JP5525722B2

JP5525722B2 - 超電導コイルおよび超電導コイル装置

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Publication number: JP5525722B2
Application number: JP2008312576A
Authority: JP
Inventors: 寛史宮崎; 賢司田崎; 通隆小野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-12-08
Filing date: 2008-12-08
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2028-12-08
Also published as: JP2010135702A

Description

本発明は、超電導テープ線を複数本束ねた導体を巻回して構成される超電導コイルおよび該超電導コイルを複数個備えた超電導コイル装置に関する。

超電導技術の向上に伴い、例えば磁気共鳴画像診断装置（ＭＲＩ）や、超電導磁気エネルギー貯蔵装置（ＳＭＥＳ）、単結晶引き上げ装置などが実用化されている。例えばＳＭＥＳ用途で超電導コイルを使用する場合、電流容量を大きくした高電流密度構成とするために、超電導テープ線を複数本束ねて１つの導体として超電導コイルを構成する場合がある。しかしながら、単純に超電導テープ線を複数本束ねた導体で超電導コイルを製作した場合には、各超電導テープ線のインダクタンスが異なるため、均一な電流を流すことができずに、偏流が生じ、結果として、電流容量が低下し、交流損失が増加してしまう可能性がある。したがって、偏流を防止することにより、電流容量を増加し、かつ交流損失を減らす技術が求められている。これまでに偏流を防止する方法として、ダブルパンケーキ形状の超電導コイル１つを１ユニットとして、複数ユニットと接続する際に超電導テープ線同士の接続位置を変えて転移を行う方法（例えば、特許文献１）や、パンケーキ形状の超電導コイルを複数個積層する際に、超電導テープ線の接続位置を変えて電気的に接続する方法（例えば、特許文献２）などが考案されている。
特開平１０−３０８３０６号公報特開２００２−１８４６１８号公報

しかしながら、超電導テープ線の接続位置を変えて転移を行うことによって各超電導テープ線の長さを均一化するだけでは、各超電導テープ線のインダクタンスは完全には一致せず、超電導テープ線の本数が多くなるほど、偏流が大きくなる欠点がある。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、超電導テープ線間の偏流を防止し、電流容量を増加させるとともに、交流損失を低減させることを可能にする超電導コイルおよび超電導コイル装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様による超電導コイル装置は、超電導テープ線をｎ本束ねた導体（但し、ｎは３以上の自然数）を巻回して構成される超電導コイルをｎ個もしくはその倍数個備え、個々の超電導コイルの中心が同一平面上において等間隔を保つようにｎもしくはその倍数配置された超電導コイル装置において、前記ｎ本の超電導テープ線のそれぞれが、個々の超電導コイルの導体内において内周側から数えて１番目からｎ番目までの全ての位置を経験するように超電導コイル毎に異なる位置に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、超電導テープ線間の偏流を防止し、電流容量を増加させるとともに、交流損失を低減させることが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施形態）
まず、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る超電導コイル装置に備えられる複数個の超電導コイルの構成を示す平面図である。図２は、図１に示される複数個の超電導コイルの導体構成を説明するための概念図である。

図１および図２に示されるように、本実施形態に係る超電導コイル装置１０は、４本の超電導テープ線１〜４を束ねた導体を巻回して構成される４個の超電導コイル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを備え、個々の超電導コイルの中心が同一平面上において等間隔を保つように配置されたものであり、特に、４本の超電導テープ線１〜４のそれぞれが、個々の超電導コイルの導体内において内周側から数えて１番目から４番目までの全ての位置を経験するように超電導コイル毎に異なる位置に配置されたものとなっている。また、図には示されていないが、超電導テープ線１〜４の間もしくは超電導テープ線１〜４の周囲には、絶縁物が設けられる。

例えば、超電導コイル１ａの導体１１ａにおいては、コイル中心軸１２ａ側（内周側）から、超電導テープ線１，２，３，４がこの順番で配置されている。このとき、最も外周側に配置されているのは、超電導テープ線４である。

一方、超電導コイル１ｂの導体１１ｂにおいては、上記超電導テープ線４が最もコイル中心軸１２ｂ側（内周側）に配置され、続いて、超電導テープ線１，２，３がこの順番で配置されている。このとき、最も外周側に配置されているのは、超電導テープ線３である。

また、超電導コイル１ｃの導体１１ｃにおいては、上記超電導テープ線３が最もコイル中心軸１２ｃ側（内周側）に配置され、続いて、超電導テープ線４，１，２がこの順番で配置されている。このとき、最も外周側に配置されているのは、超電導テープ線２である。

また、超電導コイル１ｄの導体１１ｄにおいては、上記超電導テープ線２が最もコイル中心軸１２ｄ側（内周側）に配置され、続いて、超電導テープ線３，４，１がこの順番で配置されている。

即ち、超電導コイル１ａにおいて内周側から数えて１番目から４番目まで連続して配置される４本の超電導テープ線１〜４が他の超電導コイル１ｂ，１ｃ，１ｄのいずれにおいてもループ状に連続するように配置されている。

このように、第１の実施形態によれば、４個の超電導コイル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに含まれる４本の超電導テープ線１〜４のそれぞれが、導体内の全ての位置を経験することにより、４本の超電導テープ線１〜４に鎖交する磁束が等しくなり、インダクタンスが等しくなる。この結果、４本の超電導テープ線１〜４に均一な電流が流れることにより、偏流を防止することができ、超電導コイル全体の電流容量を増加させることが可能となり、さらには交流損失を抑制することができる。

なお、本実施形態では、超電導テープ線の本数が４本で、超電導コイルの個数が４個である場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、別の本数や個数にて実施することが可能である。

例えば、超電導テープ線をｎ本束ねた導体（但し、ｎは２以上の自然数）を巻回して構成される超電導コイルをｎ個もしくはその倍数個備え、個々の超電導コイルの中心が同一平面上において等間隔を保つように配置された超電導コイル装置において、前記ｎ本の超電導テープ線のそれぞれが、個々の超電導コイルの導体内において内周側から数えて１番目からｎ番目までの全ての位置を経験するように超電導コイル毎に異なる位置に配置されたものとしてもよい。

この場合、ある超電導コイルにおいて内周側から数えて１番目からｎ番目まで連続して配置されるｎ本の超電導テープ線が他のいずれの超電導コイルにおいてもループ状に連続するように配置することが望ましい。

また、超電導コイル装置を構成するに際し、個々の超電導コイルをトロイダル形状もしくはマルチポール形状に配置することが望ましい。これにより、装置全体として、一層効果的に、偏流を防止するとともに電流容量を増加させることが可能となり、さらには交流損失を抑制することができる。

（第２の実施形態）
次に、図３および図４を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、前述の実施形態と共通する要素には、同一の符号を付している。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る超電導コイル装置に備えられる複数個の超電導コイルの構成を示す平面図である。図４は、図３に示される複数個の超電導コイルの導体構成を説明するための概念図である。

図３および図４に示されるように、本実施形態に係る超電導コイル装置２０は、４本の超電導テープ線１〜４を束ねた導体を巻回して構成される２個の超電導コイル２ａ，２ｂを備え、個々の超電導コイルの中心が同一平面上において等間隔を保つように配置されたものであり、特に、４本の超電導テープ線１〜４のそれぞれが、個々の超電導コイルの中心にて軸方向に二分される各超電導コイル部分の導体内において内周側から数えて１番目から４番目までの全ての位置を経験するように超電導コイル部分毎に異なる位置に配置されたものとなっている。また、図には示されていないが、超電導テープ線１〜４の間もしくは超電導テープ線１〜４の周囲には、絶縁物が設けられる。

例えば、超電導コイル２ａの上半分に相当する超電導コイル部分２１ａの導体１１ａにおいては、コイル中心軸１２ｅ側（内周側）から、超電導テープ線１，２，３，４がこの順番で配置されている。一方、超電導コイル２ａの下半分に相当する超電導コイル部分２１ｃの導体１１ｃにおいては、コイル中心軸１２ｅ側（内周側）から、超電導テープ線３，４，１，２がこの順番で配置されている。即ち、超電導コイル部分２１ａにおいて内周側から数えて１，２番目の位置にある超電導テープ線１，２と、３，４番目の位置にある超電導テープ線３，４とが、超電導コイル部分２１ｃにおいては入れ替わって配置されたものとなっている。

また、超電導コイル２ｂの上半分に相当する超電導コイル部分２１ｂの導体１１ｂにおいては、コイル中心軸１２ｆ側（内周側）から、超電導テープ線４，１，２，３がこの順番で配置されている。一方、超電導コイル２ｂの下半分に相当する超電導コイル部分２１ｄの導体１１ｄにおいては、コイル中心軸１２ｆ側（内周側）から、超電導テープ線２，３，４，１がこの順番で配置されている。即ち、超電導コイル部分２１ｂにおいて内周側から数えて１，２番目の位置にある超電導テープ線４，１と、３，４番目の位置にある超電導テープ線２，３とが、超電導コイル部分２１ｄにおいては入れ替わって配置されたものとなっている。

即ち、超電導コイル部分２１ａにおいて内周側から数えて１番目から４番目まで連続して配置される４本の超電導テープ線１〜４が他の超電導コイル部分２１ｂ，２１ｃ，２１ｄのいずれにおいてもループ状に連続するように配置されている。

このように、第２の実施形態によれば、４個の超電導コイル部分２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄに含まれる４本の超電導テープ線のそれぞれが、導体内の全ての位置を経験することにより、４本の超電導テープ線１〜４に鎖交する磁束が等しくなり、インダクタンスが等しくなる。この結果、４本の超電導テープ線１〜４に均一な電流が流れることにより、偏流を防止することができ、超電導コイル全体の電流容量を増加させることが可能となり、さらには交流損失を抑制することができる。

なお、本実施形態では、超電導テープ線の本数が４本で、超電導コイルの個数が２個である場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、別の本数や個数にて実施することが可能である。

例えば、超電導テープ線を２ｎ本束ねた導体（但し、ｎは２以上の自然数）を巻回して構成される超電導コイルをｎ個もしくはその倍数個備え、個々の超電導コイルの中心が同一平面上において等間隔を保つように配置された超電導コイル装置において、前記２ｎ本の超電導テープ線のそれぞれが、個々の超電導コイルの中心にて軸方向に二分される各超電導コイル部分の導体内において内周側から数えて１番目から２ｎ番目までの全ての位置を経験するように超電導コイル部分毎に異なる位置に配置されたものとしてもよい。

この場合、前記二分される各超電導コイル部分のうち、片方の超電導コイル部分の内周側から数えて１番目からｎ番目までの位置にある超電導テープ線と、ｎ＋１番目から２ｎ番目までの位置にある超電導テープ線とが、もう片方の超電導コイル部分においては入れ替わって配置されるようにすることが望ましい。

また、ある超電導コイル部分の導体内において内周側から数えて１番目から２ｎ番目まで連続して配置される２ｎ本の超電導テープ線が他のいずれの超電導コイル部分においてもループ状に連続するように配置することが望ましい。

（第３の実施形態）
次に、図５および図６を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、前述の実施形態と共通する要素には、同一の符号を付している。

図５は、本発明の第３の実施形態に係る超電導コイル装置に備えられる複数個の超電導コイルの構成を示す側面図である。図６は、図５に示される複数個の超電導コイルの導体構成を説明するための概念図である。

図５および図６に示されるように、本実施形態に係る超電導コイル装置３０は、４本の超電導テープ線１〜４を束ねた導体を巻回して構成される２個の超電導コイル３ａ，３ｂを備え、個々の超電導コイルの中心が同一平面上において等間隔を保つように配置されたものであり、特に、４本の超電導テープ線１〜４のそれぞれが、個々の超電導コイルの中心にて軸方向に二分される各超電導コイル部分の導体内において内周側から数えて１番目から４番目までの全ての位置を経験するように超電導コイル部分毎に異なる位置に配置されたものとなっている。また、図には示されていないが、超電導テープ線１〜４の間もしくは超電導テープ線１〜４の周囲には、絶縁物が設けられる。ここまでの構成は、前述の第２の実施形態に係る超電導コイル装置と同様である。

特に、本実施形態では、２個の超電導コイル３ａ，３ｂのそれぞれは、１段のパンケーキ形状を有するシングルパンケーキ形超電導コイルを偶数個積層したものとなっている。

例えば、超電導コイル３ａの超電導コイル部分３１にある個々のシングルパンケーキ形超電導コイルは、コイル中心軸１２ｇ側（内周側）から、超電導テープ線１，２，３，４がこの順番で配置された導体１１ａを有する。一方、超電導コイル３ａの超電導コイル部分３２を構成する個々のシングルパンケーキ形超電導コイルは、コイル中心軸１２ｇ側（内周側）から、超電導テープ線３，４，１，２がこの順番で配置された導体１１ｃを有する。そして、超電導コイル３ａの超電導コイル部分３３（軸方向中央部）においては、導体１１ａを有するシングルパンケーキ形超電導コイルと、導体１１ｃを有するシングルパンケーキ形超電導コイルとが隣接しており、この間を境に、超電導テープ線１，２の位置と超電導テープ線３，４の位置とが入れ替わっている。

また、超電導コイル３ｂの超電導コイル部分３４にある個々のシングルパンケーキ形超電導コイルは、コイル中心軸１２ｈ側（内周側）から、超電導テープ線４，１，２，３がこの順番で配置された導体１１ｂを有する。一方、超電導コイル３ｂの超電導コイル部分３５を構成する個々のシングルパンケーキ形超電導コイルは、コイル中心軸１２ｈ側（内周側）から、超電導テープ線２，３，４，１がこの順番で配置された導体１１ｄを有する。そして、超電導コイル３ｂの超電導コイル部分３６（軸方向中央部）においては、導体１１ｂを有するシングルパンケーキ形超電導コイルと、導体１１ｄを有するシングルパンケーキ形超電導コイルとが隣接しており、この間を境に、超電導テープ線４，１の位置と超電導テープ線２，３の位置とが入れ替わっている。

このように、第３の実施形態によれば、前述の第２の実施形態の効果に加え、同一構造を有するシングルパンケーキ形超電導コイルを偶数個積層することにより、比較的容易に超電導コイル装置を構成することができるという効果が得られる。

なお、本実施形態では、シングルパンケーキ形超電導コイルのみで各超電導コイルを構成する場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、異なる種類の超電導コイルを併せて各超電導コイルを構成することも可能である。

例えば、個々の超電導コイルは、軸方向中央部に、２段のパンケーキ形状を有するダブルパンケーキ形超電導コイルを１個含み、前記軸方向中央部以外の部分に、１段のパンケーキ形状を有するシングルパンケーキ形超電導コイルを複数個積層したものを含むように構成してもよい。例えば前述の超電導コイル部分３３，３６（軸方向中央部）の構造を有するダブルパンケーキ形超電導コイルを事前に用意しておくことにより、一層効果的に超電導コイル装置を構成することができる。

（第４の実施形態）
次に、図７乃至図１０を参照して、本発明の第４の実施形態について説明する。

図７は、本発明の第４の実施形態に係る超電導コイルの構成を示す側面図である。図８は、図７に示される超電導コイルを矢視Ａの方向から見た場合の超電導テープ線の巻回構成を説明するための概念図である。図９は、図７に示される超電導コイルを矢視Ｂの方向から見た場合の超電導テープ線の巻回構成を説明するための概念図である。図１０は、図７乃至図９に示される超電導コイルの最内周上にある渡部から超電導テープ線を１本ずつ外周方向に渡らせる様子を示す斜視図である。

図７乃至図１０に示されるように、本実施形態に係る超電導コイル４ａは、４本の超電導テープ線１〜４を束ねた導体１１ｅを巻回して構成される超電導コイルであり、巻回方向が互いに異なる２段のパンケーキ形状を有するダブルパンケーキ形超電導コイルとして実現される。

図７中の矢視Ａの方向から見える１段分の超電導コイルの最内周上には、図８に示されるように、４本の超電導テープ線１〜４を１本ずつ分離させて外周方向に渡らせるための４個の渡部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ（２段の超電導コイルで共用）を周方向に等間隔に配置し、当該超電導コイルの最外周上に、４個の渡部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄから外周方向に渡らされる４本の超電導テープ線１〜４の巻き終わり部分をそれぞれ固定する４個の固定部４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄを周方向に等間隔に配置したものとなっている。例えば、渡部４１ａで超電導テープ線１を外周方向に渡らせ、渡部４１ｂで超電導テープ線２を外周方向に渡らせ、渡部４１ｃで超電導テープ線３を外周方向に渡らせ、渡部４１ｄで超電導テープ線４を外周方向に渡らせる。そして、超電導テープ線１の巻き終わり部分を固定部４２ａに固定し、超電導テープ線２の巻き終わり部分を固定部４２ｂに固定し、超電導テープ線３の巻き終わり部分を固定部４２ｃに固定し、超電導テープ線４の巻き終わり部分を固定部４２ｄに固定する。

同様に、図７中の矢視Ｂの方向から見える１段分の超電導コイルの最内周上に、図９に示されるように、４本の超電導テープ線１〜４を１本ずつ分離させて外周方向に渡らせるための４個の渡部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ（２段の超電導コイルで共用）を周方向に等間隔に配置し、当該超電導コイルの最外周上に、４個の渡部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄから外周方向に渡らされる４本の超電導テープ線１〜４の巻き終わり部分をそれぞれ固定する４個の固定部４２ａ’，４２ｂ’，４２ｃ’，４２ｄ’を周方向に等間隔に配置したものとなっている。例えば、渡部４１ａで超電導テープ線１を外周方向に渡らせ、渡部４１ｂで超電導テープ線２を外周方向に渡らせ、渡部４１ｃで超電導テープ線３を外周方向に渡らせ、渡部４１ｄで超電導テープ線４を外周方向に渡らせる。そして、超電導テープ線１の巻き終わり部分を固定部４２ａ’に固定し、超電導テープ線２の巻き終わり部分を固定部４２ｂ’に固定し、超電導テープ線３の巻き終わり部分を固定部４２ｃ’に固定し、超電導テープ線４の巻き終わり部分を固定部４２ｄ’に固定する。

なお、図には示されていないが、超電導テープ線１〜４の間もしくは超電導テープ線１〜４の周囲には、絶縁物が設けられる。

また、本実施形態では、４個の渡部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄを２段の超電導コイルで共用する場合を例示しているが、代わりに、共用せず、２段の超電導コイルのそれぞれに４個の渡部を設けるようにしてもよい。

また、このような超電導コイル４ａを例えば４個備え、個々の超電導コイルの中心が同一平面上において等間隔を保つように配置された超電導コイル装置を構成するようにしてもよい。

このように、第４の実施形態によれば、超電導コイル４ａに含まれる４本の超電導テープ線１〜４のそれぞれを、最内周から最外周へ向けて均等に分散させながら渡らせることにより、４本の超電導テープ線１〜４に鎖交する磁束が等しくなり、インダクタンスが等しくなる。この結果、４本の超電導テープ線１〜４に均一な電流が流れることにより、偏流を防止することができ、超電導コイル全体の電流容量を増加させることが可能となり、さらには交流損失を抑制することができる。

なお、本実施形態では、超電導テープ線の本数が４本で、渡部・固定部の個数がそれぞれ４個である場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、別の本数や個数にて実施することが可能である。

例えば、超電導テープ線をｎ本束ねた導体（但し、ｎは２以上の自然数）を巻回して構成される偶数段の超電導コイルにおいて、各段の超電導コイルの最内周上に、前記ｎ本の超電導テープ線を１本ずつ分離させて外周方向に渡らせるためのｎ個の渡部を周方向に等間隔に配置し、当該超電導コイルの最外周上に、前記ｎ個の渡部から外周方向に渡らされるｎ本の超電導テープ線の巻き終わり部分をそれぞれ固定するｎ個の固定部を周方向に等間隔に配置したものとしてもよい。

また、このような超電導コイルをｎ個もしくはその倍数個備え、個々の超電導コイルの中心が同一平面上において等間隔を保つように配置された超電導コイル装置を構成するようにしてもよい。

また、超電導コイル装置を構成するに際し、個々の超電導コイルをトロイダル形状もしくはマルチポール形状に配置することが望ましい。これにより、超電導コイル単体のみならず、装置全体としても、偏流を防止するとともに電流容量を増加させることが可能となり、さらには交流損失を抑制することができる。

（第５の実施形態）
次に、図１１乃至図１４を参照して、本発明の第５の実施形態について説明する。

図１１は、本発明の第５の実施形態に係る超電導コイルの構成を示す側面図である。図１２は、図１１に示される超電導コイルを矢視Ａの方向から見た場合の超電導テープ線の巻回構成を説明するための概念図である。図１３は、図１１に示される超電導コイルを矢視Ｂの方向から見た場合の超電導テープ線の巻回構成を説明するための概念図である。図１４は、図１１乃至図１３に示される超電導コイルの最内周上にある渡部から超電導テープ線を２本ずつ互いの位置を入れ替えながら外周方向に渡らせる様子を示す斜視図である。

図１１乃至図１４に示されるように、本実施形態に係る超電導コイル５ａは、４本の超電導テープ線１〜４を束ねた導体１１ｆを巻回して構成される超電導コイルであり、巻回方向が互いに異なる２段のパンケーキ形状を有するダブルパンケーキ形超電導コイルとして実現される。

図１１中の矢視Ａの方向から見える１段分の超電導コイルの最内周上には、図１２に示されるように、４本の超電導テープ線１〜４を２本ずつ分離させるとともに当該２本の超電導テープ線を互いの位置を入れ替えながら外周方向に渡らせるための２個の渡部５１ａ，５１ｂ（２段の超電導コイルで共用）を周方向に等間隔に配置し、当該超電導コイルの最外周上に、２個の渡部５１ａ，５１ｂから外周方向に渡らされる４本の超電導テープ線１〜４の巻き終わり部分を２本ずつ固定する２個の固定部５２ａ，５２ｂを周方向に等間隔に配置したものとなっている。例えば、渡部５１ａで超電導テープ線１，２を互いの位置を入れ替えながら外周方向に渡らせ、渡部５１ｂで超電導テープ線３，４を互いの位置を入れ替えながら外周方向に渡らせる。そして、超電導テープ線１，２の巻き終わり部分を固定部５２ａに固定し、超電導テープ線３，４の巻き終わり部分を固定部５２ｂに固定する。

同様に、図１１中の矢視Ｂの方向から見える１段分の超電導コイルの最内周上に、図１３に示されるように、４本の超電導テープ線１〜４を２本ずつ分離させるとともに当該２本の超電導テープ線の位置を入れ替えながら外周方向に渡らせるための２個の渡部５１ａ，５１ｂ（２段の超電導コイルで共用）を周方向に等間隔に配置し、当該超電導コイルの最外周上に、２個の渡部５１ａ，５１ｂから外周方向に渡らされる４本の超電導テープ線１〜４の巻き終わり部分を２本ずつ固定する２個の固定部５２ａ’，５２ｂ’を周方向に等間隔に配置したものとなっている。例えば、渡部５１ａで超電導テープ線１，２を互いの位置を入れ替えながら外周方向に渡らせ、渡部５１ｂで超電導テープ線３，４を互いの位置を入れ替えながら外周方向に渡らせる。そして、超電導テープ線１，２の巻き終わり部分を固定部５２ａ’に固定し、超電導テープ線３，４の巻き終わり部分を固定部５２ｂ’に固定する。

また、本実施形態では、２個の渡部５１ａ，５１ｂを２段の超電導コイルで共用する場合を例示しているが、代わりに、共用せず、２段の超電導コイルのそれぞれに２個の渡部を設けるようにしてもよい。

また、このような超電導コイル５ａを例えば４個備え、個々の超電導コイルの中心が同一平面上において等間隔を保つように配置された超電導コイル装置を構成するようにしてもよい。

このように、第５の実施形態によれば、超電導コイル５ａに含まれる４本の超電導テープ線１〜４を２本ずつ位置を変えながら最内周から最外周へ向けて均等に分散させながら渡らせることにより、４本の超電導テープ線１〜４に鎖交する磁束が等しくなり、インダクタンスが等しくなる。この結果、４本の超電導テープ線１〜４に均一な電流が流れることにより、偏流を防止することができ、超電導コイル全体の電流容量を増加させることが可能となり、さらには交流損失を抑制することができる。

なお、本実施形態では、超電導テープ線の本数が４本で、渡部・固定部の個数がそれぞれ２個である場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、別の本数や個数にて実施することが可能である。

例えば、超電導テープ線を２ｎ本束ねた導体（但し、ｎは２以上の自然数）を巻回して構成される偶数段の超電導コイルにおいて、各段の超電導コイルの最内周上に、前記２ｎ本の超電導テープ線を２本ずつ分離させるとともに当該２本の超電導テープ線を互いの位置を入れ替えながら外周方向に渡らせるためのｎ個の渡部を周方向に等間隔に配置し、当該超電導コイルの最外周上に、前記ｎ個の渡部から外周方向に渡らされる２ｎ本の超電導テープ線の巻き終わり部分を２本ずつ固定するｎ個の固定部を周方向に等間隔に配置したものとしてもよい。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る超電導コイル装置に備えられる複数個の超電導コイルの構成を示す平面図。図１に示される複数個の超電導コイルの導体構成を説明するための概念図。本発明の第２の実施形態に係る超電導コイル装置に備えられる複数個の超電導コイルの構成を示す平面図。図３に示される複数個の超電導コイルの導体構成を説明するための概念図。本発明の第３の実施形態に係る超電導コイル装置に備えられる複数個の超電導コイルの構成を示す側面図。図５に示される複数個の超電導コイルの導体構成を説明するための概念図。本発明の第４の実施形態に係る超電導コイルの構成を示す側面図。図７に示される超電導コイルを矢視Ａの方向から見た場合の超電導テープ線の巻回構成を説明するための概念図。図７に示される超電導コイルを矢視Ｂの方向から見た場合の超電導テープ線の巻回構成を説明するための概念図。図７乃至図９に示される超電導コイルの最内周上にある渡部から超電導テープ線を１本ずつ外周方向に渡らせる様子を示す斜視図。本発明の第５の実施形態に係る超電導コイルの構成を示す側面図。図１１に示される超電導コイルを矢視Ａの方向から見た場合の超電導テープ線の巻回構成を説明するための概念図。図１１に示される超電導コイルを矢視Ｂの方向から見た場合の超電導テープ線の巻回構成を説明するための概念図。図１１乃至図１３に示される超電導コイルの最内周上にある渡部から超電導テープ線を２本ずつ互いの位置を入れ替えながら外周方向に渡らせる様子を示す斜視図。

符号の説明

１，２，３，４…超電導テープ線、１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，５ａ…超電導コイル、１０，２０，３０…超電導コイル装置、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ…導体、１２ａ,１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈ…コイル中心軸、３１，３２，３３，３４，３５，３６…超電導コイル部分、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，５１ａ，５１ｂ…渡部、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ａ’，４２ｂ’，４２ｃ’，４２ｄ’，５２ａ，５２ｂ，５２ａ’，５２ｂ’…固定部。

Claims

超電導テープ線をｎ本束ねた導体（但し、ｎは３以上の自然数）を巻回して構成される超電導コイルをｎ個もしくはその倍数個備え、個々の超電導コイルの中心が同一平面上において等間隔を保つようにｎもしくはその倍数配置された超電導コイル装置において、
前記ｎ本の超電導テープ線のそれぞれが、個々の超電導コイルの導体内において内周側から数えて１番目からｎ番目までの全ての位置を経験するように超電導コイル毎に異なる位置に配置されていることを特徴とする超電導コイル装置。
ある超電導コイルの導体内において内周側から数えて１番目からｎ番目まで連続して配置されるｎ本の超電導テープ線が他のいずれの超電導コイルにおいてもループ状に連続して配置されてい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。
超電導テープ線を２ｎ本束ねた導体（但し、ｎは２以上の自然数）を巻回して構成される超電導コイルをｎ個もしくはその倍数個備え、個々の超電導コイルの中心が同一平面上において等間隔を保つようにｎもしくはその倍数配置された超電導コイル装置において、
前記２ｎ本の超電導テープ線のそれぞれが、個々の超電導コイルの中心にて軸方向に二分される各超電導コイル部分の導体内において内周側から数えて１番目から２ｎ番目までの全ての位置を経験するように超電導コイル部分毎に異なる位置に配置されていることを特徴とする超電導コイル装置。
個々の超電導コイルは、１段のパンケーキ形状を有するシングルパンケーキ形超電導コイルを偶数個積層したものであることを特徴とする請求項３に記載の超電導コイル装置。
個々の超電導コイルは、軸方向中央部に、２段のパンケーキ形状を有するダブルパンケーキ形超電導コイルを１個含み、前記軸方向中央部以外の部分に、１段のパンケーキ形状を有するシングルパンケーキ形超電導コイルを複数個積層したものを含んでいることを特徴とする請求項４に記載の超電導コイル装置。
前記二分される各超電導コイル部分のうち、片方の超電導コイル部分の内周側から数えて１番目からｎ番目までの位置にある超電導テープ線と、ｎ＋１番目から２ｎ番目までの位置にある超電導テープ線とが、もう片方の超電導コイル部分においては入れ替わって配置されていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の超電導コイル装置。
ある超電導コイル部分の導体内において内周側から数えて１番目から２ｎ番目まで連続して配置される２ｎ本の超電導テープ線が他のいずれの超電導コイル部分においてもループ状に連続して配置されていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の超電導コイル装置。
個々の超電導テープ線の間もしくは個々の超電導テープ線の周囲に絶縁物を設けたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の超電導コイル装置。
個々の超電導コイルをトロイダル形状もしくはマルチポール形状に配置したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の超電導コイル装置。