JP7474767B2 - 装置、磁石、及び方法 - Google Patents

Description

[0001]当技術分野において知られているように、高磁場超伝導磁気装置（ｈｉｇｈ－ｆｉｅｌｄ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｉｃｓ）の製作のための既存の手法は、（１）ＩＴＥＲのトロイダル磁場磁気装置に対して用いられているような低温超伝導体（ＬＴＳ）ケーブル・イン・コンジット導体（ＣＩＣＣ）設計、および、（２）レイヤー巻き（ｌａｙｅｒ－ｗｏｕｎｄ）コイルまたはスパイラル巻き（ｓｐｉｒａｌ－ｗｏｕｎｄ）「パンケーキ」コイル組立体へと直接的に巻かれる高温超伝導体（ＨＴＳ）テープに基づくＨＴＳ設計を含む。ＨＴＳ導体に基づくＣＩＣＣに類する手法が、さらには追い求められている。

[0002]ＣＩＣＣ手法において、コンジットは、巻線部（ｗｉｎｄｉｎｇ ｐａｃｋ）から電気的に絶縁される。冷却剤は、コンジットの内側を流れるように制約される。巻線部および外部支持殻の形状が、電流径路および冷却剤径路の形状を規定する。ＩＴＥＲトロイダル磁場コイルの例に対して、巻線部および外部支持殻は、Ｄ形状を有するように設けられる。巻線部および外部殻構造は、主として、高磁場磁石により発生させられるローレンツ力を内包することに対して責任を負う（すなわち、巻線部および殻は、ローレンツ荷重を支持しなければならない）。磁石クエンチ事象（高い信頼性で、および、外部保護システムによって損傷を減ずるのに十分な先行時間を伴って検出されなければならない）の事例において、貯蔵される磁気エネルギーは、磁石端子においての外部抵抗体内へと捨てられる。かくして、ＣＩＣＣ内の電流は、超伝導体内の通常の域を避け、代わりに、銅安定化材内へと流れる。

[0003]高電圧電気絶縁に対する必要性と組み合わされる、銅安定化材および冷却剤チャンネル（ｃｏｏｌａｎｔ ｃｈａｎｎｅｌ）をコンジット内に有することの必要性は、磁石設計を複雑にするものであり、なぜならば、これらの要素は、構造的に弱く、それにもかかわらず、それらの要素は、巻線部内で相当量の体積を占有するからである。加うるに、ＣＩＣＣに基づく磁気装置に対する製作工程は、素線／テープの撚り合わせ、これらの部分要素を一緒に覆うこと、および、ＣＩＣＣを巻線部内へと曲げて挿入することを含む、多くのステップを必然的に含んで、長く、骨の折れるものである。

[0004]本概要は、詳細な説明において下記でさらに説明される、単純化された形式での概念の選択物を紹介するために提供されるものである。本概要は、請求される主題の主要または本質的な、特徴または組み合わせを識別することを意図されず、本概要は、請求される主題の範囲を制限するために使用されることも意図されない。

[0005]本明細書において説明されるのは、従来技術製作技法と比較して相対的に単純である製作技法を使用して、堅牢な高磁場超伝導磁石を構築するための手段、および、商業化に向けて良好にスケーリングするモジュール式構成要素を可能なものにする、概念、システム、構造、および技法である。非絶縁（ｎｏｎ－ｉｎｓｕｌａｔｅｄ）高温超伝導テープ（ＨＴＳ）を利用し、強化される（および理想的には、最適化される）冷却剤径路を可能なものにする － 結果的に生じる磁石組立体は、本来的に、構造的に強い。このことは、ＨＴＳテープ技術によって利用可能な高い磁場の高い程度の利用（および理想的には、最大利用）を可能にする。加うるに、本明細書において説明される概念は、クエンチエネルギーを安全に散逸させ、一方で同時に、受け入れ可能な磁石充電時間を得るために、テープ積重体、および、包囲する上部構造の中のクエンチ誘導電流分布の制御を可能なものにする。最終的な結果物は、クエンチ障害状況に対して受動的に保護される、構造的および熱的に堅牢な高磁場磁石組立体である。

[0006]実施形態において、説明される概念は、核融合発電施設（例えば、小型核融合発電施設）においての、および、高エネルギー物理学用途においての使用のための高磁場磁石の商業化を容易にし得る。しかしながら、本明細書において提供される説明を読む後で、当業者は、開示される概念が、高磁場磁石を使い得る広い範囲の他の用途においての使用（例えば、広い範囲の産業用の使用）に対して一般的に適用可能であるということを、たやすく察知することになる。そのような用途は、医学および生命科学分野においての用途（例えば、磁気共鳴画像法および分光法）；化学、生化学、および生物学分野においての用途（例えば、核磁気共鳴（ＮＭＲ）、ＮＭＲ分光法、電子常磁性共鳴（ＥＰＲ）、およびフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（ＦＴ－ＩＣＲ））；粒子加速器および検出器においての用途（例えば、放射線療法に対する機器においてなど、保健医療用途においての使用に対する）；高温水素プラズマの発生および制御のためのデバイスにおいての用途；輸送機関の境域においての用途；電力発生および変換の境域においての用途；重工業においての用途；兵器および防衛においての用途；ならびに、高エネルギー粒子物理学の境域においての用途を含むが、それらに制限されない。

[0007]本明細書において説明される概念の１つの態様によれば、高磁場磁石組立体は、複数の導電性板を含み、複数の導電性板の各々は、内に設けられるスパイラル溝を有し、上記複数の導電性板は、第１の最も外方の表面と、第２の反対向きの最も外方の表面とを有する一体式パンケーキ組立体を形成するように配設される（例えば、積重される）。高磁場磁石組立体は、上記第１および第２の導電性板の溝により形成されるチャンネル内に配設される非絶縁（ＮＩ）ＨＴＳテープ積重体をさらに含む。実施形態において、ＨＴＳ積重体は、非絶縁材料、絶縁材料、または半導電材料の、１つまたは組み合わせを備え得る、共巻き（ｃｏ－ｗｉｎｄ）材料を含み得る。実施形態において、チャンネルは、２つ以上の積重体を内包するように、適するようにサイズ設定され得るものであり、任意選択で機械的に板と係合することができる別個の構造が、積重体の間に配置される。チャンネルは、パンケーキ組立体の第１の最も外方の表面上の第１の開口部と、パンケーキ組立体の第２の反対側の最も外方の表面上の第２の開口部とを有する。ＮＩ ＨＴＳテープ（および、含まれるときの共巻き積重体）は、ＮＩ ＨＴＳテープ（および共巻き積重体）が、パンケーキ組立体の第１の最も外方の表面から、パンケーキ組立体の第２の反対側の最も外方の表面への経路を形成するように、チャンネル内に連続的に配設される。

[0008]実施形態において、スパイラル溝付き板の対（例えば、上部板および下部板）が、一体式ダブルパンケーキ組立体を形成するように積重される。

[0009]実施形態において、２つの同一のスパイラル溝付き板が、背部を向かい合わせて組み立てられ、絶縁材料が、それらの板の間に挿入される、または、他の形で配設される。共巻きを伴う１つまたは複数のＨＴＳテープ積重体が、上部板上の内に向かうスパイラル、下部板までのらせん、および、下部板上の外に向かうスパイラルを整える溝内へと配設される。

[0010]実施形態において、高磁場磁石組立体は、所望される（および理想的には、最適化される）磁石クエンチ挙動をもたらすように選択される、共巻き材料と、表面被覆物とを含むことができる。

[0011]実施形態において、高磁場磁石組立体は、所望される（および理想的には、最適化される）磁石クエンチ挙動をもたらすように選択される、基礎材料の複合材から用意されるスパイラル溝付き板と、表面被覆物（電気絶縁、導電、および／または半導電）とを含むことができる。

[0012]実施形態において、ブラダ（ｂｌａｄｄｅｒ）要素が、さらには、はんだ付けより前に積重体に予荷重をかける（ｐｒｅｌｏａｄ）ために、または、はんだ付けに対する必要性をなくすために、テープ積重体内に含まれ得る。

[0013]実施形態において、ブラダ要素は、組立ての間は液体であるが、磁石動作温度においては固体である材料によって充填されることがある。この材料と関連付けられる融解熱は、クエンチ事象の間にＨＴＳを保護するための大きい熱的貯蔵器として働くことができる。

[0014]実施形態において、銅スパイラル蓋が、スパイラルの上部上に積重される冷却剤チャンネル板への熱除去を容易にすることの助けとなるように、テープ束にはんだ付けされ、または、他の形で結合され、もしくは固着させられ得る。

[0015]実施形態において、溝が、冷却剤通路を容易にするように、スパイラル巻線の経路に沿って、および／または、上記経路を横切って、銅スパイラル蓋、および、基礎板の上部表面内に切り込み加工され得る。

[0016]実施形態において、内に向かうスパイラル溝付きパンケーキと、外に向かうスパイラル溝付きパンケーキとの間の銅相互接続部が使用され得る。この銅相互接続部は、各々のスパイラル溝巻線板の内径（ＩＤ）および外径（ＯＤ）の両方において用いられ得る。この事例において、磁石組立体は、冷却剤チャンネル板と交互に配置される一連のスパイラル溝付きのＨＴＳを詰め込まれる板を互いに対して単純に積重することにより、および／または、上述で説明されたような、板の表面内へと切り込み加工された冷却剤チャンネル溝を使用して、一連のスパイラル溝付きのＨＴＳを詰め込まれる板を互いに対して単純に積重することにより、構築され得る。

[0017]実施形態において、ＨＴＳおよび共巻き積重体は、それが、スパイラル溝付き巻線板に進入し、抜け出る箇所において、および、積重体が、１つのスパイラル溝付き巻線板から別のものに移行する箇所において、銅または他の高電気伝導度材料の母材（ｍａｔｒｉｘ）内に埋め込まれる。このことは、磁石充電および磁石クエンチ状況の間に、ＨＴＳの過熱および損傷に対して保護することに役立つ。

[0018]本明細書において説明される概念の別の態様において、積重される板の磁石組立体は、第１の板と、第１の板の上方に配設される第２の板と、第１の板と第２の板との間に配設される電気絶縁材料と、各々が共巻き材料（導電、電気絶縁、および／または半導電）を含み得る１つまたは複数のＨＴＳテープ積重体とを備える。第１の板は、内に設けられる少なくとも１つのスパイラル形状の溝を有して設けられる。第２の板は、さらには、内に設けられる少なくとも１つのスパイラル溝を有して設けられることが、第１の板の第１の表面が第２の板の第１の表面の上方に配設されるときに、上記溝が、第１の板上の内に向かうスパイラル形状を有するチャンネルと、第２の（または下部）板までのらせんと、下部板上の外に向かうスパイラルとを形成するように行われる。電気絶縁材料は、第１の板と第２の板との間に配設される。共巻きを伴うＨＴＳテープ積重体は、チャンネル内に配設されることが、このことがスパイラル形状を有する巻線を可能なものにするように行われる。巻線が一般的にはスパイラル形状のものであることになる一方で、磁石心は、Ｄ形状、ソレノイド形状、円形形状、または、その磁石心が使用されることになる用途に適した任意の他の形状を有して設けられ得るということが察知されるはずである。同様に、らせんチャンネルは、ＨＴＳテープ積重体が第１の板から第２の板に通過することを可能とする連続的なチャンネルを容易にするために必要とされる形状へと変形させられ得る。本明細書において提供される説明を読む後で、当業者は、個別の用途の必要性に対して適切な巻線および磁石形状をどのように選択すべきかを察知することになる。

[0019]一実施形態において、第１および第２の板内の溝は、実質的に同一である。第１および第２の板は、さらには、実質的に同一のスパイラル形状の溝を有することができ、背部を向かい合わせて組み立てられ得る。

[0020]チャンネルは、上部板上の内に向かうスパイラル、下部板までのらせん、および、下部板上の外に向かうスパイラルを形成する。共巻き材料を含み得るＨＴＳテープ積重体は、溝付きチャンネル内へと挿入され得る。共巻き材料および表面被覆物は、磁石クエンチ挙動を最適化するように選択され得る。

[0021]実施形態において、ブラダ要素が、ＨＴＳテープ積重体内に共巻き材料として含まれ得る。ブラダ要素は、はんだ付けより前にＨＴＳテープ積重体に予荷重をかけるように、ＨＴＳテープ積重体内で構成され得る。実施形態において、ブラダ要素は、さらには、はんだ付けに対する必要性をなくすように、ＨＴＳテープ積重体内で構成され得る。ブラダ要素は、さらには、少なくとも１つのスパイラル溝の荷重支え側壁に対してＨＴＳテープ積重体を予め圧縮するように構成され得る。

[0022]実施形態において、ブラダ要素は、組立ての間は液体であるが、磁石動作温度においては固体である材料によって充填されることがある。１つのそのような材料は、ガリウムを含むが、それに制限されない。この材料と関連付けられる融解熱は、クエンチ事象の間のＨＴＳの温度上昇を制限するための大きい熱的貯蔵器として働くことができる。

[0023]実施形態において、任意選択の共巻き材料を伴う積重体内のＨＴＳテープの数、サイズ、および型は、所望されるならば、費用を節約するために、および／または、磁石クエンチ応答を最適化するためになどで、スパイラル径路に沿った場所によって変動させられ得る。

[0024]磁石は、少なくとも１つの冷却剤チャンネルをさらに備えることができる。実施形態において、少なくとも１つの冷却剤チャンネルは、第１および第２の板の１つまたは両方内に設けられ得る。実施形態において、冷却剤チャンネルは、ＨＴＳテープ積重体に沿って延びる１つまたは複数の冷却剤径路を含むことができる。他の実施形態において、少なくとも１つの冷却剤チャンネルは、第１の板および第２の板の１つもしくは両方と交互に配置される、または、磁石組立体を備え得るそのような板の積重体内に差し挟まれる、１つまたは複数の冷却チャンネル板を含むことができる。そのような実施形態において、冷却剤チャンネル経路は、ＨＴＳテープ積重体に沿って延びることを必要としない。一部の実施形態において、冷却剤チャンネルは、ＨＴＳテープ積重体の上方に配置される銅蓋を含めて、板の表面内に溝を切り込み加工することにより形成される。そのような冷却剤チャンネル溝は、ＨＴＳテープ積重体に沿って延びることを必要としない。

[0025]磁石は、さらには、第１の板と第２の板との間に配設される、または、磁石組立体を備え得るそのような板の積重体内に差し挟まれる、導電性板を備えることができる。導電性板は、銅を含むが、それに制限されない、任意の導電性材料から用意され得る。導電性板は、さらには、熱的伝導性材料から用意され得るものであり、伝導冷却をもたらすように構成され得る。

[0026]加うるに、磁石は、第１の板と第２の板との間の１つまたは複数の電気相互接続部を備えることができ、そのような１つまたは複数の電気相互接続部は、磁石充電の間の巻線板の各々の間のバイパス電流の流れを最小化するために、一部の区域内の高電気抵抗を確立および維持するように構成される。

[0027]別の態様において、高磁場磁石を構築するための方法は、冷却剤チャンネル板の間に積重される、一連の、ＨＴＳを詰め込まれる、スパイラル溝付き板を組み立てるステップと、１つまたは複数のパンケーキ間電気接続部を形成するステップであって、１つまたは複数のパンケーキ間接続部の各々は、低電気抵抗特性を有する、形成するステップとを含む。１つまたは複数のパンケーキ間接続部を形成するステップは、１つまたは複数のパンケーキ間接続部を自動的に形成するステップを含むことができる。

[0028]方法は、はんだ付けに対する必要性をなくすために、スパイラル溝付き板内のＨＴＳテープ積重体に予荷重をかけるステップをさらに含むことができる。

[0029]本明細書において説明される概念の別の態様において、磁石組立体は、内に設けられる複数の溝を伴う第１の表面を有する第１の導電性板であって、溝は、１つまたは複数の壁により規定され、複数の溝のうちの少なくとも２つの溝は、異なる幅を有する、第１の導電性板と、非絶縁（ＮＩ）高温超伝導体（ＨＴＳ）テープ積重体であって、上記ＮＩ ＨＴＳテープ積重体が、第１の導電性板内の最も外方の溝と、第１の導電性板の最も内方の溝との間に連続的な経路を形成するように、上記ＮＩ ＨＴＳテープ積重体が、複数の溝内に配設され得るように、所定の長さを有する、ＮＩ ＨＴＳテープ積重体とを含む。実施形態において、ＨＴＳテープは、発生させられる力に応答して、ＨＴＳテープ積重体が、第１および第２の導電性板内へと力を配分するように、各々の溝内で構成される。

[0030]実施形態において、磁石組立体は、第２の導電性板であって、第１の板の第１の表面が第２の板の第１の表面の上方に配設されるときに、溝が、チャンネルであって、そのチャンネルの第１の端部において開口部を有する、チャンネルを形成し、ＨＴＳテープが、第１の導電性板と第２の導電性板との間に連続的な経路を形成するように、第１の板の上方に配設される、第２の導電性板をさらに含む。

[0031]実施形態において、ＨＴＳテープ積重体は、変動する幅の複数の溝のうちの１つの中に配設され、溝の幅を占有するように、そのＨＴＳテープ積重体自体に対して巻かれる。

[0032]実施形態において、第１の導電性板内の溝を規定する壁は、壁の第１の一部分の厚さが、同じ壁の第２の一部分の厚さと異なるように、可変の壁厚さを有して設けられる。

[0033]実施形態において、第１の導電性板内の溝を規定する壁は、異なる壁厚さを有して設けられる。

[0034]実施形態において、第１の導電性板の中心から測定されるような第１の半径方向の方向においての第１の壁の第１の一部分の厚さは、同じ第１の半径方向の方向に沿った第２の異なる壁の第１の一部分の厚さと異なる。

[0035]実施形態において、第１および第２の導電性板は、実質的に同一のスパイラル形状の溝を有する。

[0036]実施形態において、ＮＩ ＨＴＳテープ積重体は、低抵抗電気接続部により接合される２つ以上のＮＩ ＨＴＳテープ積重体から構成される。

[0037]実施形態において、第１および第２の板内のＮＩ ＨＴＳテープ積重体を備える材料は、板にわたって連続的である。

[0038]実施形態において、ＮＩ ＨＴＳテープ積重体は、溝内に配設される共巻き材料を、ＮＩ ＨＴＳテープおよび共巻き積重体が、第１の導電性板の第１の最も外方の溝と、第１の導電性板の最も内方の溝との間の経路をたどるようにさらに備え、ＨＴＳテープおよび共巻き積重体は、発生させられる力に応答して、ＨＴＳテープおよび共巻き積重体が、第１および第２の導電性板内へと力を配分するように、溝内で構成される。

[0039]実施形態において、共巻き材料は、導電材料、電気絶縁材料、および／または半導電材料のうちの１つまたは複数として用意される。

[0040]実施形態において、共巻き材料は、磁石クエンチ挙動、または磁石充電挙動、または両方を最適化するように選択される。

[0041]実施形態において、ＨＴＳテープおよび共巻き積重体は、ＨＴＳテープおよび共巻き積重体が、積重される板の間を通過する；ＨＴＳテープおよび共巻き積重体が、磁石組立体内へと進入し、磁石組立体から抜け出る；ならびに、電気相互接続部が、巻線の間に形成される箇所において、高電気伝導率材料の母材内に埋め込まれる。

[0042]実施形態において、共巻き材料は、ＮＩ ＨＴＳテープ積重体の長さに沿って、組成または厚さのいずれかにおいて変動する。

[0043]実施形態において、電気絶縁材料が、積重される板の間の選択される区域に配置される。

[0044]実施形態において、ＮＩ ＨＴＳテープ積重体は、１つまたは複数のＨＴＳテープを備え、上記ＮＩ ＨＴＳテープ積重体内のＨＴＳテープの数、サイズ、および型は、上記ＮＩ ＨＴＳテープ積重体の長さに沿って変動する。

[0045]実施形態において、溝は、第１の導電性板上の内に向かうスパイラルを規定し、内に向かうスパイラルは、第１の端部と、第２の端部とを有し、第１の電気板は、内に設けられるらせん開口部を有し、らせん開口部は、第１の端部と、第２の端部とを有し、らせん開口部の第１の端部は、内に向かうスパイラルの第２の端部に結合され、第２の導電性板につながるらせん開口部の第２の端部は、上記第２の導電性板内に設けられる外に向かうスパイラルの第１の端部に結合される。

[0046]実施形態において、ブラダ要素が、ＨＴＳテープ積重体内に含まれる。実施形態において、ブラダ要素は、少なくとも１つのスパイラル溝の荷重支え側壁に対してＨＴＳテープ積重体を予め圧縮するように構成される。実施形態において、ブラダ要素は、磁石組立ての間は液体または気体状であり、磁石動作の間は、固体もしくは液体もしくは気体状であり、または排出される、材料を内包する。実施形態において、ブラダ要素は、磁石動作の間に、固体から液体への、および／または、液体から気体への相変化を呈する材料を内包する。

[0047]実施形態において、第１の伝導性板は、内に設けられる少なくとも１つの冷却剤チャンネルを有する。実施形態において、冷却剤チャンネルは、上記ＨＴＳテープ積重体に沿って配設される１つまたは複数の冷却剤径路を含む。実施形態において、少なくとも１つの冷却剤チャンネルは、第１の板および第２の導電性板の１つまたは両方と交互に配置される、１つまたは複数の冷却チャンネル板を含む。実施形態において、少なくとも１つの冷却剤チャンネルは、ＨＴＳテープ積重体の経路と異なる経路に沿って配設される１つまたは複数の冷却剤径路を含む。

[0048]実施形態において、伝導板が、第１の導電性板と第２の導電性板との間に挿入され得る。

[0049]実施形態において、高電気伝導率被覆物が、第１および第２の導電性板のうちの少なくとも１つの選択される場所上に配設され得る。

[0050]実施形態において、伝導板は、全体的に、または部分的に、銅を含む。

[0051]一部の実施形態は、溝を有する導電性板と、溝内に配設される高温超伝導体（ＨＴＳ）テープ積重体であって、スパイラル形状を有する、ＨＴＳテープ積重体とを備える装置に関係する。

[0052]溝は、スパイラル形状を有し得る。

[0053]導電性板は、金属または金属合金を含み得る。

[0054]装置は、冷却剤チャンネルをさらに備え得る。

[0055]冷却剤チャンネルは、溝内に配設され得る。

[0056]冷却剤チャンネルは、溝の外側に配設され得る。

[0057]ＨＴＳテープ積重体は、非絶縁ＨＴＳテープ積重体であり得る。

[0058]ＨＴＳテープ積重体は、複数の巻回を含み得るものであり、導電性板は、複数の巻回のそれぞれの巻回の間の電気接続部を設ける。

[0059]装置は、溝内にシム（ｓｈｉｍ）またはブラダをさらに備え得る。

[0060]導電性板は、第１の導電性板であり得るものであり、溝は、第１の溝であり得るものであり、ＨＴＳテープ積重体は、第１のＨＴＳテープ積重体であり得るものであり、装置は、第２の溝を有する第２の導電性板と、第２の溝内に配設される第２のＨＴＳテープ積重体であって、スパイラル形状を有する、第２のＨＴＳテープ積重体とをさらに備え得るものであり、第１のＨＴＳテープ積重体は、第２のＨＴＳテープ積重体に電気的に結合される。

[0061]第１の導電性板は、第２の導電性板から電気的に絶縁され得る。

[0062]第１および／または第２の導電性板は、第１および第２の導電性板が一緒に一組にされるときに、第１および第２の導電性板を位置合わせするための、１つまたは複数の位置合わせ構造を有する。

[0063]装置は、第１のＨＴＳテープ積重体と第２のＨＴＳテープ積重体との間の伝導性接続部をさらに備え得る。

[0064]伝導性接続部は、高温超伝導体、または、３０ケルビン度より上の温度において超伝導体でない金属を含み得る。

[0065]伝導性接続部は、銅を含み得る。

[0066]伝導性接続部は、第１および第２のＨＴＳテープ積重体の最も内方の巻回の間に、または、第１および第２のＨＴＳテープ積重体の最も外方の巻回の間に形成され得る。

[0067]第１のＨＴＳテープ積重体および第２のＨＴＳテープ積重体は、同じＨＴＳテープ積重体であり得る。

[0068]第１のＨＴＳテープ積重体と第２のＨＴＳテープ積重体との間の移行部は、同じＨＴＳテープ積重体のらせん一部分により形成され得る。

[0069]第１の溝は、少なくとも第１および第２の巻回を含み得るものであり、第１の巻回は、第１の幅を有し、第２の巻回は、第２の幅を有し、第２の幅は、第１の幅より大である。

[0070]溝の第２の巻回は、ＨＴＳテープ積重体の複数の巻回を含み得る。

[0071]装置は、磁石を含み得る。

[0072]ＨＴＳテープ積重体は、希土類酸化物を含み得る。

[0073]ＨＴＳテープ積重体は、希土類バリウム銅酸化物を含み得る。

[0074]装置は、ＨＴＳテープ積重体に電気的に結合される伝導性端子ブロックをさらに備え得る。

[0075]一部の実施形態は、溝を有する導電性板を形成するステップと、高温超伝導体（ＨＴＳ）テープ積重体を溝内へとスパイラル形状で配設するステップとを含む製作方法に関係する。

[0076]前述の、および他の、目的、特徴、および利点は、類する参照符号が、異なる視図の全体を通して同じ部分を指す、付随する図面において例解されるような、実施形態の、後に続く、より詳しい説明から明らかになることになる。図面は、必ずしも一定の縮尺ではなく、代わりに、実施形態の原理を例解することに重きが置かれる。

[0077]図１Ｃにおいて示される、スパイラル溝付きの積重される板のダブルパンケーキ磁石組立体と同じまたは同様であり得る、スパイラル溝付きの積重される板のダブルパンケーキ磁石組立体の一部分の等角図である。 [0078]図１Ｃにおいて示される、スパイラル溝付きの積重される板のダブルパンケーキ磁石組立体と同じまたは同様であり得る、スパイラル溝付きの積重される板のダブルパンケーキ磁石組立体の一部分の等角図である。 [0079]図１Ｃにおいて示される、スパイラル溝付きの積重される板のダブルパンケーキ磁石組立体と同じまたは同様であり得る、スパイラル溝付きの積重される板のダブルパンケーキ磁石組立体の一部分の等角図である。 [0080]スパイラル溝付きの積重される板のダブルパンケーキ磁石組立体の等角図である。 [0081]ＨＴＳテープに沿って延びる冷却剤チャンネルに対する選択案を示す、スパイラル溝付き板の一連の断面視図である。 ＨＴＳテープに沿って延びる冷却剤チャンネルに対する選択案を示す、スパイラル溝付き板の一連の断面視図である。 [0082]内に設けられるスパイラル溝を有する２つの板の断面視図であり、上記板は、共有される冷却剤チャンネル板、または、伝導冷却される板に対して積重される。 [0083]内に設けられるスパイラル溝を有する２つの板の断面視図であり、上記板は、共有される冷却剤チャンネル板、または、伝導冷却される板に対して積重され、それらの２つの板の領域内に作製される、パンケーキの間の銅相互接続体を有する。 [0084]液圧ブラダを有する磁石の断面視図である。 [0085]磁石クエンチの熱付与域を制御するために使用され得る、共巻きされるテープ積重体およびスパイラル溝においての、材料、被覆物、および絶縁体の選定を例解する、磁石の一連の断面視図である。 磁石クエンチの熱付与域を制御するために使用され得る、共巻きされるテープ積重体およびスパイラル溝においての、材料、被覆物、および絶縁体の選定を例解する、磁石の一連の断面視図である。 [0086]図６Ａにおいて示される、スパイラル溝付き板の線６－６をわたる方向においてとられるスパイラル溝付き磁石板組立体の断面視図である。 [0087]第１のスパイラル溝付き板の上面視図である。 [0088]内に設けられる絶縁の半径方向の冷却剤チャンネルを有するチャンネル板の上面視図である。 [0089]第２のスパイラル溝付き板の上面視図である。 [0090]可変幅スパイラル溝付きの積重される板のダブルパンケーキ磁石組立体の上面視図である。 [0091]図７の線Ａ－Ａをわたってとられる、図７の可変幅スパイラル溝付きの積重される板のダブルパンケーキ磁石組立体の断面視図である。 [0092]図７の線Ｂ－Ｂをわたってとられる、図７の可変幅スパイラル溝付きの積重される板のダブルパンケーキ磁石組立体の断面視図である。 [0093]図７の線Ｃ－Ｃをわたってとられる、図７の可変幅スパイラル溝付きの積重される板のダブルパンケーキ磁石組立体の断面視図である。 [0094]図７の線Ａ－Ａをわたってとられる、可変幅スパイラル溝付きの積重される板のダブルパンケーキ磁石組立体７の一部分の斜視図である。

[0095]本明細書において説明されるのは、高磁場磁石を可能なものにするための概念および技法である。本明細書において説明されるのは、相対的に小型のサイズおよび形状を有する高磁場磁石の設計および構築のための構造および技法である。説明される概念、構造、および技法は、従来技術高磁場磁石製作技法と比較して相対的に単純である製作技法を使用して、堅牢な高磁場超伝導磁石を構築するための手段をもたらす。さらにまた、説明される概念、構造、および技法は、商業化に向けて良好にスケーリングするモジュール式構成要素を利用することができる。説明される高磁場磁石組立体は、スパイラル溝付きの積重される板、および、非絶縁高温超伝導（ＨＴＳ）テープを利用し得る。非絶縁テープは、電流が、巻回から超伝導体の外側のテープの巻回に流れることを可能とし、絶縁材料が、そうであることを必要とはしないが、ないことがある。そのような手法は、本来的に、構造的に強い磁石組立体を、結果的に生じさせることができ、そのことは、ＨＴＳ技術によって利用可能な高い磁場の高い（および理想的には、最大の）利用を可能にする。さらにまた、スパイラル溝付きの積重される板、および、スパイラル溝の中に配設される非絶縁ＨＴＳテープ積重体（または、伝導材料、非伝導材料、および／もしくは半導電材料を伴う、ＨＴＳテープおよび共巻き積重体）の使用は、一部の事例においては最適化される冷却剤径路であり得る、冷却剤径路を含むことを可能とすることができる。

[0096]ＨＴＳテープは、ＨＴＳ材料を含む。本明細書において使用される際、語句「ＨＴＳ材料」または「ＨＴＳ超伝導体」は、自己磁場において３０Ｋより上の臨界温度を有する超伝導材料を指す。ＨＴＳ超伝導体の例は、希土類酸化物、そのような希土類バリウム銅酸化物（ＲＥＢＣＯ）を含むが、それらに制限されない。

[0097]ＨＴＳが自己巻きされるパンケーキ組立体が提供される。スパイラル溝付き板と連関するＨＴＳテープそれら自体（任意選択の共巻きを含む）は、高い磁場を発生させるために必要とされる機械的強度をもたらす。実施形態において、スパイラルには、当然のこととして、円形幾何学的形態が好都合である。ＨＴＳテープそれら自体が、必須の機械的強度をもたらすことの結果として、そのようなコイルは、構築しやすく、機械的に強い。例えば、８テスラダブルパンケーキ非絶縁（ＮＩ）ＨＴＳテープコイルが、６か月未満内に、設計され、構築され、成功裏に動作させられた。一部の実施形態において、ＮＩ ＨＴＳテープ（および、使用されるときの共巻き積重体）は、パンケーキ組立体の第１の最も外方の表面から、パンケーキ組立体の第２の反対側の最も外方の表面への連続的な経路を形成する。しかしながら、一部の実施形態において、１つの材料の経路は、中断させられ、連続的でないことがあるということが察知されるはずである。かくして、溝付き経路は、多少なりとも連続的であるが、溝付き経路内に配設される材料は、連続的でないことがあるということが察知されるはずである。

[0098]ＮＩ ＨＴＳパンケーキは、特に関心を引くものであり、なぜならば、それらは、磁石クエンチの間の特有の電流分流特性／現象を有するからである。具体的には、ＨＴＳテープ（またはテープ積重体）は、絶縁されない、または、部分的に絶縁されるのみであるので、ジュール加熱が、巻線の全体を通して多少なりとも一様に分布させられ得る。高エネルギー密度において動作することができる、堅牢な、受動的に保護される磁石設計を考案することにより、この挙動を最適化し、十二分に活用することが望ましい。本明細書において説明されるスパイラル溝付き板組立体構成は、コイル構造の中の分布クエンチ駆動電流を制御し、電流分流電流の大きさおよび持続期間、ならびにそれゆえに、ＨＴＳテープ積重体それ自体のジュール加熱および温度上昇を低減する（および理想的には、最小化する）ことができる。さらにまた、電流は、スパイラル溝付き板、および、他の包囲する構造に電磁的に結合され、そのことは、磁石設計の慎重な選定により、一様な電流分布、および、低減される、ジュール加熱に起因する温度上昇にさらにつながることがあり、なぜならば、磁場エネルギーは、従来技術技法と比較してはるかに大きい体積の材料内で散逸させられ得るからである。

[0099]加うるに、説明される概念、構造、および技法は、クエンチエネルギーを安全に散逸させ、一方で同時に、受け入れ可能な磁石充電時間を得るように、ＨＴＳテープ積重体、および、包囲する上部構造の中のクエンチ誘導電流分布の制御を可能なものにする。最終的な結果物は、クエンチ障害状況に対して受動的に保護される、構造的および熱的に堅牢な高磁場磁石組立体である。

[00100]核融合発電施設（例えば、小型核融合発電施設）および核融合研究実験（例えば、ＳＰＡＲＣ）に関するものとしての、そのような高磁場磁石組立体の使用に対する言及が、本明細書において時々為されるが、そのような言及は、制限的であることを意図されず、制限的と解されるべきではない。本明細書において説明される概念によって可能なものにされる高磁場磁石組立体は、高エネルギー物理学の境域においての用途、医学および生命科学の境域においての用途、化学、生化学、および生物学の境域においての用途、粒子加速器および検出器の境域においての用途、高温水素プラズマの発生および制御のためのデバイスの境域においての用途、輸送機関の境域においての用途、電力発生および変換の境域においての用途、重工業においての用途、兵器および防衛においての用途、ならびに、高エネルギー粒子物理学の境域においての用途を含むが、それらに制限されない、多種多様な用途においての使用を見いだすということが察知される。
[00101]例えば、医学および生命科学分野において、本明細書において説明される概念によって可能なものにされる高磁場磁石は、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）および分光法においての使用を見いだし得る。化学、生化学、および生物学分野において、本明細書において説明される概念によって可能なものにされる高磁場磁石は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）、ＮＭＲ分光法、電子常磁性共鳴（ＥＰＲ）、およびフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（ＦＴ－ＩＣＲ）においての使用を見いだし得る。粒子加速器および検出器の境域において、本明細書において説明される概念によって可能なものにされる高磁場磁石は、放射線療法に対する機器において、および、電荷粒子ビーム伝送（例えば、加速器から目標／患者への）においてなど、保健医療用途においての使用を見いだし得る。輸送機関の境域において、本明細書において説明される概念によって可能なものにされる高磁場磁石は、高出力密度モータ、発電機、およびＭＨＤ推進（例えば、電気航空機、磁気浮上式鉄道列車、ハイパーループ構想、鉄道エンジンおよび変圧器、船舶推進および発電機、ならびに乗物）においての使用を見いだし得る。公益事業体および電力用途の境域において、本明細書において説明される概念によって可能なものにされる高磁場磁石は、電気機械の機械類、電力発生および電力変換システム（例えば、風力発電機、変圧器、同期調相機、３００ＭＷまで、または３００ＭＷより大で生産するものなどの公益事業体発電機、超伝導エネルギー貯蔵、および、ＭＨＤエネルギー発生）においての使用を見いだし得る。本明細書において説明される概念によって可能なものにされる高磁場磁石は、重工業用途（例えば、大型産業用モータ、磁気分離、使い捨て混合システム、誘導加熱器）の境域においての使用を見いだし得る。兵器および防衛用途の境域において、本明細書において説明される概念によって可能なものにされる高磁場磁石は、推進モータおよび発電機、電磁パルス（ＥＭＰ）発生、指向性エネルギー兵器電力供給部、ならびに、レールガン／コイルガンにおいての使用を見いだし得る。

[00102]スパイラル溝またはチャンネル内に配設される、１つまたは複数の、ＨＴＳテープ積重体、または、ＨＴＳ積重体および共巻きに対する言及が、本明細書において時々為される。本明細書において使用される際、用語「ＨＴＳテープ積重体」は、ＨＴＳテープの複数個の層、または、ＨＴＳテープの単一層のみを有し、および、場合により「共巻き」テープであると本明細書において称される非ＨＴＳ材料から作製される１つまたは複数のテープを含む、「積重体」を含むということが察知されるはずである。任意の個別のＨＴＳテープ積重体において使用するためのテープ層の数、サイズ、および型は、個別の用途の必要性によって選択される。例えば、低電流能力を要するのみであり、高インダクタンス特性を受け入れることができる用途においては、単一層テープ積重体が使用され得る。しかしながら、高電流／低インダクタンス用途（例えば、小型核融合用途）においては、ＨＴＳテープの、単一層または複数の個々の層から、多くの個々の層（例えば、１０～１０００層の範囲内、またはより多い）までから用意されるＨＴＳテープ積重体が使用され得る。複数のＨＴＳテープ層がＨＴＳテープ積重体内に含まれる事例において、ＨＴＳテープの複数個の層は、単一ＨＴＳテープ層に相対的な、増大される電流搬送特性を有する構造を可能なものにするために、本質的に平行に結合される。

[00103]類する要素が、いくつかの視図の全体を通して類する参照名称を有して与えられる、図１～１Ｃを今から参照すると、一連の視図は、いわゆる一体式「ダブルパンケーキ組立体」１００（図１Ａ）を形成するために使用される、スパイラル溝付きの積重される板概念の使用を例解する。説明および図面においての明確さを高めるために、電流リード接続部の詳細が省略されているということが察知されるはずである。

[00104]全体的な概観において、図１～１Ｃは、一体式のいわゆる「ダブルパンケーキ」組立体１００を形成するように積重され得る、スパイラル溝付き板の例を例解する。この例解において、２つの（任意選択で同一の）スパイラル溝付き板（図１）が、背部を向かい合わせて組み立てられ、絶縁材料が、それらの板の間に挿入される、または、他の形で配設される（図１Ａ）。共巻き材料を含み得るＨＴＳテープ積重体が、上部板上の内に向かうスパイラル、下部板までのらせん、および、下部板上の外に向かうスパイラルを整え得る溝付きチャンネル（図１Ｂ）内へと挿入される。一部の実施形態において、ＨＴＳテープ積重体は、パンケーキ組立体の上部表面から下部表面に連続的に（すなわち、中断部または細分化なしに）巻かれる。一部の実施形態において、ＮＩ ＨＴＳテープ（および、使用されるときの共巻き積重体）は、細分化され、または、他の形で、内に設けられる中断部を有し得る（例えば、１つの材料の経路は、中断させられ、連続的でないことがある）。溝付き経路は、（断面形状は溝付き経路の長さの全体を通して変化し得るとしても）多少なりとも連続的と説明されることがある一方で、溝付き経路内に詰め込まれる、または、他の形で配設される材料は、連続的であることがある、または、部分の形で設けられる（例えば、細分化される）ことがあるということが、かくして察知されるはずである。一部の実施形態において、２つ以上のＨＴＳテープ積重体が、積重体の間に配設される材料を伴って溝内へと配設され得るものであり、その材料は、別個に、または、テープ積重体と連関して、スパイラル溝によってなどで、板と機械的に係合し得る。一部の実施形態において、共巻き材料の一部またはすべてが、別個に、または、テープ積重体と連関して、スパイラル溝によってなどで、機械的に板と係合するように配設され得る。

[00105]共巻き材料および表面被覆物は、所望される（および理想的には、最適化される）磁石クエンチ挙動をもたらすように選定され得る。実施形態において、ブラダ要素が、さらには、はんだ付けより前に積重体に予荷重をかけるために、または、はんだ付けに対する必要性をなくすために、テープ積重体内に含まれ得る。銅（または、他の高い熱的伝導率材料）スパイラル蓋（図１Ｃ）が、スパイラルの上部上に積重される冷却剤チャンネル板への熱除去を容易にすることの助けとなるように、テープ束にはんだ付けされ、または、他の形で結合され、もしくは固着させられ得る（下記で詳細に説明されることになる図３および６を確認されたい）。別の実施形態は、内に向かうスパイラル溝付きパンケーキと、外に向かうスパイラル溝付きパンケーキとの間の銅相互接続部を使用する（図３を確認されたい）。この銅相互接続部は、各々のスパイラル溝付き巻線板の内径（ＩＤ）および外径（ＯＤ）の両方において用いられ得る。この事例において、磁石組立体は、冷却剤チャンネル板と交互に配置される、一連のスパイラル溝付きのＨＴＳを詰め込まれる板を互いに対して単純に積重することにより構築され得る（例えば、下記で図６と連関して示され説明されるものと同様であるが、ダブルパンケーキの間の外部接続部がなくされている）。用途に依存して、冷却剤チャンネル板は、伝導冷却板により置換され、または、全くなくされ得る。

[00106]例解的な積重される板のダブルパンケーキ磁石組立体１００（図１Ａ）は、第１および第２の反対向きの両表面１０５ａ、１０５ｂと、溝１２５とを有する第１の板１０５（図１）を含む。第１の板１０５は、例えば、金属もしくは合金を含む任意の導電性材料を含み、または、その導電性材料から形成され得る。そのような材料は、Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８およびＨａｓｔｅｌｌｏｙＣ２７６などのニッケル基超合金、オーステナイト系ステンレス鋼、ならびに、分散強化銅合金のうちの１つまたは複数を含むが、それらに制限されない。材料選択に影響力を及ぼす要因は、機械的強度、電気伝導率、熱的伝導率、および、熱的膨張の係数を含むが、それらに制限されない。異なる材料の複合材が用いられ得る。材料は、クエンチエネルギー付与の一様性、荷重のもとでの、および、通常から外れた状況のもとでの構造的完全性を最適化するように、ならびに、費用を最小化するように選択され得る。付加製造技法が、磁石が構築され得るもとの、用いられる板幾何学的形態を製作するために、たやすく用いられ得る。

[00107]溝１２５が設けられ、その溝は、最初は、その溝が板に進入する際にらせん形状を、および次いで、板の中でスパイラル形状を有し得る。この例解的な実施形態において、スパイラルは、曲線状のスパイラル（すなわち、平坦な平面上の中心点の周りでの、または、円柱を形成するように軸の周囲でのいずれかの、実質的に連続的な、および、半径方向に広くなる、または引き締まる曲線をなす巻体）として設けられる。他の実施形態において、スパイラルに類する形状が使用され得る（すなわち、平坦な平面上の中心点の周りでの、または、軸の周囲でのいずれかの、全体的に広くなる、または引き締まる経路をなす巻体）ということが、当然ながら察知されるはずである。本明細書において使用される際、用語「スパイラル形状」は、「スパイラルに類する」形状を含む。例えば、一部の実施形態において、矩形のスパイラルに類する形状を利用することが望ましい、または必要であることがある。なおも他の実施形態において、三角形のスパイラルに類する形状を利用することが望ましい、または必要であることがある。なおも他の実施形態において、卵形のスパイラルに類する形状を利用することが望ましい、または必要であることがある。幾何学的に不規則な形状を含む、他のスパイラルに類する形状が、さらには使用され得る。本明細書において提供される開示を読む後で、当業者は、個別の用途において使用するために、個別のスパイラルまたはスパイラルに類する幾何学的形態／形状をどのように選択すべきかを察知することになる。スパイラルまたはスパイラルに類する溝は、一定のピッチ（すなわち、同じピッチ）を有して設けられ得るものであり、または、可変ピッチを有して設けられ得るということが、さらには察知されるはずである。可変ピッチは、例えば、パンケーキ板の間の冷却剤通路を受容するために巻体の間に空間を設ける、および／または、ある決まった区域においてパンケーキの強度を増大し、一方で総合的な磁石重量を低減する、および／または、より一様なクエンチエネルギー付与を可能なものにする、有意な設計柔軟性をもたらすことができる。

[00108]第１の板１０５は、この例解的な実施形態において、第１の板１０５を第２の板（例えば、図１Ａの第２の板１１０）に固着させることにおいて一助となるように含まれる、任意選択の境界面開孔部１２０ａ－Ｎを含む。一部の実施形態において、固着させることは、一般的に知られているような従来型の締結具によって実行され得る。実施形態において、他の締結技法が、２つ以上の板を接合する、または、他の形で固着させるために使用され得る。そのような技法は、溶接、はんだ付け、およびろう付けを含むが、それらに制限されない。溶接リップ、フランジ、溶接逃げ（ｗｅｌｄ ｒｅｌｉｅｆ）、ねじ穴、リベット、および、特殊な締結点を含むが、それらに制限されない特徴部が、商業的生産環境において使用される締結技法を受容するために、板に付加され得る。

[00109]下記の本明細書においての説明から明らかになることになるように、溝１２５（図１）は、この実施形態において、高温超伝導体（ＨＴＳ）テープ積重体（例えば、図１ＣのＨＴＳテープ積重体１５０）を受けるように構成される。ＨＴＳテープ積重体は、ＨＴＳテープから全体的に組成されることがあり、または、ＨＴＳテープの積重体の上部上に別個に差し挟まれる、および／もしくは積重される、「共巻き」テープ、すなわち、非ＨＴＳ材料から全体的に作製されるテープを含み得る。共巻き材料は、伝導、絶縁、または半導電のものであり得る。一部の実施形態において、共巻き材料の電気特質は、クエンチ挙動を最適化することに対して有利であるように選定され得る。他の実施形態において、２つ以上の積重体が、溝内へと配設され得るものであり、分離する材料が、間に配置される。この事例において、分離する材料と係合するための２次的溝を内包し得る溝の寸法は、適切に修正される。共巻きテープは、さらには、下記でさらに説明されるような「ブラダ」を含み得る。ＨＴＳテープの特性を選択することにおいて考慮するいくらかの要因は、個々のテープの動作電流、テープ積重体において所望される総合的な電流、テープのひずみ特性、および、他の機械的特性を含むが、それらに制限されない。一部の用途において、費用、サイズ、および／または重量を節約するためなど、種々の理由の任意のもののために、径路に沿った場所によって積重体内のＨＴＳテープの数、サイズ、および／または型を変動させることが望ましくあり得る。任意選択の共巻きを伴う積重される非絶縁ＨＴＳテープの電流分流属性は、この可能性を計算に入れたものである。例えば、低い磁場強度の領域において、積重体内のＨＴＳテープの数は、低減されることが、残りのＨＴＳテープ内の動作電流が増大され得るという事実の利点を活かして行われ得る。ＨＴＳテープ幅の選定に影響力を及ぼす要因は、テープ積重体上のローレンツ荷重がけ、および、溝付きチャンネルの側壁上の反作用荷重を含むが、それらに制限されない。よって、板内のスパイラル溝の寸法は、場所において変動し得るＨＴＳテープ積重体の寸法を受容するように選択される。

[00110]実施形態において、ＨＴＳテープ積重体は、スパイラル溝１３０（すなわち、いわゆる、内に向かうスパイラル溝１３０）の端部内へと送り込まれる、または、他の形で配設される。

[00111]ここで示される実施形態において、位置合わせピン１１５ａ－Ｎが、第２の板（例えば、図１Ａの板１１０）と境界面で接続して、向きを維持するために使用される。

[00112]図１Ａを手短に参照すると、積重される板のダブルパンケーキ磁石組立体１００の第２の板１１０は、第１の板１０５の上方に配設されることが、それぞれの板１０５、１１０の各々内の設けられる溝１２５が位置合わせされるように行われる。

[00113]２つのスパイラル溝付き板の、一組になる面は、板１０５および１１０が、ＨＴＳテープ積重体が一方の板から他方、１２５に移行する箇所を含む接触区域にわたってのみ電気的に接続するように、絶縁被覆物および／または絶縁板１４０（さらには、図４において４４０として描写される）のあてがいにより、互いから部分的に電気的に絶縁され得る。

[00114]第２の板１１０は、全体的にスパイラル形状を有する、内に向かうチャンネル１３６を規定する溝１３５を、内に形成して、または、他の形で設けている。溝１２５と連関して上述で触れられたように、溝１３５は、ここでは、全体的に曲線状のスパイラル形状を有して示されるが、正方形、矩形、三角形、または卵形の形状を含むが、それらに制限されない他のスパイラル形状が、さらには使用され得るということが察知されるはずである。ここで示される実施形態において、溝１３５の１つの端部は、板１０５と１１０との間を通過するらせんチャンネル１３７に接続する。

[00115]それぞれの板内の溝が一緒に一組にされるとき、それらの溝は、内に向かうスパイラルチャンネル１３６などのチャンネルを形成し得る。内に向かうスパイラルチャンネル１３６は、らせんチャンネル１３７内へと送り込まれる、ＨＴＳテープおよび共巻き積重体（例えば、図１ＣのＨＴＳテープおよび共巻き積重体１５０）を受ける。らせんチャンネル１３７は、ＨＴＳテープ積重体が、第１の板１０５のらせん溝１２５内へと、らせんチャンネル１３７を通して送り込まれ（または、他の形で設けられ、もしくは方向設定され）得るように、第１の板１０５のらせん溝１２５に結合される。

[00116]一部の実施形態において、らせんチャンネルを包囲する材料は、高い熱的および電気伝導率を有するように選定され、例えば銅であり得る。本概念は、この領域内の材料、ならびに、らせんチャンネルの幾何学的形態が形成され機械的および電気的に支持される特定の手立ての選定において、少なからぬ柔軟性を受容するということが察知されるはずである。

[00117]一部の実施形態において、ＨＴＳテープおよび共巻き積重体は、ＨＴＳテープおよび共巻き積重体が、スパイラル溝付き板の各々上のチャンネルに進入し、抜け出る箇所を含み、途切れずに、スパイラル溝付き板の外側に、電流送り込み部（ｃｕｒｒｅｎｔ ｆｅｅｄｅｒ）接続部まで広がる、広範囲の領域にわたって、銅、または、他の場合での適した高電気伝導率材料内に埋め込まれる。このことは、磁石充電および磁石クエンチ事象の間に、ＨＴＳを過熱および損傷から保護することに役立つ。

[00118]図１Ｂを今から参照すると、共巻き材料を含み得るＨＴＳテープ積重体１５０が、内に向かうスパイラル溝チャンネル１３５内に配設される。別個の冷却剤チャンネル（示されない）と接触している冷却剤チャンネル１５５または熱的伝導細長片１５５（図１Ｃ）が、ＨＴＳテープ積重体の上部上に配設される。冷却剤チャンネルまたは熱的伝導細長片１５５（図１Ｃ）は、局所的なジュール加熱がバイパス電流から生起することになる磁石充電を含むが、それに制限されない、磁気動作のすべての段階の間、磁石組立体１００が妥当に冷却されることを可能とするように構成される。一部の実施形態において、冷却剤チャンネル１５５または熱的伝導細長片１５５はなくされる。

[00119]図１Ｃを今から参照すると、第２の板１１０は、内に配設されるＨＴＳテープ積重体１５０を有する。ＨＴＳテープ積重体１５０は、スパイラル溝チャンネル１３５およびらせん溝１３７（図１Ｂにおいて最も明確に可視である）内へと挿入され、または、他の形で配設され、そのらせん溝は、ＨＴＳテープ積重体１５０を第１の板１０５のスパイラル溝チャンネル１３５へと導き、または、他の形で方向設定する。

[00120]実施形態において、第１および第２の板１０５、１１０は、Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８、ＨａｓｔｅｌｌｏｙＣ２７６を含むが、それらに制限されない超合金、ならびに、３１６などのステンレス鋼、および、ＧＲＣｏｐ－８４などの分散強化銅合金を含むが、それらに制限されない、多種多様の構造材料を含み、または、それらから形成され得る。実施形態において、材料層をチャンネル１３０、１３５の中で被覆する、または、他の形で配設することが望ましくあり得る。そのような材料は、製作の一助となるための電着させられるはんだ、クエンチ電流分布を制御するための種々の厚さの半導体被覆物、銅めっき／被覆物、および／またはセラミック被覆物を含み得るが、それらに制限されないことがある。

[00121]一部の実施形態において、チャンネル１３０、１３５、および／または、全体の板組立体１０５、１１０は、３次元（３－Ｄ）プリンティングなどの付加製造技術によって形成され得る。そのような技術は、Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８、Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５などの超合金、ならびに、３１６ステンレス鋼および分散強化銅合金ＧＲＣｏｐ－８４などの多種多様の構造材料を使用して、必要とされるサイズおよび形状の構造を製作する能力をすでに実証している。多種多様の付加製造技術が、多種多様の異なる材料を使用する製作に対して使用され得るということを言うにとどめる。

[00122]意義深いことには、実施形態において、ＨＴＳテープ積重体および共巻き１５０は、絶縁されないことがあり、部分的に絶縁されることがあり、かつ／または、半導電材料を内包することがある。

[00123]ＨＴＳテープ積重体は、ＨＴＳテープから全体的に組成されることがあり、または、ＨＴＳテープの積重体の上部上に別個に差し挟まれる、および／もしくは積重される、「共巻き」テープ、すなわち、非超伝導材料から全体的に作製されるテープを含み得る。共巻き材料は、クエンチ挙動を最適化することに対して有利であるように選定される電気特質を伴って、伝導、絶縁、または半導電のものであり得る。共巻きテープは、さらには、下記でさらに説明されるような「ブラダ」を含み得る。一部の実施形態において、ＨＴＳテープ積重体１５０は、チャンネルの外側で形成され、次いで、チャンネル内に配設され得る。他の実施形態において、共巻き材料を含むが、それに制限されない、ＨＴＳテープ積重体１５０の要素は、３Ｄプリンティング技法によってなどで、チャンネル１３０、１５５内へと直接的に形成され得る。

[00124]一部の実施形態において、第１および第２の板内の溝の断面形状は、実質的に同一であり得る。他の実施形態において、第１および第２の板内の溝の断面形状は、（例えば、板に特有であり得る、構造要素などの特徴を受容するように）異なることがある。

[00125]さらには、一部の実施形態において、第１および第２の板は、さらには、実質的に同一のスパイラル形状の溝を有することができ、板が組み立てられるときに、溝がチャンネルを形成するように、背部を向かい合わせて、すなわち、溝が反対向きの両表面上にある様態で、組み立てられ得る。他の実施形態において、各々の板内のスパイラル形状は異なり得る。

[00126]実施形態において、チャンネルは、上部板上の内に向かうスパイラル、下部板までのらせん、および、下部板上の外に向かうスパイラルを形成する。ＨＴＳテープ積重体および共巻きは、チャンネル内へと挿入され得る。共巻き材料および表面被覆物は、構造の体積の中で磁石クエンチエネルギーを安全に分布させるように選択され得る。

[00127]一部の用途（例えば、提案されるＳＰＡＲＣ実験用のトロイダル磁場コイル）において、動作温度を維持するために、テープ積重体の領域内の体積源から発生させられる熱（例えば、中性子誘導加熱、銅連結部）を除去することが必要であり得る。スパイラル溝付きの積重される板手法は、いくつもの手立てで、このことをたやすく受容することができる。図２および２Ａは、テープ積重体に沿って配設される冷却剤チャンネルを伴う、２つの異なる実施形態を例解する。全体的に、冷却剤チャンネルは、主荷重経路（例えば、超伝導体）のわきに（例えば、それに近接して、それと隣り合って、または、それの近隣に）布置される。銅で被覆されるＨＴＳテープ平面は、冷却剤チャンネルに直交して向きを定められ得るものであり、そのことは、熱伝達を最大化する。図３は、反対向きの両パンケーキの間で共有される、積重体内の冷却剤チャンネル板を用いる代替の手法を例解する。

[00128]図２および２Ａは、溝が板内の凹部に据えられる、板の断面を示す。この板は、溝の壁が板の主たる表面より上である、図１～１Ｃの板と対照的である。図２を今から参照すると、スパイラル溝付き板２０５ａは、溝またはチャンネル２３０を含む。この例解的な実施形態において、チャンネル２３０は、矩形断面形状を有して設けられる。他の実施形態において、チャンネル２３０は、正方形、三角形、卵形の、もしくは、丸みのある、または、他の規則的な幾何学的形状を含むが、それらに制限されない、他の断面形状（すなわち、矩形以外）を有して設けられ得る。チャンネルの断面形状は、ＨＴＳテープの形状に相補的であるように選択され得るものであり、逆もしかりである。理想的には、ただし任意選択で、ＨＴＳテープ（または、ＨＴＳテープ、ならびに、共巻きおよび／もしくはシムおよび／もしくはブラダデバイスの組み合わせ）は、チャンネルの断面を実質的に占有する。一般的には、チャンネル２３０が、可能な限り多く（例えば、材料特性、ならびに／または、機械および／もしくは製造公差、ならびに／または、製造技法が可能とすることになる程度まで）、高い機械的強度、高い熱的熱容量、高い熱的伝導率を有する、および、磁石クエンチ応答を最適化した電気特質を伴う材料によって充填されることは、望ましいが任意選択のものである。

[00129]この例解的な実施形態において、板２０５ａは、約１５ｍｍの幅２３３を有する。チャンネル２３０は、板２０５ａ内への約１１ｍｍの深さを有する。チャンネルは、さらには、約９ｍｍの長さ２３４を有する。チャンネル２３０の中に挿入される、または、他の形で配設されるのが、約６ｍｍの幅２３１と、約８．３３ｍｍの長さ２３２とを有するＨＴＳテープ積重体２５０である。ここではくさび形状を有するシム２３５が、ＨＴＳテープ積重体２５０が溝の側壁に対して押し付けられるように、溝２３０内へと挿入される、または、他の形で配置構成される。この例解的な実施形態において、チャンネルのうちの１つは、板２０５ａの表面から約４．２５ｍｍの距離２３９に形成される、または、他の形で設けられる。しかしながら、これらの寸法は、ただ単に例解としてのものであり、なぜならば、本明細書において説明される構造は、種々の適した寸法の任意のものを有し得るからである。

[00130]実施形態において、磁石組立体は、１つまたは複数の冷却剤チャンネルをさらに備えることができる。実施形態において、１つまたは複数の冷却剤チャンネルは、第１および第２の板の１つまたは両方内に設けられ得る。実施形態において、１つまたは複数の冷却剤チャンネルは、ＨＴＳテープ積重体に近接して配設される１つまたは複数の冷却剤径路を含むことができる。他の実施形態において、１つまたは複数の冷却剤チャンネルは、高磁場磁石組立体を成り立たせる複数の板の間に差し挟まれる、または、他の形で分散配置される、１つまたは複数の冷却チャンネル板を含むことができる。

[00131]冷却剤チャンネル２１５が、ＨＴＳテープ積重体２５０に近接して設けられる。この例解的な実施形態において、冷却剤チャンネル２１５は、ＨＴＳテープ積重体２５０の上部上に位置設定され、Ｃ形状を有する熱的伝導性部材２１０（例えば、Ｃ形状のチャンネル部材２１０）により形成される、または、他の形で規定される。この例解的な実施形態において、冷却剤チャンネルは、約３０ｍｍ^２の面積を有して設けられる。しかしながら、この面積は、ただ単に例解としてのものであり、なぜならば、任意の適した冷却剤チャンネル面積が使用され得るからである。熱的伝導性部材２１０は、銅、銅合金、および、高い熱的伝導率材料のうちの１つまたは複数を含み得る。冷却剤チャンネル２１５は、板２０５ａ上へと固着させられる（例えば、溶接される、または、他の形で固着させられる）蓋２２０を使用して、覆われる、または、他の形で閉じられる（または、蓋をされる）。蓋２２０は、溝２３０の中にＨＴＳテープ積重体２５０および冷却剤チャンネル２１５を封じ込めるように構成される。一実施形態において、約８ｍｍの長さを有するテープ積重体が、各々６ｍｍ幅の約１９０個のＨＴＳテープから用意され得る。実施形態において、超合金（例えば、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ）が、低減される数のＨＴＳテープによって上記８ｍｍ長さを達成するために、共巻き材料として使用され得る。

[00132]実施形態において、複数のスパイラル溝付き板が使用され得るものであり、高磁場磁石を構築するための方法は、冷却剤チャンネル板の間に積重される、一連の、ＨＴＳを詰め込まれる、スパイラル溝付き板を組み立てるステップを含み、１つまたは複数のパンケーキ間電気接続部を形成するステップであって、１つまたは複数のパンケーキ間接続部の各々は、結果として生じるジュール加熱が冷却剤体系により受容され得るように、低電気抵抗特性を有する、形成するステップを含む。実施形態において、１つまたは複数のパンケーキ間接続部を形成するステップは、１つまたは複数の他のパンケーキ間接続部を自動的に形成するステップを含むことができる。

[00133]図２Ａは、スパイラル溝付き板２０５ｂの断面視図である。スパイラル溝付き板２０５ｂは、板２０５ａと実質的に同様であり得る。この実施形態において、溶接蓋は、ＨＴＳテープ積重体２５０および冷却剤チャンネル２１５を封じ込めるために使用されない。冷却剤チャンネル２１５は、矩形冷却剤管２４０により被包される。矩形冷却剤管は、銅、銅合金、または、前に述べられた材料と同様の、もしくは、それらの材料より大である熱的伝導率特性を有する任意の他の材料のうちの、１つまたは複数を含むことができる。

[00134]図２～２Ａにより例解される例において、ＨＴＳテープ積重体２５０は、冷却剤チャンネル２１５に直交して向きを定められる。この向きは、熱伝達を増大する（および理想的には、最大化する）ように選択され得る。当業者は、他の向きが使用され得るということを理解する。

[00135]上述で触れられたように、図３および３Ａは、反対向きの両パンケーキ３３０、３３５の間で、共有される冷却剤チャンネル３４０を用いる代替の手法を例解する。実施形態において、このことは、反対向きの両パンケーキ３３０、３３５の間で共有される、積重体内の冷却剤チャンネル板によって達成され得る。一部の実施形態において、溝が、冷却剤チャンネルを形成するように、反対向きの両パンケーキ３３０および３３５の表面内へと切り込み加工される（図３Ａ）。図３および３Ａは、２つのスパイラル溝付き板の、それらの板を（例えば、共有される冷却剤チャンネル板、もしくは、伝導冷却される板による、または、整合する溝を、スパイラル溝付き板の表面、ならびに、ＨＴＳ積重体および共巻きを覆う銅蓋内に切り込み加工することによる）共有される冷却剤チャンネルに対して積重することの選択案を示す断面視図である。所望されるならば、パンケーキの間の銅相互接続体が、この領域内に作製され得る。図３および３Ａの類する要素は、類する参照名称を有して与えられるということが留意されるべきである。

[00136]この「冷却剤チャンネル板」概念は、冷却剤径路の改善（および理想的には、その最適化）のための有意な柔軟性をもたらす。このことは、ＳＰＡＲＣトロイダル磁場コイルなどの一部の用途において、有用な特徴であり得る。代替案として、伝導冷却される板が、低い水準の内部体積加熱を有する設計および用途を受容して、冷却剤チャンネル板に代わって使用され、または、全くなくされ得る。

[00137]クエンチ動態を制御するために、および、クエンチの間のＨＴＳテープの温度上昇を減ずることの助けとなるために、伝導板（例えば、銅）が、ダブルパンケーキの間に挿入され得るものであり、１つの知見は、クエンチ誘導渦電流が、これらの構造内で優先的に引き起こされることになり、そのことが、磁気の貯蔵されるエネルギー付与を、ＨＴＳテープから熱的および電気的に切り離される領域に局在化させるということである。そのような構造は、当然のこととして、スパイラル溝付きの積重される板設計概念により受容され、それらの構造は、パンケーキから電気的に隔離され、冷却剤と良好に熱的に接触している、冷却剤チャンネル板設計内へと直接的に組み込まれ得る。

[00138]クエンチ動態を制御するために、および、クエンチの間のＨＴＳテープの温度上昇を減ずることの助けとなるために、高電気伝導率被覆物（例えば、銅）および／または絶縁被覆物（例えば、アルミナ）が、板の溝付き側部、および、板の非溝付き側部を含むが、それらに制限されない、スパイラル溝付き板の選択される区域にあてがわれ得るものであり、１つの知見は、クエンチ誘導電流密度、分布、および、結果として生じるジュール加熱が、磁石構造内の主要な電気径路の抵抗を仕立てることにより制御され得るということである。

[00139]この積重される板幾何学的形態は、さらには、当然のこととして、図３Ａにおいて示されるように、所望されるならば、パンケーキの間の銅相互接続部を受容する。同時に、溝付き板／冷却剤チャンネル板組立体が、隣り合うパンケーキ巻線の間の、相対的に高い抵抗の電気接続部を維持するために、材料の適した選択によって設計され得るものであり、そのことは、この非絶縁超伝導磁石設計において磁石充電時間を低減するために用いられ得る。

[00140]はんだ付けより前に溝内のテープ積重体に予荷重をかけること、または、全くはんだ付けに対する必要性をなくす、予荷重をかける機構を用いることが有利であり得る。図２および５は、このことを受容するための「くさびシム」の使用を例解するが、液圧ブラダの使用が、さらには可能であり（図４）、多くの手立てにおいて好まれる。

[00141]図３は、内に設けられるスパイラル溝３２０を有する２つの板３３０、３３５の断面視図である。板３３０、３３５は、それらの板の間に、共有される冷却剤組立体３４０を有し、その組立体は、上述で触れられたように、（例えば、冷却剤チャンネル板内に設けられ、ならびに／または、溝を、スパイラル溝付き板の上部表面内と、ＨＴＳ積重体および共巻きを覆う銅内とに切り込み加工することにより容易にされ得るような）冷却剤チャンネル、または、伝導冷却される板であり得る。スパイラル溝付き板３３０、３３５および冷却剤組立体３４０から用意されるダブルパンケーキ構造は、約２０ｍｍの幅３４１を有し得るが、この幅は、ただ単に例解としてのものである。図３の例解的な実施形態において、スパイラル溝３２０は、任意選択の共巻き材料を伴うＨＴＳテープ積重体３０５と、銅、または、他の熱的伝導性材料から構成され得る蓋板３１０とを含む。他の実施形態において、蓋板３１０は、ＨＴＳ積重体および共巻きを、冷却剤に直接的に、または、伝導板に直接的にさらすように、なくされ得る。この例解的な実施形態において、板は、約１４ｍｍの長さ３３６を有し、テープおよびチャンネル３２０は、約４ｍｍの幅３３７、約４．５ｍｍの長さ３３８を有して設けられ、チャンネルのうちの１つ（ここでは、チャンネル３２０ａとして例解される）は、板３３５の表面から約２．５ｍｍの距離３３９に形成される、または、他の形で設けられる。しかしながら、これらの寸法は、ただ単に例解としてのものであり、なぜならば、本明細書において説明される構造は、種々の適した寸法の任意のものを有し得るからである。

[00142]冷却剤組立体３４０が板３３０、３３５の間の冷却剤チャンネルである一実施形態において、チャンネルにより確立される冷却剤経路は、ＨＴＳ積重体に沿って流れるように制約されず、それゆえに、熱除去に対して最適化され得る。例えば、巻回を横切って、より効果的に熱を拡散させる、ＨＴＳ積重体を横切る短い半径方向の径路が使用され得る。このことは、磁石巻線の高い水準の内部体積加熱が生起することがある用途（例えば、ＳＰＡＲＣ用のトロイダル磁場磁石）に対して有用であり得る。加うるに、冷却剤速度および駆動圧力要件を低減する、複数個の冷却剤環状管が用いられ得る。最終的には、冷却剤通路は、可変のサイズを有することができ、それらの通路が必要とされる場合にのみ、構造要素に対して巻線部内に、より多くの体積をわきに付けて実現され得る。より低い水準の内部体積加熱を有する実施形態において、伝導冷却手法が妥当であり得る。この事例において、冷却剤チャンネル板は、伝導冷却される板によって置換されることがあり、または、なくされることさえある。

[00143]クエンチ動態を制御するために、および、クエンチの間のＨＴＳテープ積重体３０５の温度上昇を減ずることの助けとなるために、伝導板（例えば、銅）が、冷却剤チャンネル領域３４０内で板３３０、３３５の間に挿入され得る。よって、クエンチ誘導渦電流が、伝導板内で優先的に引き起こされることになり、そのことが、磁気の貯蔵されるエネルギー散逸を、ＨＴＳテープ３０５から熱的および電気的に切り離される領域に局在化させる。

[00144]図３Ａは、内に設けられる溝３２０を有する２つの板３３０、３３５の断面視図である。板３３０、３３５は、冷却剤チャンネル板、板の上部表面内の溝、または、伝導冷却される板であり得る、共有される冷却剤組立体３４０に対して積重される。相互接続体３５０が、板３３０、３３５の間の領域内に配設される。この相互接続体は、磁気組立体内の隣り合う板の最も内方の巻回の間の電流経路を橋渡しすることに役立つ（図６においての６２１、図６Ａにおいての６２１ａ、および、図６Ｃにおいての７２０ｂを参照されたい）。例解的な実施形態において、相互接続体３５０は、接続部を橋渡しするために境界面層によって（例えば、インジウムまたはインジウム合金境界面層を使用して）ＨＴＳ積重体にはんだ付けされる銅（例えば、高い熱的および電気伝導率銅）を含むことができる。適した低い溶融温度ではんだ付けされる接続部が、さらには使用され得る。板３３０、３３５の間の総体的な電気接続部と組み合わされる相互接続体３５０は、磁気充電の間に流れるバイパス電流を受容するように構成され、一方でさらには、板３３０、３３５の間の電気抵抗を増大し（および理想的には、最大化し）、そのことは、磁石充電時間を低減する（および理想的には、最小化する）。

[00145]図４は、第１の板４３０と、第２の板４３５とを備える磁石４００の断面視図である。絶縁体４４０が、板４３０、４４５の間に配設される。この実施形態において、絶縁体４４０は、磁石充電から生出するバイパス電流が、板４３０および４３５にわたって直接的に流れることを抑止する（および理想的には、防止する）。代わりに、そのような電流は、板に沿って流れ、その実施形態においての板間相互接続体（例えば、図３Ａにおいての相互接続部３５０）の近傍において、または、その実施形態においてのらせんＨＴＳテープ積重体相互接続体（例えば、図１においての溝１２５）の近傍においてのみで、板をわたって伝搬する（または、飛び移る）ことを強制される。絶縁体は、繊維ガラス複合材、鉱物絶縁物（例えば、雲母）、アルミナ、または、アルミナなどの絶縁被覆物から構成され得るが、それらに制限されない。

[00146]スパイラル溝４２０が、板４３０、４３５内に設けられる。共巻き材料を含み得るＨＴＳテープ積重体４０５が、溝４２０内へと挿入され、蓋組立体４１０（例えば、銅蓋組立体として設けられ得る）が、ＨＴＳテープ積重体および共巻き４０５の上部上に配設される。

[00147]ブラダ要素４１５（または、より単純に、ブラダ４１５）が、溝４２０の側壁４１１に対して積重体４０５を圧縮するために、溝（または、チャンネル）内に配設される。実施形態において、ブラダ４１５は、液圧流体が、圧縮をもたらすために加えられ得る、液圧ブラダであり得る。一部の実施形態において、ブラダ４１５は、テープ積重体４０５が主荷重支え側壁に対して圧縮されるように位置設定される。この例において、テープ積重体は、約４ｍｍの幅４１２、約４．５ｍｍの長さ４１３を有して設けられ、図４においての主荷重（すなわち、主ローレンツ力（ＩｘＢ）荷重）の方向は、参照番号４１６により指定され、そのことは、側壁４１１が主荷重支え側壁に対応することを結果的に示す。ブラダ４１５は、ローレンツ力（ＩｘＢ）荷重の衝撃が循環的に加えられ解放されることが、低減され（および理想的には、最小化され）得るように、ＨＴＳテープ積重体４０５を圧縮する。この例解的な実施形態において、チャンネルのうちの１つ（ここでは、チャンネル４２０ａ）は、板４３５の表面から約２．５ｍｍの距離４３９に形成される、または、他の形で設けられる。しかしながら、これらの寸法は、ただ単に例解としてのものであり、なぜならば、本明細書において説明される構造は、種々の適した寸法の任意のものを有し得るからである。

[00148]実施形態において、ブラダ要素が、ＨＴＳテープ積重体内に共巻き要素として（すなわち、ＨＴＳテープ積重体の部分として）含まれ得る。ブラダ要素は、所望される位置においてＨＴＳテープ積重体を固着させることにより、はんだ付け工程を容易にするように、はんだ付けより前にＨＴＳテープ積重体に予荷重をかけるように、ＨＴＳテープ積重体内で構成され得る。実施形態において、ブラダ要素は、さらには、はんだ付けに対する必要性をなくすように、ＨＴＳテープ積重体内で構成され得る。ブラダ要素は、さらには、少なくとも１つのスパイラル溝の荷重支え側壁に対してＨＴＳテープ積重体を予め圧縮するように構成され得る。

[00149]一部の例において、ＨＴＳテープ積重体４０５がはんだ付けされる後で、液圧流体が、除去され得るものであり、不活性気体によってさらに置換され得る。ブラダ４１５が空である事例において、ブラダは、ＨＴＳ積重体および共巻き剥離損傷の危険性を低減するために、磁石冷却および昇温期間の間の、溝付き板４３０、４３５に相対的な、はんだ付けされたＨＴＳ積重体４０５の、差異のある熱的収縮を受容するためのばねとして働く。

[00150]他の例において、液圧流体が保持されるならば、ＨＴＳテープ積重体４０５上の圧縮力は、その積重体が十二分に不動化されるように維持され得る。液圧流体は、それが、磁石動作温度において凍結して、液圧圧力を能動的に維持することの必要性をなくすことになるように選択され得る。

[00151]一部の事例において、ブラダ要素は、組立ての間は液体であるが、磁石動作温度においては固体である材料を内包する（例えば、その材料によって充填される、または、他の形で、その材料を内に配設している）ことがある。１つのそのような材料は、ガリウムを含むが、それに制限されない。この材料と関連付けられる融解熱は、クエンチ事象の間のテープ積重体４０５の温度上昇を制限する、すなわち、ガリウムの事例において摂氏２９．８度の溶融温度以下であるようにＨＴＳ積重体温度を制限するための大きい熱的貯蔵器として働くことができる。

[00152]これらの実施形態のすべてにおいて、組立体においての、材料、被覆物、導体、半導体、および絶縁体の選定は、磁石クエンチ事象に応答した電流分流および渦電流径路を改善して（および理想的には、最適化して）、大きい体積にわたって磁石クエンチエネルギーを安全に分布させるために使用され得る。

[00153]類する要素が、類する参照名称を有して与えられる、図５～５Ａを今から参照すると、示されるのは、どのように、共巻きされるテープ積重体およびスパイラル溝付き板においての、材料、被覆物、導体、半導体、および絶縁体の選定が、本明細書において説明される実施形態による磁石クエンチエネルギー熱付与クエンチの域を制御するために使用され得るかの例を例解する、磁石の断面視図である。図５～５Ａにおいて参照番号５１０により指定される矢印は、クエンチ事象により駆動される電流分流電流の流れを表す。この例において、電流は、第１の（または、下側）ＨＴＳテープ積重体５０５ａから、第２のＨＴＳ積重体５０５ｂ（ここでは、その積重体５０５ａの最も近い隣５０５ｂ）に駆動される。テープ積重体５０５ａについて例解的であるように、テープ積重体５０５ｂの構成を取り上げると、テープ積重体５０５ｂは、板５３０内に設けられる溝５０６内に配設される。くさびシム５０８（または代替案として、ブラダ）が、テープ積重体５０５ｂと隣り合って溝５０６内に配設される。Ｃ形状の部材５２０により規定される冷却剤チャンネル５１５が、テープ積重体５０５ｂと熱的に接触して配設される。蓋５２５が、冷却剤チャンネルの上方に配設される。くさびシム５０８、冷却剤チャンネル５１５、Ｃ形状の部材５２０、および蓋５２５は、図２～４と連関して上述で本明細書において説明された、くさびシム（またはブラダ）、冷却剤チャンネル、Ｃ形状の部材、および蓋と、（構造および機能の両方において）同じまたは同様であり得る。

[00154]クエンチ電流に起因するスパイラル溝付き板においての体積熱発生の割合は、ηｊ^２として定量化され得るものであり、ここで、ｊは、電流分流電流密度であり、ηは、その電流が流れる材料の電気抵抗率である。図５Ａにおいて、絶縁体５４０が、ＨＴＳ積重体の基礎部において共巻き材料として挿入され、一方で図５において、そのような絶縁体は存在しない。絶縁体が図５Ａにおいて存在するので、クエンチ電流は、図５においての実施形態と比較して、溝付き板５３０の背骨部（ｂａｃｋｂｏｎｅ）内へとより深く、および、より長い距離にわたって流れる。かくして、クエンチエネルギーが散逸させられる体積は、図５と比較して、図５Ａにおいて、より大きい。代替案として、または加うるに、スパイラル溝付き板の非溝付き側部が、高電気伝導率材料（例えば、銅）によって被覆されることが、電流分流電流がスパイラル溝付き板の背骨部内へと深く流れることを助長し、そのことにより、クエンチエネルギーが散逸させられる材料の体積を増大するために行われ得る。

[00155]概観において、図６～６Ｃは、どのように、スパイラル溝付きの、ＨＴＳを詰め込まれる板、および、冷却剤チャンネル板の交互の積重体（ことによると、スパイラル溝板の表面内へと切り込み加工される冷却剤チャンネル溝により改良される）が、高磁場磁石を形成するために組み立てられ得るかを例解する。これらの例解において、パンケーキの間の相互接続体選択案（例えば、図３において説明される銅相互接続体など）が示されるということが察知されるはずである。しかしながら、図１と連関して上述で説明されたような、らせんテープ相互接続体選択案が、さらには用いられ得るものであり、一部の用途（例えば、小型核融合用途）において好まれるということが理解されるべきである。一実施形態において、Ｈ＝１６０ｍｍのラジアルビルド（ｒａｄｉａｌ ｂｕｉｌｄ）、幅Ｗ＝１４０ｍｍ、および、クリアボア（ｃｌｅａｒ ｂｏｒｅ）径Ｓ＝１００ｍｍを伴う磁石が、既存の市販で入手可能なＨＴＳテープを使用して、軸上で約２０テスラを生み出すことが予期される。スパイラル溝付き板は、市販で入手可能な方法を使用して、Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５などの超合金において、付加製造技法（例えば、３Ｄプリンティング）により製作され得る。支持板の中の応力は、Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５から作製される３Ｄプリンティングされた部品に対して、許容可能な限度の中に十分にあることが予期される。

[00156]図６は、６０５と全体的に表象される６つのスパイラル溝付きダブルパンケーキ６０５ａ～６０５ｆの積重体を備える高磁場コイル６００の断面視図であり、それらのダブルパンケーキは各々、その間に挿入される、または、他の形で配設される、冷却剤チャンネル板６０６ａ～６０６ｆを伴う。上述で触れられたように、一実施形態において、高磁場コイル６００は、本明細書において説明される実施形態によって、既存の市販で入手可能なＨＴＳテープを使用して、軸上で約２０テスラを成し遂げることが予期される。

[00157]この実施形態において、電流は、外部送り込み部６１５を経て、図６の上部においての各々のダブルパンケーキ６０５内へと、および、そのダブルパンケーキから外に流れる。電流は、各々の板のスパイラル溝に巻き付いて、６３５および６３０の断面視図を交互に通過する。この事例において、内部相互接続部（６２１と全体的に表象される）が、図３Ａと連関して上述で説明された内部接続部３５０と同様に、最も内方の巻回、スパイラル巻線にわたって電気径路を接続するために使用される。かくして、スパイラル溝付き板の接続される対は、６つのダブルパンケーキ部分組立体６０５ａ～６０５ｆを効果的に形成する。

[00158]この実施形態において、６２０と全体的に表象される送り込み部が、ダブルパンケーキ組立体の中間に布置される冷却剤チャンネル板６２２ａ～６２２ｆ内への冷却剤を送出し受けるように構成される。

[00159]図６Ａは、その断面視図が図６において示される、例解的な磁石組立体６００の第１のスパイラル溝付き板７０５ａの上面視図である。板７０５ａは、金属または合金を含む任意の導電性材料７０６から用意され得る。そのような材料は、Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８およびＨａｓｔｅｌｌｏｙＣ２７６などのニッケル基超合金、オーステナイト系ステンレス鋼、ならびに、分散強化銅合金のうちの１つまたは複数を含むが、それらに制限されない。材料選択に影響力を及ぼす要因は、機械的強度、電気伝導率、熱的伝導率、および、熱的膨張の係数を含むが、それらに制限されない。実施形態において、板材料７０６は、異なる材料の複合材を含み得る。材料は、クエンチエネルギー付与の一様性、荷重のもとでの、および、通常から外れた状況のもとでの構造的完全性を最適化するように、ならびに、費用を最小化するように選択され得る。上述で触れられたように、付加製造技法が、磁石が構築され得るもとの、用いられる板幾何学的形態を製作するために、たやすく用いられ得る。

[00160]第１の板７０５ａは、ＨＴＳテープ積重体７１０ａを受けるように構成される入口７１５ａを含む。ＨＴＳテープ積重体７１０ａは、第１の板７０５ａの溝チャンネル（例えば、図１の溝またはチャンネル１３０）内へと送り込まれる。この実施形態において、第１の板７０５ａは、図３Ａにおいて例解される３５０と同様に、最も内方の巻回において電気相互接続体６２１ａを含む。この事例において、電気相互接続体構成要素は、円形輪の形状をとる。第１の板７０５ａは、第２の板（例えば、図６Ｃの第２の板７０５ｂ）上に積重され、冷却板７３０（例えば、図６Ｂにおいて示される絶縁の半径方向の冷却剤チャンネル板））が、２つのスパイラル溝付き板７０５ａ、７０５ｂの間に挿入される。かくして、この例解的な実施形態において、スパイラル溝付き板７０５ａ、７０５ｂおよび冷却板７３０は、ダブルパンケーキ構造を形成する。

[00161]一部の実施形態において、ＨＴＳテープおよび共巻き積重体は、ＨＴＳテープおよび共巻き積重体が、スパイラル溝付き板の各々上のチャンネルに進入し（７１５ａ）、抜け出る（７１５ｂ）箇所を含み、途切れずに、スパイラル溝付き板の外側に、電流送り込み部接続部まで広がる、広範囲の領域にわたって、銅、または、他の場合での適した高電気伝導率材料内に埋め込まれる。このことは、磁石充電および磁石クエンチ事象の間に、ＨＴＳを過熱および損傷から保護することに役立つ。

[00162]一部の実施形態において、２つ以上のＨＴＳテープ積重体が、溝付きチャンネル内に配設され得るものであり、別個の構造および／または共巻き材料が、テープ積重体の間に配設され、チャンネル溝の寸法は、これらの材料を受容するように、および／または、２次的スパイラル溝によってなどで、機械的にそれらの材料と係合するように、適切に修正される。一部の実施形態において、共巻き材料の一部またはすべてが、スパイラル溝によってなどで、機械的に板と係合するように配設され得る。

[00163]おそらくはこの例事例において円形輪の形状をとる、内部電気相互接続体が、さらには、ダブルパンケーキ組立体の間で接続するために、最も外方の巻回上で使用され得るということが留意されるべきである。

[00164]図１～１Ｃのダブルパンケーキ実施形態が使用されたならば、ここで示される最も内方の巻回においての内部相互接続部を用いることの必要性は存しないことになるということが留意されるべきである。代わりに、ＨＴＳテープ積重体および共巻きは、スパイラル溝付き板７０５ａから板７０５ｃへと連続的に接続することになる。この事例において、冷却剤チャンネル板は、各々のダブルパンケーキ組立体のわきに、むしろ、ここで描写されるような、ダブルパンケーキ組立体を形成する２つの板の間に布置されることになる。

[00165]図６Ｂは、内に設けられる絶縁の半径方向の冷却剤チャンネル７３５を有する冷却チャンネル板７３０の上面視図である。冷却チャンネル板７３０は、冷却剤入口組立体７４５ａ－Ｎを経て冷却流体を受けるように構成される。この実施形態において、冷却チャンネル板内への、および、冷却チャンネル板から外への冷却剤の４つの別個の流れ経路が、矢印によって描写される。冷却チャンネル板は、それが、組立体内に配置されるときに、スパイラル溝板７０５ａおよび７０５ｂから電気的に絶縁されるように構築される。この特徴は、磁石充電から生出するバイパス電流が、冷却剤チャンネル板を通って板７０５ａと７０５ｂとの間を流れることを阻止する。この機能は、繊維ガラス複合材などの、ただしそれに制限されない、非導電材料から板を作製すること；絶縁被覆物を、他の場合での導電基礎材料にあてがうことにより、または、何らかの他の適した手段により成し遂げられ得る。一部の実施形態において、冷却剤チャンネル板は、冷却剤チャンネルの側壁のみを形成し、隣り合うＨＴＳ積重体およびスパイラル溝付き板が、残りの壁を形成する。この事例において、冷却剤は、ＨＴＳ積重体および共巻きと直接的に接触している。他の実施形態において、溝が、冷却剤チャンネルとして役立つように、隣り合うスパイラル溝付き板の表面、および、銅蓋材料内へと切り込み加工され得る。溝は、冷却を容易にし、冷却剤通路長さを最適化し、圧力降下を最小化するために必要とされるように、ＨＴＳ積重体に沿って、または、ＨＴＳ積重体を横切って延びることができる。

[00166]図６Ｂにおいて示される冷却剤径路は、例解のためだけのものであるということが理解されるべきである。これらの径路は、磁石組立体の熱除去および構造的完全性の考慮などの、磁石設計においての必要性および制約によって仕立てられ得る。冷却剤チャンネル板は、伝導冷却される板により置換され得るものであり、または、単純な絶縁材料により置換されて、全くなくされ得る。後者の事例において、冷却剤チャンネル通路は、溝を、スパイラル溝付き板の表面、および、銅蓋材料内へと切り込み加工することにより形成され得る。

[00167]図６Ｃは、第２のスパイラル溝付き板７０５ｂの上面視図である。第２の板７０５ｂは、ＨＴＳテープ積重体７１０ｂを受けるように構成される入口７１５ｂを含む。ＨＴＳテープ積重体７１０ｂは、第２の板７０５ｂの溝チャンネル（例えば、図１Ａの溝チャンネル１３５）内へと送り込まれる。ＨＴＳテープ積重体７１０ａは、第２の板７０５ｂの溝チャンネル（例えば、図１Ａの溝チャンネル１３５）内へと送り込まれる。この実施形態において、第２の板７０５ｂは、第１の板７１５ａの電気相互接続体７２０ａと整合し、その電気相互接続体と一組になる、電気相互接続体７２０ｂを含む。

[00168]概観において、図７～７Ｄは、ＨＴＳテープ積重体が、いくつかの回数直接的に、その積重体自体に対して、いくらかの区間または溝内で巻かれる、スパイラル溝付きの積重される板のダブルパンケーキ組立体の代替的実施形態を例解する。図７～７Ｄは、さらには、コイルの外径の周辺部の一部分、および、コイルの内径の全周辺部にまたがる導電性端子ブロックを例解する。一部の実施形態において、内側および外側伝導性端子ブロックは、一部分のみ、それらのそれぞれの周辺部にまたがり、または、コイルのそれらの全体の周辺部にまたがる。実施形態において、伝導性端子ブロックは、銅端子ブロックとして設けられるが、適切な電気伝導率を有する任意の材料が使用され得る。スパイラル溝付き板は、上述で説明された技法によって製作され得る。図７～７Ｄの実施形態において、ＨＴＳ積重体は、上述で説明されたような共巻き材料を含み得るものであり、電流密度、磁場集中、およびクエンチ挙動に対して最適化するように、その積重体の長さに沿って、その積重体の厚さおよび組成を変化させ得るということが察知される。

[00169]可変幅スパイラル溝の使用は、いくつかの利点を有するということが察知される。溝の幅を変動させることにより、ＨＴＳ積重体（および共巻き）は、直接的にそれ自体上に、所与の数の回数、各々の半径方向の溝内で巻かれ得る。そのようにすることは、巻線内の電流密度分布に対する精細な制御を可能とし、そのことは、自己磁場に起因するＨＴＳテープ内の磁場強度変動および集中を低減するために使用され得る。磁場は、組立体８００の中心からの増大する距離とともに、大きさにおいて減少することになるという想定のもとに、ＨＴＳ積重体は、組立体の中心からの増大する半径方向の距離とともに、各々の溝内の、より大である数の自己巻きに耐えることができることになるということが察知される。

[00170]その上、可変幅スパイラル溝の使用は、ＨＴＳテープ積重体の全体の長さに対して、板内に「細い溝」を切り込み加工する（または、他の形で形成する、もしくは設ける）ことの必要性をなくす。本開示の目的のために、溝は、その深さがその幅の２倍より多いときに「細い」と考えられる。かくして、内に設けられる可変幅スパイラル溝を有する板を使用することは、細い溝を使用することの必要性なしに、細いＨＴＳテープ積重体の使用を可能とする。設計は、さらには、コイルおよびその構造が、磁場発生、ＨＴＳテープにより経験される自己磁場、ならびに、機械的荷重、すなわち、構造剛性、溶接および締結具に対する場所、板の間のチャンネルを含む冷却剤チャンネルに対する場所に関して別個に最適化されることを可能とする。

[00171]類する要素が、いくつかの視図の全体を通して類する参照名称を有して与えられる、図７～７Ｄを今から参照すると、可変幅スパイラル溝付きの積重される板のダブルパンケーキ磁石組立体８００は、板８０２を含み、その板内に配設されるのが、伝導性（例えば、銅）端子ブロック８０４およびＨＴＳテープ積重体８０６であり、そのＨＴＳテープ積重体は、変動する幅のいくつかの溝の中に内包され、各々のそのような溝の空間を占有するように（および理想的には、完全に占有する － すなわち、「充填する」ように）、その積重体自体に対して巻かれる。特に、磁石組立体８００は、ＨＴＳ積重体８０６（および任意の共巻き）によって充填される様々な溝を規定する壁８１０、８１２、８１４、８１６、および８１８を含む。磁石組立体８００は、その組立体の内径に沿った、第２の任意選択の銅端子ブロック８２０をさらに含む。磁石組立体８００は、さらには、積重される板８０２と同じ材料から作製され得る、外方構造部材８２２と、内方構造部材８２４とを有する。

[00172]可変幅スパイラル溝付きの積重される板のダブルパンケーキ磁石組立体内の溝の数（ゆえに、壁の数）は、意図される使用によって変動し得るということが察知される。各々の溝の中のＨＴＳテープ積重体および／または共巻きの巻きの数は、同じように、意図される使用によって変動し得るということが、さらには察知される。かくして、図７は、単に例解的であり、本明細書において提供される説明を読む後で、当業者は、他の実施形態を形成するために、本明細書において説明される概念、技法、および構造をどのように適合させるべきかを察知することになる。

[00173]各々の壁８１０、８１２、８１４、８１６、および８１８は、上述で説明されたような冷却手段を含み、または、ＨＴＳテープ積重体８０６により経験される磁力に対する構造支持をもたらし、または、その両方であり得る。

[00174]壁８１０、８１２、８１４、８１６、および８１８の各々は、磁石組立体８００に、１つまたは複数の回数（すなわち、それらの壁の一部分）、実質的に巻き付き得る。さらにまた、図７Ｄにおいて最も明確に確認され得るように、壁の一部（または、すべてでさえも）は、異なる角度位置において、変動する（すなわち、先細になる）厚さを有する（例えば、壁一部分８１８ａ、８１８ｂを含む壁８１８を確認されたい）。かくして、同じ連続する壁は、任意の所与の断面において、変動する壁厚さのいくつかの一部分を有するように出現し得る。

[00175]所与の断面に沿った所与の壁の総合的な幅は、断面において出現するその壁の一部分の各々の半径方向の広がりの総和として算出され得る。この総合的な幅は、異なる実施形態において、異なる壁に対して等しいことがあり、または、等しくないことがあり、所与の壁の総合的な幅は、それぞれの断面の角度位置の関数として変動し得る。

[00176]図７Ａ～７Ｃは、図７の磁石組立体８００の、それぞれ、線Ａ－Ａ、Ｂ－Ｂ、およびＣ－Ｃに沿ってとられる断面視図であり、一方で図７Ｄは、磁石組立体８００の一部分の斜視図を示す。

[00177]図７Ａを今から参照すると、板８０２が、左下側においての磁石組立体８００の外径（近接する参照番号８２２）、および、右上側においての磁石組立体８００の内径（近接する参照番号８２４）を伴って表示される。銅端子ブロック８０４は、左下部において、ＨＴＳテープ積重体８０６の一部分８０６ａを２つの側部で包囲するように表示される。テープ積重体一部分８０６ａの第３の内面側の側部は、壁８１０と境を接し、一方で、テープ積重体一部分８０６ａの第４の側部は、本明細書において開示される概念、技法、および構造によれば、その第４の側部に対して積重される（示されない）別のスパイラル溝付き磁石組立体と境を接し得る。

[00178]図７および７Ａを参照すると、磁石組立体８００の個別の断面Ａ－Ａにおいて、ＨＴＳテープ積重体８０６の４つの層が、壁８１０、および、壁８１２の一部分８１２ａにより規定され、それらの壁８１０と一部分８１２ａとの間に走る溝内で、それらの層自体に対して巻かれる。ＨＴＳテープ積重体８０６の２つのそのような層８０６ｂおよび８０６ｃが、図７Ａにおいて表示される。ＨＴＳテープ積重体８０６をそれ自体に対して（例えば、層８０６ｂおよび８０６ｃの形で）層状にすることは、有利には、個別の用途によって所望されるように、磁石組立体８００の中の自己磁場強度を分布させ得るということが察知される。

[00179]ＨＴＳテープ積重体８０６の層が、一部分８１２ａと、壁８１２の一部分８１２ｂとの間に表示される。上述で指摘されたように、壁８１２は、磁石組立体８００に２回以上、回るように絡み付き、かくして、その壁の２つの一部分８１２ａおよび８１２ｂが、個別の断面Ａ－Ａにおいて出現する。これらの一部分８１２ａと８１２ｂとの間のチャンネルは、壁８１０および８１２ａにより規定される大きい溝と、壁８１２ｂおよび８１４ａにより規定される大きい溝との間の、単一ＨＴＳテープ積重体８０６の近隣の巻線を許すように設けられる。かくして、磁石組立体８００の実施形態は、単一の細い積重体を含み得るが、それでも、高インダクタンス巻線を可能にし得るということが察知される。

[00180]上述で説明されたパターンにしたがって、壁８１２の一部分８１２ｂは、ＨＴＳテープ積重体８０６の層８０６ｄと境を接する。積重体の６つの層が、一部分８１２ｂ、および、壁８１４の一部分８１４ａにより規定される溝内で、互いに対して巻かれる。チャンネルが、一部分８１４ａと、同じ壁８１４の一部分８１４ｂとの間に設けられ、そのチャンネルを通して巻かれるのが、層８０６ｅとして壁８１４の他方の側部に出現する、ＨＴＳテープ積重体８０６の層である。積重体の３つの層が、壁８１４の一部分８１４ｂ、および、壁８１６の一部分８１６ａにより規定される溝内で、互いに対して巻かれる。チャンネルが、一部分８１６ａと、同じ壁８１６の一部分８１６ｂとの間に設けられ、そのチャンネルを通して巻かれるのが、層８０６ｆとして壁８１６の他方の側部に出現する、ＨＴＳテープ積重体８０６の層である。積重体の３つの層が、壁８１６の一部分８１６ｂ、および、壁８１８の一部分８１８ａにより規定される溝内で、互いに対して巻かれる。チャンネルが、一部分８１８ａと、同じ壁８１８の一部分８１８ｂとの間に設けられ、そのチャンネルを通して巻かれるのが、ＨＴＳテープ積重体８０６の層である。

[00181]磁石組立体８００の最も内方の一部分は、図７Ａにおいて表示されるように、第２の任意選択の銅端子ブロック８２０により占有され得る。この非超伝導端子ブロック８２０は、一部の実施形態において、電流を超伝導ＨＴＳテープ積重体８０６から（または、その積重体内へと）移行させるために使用され得る。端子ブロック８２０は、電気接触の外部点を設けるために、板８０２を完全に貫いて伸長し得るということに留意されたい。代替で、ＨＴＳテープ積重体８０６は、上述で説明された概念、技法、および構造によって、その積重体の巻線を、最も内方の層８０６ｇから、境を接する積重される磁石組立体内へと継続し得る。内方壁（例えば、壁８１８）と内径（例えば、部材８２４）との間の空間の他の構成が、様々な実施形態において使用され得るということが察知される。

[00182]図７Ｂは、線Ｂ－Ｂに沿った図７の断面であり、左においての磁石組立体８００の外径、および、右においての内径を伴う同様のパターンを表示する。かくして、上述のように、外方部材８２２が示され、次いで、板８０２より上の端子ブロック８０４、次いで、端子ブロック８０４と壁８１０との間のチャンネルを通って巻き付くＨＴＳテープ積重体８０６の層８０６ａが示される。次に示されるのは、壁８１０と、壁８１２の外方一部分８１２ａとの間の溝内の積重体の４つの層、次いで、壁８１２の一部分８１２ａと８１２ｂとの間のチャンネル内の積重体の層である。

[00183]特に留意すべきは、図７Ｂにおいて示されるような一部分８１２ａは、図７Ａにおいて示されるような同じ壁８１２の対応する一部分８１２ａより半径方向に厚いということである。かくして、これらの図の断面の間の違いは、どのように壁８１２が、磁石組立体８００の方々で、異なる角度方向によって、変動する厚さを有するかを例解し、特に、壁８１２の先細にされる形状を例解する。逆に、図７Ｂにおいて示されるような一部分８１２ｂは、図７Ａにおいて示されるような同じ壁８１２の対応する一部分８１２ｂより半径方向に薄い。しかしながら、一部分８１２ａおよび８１２ｂの半径方向の厚さの総和 － すなわち、この断面に沿った壁８１２の「総合的な厚さ」 － は、両方の図において同じであり、断面の角度方向によって変動しない。

[00184]不変の総合的な厚さを有することが、一部の実施形態において有利であり得るものであり、例えば、各々の一部分８１２ａおよび８１２ｂが、磁力が振り向けられる何らかの構造支持をもたらすという程度に、この構造支持は、一様であり、角度方向によって変動しない。しかしながら、上述で解説されたように、一部の実施形態において、壁８１２の総合的な厚さは、角度方向によって変動し得る。その上、一部の実施形態において、テープ積重体の幅は、積重体に沿った距離によって変動し得るものであり、そのことは、壁厚さが、それに応じて調整されることを要する。

[00185]図７Ｂの説明に関して半径方向に内向きに継続すると、壁８１２の一部分８１２ｂは、ＨＴＳテープ積重体８０６の層８０６ｄと境を接する。積重体の６つの層が、一部分８１２ｂ、および、壁８１４の一部分８１４ａにより規定される溝内で、互いに対して巻かれる。チャンネルが、一部分８１４ａと、同じ壁８１４の一部分８１４ｂとの間に設けられ、そのチャンネルを通して巻かれるのが、層８０６ｅとして壁８１４の他方の側部に出現する、ＨＴＳテープ積重体８０６の層である。留意すべきは、まさに上述で説明された理由のために、一部分８１４ａは、図７Ａにおいてよりも図７Ｂにおいて厚く、一方で、一部分８１４ｂは、図７Ａにおいてよりも図７Ｂにおいて薄いが、これらの一部分の総合的な厚さは同じであるということである。

[00186]積重体の３つの層が、壁８１４の一部分８１４ｂ、および、壁８１６の一部分８１６ａにより規定される溝内で、互いに対して巻かれる。チャンネルが、一部分８１６ａと、同じ壁８１６の一部分８１６ｂとの間に設けられ、そのチャンネルを通して巻かれるのが、層８０６ｆとして壁８１６の他方の側部に出現する、ＨＴＳテープ積重体８０６の層である。一部分８１６ａは、図７Ａにおいてよりも図７Ｂにおいて厚く、一方で、一部分８１６ｂは、図７Ａにおいてよりも図７Ｂにおいて薄いが、これらの一部分の総合的な厚さは同じである。

[00187]積重体の３つの層が、壁８１６の一部分８１６ｂ、および、壁８１８の一部分８１８ａにより規定される溝内で、互いに対して巻かれる。チャンネルが、一部分８１８ａと銅端子ブロック８２０との間に設けられ、そのチャンネルを通して巻かれるのが、ＨＴＳテープ積重体８０６の層である。端子ブロック８２０は、電気接触の外部点を設けるために、板８０２を完全に貫いて伸長し得るということに留意されたい。さらに留意すべきは、壁８１８は、図７Ｂにおいて例解される断面Ｂ－Ｂにおいて、単一の一部分８１８ａのみを内包するということである。最終的には、材料８２４が、磁石組立体８００の最内径に沿って出現する。

[00188]図７Ｃは、線Ｃ－Ｃに沿った図７の断面であり、上部においての磁石組立体８００の外径、および、下部においての内径を伴う同様のパターンを表示する。かくして、外方部材８２２が示され、次いで、壁８１０の一部分８１０ａが示される。端子ブロック８０４は、下記で論考される理由のために、この断面において存在しないということに留意されたい。次に、ＨＴＳテープ積重体８０６の層８０６ａが、一部分８１０ａと、同じ壁８１０の一部分８１０ｂとの間のチャンネルを通って巻き付く。

[00189]次に示されるのは、層８０６ｂと８０６ｃとを含む、壁８１０と、壁８１２の外方一部分８１２ａとの間の溝内のＨＴＳテープ積重体８０６の４つの層である。その下手に示されるのは、壁８１２の一部分８１２ａと８１２ｂとの間のチャンネル内の積重体の層である。

[00190]図７Ｃにおいて示されるような一部分８１２ａは、図７Ａおよび７Ｂにおいて示されるような同じ壁８１２の対応する一部分８１２ａより半径方向に厚いということに留意されたい。かくして、これらの図の断面の間の違いは、どのように壁８１２が、磁石組立体８００の方々で、異なる角度方向によって、変動する厚さを有するかを例解し、特に、壁８１２の先細にされる形状を例解する。逆に、図７Ｃにおいて示されるような一部分８１２ｂは、図７Ａおよび７Ｂにおいて示されるような同じ壁８１２の対応する一部分８１２ｂより半径方向に薄い。しかしながら、断面Ｃ－Ｃに沿った壁８１２の総合的な厚さは、すべての３つの図において同じであり、断面の角度方向によって変動しない。

[00191]図７Ｃの説明に関して半径方向に内向きに（すなわち、下向きに）継続すると、壁８１２の一部分８１２ｂは、ＨＴＳテープ積重体８０６の層８０６ｄと境を接する。積重体の６つの層が、一部分８１２ｂ、および、壁８１４の一部分８１４ａにより規定される溝内で、互いに対して巻かれる。チャンネルが、一部分８１４ａと、同じ壁８１４の一部分８１４ｂとの間に設けられ、そのチャンネルを通して巻かれるのが、層８０６ｅとして壁８１４の他方の側部に出現する、ＨＴＳテープ積重体８０６の層である。再び留意すべきは、上述のように、一部分８１４ａは、図７Ａおよび７Ｂにおいて、より厚く、一方で、一部分８１４ｂは、図７Ａおよび７Ｂにおいて、より薄いが、これらの一部分の総合的な厚さは同じであるということである。

[00192]積重体の３つの層が、壁８１４の一部分８１４ｂ、および、壁８１６の一部分８１６ａにより規定される溝内で、互いに対して巻かれる。チャンネルが、一部分８１６ａと、同じ壁８１６の一部分８１６ｂとの間に設けられ、そのチャンネルを通して巻かれるのが、層８０６ｆとして壁８１６の他方の側部に出現する、ＨＴＳテープ積重体８０６の層である。一部分８１６ａは、図７Ａおよび７Ｂにおいてよりも図７Ｃにおいて厚く、一方で、一部分８１６ｂは、図７Ａおよび７Ｂにおいてよりも図７Ｃにおいて薄いが、これらの一部分の総合的な厚さは同じである。

[00193]積重体の３つの層が、壁８１６の一部分８１６ｂ、および、壁８１８の一部分８１８ａにより規定される溝内で、互いに対して巻かれる。はめ込みチャンネルが、（銅端子ブロック８２０から除去される材料により）一部分８１８ａと銅端子ブロック８２０との間に設けられ、そのチャンネルを通して巻かれるのが、ＨＴＳテープ積重体８０６の層である。端子ブロック８２０は、電気接触の外部点を設けるために、板８０２を完全に貫いて伸長し得るということに留意されたい。さらに留意すべきは、壁８１８は、図７Ｃにおいて例解される断面Ｃ－Ｃにおいて、単一の一部分８１８ａのみを内包するということである。最終的には、材料８２４が、磁石組立体８００の最内径に沿って出現する。

[00194]はめ込まれる伝導性細長片または板８０４は、とりわけ、伝導性端子と、背部板８０２を備える相対的に低い伝導度材料との間に、および、ＨＴＳテープ積重体８０６と伝導性端子との間に、大きい接触区域をもたらす。実施形態において、伝導性端子は、銅端子として設けられ、はめ込まれる伝導性細長片８０４は、はめ込まれる銅細長片８０４として設けられる。そのような伝導性細長片の使用は、ＨＴＳ積重体テープ８０６と銅端子との間の低い接合抵抗の成し遂げを容易にする。

[00195]この特徴は、磁石が充電されているとき、および、通常から外れた事象の間に有用であり得る。接触区域は、銅と背部板材料８０２との間の境界面においての電流密度が、材料それら自体に対して、および、材料の間の接触抵抗に対しての両方で、受け入れ可能な限度（例えば、受け入れ可能なジュール加熱）の範囲内であるということを確実にするように十分に大きいように選定される。このことは、通常から外れた事象の間の過熱からの潜在的可能性の損傷の設計考慮、ならびに、充電の間の背部板８０２内のジュール加熱分布、および、冷却要件へのそのジュール加熱分布の影響の考慮を含む。

[00196]銅板８０４は、積重体を受け入れ、沿って局在的加熱影響を配分するための追加的な表面区域をもたらすために、積重体深さまたは高さより深い。かくして、例えば、図７Ａにおいて、一部分８０６ａは、その側部のうちの２つに沿って銅板８０４と接触し、図７Ｃにおいて、一部分８０６ｇは、その側部のうちの２つに沿って銅端子ブロック８２０と接触する。

[00197]本明細書において開示される概念の様々な実施形態は、関係付けられる図面を参照して説明されるということが理解されるべきである。代替的実施形態が、本明細書において説明される幅広い概念の範囲から逸脱することなく考案され得る。様々な接続および位置的関係性（例えば、上方、下方、隣り合う、その他）が、後に続く説明において、および、図面において、要素の間で論述されるということが留意される。これらの接続および／または位置的関係性は、別段に明記されない限り、直接的または間接的であり得るものであり、本発明は、この点において制限的であることを意図されない。よって、実体の結合は、直接的結合または間接的結合のいずれかを指し得るものであり、実体の間の位置的関係性は、直接的位置的関係性または間接的位置的関係性であり得る。間接的位置的関係性の例として、層または要素「Ａ」を層または要素「Ｂ」の上方に配設することに対する本説明においての言及は、１つまたは複数の中間層または要素（例えば、層または要素「Ｃ」）が、層／要素「Ａ」と層／要素「Ｂ」との間にある情況を含み、そのことは、層／要素「Ａ」および層／要素「Ｂ」の、重要性のある特性および機能性が、上記中間層により実質的に変化させられない限りにおいてのものである。

[00198]後に続く定義および略語が、特許請求の範囲および本明細書の解釈に対して使用されることになる。本明細書において使用される際、用語「備える（三人称単数現在形）」、「備える（現在分詞）」、「含む（三人称単数現在形）」、「含む（現在分詞）」、「有する（三人称単数現在形）」、「有する（現在分詞）」、「内包する（三人称単数現在形）」、もしくは「内包する（現在分詞）」、または、それらの任意の他の変化形は、非排他的な含みを対象とすることを意図される。例えば、列挙の要素を備える、組成物、混合物、工程、方法、物品、または装置は、それらの要素のみに必ずしも制限されるのではなく、明示的に列挙されない、または、そのような組成物、混合物、工程、方法、物品、もしくは装置に本来備わる、他の要素を含むことができる。

[00199]加うるに、用語「例示的」は、「例、実例、または例解として役立つ」を意味するように本明細書において使用される。「例示的」と本明細書において説明されるいかなる実施形態または設計も、必ずしも、他の実施形態または設計にまさって、好まれる、または有利であると解されることにはならない。用語「１つまたは複数」および「１つまたは複数」は、１以上の任意の整数の数、すなわち、１、２、３、４、その他を含むと理解される。用語「複数」は、２以上の任意の整数の数、すなわち、２、３、４、５、その他を含むと理解される。用語「接続」は、間接的「接続」および直接的「接続」を含むことができる。

[00200]「１つの実施形態」、「一実施形態」、「例実施形態」、その他に対する本明細書においての言及は、説明される実施形態は、個別の特徴、構造、または特性を含むことができるが、あらゆる実施形態は、上記個別の特徴、構造、または特性を含むことができるということを示唆する。その上、そのような語句は、同じ実施形態に必ずしも言及していない。さらに、個別の特徴、構造、または特性が、一実施形態に関するものとして説明されるとき、明瞭に説明されていようと、そうでなかろうと、そのような特徴、構造、または特性を、他の実施形態に関するものとして好んで用いることは、当業者の知識の範囲内であるということが具申される。

[00201]本明細書において提供される説明の目的のために、用語「上側」、「下側」、「右」、「左」、「垂直」、「水平」、「上部」、「下部」、および、それらの派生語は、図面の図において向きを定められるように、説明される構造および方法に関係するものとする。用語「上方にある」、「頂上に」、「上部上に」、「上に位置設定される」、または「頂上に位置設定される」は、第１の構造などの第１の要素が、第２の構造などの第２の要素上に存在し、その場合、境界面構造などの介在要素が、第１の要素と第２の要素との間に存在することができるということを意味する。用語「直接的接触」は、第１の構造などの第１の要素、および、第２の構造などの第２の要素が、２つの要素の境界面において、いかなる中間の伝導層、絶縁層、または半導体層もなしに接続されるということを意味する。

[00202]当業者は、本明細書において説明される概念、構造、デバイス、および技法が、それらの趣旨、または、本質的な概念もしくは特性から逸脱することなく、他の特定の形式で実施され得るということに気付くことになる。前述の実施形態は、それゆえに、すべての点において、保護されることを求められる幅広い概念について、制限的であるよりむしろ例解的であると考えられるべきである。概念の範囲は、かくして、前述の説明によってよりむしろ、添付される特許請求の範囲により指示され、特許請求の範囲の均等性の意味合いおよび範囲の中にあるすべての変化は、それゆえに、特許請求の範囲に包含されることを意図される。

Claims (30)

1. 第１の溝を有する第１の導電性板と、
   前記第１の溝内に配設される第１の高温超伝導体（ＨＴＳ）テープ積重体であって、スパイラル形状を有する、第１のＨＴＳテープ積重体と、
   第２の溝を有する第２の導電性板と、
   前記第２の溝内に配設される第２のＨＴＳテープ積重体であって、スパイラル形状を有する、第２のＨＴＳテープ積重体と、
   前記第１のＨＴＳテープ積重体と前記第２のＨＴＳテープ積重体との間の導電性接続部であって、前記導電性接続部は、高温超伝導体、または、３０ケルビンより上の温度において超伝導体でない金属を含む、導電性接続部と、
   を備え、
   前記第１のＨＴＳテープ積重体は、希土類バリウム銅酸化物を含む、
   装置。
2. 前記導電性接続部は、３０ケルビンより上の温度において超伝導体でない金属を含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記金属は、銅を含む、請求項２に記載の装置。
4. 前記第１のＨＴＳテープ積重体は、複数の巻回を含み、前記第１の導電性板は、前記複数の巻回のそれぞれの巻回の間の電気接続部を設ける、請求項１に記載の装置。
5. 前記第１の溝は、スパイラル形状を有し、前記第２の溝は、スパイラル形状を有する、請求項１に記載の装置。
6. 前記第１の導電性板は、金属または金属合金を含む、請求項１に記載の装置。
7. 前記第１の導電性板は、鋼鉄を含む、請求項６に記載の装置。
8. 少なくとも前記第１のＨＴＳテープ積重体を、前記第１のＨＴＳテープ積重体が超伝導である温度まで冷却するための冷却剤チャンネルをさらに含む、請求項１に記載の装置。
9. 前記冷却剤チャンネルは、前記第１の溝内に配設される、請求項８に記載の装置。
10. 前記冷却剤チャンネルは、前記第１の溝の外側に配設される、請求項８に記載の装置。
11. 前記第１の導電性板は、前記第２の導電性板から電気的に絶縁される、請求項１に記載の装置。
12. 前記第１および／または第２の導電性板は、前記第１および第２の導電性板が一緒に一組にされるときに、前記第１および第２の導電性板を位置合わせするための、１つまたは複数の位置合わせ構造を有する、請求項１に記載の装置。
13. 前記導電性接続部は、３０ケルビンより上の温度において超伝導体でない金属を含み、前記導電性接続部は、前記第１のＨＴＳテープ積重体の最も内方の巻回と前記第２のＨＴＳテープ積重体の最も内方の巻回との間に形成される、請求項１に記載の装置。
14. 前記第１の溝は、少なくとも第１および第２の巻回を含み、前記第１の巻回は、第１の幅を有し、前記第２の巻回は、第２の幅を有し、前記第２の幅は、前記第１の幅より大である、請求項１に記載の装置。
15. 前記第１の溝の前記第２の巻回は、前記第１のＨＴＳテープ積重体の複数の巻回を含む、請求項１４に記載の装置。
16. 前記装置は、磁石を含む、請求項１に記載の装置。
17. 前記第１のＨＴＳテープ積重体に電気的に結合される伝導性端子ブロックをさらに備える、請求項１に記載の装置。
18. 前記第１の溝内に共巻き材料をさらに備える、請求項１に記載の装置。
19. 第１の溝を有する第１の導電性板と、
    前記第１の溝内に配設される第１の高温超伝導体（ＨＴＳ）テープ積重体であって、スパイラル形状を有する、第１のＨＴＳテープ積重体と、
    第２の溝を有する第２の導電性板と、
    前記第２の溝内に配設される第２のＨＴＳテープ積重体であって、スパイラル形状を有する、第２のＨＴＳテープ積重体と、
    前記第１のＨＴＳテープ積重体と前記第２のＨＴＳテープ積重体との間の導電性接続部であって、前記導電性接続部は、高温超伝導体、または、３０ケルビンより上の温度において超伝導体でない金属を含む、導電性接続部と、
    を備え、
    前記第１のＨＴＳテープ積重体は、希土類バリウム銅酸化物を含み、
    前記第１のＨＴＳテープ積重体は、第１の複数の巻回を含み、
    前記第１の導電性板は、前記第１の複数の巻回のそれぞれの巻回の間の電気接続部を設け、
    前記第２のＨＴＳテープ積重体は、第２の複数の巻回を含み、
    前記第２の導電性板は、前記第２の複数の巻回のそれぞれの巻回の間の電気接続部を設ける、
    磁石。
20. 前記導電性接続部は、３０ケルビンより上の温度において超伝導体でない金属を含む、請求項１９に記載の磁石。
21. 前記金属は、銅を含む、請求項２０に記載の磁石。
22. 前記磁石は、非絶縁磁石である、請求項１９に記載の磁石。
23. 前記第１の導電性板は、金属または金属合金を含む、請求項１９に記載の磁石。
24. 前記第１の導電性板は、鋼鉄を含む、請求項１９に記載の磁石。
25. 前記第１の導電性板は、前記第２の導電性板から電気的に絶縁される、請求項１９に記載の磁石。
26. 前記導電性接続部は、３０ケルビンより上の温度において超伝導体でない金属を含み、前記導電性接続部は、前記第１のＨＴＳテープ積重体の最も内方の巻回と前記第２のＨＴＳテープ積重体の最も内方の巻回との間に形成される、請求項１９に記載の磁石。
27. 前記第１の溝は、少なくとも第１および第２の巻回を含み、前記第１の巻回は、第１の幅を有し、前記第２の巻回は、第２の幅を有し、前記第２の幅は、前記第１の幅より大である、請求項１９に記載の磁石。
28. 前記第１の溝の前記第２の巻回は、前記第１のＨＴＳテープ積重体の複数の巻回を含む、請求項２７に記載の磁石。
29. 少なくとも前記第１のＨＴＳテープ積重体を、前記第１のＨＴＳテープ積重体が超伝導である温度まで冷却するための冷却剤チャンネルをさらに含む、請求項１９に記載の磁石。
30. 第１の溝を有する第１の導電性板を形成するステップと、
    第１の高温超伝導体（ＨＴＳ）テープ積重体を前記第１の溝内へとスパイラル形状で配設するステップであって、前記第１のＨＴＳテープ積重体は希土類バリウム銅酸化物を含む、ステップと、
    第２の溝を有する第２の導電性板を形成するステップと、
    第２のＨＴＳテープ積重体を前記第２の溝内へとスパイラル形状で配設するステップと、
    前記第１のＨＴＳテープ積重体と前記第２のＨＴＳテープ積重体とを、高温超伝導体または３０ケルビンより上の温度において超伝導体でない金属を含む導電性接続部で電気的に接続するステップと、
    を含む製作方法。

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