超電導マグネット用の励磁電源
【課題】超電導コイルを流れる電流値を所望の電流値に調整する作業を容易にすることができるようにする。
【解決手段】電圧制御回路２５は、トランジスタ２２の出力電圧値が基準電圧値設定器２８が設定する＋３Ｖになるようにトランジスタ２２を制御している。ダイオード列２４は、トランジスタ２２の出力電圧値である＋３Ｖを６Ｖ降下させる。これにより、励磁電源５の出力電圧値は、−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限されている。
【解決手段】電圧制御回路２５は、トランジスタ２２の出力電圧値が基準電圧値設定器２８が設定する＋３Ｖになるようにトランジスタ２２を制御している。ダイオード列２４は、トランジスタ２２の出力電圧値である＋３Ｖを６Ｖ降下させる。これにより、励磁電源５の出力電圧値は、−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導マグネットを構成する超電導コイルに電流を供給する励磁電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＭＲマグネットやＭＲＩマグネットでは、超電導マグネット内に設けられた永久電流スイッチ（特許文献１参照）を経由して電流が循環する。この電流循環ループにおいては、わずかに電流（磁場）が減少するものの、電流はほとんどロスを生じることなくほぼ永久に流れ続ける。そして、通常であれば１年以上経過したのち、わずかに減少した電流値を元に戻す作業を行う。
【０００３】
この作業においては、外部から持ってきた励磁電源からの電流供給に一旦切り替える。具体的には、まず、図１に示すように、永久電流スイッチ３の両端にそれぞれ接続されたパワーケーブル４ａ，４ｂによって励磁電源５を電流循環ループＡに接続する。次に、電流循環ループＡを流れている電流に相当する電流を励磁電源５から超電導コイル２に供給する。ここで、電流循環ループＡを流れる電流値を直接計測することはできないので、オペレータは電流循環ループＡを流れる電流値を推測して、励磁電源５から超電導コイル２に供給する電流値を決定することとなる。励磁電源５から供給された電流は、励磁電源５、パワーケーブル４ａ、永久電流スイッチ３、および、パワーケーブル４ｂを含むループＢをこの順番で流れる。このループＢにおいて永久電流スイッチ３を流れる電流の方向は、電流循環ループＡにおいて永久電流スイッチ３を流れる電流の方向とは逆向きである。そのため、永久電流スイッチ３を流れる電流は徐々に減少していく。そして、永久電流スイッチ３を流れる電流がほぼゼロになったとオペレータが判断したタイミングで、永久電流スイッチ３により電流循環ループＡを開く。すると、励磁電源５から供給された電流は、励磁電源５、パワーケーブル４ａ、超電導コイル２、および、パワーケーブル４ｂを含むループＣをこの順番で流れる。
【０００４】
ここで、電流循環ループＡを開いた際に、電流循環ループＡを流れていた電流値とループＢを流れていた電流値とが一致していた場合、超電導コイル２の両端に電圧は発生しない。この場合、励磁電源５を用いて、ループＣを流れる電流値を所望の電流値に調整する。調整が終わると永久電流スイッチ３で電流循環ループＡを閉じる。この時点では永久電流スイッチ３には電流がほとんど流れていないが、励磁電源５から供給される電流を下げていくと下げた分だけ永久電流スイッチ３に電流が流れ込み、励磁電源５から供給される電流がゼロになった時点で、超電導コイル２を流れる電流はすべて永久電流スイッチ３を経由して電流循環ループＡを循環する。この時点で励磁電源５を超電導マグネット１から切り離して作業を完了する。
【０００５】
一方、電流循環ループＡを開いた際に、電流循環ループＡを流れていた電流値とループＢを流れていた電流値とが一致していなかった場合、超電導コイル２の両端に電圧が発生する。ループＢを流れていた電流値（励磁電源５の出力電流値）が電流循環ループＡを流れていた電流値（超電導コイル２を流れる電流値）よりも大きいと、電圧計９の針はプラスに振れ、励磁電源５の出力電流値が超電導コイル２を流れる電流値よりも小さいと、電圧計９の針はマイナスに振れる。超電導コイル２の両端に電圧が発生すると、超電導コイル２付近の磁界が変化し、超電導状態が失われる虞がある。そこで、オペレータは、電圧計９を見ながら針が振れそうになると永久電流スイッチ３で電流循環ループＡを再度閉じて、電圧の上昇或いは降下を避ける。電流循環ループＡが閉じられたことにより、励磁電源５から供給された電流はループＢを循環し、超電導コイル２を流れる電流は電流循環ループＡを循環する。その後、オペレータは、励磁電源５の出力電流値を微調整して、再び永久電流スイッチ３で電流循環ループＡを開く。そして、超電導コイル２の両端に電圧が発生しなくなるまでこの動作を繰り返す。
【０００６】
また、特許文献２には、永久電流スイッチに相当するスイッチ回路を励磁電源が備えた超伝導磁石装置が開示されている。この特許文献２においては、停電発生時にスイッチ回路をオンとして電流制御部の出力側（超伝導コイルの入力側）を短絡させるとともに、復電時にスイッチ回路をオフとして電流制御部の出力側（超伝導コイルの入力側）の短絡を解除して、復電時の電流制御部における出力電流を、復電時に超伝導コイルに流れていた電流値に一致させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−６９９１１号公報
【特許文献２】特許第４４１４６３６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、外部から持ってきた励磁電源を用いて超電導コイルを流れる電流値を所望の電流値に調整する作業には、オペレータの熟練が必要である。上述したように、電流循環ループを流れる電流値を直接計測することができないので、超電導コイルと永久電流スイッチとが簡易な施工でジョイントされているとか、何らかの不具合があって、電流循環ループを流れる電流値の減衰が激しい場合には、電流循環ループを流れる電流値を予測しにくく、この作業は一層難しくなる。このような場合には、予め、磁場を測定して超電導コイルを流れる電流値を割り出しておくことが有効であるが、その分手間がかかる。
【０００９】
本発明の目的は、超電導コイルを流れる電流値を所望の電流値に調整する作業を容易にすることが可能な超電導マグネット用の励磁電源を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明における超電導マグネット用の励磁電源は、超電導マグネットを構成する超電導コイルの電流循環ループの一部に設けられたスイッチ手段の両端に接続して当該超電導コイルへ外部から電流を供給するための励磁電源であって、前記超電導コイルへの出力電圧値を所定範囲内の値に制限する電圧制限手段を有していることを特徴とする。
【００１１】
上記の構成によれば、励磁電源から超電導コイルへの出力電圧値が所定範囲内の値に制限されている。そのため、励磁電源から超電導コイルに電流を供給しながら電流循環ループを開いたときに、超電導コイルの両端に発生する電圧値は所定範囲内の値になる。そして、所定範囲内の値が超電導状態に影響を及ぼさないレベルの値であれば、超電導コイルの両端に電圧が発生したとしても、オペレータはあわてて電流循環ループを閉じる必要がない。これにより、電流循環ループを開く際に超電導コイルを流れる電流値と励磁電源の出力電流値とを一致させる作業に伴う負担を軽減させることができる。よって、超電導コイルを流れる電流値を所望の電流値に調整する作業を容易にすることがことができる。
【００１２】
また、本発明における超電導マグネット用の励磁電源においては、前記超電導コイルへの出力電流値が設定値になるように制御する電流制御手段を更に有していてよい。上記の構成によれば、励磁電源から超電導コイルへの出力電流値が設定値になるように制御されている。そのため、電流循環ループを開けば、超電導コイルを流れる電流値は、最終的に設定値に落ち着く。これにより、設定値を所望の電流値に設定しておけば、電流循環ループを開いた後に超電導コイルを流れる電流値を所望の電流値に調整しなくても、超電導コイルを流れる電流値は所望の電流値になる。よって、超電導コイルを流れる電流値を所望の電流値に調整する作業をさらに容易にすることがことができる。
【００１３】
また、本発明における超電導マグネット用の励磁電源において、前記電圧制限手段は、前記超電導コイルの両端に発生した電圧値が正の値である第１の閾値よりも大きい場合に、前記超電導コイルへの出力電圧値を前記第１の閾値にクランプするとともに、前記超電導コイルの両端に発生した電圧値が負の値である第２の閾値よりも小さい場合に、前記超電導コイルへの出力電圧値を前記第２の閾値にクランプすることで、前記超電導コイルへの出力電圧値を、前記第１の閾値を上限値とし前記第２の閾値を下限値とする前記所定範囲内の値に制限していてよい。上記の構成によれば、超電導コイルの両端に発生した電圧値が正の値である第１の閾値よりも大きい場合に、超電導コイルへの出力電圧値が第１の閾値にクランプされる。また、超電導コイルの両端に発生した電圧値が負の値である第２の閾値よりも小さい場合に、超電導コイルへの出力電圧値が第２の閾値にクランプされる。これにより、励磁電源から超電導コイルへの出力電圧値が、第１の閾値を上限値とし第２の閾値を下限値とする所定範囲内の値に制限されている。よって、第１の閾値および第２の閾値の少なくとも一方の値を変化させることにより、励磁電源から超電導コイルへの出力電圧値が制限される範囲を容易に変更することができる。
【００１４】
また、本発明における超電導マグネット用の励磁電源においては、前記電流循環ループを開く前後の一定期間において前記電圧制限手段による制限を有効にし、前記一定期間以外のときに前記電圧制限手段による制限を無効にする電圧制限限定手段を更に有していてよい。上記の構成によれば、励磁電源から超電導コイルへの出力電圧値を所定範囲内の値に制限している間は、超電導コイルに生じたクエンチによる電圧の発生を検出することができない。そこで、励磁電源から超電導コイルへの出力電圧値を制限する期間を、電流循環ループを開く前後の一定期間に限定する。これにより、励磁電源から超電導コイルへの出力電圧値を制限していない間は、超電導コイルのクエンチを検出することができる。
【００１５】
また、本発明における超電導マグネット用の励磁電源において、前記スイッチ手段が、前記超電導マグネットの内部に設けられて超電導材料を含む永久電流スイッチであってよい。上記の構成によれば、永久電流スイッチが超電導コイルとともに超電導状態になっていると、永久電流スイッチを流れる電流値を直接測定することができない。そのため、電流循環ループを開く際に超電導コイルを流れる電流値と励磁電源の出力電流値とを一致させる作業が一層困難になっていた。しかし、励磁電源から超電導コイルへの出力電圧値が所定範囲内の値に制限されているので、電流循環ループを開いたときに、超電導コイルの両端に発生する電圧値は所定範囲内の値になる。よって、電流循環ループを開く際に超電導コイルを流れる電流値と励磁電源の出力電流値とを一致させる作業に伴う負担を一層軽減させることができる。
【００１６】
また、本発明における超電導マグネット用の励磁電源において、前記スイッチ手段が、前記超電導マグネットの外部に設けられた機械式リレーまたは半導体スイッチであってよい。上記の構成によれば、励磁電源から超電導コイルに電流を供給している最中に、励磁電源自体のトラブルにより電流が急激に変化したり、超電導コイルがクエンチしたりするなど、励磁電源および超電導マグネットのうちのいずれかで異常が生じた場合には、機械式リレーまたは半導体スイッチを閉じることで、励磁電源の出力両端を短絡させる。これにより、機械式リレーまたは半導体スイッチを電流が流れ、励磁電源と超電導コイルとが実質的に切り離されるので、励磁電源や超電導マグネットの破損を防止することができる。ここで、機械式リレーまたは半導体スイッチをＢ接点にして、停電時に機械式リレーまたは半導体スイッチが自動的に閉じるようにすれば、励磁電源や超電導マグネットの破損をより確実に防止することができる。
【００１７】
また、本発明における超電導マグネット用の励磁電源において、前記スイッチ手段は、前記超電導マグネットの内部に設けられて超電導材料を含む永久電流スイッチと、前記超電導マグネットの外部に設けられて前記永久電流スイッチに並列に接続された機械式リレーまたは半導体スイッチと、を有し、前記電流循環ループにおいて電流を循環させる際には、前記永久電流スイッチで前記電流循環ループを閉じる一方、前記励磁電源から前記超電導コイルに電流を供給する際には、前記永久電流スイッチを開いて前記機械式リレーまたは前記半導体スイッチで前記電流循環ループを開閉してよい。上記の構成によれば、電流循環ループにおいて電流を循環させる際には、永久電流スイッチで電流循環ループを閉じることで、電流はほとんどロスを生じることなくほぼ永久に流れ続ける。一方、励磁電源から超電導コイルに電流を供給する際には、永久電流スイッチを開いて機械式リレーまたは半導体スイッチで電流循環ループを開閉するようにする。そして、励磁電源から超電導コイルに電流を供給している最中に、励磁電源および超電導マグネットのうちのいずれかで異常が生じた場合には、機械式リレーまたは半導体スイッチを閉じることで、励磁電源の出力両端を短絡させる。これにより、機械式リレーまたは半導体スイッチを電流が流れ、励磁電源と超電導コイルとが実質的に切り離されるので、励磁電源や超電導マグネットの破損を防止することができる。ここで、機械式リレーまたは半導体スイッチをＢ接点にして、停電時に機械式リレーまたは半導体スイッチが自動的に閉じるようにすれば、励磁電源や超電導マグネットの破損をより確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の超電導マグネット用の励磁電源によると、励磁電源から超電導コイルへの出力電圧値が所定範囲内の値に制限されているので、励磁電源から超電導コイルに電流を供給しながら電流循環ループを開いたときに、超電導コイルの両端に発生する電圧値は所定範囲内の値になる。これにより、電流循環ループを開く際に超電導コイルを流れる電流値と励磁電源の出力電流値とを一致させる作業に伴う負担を軽減させることができるから、超電導コイルを流れる電流値を所望の電流値に調整する作業を容易にすることがことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】超電導マグネットと励磁電源とを示す模式図である。
【図２】励磁電源の電気的構成を示す図である。
【図３】励磁電源の出力特性を示す図である。
【図４】励磁電源の電気的構成を示す図である。
【図５】超電導マグネットと励磁電源とを示す模式図である。
【図６】励磁電源の電気的構成を示す図である。
【図７】電流電圧制御回路の構成を示す図である。
【図８】励磁電源の出力特性を示す図である。
【図９】超電導マグネットと励磁電源とを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
［第１実施形態］
（超電導マグネットの構成）
本実施形態による超電導マグネット用の励磁電源（励磁電源）５は、図１に示すように、超電導マグネット１に用いられる。超電導マグネット１は、図１に示すように、超電導コイル２と、永久電流スイッチ３と、を有している。
【００２２】
超電導コイル２は、超電導線材が巻回されてなるものである。超電導状態の超電導マグネット１においては、超電導コイル２と永久電流スイッチ３とを含む電流循環ループＡにおいて循環電流ＩＬが循環している。
【００２３】
永久電流スイッチ３は、超電導マグネット１の内部において、電流循環ループＡの一部に設けられている。そのため、電流循環ループＡにおいては、永久電流スイッチ３を経由して循環電流ＩＬが循環する。永久電流スイッチ３は、超電導材料である超電導線３ａと、ヒータ３ｂとを有している。超電導線３ａは、ヒータ３ｂで加熱されて臨界温度（Ｔｃ）を超えると、常電導化して抵抗として機能する。一方、超電導線３ａは、ヒータ３ｂに通電されていないときには抵抗がほぼゼロである。したがって、超電導線３ａの抵抗がほぼゼロの状態を閉状態、超電導線３ａが抵抗として機能する状態を開状態とすれば、永久電流スイッチ３は、ヒータ３ｂに通電されていないときに閉じることで電流循環ループＡを閉じ、ヒータ３ｂに通電されているときに開くことで電流循環ループＡを開くこととなる。
【００２４】
なお、永久電流スイッチ３は、超電導線３ａとコイルとを有し、超電導線３ａがコイルで励磁されて臨界磁場（Ｈ２ｃ）を超えると、常電導化して抵抗として機能するように構成されていてもよい。
【００２５】
電流循環ループＡ内において循環電流ＩＬが循環する超電導状態においては、永久電流スイッチ３と超電導コイル２とのジョイント部分２ａ，２ｂが超電導ジョイントになる。そのため、循環電流ＩＬはほとんどロスなく電流循環ループＡを循環する。
【００２６】
（励磁電源の構成）
励磁電源５は、超電導コイル２へ外部から電流を供給するための電源であり、永久電流スイッチ３の両端にそれぞれ接続されたパワーケーブル４ａ，４ｂによって永久電流スイッチ３の両端に接続される。
【００２７】
励磁電源５は、図１に示すように、ヒータ回路６と、電圧計９とを有している。
【００２８】
ヒータ回路６は、導線８によりヒータ３ｂに接続されており、ボタン６ａが押されるとヒータ３ｂに電流を流す。ヒータ３ｂに通電されると、ヒータ３ｂで加熱された超電導線３ａが抵抗として機能するようになるので、永久電流スイッチ３が電流循環ループＡを開くこととなる。一方、ヒータ３ｂに通電されないと、超電導線３ａの抵抗がゼロになるので、永久電流スイッチ３が電流循環ループＡを閉じることとなる。
【００２９】
電圧計９は、超電導コイル２の両端に発生する電圧値を計測する。
【００３０】
また、励磁電源５は、図２に示すように、電源２１と、トランジスタ２２と、トランジスタ２３と、ダイオード列２４と、電圧制御回路２５と、電流制御回路２６と、シャント抵抗（電流検出器）２７と、基準電圧値設定器２８と、を有している。
【００３１】
電源２１はスイッチングレギュレータであり、交流電源３１に接続されている。電源２１は、交流電源３１から出力された交流電力を所定の直流電力に変換する。なお、電源２１は、交流電源３１からの電圧を所定の電圧値まで降圧する変圧器や、変圧器の交流電力を整流し平滑した直流電流を超電導コイル２に供給するトランジスタ回路などにより構成されていてもよい。
【００３２】
２個のトランジスタ２２，２３は、電源２１に直列に接続されている。トランジスタ２２，２３は、通常、複数のトランジスタからなる。なお、トランジスタ２２，２３には、一般的なバイポーラトランジスタを用いているが、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）や、ＩＧＢＴや、ＭＯＳＦＥＴなどの各パワー素子を用いてもよい。
【００３３】
電圧制御回路２５は、トランジスタ２２に接続されている。電圧制御回路２５には、基準電圧値設定器２８からの基準電圧値が入力されるとともに、トランジスタ２２の出力電圧値が入力される。本実施形態において、基準電圧値設定器２８の基準電圧値は＋３Ｖであるが、これに限定されない。電圧制御回路２５は、トランジスタ２２の出力電圧値が基準電圧値（＋３Ｖ）になるように、トランジスタ２２を制御する。その結果、トランジスタ２２の出力電圧値は＋３Ｖになっている。電圧制御回路２５の具体的な構成は公知であるため、その説明を省略する。
【００３４】
ダイオード列２４は、直接に接続された複数のダイオードからなる。ダイオード列２４は、トランジスタ２３に並列に設けられている。各ダイオードの順方向の電圧は０．６Ｖ程度である。本実施形態において、ダイオード列２４は、直接に接続された１０個のダイオードからなる。そのため、ダイオード列２４を流れる電流には６Ｖの電圧降下が生じる。よって、ダイオード列２４を電流が流れた場合の励磁電源５の出力電圧値は、トランジスタ２２の出力電圧値（＋３Ｖ）から６Ｖ降下した電圧値である−３Ｖになる。
【００３５】
シャント抵抗（電流検出器）２７は、超電導コイル２を流れる電流値（正確には、励磁電源５の出力電流値）を検出する。なお、電流検出器としては、シャント抵抗ではなく、電流により発生する磁場をホール素子により検出する非接触型の電流検出器を用いてもよい。
【００３６】
電流制御回路２６は、トランジスタ２３に接続されており、シャント抵抗２７で検出された電流値が検出値として入力されるとともに、図示しない電流値設定器の電流値が設定値として入力される。本実施形態において、設定値は１００Ａであるが、これに限定されない。電流制御回路２６は、シャント抵抗２７で検出された検出値に基づいて、励磁電源５の出力電流値が設定値（１００Ａ）になるようにトランジスタ２３を制御する。つまり、電流制御回路２６は、励磁電源５から超電導コイル２への出力電流値が設定値（１００Ａ）になるように制御している。電流制御回路２６の具体的な構成は公知であるため、その説明を省略する。
【００３７】
上記の構成において、シャント抵抗２７で検出された電流値が設定値（１００Ａ）よりも小さいときに、電流制御回路２６は、電流値を上げるために、スイッチとしてのトランジスタ２３をＯＮにする。これにより、トランジスタ２３の抵抗値がほぼゼロになり、トランジスタ２３を電流が流れる。すると、励磁電源５の出力電圧値は、トランジスタ２２の出力電圧値である＋３Ｖになる。そして、トランジスタ２２の出力電圧値が基準電圧値（＋３Ｖ）になるように電圧制御回路２５がトランジスタ２２を制御しているので、トランジスタ２３を電流が流れるときの励磁電源５の出力電圧値は＋３Ｖよりも大きくなることはない。よって、励磁電源５の出力電流値が設定値（１００Ａ）よりも小さいときに、励磁電源５の出力電圧値は＋３Ｖになる。このように、トランジスタ２２、基準電圧値設定器２８、および、電圧制御回路２５は、励磁電源５から超電導コイル２への出力電圧値が＋３Ｖよりも大きくならないように制限している。
【００３８】
また、シャント抵抗２７で検出された電流値が設定値（１００Ａ）よりも大きいときに、電流制御回路２６は、電流値を下げるために、スイッチとしてのトランジスタ２３をＯＦＦにする。これにより、トランジスタ２３の抵抗値がダイオード列２４の抵抗値よりも大きくなり、ダイオード列２４を電流が流れる。すると、励磁電源５の出力電圧値は、トランジスタ２２の出力電圧値である＋３Ｖがダイオード列２４により６Ｖ降下された−３Ｖになる。そして、トランジスタ２２の出力電圧値が基準電圧値（＋３Ｖ）になるように電圧制御回路２５がトランジスタ２２を制御しているので、ダイオード列２４を電流が流れるときの励磁電源５の出力電圧値は−３Ｖよりも小さくなることはない。よって、励磁電源５の出力電流値が設定値（１００Ａ）よりも大きいときに、励磁電源５の出力電圧値は−３Ｖになる。このように、トランジスタ２２、基準電圧値設定器２８、電圧制御回路２５、および、ダイオード列２４は、励磁電源５から超電導コイル２への出力電圧値が−３Ｖよりも小さくならないように制限している。
【００３９】
また、シャント抵抗２７で検出された電流値が設定値（１００Ａ）のときに、電流制御回路２６は、電流値を設定値に維持するために、スイッチとしてのトランジスタ２３をＯＮとＯＦＦとの間の状態にする。これにより、トランジスタ２３の抵抗値が変化し、トランジスタ２３を電流が流れる。このとき、トランジスタ２３の抵抗値が取りうる値はゼロ以上でダイオード列２４の抵抗値以下なので、励磁電源５の出力電圧値は、＋３Ｖよりも大きくならず、且つ、−３Ｖよりも小さくならない。よって、励磁電源５の出力電流値が設定値（１００Ａ）のときに、励磁電源５の出力電圧値は−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値になる。このように、トランジスタ２２、基準電圧値設定器２８、電圧制御回路２５、および、ダイオード列２４は、励磁電源５から超電導コイル２への出力電圧値を−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限している。
【００４０】
以上の構成により、励磁電源５の出力特性は図３に示すようになる。具体的には、励磁電源５の出力電流値が１００Ａよりも小さいときに、励磁電源５の出力電圧値は＋３Ｖで一定となり、励磁電源５の出力電流値が１００Ａよりも大きいときに、励磁電源５の出力電圧値は−３Ｖで一定となる。このように、励磁電源５は定電圧特性を有している。また、励磁電源５の出力電圧値が−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値のときに、励磁電源５の出力電流値は１００Ａで一定となる。このように、励磁電源５は定電流特性を有している。つまり、励磁電源５は定電圧定電流電源である。
【００４１】
（励磁電源の動作）
次に、励磁電源５の動作について説明する。
【００４２】
超電導マグネット１においては、図１に示すように、永久電流スイッチ３が閉じられることで、超電導コイル２と永久電流スイッチ３とを含む電流循環ループＡを循環電流ＩＬが循環している。長期（数年）の使用で、電流循環ループＡを循環する循環電流ＩＬが継続使用に問題になる程度まで減衰した場合や、超電導マグネット１の移設などで消磁する場合には、外部から持ってきた励磁電源５からの電流供給に一旦切り替える。
【００４３】
まず、図１に示すように、パワーケーブル４ａ，４ｂで励磁電源５を永久電流スイッチ３の両端に接続する。そして、励磁電源５から超電導コイル２に電流を供給する。励磁電源５から供給された電流は、励磁電源５、パワーケーブル４ａ、永久電流スイッチ３、および、パワーケーブル４ｂを含むループＢをこの順番で流れる。
【００４４】
その後、ボタン６ａを押して、ヒータ回路６から電流を流す。ヒータ３ｂで加熱された超電導線３ａが常電導化することにより、永久電流スイッチ３が電流循環ループＡを開く。すると、励磁電源５から供給された電流は、励磁電源５、パワーケーブル４ａ、超電導コイル２、および、パワーケーブル４ｂを含むループＣをこの順番で流れる。
【００４５】
ここで、循環電流ＩＬが１００Ａから９０Ａに低下しており、循環電流ＩＬを１００Ａに調整する場合を考える。なお、循環電流ＩＬを直接測定することはできない。励磁電源５における出力電流の設定値は１００Ａである。
【００４６】
電流循環ループＡを開くと、超電導コイル２の両端に電圧が発生する。このとき、励磁電源５の定電圧特性によって、超電導コイル２の両端に過渡的に発生する電圧値、および、励磁電源５の出力電圧値はそれぞれ＋３Ｖになる。また、超電導コイル２の定電流特性によって、超電導コイル２を流れる電流値、および、励磁電源５の出力電流値はそれぞれ９０Ａになる。これにより、図３に示すように、励磁電源５の出力は、電圧値が＋３Ｖで電流値が９０Ａのａ点でバランスする。
【００４７】
その後、超電導コイル２のインダクタンスをＬ、電流をＩ、時間をｔとしたときに、超電導コイル２の両端の電圧が＋３Ｖであるので、ｄＩ／ｄｔ＝３／Ｌの関係から、この傾きで超電導コイル２を流れる電流値が増加していき、１００Ａに達する。図３においては、その変化を矢印ｃで示している。
【００４８】
その後、超電導コイル２の両端の電圧が減少していき、最終的に０Ｖに落ち着く。これに合わせて、励磁電源５の定電流特性によって、励磁電源５の出力電流値が設定値（１００Ａ）で一定のまま、励磁電源５の出力電圧値が降下していく。図３においては、その変化を矢印ｄで示している。ここで、パワーケーブル４ａ，４ｂの抵抗値を考慮に入れると、超電導コイル２の抵抗値は０Ωであり、パワーケーブル４ａ，４ｂの抵抗値は０．０１Ω程度なので、励磁電源５の出力は、最終的に、電圧値が＋１Ｖ程度で電流値が１００Ａのｂ点でバランスする。
【００４９】
以上のようにして、超電導コイル２を流れる電流値が設定値に落ち着く。その後、図１に示すように、永久電流スイッチ３を導通させることで、電流循環ループＡを閉じる。この時点では永久電流スイッチ３には電流がほとんど流れていないが、励磁電源５から供給される電流を下げていくと下げた分だけ永久電流スイッチ３に電流が流れ込み、励磁電源５から供給される電流がゼロになった時点で、超電導コイル２を流れる電流はすべて永久電流スイッチ３を経由して電流循環ループＡを循環する。この時点で励磁電源５を超電導マグネット１から切り離して作業を完了する。
【００５０】
次に、循環電流ＩＬが１１０Ａである場合を考える。励磁電源５における電流の設定値は１００Ａである。
【００５１】
電流循環ループＡを開くと、超電導コイル２の両端に電圧が発生する。このとき、励磁電源５の定電圧特性によって、超電導コイル２の両端に過渡的に発生する電圧値、および、励磁電源５の出力電圧値はそれぞれ−３Ｖになる。また、超電導コイル２の定電流特性によって、超電導コイル２を流れる電流値、および、励磁電源５の出力電流値はそれぞれ１１０Ａになる。これにより、図３に示すように、励磁電源５の出力は、電圧値が−３Ｖで電流値が１１０Ａのａ’点でバランスする。
【００５２】
その後、ｄＩ／ｄｔ＝−３／Ｌの傾きで超電導コイル２を流れる電流値が減少していき、１００Ａに達する。図３においては、その変化を矢印ｃ’で示している。
【００５３】
その後、超電導コイル２の両端の電圧が減少していき、最終的に０Ｖに落ち着く。これに合わせて、励磁電源５の定電流特性によって、励磁電源５の出力電流値が設定値（１００Ａ）で一定のまま、励磁電源５の出力電圧値が上昇していく。図３においては、その変化を矢印ｄ’で示している。ここで、パワーケーブル４ａ，４ｂの抵抗値を考慮に入れると、超電導コイル２の抵抗値は０Ωであり、パワーケーブル４ａ，４ｂの抵抗値は０．０１Ω程度なので、励磁電源５の出力は、最終的に、電圧値が＋１Ｖ程度で電流値が１００Ａのｂ点でバランスする。
【００５４】
以上のようにして、超電導コイル２を流れる電流値が設定値に落ち着く。その後、図１に示すように、永久電流スイッチ３を導通させることで、電流循環ループＡを閉じる。そして、超電導コイル２を流れる電流がすべて永久電流スイッチ３を経由して電流循環ループＡを循環するようになった時点で励磁電源５を超電導マグネット１から切り離して作業を完了する。
【００５５】
このように、励磁電源５から超電導コイル２への出力電圧値が−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限されている。そのため、励磁電源５から超電導コイル２に電流を供給しながら電流循環ループＡを開いたときに、超電導コイル２の両端に発生する電圧値は−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値になる。そして、−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値が超電導状態に影響を及ぼさないレベルの値であれば、超電導コイル２の両端に電圧が発生したとしても、オペレータはあわてて電流循環ループＡを閉じる必要がない。これにより、電流循環ループＡを開く際に超電導コイル２を流れる電流値と励磁電源５の出力電流値とを一致させる作業に伴う負担を軽減させることができる。よって、超電導コイル２を流れる電流値を所望の電流値に調整する作業を容易にすることがことができる。
【００５６】
また、励磁電源５から超電導コイル２への出力電流値が設定値（１００Ａ）になるように制御されている。そのため、電流循環ループＡを開けば、超電導コイル２を流れる電流値は、最終的に設定値に落ち着く。これにより、設定値を所望の電流値に設定しておけば、電流循環ループＡを開いた後に超電導コイル２を流れる電流値を所望の電流値に調整しなくても、超電導コイル２を流れる電流値は所望の電流値になる。よって、超電導コイル２を流れる電流値を所望の電流値に調整する作業をさらに容易にすることがことができる。
【００５７】
また、永久電流スイッチ３が超電導コイル２とともに超電導状態になっていると、永久電流スイッチ３を流れる電流値を直接測定することができない。そのため、電流循環ループＡを開く際に超電導コイル２を流れる電流値と励磁電源５の出力電流値とを一致させる作業が一層困難になっていた。しかし、励磁電源５から超電導コイル２への出力電圧値が−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限されているので、電流循環ループＡを開いたときに、超電導コイル２の両端に発生する電圧値は−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値になる。よって、電流循環ループＡを開く際に超電導コイル２を流れる電流値と励磁電源５の出力電流値とを一致させる作業に伴う負担を一層軽減させることができる。
【００５８】
（励磁電源の変形例）
なお、励磁電源５は、以下のように構成されていてもよい。即ち、励磁電源５は、図４に示すように、電源２１と、トランジスタ２３と、トランジスタ２９と、電圧制御回路３０と、電流制御回路２６と、シャント抵抗（電流検出器）２７と、基準電圧値設定器２８と、を有している。
【００５９】
電源２１は、電圧制御端子２１ａを備えたスイッチングレギュレータであり、交流電源３１と接続されている。電圧制御端子２１ａには、基準電圧値設定器２８からの基準電圧値（＋３Ｖ）が入力される。これにより、電源２１の出力電圧値は＋３Ｖになっている。
【００６０】
２個のトランジスタ２３，２９は、電源２１に並列に接続されている。トランジスタ２３，２９は、通常、複数のトランジスタからなる。なお、トランジスタ２３，２９には、一般的なバイポーラトランジスタを用いているが、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）や、ＩＧＢＴや、ＭＯＳＦＥＴなどの各パワー素子を用いてもよい。
【００６１】
電圧制御回路３０は、トランジスタ２９に接続されている。電圧制御回路３０には、基準電圧値設定器２８からの基準電圧値（＋３Ｖ）が入力されるとともに、励磁電源５の出力電圧値が入力される。電圧制御回路３０は、トランジスタ２９を流れる電流に６Ｖの電圧降下が生じるようにトランジスタ２９を制御する。よって、トランジスタ２９を電流が流れた場合の励磁電源５の出力電圧値は、電源２１の出力電圧値（＋３Ｖ）から６Ｖ降下した電圧値である−３Ｖになる。電圧制御回路３０の具体的な構成は公知であるため、その説明を省略する。
【００６２】
シャント抵抗（電流検出器）２７は、超電導コイル２を流れる電流値（正確には、励磁電源５の出力電流値）を検出する。なお、電流検出器としては、シャント抵抗ではなく、電流により発生する磁場をホール素子により検出する非接触型の電流検出器を用いてもよい。
【００６３】
電流制御回路２６は、トランジスタ２３に接続されており、シャント抵抗２７で検出された電流値が検出値として入力されるとともに、図示しない電流値設定器の電流値（１００Ａ）が設定値として入力される。電流制御回路２６は、シャント抵抗２７で検出された検出値に基づいて、励磁電源５の出力電流値が設定値（１００Ａ）になるようにトランジスタ２３を制御する。つまり、電流制御回路２６は、励磁電源５から超電導コイル２への出力電流値が設定値（１００Ａ）になるように制御している。
【００６４】
上記の構成において、シャント抵抗２７で検出された電流値が設定値（１００Ａ）よりも小さいときに、電流制御回路２６は、電流値を上げるために、スイッチとしてのトランジスタ２３をＯＮにする。これにより、トランジスタ２３の抵抗値がほぼゼロになり、トランジスタ２３を電流が流れる。すると、励磁電源５の出力電圧値は、電源２１の出力電圧値である＋３Ｖになる。そして、電源２１の出力電圧値が基準電圧値（＋３Ｖ）になっているので、トランジスタ２３を電流が流れるときの励磁電源５の出力電圧値は＋３Ｖよりも大きくなることはない。よって、励磁電源５の出力電流値が設定値（１００Ａ）よりも小さいときに、励磁電源５の出力電圧値は＋３Ｖになる。このように、電源２１、および、基準電圧値設定器２８は、励磁電源５から超電導コイル２への出力電圧値が＋３Ｖよりも大きくならないように制限している。
【００６５】
また、シャント抵抗２７で検出された電流値が設定値（１００Ａ）よりも大きいときに、電流制御回路２６は、電流値を下げるために、スイッチとしてのトランジスタ２３をＯＦＦにする。これにより、トランジスタ２３の抵抗値がトランジスタ２９の抵抗値よりも大きくなり、トランジスタ２９を電流が流れる。すると、励磁電源５の出力電圧値は、電源２１の出力電圧値である＋３Ｖがトランジスタ２９により６Ｖ降下された−３Ｖになる。そして、電源２１の出力電圧値が基準電圧値（＋３Ｖ）になっており、トランジスタ２９を流れる電流に６Ｖの電圧降下が生じるように電圧制御回路３０がトランジスタ２９を制御しているので、トランジスタ２９を電流が流れるときの励磁電源５の出力電圧値は−３Ｖよりも小さくなることはない。よって、励磁電源５の出力電流値が設定値（１００Ａ）よりも大きいときに、励磁電源５の出力電圧値は−３Ｖになる。このように、電源２１、基準電圧値設定器２８、トランジスタ２９、および、電圧制御回路３０は、励磁電源５から超電導コイル２への出力電圧値が−３Ｖよりも小さくならないように制限している。
【００６６】
また、シャント抵抗２７で検出された電流値が設定値（１００Ａ）のときに、電流制御回路２６は、電流値を設定値に維持するために、スイッチとしてのトランジスタ２３をＯＮとＯＦＦとの間の状態にする。これにより、トランジスタ２３の抵抗値が変化し、トランジスタ２３を電流が流れる。このとき、トランジスタ２３の抵抗値が取りうる値はゼロ以上でトランジスタ２９の抵抗値以下なので、励磁電源５の出力電圧値は、＋３Ｖよりも大きくならず、且つ、−３Ｖよりも小さくならない。よって、励磁電源５の出力電流値が設定値（１００Ａ）のときに、励磁電源５の出力電圧値は−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値になる。このように、電源２１、基準電圧値設定器２８、トランジスタ２９、および、電圧制御回路３０は、励磁電源５から超電導コイル２への出力電圧値を−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限している。
【００６７】
以上の構成により、励磁電源５の出力特性は図３に示すようになる。つまり、励磁電源５は定電圧定電流電源である。
【００６８】
（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る超電導マグネット用の励磁電源５によると、励磁電源５から超電導コイル２への出力電圧値が−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限されている。そのため、励磁電源５から超電導コイル２に電流を供給しながら電流循環ループＡを開いたときに、超電導コイル２の両端に発生する電圧値は−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値になる。そして、−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値が超電導状態に影響を及ぼさないレベルの値であれば、超電導コイル２の両端に電圧が発生したとしても、オペレータはあわてて電流循環ループＡを閉じる必要がない。これにより、電流循環ループＡを開く際に超電導コイル２を流れる電流値と励磁電源５の出力電流値とを一致させる作業に伴う負担を軽減させることができる。よって、超電導コイル２を流れる電流値を所望の電流値に調整する作業を容易にすることがことができる。
【００６９】
また、励磁電源５から超電導コイル２への出力電流値が設定値（１００Ａ）になるように制御されている。そのため、電流循環ループＡを開けば、超電導コイル２を流れる電流値は、最終的に設定値に落ち着く。これにより、設定値を所望の電流値に設定しておけば、電流循環ループＡを開いた後に超電導コイル２を流れる電流値を所望の電流値に調整しなくても、超電導コイル２を流れる電流値は所望の電流値になる。よって、超電導コイル２を流れる電流値を所望の電流値に調整する作業をさらに容易にすることがことができる。
【００７０】
また、永久電流スイッチ３が超電導コイル２とともに超電導状態になっていると、永久電流スイッチ３を流れる電流値を直接測定することができない。そのため、電流循環ループＡを開く際に超電導コイル２を流れる電流値と励磁電源５の出力電流値とを一致させる作業が一層困難になっていた。しかし、励磁電源５から超電導コイル２への出力電圧値が−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限されているので、電流循環ループＡを開いたときに、超電導コイル２の両端に発生する電圧値は−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値になる。よって、電流循環ループＡを開く際に超電導コイル２を流れる電流値と励磁電源５の出力電流値とを一致させる作業に伴う負担を一層軽減させることができる。
【００７１】
［第２実施形態］
（超電導マグネットの構成）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態による超電導マグネット用の励磁電源（励磁電源）１０５は、図５に示すように、超電導マグネット１０１に用いられる。超電導マグネット１０１は、超電導マグネット１０１の外部に設けられて永久電流スイッチ３に並列に接続された機械式リレー１０を有する点で第１実施形態の超電導マグネット１と異なっている。なお、機械式リレー１０の代わりに半導体スイッチを有していてもよい。
【００７２】
機械式リレー１０は、コイル１０ａにより開閉される。機械式リレー１０が閉じられると、励磁電源１０５の出力の両端が短絡される。また、永久電流スイッチ３が開かれ、機械式リレー１０が閉じられると、電流循環ループＡを循環していた循環電流ＩＬは、電流循環ループＡ’を循環するようになる。機械式リレー１０はＡ接点で構成されてもよいし、Ｂ接点で構成されてもよい。機械式リレー１０をＡ接点で構成した場合、コイル１０ａに通電すると機械式リレー１０が閉じ、コイル１０ａに通電しないと機械式リレー１０が開く。機械式リレー１０をＢ接点で構成した場合、コイル１０ａに通電しないと機械式リレー１０が閉じ、コイル１０ａに通電すると機械式リレー１０が開く。停電時を考慮すると、機械式リレー１０はＢ接点で構成されることが好ましい。
【００７３】
（励磁電源の構成）
励磁電源１０５は、励磁回路１１を有する点で第１実施形態の励磁電源５と異なっている。
【００７４】
励磁回路１１は、導線１２によりコイル１０ａに接続されており、コイル１０ａに通電することでコイル１０ａを励磁する。コイル１０ａが励磁／消磁されることで、機械式リレー１０が開閉される。
【００７５】
また、励磁電源１０５は、バイポーラ電源である点で、ユニポーラ電源である第１実施形態の励磁電源５と異なっている。励磁電源１０５は、図６に示すように、スイッチングレギュレータ（電源）４１と、第１フルブリッジ回路４２と、第２フルブリッジ回路４３と、スイッチング制御手段４４と、第１ドライバ部４５と、第２ドライバ部４６と、第１リアクトル５１と、第２リアクトル５２と、平滑コンデンサ５５と、第１リアクトル５３と、第２リアクトル５４と、平滑コンデンサ５６と、回生回路４８とを有している。
【００７６】
スイッチングレギュレータ４１は、交流電源３１に接続されており、交流電源３１から出力された交流電力を所定の直流電力に変換する。なお、以後の説明では、永久電流スイッチ３と超電導コイル２とのジョイント部分２ａからジョイント部分２ｂに電流が流れる方向を正方向とし、ジョイント部分２ｂからジョイント部分２ａに電流が流れる方向を逆方向とする。
【００７７】
第１フルブリッジ回路４２および第２フルブリッジ回路４３は、スイッチングレギュレータ４１に接続された４つのスイッチング素子をそれぞれ備えている。
【００７８】
第１リアクトル５１は、第１フルブリッジ回路４２とジョイント部分２ａとの間に接続されている。第２リアクトル５２は、第１フルブリッジ回路４２とジョイント部分２ｂとの間に接続されている。第１リアクトル５３は、第２フルブリッジ回路４３とジョイント部分２ａとの間に接続されている。第２リアクトル５４は、第２フルブリッジ回路４３とジョイント部分２ｂとの間に接続されている。
【００７９】
平滑コンデンサ５５は、第１リアクトル５１とジョイント部分２ａとの間を一端とし、第２リアクトル５２とジョイント部分２ｂとの間を他端として接続されている。同様に、平滑コンデンサ５６は、第１リアクトル５３とジョイント部分２ａとの間を一端とし、第２リアクトル５４とジョイント部分２ｂとの間を他端として接続されている。
【００８０】
スイッチング制御手段４４は、第１フルブリッジ回路４２および第２フルブリッジ回路４３に対してスイッチング素子をオン・オフするＰＷＭ信号を出力する。具体的には、スイッチング制御手段４４は、電流検出器６１と、目標電流値設定器６２と、電流電圧制御回路６３と、基本パルス生成器６４と、第１ＰＷＭ信号変換器６５と、第２ＰＷＭ信号変換器６６とを有している。
【００８１】
電流検出器６１は、超電導コイル２のジョイント部分２ｂ側に接続して超電導コイル２を流れる電流値を検出し、検出した電流値をライン１１６により電流電圧制御回路６３に出力する。また、目標電流値設定器６２は、目標とする電流値（設定値）を予め設定して、設定した電流値に移行するように指令する電流指令値を電流電圧制御回路６３の入力端子１１１ａ，１１１ｂに出力する。本実施形態において、設定値は＋１００Ａまたは−１００Ａである。
【００８２】
また、電流電圧制御回路６３は、電流検出器６１が検出した電流値と目標電流値設定器６２が出力した電流指令値との差分の値を電流誤差信号として第１ＰＷＭ信号変換器６５および第２ＰＷＭ信号変換器６６に出力する。電流電圧制御回路６３の詳細については後述する。
【００８３】
基本パルス生成器６４は、第１ＰＷＭ信号変換器６５および第２ＰＷＭ信号変換器６６に対して、所定の周波数で位相差を持ったパルス信号を出力する。具体的には、第１ＰＷＭ信号変換器６５に出力するパルス信号に対して、第２ＰＷＭ信号変換器６６に出力するパルス信号は１８０°の位相差を持っている。
【００８４】
第１ＰＷＭ信号変換器６５は、電流電圧制御回路６３が出力した電流誤差信号を正方向信号（プラス側）と逆方向信号（マイナス側）とに分離する。そして、第１ＰＷＭ信号変換器６５は、分離した正方向信号と基本パルス生成器６４から出力されたパルス信号とから正方向のＰＷＭ信号（スイッチング信号）を生成するとともに、分離した逆方向信号と基本パルス生成器６４から出力されたパルス信号とから逆方向のＰＷＭ信号（スイッチング信号）を生成する。第２ＰＷＭ信号変換器６６も同様にして正方向のＰＷＭ信号（スイッチング信号）と逆方向のＰＷＭ信号（スイッチング信号）とを生成する。
【００８５】
第１ドライバ部４５は、スイッチング制御手段４４と第１フルブリッジ回路４２との間に接続されている。第２ドライバ部４６は、スイッチング制御手段４４と第２フルブリッジ回路４３との間に接続されている。
【００８６】
第１ＰＷＭ信号変換器６５から出力された正方向のＰＷＭ信号は、第１ドライバ部４５を経て第１フルブリッジ回路４２の２つのスイッチング素子のＯＮ・ＯＦＦを制御する。この系統がＯＮであるときは超電導コイル２のジョイント部分２ａからジョイント部分２ｂに電流が流れる。また、第１ＰＷＭ信号変換器６５から出力された逆方向のＰＷＭ信号は、第１ドライバ部４５を経て第１フルブリッジ回路４２の他の２つのスイッチング素子のＯＮ・ＯＦＦを制御する。この系統がＯＮであるときは超電導コイル２のジョイント部分２ｂからジョイント部分２ａに電流が流れる。第２ＰＷＭ信号変換器６６についても同様である。
【００８７】
回生回路４８は、スイッチングレギュレータ４１のプラス側とマイナス側との間に接続されている。回生回路４８は、超電導コイル２の消磁時に、スイッチングレギュレータ４１の電圧上昇を抑制するものである。
【００８８】
（電流制御回路）
次に、電流電圧制御回路６３の構成について説明する。電流電圧制御回路６３は、図７に示すように、電流制御回路１３１と、電圧制限回路１３２と、トランジスタ１２７と、アナログスイッチ１２８とを有している。
【００８９】
電流制御回路１３１は、４つのオペアンプ１１１〜１１４と、シャント抵抗１１５とを有している。シャント抵抗１１５は、ライン１１６に接続されており、電流検出器６１が検出した超電導コイル２を流れる電流値（正確には、励磁電源１０５の出力電流値）を電圧値に変換する。オペアンプ１１４は、この電圧を反転増幅する。
【００９０】
加算器であるオペアンプ１１１の入力端子１１１ａ，１１１ｂには、目標電流値設定器６２からの電流指令値が入力される。オペアンプ１１１は、電流指令値にオペアンプ１１４で増幅された電圧を加算する（実際には減算）。オペアンプ１１１は、電流指令値とオペアンプ１１４で増幅された電圧との差を電流誤差信号として出力する。
【００９１】
オペアンプ１１２は増幅器として機能する。オペアンプ１１３はバッファーとして機能する。オペアンプ１１３から出力される電流誤差信号は、第１ＰＷＭ信号変換器６５及び第２ＰＷＭ信号変換器６６（図６参照）に入力される。これにより、電流制御回路１３１は、励磁電源１０５の出力電流値が設定値（＋１００Ａまたは−１００Ａ）になるように第１フルブリッジ回路４２および第２フルブリッジ回路４３（図６参照）を制御することとなる。つまり、電流制御回路１３１は、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電流値が設定値（＋１００Ａまたは−１００Ａ）になるように制御している。
【００９２】
電圧制限回路１３２は、４つのオペアンプ１２１〜１２４と、２つのダイオード１２５，１２６とを有している。電圧制限回路１３２は、アナログスイッチ１２８を介して、電流制御回路１３１におけるオペアンプ１１２とオペアンプ１１３との間のＤ点に接続されている。
【００９３】
オペアンプ１２１の入力端子１２１ａ，１２１ｂには、ライン１２９（図６参照）を通じて、超電導コイル２の両端に発生した電圧（正確には、超電導コイル２の両端に発生した電圧にパワーケーブル４ａ，４ｂで発生した電圧を加えた電圧）が印加電圧として入力される。この印加電圧は、パワーケーブル４ａ，４ｂ間に生じる電圧に相当する（図５参照）。
【００９４】
オペアンプ１２２の入力端子１２２ａ，１２２ｂには、図示しない制限電圧値設定器から制限電圧が入力される。本実施形態において、制限電圧の値は＋３Ｖであるが、これに限定されない。オペアンプ１２２では、制限電圧のプラスとマイナスとを反転している。
【００９５】
オペアンプ１２３には、オペアンプ１２１の出力と制限電圧とが入力される。オペアンプ１２３は、オペアンプ１２１の出力（印加電圧）と制限電圧とを比較する。印加電圧が制限電圧の値である＋３Ｖ（第１の閾値）よりも大きい場合、オペアンプ１２３の出力は負になる。オペアンプ１２３の出力が負であれば、ダイオード１２５を電流が流れる。一方、オペアンプ１２３の出力が正であれば、ダイオード１２５を電流が流れない。
【００９６】
オペアンプ１２４には、オペアンプ１２１の出力とオペアンプ１２２の出力とが入力される。オペアンプ１２４は、オペアンプ１２１の出力（印加電圧）とオペアンプ１２２の出力（制限電圧）とを比較する。なお、オペアンプ１２４では、制限電圧と印加電圧とが反転されている。印加電圧が−３Ｖ（第２の閾値）よりも小さい場合、オペアンプ１２４の出力が正になる。オペアンプ１２４の出力が正であれば、ダイオード１２６を電流が流れる。一方、オペアンプ１２４の出力が負であれば、ダイオード１２６を電流が流れない。
【００９７】
以上の構成において、印加電圧が制限電圧の値である＋３Ｖ（第１の閾値）よりも大きい場合、ダイオード１２５を電流が流れる。ダイオード１２５を電流が流れると、オペアンプ１１３が加算器として機能し、Ｄ点における電流誤差信号が引き下げられる。これにより、励磁電源１０５の出力電流値が設定値（＋１００Ａまたは−１００Ａ）よりも小さくなり、その結果、励磁電源１０５の出力電圧値が＋３Ｖまで降下される。よって、励磁電源１０５の出力電流値が設定値（＋１００Ａまたは−１００Ａ）よりも小さいときに、励磁電源１０５の出力電圧値は＋３Ｖで一定になる。このように、電圧制限回路１３２は、超電導コイル２の両端に発生した電圧値が第１の閾値（＋３Ｖ）よりも大きい場合に、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値を第１の閾値（＋３Ｖ）にクランプすることで、励磁電源１０５の出力電圧値が第１の閾値（＋３Ｖ）よりも大きくならないように制限している。
【００９８】
一方、印加電圧が−３Ｖ（第２の閾値）よりも小さい場合、ダイオード１２６を電流が流れる。ダイオード１２６を電流が流れると、オペアンプ１１３が加算器として機能し、Ｄ点における電流誤差信号が引き上げられる。これにより、励磁電源１０５の出力電流値が設定値（＋１００Ａまたは−１００Ａ）よりも大きくなり、その結果、励磁電源１０５の出力電圧値が−３Ｖまで上昇される。よって、励磁電源１０５の出力電流値が設定値（＋１００Ａまたは−１００Ａ）よりも大きいときに、励磁電源１０５の出力電圧値は−３Ｖで一定になる。このように、電圧制限回路１３２は、超電導コイル２の両端に発生した電圧値が第２の閾値（−３Ｖ）よりも小さい場合に、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値を第２の閾値（−３Ｖ）にクランプすることで、励磁電源１０５の出力電圧値が第２の閾値（−３Ｖ）よりも小さくならないように制限している。
【００９９】
また、印加電圧が−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値の場合、ダイオード１２５およびダイオード１２６を電流が流れない。これにより、Ｄ点における電流誤差信号が変化しないので、電流制御回路１３１によって、励磁電源１０５の出力電流値が設定値（＋１００Ａまたは−１００Ａ）になるように制御される。その結果、励磁電源１０５の出力電流値が設定値（＋１００Ａまたは−１００Ａ）になる。このとき、励磁電源１０５の出力電圧値は、ダイオード１２５およびダイオード１２６を電流が流れないような値をとる。即ち、励磁電源１０５の出力電圧値は、＋３Ｖよりも大きくならず、且つ、−３Ｖよりも小さくならない。よって、励磁電源１０５の出力電流値が設定値（＋１００Ａまたは−１００Ａ）のときに、励磁電源５の出力電圧値は、第１の閾値（＋３Ｖ）を上限値とし第２の閾値（−３Ｖ）を下限値とする−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値になる。このように、電圧制限回路１３２は、印加電圧が−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値の場合に、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値をクランプしないことで、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値を、第１の閾値（＋３Ｖ）を上限値とし第２の閾値（−３Ｖ）を下限値とする−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限している。
【０１００】
ここで、クランプとは、ある電圧値が所定の電圧値を超えた場合に、その電圧値のうち所定の電圧値を超えた部分をカットすることで、ある電圧値が所定の電圧値を超えないようにすることを意味する。別な言い方をすれば、クランプとは、ある電圧値が所定の電圧値を超えた場合に、その電圧値を所定の電圧値まで押し下げる（または押し上げる）ことで、ある電圧値が所定の電圧値を超えないようにすることを意味する。
【０１０１】
トランジスタ１２７は、入力端子１２７ａ，１２７ｂに電圧制限有効信号が入力されるとＯＮになり、入力端子１２７ａ，１２７ｂに電圧制限有効信号が入力されないとＯＦＦになる。ここで、トランジスタ１２７は、電流循環ループＡ’（図５参照）を開く前後の一定期間においてＯＮにされる。例えば、トランジスタ１２７は、機械式リレー１０を開く２秒前にＯＮにされ、機械式リレー１０を開いてから１分後にＯＦＦにされる。しかし、トランジスタ１２７は、超電導コイル２の両端に発生した電圧が一定値以下になってからＯＦＦにされたり、オペレータの判断によりＯＦＦにされる構成であってもよい。
【０１０２】
アナログスイッチ１２８は、オペアンプ１１２とオペアンプ１１３との間のＤ点と、２つのダイオード１２５，１２６との間に設けられている。アナログスイッチ１２８は、トランジスタ１２７がＯＮとなって制御端子１２８ｃに通電されると、端子１２８ａと端子１２８ｂとを導通させる一方、トランジスタ１２７がＯＦＦとなって制御端子１２８ｃに通電されないと、端子１２８ａと端子１２８ｂとを遮断するように構成されている。
【０１０３】
これにより、アナログスイッチ１２８の端子１２８ａと端子１２８ｂとが導通している間（電圧制限有効信号がトランジスタ１２７に入力されている間）は、電圧制限回路１３２の機能が有効になり、アナログスイッチ１２８の端子１２８ａと端子１２８ｂとが導通していない間（電圧制限有効信号がトランジスタ１２７に入力されていない間）は、電圧制限回路１３２の機能が無効になる。このように、トランジスタ１２７およびアナログスイッチ１２８は、電流循環ループＡ’を開く前後の一定期間において電圧制限回路１３２による制限を有効にし、一定期間以外のときに電圧制限回路１３２による制限を無効にしている。
【０１０４】
以上の構成により、電圧制限回路１３２の機能が有効になっているときの励磁電源１０５の出力特性は、図３または図８に示すようになる。本実施形態の励磁電源１０５はバイポーラ電源であるので、設定電流値がプラスの場合とマイナスの場合とがある。設定電流値がプラスのときの励磁電源１０５の出力特性は、図３に示すように、第１実施形態の励磁電源５と同じである。
【０１０５】
一方、設定電流値がマイナスのときの励磁電源１０５の出力特性を図８に示す。励磁電源１０５の出力電流値が−１００Ａよりも小さいときに、励磁電源１０５の出力電圧値は＋３Ｖで一定となり、励磁電源１０５の出力電流値が−１００Ａよりも大きいときに、励磁電源１０５の出力電圧値は−３Ｖで一定となる。このように、励磁電源１０５は定電圧特性を有している。また、励磁電源１０５の出力電圧値が−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値のときに、励磁電源１０５の出力電流値は−１００Ａで一定となる。このように、励磁電源１０５は定電流特性を有している。つまり、励磁電源１０５は定電圧定電流電源である。
【０１０６】
なお、制限電圧の値は、通常、超電導マグネット１０１の定格励磁速度で超電導コイル２の両端に発生する電圧にパワーケーブル４ａ，４ｂで発生する電圧を加えた電圧値以下に設定するのが望ましい。また、オペレータが制限電圧の値を直接設定する構成であってもよい。
【０１０７】
（励磁電源の動作）
次に、励磁電源１０５の動作について説明する。設定電流値がプラスのときの励磁電源１０５の動作は、第１実施形態の励磁電源５の動作と基本的に同じであるので、その説明を省略する。一方、設定電流値がマイナスのときの励磁電源１０５の動作として、循環電流ＩＬが−１００Ａから−９０Ａに上昇している場合を考える。励磁電源１０５における電流の設定値は−１００Ａである。
【０１０８】
超電導マグネット１０１においては、図５に示すように、永久電流スイッチ３が閉じられることで、超電導コイル２と永久電流スイッチ３とを含む電流循環ループＡを循環電流ＩＬが循環している。このように、電流循環ループＡにおいて循環電流ＩＬを循環させる際には、永久電流スイッチ３で電流循環ループＡを閉じることで、電流はほとんどロスを生じることなくほぼ永久に流れ続ける。
【０１０９】
一方、励磁電源１０５から超電導コイル２に電流を供給する際には、初めに、永久電流スイッチ３を開いて機械式リレー１０を閉じる。これにより、超電導コイル２と機械式リレー１０とを含む電流循環ループＡ’を循環電流ＩＬが循環するようになる。このように、励磁電源１０５から超電導コイル２に電流を供給する際には、永久電流スイッチ３を開いて機械式リレー１０で電流循環ループＡ’を開閉するようにする。
【０１１０】
なお、永久電流スイッチ３、および、機械式リレー１０がそれぞれ閉じられていると、励磁電源１０５および超電導マグネット１０１のうちのいずれかで異常が生じた場合に、異常時の初期段階において、超電導状態で抵抗がゼロの永久電流スイッチ３をほとんどの電流が流れる。しかし、超電導コイル２がクエンチした場合には、少し遅れて永久電流スイッチ３もクエンチする場合が多く、その場合には機械式リレー１０を電流が流れる。また、永久電流スイッチ３、および、機械式リレー１０がそれぞれ閉じられているときに、永久電流スイッチ３に異常が生じて電圧が発生した場合にも、機械式リレー１０を電流が流れる。
【０１１１】
次に、パワーケーブル４ａ，４ｂで励磁電源１０５を機械式リレー１０の両端に接続して、−１００Ａの電流を励磁電源１０５から超電導コイル２に供給する。励磁電源１０５から供給された電流は、励磁電源１０５、パワーケーブル４ａ、機械式リレー１０、および、パワーケーブル４ｂを含むループＢをこの順番で流れる。
【０１１２】
その後、励磁回路１１でコイル１０ａを励磁して、機械式リレー１０を開くことで電流循環ループＡ’を開く。すると、励磁電源１０５から供給された電流は、励磁電源１０５、パワーケーブル４ａ、超電導コイル２、および、パワーケーブル４ｂを含むループＣをこの順番で流れる。
【０１１３】
ここで、図７に示すように、電流循環ループＡ’を開く前後の一定期間において、電圧制限有効信号がトランジスタ１２７に入力される。これにより、電圧制限回路１３２の機能が有効になっている。そのため、励磁電源１０５の定電圧特性によって、超電導コイル２の両端に過渡的に発生する電圧値、および、励磁電源１０５の出力電圧値はそれぞれ−３Ｖになる。また、超電導コイル２の定電流特性によって、超電導コイル２を流れる電流値、および、励磁電源１０５の出力電流値はそれぞれ−９０Ａになる。これにより、図８に示すように、励磁電源１０５の出力は、電圧値が−３Ｖで電流値が−９０Ａのａ’’点でバランスする。
【０１１４】
その後、超電導コイル２のインダクタンスをＬ、電流をＩ、時間をｔとしたときに、超電導コイル２の電圧が−３Ｖであるので、ｄＩ／ｄｔ＝−３／Ｌの関係から、この傾きで超電導コイル２を流れる電流値が減少していき、−１００Ａに達する。図８においては、その変化を矢印ｃ’’で示している。
【０１１５】
その後、超電導コイル２の両端の電圧が増加していき、最終的に０Ｖに落ち着く。これに合わせて、励磁電源１０５の定電流特性によって、励磁電源１０５の出力電流値が設定値（−１００Ａ）で一定のまま、励磁電源１０５の出力電圧値が上昇していく。図８においては、その変化を矢印ｄ’’で示している。ここで、パワーケーブル４ａ，４ｂの抵抗値を考慮に入れると、超電導コイル２の抵抗値は０Ωであり、パワーケーブル４ａ，４ｂの抵抗値は０．０１Ω程度なので、励磁電源１０５の出力は、最終的に、電圧値が−１Ｖ程度で電流値が−１００Ａのｂ’点でバランスする。
【０１１６】
なお、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値を−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限している間は、超電導コイル２に生じたクエンチによる電圧の発生を検出することができない。そこで、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値を制限する期間を、電流循環ループＡ’を開く前後の一定期間に限定している。これにより、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値を制限していない間は、超電導コイル２のクエンチを検出することができる。
【０１１７】
また、励磁電源１０５から超電導コイル２に電流を供給している最中に、励磁電源１０５自体のトラブルにより電流が急激に変化したり、超電導コイル２がクエンチしたりするなど、励磁電源１０５および超電導マグネット１０１のうちのいずれかで異常が生じた場合には、機械式リレー１０を閉じることで、励磁電源１０５の出力両端を短絡させる。これにより、機械式リレー１０を電流が流れ、励磁電源１０５と超電導コイル２とが実質的に切り離されるので、励磁電源１０５や超電導マグネット１０１の破損を防止することができる。ここで、機械式リレー１０をＢ接点にして、停電時に機械式リレー１０が自動的に閉じるようにすれば、励磁電源１０５や超電導マグネット１０１の破損をより確実に防止することができる。なお、励磁電源１０５内に停電を検出する停電検出回路を設けて、機械式リレー１０を制御するようにしてもよい。
【０１１８】
以上のようにして、超電導コイル２を流れる電流値が設定値に落ち着く。その後、図５に示すように、永久電流スイッチ３を導通させることで、電流循環ループＡを閉じる。そして、超電導コイル２を流れる電流がすべて永久電流スイッチ３を経由して電流循環ループＡを循環するようになった時点で励磁電源１０５を超電導マグネット１０１から切り離して作業を完了する。
【０１１９】
このように、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値が−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限されている。そのため、励磁電源１０５から超電導コイル２に電流を供給しながら電流循環ループＡ’を開いたときに、超電導コイル２の両端に発生する電圧値は−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値になる。そして、−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値が超電導状態に影響を及ぼさないレベルの値であれば、超電導コイル２の両端に電圧が発生したとしても、オペレータはあわてて電流循環ループＡ’を閉じる必要がない。これにより、電流循環ループＡ’を開く際に超電導コイル２を流れる電流値と励磁電源１０５の出力電流値とを一致させる作業に伴う負担を軽減させることができる。よって、超電導コイル２を流れる電流値を所望の電流値に調整する作業を容易にすることがことができる。
【０１２０】
また、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電流値が設定値（＋１００Ａまたは−１００Ａ）になるように制御されている。そのため、電流循環ループＡ’を開けば、超電導コイル２を流れる電流値は、最終的に設定値に落ち着く。これにより、設定値を所望の電流値に設定しておけば、電流循環ループＡ’を開いた後に超電導コイル２を流れる電流値を所望の電流値に調整しなくても、超電導コイル２を流れる電流値は所望の電流値になる。よって、超電導コイル２を流れる電流値を所望の電流値に調整する作業をさらに容易にすることがことができる。
【０１２１】
また、超電導コイル２の両端に発生した電圧値が正の値である第１の閾値（＋３Ｖ）よりも大きい場合に、超電導コイル２への出力電圧値が第１の閾値（＋３Ｖ）にクランプされる。また、超電導コイル２の両端に発生した電圧値が負の値である第２の閾値（−３Ｖ）よりも小さい場合に、超電導コイル２への出力電圧値が第２の閾値（−３Ｖ）にクランプされる。これにより、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値が、第１の閾値（＋３Ｖ）を上限値とし第２の閾値（−３Ｖ）を下限値とする−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限されている。よって、第１の閾値および第２の閾値の少なくとも一方の値を変化させることにより、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値が制限される範囲を容易に変更することができる。
【０１２２】
（超電導マグネットの変形例）
なお、超電導マグネット１０１は、以下のように構成されていてもよい。即ち、図９に示すように、超電導マグネット１０１は、永久電流スイッチ３を備えておらず、機械式リレー１０で電流循環ループＡ’を開閉するように構成されている。なお、機械式リレー１０の代わりに半導体スイッチを用いてもよい。
【０１２３】
そして、励磁電源１０５から超電導コイル２に電流を供給している最中に、励磁電源１０５自体のトラブルにより電流が急激に変化したり、超電導コイル２がクエンチしたりするなど、励磁電源１０５および超電導マグネット１０１のうちのいずれかで異常が生じた場合には、機械式リレー１０を閉じることで、励磁電源１０５の出力両端を短絡させる。これにより、機械式リレー１０を電流が流れ、励磁電源１０５と超電導コイル２とが実質的に切り離されるので、励磁電源１０５や超電導マグネット１０１の破損を防止することができる。
【０１２４】
（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る超電導マグネット用の励磁電源１０５によると、超電導コイル２の両端に発生した電圧値が正の値である第１の閾値（＋３Ｖ）よりも大きい場合に、超電導コイル２への出力電圧値が第１の閾値（＋３Ｖ）にクランプされる。また、超電導コイル２の両端に発生した電圧値が負の値である第２の閾値（−３Ｖ）よりも小さい場合に、超電導コイル２への出力電圧値が第２の閾値（−３Ｖ）にクランプされる。これにより、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値が、第１の閾値（＋３Ｖ）を上限値とし第２の閾値（−３Ｖ）を下限値とする−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限されている。よって、第１の閾値および第２の閾値の少なくとも一方の値を変化させることにより、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値が制限される範囲を容易に変更することができる。
【０１２５】
また、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値を−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限している間は、超電導コイル２に生じたクエンチによる電圧の発生を検出することができない。そこで、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値を制限する期間を、電流循環ループＡ’を開く前後の一定期間に限定する。これにより、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値を制限していない間は、超電導コイル２のクエンチを検出することができる。
【０１２６】
また、電流循環ループＡにおいて電流を循環させる際には、永久電流スイッチ３で電流循環ループＡを閉じることで、電流はほとんどロスを生じることなくほぼ永久に流れ続ける。一方、励磁電源１０５から超電導コイル２に電流を供給する際には、永久電流スイッチ３を開いて機械式リレー１０で電流循環ループＡ’を開閉するようにする。そして、励磁電源１０５から超電導コイル２に電流を供給している最中に、励磁電源１０５および超電導マグネット１０１のうちのいずれかで異常が生じた場合には、機械式リレー１０を閉じることで、励磁電源１０５の出力両端を短絡させる。これにより、機械式リレー１０を電流が流れ、励磁電源１０５と超電導コイル２とが実質的に切り離されるので、励磁電源１０５や超電導マグネット１０１の破損を防止することができる。
【０１２７】
（本実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【０１２８】
例えば、第１実施形態の励磁電源５（図２，４参照）を第２実施形態の超電導マグネット１０１（図５，９参照）に接続する構成であってもよい。また、第２実施形態の励磁電源１０５（図６参照）を第１実施形態の超電導マグネット１（図１参照）に接続する構成であってもよい。
【符号の説明】
【０１２９】
１，１０１ 超電導マグネット
２ 超電導コイル
３ 永久電流スイッチ
３ａ 超電導線
３ｂ ヒータ
５，１０５ 励磁電源
１０ 機械式リレー
２１ 電源
２２，２３，２９ トランジスタ
２４ ダイオード列
２５，３０ 電圧制御回路
２６ 電流制御回路
２７ シャント抵抗
２８ 基準電圧値設定器
３１ 交流電源
４１ スイッチングレギュレータ
４２ 第１フルブリッジ回路
４３ 第２フルブリッジ回路
４４ スイッチング制御手段
４５ 第１ドライバ部
４６ 第２ドライバ部
５１，５３ 第１リアクトル
５２，５４ 第２リアクトル
５５，５６ 平滑コンデンサ
６１ 電流検出器
６２ 目標電流値設定器
６３ 電流電圧制御回路
６４ 基本パルス生成器
６５ 第１ＰＷＭ信号変換器
６６ 第２ＰＷＭ信号変換器
１１１〜１１４ オペアンプ
１１５ シャント抵抗
１２１〜１２４ オペアンプ
１２５，１２６ ダイオード
１２７ トランジスタ
１２８ アナログスイッチ
１３１ 電流制御回路
１３２ 電圧制限回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導マグネットを構成する超電導コイルに電流を供給する励磁電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＭＲマグネットやＭＲＩマグネットでは、超電導マグネット内に設けられた永久電流スイッチ（特許文献１参照）を経由して電流が循環する。この電流循環ループにおいては、わずかに電流（磁場）が減少するものの、電流はほとんどロスを生じることなくほぼ永久に流れ続ける。そして、通常であれば１年以上経過したのち、わずかに減少した電流値を元に戻す作業を行う。
【０００３】
この作業においては、外部から持ってきた励磁電源からの電流供給に一旦切り替える。具体的には、まず、図１に示すように、永久電流スイッチ３の両端にそれぞれ接続されたパワーケーブル４ａ，４ｂによって励磁電源５を電流循環ループＡに接続する。次に、電流循環ループＡを流れている電流に相当する電流を励磁電源５から超電導コイル２に供給する。ここで、電流循環ループＡを流れる電流値を直接計測することはできないので、オペレータは電流循環ループＡを流れる電流値を推測して、励磁電源５から超電導コイル２に供給する電流値を決定することとなる。励磁電源５から供給された電流は、励磁電源５、パワーケーブル４ａ、永久電流スイッチ３、および、パワーケーブル４ｂを含むループＢをこの順番で流れる。このループＢにおいて永久電流スイッチ３を流れる電流の方向は、電流循環ループＡにおいて永久電流スイッチ３を流れる電流の方向とは逆向きである。そのため、永久電流スイッチ３を流れる電流は徐々に減少していく。そして、永久電流スイッチ３を流れる電流がほぼゼロになったとオペレータが判断したタイミングで、永久電流スイッチ３により電流循環ループＡを開く。すると、励磁電源５から供給された電流は、励磁電源５、パワーケーブル４ａ、超電導コイル２、および、パワーケーブル４ｂを含むループＣをこの順番で流れる。
【０００４】
ここで、電流循環ループＡを開いた際に、電流循環ループＡを流れていた電流値とループＢを流れていた電流値とが一致していた場合、超電導コイル２の両端に電圧は発生しない。この場合、励磁電源５を用いて、ループＣを流れる電流値を所望の電流値に調整する。調整が終わると永久電流スイッチ３で電流循環ループＡを閉じる。この時点では永久電流スイッチ３には電流がほとんど流れていないが、励磁電源５から供給される電流を下げていくと下げた分だけ永久電流スイッチ３に電流が流れ込み、励磁電源５から供給される電流がゼロになった時点で、超電導コイル２を流れる電流はすべて永久電流スイッチ３を経由して電流循環ループＡを循環する。この時点で励磁電源５を超電導マグネット１から切り離して作業を完了する。
【０００５】
一方、電流循環ループＡを開いた際に、電流循環ループＡを流れていた電流値とループＢを流れていた電流値とが一致していなかった場合、超電導コイル２の両端に電圧が発生する。ループＢを流れていた電流値（励磁電源５の出力電流値）が電流循環ループＡを流れていた電流値（超電導コイル２を流れる電流値）よりも大きいと、電圧計９の針はプラスに振れ、励磁電源５の出力電流値が超電導コイル２を流れる電流値よりも小さいと、電圧計９の針はマイナスに振れる。超電導コイル２の両端に電圧が発生すると、超電導コイル２付近の磁界が変化し、超電導状態が失われる虞がある。そこで、オペレータは、電圧計９を見ながら針が振れそうになると永久電流スイッチ３で電流循環ループＡを再度閉じて、電圧の上昇或いは降下を避ける。電流循環ループＡが閉じられたことにより、励磁電源５から供給された電流はループＢを循環し、超電導コイル２を流れる電流は電流循環ループＡを循環する。その後、オペレータは、励磁電源５の出力電流値を微調整して、再び永久電流スイッチ３で電流循環ループＡを開く。そして、超電導コイル２の両端に電圧が発生しなくなるまでこの動作を繰り返す。
【０００６】
また、特許文献２には、永久電流スイッチに相当するスイッチ回路を励磁電源が備えた超伝導磁石装置が開示されている。この特許文献２においては、停電発生時にスイッチ回路をオンとして電流制御部の出力側（超伝導コイルの入力側）を短絡させるとともに、復電時にスイッチ回路をオフとして電流制御部の出力側（超伝導コイルの入力側）の短絡を解除して、復電時の電流制御部における出力電流を、復電時に超伝導コイルに流れていた電流値に一致させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−６９９１１号公報
【特許文献２】特許第４４１４６３６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、外部から持ってきた励磁電源を用いて超電導コイルを流れる電流値を所望の電流値に調整する作業には、オペレータの熟練が必要である。上述したように、電流循環ループを流れる電流値を直接計測することができないので、超電導コイルと永久電流スイッチとが簡易な施工でジョイントされているとか、何らかの不具合があって、電流循環ループを流れる電流値の減衰が激しい場合には、電流循環ループを流れる電流値を予測しにくく、この作業は一層難しくなる。このような場合には、予め、磁場を測定して超電導コイルを流れる電流値を割り出しておくことが有効であるが、その分手間がかかる。
【０００９】
本発明の目的は、超電導コイルを流れる電流値を所望の電流値に調整する作業を容易にすることが可能な超電導マグネット用の励磁電源を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明における超電導マグネット用の励磁電源は、超電導マグネットを構成する超電導コイルの電流循環ループの一部に設けられたスイッチ手段の両端に接続して当該超電導コイルへ外部から電流を供給するための励磁電源であって、前記超電導コイルへの出力電圧値を所定範囲内の値に制限する電圧制限手段を有していることを特徴とする。
【００１１】
上記の構成によれば、励磁電源から超電導コイルへの出力電圧値が所定範囲内の値に制限されている。そのため、励磁電源から超電導コイルに電流を供給しながら電流循環ループを開いたときに、超電導コイルの両端に発生する電圧値は所定範囲内の値になる。そして、所定範囲内の値が超電導状態に影響を及ぼさないレベルの値であれば、超電導コイルの両端に電圧が発生したとしても、オペレータはあわてて電流循環ループを閉じる必要がない。これにより、電流循環ループを開く際に超電導コイルを流れる電流値と励磁電源の出力電流値とを一致させる作業に伴う負担を軽減させることができる。よって、超電導コイルを流れる電流値を所望の電流値に調整する作業を容易にすることがことができる。
【００１２】
また、本発明における超電導マグネット用の励磁電源においては、前記超電導コイルへの出力電流値が設定値になるように制御する電流制御手段を更に有していてよい。上記の構成によれば、励磁電源から超電導コイルへの出力電流値が設定値になるように制御されている。そのため、電流循環ループを開けば、超電導コイルを流れる電流値は、最終的に設定値に落ち着く。これにより、設定値を所望の電流値に設定しておけば、電流循環ループを開いた後に超電導コイルを流れる電流値を所望の電流値に調整しなくても、超電導コイルを流れる電流値は所望の電流値になる。よって、超電導コイルを流れる電流値を所望の電流値に調整する作業をさらに容易にすることがことができる。
【００１３】
また、本発明における超電導マグネット用の励磁電源において、前記電圧制限手段は、前記超電導コイルの両端に発生した電圧値が正の値である第１の閾値よりも大きい場合に、前記超電導コイルへの出力電圧値を前記第１の閾値にクランプするとともに、前記超電導コイルの両端に発生した電圧値が負の値である第２の閾値よりも小さい場合に、前記超電導コイルへの出力電圧値を前記第２の閾値にクランプすることで、前記超電導コイルへの出力電圧値を、前記第１の閾値を上限値とし前記第２の閾値を下限値とする前記所定範囲内の値に制限していてよい。上記の構成によれば、超電導コイルの両端に発生した電圧値が正の値である第１の閾値よりも大きい場合に、超電導コイルへの出力電圧値が第１の閾値にクランプされる。また、超電導コイルの両端に発生した電圧値が負の値である第２の閾値よりも小さい場合に、超電導コイルへの出力電圧値が第２の閾値にクランプされる。これにより、励磁電源から超電導コイルへの出力電圧値が、第１の閾値を上限値とし第２の閾値を下限値とする所定範囲内の値に制限されている。よって、第１の閾値および第２の閾値の少なくとも一方の値を変化させることにより、励磁電源から超電導コイルへの出力電圧値が制限される範囲を容易に変更することができる。
【００１４】
また、本発明における超電導マグネット用の励磁電源においては、前記電流循環ループを開く前後の一定期間において前記電圧制限手段による制限を有効にし、前記一定期間以外のときに前記電圧制限手段による制限を無効にする電圧制限限定手段を更に有していてよい。上記の構成によれば、励磁電源から超電導コイルへの出力電圧値を所定範囲内の値に制限している間は、超電導コイルに生じたクエンチによる電圧の発生を検出することができない。そこで、励磁電源から超電導コイルへの出力電圧値を制限する期間を、電流循環ループを開く前後の一定期間に限定する。これにより、励磁電源から超電導コイルへの出力電圧値を制限していない間は、超電導コイルのクエンチを検出することができる。
【００１５】
また、本発明における超電導マグネット用の励磁電源において、前記スイッチ手段が、前記超電導マグネットの内部に設けられて超電導材料を含む永久電流スイッチであってよい。上記の構成によれば、永久電流スイッチが超電導コイルとともに超電導状態になっていると、永久電流スイッチを流れる電流値を直接測定することができない。そのため、電流循環ループを開く際に超電導コイルを流れる電流値と励磁電源の出力電流値とを一致させる作業が一層困難になっていた。しかし、励磁電源から超電導コイルへの出力電圧値が所定範囲内の値に制限されているので、電流循環ループを開いたときに、超電導コイルの両端に発生する電圧値は所定範囲内の値になる。よって、電流循環ループを開く際に超電導コイルを流れる電流値と励磁電源の出力電流値とを一致させる作業に伴う負担を一層軽減させることができる。
【００１６】
また、本発明における超電導マグネット用の励磁電源において、前記スイッチ手段が、前記超電導マグネットの外部に設けられた機械式リレーまたは半導体スイッチであってよい。上記の構成によれば、励磁電源から超電導コイルに電流を供給している最中に、励磁電源自体のトラブルにより電流が急激に変化したり、超電導コイルがクエンチしたりするなど、励磁電源および超電導マグネットのうちのいずれかで異常が生じた場合には、機械式リレーまたは半導体スイッチを閉じることで、励磁電源の出力両端を短絡させる。これにより、機械式リレーまたは半導体スイッチを電流が流れ、励磁電源と超電導コイルとが実質的に切り離されるので、励磁電源や超電導マグネットの破損を防止することができる。ここで、機械式リレーまたは半導体スイッチをＢ接点にして、停電時に機械式リレーまたは半導体スイッチが自動的に閉じるようにすれば、励磁電源や超電導マグネットの破損をより確実に防止することができる。
【００１７】
また、本発明における超電導マグネット用の励磁電源において、前記スイッチ手段は、前記超電導マグネットの内部に設けられて超電導材料を含む永久電流スイッチと、前記超電導マグネットの外部に設けられて前記永久電流スイッチに並列に接続された機械式リレーまたは半導体スイッチと、を有し、前記電流循環ループにおいて電流を循環させる際には、前記永久電流スイッチで前記電流循環ループを閉じる一方、前記励磁電源から前記超電導コイルに電流を供給する際には、前記永久電流スイッチを開いて前記機械式リレーまたは前記半導体スイッチで前記電流循環ループを開閉してよい。上記の構成によれば、電流循環ループにおいて電流を循環させる際には、永久電流スイッチで電流循環ループを閉じることで、電流はほとんどロスを生じることなくほぼ永久に流れ続ける。一方、励磁電源から超電導コイルに電流を供給する際には、永久電流スイッチを開いて機械式リレーまたは半導体スイッチで電流循環ループを開閉するようにする。そして、励磁電源から超電導コイルに電流を供給している最中に、励磁電源および超電導マグネットのうちのいずれかで異常が生じた場合には、機械式リレーまたは半導体スイッチを閉じることで、励磁電源の出力両端を短絡させる。これにより、機械式リレーまたは半導体スイッチを電流が流れ、励磁電源と超電導コイルとが実質的に切り離されるので、励磁電源や超電導マグネットの破損を防止することができる。ここで、機械式リレーまたは半導体スイッチをＢ接点にして、停電時に機械式リレーまたは半導体スイッチが自動的に閉じるようにすれば、励磁電源や超電導マグネットの破損をより確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の超電導マグネット用の励磁電源によると、励磁電源から超電導コイルへの出力電圧値が所定範囲内の値に制限されているので、励磁電源から超電導コイルに電流を供給しながら電流循環ループを開いたときに、超電導コイルの両端に発生する電圧値は所定範囲内の値になる。これにより、電流循環ループを開く際に超電導コイルを流れる電流値と励磁電源の出力電流値とを一致させる作業に伴う負担を軽減させることができるから、超電導コイルを流れる電流値を所望の電流値に調整する作業を容易にすることがことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】超電導マグネットと励磁電源とを示す模式図である。
【図２】励磁電源の電気的構成を示す図である。
【図３】励磁電源の出力特性を示す図である。
【図４】励磁電源の電気的構成を示す図である。
【図５】超電導マグネットと励磁電源とを示す模式図である。
【図６】励磁電源の電気的構成を示す図である。
【図７】電流電圧制御回路の構成を示す図である。
【図８】励磁電源の出力特性を示す図である。
【図９】超電導マグネットと励磁電源とを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
［第１実施形態］
（超電導マグネットの構成）
本実施形態による超電導マグネット用の励磁電源（励磁電源）５は、図１に示すように、超電導マグネット１に用いられる。超電導マグネット１は、図１に示すように、超電導コイル２と、永久電流スイッチ３と、を有している。
【００２２】
超電導コイル２は、超電導線材が巻回されてなるものである。超電導状態の超電導マグネット１においては、超電導コイル２と永久電流スイッチ３とを含む電流循環ループＡにおいて循環電流ＩＬが循環している。
【００２３】
永久電流スイッチ３は、超電導マグネット１の内部において、電流循環ループＡの一部に設けられている。そのため、電流循環ループＡにおいては、永久電流スイッチ３を経由して循環電流ＩＬが循環する。永久電流スイッチ３は、超電導材料である超電導線３ａと、ヒータ３ｂとを有している。超電導線３ａは、ヒータ３ｂで加熱されて臨界温度（Ｔｃ）を超えると、常電導化して抵抗として機能する。一方、超電導線３ａは、ヒータ３ｂに通電されていないときには抵抗がほぼゼロである。したがって、超電導線３ａの抵抗がほぼゼロの状態を閉状態、超電導線３ａが抵抗として機能する状態を開状態とすれば、永久電流スイッチ３は、ヒータ３ｂに通電されていないときに閉じることで電流循環ループＡを閉じ、ヒータ３ｂに通電されているときに開くことで電流循環ループＡを開くこととなる。
【００２４】
なお、永久電流スイッチ３は、超電導線３ａとコイルとを有し、超電導線３ａがコイルで励磁されて臨界磁場（Ｈ２ｃ）を超えると、常電導化して抵抗として機能するように構成されていてもよい。
【００２５】
電流循環ループＡ内において循環電流ＩＬが循環する超電導状態においては、永久電流スイッチ３と超電導コイル２とのジョイント部分２ａ，２ｂが超電導ジョイントになる。そのため、循環電流ＩＬはほとんどロスなく電流循環ループＡを循環する。
【００２６】
（励磁電源の構成）
励磁電源５は、超電導コイル２へ外部から電流を供給するための電源であり、永久電流スイッチ３の両端にそれぞれ接続されたパワーケーブル４ａ，４ｂによって永久電流スイッチ３の両端に接続される。
【００２７】
励磁電源５は、図１に示すように、ヒータ回路６と、電圧計９とを有している。
【００２８】
ヒータ回路６は、導線８によりヒータ３ｂに接続されており、ボタン６ａが押されるとヒータ３ｂに電流を流す。ヒータ３ｂに通電されると、ヒータ３ｂで加熱された超電導線３ａが抵抗として機能するようになるので、永久電流スイッチ３が電流循環ループＡを開くこととなる。一方、ヒータ３ｂに通電されないと、超電導線３ａの抵抗がゼロになるので、永久電流スイッチ３が電流循環ループＡを閉じることとなる。
【００２９】
電圧計９は、超電導コイル２の両端に発生する電圧値を計測する。
【００３０】
また、励磁電源５は、図２に示すように、電源２１と、トランジスタ２２と、トランジスタ２３と、ダイオード列２４と、電圧制御回路２５と、電流制御回路２６と、シャント抵抗（電流検出器）２７と、基準電圧値設定器２８と、を有している。
【００３１】
電源２１はスイッチングレギュレータであり、交流電源３１に接続されている。電源２１は、交流電源３１から出力された交流電力を所定の直流電力に変換する。なお、電源２１は、交流電源３１からの電圧を所定の電圧値まで降圧する変圧器や、変圧器の交流電力を整流し平滑した直流電流を超電導コイル２に供給するトランジスタ回路などにより構成されていてもよい。
【００３２】
２個のトランジスタ２２，２３は、電源２１に直列に接続されている。トランジスタ２２，２３は、通常、複数のトランジスタからなる。なお、トランジスタ２２，２３には、一般的なバイポーラトランジスタを用いているが、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）や、ＩＧＢＴや、ＭＯＳＦＥＴなどの各パワー素子を用いてもよい。
【００３３】
電圧制御回路２５は、トランジスタ２２に接続されている。電圧制御回路２５には、基準電圧値設定器２８からの基準電圧値が入力されるとともに、トランジスタ２２の出力電圧値が入力される。本実施形態において、基準電圧値設定器２８の基準電圧値は＋３Ｖであるが、これに限定されない。電圧制御回路２５は、トランジスタ２２の出力電圧値が基準電圧値（＋３Ｖ）になるように、トランジスタ２２を制御する。その結果、トランジスタ２２の出力電圧値は＋３Ｖになっている。電圧制御回路２５の具体的な構成は公知であるため、その説明を省略する。
【００３４】
ダイオード列２４は、直接に接続された複数のダイオードからなる。ダイオード列２４は、トランジスタ２３に並列に設けられている。各ダイオードの順方向の電圧は０．６Ｖ程度である。本実施形態において、ダイオード列２４は、直接に接続された１０個のダイオードからなる。そのため、ダイオード列２４を流れる電流には６Ｖの電圧降下が生じる。よって、ダイオード列２４を電流が流れた場合の励磁電源５の出力電圧値は、トランジスタ２２の出力電圧値（＋３Ｖ）から６Ｖ降下した電圧値である−３Ｖになる。
【００３５】
シャント抵抗（電流検出器）２７は、超電導コイル２を流れる電流値（正確には、励磁電源５の出力電流値）を検出する。なお、電流検出器としては、シャント抵抗ではなく、電流により発生する磁場をホール素子により検出する非接触型の電流検出器を用いてもよい。
【００３６】
電流制御回路２６は、トランジスタ２３に接続されており、シャント抵抗２７で検出された電流値が検出値として入力されるとともに、図示しない電流値設定器の電流値が設定値として入力される。本実施形態において、設定値は１００Ａであるが、これに限定されない。電流制御回路２６は、シャント抵抗２７で検出された検出値に基づいて、励磁電源５の出力電流値が設定値（１００Ａ）になるようにトランジスタ２３を制御する。つまり、電流制御回路２６は、励磁電源５から超電導コイル２への出力電流値が設定値（１００Ａ）になるように制御している。電流制御回路２６の具体的な構成は公知であるため、その説明を省略する。
【００３７】
上記の構成において、シャント抵抗２７で検出された電流値が設定値（１００Ａ）よりも小さいときに、電流制御回路２６は、電流値を上げるために、スイッチとしてのトランジスタ２３をＯＮにする。これにより、トランジスタ２３の抵抗値がほぼゼロになり、トランジスタ２３を電流が流れる。すると、励磁電源５の出力電圧値は、トランジスタ２２の出力電圧値である＋３Ｖになる。そして、トランジスタ２２の出力電圧値が基準電圧値（＋３Ｖ）になるように電圧制御回路２５がトランジスタ２２を制御しているので、トランジスタ２３を電流が流れるときの励磁電源５の出力電圧値は＋３Ｖよりも大きくなることはない。よって、励磁電源５の出力電流値が設定値（１００Ａ）よりも小さいときに、励磁電源５の出力電圧値は＋３Ｖになる。このように、トランジスタ２２、基準電圧値設定器２８、および、電圧制御回路２５は、励磁電源５から超電導コイル２への出力電圧値が＋３Ｖよりも大きくならないように制限している。
【００３８】
また、シャント抵抗２７で検出された電流値が設定値（１００Ａ）よりも大きいときに、電流制御回路２６は、電流値を下げるために、スイッチとしてのトランジスタ２３をＯＦＦにする。これにより、トランジスタ２３の抵抗値がダイオード列２４の抵抗値よりも大きくなり、ダイオード列２４を電流が流れる。すると、励磁電源５の出力電圧値は、トランジスタ２２の出力電圧値である＋３Ｖがダイオード列２４により６Ｖ降下された−３Ｖになる。そして、トランジスタ２２の出力電圧値が基準電圧値（＋３Ｖ）になるように電圧制御回路２５がトランジスタ２２を制御しているので、ダイオード列２４を電流が流れるときの励磁電源５の出力電圧値は−３Ｖよりも小さくなることはない。よって、励磁電源５の出力電流値が設定値（１００Ａ）よりも大きいときに、励磁電源５の出力電圧値は−３Ｖになる。このように、トランジスタ２２、基準電圧値設定器２８、電圧制御回路２５、および、ダイオード列２４は、励磁電源５から超電導コイル２への出力電圧値が−３Ｖよりも小さくならないように制限している。
【００３９】
また、シャント抵抗２７で検出された電流値が設定値（１００Ａ）のときに、電流制御回路２６は、電流値を設定値に維持するために、スイッチとしてのトランジスタ２３をＯＮとＯＦＦとの間の状態にする。これにより、トランジスタ２３の抵抗値が変化し、トランジスタ２３を電流が流れる。このとき、トランジスタ２３の抵抗値が取りうる値はゼロ以上でダイオード列２４の抵抗値以下なので、励磁電源５の出力電圧値は、＋３Ｖよりも大きくならず、且つ、−３Ｖよりも小さくならない。よって、励磁電源５の出力電流値が設定値（１００Ａ）のときに、励磁電源５の出力電圧値は−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値になる。このように、トランジスタ２２、基準電圧値設定器２８、電圧制御回路２５、および、ダイオード列２４は、励磁電源５から超電導コイル２への出力電圧値を−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限している。
【００４０】
以上の構成により、励磁電源５の出力特性は図３に示すようになる。具体的には、励磁電源５の出力電流値が１００Ａよりも小さいときに、励磁電源５の出力電圧値は＋３Ｖで一定となり、励磁電源５の出力電流値が１００Ａよりも大きいときに、励磁電源５の出力電圧値は−３Ｖで一定となる。このように、励磁電源５は定電圧特性を有している。また、励磁電源５の出力電圧値が−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値のときに、励磁電源５の出力電流値は１００Ａで一定となる。このように、励磁電源５は定電流特性を有している。つまり、励磁電源５は定電圧定電流電源である。
【００４１】
（励磁電源の動作）
次に、励磁電源５の動作について説明する。
【００４２】
超電導マグネット１においては、図１に示すように、永久電流スイッチ３が閉じられることで、超電導コイル２と永久電流スイッチ３とを含む電流循環ループＡを循環電流ＩＬが循環している。長期（数年）の使用で、電流循環ループＡを循環する循環電流ＩＬが継続使用に問題になる程度まで減衰した場合や、超電導マグネット１の移設などで消磁する場合には、外部から持ってきた励磁電源５からの電流供給に一旦切り替える。
【００４３】
まず、図１に示すように、パワーケーブル４ａ，４ｂで励磁電源５を永久電流スイッチ３の両端に接続する。そして、励磁電源５から超電導コイル２に電流を供給する。励磁電源５から供給された電流は、励磁電源５、パワーケーブル４ａ、永久電流スイッチ３、および、パワーケーブル４ｂを含むループＢをこの順番で流れる。
【００４４】
その後、ボタン６ａを押して、ヒータ回路６から電流を流す。ヒータ３ｂで加熱された超電導線３ａが常電導化することにより、永久電流スイッチ３が電流循環ループＡを開く。すると、励磁電源５から供給された電流は、励磁電源５、パワーケーブル４ａ、超電導コイル２、および、パワーケーブル４ｂを含むループＣをこの順番で流れる。
【００４５】
ここで、循環電流ＩＬが１００Ａから９０Ａに低下しており、循環電流ＩＬを１００Ａに調整する場合を考える。なお、循環電流ＩＬを直接測定することはできない。励磁電源５における出力電流の設定値は１００Ａである。
【００４６】
電流循環ループＡを開くと、超電導コイル２の両端に電圧が発生する。このとき、励磁電源５の定電圧特性によって、超電導コイル２の両端に過渡的に発生する電圧値、および、励磁電源５の出力電圧値はそれぞれ＋３Ｖになる。また、超電導コイル２の定電流特性によって、超電導コイル２を流れる電流値、および、励磁電源５の出力電流値はそれぞれ９０Ａになる。これにより、図３に示すように、励磁電源５の出力は、電圧値が＋３Ｖで電流値が９０Ａのａ点でバランスする。
【００４７】
その後、超電導コイル２のインダクタンスをＬ、電流をＩ、時間をｔとしたときに、超電導コイル２の両端の電圧が＋３Ｖであるので、ｄＩ／ｄｔ＝３／Ｌの関係から、この傾きで超電導コイル２を流れる電流値が増加していき、１００Ａに達する。図３においては、その変化を矢印ｃで示している。
【００４８】
その後、超電導コイル２の両端の電圧が減少していき、最終的に０Ｖに落ち着く。これに合わせて、励磁電源５の定電流特性によって、励磁電源５の出力電流値が設定値（１００Ａ）で一定のまま、励磁電源５の出力電圧値が降下していく。図３においては、その変化を矢印ｄで示している。ここで、パワーケーブル４ａ，４ｂの抵抗値を考慮に入れると、超電導コイル２の抵抗値は０Ωであり、パワーケーブル４ａ，４ｂの抵抗値は０．０１Ω程度なので、励磁電源５の出力は、最終的に、電圧値が＋１Ｖ程度で電流値が１００Ａのｂ点でバランスする。
【００４９】
以上のようにして、超電導コイル２を流れる電流値が設定値に落ち着く。その後、図１に示すように、永久電流スイッチ３を導通させることで、電流循環ループＡを閉じる。この時点では永久電流スイッチ３には電流がほとんど流れていないが、励磁電源５から供給される電流を下げていくと下げた分だけ永久電流スイッチ３に電流が流れ込み、励磁電源５から供給される電流がゼロになった時点で、超電導コイル２を流れる電流はすべて永久電流スイッチ３を経由して電流循環ループＡを循環する。この時点で励磁電源５を超電導マグネット１から切り離して作業を完了する。
【００５０】
次に、循環電流ＩＬが１１０Ａである場合を考える。励磁電源５における電流の設定値は１００Ａである。
【００５１】
電流循環ループＡを開くと、超電導コイル２の両端に電圧が発生する。このとき、励磁電源５の定電圧特性によって、超電導コイル２の両端に過渡的に発生する電圧値、および、励磁電源５の出力電圧値はそれぞれ−３Ｖになる。また、超電導コイル２の定電流特性によって、超電導コイル２を流れる電流値、および、励磁電源５の出力電流値はそれぞれ１１０Ａになる。これにより、図３に示すように、励磁電源５の出力は、電圧値が−３Ｖで電流値が１１０Ａのａ’点でバランスする。
【００５２】
その後、ｄＩ／ｄｔ＝−３／Ｌの傾きで超電導コイル２を流れる電流値が減少していき、１００Ａに達する。図３においては、その変化を矢印ｃ’で示している。
【００５３】
その後、超電導コイル２の両端の電圧が減少していき、最終的に０Ｖに落ち着く。これに合わせて、励磁電源５の定電流特性によって、励磁電源５の出力電流値が設定値（１００Ａ）で一定のまま、励磁電源５の出力電圧値が上昇していく。図３においては、その変化を矢印ｄ’で示している。ここで、パワーケーブル４ａ，４ｂの抵抗値を考慮に入れると、超電導コイル２の抵抗値は０Ωであり、パワーケーブル４ａ，４ｂの抵抗値は０．０１Ω程度なので、励磁電源５の出力は、最終的に、電圧値が＋１Ｖ程度で電流値が１００Ａのｂ点でバランスする。
【００５４】
以上のようにして、超電導コイル２を流れる電流値が設定値に落ち着く。その後、図１に示すように、永久電流スイッチ３を導通させることで、電流循環ループＡを閉じる。そして、超電導コイル２を流れる電流がすべて永久電流スイッチ３を経由して電流循環ループＡを循環するようになった時点で励磁電源５を超電導マグネット１から切り離して作業を完了する。
【００５５】
このように、励磁電源５から超電導コイル２への出力電圧値が−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限されている。そのため、励磁電源５から超電導コイル２に電流を供給しながら電流循環ループＡを開いたときに、超電導コイル２の両端に発生する電圧値は−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値になる。そして、−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値が超電導状態に影響を及ぼさないレベルの値であれば、超電導コイル２の両端に電圧が発生したとしても、オペレータはあわてて電流循環ループＡを閉じる必要がない。これにより、電流循環ループＡを開く際に超電導コイル２を流れる電流値と励磁電源５の出力電流値とを一致させる作業に伴う負担を軽減させることができる。よって、超電導コイル２を流れる電流値を所望の電流値に調整する作業を容易にすることがことができる。
【００５６】
また、励磁電源５から超電導コイル２への出力電流値が設定値（１００Ａ）になるように制御されている。そのため、電流循環ループＡを開けば、超電導コイル２を流れる電流値は、最終的に設定値に落ち着く。これにより、設定値を所望の電流値に設定しておけば、電流循環ループＡを開いた後に超電導コイル２を流れる電流値を所望の電流値に調整しなくても、超電導コイル２を流れる電流値は所望の電流値になる。よって、超電導コイル２を流れる電流値を所望の電流値に調整する作業をさらに容易にすることがことができる。
【００５７】
また、永久電流スイッチ３が超電導コイル２とともに超電導状態になっていると、永久電流スイッチ３を流れる電流値を直接測定することができない。そのため、電流循環ループＡを開く際に超電導コイル２を流れる電流値と励磁電源５の出力電流値とを一致させる作業が一層困難になっていた。しかし、励磁電源５から超電導コイル２への出力電圧値が−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限されているので、電流循環ループＡを開いたときに、超電導コイル２の両端に発生する電圧値は−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値になる。よって、電流循環ループＡを開く際に超電導コイル２を流れる電流値と励磁電源５の出力電流値とを一致させる作業に伴う負担を一層軽減させることができる。
【００５８】
（励磁電源の変形例）
なお、励磁電源５は、以下のように構成されていてもよい。即ち、励磁電源５は、図４に示すように、電源２１と、トランジスタ２３と、トランジスタ２９と、電圧制御回路３０と、電流制御回路２６と、シャント抵抗（電流検出器）２７と、基準電圧値設定器２８と、を有している。
【００５９】
電源２１は、電圧制御端子２１ａを備えたスイッチングレギュレータであり、交流電源３１と接続されている。電圧制御端子２１ａには、基準電圧値設定器２８からの基準電圧値（＋３Ｖ）が入力される。これにより、電源２１の出力電圧値は＋３Ｖになっている。
【００６０】
２個のトランジスタ２３，２９は、電源２１に並列に接続されている。トランジスタ２３，２９は、通常、複数のトランジスタからなる。なお、トランジスタ２３，２９には、一般的なバイポーラトランジスタを用いているが、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）や、ＩＧＢＴや、ＭＯＳＦＥＴなどの各パワー素子を用いてもよい。
【００６１】
電圧制御回路３０は、トランジスタ２９に接続されている。電圧制御回路３０には、基準電圧値設定器２８からの基準電圧値（＋３Ｖ）が入力されるとともに、励磁電源５の出力電圧値が入力される。電圧制御回路３０は、トランジスタ２９を流れる電流に６Ｖの電圧降下が生じるようにトランジスタ２９を制御する。よって、トランジスタ２９を電流が流れた場合の励磁電源５の出力電圧値は、電源２１の出力電圧値（＋３Ｖ）から６Ｖ降下した電圧値である−３Ｖになる。電圧制御回路３０の具体的な構成は公知であるため、その説明を省略する。
【００６２】
シャント抵抗（電流検出器）２７は、超電導コイル２を流れる電流値（正確には、励磁電源５の出力電流値）を検出する。なお、電流検出器としては、シャント抵抗ではなく、電流により発生する磁場をホール素子により検出する非接触型の電流検出器を用いてもよい。
【００６３】
電流制御回路２６は、トランジスタ２３に接続されており、シャント抵抗２７で検出された電流値が検出値として入力されるとともに、図示しない電流値設定器の電流値（１００Ａ）が設定値として入力される。電流制御回路２６は、シャント抵抗２７で検出された検出値に基づいて、励磁電源５の出力電流値が設定値（１００Ａ）になるようにトランジスタ２３を制御する。つまり、電流制御回路２６は、励磁電源５から超電導コイル２への出力電流値が設定値（１００Ａ）になるように制御している。
【００６４】
上記の構成において、シャント抵抗２７で検出された電流値が設定値（１００Ａ）よりも小さいときに、電流制御回路２６は、電流値を上げるために、スイッチとしてのトランジスタ２３をＯＮにする。これにより、トランジスタ２３の抵抗値がほぼゼロになり、トランジスタ２３を電流が流れる。すると、励磁電源５の出力電圧値は、電源２１の出力電圧値である＋３Ｖになる。そして、電源２１の出力電圧値が基準電圧値（＋３Ｖ）になっているので、トランジスタ２３を電流が流れるときの励磁電源５の出力電圧値は＋３Ｖよりも大きくなることはない。よって、励磁電源５の出力電流値が設定値（１００Ａ）よりも小さいときに、励磁電源５の出力電圧値は＋３Ｖになる。このように、電源２１、および、基準電圧値設定器２８は、励磁電源５から超電導コイル２への出力電圧値が＋３Ｖよりも大きくならないように制限している。
【００６５】
また、シャント抵抗２７で検出された電流値が設定値（１００Ａ）よりも大きいときに、電流制御回路２６は、電流値を下げるために、スイッチとしてのトランジスタ２３をＯＦＦにする。これにより、トランジスタ２３の抵抗値がトランジスタ２９の抵抗値よりも大きくなり、トランジスタ２９を電流が流れる。すると、励磁電源５の出力電圧値は、電源２１の出力電圧値である＋３Ｖがトランジスタ２９により６Ｖ降下された−３Ｖになる。そして、電源２１の出力電圧値が基準電圧値（＋３Ｖ）になっており、トランジスタ２９を流れる電流に６Ｖの電圧降下が生じるように電圧制御回路３０がトランジスタ２９を制御しているので、トランジスタ２９を電流が流れるときの励磁電源５の出力電圧値は−３Ｖよりも小さくなることはない。よって、励磁電源５の出力電流値が設定値（１００Ａ）よりも大きいときに、励磁電源５の出力電圧値は−３Ｖになる。このように、電源２１、基準電圧値設定器２８、トランジスタ２９、および、電圧制御回路３０は、励磁電源５から超電導コイル２への出力電圧値が−３Ｖよりも小さくならないように制限している。
【００６６】
また、シャント抵抗２７で検出された電流値が設定値（１００Ａ）のときに、電流制御回路２６は、電流値を設定値に維持するために、スイッチとしてのトランジスタ２３をＯＮとＯＦＦとの間の状態にする。これにより、トランジスタ２３の抵抗値が変化し、トランジスタ２３を電流が流れる。このとき、トランジスタ２３の抵抗値が取りうる値はゼロ以上でトランジスタ２９の抵抗値以下なので、励磁電源５の出力電圧値は、＋３Ｖよりも大きくならず、且つ、−３Ｖよりも小さくならない。よって、励磁電源５の出力電流値が設定値（１００Ａ）のときに、励磁電源５の出力電圧値は−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値になる。このように、電源２１、基準電圧値設定器２８、トランジスタ２９、および、電圧制御回路３０は、励磁電源５から超電導コイル２への出力電圧値を−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限している。
【００６７】
以上の構成により、励磁電源５の出力特性は図３に示すようになる。つまり、励磁電源５は定電圧定電流電源である。
【００６８】
（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る超電導マグネット用の励磁電源５によると、励磁電源５から超電導コイル２への出力電圧値が−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限されている。そのため、励磁電源５から超電導コイル２に電流を供給しながら電流循環ループＡを開いたときに、超電導コイル２の両端に発生する電圧値は−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値になる。そして、−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値が超電導状態に影響を及ぼさないレベルの値であれば、超電導コイル２の両端に電圧が発生したとしても、オペレータはあわてて電流循環ループＡを閉じる必要がない。これにより、電流循環ループＡを開く際に超電導コイル２を流れる電流値と励磁電源５の出力電流値とを一致させる作業に伴う負担を軽減させることができる。よって、超電導コイル２を流れる電流値を所望の電流値に調整する作業を容易にすることがことができる。
【００６９】
また、励磁電源５から超電導コイル２への出力電流値が設定値（１００Ａ）になるように制御されている。そのため、電流循環ループＡを開けば、超電導コイル２を流れる電流値は、最終的に設定値に落ち着く。これにより、設定値を所望の電流値に設定しておけば、電流循環ループＡを開いた後に超電導コイル２を流れる電流値を所望の電流値に調整しなくても、超電導コイル２を流れる電流値は所望の電流値になる。よって、超電導コイル２を流れる電流値を所望の電流値に調整する作業をさらに容易にすることがことができる。
【００７０】
また、永久電流スイッチ３が超電導コイル２とともに超電導状態になっていると、永久電流スイッチ３を流れる電流値を直接測定することができない。そのため、電流循環ループＡを開く際に超電導コイル２を流れる電流値と励磁電源５の出力電流値とを一致させる作業が一層困難になっていた。しかし、励磁電源５から超電導コイル２への出力電圧値が−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限されているので、電流循環ループＡを開いたときに、超電導コイル２の両端に発生する電圧値は−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値になる。よって、電流循環ループＡを開く際に超電導コイル２を流れる電流値と励磁電源５の出力電流値とを一致させる作業に伴う負担を一層軽減させることができる。
【００７１】
［第２実施形態］
（超電導マグネットの構成）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態による超電導マグネット用の励磁電源（励磁電源）１０５は、図５に示すように、超電導マグネット１０１に用いられる。超電導マグネット１０１は、超電導マグネット１０１の外部に設けられて永久電流スイッチ３に並列に接続された機械式リレー１０を有する点で第１実施形態の超電導マグネット１と異なっている。なお、機械式リレー１０の代わりに半導体スイッチを有していてもよい。
【００７２】
機械式リレー１０は、コイル１０ａにより開閉される。機械式リレー１０が閉じられると、励磁電源１０５の出力の両端が短絡される。また、永久電流スイッチ３が開かれ、機械式リレー１０が閉じられると、電流循環ループＡを循環していた循環電流ＩＬは、電流循環ループＡ’を循環するようになる。機械式リレー１０はＡ接点で構成されてもよいし、Ｂ接点で構成されてもよい。機械式リレー１０をＡ接点で構成した場合、コイル１０ａに通電すると機械式リレー１０が閉じ、コイル１０ａに通電しないと機械式リレー１０が開く。機械式リレー１０をＢ接点で構成した場合、コイル１０ａに通電しないと機械式リレー１０が閉じ、コイル１０ａに通電すると機械式リレー１０が開く。停電時を考慮すると、機械式リレー１０はＢ接点で構成されることが好ましい。
【００７３】
（励磁電源の構成）
励磁電源１０５は、励磁回路１１を有する点で第１実施形態の励磁電源５と異なっている。
【００７４】
励磁回路１１は、導線１２によりコイル１０ａに接続されており、コイル１０ａに通電することでコイル１０ａを励磁する。コイル１０ａが励磁／消磁されることで、機械式リレー１０が開閉される。
【００７５】
また、励磁電源１０５は、バイポーラ電源である点で、ユニポーラ電源である第１実施形態の励磁電源５と異なっている。励磁電源１０５は、図６に示すように、スイッチングレギュレータ（電源）４１と、第１フルブリッジ回路４２と、第２フルブリッジ回路４３と、スイッチング制御手段４４と、第１ドライバ部４５と、第２ドライバ部４６と、第１リアクトル５１と、第２リアクトル５２と、平滑コンデンサ５５と、第１リアクトル５３と、第２リアクトル５４と、平滑コンデンサ５６と、回生回路４８とを有している。
【００７６】
スイッチングレギュレータ４１は、交流電源３１に接続されており、交流電源３１から出力された交流電力を所定の直流電力に変換する。なお、以後の説明では、永久電流スイッチ３と超電導コイル２とのジョイント部分２ａからジョイント部分２ｂに電流が流れる方向を正方向とし、ジョイント部分２ｂからジョイント部分２ａに電流が流れる方向を逆方向とする。
【００７７】
第１フルブリッジ回路４２および第２フルブリッジ回路４３は、スイッチングレギュレータ４１に接続された４つのスイッチング素子をそれぞれ備えている。
【００７８】
第１リアクトル５１は、第１フルブリッジ回路４２とジョイント部分２ａとの間に接続されている。第２リアクトル５２は、第１フルブリッジ回路４２とジョイント部分２ｂとの間に接続されている。第１リアクトル５３は、第２フルブリッジ回路４３とジョイント部分２ａとの間に接続されている。第２リアクトル５４は、第２フルブリッジ回路４３とジョイント部分２ｂとの間に接続されている。
【００７９】
平滑コンデンサ５５は、第１リアクトル５１とジョイント部分２ａとの間を一端とし、第２リアクトル５２とジョイント部分２ｂとの間を他端として接続されている。同様に、平滑コンデンサ５６は、第１リアクトル５３とジョイント部分２ａとの間を一端とし、第２リアクトル５４とジョイント部分２ｂとの間を他端として接続されている。
【００８０】
スイッチング制御手段４４は、第１フルブリッジ回路４２および第２フルブリッジ回路４３に対してスイッチング素子をオン・オフするＰＷＭ信号を出力する。具体的には、スイッチング制御手段４４は、電流検出器６１と、目標電流値設定器６２と、電流電圧制御回路６３と、基本パルス生成器６４と、第１ＰＷＭ信号変換器６５と、第２ＰＷＭ信号変換器６６とを有している。
【００８１】
電流検出器６１は、超電導コイル２のジョイント部分２ｂ側に接続して超電導コイル２を流れる電流値を検出し、検出した電流値をライン１１６により電流電圧制御回路６３に出力する。また、目標電流値設定器６２は、目標とする電流値（設定値）を予め設定して、設定した電流値に移行するように指令する電流指令値を電流電圧制御回路６３の入力端子１１１ａ，１１１ｂに出力する。本実施形態において、設定値は＋１００Ａまたは−１００Ａである。
【００８２】
また、電流電圧制御回路６３は、電流検出器６１が検出した電流値と目標電流値設定器６２が出力した電流指令値との差分の値を電流誤差信号として第１ＰＷＭ信号変換器６５および第２ＰＷＭ信号変換器６６に出力する。電流電圧制御回路６３の詳細については後述する。
【００８３】
基本パルス生成器６４は、第１ＰＷＭ信号変換器６５および第２ＰＷＭ信号変換器６６に対して、所定の周波数で位相差を持ったパルス信号を出力する。具体的には、第１ＰＷＭ信号変換器６５に出力するパルス信号に対して、第２ＰＷＭ信号変換器６６に出力するパルス信号は１８０°の位相差を持っている。
【００８４】
第１ＰＷＭ信号変換器６５は、電流電圧制御回路６３が出力した電流誤差信号を正方向信号（プラス側）と逆方向信号（マイナス側）とに分離する。そして、第１ＰＷＭ信号変換器６５は、分離した正方向信号と基本パルス生成器６４から出力されたパルス信号とから正方向のＰＷＭ信号（スイッチング信号）を生成するとともに、分離した逆方向信号と基本パルス生成器６４から出力されたパルス信号とから逆方向のＰＷＭ信号（スイッチング信号）を生成する。第２ＰＷＭ信号変換器６６も同様にして正方向のＰＷＭ信号（スイッチング信号）と逆方向のＰＷＭ信号（スイッチング信号）とを生成する。
【００８５】
第１ドライバ部４５は、スイッチング制御手段４４と第１フルブリッジ回路４２との間に接続されている。第２ドライバ部４６は、スイッチング制御手段４４と第２フルブリッジ回路４３との間に接続されている。
【００８６】
第１ＰＷＭ信号変換器６５から出力された正方向のＰＷＭ信号は、第１ドライバ部４５を経て第１フルブリッジ回路４２の２つのスイッチング素子のＯＮ・ＯＦＦを制御する。この系統がＯＮであるときは超電導コイル２のジョイント部分２ａからジョイント部分２ｂに電流が流れる。また、第１ＰＷＭ信号変換器６５から出力された逆方向のＰＷＭ信号は、第１ドライバ部４５を経て第１フルブリッジ回路４２の他の２つのスイッチング素子のＯＮ・ＯＦＦを制御する。この系統がＯＮであるときは超電導コイル２のジョイント部分２ｂからジョイント部分２ａに電流が流れる。第２ＰＷＭ信号変換器６６についても同様である。
【００８７】
回生回路４８は、スイッチングレギュレータ４１のプラス側とマイナス側との間に接続されている。回生回路４８は、超電導コイル２の消磁時に、スイッチングレギュレータ４１の電圧上昇を抑制するものである。
【００８８】
（電流制御回路）
次に、電流電圧制御回路６３の構成について説明する。電流電圧制御回路６３は、図７に示すように、電流制御回路１３１と、電圧制限回路１３２と、トランジスタ１２７と、アナログスイッチ１２８とを有している。
【００８９】
電流制御回路１３１は、４つのオペアンプ１１１〜１１４と、シャント抵抗１１５とを有している。シャント抵抗１１５は、ライン１１６に接続されており、電流検出器６１が検出した超電導コイル２を流れる電流値（正確には、励磁電源１０５の出力電流値）を電圧値に変換する。オペアンプ１１４は、この電圧を反転増幅する。
【００９０】
加算器であるオペアンプ１１１の入力端子１１１ａ，１１１ｂには、目標電流値設定器６２からの電流指令値が入力される。オペアンプ１１１は、電流指令値にオペアンプ１１４で増幅された電圧を加算する（実際には減算）。オペアンプ１１１は、電流指令値とオペアンプ１１４で増幅された電圧との差を電流誤差信号として出力する。
【００９１】
オペアンプ１１２は増幅器として機能する。オペアンプ１１３はバッファーとして機能する。オペアンプ１１３から出力される電流誤差信号は、第１ＰＷＭ信号変換器６５及び第２ＰＷＭ信号変換器６６（図６参照）に入力される。これにより、電流制御回路１３１は、励磁電源１０５の出力電流値が設定値（＋１００Ａまたは−１００Ａ）になるように第１フルブリッジ回路４２および第２フルブリッジ回路４３（図６参照）を制御することとなる。つまり、電流制御回路１３１は、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電流値が設定値（＋１００Ａまたは−１００Ａ）になるように制御している。
【００９２】
電圧制限回路１３２は、４つのオペアンプ１２１〜１２４と、２つのダイオード１２５，１２６とを有している。電圧制限回路１３２は、アナログスイッチ１２８を介して、電流制御回路１３１におけるオペアンプ１１２とオペアンプ１１３との間のＤ点に接続されている。
【００９３】
オペアンプ１２１の入力端子１２１ａ，１２１ｂには、ライン１２９（図６参照）を通じて、超電導コイル２の両端に発生した電圧（正確には、超電導コイル２の両端に発生した電圧にパワーケーブル４ａ，４ｂで発生した電圧を加えた電圧）が印加電圧として入力される。この印加電圧は、パワーケーブル４ａ，４ｂ間に生じる電圧に相当する（図５参照）。
【００９４】
オペアンプ１２２の入力端子１２２ａ，１２２ｂには、図示しない制限電圧値設定器から制限電圧が入力される。本実施形態において、制限電圧の値は＋３Ｖであるが、これに限定されない。オペアンプ１２２では、制限電圧のプラスとマイナスとを反転している。
【００９５】
オペアンプ１２３には、オペアンプ１２１の出力と制限電圧とが入力される。オペアンプ１２３は、オペアンプ１２１の出力（印加電圧）と制限電圧とを比較する。印加電圧が制限電圧の値である＋３Ｖ（第１の閾値）よりも大きい場合、オペアンプ１２３の出力は負になる。オペアンプ１２３の出力が負であれば、ダイオード１２５を電流が流れる。一方、オペアンプ１２３の出力が正であれば、ダイオード１２５を電流が流れない。
【００９６】
オペアンプ１２４には、オペアンプ１２１の出力とオペアンプ１２２の出力とが入力される。オペアンプ１２４は、オペアンプ１２１の出力（印加電圧）とオペアンプ１２２の出力（制限電圧）とを比較する。なお、オペアンプ１２４では、制限電圧と印加電圧とが反転されている。印加電圧が−３Ｖ（第２の閾値）よりも小さい場合、オペアンプ１２４の出力が正になる。オペアンプ１２４の出力が正であれば、ダイオード１２６を電流が流れる。一方、オペアンプ１２４の出力が負であれば、ダイオード１２６を電流が流れない。
【００９７】
以上の構成において、印加電圧が制限電圧の値である＋３Ｖ（第１の閾値）よりも大きい場合、ダイオード１２５を電流が流れる。ダイオード１２５を電流が流れると、オペアンプ１１３が加算器として機能し、Ｄ点における電流誤差信号が引き下げられる。これにより、励磁電源１０５の出力電流値が設定値（＋１００Ａまたは−１００Ａ）よりも小さくなり、その結果、励磁電源１０５の出力電圧値が＋３Ｖまで降下される。よって、励磁電源１０５の出力電流値が設定値（＋１００Ａまたは−１００Ａ）よりも小さいときに、励磁電源１０５の出力電圧値は＋３Ｖで一定になる。このように、電圧制限回路１３２は、超電導コイル２の両端に発生した電圧値が第１の閾値（＋３Ｖ）よりも大きい場合に、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値を第１の閾値（＋３Ｖ）にクランプすることで、励磁電源１０５の出力電圧値が第１の閾値（＋３Ｖ）よりも大きくならないように制限している。
【００９８】
一方、印加電圧が−３Ｖ（第２の閾値）よりも小さい場合、ダイオード１２６を電流が流れる。ダイオード１２６を電流が流れると、オペアンプ１１３が加算器として機能し、Ｄ点における電流誤差信号が引き上げられる。これにより、励磁電源１０５の出力電流値が設定値（＋１００Ａまたは−１００Ａ）よりも大きくなり、その結果、励磁電源１０５の出力電圧値が−３Ｖまで上昇される。よって、励磁電源１０５の出力電流値が設定値（＋１００Ａまたは−１００Ａ）よりも大きいときに、励磁電源１０５の出力電圧値は−３Ｖで一定になる。このように、電圧制限回路１３２は、超電導コイル２の両端に発生した電圧値が第２の閾値（−３Ｖ）よりも小さい場合に、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値を第２の閾値（−３Ｖ）にクランプすることで、励磁電源１０５の出力電圧値が第２の閾値（−３Ｖ）よりも小さくならないように制限している。
【００９９】
また、印加電圧が−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値の場合、ダイオード１２５およびダイオード１２６を電流が流れない。これにより、Ｄ点における電流誤差信号が変化しないので、電流制御回路１３１によって、励磁電源１０５の出力電流値が設定値（＋１００Ａまたは−１００Ａ）になるように制御される。その結果、励磁電源１０５の出力電流値が設定値（＋１００Ａまたは−１００Ａ）になる。このとき、励磁電源１０５の出力電圧値は、ダイオード１２５およびダイオード１２６を電流が流れないような値をとる。即ち、励磁電源１０５の出力電圧値は、＋３Ｖよりも大きくならず、且つ、−３Ｖよりも小さくならない。よって、励磁電源１０５の出力電流値が設定値（＋１００Ａまたは−１００Ａ）のときに、励磁電源５の出力電圧値は、第１の閾値（＋３Ｖ）を上限値とし第２の閾値（−３Ｖ）を下限値とする−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値になる。このように、電圧制限回路１３２は、印加電圧が−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値の場合に、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値をクランプしないことで、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値を、第１の閾値（＋３Ｖ）を上限値とし第２の閾値（−３Ｖ）を下限値とする−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限している。
【０１００】
ここで、クランプとは、ある電圧値が所定の電圧値を超えた場合に、その電圧値のうち所定の電圧値を超えた部分をカットすることで、ある電圧値が所定の電圧値を超えないようにすることを意味する。別な言い方をすれば、クランプとは、ある電圧値が所定の電圧値を超えた場合に、その電圧値を所定の電圧値まで押し下げる（または押し上げる）ことで、ある電圧値が所定の電圧値を超えないようにすることを意味する。
【０１０１】
トランジスタ１２７は、入力端子１２７ａ，１２７ｂに電圧制限有効信号が入力されるとＯＮになり、入力端子１２７ａ，１２７ｂに電圧制限有効信号が入力されないとＯＦＦになる。ここで、トランジスタ１２７は、電流循環ループＡ’（図５参照）を開く前後の一定期間においてＯＮにされる。例えば、トランジスタ１２７は、機械式リレー１０を開く２秒前にＯＮにされ、機械式リレー１０を開いてから１分後にＯＦＦにされる。しかし、トランジスタ１２７は、超電導コイル２の両端に発生した電圧が一定値以下になってからＯＦＦにされたり、オペレータの判断によりＯＦＦにされる構成であってもよい。
【０１０２】
アナログスイッチ１２８は、オペアンプ１１２とオペアンプ１１３との間のＤ点と、２つのダイオード１２５，１２６との間に設けられている。アナログスイッチ１２８は、トランジスタ１２７がＯＮとなって制御端子１２８ｃに通電されると、端子１２８ａと端子１２８ｂとを導通させる一方、トランジスタ１２７がＯＦＦとなって制御端子１２８ｃに通電されないと、端子１２８ａと端子１２８ｂとを遮断するように構成されている。
【０１０３】
これにより、アナログスイッチ１２８の端子１２８ａと端子１２８ｂとが導通している間（電圧制限有効信号がトランジスタ１２７に入力されている間）は、電圧制限回路１３２の機能が有効になり、アナログスイッチ１２８の端子１２８ａと端子１２８ｂとが導通していない間（電圧制限有効信号がトランジスタ１２７に入力されていない間）は、電圧制限回路１３２の機能が無効になる。このように、トランジスタ１２７およびアナログスイッチ１２８は、電流循環ループＡ’を開く前後の一定期間において電圧制限回路１３２による制限を有効にし、一定期間以外のときに電圧制限回路１３２による制限を無効にしている。
【０１０４】
以上の構成により、電圧制限回路１３２の機能が有効になっているときの励磁電源１０５の出力特性は、図３または図８に示すようになる。本実施形態の励磁電源１０５はバイポーラ電源であるので、設定電流値がプラスの場合とマイナスの場合とがある。設定電流値がプラスのときの励磁電源１０５の出力特性は、図３に示すように、第１実施形態の励磁電源５と同じである。
【０１０５】
一方、設定電流値がマイナスのときの励磁電源１０５の出力特性を図８に示す。励磁電源１０５の出力電流値が−１００Ａよりも小さいときに、励磁電源１０５の出力電圧値は＋３Ｖで一定となり、励磁電源１０５の出力電流値が−１００Ａよりも大きいときに、励磁電源１０５の出力電圧値は−３Ｖで一定となる。このように、励磁電源１０５は定電圧特性を有している。また、励磁電源１０５の出力電圧値が−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値のときに、励磁電源１０５の出力電流値は−１００Ａで一定となる。このように、励磁電源１０５は定電流特性を有している。つまり、励磁電源１０５は定電圧定電流電源である。
【０１０６】
なお、制限電圧の値は、通常、超電導マグネット１０１の定格励磁速度で超電導コイル２の両端に発生する電圧にパワーケーブル４ａ，４ｂで発生する電圧を加えた電圧値以下に設定するのが望ましい。また、オペレータが制限電圧の値を直接設定する構成であってもよい。
【０１０７】
（励磁電源の動作）
次に、励磁電源１０５の動作について説明する。設定電流値がプラスのときの励磁電源１０５の動作は、第１実施形態の励磁電源５の動作と基本的に同じであるので、その説明を省略する。一方、設定電流値がマイナスのときの励磁電源１０５の動作として、循環電流ＩＬが−１００Ａから−９０Ａに上昇している場合を考える。励磁電源１０５における電流の設定値は−１００Ａである。
【０１０８】
超電導マグネット１０１においては、図５に示すように、永久電流スイッチ３が閉じられることで、超電導コイル２と永久電流スイッチ３とを含む電流循環ループＡを循環電流ＩＬが循環している。このように、電流循環ループＡにおいて循環電流ＩＬを循環させる際には、永久電流スイッチ３で電流循環ループＡを閉じることで、電流はほとんどロスを生じることなくほぼ永久に流れ続ける。
【０１０９】
一方、励磁電源１０５から超電導コイル２に電流を供給する際には、初めに、永久電流スイッチ３を開いて機械式リレー１０を閉じる。これにより、超電導コイル２と機械式リレー１０とを含む電流循環ループＡ’を循環電流ＩＬが循環するようになる。このように、励磁電源１０５から超電導コイル２に電流を供給する際には、永久電流スイッチ３を開いて機械式リレー１０で電流循環ループＡ’を開閉するようにする。
【０１１０】
なお、永久電流スイッチ３、および、機械式リレー１０がそれぞれ閉じられていると、励磁電源１０５および超電導マグネット１０１のうちのいずれかで異常が生じた場合に、異常時の初期段階において、超電導状態で抵抗がゼロの永久電流スイッチ３をほとんどの電流が流れる。しかし、超電導コイル２がクエンチした場合には、少し遅れて永久電流スイッチ３もクエンチする場合が多く、その場合には機械式リレー１０を電流が流れる。また、永久電流スイッチ３、および、機械式リレー１０がそれぞれ閉じられているときに、永久電流スイッチ３に異常が生じて電圧が発生した場合にも、機械式リレー１０を電流が流れる。
【０１１１】
次に、パワーケーブル４ａ，４ｂで励磁電源１０５を機械式リレー１０の両端に接続して、−１００Ａの電流を励磁電源１０５から超電導コイル２に供給する。励磁電源１０５から供給された電流は、励磁電源１０５、パワーケーブル４ａ、機械式リレー１０、および、パワーケーブル４ｂを含むループＢをこの順番で流れる。
【０１１２】
その後、励磁回路１１でコイル１０ａを励磁して、機械式リレー１０を開くことで電流循環ループＡ’を開く。すると、励磁電源１０５から供給された電流は、励磁電源１０５、パワーケーブル４ａ、超電導コイル２、および、パワーケーブル４ｂを含むループＣをこの順番で流れる。
【０１１３】
ここで、図７に示すように、電流循環ループＡ’を開く前後の一定期間において、電圧制限有効信号がトランジスタ１２７に入力される。これにより、電圧制限回路１３２の機能が有効になっている。そのため、励磁電源１０５の定電圧特性によって、超電導コイル２の両端に過渡的に発生する電圧値、および、励磁電源１０５の出力電圧値はそれぞれ−３Ｖになる。また、超電導コイル２の定電流特性によって、超電導コイル２を流れる電流値、および、励磁電源１０５の出力電流値はそれぞれ−９０Ａになる。これにより、図８に示すように、励磁電源１０５の出力は、電圧値が−３Ｖで電流値が−９０Ａのａ’’点でバランスする。
【０１１４】
その後、超電導コイル２のインダクタンスをＬ、電流をＩ、時間をｔとしたときに、超電導コイル２の電圧が−３Ｖであるので、ｄＩ／ｄｔ＝−３／Ｌの関係から、この傾きで超電導コイル２を流れる電流値が減少していき、−１００Ａに達する。図８においては、その変化を矢印ｃ’’で示している。
【０１１５】
その後、超電導コイル２の両端の電圧が増加していき、最終的に０Ｖに落ち着く。これに合わせて、励磁電源１０５の定電流特性によって、励磁電源１０５の出力電流値が設定値（−１００Ａ）で一定のまま、励磁電源１０５の出力電圧値が上昇していく。図８においては、その変化を矢印ｄ’’で示している。ここで、パワーケーブル４ａ，４ｂの抵抗値を考慮に入れると、超電導コイル２の抵抗値は０Ωであり、パワーケーブル４ａ，４ｂの抵抗値は０．０１Ω程度なので、励磁電源１０５の出力は、最終的に、電圧値が−１Ｖ程度で電流値が−１００Ａのｂ’点でバランスする。
【０１１６】
なお、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値を−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限している間は、超電導コイル２に生じたクエンチによる電圧の発生を検出することができない。そこで、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値を制限する期間を、電流循環ループＡ’を開く前後の一定期間に限定している。これにより、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値を制限していない間は、超電導コイル２のクエンチを検出することができる。
【０１１７】
また、励磁電源１０５から超電導コイル２に電流を供給している最中に、励磁電源１０５自体のトラブルにより電流が急激に変化したり、超電導コイル２がクエンチしたりするなど、励磁電源１０５および超電導マグネット１０１のうちのいずれかで異常が生じた場合には、機械式リレー１０を閉じることで、励磁電源１０５の出力両端を短絡させる。これにより、機械式リレー１０を電流が流れ、励磁電源１０５と超電導コイル２とが実質的に切り離されるので、励磁電源１０５や超電導マグネット１０１の破損を防止することができる。ここで、機械式リレー１０をＢ接点にして、停電時に機械式リレー１０が自動的に閉じるようにすれば、励磁電源１０５や超電導マグネット１０１の破損をより確実に防止することができる。なお、励磁電源１０５内に停電を検出する停電検出回路を設けて、機械式リレー１０を制御するようにしてもよい。
【０１１８】
以上のようにして、超電導コイル２を流れる電流値が設定値に落ち着く。その後、図５に示すように、永久電流スイッチ３を導通させることで、電流循環ループＡを閉じる。そして、超電導コイル２を流れる電流がすべて永久電流スイッチ３を経由して電流循環ループＡを循環するようになった時点で励磁電源１０５を超電導マグネット１０１から切り離して作業を完了する。
【０１１９】
このように、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値が−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限されている。そのため、励磁電源１０５から超電導コイル２に電流を供給しながら電流循環ループＡ’を開いたときに、超電導コイル２の両端に発生する電圧値は−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値になる。そして、−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値が超電導状態に影響を及ぼさないレベルの値であれば、超電導コイル２の両端に電圧が発生したとしても、オペレータはあわてて電流循環ループＡ’を閉じる必要がない。これにより、電流循環ループＡ’を開く際に超電導コイル２を流れる電流値と励磁電源１０５の出力電流値とを一致させる作業に伴う負担を軽減させることができる。よって、超電導コイル２を流れる電流値を所望の電流値に調整する作業を容易にすることがことができる。
【０１２０】
また、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電流値が設定値（＋１００Ａまたは−１００Ａ）になるように制御されている。そのため、電流循環ループＡ’を開けば、超電導コイル２を流れる電流値は、最終的に設定値に落ち着く。これにより、設定値を所望の電流値に設定しておけば、電流循環ループＡ’を開いた後に超電導コイル２を流れる電流値を所望の電流値に調整しなくても、超電導コイル２を流れる電流値は所望の電流値になる。よって、超電導コイル２を流れる電流値を所望の電流値に調整する作業をさらに容易にすることがことができる。
【０１２１】
また、超電導コイル２の両端に発生した電圧値が正の値である第１の閾値（＋３Ｖ）よりも大きい場合に、超電導コイル２への出力電圧値が第１の閾値（＋３Ｖ）にクランプされる。また、超電導コイル２の両端に発生した電圧値が負の値である第２の閾値（−３Ｖ）よりも小さい場合に、超電導コイル２への出力電圧値が第２の閾値（−３Ｖ）にクランプされる。これにより、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値が、第１の閾値（＋３Ｖ）を上限値とし第２の閾値（−３Ｖ）を下限値とする−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限されている。よって、第１の閾値および第２の閾値の少なくとも一方の値を変化させることにより、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値が制限される範囲を容易に変更することができる。
【０１２２】
（超電導マグネットの変形例）
なお、超電導マグネット１０１は、以下のように構成されていてもよい。即ち、図９に示すように、超電導マグネット１０１は、永久電流スイッチ３を備えておらず、機械式リレー１０で電流循環ループＡ’を開閉するように構成されている。なお、機械式リレー１０の代わりに半導体スイッチを用いてもよい。
【０１２３】
そして、励磁電源１０５から超電導コイル２に電流を供給している最中に、励磁電源１０５自体のトラブルにより電流が急激に変化したり、超電導コイル２がクエンチしたりするなど、励磁電源１０５および超電導マグネット１０１のうちのいずれかで異常が生じた場合には、機械式リレー１０を閉じることで、励磁電源１０５の出力両端を短絡させる。これにより、機械式リレー１０を電流が流れ、励磁電源１０５と超電導コイル２とが実質的に切り離されるので、励磁電源１０５や超電導マグネット１０１の破損を防止することができる。
【０１２４】
（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る超電導マグネット用の励磁電源１０５によると、超電導コイル２の両端に発生した電圧値が正の値である第１の閾値（＋３Ｖ）よりも大きい場合に、超電導コイル２への出力電圧値が第１の閾値（＋３Ｖ）にクランプされる。また、超電導コイル２の両端に発生した電圧値が負の値である第２の閾値（−３Ｖ）よりも小さい場合に、超電導コイル２への出力電圧値が第２の閾値（−３Ｖ）にクランプされる。これにより、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値が、第１の閾値（＋３Ｖ）を上限値とし第２の閾値（−３Ｖ）を下限値とする−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限されている。よって、第１の閾値および第２の閾値の少なくとも一方の値を変化させることにより、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値が制限される範囲を容易に変更することができる。
【０１２５】
また、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値を−３Ｖ以上＋３Ｖ以下の範囲内の値に制限している間は、超電導コイル２に生じたクエンチによる電圧の発生を検出することができない。そこで、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値を制限する期間を、電流循環ループＡ’を開く前後の一定期間に限定する。これにより、励磁電源１０５から超電導コイル２への出力電圧値を制限していない間は、超電導コイル２のクエンチを検出することができる。
【０１２６】
また、電流循環ループＡにおいて電流を循環させる際には、永久電流スイッチ３で電流循環ループＡを閉じることで、電流はほとんどロスを生じることなくほぼ永久に流れ続ける。一方、励磁電源１０５から超電導コイル２に電流を供給する際には、永久電流スイッチ３を開いて機械式リレー１０で電流循環ループＡ’を開閉するようにする。そして、励磁電源１０５から超電導コイル２に電流を供給している最中に、励磁電源１０５および超電導マグネット１０１のうちのいずれかで異常が生じた場合には、機械式リレー１０を閉じることで、励磁電源１０５の出力両端を短絡させる。これにより、機械式リレー１０を電流が流れ、励磁電源１０５と超電導コイル２とが実質的に切り離されるので、励磁電源１０５や超電導マグネット１０１の破損を防止することができる。
【０１２７】
（本実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【０１２８】
例えば、第１実施形態の励磁電源５（図２，４参照）を第２実施形態の超電導マグネット１０１（図５，９参照）に接続する構成であってもよい。また、第２実施形態の励磁電源１０５（図６参照）を第１実施形態の超電導マグネット１（図１参照）に接続する構成であってもよい。
【符号の説明】
【０１２９】
１，１０１ 超電導マグネット
２ 超電導コイル
３ 永久電流スイッチ
３ａ 超電導線
３ｂ ヒータ
５，１０５ 励磁電源
１０ 機械式リレー
２１ 電源
２２，２３，２９ トランジスタ
２４ ダイオード列
２５，３０ 電圧制御回路
２６ 電流制御回路
２７ シャント抵抗
２８ 基準電圧値設定器
３１ 交流電源
４１ スイッチングレギュレータ
４２ 第１フルブリッジ回路
４３ 第２フルブリッジ回路
４４ スイッチング制御手段
４５ 第１ドライバ部
４６ 第２ドライバ部
５１，５３ 第１リアクトル
５２，５４ 第２リアクトル
５５，５６ 平滑コンデンサ
６１ 電流検出器
６２ 目標電流値設定器
６３ 電流電圧制御回路
６４ 基本パルス生成器
６５ 第１ＰＷＭ信号変換器
６６ 第２ＰＷＭ信号変換器
１１１〜１１４ オペアンプ
１１５ シャント抵抗
１２１〜１２４ オペアンプ
１２５，１２６ ダイオード
１２７ トランジスタ
１２８ アナログスイッチ
１３１ 電流制御回路
１３２ 電圧制限回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導マグネットを構成する超電導コイルの電流循環ループの一部に設けられたスイッチ手段の両端に接続して当該超電導コイルへ外部から電流を供給するための励磁電源であって、
前記超電導コイルへの出力電圧値を所定範囲内の値に制限する電圧制限手段を有していることを特徴とする超電導マグネット用の励磁電源。
【請求項２】
前記超電導コイルへの出力電流値が設定値になるように制御する電流制御手段を更に有していることを特徴とする請求項１に記載の超電導マグネット用の励磁電源。
【請求項３】
前記電圧制限手段は、前記超電導コイルの両端に発生した電圧値が正の値である第１の閾値よりも大きい場合に、前記超電導コイルへの出力電圧値を前記第１の閾値にクランプするとともに、前記超電導コイルの両端に発生した電圧値が負の値である第２の閾値よりも小さい場合に、前記超電導コイルへの出力電圧値を前記第２の閾値にクランプすることで、前記超電導コイルへの出力電圧値を、前記第１の閾値を上限値とし前記第２の閾値を下限値とする前記所定範囲内の値に制限していることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導マグネット用の励磁電源。
【請求項４】
前記電流循環ループを開く前後の一定期間において前記電圧制限手段による制限を有効にし、前記一定期間以外のときに前記電圧制限手段による制限を無効にする電圧制限限定手段を更に有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の超電導マグネット用の励磁電源。
【請求項５】
前記スイッチ手段が、前記超電導マグネットの内部に設けられて超電導材料を含む永久電流スイッチであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超電導マグネット用の励磁電源。
【請求項６】
前記スイッチ手段が、前記超電導マグネットの外部に設けられた機械式リレーまたは半導体スイッチであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超電導マグネット用の励磁電源。
【請求項７】
前記スイッチ手段は、
前記超電導マグネットの内部に設けられて超電導材料を含む永久電流スイッチと、
前記超電導マグネットの外部に設けられて前記永久電流スイッチに並列に接続された機械式リレーまたは半導体スイッチと、
を有し、
前記電流循環ループにおいて電流を循環させる際には、前記永久電流スイッチで前記電流循環ループを閉じる一方、前記励磁電源から前記超電導コイルに電流を供給する際には、前記永久電流スイッチを開いて前記機械式リレーまたは前記半導体スイッチで前記電流循環ループを開閉することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超電導マグネット用の励磁電源。
【請求項１】
超電導マグネットを構成する超電導コイルの電流循環ループの一部に設けられたスイッチ手段の両端に接続して当該超電導コイルへ外部から電流を供給するための励磁電源であって、
前記超電導コイルへの出力電圧値を所定範囲内の値に制限する電圧制限手段を有していることを特徴とする超電導マグネット用の励磁電源。
【請求項２】
前記超電導コイルへの出力電流値が設定値になるように制御する電流制御手段を更に有していることを特徴とする請求項１に記載の超電導マグネット用の励磁電源。
【請求項３】
前記電圧制限手段は、前記超電導コイルの両端に発生した電圧値が正の値である第１の閾値よりも大きい場合に、前記超電導コイルへの出力電圧値を前記第１の閾値にクランプするとともに、前記超電導コイルの両端に発生した電圧値が負の値である第２の閾値よりも小さい場合に、前記超電導コイルへの出力電圧値を前記第２の閾値にクランプすることで、前記超電導コイルへの出力電圧値を、前記第１の閾値を上限値とし前記第２の閾値を下限値とする前記所定範囲内の値に制限していることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導マグネット用の励磁電源。
【請求項４】
前記電流循環ループを開く前後の一定期間において前記電圧制限手段による制限を有効にし、前記一定期間以外のときに前記電圧制限手段による制限を無効にする電圧制限限定手段を更に有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の超電導マグネット用の励磁電源。
【請求項５】
前記スイッチ手段が、前記超電導マグネットの内部に設けられて超電導材料を含む永久電流スイッチであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超電導マグネット用の励磁電源。
【請求項６】
前記スイッチ手段が、前記超電導マグネットの外部に設けられた機械式リレーまたは半導体スイッチであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超電導マグネット用の励磁電源。
【請求項７】
前記スイッチ手段は、
前記超電導マグネットの内部に設けられて超電導材料を含む永久電流スイッチと、
前記超電導マグネットの外部に設けられて前記永久電流スイッチに並列に接続された機械式リレーまたは半導体スイッチと、
を有し、
前記電流循環ループにおいて電流を循環させる際には、前記永久電流スイッチで前記電流循環ループを閉じる一方、前記励磁電源から前記超電導コイルに電流を供給する際には、前記永久電流スイッチを開いて前記機械式リレーまたは前記半導体スイッチで前記電流循環ループを開閉することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超電導マグネット用の励磁電源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２３１０８６（Ｐ２０１２−２３１０８６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９９８２４（Ｐ２０１１−９９８２４）
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（５０２１４７４６５）ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社 (56)
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（５０２１４７４６５）ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社 (56)
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