特許 7419208 超電導電流リード及び超電導磁石装置

(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】2024-01-12

(45)【発行日】2024-01-22

(54)【発明の名称】超電導電流リード及び超電導磁石装置

(51)【国際特許分類】

   H01F 6/06 20060101AFI20240115BHJP

   H01B 12/06 20060101ALI20240115BHJP

   H10N 60/82 20230101ALI20240115BHJP

【ＦＩ】

H01F6/06 510

H01B12/06

H10N60/82

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020164293

(22)【出願日】2020-09-30

(65)【公開番号】P2022056502

(43)【公開日】2022-04-11

【審査請求日】2023-02-27

(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

【審査官】木下 直哉

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－２９７０２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２５１５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０１２８１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０１１２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５５－１４７７６５（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ ６／０６

Ｈ０１Ｂ １２／０６

Ｈ１０Ｎ ６０／８０

Ｈ１０Ｎ ６０／８２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空容器内の超電導コイルへの外部電源からの通電に供すると共に、冷却源により伝導冷却方式にて冷却される超電導電流リードであって、
超電導層上に金属保護層が形成されてなる高温超電導線材の両端部における前記金属保護層に電極が接続されて電流リードユニットが構成され、
前記電流リードユニットの複数本が共通の絶縁ケース内に電気的に絶縁状態で配置されて構成され、
複数本の前記電流リードユニットの各前記電極は電気的に絶縁状態で配置され、これらの電極のそれぞれが、前記超電導電流リードに対する外部の異なる電流経路に同一の金属製締結部材を用いて電気的に接続される際に、前記電極と前記締結部材との間に絶縁部材が介在されて、複数の前記電極が前記締結部材を介して電気的に短絡しないよう構成されたことを特徴とする超電導電流リード。

【請求項2】

前記絶縁ケース内での複数本の電流リードユニットの絶縁状態は、前記電流リードユニットの離間配置と、前記絶縁ケース内への絶縁樹脂の充填と、前記電流リードユニット間への絶縁層の介在との少なくとも1つにより実施されるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の超電導電流リード。

【請求項3】

前記電流リードユニットの２本が共通の絶縁ケース内に電気的に絶縁状態で配置され、１本の前記電流リードユニットが、外部電源からの電流を超電導コイルへ供給する供給電流経路を構成し、他の１本の前記電流リードユニットが、前記超電導コイルからの戻り電流を前記外部電源へ戻す戻し電流経路を構成することを特徴とする請求項１または２に記載の超電導電流リード。

【請求項4】

真空容器内に複数の超電導コイルが配置され、複数の前記超電導コイルにそれぞれ個別の外部電源から超電導電流リードを介して通電がなされる超電導磁石装置であって、
超電導層上に金属保護層が形成されてなる高温超電導線材の両端部における前記金属保護層に電極が接続されて電流リードユニットが構成され、
前記超電導電流リードは、複数の前記超電導コイルに通電するそれぞれの前記電流リードユニットが、共通した同一の絶縁ケース内に電気的に絶縁状態で配置されて構成されたことを特徴とする超電導磁石装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、真空容器内の超電導コイルへの外部電源からの通電に供する超電導電流リード、及びこの超電導電流リードを備えた超電導磁石装置に関する。

【背景技術】

【0002】

超電導磁石装置は、極低温冷凍機の開発及び普及により、高価で取り扱いの煩雑な液体ヘリウム等の冷媒による従来の冷却が不要になり、極低温冷凍機による伝導冷却によって所定の温度までの冷却が可能になっている。但し、所定の温度までの冷却を可能とするためには、極低温冷凍機の冷凍能力以下の熱侵入量にする必要があり、クライオスタット等の真空容器への低熱侵入化が要請されている。

【0003】

一方、超電導コイルへの外部電源からの電流供給のためには、室温部から低温部までの電流リードが必要であり、この電流リードからの伝導熱侵入量と、電流リードの発熱量を抑える必要がある。銅等の金属による電流リードは、定格通電時に熱侵入量を最小値とする最適化設計があり、逆にこの最小値以下にすることは原理上できない。

【0004】

近年、電流リード経路の中に、高温超電導線材を入れることで、大電流通電と低熱侵入化を両立できる技術が開発されて、伝導冷却方式による超電導磁石装置の普及が更に進んだ。図１３に、高温超電導電流リード１００の構成の一例を、図１２にその高温超電導電流リード１００を用いた超電導磁石装置Ｍの構成の一例を示す。

【0005】

図１３において、高温超電導線材１０１は両端に電極１０３がハンダ接続されている。高温超電導線材１０１は通常、テープ状で機械的強度が小さな形状であるため、絶縁補強ケース１０２等に収容されている。高温超電導線材１０１の超電導材料(超電導層)はＹＢＣＯ等のセラミックであり、熱伝導率が小さく低熱侵入化に寄与できる。ところが、高温超電導線材１０１は通常、超電導層に金属保護層が施されており、熱侵入量の大半は、この金属保護層からの熱侵入である。それに加えて、上述の絶縁補強ケース１０２を介した熱侵入も存在する。

【0006】

また、電流リードは、通常、電流の供給、戻りの２系統が必要になるため、２本で一対の高温超電導電流リード１００が必要になる。図１３に示す左側の高温超電導電流リード１００は、電極１０３が、銅製の電流リード２００(図１２)等の供給電流経路１０４に接続されて、外部電源１１６からの電流を超電導コイル１１４へ供給するためのものである。また、右側の高温超電導電流リード１００は、電極１０３が、銅製の電流リード２００等の戻し供給電流経路１０５に接続されて、超電導コイル１１４からの戻し電流を外部電源１１６へ戻すためのものである。従って、これらの２本の高温超電導電流リード１００から全熱侵入量を低減する必要がある。

【0007】

図１２の高温超電導電流リード１００を用いた超電導磁石装置Ｍは、真空容器１１２内に収納された超電導コイル１１４を極低温冷凍機１１１により伝導冷却材１１５を介して冷却し、外部電源１１６から超電導コイル１１４へ電流リード(高温超電導電流リード１００、電流リード２００)等を介して電流を供給することで、超電導コイル１１４に磁場を発生させる構成となっている。なお、符号１１３は輻射シールドである。

【0008】

特に、超電導コイル１１４に電流を供給する電流リード(高温超電導電流リード１００、電流リード２００)のうち、真空容器１１２及び輻射シールド１１３内には、図１３で示した高温超電導電流リード１００を一対用いている。この高温超電導電流リード１００は、一端が、極低温冷凍機１１１の１段冷却ステージ１１７で臨界温度以下に冷却され、他端が、極低温冷凍機１１１の２段冷却ステージ１１８によって、超電導コイル１１４と同レベルの冷却温度にまで冷却される。このように、高温超電導電流リード１００を臨界温度以下の冷却状態にして通電することで、発熱が少なく且つ低熱侵入の電流経路を形成することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開２００９－２１１８９９号公報

【文献】特開２０１１－２１１１１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

但し、高温超電導電流リード１００を介した熱侵入量は、上述のように最小に抑えながらもゼロにすることはできず、特に、複数個の超電導コイル１１４に個別に電流を通電するような構成の超電導磁石装置Ｍにおいては、高温超電導電流リード１００の本数も増加するため、その分熱侵入量が増大して、１台の極低温冷凍機１１１では超電導コイル１１４を所定の温度に冷却できないことが想定される。従って、高温超電導電流リード１００からの熱侵入量は極力低減した方がよい。

【0011】

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、超電導コイルへの熱侵入量を低減できる超電導電流リード、及びこの超電導電流リードを備えた超電導磁石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】

【0012】

本発明の実施形態における超電導電流リードは、真空容器内の超電導コイルへの外部電源からの通電に供すると共に、冷却源により伝導冷却方式にて冷却される超電導電流リードであって、超電導層上に金属保護層が形成されてなる高温超電導線材の両端部における前記金属保護層に電極が接続されて電流リードユニットが構成され、前記電流リードユニットの複数本が共通の絶縁ケース内に電気的に絶縁状態で配置されて構成され、複数本の前記電流リードユニットの各前記電極は電気的に絶縁状態で配置され、これらの電極のそれぞれが、前記超電導電流リードに対する外部の異なる電流経路に同一の金属製締結部材を用いて電気的に接続される際に、前記電極と前記締結部材との間に絶縁部材が介在されて、複数の前記電極が前記締結部材を介して電気的に短絡しないよう構成されたことを特徴とするものである。

【0013】

また、本発明の実施形態における超電導磁石装置は、真空容器内に複数の超電導コイルが配置され、複数の前記超電導コイルにそれぞれ個別の外部電源から超電導電流リードを介して通電がなされる超電導磁石装置であって、超電導層上に金属保護層が形成されてなる高温超電導線材の両端部における前記金属保護層に電極が接続されて電流リードユニットが構成され、前記超電導電流リードは、複数の前記超電導コイルに通電するそれぞれの前記電流リードユニットが、共通した同一の絶縁ケース内に電気的に絶縁状態で配置されて構成されたことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0014】

本発明の実施形態によれば、超電導コイルへの熱侵入量を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１実施形態に係る超電導磁石装置を示す構成図。

【図2】図１の高温超電導電流リードを示す縦断面図。

【図3】図２の高温超電導電流リードの主要部を示す縦断面図。

【図4】図３の高温超電導線材の構造を示す斜視断面図。

【図5】図３の高温超電導電流リードの第１変形形態を示す縦断面図。

【図6】図３の高温超電導電流リードの第２変形形態を示す縦断面図。

【図7】図３の高温超電導電流リードの第３変形形態を示す縦断面図。

【図8】高温超電導電流リードを構成する高温超電導線材と絶縁補強ケースのそれぞれについて、高温超電導電流リードの高温端温度と熱侵入量との関係を示すグラフ。

【図9】第２実施形態に係る超電導磁石装置を示す構成図。

【図10】図９における高温超電導電流リードを示し、（Ａ）が側面図、（Ｂ）が縦断面図。

【図11】高温超電導電流リードからの熱侵入量と高温超電導線材の本数との関係を示すグラフ。

【図12】従来の超電導磁石装置を示す構成図。

【図13】図１２の高温超電導電流リードを示す縦断面図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

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８）
図１は、第１実施形態に係る超電導磁石装置を示す構成図である。この図１に示す超電導磁石装置１０は、被冷却物としての超電導コイル１を、冷却源としての極低温冷凍機１３を用いて伝導冷却方式により極低温に冷却し、外部電源１４から電流系統１５を経て超電導コイル１に電流を供給することで超電導コイル１に磁場を発生させるものであり、真空容器１１及び輻射シールド１２を更に有する。

【0017】

真空容器１１は、超電導コイル１及び輻射シールド１２を内部に収容すると共に、極低温冷凍機１３を支持する。超電導コイル１は、真空容器１１内で更に輻射シールド１２の内部に収容される。この超電導コイル１は、真空容器１１内に配置されることで、真空断熱により熱の侵入が抑制される。また、超電導コイル１は、輻射シールド１２内に配置されることで、熱の侵入量が更に低減される。極低温冷凍機１３は、１段冷却ステージ１７及び２段冷却ステージ１８を有し、１段冷却ステージ１７が輻射シールドト１２を冷却し、２段冷却ステージ１８が伝導冷却材１６を介して超電導コイル１を冷却する。

【0018】

電流系統１５は、電源側通電ケーブル１９、電流リード２０、高温超電導電流リード２１及びコイル側通電ケーブル２２を備える。電源側通電ケーブル１９及び電流リード２０は例えば銅製であり、電源側通電ケーブル１９が真空容器１１外の室温に設置され、電流リード２０が真空容器１１の内部で且つ輻射シールド１２の外部に配置される。高温超電導電流リード２１及びコイル側通電ケーブル２２は、輻射シールド１２内に配置され、このうちの高温超電導電流リード２１が高温超電導線材２３（後述）を備えて構成される。

【0019】

高温超電導電流リード２１は、上述のように、真空容器１１内の超電導コイル１への外部電源１４からの通電に供すると共に、極低温冷凍機１３により伝導冷却方式にて冷却される。つまり、高温超電導電流リード２１は、一端が、極低温冷凍機１３の１段冷却ステージ１７により臨界温度以下に冷却され、他端が、極低温冷凍機１３の２段冷却ステージ１８により超電導コイル１と同レベルに冷却される。高温超電導電流リード２１は、臨界温度以下の冷却状態で通電されることで、発熱量が少なく且つ低熱侵入量の電流経路となる。

【0020】

高温超電導電流リード２１は、図２及び図３に示すように、高温超電導線材２３の両端に電極２４が、ハンダ等により接続されて電流リードユニット２５が構成される。この電流リードユニット２５は複数本（例えば２本）が、共通した同一の絶縁補強ケース２６内に、電気的に絶縁状態で配置され収容されて構成される。絶縁補強ケース２６内に配置される２本の電流リードユニット２５のうちの１本は、外部電源１４からの電流を超電導コイル１へ供給する供給電流経路２７を構成し、他の１本の電流リードユニット２５は、超電導コイル１からの戻り電流を外部電源１４へ戻す戻し電流経路２８を構成する。

【0021】

ここで、高温超電導線材２３は、図４に示すように、基材３０の上に、面内配向性を有する配向層３１が形成され、この配向層３１の上に希土類酸化物等の中間層３２が蒸着され、この中間層３２の上に超電導層３３が形成され、この超電導層３３上に、超電導層３３を湿分等から保護する金属保護層３４が形成されて構成される。ここで、超電導層３３は、ＹＢＣＯ等のセラミック(酸化物)にて構成される。このように構成された高温超電導線材２３の両端部における金属保護層３４に電極２４がハンダ等により接続されて、電流リードユニット２５が構成される。

【0022】

図３に示す絶縁補強ケース２６は、例えばガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）などにて構成される。この絶縁補強ケース２６内に配置される複数本（例えば２本）の電流リードユニット２５の特に高温超電導線材２３の絶縁状態は、図３に示すように、両高温超電導線材２３間にスペースを設けることで実現される。また、絶縁補強ケース２６内での電流リードユニット２５の高温超電導線材２３の絶縁状態は、図５に示すように、絶縁補強ケース２６内にエポキシ樹脂等の絶縁樹脂３５を充填することで実現され、更にこの場合には、絶縁樹脂３５によって高温超電導線材２３の振動による劣化防止も果たされる。

【0023】

また、絶縁補強ケース２６内での電流リードユニット２５の高温超電導線材２３の絶縁状態は、図６及び図７に示すように、電流リードユニット２５の高温超電導線材２３間に絶縁層３６を介在させることでも実現される。この絶縁層３６の介在に際しては、絶縁補強ケース２６内に絶縁樹脂３５が充填されることが好ましいが、絶縁樹脂３５が存在しなくてもよい。また、絶縁層３６は、電流リードユニット２５の高温超電導線材２３に対して、図６に示すように離間していても、図７に示すように高温超電導線材２３に接合されていてもよい。絶縁層３６が電流リードユニット２５の高温超電導線材２３に接合されることで、絶縁補強ケース２６の厚さＴ２（後述）を薄くすることが可能になる。

【0024】

図３～図７に示す高温超電導電流リード２１では、複数本（例えば２本）の電流リードユニット２５が、共通した同一の絶縁補強ケース２６内に配置されるが、これらの電流リードユニット２５の電極２４間に絶縁板３７が介在されて、これらの電極２４が絶縁状態に維持される。上記絶縁板３７は、それぞれの電流リードユニット２５に想定される最大発生電圧に対しても耐電圧特性を保持可能な材質や形状、寸法（厚さなど）に設定される。

【0025】

高温超電導電流リード２１の寸法について、超電導磁石装置１０の高温超電導電流リード２１では数十～数百Ａ（アンペア）程度の電流を流すため、高温超電導電流リード２１の両端の電極２４及び絶縁板３７を含む電極部分は、厚さＴ１も幅（図３の紙面に垂直方向の長さ）も、数ｍｍ～数十ｍｍ程度である。また、絶縁補強ケース２６の厚さＴ２と幅も、電極２４と同程度の寸法が必要になる。

【0026】

一方、高温超電導電流リード２１を構成する高温超電導線材２３の厚さＴ０は０．１ｍｍ程度であり、図６及び図７に示す絶縁層３６の厚さも高温超電導線材２３と同程度である。従って、高温超電導線材２３と絶縁層３６が接合された厚さは０．２ｍｍ程度になる。このため、高温超電導線材２３と絶縁層３６を複数重ね合せても１ｍｍ程度になるので、絶縁補強ケース２６内に電流リードユニット２５の高温超電導線材２３を絶縁層３６と共に複数配置した構成としても、絶縁補強ケース２６の寸法は、絶縁層３６が存在しない場合と同様に、厚さＴ２及び幅が数ｍｍ～数十ｍｍ程度である。

【0027】

図２に示すように、高温超電導電流リード２１では、共通の絶縁補強ケース２６内に複数本、例えば２本の電流リードユニット２５が配置され、このうちの１本の電流リードユニット２５が供給電流経路２７を構成し、他の１本の電流リードユニット２５が戻し電流経路２８を構成している。そして、供給電流経路２７側の電流リードユニット２５の電極２４が、高温超電導電流リード２１に対する外部の電流経路としての電流リード２０の供給電流経路３８、コイル側通電ケーブル２２の供給電流経路３９におけるそれぞれの圧着端子に電気的に接続されている。また、戻し電流経路２８側の電流リードユニット２５の電極２４が、高温超電導電流リード２１に対する外部の電流経路としての電流リード２０の戻し電流経路４０、コイル側通電ケーブル２２の戻し電流経路４１におけるそれぞれの圧着端子に電気的に接続されている。

【0028】

この場合、供給電流経路２７側の電流リードユニット２５の高温端の電極２４及び電流リード２０の供給電流経路３８の接続と、戻し電流経路２８側の電流リードユニット２５の高温端の電極２４及び電流リード２０の戻し電流経路４０の接続とは、金属製の同一の締結部材（ボルト及びナット等）４２が、これらの高温端の電極２４に形成された締結用孔４３に挿入されて締結されることで、共締め構成で実施される。この際、例えば供給電流経路２７側の電流リードユニット２５の電極２４及び電流リード２０の供給電流経路３８と締結部材４２との間に、絶縁部材としての絶縁カラー４４が介在される。これにより、締結部材４２を介して、供給電流経路２７側の電流リードユニット２５の高温端の電極２４と、戻し電流経路２８側の電流リードユニット２５の高温端の電極２４との電気的な短絡が防止される。

【0029】

なお、絶縁カラー４４は、供給電流経路２７側の電流リードユニット２５の高温端の電極２４及び電流リード２０の供給電流経路３８と締結部材４２との間、更に戻し電流経路２８側の電流リードユニット２５の高温端の電極２４及び電流リード２０の戻し電流経路４０と締結部材４２との間に、共に介在されてもよい。

【0030】

同様に、供給電流経路２７側の電流リードユニット２５の低温端の電極２４及びコイル側通電ケーブル２２の供給電流経路３９の接続と、戻し電流経路２８側の電流リードユニット２５の低温端の電極２４及びコイル側通電ケーブル２２の戻し電流経路４１の接続とは、金属製の同一の締結部材（ボルト及びナットなど）４５が、これらの低温端の電極２４に形成された締結用孔４６に挿入されて締結されることで、共締め構成で実施される。この際、例えば供給電流経路２７側の電流リードユニット２５の電極２４及びコイル側通電ケーブル２２の供給電流経路３９と締結部材４５との間に絶縁カラー４４が介在される。これにより、締結部材４５を介して、供給電流経路２７側の電流リードユニット２５の低温端の電極２４と、戻し電流経路２８側の電流リードユニット２５の低温端の電極２４との電気的な短絡が防止される。

【0031】

なお、締結部材４５は、供給電流経路２７側の電流リードユニット２５の低温端の電極２４及びコイル側通電ケーブル２２の供給電流経路３９と締結部材４５との間、更に戻し電流経路２８側の電流リードユニット２５の低温端の電極２４及びコイル側通電ケーブル２２の戻し電流経路４１と締結部材４５との間に、共に介在されてもよい。

【0032】

上述のように、高温超電導電流リード２１では複数本（例えば２本）の電流リードユニット２５の高温超電導線材２３が絶縁補強ケース２６内に絶縁状態で配置され、且つ複数本（例えば２本）の電流リードユニット２５の電極２４が絶縁板３７により絶縁状態で配置されている。このため、１個の絶縁補強ケース２６内に複数の電流経路（例えば供給電流経路２７、戻し電流経路２８）が独立して存在することになり、高温超電導電流リード２１を見かけ上１本にすることが可能になる。

【0033】

例えば、図１に示す超電導磁石装置１０における１段冷却ステージ１７と２段冷却ステージ１８間の高温超電導電流リード２１の見かけ上の本数を、図１２に示す高温超電導電流リード１００と比べて半減させることが可能になり、これにより、高温超電導電流リード２１の特に絶縁補強ケース２６からの熱侵入量を抑制、例えば半減させることが可能になる。

【0034】

この高温超電導電流リード２１による熱侵入量について、図８を用いて更に説明する。図８は、横軸を、高温超電導電流リード２１の高温端の電極２４の温度とし、縦軸を、高温超電導電流リード２１の低温端の電極２４への熱侵入量として、高温超電導電流リード２１を構成する高温超電導線材２３からの熱侵入量Ａと絶縁補強ケース２６からの熱侵入量Ｂの計算設計値を示す。この図８の計算に用いられる高温超電導電流リード２１は、低温端の電極２４が５Ｋに冷却維持された状態であり、また、絶縁補強ケース２６が、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）製で、内部にエポキシ樹脂製の絶縁樹脂３５が充填されている。

【0035】

図８によれば、例えば高温端の電極２４の温度が８０Ｋでは、高温超電導線材２３の１本からの熱侵入量が０．０４Ｗであるに対し、１個の絶縁補強ケース２６からの熱侵入量は０．０５６Ｗ程度であり、高温超電導線材２３の１．４倍程度の熱侵入量になっている。

【0036】

ここで、従来の高温超電導電流リード１００では、１本の高温超電導線材１０１が１個の絶縁補強ケース１０２内に配置されているので、高温超電導電流リード１００の熱侵入量は、０．０４Ｗ＋０．０５６Ｗ＝０．０９６Ｗになる。高温超電導電流リード１００は、通常２本が一対になるので、一対の高温超電導電流リード１００の熱侵入量は２倍の０．１９２Ｗ程度になる。

【0037】

これに対し、第１実施形態の高温超電導電流リード２１では、例えば２本の電流リードユニット２５（高温超電導線材２３）が１個の絶縁補強ケース２６内に配置されているので、この１本の高温超電導電流リード２５からの熱侵入量は、２本の高温超電導線材２３からの熱侵入量（０．０４Ｗ×２＝０．０８Ｗ）と１個の絶縁補強ケース２６からの熱侵入量０．０５６Ｗとを合わせて０．１３６Ｗ程度になり、２本で一対の従来の高温超電導電流リード１００の熱侵入量０．１９２Ｗに対し、７１％程度に低減されることが分かる。また、高温超電導電流リード２１による熱侵入量の抑制は、第２実施形態において詳説するが、共通した同一の絶縁補強ケース２６内に配置される高温超電導線材２３の本数が増加するほど向上する。

【0038】

以上のように構成されたことから、第１実施形態によれば、次の効果（１）～（３）を奏する。
（１）図２、図３、図５～図７に示すように、高温超電導電流リード２１は、高温超電導線材２３を備えて単一の電流経路を構成する電流リードユニット２５が複数本（例えば２本）、共通の同一の絶縁補強ケース２６内に配置されて構成される。このため、１本の高温超電導線材１０１が１個の絶縁補強ケース１０２内に収容される従来の高温超電導電流リード１００が複数本（例えば２本）用いられる場合に比べて、絶縁補強ケース２６の個数を減少できる。この結果、第１実施形態の高温超電導電流リード２１は、見かけ上の本数を減少でき、特に、絶縁補強ケース２６を介して超電導コイル１へ侵入する熱侵入量を低減でき、従って、極低温冷凍機１３の負荷を低減することができる。

【0039】

（２）高温超電導電流リード２１では、高温超電導線材２３を含む複数本の電流リードユニット２５が、共通した同一の絶縁補強ケース２６内に配置されて、図１に示すように、高温超電導電流リード２１の見かけ上の本数を減少させることができるので、真空容器１１内に占める高温超電導電流リード２１の容積を低減できる。このため、真空容器１１のコンパクト化を実現でき、従って、超電導磁石装置１０の製作工程、製作時間及び製作コストを低減することができる。

【0040】

（３）高温超電導電流リード２１では、高温超電導線材２３を含む複数本（例えば２本）の電流リードユニット２５が、共通した同一の絶縁補強ケース２６内に配置されることで、電流リードユニット２５により構成される複数の電流経路（例えば供給電流経路２７、戻し電流経路２８）が近接する。このため、これらの電流経路への通電時に外部に及ぼす磁場を相殺（キャンセル）する効果が高い。従って、磁場共鳴画像診断装置（ＭＲＩ）等のように均一磁場の発生が必要な超電導磁石装置１０においては、超電導コイル１以外からの不正磁場を低減でき、被験体をより高い精度で撮影することができる。

【0041】

［Ｂ］第２実施形態（図９～図１１）
図９は、第２実施形態に係る超電導磁石装置を示す構成図であり、図１０は、図９における高温超電導電流リードを示し、（Ａ）が側面図、（Ｂ）が縦断面図である。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。

【0042】

本第２実施形態の超電導磁石装置５０が第１実施形態と異なる点は、同一の真空容器１１内に複数の超電導コイル１Ａ、１Ｂ、１Ｃが設置され、これらの超電導コイル１Ａ、１Ｂ、１Ｃが、それぞれ異なった外部電源５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃから電流系統５２を用いて通電がなされるよう構成された点である。

【0043】

同一の真空容器１１内に設置される超電導コイル１Ａは強磁場発生用の主コイルであり、超電導コイル１Ｂ及び１Ｃは、磁場の均一度を向上させるために設置される超電導シムコイルである。更に、より強い強磁場を発生させるためのインサート高温超電導コイルが設置されてもよい。

【0044】

電流系統５２は、電源側通電ケーブル５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃと、電流リード５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃと、高温超電導電流リード５５と、コイル側通電ケーブル５６Ａ、５６Ｂ及び５６Ｃと、を有して構成される。電源側通電ケーブル５３Ａ、電流リード５４Ａ、高温超電導電流リード５５及びコイル側通電ケーブル５６Ａが、外部電源５１Ａと超電導コイル１Ａ間の通電用である。また、電源側通電ケーブル５３Ｂ、電流リード５４Ｂ、高温超電導電流リード５５及びコイル側通電ケーブル５６Ｂが、外部電源５１Ｂと超電導コイル１Ｂ間の通電用である。更に、電源側通電ケーブル５３Ｃ、電流リード５４Ｃ、高温超電導電流リード５５及びコイル側通電ケーブル５６Ｃが、外部電源５１Ｃと超電導コイル１Ｃ間の通電用である。

【0045】

このうちの電流リード５４Ａ、５４Ｂ及び５４Ｃは例えば銅にて構成された電流経路であり、高温超電導電流リード５５は、高温超電導線材２３にて構成された電流リードである。また、この高温超電導電流リード５５は、図１０に示すように、共通した同一の絶縁補強ケース５７内に、２本で一対の電流リードユニット５８Ａ、５８Ｂ及び５８Ｃが配置されて構成される。電流リードユニット５８Ａは外部電源５１Ａと超電導コイル１Ａ間の、電流リードユニット５８Ｂは外部電源５１Ｂと超電導コイル１Ｂ間の、電流リードユニット５８Ｃは外部電源５１Ｃと超電導コイル１Ｃ間の、それぞれ通電に供される。

【0046】

電流リードユニット５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃのそれぞれは、第１実施形態と同様に、高温超電導線材２３の両端に電極２４がハンダ等により接続されて構成される。２本の電流リードユニット５８Ａのそれぞれは、電極２４の締結用孔４３、４６にそれぞれ挿入された締結部材４２、４５を用いて、第１実施形態と同様に、電流リード５４Ａとコイル側通電ケーブル５６Ａに接続される。また、２本の電流リードユニット５８Ｂのそれぞれは、電極２４の締結用孔４３、４６にそれぞれ挿入された締結部材４２、４５を用いて、第１実施形態と同様に、電流リード５４Ｂとコイル側通電ケーブル５６Ｂに接続される。更に、２本の電流リードユニット５８Ｃのそれぞれは、電極２４の締結用孔４３、４６にそれぞれ挿入された締結部材４２、４５用いて、第１実施形態と同様に、電流リード５４Ｃとコイル側通電ケーブル５６Ｃとに接続される。

【0047】

なお、絶縁補強ケース５７内には絶縁樹脂３５が充填されていてもよく、また、電流リードユニット５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃの各高温超電導線材２３間に絶縁層３６が介在されてもよい。

【0048】

本第２実施形態の高温超電導電流リード５５による熱侵入量の抑制は、共通した同一の絶縁補強ケース５７内に配置される電流リードユニット５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ（高温超電導線材２３）の本数が増加するほど向上する効果に基づくものである。

【0049】

つまり、図１１は、高温超電導電流リードの低音端の電極温度を５Ｋとし、高温端の電極温度を８０Ｋとした場合に、高温超電導電流リードによる熱侵入量と高温超電導線材の本数との関係を、第２実施形態の高温超電導電流リード５５と従来の高温超電導電流リード１００とで計算し比較して示すグラフである。例えば、１本の絶縁補強ケース１０２内に１本の高温超電導線材１０１が配置された従来の高温超電導電流リード１００を６本用意した場合の熱侵入量は、０．６Ｗ程度である。これに対し、１個の絶縁補強ケース５７内に６本の高温超電導線材２３が配置された見かけ上１本の第２実施形態の高温超電導電流リード５５は、熱侵入量が０．３Ｗ程度になり、従来の６本の高温超電導電流リード１００による熱侵入量に比べ半分程度の熱侵入量になっている。

【0050】

以上のように構成されたことから、第２実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）～（３）と同様な効果を奏する。特に、高温超電導電流リード５５は絶縁補強ケース５７が１個であり、しかも熱侵入量に影響する絶縁補強ケース５７の断面積が超電導コイルの数がＮ倍になった場合でもそのＮ倍よりも小さくできる。従って、高温超電導電流リード５５による超電導コイル１Ａ、１Ｂ、１Ｃへの熱侵入量を、これらの超電導コイル１Ａ、１Ｂ、１Ｃに個別の高温超電導電流リード１００が用いられる場合に比べて、大幅に低減することができる。

【0051】

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。

【符号の説明】

【0052】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…超電導コイル、１０…超電導磁石装置、１１…真空容器、１３…極低温冷凍機（冷却源）、１４…外部電源、１５…電流系統、２１…高温超電導電流リード、２３…高温超電導線材、２４…電極、２５…電流リードユニット、２６…絶縁補強ケース、２７…供給電流経路、２８…戻し電流経路、３３…超電導層、３４…金属保護層、３５…絶縁樹脂、３６…絶縁層、３７…絶縁板、３８、３９…供給電流経路（外部の電流経路）、４０、４１…戻し電流経路（外部の電流経路）、４２、４５…締結部材、４４…絶縁カラー（絶縁部材）、５０…超電導磁石装置、５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ…外部電源、５２…電流系統、５５…高温超電導電流リード、５７…絶縁補強ケース、５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ…電流リードユニット

【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】