JP2003069093A - 永久電流スイッチおよびそれを用いた超電導マグネット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】常電導抵抗が高く、熱容量が小さく、応答性が
良く、かつ安定性の高い永久電流スイッチを提供するこ
と。 【解決手段】絶縁物からなる母材３の上に高温超電導体
２が形成されてなる超電導部と、当該超電導部の超電導
状態または常電導状態の切り替えを行なうスイッチ切替
用の加熱手段６とを、熱的に一体化させて構成される永
久電流スイッチにおいて、高温超電導体２の上に、電気
的な絶縁物４を介して、熱良導体５を配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超電導機器に使用
される永久電流スイッチおよびそれを用いた超電導マグ
ネットに係り、特に常電導抵抗が高く、熱容量が小さ
く、応答性が良く、かつ安定性の高い永久電流スイッ
チ、およびそれを用いた永久電流運転が容易な超電導マ
グネットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、超電導線は、電気抵抗が無いた
め、閉回路を形成し、永久電流により磁場を発生するこ
とが可能である。

【０００３】永久電流運転を行なう方法としては、永久
電流スイッチを用いる方法が一般的に採用されている。

【０００４】永久電流スイッチは、超電導線と、超電導
線の超電導状態または常電導状態を切り替えるための手
段（例えば、ヒータ等）とから構成されている。

【０００５】この永久電流スイッチは、超電導コイルが
閉回路になるように接続される。

【０００６】永久電流スイッチがオフ状態、すなわち超
電導線が常電導状態になると、電気抵抗が発生し、当該
永久電流スイッチと並列に接続された励磁電源により、
超電導コイルを励磁する。

【０００７】そして、この超電導コイルの励磁中には、
永久電流スイッチの両端に電圧が発生するが、常電導状
態の超電導線には有限の抵抗があるために分流し、永久
電流スイッチは発熱することになる。

【０００８】永久電流スイッチは、常電導状態での電気
抵抗、すなわちオフ抵抗が大きいほど発熱が少なくな
り、励磁速度を速くすることができる。

【０００９】そして、永久電流スイッチの常電導抵抗を
大きくするためには、超電導線の母材の電気抵抗を高く
したり、超電導体の臨界電流密度を向上させて超電導線
の断面積を小さくする方法がある。

【００１０】また、超電導線の長さを長くすれば、電気
抵抗は大きくなるが、同時に熱容量も増大することか
ら、ヒータの加熱によって永久電流スイッチのオン／オ
フを切り替える場合には、応答性が悪くなってしまう。

【００１１】従って、永久電流スイッチ用の超電導線と
しては、常電導状態での電気抵抗（常電導抵抗）が高い
ことが要求されることになる。

【００１２】超電導コイル用として永久電流スイッチを
用いる場合には、両者ともに冷却温度を等しくした方が
冷却構成上有利であるため、永久電流スイッチも高温超
電導線を用いる必要がある。

【００１３】そして、永久電流スイッチ用の高温超電導
線として、従来では、Ｂｉ-２２１２,Ｂｉ-２２２３等
の銀シース超電導線を用いている。

【００１４】図２２は、従来の永久電流スイッチに用い
られてきている高温超電導線の構成例を示す断面図であ
る。

【００１５】図２２に示すように、高温超電導線は、高
温超電導体２を、銀や銀合金等からなる母材３に埋め込
んで、銀シース超電導線として構成されている。

【００１６】しかしながら、このような従来の高温超電
導線では、母材３として、銀もしくは銀合金等を用いて
いるために、超電導線の常電導抵抗が非常に低く、これ
を用いて永久電流スイッチを構成すると、熱容量が非常
に大きくなってしまう。

【００１７】一方、超電導線として、バルク材や薄膜を
用いることも考えられてきているが、母材に金属を用い
たり金属をコーティングしてしまうと、銀シース超電導
線の場合と同様に、常電導抵抗は低くなってしまう。

【００１８】従って、これらの方法では、超電導線の必
要長が長くなるため、永久電流スイッチとしては、オン
／オフの応答性が非常に悪いものになっている。

【００１９】一方、母材やコーティング材等の安定化材
をなくしてしまえば、常電導抵抗を高くとることも可能
である。

【００２０】しかしながら、何らかの擾乱で超電導線の
一部が発熱した場合に、分流して発熱を抑制することが
できないため、クエンチもしくは焼損に至ってしまい、
不安定となる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、高温超
電導線を用いて永久電流スイッチを構成する場合には、
安定性を重視すると常電導抵抗が小さくなり、結果とし
て加熱／冷却によるオン／オフのスイッチ切替時間が長
くなってしまう。

【００２２】一方、常電導抵抗を高めるために安定化材
を減らすと安定性が低くなり、永久電流スイッチはクエ
ンチし易くなってしまう。

【００２３】本発明の目的は、常電導抵抗が高く、熱容
量が小さく、応答性が良く、かつ安定性の高い永久電流
スイッチを提供することにある。

【００２４】さらに、本発明の目的は、永久電流運転が
容易な超電導マグネットを提供することにある。

【００２５】

【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、請求項１に対応する発明では、絶縁物からなる母
材の上に高温超電導体が形成されてなる超電導部と、当
該超電導部の超電導状態または常電導状態の切り替えを
行なうスイッチ切替用の加熱手段とを、熱的に一体化さ
せて構成される永久電流スイッチにおいて、高温超電導
体の上に、電気的な絶縁物を介して、熱良導体を配設し
ている。

【００２６】従って、請求項１に対応する発明の永久電
流スイッチにおいては、高温超電導体の上に、電気的な
絶縁物を介して、熱良導体を配設することにより、分流
経路となる安定化材がなく、かつ高温超電導体の一部が
発熱した場合でも熱良導体で速やかに熱を分散するた
め、常電導抵抗（オフ抵抗）が高く、熱容量が小さく、
かつ安定性の高い永久電流スイッチを得ることができ
る。

【００２７】また、請求項２に対応する発明では、絶縁
物からなる母材の上に結晶成長を促進する中間層を介し
て高温超電導体が形成されてなる超電導部と、当該超電
導部の超電導状態または常電導状態の切り替えを行なう
スイッチ切替用の加熱手段とを、熱的に一体化させて構
成される永久電流スイッチにおいて、高温超電導体の上
に、電気的な絶縁物を介して、熱良導体を配設してい
る。

【００２８】従って、請求項２に対応する発明の永久電
流スイッチにおいては、高温超電導体の上に、電気的な
絶縁物を介して、熱良導体を配設することにより、分流
経路となる安定化材がなく、かつ高温超電導体の一部が
発熱した場合でも熱良導体で速やかに熱を分散するた
め、常電導抵抗（オフ抵抗）が高く、熱容量が小さく、
かつ安定性の高い永久電流スイッチを得ることができ
る。また、絶縁物からなる母材の上に、結晶成長を促進
する中間層を介して高温超電導体が形成された超電導部
とすることにより、中間層の結晶成長が促進されるた
め、より一層高品質で高性能の永久電流スイッチを得る
ことができる。

【００２９】さらに、請求項３に対応する発明では、高
温超電導体のバルク材で形成された超電導部と、当該超
電導部の超電導状態または常電導状態の切り替えを行な
うスイッチ切替用の加熱手段とを、熱的に一体化させて
構成される永久電流スイッチにおいて、高温超電導体の
バルク材の上に、電気的な絶縁物を介して、熱良導体を
配設している。

【００３０】従って、請求項３に対応する発明の永久電
流スイッチにおいては、高温超電導体のバルク材の上
に、電気的な絶縁物を介して、熱良導体を配設すること
により、分流経路となる安定化材がなく、かつ高温超電
導体の一部が発熱した場合でも熱良導体で速やかに熱を
分散するため、常電導抵抗（オフ抵抗）が高く、熱容量
が小さく、かつ安定性の高い永久電流スイッチを得るこ
とができる。

【００３１】一方、請求項４に対応する発明では、絶縁
物からなる母材の上に高温超電導体が形成されてなる超
電導部と、当該超電導部の超電導状態または常電導状態
の切り替えを行なうスイッチ切替用の加熱手段とを、熱
的に一体化させて構成される永久電流スイッチにおい
て、高温超電導体の上に、高温超電導体を流れる電流を
バイパスさせる金属層、および電気的な絶縁物を順次介
して、熱良導体を配設している。

【００３２】従って、請求項４に対応する発明の永久電
流スイッチにおいては、高温超電導体の上に、高温超電
導体を流れる電流をバイパスさせる金属層、および電気
的な絶縁物を順次介して、熱良導体を配設することによ
り、分流経路となる安定化材がなく、かつ高温超電導体
の一部が発熱した場合でも熱良導体で速やかに熱を分散
するため、常電導抵抗（オフ抵抗）が高く、熱容量が小
さく、かつ安定性の高い永久電流スイッチを得ることが
できる。また、高温超電導体の上に、高温超電導体を流
れる電流をバイパスさせる金属層を設けることにより、
高温超電導体が何らかの外的要因で急激にクエンチしな
いようにして、より一層安定性を高めることができる。

【００３３】また、請求項５に対応する発明では、絶縁
物からなる母材の上に結晶成長を促進する中間層を介し
て高温超電導体が形成されてなる超電導部と、当該超電
導部の超電導状態または常電導状態の切り替えを行なう
スイッチ切替用の加熱手段とを、熱的に一体化させて構
成される永久電流スイッチにおいて、高温超電導体の上
に、高温超電導体を流れる電流をバイパスさせる金属
層、および電気的な絶縁物を順次介して、熱良導体を配
設している。

【００３４】従って、請求項５に対応する発明の永久電
流スイッチにおいては、高温超電導体の上に、高温超電
導体を流れる電流をバイパスさせる金属層、および電気
的な絶縁物を順次介して、熱良導体を配設することによ
り、分流経路となる安定化材がなく、かつ高温超電導体
の一部が発熱した場合でも熱良導体で速やかに熱を分散
するため、常電導抵抗（オフ抵抗）が高く、熱容量が小
さく、かつ安定性の高い永久電流スイッチを得ることが
できる。また、高温超電導体の上に、高温超電導体を流
れる電流をバイパスさせる金属層を設けることにより、
高温超電導体が何らかの外的要因で急激にクエンチしな
いようにして、より一層安定性を高めることができる。

【００３５】さらに、請求項６に対応する発明では、高
温超電導体のバルク材で形成された超電導部と、当該超
電導部の超電導状態または常電導状態の切り替えを行な
うスイッチ切替用の加熱手段とを、熱的に一体化させて
構成される永久電流スイッチにおいて、高温超電導体の
バルク材の上に、当該高温超電導体を流れる電流をバイ
パスさせる金属層、および電気的な絶縁物を順次介し
て、熱良導体を配設している。

【００３６】従って、請求項６に対応する発明の永久電
流スイッチにおいては、高温超電導体のバルク材の上
に、当該高温超電導体を流れる電流をバイパスさせる金
属層、および電気的な絶縁物を順次介して、熱良導体を
配設することにより、分流経路となる安定化材がなく、
かつ高温超電導体の一部が発熱した場合でも熱良導体で
速やかに熱を分散するため、常電導抵抗（オフ抵抗）が
高く、熱容量が小さく、かつ安定性の高い永久電流スイ
ッチを得ることができる。また、高温超電導体のバルク
材の上に、高温超電導体を流れる電流をバイパスさせる
金属層を設けることにより、高温超電導体のバルク材が
何らかの外的要因で急激にクエンチしないようにして、
より一層安定性を高めることができる。

【００３７】一方、請求項７に対応する発明では、上記
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に対応する発明の
永久電流スイッチにおいて、高温超電導体として、Ｂｉ
系、もしくはＹ系を用いている。

【００３８】従って、請求項７に対応する発明の永久電
流スイッチにおいては、高温超電導体として、Ｂｉ系、
もしくはＹ系を用いることにより、Ｂｉ系は部分溶融法
で、Ｙ系は蒸着法等で、絶縁物からなる母材上に臨界電
流密度の高い膜を形成することが容易となる。また、Ｙ
系では、単結晶バルク材を製作することもできる。これ
により、常電導抵抗（オフ抵抗）が高く、熱容量が小さ
く、かつ安定性の高い永久電流スイッチを容易に得るこ
とができる。

【００３９】また、請求項８に対応する発明では、上記
請求項１、請求項２、請求項４、請求項５、請求項７の
いずれか１項に対応する発明の永久電流スイッチにおい
て、絶縁物からなる母材として、ＭｇＯ、ＹＳＺ(Ｙｔ
ｔｒｉａ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｚｉｒｃｏｎｉ
ａ)、LａＡｌ０₃、ＳｒＴｉ０₃、サファイア、もしくは
表面を酸化させたＮｉのいずれかを用いている。

【００４０】従って、請求項８に対応する発明の永久電
流スイッチにおいては、絶縁物からなる母材として、Ｍ
ｇＯ、ＹＳＺ、ＬａＡｌ０₃、ＳｒＴｉ０₃、サファイ
ア、もしくは表面を酸化させたＮｉのいずれかを用いる
ことにより、臨界電流密度の高いＢｉ-２２１２,Ｙ-１
２３の膜を容易に形成することができる。これにより、
常電導抵抗（オフ抵抗）が高く、熱容量が小さく、かつ
安定性の高い永久電流スイッチを容易に得ることができ
る。

【００４１】さらに、請求項９に対応する発明では、上
記請求項１乃至請求項８のいずれか１項に対応する発明
の永久電流スイッチにおいて、超電導部の超電導状態ま
たは常電導状態の切り替えを行なう手段として、加熱手
段の他に、高温超電導体に磁場を印加する磁場印加手段
を備えている。

【００４２】従って、請求項９に対応する発明の永久電
流スイッチにおいては、超電導部の超電導状態または常
電導状態の切り替えを行なう手段として、高温超電導体
に磁場を印加する磁場印加手段を備えることにより、高
温超電導体に磁場を印加することで、常電導状態となる
臨界温度を下げることができるため、スイッチ切替時間
が短い、すなわち応答性が良い永久電流スイッチを得る
ことができる。

【００４３】また、請求項１０に対応する発明では、上
記請求項１乃至請求項９のいずれか１項に対応する発明
の永久電流スイッチにおいて、高温超電導体としては、
電流が流れる方向と外部からの漏れ磁場の方向に一致し
ない部分の断面横を他の部分よりも大きくしている。

【００４４】従って、請求項１０に対応する発明の永久
電流スイッチにおいては、高温超電導体における、電流
が流れる方向と外部からの漏れ磁場の方向に一致しない
部分の断面横を他の部分よりも大きくすることにより、
外部磁場の影響によって高温超電導体の臨界電流密度が
減少する部位のみ断面積を増やして、永久電流スイッチ
としての臨界電流を高めることができる。これにより、
常電導抵抗（オフ抵抗）が高く、熱容量が小さく、かつ
安定性の高い永久電流スイッチを得ることができる。

【００４５】さらに、請求項１１に対応する発明では、
上記請求項１０に対応する発明の永久電流スイッチにお
いて、高温超電導体の形状、もしくは絶縁物からなる母
材の形状としては、通電経路が外部からの漏れ磁場の方
向に一致するように形成している。

【００４６】従って、請求項１１に対応する発明の永久
電流スイッチにおいては、高温超電導体の形状、もしく
は絶縁物からなる母材の形状を、通電経路が外部からの
漏れ磁場の方向に一致するように形成することにより、
高温超電導体は外部磁場の影響を受けなくなるため、臨
界電流密度が増加し、結果として断面積を小さくするこ
とができる。これにより、常電導抵抗（オフ抵抗）が高
く、熱容量が小さく、かつ安定性の高い永久電流スイッ
チを得ることができる。

【００４７】一方、請求項１２に対応する発明の超電導
マグネットは、上記請求項１乃至請求項１１のいずれか
１項に対応する発明の永久電流スイッチと、永久電流ス
イッチと電気的に接続された高温超電導コイルと、永久
電流スイッチおよび高温超電導コイルを収納して冷媒で
浸漬冷却するクライオスタットとを備えている。

【００４８】従って、請求項１２に対応する発明の超電
導マグネットにおいては、常電導抵抗（オフ抵抗）が高
く、熱容量が小さく、かつ安定性の高い永久電流スイッ
チを用いることにより、永久電流運転が容易な超電導マ
グネットを得ることができる。

【００４９】また、請求項１３に対応する発明の超電導
マグネットは、上記請求項１乃至請求項１１のいずれか
１項に対応する発明の永久電流スイッチと、永久電流ス
イッチと電気的に接続された高温超電導コイルと、高温
超電導コイルと熱的に接続された冷凍機と、永久電流ス
イッチ、高温超電導コイル、および冷凍機を収納する真
空容器とを備え、永久電流スイッチに配設した熱良導体
と冷凍機とを、熱的に接続している。

【００５０】従って、請求項１３に対応する発明の超電
導マグネットにおいては、常電導抵抗（オフ抵抗）が高
く、熱容量が小さく、かつ安定性の高い永久電流スイッ
チを用いることにより、永久電流運転が容易な超電導マ
グネットを得ることができる。

【００５１】さらに、請求項１４に対応する発明では、
上記請求項１３に対応する発明の超電導マグネットにお
いて、永久電流スイッチに配設した熱良導体と冷凍機と
の間を結ぶ伝熱径路の途中に、熱スイッチを介在させて
いる。

【００５２】従って、請求項１４に対応する発明の超電
導マグネットにおいては、永久電流スイッチに配設した
熱良導体と冷凍機との間を結ぶ伝熱径路の途中に、熱ス
イッチを介在させることにより、永久電流スイッチの加
熱／冷却、すなわちスイッチのオフ／オンを効率良く行
なうことができるため、永久電流運転が容易な超電導マ
グネットを得ることができる。

【００５３】また、請求項１５に対応する発明では、上
記請求項１２乃至請求項１４のいずれか１項に対応する
発明の超電導マグネットにおいて、上記請求項１０また
は請求項１１に対応する発明の永久電流スイッチを用
い、高温超電導コイルが発生する漏れ磁場の方向に対し
て、永久電流スイッチの高温超電導体に流れる電流の方
向が一致する部分が長くなるように、永久電流スイッチ
を配置している。

【００５４】従って、請求項１５に対応する発明の超電
導マグネットにおいては、高温超電導コイルが発生する
漏れ磁場の方向に対して、永久電流スイッチの高温超電
導体に流れる電流の方向が一致する部分が長くなるよう
に、永久電流スイッチを配置することにより、漏れ磁場
の影響によって永久電流スイッチの臨界電流密度が低下
することを最小限に抑えて、永久電流スイッチの性能を
最大限に引き出すことができるため、永久電流運転が容
易な超電導マグネットを得ることができる。

【００５５】さらに、請求項１６に対応する発明では、
上記請求項１２乃至請求項１５のいずれか１項に対応す
る発明の超電導マグネットにおいて、高温超電導コイル
の口出しの間隔（幅）と、永久電流スイッチの両端子部
の間隔（幅）とを、同一にしている。

【００５６】従って、請求項１６に対応する発明の超電
導マグネットにおいては、高温超電導コイルの口出しの
間隔（幅）と、永久電流スイッチの両端子部の間隔
（幅）とを一致させることにより、高温超電導コイルと
永久電流スイッチとを接続して回路を構成する高温超電
導線の配設が容易となるため、永久電流運転が容易な信
頼性の高い超電導マグネットを得ることができる。

【００５７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００５８】（第１の実施の形態：請求項１、請求項
７、請求項８に対応）図１は、本実施の形態による永久
電流スイッチの構成例を示す断面図であり、図２２と同
一要素には同一符号を付して示している。

【００５９】図１において、絶縁物からなる母材３の上
に、所定のパターン状に高温超電導体２を形成して、超
電導部（ここでは、超電導線または超電導回路を含むも
のとする）を構成している。

【００６０】また、高温超電導体２の上に、電気的な絶
縁物４を介して、熱良導体５を配設している。

【００６１】さらに、絶縁物からなる母材３の下に、上
記超電導部の超電導状態または常電導状態の切り替えを
行なうスイッチ切替用の加熱手段であるヒータ６を配設
している。

【００６２】これにより、上記超電導部とヒータ６とを
熱的に一体化させて永久電流スイッチ１を構成し、ヒー
タ６を加熱することで永久電流スイッチ１がオフ状態と
なるようにしている。

【００６３】ここで、高温超電導体２の材料としては、
Ｂｉ系、もしくはＹ系を用いることが好ましい。

【００６４】また、高温超電導体２を成膜する絶縁物か
らなる母材３としては、ＭｇＯ、ＹＳＺ(Ｙｔｔｒｉａ
Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｚｉｒｃｏｎｉａ)、ＬａＡ
ｌ０₃、ＳｒＴｉ０₃、サファイア、もしくは表面を酸化
させたＮｉのいずれかを用いることが好ましい。

【００６５】一方、高温超電導体２は、例えば図２の斜
視図に示すように、絶縁物からなる母材３の表面に、回
路状に電流径路を形成してもよい。

【００６６】図３は、本実施の形態の永久電流スイッチ
１の具体的な構成例を示す斜視図である。

【００６７】図３に示すように、図２に示す高温超電導
体２の上に、絶縁物４と熱良導体５を配設し、加熱用の
ヒータ６と超電導コイルと接続するための端子８を備え
ている。

【００６８】なお、絶縁物からなる母材３を、例えば図
４の斜視図に示すような形状に加工することで、電流径
路を形成してもよい。

【００６９】図５は、かかる絶縁物からなる母材３を用
いて構成した永久電流スイッチ１の具体的な構成の一例
を示す斜視図である。

【００７０】次に、以上のように構成した本実施の形態
による永久電流スイッチ１においては、高温超電導体２
の上に、電気的な絶縁物４を介して、熱良導体５を配設
していることにより、分流経路となる安定化材がなく、
かつ高温超電導体２の一部が発熱した場合でも熱良導体
５で速やかに熱を分散するため、常電導抵抗（オフ抵
抗）が高く、熱容量が小さく、かつ安定性の高い永久電
流スイッチ１を得ることができる。

【００７１】すなわち、低抵抗の母材がないため、常電
導抵抗が高くなり、かつ高温超電導体２の一部が発熱し
た場合でも、熱良導体５が熱を分散させるため、クエン
チや焼損に至らず安定性も高くなる。

【００７２】また、高温超電導体２の材料として、Ｂｉ
系、もしくはＹ系を用いていることにより、Ｂｉ系は部
分溶融法で、Ｙ系は蒸着法等で、絶縁物からなる母材３
上に臨界電流密度の高い膜を形成することが容易とな
る。さらに、Ｙ系では、単結晶バルク材を製作すること
もできる。

【００７３】これにより、常電導抵抗（オフ抵抗）が高
く、熱容量が小さく、かつ安定性の高い永久電流スイッ
チ１を容易に得ることができる。

【００７４】さらに、絶縁物からなる母材３として、Ｍ
ｇＯ、ＹＳＺ、ＬａＡｌ０₃、ＳｒＴｉ０₃、サファイ
ア、もしくは表面を酸化させたＮｉのいずれかを用いて
いることにより、臨界電流密度の高いＢｉ-２２１２,Ｙ
-１２３の膜を容易に形成することができる。

【００７５】これにより、常電導抵抗（オフ抵抗）が高
く、熱容量が小さく、かつ安定性の高い永久電流スイッ
チ１を容易に得ることができる。

【００７６】上述したように、本実施の形態では、常電
導抵抗（オフ抵抗）が高く、熱容量が小さく、かつ安定
性の高い永久電流スイッチ１を得ることが可能となる。

【００７７】（変形例：請求項２に対応）図６は、本変
形例による永久電流スイッチの構成例を示す断面図であ
り、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省
略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【００７８】すなわち、本変形例による永久電流スイッ
チ１は、図６に示すように、図１における高温超電導体
２と絶縁物からなる母材３との間に、結晶成長を促進す
る中間層７を配設して、超電導部を構成するようにして
いる。

【００７９】ここで、中間層７としては、ＣeＯ₂、ＹＳ
Ｚ(Ｙｔｔｒｉａ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｚｉｒｃｏ
ｎｉａ)、ＭｇＯ等を用いることが好ましい。

【００８０】次に、以上のように構成した本変形例によ
る永久電流スイッチ１においては、上記実施の形態の永
久電流スイッチ１と同様の作用効果を奏するのに加え
て、絶縁物からなる母材３の上に、結晶成長を促進する
中間層７を介して高温超電導体２が形成された超電導部
としていることにより、中間層７の結晶成長が促進され
るため、より一層高品質で高性能の永久電流スイッチ１
を得ることができる。

【００８１】（第２の実施の形態：請求項３、請求項７
に対応）図７は、本実施の形態による永久電流スイッチ
の構成例を示す断面図であり、図１乃至図６と同一部分
には同一符号を付して示している。

【００８２】図７において、高温超電導体２のバルク材
で形成された超電導部（ここでは、超電導線または超電
導回路を含むものとする）の高温超電導体２のバルク材
の上に、電気的な絶縁物４を介して、熱良導体５を配設
している。

【００８３】また、超電導部の高温超電導体２のバルク
材の下に、上記超電導部の超電導状態または常電導状態
の切り替えを行なうスイッチ切替用の加熱手段であるヒ
ータ６を配設している。

【００８４】これにより、上記超電導部とヒータ６とを
熱的に一体化させて永久電流スイッチ１を構成し、ヒー
タ６を加熱することで永久電流スイッチ１がオフ状態と
なるようにしている。

【００８５】ここで、高温超電導体２の材料としては、
Ｂｉ系、もしくはＹ系を用いることが好ましい。

【００８６】一方、高温超電導体２のバルク材は、任意
の形状に加工し、例えば図８の斜視図に具体的な構成を
示すような永久電流スイッチ１を構成してもよい。

【００８７】次に、以上のように構成した本実施の形態
による永久電流スイッチ１においては、高温超電導体２
のバルク材の上に、電気的な絶縁物４を介して、熱良導
体５を配設していることにより、分流経路となる安定化
材がなく、かつ高温超電導体２の一部が発熱した場合で
も熱良導体５で速やかに熱を分散するため、常電導抵抗
（オフ抵抗）が高く、熱容量が小さく、かつ安定性の高
い永久電流スイッチ１を得ることができる。

【００８８】すなわち、低抵抗の母材がないため、常電
導抵抗が高くなり、かつ高温超電導体２の一部が発熱し
た場合でも、熱良導体５が熱を分散させるため、クエン
チや焼損に至らず安定性も高くなる。

【００８９】また、高温超電導体２の材料として、Ｂｉ
系、もしくはＹ系を用いていることにより、Ｂｉ系は部
分溶融法で、Ｙ系は蒸着法等で、絶縁物からなる母材３
上に臨界電流密度の高い膜を形成することが容易とな
る。さらに、Ｙ系では、単結晶バルク材を製作すること
もできる。

【００９０】これにより、常電導抵抗（オフ抵抗）が高
く、熱容量が小さく、かつ安定性の高い永久電流スイッ
チ１を容易に得ることができる。

【００９１】上述したように、本実施の形態では、常電
導抵抗（オフ抵抗）が高く、熱容量が小さく、かつ安定
性の高い永久電流スイッチ１を容易に得ることが可能と
なる。

【００９２】（第３の実施の形態：請求項９に対応）図
９は、本実施の形態による永久電流スイッチの構成例を
示す断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付し
てその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ
述べる。

【００９３】すなわち、本実施の形態による永久電流ス
イッチ１は、図９に示すように、前記図１におけるヒー
タ６の近傍位置に、永久電流スイッチ１のオン/オフ、
すなわち前記超電導部の超電導状態または常電導状態の
切り替えを行なう手段として、ヒータ６の他に、高温超
電導体２に磁場を印加する磁場印加装置９を配設した構
成としている。

【００９４】次に、以上のように構成した本実施の形態
による永久電流スイッチ１においては、超電導部の超電
導状態または常電導状態の切り替えを行なう手段とし
て、高温超電導体に磁場を印加する磁場印加装置９を備
えていることにより、高温超電導体２に磁場を印加する
ことで、常電導状態となる臨界温度を下げることができ
るため、スイッチ切替時間が短い、すなわち応答性が良
い永久電流スイッチ１を得ることができる。

【００９５】上述したように、本実施の形態では、前記
第１の実施の形態の永久電流スイッチ１と同様の効果が
得られるのに加えて、応答性が良い永久電流スイッチ１
を得ることが可能となる。

【００９６】（第４の実施の形態：請求項１０に対応）
図１０は、本実施の形態による永久電流スイッチにおけ
る高温超電導体の構成例を示す概要図であり、図１乃至
図９と同一部分には同一符号を付してその説明を省略
し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【００９７】すなわち、本実施の形態による永久電流ス
イッチ１における高温超電導体２は、図１０に示すよう
に、電流が流れる方向と外部からの漏れ磁場の方向に一
致しない部分の断面横を、他の部分よりも大きくした構
成としている。

【００９８】次に、以上のように構成した本実施の形態
による永久電流スイッチ１においては、高温超電導体２
における、電流が流れる方向と外部からの漏れ磁場１０
の方向に一致しない部分の断面横を他の部分よりも大き
くしていることにより、外部磁場１０の影響によって高
温超電導体２の臨界電流密度が減少する部位のみ断面積
を増やして、永久電流スイッチ１としての臨界電流を高
めることができる。

【００９９】すなわち、高温超電導体２は、外部からの
漏れ磁場１０にさらされると、臨界電流密度が低下す
る。この場合、臨界電流密度が低下する分だけ、高温超
電導体２の断面積を大きくすればよいが、断面積が大き
い分だけ常電導抵抗が小さくなってしまう。

【０１００】ただし、臨界電流密度を低下させてしまう
効果があるのは、電流の方向に対して垂直な方向の磁場
成分のみである。

【０１０１】この点、本実施の形態の永久電流スイッチ
１の高温超電導体２では、電流が流れる方向に対して垂
直な方向の磁場成分が大きい部分については、断面積を
大きくして臨界電流密度が低下する分を補い、高温超電
導体２の全長にわたって臨界電流がほぼ均一になるよう
にしている。

【０１０２】一方、電流が流れる方向に対して漏れ磁場
１０がほぼ平行となる部分については、臨界電流密度が
ほとんど低下しないため断面積を大きくする必要がな
く、常電導抵抗はこの部分で確保することができる。

【０１０３】以上により、漏れ磁場１０に対して、電流
が流れる方向に対して垂直な方向の磁場成分が大きい部
分については断面積を大きくすることで、常電導抵抗
（オフ抵抗）が高く、熱容量が小さく、かつ安定性の高
い永久電流スイッチ１を得ることができる。

【０１０４】上述したように、本実施の形態では、常電
導抵抗（オフ抵抗）が高く、熱容量が小さく、かつ安定
性の高い永久電流スイッチ１を得ることが可能となる。

【０１０５】（第５の実施の形態：請求項１１に対応）
図１１は、本実施の形態による永久電流スイッチにおけ
る高温超電導体の構成例を示す概要図であり、図１０と
同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここ
では異なる部分についてのみ述べる。

【０１０６】すなわち、本実施の形態による永久電流ス
イッチ１における高温超電導体２は、図１１に示すよう
に、前記図１０における高温超電導体２の形状を、通電
経路が外部からの漏れ磁場１０の方向に一致するように
形成した構成としている。

【０１０７】次に、以上のように構成した本実施の形態
による永久電流スイッチ１においては、高温超電導体２
の形状を、通電経路が外部からの漏れ磁場１０の方向に
一致するように形成していることにより、高温超電導体
２は外部磁場１０の影響を受けなくなるため、臨界電流
の低下を最小限に抑えて臨界電流密度が増加し、結果と
して断面積を小さくすることができる。

【０１０８】これにより、常電導抵抗（オフ抵抗）が高
く、熱容量が小さく、かつ安定性の高い永久電流スイッ
チ１を得ることができる。

【０１０９】上述したように、本実施の形態では、常電
導抵抗（オフ抵抗）が高く、熱容量が小さく、かつ安定
性の高い永久電流スイッチ１を得ることが可能となる。

【０１１０】（変形例）図１２は、本変形例による永久
電流スイッチにおける高温超電導体の構成例を示す概要
図であり、図１１と同一部分には同一符号を付してその
説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べ
る。

【０１１１】すなわち、本変形例による永久電流スイッ
チ１における高温超電導体２は、図１２に示すように、
高温超電導体２を形成させる絶縁物からなる母材３自体
の形状を、通電経路が外部からの漏れ磁場１０の方向に
一致するように形成した構成としている。

【０１１２】以上のように構成した本変形例による永久
電流スイッチ１においても、上記実施の形態の永久電流
スイッチ１と同様の作用効果を奏することができる。

【０１１３】（第６の実施の形態：請求項４に対応）図
１３は、本実施の形態による永久電流スイッチの構成例
を示す断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付
してその説明を省略し、ここでは異なる部分についての
み述べる。

【０１１４】すなわち、本実施の形態による永久電流ス
イッチ１は、図１３に示すように、前記図１における高
温超電導体２と絶縁物４との間に、高温超電導体２を流
れる電流をバイパスさせる金属層２４を配設した構成と
している。

【０１１５】ここで、金属層２４としては、Ａu、Ａg、
Ｃu、Ｎi、Ｐb、Ｓn、Ｉd等を用い、金属蒸着等により
層を形成することが好ましい。

【０１１６】次に、以上のように構成した本実施の形態
による永久電流スイッチ１においては、前記第１の実施
の形態の永久電流スイッチ１と同様の作用効果を奏する
のに加えて、高温超電導体２の上に、高温超電導体２を
流れる電流をバイパスさせる金属層２４を設けているこ
とにより、高温超電導体２が何らかの外的要因で急激に
クエンチしないようにして、より一層安定性を高めるこ
とができる。

【０１１７】上述したように、本実施の形態では、常電
導抵抗（オフ抵抗）が高く、熱容量が小さく、かつより
一層安定性の高い永久電流スイッチ１を得ることが可能
となる。

【０１１８】（第７の実施の形態：請求項５に対応）図
１４は、本実施の形態による永久電流スイッチの構成例
を示す断面図であり、図６と同一部分には同一符号を付
してその説明を省略し、ここでは異なる部分についての
み述べる。

【０１１９】すなわち、本実施の形態による永久電流ス
イッチ１は、図１４に示すように、前記図６における高
温超電導体２と絶縁物４との間に、高温超電導体２を流
れる電流をバイパスさせる金属層２４を配設した構成と
している。

【０１２０】ここで、金属層２４としては、Ａu、Ａg、
Ｃu、Ｎi、Ｐb、Ｓn、Ｉd等を用い、金属蒸着等により
層を形成することが好ましい。

【０１２１】次に、以上のように構成した本実施の形態
による永久電流スイッチ１においては、前記第１の実施
の形態の変形例の永久電流スイッチ１と同様の作用効果
を奏するのに加えて、高温超電導体２の上に、高温超電
導体２を流れる電流をバイパスさせる金属層２４を設け
ていることにより、高温超電導体２が何らかの外的要因
で急激にクエンチしないようにして、より一層安定性を
高めることができる。

【０１２２】上述したように、本実施の形態では、常電
導抵抗（オフ抵抗）が高く、熱容量が小さく、かつより
一層安定性の高い永久電流スイッチ１を得ることが可能
となる。

【０１２３】（第８の実施の形態：請求項６に対応）図
１５は、本実施の形態による永久電流スイッチの構成例
を示す断面図であり、図７と同一部分には同一符号を付
してその説明を省略し、ここでは異なる部分についての
み述べる。

【０１２４】すなわち、本実施の形態による永久電流ス
イッチ１は、図１５に示すように、前記図７における高
温超電導体２のバルク材と絶縁物４との間に、高温超電
導体２を流れる電流をバイパスさせる金属層２４を配設
した構成としている。

【０１２５】ここで、金属層２４としては、Ａu、Ａg、
Ｃu、Ｎi、Ｐb、Ｓn、Ｉd等を用い、金属蒸着等により
層を形成することが好ましい。

【０１２６】次に、以上のように構成した本実施の形態
による永久電流スイッチ１においては、前記第２の実施
の形態の永久電流スイッチ１と同様の作用効果を奏する
のに加えて、高温超電導体２のバルク材の上に、高温超
電導体２を流れる電流をバイパスさせる金属層２４を設
けていることにより、高温超電導体２のバルク材が何ら
かの外的要因で急激にクエンチしないようにして、より
一層安定性を高めることができる。

【０１２７】上述したように、本実施の形態では、常電
導抵抗（オフ抵抗）が高く、熱容量が小さく、かつより
一層安定性の高い永久電流スイッチ１を得ることが可能
となる。

【０１２８】（第９の実施の形態：請求項１２に対応）
図１６は、本実施の形態による超電導マグネットの構成
例を示す断面図であり、図１乃至図１５と同一要素には
同一符号を付して示している。

【０１２９】すなわち、本実施の形態による超電導マグ
ネットは、図１６に示すように、前記第１乃至第８のい
ずれか一つの実施の形態の永久電流電流スイッチ１と、
永久電流スイッチ１と電気的に接続された高温超電導コ
イル１１と、永久電流スイッチ１および高温超電導コイ
ル１１を収納するクライオスタット１２とから構成して
いる。

【０１３０】クライオスタットは１２は、冷媒１６を収
容する冷媒容器１３と、輔射シールド１４と、真空容器
１５とから成っている。

【０１３１】高温超電導コイル１１および永久電流スイ
ッチ１は、冷媒１６で浸漬冷却されており、永久電流ス
イッチ１は、スイッチオフ時に臨界温度以上まで加熱す
る必要があるため、断熱材１７で覆っている。

【０１３２】また、永久電流回路を構成するために、高
温超電導マグネット１１と永久電流スイッチ１は、高温
超電導線１８を介して直列に接続している。

【０１３３】さらに、この永久電流回路と並列に励磁電
源１９を接続しており、永久電流スイッチ１と共に永久
電流運転を行なうようにしている。

【０１３４】次に、以上のように構成した本実施の形態
による超電導マグネットにおいては、常電導抵抗（オフ
抵抗）が高く、熱容量が小さく、かつ安定性の高い永久
電流スイッチ１を用いていることにより、永久電流運転
が容易な超電導マグネットを得ることができる。

【０１３５】上述したように、本実施の形態では、永久
電流運転が容易な超電導マグネットを得ることが可能と
なる。

【０１３６】（第１０の実施の形態：請求項１３に対
応）図１７は、本実施の形態による超電導マグネットの
構成例を示す断面図であり、図１乃至図１６と同一要素
には同一符号を付して示している。

【０１３７】すなわち、本実施の形態による超電導マグ
ネットは、図１７に示すように、前記第１乃至第８のい
ずれか一つの実施の形態の永久電流電流スイッチ１と、
永久電流スイッチ１と電気的に接続された高温超電導コ
イル１１と、高温超電導コイル１１と熱的に接続され、
永久電流電流スイッチ１および高温超電導コイル１１を
冷却する冷凍機２０と、永久電流スイッチ１、高温超電
導コイル１１、および冷凍機２０全体を包囲および収納
する輻射シールド１４および真空容器１５とから構成し
ている。

【０１３８】永久電流スイッチ１に配設した熱良導体で
ある伝熱板２１と冷凍機２０とを、熱的に接続してい
る。

【０１３９】すなわち、高温超電導コイル１１と永久電
流スイッチ１は、伝熱板２１を介して冷凍機２０によっ
て冷却する。

【０１４０】また、永久電流回路を構成するために、高
温超電導コイル１１と永久電流スイッチ１は、高温超電
導線１８を介して直列に接続している。

【０１４１】さらに、この永久電流回路と並列に励磁電
源１９を接続しており、永久電流スイッチ１と共に永久
電流運転を行なうようにしている。

【０１４２】次に、以上のように構成した本実施の形態
による超電導マグネットにおいては、常電導抵抗（オフ
抵抗）が高く、熱容量が小さく、かつ安定性の高い永久
電流スイッチ１を用いていることにより、永久電流運転
が容易な超電導マグネットを得ることができる。

【０１４３】上述したように、本実施の形態では、永久
電流運転が容易な超電導マグネットを得ることが可能と
なる。

【０１４４】（第１１の実施の形態：請求項１４に対
応）図１８は、本実施の形態による超電導マグネットの
構成例を示す断面図であり、図１７と同一部分には同一
符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分に
ついてのみ述べる。

【０１４５】すなわち、本実施の形態による超電導マグ
ネットは、図１８に示すように、前記図１７における永
久電流スイッチ１と冷凍機２０との間を結ぶ伝熱板２
１、すなわち伝熱径路の途中に、熱スイッチ２２を介在
させた構成としている。

【０１４６】次に、以上のように構成した本実施の形態
による超電導マグネットにおいては、永久電流スイッチ
１と冷凍機２０との間を結ぶ伝熱板２１の途中に、熱ス
イッチ２２を介在させていることにより、永久電流スイ
ッチ１の加熱／冷却、すなわちスイッチのオフ／オンを
効率良く行なうことができる。

【０１４７】すなわち、熱スイッチ２２により、永久電
流スイッチ１の冷却を制御して、応答速度を向上させる
ことができる。

【０１４８】例えば、永久電流スイッチ１を加熱してオ
ン状態からオフ状態にする場合には、熱スイッチ２２を
オフにすることにより、発熱が冷凍機２０に伝わらない
ようになるため、永久電流スイッチ１の温度は速やかに
上昇する。

【０１４９】逆に、永久電流スイッチ１をオン状態から
オフ状態にする場合には、熱スイッチ２２をオンにする
ことにより、冷凍機２０により速やかに冷却される。

【０１５０】これにより、熱スイッチ２２によって、永
久電流スイッチ１の応答性が向上するため、永久電流運
転が容易な超電導マグネットを得ることができる。

【０１５１】上述したように、本実施の形態では、永久
電流運転が容易な超電導マグネットを得ることが可能と
なる。

【０１５２】（第１２の実施の形態：請求項１５に対
応）図１９は、本実施の形態による超電導マグネットの
構成例を示す要部概要図であり、図１６乃至図１８と同
一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここで
は異なる部分についてのみ述べる。

【０１５３】すなわち、本実施の形態による超電導マグ
ネットは、図１９に示すように、前記第４または第５の
いずれかの実施の形態の永久電流電流スイッチ１を用
い、高温超電導コイル１１が発生する漏れ磁場１０の方
向に対して、永久電流スイッチ１の高温超電導体２に流
れる電流の方向が一致する部分が長くなるように、永久
電流スイッチ１を配置した構成としている。

【０１５４】次に、以上のように構成した本実施の形態
による超電導マグネットにおいては、高温超電導コイル
１１が発生する漏れ磁場１０の方向に対して、永久電流
スイッチ１の高温超電導体２に流れる電流の方向が一致
する部分が長くなるように、永久電流スイッチ１を配置
していることにより、漏れ磁場１０の影響によって永久
電流スイッチ１の臨界電流密度が低下することを最小限
に抑えて、永久電流スイッチ１の性能を最大限に引き出
すことができるため、永久電流運転が容易な超電導マグ
ネットを得ることができる。

【０１５５】上述したように、本実施の形態では、永久
電流運転が容易な超電導マグネットを得ることが可能と
なる。

【０１５６】（第１３の実施の形態：請求項１６に対
応）図２０は、本実施の形態による超電導マグネットの
構成例を示す要部概要図であり、図１９と同一部分には
同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部
分についてのみ述べる。

【０１５７】すなわち、本実施の形態による超電導マグ
ネットは、図２０に示すように、前記図１９における高
温超電導コイル１１の口出し２３の間隔（幅）と、永久
電流スイッチ１の両端子８部の間隔（幅）とを一致させ
て同一とし、さらに端子８と口出し２３とが相対するよ
うに配置した構成としている。

【０１５８】次に、以上のように構成した本実施の形態
による超電導マグネットにおいては、高温超電導コイル
１１の口出し２３の間隔（幅）と、永久電流スイッチ１
の両端子８部の間隔（幅）とを一致させていることによ
り、高温超電導コイル１１と永久電流スイッチ１とを接
続して回路を構成する高温超電導線１８の配設が容易と
なるため、永久電流運転が容易な超電導マグネットを得
ることができる。

【０１５９】すなわち、高温超電導線１８は僅かな歪で
も劣化するため、その配設は非常に困難であるが、端子
８と口出し２３を本実施の形態のような構成とすること
により、例えば図２１の概要図に示すように、高温超電
導線１８をフラットワイズに曲げるだけで接続すること
ができる。

【０１６０】これにより、高温超電導コイル１１と永久
電流スイッチ１とを接続する高温超電導線１８の接続が
容易になるため、永久電流運転が容易な信頼性の高い超
電導マグネットを得ることができる。

【０１６１】上述したように、本実施の形態では、永久
電流運転が容易な信頼性の高い超電導マグネットを得る
ことが可能となる。

【０１６２】尚、本発明は、前述した各実施の形態およ
び変形例に限定されるものではなく、その要旨を変更し
ない範囲内で適宜種々に変形して実施し得るものであ
る。

【０１６３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、常
電導抵抗が高く、熱容量が小さく、応答性が良く、かつ
安定性の高い永久電流スイッチが提供できる。

【０１６４】さらに、本発明によれば、永久電流運転が
容易な超電導マグネットが提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による永久電流スイッチの第１の実施の
形態を示す断面図。

【図２】同第１の実施の形態の永久電流スイッチにおけ
る高温超電導体の形状の一例を示す斜視図。

【図３】同第１の実施の形態の永久電流スイッチの具体
的な構成の一例を示す斜視図。

【図４】同第１の実施の形態の永久電流スイッチにおけ
る高温超電導体の形状の他の例を示す斜視図。

【図５】同第１の実施の形態の永久電流スイッチの具体
的な構成の他の例を示す斜視図。

【図６】本発明による永久電流スイッチの第１の実施の
形態の変形例を示す断面図。

【図７】本発明による永久電流スイッチの第２の実施の
形態を示す断面図。

【図８】同第２の実施の形態の永久電流スイッチにおけ
る高温超電導体のバルク材の形状の一例を示す斜視図。

【図９】本発明による永久電流スイッチの第３の実施の
形態を示す断面図。

【図１０】本発明による永久電流スイッチの第４の実施
の形態を示す概要図。

【図１１】本発明による永久電流スイッチの第５の実施
の形態を示す概要図。

【図１２】本発明による永久電流スイッチの第５の実施
の形態の変形例を示す概要図。

【図１３】本発明による永久電流スイッチの第６の実施
の形態を示す断面図。

【図１４】本発明による永久電流スイッチの第７の実施
の形態を示す断面図。

【図１５】本発明による永久電流スイッチの第８の実施
の形態を示す断面図。

【図１６】本発明による超電導マグネットの第９の実施
の形態を示す断面図。

【図１７】本発明による超電導マグネットの第１０の実
施の形態を示す断面図。

【図１８】本発明による超電導マグネットの第１１の実
施の形態を示す断面図。

【図１９】本発明による超電導マグネットの第１２の実
施の形態を示す要部概要図。

【図２０】本発明による超電導マグネットの第１３の実
施の形態を示す要部概要図。

【図２１】同第１３の実施の形態の超電導マグネットに
おける永久電流スイッチの配置例を示す概要図。

【図２２】従来の永久電流スイッチに用いられてきてい
る高温超電導線の構成例を示す断面図。

【符号の説明】

１…永久電流スイッチ ２…高温超電導体 ３…母材 ４…絶縁物 ５…熱良導体 ６…ヒータ ７…中間層 ８…端子 ９…磁場印加装置 １０…漏れ磁場 １１…高温超電導コイル １２…クライオスタット １３…冷媒容器 １４…輻射シールド １５…真空容器 １６…冷媒 １７…断熱材 １８…高温超電導線 １９…励磁電源 ２０…冷凍機 ２１…伝熱板 ２２…熱スイッチ ２３…口出し ２４…金属層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桑野 勝之 愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 戸坂 泰造 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 小野 通隆 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 伊藤 孝治 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 栗山 透 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 Ｆターム(参考） 4M114 AA01 AA15 AA21 AA29 CC03 DA02 DA07 DA12 DB13 DB16 DB26 DB29

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁物からなる母材の上に高温超電導体
   が形成されてなる超電導部と、当該超電導部の超電導状
   態または常電導状態の切り替えを行なうスイッチ切替用
   の加熱手段とを、熱的に一体化させて構成される永久電
   流スイッチにおいて、 前記高温超電導体の上に、電気的な絶縁物を介して、熱
   良導体を配設したことを特徴とする永久電流スイッチ。
2. 【請求項２】 絶縁物からなる母材の上に結晶成長を促
   進する中間層を介して高温超電導体が形成されてなる超
   電導部と、当該超電導部の超電導状態または常電導状態
   の切り替えを行なうスイッチ切替用の加熱手段とを、熱
   的に一体化させて構成される永久電流スイッチにおい
   て、 前記高温超電導体の上に、電気的な絶縁物を介して、熱
   良導体を配設したことを特徴とする永久電流スイッチ。
3. 【請求項３】 高温超電導体のバルク材で形成された超
   電導部と、当該超電導部の超電導状態または常電導状態
   の切り替えを行なうスイッチ切替用の加熱手段とを、熱
   的に一体化させて構成される永久電流スイッチにおい
   て、 前記高温超電導体のバルク材の上に、電気的な絶縁物を
   介して、熱良導体を配設したことを特徴とする永久電流
   スイッチ。
4. 【請求項４】 絶縁物からなる母材の上に高温超電導体
   が形成されてなる超電導部と、当該超電導部の超電導状
   態または常電導状態の切り替えを行なうスイッチ切替用
   の加熱手段とを、熱的に一体化させて構成される永久電
   流スイッチにおいて、 前記高温超電導体の上に、当該高温超電導体を流れる電
   流をバイパスさせる金属層、および電気的な絶縁物を順
   次介して、熱良導体を配設したことを特徴とする永久電
   流スイッチ。
5. 【請求項５】 絶縁物からなる母材の上に結晶成長を促
   進する中間層を介して高温超電導体が形成されてなる超
   電導部と、当該超電導部の超電導状態または常電導状態
   の切り替えを行なうスイッチ切替用の加熱手段とを、熱
   的に一体化させて構成される永久電流スイッチにおい
   て、 前記高温超電導体の上に、当該高温超電導体を流れる電
   流をバイパスさせる金属層、および電気的な絶縁物を順
   次介して、熱良導体を配設したことを特徴とする永久電
   流スイッチ。
6. 【請求項６】 高温超電導体のバルク材で形成された超
   電導部と、当該超電導部の超電導状態または常電導状態
   の切り替えを行なうスイッチ切替用の加熱手段とを、熱
   的に一体化させて構成される永久電流スイッチにおい
   て、 前記高温超電導体のバルク材の上に、当該高温超電導体
   を流れる電流をバイパスさせる金属層、および電気的な
   絶縁物を順次介して、熱良導体を配設したことを特徴と
   する永久電流スイッチ。
7. 【請求項７】 前記請求項１乃至請求項６のいずれか１
   項に記載の永久電流スイッチにおいて、 前記高温超電導体として、Ｂｉ系、もしくはＹ系を用い
   たことを特徴とする永久電流スイッチ。
8. 【請求項８】 前記請求項１、請求項２、請求項４、請
   求項５、請求項７のいずれか１項に記載の永久電流スイ
   ッチにおいて、 前記絶縁物からなる母材として、ＭｇＯ、ＹＳＺ(Ｙｔ
   ｔｒｉａ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｚｉｒｃｏｎｉ
   ａ)、ＬａＡｌ０₃、ＳｒＴｉ０₃、サファイア、もしく
   は表面を酸化させたＮｉのいずれかを用いたことを特徴
   とする永久電流スイッチ。
9. 【請求項９】 前記請求項１乃至請求項８のいずれか１
   項に記載の永久電流スイッチにおいて、 前記超電導部の超電導状態または常電導状態の切り替え
   を行なう手段として、前記加熱手段の他に、前記高温超
   電導体に磁場を印加する磁場印加手段を備えたことを特
   徴とする永久電流スイッチ。
10. 【請求項１０】 前記請求項１乃至請求項９のいずれか
    １項に記載の永久電流スイッチにおいて、 前記高温超電導体としては、電流が流れる方向と外部か
    らの漏れ磁場の方向に一致しない部分の断面横を他の部
    分よりも大きくしたことを特徴とする永久電流スイッ
    チ。
11. 【請求項１１】 前記請求項１０に記載の永久電流スイ
    ッチにおいて、 前記高温超電導体の形状、もしくは前記絶縁物からなる
    母材の形状としては、通電経路が外部からの漏れ磁場の
    方向に一致するように形成したことを特徴とする永久電
    流スイッチ。
12. 【請求項１２】 前記請求項１乃至請求項１１のいずれ
    か１項に記載の永久電流スイッチと、 前記永久電流スイッチと電気的に接続された高温超電導
    コイルと、 前記永久電流スイッチおよび高温超電導コイルを収納し
    て冷媒で浸漬冷却するクライオスタットと、 を備えて成ることを特徴とする超電導マグネット。
13. 【請求項１３】 前記請求項１乃至請求項１１のいずれ
    か１項に記載の永久電流スイッチと、 前記永久電流スイッチと電気的に接続された高温超電導
    コイルと、 前記高温超電導コイルと熱的に接続された冷凍機と、 前記永久電流スイッチ、高温超電導コイル、および冷凍
    機を収納する真空容器とを備え、 前記永久電流スイッチに配設した熱良導体と冷凍機と
    を、熱的に接続して成ることを特徴とする超電導マグネ
    ット。
14. 【請求項１４】 前記請求項１３に記載の超電導マグネ
    ットにおいて、 前記永久電流スイッチに配設した熱良導体と冷凍機との
    間を結ぶ伝熱径路の途中に、熱スイッチを介在させたこ
    とを特徴とする超電導マグネット。
15. 【請求項１５】 前記請求項１２乃至請求項１４のいず
    れか１項に記載の超電導マグネットにおいて、 前記請求項１０または請求項１１に記載の永久電流スイ
    ッチを用い、 前記高温超電導コイルが発生する漏れ磁場の方向に対し
    て、前記永久電流スイッチの高温超電導体に流れる電流
    の方向が一致する部分が長くなるように、前記永久電流
    スイッチを配置したことを特徴とする超電導マグネッ
    ト。
16. 【請求項１６】 前記請求項１２乃至請求項１５のいず
    れか１項に記載の超電導マグネットにおいて、 前記高温超電導コイルの口出しの間隔（幅）と、前記永
    久電流スイッチの両端子部の間隔（幅）とを、同一にし
    たことを特徴とする超電導マグネット。