JP2021019106A - 伝導冷却型超伝導磁石 - Google Patents

Abstract

【課題】対をなす２個の超伝導コイルの間の温度差をなくして、安定した運転ができる伝導冷却型超伝導磁石を提供する。【解決手段】伝導冷却型超伝導磁石１は、同軸上に配置されて対をなす２個の超伝導コイル１１Ａ、１１Ｂと、超伝導コイル１１Ａ、１１Ｂを冷却する第１冷却板１２Ａと、２個の超伝導コイルからそれぞれ超伝導線が引き出されるコイル口出し１３と、超伝導コイル１１Ａ、１１Ｂに電流を供給するパワーリード１５と、コイル口出し１３の超伝導線からパワーリード１５まで配線される渡り線１４と、第１冷却板１２Ａと渡り線１４を冷却する第２冷却板１２Ｂと、第２冷却板１２Ｂを冷却する冷却ステージ１６と、を備える。第１冷却板１２Ａは、対をなす２個の超伝導コイル１１Ａ、１１Ｂの中間部に均等に配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、伝導冷却型超伝導磁石に関する。

超伝導磁石は、加速器や磁気共鳴画像診断装置（ＭＲＩ）といった、様々な用途に用いられる。超伝導磁石の冷却方式には、超伝導コイル等の被冷却体を、冷媒に浸して冷却する浸漬冷却と、被冷却体に伝熱体を介して取り付けた、冷凍機等を用いて冷却する伝導冷却と、がある。近年、浸漬冷却の主要な冷媒である、液体ヘリウムの資源の枯渇が危惧されていることから、伝導冷却が注目されている。伝導冷却では、超伝導コイルと、通電時に接続部が発熱源となるコイル口出しと、を効率よく冷却することが重要である。
コイル口出しを冷却する方法としては、例えば、接触面が熱伝導性の絶縁体からなり、冷凍機に連結された冷却ブロックと、コイル口出しと、を熱的に接触させることにより、接続部の発熱を抑制する構造が知られている（特許文献１参照）。
一方、超伝導コイルを冷却する方法としては、フランジを介して、冷凍機の冷却ステージに熱的に接続された伝熱板を、超伝導コイルの外周面に取り付ける構造（特許文献２参照）や、伝熱体を介して、冷凍機の冷却ステージに熱的に接続された冷却板を、超伝導コイルの端面に取り付ける構造（特許文献３参照）が知られている。

特開２０１２−２５６７４４号公報 特開２００７−２６６２４４号公報 国際公開第２０１３／１３３３１９号

特許文献１、特許文献２、および特許文献３は、それぞれ独立に、コイル口出しと、超伝導コイルとを伝導冷却によって冷却する構造を開示している。
しかし、通常、超伝導コイルは、断熱真空容器であるクライスタットの中に配置されるため、空間的な制約から、前記特許文献に示す構造を２つ以上同時に実現することは難しいという課題（問題）がある。
また、超伝導磁石において、超伝導コイルのコイル口出しから引き出された超伝導線は、渡り線として、パワーリードまで引き回されて配線される。この渡り線は、超伝導磁石の熱的安定性を確保するために、超伝導コイルおよびコイル口出しと同様に、冷却されることが好ましいという課題がある
さらに、特許文献２、および特許文献３においては、２個の超伝導コイルを冷却する際に、一方のコイルと、他方のコイルと、で冷凍機までの冷却パスの長さが異なる。そのため、本構造を用いた場合、２個の超伝導コイルに温度差が発生する可能性があるという課題（問題）がある。

本発明は、このような従来の実情を鑑みてなされたものであり、対をなす２個の超伝導コイルの間の温度差をなくして、安定した運転ができる伝導冷却型超伝導磁石を提供することを課題（目的）とする。

前記の課題を解決するために、本発明を以下のように構成した。
すなわち、本発明の伝導冷却型超伝導磁石は、同軸上に配置されて対をなす２個の超伝導コイルと、前記超伝導コイルを冷却する第１冷却板と、２個の前記超伝導コイルからそれぞれ超伝導線が引き出されるコイル口出しと、前記超伝導コイルに電流を供給するパワーリードと、前記コイル口出しの超伝導線から前記パワーリードまで配線される渡り線と、前記第１冷却板と前記渡り線を冷却する第２冷却板と、前記第２冷却板を冷却する冷却ステージと、を備え、前記第１冷却板は、対をなす２個の前記超伝導コイルの中間部に均等に配置されることを特徴とする。

また、その他の手段は、発明を実施するための形態のなかで説明する。

本発明によれば、超伝導コイルと、コイル口出しと、渡り線と、を同時に冷却可能であり、かつ冷凍機に熱的に接続される冷却ステージから、２個の超伝導コイルまでの冷却のパスの長さがほとんど等価となる。そのため、超伝導コイルの間の温度差をなくして、安定した動作をする伝導冷却型超伝導磁石を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る伝導冷却型超伝導磁石の中心軸を含む切断面における断面構造の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る伝導冷却型超伝導磁石におけるコイル口出し、およびその近傍の構造の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る伝導冷却型超伝導磁石における渡り線の構造の一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下においては「実施形態」と表記する）を、適宜、図面を参照して説明する。なお、各図面において、共通する構成要素には同一の符号を付し、重複した説明を、適宜、省略する。

≪第１実施形態≫
本発明の第１実施形態に係る伝導冷却型超伝導磁石について、図１〜図３を参照して説明する。なお、伝導冷却型超伝導磁石の「超伝導」は「超電導」と同義語として、本発明の実施形態の説明では、「超伝導」と表記する。

《伝導冷却型超伝導磁石１の断面構造》
図１は、本発明の第１実施形態に係る伝導冷却型超伝導磁石１の中心軸Ｚを含む切断面における断面構造の一例を示す図である。
図１において、伝導冷却型超伝導磁石１は、２個の超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂ、第１冷却板１２Ａ、第２冷却板１２Ｂ、コイル口出し１３、渡り線１４、パワーリード１５、冷却ステージ１６、冷凍機または冷凍機に接続された熱交換器１７を備えて構成されている。なお、熱交換器は、冷凍機に備えられていて冷凍機（１７）の一部である場合と、熱交換器（１７）は、冷凍機とは別の機器であって、冷凍機と接している場合とがある。
２個の超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂが、円筒状の巻枠（ボビン）１８の同軸上（中心軸Ｚ）に巻回して構成されている。
第１冷却板１２Ａは、超伝導コイル１１Ａと超伝導コイル１１Ｂとに接触して備えられ、超伝導コイル１１Ａと超伝導コイル１１Ｂとを共に冷却する。
また、第１冷却板１２Ａは、対をなす２個の超伝導コイル１１Ａと超伝導コイル１１Ｂとの中間部に均等に渡って設けられている。
また、第１冷却板１２Ａは、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂを介して、巻枠１８の同軸上（中心軸Ｚ）に巻回されている。すなわち、第１冷却板１２Ａは、２個の超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂを外周側から取り囲む円筒構造体からなる。

超伝導コイル１１Ａおよび超伝導コイル１１Ｂは、超伝導線（３１：図２）を円筒状の巻枠１８に巻回されて、巻線をなすソレノイドコイルで構成されている。
ソレノイドコイルとしての巻始めの超伝導線と、巻線終わりの超伝導線とを引き出したコイル口出し１３が、超伝導コイル１１Ａおよび超伝導コイル１１Ｂのコイル１個につきそれぞれ１箇所存在する。なお、図１においては、１箇所のコイル口出し１３に対して、巻始めの超伝導線と、巻線終わりの超伝導線を示すため、模式的に２本の導線として表記している。

図１に示した伝導冷却型超伝導磁石１では、２個の超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂの各々のコイル口出し１３は、中心軸Ｚの周方向ではほぼ同一位置、軸方向では２個のコイルの対称面側の端部に位置している。
このように２個の超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂのコイル口出し１３が、近い距離に位置しているため、２個のコイル口出し１３に、渡り線１４と、第２冷却板１２Ｂと、を同一箇所でまとめて接続することができる。
なお、コイル口出し１３の近傍の構造の詳細については、図２を参照して後記する。

図１において、第１冷却板１２Ａは、第２冷却板１２Ｂと接触して熱交換をする。第２冷却板１２Ｂは、領域１００において曲がりＬ字型の板状の構造を経て冷却ステージ１６と接触し、熱的に接続されている。冷却ステージ１６は、冷凍機または冷凍機に接続された熱交換器１７と接触し、熱的に接続されている。
このような構成、構造によって、冷凍機または冷凍機に接続された熱交換器１７から冷却ステージ１６、第２冷却板１２Ｂ、第１冷却板１２Ａを介して、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂが冷却される。
なお、渡り線１４も絶縁（電気的な絶縁）を介して、第２冷却板１２Ｂによって冷却される。

また、渡り線１４は、コイル口出し１３で超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂから引き出した導線をパワーリード１５に接続している。この構成によって、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂに、パワーリード１５の先に配置される外部装置（不図示）から、電流を供給され、制御される。
なお、渡り線１４、およびその近傍の構造については、図３を参照して後記する。

《コイル口出し１３の詳細構造》
次に、コイル口出し１３、およびその近傍の構造を、図２を参照して説明する。
図２は、本発明の第１実施形態に係る伝導冷却型超伝導磁石１におけるコイル口出し１３、およびその近傍の構造の一例を示す図である。
図２において、コイル口出し１３は、超伝導線３１、安定化銅３２、支持構造体３３を備えて構成される。なお、図２における超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂ、巻枠１８、中心軸Ｚは、図１に対応している。
超伝導線３１は、超伝導コイル１１Ａおよび超伝導コイル１１Ｂからそれぞれ引き出されている。なお、図２においては、超伝導コイル１１Ａおよび超伝導コイル１１Ｂからそれぞれ引き出された超伝導線３１は、図の表記上の都合により、それぞれ１本として示しているが、実際には、図１のコイル口出し１３の近傍の太線２本に示すように、それぞれ２本ずつである。

安定化銅３２は、超伝導線３１がクエンチ（超伝導体から常伝導体への相転移）を起こした場合に、超伝導線３１に流れていた電流を安定化銅３２に流すことによって、急激な電流変化や温度変化を低減するために備えられたものである。
また、安定化銅３２は、板状であり、超伝導線３１を引き回すための溝（不図示）が設けられている。
支持構造体３３は、超伝導線３１と安定化銅３２を、巻枠１８から支持するためのものである。
なお、超伝導線３１は、後記する超伝導線４１（図３）と接続される。また、安定化銅３２は、後記する安定化銅４２（図３）と接続される。

超伝導線３１は、安定化銅３２に設けられた溝の中に配線され、はんだ付けで安定化銅３２に、機械的、および電気的に接続されている。
また、安定化銅３２の反コイル側端部は、渡り線１４と電気的接続を取るためのボルト穴が設けられた端子構造となっている。
また、安定化銅３２と支持構造体３３との間に、十分な熱伝導率を持つ絶縁板（不図示）を挟んで、ボルト締結される（指示線２０１近傍）。このとき、ボルトを通じて安定化銅３２と、支持構造体３３とが電気的に導通しないように、ボルトとボルト穴の間には絶縁性の円筒状のカラー（不図示）が挿入されている。また、同じ理由により、安定化銅３２と、ボルトの頭との接触面には絶縁性のワッシャ（不図示）が挿入されている。
また、支持構造体３３は、巻枠１８とボルト締結される（指示線２０２近傍）。

図２に示すコイル口出し１３では、安定化銅３２と超伝導線３１のはんだ接続部と、安定化銅３２とにおいて、通電時に電気抵抗による発熱が発生する。
ただし、支持構造体３３の一端は、図１の第２冷却板１２Ｂに接続されている。
さらに第２冷却板１２Ｂは、冷却ステージ１６（図１）に接続されている。
この構造により、コイル口出し１３は、第２冷却板１２Ｂを介し、さらに冷却ステージ１６を介して、冷凍機または冷凍機に接続された熱交換器１７により冷却されて、前記した電気抵抗により生じる発熱が、効率的に除熱（除去）される。

《渡り線の詳細構造》
次に、渡り線１４の詳細構造について説明する。
図３は、本発明の第１実施形態に係る伝導冷却型超伝導磁石１における渡り線１４の構造の一例を示す図である。
図３において、渡り線１４は、超伝導線（導線）４１と安定化銅４２とを備えて構成される。
図３における超伝導線４１は、図１に示す超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂとパワーリード１５の間を電気的に接続する。
図３における安定化銅４２は、超伝導線４１を引き回すための溝が設けられ、板状でＬ字型の形状で構成されている。

超伝導線４１は、前記した安定化銅４２に設けられた溝の中に配線され、はんだ付けで安定化銅４２に、機械的および電気的に接続されている。
安定化銅４２と第２冷却板１２Ｂとは、間に十分な熱伝導性を有する絶縁材を挟んで、ボルト締結される。
このとき、ボルト４３を通じて、安定化銅４２と、第２冷却板１２Ｂとが電気的に導通しないように、ボルト４３とボルト穴４６の間には、絶縁性の円筒状のカラー４４を挿入する。また、安定化銅４２とボルト４３の頭との接触面には、絶縁性のワッシャ４５が挿入されている。

渡り線１４は、図１を参照して前記したように、超伝導コイル（１１Ａ，１１Ｂ）側の一方の端部で、コイル口出し１３と電気的に接続されている。また、渡り線１４は、他方の端部で、パワーリード１５と、電気的に接続されている。そのため、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂの通電時には、前記した渡り線１４の端部の接続部における電気抵抗により発熱が生じる。
また、渡り線１４に配線された超伝導線４１（図３）が、歪や線材内部の欠陥により損傷していた場合、その損傷部分で電流は、安定化銅４２（図３）へ迂回することになり、この迂回電流によって抵抗発熱が生じる。
しかし、図１に示すように第２冷却板１２Ｂは、冷却ステージ１６を介して、冷凍機または冷凍機に接続された熱交換器１７と熱的に接続されている。そのため、第２冷却板１２Ｂに熱的に接続されている渡り線１４は、第２冷却板１２Ｂを介して冷却され、前記の接触部の抵抗、および迂回電流によって生じる発熱は、効率的に除熱される。

また、図３で示した超伝導線４１は、曲げ歪で損傷しないよう、Ｌ字型の安定化銅４２の屈曲部で、適切な最小曲げ半径以上の半径で曲げられる。また、安定化銅４２の屈曲部の曲げ半径も、超伝導線４１の曲げ半径に倣うような構造としている。この構造によって、超伝導線４１が屈曲部分（領域１００：図３）で安定化銅４２から離れることなく、超伝導線４１は、安定化銅４２を介して、均一に冷却される。
また、超伝導線４１は、超伝導コイル（１１Ａ，１１Ｂ）が作る磁場によって、通電時に電磁力を受けることが考えられる。しかし、十分な剛性を持つ安定化銅４２の溝に配線され固定され、かつ第２冷却板１２Ｂにボルト締結されることで、前記磁場によって発生する電磁力に対しても強固な構造となっている。

《渡り線、パワーリードの数》
本（第１）実施形態の伝導冷却型超伝導磁石１においては、図１〜図３において、明記はしていないが、渡り線１４、およびパワーリード１５の数は、例えば、それぞれ３本ずつである。
図１に示した超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂのそれぞれの両端から超伝導線３１（図２、図１）をそれぞれ２本ずつ、合計４本（２個×２本）を引き出している。
この合計４本の超伝導線３１のうち、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂにおける各コイルの一方の端となる１本ずつ（計２本）は、２本の渡り線１４にそれぞれ接続される。
そして、この２本の渡り線１４を介して、それぞれ２個のパワーリード１５までそのまま引き出されている。
超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂにおける各コイルの他方の端となる計２本の超伝導線３１は、互いに電気的に接続されて１本に共通化される。この共通化された１本が、残り１本の渡り線１４に接続され、この渡り線１４を介して、残り１個のパワーリード１５まで引き出されている。

このように、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂからそれぞれ２本ずつ引き出した、合計４本（２個×２本）の超伝導線３１が、３本の渡り線１４を介して、３本のパワーリード１５に接続されて、取り出されている。
このような接続構成によって、通電する２本のパワーリード１５を３本のパワーリード１５の中から適切に選択することで、２個の超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂを直列に通電することもできるし、また、それぞれの超伝導コイル１１Ａ、および超伝導コイル１１Ｂに独立に通電することもできる。

《第１冷却板１２Ａの円筒構造体》
図１に示す第１冷却板１２Ａの円筒構造体は、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂの外周に熱的に接触するように設置され、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂの巻枠（ボビン）１８にボルト締結されている。
この構造によって、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂは、円筒状の１周にわたって、第１冷却板１２Ａに接し、第１冷却板１２Ａを介して、外周面から第２冷却板１２Ｂ、冷却ステージ１６、冷凍機または冷凍機に接続された熱交換器１７の経路により冷却される。
また、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂは、種々の要因によって、クエンチ（超伝導体から常伝導体への相転移）して発熱するが、この発熱も第１冷却板１２Ａ、第２冷却板１２Ｂ、冷却ステージ１６を介して、冷凍機または冷凍機に接続された熱交換器１７により効率的に除熱される。

《パワーリード１５および磁場の影響》
超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂは、断熱真空容器であるクライオスタット（不図示）に収納されている。
図１に示すパワーリード１５には、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂが設置されるクライオスタット内の低温真空と、クライオスタット外の常温大気との間を電気的に接続するためと、かつ常温側から低温側への熱侵入量を低減するために、一部に超伝導体（高温超伝導体）が用いられている。
超伝導体を備えるパワーリード１５は、高磁場中で臨界電流が低下するため、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂの作る磁場の影響を受けないように、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂから十分距離を置いて設置されている。
そのため、渡り線１４には、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂとパワーリード１５を離して設置することができるだけの十分な長さが確保されている。
また、図１には明確に示していないが、パワーリード１５も第２冷却板１２Ｂ、もしくは冷却ステージ１６を介して、冷凍機または冷凍機に接続された熱交換器１７により冷却される構成となっている。

図１の冷凍機または冷凍機に接続された熱交換器１７の上部には、通常、冷凍機のモータが用いられており、磁場の影響によってモータに異常な動作が発生する可能性がある。
そのため、冷凍機または冷凍機に接続された熱交換器１７は、パワーリード１５と同様に、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂの作る磁場の影響を受けないよう、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂから十分、距離を置いて設置されている。
この冷凍機または冷凍機に接続された熱交換器１７と、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂとの間の長い距離を伝熱するため、十分に熱伝導率の高い材質で製作されている第２冷却板１２Ｂが用いられる。
第２冷却板１２Ｂは、冷却ステージ１６と超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂの温度差が適切に抑えられるような、必要な断面積が確保されている。

＜第１実施形態の総括＞
本（第１）実施形態の伝導冷却型超伝導磁石１によれば、２個の超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂと、コイル口出し１３と、渡り線１４とのすべてが、第１冷却板１２Ａ、第２冷却板１２Ｂを介して冷凍機または冷凍機に接続された熱交換器１７に接続されている冷却ステージ１６に熱的に接続されており、これら部品（１１Ａ，１１Ｂ，１３，１４）を同時に冷却することが可能である。
また、コイル口出し１３では、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂから引き出した導線（超伝導線３１）と、渡り線１４と、を電気的に接続するため、通電時に接続抵抗によって発熱（発熱部）が生じる。
本（第１）実施形態では、冷却ステージ１６に連結された第２冷却板１２Ｂが、絶縁を介してコイル口出し１３に熱的に接続されているため、前記の発熱部を伝導冷却により冷却することが可能であり、超伝導磁石（伝導冷却型超伝導磁石１）を安定して運転（動作）することができる。

渡り線１４は、コイル口出し１３から冷凍機または冷凍機に接続された熱交換器１７に接続された冷却ステージ１６の近傍までを、電気的に接続する導線である。本（第１）実施形態の伝導冷却型超伝導磁石１では、渡り線１４と、冷却ステージ１６とを第２冷却板１２Ｂによって絶縁を介して熱的に接続することで、渡り線１４を伝導冷却により冷却可能な構造となっている。
なお、渡り線１４は、超伝導体でも、常伝導体でも、あるいはその両方を用いてもよい。
渡り線１４が超伝導体である場合、冷却により超伝導線４１の熱的安定性を保つことができる。
渡り線１４が常伝導体である場合、通電時に生じる抵抗発熱を除熱することで、超伝導線３１、あるいは超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂに熱を伝えないようにすることができる。

また、一端を渡り線１４に接続されたパワーリード１５の他端は、一般に、超伝導コイルよりも高い温度の構造物に接続されるため、渡り線１４、および超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂに対して、伝熱による熱侵入が存在する。しかし、前記構造によって渡り線１４が冷却されることで、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂへの熱侵入を抑制できる。

＜第１実施形態の効果＞
本（第１）実施形態では、第１冷却板１２Ａが超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂに接するとともに、対をなす２個の超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂの中間部に均等に配置されている。そのため、冷凍機または冷凍機に接続された熱交換器１７に熱的に接続される冷却ステージ１６から、超伝導コイル１１Ａと超伝導コイル１１Ｂまでの冷却パスの長さがほとんど等しくなっており、２個の超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂの温度差を非常に小さく抑えることができる。
その結果、対をなす２個の超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂを備えた超伝導磁石（伝導冷却型超伝導磁石１）を安定して動作させることができる。すなわち、安定した運転ができる伝導冷却型超伝導磁石１が提供できる。

≪その他の実施形態≫
なお、本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものでなく、さらに様々な変形例が含まれる。例えば、前記の実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために、詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成の一部で置き換えることが可能であり、さらに、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成の一部または全部を追加・削除・置換をすることも可能である。
以下に、その他の実施形態や変形例について、さらに説明する。

《超伝導コイル》
第１実施形態においては、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂは、ソレノイドコイルの形状であると説明したが、ソレノイドコイルに限定されない。例えば、楕円、矩形、レーストラック形状であってもよい。

《超伝導線の材質と形状》
第１実施形態においては、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂに用いる超伝導線の材質については、説明しなかったが、低温超伝導体や高温超伝導体のいずれでもよい。
例えば、低温超伝導体としては、ＮｂＴｉ、Ｎｂ_３Ｓｎ等がある。また高温超伝導体としては、ＭｇＢ_２、あるいは、Ｂｉ_２Ｓｒ_２ＣａＣｕ_２Ｏ_８＋δ（Ｂｉ２２１２）、Ｂｉ_２Ｓｒ_２Ｃａ_２Ｃｕ_３Ｏ_１０＋δ（Ｂｉ２２２３）等のビスマス系超伝導体、ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−δ（ＲＥ１２３、ＲＥ：希土類元素）等の希土類系超伝導体がある。
さらに、超伝導線の形状は丸線、角線、平角線、テープ線のいずれでもよい。

《導電用の可撓リード》
第１実施形態においては、図１に示すように、パワーリード１５と渡り線１４との間を直接に接続していた。
しかし、図１におけるパワーリード１５と渡り線１４との接続の間を、機械的な変位を吸収（緩和）するための導電用の可撓リード（不図示）を用いてもよい。
冷却時に、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂ、第１冷却板１２Ａ、第２冷却板１２Ｂ、コイル口出し１３、渡り線１４は、一体となって冷却収縮により変位する。そしてパワーリード１５は、前記の各部品（１１Ａ，１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂ、１３、１４）よりも高い温度の構造体に接続されている。そのため、パワーリード１５と前記の各部品（１１Ａ，１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂ、１３、１４）との間に、機械的な変異（変位差）が生じる。

また、伝導冷却型超伝導磁石１の輸送時には、外部から加えられる加速度により、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂ、第１冷却板１２Ａ、第２冷却板１２Ｂ、コイル口出し１３、渡り線１４と、パワーリード１５とに異なる変位が起こり、変位差が生じる可能性がある。
可撓リードを、パワーリード１５と渡り線１４との間に備え、それらを直接に接続する構造とすることによって、前記の変位差を導電用の可撓リードが吸収し、渡り線１４またはパワーリード１５に機械的な力が伝わらない効果がある。
導電用の可撓リードには、電気伝導率の高く、かつ可撓性の良いものが使用される。例えば銅の編線が用いられる。

《渡り線の導線》
第１実施形態において、図３に示した渡り線１４には、超伝導線（導線）４１が備えられているとして、電気的な導線を超伝導線４１として説明した。しかし、前記したように、超伝導線の代わりに常伝導線の導線を用いることも可能である。ただし、この常伝導線である導線の抵抗値は十分に低い値となるように設定する。

《渡り線の屈曲部》
第１実施形態の説明で参照した図１、図３の領域１００において、渡り線１４は、屈曲して設けられている例を示した。しかし、磁石の配置に応じては、図１、図３で示した渡り線１４の屈曲部は無くしてもよい。また、２箇所以上設けてもよい。

《屈曲部の導電用の可撓リード》
第１実施形態の説明で参照した図１、図３の領域１００に示したような屈曲部において、超伝導線４１、および安定化銅４２を分割し、その間を導電用の可撓リードで接続する構成もある。

《渡り線とパワーリードの数》
第１実施形態の伝導冷却型超伝導磁石１における説明では、渡り線１４、およびパワーリード１５の数をそれぞれ３本ずつであるとして説明した。そして、各コイル（超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂ）の超伝導線３１は、互いに電気的に接続されて１本に共通化された後に、渡り線１４を介してパワーリード１５まで引き出されている。
しかし、渡り線とパワーリードの数は、前記の数に限定されない。
例えば、超伝導磁石の用途に応じて、超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂの引き出し線（超伝導線３１）を２本とも共通化して、渡り線１４およびパワーリード１５の数を各々２本ずつとしてもよい。
あるいは引き出し線をすべて共通化せずに、渡り線１４及びパワーリード１５の数を各々４本としてもよい。

《第１冷却板１２Ａの円筒構造体の構造》
第１実施形態においては、図１を参照して、第１冷却板１２Ａは、２個の超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂを外周側から取り囲む円筒構造体からなると説明した。しかし基本的な円筒構造体に限定されない。
例えば、第１冷却板１２Ａの円筒構造体は、分割構造でもよい。この場合には、各分割部の間は伝熱用の可撓リードで熱的に接続する。

《第２冷却板１２Ｂの構造》
第１実施形態においては、図１の伝導冷却型超伝導磁石１では、１枚の第２冷却板１２Ｂと１台の冷凍機または冷凍機に接続された熱交換器１７によって、２個の超伝導コイル１１Ａ，１１Ｂの組を１組として冷却しているが、必ずしもこの構造に限定されるものではない。
例えば、第２冷却板１２Ｂの構造の一部を変形することで、１枚の第２冷却板１２Ｂおよび１台の冷凍機または冷凍機に接続された熱交換器１７によって、複数組の超伝導コイル（１１Ａ，１１Ｂ）を同時に冷却してもよい。
あるいは、１枚の第２冷却板１２Ｂと複数の冷凍機または冷凍機に接続された熱交換器１７によって、１組または複数組の超伝導コイル（１１Ａ，１１Ｂ）を冷却してもよい。

《複数組の対をなす２個の超伝導コイル》
図１に示す第１実施形態の伝導冷却型超伝導磁石においては、対をなす２個の超伝導コイルは、１組の場合を例示した。しかし、１組には限定させず、複数組で構成することもできる。以下に例示する。
同軸上に配置されて対をなす２個の超伝導コイル（１１Ａ，１１Ｂ）の複数の組がある。
第１冷却板（１２Ａ）は、対をなす２個の超伝導コイル（１１Ａ）と超伝導コイル（１１Ｂ）との中間部に均等に渡って設けられている。また、複数の組の対をなす２個の超伝導コイル（１１Ａ）と超伝導コイル（１１Ｂ）との中間部に均等に渡って設けられた複数の第１冷却板（１２Ａ）は、共通の第２冷却板（１２Ｂ）を介して、互いに接続されて共通化（共有化）されている。
また、２個の超伝導コイル（１１Ａ，１１Ｂ）の複数の組からそれぞれ超伝導線（３１）が引き出される複数のコイル口出し１３が設けられている。

また、複数の組の超伝導コイル（１１Ａ，１１Ｂ）に電流を供給する複数または共通のパワーリード（１５）が設けられている。
また、複数のコイル口出し（１３）の超伝導線（３１）から複数または共通のパワーリード（１５）までそれぞれ配線される複数の渡り線（１４）が設けられている。
また、複数の第１冷却板（１２Ａ）と複数の渡り線（１４）を冷却する共通の第２冷却板（１２Ｂ）が設けられている。
また、第２冷却板（１２Ｂ）を冷却する冷却ステージ（１６）が設けられている。
複数の渡り線（１４）は、共通の第２冷却板（１２Ｂ）によって絶縁を介して冷却されつつ配線されている。
以上の構成によって、同一の冷却源である冷凍機または冷凍機に接続された熱交換器（１７）から、冷却ステージ（１６）、共通の第２冷却板（１２Ｂ）、第１冷却板（１２Ａ）を介して、対をなす２個の超伝導コイル（１１Ａ，１１Ｂ）の複数の組を、併せて冷却することができる。

《冷凍機と伝導冷却型超伝導磁石》
図１で示した第１実施形態の伝導冷却型超伝導磁石１では、冷凍機が伝導冷却型超伝導磁石１に備えられていない場合もあるものとして説明した。
しかし、伝導冷却型超伝導磁石に冷凍機を備えてもよい。つまり、熱交換器（１７）を含む冷凍機を伝導冷却型超伝導磁石に備え、冷凍機（熱交換器）と冷却ステージ（１６：図１）とを熱的に直に接続する構成もある。

１ 伝導冷却型超伝導磁石
１１Ａ，１１Ｂ 超伝導コイル
１２Ａ 第１冷却板（冷却板）
１２Ｂ 第２冷却板（冷却板）
１３ コイル口出し
１４ 渡り線
１５ パワーリード
１６ 冷却ステージ
１７ 冷凍機または熱交換器
１８ 巻枠（ボビン）
３１ 超伝導線
３２ 安定化銅
３３ 支持構造体
４１ 導線（超伝導線、常伝導線）
４２ 安定化銅
４３ ボルト
４４ カラー
４５ ワッシャ
４６ ボルト穴

Claims (12)

1. 同軸上に配置されて対をなす２個の超伝導コイルと、
   前記超伝導コイルを冷却する第１冷却板と、
   ２個の前記超伝導コイルからそれぞれ超伝導線が引き出されるコイル口出しと、
   前記超伝導コイルに電流を供給するパワーリードと、
   前記コイル口出しの超伝導線から前記パワーリードまで配線される渡り線と、
   前記第１冷却板と前記渡り線を冷却する第２冷却板と、
   前記第２冷却板を冷却する冷却ステージと、
   を備え、
   前記第１冷却板は、対をなす２個の前記超伝導コイルの中間部に均等に配置される、
   ことを特徴とする伝導冷却型超伝導磁石。
2. 請求項１において、
   前記コイル口出しは、
   前記超伝導コイルにから引き出された２本の前記超伝導線と、
   前記超伝導線が溝に埋め込まれてはんだ付けされた安定化銅と、
   前記安定化銅を支持する支持構造体と、
   を備える、
   ことを特徴とする伝導冷却型超伝導磁石。
3. 請求項１において、
   前記渡り線は、
   超伝導体を有する導線と、
   当該導線が溝に埋め込まれてはんだ付けされた安定化銅と、
   を備える、
   ことを特徴とする伝導冷却型超伝導磁石。
4. 請求項１において、
   前記渡り線は、
   常伝導体を有する導線と、
   当該導線が溝に埋め込まれてはんだ付けされた安定化銅と、
   を備える、
   ことを特徴とする伝導冷却型超伝導磁石。
5. 請求項３において、
   前記安定化銅と前記第２冷却板とが、熱伝導性を有する絶縁材を挟んでボルト締結される、
   ことを特徴とする伝導冷却型超伝導磁石。
6. 請求項１において、
   ３本の前記渡り線と、
   ３本の前記パワーリードと、
   を備え、
   ２個の前記超伝導コイルの両端からそれぞれ引き出された計４本の前記超伝導線において、
   ２個の前記超伝導コイルのそれぞれの一端から引き出された計２本の前記超伝導線は、２本の前記渡り線のそれぞれの一端に接続され、
   ２個の前記超伝導コイルのそれぞれの他端から引き出された計２本の前記超伝導線は、互いに接続され共通化されて残り１本の前記渡り線の一端に接続され、
   ３本の前記渡り線の他端は、３本の前記パワーリードにそれぞれ接続されている、
   ことを特徴とする伝導冷却型超伝導磁石。
7. 請求項１において、
   前記パワーリードと前記渡り線との間に接続された電導用の可撓リードを備え、
   当該可撓リードによって、前記パワーリードと前記渡り線との間の機械的な力の伝達が緩和される、
   ことを特徴とする伝導冷却型超伝導磁石。
8. 請求項１において、
   前記第１冷却板は、前記超伝導コイルに取り付けられる円筒構造体を形成し、
   前記第２冷却板は、Ｌ字型の板状の構造体を形成し、
   前記円筒構造体と前記Ｌ字型の板状の構造体とが、伝熱用の可撓リードで接続されている、
   ことを特徴とする伝導冷却型超伝導磁石。
9. 請求項１において、
   冷凍機を備え、
   前記冷凍機と前記冷却ステージとを熱的に直に接続する、
   ことを特徴とする伝導冷却型超伝導磁石。
10. 請求項１において、
    熱交換器を備え、
    当該熱交換器を介して冷凍機と前記冷却ステージとを熱的に接続する、
    ことを特徴とする伝導冷却型超伝導磁石。
11. 請求項１において、
    円筒状の巻枠を備え、
    前記超伝導コイルは、前記巻枠に巻回される、
    ことを特徴とする伝導冷却型超伝導磁石。
12. 同軸上に配置されて対をなす２個の超伝導コイルの複数の組と、
    複数の組の前記超伝導コイルを冷却する第１冷却板と、
    ２個の前記超伝導コイルの複数の組からそれぞれ超伝導線が引き出される複数のコイル口出しと、
    複数の組の前記超伝導コイルに電流を供給する複数のパワーリードと、
    複数の前記コイル口出しの超伝導線から複数の前記パワーリードまでそれぞれ配線される複数の渡り線と、
    前記第１冷却板と複数の前記渡り線を冷却する共通の第２冷却板と、
    前記第２冷却板を冷却する冷却ステージと、
    を備え、
    前記第１冷却板は、対をなす２個の前記超伝導コイルの中間部に均等に配置され、かつ複数の組で共通化され、
    複数の前記渡り線は、共通の前記第２冷却板によって絶縁を介して冷却されつつ配線されている、
    ことを特徴とする伝導冷却型超伝導磁石。

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