JP2012231086A - Exciting power supply for superconducting magnet - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily perform the work to adjust a current value flowing through a superconducting coil to a desired current value.SOLUTION: A voltage control circuit 25 controls a transistor 22 so that an output voltage value of the transistor 22 becomes +3 V as compared with a voltage value set by a reference voltage value setter 28. A diode line 24 steps down +3 V which is the output voltage value of the transistor 22 by 6 V. As a result, the output voltage value of an exciting power supply 5 is controlled to a value within a range of -3 V or more and +3 V or less.

Description

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。   The present invention relates to an excitation power supply that supplies current to a superconducting coil that constitutes a superconducting magnet.

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。   In the NMR magnet and MRI magnet, current circulates through a permanent current switch (see Patent Document 1) provided in the superconducting magnet. In this current circulation loop, the current (magnetic field) slightly decreases, but the current continues to flow almost permanently with little loss. Then, normally, after a year or more has passed, the work of returning the slightly decreased current value is performed.

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。   In this operation, the current is temporarily switched to the current supply from the excitation power source brought from the outside. Specifically, first, as shown in FIG. 1, the excitation power supply 5 is connected to the current circulation loop A by the power cables 4 a and 4 b respectively connected to both ends of the permanent current switch 3. Next, a current corresponding to the current flowing in the current circulation loop A is supplied from the excitation power source 5 to the superconducting coil 2. Here, since the current value flowing through the current circulation loop A cannot be directly measured, the operator estimates the current value flowing through the current circulation loop A and determines the current value supplied from the excitation power source 5 to the superconducting coil 2. It will be. The current supplied from the excitation power source 5 flows in this order through the loop B including the excitation power source 5, the power cable 4a, the permanent current switch 3, and the power cable 4b. The direction of the current flowing through the permanent current switch 3 in the loop B is opposite to the direction of the current flowing through the permanent current switch 3 in the current circulation loop A. Therefore, the current flowing through the permanent current switch 3 gradually decreases. Then, the current circulation loop A is opened by the permanent current switch 3 at the timing when the operator determines that the current flowing through the permanent current switch 3 has become almost zero. Then, the current supplied from the excitation power source 5 flows through the loop C including the excitation power source 5, the power cable 4a, the superconducting coil 2, and the power cable 4b in this order.

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。   Here, when the current circulation loop A is opened, if the current value flowing through the current circulation loop A matches the current value flowing through the loop B, no voltage is generated at both ends of the superconducting coil 2. . In this case, the current value flowing through the loop C is adjusted to a desired current value using the excitation power source 5. When the adjustment is completed, the current circulation loop A is closed by the permanent current switch 3. At this time, almost no current flows through the permanent current switch 3, but when the current supplied from the excitation power supply 5 is lowered, the current flows into the permanent current switch 3 and is supplied from the excitation power supply 5. When the current becomes zero, all the current flowing through the superconducting coil 2 circulates in the current circulation loop A via the permanent current switch 3. At this time, the excitation power source 5 is disconnected from the superconducting magnet 1 to complete the operation.

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。   On the other hand, when the current circulation loop A is opened, if the current value flowing through the current circulation loop A does not match the current value flowing through the loop B, a voltage is generated at both ends of the superconducting coil 2. . If the current value flowing through the loop B (the output current value of the excitation power source 5) is larger than the current value flowing through the current circulation loop A (the current value flowing through the superconducting coil 2), the needle of the voltmeter 9 becomes positive. If the output current value of the excitation power source 5 is smaller than the current value flowing through the superconducting coil 2, the needle of the voltmeter 9 swings negatively. When a voltage is generated at both ends of the superconducting coil 2, the magnetic field in the vicinity of the superconducting coil 2 changes, and there is a possibility that the superconducting state is lost. Therefore, the operator closes the current circulation loop A again with the permanent current switch 3 to avoid a voltage increase or decrease when the needle is likely to swing while looking at the voltmeter 9. Since the current circulation loop A is closed, the current supplied from the excitation power source 5 circulates in the loop B, and the current flowing through the superconducting coil 2 circulates in the current circulation loop A. Thereafter, the operator finely adjusts the output current value of the excitation power source 5 and opens the current circulation loop A again with the permanent current switch 3. This operation is repeated until no voltage is generated at both ends of the superconducting coil 2.

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。   Patent Document 2 discloses a superconducting magnet device in which an excitation power source includes a switch circuit corresponding to a permanent current switch. In Patent Document 2, the switch circuit is turned on when a power failure occurs to short-circuit the output side of the current control unit (superconducting coil input side), and at the time of power recovery, the switch circuit is turned off and the output side of the current control unit (super The short circuit on the input side of the conductive coil is released, and the output current in the current control unit at the time of power recovery is made to coincide with the current value flowing in the superconductive coil at the time of power recovery.

特開平8−69911号公報JP-A-8-69911 特許第4414636号明細書Japanese Patent No. 4414636

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。   By the way, an operator's skill is required to adjust the current value flowing through the superconducting coil to a desired current value using an excitation power source brought from outside. As described above, since the value of the current flowing through the current circulation loop cannot be directly measured, the superconducting coil and the permanent current switch are jointed by simple construction or there is some problem, and the current circulation loop flows. When the current value decays severely, it is difficult to predict the current value flowing through the current circulation loop, and this work becomes more difficult. In such a case, it is effective to measure the magnetic field in advance and determine the value of the current flowing through the superconducting coil.

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。   An object of the present invention is to provide an excitation power source for a superconducting magnet that can facilitate the operation of adjusting the current value flowing through the superconducting coil to a desired current value.

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。   The excitation power source for the superconducting magnet in the present invention is an excitation for supplying current to the superconducting coil by connecting to both ends of the switch means provided in a part of the current circulation loop of the superconducting coil constituting the superconducting magnet. The power supply further comprises voltage limiting means for limiting an output voltage value to the superconducting coil to a value within a predetermined range.

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。   According to the above configuration, the output voltage value from the exciting power supply to the superconducting coil is limited to a value within a predetermined range. Therefore, when the current circulation loop is opened while supplying current from the excitation power source to the superconducting coil, the voltage value generated at both ends of the superconducting coil becomes a value within a predetermined range. If the value within the predetermined range is a value that does not affect the superconducting state, even if a voltage is generated at both ends of the superconducting coil, the operator does not need to rush and close the current circulation loop. Thereby, when opening a current circulation loop, the burden accompanying the operation | work which makes the electric current value which flows through a superconducting coil, and the output electric current value of exciting power supply correspond can be reduced. Therefore, the operation of adjusting the current value flowing through the superconducting coil to a desired current value can be facilitated.

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。   In addition, the excitation power source for the superconducting magnet according to the present invention may further include current control means for controlling the output current value to the superconducting coil to be a set value. According to said structure, it controls so that the output current value from an exciting power supply to a superconducting coil becomes a set value. Therefore, if the current circulation loop is opened, the current value flowing through the superconducting coil finally settles to the set value. As a result, if the set value is set to a desired current value, the current value flowing through the superconducting coil is desired without adjusting the current value flowing through the superconducting coil after opening the current circulation loop to the desired current value. Current value. Therefore, the operation of adjusting the current value flowing through the superconducting coil to a desired current value can be further facilitated.

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。   Further, in the excitation power source for the superconducting magnet according to the present invention, the voltage limiting means applies the voltage to the superconducting coil when the voltage value generated at both ends of the superconducting coil is larger than a first threshold value which is a positive value. When the output voltage value is clamped to the first threshold value and the voltage value generated at both ends of the superconducting coil is smaller than the second threshold value which is a negative value, the output voltage value to the superconducting coil is By clamping to the second threshold value, the output voltage value to the superconducting coil is limited to a value within the predetermined range with the first threshold value as the upper limit value and the second threshold value as the lower limit value. Good. According to the above configuration, when the voltage value generated at both ends of the superconducting coil is larger than the first threshold value which is a positive value, the output voltage value to the superconducting coil is clamped to the first threshold value. In addition, when the voltage value generated at both ends of the superconducting coil is smaller than the second threshold value which is a negative value, the output voltage value to the superconducting coil is clamped to the second threshold value. As a result, the output voltage value from the excitation power source to the superconducting coil is limited to a value within a predetermined range in which the first threshold value is the upper limit value and the second threshold value is the lower limit value. Therefore, the range in which the output voltage value from the excitation power source to the superconducting coil is limited can be easily changed by changing at least one of the first threshold value and the second threshold value.

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。   In the excitation power source for the superconducting magnet according to the present invention, the limitation by the voltage limiting unit is enabled during a certain period before and after opening the current circulation loop, and the limitation by the voltage limiting unit is invalid at other times than the certain period. There may be further provided voltage limiting limiting means. According to said structure, generation | occurrence | production of the voltage by the quench which arose in the superconducting coil cannot be detected while the output voltage value from an exciting power supply to a superconducting coil is restrict | limited to the value within a predetermined range. Therefore, the period for limiting the output voltage value from the excitation power supply to the superconducting coil is limited to a certain period before and after opening the current circulation loop. Thereby, quenching of the superconducting coil can be detected while the output voltage value from the exciting power supply to the superconducting coil is not limited.

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。   In the exciting power supply for a superconducting magnet according to the present invention, the switch means may be a permanent current switch provided inside the superconducting magnet and including a superconducting material. According to the above configuration, when the permanent current switch is in a superconducting state together with the superconducting coil, the value of the current flowing through the permanent current switch cannot be directly measured. For this reason, it has become more difficult to match the value of the current flowing through the superconducting coil with the output current value of the exciting power supply when the current circulation loop is opened. However, since the output voltage value from the excitation power supply to the superconducting coil is limited to a value within a predetermined range, the voltage value generated at both ends of the superconducting coil when the current circulation loop is opened is set to a value within the predetermined range. Become. Therefore, it is possible to further reduce the burden associated with the work of matching the current value flowing through the superconducting coil with the output current value of the exciting power supply when the current circulation loop is opened.

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。   In the exciting power source for the superconducting magnet in the present invention, the switch means may be a mechanical relay or a semiconductor switch provided outside the superconducting magnet. According to the above configuration, during the supply of current from the excitation power supply to the superconducting coil, the current suddenly changes due to the trouble of the excitation power supply itself, or the superconducting coil is quenched, etc. If an abnormality occurs in any of the magnets, both ends of the output of the excitation power supply are short-circuited by closing the mechanical relay or semiconductor switch. As a result, a current flows through the mechanical relay or the semiconductor switch, and the excitation power source and the superconducting coil are substantially separated, so that the excitation power source and the superconducting magnet can be prevented from being damaged. Here, if the mechanical relay or the semiconductor switch is set to the B contact so that the mechanical relay or the semiconductor switch is automatically closed at the time of a power failure, the excitation power source or the superconducting magnet can be more reliably prevented from being damaged.

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。   Further, in the excitation power source for the superconducting magnet according to the present invention, the switch means is provided in the superconducting magnet and includes a permanent current switch including a superconducting material, and is provided outside the superconducting magnet and serves as the permanent current switch. A mechanical relay or a semiconductor switch connected in parallel, and when circulating current in the current circulation loop, the current circulation loop is closed by the permanent current switch, while the superconducting coil is connected from the excitation power source. When supplying a current to the circuit, the permanent current switch may be opened and the current circulation loop may be opened and closed by the mechanical relay or the semiconductor switch. According to the above configuration, when the current is circulated in the current circulation loop, the current continues to flow almost permanently without causing any loss by closing the current circulation loop with the permanent current switch. On the other hand, when a current is supplied from the exciting power source to the superconducting coil, the permanent current switch is opened and the current circulation loop is opened and closed with a mechanical relay or a semiconductor switch. If an abnormality occurs in either the excitation power supply or the superconducting magnet while the current is being supplied from the excitation power supply to the superconducting coil, the mechanical power supply or the semiconductor switch is closed to close the excitation power supply. Short-circuit both outputs. As a result, a current flows through the mechanical relay or the semiconductor switch, and the excitation power source and the superconducting coil are substantially separated, so that the excitation power source and the superconducting magnet can be prevented from being damaged. Here, if the mechanical relay or the semiconductor switch is set to the B contact so that the mechanical relay or the semiconductor switch is automatically closed at the time of a power failure, the excitation power source or the superconducting magnet can be more reliably prevented from being damaged.

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。   According to the exciting power source for the superconducting magnet of the present invention, the output voltage value from the exciting power source to the superconducting coil is limited to a value within a predetermined range, so that a current circulation loop is provided while supplying current from the exciting power source to the superconducting coil. When opened, the voltage value generated at both ends of the superconducting coil becomes a value within a predetermined range. This can reduce the burden associated with the work of matching the current value flowing through the superconducting coil with the output current value of the excitation power source when opening the current circulation loop, so that the current value flowing through the superconducting coil can be reduced to the desired current value. It is possible to facilitate the adjustment work.

超電導マグネットと励磁電源とを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a superconducting magnet and an excitation power supply. 励磁電源の電気的構成を示す図である。It is a figure which shows the electrical structure of an exciting power supply. 励磁電源の出力特性を示す図である。It is a figure which shows the output characteristic of an excitation power supply. 励磁電源の電気的構成を示す図である。It is a figure which shows the electrical structure of an exciting power supply. 超電導マグネットと励磁電源とを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a superconducting magnet and an excitation power supply. 励磁電源の電気的構成を示す図である。It is a figure which shows the electrical structure of an exciting power supply. 電流電圧制御回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a current-voltage control circuit. 励磁電源の出力特性を示す図である。It is a figure which shows the output characteristic of an excitation power supply. 超電導マグネットと励磁電源とを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a superconducting magnet and an excitation power supply.

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。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[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。
[First Embodiment]
(Configuration of superconducting magnet)
An excitation power source (excitation power source) 5 for a superconducting magnet according to this embodiment is used for a superconducting magnet 1 as shown in FIG. The superconducting magnet 1 has a superconducting coil 2 and a permanent current switch 3 as shown in FIG.

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。   The superconducting coil 2 is formed by winding a superconducting wire. In superconducting magnet 1 in the superconducting state, circulating current IL circulates in current circulation loop A including superconducting coil 2 and permanent current switch 3.

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。   The permanent current switch 3 is provided in a part of the current circulation loop A inside the superconducting magnet 1. Therefore, in the current circulation loop A, the circulating current IL circulates via the permanent current switch 3. The permanent current switch 3 has a superconducting wire 3a, which is a superconducting material, and a heater 3b. When the superconducting wire 3a is heated by the heater 3b and exceeds the critical temperature (Tc), it becomes normal conducting and functions as a resistance. On the other hand, the resistance of the superconducting wire 3a is substantially zero when the heater 3b is not energized. Therefore, if the state where the resistance of the superconducting wire 3a is almost zero is closed and the state where the superconducting wire 3a functions as a resistance is opened, the permanent current switch 3 can be closed when the heater 3b is not energized. The current circulation loop A is opened by closing the current circulation loop A and opening it when the heater 3b is energized.

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。   The permanent current switch 3 includes a superconducting wire 3a and a coil. When the superconducting wire 3a is excited by the coil and exceeds a critical magnetic field (H2c), the permanent current switch 3 becomes normal conducting and functions as a resistor. Also good.

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。   In a superconducting state where the circulating current IL circulates in the current circulation loop A, the joint portions 2a and 2b between the permanent current switch 3 and the superconducting coil 2 become superconducting joints. Therefore, the circulating current IL circulates through the current circulating loop A with almost no loss.

(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。
(Excitation power source configuration)
The excitation power source 5 is a power source for supplying current to the superconducting coil 2 from the outside, and is connected to both ends of the permanent current switch 3 by power cables 4 a and 4 b respectively connected to both ends of the permanent current switch 3.

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。   As shown in FIG. 1, the excitation power source 5 includes a heater circuit 6 and a voltmeter 9.

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。   The heater circuit 6 is connected to the heater 3b by a conducting wire 8, and when the button 6a is pressed, a current flows through the heater 3b. When the heater 3b is energized, the superconducting wire 3a heated by the heater 3b functions as a resistance, so that the permanent current switch 3 opens the current circulation loop A. On the other hand, if the heater 3b is not energized, the resistance of the superconducting wire 3a becomes zero, so that the permanent current switch 3 closes the current circulation loop A.

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。   The voltmeter 9 measures a voltage value generated at both ends of the superconducting coil 2.

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。   Further, as shown in FIG. 2, the excitation power source 5 includes a power source 21, a transistor 22, a transistor 23, a diode array 24, a voltage control circuit 25, a current control circuit 26, and a shunt resistor (current detector). 27 and a reference voltage value setting unit 28.

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。   The power source 21 is a switching regulator and is connected to an AC power source 31. The power source 21 converts AC power output from the AC power source 31 into predetermined DC power. The power source 21 includes a transformer that steps down the voltage from the AC power source 31 to a predetermined voltage value, a transistor circuit that supplies a DC current that is rectified and smoothed from the AC power of the transformer to the superconducting coil 2, and the like. May be.

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。   The two transistors 22 and 23 are connected to the power source 21 in series. The transistors 22 and 23 are usually composed of a plurality of transistors. In addition, although the general bipolar transistor is used for the transistors 22 and 23, each power element, such as a field effect transistor (FET), IGBT, or MOSFET, may be used.

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。   The voltage control circuit 25 is connected to the transistor 22. The voltage control circuit 25 receives the reference voltage value from the reference voltage value setter 28 and the output voltage value of the transistor 22. In the present embodiment, the reference voltage value of the reference voltage value setter 28 is + 3V, but is not limited to this. The voltage control circuit 25 controls the transistor 22 so that the output voltage value of the transistor 22 becomes the reference voltage value (+3 V). As a result, the output voltage value of the transistor 22 is + 3V. Since the specific configuration of the voltage control circuit 25 is known, its description is omitted.

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。   The diode array 24 is composed of a plurality of diodes directly connected. The diode array 24 is provided in parallel with the transistor 23. The forward voltage of each diode is about 0.6V. In the present embodiment, the diode array 24 is composed of 10 diodes directly connected. Therefore, a voltage drop of 6V occurs in the current flowing through the diode array 24. Therefore, the output voltage value of the excitation power supply 5 when a current flows through the diode array 24 is −3 V, which is a voltage value that is 6 V lower than the output voltage value (+3 V) of the transistor 22.

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。   The shunt resistor (current detector) 27 detects the value of current flowing through the superconducting coil 2 (more precisely, the output current value of the excitation power source 5). In addition, as a current detector, you may use the non-contact-type current detector which detects the magnetic field which generate | occur | produces with an electric current with a Hall element instead of a shunt resistance.

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。   The current control circuit 26 is connected to the transistor 23, and the current value detected by the shunt resistor 27 is input as a detection value, and the current value of a current value setter (not shown) is input as a set value. In the present embodiment, the set value is 100 A, but is not limited to this. The current control circuit 26 controls the transistor 23 based on the detection value detected by the shunt resistor 27 so that the output current value of the excitation power supply 5 becomes the set value (100 A). That is, the current control circuit 26 controls the output current value from the excitation power supply 5 to the superconducting coil 2 to be the set value (100 A). Since the specific configuration of the current control circuit 26 is known, its description is omitted.

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。   In the above configuration, when the current value detected by the shunt resistor 27 is smaller than the set value (100 A), the current control circuit 26 turns on the transistor 23 as a switch in order to increase the current value. As a result, the resistance value of the transistor 23 becomes substantially zero, and a current flows through the transistor 23. Then, the output voltage value of the excitation power supply 5 becomes +3 V which is the output voltage value of the transistor 22. Since the voltage control circuit 25 controls the transistor 22 so that the output voltage value of the transistor 22 becomes the reference voltage value (+ 3V), the output voltage value of the excitation power source 5 when the current flows through the transistor 23 is + 3V. It will never be bigger. Therefore, when the output current value of the excitation power supply 5 is smaller than the set value (100 A), the output voltage value of the excitation power supply 5 is + 3V. As described above, the transistor 22, the reference voltage value setting unit 28, and the voltage control circuit 25 restrict the output voltage value from the excitation power source 5 to the superconducting coil 2 from becoming larger than + 3V.

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。   When the current value detected by the shunt resistor 27 is larger than the set value (100 A), the current control circuit 26 turns off the transistor 23 as a switch in order to decrease the current value. As a result, the resistance value of the transistor 23 becomes larger than the resistance value of the diode string 24, and a current flows through the diode string 24. Then, the output voltage value of the excitation power supply 5 becomes −3V, which is the output voltage value of the transistor 22 + 3V dropped by 6V by the diode array 24. Since the voltage control circuit 25 controls the transistor 22 so that the output voltage value of the transistor 22 becomes the reference voltage value (+3 V), the output voltage value of the excitation power source 5 when the current flows through the diode array 24 is It will never be smaller than -3V. Therefore, when the output current value of the excitation power supply 5 is larger than the set value (100 A), the output voltage value of the excitation power supply 5 is −3V. As described above, the transistor 22, the reference voltage value setter 28, the voltage control circuit 25, and the diode array 24 are limited so that the output voltage value from the exciting power source 5 to the superconducting coil 2 does not become smaller than -3V. Yes.

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。   When the current value detected by the shunt resistor 27 is the set value (100 A), the current control circuit 26 sets the transistor 23 as a switch between ON and OFF in order to maintain the current value at the set value. To the state. As a result, the resistance value of the transistor 23 changes and a current flows through the transistor 23. At this time, since the possible value of the resistance value of the transistor 23 is not less than zero and not more than the resistance value of the diode array 24, the output voltage value of the excitation power supply 5 does not become larger than + 3V and does not become smaller than −3V. Therefore, when the output current value of the excitation power supply 5 is the set value (100 A), the output voltage value of the excitation power supply 5 is a value in the range of −3V to + 3V. Thus, the transistor 22, the reference voltage value setter 28, the voltage control circuit 25, and the diode array 24 set the output voltage value from the excitation power source 5 to the superconducting coil 2 to a value within a range of −3V to + 3V. Restricted.

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。   With the above configuration, the output characteristics of the excitation power supply 5 are as shown in FIG. Specifically, when the output current value of the excitation power source 5 is smaller than 100A, the output voltage value of the excitation power source 5 becomes constant at + 3V, and when the output current value of the excitation power source 5 is larger than 100A, the excitation power source The output voltage value of 5 is constant at -3V. Thus, the excitation power supply 5 has a constant voltage characteristic. In addition, when the output voltage value of the excitation power supply 5 is a value in the range of −3 V or more and +3 V or less, the output current value of the excitation power supply 5 is constant at 100A. Thus, the excitation power supply 5 has a constant current characteristic. That is, the excitation power source 5 is a constant voltage constant current power source.

(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。
(Excitation power supply operation)
Next, the operation of the excitation power supply 5 will be described.

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。   In superconducting magnet 1, as shown in FIG. 1, circulating current IL circulates in current circulation loop A including superconducting coil 2 and permanent current switch 3 by closing permanent current switch 3. If the circulating current IL circulating in the current circulation loop A is attenuated to the extent that it becomes a problem for continuous use after long-term use (several years), or if it is demagnetized by moving the superconducting magnet 1, etc., bring it from the outside. The current is switched to the current supply from the excitation power source 5.

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。   First, as shown in FIG. 1, the excitation power source 5 is connected to both ends of the permanent current switch 3 with the power cables 4 a and 4 b. Then, a current is supplied from the excitation power source 5 to the superconducting coil 2. The current supplied from the excitation power source 5 flows in this order through the loop B including the excitation power source 5, the power cable 4a, the permanent current switch 3, and the power cable 4b.

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。   Thereafter, the button 6 a is pressed to pass a current from the heater circuit 6. When the superconducting wire 3a heated by the heater 3b becomes normal conducting, the permanent current switch 3 opens the current circulation loop A. Then, the current supplied from the excitation power source 5 flows through the loop C including the excitation power source 5, the power cable 4a, the superconducting coil 2, and the power cable 4b in this order.

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。   Here, consider a case where the circulating current IL is reduced from 100A to 90A and the circulating current IL is adjusted to 100A. Note that the circulating current IL cannot be directly measured. The set value of the output current in the excitation power supply 5 is 100A.

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。   When the current circulation loop A is opened, a voltage is generated at both ends of the superconducting coil 2. At this time, the voltage value transiently generated at both ends of the superconducting coil 2 and the output voltage value of the excitation power supply 5 are each +3 V due to the constant voltage characteristics of the excitation power supply 5. Further, due to the constant current characteristics of the superconducting coil 2, the value of the current flowing through the superconducting coil 2 and the output current value of the excitation power source 5 are each 90A. As a result, as shown in FIG. 3, the output of the excitation power supply 5 is balanced at a point where the voltage value is + 3V and the current value is 90A.

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。   Thereafter, when the inductance of the superconducting coil 2 is L, the current is I, and the time is t, the voltage at both ends of the superconducting coil 2 is +3 V. Therefore, from the relationship of dI / dt = 3 / L. The value of current flowing through the coil 2 increases and reaches 100A. In FIG. 3, the change is indicated by an arrow c.

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。   Thereafter, the voltage at both ends of the superconducting coil 2 decreases and finally settles to 0V. In accordance with this, the output voltage value of the excitation power supply 5 decreases with the constant current characteristic of the excitation power supply 5 while the output current value of the excitation power supply 5 remains constant at the set value (100A). In FIG. 3, the change is indicated by an arrow d. Here, if the resistance values of the power cables 4a and 4b are taken into consideration, the resistance value of the superconducting coil 2 is 0Ω, and the resistance values of the power cables 4a and 4b are about 0.01Ω. Finally, the voltage value is about +1 V and the current value is balanced at the point b of 100A.

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。   As described above, the current value flowing through the superconducting coil 2 settles to the set value. Thereafter, as shown in FIG. 1, the current circulation loop A is closed by turning on the permanent current switch 3. At this time, almost no current flows through the permanent current switch 3, but when the current supplied from the excitation power supply 5 is lowered, the current flows into the permanent current switch 3 and is supplied from the excitation power supply 5. When the current becomes zero, all the current flowing through the superconducting coil 2 circulates in the current circulation loop A via the permanent current switch 3. At this time, the excitation power source 5 is disconnected from the superconducting magnet 1 to complete the operation.

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。   Next, consider a case where the circulating current IL is 110A. The set value of current in the excitation power supply 5 is 100A.

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。   When the current circulation loop A is opened, a voltage is generated at both ends of the superconducting coil 2. At this time, the voltage value transiently generated at both ends of the superconducting coil 2 and the output voltage value of the excitation power supply 5 are −3 V, respectively, due to the constant voltage characteristics of the excitation power supply 5. Further, due to the constant current characteristics of the superconducting coil 2, the value of the current flowing through the superconducting coil 2 and the output current value of the excitation power supply 5 are each 110A. As a result, as shown in FIG. 3, the output of the excitation power supply 5 is balanced at the point a 'where the voltage value is -3V and the current value is 110A.

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。   Thereafter, the value of the current flowing through the superconducting coil 2 decreases at a slope of dI / dt = −3 / L and reaches 100A. In FIG. 3, the change is indicated by an arrow c '.

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。   Thereafter, the voltage at both ends of the superconducting coil 2 decreases and finally settles to 0V. In accordance with this, the output voltage value of the excitation power supply 5 increases due to the constant current characteristics of the excitation power supply 5 while the output current value of the excitation power supply 5 remains constant at the set value (100A). In FIG. 3, the change is indicated by an arrow d '. Here, if the resistance values of the power cables 4a and 4b are taken into consideration, the resistance value of the superconducting coil 2 is 0Ω, and the resistance values of the power cables 4a and 4b are about 0.01Ω. Finally, the voltage value is about +1 V and the current value is balanced at the point b of 100A.

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。   As described above, the current value flowing through the superconducting coil 2 settles to the set value. Thereafter, as shown in FIG. 1, the current circulation loop A is closed by turning on the permanent current switch 3. Then, when all the current flowing through the superconducting coil 2 circulates in the current circulation loop A via the permanent current switch 3, the excitation power source 5 is disconnected from the superconducting magnet 1 to complete the operation.

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。   Thus, the output voltage value from the exciting power supply 5 to the superconducting coil 2 is limited to a value within the range of −3V to + 3V. Therefore, when the current circulation loop A is opened while supplying current from the excitation power source 5 to the superconducting coil 2, the voltage value generated at both ends of the superconducting coil 2 becomes a value within the range of −3V to + 3V. If the value in the range of -3V or more and + 3V or less is a value that does not affect the superconducting state, even if a voltage is generated at both ends of the superconducting coil 2, the operator rushes and closes the current circulation loop A. There is no need. As a result, when the current circulation loop A is opened, the burden associated with the work of matching the current value flowing through the superconducting coil 2 with the output current value of the excitation power source 5 can be reduced. Therefore, the operation of adjusting the current value flowing through the superconducting coil 2 to a desired current value can be facilitated.

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。   Further, the output current value from the excitation power source 5 to the superconducting coil 2 is controlled to be a set value (100 A). Therefore, if the current circulation loop A is opened, the current value flowing through the superconducting coil 2 finally settles to the set value. As a result, if the set value is set to a desired current value, the current flowing through the superconducting coil 2 does not have to be adjusted to the desired current value after the current circulation loop A is opened. The value is the desired current value. Therefore, the operation of adjusting the current value flowing through the superconducting coil 2 to a desired current value can be further facilitated.

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。   If the permanent current switch 3 is in a superconducting state together with the superconducting coil 2, the value of the current flowing through the permanent current switch 3 cannot be directly measured. For this reason, when the current circulation loop A is opened, it is more difficult to match the current value flowing through the superconducting coil 2 with the output current value of the excitation power source 5. However, since the output voltage value from the excitation power source 5 to the superconducting coil 2 is limited to a value within the range of −3V to + 3V, it occurs at both ends of the superconducting coil 2 when the current circulation loop A is opened. The voltage value is in the range of −3V to + 3V. Therefore, it is possible to further reduce the burden associated with the work of matching the current value flowing through the superconducting coil 2 and the output current value of the excitation power source 5 when the current circulation loop A is opened.

(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。
(Modification of excitation power supply)
The excitation power supply 5 may be configured as follows. That is, the excitation power source 5 includes a power source 21, a transistor 23, a transistor 29, a voltage control circuit 30, a current control circuit 26, a shunt resistor (current detector) 27, a reference voltage, as shown in FIG. And a value setting unit 28.

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。   The power source 21 is a switching regulator having a voltage control terminal 21 a and is connected to an AC power source 31. The reference voltage value (+ 3V) from the reference voltage value setter 28 is input to the voltage control terminal 21a. Thereby, the output voltage value of the power supply 21 is + 3V.

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。   The two transistors 23 and 29 are connected to the power supply 21 in parallel. The transistors 23 and 29 are usually composed of a plurality of transistors. In addition, although the general bipolar transistor is used for the transistors 23 and 29, each power element, such as a field effect transistor (FET), IGBT, or MOSFET, may be used.

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。   The voltage control circuit 30 is connected to the transistor 29. The voltage control circuit 30 receives the reference voltage value (+3 V) from the reference voltage value setting unit 28 and the output voltage value of the excitation power supply 5. The voltage control circuit 30 controls the transistor 29 so that a voltage drop of 6V occurs in the current flowing through the transistor 29. Therefore, the output voltage value of the excitation power supply 5 when a current flows through the transistor 29 is −3 V, which is a voltage value that is 6 V lower than the output voltage value (+3 V) of the power supply 21. Since the specific configuration of the voltage control circuit 30 is known, its description is omitted.

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。   The shunt resistor (current detector) 27 detects the value of current flowing through the superconducting coil 2 (more precisely, the output current value of the excitation power source 5). In addition, as a current detector, you may use the non-contact-type current detector which detects the magnetic field which generate | occur | produces with an electric current with a Hall element instead of a shunt resistance.

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。   The current control circuit 26 is connected to the transistor 23, and the current value detected by the shunt resistor 27 is input as a detection value, and the current value (100 A) of a current value setter (not shown) is input as a setting value. The The current control circuit 26 controls the transistor 23 based on the detection value detected by the shunt resistor 27 so that the output current value of the excitation power supply 5 becomes the set value (100 A). That is, the current control circuit 26 controls the output current value from the excitation power supply 5 to the superconducting coil 2 to be the set value (100 A).

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。   In the above configuration, when the current value detected by the shunt resistor 27 is smaller than the set value (100 A), the current control circuit 26 turns on the transistor 23 as a switch in order to increase the current value. As a result, the resistance value of the transistor 23 becomes substantially zero, and a current flows through the transistor 23. Then, the output voltage value of the excitation power supply 5 becomes +3 V which is the output voltage value of the power supply 21. Since the output voltage value of the power supply 21 is the reference voltage value (+ 3V), the output voltage value of the excitation power supply 5 when a current flows through the transistor 23 does not become larger than + 3V. Therefore, when the output current value of the excitation power supply 5 is smaller than the set value (100 A), the output voltage value of the excitation power supply 5 is + 3V. Thus, the power supply 21 and the reference voltage value setting unit 28 restrict the output voltage value from the excitation power supply 5 to the superconducting coil 2 so as not to be larger than + 3V.

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。   When the current value detected by the shunt resistor 27 is larger than the set value (100 A), the current control circuit 26 turns off the transistor 23 as a switch in order to decrease the current value. As a result, the resistance value of the transistor 23 becomes larger than the resistance value of the transistor 29, and a current flows through the transistor 29. Then, the output voltage value of the excitation power supply 5 becomes −3V, which is the output voltage value of the power supply 21 + 3V dropped by 6V by the transistor 29. Since the output voltage value of the power source 21 is the reference voltage value (+3 V) and the voltage control circuit 30 controls the transistor 29 so that a voltage drop of 6 V occurs in the current flowing through the transistor 29, the transistor 29 The output voltage value of the excitation power supply 5 when the current flows through the current does not become smaller than -3V. Therefore, when the output current value of the excitation power supply 5 is larger than the set value (100 A), the output voltage value of the excitation power supply 5 is −3V. As described above, the power supply 21, the reference voltage value setter 28, the transistor 29, and the voltage control circuit 30 limit the output voltage value from the excitation power supply 5 to the superconducting coil 2 so as not to be smaller than -3V. .

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。   When the current value detected by the shunt resistor 27 is the set value (100 A), the current control circuit 26 sets the transistor 23 as a switch between ON and OFF in order to maintain the current value at the set value. To the state. As a result, the resistance value of the transistor 23 changes and a current flows through the transistor 23. At this time, since the possible value of the resistance value of the transistor 23 is not less than zero and not more than the resistance value of the transistor 29, the output voltage value of the excitation power source 5 is not larger than + 3V and not smaller than −3V. Therefore, when the output current value of the excitation power supply 5 is the set value (100 A), the output voltage value of the excitation power supply 5 is a value in the range of −3V to + 3V. As described above, the power supply 21, the reference voltage value setter 28, the transistor 29, and the voltage control circuit 30 limit the output voltage value from the excitation power supply 5 to the superconducting coil 2 to a value within a range of −3V to + 3V. doing.

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。   With the above configuration, the output characteristics of the excitation power supply 5 are as shown in FIG. That is, the excitation power source 5 is a constant voltage constant current power source.

(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。
(effect)
As described above, according to the excitation power source 5 for the superconducting magnet according to the present embodiment, the output voltage value from the excitation power source 5 to the superconducting coil 2 is limited to a value within a range of −3V to + 3V. . Therefore, when the current circulation loop A is opened while supplying current from the excitation power source 5 to the superconducting coil 2, the voltage value generated at both ends of the superconducting coil 2 becomes a value within the range of −3V to + 3V. If the value in the range of -3V or more and + 3V or less is a value that does not affect the superconducting state, even if a voltage is generated at both ends of the superconducting coil 2, the operator rushes and closes the current circulation loop A. There is no need. As a result, when the current circulation loop A is opened, the burden associated with the work of matching the current value flowing through the superconducting coil 2 with the output current value of the excitation power source 5 can be reduced. Therefore, the operation of adjusting the current value flowing through the superconducting coil 2 to a desired current value can be facilitated.

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。   Further, the output current value from the excitation power source 5 to the superconducting coil 2 is controlled to be a set value (100 A). Therefore, if the current circulation loop A is opened, the current value flowing through the superconducting coil 2 finally settles to the set value. As a result, if the set value is set to a desired current value, the current flowing through the superconducting coil 2 does not have to be adjusted to the desired current value after the current circulation loop A is opened. The value is the desired current value. Therefore, the operation of adjusting the current value flowing through the superconducting coil 2 to a desired current value can be further facilitated.

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。   If the permanent current switch 3 is in a superconducting state together with the superconducting coil 2, the value of the current flowing through the permanent current switch 3 cannot be directly measured. For this reason, when the current circulation loop A is opened, it is more difficult to match the current value flowing through the superconducting coil 2 with the output current value of the excitation power source 5. However, since the output voltage value from the excitation power source 5 to the superconducting coil 2 is limited to a value within the range of −3V to + 3V, it occurs at both ends of the superconducting coil 2 when the current circulation loop A is opened. The voltage value is in the range of −3V to + 3V. Therefore, it is possible to further reduce the burden associated with the work of matching the current value flowing through the superconducting coil 2 and the output current value of the excitation power source 5 when the current circulation loop A is opened.

[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。
[Second Embodiment]
(Configuration of superconducting magnet)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. An excitation power source (excitation power source) 105 for the superconducting magnet according to the present embodiment is used for the superconducting magnet 101 as shown in FIG. The superconducting magnet 101 is different from the superconducting magnet 1 of the first embodiment in that it has a mechanical relay 10 provided outside the superconducting magnet 101 and connected in parallel to the permanent current switch 3. A semiconductor switch may be provided instead of the mechanical relay 10.

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。   The mechanical relay 10 is opened and closed by a coil 10a. When the mechanical relay 10 is closed, both ends of the output of the excitation power source 105 are short-circuited. When the permanent current switch 3 is opened and the mechanical relay 10 is closed, the circulating current IL circulating in the current circulating loop A circulates in the current circulating loop A ′. The mechanical relay 10 may be configured with an A contact or a B contact. When the mechanical relay 10 is configured with an A contact, the mechanical relay 10 is closed when the coil 10a is energized, and the mechanical relay 10 is opened when the coil 10a is not energized. When the mechanical relay 10 is configured with a B contact, the mechanical relay 10 is closed when the coil 10a is not energized, and the mechanical relay 10 is opened when the coil 10a is energized. In consideration of a power failure, the mechanical relay 10 is preferably configured with a B contact.

(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。
(Excitation power source configuration)
The excitation power source 105 is different from the excitation power source 5 of the first embodiment in that it includes an excitation circuit 11.

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。   The excitation circuit 11 is connected to the coil 10a by a conducting wire 12, and excites the coil 10a by energizing the coil 10a. The mechanical relay 10 is opened and closed by exciting / demagnetizing the coil 10a.

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。   The excitation power supply 105 is a bipolar power supply, and is different from the excitation power supply 5 of the first embodiment that is a unipolar power supply. As shown in FIG. 6, the excitation power source 105 includes a switching regulator (power source) 41, a first full bridge circuit 42, a second full bridge circuit 43, a switching control unit 44, a first driver unit 45, The two-driver unit 46, the first reactor 51, the second reactor 52, the smoothing capacitor 55, the first reactor 53, the second reactor 54, the smoothing capacitor 56, and the regenerative circuit 48 are provided.

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。   The switching regulator 41 is connected to the AC power source 31 and converts AC power output from the AC power source 31 into predetermined DC power. In the following description, the direction in which current flows from the joint portion 2a to the joint portion 2b of the permanent current switch 3 and the superconducting coil 2 is defined as the forward direction, and the direction in which current flows from the joint portion 2b to the joint portion 2a is defined as the reverse direction. To do.

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。   The first full bridge circuit 42 and the second full bridge circuit 43 each include four switching elements connected to the switching regulator 41.

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。   The first reactor 51 is connected between the first full bridge circuit 42 and the joint portion 2a. The second reactor 52 is connected between the first full bridge circuit 42 and the joint portion 2b. The first reactor 53 is connected between the second full bridge circuit 43 and the joint portion 2a. The second reactor 54 is connected between the second full bridge circuit 43 and the joint portion 2b.

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。   The smoothing capacitor 55 is connected with one end between the first reactor 51 and the joint portion 2a and the other end between the second reactor 52 and the joint portion 2b. Similarly, the smoothing capacitor 56 is connected between the first reactor 53 and the joint portion 2a as one end and between the second reactor 54 and the joint portion 2b as the other end.

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。   The switching control unit 44 outputs a PWM signal for turning on / off the switching element to the first full bridge circuit 42 and the second full bridge circuit 43. Specifically, the switching control means 44 includes a current detector 61, a target current value setting device 62, a current / voltage control circuit 63, a basic pulse generator 64, a first PWM signal converter 65, and a second PWM signal. And a converter 66.

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。   The current detector 61 is connected to the joint portion 2 b side of the superconducting coil 2, detects the current value flowing through the superconducting coil 2, and outputs the detected current value to the current voltage control circuit 63 through the line 116. The target current value setting unit 62 sets a target current value (set value) in advance, and sends a current command value for instructing to shift to the set current value to the input terminals 111a, To 111b. In the present embodiment, the set value is + 100A or −100A.

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。   Further, the current voltage control circuit 63 uses the difference value between the current value detected by the current detector 61 and the current command value output from the target current value setting unit 62 as a current error signal, and the first PWM signal converter 65 and the second PWM. The signal is output to the signal converter 66. Details of the current-voltage control circuit 63 will be described later.

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。   The basic pulse generator 64 outputs a pulse signal having a phase difference at a predetermined frequency to the first PWM signal converter 65 and the second PWM signal converter 66. Specifically, the pulse signal output to the second PWM signal converter 66 has a phase difference of 180 ° with respect to the pulse signal output to the first PWM signal converter 65.

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。   The first PWM signal converter 65 separates the current error signal output from the current-voltage control circuit 63 into a forward direction signal (plus side) and a backward direction signal (minus side). The first PWM signal converter 65 generates a forward PWM signal (switching signal) from the separated forward signal and the pulse signal output from the basic pulse generator 64, and also separates the separated backward signal and the basic signal. A PWM signal (switching signal) in the reverse direction is generated from the pulse signal output from the pulse generator 64. Similarly, the second PWM signal converter 66 generates a forward PWM signal (switching signal) and a reverse PWM signal (switching signal).

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。   The first driver unit 45 is connected between the switching control unit 44 and the first full bridge circuit 42. The second driver unit 46 is connected between the switching control unit 44 and the second full bridge circuit 43.

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。   The positive PWM signal output from the first PWM signal converter 65 controls ON / OFF of the two switching elements of the first full bridge circuit 42 via the first driver unit 45. When this system is ON, a current flows from the joint portion 2a of the superconducting coil 2 to the joint portion 2b. The reverse PWM signal output from the first PWM signal converter 65 controls the ON / OFF of the other two switching elements of the first full bridge circuit 42 via the first driver unit 45. When this system is ON, a current flows from the joint portion 2b of the superconducting coil 2 to the joint portion 2a. The same applies to the second PWM signal converter 66.

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。   The regenerative circuit 48 is connected between the plus side and the minus side of the switching regulator 41. The regenerative circuit 48 suppresses the voltage increase of the switching regulator 41 when the superconducting coil 2 is demagnetized.

(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。
(Current control circuit)
Next, the configuration of the current / voltage control circuit 63 will be described. As shown in FIG. 7, the current voltage control circuit 63 includes a current control circuit 131, a voltage limiting circuit 132, a transistor 127, and an analog switch 128.

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。   The current control circuit 131 includes four operational amplifiers 111 to 114 and a shunt resistor 115. The shunt resistor 115 is connected to the line 116, and converts the current value flowing through the superconducting coil 2 detected by the current detector 61 (more precisely, the output current value of the excitation power source 105) into a voltage value. The operational amplifier 114 inverts and amplifies this voltage.

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。   The current command value from the target current value setter 62 is input to the input terminals 111a and 111b of the operational amplifier 111 that is an adder. The operational amplifier 111 adds the voltage amplified by the operational amplifier 114 to the current command value (actually subtraction). The operational amplifier 111 outputs the difference between the current command value and the voltage amplified by the operational amplifier 114 as a current error signal.

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。   The operational amplifier 112 functions as an amplifier. The operational amplifier 113 functions as a buffer. The current error signal output from the operational amplifier 113 is input to the first PWM signal converter 65 and the second PWM signal converter 66 (see FIG. 6). Thereby, the current control circuit 131 controls the first full bridge circuit 42 and the second full bridge circuit 43 (see FIG. 6) so that the output current value of the excitation power source 105 becomes the set value (+ 100A or −100A). It will be. That is, the current control circuit 131 controls the output current value from the excitation power source 105 to the superconducting coil 2 to be the set value (+ 100A or −100A).

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。   The voltage limiting circuit 132 includes four operational amplifiers 121 to 124 and two diodes 125 and 126. The voltage limiting circuit 132 is connected to a point D between the operational amplifier 112 and the operational amplifier 113 in the current control circuit 131 via the analog switch 128.

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)。   The voltage generated at both ends of the superconducting coil 2 (to be exact, the voltage generated at both ends of the superconducting coil 2 is connected to the input terminals 121a and 121b of the operational amplifier 121 via the line 129 (see FIG. 6). A voltage obtained by adding the generated voltage) is input as an applied voltage. This applied voltage corresponds to a voltage generated between the power cables 4a and 4b (see FIG. 5).

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。   A limit voltage is input to input terminals 122a and 122b of the operational amplifier 122 from a limit voltage value setter (not shown). In the present embodiment, the value of the limit voltage is +3 V, but is not limited to this. The operational amplifier 122 inverts the limit voltage plus and minus.

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。   The operational amplifier 123 receives the output of the operational amplifier 121 and the limit voltage. The operational amplifier 123 compares the output (applied voltage) of the operational amplifier 121 with the limit voltage. When the applied voltage is larger than +3 V (first threshold value) which is the value of the limit voltage, the output of the operational amplifier 123 becomes negative. If the output of the operational amplifier 123 is negative, a current flows through the diode 125. On the other hand, if the output of the operational amplifier 123 is positive, no current flows through the diode 125.

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。   The operational amplifier 124 receives the output of the operational amplifier 121 and the output of the operational amplifier 122. The operational amplifier 124 compares the output (applied voltage) of the operational amplifier 121 and the output (limited voltage) of the operational amplifier 122. In the operational amplifier 124, the limit voltage and the applied voltage are inverted. When the applied voltage is smaller than −3 V (second threshold), the output of the operational amplifier 124 becomes positive. If the output of the operational amplifier 124 is positive, a current flows through the diode 126. On the other hand, if the output of the operational amplifier 124 is negative, no current flows through the diode 126.

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。   In the above configuration, when the applied voltage is higher than the limit voltage value +3 V (first threshold), a current flows through the diode 125. When a current flows through the diode 125, the operational amplifier 113 functions as an adder, and the current error signal at point D is lowered. As a result, the output current value of the excitation power supply 105 becomes smaller than the set value (+ 100A or −100A), and as a result, the output voltage value of the excitation power supply 105 is lowered to + 3V. Therefore, when the output current value of the excitation power source 105 is smaller than the set value (+100 A or −100 A), the output voltage value of the excitation power source 105 is constant at + 3V. As described above, when the voltage value generated at both ends of the superconducting coil 2 is larger than the first threshold value (+3 V), the voltage limiting circuit 132 sets the output voltage value from the excitation power source 105 to the superconducting coil 2 as the first value. By clamping to the threshold value (+3 V), the output voltage value of the excitation power source 105 is limited so as not to be larger than the first threshold value (+3 V).

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。   On the other hand, when the applied voltage is smaller than −3 V (second threshold), a current flows through the diode 126. When a current flows through the diode 126, the operational amplifier 113 functions as an adder, and the current error signal at point D is raised. As a result, the output current value of the excitation power source 105 becomes larger than the set value (+ 100A or −100A), and as a result, the output voltage value of the excitation power source 105 is increased to −3V. Therefore, when the output current value of the excitation power source 105 is larger than the set value (+100 A or −100 A), the output voltage value of the excitation power source 105 becomes constant at −3V. As described above, the voltage limiting circuit 132 sets the second output voltage value from the excitation power source 105 to the superconducting coil 2 when the voltage value generated at both ends of the superconducting coil 2 is smaller than the second threshold value (−3 V). The output voltage value of the excitation power source 105 is limited so as not to become smaller than the second threshold value (−3 V).

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。   Further, when the applied voltage is a value within a range of −3 V or more and +3 V or less, no current flows through the diode 125 and the diode 126. Thereby, since the current error signal at point D does not change, the current control circuit 131 controls the output current value of the excitation power source 105 to be the set value (+ 100A or −100A). As a result, the output current value of the excitation power supply 105 becomes a set value (+100 A or −100 A). At this time, the output voltage value of the excitation power supply 105 takes such a value that no current flows through the diode 125 and the diode 126. That is, the output voltage value of the excitation power source 105 does not become larger than + 3V and does not become smaller than −3V. Therefore, when the output current value of the excitation power source 105 is the set value (+100 A or −100 A), the output voltage value of the excitation power source 5 is the second threshold value (−3 V) with the first threshold value (+3 V) as the upper limit value. Becomes a value within a range of −3V to + 3V. As described above, the voltage limiting circuit 132 does not clamp the output voltage value from the excitation power source 105 to the superconducting coil 2 when the applied voltage is a value in the range of −3V to + 3V. The output voltage value to the coil 2 is limited to a value within a range of −3V to + 3V with the first threshold (+ 3V) as the upper limit and the second threshold (−3V) as the lower limit.

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。   Here, clamping means that when a certain voltage value exceeds a predetermined voltage value, a portion of the voltage value exceeding the predetermined voltage value is cut so that the certain voltage value exceeds the predetermined voltage value. It means not to. In other words, when a certain voltage value exceeds a predetermined voltage value, a clamp is a voltage value that is lowered (or pushed up) to a predetermined voltage value. Means not to exceed.

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。   The transistor 127 is turned on when the voltage limit valid signal is input to the input terminals 127a and 127b, and is turned off when the voltage limit valid signal is not input to the input terminals 127a and 127b. Here, the transistor 127 is turned on for a certain period before and after opening the current circulation loop A '(see FIG. 5). For example, the transistor 127 is turned on 2 seconds before the mechanical relay 10 is opened, and turned off 1 minute after the mechanical relay 10 is opened. However, the transistor 127 may be configured to be turned off after the voltage generated at both ends of the superconducting coil 2 becomes equal to or lower than a certain value, or to be turned off according to an operator's judgment.

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。   The analog switch 128 is provided between a point D between the operational amplifier 112 and the operational amplifier 113 and between the two diodes 125 and 126. When the transistor 127 is turned on and the control terminal 128c is energized, the analog switch 128 conducts the terminal 128a and the terminal 128b. On the other hand, when the transistor 127 is turned off and the control terminal 128c is not energized, the analog switch 128 The terminal 128b is configured to be shut off.

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。   As a result, while the terminals 128a and 128b of the analog switch 128 are conductive (while the voltage limit enable signal is input to the transistor 127), the function of the voltage limit circuit 132 is enabled and the analog switch 128 is enabled. The function of the voltage limiting circuit 132 is disabled while the terminal 128a and the terminal 128b are not conducting (while the voltage limiting valid signal is not input to the transistor 127). As described above, the transistor 127 and the analog switch 128 enable the limitation by the voltage limiting circuit 132 in a certain period before and after opening the current circulation loop A ′, and invalidate the limitation by the voltage limiting circuit 132 in a period other than the certain period. Yes.

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。   With the above configuration, the output characteristics of the excitation power source 105 when the function of the voltage limiting circuit 132 is valid are as shown in FIG. 3 or FIG. Since the excitation power source 105 of the present embodiment is a bipolar power source, the set current value may be positive or negative. The output characteristics of the excitation power supply 105 when the set current value is positive are the same as those of the excitation power supply 5 of the first embodiment, as shown in FIG.

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。   On the other hand, FIG. 8 shows output characteristics of the excitation power source 105 when the set current value is negative. When the output current value of the excitation power source 105 is smaller than −100 A, the output voltage value of the excitation power source 105 is constant at +3 V, and when the output current value of the excitation power source 105 is larger than −100 A, the output of the excitation power source 105 The voltage value is constant at -3V. Thus, the excitation power supply 105 has a constant voltage characteristic. Further, when the output voltage value of the excitation power source 105 is a value in the range of −3 V or more and +3 V or less, the output current value of the excitation power source 105 is constant at −100 A. Thus, the excitation power source 105 has a constant current characteristic. That is, the excitation power source 105 is a constant voltage constant current power source.

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。   In general, it is desirable that the value of the limiting voltage is set to be equal to or less than the voltage value obtained by adding the voltage generated at the power cables 4 a and 4 b to the voltage generated at both ends of the superconducting coil 2 at the rated excitation speed of the superconducting magnet 101. Moreover, the structure which an operator directly sets the value of a limit voltage may be sufficient.

(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。
(Excitation power supply operation)
Next, the operation of the excitation power source 105 will be described. Since the operation of the excitation power source 105 when the set current value is positive is basically the same as the operation of the excitation power source 5 of the first embodiment, the description thereof is omitted. On the other hand, consider the case where the circulating current IL increases from −100 A to −90 A as the operation of the excitation power source 105 when the set current value is negative. The set value of current in the excitation power source 105 is −100A.

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。   In the superconducting magnet 101, as shown in FIG. 5, the circulating current IL circulates in the current circulation loop A including the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3 by closing the permanent current switch 3. In this way, when circulating the circulating current IL in the current circulating loop A, the current continues to flow almost permanently without causing any loss by closing the current circulating loop A with the permanent current switch 3.

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。   On the other hand, when supplying current from the exciting power source 105 to the superconducting coil 2, first, the permanent current switch 3 is opened and the mechanical relay 10 is closed. As a result, the circulating current IL circulates in the current circulation loop A ′ including the superconducting coil 2 and the mechanical relay 10. Thus, when supplying current from the exciting power source 105 to the superconducting coil 2, the permanent current switch 3 is opened and the current circulation loop A ′ is opened and closed by the mechanical relay 10.

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。   When the permanent current switch 3 and the mechanical relay 10 are closed, when an abnormality occurs in either the excitation power source 105 or the superconducting magnet 101, the superconducting state is detected in the initial stage at the time of abnormality. Most of the current flows through the permanent current switch 3 having zero resistance. However, when the superconducting coil 2 is quenched, the permanent current switch 3 is often quenched with a slight delay, and in this case, a current flows through the mechanical relay 10. In addition, when the permanent current switch 3 and the mechanical relay 10 are closed, a current flows through the mechanical relay 10 even when an abnormality occurs in the permanent current switch 3 and a voltage is generated.

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。   Next, the excitation power source 105 is connected to both ends of the mechanical relay 10 by the power cables 4 a and 4 b, and a current of −100 A is supplied from the excitation power source 105 to the superconducting coil 2. The current supplied from the excitation power supply 105 flows in this order through the loop B including the excitation power supply 105, the power cable 4a, the mechanical relay 10, and the power cable 4b.

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。   Thereafter, the exciting circuit 11 excites the coil 10a and opens the mechanical relay 10, thereby opening the current circulation loop A '. Then, the current supplied from the excitation power source 105 flows through the loop C including the excitation power source 105, the power cable 4a, the superconducting coil 2, and the power cable 4b in this order.

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。   Here, as shown in FIG. 7, the voltage limit valid signal is input to the transistor 127 in a certain period before and after opening the current circulation loop A ′. As a result, the function of the voltage limiting circuit 132 is enabled. Therefore, the voltage value transiently generated at both ends of the superconducting coil 2 and the output voltage value of the excitation power supply 105 are each -3V due to the constant voltage characteristics of the excitation power supply 105. Further, due to the constant current characteristics of the superconducting coil 2, the current value flowing through the superconducting coil 2 and the output current value of the excitation power source 105 are each -90A. As a result, as shown in FIG. 8, the output of the excitation power source 105 is balanced at the a ″ point where the voltage value is −3 V and the current value is −90 A.

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。   Thereafter, when the inductance of the superconducting coil 2 is L, the current is I, and the time is t, the voltage of the superconducting coil 2 is −3V. The value of the current flowing through the coil 2 decreases and reaches -100A. In FIG. 8, the change is indicated by an arrow c ″.

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。   Thereafter, the voltage across the superconducting coil 2 increases and finally settles to 0V. In accordance with this, the output voltage value of the excitation power supply 105 increases with the constant current characteristic of the excitation power supply 105 while the output current value of the excitation power supply 105 remains constant at the set value (−100 A). In FIG. 8, the change is indicated by an arrow d ″. Here, if the resistance values of the power cables 4a and 4b are taken into consideration, the resistance value of the superconducting coil 2 is 0Ω, and the resistance values of the power cables 4a and 4b are about 0.01Ω. Eventually, the voltage value is about -1V and the current value is -100A and balance is made at the point b '.

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。   Note that while the output voltage value from the excitation power source 105 to the superconducting coil 2 is limited to a value within the range of −3V to + 3V, it is not possible to detect the generation of the voltage due to the quench generated in the superconducting coil 2. . Therefore, the period for limiting the output voltage value from the excitation power source 105 to the superconducting coil 2 is limited to a certain period before and after opening the current circulation loop A ′. Thus, quenching of the superconducting coil 2 can be detected while the output voltage value from the excitation power source 105 to the superconducting coil 2 is not limited.

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。   Further, while the current is being supplied from the exciting power source 105 to the superconducting coil 2, the exciting power source 105 and the superconducting power may be changed such that the current suddenly changes due to a trouble with the exciting power source 105 itself or the superconducting coil 2 is quenched. When an abnormality occurs in any of the magnets 101, both ends of the output of the excitation power source 105 are short-circuited by closing the mechanical relay 10. As a result, a current flows through the mechanical relay 10 and the excitation power source 105 and the superconducting coil 2 are substantially separated, so that the excitation power source 105 and the superconducting magnet 101 can be prevented from being damaged. Here, if the mechanical relay 10 is set to the B contact so that the mechanical relay 10 automatically closes in the event of a power failure, the excitation power source 105 and the superconducting magnet 101 can be more reliably prevented from being damaged. Note that a power failure detection circuit for detecting a power failure may be provided in the excitation power source 105 to control the mechanical relay 10.

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。   As described above, the current value flowing through the superconducting coil 2 settles to the set value. Thereafter, as shown in FIG. 5, the current circulation loop A is closed by turning on the permanent current switch 3. When all of the current flowing through the superconducting coil 2 circulates in the current circulation loop A via the permanent current switch 3, the excitation power source 105 is disconnected from the superconducting magnet 101 to complete the operation.

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。   As described above, the output voltage value from the excitation power source 105 to the superconducting coil 2 is limited to a value within the range of −3V to + 3V. Therefore, when the current circulation loop A ′ is opened while supplying current from the excitation power source 105 to the superconducting coil 2, the voltage value generated at both ends of the superconducting coil 2 becomes a value within a range of −3V to + 3V. If the value in the range of −3V or more and + 3V or less is a value that does not affect the superconducting state, even if a voltage is generated at both ends of the superconducting coil 2, the operator rushes through the current circulation loop A ′. There is no need to close. As a result, it is possible to reduce the burden associated with the work of matching the current value flowing through the superconducting coil 2 with the output current value of the excitation power source 105 when the current circulation loop A ′ is opened. Therefore, the operation of adjusting the current value flowing through the superconducting coil 2 to a desired current value can be facilitated.

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。   Further, the output current value from the exciting power source 105 to the superconducting coil 2 is controlled to be a set value (+100 A or −100 A). Therefore, if the current circulation loop A 'is opened, the current value flowing through the superconducting coil 2 finally settles to the set value. Thus, if the set value is set to a desired current value, the current flowing through the superconducting coil 2 does not have to be adjusted to the desired current value after opening the current circulation loop A ′. The current value becomes a desired current value. Therefore, the operation of adjusting the current value flowing through the superconducting coil 2 to a desired current value can be further facilitated.

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。   Further, when the voltage value generated at both ends of the superconducting coil 2 is larger than the first threshold value (+3 V) which is a positive value, the output voltage value to the superconducting coil 2 is clamped to the first threshold value (+3 V). The Further, when the voltage value generated at both ends of the superconducting coil 2 is smaller than the second threshold value (−3 V) which is a negative value, the output voltage value to the superconducting coil 2 becomes the second threshold value (−3 V). Clamped. Thereby, the output voltage value from the excitation power source 105 to the superconducting coil 2 is in the range of −3V to + 3V with the first threshold (+ 3V) as the upper limit and the second threshold (−3V) as the lower limit. Limited to value. Therefore, by changing at least one of the first threshold value and the second threshold value, the range in which the output voltage value from the excitation power source 105 to the superconducting coil 2 is limited can be easily changed.

(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。
(Modification of superconducting magnet)
Note that the superconducting magnet 101 may be configured as follows. That is, as shown in FIG. 9, the superconducting magnet 101 does not include the permanent current switch 3 and is configured to open and close the current circulation loop A ′ with the mechanical relay 10. A semiconductor switch may be used instead of the mechanical relay 10.

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。   While the current is being supplied from the exciting power source 105 to the superconducting coil 2, the exciting power source 105 and the superconducting power are rapidly changed due to a trouble in the exciting power source 105 itself or the superconducting coil 2 is quenched. When an abnormality occurs in any of the magnets 101, both ends of the output of the excitation power source 105 are short-circuited by closing the mechanical relay 10. As a result, a current flows through the mechanical relay 10 and the excitation power source 105 and the superconducting coil 2 are substantially separated, so that the excitation power source 105 and the superconducting magnet 101 can be prevented from being damaged.

(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。
(effect)
As described above, according to the excitation power source 105 for the superconducting magnet according to the present embodiment, when the voltage value generated at both ends of the superconducting coil 2 is larger than the first threshold value (+3 V) which is a positive value. The output voltage value to the superconducting coil 2 is clamped to the first threshold value (+ 3V). Further, when the voltage value generated at both ends of the superconducting coil 2 is smaller than the second threshold value (−3 V) which is a negative value, the output voltage value to the superconducting coil 2 becomes the second threshold value (−3 V). Clamped. Thereby, the output voltage value from the excitation power source 105 to the superconducting coil 2 is in the range of −3V to + 3V with the first threshold (+ 3V) as the upper limit and the second threshold (−3V) as the lower limit. Limited to value. Therefore, by changing at least one of the first threshold value and the second threshold value, the range in which the output voltage value from the excitation power source 105 to the superconducting coil 2 is limited can be easily changed.

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。   Further, while the output voltage value from the excitation power source 105 to the superconducting coil 2 is limited to a value within the range of −3V or more and + 3V or less, the generation of the voltage due to the quench generated in the superconducting coil 2 cannot be detected. . Therefore, the period for limiting the output voltage value from the excitation power source 105 to the superconducting coil 2 is limited to a certain period before and after opening the current circulation loop A '. Thus, quenching of the superconducting coil 2 can be detected while the output voltage value from the excitation power source 105 to the superconducting coil 2 is not limited.

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。   When circulating the current in the current circulation loop A, the current circulation loop A is closed by the permanent current switch 3 so that the current flows almost permanently without causing any loss. On the other hand, when a current is supplied from the exciting power source 105 to the superconducting coil 2, the permanent current switch 3 is opened and the current circulation loop A 'is opened and closed by the mechanical relay 10. When an abnormality occurs in either the excitation power supply 105 or the superconducting magnet 101 while the current is being supplied from the excitation power supply 105 to the superconducting coil 2, the mechanical relay 10 is closed, Both ends of the output of the excitation power supply 105 are short-circuited. As a result, a current flows through the mechanical relay 10 and the excitation power source 105 and the superconducting coil 2 are substantially separated, so that the excitation power source 105 and the superconducting magnet 101 can be prevented from being damaged.

(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。
(Modification of this embodiment)
The embodiment of the present invention has been described above, but only specific examples are illustrated, and the present invention is not particularly limited, and the specific configuration and the like can be appropriately changed in design. Further, the actions and effects described in the embodiments of the invention only list the most preferable actions and effects resulting from the present invention, and the actions and effects according to the present invention are described in the embodiments of the present invention. It is not limited to what was done.

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。   For example, the excitation power source 5 (see FIGS. 2 and 4) of the first embodiment may be connected to the superconducting magnet 101 (see FIGS. 5 and 9) of the second embodiment. Moreover, the structure which connects the excitation power supply 105 (refer FIG. 6) of 2nd Embodiment to the superconducting magnet 1 (refer FIG. 1) of 1st Embodiment may be sufficient.

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Superconducting magnet 2 Superconducting coil 3 Permanent current switch 3a Superconducting wire 3b Heater 5,105 Excitation power supply 10 Mechanical relay 21 Power supply 22, 23, 29 Transistor 24 Diode array 25, 30 Voltage control circuit 26 Current control circuit 27 Shunt resistance 28 Reference Voltage Value Setting Unit 31 AC Power Supply 41 Switching Regulator 42 First Full Bridge Circuit 43 Second Full Bridge Circuit 44 Switching Control Unit 45 First Driver Unit 46 Second Driver Unit 51, 53 First Reactor 52, 54 Second Reactor 55, 56 Smoothing capacitor 61 Current detector 62 Target current value setting device 63 Current voltage control circuit 64 Basic pulse generator 65 First PWM signal converter 66 Second PWM signal converter 111-114 Operational amplifier 115 Shunt resistor 1 21-124 operational amplifiers 125, 126 diode 127 transistor 128 analog switch 131 current control circuit 132 voltage limiting circuit

Claims (7)

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。
An excitation power supply for supplying current from the outside to the superconducting coil by connecting to both ends of the switch means provided in a part of the current circulation loop of the superconducting coil constituting the superconducting magnet,
An excitation power source for a superconducting magnet, comprising voltage limiting means for limiting an output voltage value to the superconducting coil to a value within a predetermined range.
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。   2. The exciting power supply for a superconducting magnet according to claim 1, further comprising current control means for controlling the output current value to the superconducting coil to be a set value. 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。   The voltage limiting means clamps the output voltage value to the superconducting coil at the first threshold value when the voltage value generated at both ends of the superconducting coil is larger than the first threshold value which is a positive value. When the voltage value generated at both ends of the superconducting coil is smaller than a second threshold value which is a negative value, the output voltage value to the superconducting coil is clamped to the second threshold value, thereby the superconducting coil. The output voltage value to is limited to a value within the predetermined range in which the first threshold value is an upper limit value and the second threshold value is a lower limit value. Excitation power source for superconducting magnets. 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。   And further comprising a voltage limit limiting unit that enables the limitation by the voltage limiting unit during a certain period before and after opening the current circulation loop, and invalidates the limitation by the voltage limiting unit at a time other than the certain period. The exciting power supply for a superconducting magnet according to any one of claims 1 to 3. 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。   The exciting power supply for a superconducting magnet according to any one of claims 1 to 4, wherein the switch means is a permanent current switch provided inside the superconducting magnet and containing a superconducting material. 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。   The exciting power supply for a superconducting magnet according to any one of claims 1 to 4, wherein the switch means is a mechanical relay or a semiconductor switch provided outside the superconducting magnet. 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。
The switch means includes
A permanent current switch provided in the superconducting magnet and containing a superconducting material;
A mechanical relay or a semiconductor switch provided outside the superconducting magnet and connected in parallel to the permanent current switch;
Have
When circulating current in the current circulation loop, the current circulation loop is closed with the permanent current switch, while when supplying current from the excitation power source to the superconducting coil, the permanent current switch is opened and the permanent current switch is opened. The exciting power supply for a superconducting magnet according to any one of claims 1 to 4, wherein the current circulation loop is opened and closed by a mechanical relay or the semiconductor switch.
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