(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導線材によって構成され、かつ、直列接続されて励磁された複数の超伝導コイルの保護装置であって、
前記複数の超伝導コイルの各々と並列に接続された第１の保護抵抗と、
各前記超伝導コイルと前記第１の保護抵抗との並列回路において、前記複数の超伝導コイルの少なくともいずれかにクエンチが発生したときに動作して、前記複数の超伝導コイルを含んで形成されていた電流経路との電気的接続を切り離す機構と、
各前記電気的接続を切り離す機構と並列に接続された第２の保護抵抗と、
各前記並列回路において、前記第１の保護抵抗と直列に接続される第１のスイッチ回路とを備え、
各前記並列回路において、前記第１の保護抵抗及び前記第１のスイッチ回路による第１の直列回路は、各前記超伝導コイルと並列に接続され、
前記第１のスイッチ回路は、前記クエンチの発生時に、前記電気的接続を切り離す機構の動作後にオンからオフに制御される、超伝導コイルの保護装置。
【請求項２】
超伝導線材によって構成され、かつ、直列接続されて励磁された複数の超伝導コイルの保護装置であって、
前記複数の超伝導コイルの各々と並列に接続された第１の保護抵抗と、
各前記超伝導コイルと前記第１の保護抵抗との並列回路において、前記複数の超伝導コイルの少なくともいずれかにクエンチが発生したときに動作して、前記複数の超伝導コイルを含んで形成されていた電流経路との電気的接続を切り離す機構とを備え、
前記電気的接続を切り離す機構は、
アクチュエータの作動に伴って各前記並列回路の両端の各々において前記超伝導線材自体による電気的接続を物理的、かつ、不可逆的に切断する切断機構を有する、超伝導コイルの保護装置。
【請求項３】
超伝導線材によって構成され、かつ、直列接続されて励磁された複数の超伝導コイルの保護装置であって、
前記複数の超伝導コイルの各々と並列に接続された第１の保護抵抗と、
各前記超伝導コイルと前記第１の保護抵抗との並列回路において、前記複数の超伝導コイルの少なくともいずれかにクエンチが発生したときに動作して、前記複数の超伝導コイルを含んで形成されていた電流経路との電気的接続を切り離す機構とを備え、
前記電気的接続を切り離す機構は、
アクチュエータの作動に伴って各前記並列回路の両端の各々において前記超伝導線材を物理的に切断する切断機構を有し、
前記保護装置は、
各前記超伝導コイルにそれぞれ対応して設けられた第３の保護抵抗をさらに備え、
前記第１の保護抵抗は、前記切断機構による前記超伝導線材の切断個所よりも内側のノードにおいて前記超伝導コイルに対して並列接続され、
前記第３の保護抵抗は、前記切断個所よりも外側のノードにおいて前記超伝導コイルに対して並列接続される、超伝導コイルの保護装置。
【請求項４】
同一の前記並列回路の両端に設けられた２個の前記切断機構は、同時に動作して前記超伝導線材のうちのクエンチの発生個所を含む部分を切断するように制御される、請求項３記載の超伝導コイルの保護装置。
【請求項５】
前記電気的接続を切り離す機構は、
アクチュエータの作動に伴って各前記並列回路の両端の各々において前記超伝導線材を物理的に切断する切断機構、又は、
電磁力による導体間の接触によって接点間を電気的に接続する一方で、当該電磁力の除去、又は、前記導体間を接触させる向きとは逆方向の電磁力の発生によって前記接点間を開放するコンタクタを有する、請求項１記載の超伝導コイルの保護装置。
【請求項６】
各前記並列回路に配置された、直流電源及び第２のスイッチ回路をさらに備え、
前記直流電源及び前記第２のスイッチ回路による第２の直列回路は、前記超伝導コイルに対して並列に接続され、
前記直流電源は、前記複数の超伝導コイルを励磁するのと同じ極性で接続され、
前記第２のスイッチ回路は、前記クエンチの発生時において、オフからオンに制御される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の超伝導コイルの保護装置。
【請求項７】
前記第２の直列回路の各々において、前記直流電源と並列に接続されるキャパシタをさらに備える、請求項６記載の超伝導コイルの保護装置。
【請求項８】
前記直流電源は、交流電源と接続された高圧回路を含み、
前記高圧回路は、前記交流電源の出力電圧を昇圧して得られた電圧を出力する、請求項６記載の超伝導コイルの保護装置。
【請求項９】
各前記並列回路において、前記第１の保護抵抗と直列に接続される検流計と、
前記検流計の出力に基づく前記クエンチの発生の検知に応じて、前記電気的接続を切り離す機構を動作させるコントローラとを更に備え、
各前記並列回路において、前記第１の保護抵抗及び前記検流計を含む直列回路は、各前記超伝導コイルと並列に接続される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の超伝導コイルの保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導コイルの保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導コイルは、通常電気抵抗がゼロであるが、磁場や温度の急変等によりコイル内部で超伝導性が失われる異常現象（以下、「クエンチ」とも称する）が発生することがある。クエンチが発生すると、クエンチ発生前の電流が、電気抵抗を有するようになった超伝導コイルを通過する際に消費されるエネルギによって、当該コイルの焼損等が発生する虞がある。【０００３】
特開平９−９３８００号公報（特許文献１）には、超伝導コイル電源装置として、励磁電源に直列接続された複数個の超伝導コイルと交互に、クエンチ時に回路を遮断する直流遮断器を直列接続するとともに、コイルの蓄積エネルギを消費する保護抵抗を直流遮断器と並列接続する回路構成が開示されている。特許文献１の構成では、クエンチ発生時には、全ての直流遮断器を一斉に動作させることで、各超伝導コイルを、その蓄積エネルギによる焼損から保護することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−９３８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の回路構成では、直流遮断器が接点間を開放する動作直後において、超伝導コイルの両端に、電流の急変に伴う誘導起電力による大電圧が発生する虞がある。これにより、オフ直後の各直流遮断器７０において、開放された接点間に、比較的な大きな電圧が直接印加される虞がある。これにより、各直流遮断器を動作させた瞬間に、開放直後の接点間にアークが発生する虞があり、この結果、電流遮断による保護機能が低下することが懸念される。【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、超伝導コイルの保護装置において、クエンチ発生時の電流遮断時に、アーク発生による電流遮断効果の低下を抑制することにより、超伝導コイルの保護効果を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある局面では、超伝導コイルの保護装置は、第１の保護抵抗を備える。第１の保護抵抗は、超伝導線材によって構成され、かつ、直列接続されて励磁された複数の超伝導コイルの各々と並列に接続される。保護装置は、更に、各超伝導コイルと第１の保護抵抗との並列回路において、複数の超伝導コイルの少なくともいずれかにクエンチが発生したときに動作して、複数の超伝導コイルを含んで形成されていた電流経路との電気的接続を切り離す機構を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、クエンチ発生時に電気的接続が切り離された接点間にアークが発生することによる電流遮断効果の低下を抑制することができるので、超伝導コイルの保護効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る超伝導コイルの保護装置の構成を説明する回路図である。
【図２】本実施の形態に係る超伝導コイルの保護装置においてクエンチの発生を検知するための構成の一例を説明する回路図である。
【図３】比較例に係る超伝導コイルの保護装置の構成を説明する回路図である。
【図４】実施の形態１に係る超伝導コイルの保護装置でのクエンチ発生直後の過渡状態における回路図である。
【図５】超伝導コイルに対する保護抵抗の接続例を説明する概念図である。
【図６】実施の形態２に係る超伝導コイルの保護装置の構成を説明する回路図である。
【図７】実施の形態３に係る超伝導コイルの保護装置の構成を説明する回路図である。
【図８】図７に示された切断機の構成例を説明するための概念的な外観図である。
【図９】図７に示された切断機のアクチュエータの構成例を説明する回路図である。
【図１０】実施の形態４に係る超伝導コイルの保護装置の構成を説明する回路図である。
【図１１】実施の形態４の変形例に係る超伝導コイルの保護装置の構成を説明する回路図である。
【図１２】実施の形態３と実施の形態４の変形例との組み合わせに係る超伝導コイルの保護装置の構成を説明する回路図である。
【図１３】実施の形態５に係る超伝導コイルの保護装置の構成を説明する回路図である。
【図１４】図１３に示された高圧回路の構成例を説明する回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一又は相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る超伝導コイルの保護装置の構成を説明する回路図である。
【００１２】
図１を参照して、実施の形態１に係る保護装置１００は、直列接続された複数の超伝導コイルの保護装置であって、複数のコンタクタ３０と、複数の保護抵抗４０とを備える。本実施の形態では、超伝導コイルの分割によって、分割後の複数個の超伝導コイルが直列接続される例を想定して説明する。以下では、説明を簡略化するために、超伝導コイルが２分割された例における保護装置の構成を例示する。
【００１３】
図１では、保護抵抗４０は、複数の超伝導コイルの各々に並列接続される。従って、超伝導コイル２００ａ，２００ｂに対して、保護抵抗４０ａ，４０ｂが並列接続されて、超伝導コイル２００及び保護抵抗４０の並列回路が２個形成される。
【００１４】
コンタクタ３０は、超伝導コイル２００及び保護抵抗４０の並列回路の両端に対応して接続される。図１では、３個のコンタクタ３０ａ〜３０ｃにより、超伝導コイル２００ａ，２００ｂをそれぞれ含む上記２個の並列回路の各々について、その両端にコンタクタ３０が配置された構成が実現される。各コンタクタ３０は、図示しない制御回路からの制御信号に従って接点間の電気的な接続状態（オン状態）及び遮断状態（オフ状態）を切り替える機構（図示せず）を有する。これにより、コンタクタ３０ａ〜３０ｃの各々において、接点間のオン（接続状態）及びオフ（遮断状態）が制御される。
【００１５】
コンタクタ３０ａ〜３０ｃがオンされた状態で、励磁電源１０が動作することにより、超伝導コイル２００ａ，２００ｂが励磁される。これにより、超伝導コイル２００ａ，２００ｂと、オン状態のコンタクタ３０ａ〜３０ｃとを経由した電流Ｉｄｓが発生する。超伝導コイル２００ａ，２００ｂの電気抵抗がゼロであるため、電流Ｉｓｃを大電流とすることができる。
【００１６】
超伝導コイルの電気抵抗がゼロである通常動作時には、コンタクタ３０ａ〜３０ｃはオン状態に維持されており、電流Ｉｓｃは、コンタクタ３０ａ〜３０ｃを流れる回路構成となっている。尚、以下では、超伝導コイル２００ａ，２００ｂを包括的に示す場合には、単に、超伝導コイル２００と表記するものとする。同様に、他の各回路要素についても、包括的に表記する場合には、添字ａ，ｂ等を省略して表記するものとする。
【００１７】
尚、超伝導コイルの通常動作時において、励磁の完了後に、励磁電源１０を停止させること、或いは、励磁電源１０を電流経路から切り離すことも可能である。例えば、超伝導線材によって形成された、励磁電源１０のバイパス経路を並列に設けることにより、励磁電源１０を停止又は切り離しても、電流Ｉｓｃを継続的に発生することができる。或いは、超伝導線材と他の部材との接続個所での損失等を考慮して、通常動作時にも励磁電源１０からの電源供給を接続することも可能である。
【００１８】
超伝導コイルには、通常の超伝導状態からの磁場又は温度の変化などによりクエンチが発生することがある。クエンチが発生すると、超伝導コイルは、電気抵抗ゼロの超伝導状態から、通常の導体損失を伴う常伝導状態に変化する。
【００１９】
上述のように、超伝導コイルでは、超伝導線材の電気抵抗がゼロとなるため大電流を流すことができる。磁場は電流量に比例して発生するため、超伝導線材の周囲には、大電流による強力な磁場を発生させることができる。当該磁場により、超伝導コイルの近傍にある磁性体に対して力を加えることができる。例えば、当該磁場は、体内の水分子などの動きを揃えることでＭＲＩ（Magnetic  Resonance  Imaging）に用いることが可能である。
【００２０】
しかしながら、超伝導コイルも、周囲の磁性体に力を与えた反作用により力を受ける。物体が動くと必ず熱が発生するため、当該力によって超伝導コイル内の摩擦熱が生ずることで、超伝導コイルが温められることになる。ここで、熱は電子の動きのマクロ的な表現に過ぎず、ミクロ的な表現においては、電子の熱運動はガウス分布に従うことで説明できる。ガウス分布に従うため、微弱な摩擦熱の発生であっても、超伝導線材の中には激しい熱運動をする電子が生じることになる。このような電子がきっかけとなり、その電子の周囲の温度が少し上がり、更に激しい熱運動をする電子が発生する。その現象が連続的に起こり、超伝導コイルの温度が超伝導状態でない領域まで上昇することで、クエンチが発生する可能性がある。このようにクエンチは、摩擦熱に起因して発生するケースが多い。上述のような超伝導線材内で現れる摩擦熱は、常温環境においては熱雑音に埋もれるほど小さいものであるが、数［Ｋ］〜１００［Ｋ］程度の低温下では熱容量が小さくなるため、容易にクエンチの原因となり得る。或いは、超伝導線材を冷却する際に。超伝導線材の熱収縮で超伝導の形状が変化することにより摩擦熱が発生することもある。
【００２１】
このように、いつ、どこでクエンチが発生するかを特定することは難しい。従って、クエンチの発生が検知されると、クエンチが拡大する前に迅速に、超伝導コイル２００ａ，２００ｂを含む電流Ｉｓｃの経路を遮断するとともに、各超伝導コイルに溜まった磁気エネルギを、超伝導コイルの外部で保護抵抗等によって消費することが必要である。これにより、超伝導コイル本体、及び、超伝導コイル冷却用の低温槽内の液体ヘリウム又は液体窒素を保護することができる。
【００２２】
特に、高温超伝導線材では、クエンチによって温度が上昇した個所で材質が変質するため、超伝導線材自体が破壊される。これは焼損として知られているが、焼損した個所は再利用できないため、再利用できるのはクエンチが発生していない箇所に止まる。上記の電流遮断による保護が適切に実行できないと、超伝導コイル全体にクエンチが広がることにより、超伝導コイル全体が焼損する可能性もある。
【００２３】
一方で、低温超伝導線材は材質が変化し難く、再度冷却すれば、超伝導コイルは再利用可能であることが多い。しかしながら、冷却用の低温槽に格納された液体ヘリウム又は液体窒素が気化によって失われることが問題となる。
【００２４】
これらの理由から、超伝導コイル２００ａ，２００ｂのいずれかでクエンチが発生した際には、速やかに大電流を遮断することが保護装置に求められる。
【００２５】
図２には、本実施の形態に係る超伝導コイルの保護装置においてクエンチの発生を検知するための構成例を説明する回路図が示される。
【００２６】
図２を参照して、超伝導コイル２００及び保護抵抗４０の並列回路において、検流計４５が、クエンチ発生を検知するために、保護抵抗４０と直列に接続される。これにより、検流計４５ａ及び保護抵抗４０ａの直列回路が、超伝導コイル２００ａと並列に接続されるとともに、検流計４５ｂ及び保護抵抗４０ｂの直列回路が、超伝導コイル２００ｂと並列に接続される。
【００２７】
超伝導コイル２００が超伝導状態でその電気抵抗がゼロであるときには、超伝導コイル２００及び保護抵抗４０の並列回路において、保護抵抗４０への分流は発生せず、全電流が超伝導コイル２００を流れる。この結果、クエンチが発生していない場合には、検流計４５で電流は検出されない。
【００２８】
一方で、クエンチの発生により、超伝導コイル２００の電気抵抗がゼロでなくなると、超伝導コイル２００及び保護抵抗４０の並列回路において、保護抵抗４０への分流が発生する。この結果、クエンチが発生すると、検流計４５に電流が流れる。従って、超伝導コイル２００ａにクエンチが発生すると検流計４５ａで電流が検出され、超伝導コイル２００ｂにクエンチが発生すると検流計４５ｂで電流が検出される。この結果、制御回路（図示せず）によって検流計４５ａ，４５ｂによる検出値を監視することにより、超伝導コイル２００ａ，２００ｂでのクエンチ発生を検出することができる。
【００２９】
図１の保護装置１００では、超伝導コイル２００ａ，２００ｂのいずれかでクエンチの発生が検出されると、コンタクタ３０ａ〜３０ｃの一部又は全部がオフされる。コンタクタ３０ａ及び３０ｂの一方をオフすることで、超伝導コイル２００ａ及び保護抵抗４０ａの並列回路において、電流Ｉｓｃの経路との電気的接続を切り離すことができる。特に、コンタクタ３０ａ及び３０ｂの両方をオフすると、当該並列回路の両端を、電流Ｉｓｃの経路から電気的に切り離すことができるので、超伝導コイルの保護性能が向上する。
【００３０】
或いは、コンタクタ３０ｂ及び３０ｃの一方をオフすることで、超伝導コイル２００ｂ及び保護抵抗４０ｂの並列回路において、電流Ｉｓｃの経路電気的接続を切り離すことができる。特に、コンタクタ３０ｂ及び３０ｃの両方をオフすると、当該並列回路の両端を、電流Ｉｓｃの経路から電気的に切り離すことができるので、超伝導コイルの保護性能が向上する。
【００３１】
又、コンタクタ３０ａ〜３０ｃの全てをオフすれば、超伝導コイル２００ａ及び保護抵抗４０ａの並列回路の両端と、超伝導コイル２００ｂ及び保護抵抗４０ｂの並列回路の両端との双方を、通常動作時における電流Ｉｓｃの経路から切り離すことで、超伝導コイルの保護性能を更に向上することができる。
【００３２】
実施の形態１において、コンタクタ３０ａ〜３０ｃは、超伝導コイル２００及び保護抵抗４０の並列回路において、通常動作時の超伝導コイル２００ａ，２００ｂを含む電流Ｉｓｃの経路との「電気的接続を切り離す機構」の一実施例に対応する。又、保護抵抗４０は「第１の保護抵抗」の一実施例に対応する。尚、以下では、説明を簡略化するために、基本的には、いずれかの超電導コイルでクエンチ発生が検知されると、全てのコンタクタ３０ａ〜３０ｃがオフされるものする。
【００３３】
次に、本実施の形態に係る保護装置でのクエンチ発生の検出時における電流遮断効果を説明するために、特許文献１の回路構成との比較を説明する。図３は、比較例に係る超伝導コイルの保護装置の構成を説明する回路図である。
【００３４】
図３を参照して、比較例に係る保護装置１００♯は、図１と同様に、複数の超伝導コイル２００ａ，２００ｂの保護装置であって、複数の直流遮断器７０と、複数の保護抵抗６０とを備える。
【００３５】
比較例に係る保護装置１００♯は、図１の保護装置１００と比較して、コンタクタ３０ａ〜３０ｃに代えて、直流遮断器７０ａ〜７０ｃを備える点が異なる。更に、保護装置１００♯では、特許文献１と同様に、保護抵抗６０は、超伝導コイル２００ではなく、直流遮断器７０と並列接続される。即ち、図３の比較例では、直流遮断器７０ａ〜７０ｃと並列に、保護抵抗６０ａ〜６０ｃが接続される。
【００３６】
比較例に係る保護装置１００♯においても、超伝導コイル２００ａ，２００ｂのいずれかでクエンチの発生が検出されると、直流遮断器７０ａ〜７０ｃが動作して接点間を開放（オフ状態）することで、クエンチ発生前に超伝導コイル２００ａ，２００ｂを流れる電流Ｉｓｃが、保護抵抗６０ａ〜６０ｃを流れることになる。これにより、保護抵抗６０ａ〜６０ｃにより、超伝導コイル２００ａ，２００ｂの蓄積エネルギを消費することができる。
【００３７】
一方で、比較例に係る保護装置１００♯では、各直流遮断器７０をオフした瞬間に、超伝導コイル２００ａ，２００ｂでの電流変化が大きいため、その際の誘導起電力によって超伝導コイル２００ａ，２００ｂの両端に発生する電圧が大きくなる虞がある。これにより、オフ直後の各直流遮断器７０において、開放された接点間に、比較的な大きな電圧が直接印加される。この際の印加電圧が、直流遮断器７０の当該状態下での絶縁破壊電圧よりも高いと、開放直後の接点間にアークが発生することで、接点間の空間に電流経路が形成されるために直流遮断器７０による電流遮断が実行できなくなることが懸念される。
【００３８】
再び図１を参照して、実施の形態１に係る保護装置１００では、保護抵抗４０ａ，４０ｂが超伝導コイル２００ａ，２００ｂに並列接続される。このような構成とすることにより、以下に説明するように、コンタクタ３０のオフ時に開放された接点間に印加される電圧を低減して、アークの発生を抑制することができる。
【００３９】
図４には、実施の形態１に係る保護装置１００でのクエンチ発生直後の過渡状態における回路図が示される。
【００４０】
図４を参照して、クエンチの発生が検知されると、コンタクタ３０ａ〜３０ｃがオンされた状態から、コンタクタ３０ａ〜３０ｃの一部又は全部がオフされる。コンタクタ３０のオフには、物理的な機構による接点間の電気的接続の開放動作を伴うため、全てのコンタクタ３０ａ〜３０ｃをオフする場合にも、コンタクタ３０ａ〜３０ｃの間で実際のオフタイミングには差異が生じる。
【００４１】
このため、クエンチ発生直後には、一部のコンタクタ３０がオフ（実際に接点間が開放）する一方で、他のコンタクタ３０がオン状態である過渡状態が生じる。図４には、一例として、コンタクタ３０ａが、コンタクタ３０ｂ，３０ｃよりも先にオフしたときの過渡状態の回路図が示される。
【００４２】
図４では、オフ状態のコンタクタ３０ａが、電気抵抗Ｒｂを有する抵抗素子３６によって等価的に示される。抵抗素子３６の両端への印加電圧が上記絶縁破壊電圧よりも大きい場合には、アークが発生することにより、コンタクタ３０ａがオン状態となって電流遮断機能は失われる。電気抵抗Ｒｂ（抵抗素子３６）は、絶縁破壊が発生する直前における、コンタクタ３０の接点間の電気抵抗（以下、絶縁破壊抵抗とも称する）に相当する。
【００４３】
クエンチが発生した瞬間は、電流及び電圧は、時間変化するため交流とみなすことができる。交流電流は、インダクタンス値の大きい超伝導コイル２００ａ，２００ｂには流れにくい。実施の形態１に係る保護装置１００では、超伝導コイル２００ａ，２００ｂと並列に保護抵抗４０ａ，４０ｂが接続されているため、超伝導コイル２００ａ，２００ｂの蓄積エネルギによる上記交流電流は、保護抵抗４０ａ，４０ｂを流れることができる。このため、保護抵抗４０ａ，４０ｂの電気抵抗（インピーダンス）を低くすることで、クエンチが発生していない超伝導コイル２００の両端に印加される電圧を低くすることができる。
【００４４】
又、コンタクタ３０ａのオフ時においても、保護抵抗４０ａ，４０ｂによって、超伝導コイル２００を流れる電流ｉの経路が確保されるため、当該電流ｉの急変を避けることができる。これにより、インダクタンス値Ｌの超伝導コイル２００で発生する誘導起電力に相当する電圧（Ｌ・（ｄｉ／ｄｔ））を抑制することができる。従って、超伝導コイル２００の両端に生じる電圧が低減されるため、オフ動作するコンタクタ３０ａにおいて、開放直後の端子間に印加される電圧を抑制することができる。この結果、実施の形態１に係る保護装置１００の回路構成によれば、比較例の回路構成と比較して、コンタクタ３０のオフ時におけるアーク発生を抑制することができる。
【００４５】
一般的に、コンタクタ３０は、直流遮断器７０と比較すると、オン抵抗が低い。一般的には、コンタクタ３０のオン抵抗は１０［μΩ］程度のオーダである一方で、直流遮断器７０のオン抵抗は、１［ｍΩ］程度のオーダである。
【００４６】
一方で、コンタクタ３０は、直流遮断器７０と比較すると、アークが発生し易い。コンタクタ３０及び直流遮断器７０は共に、少なくとも２つの導体によって構成されており、当該導体間の接触を切り離すことによって、接点間が開放されたオフ状態を形成する。コンタクタ３０では、直流遮断器７０の様に、当該導体の接触面が真空中又は消弧用のガス中に配置されないため、切り離された導体間において相対的にアークが発生し易くなる。
【００４７】
言い換えると、実施の形態１に係る保護装置では、上述したようなアーク発生を抑制する回路構成（図１）とすることで、比較例での直流遮断器７０に代えて、アークが相対的に発生し易い一方で、オン抵抗が低いコンタクタ３０を、クエンチ発生時に超伝導コイル２００を含む並列回路において「電気的接続を切り離す機構」として適用可能とするものである。
【００４８】
オン抵抗が低いコンタクタ３０を用いることにより、クエンチ非発生時におけるコンタクタ３０でのジュール熱による発熱量を抑制することができる。発熱量を抑制することで、コンタクタ３０についても、超伝導コイル２００及び超伝導線材と共通に、液体ヘリウム又は液体窒素が充填された低温槽内に配置することが可能となる。上述の様に、低温下では液体ヘリウム又は液体窒素の熱容量が小さくなるため、オン抵抗の高い素子を「電気的接続を切り離す機構」として用いると、低温槽の外部への配置が必要となるが、これにより、装置構造の複雑化及び効率低下が懸念される。
【００４９】
次に、保護抵抗４０ａ，４０ｂの電気抵抗について説明する。
図４に示された抵抗素子３６、即ち、オフ状態のコンタクタ３０の接点間には、超伝導コイル２００ａ，２００ｂの両端間に発生する電圧の和が印加される。上記のように、クエンチ発生時に、超伝導コイル２００ａ，２００ｂのインダクタンスによるインピーダンスが、保護抵抗４０ａ，４０ｂによるインピーダンスよりも十分大きい場合（例えば、１０倍程度以上である場合）には、電気抵抗Ｒ１，Ｒ２による電圧降下量が、抵抗素子３６に印加されることになる。
【００５０】
従って、抵抗素子３６の絶縁破壊抵抗Ｒｂよりも、保護抵抗４０ａ，４０ｂの電気抵抗Ｒ１，Ｒ２の和が小さければ、即ち、Ｒｂ＞Ｒ１＋Ｒ２であれば、図４の状態で、抵抗素子３６及び保護抵抗４０ａ，４０ｂを含む電流経路が形成されても、絶縁破壊によるアークの発生を回避できる。
【００５１】
上記絶縁破壊抵抗Ｒｂは、接点（電極）間の距離、電極及び電極間の材料等で決まるため、正確に定量化することは困難であるものの、一般的には、１［ｋΩ］以上程度である。但し、確実に絶縁破壊を発生させないためには、（Ｒ１＋Ｒ２）は低い方が好ましい。一方で、Ｒ１，Ｒ２が小さすぎると、クエンチ発生時に保護抵抗４０ａ，４０ｂに過大な電流が流れることになる。このため、実際には、（Ｒ１＋Ｒ２）が絶縁破壊抵抗Ｒｂよりも数十〜数百［Ω］程度低くなるように、保護抵抗４０ａ，４０ｂの電気抵抗Ｒ１，Ｒ２を定めることができる。
【００５２】
比較例のように、超伝導コイル２００と並列に保護抵抗４０ａ，４０ｂを接続しない場合には、クエンチが発生した際の等価的な交流電流の周波数ｆ、超伝導コイル２００ａ，２００ｂのそれぞれのインダクタンスＬ１，Ｌ２を用いると、絶縁破壊を発生させないためには、Ｒｂ＞２・π・ｆ・（Ｌ１＋Ｌ２）とすることが必要となる。周波数ｆは時間変化するため一定とはならないが、通常１［ｋＨｚ］程度である。従って、（Ｌ１＋Ｌ２）を１００［Ｈ］とすると、２・π・ｆ・（Ｌ１＋Ｌ２）は、１［ＭΩ］程度のインピーダンスとなり、絶縁破壊抵抗Ｒｂよりも十分に高い。このため、コンタクタ３０のオフ時に、絶縁破壊によるアークの発生を回避することが困難である。
【００５３】
尚、比較的小さな超伝導コイルを使用したシステムにおいても、通常、（Ｌ１＋Ｌ２）は１［Ｈ］以上であり、この場合にも、２・π・ｆ・（Ｌ１＋Ｌ２）は、１０［ｋΩ］程度のインピーダンスとなり、絶縁破壊抵抗Ｒｂの一般的な値として紹介した１［ｋΩ］程度よりも高い。従って、このような小型システムにおいても、コンタクタ３０のオフ時におけるアークの発生を回避することが困難である。
【００５４】
図５には、超伝導コイルに対する保護抵抗の接続例を説明する概念図が示される。
図５を参照して、超伝導コイル２００の両端に相当するノードＮｘ及びＮｙ間の距離を短くするレイアウトとすることで、ノードＮｘ及びＮｙ間に接続される保護抵抗４０を容易に取り付けることが可能となる。
【００５５】
以上説明したように、実施の形態１に係る保護装置では、複数の超伝導コイル２００の各々と並列に保護抵抗４０を接続するとともに、クエンチ発生時に、超伝導コイル２００及び保護抵抗４０の並列回路において、通常動作時の電流Ｉｓｃの経路の「電気的接続を切り離す機構」を配置する回路構成とすることで、当該機構による電気的接続の切り離し時におけるアーク発生を抑制することが可能となる。これにより、クエンチ発生時に、アーク発生による電流遮断効果の低下を抑制することができるので、超伝導コイル２００の保護効果を高めることができる。
【００５６】
更に、アーク発生を抑制する回路構成とすることで、アークが発生し易い一方で、オン抵抗が低い電流遮断素子であるコンタクタ３０を上記「電気的接続を切り離す機構」として適用することが可能となる。この結果、通常動作時におけるコンタクタ３０での発熱量が抑制されることで、「電気的接続を切り離す機構」を、超伝導コイル２００及び超伝導線材と共通に低温槽内に配置可能となる。この結果、装置構造の複雑化及び効率低下を回避できる。
【００５７】
尚、実施の形態１では、超伝導コイルが２個の場合を示したが、実施の形態１及び以降で説明する後続の各実施の形態を通じて、超伝導コイルの個数は２以上であれば任意である。通常、超伝導コイルを巻ける距離は決まっているため、電気回路上は単一のコイルであっても分割配置することが多く、この結果、３以上の複数個の超伝導コイルの接続によって、磁場を発生するケースが多い。
【００５８】
実施の形態２．
図６は、実施の形態２に係る超伝導コイルの保護装置の構成を説明する回路図である。
【００５９】
図６を参照して、実施の形態２に係る超伝導コイルの保護装置１１０は、実施の形態１に係る保護装置１００（図１）と比較して、コンタクタ３０ａ〜３０ｃとそれぞれ並列接続される保護抵抗６０ａ〜６０ｃと、保護抵抗４０ａ，４０ｂのそれぞれと直列接続される配置されるスイッチ回路３２ａ，３２ｂと、超伝導コイル２００ａ，２００ｂ全体の保護抵抗８０とをさらに備える。
【００６０】
図６の構成において、スイッチ回路３２は「第１のスイッチ回路」の一実施例に対応し、保護抵抗６０は「第２の保護抵抗」の一実施例に対応する。更に、スイッチ回路３２及び保護抵抗４０による直列回路は「第１の直列回路」に対応し、各超伝導コイル２００と並列に接続される。
【００６１】
保護抵抗４０ａ，４０ｂと、スイッチ回路３２ａ，３２ｂとの直列回路は、超伝導コイル２００ａ，２００ｂに対して並列接続される。保護抵抗８０は、超伝導コイル２００ａ，２００ｂ及びコンタクタ３０ａ〜３０ｃの直列回路全体に対して、並列接続される。実施の形態２に係る超伝導コイルの保護装置１１０のその他の部分の構成は、実施の形態１（図１）と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。
【００６２】
スイッチ回路３２ａ，３２ｂは、図示しない制御回路からの制御信号に従ってオンオフされる。スイッチ回路３２ａ，３２ｂは、超伝導コイル２００ａ，２００ｂにクエンチが発生していない通常動作時にオンされる。しかしながら、クエンチの非発生時には、超伝導コイル２００ａ，２００ｂの電気抵抗がゼロであるため、全電流が超伝導コイル２００ａ，２００ｂを流れる。従って、スイッチ回路３２ａ，３２ｂには、電流は流れない。このため、スイッチ回路３２及び保護抵抗４０による直列回路に検流計４５ａ，４５ｂ（図２）を配置することで、クエンチの発生を検知することができる。
【００６３】
ここで、超伝導コイル２００ａにてクエンチの発生が検知されたケースを考える。クエンチ発生に応じて、実施の形態１と同様に、まず、コンタクタ３０ａ〜３０ｃがオフされる。コンタクタ３０ａ〜３０ｃのオフ時には、スイッチ回路３２ａ，３２ｂはオン状態に維持される。従って、コンタクタ３０ａ〜３０ｃのオフ時には、超伝導コイル２００ａ，２００ｂに対して保護抵抗４０ａ，４０ｂが並列接続されている。この結果、実施の形態１と同様に、超伝導コイル２００ａ，２００ｂの両端に生じる電圧が抑制されるので、コンタクタ３０ａ〜３０ｃのオフ時におけるアークの発生を抑制することができる。
【００６４】
コンタクタ３０ａ〜３０ｃのオフ後、スイッチ回路３２ａ，３２ｂがオンからオフに制御オフされる。例えば、コンタクタ３０ａ〜３０ｃのオフ動作開始から、タイマ等で計測される一定時間の経過後に、スイッチ回路３２ａ，３２ｂをオフすることができる。
【００６５】
スイッチ回路３２ａ，３２ｂのオフ後には、超伝導コイル２００ａ，２００ｂ、保護抵抗６０ａ〜６０ｃ、及び、保護抵抗８０による直列回路を流れる電流によって、超伝導コイル２００ａ，２００ｂの蓄積エネルギを消費することができる。
【００６６】
実施の形態１で説明したように、保護抵抗４０ａ，４０ｂの電気抵抗は、コンタクタ３０ａ〜３０ｃのオフ時におけるアークを抑制するために、低く設定することが求められる。従って、超伝導コイル２００ａ，２００ｂの蓄積エネルギを、保護抵抗４０ａ，４０ｂで消費する際の電流量が大きくなることが懸念される。
【００６７】
実施の形態２に係る保護装置１００では、コンタクタ３０ａ〜３０ｃと並列接続される保護抵抗６０ａ〜６０ｃの電気抵抗の各々は、超伝導コイル２００ａ，２００ｂと並列接続された保護抵抗４０ａ，４０ｂの各々の電気抵抗よりも高く定められる。これにより、コンタクタ３０ａ〜３０ｃのオフ後に、超伝導コイル２００ａ，２００ｂの蓄積エネルギを消費する際の電流量を低減することができる。更に、保護抵抗８０を設けることで、当該電流をさらに低減することが可能となる。
【００６８】
尚、保護抵抗４０ａ，４０ｂの電気抵抗が低過ぎると、超伝導コイル２００ａ，２００ｂ及びスイッチ回路３２ａ，３２ｂを流れる電流が過大となることで、スイッチ回路３２ａ，３２ｂのオフ時にアークが発生することが懸念される。したがって、保護抵抗４０ａ，４０ｂの各々の電気抵抗は、保護抵抗６０ａ〜６０ｃの各々の電気抵抗に比べ１／１０以内とすることが好ましい。
【００６９】
なお、スイッチ回路３２ａ，３２ｂには、クエンチ発生時に瞬間的に大きな電流が流れることが想定されるが、一般的には数［ｍｓ］以下の短時間の通電であるため、電流の耐量が比較的小さい素子を用いることも可能である。例えば、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）又はＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor  Field-Effect  Transistor）等のパワー半導体素子を用いて、導体間の物理的な開閉動作を伴わない素子によって、スイッチ回路３２ａ，３２ｂを構成することが可能である。この結果、スイッチ回路３２ａ，３２ｂは、直流遮断器７０及びコンタクタ３０と比較して、高速にオンオフすることができ、又、オンオフ制御も容易である。
【００７０】
一般的に、オンオフの応答速度に関しては、コンタクタは１［ｍｓ］程度のオーダであるのに対して、パワー半導体素子は１０［ｎｓ］程度のオーダであり、パワー半導体素子は、コンタクタに対して、４〜５桁以上の高速動作が可能である。従って、クエンチ発生時には、コンタクタ３０ａ〜３０ｃのオフ確認後、速やかにスイッチ回路３２ａ，３２ｂをオフして、超伝導コイル２００ａ，２００ｂの蓄積エネルギによる電流経路を高抵抗の経路に切替えることが可能である。
【００７１】
この結果、実施の形態２に係る超電導コイルの保護装置によれば、実施の形態１で説明した効果に加えて、コンタクタ３０のオフ後における電流量を低減することができる。この結果、クエンチ発生箇所で発生するジュール熱を低減することにより、超伝導コイルの保護効果を更に高めることができる。
【００７２】
保護抵抗６０ａ〜６０ｃ、及び、保護抵抗８０は、超伝導コイル２００ａ，２００ｂに蓄えられた全磁気エネルギを消費するために通電されるため、発生するジュール熱も多くなる。従って、保護抵抗６０ａ〜６０ｃ、及び、保護抵抗８０については、超伝導コイル２００ａ，２００ｂが配置される低温槽の外部に配置し、かつ、冷却機構を設けることが好ましい。
【００７３】
尚、図６の回路構成において、保護抵抗８０の配置を省略することも可能である。或いは、反対に、実施の形態１，及び、後続の各実施の形態では、保護抵抗８０を配置しない回路構成を例示するが、各回路構成において、図６と同様に、保護抵抗８０を追加接続することも可能である。
【００７４】
実施の形態３．
実施の形態３では、クエンチ発生時に超伝導線材を物理的に切断することによって超伝導コイルを保護する回路構成を説明する。
【００７５】
図７は、実施の形態３に係る超伝導コイルの保護装置の構成を説明する回路図である。
図７を参照して、実施の形態３に係る超伝導コイルの保護装置１２０は、実施の形態１に係る保護装置１００（図１）と比較して、コンタクタ３０ａ〜３０ｃに代えて、超伝導コイル２００ａ，２００ｂの両端において、超伝導線材を物理的に切断するための切断機９０ａ〜９０ｃを備える点、及び、超伝導コイル２００ａ，２００ｂに対応する保護抵抗４２ａ，４２ｂをさらに備える点で異なる。保護抵抗４２は「第３の保護抵抗」の一実施例に対応する。
【００７６】
切断機９０ａ及び９０ｂは、超伝導コイル２００ａの両端にそれぞれ対応して配置される。同様に、超伝導コイル２００ｂの両端にそれぞれ対応して、切断機９０ｃ及び９０ｄが配置される。切断機９０は、配置個所の超伝導線材を物理的に切断する。
【００７７】
保護抵抗４０ａは、切断機９０ａによる切断箇所よりも内側のノードＮｉｘと、切断機９０ｂによる切断箇所よりも内側のノードＮｉｙとの間において、超伝導コイル２００ａと並列に接続される。一方で、保護抵抗４２ａは、切断機９０ａによる切断箇所よりも外側のノードＮｏｘと、切断機９０ｂによる切断箇所よりも外側のノードＮｏｙと間において、超伝導コイル２００ｂと並列に接続される。従って、保護抵抗４２ａは、超伝導コイル２００ａ及び切断機９０ａ，９０ｂの全体による直列回路に対して並列に接続される。
【００７８】
保護抵抗４０ｂ及び４２ｂと、超伝導コイル２００ｂ及び切断機９０ｃ，９０ｄとの接続関係は、上述した、保護抵抗４０ａ及び４２ａと、超伝導コイル２００ａ及び切断機９０ｃ，９０ｄとの接続関係と同様である。又、実施の形態３に係る超伝導コイルの保護装置１２０のその他の部分の構成は、実施の形態１（図１）と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。
【００７９】
図８には、切断機の構成例を説明するための概念的な外観図、図９には、切断機のアクチュエータの構成例を説明する回路図がそれぞれ示される。図８では、切断機９０ａ，９０ｂについて説明するが、超伝導コイル２００ｂに対応する切断機９０ｃ，９０ｄについても、切断機９０ａ，９０ｂと同様に構成することができる。
【００８０】
図８を参照して、切断機９０ａ及び９０ｂの各々は、ネジ９２によって固定された２本の刃２３を有する。切断機９０ａ，９０ｂは、図９に示されるモータ９６の出力によって回転するシャフト１５と連結される。刃２３は、２本の刃２３の間に超伝導コイル２００の両端における超伝導線材が位置するように配置される。モータ９６は「アクチュエータ」の一実施例に対応する。
【００８１】
従って、モータ９６の作動によるシャフト１５の回転に応じて、ネジ９２が軸となって２本の刃２３が動作することで、はさみと同様の原理により、超伝導線材が切断される。切断機９０ａ及び９０ｂは、共通のシャフト１５と連結されているため、同時に動作する。この結果、超伝導コイル２００ａ及び保護抵抗４０ａの並列回路の両端において、モータ９６の作動に応じて、超伝導線材による電気的接続が同時に切断される。これにより、切断に伴うアークの発生を抑制できる。
【００８２】
切断機９０の刃２３については、非磁性体で作製することによって、超伝導コイル２００ａ，２００ｂが生成する磁場を妨げることを防止できる。更に、切断機９０ａ，９０ｂを絶縁体で作製することにより、超伝導コイル２００ａ，２００ｂに刃２３が接触した状態としても、当該状態に安全に保持することができる。このような状態から切断機９０ａ，９０ｂを待機させることで、最小の動作により、短時間で超伝導線材を切断することが可能となる。尚、非磁性、かつ、絶縁体の材料の一例として、セラミックがある。セラミックによって切断機９０ａ，９０ｂを作製することができる。セラミックの成形による切断機９０の作製は比較的容易であり、かつ、セラミックは超伝導コイル２００ａ，２００ｂを収納する低温槽内での使用にも特に支障が無い。又、通常、モータ９６は低温槽の外に配置され、動力のみが低温槽内部の切断機９０ａ，９０ｂに伝えられる。
【００８３】
尚、図８では、切断機９０について、はさみの態様の構成を例示したが、文房具のパンチャー等のように一箇所に力を加えると、同時に複数個所で超伝導線材が切断される構造等、超伝導線材を物理的に切断可能であれば、任意の構造を適用することが可能である。尚、切断機９０ｄは、超伝導コイル２００と共通に低温槽内に配設することが望ましい。
【００８４】
図９を参照して、モータ９６は、電源配線１１及び接地配線１２の間に半導体スイッチ９７と直列接続される。モータ９６の図示しない出力軸は、図８のシャフト１５と連結される。半導体スイッチ９７は、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ等によって構成することができる。半導体スイッチ９７のオンオフは、マイクロコンピュータ９８からの制御信号Ｓｇｔに従って制御される。
【００８５】
マイクロコンピュータ９８は、クエンチを検出するセンサ（例えば、図２の検流計４５ａ，４５ｂ）からのセンサ信号に基づき、クエンチの発生を検知する。マイクロコンピュータ９８は、クエンチの発生を検知すると、半導体スイッチ９７をオンするように制御信号Ｓｇｔを生成する。一方で、クエンチの非発生時には、半導体スイッチ９７をオフに維持するように、制御信号Ｓｇｔは生成される。マイクロコンピュータ９８は、「制御回路」の一実施例に対応し、実施の形態１及び２でのコンタクタ３０ａ〜３０ｃ及びスイッチ回路３２ａ，３２ｂのオンオフ制御信号についても、上記センサ信号に基づいて生成することができる。
【００８６】
図８及び図９の構成により、クエンチ発生が検知されると、制御信号Ｓｇｔに応じて、電源配線１１からの駆動電流がモータ９６に供給されることにより、モータ９６の作動に応じて切断機９０ａ，９０ｂが動作して、超伝導線材を切断する。これにより、クエンチ発生に応じて、超伝導コイル２００ａ及び保護抵抗４０ｂの並列回路の両端が電流Ｉｓｃの経路から電気的に切断される。
【００８７】
ここで、モータ９６は、制御信号Ｓｇｔに応じて高速動作することが望ましい。超伝導線材は抵抗値がゼロとなるため、断面積によって電流容量を持たせる必要がなく、断面積は数［μｍ2］〜数［ｍｍ2］オーダとすることができる。従って、定格電力が５０［Ｗ］以下の小型モータを使用しても超伝導線材を切断することが可能である。又、小型サーボモータの応答時間は、一般的には２［ｍｓ］程度であるが、当該応答時間は定格回転動作の変化が整定するまでの所要時間である一方で、切断機９０ａ〜９０ｄにより超伝導線材を切断するためには、シャフト１５が半回転から１回転する程度のモータ出力が得られれば十分である。
【００８８】
これらを考慮すると、例えば、比較的高速に動作するサーボモータをモータ９６として適用した場合には、一般的に、センサ信号の受信から制御信号Ｓｇｔの出力するまでに１［μｓ］以内程度とし、制御信号Ｓｇｔの生成からモータ９６が回転するまでの時間を１［ｍｓ］以内程度とすることが可能である。
【００８９】
又、モータ９６は作動開始後の小さな動作によって超伝導線材を切断できる。このため、動作開始時の駆動電流を増加させる等の制御を加えることで、クエンチ発生検出からの超伝導線材の切断を更に高速化することも可能である。
【００９０】
一方で、切断対象となる超伝導線材が太く、切断に必要なトルクが大きいとき、又は、超伝導線材をさらに高速に切断する必要があるとき等に、比較的大型のサーボモータを使用する場合には、停止状態からの起動時に、実際にモータ９６の出力軸が回転するまでのデッドタイムが大きくなることが懸念される。
【００９１】
このような場合にも、モータ制御による切断の高速化が可能である。上記デッドタイムの要因は、停止状態から作動する際に作用する際の摩擦力である。一般的に、静止摩擦係数が動摩擦係数よりも大きいことを考えると、完全な停止状態からの作動に要するトルクよりも、作動状態から動きを変化させるのに要するトルクの方が小さい。従って、クエンチ非発生時には、切断機９０ａ〜９０ｄによって超伝導線材が切断されない範囲内でモータ９６（サーボモータ）を動作させる（例えば、微小角度範囲内での往復動作）とともに、クエンチ発生が検出されると、切断機９０ａ〜９０ｄによって超伝導線材が切断される範囲までモータ９６（サーボモータ）を動作させる制御とすることにより、クエンチ発生検出からの超伝導線材の切断を高速化することも可能である。
【００９２】
実施の形態３に係る保護装置では、コンタクタ３０に代えて切断機９０を用いることにより、クエンチの非発生時（通常動作）に、コンタクタ３０等のオン抵抗によって、超伝導コイル２００ａ，２００ｂを含む電流経路に余分な電気抵抗を付与することがない。この結果、実施の形態１，２で説明した効果に加えて、通常動作時に保護装置で生じる損失（ジュール熱）を抑制することができる。これは、接点間の開放によらず、超伝導線材を物理的に切断することで、超伝導コイル２００ａ，２００ｂを含む並列回路における「電気的に切り離す機構」を実現することによる効果である。
【００９３】
一方で、超伝導線材の物理的な切断は、装置に不可逆的なダメージを与えるため、復帰を早くするためにも切断箇所は少ないほうが望ましい。クエンチ発生時に、通常動作時の超伝導コイル２００ａ，２００ｂを含む電流経路を遮断するためには、当該電流経路のうちの１ケ所で超伝導線材を切断すれば良いことが理解される。尚、図７の回路構成では、各超伝導コイル２００の両端に対応して、即ち、２個の超伝導コイル２００ａ，２００ｂに対して、２倍の個数の切断機９０ａ〜９０ｄが配置されているので、特に、クエンチが発生した超伝導コイルの両端を切断することで、クエンチの発生部分と、正常部分とを切り分けることが可能となる。
【００９４】
例えば、超伝導コイル２００ａにクエンチが発生した場合には、切断機９０ａ，９０ｂのみが作動する一方で、切断機９０ｃ，９０ｄは停止状態に維持される。この結果、超伝導コイル２００ｂについては、保護抵抗４０ｂ，４２ａ，４２ｂによる蓄積エネルギの消費後には再利用することができる。
【００９５】
切断機９０の動作後、クエンチが発生した超伝導コイル（例えば、２００ａ）の蓄積エネルギは、当該超伝導コイルと並列接続された保護抵抗（例えば、４０ａ）によって消費される。一方で、クエンチが発生していない超伝導コイル（例えば、２００ｂ）の蓄積エネルギは、クエンチが発生した超伝導コイル（例えば、２００ａ）と並列接続された保護抵抗（例えば、４２ａ）によって消費される。
【００９６】
これにより、実施の形態２での保護抵抗６０ａと同様に、保護抵抗４２ａ又は４２ｂにより、超伝導コイルの蓄積エネルギを消費する際の電流量を低減することができる。上述の様に、図６と同様の保護抵抗８０を更に設けることも可能である。保護抵抗４２ａ又は４２ｂの電気抵抗が高いほど、電流量の低減効果は高くなるが、実際には、下記の点を考慮して、電気抵抗を定めることが好ましい。
【００９７】
具体的には、保護抵抗４２ａ，４２ｂの電気抵抗は、保護抵抗４２ａ，４２ｂに接続された配線の電流許容量に依存して定めることが好ましい。公知のように、配線の電流容量は、配線の太さに比例し、一般的には、定常状態であれば１［ｍｍ2］当たりで１［Ａ］程度、瞬時値であれば１［ｍｍ2］当たりで１０［Ａ］程度である。即ち、配線の断面積が大きい程、大電流を流すことができる。
【００９８】
一方で、実施の形態２の保護抵抗６０ａ，６０ｂと同様に、保護抵抗４２ａ，４２ｂについては、低温槽内の液体ヘリウム又は液体窒素を気化させないため、低温槽の外部に配置することが想定される。保護抵抗４２ａ，４２ｂの両端の配線は低温槽に接続されることになるため、超伝導コイル２００が通常動作しているときにも影響を与える。具体的には、配線が太い程、配線を経由して低温槽の内部に導入される外部熱が大きくなり、液体ヘリウム又は液体窒素の気化を促進することになる。従って、上記配線は細くすることが好ましく、そのためには、保護抵抗４２ａ，４２ｂの電気抵抗を高くする必要がある。
【００９９】
例えば、クエンチ発生時に、超伝導コイル内の磁気エネルギから生じる電流がΔＩ［Ａ］低減するまでの時間がΔｔ［ｓ］、超伝導コイル２００のインダクタンス値をＬ［Ｈ］とすると、コイルに印加される電圧Ｖは、Ｌ・（ΔＩ／Δｔ）で示される。一例として、Δｔ＝１［ｓ］、Ｌ＝１００［Ｈ］、ΔＩ＝１［ｋＡ］とすると、Ｖ＝１００ＫＶとなる。このとき、保護抵抗４２ａ，４２ｂの電気抵抗を１［ＭΩ］とすると、電流を１００［ｋＶ］／１［ＭΩ］＝０．１［Ａ］に抑制することができる。但し、保護抵抗４２ａ，４２ｂでは、大きなエネルギが消費されるため、保護抵抗６０ａ，６０ｂ（実施の形態２）と同様に、冷却機構の配置が好ましい。
【０１００】
一方で、保護抵抗４２ａ，４２ｂの電気抵抗を大きくすると、電流変化が急激になることが懸念される。超伝導コイル２００の蓄積エネルギを消費するための電流の時定数は、超伝導コイル２００のインダクタンス値をＬ、及び、保護抵抗４２ａ，４２ｂの電気抵抗Ｒを用いて、（Ｌ／Ｒ）［ｓ］で示される。従って、電気抵抗Ｒが大きく、時定数が小さいと、切断機９０による超伝導線材の切断後の電流の立ち上がり速度が大きくなり、保護抵抗４２ａ又は４２ｂに瞬時にエネルギが流入して、大きな熱が発生することとなる。これらを総合すると、例えば、保護抵抗４２ａ，４２ｂの電気抵抗は、１００［Ω］〜１００［ｋΩ］程度とすることができる。この場合には、低温槽との接続配線の断面積を１〜１０［ｍｍ2］程度とすることができ、通常、超伝導コイルに対して直列に接続される常伝導配線よりも、上記接続配線を細くすることができる。
【０１０１】
ここで、保護抵抗４２ａ，４２ｂ及び超伝導コイル２００ａ，２００ｂとの距離、及び、保護抵抗４２ａ，４２ｂ及び超伝導コイル２００ａ，２００ｂの接続配線長に起因する残留インダクタンスや残留抵抗による電流量の変化は大きな問題とならない。従って、保護抵抗４２ａ，４２ｂで発生するジュール熱が、配線を伝播して、超伝導コイル２００ａ，２００ｂ、即ち、低温槽内に流入することを抑制するために、保護抵抗４２ａ，４２ｂ及び超伝導コイル２００ａ，２００ｂは、距離を、例えば数［ｍ］程度確保して配置することが望ましい。
【０１０２】
又、上記のようにクエンチ発生時に１００［ｋＶ］の電圧が発生すると、容易に絶縁破壊が生じることで、超伝導コイル２００が破損することが懸念される。これに対して、実施の形態３の構成では、上述のように、クエンチが発生した超伝導コイル２００の両端が切断機９０により同時に切断されることにより、絶縁破壊を発生しにくくすることができる。
【０１０３】
絶縁破壊電圧は、距離に反比例するので、１箇所のみを切断する場合には、距離が短く、切断している間に絶縁破壊が発生することとなる。一方で、超伝導コイル２００の両端を物理的に同時に切断することによって、絶縁破壊距離を離すことができるため、大きな電位差ができた箇所に対しても安全に切断することができる。理想的には、超伝導コイルの両端を切断するタイミングは同時が望ましいが、実際には、１［ｍｓ］以内程度の時間差で両端を切断することが好ましい。上述のように、超伝導コイル２００ａ，２００ｂに対して、保護抵抗４０ａ，４０ｂが並列接続されているため、時間差により超伝導コイル２００の一端のみが切断された状態でも電流経路が確保されるため、上記１［ｍｓ］程度であればアーク発生の防止効果が期待できるためである。
【０１０４】
尚、図７では、各超伝導コイル２００の両端に対応して、即ち、２個の超伝導コイル２００ａ，２００ｂに対して、４個の切断機９０ａ〜９０ｄを配置する構成例を示したが、実施の形態１及び２（図１，図７）の構成において、各コンタクタ３０を切断機９０に置換する構成とすることも可能である。このような構成とすると、切断機９０の配置個数が図７の構成例よりも少なくなる。一方で、図７と同様の保護抵抗４２ａ，４２ｂによって、クエンチが発生していない超伝導コイル２００の蓄積エネルギを消費することができなくなるので、上述した、保護抵抗４２ａ，４２ｂによる効果は得られなくなる。
【０１０５】
又、図７では、１本の長い超伝導線材によって超伝導コイル２００ａ，２００ｂが形成される例を示しているが、２本以上の超電導線材を接続したもので超伝導コイル２００ａ，２００ｂが形成される場合にも、実施の形態３に係る保護装置を適用することが可能である。
【０１０６】
実施の形態４．
図１０は、実施の形態４に係る超伝導コイルの保護装置の構成を説明する回路図である。
【０１０７】
図１０を参照して、実施の形態４に係る超伝導コイルの保護装置１３０は、実施の形態１に係る保護装置１００（図１）と比較して、保護抵抗４０及び超伝導コイル２００に対して並列に、スイッチ回路１７及び「直流電源」としてのバッテリ３１の直流回路が接続される点が異なる。スイッチ回路１７及びバッテリ３１の直列回路は「第２の直列回路」の一実施例に対応する。
【０１０８】
図１０の構成例では、保護抵抗４０ａ及び超伝導コイル２００ａに対して並列に、スイッチ回路１７ａ及びバッテリ３１ａの直流回路が接続される。同様に、保護抵抗４０ｂ及び超伝導コイル２００ｂに対して並列に、スイッチ回路１７ｂ及びバッテリ３１ｂの直流回路が接続される。バッテリ３１（直流電源）は、超伝導コイル２００に対して、励磁電源１０と同じ極性で接続される。
【０１０９】
スイッチ回路１７ａ，１７ｂは、実施の形態２のスイッチ回路３２ａ，３２ｂと同様に、図示しない制御回路からの制御信号に従ってオンオフされる。スイッチ回路１７ａ，１７ｂは、超伝導コイル２００ａ，２００ｂにクエンチが発生していない通常動作時にはオフされる。これにより、クエンチ非発生時には、実施の形態１と同様の電流経路が形成される。
【０１１０】
クエンチが発生すると、超伝導コイル２００に電気抵抗が生じることで電圧降下が生じる。又、超伝導コイル２００の電流ｉの変化により、超伝導コイル２００（インダクタンス値Ｌ）の両端には、誘導起電力に相当するＬ・（ｄｉ／ｄｔ）で示される電圧が生じる。
【０１１１】
クエンチの発生直後には、超伝導コイル２００に生じる電気抵抗は低く、かつ、電流Ｉｓｃの変化もまだ小さいため、超伝導コイル２００の両端に発生する電圧も比較的小さい。従って、クエンチ発生からなるべく短時間でコンタクタ３０をオフすることが好ましい。一方で、実際には、クエンチの発生時点から、センサ（図２の検流計４５ａ，４５ｂ）からの信号に基づいてクエンチ発生を検出し、更に、クエンチ発生の検出からコンタクタ３０又は切断機９０によって電流経路を遮断するまでには、時間遅れが発生する。
【０１１２】
実施の形態４に係る保護装置１３０では、クエンチの発生が検知されると、クエンチが発生した超伝導コイル２００に対応するスイッチ回路１７がオンされる。例えば、超伝導コイル２００ａでのクエンチ発生が検知されると、スイッチ回路１７ａがオンされる。これにより、クエンチが発生した超伝導コイル（例えば、２００ａ）の両端に対して、誘導起電力と逆極性の直流電圧Ｖｃを印加することができる。
【０１１３】
クエンチ発生前には、紙面上左側から右側へ向かう方向に電流Ｉｓｃが発生している。図１０の構成では、クエンチ発生によって電流Ｉｓｃが減少する際に、Ｉｓｃからの減少を妨げる方向に、バッテリ３１ａから電流を供給することができる。この結果、超伝導コイル２００での｜（ｄｉ／ｄｔ）｜を減少することで、超伝導コイル２００の両端に生じる電圧を低減することができる。
【０１１４】
従って、実施の形態４に係る保護装置では、クエンチ発生時にオフされたコンタクタ３０の開放された接点間に印加される電圧を、実施の形態１よりも低減することができる。これにより、クエンチ発生の検出に伴う電流遮断時におけるアーク発生の抑制効果が更に高まるので、超伝導コイル２００の保護効果を更に高めることができる。
【０１１５】
図１０の構成において、コンタクタ３０を安全にオフした後は、スイッチ回路１７はオフすることができる。これにより、実施の形態１と同様の態様で、超伝導コイル２００の蓄積エネルギを消費することが可能である。
【０１１６】
尚、スイッチ回路１７ａ，１７ｂには、スイッチ回路３２ａ，３２ｂ（図６）と同様に、パワー半導体素子を用いることができる。但し、スイッチ回路１７ａ，１７ｂには、スイッチ回路３２ａ，３２ｂ（図６）とは異なり、超伝導コイル２００の蓄積エネルギを消費するための電流は直接流れないため、低オン抵抗の素子を選定する必要性は低い。一方で、大電圧が印加される虞があるため、スイッチ回路１７ａ，１７ｂには、ＳｉＣ（炭化シリコン）等を材料とする高耐圧半導体素子を適用することが好ましい。
【０１１７】
尚、図１０では、実施の形態４として、実施の形態１（図１）の回路構成に対して、スイッチ回路１７及びバッテリ（直流電源）３１の直列回路（実施の形態４）を組み合わせる例を説明したが、実施の形態２及び３で説明した回路構成の各々に対して、実施の形態４を組み合わせることも可能である。この組み合わせには、実施の形態１及び２において、コンタクタ３０を切断機９０に置換した回路において、各超伝導コイル２００に対して、スイッチ回路１７及びバッテリ（直流電源）３１の直列回路を並列接続する構成も含まれることを確認的に記載する。
【０１１８】
実施の形態４の変形例．
図１１は、実施の形態４の変形例に係る超伝導コイルの保護装置の構成を説明する回路図である。
【０１１９】
図１１を参照して、実施の形態４の変形例に係る超伝導コイルの保護装置１４０は、実施の形態４に係る保護装置１３０（図１０）と比較して、バッテリ（直流電源）３１と並列接続されたキャパシタ３３をさらに備える点で異なる。バッテリ３１の極性は、図１０と同様である。図１１の構成例では、並列接続されたバッテリ３１ａ及びキャパシタ３３ａと、スイッチ回路１７ａとの直列回路が、超伝導コイル２００ａに対して並列に接続される。同様に、並列接続されたバッテリ３１ｂ及びキャパシタ３３ｂと、スイッチ回路１７ｂとの直列回路が、超伝導コイル２００ｂに対して並列に接続される。保護装置１４０のその他の構成は、図１０の保護装置１３０と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
【０１２０】
図１１の構成例では、クエンチ発生前にキャパシタ３３がバッテリ３１によって充電される。これにより、クエンチ発生時にスイッチ回路１７がオンされると、キャパシタ３３の充電電荷及びバッテリ３１の両方によって、上述した、電流Ｉｓｃの減少を妨げる方向の電流を供給することができる。これにより、｜（ｄＩｓｃ／ｄｔ）｜の減少効果を高めて、超伝導コイル２００の両端に生じる電圧を更に低減することが可能となる。
【０１２１】
尚、キャパシタ３３から供給される電流については、スイッチ回路１７の動作によっても制御することが可能である。一般的に、キャパシタの端子間電圧Ｖの変化量ΔＶ、当該ΔＶに要する時間Δｔｃ、及び、キャパシタの容量値Ｃを用いると、キャパシタの電流Ｉｃは、Ｉｃ＝Ｃ・（ΔＶ／Δｔｃ）で示される。スイッチ回路１７のオン時において、キャパシタ３３での上記Δｔｃは、スイッチ回路１７のスイッチング速度、即ち、スイッチ回路１７がオフ状態からオン状態に遷移するのに要する時間に依存する。ワイドバンドギャップを有するＧａＮ（窒化ガリウム）又はＳｉＣ（炭化シリコン）等を材料するパワー半導体素子を用いてスイッチ回路１７を構成することでΔｔｃは、例えば、１［ｎｓ］程度まで短くすることができる。
【０１２２】
このようにすると、キャパシタ３３の両端電圧が数十［Ｖ］のオーダであっても比較的大きな電流を瞬間的に発生することが可能である。この結果、キャパシタ３３からの瞬間的な電流供給によって、アーク発生の虞がある過渡期間において超伝導コイル２００の両端に生じる電圧を、実施の形態４と比較して更に低減することができる。
【０１２３】
この結果、実施の形態５に係る保護装置では、実施の形態４と比較して、クエンチ発生の検出に伴う電流遮断時におけるアーク発生の抑制効果が更に高まるので、超伝導コイル２００の保護効果を更に高めることができる。
【０１２４】
図１１では、実施の形態４の変形例として、実施の形態１（図１）の回路構成に対して、並列接続されたバッテリ（直流電源）３１及びキャパシタ３３と、スイッチ回路１７との直列回路を組み合わせる例を説明したが、実施の形態２及び３で説明した回路構成の各々に対して、実施の形態４の変形例を組み合わせることも可能である。
【０１２５】
一例として、図１２には、実施の形態３と実施の形態４の変形例との組み合わせに係る超伝導コイルの保護装置１５０の構成例が示される。保護装置１５０は、実施の形態３二係る保護装置１２０（図７）において、超伝導コイル２００ａ，２００ｂの各々と並列に、実施の形態４の変形例に係る上記直列回路が接続された回路構成を有する。
【０１２６】
又、実施の形態４と同様に、実施の形態４に係る変形例についても、実施の形態１及び２において、コンタクタ３０を切断機９０に置換した回路構成と組み合わせることが可能である点について、確認的に記載する。
【０１２７】
実施の形態５．
実施の形態５では、クエンチ発生時に実施の形態４及びその変形例よりも高電圧を超伝導コイル２００に印加するための回路構成を説明する。
【０１２８】
図１３は、実施の形態５に係る超伝導コイルの保護装置の構成を説明する回路図である。
【０１２９】
図１３を参照して、実施の形態５に係る超伝導コイルの保護装置１６０は、実施の形態４に係る保護装置１３０（図１０）と比較して、「直流電源」として高圧回路５０を備える点で異なる。高圧回路５０の極性は、図１０及び図１１でのバッテリ３１と同様である。
【０１３０】
図１３の構成例では、スイッチ回路１７ａ及び高圧回路５０ａの直列回路が、超伝導コイル２００ａに対して並列に接続され、スイッチ回路１７ｂ及び高圧回路５０ｂの直列回路が、超伝導コイル２００ｂに対して並列に接続される。即ち、図１２では、スイッチ回路１７及び高圧回路５０の直列回路が「第２の直列回路」の一実施例に対応する。保護装置１６０のその他の構成は、図１０の保護装置１３０と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
【０１３１】
高圧回路５０ａ，５０ｂは、例えば、交流電源３５ａ，３５ｂの出力電圧を昇圧した直流電圧を出力可能なコッククロフトウォルトン回路（図１４）によって構成することが可能である。
【０１３２】
図１４は、高圧回路５０の構成例を説明する回路図である。
図１４を参照して、高圧回路５０は、入力端子５１及び出力端子５２の間に直列接続された複数個のダイオード５４と、複数個のキャパシタ５６とを有する。図１４には、一例として、２段型のコッククロフトウォルトン回路が示される。
【０１３３】
入力端子５１と接続されたアノードを有する初段のダイオード５４と並列に、交流電源３５及びキャパシタ５６が接続される。２段目以降では、直列接続された２個のダイオードに対してキャパシタ５６が並列接続される。最終段のダイオード５４のカソードは、出力端子と接続される。この結果、各キャパシタ５６には、交流電源３５の交流電圧の振幅の２倍に相当する直流電圧が保持されるので、出力端子５２からは、交流電圧振幅を昇圧した直流電圧を出力することができる。
【０１３４】
図１３において、高圧回路５０ａ，５０ｂの出力端子５２は、スイッチ回路１７ａ，１７ｂと接続され、高圧回路５０ａ，５０ｂの入力端子５１は、超伝導コイル２００ａ，２００ｂと接続される。高圧回路５０ａ，５０ｂは、各キャパシタ５６が充電された後、交流電源３５ａ，３５ｂと切り離される。その後、クエンチ発生時に、スイッチ回路１７ａ，１７ｂのオンに応じて、高圧回路５０ａ，５０ｂからの出力電圧Ｖｈは、実施の形態３（図１０）でのバッテリ３１ａ，３１ｂからの直流電圧Ｖｃと同様に、超伝導コイル２００ａ，２００ｂの両端に印加される。
【０１３５】
特に、図１４で例示したコッククロフトウォルトン回路は、蓄積エネルギは小さいものの、簡易な回路構成で瞬間的な高電圧を発生できることが知られており、出力電圧Ｖｈは、バッテリ３１（図１０）からの直流電圧Ｖｃよりも高くすることができる。又、コッククロフトウォルトン回路の出力電圧Ｖｈは、スイッチ回路１７ａ，１７ｂのオン直後では高電圧である一方で、その後、急速に減衰する。
【０１３６】
これにより、実施の形態５に係る保護装置では、クエンチの発生が検知されたときに、クエンチ発生直後の短時間（例えば、数［ｍｓ］〜数十［ｍｓ］）に限定して、実施の形態４よりも高電圧を超伝導コイル２００に印加することができる。これにより、誘導起電力によって生じる超伝導コイル２００の両端電圧の低減効果を実施の形態４よりも高めることができる。又、超伝導コイル２００に対して高電圧が連続的に印加されることによる焼損の発生を防止することができる。
【０１３７】
この結果、実施の形態５に係る保護装置では、クエンチ発生時にオフされたコンタクタ３０の開放された接点間に印加される電圧を、実施の形態４よりも低減することができるので、クエンチ発生の検出に伴う電流遮断時におけるアーク発生の抑制効果を更に高めることができる。
【０１３８】
図１４では、実施の形態５として、実施の形態１（図１）の回路構成に対して、並列接続された高圧回路５０（直流電源）３１及びキャパシタ３３と、スイッチ回路１７との直列回路を組み合わせる例を説明したが、実施の形態２及び３で説明した回路構成の各々、及び、実施の形態１及び２においてコンタクタ３０を切断機９０に置換した回路構成の各々に対して、実施の形態５を組み合わせることも可能である。
【０１３９】
ここで、全実施の形態に共通する超伝導コイルの両端における「電気的接続を切り離す機構」について、さらに説明する。
【０１４０】
実施の形態１〜３で説明したように、本実施の形態における「電気的接続を切り離す機構」は、少なくともコンタクタ３０及び切断機９０を含む。上述のように、「電気的接続を切り離す機構」については、クエンチ発生前の電流経路に対して保護装置が付加する電気抵抗が小さいほど望ましい。切断機９０については、電気抵抗を付加することなく「電気的接続を切り離す機構」を実現することができる。コンタクタ３０は、電磁力による導体間の接触によって接点間の電気的な接続が確保される機構を有する。このため、上述の様に、コンタクタのオン抵抗は１０［μΩ］程度のオーダであり、直流遮断器のオン抵抗（一般的には、１［ｍΩ］程度のオーダ）よりも低い。
【０１４１】
ここで、コンタクタ及び直流遮断器は、少なくとも２つの導体によって構成されており、当該導体間の物理的な接触を切り離すことによって、接点間が開放されたオフ状態を形成する。上述したオン抵抗は、導体間の接触抵抗、及び、導体の寸法に依存する寄生抵抗によって決まる。特に、コンタクタ及び直流遮断器のオン抵抗の差は、導体間の接触抵抗の差によって生じる。
【０１４２】
接触抵抗に関して、コンタクタの方が直流遮断器よりも低い理由は、コンタクタが電磁力によって導体間を接触させているのに対して、直流遮断器では機械的に導体間を接触させているためである。通常、導体間の接触抵抗は、導体の断面積、ヤング率、材料、及び、温度が同じである場合、導体間を押し付ける接触力によって変化する。具体的には、当該接触力Ｆｔｃ［Ｎ］に対して、接触抵抗Ｒｔｃ［Ω］は、１／√（Ｆｔｃ）に比例することが知られており、接触力が大きくなるにつれて接触抵抗は低くなる。
【０１４３】
コンタクタにおいては、機械的な力に比べて大きな力の確保が容易である電磁力による押し付け力によって、導体間を接触させることができる。例えば、励磁電流を大きくすることで、容易に導体間を接触するための押し付け力を高めることができる。
【０１４４】
通常、コンタクタ及び直流遮断器の各々では、導体間を引き離すための付勢力がバネ等によって付加されることにより、ノーマリオフの構造とされる。そして、コンタクタでは、オン時には、当該付勢力とは反対方向に、付勢力よりも大きな上記押し付け力を印加することによって、導体間の接触が確保される。
【０１４５】
これに対して、直流遮断器では、付勢力を機械的な機構によりカットすることで、導体間が接触する。例えば、付与力を洗えるバネを押さえつける爪を作動させることで、導体間を接触させて、接点間を電気的に接続することができる。このような構成の相違により、直流遮断器では、コンタクタと比較すると、導体間の接触力を高めることが難しく、その結果、導体間の接触抵抗が高くなる傾向にある。このように、電磁力による導体間の接触によって接点間の電気的な接続が確保されるコンタクタを用いることで、超伝導コイルの両端において可逆的に「電気的接続を切り離す機構」を低いオン抵抗で構成することが可能となる。
【０１４６】
コンタクタは、上記電磁力を解除して上記押し付け力を非発生とすることにより、オフすることができる。このような構成とすることにより、電磁力を発生できない停電等の非通電時には、付勢力によるオフ状態が維持されるので、安全に電流を遮断することができる。或いは、コンタクタでは、オフ時において、オン時とは逆方向の電磁力、即ち、付勢力と同じ方向に電磁力を作用させることも可能である。例えば、オン時及びオフ時で、励磁電流の一方を逆方向とすることで、上記の様な電磁力の方向の切替を実現することができる。このような構成とすることにより、低温槽内に配置されたコンタクタで、バネ等による機械的な付勢力が低下しても、コンタクタのオフ状態を確実に形成することが可能となる。
【０１４７】
パワー半導体素子は、数十［ｎｓ］程度のオーダで高速にオンオフさせることが可能であるが、オン抵抗は１００［ｍΩ］であるので、「電気的接続を切り離す機構」としては、コンタクタを用いる方が好ましい。尚、コンタクタは、導体間の接触を切り離すことによる接点間の開放には、１［ｍｓ］程度の時間を要するが、クエンチ発生時の電流遮断としては問題がない速度で、オフ動作を行うことができる。
【０１４８】
又、本実施の形態では、電流遮断機能を有し、かつ、オン抵抗の低いスイッチング素子を、コンタクタ３０の代わりに、可逆的に「電気的接続を切り離す機構」として用いることも可能である。例えば、超伝導半導体素子によるスイッチング素子を、「電気的接続を切り離す機構」として用いることも可能である。
【０１４９】
以上で説明した複数の実施の形態について、明細書内で言及されていない組み合わせを含めて、不整合や矛盾が生じない範囲内で、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている点についても、確認的に記載する。
【０１５０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１５１】
１０  励磁電源、１１  電源配線、１２  接地配線、１５  シャフト、１７ａ，１７ｂ，３２ａ，３２ｂ  スイッチ回路、２３  刃、３０ａ〜３０ｃ  コンタクタ、３１ａ，３１ｂ  バッテリ（直流電源）、３３ａ，３３ｂ  キャパシタ、３５ａ，３５ｂ  交流電源、３６  抵抗素子、４０ａ，４０ｂ，４２ａ，４２ｂ，６０ａ〜６０ｃ，８０  保護抵抗、４５ａ，４５ｂ  検流計、５０，５０ａ，５０ｂ  高圧回路（直流電源）、５１  入力端子（高圧回路）、５２  出力端子（高圧回路）、５４  ダイオード（高圧回路）、５６  キャパシタ（高圧回路）、７０ａ，７０ｃ  直流遮断器、９０ａ〜９０ｄ  切断機、９２  ネジ、９６  モータ、９７  半導体スイッチ、９８  マイクロコンピュータ、１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０  保護装置、２００ａ，２００ｂ  超伝導コイル、Ｉｓｃ  電流（超伝導コイル）、Ｎｘ，Ｎｙ  ノード、Ｒｂ  絶縁破壊抵抗、Ｖｃ，Ｖｈ  直流電圧。
【要約】
超伝導線材によって構成された複数の超伝導コイル（２００ａ，２００ｂ）は、直列接続されて励磁される。超伝導コイルの保護装置（１００）は、超伝導コイル（２００ａ，２００ｂ）、及び、各超伝導コイル（２００ａ，２００ｂ）と並列に接続された第１の保護抵抗（４０ａ，４０ｂ）の並列回路において、複数の超伝導コイル（２００ａ，２００ｂ）の少なくともいずれかにクエンチが発生したときに、当該並列回路の少なくとも片端を、複数の超伝導コイル（２００ａ，２００ｂ）を含んで形成されていた電流経路から電気的に切り離す機構（９０）とを備える。【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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