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(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】2023-12-15
(45)【発行日】2023-12-25
(54)【発明の名称】超電導コイル及び超電導コイル装置
(51)【国際特許分類】
H01F 6/02 20060101AFI20231218BHJP
H01F 6/06 20060101ALI20231218BHJP
【ＦＩ】
H01F6/02
H01F6/06 110
H01F6/06 140
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2020125079
(22)【出願日】2020-07-22
(65)【公開番号】P2022021490
(43)【公開日】2022-02-03
【審査請求日】2023-02-17
(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】100145816
【弁理士】
【氏名又は名称】鹿股 俊雄
(74)【代理人】
【識別番号】100195718
【弁理士】
【氏名又は名称】市橋 俊規
(72)【発明者】
【氏名】宇都 達郎
(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】小柳 圭
【審査官】古河 雅輝
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－２２０４１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０８９８１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１２９５１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１０３３５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０１６６８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１６３０２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－２２４６５４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｂ １２／００－１２／１６
Ｈ０１Ｂ １３／００
Ｈ０１Ｆ ６／００－ ６／０６
Ｈ０１Ｒ ４／５８－ ４／７２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
超電導線材が巻回されてなる巻線部と、径方向に隣り合う前記超電導線材同士を電気的に接続する迂回路と、前記巻線部に電気的に接続される外側電極及び内側電極と、を備えた超電導コイルであって、前記外側電極は前記巻線部の最外周ターンの巻回方向端部と反巻回方向端部との両方に跨って、及び／又は前記内側電極は前記巻線部の最内周ターンの巻回方向端部と反巻回方向端部との両方に跨って、電気的に接続されることを特徴とする超電導コイル。
【請求項2】
前記外側電極は、前記巻線部の最外周ターンの巻回方向端部と反巻回方向端部よりも径方向外側に設けられ、及び／又は前記内側電極は、前記巻線部の最内周ターンの巻回方向端部と反巻回方向端部よりも径方向内側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の超電導コイル。
【請求項3】
前記超電導線材は少なくとも高温超電導層を含むテープ状の積層体で構成され、当該超電導線材は前記高温超電導層に近い近位面と、前記高温超電導層から遠い遠位面とを有し、前記巻線部の最外周ターンの超電導線材は近位面がコイル径方向内側を向いており、当該最外周ターンの少なくとも一部において前記超電導線材の近位面同士が接続される接続部を有することを特徴とする請求項１又は２記載の超電導コイル。
【請求項4】
前記超電導線材は少なくとも高温超電導層を含むテープ状の積層体で構成され、当該超電導線材は前記高温超電導層に近い近位面と、前記高温超電導層から遠い遠位面とを有し、前記巻線部の最内周ターンの超電導線材は近位面がコイル径方向外側を向いており、当該最内周ターンの少なくとも一部において前記超電導線材の近位面同士が接続される接続部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の超電導コイル。
【請求項5】
前記迂回路は、前記巻線部の少なくとも１つの側面部に形成されたシート状、板状又は箔状の導電性部材であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の超電導コイル。
【請求項6】
前記迂回路は、前記巻線部の巻回軸方向に垂直な側面に形成された導電性樹脂であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の超電導コイル。
【請求項7】
前記迂回路は、前記巻線部の少なくとも一部に含浸して形成された導電性樹脂であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の超電導コイル。
【請求項8】
請求項１乃至７のいずれかに記載の超電導コイルを巻回軸方向に複数積層した超電導コイル装置であって、前記積層した超電導コイルのうち隣接する２つの超電導コイルに架設され、電極として機能する外側金属板及び内側金属板を有し、
前記外側金属板は１つの超電導コイルの巻線部の最外周ターンの巻回方向端部と反巻回方向端部の両方に跨って、及び／又は前記内側金属板は１つの超電導コイルの巻線部の最内周ターンの巻回方向端部と反巻回方向端部の両方に跨って、電気的に接続されることを特徴とする超電導コイル装置。
【請求項9】
前記外側金属板は、前記超電導コイルの巻線部の最外周ターンの巻回方向端部と反巻回方向端部よりも径方向外側に設けられ、及び／又は前記内側金属板は、前記超電導コイルの巻線部の最内周ターンの巻回方向端部と反巻回方向端部よりも径方向内側に設けられていることを特徴とする請求項８記載の超電導コイル装置。
【請求項10】
前記超電導コイルに用いられる超電導線材は少なくとも高温超電導層を含むテープ状の積層体で構成され、当該超電導線材は前記高温超電導層に近い近位面と、前記高温超電導層から遠い遠位面とを有し、巻線部の最外周のターンの超電導線材は近位面がコイル径方向内側を向いており、当該最外周のターンの少なくとも一部において前記超電導線材の近位面同士が接続される接続部を有することを特徴とする請求項８又は９記載の超電導コイル装置。
【請求項11】
前記超電導コイルに用いられる超電導線材は少なくとも高温超電導層を含むテープ状の積層体で構成され、当該超電導線材は前記高温超電導層に近い近位面と、前記高温超電導層から遠い遠位面とを有し、巻線部の最内周のターンの超電導線材は近位面がコイル径方向外側を向いており、当該最内周のターンの少なくとも一部において前記超電導線材の近位面同士が接続される接続部を有することを特徴とする請求項８又は９記載の超電導コイル装置。
【請求項12】
前記外側金属板及び内側金属板は、前記超電導コイルの薄膜線材に直接接合されるか、又は当該薄膜線材に貼着された導電性テープに接合されることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の超電導コイル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、熱暴走またはクエンチを防止する機能を備えた超電導コイル及び超電導コイル装置に関する。
【背景技術】
【0002】
超電導線材には、超電導状態を維持できる電流、温度、磁場の範囲、いわゆる臨界電流、臨界温度、臨界磁場が存在する。したがって電気抵抗がほぼゼロといえども無限に電流が流せるわけではなく、いずれかの臨界値を超えると、常電導状態への転移現象、すなわちクエンチが発生する。このようなクエンチによる常電導転移領域のジュール発熱は、瞬時に超電導コイルを熱暴走させ、最悪の場合、焼損に至る危険性があるため、クエンチに対する保護技術が不可欠である。
【0003】
クエンチ保護に関する従来技術としては、例えば超電導コイルと並列に保護抵抗をつなぐ方法がある。この本方法は、常電導状態に転移することで発生するコイル電圧や温度上昇を検出し、これをトリガーとして励磁電源を遮断するものである。遮断後は超電導コイルと保護抵抗の閉回路となるため、室温部に配置した保護抵抗のジュール発熱で超電導コイルの蓄積エネルギーが消費され、コイルに流れる電流を減衰させることができる。
【0004】
このような超電導コイルに使用する超電導線材としては、例えばＢｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０線材やＲＥ１Ｂ２Ｃ３Ｏ７線材といった高温超電導線材がある。高温超電導線材を用いた超電導コイルでは、従来のＮｂＴｉ等の低温超電導線材に比べ、２０Ｋ～５０Ｋといった高い温度でも高い臨界電流密度を有するため、高温での高電流密度運転が可能となる。
【0005】
しかしながら、高電流密度運転時にクエンチが生じた場合、２０Ｋ～５０Ｋの温度範囲では、低温超電導線材を使ったマグネットの運転温度よりも比熱が大きいために常電導転移領域の拡大が遅く、また高電流密度運転をすると発熱密度も高くなるため、上述した従来技術のクエンチ保護方法では、検知する前に局所的に熱暴走が発生し焼損してしまう可能性がある。
【0006】
そこで、超電導コイル内部の異なるターンの超電導線材同士がターン間で短絡されていれば、常電導転移した部分に流れる電流を異なるターンの超電導線材に迂回させることができる。電流が常電導部分を迂回することで、常電導転移領域での局所的な発熱、および熱暴走を抑制することが可能である。
【0007】
具体的には、例えば超電導コイルのコイル径方向に沿った巻線部の側面に超電導線材と電気的に接続された迂回路を設けることにより、迂回路を介して異なるターンの超電導線材同士を短絡する手段が開示されている（特許文献１）。
【0008】
また、電極部については最外周のターンの超電導線材と、巻線部の最外周よりも１ターン内の超電導線材との間に電極が配置される超電導コイルが開示されている（特許文献２）。
【0009】
さらに、電極と超電導線材の接合部の構造として、超電導線材の上に設けられた電極の少なくとも一部を覆うようにカバー用超電導テープを設け、これらを互いに電気的に接続する構造が開示されている（特許文献３）。その際、超電導線材とカバー用超電導テープを電気的に接続する具体的な方法としては、はんだ付けが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【文献】特許６４８６８１７号公報
【文献】特許５８５８７２３号公報
【文献】特許５５６８３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、最も外周側（最外周）のターンもしくは最も内周側（最内周）のターンにおいて常電導転移が生じた場合、他のターンで常電導転移が生じた場合と比較して、隣り合う超電導線材間の迂回路の面積が小さくなるため、相対的に迂回路の抵抗値が大きくなり、電流が十分に迂回できずに、超電導コイルの温度を上昇させてクエンチを引き起こす恐れがあった。
【0012】
また、巻線部の最外周よりも１ターン内の超電導線材は、電極に絶縁材からなる接着剤で接合されているために、電極とは電気的に接続されておらず、超電導コイルを流れる電流は超電導コイルの最外周のターンの超電導線材のみを介して電極へ流出する。したがって、最外周ターンの超電導線材で常電導転移が生じた際は、電流が常電導転移部分を避けて電極へ流れる経路が存在せず、焼損してしまう恐れがあった。
【0013】
さらに、従来の電極と超電導線材の接合手段では、電極付近の発熱量を低減する効果が期待できるが、超電導コイルの最外周において常電導転移が生じた際に超電導コイルが焼損してしまう課題がある。仮に、カバー用超電導線材の架設箇所を電極付近に限定してしまうと、超電導コイルの最外周の内、カバー用超電導線材が架設されていない箇所において常電導転移が生じた際に、電流が常電導転移部分を避けて電極へ流れる経路が存在せず、焼損してしまう恐れがある。
【0014】
一方、カバー用超電導線材の架設箇所を電極付近に限定せずに超電導コイルの最外周全周を覆う場合を考えると、超電導線材全周にわたりはんだ付けをする必要が生じるため、電極付近のみをはんだ付けする場合に比べて、はんだごての熱により超電導線材が劣化してしまうリスクが増えてしまう課題がある。また、冷却時の熱収縮によりカバー用超電導線材と電極の角部で局所応力が生じてカバー用超電導線材が劣化してしまう恐れがあった。
【0015】
本発明の実施形態は上記課題を解決するためになされたもので、熱暴走またはクエンチの発生を抑制することが可能な超電導コイル及び超電導コイル装置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】
【0016】
上記課題を解決するための、本実施形態に係る超電導コイルは、超電導線材が巻回されてなる巻線部と、径方向に隣り合う前記超電導線材同士を電気的に接続する迂回路と、前記巻線部に電気的に接続される外側電極及び内側電極と、を備えた超電導コイルであって、前記外側電極は前記巻線部の最外周ターンの巻回方向端部と反巻回方向端部との両方に跨って、及び／又は前記内側電極は前記巻線部の最内周ターンの巻回方向端部と反巻回方向端部との両方に跨って、電気的に接続されることを特徴とする。
【0017】
また、本実施形態に係る超電導コイル装置は、本実施形態に係る超電導コイルを巻回軸方向に複数積層した超電導コイル装置であって、前記複数積層した超電導コイルのうち隣接する２つの超電導コイルに架設され、電極として機能する外側金属板及び内側金属板を有し、前記外側金属板は１つの超電導コイルの巻線部の最外周ターンの巻回方向端部と反巻回方向端部の両方に跨って、及び／又は前記内側金属板は１つの超電導コイルの巻線部の最内周ターンの巻回方向端部と反巻回方向端部の両方に跨って、電気的に接続されることを特徴とする。
【発明の効果】
【0018】
本発明の実施形態によれば、超電導コイル及び超電導コイル装置の熱暴走又はクエンチの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】一般的な高温超電導線材の構成図。
【図2】超電導コイルの概観図。
【図3】（ａ）、（ｂ）は巻回方向の説明図。
【図6】導電性樹脂からなる迂回路の断面図。
【図7】（ａ）は電極が取付けられた従来の超電導コイルの概観図、（ｂ）は従来の電極取付け構成図。
【図8】従来の超電導コイル装置の概観図。
【図9】第１の実施形態に係る外側電極取付け構成図。
【図10】（ａ）、（ｂ）は従来の電極取付け構成における迂回電流の流れを示す図、（ｃ）は第１の実施形態に係る電極取付け構成における迂回電流の流れを示す図。
【図11】第２の実施形態に係る電極取付け構成図。
【図12】第２の実施形態に係る電極取付け構成における迂回電流の流れを示す図。
【図13】（ａ）は第３の実施形態に係る巻線部の最外周部分の部分断面図、（ｂ）は最内周部分の断面図。
【発明を実施するための形態】
【0020】
まず、一般的な超電導コイル及び超電導コイル装置の構成、作用を、図１～図８を用いて説明する。
なお、超電導コイル及び超電導コイル装置には高温超電導線材又は低温超電導線材が用いられるが、以下の説明では、特に高い効果を発揮する高温超電導線材を用いた場合を例にして説明する。
なお、超電導コイル及び超電導コイル装置には高温超電導線材又は低温超電導線材が用いられるが、以下の説明では、特に高い効果を発揮する高温超電導線材を用いた場合を例にして説明する。
【0021】
（高温超電導線材）
一般的な高温超電導線材２０は、図１に示されるように、一般に薄膜状の層が積層されたテープ形状の薄膜線材から構成され、高温超電導層２５として例えばレアメタル酸化物（ＲＥ酸化物）を含むＲＥＢＣＯ線材等が用いられる。
一般的な高温超電導線材２０は、図１に示されるように、一般に薄膜状の層が積層されたテープ形状の薄膜線材から構成され、高温超電導層２５として例えばレアメタル酸化物（ＲＥ酸化物）を含むＲＥＢＣＯ線材等が用いられる。
【0022】
高温超電導線材（以下、「薄膜線材」ともいう。）２０は、例えば、ニッケル基合金、ステンレス又は銅等からなる高強度の金属材質である基板２２と、基板２２の上に形成される中間層２４と、中間層２４を基板２２の表面に配向させるマグネシウム等からなる配向層２３と、中間層２４の上に形成されるレアメタル酸化物等からなる高温超電導層２５と、銀、金又は白金等で組成される保護層２６と、銅又はアルミニウムなどの良伝導性金属からなる安定化層２１と、から構成される。
【0023】
中間層２４は、基板２２と超電導層２５の熱収縮の際に起因する熱歪みを防止する。保護層２６は、超電導層２５に含まれる酸素が超電導層２５から拡散することを防止して、超電導層２５を保護している。安定化層２１は、超電導層２５への過剰通電電流の迂回経路となって熱暴走を防止する。なお、薄膜線材２０を構成する各層の種類及び数はこれに限定されるものではなく、必要に応じて種類及び数を適宜増減してもよい。
【0024】
（超電導コイル）
上述した高温超電導線材２０が巻回されてなる超電導コイル１０について、図２～図８を用いて説明する。ここで、図２は超電導コイル１０の概観図、図３（ａ）、（ｂ）は巻線部１２の巻回方向の説明図、図４は図２のＡ－Ａ線断面図、図５は図４の領域Ｒ１の拡大断面図、図６は導電性樹脂からなる迂回路１９の断面図、図７（ａ）は電極４０（外側電極４０ａ、内側電極４０ｂ）が取付けられた従来の超電導コイル１０の概観図、図７（ｂ）は電極の取付け構造の説明図、図８は従来の超電導コイル装置１００の概観図である。
上述した高温超電導線材２０が巻回されてなる超電導コイル１０について、図２～図８を用いて説明する。ここで、図２は超電導コイル１０の概観図、図３（ａ）、（ｂ）は巻線部１２の巻回方向の説明図、図４は図２のＡ－Ａ線断面図、図５は図４の領域Ｒ１の拡大断面図、図６は導電性樹脂からなる迂回路１９の断面図、図７（ａ）は電極４０（外側電極４０ａ、内側電極４０ｂ）が取付けられた従来の超電導コイル１０の概観図、図７（ｂ）は電極の取付け構造の説明図、図８は従来の超電導コイル装置１００の概観図である。
【0025】
図２は薄膜線材２０を同心状に巻回した巻線部１２からなるパンケーキ状の超電導コイル１０の概観図で、パンケーキコイルとも呼ばれる。図２に示すとおり、超電導コイル１０の巻回軸と平行な方向を巻回軸方向Ｃ、薄膜線材２０を巻き回す方向をコイル周方向、巻回により薄膜線材２０が積層される方向をコイル径方向と呼ぶ。
【0026】
さらに、コイル周方向は図３（ａ）、（ｂ）に示すような向きが定められる。すなわち、コイル周方向のうち、薄膜線材２０が巻線部１２のコイル径方向内側から外側に向かう向きを巻回方向、コイル径方向外側から内側へ向かう向きを反巻回方向とする。巻線部１２は、図２に示すように、薄膜線材２０が巻回によって積層されることで形成される一対の巻線側面部１８を有する。
【0027】
【0028】
また、超電導コイル１０において隣接する別のターンの薄膜線材２０同士の間隙のことを単にコイルターン間と呼ぶ。図５は図４の領域Ｒ１の拡大断面図であるが、薄膜線材２０の間には、隣接するターン間の絶縁のために、絶縁性部材３３が配置される。絶縁性部材３３としては、例えばポリイミド等により形成された絶縁性のテープが好適に用いられる。テープ状の絶縁性部材３３は、薄膜線材２０と共巻することによりコイルターン間に挿入される。
【0029】
また、超電導コイル１０は、エポキシ樹脂などの粘着性を有する絶縁材料で含浸されることもある。粘着性のある樹脂で含浸されることにより、超電導コイル１０内の隣接する薄膜線材２０に絶縁性部材３３が固着され、超電導コイル１０の熱伝導度及び機械的強度が向上する。
【0030】
なお、エポキシ樹脂などの粘着性を有する絶縁材料もターン間に挿入されることで絶縁性部材３３として機能するが、コイルターン間を確実に絶縁するために、ポリイミド等からなる絶縁性のテープを用いることが好ましい。
【0031】
（迂回路）
超電導コイル１０は、図４、図５に示されるように、一対の巻線側面部１８（図２参照）の少なくとも一つの面に、超電導コイル１０内の異なる位置の薄膜線材２０同士を電気的に接続する迂回路１９を備える。なお、一対の巻線側面部１８の両面に迂回路１９を設けてもよい。
超電導コイル１０は、図４、図５に示されるように、一対の巻線側面部１８（図２参照）の少なくとも一つの面に、超電導コイル１０内の異なる位置の薄膜線材２０同士を電気的に接続する迂回路１９を備える。なお、一対の巻線側面部１８の両面に迂回路１９を設けてもよい。
【0032】
迂回路１９の材料は、通常運転時においての超電導コイル１０の抵抗より大きく、かつこの超電導コイル１０の常電導転移時の抵抗よりも小さい抵抗の材料が選択される。例えば、銅、ステンレス、アルミ、インジウム、等の常電導金属、半導体、導電性プラスチック、セラミックス材、導電性樹脂、超電導材料、等が用いられる。
【0033】
また、グラファイト、炭素繊維または炭素繊維複合材などのカーボン材料なども迂回路１９として好適に用いることができる。これらの材料は、シート状の板材又は箔等にして圧着又ははんだ接続等によって巻線側面部１８に形成される。
【0034】
なお、巻線側面部１８の一つの面にメッキ又は塗布して、迂回路１９を形成してもよい。特に、メッキによって迂回路１９を形成する場合は、迂回路１９を薄くすることができ、超電導コイル１０の自由な変形を阻害することがない。さらに、迂回路１９をメッキや塗布で形成することで、迂回路１９の巻回軸方向の厚みを調整し、迂回路１９の抵抗値を調整することができる。
【0035】
図６は、巻線側面部１８の一つの面に導電性樹脂３６を塗布して迂回路１９を形成した例である。この導電性樹脂３６は、例えば導電性を持たない樹脂に導電性粉末３５を混入させたものを用いることができる。その際、導電性樹脂３６に配合される導電性粉末３５の割合や種類を変更することにより、導電性樹脂３６の体積抵抗率を容易に調整することが可能となる。
【0036】
導電性粉末３５としては、例えばカーボンブラック、炭素繊維、グラファイト、等のカーボン系の粉末が用いられる。また、導電性粉末３５には、金属微粒子、金属酸化物、金属繊維、ウィスカー、等の金属系の粉末を用いてもよい。さらに、微粒子または合成繊維を金属コートすることで導電性粉末３５にしてもよく、巻線側面部１８の位置ごとに異なる組成の導電性樹脂３６を塗布して迂回路１９を形成してもよい。
【0037】
また、導電性樹脂３６はコイル径方向に隣接する薄膜線材２０同士の間を含めた巻線部１２の一部又は全部を含浸して形成してもよい。これにより、導電性樹脂３６と薄膜線材２０の接触面積を大きくし、導電性樹脂３６と薄膜線材２０との間の接触抵抗を低減することができる。
【0038】
なお、コイル径方向に隣接する薄膜線材２０の間に絶縁性部材３３を設けずに、隣接する薄膜線材２０同士を直接接触させてもよい。この場合、隣接する薄膜線材２０の外表面を覆う安定化層２１がコイル径方向に接触することで電気的に接続され、迂回路１９として機能する。
【0039】
（迂回路の作用効果）
ここで、迂回路１９を設けることで熱暴走等の発生を抑制できる作用効果について説明する。
ここで、迂回路１９を設けることで熱暴走等の発生を抑制できる作用効果について説明する。
【0040】
薄膜線材２０は、通電電流の限界である臨界電流に近づくにつれ、徐々に外部磁場が侵入し、局所的に超電導状態が破壊された部分が常電導転移する。この局所的な常電導転移に伴うフラックスフロー抵抗は、ジュール損失による発熱を発生するため、コイル温度の上昇などで増大すると熱暴走またはクエンチ（以下、まとめて「熱暴走等」という）を誘引する。
【0041】
そのため、迂回路１９を設けることで、薄膜線材２０の一部で常電導転移による局所的なフラックスフロー抵抗が発生したときに、コイル周方向に流れていた通電電流Ｉの一部の電流Ｉａ（以下、「迂回電流」という。）が、迂回路１９を介して隣接する他のターンの薄膜線材２０へ迂回することができる。
【0042】
ここで、コイル周方向に流れる通電電流はＩからＩ－Ｉａに減少する。このとき、迂回路１９の抵抗をＲａ、フラックスフロー抵抗をＲとすると、コイル径方向に迂回する迂回電流Ｉａは、Ｒ／(Ｒ＋Ｒａ)に比例する。
【0043】
したがって、フラックスフロー抵抗Ｒが増大するにつれて、より多くの迂回電流Ｉａがコイル径方向に迂回することになる。これにより、局所的に常電導状態に転移した常電導箇所に多量の通電電流Ｉが流れるのを未然に防止することができるため、熱暴走等の発生を抑制することができる。
【0044】
なお、コイルターン間を、迂回路１９を介して電気的に接続すると、フラックスフロー抵抗Ｒが発生したときだけでなく、超電導コイル１０を非通電状態から定格電流値まで励磁する際にも、誘導電圧により電源から供給される通電電流Ｉの一部の迂回電流Ｉａが、迂回路１９を介して他のターンの薄膜線材２０に、コイル径方向へ迂回してしまう。また、励磁完了後は誘導電圧が発生しないため、迂回路１９に流れた迂回電流Ｉａは徐々にコイル周方向に流れ込むこととなり、設計した磁場の値に到達するまでの時間を要する。したがって、コイルターン間の抵抗を低くすればするほど、より多くの電流が励磁中に迂回してしまい、不要に励磁時間が長くなってしまう恐れがある。
【0045】
そのため、迂回路１９の抵抗Ｒａはフラックスフロー抵抗Ｒの発生時に十分な量の電流が迂回路１９へ転流できる程度に小さな抵抗で、かつ、超電導コイル１０を非通電状態から定格電流値まで励磁する際に不要に励磁時間が長くならないほどに大きな抵抗となるように設定することが好ましい。
【0046】
（絶縁板）
図４に示すように、超電導コイル１０の側面には絶縁板１６が設けられており、迂回路１９や巻線部１２を隣り合う他の超電導コイル１０等から絶縁する。絶縁板１６としてはエポキシ樹脂や繊維強化プラスチックが好適に用いられる。
図４に示すように、超電導コイル１０の側面には絶縁板１６が設けられており、迂回路１９や巻線部１２を隣り合う他の超電導コイル１０等から絶縁する。絶縁板１６としてはエポキシ樹脂や繊維強化プラスチックが好適に用いられる。
【0047】
（電極）
一般的に、上述した超電導コイル１０に通電を行うために、図７（ａ）に示すように、巻線部１２の最外周ターンの薄膜線材２０に外側電極４０ａ、最内周ターンの薄膜線材２０に内側電極４０ｂが設けられる。外側電極４０ａ、内側電極４０ｂは薄膜線材２０にはんだ付けなどにより電気的に接続されて、超電導コイル１０を通流する通電電流Ｉを流入又は流出させる。外側電極４０ａ、内側電極４０ｂは、例えば銅、銀、金、インジウムやこれらの合金で構成される。
一般的に、上述した超電導コイル１０に通電を行うために、図７（ａ）に示すように、巻線部１２の最外周ターンの薄膜線材２０に外側電極４０ａ、最内周ターンの薄膜線材２０に内側電極４０ｂが設けられる。外側電極４０ａ、内側電極４０ｂは薄膜線材２０にはんだ付けなどにより電気的に接続されて、超電導コイル１０を通流する通電電流Ｉを流入又は流出させる。外側電極４０ａ、内側電極４０ｂは、例えば銅、銀、金、インジウムやこれらの合金で構成される。
【0048】
【0049】
ここで、巻線部１２と外側電極４０ａ、内側電極４０ｂの位置関係を説明すると、巻線部１２の最外周ターンの薄膜線材２０に外側電極４０ａを取付ける際は、図７（ｂ）に示すように巻回方向へ向かって、巻線部１２の外周側の末端部５１Ａまでの非通電領域５２Ａができる限り小さくなるように決定する。
【0050】
同様に、巻線部１２の最内周ターンの薄膜線材２０に内側電極４０ｂを取付ける際は、図７（ｂ）に示すように電極取付け位置から反巻回方向へ向かって、薄膜線材２０の内周側の末端部５１Ｂまでの非通電領域５２Ｂができる限り小さくなるように決定する。
【0051】
巻線部１２の内周側から外周側に電流を流す場合、通電電流Ｉが流れることができる通電領域５３は、最内周ターンの内側電極取付け位置から最外周ターンの外側電極取付け位置までの区間である。すなわち、最内周側の末端部５１Ｂから内側電極取付け位置までの区間である非通電領域５２Ｂと、最外周側の末端部５１Ａから外側電極取付け位置までの区間である非通電領域５２Ａには通電電流Ｉは流れず、超電導コイル１０の磁場形成に寄与しない。
【0052】
以下の説明では、巻線部１２の最内周とは、巻線部１２の最内周側の末端部５１Ｂを基準に巻回方向に１ターン分の区間、すなわち反巻回方向端部５７Ｂから巻回方向端部５８Ｂまでの区間を指す。一方、通電領域５３の最内周とは、最内周側の電極取付け位置を基準に巻回方向に１ターン分の区間を指す。単に最内周と表記した場合は巻線部１２の最内周を指す。
【0053】
同様に、巻線部１２の最外周とは、巻線部１２の最外周側の末端部５１Ａを基準に反巻回方向に１ターン分の区間、すなわち巻回方向端部５８Ａから反巻回方向端部５７Ａまでの区間を指す。一方、通電領域５３の最外周とは、最外周側の電極取付け位置を基準に反巻回方向に１ターン分の区間を指す。単に最外周と表記した場合は巻線部１２の最外周を指す。
【0054】
（超電導コイル装置）
超電導コイル装置１００は、図８に示すように、超電導コイル１０を巻回軸方向に同心円状に複数積層して構成される。超電導コイル装置１００は、そのように積み重ねられた複数の超電導コイル１０のうち、隣接する２つの超電導コイル１０に架設され、電極として機能する金属板４１（外側金属板４１ａ、内側金属板４１ｂ）を有する。
超電導コイル装置１００は、図８に示すように、超電導コイル１０を巻回軸方向に同心円状に複数積層して構成される。超電導コイル装置１００は、そのように積み重ねられた複数の超電導コイル１０のうち、隣接する２つの超電導コイル１０に架設され、電極として機能する金属板４１（外側金属板４１ａ、内側金属板４１ｂ）を有する。
【0055】
外側金属板４１ａは薄膜線材２０にはんだ付け等により電気的に接続されて、架設される２つの超電導コイル１０の内、一方の超電導コイル１０から流出した通電電流Ｉを他方の超電導コイル１０に流入させる。金属板４１は例えば銅、銀、金、インジウムやこれらの合金で好適に構成される。
【0056】
なお、外側金属板４１ａは薄膜線材２０にはんだ７１などで直接接合することができるが、図８に示すように、薄膜線材２０に補強用の導電性テープ２７を貼着し、導電性テープ２７に外側金属板４１ａを接合してもよい。導電性テープ２７としては、インジウム、金、銀、銅などの低抵抗金属や超電導線材を用いることができる。内側金属板４１ｂについても同様である。
【0057】
巻線部１２の最外周ターンの薄膜線材２０に外側金属板４１ａを取付ける際の取付け位置は、超電導コイル１０に外側電極４０ａ、内側電極４０ｂを取付けるときと同様に、図７（ｂ）に示すように金属板取付け位置から巻回方向へ向かって、巻線部１２の外周側の末端部５１Ａまでの非通電領域５２Ａができる限り小さくなるように決定する。
【0058】
同様に、巻線部１２の最内周ターンの薄膜線材２０に内側金属板４１ｂを取付ける際の金属板取付け位置は、図７（ｂ）に示すように金属板取付け位置から反巻回方向へ向かって、薄膜線材２０の内周側の末端部５１Ｂまでの非通電領域５２Ｂができる限り小さくなるように決定する。これにより、磁場形成に寄与しない非通電領域５２Ａ、５２Ｂを短くし、磁場形成に寄与する通電領域５３を長くする。
【0059】
（薄膜線材の主面）
ここで、薄膜線材２０と外側電極４０ａ、内側電極４０ｂ又は外側金属板４１ａ、内側金属板４１ｂを接合する際の、薄膜線材２０の二つの主面６０の向きについて説明する。
図１に示すように、薄膜線材２０には二つの主面６０があり、より超電導層２５に近い主面６０を近位面６０ａ、遠い主面６０を遠位面６０ｂと呼ぶ。
ここで、薄膜線材２０と外側電極４０ａ、内側電極４０ｂ又は外側金属板４１ａ、内側金属板４１ｂを接合する際の、薄膜線材２０の二つの主面６０の向きについて説明する。
図１に示すように、薄膜線材２０には二つの主面６０があり、より超電導層２５に近い主面６０を近位面６０ａ、遠い主面６０を遠位面６０ｂと呼ぶ。
【0060】
薄膜線材２０と外側電極４０ａ、内側電極４０ｂ又は外側金属板４１ａ、内側金属板４１ｂを接合する際は、近位面６０ａが外側電極４０ａ、内側電極４０ｂ又は外側金属板４１ａ、内側金属板４１ｂと対向するように配置することが好ましい。すなわち、超電導層２５と外側電極４０ａ、内側電極４０ｂ又は外側金属板４１ａ、内側金属板４１ｂとの距離を短くすることにより、接合部での電気抵抗を小さくすることができる。
【0061】
特に、図１に示すように、遠位面６０Ｂと超電導層２５の間にニッケル基合金やステンレス等の高抵抗金属からなる基板２２が設けられている場合、遠位面６０ｂと外側電極４０ａ、内側電極４０ｂ又は外側金属板４１ａ、内側金属板４１ｂを対向させて接合すると、接合部の抵抗が大きくなってしまう恐れがある。
【0062】
したがって、通電領域５３の最外周では薄膜線材２０の近位面６０ａがコイル径方向外側を向くように巻線部１２を形成し、通電領域５３の最内周では薄膜線材２０の近位面６０ａがコイル径方向内側を向くように超電導コイル１０を構成することが好ましい。
【0063】
【0064】
（構成）
図９は第１の実施形態に係る超電導コイル１０を巻回軸方向Ｃから見た外側電極取付け構成図で、巻線部１２と外側電極４０ａの位置関係を示したものである。
図９は第１の実施形態に係る超電導コイル１０を巻回軸方向Ｃから見た外側電極取付け構成図で、巻線部１２と外側電極４０ａの位置関係を示したものである。
【0065】
外側電極４０ａは、巻線部１２の最外周ターンの巻回方向端部５８Ａと、同じく最外周ターンの反巻回方向端部５７Ａとの両方に跨って電気的に接続されるとともに、当該巻回方向端部５８Ａと反巻回方向端部５７Ａの径方向外側に配置される。
【0066】
これにより、第１の実施形態では、図７（ａ）で示した従来の超電導コイル１０と比較して、約１ターン分内周側の薄膜線材２０に外側電極４０ａが電気的に接続されることになる。
このように外側電極４０ａを巻線部１２の最外周ターンの反巻回方向端部５７Ａに電気的に接続することで、非通電領域５２Ａが１ターン以上確保される。
このように外側電極４０ａを巻線部１２の最外周ターンの反巻回方向端部５７Ａに電気的に接続することで、非通電領域５２Ａが１ターン以上確保される。
【0067】
外側電極４０ａは薄膜線材２０にはんだ７１等で直接接合することができるが、図８に示すように薄膜線材２０に補強用の導電性テープ２７を貼着し、導電性テープ２７に外側電極４０ａを接合してもよい。導電性テープ２７としては、インジウム、金、銀、銅などの低抵抗金属や超電導線材を用いることができる。
【0068】
（作用）
上記のように構成された超電導コイル１０の作用について、図１０（ａ）～（ｃ）を用いて説明する。
ここで、図１０（ａ）、（ｂ）は図７（ａ）、（ｂ）に示す従来の電極取付け構成において、常電導箇所１５が発生した場合の迂回電流Ｉａの流れを示す図で、図７（ｂ）の領域Ｒ２の拡大図である。
上記のように構成された超電導コイル１０の作用について、図１０（ａ）～（ｃ）を用いて説明する。
ここで、図１０（ａ）、（ｂ）は図７（ａ）、（ｂ）に示す従来の電極取付け構成において、常電導箇所１５が発生した場合の迂回電流Ｉａの流れを示す図で、図７（ｂ）の領域Ｒ２の拡大図である。
【0069】
【0070】
（従来の電極取付け構成の作用）
まず、図１０（ａ）に示すように、通電領域５３の最外周と最内周以外のターンの薄膜線材２０で常電導箇所１５が生じた場合を考える。
まず、図１０（ａ）に示すように、通電領域５３の最外周と最内周以外のターンの薄膜線材２０で常電導箇所１５が生じた場合を考える。
【0071】
ここで、通電電流Ｉは超電導コイル１０の内周側から外周側に流れるものとするが、電流の向きが逆であったとしても同様の作用効果を得られる。通常の超電導コイル１０では、通電領域５３の最外周、最内周と巻線部１２の最外周、最内周は概ね一致している。
【0072】
図１０（ａ）において、隣り合う薄膜線材２０は迂回路１９により電気的に接続されているため、通電電流Ｉの一部の迂回電流Ｉａが常電導箇所１５を避けるように迂回路１９へ流れ込む。迂回電流Ｉａが迂回路１９をコイル径方向に流れる際の抵抗及び迂回電流Ｉａが迂回路１９へ転流する際の接触抵抗は迂回電流Ｉａが流れる方向に垂直な方向の断面積に比例する。
【0073】
迂回路１９の厚みが一定であるとすると、その断面積は常電導転移が生じたターンにおける円周長に比例する。常電導転移が生じたターンのコイル径方向位置により円周長の大きさは多少変わるものの、少なくとも円周長分の断面積を通って迂回電流Ｉａが流れることができる。
【0074】
次に、図１０（ｂ）のように常電導箇所１５が通電領域５３の最外周の薄膜線材２０に生じた場合を考える。
通電電流Ｉ及び迂回電流Ｉａは薄膜線材２０の末端部５１Ａ付近に取付けられた外側電極４０ａに流出するように流れるが、通電領域５３の最外周のさらに外側には薄膜線材２０が存在しないため、迂回電流Ｉａが流れることができる断面積が図１０（ａ）の場合と比較して小さくなり、これにより、迂回電流Ｉａが迂回路１９を通流する際の抵抗が大きくなってしまう。
したがって、迂回電流Ｉａが十分でないために、多量の電流が常電導箇所１５に流れ込み、クエンチを引き起こす恐れがある。
通電電流Ｉ及び迂回電流Ｉａは薄膜線材２０の末端部５１Ａ付近に取付けられた外側電極４０ａに流出するように流れるが、通電領域５３の最外周のさらに外側には薄膜線材２０が存在しないため、迂回電流Ｉａが流れることができる断面積が図１０（ａ）の場合と比較して小さくなり、これにより、迂回電流Ｉａが迂回路１９を通流する際の抵抗が大きくなってしまう。
したがって、迂回電流Ｉａが十分でないために、多量の電流が常電導箇所１５に流れ込み、クエンチを引き起こす恐れがある。
【0075】
（第１の実施例形態の電極取付け構成の作用）
一方、図１０（ｃ）のように外側電極４０ａが巻回方向端部５８Ａと反巻回方向端部５７Ａの両方に跨って電気的に接続されている場合、通電領域５３の最外周のさらに外側に、非通電領域５２Ａとして巻線部１２の最外周のターンの薄膜線材２０が巻回されている。
これにより、迂回電流Ｉａが円周長分の断面積５６を通って迂回することができる。
一方、図１０（ｃ）のように外側電極４０ａが巻回方向端部５８Ａと反巻回方向端部５７Ａの両方に跨って電気的に接続されている場合、通電領域５３の最外周のさらに外側に、非通電領域５２Ａとして巻線部１２の最外周のターンの薄膜線材２０が巻回されている。
これにより、迂回電流Ｉａが円周長分の断面積５６を通って迂回することができる。
【0076】
このように、図１０（ｃ）において迂回電流Ｉａが迂回路１９を通流する際の電気抵抗は、常電導箇所１５がコイル中央部に生じた場合に迂回電流Ｉａが迂回路１９を通流する際の電気抵抗と同程度まで低減することができるため、外側電極４０ａが巻線部１２の最外周の薄膜線材２０の末端部５１Ａ付近に取付けられている場合に比して（図１０（ａ）、（ｂ）参照）大きな抵抗値とはならない。
【0077】
さらに、図１０（ｃ）の電極取付け構成では、薄膜線材２０の巻回方向端部５８Ａが外側電極４０ａに電気的に接続されているので、巻線部１２の最外周の薄膜線材２０に迂回した迂回電流Ｉａが最外周の１ターン内の薄膜線材２０を経由して外側電極４０ａへ流入する経路に加えて、最外周の１ターン内の薄膜線材２０へ戻ることなく外側電極４０ａに直接流出する経路が形成されるため、迂回電流Ｉａが外側電極４０ａへ流れる経路が増えることとなり、迂回電流Ｉａによる発熱量が低減される。
【0078】
以上のように、第１の実施形態では、コイル径方向に隣接する薄膜線材２０同士を迂回路１９で電気的に接続した超電導コイル１０において、外側電極４０ａを巻回方向端部５８Ａと反巻回方向端部５７Ａの両方に跨って電気的に接続することで、通電領域５３の最外周のターンに常電導箇所１５が生じたとしても、通電領域５３の最外周のさらに外側を覆う非通電領域５２Ａに通電電流Ｉの一部の迂回電流Ｉａを迂回させることができる。
【0079】
なお、超電導線材２０の上に設けられた電極の少なくとも一部を覆うようにカバー用超電導テープを設け、これらを互いに電気的に接続した従来の電極取付け構成の場合、すなわち、外側電極４０ａを巻回方向端部５８Ａと反巻回方向端部５７Ａの間に設けた電極取付け構成の場合は（特許文献３参照）、薄膜線材２０が外側電極４０ａの径方向外側を覆う領域において、超電導コイル１０の冷却時の熱収縮による集中応力が生じ、外側電極４０ａのエッジと薄膜線材２０が接する部分で薄膜線材２０の劣化が生じる恐れがある。
【0080】
しかしながら、本第１の実施形態の電極取付け構成では、外側電極４０ａは巻回方向端部５８Ａと反巻回方向端部５７Ａの径方向外側に設けられるため、冷却時の熱収縮による劣化の恐れがない。
【0081】
なお、巻線部１２の最外周ターンを設ける代わりに、カバー用超電導テープを巻線部１２の全周に亘って取付ける構造も考えられるが、この場合は、巻線部１２の全周に亘ってはんだ付けを行う必要があり、はんだごての熱で薄膜線材２０を劣化させるリスクが増大してしまう。
【0082】
さらに、外側電極４０ａを巻回方向端部５８Ａと反巻回方向端部５７Ａの間に設ける場合は、巻回方向端部５８Ａ付近の薄膜線材２０を外側電極４０ａにはんだ等を介して径方向外側から電気的に接続する必要がさらに生じる。
【0083】
しかしながら、本第１の実施形態の電極取付け構成では、巻線部１２の最外周ターンの薄膜線材２０は最外周１ターン前の薄膜線材２０と迂回路１９を介して径方向に電気的に接続されているため、薄膜線材２０同士をはんだ付けする必要がない。すなわち、外側電極４０ａを巻回方向端部５８Ａと反巻回方向端部５７Ａの両方に跨って取付ければよく、はんだ付け作業を行う回数と領域は、従来の超電導コイル１０に外側電極４０ａを取付ける際と同様である。
【0084】
（効果）
以上説明したように、本第１の実施形態によれば、十分な量の迂回電流Ｉａを、常電導箇所１５が生じていない他の薄膜線材２０へ転流させることができるため、超電導コイル１０の熱暴走またはクエンチの発生を抑制することが可能である。
なお、上述した作用効果は内側電極４０ｂの取付け構成でも同様である。
以上説明したように、本第１の実施形態によれば、十分な量の迂回電流Ｉａを、常電導箇所１５が生じていない他の薄膜線材２０へ転流させることができるため、超電導コイル１０の熱暴走またはクエンチの発生を抑制することが可能である。
なお、上述した作用効果は内側電極４０ｂの取付け構成でも同様である。
【0085】
【0086】
（構成）
第２の実施形態に係る超電導コイル１０では、内側電極４０ｂは、巻線部１２の最内周のターンの反巻回方向端部５７Ｂと、同じく最外周のターンの巻回方向端部５８Ｂの両方に跨って電気的に接続されるとともに、当該巻回方向端部５８Ｂと反巻回方向端部５７Ｂの径方向内側に配置される。
第２の実施形態に係る超電導コイル１０では、内側電極４０ｂは、巻線部１２の最内周のターンの反巻回方向端部５７Ｂと、同じく最外周のターンの巻回方向端部５８Ｂの両方に跨って電気的に接続されるとともに、当該巻回方向端部５８Ｂと反巻回方向端部５７Ｂの径方向内側に配置される。
【0087】
図１１に示した第２の実施形態に係る超電導コイル１０は、図７（ｂ）で示した従来の超電導コイル１０と比較して、約１ターン分外周側の薄膜線材２０に内側電極４０ｂが取付けられることとなる。このように、内側電極４０ｂを巻線部１２の最内周の巻回方向端部５８Ｂに電気的に接続することで、非通電領域５２Ｂが１ターン以上確保される。
【0088】
【0089】
本第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、通電領域５３の最内周のさらに内側に、非通電領域５２Ｂとして巻線部１２の最内周ターンの薄膜線材２０が巻き回されているため、図１２に示すように、仮に常電導箇所１５が通電領域５３の最内周の薄膜線材２０に生じた場合でも、迂回電流Ｉａが迂回路１９を通流する際の電気抵抗を低減することができる。
【0090】
さらに、薄膜線材２０の末端部５１Ｂが内側電極４０ｂに電気的に接続されているので、巻線部１２の最内周の薄膜線材２０に迂回した迂回電流Ｉａが最内周の１ターン外の薄膜線材２０を経由して内側電極４０ｂへ流入する経路に加えて、最内周の１ターン前の薄膜線材２０へ戻ることなく内側電極４０ｂに直接流出する経路が形成されるため、迂回電流Ｉａが内側電極４０ｂへ流れる経路が増えることとなり、迂回電流Ｉａによる発熱量が低減されることも実施例１と同様である。
【0091】
（効果）
以上説明したように、第２の実施形態によれば、十分な量の迂回電流Ｉａが迂回路１９に転流することができるため、超電導コイル１０の熱暴走またはクエンチの発生を抑制することが可能である。
以上説明したように、第２の実施形態によれば、十分な量の迂回電流Ｉａが迂回路１９に転流することができるため、超電導コイル１０の熱暴走またはクエンチの発生を抑制することが可能である。
【0092】
［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る超電導コイルを図１３（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。ここで、図１３（ａ）は巻線部１２の最外周部分の部分断面図で、図９の領域Ｒ３の拡大断面図であり、図１３（ｂ）は巻線部１２の最内周部分の部分断面図で、図１１の領域Ｒ４の拡大断面図である。
なお、上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
第３の実施形態に係る超電導コイルを図１３（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。ここで、図１３（ａ）は巻線部１２の最外周部分の部分断面図で、図９の領域Ｒ３の拡大断面図であり、図１３（ｂ）は巻線部１２の最内周部分の部分断面図で、図１１の領域Ｒ４の拡大断面図である。
なお、上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0093】
（構成）
第３の実施形態に係る超電導コイル１０では、巻線部１２の最外周のターンの少なくとも一部において、薄膜線材２０同士を接続する接続部７０を有する構成としている。
第３の実施形態に係る超電導コイル１０では、巻線部１２の最外周のターンの少なくとも一部において、薄膜線材２０同士を接続する接続部７０を有する構成としている。
【0094】
上述したとおり、薄膜線材２０の通電領域５３の最外周のターンでは薄膜線材２０の近位面６０ａがコイル径方向内側を向いているため、図１３（ａ）に示すように、巻線部１２の最外周のターンにて薄膜線材２０の近位面６０ａ同士を対向させて接続する（図１参照）。
【0095】
これにより、通電領域５３のさらに外側の非通電領域５２Ａでは薄膜線材２０の近位面６０ａがコイル径方向内側を向いて配置される。ここで、薄膜線材２０と接続される線材として、ビスマス系の超電導線材を用いてもよい。
【0096】
なお、上述した薄膜線材２０の近位面６０ａ同士の接続部７０は、その巻回周方向の一部が巻線部１２の最外周ターンに含まれていればよく、特に、図１３（ａ）のように電極取付け位置５０Ａと巻回周方向に関して共通の領域を含んでもよい。この場合、接続部７０と外側電極４０ａの間の空隙ははんだ７１などで埋めることで、機械的に固着させるとともに、電気的に接続することができる。
【0097】
同様に、第３実施形態に係る超電導コイル１０では、巻線部１２の最内周の少なくとも一部において、薄膜線材２０同士の接続部７０を有する構成としている。
【0098】
上述したとおり、薄膜線材２０の通電領域５３の最内周では薄膜線材２０の近位面６０ａがコイル径方向外側を向いており、図１３（ｂ）に示すように、巻線部１２の最内周にて薄膜線材２０の近位面６０ａ同士を対向させて接続する。これにより、通電領域５３のさらに内側の非通電領域５２Ｂでは薄膜線材２０の近位面６０ａがコイル径方向外側を向いて配置される。
【0099】
なお、上述した薄膜線材２０の近位面６０ａ同士の接続部７０は、少なくともその一部が巻線部１２の最内周のターンに含まれていればよく、特に、図１３（ｂ）のように電極取付け位置５０Ｂと巻回周方向に関して共通の領域を含んでもよい。
【0100】
（作用）
本第３の実施形態においては、上記第１及び第２の実施形態の作用に加え、巻線部１２の最内周ターンもしくは最外周ターンにて隣り合う薄膜線材２０近位面６０ａ同士が対向するため、これらの薄膜線材２０同士の間の電気抵抗が低減される。
本第３の実施形態においては、上記第１及び第２の実施形態の作用に加え、巻線部１２の最内周ターンもしくは最外周ターンにて隣り合う薄膜線材２０近位面６０ａ同士が対向するため、これらの薄膜線材２０同士の間の電気抵抗が低減される。
【0101】
したがって、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、仮に常電導箇所１５が通電領域５３の最内周や最外周に位置する薄膜線材２０に生じた場合でも、迂回電流Ｉａが迂回路１９を通流する際の電気抵抗をさらに低減することができる。
【0102】
（効果）
以上説明したように、第３の実施形態によれば、十分な量の迂回電流Ｉａが迂回路１９に転流することができるため、超電導コイル１０の熱暴走またはクエンチの発生を抑制することが可能である。
以上説明したように、第３の実施形態によれば、十分な量の迂回電流Ｉａが迂回路１９に転流することができるため、超電導コイル１０の熱暴走またはクエンチの発生を抑制することが可能である。
【0103】
［第４の実施形態］
第４の実施形態に係る超電導コイル装置を説明する。なお、上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
第４の実施形態に係る超電導コイル装置を説明する。なお、上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0104】
（構成）
図８に示すように超電導コイル装置１００は、超電導コイル１０を巻回軸方向に同心円状に複数積層して構成される。超電導コイル装置１００は、そのように積層された複数の超電導コイル１０のうち、隣接する２つの超電導コイル１０に架設され、電極として機能する金属板４１（外側金属板４１ａ、内側金属板４１ｂ）を有する。
図８に示すように超電導コイル装置１００は、超電導コイル１０を巻回軸方向に同心円状に複数積層して構成される。超電導コイル装置１００は、そのように積層された複数の超電導コイル１０のうち、隣接する２つの超電導コイル１０に架設され、電極として機能する金属板４１（外側金属板４１ａ、内側金属板４１ｂ）を有する。
【0105】
外側金属板４１ａは薄膜線材２０にはんだ付け等により電気的に接続されて、架設される２つの超電導コイル１０の内、一方の超電導コイル１０から流出した通電電流Ｉを他方の超電導コイル１０に流入させる。金属板４１は例えば銅、銀、金、インジウムやこれらの合金で好適に構成される。
【0106】
なお、外側金属板４１ａは薄膜線材２０にはんだ７１等で直接接合することができるが、薄膜線材２０に補強用の導電性テープ２７を貼着し、導電性テープ２７に外側金属板４１ａを接合してもよい。導電性テープ２７としては、インジウム、金、銀、銅などの低抵抗金属や超電導線材を用いることができる。内側金属板４１ｂについても同様である。
【0107】
外側金属板４１ａは、第１の実施形態の電極取付け構成と同様に（図１０（ｃ）参照）、１つの超電導コイル１０の巻線部１２の最外周のターンの巻回方向端部５８Ａの径方向外側に配置されて巻回方向端部５８Ａと反巻回方向端部５７Ａの両方に跨って電気的に接続される。
【0108】
これにより、通電領域５３の最外周のさらに外側に非通電領域５２Ａを約１ターン分確保することができる。外側金属板４１ａは薄膜線材２０にはんだ７１等で直接接合することができる。
【0109】
（作用）
本第４の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、通電領域５３の最外周のさらに外側に、非通電領域５２Ａとして巻線部１２の最外周ターンの薄膜線材２０が巻回されているため、仮に常電導箇所１５が通電領域５３の最外周の薄膜線材２０に生じた場合でも、迂回電流Ｉａが迂回路１９を通流する際の電気抵抗を低減することができる。
本第４の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、通電領域５３の最外周のさらに外側に、非通電領域５２Ａとして巻線部１２の最外周ターンの薄膜線材２０が巻回されているため、仮に常電導箇所１５が通電領域５３の最外周の薄膜線材２０に生じた場合でも、迂回電流Ｉａが迂回路１９を通流する際の電気抵抗を低減することができる。
【0110】
さらに、図１０（ｃ）に示すように、薄膜線材２０の巻回方向端部５８Ａが外側金属板４１ａに電気的に接続されているので、巻線部１２の最外周の薄膜線材２０に迂回した迂回電流Ｉａが最外周の１ターン内の薄膜線材２０を経由して外側金属板４１ａへ流入する経路に加えて、最外周の１ターン内の薄膜線材２０へ戻ることなく外側金属板４１ａに直接流出する経路が形成されるため、迂回電流Ｉａが外側金属板４１ａへ流れる経路が増えることとなり、迂回電流Ｉａによる発熱量が低減される。
【0111】
このように、コイル径方向に隣接する薄膜線材２０同士を迂回路１９で電気的に接続した超電導コイル装置１００において、外側金属板４１ａを巻線部１２の最外周ターンよりも１ターン内の薄膜線材２０の表面５４Ａに配置することで、通電領域５３の最外周ターンに常電導箇所１５が生じたとしても、通電領域５３の最外周のさらに外側を覆う非通電領域５２Ａに通電電流Ｉの一部の迂回電流Ｉａを迂回させることができる。
【0112】
（効果）
以上説明したように、第４の実施形態によれば、十分な量の迂回電流Ｉａが迂回路１９に転流することができるため、超電導コイル装置１００の熱暴走またはクエンチの発生を抑制することが可能である。
以上説明したように、第４の実施形態によれば、十分な量の迂回電流Ｉａが迂回路１９に転流することができるため、超電導コイル装置１００の熱暴走またはクエンチの発生を抑制することが可能である。
【0113】
［第５の実施形態］
第５の実施形態に係る超電導コイル装置を説明する。なお、上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
第５の実施形態に係る超電導コイル装置を説明する。なお、上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0114】
（構成）
第５実施形態に係る超電導コイル装置１００では、図１２に示す内側電極４０ｂを薄膜線材２０に接続する場合と同様に、電極として機能する内側金属板４１ｂが巻線部１２の最内周のターンの反巻回方向端部５７Ｂの径方向内側に配置されて巻回方向端部５８Ｂと反巻回方向端部５７Ｂの両方に跨って電気的に接続される。これにより、通電領域５３の最内周のさらに内側に非通電領域５２Ｂを約１ターン分確保することができる。
なお、超電導コイル装置１００には外部から通電電流Ｉを流入又は流出させるための外側電極４０ａ、内側電極４０ｂを取付けることもできる。
第５実施形態に係る超電導コイル装置１００では、図１２に示す内側電極４０ｂを薄膜線材２０に接続する場合と同様に、電極として機能する内側金属板４１ｂが巻線部１２の最内周のターンの反巻回方向端部５７Ｂの径方向内側に配置されて巻回方向端部５８Ｂと反巻回方向端部５７Ｂの両方に跨って電気的に接続される。これにより、通電領域５３の最内周のさらに内側に非通電領域５２Ｂを約１ターン分確保することができる。
なお、超電導コイル装置１００には外部から通電電流Ｉを流入又は流出させるための外側電極４０ａ、内側電極４０ｂを取付けることもできる。
【0115】
好適な例としては、超電導コイル装置１００の巻回軸方向Ｃの端部の超電導コイル１０として、第１～第３の実施形態に基づき電極４０ａ、４０ｂを取付けた超電導コイル１０を組込み、さらに隣接する超電導コイル１０同士は、第４又は第５の実施形態に基づき外側金属板４１ａ、内側金属板４１ｂを架設して電気的に接続することで、通電電流Ｉが超電導コイル装置１００を構成する複数の超電導コイル１０を順に流れる直列回路を形成することができる。
【0116】
（作用）
本第５の実施形態においても、第２の実施形態と同様に、各超電導コイル１０では、通電領域５３の最内周のさらに内側に、非通電領域５２Ｂとして巻線部１２の最内周ターンの薄膜線材２０が巻回されているため、仮に常電導箇所１５が通電領域５３の最内周の薄膜線材２０に生じた場合でも、迂回電流Ｉａが迂回路１９を通流する際の電気抵抗を低減することができる。
なお、最内周の薄膜線材２０と金属板４１を電気的に接続してあるので、巻線部１２の最内周の薄膜線材２０に迂回電流Ｉａが金属板４１から直接流入することができる。
本第５の実施形態においても、第２の実施形態と同様に、各超電導コイル１０では、通電領域５３の最内周のさらに内側に、非通電領域５２Ｂとして巻線部１２の最内周ターンの薄膜線材２０が巻回されているため、仮に常電導箇所１５が通電領域５３の最内周の薄膜線材２０に生じた場合でも、迂回電流Ｉａが迂回路１９を通流する際の電気抵抗を低減することができる。
なお、最内周の薄膜線材２０と金属板４１を電気的に接続してあるので、巻線部１２の最内周の薄膜線材２０に迂回電流Ｉａが金属板４１から直接流入することができる。
【0117】
（効果）
以上説明したように、第５の実施形態によれば、十分な量の迂回電流Ｉａが迂回路１９に転流することができるため、超電導コイル装置１００の熱暴走またはクエンチの発生を抑制することが可能である。
以上説明したように、第５の実施形態によれば、十分な量の迂回電流Ｉａが迂回路１９に転流することができるため、超電導コイル装置１００の熱暴走またはクエンチの発生を抑制することが可能である。
【0118】
［第６の実施形態］
第６の実施形態に係る超電導コイル装置を説明する。なお、上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
第６の実施形態に係る超電導コイル装置を説明する。なお、上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0119】
（構成）
第６の実施形態に係る超電導コイル装置１００は、第３の実施形態に係る超電導コイル１０と同様に、巻線部１２の最外周の少なくとも一部において、薄膜線材２０同士の接続部７０を有する。具体的には、第３実施形態に係る図１３（ａ）に示したのと同様に、巻線部１２の最外周にて薄膜線材２０の近位面６０ａ同士を対向させて接続することで、通電領域５３のさらに外側の非通電領域５２Ａでは薄膜線材２０の近位面６０ａがコイル径方向内側を向いて配置される。
第６の実施形態に係る超電導コイル装置１００は、第３の実施形態に係る超電導コイル１０と同様に、巻線部１２の最外周の少なくとも一部において、薄膜線材２０同士の接続部７０を有する。具体的には、第３実施形態に係る図１３（ａ）に示したのと同様に、巻線部１２の最外周にて薄膜線材２０の近位面６０ａ同士を対向させて接続することで、通電領域５３のさらに外側の非通電領域５２Ａでは薄膜線材２０の近位面６０ａがコイル径方向内側を向いて配置される。
【0120】
薄膜線材２０と接続される線材として、ビスマス系の超電導線材を用いてもよい。図１３（ｂ）のように電極取付け位置５０Ａと巻回周方向に関して共通の領域を含んでもよい。
【0121】
同様に、第６の実施形態に係る超電導コイル装置１００で、第３実施形態に係る超電導コイル１０と同様に、巻線部１２の最内周の少なくとも一部において、薄膜線材２０同士の接続部７０を有する。
【0122】
薄膜線材２０の近位面６０ａ同士を対向させて接続する点、及び図１３（ｂ）のように電極取付け位置５０Ｂと巻回周方向に関して共通の領域を含んでもよい点は、上記第３の実施形態と同様である。
【0123】
（作用）
本第６の実施形態においても、第４及び第５の実施形態の作用に加え、第３の実施形態と同様に、巻線部１２の最内周ターン又は最外周ターンにて隣り合う薄膜線材２０近位面６０ａ同士が対向するため、これらの薄膜線材２０同士の間の電気抵抗が低減される。
本第６の実施形態においても、第４及び第５の実施形態の作用に加え、第３の実施形態と同様に、巻線部１２の最内周ターン又は最外周ターンにて隣り合う薄膜線材２０近位面６０ａ同士が対向するため、これらの薄膜線材２０同士の間の電気抵抗が低減される。
【0124】
（効果）
以上説明したように、第６の実施形態によれば、十分な量の迂回電流Ｉａが迂回路１９に転流することができるため、超電導コイル装置１００の熱暴走またはクエンチの発生を抑制することが可能である。
以上説明したように、第６の実施形態によれば、十分な量の迂回電流Ｉａが迂回路１９に転流することができるため、超電導コイル装置１００の熱暴走またはクエンチの発生を抑制することが可能である。
【0125】
以上、本発明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、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
【0126】
例えば、迂回路、導電性部材及び絶縁材が設けられた巻線部の形状として、いわゆるパンケーキ形状の超電導コイルを例示した。しかし、適用できる巻線部は、パンケーキ形状のものに限定されない。また、レーストラック型、鞍型、楕円型などの非円形形状コイルなどにも適用することができる。
【符号の説明】
【0127】
１０…超電導コイル、１２…巻線部、１４…巻枠、１５…常電導箇所、１６…絶縁板、１８…巻線側面部、１９…迂回路、２０…超電導線材（薄膜線材）、２１…安定化層、２２…基板、２３…配向層、２４…中間層、２５…高温超電導層、２６…保護層、２７…導電性テープ、３３…絶縁性部材、３５…導電性粉末、３６…導電性樹脂、４０…電極、４０ａ…外側電極、４０ｂ…内側電極、４１…金属板、４１ａ…外側金属板、４１ｂ…内側金属板、５１Ａ、５１Ｂ…末端部、５２Ａ、５２Ｂ…非通電領域、５３…通電領域、５７Ａ、５７Ｂ…反巻回方向端部、５８Ａ、５８Ｂ…巻回方向端部、６０…主面、６０ａ…近位面、６０ｂ…遠位面、７０…接続部、７１…はんだ、１００…超電導コイル装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】