JP3983186B2

JP3983186B2 - 超電導磁石装置

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Publication number: JP3983186B2
Application number: JP2003060056A
Authority: JP
Inventors: 薫根本; 基仁五十嵐
Original assignee: Central Japan Railway Co
Current assignee: Central Japan Railway Co
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2023-03-06
Also published as: US7224250B2; WO2004079831A1; US20060279387A1; CN100413110C; RU2005130985A; JP2004273621A; EP1601029A1; CN1757122A; KR20050105276A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、励磁後のスイッチの切替えにより永久電流モードに移行する超電導磁石装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超電導線材の性能向上、それを用いたコイル製作技術の進展、及び断熱容器や冷凍機のような関連機器の技術的進歩により、これまでに各種の超電導磁石及びその応用機器が開発されている。それらの中には永久電流モードで運用するタイプがあり、既に実用化されている例として、磁気共鳴映像装置(MRI)用超電導磁石装置や磁気浮上式車両(Maglev)用超電導磁石装置などがある。これらの超電導磁石装置は、極低温に冷却したコイルに外部励磁電源から電流を供給し、所要の磁界を発生している状態においてコイルの巻き始めと巻き終わりを超電導スイッチで短絡することにより、電源がなくてもコイルに電流が流れ続ける永久電流モードにする。このような従来の超電導磁石装置における励磁回路の一例を図５に示す。
【０００３】
同図に示すように、従来の超電導磁石装置１０１の超電導コイル１１０には、上述のように、その巻き始めと巻き終わりの各端部間を結合する超電導スイッチ１４０が取り付けられ、それが超電導磁石装置１０１内部の極低温領域（約４．２Ｋ）に配置される。そして、この超電導コイル１１０の各端部には、さらに熱伝導率の小さい常電導電流リード１３２が接続され、その常電導電流リード１３２の他端が超電導磁石装置１０１の外側表面の常温領域(約３００Ｋ）に導かれ、外部励磁電源１５１に接続される。
【０００４】
上記超電導スイッチ１４０としては、従来、オン時の抵抗が皆無となり、しかもシンプルな構造の熱式超電導スイッチが主に使用されてきたが、機械式超電導スイッチや、同図に示したような熱式超電導スイッチ１４１と機械式超電導スイッチ１４２との並列接続による超電導スイッチを適用したものも提案されている（例えば特許文献１及び非特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−３５０１４８号公報
【０００６】
【非特許文献１】
「超電導研究・開発ハンドブック」第１６０〜１６３頁，財団法人国際超電導産業技術研究センター（１９９１年），株式会社オーム社
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の超電導磁石装置は、その励磁回路において夫々の超電導スイッチを適用した場合に、次のような問題点があった。
まず、熱式超電導スイッチを単独で適用した場合には、熱現象を利用するため、当該スイッチがオン時（超電導状態）とオフ時（抵抗状態）との間で、冷却と加熱に要する時間、つまりオン・オフ切替時間が長いという欠点がある。特に、比較的高い温度で超電導状態となる高温超電導コイルを採用し、永久電流モードでその超電導状態を保持するために、超電導スイッチについても高温超電導材を用いる場合には、オン時とオフ時の温度差が大きくなると共に熱容量も大きくなるため、オン・オフ切替時間がさらに長くなる。その結果，永久電流モードに移行する際の励磁のときに、電流リードの通電時間が長くなってそのジュール熱が増加し、超電導磁石装置内を冷却する外部冷凍機への負荷が大きくなるといった問題があった。
【０００８】
また、機械式超電導スイッチを単独で適用した場合には、オン・オフの切替えを瞬時に行えるが、オン時の接点抵抗を十分に低減することが困難であり、超電導コイルに接続したときに、その接点抵抗により電流減衰と発熱が生じるといった問題がある。しかも、接点を接触又は非接触状態に駆動する駆動機構からの少なからぬ侵入熱が、超電導コイルへの熱負荷増分になるという欠点もある。
【０００９】
さらに、図５のように、熱式超電導スイッチと機械式超電導スイッチの並列接続を適用した場合には、上記機械式超電導スイッチ単独の場合と同様に、接点を駆動する駆動機構からの侵入熱が超電導コイルへの熱負荷増分になるという上記と同様の欠点がある。また，オンに切り替える際に熱式超電導スイッチが切替えを完了するまでの間は機械式超電導スイッチの接点抵抗による発熱が生じるといった問題がある。
【００１０】
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのスイッチの切替時に装置内部への熱侵入を防止又は抑制して外部冷凍機への冷凍負荷を軽減すると共に、その切替動作を迅速に行うことができる超電導磁石装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み、請求項１に記載の超電導磁石装置は、内部に低温領域を形成して超電導コイルを収容する内槽，この内槽を覆うように配置され低温領域よりも温度の高い中間温度領域を形成する熱シールド，及び熱シールドを内部に収容して外気と隔離させ、中間温度領域よりも温度の高い常温領域を形成する外槽から構成される真空容器と、一端で超電導コイルに接続されると共に、他端で真空容器外部に設置された外部励磁電源につながるリード線に接続された電流リードと、超電導コイルの両端を短絡又は開放するためにオン・オフされるスイッチと、上記スイッチのオン・オフを切り替えるスイッチ切替手段とを備える。
【００１２】
尚、ここでいう「低温領域」とは、いわゆる極低温領域のことであり、超電導コイルの冷却温度と同程度に冷却される温度領域を意味し、「常温領域」とは、室温と同程度の温度領域を意味し、さらに「中間温度領域」とは、上記低温領域よりも高く、超電導電流リードの臨界温度よりも低い温度に冷却される温度領域を意味する。
【００１３】
また、ここでいう「熱シールド」とは、放射シールド，輻射シールド，サーマルシールドなどと呼ばれるシールドを意味する。
また、上記「低温領域」はいわゆる極低温に冷却されるが、その冷却方式としては、外部冷凍機から内槽内部に液体ヘリウム等の冷却媒体を供給して冷却するようにしてもよいし、外部冷凍機から熱伝導にて冷却するようにしてもよい。同様に、上記「中間温度領域」についても、外部冷凍機から液体窒素等の冷却媒体を導入して冷却するようにしてもよいし、外部冷凍機から熱伝導にて冷却するようにしてもよい。
【００１４】
そして、上記スイッチをオフにした状態で外部励磁電源から電流リードを介して超電導コイルに電流を供給し、この超電導コイルに所要の磁界が発生した後、そのスイッチをオンして超電導コイルの両端を短絡させることにより、永久電流モードに移行する。
【００１５】
そして特に、上記電流リードが、その一端が低温領域にて超電導コイルの一端に接続する第１電流リードと、一端が中間温度領域にてこの第１電流リードの他端に接続し、他端が常温領域にてリード線に接続する第２電流リードとからなり、少なくとも第１電流リードが、中間温度領域にて超電導状態となる超電導電流リードからなる。
【００１６】
一方、上記スイッチは、低温領域にて超電導コイルの両端に接続されてこれを短絡する熱式超電導スイッチと、中間温度領域にて第１電流リードの両端に熱式超電導スイッチに対して並列に接続され、超電導コイルを短絡可能に構成された機械式スイッチとからなる。つまり、低温領域に配置される熱式スイッチ（熱式超電導スイッチ）は、永久電流モードで超電導状態に移行する超電導スイッチにより構成されるが、中間温度領域に配置される機械式スイッチは、超電導スイッチでも常電導スイッチでもよい。
【００１７】
そして、上記機械式スイッチが、中間温度領域に配置されスイッチ切替手段により駆動される駆動機構を介してオン・オフされる。
尚、ここでいう「熱式超電導スイッチ」は、ヒータ等の加熱手段により加熱されることで常電導状態に遷移して抵抗を生じ、スイッチをオフさせるものであり、「機械式スイッチ」は、機械的な機構によりスイッチをオンさせるものである。
【００１８】
かかる構成によれば、励磁による永久電流モードへの移行に際してスイッチをオンにするときに、熱式超電導スイッチは熱現象を利用するため切替完了までにある程度の時間を要するが、機械式スイッチが瞬時に切り替わるため、外部励磁電源の出力電流を直ちに減衰(遮断)することができる。その結果、電流リードの通電時間が短くなりその発熱が低減するため、これを冷却しようとする冷凍機の負荷を低減することができる。
【００１９】
そして、特に上記構成によれば、機械式スイッチが中間温度領域に配置されているため、そこで駆動機構を介した熱負荷が発生したとしても、これを再度冷却する際に極低温まで冷却する必要がない。つまり、機械式スイッチの接点における発熱及び駆動機構からの熱侵入が、低温領域ではなく中間温度領域に負荷されるので、外部冷凍機によってその熱負荷を容易に吸収でき、その結果、従来のように機械式スイッチを低温領域に配置する場合よりも冷凍機容量を軽減することができる。
【００２０】
また、上記第２電流リードを常電導線材である常電導電流リードからなるものにすれば、超電導材を用いる場合よりも超電導磁石装置を全体として安価に製造することが可能となるが、第２電流リードの一部又は全てを超電導材からなる超電導電流リードとしてもよい。
【００２１】
さらに前記のように、機械式スイッチからの熱負荷がある程度許容されることから、機械式スイッチは必ずしも超電導体を使用する必要がない。
従って、請求項２に記載のように、上記機械式スイッチを常電導材からなる常電導スイッチとして構成すれば、超電導磁石装置をさらに安価に構成することができる。
【００２２】
尚、上記のように、第２電流リードや機械式スイッチを安価な常電導材にて構成しても、超電導磁石装置としての本来の性能を保持しつつ外部冷凍機への負荷を軽減できるのは、中間温度領域を効果的に利用した請求項１記載の構成が前提となっているからにほかならない。
【００２３】
ところで、上記スイッチ切替手段は、熱式超電導スイッチが所定の超電導状態に達して永久電流モードへの移行が完了した後も、駆動機構を介して機械式スイッチと熱式超電導スイッチの両スイッチをオンのままにするようにしてもよい。
かかる構成によれば、永久電流モードにおいて、何らかの熱擾乱が熱式超電導スイッチに加わり一時的に常電導転位するようなことがあっても、電流が機械式スイッチにバイパスするため、超電導コイルの励磁状態を維持することができる。つまり、機械式スイッチは，熱擾乱によりオフに切り替わるということが無く、また熱式超電導スイッチもその熱擾乱が排除されれば超電導状態に戻るため、永久電流モードに復帰するための通電安定化を図ることができる。
【００２４】
また、熱式超電導スイッチの通電安定性を熱擾乱に対し十分余裕のあるものとすることができ、常電導転位することが考えられないような場合には、逆に、請求項３に記載のように、上記スイッチ切替手段が、永久電流モードへの移行開始と同時に機械式スイッチ及び熱式超電導スイッチをオンにし、熱式超電導スイッチが所定の超電導状態に達すると、機械式スイッチをオフするようにしてもよい。
【００２５】
かかる構成によれば、機械式スイッチのオン状態の維持に駆動力を加え続けて駆動機構での動力損失すなわち発熱がある場合には、機械スイッチのオフにより、駆動機構での発熱がなくなり、それらが設置される中間温度領域を冷却する外部冷凍機への負荷をさらに低減することができる。
【００２６】
また、上記駆動機構としては、例えば請求項４に記載のように、超電導コイルにて発生した磁場との相互作用により電磁力を発生する常電導ソレノイドを用いた機構からなり、この電磁力により機械式スイッチの接点を接触又は開放して、機械式スイッチをオン・オフするように構成したものでもよい。この具体的構成としては、後述する実施例に示すものが一例に挙げられる。
【００２７】
かかる構成により、超電導コイルから発生する磁場を効果的に利用して、簡易な構成により機械式スイッチを切り替えることができる。
或いは、請求項５に記載のように、駆動機構が、圧電素子を用いた機構からなり、この圧電素子に通電又は通電解除することにより、機械式スイッチの接点を接触又は開放して、この機械式スイッチをオン・オフするものであってもよい。
【００２８】
具体的には、例えば圧電セラミック等の圧電素子に電圧を印加した際の伸びを利用して、通電制御によりこれを伸縮させ、その伸縮作用によって駆動機構を進退させて機械式スイッチの接点を接触又は開放させるようにしてもよい。
かかる圧電素子は、磁界の影響を受け難いため、超電導磁石装置内部の磁場分布による配置の制約がない。また、超電導コイルの起磁力を変える場合など、磁場が変わっても、機械式スイッチを確実に駆動することができる。
【００２９】
或いは、請求項６に記載のように、駆動機構が、圧電セラミックからなる超音波モータを用いたスライダ機構として構成されたものでもよい。
かかる超音波モータは通電が解除されると、その解除時点の状態を保持して停止する。このため、機械式スイッチをオンにした状態において通電を解除すると、そのオン状態を保持することができる。このため、熱式超電導スイッチの常電導転位防止のために機械式スイッチをオンのままにしておく上述の構成を採用する場合には、オン状態を保持するための通電状態の継続が不要となり、省電力化の観点から都合がよい。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を一層明確にするため、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
［第１実施例］
本実施例は、本発明の超電導磁石装置をMaglev用超電導磁石装置として構成したものである。図１は当該超電導磁石装置の概略構成を示す説明図（断面図）であり、図２は当該超電導磁石装置の電気的構成の概略を示す説明図である。
【００３１】
図１に示すように、本実施例の超電導磁石装置１は、内部に超電導コイル１０を収容した真空容器２０と、外部励磁電源５１から超電導コイル１０に電流を供給するために真空容器２０内に配置された電流リード３０とを備える。
真空容器２０は、内部に低温領域を形成して超電導コイル１０を収容する内槽２１，この内槽２１を覆うように配置され低温領域よりも温度の高い中間温度領域を形成する熱シールド２２，及び熱シールド２２を内部に収容して外気と隔離させ、中間温度領域よりも温度の高い常温領域を形成する外槽２３から構成されている。
【００３２】
尚、本実施例では、超電導コイル１０として金属系のＮｂＴｉ超電導線材を採用しているため、上記「低温領域」が約５Ｋ以下に設定されるが、臨界電流の温度依存性が異なる他の超電導線として例えばＮｂ₃Ｓｎ超電導線材を用いた場合には約１５Ｋ以下に設定し、Ｂｉ系超電導線材を用いた場合には約６０Ｋ以下に設定することが考えられる。また、本実施例では、後述するように、電流リード３０の一部に臨界温度が９０Ｋ程度のＹ系超電導体の高温超電導電流リードを採用しているため、「中間温度領域」が約８０Ｋ程度以下に設定される。尚、「常温領域」は、外槽の温度つまり室温と同じ約３００Ｋ程度の温度領域である。
【００３３】
内槽２１は、その内部に超電導コイル１０を極低温（約４．２Ｋ）で冷却するための液体ヘリウムを充填しており、外部冷凍機(図示せず）からその液体ヘリウムを適宜補充可能に構成されている。また、熱シールド２２は、外部冷凍機から供給される液体窒素により中間温度（約８０Ｋ）に冷却される。そして、常温領域（約３００Ｋ）を形成する外槽２３から低温領域を形成する内槽２１までの放射熱（熱侵入）を低減する。
【００３４】
電流リード３０は、一端で超電導コイル１０に接続されると共に、他端で真空容器２０外部に設置された外部励磁電源５１につながるリード線５５に接続されている。この電流リード３０は、中間温度領域にて超電導状態となる上記Ｙ系超電導体からなる高温超電導電流リードである第１電流リード３１と、銅や真鋳などの常電導金属からなる常電導電流リードである第２電流リード３２とからなる。
【００３５】
第１電流リード３１は、その一端が低温領域にて超電導コイル１０の一端に接続している。一方、第２電流リード３２は、その一端が中間温度領域にて第１電流リード３１の他端に接続し、他端が真空容器の外側にてリード線５５に接続している。このため、第１電流リード３１は、内槽２１付近で極低温（約４．２Ｋ）近傍となり、熱シールド２２付近で中間温度（約８０Ｋ）近傍となる温度勾配を有するが、その約８０Ｋ以下の温度にて超電導状態に遷移する。また、第２電流リード３２は、熱シールド２２付近で中間温度（約８０Ｋ）近傍となり、外槽２３付近で常温（約３００Ｋ）近傍となる温度勾配を有している。
【００３６】
また、低温領域には、超電導コイル１０の両端に接続されてこれを短絡する熱式超電導スイッチ４１が設けられ、中間温度領域には、第１電流リード３１の両端にこの熱式超電導スイッチ４１に対して並列に接続され、超電導コイル１０を短絡可能に構成された機械式スイッチ４２が設けられている。
【００３７】
熱式超電導スイッチ４１は、ヒータ等の加熱手段による加熱を停止し冷却されることで超電導状態に遷移して抵抗がゼロとなり完全にオンする。一方、機械式スイッチ４２は、中間温度領域に設置された駆動機構６０によりオン・オフされる。尚、上記ヒータ等の加熱手段への通電制御や駆動機構６０への駆動電流の供給制御等は、超電導磁石装置１外部に設けられた図示しない制御部（スイッチ切替手段）を介して実行される。
【００３８】
駆動機構６０の概略構成を図３に示す。すなわち、駆動機構６０は、真空容器２０の図示しないケーシングから延出したベース部のガイド部材７１に沿って、第１電流リード３１に接近又は離間する方向に進退可能に設けられた短絡部材６１から構成されている。この短絡部材６１は、ガイド部材７１にガイドされてスライドする本体部６２と、本体部６２の第１電流リード３１側の面の中央から第１電流リード３１側に延設された長尺状の支持部材６３と、支持部材６３の先端に接続された板状の接点部材６４とから構成されている。本体部６２内には常電導ソレノイド６５が配設されており、接点部材６４の端縁部には、接続部材６６を介してコイルバネ６７の一端が接続されている。コイルバネ６７は、その他端がベース部材に固定されており、接点部材６４を第１電流リード３１側とは反対方向に付勢している。一方、一対の第１電流リード３１，３１の端部からは夫々駆動機構６０側に向けて接続端子３１ａ，３１ａが延出している。
【００３９】
このため、励磁により超電導コイル１０の磁界が発生した状態で、外部駆動電源５２から常電導ソレノイド６５に電流を供給すると、この超電導コイル１０にて発生した磁場との相互作用により常電導ソレノイド６５に電磁力が発生し、それによって本体部６２がコイルバネ６７の付勢力に抗して第１電流リード３１側に移動する。そして、その接点部材６４が両接続端子３１ａ，３１ａに接触し、結果的に超電導コイル１０を短絡させる。尚、この場合、外部駆動電源５２からの電流供給を停止すると、上記電磁力が消滅して本体部６２が引き戻され、超電導コイル１０はその短絡状態から開放される。
【００４０】
以上に説明した本実施例の超電導磁石装置では、永久電流モードに移行する際には、熱式超電導スイッチ４１及び機械式スイッチ４２をオフにした状態で、外部励磁電源５１から第２電流リード３２及び第１電流リード３１を介して超電導コイル１０に電流を供給する。そして、この超電導コイル１０に所要の磁界が発生した後、これらのスイッチをオンして超電導コイル１０の両端を短絡させる。
【００４１】
この場合、熱式超電導スイッチ４１は熱現象を利用するため切替完了までにある程度の時間を要するが、機械式スイッチ４２は瞬時に切り替わるため、外部励磁電源５１の出力電流を直ちに減衰(遮断)することができる。その結果、両電流リードの通電時間が短くなりその発熱が低減するため、これを冷却しようとする外部冷凍機の負荷を低減することができる。
【００４２】
また、永久電流モードにおいて、何らかの熱擾乱が熱式超電導スイッチ４１に加わり一時的に常電導転位するようなことがあっても、機械式スイッチ４２がオンされている間は、電流が当該機械式スイッチ４２にバイパスするため、超電導コイル１０が励磁状態を維持することができる。つまり、機械式スイッチ４２は，熱擾乱によりオフに切り替わるということが無く、また熱式超電導スイッチ４１もその熱擾乱が排除されれば超電導状態に戻るため、永久電流モードに復帰するための通電安定化を図ることができる。
【００４３】
そして、本実施例の超電導磁石装置においては、特に、機械式スイッチ４２が中間温度領域に配置されているため、駆動機構６０を介した熱負荷が発生したとしても、これを再度冷却する際に極低温まで冷却する必要がない。つまり、機械式スイッチ４２の接点における発熱及び駆動機構６０からの熱侵入が、低温領域ではなく中間温度領域に負荷されるので、外部冷凍機がその熱負荷を容易に吸収でき、その結果、従来のように機械式スイッチ４２を低温領域に配置する場合よりも冷凍機容量を軽減することができる。
【００４４】
また、超電導コイル１０と機械式スイッチ４２とが中間温度領域にて超電導状態となる第１電流リード３１を介して接続されているため、永久電流モードに移行する際に機械式スイッチ４２をオンしても、超電導コイル１０からの電流を減衰させることを防止又は抑制することができ、当該永久電流モードへの移行を円滑に完了させることができる。
【００４５】
さらに、本実施例においては、機械式スイッチ４２を中間温度領域に配置するため、上述のように、これらを低温領域に配置する場合よりもその熱負荷を許容することができる。このため、上述のように、機械式スイッチ４２を安価な常電導材にて構成している。また、第２電流リード３２も安価な常電導材にて構成している。
【００４６】
その結果、超電導磁石装置としての本来の性能を保持しつつ、これを安価に製造することができる。
尚、本実施例では、第１電流リード３１をＹ系超電導体の高温超電導電流リードとしたが、中間温度よりも低温で超電導状態になるものであればよい。従って、例えばＢｉ系高温超電導電流リードやＴｌ系高温超電導電流リードでもよい。［第２実施例］
上記第１実施例では、機械式スイッチ４２をオン・オフさせる駆動機構として、常電導ソレノイド６５を用いた駆動機構６０について説明したが、本実施例では第１実施例とは異なる駆動機構を採用する。図４はその駆動機構の概略図であり、第１実施例の図３に対応するものである。尚、当該超電導磁石装置の基本構成や電力供給方法等の原理的なところは第１実施例とほぼ同様であるため、同様の構成については同一符号を付す等してその説明を省略する。
【００４７】
図４に示すように、本実施例の駆動機構８０は、外部駆動電源５２から所定の電圧が印加されることにより、超音波モータを駆動してスライド動作するスライダ機構８１からなる。
すなわち、このスライダ機構８１は、真空容器２０の図示しないケーシングに設けられたベース部７２に固定された圧電セラミックからなる超音波モータ８２と、超音波モータ８２の回転軸に接続され、その軸方向に延びるボールネジ８３と、このボールネジ８３の回転により駆動され、第１電流リード３１方向に進退する短絡部材９１とから構成されている。
【００４８】
この短絡部材９１は、ベース部７２上のガイド部材７３にガイドされてスライドする本体部９２と、本体部９２の第１電流リード３１側の面の中央から第１電流リード３１側に延設された長尺状の支持部材９３と、支持部材９３の先端に接続された板状の接点部材９４とから構成されている。本体部９２には、ボールネジ８３の軸線に沿ってネジ孔９２ａが設けられている。このネジ孔９２ａには、ボールネジ８３のネジ山に螺合する雌ネジが形成されている。
【００４９】
そして、永久電流モードへの移行時には、まず外部駆動電源５２から駆動機構８０に電圧が供給され、超音波モータ８２が駆動されてボールネジ８３が回転する。それにより、本体部９２がガイド部材７３にガイドされつつスライドして第１電流リード３１の方向に移動し、接点部材９４が接続端子３１ａ，３１ａに接触して結果的に超電導コイル１０を短絡させる。
【００５０】
このようにして永久電流モードへの移行が完了した後は、外部駆動電源５２から電圧供給を開始して超音波モータ８２を上記とは逆転駆動することにより、接点部材９４を退行させて超電導コイル１０を短絡状態から開放することもできるが、永久電流モードへの移行が完了した後、外部駆動電源５２から電圧供給を停止することで、超電導コイル１０の短絡状態を保持することもできる。
【００５１】
このように、超音波モータ８２は、通電が解除されると、その解除時点の状態を保持して停止する。このため、機械式スイッチ４２をオンにした状態において通電を解除すると、そのオン状態を保持することができる。このため、上述した熱式超電導スイッチ４１の常電導転位防止のために機械式スイッチをオンのままにしておく構成において、オン状態を保持するための通電状態の継続が不要となり、省電力化の観点から都合がよい。
【００５２】
また、駆動機構８０に圧電セラミック（圧電素子）からなる超音波モータ８２を採用したため、磁界の影響を受け難く、超電導磁石装置内部の磁場分布による配置の制約がない。また、超電導コイル１０の起磁力を変える場合など、磁場が変わっても、機械式スイッチ４２を確実に駆動することができる。
【００５３】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
例えば、上記第２実施例では、圧電素子からなる駆動機構として、圧電セラミックを用いた超音波モータからなるものについて説明したが、例えば圧電セラミック等の圧電素子に電圧を印加した際の伸びを利用して、通電制御によりこれを伸縮させ、その伸縮作用によって駆動機構を進退させて機械式スイッチ４２の接点を接触又は開放させるようにしてもよい。また、圧電素子としては、圧電セラミック以外にも、圧電単結晶や圧電有機物からなるものを採用してもよい。
【００５４】
また、上記各実施例では、第２電流リード３２及び機械式スイッチ４２を安価な常電導材にて構成したが、これらを超電導材から構成してもよいことはもちろんである。
さらに、上記各実施例においては、内槽２１の低温領域の冷却方式として、外部冷凍機から内槽２１内部に液体ヘリウム等の冷却媒体を供給して冷却するようにしたが、外部冷凍機から熱伝導にて冷却するようにしてもよい。同様に、熱シールド２２の中間温度領域の冷却方式として、外部冷凍機から液体窒素等の冷却媒体を導入して冷却するようにしたが、外部冷凍機から熱伝導にて冷却するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例にかかる超電導磁石装置の概略構成を表す説明図である。
【図２】第１実施例の超電導磁石装置の電気的構成を表す説明図である。
【図３】第１実施例の超電導磁石装置を構成する駆動機構の概略構成を表す説明図である。
【図４】第２実施例の超電導磁石装置を構成する駆動機構の概略構成を表す説明図である。
【図５】従来の超電導磁石装置の電気的構成とその問題点を表す説明図である。
【符号の説明】
１０・・・超電導コイル、２０・・・真空容器、２１・・・内槽、
２２・・・熱シールド、２３・・・外槽、３１・・・第１電流リード、
３２・・・第２電流リード、４１・・・熱式超電導スイッチ、
４２・・・機械式スイッチ、５１・・・外部励磁電源、
５２・・・外部駆動電源、５５・・・リード線、６０，８０・・・駆動機構、
６５・・・常電導ソレノイド、８１・・・スライダ機構、
８２・・・超音波モータ

Claims

内部に低温領域を形成して超電導コイルを収容する内槽と、該内槽を覆うように配置され前記低温領域よりも温度の高い中間温度領域を形成する熱シールドと、該熱シールドを内部に収容して外気と隔離させ、前記中間温度領域よりも温度の高い常温領域を形成する外槽と、から構成される真空容器と、
一端で前記超電導コイルに接続されると共に、他端で前記真空容器外部に設置された外部励磁電源につながるリード線に接続された電流リードと、
前記超電導コイルの両端を短絡又は開放するためにオン・オフされるスイッチと、
前記スイッチのオン・オフを切り替えるスイッチ切替手段と、
を備え、前記スイッチをオフにした状態で前記外部励磁電源から前記電流リードを介して前記超電導コイルに電流を供給し、該超電導コイルに所要の磁界が発生した後、前記スイッチをオンして該超電導コイルの両端を短絡させることにより、永久電流モードに移行する超電導磁石装置において、
前記電流リードは、その一端が前記低温領域にて前記超電導コイルの一端に接続する第１電流リードと、一端が前記中間温度領域にて該第１電流リードの他端に接続し、他端が前記常温領域にて前記リード線に接続する第２電流リードとからなると共に、少なくとも前記第１電流リードが前記中間温度領域にて超電導状態となる超電導電流リードからなり、
前記スイッチは、前記低温領域にて前記超電導コイルの両端に接続されてこれを短絡する熱式超電導スイッチと、前記中間温度領域にて前記第１電流リードの両端に該熱式超電導スイッチに対して並列に接続され、前記超電導コイルを短絡可能に構成された機械式スイッチとからなり、
前記機械式スイッチが、前記中間温度領域に配置され前記スイッチ切替手段により駆動される駆動機構を介してオン・オフされること、
を特徴とする超電導磁石装置。
前記機械式スイッチは、常電導材で構成された常電導スイッチであることを特徴とする請求項１記載の超電導磁石装置。
前記スイッチ切替手段は、永久電流モードへの移行開始と同時に前記機械式スイッチをオンにし、該熱式超電導スイッチが所定の超電導状態に達すると、該機械式スイッチをオフするように構成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超電導磁石装置。
前記駆動機構は、前記超電導コイルにて発生した磁場との相互作用により電磁力を発生する常電導ソレノイドを用いた機構からなり、該電磁力により前記機械式スイッチの接点を接触又は開放して、該機械式スイッチをオン・オフするように構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の超電導磁石装置。
前記駆動機構は、圧電素子を用いた機構からなり、該圧電素子に通電又は通電解除することにより、前記機械式スイッチの接点を接触又は開放して、該機械式スイッチをオン・オフすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の超電導磁石装置。
前記駆動機構が、前記圧電素子からなる超音波モータを用いたスライダ機構として構成されたことを特徴とする請求項５記載の超電導磁石装置。