(57)【要約】【課題】迅速かつ高感度なクエンチ検出が可能な超伝導コイルのクエンチ検出方法、及び装置を提供することを目的とする。【解決手段】ロゴスキーコイル４を使用することにより、非接触で誘起電圧ＶＲＣを検出し、これより抵抗性電圧Ｖｒを求めることができる。このため、従来の差分法のような中間端子が不要であり、大型交流超伝導コイルにも適用できる。また、クエンチに伴う超伝導コイル１２への熱的ストレスと相関する瞬時有効電力Ｐを、クエンチ発生のパラメータとして用いることは、超伝導コイル１２の焼損を防止するために極めて有効である。さらに、この瞬時有効電力Ｐをローパスフィルタ９に通すことによって高いＳＮ比を持った信号が得られる。これにより、クエンチを迅速かつ高感度に検出することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導コイルのクエンチを検知するためのクエンチ検出方法であって、前記超伝導コイルの両端電圧と、その超伝導コイルに流れる電流変化に感応する検出コイルの誘導起電力とに基づいてクエンチに伴う抵抗性電圧を算出し、これに前記超伝導コイルに流れる電流値を乗ずることで前記超伝導コイルに発生する瞬時有効電力を算出し、その瞬時有効電力に対応する信号をローパスフィルタに通してクエンチ検出パラメータとすることを特徴とする超伝導コイルのクエンチ検出方法。
【請求項２】
前記超伝導コイルに流れる電流値は、前記検出コイルの誘導起電力を積分して得ることを特徴とする請求項１記載の超伝導コイルのクエンチ検出方法。
【請求項３】
前記検出コイルがロゴスキーコイルであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超伝導コイルのクエンチ検出方法。
【請求項４】
超伝導コイルのクエンチを検知するためのクエンチ検出装置であって、
前記超伝導コイルの両端電圧を検出するコイル電圧検出手段と、
前記超伝導コイルに流れる電流変化に感応して誘導起電力を発生する検出コイルと、
前記超伝導コイルに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記コイル電圧検出手段によって検出した前記超伝導コイルの両端電圧及び前記検出コイルの誘導起電力に基づいて前記超伝導コイルのクエンチに伴う抵抗性電圧を算出する減算手段と、
前記電流検出手段によって検出された前記超伝導コイルの電流に前記抵抗性電圧を乗じて瞬時有効電力を求める乗算手段と、
前記瞬時有効電力に対応する信号からノイズ成分を除去するローパスフィルタとを備えることを特徴とする超伝導コイルのクエンチ検出装置。
【請求項５】
前記電流検出手段は、前記検出コイルの誘導起電力を積分する積分回路を備えて構成されていることを特徴とする請求項４記載の超伝導コイルのクエンチ検出装置。
【請求項６】
前記検出コイルがロゴスキーコイルであることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の超伝導コイルのクエンチ検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超伝導コイルのクエンチ検出方法、及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超伝導リニアモータ、超伝導エネルギ−貯蔵装置等の超伝導装置は、所定の臨界温度以下で電気抵抗が０になる超伝導材料を巻回した超伝導コイルを使用して構成されている。
【０００３】
この超伝導コイル（以下、単に「コイル」と称する場合がある）は、通常は極低温に冷却されて超伝導状態を維持しているものであるが、局所的に温度上昇した場合や、コイルの臨界電流を超える過電流が流された場合などにおいて、常電導状態への転移（クエンチ）現象を生じる場合がある。このような場合に、装置の運転をそのまま継続すれば、コイルの焼損を生じ、ひいては装置の破損に至る場合があるため、クエンチが生じたことを迅速かつ高感度に検出して装置を保護することが重要である。
【０００４】
従来、クエンチ現象を検出する方法としては、超伝導材料が部分的に常電導状態に遷移した時点で、その常電導部分に発生する抵抗成分に基づいて検出を行う方法が最も迅速かつ信頼性が高い方法であると考えられており、具体的な手法として「差分法」や「位相差法」が開発されている。
【０００５】
差分法の概要は、以下のとおりである。図１３に示すように、超伝導コイル１００の両端に端子１０１を設けるとともに、超伝導コイル１００の中間からも中間端子１０２を引き出し、２つの抵抗器１０３と電圧検出器１０４とを接続することによって、いわゆる「ホイートストンブリッジ」を構成する。超伝導コイル１００が超伝導状態のときには、電圧検出器１０４で検出される電圧値は０であるが、クエンチが起きて超伝導コイル１００に抵抗が発生すると、ブリッジのバランスが崩れて抵抗性電圧が電圧検出器１０４に検出される。これにより、クエンチ発生していることを判定する（非特許文献１参照）。
【０００６】
また、位相差法は、クエンチによって発生する抵抗成分による電流、電圧の位相変化を検出することにより、クエンチを検出するものである。
【０００７】
【非特許文献１】
電学論Ｂ、１２１巻８号、ｐ１０２９−１０３５（２００１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、差分法による場合には、超伝導コイルから中間端子を引き出す必要がある。しかし、大型交流超伝導コイルの場合には、コイルに発生する高圧誘導電流への対応が困難であるため、中間端子を取り付けることができない。このため、直流コイル、小型交流コイルにしか適用できないという欠点がある。また検出される抵抗性電圧は、コイルに流れるパルス性雑音電流、誘導雑音等の影響を受けるため、迅速で高感度なクエンチ検出が困難である。
【０００９】
一方、位相差法による場合には、コイルの大きなインダクタンスに比べてクエンチで発生する抵抗成分が微小であるため、位相変化が極めて小さく、また抵抗成分がノイズに埋もれてしまい易い。このために、位相変化をとらえることが難しく、精度の良いクエンチ検出が困難となる。また、交流システムにしか適用できないという欠点がある。
【００１０】
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、迅速かつ高感度なクエンチ検出が可能な超伝導コイルのクエンチ検出方法、及び装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために請求項１の発明に係るクエンチ検出方法は、超伝導コイルのクエンチを検知するためのクエンチ検出方法であって、前記超伝導コイルの両端電圧と、その超伝導コイルに流れる電流変化に感応する検出コイルの誘導起電力とに基づいてクエンチに伴う抵抗性電圧を算出し、これに前記超伝導コイルに流れる電流値を乗ずることで前記超伝導コイルに発生する瞬時有効電力を算出し、その瞬時有効電力に対応する信号をローパスフィルタに通してクエンチ検出パラメータとすることを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載のクエンチ検出方法であって、前記超伝導コイルに流れる電流値は、前記検出コイルの誘導起電力を積分して得ることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のクエンチ検出方法であって、前記検出コイルがロゴスキーコイルであることを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、超伝導コイルのクエンチを検知するためのクエンチ検出装置であって、前記超伝導コイルの両端電圧を検出するコイル電圧検出手段と、前記超伝導コイルに流れる電流変化に感応して誘導起電力を発生する検出コイルと、前記超伝導コイルに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記コイル電圧検出手段によって検出した前記超伝導コイルの両端電圧及び前記検出コイルの誘導起電力に基づいて前記超伝導コイルのクエンチに伴う抵抗性電圧を算出する減算手段と、前記電流検出手段によって検出された前記超伝導コイルの電流に前記抵抗性電圧を乗じて瞬時有効電力を求める乗算手段と、前記瞬時有効電力に対応する信号からノイズ成分を除去するローパスフィルタとを備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項４記載の超伝導コイルのクエンチ検出装置であって、前記電流検出手段は、前記検出コイルの誘導起電力を積分する積分回路を備えて構成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項４又は請求項５記載の超伝導コイルのクエンチ検出装置であって、前記検出コイルがロゴスキーコイルであることを特徴とする。
【００１７】
【発明の作用及び効果】
請求項１及び請求項４の発明によれば、超伝導コイルの両端電圧と、この超伝導コイルに流れる電流変化に感応する検出コイルの誘導起電力に基づいて抵抗性電圧を求める。すなわち、クエンチが発生していない状態では、超伝導コイルの両端電圧ＶＳＣは、超伝導コイルの自己インダクタンスＬに対応する誘導性電圧のみにより構成され、次式（１）のように表される。
【００１８】
【数１】
2004172485.tif 000003
【００１９】
しかし、超伝導コイル１２にクエンチが生じると、常伝導部分に抵抗成分ｒが生じる。このとき、超伝導コイルの両端電圧ＶＳＣは、超伝導コイルの自己インダクタンスＬに対応する誘導性電圧と、抵抗成分ｒに対応する抵抗性電圧とで構成され、次式（２）のように表される。
【００２０】
【数２】
2004172485.tif 000004
【００２１】
一方、超伝導コイルに流れる電流変化に伴って、検出コイルには誘導起電力が生じ、検出コイルの両端に誘起電圧ＶＲＣが検出される。このとき、被測定導体と検出コイルとの相互インダクタンスをＭとすると、誘起電圧ＶＲＣは、次式（３）のように表される。
【００２２】
【数３】
2004172485.tif 000005
【００２３】
ここで、自己インダクタンスＬおよび相互インダクタンスＭは一定の値であるので、ｋ＝Ｌ／Ｍとなる定数ｋを求め、次式（４）のような演算を行うことにより、抵抗性電圧Ｖｒが求められる。
【００２４】
【数４】
2004172485.tif 000006
このように、検出コイルを用いることによって非接触で抵抗性電圧を求めることができる。このため、従来の差分法のような中間端子が不要であり、大型交流超伝導コイルにも適用できる。
【００２５】
また、求めた抵抗性電圧に電流値を乗じて瞬時有効電力に変換し、これをクエンチ検出のパラメータとして用いる。すなわち、次式（５）のような演算を行うことにより、瞬時有効電力Ｐが求められる。
【００２６】
【数５】
2004172485.tif 000007
【００２７】
ここで、瞬時有効電力は、クエンチに伴う超伝導コイルへの熱的ストレスと相関するものである。このため、超伝導コイルの焼損を防止するために、瞬時有効電力をパラメータとして用いることは極めて有効である。
【００２８】
さらに、抵抗性電圧の値は、クエンチにより生じた抵抗成分の値を電流値に乗じたものであるから、この抵抗性電圧の値に電流値を乗じた瞬時有効電力は電流値の二乗に比例する数値であり、常に正の値を示す。このことは、出力される信号に直流成分を持たせたことに相当する。したがって、この瞬時有効電力に対応する信号をローパスフィルタに通すことによって、高いＳＮ比を持った信号が得られる。これは、直流成分はフィルタ処理をしても減衰しないが高周波のノイズは除去されるという特徴を利用したものであり、フィルタ処理という簡易な方法で高いＳＮ比を持った信号が得られるのである。これにより、クエンチを迅速かつ高感度に検出することができる。
【００２９】
また、本発明の検出方法および装置は、検出用コイルとして適当なものを選択することにより、直流超伝導コイル、交流超伝導コイルのいずれにも適用することができる。
【００３０】
請求項２および請求項５の発明によれば、超伝導コイルに流れる電流値は、検出コイルに流れる誘導起電力を積分して得る。このような構成によれば、検出用コイルの他に別途ＣＴ（変流器）等の電流検出器を使用する必要がないため、測定手順及び装置の構成を簡略化できる。
【００３１】
また、１つの検出器からの信号のみによって電流値と誘導起電力とを得る方法としては、例えば、ＣＴ等により電流値を直接に測定し、これを微分処理することによって誘導起電力（電流の微分値）を求めるという方法も考えられる。しかし、このような方法では、測定電流に電磁的ノイズが重畳した場合、微分演算によりノイズが拡大され、得られる信号のＳＮ比が低くなってしまうおそれがある。それに対して、本発明では、検出用コイルを用いて直接に誘導起電力を検出しており、微分演算を行う必要がないから、ノイズが拡大されるおそれがない。一方、電流値については、誘導起電力を積分処理することによって得るのであるが、積分処理によっては電磁的ノイズが拡大するおそれが少ない。このため、ＳＮ比の高い信号を得ることができ、クエンチを迅速かつ高感度に検出することができる。
【００３２】
請求項３および請求項６の発明によれば、検出用コイルとしてロゴスキーコイルを使用する。このロゴスキーコイルは、自身に流れる電流による磁束の影響を相殺して、超伝導コイルに流れる電流によって誘起される誘導起電力のみを検出ように設計されたものであるから、誘導起電力を精度良く得ることができる。これにより、クエンチを迅速かつ高感度に検出することができる。また、ロゴスキーコイルは簡易な構造であり、取り付けを容易に行うことができるので、測定手順及び装置を簡素化することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の超伝導コイルのクエンチ検出方法、及び装置を具体化した一実施形態について、図１〜図３を参照しつつ詳細に説明する。
【００３４】
本実施形態のクエンチ検出装置１は、超伝導コイル１２を備えた主回路１１に取り付けられて、この超伝導コイル１２のクエンチを検出するためのものである。
【００３５】
クエンチ検出装置１の回路図を図１に示した。クエンチ検出装置１が取り付けられる主回路１１には、交流電圧源１３、およびこの交流電圧源１３に接続された超伝導コイル１２が備えられている。この超伝導コイル１２は、液体窒素等の冷媒が満たされた容器１４内に収容されることにより冷却されている。
【００３６】
この超伝導コイル１２の両端にはそれぞれ端子２が取り付けられ、この端子２間には、コイル電圧検出回路３（本発明のコイル電圧検出手段に該当する）が接続され、両端子２間に生じる両端電圧ＶＳＣを検出できるようになっている。
また、主回路１１において超伝導コイル１２の近傍には、検出用コイルが取り付けられている。検出用コイルとしては、ロゴスキーコイル４を用いることができる。ロゴスキーコイル４は、図２に示すように導線４Ａをらせん状に周回させてコイル部４Ｂを形成させるとともに、そのコイル部４Ｂの一端の導線４Ａを折り返し状に屈曲してコイル内に貫通させ、さらにこのコイル部４Ｂを略円環状に回曲させたものである。そして、このロゴスキーコイル４は、円環内に主回路１１の導線１０を貫通させるようにして主回路１１に取り付けられている。このロゴスキーコイル４は、自身に流れる電流による磁束の影響を相殺して、主回路１１を流れる電流の変化によって誘起される誘起電圧ＶＲＣのみを検出できるように設計されたものであり、誘起電圧ＶＲＣを精度良く検出することが可能とされている。
【００３７】
ロゴスキーコイル４の両端は、このロゴスキーコイル４に誘起される誘起電圧ＶＲＣ出する誘起電圧検出回路５、およびこの誘起電圧ＶＲＣを積分処理することによって電流ｉの値を得るための積分回路６に接続されている。
【００３８】
コイル電圧検出回路３および誘起電圧検出回路５の出力端子は、電圧ＶＳＣ、ＶＲＣを減算処理して抵抗性電圧Ｖｒを得るための減算回路７（本発明の減算手段に該当する）に接続されている。そして、この減算回路７の出力端子、および積分回路６の出力端子は、抵抗性電圧Ｖｒと電流ｉの値とを乗算処理して瞬時有効電力Ｐを得るための乗算回路８（本発明の乗算手段に該当する）に接続される。さらに、乗算回路８の出力端子は、得られた瞬時有効電力Ｐに対応する信号についてノイズ成分の除去を行うためのローパスフィルタ９に接続されている。ローパスフィルタ９の出力端子は、例えば出力された値が所定の閾値を超えたときにクエンチが発生したことを判断して主回路１１を遮断する保護回路等（図示せず）に接続することができる。
【００３９】
以下、上記のように構成されたクエンチ検出装置１の動作について述べる。クエンチ検出装置１によるクエンチ検出の手順を示すフローチャートを図３に示した。
【００４０】
クエンチが発生せず、超伝導コイル１２が超伝導状態に保たれている場合は、抵抗成分ｒは発生しない。このとき、超伝導コイル１２の両端子２間に設置されたコイル電圧検出回路３により検出される両端電圧ＶＳＣは、超伝導コイル１２の自己インダクタンスＬに対応する誘導性電圧のみにより構成され、次式（１）のように表される。
【００４１】
【数６】
2004172485.tif 000008
【００４２】
さて、超伝導コイル１２にクエンチが生じると、常伝導部分に抵抗成分ｒが生じる。このとき、コイル電圧検出回路３により検出される両端電圧ＶＳＣは、超伝導コイル１２の自己インダクタンスＬに対応する誘導性電圧と、抵抗成分ｒに対応する抵抗性電圧とで構成され、次式（２）のように表される（ステップＳ１）。
【００４３】
【数７】
2004172485.tif 000009
【００４４】
一方、主回路１１を流れる電流の変化によって、主回路１１の導線１０周りの磁場が変化する。これに伴って、ロゴスキーコイル４に誘導起電力が生じ、誘起電圧検出回路５により誘起電圧ＶＲＣが検出される。このとき、主回路１１の導線１０とロゴスキーコイル４との相互インダクタンスをＭとすると、誘起電圧ＶＲＣは、次式（３）のように表される（ステップＳ２）。
【００４５】
【数８】
2004172485.tif 000010
【００４６】
得られた両端電圧ＶＳＣと誘起電圧ＶＲＣとは減算回路７に入力される。ここで、自己インダクタンスＬおよび相互インダクタンスＭは一定の値である。したがって、ｋ＝Ｌ／Ｍとなる定数を求め、減算回路７において次式（４）のような演算を行うことにより、抵抗性電圧Ｖｒが求められる（ステップＳ３）。
【００４７】
【数９】
2004172485.tif 000011
【００４８】
ここで、得られた抵抗性電圧Ｖｒには、超伝導コイル１２に流れるパルス性雑音電流、誘導雑音等の電磁的ノイズが含まれている。このため、この電磁的ノイズをキャンセルして高感度、迅速なクエンチ検出を可能とするため、抵抗性電圧Ｖｒを瞬時有効電力Ｐに変換し、ノイズ除去を行う。
【００４９】
すなわち、ロゴスキーコイル４に生じた誘起電圧ＶＲＣは電流ｉの微分形となっているので、これを積分回路６において積分処理することにより、電流ｉの値が得られる（ステップＳ４）。
【００５０】
得られた電流ｉの値は、上記の減算回路７から出力された抵抗性電圧Ｖｒとともに乗算回路８に入力される。乗算回路８においては、次式（５）のような演算を行うことにより、瞬時有効電力Ｐが求められる（ステップＳ５）。
【００５１】
【数１０】
2004172485.tif 000012
【００５２】
得られた瞬時有効電力Ｐは、クエンチに伴う超伝導コイル１２への熱的ストレスと相関するものであるため、超伝導コイル１２の焼損を防止するために、瞬時有効電力Ｐをパラメータとして用いることは極めて有効である。
【００５３】
次に、この瞬時有効電力Ｐに対応する信号をローパスフィルタ９に通すことにより、ノイズ処理を行い、クエンチ信号Ｐ’に変換する（ステップＳ６）。ここで、式（５）に示されるように、瞬時有効電力Ｐはｉ２に比例する数値であり、常に正の値を示す。このことは式（５）が直流成分を持っていることに相当する。したがって、この瞬時有効電力Ｐをローパスフィルタ９に通すと、直流成分は減衰しないが、高周波の電磁的ノイズは除去され、得られたクエンチ信号Ｐ’はＳＮ比の高い信号となる。
【００５４】
クエンチの検出は、例えば判断回路（図示せず）等によって、クエンチ信号Ｐ’とあらかじめ定めた閾値Ｐｔ’との比較によって行われ、クエンチ信号Ｐ’が閾値Ｐｔ’を超えた場合に、クエンチが発生したとの判定がなされる。この判断回路は、例えば警報装置に接続されて、クエンチ発生の判定がされた場合に警報が発信されるようにしておいても良い。また、保護回路に接続されて、クエンチ発生の判定がされた場合に主回路１１が遮断されるようにしておいても良い。
【００５５】
以上のように本実施形態によれば、ロゴスキーコイル４を使用することにより、非接触で誘起電圧ＶＲＣを検出し、これより抵抗性電圧Ｖｒを求めることができる。このため、従来の差分法のような中間端子が不要であり、大型交流超伝導コイルにも適用できる。
【００５６】
また、クエンチに伴う超伝導コイル１２への熱的ストレスと相関する瞬時有効電力Ｐを、クエンチ発生のパラメータとして用いることは、超伝導コイル１２の焼損を防止するために極めて有効である。
さらに、瞬時有効電力Ｐは電流ｉの二乗に比例する数値であり、常に正の値を示す。このことは、出力される信号に直流成分を持たせたことに相当する。したがって、この瞬時有効電力Ｐをローパスフィルタ９に通すことによって高いＳＮ比を持った信号が得られる。これにより、クエンチを迅速かつ高感度に検出することができる。
【００５７】
また、電流ｉの値は、誘起電圧ＶＲＣを積分回路によって積分することにより得られる。このような構成によれば、ロゴスキーコイル４の他に別途ＣＴなどの電流検出器を主回路１１に取り付ける必要がないため、測定手順及び装置の構成を簡略化できる。また、積分処理によっては電磁的ノイズが拡大するおそれが少ない。このため、ＳＮ比の高い信号を得ることができ、クエンチを迅速かつ高感度に検出することができる。
【００５８】
さらに、検出用コイルとしてロゴスキーコイル４を使用する。これにより、誘起電圧ＶＲＣを精度良く検出することができ、クエンチを迅速かつ高感度に検出することができる。また、ロゴスキーコイル４は簡易な構造であり、取り付けを容易に行うことができるので、測定手順及び装置を簡素化することができる。
【００５９】
［実施例］
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
【００６０】
＜実施例１＞（熱によるクエンチ）
１．試験装置
試験装置としては、上記実施形態と同様に組み立てたものを用いた。
超伝導コイルとしては、Ｂｉ−２２２３／Ａｇ高温超伝導コイル（（株）昭和電線電纜製）を用いた。この超伝導コイルは、２つのコイルが内層、外装に組み合わせられた２層構造であり、エポキシ樹脂含浸されている。また、臨界温度は１０９．２Ｋ、臨界電流は３Ａである。
主回路の電圧源としては、６０Ｈｚの商用周波数電圧源を用いた。
検出用コイルとしては、図４に示すように、二つのコイル中心が同じとなる空芯変圧器構造（一次巻線１５：主回路、二次巻線１６：誘起電圧検出用コイル）のコイル１７を用いた。なお、本実施例において、上記実施形態のようなロゴスキーコイルではなく空芯変圧器構造の検出用コイルを用いたのは、本実施例は臨界電流の低い小型コイルによる原理検証であるため、ロゴスキーコイルでは検出される誘起電圧ＶＲＣが微小になりやすく、検出感度が低くなってしまうからである。但し、実用上この検出用コイルは負荷になってはならないので、一次巻線が超伝導コイルや導線を含めた主回路の負荷に対して低負荷（１２回巻、巻線抵抗０．２７５Ω、自己インダクタンス２．１μＨ）となるようにした。
ローパスフィルタとしては、遮断周波数３０Ｈｚ（時定数５ｍｓ、一次）のものを用いた。
【００６１】
２．試験方法
電圧源から、２．０Ａｐｅａｋの一定電流を超伝導コイルに供給した。この状態で、超伝導コイルの周囲にヒータ（５０ｍｍ×１１０ｍｍ、０．７Ｗ）を配置し、超伝導コイルに熱を加えた。
各検出回路および演算回路から出力される両端電圧ＶＳＣ、誘起電圧ＶＲＣ、抵抗性電圧Ｖｒ、電流ｉ、瞬時有効電力Ｐ、クエンチ信号Ｐ’、および誘起電圧ＶＲＣに定数ｋ（上記式（４）参照）を乗じたｋＶＲＣの７つの波形をオシロスコープで観測した。
【００６２】
＜実施例２＞（過電流によるクエンチ）
試験装置としては、上記実施例１と同様のものを使用した。
電圧源から、２．０Ａｐｅａｋの一定電流を超伝導コイルに供給した。この状態で、８〜９Ａｐｅａｋの電流を突発的に通電した。
各検出回路および演算回路から出力される両端電圧ＶＳＣ、誘起電圧ＶＲＣ、抵抗性電圧Ｖｒ、電流ｉ、瞬時有効電力Ｐ、クエンチ信号Ｐ’および誘起電圧ＶＲＣに定数ｋを乗じたｋＶＲＣの７つの波形をオシロスコープで観測した。
【００６３】
＜結果と考察＞
１）熱によるクエンチ
図５には、実施例１における超伝導状態における両端電圧ＶＳＣ、および電流ｉの波形を表すグラフを、図６には、超伝導状態における誘起電圧ＶＲＣ、および電流ｉの波形を表すグラフを示した。また、図７には、両端電圧ＶＳＣの波形と、誘起電圧ＶＲＣに定数ｋ（＝Ｌ／Ｍ＝４３）を乗じたｋＶＲＣの波形とを比較したグラフを示した。
【００６４】
図５、図６より、両電圧の波形は形状、電流ｉとの位相差もほぼ一致していることが分かる。また、図７より、ＶＳＣの波形とｋＶＲＣの波形とはほぼ一致することが分かる。これより、クエンチが発生して超伝導コイルに抵抗成分ｒが発生した場合には、ＶＳＣとｋＶＲＣとの差を求めることにより、式（２）における超伝導コイルの自己インダクタンスＬに対応する誘導性電圧（Ｌｄｉ／ｄｔ）を除去して抵抗性電圧Ｖｒ（ｒｉ）を求めることができるといえる。
【００６５】
図８には、クエンチ発生前後の抵抗性電圧Ｖｒの変化を表すグラフを、図９には、クエンチ発生前後の瞬時有効電力Ｐの変化を表すグラフを、図１０には、クエンチ発生前後のクエンチ信号Ｐ’の変化を表すグラフを示した。
【００６６】
図８、図９より、抵抗性電圧Ｖｒ、瞬時有効電力Ｐのいずれも、クエンチ前後の信号の変化を明確に観測することができない。これは、クエンチ後に生じる抵抗成分ｒが小さいために、ＳＮ比の小さい信号となったためである。一方、図１０より、クエンチ信号Ｐ’は、測定開始後５．２秒で大きく上昇しており、クエンチ発生が明確に検出されている。このように、瞬時有効電力Ｐの信号からノイズ除去を行って得たクエンチ信号Ｐ’をパラメータとして用いることにより、クエンチを高感度で検出できることがわかる。
【００６７】
また、クエンチが発生する以前には抵抗成分ｒは発生しないため、クエンチ信号Ｐ’は０となるはずであるが、実際には２０ｍＷを示している。これは、交流損失相当である。本来、厳密に式（５）を表記しなおすと、交流損失（通電損失瞬時値）も含めて次式（６）のように示される。
【００６８】
【数１１】
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【００６９】
ここで、ＰＳＣ−Ｌｏｓｓは超伝導コイルの交流損失、ＰＲＣ−Ｌｏｓｓは検出コイルの交流損失（但し、ＰＲＣ−Ｌｏｓｓは、実際の損失のｋ倍相当）である。右辺カッコ内が両コイルの交流損失の差に相当する。この交流損失の差分がクエンチ以前に現れているのである。確認のため、本実施例の試験装置の通電状態における交流損失を次式（７）、（８）により算出した。
【００７０】
【数１２】
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【００７１】
【数１３】
2004172485.tif 000015
【００７２】
但し、Ｐ’ＳＣ−ＬｏｓｓおよびＰ’ＲＣ−Ｌｏｓｓは時間Ｔ（電流周期、１／６０ｓ）でのＰＳＣ−ＬｏｓｓおよびＰＲＣ−Ｌｏｓｓの平均値とした。その結果、Ｐ’ＳＣ−Ｌｏｓｓ＝５４ｍＷ、Ｐ’ＲＣ−Ｌｏｓｓ＝３４ｍＷであり、その差は２０ｍＷであった（図１１参照）。これより、その差２０ｍＷがクエンチ発生以前のＰ’として出力されていたことが確認された。
【００７３】
この交流損失は、超伝導コイルのクエンチの有無にかかわらず常に存在する。したがって、クエンチ信号Ｐ’を閾値と比較してクエンチ検出判定を行う場合には、交流損失を考慮して閾値を充分大きく設定する必要があり、クエンチ信号Ｐ’の変化量が交流損失と比較して小さい場合には、クエンチ発生を迅速かつ高感度に検出できなくなることが考えられる。しかし、図１０に示すように、通常は交流損失よりもクエンチ発生によるクエンチ信号Ｐ’の増大分のほうが充分に大きな値となる。したがって、本発明のクエンチ検出方法では、交流損失を考慮して閾値を充分大きな値とした場合でも、クエンチ発生を迅速かつ高感度に検出できるといえる。
【００７４】
２）過電流によるクエンチ
図１２には、実施例２におけるクエンチ発生前後のクエンチ信号Ｐ’、および電流の変化を表すグラフを示した。
【００７５】
本実施例で用いた超伝導コイルは、６０Ｈｚ、８Ａｐｅａｋの通電において２．５Ａ（瞬時値）程度でクエンチすることがあらかじめ分かっているので、クエンチは６．３秒時に生じたと考えられる。本実施例においても、実施例１と同様にクエンチ信号Ｐ’は、クエンチ発生後に大きく上昇しており、クエンチ発生が明確に検出されていることがわかる。クエンチ信号Ｐ’は実施例１と比較して急激に増大していることから、過電流によるクエンチの場合は熱によるクエンチと比較して常伝導転移、および常伝導部分の拡大が急激に進んでいるものと考えられる。なお、６．３秒以前に生じている数ｍＷのクエンチ信号Ｐ’は、交流損失によるものと考えられる。
【００７６】
以上のように、本発明のクエンチ検出方法によれば、クエンチ発生を迅速かつ高感度に検出できることがわかった。
本発明の技術的範囲は、上記した実施形態によって限定されるものではなく、例えば、次に記載するようなものも本発明の技術的範囲に含まれる。その他、本発明の技術的範囲は、均等の範囲にまで及ぶものである。
（１）上記実施形態では、検出コイルにより得られた誘起電圧ＶＲＣを積分回路により積分することによって電流値を得ているが、本発明によれば電流値を得る手段は上記実施形態に限るものではなく、例えばＣＴ等の電流検出器により電流値を直接に測定しても良い。
（２）上記実施形態では、減算手段、乗算手段等の演算手段としてアナログ演算により処理を行う回路を用いているが、本発明によればこれらの手段の構成は上記実施形態に限るものではなく、デジタル演算により処理を行うものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のクエンチ検出装置の回路図
【図２】本実施形態の検出用コイルを示す部分拡大図
【図３】本実施形態のクエンチ検出装置によるクエンチ検出の手順を示すフローチャート
【図４】実施例の検出用コイルを示す部分拡大図
【図５】実施例１における超伝導状態における両端電圧ＶＳＣ、および電流ｉの波形を表すグラフ
【図６】実施例１における超伝導状態における誘起電圧ＶＲＣ、および電流ｉの波形を表すグラフ
【図７】実施例１における両端電圧ＶＳＣの波形と、誘起電圧ＶＲＣに定数ｋを乗じたｋＶＲＣの波形とを比較したグラフ
【図８】実施例１におけるクエンチ発生前後の抵抗性電圧Ｖｒの変化を表すグラフ
【図９】実施例１におけるクエンチ発生前後の瞬時有効電力Ｐの変化を表すグラフ
【図１０】実施例１におけるクエンチ発生前後のクエンチ信号Ｐ’の変化を表すグラフ
【図１１】実施例１における、超伝導コイルの交流損失に基づくＰ’ＳＣ−Ｌｏｓｓ、および検出用コイルの交流損失に基づくＰ’ＲＣ−Ｌｏｓｓを表すグラフ
【図１２】実施例２におけるクエンチ発生前後の部分有効電流Ｐ’、および通電電流の変化を表すグラフ
【図１３】従来の差分法によるクエンチ検出装置の回路を示す部分拡大図
【符号の説明】
１…クエンチ検出装置
３…コイル電圧検出回路
４…ロゴスキーコイル（検出コイル）
６…積分回路（電流検出手段）
７…減算回路（減算手段）
８…乗算回路（乗算手段）
９…ローパスフィルタ
１２…超伝導コイル
【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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