(57)【要約】【課題】通電電流の遮断時において主コイルに生ずる誘導電圧を抑制することが可能なコイル装置、保護装置及び誘導電圧抑制方法を提供する。【解決手段】コイル装置１は、第１電流が供給される主コイル１０１と、主コイルへの第１電流の通電を遮断する遮断器２０５と、主コイルに対して磁気的に結合する保護コイル１０３とを備え、第１電流の遮断をすべきとの肯定判断をした場合に、否定判断した場合よりも第２電流の量を増加させる変更動作を実行し、その変更動作の実行時以降に、第１電流の遮断を実行する。【選択図】図４
2011029227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電流が供給される主コイルと、
前記主コイルへの前記第１電流の通電を遮断する遮断器と、
前記主コイルに対して磁気的に結合する保護コイルと、
前記保護コイルに流れる第２電流の量を変更する変更部と、
前記第１電流の遮断をすべきかどうかを判断し、当該遮断をすべきとの肯定判断をした場合に、否定判断した場合よりも前記第２電流の量を増加させる変更動作を前記変更部に実行させ、その変更動作の実行時以降に、前記第１電流の遮断を前記遮断器に実行させる制御部と、を備えるコイル装置。
【請求項２】
請求項１に記載のコイル装置であって、
前記変更部は、前記保護コイルの端子間を短絡させる短絡用スイッチを有し、前記変更動作として、当該短絡用スイッチを開状態から閉状態にする構成である、コイル装置。
【請求項３】
請求項１に記載のコイル装置であって、
前記変更部は、前記保護コイルに第３電流を供給する直流電流源を有し、前記変更動作として、当該直流電流源をオフからオンにする構成である、コイル装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のコイル装置であって、
前記主コイルと前記保護コイルとはそれぞれ複数有し、
複数の前記主コイル及び前記保護コイルは、それぞれのコイル中心点が同一円上に位置するように環状に配列されている、コイル装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のコイル装置であって、
前記主コイルと前記保護コイルとは、互いに束ねられた集合導体としてパンケーキ状に巻回されている、コイル装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のコイル装置であって、
前記主コイルは超電導コイルであって、
前記超電導コイルにクエンチが発生したことを検出するクエンチ検出部を備え、
前記制御部は、前記クエンチ検出部にて前記クエンチの発生が検出されたことを条件に前記第１電流の遮断をすべきと判断する、コイル装置。
【請求項７】
主コイルに流れる第１電流を遮断する際に当該主コイルに発生する誘導電圧を抑制するための保護装置であって、
前記主コイルに対して磁気的に結合する保護コイルと、
前記保護コイルに流れる第２電流の量を変更する変更部と、
前記第１電流の遮断をすべきかどうかを判断し、当該遮断をすべきとの肯定判断をした場合に、否定判断した場合よりも前記第２電流の量を増加させる変更動作を前記変更部に実行させ、その変更動作の実行時以降に、前記第１電流の遮断を許可する制御部と、を備える保護装置。
【請求項８】
主コイルに流れる第１電流を遮断する際に当該主コイルに発生する誘導電圧を抑制するための誘導電圧抑制方法であって、
保護コイルを、前記主コイルに磁気的に結合可能な位置に配置し、
前記第１電流の遮断をすべきかどうかを判断し、
前記遮断をすべきとの肯定判断をした場合に、否定判断した場合よりも前記保護コイルに流す第２電流の量を増加させ、
その後に前記第１電流の通電を遮断する工程を含む、誘導電圧抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイル装置、保護装置及び誘導電圧抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コイル装置の一例として、超電導コイルを備える超電導コイル装置がある。この超電導コイル装置では、何らかの原因で臨界電流を越える電流が流れると、超電導状態から常電導状態への転移（クエンチ）が発生し、常伝導転移部の発熱量が、常伝導抵抗値と通電電流値の２乗との積に比例して増大することにより、超電導コイルが焼損するなどの問題が生じるおそれがある。
【０００３】
そこで、従来より、超電導コイル装置には、クエンチを検出する検出部を設けて、この検出部によりクエンチが検出された場合に、超電導コイルへの通電電流を遮断し、超電導コイルを保護するコイル保護装置を備えるものがある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２７０２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、通電電流を遮断する際には、超電導コイルの端子間に誘導電圧が発生するが、この誘導電圧は、コイルや電源などの耐電圧を越えないようにしなければならない。ここで、通電電流を徐々に遮断していけば誘導電圧を抑制することができるが、これでは、瞬時に遮断することができず、緊急時に対応することができない。
なお、このように遮断による誘導電圧の問題は、超電導コイル装置に限らず、一般的なコイル装置にも生じ得る。
【０００６】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、その目的は、通電電流の遮断時において主コイルに生ずる誘導電圧を抑制することが可能なコイル装置、保護装置及び誘導電圧抑制方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための手段として、第１発明に係るコイル装置は、第１電流が供給される主コイルと、前記主コイルへの前記第１電流の通電を遮断する遮断器と、前記主コイルに対して磁気的に結合する保護コイルと、前記保護コイルに流れる第２電流の量を変更する変更部と、前記第１電流の遮断をすべきかどうかを判断し、当該遮断をすべきとの肯定判断をした場合に、否定判断した場合よりも前記第２電流の量を増加させる変更動作を前記変更部に実行させ、その変更動作の実行時以降に、前記第１電流の遮断を前記遮断器に実行させる制御部と、を備える。
【０００８】
この発明によれば、主コイルに磁気的に結合する保護コイルが設けられている。そして、主コイルへの第１電流を遮断する際に、保護コイルに流れる第２電流の量を増加させることにより、主コイルに生ずる誘導電圧を抑制しつつ第１電流を早期に遮断することができる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明のコイル装置であって、前記変更部は、前記保護コイルの端子間を短絡させる短絡用スイッチを有し、前記変更動作として、当該短絡用スイッチを開状態から閉状態にする構成である。
【００１０】
この発明によれば、コイル保護等のために直流電流源を使用することなく、保護コイルを短絡させるだけで、主コイルに生ずる誘導電圧を抑制することができる。
【００１１】
第３の発明は、第１の発明のコイル装置であって、前記変更部は、前記保護コイルに第３電流を供給する直流電流源を有し、前記変更動作として、当該直流電流源をオフからオンにする構成である。
【００１２】
この発明によれば、保護コイルが有抵抗の線材で構成されていたとしても、その抵抗による影響を抑えつつ、主コイルに生ずる誘導電圧を抑制することができる。
【００１３】
第４の発明は、第１から第３のいずれか一つの発明のコイル装置であって、前記主コイルと前記保護コイルとはそれぞれ複数有し、複数の前記主コイル及び前記保護コイルは、それぞれのコイル中心点が同一円上に位置するように環状に配列されている。
【００１４】
この発明によれば、主コイルと保護コイルを分離して作製できるため、例えば互いに断熱をとることができ、複数の主コイル及び保護コイルが、トロイド配置されているから、主コイルと保護コイルとを高い結合率で磁気的に結合することができ、誘導電圧の抑制効果を向上させることができる。
【００１５】
第５の発明は、第１から第４のいずれか一つの発明のコイル装置であって、前記主コイルと前記保護コイルとは、互いに束ねられた集合導体としてパンケーキ状に巻回されている。
【００１６】
この発明によれば、複数の主コイル及び保護コイルが、互いに束ねられて集合導体としてパンケーキ状に巻回されているから、主コイルと保護コイルとを高い結合率で磁気的に結合することができ、誘導電圧の抑制効果を向上させることができる。
【００１７】
第６の発明は、第１から第５のいずれか一つの発明のコイル装置であって、前記主コイルは超電導コイルであって、前記超電導コイルにクエンチが発生したことを検出するクエンチ検出部を備え、前記制御部は、前記クエンチ検出部にて前記クエンチの発生が検出されたことを条件に前記第１電流の遮断をすべきと判断する。
【００１８】
この発明によれば、クエンチの発生に対して第１電流の遮断を迅速に行い、主コイルを保護することができる。
【００１９】
第７の発明の保護装置は、主コイルに流れる第１電流を遮断する際に当該主コイルに発生する誘導電圧を抑制するための保護装置であって、前記主コイルに対して磁気的に結合する保護コイルと、前記保護コイルに流れる第２電流の量を変更する変更部と、前記第１電流の遮断をすべきかどうかを判断し、当該遮断をすべきとの肯定判断をした場合に、否定判断した場合よりも前記第２電流の量を増加させる変更動作を前記変更部に実行させ、その変更動作の実行時以降に、前記第１電流の遮断を許可する制御部と、を備える。
【００２０】
第８の発明の誘導電圧抑制方法は、主コイルに流れる第１電流を遮断する際に当該主コイルに発生する誘導電圧を抑制するための誘導電圧抑制方法であって、保護コイルを、前記主コイルに磁気的に結合可能な位置に配置し、前記第１電流の遮断をすべきかどうかを判断し、前記遮断をすべきとの肯定判断をした場合に、否定判断した場合よりも前記保護コイルに流す第２電流の量を増加させ、その動作以降に前記第１電流の通電を遮断する工程を含む。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、通電電流の遮断時において主コイルに生ずる誘導電圧を抑制することが可能であり、その結果、同じ耐電圧条件下において、急速に電流を減衰させ、早期に電流を遮断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態１に係るＳＭＥＳの結線図
【図２】ダブルパンケーキコイルを片面側から見た図
【図３】超電導線の構造例を示す断面図
【図４】セルモジュールの構成図
【図５】主コイル及びセルモジュールの等価回路図
【図６Ａ】保護コイルが無い場合における通電電流の変化を示すグラフ
【図６Ｂ】保護コイルが無い場合における誘導電圧の変化を示すグラフ
【図７Ａ】保護コイルが有る場合における通電電流の変化を示すグラフ
【図７Ｂ】保護コイルが有る場合における誘導電圧の変化を示すグラフ
【図８】実施形態２に係るＳＭＥＳの結線図
【図９Ａ】通電電流の変化を示すグラフ
【図９Ｂ】誘導電圧の変化を示すグラフ
【図１０Ａ】実施形態３の通電電流の変化を示すグラフ
【図１０Ｂ】誘導電圧の変化を示すグラフ
【図１１】実施形態４の主コイル及びセルモジュールの等価回路図
【図１２Ａ】通電電流の変化を示すグラフ
【図１２Ｂ】誘導電圧の変化を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１〜図７を参照しつつ説明する。
【００２４】
１．ＳＭＥＳの構成
図１は、例えば負荷変動補償用Ｙ系のＳＭＥＳ（超電導電力貯蔵装置  コイル装置の一例）１の結線図である。ＳＭＥＳ１は、コイルユニット１００と、制御ユニット２００とを備える。コイルユニット１００は、複数（例えば９０台）の主コイル１０１、及び、複数（例えば９０台）の保護コイル１０３を有し、制御ユニット２００は複数（例えば９０台）のセルモジュール２０１を有する。なお、同図では、主コイル１０１、保護コイル１０３及びセルモジュール２０１の一部のみ例示し、残りは省略してある。
【００２５】
（１）コイルユニット
コイルユニット１００は、複数の主コイル１０１及び複数の保護コイル１０３を、クライオスタット（真空断熱容器）１０５内に収容した構造をなす。クライオスタット１０５は、真空断熱材により、環形状に形成されており、主コイル１０１及び保護コイル１０３を極低温に冷却した状態で収容することができる。
【００２６】
具体的には、クライオスタット１０５において、主コイル１０１と保護コイル１０３とは、交互に配置され、且つ、それぞれのコイル中心点が同一円上に位置するように環状に配列されている（いわゆるトロイド配置）。このトロイド配置により、主コイル１０１にて発生する磁界を、コイルユニット１００内に効果的に閉じ込めることができ、高い電力貯蔵性能を得ることができる。
【００２７】
主コイル１０１及び保護コイル１０３は、基本的には同様の構造を有し、具体的には、テープ状の超電導線Ｗ（線材の一例）を巻回して形成された２つのダブルパンケーキコイル１０７を、当該ダブルパンケーキコイル１０７の軸線方向（巻回中心軸方向）に並べた構造を有する。
【００２８】
図２は、ダブルパンケーキコイル１０７を片面側から見た図である。各ダブルパンケーキコイル１０７は、軸線方向に並べられた２つのコイル部１０９（同図では一方のみ図示）を有し、最内層で一方のコイル部１０９の超電導線Ｗが、他方のコイル部１０９側（軸線方向）に転位されて当該他方のコイル部１０９の超電導線Ｗと連続している構造を有する。また、ダブルパンケーキコイル１０７は、大容量化のために超電導線Ｗを複数本（本実施形態では４本  Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ２１、Ｗ２２）束ねた集合導体Ｓが巻回されている。なお、集合導体Ｓのうち、互いに隣り合う２本ずつの超電導線Ｗが１組の組線Ｗ１、Ｗ２とされ、各組線Ｗ１、Ｗ２は、最内層の周方向において互いに異なる位置で転位されている。
【００２９】
図３は各超電導線Ｗの構造例を示す断面図である。超電導線Ｗは、イットリウム（Ｙ）系酸化物超電導体を有する扁平のテープ状線材（超電導テープ線材）である。具体的には超電導線Ｗは、耐熱性を有する高強度無配向金属基板（Hastelloy）上にＩＢＡＤ中間層、ＣｅＯ２中間層、超電導層（ＹＢＣＯ）を積層し、それらの外周を安定化層（Ａｇ，Ｃｕ等）で覆った構造になっている。クエンチが発生した場合には、この安定化層に通電電流が流れる。また、超電導線Ｗは、その外周が絶縁材によって覆われている。
【００３０】
（２）制御ユニット
図４は、セルモジュール２０１の構成図である。セルモジュール２０１は、交直変換器２０３、直流遮断器２０５（遮断器の一例）、冷却システム２０７、クエンチ検出器２０９（クエンチ検出部の一例）、短絡用スイッチ２１１（変更部の一例）、制御回路２１３（制御部の一例）、及び、保護抵抗２１５を備える。
【００３１】
交直変換器２０３は、インバータ及びチョッパ（いずれも図示せず）を有し、電力系統側からの３相の交流電力を直流電力に変換し、当該直流電力を主コイル１０１に供給する。これにより、主コイル１０１に第１電流（励磁電流）が流れる。
【００３２】
直流遮断器２０５は、交直変換器２０３及び主コイル１０１を含む通電路中に設けられ、主コイル１０１への第１電流の通電を遮断することができる。冷却システム２０７は、クライオスタット１０５内の主コイル１０１及び保護コイル１０３を極低温に冷却する。
【００３３】
クエンチ検出器２０９は、主コイル１０１にクエンチが発生したことを検出する。具体的には、クエンチ検出器２０９は、主コイル１０１の両端子、及び、当該主コイル１０１を２分した中点に接続されている。そして、主コイル１０１の一方の端子及び中点間における電圧と、他方の端子及び中点間における電圧との電圧差を監視する。主コイル１０１の一部にクエンチが発生すると、上記電圧差が生じるため、この電圧差が所定値を超えたことを条件にクエンチが発生したとして、検出信号を出力する。
【００３４】
短絡用スイッチ２１１は、保護コイル１０３の両端子間に接続され、当該両端子間を短絡させる。制御回路２１３は、交直変換器２０３及び冷却システム２０７を制御する。また、制御回路２１３は、クエンチ検出器２０９から検出信号を受けたときに、次述するコイル保護動作を実行する。保護抵抗２１５は、主コイル１０１と並列に接続され、直流遮断器２０５を開状態にした際に、主コイル１０１に流れていた電流を逃がすために設けられている。
【００３５】
２．コイル保護について
主コイル１０１が超電導状態を維持しており、クエンチが発生していないとき、制御回路２１３は直流遮断器２０５を閉状態にしており、主コイル１０１への第１電流の通電を許容している。また、このとき、制御回路２１３は、短絡用スイッチ２１１を開状態にし、保護コイル１０３の両端子間は開放している。これにより、ＳＭＥＳ１は、主コイル１０１に貯蓄された磁気エネルギー（＝（Ｌ１・ｉ１２）／２  Ｌ１：主コイル１０１の自己インダクタンス  ｉ１：第１電流の量）が、保護コイル１０３側に分散されることによりエネルギー損失を抑制し、効率よく電力貯蔵を行うことができる。
【００３６】
一方、主コイル１０１にクエンチが発生すると、クエンチ検出器２０９は制御回路２１３に検出信号を与える。すると、制御回路２１３は、まず短絡用スイッチ２１１を閉状態にして保護コイル１０３の両端子間を短絡させ（変更動作の一例）、それと同時に、直流遮断器２０５を開状態にして主コイル１０１への第１電流の通電を遮断する。なお、短絡用スイッチ２１１による短絡動作タイミングと、直流遮断器２０５による遮断動作タイミングとは必ずしも同時である必要はない。但し、この主コイル１０１の磁束の減衰を保護コイル１０３で補償するため、主コイル１０１の電流減衰「動作期間」と保護コイル１０３の電流増加「動作期間」が同時になるよう、短絡動作タイミングと遮断動作タイミングとを調整することが好ましい。
【００３７】
ここで、第１電流の通電を遮断する際、主コイル１０１の両端子間に生じる誘導電圧ｖ１は次の式１で示すことができる。
【数１】
2011029227.tif 000003
Ｍ１２：主コイル１０１及び保護コイル１０３間における相互インダクタンス
ｉ２：保護コイル１０３に流れる第２電流の量
【００３８】
一方、相互誘導により、保護コイル１０３の両端子間には生じる誘導電圧ｖ２は次の式２で示すことができる。但し、保護コイル１０３の両端子間が短絡されている場合、誘導電圧ｖ２はゼロである。
【数２】
2011029227.tif 000004
Ｌ２：保護コイル１０３の自己インダクタンス
【００３９】
また、主コイル１０１と保護コイル１０３の結合係数ｋ（１以下）は次の式３で示すことができる。
【数３】
2011029227.tif 000005
【００４０】
従って、上記式１〜３より、保護コイル１０３の両端子間が短絡された状態で第１電流の通電が遮断された場合（ｖ２＝０）、主コイル１０１に生じる誘導電圧ｖ１は、次の式４で示すことができる。
【数４】
2011029227.tif 000006
【００４１】
これに対し、仮に、保護コイル１０３がない状態で第１電流の通電が遮断された場合（Ｍ１２＝０）、主コイル１０１に生じる誘導電圧ｖ１は、次の式５で示すことができる。
【数５】
2011029227.tif 000007
【００４２】
上記式４と式５とを比較して分かるように、保護コイル１０３が有る場合には、無い場合に比べて主コイル１０１に生じる誘導電圧ｖ１を、（１−ｋ２）倍に抑制することができる。換言すれば、保護コイル１０３が有る場合には、誘導電圧ｖ１が所定値以下になるように第１電流を遮断するのに要する時間を、保護コイル１０３が無い場合に比べて（１−ｋ２）倍に短くすることができる。
【００４３】
本実施形態によれば、コイル保護等のために直流電流源を使用することなく、保護コイル１０３を短絡させるだけで、主コイル１０１に生ずる誘導電圧を抑制することができる。
【００４４】
３．シミュレーション結果
次に本実施形態のシミュレーション結果について説明する。図５は、クエンチが発生し、保護コイル１０３が短絡された状態における主コイル１０１及びセルモジュール２０１の等価回路である。
【００４５】
上記ダブルパンケーキコイル１０７の通電電流は、負荷変動補償容量０．６[ＧＪ]当たり２．１６[ｋＡ]（各超伝導線Ｗの素線通電電流が５４０[Ａ]）であるとする。そうすると、主コイル１０１は、９０個が並列接続されているから、主コイル１０１の通電電流（第１電流）は、負荷変動補償容量０．６[ＧＪ]当たり１９４．４[ｋＡ]であり、自己インダクタンスＬ１は３２．２[ｍＨ]である。保護コイル１０３も同様に、通電電流（第２電流）は、負荷変動補償容量０．６[ＧＪ]当たり１９４．４[ｋＡ]であり、自己インダクタンスＬ２は３２．２[ｍＨ]である。
【００４６】
結合係数ｋは、有限要素法より、０．９７であり、上述した保護抵抗２１５の保護抵抗値が１．０［０ｈｍ］とすると、主コイル１０１全体における保護抵抗値Ｒ１は１１．１１［ｍ０ｈｍ］である。なお、保護コイル１０３は超電導状態を維持し、抵抗値Ｒ２は０［０ｈｍ］とする。
【００４７】
図５の等価回路では、直流遮断器２０５が閉状態とされ、直流電流源３０１から１９４．４[ｋＡ]の第１電流が主コイル１０１に流される一方で、保護コイル１０３の両端子間は短絡されている。シミュレーションは、この状態から電流遮断器３０１を開状態に切り替えた時点からの第１電流及び第２電流の電流値を測定する。なお、上記等価回路には、直流遮断器を開状態にした際に直流電流源３０１による電流の行き場が無くなるため、ダミー抵抗ＤＲが、主コイル１０１に並列接続されている。
【００４８】
図６は保護コイル１０３が無い場合のシミュレーション結果であり、図７は保護コイルが有る場合のシミュレーション結果である。図６Ａ，７Ａにおいて縦軸は第１電流、第２電流の量（電流値）を示し、横軸は第１電流の遮断点からの経過時間を示す。図６Ｂ、７Ｂにおいて縦軸は主コイル１０１及び保護コイル１０３それぞれの誘導電圧の電圧値を示し、横軸は第１電流の遮断時からの経過時間を示す。
【００４９】
図６，７を比較して分かるように、主コイル１０１に磁気的に結合した保護コイル１０３を設けることにより、第１電流の遮断時において当該第１電流を急速に減衰させることができる。このため、誘導電圧ｖ１の絶対値の最大値（２．１６ｋＶ）は同じであるにもかかわらず、保護コイル１０３が無い場合に比べて短時間で第１電流を遮断することができる。
【００５０】
＜実施形態２＞
図８，９は実施形態２を示す。前記実施形態１との相違は、主コイルと保護コイルとの磁気的な結合方法にあり、その他の点は前記実施形態１と同様である。従って、実施形態１と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。
【００５１】
１．ＳＭＥＳの構成
図８は、本実施形態２のＳＭＥＳ１'の結線図である。コイルユニット１００'のクライオスタット１０５には、１８０個のダブルパンケーキコイル４０１がトロイド配置されている。
【００５２】
ここで、上記実施形態１の各ダブルパンケーキコイル１０７は、主コイル１０１の超電導線Ｗ及び保護コイル１０３の超電導線Ｗのいずれか一方が巻回されていた。これに対し、本実施形態２のダブルパンケーキコイル４０１は、主コイル１０１の超電導線Ｗと保護コイル１０３の超電導線Ｗとを束ねてパンケーキ状に巻回した構成とされている。より具体的には、図２において超電導線Ｗ１１，Ｗ２１を主コイル１０１の超電導線とし、超電導線Ｗ１２，Ｗ２２を保護コイル１０３の超電導線とする。
【００５３】
２．シミュレーション結果
主コイル１０１は、１８０個が並列接続されているから、主コイル１０１の通電電流（第１電流）は、負荷変動補償容量０．６[ＧＪ]当たり３８８．８[ｋＡ]であり、自己インダクタンスＬ１は７．９[ｍＨ]である。保護コイル１０３も同様に、通電電流（第２電流）は、負荷変動補償容量０．６[ＧＪ]当たり３８８．８[ｋＡ]であり、自己インダクタンスＬ２は７．９[ｍＨ]である。
【００５４】
結合係数ｋは、有限要素法より、０．９９であり、上記実施形態１よりも結合率が向上している。上述した保護抵抗２１５の保護抵抗値が１．０［０ｈｍ］とすると、主コイル１０１全体における保護抵抗値Ｒ１は５．５５［ｍ０ｈｍ］である。なお、保護コイル１０３は超電導状態を維持し、抵抗値Ｒ２は０［０ｈｍ］とする（図５参照）。
【００５５】
図９は、本実施形態２（保護コイル１０３有り）のシミュレーション結果である。図９Ａにおいて縦軸は第１電流、第２電流の量（電流値）示し、横軸は第１電流の遮断点からの経過時間を示す。図９Ｂにおいて縦軸は主コイル１０１及び保護コイル１０３それぞれの誘導電圧の電圧値を示し、横軸は第１電流の遮断時からの経過時間を示す。
【００５６】
図７，９を比較して分かるように、主コイル１０１に磁気的に結合した保護コイル１０３を設けることにより、第１電流の遮断時において当該第１電流を急速に減衰させることができる。結合係数が大きいため、上記実施形態１よりも更に短時間で第１電流を遮断することができる。
【００５７】
＜実施形態３＞
図１０は実施形態３を示す。前記実施形態２との相違は、保護コイル１０３の巻線の材質にあり、その他の点は前記実施形態２と同様である。従って、実施形態２と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。
【００５８】
上記実施形態２では、保護コイル１０３は、無抵抗の超電導線Ｗで構成されていたが、本実施形態３では、有抵抗の巻線（例えば銅線）で構成されている。ダブルパンケーキコイル４０１、１個当たりの抵抗値を、６０９［ｍ０ｈｍ］とすると、保護コイル１０３は１８０個が並列接続されているから、全体の抵抗値Ｒ２は３．３９［ｍ０ｈｍ］である（図５参照）。
【００５９】
図１０は、本実施形態３（保護コイル１０３有り）のシミュレーション結果である。図１０Ａにおいて縦軸は第１電流、第２電流の量（電流値）示し、横軸は第１電流の遮断点からの経過時間を示す。図１０Ｂにおいて縦軸は主コイル１０１及び保護コイル１０３それぞれの誘導電圧の電圧値を示し、横軸は第１電流の遮断時からの経過時間を示す。
【００６０】
図１０と、上記図６，７，９とを比較して分かるように、本実施形態３によれば、保護コイル１０３が抵抗を有するため、上記実施形態２，３に比べて、主コイル１０１の誘導電圧を所定値（２．１６[ｋＶ]）以下に抑えつつ第１電流を完全に遮断するのに時間がかかる。しかし、保護コイル１０３が有るため、無い場合に比べて短時間で第１電流を低減することができ、発熱が電流の２乗に比例するために、ほとんどの発熱を占める高電流領域を、早期に脱することができる。
【００６１】
＜実施形態４＞
図１１，１２は実施形態４を示す。前記実施形態３との相違は、第１電流の遮断時に、直流電流源３０１から第３電流を強制的に流すところにあり、その他の点は前記実施形態３と同様である。従って、実施形態３と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。
【００６２】
図１１は、主コイル１０１及びセルモジュール２０１'の等価回路である。セルモジュール２０１'には、直流電流源３０１と保護コイル１０３との間に直流遮断器５０１が設けられており、この直流遮断器５０１が開状態から閉状態になることにより、直流電流源３０１からの第３電流が、保護コイル１０３に流れる。制御回路２１３は、直流遮断器２０５を開状態にするとほぼ同時に直流遮断器５０１を閉状態に切り替える。なお、直流遮断器５０１の閉動作タイミングと、直流遮断器２０５による遮断動作タイミングとは必ずしも同時である必要はない。但し、この主コイル１０１の磁束の減衰を保護コイル１０３で補償するため、主コイル１０１の電流減衰「動作期間」と保護コイル１０３の電流増加「動作期間」が同時になるよう、閉動作タイミングと遮断動作タイミングとを調整することが好ましい。
【００６３】
図１２は、本実施形態４のシミュレーション結果である。図１２Ａにおいて縦軸は第１電流、第３電流の量（電流値）示し、横軸は第１電流の遮断点からの経過時間を示す。図１２Ｂにおいて縦軸は主コイル１０１及び保護コイル１０３それぞれの誘導電圧の電圧値を示し、横軸は第１電流の遮断時からの経過時間を示す。
【００６４】
図１２と図１０を比較して分かるように、本実施形態４によれば、保護コイル１０３の抵抗による電流減衰分を補償するように、直流電流源３０１から第３電流を流すため、上記実施形態３に比べて低電流領域まで第１電流を低減することができる。
【００６５】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も本発明の技術的範囲に含まれる。特に、各実施形態の構成要素のうち、最上位の発明の構成要素以外の構成要素は、付加的な要素なので適宜省略可能である。
（１）上記各実施形態では、コイル装置として、ＳＭＥＳを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明は、例えば[0]磁気共鳴画像診断装置（ＭＲＩ）、核磁気共鳴装置（ＮＭＲ）、加速器、磁気浮上装置等にも適用することができる。
【００６６】
（２）上記実施形態では、主コイルは超電導線で構成したコイル装置を説明したが、本発明はこれに限られない。主コイルを、有抵抗の材料（例えば銅線）で構成したコイル装置であってもよい。
【００６７】
（３）上記実施形態１では、主コイル及び保護コイルのいずれも超電導線Ｗで構成したものとしたが、本発明はこれに限られない。保護コイルを、有抵抗の線材（例えば銅線）で構成してもよい。但し、この場合、主コイルと保護コイルとの間を上記真空断熱材など（断熱性を有し、かつ、磁気透過性を有する材料）で形成した断熱壁にて仕切る必要がある。保護コイルからの熱量が、主コイル側に伝わることを防止するためである。
【００６８】
（４）上記各実施形態では、主コイルと保護コイルとがトロイド配置されていたが、本発明は、これに限られない。保護コイルは、主コイルとの磁気的に結合が可能な位置であればよく、例えば、実施形態１において、トロイド配置された主コイル群の内側または外側に配置してもよい。また、主コイル及び保護コイルをソレノイド状に巻回されたものとし、両者の中心軸線を同一線上に配置した構成であってもよい。但し、上記各実施形態の構成であれば結合率を高くし、遮断時の誘導電圧を効果的に抑制することができる。
【００６９】
（５）上記実施形態では、第１電流を遮断するかどうかを、クエンチの検出の有無に基づき判断したが、本発明はこれに限られない。例えばユーザが図示しないコンソールにて遮断を指示したかどうかに基づき判断してもよく、また、クエンチ以外の他の異常の検出の有無に基づき判断してもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１...ＳＭＥＳ（コイル装置）
１０１...主コイル
１０３...保護コイル
２０５...直流遮断器（遮断器）
２０９...クエンチ検出器（クエンチ検出部）
２１１...短絡用スイッチ（変更部）
２１３...制御回路（制御部）
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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