(57)【要約】【課題】励磁手段の入力電源喪失など、超電導コイルに異常がなく、急速に放電する必要のない停止時には、電流減衰速度を低速に設定し、超電導コイルをクエンチすることなく、エネルギーを放電することにある。【解決手段】超電導コイル１と、この超電導コイルを励磁する励磁手段３と、超電導コイル１と励磁手段３とを接続する電路を開閉する開閉手段４と、超電導コイル１に並列的にそれぞれ設けられた電流減衰時定数が異なる第１及び第２の放電手段５１，５２と、これらの放電手段の何れかに切替えて超電導コイルとの間で閉回路を形成する切替手段６と、励磁手段側又は超電導コイル側で検出される異常検出信号或いは非常停止信号の少なくとも一つが入力されると、開閉手段４に開放指令を与えると共に、切替手段６に切替指令を与えて異常検出対象に応じて定められた電流減衰時定数の放電手段を選択し、超電導コイルとの間で該超電導コイルのエネルギーを放電させる制御手段７とを備える。【選択図】      図１
2009225539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルと、この超電導コイルを励磁する励磁手段と、前記超電導コイルと前記励磁手段とを接続する電路を開閉する開閉手段と、前記超電導コイルに並列的にそれぞれ設けられた電流減衰時定数が異なる複数の放電手段と、これらの放電手段の何れかに切替えて前記超電導コイルとの間で閉回路を形成する切替手段と、前記励磁手段側又は前記超電導コイル側で検出される異常検出信号或いは非常停止信号の少なくとも一つが入力されると、前記開閉手段に開放指令を与えると共に、前記切替手段に切替指令を与えて異常検出対象に応じて定められた電流減衰時定数の放電手段を選択し、前記超電導コイルとの間で該超電導コイルのエネルギーを放電させる制御手段とを備えたことを特徴とする超電導コイルシステム。
【請求項２】
請求項１記載の超電導コイルシステムにおいて、前記複数の放電手段は、前記超電導コイルがクエンチしない電流減衰時定数に設定された第１の放電手段と、この第１の放電手段の電流減衰時定数よりも短時間の電流減衰時定数に設定された第２の放電手段により構成され、前記制御手段は、前記励磁手段側の異常時に前記第１の放電手段を選択し、前記超電導コイル側の異常又は非常停止時に前記第２の放電手段を選択するようにしたことを特徴とする超電導コイルシステム。
【請求項３】
請求項２記載の超電導コイルシステムにおいて、前記励磁手段側の異常は、入力電源喪失であることを特徴とする超電導コイルシステム。
【請求項４】
請求項２記載の超電導コイルシステムにおいて、前記第２の放電手段は、前記第１の放電手段の電流減衰時定数よりも短時間で、且つ電流減衰に伴い前記超電導コイルに発生する電圧上昇値が該超電導コイルの許容過電圧値以下となる電流減衰時定数に設定されたことを特徴とする超電導コイルシステム。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の超電導コイルシステムにおいて、前記制御手段は、前記第１の放電手段により前記超電導コイルのエネルギーを放電しているとき、該超電導コイル電流が所定値以下になると前記切替手段に切替指令を与えて前記第１の放電手段から前記第２の放電手段に切替えることを特徴とする超電導コイルシステム。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の超電導コイルシステムにおいて、放電手段は、抵抗器であることを特徴とする超電導コイルシステム。
【請求項７】
超電導コイルと、この超電導コイルを励磁する励磁手段と、前記超電導コイルと前記励磁手段とを接続する電路を開閉する開閉手段と、前記超電導コイルに並列的に設けられ、第１段抵抗器及び第２段抵抗器を直列接続してこれらの間にタップを設けた放電手段と、この放電手段の前記第１段抵抗器及び第２段抵抗器の直列回路側又は前記第１段抵抗器をバイパスするように接続された前記タップ側に切替えて前記超電導コイルとの間で抵抗値の異なる閉回路を形成する切替手段と、前記励磁手段側又は前記超電導コイル側で検出される異常検出信号或いは非常停止信号の少なくとも一つが入力されると、前記開閉手段に開放指令を与えると共に、前記切替手段に切替指令を与えて前記励磁手段側の異常時には前記直列回路側を選択し、前記超電導コイル側の異常時又は非常停止時には前記タップ側を選択して、前記超電導コイルとの間で電流減衰時定数を異ならせて該超電導コイルのエネルギーを放電させる制御手段とを備えたことを特徴とする超電導コイルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導コイルを応用した超電導コイルシステムにおいて、非常停止時には前記超電導コイルの電磁エネルギーを短時間で放電させ、それ以外の停止時には前記超電導コイルがクエンチしない時間で放電させるようにした超電導コイルシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超電導技術の発展に伴い、超電導コイルの大容量化が進んでいる。超電導コイルを応用したシステムとしては、シリコン単結晶引上げ装置、核融合、ＳＭＥＳ、加速器、ＭＲＩなどがある。
【０００３】
これらのシステムでは、超電導コイルや励磁装置に異常が発生した場合や、作業者により磁性体からなる機材を持運んでいるとき機材が超電導コイルの磁場内に入ると、磁性体が超電導コイルに作業者ごと吸引される等の事故が発生した場合には、超電導コイルの電磁エネルギーを短時間で放電し、安全に停止させる必要がある。
【０００４】
図５は、従来の超電導コイルシステムの主回路の一例を示す構成図である。
【０００５】
図５において、１は超電導コイルで、この超電導コイル１はクライオスタット２内に液体ヘリウム等の冷却媒体と共に収容され、接続導体８により開閉手段４を介して励磁手段３に接続されている。この励磁手段３は、図示しない交流系統に変圧器を介して接続され、交流電力を直流電力に変換する整流回路を備えた直流電源である。
【０００６】
また、５は超電導コイル１と並列に接続された放電手段で、この放電手段５は抵抗器５Ｒとダイオード５Ｄから構成されている。
【０００７】
一方、７は超電導コイル１側及び励磁手段３側が正常か、異常かの状態検出信号９，１０が入力され、超電導コイル１側又は励磁手段３側が異常のとき開閉手段４に開放指令１２を与える制御手段である。
【０００８】
このような構成の超電導コイルシステムにおいて、超電導コイル１側又は励磁手段４側に異常が発生すると、制御手段７により開閉手段４が開放される。すると、超電導コイル１に流れている電流が放電手段５のダイオード５Ｄを介して抵抗器５Ｒに流れ、超電導コイル１に蓄積されているエネルギーが抵抗器５Ｒにより消費される。
【０００９】
この従来の超電導コイルシステムは、放電手段として１種類の抵抗器５Ｒにより、超電導コイル１側の異常のみならず、励磁手段３側の異常に対しても超電導コイル１に蓄積されているエネルギーを消費させる構成のものである。
【００１０】
因みに、従来の他の超電導コイルシステムとして、超電導コイルと直流電源とを結ぶブスバー又は電流リード或いはケーブルからなる給電ラインの少なくとも一部を超電導で構成し、システムの異常時に給電ラインの一部又は全てを加熱電源によりヒータを加熱して超電導部を常電導化させて超電導コイルに蓄積されているエネルギーを吸収させるようにしたものがある（例えば、特許文献１）。
【００１１】
しかし、この超電導コイルシステムは、システムの異常時に、前述同様に超電導コイル側の異常のみならず、直流電源側の異常に対しても超電導コイルに蓄積されているエネルギーを超電導部の常電導化により吸収させるものであり、超電導コイルに流れる電流減衰速度については何ら考慮されていない。
【特許文献１】特開２００１−３３９８７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述したように超電導コイル側や超電導コイルから発生する磁界により磁性体が作業者ごと吸引される等の事故が発生した場合には、放電手段により超電導コイル内のエネルギーを短時間で放電させ、超電導コイルシステムを安全に停止する必要がある。
【００１３】
しかし、超電導コイルのエネルギーを短時間で放電すると、超電導コイルの電流減衰速度が速くなり、超電導コイルがクエンチする可能性が高くなる。超電導コイルがクエンチすると、発熱により液体ヘリウム等の冷媒が気化し、クライオスタットから噴出する。
【００１４】
そして、室内で冷媒が大量に噴出すると、室内の空気が冷媒に置換され、酸素不足となり、窒息する虞がある。また、冷媒は高価なガスなので、経済的な観点からも、超電導コイルのクエンチ回数を減らすことが好ましい。
【００１５】
しかるに、従来の超電導コイルシステムでは、超電導コイルに並列に１種類の放電手段が接続されているだけで、超電導コイルのエネルギー放電時における電流減衰速度も１種類しか設定することができないため、励磁手段の入力電源喪失など、超電導コイル側に異常がなく、急速放電しなくてよい場合でも電流減衰速度が速く、超電導コイルがクエンチし、クライオスタットから冷媒が噴出する可能性があった。特に、複数台の超電導コイルシステムが設置されている建屋の場合、電力系統の停電に伴う励磁手段の入力電源喪失は、複数台の超電導コイルシステムで同時に起きるため、複数台の超電導コイルシステムから同時に大量に冷媒が噴出し、建屋内の酸素が不足する危険があった。また、冷媒が噴出した場合は、冷媒を補給しなければならず、経済的にも不利である。
【００１６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、励磁手段の入力電源喪失など、超電導コイル側に異常がなく、急速に放電する必要のない停止時には、電流減衰速度を低速に設定し、超電導コイルをクエンチすることなく、超電導コイルのエネルギーを放電することが可能な超電導コイルシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、上記の目的を達成するため、次のような手段により超電導コイルシステムを構成するものである。
【００１８】
（１）本発明は、超電導コイルと、この超電導コイルを励磁する励磁手段と、前記超電導コイルと前記励磁手段とを接続する電路を開閉する開閉手段と、前記超電導コイルに並列的にそれぞれ設けられた電流減衰時定数が異なる複数の放電手段と、これらの放電手段の何れかに切替えて前記超電導コイルとの間で閉回路を形成する切替手段と、前記励磁手段側又は前記超電導コイル側で検出される異常検出信号或いは非常停止信号の少なくとも一つが入力されると、前記開閉手段に開放指令を与えると共に、前記切替手段に切替指令を与えて異常検出対象に応じて定められた電流減衰時定数の放電手段を選択し、前記超電導コイルとの間で該超電導コイルのエネルギーを放電させる制御手段とを備える。
【００１９】
（２）本発明は、上記（１）に記載の超電導コイルシステムにおいて、前記複数の放電手段は、前記超電導コイルがクエンチしない電流減衰時定数に設定された第１の放電手段と、この第１の放電手段の電流減衰時定数よりも短時間の電流減衰時定数に設定された第２の放電手段により構成され、前記制御手段は、前記励磁手段側の異常時に前記第１の放電手段を選択し、前記超電導コイル側の異常又は非常停止時に前記第２の放電手段を選択する。
【００２０】
（３）本発明は、上記（２）に記載の超電導コイルシステムにおいて、前記励磁手段側の異常は、入力電源喪失である。
【００２１】
（４）本発明は、上記（２）に記載の超電導コイルシステムにおいて、前記第２の放電手段は、前記第１の放電手段の電流減衰時定数よりも短時間で、且つ電流減衰に伴い前記超電導コイルに発生する電圧上昇値が該超電導コイルの許容過電圧値以下となる電流減衰時定数に設定される。
【００２２】
（５）本発明は、上記（２）乃至（４）のいずれかに記載の超電導コイルシステムにおいて、前記制御手段は、前記第１の放電手段により前記超電導コイルのエネルギーを放電しているとき、該超電導コイル電流が所定値以下になると前記切替手段に切替指令を与えて前記第１の放電手段から前記第２の放電手段に切替える。
【００２３】
（６）本発明は、上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の超電導コイルシステムにおいて、放電手段は、抵抗器である。
【００２４】
（７）本発明は、超電導コイルと、この超電導コイルを励磁する励磁手段と、前記超電導コイルと前記励磁手段とを接続する電路を開閉する開閉手段と、前記超電導コイルに並列的に設けられ、第１段抵抗器及び第２段抵抗器を直列接続してこれらの間にタップを設けた放電手段と、この放電手段の前記第１段抵抗器及び第２段抵抗器の直列回路側又は前記第１段抵抗器をバイパスするように接続された前記タップ側に切替えて前記超電導コイルとの間で抵抗値の異なる閉回路を形成する切替手段と、前記励磁手段側又は前記超電導コイル側で検出される異常検出信号或いは非常停止信号の少なくとも一つが入力されると、前記開閉手段に開放指令を与えると共に、前記切替手段に切替指令を与えて前記励磁手段側の異常時には前記直列回路側を選択し、前記超電導コイル側の異常時又は非常停止時には前記タップ側を選択して、前記超電導コイルとの間で電流減衰時定数を異ならせて該超電導コイルのエネルギーを放電させる制御手段とを備える。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、超電導コイル側に異常がない場合の停止時には、超電導コイルがクエンチしないように電流減衰速度を低速に、すなわち電流減衰時定数を長時間に設定することにより、超電導コイルへのストレスを低減することができ、また、超電導コイルがクエンチしないので、冷媒の噴出を防ぐことができる。
【００２６】
一方、超電導コイル側の異常時や人身事故等が発生した際の非常停止時には、電流減衰速度を高速に、すなわち電流減衰時定数を短時間に設定することにより、急速に超電導コイルのエネルギーを放電させることができるので、事故や故障の拡大等の悪影響を最小限に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２８】
（第１の実施形態）
図１は本発明による超電導コイルシステムの第１の実施形態を示す回路構成図で、図４と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００２９】
図１において、１は超電導コイルで、この超電導コイル１はクライオスタット２内に液体ヘリウム等の冷却媒体と共に収容され、接続導体８により開閉手段４を介して励磁手段３に接続されている。この励磁手段３は、図示しない交流系統に変圧器を介して接続され、交流電力を直流電力に変換する整流器を備えた直流電源である。
【００３０】
また、５１は抵抗器５１Ｒとダイオード５１Ｄからなる第１の放電手段、５２は抵抗器５２Ｒとダイオード５２Ｄからなる第２の放電手段で、これら第１の放電手段５１及び第２の放電手段５２は、切替手段６を介して超電導コイル１にそれぞれ並列的に接続されている。
【００３１】
これら第１の放電手段５１及び第２の放電手段５２において、ダイオード５１Ｄ，５２Ｄは、正常時に電流が抵抗器５１Ｒ，５２Ｒに流れないように阻止するためのものであり、また、抵抗器５１Ｒ，５２Ｒは抵抗値が異なり、いずれの抵抗器５１Ｒ，５２Ｒを用いるかにより電流減衰時定数が変更できるようになっている。
【００３２】
一方、７１は超電導コイル１側の異常検出信号９と励磁手段３側の異常検出信号１０が入力され、超電導コイル１側又は励磁手段３側が異常のとき開閉手段４に開放指令１２を与えると共に、切替手段６に切替指令１１を与える制御手段である。
【００３３】
ここで、制御手段７１に入力される超電導コイル１の異常検出信号９としては、クライオスタット２内の温度、圧力、液面などであり、制御手段７１に入力される異常検出信号１０としては、系統入力電源の喪失、直流電源の故障などである。さらに、制御手段７１には、超電導コイルに磁性体が作業者ごと吸引される等の事故が発生した場合に図示しない非常停止操作により非常停止信号１３が入力されるようになっている。
【００３４】
制御手段７１は、これら異常検出信号９，１０及び非常停止信号１３の何れかより入力有の場合には、図２に示すようなアルゴリズムに基いて開閉手段４に開放指令を、また、第１の放電手段５１と第２の放電手段５２から適した放電手段を選択し、切替手段６に切替指令を与える。
【００３５】
次に上記のように構成された超電導コイルシステムの動作について説明する。
【００３６】
いま、超電導コイルシステムに異常がなく、開閉手段４が閉路しているものとする。このような状態にあるときは、励磁手段３より開閉手段４を通して超電導コイル１に直流電流が流れ、超電導コイル１が励磁されている。この場合、切替手段６が第１の放電手段５１及び第２の放電手段５２のいずれかに切替選択された状態にあっても、直流電流は図示極性のダイオード５１Ｄ，５２Ｄにより遮られ、第１の放電手段５１及び第２の放電手段５２には流れない。
【００３７】
このような状態にあるとき、超電導コイルシステムに異常が発生すると、制御手段７１は、開閉手段４に開放指令１２を与えると共に、超電導コイル１側からの異常検出信号９であるか、励磁手段３側からの異常検出信号１０であるかによって第１の放電手段５１又は第２の放電手段５２の何れかを選択して、切替手段６に切替指令１１を出力する。
【００３８】
すると、励磁手段３より超電導コイル１に流れていた直流電流が遮断されると同時に、超電導コイル１に蓄積されているエネルギーにより電流が第１の放電手段５１又は第２の放電手段５２に移行し、超電導コイル１との間で還流する。
【００３９】
超電導コイル１と第１の放電手段５１又は第２の放電手段５２との間で還流する電流の減衰時定数は、超電導コイル１のインダクタンス値と抵抗器５１Ｒ，５２Ｒの抵抗値で決まり、電流減衰時定数は、インダクタンス値／抵抗値となる。したがって、抵抗器５１Ｒと抵抗器５２Ｒとの抵抗値を変えておくことにより、抵抗器５１Ｒを選択した場合と抵抗器５２Ｒを選択した場合で、電流減衰時定数を変更することができる。
【００４０】
ここで、超電導コイルシステムに異常が発生した場合の具体例を図２に示す制御手段７１のアルゴリズムについて説明する。
【００４１】
超電導コイルシステムの異常としては、励磁手段３側と超電導コイル１側とがある。励磁手段３側の異常としては、入力電源（電力系統）の停電や、直流電源の故障があり、超電導コイル１側の異常としては、過電流、過電圧、クライオスタット２内の冷媒の基準値を超える圧力上昇、温度上昇、液面低下などがある。
【００４２】
上記励磁手段３側の異常に対して、制御手段７１は開閉手段４に開放指令１２を与えると同時に、切替手段６に第１の放電手段５１及び第２の放電手段５２のうち、超電導コイル１がクエンチしない電流減衰時定数（電流が緩やかに減衰）の方を選択して切替指令１１を与える。
【００４３】
また、超電導コイル１側の異常に対して、制御手段７１は開閉手段４に開放指令１２を与えると同時に、切替手段６に第１の放電手段５１及び第２の放電手段５２のうち、超電導コイルがクエンチしない電流減衰時定数よりも短時間(電流が急速に減衰)の方を選択して切替指令１１を与える。
【００４４】
さらに、超電導コイル１から発生する磁界により磁性体が作業者ごと吸引される等の人身事故が発生した場合、非常停止操作により非常停止信号１３が制御手段７１に入力されると、制御手段７１は開閉手段４に開放指令１２を与えると同時に、切替手段６に短時間(電流が急速に減衰)の方を選択して切替指令１１を与える。
【００４５】
このような構成の超電導コイルシステムによれば、超電導コイルシステムの異常状態に応じて最適な電流減衰時定数を選択することができるので、故障発生時に超電導コイルシステムに与えるストレスを最小限に抑えることができる。
【００４６】
次に第１の放電手段５１及び第２の放電手段５２における電流減衰時定数の決め方の具体例について説明する。
【００４７】
まず、第２の放電手段による電流減衰時定数を第１の放電手段５１の電流減衰時定数よりも短時間に設定する場合について説明する。
【００４８】
ここでは、説明を簡便にするため、超電導コイル１のインダクタンス値が１００Ｈ、抵抗器５１Ｒの抵抗値が０．１Ω、抵抗器５２Ｒの抵抗値が１Ωの場合を例に具体的な数値を用いて説明する。また、便宜上、超電導コイル１は、電流減衰時定数が１０００秒未満でクエンチするものとして説明する。なお、計算を簡素化するため、超電導コイル１、抵抗器５１Ｒ、抵抗器５２Ｒ以外の回路のインピーダンスは０として説明する。
【００４９】
超電導コイルシステムに異常が発生し、制御手段７１が第１の放電手段５１を選択した場合には、抵抗器５１Ｒの抵抗値が０．１Ω、超電導コイル１のインダクタンス値が１００Ｈであるので、電流減衰時定数＝インダクタンス値／抵抗値＝１０００秒となり、励磁電流は、時定数１０００秒で減衰する。
【００５０】
したがって、制御手段７１が第１の放電手段５１を選択した場合は、電流減衰時定数が１０００秒未満ではないので、超電導コイル１はクエンチしない。
【００５１】
一方、制御手段７１が第２の放電手段５２を選択した場合は、抵抗器５２Ｒの抵抗値が１Ω、超電導コイル１のインダクタンス値が１００Ｈであるので、電流減衰時定数＝インダクタンス値／抵抗値＝１００秒となり、励磁電流は、時定数１００秒で減衰する。
【００５２】
したがって、制御手段７１が第２の放電手段５２を選択した場合は、電流減衰時定数が１０００秒未満なので、超電導コイル１がクエンチする。
【００５３】
事故時の非常停止など、超電導コイル１のクエンチの有無に関係なく、超電導コイルシステムを短時間で停止する必要がある場合は、第２の放電手段５２を選択することにより、第１の放電手段５１を選択する場合よりも短時間で超電導コイルシステムを停止することができる。
【００５４】
このように第１の放電手段５１及び第２の放電手段５２の電流減衰時定数を設定することにより、超電導コイルシステムの状況に応じて、超電導コイルがクエンチしない電流減衰時定数と、これよりも短時間の電流減衰時定数を選択することができる。
【００５５】
次に第２の放電手段による電流減衰時定数を第１の放電手段５１の電流減衰時定数よりも短時間で、且つ超電導コイルシステムに発生する電圧上昇値が許容過電圧値以下に設定する場合について説明する。
【００５６】
ここでは、説明を簡便にするため、超電導コイル１のインダクタンス値が１００Ｈ、抵抗器５１Ｒの抵抗値が０．１Ω、抵抗器５２Ｒの抵抗値が１Ωの場合を例に具体的な数値を用いて説明する。また、便宜上、超電導コイル１は、電流減衰時定数が１０００秒未満でクエンチし、電流減衰時定数が１００秒未満で過電圧が発生するものとして説明する。なお、計算を簡素化するため、超電導コイル１、抵抗器５１Ｒ、抵抗器５２Ｒ以外の回路のインピーダンスは０として説明する。
【００５７】
超電導コイルシステムに異常が発生し、制御手段７１が第１の放電手段５１を選択した場合には、抵抗器５１Ｒの抵抗値が０．１Ω、超電導コイル１のインダクタンス値が１００Ｈであるので、電流減衰時定数＝インダクタンス値／抵抗値＝１０００秒となり、励磁電流は、時定数１０００秒で減衰する。
【００５８】
したがって、制御手段７１が第１の放電手段５１を選択した場合は、電流減衰時定数が１０００秒未満ではないので、超電導コイル１はクエンチしない。
【００５９】
一方、制御手段７１が第２の放電手段５２を選択した場合は、抵抗器５２Ｒの抵抗値が１Ω、超電導コイル１のインダクタンス値が１００Ｈであるので、電流減衰時定数＝インダクタンス値／抵抗値＝１００秒となり、励磁電流は、時定数１００秒で減衰する。
【００６０】
したがって、制御手段７１が第２の放電手段５２を選択した場合は、電流減衰時定数が１００秒以上で１０００秒未満なので、超電導コイル１がクエンチするが、過電圧は発生しない。
【００６１】
このように第１の放電手段５１及び第２の放電手段の電流減衰時定数を設定することにより、超電導コイルシステムの状況に応じて、超電導コイルがクエンチしない電流減衰時定数と、これよりも短時間で、且つ過電圧が発生しない電流減衰時定数を選択することができる。
【００６２】
次に超電導コイルシステムに異常が発生し、制御手段７１が第１の放電手段５１を選択する場合と第２の放電手段５１を選択する場合の具体例について、前述したそれぞれの電流減衰時定数の具体的な数値を用いて説明する。
【００６３】
励磁手段３側のみに異常が発生した場合、超電導コイル１のエネルギーを放電する必要があるが、超電導コイル１側は正常なので、電流減衰時定数は長時間で良いことから、制御手段７１は、第１の放電手段５１を選択する。
【００６４】
この第１の放電手段５１が選択された場合、抵抗器５１Ｒの抵抗値が０．１Ω、超電導コイル１のインダクタンス値が１００Ｈであるので、電流減衰時定数＝インダクタンス値／抵抗値＝１０００秒となり、励磁電流は、時定数１０００秒で減衰する。
【００６５】
したがって、制御手段７１が第１の放電手段５１を選択した場合は、電流減衰時定数が１０００秒で、超電導コイル１がクエンチしないので、クライオスタット２から冷媒が噴出することを防ぐことができる。
【００６６】
一方、人身事故が発生した場合の非常停止時や、超電導コイル１側に異常が発生した場合には、短時間で超電導コイル１のエネルギーを放電する必要があることから、制御手段７１は第２の放電手段５２を選択する。
【００６７】
この第２の放電手段５２が選択されると、抵抗器５２Ｒの抵抗値が１Ω、超電導コイル１のインダクタンス値が１００Ｈであるので、電流減衰時定数＝インダクタンス値／抵抗値＝１００秒となり、励磁電流は、時定数１００秒で減衰する。すなわち、第１の放電手段５１を選択した場合に比べ、１／１０の時定数で励磁電流を減衰させることができる。
【００６８】
この場合、電流減衰時定数が１００秒で１０００秒未満なので、超電導コイル１はクエンチするが、人身事故が発生した場合の非常停止時や超電導コイル１側に異常が発生した場合には、超電導コイル１のクエンチを防ぐよりも、短時間で超電導コイル１のエネルギーを放電することが優先されるため、超電導コイル１のクエンチすることはやむを得ないことである。
【００６９】
このように制御手段７１が第１の放電手段５１又は第２の放電手段５１を選択する場合の具体例からも明らかなように、超電導コイル１側に異常がない場合には、電流減衰時定数を長時間に設定することができるので、超電導コイルを不必要にクエンチさせたり、クライオスタット２内の冷媒を噴出させたりすることを防ぐことができる。
【００７０】
一方、人身事故が発生した際の非常停止時や超電導コイル１側の異常に伴う停止時には、電流減衰時定数を短時間に設定しているので、超電導コイル１のエネルギーを短時間で放電することができ、事故や故障の拡大等の悪影響を最小限に抑えることができる。
【００７１】
上記した具体例では、超電導コイル１側に異常がなく、励磁手段３側にのみに異常がある場合について述べたが、この励磁手段３側の異常として電力系統が停電し、入力電源が喪失する場合がある。
【００７２】
特に、複数台の超電導コイルシステムにおいて、各励磁手段の電源が電力系統に連系されている場合、電力系統が停電すると各励磁手段の電源入力が同時に喪失する。そのため、複数台の超電導コイルシステムの励磁手段が同時に異常となり、超電導コイル１のエネルギーを放出する必要がある。
【００７３】
従来のシステムでは、放電手段が１種類しかないため、仮に放電手段の抵抗値が１Ωと想定すると、電流減衰時定数が１００秒になり、複数台の超電導コイル１が同時にクエンチすることになる。複数台の超電導コイル１が同時にクエンチすると、複数台の超電導コイルシステムのクライオスタットから同時に冷媒が噴出し、建屋内の空気が不足し、窒息する危険性がある。
【００７４】
本具体例では、電力系統の停電により励磁手段３の電源入力が喪失し、励磁手段３が運転を継続できなくなった場合、制御手段７１により超電導コイル１が正常で電流減衰時定数が長時間でよいと判断し、第１の放電手段５１を選択する。この第１の放電手段５１が選択されると、抵抗器５１Ｒの抵抗値が０.１Ω、超電導コイル１のインダクタンス値が１００Ｈなので、電流減衰時定数＝インダクタンス値／抵抗値＝１０００秒となり、励磁電流は、時定数１０００秒で減衰する。
【００７５】
したがって、第１の放電手段５１を選択した場合は、電流減衰時定数が１０００秒で、超電導コイル１がクエンチしないので、クライオスタット２から冷媒が噴出することを防ぐことができる。
【００７６】
このように電力系統の停電により励磁手段３の入力電源が喪失し、励磁手段３が運転を継続できなくなった場合には、第１の放電手段５１を選択し、超電導コイル１がクエンチしない低速の電流減衰時定数としているので、複数の超電導コイルシステムのクライオスタットから同時に冷媒が噴出することを防ぐことができ、室内が酸欠状態になる危険性を減らすことができる。
【００７７】
（第２の実施形態）
図３は本発明による超電導コイルシステムの第２の実施形態を示す回路構成図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。
【００７８】
第１の実施形態では、制御手段７１に超電導コイル１側のクライオスタット２内の温度、圧力、液面などの異常検出信号９を入力したが、第２の実施形態では、さらに図示しない電流検出手段により超電導コイル１に流れる電流を検出し、この電流を超電導コイル電流９Ｉとして制御手段７１に入力するようにしたものである。
【００７９】
次に上記のように構成された超電導コイルシステムにおいて、異常発生時に制御手段７１が第１の放電手段５１を選択する場合と第２の放電手段５１を選択する場合の具体例を電流減衰時定数の具体的な数値を用いて説明する。
【００８０】
ここでは、説明を簡便にするため、超電導コイル１のインダクタンス値が１００Ｈ、抵抗器５１Ｒの抵抗値が０．１Ω、抵抗器５２Ｒの抵抗値が１Ωの場合を例に具体的な数値を用いて説明する。また、便宜上、超電導コイル１は、電流減衰時定数が１０００秒未満でクエンチし、電流減衰時定数が１００秒未満で過電圧が発生するものとして説明する。なお、計算を簡素化するため、超電導コイル１、抵抗器５１Ｒ、抵抗器５２Ｒ以外の回路のインピーダンスは０として説明する。
【００８１】
励磁手段３側のみに異常が発生した場合、超電導コイル１のエネルギーを放電する必要があるが、超電導コイル１側は正常なので、電流減衰時定数は長時間でよく、制御手段７１は、第１の放電手段５１を選択する。
【００８２】
この第１の放電手段５１が選択された場合、抵抗器５１Ｒの抵抗値が０．１Ω、超電導コイル１のインダクタンス値が１００Ｈであるので、電流減衰時定数＝インダクタンス値／抵抗値＝１０００秒となり、励磁電流は、時定数１０００秒で減衰する。
【００８３】
したがって、制御手段７１が第１の放電手段５１を選択した場合は、電流減衰時定数が１０００秒なので、超電導コイル１がクエンチすることを防ぐことができ、クライオスタット２から冷媒が噴出することも防ぐことができる。
【００８４】
制御手段７１により第１の放電手段５１が選択されると、超電導コイル１と第１の放電手段５１との間で超電導コイル１の励磁電流が還流するが、この励磁電流が０Ａに到達するまで制御手段７１が切替手段６に切替指令を出さなかった場合、超電導コイル１の励磁電流は、電流減衰時定数１０００秒で減衰し続ける。そのため、励磁電流が０Ａに到達するまでに非常に長い時間がかかる。例えば、放電開始励磁電流が１００Ａ、電流減衰時定数が１０００秒の場合、励磁電流が１Ａ以下に減衰するには、４６００秒以上の時間が必要である。
【００８５】
電流減衰時定数が一定であっても、励磁電流の減衰に伴い、電流変化率が小さくなり、この電流変化率が小さいほど超電導コイル１はクエンチしにくくなる。すなわち、励磁電流が小さい領域においては、電流減衰時定数が短くても、超電導コイル１はクエンチしなくなる。例えば、励磁電流が１００Ａ、電流減衰時定数が１０００秒の時、放電開始時の電流変化率は、０.１／秒であるが、励磁電流１０Ａ、電流減衰時定数が１０００秒の時、放電開始時の電流変化率は、０．０１Ａ／秒である。電流変化率が０．１Ａ／秒以上の時に超電導コイル１がクエンチするものと仮定すると、励磁電流が１０Ａの場合には、電流減衰時定数を１００秒に設定してもクエンチしないことになる。
【００８６】
よって、励磁電流を速やかに０Ａ近傍まで減衰させたい場合には、励磁電流の減少に伴い、放電回路を第１の放電手段５１から第２の放電手段５２に切替えて、電流減衰時定数を短くすれば良い。
【００８７】
そこで、第２の実施形態では、図示しない電流検出手段により超電導コイル１に流れる電流を検出して制御手段７１に入力し、この超電導コイル電流９Ｉを制御手段７１により測定して超電導コイル１の電流値が１０Ａ以下に減少したら、切替手段６に切替指令を出し、第１の放電手段５１から第２の放電手段５２に切替える。
【００８８】
このような超電導コイルシステムによれば、励磁電流に応じて電流減衰時定数を選択できるので、励磁電流が０Ａまで減少する時間を短縮することが可能となり、超電導コイルシステムの運転再開までの時間を短縮することができる。
【００８９】
なお、前述した第１の実施形態及び第２の実施形態では、抵抗値の異なる第１の放電手段５１と第２の放電手段５２の２種類を用いたが、放電手段が３種類以上であっても同様の効果を得ることができる。例えば、超電導コイル１の電流値によって放電手段を順次切替えれば、放電手段が２種類の場合よりも電流減衰時定数を細かく設定できるので、超電導コイルシステムにとって、より良い電流減衰時定数を選択することができる。
【００９０】
（第３の実施形態）
図４は本発明による超電導コイルシステムの第３の実施形態を示す回路構成図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。
【００９１】
第１の実施形態では、電流減衰時定数の異なる第１の放電手段５１及び第２の放電手段を、切替手段６を介して超電導コイル１にそれぞれ並列に接続する構成としたが、第３の実施形態では、図４に示すように第１段抵抗器５３Ｒ１、第２段抵抗器５３Ｒ２及び図示極性のダイオード５３Ｄを直列接続した１種類の放電手段５３を、切替手段６を介して超電導コイル１に並列に接続する構成とするものである。この場合、切替手段６の固定接点６Ａに第１段抵抗器５３Ｒ１の一端が接続され、また固定接点６Ｂに第１段抵抗器５３Ｒ１と第２段抵抗器５３Ｒ２との間に設けられたタップが接続導体５３Ｂにより接続されている。
【００９２】
したがって、切替手段６の可動接点６Ｃが固定接点６Ａ側に切替ると、放電手段５３の抵抗値は、第１段抵抗器５３Ｒ１＋第２段抵抗器５３Ｒ２の抵抗値であるが、固定接点６Ｂ側に切替ると、放電手段５３の抵抗値は第２段抵抗器５３Ｒ２がバイパスされ、第１段抵抗器５３Ｒ１の抵抗値に変更することができる。
【００９３】
次に上記のように構成された超電導コイルシステムにおいて、異常発生時に制御手段７１により切替手段６に切替指令を与えて可動接点６Ｃを固定接点６Ａ側又は６Ｂ側に切替て抵抗値を変更する場合の具体例を電流減衰時定数の具体的な数値を用いて説明する。
【００９４】
ここでは、説明を簡便にするため、超電導コイル１のインダクタンス値が１００Ｈ、放電手段５３の第１段抵抗器５３Ｒ１の抵抗値が０．１Ω、第２段抵抗器５３Ｒ２の抵抗値が０．９Ω、放電開始時の電流が１００Ａの場合を例に具体的な数値を用いて説明する。また、便宜上、超電導コイル１は、電流減衰時定数が１０００秒未満でクエンチし、電流減衰時定数が１００秒未満で過電圧が発生するものとして説明する。なお、計算を簡素化するため、超電導コイル１、第１段抵抗器５３Ｒ１、第２段抵抗器５３Ｒ２以外の回路のインピーダンスは０として説明する。
【００９５】
励磁手段３側のみに異常が発生した場合、超電導コイル１のエネルギーを放電する必要があるが、超電導コイル１側は正常なので、電流減衰時定数は長時間でよい。
【００９６】
したがって、制御手段７１は、切替手段６の可動接点６Ｃを固定接点６Ｂ側に切替え、第２段抵抗器５３Ｒ２をバイパスする。
【００９７】
この放電手段５３の第２段抵抗器５３Ｒ２をバイパスした場合、第１段抵抗器５３Ｒ１の抵抗値が０．１Ω、超電導コイル１のインダクタンス値が１００Ｈであるので、電流減衰時定数＝インダクタンス値／抵抗値＝１０００秒となり、励磁電流は、時定数１０００秒で減衰する。
【００９８】
したがって、制御手段７１が放電手段５３の第２段抵抗器５３Ｒ２をバイパスして第１段抵抗器５３Ｒ１を選択した場合は、電流減衰時定数が１０００秒なので、超電導コイル１がクエンチすることを防ぐことができ、クライオスタット２から冷媒が噴出することも防ぐことができる。
【００９９】
一方、人身事故が発生した際の非常停止時や超電導コイル１側に異常が発生した場合には、短時間で超電導コイル１のエネルギーを放電する必要があるので、制御手段７１は切替手段６に切替指令を与えて可動接点６Ｃを固定接点６Ａ側に切替え、放電手段５３の第１段抵抗器５３Ｒ１及び第２段抵抗器５３Ｒ２の直列回路に電流が流れる通電路を形成する。
【０１００】
この放電手段５３の第１段抵抗器５３Ｒ１及び第２段抵抗器５３Ｒ２の直列回路の通電路が形成されると、放電手段５３の抵抗値が１Ω、超電導コイル１のインダクタンス値が１００Ｈであるので、電流減衰時定数＝インダクタンス値／抵抗値＝１００秒となり、励磁電流は、時定数１００秒で減衰する。すなわち、放電手段５３の第２段抵抗器５３Ｒ２をバイパスした場合に比べ、１／１０の時定数で励磁電流を減衰させることができる。
【０１０１】
このような超電導コイルシステムによれば、１種類の放電手段で前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、励磁手段３の入力電源が喪失した場合には、制御手段７１からの切替指令により切替手段６の可動接点６Ｃを固定接点６Ｂ側に切替えて第２段抵抗器５３Ｒ２をバイパスするようにすれば、第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【０１０２】
さらに、第２の実施形態と同様に図示しない電流検出手段により超電導コイル１に流れる電流を検出して制御手段７１に入力し、この超電導コイル電流９Ｉを制御手段７１により測定して超電導コイル１の電流値が所定の値以下に減少したら、切替手段６に切替指令を出し、可動接点６Ｃを固定接点６Ａ側に切替えて放電手段５３の第１段抵抗器５３Ｒ１及び第２段抵抗器５３Ｒ２の直列回路に励磁電流が流れるようにすることで、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０３】
前述した第３の実施形態では、タップが１つの場合について説明したが、タップが２つ以上であっても同様の効果を得ることができる。例えば、超電導コイル１の電流値によってタップを順次切替えれば、タップが１つの場合よりも電流減衰時定数を細かく設定できるので、超電導コイルシステムにとって、より良い電流減衰時定数を選択することができる。
【０１０４】
なお、本発明は、上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で種々変形して実施できるものである。また、上記各実施形態で開示されている複数の構成要素を適宜組合せても良く、また発明の要旨と直接関係のない構成要素の一部を削除するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明による超電導コイルシステムの第１の実施形態を示す回路構成図。
【図２】同実施形態において、制御手段が実行するアルゴリズムを示す図。
【図３】本発明による超電導コイルシステムの第２の実施形態を示す回路構成図。
【図４】本発明による超電導コイルシステムの第３の実施形態を示す回路構成図。
【図５】従来の超電導コイルシステムの一例を示す回路構成図。
【符号の説明】
【０１０６】
１…超電導コイル、２…クライオスタット、３…励磁手段、４…開閉手段、５１…第１の放電手段、５２…第２の放電手段、５１Ｒ，５２Ｒ…抵抗器、５１Ｄ，５２Ｄ…ダイオード、５３…放電手段、５３Ｒ１…第１段抵抗器、５３Ｒ２…第２段抵抗器、５３Ｄ…ダイオード、５３Ｂ…接続導体、６…切替手段、６Ａ，６Ｂ…固定接点、６Ｃ…可動接点、７１…制御手段、８…接続導体、９…超電導コイル側の異常検出信号、１０…励磁電源側の異常検出信号、１１…切替指令、１２…開閉指令
【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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