JP2010010631A - 超電導コイル装置および超電導コイルの検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超電導コイルの両端電圧を測定して、簡便かつ安全に超電導コイルの異常を検出する。
【解決手段】超電導コイル装置１は、超電導コイル２と、電圧計測部６と、電流制御部７と、ヒータ８とを備える。超電導コイル２の異常を検知する場合には、ヒータ８によって超電導コイル２を加熱し、電流制御部７から超電導コイル２に電流を通電する。電圧計測部６は、超電導コイル２の両端電圧が所定の閾値を超えると、超電導コイル２が異常であると判断する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超電導コイルの両端電圧を測定して、超電導コイルの異常を検出可能な超電導コイル装置および超電導コイルの検査方法に関する。

超電導コイルは、異常が発生して温度が上昇すると、常電導転移（クエンチ）する。超電導コイルは、クエンチが起きると焼損する虞がある。

そこで、超電導コイルを保護するために、超電導コイル装置には、異常検出器が設けられる。異常検出器は、超電導コイルの電圧を測定し、コイル電圧が所定の閾値を超えた場合には異常と判断する。また、超電導コイル装置は、異常検出器の信号に従い、超電導コイルに蓄積された電磁エネルギーを放出する保護部を有する。

一方、高温超電導コイルでは、クエンチ伝播速度が金属系超電導コイルの数１００分の１未満であることが一般的である。すなわち、高温超電導コイルでは、クエンチ伝播速度が遅く、コイルに異常が発生しても直ちに大きなコイル電圧が発生しない。すなわち、高温超電導コイルのコイル電圧を測定してコイルの異常を検出するのは困難である。したがって、保護部が動作する前に超電導コイルが焼損する危険性がある。

そこで、クエンチが起きる前に超電導コイルの異常を検出する技術が求められる。

特許文献１に記載の超電導コイル装置は、常時、超電導コイルの発熱量と温度との組み合わせを検出し、超電導コイルがクエンチに至らない発熱量と温度との組み合わせである監視基準と検出値とを比較して、超電導コイルにクエンチが起きる前に異常を検出する構成を有している。

また、特許文献２に記載の超電導コイル装置は、クエンチを引き起こす要因であるコイルの温度およびコイル電圧、また、超電導コイルが収容された真空容器内の真空度などの各種データを集積しておき、サービスセンターに送信して異常の兆候を調べる構成を有している。
特開２００７−２６６２４４号公報 特開２００２−２５２３８０号公報

一般に、超電導コイル装置では、コイルの一部の電圧を測定する電圧タップや、コイルの複数の箇所の温度を測定する温度計などを設けることは、製造の複雑さや製造コストの観点から困難であり、測定可能な箇所は限られてしまう。

したがって、特許文献１および特許文献２の超電導コイル装置では、電圧タップや温度計が設けられた箇所は限られるために、コイルの電圧やコイルの温度などの測定点数が十分に得られない。そうすると、超電導コイル内の箇所によっては、異常を検出できない点で問題となる。

また、超電導コイルが異常であれば、速やかに電流の供給を遮断する必要がある。

本発明は、超電導コイルの両端電圧を測定して、簡便かつ安全に超電導コイルの異常を検出可能な超電導コイル装置および超電導コイルの検査方法を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するため本発明に係る超電導コイル装置は、真空容器と、前記真空容器に収容された熱シールド容器と、前記熱シールド容器に収容された超電導コイルと、前記超電導コイルの異常を検出する際に前記超電導コイルの温度を上げる加熱部と、前記超電導コイルに電流を通電する電流制御部と、前記加熱部に加熱され、かつ前記電流制御部から通電された前記超電導コイルの両端の電圧を測定し、前記電圧が所定の閾値を超えると、前記超電導コイルを異常と判断する電圧計測部とを備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る超電導コイル装置は、真空容器と、前記真空容器に収容された熱シールド容器と、前記熱シールド容器に収容された超電導コイルと、前記超電導コイルの異常を検出する際に前記超電導コイルに磁場を印加する磁場発生コイルと、前記超電導コイルに電流を通電する電流制御部と、前記磁場発生コイルに磁場を印加され、かつ前記電流制御部から通電された前記超電導コイルの両端の電圧を測定し、前記電圧が所定の閾値を超えると、前記超電導コイルを異常と判断する電圧計測部とを備えたことを特徴とする。

さらに、本発明に係る超電導コイルの検査方法は、加熱部が超電導コイルを加熱し、電流制御部が前記超電導コイルに電流を通電すると、電圧計測部が前記超電導コイルの両端の電圧を測定し、前記電圧が所定の閾値を超えると、前記超電導コイルを異常と判断することを特徴とする。

本発明は、超電導コイルの両端電圧を測定して、簡便かつ安全に超電導コイルの異常を検出可能な超電導コイル装置および超電導コイルの検査方法を提供できる。

本発明に係る超電導コイル装置および超電導コイルの検査方法の実施形態について添付図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
本発明に係る超電導コイル装置および超電導コイルの検査方法の第１実施形態について、図１から図４を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る超電導コイル装置を示した概略的な構成図である。

図１に示すように、超電導コイル装置１は、超電導コイル２と、真空容器３と、冷凍機４と、電源５と、電圧計測部６と、電流制御部７と、ヒータ８と、ヒータ制御部９とを備える。

超電導コイル２は、超電導テープ線１１が巻回されて形成される。超電導テープ線１１は、例えば金属系超電導線である。また、酸化物系の高温超電導線でもよい。高温超電導線材は、例えばビスマス系（例えば、Ｂｉ２２２３相型、Ｂｉ２２１２相型）、イットリウム系（例えば、ＹＢＣＯ系）、タリウム（Ｔｌ）系、水銀（Ｈｇ）系が用いられる。

真空容器３には、超電導コイル２が収容されており、この真空容器３によって超電導コイル２の雰囲気を真空状態に保持する。

冷凍機４は、一段ステージ１３と、二段ステージ１４とを備え、多段式の冷却構造を有する。一段ステージ１３と、二段ステージ１４とは、真空容器３に収容された熱シールド容器１５により断熱される。二段ステージ１４は、冷却板１６を介して超電導コイル２に熱的に接続される。また熱シールド容器１５には、超電導コイル２が収容される。

電源５は、超電導コイル２を励磁させる。電源５は、超電導コイル２の両端の電極部分に接続された電流リード１７を介して超電導コイル２に電気的に接続される。電流リード１７と真空容器３とは電気的に絶縁される。なお、電源５は超電導コイル２を励磁できるものであれば、どのようなものであってもよい。

電圧計測部６は、超電導コイル２の両端電圧を計測する。

また、電圧計測部６は、超電導コイル２の両端電圧が所定の閾値を超えたか否かを判定する異常検出器である。電圧計測部６は、超電導コイル２の両端電圧が所定の閾値を超えると、超電導コイル２が異常であると判断する。この所定の閾値は、超電導コイル２の形状や寸法、温度、超電導コイル２に供給される電流、超電導コイル２に印加される磁場、超電導テープ線１１の材料によって決められる。

さらに、電圧計測部６は、電流制御部７から超電導コイル２に供給される電流値を取得し、かつ、ヒータ制御部９から超電導コイル２の温度を取得する。電圧計測部６は、超電導コイル２の両端電圧と、超電導コイル２に供給される電流値と、超電導コイル２の温度とを定期的に記録する。電圧計測部６は、記録した電圧と電流と温度との関係が、所定の範囲を超えると、超電導コイル２が異常であると判断する。所定の範囲は、例えば、超電導コイル２の形状や寸法の公差、温度の計測誤差、超電導コイル２に供給される電流の計測誤差、超電導コイル２に印加される磁場の誤差などの種々の誤差要因によって決められる。また、超電導コイル２の両端電圧と、超電導コイル２に供給される電流値と、超電導コイル２の温度との記録から、統計的な手法によっても決められる。

電流制御部７は、電圧計測部６から超電導コイル２の異常の有無の判断結果を取得する。電流制御部７は、この判断結果に基づいて超電導コイル２に流れる電流を制御する。例えば、電流制御部７は、電圧計測部６が超電導コイル２の異常を検出した場合には、電源５の出力電流を急激に低下、もしくは供給を遮断する。すなわち、電流制御部７は、超電導コイル２の保護部でもある。

ヒータ８は、冷凍機４の二段ステージ１４に設けられる。ヒータ８は、二段ステージ１４および冷却板１６を介して超電導コイル２の温度を上げる。ヒータ８は、ヒータ制御部９から供給される電力によって加熱される電気ヒータである。

ヒータ制御部９は、ヒータ８を制御する。ヒータ８およびヒータ制御部９は超電導コイル２の加熱部である。

超電導コイル装置１は、通常運転の場合には、冷凍機４によって、超電導コイル２の温度を制御する。具体的には、超電導コイル２が高温超電導コイルであれば、超電導コイル２の温度を略２０Ｋに制御する。

他方、超電導コイル装置１は、超電導コイル２の劣化等の異常の有無を検査する場合には、ヒータ８によって、超電導コイル２の温度を上げる。具体的には、超電導コイル２が高温超電導コイルであれば、超電導コイル２の温度を略２０Ｋから略７０Ｋまで変化させる。超電導コイル装置１は、超電導コイル２の温度を上げて、超電導コイル２に電流を通電し、超電導コイル２に発生した両端電圧を測定する。

図２は、本発明の第１実施形態に係る超電導コイル装置の超電導コイルを示した概略的な構成図である。

図２に示すように、超電導コイル２は、超電導テープ線１１と、巻枠２１とを備える。

超電導テープ線１１は、例えば、幅４．４ｍｍ、厚み０．２ｍｍに形成される。

巻枠２１は、例えば、内径５０ｍｍに形成され、超電導テープ線１１が８６ターン巻回される。

図３は、本発明の第１実施形態に係る超電導コイル装置に用いられる超電導テープ線の臨界電流の温度依存性の一例を示した図である。

また、図３は、超電導テープ線１１の幅広面に対する磁場印加角度を９０度としたときの磁場が０．５Ｔ、１．０Ｔ、２．０Ｔおよび３．０Ｔのそれぞれにおける臨界電流値Ｉｃを、温度が７７Ｋにおける自己磁場中での臨界電流値Ｉｃ（７７Ｋ、０Ｔ）で除した値Ｉｃ／Ｉｃ（７７Ｋ、０Ｔ）の温度依存性を示している。

ここで、臨界電流値とは、超電導テープ線１１に１μＶ／ｃｍの電界が発生したときの電流値である。

図３に示すように、超電導テープ線１１は、磁場の強さが変わらなければ、温度が高いほど、臨界電流値が小さい。すなわち、超電導テープ線１１は、温度が上昇するにしたがって臨界電流値が減少する特性を備える。

図４は、本発明の第１実施形態に係る超電導コイル装置の超電導コイルについて、臨界電流値と温度の関係の一例を示した図である。

図４に示すように、超電導コイル２は、温度が高いほど、臨界電流値が小さい。すなわち、超電導コイル２は、温度が上昇するにしたがって臨界電流値が減少する特性を備える。具体的には、超電導コイル２が高温超電導コイルであれば、超電導コイル２は、その温度が略２０Ｋのときに臨界電流値が略３８６Ａであり、その温度が略７０Ｋのときは臨界電流値が略８７Ａである。

超電導コイル装置１は、超電導コイル２の劣化等の異常の有無を検知するために、超電導コイル２に臨界電流付近まで電流を通電し、コイル電圧と所定の閾値とを比較する。超電導コイル装置１は、コイル電圧が所定の閾値よりも高ければ、超電導コイル２に劣化等の異常が有ると判定する。

また、超電導コイル装置１は、超電導コイル２の劣化等の異常の有無を検知するために、超電導コイル２の両端電圧と、超電導コイル２に供給される電流値と、超電導コイル２の温度とを定期的に記録する。超電導コイル装置１は、電圧と電流と温度との関係が、所定の範囲を超えると、超電導コイル２が異常であると判断する。

ここで、超電導コイル装置１は、超電導コイル２の検査をする場合には、ヒータ８によって超電導コイル２を加熱する。超電導コイル２の温度が、例えば略７０Ｋまで上昇すると、超電導コイル２の臨界電流値を減少できる。

したがって、超電導コイル装置１によれば、超電導コイル２の異常を検出するために必要な電流値を減少することで、超電導テープ線１１にかかる電磁力を減らし、また、異常電圧発生時には電流の供給を遮断する時間を短くできる。電流の供給を遮断する時間が短くなれば、超電導コイル２の検査時にコイルが焼損する危険性が少なくなる。

したがって、本実施形態の超電導コイル装置１によれば、超電導コイル２の両端電圧を測定して、簡便かつ安全に超電導コイル２の異常を検出できる。

［第２の実施形態］
本発明に係る超電導コイル装置および超電導コイルの検査方法の第２実施形態について、図５および図６を参照して説明する。

図５は、本発明の第２実施形態に係る超電導コイル装置を示した概略的な構成図である。

本実施形態に係る超電導コイル装置１Ａにおいて第１実施形態の超電導コイル装置１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図５に示すように、超電導コイル装置１Ａは、超電導コイル２と、真空容器３と、冷凍機４と、電源５と、電圧計測部６と、電流制御部７と、ヒータ８Ａと、ヒータ制御部９Ａとを備える。

ヒータ８Ａは、超電導コイル２に設けられる。ヒータ８Ａは、超電導コイル２の温度を変化させる。

ヒータ制御部９Ａは、ヒータ８Ａを制御する。ヒータ８Ａおよびヒータ制御部９Ａは超電導コイル２の加熱部である。

図６は、本発明の第２実施形態に係る超電導コイル装置の超電導コイルおよびヒータを示した概略的な構成図である。

図６に示すように、超電導コイル装置１Ａの超電導コイル２には、複数のヒータ８Ａが設けられる。複数のヒータ８Ａは、筒状に形成された超電導コイル２の底面２２に、略同心円状に配置される。

超電導コイル装置１Ａは、超電導コイル２の劣化等の異常の有無を検査する場合には、いずれかのヒータ８Ａを加熱する。そうすると、超電導コイル２は、部分的に温度が上昇する。すなわち、超電導コイル２の周方向に温度勾配が発生する。超電導コイル２のうち、温度が上昇した部分は、臨界電流値が下がるので、温度が上昇していない他の部分に比べて異常の検出に必要な電流値が減少する。そうすると、超電導コイル装置１Ａは、超電導コイル２のうち、異常の有無を調べたい箇所の重み付けができる。このとき、超電導コイル２の両端電圧を測定すると、温度が上昇した部分が発生する電圧が支配的になる。

超電導テープ線１１は、温度が上がるにしたがって臨界電流が減少する特性を持つ。このため、超電導コイル２の温度が変化すると、最大電圧が発生する超電導テープ線１１の位置が異なることになる。

すなわち、超電導コイル装置１Ａは、超電導コイル２内部の周方向に温度勾配を発生させて、超電導コイル２に電流を通電することで、超電導コイル２に発生する電圧の分布を変化させることが可能となる。

また、超電導コイル２内部の周方向に温度勾配を発生させて、超電導コイル２の両端電圧を測定することで、超電導テープ線１１の一部で発生する電圧が超電導コイル２の両端電圧に占める割合を変化させることが可能となる。そうすると、順次に超電導コイル２の加熱位置を変更することで、異常のある箇所を容易に特定できる。

したがって、本実施形態の超電導コイル装置１Ａによれば、超電導コイル２の両端電圧を測定して、簡便かつ安全に超電導コイル２の異常を検出できる。

［第３の実施形態］
本発明に係る超電導コイル装置および超電導コイルの検査方法の第３実施形態について、図７から図８を参照して説明する。

図７は、本発明の第３実施形態に係る超電導コイル装置を示した概略的な構成図である。

本実施形態に係る超電導コイル装置１Ｂにおいて第１実施形態の超電導コイル装置１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図７に示すように、超電導コイル装置１Ｂは、超電導コイル２Ａと、真空容器３と、冷凍機４と、電源５と、電圧計測部６と、電流制御部７と、ヒータ８と、ヒータ制御部９とを備える。

超電導コイル２Ａは、超電導テープ線１１Ａが巻回されて形成される。超電導テープ線１１Ａは、例えば、酸化物系の高温超電導線である。高温超電導線材は、例えばイットリウム系（例えば、ＹＢＣＯ系）が用いられる。

図８は、本発明の第３実施形態に係る超電導コイル装置の超電導コイルを示した概略的な構成図である。

図８に示すように、超電導コイル２Ａは、超電導テープ線１１Ａと、巻枠２１とを備える。

超電導テープ線１１Ａは、例えば、幅４．４ｍｍ、厚み０．２ｍｍに形成される。

巻枠２１は、例えば、内径５０ｍｍに形成され、超電導テープ線１１Ａが８６ターン巻回される。

図９は、本発明の第３実施形態に係る超電導コイル装置に用いられる超電導テープ線の臨界電流の磁場依存性の一例を示した図である。

図９は、超電導テープ線１１Ａの温度が４０Ｋ、６０Ｋおよび７０Ｋのそれぞれにおいて、超電導テープ線１１Ａの幅広面に対する磁場印加角度を０度または９０度としたときの臨界電流値Ｉｃを、温度が７７Ｋにおける自己磁場中での臨界電流値Ｉｃ（７７Ｋ、０Ｔ）で除した値Ｉｃ／Ｉｃ（７７Ｋ、０Ｔ）の磁場依存性を示している。

図９に示すように、超電導テープ線１１Ａは、温度が高いほど、磁場印加角度の依存性が小さい。すなわち、超電導テープ線１１Ａは、温度が上がるにしたがって臨界電流の磁場角度依存性が減少する特性を備える。

図１０から図１２は、本発明の第３実施形態に係る超電導コイル装置の超電導コイルについて、各ターンに発生する電圧と超電導コイルの温度との関係を示した図である。図１０は、超電導コイルの温度が２０Ｋの場合を示した図である。また、図１１は、超電導コイルの温度が６０Ｋの場合を示した図である。さらに、図１２は、超電導コイルの温度が７０Ｋの場合を示した図である。

なお、超電導コイル２Ａの各ターンに発生した電圧は、最大電圧が発生したターンの電圧を代表値として正規化した値である。また、超電導コイル２Ａの最内層の超電導テープ線１１Ａを１ターン目とする。

図１０に示すように、超電導コイル２Ａの温度が２０Ｋの場合には、超電導テープ線１１Ａの３７ターン目で最大電圧が発生した。

また、図１１に示すように、超電導コイル２Ａの温度が６０Ｋの場合には、超電導テープ線１１Ａの２３ターン目で最大電圧が発生した。

さらに、図１２に示すように、超電導コイル２Ａの温度が７０Ｋの場合には、超電導テープ線１１Ａの１ターン目で最大電圧が発生した。

超電導コイル２Ａに電流を通電すると、超電導テープ線１１Ａの各ターンに磁場が印加されて超電導コイル２Ａに電圧が発生する。このとき、超電導コイル２Ａに発生する磁場の勾配の影響によって、超電導テープ線１１Ａの各ターンが受ける磁場の大きさおよび角度は異なる。したがって、超電導テープ線１１Ａの各ターンが発生する電圧は異なることになる。超電導コイル２Ａの両端電圧を測定すると、超電導テープ線１１Ａのうち、最大電圧が発生するターン付近の電圧が支配的になる。

超電導テープ線１１Ａは、温度が上がるにしたがって臨界電流の磁場角度依存性が減少する特性を持つ。このため、超電導コイル２Ａの温度が変化すると、最大電圧が発生する超電導テープ線１１Ａのターン位置が異なることになる。

すなわち、超電導コイル装置１Ｂは、超電導コイル２Ａの温度を変化させて、超電導コイル２Ａに電流を通電することで、超電導コイル２Ａに発生する電圧の分布を変化させることが可能となる。

また、超電導コイル２Ａの温度を変化させて、超電導コイル２Ａの両端電圧を測定することで、超電導テープ線１１Ａの各ターンで発生する電圧が超電導コイル２Ａの両端電圧に占める割合を変化させることが可能となる。

したがって、本実施形態の超電導コイル装置１Ｂによれば、超電導コイル２Ａの両端電圧を測定して、簡便かつ安全に超電導コイル２Ａの異常を検出できる。

［第４の実施形態］
本発明に係る超電導コイル装置および超電導コイルの検査方法の第４実施形態について、図１３から図１４を参照して説明する。

図１３は、本発明の第４実施形態に係る超電導コイル装置を示した概略的な構成図である。

本実施形態に係る超電導コイル装置１Ｃにおいて第１実施形態の超電導コイル装置１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１３に示すように、超電導コイル装置１Ｃは、超電導コイル２と、真空容器３と、冷凍機４と、電源５と、電圧計測部６と、電流制御部７と、ヒータ８Ｂと、ヒータ制御部９Ｂとを備える。

ヒータ８Ｂは、超電導コイル２に設けられる。ヒータ８Ｂは、超電導コイル２の温度を変化させる。

ヒータ制御部９Ｂは、ヒータ８Ｂを制御する。ヒータ８Ｂおよびヒータ制御部９Ｂは超電導コイル２の加熱部である。

図１４は、本発明の第４実施形態に係る超電導コイル装置の超電導コイルおよびヒータを示した概略的な構成図である。

図１４に示すように、超電導コイル装置１Ｃのヒータ８Ｂは、内周側ヒータ２４と、外周側ヒータ２５とを備える。内周側ヒータ２４は、筒状に形成された超電導コイル２の底面２２であって、内周の周縁に偏倚させて設けられる。外周側ヒータ２５は、筒状に形成された超電導コイル２の底面２２であって、外周の周縁に偏倚させて設けられる。

内周側ヒータ２４および外周側ヒータ２５は、ヒータ制御部９Ｂに接続される。

超電導コイル装置１Ｃは、超電導コイル２の劣化等の異常の有無を検査する場合には、ヒータ８Ｂによって、超電導コイル２の温度を変化させる。具体的には、ヒータ８Ｂは、内周側ヒータ２４と外周側ヒータ２５との温度差によって超電導コイル２内部の内周側と外周側との間、すなわち径方向に温度勾配を発生させる。超電導コイル装置１Ｃは、超電導コイル２内部の径方向に温度勾配を発生させて、超電導コイル２に電流を通電し、超電導コイル２に発生した両端電圧を測定する。

超電導コイル２に電流を通電すると、超電導テープ線１１の各ターンに磁場が印加されて超電導コイル２に電圧が発生する。このとき、超電導コイル２に発生する磁場の勾配の影響によって、超電導テープ線１１の各ターンが受ける磁場の大きさおよび角度が異なる。したがって、超電導テープ線１１の各ターンが発生する電圧は異なることになる。超電導コイル２の両端電圧を測定すると、超電導テープ線１１のうち、最大電圧が発生するターン付近の電圧が支配的になる。

ここで、超電導テープ線１１は、磁場角度依存性に関わらず、温度が上がるにしたがって臨界電流が減少する特性を持つ。このため、超電導コイル２内部の径方向に適宜に温度勾配を加えると、超電導テープ線１１の各ターンに発生する電圧の差を小さくしたり大きくしたりできる。

すなわち、超電導コイル装置１Ｃは、超電導コイル２内部の径方向に温度勾配を加えて、超電導コイル２に電流を通電することで、超電導テープ線１１の各ターンで発生する電圧が超電導コイル２の両端電圧に占める割合を略均等にすることが可能となる。

また、超電導コイル装置１Ｃは、超電導コイル２内部の径方向に温度勾配を加えて、超電導コイル２に電流を通電することで、超電導テープ線１１のいずれかのターンで発生する電圧を、超電導コイル２の両端電圧に占める最大の割合にすることが可能となる。

したがって、本実施形態の超電導コイル装置１Ｃによれば、超電導コイル２の両端電圧を測定して、簡便かつ安全に超電導コイル２の異常を検出できる。

［第５の実施形態］
本発明に係る超電導コイル装置および超電導コイルの検査方法の第５実施形態について、図１５を参照して説明する。

図１５は、本発明の第５実施形態に係る超電導コイル装置を示した概略的な構成図である。

本実施形態に係る超電導コイル装置１Ｄにおいて第１実施形態の超電導コイル装置１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１５に示すように、超電導コイル装置１Ｄは、超電導コイル２と、真空容器３と、冷凍機４と、電源５と、電圧計測部６と、電流制御部７と、磁場発生コイル２７と、磁場発生コイル制御部２８とを備える。

磁場発生コイル２７は、真空容器３に収容される。磁場発生コイル２７は、超電導コイル２の周囲に複数、例えば超電導コイル２を挟んで２つ設けられる。磁場発生コイル２７は、超電導コイル２の周囲に磁場を印加する。磁場発生コイル２７は、一様な強さの磁場や、適宜に強さが分布した磁場を発生する。磁場発生コイル２７には、超電導コイルを用いることができる。

磁場発生コイル制御部２８は、磁場発生コイル２７を制御する。

他方、超電導コイル装置１Ｄは、超電導コイル２の劣化等の異常の有無を検査する場合には、磁場発生コイル２７によって、超電導コイル２に磁場を印加する。

超電導コイル２の劣化等の異常の有無を検出するためには、超電導コイル２に臨界電流付近まで電流を通電し、コイル電圧と所定の閾値とを比較する。コイル電圧が所定の閾値よりも高ければ、超電導コイル２の劣化等の異常が有ると判定する。

ここで、超電導コイル装置１Ｄは、超電導コイル２の検査をする場合には、磁場発生コイル２７によって超電導コイル２に磁場を印加する。超電導コイル２に磁場が印加されると、超電導コイル２の臨界電流値を減少できる。

したがって、超電導コイル装置１Ｄによれば、超電導コイル２の劣化等の異常を検出するために必要な電流値を減少することで、異常電圧発生時には電流の供給を遮断する時間を短くできる。電流の供給を遮断する時間が短くなれば、超電導コイル２の検査時にコイルが焼損する危険性が少なくなる。

また、超電導コイル装置１Ｄは、磁場発生コイル２７によって超電導コイル２に適宜に強さが分布した磁場を印加する。そうすると、印加された磁場の強さに応じて、超電導コイル２の臨界電流値も超電導コイル２内で分布する。

すなわち、超電導コイル装置１Ｄは、超電導コイル２に適宜に強さが分布した磁場を印加して、超電導コイル２に電流を通電することで、超電導テープ線１１の各ターンで発生する電圧が超電導コイル２の両端電圧に占める割合を略均等にすることが可能となる。

また、超電導コイル装置１Ｄは、超電導コイル２に適宜に強さが分布した磁場を印加して、超電導コイル２に電流を通電することで、超電導テープ線１１のいずれかの箇所で発生する電圧を、超電導コイル２の両端電圧に占める最大の割合にすることが可能となる。

したがって、本実施形態の超電導コイル装置１Ｄによれば、超電導コイル２の両端電圧を測定して、簡便かつ安全に超電導コイル２の異常を検出できる。

［第６の実施形態］
本発明に係る超電導コイル装置および超電導コイルの検査方法の第６実施形態について、図１６を参照して説明する。

図１６は、本発明の第６実施形態に係る超電導コイル装置を示した概略的な構成図である。

本実施形態に係る超電導コイル装置１Ｅにおいて第１実施形態の超電導コイル装置１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１６に示すように、超電導コイル装置１Ｅは、超電導コイル群３０と、真空容器３と、冷凍機４と、電源５と、電圧計測部６と、電流制御部７とを備える。

超電導コイル群３０は、複数の超電導コイル２を備える。複数の超電導コイル２は、例えばトロイダル状に配置される。また、マルチポール状に配置しても良い。

超電導コイル２の劣化等の異常の有無を検出するためには、超電導コイル２に臨界電流付近まで電流を通電し、コイル電圧と所定の閾値とを比較する。コイル電圧が所定の閾値よりも高ければ、超電導コイル２の劣化等の異常が有ると判定する。

ここで、超電導コイル装置１Ｅは、超電導コイル２の検査をする場合には、超電導コイル群３０から、検査の対象となる１つ以上、全数未満の超電導コイル２を選択する。なお、超電導コイル群３０はＮ個の超電導コイル２を備え、検査の対象となる超電導コイル２をＭ個選択するものとして説明する。なおＮ個＞Ｍ個の関係がある。

電流制御部７は、超電導コイル２の検査をする場合には、（Ｎ−Ｍ）個の超電導コイル２（磁場発生用の超電導コイル２）に電流を通電して、Ｍ個の超電導コイル２（検査対象の超電導コイル２）に磁場を印加する。Ｍ個の超電導コイル２は、磁場が印加されると、臨界電流値が減少する。

したがって、超電導コイル装置１Ｅによれば、超電導コイル２の劣化等の異常を検出するために必要な電流値を減少することで、異常電圧発生時には電流の供給を遮断する時間を短くできる。電流の供給を遮断する時間が短くなれば、超電導コイル２の検査時にコイルが焼損する危険性が少なくなる。

また、超電導コイル装置１Ｅは、（Ｎ−Ｍ）個の超電導コイル２（磁場発生用の超電導コイル２）によってＭ個の超電導コイル２（検査対象の超電導コイル２）に適宜に強さが分布した磁場を印加する。そうすると、Ｍ個の超電導コイル２（検査対象の超電導コイル２）の臨界電流値は、印加された磁場の強さに応じて、それぞれの超電導コイル２内で分布する。

すなわち、超電導コイル装置１Ｅは、超電導コイル２に適宜に強さが分布した磁場を印加して、超電導コイル２に電流を通電することで、超電導テープ線１１の各ターンで発生する電圧が超電導コイル２の両端電圧に占める割合を略均等にすることが可能となる。

また、超電導コイル装置１Ｅは、超電導コイル２に適宜に強さが分布した磁場を印加して、超電導コイル２に電流を通電することで、超電導テープ線１１のいずれかの箇所で発生する電圧を、超電導コイル２の両端電圧に占める最大の割合にすることが可能となる。

したがって、本実施形態の超電導コイル装置１Ｅによれば、超電導コイル２の両端電圧を測定して、簡便かつ安全に超電導コイル２の異常を検出できる。

本発明の第１実施形態に係る超電導コイル装置を示した概略的な構成図。 本発明の第１実施形態に係る超電導コイル装置の超電導コイルを示した概略的な構成図。 本発明の第１実施形態に係る超電導コイル装置に用いられる超電導テープ線の臨界電流の温度依存性の一例を示した図。 本発明の第１実施形態に係る超電導コイル装置の超電導コイルについて、臨界電流値と温度の関係の一例を示した図。 本発明の第２実施形態に係る超電導コイル装置を示した概略的な構成図。 本発明の第２実施形態に係る超電導コイル装置の超電導コイルおよびヒータを示した概略的な構成図。 本発明の第３実施形態に係る超電導コイル装置を示した概略的な構成図。 本発明の第３実施形態に係る超電導コイル装置の超電導コイルを示した概略的な構成図。 本発明の第３実施形態に係る超電導コイル装置に用いられる超電導テープ線の臨界電流の磁場依存性の一例を示した図。 本発明の第３実施形態に係る超電導コイル装置の超電導コイルについて、各ターンに発生する電圧と超電導コイルの温度との関係を示した図。 本発明の第３実施形態に係る超電導コイル装置の超電導コイルについて、各ターンに発生する電圧と超電導コイルの温度との関係を示した図。 本発明の第３実施形態に係る超電導コイル装置の超電導コイルについて、各ターンに発生する電圧と超電導コイルの温度との関係を示した図。 本発明の第４実施形態に係る超電導コイル装置を示した概略的な構成図。 本発明の第４実施形態に係る超電導コイル装置の超電導コイルおよびヒータを示した概略的な構成図。 本発明の第５実施形態に係る超電導コイル装置を示した概略的な構成図。 本発明の第６実施形態に係る超電導コイル装置を示した概略的な構成図。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ 超電導コイル装置
２、２Ａ 超電導コイル
３ 真空容器
４ 冷凍機
５ 電源
６ 電圧計測部
７ 電流制御部
８、８Ａ、８Ｂ ヒータ
９、９Ａ、９Ｂ ヒータ制御部
１１、１１Ａ 超電導テープ線
１３ 一段ステージ
１４ 二段ステージ
１５ 熱シールド容器
１６ 冷却板
１７ 電流リード
２１ 巻枠
２２ 底面
２４ 内周側ヒータ
２５ 外周側ヒータ
２７ 磁場発生コイル
２８ 磁場発生コイル制御部
３０ 超電導コイル群

Claims (11)

1. 真空容器と、
   前記真空容器に収容された熱シールド容器と、
   前記熱シールド容器に収容された超電導コイルと、
   前記超電導コイルの異常を検出する際に前記超電導コイルの温度を上げる加熱部と、
   前記超電導コイルに電流を通電する電流制御部と、
   前記加熱部に加熱され、かつ前記電流制御部から通電された前記超電導コイルの両端の電圧を測定し、前記電圧が所定の閾値を超えると、前記超電導コイルを異常と判断する電圧計測部とを備えたことを特徴とする超電導コイル装置。
2. 前記加熱部は、
   前記超電導コイルの異常を検出する際に前記超電導コイル内部の周方向に温度勾配を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル装置。
3. 前記超電導コイルは、温度が上昇するにしたがって臨界電流の磁場角度依存性が減少する特性を有する超伝導テープ線を備えたことを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル装置。
4. 前記加熱部は、
   前記超電導コイルの異常を検出する際に前記超電導コイル内部の径方向に温度勾配を生じさせることを特徴とする請求項１または３に記載の超電導コイル装置。
5. 前記加熱部は、
   前記超電導コイルを加熱する電気ヒータと、
   前記電気ヒータの制御部とを備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の超電導コイル装置。
6. 前記電圧計測部は、前記超電導コイルの両端の電圧と、前記超電導コイルに通電された電流値と、前記超電導コイルの温度とを記録し、前記電圧と前記電流と前記温度との関係が、所定の範囲を超えると、前記超電導コイルを異常と判断することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の超電導コイル装置。
7. 真空容器と、
   前記真空容器に収容された熱シールド容器と、
   前記熱シールド容器に収容された超電導コイルと、
   前記超電導コイルの異常を検出する際に前記超電導コイルに磁場を印加する磁場発生コイルと、
   前記超電導コイルに電流を通電する電流制御部と、
   前記磁場発生コイルに磁場を印加され、かつ前記電流制御部から通電された前記超電導コイルの両端の電圧を測定し、前記電圧が所定の閾値を超えると、前記超電導コイルを異常と判断する電圧計測部とを備えたことを特徴とする超電導コイル装置。
8. 前記磁場発生コイルは、超電導コイルであることを特長とする請求項７に記載の超電導コイル装置。
9. 複数の前記超電導コイルを有する超電導コイル群を備え、
   前記電流制御部は、前記超電導コイル群から１以上、全数未満の検査対象超電導コイルを選び、前記超電導コイル群の余りを磁場発生用超電導コイルに選び
   前記磁場発生用超電導コイルに磁場を印加され、かつ前記電流制御部から通電された前記検査対象超電導コイルの両端の電圧を測定し、前記電圧が所定の閾値を超えると、前記検査対象超電導コイルを異常と判断する電圧計測部とを備えたことを特徴とする請求項７に記載の超電導コイル装置。
10. 前記超電導コイル群はトロイダル状もしくはマルチポール状に配置されたことを特徴とする請求項９に記載の超電導コイル装置。
11. 加熱部が超電導コイルを加熱し、
    電流制御部が前記超電導コイルに電流を通電すると、
    電圧計測部が前記超電導コイルの両端の電圧を測定し、前記電圧が所定の閾値を超えると、前記超電導コイルを異常と判断することを特徴とする超電導コイルの検査方法。

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