特許 7040730 永久電流スイッチ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-14

(45)【発行日】2022-03-23

(54)【発明の名称】永久電流スイッチ

(51)【国際特許分類】

   H01L 39/20 20060101AFI20220315BHJP

   H01F 6/06 20060101ALI20220315BHJP

【ＦＩ】

H01L39/20 ZAA

H01F6/06 110

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2017227736

(22)【出願日】2017-11-28

(65)【公開番号】P2019096849

(43)【公開日】2019-06-20

【審査請求日】2020-06-17

(73)【特許権者】

【識別番号】390021577

【氏名又は名称】東海旅客鉄道株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(74)【代理人】

【識別番号】100099025

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 浩志

(72)【発明者】

【氏名】石川 裕記

(72)【発明者】

【氏名】安井 竜之介

(72)【発明者】

【氏名】井上 明彦

(72)【発明者】

【氏名】根本 薫

【審査官】杉山 芳弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２０４３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０３９５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１７０４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３９／２０

Ｈ０１Ｆ ６／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超電導テープが巻き回された無誘導コイルを備える永久電流スイッチであって、
前記超電導テープが巻き回されていることで前記超電導テープの超電導体が渦巻状に配置され、
前記超電導テープの一部として設けられたヒータテープが、前記超電導体のターン間を前記超電導体に沿うように渦巻状に配置されている、
永久電流スイッチ。

【請求項2】

超電導テープが巻き回された無誘導コイルを備える永久電流スイッチであって、
前記超電導テープが巻き回されていることで前記超電導テープの超電導体が渦巻状に配置され、
前記超電導テープとは別体として設けられたヒータテープが、前記超電導テープと共巻きされていることで、前記超電導体のターン間を前記超電導体に沿うように渦巻状に配置されており、
前記超電導テープは、周囲に電気絶縁材が形成されたものであり、前記ヒータテープは、絶縁テープとしての機能を有しない、
永久電流スイッチ。

【請求項3】

前記ヒータテープは、前記超電導テープの右巻テープと左巻テープの間に配置された状態で共巻きされている、
請求項２に記載の永久電流スイッチ。

【請求項4】

超電導テープが巻き回された無誘導コイルを備える永久電流スイッチであって、
前記超電導テープが巻き回されていることで前記超電導テープの超電導体が渦巻状に配置され、
前記超電導テープの一部として設けられたヒータテープが、前記超電導体のターン間を前記超電導体に沿うように渦巻状に配置されており、
前記超電導テープは、前記ヒータテープとしての基材と、前記基材の上に形成された配向中間層と、前記配向中間層の上に形成されると共に前記基材と絶縁された前記超電導体としての超電導層と、を含んで構成される、
永久電流スイッチ。

【請求項5】

超電導テープが巻き回された無誘導コイルを備える永久電流スイッチであって、
前記超電導テープが巻き回されていることで前記超電導テープの超電導体が渦巻状に配置され、
前記超電導テープの一部または別体として設けられたヒータテープが、前記超電導体のターン間を前記超電導体に沿うように渦巻状に配置されており、
前記超電導テープには、アルミテープが共巻きされている、
永久電流スイッチ。

【請求項6】

超電導テープが巻き回された無誘導コイルを備える永久電流スイッチであって、
前記超電導テープが巻き回されていることで前記超電導テープの超電導体が渦巻状に配置され、
前記超電導テープとは別体として設けられたヒータテープが、前記超電導体のターン間を前記超電導体に沿うように渦巻状に配置されており、
前記ヒータテープは、前記超電導テープの右巻テープと左巻テープの外側に配置された状態で前記超電導テープと共巻きされている、
永久電流スイッチ。

【請求項7】

超電導テープが巻き回された無誘導コイルを備える永久電流スイッチであって、
前記超電導テープが巻き回されていることで前記超電導テープの超電導体が渦巻状に配置され、
前記超電導テープとは別体として設けられたヒータテープが、前記超電導体のターン間を前記超電導体に沿うように渦巻状に配置されており、
前記ヒータテープは、前記超電導テープの右巻テープと左巻テープの間と外側の両方に配置された状態で前記超電導テープと共巻きされている、
永久電流スイッチ。

【請求項8】

前記右巻テープと前記左巻テープの間に配置された状態で共巻きされた前記ヒータテープである内側ヒータテープと、前記右巻テープと前記左巻テープの外側に配置された状態で共巻きされた前記ヒータテープである外側ヒータテープとは、別電源に接続されている、
請求項７に記載の永久電流スイッチ。

【請求項9】

前記右巻テープと前記左巻テープの間に配置された状態で共巻きされた前記ヒータテープである内側ヒータテープと、前記右巻テープと前記左巻テープの外側に配置された状態で共巻きされた前記ヒータテープである外側ヒータテープとは、互いに接続されている、
請求項７に記載の永久電流スイッチ。

【請求項10】

前記超電導テープには、アルミテープが共巻きされている、
請求項１，２，３，４，６，７，８，９の何れか一項に記載の永久電流スイッチ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、永久電流スイッチに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１開示の永久電流スイッチ（PCS;Persistent Current Switch）では、ヒータ用の抵抗体が、超電導線材の巻線部の内周側に巻かれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１３１２３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１の永久電流スイッチには、オンからオフへの切替速度に関して改善の余地がある。

【0005】

本発明の目的は、オンからオフへの切替えが高速化された永久電流スイッチを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１の態様に係る永久電流スイッチは、超電導テープが巻き回された無誘導コイルを備える永久電流スイッチであって、前記超電導テープが巻き回されていることで前記超電導テープの超電導体が渦巻状に配置され、前記超電導テープの一部または別体として設けられたヒータテープが、前記超電導体のターン間を前記超電導体に沿うように渦巻状に配置されている。

【0007】

（作用効果）
この態様では、超電導テープが巻き回されることで無誘導コイルが構成されており、これにより超電導テープの超電導体が渦巻状に配置されている。さらに、ヒータテープが設けられ、ヒータテープは、超電導体のターン間を超電導体に沿うように渦巻状に配置されている。このため、ヒータテープが超電導体のターン間に配置されていない態様と比較して、超電導体の加熱効率が良い。よって、超電導スイッチのオフへの切替を高速化できる。

【0008】

なお、ヒータテープは、超電導テープの一部として設けられてもよいし、別体として設けられてもよい。

【0009】

第２の態様に係る永久電流スイッチは、第１の態様において、前記無誘導コイルの巻部は、軸寸法が径寸法の１．５倍以下である。

【0010】

（作用効果）
この態様では、超電導テープの巻部は、軸寸法が径寸法の１．５倍以下である。このため、超電導テープの巻部の軸方向外側から巻部の中心部までの伝熱距離が短い。したがって、超電導体の冷却時（つまりオンへの切替時）の冷却効率が向上でき、オンへの切替を高速化することができる。

【0011】

第３の態様に係る永久電流スイッチは、第１または第２の態様において、前記ヒータテープは、前記超電導テープとは別体として設けられ、前記超電導テープと共巻きされている。

【0012】

第４の態様に係る永久電流スイッチは、第１または第２の態様において、前記ヒータテープは、前記超電導テープの一部として設けられ、前記超電導テープは、前記ヒータテープとしての基材と、前記基材の上に形成された配向中間層と、前記配向中間層の上に形成されると共に前記基材と絶縁された前記超電導体としての超電導層と、を含んで構成される。

【0013】

（作用効果）
この態様では、超電導テープとは別体として設けられたヒータテープを共巻きすることなく永久電流スイッチを製造することができる。

【0014】

第５の態様に係る永久電流スイッチは、第１～第４の何れかの態様において、前記超電導テープには、アルミテープが共巻きされている。

【0015】

（作用効果）
永久電流スイッチの通電中にオフ切替のためのヒータ加熱を行うと、ヒータ加熱と磁束流状態での発熱および常電導転移による発熱が超電導テープの位置により不均一となることがあり、発熱が集中し熱暴走を生じて焼損するおそれがある。
そこで、この態様では、超電導テープにアルミテープが共巻きされている。
高熱伝導率のアルミテープが超電導テープに沿うように配置されるため、超電導テープの位置による温度上昇の不均一が抑制され、その結果、焼損を抑制することができる。

【0016】

第６の態様に係る永久電流スイッチは、第３の態様において、前記ヒータテープは、前記超電導テープの右巻テープと左巻テープの間に配置された状態で共巻きされている。

【0017】

第７の態様に係る永久電流スイッチは、第３の態様において、前記ヒータテープは、前記超電導テープの右巻テープと左巻テープの外側に配置された状態で共巻きされている。

【0018】

第８の態様に係る永久電流スイッチは、第３の態様において、前記ヒータテープは、前記超電導テープの右巻テープと左巻テープの間と外側の両方に配置された状態で共巻きされている。

【0019】

（作用効果）
この態様では、ヒータテープが、超電導テープの右巻テープと左巻テープの間と外側の両方に配置された状態で共巻きされているので、何れか一方のみに配置された状態で共巻きされている態様と比較して、超電導体の加熱効率が良い。

【0020】

第９の態様に係る永久電流スイッチは、第８の態様において、前記右巻テープと前記左巻テープの間に配置された状態で共巻きされた前記ヒータテープである内側ヒータテープと、前記右巻テープと前記左巻テープの外側に配置された状態で共巻きされた前記ヒータテープである外側ヒータテープとは、別電源に接続されている。

【0021】

（作用効果）
この態様では、内側ヒータテープと外側ヒータテープとが別電源に接続されているため、内側ヒータテープと外側ヒータテープの何れか一方に異常が起きた場合でも、他方のヒータテープにより永久電流スイッチをオフ状態へ切り替えることができる。

【0022】

第１０の態様に係る永久電流スイッチは、第８の態様において、前記右巻テープと前記左巻テープの間に配置された状態で共巻きされた前記ヒータテープである内側ヒータテープと、前記右巻テープと前記左巻テープの外側に配置された状態で共巻きされた前記ヒータテープである外側ヒータテープとは、互いに接続されている。

【0023】

（作用効果）
この態様では、内側ヒータテープと外側ヒータテープとが互いに接続されているため、単一の電源により加熱することができる。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、オンからオフへの切替えが高速化された永久電流スイッチを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】実施形態の超電導テープの模式的な断面図である。

【図2A】第１実施形態の永久電流スイッチの模式的な断面図である。

【図2B】図２Ａの２Ｂ－２Ｂ線断面図である。

【図2C】第１実施形態における超電導テープおよびヒータテープの配置関係を示す斜視図である。

【図2D】第１実施形態の永久電流スイッチを伝熱冷却板と共に示す断面図である。

【図2E】第１実施形態の永久電流スイッチにおいてヒータ用電源を２台とする場合の模式的な断面図である。

【図3A】第２実施形態の永久電流スイッチの模式的な断面図である。

【図3B】図３Ａの３Ｂ－３Ｂ線断面図である。

【図3C】第２実施形態における超電導テープの配置関係を示す斜視図である。

【図4A】第３実施形態の永久電流スイッチの模式的な断面図である。

【図4B】図４Ａの４Ｂ－４Ｂ線断面図である。

【図4C】第３実施形態における超電導テープ、ヒータテープおよびアルミテープの配置関係を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

〔第１実施形態〕
図１～図２Ｄを用いて、本発明の第１実施形態について説明する。

【0027】

（概略）
第１実施形態の永久電流スイッチＳ１は、超電導テープ１０が巻き回された無誘導コイルと、超電導テープ１０と共巻きされたヒータテープ２０と、を備える。そして、巻き回された超電導テープ１０およびヒータテープ２０が絶縁ケース３０内に収容された状態で樹脂含浸により形状固定されている。

【0028】

（超電導テープ）
まず、超電導テープ１０について説明する。

【0029】

超電導テープ１０は、テープ状の超電導線材であり、例えば希土類系（以下「ＲＥ系」）超電導線材である。図１に超電導テープ１０の断面構造を模式的に示す。図１に示すように、超電導テープ１０は、テープ状の基材１２、配向中間層１４、超電導層１６、および保護層１８によって構成された積層構造を有する。テープ状の基材１２の上に、配向中間層１４、超電導層１６、および保護層１８がこの順に積層されている。超電導テープ１０は、臨界温度を約３５Ｋ以上とする高温超電導線材である。

【0030】

基材１２は、耐熱性に優れた高強度の金属材料からなることが好ましく、例えば、ハステロイ（登録商標）などのニッケル合金を材質とする。基材１２の厚みは、例えば１～５００μｍである。

【0031】

配向中間層１４は、基材１２の金属元素の超電導体への拡散による超電導膜の成長阻害や超電導特性の低下を抑止する機能を有する層である。配向中間層１４は、ＣｅＯ_２、ＭｇＯ、Ｙ_２Ｏ_３，Ａｌ_２Ｏ_３などの結晶配向性に優れ、超電導層１６の熱膨張率に近い膨張率を有する材料を用いて形成することが好ましい。配向中間層１４の厚みは、例えば０．０６～６μｍである。配向中間層１４は、絶縁体である。

【0032】

超電導層１６は、臨界温度の高い酸化物超電導体をレーザ蒸着等によって形成することが好ましい。臨界温度が高い酸化物超電導体としては、ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｙ（ＲＥは希土類元素のうちの１種または２種以上を示す）であり、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７―ｘ、またはＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－ｘなどを例示できる。

【0033】

保護層１８は、ＡｇまたはＡｇ合金の層であり、水分などから超電導層１６を保護する機能を有する。保護層１８の厚みは、例えば１～３０μｍである。

【0034】

以上説明した基材１２、配向中間層１４、超電導層１６および保護層１８の積層構造の周囲には、「電気絶縁材」としてのポリイミド皮膜１９が形成されている。ポリイミド皮膜１９は、電着塗装を施すことで形成することができる。

【0035】

（ヒータテープ）
次に、ヒータテープ２０について説明する。

【0036】

ヒータテープ２０は、テープ状の線材（テープ線材）である。ヒータテープ２０の材質は、ジュール熱を効果的に発生させる材質が好ましく、本実施形態ではステンレス製である。ヒータテープ２０の幅は、超電導テープ１０の幅と略同一であることが好ましい。

【0037】

（製造方法）
永久電流スイッチＳ１は、超電導テープ１０を巻き回して無誘導コイルを形成すると同時にヒータテープ２０を超電導テープ１０と共巻きし、さらに絶縁ケース３０内で樹脂含浸により形状固定を行うことで製造される。なお、絶縁ケース３０は、例えばＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）などの熱絶縁材で構成される。

【0038】

具体的には、図２Ｃに示すように、２本の超電導テープ１０Ｒ、１０Ｌを重ね合わせ、その端部同士を半田接続して半田接続部１０Ｈを形成する。なおこのとき、２本の超電導テープ１０Ｒ、１０Ｌの保護層１８側同士を向かい合せにして半田接続を行う。そして、２本の超電導テープ１０Ｒ、１０Ｌの間にヒータテープ２０（以下「内側ヒータテープ２０Ｕ」という。）を配置すると共に、２本の超電導テープ１０の外側にもヒータテープ２０（以下「外側ヒータテープ２０Ｓ」という。）を配置する。そして、内側ヒータテープ２０Ｕと外側ヒータテープ２０Ｓとを半田接続部１０Ｈに直近のヒータ接続部２１で連結する。さらに、２本の超電導テープ１０Ｒ、１０Ｌおよび２本のヒータテープ２０Ｕ、２０Ｓを重ね合わせた状態で絶縁ケース３０の巻枠３２に巻き回す。このとき、半田接続部１０Ｈを巻き始め側（無誘導コイルの内周側）とする。なお、前述の通り、超電導テープ１０の周囲にはポリイミド皮膜１９が形成されているため、超電導テープ１０の積層構造とヒータテープ２０とは絶縁された状態となる。そして、絶縁ケース３０内にエポキシ樹脂を注入し、硬化させることで形状固定を行う。

【0039】

（永久電流スイッチの構造）
図２Ａ、図２Ｂに、永久電流スイッチＳ１の構造を模式的に示す。なお、簡単のためターン数が少ない構造を図示するが、実際のターン数は例えば２～５００ターンである。

【0040】

図２Ａ、図２Ｂに示すように、２本の超電導テープ１０Ｒ、１０Ｌおよび２本のヒータテープ２０Ｕ、２０Ｓは、いずれも厚み方向をコイル径方向に向けた状態で渦巻状に配置される。

【0041】

２本の超電導テープ１０Ｒ、１０Ｌのうちの一方の超電導テープ１０Ｒは、他方の超電導テープ１０Ｌに対してコイル径方向外側に配置された状態となる。そのため以下では、この一方の超電導テープ１０Ｒを外側超電導テープ１０Ｒといい、他方の超電導テープ１０を内側超電導テープ１０Ｌという。

【0042】

２本の超電導テープ１０Ｒ、１０Ｌの巻き終り側である外周側は、絶縁ケース３０の外部に引き出されている。そして、図２Ａに示す通電方向の向きに超電導テープ１０に電流が流される。したがって、外側超電導テープ１０Ｒには、図示の方向で右回りの電流が流れ、内側超電導テープ１０Ｌには、左回りの電流が流れることとなる。そのため以下では、外側超電導テープ１０Ｒを右巻テープ１０Ｒ、内側超電導テープ１０Ｌを左巻テープ１０Ｌという。

【0043】

右巻テープ１０Ｒと左巻テープ１０Ｌは、互いに逆方向の磁場を発生させるため、２本の超電導テープ１０Ｒ、１０Ｌを巻き回して構成されたコイルは、磁場を発生させない無誘導コイルとなる。

【0044】

２本のヒータテープ２０Ｕ、２０Ｓにより、超電導テープ１０の全てのターン間にヒータテープ２０が配置された状態となる。他方、超電導テープ１０の最も外側のターンよりも外側や、超電導テープ１０の最も内側のターンよりも内側には、ヒータテープ２０が配置されない（つまり、ヒータテープ２０の配置位置から、無誘導コイルの外周面と内周面が除かれている。）。２本のヒータテープ２０Ｕ、２０Ｓの内周側端部はヒータ接続部２１で互いに接続され、外周側端部はヒータ用電源８０に接続される。ヒータ用電源８０により２本のヒータテープ２０に電流を流すことで、ヒータテープ２０がジュール熱により加熱される。ヒータテープ２０の加熱により、ヒータテープ２０に沿うように配置された超電導テープ１０の超電導層１６が加熱され、超電導テープ１０が常電導状態となることで、永久電流スイッチＳ１がオフの状態となる。

【0045】

また、図２Ｄに示すように、絶縁ケース３０には、伝熱冷却板４０が取り付けられる。伝熱冷却板４０は、図示しない冷凍機と接続されており、絶縁ケース３０（永久電流スイッチＳ１）を冷却する。

【0046】

伝熱冷却板４０は、絶縁ケース３０を取り囲む包囲部４２と、包囲部４２と冷凍機とを接続する接続部４４と、を有する。包囲部４２は、絶縁ケース３０の周囲（具体的には、コイル径方向外側およびコイル軸方向外側のすべて）を取り囲むように構成され、絶縁ケース３０に対して密着した状態となる。冷凍機により伝熱冷却板４０を冷却することで、絶縁ケース３０を介して無誘導コイルが冷却され、超電導テープ１０が超電導状態となる。これにより、永久電流スイッチＳ１がオンの状態となる。

【0047】

＜作用効果＞
次に、本実施形態の作用効果について説明する。

【0048】

本実施形態では、超電導テープ１０が巻き回されることで無誘導コイルが構成されており、これにより超電導テープ１０の超電導層１６（超電導体）が渦巻状に配置されている。さらに、ヒータテープ２０が設けられ、ヒータテープ２０は、超電導層１６のターン間を超電導層１６に沿うように渦巻状に配置されている。このため、ヒータテープ２０が超電導層１６のターン間に配置されていない態様と比較して、超電導体の加熱効率が良い。よって、永久電流スイッチＳ１のオフへの切替を高速化できる。

【0049】

また、本実施形態では、超電導テープ１０の巻部は、軸寸法Ｈが径寸法Ｒの１．０倍以下である（図２Ｄ参照）。軸寸法Ｈを径寸法Ｒの１．５倍以下や更に１．０倍以下とすることで、超電導テープ１０の巻部の軸方向外側から巻部の中心部までの伝熱距離を短くすることができる。したがって、超電導体の冷却効率を向上でき、オンへの切替を高速化することができる。なお、巻部の軸寸法Ｈは超電導テープ１０の幅に略一致し、巻部の径寸法Ｒは、巻部（無誘導コイル）の内周面から外周面までの距離を意味する。

【0050】

また、本実施形態では、図２Ｃなどに示すように、ヒータテープ２０が、超電導テープ１０の右巻テープ１０Ｒと左巻テープ１０Ｌの間と外側の両方に配置された状態で共巻きされているので、何れか一方のみに配置された態様と比較して、超電導体の加熱効率が良い。

【0051】

また、本実施形態では、内側ヒータテープ２０Ｕと外側ヒータテープ２０Ｓとが互いに接続されているため、単一のヒータ用電源８０により加熱することができる。

【0052】

＜第１実施形態の補足説明＞
なお、上記実施形態において、超電導テープを、ＲＥ系超電導テープに代えてビスマス系（Ｂｉ系）超電導テープとしてもよい。また、ヒータテープ２０は、ステンレス製に限定されない。

【0053】

また、上記では、超電導テープ１０の積層構造とヒータテープ２０とを絶縁するために、周囲にポリイミド皮膜１９が形成された超電導テープ１０を用いた例を説明したが、超電導テープ１０の積層構造の周囲に絶縁テープ（フッ素コートポリイミドテープ）を螺旋状に巻いてもよい。
また、超電導テープ１０の積層構造の周囲ではなく、ヒータテープ２０の周囲にポリイミド皮膜やフッ素コートポリイミドテープで絶縁層を形成することで、超電導層１６とヒータテープ２０とを絶縁状態としてもよい。

【0054】

また、上記実施形態では、内側ヒータテープ２０Ｕと外側ヒータテープ２０Ｓとが互いに接続されており、単一のヒータ用電源８０により加熱する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、内側ヒータテープ２０Ｕと外側ヒータテープ２０Ｓとを接続せず、それぞれのヒータテープ２０を別々のヒータ用電源８０、８１に接続してもよい(図２Ｅ参照)。この場合、一方のヒータテープ２０が断線したとしても、他方のヒータテープ２０により永久電流スイッチＳ１をオフにすることができる。

【0055】

〔第２実施形態〕
次に、図３Ａ～図３Ｃを用いて、本発明の第２実施形態について説明する。

【0056】

第２実施形態の第１実施形態と相違する点は、超電導テープ１０とは別体のヒータテープ２０を設けない点である。その代わりとして、第２実施形態では、超電導テープ１０の一部を構成する基材１２をヒータテープ２０として利用する。
その他は略同一の構成であるため、図面に同じ符号を付して適宜説明を省略する。

【0057】

本実施形態の超電導テープ１０は、基材１２と超電導層１６とが絶縁状態となるように形成される。すなわち、基材１２と超電導層１６の間に介在する配向中間層１４は絶縁層であるが、積層構造の周囲に付着した銀（Ａｇ）などにより基材１２と超電導層１６が短絡するおそれがある。本実施形態の超電導テープ１０は、この短絡が起こらないように製造する必要がある。

【0058】

（製造方法）
第２実施形態では、図３Ｃに示すように、２本の超電導テープ１０Ｒ、１０Ｌを重ね合わせ、その端部同士を半田接続して半田接続部１０Ｈを形成する。なおこのとき、２本の超電導テープ１０Ｒ、１０Ｌの保護層１８側同士を向かい合せにして半田接続を行う。さらに、２本の超電導テープ１０Ｒ、１０Ｌの基材１２同士を半田接続部１０Ｈに直近のヒータ接続部２１で連結する。そして、２本の超電導テープ１０Ｒ、１０Ｌを重ね合わせた状態で、半田接続部１０Ｈを巻き始め側として巻枠３２の周りに巻き回す。ここで、本実施形態では、別に設けたヒータテープ２０を配置する必要がない。

【0059】

図３Ａ、図３Ｂに本実施形態の永久電流スイッチＳ２の構造を模式的に示す。

【0060】

図３Ａ、図３Ｂに示されるように、超電導テープ１０は厚み方向（積層方向）をコイル径方向に向けた状態で内周から外周へ向けて巻き回される。このため、超電導テープ１０の超電導層１６が渦巻状に配置されると共に、渦巻状に配置された超電導層１６のターン間を超電導層１６に沿うように基材１２が配置されることとなる。さらに具体的には、超電導層１６の全てのターン間に基材１２が配置されることとなる。

【0061】

２本の超電導テープ１０の外側端部における基材１２には、ヒータ用電源８０が接続される。ヒータ用電源８０により電力を供給することで、基材１２に電流が流れ、そのジュール熱により超電導層１６を加熱することができる。

【0062】

＜作用効果＞
次に、第２実施形態の作用効果について説明する。

【0063】

本実施形態でも、超電導テープ１０が巻き回されることで無誘導コイルが構成されており、これにより超電導テープ１０の超電導層１６（超電導体）が渦巻状に配置される。さらに、ヒータテープ２０としての基材１２は、超電導層１６のターン間を超電導層１６に沿うように渦巻状に配置される。このため、ヒータテープ２０が超電導層１６のターン間に配置されていない態様と比較して、超電導体の加熱効率が良い。よって、永久電流スイッチＳ１のオフへの切替を高速化できる。

【0064】

また、本実施形態では、超電導テープ１０の一部を構成する基材１２がヒータテープ２０となる。このため、超電導テープ１０とは別体として設けられたヒータテープ２０を共巻きすることなく永久電流スイッチＳ２を製造することができる。

【0065】

また、本実施形態では、超電導テープ１０の一部を構成する基材１２がヒータテープ２０となるので、超電導層１６の全てのターン間にヒータテープ２０が配置されることとなる。このため、ヒータテープ２０による加熱効率が良く、オフ切替が高速化される。

【0066】

〔第３実施形態〕
次に、図４Ａ～図４Ｃを用いて、本発明の第３実施形態について説明する。

【0067】

第３実施形態の第１実施形態と相違する点は、永久電流スイッチＳ３がアルミテープ５０を更に備える点である。また、外側ヒータテープ２０Ｓを備えない点でも相違する。

【0068】

第３実施形態では、図４Ｃに示すように、２本の超電導テープ１０Ｒ、１０Ｌを重ね合わせ、その端部同士を半田接続して半田接続部１０Ｈを形成する。そして、２本の超電導テープ１０Ｒ、１０Ｌの間にヒータテープ２０（内側ヒータテープ２０Ｕ）を配置する。一方、２本の超電導テープ１０の外側には、アルミテープ５０を配置する。

【0069】

そして、２本の超電導テープ１０Ｒ、１０Ｌ、ヒータテープ２０およびアルミテープ５０を重ね合わせた状態で絶縁ケース３０の巻枠３２に巻き回す。このとき、半田接続部１０Ｈを巻き始め側（無誘導コイルの内周側）とする。そして、絶縁ケース３０内にエポキシ樹脂を注入し、硬化させることで形状固定を行う。

【0070】

図４Ａ、図４Ｂに第３実施形態の永久電流スイッチＳ３の構造を模式的に示す。

【0071】

ヒータテープ２０Ｕの外側端部と内側端部には、ヒータ用電源８０が接続される。他方、アルミテープ５０には、電源などは接続されない。

【0072】

＜作用効果＞
次に、第３実施形態の作用効果について説明する。

【0073】

本実施形態でも、超電導テープ１０が巻き回されることで無誘導コイルが構成されており、これにより超電導テープ１０の超電導層１６（超電導体）が渦巻状に配置されている。さらに、ヒータテープ２０Ｕが設けられ、ヒータテープ２０Ｕは、超電導層１６のターン間を超電導層１６に沿うように渦巻状に配置されている。このため、ヒータテープ２０が超電導層１６のターン間に配置されていない態様と比較して、超電導体の加熱効率が良い。よって、永久電流スイッチＳ１のオフへの切替を高速化できる。

【0074】

ところで、永久電流スイッチの通電中にオフ切替のためのヒータ加熱を行うと、ヒータ加熱と磁束流状態での発熱および常電導転移による発熱が超電導テープの位置により不均一となることがあり、発熱が集中し熱暴走を生じて焼損するおそれがある。
そこで、本実施形態では、超電導テープ１０にアルミテープ５０が共巻きされている。 高熱伝導率のアルミテープ５０が超電導テープ１０に沿うように配置されるため、超電導テープ１０の位置による温度上昇の不均一が抑制される。その結果、焼損を抑制することができる。

【0075】

なお、上記第３実施形態では、２本の超電導テープ１０Ｒ、１０Ｌの間にヒータテープ２０（内側ヒータテープ２０Ｕ）を配置する一方で、２本の超電導テープ１０の外側にアルミテープ５０を配置する例を説明したが、ヒータテープ２０とアルミテープ５０との配置関係を逆にしてもよい。また、第２実施形態のような基材１２をヒータテープ２０として別途のヒータテープ２０を共巻きしない態様において、超電導テープ１０とアルミテープ５０とを共巻きしてもよい。

【0076】

〔補足説明〕
なお、上記実施形態では、無誘導コイルにおける巻き方向が反転する部分である「反転部」を半田接続された部分（半田接続部１０Ｈ）としたが、１本の超電導テープ１０を折り返すことで「反転部」を形成してもよい。
また、上記実施形態では、反転部を巻き始め側（無誘導コイルの径方向内側）とする例を説明したが、反転部を巻き終り側（無誘導コイルの径方向外側）としてもよい。

【0077】

また、上記実施形態では、冷凍機に接続された伝熱冷却板４０（図２Ｄ参照）により永久電流スイッチＳ１を冷却する例（伝導冷却の例）を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、液体窒素や液体ヘリウムなどの冷媒中に絶縁ケース３０を浸すことで冷却してもよい（浸漬冷却）。

【符号の説明】

【0078】

Ｓ１ 永久電流スイッチ
Ｓ２ 永久電流スイッチ
Ｓ３ 永久電流スイッチ
１０ 超電導テープ
１０Ｈ 半田接続部（反転部）
１０Ｒ 外側超電導テープ（右巻テープ）
１０Ｌ 内側超電導テープ（左巻テープ）
１２ 基材
１４ 配向中間層
１６ 超電導層（超電導体）
１８ 保護層
１９ ポリイミド皮膜（電気絶縁材）
２０ ヒータテープ
２１ ヒータ接続部
２０Ｕ 内側ヒータテープ
２０Ｓ 外側ヒータテープ
３０ 絶縁ケース
３２ 巻枠
４０ 伝熱冷却板
５０ アルミテープ
８０ ヒータ用電源
８１ ヒータ用電源
Ｈ 巻部の軸寸法
Ｒ 巻部の径寸法

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】