特許 7313933 超電導磁石装置および超電導磁石装置の制御方法

(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】2023-07-14

(45)【発行日】2023-07-25

(54)【発明の名称】超電導磁石装置および超電導磁石装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01F 6/00 20060101AFI20230718BHJP

【ＦＩ】

H01F6/00 180

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019122765

(22)【出願日】2019-07-01

(65)【公開番号】P2021009914

(43)【公開日】2021-01-28

【審査請求日】2022-02-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大谷 安見

(72)【発明者】

【氏名】岩井 貞憲

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 寛史

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 智庸

【審査官】後藤 嘉宏

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－０２０２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－１６９３１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１５８６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１２０５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１４４６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実公昭５０－００１３３２（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】特開昭５９－１５８５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２５３３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－１４１９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／０７４０９２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ ６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超電導コイルと、この超電導コイルを励磁するための電源と、前記超電導コイルを前記電源に電気的に接続するコイル通電電線と、前記超電導コイルに並列に且つ前記電源に直列に接続されて保護抵抗を含む保護回路と、を有する超電導磁石装置において、
前記コイル通電電線の一部及び前記保護回路の一部の温度、または前記保護回路の一部の温度をそれぞれ変化させる温度可変装置を備えて構成されたことを特徴とする超電導磁石装置。

【請求項2】

前記超電導コイルが発生する磁場を計測する磁場センサを備え、
温度可変装置の制御装置は、前記磁場センサが計測した磁場が目標値になるように前記温度可変装置を制御して、前記コイル通電電線の一部及び保護回路の一部の少なくとも一方の温度を変化させるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の超電導磁石装置。

【請求項3】

前記超電導コイルが真空容器に内蔵され、この真空容器内で前記超電導コイルが冷凍機により冷却され、電源が前記真空容器外の室温部に設置されることで前記コイル通電電線が前記真空容器内の低温部に導入され、
温度可変装置は、前記コイル通電電線の前記室温部に存在する一部の温度を変化させるよう構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の超電導磁石装置。

【請求項4】

前記超電導コイルが真空容器に内蔵され、この真空容器内で前記超電導コイルが冷凍機により冷却され、電源が前記真空容器外の室温部に設置されることで前記コイル通電電線が前記真空容器内の低温部に導入され、
温度可変装置は、前記コイル通電電線の前記低温部に存在する一部の温度を変化させるよう構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の超電導磁石装置。

【請求項5】

超電導コイルと、この超電導コイルを励磁するための電源と、前記超電導コイルを前記電源に電気的に接続するコイル通電電線と、前記超電導コイルに並列に且つ前記電源に直列に接続されて保護抵抗を含む保護回路と、を有する超電導磁石装置の制御方法において、
前記超電導コイルが発生する磁場を磁場センサで計測し、
この磁場センサが計測した磁場が目標値になるように温度可変装置を制御して、前記コイル通電電線の一部及び前記保護回路の一部の温度、または前記保護回路の一部の温度をそれぞれ変化させることを特徴とする超電導磁石装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、超電導磁石装置および超電導磁石装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

図７の超電導磁石装置１００に示すように、超電導コイル１０１は、通電のための電線１０５を介して電源１０２により通電され、磁場を発生させることができる。図中の符号１０６は、電線１０５の電気抵抗を模式的に示したものである。通常、超電導磁石装置１００では、例えば保護抵抗１０４及び遮断器１０３を設けて、超電導コイル１０１の異常時に、この超電導コイル１０１の焼損や放電等を防止することで系を保護している。また、超電導コイル１０１には、超電導線材の接続等による電気抵抗があり、この電気抵抗を符号１０７で模式的に示している。

【0003】

電線１０５は、電気抵抗の小さな金属（通常は銅）等が用いられている。また、保護抵抗１０４は、超電導コイル１０１の保護のために必要な抵抗値と、想定される保護時の消費エネルギを考慮して適切な大きさになる金属が用いられている。

【0004】

このように、永久電流モードではない電源駆動方式の超電導磁石装置１００は、電気抵抗がゼロとなる超電導コイル１０１に通電する経路、あるいは、実用上必須な部品である保護抵抗１０４等のように有限の抵抗値を持つ部材で構成された回路で成り立っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００８－４１９６６号公報

【文献】特開２００５－２５９８２６号公報

【文献】特開２００４－１７９４１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

電源駆動方式の超電導磁石装置１００には、超電導コイル１０１が発生する磁場の安定性にとって重要な課題がある。即ち、超電導コイル１０１側の経路の全抵抗Ｒ１と、保護抵抗１０４を含む保護回路１０５側の全抵抗Ｒ_２とによって、電源１０２からの供給電流Iは、超電導コイル１０１側への分流電流Ｉ_１と、保護抵抗１０４側への分流電流Ｉ_２とに分流する。超電導コイル１０１での発生磁場と比例関係にある超電導コイル１０１側への分流電流Ｉ_１は、
Ｉ_１＝Ｉ_２・（Ｒ_２／Ｒ_１）＝（Ｉ－Ｉ_１）・（Ｒ_２／Ｒ_１）
で表され、従って、
Ｉ_１＝Ｉ・Ｒ_２／(Ｒ_１+Ｒ_２)=Ｉ・[１－Ｒ_１／(Ｒ_１+Ｒ_２)]
で表される。

【0007】

このように、分流経路のある保護回路１０５を含めると、超電導コイル１０１側への分流電流Ｉ_１は、抵抗Ｒ_１及びＲ_２に依存する。ここで問題となるのは、通常の金属は電気抵抗率に温度依存性があるため、室温変化等の外乱による温度変化で、超電導コイル１０１側への分流電流Ｉ_１（つまり磁場強度）が変動してしまうことである。

【0008】

このため、通常の超電導磁石装置１００の超電導コイル１０１では、上述の温度変化により、場合によっては数百ｐｐｍ程度の磁場変動が生じてしまう。更に、通常各部の温度変化は一様ではなく、構成部材の抵抗率の温度依存性に差異があること等が原因で、この磁場変動は複雑な変動になる。

【0009】

永久電流モードは、そのための解決手段の一つであるが、永久電流モードのための永久電流スイッチがない電源駆動方式の超電導磁石装置１００では、上述の超電導コイル１０１の磁場変動は、超電導磁石装置１００の全体を恒温室に入れる等の対策をとらない限り、避けられない。

【0010】

本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、超電導コイルによるｐｐｍオーダーの磁場変動を抑制して磁場の安定性を向上させることができる超電導磁石装置および超電導磁石装置の制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の実施形態における超電導磁石装置は、超電導コイルと、この超電導コイルを励磁するための電源と、前記超電導コイルを前記電源に電気的に接続するコイル通電電線と、前記超電導コイルに並列に且つ前記電源に直列に接続されて保護抵抗を含む保護回路と、を有する超電導磁石装置において、前記コイル通電電線の一部及び前記保護回路の一部の温度、または前記保護回路の一部の温度をそれぞれ変化させる温度可変装置を備えて構成されたことを特徴とするものである。

【0012】

さらに本発明の実施形態における超電導磁石装置の制御方法は、超電導コイルと、この超電導コイルを励磁するための電源と、前記超電導コイルを前記電源に電気的に接続するコイル通電電線と、前記超電導コイルに並列に且つ前記電源に直列に接続されて保護抵抗を含む保護回路と、を有する超電導磁石装置の制御方法において、前記超電導コイルが発生する磁場を磁場センサで計測し、この磁場センサが計測した磁場が目標値になるように温度可変装置を制御して、前記コイル通電電線の一部及び前記保護回路の一部の温度、または前記保護回路の一部の温度をそれぞれ変化させることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0013】

本発明の実施形態によれば、超電導コイルによるｐｐｍオーダーの磁場変動を抑制して磁場の安定性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１実施形態に係る超電導磁石装置および超電導磁石装置の制御方法の構成を示す回路図。

【図2】金属の電気抵抗の温度依存性を示すグラフ。

【図3】第２実施形態に係る超電導磁石装置および超電導磁石装置の制御方法の構成を示す回路図。

【図4】第３実施形態に係る超電導磁石装置および超電導磁石装置の制御方法の構成を示す回路図。

【図5】第４実施形態に係る超電導磁石装置および超電導磁石装置の制御方法の構成を示す回路図。

【図6】第５実施形態に係る超電導磁石装置および超電導磁石装置の制御方法の構成を示す回路図。

【図7】従来の超電導磁石装置を示す回路図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１）
図１は、第１実施形態に係る超電導磁石装置および超電導磁石装置の制御方法の構成を示す回路図である。超電導磁石装置１０は、図１に示すように、超電導コイル１１と、この超電導コイル１１を励磁するための電源１２と、超電導コイル１１を電源１２に電気的に接続するコイル通電電線１３と、保護抵抗１４を含む保護回路１５と、遮断器１６と、コイル通電電線１３の一部である可変抵抗体１８の温度を変化させる温度可変装置１７と、を有して構成される。

【0016】

超電導コイル１１は、コイル通電電線１３を介して電源１２により通電されて磁場を発生する。即ち、超電導コイル１１は、永久電流モードではなく電源駆動方式により磁場を発生する。また、コイル通電電線１３は、電気抵抗の小さな金属（例えば銅）等が用いられる。更に、遮断器１６は、超電導コイル１１、電源１２及び保護抵抗１４に直列に接続されている。

【0017】

保護抵抗１４を含む保護回路１５は、超電導コイル１１に並列に且つ電源１２に直列に接続される。保護抵抗１４は、遮断器１６と共に、超電導コイル１１の異常時に超電導コイル１１の焼損や放電を防止して超電導磁石装置１０を保護する。この保護抵抗１４は、超電導コイル１１の保護のために必要な抵抗値と規定される保護時の消費エネルギとを考慮して適切な大きさになる金属が用いられる。保護抵抗１４は、通常、銅よりも大きな電気抵抗率の金属が用いられる。

【0018】

ここで、図１では、コイル通電電線１３の電気抵抗を模式的に符号１９で示している。また、超電導コイル１１における超電導線材の接続等による電気抵抗を模式的に符号２０で示している。

【0019】

温度可変装置１７は、制御装置２１の制御により、コイル通電電線１３の一部である可変抵抗体１８の温度を変化（例えば加熱または冷却）させて、この可変抵抗体１８の電気抵抗を変更させる。このように電気抵抗が変化するので、可変抵抗体１８は、図１では模式的に可変抵抗の記号で示している。また、可変抵抗体１８は、例えば保護回路１５よりも電源１２の下流側（即ち超電導コイル１１側）に設けられる。

【0020】

可変抵抗体１８は、上述のように温度可変装置１７により温度が変化することで電気抵抗が変更される。これは、図２に示すように、金属が、例えば室温付近で温度が高いほど電気抵抗が大きくなるような温度依存性を有するからである。このため、電源１２から超電導コイル１１側に流れる分流電流と、保護回路１５に流れる分流電流との比（分流比）が変化する。従って、室温変化等によってコイル通電電線１３や保護回路１５の電気抵抗が変更されて、超電導コイル１１の発生磁場に変動が生じたとき、温度可変装置１７は、可変抵抗体１８の温度を変化させ、その電気抵抗を変更することで超電導コイル１１へ流れる分流電流の電流値を変え、超電導コイル１１の発生磁場を一定に保持することが可能になる。

【0021】

例えば、超電導コイル１１の発生磁場が室温変化等によって微小量増加してしまったときには、温度可変装置１７により可変抵抗体１８の温度を上昇（加熱）させることで、コイル通電電線１３側の電気抵抗が増大して超電導コイル１１へ流れる分流電流が低下する。これにより、超電導コイル１１の発生磁場を減少させて一定磁場に保持することが可能になる。以下、超電導磁石装置の制御方法について更に詳説する。

【0022】

超電導コイル１１及びコイル通電電線１３の全電気抵抗をＲ_１、保護回路１５の電気抵抗をＲ_２、電源１２から供給する電流をＩとすると、超電導コイル１１側に流れる分流電流Ｉ_１は、
Ｉ_１＝Ｉ・Ｒ_２／（Ｒ_１＋Ｒ_２）＝Ｉ・[１－Ｒ_１／（Ｒ_１＋Ｒ_２）]………（１）
で表される。

【0023】

保護回路１５の電気抵抗Ｒ２が例えば１Ω（１０００ｍΩ）、超電導コイル１１及びコイル通電電線１３の全電気抵抗Ｒ_１が例えば１０ｍΩである場合、超電導コイル１１側に流れる分流電流Ｉ_１は、電源１２からの供給電流Ｉの９９％（保護抵抗１４に流れる分流電流は、電源１２からの供給電流の１％）になる。超電導コイル１１及びコイル通電電線１３の全電気抵抗Ｒ_１（１０ｍΩ）は、銅製のコイル通電電線１３の室温側部分の電気抵抗が支配的である。仮に、このコイル通電電線１３の室温側部分の電気抵抗が１０ｍΩになっているとして、このコイル通電電線１３の室温側部分は、温度を１℃上昇させると、電気抵抗が３０００ｐｐｍ（０．３％）程度増大する。

【0024】

超電導コイル１１及びコイル通電電線１３の全電気抵抗（コイル通電電線１３の室温側部分の電気抵抗）Ｒ_１が３０００ｐｐｍ変化（増大）してＲ_１´になったとき、超電導コイル１１側へ流れる分流電流はＩ_１からＩ_１´に変化（減少）する。即ち、
Ｉ_１´＝Ｉ・Ｒ_２／（Ｒ_１´＋Ｒ_２）………（２）

【0025】

式（１）と式（２）から、超電導コイル１１側へ流れる分流電流の変化率は、
（Ｉ_１－Ｉ_１´）／Ｉ＝Ｒ_２／（Ｒ_１＋Ｒ_２）－Ｒ_２／（Ｒ_１´＋Ｒ_２）
＝Ｒ_２・（Ｒ_１´－Ｒ_１）／（Ｒ_１＋Ｒ_２）・（Ｒ_１´＋Ｒ_２）
となる。ここで、Ｒ_１´＝１．００３Ｒ_１であるから、Ｒ_１´を消去して変形すると、
（Ｉ_１－Ｉ_１´）／Ｉ＝０.００３（Ｒ_１／Ｒ_２）／[(Ｒ_１／Ｒ_２)＋１]・[(Ｒ_１´／Ｒ_２)＋１]
となる。ここで、Ｒ_１／Ｒ_２＝１／１００であり、Ｒ_１´／Ｒ_２＝１．００３／１００が十分に小さいことから、超電導コイル１１側へ流れる分流電流の変化率は、
（Ｉ_１－Ｉ_１´）／Ｉ≒０.００３（Ｒ_１／Ｒ_２）＝０.００３×１／１００＝３０ｐｐｍになる。

【0026】

超電導コイル１１側へ流れる分流電流の変化率と超電導コイル１１にて発生する磁場の変化率とが比例関係にあるので、コイル通電電線１３の室温側部分を１℃温度上昇させると、超電導コイル１１にて発生する磁場は３０ｐｐｍ程度変動（減少）する。コイル通電電線１３の室温側部分の全長ではなく、この全長の１／１０の部分（可変抵抗体１８に相当）のみを１℃温度上昇させると、その１／１０部分の電気抵抗の増大も１／１０になるので、超電導コイル１１の発生磁場も１／１０の３ｐｐｍ程度変動（減少）する。この磁場変動（減少）を更に小さくしたい場合には、温度を変化（上昇）させる部分をより小さな領域にすればよい。

【0027】

従って、温度可変装置１７による可変抵抗体１８の温度上昇によって、超電導コイル１１の発生磁場をｐｐｍオーダーで減少させ、これにより、超電導コイル１１の発生磁場の変動をｐｐｍオーダーで抑制することが可能になる。

【0028】

また、超電導コイル１１の発生磁場が室温変化等によって微小量減少してしまったときには、温度可変装置１７により可変抵抗体１８の温度を低下（冷却）させることで、コイル通電電線１３の電気抵抗が減少して超電導コイル１１へ流れる分流電流が増加する。これにより、超電導コイル１１の発生磁場を増加させて一定磁場に保持することが可能になる。この場合、温度可変装置１７を冷却装置とすればよいが、あるいは、温度可変装置１７をヒータ等の加熱装置とし、デフォルトでヒータ等により可変抵抗体１８をある程度予め加熱しておき、超電導コイル１１の発生磁場を増加させたい場合に加熱量を減少させるようにしてもよい。

【0029】

以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（１）を奏する。
（１）コイル通電電線１３と保護回路１５の温度変化に起因する超電導コイル１１のｐｐｍオーダーの磁場変動を、コイル通電電線１３の一部である可変抵抗体１８の温度を温度可変装置１７により変化させて、その可変抵抗体１８の電気抵抗を変更し、超電導コイル１１へ流れる分流電流を変更することで抑制する。これにより、超電導コイル１１が発生する磁場の安定性を向上させることができる。

【0030】

なお、上述の超電導コイル１１の発生磁場の変動抑制制御を、電源１２の設定電流を調整することで実現する場合には、その電流値を少なくとも７桁以上の範囲で制御する必要があり、困難であることが予想される。

【0031】

［Ｂ］第２実施形態（図３）
図３は、第２実施形態に係る超電導磁石装置および超電導磁石装置の制御方法の構成を示す回路図である。この第２実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

【0032】

本第２実施形態の超電導磁石装置２５が第１実施形態と異なる点は、温度可変装置１７と同様に機能する温度可変装置２７が温度を変化させる対象が、保護回路１５の一部である可変抵抗体２６である点である。この可変抵抗体２６は、温度が変化することで電気抵抗が変化するため、図３では模式的に可変抵抗の記号で示している。

【0033】

室温変化等によってコイル通電電線１３や保護回路１５の電気抵抗が変更されて超電導コイル１１の発生磁場が微小量増加してしまったときには、制御装置２８が温度可変装置２７を制御して可変抵抗体２６の温度を低下（冷却）させることで、保護回路１５の電気抵抗を減少させて保護回路１５へ流れる分流電流を増加させ、超電導コイル１１側へ流れる分流電流を減少させる。これにより、超電導コイル１１の発生磁場を減少させて一定磁場に保持することが可能になる。

【0034】

また、室温変化等によってコイル通電電線１３や保護回路１５の電気抵抗が変更されて超電導コイル１１の発生磁場が微小量減少してしまったときには、制御装置２８が温度可変装置２７を制御して可変抵抗体２６の温度を上昇（加熱）させることで、保護回路１５の電気抵抗を増大させて保護回路１５へ流れる分流電流を減少させ、超電導コイル１１側へ流れる分流電流を増加させる。これにより、超電導コイル１１の発生磁場を増加させて一定磁場に保持することが可能になる。

【0035】

以上のように構成されたことから、本第２実施形態によれば、次の効果（２）を奏する。
（２）コイル通電電線１３と保護回路１５の温度変化に起因する超電導コイル１１のｐｐｍオーダーの磁場変動を、保護回路１５の可変抵抗体２６の温度を温度可変装置２７により変化させてその可変抵抗体２６の電気抵抗を変更し、超電導コイル１１へ流れる分流電流を変更させることで抑制する。これにより、超電導コイル１１が発生する磁場の安定性を向上させることができる。

【0036】

なお、図３に２点鎖線で示すように、コイル通電電線１３の一部に第１実施形態の可変抵抗体１８を更に設けて、この可変抵抗体１８を温度可変装置１７により温度変化させてもよい。この場合、超電導コイル１１の発生磁場を減少させる際には可変抵抗体１８を温度可変装置１７により加熱させ、また、超電導コイル１１の発生磁場を増加させる際には可変抵抗体２６を温度可変装置２７により加熱させることで、それぞれ、超電導コイル１１の発生磁場を一定に保持することができる。つまり、この場合には、温度可変装置１７及び２７を共に加熱手段とすることができる。

【0037】

また、本第２実施形態においては温度可変装置２７による可変抵抗体２６の温度変化と、温度可変装置１７による可変抵抗体１８の温度変化とを同時に実施してもよい。更に、可変抵抗体２６に代えて、保護抵抗１４を温度可変装置２７により温度変化させてもよい。

【0038】

［Ｃ］第３実施形態（図４）
図４は、第３実施形態に係る超電導磁石装置および超電導磁石装置の制御方法の構成を示す回路図である。この第４実施形態において第１及び第２実施形態と同様な部分については、第１及び第２実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

【0039】

本第３実施形態の超電導磁石装置３０が第１実施形態と異なる点は、超電導コイル１１が発生する磁場を計測する磁場センサ３１を備え、温度可変装置１７の制御装置３２が、磁場センサ３１による磁場計測値が目標値になるように温度可変装置１７を制御して、コイル通電電線１３の可変抵抗体１８の温度を変化させてその可変抵抗体１８の電気抵抗を変更するよう構成された点である。

【0040】

磁場センサ３１は、超電導コイル１１による発生磁場の磁場強度が高い箇所、例えば超電導コイル１１の近傍に設置される。また、超電導コイル１１自体による磁場変動が想定される場合には、複数の磁場センサ３１による磁場計測が有効である。制御装置３２は、磁場センサ３１による磁場計測値の目標値に対する変化がゼロになるように、温度可変装置１７による可変抵抗体１８の温度変化量を算出し、この可変抵抗体１８の電気抵抗値をフィードバック制御する。これにより、超電導コイル１１の磁場変動が抑制される。

【0041】

また、磁場センサ３１により計測された磁場計測値を、１点鎖線で示す温度可変装置２７の制御装置３３に送信し、この制御装置３３が、磁場センサ３１による磁場計測値の目標値に対する偏差がゼロになるように、温度可変装置２７による可変抵抗体２６の温度変化量を算出し、この可変抵抗体２６の電気抵抗値をフィードバック制御して、超電導コイル１１の磁場変動を抑制してもよい。

【0042】

なお、この第３実施形態においても、温度可変装置２７による可変抵抗体２６の温度変化と、温度可変装置１７による可変抵抗体１８の温度変化とを同時に実施してもよい。

【0043】

以上のように構成されたことから、本第３実施形態によれば、第１及び第２実施形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏するほか、次の効果（３）を奏する。

【0044】

（３）温度可変装置２７の制御装置３２は、磁場センサ３１が計測した磁場が目標値になるように温度可変装置１７を制御して、コイル通電電線１３の可変抵抗体１８の温度を変化させ、その可変抵抗体１８の電気抵抗を変更する。また、温度可変装置２７の制御装置３３は、磁場センサ３１が計測した磁場が目標値になるように温度可変装置２７を制御して、保護回路１５の可変抵抗体２６の温度を変化させ、その可変抵抗体２６の電気抵抗を変更する。これらにより、超電導コイル１１の磁場変動を抑制して超電導コイル１１の磁場を安定化させる制御を自動で行なうことができる。

【0045】

このように超電導コイル１１の発生磁場を直接計測して制御するので、電源１２からの供給電流そのものによる磁場の不安定性、または超電導コイル１１自体に起因する磁場の不安定性を含めて、超電導コイル１１の磁場の安定化を図ることができる。

【0046】

［Ｄ］第４実施形態（図５）
図５は、第４実施形態に係る超電導磁石装置および超電導磁石装置の制御方法の構成を示す回路図である。この第４実施形態において第１及び第３実施形態と同様な部分については、第１及び第３実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

【0047】

本第４実施形態の超電導磁石装置４０では、温度可変装置１７は、コイル通電電線１３における真空容器４１外の室温部Ａに存在する室温部側通電電線４５の温度を変化させて、この室温部側通電電線４５の電気抵抗を変更させるよう構成されている。

【0048】

超電導コイル１１は、断熱のための真空容器４１に内蔵され、この真空容器４１内で冷凍機４２により冷却される。つまり、冷凍機４２の冷却部は、超電導コイル１１との間に配置された熱伝導率の高い伝熱板４３を介して真空中で超電導コイル１１を冷却する。また、真空容器４１内には、超電導コイル１１を内包すると共に冷凍機４２により冷却される輻射シールド４４が設けられ、この輻射シールド４４により超電導コイル１１への熱侵入量が低減される。

【0049】

電源１２は、真空容器４１外の室温部Ａに設置される。従って、この電源１２及び超電導コイル１１に接続されるコイル通電電線１３は、室温部Ａから真空容器４１内の低温部Ｂに導入される。電源１２からの電流は、電源１２、保護回路１５及び遮断器１６等で構成される回路から、コイル通電電線１３における室温部側通電電線４５及び低温部側通電電線４６を順次経て、超電導コイル１１へ供給される。ここで、室温部側通電電線４５は、コイル通電電線１３における真空容器４１外の室温部Ａに存在する領域であり、低温部側通電電線４６は、コイル通電電線１３における真空容器４１内の低温部Ｂに存在する領域である。

【0050】

磁場センサ３１により計測された超電導コイル１１の発生磁場の計測値は、温度可変装置１７の制御装置３２へ送信される。この制御装置３２は、磁場センサ３１による磁場計測値が目標値になるように温度可変装置１７を制御して、コイル通電電線１３の室温部側通電電線４５の温度を変化させ、その室温部側通電電線４５の電気抵抗を変更する。これにより、超電導コイル１１が発生する磁場の変動を抑制することが可能になる。

【0051】

以上のよう構成されたことから、本第４実施形態によれば、第１及び第３実施形態の効果（１）及び（３）と同様な効果を奏するほか、次の効果（４）を奏する。

【0052】

（４）コイル通電電線１３における真空容器４１外の室温部Ａに存在する室温部側通電電線４５を温度可変装置１７により温度変化させる構成である。このため、室温部側通電電線４５の温度変化が冷凍機４２の熱負荷にならず、従って、冷凍機４２の仕様等を変更する必要がない利点があると共に、超電導磁石装置４０の稼働を継続した状態で温度可変装置１７、制御装置３２及び磁場センサ３１を増設することができる。

【0053】

［Ｅ］第５実施形態（図６）
図６は、第５実施形態に係る超電導磁石装置および超電導磁石装置の制御方法の構成を示す回路図である。この第５実施形態において第１、第３及び第４実施形態と同様な部分については、これらの第１、第３及び第４実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

【0054】

本第５実施形態の超電導磁石装置５０が第４実施形態と異なる点は、制御装置３２により制御される温度可変装置１７がコイル通電電線１３における真空容器４１内の低温部Ｂに存在する低温部側通電電線４６の温度を変化させて、その低温部側通電電線４６の電気抵抗を変更させるよう構成された点である。

【0055】

つまり、磁場センサ３１により計測された超電導コイル１１の発生磁場の計測値を受信した温度可変装置１７の制御装置３２は、磁場センサ３１による磁場計測値が目標値になるように温度可変装置１７を制御する。これにより、コイル通電電線１３の低温部側通電電線４６の温度が変化してその低温部側通電電線４６の電気抵抗が変更され、超電導コイル１１が発生する磁場の変動を抑制することが可能になる。

【0056】

以上のように構成されたことから、本第５実施形態によれば、第１及び第３実施形態の効果（１）及び（３）と同様な効果を奏するほか、次の効果（５）を奏する。

【0057】

（５）真空容器４１内の低温部Ｂに存在する低温部側通電電線４６は、冷却状態にあるため室温部側通電電線４５よりも電気抵抗が低く、そのため、断面積が室温部側通電電線４５よりも小さく、熱容量が小さい。更に、低温部側通電電線４６は、真空容器４１内に設置されるため断熱性が良好で、温度可変装置１７により温度制御されたときに熱の出入が少なく、効率良く温度変化する。これらのことから、温度可変装置１７が低温部側通電電線４６の温度を変化させる際の熱量を抑えることができ、且つ温度変化の応答性が高い。従って、温度可変装置１７が低温部側通電電線４６の温度を変化させて超電導コイル１１が発生する磁場の変動を抑制する際の制御性に優れる。特に、磁場の変動周期が短い短時間の磁場変動を抑制する制御性に優れている。

【0058】

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

【0059】

例えば、第４及び第５実施形態では、冷凍機４２が２段冷凍機で、真空容器４１内に輻射シールド４４が配置されたものを述べたが、冷凍機４２が単段冷凍機であってもよく、また、輻射シールド４４が存在しないものでもよい。更に冷凍機４２ではなく、液体ヘリウムや液体窒素などの冷媒を用いて超電導コイル１１を冷却する構成の超電導磁石装置であってもよい。

【0060】

また、第１～第５実施形態における超電導コイルが高温超電導コイルである場合に、各実施形態は特に有効である。即ち、高温超電導コイルは、接続抵抗が大きいために永久電流モードでは電流及び磁場の減衰が大きくなってしまい、磁場の安定性に課題がある。このため、高温超電導コイルを用いた超電導磁石装置では、永久電流モードを用いないで電源駆動方式が用いられることから、高温超電導コイルを用いた超電導磁石装置において、第１～第５実施形態を適用することで磁場の安定性を向上させることができる。

【符号の説明】

【0061】

１０…超電導磁石装置、１１…超電導コイル、１２…電源、１３…コイル通電電線、１４…保護抵抗、１５…保護回路、１７…温度可変装置、１８…可変抵抗体、２１…制御装置、２５…超電導磁石装置、２６…可変抵抗体、２７…温度可変装置、３０…超電導磁石装置、３１…磁場センサ、３２…制御装置、４０…超電導磁石装置、４１…真空容器、４２…冷凍機、４５…室温部側通電電線、４６…低温部側通電電線、５０…超電導磁石装置、Ａ…室温部、Ｂ…低温部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】