JP2012182249A - 超電導マグネットのコイル電圧検出回路 - Google Patents

Abstract

【課題】計測器を破損させることなく個々のコイルの電圧を検出することができるようにする。
【解決手段】直列に接続された２つの抵抗器３１，３２からなる１番目の抵抗器列４１を、１番目の点Ａと２番目の点Ｂとの間において１番目のコイル４に対して並列に接続するとともに、直列に接続された２つの抵抗器３３，３４からなる２番目の抵抗器列４２を、１番目の点Ａと３番目の点Ｄとの間において１番目のコイル４および２番目のコイル３に対して並列に接続する。計測器２６は、１番目の抵抗器列４１の２つの抵抗器３１，３２の間の中間点Ｃの電圧と、２番目の抵抗器列４２の２つの抵抗器３３，３４の間の中間点Ｅの電圧とを用いて、２番目のコイル３の電圧を検出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、超電導マグネットのコイルの電圧を検出する超電導マグネットのコイル電圧検出回路に関する。

高分解能ＮＭＲやＭＲＩに使用される超電導マグネットにおいては、超電導コイルにクエンチ（超電導状態から常電導状態への転移）が発生した場合に、超電導コイルを破損から保護する必要がある。

特許文献１には、酸化物超電導線超電導コイルと金属超電導線超電導コイルとを組み合わせた高磁場超電導磁石装置において、金属超電導線超電導コイルにクエンチが発生したのと同時に、酸化物超電導線コイルの外側に設けたヒータを発熱させることにより、酸化物超電導線コイル全体を強制的にクエンチさせて、酸化物超電導線コイルへの負荷を防止することにより、酸化物超電導線コイルを保護する超電導磁石装置のクエンチ保護方法が開示されている。

特開平１１−１０２８０８号公報

ところで、特許文献１にも開示されているように、クエンチ発生時に特定のコイルに電力の流入が集中するのを防止するために、複数のコイル毎に抵抗やダイオード等の保護手段を並列に繋いで、保護回路を構成することが行われている。

今、図２に示すように、励磁電源２５に８つのコイル１〜８が直列に接続されており、４つのコイル１〜４にそれぞれ並列に繋がれた保護ダイオード２１，２２により４つのコイル１〜４を保護する保護回路が形成されているとともに、４つのコイル５〜８にそれぞれ並列に繋がれた保護ダイオード２３，２４により４つのコイル５〜８を保護する保護回路が形成されている場合を考える。このような構成においてクエンチ電圧を検出する場合には、Ｖ１とＶ２から４つのコイル１〜４の電圧を検出し、Ｖ２とＶ３から４つのコイル５〜６の電圧を検出するのが一般的である。ここで、Ｖ１は保護ダイオード２１とコイル１との接点の電圧であり、Ｖ２は保護ダイオード２２とコイル４との接点の電圧であり、Ｖ３は保護ダイオード２３とコイル８との接点の電圧である。

しかしながら、Ｖ１とＶ２とからクエンチ電圧を検出した場合には、４つのコイル１〜４のうち、どのコイルに起因したクエンチなのか区別することができない。超電導マグネットの開発時においては、どのコイルに起因したクエンチなのかが判明すると、その対策を打ちやすい。よって、どのコイルに起因したクエンチなのかを判明させることは非常に意味がある。

そこで、コイル３の電圧を計測するために、Ｂ点とＤ点の電圧を検出することを考える。仮にコイル４がクエンチしているとすると、Ｂ点では約１０００Ｖの電圧が発生している。どこを基準にするかにもよるが、Ｖ１またはＶ３の接点がアースに接続されている場合が多く、そうすると、おおむね１０００Ｖが計測器に入力されることになり、計測器が破損する場合がある。さらに、１０００Ｖの電圧が途中の配線を破損させるリスクもある。

本発明の目的は、計測器を破損させることなく個々のコイルの電圧を検出することが可能な超電導マグネットのコイル電圧検出回路を提供することである。

本発明における超電導マグネットのコイル電圧検出回路は、電源に複数のコイルを直列に接続するとともに、前記複数のコイルに対して保護手段を並列に接続した電気回路を備えた超電導マグネットのコイル電圧検出回路であって、前記複数のコイルのうち、前記保護手段に最も近いコイルを１番目のコイルとして以降のコイルを順番にｎ番目のコイル（ｎ＝２，３，４，・・・）とし、前記１番目のコイルと前記保護手段とを接続する配線上の任意の点を１番目の点とし、前記ｎ番目のコイルと（ｎ−１）番目のコイルとを接続する配線上の任意の点をｎ番目の点としたときに、前記１番目の点と前記ｎ番目の点との間において少なくとも前記１番目のコイルに対して並列に接続された、直列に接続された２つの抵抗器からなる（ｎ−１）番目の抵抗器列と、前記１番目の点と（ｎ＋１）番目の点との間において前記１番目のコイルから前記ｎ番目のコイルに対して並列に接続された、直列に接続された２つの抵抗器からなるｎ番目の抵抗器列と、前記（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点と前記１番目の点との間の電圧と、前記ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点と前記１番目の点との間の電圧とを用いて、前記ｎ番目のコイルの電圧を検出する計測器と、を有することを特徴とする。

上記の構成によれば、（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の抵抗値をそれぞれａ，ｂとすると、（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧は、１番目の点に対して、ｎ番目の点の電圧のａ／（ａ＋ｂ）に圧縮される。同様に、ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の抵抗値をそれぞれｃ，ｄとすると、ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧は、１番目の点に対して、（ｎ＋１）番目の点の電圧のｃ／（ｃ＋ｄ）に圧縮される。よって、（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点と１番目の点との間の電圧、および、ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点と１番目の点との間の電圧を、計測器を破損させることなく計測することができる。そして、２つの電圧を用いることで、ｎ番目のコイルの電圧を検出することができる。これにより、計測器を破損させることなく個々のコイルの電圧を検出することができる。

また、本発明における超電導マグネットのコイル電圧検出回路においては、前記ｎ番目の点の電圧を入力電圧とし、前記（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧を出力電圧とする分圧回路の分圧比率と、前記（ｎ＋１）番目の点の電圧を入力電圧とし、前記ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧を出力電圧とする分圧回路の分圧比率とが同じであり、前記計測器は、前記（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点と前記１番目の点との間の電圧と、前記ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点と前記１番目の点との間の電圧との差から、前記ｎ番目のコイルの電圧を検出してよい。

上記の構成によれば、２つの分圧回路の分圧比率を同じにすると、（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧が、１番目の点に対して、ｎ番目の点の電圧のｅ／（ｅ＋ｆ）に圧縮される場合には、ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧は、１番目の点に対して、（ｎ＋１）番目の点の電圧のｅ／（ｅ＋ｆ）に圧縮される。これにより、（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点と１番目の点との間の電圧と、ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点と１番目の点との間の電圧との差から、ｎ番目のコイルの電圧を検出することができる。

また、本発明における超電導マグネットのコイル電圧検出回路は、電源に複数のコイルを直列に接続するとともに、前記複数のコイルに対して保護手段を並列に接続した電気回路を備えた超電導マグネットのコイル電圧検出回路であって、前記複数のコイルのうち、前記保護手段に最も近いコイルを１番目のコイルとして以降のコイルを順番にｎ番目のコイル（ｎ＝２，３，４，・・・）とし、前記１番目のコイルと前記保護手段とを接続する配線上の任意の点を１番目の点とし、前記ｎ番目のコイルと（ｎ−１）番目のコイルとを接続する配線上の任意の点をｎ番目の点としたときに、前記１番目の点と前記ｎ番目の点との間において少なくとも前記１番目のコイルに対して並列に接続された、直列に接続された２つの抵抗器からなる（ｎ−１）番目の抵抗器列と、前記１番目の点と（ｎ＋１）番目の点との間において前記１番目のコイルから前記ｎ番目のコイルに対して並列に接続された、直列に接続された２つの抵抗器からなるｎ番目の抵抗器列と、前記（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧と、前記ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧とを用いて、前記ｎ番目のコイルの電圧を検出する計測器と、を有することを特徴とする。

上記の構成によれば、（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の抵抗値をそれぞれａ，ｂとすると、（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧は、１番目の点に対して、ｎ番目の点の電圧のａ／（ａ＋ｂ）に圧縮される。同様に、ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の抵抗値をそれぞれｃ，ｄとすると、ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧は、１番目の点に対して、（ｎ＋１）番目の点の電圧のｃ／（ｃ＋ｄ）に圧縮される。よって、（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧と、ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧とを、計測器を破損させることなく計測することができる。そして、２つの電圧を用いることで、ｎ番目のコイルの電圧を検出することができる。これにより、計測器を破損させることなく個々のコイルの電圧を検出することができる。

また、本発明における超電導マグネットのコイル電圧検出回路においては、前記ｎ番目の点の電圧を入力電圧とし、前記（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧を出力電圧とする分圧回路の分圧比率と、前記（ｎ＋１）番目の点の電圧を入力電圧とし、前記ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧を出力電圧とする分圧回路の分圧比率とが同じであり、前記計測器は、前記（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点と、前記ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点との間の電圧を前記ｎ番目のコイルの電圧として検出してよい。

上記の構成によれば、２つの分圧回路の分圧比率を同じにすると、（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧が、１番目の点に対して、ｎ番目の点の電圧のｅ／（ｅ＋ｆ）に圧縮される場合には、ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧は、１番目の点に対して、（ｎ＋１）番目の点の電圧のｅ／（ｅ＋ｆ）に圧縮される。これにより、（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点と、ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点との間の電圧をｎ番目のコイルの電圧として検出することができる。

本発明の超電導マグネットのコイル電圧検出回路によると、（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点と１番目の点との間の電圧、および、ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点と１番目の点との間の電圧、又は、（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧、および、ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧を、計測器を破損させることなく計測することができる。そして、２つの電圧を用いることで、ｎ番目のコイルの電圧を検出することができる。これにより、計測器を破損させることなく個々のコイルの電圧を検出することができる。

超電導マグネットを示す模式断面図である。 電気回路を示す図である。 図２の要部Ｙの拡大図である。 図２の要部Ｙの拡大図である。 図２の要部Ｙの拡大図である。

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。

（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のコイル電圧検出回路は、超電導マグネット１０に用いられる。超電導マグネット１０は、図１に示すように、筒状のメインコイル１１と、メインコイル１１の径方向外側に配置された筒状のシールドコイル１２と、電気回路１３（図２参照）とからなる。メインコイル１１とシールドコイル１２とは、一点鎖線Ｘを中心として同心に配置されている。

メインコイル１１は、一番内側に配置された筒状の巻枠体１８に巻回された２つのコイル３，４と、巻枠体１８の外側に配置された筒状の巻枠体１７に巻回された２つのコイル５，６と、巻枠体１７の外側に配置された筒状の巻枠体１６に巻回された２つのコイル７，８と、を有している。コイル３とコイル４とは、巻枠体１８の内側からこの順番で巻枠体１８に巻回されている。コイル５とコイル６とは、巻枠体１７の内側からこの順番で巻枠体１７に巻回されている。コイル７とコイル８とは、上下に分離されて巻枠体１６に巻回されている。

巻枠体１６，１７，１８は、アルミニウム材またはステンレス材などの非磁性材料からなる。巻枠体１８に巻回された２つのコイル３，４、及び、巻枠体１７に巻回された２つのコイル５，６は、いずれも超電導線材がソレノイド状に巻かれてなるものであり、この超電導線材は、ニオブ・チタン（ＮｂＴｉ）合金系の極細多芯線を銅母材に埋め込んだものである。巻枠体１６に上下に分離されて巻回された２つのコイル７，８は、磁場を補正するためのものである。コイル７とコイル８とは、軸方向Ｚにおいて、メインコイル１１の中心に対して対称となるように配置されている。

シールドコイル１２は、筒状の巻枠体１９に上下に分離されて巻回された２つのコイル１，２を有している。シールドコイル１２は、メインコイル１１の発生させる磁場方向に対して逆方向の磁場を発生させるコイルであり、マグネットの外側への漏れ磁場を少なくするためのものである。巻枠体１９は、アルミニウム材またはステンレス材などの非磁性材料からなる。コイル１とコイル２とは、軸方向Ｚにおいて、シールドコイル１２の中心に対して対称となるように配置されている。

図２に示すように、電気回路１３は、メインコイル１１およびシールドコイル１２に電流を流すとともに、これらコイル１１・１２をクエンチなどから保護するための回路（保護回路）である。電気回路１３においては、８つのコイル１〜８が直列に接続されている。また、４つのコイル１〜４の両端には、保護ダイオード２１および保護ダイオード２２がそれぞれ並列に接続されている。保護ダイオード２１と保護ダイオード２２とは向きが逆にされている。また、４つのコイル５〜８の両端には、保護ダイオード２３および保護ダイオード２４がそれぞれ並列に接続されている。保護ダイオード２３と保護ダイオード２４とは向きが逆にされている。そして、直列に接続された８つのコイル１〜８の両端には励磁電源２５が接続され閉回路が形成されている。４つのコイル１〜４と保護ダイオード２１および保護ダイオード２２とは、保護回路を構成している。同様に、４つのコイル５〜８と保護ダイオード２３および保護ダイオード２４とは、保護回路を構成している。なお、保護ダイオード２１〜２４の代わりに保護抵抗を用いてもよい。

ここで、仮に一番内側のコイル３にクエンチが発生したとすると、図１に示すように、クエンチによる温度上昇はコイル４、コイル５、コイル６の順番で温度的（熱的）に伝播していき、コイル４〜６は順次クエンチしていく。さらに、クエンチによる温度上昇は２つのコイル７，８へ伝播する。また、シールドコイル１２である２つのコイル１，２には、熱的な伝播よりもむしろ電磁誘導によってクエンチが伝播する。

ここで、メインコイル１１とシールドコイル１２とはできるだけ同時にクエンチさせる方がよい。それは、メインコイル１１の磁場をシールドコイル１２でキャンセルして周辺に磁場がもれなくしているためである。クエンチ発生時にメインコイル１１とシールドコイル１２との関係がくずれると、まわりの電子機器をくるわせたり、鉄製のものを引きよせたりする問題が発生する。

そこで、図２に示すように、シールドコイル１２の２つのコイル１，２と、メインコイル１１の２つのコイル３，４とを同じ保護回路に配置している。これにより、シールドコイル１２の２つのコイル１，２と、メインコイル１１の２つのコイル３，４とは、おおむね同時にクエンチする。

また、図１に示すように、メインコイル１１のコイル７とコイル８、および、シールドコイル１２のコイル１とコイル２とは軸方向に分割されている。よって、コイル７とコイル８のどちらか一方のみ、コイル１とコイル２のどちらか一方のみがクエンチすると、巻枠体１６，１９に大きな軸方向の力が発生する。巻枠体間は固定部材によって固定されているが、固定部材の強度には限界があり、どちらか一方のみのクエンチは強度上の問題があり、マグネットの破損につながる。

そこで、図２に示すように、コイル１とコイル２とを同じ保護回路に配置するとともに、コイル７とコイル８とを同じ保護回路に配置している。これにより、コイル１とコイル２とは、おおむね同時にクエンチする。また、コイル７とコイル８とは、おおむね同時にクエンチする。

励磁され定常状態となった超電導マグネット１０においては、その電気回路１３内を流れる電流は、励磁電源２５から８つのコイル１〜８へ流れ励磁電源２５へと戻る。この定常状態において、例えばコイル３にクエンチが発生した場合、コイル３を流れる電流が急激に減少するとともに、発生したクエンチは他のコイルに伝播していく。一方、励磁電源２５から４つのコイル１〜４へ流れていた電流は、代わりに保護ダイオード２１を通り、４つのコイル５〜８へ流れ励磁電源２５へと戻る。同様に、例えばコイル６にクエンチが発生した場合、コイル６を流れる電流が急激に減少するとともに、発生したクエンチは他のコイルに伝播していく。一方、励磁電源２５から４つのコイル５〜８へ流れていた電流は、代わりに保護ダイオード２３を通って励磁電源２５へと戻る。なお、クエンチに伴い通常Ｖ１に対してＶ３に大きなマイナスの電圧が発生する（図２参照）。この時には、電流は保護ダイオード２４と保護ダイオード２２とを経由して流れ、超電導マグネット１０とともに励磁電源２５を保護する。

（超電導マグネットのコイル電圧検出回路）
次に、超電導マグネットのコイル電圧検出回路（コイル電圧検出回路）１００について説明する。

図２のような電気回路１３において、クエンチ電圧を検出する場合には、Ｖ１とＶ２から４つのコイル１〜４の電圧を検出し、Ｖ２とＶ３から４つのコイル５〜６の電圧を検出するのが一般的である。ここで、Ｖ１は保護ダイオード２１とコイル１との接点の電圧であり、Ｖ２は保護ダイオード２２とコイル４との接点の電圧であり、Ｖ３は保護ダイオード２３とコイル８との接点の電圧である。しかしながら、Ｖ１とＶ２とからクエンチ電圧を検出した場合には、４つのコイル１〜４のうち、どのコイルに起因したクエンチなのか区別することができない。

そこで、図２の要部Ｙの拡大図である図３に示すように、４つのコイル１〜４のうち、保護ダイオード２２に接続されたコイル４を１番目のコイルとして以降のコイルをｎ番目のコイル（ｎ＝２，３，４，・・・）とする。即ち、コイル３を２番目のコイルとし、コイル２を３番目のコイルとし、コイル１を４番目のコイルとする。また、１番目のコイル４と保護ダイオード２２とを接続する配線上の任意の点を１番目の点Ａとし、ｎ番目のコイルと（ｎ−１）番目のコイルとを接続する配線上の任意の点をｎ番目の点とする。即ち、２番目のコイル３と１番目のコイル４とを接続する配線上の任意の点を２番目の点Ｂとし、３番目のコイル２と２番目のコイル３とを接続する配線上の任意の点を３番目の点Ｄとし、４番目のコイル１と３番目のコイル２とを接続する配線上の任意の点を４番目の点Ｆとする。

コイル電圧検出回路１００は、直列に接続された２つの抵抗器３１，３２からなる１番目の抵抗器列４１を有している。１番目の抵抗器列４１は、１番目の点Ａと２番目の点Ｂとの間において１番目のコイル４に対して並列に接続されている。抵抗器３１の抵抗値は２５Ωであり、抵抗器３２の抵抗値は５ｋΩである。すると、２番目の点Ｂの電圧を入力電圧とし、１番目の抵抗器列４１の２つの抵抗器３１，３２の間の中間点Ｃの電圧を出力電圧とする分圧回路が構成される。そのため、１番目の抵抗器列４１の２つの抵抗器３１，３２の間の中間点Ｃの電圧は、１番目の点Ａに対して、２番目の点Ｂの電圧の２５／（５０００＋２５）、つまり、約１／２００に圧縮される。よって、仮に２番目の点Ｂの電圧が１０００Ｖであっても、中間点Ｃの電圧は５Ｖになる。

また、コイル電圧検出回路１００は、直列に接続された２つの抵抗器３３，３４からなる２番目の抵抗器列４２を有している。２番目の抵抗器列４２は、１番目の点Ａと３番目の点Ｄとの間において１番目のコイル４および２番目のコイル３に対して並列に接続されている。抵抗器３３の抵抗値は５０Ωであり、抵抗器３４の抵抗値は１０ｋΩである。すると、３番目の点Ｄの電圧を入力電圧とし、２番目の抵抗器列４２の２つの抵抗器３３，３４の間の中間点Ｅの電圧を出力電圧とする分圧回路が構成される。そのため、２番目の抵抗器列４２の２つの抵抗器３３，３４の間の中間点Ｅの電圧は、１番目の点Ａに対して、３番目の点Ｅの電圧の５０／（１００００＋５０）、つまり、約１／２００に圧縮される。

なお、抵抗器３１および抵抗器３２は、それぞれ直列に接続された複数の抵抗器から構成されていてもよい。同様に、抵抗器３３および抵抗器３４は、それぞれ直列に接続された複数の抵抗器から構成されていてもよい。

また、コイル電圧検出回路１００は、計測器２６を有している。計測器２６には、１番目の抵抗器列４１の中間点Ｃと、２番目の抵抗器列４２の中間点Ｅとが接続されている。ここで、１番目の抵抗器列４１の中間点Ｃにおける分圧比率と、２番目の抵抗器列４２の中間点Ｅにおける分圧比率とは、同じである（約１／２００）。そのため、計測器２６は、中間点Ｃと中間点Ｅとの間の電圧を２番目のコイル３の電圧として検出する。

なお、計測器２６は、１番目の点Ａと、１番目の抵抗器列４１の中間点Ｃとの間の電圧を１番目のコイル４の電圧として検出する。

また、図２の要部Ｙの拡大図である図４に示すように、コイル電圧検出回路１００は、直列に接続された２つの抵抗器３５，３６からなる３番目の抵抗器列４３を有している。３番目の抵抗器列４３は、１番目の点Ａと４番目の点Ｆとの間において１番目のコイル４、２番目のコイル３、および、３番目のコイル２に対して並列に接続されている。抵抗器３５の抵抗値は１００Ωであり、抵抗器３６の抵抗値は２０ｋΩである。すると、４番目の点Ｆの電圧を入力電圧とし、３番目の抵抗器列４３の２つの抵抗器３５，３６の間の中間点Ｇの電圧を出力電圧とする分圧回路が構成される。そのため、３番目の抵抗器列４３の２つの抵抗器３５，３６の間の中間点Ｇの電圧は、１番目の点Ａに対して、４番目の点Ｆの電圧の１００／（２００００＋１００）、つまり、約１／２００に圧縮される。

なお、抵抗器３５および抵抗器３６は、それぞれ直列に接続された複数の抵抗器から構成されていてもよい。

計測器２６には、２番目の抵抗器列４２の中間点Ｅと、３番目の抵抗器列４３の中間点Ｇとが接続されている。ここで、２番目の抵抗器列４２の中間点Ｅにおける分圧比率と、３番目の抵抗器列４３の中間点Ｇにおける分圧比率とは、同じである（約１／２００）。そのため、計測器２６は、中間点Ｅと中間点Ｇとの間の電圧を３番目のコイル２の電圧として検出する。

このように、１番目の抵抗器列４１の２つの抵抗器３１，３２の抵抗値をそれぞれ２５Ω、５ｋΩとすると、１番目の抵抗器列４１の２つの抵抗器３１，３２の間の中間点Ｃの電圧は、１番目の点Ａに対して、２番目の点Ｂの電圧の約１／２００に圧縮される。同様に、２番目の抵抗器列４２の２つの抵抗器３３，３４の抵抗値をそれぞれ５０Ω、１０ｋΩとすると、２番目の抵抗器列４２の２つの抵抗器３３，３４の間の中間点Ｅの電圧は、１番目の点Ａに対して、３番目の点Ｄの電圧の約１／２００に圧縮される。よって、１番目の抵抗器列４１の２つの抵抗器３１，３２の間の中間点Ｃの電圧と、２番目の抵抗器列４２の２つの抵抗器３３，３４の間の中間点Ｅの電圧とを、計測器２６を破損させることなく計測することができる。そして、２つの電圧を用いることで、２番目のコイル３の電圧を検出することができる。

同じように、２番目の抵抗器列４２の２つの抵抗器３３，３４の抵抗値をそれぞれ５０Ω、１０ｋΩとすると、２番目の抵抗器列４２の２つの抵抗器３３，３４の間の中間点Ｅの電圧は、１番目の点Ａに対して、３番目の点Ｄの電圧の約１／２００に圧縮される。同様に、３番目の抵抗器列４３の２つの抵抗器３５，３６の抵抗値をそれぞれ１００Ω、２０ｋΩとすると、３番目の抵抗器列４３の２つの抵抗器３５，３６の間の中間点Ｇの電圧は、１番目の点Ａに対して、４番目の点Ｆの電圧の約１／２００に圧縮される。よって、２番目の抵抗器列４２の２つの抵抗器３３，３４の間の中間点Ｅの電圧と、３番目の抵抗器列４３の２つの抵抗器３５，３６の間の中間点Ｇの電圧とを、計測器２６を破損させることなく計測することができる。そして、２つの電圧を用いることで、３番目のコイル２の電圧を検出することができる。

これにより、計測器２６を破損させることなく個々のコイルの電圧を検出することができる。

また、１番目の抵抗器列４１による分圧回路と、２番目の抵抗器列４２による分圧回路とで分圧比率を同じにすると、１番目の抵抗器列４１の２つの抵抗器３１，３２の間の中間点Ｃの電圧が、１番目の点Ａに対して、２番目の点Ｂの電圧の約１／２００に圧縮される場合には、２番目の抵抗器列４２の２つの抵抗器３３，３４の間の中間点Ｅの電圧は、１番目の点Ａに対して、３番目の点Ｄの電圧の約１／２００に圧縮される。これにより、１番目の抵抗器列４１の２つの抵抗器３１，３２の間の中間点Ｃと、２番目の抵抗器列４２の２つの抵抗器３３，３４の間の中間点Ｅとの間の電圧を２番目のコイル３の電圧として検出することができる。

同じように、２番目の抵抗器列４２による分圧回路と、３番目の抵抗器列４３による分圧回路とで分圧比率を同じにすると、２番目の抵抗器列４２の２つの抵抗器３３，３４の間の中間点Ｅの電圧が、１番目の点Ａに対して、３番目の点Ｄの電圧の約１／２００に圧縮される場合には、３番目の抵抗器列４３の２つの抵抗器３５，３６の間の中間点Ｇの電圧は、１番目の点Ａに対して、４番目の点Ｆの電圧の約１／２００に圧縮される。これにより、２番目の抵抗器列４２の２つの抵抗器３３，３４の間の中間点Ｅと、３番目の抵抗器列４３の２つの抵抗器３５，３６の間の中間点Ｇとの間の電圧を３番目のコイル２の電圧として検出することができる。

なお、２番目の抵抗器列４２の中間点Ｅにおける分圧比率と、３番目の抵抗器列４３の中間点Ｇにおける分圧比率とを同じにしているが、使用する抵抗器の抵抗値によっては、分圧比率を同じにできない場合もある。そのような場合、図２の要部Ｙの拡大図である図５に示すように、オペアンプ（差動アンプ）５１を備えた検出調整器５０を、電気回路１３と計測器２６との間に設ける。中間点Ｇの電圧は、抵抗器５２と抵抗器５３とで分圧されて、オペアンプ５１の＋入力端子に入力される。中間点Ｅの電圧は、抵抗器５４と抵抗器５５とで分圧されて、オペアンプ５１の−入力端子に入力される。ここで、中間点Ｇの電圧を分圧する分圧比率と、中間点Ｅの電圧を分圧する分圧比率とを調整すれば、＋入力端子に入力される電圧の分圧比率と−入力端子に入力される電圧の分圧比率とをそろえることができる。＋入力端子に入力された電圧と−入力端子に入力された電圧との差は増幅されて計測器２６に入力され、３番目のコイル２の電圧として検出される。なお、オペアンプ５１として絶縁アンプを用いると、ノイズの影響を受け難くなるので、測定精度を向上させることができる。

（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のコイル電圧検出回路によると、分圧回路を構成することにより、１番目の抵抗器列４１の２つの抵抗器３１，３２の間の中間点Ｃの電圧と、２番目の抵抗器列４２の２つの抵抗器３３，３４の間の中間点Ｅの電圧とを、計測器２６を破損させることなく計測することができる。そして、２つの電圧を用いることで、２番目のコイル３の電圧を検出することができる。同じように、分圧回路を構成することにより、２番目の抵抗器列４２の２つの抵抗器３３，３４の間の中間点Ｅの電圧と、３番目の抵抗器列４３の２つの抵抗器３５，３６の間の中間点Ｇの電圧とを、計測器２６を破損させることなく計測することができる。そして、２つの電圧を用いることで、３番目のコイル２の電圧を検出することができる。これにより、計測器２６を破損させることなく個々のコイルの電圧を検出することができる。

また、１番目の抵抗器列４１による分圧回路と、２番目の抵抗器列４２による分圧回路とで分圧比率を同じにすると、１番目の抵抗器列４１の２つの抵抗器３１，３２の間の中間点Ｃと、２番目の抵抗器列４２の２つの抵抗器３３，３４の間の中間点Ｅとの間の電圧を２番目のコイル３の電圧として検出することができる。同じように、２番目の抵抗器列４２による分圧回路と、３番目の抵抗器列４３による分圧回路とで分圧比率を同じにすると、２番目の抵抗器列４２の２つの抵抗器３３，３４の間の中間点Ｅと、３番目の抵抗器列４３の２つの抵抗器３５，３６の間の中間点Ｇとの間の電圧を３番目のコイル２の電圧として検出することができる。

（変形例）
なお、図３において、中間点Ｃと中間点Ｅとの間の電圧を２番目のコイル３の電圧として検出したが、以下のようにして２番目のコイル３の電圧を検出してもよい。即ち、１番目の抵抗器列４１の２つの抵抗器３１，３２の間の中間点Ｃと１番目の点Ａとの間の電圧を検出する。また、２番目の抵抗器列４２の２つの抵抗器３３，３４の間の中間点Ｅと１番目の点Ａとの間の電圧を検出する。そして、計測器２６は、２つの電圧の差から、２番目のコイル３の電圧を検出する。同様にして、３番目のコイル２の電圧を検出する。

このように、分圧回路を構成することにより、１番目の抵抗器列４１の２つの抵抗器３１，３２の間の中間点Ｃと１番目の点Ａとの間の電圧、および、２番目の抵抗器列４２の２つの抵抗器３３，３４の間の中間点Ｅと１番目の点Ａとの間の電圧を、計測器２６を破損させることなく計測することができる。そして、２つの電圧を用いることで、２番目のコイル３の電圧を検出することができる。同じようにして、分圧回路を構成することにより、２番目の抵抗器列４２の２つの抵抗器３３，３４の間の中間点Ｅと１番目の点Ａとの間の電圧、および、３番目の抵抗器列４３の２つの抵抗器３５，３６の間の中間点Ｇと１番目の点Ａとの間の電圧を、計測器２６を破損させることなく計測することができる。そして、２つの電圧を用いることで、３番目のコイル２の電圧を検出することができる。これにより、計測器２６を破損させることなく個々のコイルの電圧を検出することができる。

また、１番目の抵抗器列４１による分圧回路と、２番目の抵抗器列４２による分圧回路とで分圧比率を同じにすると、１番目の抵抗器列４１の２つの抵抗器３１，３２の間の中間点Ｃと１番目の点Ａとの間の電圧と、２番目の抵抗器列４２の２つの抵抗器３３，３４の間の中間点Ｅと１番目の点Ａとの間の電圧との差から、２番目のコイル３の電圧を検出することができる。同じように、２番目の抵抗器列４２による分圧回路と、３番目の抵抗器列４３による分圧回路とで分圧比率を同じにすると、２番目の抵抗器列４２の２つの抵抗器３３，３４の間の中間点Ｅと１番目の点Ａとの間の電圧と、３番目の抵抗器列４３の２つの抵抗器３５，３６の間の中間点Ｇと１番目の点Ａとの間の電圧との差から、３番目のコイル２の電圧を検出することができる。

（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。

例えば、１つの保護回路で保護されたコイルの数を４つとしたが、５つ以上であってもよい。

また、図３に示したように、１つの保護回路で保護されたコイルの数が４つである場合、保護ダイオード２２と４番目のコイル１との接点と、４番目の点Ｆとの間に分圧回路を設けて、４番目のコイル１の電圧を検出してもよい。即ち、直列に接続された２つの抵抗器からなる抵抗器列を、保護ダイオード２２と４番目のコイル１との接点と、４番目の点Ｆとの間において４番目のコイル１に対して並列に接続し、保護ダイオード２２と４番目のコイル１との接点と、抵抗器列の中間点との間の電圧を４番目のコイル１の電圧として検出してもよい。同様に、保護ダイオード２２と４番目のコイル１との接点と、３番目の点Ｄとの間に分圧回路を設けて、３番目のコイル２の電圧を検出してもよい。

１〜８ コイル
１０ 超電導マグネット
１１ メインコイル
１２ シールドコイル
１３ 電気回路
１６，１７，１８，１９ 巻枠体
２１〜２４ 保護ダイオード
２５ 励磁電源
２６ 計測器
３１〜３６ 抵抗器
４１〜４３ 抵抗器列
５０ 検出調整器
５１ オペアンプ
５２〜５５ 抵抗器
１００ コイル電圧検出回路
Ａ 第１の点
Ｂ 第２の点
Ｃ，Ｅ，Ｇ 中間点
Ｄ 第３の点
Ｆ 第４の点

Claims (4)

1. 電源に複数のコイルを直列に接続するとともに、前記複数のコイルに対して保護手段を並列に接続した電気回路を備えた超電導マグネットのコイル電圧検出回路であって、
   前記複数のコイルのうち、前記保護手段に最も近いコイルを１番目のコイルとして以降のコイルを順番にｎ番目のコイル（ｎ＝２，３，４，・・・）とし、前記１番目のコイルと前記保護手段とを接続する配線上の任意の点を１番目の点とし、前記ｎ番目のコイルと（ｎ−１）番目のコイルとを接続する配線上の任意の点をｎ番目の点としたときに、
   前記１番目の点と前記ｎ番目の点との間において少なくとも前記１番目のコイルに対して並列に接続された、直列に接続された２つの抵抗器からなる（ｎ−１）番目の抵抗器列と、
   前記１番目の点と（ｎ＋１）番目の点との間において前記１番目のコイルから前記ｎ番目のコイルに対して並列に接続された、直列に接続された２つの抵抗器からなるｎ番目の抵抗器列と、
   前記（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点と前記１番目の点との間の電圧と、前記ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点と前記１番目の点との間の電圧とを用いて、前記ｎ番目のコイルの電圧を検出する計測器と、
   を有することを特徴とする超電導マグネットのコイル電圧検出回路。
2. 前記ｎ番目の点の電圧を入力電圧とし、前記（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧を出力電圧とする分圧回路の分圧比率と、前記（ｎ＋１）番目の点の電圧を入力電圧とし、前記ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧を出力電圧とする分圧回路の分圧比率とが同じであり、
   前記計測器は、前記（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点と前記１番目の点との間の電圧と、前記ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点と前記１番目の点との間の電圧との差から、前記ｎ番目のコイルの電圧を検出す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のコイル電圧検出回路。
3. 電源に複数のコイルを直列に接続するとともに、前記複数のコイルに対して保護手段を並列に接続した電気回路を備えた超電導マグネットのコイル電圧検出回路であって、
   前記複数のコイルのうち、前記保護手段に最も近いコイルを１番目のコイルとして以降のコイルを順番にｎ番目のコイル（ｎ＝２，３，４，・・・）とし、前記１番目のコイルと前記保護手段とを接続する配線上の任意の点を１番目の点とし、前記ｎ番目のコイルと（ｎ−１）番目のコイルとを接続する配線上の任意の点をｎ番目の点としたときに、
   前記１番目の点と前記ｎ番目の点との間において少なくとも前記１番目のコイルに対して並列に接続された、直列に接続された２つの抵抗器からなる（ｎ−１）番目の抵抗器列と、
   前記１番目の点と（ｎ＋１）番目の点との間において前記１番目のコイルから前記ｎ番目のコイルに対して並列に接続された、直列に接続された２つの抵抗器からなるｎ番目の抵抗器列と、
   前記（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧と、前記ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧とを用いて、前記ｎ番目のコイルの電圧を検出する計測器と、
   を有することを特徴とする超電導マグネットのコイル電圧検出回路。
4. 前記ｎ番目の点の電圧を入力電圧とし、前記（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧を出力電圧とする分圧回路の分圧比率と、前記（ｎ＋１）番目の点の電圧を入力電圧とし、前記ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点の電圧を出力電圧とする分圧回路の分圧比率とが同じであり、
   前記計測器は、前記（ｎ−１）番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点と、前記ｎ番目の抵抗器列の２つの抵抗器の間の中間点との間の電圧を前記ｎ番目のコイルの電圧として検出することを特徴とする請求項３に記載の超電導マグネットのコイル電圧検出回路。