JP6794146B2 - 高温超電導磁石装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、複数の高温超電導コイルが電気的に接続されて成る超電導磁石装置のクエンチ保護に関する。

超電導線材には、超電導状態を維持することができる上限である臨界電流密度、臨界温度および臨界磁場がある。
従って、電気抵抗がゼロになるといわれる超電導状態においても無限に電流を流すことはできず、上記いずれかの臨界値を超えると、連鎖的な常電導転移現象、すなわちクエンチが発生する。
クエンチ時の常電導転移領域におけるジュール発熱によって、超電導コイルは瞬時に熱暴走し、最悪の場合、焼損に至る。

よって、従来から、電源と並列に保護抵抗を接続して、温度上昇などをトリガーに閉回路から励磁電源を切り離すなど、クエンチに対する保護措置がとられている。
励磁電源を切り離して超電導コイルおよび保護抵抗のみの閉回路にすることで、保護抵抗のジュール発熱で超電導コイルの蓄積エネルギーが消費され、電流が減衰する。

ところで、超電導コイルに、２０Ｋ〜５０Ｋ程度の高い温度でも高い臨界電流密度を有する高温超電導線材を用いると、高い温度帯での高電流密度運転が可能になる。
しかし、このような温度帯における高温超電導線材は、低温運転における低温超電導線材と比較して比熱が大きいため、一部に常電導転移が発生しても常電導領域の拡大が遅い。
よって、高電流密度運転時に常電導転移が発生しても、上述した従来技術の保護措置では、検知する前に局所的に熱暴走が発生し焼損してしまう。

そこで、例えば、超電導コイルのターン間に配置されるターン間絶縁材を取り除き、意図的にターン間を短絡する技術が提案されている。
ターン間が短絡されることで、有限の抵抗値を有する常電導転移領域を迂回するように隣接するターンへ転流する電流が発生する。
よって、常電導転移領域におけるコイル周方向の電流密度が自律的に低下され、熱暴走を未然に防止することができる。

特開２０１５−１７９７６４号公報

しかしながら、上述した従来の技術では、他のターンの超電導層に迂回電流が到達するまでに、保護層または安定化層などの常電導層を通過することで、ジュール熱が発生するという課題があった。
つまり、蓄積エネルギーの高い超電導コイルにおいては、他のターンへ超電導電流を迂回させることでコイル内部の局所的な温度上昇を加速させてしまい、より焼損の危険性を助長するという課題があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、パンケーキコイル内部の温度を上昇させずに、フラックスフロー抵抗の上昇に伴って、このパンケーキコイルの電流密度が自律的に低下する高温超電導磁石装置を提供することを目的とする。

本実施形態にかかる高温超電導磁石装置は、高温超電導線材を巻回されて構成されるパンケーキコイルを巻回軸に沿って複数積層させたコイル積層体と、積層されて隣接する前記パンケーキコイル同士の最内周および最外周のいずれかを交互に電気的に接続して前記コイル積層体を導通させる複数の導通導体と、前記コイル積層体の両端部のパンケーキコイルが導通されて形成される前記コイル積層体を含む閉回路と、前記コイル積層体の最内周および最外周の少なくとも一方において前記閉回路に並列接続されて１以上のパンケーキコイルを迂回して接続されており、かつ、前記パンケーキコイルでクエンチの発生前に発生するフラックスフロー抵抗の最大値よりも低い抵抗値を有する短絡迂回路と、を備えるものである。

本発明により、パンケーキコイル内部の温度を上昇させずに、フラックスフロー抵抗の上昇に伴って、このパンケーキコイルの電流密度が自律的に低下する高温超電導磁石装置が提供される。

一般的な高温超電導線材の構成斜視図。 高温超電導線材で構成されるパンケーキコイルの概略斜視図。 第１実施形態にかかる高温超電導磁石装置の概略構成図。 第１実施形態におけるコイル積層体の概略断面斜視図。 第１実施形態における短絡迂回路の第１の変形例を示す概略断面斜視図。 第１実施形態における短絡迂回路の第２の変形例を示す概略断面斜視図。 第１実施形態における短絡迂回路の第３の変形例を示す一部切欠き斜視図。 第１実施形態における短絡迂回路の第４の変形例を示す一部切欠き斜視図。 第１実施形態における短絡迂回路の第５の変形例を示す概略断面斜視図。 第１実施形態における短絡迂回路の第６の変形例を示す概略断面斜視図。 第１実施形態にかかる高温超電導磁石装置の回路図。 第１実施形態にかかる高温超電導磁石装置の変形例の回路図。 第２実施形態にかかる高温超電導磁石装置の回路図。 第３実施形態にかかる高温超電導磁石装置の回路図。 第３実施形態にかかる高温超電導磁石装置の変形例の回路図。 第４実施形態にかかる高温超電導磁石装置の回路図。 第５実施形態にかかる高温超電導磁石装置の回路図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
まず、図１の一般的な高温超電導線材２０の構成斜視図を用いて、高温超電導線材２０（以下、単に「超電導線材２０」という）の構成を概説する。
超電導線材２０は、図１に示されるように、一般に薄膜状の層が積層されたテープ形状の線材を構成している。
この超電導線材２０は、例えばレアメタル酸化物（ＲＥ酸化物）からなる高温超電導層２５（以下、「超電導層２５」という）を含むＲＥＢＣＯ線材などの線材である。

超電導線材２０は、例えば、ニッケル基合金、ステンレスまたは銅などの高強度の金属材質である基板２２と、基板２２の上に形成される中間層２４と、中間層２４を基板２２の表面に配向させるマグネシウムなどからなる配向層２３と、中間層２４の上に形成される酸化物の超電導層２５と、銀、金または白金などで組成される保護層２６と、銅またはアルミニウムなどの良伝導性金属である安定化層２１と、から構成される。
なお、超電導線材２０を構成する各層の種類および数は、必要に応じて多い場合も少ない場合もある。

また、図２は、超電導線材２０で構成されるパンケーキコイル３０の概略斜視図である。
超電導線材２０は、巻回軸Ｃを中心に同心円状に巻回されて、いわゆるパンケーキコイル３０になる。

図３は、第１実施形態にかかる高温超電導磁石装置１０（以下、単に「磁石装置１０」という）の概略構成図である。
第１実施形態にかかる磁石装置１０は、図３に示されるように、パンケーキコイル３０（３０ａ〜３０ｈ）を巻回軸Ｃに沿って複数積層されて、コイル積層体４０を構成する。
コイル積層体４０は、真空容器１１に収容されて冷凍機１２で冷却される。

図４は、第１実施形態におけるコイル積層体４０の概略断面斜視図である。
図４に示されるように、コイル積層体４０のうち、隣接するパンケーキコイル３０同士は、絶縁体２７で絶縁される。
そして、これら隣接するパンケーキコイル３０同士は、その最内周および最外周のいずれかにおいて、導通導体１３で交互に電気的に接続される。

パンケーキコイル３０の最内周に巻枠１４がある場合には、導通導体１３は、巻枠１４の一部を構成する導体区間１５に接続される。
この導通導体１３によってコイル積層体４０を構成する全てのパンケーキコイル３０が導通されて、１本の超電導電流の流通経路になる。

コイル積層体４０の両端部のパンケーキコイル３０ａ，３０ｈには、口出し電極１６が接続される。
口出し電極１６は、直接にまたは導通導体１３を介してパンケーキコイル３０に電気的に接続される。
口出し電極１６が接続されたこれら両端部のパンケーキコイル３０ａ，３０ｈは、通常、フランジ１７などで巻回軸方向にその両端から挟まれて固定される。
口出し電極１６が励磁電源１８に環状に接続されることで、コイル積層体４０を含む閉回路１００が形成される。

また、図４に示されるように、励磁電源１８に並列して励磁電源切離スイッチ１９などが接続されることもある。
励磁電源切離スイッチ１９は、励磁電源電流Ｉが励磁工程を経て定常状態になった後に、閉回路１００から励磁電源１８を切り離すためのスイッチである。
閉回路１００を無抵抗にすることで、励磁電源１８が切り離されても、超電導電流が流れ続ける永久電流モードになる。

そして、コイル積層体４０の最内周または最外周において、短絡迂回路３１が１以上のパンケーキコイル３０を迂回するように接続される。
つまり、短絡迂回路３１は、コイル積層体４０の最内周または最外周において、１以上のパンケーキコイル３０を跨いで閉回路１００に並列接続される。
以下、短絡迂回路３１の接続方法について、具体的に説明する。

短絡迂回路３１は、例えば、コイル積層体４０の最内周に設けられた隣接する２つの導通導体１３を接続する。
このような接続によって、２つの導通導体１３が接続された３つのパンケーキコイル３０ａ〜３０ｃのうち、上段の２つのパンケーキコイル３０ａ，３０ｂを電流が迂回することになる。

より厳密には、次式（１）のキルヒホッフの法則に従った電流比で迂回電流Ｉ_uおよびパンケーキコイル３０ａ，３０ｂに電流が流入する。

ここで、Ｉは励磁電源１８から供給する通電電流値、Ｉ_ｐはパンケーキコイル３０ａ，３０ｂに流れる電流値、Ｌはパンケーキコイル３０ａ，３０ｂのインダクタンス、Ｒ_ｆはパンケーキコイル３０ａ，３０ｂに発生するフラックスフロー抵抗、Ｒ_ｓは短絡迂回路３１の抵抗である。
以下、フラックスフロー抵抗Ｒ_ｆが発生して迂回されるパンケーキコイル３０を必要に応じてパンケーキコイル３０ａ，３０ｂと明示する。

フラックスフロー抵抗Ｒ_ｆは、超電導層２５が超電導状態から常電導状態に転移する過程で生じる抵抗である。
フラックスフロー抵抗Ｒ_ｆは、上述した温度等の臨界値に近づくとともに急激に増加するため、フラックスフロー抵抗Ｒ_ｆによる発熱は熱暴走の主要因になる。

そこで、短絡迂回路３１は、他のパンケーキコイル３０と比較して常電導転移が発生しやすいパンケーキコイル３０を電流が迂回するように接続される。
つまり、短絡迂回路３１は、例えば電気的負荷率が高く、フラックスフロー抵抗Ｒ_ｆの発生率の高いパンケーキコイル３０を迂回区間に含むように接続される。
臨界電流特性の磁場に対する角度依存性が強い場合、巻回軸方向の両端部のパンケーキコイル３０ａ，３０ｈにおいて臨界電流値が相対的に低くなる。

よって、この両端部のパンケーキコイル３０ａ，３０ｈの電気的負荷率が高くなり、最初にフラックスフロー抵抗Ｒ_ｆが上昇する。
なお、フラックスフロー抵抗Ｒ_ｆの発生の容易さは、使用される超電導線材２０などにも依存する。

短絡迂回路３１の接続方法は、導通導体１３同士の接続の他、図５〜図１０の短絡迂回路３１の接続位置の変形例に示されるように、種々のものがある。
また、例えば、図５に示されるように、一端は導通導体１３で他端は口出し電極１６であってもよい。

また、通常、パンケーキコイル３０が巻回される巻枠１４には、導通導体１３をパンケーキコイル３０に電気的に接続するための導体区間１５が設けられる。
そこで、短絡迂回路３１は、図６に示されるように、導通導体１３を介さずに、この導体区間１５に直接接続されてもよい。

また、図７に示されるように、短絡迂回路３１は、最外周の導通導体１３に設けられてもよい。
特に、パンケーキコイル３０の最外周は、超電導線材２０が露出していることも多い。
よって、図８に示されるように、導通導体１３を介さずに、短絡迂回路３１を直接パンケーキコイルに接続することが容易である。
さらに、図９に示されるように、最内周に巻枠１４が設けられていないコイル積層体４０の場合には、超電導線材２０に直接短絡迂回路３１を接続してもよい。

また、短絡迂回路３１は、図１０に示されるように、第１コイル積層体４０ａと第２コイル積層体４０ｂとを接続してもよい。
２つのコイル積層体４０（４０ａ，４０ｂ）を短絡迂回路３１で接続する場合、短絡迂回路３１の一端を第１コイル積層体４０ａの最内周、他端を第２コイル積層体４０ｂの最外周に接続することもできる。

なお、短絡迂回路３１によって迂回される１以上のパンケーキコイル３０は、厳密には１以上でなくてもよい。
つまり、例えば短絡迂回路３１が巻回軸方向から傾いて接続されることで、迂回するべきパンケーキコイル３０の微小区間だけ超電導電流が流れる場合も、このパンケーキコイル３０は迂回されているものとする。

以上示したように接続されることで、磁石装置１０は、図１１の第１実施形態にかかる
磁石装置１０の回路図のように表されることになる。
図１１において、パンケーキコイル３０は、無抵抗のコイル２８（２８ａ〜２８ｆ）と
、抵抗値が変動するフラックスフロー抵抗Ｒｆの抵抗値を有する抵抗２９（２９ａ〜２９
ｆ）と、で表される。

このように接続された閉回路１００でフラックスフロー抵抗Ｒ_ｆが発生すると、短絡迂回路３１に迂回した迂回電流Ｉ_uのエネルギーが短絡迂回路３１で消費される。
よって、永久電流モードの状態で一部常電導転移が発生すると、熱暴走を発生させることなく超電導電流は消失する。

なお、コイル積層体４０に励磁電源１８が接続されているときの常電導転移については、第２実施形態で説明する。
なお、短絡迂回路３１は、図１２の第１実施形態にかかる磁石装置１０の変形例の回路図に示されるように、当然複数設けられてもよい。

次に、短絡迂回路３１の最適な抵抗値について説明する。
式（１）から次式（２）が導かれる。さらに、Ｉ_ｐが定常状態になってｄＩ_ｐ／ｄｔが無視できる場合、次式（３）が成り立つ。

式（３）において、Ｉ_ｐはＲ_ｓの単調増加関数であるので、Ｒ_ｓが小さいほどＩ_ｐは減少する。

短絡迂回路３１の抵抗Ｒ_ｓがフラックスフロー抵抗Ｒ_ｆと同程度のオーダー、もしくはさらに低い抵抗値であれば、短絡迂回路３１にパンケーキコイル３０に流れる超電導電流Ｉ_ｐと同程度の適度な迂回電流Ｉ_uが流れることになる。

短絡迂回路３１は、コイル積層体４０の最内周または最外周に配置されるので、コイル積層体４０と同程度まで冷却されて、低い抵抗値を容易に実現することができる。
ただし、定格電流値まで励磁電源電流Ｉを上昇させるいわゆる励磁工程、または降下させる消磁工程においては、ｄＩ_ｐ／ｄｔが無視できず、式（１）は次式（４）になる。

よって、短絡迂回路３１が抵抗Ｒ_ｓが過度に低いと、短絡迂回路３１へ迂回する電流値（Ｉ−Ｉ_ｐ）が増加し、励磁後または消磁後にｄＩ_ｐ／ｄｔがゼロとなっても、電流が再分配されるまでに時間を要する。
よって、短絡迂回路３１の抵抗値は、励磁速度に応じて設定することが望ましい。

以上のように、第１実施形態にかかる磁石装置１０によれば、パンケーキコイル３０ａ，３０ｂのフラックスフロー抵抗Ｒ_ｆの上昇に伴って、このパンケーキコイル３０ａ，３０ｂの電流密度を自律的に低下させることができる。

また、迂回電流Ｉ_uはパンケーキコイル３０の外部を流れることになるため、迂回電流Ｉ_uによってはパンケーキコイル３０の内部は局所的に温度上昇しない。
よって、迂回電流Ｉ_uの発生による磁石装置１０の熱暴走を防止することができる。

さらに、万一迂回区間のパンケーキコイル３０ａ，３０ｂが焼損した場合も、短絡迂回路３１によって閉回路１００は維持される。
よって、他のパンケーキコイル３０に高電圧がかかることで発生するアークによる副次的な焼損被害も抑制される。

（第２実施形態）
図１３は、第２実施形態にかかる磁石装置１０の回路図である。
第２実施形態にかかる磁石装置１０は、図１３に示されるように、短絡迂回路３１に設けられて、この短絡迂回路３１へ流入する電流量を検出する検出部３２と、検出部３２の検出値に基づいて励磁電源切離スイッチ１９を切り換える監視部３４と、を備える。

磁石装置１０には、励磁電源電流Ｉが定常状態になった後も、上述の永久電流モードにせずに、励磁電源１８を接続したまま超電導電流を循環させるものもある。
また、励磁工程または消磁工程では、コイル積層体４０に励磁電源１８が接続される。
このように励磁電源１８が接続されているときに常電導転移が発生した場合、通常は励磁電源１８を閉回路１００ａから切り離して消磁する。

そこで、第２実施形態では、監視部３４が検出部３２を用いてフラックスフロー抵抗Ｒ_ｆの発生を監視して、励磁電源切離スイッチ１９を切り換える。
検出部３２は、例えば短絡迂回路３１の両端の電圧を検出する電圧計または迂回電流Ｉ_uを検出する電流計などである。
検出部３２の検出値が既定の閾値を超えた場合に監視部３４が励磁電源切離スイッチ１９をONにして励磁電源１８を含まない閉回路１００ａを形成することで、第１実施形態と同様の消磁をする。

なお、フラックスフロー抵抗Ｒ_ｆの発生を監視して閉回路１００（１００ａ，１００ｂ）を切り換えること以外は、第２実施形態は第１実施形態と同じ構造および動作手順となるので、重複する説明を省略する。
図面においても、共通の構成または機能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。

このように、第２実施形態にかかる磁石装置１０によれば、第１実施形態の効果に加え、フラックスフロー抵抗Ｒ_ｆの発生時に励磁電源１８が接続されていた場合でも励磁電源１８を切り離して消磁することができる。

（第３実施形態）
図１４は、第３実施形態にかかる磁石装置１０の回路図である。
第３実施形態にかかる磁石装置１０は、図１４に示されるように、短絡迂回路３１に迂回スイッチ３５が設けられる。

式（２）に表されるように、励磁工程または消磁工程などの過渡期間では、パンケーキコイル３０を流れる電流Ｉ_ｐが変化するので、誘導電圧Ｌ×ｄＩ_ｐ／ｄｔが発生する。
よって、短絡迂回路３１の抵抗値が小さいと、大半の電流がパンケーキコイル３０を周回せずに短絡迂回路３１を流れてしまう。

一方、熱暴走またはクエンチを防止するためには、フラックスフロー抵抗Ｒ_ｆが発生したときに短絡迂回路３１に十分な迂回電流Ｉ_uが流入するように、抵抗値は小さいことが望ましい。
そこで、第３実施形態では、短絡迂回路３１の抵抗値を小さくするとともに、励磁工程などの過渡期間には迂回スイッチ３５をOFFにして短絡迂回路３１を切断する。

また、図１５は、第３実施形態にかかる磁石装置１０の変形例の回路図である。
上記のように短絡迂回路３１の抵抗値を十分に小さくすることができるので、例えば、迂回スイッチ３５として永久電流スイッチ３５ａ（３５）を用いることができる。
永久電流スイッチ３５ａは、抵抗値が超電導状態の超電導線材２０と同程度に小さいスイッチである。つまり、永久電流スイッチ３５ａは、通常、超伝導体で構成される。

通常は、短絡迂回路３１とパンケーキコイル３０との接続部の接続抵抗が発生する分だけ、短絡迂回路３１の抵抗値はパンケーキコイル３０の抵抗値より僅かに高くなる。
永久電流スイッチ３５ａには、スイッチを入熱によって切り替える熱式のもの、または外部からの外力によってスイッチを切り換える機械式のものなどがある。
永久電流スイッチ３５ａを用いることで、迂回区間のパンケーキコイル３０ａ，３０ｂにフラックスフロー抵抗Ｒ_ｆが発生した後も永久電流モードが維持されることにもなる。

なお、短絡迂回路３１の導通を制御すること以外は、第３実施形態は第１実施形態と同じ構造および動作手順となるので、重複する説明を省略する。
図面においても、共通の構成または機能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。

このように、第３実施形態にかかる磁石装置１０によれば、第１実施形態の効果に加え、必要時にのみ短絡迂回路３１を導通させることで、迂回スイッチ３５の抵抗値を十分に小さくすることができる。
よって、フラックスフロー抵抗Ｒ_ｆが発生したパンケーキコイル３０ａ，３０ｂの迂回を容易にして、より熱暴走を確実に抑制することができる。

（第４実施形態）
図１６は、第４実施形態にかかる磁石装置１０の回路図である。
第４実施形態にかかる磁石装置１０は、図１６に示されるように、短絡迂回路３１と並列に両端部のパンケーキコイル３０ａ，３０ｈに接続される口出し電極１６同士を接続する短絡経路３７を備える。

第１実施形態で述べたように、フラックスフロー抵抗Ｒ_ｆの発生は、使用される超電導線材２０の種類または品質など厳密な予測が困難な要因にも依存する。
また、フラックスフロー抵抗Ｒ_ｆの発生を誘引する電気的負荷率も、想定外の値になることもある。
よって、磁石装置１０の作成時には想定されておらず、短絡迂回路３１による保護措置が施されていなかったパンケーキコイル３０ｃ，３０ｄに常電導転移が発生することもある。

そこで、第３実施形態では、第１実施形態等で示した短絡迂回路３１に加えて、迂回区間に全てのパンケーキコイル３０（３０ａ〜３０ｆ）を含むように短絡経路３７を並列接続する。
短絡経路３７によって、短絡迂回路３１によって迂回されていないパンケーキコイル３０ｃ，３０ｄに高いフラックスフロー抵抗Ｒ_ｆが発生した場合、励磁電源電流Ｉは、全てのパンケーキコイル３０（３０ａ〜３０ｆ）を迂回することになる。
なお、短絡経路３７にも第３実施形態と同様に不要な迂回を防止するための迂回スイッチ３５を設けることが望ましい。

なお、短絡迂回路３１による保護措置が施されていないパンケーキコイル３０ｃ，３０ｄに発生した常電導転移による熱暴走を防止すること以外は、第４実施形態は第１実施形態と同じ構造および動作手順となるので、重複する説明を省略する。
図面においても、共通の構成または機能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。

このように、第４実施形態にかかる磁石装置１０によれば、第１実施形態の効果に加え、より確実に熱暴走を防止ことができる。

（第５実施形態）
図１７は、第５実施形態にかかる磁石装置１０の回路図である。
第５実施形態にかかる磁石装置１０は、図１７に示されるように、短絡迂回路３１に、冷却手段３８が接続される。

第２実施形態では、常電導転移の発生時に励磁電源１８を閉回路１００から切り離す例を説明した。
しかし、局所的に常電導転移が発生してフラックスフロー抵抗Ｒ_ｆが高くなっても、磁石装置１０として使用を継続させることが必要なことがある。
例えば、一時的にフラックスフロー抵抗Ｒ_ｆが発生して迂回電流Ｉ_uが発生しても、このフラックスフロー抵抗Ｒ_ｆが喪失すれば、超電導電流Ｉ_pおよび磁場は回復することもある。

そこで、第５実施形態では、短絡迂回路３１に伝熱経路３９を介して冷却手段３８を接続し、迂回電流Ｉ_uの発生によって発生したジュール熱を除去する。
冷却手段３８は、コイル積層体４０を冷却するために設けられた冷凍機１２（図３）を利用してもよいし、短絡迂回路３１の冷却専用に設けられた冷凍機を利用してもよい。

冷却手段３８による冷却によって、短絡迂回路３１が接続されるパンケーキコイル３０に短絡迂回路３１の熱が伝導してこのパンケーキコイル３０が局所的に高温になることも防止される。
つまり、短絡迂回路３１の冷却は、磁石装置１０の使用を継続せずに消磁する場合も有効である。

なお、短絡迂回路３１が冷却手段３８で冷却されること以外は、第５実施形態は第１実施形態と同じ構造および動作手順となるので、重複する説明を省略する。
図面においても、共通の構成または機能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。

このように、第５実施形態にかかる磁石装置１０によれば、第１実施形態の効果に加え、磁石装置１０の使用を継続することができる。
また、短絡迂回路３１のジュール熱が短絡迂回路３１の周囲のパンケーキコイル３０に伝導して周囲のパンケーキコイル３０に熱暴走による焼損が発生することも防止することができる。

以上述べた少なくとも一つの実施形態の磁石装置１０によれば、短絡迂回路３１によって励磁電源電流Ｉの一部を迂回させることにより、パンケーキコイル３０の内部温度を上昇させずに、フラックスフロー抵抗Ｒ_ｆの上昇に伴ってこのパンケーキコイル３０の電流密度が自律的に低下させることが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。
これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…高温超電導磁石装置（磁石装置）、１１…真空容器、１２…冷凍機、１３…導通導体、１４…巻枠、１５…導体区間、１６…口出し電極、１７…フランジ、１８…励磁電源、１９…励磁電源切離スイッチ、２０…高温超電導線材（超電導線材）、２１…安定化層、２２…基板、２３…配向層、２４…中間層、２５…高温超電導層（超電導層）、２６…保護層、２７…絶縁体、２８…コイル、２９…抵抗、３０（３０ａ〜３０ｈ）…パンケーキコイル、３１…短絡迂回路、３２…検出部、３４…監視部、３５…迂回スイッチ、３５ａ…永久電流スイッチ、３７…短絡経路、３８…冷却手段、３９…伝熱経路、４０（４１ａ，４１ｂ）…コイル積層体（第１コイル積層体，第２コイル積層体）、１００（１００ａ，１００ｂ）…閉回路（永久電流モードの閉回路，励磁電源を含む閉回路）、Ｃ…巻回軸、Ｉ…励磁電源電流、Ｉ_ｐ…パンケーキコイルを流れる超電導電流、Ｉ_u…迂回電流、Ｒ_ｆ…フラックスフロー抵抗、Ｒ_ｓ…短絡迂回路の抵抗。

Claims (9)

1. 薄膜層を積層した高温超電導線材を巻回されて構成されるパンケーキコイルを巻回軸に沿って複数積層させたコイル積層体と、
   積層されて隣接する前記パンケーキコイル同士の最内周および最外周のいずれかを交互に電気的に接続して前記コイル積層体を導通させる複数の導通導体と、
   前記コイル積層体の両端部のパンケーキコイルが導通されて形成される前記コイル積層体を含む閉回路と、
   前記コイル積層体の最内周および最外周の少なくとも一方において前記閉回路に並列接続されて巻回軸方向の片端部もしくは両端部のパンケーキコイルのみを迂回して接続されており、かつ、前記パンケーキコイルでクエンチの発生前に発生するフラックスフロー抵抗の抵抗値を有し、一端が前記導通導体に、他端が他の導通導体または前記両端部のパンケーキコイルに接続される電極を介して前記パンケーキコイルに接続される短絡迂回路と、を備える高温超電導磁石装置。
2. 前記短絡迂回路は、一端が前記導通導体に、他端が他の導通導体または前記両端部のパンケーキコイルに接続される電極に接続される請求項１に記載の高温超電導磁石装置。
3. 前記短絡迂回路は、少なくとも一端が前記パンケーキコイルの最内周に設けられた巻枠のうち前記導通導体を接続するための導体区間に接続される請求項１または請求項２に記載の高温超電導磁石装置。
4. 前記短絡迂回路は、１のコイル積層体と他のコイル積層体とを接続する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の高温超電導磁石装置。
5. 前記短絡迂回路は、超電導体で構成されて前記パンケーキコイルとの接続部分で発生する接続抵抗により前記パンケーキコイル自体の内部抵抗値より高い抵抗値を有する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の高温超電導磁石装置。
6. 前記短絡迂回路は、熱式または機械式の迂回スイッチを備える請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の高温超電導磁石装置。
7. 前記短絡迂回路と並列に前記両端部のパンケーキコイルに接続される電極同士を接続する短絡経路を備える請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の高温超電導磁石装置。
8. 前記短絡迂回路には、冷却手段が接続される請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の高温超電導磁石装置。
9. 前記短絡迂回路に設けられてこの短絡迂回路へ流入する電流量を検出する検出部を備える請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の高温超電導磁石装置。

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