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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022165843
(43)【公開日】2022-11-01
(54)【発明の名称】磁場発生装置
(51)【国際特許分類】
H01F 7/20 20060101AFI20221025BHJP
H01F 6/04 20060101ALI20221025BHJP
H01F 27/24 20060101ALI20221025BHJP
【ＦＩ】
H01F7/20 Z
H01F6/04
H01F27/24 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021071385
(22)【出願日】2021-04-20
(71)【出願人】
【識別番号】000133939
【氏名又は名称】テラル株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】304027279
【氏名又は名称】国立大学法人 新潟大学
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100174023
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 怜愛
(72)【発明者】
【氏名】河島 裕
(72)【発明者】
【氏名】伊東 徹也
(72)【発明者】
【氏名】福井 聡
(57)【要約】
【課題】冷却容器を小型化できる、磁場発生装置を提供する。
【解決手段】この発明の磁場発生装置１は、鉄心２と、一対の超電導コイル３と、１つ又は一対の真空断熱容器４と、を備え、鉄心は、略Ｃ字状又は略Ｕ字状のヨーク２１と、ヨークとは別体に構成され、ヨークの内側に位置し、互いに作業空間を介して対向配置された、一対の分割鉄心部２２と、を有し、各分割鉄心部には、各超電導コイルが、一対の分割鉄心部どうしが対向する方向に平行な軸線を中心とする周方向に沿って、それぞれ巻かれており、分割鉄心部と分割鉄心部に巻かれた超電導コイルとからなる分割鉄心コイル組立体５は、１つ又は一対の真空断熱容器に収容されており、ヨークは、１つ又は一対の真空断熱容器の外に配置されている。
【選択図】図１
【解決手段】この発明の磁場発生装置１は、鉄心２と、一対の超電導コイル３と、１つ又は一対の真空断熱容器４と、を備え、鉄心は、略Ｃ字状又は略Ｕ字状のヨーク２１と、ヨークとは別体に構成され、ヨークの内側に位置し、互いに作業空間を介して対向配置された、一対の分割鉄心部２２と、を有し、各分割鉄心部には、各超電導コイルが、一対の分割鉄心部どうしが対向する方向に平行な軸線を中心とする周方向に沿って、それぞれ巻かれており、分割鉄心部と分割鉄心部に巻かれた超電導コイルとからなる分割鉄心コイル組立体５は、１つ又は一対の真空断熱容器に収容されており、ヨークは、１つ又は一対の真空断熱容器の外に配置されている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
鉄心と、
一対の超電導コイルと、
１つ又は一対の真空断熱容器と、
を備え、
前記鉄心は、
略Ｃ字状又は略Ｕ字状のヨークと、
前記ヨークとは別体に構成され、前記ヨークの内側に位置し、互いに作業空間を介して対向配置された、一対の分割鉄心部と、
を有し、
各前記分割鉄心部には、各前記超電導コイルが、前記一対の分割鉄心部どうしが対向する方向に平行な軸線を中心とする周方向に沿って、それぞれ巻かれており、
前記分割鉄心部と前記分割鉄心部に巻かれた前記超電導コイルとからなる分割鉄心コイル組立体は、前記１つ又は一対の真空断熱容器に収容されており、
前記ヨークは、前記１つ又は一対の真空断熱容器の外に配置されている、磁場発生装置。
一対の超電導コイルと、
１つ又は一対の真空断熱容器と、
を備え、
前記鉄心は、
略Ｃ字状又は略Ｕ字状のヨークと、
前記ヨークとは別体に構成され、前記ヨークの内側に位置し、互いに作業空間を介して対向配置された、一対の分割鉄心部と、
を有し、
各前記分割鉄心部には、各前記超電導コイルが、前記一対の分割鉄心部どうしが対向する方向に平行な軸線を中心とする周方向に沿って、それぞれ巻かれており、
前記分割鉄心部と前記分割鉄心部に巻かれた前記超電導コイルとからなる分割鉄心コイル組立体は、前記１つ又は一対の真空断熱容器に収容されており、
前記ヨークは、前記１つ又は一対の真空断熱容器の外に配置されている、磁場発生装置。
【請求項2】
一対の前記分割鉄心コイル組立体のうち少なくとも一方において、
前記分割鉄心部の外周面は、前記作業空間に面するとともに軸直方向内側に凹んだ環状の段差部を有しており、
前記超電導コイルが、前記周方向に沿って、前記段差部に巻かれている、請求項１に記載の磁場発生装置。
前記分割鉄心部の外周面は、前記作業空間に面するとともに軸直方向内側に凹んだ環状の段差部を有しており、
前記超電導コイルが、前記周方向に沿って、前記段差部に巻かれている、請求項１に記載の磁場発生装置。
【請求項3】
一対の前記分割鉄心コイル組立体のうち少なくとも一方において、
前記分割鉄心部の外周面は、環状の溝を有しており、
前記超電導コイルが、前記周方向に沿って、前記溝に巻かれている、請求項１に記載の磁場発生装置。
前記分割鉄心部の外周面は、環状の溝を有しており、
前記超電導コイルが、前記周方向に沿って、前記溝に巻かれている、請求項１に記載の磁場発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、磁場発生装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来より、略Ｃ字状の鉄心と、当該鉄心の一対の端部に巻かれた一対のコイルと、を備えた、磁場発生装置がある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2005-123084号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述のような従来の磁場発生装置において、コイルとして超電導コイルを用いる場合、超電導コイルを冷却する必要があり、その冷却の方法としては、鉄心及び一対のコイルの全体を真空断熱容器に収容するものが考えられるが、真空断熱容器が大型になるという課題があった。
【0005】
この発明は、上述した課題を解決するためのものであり、真空断熱容器を小型化できる、磁場発生装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の磁場発生装置は、
鉄心と、
一対の超電導コイルと、
１つ又は一対の真空断熱容器と、
を備え、
前記鉄心は、
略Ｃ字状又は略Ｕ字状のヨークと、
前記ヨークとは別体に構成され、前記ヨークの内側に位置し、互いに作業空間を介して対向配置された、一対の分割鉄心部と、
を有し、
各前記分割鉄心部には、各前記超電導コイルが、前記一対の分割鉄心部どうしが対向する方向に平行な軸線を中心とする周方向に沿って、それぞれ巻かれており、
前記分割鉄心部と前記分割鉄心部に巻かれた前記超電導コイルとからなる分割鉄心コイル組立体は、前記１つ又は一対の真空断熱容器に収容されており、
前記ヨークは、前記１つ又は一対の真空断熱容器の外に配置されている。
鉄心と、
一対の超電導コイルと、
１つ又は一対の真空断熱容器と、
を備え、
前記鉄心は、
略Ｃ字状又は略Ｕ字状のヨークと、
前記ヨークとは別体に構成され、前記ヨークの内側に位置し、互いに作業空間を介して対向配置された、一対の分割鉄心部と、
を有し、
各前記分割鉄心部には、各前記超電導コイルが、前記一対の分割鉄心部どうしが対向する方向に平行な軸線を中心とする周方向に沿って、それぞれ巻かれており、
前記分割鉄心部と前記分割鉄心部に巻かれた前記超電導コイルとからなる分割鉄心コイル組立体は、前記１つ又は一対の真空断熱容器に収容されており、
前記ヨークは、前記１つ又は一対の真空断熱容器の外に配置されている。
【0007】
本発明の磁場発生装置においては、
一対の前記分割鉄心コイル組立体のうち少なくとも一方において、
前記分割鉄心部の外周面は、前記作業空間に面するとともに軸直方向内側に凹んだ環状の段差部を有しており、
前記超電導コイルが、前記周方向に沿って、前記段差部に巻かれていると、好適である。
一対の前記分割鉄心コイル組立体のうち少なくとも一方において、
前記分割鉄心部の外周面は、前記作業空間に面するとともに軸直方向内側に凹んだ環状の段差部を有しており、
前記超電導コイルが、前記周方向に沿って、前記段差部に巻かれていると、好適である。
【0008】
本発明の磁場発生装置においては、
一対の前記分割鉄心コイル組立体のうち少なくとも一方において、
前記分割鉄心部の外周面は、環状の溝を有しており、
前記超電導コイルが、前記周方向に沿って、前記溝に巻かれていてもよい。
一対の前記分割鉄心コイル組立体のうち少なくとも一方において、
前記分割鉄心部の外周面は、環状の溝を有しており、
前記超電導コイルが、前記周方向に沿って、前記溝に巻かれていてもよい。
【発明の効果】
【0009】
この発明によれば、真空断熱容器を小型化できる、磁場発生装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の一実施形態に係る磁場発生装置を概略的に示す、断面図である。
【図4】分割鉄心コイル組立体の第１変形例を概略的に示す、断面図である。
【図5】分割鉄心コイル組立体の第２変形例を概略的に示す、断面図である。
【図6】分割鉄心コイル組立体の第３変形例を概略的に示す、断面図である。
【図7】分割鉄心コイル組立体の第４変形例を概略的に示す、断面図である。
【図8】分割鉄心コイル組立体の第５変形例を概略的に示す、断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明に係る磁場発生装置は、任意の用途に利用できるものであり、例えば、アルミビレットの加熱装置に利用できるものである。
以下に、図面を参照しつつ、この発明に係る磁場発生装置の実施形態を例示説明する。
以下に、図面を参照しつつ、この発明に係る磁場発生装置の実施形態を例示説明する。
【0012】
【0013】
鉄心２は、ヨーク２１と、一対の分割鉄心部２２と、を有している。
ヨーク２１は、鉄を含んで構成されており、磁束を通すように構成されている。ヨーク２１は、略Ｃ字状又は略Ｕ字状（図１の例では、略Ｃ字状）をなしている。ヨーク２１は、一対の端部２１ａを有している。図１の例において、ヨーク２１は、一対の端部２１ａが作業空間６側を向くように指向されている。ただし、ヨーク２１は、分割鉄心部２２の軸線方向外側ＡＤＯの面と狭い隙間で対向する面が設けられていれば、ヨーク２１の端部２１ａは任意の向きに指向されてよい。
一対の分割鉄心部２２は、鉄を含んで構成されており、磁束を通すように構成されている。一対の分割鉄心部２２は、ヨーク２１とは別体に構成されている。一対の分割鉄心部２２は、ヨーク２１の内側に位置しており、互いに作業空間６を介して対向配置されている。作業空間６は、エアギャップである。
このようにして、鉄心２は、略Ｃ字状をなしている。
ヨーク２１は、鉄を含んで構成されており、磁束を通すように構成されている。ヨーク２１は、略Ｃ字状又は略Ｕ字状（図１の例では、略Ｃ字状）をなしている。ヨーク２１は、一対の端部２１ａを有している。図１の例において、ヨーク２１は、一対の端部２１ａが作業空間６側を向くように指向されている。ただし、ヨーク２１は、分割鉄心部２２の軸線方向外側ＡＤＯの面と狭い隙間で対向する面が設けられていれば、ヨーク２１の端部２１ａは任意の向きに指向されてよい。
一対の分割鉄心部２２は、鉄を含んで構成されており、磁束を通すように構成されている。一対の分割鉄心部２２は、ヨーク２１とは別体に構成されている。一対の分割鉄心部２２は、ヨーク２１の内側に位置しており、互いに作業空間６を介して対向配置されている。作業空間６は、エアギャップである。
このようにして、鉄心２は、略Ｃ字状をなしている。
【0014】
本明細書では、一対の分割鉄心部２２を通るとともに一対の分割鉄心部２２どうしが対向する方向に延在する軸線Ｏに平行な方向を、「軸線方向ＡＤ」という。また、軸線方向ＡＤにおいて作業空間６に近い側を「軸線方向内側ＡＤＩ」といい、軸線方向ＡＤにおいて作業空間６から遠い側を「軸線方向外側ＡＤＯ」という。また、軸線方向ＡＤに対し垂直な方向を「軸直方向ＯＤ」という。軸直方向ＯＤにおいて軸線Ｏに近い側を「軸直方向内側」といい、軸直方向ＯＤにおいて軸線Ｏから遠い側を「軸直方向外側」という。また、本明細書では、軸線Ｏを中心とする周方向を、単に「周方向」ということがある。また、「外周側」、「内周側」とは、特に断りがない限り、軸線Ｏを中心としたときの外周側、内周側をそれぞれ指す。
【0015】
一対の分割鉄心部２２とヨーク２１の一対の端部２１ａとは、軸線方向ＡＤに対向している。一対の分割鉄心部２２は、ヨーク２１の一対の端部２１ａに対し軸線方向内側ＡＤＩに位置している。一対の分割鉄心部２２の軸線方向外側ＡＤＯの面は、一対のヨーク２１の軸線方向内側ＡＤＩの面に対して狭い隙間で対向している。
【0016】
図１～図３に示すように、各分割鉄心部２２には、各超電導コイル３が、軸線Ｏを中心とする周方向に沿って（言い換えれば、軸線Ｏの周りを周回するように）、それぞれ巻かれている。超電導コイル３は、分割鉄心部２２の外周面２２１（具体的に、外周面２２１のうち、後述の段差部２２１１）の外周側に位置して、外周面２２１と径方向に離間対向するか、又は、外周面２２１と接触する。
超電導コイル３は、超電導体を含むコイル本体を少なくとも含む。超電導コイル３のコイル本体は、例えば帯状に構成される。超電導コイル３は、コイル本体に加え、コイル本体を内部に収容するコイルケースをさらに含んでもよい。コイルケースは、例えば樹脂等から構成される。
図３の例において、超電導コイル３は、軸直方向ＯＤの断面において、軸線Ｏの周りを周回する略四角環形状をなしているが、超電導コイル３は、軸直方向ＯＤの断面において、軸線Ｏの周りを周回する環形状である限り、例えば略円環形状、略楕円環形状等、任意の環形状をなしていてよい。
図示は省略するが、磁場発生装置１は、超電導コイル３に電流（例えば直流電流）を流すための電流供給部を備えている。
分割鉄心部２２と、当該分割鉄心部２２に巻かれた超電導コイル３とは、分割鉄心コイル組立体５を構成している。すなわち、分割鉄心コイル組立体５は、分割鉄心部２２と、当該分割鉄心部２２に巻かれた超電導コイル３と、からなる。磁場発生装置１は、一対の分割鉄心コイル組立体５を有している。
超電導コイル３は、超電導体を含むコイル本体を少なくとも含む。超電導コイル３のコイル本体は、例えば帯状に構成される。超電導コイル３は、コイル本体に加え、コイル本体を内部に収容するコイルケースをさらに含んでもよい。コイルケースは、例えば樹脂等から構成される。
図３の例において、超電導コイル３は、軸直方向ＯＤの断面において、軸線Ｏの周りを周回する略四角環形状をなしているが、超電導コイル３は、軸直方向ＯＤの断面において、軸線Ｏの周りを周回する環形状である限り、例えば略円環形状、略楕円環形状等、任意の環形状をなしていてよい。
図示は省略するが、磁場発生装置１は、超電導コイル３に電流（例えば直流電流）を流すための電流供給部を備えている。
分割鉄心部２２と、当該分割鉄心部２２に巻かれた超電導コイル３とは、分割鉄心コイル組立体５を構成している。すなわち、分割鉄心コイル組立体５は、分割鉄心部２２と、当該分割鉄心部２２に巻かれた超電導コイル３と、からなる。磁場発生装置１は、一対の分割鉄心コイル組立体５を有している。
【0017】
各分割鉄心コイル組立体５は、各真空断熱容器４にそれぞれ収容されている。ヨーク２１は、一対の真空断熱容器４の外に配置されている。一対の真空断熱容器４どうしは、作業空間６を介して互いに軸線方向ＡＤに対向している。図２に示すように、真空断熱容器４における軸線方向内側ＡＤＩの壁４２は、分割鉄心コイル組立体５と作業空間６との間に位置している。また、真空断熱容器４における軸線方向外側ＡＤＯの壁４３は、分割鉄心コイル組立体５とヨーク２１の端部２１ａとの間に位置している。
磁場発生装置１は、図示しない冷凍機を備えており、当該冷凍機により、真空断熱容器４の内部の機器が冷却される。真空断熱容器４は、冷凍機によって冷却された内部の機器の温度を保冷するように構成されている。これにより、真空断熱容器４は、冷凍機とともに、分割鉄心コイル組立体５ひいては超電導コイル３を、冷却し、超低温に維持するように構成されている。具体的に、超電導コイル３は、超電導体が超電導となるまで（ひいては、電気抵抗が実質的にゼロになるまで）、冷却される。
真空断熱容器４は、内部が真空にされるとともに、壁の一部又は全部に積層断熱材を有していると、好適である。積層断熱材は、例えば、金属蒸着樹脂フィルムと樹脂網を複数枚積層することにより構成させる。真空断熱容器４の本体を構成する材料としては、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼、複合材のガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）等が挙げられる。
ただし、真空断熱容器４は、内部に分割鉄心コイル５が収容される限り、これとは異なる任意の方法により、分割鉄心コイル組立体５ひいては超電導コイル３を冷却するように構成されてもよい。
磁場発生装置１は、図示しない冷凍機を備えており、当該冷凍機により、真空断熱容器４の内部の機器が冷却される。真空断熱容器４は、冷凍機によって冷却された内部の機器の温度を保冷するように構成されている。これにより、真空断熱容器４は、冷凍機とともに、分割鉄心コイル組立体５ひいては超電導コイル３を、冷却し、超低温に維持するように構成されている。具体的に、超電導コイル３は、超電導体が超電導となるまで（ひいては、電気抵抗が実質的にゼロになるまで）、冷却される。
真空断熱容器４は、内部が真空にされるとともに、壁の一部又は全部に積層断熱材を有していると、好適である。積層断熱材は、例えば、金属蒸着樹脂フィルムと樹脂網を複数枚積層することにより構成させる。真空断熱容器４の本体を構成する材料としては、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼、複合材のガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）等が挙げられる。
ただし、真空断熱容器４は、内部に分割鉄心コイル５が収容される限り、これとは異なる任意の方法により、分割鉄心コイル組立体５ひいては超電導コイル３を冷却するように構成されてもよい。
【0018】
このように構成された磁場発生装置１においては、図示しない電流供給部によって超電導コイル３に電流が流されると、鉄心２（ヨーク２１及び一対の分割鉄心部２２）に磁束が通り、作業空間６に強磁場が発生する。
作業空間６に発生する強磁場は、任意の用途に用いられてよい。
作業空間６に発生する強磁場は、任意の用途に用いられてよい。
【0019】
例えば、磁場発生装置１は、アルミビレットの加熱装置に用いられてもよい。この場合、当該加熱装置は、磁場発生装置１に加えて、アルミビレットを回転させるモータを備える。超電導コイル３には、直流電流が流され、ひいては、作業空間６には直流強磁場が発生するようにされる。アルミビレットは、アルミビレットの中心軸線が軸線方向ＡＤに対し垂直かつ水平になるように、作業空間６に配置され、モータによって、アルミビレットの中心軸線の周りに回転される。そうすると、アルミビレットには交流磁場が印加されたことと等価となり、アルミビレット内に誘導電流が流れ、アルミビレットが加熱される。
【0020】
ここで、本実施形態の効果を説明する。
まず、本実施形態によれば、磁場発生装置１が超電導コイル３を備えているので、仮に磁場発生装置１が超電導コイル３の代わりに通常の銅コイルを備えた場合と比べて、作業空間６において、より強い磁場を発生させることができる。
また、本実施形態によれば、磁場発生装置１が鉄心２を備えているので、仮に磁場発生装置１が鉄心２を備えない場合に比べて、超電導コイル３の製作に使用される超電導体の使用量を低減しつつ、強磁場を発生させることが可能であるため、超電導体を低減でき、ひいては、コストを低減できる。超電導体は、一般的に高価であるため、超電導体低減によるコスト低減の効果は大きいといえる。
また、本実施形態によれば、磁場発生装置１の鉄心２が、ヨーク２１を有しているので、仮に鉄心２がヨーク２１を有しない場合に比べて、磁気回路抵抗を低減でき、磁束を増加できる。
また、本実施形態によれば、上述のように、鉄心２がヨーク２１と一対の分割鉄心部２２とに分割され、各分割鉄心コイル組立体５が各真空断熱容器４にそれぞれ収容されており、ヨーク２１は、一対の真空断熱容器４の外に配置されている。よって、仮に、分割されていない略Ｃ字状の鉄心と当該鉄心の一対の端部に巻かれた一対の超電導コイルとの全体を真空断熱容器に収容するようにした場合に比べて、真空断熱容器４を小型化することができる。それにより、外部からの熱侵入を低減でき、ひいては、省エネが可能となる。
なお、仮に、分割されていない略Ｃ字状の鉄心を用いる場合において、真空断熱容器を小型化するためには、真空断熱容器が当該鉄心の一対の端部の周りを周回する一対の超電導コイルのみを収容するように、真空断熱容器をドーナツ型に構成することも考えられる。しかし、その場合は、鉄心と超電導コイルとの間に真空断熱容器の壁が介在することになり、すなわち鉄心と超電導コイルとが離間するため、その分、超電導コイルの周長が長くなるため、超電導コイルの使用量が多くなり、コスト増につながる。また、鉄心と超電導コイルとが離間する分、漏れ磁束が増えるため、必要な超電導体の使用量が多くなり、コスト増につながる。その点、本実施形態によれば、鉄心２（具体的には、分割鉄心部２２）に直接超電導コイル３を巻いており、ひいては鉄心２（具体的には、分割鉄心部２２）と超電導コイル３とを接触させて両者間の距離を無くしているので、上述のように真空断熱容器をドーナツ型にした場合に比べて、超電導コイル３の周長を短くすることができ、ひいては、超電導体を低減でき、コストを低減できる。また、鉄心２（具体的には、分割鉄心部２２）と超電導コイル３とを接触させて両者間の距離を無くしているので、上述のように真空断熱容器をドーナツ型にした場合に比べて、漏れ磁束を低減でき、ひいては、超電導体を低減でき、コストを低減できる。また、鉄心２（具体的には、分割鉄心部２２）と超電導コイル３とを接触させているので、上述のように真空断熱容器をドーナツ型にした場合に比べて、鉄心２（具体的には、分割鉄心部２２）の蓄冷効果を利用して、超電導コイル３の温度上昇を抑制できるので、冷凍機の冷却負担を軽減できるほか、超電導コイルを十分に冷却できることで超電導体の能力を有効に利用できる。
また、本実施形態によれば、各分割鉄心コイル組立体５において、通電時に、超電導コイル３に軸線方向外側ＡＤＯに向かって作用するローレンツ力（図２の黒矢印）と、分割鉄心部２２に軸線方向内側ＡＤＩに向かって作用する電磁力（図２の白抜き矢印）とが、相殺するため、分割鉄心コイル組立体５に作用する軸線方向ＡＤの力が小さくなる。そのため、分割鉄心コイル組立体５を真空断熱容器４に対して支持するための支持構造を簡易化することが可能になる。ひいては、外部から支持構造を介した超電導コイル３への熱侵入を低減することが可能になり、ひいては、冷凍機の冷却負担を軽減できるほか、超電導コイルを十分に冷却できることで超電導体の能力を有効に利用できる。
まず、本実施形態によれば、磁場発生装置１が超電導コイル３を備えているので、仮に磁場発生装置１が超電導コイル３の代わりに通常の銅コイルを備えた場合と比べて、作業空間６において、より強い磁場を発生させることができる。
また、本実施形態によれば、磁場発生装置１が鉄心２を備えているので、仮に磁場発生装置１が鉄心２を備えない場合に比べて、超電導コイル３の製作に使用される超電導体の使用量を低減しつつ、強磁場を発生させることが可能であるため、超電導体を低減でき、ひいては、コストを低減できる。超電導体は、一般的に高価であるため、超電導体低減によるコスト低減の効果は大きいといえる。
また、本実施形態によれば、磁場発生装置１の鉄心２が、ヨーク２１を有しているので、仮に鉄心２がヨーク２１を有しない場合に比べて、磁気回路抵抗を低減でき、磁束を増加できる。
また、本実施形態によれば、上述のように、鉄心２がヨーク２１と一対の分割鉄心部２２とに分割され、各分割鉄心コイル組立体５が各真空断熱容器４にそれぞれ収容されており、ヨーク２１は、一対の真空断熱容器４の外に配置されている。よって、仮に、分割されていない略Ｃ字状の鉄心と当該鉄心の一対の端部に巻かれた一対の超電導コイルとの全体を真空断熱容器に収容するようにした場合に比べて、真空断熱容器４を小型化することができる。それにより、外部からの熱侵入を低減でき、ひいては、省エネが可能となる。
なお、仮に、分割されていない略Ｃ字状の鉄心を用いる場合において、真空断熱容器を小型化するためには、真空断熱容器が当該鉄心の一対の端部の周りを周回する一対の超電導コイルのみを収容するように、真空断熱容器をドーナツ型に構成することも考えられる。しかし、その場合は、鉄心と超電導コイルとの間に真空断熱容器の壁が介在することになり、すなわち鉄心と超電導コイルとが離間するため、その分、超電導コイルの周長が長くなるため、超電導コイルの使用量が多くなり、コスト増につながる。また、鉄心と超電導コイルとが離間する分、漏れ磁束が増えるため、必要な超電導体の使用量が多くなり、コスト増につながる。その点、本実施形態によれば、鉄心２（具体的には、分割鉄心部２２）に直接超電導コイル３を巻いており、ひいては鉄心２（具体的には、分割鉄心部２２）と超電導コイル３とを接触させて両者間の距離を無くしているので、上述のように真空断熱容器をドーナツ型にした場合に比べて、超電導コイル３の周長を短くすることができ、ひいては、超電導体を低減でき、コストを低減できる。また、鉄心２（具体的には、分割鉄心部２２）と超電導コイル３とを接触させて両者間の距離を無くしているので、上述のように真空断熱容器をドーナツ型にした場合に比べて、漏れ磁束を低減でき、ひいては、超電導体を低減でき、コストを低減できる。また、鉄心２（具体的には、分割鉄心部２２）と超電導コイル３とを接触させているので、上述のように真空断熱容器をドーナツ型にした場合に比べて、鉄心２（具体的には、分割鉄心部２２）の蓄冷効果を利用して、超電導コイル３の温度上昇を抑制できるので、冷凍機の冷却負担を軽減できるほか、超電導コイルを十分に冷却できることで超電導体の能力を有効に利用できる。
また、本実施形態によれば、各分割鉄心コイル組立体５において、通電時に、超電導コイル３に軸線方向外側ＡＤＯに向かって作用するローレンツ力（図２の黒矢印）と、分割鉄心部２２に軸線方向内側ＡＤＩに向かって作用する電磁力（図２の白抜き矢印）とが、相殺するため、分割鉄心コイル組立体５に作用する軸線方向ＡＤの力が小さくなる。そのため、分割鉄心コイル組立体５を真空断熱容器４に対して支持するための支持構造を簡易化することが可能になる。ひいては、外部から支持構造を介した超電導コイル３への熱侵入を低減することが可能になり、ひいては、冷凍機の冷却負担を軽減できるほか、超電導コイルを十分に冷却できることで超電導体の能力を有効に利用できる。
【0021】
本実施形態においては、図１～図２に示すように、磁場発生装置１が、分割鉄心コイル組立体５を真空断熱容器４に対して支持するための支持構造として、支持部材７を有している。支持部材７は、分割鉄心コイル組立体５を真空断熱容器４から吊り下げるように構成されている。より具体的に、本例では、支持部材７は、例えば熱伝導率が小さい棒状に構成され、分割鉄心コイル組立体５を真空断熱容器４における上側の壁４１から断熱を行い吊り下げるように構成されている。このように、支持部材７は、分割鉄心コイル組立体５の自重を支えるように構成されており、分割鉄心コイル組立体５の水平方向の動きを規制するようには構成されていない。このようにして、本実施形態では、分割鉄心コイル組立体５を真空断熱容器４に対して支持するための支持構造（支持部材７）が、簡易に構成されている。
なお、分割鉄心コイル組立体５を真空断熱容器４に対して支持するための支持構造は、これに限らず、任意でよい。
なお、分割鉄心コイル組立体５を真空断熱容器４に対して支持するための支持構造は、これに限らず、任意でよい。
【0022】
本実施形態においては、図１～図２に示すように、磁場発生装置１が、分割鉄心コイル組立体５と真空断熱容器４における軸線方向ＡＤ両側の壁４２、４３との間に、スペーサ部材８を有している。これにより、通電時等に、分割鉄心コイル組立体５が軸線方向ＡＤ方向に過度に動くのを、より効果的に抑制できる。また、スペーサ部材８により、非通電時は、分割鉄心コイル組立体５と真空断熱容器４との間の隙間を保つ事により、通電停止時の熱侵入量を低減することが可能となる。
スペーサ部材８は、例えば、分割鉄心コイル組立体５の分割鉄心部２２に固定され又は分割鉄心部２２と一体に構成され、かつ、真空断熱容器４における軸線方向ＡＤ両側の壁４２、４３とは別体かつ非固定状態にされてもよい。あるいは、スペーサ部材８は、分割鉄心コイル組立体５とは別体かつ非固定状態にされ、かつ、真空断熱容器４における軸線方向ＡＤ両側の壁４２、４３に固定され又は壁４２、４３と一体に構成されてもよい。
なお、スペーサ部材８は、設けられなくてもよい。
スペーサ部材８は、例えば、分割鉄心コイル組立体５の分割鉄心部２２に固定され又は分割鉄心部２２と一体に構成され、かつ、真空断熱容器４における軸線方向ＡＤ両側の壁４２、４３とは別体かつ非固定状態にされてもよい。あるいは、スペーサ部材８は、分割鉄心コイル組立体５とは別体かつ非固定状態にされ、かつ、真空断熱容器４における軸線方向ＡＤ両側の壁４２、４３に固定され又は壁４２、４３と一体に構成されてもよい。
なお、スペーサ部材８は、設けられなくてもよい。
【0023】
本実施形態においては、図１～図２に示すように、一対の分割鉄心コイル組立体５のそれぞれにおいて、分割鉄心部２２の外周面２２１は、環状の段差部２２１１を有している。段差部２２１１は、軸線Ｏを中心とする周方向に沿って全周にわたって延在している。段差部２２１１は、（真空断熱容器４の壁４２を介して）作業空間６に面している。段差部２２１１は、軸直方向内側に凹んでいる。具体的に、段差部２２１１は、軸直方向ＯＤに略平行であるとともに軸線方向内側ＡＤＩを向く軸直方向面２２１１ａと、軸直方向面２２１１ａから分割鉄心部２２の軸線方向内側ＡＤＩの端面２２３まで軸線方向ＡＤに略平行に延在する軸線方向面２２１１ｂと、からなる。超電導コイル３は、軸線Ｏを中心とする周方向に沿って、段差部２２１１に巻かれている。
これにより、超電導コイル３と分割鉄心部２２とが軸線方向ＡＤに向き合うようにされているので、超電導コイル３に軸線方向外側ＡＤＯに向かって作用するローレンツ力（図２の黒矢印）と分割鉄心部２２に軸線方向内側ＡＤＩに向かって作用する電磁力（図２の白抜き矢印）とが、より効果的に相殺し、分割鉄心コイル組立体５に作用する軸線方向ＡＤの力がより小さくなる。そのため、分割鉄心コイル組立体５を真空断熱容器４に対して支持するための支持構造をより簡易化することが可能になる。また、超電導コイル３には、軸線方向外側ＡＤＯに向かうローレンツ力（図２の黒矢印）が作用するものの、超電導コイル３は、段差部２２１１（特に軸直方向面２２１１ａ）によって、軸線方向外側ＡＤＯへの移動が規制される。すなわち、段差部２２１１が、超電導コイル３の軸線方向外側ＡＤＯへの移動を規制する機能を有している。そのため、別途、超電導コイル３の軸線方向外側ＡＤＯへの移動を規制するための規制構造を設ける必要がない。ひいては、外部から規制構造を介した超電導コイル３への熱侵入を低減することが可能になり、ひいては、超電導コイル３の温度上昇を抑制できるので、冷凍機の冷却負担を軽減できるほか、超電導コイルを十分に冷却できることで超電導体の能力を有効に利用できる。また、超電導コイル３は、その軸線方向内側ＡＤＩが、分割鉄心部２２によって覆われず、（真空断熱容器４の壁４２を介して）作業空間６に面しているので、その分、作業空間６に、より強い磁場を発生させることができる。また、超電導コイル３は、段差部２２１１の軸線方向面２２１１ｂだけでなく段差部２２１１の軸直方向面２２１１ａにも接触しているので、その分、分割鉄心部２２との接触面積が増え、ひいては、分割鉄心部２２を介した超電導コイル３の冷却効果が向上する。
なお、上述の段差部２２１１は、一対の分割鉄心コイル組立体５の両方に設けられると好適であるが、一対の分割鉄心コイル組立体５のうち一方のみにおいて設けられてもよい。
これにより、超電導コイル３と分割鉄心部２２とが軸線方向ＡＤに向き合うようにされているので、超電導コイル３に軸線方向外側ＡＤＯに向かって作用するローレンツ力（図２の黒矢印）と分割鉄心部２２に軸線方向内側ＡＤＩに向かって作用する電磁力（図２の白抜き矢印）とが、より効果的に相殺し、分割鉄心コイル組立体５に作用する軸線方向ＡＤの力がより小さくなる。そのため、分割鉄心コイル組立体５を真空断熱容器４に対して支持するための支持構造をより簡易化することが可能になる。また、超電導コイル３には、軸線方向外側ＡＤＯに向かうローレンツ力（図２の黒矢印）が作用するものの、超電導コイル３は、段差部２２１１（特に軸直方向面２２１１ａ）によって、軸線方向外側ＡＤＯへの移動が規制される。すなわち、段差部２２１１が、超電導コイル３の軸線方向外側ＡＤＯへの移動を規制する機能を有している。そのため、別途、超電導コイル３の軸線方向外側ＡＤＯへの移動を規制するための規制構造を設ける必要がない。ひいては、外部から規制構造を介した超電導コイル３への熱侵入を低減することが可能になり、ひいては、超電導コイル３の温度上昇を抑制できるので、冷凍機の冷却負担を軽減できるほか、超電導コイルを十分に冷却できることで超電導体の能力を有効に利用できる。また、超電導コイル３は、その軸線方向内側ＡＤＩが、分割鉄心部２２によって覆われず、（真空断熱容器４の壁４２を介して）作業空間６に面しているので、その分、作業空間６に、より強い磁場を発生させることができる。また、超電導コイル３は、段差部２２１１の軸線方向面２２１１ｂだけでなく段差部２２１１の軸直方向面２２１１ａにも接触しているので、その分、分割鉄心部２２との接触面積が増え、ひいては、分割鉄心部２２を介した超電導コイル３の冷却効果が向上する。
なお、上述の段差部２２１１は、一対の分割鉄心コイル組立体５の両方に設けられると好適であるが、一対の分割鉄心コイル組立体５のうち一方のみにおいて設けられてもよい。
【0024】
本明細書で説明する各例においては、一対の分割鉄心コイル組立体５のうち少なくとも一方において、超電導コイル３の外周面３１は、図２の例のように、分割鉄心部２２の外周面２２１と同じ軸直方向ＯＤ位置にあってもよいし、あるいは、図４の例のように、分割鉄心部２２の外周面２２１よりも内周側にあってもよいし、あるいは、図５の例のように、分割鉄心部２２の外周面２２１よりも外周側にあってもよい。
【0025】
本明細書で説明する各例においては、図６の例のように、一対の分割鉄心コイル組立体５のうち少なくとも一方において、分割鉄心部２２の外周面２２１は、外周側へ突出した突起部２２１３を有し、この突起部２２１３に、段差部２２１１を有していてもよい。この場合、超電導コイル３の外周面３１は、図６の例のように、突起部２２１３の外周面２２１３ａと同じ軸直方向ＯＤ位置にあってもよいし、あるいは、突起部２２１３の外周面２２１３ａよりも内周側にあってもよいし、あるいは、突起部２２１３の外周面２２１３ａよりも外周側にあってもよい。
【0026】
図７に示すように、一対の分割鉄心コイル組立体５のうち少なくとも一方において、分割鉄心部２２の外周面２２１は、環状の溝２２１２を有してもよい。溝２２１２は、軸線Ｏを中心とする周方向に沿って全周にわたって延在している。溝２２１２は、外周側が開放している。溝２２１２は、互いに対向するとともにそれぞれ軸直方向ＯＤに略平行な一対の溝壁面２２１２ａと、外周側を向くとともに軸線方向ＡＤに略平行な溝底面２２１２ｂと、を有している。この場合、超電導コイル３は、周方向に沿って、溝２２１２に巻かれ、ひいては、溝２２１２に収容される。
この場合、上述の段差部２２１１に超電導コイル３を巻いた場合（図１～図６）と同様に、超電導コイル３と分割鉄心部２２とが軸線方向ＡＤに向き合うようにされているので、超電導コイル３に軸線方向外側ＡＤＯに向かって作用するローレンツ力と分割鉄心部２２に軸線方向内側ＡＤＩに向かって作用する電磁力とが、より効果的に相殺し、分割鉄心コイル組立体５に作用する軸線方向ＡＤの力がより小さくなる。そのため、分割鉄心コイル組立体５を真空断熱容器４に対して支持するための支持構造をより簡易化することが可能になる。また、超電導コイル３には、軸線方向外側ＡＤＯに向かうローレンツ力が作用するものの、超電導コイル３は、溝２２１２（特に溝２２１２における軸線方向外側ＡＤＯの溝壁面２２１２ａ）によって、軸線方向外側ＡＤＯへの移動が規制される。すなわち、溝２２１２が、超電導コイル３の軸線方向外側ＡＤＯへの移動を規制する機能を有している。そのため、別途、超電導コイル３の軸線方向外側ＡＤＯへの移動を規制するための規制構造を設ける必要がない。ひいては、外部から規制構造を介した超電導コイル３への熱侵入を低減することが可能になり、ひいては、超電導コイル３の温度上昇を抑制できるので、冷凍機の冷却負担を軽減できるほか、超電導コイルを十分に冷却できることで超電導体の能力を有効に利用できる。また、超電導コイル３は、溝２２１２の溝底面２２１２ｂだけでなく溝２２１２の溝壁面２２１２ａにも接触しているので、その分、分割鉄心部２２との接触面積が増え、ひいては、分割鉄心部２２を介した超電導コイル３の冷却効果が向上する。
この場合、分割鉄心部２２のうち、溝２２１２と分割鉄心部２２の軸線方向内側ＡＤＩの端面２２３との間の壁部２２２は、軸線方向ＡＤの厚さが薄いほど、通電時に壁部２２２が磁束飽和しやすく、ひいては、作業空間６に、より強い磁場を発生させることができる。このような観点から、壁部２２２の軸線方向ＡＤの厚さは、３ｍｍ以下であると、好適である。また、同様の観点から、溝２２１２の軸線方向ＡＤの中心は、分割鉄心部２２の軸線方向ＡＤの中心よりも、軸線方向内側ＡＤＩに位置していると、好適である。
この場合、上述の段差部２２１１に超電導コイル３を巻いた場合（図１～図６）と同様に、超電導コイル３と分割鉄心部２２とが軸線方向ＡＤに向き合うようにされているので、超電導コイル３に軸線方向外側ＡＤＯに向かって作用するローレンツ力と分割鉄心部２２に軸線方向内側ＡＤＩに向かって作用する電磁力とが、より効果的に相殺し、分割鉄心コイル組立体５に作用する軸線方向ＡＤの力がより小さくなる。そのため、分割鉄心コイル組立体５を真空断熱容器４に対して支持するための支持構造をより簡易化することが可能になる。また、超電導コイル３には、軸線方向外側ＡＤＯに向かうローレンツ力が作用するものの、超電導コイル３は、溝２２１２（特に溝２２１２における軸線方向外側ＡＤＯの溝壁面２２１２ａ）によって、軸線方向外側ＡＤＯへの移動が規制される。すなわち、溝２２１２が、超電導コイル３の軸線方向外側ＡＤＯへの移動を規制する機能を有している。そのため、別途、超電導コイル３の軸線方向外側ＡＤＯへの移動を規制するための規制構造を設ける必要がない。ひいては、外部から規制構造を介した超電導コイル３への熱侵入を低減することが可能になり、ひいては、超電導コイル３の温度上昇を抑制できるので、冷凍機の冷却負担を軽減できるほか、超電導コイルを十分に冷却できることで超電導体の能力を有効に利用できる。また、超電導コイル３は、溝２２１２の溝底面２２１２ｂだけでなく溝２２１２の溝壁面２２１２ａにも接触しているので、その分、分割鉄心部２２との接触面積が増え、ひいては、分割鉄心部２２を介した超電導コイル３の冷却効果が向上する。
この場合、分割鉄心部２２のうち、溝２２１２と分割鉄心部２２の軸線方向内側ＡＤＩの端面２２３との間の壁部２２２は、軸線方向ＡＤの厚さが薄いほど、通電時に壁部２２２が磁束飽和しやすく、ひいては、作業空間６に、より強い磁場を発生させることができる。このような観点から、壁部２２２の軸線方向ＡＤの厚さは、３ｍｍ以下であると、好適である。また、同様の観点から、溝２２１２の軸線方向ＡＤの中心は、分割鉄心部２２の軸線方向ＡＤの中心よりも、軸線方向内側ＡＤＩに位置していると、好適である。
【0027】
ただし、一対の分割鉄心コイル組立体５のうち少なくとも一方において、超電導コイル３は、分割鉄心部２２において段差部２２１１や溝２２１２等の凹凸の無い外周面２２１に巻かれていてもよい。その場合も、超電導コイル３に軸線方向外側ＡＤＯに向かって作用するローレンツ力と、分割鉄心部２２に軸線方向内側ＡＤＩに向かって作用する電磁力とが、相殺するため、分割鉄心コイル組立体５に作用する軸線方向ＡＤの力が小さくなる。そのため、分割鉄心コイル組立体５を真空断熱容器４に対して支持するための支持構造を簡易化することが可能になる。ただし、図１～図７の各例のように、超電導コイル３が分割鉄心部２２の外周面２２１の段差部２２１１又は溝２２１２に巻かれている場合のほうが、この効果は大きい。なお、超電導コイル３が分割鉄心部２２において段差部２２１１や溝２２１２等の凹凸の無い外周面２２１に巻かれている場合、別途、超電導コイル３の軸線方向外側ＡＤＯへの移動を規制するための規制構造を設けると、好適である。
【0028】
本明細書で説明する各例においては、一対の分割鉄心コイル組立体５のうち少なくとも一方において、超電導コイル３は、図１～図７の各例のように、軸線方向ＡＤに沿って１層のみからなる１段構造からなってもよいし、あるいは、図８の例のように、軸線方向ＡＤに沿って複数層の超電導コイル層３２が配列された多段構造からなってもよい。
【0029】
本明細書で説明する各例においては、図示は省略するが、真空断熱容器４の内部において、分割鉄心コイル組立体５の軸線方向内側ＡＤＩの面（具体的には、分割鉄心部２２の軸線方向内側ＡＤＩの端面２２３、及び／又は、超電導コイル３の軸線方向内側ＡＤＩの端面）には、冷却板が当てられていてもよい。この場合、超電導コイル３と冷却板とが接触していると、より好適である。これにより、超電導コイル３をより効果的に冷却できる。
ただし、冷却板は設けられていなくてもよい。
ただし、冷却板は設けられていなくてもよい。
【0030】
本明細書で説明する各例においては、ヨーク２１の端部２１ａと、真空断熱容器４の軸線方向外側の壁４３とは、図２に示すように、互いから離間していると好適であるが、互いに接触していてもよい。
【0031】
本明細書で説明する各例においては、真空断熱容器４や分割鉄心コイル組立体５の構成は、磁場発生装置１の軸線方向ＡＤの中心に対して対称であると、好適であるが、磁場発生装置１の軸線方向ＡＤの中心に対して非対称であってもよい。
【0032】
本明細書で説明する各例においては、磁場発生装置１は、真空断熱容器４を１つのみ備えてもよい。この場合、一対の分割鉄心コイル組立体５は、当該真空断熱容器４に収容され、また、ヨーク２１は、当該真空断熱容器４の外に配置される。この場合も、仮に、分割されていない略Ｃ字状の鉄心と当該鉄心の一対の端部に巻かれた一対の超電導コイルとの全体を真空断熱容器に収容するようにした場合に比べて、真空断熱容器４を小型化することができる。
なお、この場合の真空断熱容器４は、例えば、図１の例の一対の真空断熱容器４どうしを連結管等で連結して一体化した構成を有してもよい。
なお、この場合の真空断熱容器４は、例えば、図１の例の一対の真空断熱容器４どうしを連結管等で連結して一体化した構成を有してもよい。
【産業上の利用可能性】
【0033】
本発明に係る磁場発生装置は、任意の用途に利用できるものであり、例えば、アルミビレットの加熱装置に利用できるものである。
【符号の説明】
【0034】
１ 磁場発生装置
２ 鉄心
２１ ヨーク
２１ａ 端部
２２ 分割鉄心部
２２１ 外周面
２２１１ 段差部
２２１１ａ 軸直方向面
２２１１ｂ 軸線方向面
２２１２ 溝
２２１２ａ 溝壁面
２２１２ｂ 溝底面
２２１３ 突起部
２２１３ａ 外周面
２２２ 壁部
２２３ 軸線方向内側の端面
３ 超電導コイル
３１ 外周面
３２ 超電導コイル層
４ 真空断熱容器
４１ 上側の壁
４２ 軸線方向内側の壁
４３ 軸線方向外側の壁
５ 分割鉄心コイル組立体
６ 作業空間
７ 支持部材
８ スペーサ部材
Ｏ 軸線
ＡＤ 軸線方向（対向方向）
ＡＤＩ 軸線方向内側
ＡＤＯ 軸線方向外側
ＯＤ 軸直方向
２ 鉄心
２１ ヨーク
２１ａ 端部
２２ 分割鉄心部
２２１ 外周面
２２１１ 段差部
２２１１ａ 軸直方向面
２２１１ｂ 軸線方向面
２２１２ 溝
２２１２ａ 溝壁面
２２１２ｂ 溝底面
２２１３ 突起部
２２１３ａ 外周面
２２２ 壁部
２２３ 軸線方向内側の端面
３ 超電導コイル
３１ 外周面
３２ 超電導コイル層
４ 真空断熱容器
４１ 上側の壁
４２ 軸線方向内側の壁
４３ 軸線方向外側の壁
５ 分割鉄心コイル組立体
６ 作業空間
７ 支持部材
８ スペーサ部材
Ｏ 軸線
ＡＤ 軸線方向（対向方向）
ＡＤＩ 軸線方向内側
ＡＤＯ 軸線方向外側
ＯＤ 軸直方向
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】