超電導マグネット用の励磁電源
【課題】クエンチ・内部異常・元電源の瞬低など異常状態を誤検知して励磁電源の出力両端を短絡させてしまったとしても、その後、迅速に通常状態（短絡していない状態）に復帰させることができる超電導マグネット用の励磁電源を提供すること。
【解決手段】電源１と、パワーユニット３と、超電導マグネット２の異常を誤検出した場合にパワーユニット３の出力の両端を短絡させる接点４ａを閉じて保護状態とする保護回路１６と、ループＡ内の電流値を検出する第１シャント抵抗５とを備える励磁電源１０１である。励磁電源１０１は、保護回路１６により保護リレー４を動作させて接点４ａが閉じられた際、第１シャント抵抗５および第２シャント抵抗８の検出値を用いてパワーユニット３の出力電流値と超電導コイル２Ｌを流れる電流値とを一致させたのち接点４ａを開いて保護状態から復帰させる復帰回路３１を備えている。
【解決手段】電源１と、パワーユニット３と、超電導マグネット２の異常を誤検出した場合にパワーユニット３の出力の両端を短絡させる接点４ａを閉じて保護状態とする保護回路１６と、ループＡ内の電流値を検出する第１シャント抵抗５とを備える励磁電源１０１である。励磁電源１０１は、保護回路１６により保護リレー４を動作させて接点４ａが閉じられた際、第１シャント抵抗５および第２シャント抵抗８の検出値を用いてパワーユニット３の出力電流値と超電導コイル２Ｌを流れる電流値とを一致させたのち接点４ａを開いて保護状態から復帰させる復帰回路３１を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導マグネット用の励磁電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導マグネットには、クエンチという超電導状態がやぶれ抵抗ゼロが常電導化し電圧が発生する、また抵抗発生により電流が急変するため大きな超電導コイルにより構成されている超電導マグネットには大きな電圧が発生する現象がある。また逆に、励磁電源自体のトラブルにより急激に電流が変化すると上記クエンチが発生するなど相互に影響しあっている。励磁電源側では、高電圧や行き場を失った大きなエネルギーの逆流により、パワー素子が破損することがあり、超電導マグネット側では、電流の急変でクエンチが発生し、これにより当該超電導マグネットが破損することがある。
【０００３】
そのため、励磁電源および超電導マグネットのうちのいずれかの異常を検知した場合、相互の関係（接続）を断つことが無難である。しかしながら、大きな電流が流れているときに相互の関係（接続）を断つ（遮断する）のは危険である。ここで、特許文献１に記載された技術では、遮断器に対して並列にコンデンサを配置するなどの工夫をしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１７７６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、通電中の接点を遮断するような保護方法は、大電流の制御には不向きである。大電流の制御における保護方法では、一般に、励磁電源の出力両端を短絡させて当該励磁電源と超電導コイルとを実質的に切り離す方法が採用されている。
【０００６】
ここで、励磁電源の出力両端を短絡させる方法には欠点がある。例えば、実際には超電導コイルがクエンチしていないのに誤検知で短絡させてしまうと（誤動作させてしまうと）、小さな抵抗（Ｒ）と超電導コイル（Ｌ）との組み合わせとなり貯積エネルギーの放出に長時間を要し、出力両端の短絡を長時間解除できない状態となる。
【０００７】
また、励磁電源側からの異常（トラブル）としては、パワー素子が加熱したオーバーヒートと称する異常がある。使用しているシーケンサーやマイクロコンピューターが元電源の瞬低を検出した際に内部異常として電流出力を停止するが、この時に励磁電源の出力両端を短絡させると、長時間を要するＬＲ放電の間、出力の短絡を同様に解除できない状態となる。なお、仮に瞬低対策としてＵＰＳを使用していたとしても、そのバックアップ時間やバックアップできる範囲に制約があり、１０分のみ保持できるとか、制御系のみ保持できるがパワー系までバックアップできないなどがあり、やはり、いずれかのタイミングで励磁電源の出力両端を短絡させてマグネットを保護する必要があり、通常状態への復帰が難しいという問題がある。
【０００８】
また、例えば、励磁電源内部のヒューズが切れた場合の対応は、そのヒューズを交換すれば、ヒューズ切れの対応自体は完了する。しかしながら、前記したように、クエンチしていない超電導マグネットを保護状態から通常状態へ復帰させるには長い時間がかかってしまう。
【０００９】
一方、励磁電源や超電導マグネットの破損を防止する観点からは、クエンチなどの異常状態検知レベルを上げることが望ましい。また、シーケンサーやマイクロコンピューターを誤動作させない観点からも瞬低を感度よく検出できることが望ましい。しかしながら、異常状態検知レベルを上げると誤動作の発生頻度を高めてしまう（トレードオフの問題）。
【００１０】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、クエンチ・内部異常・元電源の瞬低など異常状態を誤検知して励磁電源の出力両端を短絡させてしまったとしても、その後、迅速に通常状態（短絡していない状態）に復帰させることができる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】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、超電導コイルを具備してなる超電導マグネットを励磁する励磁電源であって、電源と、前記電源に接続されたパワーユニットと、前記電源、前記パワーユニット、または前記超電導マグネットの異常を誤検出した場合に、前記パワーユニットの出力の両端を短絡させる接点を閉じて保護状態とする保護手段と、前記超電導コイルと前記接点とを含むループ内に設けられ、当該ループ内の電流値を検出する第１電流検出器と、を備え、前記パワーユニットは、増幅器と、当該パワーユニットの出力電流値を検出する第２電流検出器と、当該出力電流値を制御する電流制御手段と、を有し、前記保護手段により前記接点が閉じられた際、前記第１電流検出器および前記第２電流検出器の検出値を用いて前記出力電流値と前記超電導コイルを流れる電流値とを一致させたのち当該接点を開いて保護状態から復帰させる復帰手段を備えている超電導マグネット用の励磁電源を提供する。
【００１２】
この構成によると、上記第１電流検出器および上記第２電流検出器の検出値を用いてパワーユニットの出力電流値と超電導コイルを流れる電流値とを一致させたのち接点を開くことにより、接点を開いた後の電流の急変を防止できる。これにより、超電導コイルのクエンチを防止できる。すなわち、本発明によると、異常状態を誤検知して励磁電源の出力両端を短絡させてしまったとしても、パワーユニットの出力電流値と超電導コイルを流れる電流値とを一致させたのち接点を開くことで、迅速に通常状態（短絡していない状態）に復帰させることができる。
【００１３】
また、本発明によると、迅速に通常状態（短絡していない状態）に復帰させることができるので、クエンチなどの異常状態検知レベルを上げることで誤動作の発生頻度が高まり誤動作が発生したとしても通常状態への復帰に手間取ることがない。すなわち、クエンチなどの異常状態検知レベルを上げたとしても支障がなく（通常状態への復帰に手間取ることがない）、異常状態検知レベルを上げて比較的敏感に接点を動作させる状態とすることができ、励磁電源や超電導マグネットの破損を従来よりも防止できる。
【００１４】
なお、上記した「パワーユニットの出力電流値と超電導コイルを流れる電流値とを一致させたのち接点を開く」において、「一致」とは、完全な一致のみをいうものではなく、ほぼ一致していることをいう。すなわち、パワーユニットの出力電流値と超電導コイルを流れる電流値との間に少しの差があってもよい。接点を開いた後の超電導コイルを流れる電流値の急変を防止して、当該超電導コイルのクエンチを防止できる程度に、パワーユニットの出力電流値と超電導コイルを流れる電流値とを一致させればよいのである。
【００１５】
また本発明において、前記復帰手段は、復帰ボタンが押されると、前記第１電流検出器の検出値を目標値として読み込み、前記第２電流検出器の検出値を現在値として、所定のスイープレートで両検出値を一致させたのち前記接点を開くように構成されているのもよい。
【００１６】
この構成によると、所定のスイープレートで両検出値を一致させることにより、保護状態から通常状態への復帰時、パワーユニットに与えるダメージを抑制できる。
【００１７】
さらに本発明において、前記第１電流検出器は、前記ループ内において前記出力電流値を検出できる位置に設けられ、前記電流制御手段は、通常時、前記第１電流検出器の検出値を用いて前記出力電流値を制御し、保護状態からの復帰時、前記第２電流検出器の検出値を用いて前記出力電流値を制御することにより、当該通常時と当該復帰時とにおいて出力電流制御用の電流検出器を切り替えるように構成されているのもよい。
【００１８】
保護状態からの復帰時の出力電流制御は、通常時の出力電流制御よりも比較的ラフな精度でよい。すなわち、この構成によると、第２電流検出器をラフな精度の電流検出器とすることができ、励磁電源の部品コストを削減できる。
【００１９】
さらに本発明において、複数の前記パワーユニットを有し、前記第１電流検出器は、当該励磁電源全体の出力電流値を検出する電流検出器であり、前記第２電流検出器は、各パワーユニットに設けられ、当該パワーユニットの出力電流値を検出する電流検出器であり、前記第１電流検出器の検出値が当該励磁電源全体の設定出力電流値と等しくなるように電流指令値を出力するメイン制御手段と、前記メイン制御手段から出力された前記電流指令値を各パワーユニットに分配する指令値分配手段と、を備え、各パワーユニットに設けられた前記電流制御手段は、前記第２電流検出器の検出値が、前記指令値分配手段から分配された電流指令値と等しくなるように各パワーユニットの出力電流値を制御するように構成されているのもよい。
【００２０】
この構成によると、仮に複数のパワーユニットの中のあるパワーユニット内の増幅器に部品不良などがおこり、当該パワーユニットが定まった電流を流せない状況が発生した場合、メイン制御手段からそれを補うような電流指令値が発せられる。また、指令値分配手段により各パワーユニットに対して電流指令値が分配される。そして、各パワーユニットの電流制御手段が指令値分配手段により分配された電流指令値と等しくなるように各出力電流値を制御するため、正常なパワーユニットに極端に電流が偏流することなく、全体として偏流現象を防止できる。
【００２１】
また本発明において、前記第１電流検出器は、前記接点に対して直列な位置であって、かつ、前記接点が閉じた状態における前記パワーユニットの出力のループと前記超電導コイル側のループとの共通部分に設けられ、前記復帰手段は、復帰ボタンが押されると、前記第１電流検出器の検出値を現在値とし、かつ、当該第１電流検出器の目標値をゼロとして、パワーユニット部を所定のスイープレートで制御して、当該第１電流検出器の検出値をゼロに一致させたのち前記接点を開くように構成されているのもよい。
【００２２】
この構成によると、所定のスイープレートで第１電流検出器の検出値をゼロに一致させることにより、保護状態から通常状態への復帰時、パワーユニットに与えるダメージを抑制できる。
【００２３】
なお、上記した「第１電流検出器の検出値をゼロに一致させたのち接点を開く」において、「一致」とは、ゼロの値への完全な一致のみをいうものではなく、ほぼゼロの値になっていることをいう。すなわち、完全にゼロになっていなくてもよい。接点を開いた後の超電導コイルを流れる電流値の急変を防止して、当該超電導コイルのクエンチを防止できる程度に、第１電流検出器の検出値をゼロに一致させればよいのである。
【００２４】
また本発明において、前記第１電流検出器は、前記接点に対して直列な位置であって、かつ、前記接点が閉じた状態における前記パワーユニットの出力のループと前記超電導コイル側のループとの共通部分に設けられ、前記復帰手段は、復帰ボタンが押されると、前記第１電流検出器の検出値と前記第２電流検出器の検出値とを加算した値を目標値として、パワーユニット部を所定のスイープレートで制御して、前記第２電流検出器の検出値を当該目標値に一致させたのち前記接点を開くように構成されているのもよい。ここでは、前記第１電流検出器の検出値と前記第２電流検出器の検出値との加算を順次繰り返して実施し、目標値を順次更新するのが好ましい。
【００２５】
この構成によると、パワー部の制御が通常のスイープ制御と同じであるため制御を行いやすい。なお、ここでいう「一致」も、完全な一致のみをいうものではなく、ほぼ一致していることを含む。
【００２６】
また本発明は、その第２の態様によれば、超電導コイルを具備してなる超電導マグネットを励磁する励磁電源であって、電源と、前記電源に接続されたパワーユニットと、前記電源、前記パワーユニット、または前記超電導マグネットの異常を誤検出した場合に、前記パワーユニットの出力の両端を短絡させる接点を閉じて保護状態とする保護手段と、前記保護手段により前記接点が閉じられた際、その時点またはその直前の前記パワーユニットの出力電流値を記憶する記憶手段と、を備え、前記パワーユニットは、増幅器と、当該パワーユニットの出力電流値を検出する電流検出器と、前記出力電流値を制御する電流制御手段と、を有し、前記保護手段により前記接点が閉じられた際、前記電流検出器の検出値および前記記憶手段の記憶値を用いて前記出力電流値と前記超電導コイルを流れる電流値とを一致させたのち当該接点を開いて保護状態から復帰させる復帰手段を備えている超電導マグネット用の励磁電源を提供する。
【００２７】
この構成によると、電流検出器が１つで済む。元々、制御にマイクロコンピューターを使用していることを前提とすれば、計算や記憶はほぼマイクロコンピューターのプログラム（ソフトウェア）で対応できるので、ハード部品である電流検出器を省略できるメリットがある。
【００２８】
また本発明において、前記記憶手段が前記出力電流値を記憶した時点からの経過時間を計測するタイマーと、前記タイマーの計測した経過時間および予め記憶している時間当たりの補正値より前記記憶手段の記憶値を補正する補正手段と、を備え、前記復帰手段は、前記保護手段により前記接点が閉じられた際、前記電流検出器の検出値および前記補正手段により補正された前記記憶手段の記憶値を用いて前記出力電流値と前記超電導コイルを流れる電流値とを一致させたのち当該接点を開くように構成されているのもよい。
【００２９】
この構成によると、記憶手段だけでなく、タイマーおよび補正手段をさらに具備していることで、より確実に保護状態から復帰させることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、保護手段により前記接点が閉じられた際、パワーユニットの出力電流値と超電導コイルを流れる電流値とを一致させたのち接点を開いて保護状態から復帰させることにより、異常状態を誤検知して、励磁電源の出力両端を短絡させてしまったとしても、その後、迅速に通常状態（短絡していない状態）に復帰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る励磁電源を示す構成図である。
【図２】保護状態からの復帰時の動作を示すフロー図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る励磁電源を示す構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る励磁電源を示す構成図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る励磁電源を示す構成図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係る励磁電源を示す構成図である。
【図７】本発明の第６実施形態に係る励磁電源を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。
【００３３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る励磁電源１０１を示す構成図である。
【００３４】
（励磁電源１０１の構成）
励磁電源１０１は、超電導コイル２Ｌを具備してなる超電導マグネット２を励磁するための電源であり、超電導コイル２Ｌに接続される。超電導コイル２Ｌは、超電導線材が巻回されてなるものである。
【００３５】
図１に示すように、励磁電源１０１は、電源１、パワーユニット３、第１シャント抵抗５（第１電流検出器）、および保護回路１６（保護手段）を備えている。
【００３６】
（電源）
電源１は、交流電源に接続された変圧器（不図示）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２Ｌに供給するトランジスタ回路（不図示）などにより構成される。なお、電源１では、市販のスイッチングレギュレータなどを用いてもよい。
【００３７】
（第１電流検出器）
電流検出器（第１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（後述の第２シャント抵抗８についても同様）。第１シャント抵抗５は、超電導コイル２Ｌと保護リレー４の接点４ａとを含むループＡ内の電流値を検出できる位置（さらには、接点４ａが開いた状態においてパワーユニット３の出力電流値を検出できるループＡ内の位置）に設けられている。
【００３８】
（パワーユニット）
電源１には、パワーユニット３が接続されている。パワーユニット３は、増幅器であるトランジスタ７（通常、複数のトランジスタ）と、保護状態（接点４ａが閉じた状態）でもパワーユニット３の出力電流値を検出可能な第２シャント抵抗８（第２電流検出器）と、パワーユニット３の出力電流値を制御する電流制御回路９（電流制御手段）と、電流制御回路９に電流値を指令する電流指令回路１０（電流指令手段）と、電流指令回路１０にスイープレートを指示するスイープレート設定器３３と、電流指令回路１０と連携し保護状態から復帰させる復帰回路３１（復帰手段）と、復帰回路３１に復帰（復帰制御開始）を指示するための復帰ボタン３２とを備えている。なお、スイープレート設定器３３、復帰回路３１、および復帰ボタン３２を、パワーユニット３の構成品とみなす必要は必ずしもなく、すなわち、パワーユニット３とは別の構成品とみなしてもよい。
【００３９】
（増幅器）
トランジスタ７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（後述のトランジスタ１７についても同様）。
【００４０】
（保護状態からの復帰手段）
復帰回路３１は、電流制御回路９と連携して、保護回路１６により接点４ａが閉じられた際（復帰制御時において）、第１シャント抵抗５および第２シャント抵抗８の検出値を用いてパワーユニット３の出力電流値と超電導コイル２Ｌを流れる電流値とを一致させたのち接点４ａを開いて保護状態（パワーユニット３の出力の両端が短絡している状態）から復帰させる（短絡していない状態にする）ように回路構成されている（回路が組まれている）。すなわち、復帰回路３１は、保護回路１６により接点４ａが閉じられた後、復帰ボタン３２が押され、パワーユニット３の出力電流値と超電導コイル２Ｌを流れる電流値とが一致すると、保護リレー４に対してその接点４ａを開くように信号を出す。
【００４１】
なお、上記した「パワーユニット３の出力電流値と超電導コイル２Ｌを流れる電流値とを一致させたのち接点４ａを開く」において、「一致」とは、完全な一致のみをいうものではなく、ほぼ一致していることをいう。すなわち、パワーユニット３の出力電流値と超電導コイル２Ｌを流れる電流値との間に少しの差があってもよい。接点４ａを開いた後の超電導コイル２Ｌを流れる電流値の急変を防止して、当該超電導コイル２Ｌのクエンチを防止できる程度に、パワーユニット３の出力電流値と超電導コイル２Ｌを流れる電流値とを一致させればよいのである。
【００４２】
また、本実施形態のように電流制御回路９と復帰回路３１とをそれぞれ別構成にするのではなく、１つの回路構成にしてもよい。
【００４３】
さらには、本実施形態では、電流制御手段、復帰手段、および保護手段を回路構成としているが、マイコン（マイクロコンピューター）などを用いてプログラム制御するコントローラーを採用して、当該コントローラーにより制御を行ってもよい。この場合、プログラム設定に自由度があるので、設定変更を行いやすい（後述の電流指令回路１０、電流制御回路（１９、２９）、分配器１４、およびメイン制御回路１２などについても同様）。
【００４４】
また、詳しくは後述するが、復帰回路３１を励磁電源１０１に組み込まず、第１シャント抵抗５を単なる電流表示用の検出器として用い、復帰回路３１による制御を、オペレータ（人）が手動で行ってもよい。
【００４５】
（電流指令手段）
電流指令回路１０は、通常時、図示しない操作スイッチにより例えば電流を増加させる励磁時はスイープレート設定器３３で定めた増加量に従い指令電流を徐々に増加させるなど、電流制御回路９に対して電流値を指令する（出力する）ように構成されている。電流制御回路９は、電流指令回路１０から出力された電流指令値と第２シャント抵抗８の検出値とに基づき、パワーユニット３の出力電流値を制御するように構成されている。ここで、通常時とは、接点４ａが開いている状態（短絡していない状態）のことをいう。
【００４６】
また、復帰回路３１は、保護状態からの復帰時、第１シャント抵抗５の検出値（電流検出値）を目標値として、電流指令回路１０と連携して電流制御回路９に対して電流値を出力するように構成されている。復帰回路３１は、電流制御回路９と連携して、第１シャント抵抗５の検出値を目標値として読み込み、当該目標値と第２シャント抵抗８の検出値とを一致させた後、接点４ａを開くように構成されている（第２シャント抵抗８の検出値を用いてパワーユニット３の出力電流値を制御する。第１シャント抵抗５の検出値は目標値として使用する。）。ここで、保護状態とは、接点４ａが閉じている状態（短絡している状態）のことをいう。復帰とは、閉じている状態から開いている状態に移行させる過程をいう。
【００４７】
なお、一般に、電流シャントを用いた電流フィードバック制御では、指令された電流に対してフィードバックをかけ制御するので、基本的に指令が出ればリアルタイムに出力電流がその指令電流に調整される。これまでの説明はわかりやすさのために第２シャント抵抗８の検出値と一致させると説明したが、実際的な方法としては、電流指令回路１０の出力値を、目標値である第１シャント抵抗５の値と一致させれば、電流制御回路９は第２シャント抵抗８とこの指令値をつきあわせてただちに調整するので、「第２シャント抵抗８の検出値」は「電流指令回路１０の出力指令値」と読みかえる方法をとる。なお、最初の説明のように、実際に第２シャント抵抗８の検出値を用いて一致を確認する方法でもよい。
【００４８】
なお、保護回路１６（保護手段）には、前記マイクロコンピューターを用いたコントローラー（不図示）などから発する瞬低異常や停電などの内部異常信号１００も入力されている。
【００４９】
（保護リレー）
保護リレー４は接点４ａを具備してなる。接点４ａは、パワーユニット３の出力の両端を短絡させる位置に組み込まれる。換言すれば、超電導コイル２Ｌの両端を短絡させる位置に組み込まれる。保護リレー４の接点４ａ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。保護リレー４の接点４ａをＡ接点で構成した場合、電気信号ＯＮで接点４ａが閉じ、電気信号ＯＦＦで接点４ａが開くように構成される。保護リレー４の接点４ａをＢ接点で構成した場合、電気信号ＯＦＦで接点４ａが閉じ、電気信号ＯＮで接点４ａが開くように構成される。すなわち、Ｂ接点とは、リレー（保護リレー４）に電源を供給しないときはばねの復元力により閉じた状態となり、リレー（保護リレー４）に電源を供給しているときは電磁力により開いた状態となる電気接点のことをいう。
【００５０】
なお、停電時（リレー（保護リレー４）に電源が供給されない状態）を考慮すると、保護リレー４の接点４ａはＢ接点（ノーマルクローズ）で構成されることが望ましい（後述の実施形態においても同様）。接点４ａがＢ接点で構成されていると、停電時に、停電により復帰回路３１（復帰手段）が作動しなくなっても接点４ａが閉じて出力両端が短絡状態となる。これにより、クエンチしていない超電導コイル２Ｌに流れる電流を、接点４ａを介して還流させることができる。その後、元電源が回復すれば、復帰回路３１（復帰手段）の作動により保護状態から通常状態へ復帰させることができる。一方、接点４ａがＡ接点で構成されていると、停電後の短い時間は、復帰回路３１が作動するが、停電が長くなると、復帰回路３１が作動しなくなって接点４ａが開いてしまう。その結果、クエンチしていない超電導コイル２Ｌに流れる電流を還流させることができなくなってしまう。
【００５１】
ここで、保護回路１６は過電圧検出回路である。例えば、超電導コイル２Ｌの励磁電圧の設定値が１０Ｖであれば、励磁電圧が１２Ｖを超えると過電圧（異常）として保護リレー４および電流指令回路１０に信号を出すように構成されている。なお、保護回路には様々なものがあり、過電圧検出回路に限られるものではない。
【００５２】
ここで、電流指令回路１０は、保護回路１６からの信号を受け取ると、パワーユニット３の出力電流がゼロになるように電流制御回路９に対して指令するように構成されている。また、保護リレー４は、保護回路１６からの信号を受け取ると、接点４ａを閉じるように構成されている。
【００５３】
本実施形態では、保護回路１６を励磁電源１０１に組み込み、超電導マグネット２の異常を検出する例を示しているが、電源１やパワーユニット３の異常を検出する回路（手段）を励磁電源１０１に組み込み、この回路にクエンチ検出情報も加えて当該回路から保護リレー４および電流指令回路１０に信号を出すように構成してもよい。電源１やパワーユニット３の異常を検出する回路は、例えば、電源１やパワーユニット３の過加熱、過電流、元電源の瞬低、および停電を検出するように構成された回路である。
【００５４】
（励磁電源による保護状態からの復帰制御）
次に、保護状態からの復帰制御について説明する。図２は、保護状態からの復帰時の動作を示すフロー図である。
【００５５】
超電導マグネット２の異常が保護回路１６により検出されると、保護回路１６により保護リレー４を介して接点４ａが閉じられるとともに、電流制御回路９によりパワーユニット３の出力電流がゼロにされる。このとき、超電導コイル２Ｌに流れていた電流は、図１中にＩAで示したように、超電導コイル２Ｌと保護リレー４の接点４ａとを含むループＡを流れる。一方、パワーユニット３のトランジスタ７から流れていた電流ＩBはゼロになる。電源１やパワーユニット３の異常を検出した場合も同様である。
【００５６】
ここで、超電導コイル２Ｌがクエンチを発生している場合には、当該超電導コイル２Ｌは常電導化して抵抗をもつのでＩAは早く減衰する。しかしながら、ノイズなどで保護回路１６が誤動作する場合がある。また、超電導コイル２Ｌに一瞬電圧がたっても、その後、超電導の状態に戻る場合もある。また僅かな元電源の瞬低で保護回路１６が動作することもある。このような場合、超電導コイル２Ｌは超電導の状態にあるため、ループＡの抵抗は極めて小さく、電流ＩAがゼロになるには１日程度要する場合がある。接点４ａを開いてしまえば、電流ＩAをゼロにすることができるが、そうすると超電導コイル２Ｌはクエンチする。無理にクエンチさせることは、超電導コイル２Ｌの損傷につながる。
【００５７】
ここで、励磁電源１０１内では図２にフローを示したように制御が行われる。復帰ボタン３２が押されると（Ｓ１、ステップ１の略である）、電流指令回路１０は、第１シャント抵抗５の検出値（電流値）を目標値として、電流制御回路９に対して電流値を出力する。電流制御回路９は、第１シャント抵抗５の検出値（電流値）を目標値として読み込む（Ｓ２）。そして、電流制御回路９は、読み込んだ第１シャント抵抗５の目標値を設定値とする（Ｓ３）。また、電流制御回路９は、電流指令回路１０を介して、予め定められたスイープレートの値またはスイープレート設定器３３からのスイープレートの値を読み込む（Ｓ４）。そして、電流指令回路１０は、電流制御回路９が、第２シャント抵抗８の検出値（パワーユニット３の出力電流値）が設定値に一致するよう所定のスイープレートで電流制御回路９へ電流指令値を上げていく（Ｓ５）。ＩAとＩBとが一致するまで、Ｓ２〜Ｓ５を繰り返す。そして、ＩA＝ＩBを確認したら（ＩA＝ＩBとなれば）、復帰回路３１は、保護リレー４に対してその接点４ａを開くように信号を出し、接点４ａは開く（Ｓ７）。なお、ＩA＝ＩBとは、ＩBが実際に第２シャント抵抗８の検出値である場合もあれば、電流制御回路９への電流指令回路１０からの電流指令値がＩBである場合もよい。また、このフローの中でＳ２において毎回、第１シャント抵抗５の値を取り込んでいるが、処理の時間は短くその間に減衰するコイル電流（ＩA）もわずかなため、Ｓ２ステップは１度だけおこない、その後はＳ３〜Ｓ６を繰り返す方法でもよい。
【００５８】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る励磁電源２０１を示す構成図である。第１実施形態との相違は、第１シャント抵抗（第１電流検出器）の位置である。本実施形態では、第１シャント抵抗５を、超電導コイル２Ｌに対して並列に位置させている。このように、第１シャント抵抗５は、保護リレー４の接点４ａが閉じたときに超電導コイル２Ｌに流れる電流ＩAを検出できる位置に設けられていればよい。換言すれば、第１シャント抵抗５は、接点４ａに対して直列な位置であって、かつ、接点４ａが閉じた状態におけるパワーユニット３の出力のループＢと超電導コイル２Ｌ側のループＡとの共通部分に設けられている。
【００５９】
本実施形態の場合、第１シャント抵抗５の検出値（電流検出値）がゼロになるように、電流制御回路９は、所定のスイープレートでパワーユニット３の出力電流値を上げていく。第１シャント抵抗５の検出値がゼロということは、互いに逆向きに流れるＩAとＩBとが一致したことを意味する。ＩA＝ＩBを確認したら（ＩA＝ＩBとなれば）、電流制御回路９は、保護リレー４に対してその接点４ａを開くように信号を出し、接点４ａは開く。
【００６０】
なお、変形例として、復帰ボタン３２が押されると、第１シャント抵抗５の検出値と第２シャント抵抗８の検出値とを加算した値を目標値として、所定のスイープレートで第２シャント抵抗８の検出値を当該目標値に一致させたのち接点４ａを開くように構成するのもよい。ここでは、第１シャント抵抗５の検出値と第２シャント抵抗８の検出値との加算を順次繰り返して実施し、目標値を順次更新するのが好ましい。ＩAは、ＩBとは逆向きに流れるＩBよりも大きな電流であるので、第１シャント抵抗５の検出値は、「ＩA−ＩB」である。第２シャント抵抗８の検出値は、「ＩB」である。よって、第１シャント抵抗５の検出値と第２シャント抵抗８の検出値とを加算した値は、「ＩA」となる。
【００６１】
さらなる変形例としては、前記した制御の組み合せてとして、復帰ボタン３２が押されると、所定のスイープレートで第１シャント抵抗５の検出値をゼロに一致させる制御を行うとともに、所定のスイープレートで第２シャント抵抗８の検出値を、第１シャント抵抗５の検出値と第２シャント抵抗８の検出値とを加算した値に一致させる制御を行う。そして、第１シャント抵抗５の検出値がゼロに一致する、第２シャント抵抗８の検出値が第１シャント抵抗５の検出値と第２シャント抵抗８の検出値とを加算した値に一致する、のいずれか早い段階で接点４ａを開くように制御を行う。このように励磁電源を構成すると、より迅速に通常状態（短絡していない状態）に復帰させることができる。
【００６２】
以上説明したように、本発明によると、第１シャント抵抗５および第２シャント抵抗８の検出値を用いてパワーユニット３の出力電流値と超電導コイル２Ｌを流れる電流値とを一致させたのち接点４ａを開くことにより、接点４ａを開いた後の電流の急変を防止できる。これにより、超電導コイル２Ｌのクエンチを防止できる。すなわち、本発明によると、異常状態を誤検知して励磁電源（パワーユニット３）の出力両端を短絡させてしまったとしても、パワーユニット３の出力電流値と超電導コイル２Ｌを流れる電流値とを一致させたのち接点４ａを開くことで、迅速に通常状態（短絡していない状態）に復帰させることができる。
【００６３】
また、本発明によると、迅速に通常状態に復帰させることができるので、例えば、保護回路１６の異常状態検知レベルを上げることで誤動作の発生頻度が高まり誤動作が発生したとしても通常状態への復帰に手間取ることがない。すなわち、クエンチなどの異常状態検知レベルを上げたとしても支障がなく（通常状態への復帰に手間取ることがない）、異常状態検知レベルを上げて比較的敏感に接点４ａを動作させる状態とすることができ、励磁電源（１０１、２０１）や超電導マグネット２の破損を従来よりも防止できる。励磁電源内部の異常、元電源の瞬低・停電などの異常に関しても同様である。
【００６４】
また、第１実施形態では、ループＡ内の超電導コイル２Ｌに流れる電流を検出する事用の第１シャント抵抗５を用い、この検出値を目標値としたが、この変形例として、通常時、第１シャント抵抗５の検出値を用いてパワーユニット３の出力電流値を制御し、保護状態からの復帰時においては、第２シャント抵抗８の検出値を用いてパワーユニット３の出力電流値を制御するようにしてもよい。このようにすると、励磁電源１０１内の制御では、通常時と復帰時とにおいて出力電流制御用の電流検出器を切り替えるように構成される。一方、保護状態からの復帰時の出力電流制御は、通常時の出力電流制御よりも比較的ラフな精度でよい。すなわち、この構成によると、第２シャント抵抗８をラフな精度（低い精度）の電流検出器とし、超電導コイル２Ｌに流れる電流については保護された状態（接点４ａが閉じた状態）であっても精度の高い第１シャント抵抗５でより精度の高い電流検出（表示）が可能というメリットがある。
【００６５】
なお、第１実施形態において、第２シャント抵抗８は通常時および復帰時のパワーユニット３の出力電流値制御に用い、第１シャント抵抗５は単なる表示用としてもよい。この場合、保護状態からの復帰時、オペレータが、第１シャント抵抗５の表示値を復帰用設定値としてセットしてパワーユニット３の出力電流値を上げていき、ＩAとＩBとが一致したときに接点４ａを開き復帰を完了させるのもよい。さらに上記において、ＩA、ＩBの一致は、オペレータが最終的に確認する。その後、オペレータは接点４ａを手動で開くボタンを押す。
【００６６】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係る励磁電源３０１を示す構成図である。本実施形態と、第１実施形態との大きな相違点は、本実施形態の励磁電源３０１が、２つの（複数の）パワーユニットを具備してなることである。なお、励磁電源に３つ以上のパワーユニットを具備させてもよい。
【００６７】
図４に示すように、励磁電源３０１は、電源１、第１パワーユニット１３、第２パワーユニット２３、第１シャント抵抗５（第１電流検出器）、メイン制御回路１２（メイン制御手段）、分配器１４（指令値分配手段）、スイープレート設定器３３、保護回路１６（保護手段）、復帰ボタン３２、および復帰回路１３１を備えている。
【００６８】
（第１電流検出器）
第１シャント抵抗５は、励磁電源３０１全体の出力電流値を検出する電流検出器である。また保護状態において超電導コイル２Ｌと保護リレー４の接点４ａとを含むループＡ内の出力電流値（２つのパワーユニット１３・２３の全体出力電流値）を検出できる位置に設けられている。
【００６９】
（パワーユニット）
電源１には、２つのパワーユニット１３・２３が接続されている。第１パワーユニット１３は、増幅器であるトランジスタ１７（通常、複数のトランジスタ）と、パワーユニット１３の出力電流値を検出する第２シャント抵抗１８（第２電流検出器）と、パワーユニット１３の出力電流値を制御する電流制御回路１９（電流制御手段）とを備えている。
【００７０】
第２パワーユニット２３も第１パワーユニット１３と同様の構成であり、第２パワーユニット２３は、増幅器であるトランジスタ２７（通常、複数のトランジスタ）と、パワーユニット２３の出力電流値を検出する第２シャント抵抗２８（第２電流検出器）と、パワーユニット２３の出力電流値を制御する電流制御回路２９（電流制御手段）とを備えている。
【００７１】
なお、メイン制御回路１２、分配器１４、スイッチ３０、復帰回路１３１、復帰ボタン３２、およびスイープレート設定器３３を、パワーユニット１３・２３の構成品（パワーユニット１３・２３に共通の構成品）とみてもよい。
【００７２】
（メイン制御手段）
メイン制御回路１２は、励磁電源３０１全体の出力電流値を設定および制御するためのものであり、当該メイン制御回路１２の設定機能部分にはデジタル-アナログ変換回路（ＤＡＣ）を備えている。励磁電源３０１が維持すべき出力電流値を設定することで、マイコン回路からＤＡＣを経由してアナログ化された出力電流値を指令値としてメイン制御回路１２内の制御部分に出力する。
【００７３】
メイン制御回路１２の制御部分は、第１シャント抵抗５の検出値（電流値）が励磁電源３０１全体の設定出力電流値と等しくなるように分配器１４へ電流指令値を出力するように構成されている。具体的には、第１シャント抵抗５の検出値と設定出力電流値との偏差を求め、求めた偏差に比例した電流指令値を分配器１４へ出力するように構成されている。
【００７４】
（指令値分配手段）
分配器１４は、メイン制御回路１２から出力された電流指令値を各パワーユニット（１３、２３）に分配するように構成されている。なお、第１パワーユニット１３および第２パワーユニット２３の電流容量が等しい場合、メイン制御回路１２から出力された電流指令値を均等に分配するように分配器１４は構成される。第１パワーユニット１３および第２パワーユニット２３の電流容量比が２：３の場合、メイン制御回路１２から出力された電流指令値を２：３に分配するように分配器１４は構成される。
【００７５】
（電流制御回路１９・２９について）
ここで、各パワーユニット１３・２３に設けられた電流制御回路１９・２９は、第２シャント抵抗１８・２８の検出値（電流値）が、分配器１４から分配して出力された電流指令値と等しくなるように各パワーユニット１３・２３の出力電流値を制御するように構成されている。
【００７６】
保護リレー４は、保護回路１６からの信号を受け取ると、接点４ａを閉じるように構成されている。なお、保護回路１６には、マイクロコンピューターを用いたコントローラー（不図示）などから発する瞬低異常や停電などの内部異常信号１００も入力されている。また、保護リレー４は、復帰回路１３１からの信号を受け取ると（ＩA＝ＩB1＋ＩB2の状態）、接点４ａを開くように構成されている。
【００７７】
（スイッチ）
スイッチ３０は、メイン制御回路１２からの信号および復帰回路１３１からの信号のうちのいずれかを切り替えて分配器１４へ入れるためのスイッチである。スイッチ３０は、復帰回路１３１により作動される。
【００７８】
（励磁電源の動作）
次に、励磁電源３０１の通常状態（保護状態でない）の動作について説明する。
【００７９】
本実施形態に係る励磁電源３０１には、保護回路作動（接点４ａが閉じた状態）あるいは復帰モード（接点４ａが閉じた状態から、ＩAとＩBとを一致させ、その後、接点４ａを開く、までの一連の状態）でない通常の状態では、電流の偏流現象を防止または軽減する機能がある。ここでの偏流現象とは、あるパワーユニットの内部で何らかの要因で部品の不良や導体の劣化等の不具合が発生した場合に、他の正常なパワーユニットに不具合が発生したパワーユニットの出力電流を補う作用が働き、他の正常なパワーユニットに出力電流が偏る現象のことをいう。
【００８０】
電流の偏流現象が発生する場面としては、例えば、第１パワーユニット１３内に備わった冷却装置（不図示）の性能が低下して第１パワーユニット１３内の温度が上がることによって、第１パワーユニット１３に他の正常な第２パワーユニット２３に比べて電流が多く流れる場合がある。そして、この場合、第２パワーユニット２３には、第１パワーユニット１３に流れる過多電流を補うように、第１パワーユニット１３よりも少ない電流が流れる（偏流現象）。また、例えば、第１パワーユニット１３内のトランジスタ１７などの素子が劣化することによって偏流現象が起こる場合がある。
【００８１】
本実施形態に係る励磁電源３０１によれば、メイン制御回路１２が第１シャント抵抗５の両端に発生した電圧を測定して求められた出力電流値が全体用電流設定指令部（不図示）において設定した出力電流値になるように第１パワーユニット１３および第２パワーユニット２３に電流指令値として出力するように制御し、分配器１４がメイン制御回路１２から出力された電流指令値を第１パワーユニット１３および第２パワーユニット２３に分配する。そして、第１パワーユニット１３（第２パワーユニット２３）の電流制御回路１９（電流制御回路２９）は、第２シャント抵抗１８（第２シャント抵抗２８）の両端に発生した電圧を測定することにより検出される出力電流値が分配器１４より分配された電流指令値になるように制御する。これにより、もし第１パワーユニット１３内のトランジスタ１７などの素子に部品不良などが起こり、第１パワーユニット１３が定まった電流を流せない状況が発生した場合、メイン制御回路１２からそれを補うような電流指令値が発せられるが、分配器１４により第１パワーユニット１３および第２パワーユニット２３に電流指令値が分配される。そして、第１パワーユニット１３および第２パワーユニット２３の電流制御回路１９および電流制御回路２９が分配器１４より分配された電流指令値になるように制御するため、正常な第２パワーユニット２３に極端に偏流することがなく、全体として電流が平準化され偏流現象を防止することができる。
【００８２】
また、電流制御回路１９および電流制御回路２９の増幅率は、メイン制御回路１２の増幅率より小さくなっている。これにより、第１パワーユニット１３および第２パワーユニット２３における電流制御回路１９および電流制御回路２９に若干の偏流現象を許容して、メイン制御回路１２ではシビアに電流制御することで、全体を流れる電流の安定化を図ることができる。すなわち、励磁電源３０１全体での極端な偏流現象を防ぐことができる。
【００８３】
また、第１シャント抵抗５には、第２シャント抵抗１８・２８よりも高精度な抵抗器を使用している。これにより、励磁電源３０１のコストを低減することができる。
【００８４】
なお、分配器１４は必ずしも本実施形態の構成でなくてもよく、全体制御系（励磁電源３０１全体（パワーユニット全体）の電流指令値）を各パワーユニット１３・２３の電流指令に分けて入力できればよい。
【００８５】
（保護状態の説明）
さて、超電導コイル２Ｌに通電中に保護回路１６がクエンチを検出すると、その信号が保護回路１６を経由してメイン制御回路１２に入り電流指令をゼロにする。これにより、パワー素子１７・２７から出力されるＩB1・ＩB2はゼロになる。保護回路１６は同時に接点４ａを閉じる。それまで超電導コイル２Ｌに流れていたＩAの電流は接点４ａに流れる。ここで、超電導コイル２Ｌが本当にクエンチしている場合は、ＩAは急激に減衰していく。一方、このクエンチ検知が誤検知の場合は、ＩAはほとんど減衰せず減衰には長時間を要する。
【００８６】
そこで、復帰ボタン３２を押すと復帰回路１３１はまずメイン制御回路１２の出力を復帰回路１３１の出力に切り替える。スイッチ３０を３０ａから３０ｂの接点に切り替える。復帰回路１３１には、メイン制御回路１２と同様に第１シャント抵抗５から電流の検出値が入力されている。復帰回路１３１は第１シャント抵抗５の検出値を目標値としてスイープレート設定器３３の値とから分配器１４に対して徐々に電流指令を上げる指令値を作り出力する。分配器１４は通常状態（保護状態でない状態）と同様に２つのパワーユニット（１３・２３）に対して電流指令を分配する。復帰回路１３１で決定したスイープレートを用いて目標値であるＩAに指令電流が達すると、分配された２つのパワーユニット（１３・２３）の電流ＩB1、ＩB2の合計値もＩAに一致する。
【００８７】
このように、励磁電源３０１は、第１・２実施形態の励磁電源と同様、復帰回路１３１が作動し、第１シャント抵抗５および第２シャント抵抗１８・２８の検出値（第２シャント抵抗１８・２８の検出値の合計値）を用いてパワーユニット全体の出力電流値と超電導コイル２Ｌを流れる電流値とを一致させたのち接点４ａを開くことにより、接点４ａを開いた後の電流の急変を防止する機能ももっている。
【００８８】
なお、復帰モードと通常モードとの違いは、通常モードでは、全体の電流を第１シャント抵抗５がとらえ、全体指令との誤差を修正するように分配器１４に出力するが、復帰モードでは、分配器１４に復帰回路１３１で作成された電流指令値のみを出力する。結果、ＩB1およびＩB2は、第２シャント抵抗１８・２８の精度で制御される。ここで、例えば、第２シャント抵抗１８・２８は、全体のシャント（第１シャント抵抗５）と比べてコスト削減の観点からラフな精度のもの（電流検出精度が低いもの）を用いる。また、二重の制御系のため、各ユニット（パワーユニット１３・２３）のフィードバックゲインは比較的低めにしている。よって、ＩB1、ＩB2は、通常モードと比べてややラフな値になることがある。ただ、（ＩB1＋ＩB2）≒ＩAであればよく、ほぼ一致さえすればその後は通常モードにもどるので多少の誤差は問題にならない。
【００８９】
さて、ＩB1＋ＩB2がほぼＩAに一致すると復帰回路１３１は、メイン制御回路１２に現在の電流値ＩAを転送する。そして、スイッチ３０を３０ａ側に切り替え、同時に接点４ａを開く。その後は、通常モードで設定電流値ＩAにホールドされた状態で電流制御される。なお、ＩAはクエンチ発生時、メイン制御回路１２が記憶している値を使用してもよい。検出電流値のＩAを用いると、通常モードに戻ると本来制御したい超電導コイル２Ｌの電流値と多少誤差が発生するので、その場合は通常の方法で微調整する。
【００９０】
なお、第３実施形態において、メイン制御回路１２と復帰回路１３１とを分けて回路構成するように説明したが、機能面では、第１シャント抵抗５の電流検出値をフィードバック信号として利用する（メイン制御回路）、第１シャント抵抗５の電流検出値を目標値として利用する（復帰回路）違い、分配器１４の出力値が多少異なる点はあるが、回路構成上は、第１シャント抵抗５の信号入力を受け、スイープレート設定器３３の信号を受け、所定のスイープレートの電流信号を作成することは共通であって、一般にこれらの処置がマイコンおよびＤＡ変換器でアナログ変換して出力されるので、（１）復帰ボタン３２の入力をみるみない、（２）第１シャント抵抗５の検出値の取扱の差、（３）分配器１４へ出力する信号の内容の違い、などは内蔵されたマイコンのプログラムの小差であり、メイン制御回路１２と復帰回路１３１とを一体化するのが好ましい。
【００９１】
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態に係る励磁電源４０１を示す構成図である。本実施形態の励磁電源４０１は、第３実施形態に係る励磁電源３０１の変形例である。図５に示すように、励磁電源４０１は、電源１、第１パワーユニット１３、第２パワーユニット２３、第１シャント抵抗５（第１電流検出器）、メイン制御回路１２（メイン制御手段）、分配器１４（指令値分配手段）、スイープレート設定器３３、保護回路１６（保護手段）、復帰ボタン３２、および復帰回路２３１を備えている。
【００９２】
例えば、保護回路１６により接点４ａが閉じたあとの復帰制御について以下に説明する。第１シャント抵抗５でＩAの電流値を検出した後、これを目標値として（ＩB1＋ＩB2）を制御するが、復帰動作にあたっては第２シャント抵抗１８および第２シャント抵抗２８の電流検出値の合計値を作り出す加算器３０４で（ＩB1＋ＩB2）を求める。メイン制御回路１２には、通常モードでの第１シャント抵抗５からの信号の代わりに加算器３０４からスイッチ３０２・３０３で切替信号を入力する。復帰回路２３１からの信号によりスイッチ３０２・３０３は作動する（切り替わる）。
【００９３】
ＩAと（ＩB1＋ＩB2）とが一致した時点で、接点４ａおよびスイッチ３０２・３０３を復帰回路２３１により切り替えて通常の状態に復帰する（接点４ａを開く。スイッチ３０２・３０３は３０２ａ・３０３ａ側にする。）。スイッチ３０２・３０３の３０２ａ・３０３ａ側が通常モード、３０２ｂ・３０３ｂ側が復帰モードである。さらに、第１シャント抵抗５の検出値を常に（常時）メイン制御回路１２に入力して、少しずつ減衰するＩAに対応してもよい。
【００９４】
復帰モード（復帰制御）では、第１シャント抵抗５に代えて偏流防止用の第２シャント抵抗１８・２８の電流検出値の合計値を用いるので、コスト設計の関係で第２シャント抵抗１８・２８は比較的ラフな精度のものを使用してもよい。この場合は、復帰時（復帰モード時）に限って電流の検出精度は低下する。しかしながら、復帰後は通常モードになり、第１シャント抵抗５（全体シャント）を用いた制御に移行するので、その後の電流制御精度は通常にもどる。本復帰モードの役割は、復帰時に大きな電流変化を超電導コイル２Ｌに与えてクエンチなどを発生させないことにあり、この程度の誤差（電流測定精度の誤差）は問題にならない（大きな電流変化は生じない）。
【００９５】
（第５実施形態）
図６は、本発明の第５実施形態に係る励磁電源５０１を示す構成図である。本実施形態の励磁電源５０１は、第１実施形態の励磁電源１０１で用いていた第１シャント抵抗５を省略し、代わりに記憶回路５０をパワーユニット４３に組み込んでいる。記憶回路５０は、復帰回路３１により接点４ａが閉じられた際、その時点またはその直前のパワーユニット４３の出力電流値を記憶する記憶手段である。なお、図６に示した例では、シャント抵抗８（電流検出器）の検出値を記憶回路５０が記憶する構成とされているが、電流制御回路９への電流指令値を記憶回路５０が記憶する構成とされてもよい。記憶手段にはいろいろあり、バッテリバックアップしたＲＡＭのほか、不揮発のメモリなどがある。なお、通常はデジタル化するためＡＤＣ(アナログーデジタル変換器)などを経由して記憶手段に記憶する。
【００９６】
なお、本実施形態の復帰回路３１は、保護回路１６により接点４ａが閉じられた際、シャント抵抗８の検出値および記憶回路５０の記憶値を用いてパワーユニット４３の出力電流値と超電導コイル２Ｌを流れる電流値とを一致させたのち接点４ａを開いて保護状態から復帰させる復帰手段である。以下、具体的に説明する。
【００９７】
例えば超電導マグネット２の異常が検出された時、保護回路１６は、記憶回路５０、電流指令回路１０、および保護リレー４に対してほぼ同時に信号を送る。これにより、記憶回路５０はこの時点でのパワーユニット４３の出力電流値を記憶する。電流指令回路１０は電流制御回路９への電流指令値をゼロにし、パワーユニット４３の出力はゼロにされる。また、保護リレー４の動作により接点４ａが閉じパワーユニット４３の出力は短絡される。なお、保護回路１６は、接点４ａが閉じる前であって、且つパワーユニット４３の出力がゼロに落ちる前の（通常時の）出力電流値を記憶回路５０が記憶できるタイミングで、記憶回路５０に対して信号を送る。
【００９８】
なお、当然ではあるが、異常処置を含めたコントロールをマイクロコンピューターまたはシーケンサーで行う場合は、これらに内蔵する瞬停検出回路の信号を保護回路１６に入力することはできないので（瞬停をシーケンサーが検知すると外部に状態出力し、シーケンサー自らは停止するため、それ以降使用できない。）、別途瞬停検出回路を設けてこの信号を保護回路１６に入力するか、例えば異常処置につかっていないマイクロコンピューターまたはシーケンサーがあればそれに内蔵する瞬停検出回路の信号を保護回路１６に入力する。その上で、異常処置を含めたコントロールをするマイクロコンピューターまたはシーケンサーあるいは他の機器は、瞬停検出回路が元電源の瞬停検出した後もしばらく（例えば３秒程度）機能できるよう、その電源部分に通常より大きい電解コンデンサーを持っているとか、バッテリ駆動に切り替えられる手段が必要である。
【００９９】
ここで、超電導マグネット２の異常が誤検出であった場合、ＬとＲで電流ＩAは減衰するが、Ｌが極めて大きくＲが極めて小さいため減衰は僅かであり、例えば５分経過しても減衰は１％程度である。一方、異常状態にオペレータが気がつけば、オペレータは復帰ボタン３２を押す。これにより記憶回路５０の例えば２００Ａの記憶値を復帰回路３１が読み取り、パワーユニット４３の出力ＩBを２００Ａに制御する。ＩBを２００Ａに制御する指令を出した時点で、ＩBとＩAとが一致したと復帰回路３１が判断し、復帰回路３１は接点４ａを開く。実際には、ＩAが１９８Ａに減衰していてもこの程度の差であれば超電導マグネット２をクエンチさせたり、励磁電源５０１本体が故障したりすることはなく、直ちにマグネットに流れる電流が２００Ａに調整される。
【０１００】
励磁電源５０１によると、電流検出器が１つで済む。元々、制御にマイクロコンピューターを使用していることを前提とすれば、計算や記憶はほぼマイクロコンピューターのプログラム（ソフトウェア）で対応できるので、ハード部品である電流検出器を省略できるメリットがある。
（第６実施形態）
図７は、本発明の第６実施形態に係る励磁電源６０１を示す構成図である。本実施形態の励磁電源６０１は、第５実施形態に係る励磁電源５０１の変形例である。本実施形態では、さらに、タイマー５１および補正回路５２をパワーユニット５３に組み込んでいる
【０１０１】
タイマー５１は、パワーユニット５３の出力電流値を記憶回路５０が記憶した時点からの経過時間を計測するタイマーである。また、補正回路５２は、タイマー５１の計測した経過時間および予め記憶している時間当たりの補正値より記憶回路５０の記憶値を補正する電流値の補正手段である。
【０１０２】
なお、本実施形態の復帰回路３１は、保護回路１６により接点４ａが閉じられた際、シャント抵抗８の検出値および補正回路５２により補正された記憶回路５０の記憶値を用いてパワーユニット５３の出力電流値と超電導コイル２Ｌを流れる電流値とを一致させたのち接点４ａを開くように構成されている。以下、具体的に説明する。
【０１０３】
例えば、超電導マグネット２の異常誤検出により保護リレー４が動作して接点４ａが閉じ、その５分後に異常状態にオペレータが気付き、オペレータが復帰ボタンを押したとする。このとき、補正回路５２は、記憶回路５０の例えば２００Ａの記憶値を読み取り、且つタイマー５１の例えば５分（計測した経過時間）の値を読み取る。そして、補正回路５２は、この２００Ａと５分の値とから多少減衰しているはずのＩAを推測する（計算する）。短時間であれば減衰カーブは直線的であり、１分あたり０．４Ａ減衰と補正値を補正回路５２に予め記憶させておけば５分で２Ａ減衰しているはずとの計算は補正回路５２にて容易にできる。接点４ａが閉じた時刻とオペレータが復帰ボタンを押した時刻との差が長時間であることを前提にすれば、更に複雑な計算を補正回路５２にさせることも可能である。例えば、ＬおよびＲを記憶しておき、これらＬおよびＲの値と計測された経過時間とで電流の減衰を求めるなど、更に複雑な計算を補正回路５２にさせることも可能である。元々、制御にマイクロコンピューターを使用していることを前提とすれば、補正回路５２は、記憶回路５０などの他の回路と統合されてマイクロコンピューターで構成されることが好ましい。
【０１０４】
その後、補正値１９８Ａ（２００−０．４×５）を復帰回路３１が読み取り、パワーユニット５３の出力ＩBを１９８Ａに制御する。ＩBを１９８Ａに制御する指令を出した時点で、ＩBとＩAとが一致したと復帰回路３１が判断し、復帰回路３１は接点４ａを開く。
【０１０５】
励磁電源６０１によると、タイマー５１および補正回路５２をさらに具備していることで、励磁電源５０１に比べて、より確実に保護状態から復帰させることができる。なお、励磁電源５０１においても励磁電源６０１においても、復帰可能な時間制約を設けるほうが好ましい。励磁電源５０１では例えば１０分以内は復旧可能、励磁電源６０１では、計算誤差しだいではあるが例えば３時間以内は復旧可能となど定めて、復帰可能な時間制約を設けるほうが好ましい。なお、第１シャント抵抗５を記憶回路５０に置き換えるなどの励磁電源５０１・６０１に示した方法は、励磁電源１０１だけでなく、励磁電源２０１・３０１・４０１にも採用できる。
【０１０６】
（瞬低検出後の処理）
上記した全ての実施形態において、瞬低検出後の処理は下記のようになる。例えばマイクロコンピューター（図示せず）が瞬低を検出すると電流の指令をゼロにするにするとともに接点４ａを閉じるように回路構成されている。接点４ａが閉じられると超電導マグネット２はこの接点経由で電流を巡回され、超電導コイル２Ｌには電流が流れ続ける。超電導マグネット２内の抵抗はゼロ、他に励磁電源と超電導マグネット２とを繋ぐリード線、接点の接触抵抗、シャント５など僅かな抵抗があるが、超電導マグネット２に貯まったエネルギーを消費する比率はわずかであり、少々の時間では流れる電流は減少しない。例えば５分の異常常態があっても１％程度しか減衰しない。
【０１０７】
瞬低で異常状態になっていることをオペレータが確認後、復旧ボタンを押せば、例えば電流２００Aで使用していたものが短絡状態でＩA＝１９８Ａに減衰していたとすれば、復帰処理でＩB＝１９８Ａに調整後接点４ａを開いてパワーユニットからの電流供給に切り替えた後、再び２００Ａに回復することができる。これにより、磁場を使っていた作業に実害なく、復旧を行える。また、瞬停検出回路復電確認の機能を付けこの復電確認の信号を、復帰ボタン３２を押す代わりに用いてもよい。一方、停電用にＵＰＳを搭載し、制御系のみをバックアップするとしてもパワー系までは大掛かりでバックアップできない場合が多く、この場合、制御が生きていてもパワーユニットは動かせないので、接点４ａの短絡が効果的である。
【０１０８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。
【符号の説明】
【０１０９】
１：電源
２：超電導マグネット
２Ｌ：超電導コイル
３：パワーユニット
４：保護リレー
４ａ：接点
５：第１シャント抵抗（第１電流検出器）
７：トランジスタ（増幅器）
８：第２シャント抵抗（第２電流検出器）
９：電流制御回路（電流制御手段）
１６：保護回路（保護手段）
１００：内部異常信号
１０１：励磁電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導マグネット用の励磁電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導マグネットには、クエンチという超電導状態がやぶれ抵抗ゼロが常電導化し電圧が発生する、また抵抗発生により電流が急変するため大きな超電導コイルにより構成されている超電導マグネットには大きな電圧が発生する現象がある。また逆に、励磁電源自体のトラブルにより急激に電流が変化すると上記クエンチが発生するなど相互に影響しあっている。励磁電源側では、高電圧や行き場を失った大きなエネルギーの逆流により、パワー素子が破損することがあり、超電導マグネット側では、電流の急変でクエンチが発生し、これにより当該超電導マグネットが破損することがある。
【０００３】
そのため、励磁電源および超電導マグネットのうちのいずれかの異常を検知した場合、相互の関係（接続）を断つことが無難である。しかしながら、大きな電流が流れているときに相互の関係（接続）を断つ（遮断する）のは危険である。ここで、特許文献１に記載された技術では、遮断器に対して並列にコンデンサを配置するなどの工夫をしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１７７６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、通電中の接点を遮断するような保護方法は、大電流の制御には不向きである。大電流の制御における保護方法では、一般に、励磁電源の出力両端を短絡させて当該励磁電源と超電導コイルとを実質的に切り離す方法が採用されている。
【０００６】
ここで、励磁電源の出力両端を短絡させる方法には欠点がある。例えば、実際には超電導コイルがクエンチしていないのに誤検知で短絡させてしまうと（誤動作させてしまうと）、小さな抵抗（Ｒ）と超電導コイル（Ｌ）との組み合わせとなり貯積エネルギーの放出に長時間を要し、出力両端の短絡を長時間解除できない状態となる。
【０００７】
また、励磁電源側からの異常（トラブル）としては、パワー素子が加熱したオーバーヒートと称する異常がある。使用しているシーケンサーやマイクロコンピューターが元電源の瞬低を検出した際に内部異常として電流出力を停止するが、この時に励磁電源の出力両端を短絡させると、長時間を要するＬＲ放電の間、出力の短絡を同様に解除できない状態となる。なお、仮に瞬低対策としてＵＰＳを使用していたとしても、そのバックアップ時間やバックアップできる範囲に制約があり、１０分のみ保持できるとか、制御系のみ保持できるがパワー系までバックアップできないなどがあり、やはり、いずれかのタイミングで励磁電源の出力両端を短絡させてマグネットを保護する必要があり、通常状態への復帰が難しいという問題がある。
【０００８】
また、例えば、励磁電源内部のヒューズが切れた場合の対応は、そのヒューズを交換すれば、ヒューズ切れの対応自体は完了する。しかしながら、前記したように、クエンチしていない超電導マグネットを保護状態から通常状態へ復帰させるには長い時間がかかってしまう。
【０００９】
一方、励磁電源や超電導マグネットの破損を防止する観点からは、クエンチなどの異常状態検知レベルを上げることが望ましい。また、シーケンサーやマイクロコンピューターを誤動作させない観点からも瞬低を感度よく検出できることが望ましい。しかしながら、異常状態検知レベルを上げると誤動作の発生頻度を高めてしまう（トレードオフの問題）。
【００１０】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、クエンチ・内部異常・元電源の瞬低など異常状態を誤検知して励磁電源の出力両端を短絡させてしまったとしても、その後、迅速に通常状態（短絡していない状態）に復帰させることができる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】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、超電導コイルを具備してなる超電導マグネットを励磁する励磁電源であって、電源と、前記電源に接続されたパワーユニットと、前記電源、前記パワーユニット、または前記超電導マグネットの異常を誤検出した場合に、前記パワーユニットの出力の両端を短絡させる接点を閉じて保護状態とする保護手段と、前記超電導コイルと前記接点とを含むループ内に設けられ、当該ループ内の電流値を検出する第１電流検出器と、を備え、前記パワーユニットは、増幅器と、当該パワーユニットの出力電流値を検出する第２電流検出器と、当該出力電流値を制御する電流制御手段と、を有し、前記保護手段により前記接点が閉じられた際、前記第１電流検出器および前記第２電流検出器の検出値を用いて前記出力電流値と前記超電導コイルを流れる電流値とを一致させたのち当該接点を開いて保護状態から復帰させる復帰手段を備えている超電導マグネット用の励磁電源を提供する。
【００１２】
この構成によると、上記第１電流検出器および上記第２電流検出器の検出値を用いてパワーユニットの出力電流値と超電導コイルを流れる電流値とを一致させたのち接点を開くことにより、接点を開いた後の電流の急変を防止できる。これにより、超電導コイルのクエンチを防止できる。すなわち、本発明によると、異常状態を誤検知して励磁電源の出力両端を短絡させてしまったとしても、パワーユニットの出力電流値と超電導コイルを流れる電流値とを一致させたのち接点を開くことで、迅速に通常状態（短絡していない状態）に復帰させることができる。
【００１３】
また、本発明によると、迅速に通常状態（短絡していない状態）に復帰させることができるので、クエンチなどの異常状態検知レベルを上げることで誤動作の発生頻度が高まり誤動作が発生したとしても通常状態への復帰に手間取ることがない。すなわち、クエンチなどの異常状態検知レベルを上げたとしても支障がなく（通常状態への復帰に手間取ることがない）、異常状態検知レベルを上げて比較的敏感に接点を動作させる状態とすることができ、励磁電源や超電導マグネットの破損を従来よりも防止できる。
【００１４】
なお、上記した「パワーユニットの出力電流値と超電導コイルを流れる電流値とを一致させたのち接点を開く」において、「一致」とは、完全な一致のみをいうものではなく、ほぼ一致していることをいう。すなわち、パワーユニットの出力電流値と超電導コイルを流れる電流値との間に少しの差があってもよい。接点を開いた後の超電導コイルを流れる電流値の急変を防止して、当該超電導コイルのクエンチを防止できる程度に、パワーユニットの出力電流値と超電導コイルを流れる電流値とを一致させればよいのである。
【００１５】
また本発明において、前記復帰手段は、復帰ボタンが押されると、前記第１電流検出器の検出値を目標値として読み込み、前記第２電流検出器の検出値を現在値として、所定のスイープレートで両検出値を一致させたのち前記接点を開くように構成されているのもよい。
【００１６】
この構成によると、所定のスイープレートで両検出値を一致させることにより、保護状態から通常状態への復帰時、パワーユニットに与えるダメージを抑制できる。
【００１７】
さらに本発明において、前記第１電流検出器は、前記ループ内において前記出力電流値を検出できる位置に設けられ、前記電流制御手段は、通常時、前記第１電流検出器の検出値を用いて前記出力電流値を制御し、保護状態からの復帰時、前記第２電流検出器の検出値を用いて前記出力電流値を制御することにより、当該通常時と当該復帰時とにおいて出力電流制御用の電流検出器を切り替えるように構成されているのもよい。
【００１８】
保護状態からの復帰時の出力電流制御は、通常時の出力電流制御よりも比較的ラフな精度でよい。すなわち、この構成によると、第２電流検出器をラフな精度の電流検出器とすることができ、励磁電源の部品コストを削減できる。
【００１９】
さらに本発明において、複数の前記パワーユニットを有し、前記第１電流検出器は、当該励磁電源全体の出力電流値を検出する電流検出器であり、前記第２電流検出器は、各パワーユニットに設けられ、当該パワーユニットの出力電流値を検出する電流検出器であり、前記第１電流検出器の検出値が当該励磁電源全体の設定出力電流値と等しくなるように電流指令値を出力するメイン制御手段と、前記メイン制御手段から出力された前記電流指令値を各パワーユニットに分配する指令値分配手段と、を備え、各パワーユニットに設けられた前記電流制御手段は、前記第２電流検出器の検出値が、前記指令値分配手段から分配された電流指令値と等しくなるように各パワーユニットの出力電流値を制御するように構成されているのもよい。
【００２０】
この構成によると、仮に複数のパワーユニットの中のあるパワーユニット内の増幅器に部品不良などがおこり、当該パワーユニットが定まった電流を流せない状況が発生した場合、メイン制御手段からそれを補うような電流指令値が発せられる。また、指令値分配手段により各パワーユニットに対して電流指令値が分配される。そして、各パワーユニットの電流制御手段が指令値分配手段により分配された電流指令値と等しくなるように各出力電流値を制御するため、正常なパワーユニットに極端に電流が偏流することなく、全体として偏流現象を防止できる。
【００２１】
また本発明において、前記第１電流検出器は、前記接点に対して直列な位置であって、かつ、前記接点が閉じた状態における前記パワーユニットの出力のループと前記超電導コイル側のループとの共通部分に設けられ、前記復帰手段は、復帰ボタンが押されると、前記第１電流検出器の検出値を現在値とし、かつ、当該第１電流検出器の目標値をゼロとして、パワーユニット部を所定のスイープレートで制御して、当該第１電流検出器の検出値をゼロに一致させたのち前記接点を開くように構成されているのもよい。
【００２２】
この構成によると、所定のスイープレートで第１電流検出器の検出値をゼロに一致させることにより、保護状態から通常状態への復帰時、パワーユニットに与えるダメージを抑制できる。
【００２３】
なお、上記した「第１電流検出器の検出値をゼロに一致させたのち接点を開く」において、「一致」とは、ゼロの値への完全な一致のみをいうものではなく、ほぼゼロの値になっていることをいう。すなわち、完全にゼロになっていなくてもよい。接点を開いた後の超電導コイルを流れる電流値の急変を防止して、当該超電導コイルのクエンチを防止できる程度に、第１電流検出器の検出値をゼロに一致させればよいのである。
【００２４】
また本発明において、前記第１電流検出器は、前記接点に対して直列な位置であって、かつ、前記接点が閉じた状態における前記パワーユニットの出力のループと前記超電導コイル側のループとの共通部分に設けられ、前記復帰手段は、復帰ボタンが押されると、前記第１電流検出器の検出値と前記第２電流検出器の検出値とを加算した値を目標値として、パワーユニット部を所定のスイープレートで制御して、前記第２電流検出器の検出値を当該目標値に一致させたのち前記接点を開くように構成されているのもよい。ここでは、前記第１電流検出器の検出値と前記第２電流検出器の検出値との加算を順次繰り返して実施し、目標値を順次更新するのが好ましい。
【００２５】
この構成によると、パワー部の制御が通常のスイープ制御と同じであるため制御を行いやすい。なお、ここでいう「一致」も、完全な一致のみをいうものではなく、ほぼ一致していることを含む。
【００２６】
また本発明は、その第２の態様によれば、超電導コイルを具備してなる超電導マグネットを励磁する励磁電源であって、電源と、前記電源に接続されたパワーユニットと、前記電源、前記パワーユニット、または前記超電導マグネットの異常を誤検出した場合に、前記パワーユニットの出力の両端を短絡させる接点を閉じて保護状態とする保護手段と、前記保護手段により前記接点が閉じられた際、その時点またはその直前の前記パワーユニットの出力電流値を記憶する記憶手段と、を備え、前記パワーユニットは、増幅器と、当該パワーユニットの出力電流値を検出する電流検出器と、前記出力電流値を制御する電流制御手段と、を有し、前記保護手段により前記接点が閉じられた際、前記電流検出器の検出値および前記記憶手段の記憶値を用いて前記出力電流値と前記超電導コイルを流れる電流値とを一致させたのち当該接点を開いて保護状態から復帰させる復帰手段を備えている超電導マグネット用の励磁電源を提供する。
【００２７】
この構成によると、電流検出器が１つで済む。元々、制御にマイクロコンピューターを使用していることを前提とすれば、計算や記憶はほぼマイクロコンピューターのプログラム（ソフトウェア）で対応できるので、ハード部品である電流検出器を省略できるメリットがある。
【００２８】
また本発明において、前記記憶手段が前記出力電流値を記憶した時点からの経過時間を計測するタイマーと、前記タイマーの計測した経過時間および予め記憶している時間当たりの補正値より前記記憶手段の記憶値を補正する補正手段と、を備え、前記復帰手段は、前記保護手段により前記接点が閉じられた際、前記電流検出器の検出値および前記補正手段により補正された前記記憶手段の記憶値を用いて前記出力電流値と前記超電導コイルを流れる電流値とを一致させたのち当該接点を開くように構成されているのもよい。
【００２９】
この構成によると、記憶手段だけでなく、タイマーおよび補正手段をさらに具備していることで、より確実に保護状態から復帰させることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、保護手段により前記接点が閉じられた際、パワーユニットの出力電流値と超電導コイルを流れる電流値とを一致させたのち接点を開いて保護状態から復帰させることにより、異常状態を誤検知して、励磁電源の出力両端を短絡させてしまったとしても、その後、迅速に通常状態（短絡していない状態）に復帰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る励磁電源を示す構成図である。
【図２】保護状態からの復帰時の動作を示すフロー図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る励磁電源を示す構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る励磁電源を示す構成図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る励磁電源を示す構成図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係る励磁電源を示す構成図である。
【図７】本発明の第６実施形態に係る励磁電源を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。
【００３３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る励磁電源１０１を示す構成図である。
【００３４】
（励磁電源１０１の構成）
励磁電源１０１は、超電導コイル２Ｌを具備してなる超電導マグネット２を励磁するための電源であり、超電導コイル２Ｌに接続される。超電導コイル２Ｌは、超電導線材が巻回されてなるものである。
【００３５】
図１に示すように、励磁電源１０１は、電源１、パワーユニット３、第１シャント抵抗５（第１電流検出器）、および保護回路１６（保護手段）を備えている。
【００３６】
（電源）
電源１は、交流電源に接続された変圧器（不図示）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２Ｌに供給するトランジスタ回路（不図示）などにより構成される。なお、電源１では、市販のスイッチングレギュレータなどを用いてもよい。
【００３７】
（第１電流検出器）
電流検出器（第１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（後述の第２シャント抵抗８についても同様）。第１シャント抵抗５は、超電導コイル２Ｌと保護リレー４の接点４ａとを含むループＡ内の電流値を検出できる位置（さらには、接点４ａが開いた状態においてパワーユニット３の出力電流値を検出できるループＡ内の位置）に設けられている。
【００３８】
（パワーユニット）
電源１には、パワーユニット３が接続されている。パワーユニット３は、増幅器であるトランジスタ７（通常、複数のトランジスタ）と、保護状態（接点４ａが閉じた状態）でもパワーユニット３の出力電流値を検出可能な第２シャント抵抗８（第２電流検出器）と、パワーユニット３の出力電流値を制御する電流制御回路９（電流制御手段）と、電流制御回路９に電流値を指令する電流指令回路１０（電流指令手段）と、電流指令回路１０にスイープレートを指示するスイープレート設定器３３と、電流指令回路１０と連携し保護状態から復帰させる復帰回路３１（復帰手段）と、復帰回路３１に復帰（復帰制御開始）を指示するための復帰ボタン３２とを備えている。なお、スイープレート設定器３３、復帰回路３１、および復帰ボタン３２を、パワーユニット３の構成品とみなす必要は必ずしもなく、すなわち、パワーユニット３とは別の構成品とみなしてもよい。
【００３９】
（増幅器）
トランジスタ７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（後述のトランジスタ１７についても同様）。
【００４０】
（保護状態からの復帰手段）
復帰回路３１は、電流制御回路９と連携して、保護回路１６により接点４ａが閉じられた際（復帰制御時において）、第１シャント抵抗５および第２シャント抵抗８の検出値を用いてパワーユニット３の出力電流値と超電導コイル２Ｌを流れる電流値とを一致させたのち接点４ａを開いて保護状態（パワーユニット３の出力の両端が短絡している状態）から復帰させる（短絡していない状態にする）ように回路構成されている（回路が組まれている）。すなわち、復帰回路３１は、保護回路１６により接点４ａが閉じられた後、復帰ボタン３２が押され、パワーユニット３の出力電流値と超電導コイル２Ｌを流れる電流値とが一致すると、保護リレー４に対してその接点４ａを開くように信号を出す。
【００４１】
なお、上記した「パワーユニット３の出力電流値と超電導コイル２Ｌを流れる電流値とを一致させたのち接点４ａを開く」において、「一致」とは、完全な一致のみをいうものではなく、ほぼ一致していることをいう。すなわち、パワーユニット３の出力電流値と超電導コイル２Ｌを流れる電流値との間に少しの差があってもよい。接点４ａを開いた後の超電導コイル２Ｌを流れる電流値の急変を防止して、当該超電導コイル２Ｌのクエンチを防止できる程度に、パワーユニット３の出力電流値と超電導コイル２Ｌを流れる電流値とを一致させればよいのである。
【００４２】
また、本実施形態のように電流制御回路９と復帰回路３１とをそれぞれ別構成にするのではなく、１つの回路構成にしてもよい。
【００４３】
さらには、本実施形態では、電流制御手段、復帰手段、および保護手段を回路構成としているが、マイコン（マイクロコンピューター）などを用いてプログラム制御するコントローラーを採用して、当該コントローラーにより制御を行ってもよい。この場合、プログラム設定に自由度があるので、設定変更を行いやすい（後述の電流指令回路１０、電流制御回路（１９、２９）、分配器１４、およびメイン制御回路１２などについても同様）。
【００４４】
また、詳しくは後述するが、復帰回路３１を励磁電源１０１に組み込まず、第１シャント抵抗５を単なる電流表示用の検出器として用い、復帰回路３１による制御を、オペレータ（人）が手動で行ってもよい。
【００４５】
（電流指令手段）
電流指令回路１０は、通常時、図示しない操作スイッチにより例えば電流を増加させる励磁時はスイープレート設定器３３で定めた増加量に従い指令電流を徐々に増加させるなど、電流制御回路９に対して電流値を指令する（出力する）ように構成されている。電流制御回路９は、電流指令回路１０から出力された電流指令値と第２シャント抵抗８の検出値とに基づき、パワーユニット３の出力電流値を制御するように構成されている。ここで、通常時とは、接点４ａが開いている状態（短絡していない状態）のことをいう。
【００４６】
また、復帰回路３１は、保護状態からの復帰時、第１シャント抵抗５の検出値（電流検出値）を目標値として、電流指令回路１０と連携して電流制御回路９に対して電流値を出力するように構成されている。復帰回路３１は、電流制御回路９と連携して、第１シャント抵抗５の検出値を目標値として読み込み、当該目標値と第２シャント抵抗８の検出値とを一致させた後、接点４ａを開くように構成されている（第２シャント抵抗８の検出値を用いてパワーユニット３の出力電流値を制御する。第１シャント抵抗５の検出値は目標値として使用する。）。ここで、保護状態とは、接点４ａが閉じている状態（短絡している状態）のことをいう。復帰とは、閉じている状態から開いている状態に移行させる過程をいう。
【００４７】
なお、一般に、電流シャントを用いた電流フィードバック制御では、指令された電流に対してフィードバックをかけ制御するので、基本的に指令が出ればリアルタイムに出力電流がその指令電流に調整される。これまでの説明はわかりやすさのために第２シャント抵抗８の検出値と一致させると説明したが、実際的な方法としては、電流指令回路１０の出力値を、目標値である第１シャント抵抗５の値と一致させれば、電流制御回路９は第２シャント抵抗８とこの指令値をつきあわせてただちに調整するので、「第２シャント抵抗８の検出値」は「電流指令回路１０の出力指令値」と読みかえる方法をとる。なお、最初の説明のように、実際に第２シャント抵抗８の検出値を用いて一致を確認する方法でもよい。
【００４８】
なお、保護回路１６（保護手段）には、前記マイクロコンピューターを用いたコントローラー（不図示）などから発する瞬低異常や停電などの内部異常信号１００も入力されている。
【００４９】
（保護リレー）
保護リレー４は接点４ａを具備してなる。接点４ａは、パワーユニット３の出力の両端を短絡させる位置に組み込まれる。換言すれば、超電導コイル２Ｌの両端を短絡させる位置に組み込まれる。保護リレー４の接点４ａ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。保護リレー４の接点４ａをＡ接点で構成した場合、電気信号ＯＮで接点４ａが閉じ、電気信号ＯＦＦで接点４ａが開くように構成される。保護リレー４の接点４ａをＢ接点で構成した場合、電気信号ＯＦＦで接点４ａが閉じ、電気信号ＯＮで接点４ａが開くように構成される。すなわち、Ｂ接点とは、リレー（保護リレー４）に電源を供給しないときはばねの復元力により閉じた状態となり、リレー（保護リレー４）に電源を供給しているときは電磁力により開いた状態となる電気接点のことをいう。
【００５０】
なお、停電時（リレー（保護リレー４）に電源が供給されない状態）を考慮すると、保護リレー４の接点４ａはＢ接点（ノーマルクローズ）で構成されることが望ましい（後述の実施形態においても同様）。接点４ａがＢ接点で構成されていると、停電時に、停電により復帰回路３１（復帰手段）が作動しなくなっても接点４ａが閉じて出力両端が短絡状態となる。これにより、クエンチしていない超電導コイル２Ｌに流れる電流を、接点４ａを介して還流させることができる。その後、元電源が回復すれば、復帰回路３１（復帰手段）の作動により保護状態から通常状態へ復帰させることができる。一方、接点４ａがＡ接点で構成されていると、停電後の短い時間は、復帰回路３１が作動するが、停電が長くなると、復帰回路３１が作動しなくなって接点４ａが開いてしまう。その結果、クエンチしていない超電導コイル２Ｌに流れる電流を還流させることができなくなってしまう。
【００５１】
ここで、保護回路１６は過電圧検出回路である。例えば、超電導コイル２Ｌの励磁電圧の設定値が１０Ｖであれば、励磁電圧が１２Ｖを超えると過電圧（異常）として保護リレー４および電流指令回路１０に信号を出すように構成されている。なお、保護回路には様々なものがあり、過電圧検出回路に限られるものではない。
【００５２】
ここで、電流指令回路１０は、保護回路１６からの信号を受け取ると、パワーユニット３の出力電流がゼロになるように電流制御回路９に対して指令するように構成されている。また、保護リレー４は、保護回路１６からの信号を受け取ると、接点４ａを閉じるように構成されている。
【００５３】
本実施形態では、保護回路１６を励磁電源１０１に組み込み、超電導マグネット２の異常を検出する例を示しているが、電源１やパワーユニット３の異常を検出する回路（手段）を励磁電源１０１に組み込み、この回路にクエンチ検出情報も加えて当該回路から保護リレー４および電流指令回路１０に信号を出すように構成してもよい。電源１やパワーユニット３の異常を検出する回路は、例えば、電源１やパワーユニット３の過加熱、過電流、元電源の瞬低、および停電を検出するように構成された回路である。
【００５４】
（励磁電源による保護状態からの復帰制御）
次に、保護状態からの復帰制御について説明する。図２は、保護状態からの復帰時の動作を示すフロー図である。
【００５５】
超電導マグネット２の異常が保護回路１６により検出されると、保護回路１６により保護リレー４を介して接点４ａが閉じられるとともに、電流制御回路９によりパワーユニット３の出力電流がゼロにされる。このとき、超電導コイル２Ｌに流れていた電流は、図１中にＩAで示したように、超電導コイル２Ｌと保護リレー４の接点４ａとを含むループＡを流れる。一方、パワーユニット３のトランジスタ７から流れていた電流ＩBはゼロになる。電源１やパワーユニット３の異常を検出した場合も同様である。
【００５６】
ここで、超電導コイル２Ｌがクエンチを発生している場合には、当該超電導コイル２Ｌは常電導化して抵抗をもつのでＩAは早く減衰する。しかしながら、ノイズなどで保護回路１６が誤動作する場合がある。また、超電導コイル２Ｌに一瞬電圧がたっても、その後、超電導の状態に戻る場合もある。また僅かな元電源の瞬低で保護回路１６が動作することもある。このような場合、超電導コイル２Ｌは超電導の状態にあるため、ループＡの抵抗は極めて小さく、電流ＩAがゼロになるには１日程度要する場合がある。接点４ａを開いてしまえば、電流ＩAをゼロにすることができるが、そうすると超電導コイル２Ｌはクエンチする。無理にクエンチさせることは、超電導コイル２Ｌの損傷につながる。
【００５７】
ここで、励磁電源１０１内では図２にフローを示したように制御が行われる。復帰ボタン３２が押されると（Ｓ１、ステップ１の略である）、電流指令回路１０は、第１シャント抵抗５の検出値（電流値）を目標値として、電流制御回路９に対して電流値を出力する。電流制御回路９は、第１シャント抵抗５の検出値（電流値）を目標値として読み込む（Ｓ２）。そして、電流制御回路９は、読み込んだ第１シャント抵抗５の目標値を設定値とする（Ｓ３）。また、電流制御回路９は、電流指令回路１０を介して、予め定められたスイープレートの値またはスイープレート設定器３３からのスイープレートの値を読み込む（Ｓ４）。そして、電流指令回路１０は、電流制御回路９が、第２シャント抵抗８の検出値（パワーユニット３の出力電流値）が設定値に一致するよう所定のスイープレートで電流制御回路９へ電流指令値を上げていく（Ｓ５）。ＩAとＩBとが一致するまで、Ｓ２〜Ｓ５を繰り返す。そして、ＩA＝ＩBを確認したら（ＩA＝ＩBとなれば）、復帰回路３１は、保護リレー４に対してその接点４ａを開くように信号を出し、接点４ａは開く（Ｓ７）。なお、ＩA＝ＩBとは、ＩBが実際に第２シャント抵抗８の検出値である場合もあれば、電流制御回路９への電流指令回路１０からの電流指令値がＩBである場合もよい。また、このフローの中でＳ２において毎回、第１シャント抵抗５の値を取り込んでいるが、処理の時間は短くその間に減衰するコイル電流（ＩA）もわずかなため、Ｓ２ステップは１度だけおこない、その後はＳ３〜Ｓ６を繰り返す方法でもよい。
【００５８】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る励磁電源２０１を示す構成図である。第１実施形態との相違は、第１シャント抵抗（第１電流検出器）の位置である。本実施形態では、第１シャント抵抗５を、超電導コイル２Ｌに対して並列に位置させている。このように、第１シャント抵抗５は、保護リレー４の接点４ａが閉じたときに超電導コイル２Ｌに流れる電流ＩAを検出できる位置に設けられていればよい。換言すれば、第１シャント抵抗５は、接点４ａに対して直列な位置であって、かつ、接点４ａが閉じた状態におけるパワーユニット３の出力のループＢと超電導コイル２Ｌ側のループＡとの共通部分に設けられている。
【００５９】
本実施形態の場合、第１シャント抵抗５の検出値（電流検出値）がゼロになるように、電流制御回路９は、所定のスイープレートでパワーユニット３の出力電流値を上げていく。第１シャント抵抗５の検出値がゼロということは、互いに逆向きに流れるＩAとＩBとが一致したことを意味する。ＩA＝ＩBを確認したら（ＩA＝ＩBとなれば）、電流制御回路９は、保護リレー４に対してその接点４ａを開くように信号を出し、接点４ａは開く。
【００６０】
なお、変形例として、復帰ボタン３２が押されると、第１シャント抵抗５の検出値と第２シャント抵抗８の検出値とを加算した値を目標値として、所定のスイープレートで第２シャント抵抗８の検出値を当該目標値に一致させたのち接点４ａを開くように構成するのもよい。ここでは、第１シャント抵抗５の検出値と第２シャント抵抗８の検出値との加算を順次繰り返して実施し、目標値を順次更新するのが好ましい。ＩAは、ＩBとは逆向きに流れるＩBよりも大きな電流であるので、第１シャント抵抗５の検出値は、「ＩA−ＩB」である。第２シャント抵抗８の検出値は、「ＩB」である。よって、第１シャント抵抗５の検出値と第２シャント抵抗８の検出値とを加算した値は、「ＩA」となる。
【００６１】
さらなる変形例としては、前記した制御の組み合せてとして、復帰ボタン３２が押されると、所定のスイープレートで第１シャント抵抗５の検出値をゼロに一致させる制御を行うとともに、所定のスイープレートで第２シャント抵抗８の検出値を、第１シャント抵抗５の検出値と第２シャント抵抗８の検出値とを加算した値に一致させる制御を行う。そして、第１シャント抵抗５の検出値がゼロに一致する、第２シャント抵抗８の検出値が第１シャント抵抗５の検出値と第２シャント抵抗８の検出値とを加算した値に一致する、のいずれか早い段階で接点４ａを開くように制御を行う。このように励磁電源を構成すると、より迅速に通常状態（短絡していない状態）に復帰させることができる。
【００６２】
以上説明したように、本発明によると、第１シャント抵抗５および第２シャント抵抗８の検出値を用いてパワーユニット３の出力電流値と超電導コイル２Ｌを流れる電流値とを一致させたのち接点４ａを開くことにより、接点４ａを開いた後の電流の急変を防止できる。これにより、超電導コイル２Ｌのクエンチを防止できる。すなわち、本発明によると、異常状態を誤検知して励磁電源（パワーユニット３）の出力両端を短絡させてしまったとしても、パワーユニット３の出力電流値と超電導コイル２Ｌを流れる電流値とを一致させたのち接点４ａを開くことで、迅速に通常状態（短絡していない状態）に復帰させることができる。
【００６３】
また、本発明によると、迅速に通常状態に復帰させることができるので、例えば、保護回路１６の異常状態検知レベルを上げることで誤動作の発生頻度が高まり誤動作が発生したとしても通常状態への復帰に手間取ることがない。すなわち、クエンチなどの異常状態検知レベルを上げたとしても支障がなく（通常状態への復帰に手間取ることがない）、異常状態検知レベルを上げて比較的敏感に接点４ａを動作させる状態とすることができ、励磁電源（１０１、２０１）や超電導マグネット２の破損を従来よりも防止できる。励磁電源内部の異常、元電源の瞬低・停電などの異常に関しても同様である。
【００６４】
また、第１実施形態では、ループＡ内の超電導コイル２Ｌに流れる電流を検出する事用の第１シャント抵抗５を用い、この検出値を目標値としたが、この変形例として、通常時、第１シャント抵抗５の検出値を用いてパワーユニット３の出力電流値を制御し、保護状態からの復帰時においては、第２シャント抵抗８の検出値を用いてパワーユニット３の出力電流値を制御するようにしてもよい。このようにすると、励磁電源１０１内の制御では、通常時と復帰時とにおいて出力電流制御用の電流検出器を切り替えるように構成される。一方、保護状態からの復帰時の出力電流制御は、通常時の出力電流制御よりも比較的ラフな精度でよい。すなわち、この構成によると、第２シャント抵抗８をラフな精度（低い精度）の電流検出器とし、超電導コイル２Ｌに流れる電流については保護された状態（接点４ａが閉じた状態）であっても精度の高い第１シャント抵抗５でより精度の高い電流検出（表示）が可能というメリットがある。
【００６５】
なお、第１実施形態において、第２シャント抵抗８は通常時および復帰時のパワーユニット３の出力電流値制御に用い、第１シャント抵抗５は単なる表示用としてもよい。この場合、保護状態からの復帰時、オペレータが、第１シャント抵抗５の表示値を復帰用設定値としてセットしてパワーユニット３の出力電流値を上げていき、ＩAとＩBとが一致したときに接点４ａを開き復帰を完了させるのもよい。さらに上記において、ＩA、ＩBの一致は、オペレータが最終的に確認する。その後、オペレータは接点４ａを手動で開くボタンを押す。
【００６６】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係る励磁電源３０１を示す構成図である。本実施形態と、第１実施形態との大きな相違点は、本実施形態の励磁電源３０１が、２つの（複数の）パワーユニットを具備してなることである。なお、励磁電源に３つ以上のパワーユニットを具備させてもよい。
【００６７】
図４に示すように、励磁電源３０１は、電源１、第１パワーユニット１３、第２パワーユニット２３、第１シャント抵抗５（第１電流検出器）、メイン制御回路１２（メイン制御手段）、分配器１４（指令値分配手段）、スイープレート設定器３３、保護回路１６（保護手段）、復帰ボタン３２、および復帰回路１３１を備えている。
【００６８】
（第１電流検出器）
第１シャント抵抗５は、励磁電源３０１全体の出力電流値を検出する電流検出器である。また保護状態において超電導コイル２Ｌと保護リレー４の接点４ａとを含むループＡ内の出力電流値（２つのパワーユニット１３・２３の全体出力電流値）を検出できる位置に設けられている。
【００６９】
（パワーユニット）
電源１には、２つのパワーユニット１３・２３が接続されている。第１パワーユニット１３は、増幅器であるトランジスタ１７（通常、複数のトランジスタ）と、パワーユニット１３の出力電流値を検出する第２シャント抵抗１８（第２電流検出器）と、パワーユニット１３の出力電流値を制御する電流制御回路１９（電流制御手段）とを備えている。
【００７０】
第２パワーユニット２３も第１パワーユニット１３と同様の構成であり、第２パワーユニット２３は、増幅器であるトランジスタ２７（通常、複数のトランジスタ）と、パワーユニット２３の出力電流値を検出する第２シャント抵抗２８（第２電流検出器）と、パワーユニット２３の出力電流値を制御する電流制御回路２９（電流制御手段）とを備えている。
【００７１】
なお、メイン制御回路１２、分配器１４、スイッチ３０、復帰回路１３１、復帰ボタン３２、およびスイープレート設定器３３を、パワーユニット１３・２３の構成品（パワーユニット１３・２３に共通の構成品）とみてもよい。
【００７２】
（メイン制御手段）
メイン制御回路１２は、励磁電源３０１全体の出力電流値を設定および制御するためのものであり、当該メイン制御回路１２の設定機能部分にはデジタル-アナログ変換回路（ＤＡＣ）を備えている。励磁電源３０１が維持すべき出力電流値を設定することで、マイコン回路からＤＡＣを経由してアナログ化された出力電流値を指令値としてメイン制御回路１２内の制御部分に出力する。
【００７３】
メイン制御回路１２の制御部分は、第１シャント抵抗５の検出値（電流値）が励磁電源３０１全体の設定出力電流値と等しくなるように分配器１４へ電流指令値を出力するように構成されている。具体的には、第１シャント抵抗５の検出値と設定出力電流値との偏差を求め、求めた偏差に比例した電流指令値を分配器１４へ出力するように構成されている。
【００７４】
（指令値分配手段）
分配器１４は、メイン制御回路１２から出力された電流指令値を各パワーユニット（１３、２３）に分配するように構成されている。なお、第１パワーユニット１３および第２パワーユニット２３の電流容量が等しい場合、メイン制御回路１２から出力された電流指令値を均等に分配するように分配器１４は構成される。第１パワーユニット１３および第２パワーユニット２３の電流容量比が２：３の場合、メイン制御回路１２から出力された電流指令値を２：３に分配するように分配器１４は構成される。
【００７５】
（電流制御回路１９・２９について）
ここで、各パワーユニット１３・２３に設けられた電流制御回路１９・２９は、第２シャント抵抗１８・２８の検出値（電流値）が、分配器１４から分配して出力された電流指令値と等しくなるように各パワーユニット１３・２３の出力電流値を制御するように構成されている。
【００７６】
保護リレー４は、保護回路１６からの信号を受け取ると、接点４ａを閉じるように構成されている。なお、保護回路１６には、マイクロコンピューターを用いたコントローラー（不図示）などから発する瞬低異常や停電などの内部異常信号１００も入力されている。また、保護リレー４は、復帰回路１３１からの信号を受け取ると（ＩA＝ＩB1＋ＩB2の状態）、接点４ａを開くように構成されている。
【００７７】
（スイッチ）
スイッチ３０は、メイン制御回路１２からの信号および復帰回路１３１からの信号のうちのいずれかを切り替えて分配器１４へ入れるためのスイッチである。スイッチ３０は、復帰回路１３１により作動される。
【００７８】
（励磁電源の動作）
次に、励磁電源３０１の通常状態（保護状態でない）の動作について説明する。
【００７９】
本実施形態に係る励磁電源３０１には、保護回路作動（接点４ａが閉じた状態）あるいは復帰モード（接点４ａが閉じた状態から、ＩAとＩBとを一致させ、その後、接点４ａを開く、までの一連の状態）でない通常の状態では、電流の偏流現象を防止または軽減する機能がある。ここでの偏流現象とは、あるパワーユニットの内部で何らかの要因で部品の不良や導体の劣化等の不具合が発生した場合に、他の正常なパワーユニットに不具合が発生したパワーユニットの出力電流を補う作用が働き、他の正常なパワーユニットに出力電流が偏る現象のことをいう。
【００８０】
電流の偏流現象が発生する場面としては、例えば、第１パワーユニット１３内に備わった冷却装置（不図示）の性能が低下して第１パワーユニット１３内の温度が上がることによって、第１パワーユニット１３に他の正常な第２パワーユニット２３に比べて電流が多く流れる場合がある。そして、この場合、第２パワーユニット２３には、第１パワーユニット１３に流れる過多電流を補うように、第１パワーユニット１３よりも少ない電流が流れる（偏流現象）。また、例えば、第１パワーユニット１３内のトランジスタ１７などの素子が劣化することによって偏流現象が起こる場合がある。
【００８１】
本実施形態に係る励磁電源３０１によれば、メイン制御回路１２が第１シャント抵抗５の両端に発生した電圧を測定して求められた出力電流値が全体用電流設定指令部（不図示）において設定した出力電流値になるように第１パワーユニット１３および第２パワーユニット２３に電流指令値として出力するように制御し、分配器１４がメイン制御回路１２から出力された電流指令値を第１パワーユニット１３および第２パワーユニット２３に分配する。そして、第１パワーユニット１３（第２パワーユニット２３）の電流制御回路１９（電流制御回路２９）は、第２シャント抵抗１８（第２シャント抵抗２８）の両端に発生した電圧を測定することにより検出される出力電流値が分配器１４より分配された電流指令値になるように制御する。これにより、もし第１パワーユニット１３内のトランジスタ１７などの素子に部品不良などが起こり、第１パワーユニット１３が定まった電流を流せない状況が発生した場合、メイン制御回路１２からそれを補うような電流指令値が発せられるが、分配器１４により第１パワーユニット１３および第２パワーユニット２３に電流指令値が分配される。そして、第１パワーユニット１３および第２パワーユニット２３の電流制御回路１９および電流制御回路２９が分配器１４より分配された電流指令値になるように制御するため、正常な第２パワーユニット２３に極端に偏流することがなく、全体として電流が平準化され偏流現象を防止することができる。
【００８２】
また、電流制御回路１９および電流制御回路２９の増幅率は、メイン制御回路１２の増幅率より小さくなっている。これにより、第１パワーユニット１３および第２パワーユニット２３における電流制御回路１９および電流制御回路２９に若干の偏流現象を許容して、メイン制御回路１２ではシビアに電流制御することで、全体を流れる電流の安定化を図ることができる。すなわち、励磁電源３０１全体での極端な偏流現象を防ぐことができる。
【００８３】
また、第１シャント抵抗５には、第２シャント抵抗１８・２８よりも高精度な抵抗器を使用している。これにより、励磁電源３０１のコストを低減することができる。
【００８４】
なお、分配器１４は必ずしも本実施形態の構成でなくてもよく、全体制御系（励磁電源３０１全体（パワーユニット全体）の電流指令値）を各パワーユニット１３・２３の電流指令に分けて入力できればよい。
【００８５】
（保護状態の説明）
さて、超電導コイル２Ｌに通電中に保護回路１６がクエンチを検出すると、その信号が保護回路１６を経由してメイン制御回路１２に入り電流指令をゼロにする。これにより、パワー素子１７・２７から出力されるＩB1・ＩB2はゼロになる。保護回路１６は同時に接点４ａを閉じる。それまで超電導コイル２Ｌに流れていたＩAの電流は接点４ａに流れる。ここで、超電導コイル２Ｌが本当にクエンチしている場合は、ＩAは急激に減衰していく。一方、このクエンチ検知が誤検知の場合は、ＩAはほとんど減衰せず減衰には長時間を要する。
【００８６】
そこで、復帰ボタン３２を押すと復帰回路１３１はまずメイン制御回路１２の出力を復帰回路１３１の出力に切り替える。スイッチ３０を３０ａから３０ｂの接点に切り替える。復帰回路１３１には、メイン制御回路１２と同様に第１シャント抵抗５から電流の検出値が入力されている。復帰回路１３１は第１シャント抵抗５の検出値を目標値としてスイープレート設定器３３の値とから分配器１４に対して徐々に電流指令を上げる指令値を作り出力する。分配器１４は通常状態（保護状態でない状態）と同様に２つのパワーユニット（１３・２３）に対して電流指令を分配する。復帰回路１３１で決定したスイープレートを用いて目標値であるＩAに指令電流が達すると、分配された２つのパワーユニット（１３・２３）の電流ＩB1、ＩB2の合計値もＩAに一致する。
【００８７】
このように、励磁電源３０１は、第１・２実施形態の励磁電源と同様、復帰回路１３１が作動し、第１シャント抵抗５および第２シャント抵抗１８・２８の検出値（第２シャント抵抗１８・２８の検出値の合計値）を用いてパワーユニット全体の出力電流値と超電導コイル２Ｌを流れる電流値とを一致させたのち接点４ａを開くことにより、接点４ａを開いた後の電流の急変を防止する機能ももっている。
【００８８】
なお、復帰モードと通常モードとの違いは、通常モードでは、全体の電流を第１シャント抵抗５がとらえ、全体指令との誤差を修正するように分配器１４に出力するが、復帰モードでは、分配器１４に復帰回路１３１で作成された電流指令値のみを出力する。結果、ＩB1およびＩB2は、第２シャント抵抗１８・２８の精度で制御される。ここで、例えば、第２シャント抵抗１８・２８は、全体のシャント（第１シャント抵抗５）と比べてコスト削減の観点からラフな精度のもの（電流検出精度が低いもの）を用いる。また、二重の制御系のため、各ユニット（パワーユニット１３・２３）のフィードバックゲインは比較的低めにしている。よって、ＩB1、ＩB2は、通常モードと比べてややラフな値になることがある。ただ、（ＩB1＋ＩB2）≒ＩAであればよく、ほぼ一致さえすればその後は通常モードにもどるので多少の誤差は問題にならない。
【００８９】
さて、ＩB1＋ＩB2がほぼＩAに一致すると復帰回路１３１は、メイン制御回路１２に現在の電流値ＩAを転送する。そして、スイッチ３０を３０ａ側に切り替え、同時に接点４ａを開く。その後は、通常モードで設定電流値ＩAにホールドされた状態で電流制御される。なお、ＩAはクエンチ発生時、メイン制御回路１２が記憶している値を使用してもよい。検出電流値のＩAを用いると、通常モードに戻ると本来制御したい超電導コイル２Ｌの電流値と多少誤差が発生するので、その場合は通常の方法で微調整する。
【００９０】
なお、第３実施形態において、メイン制御回路１２と復帰回路１３１とを分けて回路構成するように説明したが、機能面では、第１シャント抵抗５の電流検出値をフィードバック信号として利用する（メイン制御回路）、第１シャント抵抗５の電流検出値を目標値として利用する（復帰回路）違い、分配器１４の出力値が多少異なる点はあるが、回路構成上は、第１シャント抵抗５の信号入力を受け、スイープレート設定器３３の信号を受け、所定のスイープレートの電流信号を作成することは共通であって、一般にこれらの処置がマイコンおよびＤＡ変換器でアナログ変換して出力されるので、（１）復帰ボタン３２の入力をみるみない、（２）第１シャント抵抗５の検出値の取扱の差、（３）分配器１４へ出力する信号の内容の違い、などは内蔵されたマイコンのプログラムの小差であり、メイン制御回路１２と復帰回路１３１とを一体化するのが好ましい。
【００９１】
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態に係る励磁電源４０１を示す構成図である。本実施形態の励磁電源４０１は、第３実施形態に係る励磁電源３０１の変形例である。図５に示すように、励磁電源４０１は、電源１、第１パワーユニット１３、第２パワーユニット２３、第１シャント抵抗５（第１電流検出器）、メイン制御回路１２（メイン制御手段）、分配器１４（指令値分配手段）、スイープレート設定器３３、保護回路１６（保護手段）、復帰ボタン３２、および復帰回路２３１を備えている。
【００９２】
例えば、保護回路１６により接点４ａが閉じたあとの復帰制御について以下に説明する。第１シャント抵抗５でＩAの電流値を検出した後、これを目標値として（ＩB1＋ＩB2）を制御するが、復帰動作にあたっては第２シャント抵抗１８および第２シャント抵抗２８の電流検出値の合計値を作り出す加算器３０４で（ＩB1＋ＩB2）を求める。メイン制御回路１２には、通常モードでの第１シャント抵抗５からの信号の代わりに加算器３０４からスイッチ３０２・３０３で切替信号を入力する。復帰回路２３１からの信号によりスイッチ３０２・３０３は作動する（切り替わる）。
【００９３】
ＩAと（ＩB1＋ＩB2）とが一致した時点で、接点４ａおよびスイッチ３０２・３０３を復帰回路２３１により切り替えて通常の状態に復帰する（接点４ａを開く。スイッチ３０２・３０３は３０２ａ・３０３ａ側にする。）。スイッチ３０２・３０３の３０２ａ・３０３ａ側が通常モード、３０２ｂ・３０３ｂ側が復帰モードである。さらに、第１シャント抵抗５の検出値を常に（常時）メイン制御回路１２に入力して、少しずつ減衰するＩAに対応してもよい。
【００９４】
復帰モード（復帰制御）では、第１シャント抵抗５に代えて偏流防止用の第２シャント抵抗１８・２８の電流検出値の合計値を用いるので、コスト設計の関係で第２シャント抵抗１８・２８は比較的ラフな精度のものを使用してもよい。この場合は、復帰時（復帰モード時）に限って電流の検出精度は低下する。しかしながら、復帰後は通常モードになり、第１シャント抵抗５（全体シャント）を用いた制御に移行するので、その後の電流制御精度は通常にもどる。本復帰モードの役割は、復帰時に大きな電流変化を超電導コイル２Ｌに与えてクエンチなどを発生させないことにあり、この程度の誤差（電流測定精度の誤差）は問題にならない（大きな電流変化は生じない）。
【００９５】
（第５実施形態）
図６は、本発明の第５実施形態に係る励磁電源５０１を示す構成図である。本実施形態の励磁電源５０１は、第１実施形態の励磁電源１０１で用いていた第１シャント抵抗５を省略し、代わりに記憶回路５０をパワーユニット４３に組み込んでいる。記憶回路５０は、復帰回路３１により接点４ａが閉じられた際、その時点またはその直前のパワーユニット４３の出力電流値を記憶する記憶手段である。なお、図６に示した例では、シャント抵抗８（電流検出器）の検出値を記憶回路５０が記憶する構成とされているが、電流制御回路９への電流指令値を記憶回路５０が記憶する構成とされてもよい。記憶手段にはいろいろあり、バッテリバックアップしたＲＡＭのほか、不揮発のメモリなどがある。なお、通常はデジタル化するためＡＤＣ(アナログーデジタル変換器)などを経由して記憶手段に記憶する。
【００９６】
なお、本実施形態の復帰回路３１は、保護回路１６により接点４ａが閉じられた際、シャント抵抗８の検出値および記憶回路５０の記憶値を用いてパワーユニット４３の出力電流値と超電導コイル２Ｌを流れる電流値とを一致させたのち接点４ａを開いて保護状態から復帰させる復帰手段である。以下、具体的に説明する。
【００９７】
例えば超電導マグネット２の異常が検出された時、保護回路１６は、記憶回路５０、電流指令回路１０、および保護リレー４に対してほぼ同時に信号を送る。これにより、記憶回路５０はこの時点でのパワーユニット４３の出力電流値を記憶する。電流指令回路１０は電流制御回路９への電流指令値をゼロにし、パワーユニット４３の出力はゼロにされる。また、保護リレー４の動作により接点４ａが閉じパワーユニット４３の出力は短絡される。なお、保護回路１６は、接点４ａが閉じる前であって、且つパワーユニット４３の出力がゼロに落ちる前の（通常時の）出力電流値を記憶回路５０が記憶できるタイミングで、記憶回路５０に対して信号を送る。
【００９８】
なお、当然ではあるが、異常処置を含めたコントロールをマイクロコンピューターまたはシーケンサーで行う場合は、これらに内蔵する瞬停検出回路の信号を保護回路１６に入力することはできないので（瞬停をシーケンサーが検知すると外部に状態出力し、シーケンサー自らは停止するため、それ以降使用できない。）、別途瞬停検出回路を設けてこの信号を保護回路１６に入力するか、例えば異常処置につかっていないマイクロコンピューターまたはシーケンサーがあればそれに内蔵する瞬停検出回路の信号を保護回路１６に入力する。その上で、異常処置を含めたコントロールをするマイクロコンピューターまたはシーケンサーあるいは他の機器は、瞬停検出回路が元電源の瞬停検出した後もしばらく（例えば３秒程度）機能できるよう、その電源部分に通常より大きい電解コンデンサーを持っているとか、バッテリ駆動に切り替えられる手段が必要である。
【００９９】
ここで、超電導マグネット２の異常が誤検出であった場合、ＬとＲで電流ＩAは減衰するが、Ｌが極めて大きくＲが極めて小さいため減衰は僅かであり、例えば５分経過しても減衰は１％程度である。一方、異常状態にオペレータが気がつけば、オペレータは復帰ボタン３２を押す。これにより記憶回路５０の例えば２００Ａの記憶値を復帰回路３１が読み取り、パワーユニット４３の出力ＩBを２００Ａに制御する。ＩBを２００Ａに制御する指令を出した時点で、ＩBとＩAとが一致したと復帰回路３１が判断し、復帰回路３１は接点４ａを開く。実際には、ＩAが１９８Ａに減衰していてもこの程度の差であれば超電導マグネット２をクエンチさせたり、励磁電源５０１本体が故障したりすることはなく、直ちにマグネットに流れる電流が２００Ａに調整される。
【０１００】
励磁電源５０１によると、電流検出器が１つで済む。元々、制御にマイクロコンピューターを使用していることを前提とすれば、計算や記憶はほぼマイクロコンピューターのプログラム（ソフトウェア）で対応できるので、ハード部品である電流検出器を省略できるメリットがある。
（第６実施形態）
図７は、本発明の第６実施形態に係る励磁電源６０１を示す構成図である。本実施形態の励磁電源６０１は、第５実施形態に係る励磁電源５０１の変形例である。本実施形態では、さらに、タイマー５１および補正回路５２をパワーユニット５３に組み込んでいる
【０１０１】
タイマー５１は、パワーユニット５３の出力電流値を記憶回路５０が記憶した時点からの経過時間を計測するタイマーである。また、補正回路５２は、タイマー５１の計測した経過時間および予め記憶している時間当たりの補正値より記憶回路５０の記憶値を補正する電流値の補正手段である。
【０１０２】
なお、本実施形態の復帰回路３１は、保護回路１６により接点４ａが閉じられた際、シャント抵抗８の検出値および補正回路５２により補正された記憶回路５０の記憶値を用いてパワーユニット５３の出力電流値と超電導コイル２Ｌを流れる電流値とを一致させたのち接点４ａを開くように構成されている。以下、具体的に説明する。
【０１０３】
例えば、超電導マグネット２の異常誤検出により保護リレー４が動作して接点４ａが閉じ、その５分後に異常状態にオペレータが気付き、オペレータが復帰ボタンを押したとする。このとき、補正回路５２は、記憶回路５０の例えば２００Ａの記憶値を読み取り、且つタイマー５１の例えば５分（計測した経過時間）の値を読み取る。そして、補正回路５２は、この２００Ａと５分の値とから多少減衰しているはずのＩAを推測する（計算する）。短時間であれば減衰カーブは直線的であり、１分あたり０．４Ａ減衰と補正値を補正回路５２に予め記憶させておけば５分で２Ａ減衰しているはずとの計算は補正回路５２にて容易にできる。接点４ａが閉じた時刻とオペレータが復帰ボタンを押した時刻との差が長時間であることを前提にすれば、更に複雑な計算を補正回路５２にさせることも可能である。例えば、ＬおよびＲを記憶しておき、これらＬおよびＲの値と計測された経過時間とで電流の減衰を求めるなど、更に複雑な計算を補正回路５２にさせることも可能である。元々、制御にマイクロコンピューターを使用していることを前提とすれば、補正回路５２は、記憶回路５０などの他の回路と統合されてマイクロコンピューターで構成されることが好ましい。
【０１０４】
その後、補正値１９８Ａ（２００−０．４×５）を復帰回路３１が読み取り、パワーユニット５３の出力ＩBを１９８Ａに制御する。ＩBを１９８Ａに制御する指令を出した時点で、ＩBとＩAとが一致したと復帰回路３１が判断し、復帰回路３１は接点４ａを開く。
【０１０５】
励磁電源６０１によると、タイマー５１および補正回路５２をさらに具備していることで、励磁電源５０１に比べて、より確実に保護状態から復帰させることができる。なお、励磁電源５０１においても励磁電源６０１においても、復帰可能な時間制約を設けるほうが好ましい。励磁電源５０１では例えば１０分以内は復旧可能、励磁電源６０１では、計算誤差しだいではあるが例えば３時間以内は復旧可能となど定めて、復帰可能な時間制約を設けるほうが好ましい。なお、第１シャント抵抗５を記憶回路５０に置き換えるなどの励磁電源５０１・６０１に示した方法は、励磁電源１０１だけでなく、励磁電源２０１・３０１・４０１にも採用できる。
【０１０６】
（瞬低検出後の処理）
上記した全ての実施形態において、瞬低検出後の処理は下記のようになる。例えばマイクロコンピューター（図示せず）が瞬低を検出すると電流の指令をゼロにするにするとともに接点４ａを閉じるように回路構成されている。接点４ａが閉じられると超電導マグネット２はこの接点経由で電流を巡回され、超電導コイル２Ｌには電流が流れ続ける。超電導マグネット２内の抵抗はゼロ、他に励磁電源と超電導マグネット２とを繋ぐリード線、接点の接触抵抗、シャント５など僅かな抵抗があるが、超電導マグネット２に貯まったエネルギーを消費する比率はわずかであり、少々の時間では流れる電流は減少しない。例えば５分の異常常態があっても１％程度しか減衰しない。
【０１０７】
瞬低で異常状態になっていることをオペレータが確認後、復旧ボタンを押せば、例えば電流２００Aで使用していたものが短絡状態でＩA＝１９８Ａに減衰していたとすれば、復帰処理でＩB＝１９８Ａに調整後接点４ａを開いてパワーユニットからの電流供給に切り替えた後、再び２００Ａに回復することができる。これにより、磁場を使っていた作業に実害なく、復旧を行える。また、瞬停検出回路復電確認の機能を付けこの復電確認の信号を、復帰ボタン３２を押す代わりに用いてもよい。一方、停電用にＵＰＳを搭載し、制御系のみをバックアップするとしてもパワー系までは大掛かりでバックアップできない場合が多く、この場合、制御が生きていてもパワーユニットは動かせないので、接点４ａの短絡が効果的である。
【０１０８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。
【符号の説明】
【０１０９】
１：電源
２：超電導マグネット
２Ｌ：超電導コイル
３：パワーユニット
４：保護リレー
４ａ：接点
５：第１シャント抵抗（第１電流検出器）
７：トランジスタ（増幅器）
８：第２シャント抵抗（第２電流検出器）
９：電流制御回路（電流制御手段）
１６：保護回路（保護手段）
１００：内部異常信号
１０１：励磁電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルを具備してなる超電導マグネットを励磁する励磁電源であって、
電源と、
前記電源に接続されたパワーユニットと、
前記電源、前記パワーユニット、または前記超電導マグネットの異常を誤検出した場合に、前記パワーユニットの出力の両端を短絡させる接点を閉じて保護状態とする保護手段と、
前記超電導コイルと前記接点とを含むループ内に設けられ、当該ループ内の電流値を検出する第１電流検出器と、
を備え、
前記パワーユニットは、
増幅器と、
当該パワーユニットの出力電流値を検出する第２電流検出器と、
前記出力電流値を制御する電流制御手段と、
を有し、
前記保護手段により前記接点が閉じられた際、少なくとも前記第１電流検出器の検出値を用いて、所定のスイープレートで前記出力電流値を上げていき、当該出力電流値と前記超電導コイルを流れる電流値とを一致させたのち当該接点を開いて保護状態から復帰させる復帰手段を備え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】
請求項１に記載の超電導マグネット用の励磁電源において、
前記復帰手段は、復帰ボタンが押されると、前記第１電流検出器の検出値を目標値として読み込み、前記第２電流検出器の検出値を現在値として、所定のスイープレートで両検出値を一致させたのち前記接点を開くように構成され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３】
超電導コイルを具備してなる超電導マグネットを励磁する励磁電源であって、
電源と、
前記電源に接続されたパワーユニットと、
前記電源、前記パワーユニット、または前記超電導マグネットの異常を誤検出した場合に、前記パワーユニットの出力の両端を短絡させる接点を閉じて保護状態とする保護手段と、
前記保護手段により前記接点が閉じられた際、その時点またはその直前の前記パワーユニットの出力電流値を記憶する記憶手段と、
を備え、
前記パワーユニットは、
増幅器と、
当該パワーユニットの出力電流値を検出する電流検出器と、
前記出力電流値を制御する電流制御手段と、
を有し、
前記保護手段により前記接点が閉じられた際、前記電流検出器の検出値および前記記憶手段の記憶値を用いて、所定のスイープレートで前記出力電流値を上げていき、当該出力電流値と前記超電導コイルを流れる電流値とを一致させたのち当該接点を開いて保護状態から復帰させる復帰手段を備え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１】
超電導コイルを具備してなる超電導マグネットを励磁する励磁電源であって、
電源と、
前記電源に接続されたパワーユニットと、
前記電源、前記パワーユニット、または前記超電導マグネットの異常を誤検出した場合に、前記パワーユニットの出力の両端を短絡させる接点を閉じて保護状態とする保護手段と、
前記超電導コイルと前記接点とを含むループ内に設けられ、当該ループ内の電流値を検出する第１電流検出器と、
を備え、
前記パワーユニットは、
増幅器と、
当該パワーユニットの出力電流値を検出する第２電流検出器と、
前記出力電流値を制御する電流制御手段と、
を有し、
前記保護手段により前記接点が閉じられた際、少なくとも前記第１電流検出器の検出値を用いて、所定のスイープレートで前記出力電流値を上げていき、当該出力電流値と前記超電導コイルを流れる電流値とを一致させたのち当該接点を開いて保護状態から復帰させる復帰手段を備え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】
請求項１に記載の超電導マグネット用の励磁電源において、
前記復帰手段は、復帰ボタンが押されると、前記第１電流検出器の検出値を目標値として読み込み、前記第２電流検出器の検出値を現在値として、所定のスイープレートで両検出値を一致させたのち前記接点を開くように構成され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３】
超電導コイルを具備してなる超電導マグネットを励磁する励磁電源であって、
電源と、
前記電源に接続されたパワーユニットと、
前記電源、前記パワーユニット、または前記超電導マグネットの異常を誤検出した場合に、前記パワーユニットの出力の両端を短絡させる接点を閉じて保護状態とする保護手段と、
前記保護手段により前記接点が閉じられた際、その時点またはその直前の前記パワーユニットの出力電流値を記憶する記憶手段と、
を備え、
前記パワーユニットは、
増幅器と、
当該パワーユニットの出力電流値を検出する電流検出器と、
前記出力電流値を制御する電流制御手段と、
を有し、
前記保護手段により前記接点が閉じられた際、前記電流検出器の検出値および前記記憶手段の記憶値を用いて、所定のスイープレートで前記出力電流値を上げていき、当該出力電流値と前記超電導コイルを流れる電流値とを一致させたのち当該接点を開いて保護状態から復帰させる復帰手段を備え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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２５７４５５（Ｐ２０１２−２５７４５５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２０４７０３（Ｐ２０１２−２０４７０３）
【出願日】平成２４年９月１８日（２０１２．９．１８）
【分割の表示】特願２０１０−２１４８００（Ｐ２０１０−２１４８００）の分割
【原出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【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)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月１８日（２０１２．９．１８）
【分割の表示】特願２０１０−２１４８００（Ｐ２０１０−２１４８００）の分割
【原出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【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)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]