特許 7507771 永久電流スイッチ及び超電導装置

(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】2024-06-20

(45)【発行日】2024-06-28

(54)【発明の名称】永久電流スイッチ及び超電導装置

(51)【国際特許分類】

   H10N 60/30 20230101AFI20240621BHJP

   H01F 6/00 20060101ALI20240621BHJP

   H01B 12/06 20060101ALI20240621BHJP

【ＦＩ】

H10N60/30

H01F6/00 160

H01B12/06

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021546580

(86)(22)【出願日】2020-08-31

(86)【国際出願番号】 JP2020032810

(87)【国際公開番号】W WO2021054094

(87)【国際公開日】2021-03-25

【審査請求日】2023-03-22

(31)【優先権主張番号】P 2019171841

(32)【優先日】2019-09-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２９年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、未来社会創造事業「高温超電導線材接合技術の超高磁場ＮＭＲと鉄道き電線への社会実装」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】503359821

【氏名又は名称】国立研究開発法人理化学研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】502147465

【氏名又は名称】ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山口 高史

(72)【発明者】

【氏名】大木 康太郎

(72)【発明者】

【氏名】永石 竜起

(72)【発明者】

【氏名】▲柳▼澤 吉紀

(72)【発明者】

【氏名】▲濱▼田 衞

【審査官】恩田 和彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１１７０４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１６０８１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１９８０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１３０７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０３１４６１７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ１０Ｎ ６０／３０

Ｈ０１Ｆ ６／００

Ｈ０１Ｂ １２／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材と、前記基材上に配置された超電導層とを有する超電導線材と、
ヒータとを備え、
前記超電導線材は、前記超電導線材の長手方向に沿って互いに離れて配置された第１部分及び第２部分を含む表面を有し、
前記第１部分と前記第２部分とは、互いに対向しており、
前記ヒータは前記第１部分と前記第２部分とに挟み込まれている、永久電流スイッチ。

【請求項2】

前記超電導層は、前記基材よりも前記表面に近い位置にある、請求項１に記載の永久電流スイッチ。

【請求項3】

保持部材と、
充填材とをさらに備え、
前記超電導線材は、前記保持部材の内部に保持されており、
前記超電導線材と前記保持部材との間には、前記充填材が充填されており、
前記保持部材は、第１樹脂材料により形成されており、
前記充填材は、前記第１樹脂材料とは異なる第２樹脂材料により形成されている、請求項１又は請求項２に記載の永久電流スイッチ。

【請求項4】

前記第２樹脂材料のガラス転移点は、前記第１樹脂材料のガラス転移点よりも低い、請求項３に記載の永久電流スイッチ。

【請求項5】

前記第１樹脂材料は、熱硬化性樹脂材料であり、
前記第２樹脂材料は、熱可塑性樹脂材料である、請求項３又は請求項４に記載の永久電流スイッチ。

【請求項6】

前記第２樹脂材料は、パラフィン又は発泡樹脂材料である、請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の永久電流スイッチ。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の前記永久電流スイッチと、
前記永久電流スイッチに接続された超電導コイルとを備える、超電導装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、永久電流スイッチ及び超電導装置に関する。本出願は、２０１９年９月２０日に出願した日本特許出願である特願２０１９－１７１８４１号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。

【背景技術】

【0002】

特許文献１（国際公開第２０１４／０３４２９５号）及び特許文献２（特開２０１５－０５３３１４号公報）には、永久電流スイッチが記載されている。特許文献１及び特許文献２に記載の永久電流スイッチにおいては、超電導線材がヒータにより加熱される。その結果、加熱された部分の超電導線材が常電導化される（加熱された部分における超電導線材の電気抵抗値が上昇する）。

【0003】

また、特許文献３（特開２０１５－１９８０１５号公報）には、超電導線材が記載されている。特許文献３に記載の超電導線材は、基材と、基材上に形成された中間層と、中間層を介して基材上に形成されている超電導層とを有している（以下においては、このような構造の超電導線材を薄膜超電導線材ということがある）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１４／０３４２９５号

【文献】特開２０１５－０５３３１４号公報

【文献】特開２０１５－１９８０１５号公報

【発明の概要】

【0005】

本開示に係る永久電流スイッチは、基材と、基材上に配置された超電導層とを有する超電導線材と、ヒータとを備える。超電導線材は、超電導線材の長手方向に沿って互いに離れて配置された第１部分及び第２部分を含む表面を有する。第１部分と第２部分とは、互いに対向している。ヒータは、第１部分と第２部分とに挟み込まれている。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、永久電流スイッチ１０の側面図である。

【図2】図２は、超電導線材１の長手方向に直交する断面図である。

【図3】図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩにおける断面図である。

【図4】図４は、図１のＩＶ－ＩＶにおける断面図である。

【図5】図５は、永久電流スイッチ１０の動作を説明するための模式図である。

【図6】図６は、永久電流スイッチ１０の製造方法を示す工程図である。

【図7】図７は、準備工程Ｓ１における永久電流スイッチ１０の断面図である。

【図8】図８は、永久電流スイッチ３０の側面図である。

【図9】図９は、永久電流スイッチ４０の側面図である。

【図10】図１０は、永久電流スイッチ５０の側面図である。

【図11】図１１は、永久電流スイッチ１０、永久電流スイッチ３０、永久電流スイッチ４０及び永久電流スイッチ５０におけるヒータに供給される電力と超電導線材１の電気抵抗値との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0007】

［本開示が解決しようとする課題］
特許文献１及び特許文献２に記載の永久電流スイッチは、薄膜超電導線材を用いた永久電流スイッチではない。そのため、特許文献３に記載されているような薄膜超電導線材を用いた永久電流スイッチの加熱効率をいかにして向上させるかは、上記の従来技術からは明らかではない。

【0008】

本開示は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本開示は、薄膜超電導線材を用いて構成され、かつ加熱効率が改善された永久電流スイッチを提供することを目的とする。

【0009】

［本開示の効果］
本開示によると、薄膜超電導線材を用いて構成された永久電流スイッチの加熱効率を改善することができる。

【0010】

［本開示の実施形態の説明］
まず、本開示の実施態様を列記して説明する。

【0011】

（１）一実施形態に係る永久電流スイッチは、基材と、基材上に配置された超電導層とを有する超電導線材と、ヒータとを備える。超電導線材は、超電導線材の長手方向に沿って互いに離れて配置された第１部分及び第２部分を含む表面を有する。第１部分と第２部分とは、互いに対向している。ヒータは、第１部分と第２部分とに挟み込まれている。

【0012】

上記（１）の永久電流スイッチによると、永久電流スイッチの加熱効率を改善することができる。

【0013】

（２）上記（１）の永久電流スイッチにおいて、超電導層は、基材よりも表面に近い位置にあってもよい。

【0014】

上記（２）の永久電流スイッチによると、永久電流スイッチの加熱効率をさらに改善することができる。

【0015】

（３）上記（１）又は上記（２）の永久電流スイッチは、保持部材と、充填材とをさらに備えていてもよい。超電導線材は、保持部材の内部に保持されていてもよい。超電導線材と保持部材との間には、充填材が充填されていてもよい。保持部材は、第１樹脂材料により形成されていてもよい。充填材は、第１樹脂材料とは異なる第２樹脂材料により形成されていてもよい。

【0016】

上記（３）の永久電流スイッチによると、極低温から常温に戻された際に超電導線材の表面に結露が生じることを抑制できる。

【0017】

（４）上記（３）の永久電流スイッチにおいて、第２樹脂材料のガラス転移点は、第１樹脂材料のガラス転移点より低くてもよい。

【0018】

上記（４）の永久電流スイッチによると、充填材を保持部材と超電導線材との間に容易に充填することができる。

【0019】

（５）上記（３）又は上記（４）の永久電流スイッチにおいて、第１樹脂材料は、熱硬化性樹脂材料であってもよい。第２樹脂材料は、熱可塑性樹脂材料であってもよい。

【0020】

上記（５）の永久電流スイッチによると、充填材を保持部材と超電導線材との間に容易に充填することができる。

【0021】

（６）上記（３）から上記（５）の永久電流スイッチにおいて、第２樹脂材料は、パラフィン又は発泡樹脂材料であってもよい。

【0022】

上記（６）の永久電流スイッチによると、超電導線材を断熱することができるため、加熱効率をさらに改善することができる。

【0023】

（７）一実施形態に係る超電導装置は、上記（１）から上記（６）の永久電流スイッチと、永久電流スイッチに接続された超電導コイルとを備える。

【0024】

［本開示の実施形態の詳細］
次に、本開示の実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。

【0025】

（第１実施形態に係る永久電流スイッチの構成）
以下に、第１実施形態に係る永久電流スイッチ（以下においては、「永久電流スイッチ１０」とする）の構成を説明する。

【0026】

図１は、永久電流スイッチ１０の側面図である。図１に示されるように、永久電流スイッチ１０は、超電導線材１と、ヒータ２とを有している。永久電流スイッチ１０は、さらに、保持部材３と、充填材４（図１中において図示せず、図３及び図４参照）とを有していてもよい。

【0027】

超電導線材１は、第１面１ａと、第２面１ｂとを有している。第１面１ａは、第１部分１ａａと、第２部分１ａｂとを有している。第１部分１ａａ及び第２部分１ａｂは、超電導線材１の長手方向において互いに離間して配置されている。超電導線材１は、第１部分１ａａ及び第２部分１ａｂが互いに対向するように、曲げられている。超電導線材１は、第１端１ｃと、第２端１ｄとを有している。第１端１ｃ及び第２端１ｄは、長手方向における超電導線材１の端である。

【0028】

図２は、超電導線材１の長手方向に直交する断面図である。図２に示されるように、超電導線材１は、基材１１と、中間層１２と、超電導層１３とを有している。すなわち、超電導線材１は、薄膜超電導線材である。

【0029】

基材１１は、例えば、ステンレス鋼、銅（Ｃｕ）及びニッケル（Ｎｉ）を順次積層したクラッド材により形成されている。

【0030】

中間層１２は、基材１１上に配置されている。中間層１２は、例えば、安定化ジルコニア、酸化イットリウム、酸化セリウム等を順次積層することにより形成されている。中間層１２は、例えば、スパッタリング法により形成される。

【0031】

超電導層１３は、中間層１２を介して基材１１上に配置されている。超電導層１３は、基材１１よりも第１面１ａに近い位置にあることが好ましい。超電導層１３は、基材１１よりも第２面１ｂに近い位置にあってもよい。

【0032】

超電導層１３は、酸化物超電導体により形成されている。超電導層１３は、例えば、ＲＥＢａＣｕ_３Ｏ_ｙ（ＲＥ：希土類元素）により形成されている。この希土類元素は、例えば、イットリウム（Ｙ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロビウム（Ｅｕ）、ガドリウム（Ｇｄ）、ホルミウム（Ｈｏ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等である。超電導層１３は、例えば、ＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成される。

【0033】

超電導線材１は、保護層１４と、安定化層１５とをさらに有している。保護層１４は、超電導層１３上に配置されている。安定化層１５は、保護層１４上に配置されている。安定化層１５は、さらに、基材１１の裏面（中間層１２とは反対側の面）上、基材１１の側面上、中間層１２の側面上、超電導層１３の側面上及び保護層１４の側面上にも配置されている。保護層１４は、例えば、銀により形成されている。安定化層１５は、例えば、銅により形成されている。保護層１４は、例えばスパッタリング法により形成され、安定化層１５は、例えば電気めっき法により形成される。

【0034】

図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩにおける断面図である。ヒータ２は、図１及び図３に示されるように、第１部分１ａａと第２部分１ａｂとに挟み込まれている。このことを別の観点からいえば、ヒータ２は、その両面が超電導線材１に接している。

【0035】

ヒータ２は、発熱体２１と、絶縁膜２２とを有している。発熱体２１は、通電によりジュール発熱する材料により形成されている。発熱体２１は、例えば、ニクロムにより形成されている。絶縁膜２２は、発熱体２１の周囲を覆っている。これにより、ヒータ２を介して超電導線材１が短絡されることを防止している。

【0036】

図１に示されるように、超電導線材１及びヒータ２は、保持部材３の内部に保持されている。保持部材３は、超電導線材１に加わる電磁力による応力に起因した超電導線材１の変形を抑制するための部材である。保持部材３は、樹脂材料により形成されている。以下においては、保持部材３を構成する樹脂材料を、第１樹脂材料という。

【0037】

図４は、図１のＩＶ－ＩＶにおける断面図である。図３及び図４に示されるように、充填材４は、超電導線材１と保持部材３との間に充填されている。充填材４は、樹脂材料により形成されている。以下においては、充填材４を構成する樹脂材料を、第２樹脂材料という。第２樹脂材料は、第１樹脂材料とは異なる樹脂材料である。

【0038】

第２樹脂材料のガラス転移点（第２樹脂材料が結晶性の樹脂材料である場合は第２樹脂材料の融点。以下においても同じ。）は、第１樹脂材料のガラス転移点（第１樹脂材料が結晶性の樹脂材料である場合は第１樹脂材料の融点。以下においても同じ。）よりも低いことが好ましい。

【0039】

第２樹脂材料の粘度は、第１樹脂材料の粘度よりも低いことが好ましい。第１樹脂材料の粘度及び第２樹脂材料の粘度は、ＪＩＳ Ｚ ８８０３：２０１１に規定された方法により測定される。第１樹脂材料の粘度及び第２樹脂材料の粘度を同一温度で比較し、後者が前者よりも低い場合に、「第２樹脂材料の粘度が、第１樹脂材料の粘度よりも低い」ことになる。

【0040】

第１樹脂材料は、熱硬化性樹脂材料であってもよく、第２樹脂材料は、熱可塑性樹脂材料であってもよい。第１樹脂材料の具体例は、エンジニアリングプラスチック、ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ、Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）である。第２樹脂材料の具体例は、パラフィンである。第２樹脂材料は、発泡樹脂材料であってもよい。

【0041】

なお、永久電流スイッチ１０は、ケース（図示せず）の内部に配置されて冷却される。これにより、永久電流スイッチ１０を構成している超電導線材１は、超電導転移温度以下の温度に保持されている。この冷却は、例えば、液体窒素、液体ヘリウム等で行われる。ケース及び保持部材３からは、第１端１ｃ及び第２端１ｄが引き出されている。

【0042】

（第１実施形態に係る永久電流スイッチの動作）
以下に、永久電流スイッチ１０の動作を説明する。

【0043】

図５は、永久電流スイッチ１０の動作を説明するための模式図である。図５に示されるように、超電導線材１（永久電流スイッチ１０）及び超電導コイル２０は、電源ＰＷに並列に接続されている。

【0044】

ヒータ２がオフ状態にある場合（ヒータ２に電流が流れていない場合）、超電導コイル２０はコイルインピーダンスを有しているため、電流は、もっぱら超電導状態となっている超電導線材１中の超電導層１３を流れる。そのため、超電導コイル２０は、励磁されない（この状態を、第１状態という）。

【0045】

ヒータ２がオン状態にされると（ヒータ２に電流が流されると）、ヒータ２に対向している超電導層１３が、常電導状態となる。この状態で徐々に電流を流すと、超電導コイル２０にも電流が流れ始める（この状態を、第２状態という）。そして、所望の電流が流れるようになってから所定の時間が経過すると、超電導線材１には電流が流れなくなり、電流は、もっぱら超電導コイル２０に流れるようになる（この状態を、第３状態という）。

【0046】

第３状態となった後にヒータ２を再びオフ状態にすると、ヒータ２に対向している超電導層１３は、超電導状態に戻る。この状態で電源ＰＷからの電流供給を徐々に減少させると、超電導コイル２０に流れている電流の一部が、超電導線材１に流れるようになる（この状態を、第４状態という）。

【0047】

電源ＰＷからの電流供給が徐々に減少して０アンペアになると、電流は、超電導線材１及び超電導コイル２０のみを流れるようになる（この状態を、第５状態という）。第５状態に達すると、電源ＰＷを遮断しても、電流は、超電導線材１及び超電導コイル２０を流れ続ける（永久電流モード）。このようにして、永久電流スイッチ１０は、超電導コイル２０を永久電流モードで動作させることができる。

【0048】

（第１実施形態に係る永久電流スイッチの製造方法）
以下に、永久電流スイッチ１０の製造方法を説明する。

【0049】

図６は、永久電流スイッチ１０の製造方法を示す工程図である。永久電流スイッチ１０の製造方法は、図６に示されるように、準備工程Ｓ１と、充填工程Ｓ２とを有している。

【0050】

準備工程Ｓ１においては、内部に超電導線材１が保持された状態の保持部材３が準備される。図７は、準備工程Ｓ１における永久電流スイッチ１０の断面図である。図７に示されるように、準備工程Ｓ１においては、保持部材３と超電導線材１との間には、空隙ＳＰが残存している。

【0051】

充填工程Ｓ２においては、超電導線材１と保持部材３との間に（つまり、空隙ＳＰに）充填材４が充填される。充填工程Ｓ２においては、第１に、保持部材３及び充填材４が加熱される。この際の加熱温度は、第２樹脂材料のガラス転移点以上の温度であって、第１樹脂材料のガラス転移点未満の温度である。この加熱により、充填材４が容易に流動しうる状態となる。充填工程Ｓ２においては、この加熱が行われた後に、充填材４が保持部材３と超電導線材１との間に流し込まれる。

【0052】

なお、充填材４は、内部に超電導線材１が保持された保持部材３を流動状態になるように加熱された充填材４に浸漬することにより、保持部材３と超電導線材１との間に流し込まれてもよい。

【0053】

流し込まれた充填材４が冷却されて固まることにより、保持部材３と超電導線材１との間が、充填材４により充填される。以上により、図１から図４に示される構造の永久電流スイッチ１０が形成される。

【0054】

（第１実施形態に係る永久電流スイッチの効果）
以下に、永久電流スイッチ１０の基本的な効果を、第１比較例に係る永久電流スイッチ（以下においては、「永久電流スイッチ３０」とする）及び第２比較例に係る永久電流スイッチ（以下においては、「永久電流スイッチ４０」とする）と対比しながら説明する。

【0055】

図８は、永久電流スイッチ３０の側面図である。図８に示されるように、永久電流スイッチ３０は、超電導線材１と、ヒータ２と、保持部材３と、充填材４とを有している。この点に関して、永久電流スイッチ３０は、永久電流スイッチ１０と共通している。

【0056】

しかしながら、永久電流スイッチ３０において、ヒータ２は、その片面のみが超電導線材１に接している。この点に関して、永久電流スイッチ３０は、永久電流スイッチ１０と異なっている。

【0057】

永久電流スイッチ３０においては、超電導線材１のうち、ヒータ２と対向している１箇所のみが加熱されることになる。他方で、永久電流スイッチ１０においては、超電導線材１のうち、ヒータ２と対向している２箇所が加熱されることになる。このように、永久電流スイッチ１０によると、超電導線材１における加熱長が増加し、超電導線材１を高抵抗化しやすくなる。

【0058】

図９は、永久電流スイッチ４０の側面図である。図９に示されるように、永久電流スイッチ４０は、超電導線材１と、ヒータ２と、保持部材３と、充填材４とを有している。この点に関して、永久電流スイッチ４０は、永久電流スイッチ１０と共通している。

【0059】

しかしながら、永久電流スイッチ４０において、ヒータ２の数は、２つである（これらを、ヒータ２ａ及びヒータ２ｂとする）。また、永久電流スイッチ４０において、ヒータ２（ヒータ２ａ及びヒータ２ｂ）は、その片面のみが超電導線材１に接している。これらの点に関して、永久電流スイッチ４０は、永久電流スイッチ１０と異なっている。

【0060】

永久電流スイッチ４０においては、超電導線材１のうち、ヒータ２ａ及びヒータ２ｂと対向している２箇所が加熱されることになる。他方で、永久電流スイッチ１０によると、１つのヒータ２に対して電力を供給することにより超電導線材１を２箇所において加熱することができるため、永久電流スイッチ４０と比較して、ヒータ２を動作させるのに必要な電力を低減することができる。

【0061】

このように、永久電流スイッチ１０によると、ヒータ２による加熱効率を高めることができる。すなわち、永久電流スイッチ１０によると、短時間かつ低電力で永久電流モードによる動作が可能になる。

【0062】

以下に、永久電流スイッチ１０の付加的な効果を説明する。
永久電流スイッチ１０において、超電導層１３が基材１１よりも第１面１ａに近い位置にある場合には、超電導層１３が基材１１よりも第２面１ｂに近い位置にある場合と比較して、超電導層１３とヒータ２との間の距離が短い。そのため、この場合には、ヒータ２からの熱か超電導層１３に伝わりやすくなり、ヒータ２による加熱効率をさらに高めることができる。

【0063】

永久電流スイッチ１０において、超電導層１３が基材１１よりも第１面１ａに近い位置にある場合、超電導線材１を曲げた際に超電導層１３に生じる曲げ応力は、圧縮応力になる。そのため、この場合には、超電導層１３に損傷が生じにくくなる。

【0064】

永久電流スイッチ１０は、極低温に保持された状態から常温に戻される。保持部材３と超電導線材１との間に隙間がある場合、永久電流スイッチ１０が極低温から常温に戻される際に、超電導線材１の表面に結露が生じる。超電導線材１の表面に生じた結露は、超電導線材１の超電導特性を劣化させる原因となる。

【0065】

保持部材３と超電導線材１との間に充填材４が充填されている場合には、超電導線材１の表面が充填材４で被覆されていることになるため、永久電流スイッチ１０が極低温から常温に戻されたとしても、超電導線材１の表面に結露が生じがたい。

【0066】

第２樹脂材料のガラス転移点が第１樹脂材料のガラス転移点よりも低い場合には、保持部材３は軟化していないが、充填材４を軟化して流動性がある状態にすることにより、充填材４を保持部材３と超電導線材１との間に充填しやすい。

【0067】

第２樹脂材料のガラス転移点が第１樹脂材料のガラス転移点よりも低い場合、保持部材３の変形（又は溶解）を抑制することができる。さらに、この場合、充填材４の充填に失敗した場合、充填材４を除去して充填工程Ｓ２をやり直すことが可能であるため、歩留まりが向上する。

【0068】

第２樹脂材料の粘度が第１樹脂材料の粘度よりも低い場合には、この充填がさらに行いやすい。また、この場合、充填材４を充填する際に、保持部材３の変形を抑制することができる。特に、パラフィンは融点が低いために、充填工程Ｓ２における取り扱いが容易である。

【0069】

第２樹脂材料がパラフィン、発泡樹脂材料である場合、超電導線材１を断熱することができるため、ヒータ２を低出力化することができるとともに、冷媒の蒸発を抑制することができる。

【0070】

（第２実施形態に係る永久電流スイッチの構成）
以下に、第２実施形態に係る永久電流スイッチ（以下においては、「永久電流スイッチ５０」とする）の構成を説明する。ここでは、永久電流スイッチ１０の構成と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

【0071】

図１０は、永久電流スイッチ５０の側面図である。図１０に示されるように、永久電流スイッチ５０は、超電導線材１と、ヒータ２と、保持部材３と、充填材４とを有する。この点に関して、永久電流スイッチ５０の構成は、永久電流スイッチ１０の構成と共通している。

【0072】

永久電流スイッチ５０は、ヒータ２ｃと、ヒータ２ｄとをさらに有している。永久電流スイッチ５０において、第１面１ａは、第３部分１ａｃと、第４部分１ａｄと、第５部分１ａｅと、第６部分１ａｆとをさらに有している。

【0073】

第１部分１ａａ～第６部分１ａｆは、超電導線材１の長手方向において互いに離間して配置されている。超電導線材１は、第１部分１ａａ及び第２部分１ａｂが互いに対向し、第３部分１ａｃ及び第４部分１ａｄが互いに対向し、かつ第５部分１ａｅ及び第６部分１ａｆが互いに対向するように曲げられている。

【0074】

ヒータ２ｃは、第３部分１ａｃ及び第４部分１ａｄに挟み込まれるように配置されている。ヒータ２ｄは、第５部分１ａｅ及び第６部分１ａｆに挟み込まれるように配置されている。

【0075】

超電導線材１の長手方向におけるヒータ２の幅を幅Ｗ１とし、超電導線材１の長手方向におけるヒータ２ｃの幅を幅Ｗ２とし、超電導線材１の長手方向におけるヒータ２ｄの幅を幅Ｗ２とする。超電導線材１の長手方向におけるヒータ２とヒータ２ｃとの間の距離を距離ＤＩＳ１とし、超電導線材１の長手方向におけるヒータ２ｃとヒータ２ｄとの間の距離を距離ＤＩＳ２とする。

【0076】

距離ＤＩＳ１は、幅Ｗ１及び幅Ｗ２の平均値以下であることが好ましい。距離ＤＩＳ２は、幅Ｗ２及び幅Ｗ３の平均値以下であることが好ましい。すなわち、超電導線材１の長手方向において隣り合う２つのヒータの間の距離は、超電導線材１の長手方向において隣り合う２つのヒータの幅の平均値以下であることが好ましい。

【0077】

幅Ｗ１、幅Ｗ２及び幅Ｗ３は、互いに等しくてもよく、互いに異なっていてもよい。距離ＤＩＳ１及び距離ＤＩＳ２は、互いに等しくてもよく、互いに異なっていてもよい。上記の例においては、ヒータの数を３個としたが、ヒータの数は２個であってもよく、４個以上であってもよい。

【0078】

（第２実施形態に係る超電導線材の効果）
以下に、永久電流スイッチ５０の効果を説明する。ここでは、永久電流スイッチ１０の効果と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

【0079】

永久電流スイッチ５０は、超電導線材１の長手方向に沿って互いに離間して配置された複数のヒータ（ヒータ２、ヒータ２ｃ及びヒータ２ｄ）を有しており、それらのヒータは両面において超電導線材１に接している。そのため、永久電流スイッチ５０によると、長い領域にわたって超電導線材１が効率よく加熱されることにより、長い領域にわたって超電導線材１を効率的に高抵抗化することができる。

【0080】

（実施例）
図１１は、永久電流スイッチ１０、永久電流スイッチ３０、永久電流スイッチ４０及び永久電流スイッチ５０におけるヒータに供給される電力と超電導線材１の電気抵抗値との関係を示すグラフである。図１１中においては、横軸がヒータに供給される電力（単位：Ｗ）であり、縦軸が超電導線材１の電気抵抗値（単位：Ω）である。図１１の例では、永久電流スイッチ１０、永久電流スイッチ３０及び永久電流スイッチ４０のヒータの長さが１０ｍｍとされた。また、永久電流スイッチ５０に関しては、幅Ｗ１～幅Ｗ３がそれぞれ３ｍｍとされるとともに、距離ＤＩＳ１及び距離ＤＩＳ２がそれぞれ３ｍｍとされた。さらに、永久電流スイッチ４０及び永久電流スイッチ５０に関しては、各々のヒータに電力が均等に供給された。なお、永久電流スイッチ１０、永久電流スイッチ３０、永久電流スイッチ４０及び永久電流スイッチ５０の温度は、７７Ｋとされた。

【0081】

図１１に示されるように、同一の電力がヒータに供給された際の永久電流スイッチ１０における超電導線材１の電気抵抗値と永久電流スイッチ３０における超電導線材１の電気抵抗値とを比較すると、永久電流スイッチ１０における超電導線材１の電気抵抗値の方が大きくなっていた。より具体的には、永久電流スイッチ１０においては、ヒータにより加熱される超電導線材１の長さが永久電流スイッチ３０の２倍になっているため、超電導線材１の電気抵抗値が、永久電流スイッチ３０の約２倍になっていた。

【0082】

超電導線材１を同一の電気抵抗値にするために必要なヒータの電力に関して永久電流スイッチ１０と永久電流スイッチ４０とを比較すると、永久電流スイッチ１０においてはヒータ２の数が１つである一方、永久電流スイッチ４０においてはヒータ２の数が２つであるため、永久電流スイッチ１０のヒータ２に加えられた電力が、永久電流スイッチ４０のヒータ（ヒータ２ａ及びヒータ２ｂ）に加えられた電力の約半分になっていた。このように、永久電流スイッチ１０によるとヒータによる加熱効率を改善できることが、実験的にも明らかにされた。

【0083】

永久電流スイッチ１０と永久電流スイッチ５０とを比較すると、超電導線材１の電気抵抗値が相対的に低い場合、永久電流スイッチ１０の方がヒータに供給される電力が少なくなっていた。しかしながら、超電導線材１の電気抵抗値が相対的に高い場合、永久電流スイッチ５０の方が、同一の電気抵抗値を得るためにヒータに供給される電力が小さくなっていた。このように、永久電流スイッチ５０によると、長い領域にわたって超電導線材１が効率よく加熱されることにより、長い領域にわたって超電導線材１を効率的に高抵抗化することができることが明らかにされた。

【0084】

今回開示された実施形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0085】

１ 超電導線材、１ａ 第１面、１ａａ 第１部分、１ａｂ 第２部分、１ａｃ 第３部分、１ａｄ 第４部分、１ａｅ 第５部分、１ａｆ 第６部分、１ｂ 第２面、１ｃ 第１端、１ｄ 第２端、２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ ヒータ、３ 保持部材、４ 充填材、１０ 永久電流スイッチ、１１ 基材、１２ 中間層、１３ 超電導層、１４ 保護層、１５ 安定化層、２１ 発熱体、２２ 絶縁膜、２０ 超電導コイル、３０ 永久電流スイッチ、４０ 永久電流スイッチ、５０ 永久電流スイッチ、ＰＷ 電源、Ｓ１ 準備工程、Ｓ２ 充填工程、ＳＰ 空隙。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】