WO2004079831A1

WO2004079831A1 - 超電導磁石装置

Info

Publication number: WO2004079831A1
Application number: PCT/JP2003/016839
Authority: WO
Inventors: Kaoru Nemoto; Motohiro Igarashi
Original assignee: Central Japan Railway Company
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2004-09-16
Also published as: US20060279387A1; EP1601029A1; JP3983186B2; CN100413110C; RU2005130985A; US7224250B2; JP2004273621A; CN1757122A; KR20050105276A

Abstract

永久電流モードに移行する際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。本発明の超電導磁石装置(1)においては、永久電流モードに移行する際に、低温領域に配置された熱式超電導スイッチ(41)と、中間温度領域に配置された機械式スイッチ(42)をオンにするが、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、そこで駆動機構(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、その冷凍機容量を軽減することができる。

Description

明細書

超電導磁石装置技術分野

本発明は、励磁後のスィ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。背景技術

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（Magi ev)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ィ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。

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ィッチ 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。上記超電導スィッチ 1 4 0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ィッチが主に使用されてきたが、機械式超電導スィッチや、同図に示したような熱式超電導スィッチ 1 4 1と機械式超電導スィッチ 1 4 2との並列接続による超電導スィ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）。

〔特許文献 1〕

特開平 6— 3 5 0 1 4 8号公報

〔非特許文献 1〕

「超電導研究■開発ハンドブック」第 1 6 0〜 1 6 3頁，財団法人国際

超電導産業技術研究センター（1 9 9 1年），株式会社オーム社しかしながら、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ィッチを適用した場合に、次のような問題点があった。 . まず、熱式超電導スィッチを単独で適用した場合には、熱現象を利用するため、当該スィッチがオン時（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、つまリオン《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、超電導スィ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つ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つた。

また、機械式超電導スィ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。

さらに、図 5のように、熱式超電導スィッチと機械式超電導スィ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ィ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ィッチが切替えを完了するまでの間は機械式超電導スイツチの接点抵抗による発熱が生じるといった問題がある。

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのスィ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。

発明の開示上記課題に鑑み、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，及ぴ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 'オフされるスィッチと、上記スィッチのオン，オフを切り替えるスィッチ切替手段とを備える。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。

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、外部冷凜機から熱伝導にて冷却するようにしてもよい。

そして、上記スィ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、そのスィ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。

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リ、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。

一方、上記スィッチは、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ィッチと、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ィ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ィッチとからなる。つまり、低温領域に配置される熱式スィッチ（熱式超電導スィッチ）は、永久電流モードで超電導状態に移行する超電導スィ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ィッチは、超電導スィッチでも常電導スィッチでもよい。

そして、上記機械式スィッチが、中間温度領域に配置されスィ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「熱式超電導スィッチ」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、スィッチをオフさせるものであり、「機械式スィッチ」は、機械的な機構によリスイッチをオンさせるものである。

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ィツチをオンにするときに、熱式超電導スィ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、機械式スィ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リその発熱が低減するためこれを冷却しょうとする冷凍機の負荷を低減することができる。

そして、特に上記構成によれば、機械式スィ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、機械式スィ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ィ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。

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。

さらに前記のように、機械式スィッチからの熱負荷がある程度許容されることから、機械式スィ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、上記機械式スィッチを常電導材からなる常電導スィ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。

尚、上記のように、第 2電流リードや機械式スィ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。

ところで、上記スィッチ切替手段は、熱式超電導スィ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ィッチと熱式超電導スィッチの両スィ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ィッチに加わリー時的に常電導転位するようなことがあっても、電流が機械式スィ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、機械式スィッチは，熱擾乱によりオフに切リ替わるということが無く、また熱式超電導スィッチもその熱擬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。

また、熱式超電導スィ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、上記スィッチ切替手段が、永久電流モードへの移行開始と同時に機械式スィッチ及び熱式超電導スィッチをオンにし、熱式超電導スィッチが所定の超電導状態に達すると、機械式スィッチをオフするようにしてもよい。

かかる構成によれば、機械式スィ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、機械スィツチのオフにより、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。

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ィッチの接点を接触又は開放して、機械式スィッチをオン'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。

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ィ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、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ィツチの接点を接触又は開放して、この機械式スィッチをオン'オフするものであってもよい。

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ィ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、機械式スィッチを確実に駆動することができる。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、機械式スィ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、熱式超電導スィッチの常電導転位防止のために機械式スィ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。

図面の簡単な説明

図 1は、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り、

図 2は、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リ、

図 3は、第 1卖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り、

図 4は、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り、

図 5は、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。発明を実施するための最良の形態

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 M a g l e v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。

図 1に示すように、本実施例の超電導磁石装置 1は、内部に超電導コィル 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；！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。

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 15 K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程度の丫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 300 K程度の温度領域である。

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。

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、銅ゃ真錶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。

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 80 K)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 80 K )近傍となり、外槽 23付近で常温（約 300 K )近傍となる温度勾配を有している。

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ィッチ 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ィッチ 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ィッチ 42が設けられている。

熱式超電導スィッチ 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、機械式スィッチ 42は、中間温度領域に設置された駆動機構 60によリオン■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（スィッチ切替手段）を介して実行される。

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 7 1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を介してコイルパネ 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 31 a， 31 aが延出している。

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、この超電導コィル 10にて発生した磁場との相互作用によリ常電導ソレノイド 65に電磁力が発生し、それによつて本体部 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 31 a, 31 a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、上記電磁力が消減して本体部 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。

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、熱式超電導スィッチ 41及び機械式スィッチ 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 3 1を介して超電導コイル 1 0に電流を供給する。そして、この超電導コイル 1 0に所要の磁界が発生した後、これらのスィッチをオンして超電導コィル 1 0の両端を短絡させる。

この場合、熱式超電導スィッチ 4 1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、機械式スィッチ 4 2は瞬時に切り替わるため、外部励磁電源 5 1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リその発熱が低減するため、これを冷却しょうとする外部冷凍機の負荷を低減することができる。

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ィッチ 4 1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、機械式スイツチ 4 2がオンされている間は、電流が当該機械式スィッチ 4 2にバイパスするため、超電導コイル 1 0が励磁状態を維持することができる。つまり、機械式スィッチ 4 2は，熱擾乱によりオフに切り替わるということが無く、また熱式超電導スィッチ 4 1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。

そして、本実施例の超電導磁石装置においては、特に、機械式スィッチ 4 2が中間温度領域に配置されているため、駆動機構 6 0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、機械式スィッチ 4 2の接点における発熱及び駆動機構 6 0 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ィッチ 4 2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。

また、超電導コイル 1 0と機械式スィッチ 4 2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 3 1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ィッチ 4 2をオンしても、超電導コイル 1 0 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。

さらに、本実施例においては、機械式スィッチ 4 2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、機械式スィッチ 4 2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 3 2も安価な常電導材にて構成している。

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 3 1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 Β ί系高温超電導電流リードや T I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、機械式スィッチ 4 2をオン■オフさせる駆動機構として、常電導ソレノイド 6 5を用いた駆動機構 6 0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。

図 4に示すように、本実施例の駆動機構 8 0は、外部駆動電源 5 2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 8 1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ポールネジ 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。

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 9 2には、ポールネジ 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、ポールネジ 83のネジ山に螺合する雌ネジが形成されている。

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が駆動されてポールネジ 83が回転する。それによ！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 31 a, 31 aに接触して結果的に超電導コイル 10を短絡させる。

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。

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、機械式スィッチ 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ィッチ 4 1の常電導転位防止のために機械式スィ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。また、駆動機構 8 0に圧電セラミック（圧電素子）からなる超音波モータ 8 2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 1 0の起磁力を変える場合など、磁場が変わっても、機械式スィッチ 4 2を確実に駆動することができる。

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リ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、例えぱ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ィッチ 4 2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。

また、上記各実施例では、第 2電流リード 3 2及び機械式スィッチ 4 2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 2 1の低温領域の冷却方式として、外部冷凍機から内槽 2 1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 2 2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。

産業上の利用可能性この発明によれば、スィ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、例えば Magi ev用超電導磁石装置を提供することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 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、

前記スィッチのオン■オフを切り替えるスィッチ切替手段と、

を備え、前記スィ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、前記スィ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、前記スィッチは、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ィッチと、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ィ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ィッチとからなリ、前記機械式スィッチが、前記中間温度領域に配置され前記スィ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。

2 . 前記機械式スィッチは、常電導材で構成された常電導スィ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。

3 . 前記スィッチ切替手段は、永久電流モードへの移行開始と同時に前記機械式スィッチをオンにし、該熱式超電導スィッチが所定の超電導状態に達すると、該機械式スィ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。

4 . 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ィ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。

5 . 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、前記機械式スィッチの接点を接触又は開放して、該機械式スィッチをオン■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。

6 . 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。