(57)【要約】【課題】高温超電導コイルの性能を最大限に発揮させ、かつ常電導転移を検出する高温超電導コイル保護装置の提供。【解決手段】高温超電導コイル保護装置は、高温超電導コイル１１の全電圧又は一部、全領域若しくは各領域間の差となる電圧Ｖを検出する電圧検出器１４と、高温超電導コイル１１を流れる電流Ｉを検出する電流検出器１５と、電流Ｉと電圧Ｖとの比Ｖ／Ｉに基づき高温超電導コイル１１の保護動作を行う保護装置１６、電流遮断器１７及び転流回路として保護抵抗１８を有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温超電導コイルの全電圧又は一部、全領域若しくは各領域間の差となる電圧Ｖを検出する電圧検出手段と、高温超電導コイルを流れる電流Ｉを検出する電流検出手段と、前記電流検出手段による電流Ｉと前記電圧検出手段による電圧Ｖとの比Ｖ／Ｉに基づき前記高温超電導コイルの保護動作を行う保護手段とを具備することを特徴とする高温超電導コイル保護装置。
【請求項２】
前記保護手段は、前記比Ｖ／Ｉが設定値以上であることをもって、前記高温超電導コイルが異常であることを判定する手段を具備することを特徴とする請求項１記載の高温超電導コイル保護装置。
【請求項３】
前記保護手段は、前記比Ｖ／Ｉが設定値以上である継続時間が設定時間を超えることをもって、前記高温超電導コイルが異常であることを判定する手段を具備することを特徴とする請求項１記載の高温超電導コイル保護装置。
【請求項４】
前記保護手段は、前記比Ｖ／Ｉに基づき前記高温超電導コイルが異常であることを判定したときコイル電流を減少させる手段を具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の高温超電導コイル保護装置。
【請求項５】
高温超電導コイルの全電圧又は一部、コイル全領域若しくは各領域間の差となる電圧Ｖを検出する電圧検出手段と、高温超電導コイルを流れる電流Ｉを検出する電流検出手段と、電流対電圧特性の傾きの予測値Ｒに対し前記電圧と予測電圧値ＲＩとの差Ｖ−ＲＩに基づき前記高温超電導コイルの保護動作を行う保護手段とを具備することを特徴とする高温超電導コイル保護装置。
【請求項６】
前記保護手段は、前記差Ｖ−ＲＩが設定値以上であることをもって、前記高温超電導コイルが異常であることを判定する手段を具備することを特徴とする請求項５記載の高温超電導コイル保護装置。
【請求項７】
前記保護手段は、前記差Ｖ−ＲＩが設定値以上である継続時間が設定時間を超えることをもって、前記高温超電導コイルが異常であることを判定する手段を具備することを特徴とする請求項５記載の高温超電導コイル保護装置。
【請求項８】
前記保護手段は、前記差Ｖ−ＲＩに基づき前記高温超電導コイルが異常であることを判定したときコイル電流を減少させる手段を具備することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項記載の高温超電導コイル保護装置。
【請求項９】
前記保護手段は、電流Ｉの時間ｔに関する１階微分値ｄＩ／ｄｔを監視し、該１階微分値ｄＩ／ｄｔが設定値以外であれば前記高温超電導コイルを異常と判定しない手段を具備することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項記載の高温超電導コイル保護装置。
【請求項１０】
高温超電導コイルの全電圧又は一部、コイル全領域若しくは各領域間の差となる電圧Ｖを検出する電圧検出手段と、時間に関する１階微分値ｄＶ／ｄｔと時間に関する２階微分値ｄ2Ｖ／ｄｔ2とのうち少なくとも一方に基づき前記高温超電導コイルの保護動作を行う保護手段とを具備することを特徴とする高温超電導コイル保護装置。
【請求項１１】
前記保護手段は、前記時間に関する１階微分値ｄＶ／ｄｔと前記時間に関する２階微分値ｄ2Ｖ／ｄｔ2とのうち少なくとも一方が設定値を超えることをもって、前記高温超電導コイルが異常であることを判定する手段を具備することを特徴とする請求項１０記載の高温超電導コイル保護装置。
【請求項１２】
前記保護手段は、前記時間に関する１階微分値ｄＶ／ｄｔと前記時間に関する２階微分値ｄ2Ｖ／ｄｔ2とのうち少なくとも一方が設定値を超えた継続時間が設定時間を超えることをもって、前記高温超電導コイルが異常であることを判定する手段を具備することを特徴とする請求項１０記載の高温超電導コイル保護装置。
【請求項１３】
前記保護手段は、前記時間に関する１階微分値ｄＶ／ｄｔと前記時間に関する２階微分値ｄ2Ｖ／ｄｔ2とのうち少なくとも一方に基づき前記高温超電導コイルが異常であることを判定したときコイル電流を減少させる手段を具備することを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか一項記載の高温超電導コイル保護装置。
【請求項１４】
前記保護手段は、前記時間に関する１階微分値ｄＶ／ｄｔと前記時間に関する２階微分値ｄ2Ｖ／ｄｔ2とのうち少なくとも一方をデジタル値を用いて算出する手段を具備することを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか一項記載の高温超電導コイル保護装置。
【請求項１５】
高温超電導コイルを流れる電流Ｉを検出する電流検出手段を更に具備し、前記保護手段は、前記時間に関する１階微分値ｄＩ／ｄｔと前記時間に関する２階微分値ｄ2Ｉ／ｄｔ2とのうち少なくとも一方が設定値以外である場合には、コイル異常と判定しない手段を具備することを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか一項記載の高温超電導コイル保護装置。
【請求項１６】
前記保護手段は、前記時間に関する１階微分値ｄＩ／ｄｔと前記時間に関する２階微分値ｄ2Ｉ／ｄｔ2とのうち少なくとも一方をデジタル値を用いて算出する手段を具備することを特徴とする請求項１５記載の高温超電導コイル保護装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれか一項記載の高温超電導コイル保護装置と、高温超電導コイルと、励磁電源と、電流遮断装置と、転流手段とからなり、前記高温超電導コイル保護装置でコイル異常と判定された場合に、前記電流遮断装置により電流を遮断し、前記転流手段に電流を転流させてコイル電流を減少させることを特徴とする高温超電導マグネット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温超電導コイル保護装置及び高温超電導マグネットに関する。
【背景技術】
【０００２】
低温超電導コイルでは、超電導線の臨界温度が１０Ｋ程度と低いこと、運転温度が４Ｋ程度であり比熱が小さいことから、僅かな擾乱が原因となり、温度上昇→臨界電流低下→発熱→温度上昇を繰り返す急激な常電導転移がおこる。
【０００３】
かかる低温超電導コイルにおいて常電導転移現象が発生した場合には、コイルに蓄えられた磁気エネルギーが常電導転移したコイルの一部で消費されるため、コイルが焼損する可能性がある。
【０００４】
したがって、低温超電導コイルにおいては、速やかに常電導転移現象を検出し、コイルに流れている電流を減衰させる必要がある。
【０００５】
従来、超電導コイルの保護装置として、コイルの異常な温度上昇と冷媒の異常な流量低下を検知して超電導コイルの異常を判定する装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００６】
また、従来、低温超電導コイルの常電導転移現象を検出し電流を減衰させる手法が知られており、該手法は、コイルに発生する電圧又はコイル中点の両側の差電圧を監視し、電圧がある設定値を超えた場合にクエンチと判定し、この常電導転移現象を検出した後は、電流遮断装置で励磁電源から供給される電流を遮断し、コイルに並列に接続された保護抵抗やダイオードに転流させるようにしていた。
【特許文献１】特開平１０−１５４６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述した低温超電導コイルと異なり高温超電導コイルは、運転温度が２０Ｋ程度であり、低温超電導コイルの運転温度４Ｋと比較して比熱が１００倍程度大きいこと、また、超電導線の臨界温度が１００Ｋ程度と、運転温度と比較して高いことから、急激な常電導転移が起りにくい。同様の理由で高温超電導コイルの場合は、低温超電導コイルとは異なり、コイルの一部が発熱したとしても冷却とのバランスが維持できれば運転可能な場合がある。
【０００８】
したがって、高温超電導コイルの場合には、コイルに電圧が発生した場合でも運転が継続できる可能性があるが、従来の技術による異常検出は、コイルに発生する電圧の値で常電導転移を検出するものであるため、常電導転移に至らない場合でも、異常として検出してしまう可能性がある。
【０００９】
本発明の目的は、高温超電導コイルの性能を最大限に発揮させ、かつ常電導転移を検出する高温超電導コイル保護装置及び高温超電導マグネットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、本発明に係る高温超電導コイル保護装置は、高温超電導コイルの全電圧又は一部、全領域若しくは各領域間の差となる電圧Ｖを検出する電圧検出手段と、高温超電導コイルを流れる電流Ｉを検出する電流検出手段と、前記電流検出手段による電流Ｉと前記電圧検出手段による電圧Ｖとの比Ｖ／Ｉに基づき前記高温超電導コイルの保護動作を行う保護手段とを具備することを特徴とする。
【００１１】
同じく上述した課題を解決するために、本発明に係る高温超電導コイル保護装置は、高温超電導コイルの全電圧又は一部、コイル全領域若しくは各領域間の差となる電圧Ｖを検出する電圧検出手段と、高温超電導コイルを流れる電流Ｉを検出する電流検出手段と、電流対電圧特性の傾きの予測値Ｒに対し前記電圧と予測電圧値ＲＩとの差Ｖ−ＲＩに基づき前記高温超電導コイルの保護動作を行う保護手段とを具備することを特徴とする。
【００１２】
同じく上述した課題を解決するために、本発明に係る高温超電導コイル保護装置は、高温超電導コイルの全電圧又は一部、コイル全領域若しくは各領域間の差となる電圧Ｖを検出する電圧検出手段と、時間に関する１階微分値ｄＶ／ｄｔと時間に関する２階微分値ｄ2Ｖ／ｄｔ2とのうち少なくとも一方に基づき前記高温超電導コイルの保護動作を行う保護手段とを具備することを特徴とする。
【００１３】
また、上述した課題を解決するために、本発明に係る高温超電導マグネットは、前記高温超電導コイル保護装置と、高温超電導コイルと、励磁電源と、電流遮断装置と、転流手段とからなり、前記高温超電導コイル保護装置でコイル異常と判定された場合に、前記電流遮断装置により電流を遮断し、前記転流手段に電流を転流させてコイル電流を減少させることを特徴とする。
【００１４】
上述した発明によれば次のように作用する。すなわち、低温超電導コイルの場合は熱暴走状態をコイル電圧の検出により判断することがきるが、高温超電導コイルの場合はコイル電圧が発生しても熱暴走しない正常状態である場合があるが、本発明では、前述した比Ｖ／Ｉ又は差Ｖ−Ｒを判定条件としていることにより、熱暴走状態、つまり高温超電導コイルにおける常電導転移を適切に検出することが可能となり、高温超電導コイルの性能を最大限に発揮させ、かつコイルを安全に保護することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば、コイル性能を最大限に発揮させ、かつ常電導転移を検出する高温超電導コイル保護装置及び高温超電導マグネットを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
（第１実施形態：請求項１乃至請求項９及び請求項１７に対応）
図１は、本発明の第１実施形態に係る高温超電導マグネット及び高温超電導マグネットの構成を示したものである。
【００１８】
本実施形態の高温超電導マグネット１０は、高温超電導コイル１１と、この高温超電導コイル１１を冷媒と共に収納するクライオスタット１２と、高温超電導コイル１１を励磁する励磁電源１３と、高温超電導コイル１１の電圧を検出する電圧検出器１４と、高温超電導コイル１１の電流を検出する電流検出器１５と、電圧検出器１４の出力又は電圧検出器１４と電流検出器１５との出力とに基づき高温超電導コイル１１の常電導転移を判定し高温超電導コイル１１の保護動作を行う保護装置１６と、保護装置１６からの指令に応動する電流遮断器１７と、電流遮断器１７により電流が遮断された場合に高温超電導コイル１１に流れていた電流が転流する転流回路として保護抵抗１８とから構成される。
【００１９】
また、高温超電導コイル保護装置は、電圧検出器１４と、電流検出器１５と、保護装置１６と、電流遮断器１７と、転流回路として保護抵抗１８とから構成される。なお、電圧検出器１４が検出するコイル電圧Ｖは、図２に示すように、高温超電導コイル１１の全電圧（Ｖｔ）又はインダクタンスＬによる励磁電圧ＬｄＩ／ｄｔの影響を取り除くためコイルを複数の領域に分割して電圧を測定、例えばａ領域電圧（Ｖａ）とｂ領域電圧（Ｖｂ）とを測定し、それらの差電圧Ｖａ−Ｖｂをコイル電圧Ｖとしても良い。
【００２０】
ここに、高温超電導コイル保護装置の主要部を構成する保護装置１６は、電圧検出器１４により検出した高温超電導コイル１１のコイル電圧Ｖだけ又は当該コイル電圧Ｖと電流検出器１５により検出したコイル電流Ｉとを取込み、高温超電導コイル１１の常電導転移を判定し、電流遮断器１７に指令を与えるものであり、各種の実施形態がある。
【００２１】
第１実施形態の高温超電導コイル保護装置を、図３を参照して説明する。
【００２２】
図３において、保護装置１６は、計測された全電圧又は一部、全領域若しくは各領域間の差となるコイル電圧Ｖおよびコイル電流Ｉを取込み（処理１００，１０１）、比Ｖ／Ｉを算出する（処理１０２）。
【００２３】
保護装置１６において、比Ｖ／Ｉが予め設定したＶ／Ｉ異常設定値（処理１０３）よりも小さければ（処理１０４）、正常と判定されるが（処理１０５）、比Ｖ／Ｉが予め設定したＶ／Ｉ異常設定値よりも大きい判定されると（処理１０４）、Ｖ／Ｉ異常継続時間が計測される（処理１０６）。Ｖ／Ｉ異常継続時間が予め設定したＶ／Ｉ異常継続時間設定値（処理１０７）と比較して短ければ（処理１０８）、正常と判断されるが（処理１０９）、長ければ異常と判断され（処理１１０）、電流遮断器１７に対して信号が出力される（処理１１１）。電流遮断器１７は、保護装置１６からの信号を受けて回路を遮断する。これにより、高温超電導コイル１１に流れていた電流は、転流回路として保護抵抗１８に転流する。
【００２４】
図３における比Ｖ／Ｉの替わりに、計測されたコイル電圧Ｖおよびコイル電流Ｉから、差Ｖ−ＲＩを算出してもよい。ここで、予測値Ｒは、電流対電圧特性の傾きの予測値である。かかる場合の処理を、図４を参照して説明する。
【００２５】
図４において、保護装置１６は、計測された全電圧又は一部、全領域若しくは各領域間の差となるコイル電圧Ｖおよびコイル電流Ｉを取込み（処理２００，２０１）、また予測値Ｒを取込み（処理２０２）、差Ｖ−ＲＩを算出する（処理２０３）。差Ｖ−ＲＩは、予め設定したＶ−ＲＩ異常設定値以内であれば正常と判定されるが（処理２０４〜２０５）、それ以外であれば、Ｖ−ＲＩ異常継続時間１０が計測される（処理２０７）。
【００２６】
処理２０７にて計測されたＶ−ＲＩ異常継続時間が、予め設定したＶ−ＲＩ異常継続時間設定値と比較して短ければ正常と判断されるが（処理２０８〜２１０）、長ければ異常と判断され（処理２１１）、電流遮断器１７に対して信号が出力される（処理２１２）。電流遮断器１７は、保護装置１６からの信号を受けて回路を遮断する。これにより、高温超電導コイル１１に流れていた電流は、転流回路として保護抵抗１８に転流する。
【００２７】
なお、図３におけるＶ／Ｉ異常継続時間の計測以降の処理および図４におけるＶ−ＲＩ異常継続時間の計測以降の処理は、ノイズなどの影響を考慮した処理であるので、これらの処理をせずに直接異常と判定する処理の流れでもよい。これは、図３におけるＶ／Ｉ異常継続時間設定値および図４におけるＶ−ＲＩ異常継続時間設定値をそれぞれ０秒とした場合と等価である。
【００２８】
次に、上述した本実施形態の作用を従来と比較して説明する。図５に従来の高温超電導コイル保護装置の処理を示す。この方法は、低温超電導コイルにおいて広く用いられてきた方法であり、図５に示すように、計測したコイル電圧Ｖを取込み（処理３００）、また予め設定したＶ異常設定値Ｒを取込み（処理３０１）、両者を比較し、設定値以内で正常と判定し（処理３０２，３０３）、設定値以外のときにはＶ異常継続時間を計測し（処理３０４）、予め設定したＶ異常継続時間設定値を比較し、設定値以下で正常と判定し（処理３０６，３０７）、設定値以内で異常を判定し、保護等のための信号を出力する（処理３０８，３０９）。
【００２９】
図６は、低温超電導コイルを励磁したときにコイル電圧Ｖの特性の一例を示したものである。ここで、励磁電圧ＬｄＩ／ｄｔは含まれていない値を示した。
【００３０】
図６に示すように、低温超電導コイルの場合は、コイルが常電導転移に至る熱暴走をしない正常状態であれば、ほとんど電圧が発生しないため、熱暴走状態になったことを検出する手段として、Ｖ異常設定値を設定することが可能である。
【００３１】
図７は、高温超電導コイルを励磁したときにコイル電圧Ｖの特性の一例を示したものであり、高温超電導コイルの場合は、コイル電圧Ｖが発生しても、熱暴走しない正常状態である場合があり、Ｖ異常設定値を設定することが困難である。
【００３２】
そこで、図８および図９に示すように、比Ｖ／Ｉもしくは差Ｖ−ＲＩを判定条件とすれば、熱暴走状態の検知を的確にできるようになる。
【００３３】
一方、コイル電圧Ｖには、図１０に示すように励磁電圧ＬｄＩ／ｄｔが含まれる場合がある。それを回避するためには、図１１に示すようにｄＩ／ｄｔがｄＩ／ｄｔ設定値ｄＩ／ｄｔ以内であるかどうか判定すれば良い。
【００３４】
次に、かかる励磁電圧ｄＩ／ｄｔを熱暴走状態の判定条件とする例を、図１２及び図１３を参照して説明する。
【００３５】
図１２は、比Ｖ／ＩとｄＩ／ｄｔとを判断条件とするものであり、保護装置１６は、計測された全電圧又は一部、全領域若しくは各領域間の差となるコイル電圧Ｖおよびコイル電流Ｉを取込み（処理４００，４０１）、比Ｖ／Ｉを算出する（処理４０２）。
【００３６】
保護装置１６において、比Ｖ／Ｉが予め設定したＶ／Ｉ異常設定値（処理４０３）以内であると（処理４０４）、正常と判定されるが（処理４０５）、比Ｖ／Ｉが予め設定したＶ／Ｉ異常設定値以外と判定されると、ｄＩ／ｄｔが算出される（処理４０６）。
【００３７】
ｄＩ／ｄｔが予め設定したｄＩ／ｄｔ設定値（処理４０７）と比較して設定値以外のときは正常と判断されるが（処理４０８，４０９）、設定値以内と判断されると（処理４０８）、Ｖ／Ｉ異常継続時間が計測される（処理４１０）。Ｖ／Ｉ異常継続時間が予め設定したＶ／Ｉ異常継続時間設定値（処理４１１）と比較して設定値以内のときは（処理４１２）、正常と判断されるが（処理４１３）、設定値以上のときは異常と判断され（処理４１４）、電流遮断器１７に対して信号が出力される（処理４１５）。電流遮断器１７は、保護装置１６からの信号を受けて回路を遮断する。これにより、高温超電導コイル１１に流れていた電流は、転流回路として保護抵抗１８に転流する。
【００３８】
一方、図１３は、差Ｖ−ＲＩとｄＩ／ｄｔとを判断条件とするものであり、保護装置１６は、計測された全電圧又は一部、全領域若しくは各領域間の差となるコイル電圧Ｖおよびコイル電流Ｉを取込み（処理５００，５０１）、また予測値Ｒを取込み（処理５０２）、差Ｖ−ＲＩを算出する（処理５０３）。差Ｖ−ＲＩは、予め設定したＶ−ＲＩ異常設定値以内であれば正常と判定されるが（処理５０４〜５０６）、それ以外であれば、ｄＩ／ｄｔが算出される（処理５０７）。
【００３９】
ｄＩ／ｄｔが予め設定したｄＩ／ｄｔ設定値（処理５０８）と比較して設定値以外のときは正常と判断されるが（処理５０９，５１０）、設定値以内と判断されると、Ｖ−ＲＩ異常継続時間が計測される（処理５１１）。Ｖ−ＲＩ異常継続時間が予め設定したＶ／Ｉ異常継続時間設定値（処理５１２）と比較して設定値以下のときは（処理５１３）、正常と判断されるが（処理５１４）、設定値以上のときは異常と判断され（処理５１５）、電流遮断器１７に対して信号が出力される（処理５１６）。電流遮断器１７は、保護装置１６からの信号を受けて回路を遮断する。これにより、高温超電導コイル１１に流れていた電流は、転流回路として保護抵抗１８に転流する。
【００４０】
本実施形態によれば、熱暴走の判定基準として比Ｖ／Ｉ、Ｖ／Ｉ異常継続時間、差Ｖ−ＲＩ、Ｖ−ＲＩ異常継続時間、ｄＩ／ｄｔを用いているので、熱暴走しない正常状態において電圧が発生する高温超電導コイルに対し、コイル性能を損なうことなく、かつ安全に保護することができる高温超電導コイル保護装置を提供できる。
【００４１】
（第２発明形態：請求項１０乃至請求項１７に対応）
図１４は、本発明の第２実施形態を示す高温超電導コイル保護装置の処理の流れを示したものである。
【００４２】
保護装置１６は、計測された全電圧又は一部、全領域若しくは各領域間の差となるコイル電圧Ｖを取込み（処理６００）、１階微分値ｄＶ／ｄｔを算出する（処理６０１）。保護装置１６は、予め設定したｄＶ／ｄｔ異常設定値（処理６０２）と比較され、ｄＶ／ｄｔがｄＶ／ｄｔ異常設定値以下であれば正常と判定されるが（処理６０３，６０４）、設定値以上であるとｄＶ／ｄｔ異常継続時間が計測される（処理６０５）。
【００４３】
ｄＶ／ｄｔ異常継続時間が、予め設定したｄＶ／ｄｔ異常継続時間設定値と比較して設定値以下であれば正常と判断されるが（処理６０７，６０８）、設定値以上であると異常と判断され（処理６０９）、電流遮断器１７に対して信号が出力される（処理６１０）。電流遮断器１７は、保護装置１６からの信号を受けて回路を遮断する。これにより、高温超電導コイル１１に流れていた電流は、転流回路として保護抵抗１８に転流する。
【００４４】
また、コイル電圧Ｖ１の時間に関する１階微分値ｄＶ／ｄｔ２４は、時間に関する２階微分値ｄ2Ｖ／ｄｔ2２８へとさらに処理され（処理６１１）、予め設定したｄ2Ｖ／ｄｔ2異常設定値（処理６０２）と比較される（処理６１３）。
【００４５】
ｄ2Ｖ／ｄｔ2２８がｄ2Ｖ／ｄｔ2異常設定値以下であれば正常と判定されるが（処理６１３，６１４）、設定値以上であるとｄ2Ｖ／ｄｔ2異常継続続時間が計測される（処理６０５）。ｄ2Ｖ／ｄｔ2異常継続時間が予め設定した2Ｖ／ｄｔ2異常継続時間設定値（処理６１６）と比較し、設定値以下であると正常と判断されるが（処理６１７，６１８）、設定値以上であると異常と判断され（処理６１９）、電流遮断器１７に対して信号が出力される（処理６２０）。電流遮断器１７は、保護装置１６からの信号を受けて回路を遮断する。これにより、高温超電導コイル１１に流れていた電流は、転流回路として保護抵抗１８に転流する。
【００４６】
コイル保護装置等の外部に対して信号が出力される。
【００４７】
なお、ｄＶ／ｄｔの算出処理およびｄ2Ｖ／ｄｔ2の算出処理は、どちらかだけでも良い。一方、ｄＶ／ｄｔ異常継続時間の計測以降の処理およびｄ2Ｖ／ｄｔ2異常継続時間の計測以降の処理は、ノイズなどの影響を考慮した処理であり、それらの処理を行わずに、直接異常と判定する処理の流れでもよい。これは、ｄＶ／ｄｔ異常継続時間設定値およびｄ2Ｖ／ｄｔ2異常継続時間設定値をそれぞれ０秒とした場合と等価である。
【００４８】
また、コイル電圧Ｖは、図２に示したように、高温超電導コイル１１の全電圧（Ｖｔ）でもよいし、インダクタンスＬによる励磁電圧ＬｄＩ／ｄｔの影響を取り除くため、コイルを複数の領域に分割して電圧を測定、例えばａ領域電圧（Ｖａ）とｂ領域電圧（Ｖｂ）を測定し、それらの差電圧Ｖａ−Ｖｂをコイル電圧Ｖとしても良い。
【００４９】
以下に本発明の形態の特徴を、低温超電導コイル保護装置と比較して説明する。前述のように、高温超電導コイルの場合は、従来の常電導転移検出装置のように、コイル電圧異常設定値を設定することが困難である。そこで、図１５に示すように、コイル電圧Ｖから、ｄＶ／ｄｔとｄ2Ｖ／ｄｔ2を算出することで、熱暴走状態との相関関係に注目する。
【００５０】
ここでコイル電圧Ｖは、コイルのインダクタンスＬによる励磁電圧ＬｄＩ／ｄｔは含まれていない値を示している。熱暴走しない正常状態では、励磁速度ｄＩ／ｄｔと比例したほぼ一定値となるため、ｄＶ／ｄｔ異常設定値を設定することが可能となる。さらに、ｄＶ／ｄｔからｄ2Ｖ／ｄｔ2に注目すれば、ｄＩ／ｄｔに拘らずほぼ０となるため、ｄ2Ｖ／ｄｔ2異常設定値を設定することがさらに容易となる。
【００５１】
なお、ｄＶ／ｄｔやｄ2Ｖ／ｄｔ2の算出はアナログ的に処理してもよいが、デジタル的に処理してもよい。例えば、ある時刻ｔの電圧の値Ｖ（ｔ），および時間間隔Δｔ前の電圧の値Ｖ（ｔ−Δｔ）、および２Δｔ前の電圧の値Ｖ（ｔ−２Δｔ）を用いれば、ｄＶ／ｄｔおよびｄ2Ｖ／ｄｔ2は、以下で近似することができる。
【００５２】
ｄＶ／ｄｔ＝（Ｖ（ｔ）−Ｖ（ｔ−Δｔ））／Δｔ
ｄ2Ｖ／ｄｔ2＝（Ｖ（ｔ）−２Ｖ（ｔ−Δｔ）＋Ｖ（ｔ−２Δｔ））／Δｔ2
また、Ｖ（ｔ）、Ｖ（ｔ−Δｔ）、Ｖ（ｔ−２Δｔ）は、時間に対して平均化処理した値を用いるとノイズの影響を受けにくくすることができる。
【００５３】
また、コイル電圧Ｖには、図１０に示すように励磁電圧ＬｄＩ／ｄｔが含まれる場合があるため、その影響に対する対策が必要となる場合がある。
【００５４】
図１６にｄＶ／ｄｔの場合の励磁電圧対策の例を示す。ｄＩ／ｄｔが、ｄＩ／ｄｔ設定値以内であるときにのみコイル異常と判定する。本例によれば、励磁電圧により、ｄＶ／ｄｔがｄＶ／ｄｔ異常設定値以外の値になったとしても熱暴走状態でないのにも検出することがなくなる。
【００５５】
図１７は、ｄ2Ｖ／ｄｔ2の励磁電圧対策の例である。図１６に示したように、ｄＩ／ｄｔ３０が、ｄＩ／ｄｔ設定値以内であるときにのみコイル異常と判定してもよいが、電流値の時間に対する２階微分ｄ2Ｉ／ｄｔ2がｄＩ／ｄｔ設定値ｄＩ／ｄｔ以内であるかどうか判定すれば、電流値が変化している状況においても熱暴走検出が可能となる。
【００５６】
上述のｄＩ／ｄｔやｄ2Ｉ／ｄｔ2の算出はアナログ的に処理してもよいが、デジタル的に処理してもよい。例えば、ある時刻ｔの電流の値Ｉ（ｔ），および時間間隔Δｔ前の電流の値Ｉ（ｔ−Δｔ）、および２Δｔ前の電流の値Ｉ（ｔ−２Δｔ）を用いれば、ｄＩ／ｄｔおよびｄ2Ｉ／ｄｔ2は、以下の式で近似することができる。
【００５７】
ｄＩ／ｄｔ＝（Ｉ（ｔ）−Ｉ（ｔ−Δｔ））／Δｔ
ｄ2Ｉ／ｄｔ2＝（Ｉ（ｔ）−２Ｉ（ｔ−Δｔ）＋Ｉ（ｔ−２Δｔ））／Δｔ2
また、Ｉ（ｔ）、Ｉ（ｔ−Δｔ）、Ｉ（ｔ−２Δｔ）は、時間に対して平均化処理した値を用いるとノイズの影響を受けにくくすることができる。
【００５８】
本実施形態によれば、熱暴走の判定基準として比Ｖ／Ｉや、差Ｖ−ＲＩを用いているので、熱暴走しない正常状態において電圧が発生する高温超電導コイルに対し、コイル性能を損なうことなく、かつ安全に保護することができる高温超電導コイル保護装置を提供できる。
【００５９】
本発明における高温超電導マグネットとしては、図１に示す、高温超電導コイル１１と、クライオスタット１２と、励磁電源１３と、電圧検出器１４と、電流検出器１５と、保護装置１６と、電流遮断器１７と、転流回路として保護抵抗１８とから構成されるが、保護装置１６の機能は、図２，図３，図１２，図１３，図１４のいずれかであるとする。
【００６０】
なお、上述したさ各実施形態において、保護装置１６からの信号は電流遮断器１７に与えられ、高温超電導コイル１１に流れていた電流を転流回路に転流するものとしていたが、保護装置１６からの信号を他の回路等に与え、常電導転移に伴う保護動作に活用することができる。
【００６１】
また、上述した各実施形態における転流回路としては、保護抵抗３９の代わりにダイオード又は保護抵抗３９とダイオードとの組合せを用いてもよい。
【００６２】
本願発明は、上記各実施形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合、組み合わされた効果が得られる。さらに、上記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施形態に係る高温超電導コイルマグネットの構成図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る高温超電導コイル保護装置の処理フロー図。
【図３】同実施形態の高温超電導コイル保護装置の処理フロー図。
【図４】同実施形態のコイル電圧の説明図
【図５】同実施形態の高温超電導コイル保護装置の処理フロー図。
【図６】低温超電導コイルの保護装置の説明図。
【図７】高温超電導コイルの電流電圧特性の説明図。
【図８】同実施形態の高温超電導コイル保護装置の検出方法の説明図。
【図９】同実施形態の高温超電導コイル保護装置の検出方法の説明図。
【図１０】高温超電導コイルの励磁時の電流、電圧の時間に対する変化。
【図１１】同実施形態の高温超電導コイル保護装置の検出除外条件設定の説明図。
【図１２】本発明の第２実施形態の高温超電導コイル保護装置の処理フロー図。
【図１３】同実施形態の高温超電導コイル保護装置の処理フロー図。
【図１４】同実施形態の高温超電導コイル保護装置の処理フロー図。
【図１５】同実施形態の高温超電導コイル保護装置の検出方法の説明図。
【図１６】同実施形態の高温超電導コイル保護装置の検出除外条件設定の説明図。
【図１７】同実施形態の高温超電導コイル保護装置の検出除外条件設定の説明図。
【符号の説明】
【００６４】
１０…高温超電導マグネット、１１…高温超電導コイル、１２…クライオスタット、１３…励磁電源、１４…電圧検出器、１５…電流検出器、１６…保護装置、１７…電流遮断器、１８…保護抵抗。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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