(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）高温超伝導線で形成された超伝導コイルと、該超伝導コイルに電流を供給する電源と、前記超伝導コイルの両端部を互いに短絡させる短絡経路を形成可能な保護装置とを備える超伝導磁石装置を設置し、
（Ｂ）前記電源からの電流を超伝導状態の前記超伝導コイルに流すことにより、前記超伝導コイルに磁場を発生させ、
（Ｃ）前記（Ｂ）により前記磁場を発生させた後に、前記超伝導磁石装置の異常が検出された場合、又は、前記電源と前記超伝導コイルとを互いに切り離す場合に、前記保護装置により前記短絡経路を形成し、
前記電源と前記超伝導コイルとが互いに切り離された後、
（Ｄ）前記短絡経路と前記超伝導コイルとを電流が循環している状態で、前記電源、または、前記電源に代わる新しい電源から前記超伝導コイルへ電流を再び流し、
（Ｅ）前記（Ｄ）において前記電源から前記超伝導コイルへ流す電流を増やすことにより、前記短絡経路を流れる電流の大きさが設定値以下になったことを検出したら、前記短絡経路を解除する、超伝導磁石装置の電流低下抑制方法。
【請求項２】
前記超伝導コイルには逆方向ダイオードが逆並列に接続されている、請求項１に記載の電流低下抑制方法。
【請求項３】
前記電源が前記超伝導コイルに供給する電流の大きさを検出し、
検出した電流の前記大きさが設定条件を満たさなくなったかどうかを判断し、
電流の前記大きさが前記設定条件を満たさなくなったと判断した場合には、前記異常な状態が生じたとして、前記（Ｃ）において前記保護装置により前記短絡経路を形成する、請求項１に記載の電流低下抑制方法。
【請求項４】
前記電源と前記超伝導コイルとを接続している電流路の２点間の電圧の大きさを検出し、
検出した電圧の前記大きさが設定条件を満たさなくなったかどうかを判断し、
電圧の前記大きさが前記設定条件を満たさなくなったと判断した場合には、前記異常な状態が生じたとして、前記（Ｃ）において前記保護装置により前記短絡経路を形成する、請求項１に記載の電流低下抑制方法。
【請求項５】
前記電源の異常を検出したら、前記異常な状態が生じたとして、前記（Ｃ）において前記保護装置により前記短絡経路を形成する、請求項１に記載の電流低下抑制方法。
【請求項６】
超伝導磁石装置であって、
高温超伝導線で形成され、電源から電流が供給されることにより磁場を発生させる超伝導コイルと、
前記超伝導磁石装置の異常が検出された場合、又は、前記電源と前記超伝導コイルとを互いに切り離す場合に、前記超伝導コイルの両端部を互いに短絡させる短絡経路を形成可能な保護装置と、
前記保護装置により形成された前記短絡経路に流れる電流の大きさを検出する短絡電流検出部と、
短絡電流検出部が検出した電流の大きさが、設定値以下であるかどうかを判断する短絡電流比較部と、
短絡電流比較部の判断の結果が肯定である場合には、前記短絡経路を解除するための短絡解除信号を、前記保護装置の作動装置へ出力する解除信号出力部とを備える、超伝導磁石装置。
【請求項７】
超伝導磁石装置であって、
高温超伝導線で形成され、電源から電流が供給されることにより磁場を発生させる超伝導コイルと、
前記超伝導磁石装置の異常が検出された場合、又は、前記電源と前記超伝導コイルとを互いに切り離す場合に、前記超伝導コイルの両端部を互いに短絡させる短絡経路を形成可能な保護装置と、
前記超伝導コイルに逆並列に接続された逆方向ダイオードとを備える、超伝導磁石装置。
【請求項８】
前記超伝導磁石装置が異常な状態になったことを検知すると、短絡信号を出力する検出装置と、
前記短絡信号が出力されると、前記保護装置が前記短絡経路を形成するように前記保護装置を作動させる前記作動装置と、を備える請求項６に記載の超伝導磁石装置。
【請求項９】
前記保護装置は、スイッチを含み、該スイッチが閉じられることにより前記短絡経路が形成される、請求項８に記載の超伝導磁石装置。
【請求項１０】
前記電源は、一定の電流を前記超伝導コイルに供給する定電流源であり、前記一定の電流は、前記超伝導コイルにおいて、前記超伝導コイルの一端部から他端部への向きに流れ、
前記超伝導コイルに逆並列に接続された逆方向ダイオードを備える、請求項６に記載の超伝導磁石装置。
【請求項１１】
前記検出装置は、
前記電源が前記超伝導コイルに供給する電流の大きさを検出する供給電流検出部と、
供給電流検出部が検出した電流の前記大きさが設定条件を満たさなくなったかどうかを判断する供給電流比較部と、
電流の前記大きさが前記設定条件を満たさなくなったと供給電流比較部により判断された場合には、前記異常な状態が生じたとして前記短絡信号を出力する短絡信号出力部とを含む、請求項８に記載の超伝導磁石装置。
【請求項１２】
前記検出装置は、
前記電源と前記超伝導コイルとを接続している電流路の２点間の電圧の大きさを検出する電圧検出部と、
電圧検出部が検出した電圧の前記大きさが設定条件を満たさなくなったかどうかを判断する電圧比較部と、
電圧の前記大きさが前記設定条件を満たさなくなったと電圧比較部により判断された場合には、前記異常な状態が生じたとして前記短絡信号を出力する短絡信号出力部とを含む、請求項８に記載の超伝導磁石装置。
【請求項１３】
前記設定条件は、検出された前記大きさがしきい値より大きいという条件であり、または、検出された前記大きさが設定範囲内にあるという条件である、請求項１１又は１２に記載の超伝導磁石装置。
【請求項１４】
前記検出装置は、
前記電源の異常を検出する電源異常検出部と、
前記電源異常検出部が前記電源の異常を検出したら、前記異常な状態が生じたとして前記短絡信号を出力する短絡信号出力部とを含む、請求項８に記載の超伝導磁石装置。
【請求項１５】
前記作動装置は、短絡解除信号を受けたら、または、短絡解除信号と短絡解除指令の両方を受けたら、前記保護装置による前記短絡経路を解除する、請求項６及び８〜１４のいずれか一項に記載の超伝導磁石装置。
【請求項１６】
前記超伝導コイルと前記保護装置とを有する磁場生成装置を複数備え、
前記電源は、前記複数の磁場生成装置に共有され、
各磁場生成装置に設けられ、前記超伝導コイルを流れる電流の大きさ、または、前記超伝導コイルが発生する磁場の大きさを検出するコイル状態検出部と、
各磁場生成装置に設けられ、前記電源から当該磁場生成装置に電流が供給される閉位置と、前記電源から当該磁場生成装置が切り離される開位置との間で動作させられる電流供給スイッチと、
各磁場生成装置において、前記保護装置の前記スイッチが閉じられている状態で、コイル状態検出部により検出された前記大きさが基準値以下になったら、該磁場生成装置の電流供給スイッチを閉位置に動作させる制御装置と、を備える、請求項９に記載の超伝導磁石装置。
【請求項１７】
各磁場生成装置に設けられ、前記電源から当該磁場生成装置へ供給される電流を検出する供給電流検出部と、
各磁場生成装置に設けられ、前記短絡経路に流れる電流の大きさを検出する短絡電流検出部とを備え、
前記制御装置は、前記磁場生成装置の前記電流供給スイッチを閉位置に動作させた後、
前記電源から当該磁場生成装置へ供給される電流が増えていく過程で短絡電流検出部による検出電流値が設定値以下になったら、前記保護装置の前記スイッチを開位置に動作させ、
その後、前記電源から当該磁場生成装置へ供給される電流がさらに増えていく過程で供給電流検出部による検出電流値が定格電流値になったら、前記保護装置の前記スイッチを閉位置に動作させ、
その後、前記電源から当該磁場生成装置へ供給される電流が減っていく過程で供給電流検出部による検出電流値がゼロになったら、前記電流供給スイッチを開位置に動作させる、請求項１６に記載の超伝導磁石装置。
【請求項１８】
前記保護装置が前記短絡経路を形成するように前記保護装置を作動させる作動装置と、
前記保護装置により形成された前記短絡経路に流れる電流の大きさを検出する短絡電流
検出部と、
短絡電流検出部が検出した電流の大きさが、設定値以下であるかどうかを判断する短絡電流比較部と、
短絡電流比較部の判断の結果が肯定である場合には、前記短絡経路を解除するための短絡解除信号を、前記作動装置へ出力する解除信号出力部とを備え、
前記作動装置は、短絡解除信号を受けたら、または、短絡解除信号と短絡解除指令の両方を受けたら、前記保護装置による前記短絡経路を解除する、請求項７に記載の超伝導磁石装置。
【請求項１９】
前記電源は、一定の電流を前記超伝導コイルに供給する定電流源であり、前記一定の電流は、前記超伝導コイルにおいて、前記超伝導コイルの一端部から他端部への向きに流れる、請求項７に記載の超伝導磁石装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温超伝導線で形成された超伝導コイルと、超伝導コイルに電流を供給することにより磁場を発生させるための超伝導コイルとを備える超伝導磁石装置に関する。また、本発明は、超伝導磁石装置の異常時の電流低下抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導磁石装置は、大電流を流すことができる超伝導コイルを備えていることにより、強力な磁場を発生させることができる。このような超伝導磁石装置は、ＮＭＲ（ｎｕｃｌｅａｒ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）用の磁石や、ＭＲＩ（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｍａｇｉｎｇ）用の磁石として用いることができる。また、超伝導磁石装置を、他の用途（例えば、リニアモーターカー）でも用いることもできる。なお、超伝導は超電導と表記されてもよいが、本願では超伝導と表記する。
【０００３】
従来において、超伝導磁石装置は、低温超伝導線で形成された超伝導コイルを用いて、例えばＮＭＲ用磁石として実用化されている。
【０００４】
図１（Ａ）は、実用化されている超伝導磁石装置の回路図である。超伝導磁石装置は、低温超伝導線で形成された超伝導コイル３１と、超伝導コイル３１に並列に接続されたダイオード３３と、超伝導コイル３１に電流を供給する電源３５と、永久電流スイッチ３７と、加温用のヒーター３９とを有する。永久電流スイッチ３７は、低温超伝導線により形成されている。この低温超伝導線３７は、後述するようにスイッチとして機能するので、図１では、スイッチの記号で表わしている。また、超伝導コイル３１と永久電流スイッチ３７とを含むがダイオード３３を含まない閉回路（後述の図１（Ｃ）の太線の回路）は、永久電流モードを実現するために、低温超伝導線により形成されている。以下、この閉回路を超伝導閉回路という。
【０００５】
図１の超伝導磁石装置は、以下の手順により、電流が減衰しない永久電流モードで磁場を発生させることができる。
【０００６】
まず、超伝導コイル３１、ダイオード３３、および永久電流スイッチ３７を、冷却容器３８内の液体ヘリウム中に配置する。これにより、上述の超伝導閉回路は、転移温度以下に冷却される。転移温度は、常伝導状態から超伝導状態に移り変わる温度である（以下、同様）。したがって、超伝導閉回路は、電気抵抗がゼロの超伝導状態になる。
【０００７】
次に、永久電流スイッチ３７を、ヒーター３９で、上述の転移温度より高い温度に加温する。これにより、永久電流スイッチ３７（超伝導線）は常伝導状態に転移し、超伝導閉回路の輪が切れた状態になる。言い換えると、永久電流スイッチ３７がオフになる（図１（Ａ）の状態）。
【０００８】
その後、電源３５から超伝導コイル３１へ電流を流すと、電流は、図１（Ｂ）のように、この図の太線の経路を流れる。この時、永久電流スイッチ３７は、常伝導状態にあるので、永久電流スイッチ３７には電流がほとんど流れない。
【０００９】
この状態で、電源３５からの電流を増やす。この電流値が定格電流値まで増えたら、ヒーター３９による加温を止める。これにより、永久電流スイッチ３７（超伝導線）は、液体ヘリウムにより再び冷やされて超伝導状態に転移する。
【００１０】
その後、電源３５からの電流を減らしていくと、永久電流スイッチ３７を流れる電流が増えていく。電源３５からの電流がゼロになると、永久電流スイッチ３７から超伝導コイル３１へ流れる電流の値は、上述の定格電流値となる。この電流は、減衰することなく、上述の超伝導閉回路を循環するようになる。すなわち、電流は、図１（Ｃ）のように、この図の太線の経路を流れる。この時、超伝導磁石装置は、電源なしで超伝導コイル３１が磁場を発生させている永久電流モードになっている。
【００１１】
上述のように永久電流モードで磁場を発生させる超伝導磁石装置は、例えば下記の特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１４−３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
（高温超伝導線の利点）
図１の超伝導磁石装置では低温超伝導線を用いていたが、高温超伝導線を用いた超伝導磁石装置の実現が望まれる。高温超伝導線では、主に以下の２つの利点があるからである。第１に、高温超伝導線の転移温度は、例えば液体窒素の沸点（７７Ｋ）以上であり、低温超伝導線の転移温度よりも高い。第２に、高い磁場中においても、高温超伝導線に大きな電流を流すことができる。
【００１４】
したがって、液体ヘリウムを用いなくても、例えば液体窒素や小型冷凍機などにより、高温超伝導線で形成した超伝導コイルを超伝導状態にすることができる。また、高温超伝導線の超伝導コイルは、高い磁場中でも（周囲から発生する磁場が高い場合でも）、高温超伝導線の超伝導コイルに大電流を流すことにより強力な磁場が得られる。さらに、高温超伝導線の超伝導コイルを有する超伝導磁石装置では、低温超伝導線を用いた場合よりも小型の構成で、同じ強さの磁場を発生させることができる。
【００１５】
（高温超伝導線を用いた装置の構成）
しかし、高温超伝導線を用いた超伝導磁石装置は、永久電流モードで磁場を発生させることができない。高温超伝導線同士を、もしくは高温超伝導線と低温超伝導線とをゼロの電気抵抗で接続することができないからである。すなわち、図１（Ｃ）の超伝導閉回路の電気抵抗はゼロであるが、高温超伝導線を用いた場合には電気抵抗ゼロの閉回路を実現できない。
【００１６】
そのため、高温超伝導線を用いた超伝導磁石装置の構成として、永久電流スイッチを使用しない図２の構成が考えられる。
図２において、超伝導磁石装置は、高温超伝導線で形成された超伝導コイル４１と、超伝導コイル４１に並列に接続されたダイオード４３と、超伝導コイル４１に電流を供給する電源４５とを有する。超伝導コイル４１およびダイオード４３を含む回路部分は、例えば冷却容器４７内の冷媒（すなわち、液体窒素、液体水素、液体アルゴン、液体ヘリウム、または他の極低温冷媒）や小型冷凍機などにより、高温超伝導線の転移温度以下に冷却される。
【００１７】
（高温超伝導線を用いた装置の磁場発生方法）
図２の場合、以下の手順により、超伝導磁石装置に磁場を発生させることが考えられる。
まず、超伝導コイル４１およびダイオード４３を、上述の冷媒や小型冷凍機などにより、高温超伝導線の転移温度以下に冷却する。
次に、電源４５からの電流を、例えば５０Ａ〜２０００Ａの大電流まで増やす。
その後、電源４５を超伝導コイル４１に接続した状態を維持することにより、超伝導コイル４１を流れる電流を一定に維持する。電源４５の接続を維持するのは、高温超伝導線を用いた場合には電気抵抗ゼロの超伝導閉回路を実現できないからである。
【００１８】
（高温超伝導線を用いた装置の課題）
図２の場合において、例えば次の（１）〜（３）のように、異常が起こると、電源４５と超伝導コイル４１とが互いに電気的に切り離されることが想定される。
（１）停電または瞬低（瞬時電圧低下）が起こると、電源４５からの電流供給が停止され、電源４５が超伝導コイル４１から切り離された状態になる。
（２）電源４５が供給する電流値が許容範囲よりも大きく又は小さくなったことや、電源４５を冷却する冷却水の流れが停止したことなどの故障がセンサにより検知された場合に、電源４５と超伝導コイル４１とを接続するスイッチ（図示せず）がオフにされることにより、両者が互いに切り離される。
（３）他の理由により（例えばメンテナンスを行うために）、電源４５と超伝導コイル４１とを接続するスイッチがオフにされることにより、両者が互いに切り離される。
【００１９】
このような場合、ダイオード４３と超伝導コイル４１を含む閉回路に電流が流れることにより、超伝導コイル４１の電流が一瞬でゼロになることが防止される。しかし、ダイオード４３の発熱により、一瞬ではないとしても急速に電流が減少してゼロになってしまう。この場合、ダイオード４３により超伝導コイル４１の放電破壊が防止されても、次の問題（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の少なくともいずれか（例えば全て）が生じる。
【００２０】
（Ａ）超伝導磁石装置による磁場の利用を継続できなくなる。例えば、超伝導磁石装置をリニアモーターカーの走行に利用している場合には、リニアモーターカーの継続走行ができなくなる。
（Ｂ）復旧時に、超伝導コイル４１に流れる電流の値をゼロから目標の大電流値まで増やすのに、半日以上（例えば１日〜１ヵ月程度）かかる。超伝導コイル４１のインダクタンス（例えば１０Ｈ〜２０００Ｈ、好適には５０Ｈ〜１０００Ｈ）が大きく、発熱しないように徐々に電流値を増やすからである。
【００２１】
（Ｃ）以下のように、高温超伝導コイル４１のヒステリシス損失により、熱暴走してしまう可能性がある。
高温超伝導線は、素材の性質と作製方法の都合によりそのほとんどがテープ状の線材である。典型的なテープ状高温超伝導線断面のアスペクト比（縦横比）は５ないしは１０以上である。さらに、テープ面に薄く広く高温超伝導部分が存在していることが特徴である。そのため、テープ面に垂直な変動磁場に対して、変動磁場を遮蔽するように流れる渦電流（遮蔽電流）が発生しやすい。
低温超伝導線では、これを防ぐために超伝導部分をマルチフィラメント化することが行われている。しかし、高温超伝導線では、テープ形状以外の線材も含めて、マルチフィラメント化することが難しい、もしくは低温超伝導線なみにマルチフィラメント化することができない。マルチフィラメント化されていない、もしくはその量が少ないと、変動磁場中で遮蔽電流によりヒステリシス損失が発生する。したがって、高温超伝導コイル４１では低温超伝導コイルに比べてヒステリシス損失が大きく、磁石の励磁、消磁中（磁石電流の増加や減少中）に高温超伝導コイル４１内ではより大きなヒステリシス損失による発熱が発生する。
超伝導コイル４１内のヒステリシス損失が特に大きい場所では、ヒステリシス損失による発熱により超伝導コイル４１の一部がその場所で局所的に温度上昇し場合によっては臨界温度を超えてしまう。
電流が印加されているため、このときの臨界温度は、無磁場、電流が印加されていないときの臨界温度にくらべて大幅に小さくなっている。
このため少しの温度上昇により超伝導が常伝導に転移してしまう。
これにより、超伝導線内部に電気抵抗が発生し、その電気抵抗によりさらなる局所的な発熱が発生する。これによりさらに局所的な温度上昇するという悪循環が発生する。
これを局所的な熱暴走と呼ぶ。
局所的な熱暴走が発生した場所のみで超伝導コイル４１の蓄積エネルギーが熱になるため、その温度上昇による超伝導コイル４１の断線や焼損など超伝導コイル４１に致命的な損傷を与える。
局所的な熱暴走を防ぐためには、励磁や消磁の際に電流の変化速度を遅くすることが通常行われる。これによりヒステリシス損失による局所的な発熱量がその場所の冷却能力を下回ればよい。
しかしダイオード４３による保護回路により電流が減少する速度は非常に速く、ダイオード４３による保護回路だけでは高温超伝導コイル４１特有のヒステリシス損失により、局所的な熱暴走が発生してしまう可能性があることを本願の発明者は見出した。
【００２２】
本願の発明者は、上記の検討により、高温超伝導線により形成した超伝導コイルを用いた超伝導磁石装置において、異常な状態により、又は他の理由（例えば電源のメンテナンス）により、電源が超伝導コイルから切り離された場合に、超伝導コイルに流れる電流の減少を抑えることが望ましいという課題を見出した。すなわち、電源が超伝導コイルから切り離された場合に、超伝導コイルを流れる電流の値の減少を抑えることができれば、上記（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の問題を解決できることを、本願の発明者により見出した。
【００２３】
本発明の目的は、超伝導磁石装置において、異常な状態が検出されたことにより、又は他の理由（例えば電源のメンテナンス）により、電源と超伝導コイルとが互いに切り離された場合に、超伝導コイルを流れる電流の減少を抑えることができる方法と装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上述の目的を達成するため、本発明によると、
（Ａ）高温超伝導線で形成された超伝導コイルと、該超伝導コイルに電流を供給する電源と、前記超伝導コイルの両端部を互いに短絡させる短絡経路を形成可能な保護装置とを備える超伝導磁石装置を設置し、
（Ｂ）前記電源からの電流を超伝導状態の前記超伝導コイルに流すことにより、前記超伝導コイルに磁場を発生させ、
（Ｃ）前記（Ｂ）により前記磁場を発生させた後に、前記超伝導磁石装置の異常が検出された場合、又は、前記電源と前記超伝導コイルとを互いに切り離す場合に、前記保護装置により前記短絡経路を形成する、超伝導磁石装置の電流低下抑制方法が提供される。
【００２５】
この方法によると、超伝導状態の超伝導コイルに電源から電流を流して超伝導コイルに磁場を発生させた後に、超伝導磁石装置の異常が検出された場合、又は、電源と超伝導コイルとを互いに切り離す場合に、保護装置により短絡経路を形成する。その結果、超伝導コイルと短絡経路を含む閉回路が形成される。したがって、超伝導コイルを流れる電流は、この閉回路を循環する。この閉回路の電気抵抗は、非常に小さいので、閉回路を循環する電流の減少を抑えることができる。
【００２６】
したがって、電源から超伝導コイルに電流が供給されなくなっても、しばらくの間（例えば、６時間〜数日）、超伝導コイルは、磁場を発生し続けることができる。
【００２７】
また、電源からの電流が供給されなくなった後、比較的長い時間（例えば、６時間〜数日）のうちに電源を復旧させれば、復旧の完了時には、上述の閉回路を流れる電流の値は、まだ十分に大きい。したがって、復旧の完了後に、電源からの電流供給を再開させるときに、超伝導コイルを流れる電流の値をゼロから徐々に増加させることが不要になるので、電流値を目標値まで徐々に上昇させるのにかかる時間が短くなる。例えば、上述の異常な状態が真夜中に生じた場合に、その日の午前中に復旧を完了させても、短時間で、電流値を目標値まで上昇させることができる。
【００２８】
好ましくは、上述の電流低下抑制方法において、
前記電源と前記超伝導コイルとが互いに切り離された後、
（Ｄ）前記短絡経路と前記超伝導コイルとを電流が循環している状態で、前記電源、または、前記電源に代わる新しい電源から前記超伝導コイルへ電流を再び流し、
（Ｅ）前記（Ｄ）において前記電源から前記超伝導コイルへ流す電流を増やすことにより、前記短絡経路を流れる電流の大きさが設定値以下になったことを検出したら、前記短絡経路を解除する。
【００２９】
このように、例えば異常な状態の解消後に、電源から超伝導コイルへの電流供給を開始し、短絡経路を流れる電流の大きさが設定値以下になったことを検出したら、短絡経路を解除して元の状態に戻す。したがって、元の状態に戻す時に、短絡経路の電流により超伝導コイルの電流値が変動してしまうことを抑えることができる。
【００３０】
（ｉ）また、上述の目的を達成するため、本発明によると、
高温超伝導線で形成された超伝導コイルと、
超伝導状態の前記超伝導コイルに電流を供給することにより前記超伝導コイルに磁場を発生させる電源と、
前記超伝導コイルの両端部を互いに短絡させる短絡経路を形成可能な保護装置とを備える超伝導磁石装置が提供される。
【００３１】
（ｉｉ）さらに、上述の目的を達成するため、本発明によると、
高温超伝導線で形成された超伝導コイルと、
超伝導状態の前記超伝導コイルに電源から電流を供給することにより前記超伝導コイルに磁場を発生させた場合に、前記超伝導コイルの両端部を互いに短絡させる短絡経路を形成可能な保護装置とを備える超伝導磁石装置が提供される。すなわち、本発明の超伝導磁石装置は、電源を構成要件に含んでいなくてもよい。
【００３２】
このような装置によると、前記超伝導磁石装置の異常が検出された場合、又は、電源と超伝導コイルとを互いに切り離す場合に、保護装置により短絡経路を形成することができる。その結果、超伝導コイルと短絡経路を含む閉回路が形成される。したがって、超伝導コイルを流れる電流は、この閉回路を循環する。この閉回路の電気抵抗は、非常に小さいので、閉回路を循環する電流の減少を抑えることができる。
また、このような超伝導磁石装置は、例えば異常時に電流の減少を抑える保護装置の保護機能を活用しつつ、その使用態様（例えば後述の変更例８）により、電源の使用頻度を抑えることも可能である。この場合、電源を超伝導コイルに接続していない時でも、電流の減少を抑えるもしくは小さくすることができる。
【００３３】
上述の超伝導磁石装置は、例えば以下のように構成することができる。
【００３４】
（ｉｉｉ）上記（ｉ）または（ｉｉ）の超伝導磁石装置は、
前記超伝導磁石装置が異常な状態になったことを検知すると、短絡信号を出力する検出装置と、
前記短絡信号が出力されると、前記保護装置が前記短絡経路を形成するように前記保護装置を作動させる作動装置と、を備える。
【００３５】
この構成によれば、異常により電源が超伝導コイルから切り離される場合に、自動的に、超伝導コイルと短絡経路を含む閉回路を形成できる。
【００３６】
（ｉｖ）上記（ｉｉｉ）において、前記保護装置は、スイッチを含み、該スイッチが閉じられることにより前記短絡経路が形成される。
【００３７】
この構成によれば、スイッチによる簡単な構成で、上述のように電流の減少を抑えることができる。
【００３８】
（ｖ）上記（ｉ）〜（ｉｖ）のいずれかにおいて、前記電源は、一定の電流を前記超伝導コイルに供給する定電流源であり、前記一定の電流は、前記超伝導コイルにおいて、前記超伝導コイルの一端部から他端部への向きに流れ、
上述の超伝導磁石装置は、前記超伝導コイルに逆並列に接続された逆方向ダイオードを備える。
【００３９】
逆方向ダイオードを設けない場合には、次のような可能性がある。例えば上述の異常な状態により、電源と超伝導コイルとが互いに切り離された場合に、保護装置が作動する前に、超伝導コイルの電流の行き場所がなくなる。しかし、超伝導コイルは、電流を流し続けようとして、電流が流れられるように、超伝導コイルの両端の電圧（Ｖｃ＝−Ｌｄ／Ｉｄｔ）が大きくなる（例えば１０００Ｖになる）。その結果、放電が生じて、蓄積されていた磁場エネルギーがすべて熱エネルギーになって、超伝導コイルが焼損する。
これに対して、逆方向ダイオードを設けた場合には、この問題が次のようになくなる。例えば上述の異常な状態により、電源と超伝導コイルとが互いに切り離された場合に、保護装置が作動するまでの微小時間の間、超伝導コイルの電流の行き場所がなくなる。しかし、超伝導コイルは、電流を流し続けようとして、電流が流れられるように、超伝導コイルの両端の電圧（Ｖｃ＝−Ｌｄ／Ｉｄｔ）が大きくなる。この電圧が、逆方向ダイオードの順方向電圧よりも大きくなると、電流が、大量に逆方向ダイオードを通って、逆方向ダイオードと超伝導コイルを循環するので、超伝導コイルの電流が一瞬で消失して超伝導コイルが焼損することを防止できる。この時、逆方向ダイオードで発熱が生じるが、直ぐに、保護装置が短絡経路を形成するので、超伝導コイルの電流の経路は、逆方向ダイオードの経路から短絡経路へ切り換わる。したがって、逆方向ダイオードでの発熱量を非常に小さく抑えることができる。
【００４０】
（ｖｉ）上記（ｉｉｉ）において、前記検出装置は、
前記電源が前記超伝導コイルに供給する電流の大きさを検出する供給電流検出部と、
供給電流検出部が検出した電流の前記大きさが設定条件を満たさなくなったかどうかを判断する供給電流比較部と、
電流の前記大きさが前記設定条件を満たさなくなったと供給電流比較部により判断された場合には、前記異常な状態が生じたとして前記短絡信号を出力する短絡信号出力部とを含む。
【００４１】
この構成によれば、供給電流比較部が、検出電流値が設定条件を満たさなくなったと判断した場合に、短絡信号出力部が短絡信号を出力することにより短絡経路が形成される。この場合、異常な状態（例えば電源の故障）が生じると、上述の検出電流値が設定条件を満たさなくなって、上述の短絡経路が形成される。
【００４２】
（ｖｉｉ）上記（ｉｉｉ）において、前記検出装置は、
前記電源と前記超伝導コイルとを接続している電流路の２点間の電圧の大きさを検出する電圧検出部と、
電圧検出部が検出した電圧の前記大きさが設定条件を満たさなくなったかどうかを判断する電圧比較部と、
電圧の前記大きさが前記設定条件を満たさなくなったと電圧比較部により判断された場合には、前記異常な状態が生じたとして前記短絡信号を出力する短絡信号出力部とを含む。
【００４３】
この構成によれば、異常な状態（例えば電源の故障）が生じると、電圧検出部による検出電圧の大きさが設定条件を満たさなくなって、上述の短絡経路が形成される。
【００４４】
（ｖｉｉｉ）上記（ｉｉｉ）において、前記検出装置は、
前記電源の異常を検出する電源異常検出部と、
前記電源異常検出部が前記電源の異常を検出したら、前記異常な状態が生じたとして前記短絡信号を出力する短絡信号出力部とを含む。
【００４５】
この構成によれば、電源異常検出部が電源の異常を検出したら、短絡信号出力部が短絡信号を出力する。これにより、上述の短絡経路が形成される。
【００４６】
（ｉｘ）上記（ｉｉｉ）において、超伝導磁石装置は、
前記保護装置により形成された前記短絡経路に流れる電流の大きさを検出する短絡電流検出部と、
短絡電流検出部が検出した電流の大きさが、設定値以下であるかどうかを判断する短絡電流比較部と、
短絡電流比較部の判断の結果が肯定である場合には、短絡解除信号を前記作動装置へ出力する解除信号出力部とを備え
前記作動装置は、短絡解除信号を受けたら、または、短絡解除信号と短絡解除指令の両方を受けたら、前記保護装置による前記短絡経路を解除する。
【００４７】
この構成によれば、例えば異常な状態の解消後に、短絡経路と超伝導コイルとを電流が循環している状態で、電源から超伝導コイルへの電流供給を再開した場合に、短絡経路を流れる電流の大きさが設定値以下になったら、短絡解除信号が出力される。これにより、前記作動装置は、上述の短絡経路を解除する。したがって、元の状態に戻す時に、短絡経路の電流により超伝導コイルの電流値が変動してしまうことを抑えることができる。
【００４８】
（ｘ）上記（ｉｖ）において、超伝導磁石装置は、
前記超伝導コイルと前記保護装置とを有する磁場生成装置を複数備え、
前記電源は、前記複数の磁場生成装置に共有され、
各磁場生成装置に設けられ、前記超伝導コイルを流れる電流の大きさ、または、前記超伝導コイルが発生する磁場の大きさを検出するコイル状態検出部と、
各磁場生成装置に設けられ、前記電源から当該磁場生成装置に電流が供給される閉位置と、前記電源から当該磁場生成装置が切り離される開位置との間で動作させられる電流供給スイッチと、
各磁場生成装置において、前記保護装置の前記スイッチが閉じられている状態で、コイル状態検出部により検出された前記大きさが基準値以下になったら、該磁場生成装置の電流供給スイッチを閉位置に動作させる制御装置と、を備える。
【００４９】
この超伝導磁石装置では、複数の超伝導コイルに対して１つの電源を設け、超伝導コイルの電流が基準値以下になった時に電源から超伝導コイルに電流を供給するようにしたので、電源の使用頻度と使用数を抑えることができる。この場合でも、例えば異常時に電流の減少を抑える保護装置の保護機能を活用することができる（例えば後述の変更例７）。
また、電源を超伝導コイルに接続していない時でも、電流の減少を抑えるもしくは小さくすることができる。
【発明の効果】
【００５０】
上述した本発明によると、超伝導状態の超伝導コイルに電源から電流を流して超伝導コイルに磁場を発生させている時に、超伝導磁石装置の異常が検出された場合、又は、電源と超伝導コイルとを互いに切り離す場合に、保護装置により短絡経路を形成する。これにより、超伝導コイルと短絡経路を含む閉回路が形成される。したがって、超伝導コイルを流れる電流は、この閉回路を循環するようになる。この閉回路の電気抵抗は、非常に小さいので、閉回路を循環する電流の減少を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】低温超伝導線を用いた超伝導磁石装置の回路図である。
【図２】高温超伝導線を用いた超伝導磁石装置の回路図である。
【図３】（Ａ）は、本発明の実施形態による超伝導磁石装置の回路図であり、（Ｂ）〜（Ｄ）は冷凍容器の構成例を示す。
【図４】本発明の実施形態による電流低下抑制方法を示すフローチャートである。
【図５】電流低下抑制方法の手順を説明するための図である。
【図６】電流低下抑制方法の手順を説明するための別の図である。
【図７】図３の超伝導磁石装置の電流と電圧の計測値を示すグラフである。
【図８】短絡経路を解除した場合の電流値の変動を示すグラフである。
【図９】本発明の変更例１による超伝導磁石装置の回路図である。
【図１０】本発明の変更例２による超伝導磁石装置の回路図である。
【図１１】変更例３による超伝導磁石装置の構成例を示す。
【図１２】変更例７による超伝導磁石装置の構成を示す。
【図１３】変更例８による超伝導磁石装置の構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００５３】
図３（Ａ）は、本発明の実施形態による超伝導磁石装置１０を示す回路図である。超伝導磁石装置１０は、ＮＭＲ用の磁石またはＭＲＩ用の磁石として、磁場（例えば静磁場）を発生させる装置であってよい。または、超伝導磁石装置１０は、他の装置（例えば、リニアモーターカーや粒子加速器）において磁場（例えば静磁場）を発生させる装置であってもよい。
【００５４】
超伝導磁石装置１０は、超伝導コイル３と、電源５と、冷却容器７と、保護装置９と、逆方向ダイオード１１ａと、順方向ダイオード１１ｂと、検出装置１３と、作動装置１５と、短絡電流検出部１７と、短絡電流比較部１９とを備える。
【００５５】
超伝導コイル３は、磁場を発生させるために設けられる。超伝導コイル３は、高温超伝導線により形成されている。この高温超伝導線は、例えばテープ状の線材である。このテープ状高温超伝導線（すなわち、テープ状の超伝導コイル３は、）の断面のアスペクト比（縦横比）は、例えば５ないしは１０以上である。超伝導コイル３は、その転移温度以下に冷却されると、電気抵抗値がゼロの超伝導状態になる。
【００５６】
本明細書において、「高温超伝導線」とは、一般的に無磁場中で約２５Ｋ以上の臨界温度Ｔｃ（転移温度）を持つ超伝導体材料からなる線材であり、銅系などを含む酸化物超伝導体や鉄系超伝導体などの超伝導体材料からなる線材はすべて高温超伝導線である。例えば、イットリウム系超伝導体、ビスマス系超伝導体からなる線材は高温超伝導線であり、化学式ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δで表されるものやその式中の元素Ｙを希土類系元素を示すＲｅで置き換えたＲｅＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ、Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８＋δ（Ｂｉ２２１２）やＢｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋δ（Ｂｉ２２２３）を含むＢｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ−１ＣｕｎＯ４＋２ｎ＋δからなる線材は高温超伝導線である。また、上記線材に、ジルコニウムやシスプロシウム等の酸化物ナノ粒子を析出させて臨界電流特性を向上させたものや一部を他の元素で置き換えたものも高温超伝導線である。金属系超伝導体でもＭｇＢ２のように超伝導転移温度が２５Ｋを超えるものからなる線材は高温超伝導線である。
【００５７】
本実施形態において、高温超伝導線の転移温度は、低温超伝導線の転移温度よりも高い。高温超伝導線の転移温度は、例えば、２５Ｋ以上であって１５３Ｋ以下の範囲内の値（例えば液体窒素の沸点７７Ｋ以上の値）であってよい。ただし、この範囲よりも高い転移温度の高温超伝導線が発見されれば、このような高温超伝導線により超伝導コイル３を形成してもよい。
【００５８】
なお、本願の明細書および特許請求の範囲において、「高温超伝導線で形成された超伝導コイル」とは、少なくとも一部（一部または全部）が高温超伝導線で作られたコイルを意味する。
【００５９】
電源５は、超伝導コイル３に電流を供給することにより超伝導コイル３に磁場を発生させる。好ましくは、電源５は、一定の電流を超伝導コイル３に供給する定電流源である。電源５が超伝導コイル３に供給する電流の値は、例えば１０Ａ以上であって１００００Ａ以下の範囲内であり、好適には５０Ａ以上であって２０００Ａ以下の範囲内の値である。電源５の正極と超伝導コイル３の一端部とは、導電性材料で形成された第１電流路６ａにより接続されている。電源５の負極と超伝導コイル３の他端部とは、導電性材料で形成された第２電流路６ｂにより接続されている。なお、電源５は、電源５を除いた超伝導磁石装置１０と別箇に製造販売されて、このような超伝導磁石装置１０の設置時に超伝導コイル３に接続させてよい。
【００６０】
冷却容器７は、超伝導コイル３を形成する高温超伝導線の転移温度以下に冷却される内部空間７ａを有する。この内部空間７ａに、超伝導コイル３が配置されている。冷却容器７は、例えば図３（Ｂ）（Ｃ）または（Ｄ）の構成を有している。
【００６１】
図３（Ｂ）の場合には、冷却容器７は、二重殻構造として内側容器７ｂと外側容器７ｃと有する。内側容器７ｂは上述の内部空間７ａを有し、内部空間７ａには、液体の冷媒（すなわち、液体窒素、液体水素、液体アルゴン、液体ヘリウム、または他の極低温冷媒）が溜められている。この冷媒中に超伝導コイル３が配置されている。内側容器７ｂと外側容器７ｃとの間には、真空となっている真空層７ｄが形成されている。図３（Ｂ）の場合には、定期的に（例えば３ヵ月に一度）、内部空間７ａへ液体の冷媒を注ぎ足すが、停電が起こっても、冷却容器７には問題が生じない。
【００６２】
図３（Ｃ）の場合には、冷却容器７は、図３（Ｂ）の場合と同じ構成を有するが、冷却容器７に冷凍機７ｅが取り付けられている。冷凍機７ｅは、内部空間７ａの冷媒を再凝縮させる。図３（Ｃ）の場合には、冷凍機７ｅがあるので、定期的に内部空間７ａへ液体の冷媒を注ぎ足す必要はないが、停電が起こった場合には、内部空間７ａ内の冷媒が無くなる前に（例えば７日以内に）、内部空間７ａへ液体の冷媒を注ぎ足すか、冷凍機７ｅへ電力を供給して冷凍機７ｅの運転を再開させる。
【００６３】
図３（Ｄ）の場合には、冷却容器７には冷凍機７ｆが取り付けられている。冷凍機７ｆと超伝導コイル３とは熱伝導体（金属の板や編線）７ｇにより熱的に接続されている。
なお、冷却容器７は、冷却容器７を除いた超伝導磁石装置１０と別箇に製造販売されて、このような超伝導磁石装置１０とともに使用されてもよい。
【００６４】
保護装置９は、超伝導コイル３の両端部を互いに短絡させる短絡経路を形成可能である。なお、本実施形態において、短絡経路の短絡とは、電流の減少速度ｄＩ／ｄｔが、逆方向ダイオード１１ａの場合よりも少ないことを意味してよい。言い換えると、同じ値の電流が短絡経路と逆方向ダイオード１１ａとにそれぞれ流れた場合に、短絡経路の電気抵抗での発熱量（すなわち、この電気抵抗による電流の減少量）が、逆方向ダイオード１１ａでの発熱量（すなわち、この発熱による電流の減少量）よりも小さい。
【００６５】
保護装置９が形成する短絡経路の電気抵抗がゼロでない場合に、この短絡経路を流れる電流値の測定（検出）が容易になる。
【００６６】
本実施形態では、保護装置９は、スイッチ９ａを含む。スイッチ９ａの一端部は、超伝導コイル３の一端部に接続され、スイッチ９ａの他端部は、超伝導コイル３の他端部に接続されている。スイッチ９ａが閉じられることにより、スイッチ９ａを介して、超伝導コイル３の両端部は、互いに短絡した状態になる。図３（Ａ）では、保護装置９は、第１導電性経路９ｂと第２導電性経路９ｃを含む。第１導電性経路９ｂは、スイッチ９ａの一端部と第１電流路６ａの途中箇所Ｐ１とを接続しており、第２導電性経路９ｃは、スイッチ９ａの他端部と第２電流路６ｂの途中箇所Ｐ２とを接続している。
【００６７】
このような保護装置９は、図３（Ａ）では、冷却容器７の外部に設けられているが、短絡電流検出部１７と共に冷却容器７の内部空間７ａに設けられてもよいし、その要素が冷却容器７の外部と内部に分散して設けられてもよい。また、保護装置９は、図３（Ａ）では、電源５の外部に設けられているが、（冷却容器７の外部であって）電源５の内部に設けられてもよいし、その要素が電源５の外部と内部に分散して設けられてもよい。
【００６８】
逆方向ダイオード１１ａは、超伝導コイル３に逆並列に接続されている。すなわち、逆方向ダイオード１１ａのカソードは、超伝導コイル３の一端部（定電流源５の正極）に接続され、逆方向ダイオード１１ａのアノードは、超伝導コイル３の他端部（定電流源５の負極）に接続されている。一方、この順方向ダイオード１１ｂのアノードは、超伝導コイル３の一端部（定電流源５の正極）に接続され、順方向ダイオード１１ｂのカソードは、超伝導コイル３の他端部（定電流源５の負極）に接続されている。なお、順方向ダイオード１１ｂは、無くてもよい。
【００６９】
検出装置１３は、超伝導磁石装置１０の異常な状態（例えば、電源５から超伝導コイル３への電流供給が異常な状態）を検知すると、短絡信号を作動装置１５に出力する。以下、この異常な状態を単に異常状態という。
【００７０】
このような検出装置１３は、図３（Ａ）では、冷却容器７の外部に設けられているが、冷却容器７の内部空間７ａに設けられてもよいし、その要素が冷却容器７の外部と内部に分散して設けられてもよい。
【００７１】
検出装置１３は、本実施形態では、供給電流検出部１３ａと供給電流比較部１３ｂと短絡信号出力部１３ｃを含む。
供給電流検出部１３ａは、電源５が超伝導コイル３に供給する電流の大きさを検出する。供給電流検出部１３ａは電流計であってよい。電流計１３ａは、図３（Ａ）では第１電流路６ａに設けられているが、第２電流路６ｂに設けられていてもよい。なお、供給電流検出部１３ａは、電源５が超伝導コイル３に供給する電流の大きさを検出できればよく、供給電流検出部１３ａの構成および配置として、様々なものを採用できる。例えば、供給電流検出部１３ａは、超伝導コイル３の両端の電圧、または、第１電流路６ａまたは第２電流路６ｂに設けた電気抵抗値が既知の抵抗の両端の電圧を計測し、この計測値から、電源５が超伝導コイル３に供給する電流の大きさを検出してもよい。あるいは、供給電流検出部１３ａは、超伝導コイル３または他の箇所（例えば第１電流路６ａまたは第２電流路６ｂ）を流れる電流により発生した磁場の値（強さ）を、例えばＤＣＣＴやホール素子やＮＭＲ現象などを用いて測定し、測定した磁場の値に基づいて、電源５が超伝導コイル３に供給する電流の大きさを検出してもよい。
供給電流比較部１３ｂは、供給電流検出部１３ａが検出した電流の大きさが設定条件を満たさなくなったかどうかを判断する。この設定条件は、供給電流検出部１３ａにより検出された電流の大きさがしきい値よりも大きいという条件であり、または、この電流の大きさが設定範囲内にあるという条件である。このしきい値は、ゼロであってもよいし、ゼロに近い値（例えば、０．１Ａ〜１０Ａの範囲内の値）であってもよいし、正常時に供給電流検出部１３ａが検出する電流の大きさの所定割合（例えば、１０％以下の任意の割合）であってもよい。設定範囲は、正常時に供給電流検出部１３ａが検出する電流の大きさの範囲、またはこの範囲に近い範囲であってよい。
短絡信号出力部１３ｃは、供給電流検出部１３ａによる検出電流値が上述の設定条件を満たさないと供給電流比較部１３ｂにより判断された場合（すなわち、該検出電流値がしきい値以下であり、若しくは、該検出電流値が設定範囲よりも小さい又は大きい場合）には、異常状態が生じたとして短絡信号を作動装置１５に出力する。
【００７２】
作動装置１５は、短絡信号を受けることにより、保護装置９が短絡経路を形成するように保護装置９を作動させる。本実施形態では、保護装置９の作動は、スイッチ９ａを閉じる動作である。すなわち、作動装置１５は、スイッチ９ａを閉じることにより短絡経路を形成する。作動装置１５は、機械的に（機械的な動力により）又は磁気的に（電磁力により）スイッチ９ａを閉じる。作動装置１５は、重力を利用してスイッチ９ａを閉じるように構成されていてもよい。
【００７３】
短絡電流検出部１７は、保護装置９により形成された短絡経路に流れる電流の大きさを検出する。なお、短絡電流検出部１７は、短絡経路に流れる電流の大きさを検出できればよく、短絡電流検出部１７の構成および配置として、様々なものを採用できる。例えば、短絡電流検出部１７は、図３（Ａ）のように第２導電性経路９ｃに設けてもよいし、第１導電性経路９ｂに設けてもよい。別の例では、短絡電流検出部１７は、第１導電性経路９ｂと第２導電性経路９ｃとの間の電圧を測定し、この測定値と、第１導電性経路９ｂと第２導電性経路９ｃとの間の既知の電気抵抗値とから電流の大きさを検出してもよい。さらに別の例では、短絡電流検出部１７は、保護装置９（第１導電性経路９ｂと第２導電性経路９ｃ）以外の２箇所における電流値の差から、短絡経路に流れる電流の大きさを検出してもよい。これらの２箇所は、例えば、途中箇所Ｐ１よりも上流側の第１電流路６ａの１箇所と、途中箇所Ｐ１よりも下流側の第１電流路６ａの１箇所であってよい。なお、短絡電流検出部１７は、供給電流検出部１３ａと同様の原理で電流を検出してよい。例えば、短絡電流検出部１７は、超伝導コイル３または他の箇所（例えば上記短絡経路）に流れる電流により発生する磁場の値を測定し、この測定値に基づいて、上記短絡経路に流れる電流の大きさを検出してもよい。
【００７４】
短絡電流比較部１９は、異常状態に対する復旧後に、短絡電流検出部１７が検出した電流の大きさが設定値（ゼロまたはゼロに近い値）以下であるかどうかを判断する。この設定値は、例えば、０Ａ以上であって１Ａ以下の範囲内の値である。好ましくは、この設定値は、０Ａ以上であって０．２Ａ以下の範囲内の値である。
【００７５】
解除信号出力部２１は、短絡電流比較部１９による判断の結果が肯定である場合には、短絡解除信号を作動装置１５へ出力する。この場合、作動装置１５は、短絡解除信号を受けたら、または、短絡解除信号と短絡解除指令の両方を受けたら、保護装置９による短絡経路を解除する。ここで、短絡解除指令は、異常状態に対する復旧後に、指令出力部（図示せず）から作動装置１５へ出力される。この指令出力部は、例えば、電源５から超伝導コイル３へ電流供給を再開させることに反応して、または、この再開時に人が適宜の操作部（例えばボタン）を操作することに反応して、短絡解除指令を作動装置１５へ出力する。
【００７６】
図４は、上述した超伝導磁石装置１０の異常時の電流低下抑制方法を示すフローチャートである。
図５と図６は、この電流低下抑制方法の説明図である。図５（Ａ）〜（Ｃ）と図６（Ａ）（Ｂ）において、電流が流れている経路を太線部分で表わしている。なお、図５と図６において、供給電流比較部１３ｂや短絡信号出力部１３ｃなどの図示を省略している。
【００７７】
ステップＳ１で、上述の超伝導磁石装置１０を設置する。この状態を図５（Ａ）に示す。図５（Ａ）では、まだ電流は流れていない。
【００７８】
ステップＳ２で、次のように超伝導磁石装置１０による磁場生成を開始する。ステップＳ１で、上述のように、冷却容器７内の超伝導コイル３を冷却して、冷却容器７の内部空間７ａの温度を、超伝導コイル３を形成する高温超伝導線の転移温度以下にする。これにより、超伝導コイル３が超伝導状態になる。また、ステップＳ２で、スイッチ９ａを開いた状態で、例えばスイッチ８（図５を参照）を閉じることにより、超伝導状態にされた超伝導コイル３に、電源５から電流を流すことにより、超伝導コイル３に磁場を発生させる。この時、超伝導コイル３のインダクタンス（例えば１０Ｈ〜２０００Ｈの範囲内の値、好適には５０Ｈ〜１０００Ｈの範囲内の値）が大きいため、超伝導コイル３が発熱しないように、長い時間（半日以上、例えば１日〜１ヵ月程度）をかけて、超伝導コイル３に流れる電流の値をゼロから目標値の定格電流値（好適には、５０Ａ以上であって２０００Ａ以下の範囲内の値）まで上昇させる。この状態を図５（Ｂ）に示す。図５（Ｂ）において、電流は、超伝導コイル３と定電流源５とを含む閉回路（すなわち、この図における太線の回路）を流れている。なお、スイッチ８は、図５では、電源５の正極側に設けられているが、電源５の負極側もしくは正極側と負極側の両方に設けられていてもよい。
【００７９】
このように、ステップＳ２において、定格電流値の電流が超伝導状態の超伝導コイル３に流れることにより、超伝導コイル３が磁場を発生させる。その後、この状態で、ステップＳ３へ移行する。
【００８０】
ステップＳ３で、超伝導コイル３が磁場を発生させている時に、検出装置１３は、電源５から超伝導コイル３への電流供給が異常な状態（異常状態）の発生の有無を判断する。検出装置１３は、異常状態を検出したら、ステップＳ４へ進む。そうでない場合には、ステップＳ３の判断を繰り返す。
【００８１】
異常状態として、例えば電源５の故障がある。電源５が故障すると、図５と図６に示すスイッチ８が自動的に開くことにより、電源５が超伝導コイル３から電気的に切り離される。これにより、図５（Ｂ）の状態から図５（Ｃ）の状態に移行する。図５（Ｃ）において、超伝導コイル３の電流は、超伝導コイル３と逆方向ダイオード１１ａとを含む閉回路（すなわち、この図における太線の回路）を流れる。この異常状態では、供給電流検出部１３ａが検出する電流値は、上述の定格電流値よりも大幅に小さく、上述の設定条件を満たさなくなるので、この異常状態は、検出装置１３により検出される。
【００８２】
別の例では、異常状態として停電や瞬低などがある。すなわち、停電または瞬低により電源５に電力が供給されなくなると、電源５が超伝導コイル３に電流を供給できなくなる。このような場合も、図５（Ｂ）の状態から図５（Ｃ）と同等の状態に移行し、この異常状態は、検出装置１３により検出される。なお、異常状態が停電または瞬低である場合には、検出装置１３や作動装置１５などが補助電源により動作してもよいし、電源を失うとスイッチ９ａが自動的に閉状態に移行する装置を使ってもよい。
【００８３】
ステップＳ４で、検出装置１３は、短絡信号を作動装置１５に出力する。これにより、作動装置１５は、保護装置９を作動させることにより、超伝導コイル３の両端部を互いに短絡させる短絡経路を形成する。この状態を図６（Ａ）に示す。図６（Ａ）では、超伝導コイル３と保護装置９（スイッチ９ａ）とを含む閉回路（すなわち、この図における太線の回路）を流れている。この閉回路の電気抵抗値は、ゼロであるか、または、ゼロより大きく７５ｍΩ以下であり、好適には、ゼロであるか、または、ゼロより大きく３０ｍΩ以下であることが望ましい。なお、スイッチ９ａを含めた閉回路全体を超伝導線（高温超伝導線、または高温超伝導線と低温超伝導線）で形成することにより、この閉回路の抵抗を、ゼロに非常に近い値にしてもよい。この閉回路に低温超伝導線を用いる場合には、例えば冷却容器７の内部空間７ａは、ステップＳ２で、例えば液体ヘリウムにより、低温超伝導線の転移温度以下に冷却されている。この場合、この閉回路全体を内部空間７ａに配置するのがよい。ステップＳ４の後、ステップＳ５へ移行する。
【００８４】
なお、保護装置９の作動時（図６（Ａ）の状態）における電流の減衰速度が、逆方向ダイオード１１ａの作動時（図５（Ｃ）の状態）における電流の減衰速度に比べての１／２以下、好適には１／５以下であることが望ましい。保護装置９の作動時（図６（Ａ）の状態）において保護装置９両端（図３（Ａ）の途中箇所Ｐ１，Ｐ２）の間に発生する電圧が０．７５Ｖ以下、好適には０．３Ｖ以下であることが望ましい。
【００８５】
好ましくは、上述のステップＳ２で、超伝導コイル３に流れる電流の値をゼロから目標値の定格電流値まで上昇させている時においても、上述のステップＳ３の判断が繰り返し行われ、ステップＳ３で異常状態が検出されたら、上述のステップＳ４が行われる。この場合も、ステップＳ４の後、ステップＳ５へ移行する。
【００８６】
ステップＳ５で、電源５の修理または交換などの復旧作業を人が行う。これにより異常状態が解消され、ステップＳ６へ移行する。
【００８７】
ステップＳ６で、正常な電源５から超伝導コイル３への電流供給を再開する。すなわち、例えば修理された電源５、または、故障した電源５に代わる新しい電源５から超伝導コイル３へ電流を流す。例えば、ステップＳ５を行った人が、電源５を作動させるボタンを押すことによりステップＳ６が行われてよい。ステップＳ６では、電源５から超伝導コイル３へ供給する電流の値を、次第に大きくしていく。この状態を図６（Ｂ）に示す。図６（Ｂ）において、電流は、超伝導コイル３と定電流源５とを含む閉回路（すなわち、この図における太線の回路）を流れている。図６（Ｂ）に示すように、定電流源５からの電流は、超伝導コイル３へ流れる電流Ｃ１と、スイッチ９ａへ流れる電流Ｃ２とに分かれ、超伝導コイル３を流れた電流Ｃ１は、スイッチ９ａへ流れる電流Ｃ３と、定電流源５へ流れる電流Ｃ４とに分かれる。したがって、電流Ｃ２と電流Ｃ３とは互いに相殺される。電源５からの電流を大きくしていくと、スイッチ９ａを流れる電流（Ｃ３−Ｃ２）が次第に小さくなり、電流Ｃ２と電流Ｃ３とが同じ大きさになった時に、スイッチ９ａを流れる電流がゼロになる。
【００８８】
ステップＳ７で、短絡電流比較部１９は短絡経路（スイッチ９ａ）を流れる電流の大きさを検出し、短絡電流比較部１９は、この検出値が、上述の設定値以下になったかどうかを判断する。この設定値は、ゼロまたはゼロに近い値（例えば、０Ａより大きく５Ａ以下の値）である。ステップＳ７の判断の結果が肯定である場合には、ステップＳ８へ移行し、そうでない場合には、ステップＳ７の判断を繰り返す。
【００８９】
ステップＳ８で、解除信号出力部２１は、解除信号を作動装置１５へ出力することにより、作動装置１５は、短絡経路を解除する。本実施形態では、ステップＳ８で、作動装置１５は、スイッチ９ａを開ける。これにより、図５（Ｂ）の状態に戻る。
次いで、ステップＳ８では、超伝導コイル３に流れる電流の値が上述の定格電流値になるまで、定電流源５から超伝導コイル３へ供給する電流を増やしていく。これにより、定格電流値の電流が超伝導状態の超伝導コイル３に流れている状態で、ステップＳ３に戻り、上述したステップＳ３〜ステップＳ８の処理を繰り返す。
【００９０】
（実施形態の効果）
上述した本発明の実施形態の超伝導磁石装置１０と電流低下抑制方法によると、超伝導状態の超伝導コイル３に電源５から電流を流して超伝導コイル３に磁場を発生させている時に、超伝導コイル３への電流供給が異常な状態になったことが検知されたら、保護装置９により短絡経路が形成される。これにより、超伝導コイル３と短絡経路を含む閉回路が形成される。したがって、超伝導コイル３を流れる電流は、この閉回路を循環するようになる。この閉回路の電気抵抗は、非常に小さいので、閉回路を循環する電流の減少を抑えることができる。
【００９１】
したがって、超伝導コイル３は、電源５からの電流が供給されなくなっても、しばらくの間（例えば、６時間〜数日）は、（ゼロでない）磁場を発生し続けることができる。
【００９２】
さらに、超伝導コイル３に上述したヒステリシス損失が存在する場合でも、ヒステリシス損失による熱暴走を防止できる。
【００９３】
また、電源５からの電流が供給されなくなった後、所定の時間（例えば、６時間〜数日）のうちに電源５を復旧させれば、復旧の完了時には、閉回路を流れる電流は、まだ十分に大きい。したがって、復旧の完了後に、電源５からの電流供給を再開させて、超伝導コイル３を流れる電流の値をゼロから増加させることが不要になるので、電流値を目標値まで徐々に上昇させるのにかかる時間が短くなる。例えば、上述の異常状態が真夜中に生じても、朝になってから復旧作業を開始しその日の午前中に復旧を完了させても、復旧後に、電流値を目標値まで徐々に上昇させるのにかかる時間が短くなる。
【００９４】
また、上述のステップＳ７で、短絡経路を流れる電流の大きさが設定値以下になったことが検出されたら、作動装置１５は、短絡経路を解除する。これにより、元の状態に戻す時に、短絡経路の電流により超伝導コイル３の電流値が変動してしまうことを抑えることができる。
【００９５】
さらに、永久電流モードができない超伝導コイル３を電源で励磁するということは、それだけ長い時間電源５を超伝導コイル３に接続したままにすることになるので、それだけ電源故障や異常に遭遇する確率が非常に高くなるという課題がある。これまで永久電流モードで運転するか、短期的に励磁、消磁を繰り返す超伝導磁石装置しかなかった。低温超伝導磁石では想定されていない当該課題を、超伝導磁石装置１０により解決できる。
【００９６】
［異常時における電流減少速度の計算］
図３（Ａ）において、電源５が超伝導コイル３から切り離されており、超伝導コイル３と逆方向ダイオード１１ａを含む閉回路に電流Ｉが流れている時に、スイッチ９ａを閉じた瞬間では、次の式が成り立つ。
Ｖｐ＝ＲＩ＋Ｌ×ｄＩ／ｄｔ＝０
ここで、Ｖｐは、スイッチ９ａを含む短絡経路の両端の電位差であり、Ｒは、スイッチ９ａを閉じることにより形成される閉回路（図６（Ａ）の太字部分の閉回路。以下、閉回路Ｘという）の電気抵抗値であり、Ｌは、超伝導コイル３のインダクタンスである。Ｒは、第１電流路６ａと第２電流路６ｂの電気抵抗値の大きさ程度であり、ここでは、２．８３７ｍΩとする。また、Ｌは、７４Ｈであるとし、Ｉは、５０Ａであるとした。この場合、閉回路Ｘを流れる電流の減少速度は、１．９１×１０−３Ａ／ｓｅｃとなる。
【００９７】
［異常時における電流減少速度の計測］
図３（Ａ）において、電源５が超伝導コイル３から切り離されており、超伝導コイル３と逆方向ダイオード１１ａを含む閉回路に５０Ａの電流が流れている時に、スイッチ９ａを閉じた場合に、閉回路Ｘを流れる電流の減少速度を計測した。この計測値は、３．９７×１０−３Ａ／ｓｅｃであった。
なお、この減少速度の計測値から計算した、閉回路Ｘの電気抵抗値は、５．８７ｍΩである。電流の減少速度の計測値が、上記の計算値よりも高いのは、保護装置９の非常に小さい電気抵抗値が反映されたからである。
【００９８】
比較のため、図３（Ａ）において、電源５が超伝導コイル３から切り離されており、超伝導コイル３と逆方向ダイオード１１ａを含む閉回路Ｙに、上記と同じ５０Ａの電流が流れている場合に、この閉回路Ｙを流れる電流の減少速度を計測した。この計測値は、２×１０−２Ａ／ｓｅｃであり、閉回路Ｘの場合の計測値の５〜１０倍であった。
【００９９】
また、この場合、逆方向ダイオード１１ａでの発熱、および、上述したヒステリシス損失による発熱の一方または両方によって、冷却容器７（クライオスタット）内の液体ヘリウムが、蒸発して安全弁から噴出する状態となった。この状態から、保護装置９を作動させたら、ヘリウムガスの噴出が止まり、超伝導コイル３の両端の電位差Ｖｃ（＝−Ｌ×ｄＩ／ｄｔ）も、１．５Ｖ（すなわち、逆方向ダイオード１１ａの電圧）から０．１２Ｖに下がった。これは、電流の減衰速度（ｄＩ／ｄｔ＝−Ｖｃ／Ｌ）が１／１０以下になったことを意味する。
このように、逆方向ダイオード１１ａが作動して急速に電流が減衰する危険な状態から、保護装置９により、ゆっくりとした電流減少の安全な状態（つまり、逆方向ダイオード１１ａでの発熱、および、超伝導コイル３の上述したヒステリシス損失による発熱の一方または両方が冷却能力を下回る状態）に移行できる。これは、保護装置９を室温側に設置した場合でも達成できる。つまり、電気抵抗がゼロではない短絡回路（保護装置９による短絡経路）でも保護回路として十分機能する。
【０１００】
図７（Ａ）（Ｂ）は、電源５を超伝導コイル３から切り離し、その後、保護装置９を作動させた場合の電流と電圧の変化を示す。
図７（Ａ）において、横軸は時間を示す、縦軸は電流値を示し、破線のグラフは、電源５が超伝導コイル３へ供給する電流の値を示し、実線のグラフは、スイッチ９ａを流れる電流の値を示す。図７（Ａ）において、時点ｔ１から時点ｔ２では、電源５が超伝導コイル３から切り離されたことにより電源５からの電流の値が急低下しており、時点ｔ３から時点ｔ４では、スイッチ９ａが閉じられたことによりスイッチ９ａを流れる電流の値が急上昇している。時点ｔ４の以降では、電流値の減少速度が低く３×１０−３Ａ／ｓｅｃ程度であるので、時点ｔ１以前に超伝導コイル３へ供給する電流を例えば、５００Ａ以上にしておけば、ｔ４から６時間経過しても、まだ、８０％以上の値（４００Ａ以上）の電流が閉回路Ｘを流れていることになる。
【０１０１】
図７（Ｂ）において、横軸は時間を示す、縦軸は電圧値を示し、実線のグラフは、図７（Ａ）の場合におけるスイッチ９ａの両端の電圧を示す。図７（Ｂ）において、時点ｔ１から時点ｔ２’では、電源５が超伝導コイル３から切り離されて電流が逆方向ダイオード１１ａを流れたことにより、スイッチ９ａの両端の電位差が急低下しており（電位差の大きさが急上昇しており）、時点ｔ３から時点ｔ４’では、スイッチ９ａが閉じられたことにより、スイッチ９ａの電位差が急上昇して（電位差の大きさが急低下して）ほぼゼロになっている。図７（Ｂ）において、時点ｔ４’以降のＶの大きさが時点ｔ２’〜時点ｔ３’でのＶの大きさの１／１０以下になっていることと、Ｖｃ＝−Ｌ×ｄＩ／ｄｔとを考慮すると、時点ｔ４’以降での電流の減少速度は、時点ｔ２’〜時点ｔ３’での電流の減少速度の１／１０以下になっていることが分かる。ここで、Ｖｃは、超伝導コイル３の両端の電位差であり、Ｌは、超伝導コイル３のインダクタンスであり、ｄＩ／ｄｔは、電流の時間微分である。
【０１０２】
［復旧時における変動電流の計測］
図８は、元の状態に戻した時における超伝導コイル３に流れる電流値の変動を示す。図８において、破線は、短絡経路を流れる電流が０．１Ａの時に、短絡経路を解除した場合に、超伝導コイル３に流れる電圧値（電流値に相当）を示す。図８において、実線は、短絡経路を流れる電流が０．３Ａの時に、短絡経路を解除した場合に、超伝導コイル３に流れる電圧値を示す。図８において、横軸の時間がゼロの時点は、短絡経路を解除した時点である。図８から分かるように、短絡経路を流れる電流が小さい場合には、電流値の変動が抑えられる。ここで、各場合の短絡経路の電流値が低いのは、装置が損傷しないようにするためである。
【０１０３】
[リニアモーターカーへの適用例]
上述の超伝導磁石装置１０をリニアモーターカーで用いる適用例を説明する。
【０１０４】
リニアモーターカーにおける複数（例えば５つ）の車両に、それぞれ、複数（例えば５つ）の超伝導磁石装置１０が搭載されている。したがって、各車両には、１つの電源５が搭載されているが、予備電源も、リニアモーターカーに搭載しておく。いずれかの超伝導磁石装置１０において異常状態（電源５の異常）が検出装置１３により検出されると、リニアモーターカーの制御装置（央制御管理装置）が、当該超伝導磁石装置１０において、上述のスイッチ８を開くことにより、電源５を超伝導コイル３から切り離す。次いで、当該制御装置は、当該超伝導磁石装置１０において、上述のステップＳ６で、交換用の電源５としての正常な上記予備電源を超伝導コイル３に電気的に接続することにより、超伝導コイル３への電流供給を再開する。
【０１０５】
この場合、この制御装置は、各車両の電源５の異常および各車両の超伝導磁石装置１０を含む電気回路系の電気的諸量（電流値、電圧値等）の測定結果ないし検出結果を取り込み、予め組み込まれているソフトウエアによって一連の制御動作を実行する。
【０１０６】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、本発明では、以下の変更例１〜８のいずれかを採用してもよいし、変更例１〜８の２つ以上の可能な任意の組み合わせを採用してもよい。
【０１０７】
（変更例１）
図９は、本発明の変更例１による超伝導磁石装置１０の回路図である。変更例１では、検出装置１３は、図９に示すように、電圧検出部１３ｄと電圧比較部１３ｅと短絡信号出力部１３ｃを有する。
【０１０８】
電圧検出部１３ｄは、電源５と超伝導コイル３とを接続している電流路（第１電流路６ａと第２電流路６ｂ）の２点間の電圧（電位差）を検出する。これらの２点間には、図８のように、電気抵抗値が既知である電気抵抗１６を設けてもよい。
【０１０９】
好ましくは、電圧検出部１３ｄは、図８のように第１導電性経路９ｂと第１電流路６ａとの接続箇所Ｐ１よりも電源５側における２点の電圧の大きさを、あるいは、第２導電性経路９ｃと第２電流路６ｂとの接続箇所Ｐ２よりも電源５側における２点の電圧の大きさを検出する。ただし、検出装置１３は、電源５と超伝導コイル３とを接続している電流路における他の２点（例えば、第１導電性経路９ｂ上の１点と第２導電性経路９ｃ上の１点）の電圧の大きさを検出するものであってよく、当該２点には、様々なパターンがある。
【０１１０】
電圧比較部１３ｅは、電圧検出部１３ｄが検出した電圧の大きさが設定条件を満たさなくなったかどうかを判断する。この設定条件は、電圧検出部１３ｄにより検出された電圧の大きさがしきい値よりも大きいという条件であり、または、この電圧の大きさが設定範囲内であるという条件である。このしきい値は、ゼロであってもよいし、ゼロに近い値であってもよいし、正常時に電圧検出部１３ｄが検出する電圧の大きさの所定割合（例えば、１０％以下の任意の割合）であってもよい。設定範囲は、正常時に電圧検出部１３ｄが検出する電圧の大きさの範囲、またはこの範囲に近い範囲であってよい。電圧検出部１３ｄが検出した電圧の大きさが上述の設定条件を満たさなくなったと（すなわち、電圧の該大きさがしきい値以下であると、若しくは、電圧の該大きさが設定範囲よりも小さい又は大きいと）電圧比較部１３ｅにより判断された場合には、短絡信号出力部１３ｃは、異常状態が生じたとして、作動装置１５へ短絡信号を出力する。これにより、作動装置１５は、上述のように保護装置９を作動させる。
【０１１１】
（変更例２）
図１０（Ａ）は、本発明の変更例２による超伝導磁石装置１０の回路図である。変更例２では、検出装置１３は、図１０（Ａ）に示すように、電源異常検出部１３ｆと停止動作部１３ｇと短絡信号出力部１３ｃを有する。
【０１１２】
電源異常検出部１３ｆは、電源５の異常を検出する。例えば、電源異常検出部１３ｆは、電源５が供給する電流値が許容範囲よりも大きく又は小さくなったことを、電源５の異常として検出する。あるいは、電源異常検出部１３ｆは、電源５を冷却する冷媒（冷却水または冷却空気）の異常（例えば、流速または温度）が許容範囲外になったことを、電源５の異常として検出する。別の例では、電源異常検出部１３ｆは、電源５の温度が上限値以上になったことを、電源５の異常として検出する。さらに別の例では、電源異常検出部１３ｆは、電源５近傍の磁場が許容範囲よりも大きく又は小さくなったことを、電源５の異常として検出する。
【０１１３】
停止動作部１３ｇは、電源異常検出部１３ｆが電源５の異常を検出したら、電源５から超伝導コイル３への電流供給を停止させる。すなわち、停止動作部１３ｇは、電源５を、超伝導コイル３から電気的に切り離す。例えば、停止動作部１３ｇは、第１電流路６ａ（または第２電流路６ｂ）に設けたスイッチ１４を開くことにより、超伝導コイル３への電流供給を停止させる。
【０１１４】
変更例２によると、電源異常検出部１３ｆが電源５の異常を検出したら、短絡信号出力部１３ｃが短絡信号を出力することにより、上述のように作動装置１５は短絡経路を形成する。すなわち、短絡信号出力部１３ｃは、電源異常検出部１３ｆが電源５の異常を検出したことに反応して、または、停止動作部１３ｇが上述の電流供給を停止したことに反応して、異常な状態が生じたとして短絡信号を作動装置１５へ出力する。
【０１１５】
あるいは、電源異常検出部１３ｆは、電源５の異常を検出すると、これに反応して、停止動作部１３ｇは、上述のスイッチ１４を開くことにより、超伝導コイル３への電流供給を停止させ、その後、短絡信号出力部１３ｃが、保護装置９の作動が必要かどうかを判断し、この作動が必要と判断したら場合に、短絡信号を作動装置１５へ出力する。この場合、例えば、センサ１３ｈ（図１０（Ａ）を参照）が、冷却容器７の異常を検出したら、その旨の信号を短絡信号出力部１３ｃへ出力することにより、短絡信号出力部１３ｃは短絡信号を作動装置１５へ出力する。ここで、冷却容器７の異常とは、冷却容器７の内部空間７ａの液体状の冷媒の液面のレベルが下限値より下がったことであってもよいし、他の異常であってもよい。
【０１１６】
このような検出装置１３は、電源５に組み込まれたものであってもよい。
【０１１７】
また、変更例２において、停止動作部１３ｇが設けられていなくてもよい。この場合、電源異常検出部１３ｆが電源５の異常を検出したことに反応して、短絡信号出力部１３ｃが短絡信号を出力する。この場合、電源５と超伝導コイル３とは、必ずしも互いに切り離されなくてもよい。例えば、図１０（Ｂ）のように、停止動作部１３ｇとスイッチ１４の代わりに電源５に設けられた安全装置１８が作動しそうな時に、電源異常検出部１３ｆが電源５の異常を検出して短絡信号出力部１３ｃが短絡信号を出力することにより保護装置９が短絡経路を形成する場合、この安全装置１８は、実際に作動しなくてもよいし、短絡経路の形成後に作動してもよい。なお、この安全装置１８が作動することにより電源５が実際に超伝導コイル３から切り離される。図１０（Ｂ）は、安全装置１８を設けた場合の超伝導磁石装置１０の構成を示す。
【０１１８】
安全装置１８は、例えば電源監視部１８ａと作動部１８ｂとスイッチ１８ｃを有する。電源監視部１８ａは、電源５の異常を検出すると、作動信号を作動部１８ｂに出力する。作動部１８ｂは、作動信号を作動部１８ｂから受けることにより、スイッチ１８ｃを開くように動作する。
【０１１９】
電源監視部１８ａは、電源５が供給する電流値が許容範囲（例えば、電源異常検出部１３ｆが用いる上記許容範囲より広い許容範囲）よりも大きく又は小さくなったことを、電源５の異常として検出する。あるいは、電源監視部１８ａは、電源５を冷却する冷媒（冷却水または冷却空気）の異常（例えば、流速または温度）が許容範囲（例えば、電源異常検出部１３ｆが用いる上記許容範囲より広い許容範囲）外になったことを、電源５の異常として検出する。別の例では、電源監視部１８ａは、電源５の温度が上限値（例えば、電源異常検出部１３ｆが用いる上記上限値より高い上限値）以上になったことを、電源５の異常として検出する。なお、電源監視部１８ａを省略し、電源異常検出部１３ｆが電源５の異常を検出したことに反応して、作動部１８ｂがスイッチ１８ｃを閉じるように動作してもよい。
【０１２０】
（変更例３）
超伝導コイル３は、他のコイルと組み合わされて使用されてもよい。
例えば、図１１に示すように、冷却容器７の内部空間７ａにおいて、超伝導コイル３の外側に、低温超伝導線で形成された低温超伝導コイル３１が配置されている。図１１では、超伝導コイル３と低温超伝導コイル３１を互いに区別するために、超伝導コイル３を太線で示している。例えば、内部空間７ａにおいて、超伝導コイル３と低温超伝導コイル３１を同軸に配置している。低温超伝導コイル３１に電流を流す回路（すなわち、図１１のダイオード３３、電源３５、および永久スイッチ３７）と、超伝導コイル３に電流を流す回路とは、互いに独立している。この場合、内部空間７ａは、例えば液体ヘリウムにより、低温超伝導コイル３１の低温超伝導線の転移温度以下に冷却されている。
図１１において、低温超伝導コイル３１、ダイオード３３、電源３５、永久スイッチ３７、およびヒーター３９の構成と機能は、図１を参照して説明した低温超伝導コイル３１、ダイオード３３、電源３５、永久スイッチ３７、およびヒーター３９と同じであってよい。低温超伝導コイル３１に電流を流す回路を上述のように永久電流モードにすることにより、電源３５を低温超伝導コイル３１から切り離した状態で、超伝導コイル３１は磁場を発生させ続けることも可能である。電源３５を低温超伝導コイル３１に接続しておいてもよい。
【０１２１】
この図１１の場合、超伝導コイル３と低温超伝導コイル３１との間には、磁気的に相互インダクタンスが存在する。したがって、超伝導コイル３の電流（磁場）が減少すると、それを打ち消すように超伝導コイル３１の電流が増加する。超伝導コイル３の電流（磁場）が減少速度が急激な場合、保護装置９が無いと、超伝導コイル３１の電流も急激に増加するため対策を行う前に超伝導コイル３１がクエンチしてしまう可能性がある。このような事態も、保護装置９により防ぐことができる。
【０１２２】
（変更例４）
上述の逆方向ダイオード１１ａは無くてもよい、例えば、異常時に電源５が超伝導コイル３から切り離された場合に、逆方向ダイオード１１ａに電流が流れ始めるまでに、作動装置１５がスイッチ９ａを閉じることができる場合には、逆方向ダイオード１１ａは無くてよい。
【０１２３】
（変更例５）
保護装置９は、手動で動作させられることにより、上述の短絡経路を形成するものであってもよい。この場合、人が操作可能な操作部（例えば、ボタンまたはレバー）が設けられ、この操作部を人が操作することにより、スイッチ９ａが、閉じられ又は開けられてもよい。
一例では、超伝導磁石装置１０（例えば電源５または図３（Ｃ）の冷凍機７ｅ）のメンテナンスを行う場合に、上述のステップＳ２の後に、ステップＳ３〜Ｓ５の代わりに、手動操作によりスイッチ９ａを閉じる。この状態でメンテナンスを行う。メンテナンス終了後に、ステップＳ６〜Ｓ８を行う。なお、冷凍機７ｅのメンテナンスを行う場合、冷凍機７ｅを停止させても、冷却容器７ｂ内の液体冷媒が無くなるまでは、超伝導コイル３を超伝導状態に保つことができる。
【０１２４】
この変更例５では、検出装置１３は省略されてもよいが、検出装置１３も設けられ検出装置１３と作動装置１５によっても保護装置９が作動させられてもよい。
【０１２５】
（変更例６）
低温超伝導線で形成された低温超伝導コイルが上述の超伝導コイル３に直列に接続されていてもよい。この場合、冷却容器７の内部空間７ａに超伝導コイル３と共に低温超伝導コイルを配置して、内部空間７ａを低温超伝導コイルの転移温度以下に冷却する。あるいは、低温超伝導コイルの転移温度以下に冷却される別の冷却容器内に低温超伝導コイルを配置する。
あるいは、冷却容器７の内部空間７ａにおいて、超伝導コイル３に、高温超伝導線で形成された１つまたは複数の超伝導コイルが直列に接続されていてもよい。この場合、保護装置９は、超伝導磁石装置１０を構成するこれらの超伝導コイルの一部または全体（超伝導コイル３）の両端を短絡させる。
あるいは、超伝導コイル３は、高温超伝導線で形成された複数の超伝導コイルを互いに直列に接続したものであってもよい。
【０１２６】
（変更例７）
図１２は、変更例７による超伝導磁石装置１０の構成を示す。以下、変更例７の超伝導磁石装置１０を説明する。超伝導磁石装置１０は、複数の磁場生成装置２０を有している。超伝導磁石装置１０が有する磁場生成装置２０の数は、図では２つであるが、３つ以上の任意の数であってもよい。各磁場生成装置２０は、上述した超伝導コイル３と、冷却容器７と、保護装置９と、逆方向ダイオード１１ａと、順方向ダイオード１１ｂとを有する。
超伝導磁石装置１０は、複数の磁場生成装置２０に共有される１つの電源５を有する。
【０１２７】
また、超伝導磁石装置１０は、各磁場生成装置２０に設けられ、該磁場生成装置２０において超伝導コイル３と閉状態のスイッチ９ａとを含む閉回路を流れる電流の値を検出する短絡電流検出部１７を備える。ここで、検出される電流の値は、大きさを意味する（以下、同様）。
【０１２８】
超伝導磁石装置１０は、各磁場生成装置２０に設けられ、スイッチ９ａが閉じられた状態で、超伝導コイル３を流れる電流の値、または、超伝導コイル３が発生する磁場の値を検出するコイル状態検出部１７または２８を備える。このコイル状態検出部が超伝導コイル３を流れる電流の値を検出する場合には、このコイル状態検出部は、短絡電流検出部１７であってよいが、これに限定されない。このコイル状態検出部が超伝導コイル３が発生する磁場の値を検出する場合には、このコイル状態検出部は、短絡電流検出部１７とは別個に設けられた磁場検出部２８である。ここで、コイル状態検出部１７または２８により検出される電流または磁場の値は、大きさを意味する（以下、同様）。
【０１２９】
また、超伝導磁石装置１０は、各磁場生成装置２０に設けられ、電源５から当該磁場生成装置２０（すなわち、図１２の第１電流路６ａと第１導電性経路９ｂとの接続箇所Ｐ１）へ供給される電流の値を検出する供給電流検出部２２を備える。ここで、検出される電流の値は、大きさを意味する（以下、同様）。供給電流検出部２２は、第１電流路６ａにおいて接続箇所Ｐ１よりも上流側に、または、第２電流路６ｂにおいて第２電流路６ｂと第２導電性経路９ｃとの接続箇所Ｐ２よりも下流側に設けられる。なお、図３（Ａ）の供給電流検出部１３ａが、第１電流路６ａにおいて接続箇所Ｐ１よりも上流側に、または、第２電流路６ｂにおいて接続箇所Ｐ２よりも下流側に設けられる場合には、供給電流検出部１３ａは、供給電流検出部２２としても機能してよい。
なお、供給電流検出部２２として、供給電流検出部１３ａと同様に、様々なもの（例えば磁場の測定値を利用するもの）を採用できる。
【０１３０】
さらに、超伝導磁石装置１０は、各磁場生成装置２０に設けられ、電源５から当該磁場生成装置２０（接続箇所Ｐ１）に電流が供給される閉位置と、電源５から当該磁場生成装置２０（接続箇所Ｐ１）が切り離される開位置との間で動作させられる電流供給スイッチ２３を備える。
【０１３１】
超伝導磁石装置１０は、制御装置２４を備える。制御装置２４は、供給電流検出部２２、コイル状態検出部１７または２８、または、短絡電流検出部１７による検出電流値または検出磁場値に基づいて、作動装置１５を制御することにより、電流供給スイッチ２３とスイッチ９ａの各々の位置を閉位置と開位置との間で切り替える。すなわち、制御装置２４は、各磁場生成装置２０において、保護装置９のスイッチ９ａが閉じられた状態で、コイル状態検出部１７または２８による検出電流値または検出磁場値が基準値（正の値）以下になったら、該磁場生成装置２０の電流供給スイッチ２３を閉位置に動作させる。その後、制御装置２４は、電源５から当該磁場生成装置２０へ供給される電流が増えていく過程で短絡電流検出部１７による検出電流値が上述の設定値以下になったら、保護装置９のスイッチ９ａを開位置に動作させ、その後、電源５から当該磁場生成装置２０へ供給される電流がさらに増えていく過程で供給電流検出部２２による検出電流値が定格電流値になったら、保護装置９のスイッチ９ａを閉位置に動作させ、その後、電源５から当該磁場生成装置２０へ供給される電流が減っていく過程で供給電流検出部２２による検出電流値がゼロになったら、電流供給スイッチ２３を開位置に動作させる。
【０１３２】
このような超伝導磁石装置１０では、各磁場生成装置２０に対して、次の（１）〜（５）の動作がこの順で行われる。
【０１３３】
（１）電源５から超伝導コイル３に電流が供給されておらず、超伝導コイル３の電流値がゼロであり、スイッチ９ａが開いている状態から、電流供給スイッチ２３が閉じられる。
（２）上記（１）により、超伝導コイル３へ電源５から電流が供給される。この（２）において、当該電流の値を徐々に増やしていく。例えば、制御装置２４は、当該電流の値を徐々に増やすように電源５を制御する。
上記（１）（２）は、上述のステップＳ２のように行われる。
【０１３４】
（３）上記（２）により、供給電流検出部２２による検出電流値が上記目標値である上述の定格電流値になったら、制御装置２４は、スイッチ９ａを閉位置に動作させる。
【０１３５】
（４）電源５から磁場生成装置２０（接続箇所Ｐ１）へ流す電流の値を徐々に減らす。例えば、制御装置２４は、当該電流の値を徐々に減らすように電源５を制御する。
【０１３６】
（５）上記（４）により電源５から磁場生成装置２０へ流す電流の値がゼロになったら、すなわち、供給電流検出部２２による検出電流値がゼロになったら、制御装置２４は、電流供給スイッチ２３を開位置へ動作させる。
上記（４）（５）において、スイッチ９ａは閉位置に維持される。
【０１３７】
各磁場生成装置２０に対して、上記（１）〜（５）が行われることにより、各磁場生成装置２０において、電流供給スイッチ２３が開位置にあり、スイッチ９ａが閉位置にあり、超伝導コイル３とスイッチ９ａを含む閉回路（図６（Ａ）の太線の回路に相当）に上述の定格電流値（または上記基準値より大きい電流）が流れている状態になる（あるいは、コイル状態検出部２８による検出磁場値が上記基準値より大きい状態になる）。この状態を基準状態とする。この基準状態から、超伝導磁石装置１０において下記（６）〜（１１）の順で動作が行われる。なお、上記基準値は、上記定格電流値よりも小さい。
【０１３８】
（６）基準状態から、いずれかの磁場生成装置２０において、コイル状態検出部１７または２８により検出された電流または磁場の値が上記基準値以下になったら、制御装置２４は、この磁場生成装置２０の電流供給スイッチ２３を閉位置に動作させる。以下の（７）〜（１１）はこの磁場生成装置２０について行われる。
【０１３９】
（７）これにより、超伝導コイル３へ電源５から電流が供給される。この（７）において、電源５は当該電流の値を徐々に増やしていく。例えば、制御装置２４は、当該電流の値を徐々に増やすように電源５を制御する。この時、スイッチ９ａは閉位置にある。
【０１４０】
（８）上記（７）により、短絡電流検出部１７により検出された電流の値が上記設定値以下になったら、制御装置２４は、これに反応してスイッチ９ａを開位置に動作させる。
【０１４１】
（９）その後、電源５は当該電流の値をさらに徐々に増やしていき（例えば、制御装置２４は、当該電流の値を徐々に増やすように電源５を制御し）、これにより、供給電流検出部２２による検出電流値が上記目標値である上述の定格電流値になったら、制御装置２４は、スイッチ９ａを閉位置に動作させる。
【０１４２】
（１０）次いで、電源５から超伝導コイル３へ流す電流の値を徐々に減らしていく。例えば、制御装置２４は、当該電流の値を徐々に減らすように電源５を制御する。
【０１４３】
（１１）上記（１０）により、電源５から磁場生成装置２０へ流す電流の値がゼロになったら、すなわち、供給電流検出部２２による検出電流値がゼロになったら、制御装置２４は、電流供給スイッチ２３を開位置へ動作させる。これにより、上述の基準状態に戻る。その後、上記（６）〜（１１）が繰り返される。
【０１４４】
このような超伝導磁石装置１０は、リニアモーターカーに設けることができる。すなわち、リニアモーターカー（走行車両）に超伝導磁石装置１０を設け、超伝導磁石装置１０の複数の超伝導コイル３が生成する磁場が、リニアモーターカーの推進と浮上に用いられる。リニアモーターカーの走行中に、上記の動作（６）〜（１１）が行われてよい。リニアモーターカーに、このような超伝導磁石装置１０を複数設けてよい。
【０１４５】
なお、保護装置９と短絡電流検出部１７は、図１２では冷却容器７の外部に設けられているが、冷却容器７の内部空間７ａに設けられてもよい。
【０１４６】
変更例７では、１つの電源５を複数の磁場生成装置２０で共有するので、電源５の使用数を抑えることができる。
また、各磁場生成装置２０において、超伝導コイル３を流れる電流の大きさ、または、超伝導コイル３が発生する磁場の大きさが基準値以下になったら、電源５から磁場生成装置２０へ電流を供給するので、電源５の使用頻度を抑えることができる。
さらに、電源５を超伝導コイル３に接続していない時でも、電流の減少を抑えるもしくは小さくすることができる。
【０１４７】
変更例７においても、各磁場生成装置２０に上述の検出装置１３や作動装置１５が設けられる。したがって、上述の（２）または（９）の動作を行っている時に、異常状態が生じたら検査装置１３と作動装置１５により保護装置９は上述の短絡経路を形成する。したがって、保護装置９の保護機能を活用できる。
また、変更例７でも、上述の短絡電流比較部１９と解除信号出力部２１の機能は、制御装置２４に組み込まれている。したがって、上記（８）により、短絡電流検出部１７の短絡電流検出機能に基づくスイッチ９ａの開動作制御を実行できる。
【０１４８】
（変更例８）
超伝導磁石装置１０のリニアモーターカーへの別の適用例を説明する。この場合の電源５は、リニアモーターカー（すなわち、走行車両）に設けられず、車両停止位置（静止構造物）に設けられ、電源５を除いた超伝導磁石装置１０をリニアモーターカーに設ける。超伝導磁石装置１０の超伝導コイル３が発生する磁場は、リニアモーターカーの推進と浮上に用いられる。
【０１４９】
この場合、リニアモーターカーは、走行中は、保護装置９により短絡経路が形成されているので、超伝導コイル３を流れる電流の減少を抑えることができる。この変更例８では、保護装置９は、循環電流の低下を抑えるという意味で循環電流を保護する機能を有する。リニアモーターカーが、車両停止位置に来ると、適宜の手段により、電源５を超伝導コイル３（接続箇所Ｐ１と接続箇所Ｐ２）へ接続して、手動により、または、当該接続に反応して自動で、電流供給スイッチ２７（後述の図１３を参照）が閉じられて、電源５から超伝導コイル３へ電流が供給される。超伝導コイル３を流れる電流が上記定格電流値以上になったら、電源５を超伝導コイル３（接続箇所Ｐ１と接続箇所Ｐ２）から切り離し、リニアモーターカーは、再び走行する。
【０１５０】
超伝導磁石装置１０は、図１３に示すように、供給電流検出部２６と電流供給スイッチ２７と制御装置２５を備える。
供給電流検出部２６は、電源５から超伝導コイル３（すなわち、図１３の第１電流路６ａと第１導電性経路９ｂとの接続箇所Ｐ１）へ供給される電流の値（大きさ）を検出する。供給電流検出部２６の構成と配置は、変更例７の供給電流検出部２２と同様である。
電流供給スイッチ２７は、電源５から超伝導コイル３（接続箇所Ｐ１）に電流が供給される閉位置と、電源５から超伝導コイル３（接続箇所Ｐ１）が切り離される開位置との間で動作させられる。電流供給スイッチ２７の構成と配置は、変更例７の電流供給スイッチ２３と同様である。
制御装置２５は、供給電流検出部２６による検出電流値に基づいて、作動装置１５を制御することにより、電流供給スイッチ２７とスイッチ９ａの各々の位置を閉位置と開位置との間で切り替える。
【０１５１】
超伝導コイル３に流れる電流がゼロの状態から、超伝導コイル３へ電流を供給する場合には、以下の（ａ）〜（ｆ）をこの順で行う。
【０１５２】
（ａ）リニアモーターカーが車両停止位置にあり、電源５から超伝導コイル３に電流が供給されておらず、超伝導コイル３の電流値がゼロであり、スイッチ９ａが開いている状態から、電流供給スイッチ２７が閉じられる。
（ｂ）上記（ａ）により、超伝導コイル３へ電源５から電流が供給される。この（ｂ）において、当該電流の値を徐々に増やしていく。例えば、制御装置２５は、当該電流の値を徐々に増やすように電源５を制御する。
上記（ａ）（ｂ）は、上述のステップＳ２のように行われる。
【０１５３】
（ｃ）上記（ｂ）により、供給電流検出部２６による検出電流値が目標値である上述の定格電流値になったら、制御装置２５は、スイッチ９ａを閉位置に動作させる。
【０１５４】
（ｄ）次いで、電源５から超伝導コイル３（接続箇所Ｐ１）へ流す電流の値を徐々に減らす。例えば、制御装置２５は、当該電流の値を徐々に減らすように電源５を制御する。
【０１５５】
（ｅ）上記（ｄ）により電源５から超伝導コイル３へ流す電流の値がゼロになったら、すなわち、供給電流検出部２６による検出電流値がゼロになったら、制御装置２５は、電流供給スイッチ２７を開位置へ動作させる。これにより、電流は、超伝導コイル３と閉位置のスイッチ９ａを含む閉回路を循環する。
【０１５６】
（ｆ）次いで、電源５が接続箇所Ｐ１と接続箇所Ｐ２から切り離され、スイッチ９ａが閉位置にある状態で、リニアモーターカーは走行する。
【０１５７】
上記（ｆ）の後、リニアモーターカーが車両停止位置に来たら、電源５と接続箇所Ｐ１および接続箇所Ｐ２とが接続され、電流供給スイッチ２７が閉位置にされて、次の（ｇ）〜（ｌ）の動作が行われる。
【０１５８】
（ｇ）スイッチ９ａが閉位置にある状態で、超伝導コイル３へ電源５から電流が供給される。この（ｇ）において、当該電流の値を徐々に増やしていく。例えば、制御装置２５は、当該電流の値を徐々に増やすように電源５を制御する。
【０１５９】
（ｈ）上記（ｇ）により、短絡電流検出部１７により検出された電流の値が上記設定値以下になったら、制御装置２５は、これに反応してスイッチ９ａを開位置に動作させる。
【０１６０】
（ｉ）その後、電源５は当該電流の値をさらに徐々に増やしていき（例えば、制御装置２５は、当該電流の値を徐々に増やすように電源５を制御し）、これにより、供給電流検出部２６による検出電流値が上記目標値である上述の定格電流値になったら、制御装置２５は、スイッチ９ａを閉位置に動作させる。
【０１６１】
（ｊ）次いで、電源５から超伝導コイル３（接続箇所Ｐ１）へ流す電流の値を徐々に減らす。例えば、制御装置２５は、当該電流の値を徐々に減らすように電源５を制御する。
【０１６２】
（ｋ）上記（ｊ）により電源５から超伝導コイル３へ流す電流の値がゼロになったら、すなわち、供給電流検出部２６による検出電流値がゼロになったら、制御装置２５は、電流供給スイッチ２７を開位置へ動作させる。これにより、電流は、超伝導コイル３と閉位置のスイッチ９ａを含む閉回路を循環する。
【０１６３】
（ｌ）次いで、電源５が接続箇所Ｐ１と接続箇所Ｐ２から切り離された状態で、リニアモーターカーは走行する。
上記（ｌ）の後、リニアモーターカーが車両停止位置に来たら、電源５と接続箇所Ｐ１および接続箇所Ｐ２とを接続して、電流供給スイッチ２７を閉位置にして、上述の（ｇ）〜（ｌ）の動作を再び行う。
【０１６４】
なお、保護装置９と短絡電流検出部１７は、図１３では冷却容器７の外部に設けられているが、冷却容器７の内部空間７ａに設けられてもよい。
【０１６５】
変更例８では、リニアモーターカーが車両停止位置に来た時に電源５から超伝導コイル３へ電流を供給し、リニアモーターカーの走行中には電源から超伝導コイル３に電流を供給しなくてもよいので、電源５の使用頻度を抑えることができる。
また、電源５を超伝導コイル３に接続していない時でも、電流の減少を抑えるもしくは小さくすることができる。
【０１６６】
変更例８においても、上述と同様に超伝導磁石装置１０に検出装置１３や作動装置１５が設けられる。したがって、上述の（ｂ）または（ｉ）の動作を行っている時に、異常状態が生じたら検査装置１３と作動装置１５により保護装置９は上述の短絡経路を形成する。したがって、保護装置９の保護機能を活用できる。
また、変更例８でも、図１３では、短絡電流比較部１９と解除信号出力部２１の機能は、制御装置２５に組み込まれている。したがって、上記（ｈ）により、短絡電流検出部１７の短絡電流検出機能に基づくスイッチ９ａの開動作制御を実行できる。
【符号の説明】
【０１６７】
３  超伝導コイル、５  電源（定電流源）、６ａ  第１電流路、６ｂ  第２電流路、７  冷却容器、７ａ  内部空間、７ｂ  内側容器、７ｃ  外側容器、７ｄ  真空層、７ｅ  冷凍機、７ｆ  冷凍機、８  スイッチ、９  保護装置、９ａ  スイッチ、９ｂ  第１導電性経路、９ｃ  第２導電性経路、１０  超伝導磁石装置、１１ａ  逆方向ダイオード、１１ｂ  順方向ダイオード、１３  検出装置、１３ａ  供給電流検出部（電流計）、１３ｂ  供給電流比較部、１３ｃ  短絡信号出力部、１３ｄ  電圧検出部、１３ｅ  電圧比較部、１３ｆ  電源異常検出部、１３ｇ  停止動作部、１４  スイッチ、１５  作動装置、１６  電気抵抗、１７  短絡電流検出部（コイル状態検出部）、１８  安全装置、１８ａ  電源監視部、１８ｂ  作動部、１８ｃ  スイッチ、１９  短絡電流比較部、２０  磁場生成装置、２１  解除信号出力部、２２  供給電流検出部、２３  電流供給スイッチ、２４  制御装置、２５  制御装置、２６  供給電流検出部、２７  電流供給スイッチ、２８  コイル状態検出部（磁場検出部）
【図１】
0006601797.tif 000002
【図２】
0006601797.tif 000003
【図３】
0006601797.tif 000004
【図４】
0006601797.tif 000005
【図５】
0006601797.tif 000006
【図６】
0006601797.tif 000007
【図７】
0006601797.tif 000008
【図８】
0006601797.tif 000009
【図９】
0006601797.tif 000010
【図１０】
0006601797.tif 000011
【図１１】
0006601797.tif 000012
【図１２】
0006601797.tif 000013
【図１３】
0006601797.tif 000014