JP3215697B2 - 故障電流を限流する超伝導コイル - Google Patents
故障電流を限流する超伝導コイルInfo
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Description
【０００１】（発明の背景） 本発明は超伝導磁気コイルに関する。超伝導体の重要な
性質として超伝導体が臨界温度ＴＣよりも低い温度に冷
却されると電気抵抗が消失する点がある。ＴＣ以下の温
度では、与えられた超伝導体に対して特定の磁場及び温
度においてその超伝導体が輸送可能な最大電流量が存在
する（その超伝導体の臨界電流ＩＣと呼ばれる）。ＩＣ
よりも大きい電流によって超伝導体に抵抗が生じる。超
伝導体が導電性のマトリクス材中に埋め込まれたり、導
電性マトリクス材とともに巻回されている場合、ＩＣを
上回る増分電流は超伝導体に生じる抵抗に基づき超伝導
体とマトリクス材との間で分けられる。
性質として超伝導体が臨界温度ＴＣよりも低い温度に冷
却されると電気抵抗が消失する点がある。ＴＣ以下の温
度では、与えられた超伝導体に対して特定の磁場及び温
度においてその超伝導体が輸送可能な最大電流量が存在
する（その超伝導体の臨界電流ＩＣと呼ばれる）。ＩＣ
よりも大きい電流によって超伝導体に抵抗が生じる。超
伝導体が導電性のマトリクス材中に埋め込まれたり、導
電性マトリクス材とともに巻回されている場合、ＩＣを
上回る増分電流は超伝導体に生じる抵抗に基づき超伝導
体とマトリクス材との間で分けられる。
【０００２】超伝導材料は低温超伝導体と高温超伝導体
とに大別される。セラミックや金属酸化物からなるもの
のような高温超伝導体（ＨＴＳ）は通常、異方性であ
り、結晶構造と比較して特定の方向に高い導電性を示
す。更にこの異方性のため、臨界電流は超伝導材料の結
晶軸に対する磁場の方向の関数として変化することが知
られている。異方性高温超伝導体としては、希土類銅酸
化物ファミリー（ＹＢＣＯ）、タリウム−バリウム−カ
ルシウム−銅酸化物ファミリー（ＴＢＣＣＯ）、水銀−
バリウム−カルシウム−銅酸化物ファミリー（ＨｇＢＣ
ＣＯ）、及びビスマス−ストロンチウム−カルシウム−
銅酸化物ファミリー（ＢＳＣＣＯ）のメンバーであるも
ののような銅酸化物セラミック超伝導体が含まれるが、
これに限定されるものではない。これらの化合物に鉛や
他の物質の化学量論的な量をドープして特性を向上させ
ることが可能である（例 （Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ
２Ｃｕ３Ｏ１０）。
とに大別される。セラミックや金属酸化物からなるもの
のような高温超伝導体（ＨＴＳ）は通常、異方性であ
り、結晶構造と比較して特定の方向に高い導電性を示
す。更にこの異方性のため、臨界電流は超伝導材料の結
晶軸に対する磁場の方向の関数として変化することが知
られている。異方性高温超伝導体としては、希土類銅酸
化物ファミリー（ＹＢＣＯ）、タリウム−バリウム−カ
ルシウム−銅酸化物ファミリー（ＴＢＣＣＯ）、水銀−
バリウム−カルシウム−銅酸化物ファミリー（ＨｇＢＣ
ＣＯ）、及びビスマス−ストロンチウム−カルシウム−
銅酸化物ファミリー（ＢＳＣＣＯ）のメンバーであるも
ののような銅酸化物セラミック超伝導体が含まれるが、
これに限定されるものではない。これらの化合物に鉛や
他の物質の化学量論的な量をドープして特性を向上させ
ることが可能である（例 （Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ
２Ｃｕ３Ｏ１０）。
【０００３】異方性高温超伝導体は、比較的大きな縦横
比を有する（厚さよりも大きな幅を有する）超伝導テー
プにしばしば形成される。この薄いテープは個別の超伝
導性フィラメントを含む多フィラメント複合超伝導体と
して形成される。フィラメントは多フィラメント複合超
伝導体のほぼ全長にわたって延び、マトリクスを形成す
る材料（例 銀）によって囲まれる。マトリクス形成材
料に対する超伝導材料の比は「充填率」として知られ、
一般に５０％未満である。マトリクス形成材料は導電性
ではあるが超伝導性ではない。超伝導性フィラメントと
マトリクス形成材料とは共に多フィラメント複合伝導体
を形成する。
比を有する（厚さよりも大きな幅を有する）超伝導テー
プにしばしば形成される。この薄いテープは個別の超伝
導性フィラメントを含む多フィラメント複合超伝導体と
して形成される。フィラメントは多フィラメント複合超
伝導体のほぼ全長にわたって延び、マトリクスを形成す
る材料（例 銀）によって囲まれる。マトリクス形成材
料に対する超伝導材料の比は「充填率」として知られ、
一般に５０％未満である。マトリクス形成材料は導電性
ではあるが超伝導性ではない。超伝導性フィラメントと
マトリクス形成材料とは共に多フィラメント複合伝導体
を形成する。
【０００４】高温超伝導体は、ソレノイド、レーストラ
ックマグネット、マルチプルマグネットなどの、超伝導
体がコイル状に巻回された超伝導磁気コイルを製造する
ために使用することが可能である。コイルの温度が充分
に低く高温超伝導体が超伝導状態となっている場合、コ
イルによって発生する磁場の強さ及び電流容量は大幅に
大きくなる。
ックマグネット、マルチプルマグネットなどの、超伝導
体がコイル状に巻回された超伝導磁気コイルを製造する
ために使用することが可能である。コイルの温度が充分
に低く高温超伝導体が超伝導状態となっている場合、コ
イルによって発生する磁場の強さ及び電流容量は大幅に
大きくなる。
【０００５】高温超伝導体は、例として短絡、落雷、一
般的な電力変動などの原因による電気系統における過剰
電流を制限するための限流素子として利用されてきた。
高温超伝導体限流素子は抵抗器型及び誘電子型の限流器
などの各種の異なる構成を有する。
般的な電力変動などの原因による電気系統における過剰
電流を制限するための限流素子として利用されてきた。
高温超伝導体限流素子は抵抗器型及び誘電子型の限流器
などの各種の異なる構成を有する。
【０００６】（発明の概要） 本発明は、コイルの長手方向の中心軸に平行な磁場に対
して低損失磁場特性を与える異方性超伝導材料にて形成
される第１の超伝導体と、コイルの長手方向の中心軸に
垂直な磁場（例えば、作用する磁場の向きが超伝導体テ
ープの広い面と平行なのではなく、垂直である場合）に
対して低損失磁場特性を有する第２の超伝導体とを備え
る超伝導磁気コイルを提供する。
して低損失磁場特性を与える異方性超伝導材料にて形成
される第１の超伝導体と、コイルの長手方向の中心軸に
垂直な磁場（例えば、作用する磁場の向きが超伝導体テ
ープの広い面と平行なのではなく、垂直である場合）に
対して低損失磁場特性を有する第２の超伝導体とを備え
る超伝導磁気コイルを提供する。
【０００７】実施形態において第１の超伝導体は、超伝
導磁気コイルに故障電流が流れる場合に限流を行うため
の導電性を有する通常状態の抵抗特性を有する。本発明
の一般的な態様においては、第１の超伝導体はコイルの
長手方向の中心軸の周囲に巻回され、通常の動作状態に
おいて第１の抵抗特性を有する異方性超伝導体材料にて
形成される。第２の超伝導体はコイルの長手方向の中心
軸の周囲に巻回されるとともに第１の異方性超伝導体に
連結され、通常の動作状態の第１の異方性超伝導体の抵
抗特性よりも低い第２の抵抗特性を通常の動作状態にお
いて有する。
導磁気コイルに故障電流が流れる場合に限流を行うため
の導電性を有する通常状態の抵抗特性を有する。本発明
の一般的な態様においては、第１の超伝導体はコイルの
長手方向の中心軸の周囲に巻回され、通常の動作状態に
おいて第１の抵抗特性を有する異方性超伝導体材料にて
形成される。第２の超伝導体はコイルの長手方向の中心
軸の周囲に巻回されるとともに第１の異方性超伝導体に
連結され、通常の動作状態の第１の異方性超伝導体の抵
抗特性よりも低い第２の抵抗特性を通常の動作状態にお
いて有する。
【０００８】本発明の有利な点として、第１の超伝導体
が所定の抵抗特性を有する点がある。この抵抗特性によ
り、第１の超伝導体は（電流の増大などにより）超伝導
性が失われて、常伝動状態に戻った場合の抵抗として働
いてコイルに流れる電流を限流し、第１の超伝導体自
身、第２の超伝導体、及び超伝導磁気コイルに接続され
た他の要素が損傷することを防止する。すなわち一応用
においては、超伝導磁気コイルは、回路のブレーカが作
動したり、ヒューズがとぶことを可能にする充分な時間
にわたってコイルに流れる電流を限流することにより故
障電流が発生した場合の信頼性の高い保護を与える。こ
れにより超伝導磁気コイル及び系統の他の要素への更な
る電流及び重大な損傷が防止される。通常の超伝導状態
における動作においてはコイルは低損失であり、高い電
流処理能力を示す。
が所定の抵抗特性を有する点がある。この抵抗特性によ
り、第１の超伝導体は（電流の増大などにより）超伝導
性が失われて、常伝動状態に戻った場合の抵抗として働
いてコイルに流れる電流を限流し、第１の超伝導体自
身、第２の超伝導体、及び超伝導磁気コイルに接続され
た他の要素が損傷することを防止する。すなわち一応用
においては、超伝導磁気コイルは、回路のブレーカが作
動したり、ヒューズがとぶことを可能にする充分な時間
にわたってコイルに流れる電流を限流することにより故
障電流が発生した場合の信頼性の高い保護を与える。こ
れにより超伝導磁気コイル及び系統の他の要素への更な
る電流及び重大な損傷が防止される。通常の超伝導状態
における動作においてはコイルは低損失であり、高い電
流処理能力を示す。
【０００９】本発明の別の一態様においては、第１の異
方性超伝導体はコイルの長手方向の中心軸の周囲に巻回
されるとともに超伝導テープとして形成される。この場
合、第１の異方性超伝導体は、超伝導テープの幅広面に
平行な磁場の存在下において低ＡＣ損失特性を与えるよ
うに構成され、第２の超伝導体は第１の異方性超伝導体
とは異なっている。第２の超伝導体はコイルの長手方向
の中心軸の周囲に巻回されるとともに第１の異方性超伝
導体の端部に連結され、第１の異方性超伝導体の超伝導
体テープの幅広面に垂直な磁場の存在下において低ＡＣ
損失特性を与えるように構成される。
方性超伝導体はコイルの長手方向の中心軸の周囲に巻回
されるとともに超伝導テープとして形成される。この場
合、第１の異方性超伝導体は、超伝導テープの幅広面に
平行な磁場の存在下において低ＡＣ損失特性を与えるよ
うに構成され、第２の超伝導体は第１の異方性超伝導体
とは異なっている。第２の超伝導体はコイルの長手方向
の中心軸の周囲に巻回されるとともに第１の異方性超伝
導体の端部に連結され、第１の異方性超伝導体の超伝導
体テープの幅広面に垂直な磁場の存在下において低ＡＣ
損失特性を与えるように構成される。
【００１０】本発明の上述の態様の実施形態は以下の特
徴の１以上を含むことが可能である。第２の超伝導体
は、第１の異方性超伝導体の端部に連結されるとともに
直交磁場の存在下で低ＡＣ損失特性を与えるように構成
される。第２の超伝導体は異方性材料であり、テープの
形態を有する。
徴の１以上を含むことが可能である。第２の超伝導体
は、第１の異方性超伝導体の端部に連結されるとともに
直交磁場の存在下で低ＡＣ損失特性を与えるように構成
される。第２の超伝導体は異方性材料であり、テープの
形態を有する。
【００１１】第１の異方性超伝導体はモノリシック形態
（モノフィラメント、または、互いに近い間隔で配置さ
れ、電気的に完全に結合されていることによりモノフィ
ラメントとして機能する一群のマルチフィラメントの形
態）である。または、モノリシック形態の第１の異方性
超伝導体テープは、全長にわたって延びる個々の超伝導
フィラメントを有する多フィラメント複合超伝導体を有
する。多フィラメント複合超伝導体は通常の状態におい
て約０．１〜１００μΩ・ｃｍ、好ましくは約５〜１０
０μΩ・ｃｍの範囲の抵抗特性を有する。
（モノフィラメント、または、互いに近い間隔で配置さ
れ、電気的に完全に結合されていることによりモノフィ
ラメントとして機能する一群のマルチフィラメントの形
態）である。または、モノリシック形態の第１の異方性
超伝導体テープは、全長にわたって延びる個々の超伝導
フィラメントを有する多フィラメント複合超伝導体を有
する。多フィラメント複合超伝導体は通常の状態におい
て約０．１〜１００μΩ・ｃｍ、好ましくは約５〜１０
０μΩ・ｃｍの範囲の抵抗特性を有する。
【００１２】第１の異方性超伝導体は超伝導体テープの
形態をとることも可能であり、一般に約５：１〜１００
０：１の範囲の縦横比を有する。第１の異方性超伝導体
は約１μΩ・ｃｍよりも大きい抵抗特性を有する熱平衡
材料にて形成される裏当てを有することが可能である。
形態をとることも可能であり、一般に約５：１〜１００
０：１の範囲の縦横比を有する。第１の異方性超伝導体
は約１μΩ・ｃｍよりも大きい抵抗特性を有する熱平衡
材料にて形成される裏当てを有することが可能である。
【００１３】第２の異方性超伝導体は、多フィラメント
複合超伝導体であって、その全長にわたって延びるとと
もにマトリクス形成材料にて囲まれた個々の超伝導フィ
ラメントを有する多フィラメント複合超伝導体を含むテ
ープとして形成することが可能である。
複合超伝導体であって、その全長にわたって延びるとと
もにマトリクス形成材料にて囲まれた個々の超伝導フィ
ラメントを有する多フィラメント複合超伝導体を含むテ
ープとして形成することが可能である。
【００１４】第１及び第２の異方性超伝導体は層状に巻
回することが可能である。また、第１及び第２の異方性
超伝導体を、１重または２重のパンケーキコイルであっ
てそれぞれが隣り合うコイルに電気的に接続されたコイ
ルにて形成することも可能である。
回することが可能である。また、第１及び第２の異方性
超伝導体を、１重または２重のパンケーキコイルであっ
てそれぞれが隣り合うコイルに電気的に接続されたコイ
ルにて形成することも可能である。
【００１５】別の実施形態では、第１及び第２の異方性
超伝導体は「連結配置」として巻回される。この配置で
は、第１の異方性超伝導体の第１の部分が、長手方向の
中心軸に沿って第２の異方性超伝導体に向かう第１の方
向に延びるとともに第１の接合部において第２の異方性
超伝導体の第１の部分の第１の端部に連結される。この
第１の部分の第２の端部は、第１の異方性超伝導体の第
２の部分に連結され、第２の部分は第２の異方性超伝導
体から遠ざかる第２の方向に長手方向の中心軸に沿って
延びる。
超伝導体は「連結配置」として巻回される。この配置で
は、第１の異方性超伝導体の第１の部分が、長手方向の
中心軸に沿って第２の異方性超伝導体に向かう第１の方
向に延びるとともに第１の接合部において第２の異方性
超伝導体の第１の部分の第１の端部に連結される。この
第１の部分の第２の端部は、第１の異方性超伝導体の第
２の部分に連結され、第２の部分は第２の異方性超伝導
体から遠ざかる第２の方向に長手方向の中心軸に沿って
延びる。
【００１６】第１及び第２の異方性超伝導体は高温超伝
導体である。特定の実施形態においては、第２の超伝導
体はコイルの超伝導体の全体量の約５％〜３０％、例と
して１０％の部分を構成する。他の利点及び特徴は以下
の説明文及び特許請求の範囲から明らかとなるであろ
う。
導体である。特定の実施形態においては、第２の超伝導
体はコイルの超伝導体の全体量の約５％〜３０％、例と
して１０％の部分を構成する。他の利点及び特徴は以下
の説明文及び特許請求の範囲から明らかとなるであろ
う。
【００１７】（発明の詳細な説明） 図１を参照すると、高い機械的耐久性を有する高性能超
伝導コイルアセンブリ５は鉄心６と中央領域１１及び端
部領域１４を有する超伝導コイル８とを備える。後に詳
述するように中央領域１１を形成するうえで用いられる
超伝導材料は、端部領域１４を形成するうえで用いられ
る超伝導材料と異なる特性を有する。具体的には、中央
領域１１は、超伝導状態において低損失特性を有し常伝
導状態においては比較的高い抵抗特性を有する伝導体１
８（図３）にて形成され、コイルアセンブリ１０の限流
部分として機能する。すなわち、故障電流が発生した場
合、導電体１８はコイルアセンブリ１０の過熱による損
傷を防止するだけの充分な時間にわたって通常の非超伝
導状態に転移する。常伝導状態の伝導体によって電流が
制限されている間にブレーカやヒューズを使用して回路
を開き、更なる電流を防止することが可能である。
伝導コイルアセンブリ５は鉄心６と中央領域１１及び端
部領域１４を有する超伝導コイル８とを備える。後に詳
述するように中央領域１１を形成するうえで用いられる
超伝導材料は、端部領域１４を形成するうえで用いられ
る超伝導材料と異なる特性を有する。具体的には、中央
領域１１は、超伝導状態において低損失特性を有し常伝
導状態においては比較的高い抵抗特性を有する伝導体１
８（図３）にて形成され、コイルアセンブリ１０の限流
部分として機能する。すなわち、故障電流が発生した場
合、導電体１８はコイルアセンブリ１０の過熱による損
傷を防止するだけの充分な時間にわたって通常の非超伝
導状態に転移する。常伝導状態の伝導体によって電流が
制限されている間にブレーカやヒューズを使用して回路
を開き、更なる電流を防止することが可能である。
【００１８】端部領域１４は伝導体２２（図５）にて形
成される。伝導体２２は中央領域１１の伝導体１８と異
なり、直交磁場の存在下で低ＡＣ損失特性を与えるよう
に構成されている。伝導体２２がこのように構成されて
いる理由は端部領域１４において超伝導磁気コイルアセ
ンブリ１０から出る磁力線が伝導体２２の平面（超伝導
体テープの広い面に平行な面）に対して垂直となりこれ
らの領域における臨界電流密度が大幅に低下することに
よる。実際、臨界電流は磁場が伝導体平面に対して直交
するときに最小となる。
成される。伝導体２２は中央領域１１の伝導体１８と異
なり、直交磁場の存在下で低ＡＣ損失特性を与えるよう
に構成されている。伝導体２２がこのように構成されて
いる理由は端部領域１４において超伝導磁気コイルアセ
ンブリ１０から出る磁力線が伝導体２２の平面（超伝導
体テープの広い面に平行な面）に対して垂直となりこれ
らの領域における臨界電流密度が大幅に低下することに
よる。実際、臨界電流は磁場が伝導体平面に対して直交
するときに最小となる。
【００１９】図２を参照すると、一実施形態において超
伝導コイル１０は互いに接続された２重「パンケーキ」
コイル１２ａ，１２ｂにて構成される中央領域１１と端
部領域１４とを有する。図に示される中央領域１１は７
個の別々の２重パンケーキ部分１２ａを有し、各端部領
域１４は１重パンケーキ部分１２ｂを有する。各２重
「パンケーキ」コイル１２ａ，１２ｂは、互いに平行に
巻回されるとともに中心軸を一致させて上下に積層され
た共有巻回超伝導体を有し、隣り合うコイル同士は絶縁
体１６の層によって隔離されている。
伝導コイル１０は互いに接続された２重「パンケーキ」
コイル１２ａ，１２ｂにて構成される中央領域１１と端
部領域１４とを有する。図に示される中央領域１１は７
個の別々の２重パンケーキ部分１２ａを有し、各端部領
域１４は１重パンケーキ部分１２ｂを有する。各２重
「パンケーキ」コイル１２ａ，１２ｂは、互いに平行に
巻回されるとともに中心軸を一致させて上下に積層され
た共有巻回超伝導体を有し、隣り合うコイル同士は絶縁
体１６の層によって隔離されている。
【００２０】内部支持管１７が中央領域１１及び端部領
域１４のコイルを支持する。内部支持管１７の両端には
端部部材２０が取り付けられ中央領域１１及び端部領域
１４のコイルを押圧する。内部支持管１７及び端部部材
２０はアルミニウムやプラスチックなどの電気絶縁性の
非磁性材料（例 Ｇ−１０）にて形成される。
域１４のコイルを支持する。内部支持管１７の両端には
端部部材２０が取り付けられ中央領域１１及び端部領域
１４のコイルを押圧する。内部支持管１７及び端部部材
２０はアルミニウムやプラスチックなどの電気絶縁性の
非磁性材料（例 Ｇ−１０）にて形成される。
【００２１】図３を参照すると伝導体１８の各２重パン
ケーキコイル１２ａは薄いテープとして形成されたＨＴ
Ｓ異方性超伝導体から構成されている。薄いテープ形状
により伝導体を比較的小さな径となるように折り曲げる
ことが可能であり、コイルの巻線密度を大きくすること
が可能である。この種の超伝導テープを使用した２重パ
ンケーキ超伝導コイルの製造方法はここに援用する、本
発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，５３１，０１
５号に述べられている。
ケーキコイル１２ａは薄いテープとして形成されたＨＴ
Ｓ異方性超伝導体から構成されている。薄いテープ形状
により伝導体を比較的小さな径となるように折り曲げる
ことが可能であり、コイルの巻線密度を大きくすること
が可能である。この種の超伝導テープを使用した２重パ
ンケーキ超伝導コイルの製造方法はここに援用する、本
発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，５３１，０１
５号に述べられている。
【００２２】伝導体１８は比較的長く、約５：１〜１０
００：１の比較的大きな縦横比を有する。ＢＳＣＣＯフ
ァミリーから形成された超伝導テープでは縦横比は一般
に約５：１〜２０：１であり、ＹＢＣＯファミリーから
形成されるテープでは縦横比は一般に約１００：１〜１
０００：１、通常は約４００：１である。伝導体１８は
モノリシックである。これはＨＴＳ異方性超伝導体はモ
ノフィラメント１５、もしくは互いに近い間隔で配置さ
れることにより、電気的に完全に結合されてモノフィラ
メントとして機能する一群のマルチフィラメントの形態
をとるということである。中央領域１１では磁場は中心
軸にほぼ平行であるため、モノリシック伝導体１８は端
部領域１４の伝導体２２と同様の影響を受けることはな
く、比較的低いＡＣ損失特性を与える。
００：１の比較的大きな縦横比を有する。ＢＳＣＣＯフ
ァミリーから形成された超伝導テープでは縦横比は一般
に約５：１〜２０：１であり、ＹＢＣＯファミリーから
形成されるテープでは縦横比は一般に約１００：１〜１
０００：１、通常は約４００：１である。伝導体１８は
モノリシックである。これはＨＴＳ異方性超伝導体はモ
ノフィラメント１５、もしくは互いに近い間隔で配置さ
れることにより、電気的に完全に結合されてモノフィラ
メントとして機能する一群のマルチフィラメントの形態
をとるということである。中央領域１１では磁場は中心
軸にほぼ平行であるため、モノリシック伝導体１８は端
部領域１４の伝導体２２と同様の影響を受けることはな
く、比較的低いＡＣ損失特性を与える。
【００２３】モノリシック伝導体１８としては、ここに
援用する、発明の名称が“Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏ
ｆ Ｈｉｇｈｌｙ Ｔｅｘｔｕｒｅｄ Ｏｘｉｄｅ Ｓ
ｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｆｉｌｍｓ ｆｒｏｍ
ＭＯＤ Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ”
である、Ｃｉｍａ等に付与された米国特許第５，２３
１，０７４号に述べられるような希土類銅酸化物ファミ
リー（ＹＢＣＯ）の材料を使用することが可能である。
また、伝導体１８は、通常個々の超伝導フィラメントが
マトリクス形成材料によって囲まれた複合材料として構
成されるビスマス−ストロンチウム−カルシウム−銅酸
化物ファミリー（ＢＳＣＣＯ）などの他の銅酸化物セラ
ミック超伝導体にて形成することが可能である。こうし
た複合超伝導テープについては米国特許第５，５３１，
０５１号に述べられている。
援用する、発明の名称が“Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏ
ｆ Ｈｉｇｈｌｙ Ｔｅｘｔｕｒｅｄ Ｏｘｉｄｅ Ｓ
ｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｆｉｌｍｓ ｆｒｏｍ
ＭＯＤ Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ”
である、Ｃｉｍａ等に付与された米国特許第５，２３
１，０７４号に述べられるような希土類銅酸化物ファミ
リー（ＹＢＣＯ）の材料を使用することが可能である。
また、伝導体１８は、通常個々の超伝導フィラメントが
マトリクス形成材料によって囲まれた複合材料として構
成されるビスマス−ストロンチウム−カルシウム−銅酸
化物ファミリー（ＢＳＣＣＯ）などの他の銅酸化物セラ
ミック超伝導体にて形成することが可能である。こうし
た複合超伝導テープについては米国特許第５，５３１，
０５１号に述べられている。
【００２４】図４を参照すると、伝導体１８は例として
ステンレス鋼、ニッケル、または他の適当な合金から形
成される熱平衡裏当て１９上にラミネートされている。
伝導体１８の抵抗加熱が大きい場合があるため、裏当て
１９はコイルアセンブリ１０を流れる電流に対して高抵
抗流路を与える一方で伝導体１８の温度を安全なレベル
に維持するためのヒートシンクとして機能する。裏当て
１９は約１０μΩ・ｃｍの抵抗特性を有する。伝導体１
８がＹＢＣＯ材料から形成される場合、電流のほぼ全体
が裏当て１９を流れる。これに対し複合超伝導材料が用
いられる場合（例 ＢＳＣＣＯにて形成される場合）、
電流は約０．１〜１００μΩ・ｃｍの抵抗特性を有する
複合材料のマトリクス材にも流れ得る。
ステンレス鋼、ニッケル、または他の適当な合金から形
成される熱平衡裏当て１９上にラミネートされている。
伝導体１８の抵抗加熱が大きい場合があるため、裏当て
１９はコイルアセンブリ１０を流れる電流に対して高抵
抗流路を与える一方で伝導体１８の温度を安全なレベル
に維持するためのヒートシンクとして機能する。裏当て
１９は約１０μΩ・ｃｍの抵抗特性を有する。伝導体１
８がＹＢＣＯ材料から形成される場合、電流のほぼ全体
が裏当て１９を流れる。これに対し複合超伝導材料が用
いられる場合（例 ＢＳＣＣＯにて形成される場合）、
電流は約０．１〜１００μΩ・ｃｍの抵抗特性を有する
複合材料のマトリクス材にも流れ得る。
【００２５】端部領域１４も高温超伝導体にて形成され
るが、中央領域１１を巻回するために使用される材料と
は異なる材料から形成される。等方性超伝導材料を使用
することが可能であるが、多くの応用においてＢＳＣＣ
Ｏ型複合超伝導体などの異方性超伝導体を使用すること
が好ましい。
るが、中央領域１１を巻回するために使用される材料と
は異なる材料から形成される。等方性超伝導材料を使用
することが可能であるが、多くの応用においてＢＳＣＣ
Ｏ型複合超伝導体などの異方性超伝導体を使用すること
が好ましい。
【００２６】図５及び図６を参照すると、端部領域１４
はモノリシック形態ではない。伝導体２２は個別の超伝
導フィラメント２７を有する多フィラメント複合超伝導
体から形成される薄いテープ２４である。フィラメント
２７は多フィラメント複合伝導体のほぼ全長にわたって
延び、通常、銀や他の貴金属であるマトリクス形成材料
２８によって囲まれる。他の実施形態においては、所定
の縦横比を有する多フィラメントストランドが組み合わ
せられる。多フィラメントストランドは、好ましくは例
として多ストランドケーブル２８の図（図６）に示され
るように捻じれた構造となっている。個々の多フィラメ
ントストランドを捻り、かつこれらを高い抵抗特性を有
するマトリクス材にて分離することは直交磁場の存在下
で低いＡＣ損失特性を得るうえで重要である。伝導体２
２を形成するうえで好適な超伝導体のタイプ及びそれら
の製造方法に関する詳細が、Ｇ．Ｌ．Ｓｎｉｃｈｌｅ
ｒ，Ｇ．Ｎ．Ｒｉｌｅｙ，Ｊｒ．，Ａ．Ｐ．Ｍａｌｏｚ
ｅｍｏｆｆ及びＣ．Ｊ．Ｃｈｒｉｓｔｐｈｅｒｓｏｎに
より１９９５年５月１９日に出願された、発明の名称が
“Ｎｏｖｅｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈ
ｏｄ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｍｉｎ
ｉｍｉｚｉｎｇ Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ
Ｌｏｓｓｅｓ ｉｎ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎ
ｇ Ｏｘｉｄｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ａｒｔｉｃｌｅ
ｓ”である、本発明の譲受人に譲渡された同時係属中の
米国特許出願第０８／４４４，５６４号に述べられてお
り、ここにその開示を援用するものである。更に他の超
伝導体及びその製造方法が、Ｇ．Ｌ．Ｓｎｉｔｃｈｌｅ
ｒ，Ｊ．Ｍ．Ｓｅｕｎｔｊｅｎｓ，Ｗ．Ｌ．Ｂａｒｎｅ
ｓ及びＧ．Ｎ．Ｒｉｌｅｙにより１９９５年１１月７日
に出願された、発明の名称が“Ｃａｂｌｅｄ Ｃｏｎｄ
ｕｃｔｏｒｓ Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ａｎｉｓｏｔｒ
ｏｐｉｃ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｃｏｍｐ
ｏｕｎｄｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍａｋｉ
ｎｇ Ｔｈｅｍ”である、本発明の譲受人に譲渡された
同時係属中の米国特許出願第０８／５５４，８１４号に
述べられており、ここにその開示を援用するものであ
る。１９９６年９月２５日に出願された、発明の名称が
“Ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ ｏｆ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕ
ｃｔｉｎｇ Ｆｉｌａｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｈｉｇｈ Ｔ
ｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎ
ｇ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ”である、本発明の譲受人に
譲渡された米国特許出願第０８／７１９，９８７号にも
伝導体２２に好適な超伝導線材の製造方法について述べ
られており、ここにその開示を援用するものである。
はモノリシック形態ではない。伝導体２２は個別の超伝
導フィラメント２７を有する多フィラメント複合超伝導
体から形成される薄いテープ２４である。フィラメント
２７は多フィラメント複合伝導体のほぼ全長にわたって
延び、通常、銀や他の貴金属であるマトリクス形成材料
２８によって囲まれる。他の実施形態においては、所定
の縦横比を有する多フィラメントストランドが組み合わ
せられる。多フィラメントストランドは、好ましくは例
として多ストランドケーブル２８の図（図６）に示され
るように捻じれた構造となっている。個々の多フィラメ
ントストランドを捻り、かつこれらを高い抵抗特性を有
するマトリクス材にて分離することは直交磁場の存在下
で低いＡＣ損失特性を得るうえで重要である。伝導体２
２を形成するうえで好適な超伝導体のタイプ及びそれら
の製造方法に関する詳細が、Ｇ．Ｌ．Ｓｎｉｃｈｌｅ
ｒ，Ｇ．Ｎ．Ｒｉｌｅｙ，Ｊｒ．，Ａ．Ｐ．Ｍａｌｏｚ
ｅｍｏｆｆ及びＣ．Ｊ．Ｃｈｒｉｓｔｐｈｅｒｓｏｎに
より１９９５年５月１９日に出願された、発明の名称が
“Ｎｏｖｅｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈ
ｏｄ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｍｉｎ
ｉｍｉｚｉｎｇ Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ
Ｌｏｓｓｅｓ ｉｎ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎ
ｇ Ｏｘｉｄｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ａｒｔｉｃｌｅ
ｓ”である、本発明の譲受人に譲渡された同時係属中の
米国特許出願第０８／４４４，５６４号に述べられてお
り、ここにその開示を援用するものである。更に他の超
伝導体及びその製造方法が、Ｇ．Ｌ．Ｓｎｉｔｃｈｌｅ
ｒ，Ｊ．Ｍ．Ｓｅｕｎｔｊｅｎｓ，Ｗ．Ｌ．Ｂａｒｎｅ
ｓ及びＧ．Ｎ．Ｒｉｌｅｙにより１９９５年１１月７日
に出願された、発明の名称が“Ｃａｂｌｅｄ Ｃｏｎｄ
ｕｃｔｏｒｓ Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ａｎｉｓｏｔｒ
ｏｐｉｃ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｃｏｍｐ
ｏｕｎｄｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍａｋｉ
ｎｇ Ｔｈｅｍ”である、本発明の譲受人に譲渡された
同時係属中の米国特許出願第０８／５５４，８１４号に
述べられており、ここにその開示を援用するものであ
る。１９９６年９月２５日に出願された、発明の名称が
“Ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ ｏｆ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕ
ｃｔｉｎｇ Ｆｉｌａｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｈｉｇｈ Ｔ
ｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎ
ｇ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ”である、本発明の譲受人に
譲渡された米国特許出願第０８／７１９，９８７号にも
伝導体２２に好適な超伝導線材の製造方法について述べ
られており、ここにその開示を援用するものである。
【００２７】特定の応用においては、超伝導フィラメン
ト及びマトリクス形成材料は絶縁層３０内に封入され
る。異方性超伝導材料をテープとして形成する場合、作
用する磁場の方向がテープの幅広の面に対して直交する
とき、この幅広の面に対して磁場が平行であるときと比
較して臨界電流はしばしば小さい。端部領域１４の伝導
体２２は通常の状態において中央領域１１の伝導体１８
の抵抗特性よりも小さい抵抗特性を有する。
ト及びマトリクス形成材料は絶縁層３０内に封入され
る。異方性超伝導材料をテープとして形成する場合、作
用する磁場の方向がテープの幅広の面に対して直交する
とき、この幅広の面に対して磁場が平行であるときと比
較して臨界電流はしばしば小さい。端部領域１４の伝導
体２２は通常の状態において中央領域１１の伝導体１８
の抵抗特性よりも小さい抵抗特性を有する。
【００２８】再び図２を参照すると、銀などの導電性金
属の短い導線３４からなる電気的接続により個々のコイ
ルは直列に接続される。各コイルは導電性のハンダ付け
を用いて接続することも可能である。特定の応用におい
ては、接続材料の短い導線は超伝導材料にて形成され
る。所定の長さの超伝導材料線（図に示されていない）
によってコイルアセンブリ１０の一端を端部部材２０上
に配される端末ポストに接続し、コイルアセンブリ１０
に電流を供給する。磁場ベクトル２６がコイルアセンブ
リ１０の上部を形成する端部部材１８に対してほぼ垂直
である（長手方向の中心軸３１に沿った方向）ため電流
は反時計回りに流れる。
属の短い導線３４からなる電気的接続により個々のコイ
ルは直列に接続される。各コイルは導電性のハンダ付け
を用いて接続することも可能である。特定の応用におい
ては、接続材料の短い導線は超伝導材料にて形成され
る。所定の長さの超伝導材料線（図に示されていない）
によってコイルアセンブリ１０の一端を端部部材２０上
に配される端末ポストに接続し、コイルアセンブリ１０
に電流を供給する。磁場ベクトル２６がコイルアセンブ
リ１０の上部を形成する端部部材１８に対してほぼ垂直
である（長手方向の中心軸３１に沿った方向）ため電流
は反時計回りに流れる。
【００２９】図２に基づいて上述した実施形態ではパン
ケーキ型のコイルを利用しているが、他の巻回構成も請
求の範囲に含まれるものである。例として、図７を参照
すると、超伝導コイル４０は異方性超伝導材料から形成
されたテープ４４にて層状に巻回された中央領域４２を
有する。積層化構成においては、テープ４４にコイル４
０の長手方向の中心軸４６に沿ってコイル４０の一端か
らコイル４０の他端に到るまでその前に巻かれたテープ
に隣り合うようにして連続的に巻かれ、コイルの第１の
層を形成する。次にテープ４４は中心軸４６に沿ってコ
イルの第１の層の上に逆方向に巻回される。この巻き方
をコイル４０の所望の巻き数が得られるまで繰返す。端
部領域４８は図２に基づいて上述した要領で１重まなは
２重パンケーキコイルとして巻回するか、または層状に
巻回することが可能である。端部領域４８は金属または
ハンダ付け接続を用いて中央領域４２に接続される。
ケーキ型のコイルを利用しているが、他の巻回構成も請
求の範囲に含まれるものである。例として、図７を参照
すると、超伝導コイル４０は異方性超伝導材料から形成
されたテープ４４にて層状に巻回された中央領域４２を
有する。積層化構成においては、テープ４４にコイル４
０の長手方向の中心軸４６に沿ってコイル４０の一端か
らコイル４０の他端に到るまでその前に巻かれたテープ
に隣り合うようにして連続的に巻かれ、コイルの第１の
層を形成する。次にテープ４４は中心軸４６に沿ってコ
イルの第１の層の上に逆方向に巻回される。この巻き方
をコイル４０の所望の巻き数が得られるまで繰返す。端
部領域４８は図２に基づいて上述した要領で１重まなは
２重パンケーキコイルとして巻回するか、または層状に
巻回することが可能である。端部領域４８は金属または
ハンダ付け接続を用いて中央領域４２に接続される。
【００３０】図８を参照すると、別の一実施形態におい
て超伝導コイル５０は、高温異方性超伝導材料が層状に
巻回されることにより構成された中央領域５２を有す
る。この場合、図３のコイル４０と異なり、中央領域５
０は高温異方性超伝導材料の個別の所定長さ部分５４
ａ，５４ｂ，５４ｃにて形成される。長さ部分５４ａ，
５４ｂ，５４ｃのそれぞれは端部領域５６において低電
流密度伝導体を有する高温異方性超伝導材料の対応する
長さ部分５８ａ，５８ｂ，５８ｃに（例としてハンダや
導電性金属接合を用いて）接続される。
て超伝導コイル５０は、高温異方性超伝導材料が層状に
巻回されることにより構成された中央領域５２を有す
る。この場合、図３のコイル４０と異なり、中央領域５
０は高温異方性超伝導材料の個別の所定長さ部分５４
ａ，５４ｂ，５４ｃにて形成される。長さ部分５４ａ，
５４ｂ，５４ｃのそれぞれは端部領域５６において低電
流密度伝導体を有する高温異方性超伝導材料の対応する
長さ部分５８ａ，５８ｂ，５８ｃに（例としてハンダや
導電性金属接合を用いて）接続される。
【００３１】図９を参照すると、超伝導変圧器６０は低
電圧（大電流）コイル６２及び高電圧（小電流）コイル
６４を有し、各コイルは鉄心（図に示されていない）の
周囲に高分子チューブマンドレル６６上に巻回されてい
る。この実施形態においては低電圧コイル６２は４層で
あり、高電圧コイルは２０層である。各コイル６２，６
４は室温に保たれた鉄心とともに液体窒素が入った容器
（図に示されていない）に入れられるため、電流によっ
て発生する、鉄心中に放散される熱は、低温容器中には
伝達されない。上記の説明に関連し、低電圧コイル６２
及び高電圧コイル６４は、限流を行うための中央領域６
６，６８、及び直交磁場の存在下において低ＡＣ損失特
性を維持するための端部領域７０，７２をそれぞれ有す
る。
電圧（大電流）コイル６２及び高電圧（小電流）コイル
６４を有し、各コイルは鉄心（図に示されていない）の
周囲に高分子チューブマンドレル６６上に巻回されてい
る。この実施形態においては低電圧コイル６２は４層で
あり、高電圧コイルは２０層である。各コイル６２，６
４は室温に保たれた鉄心とともに液体窒素が入った容器
（図に示されていない）に入れられるため、電流によっ
て発生する、鉄心中に放散される熱は、低温容器中には
伝達されない。上記の説明に関連し、低電圧コイル６２
及び高電圧コイル６４は、限流を行うための中央領域６
６，６８、及び直交磁場の存在下において低ＡＣ損失特
性を維持するための端部領域７０，７２をそれぞれ有す
る。
【００３２】特定の応用に応じて、各変圧器の中央領域
６６，６８及び端部領域７０，７２において用いられる
超伝導体の構成は異なる。定格３０ＭＶＡの変圧器の一
実施形態では、端部領域７０，７２は巻数２４の伝導体
を有し（各端部で巻数１２づつ）、中央領域６６，６８
は巻数５１の限流線を有する。
６６，６８及び端部領域７０，７２において用いられる
超伝導体の構成は異なる。定格３０ＭＶＡの変圧器の一
実施形態では、端部領域７０，７２は巻数２４の伝導体
を有し（各端部で巻数１２づつ）、中央領域６６，６８
は巻数５１の限流線を有する。
【００３３】図１０を参照すると、ＲＭＳ径方向コイル
磁場（単位テスラ）がコイルの軸方向の長さの比率の関
数として示されたグラフにおいて、径方向の磁場はコイ
ルの中央領域ではほとんど存在せず、端部領域において
急激に増大することが示されている。すなわちモノリシ
ック状の限流線は径方向磁場が小さい中央領域６６，６
８においてのみ配される。
磁場（単位テスラ）がコイルの軸方向の長さの比率の関
数として示されたグラフにおいて、径方向の磁場はコイ
ルの中央領域ではほとんど存在せず、端部領域において
急激に増大することが示されている。すなわちモノリシ
ック状の限流線は径方向磁場が小さい中央領域６６，６
８においてのみ配される。
【００３４】下記に示す表は、低損失端部領域を有する
変圧器と有さない変圧器との性能比較を示したものであ
る。伝導体２２の端部領域１４を有する変圧器のＡＣ損
失は縦横比の小さい線材を用いることによりある程度低
減することが可能である。表１に示される縦横比の小さ
いモノリスの場合、端部の巻線の縦横比は約４倍異なっ
ている。すなわち、特定の応用に対して、変圧器は縦横
比の小さいモノリスを有する伝導体２２を備えることが
可能である。
変圧器と有さない変圧器との性能比較を示したものであ
る。伝導体２２の端部領域１４を有する変圧器のＡＣ損
失は縦横比の小さい線材を用いることによりある程度低
減することが可能である。表１に示される縦横比の小さ
いモノリスの場合、端部の巻線の縦横比は約４倍異なっ
ている。すなわち、特定の応用に対して、変圧器は縦横
比の小さいモノリスを有する伝導体２２を備えることが
可能である。
【表１】 ［図面の簡単な説明］
【図１】「パンケーキ」コイルを有する本発明の超伝導
コイルの側断面図。
コイルの側断面図。
【図２】「パンケーキ」コイルを有する図１の超伝導コ
イルの側断面図。
イルの側断面図。
【図３】図１の超伝導コイルの中央領域に用いられる超
伝導テープを示す側面図。
伝導テープを示す側面図。
【図４】積層化熱裏当て層を有する図３の超伝導テープ
を示す側面図。
を示す側面図。
【図５】図１の超伝導コイルの端部領域に用いられる多
フィラメント複合伝導体の断面図。
フィラメント複合伝導体の断面図。
【図６】図５の多フィラメント複合伝導体用の多ストラ
ンドケーブルを示す拡大斜視図。
ンドケーブルを示す拡大斜視図。
【図７】本発明に基づく別の超伝導コイルを示す斜視
図。
図。
【図８】本発明の別の超伝導コイルの一部の側断面図。
【図９】本発明の超伝導コイルを有する変圧器の一部の
側断面図。
側断面図。
【図１０】ＲＭＳ径方向コイル場を軸方向のコイルの長
さの割合の関数として表したグラフ。
さの割合の関数として表したグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スニッチラー、グレゴリー エル. アメリカ合衆国 01545 マサチューセ ッツ州 シュルーズベリー イレタ ロ ード 64 (72)発明者 セウントジェンズ、ジェフリー エム. シンガポール国 809352 ジャラン バ ンガウ ７ (56)参考文献 特開 昭54−3493（ＪＰ，Ａ) 国際公開95／20228（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01F 6/00 - 6/06
Claims (48)
- 【請求項１】 長手方向の中心軸に沿って配置された中
心部と２つの端部を備える超伝導磁気コイルアセンブリ
であって、前記コイルアセンブリの長手方向の中心軸に
沿って変化する磁場を発生するための超伝導磁気コイル
アセンブリにおいて、前記アセンブリは、 該コイルアセンブリの中心部の領域において長手方向の
中心軸の周りに巻回されるとともに第１のコイル部を形
成する第１の異方性超伝導体であって、通常の動作状態
において第１の抵抗特性を有する第１の異方性超伝導体
と、 前記コイルアセンブリの少なくとも一方の端部の領域に
おいて、長手方向の中心軸の周囲に巻回されるとともに
少なくとも一つの第２のコイル部を形成する第２の超伝
導体と、前記第２のコイル部は前記第１のコイル部と直
列に接続されていることと、前記第２の超伝導体は、超
伝導の動作状態で、かつ前記長手方向の中心軸に垂直に
指向する磁場の存在下において、そのＡＣ損失特性が前
記第１の超伝導体のＡＣ損失特性より低く、かつ、通常
の動作状態における第１の異方性超伝導体の抵抗特性よ
りも低い第２の抵抗特性を、通常の動作状態において有
することからなる超伝導磁気コイルアセンブリ。 - 【請求項２】 前記第２の超伝導体は異方性超伝導材料
にて形成される請求項１に記載の超伝導磁気コイルアセ
ンブリ。 - 【請求項３】 前記第１の異方性超伝導体は超伝導体テ
ープの形態である請求項２に記載の超伝導磁気コイルア
センブリ。 - 【請求項４】 前記第１の異方性超伝導体テープはモノ
リシック形態である請求項３に記載の超伝導磁気コイル
アセンブリ。 - 【請求項５】 前記モノリシック形態の第１の異方性超
伝導体テープは単フィラメント超伝導体の形態である請
求項４に記載の超伝導磁気コイルアセンブリ。 - 【請求項６】 前記モノリシック形態の第１の異方性超
伝導体テープは、全長にわたって延びる個々の超伝導フ
ィラメントを有する多フィラメント複合超伝導体を有す
る請求項４に記載の超伝導磁気コイルアセンブリ。 - 【請求項７】 前記第１の抵抗特性はその通常状態にお
いて約１０〜５０μΩ・ｃｍの範囲である請求項６に記
載の超伝導磁気コイルアセンブリ。 - 【請求項８】 前記超伝導体テープは約２００：１〜５
００：１の範囲の縦横比を有する請求項３に記載の超伝
導磁気コイルアセンブリ。 - 【請求項９】 前記超伝導体テープは熱平衡材料にて形
成される裏当てを有する請求項３に記載の超伝導磁気コ
イルアセンブリ。 - 【請求項１０】 前記裏当ては約１０μΩ・ｃｍよりも
大きい抵抗特性を有する請求項９に記載の超伝導磁気コ
イルアセンブリ。 - 【請求項１１】 前記第２の異方性超伝導体は超伝導体
テープとして形成される請求項２に記載の超伝導磁気コ
イルアセンブリ。 - 【請求項１２】 前記第２の異方性超伝導体は超伝導体
テープは、多フィラメント複合超伝導体であって、その
全長にわたって延びるとともにマトリクス形成材料にて
囲まれた個々の超伝導フィラメントを有する多フィラメ
ント複合超伝導体を含む請求項１１に記載の超伝導磁気
コイルアセンブリ。 - 【請求項１３】 前記第２の異方性超伝導体の個々の超
伝導フィラメントは撚られている請求項１２に記載の超
伝導磁気コイルアセンブリ。 - 【請求項１４】 前記第１の超伝導体は層状に巻回され
る請求項２に記載の超伝導磁気コイルアセンブリ。 - 【請求項１５】 前記第１の超伝導体はパンケーキコイ
ルであってそれぞれが隣り合うコイルに接続された複数
のパンケーキコイルにて形成される請求項２に記載の超
伝導磁気コイルアセンブリ。 - 【請求項１６】 前記第１の超伝導体は２重パンケーキ
コイルにて形成される請求項１５に記載の超伝導磁気コ
イルアセンブリ。 - 【請求項１７】 前記第２の超伝導体はパンケーキコイ
ルとして巻回される請求項２に記載の超伝導磁気コイル
アセンブリ。 - 【請求項１８】 前記第２の超伝導体はパンケーキコイ
ルとして巻回される請求項１４に記載の超伝導磁気コイ
ルアセンブリ。 - 【請求項１９】 前記第２の異方性超伝導体はパンケー
キコイルとして巻回される請求項１５に記載の超伝導磁
気コイルアセンブリ。 - 【請求項２０】 前記第１の超伝導体の第１の部分は、
前記長手方向の中心軸に沿って前記第２の超伝導体に向
かう第１の方向に延びるとともに第１の接合部において
第２の超伝導体の第１の部分の第１の端部に連結され、
該第１の部分の第２の端部は前記第１の超伝導体の第２
の部分に連結され、該第２の部分は第２の超伝導体から
遠ざかる第２の方向に前記長手方向の中心軸に沿って延
びる請求項２に記載の超伝導磁気コイルアセンブリ。 - 【請求項２１】 前記第１及び第２の超伝導体は高温超
伝導体である請求項２に記載の超伝導磁気コイルアセン
ブリ。 - 【請求項２２】 前記第１の超伝導体はコイルの超伝導
体の全体量の５０％よりも大きい部分を構成する請求項
２に記載の超伝導磁気コイルアセンブリ。 - 【請求項２３】 前記第２の超伝導体はコイルの超伝導
体の全体量の５％〜３０％の部分を構成する請求項２に
記載の超伝導磁気コイルアセンブリ。 - 【請求項２４】 前記第２の超伝導体はコイルの超伝導
体の全体量の約１０％を構成する請求項２３に記載の超
伝導磁気コイルアセンブリ。 - 【請求項２５】 長手方向の中心軸に沿って配置された
中心部と２つの端部とを備える超伝導磁気コイルアセン
ブリであって、前記コイルアセンブリの長手方向の中心
軸に沿って変化する磁場を発生するための超伝導磁気コ
イルアセンブリにおいて、 該コイルアセンブリの中心部の領域において長手方向の
中心軸の周囲に巻回されるとともに第１のコイル部を形
成する第１の異方性超伝導体と、前記第１の異方性超伝
導体は、幅広面を有する超伝導テープとして形成される
とともに、超伝導状態において、超伝導体テープの前記
幅広面に平行な磁場の存在下において低ＡＣ損失特性を
与えるように構成されることと、 第１の異方性超伝導体とは異なり、かつ前記端部の少な
くとも１つの領域において前記コイルアセンブリの長手
方向の軸の周りに巻回されるとともに少なくとも１つの
第２のコイル部を形成する第２の超伝導体と、前記第２
の超伝導体は、超伝導状態において、第１の異方性超伝
導体の端部に連結されるとともに第１の異方性超伝導体
の前記超伝導体テープの幅広面に平行な磁場の存在下に
おいて低ＡＣ損失特性を与えるように構成されること
と、前記第２の超伝導体のＡＣ損失特性は、前記第１の
超伝導体のＡＣ損失特性より低い超伝導磁気コイルアセ
ンブリ。 - 【請求項２６】 前記第２の超伝導体は異方性超伝導材
料にて形成される請求項２５に記載の超伝導磁気コイル
アセンブリ。 - 【請求項２７】 前記第１の異方性超伝導体はモノリシ
ック形態である請求項２６に記載の超伝導磁気コイルア
センブリ。 - 【請求項２８】 前記モノリシック形態の第１の異方性
超伝導体は単フィラメント超伝導体の形態である請求項
２７に記載の超伝導磁気コイルアセンブリ。 - 【請求項２９】 前記モノリシック形態の第１の異方性
超伝導体テープは、全長にわたって延びる個々の超伝導
フィラメントを有する多フィラメント複合超伝導体を有
する請求項２７に記載の超伝導磁気コイルアセンブリ。 - 【請求項３０】 前記多フィラメント複合超伝導体は通
常の状態において約１０〜５０μΩ・ｃｍの範囲の抵抗
特性を有する請求項２９に記載の超伝導磁気コイルアセ
ンブリ。 - 【請求項３１】 前記超伝導体テープは約２００：１〜
５００：１の範囲の縦横比を有する請求項２５に記載の
超伝導磁気コイルアセンブリ。 - 【請求項３２】 前記超伝導体テープは熱平衡材料にて
形成される裏当てを有する請求項２５に記載の超伝導磁
気コイルアセンブリ。 - 【請求項３３】 前記裏当ては約１０μΩ・ｃｍよりも
大きい抵抗特性を有する請求項３２に記載の超伝導磁気
コイルアセンブリ。 - 【請求項３４】 前記第２の異方性超伝導体は超伝導テ
ープとして形成される請求項２５に記載の超伝導磁気コ
イルアセンブリ。 - 【請求項３５】 前記第２の超伝導体は、多フィラメン
ト複合超伝導体であって、その全長にわたって延びると
ともにマトリクス形成材料にて囲まれた個々の超伝導フ
ィラメントを有する多フィラメント複合超伝導体を含む
請求項３４に記載の超伝導磁気コイルアセンブリ。 - 【請求項３６】 前記第２の異方性超伝導体の個々の超
伝導フィラメントは撚られる請求項３５に記載の超伝導
磁気コイルアセンブリ。 - 【請求項３７】 前記第１の異方性超伝導体は層状に巻
回される請求項２５に記載の超伝導磁気コイルアセンブ
リ。 - 【請求項３８】 前記第１の超伝導体はパンケーキコイ
ルであってそれぞれが隣り合うコイルに接続されたパン
ケーキコイルにて形成される請求項２５に記載の超伝導
磁気コイルアセンブリ。 - 【請求項３９】 前記第１の異方性超伝導体は２重パン
ケーキコイルにて形成される請求項３８に記載の超伝導
磁気コイルアセンブリ。 - 【請求項４０】 前記第２の超伝導体はパンケーキコイ
ルとして巻回される請求項２５に記載の超伝導磁気コイ
ルアセンブリ。 - 【請求項４１】 前記第２の超伝導体はパンケーキコイ
ルとして巻回される請求項３７に記載の超伝導磁気コイ
ルアセンブリ。 - 【請求項４２】 前記第２の超伝導体はパンケーキコイ
ルとして巻回される請求項３７に記載の超伝導磁気コイ
ルアセンブリ。 - 【請求項４３】 前記第１の超伝導体の第１の部分は、
前記長手方向の中心軸に沿って前記第２の超伝導体に向
かう第１の方向に延びるとともに第１の接合部において
第２の超伝導体の第１の部分の第１の端部に連結され、
該第１の部分の第２の端部は前記第１の超伝導体の第２
の部分に連結され、該第２の部分は第２の超伝導体から
遠ざかる第２の方向に前記長手方向の中心軸に沿って延
びる請求項２５に記載の超伝導磁気コイルアセンブリ。 - 【請求項４４】 前記第１及び第２の超伝導体は高温超
伝導体である請求項２５に記載の超伝導磁気コイルアセ
ンブリ。 - 【請求項４５】 前記第１の超伝導体はコイルの超伝導
体の全体量の５０％よりも大きい部分を構成する請求項
２５に記載の超伝導磁気コイルアセンブリ。 - 【請求項４６】 前記第２の超伝導体はコイルの超伝導
体の全体量の５％〜３０％の部分を構成する請求項２５
に記載の超伝導磁気コイルアセンブリ。 - 【請求項４７】 前記第２の超伝導体はコイルの超伝導
体の全体量の約１０％を構成する請求項４６に記載の超
伝導磁気コイルアセンブリ - 【請求項４８】 長手方向の中心軸に沿って変化する磁
場を発生するための超伝導磁気コイルアセンブリにおい
て、前記コイルアセンブリは、 前記コイルアセンブリの中心領域において前記長手方向
の中心軸の周りに巻回されるとともに第１の異方性超伝
導体よりなる中心コイル部と、 前記コイルアセンブリの端部領域において前記長手方向
の中心軸の周りに巻回される少なくとも一つの末端コイ
ル部と、前記末端コイル部は前記長手方向の中心軸に沿
って前記中心コイル部と隣接して配置されるとともに、
第１の異方性超伝導体とは異なる第２の超伝導体からな
ることとを備え、 前記第２の超伝導体は、前記長手方向の中心軸に垂直に
指向する磁場の存在下において、前記第１の異方性超伝
導体より低いＡＣ損失特性を備える超伝導磁気コイルア
センブリ。
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