルを貫く面積の総和である。
【請求項４】上記第２の超電導コイルは、少なくとも
１個以上のコイルからなることを特徴とする請求項１〜
３のいずれかに記載の永久電流超電導磁石装置。
【請求項５】上記第１の超電導コイルは、互いに内外
となるように同心状に配設された主磁場発生用超電導コ
イルを２個以上備え、上記第２の超電導コイルは、上記
主磁場発生用超電導コイル間でこれら主磁場発生用超電
導コイルと同心状となるように配設された１個あるいは
複数個のコイルで構成したことを特徴とする請求項１〜
４のいずれかに記載の永久電流超電導磁石装置。
【請求項６】上記第１の超電導コイルは、主磁場発生
用超電導コイルと、この主磁場発生用超電導コイルの外
側にあって、主磁場発生用超電導コイルと同心状かつ軸
心方向で中央振り分けに配設された磁場補正用超電導コ
イルとを備え、上記第２の超電導コイルは、上記主磁場
発生用超電導コイルと磁場補正用超電導コイルとの間に
あって、これら主磁場発生用超電導コイル及び磁場補正
用超電導コイルと同心状となるように配設されたコイル
で構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
記載の永久電流超電導磁石装置。