JP2009043759A - 超電導電磁石 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルに流すことができる電流がより大きな超電導電磁石を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明に係る超電導電磁石１０は、テープ状の超電導線材Ｓが巻回された巻き芯１２の両端部を磁気回路を形成するように接続する磁気回路部材４０を備え、この磁気回路部材４０は強磁性体で形成されており、巻き芯１２の両端にそれぞれ連結されて少なくとも巻き芯１２とコイル２０とを合わせた大きさの外径を有する一対の巻き芯連結部４１、及びこの一対の巻き芯連結部４１間をコイル２０の外側を通って接続する接続部３２を有し、巻き芯連結部４１は、コイル２０に電流が流された際に、中心軸Ｃ方向におけるコイル２０の端部に形成される磁場の向きが当該コイル２０の端部を構成する超電導線材Ｓのテープ面に対して平行若しくは略平行となるような中心軸Ｃ方向の長さを有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、超電導線材で構成されたコイルに電流が流されることで磁場が形成される超電導電磁石に関する。

従来から、超電導電磁石としては、巻き枠に超電導導体で形成された線材、即ち、超電導線材が巻回されてコイルが形成され、このコイルに電流が流されることで強力な磁場が形成されるものが知られている。

具体的には、図４に示すように、超電導電磁石１１０は、巻き枠１１１とコイル１２０とを備える。巻き枠１１１は、コイル１２０の中心軸Ｃ’に沿って延びる中空円筒状の巻き芯部１１２とその両端に設けられた径方向外側へ延びるフランジ１１３とを有する。コイル１２０は、超電導線材Ｓ’を巻き芯部１１２の外周面に沿って巻回することで形成される。このコイル１２０を形成する超電導線材Ｓ’として、近年、より高温で超電導状態を保つことができる、換言すると、より臨界温度の高いビスマス系やイットリウム系の酸化物系超電導導体が用いられている。これら酸化物系超電導導体の一般的な形状は、テープ状である。即ち、酸化物系超電導導体は、その結晶におけるＡＢ面内のみでしか超電導電流が流れない。また、前記酸化物系超電導導体は、ＡＢ面方向に結晶成長しやすくＡＢ面を板面とした異方性を有する板状の結晶となる。そのため、前記酸化物系超電導導体を用いた超電導線材としては、テープ面に対してａｂ面が平行となるよう結晶を配向することで形成されたテープ状の超電導線材（以下、単に「テープ状超電導線材」とも称する。）Ｓ’が一般に用いられる。このテープ状超電導線材Ｓ’は、巻き芯部１１２にその幅方向が当該巻き芯部１１２の中心軸Ｃ’方向と平行となるように巻回されている。尚、結晶学的には、板状結晶の厚み方向がｃ軸方向であり、板面がａ軸及びｂ軸で定義される平面である。

前記結晶の異方性は、特性的にも現れる。即ち、結晶のａｂ面に対して磁場が垂直にかかる場合と平行にかかる場合とでは前記結晶における臨界電流値が異なり、垂直にかかる場合は、平行にかかる場合に比べて磁場下での臨界電流値の低下が著しい。このように臨界電流値は、結晶に対する磁場方向の角度依存性をもつ。

そのため、上記のような結晶を用いて形成したテープ状超電導線材Ｓ’においては、当該テープ状超電導線材Ｓ’にかかる磁場の方向と臨界電流密度（臨界電流値／磁場がテープ面に平行時の臨界電流値）との定性的な関係が図５に示すようになり、臨界電流密度は、磁場方向がテープ面に垂直の時では、平行の時の約１０００分の１にまで低下する。

ここで、コイル１２０に通電されて前記超電導電磁石１１０で磁場が形成されると、巻き芯部１１２で囲まれた中空部１１６内に大きな磁場が形成される。この磁場はコイル１２０におけるテープ状超電導線材Ｓ’の巻回部分にも形成される。この巻回部分に形成された磁場は、図６にも示すように、中心軸Ｃ’方向において、コイル１２０中央部近傍では、前記中心軸Ｃ’に平行若しくは略平行な向きの大きな磁場が形成され、コイル端部（図６においては点線で囲まれた範囲の上部及び下部）、いわゆるエッジ部では前記中心軸Ｃ’に対して垂直若しくは略垂直な向きの磁場が形成されている。即ち、中心軸Ｃ’方向において、コイル１２０中央部には、テープ状超電導線材Ｓ’のテープ面に対して平行若しくは略平行に磁場がかかっているが、コイル１２０端部には前記テープ面に対して垂直若しくは略垂直方向に磁場がかかっている。そのため、前記コイル１２０端部におけるテープ状超電導線材Ｓ’の臨界電流値が低下し、前記中央部におけるテープ状超電導線材Ｓ’の臨界電流値よりも非常に小さくなる（図１１参照）。

コイル１２０に流すことができる電流値の上限は、コイル１２０を形成するテープ状超電導線材Ｓ’内での最小の臨界電流値によって規定される。そのため、前記中心軸Ｃ’方向において、コイル１２０中央部におけるテープ状超電導線材Ｓ’の臨界電流値が大きいにもかかわらず、コイル１２０端部におけるテープ状超電導線材Ｓ’の臨界電流値によって規定される非常に小さな電流しか当該コイル１２０には流すことができない。

そこで、本発明は、コイルに流すことができる電流がより大きな超電導電磁石を提供することを目的とする。

そこで、上記目的を達成すべく、本発明に係る超電導電磁石は、テープ状の超電導線材で構成されるコイルに電流が流されることで磁場が形成される超電導電磁石において、前記コイルの中心軸に沿って延び、前記コイルを構成する前記超電導線材が外周面に巻回される巻き芯と、前記巻き芯の両端部を磁気回路を形成するように接続する磁気回路部材と、を備え、前記磁気回路部材は強磁性体で形成されており、前記巻き芯の両端にそれぞれ連結されて少なくとも前記巻き芯とコイルとを合わせた大きさの外径を有する一対の巻き芯連結部、及びこの一対の巻き芯連結部間を前記コイルの外側を通って接続する接続部を有し、前記巻き芯連結部は、前記コイルに電流が流された際に、前記中心軸方向における前記コイルの端部に形成される磁場の向きが当該コイルの端部を構成する前記超電導線材のテープ面に対して平行若しくは略平行となるような前記中心軸方向の長さを有することを特徴とする。

かかる構成によれば、前記中心軸方向におけるコイル端部（以下、単に「コイル端部」とも称する。）にかかる磁場の方向が当該コイル端部を構成するテープ状超電導線材のテープ面と平行若しくは略平行となるため、当該コイル端部のテープの状超電導線材（以下、単に「テープ状超電導線材」とも称する。）の臨界電流値が高い値のままで維持される。従って、当該コイルにはより大きな電流が流され、磁場強度の大きな磁場が形成される。

即ち、コイルが通電されることで、磁気回路部材を備えない従来の超電導電磁石におけるコイル端部（エッジ部）には、コイルの中心軸に対して垂直若しくは略垂直な向きの磁場が形成される。しかし、上記構成のように磁気回路部材を備えることで、コイル端部に形成される前記中心軸方向に対して垂直若しくは略垂直な向きの前記磁場が巻き芯連結部に引っ張られてコイル端部を構成するテープ状超電導線材のテープ面に沿った向きの磁場となる。そのため、コイル端部を構成するテープ状超電導線材の臨界電流値が高い値、換言すると、前記中心軸方向におけるコイル中央部（以下、単に「コイル中央部」とも称する。）の臨界電流値と同一若しくはほぼ同一の値のままで維持される。

本発明においては、前記巻き芯は、中空円筒状であり、前記巻き芯連結部は、前記巻き芯に囲まれた中空部と外部とを連通し且つ前記中心軸方向に沿うような貫通孔を有する構成であってもよい。

かかる構成によれば、中空円筒状の巻き芯に囲まれた中空部内に強力な磁場が形成される。そのため、この形成された強力な磁場が形成された空間内に前記磁気誘導部の貫通孔を通じて試料等を搬入することができ、当該磁場内での試料の分析等が行えるようになる。

また、前記巻き芯の外径よりも大きな外径を有して前記巻き芯に巻回される前記超電導線材の前記中心軸方向における両端位置を規制するフランジが前記巻き芯の両端にそれぞれ設けられ、当該フランジは、強磁性体により形成されて前記巻き芯連結部の少なくとも一部を構成し、前記フランジ間を磁気回路を形成するように接続するヨークが前記フランジと共に前記磁気回路部材を構成することが好ましい。

かかる構成によれば、前記巻き芯両端部に前記フランジが設けられていることから、テープ状超電導線材を巻き芯に正確に巻きつけて前記コイルを形成することができる。しかも、このフランジが強磁性体で形成され、このフランジに強磁性体で形成されたヨークが連結されることで、前記巻き芯の両端を磁気回路を形成するように接続する前記磁気回路部材が構成される。即ち、前記中心軸方向におけるコイル両端にそれぞれ接するフランジが強磁性体で形成されることで、前記コイル両端部から前記磁気回路部材以外への磁場の漏れの少ない状態で磁気回路が形成される。そして、前記磁気回路部材の巻き芯連結部は、前記中心軸方向の長さを有している。そのため、前記コイル端部にかかる磁場が前記巻き芯連結部によって前記中心軸方向に沿った方向に引っ張られ、前記テープ状超電導線材のテープ面に沿った方向の磁場となる。その結果、前記コイルにより大きな電流が流れ、磁場強度のより大きな磁場が形成される。

また、前記巻き芯は、弱磁性体で形成されるのが好ましい。このような巻き芯は磁化しない又は磁化し難いため、前記中空部内に形成される磁場が巻き芯に吸収され難くなり、磁場強度のより大きな磁場を前記中空部内に形成することができる。

また、前記巻き芯連結部の貫通孔の内径が前記巻き芯の中空部の内径よりも小さい構成であってもよい。

かかる構成によれば、前記巻き連結部における前記貫通孔を形成する貫通孔周縁部で且つ前記巻き芯の内径よりも径方向内側の部位がコイル端部にかかる磁場を径方向中心側に向かって引っ張る。そのため、前記コイル端部にかかる磁場がさらに前記テープ面に沿った方向に近づく。その結果、コイル端部におけるテープ状超電導線材の臨界電流値の低下が抑制され、コイルにより大きな電流が流れるようになる。

以上より、本発明によれば、コイルに流すことができる電流がより大きな超電導電磁石を提供することができるようになる。

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

本実施形態に係る超電導電磁石は、テープ状に形成された超電導線材（以下、単に「テープ線材」とも称する。）で構成されるコイルに電流が流されることで磁場強度の大きな、即ち、強力な磁場を形成するものである。具体的には、図１及び図２に示すように、超電導電磁石１０は、巻き枠１１と、この巻き枠１１にテープ線材Ｓを巻回することで形成されるコイル２０と、巻き枠１１の軸方向両端をコイル２０の外側を通って接続するヨーク３０と、を備える。

巻き枠１１は、コイル２０の中心軸Ｃに沿って延びる巻き芯１２と、この巻き芯１２の前記コイル２０の中心軸Ｃ方向の両端にそれぞれ設けられた一対のフランジ１３，１３とを有する。尚、本実施形態において、コイル２０の中心軸Ｃを単に「Ｃ軸」、コイル２０の中心軸Ｃに沿った方向を単に「Ｃ軸方向」とも称することとする。

巻き芯１２は、当該巻き芯１２の中心軸が前記コイルの中心軸Ｃと一致する中空円筒状に形成されている。詳細には、巻き芯１２は、外径ｒ１が１００ｍｍ、内径ｒ２が９６ｍｍ、長さＬ１が１５０ｍｍの中空円筒状に形成されている。この巻き芯１２のＣ軸方向両端部は、径方向内側（中心軸側）に向かって屈曲し、周方向に沿って一定幅の鍔部１４を形成する。この鍔部１４は、フランジ１３を取り付ける際に使用され、巻き芯１２の周方向に沿って所定間隔をおいて複数の貫通孔１５，１５，…が穿設されている。巻き芯１２は、本実施形態においては、弱磁性体のアルミ合金によって形成されている。しかし、これに限定される必要はなく、ＳＵＳ等の弱磁性体で形成されていれば他の素材によって形成されていてもよい。即ち、巻き芯１２は、磁化し難い素材で形成されていればよい。このような素材で巻き芯１２が形成されることで、当該巻き芯１２に囲まれた中空部１６内に形成される後述の磁場が当該巻き芯１２に吸収されない又は吸収され難くなり、磁場強度のより大きな磁場が前記中空部１６内に形成される。

フランジ１３は、巻き芯１２のＣ軸方向両端に設けられることで、当該巻き芯１２に巻回されるテープ線材ＳのＣ軸方向における両端位置を規制するものである。このフランジ１３は、円板状に形成されている。詳細には、フランジ１３は、巻き芯１２の外径ｒ１よりも大きな外径ｒ３を有し、この外径ｒ３が巻き芯１２の外周に沿って配置されたコイル２０の外径ｒ３’と同一若しくは略同一となるように形成されている。また、フランジ１３の中央には、円形の貫通孔であるフランジ貫通孔１７が穿設されている。このフランジ貫通孔１７の内径ｒ４は、巻き芯１２の内径ｒ２よりも小さい。そのため、フランジ１３が巻き芯１２に取り付けられると、フランジ貫通孔１７の周縁部が巻き芯１２の中心軸側に張り出した（突出した）状態となる。詳細には、フランジ１３は、外径ｒ３が１５０ｍｍ、内径（フランジ貫通孔１７の内径）ｒ４が６０ｍｍ、厚さ（Ｃ軸方向の長さ）Ｌ２が１５ｍｍの円板状に形成されている。

このような形状のフランジ１３は、本実施形態においては電磁軟鉄で形成されている。しかし、このフランジ１３を構成する素材は、電磁軟鉄に限定される必要はなく、ケイ素鋼板、純鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金等の強磁性体であればよい。即ち、後述するように、フランジ１３が強磁性体によって形成されていれば、強磁性体で形成されるヨーク３０と共にコイル２０のＣ軸方向両端部を接続して磁場の漏れの少ない磁気回路が形成される。

このように形成された一対のフランジ１３，１３は、板面が前記Ｃ軸と直交し且つフランジ貫通孔１７の中心が前記Ｃ軸上に位置するように巻き芯１２両端の鍔部１４にそれぞれ取り付けられている。このとき、フランジ１３は、前記中空部１６側から鍔部１４の貫通孔１５を通じてネジ１８がねじ込まれることで巻き芯１２に固定される。

コイル２０は、テープ線材Ｓが巻き芯１２の外周面に沿ってソレノイド状に巻回されることで形成される。このコイル（ソレノイドコイル）２０の外径ｒ３’は、フランジ１３の外径ｒ３と同一若しくは略同一で、Ｃ軸方向の長さＬ３が１５０ｍｍである。

このコイル２０を構成するテープ線材Ｓとしては、ビスマス系又はイットリウム系の酸化物系超電導導体が用いられている。テープ線材Ｓは、一定幅の長尺なテープ状の超電導線材であり、前記酸化物系超電導導体の結晶のａｂ面がテープ面に対して平行に配向し、その周囲が銀シース等によって被覆されるように形成されている。このテープ線材Ｓは、その幅方向がＣ軸方向と平行となるよう、巻き芯１２の外周面に沿って巻回され、コイル２０を構成している。

ヨーク３０は、フランジ１３と同様に電磁軟鉄等の強磁性体で形成され、巻き枠１１のＣ軸方向両端、詳細には、強磁性体で形成された一対のフランジ１３，１３同士をコイル２０の外側を通るように接続することで、磁気回路を形成するものである。このヨーク３０は、一対のフランジ１３，１３にそれぞれ連結される一対のフランジ連結部３１，３１と、この一対のフランジ連結部３１，３１間を接続する接続部３２とを有する。尚、ヨーク３０は、本実施形態においては電磁軟鉄で形成されているが、これに限定されることはなく、フランジ１３同様、強磁性体で形成されていればよく、ケイ素鋼板等であってもよい。

フランジ連結部３１は、フランジ１３の外側（Ｃ軸方向において、巻き芯１２の中空部１６側と反対側）の面からＣ軸方向に沿って前記外側に延び、前記Ｃ軸に沿うように形成される連結部貫通孔３３を有する。詳細には、フランジ連結部３１は、Ｃ軸方向から見ると、フランジ１３と同一形状である。即ち、Ｃ軸方向視、フランジ連結部３１の外径ｒ３”及び内径（連結部貫通孔３３の内径）ｒ４”がフランジ１３の外径ｒ３及び内径（フランジ貫通孔１７の内径）ｒ４と同一である。このフランジ連結部３１は、フランジ１３と共に後述する巻き芯連結部４１を構成する。尚、本実施形態において、図示しないが、フランジ連結部３１の先端側（前記外側）の面からフランジ１３に向かって複数のザグリ穴が形成され、このザグリ穴を通じてネジ止めされることによってフランジ１３とフランジ連結部３１とが連結されている。

この巻き芯連結部４１は、外径がコイル２０の外径ｒ３’と同一若しくは略同一の円筒状で、フランジ貫通孔１７と連結部貫通孔３３とが連接されて形成されるヨーク貫通孔４２を有する。このヨーク貫通孔４２は、内径がフランジ１３の内径ｒ４と同一のＣ軸に沿った真っ直ぐな貫通孔で、巻き芯１２の中空部１６と外部とを連通する。

接続部３２は、Ｃ軸方向に沿って延びる中空円筒状で、その両端部が径方向内側（中心軸側）に向かって屈曲するように形成されている。この接続部３２は、その内径ｒ５がコイル２０の外径ｒ３’よりも大きくなるように形成されている。即ち、接続部３２は、コイル２０を互いの中心軸が一致するように収容した際、コイル２０の外周面と当該接続部３２の内周面との間に間隙３４が生じるような大きさに形成されている。詳細には、接続部３２は、外径ｒ６が２４０ｍｍ、内径ｒ５が１９０ｍｍ、Ｃ軸方向の長さＬ４が２９０ｍｍ、間隙３４のＣ軸と直交する方向の長さ（幅）Ｌ５が２５ｍｍ、Ｃ軸方向の長さＬ６が２２０ｍｍとなるように形成されている。

この接続部３２は、一対のフランジ連結部３１（又は巻き芯連結部４１）の先端部（フランジ１３と離れた側の端部）同士を接続している。詳細には、円筒状の接続部３２内に、互いの中心軸が一致するように巻き芯１２にテープ線材Ｓを巻回して形成されたコイル２０及びこの状態のコイル２０のＣ軸方向両端に連結された一対の巻き芯連結部４１（フランジ１３及びフランジ連結部３１）を収容する。この状態で、フランジ連結部３１の前記先端部と接続部３２の屈曲部先端とが連結される。このとき、フランジ連結部３１の前記先端側の面と接続部３２のＣ軸方向における端面とが面一になるよう、フランジ連結部３１の前記先端部周面と接続部３２の屈曲部のＣ軸側の先端とが連結されている。この接続部３２は、フランジ連結部３１とフランジ１３とからなる巻き芯連結部４１と共に後述する強磁性体で形成された磁気回路部材４０を構成する。尚、前記フランジ連結部３１と接続部３２とで構成されるヨーク３０は、図示しないが、所定の位置で２以上の部位に一旦分離され、コイル２０を備えた巻き枠１１と所定の前記部位とが連結された後、各部位が連結されるように構成されている。

本実施形態に係る超電導電磁石１０は、以上の構成からなり、次に、その動作について説明する。

超電導電磁石１０は、液体ヘリウム中で冷却される。そうすると、コイル２０を構成するテープ線材Ｓが超電導状態となり、電気抵抗がゼロとなる。この状態で、コイル２０に電流を流すことで、巻き芯１２の中空部１６内にＣ軸に沿った向きの磁場強度の大きな磁場が形成される。

このとき、コイル２０の内部、詳細には、コイル２０のテープ線材Ｓの巻回部分にも磁場が形成される。このコイル２０に形成される磁場は、コイル２０のＣ軸方向両端が強磁性体の磁気回路部材４０によって接続され、磁気回路が形成されていることから、前記巻回部分のテープ線材Ｓのテープ面と平行若しくは略平行な向きとなる。尚、略平行とは、コイル２０内に形成される磁場の磁束線を図示した場合に、テープ線材Ｓのテープ面とほぼ平行に見える程度をいう。

詳細には、従来のように磁気回路部材４０を備えない超電導電磁石においては、コイルが通電されることで、中心軸方向におけるコイルの端部（以下、単に「コイル端部」と称する。）に、コイルの中心軸に対して垂直若しくは略垂直な向きの磁場が形成される。これに対して、本実施形態に係る超電導電磁石１０のように磁気回路部材４０を備えることで、従来の超電導電磁石であればコイル端部に形成される前記コイルの中心軸に対して垂直若しくは略垂直な向きの磁場が、巻き芯連結部４１側に引っ張られることによってコイル２０端部を構成するテープ線材Ｓのテープ面に沿った向きの磁場となる。

さらに詳細に説明すると、テープ線材Ｓが巻き枠１１に巻き付けられて（巻回されて）形成されたコイル２０は、巻き芯１２のＣ軸方向両端部に設けられた一対のフランジ１３，１３にそのＣ軸方向両端が接触している。このフランジ１３が強磁性体で形成され、このフランジ１３に強磁性体で形成されたヨーク３０が連結されることで、コイル２０のＣ軸方向両端を磁気回路を形成するように接続する磁気回路部材４０が構成される。このとき、Ｃ軸方向におけるコイル２０両端にそれぞれ接する一対のフランジ１３，１３が強磁性体で形成されることで、前記コイル２０両端部から磁気回路部材４０以外への磁場の漏れの少ない状態で磁気回路が形成される。そして、磁気回路部材４０のフランジ１３をその一部に含む巻き芯連結部４１は、Ｃ軸方向に所定の長さ（本実施形態においては、７０ｍｍ）を有している。そのため、コイル端部にかかる磁場が巻き芯連結部４１によってＣ軸方向に引っ張られる。

しかも、巻き芯連結部４１のヨーク貫通孔４２の内径ｒ４”が巻き芯１２の中空部１６の内径ｒ２よりも小さい、即ち、ヨーク貫通孔４２を形成するヨーク貫通孔周縁部は、巻き芯１２の内周面よりもＣ軸側に張り出している。そのため、巻き連結部４１におけるヨーク貫通孔４２を形成するヨーク貫通孔周縁部で且つ巻き芯１２の内径ｒ２よりも径方向内側の部位（前記張り出し部位）がコイル２０端部にかかる磁場を径方向中心側（Ｃ軸側）に向かって引っ張る。そのため、前記張り出し部位がない場合よりも、コイル２０端部にかかる磁場がさらにＣ軸方向に沿うように真っ直ぐになって、テープ線材Ｓのテープ面に沿った方向により近くなる。

従って、コイル２０のＣ軸方向全体に亘り、コイル２０を構成するテープ線材Ｓのテープ面とコイル２０の巻回部分にかかる磁場の方向とが平行若しくは略平行となる。そのため、Ｃ軸方向におけるコイル２０中央部のテープ線材Ｓにおける臨界電流値に対するコイル２０端部のテープ線材Ｓにおける臨界電流値の低下を抑制することができる。即ち、超電導電磁石１０のコイル２０端部を構成するテープ線材Ｓの臨界電流値が高い値、換言すると、Ｃ軸方向におけるコイル２０中央部の臨界電流値と同一若しくはほぼ同一の値のままで維持され、コイル２０にはより大きな電流が流れる。その結果、コイル２０（超電導電磁石１０）によって磁場強度の大きな磁場が形成される。

本発明に係る超電導電磁石１０、及びこの超電導電磁石１０と同じ寸法で磁気回路部材を備えず且つ巻き枠全体（フランジ及び巻き芯）が非磁性体のアルミ合金で構成された従来の超電導電磁石を用いて以下の条件において液体ヘリウム中で運転を行った。
超電導線材：幅が５．０ｍｍ、厚みが０．５ｍｍ。
コイル ：巻線内径が１００ｍｍ、巻線外径が１５０．０ｍｍ、巻幅（中心軸Ｃ方向の幅）が１５０．０ｍｍ、巻数が１５００。

このコイルに２０７．０５Ａの電流を流し、中心磁場（図３及び図６の磁場中心における磁場の強さ）が２．０Ｔとなるようにした。その結果、従来の超電導電磁石では、コイル端部のテープ線材のテープ面に対して垂直方向にかかる磁場強度は１．０８Ｔとなった。また、本発明に係る超電導電磁石では、コイル端部のテープ線材のテープ面に対して垂直方向にかかる磁場強度は０．１６Ｔとなった。また、このときの本発明に係る超電導電磁石のコイルの巻回部分の磁場分布は、図３に示すようになった。

以上の結果より、本発明に係る超電導電磁石は、コイル端部のテープ状超電導線材におけるテープ面に対して垂直方向にかかる磁場強度を従来の超電導電磁石と比べ約７分の１にすることができた。また、図３からも、コイルの巻回部分にかかる磁場の向きがテープ状超電導線材のテープ面に沿った向き（図３では上下方向に沿った向き）になっていることが分かる。

従って、超電導電磁石が強磁性体で形成された一対のフランジにヨークが接続され、巻き芯の内径よりも径の小さな内径のヨーク貫通孔を有する上記の磁気回路部材を備えることで、コイルに流すことができる電流がより大きくなることが確認できた。

尚、本発明の超電導電磁石は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本実施形態に係る超電導電磁石の構成を示す斜視中央縦断面図を示す。 同実施形態に係る超電導電磁石の寸法を示す斜視中央縦断面図を示す。 同実施形態に係る超電導電磁石の巻回部分の磁場分布図を示す。 従来の超電導電磁石の構成を示す斜視中央縦断面図を示す。 酸化物系テープ状超電導線材の臨界電流の磁場方向依存性を示す図である。 従来の超電導電磁石の巻回部分の磁場分布図を示す。

符号の説明

１０ 超電導電磁石
１２ 巻き芯
２０ コイル
４０ 磁気回路部材
４１ 巻き芯連結部
Ｃ 中心軸
Ｓ 超電導線材（テープ状超電導線材、テープ線材）

Claims (5)

1. テープ状の超電導線材で構成されるコイルに電流が流されることで磁場が形成される超電導電磁石において、
   前記コイルの中心軸に沿って延び、前記コイルを構成する前記超電導線材が外周面に巻回される巻き芯と、
   前記巻き芯の両端部を磁気回路を形成するように接続する磁気回路部材と、を備え、
   前記磁気回路部材は強磁性体で形成されており、前記巻き芯の両端にそれぞれ連結されて少なくとも前記巻き芯とコイルとを合わせた大きさの外径を有する一対の巻き芯連結部、及びこの一対の巻き芯連結部間を前記コイルの外側を通って接続する接続部を有し、
   前記巻き芯連結部は、前記コイルに電流が流された際に、前記中心軸方向における前記コイルの端部に形成される磁場の向きが当該コイルの端部を構成する前記超電導線材のテープ面に対して平行若しくは略平行となるような前記中心軸方向の長さを有することを特徴とする超電導電磁石。
2. 請求項１に記載の超電導電磁石において、
   前記巻き芯は、中空円筒状であり、
   前記巻き芯連結部は、前記巻き芯に囲まれた中空部と外部とを連通し且つ前記中心軸方向に沿うような貫通孔を有することを特徴とする超電導電磁石。
3. 請求項２に記載の超電導電磁石において、
   前記巻き芯の外径よりも大きな外径を有して前記巻き芯に巻回される前記超電導線材の前記中心軸方向における両端位置を規制するフランジが前記巻き芯の両端にそれぞれ設けられ、
   当該フランジは、強磁性体により形成されて前記巻き芯連結部の少なくとも一部を構成し、
   前記フランジ間を磁気回路を形成するように接続するヨークが前記フランジと共に前記磁気回路部材を構成することを特徴とする超電導電磁石。
4. 請求項２又は３に記載の超電導電磁石において、
   前記巻き芯連結部の貫通孔の内径が前記巻き芯の中空部の内径よりも小さいことを特徴とする超電導電磁石。
5. 請求項２乃至４のいずれか一項に記載の超電導電磁石において、
   前記巻き芯は、弱磁性体で形成されることを特徴とする超電導電磁石。

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