(57)【要約】【課題】コイル装置における電源・制御装置の調整を適正に行うことができるコイルシミュレータを提供することである。【解決手段】インダクタンス模擬手段２７はコイルや超伝導コイルのインダクタンス成分を模擬し、抵抗模擬手段２６はコイルや超伝導コイルの抵抗成分を模擬する。エネルギー吸収供給手段３６はインダクタンス模擬手段２７で模擬されたインダクタンスに蓄積および放出されるエネルギーを吸収および供給する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルや超伝導コイルのインダクタンス成分を模擬するインダクタンス模擬手段と、コイルや超伝導コイルの抵抗成分を模擬する抵抗模擬手段と、前記インダクタンス模擬手段で模擬されたインダクタンスに蓄積および放出されるエネルギーを吸収および供給するエネルギー吸収供給手段とを備えたことを特徴とするコイルシミュレータ。
【請求項２】
前記インダクタンス模擬手段で模擬されるインダクタンスの値、前記抵抗模擬手段で模擬される抵抗の値を可変としたことを特徴とする請求項１記載のコイルシミュレータ。
【請求項３】
コイルや超伝導コイルのキャパシタンス成分を模擬するキャパシタンス模擬手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のコイルシミュレータ。
【請求項４】
前記キャパシタンス模擬手段で模擬されるキャパシタンスの値を可変としたことを特徴とする請求項３記載のコイルシミュレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コイルや超伝導コイルを励磁して磁場を得るコイル装置のコイルまたは超伝導コイルの特性を模擬するコイルシミュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、コイルや超伝導コイルを用い強磁場を得るためには、コイルインダクタンス容量が大きくなる。また、通電電流容量も大きくなりコイル装置として大型化する。極低温の超伝導コイルの場合には、冷却するための冷凍機や冷却対応の超伝導コイルを収納する容器が必要となりさらに大型化する。
【０００３】
図３は超伝導コイル装置の概略構成図である。電源・制御装置１１は実際の超伝導コイル１２に接続され超伝導コイルに電流を供給する。冷凍機１３は冷凍材１４を冷却し冷却系１５を介して超伝導コイル１２に供給する。これにより、超伝導コイル１２は冷却され超伝導コイル１２は超伝導状態となる。このように、超伝導コイル装置はいくつかの機器から構成され大型化している。
【０００４】
大型化したコイル装置は容易に移動できないものであり、実際に運用する場合には、設置場所にきちんと固定されるものとなる。一方、試験調整時においても設置場所が特定されることが多い。コイル装置の電源・制御装置１１は、コイルや冷凍機等とは別に製作され、電流容量も大きいため容易に持ち運びできない場合が多いので、コイルや超伝導コイルの製作調整と電源・制御装置１１との調整は別々に行われ、最後に組み合わせることになる。
【０００５】
電源・制御装置１１の調整には、コイルや超伝導コイルを模擬することができないため、短絡試験を行いコイル抵抗が零の模擬のみを行うことになる。このため、励磁電圧は短絡試験時は発生させることができない。図４は、電源・制御装置１１の短絡試験の説明図である。電源・制御装置１１の出力端子１６ａ、１６ｂは短絡線１７により短絡される。これにより、短絡線１７に短絡電流Ｉｓが流れる。この場合、電源・制御装置１１の出力端子１６ａ、１６ｂは短絡状態であり、出力端子１６ａ、１６ｂ間には励磁電圧Ｅは発生しないため、実際のコイルの動的な挙動を測定することができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コイルや超伝導コイルの特性として、コイルトレーニングが必要な場合があったり、超伝導コイルの場合にはクエンチ現象が発生し超伝導が崩れることがあるので、そのクエンチ現象を未然防止する必要がある。コイルや超伝導コイルは、等価式ではインピーダンスとしてインダクタンス成分のみで定義されるが、実際は、抵抗成分とキャパシタンス成分とが存在する。
【０００７】
超伝導コイルの場合には、超伝導が破壊されると急激に抵抗成分が増大するクエンチ現象が発生することがある。大電流を流している場合にクエンチ現象が発生した場合は超伝導コイルの損傷を招く恐れがある。一度、コイルや超伝導コイルが損傷すると修理が大変であり、工期やコストが増大するという問題があった。
【０００８】
またコイルや超伝導コイルが損傷する前にクエンチ現象を検出し、電流を遮断した場合には、コイルや超伝導コイルの損傷は免れるが、周辺装置の復旧を行う必要があり工期およびコストが増大する。例えば、超伝導コイルを使用し極低温の状態のときにクエンチ現象が発生した場合には、再度冷凍から作業を行う必要がある。
【０００９】
図５は、超伝導コイル装置の運用手順の説明図である。各列は、手順概略説明列２０１、クエンチ発生率説明列２０２、必要時間説明列２０３、問題点事項説明列２０４からなり、各行は、準備説明行ａ、励磁説明行ｂ、運転説明行ｃ、消磁説明行ｄからなっている。
【００１０】
手順概略は、手順概略説明列２０１の各行に示すように、準備段階として超伝導コイルを冷却し超伝導状態とし（準備説明行ａ）、超伝導コイルを励磁し（励磁説明行ｂ）、磁場を発生させ（励磁説明行ｃ）、消磁する（励磁説明行ｄ）。
【００１１】
この場合、クエンチ現象の発生は、クエンチ発生率説明列２０２の各行に示すように、超伝導コイルを励磁する段階でクエンチ発生率が高く（励磁説明行ｂ）、磁場を発生させた状態でもクエンチの発生の恐れがあること（励磁説明行ｃ）を示している。
【００１２】
必要時間の目安は、必要時間目安説明列２０３の各行に示すように、超伝導コイルを冷却し超伝導状態とする準備段階に２日〜１週間程度の時間を要し（準備説明行ａ）、超伝導コイルを励磁する励磁段階に数十分〜１日程度の時間を要し（励磁説明行ｂ）、磁場を発生させる段階には応用機器により異なる日数を必要とし（励磁説明行ｃ）、消磁する段階では数十分〜数時間程度を要する（励磁説明行ｄ）ことを示している。
【００１３】
そして、問題点事項説明列２０４には問題点を示している。すなわち、必要時間説明列２０３に示すように各手順を実施するには準備に時間がかかり、運用手順中にクエンチが発生すると、後戻り工程が大きくかつコストも増大する。
【００１４】
電源の調整不足や電源のパラメータ設定ミス等の電源・制御装置側の問題があるまま実機のコイルや超伝導コイルに適用した場合には、クエンチ現象等の不具合が発生することがある。その場合、コイルや超伝導コイルは各コイルごとに特性がばらつくため、電源・制御装置側に問題があるのか、コイルや超伝導コイル側に問題があるのかがわからない場合が多い。その問題解決のためには、再度コイルや超伝導コイルの試験準備を要するなど、大幅な作業時間およびコストの増加が発生する。また、コイルや超伝導コイル自体にも損傷を与える恐れが生じる。
【００１５】
本発明の目的は、コイル装置における電源・制御装置の調整を適正に行うことができるコイルシミュレータを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係るコイルシミュレータは、コイルや超伝導コイルのインダクタンス成分を模擬するインダクタンス模擬手段と、コイルや超伝導コイルの抵抗成分を模擬する抵抗模擬手段と、前記インダクタンス模擬手段で模擬されたインダクタンスに蓄積および放出されるエネルギーを吸収および供給するエネルギー吸収供給手段とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項１の発明に係るコイルシミュレータにおいては、インダクタンス模擬手段はコイルや超伝導コイルのインダクタンス成分を模擬し、抵抗模擬手段はコイルや超伝導コイルの抵抗成分を模擬する。エネルギー吸収供給手段はインダクタンス模擬手段で模擬されたインダクタンスに蓄積および放出されるエネルギーを吸収および供給する。
【００１８】
請求項２の発明に係るコイルシミュレータは、請求項１の発明において、インダクタンス模擬手段で模擬されるインダクタンスの値、抵抗模擬手段で模擬される抵抗の値を可変としたことを特徴とする。
【００１９】
請求項２の発明に係るコイルシミュレータは、請求項１の発明の作用に加え、インダクタンス模擬手段で模擬されるインダクタンスの値や抵抗模擬手段で模擬される抵抗の値を、設定器により、模擬するコイルや超伝導コイルの特性に合った値に設定する。これにより、特性の異なる各種のコイルや超伝導コイルの模擬が可能となる。
【００２０】
請求項３の発明に係るコイルシミュレータは、請求項１または請求項２の発明において、コイルや超伝導コイルのキャパシタンス成分を模擬するキャパシタンス模擬手段を備えたことを特徴とする。
【００２１】
請求項３の発明に係るコイルシミュレータにおいては、請求項１または請求項２の発明の作用に加え、キャパシタンス模擬手段は、コイルや超伝導コイルのキャパシタンス成分を模擬する。
【００２２】
請求項４の発明に係るコイルシミュレータは、請求項３の発明において、前記キャパシタンス模擬手段で模擬されるキャパシタンスの値を可変としたことを特徴とする。
【００２３】
請求項４の発明に係るコイルシミュレータにおいては、請求項３の発明の作用に加え、キャパシタンス模擬手段で模擬されるキャパシタンスの値を、設定器により、模擬されるコイルや超伝導コイルの特性に合った値に設定する。これにより、特性の異なる各種のコイルや超伝導コイルの模擬が可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るコイルシミュレータ２０の構成図である。コイルシミュレータ２の入力端子２１ａ、２１ｂには、電源・制御装置１１の出力端子１６ａ、１６ｂが接続される。コイルシミュレータ２０の入力端子２１ａ、２１ｂには電圧検出器２２が接続されると共に、フィルタ２３を介してパワーアンプ２４が接続される。
【００２５】
いま、コイルシミュレータ２０が模擬しようとするコイル（超伝導コイル）の特性は、電源・制御装置１１から電流Ｉａを流したときに励磁電圧Ｅが生じる特性であるとする。
【００２６】
入力端子２１ａに流れる電流Ｉａは電流検出器２５で検出され、抵抗模擬手段２６およびキャパシタンス模擬手段２７に入力される。電流検出器２５により検出された電流Ｉａは、抵抗模擬手段２６の乗算器２８に入力され、設定器２９によりＲ係数器３０に設定されたＲ係数信号と乗算される。乗算器２８で得られた乗算値は、抵抗分電圧Ｅ１として加算器３１に出力される。
【００２７】
一方、電流検出器２５により検出された電流Ｉａは、インダクタンス模擬手段２７の微分器３２に入力されて微分され、乗算器３３に入力される。乗算器３３では設定器３４によりＬ係数器３５に設定されたＬ係数信号と乗算され、インダクタンス分電圧Ｅ２として加算器３１に出力される。
【００２８】
さらに、加算器３１には電圧検出器２２により検出された励磁電圧Ｅが入力され、抵抗分電圧Ｅ１とインダクタンス分電圧Ｅ２との和との差分ΔＥ（ΔＥ＝Ｅ１＋Ｅ２−Ｅ）が演算され、パワーアンプ２４へのアンプドライブ信号として出力される。パワーアンプ２４はアンプドライブ信号が零となるように、つまり、Ｅ＝Ｅ１＋Ｅ２が成立するように動作する。従って、コイルシミュレータ２０の入力端子２１ａ、２１ｂ（電源・制御装置１１の出力端子１６ａ、１６ｂ）には、実際のコイルや超伝導コイルがある場合と同等の励磁電圧Ｅが発生する。
ここで、この励磁電圧Ｅの値は、Ｒ係数器３０やＬ係数器３５に設定された値により変化する。つまり、設定器２９でＲ係数器３０に設定されるＲ係数信号および設定器３４でＬ係数器３５に設定されるＬ係数信号により変化する。このように、抵抗模擬手段２６で模擬される抵抗の値やインダクタンス模擬手段２７で模擬されるインダクタンスの値を、設定器２９、３４により、模擬するコイルや超伝導コイルの特性に合った値に設定できるようにしている。これにより、特性の異なる各種のコイルや超伝導コイルの模擬を可能としている。
【００２９】
また、パワーアンプ２４にはエネルギー吸収供給手段３６が接続されており、インダクタンス模擬手段２７で模擬されたインダクタンスに蓄積および放出されるエネルギーを吸収および供給する。すなわち、コイル（超伝導コイル）を励磁する場合には電源・制御装置１１からは電力が供給され、インダクタンスに蓄積される。この場合の蓄積されるエネルギーをエネルギー吸収供給手段３６にて吸収する。一方、コイル（超伝導コイル）を消磁する場合には、インダクタンスに蓄積されたエネルギーを電源・制御装置１１に戻すことになり、その場合のエネルギーをエネルギー吸収供給手段３６から供給する。フィルタは、電源源・制御装置１１とエネルギー吸収供給手段３６との間でのエネルギーの流れを円滑に行うバッファの役目をしている。
【００３０】
第１の実施の形態によれば、コイルシミュレータによりコイルや超伝導コイルの特性を模擬するので、電源・制御装置との組み合わせ試験が容易に行える。また、短絡試験では実現できない励磁電圧を発生させることができ、設定器により予めパラメータを可変し調整することができる。従って、電源・制御装置に問題点がないことの検証が容易に行え、電源・制御装置を健全な状態で実機コイルや超伝導コイルに接続でき、無用な調整時間及びコストを削減できる。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図２は本発明の第２の実施の形態に係るコイルシミュレータ２０の構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、コイルや超伝導コイルのキャパシタンス成分を模擬するキャパシタンス模擬手段３７を追加して設けたものである。図１の第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００３２】
図２において、キャパシタンス模擬手段３７は、電流検出器２５により検出された電流Ｉａを積分器３８に入力して電流積分信号∫Ｉａを生成し乗算器３９に入力する。乗算器３９では設定器４０により１／Ｃ係数器４１に設定された１／Ｃ係数信号と電流積分信号∫Ｉａとを乗算し、キャパシタンス分電圧Ｅ３として加算器３１に出力する。
【００３３】
加算器３１では、電圧検出器２２により検出された励磁電圧Ｅが入力され、抵抗分電圧Ｅ１とインダクタンス分電圧Ｅ２とキャパシタンス分電圧Ｅ３の和との差分ΔＥ（ΔＥ＝Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３−Ｅ）が演算され、パワーアンプ２４へのアンプドライブ信号として出力される。パワーアンプ２４はアンプドライブ信号が零となるように、つまり、Ｅ＝Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３が成立するように動作する。従って、コイルシミュレータ２０の入力端子２１ａ、２１ｂ（電源・制御装置１１の出力端子１６ａ、１６ｂ）には、実際のコイルや超伝導コイルがある場合と同等の励磁電圧Ｅが発生する。
ここで、キャパシタンス模擬手段３７で模擬されるキャパシタンスの値は、設定器４０により、模擬されるコイルや超伝導コイルの特性に合った値に設定できるようにしている。これにより、特性の異なる各種のコイルや超伝導コイルの模擬が可能となる。
【００３４】
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態に対してキャパシタンス模擬手段を追加して設けているので、キャパシタンスの影響が無視できないコイル（超伝導コイル）に対して適正に模擬できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、電源・制御装置とコイルや超伝導コイルとを組み合わせる前に、電源・制御装置の調整を行うことができるので、実機コイルや超伝導コイルと組み合わせて調整を行う場合にかかる調整時間やコストを削減することができる。また、不要な電圧を掛ける回数を減らすことができるので、コイルまたは超伝導コイルの品質を良いまま保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るコイルシミュレータの構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るコイルシミュレータの構成図。
【図３】超伝導コイル装置の概略構成図。
【図４】電源・制御装置の短絡試験の説明図。
【図５】超伝導コイル装置の運用手順の説明図。
【符号の説明】
１１…電源・制御装置、１２…超伝導コイル、１３…冷凍機、１４…冷凍材、１５…冷却系、１６…出力端子、１７…短絡線、２０…コイルシミュレータ、２１…入力端子、２２…電圧検出器、２３…フィルタ、２４…パワーアンプ、２５…電流検出器、２６…抵抗模擬手段、２７…キャパシタンス模擬手段、２８…乗算器、２９…設定器、３０…Ｒ係数器、３１…加算器、３２…微分器、３３…乗算器、３４…設定器、３５…Ｌ係数器、３６…エネルギー吸収供給手段、３７…キャパシタンス模擬手段、３８…積分器、３９…乗算器、４０…設定器、４１…１／Ｃ係数器
【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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